JP6389748B2

JP6389748B2 - 画像処理装置、及びプログラム

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Publication number: JP6389748B2
Application number: JP2014242889A
Authority: JP
Inventors: 康孝松尾; 境田　慎一; 慎一境田
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
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Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2018-09-12
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Also published as: JP2016105543A

Description

本発明は、画像処理装置、及びプログラムに関する。

従来、画像処理では、画像を量子化する処理が行われる場合がある。この量子化は、例えば１０ビットの画像を８ビットの画像に変換する等の画像のビット数を変更する処理である。この際に用いられるロイドマックス（Ｌｌｏｙｄ−Ｍａｘ）量子化法は、量子化の際、量子化する前の画像と量子化した後の画像の差分を最小にし、量子化による画像の劣化を少なくする手法の一つである。スカラ量子化の一種であるロイドマックス量子化法においては、輝度ヒストグラム（Ｈｉｓｔｏｇｒａｍ）頻度が高い階調の値付近に多くの階調を割り当てる（例えば、非特許文献１及び非特許文献２等）。

また、画像の符号化において、ブロック内の画素信号間の偏差が広い場合、ビットプレーン情報に多くの情報量を割り当ててブロック状の歪みの発生を防止する方法が知られている（例えば、特許文献１等）。

特開平１０−６６０７２号公報

"ＬｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎｉｎＰＣＭ"Ｓ．Ｐ．Ｌｌｏｙｄ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−２８，ｐｐ．１２９−１３６，Ｍａｒ．１９８２． "Ｑｕａｎｔｉｚｉｎｇｆｏｒｍｉｎｉｍｕｍｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ"Ｊ．Ｍａｘ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−７，ｐｐ．７−１２，Ｍａｒ．１９６０．

しかしながら、従来の方法では、階調削減の際、例えばグラデーション領域等を表示するのに必要なビット数が削られてしまうために、いわゆる疑似輪郭、黒つぶれ、又は階調不足等の影響によって画質が劣化する場合があった。また、特許文献１の方法では、ビットプレーン情報に多くの情報量を割り当てるため、画像のデータ量が多くなってしまう場合があった。

本発明の１つの側面は、階調削減による量子化処理において、画質の劣化を少なくするとともに画像のデータ量をより少なくすることを目的とする。

一態様における、ブロック領域ごとに分割された画像データと、該画像データを量子化する量子化テーブルとを入力し、前記画像データの内容に対応させて前記量子化テーブルを変更する画像処理装置であって、前記画像データの周波数のパワーの割合の値により前記ブロック領域ごとのグラデーション領域を解析するグラデーション領域解析手段と、前記画像データが有する画素がそれぞれ示す輝度値を平均して前記ブロック領域ごとに前記画像データの平均輝度値を計算する平均輝度値計算手段と、前記輝度値に対する前記画素の頻度を示すヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムから計算される前記輝度値の差を示すコントラスト値を求めるヒストグラム解析手段と、前記グラデーション領域解析手段、前記平均輝度値計算手段、及び前記ヒストグラム解析手段の各処理結果に重みを設定して階調削減数を決定する階調削減数決定手段と、前記階調削減数決定手段により得られる削減数に応じて、前記量子化テーブルに予め設定された量子化後のビット数を削減する変更を行う量子化テーブル変更手段とを有する。

また、一態様における、ブロック領域ごとに分割された画像データと、該画像データを量子化する量子化テーブルとを入力し、前記画像データの内容に対応させて前記量子化テーブルを変更する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記コンピュータを、前記画像データの周波数のパワーの割合の値により前記ブロック領域ごとのグラデーション領域を解析するグラデーション領域解析手段、前記画像データが有する画素について、前記画素がそれぞれ示す輝度値を平均して前記ブロック領域ごとに前記画像データの平均輝度値を計算する平均輝度値計算手段、前記輝度値に対する前記画素の頻度を示すヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムから計算される前記輝度値の差を示すコントラスト値を求めるヒストグラム解析手段、前記グラデーション領域解析手段、前記平均輝度値計算手段、及び前記ヒストグラム解析手段の各処理結果に重みを設定して階調削減数を決定する階調削減数決定手段、及び、前記階調削減数決定手段により得られる削減数に応じて、前記量子化テーブルに予め設定された量子化後のビット数を削減する変更を行う量子化テーブル変更手段として機能せる。

本発明によれば、階調削減による量子化処理において、画質の劣化を少なくするとともに画像のデータ量をより少なくすることができる。

本発明の一実施形態に係る画像処理システムの構成の一例を説明するブロック図である。本発明の一実施形態に係る画像処理装置の機能構成の一例を説明する機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る画像処理装置による全体処理の一例を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態に係るブロック領域の一例を説明する図である。本発明の一実施形態に係るグラデーション領域解析処理の一例を説明する図である。本発明の一実施形態に係るヒストグラム解析処理の一例を説明する図である。本発明の一実施形態に係るグラデーション領域解析処理の処理結果に基づいて削減する階調数の値を計算するための設定テーブルの一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る平均輝度値計算処理の処理結果に基づいて削減する階調の数を設定するための設定テーブルの一例を示す図である。本発明の一実施形態に係るヒストグラム解析処理の処理結果に基づいて削減する階調の数を設定するための設定テーブルの一例を示す図である。変更前後の量子化テーブルの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る画像処理システムの構成の一例を説明するブロック図である。画像処理システム１は、量子化テーブル生成装置１０と、画像処理装置１１と、送信装置１２とを有する。

量子化テーブル生成装置１０は、画像処理システム１に入力される画像データを量子化する量子化テーブルを生成する。画像データを量子化するとは、例えば画素の階調値が１０ビット（１０２４階調）の画像データを、８ビットの画像データ（２５６階調）等に量子化することをいうが、量子化前後のビット数については、これに限定されるものではない。

量子化テーブル生成装置１０は、例えば従来手法であるロイドマックス量子化法を用いて、量子化する前後の画像の差分を最小にし、量子化による画像の劣化を少なくする量子化テーブルを生成する。量子化テーブル生成装置１０は、生成された量子化テーブルデータを画像処理装置１１に出力する。

画像処理装置１１は、画像処理システム１に入力される画像データと、量子化テーブル生成装置１０から入力される量子化テーブルデータとを用いて、画像データの内容に対応させて元の量子化テーブルを変更する。例えば、画像処理装置１１は、画像処理システム１に入力される画像データを用いて、グラデーション領域解析処理、ヒストグラム解析処理、及びスペクトル解析処理等を行い、その処理結果により、量子化テーブル生成装置１０から入力される量子化テーブルデータに対して、更に量子化により何ビット削減するかのビット数を決定する。例えば、量子化テーブルデータが、１０ビットから８ビットに量子化するテーブルである場合、更にビット数を１ビット削減して７ビットの画像データ（１２８階調）になるように、量子化テーブルを変更する処理を行う。削減するビット数については、これに限定されるものではなく、上述した解析処理結果に応じてビット数を削減しなくてもよい。

なお、変更後の量子化テーブルにおける量子化値のビット数は、変更前の量子化テーブルにおける量子化値のビット数以下となる。また、画像処理装置１１は、変更後の量子化テーブルを用いて入力される画像データの量子化処理を行ってもよい。画像処理装置１１は、量子化処理後の画像データ、及び変更後量子化テーブルデータを、送信装置１２に出力する。

画像処理装置１１は、例えば電子回路基板等で実現される。電子回路基板には、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）等が実装され、各種の処理が実行される。なお、実施形態は、ＦＰＧＡ等のＰＬＤ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ）に限られない。実施形態は、例えば処理の全部、又は一部をＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）によって実現されてもよい。

また、画像処理装置１１は、電子回路基板に限られない。画像処理装置１１は、例えばＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）等でもよい。画像処理装置１１がＰＣである場合、画像処理装置１１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を有し、ＣＰＵがプログラムを実行することによって各種の処理を実現してもよい。

送信装置１２は、画像処理装置１１により量子化処理された処理後画像データ、及び画像処理装置１１により生成された変更後量子化テーブルデータ等の各種データを、所定の画像復元機能を有する受信装置に送信する。

受信側（図示せず）では、受信装置は、送信装置１２が送信する画像データ、及び量子化テーブルデータ等を受信し、受信した画像データ、及び量子化テーブルデータを利用して、画像データに対して階調復元等の処理を行う。階調復元処理とは、例えば階調値が８ビット（２５６階調）の画像データを１０ビットの画像データ（１０２４階調）に逆量子化する処理をいうが、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、受信側で階調復元以外の処理が行われてもよい。

＜画像処理装置１１の機能構成例＞
図２は、本発明の一実施形態に係る画像処理装置の機能構成の一例を説明する機能ブロック図である。

画像処理装置１１は、入力手段１１Ｆ１と、グラデーション領域解析手段１１Ｆ２と、平均輝度値計算手段１１Ｆ３と、ヒストグラム解析手段１１Ｆ４と、階調削減数決定手段１１Ｆ５と、量子化テーブル変更手段１１Ｆ６と、量子化手段１１Ｆ７とを有する。

入力手段１１Ｆ１は、画像処理装置１１に画像データ、及び量子化テーブル等各種処理に用いるデータを入力する。また、入力手段１１Ｆ１は、入力した画像データに対し、入力したブロック領域分割データ等に基づき、グラデーション領域解析処理等の処理単位となる所定のブロック領域に分割したり、所定のブロック領域においてスペクトラム解析を行う基準となる小ブロック領域に分割する。入力手段１１Ｆ１は、例えば入出力用のインタフェース、及びＦＰＧＡ等の電子回路によって実現される。

グラデーション領域解析手段１１Ｆ２は、入力手段１１Ｆ１が入力した画像データの画素値について、周波数のパワーの割合の値によりグラデーション領域を解析する。

平均輝度値計算手段１１Ｆ３は、入力手段１１Ｆ１が入力した画像データが有する画素について、画素がそれぞれ示す輝度値を平均して画像データの平均輝度値を計算する。

ヒストグラム解析手段１１Ｆ４は、入力手段１１Ｆ１が入力した画像データが有する画素について、画素がそれぞれ示す輝度値に対する画素の頻度を示すヒストグラムを生成し、ヒストグラムから計算される輝度値の差を示すコントラスト値を求める。

階調削減数決定手段１１Ｆ５は、グラデーション領域解析手段１１Ｆ２若しくはヒストグラム解析手段１１Ｆ４における処理結果、又は、グラデーション領域解析手段１１Ｆ２、平均輝度値計算手段１１Ｆ３、及びヒストグラム解析手段１１Ｆ４のうち２以上の処理結果に対応させて階調削減数を決定する。

量子化テーブル変更手段１１Ｆ６は、階調削減数決定手段１１Ｆ５により得られる削減数に応じて入力した量子化テーブルを変更する。例えば、量子化テーブル変更手段１１Ｆ６は、入力手段１１Ｆ１から得られる１０ビットから８ビットに量子化するための量子化テーブルを入力する。この量子化テーブルは、例えばロイドマックス量子化法等に基づき画像データを量子化するためのテーブルである。

また、量子化テーブル変更手段１１Ｆ６は、階調削減数決定手段１１Ｆ５により得られる階調削減数データで示される削減数に応じて、入力した量子化テーブル（元の量子化テーブル）に予め設定された量子化後のビット数を削減する変更を行う。例えば、削減数が１ビットの場合には、元の量子化テーブルは、１０ビットから７ビットに量子化する量子化テーブルに変更される。また、削減数が２ビットの場合には、元の量子化テーブルは、１０ビットから６ビットに量子化する量子化テーブルに変更される。なお、削減数が０の場合には、元の量子化テーブルは、変更されない。量子化テーブル変更手段１１Ｆ６は、変更した量子化テーブルを量子化手段１１Ｆ７に出力する。

量子化手段１１Ｆ７は、量子化テーブル変更手段１１Ｆ６から出力される量子化テーブルを用いて、入力手段１１Ｆ１から入力される画像データの量子化を行い、処理後画像データ、及び量子化テーブル変更手段１１Ｆ６よって変更された量子化テーブルを図１に示す送信装置１２に出力する。

なお、本実施形態において、画像処理装置１１は、量子化テーブル変更手段１１Ｆ６、及び量子化手段１１Ｆ７を有しない構成であってもよく、その場合には、階調削減数決定手段１１Ｆ５が生成する階調削減数データが出力され、他の装置において量子化テーブルの変更、及び変更された量子化テーブルによって画像データを生成してもよい。本実施形態では、図１の送信装置１２は、画像処理装置１１が出力する量子化テーブルデータ、及び処理後画像データを受信側の受信装置等に送信する。

従来、入力画像のビットプレーン情報に多くの情報量を割り当てるため、画像のデータ量が多くなってしまう場合が多かった。本発明の一実施形態は、グラデーション領域解析処理、平均輝度値計算処理、及びヒストグラム解析処理等の処理結果に基づいて階調削減数を決定し、画像のビット数を削減するフィードフォワード処理を行う。そのため、画像のデータ量をより少なくすることができる。

また、画像処理装置１１は、平均輝度値計算処理の処理結果に基づいて階調削減数を決定するため、黒つぶれの画素を少なくし、画質の劣化を少なくできる。また、画像処理装置１１は、ヒストグラム解析処理の処理結果に基づいて階調削減数を決定するため、階調不足を少なくし、画質の劣化を少なくできる。

画像処理装置１１は、階調削減数決定処理において、例えば画像のグラデーション領域、明るさ（平均輝度値）、コントラスト値等を考慮することによって、各処理の処理結果に重みを付けて階調削減数を決定するため、画像の状態に適した重み付けができる。したがって、階調削減数決定処理において、画像のグラデーション領域、明るさ（平均輝度値）、コントラスト値等を考慮することによって、画質の劣化を少なくできる。

＜全体処理例＞
図３は、本発明の一実施形態に係る画像処理装置による全体処理の一例を説明するフローチャートである。

図３の例において、ステップＳ０２０１では、画像処理装置１１の入力手段１１Ｆ１は、画像データ、及び各種処理に用いるデータ等を入力する。

次に、ステップＳ０２０２では、画像処理装置１１は、グラデーション領域解析処理を行う。画像処理装置１１は、各種処理を例えば画像データを所定の領域に分割したブロック領域ごとに行う。以下、各種処理は、ブロック領域ごとに行われる場合を例に説明する。ブロック領域に分割するための情報は、予め入力処理で入力される。

図４は、本発明の一実施形態に係るブロック領域の一例を説明する図である。図４（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る画像データを３×３の９のブロック領域に分割する場合の一例を示す図である。

入力処理で入力される画像２は、図４（Ａ）に示すように、画像の縦、及び横方向についてそれぞれ３分割される。同一の被写体で各ヒストグラムのデータ量が同じとなるように、ブロック領域２１は、各ブロック領域の有する画素数が等分割となるように生成されるのが好ましい。ブロック領域２１は、例えば画像２の面積が９等分となるように生成される。

なお、実施形態は、３×３の９のブロック領域に分割する場合に限られず、例えば図４（Ｂ）に示すように４×４の１６のブロック領域に分割してもよい。

グラデーション領域解析処理は、上述したブロック領域ごとに解析を行い、解析結果を出力する。図５は、本発明の一実施形態に係るグラデーション領域解析処理の一例を説明する図である。

グラデーション領域解析処理において、周波数のパワーの割合を算出する処理は、例えば小ブロック領域ごとに行われる。小ブロック領域は、画像データを上述した３×３、４×４等の所定のブロック領域に分割した際、各ブロック領域においてグラデーション領域解析を行う基準となる単位である。グラデーション領域解析処理では、小ブロック領域ごとに算出される周波数のパワーの割合の値を用いて、ブロック領域ごとに解析を行う。図５の例では、小ブロック領域が縦軸方向１６画素、かつ、横軸方向１６画素である場合の例を示す図である。グラデーション領域解析処理は、ブロック領域に例えばＤＣＴ（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ：離散コサイン変換）を行う。ＤＣＴの結果に基づいて、グラデーション領域解析処理は、図５に示すように、水平周波数、及び垂直周波数がともに最高周波数の１／８以下となる周波数のパワーの割合を算出する処理である。

図３に戻り、ステップＳ０２０３では、画像処理装置１１は、平均輝度値計算処理を行う。平均輝度値計算処理は、入力された画像データの画素の輝度値の平均輝度値を計算する処理である。ステップＳ０２０３では、画像処理装置１１は、図４のブロック領域２１ごとに画素の平均輝度値を計算する。計算される平均輝度値の数値が高い場合、図４のブロック領域２１は、明るい場合である。平均輝度値計算処理の処理結果は、ブロック領域の計算された平均輝度値である。

ステップＳ０２０４では、画像処理装置１１は、ヒストグラム解析処理を行う。

図６は、本発明の一実施形態に係るヒストグラム解析処理の一例を説明する図である。図６（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るヒストグラムの一例を説明する図である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のヒストグラムデータを用いてヒストグラム解析処理を行う場合の例である。

図６（Ａ）、（Ｂ）において、横軸は解析対象の画像データに含まれる各画素の輝度値を示し、縦軸は輝度値ごとにカウントした画像データ内の画素数を頻度として示している。ヒストグラム解析処理は、画像データを上述した図４に示すように所定の大きさに分割したブロック領域ごとに行われる。

図６（Ａ）で示すように、ヒストグラムは、縦軸を度数とする「頻度」、及び横軸を画像における画素の輝度値等である「階調値」とするグラフである。ヒストグラムは、画像データを所定の大きさに分割したブロック領域ごとに生成される。

ヒストグラム解析処理の処理結果は、例えばヒストグラムデータに基づいて所定の輝度値の幅となるコントラスト（ｃｏｎｔｒａｓｔ）値である。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すヒストグラムにおいて、輝度値の低い方から数えて、画像データの総画素数に対して５％の値となる画素ＰＡ、及び輝度値の低い方から数えて総画素数に対して９５％の値となる画素ＰＢの各輝度値を取得し、取得した輝度値の差（幅）をコントラスト値とした例を示している。つまり、画素ＰＡ、及び画素ＰＢは、図６（Ｂ）において画素を最も輝度値が低い画素から数えていった値（カウント数）によって判断される。なお、上記の数値については、これに限定されるものではない。図６（Ｂ）の場合、コントラスト値は、画素ＰＡ、及び画素ＰＢの輝度値の幅である。したがって、コントラスト値が高いほどコントラスト幅が大きい。

なお、ステップＳ０２０２乃至ステップＳ０２０４の処理順序は図３で示す順序に限られない。本実施形態では、ステップＳ０２０２乃至ステップＳ０２０４の処理が図３に示した以外の処理順序でも、又はステップＳ０２０２乃至ステップＳ０２０４の処理が並行して行われてもよい。また、本実施形態では、ステップＳ０２０２乃至ステップＳ０２０４の各処理のうち、１又は複数の処理を選択して実行してもよい。

図３に戻り、ステップＳ０２０５では、画像処理装置１１は、階調削減数決定処理を行う。階調削減数決定処理は、削減する階調数の値を計算し、計算した結果を出力する処理である。階調削減数決定処理は、例えば、グラデーション領域解析処理、平均輝度値計算処理、及びヒストグラム解析処理のうち、少なくとも１つの処理結果に基づいて階調削減数の決定処理を行う。なお、階調削減数決定処理は、グラデーション領域解析処理若しくはヒストグラム解析処理における処理結果、又は、グラデーション領域解析処理、平均輝度値計算処理、及びヒストグラム解析処理のうち２以上の処理結果に対応させて階調削減数を決定するのが好ましい。以下、入力処理で入力された画像データの各画素のデータが１０ビットの場合を例に説明する。

グラデーション領域解析処理において、図５で示すように、小ブロック領域ごとに０．００乃至１．００の範囲の値が算出される。グラデーション領域解析処理の処理結果は、例えば小ブロック領域ごとの計算結果の平均値又は最大値等である。グラデーション領域解析処理の処理結果の値が高い場合、領域の画像の周波数は低い。領域の画像の周波数が低い場合は、領域の画像の空間における変化が平坦な場合である。グラデーション領域解析処理の処理結果が高い値の場合、階調削減数決定処理は、削減する階調数の値を小さくするように設定する。

図７は、本発明の一実施形態に係るグラデーション領域解析処理の処理結果に基づいて削減する階調の数を設定するための設定テーブルの一例を示す図である。設定テーブルＴ１は、グラデーション領域解析処理の処理結果に応じて削減する階調の数を設定するためのテーブルである。設定テーブルＴ１は、グラデーション領域解析結果に対応させて階調を削減する数（ビット）が設定されている。設定テーブルＴ１は、図７に示すテーブルに限られない。設定テーブルＴ１の各値は、任意の値が予め入力されている。

図７に示すように、設定テーブルＴ１は、グラデーション領域解析結果の値が大きくなる場合、階調を削減する数が小さくなるように設定される。

即ち、ステップＳ０２０５では、画像処理装置１１は、周波数の低い平坦な画像、いわゆるグラデーション領域の場合、階調を削減する数を小さくする。階調を削減する数が小さい場合、大きいビット数で階調を表現することができる。したがって、明るさ、又は色等が緩やかに変化するグラデーション領域を大きいビット数で表現するため、いわゆる疑似輪郭（Ｃｏｎｔｏｕｒｉｎｇ）である縞が発生するのを少なくすることができる。

平均輝度値計算処理の処理結果は、ブロック領域ごとの平均輝度値であり、平均輝度値の値が低い場合、ブロック領域の画像が暗い場合である。ブロック領域の画像が暗い場合は、ヴェーバー（Ｗｅｂｅｒ）法則により、輝度値の変化が視覚的に目立つ場合である。ブロック領域の画像が暗い場合、階調削減数決定処理は、削減する階調数の値を小さくするように設定する。

図８は、本発明の一実施形態に係る平均輝度値計算処理の処理結果に基づいて削減する階調の数を設定するための設定テーブルの一例を示す図である。設定テーブルＴ２は、平均輝度値計算結果に対応させて階調を削減する数（ビット）が設定されている。

設定テーブルＴ２は、設定テーブルＴ１と同様、平均輝度値計算処理の処理結果に応じて削減する階調の数を設定する。設定テーブルＴ２は、図８で示すテーブルに限られない。設定テーブルＴ２の各値は、任意の値が予め入力されている。

図８で図示するように、設定テーブルＴ２は、平均輝度値計算処理の処理結果の値が大きくなる場合、階調を削減する数が大きくなるように設定される。平均輝度値計算処理の処理結果が高い値である場合、階調削減数決定処理は、削減する階調数の値を大きくするように設定する。

即ち、ステップＳ０２０５では、平均輝度値が低い値、即ち暗い画像である場合、画像処理装置１１は、階調を削減する数を小さくする。階調を削減する数が小さい場合、大きいビット数で階調を表現することができる。したがって、輝度値の変化による明るさ、又は色の変化が視認されやすい領域を大きいビット数で表現するため、いわゆる黒つぶれの画素を少なくすることができる。

ヒストグラム解析処理の処理結果は、コントラスト値であり、コントラスト値が高い場合、画像の輝度値の幅が大きくなる場合である。画像の輝度値の幅が大きい場合は、階調を削減する数が大きいと、階調不足が目立つことになる。画像の輝度値の幅が大きい場合、階調削減数決定処理は、削減する階調数の値を小さくするように設定する処理である。

図９は、本発明の一実施形態に係るヒストグラム解析処理の処理結果に基づいて削減する階調の数を設定するための設定テーブルの一例を示す図である。

設定テーブルＴ３は、ヒストグラム解析結果に対応させて階調を削減する数（ビット）が設定されている。設定テーブルＴ３は、図９に示すテーブルに限られない。設定テーブルＴ３の各値は、任意の値が予め入力されている値である。

図９に示すように、設定テーブルＴ３は、ヒストグラム解析処理の処理結果の値が大きくなる場合、階調を削減する数が小さくなるように設定される。ヒストグラム解析処理の処理結果が高い値の場合、階調削減数決定処理は、削減する階調数の値を小さくするように設定する。

つまり、ステップＳ０２０５では、画像処理装置１１は、コントラスト値が高い値の画像の場合、階調を削減する数を小さくする。階調を削減する数が小さい場合、大きいビット数で階調を表現することができる。したがって、コントラスト値が高い領域を大きいビット数で表現するため、いわゆる階調不足を少なくすることができる。

また、ステップＳ０２０５では、画像処理装置１１は、ヒストグラム解析処理、平均輝度値計算処理、及びグラデーション領域解析処理の各処理結果に重みを設定して、階調削減数を決定してもよい。

＜各処理結果に対応する重み設定について＞
ここで、上述した各処理結果に対応する重み設定について説明する。例えば、グラデーション領域解析処理の処理結果、図７で示す設定テーブルＴ１によって設定される削減する階調数の値に対する重み係数を「α」とする。また、平均輝度値計算処理の処理結果、図８で示す設定テーブルＴ２によって設定される削減する階調数の値に対する重み係数を「β」とする。また、ヒストグラム解析処理の処理結果、図９で示す設定テーブルＴ３によって設定される削減する階調数の値に対する重み係数を「γ」とする。例えば、本実施形態では、各設定テーブルから取得した削減する階調数に上述した各重み係数を乗算し、乗算した値を用いて削減する階調数を決定するが、重み係数を削減する階調数に対してどのように付加するかについては、これに限定されるものではない。

例えば、各重み係数α＝β＝γ＝１である場合、決定する階調削減数は、ヒストグラム解析処理、平均輝度値計算処理、及びグラデーション領域解析処理の各処理結果から得られる削減数の値を平均し、平均した値を四捨五入することで決定される。例えば、グラデーション領域解析処理の処理結果に対応する階調削減数が１、平均輝度値計算処理の処理結果に対応する階調削減数が２、ヒストグラム解析処理の処理結果に対応する階調削減数が２である場合、決定される削減数は、（１＋２＋２）／３＝１．６・・・＝２ビットとなる。

例えば、重み係数α＝０である場合、決定する階調削減数は、グラデーション領域解析処理の処理結果を考慮せずに、ヒストグラム解析処理、及び平均輝度値計算処理の処理結果に基づいて決定される。例えば、重み係数α＝０、重み係数β＝γ＝１であり、上述と同様に、グラデーション領域解析処理の処理結果に対応する階調削減数が１、平均輝度値計算処理の処理結果に対応する階調削減数が２、ヒストグラム解析処理の処理結果に対応する階調削減数が２である場合、決定される削減数は、（０＋２＋２）／３＝１．３・・・＝１ビットとなる。なお、上述した重み係数α、β、γの値は、予め設定されていてもよく、外部から画像データと共に入力されてもよい。

なお、本実施形態では、画像の内容に応じて、重み係数の値が変更されてもよい。例えば、画像にグラデーション領域が存在する場合、画像処理装置１１は、グラデーション領域解析処理の処理結果の重みを大きくするため、重み係数αの値を予め設定されているαの値よりも大きくする処理を行う。これにより、例えば削減する階調数の値を決定する際、グラデーション領域解析処理の処理結果の影響を、他の処理結果（平均輝度値計算処理の処理結果、及びヒストグラム解析処理の処理結果）よりも大きくすることができ、適切な削減数を決定することができる。

例えば、画像の平均輝度値が所定値未満である場合、画像処理装置１１は、平均輝度値計算処理の処理結果の重みを大きくするため、重み係数βの値を予め設定されているβの値よりも大きくする処理を行う。これにより、例えば削減する階調数の値を決定する際、平均輝度値計算処理の処理結果の影響を、他の処理結果（ヒストグラム解析処理の処理結果、及びグラデーション領域解析処理の処理結果）よりも大きくすることができ、適切な削減数を決定することができる。

例えば、画像のコントラスト値が所定値以上である場合、画像処理装置１１は、ヒストグラム解析処理の処理結果の重みを大きくするため、重み係数γの値を予め設定されているγの値よりも大きくする処理を行う。これにより、例えば削減する階調数の値を決定する際、ヒストグラム解析処理の処理結果の影響を、他の処理結果（平均輝度値計算処理の処理結果、及びグラデーション領域解析処理の処理結果）よりも大きくすることができ、適切な削減数を決定することができる。

各重み係数は、例えば各重み係数α＝β＝γ＝１となるように初期値を入力し、初期値を基準とする。重み係数αの値を大きくする場合、画像処理装置１１は、例えばα＝１．５、及びβ＝γ＝１というように、重み係数αが他の重み係数より大きくなるような値を設定する。なお、本実施形態は、α＝β＝γ＝１の初期値を基準とする場合に限られない。例えば、各重み係数は、初期値にα≠β≠γとなる値がそれぞれユーザによって入力され、入力された初期値を基準としてもよい。

ステップＳ０２０５で画像処理装置１１は、図４で示すブロック領域ごとに階調削減数を決定することによって、異なるビット数のブロック領域を有する画像を生成するためのデータを出力することができる。ビット数を削減するブロック領域がある場合、画像データのデータ容量を少なくすることができる。

なお、実施形態は、図３で示された全体処理に限られない。実施形態は、各処理が並行、又は分散して処理されてもよい。また、画像処理装置１１内の構成各部は、電子回路によって実現される場合に限られず、構成の全部、又は一部がプログラムによって実現されてもよい。

＜変更前と変更後の量子化テーブルの例＞
次に、上述した階調削減数決定手段１１Ｆ５により得られた階調削減数に基づき、量子化テーブル変更手段１１Ｆ６で変更される量子化テーブルの一例について、図を用いて説明する。

図１０は、変更前後の量子化テーブルの一例を示す図である。画像処理装置１１は、まず図１０（Ａ）に示す元の量子化テーブルを入力する。元の量子化テーブルは、例えば画素の階調値が１０ビットの画像データを、８ビットの画像データに量子化するためのテーブルである。なお、階調値、及び量子化値のビット数については、これに限定されるものではない。

また、量子化テーブルにおいて、階調値と量子化値との対応付けは、例えばロイドマックス法等によって実現される。なお、階調値と量子化値との対応付け方法は、ロイドマックス法による方法に限られない。

図１０（Ａ）に示す元の量子化テーブルは、図１で示す量子化テーブル生成装置１０が出力する量子化テーブルデータの一例である。

元の量子化テーブルが示す量子化値のビット数は、ステップＳ０２０５の階調削減数決定処理によって決定される削減数によって変更される。画像処理装置１１は、量子化値の８ビットを削減数に応じて値を変更する。

例えば階調削減数決定処理によって決定される削減数が１ビットである場合、図１０（Ｂ）に示すように、量子化値のビット数は、元の量子化テーブル８ビットから７ビットに変更され、変更されたビット数に対応させて階調値に対する量子化値を割り当てる。同様に、例えば階調削減数決定処理によって決定される削減数が２ビットである場合、図１０（Ｃ）に示すように、量子化値のビット数は、元の量子化テーブル８ビットから６ビットに変更され、変更されたビット数に対応させて階調値に対する量子化値を割り当てる。

なお、変更後の量子化テーブルは、ブロック領域ごとに削減数が決定され、各ブロック領域に対応した変更後の量子化テーブルが元の量子化テーブルから変更されてそれぞれ生成されてもよい。

＜実行プログラム＞
ここで、上述した画像処理装置１１は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記憶媒体、マウスやキーボード、ポインティングデバイス等の入力装置、画像やデータを表示する表示部、並びに外部と通信するためのインタフェースを備えたコンピュータによって構成することができる。

したがって、画像処理装置１１が有する各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現可能となる。また、これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピィーディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記録媒体に格納して頒布することもできる。

つまり、上述した各構成における処理をコンピュータに実行させるための実行プログラムを生成し、例えば汎用のＰＣやサーバ等にそのプログラムをインストールすることにより、本実施形態における画像処理を実現することができる。

上述した本実施形態によれば、疑似輪郭、黒つぶれ、及び階調不足抑制を考慮した階調削減数をブロック領域ごとにフィードフォワードに決定することができる。また、階調削減による量子化処理において、画質の劣化を少なくすることができる。例えば、本実施形態によれば、階調削減の際に画像データの解析を行うことによって、黒つぶれの画素等を少なくできるため、画質の劣化を少なくできる。また、階調削減の際に画像データの解析を行うことによって、画質の劣化を少なくできる。さらに、ブロック領域ごとに階調削減数を決定することによって、異なるビット数のブロック領域を有する画像を生成するためのデータを出力することができる。したがって、ビット数を削減するブロック領域がある場合、量子化後の画像データのデータ容量を、従来のロイドマックス量子化法による量子化後の画像データのデータ容量より少なくすることができる。

また、画像にグラデーション領域が存在する場合、上述した重み係数αの値を大きくすることによってグラデーション領域解析処理の処理結果の重み（影響）を大きくすることができる。また、画像が所定の明るさ未満である場合、上述した重み係数βの値を大きくすることによって平均輝度値計算処理の処理結果の重みを大きくすることができる。また、画像が所定のコントラスト以上である場合、上述した重み係数γの値を大きくすることによって、ヒストグラム解析処理の処理結果の重みを大きくすることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１画像処理システム
１０量子化テーブル生成装置
１１画像処理装置
１１Ｆ１入力手段
１１Ｆ２グラデーション領域解析手段
１１Ｆ３平均輝度値計算手段
１１Ｆ４ヒストグラム解析手段
１１Ｆ５階調削減数決定手段
１１Ｆ６量子化テーブル変更手段
１１Ｆ７量子化手段
１２送信装置
２画像
２１ブロック領域
ＰＡ、ＰＢ画素
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３設定テーブル

Claims

ブロック領域ごとに分割された画像データと、該画像データを量子化する量子化テーブルとを入力し、前記画像データの内容に対応させて前記量子化テーブルを変更する画像処理装置であって、
前記画像データの周波数のパワーの割合の値により前記ブロック領域ごとのグラデーション領域を解析するグラデーション領域解析手段と、
前記画像データが有する画素がそれぞれ示す輝度値を平均して前記ブロック領域ごとに前記画像データの平均輝度値を計算する平均輝度値計算手段と、
前記輝度値に対する前記画素の頻度を示すヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムから計算される前記輝度値の差を示すコントラスト値を求めるヒストグラム解析手段と、
前記グラデーション領域解析手段、前記平均輝度値計算手段、及び前記ヒストグラム解析手段の各処理結果に重みを設定して階調削減数を決定する階調削減数決定手段と、
前記階調削減数決定手段により得られる削減数に応じて、前記量子化テーブルに予め設定された量子化後のビット数を削減する変更を行う量子化テーブル変更手段とを有する画像処理装置。
前記階調削減数決定手段は、前記画像データに前記グラデーション領域が存在する場合に、前記グラデーション領域解析手段の処理結果に対して設定されている前記重みを大きくして前記階調削減数を決定する処理を行う請求項１に記載の画像処理装置。
前記階調削減数決定手段は、前記画像データの平均輝度値が所定値未満である場合に、前記平均輝度値計算手段の処理結果に対して設定されている前記重みを大きくして前記階調削減数を決定する処理を行う請求項１に記載の画像処理装置。
前記階調削減数決定手段は、前記画像データのコントラスト値が所定値以上である場合に、前記ヒストグラム解析手段の処理結果に対して設定されている前記重みを大きくして前記階調削減数を決定する処理を行う請求項１に記載の画像処理装置。
ブロック領域ごとに分割された画像データと、該画像データを量子化する量子化テーブルとを入力し、前記画像データの内容に対応させて前記量子化テーブルを変更する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記画像データの周波数のパワーの割合の値により前記ブロック領域ごとのグラデーション領域を解析するグラデーション領域解析手段、
前記画像データが有する画素について、前記画素がそれぞれ示す輝度値を平均して前記ブロック領域ごとに前記画像データの平均輝度値を計算する平均輝度値計算手段、
前記輝度値に対する前記画素の頻度を示すヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムから計算される前記輝度値の差を示すコントラスト値を求めるヒストグラム解析手段、
前記グラデーション領域解析手段、前記平均輝度値計算手段、及び前記ヒストグラム解析手段の各処理結果に重みを設定して階調削減数を決定する階調削減数決定手段、及び、
前記階調削減数決定手段により得られる削減数に応じて、前記量子化テーブルに予め設定された量子化後のビット数を削減する変更を行う量子化テーブル変更手段として機能せるためのプログラム。