JP4750801B2 - 画像判別装置 - Google Patents
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Description
ここで処理対象の画像について総じて暗い画像に関しては、階調が暗い調子であって暗すぎと判断される画像と、暗い調子であるが暗すぎではないと判断される画像とに区別される。前者は、主要被写体が暗くつぶれてしまったが背景部分は明るい状態である逆光画像や、デジタルカメラの撮影条件によって画像全体が明らかに露出不足となった画像が該当し、これらを総じてアンダー画像として分類する。図1(d)は露出不足となったアンダー画像の例である。また後者は、夜間に遊技場や都会の町並みを撮影した夜景画像や、薄暮の風景を撮影した夕景画像が該当し、これらを総じてローキー画像として分類する。図1(a)や図1(b)は暗闇に浮かぶ夜景の画像、図1(c)は薄暮の夕景画像の、ローキー画像例であり、図1(d)は町並みの夜景画像のアンダー画像例である。
図2(a)〜図2(d)は、さまざまな種類の暗い画像を示している。図2(a)及び図2(b)は、夜景、図2(c)は、夕景の、ローキー画像であり、図2(d)は、露出不足のアンダー画像である。これらの画像に上記処理を施し、外接画素の明度、彩度、色相のすべて、あるいは、明度のみのレベルを調べ、このレベルが所定値以下の外接画素がどのくらいあるかを調べる。そして、レベルが所定値以下の外接画素の量が、絶対的に所定値より多い、あるいは、画像矩形の外接画素の総数に比べ比較的多いときは、ローキー画像と判断し、そのような外接画素が絶対的に所定値より少ない、あるいは、全外接画素数に比べて比較的少ない場合には、アンダー画像と判断する。たとえば、図2(e)は、図2(a)の外接画素のうち、当該レベルが所定値以下の画素を太線で示したものである。図2(e)の場合、当該レベルが所定値以下の画素の数が外接画素全体の数に比べ比較的多いので、ローキー画像と判断する。図2(f)は、図2(b)の、図2(g)は、図2(c)の、図2(h)は、図2(d)の外接画素の分布の様子を示した図であり、太線が、当該レベルが所定値より小さい画素を示している。図2(f)、図2(g)の場合には、当該レベルが所定値以下の外接画素の数が比較的多いので、図2(b)、図2(c)をローキー画像と判断する。一方、図2(h)においては、当該レベルが所定値以下の外接画素の数が比較的少ないので、図2(d)は、アンダー画像であると判断する。
また、画像矩形に外接する暗い画素領域は、画像周辺部分にとどまらず、画像中央付近まで、連続した背景画像として配置することがある。そこで、画像矩形の外周に接するレベルの低い画素について、これらと画像の階調が連続する周囲画素領域を抽出する過程と、得られた画素領域の内部について画素間の階調変化を採取する過程とを設け、階調変化が少ない場合は、画像が暗い調子で階調は適切である画像と判別し、階調変化が多い場合は、画像が暗い調子で階調は適切でない画像と判別する過程を実施する。
図3(a)では画像矩形の外周に接する暗い領域の階調変化を調べた結果、階調変化が小さいと判断された場合であり、この場合は、ローキー画像と判断する。図3(b)では、画像矩形の外周に接する暗い領域の階調変化が大きい場合で、この場合には、アンダー画像であると判断する。
また、ローキー画像のひとつである夜景画像では、画像全体は暗い調子であるが、画像内部には、電灯やネオンサインなどによる明るい画素領域が複数配置されている。これら明るい画素領域の周囲は、背景画像の暗い画素領域と隣接しており、明るい画素領域から暗い画素領域へかけての明るさの変化は急激である。これは暗闇の背景画像上に、発光体の光源が配置されているためである。したがって、画素値レベルの高い画素領域を抽出する過程と、得られた画素領域の周囲画素の画素値レベルの空間分布を採取して、画素領域とその周囲画素領域との階調変化勾配を算出する過程とを設け、階調勾配が大きい場合は、画像が暗い調子で階調は適切である夜景画像と判別し、階調勾配が小さい場合は、画像が暗い調子で階調は適切である夜景画像ではない、と判別する。
図4(a)は、明るい画素とその周囲の画素との階調の勾配が大きく、夜景画像であり、画像が暗くてもよいローキー画像であると判断する。図4(b)は、明るい画素とその周囲の画素との階調の勾配が小さく、夜景画像ではない、本来明るい画像であるべきアンダー画像であると判断する。
図5(a)では、夕日が写っているが、夕焼け画像か否かを判断する場合には、画像内の明るい領域を抽出し、当該領域の画素値レベルを明度、彩度、色相のいずれか、あるいは、すべてについて、平均的な夕景の画素値レベルと比較する。そして、これらが類似している場合には、当該画像を夕景画像であるとする。夕景画像は、画像自体が暗くても良い、ローキー画像である。
こうして、ローキー画像、アンダー画像を精度よく判別し、さらには、夜景や夕景の画像を特定判別することで、明るさ補正を実施する際、画像が暗い調子で階調は適切であるローキー画像を誤って明るく補正したり、また画像が暗い調子で階調は適切でないアンダー画像を誤って暗い状態のままにしたりすることなく、また夜景であれば、よりコントラストを強調して夜景をより好ましい画質に変換したり、夕景であれば夕景特有の色合いの彩度を強調して、より好ましい画質に変換するなど、より精度の高い自動画質改善技術を実現できる。
外接画素採取部10は、入力画像から外接画素を採取する。低レベル画素採取部11は、外接画素の中から、画素階調レベルが低い画素を採取する。外接画素領域拡張部12は、外接画素が含まれる領域と同じ画素領域を得る処理を行う。たとえば、外接画素が山の部分に当たる場合には、画像中の山が写っている領域を抽出する。ローキー画像判定部13は、図2、図3の方法で、画像がローキー画像かアンダー画像かを判断する。夜景画像判定部14は、図4の方法で、ローキー画像であって夜景画像である画像を判別する。夕景画像判定部15は、図5の方法で、ローキー画像であって夕景画像である画像を判別する。夕景画像判定部15で、夕景画像と判定されなかった画像がローキー画像である。
まず、画像を外接画素採取部10に入力する。外接画素採取部10では、入力画像矩形の端部に接する外接画素の階調レベル値Poutを探索して、あらかじめ決めておいた、閾値THdark1と比較する。階調レベル値PoutがTHdark1未満であれば、暗い画素として判別し、THdark1以上であれば明るい画素として判別を行い、暗い画素をして判別された画素数をカウントし、これをCoutとする。ここで、階調レベル値は、画素の明るさを調べるために用いるので、明度値であるが、彩度と色相についても同様の処理をしても良い。また、画素がRGB値で表されている場合には、R値、G値、B値それぞれが所定の閾値以上となっているか否かを判断するようにしても良い。階調レベルについては、以下同様である。
まず、図7の(1)にあるように、外接画素から領域拡張をするための元になる画素を選ぶ。図7の(1)においては、「1」、「2」、「3」とラベリングされた画素が領域拡張を行うための元になる画素である。次に、図7の(2)に示されるように、「1」、「2」、「3」とラベリングされた画素に隣り合う画素の階調値とラベリングされた画素の階調値との差を計算し、計算値が閾値以下であれば、両者は同じ領域に属する画素であるとして、ラベリングされた画素と、これに隣接する画素に同じラベルを付与する。たとえば、図7の(3)に示されるように、「1」の画素の階調値とこの隣接画素の階調値の差が閾値以下であれば、この隣接画素にはラベル「1」を与える。同様に、階調値の差が閾値以下であれば、「2」の画素の隣接画素には、ラベル「2」を、「3」の画素の隣接画素には、ラベル「3」を付与する。こうして、画像矩形の外接画素をスタート画素にして、領域拡張を行い、外接画素と連続するとみなされる画素領域を採取し、得られた拡張領域の画素をSregとする。そして、拡張領域に含まれる画素をスタート画素に再設定し、同様の処理を行い、拡張処理がこれ以上進まない状態になるまで、処理を繰り返す。
Sroundは、Sbrightをあらかじめ決めておいた画素数Wを用いて膨張処理を行って生成すればよい。または、画像上であらかじめ決めておいたサイズW×Wピクセルによるウィンドウ探索処理を行って決定してもよい。
図8では、3×3のウィンドウを使っている。図8の(1)から(2)のように、ウィンドウを画素領域上で移動し、ウィンドウの中心に、明るい画素Sbrightがあるか否かを判断する。図8の(1)、(2)では、Sbrightは、ラベル「1」の画素として表されている。そして、Sbrightが、図8の(3)に示されるように、ウィンドウの中心にきたら、ウィンドウに含まれる他の画素は、Sbrightの周囲画素領域Sroundであるので、Sbrightと同じラベル「1」を付けて、Sroundとして登録する。これにより、画素領域内のどの画素が、どのSbrightの周囲画素であるかが分かるようになる。
階調の勾配SLは、Sbright領域の画素平均レベル値AVEbrightを算出し、またSroundの画素平均レベル値AVEroundを算出して、以下の数式によって算出する。
ここで、AVEroundについて、Sroundの画素平均レベルとしたが、SroundにはSbrightが隣接している。SroundとSbrightをあわせたSround+brightによって、画素平均レベル値AVEround+brightを算出し、勾配SLを求めてもよい。この場合、計算式は、以下のようになる。
SL=|AVEbright − AVEround+bright|/W
つぎに、あらかじめ決めておいた、閾値THslopeを用いて、階調の勾配SLが
THslope以上であれば、入力画像は夜景画像であると判定し、THslope未満であれば、夜景画像ではないと判定する。
ここで、あらかじめ決めておいた、平均的・一般的な夕焼けの明度Lref、彩度Cref、色相角度Hrefと、比較して、平均明度Lsunset、平均彩度Csunset、平均色相角度Hsunsetを比較して、色差DIFFsunsetを求める。たとえば、色差DIFFsunsetは以下の算式を使用する。
b|Csunset − Cref|+
c|Hsunset − Href|
ここで、a、b、cは、明度、彩度、色相角度の内いずれを重視するかを決める重み係数である。
こうして、入力画像がローキーでかつ夕景であるか、もしくはローキーであるが夕景ではないか、を判別決定する。
図9は、外接画素処理部の処理フローである。
まず、ステップS10において、閾値より小さな階調レベルを有する外接画素の数を計数する変数Coutを0に初期化する。ステップS11において、外接画素Poutの階調レベルを採取する。ステップS12において、Poutの階調レベルが所定の閾値THdark1より小さいか否かを判断する。ステップS12の判断がNoの場合には、ステップS14に進む。ステップS12の判断がYesの場合には、ステップS13において、Coutを1だけ増加し、ステップS14に進む。ステップS14においては、全外接画素Poutについて、階調レベルを採取したか否かを判断する。ステップS14の判断がNoの場合には、ステップS11に戻り、他の外接画素Poutの階調レベルを取得して、以下の処理を行う。ステップS14の判断がYesの場合には、ステップS15において、Coutを出力して処理を終了する。
図10(b)のフローチャートでは、閾値THdark1を画像ごとにダイナミックに設定するための処理を示している。閾値THdark1の決め方は、図10(a)のような画素の階調レベルの発生累積度数を表すヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づいて閾値THdark1を決定するというものである。
ステップS30において、低階調レベルの画素数をカウントする変数であるCdarkを0に初期化する。ステップS31において、画像画素の階調レベル値Pixを採取する。ステップS32において、採取された階調レベル値Pixが、閾値THdark2より小さいか否かを判断する。この閾値THdark2は、予め決めておくか、図10と同じ方法で決定しておく。ステップS32の判断がNoの場合には、ステップS34に進む。ステップS32の判断がYesの場合には、ステップS33において、Cdarkを1だけ増加する。そして、ステップS34において、全画素のPixについて採取・処理したか否かを判断する。ステップS34の判断がNoの場合には、ステップS31に戻る。ステップS34の判断がYesの場合には、ステップS35において、画像の全画素数Callを用いて、Cdark/Callを計算し、Rdarkとする。ステップS36において、Rdarkを出力し、処理を終了する。
まず、ステップS40において、外接画素をラベリングする配列Sregを初期化し、外接画素Poutをスタート画素Pnextに設定する。Sregは外接画素の数だけ設ける。ステップS41において、スタート画素Pnextとスタート画素Pnextに接する隣接画素Pcloseを採取する。ステップS42において、Pnextの階調レベルとPcloseの階調レベルの差の絶対値が予め決められた閾値DIFFegより小さいか否かを判断する。ステップS42の判断がYesの場合には、PcloseとPnextは同一領域に属すると判断し、PcloseをSreg[Pnext]に登録する。ステップS44では、同一エリアとして判断されたPcloseを新たにスタート画素Pnextとして設定して、ステップS41に戻る。ステップS42の判断がNoの場合には、ステップS45において、すべての外接画素Poutについて領域拡張処理を施したか否かを判断する。ステップS45の判断がNoの場合には、ステップS41に戻って、処理を繰り返す。ステップS45の判断がYesの場合には、ステップS46において、各スタート画素について、Sreg内の階調レベルの標準偏差STDEVregを計算し、ステップS47で、これを出力して、処理を終了する。
ステップS50において、上記で計算されたCout、Rdark、STDEVregを入力し、ステップS51において、CoutがTHjudge1以上であり、かつ、RdarkがTHjudge2以上であり、かつ、STDEVregがTHjudge3以下であるか否かを判断する。ここで、閾値THjudge1、THjudge2、THjudge3は、予め決めておく。ステップS51の判断がYesの場合には、ステップS52において、画像はローキー画像であると判定し、結果を出力する。ステップS51の判断がNoの場合には、画像はアンダー画像であると判定し、結果を出力する。
ステップS55において、画像内の明るい画素を登録する配列Sbrightを全画素数分用意し、0に初期化する。ステップS56において、画素Pnightの階調レベルを採取する。ステップS57において、画素Pnightの階調レベルがTHbrightより大きいか否かを判断する。THbrightは、予め決めておいても良いし、図10と同じ方法によって画像ごとに決定しても良い。ステップS57の判断がNoの場合には、ステップS59に進む。ステップS57の判断がYesの場合には、ステップS58において、Pnightは、明るい画素であると判別し、Sbrightに登録する。ステップS59において、全画素について階調レベルを採取し、処理したか否かを判断する。ステップS59の判断がNoの場合には、ステップS56に戻って処理を繰り返す。ステップS59の判断がYesの場合には、ステップS60に進む。
勾配SL=|AVEbright−AVEround|/W
ここで、Wは、近傍画素を採取する際に用いたウィンドウの幅である。近傍画素を採取する際に、ウィンドウを使った方法ではなく、領域拡張処理を使った場合には、Wは1である。
ステップS70において、夕景画像の判定に使う画素の登録に使う配列Ssunsetを全画素数分用意し、0に初期化する。ステップS71において、画像の画素をPsunsetとして採取し、ステップS72において、画素Psunsetの階調レベルが予め定められるTHsunsetより大きいか否かを判断する。ステップS72の判断がNoの場合には、ステップS74に進む。ステップS72の判断がYesの場合には、ステップS73において、当該画素Psunsetは、明るい画素であると判断し、Ssunsetに登録する。ステップS74においては、画像の全画素を採取し、処理したか否かを判断する。ステップS74の判断がNoの場合には、ステップS71に戻る。ステップS74の判断がYesの場合には、ステップS75において、Ssunsetに登録されている明るい画素すべてについて平均明度Lsunsetを算出する。ステップS76において、Ssunsetの明るい画素について、平均彩度Csunsetを算出する。ステップS77において、Ssunsetの明るい画素について、平均色相Hsunsetを算出する。ステップS78において、以下の式により、色差DIFFsunsetを計算する。
DIFFsunset=a|Lsunset−Lref|+b|Csunset−Cref|+c|Hsunset−Href|
ここで、a、b、cは、上記式の内、その項を重視するかを決定する重み係数であり、Lrefは、平均明度の基準値、Crefは、平均彩度の基準値、Hrefは、平均色相の基準値である。各基準値は、典型的な夕景画像を用いて予め算出し、設定しておくべきものである。
Claims (10)
- 画像全体が暗い調子の画像の階調が適切か否かを判別する画像判別装置において、
画像が表示される領域である画像矩形に外接する画素の内、階調レベルが所定の第1の閾値より小さい画素の数を計数する計数手段と、
該計数した結果の画素数が所定の第2の閾値以上の場合に、該画像が暗い調子でも階調は適切な画像であると判別し、該計数した結果の画素数が該所定の第2の閾値より少ない場合に、該画像が暗い調子で階調が不適切である画像と判別する判別手段と、
を備えることを特徴とする画像判別装置。 - 前記計数手段が計数した画素数と前記画像矩形に外接する全画素の数との比を計算する比計算手段を更に備え、
前記判別手段は、該比が所定の第3の閾値以上の場合に、前記画像が暗い調子でも階調は適切な画像であると判別することを特徴とする請求項1に記載の画像判別装置。 - 前記階調レベルが所定の第1の閾値より小さい画素と階調レベルが似かよった画像矩形に外接する画素を抽出する周囲画素抽出手段と、
得られた画像矩形の領域の内部について画素間の階調変化を計算する階調変化計算手段とを更に備え、
前記判別手段は、該階調変化が所定の第4の閾値以下の場合に、前記画像が暗い調子でも階調は適切な画像であると判別することを特徴とする請求項2に記載の画像判別装置。 - 前記階調レベルが所定値より大きい画素領域と該階調レベルが所定値より大きい画素領域の画像矩形に外接する画素領域の階調レベルの変化勾配を計算する階調レベル変化勾配計算手段を更に備え、
該階調レベルの変化勾配が所定の第5の閾値以上の場合に、前記画像が暗い調子でも階調は適切な夜景画像であると判別することを特徴とする請求項3に記載の画像判別装置。 - 前記階調レベルが所定値より大きい画素領域内部の平均の明度、彩度、色相のうちの少なくとも一つを、典型的な夕焼け画像の明度、彩度、色相のうちの、対応する少なくとも一つと比較する比較手段を更に備え、
該比較の結果、両者が似ていると判断された場合に、前記画像が暗い調子でも階調は適切な夕焼け画像であると判別することを特徴とする請求項4に記載の画像判別装置。 - 前記階調レベルは、明度の階調レベルであることを特徴とする請求項1に記載の画像判別装置。
- 前記階調レベルは、明度、彩度、色相のそれぞれの階調レベルであることを特徴とする請求項1に記載の画像判別装置。
- 前記階調レベルは、画素値がRGB値で表されている場合、R値、G値、B値のそれぞれの階調レベルであることを特徴とする請求項1に記載の画像判別装置。
- 画像全体が暗い調子の画像の階調が適切か否かを判別する画像判別方法において、
画像が表示される領域である画像矩形に外接する画素の内、階調レベルが所定の第1の閾値より小さい画素の数を計数し、
該計数した結果の画素数が所定の第2の閾値以上の場合に、該画像が暗い調子でも階調は適切な画像であると判別し、該計数した結果の画素数が該所定の第2の閾値より少ない場合に、該画像が暗い調子で階調が不適切である画像と判別する、
ことを特徴とする画像判別方法。 - 画像全体が暗い調子の画像の階調が適切か否かを判別する画像判別方法をコンピュータに実現させるプログラムにおいて、
画像が表示される領域である画像矩形に外接する画素の内、階調レベルが所定の第1の閾値より小さい画素の数を計数し、
該計数した結果の画素数が所定の第2の閾値以上の場合に、該画像が暗い調子でも階調は適切な画像であると判別し、該計数した結果の画素数が該所定の第2の閾値より少ない場合に、該画像が暗い調子で階調が不適切である画像と判別する、
処理をコンピュータに実行させるプログラム。
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