JP4810473B2 - 画像処理装置および画像処理プログラム - Google Patents
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Description
この態様の具体例は、実施形態1〜3およびそれらの変形例に記載されている。
スペースバリアントな階調変換を行っているために、人間の見た目の印象に近い画像を生成することができる。そして、偽輪郭検出手段により検出された偽輪郭発生の程度に応じて制御手段が階調補正手段の階調補正特性を偽輪郭が目立たない特性へ補正し、階調補正手段によって補正された階調補正特性を用いて階調補正を行うようにしているために、偽輪郭が発生しているシーンでも偽輪郭が目立つことがない。
この態様の具体例は、実施形態1に記載されている。
偽輪郭発生の程度が大きい場合にハイライト部の階調変換特性を緩やかにするようにしたために、ハイライト部の偽輪郭をより目立ち難くすることができる。
この態様の具体例は、実施形態3に記載されている。
偽輪郭の発生が多い場合には、画像全体に共通に施す階調変換の特性をより偽輪郭が目立たない特性へ変化させるようにしたために、偽輪郭を目立たなくすることができる。
この態様の具体例は、実施形態2およびその変形例に記載されている。
偽輪郭の発生が多い場合には、画素毎の階調変換特性が、偽輪郭が目立たないように設定された全画素共通の階調変換特性に近づくように、合成比率の制御を行うようにしたために、偽輪郭を目立たなくすることができる。
この態様の具体例は、実施形態2の変形例に記載されている。
仮階調変換後に偽輪郭の発生程度を判定して、この判定結果に応じて本階調変換を制御するようにしたために、偽輪郭を目立たなくするための階調制御をより確実に行うことができる。
この態様の具体例は、実施形態1の第2の変形例および実施形態3に記載されている。
画像全体から偽輪郭の発生程度を評価するようにしたために、偽輪郭を目立たなくする効果をあまり損なうことなく、処理を簡単にすることができる。
この態様の具体例は、実施形態1〜2(実施形態1の第1の変形例および実施形態2の変形例も含む)に記載されている。
偽輪郭の発生程度を画素毎に評価するようにしたために、より高画質の画像を得ることが可能となる。
この態様の具体例は、実施形態1の第1の変形例および第2の変形例に記載されている。
カラー動画像のフレーム間またはフィールド間における階調変換特性が大きく異ならないようにしたために、動画の画質を向上することができる。
第1の態様と同様である。
図1から図13は本発明の実施形態1を示したものであり、図1は画像処理装置の構成を示すブロック図、図2は階調変換部の構成を示すブロック図、図3は階調変換部において擬輪郭検出およびヒストグラム算出に用いられる処理対象画素近傍の様子を示す図、図4はヒストグラム算出部により算出されるヒストグラムの例を示す線図、図5はヒストグラム算出部により算出されるトーンカーブの例を示す線図、図6はヒストグラム算出部により算出されたトーンカーブT(x)とトーンカーブ決定部に記憶されている偽輪郭が顕著にならないようなトーンカーブS(x)とを示す線図、図7はトーンカーブ決定部により算出されるトーンカーブT(x)とトーンカーブS(x)との最大値として得られるトーンカーブmax(S(x),T(x))を示す線図、図8はトーンカーブ決定部が用いるトーンカーブmax(S(x),T(x))とトーンカーブT(x)とを混合する際の重みW(x)を示す線図、図9はトーンカーブ決定部によりトーンカーブmax(S(x),T(x))とトーンカーブT(x)とを重みW(x)を用いて重み付けして算出されるトーンカーブT’(x)を示す線図、図10は偽輪郭検出部の第1の変形例の構成を示すブロック図、図11は偽輪郭検出部の第2の変形例の構成を示すブロック図、図12は画像処理プログラムによる処理全体の流れを示すフローチャート、図13は図12のステップS4における階調変換処理の詳細を示すフローチャートである。
[数1]
T’(x)=W(x)×max(S(x),T(x))+(1−W(x))×T(x)
ここに、max(a,b)はaとbとの内の小さくない方の値を返す関数であり、W(x)は入力画素値xに依存する重みを示している。
[数2]
T”(x)=F×T’(x)+(1−F)×T(x)
[数3]
Y_c” =T”(Y_c)
Cr_c”=Cr_c×Y_c”/Y_c
Cb_c”=Cb_c×Y_c”/Y_c
図14から図19は本発明の実施形態2を示したものであり、図14は階調変換部の構成を示すブロック図、図15は重み計算部により用いられる重みw(x)を示す線図、図16は色差計算部により用いられる関数scale(x)を示す線図、図17は階調変換部の変形例の構成を示すブロック図、図18は加重平均部により用いられる関数supress(x)を示す線図、図19は階調変換処理を示すフローチャートである。
[数4]
W=F×w(Y_c)
ここに、重み関数w(x)は、図15に示すように、入力画素値xが大きく(つまり明るく)なる程大きくなる特性の関数である。
[数5]
Y_c’=T(Y_c)
なお、この数式5に示す計算は、トーンカーブが異なる点を除いて、上述した実施形態1においてトーンカーブ適用部115が輝度に対して行う計算と同様である。
[数6]
Y_c''' =U(Y_c)
なお、この数式6に示す計算は、トーンカーブが異なる点を除いて、上記トーンカーブ適用部215が行う計算と同様である。そして、通常階調変換部216は、算出した輝度Y_c''' を加重平均部218へ出力する。
[数7]
Y_c”=(1−W)×Y_c’+W×Y_c'''
[数8]
Cr_c”=s×Cr_c
Cb_c”=s×Cb_c
s =scale(F)×Y_c”/Y_c
この数式8におけるscale(x)は、図16に示すように、偽輪郭指標Fが0のときに値1をとり、偽輪郭指標Fが大きくなるに従って単調に減少する関数である。
[数9]
Cr_c''' =Cr_c×Y_c''' /Y_c
Cb_c''' =Cb_c×Y_c''' /Y_c,
S''' =sqrt(Cr_c''' ^2+Cb_c''' ^2)
ここに、記号「^2」は2乗を表し、sqrtは平方根を表している。なお、これらの記号は、以下でも同様に用いることにする。
[数10]
Cr_c’=Cr_c×Y_c’/Y_c
Cb_c’=Cb_c×Y_c’/Y_c
S’ =sqrt(Cr_c’^2+Cb_c’^2)
[数11]
F’=F×supress(S’/S0)
ここに、S0はRGBの何れかが飽和しているような信号を階調変換した場合であっても、偽輪郭が目立たなくなるような限界の彩度であり、事前に実験の上設定されている。また、supress(x)は、xが1を超えるに従って値が単調に1に近づく関数であり、例えば図18に示すようなものである。このように計算された第二の偽輪郭指標F’は、画素値の飽和の程度から判定された偽輪郭指標Fが大きく、かつヒストグラム均等化後の彩度S’が偽輪郭が目立たない限界の彩度S0より高い場合ほど1に近くなる。
[数12]
S”=F’×S0+(1−F’)×S’
この計算の結果、彩度S”は、第二の偽輪郭指標F’が1に近い場合はS0に、0に近い場合はS’に、それぞれ近づく。そのために、画素値の飽和の程度から判定された偽輪郭指標Fが大きく、かつヒストグラム均等化後の彩度S’が高い場合には彩度S”はS0に近くなり、偽輪郭の目立ちが防止される。
[数13]
W=(S”−S’)/(S''' −S’)
[数14]
Y_c” =W×Y_c''' +(1−W)×Y_c’
Cr_c”=W×Cr_c''' +(1−W)×Cr_c’
Cb_c”=W×Cb_c''' +(1−W)×Cb_c’
図20から図33は本発明の実施形態3を示したものであり、図20は階調変換部の構成を示すブロック図、図21はプリ階調変換部により用いられる階調変換特性V1(x)およびV2(x)を示す線図、図22はヒストグラム算出部により用いられる階調変換特性H1(x)およびH2(x)を示す線図、図23は階調変換処理を示すフローチャートである。
[数15]
R_c’=V1(R_c)×F+V2(R_c)×(1−F)
G_c’=V1(G_c)×F+V2(G_c)×(1−F)
B_c’=V1(B_c)×F+V2(B_c)×(1−F)
[数16]
Y_j’=H1(Y_j)×(1−F)+H2(Y_j)×F
[数17]
Y_c” =T(Y_c’)
Cr_c”=Cr_c’×Y_c”/Y_c’
Cb_c”=Cb_c’×Y_c”/Y_c’
101…プロセッサ
102…同時化部
103…色変換部
104…階調変換部
105…帯域強調部
106…記録部
107…制御部
111…内部バッファ
112…偽輪郭検出部(偽輪郭検出手段)
113…ヒストグラム算出部(階調補正手段)
114…トーンカーブ決定部(階調補正手段、制御手段)
115…トーンカーブ適用部(階調補正手段)
116…偽輪郭検出部(偽輪郭検出手段)
117…偽輪郭指標算出部
118…偽輪郭指標バッファ
119…偽輪郭検出部(偽輪郭検出手段)
120…偽輪郭指標算出部(偽輪郭検出手段)
121…偽輪郭指標バッファ
204…階調変換部
215…トーンカーブ適用部(階調補正手段、仮階調補正手段)
216…通常階調変換部(画像全体に共通の階調変換を施す手段、仮階調補正手段)
217…重み計算部(制御手段)
218…加重平均部(階調補正手段、制御手段、所定の合成比率で合成する手段)
219…色差計算部
220…加重平均部(階調補正手段、偽輪郭検出出手段、制御手段、所定の合成比率で合成する手段、本階調補正手段)
304…階調変換部
310…プリ階調変換部(制御手段、画像全体に共通の階調変換を施す手段)
311…内部バッファ
312…偽輪郭検出部(偽輪郭検出手段)
313…ヒストグラム算出部(階調補正手段、制御手段)
315…トーンカーブ適用部(階調補正手段)
Claims (10)
- 複数色の色信号により構成されるカラー画像を処理するための画像処理装置であって、
上記カラー画像に対して、画素位置に応じて異なる階調補正を施す階調補正手段と、
上記カラー画像に対して、色信号間における信号の飽和状態の差に基づき偽輪郭の発生程度を算出する偽輪郭検出手段と、
上記偽輪郭検出手段により算出された上記偽輪郭の発生程度が高いほど、明部ほど階調変換特性を緩やかにするように上記階調補正の特性を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする画像処理装置。 - 上記階調補正手段は、
予め記憶している明部をより明るくする特性の第1の階調変換特性と、予め記憶している明部をより暗くする特性の第2の階調変換特性と、を用いて上記カラー画像の各画素の第1の階調変換を施すとともに、上記第1の階調変換が施された上記カラー画像の累積ヒストグラムを用いて第3の階調変換特性を算出するヒストグラム算出部と、
上記ヒストグラム算出部で算出された上記第3の階調変換特性を用いて上記第1の階調変換が施されていない上記カラー画像に第2の階調変換を施すトーンカーブ適用部と、
を具備し、
上記制御手段は、上記偽輪郭検出手段により算出された上記偽輪郭の発生頻度が高いほど、上記第1の階調変換特性よりも上記第2の階調変換特性の適用比率が高くなるよう制御することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 上記カラー画像の画像全体に共通の階調変換を施す手段を更に具備し、
上記階調補正手段は、上記カラー画像の画像全体に共通の階調変換を施す手段により階調変換された上記カラー画像に対して、上記階調補正を施し、
上記制御手段は、上記偽輪郭検出手段により算出された上記偽輪郭の発生頻度が高いほど、明部における階調がより圧縮されるように、上記カラー画像の画像全体に共通の階調変換を施す手段が行う階調変化の特性を変更するものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記階調補正手段は、
上記カラー画像の累積ヒストグラムを算出し、上記累積ヒストグラムを用いて第4の階調変換特性を作成するヒストグラム算出部と、
上記ヒストグラム算出部で作成された上記第4の階調変換特性と、予め記憶している明部における階調変化が緩やかな第5の階調変換特性と、を用いて上記カラー画像の第6の階調変換特性を算出するとともに、上記第4の階調変換特性と上記第6の階調変換特性とを用いて第7の階調変換特性を算出するトーンカーブ決定部と、
上記トーンカーブ決定部で決定された上記第7の階調変換特性を用いて、上記カラー画像に階調変換を施すトーンカーブ適用部と、
を具備し、
上記制御手段は、上記カラー画像の画素値が大きいほど、上記第4の階調変換特性と上記第5の階調変換特性とのうち、より緩やかな階調変換特性の適用比率が高くなるよう上記第6の階調変換特性を算出するとともに、上記偽輪郭検出手段により算出された上記偽輪郭の発生頻度が高いほど、上記第4の階調変換特性よりも上記第6の階調変換特性の適用比率が高くなるよう上記第7の階調変換特性を算出することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記階調補正手段は、明部における階調変化が緩やかとなるように設定された階調変換補正曲線により、上記カラー画像の画像全体に共通の階調変換を施す手段と、上記カラー画像の累積ヒストグラムに基づいて生成された階調変換曲線により階調変換が施された上記カラー画像と上記共通の階調変換を施す手段により階調変換が施された上記カラー画像とを所定の合成比率で合成する手段と、を有して構成されたものであり、
上記制御手段は、上記偽輪郭検出手段により算出された上記偽輪郭の発生頻度が高いほど、上記共通の階調変換を施す手段により階調変換が施された上記カラー画像の上記合成比率を高くすることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記階調補正手段は、仮の階調補正を施す仮階調補正手段と、最終的な階調補正を施す本階調補正手段と、を有して構成されたものであり、
上記制御手段は、上記仮階調補正手段による処理結果と上記偽輪郭検出手段により算出された上記偽輪郭の発生頻度に基づいて、偽輪郭の発生程度を新たに算出するとともに、新たに算出された上記偽輪郭の発生程度が高いほど、上記本階調補正手段で使用する階調補正曲線の明部における変化がより緩やかになるように上記本階調補正の特性を制御するものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記偽輪郭検出手段は、上記カラー画像を構成する各画素について偽輪郭であるか否かを判定し、偽輪郭であると判定された画素の総数と上記カラー画像を構成する全画素数との比に基づいて、上記偽輪郭の発生程度を表す偽輪郭指標を算出するものであることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の画像処理装置。
- 上記偽輪郭検出手段は、画素毎に所定の近傍領域を設定し、上記近傍領域内の各画素について偽輪郭であるか否かを判定し、該近傍領域内において偽輪郭であると判定された画素の総数と該近傍領域内の全画素数との比に基づいて、各画素における上記偽輪郭の発生程度を表す偽輪郭指標を算出するものであることを特徴とする請求項1、請求項4から請求項6の何れか一項に記載の画像処理装置。
- 上記カラー画像は、複数フレームまたは複数フィールドにより構成されるカラー動画像であって、
上記偽輪郭検出手段は、上記カラー動画像を処理する際に、各フレーム毎または各フィールド毎に算出した偽輪郭の発生程度を表す偽輪郭指標をフレーム間またはフィールド間で平滑化することにより各フレームまたは各フィールドにおける偽輪郭の発生程度を算出するものであることを特徴とする請求項1、請求項4から請求項6の何れか一項に記載の画像処理装置。 - 複数色の色信号により構成されるカラー画像をコンピュータに処理させるための画像処理プログラムであって、コンピュータに、
上記カラー画像に対して、画素位置に応じて異なる階調補正を施す階調補正ステップと、
上記カラー画像に対して、色信号間における信号の飽和状態の差に基づき偽輪郭の発生程度を算出する偽輪郭指標算出ステップと、
上記偽輪郭指標算出ステップにより算出された上記偽輪郭の発生程度が高いほど、明部の階調変換特性を緩やかにするように上記階調補正の特性を制御する制御ステップと、
を行わせるための画像処理プログラム。
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