JP4775230B2 - 画像処理装置、撮像装置、及び画像処理プログラム - Google Patents
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Description
特許文献1には、その輪郭を目立たなくする信号処理技術が開示されている。この技術は、飽和レベルに近い信号へ意図的にランダムノイズを加算するものである。これによって、ハイライト部の周辺にディザ効果(ざらつき感)を与え、その輪郭を曖昧にすることができる。
そこで本発明は、ハイライト部周辺のディザ効果を簡単かつ確実に得ることのできる画像処理装置及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。また、本発明は、ハイライト表現に優れた撮像装置を提供することを目的とする。
また、本発明の画像処理装置は、被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手段と、前記入力手段が入力した前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手段と、前記平均化手段による処理が施された後の前記画素信号群のうち、少なくとも飽和レベル近傍の互いに連続した信号値を不連続な信号値へと不整化する不整化手段とを備え、前記不整化手段による処理は、ルックアップテーブルを使用した階調変換処理であり、前記ルックアップテーブルの内容は、前記不整化の処理のルックアップテーブルとそれ以外の階調補正処理のルックアップテーブルとにより作成されたことを特徴とする。
また、本発明の画像処理装置は、被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手段と、前記入力手段が入力した前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手段と、前記平均化手段による処理が施された後の前記画素信号群の各信号レベルを、レベル毎に予め決められた変化量で変化させることにより、飽和レベル近傍の互いに連続したレベルの信号群を不連続なレベルの信号群へと不整化する不整化手段とを備えたことを特徴とする。
また、前記不整化手段による処理は、ルックアップテーブルを使用した階調変換処理であることが望ましい。
また、前記ルックアップテーブルの内容は、前記不整化の幅が不整化前の前記信号値の大きさに依存するように設定されることが望ましい。
また、前記不整化手段は、前記不整化の幅の異なる複数種類の前記ルックアップテーブルを有し、かつ、前記画素信号群のうち飽和レベルとなった画素信号の数に応じてそれらのルックアップテーブルを切り替え使用することが望ましい。
また、本発明の撮像装置は、被写界の画像を示す画素信号群を取得する撮像素子と、本発明の何れかの画像処理装置とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の画像処理プログラムは、画像処理装置が実行可能な画像処理プログラムであって、被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手順と、前記入力手順で入力された前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手順と、前記平均化手順における処理が施された後の前記画素信号群のうち、少なくとも飽和レベル近傍の互いに連続した信号値を不連続な信号値へと不整化する不整化手順とを含み、前記不整化手順による処理は、ルックアップテーブルを使用した階調変換処理であり、前記ルックアップテーブルの内容は、前記不整化の処理のルックアップテーブルとそれ以外の階調補正処理のルックアップテーブルとにより作成されたことを特徴とする。
また、本発明の画像処理プログラムは、画像処理装置が実行可能な画像処理プログラムであって、被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手順と、前記入力手順で入力された前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手順と、前記平均化手順における処理が施された後の前記画素信号群の各信号レベルを、レベル毎に予め決められた変化量で変化させることにより、飽和レベル近傍の互いに連続したレベルの信号群を不連続なレベルの信号群へと不整化する不整化手順とを含むことを特徴とする。
また、前記不整化手順における処理は、ルックアップテーブルを使用した階調変換処理であることが望ましい。
以下、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態は、ディジタルスチルカメラシステムの実施形態である。
先ず、本システムの構成を説明する。
図1は、本システムの機能ブロック図である。図1に示すとおり、本システムは、ディジタルスチルカメラ本体100と、ディジタルスチルカメラ本体100に装着された撮影レンズ200とからなる。
ユーザは、操作釦11を操作して本システムのモードを撮影モードや設定モードなどの各種のモードの間で切り替えることができる。また、ユーザは、本システムが撮影モードにあるとき、操作釦11を操作してレリーズ指示(撮影指示)を本システムへ入力することができる。また、ユーザは、本システムが設定モードにあるとき、操作釦11を操作して階調補正の強度として「強」「中」「弱」の何れかを本システムへ指定することができる。
ユーザからレリーズ指示が入力されると、CPU24はクイックリターンミラー12、シャッタ13、カラー撮像素子14、アンプ15、A/D変換器16、信号処理回路17の駆動を開始する。このときにカラー撮像素子14から読み出される画素信号は、アンプ15、A/D変換器16、信号処理回路17を順に経由し、フレームメモリ18へ格納される。1フレーム分の画素信号がフレームメモリ18に蓄積されると、1回の撮影が完了である。以下、1フレーム分の画素信号の全体を「画像」と称し、個々の画素信号を「画素」と称す。
図2は、画像処理部21の機能ブロック図である。図2において、各ブロックの配置は各ブロックによる処理の実行順序を示しており、左側が上流側、右側が下流側である。
図2に示すとおり、画像処理部21には、画像の各色成分(R色,G色,B色)の強度バランスを調節するホワイトバランス処理部21−1、画像の各色成分の不足画素を周辺画素で補間する画素補間処理部21−2、画像中で突出した画素の輝度レベルを周辺画素の輝度レベルに近づけるノイズリダクション部21−3、画像中の各画素の輝度レベルを階調変換テーブルで変換する階調変換処理部21−4、画像中の各画素の色を色変換マトリクスで変換する色変換処理部21−5、画像の表色系(R,G,B)を他の表色系(Y,Cb,Cr)へと座標変換する色座標変換部21−6、画像中の絵柄のエッジをエッジフィルタで強調するエッジ強調処理部21−7などが備えられる。
但し、画素補間処理部21−2の処理、及びノイズリダクション部21−3の処理には、画像を空間方向に平均化する効果(ローパス効果)があり、階調変換処理部21−4のノイズ付加機能、及びエッジ強調処理部21−7の処理には、その反対の効果(ハイパス効果)があるので、両者の効果を存分に発揮させるためには、ハイパス効果のあるブロック(階調変換処理部21−4又はエッジ強調処理部21−7)を、ローパス効果のあるブロック(画素補間処理部21−2又はノイズリダクション部21−3)より後段に配置する必要がある。
ROM24Aには、CPU24が階調変換テーブルを作成するための基礎情報として、図3に示すような複数種類の補正テーブルTL,TM,THと、図4に示すような複数種類の不整化テーブルTNL,TNM,TNHとが予め格納される。
図3に示すとおり、補正テーブルTL,TM,THの相違は、階調補正の強度にあり、それぞれ「弱」,「中」,「強」である。図4に示すとおり、不整化テーブルTNH,TNM,TNLの相違は、不整化の強度であり、それぞれ「強」,「中」,「弱」である。なお、図4では、分かりやすくするために、入力レベルの刻みを実際よりも粗く描いた。
図5は、不整化テーブルTNHの特性を説明する図である。図5でも、入力レベルの刻みを実際よりも粗く描いた。図5に示すとおり、不整化テーブルTNHの特性は、入力された画素のうち、その輝度レベルが飽和レベル近傍の範囲Aに属するものに対し、輝度レベルのバラツキを与えるよう設定されている。このように、連続した輝度レベルを不連続な輝度レベルへと変換することを本明細書では「不整化」と称している。
次に、撮影モードにおけるCPU24の動作の流れを詳しく説明する。
図7は、撮影モードにおけるCPU24の動作フローチャートである。図7に示すとおり、ユーザからレリーズ指示が入力されると(ステップS11YES)、CPU24は各部を駆動して撮影を行う(ステップS12)。各部の駆動方法は前述したとおりである。
また、CPU24は、ユーザの指定した強度が「強」でなかった場合(ステップS14NO)は、ユーザの指定した階調補正の強度が「中」であるか否かを判別し(ステップS15)、「中」であった場合(ステップS15YES)は、図3に示した補正テーブルTL,TM,THの中から補正強度が中程度の補正テーブルTMを選択する。
さらに、CPU24は、ステップS13で算出した飽和度が5%以上であるか否かを判別し(ステップ19)、5%以上であった場合(ステップS19YES)は、不整化の必要性が極めて高いので、図4に示した不整化テーブルTNL,TNM,TNHの中から不整化の強度が強い不整化テーブルTNHを選択する(ステップS113)。
その後、CPU24は、選択した補正テーブルと選択した不整化テーブルとを合成し、1つの階調変換テーブルを作成する。但し、合成後の出力レベルが飽和レベルを超過する場合は、その出力レベルを飽和レベルにクリップする。また、不整化テーブルを選択しなかった場合は、合成を行わずに選択された補正テーブルをそのまま階調変換テーブルとする(ステップS117)。
次に、本システムの効果を説明する。
本システムのCPU24は、階調変換処理部21−4(図2参照)が使用する階調変換テーブルに、不整化テーブル(図4参照)の内容を反映させる。したがって、ディジタルスチルカメラ100内の回路を複雑にすることなく、画像のハイライト部の周辺にディザ効果を得ることができる。
ここで、本システムでは、ディザ効果を得るために階調変換テーブを使用するので、同じ輝度レベルの画素は同じ輝度レベルに変換される。また、一般に被写界の画像には、空間的に近接した画素同士は輝度レベルも近接するという傾向がある。このため、本システムによると、階調変換後の画像上に同じ値のノイズが密集して発生する可能性もある。
また、本システムでは、階調変換処理部21−4に不整化機能と階調補正機能との双方を持たせるので、画像処理が効率的に行われる。
また、本システムでは、不整化テーブルTNH,TNM,TNLを画像の飽和度に応じて使い分けるので(図7ステップS19,S111,S112,S113,114,115)、不整化の強度が常に必要十分な高さに設定される。
なお、本システムでは、階調補正の強度の可変ステップ数が3であり、不整化の強度の可変ステップ数が4であったが、それらのステップ数は何れも変更可能である。例えば、本システムにおいて、階調補正の強度を「強」、「中」、「弱」、「ゼロ」の4ステップとすれば、階調変換特性の変更の自由度は16種類に増える。
また、本システムのCPU24は、画像の飽和度を画像から直接的に算出したが、測光センサ27(図1参照)の出力信号が示すBV値から推測してもよい。また、その推測では、本システムに設定された撮影条件(露出補正量など)が考慮されることが望ましい。
以下、本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態も、ディジタルカメラシステムの実施形態である。ここでは、第1実施形態との相違点のみ説明する。
本システムのユーザは、設定モードにあるとき、撮影感度(ISO感度)として「1600」,「800」,「400」,「200」,「100」などの数値を本システムへ指定することができる。本システムのCPU24は、ユーザの指定したISO感度を認識し、それに応じてアンプ15のゲインを設定する(指定された数値が大きいほどゲインを高くする。)。
図8は、設定モードにおけるCPU24の階調変換テーブルの作成・設定に関する動作フローチャートである。図8において図7に示したステップと同じものには同じ符号を付した。
さらに、CPU24は、ユーザによって指定されたISO感度が200以下であるか否かを判別し(ステップ29)、200以下であった場合(ステップS29YES)は、図4に示した不整化テーブルTNL,TNM,TNHの中から不整化の強度が高い不整化テーブルTNHを選択する(ステップS113)。
また、CPU24は、ISO感度が400より大きかった場合(ステップS211NO)は、ISO感度が800以下であるか否かを判別し(ステップS212)、800以下であった場合(ステップS212YES)は、図4に示した不整化テーブルTNL,TNM,TNHの中から不整化の強度が低い不整化テーブルTNLを選択する(ステップS115)。
その後、CPU24は、選択した補正テーブルと不整化テーブルとを合成し、1つの階調変換テーブルを作成すると(ステップS117)、それを階調変換処理部21−4へ設定する(ステップS118)。これらのステップS117,S118の詳細は、第1実施形態で説明したとおりである。
したがって、本システムでは、不整化の強度が、画像に含まれるノイズ量に応じて常に適切に設定される。
なお、第1実施形態のシステムでは、不整化の強度を画像の飽和度に連動させ、第2実施形態のシステムでは、不整化の強度をISO感度に連動させたが、不整化の強度をシステムの他の可変パラメータに連動させてもよい。
例えば、画像の彩度補正の強度が可変であるシステムにおいては、その彩度補正の強度に不整化の強度を連動させてもよい。その場合、彩度補正の強度が低いほど不整化の強度を高くすることが望ましい。因みに、彩度補正の強度の変更は、色変換処理部21−5(図2参照)の特性(色変換マトリクス)の変更によって行われる。
また、上述したシステムでは、不整化の強度を1つの可変パラメータのみに連動させたが、2以上の可変パラメータに不整化の強度を連動させてもよい。因みに、各種の可変パラメータと不整化の強度との関係をまとめると、図9に示すとおりになる。
例えば、色座標変換部21−6とエッジ強調処理部21−7との間に、彩度信号(Cb,Cr)の各々へ階調変換処理を施すブロックを挿入し、その階調変換処理に使用される階調変換テーブルの内容に、不整化テーブル(図4)と同等の内容を反映させてもよい。
また、上述したシステムの画像処理に関する機能の一部又は全部は、撮像装置に限らず、画像を取り込むことが可能な各種の装置、例えば、画像ストレージャ、プリンタなどへ搭載することも可能である。また、その画像処理の一部又は全部をコンピュータで実行することも可能である。
Claims (14)
- 被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手段と、
前記入力手段が入力した前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手段と、
前記平均化手段による処理が施された後の前記画素信号群のうち、少なくとも飽和レベル近傍の互いに連続した信号値を不連続な信号値へと不整化する不整化手段とを備え、
前記不整化手段による処理は、
ルックアップテーブルを使用した階調変換処理であり、
前記ルックアップテーブルの内容は、
前記不整化の処理とそれ以外の階調補正処理とが前記画素信号群へ同時に施されるように設定される
ことを特徴とする画像処理装置。 - 被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手段と、
前記入力手段が入力した前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手段と、
前記平均化手段による処理が施された後の前記画素信号群のうち、少なくとも飽和レベル近傍の互いに連続した信号値を不連続な信号値へと不整化する不整化手段とを備え、
前記不整化手段による処理は、
ルックアップテーブルを使用した階調変換処理であり、
前記ルックアップテーブルの内容は、
前記不整化の処理のルックアップテーブルとそれ以外の階調補正処理のルックアップテーブルとにより作成された
ことを特徴とする画像処理装置。 - 被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手段と、
前記入力手段が入力した前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手段と、
前記平均化手段による処理が施された後の前記画素信号群の各信号レベルを、レベル毎に予め決められた変化量で変化させることにより、飽和レベル近傍の互いに連続したレベルの信号群を不連続なレベルの信号群へと不整化する不整化手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項3に記載の画像処理装置において、
前記不整化手段による処理は、
ルックアップテーブルを使用した階調変換処理である
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1、請求項2、請求項4の何れか一項に記載の画像処理装置において、
前記ルックアップテーブルの内容は、
前記不整化の幅が不整化前の前記信号値の大きさに依存するように設定される
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1、請求項2、請求項4、請求項5の何れか一項に記載の画像処理装置において、
前記不整化手段は、
前記不整化の幅の異なる複数種類の前記ルックアップテーブルを有し、かつ、前記画素信号群のうち飽和レベルとなった画素信号の数に応じてそれらのルックアップテーブルを切り替え使用する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1、請求項2、請求項4、請求項5、請求項6の何れか一項に記載の画像処理装置において、
前記不整化手段は、
前記不整化の幅の異なる複数種類の前記ルックアップテーブルを有し、かつ、前記不整化手段以外の手段が前記画素信号群に施すべき1又は複数の処理の内容に応じてそれらのルックアップテーブルを切り替え使用する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の画像処理装置において、
前記不整化手段による処理が施された後の前記画素信号群に対し輝度方向にかけて情報圧縮効果のある処理を施す情報圧縮手段を更に備えた
ことを特徴とする画像処理装置。 - 被写界の画像を示す画素信号群を取得する撮像素子と、
請求項1〜請求項8の何れか一項に記載の画像処理装置と
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 画像処理装置が実行可能な画像処理プログラムであって、
被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手順と、
前記入力手順で入力された前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手順と、
前記平均化手順における処理が施された後の前記画素信号群のうち、少なくとも飽和レベル近傍の互いに連続した信号値を不連続な信号値へと不整化する不整化手順とを含み、
前記不整化手順による処理は、
ルックアップテーブルを使用した階調変換処理であり、
前記ルックアップテーブルの内容は、
前記不整化の処理とそれ以外の階調補正処理とが前記画素信号群へ同時に施されるように設定される
ことを特徴とする画像処理プログラム。 - 画像処理装置が実行可能な画像処理プログラムであって、
被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手順と、
前記入力手順で入力された前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手順と、
前記平均化手順における処理が施された後の前記画素信号群のうち、少なくとも飽和レベル近傍の互いに連続した信号値を不連続な信号値へと不整化する不整化手順とを含み、
前記不整化手順による処理は、
ルックアップテーブルを使用した階調変換処理であり、
前記ルックアップテーブルの内容は、
前記不整化の処理のルックアップテーブルとそれ以外の階調補正処理のルックアップテーブルとにより作成された
ことを特徴とする画像処理プログラム。 - 画像処理装置が実行可能な画像処理プログラムであって、
被写界の画像を示す画素信号群を入力する入力手順と、
前記入力手順で入力された前記画素信号群の間に平均化効果のある処理を施す平均化手順と、
前記平均化手順における処理が施された後の前記画素信号群の各信号レベルを、レベル毎に予め決められた変化量で変化させることにより、飽和レベル近傍の互いに連続したレベルの信号群を不連続なレベルの信号群へと不整化する不整化手順と
を含むことを特徴とする画像処理プログラム。 - 請求項12に記載の画像処理プログラムにおいて、
前記不整化手順における処理は、
ルックアップテーブルを使用した階調変換処理である
ことを特徴とする画像処理プログラム。 - 請求項10〜請求項13の何れか一項に記載の画像処理プログラムにおいて、
前記不整化手順における処理が施された後の前記画素信号群に対し輝度方向にかけて情報圧縮効果のある処理を施す情報圧縮手順を更に含む
ことを特徴とする画像処理プログラム。
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