JP6287100B2 - 画像処理装置、画像処理方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
原画像データを処理する画像処理装置であって、
前記原画像データに対して、第1のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成し、該生成した画像データに対して、前記第1のエッジ保存平滑化フィルタよりも平滑化強度の強い第2のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む第1の画像データを生成する第1の生成手段と、
前記低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、前記原画像データとの差分値を算出することで、高周波画像を含む第2の画像データを生成する第2の生成手段と、
前記第1の画像データと前記第2の画像データとを合成する合成手段とを有することを特徴とする。
<1.画質に影響を及ぼす各要素の特性及び画像処理に用いるエッジ保存平滑化フィルタの特性についての説明>
はじめに、本実施形態に係る画像処理装置(詳細構成は後述)が、画像処理を行う際に、画質に影響を及ぼす要素として着目する、ディテール(エッジ、テクスチャ)及びノイズ(粒状性、階調飛び)の特性について簡単に説明する。また、これらの特性に応じた画像処理を実行する際に用いるエッジ保存平滑化フィルタの特性について簡単に説明する。
まず、画質に影響を及ぼす要素であるディテール及びノイズの特性について説明する。図1は、画像データに含まれるディテール(エッジ、テクスチャ)及びノイズ(粒状性、階調飛び)の特性を示す概念図である。
・"エッジ"は輝度勾配が急峻で、画素間の空間的な繋がりが強い。
・"テクスチャ"は輝度勾配がやや急峻で、画素間の空間的な繋がりが強い。
・"粒状性"は輝度勾配がやや急峻で、画素間の空間的な繋がりが弱い。
・"階調飛び"は輝度勾配がやや緩やかで、画素間の空間的な繋がりが強い。
次に、上記各要素の特性のうち、更に、テクスチャと粒状性の違いについて詳説する。上記1.1で説明したように、テクスチャと粒状性とは、輝度勾配の傾向がやや急峻である点で類似している。一方、画素間の空間的な繋がりの傾向は大きく異なっている。この点を、輝度分布の方向性の観点から分析すると、
・"テクスチャ"と"粒状性"とは、ある方向から見ると輝度分布は類似しているが、それと直交する方向から見ると輝度分布は大きく異なってくる、
ということができる。
次に、上記各要素の特性のうち、階調飛びの特性について詳説する。図3(a)は階調飛びの画像データの位置−輝度特性の一例を示す図である。図3(a)に示すように、階調飛びの場合、エッジほど輝度勾配は急峻ではないが、平坦な部分と段差とが存在する。
次に、上記のような特性を有するディテール及びノイズに応じた画像処理を実現すべく、本実施形態に係る画像処理装置において用いられるエッジ保存平滑化フィルタの特性について簡単に説明する。
エッジ保存平滑化フィルタの特性の1つとして、輝度勾配の急峻なエッジを維持できるという特性が挙げられる。一般に、エッジ保存平滑化フィルタを用いずに、通常の平滑化フィルタを用いた場合、エッジが損なわれてしまう。このため、エッジを維持するためには差分値を算出するなどの処理を行うことで対応する必要があるが、この場合、種々の問題がある。
更に、エッジ保存平滑化フィルタの場合、差分画像と組み合わせることにより、粒状性及び短周期の変動の階調飛びを除去し、テクスチャを抽出することができるという利点がある。エッジ保存平滑化フィルタの一例であるBilateral Filterを挙げて具体的に説明する。
次に、画質に影響を及ぼす上記各要素の特性を踏まえた画像処理を実行可能な、本実施形態に係る画像処理装置の構成について説明する。図5は、本実施形態に係る画像処理装置500の構成を示す図である。
・画像データ520に対してエッジ保存平滑化処理を行い、画像データ520の抽象的な構造成分を含む低周波画像とエッジ画像とを抽出する。
・画像データ520と、抽出した低周波画像及びエッジ画像との差分値を算出し、詳細な構造成分(テクスチャ)と非構造成分(粒状性、短周期の変動の階調飛び)とを含む高周波画像及び中周波画像を抽出する。
・抽出した高周波画像及び中周波画像に対してエッジ保存平滑化処理を行い、非構造成分(粒状性、短周期の変動の階調飛び)を含む中周波画像を除去し、詳細な構造成分(テクスチャ)を含む高周波画像を抽出する。
・抽出した低周波画像及びエッジ画像と、詳細な構造成分(テクスチャ)を含む高周波画像とを合成し、合成画像を生成する。
次に、画像処理装置500の画像処理部510の機能構成について説明する。図6は画像処理装置500の画像処理部510の機能構成を示すブロック図である。図6に示すように、画像データ(原画像データ)520は、画像平滑化部511に入力される。
次に、画像処理装置500による画像処理の流れについて説明する。図7は、画像処理装置500による画像処理の流れを示すフローチャートである。ユーザからの指示により図7に示す画像処理が開始される。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る画像処理装置では、
・画像データ(原画像データ)にエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成する構成とした。
・更に、画像データ(原画像データ)と、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データとの差分画像に、エッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、高周波画像を含む画像データを生成する構成とした。
・低周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、高周波画像を含む画像データとを合成することで合成画像を生成する構成とした。
上記第1の実施形態では、中周波画像と高周波画像とを含む画像データ620に対して、エッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで高周波画像を含む画像データを生成する構成とした。
はじめに、本実施形態に係る画像処理装置500の画像処理部510の機能構成について説明する。図8は本実施形態に係る画像処理装置500の画像処理部510の機能構成を示すブロック図である。なお、上記第1の実施形態に係る画像処理装置500の画像処理部510の機能構成(図6)との相違点は、点線800に示す処理である。
次に、画像処理装置500による本実施形態における画像処理の流れについて説明する。図9は、画像処理装置500による本実施形態における画像処理の流れを示すフローチャートである。なお、上記第1の実施形態に係る画像処理装置500において実行される画像処理(図7)との相違点は、ステップS901及びステップS902に示す処理である。そこで、以下では、ステップS901及びステップS902に示す処理について説明する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る画像処理装置では、
・画像データ(原画像データ)にエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成する構成とした。
・更に、画像データ(原画像データ)と、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データとの差分画像に、平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、非構造化成分(粒状性、短周期の変動の階調飛び)を含む中周波画像を含む画像データを生成する構成とした。
・更に、差分画像と、非構造化成分(粒状性、短周期の変動の階調飛び)を含む中周波画像を含む画像データとの差分値を算出することで、詳細な構造成分(テクスチャ)を含む高周波画像を含む画像データを生成する構成とした。
・低周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、高周波画像を含む画像データとを合成することで合成画像を生成する構成とした。
上記第1の実施形態では、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データ610を生成するにあたり、エッジ保存平滑化フィルタを1回利用し、高周波画像を含む画像データ630を生成するにあたり、更に、1回エッジ保存平滑化フィルタを利用する構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、高周波画像を含む画像データ630を生成するにあたり、エッジ保存平滑化フィルタを1回利用し、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データ610を生成するにあたり、更に、1回エッジ保存平滑化フィルタを利用する構成としてもよい。以下、本実施形態の詳細について説明する。
はじめに、本実施形態に係る画像処理装置500の画像処理部510の機能構成について説明する。図10は本実施形態に係る画像処理装置500の画像処理部510の機能構成を示すブロック図である。なお、上記第1の実施形態に係る画像処理装置500の画像処理部510の機能構成(図6)との相違点は、点線1000に示す処理である。そこで、以下では、点線1000に示す処理について詳説する。
次に、画像処理装置500による本実施形態における画像処理の流れについて説明する。図11は、画像処理装置500による画像処理の流れを示すフローチャートである。なお、上記第1の実施形態に係る画像処理装置500において実行される画像処理(図7)との相違点は、ステップS1101〜ステップS1103に示す処理である。そこで、以下では、ステップS1101〜ステップS1103に示す処理について説明する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る画像処理装置では、
・画像データ(原画像データ)にエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像と粒状性及び階調飛びを含む中周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成する構成とした。
・更に、画像データ(原画像データ)と、低周波画像と粒状性及び階調飛びを含む中周波画像とエッジ画像とを含む画像データとの差分値を算出することで、詳細な構造成分(テクスチャ)を含む高周波画像を含む画像データを生成する構成とした。
・更に、低周波画像と粒状性及び階調飛びを含む中周波画像とエッジ画像とを含む画像データに、エッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成する構成とした。
・低周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、詳細な構造成分(テクスチャ)を含む高周波画像を含む画像データとを合成することで合成画像を生成する構成とした。
上記第1乃至第3の実施形態では、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、高周波画像を含む画像データとを合成することで合成画像を生成する構成としたが、本発明はこれに限定されない。
はじめに、本実施形態に係る画像処理装置の構成について説明する。図12は、本実施形態に係る画像処理装置1200における構成を示す図である。なお、上記第1の実施形態において図5を用いて説明した画像処理装置500との相違点は、記憶装置504の画像処理部1210に、画像補正部1211として機能するプログラムが格納されている点である。
次に、画像処理装置1200における画像処理部1210の機能構成について説明する。図13は、画像処理装置1200による画像処理部1210の機能構成を示すブロック図である。なお、上記第1の実施形態に係る画像処理装置500における画像処理部510の機能構成(図6)との相違点は、点線1300に示す処理である。具体的には、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データ610に対して、画像補正部1211が画像補正処理を行う点と、高周波画像を含む画像データ630に対して、画像補正部1211が画像補正処理を行う点である。
・低周波画像とエッジ画像とを含む画像データ610に対する画像補正処理:コントラスト補正
・高周波画像を含む画像データ630に対する画像補正処理:シャープネス補正
このように、画像データ610に対してコントラスト補正を行うことで、低周波画像のコントラストが拡大されるため、画像のダイナミックレンジを有効に使うことができる。また、画像データ630に対してシャープネス補正を行うことで、高周波画像のシャープネスが強調されるため、高輝度または低輝度部分で潰れてしまいがちなディテールを、確実に残すことが可能となる。
次に、本実施形態に係る画像処理装置1200による画像処理の流れについて説明する。図14は、画像処理装置1200による画像処理の流れを示すフローチャートである。なお、上記第1の実施形態に係る画像処理装置500において実行される画像処理(図7)との相違点は、ステップS1401とステップS1402、S1403に示す処理である。そこで、以下では、ステップS1401と、ステップS1402、S1403に示す処理について説明する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る画像処理装置では、
・画像データ(原画像データ)にエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成し、更に、生成した画像データに画像補正処理を行う構成とした。
・更に、画像データ(原画像データ)と、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データとの差分画像に、エッジ画像平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、高周波画像を含む画像データを生成し、更に生成した画像データに画像補正処理を行う構成とした。
・低周波画像とエッジ画像とを含む画像データであって、画像補正処理された画像データと、高周波画像を含む画像データであって画像補正処理された画像データとを合成することで合成画像を生成する構成とした。
上記第1の実施形態では、2つのエッジ保存平滑化フィルタを用いて、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、高周波画像を含む画像データとを生成する構成としたが、本発明はこれに限定されない。
上記第1の実施形態では、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データ610を生成するにあたり、エッジ保存平滑化フィルタを1回利用し、高周波画像を含む画像データ630を生成するにあたり、更に、1回エッジ保存平滑化フィルタを利用する構成とした。そして、上記第1の実施形態では、それぞれに利用されるエッジ保存平滑化フィルタの組み合わせについては詳細に言及しなかったが、エッジ保存平滑化フィルタの組み合わせとしては、以下のような組み合わせが挙げられる。なお、以下では、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データ610を生成するのに利用するエッジ保存平滑化フィルタを、第1のエッジ保存平滑化フィルタと称す。また、高周波画像を含む画像データ630を生成するのに利用するエッジ保存平滑化フィルタを、第2のエッジ保存平滑化フィルタと称す。
(1)第1のエッジ保存平滑化フィルタと第2のエッジ保存平滑化フィルタとして、同種のものを用い、かつ、パラメータも同一にする
この場合、画像処理に用いられるエッジ保存平滑化フィルタが1種類であり、パラメータも1つのみとなるため、設計が容易となるといった利点がある。一方で、画像データ(原画像データ)520と、中周波画像と高周波画像とを含む画像データ620とでは、ダイナミックレンジが異なる。このため、相対的に、中周波画像と高周波画像とを含む画像データ620に対して平滑化処理を行う方が、強く平滑化されるという問題が生じる。
(2)第1のエッジ保存平滑化フィルタと第2のエッジ保存平滑化フィルタとして、同種のものを用いるが、パラメータは異なるものを用いる
この場合も、画像処理に用いるエッジ保存平滑化フィルタが1種類であるため、設計が容易になるといった利点がある。更に、画像データ(原画像データ)520と、中周波画像と高周波画像とを含む画像データ620とで、パラメータを変えることで、上記(1)の問題を低減させることができる。一方で、パラメータを2種類用意する必要があるため、上記(1)と比べて、設計の複雑さが増すこととなる。
・フィルタ窓の半径rを小さくする。
・距離の標準偏差σdを小さくする。
・輝度差の標準偏差σiを小さくする。
(3)第1のエッジ保存平滑化フィルタと第2のエッジ保存平滑化フィルタとして、異なる種類のものを用い、かつ、パラメータとして異なるものを用いる
画像データ(原画像データ)520に対して平滑化処理を行う場合と、中周波画像と高周波画像とを含む画像データ620に対して平滑化処理を行う場合とで、異なるフィルタ及び異なるパラメータを用いることができる。このため、平滑化効果に関する自由度を上げることができる。具体的には、画像データ(原画像データ)520に対して平滑化処理を行う場合には、平滑化強度を強くし、中周波画像と高周波数画像とを含む画像データ620に対して平滑化処理を行う場合には、平滑化強度を弱くする。
・第1のエッジ保存平滑化フィルタ:Bilateral Filter
・第2のエッジ保存平滑化フィルタ:Joint Bilateral Filter
Joint Bilateral Filterを用いる際、画像データ(原画像データ)520、及び、低周波画像とエッジ画像とを含む画像データ610の輝度成分を参照する。これにより、画像データ520と、中周波画像と高周波数画像とを含む画像データ620との間のダイナミックレンジの違いを吸収することが可能となる。この結果、輝度差の標準偏差σiの値を、第1のエッジ保存平滑化フィルタと第2のエッジ保存平滑化フィルタとで、共通化することもできる。
・第1のエッジ保存平滑化フィルタ:メディアンフィルタ
・第2のエッジ保存平滑化フィルタ:Bilateral Filter
メディアンフィルタは、構造を持った細かい領域を削除するため、画像データ(原画像データ)520に対して、メディアンフィルタを用いて平滑化処理を行うことで、エッジを維持しながら細かい構造を削除することができる。
上記各実施形態では、画像処理部510または1210を実現するためのプログラムを記憶装置504(ドライブとメディアが一体となっている記憶媒体)に格納する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ドライブとメディアが別体となっている場合にあっては、記録メディアを記憶媒体として格納するように構成してもよい。
510 :画像処理部
511 :画像平滑化部
512 :画像演算部
513 :エッジ保存平滑化フィルタ
514 :エッジ保存平滑化フィルタ
520 :画像データ
610 :低周波画像とエッジ画像とを含む画像データ
620 :中周波画像と高周波画像とを含む画像データ
630 :高周波画像を含む画像データ
640 :合成画像である画像データ
820 :中周波画像を含む画像データ
814 :平滑化フィルタ
1010 :低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データ
1013 :エッジ保存平滑化フィルタ
1014 :エッジ保存平滑化フィルタ
1200 :画像処理装置
1210 :画像処理部
1211 :画像補正部
Claims (5)
- 原画像データを処理する画像処理装置であって、
前記原画像データに対して、第1のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成し、該生成した画像データに対して、前記第1のエッジ保存平滑化フィルタよりも平滑化強度の強い第2のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む第1の画像データを生成する第1の生成手段と、
前記低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、前記原画像データとの差分値を算出することで、高周波画像を含む第2の画像データを生成する第2の生成手段と、
前記第1の画像データと前記第2の画像データとを合成する合成手段と
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記第1の画像データ及び前記第2の画像データのいずれか一方または両方に対して、画像補正処理を行う補正手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 原画像データを処理する画像処理装置における画像処理方法であって、
前記原画像データに対して、第1のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成し、該生成した画像データに対して、前記第1のエッジ保存平滑化フィルタよりも平滑化強度の強い第2のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む第1の画像データを生成する第1の生成工程と、
前記低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、前記原画像データとの差分値を算出することで、高周波画像を含む第2の画像データを生成する第2の生成工程と、
前記第1の画像データと前記第2の画像データとを合成する合成工程と
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 原画像データを処理する画像処理装置のコンピュータに、
前記原画像データに対して、第1のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成し、該生成した画像データに対して、前記第1のエッジ保存平滑化フィルタよりも平滑化強度の強い第2のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む第1の画像データを生成する第1の生成工程と、
前記低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、前記原画像データとの差分値を算出することで、高周波画像を含む第2の画像データを生成する第2の生成工程と、
前記第1の画像データと前記第2の画像データとを合成する合成工程と
を実行させるためのプログラム。 - 原画像データを処理する画像処理装置のコンピュータに、
前記原画像データに対して、第1のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データを生成し、該生成した画像データに対して、前記第1のエッジ保存平滑化フィルタよりも平滑化強度の強い第2のエッジ保存平滑化フィルタを用いて平滑化処理を行うことで、低周波画像とエッジ画像とを含む第1の画像データを生成する第1の生成工程と、
前記低周波画像と中周波画像とエッジ画像とを含む画像データと、前記原画像データとの差分値を算出することで、高周波画像を含む第2の画像データを生成する第2の生成工程と、
前記第1の画像データと前記第2の画像データとを合成する合成工程と
を実行させるためのプログラムを格納する記憶媒体。
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