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

画像処理装置、画像処理方法、記憶媒体及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法、記憶媒体及びプログラムに関する。
従来より、デジタルカメラ等の撮像装置により撮影された画像データに対しては、種々の画像処理方法が提案されている。例えば、下記特許文献1及び2では、画像データを明るさ成分と色成分とに分解し、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の画素値を操作したうえで再構成し、色成分の画像データと色合成する画像処理方法が提案されている。
当該画像処理方法によれば、画像データにおける明瞭度の欠如や凹凸感の欠如といった問題を改善することができる。なお、明瞭度が欠如した画像データとは、実際に人間の目で見た印象と比較して、かすみやモヤがかかったような印象を与える画像データをいう。また、凹凸感が欠如した画像データとは、例えば、実際の風景における木々の盛り上がった感じや岩肌のごつごつした感じが薄れ、平面的な印象を与える画像データをいう。
しかしながら、上記特許文献1及び2のように多重解像度画像データの画素値を一律に操作する画像処理方法の場合、画像処理後に特定の色成分を有する領域において、不自然な明るさ変化が発生することがある。具体的には、彩度が高い領域において、画像処理前には知覚されなかった明るさの段差(以下、「疑似輪郭」と称す)が、画像処理を行うことで新たに発生することがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、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を目的とする。
本発明の実施形態に係る画像処理装置は、以下のような構成を有する。すなわち、
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。
本発明の各実施形態によれば、多重解像度画像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になる。
画像処理装置の全体構成を示す図である。 画像処理装置のハードウェア構成を示す図である。 画像処理プログラムの機能構成を示す図である。 画像処理プログラムによる画像処理の概要を示す図である。 彩度値の算出方法を説明するための図である。 調整比率DB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。 画像操作DB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。 画像処理プログラムの機能構成を示す図である。 画像処理プログラムによる画像処理の概要を示す図である。 彩度値の算出方法を説明するための図である。 調整比率DBにおいて規定される色成分と調整比率との関係を示す図である。 画像操作DB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。 画像操作DB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拡大図である。
以下、本発明の各実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に際して、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
[第1の実施形態]
<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。
画像処理プログラム110は、デジタルカメラ等の撮像装置により撮影された画像データを明るさ成分と色成分とに分解し、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の画素値を操作する処理を行う。更に、画像処理プログラム110は、画素値を操作した多重解像度画像データに基づいて明るさ成分の画像データを再構成し、色成分の画像データと色合成する処理を行う。
なお、画像処理プログラム110では、明るさ成分の画像データを再構成するにあたり、色成分の画像データの画素値に応じて変化するパラメータ(調整比率)を用いる。
調整比率DB121は、画像処理プログラム110が明るさ成分の画像データを再構成する際に用いる調整比率の値を格納する。具体的には、調整比率DB121は、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各画素値に対する調整比率を格納する。
画像操作DB122は、画像処理プログラム110が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の各画素値を操作する際の操作量に関する情報を格納する。具体的には、画像操作DB122は、多重解像度画像データの操作前の各画素値と操作後の各画素値とを対応付けて格納する。
<2.画像処理装置のハードウェア構成>
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。
CPU201は、ROM202に格納された各種プログラム(例えば、画像処理プログラム110)を実行するコンピュータである。
ROM202は不揮発性メモリである。ROM202は、CPU201により実行される各種プログラムと、各種プログラムを実行するために必要なブートプログラムや各種DB(例えば、調整比率DB121や画像操作DB122)等を格納する。
RAM203は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)等の主記憶装置である。RAM203は、ROM202に格納された各種プログラムがCPU201によって実行される際に展開される、作業領域として機能する。
入出力部204は、周辺モジュールとの間でデータの送受信を行う。画像処理プログラム110がCPU201により実行されることで処理される画像データは、入出力部204を介して入力される。また、処理された画像データは、入出力部204を介して出力される。
なお、画像処理装置100は、例えば、デジタルカメラ等の撮像装置やスキャナ等の画像形成装置、スマートフォン等のように、撮影機能または画像形成機能を有する機器に組み込まれて利用されるものとする。また、画像処理装置100は、ユーザインタフェース部を接続することで、パソコンや携帯情報端末等のように、画像編集機能を有する単体の機器として機能させてもよい。この場合、画像処理プログラム110は、例えば、持ち運び可能な記憶媒体に格納してもよい。
<3.画像処理プログラムの機能構成>
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。
以下、図4〜図7を逐次参照しながら、図3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。
図3に示すように、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は、色分解部310と、明るさ成分処理部320と、調整部330と、色合成部340とが含まれる。
(1)色分解部310の説明
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。
色分解部310が取得する画像データ400のファイル形式はTIF形式であり、色空間はRGB色空間である。また、色分解部310が取得する画像データ400は、1画素あたり各色16bitの画素値を有する。ただし、色分解部310が取得する画像データ400のファイル形式はTIF形式に限定されるものではなく、例えば、JPEG形式やPNG形式などの他のファイル形式であってもよい。また、色分解部310が取得する画像データ400の色空間もRGB色空間に限定されるものではなく、RGB以外の色空間であってもよい。更に、色分解部310が取得する画像データ400の1画素あたりの画素値のデータ量も、各色16bitに限定されるものでもない。
色分解部310は、更に、取得した画像データ400の色空間をRGB色空間からYCbCr色空間に変換する。なお、色分解部310では、RGB色空間からYCbCr色空間への変換を下式(式1)に従って行う。
Figure 0006432214
ただし、色分解部310が変換する変換先の色空間は、YCbCr色空間に限定されず、明るさ成分と色成分とを有する色空間であれば、例えば、La*b*色空間であっても、HSV色空間であってもよい。
色分解部310は、更に、YCbCr色空間に変換することで得られた明るさ成分(Y)の画像データを明るさ成分処理部320に入力する。また、YCbCr色空間に変換することで得られた色成分(CrCb)の画像データを調整部330に入力する。図4の画像データ410は、YCbCr色空間に変換することで得られた明るさ成分(Y)の画像データであり、図4の画像データ460は、YCbCr色空間に変換することで得られた色成分(CrCb)の画像データである。
(2)調整部330の説明
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。
Figure 0006432214
なお、式2により算出される彩度値Cは、図5に示すように、横軸に色成分Cr、縦軸に色成分Cbをとった場合、原点を中心とする同心円状に同じ値が配列されることとなる。例えば、彩度値Cと彩度値Cとは同心円状にあるため同じ値となる。
調整部330では、色成分(CrCb)の画像データ460において、各画素ごとに彩度値Cを算出する。図4の画像データ470は、調整部330において各画素ごとに算出された彩度値(C)の画像データである。図4に示すように、彩度値(C)の画像データ470は、高彩度の領域と低彩度の領域とを含む。
また、調整部330では、算出した彩度値Cに基づいて、調整比率DB121を参照することで、各画素ごとに調整比率αを導出する。調整比率DB121には、例えば、下式(式3)が格納されており、調整比率DB121では、彩度値Cが入力されることで、下式(式3)に基づいて調整比率αを導出する。
Figure 0006432214
なお、式3により示される彩度値Cと調整比率αとの関係を図6に示す。図6から明らかなように、調整比率DB121によれば、低彩度の画素については調整比率=1が導出され、高彩度の画素については調整比率=0が導出される。
なお、調整部330による調整比率の導出方法は、式3に限定されるものではなく、式3以外の数式を用いて導出してもよい。また、数式によって表現する場合に限定されるものではなく、例えば、彩度値Cに基づく2次元ルックアップテーブルに基づいて調整比率αを導出してもよい。
調整部330において導出された各画素ごとの調整比率αは、明るさ成分処理部320の再構成部323に入力される。なお、調整比率αは彩度値Cの画像データ470の各画素ごとに導出されるため、以降、調整比率を"α(x,y)"と記載する。
(3)明るさ成分処理部320の説明
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。
(3−1)多重解像度画像生成部321の説明
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。
具体的には、明るさ成分(Y)の画像データ410を取得すると、まず、5×5のガウシアンフィルタにより平滑化処理を行う。そして、平滑化処理により得られた明るさ成分(Y)の画像データに基づいて、偶数番号が割り当てられた行・列の画素データから構成される縦横1/2サイズの画像データを生成する。
なお、このようにして生成される画像データを、以下では、"スケールダウン画像データ"と称す。また、明るさ成分(Y)の画像データのうち、先頭行または先頭列をそれぞれ、0行目及び0列目と呼ぶこととする(つまり、多重解像度画像生成部321では、画像データの偶数番号が割り当てられた列・行から、処理を行う)。
このようにして生成されたスケールダウン画像データの画像サイズは、(i/2、j/2)となる。このスケールダウン画像データに対して、多重解像度画像生成部321では、スケールダウン処理(平滑化処理後に偶数番号の列・行の画素データから構成される縦横1/2サイズの画像を生成する処理)を繰り返して適用していく。この結果、スケールダウン処理のたびに、1/2サイズの画像データが生成されることとなる。
その後、多重解像度画像生成部321では、スケールダウン画像データの画像サイズを再び縦横2倍にして、取得した画像データの画像サイズと同じ画像サイズ(i,j)の画像データを生成する。このとき、行・列がともに偶数番号の画素には、前述のスケールダウン画像データの各画素値を割り当て、行・列のどちらかが奇数番号の画素には、行・列がともに偶数番号の画素の画素値と同一の画素値をひとまず割り当てる。つまり、同一の画素値を持つ4つの画素が生成される。その後、5×5のガウシアンフィルタにより、平滑化処理を行った画像データを生成する(このようにして生成される画像データを、以下では、"スケールアップ画像データ"と称す)。
多重解像度画像生成部321は、スケールダウン処理を行う前の画像データと、スケールダウン処理を行った後にスケールアップ処理を行うことで得られた画像データとの差を、各画素について計算した画像データを生成する。このようにして生成された画像データを以下では、ラプラシアン成分画像データと呼ぶ。
多重解像度画像生成部321では、まず最初の解像度レベル(解像度レベル0)のラプラシアン成分画像データの生成を行う。図4の画像データ420_0は、解像度レベル0のラプラシアン成分画像データであり、画像サイズ=(i,j)の画像データである。
続いて、多重解像度画像生成部321では、更なるスケールダウン画像データと、当該スケールダウン画像データに対してスケールダウン処理を行った後にスケールアップ処理を行うことで得られるスケールアップ画像データとの差をとる。これにより、次の解像度レベルにおけるラプラシアン成分画像データ420_1を算出する。
ラプラシアン成分画像データ420_1は、解像度レベル1のラプラシアン成分画像データであり、画像サイズ=(i/2、j/2)の画像データである。
これ以降、多重解像度画像生成部321では、スケールダウン処理とスケールアップ処理、ラプラシアン成分画像データの算出処理を繰り返し、画像サイズ=(2,2)のラプラシアン成分画像データ420_dが算出されるまで、これを繰り返していく。これにより、画像サイズ=(i,j)からなる解像度レベル0のラプラシアン成分画像データ420_0から画像サイズ=(2,2)からなる解像度レベルdのラプラシアン成分画像データ420_dまでの一連のラプラシアン成分画像データが生成される。これらのラプラシアン成分画像データは、多重解像度画像データ420の各解像度レベルの画像データに対応する、いわゆるラプラシアンピラミッドである。
なお、多重解像度画像生成部321では、スケールダウン処理、スケールアップ処理を行うにあたり、平滑化フィルタとして5×5のガウシアンフィルタを用いるものとしたが、これ以外の平滑化フィルタを用いてもよい。また、平滑化フィルタを用いるのではなく、いわゆる補間処理を使用して、スケールダウン処理、スケールアップ処理を行うようにしてもよい。補間処理の具体例としては、バイリニア法、バイキュービック法などを挙げることができる。
なお、スケールダウン処理を繰り返す際、取得した明るさ成分(Y)の画像データ410によっては、画像サイズが奇数となってしまうことがありえる。このような場合、本実施形態の多重解像度画像生成部321では、偶数番号の行・列でスケールダウン処理を行うものとしているが、画像サイズが奇数の場合のスケールダウン処理の方法はこれに限定されない。
例えば、画像サイズ(例えば、行数P)が奇数となってしまった場合には、スケールダウン後の画像サイズ(行数)を(P+1)/2として、スケールダウン処理を行うようにしてもよい。このとき、スケールダウン処理後の各画素には、スケールダウン処理前の偶数番号の行・列の各画素値が反映される。
あるいは、スケールダウン処理前の画像サイズ(行数)が奇数となってしまった場合には、1行追加してから、1/2サイズの画像データを生成するようにスケールダウン処理を行うようにしてもよい。更に、明るさ成分(Y)の画像データ410を取得した段階で、画像サイズをあらかじめ2の階乗に拡張してから、多重解像度画像データ420の生成を行うようにしてもよい。
(3−2)多重解像度画像操作部322の説明
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。
Figure 0006432214
ここで、式4を構成する各要素の意味は以下のとおりである。
L'(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。
|L(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:L(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)。
図7は式4に示す操作内容をグラフ化したものであり、操作前のラプラシアン成分画像データと、式4により算出される操作後のラプラシアン成分画像データとの関係を示している。図7において実太線は式4の関係を示している。なお、比較用として、傾き1のグラフ(操作前後でラプラシアン成分画像データの画素値が変わらない場合)を点線で示す。
図7から明らかなように、絶対値が小さい画素値(操作前の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している。一方、絶対値が大きい画素値(操作前の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。
なお、多重解像度画像操作部322による操作内容は、式4に示す操作内容に限定されるものではなく、式4以外の操作内容であってもよい。また、多重解像度画像操作部322は、式4のような数式に基づいて操作を実行する場合に限定されず、例えば、ルックアップテーブルに基づいて操作を実行するようにしてもよい。
また、式4において、range=0.1としたのは、式4が、YCbCr空間における明るさ成分(Y)の画像データ410についての多重解像度画像データ420を操作することを前提としたためである。YCbCr空間における明るさ成分(Y)の画像データ410についての多重解像度画像データ420の場合、ダイナミックレンジ(Dr)は0.0〜1.0となるため、range=0.1としている。
換言すると、ダイナミックレンジの異なる他の色空間に基づく多重解像度画像データの場合には、rangeの値も変わってくる。例えば、La*b*色空間に基づく多重解像度画像データの場合、ダイナミックレンジは0.0〜100.0となるため、range=10となる。
つまり、多重解像度画像操作部322では、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420_nの値が下式(式5)を満たすか否かにより、操作内容が変わる。
Figure 0006432214
これにより、ダイナミックレンジ(Dr)の1/10未満の画素値Lは増加し、1/10以上の画素値Lは減少することとなる。
(3−3)再構成部323の説明
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。
なお、再構成部323におけるスケールアップ処理も、多重解像度画像生成部321におけるスケールアップ処理と同じ手法で計算を行う。つまり、スケールダウン処理前と同じ画像サイズ(基本的には縦横2倍にした画像サイズ)の画像データを生成して、行・列がともに偶数番号の画素に低解像度の多重解像度画像データの画素値を設定する。このとき、行・列のどちらかが奇数番号の場合には、行・列がともに偶数番号の画素値をひとまず割り当てる(つまり、同一の画素値を持つ4つの画素を生成する)。その後、5×5のガウシアンフィルタにより平滑化処理を行った画像データを生成することで、スケールアップ画像データを生成する。
再構成部323では、更に、再構成により得られた明るさ成分(Y')の画像データ440と、操作前の明るさ成分(Y)の画像データ410とを、調整部330より入力された調整比率α(x,y)を用いて組み合わせる。
具体的には、調整部330より入力された調整比率α(x,y)を用いて、下式(式6)に基づいて、明るさ成分(Y'')の画像データ450の各画素値(Y''(x,y))を算出する。
Figure 0006432214
式6により調整比率α(x,y)が反映されることで、明るさ成分(Y'')の画像データ450は、
・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。
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。
再構成部323では、このようにして算出した明るさ成分(Y'')の画像データ450を色合成部340に出力する。
(4)色合成部340の説明
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。
<4.まとめ>
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。
これにより、色成分の画像データと合成される明るさ成分の画像データにおいて、
・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。
[第2の実施形態]
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。
これに対して、第2の実施形態では、操作前の多重解像度画像データと操作後の多重解像度画像データとを、調整比率を用いて組み合わせる構成とする。これにより、高彩度の領域については、操作後の多重解像度画像データが反映されず、低彩度の領域については、操作後の多重解像度画像データが反映された多重解像度画像データを生成することが可能となる。以下、第2の実施形態の詳細について説明する。なお、説明は、第1の実施形態との相違点を中心に行う。
<1.画像処理装置の機能構成>
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。
(1)調整部830の説明
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。
調整部830では、更に、色成分(Cr)の画像データ920と色成分(Cb)の画像データ930について、それぞれ多重解像度画像データを生成する。具体的には、色成分(Cr)の画像データと色成分(Cb)の画像データそれぞれについて、スケールダウン処理のみ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。
図9の画像データ940は色成分(Cr)の画像データ920に基づいて生成した多重解像度画像データであり、図9の画像データ950は色成分(Cb)の画像データ930について生成した多重解像度画像データである。
なお、色成分(Cr)の画像データ920について多重解像度画像データ940を生成する処理と、色成分(Cb)の画像データ930について多重解像度画像データ950を生成する処理とは同じである。このため、以下では、色成分(Cr)の画像データ920について多重解像度画像データ940を生成する処理について説明する。
調整部830では、色成分(Cr)の画像データ920(画像サイズ=(i,j)の画像データ)に対して、5×5のガウシアンフィルタにより平滑化処理を行う。続いて、調整部830では、平滑化処理を行った画像データから、行・列ともに偶数番号が割り当てられた画像データから構成される縦横1/2サイズの画像データを作成する。なお、上記第1の実施形態と同様に、ここでも先頭行及び先頭列を0行目及び0列目と呼ぶこととする。つまり、上記第1の実施形態と同様に、色成分(Cr)の画像データ920は、偶数番号が割り当てられた列・行からスケールダウン処理を開始することとする。
以上の処理により、ガウシアンピラミッドの最初の解像度(解像度レベル1)のガウシアン成分画像データ940_1が生成される。なお、解像度レベル0のガウシアン成分画像データ940_0は、色分解部310より出力された色成分(Cr)の画像データ920と同じである。
以降、スケールダウン処理を繰り返し、画像サイズ=(2,2)となるまで各解像度レベルのガウシアン成分画像データを生成する。このようにして生成された色成分(Cr)の解像度レベルnのガウシアン成分画像データ940_nの各画素値をCr(x,y)と表すこととする。
同様に、調整部830では、色成分(Cb)の画像データ930について多重解像度画像データ950であるガウシアンピラミッドを生成する。なお、生成された色成分(Cb)の解像度レベルnのガウシアン成分画像データ950_nの各画素値をCb(x、y)と表すこととする。
調整部830では、このようにして生成した多重解像度画像データ940及び多重解像度画像データ950とを用いて、彩度値(C)の多重解像度画像データを生成する。具体的には、色成分(Cr)の画像データ920についての解像度レベルnのガウシアン成分画像データ940_nと、色成分(Cb)の画像データ930についての解像度レベルnのガウシアン成分画像データ950_nとに基づいて生成する。
図9において、画像データ960は、調整部830において解像度レベルごとに算出された彩度値(C)の多重解像度画像データである。なお、解像度レベルnの彩度値(C)の多重解像度画像データ960の各画素値C(x,y)は、下式(式7)により算出される。
Figure 0006432214
調整部830では、このようにして生成した彩度値(C)の多重解像度画像データ960の各画素値C(x,y)に基づいて、下式(式8)により調整比率を算出する。
Figure 0006432214
なお、α(x,y)は、明るさ成分(Y)の解像度レベルnの多重解像度画像データの各画素の操作前後の画素値を組み合わせる際の調整比率である。
調整部830では、解像度レベルnの彩度値(C)の多重解像度画像データ960の各画素値C(x,y)に応じた調整比率α(x,y)を多重解像度画像操作部822に入力する。なお、解像度レベルnの彩度値(C)の多重解像度画像データ960の各画素値C(x,y)と調整比率α(x,y)との関係は、上記第1の実施形態において図6を用いて説明済みであるため、ここでは説明を省略する。
(2)多重解像度画像操作部822の説明
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L(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L(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'(x,y)を得る。
多重解像度画像操作部822では、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'(x,y)と、操作前のラプラシアン成分画像データ420_nの各画素値L(x,y)とを組み合わせる。なお、組み合わせに際しては、調整部830より出力された調整比率α(x,y)を用いる。
具体的には、下式(式9)に基づいて、組み合わせ後の解像度レベルnのラプラシアン成分画像データ910_nの各画素値L''(x,y)を算出する。
Figure 0006432214
式9により調整比率α(x,y)が反映されることで、組み合わせ後の明るさ成分(Y)の多重解像度画像データ910は、
・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。
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。
(3)再構成部823の説明
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。
再構成部823において多重解像度画像データ910を再構成することで得られた明るさ成分(Y'')の画像データ450は色合成部340に入力され、色成分(Cr)の画像データ920及び色成分(Cb)の画像データ930と合成される。
<2.まとめ>
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。
これにより、再構成される明るさ成分の多重解像度画像データにおいて、
・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。
[第3の実施形態]
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。
Figure 0006432214
なお、式10により算出される彩度値Cは、図10に示すように、横軸に色成分(Cr)、縦軸に色成分(Cb)をとった場合、原点を共通の頂点とする相似な正方形の辺上に同じ値が配列されることとなる。例えば、彩度値Cと彩度値Cとは同じ値になる。
調整部330、830では、彩度値Cを式10により算出することで、彩度値Cを算出する際の処理負荷を低減することができる。
[第4の実施形態]
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。
これに対して、第4の実施形態では、色成分(Cr,Cb)が所定の範囲にある場合に調整比率α=0とし、それ以外の範囲にある場合に調整比率α=1とする。これにより、所定の色成分(Cr,Cb)を有する領域において、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することができる。具体的には、調整比率DB121に下式(式11)を格納しておき、色成分(Cr,Cb)が入力された場合、下式(式11)に基づいて調整比率αを導出する。
Figure 0006432214
なお、図11に、式11により示される色成分(Cr,Cb)と調整比率αとの関係を図示する。図11から明らかなように、調整比率DB121によれば、所定の範囲の色成分(Cr,Cb)を有する画素については調整比率=0が導出され、所定の範囲以外の色成分(Cr、Cb)を有する画素については調整比率=1が導出される。
なお、調整比率α=0となる色成分(Cr)及び色成分(Cb)の範囲は、例えば、人物の皮膚の色を表す領域である。このため、式11に基づいて導出される調整比率αを用いた場合、皮膚の色が含まれる領域において、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ないこととなる。
一般的に、明るさ成分(Y)の多重解像度画像データに対する操作が行われると、小さな濃度変化を増加させることとなる。このことは、画像データの明瞭感や凹凸感の向上といった効果をもたらす一方で、人物の肌に関しては、皺や毛穴などが強調されてしまうといったデメリットもある。第4の実施形態では、式11に基づいて導出される調整比率αを用いることで、人物の肌については小さな濃度変化を増加させることがなくなる。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、明瞭感及び凹凸感の向上と人物の肌の悪化防止とを両立させることが可能となる。
[第5の実施形態]
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。
なお、2次元の離散ウェーブレット変換は、公知技術であるためここでは詳細な説明は省略する。2次元の離散ウェーブレット変換を行った場合、1回の変換処理によって、明るさ成分(Y)の画像データが、低周波係数であるLLと3つの高周波係数であるLH、HL、HHとに分解される。多重解像度画像生成部321では、低周波係数LLについて、更に2次元の離散ウェーブレット変換を繰り返し適用することで、次の解像度レベルでの低周波係数LLと高周波係数LH、HL、HHとを算出する。
多重解像度画像操作部322では、このようにして算出した各解像度レベルでの高周波係数LH、HL、HHの各係数に式4による操作を適用する。そして、再構成部323において、多重解像度画像データを再構成して明るさ成分(Y'')の画像データ450を生成する。
このように、多重解像度画像データの生成に際して、2次元の離散ウェーブレット変換を用いることにより、多重解像度画像データを保持するためのメモリ領域が少なくて済むといった利点を享受することができる。
[第6の実施形態]
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。
これに対して、第6の実施形態では、絶対値が小さい画素値のなかでも更に小さい画素値については、画素値を変化させず、絶対値が小さい画素値のうち、それ以外の画素値について、画素値を増加させる方向に操作する。
図12は、第6の実施形態における多重解像度画像操作部322、822による多重解像度画像データに対する操作内容を示した図である。また、図13は、図12の原点近傍の拡大図である。
図13に示すように、第6の実施形態における多重解像度画像操作部322、822では、ラプラシアン成分画像データの各画素値の絶対値が0.04以下において、操作量が抑えられている。これは、明るさ成分(Y)の画像データにおけるノイズ成分の場合、ごく小さな勾配になるものが多いという特徴があるためである。小さな勾配をラプラシアン成分の視点で考えると、小さなラプラシアン成分に対応することから、ラプラシアン成分画像データの絶対値が0.04以下において、操作量を抑える構成とすることでノイズ成分が強調されることを回避することができる。
一方で、明るさ成分(Y)の画像データにおいて、強調すべき画素は、明るさ成分(Y)の多重解像度画像データに含まれるラプラシアン成分画像データにおいてノイズ成分よりもやや大きい値を有する画素である。そこで、本実施形態では、ラプラシアン成分画像データにおいて画素値の絶対値が0.04よりやや大きい値を有する画素について、操作量を大きくする構成とすることで、明瞭感や凹凸感の向上を図ることとしている。
[第7の実施形態]
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。
これにより、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に対しては、ラプラシアン成分画像データの画素値の絶対値が小さい画素において操作量が抑えられた操作内容が適用される。一方、解像度レベルが中程度の解像度画像データに対しては、ラプラシアン成分画像データの画素値の絶対値が小さい画素において操作量が抑えられていない操作内容が適用される。
ここで、解像度レベルの高/中/低の区分について説明する。例えば、入力される明るさ成分(Y)の画像データのサイズを、4928×3280[画素]とすると、多重解像度画像生成部321、822により生成される解像度レベルは、0〜12となる。
この場合、例えば、解像度レベル0から解像度レベル2までは、解像度レベルが高いものとして区分し、多重解像度画像操作部322、822では、図12または図13に示す操作内容を適用する。
また、解像度レベル3から解像度レベル7までは、解像度レベルが中程度であるものとして区分し、多重解像度画像操作部322、822では、図7に示す操作内容を適用する。更に、解像度レベル8から解像度レベル12までは、解像度レベルが低いものとして区分し、多重解像度画像操作部322、822では、図12または図13に示す操作内容を適用する。
なお、解像度レベルに応じて操作内容を変更する構成としたのは以下の理由による。すなわち、明るさ成分(Y)の画像データに含まれるノイズ成分は、多重解像度画像データを生成した場合、解像度レベルが高いラプラシアン成分画像データに多く含まれるためである。一方で、解像度レベルが中程度のラプラシアン成分画像データの場合、ごく小さな勾配にも、実際に存在する濃淡が含まれるためである。
なお、解像度レベルが低いラプラシアン成分画像データの場合、ごく小さな勾配を強調することにより、濃度段差(疑似輪郭)が目立ちやすくなるといった特性がある。このため、ラプラシアン成分画像データの画素値の絶対値が小さい画素については、操作量が抑えられた図12または図13に示す操作内容を適用する。
この結果、第7の実施形態によれば、ノイズ成分の強調や階調段差(疑似輪郭)の発生を抑えながら、明るさ成分(Y)の画像データにおける信号成分(実際に撮影対象に存在していた濃淡)を必要以上に抑制することなしに強調することが可能となる。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になる。
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
100 :画像処理装置
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
特開2007−142670号公報 特開2014−068330号公報

Claims (13)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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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