JP5316625B2 - 画像合成装置、及びプログラム - Google Patents
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Description
このような画像処理の一種として、ハイダイナミックレンジ合成が知られている(特許文献1参照)。ハイダイナミックレンジ合成とは、それぞれ露出値を異ならせた略同一画角の複数の画像のデータを画素加算合成することで、幅広いダイナミックレンジを表現する画像のデータを生成する画像処理をいう。
なお、以下、特段の説明が無い場合、このような合成処理を加えた画像を、「ハイダイナミックレンジ合成画像(High Dinamic Range合成画像)」、又は、「HDR合成画像」と呼ぶ。
露光時間を変えて順次撮像された複数の画像データのうちの何れかの画像データにおける、特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を取得する情報取得手段と、
この情報取得手段によって取得された数値を調整し、調整された前記数値に基づき、前記複数の画像データを画素加算する際の合成比率を設定する調整手段と、
前記設定された合成比率に基づいて、前記複数の画像データの加算の度合いを変えて、前記複数の画像データを画素加算することにより、ダイナミックレンジを拡大させた合成画像データを生成する合成手段と、
を備えることを特徴とする。
画像合成装置1は、撮像装置として構成されている。具体的には、画像合成装置1は、撮像部11と、駆動制御部12と、CDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング回路)/ADC(Analog to Digital Converter;アナログ/デジタル変換器)13と、キー入力部14と、表示部15と、画像記録部16と、プログラムメモリ17と、RAM18と、制御部19と、画像処理部20と、ドライブ21と、を備えている。これらはバスラインを介して接続されている。
キー入力部14は、撮影者の記録指示を検出するためのシャッターキー31を備えている。
撮像部11は、シャッターキー31、制御部19、及び駆動制御部12を経由した撮影者の撮影指示を検出することで、露光条件(シャッタースピード、若しくは絞り値)を変えながら、露出アンダー、適正露出、露出オーバーを含む複数の画像(カラー画像)についてのアナログの信号(以下、「撮像信号」と呼ぶ)をCDS/ADC13に出力する。
撮像信号が撮像部11から出力されてCDS/ADC13に入力されると、CDSは撮像信号を保持し、ゲイン調整アンプは撮像信号を増幅し、A/D変換器は、増幅後の撮像信号をデジタルの信号(以下、「撮像画像」のデータと呼ぶ)に変換して出力する。
なお、ゲイン調整アンプの調整に関わる制御についても、駆動制御部12からの指示に基いて実行される。このため、露光条件(シャッタースピード、若しくは絞り値)を同じくして複数枚の撮像画像のデータが取得された場合でも、RGBのゲイン調整アンプや画像の色味を順次変えることによって、複数の条件の異なる撮像画像のデータが生成される。
表示部15は、後述の画像処理部20により画像合成処理が施された撮像画像を表示する。
画像記録部16は、後述の画像処理部20により画像合成処理が施され、さらにJPEG(Joint Photographic Experts Group)方式で圧縮符号化された撮像画像のデータを、画像ファイルの形態で記録する。
プログラムメモリ17は、制御部19や画像処理部20にて実行されるプログラムを記憶する。プログラムは、必要に応じて制御部19により、プログラムメモリ17により読み出される。
RAM18は、各種処理により発生する処理中のデータを一時的に保持する。制御部19は撮像装置全体の処理動作を制御する。
画像処理部20は、JPEG方式で圧縮符号化/復号伸長化処理や、本発明に係る画像合成処理等、各種画像処理を実行する。
ドライブ21によってリムーバブルメディア41から読み出されたプログラムは、必要に応じてプログラムメモリ17にインストールされる。
また、リムーバブルメディア41は、画像記録部16に記録されている撮像画像のデータ等の各種データも、画像記録部16と同様に記憶することができる。即ち、リムーバブルメディア41は、内蔵メモリとしての画像記録部16に対して提供するための、新たな画像のデータを記憶する画像提供媒体として機能する。
図2は、図1の画像合成装置1の機能的構成のうち、画像合成処理を実行するための機能的構成を示す機能ブロック図である。
本実施形態でいう画像合成処理とは、露出が各々異なる複数の撮像画像のデータを合成することで、合成YUV画像のデータを生成する処理をいう。
具体的には、画像合成処理において、撮像部11及びCDS/ADC13を経て、露光条件(シャッタースピード、絞り値、若しくは、ゲイン調整値)を変えながら連写されて取得された複数の撮像画像のデータが、YUV色空間で規定される輝度成分を示す輝度信号(Y)と、それ以外の成分、具体的には色差成分のうち青色の色差信号(Cb:“B−Y”、以下単に「U」と呼ぶ)と、同色差成分のうち赤色の色差信号(Cr:“R−Y”以下単に「V」と呼ぶ)とに分離された後、画素加算合成される。その結果、過度に色空間の各パラメータが調整されていても現実感を失わせないような合成YUV画像のデータが得られる、という効果を奏することが可能になる。
特に、画像合成処理では、単純に画像全体が一律にコントラストや彩度について強調されるように画素加算合成されるのではなく、自然界に存在する植物や生物に含まれる特定の色を有する領域については、画素単位で適応的に調整された輝度値を用いて、画素単位に比率を変更して画素加算合成される。その結果、上述の効果がより顕著なものとなり、かつ、より過度に色空間の各パラメータを調整しても、自然味のある撮像画像のデータが得られる。
ただし、図2は例示であり、画像処理部20の機能の少なくとも一部を制御部19に委譲してもよいし、逆に、制御部19の機能の少なくとも一部を画像処理部20に委譲してもよい。
ここで、適正な露出値とは、必ずしも撮像時の条件として適正な露出値であることを意味せず、露出値オーバー画像及び露出値アンダー画像の各々を撮像した時に用いた2つの露出値の間の中間的な露出値も含まれる。
なお、適正露出値画像、露出値オーバー画像、及び露出値アンダー画像の各データの共有元は、本実施形態では撮像部11及びCDS/ADC13であるが、特にこれに限定されず、リムーバブルメディア41であってもよいし、図1には図示しないが他の装置と通信可能な機能を有する画像合成装置1であれば、他の装置であってもよい。
このようにしてYUV/Y変換部51により適正露出値画像のデータからY成分のみが分離されて、当該YUV/Y変換部51から出力されたデータを、以下、「適正露出値Y画像のデータ」と呼ぶ。適正露出値Y画像のデータは、画像調整部54に供給される。
即ち、YUV/Y変換部51は、適正露出値YUV画像のデータから、輝度値に関する情報のみを適正露出値Y画像のデータとして抽出し、画像調整部54に供給する。
具体的には、YUV/HSV変換部52は、YUV画像データの形態の適正露出値画像のデータから、色相(H:Hue)、彩度(S:Saturtion/Chroma)及び明度(V:Brightness Lightness Value)の3つの成分を抽出し、これらの3つの成分を適正露出値HSV画像のデータとして出力する。
適正露出値HSV画像のデータは、情報取得部53に供給される。
このように、適正露出値HSV画像のデータに含まれる、特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を取得する場合には、図2に示すように、画像合成装置1の情報取得部53において、色領域判定部61と、色領域設定部62と、が機能する。
以下、色領域設定部62による色マップの作成の詳細について、図3及び図4を参照して説明する。
図4は、色領域設定部62により作成された色マップのうち、緑色に対応する色領域を示す色マップ(緑)の一例を示す図である。
最終色レベル=(色レベル(H)×色レベル(S)×色レベル(V))/(255×255)・・・(1)
本実施形態においては、色領域設定部62は、緑色について、各画素で色相に関する緑色レベル(H)と、彩度に関する緑色レベル(S)と、明度に関する緑色レベル(V)の3つの成分を抽出する。そして、色領域設定部62は、各画素において、式(1)に基づき、緑色についての最終色(緑)レベルを算出する。そして、色領域設定部62は、各画素で算出した緑色の最終色レベルに基づいて、当該緑色に対応する色領域を作成する。
図4においては、図3の緑色の葉101に対応する各画素の領域102が、緑色に対応する色領域として示されている。
後述の画像調整部54が色領域設定部62により作成された複数の色マップnを解析することにより、各色における輝度値を取得することができる。色領域設定部62は、色毎に作成した複数の色マップnの情報を画像調整部54に供給する。
具体的には、画像調整部54は、適正露出値Y画像のデータのうち緑色の色領域部分のデータ(輝度を示すピクセル値)に、緑色に対応する色マップのピクセル値を加算することで、当該色領域成分を調整する。
より具体的には、画像調整部54は、適正露出値Y画像のデータのうち緑色の色領域部分のデータ(輝度を示すピクセル値)を、1段階下げるように減算する。これにより、画像調整部54により得られた調整後Y画像のデータは、適正露出値Y画像のデータと比較して、緑色の領域が若干暗くなる。
具体的には、画像調整部54は、適正露出値Y画像のデータのうち暗くなるのを抑えたい色の色領域部分のデータ(輝度を示すピクセル値)に、暗くなるのを抑えたい色に対応する色マップのピクセル値を減算することで、当該色領域成分を調整する。
より具体的には、画像調整部54は、適正露出値Y画像のデータのうち暗くなるのを抑えたい色の色領域部分のデータ(輝度を示すピクセル値)を、1段階上げるように加算する。これにより、画像調整部54により得られた調整後Y画像のデータは、適正露出値Y画像のデータと比較して、暗くなるのを抑えたい色の領域が若干明るくなる。画像調整部54は、調整後Y画像のデータをεフィルタ部55に供給する。画像調整部54は、本願発明の調整手段に相当する。
また、その効果を強める手法も、特に限定されず、例えば、撮影時に露出値アンダーと露出値オーバー差(振り幅)を大きくする、合成枚数を増やす、その他色味等のゲインパラメータを変更する等の手法を採用することができる。
合成マップに基づく合成比率とは、2以上の画像のデータが画素加算合成される場合、各々の画像のデータの混合の割合をいう。
例えば、合成マップにおいて明るい領域については、露出値アンダーYUV画像の合成比率を大きくする。具体的には、合成マップにおいて明るい領域については、適正露出値YUV画像、露出値オーバーYUV画像、及び露出値アンダーYUV画像の各々のデータの合成比率の各々を、70%、0%、30%とする。そして、適正露出値YUV画像のデータの70%と、露出値アンダーYUV画像のデータの30%とが混合された結果得られるデータが、合成YUV画像のデータになる。
なお、露出値オーバーYUV画像のデータを合成に用いない場合は、混合比率は0%にする。
これに対し、合成マップにおいて暗い領域については、露出値オーバーYUV画像の合成比率を大きくする。具体的には、合成マップにおいて暗い領域については、適正露出値YUV画像、露出値オーバーYUV画像、及び露出値アンダーYUV画像の各々のデータの合成比率の各々を、70%、30%、0%とする。そして、適正露出値YUV画像のデータの70%と、露出値オーバーYUV画像のデータの30%とが混合された結果得られるデータが、合成YUV画像のデータになる。
なお、露出値オーバーYUV画像のデータを合成に用いない場合は、混合比率は0%にする。
このように、特定の色に対し輝度(コントラスト)が調整されたHDR合成YUV画像のデータが得られる。したがって、これらをあわせたHDR合成画像のデータは、従来よりも、白飛びや黒つぶれの少ない幅広いダイナミックレンジを持ち、かつ、彩度も適切に調整された画像のデータになる。さらに、過度に色空間の各パラメータを調整しても、自然味のある画像を生成することができる。
画像処理部20は、コントラストの強調処理として、合成YUV画像のデータに対して、図示しないが、2種類の周波数帯域(例えば低域及び中域)でアンシャープマスク処理をそれぞれ施すことによって、局所的にコントラストを強調する。
2種類の周波数帯域(例えば低域及び中域)でアンシャープマスク処理をそれぞれ施す際には、合成YUV画像のデータの平滑化が行われる。
このような平滑化のために用いるフィルタは、特に限定されず、通常のLPF(Low Pass Filter)を採用してもよいが、エッジ保存型のεフィルタやバイラテラルフィルタを採用すると好適である。局所的にコントラスト成分を強調する際に発生するアンダーシュートやオーバーシュートを低減させることができるからである。
この場合の彩度を強調する処理は、全体強調処理と部分強調処理との2種類に大別される。
全体強調処理とは、画像全体の印象を派手にするように、彩度を強調する処理をいう。
部分強調処理とは、Y成分強調処理用の強調量と連動させた強調量を用いて、彩度を強調する処理をいう。
この場合、コントラスト強調量と部分彩度強調量とが連動することになる。これにより、コントラスト強調部分の色のりが向上し、立体感が生まれた画像を得ることが可能になる。
図5は、画像合成処理の流れの一例を示すフローチャートである。
ステップS15において、情報取得部53の色領域判定部61は、ステップS14において算出した色レベルに基づいて、各色に対応する色領域を判定する。
即ち、合成部56は、露出値が各々異なる複数の画像のデータを画素加算合成することによって、合成YUV画像のデータを生成する。
具体的には、本実施形態では、適正露出値画像、露出値オーバー画像、及び露出値アンダー画像の各データが、ステップS11の処理で取得されて、ステップS19の処理で画素加算合成されることによって、合成YUV画像のデータが生成される。
図6は、このような画像合成装置1の機能的構成のうち、画像加工処理を実行するための機能的構成を示す機能ブロック図である。
本実施形態で詳述する画像加工処理とは、処理対象となる画像同士を画素加算合成し、さらに、その合成後、コントラストや鮮やかさ(彩度)を強調させる処理をいう。
また上記合成処理においては、撮像部11、CDS/ADC部13を経て、露光条件(シャッタースピード、絞り値、若しくは、ゲイン調整値)を変えながら連写されて取得された複数の画像について、これらの画像のデータの各々が、YUV色空間で規定される輝度成分を示す輝度信号(Y)と、それ以外の成分、具体的には色差成分のうち青色の色差信号(U)と、同色差成分のうち赤色の色差信号(V)との3要素の成分のうち、Y成分(輝度成分)とUV成分(各色差成分)とに分離され、この分離後の複数のY成分について画素加算合成され、また分離後の複数のUV成分についても個別に画素加算合成される。
また、上記の合成処理により生成されたHDR合成画像のデータの輝度信号(Y)と、青色成分の色差信号(U)と、赤色成分の色差信号(V)との3要素の成分のうち、Y成分についてはコントラストを強調する処理を、UV成分については彩度(鮮やかさ)を強調する処理をそれぞれ個別に実行する。このような処理の結果、過度に色空間の各パラメータが調整されていても現実感を失わせないようなHDR合成画像のデータが得られる、という効果を奏することが可能になる。
特に、上記の処理では、単純に画像全体が一律にコントラストや彩度について強調されるのではなく、画素単位で適応的に設定された強調量を用いて、画素単位に強調される。これにより、当該効果がより顕著なものとなる。
2種類の周波数帯域(例えば低域及び中域)でアンシャープマスク処理をそれぞれ施す際には、HDR合成Y画像のデータの平滑化が行われる。
このような平滑化のために用いるフィルタは、特に限定されず、通常のLPF(Low Pass Filter)を採用してもよいが、エッジ保存型のεフィルタやバイラテラルフィルタを採用すると好適である。局所的にコントラスト成分を強調する際に発生するアンダーシュートやオーバーシュートを低減させることができるからである。
このようなY強調部131による一連の処理を、以下、「Y成分強調処理」と呼ぶ。
Y強調部131は、Y成分強調処理を実行すべく、合成Y画像取得部141と、εフィルタ部142A,142Bと、コントラスト成分作成部143A,143Bと、コントラスト合成部144と、Y成分コントラスト強調部145と、を備えている。ただし、これらのY強調部131の各要素の機能等については、後述する図7のフローチャートを参照したY成分強調処理の流れの説明の際に適宜説明する。
この場合の彩度を強調する処理は、全体強調処理と部分強調処理との2種類に大別される。
全体強調処理とは、画像全体の印象を派手にするように、彩度を強調する処理をいう。
部分強調処理とは、Y成分強調処理用の強調量と連動させた強調量を用いて、彩度を強調する処理をいう。
なお、以下、Y成分強調処理用の強調量を、「コントラスト強調量」と呼ぶ。一方、UV成分強調処理用の強調量、即ちUVゲインを用いる強調量を、「彩度強調量」と呼ぶ。彩度強調量は、さらに、全体強調処理で用いられる強調量と、部分強調処理で用いられる強調量とに大別され、前者を、以下、「全体彩度強調量」と呼び、後者を、以下、「部分彩度強調量」と呼ぶ。
この場合、コントラスト強調量と部分彩度強調量とが連動することになる。これにより、コントラスト強調部分の色のりが向上し、立体感が生まれた画像を得ることが可能になる。
このようなUV強調部132による一連の処理を、以下、「UV成分強調処理」と呼ぶ。
UV強調部132は、UV成分強調処理を実行すべく、合成UV画像取得部151と、UVゲイン全体彩度強調部152と、コントラスト強調量取得部153と、UVゲイン部分彩度強調部154と、を備えている。ただし、これらのUV強調部132の各要素の機能等については、後述する図7のフローチャートを参照したUV成分強調処理の流れの説明の際に適宜説明する。
強調後YUV画像取得部133は、Y強調部131によりY成分強調処理が施されたHDR合成Y画像のデータと、UV強調部132によりUV成分強調処理が施されたHDR合成UV画像のデータとの組み合わせ(以下、「強調後YUV画像のデータ」と呼ぶ)を取得する。
強調後YUV画像取得部133により取得された強調後YUV画像のデータは、ノイズ低減部113に供給される。
これにより、画像生成部112の強調処理により発生したノイズやトーンジャンプを改善させることができる。また、この場合、ノイズ低減のレベルを意図的に強めることで、光沢感のある画像を得ることができる。
図7は、画像加工処理の流れの一例を示すフローチャートである。
ステップS32において、画像生成部112のUV強調部132は、上記図5の処理で生成されたHDR合成画像のデータのうち、HDR合成UV画像のデータに対してUV成分強調処理を施す。
なお、ステップS31のY成分強調処理の詳細については図8のフローチャートを参照して、ステップS32のUV成分強調処理の詳細については図9のフローチャートを参照して、それぞれ個別に後述する。
ステップS33において、強調後YUV画像取得部133は、ステップS31のY成分強調処理が施されたHDR合成Y画像のデータと、ステップS32のUV成分強調処理が施されたHDR合成UV画像のデータとの組み合わせを、強調後YUV画像のデータとして取得する。
ノイズ低減処理が施された強調後YUV画像のデータが、ノイズ低減部113から外部に出力されると、画像加工処理は終了となる。
図8は、Y成分強調処理の流れの一例を示すフローチャートである。
HDR合成Y画像の注目画素のデータ(画素値)が、εフィルタ部142A,142B及びコントラスト成分作成部143A,143Bの各々に供給されると、処理はステップS53に進む。
本実施形態では、2種類のコントラスト成分のうち一方の種類は、フィルタサイズが小さめの中域強調のεフィルタが用いられて生成される。そこで、このような種類のコントラスト成分を、以下、「中域用コントラスト成分」と呼ぶ。
一方、2種類のコントラスト成分のうち他方の種類は、フィルタサイズが大きめの低域強調のεフィルタが用いられて生成される。そこで、このような種類のコントラスト成分を、以下、「低域用コントラスト成分」と呼ぶ。
即ち、εフィルタ部142Aは、HDR合成Y画像の注目画素のデータに対して中域強調のεフィルタをかけて、その結果得られるデータ(以下、「εフィルタ後データ」と呼ぶ)をコントラスト成分作成部143Aに供給する。
コントラスト成分作成部143Aは、HDR合成Y画像の注目画素のデータと、注目画素のεフィルタ後データとの差分を取ることによって、注目画素の中域用コントラスト成分を作成する。即ち、次の式(2)が演算されることで、注目画素の中域用コントラスト成分が作成される。
Y_contrast_1 = Y_HDR − Y_ε_1 ・・・(2)
式(2)において、Y_contrast_1は、注目画素の中域用コントラスト成分を示している。Y_HDRは、HDR合成Y画像の注目画素のデータ(画素値)を示している。Y_ε_1は、中域用のεフィルタを用いて生成された、注目画素のεフィルタ後データを示している。
即ち、εフィルタ部142Bは、HDR合成Y画像の注目画素のデータに対して低域強調のεフィルタをかけて、その結果得られるεフィルタ後データをコントラスト成分作成部143Bに供給する。
コントラスト成分作成部143Aは、HDR合成Y画像の注目画素のデータと、注目画素のεフィルタ後データとの差分を取ることによって、注目画素の低域用コントラスト成分を作成する。即ち、次の式(3)が演算されることで、注目画素の低域用コントラスト成分が作成される。
Y_contrast_2 = Y_HDR − Y_ε_2 ・・・(3)
式(3)において、Y_contrast_2は、注目画素の低域用コントラスト成分を示している。Y_HDRは、式(2)と同様に、HDR合成Y画像の注目画素のデータ(画素値)を示している。Y_ε_2は、低域用のεフィルタを用いて生成された、注目画素のεフィルタ後データを示している。
即ち、次の式(4)が演算されることで、注目画素の合成コントラスト成分が作成される。
Y_contrast = Y_contrast_1 + Y_contrast_2 ・・・(4)
式(4)において、Y_contrastは、注目画素の合成コントラスト成分を示している。Y_contrast_1は、上述の式(2)で演算された注目画素の中域用コントラスト成分を示している。Y_contrast_2は、上述の式(3)で演算された注目画素の低域用コントラスト成分を示している。
Y_contrast = Y_contrast × (Y_gain_lev/100) × (Y_adj_lev/100)
・・・(5)
式(5)において、左辺のY_contrastは、調節後の注目画素の合成コントラスト成分を示している。一方、右辺のY_contrastは、調節前の注目画素の合成コントラスト成分を示している。
また、式(5)において、Y_gain_levは、HDR合成Y画像のデータ全体に対して一律に設定されたゲイン(以下、「Yゲイン」と呼ぶ)のレベル(%)を示している。一方、Y_adj_levは、HDR合成Y画像の注目画素のデータに対して個別に設定された調整量(以下、「Y調整量」と呼ぶ)のレベル(%)を示している。
Y_contrast = fMin(Y_contrast , Y_contrast_max_lev) ・・・(6)
Y_contrast = fMax(Y_contrast , |Y_contrast_max_lev|) ・・・(7)
式(6)と式(7)において、左辺のY_contrastは、制限後の注目画素の合成コントラスト成分を示している。一方、右辺のY_contrastは、制限前の注目画素の合成コントラスト成分を示している。
また、式(6)と式(7)において、Y_contrast_max_levは、合成コントラスト成分として予め設定された上限のレベルを示している。式(6)におけるfMin(α,β)は、αとβのうちの最小値を出力する関数を示している。一方、式(7)におけるfMax(α,β)は、αとβのうちの最大値を出力する関数を示している。
これにより、HDR合成Y画像の注目画素のデータに対して、ステップS55の処理で調節及び制限が施された注目画素の合成コントラスト成分だけ、コントラストが強調されたことになる。
具体的には、次の式(8)が演算されることで、HDR合成Y画像の注目画素のデータに対してコントラストが強調されることになる。
Y_result = Y_HDR + Y_contrast ・・・(8)
式(8)において、Y_resultは、コントラスト強調後の注目画素のデータ(コントラスト強調後の注目画素の画素値)を示している。一方、Y_HDRは、コントラスト強調前の注目画素のデータ(コントラスト強調前の注目画素の画素値)を示している。また、Y_contrastは、式(5)による調整並びに式(6)若しくは式(7)による制限が施された後の注目画素の合成コントラスト成分であって、コントラスト強調量を示している。
HDR合成Y画像を構成する画素のうち、注目画素に未だ設定されていない画素が存在する場合、ステップS57においてNOであると判定されて、処理はステップS52に戻され、それ以降の処理が繰り返される。
即ち、HDR合成Y画像を構成する画素が注目画素として順次設定される毎に、ステップS52乃至S57のループ処理が繰り返し実行されて、注目画素して設定された画素のデータが、コントラストが強調されるように更新されていく。ただし、そのコントラストの強調度合は、上述の如く、注目画素して設定された画素の更新前のデータY_HDRの値に応じて適応的に可変する。
そして、最後の画素がステップS52の処理で注目画素に設定されて、ステップS53乃至S56の処理が実行されると、HDR合成Y画像を構成する全画素が更新されたので(全画素の画素値が、上述の式(7)の値Y_resultに更新されたので)、次のステップS57においてYESであると判定されて、Y成分強調処理は終了となる。
そこで、以下、図9のフローチャートを参照して、ステップS32のUV成分強調処理の詳細について説明する。
図9は、UV成分強調処理の流れの一例を示すフローチャートである。
ここで、本実施形態では、UV強調部132は、Y強調部131と非同期で実行しているが(後述するように同期で実行することも可)、説明の便宜上、HDR合成UV画像の注目画素と同一位置(座標)に配置された、HDR合成Y画像内の画素を、以下、「HDR合成Y画像の注目画素」と呼ぶ。即ち、以下、HDR合成UV画像の注目画素と、HDR合成Y画像の注目画素とは、同一位置(座標)の各々対応する画素であるものとして、以下の説明を行う。
具体的には本実施形態では、次の式(9)及び式(10)が演算されることで、HDR合成UV画像の注目画像のデータに対して全体強調処理が施される。
U_HDR’ = U_HDR × UV_gain_lev_al/100 ・・・(9)
V_HDR’ = V_HDR × UV_gain_lev_al/100 ・・・(10)
式(9)において、U_HDR’は、全体強調処理が施された後のHDR合成UV画像の注目画像のU成分値を示している。一方、U_HDRは、全体強調処理が施される前のHDR合成UV画像の注目画像のU成分値を示している。
式(10)において、V_HDR’は、全体強調処理が施された後のHDR合成UV画像の注目画像のV成分値を示している。一方、V_HDRは、全体強調処理が施される前のHDR合成UV画像の注目画像のV成分値を示している。
式(9)と式(10)において、UV_gain_lev_alは、HDR合成UV画像の全体に一律に設定された全体彩度強調量としての、UV全体ゲイン(%)を示している。
具体的には、次の式(11)が演算されて、コントラスト強調量が取得される。
Y_emphasis_Lev = |Y_contrast| ・・・(11)
式(11)において、左辺のY_emphasis_Levは、取得されたコントラスト強調量を示している。右辺のY_contrastは、上述の式(5)による調整並びに式(6)若しくは式(7)による制限が施された後の注目画素の合成コントラスト成分であって、上述の式(8)において、コントラスト強調前の注目画素のデータ(画素値Y_HDR)に加えられた補正量である。
U_result = U_HDR’
+ U_HDR×(UV_gain_lev_part×Y_emphasis_lev/Y_contrast_max_lev)/100
×UV_adj_lev/100 ・・・(12)
式(12)において、左辺のU_resultは、全体強調処理及び部分強調処理が施されたHDR合成UV画像の注目画像のU成分値を示している。
右辺のU_HDR’は、上述の式(9)により全体強調処理が施された後のHDR合成UV画像の注目画像のU成分値を示している。U_HDR’は、上述の式(9)により全体強調処理が施された後のHDR合成UV画像の注目画像のU成分値を示している。
UV_gain_lev_partは、UV部分ゲイン(%)を示している。Y_emphasis_levは、上述の式(11)によって取得されたコントラスト強調量、即ち合成Y画像の注目画素のデータに対してY成分強制処理が施された際に用いられたコントラスト強調量を示している。Y_contrast_max_levは、合成コントラスト成分として予め設定された上限のレベルを示している。
即ち、(UV_gain_lev_part×Y_emphasis_lev/Y_contrast_max_lev)/100が、コントラスト強調量と連動した部分彩度強調量(%)を示している。
UV_adj_levは、HDR合成UV画像の注目画素のデータに対して個別に設定された調整量(以下、「UV調整量」と呼ぶ)のレベル(%)を示している。
V_result = V_HDR’
+ V_HDR×(UV_gain_lev_part×Y_emphasis_lev /Y_contrast_max_lev)/100
× UV_adj_lev/100 ・・・(13)
式(13)において、左辺のV_resultは、全体強調処理及び部分強調処理が施されたHDR合成UV画像の注目画像のV成分値を示している。
右辺のV_HDR’は、上述の式(10)により全体強調処理が施された後のHDR合成UV画像の注目画像のV成分値を示している。V_HDR’は、上述の式(10)により全体強調処理が施された後のHDR合成UV画像の注目画像のV成分値を示している。
また、式(14)においても、式(12)と同様に、(UV_gain_lev_part×Y_emphasis_lev/Y_contrast_max_lev)/100が、コントラスト強調量と連動した部分彩度強調量(%)として用いられている。
HDR合成UV画像を構成する画素のうち、注目画素に未だ設定されていない画素が存在する場合、ステップS76においてNOであると判定されて、処理はステップS72に戻され、それ以降の処理が繰り返される。
即ち、HDR合成UV画像を構成する画素が注目画素として順次設定される毎に、ステップS72乃至S76のループ処理が繰り返し実行されて、注目画素して設定された画素のデータが、彩度が強調されるように更新されていく。ただし、その彩度の強調度合は、上述の如く、コントラストの強調度合に連動し、かつ、注目画素して設定された画素の更新前のデータU_HDR及びV_HDRの値に応じて適応的に可変する。
そして、最後の画素がステップS72の処理で注目画素に設定されて、ステップS73乃至S76の処理が実行されると、HDR合成UV画像を構成する全画素が更新されたので(全画素の画素値が、上述の式(12)の値U_result及び式(14)の値V_resultに更新されたので)、次のステップS76においてYESであると判定されて、UV成分強調処理は終了となる。
例えば、上述の例では、ステップS31のY成分強調処理の後、ステップS32のUV成分強調処理が実行されたが、これらの処理の順番は特に限定されない。ただし、ステップS32のUV成分強調処理で、ステップS31のY成分強調処理で用いられたコントラスト強調量(式(11)のコントラスト強調量Y_emphasis_lev)を取得できる必要がある。
これにより、過度に色空間の各パラメータが調整されていても現実感を失わせないようなHDR合成画像のデータが得られる、という効果を奏することが可能になる。
特に、Y強調部131が、HDR合成Y画像内の所定の位置(座標)の画素のデータを、位置毎に異なるコントラスト強調量を用いて強調し、UV強調部132が、HDR合成UV画像内の所定の位置(座標)の画素のデータを、当該位置(座標)と同一のHDR合成Y画像内の位置用のコントラスト強調量に連動して可変する彩度強調量を用いて強調することによって、当該効果が顕著なものとなる。
情報取得部53は、露光時間を変えて順次撮像された複数の画像データのうちの一の画像データにおける、特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を取得する。
画像調整部54は、情報取得部53によって取得された数値を調整する。
合成部56は、この画像調整部54によって調整された数値で一の画像データの特定の色を有する画素領域の明るさを調整し、この調整された一の画像データに、複数の画像データのうちの他の画像データを合成して、ダイナミックレンジを拡大させた合成画像データを生成する。
このように、特定の色を有する画素領域については、明るさに関する数値が調整される。そして、調整された数値を有する画像が他の画像と合成されて、ダイナミックレンジが拡大された画像が生成される。即ち、過度に色空間の各パラメータが調整される場合であっても、特定の色については、自然の状態の色に保っておきたい場合がある。このような場合、全ての色に対して、パラメータが調整されてしまっては、当該色を保有するオブジェクトにおいては、自然な色味が失われることとなる。したがって、特定の色については、明るさに関する数値を調整することで、過度に色空間の各パラメータを調整し、かつ、現実感を失わせないような画像を生成することができる。また、より過度に色空間の各パラメータを調整しても、自然味のある画像を生成することができる。
このように、特定の色を有する画素領域については、予め設定された明るさに関する数値が加算又は減算される。したがって、自然な雰囲気を残しておきたい特定の色を有するオブジェクトについては、予め明るさに関する数値を設定しておくことで、過度にパラメータを調整しても、自然味のある画像を生成することができる。
このように、YUV色空間により表されている画像をHSV空間で表すことにより、色相毎の彩度や明度を明確にすることができる。そして、特定の色相を有する明るさに関する数値、即ち、輝度値を容易に取得することができる。したがって、自然な雰囲気を残しておきたい特定の色についての明るさに関する数値を容易に取得することで、自然味のある画像を容易に生成することができる。
植物の葉の緑色や、人間の肌の肌色等、特に有機物等は、自然の状態の色に保っておきたい場合がある。したがって、特に、このような自然界に存在するオブジェクトが有する特定の色については、過度にパラメータを調整しても、自然味のある画像を生成することができる。
このように、露光時間が異なる画像が複数枚ある場合には、露出的に中間で撮影された画像データを用いることで、露出条件が平均的な画像に基づいて明るさに関する数値を調整することができる。これにより、露出値が偏重された画像データに基づいて、明るさに関する数値が調整されることを防止することができる。
このように、露光時間を変えて順次撮影された画像が偶数枚である場合には、露出条件が平均的な露出条件となるよう、各画像の明るさに関する数値を調整する。これにより、露出値が偏重された画像に基づいて、明るさに関する数値が調整されることを防止することができる。
Y強調部131は、合成部56により生成された合成画像データが、所定の色空間において規定される輝度成分からなる合成Y画像のデータと、その他の成分からなる合成UV画像のデータとに分離されている場合、所定の第1強調量を用いて、合成Y画像のデータを強調する。
UV強調部132は、Y強調部131の第1強調量に連動して可変する第2強調量を用いて、合成UV画像のデータを強調する。
このように、特定の色については、明るさに関する数値が調整されているので、この調整後の画像に対し、過度に色空間の各パラメータを調整した場合であっても、現実感を失わせないような画像を生成することができる。また、より過度に色空間の各パラメータを調整しても、自然味のある画像を生成することができる。
また、本実施形態においては、色領域設定部62は、色毎に作成した複数の色マップnを画像調整部54に供給しているがこれに限られるものではない。即ち、特定の色(例えば、緑色)に関する色マップのみを画像調整部54に供給することができる。
また、例えば、色領域設定部62は、露光時間を変えて順次撮影された露出値アンダーYUV画像、適正露出値YUV画像、露出値オーバーYUV画像のうち、適正露出値YUV画像に基づいて変換された適正露出値HSV画像に基づいて画素単位毎に色レベルを算出しているが、これに限られるものではない。例えば、露光時間を変えて順次撮像された画像が奇数枚である場合には、その順次撮像された画像のうちの中間で撮像されたYUV画像に基づいて変換されたHSV画像に基づいて画素単位毎に色レベルを算出することができる。また、例えば、露光時間を変えて順次撮像された画像が偶数枚である奇数枚である場合には、その順次撮像された画像のうちの明るい方の画像である場合には、その画像を暗くするよう調整し、暗い方の画像である場合には、その画像を明るくするよう調整して得たYUV画像に基づいて変換されたHSV画像に基づいて画素単位毎に色レベルを算出することができる。
しかしながら、このようなフィルタは、上述の如く特にεフィルタに限定されず、例えば、局所的にコントラスト成分を強調する際に発生するアンダーシュートやオーバーシュートを意図的に出した画像を生成したい場合には、通常のLPFを採用することもできる。
さらに、これらの画像同士を画素単位でαブレンディングして合成画像を得る。この場合検出された顔画像領域とその周辺領域については、顔画像領域を検出した場合に適用されるコントラスト強調量と彩度強調量で部分強調処理された画像の比率が高くなるように合成し、それ以外の領域については上述のステップS33〜ステップS34でコントラスト強調量と彩度強調量で部分強調処理された画像の比率が高くなるように合成することができる。
また、上述の実施形態では特に言及しなかったが、露出値が各々異なる複数の画像のデータは、画素加算合成されることを考慮すると、位置ズレが予め補正されていると好適である。
換言すると、図2の機能的構成は例示に過ぎず、特に限定されない。即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能が画像合成装置1に備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのような機能ブロックを用いるのかは特に図2の例に限定されない。
また、1つの機能ブロックは、ハードウェア単体で構成してもよいし、ソフトウェア単体で構成してもよいし、それらの組み合わせで構成してもよい。
コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
また、本明細書において、システムの用語は、複数の装置や複数の手段等より構成される全体的な装置を意味するものとする。
[付記1]
露光時間を変えて順次撮像された複数の画像データのうちの一の画像データにおける、特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を取得する情報取得手段と、
この情報取得手段によって取得された数値を調整する調整手段と、
この調整手段によって調整された数値で前記一の画像データの特定の色を有する画素領域の明るさを調整し、この調整された前記一の画像データに、前記複数の画像データのうちの他の画像データを合成して、ダイナミックレンジを拡大させた合成画像データを生成する合成手段と、
を備えることを特徴とする画像合成装置。
[付記2]
前記調整手段は、前記情報取得手段によって取得された数値に予め設定された値を加算又は減算することにより調整する、
ことを特徴とする付記1に記載の画像合成装置。
[付記3]
前記一の画像データについて、色相に関するパラメータを含む色空間の画像データに変換する変換手段をさらに備え、
前記情報取得手段は、この変換手段によって変換された画像データに含まれる特定の色相で表現される画素領域を特定して、前記特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を取得する、
ことを特徴とする付記1又は2に記載の画像合成装置。
[付記4]
前記特定の色とは自然界に存在する植物や生物に含まれる色である、
ことを特徴とする付記1乃至3の何れか1つに記載の画像合成装置。
[付記5]
露光時間を変えて順次撮影された画像が奇数枚である場合、前記一の画像データとは、その順次撮像された画像のうちの露出的に中間で撮影された画像データであることを特徴とする付記1乃至4の何れか1つに記載の画像合成装置。
[付記6]
露光時間を変えて順次撮影された画像が偶数枚である場合、前記一の画像データとは、
その順次撮像された画像のうちの相対的に明るい方の画像データである場合には、その画像データを暗くするよう調整して得られた画像データであり、
その順次撮像された画像のうちの相対的に暗い方の画像データである場合には、その画像データを明るくするよう調整して得られた画像データである、
ことを特徴とする付記1乃至4の何れか1つに記載の画像合成装置。
[付記7]
前記合成手段により生成された合成画像データが、所定の色空間において規定される輝度成分からなる第1の画像データと、その他の成分からなる第2の画像データとに分離されている場合、所定の第1強調量を用いて、前記第1の画像データを強調する第1の強調手段と、
前記第1の強調手段の前記第1強調量に連動して可変する第2強調量を用いて、前記第2の画像データを強調する第2の強調手段と、
を備えることを特徴とする付記1乃至6の何れか1つに記載の画像合成装置。
[付記8]
合成画像データを生成する画像合成装置を制御するコンピュータに、
露光時間を変えて順次撮像された複数の画像データのうちの一の画像データにおける、特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を取得する情報取得機能、
この情報取得機能によって取得された数値を調整する調整機能、
この調整機能によって調整された数値で前記一の画像データの特定の色を有する画素領域の明るさを調整し、この調整された前記一の画像データに、前記複数の画像データのうちの他の画像データを合成して、ダイナミックレンジを拡大させた合成画像データを生成する合成機能、
を含む画像合成処理を実行させるプログラム。
Claims (8)
- 露光時間を変えて順次撮像された複数の画像データのうちの何れかの画像データにおける、特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を取得する情報取得手段と、
この情報取得手段によって取得された数値を調整し、調整された前記数値に基づき、前記複数の画像データを画素加算する際の合成比率を設定する調整手段と、
前記設定された合成比率に基づいて、前記複数の画像データの加算の度合いを変えて、前記複数の画像データを画素加算することにより、ダイナミックレンジを拡大させた合成画像データを生成する合成手段と、
を備えることを特徴とする画像合成装置。 - 前記調整手段は、前記情報取得手段によって取得された数値に予め設定された値を加算又は減算することにより調整する、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像合成装置。 - 前記何れかの画像データについて、色相に関するパラメータを含む色空間の画像データに変換する変換手段をさらに備え、
前記情報取得手段は、この変換手段によって変換された画像データに含まれる特定の色相で表現される画素領域を特定して、前記特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を取得する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像合成装置。 - 前記特定の色とは自然界に存在する植物や生物に含まれる色である、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の画像合成装置。 - 露光時間を変えて順次撮影された画像が奇数枚である場合、前記何れかの画像データとは、その順次撮像された画像のうちの露出的に中間で撮影された画像データであることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の画像合成装置。
- 露光時間を変えて順次撮影された画像が偶数枚である場合、前記何れかの画像データとは、
その順次撮像された画像のうちの相対的に明るい方の画像データである場合には、その画像データを暗くするよう調整して得られた画像データであり、
その順次撮像された画像のうちの相対的に暗い方の画像データである場合には、その画像データを明るくするよう調整して得られた画像データである、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の画像合成装置。 - 前記合成手段により生成された合成画像データが、所定の色空間において規定される輝度成分からなる第1の画像データと、その他の成分からなる第2の画像データとに分離されている場合、所定の第1強調量を用いて、前記第1の画像データを強調する第1の強調手段と、
前記第1の強調手段の前記第1強調量に連動して可変する第2強調量を用いて、前記第2の画像データを強調する第2の強調手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の画像合成装置。 - 合成画像データを生成する画像合成装置を制御するコンピュータに、
露光時間を変えて順次撮像された複数の画像データのうちの何れかの画像データにおける、特定の色を有する画素領域の明るさに関する数値を調整し、調整された前記数値に基づき、前記複数の画像データを画素加算する際の合成比率を設定する調整機能、
前記設定された合成比率に基づいて、前記複数の画像データの加算の度合いを変えて、前記複数の画像データを画素加算することにより、ダイナミックレンジを拡大させた合成画像データを生成する合成機能、
を含む画像合成処理を実行させるプログラム。
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