JP6432214B2 - 画像処理装置、画像処理方法、記憶媒体及びプログラム - Google Patents
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Description
画像データを明るさ成分と色成分とに分解する色分解手段と、
前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データの画素値を操作し、操作後の多重解像度画像データを再構成することで、明るさ成分の第2の画像データを生成する処理手段と、
前記明るさ成分の第2の画像データと、前記色成分の画像データとを合成する合成手段と、を有し、
前記処理手段は、前記色成分の画像データの画素値に基づいて算出される彩度値に応じたパラメータを用いて調整した画素値に基づいて、前記明るさ成分の第2の画像データを生成することを特徴とする。
<1.画像処理装置の全体構成>
はじめに、画像処理装置の全体構成について説明する。図1は、画像処理装置100の全体構成を示す図である。図1に示すように、画像処理装置100は、画像処理プログラム110と、調整比率データベース(以下、単に「DB」と称す)と、画像操作DB122とを有する。
次に、画像処理装置100のハードウェア構成について説明する。図2は、画像処理装置100のハードウェア構成を示す図である。図2に示すように、画像処理装置100は、CPU(Central Processing Unit)201、ROM202、RAM203、入出力部204を備える。なお、画像処理装置100において、CPU201、ROM202、RAM203、入出力部204は、バス205を介して相互に接続されている。
次に、画像処理プログラム110がCPU201により実行されることで実現される機能について、図3〜図7を用いて説明する。なお、図3は、第1の実施形態に係る画像処理プログラム110の機能構成を示す図であり、図4は、第1の実施形態に係る画像処理プログラム110による画像処理の概要を示す図である。また、図5は彩度値の算出方法を説明するための図であり、図6は調整比率DB121において規定される彩度値と調整比率との関係を示す図である。更に、図7は画像操作DB122において規定される多重解像度画像データの画素値の操作内容を説明するための図である。
色分解部310は、入出力部204を介して入力された画像データを取得する。図4の画像データ400は、色分解部310により取得された画像データの一例であり、ここでは、i×j画素のサイズを有するものとして説明する。
調整部330は、色分解部310より入力された色成分(CrCb)の画像データ460を取得し、下式(式2)に従って、彩度値Cを算出する。
次に、明るさ成分処理部320について説明する。明るさ成分処理部320は、多重解像度画像生成部321と、多重解像度画像操作部322と、再構成部323とを有する。
多重解像度画像生成部321は、色分解部310より明るさ成分(Y)の画像データ410を取得し、多重解像度画像データ420を生成する機能を有する。
多重解像度画像操作部322について説明する。多重解像度画像操作部322は、多重解像度画像生成部321により生成された多重解像度画像データ420に含まれる解像度レベルnのラプラシアン成分画像データ420_nの各画素値を、下式(式4)に基づいて操作する。
L'n(x、y):解像度レベルnにおける操作後のラプラシアン成分画像データの各画素値。nは"0〜d(入力された画像サイズによって決まる上限)"の範囲をとる。
|Ln(x、y)|:解像度レベルnにおける操作前のラプラシアン成分画像データの各画素値の絶対値(大きさ)。nは"0〜d(入力画像サイズによって決まる上限)"の範囲をとる。
sign:Ln(x、y)の値が、正の場合は"1"、負の場合は"−1"。
range:ここでは、YCbCr色空間の明るさ成分(Y)の画像データを元画像としており、明るさ成分(Y)の画像データは0.0〜1.0の範囲をとるため、range="0.1"となる。なお、このrangeの値は元画像のダイナミックレンジに依存する。
α:ここでは"0.6"。
grad:ここでは"0.6(なお、このgradの値も元画像のダイナミックレンジに依存する)。
再構成部323では、多重解像度画像生成部321と逆の操作を繰り返すことにより、操作後の多重解像度画像データ430に基づいて明るさ成分(Y)の画像データ440を再構成する。具体的には、低解像度側の解像度レベルから計算を開始し、スケールアップ処理後に生成された各解像度レベルの画素値を加算する処理を、各解像度レベルで繰り返すことで、明るさ成分(Y')の画像データを再構成する。図4において、画像データ440は、再構成された明るさ成分(Y')の画像データである。
・彩度値(C)の画像データ470の低彩度領域に対応する領域の各画素値が、多重解像度画像データに対する操作が反映された画素値となる。つまり、明るさ成分(Y')の画像データ440に近い画素値となる。
・彩度値(C)の画像データ470の高彩度領域に対応する領域の各画素値が、多重解像度画像に対する操作が反映されていない画素値となる。つまり、明るさ成分(Y)の画像データ410に近い画素値となる。
色合成部340は、再構成部323より出力された明るさ成分(Y'')の画像データ450と、色分解部310より出力された色成分(CrCb)の画像データ470とを色合成する。また、色合成により得られた画像データについて、YCrCb色空間からRGB色空間への変換を行い、RGBの色成分をもつ画像データ480を出力する。
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、多重解像度画像データの画素値を操作する画像処理において、
・色成分の画像データに基づいて、彩度の高い画素と彩度の低い画素とで異なる調整比率を導出する構成とした。
・操作前の明るさ成分の画像データと、操作後の多重解像度画像データを再構成することにより得られた明るさ成分の画像データとを、導出した調整比率を用いて組み合わせる構成とした。
・高彩度の領域については、操作前の明るさ成分の画像データが反映され、
・低彩度の領域については、操作後の明るさ成分の画像データが反映され
ることとなる。この結果、多重解像度画像データに対する操作を行うことに伴う、高彩度領域における疑似輪郭の発生を防ぐことが可能となる。つまり、多重解像度画像データの画素値を操作する画像処理において、画質の向上を図ることが可能となる。
上記第1の実施形態では、入力された画像データを色分解することで得られた明るさ成分(Y)の画像データと、操作後の多重解像度画像データを再構成することにより得られた明るさ成分(Y'')の画像データとを、調整比率を用いて組み合わせる構成とした。
第2の実施形態に係る画像処理プログラム110がCPU201により実行されることで実現される機能について、図8、図9を用いて説明する。図8は、第2の実施形態に係る画像処理プログラム110の機能構成を示す図であり、図9は、第2の実施形態に係る画像処理プログラム110による画像処理の概要を示す図である。以下、図9を逐次参照しながら、図8に示す画像処理プログラム110の機能構成について説明する。なお、図8に示す機能構成のうち、上記第1の実施形態において図3を用いて説明した機能構成との相違点は、調整部830、多重解像度画像操作部822、再構成部823である。そこで、以下、調整部830、多重解像度画像操作部822、再構成部823について詳説する。
調整部830では、色分解部310より色成分(Cr)の画像データと色成分(Cb)の画像データとを取得する。図9の画像データ920は、色成分(Cr)の画像データであり、図9の画像データ930は、色成分(Cb)の画像データである。
多重解像度画像操作部822では、多重解像度画像生成部321より、明るさ成分(Y)の画像データ410についての多重解像度画像データ420に含まれる解像度レベルnのラプラシアン成分画像データ420_nの各画素値Ln(x,y)を取得する。そして、取得したラプラシアン成分画像データ420_nの各画素値Ln(x,y)を、式4に基づいて操作する。これにより、操作後のラプラシアン成分画像データ430_nの各画素値L'n(x,y)を得る。
・彩度値(C)の多重解像度画像データ960の低彩度領域に対応する領域の各画素値が、明るさ成分(Y)の多重解像度画像データに対する操作が反映された画素値となる。つまり、低彩度領域に対応する領域の画素値は、操作後の多重解像度画像データの画素値となる。
・彩度値(C)の多重解像度画像データ960の高彩度領域に対応する領域の各画素値が、明るさ成分(Y)の多重解像度画像データに対する操作が反映されていない画素値となる。つまり、高彩度領域に対応する領域の画素値は、操作前の多重解像度画像データの画素値となる。
再構成部823では、多重解像度画像操作部822より出力された明るさ成分(Y)の多重解像度画像データ910について、多重解像度画像生成部321と逆の操作を繰り返すことにより、明るさ成分(Y'')の画像データ450を再構成する。
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、多重解像度画像データの画素値を操作する画像処理において、
・色成分の画像データについて多重解像度画像データを生成し、各解像度レベルにおける彩度値を算出したうえで、彩度の高い画素と彩度の低い画素とで異なる調整比率を導出する構成とした。
・明るさ成分の画像データから生成した多重解像度画像データを再構成するにあたり、操作後の多重解像度画像データと、操作前の多重解像度画像データとを、導出した調整比率を用いて組み合わせる構成とした。
・高彩度の領域については、操作前の明るさ成分の多重解像度画像データが反映され、
・低彩度の領域については、操作後の明るさ成分の多重解像度画像データが反映され
ることとなる。この結果、多重解像度画像データに対する操作を行うことに伴う、高彩度領域における疑似輪郭の発生を防ぐことが可能となる。つまり、多重解像度画像データの画素値を操作する画像処理において、画質の向上を図ることが可能となる。
上記第1及び第2の実施形態では、色成分(Cr)の画像データと色成分(Cb)の画像データとを用いて、彩度値Cの画像データを算出するにあたり、色成分(Cr)の画像データの画素値と色成分(Cb)の画像データの画素値の二乗和の平方根を用いた。これに対して、第3の実施形態では、色成分(Cr)の画像データの画素値と色成分(Cb)の画像データの画素値のうち、大きい方を彩度値Cとする。すなわち、第3の実施形態において調整部330、830は、彩度値Cを下式(式10)により算出する。
上記第1乃至第3の実施形態では、彩度値Cが閾値Cth1以下の場合に調整比率α=1とし、彩度値Cが閾値Cth2以上の場合に調整比率α=0とすることで、高彩度の領域において、多重解像度画像データに対する操作を反映させない構成とした。
上記第1乃至第4の実施形態では、多重解像度画像生成部321により生成される多重解像度画像データがラプラシアンピラミッドの場合について説明した。これに対して、第5の実施形態では、多重解像度画像生成部321が、2次元の離散ウェーブレット変換を繰り返すことにより多重解像度画像データを生成する場合について説明する。
上記第1乃至第5の実施形態では、図7に示す操作内容により明るさ成分(Y)の多重解像度画像データを操作した。具体的には、
・絶対値が小さい画素値(ラプラシアン成分画像データの絶対値が小さい画素値)に対しては、画素値を増加させる方向に操作し、かつ、増加幅を相対的に大きくする。
・絶対値が大きい画素値(ラプラシアン成分画像データの絶対値が大きい画素値)に対しては、画素値を増加させる方向に操作しつつ、増加幅を相対的に小さくするか、画素値を減少させる方向に操作する。
上記第6の実施形態では、多重解像度画像操作部822が、図12または図13に示す操作内容を、すべての解像度レベルに対して適用することとした。これに対して、第7の実施形態では、多重解像度画像操作部822が、図12または図13に示す操作内容を、解像度レベルが高い多重解像度画像データと、解像度レベルが低い多重解像度画像データとに適用する。
110 :画像処理プログラム
121 :調整比率DB
122 :画像操作DB
310 :色分解部
320 :明るさ成分処理部
321 :多重解像度画像生成部
322 :多重解像度画像操作部
323 :再構成部
330 :調整部
340 :色合成部
822 :多重解像度画像操作部
823 :再構成部
830 :調整部
Claims (13)
- 画像データを明るさ成分と色成分とに分解する色分解手段と、
前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データの画素値を操作し、操作後の多重解像度画像データを再構成することで、明るさ成分の第2の画像データを生成する処理手段と、
前記明るさ成分の第2の画像データと、前記色成分の画像データとを合成する合成手段と、を有し、
前記処理手段は、前記色成分の画像データの画素値に基づいて算出される彩度値に応じたパラメータを用いて調整した画素値に基づいて、前記明るさ成分の第2の画像データを生成することを特徴とする画像処理装置。 - 前記処理手段は、
前記明るさ成分の第1の画像データと、前記再構成により生成された明るさ成分の第3の画像データとを、前記色成分の画像データの画素値に基づいて算出される彩度値に応じたパラメータを用いて組み合わせることで、前記明るさ成分の第2の画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記処理手段は、
前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データと、該多重解像度画像データの画素値を操作した操作後の多重解像度画像データとを、前記色成分の画像データの画素値に基づいて算出される彩度値に応じたパラメータを用いて組み合わせたものを再構成することで、前記明るさ成分の第2の画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記パラメータは、
前記明るさ成分の第1の画像データと、前記明るさ成分の第3の画像データとを組み合わせる際の比率を規定しており、
前記色成分の画像データの画素値が大きいほど、前記明るさ成分の第1の画像データと前記明るさ成分の第3の画像データとを組み合わせる際の前記明るさ成分の第1の画像データの比率が大きくなるように規定されていることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記パラメータは、
前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データと、該多重解像度画像データの画素値を操作した操作後の多重解像度画像データとを組み合わせる際の比率を規定しており、
前記色成分の画像データの画素値が大きいほど、前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データと、該多重解像度画像データの画素値を操作した操作後の多重解像度画像データとを組み合わせる際の、前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データの比率が大きくなるように規定されていることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記パラメータは、
前記色成分の画像データから生成した多重解像度画像データの各解像度レベルごとに規定されていることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。 - 前記パラメータは、
前記色成分の画像データに基づいて算出される彩度値の画像データの画素値が所定の値Cth1以下の場合に1となり、所定の値Cth2(ただし、Cth1<Cth2)以上の場合に0となるように規定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記処理手段は、
前記明るさ成分の第1の画像データから、ラプラシアンピラミッドである前記多重解像度画像データを生成することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記処理手段は、
前記明るさ成分の第1の画像データに対して、離散ウェーブレット変換を行うことで前記多重解像度画像データを生成することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記処理手段は、
前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データの画素値のうち、該明るさ成分の第1の画像データのダイナミックレンジの1/10未満の画素値を増加させる方向に操作することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 画像データを明るさ成分と色成分とに分解する色分解工程と、
前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データの画素値を操作し、操作後の多重解像度画像データを再構成することで、明るさ成分の第2の画像データを生成する処理工程と、
前記明るさ成分の第2の画像データと、前記色成分の画像データとを合成する合成工程と、を有し、
前記処理工程は、前記色成分の画像データの画素値に基づいて算出される彩度値に応じたパラメータを用いて調整した画素値に基づいて、前記明るさ成分の第2の画像データを生成することを特徴とする画像処理方法。 - 画像処理装置のコンピュータに、
画像データを明るさ成分と色成分とに分解する色分解工程と、
前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データの画素値を操作し、操作後の多重解像度画像データを再構成することで、明るさ成分の第2の画像データを生成する処理工程と、
前記明るさ成分の第2の画像データと、前記色成分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であって、
前記処理工程は、前記色成分の画像データの画素値に基づいて算出される彩度値に応じたパラメータを用いて調整した画素値に基づいて、前記明るさ成分の第2の画像データを生成することを特徴とするプログラム。 - 画像処理装置のコンピュータに、
画像データを明るさ成分と色成分とに分解する色分解工程と、
前記明るさ成分の第1の画像データから生成した多重解像度画像データの画素値を操作し、操作後の多重解像度画像データを再構成することで、明るさ成分の第2の画像データを生成する処理工程と、
前記明るさ成分の第2の画像データと、前記色成分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であって、
前記処理工程は、前記色成分の画像データの画素値に基づいて算出される彩度値に応じたパラメータを用いて調整した画素値に基づいて、前記明るさ成分の第2の画像データを生成することを特徴とする記憶媒体。
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