JP6891882B2 - 画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラム - Google Patents

画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラム Download PDF

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Description

本開示は、画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラムに関する。さらに詳細には、高ダイナミックレンジ画像（ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像）を、現在多く利用されている通常のダイナミックレンジ画像表示装置であるＳＤＲ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）表示装置に画質を大きく劣化させることなく表示可能とする画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラムに関する。
最近、撮像素子（イメージ・センサー）の高ビット化などにより、画像の高ダイナミックレンジ化が進んでいる。
画像のダイナミックレンジは、一般に最小輝度と最大輝度の比で表すことができる。
高画質画像として知られるＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像は、最大明度色と最低明度色の間のコントラスト比が例えば１００００：１以上に達し、現実世界をリアルに表現することができる。
ＨＤＲ画像は、可視範囲のほとんどすべての輝度を記録することができ、人間の視覚特性と同等のダイナミックレンジと色域をサポートすることができる。ＨＤＲ画像は、陰影のリアルな表現や、眩しさの表現等の点で、従来画像に比較して極めて高画質な画像であると言える。
コンテンツ制作側は、ＨＤＲ画像の撮影、制作を盛んに行っているが、一方、コンテンツを視聴する各家庭内のテレビ等の表示装置の多くはＨＤＲ画像を表示可能な表示装置ではないというのが現状である。
各家庭内のテレビ等の表示装置の多くは、表示可能な画像のダイナミックレンジがＨＤＲ画像より狭いＳＤＲ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）表示装置である。現状では、最大輝度が５００ｎｉｔや１０００ｎｉｔであるＨＤＲ対応の表示装置を利用しているユーザは少ない。
ＨＤＲ画像を入力してＳＤＲ表示装置に表示すると、ＨＤＲ画像本来の輝度情報や、色情報が失われ画質の低下した画像が表示されてしまう。なお、ＨＤＲ画像をＳＤＲ画像として出力する場合、元のコンテンツのダイナミックレンジを、画像出力先のＳＤＲ表示装置（ディスプレイ）に適合させる処理（ディスプレイ・マッピングとも呼ぶ）が行われる場合がある（例えば、特許文献１を参照のこと）。
しかしながら、すべての表示装置がディスプレイ・マッピング機能を備えているわけではない。また、単純に線形スケーリングによりダイナミックレンジの変換を行なうと、多大な情報が失われ、変換の前後で人間の見た目が多いに相違する画像になってしまうことが懸念される。このような情報の損失は、コンテンツの制作者や供給者の意図にも反することである。
特表２０１４−５０２４８０号公報
本開示は、例えばこのような状況に鑑みてなされたものであり、ＳＤＲ表示装置にＨＤＲ画像を表示する場合に、画質を大きく低下させることなく高品質な画像の表示を実現する画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラムを提供することを目的とする。
本開示の第１の側面は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
前記画像信号処理部は、
前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行する画像処理装置にある。
さらに、本開示の第２の側面は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
前記マトリクス算出部は、
前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出する画像処理装置にある。
さらに、本開示の第３の側面は、
画像処理装置において実行する画像処理方法であり、
前記画像処理装置は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
前記画像信号処理部が、
前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行する画像処理方法にある。
さらに、本開示の第４の側面は、
画像処理装置において実行する画像処理方法であり、
前記画像処理装置は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
前記マトリクス算出部が、
前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換するための１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出する画像処理方法にある。
さらに、本開示の第５の側面は、
画像処理装置において画像処理を実行させるプログラムであり、
前記画像処理装置は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
前記プログラムは、前記画像信号処理部に、
前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行させるプログラムにある。
さらに、本開示の第６の側面は、
画像処理装置において画像処理を実行させるプログラムであり、
前記画像処理装置は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
前記プログラムは、前記マトリクス算出部に、
前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換するための１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出させるプログラムにある。
なお、本開示のプログラムは、例えば、様々なプログラム・コードを実行可能な情報処理装置やコンピュータ・システムに対して、コンピュータ可読な形式で提供する記憶媒体、通信媒体によって提供可能なプログラムである。このようなプログラムをコンピュータ可読な形式で提供することにより、情報処理装置やコンピュータ・システム上でプログラムに応じた処理が実現される。
本開示のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本開示の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。なお、本明細書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限らない。
本開示の一実施例の構成によれば、ＨＤＲ画像に対するマトリクス変換によって、画像平均輝度の大きな低下のない高品質なＳＤＲ画像を生成する装置、方法が実現される。
具体的には、ＨＤＲ画像をＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部が、ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する。規定しきい値より高輝度の高輝度領域画素については、変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素として設定する。適用する変換マトリクスは、マクベスカラーチャートに設定された記憶色の変化率がより小さくなる設定としたマトリクスとする。
本構成により、ＨＤＲ画像に対するマトリクス変換によって、画像平均輝度の大きな低下のない高品質なＳＤＲ画像を生成する装置、方法が実現される。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
画像処理装置の構成と処理について説明する図である。 ＳＤＲ表示装置の入出力特性としてのガンマ曲線の例について説明する図である。 ガンマ曲線とガンマ補正曲線、および表示部出力信号の例について説明する図である。 ＨＤＲ画像とＳＤＲ画像の特性の差異について説明する図である。 画像タイプと特性について説明する図である。 ＨＤＲ画像の入出力特性であるハイブリッドーログーガンマ（ＨＬＧ）曲線について説明する図である。 ハイブリッドーログーガンマ（ＨＬＧ）曲線に従った入出力特性をもつＨＤＲ画像のＳＤＲ画像への変換処理例について説明する図である。 ハイブリッドーログーガンマ（ＨＬＧ）曲線に従った入出力特性をもつＨＤＲ画像のＳＤＲ画像への変換処理例について説明する図である。 ハイブリッドーログーガンマ（ＨＬＧ）曲線に従った入出力特性をもつＨＤＲ画像のＳＤＲ画像への変換をマトリクス変換によって実行する画像処理装置について説明する図である。 マトリクス変換部の処理について説明する図である。 マトリクス変換部の処理について説明する図である。 本開示の画像処理装置が実行するマトリクス変換部の処理について説明する図である。 本開示の画像処理装置が実行するマトリクス変換部の処理について説明する図である。 マクベスカラーチャートについて説明する図である。 マクベスカラーチャートの各色に対するマトリクス変換処理について説明する図である。 マクベスカラーチャートの各色に対するマトリクス変換処理について説明する図である。 本開示の画像処理装置が実行するマトリクス変換を適用した画像変換処理のシーケンスについて説明するフローチャートを示す図である。 本開示の画像処理装置が実行するマトリクス変換を適用した画像変換処理について説明する図である。 本開示の画像処理装置が実行するマトリクス変換を適用した画像変換処理について説明する図である。 本開示の画像処理装置が実行するマトリクス変換部の処理について説明する図である。 本開示の画像処理装置が実行するマトリクス変換部の処理について説明する図である。 本開示の画像処理装置の構成例について説明する図である。
以下、図面を参照しながら本開示の画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラムの詳細について説明する。なお、説明は以下の項目に従って行う。
１．画像処理装置における画像表示処理の概要について
２．ＳＤＲ表示部に対するＨＤＲ画像出力処理における問題点について
３．ハイブリッドーログ−ガンマ方式のＨＤＲ画像について
４．マトリクス変換を適用して、ＨＤＲ画像からＳＤＲ画像への変換を実行する構成について
５．変換後のＳＤＲ画像の輝度レベル低下を防止したマトリクス変換処理構成について
６．画像処理装置の構成例について
７．本開示の構成のまとめ
［１．画像処理装置における画像表示処理の概要について］
まず、図１以下を参照して画像処理装置における画像表示処理の一般的な処理例について説明する。
図１の画像処理装置１０は、例えば、テレビ、スマートフォン、ＰＣ等の表示部を備えたユーザ装置（クライアント）である。
画像処理装置１０は、例えば、放送局やストリーミング・サーバ等からの受信画像データ、あるいはＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）などのメディアからの再生画像データを表示部１３に表示する。
画像信号処理部１１は、例えば、放送局やサーバ、あるいはＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）などのメディアから入力するＭＰＥＧ―２ＴＳなどの符号化ストリームを復号し、復号データに基づいて生成した画像信号を表示制御部１２に出力する。
例えば、表示部１３の表示特性に応じた出力信号を生成して表示制御部１２に出力する。
表示制御部１２は、画像信号処理部１１からの入力信号に基づいて、表示部１３に対する出力信号を生成する。
表示部１３は、表示制御部１２からの入力信号を用いて表示パネルを駆動し、画像表示を実行する。
放送局やサーバの提供するコンテンツ、あるいはメディアに格納されるコンテンツを構成する画像データは、時代とともにより高品質な画像に変化してきている。具体的には、これまでの２Ｋ画像から、４Ｋ画像や８Ｋ画像と呼ばれる高解像度画像に推移しつつある。
さらに、これまでのＳＤＲ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像に比較して低輝度から高輝度まで広い輝度範囲の画像を忠実に再現可能とした高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ：Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像の利用が普及しつつある。
ＨＤＲ画像は、ＳＤＲ画像より表現可能なダイナミックレンジが広く、可視範囲のすべての輝度を表現可能な画像であり、人間の視覚特性とほぼ同等のダイナミックレンジと色域をサポートすることができる。
図１に示す表示部１３に対応して示す（参考図）は、表示部１３に表示される色域を解説する図であり、ＤＣＩ規格色空間内に規定される２つの表色系を示している。
ＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．７０９表色系、さらに、より広い広範囲な色表現を可能としたＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．２０２０表色系を示している。
これらは、いずれも放送規格の策定機関であるＩＴＵ−Ｒ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｅｃｔｏｒ）の規定する表色系である。
ＨＤＲ画像は、例えばＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．２０２０準拠の光電変換関数（ＯＥＴＦ：Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いて輝度を非線形変換した１０〜１２ビットの信号値によって出力される。
ＨＤＲ画像は、表示部（ディスプレイ）５３がＨＤＲ画像対応のダイナミックレンジを出力可能なＨＤＲ表示部であれば、問題なく正しい輝度と色情報を表現した画像として出力される。
しかし、表示部１３がＨＤＲ対応でなく、ＨＤＲ画像より表現可能な輝度や色の範囲が狭いＳＤＲ画像に対応した表示部（ＳＤＲ表示部）である場合、正しい輝度と色情報の出力ができなくなる場合がある。
図１に示す画像処理装置１０の画像信号処理部１１は、表示部１３の表示特性に応じた出力信号を生成する。
表示部１３は、入力信号を用いて表示パネルを駆動し、画像表示を実行する。
例えば、表示部１３がＳＤＲ画像専用の表示部である場合、図２に示すガンマ２．２曲線３１に従った入出力特性を有する。
図２に示すグラフは横軸が入力（信号値（０〜１））、縦軸が出力（輝度（ｃｄ／ｍ２））であり、入力（信号値）と出力（輝度）の対応関係を示すグラフである。このグラフは、入力電気信号を出力光信号に変換する電光変換関数（ＥＯＴＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示すグラフである。
表示部１３を構成するディスプレイは、一般的に「入力値：Ｖｉｎ」と「出力値：Ｖｏｕｔ」は直線関係になく、「入力値：Ｖｉｎ」と「出力値：Ｖｏｕｔ」との関係は、以下のような「べき乗関数」で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎγ
このべき乗の指数値γがガンマ値に相当する。
図２に示す曲線３１は、ガンマ値＝２．２に対応するガンマ２．２曲線であり、一般的なＳＤＲ表示装置の入出力特性である。
曲線３１は、横軸に相当する入力ｘに対して、縦軸に相当する出力ｙとの関係が、以下の関係式、すなわち、
ｙ＝ｘ２．２
上記関係にある。
曲線３１は、２．２乗曲線とも呼ばれ、現在利用されている多くの一般的なＳＤＲ表示装置（ガンマ値＝２．２）の入出力特性を示すガンマ２．２曲線である。
図３を参照して、ガンマ２．２曲線に従った表示特性を有する一般的なＳＤＲ表示装置に対する出力信号であるガンマ補正信号について説明する。
図３に示すように、入出力特性がガンマ２．２曲線３１となるＳＤＲ表示部に対して、図３に示すガンマ２．２曲線の逆特性を持つガンマ補正信号３２を出力することで、表示部の出力（輝度値や色値）を入力信号に対して線形とした表示部出力３３を得ることができる。
このように、ガンマ補正信号を用いた表示部出力を行うことで、入力信号と出力信号（輝度値や色値）との対応が線形対応となり、入力画像の持つ輝度や色表現を正しく表現した画像を表示することができる。
［２．ＳＤＲ表示部に対するＨＤＲ画像出力処理における問題点について］
図３を参照して説明した処理は、ＳＤＲ表示部の表示部特性であるガンマ２．２曲線に対応して生成されるガンマ補正信号を用いた処理例であり、この場合、ＳＤＲ表示部に表示されるＳＤＲ画像は、オリジナルの入力ＳＤＲ画像の持つ輝度や色表現を正しく表現したものとなる。
しかし、ＳＤＲ画像より広範囲なダイナミックレンジを持つＨＤＲ画像は、ＳＤＲ画像の画像特性と全く異なる特性を持つ。
図４を参照してＨＤＲ画像とＳＤＲ画像の画像特性について説明する。
図４に示すグラフは横軸が入力（信号値（０〜１））、縦軸が出力（輝度（ｃｄ／ｍ２））であり、入力（信号値）と出力（輝度）の対応関係を示すグラフである。このグラフは、入力電気信号を出力光信号に変換する電光変換関数（ＥＯＴＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示すグラフである。
図４には、ＳＤＲ画像の画像特性（＝ＳＤＲ表示装置の表示特性）に相当するガンマ２．２曲線３１と、ＨＤＲ画像の画像特性（＝ＨＤＲ表示装置の表示特性）に相当するＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線４０を示している。ＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線４０は、ＳＭＰＴＥ（米国映画テレビ技術者協会）の規格として規定された曲線である。
ＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線４０は、ＨＤＲ画像の１つの代表的な特性曲線であり、ＳＭＰＴＥ（米国映画テレビ技術者協会）の規格として規定された曲線である。
なお、ＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線は、ＰＱ（Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）曲線とも呼ばれる。
ＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線（ＰＱ曲線）は、ＨＤＲ画像を構成する輝度範囲：０．０５〜１０，０００Ｎｉｔのダイナミックレンジに対応する符号化データの生成に用いられる。具体的には、ＨＤＲ画像を構成する輝度範囲：０．０５〜１０，０００Ｎｉｔのダイナミックレンジを、人間の眼に合わせた量子化ステップのカーブとして定義されるＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線４０に従って変換することで所定ビット（例えば１２ビット）の階調に収めた画像信号を生成することができる。
図４から明らかなように、ＨＤＲ画像の表現可能な輝度範囲は、ＳＤＲ画像の表現可能な輝度範囲に比較してはるかに大きくなっている。すなわち高ダイナミックレンジ化が実現されている。
しかし、図４に示すように、ＳＤＲ画像対応のガンマ２．２曲線と、ＨＤＲ画像対応のＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線とは全く異なる特性を有している。
今後、ＨＤＲ画像コンテンツが増加すると、図１を参照して説明した画像処理装置１０の画像信号処理部１１が入力する画像は、ＳＤＲ画像である場合とＨＤＲ画像である場合の２通りのケースが発生する。
すなわち、画像処理装置１０は、ＳＤＲ画像信号、またはＨＤＲ画像信号のいずれかからなる画像コンテンツを表示部１３に表示することになる。
しかし、現状では、多くのユーザ装置の保有する表示装置（ディスプレイ）は、ＨＤＲ画像に対応しない表示装置である。すなわちＨＤＲ画像において規定されている高ダイナミックレンジの画像表示が行えないＳＤＲ画像対応のＳＤＲ表示部が多く利用されているという現状がある。
画像処理装置１０の表示部１３がＳＤＲ画像に対応するＳＤＲ表示部である場合、画像処理装置１０の入力画像がＳＤＲ画像であれば、先に図２、図３を参照して説明したガンマ２．２曲線に対応するガンマ補正信号を生成することで、表示部に元のＳＤＲ画像の持つ輝度や色表現を正しく表現した画像を出力することができる。
しかし、ＳＤＲ画像より広範囲なダイナミックレンジを持ち、図４に示すＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線に相当する特性を持つＨＤＲ画像を入力した場合、ＳＤＲ画像に対する処理と同様の処理を行なっても、図３を参照して説明したような入力（信号）と出力（輝度や色）とが線形関係となる表示信号１０３は生成されない。従って、ＨＤＲ画像の持つ輝度や色が再現されず画質が低下してしまうという問題が発生する。
［３．ハイブリッドーログ−ガンマ方式のＨＤＲ画像について］
上述したように、ＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線を信号変換関数として用いたＨＤＲ方式では、ＳＤＲ画像の表示処理のみに対応したＳＤＲ表示装置では、視聴できないレベルまで画質が低下してしまうという問題がある。
ＨＤＲ画像やＳＤＲ画像の撮影、伝送、画像出力を行なう場合、撮影装置や放送局側で、撮影画像に相当する光信号を電気信号に変換して伝送し、さらに、テレビ等の表示装置で電気信号を光信号に変換して出力する処理が必要となる。
これらの処理に必要となる信号変換関数として、光信号を電気信号に変換する光電変換関数（ＯＥＴＦ：Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、さらに、電気信号を光信号に変換する電光変換関数（ＥＯＴＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が利用される。
この光電変換関数（ＯＥＴＦ）や、電光変換関数（ＥＯＴＦ）等の信号変換関数として、どのような関数を用いるかによって、テレビ等の表示部に出力される画像の態様が決定される。
先に説明した放送規格策定機関であるＩＴＵ−Ｒは、ＨＤＲ画像の伝送や出力に適用する信号変換関数（ＯＥＴＦ／ＥＯＴＦ）として、異なる関数を利用した複数の異なる方式の規格化を行う予定としている。
図５を参照して、これらの規格について説明する。
ＩＴＵ−Ｒは、ＨＤＲ画像について、以下の２つの方式についての規格化する予定としている。
（ａ）アプリケーション１（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１）（＝ＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線適用）
（ｂ）アプリケーション２（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ２）（＝ハイブリッドーログ−ガンマ曲線適用）
（ａ）アプリケーション１（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１）は、図４を参照して説明したＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線を信号変換関数として用いたＨＤＲ方式である。
一方、（ｂ）アプリケーション２（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ２）は、ガンマ曲線と、対数（ｌｏｇ）曲線とを組み合わせたＨＬＧ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）曲線を信号変換関数として用いたＨＤＲ方式である。
（ａ）アプリケーション１（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１）は、表示部において、撮影環境の輝度の絶対値を表現できるいわゆる絶対値方式であり、最大で１万ｃｄ／ｍ２の絶対輝度を表現できる。
一方、（ｂ）アプリケーション２（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ２）は、表示部の表示特性に応じた相対的な輝度レベルで画像を表示可能とした相対値方式であり、例えば、予め規定される基準白色の１２倍の相対輝度を表現できる。
絶対値方式である（ａ）アプリケーション１（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１）は、出力輝度の上限が高いＨＤＲ画像出力に対応したＨＤＲテレビでは、ダイナミックレンジの広いＨＤＲ画像を出力可能であるが、出力輝度の上限が低い従来型のＳＤＲテレビでは、自然な画像が表示できない。
一方、相対値方式である（ｂ）アプリケーション２（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ２）に従ったＨＤＲ画像は、ＨＤＲテレビ、ＳＤＲテレビ双方において各テレビの表示可能な輝度範囲で視聴可能な表示画像を出力することができるという特徴を持つ。
すなわち、出力輝度の上限が高いＨＤＲ画像出力に対応したＨＤＲテレビではダイナミックレンジの広いＨＤＲ画像が出力可能となる。
さらに、出力輝度の上限が低い従来型のＳＤＲテレビにおいても、ＳＤＲテレビが出力可能な輝度範囲内の擬似的なＳＤＲ画像として表示して視聴することが可能となる。
図５は、今後、テレビ等の表示装置に表示される可能性のある画像の例を示す図である。
図５に示すように、今後、テレビ等の表示装置に表示される可能性のある画像のタイプとして、以下の３種類がある。
（１）ＨＤＲ１
（２）ＨＤＲ２
（３）ＳＤＲ
（１）画像タイプ＝ＨＤＲ１は、上述したＩＴＵ−Ｒ規格のアプリケーション１（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１）に対応するＨＤＲ画像であり、信号変換（ＯＥＴＦ／ＥＯＴＦ）に適用する変換関数は、例えばＳＭＰＴＥ ＳＴ ２０８４曲線によって規定される関数である。
（２）画像タイプ＝ＨＤＲ２は、上述したＩＴＵ−Ｒ規格のアプリケーション２（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ２）に対応するＨＤＲ画像であり、信号変換（ＯＥＴＦ／ＥＯＴＦ）に適用する変換関数は、例えばハイブリッド−ログーガンマ（ＨＬＧ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）曲線によって規定される関数である。
なお、ＨＤＲ２画像は、前述したようにＨＤＲ２画像の表示機能を持つＨＤＲテレビでは高ダイナミックレンジのＨＤＲ画像を表示できる。また、ＨＤＲ２画像の表示機能を持たないＳＤＲテレビでは擬似的なＳＤＲ画像として表示することができる。
（３）画像タイプ＝ＳＤＲは、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの小さい従来型の画像データであり、信号変換（ＯＥＴＦ／ＥＯＴＦ）に適用する変換関数は、例えばガンマ２．２（Ｇａｍｍａ２．２）曲線によって規定される関数である。
図５（２）に示すＨＤＲ２（アプリケーション２）は、今後、普及することが予想されるＨＤＲテレビ、すなわち出力輝度の上限が高いＨＤＲテレビではダイナミックレンジの広いＨＤＲ画像が出力可能となる。
さらに、出力輝度の上限が低い従来型のＳＤＲテレビにおいても、ＳＤＲテレビが出力可能な輝度範囲内の擬似的なＳＤＲ画像として表示して視聴することが可能とり、放送や、その他のメディアにおいても多く利用されることが予想される。
図５（２）に示すＨＤＲ２（アプリケーション２）に適用される信号変換関数であるハイブリッド−ログーガンマ（ＨＬＧ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）曲線の例を図６に示す。
図６に示すＨＬＧ（ハイブリッド−ログーガンマ）曲線５０は、先に説明した図４と同様、横軸が入力（信号値（０〜１））、縦軸が出力（輝度（ｃｄ／ｍ２））であり、入力（信号値）と出力（輝度）の対応関係を示すグラフである。このグラフは、入力電気信号を出力光信号に変換する電光変換関数（ＥＯＴＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示すグラフである。
この図６に示す入出力特性を有するＨＤＲ画像をＳＤＲ表示部に表示するための処理の一例について、図７を参照して説明する。
図７に示すＨＬＧ（ハイブリッド−ログーガンマ）曲線５０に従った入出力特性（ＥＯＴＦ）を持つＨＤＲ画像をＳＤＲ表示装置に出力して、擬似的なＳＤＲ画像として表示するためには、図７に示すＨＤＲ曲線５０を、ＳＤＲ表示部の表示特性に適合した入出力特性、すなわち、図７に示すガンマ２．２曲線に従った入出力特性をもつ変換信号５１に変換して表示部に入力することが必要となる。
この信号変換処理の一例について、図８を参照して説明する。
図８は、図１に示す画像処理装置１０の画像信号処理部１１の構成と処理を説明する図である。
図８に示すように、画像信号処理部１１は、リニア変換部７１、色域輝度変換部７２、リニアガンマ変換部７３を有する。
図６、図７を参照して説明したＨＬＧ（ハイブリッド−ログーガンマ）曲線５０に従った入出力特性（ＥＯＴＦ）を持つＨＤＲ画像８１は、リニア変換部７１に入力される。
リニア変換部７１は、ＨＬＧ（ハイブリッド−ログーガンマ）曲線５０に従った入出力特性を入出力関係が線形になるように線形変換（リニア変換）を実行する。
この線形変換により、図に示すＨＤＲ画像色域輝度対応入出力線形データ８２を生成する。この線形データは、色域輝度変換部７２に入力される。
色域輝度変換部７２は、ＳＤＲ画像のみを表示可能な表示部１３の表示特性に応じて、入力値に対する出力色、輝度を再設定する処理を実行する。
すなわち、入力画像の色域や輝度を表示部１３の表示可能な色域や輝度に従って変換する処理である。
この変換処理を正確に行うために、入出力関係を線形データとして処理を行なう。
この処理結果として、図に示すＳＤＲ画像色域輝度対応入出力線形データ８３を生成する。この線形データは、リニアガンマ色変換部７３に入力される。
リニアガンマ色変換部７３は、入出力関係が線形データとして設定されたＳＤＲ画像色域輝度対応入出力線形データ８３を、ガンマ２．２曲線に従った入出力関係に設定するためのリニアガンマ変換処理を実行する。
この処理により、図８に示す擬似ＳＤＲ画像８４を生成して表示制御部１２を介して表示部１３に出力する。
図８に示すように、擬似ＳＤＲ画像８４は、入出力特性がガンマ２．２曲線に従った特性であり、ＳＤＲ表示部においてＳＤＲ画像として表示可能な画像データであり、表示部１３は、入力する擬似ＳＤＲ画像８４をＳＤＲ画像として表示することが可能となる。
しかし、この一連の処理においては、入力信号（ＨＤＲ画像８１）に対して、リニア変換処理、色域輝度変換処理、さらにリニアガンマ変換処理を実行することが必要であり、処理負荷が大きく、データ処理機能やメモリ容量の小さい装置では、処理が困難になるという問題がある。また処理時間が長くなり表示タイミングの遅延が大きくなるという問題もある。
［４．マトリクス変換を適用して、ＨＤＲ画像からＳＤＲ画像への変換を実行する構成について］
上述したように、ＳＤＲ画像のみの表示可能なＳＤＲ表示部に、ＨＤＲ画像を変換したＳＤＲ画像を表示する処理構成として、図８に示す一連の処理を実行する構成がある。
しかし、図８に示す構成では、入力信号（ＨＤＲ画像８１）に対して、リニア変換処理、色域輝度変換処理、さらにリニアガンマ変換処理が必要であり、処理負荷、処理時間が大きくなるという問題がある。
以下、この問題を解決する本開示の画像処理装置の構成と処理について説明する。
図９は、本開示の画像処理装置１００の構成例を示す図である。
図９の画像処理装置１００は、例えば、テレビ、スマートフォン、ＰＣ等の表示部を備えたユーザ装置（クライアント）である。
画像処理装置１００は、例えば、放送局やストリーミング・サーバ等からの受信画像データ、あるいはＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）などのメディアからの再生画像データを表示部１１６に表示する。
画像信号処理部１１０は、例えば、放送局やサーバ、あるいはＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）などのメディアから入力するＭＰＥＧ―２ＴＳなどの符号化ストリームを復号し、復号データに基づいて生成した画像信号を表示制御部１１５に出力する。
例えば、表示部１１６の表示特性に応じた出力信号を生成して表示制御部１１５に出力する。
表示制御部１１５は、画像信号処理部１１０からの入力信号に基づいて、表示部１１６に対する出力信号を生成する。
表示部１１６は、表示制御部１１５からの入力信号を用いて表示パネルを駆動し、画像表示を実行する。
図９に示す例では、画像信号処理部１１０は、マトリクス変換部１１１を有する。
マトリクス変換部１１１は、ＨＤＲ画像１２１の画素値各々について、１つのマトリクスを適用して画素値変換を実行し、変換結果として技師ＳＤＲ画像１２２を生成する。
この画像信号処理部１１０のマトリクス変換部１１１の処理について、図１０を参照して説明する。
画像信号処理部１１０のマトリクス変換部１１１は、入力画像として、ＨＤＲ画像１２１を入力する。
このＨＤＲ画像は、図１０に示すように、先に図６を参照して説明したＨＬＧ（ハイブリッド−ログ−ガンマ）曲線に従った入出力特性を持つＨＤＲ画像データである。
画像信号処理部１１０のマトリクス変換部１１１は、ＨＤＲ画像１２１の画素値各々について、１つのマトリクス（行列）を適用して画素値変換を実行する。
この画素値変換結果として、図９に示す擬似ＳＤＲ画像１２２を生成する。
入力するＨＤ画像１２１は、ＨＤＲ固有の高ダイナミックレンジの出力輝度レベルや出力色域を有する画像である。
しかし、画像信号処理部１１０のマトリクス変換部１１１におけるマトリクス変換によって生成される擬似ＳＤＲ画像１２２は、ＳＤＲ画像として許容されるダイナミックレンジの出力輝度レベルや色域を持つ画像となる。
すなわち、擬似ＳＤＲ画像１２２の入出力特性は、図１０に示すように、図２他を参照して説明したガンマ２．２曲線に従った特性であり、ＳＤＲ画像のみを表示可能な表示部１１６においてＳＤＲ画像として表示、視聴することが可能となる。
しかし、マトリクス変換による生成画像、すなわち擬似ＳＤＲ画像１２２の画質は全体的に明るさが低下してしまうという問題がある。
図１１を参照して、マトリクスを用いた画素値変換によるＨＤＲ画像から擬似ＳＤＲ画像の生成処理例について説明する。
ＨＤＲ画像の入出力特性は、先に図６他を参照して説明した図１１に示すＨＬＧ（ハイブリッド−ログ−ガンマ）曲線２０１に従った特性であるものとする。
この特性をもつＨＤＲ画像の画素値を、あるマトリックスを用いて変換し、ＳＤＲ画像の入出力特性に対応るガンマ２．２曲線に従った特性を持つＳＤＲ画像に変換すると、例えば、変換後のＳＤＲ画像の特性は、図１１に示すガンマ２．２曲線２０２に従った特性となる。
図１１から明らかなように、ＨＬＧ曲線２０１とガンマ曲線２０２を比較すると、ガンマ曲線２０２は、ＨＬＧ曲線２０１に比較して全体的に出力輝度が低下している。
これは、変換前のＨＤＲ画像の出力値を、入力信号値０〜１全体に渡ってＳＤＲ画像の許容出力値以下に低下させる画素値変換、すなわちマトリクス変換処理を行なったためである。
具体的には、図１１に示すＨＤＲ画像の最大輝度、例えば図１１に示す入力信号＝１．０の最大輝度２０００ｃｄ／ｍ２を、変換後のＳＤＲ画像の入力信号１．０に対応する最大輝度、約４００ｃｄ／ｍ２に低下させるパラメータ設定した１つのマトリクスを生成する。
このマトリクスを、入力信号０〜１．０に対するＨＤＲ画像出力値についても同様に適用して画素値変換を行うと、生成されたＳＤＲ画像の入力信号０〜１に対する出力値が、全体に低下し、結果として、図１１に示すような出力レベルが低下した特性を持つ擬似ＳＤＲ画像が生成されることになる。
なお、画像の平均輝度を示す指標値として、図１１に示すＡＰＬ（Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）がある。ＡＰＬは画像の平均輝度指標値であり、ＨＤＲ画像の最大輝度をＳＤＲ画像の最大輝度に変換する設定としたマトリクスを適用した画像変換を実行するとＡＰＬ（平均画像輝度）が低下し、全体的に暗いＳＤＲ画像が生成されて出力されるという問題が発生する。
［５．変換後のＳＤＲ画像の輝度レベル低下を防止したマトリクス変換処理構成について］
次に、ＨＤＲ画像の画素値を、マトリクスを用いて変換して、ＳＤＲ表示部に表示可能な擬似ＳＤＲ画像を生成する構成において、変換後のＳＤＲ画像の輝度レベルを低下させず、明るいＳＤＲ画像を生成する画像処理装置の構成と処理について説明する。
ＨＤＲ画像のマトリクス変換を行い、変換後のＳＤＲ画像の輝度レベルを低下させることのない画像変換を実行するための変換処理態様について、図１２以下を参照して説明する。
図１２には、変換処理対象となるＨＤＲ画像の入出力特性曲線であるＨＬＧ（ハイブリッド−ログ−ガンマ）曲線２０１を示している。
横軸が入力信号０〜１．０であり、縦軸が出力（輝度：ｃｄ／ｍ２）である。
画像処理装置の画像変換（ＨＤＲ→ＳＤＲ）に適用するマトリクスの生成処理において、図１２に示すように、ＨＤＲ画像の特性曲線であるＨＬＧ曲線２０１をＳＤｔ領域と、ＨＤＲ拡張領域の２つの領域に区分する。
ＳＤＲ領域は、出力信号の輝度レベルが相対的に低い低輝度レベルの領域であり、ＨＤＲ画像の入力値（０〜１．０）中の、入力値＝０〜０．５の領域に対応する領域である。
また、ＨＤＲ拡張領域は、出力信号の輝度レベルが相対的に高い高輝度レベルの領域であり、ＨＤＲ画像の入力値（０〜１．０）中の、入力値＝０．５〜１．０の領域に対応する。
この領域境界、すなわち、ＨＤＲ画像の入力値＝０．５の入力値位置を変換後のＳＤＲ画像の最大入力値、すなちわち、入力値＝１．０に設定する。
ＳＤＲ画像の入力値＝１．０は、ＳＤＲ画像のＲＧＢ値の最大値に相当し、出力画素値としては、ＲＧＢ最大レベル（Ｍａｘ）に設定された「白」に相当する。
ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する場合、マトリクスを適用したマトリクス変換の処理対象を、ＨＬＧ曲線２０１中のＳＤＲ領域内のデータのみとする。
ＨＬＧ曲線２０１中のＳＤＲ領域外の高輝度領域、すなわち、図１２に示すＨＤＲ拡張領域のＨＤＲ画素については、マトリクス変換を行わず、変換後のＳＤＲ画像においてすべて最高輝度（白）として出力する。
図１３にマトリクス変換によって生成されるＳＤＲ画像対応の特性曲線、すなわちガンマ２．２曲線２０３の例を示す。
図１３に示すガンマ２．２曲線２０３は、ＨＤＲ入力信号０〜０．５のＨＬＧ曲線２０１に従ったＨＤＲ画像のＳＤＲ領域の画素値に、１つのマトリクスを適用した画素値変換によって生成したＳＤＲ画像の入出力特性に相当する。
なお、マトリクス変化に適用するマトリクスは、１つのマトリクスであり、以下の各条件を満たすマトリクスを利用する。
（条件１）ＳＤＲ領域とＨＤＲ拡張領域の境界位置のＨＤＲ画像の入力信号の値を、ＳＤＲ画像の入力信号＝１．０（最大値）である「白」、すなわち基準白に設定したマトリクスとする。
（条件２）ＳＤＲ画像の特定色、例えばマクベスカラーチャートの記憶色＃０１〜＃０６の少なくとも一部の記憶色、例えば＃０１〜＃０３について、マトリクス変換による変化率を０、または、他の色より小さい変化率に設定したマトリクスとする。
上記の２つの条件を満足するマトリクスを利用して、ＨＤＲ画像の画素値変換を実行してＳＤＲ画像の画素値として設定する。
上記条件１，２の詳細について、順次、説明する。
まず、上記（条件１）について説明する。
（条件１）ＳＤＲ領域とＨＤＲ拡張領域の境界位置のＨＤＲ画像の入力信号の値を、ＳＤＲ画像の入力信号＝１．０（最大値）である「白」、すなわち基準白に設定したマトリクスとする。
この（条件１）の詳細について、図１３を参照して説明する。
図１３に示す例では、ＳＤＲ領域とＨＤＲ拡張領域の境界位置のＨＤＲ画像の入力信号の値＝０．５である。このＨＤＲ画像の入力信号の値＝０．５を、ＳＤＲ画像の入力信号＝１．０（最大値）である「白」、すなわち基準白に設定するマトリクスを適用することが条件１である。
例えば、
ＳＤＲ画像のＲＧＢ値が８ビットデータであり、画素値（ＲＧＢ）は、（Ｒ，Ｇ．Ｂ）＝（０，０，０）〜（２５５，２５５，２５５）の各値の範囲に設定されるとする。
この時、ＳＤＲ画像の入力信号＝１．０（最大値）である「白」は、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，２５５，２５５）である。
一方、ＨＤＲ画像のＲＧＢ値が１０ビットデータであり、画素値（ＲＧＢ）は、（Ｒ，Ｇ．Ｂ）＝（０，０，０）〜（１０２３，１０２３，１０２３）の各値の範囲に設定されるとする。
この時、ＨＤＲ画像の入力信号＝０．５は、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）≒（５１１，５１１，５１１）である。
この場合、マトリクスＭは、以下の（条件式１）を満足するマトリクスとする。
（１０２３，１０２３，１０２３）＝Ｍ×（５１１，５１１，５１１）・・・（条件式１）
上記（条件式１）を満たすことが、前述の（条件１）を満たすマトリクス、すなわち、ＳＤＲ領域とＨＤＲ拡張領域の境界位置のＨＤＲ画像の入力信号の値を、ＳＤＲ画像の入力信号＝１．０（最大値）である「白」、すなわち基準白に設定するマトリクスとなる。
なお、ＨＤＲ画像の画素値が、図１３に示すＨＤＲ拡張領域にある場合、変換処理後のＳＤＲ画像に設定する画素値は、すべて最大値、すなわち「白」に設定する。
図１３に示す例において、ＳＤＲ領域とＨＤＲ拡張領域の境界位置のＨＤＲ信号＝０．５以上のＨＤＲ信号（０．５〜１．０）は、すべて変換後のＳＤＲ画像の画素値として最大値（１：白）に設定される。
例えば、上述したＳＤＲ画像のＲＧＢ値が８ビットデータ、ＨＤＲ画像のＲＧＢ値が１０ビットデータの場合、ＨＤＲ画像の画素値（ＲＧＢ）が、（Ｒ，Ｇ．Ｂ）＝（０，０，０）〜（１０２３，１０２３，１０２３）の範囲の画素は、変換後のＳＤＲ画像の最大画素値（ＲＧＢ）＝（２５５，２５５，２５５）に設定する。
次に、（条件２）について説明する。
（条件２）ＳＤＲ画像の特定色、例えばマクベスカラーチャートの記憶色＃０１〜＃０６の少なくとも一部の記憶色、例えば＃０１〜＃０３について、マトリクス変換による変化率を０、または、他の色より小さい変化率に設定したマトリクスとする。
この（条件２）について、図１４、図１５を参照して説明する。
図１４は、マクベスカラーチャートを示す図すである。
デジタルカメラを始めとするカラーイメージングの分野で用いられる色再現性の評価データとして「マクベスカラーチャート」がある。
色再現性の支配要因には、分光感度、調子再現、三原色がある。また、色再現性の評価にはこれらの要因を個別に評価せずに最終的に得られる再現色で評価する方法が多く用いられている。
色再現性の評価に適用するカラーチャートの代表的な例が図１４に示すマクベスカラーチャートである。
図１４に示すように、マクベスカラーチャートは、以下の各色を含む２４色を代表的カラーとして設定したカラーチャートである。各色は、色番号＃０１〜＃２４に対応付けられており、以下のような設定である。
＃０１：濃い肌色
＃０２：薄い肌色
＃０３：空色
＃０４：緑
＃０５：紫
＃０６：水色
： ：
＃２４：黒
これら２４色中、色番号＃０１〜＃０６は、いわゆる記憶色と呼ばれる色に相当する。記憶色とは、人の日常的な観察に基づいて、人物や空や樹木等の自然界の色として無意識に記憶している色である。
人は、写真や、ディスプレイに表示されたカラー画像を見るとき、脳裏に記憶している色と比較する処理を行なう。この比較対象とする色が記憶色、すなわち、例えばマクベスカラーチャートの＃０１〜＃０６の色である。
写真や、ディスプレイに表示されたカラー画像に含まれる記憶色（色番号＃０１〜＃０６）が、画像観察者が記憶している色と一致していないと、出力画像に違和感を抱くことになる。一方、表示色中の記憶色（色番号＃０１〜＃０６）が、観察者が記憶している色と一致していると、出力画像に違和感を抱くことなく自然な色が再現されていると感じることができる。
（条件２）は、マクベスカラーチャートの記憶色＃０１〜＃０６の少なくとも一部、例えば＃０１〜＃０３の記憶色について、ＨＤＲ画像の画素値のマトリクス変換によって生成されるＳＤＲ画像の画素値を、本来のＳＤＲ画像の記憶色の画素値に一致、または他のカラーチャート色より小さい変化率に設定できるマトリクスとすることである。
図１５には、マクベスカラーチャートに含まれる２４色（＃０１〜＃２４）について、
個別のマトリクス（Ｍ＃０１〜Ｍ＃２４）と、
ＳＤＲ画像の画素値（ＲＳＤＲ＃ｎｎ，ＧＳＤＲ＃ｎｎ，ＢＳＤＲ＃ｎｎ）
ＨＤＲ画像の画素値（ＲＨＤＲ＃ｎｎ，ＧＨＤＲ＃ｎｎ，ＢＨＤＲ＃ｎｎ）と、
これらの２種類のデータ例を示している。
例えばＳＤＲ画像がＲＧＢ各８ビットデータの設定であれば、ＳＤＲ画像の画素値ＲＧＢは、ＲＧＢ＝（０，０，０）〜（２５５，２５５，２５５）である。
一方、ＨＤＲ画像がＲＧＢ各１０ビットデータの設定であれば、ＳＤＲ画像の画素値ＲＧＢは、ＲＧＢ＝（０，０，０）〜（１０２３，１０２３，１０２３）である。
マクベスカラーチャートに含まれる２４色（＃０１〜＃２４）について、
マトリクス（Ｍ＃０１〜Ｍ＃２４）の各々は、以下の式を満足するマトリクスである。
（ＲＳＤＲ＃ｎｎ，ＧＳＤＲ＃ｎｎ，ＢＳＤＲ＃ｎｎ）＝Ｍ＃ｎｎ×（ＲＨＤＲ＃ｎｎ，ＧＨＤＲ＃ｎｎ，ＢＨＤＲ＃ｎｎ）
この設定では、２４色（＃０１〜＃２４）各々のマトリクス（Ｍ＃０１〜Ｍ＃２４）は、すべて異なるマトリクスとなる。
マクベスカラーチャート２４色（＃０１〜＃２４）対応の２４個のマトリクス（Ｍ＃０１〜Ｍ＃２４）を用いて、ＨＤＲ画像の画素値から、ＳＤＲ画像の画素値を算出式する式は、以下の（式１）として示される。
Figure 0006891882
本開示の構成では、ＨＤＲ画像の画素値からＳＤＲ画像の画素値を算出する際、このように画素値に応じた個別のマトリクスを適用せず、１つのマトリクスを用いて、図１３に示すＨＤＲ画像のＳＤＲ領域の画素値からＳＤＲ画像の画素値を算出する。
マクベスカラーチャートにおける各色のＳＤＲ画素値とＨＤＲ画素値、さらにマトリクスＭとの対応関係は、図１６に示す通りとなる。
図１６に示すマトリクスＭは１つのマトリクスである。
マクベスカラーチャート２４色（＃０１〜＃２４）に共通の１つのマトリクス（Ｍ）を用いて、ＨＤＲ画像の画素値から、ＳＤＲ画像の画素値を算出する式は以下の（式２）として示される。
Figure 0006891882
本開示の画像処理装置は、このように、マクベスカラーチャートの２４色すべてに対して共通の１つのマトリクスを適用してＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する。
ただし、１つのマトリクスＭを使用する画素値変換を行うと、ＨＤＲ画像の各色（＃０１〜＃２４）対応のＲＧＢ値を変換して得られるＳＤＲ画像の各色（＃０１〜＃２４）対応の画素値は、本来のマクベスカラーの色を示すＳＤＲ画像のＲＧＢ画素値とずれが発生する。
上記（式２）、および図１６に示す（Ｒ'ＳＤＲ＃ｎｎ．Ｇ'ＳＤＲ＃ｎｎ，Ｂ'ＳＤＲ＃ｎｎ）は、上記（式１）や図１５に示す本来のマクベスカラーの色を示すＳＤＲ画像のＲＧＢ画素値（ＲＳＤＲ＃ｎｎ．ＧＳＤＲ＃ｎｎ，ＢＳＤＲ＃ｎｎ）とは異なる値であることを示している。
なお、上記（式２）、および図１６に示すマトリクスＭ、すなわち、ＨＤＲ画像からＳＤＲ画像の画素値算出処理に適用する共通マトリクスＭは、前述の２つの条件を満たすように算出する。すなわち、以下の２つの条件である。
（条件１）ＳＤＲ領域とＨＤＲ拡張領域の境界位置のＨＤＲ画像の入力信号の値を、ＳＤＲ画像の入力信号＝１．０（最大値）である「白」、すなわち基準白に設定したマトリクスとする。
（条件２）ＳＤＲ画像の特定色、例えばマクベスカラーチャートの記憶色＃０１〜＃０６の少なくとも一部、例えば＃０１〜＃０３の記憶色について、マトリクス変換による変化率を０、または、他の色より小さい変化率に設定したマトリクスとする。
これら２つの条件を満足するマトリクスの算出シーケンスについて、図１７に示すフローチャートを参照して説明する。
（ステップＳ１０１）
まず、ステップＳ１０１において、マクベスカラーチャート各色のＨＤＲ画像対応ＲＧＢ値と、ＳＤＲ画像対応のＲＧＢ値を算出する。
すなわち、以下の各値を算出する。
２４色対応ＨＤＲ画像ＲＧＢ値（ＲＧＢＨＤＲ＃０１〜ＲＧＢＨＤＲ＃２４）
２４色対応ＳＤＲ画像ＲＧＢ値（ＲＧＢＳＤＲ＃０１〜ＲＧＢＳＤＲ＃２４）
これらは図１５に示す表の２４色対応各ＲＧＢ値に相当する。
（ステップＳ１０２）
次に、ステップＳ１０２において、マクベスカラーチャート各色のＨＤＲ画像対応ＲＧＢ値と、ＳＤＲ画像対応のＲＧＢ値を、全てＣＩＥＬａｂ色空間のＬ＊ａ＊ｂ＊値に変換する。
すなわち、以下の各値を算出する。
２４色対応ＨＤＲ画像Ｌ＊ａ＊ｂ＊値（Ｌ＊ａ＊ｂ＊ ＨＤＲ＃０１〜Ｌ＊ａ＊ｂ＊ ＨＤＲ＃２４）
２４色対応ＳＤＲ画像Ｌ＊ａ＊ｂ＊値（Ｌ＊ａ＊ｂ＊ ＳＤＲ＃０１〜Ｌ＊ａ＊ｂ＊ ＳＤＲ＃２４）
これは、モニタ等の出力機器の特性依存型の色表現データであるＲＧＢ値を、人間の視覚特性を正確に反映した色表現データとしてのＬ＊ａ＊ｂ＊値に変換する処理として行われる。
（ステップＳ１０３）
次に、ステップＳ１０３において、マクベスカラーチャート各色のＨＤＲ画像対応のＬ＊ａ＊ｂ＊値と、ＳＤＲ画像対応のＬ＊ａ＊ｂ＊値との差分に相当するユークリッド距離を算出する。
以下のユークリッド距離を算出する。
マクベスカラーチャートの各色＃０１〜＃２４のユークリッド距離（ΔＥ＊ ａｂ＃０１〜 ΔＥ＊ ａｂ＃２４ ）
ユークリッド距離ΔＥ＊ ａｂ＃ｎｎは、以下の（式３）によって算出される。
Figure 0006891882
ΔＥ＊ ａｂ＃ｎｎは、図１６に示すマクベスカラー＃ｎｎのＨＤＲ画像対応の画素値ＲＧＢＨＤＲ＃ｎｎに基づいて生成したＨＤＲ画像対応のＬ＊ａ＊ｂ＊画素値と、
図１６に示すマクベスカラー＃ｎｎのＳＤＲ画像対応の画素値Ｒ'Ｇ'Ｂ'ＳＤＲ＃ｎｎに基づいて生成したＳＤＲ画像対応のＬ＊ａ＊ｂ＊画素値との差分に相当するユークリッド距離である、
なお、ＳＤＲ画像対応のＬ＊ａ＊ｂ＊画素値（Ｌ＊ ＳＤＲ，ａ＊ ＳＤＲ，ｂ＊ ＳＤＲ）は、ＨＤＲ画像対応のＬ＊ａ＊ｂ＊画素値（Ｌ＊ ＨＤＲ，ａ＊ ＨＤＲ，ｂ＊ ＨＤＲ）とマトリクスＭとの演算式によって表現可能である。
すなわち、
（Ｌ＊ ＳＤＲ，ａ＊ ＳＤＲ，ｂ＊ ＳＤＲ）
＝Ｍ×（Ｌ＊ ＨＤＲ，ａ＊ ＨＤＲ，ｂ＊ ＨＤＲ）
上記関係式が成立する。
従って、上記（式３）は、ＨＤＲ画像対応のＬ＊ａ＊ｂ＊画素値（Ｌ＊ ＨＤＲ，ａ＊ ＨＤＲ，ｂ＊ ＨＤＲ）とマトリクスＭとの演算式によって表現される。
（ステップＳ１０４）
次に、ステップＳ１０４において、ユークリッド距離の総和を最小値とする１つの変換マトリクスＭを算出する。
すなわち、以下の（式４）が最小値となる１つの変換マトリクスＭを算出する。
Figure 0006891882
なお、上記（式４）において、
Ｋｎｎは、各色（＃ｎｎ＝＃０１〜＃２４）対応の重み係数である。
このように、
ΣＫnn・ΔＥ＊ ａｂ＃ｎｎ→最小値となるように、最小二乗法を適用してマトリクスＭを算出する。
なお、本例では、マトリクスカラーチャートの構成色＃０１〜＃２４の全てのユークリッド距離を適用してマトリクスＭを算出する例として説明しているが、例えば、マクベスカラーチャートに含まれる白等の高輝度色、すなわちマトリクス変換対象としない高輝度色については、上述のユークリッド距離の算出処理や、マトリクスの算出処理の対象から排除して処理を行なう構成としてもよい、
マトリクスＭの算出処理は、下記条件を満たすことを条件として実行する。
条件１：白を基準とする
条件２：マクベスカラーチャート２４色中、記憶色（＃０１〜＃０６）の少なくとも一部、例えば＃０１〜＃０３の３種類の色の変化率を０、または最小とする。
上記条件２を満たすための処理として、例えば、上記（式４）において、記憶色（＃０１〜＃０３）対応の重み係数Ｋｎｎを大きな値に設定する処理をし行なう。具体的には、例えば、記憶色（＃０１〜＃０３）対応の重み係数Ｋｎｎを、他の色（＃０４〜）の３倍の係数等、大きな係数に設定する。
なお、ここでは、条件２として、マクベスカラーチャートの＃０１〜＃０３の３種類の色の変化率を０、または最小とする設定としているが、例えばマクベスカラーチャートの＃０１〜＃０６の６種類の色の変化率を０、または最小とする設定や、マクベスカラーチャートの＃０１〜＃０４の４種類の色の変化率を０、または最小とする設定等、様々な設定が可能である。
ただし、記憶色のカテゴリに含まれる色の変化率を、記憶色以外のカテゴリの変化率に比較して、より小さくすることを優先してマトリクスを算出する。
この優先処理のために、選択した記憶色対応の重み係数Ｋｎｎを、他の色の３倍の係数等、大きな係数に設定して、ユークリッド距離の総和を小さくする最小二乗法を実行してマトリクス算出処理を行なう、
すなわち、上記（式４）の算出値が最小値となるように、最小二乗法を適用してマトリクスＭを算出する。
この図１７に示すフローに従って算出した１つのマトリクスＭを、ＨＤＲ画像画素値をＳＤＲ画像画素値に変換する１つのマトリクスとする。
なお、前述したように、マトリクス適用対象は、ＨＤＲ画像の全画素値ではなく、図１３に示すＳＤＲ領域内のＨＤＲ画素値のみである。
ＨＤＲ拡張領域については、変換後のＳＤＲ画素値は、全て最大値、すなわち「白」として出力する。
このような１つのマトリクスを適用してＨＤＲ画像の画素値からＳＤＲ画像の画素値を算出し、表示部出力を実行する画像処理装置の構成と処理例について図１８を参照して説明する。
図１８に示す画像処理装置１００は、先に説明した図９に示す画像処理装置１００と、同様、画像信号処理部１１０と、表示制御部１１５、表示部１１６を有する。
図１８の画像処理装置１００は、例えば、テレビ、スマートフォン、ＰＣ等の表示部を備えたユーザ装置（クライアント）である。
画像処理装置１００は、例えば、放送局やストリーミング・サーバ等からの受信画像データ、あるいはＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）などのメディアからの再生画像データを表示部１１６に表示する。
画像信号処理部１１０は、例えば、放送局やサーバ、あるいはＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）などのメディアからＨＤＲ画像１２１を入力する。
画像信号処理部１１０は、マトリクス変換部１１１を有し、マトリクス変換部１１１において、ＨＤＲ画像の画素値がＳＤＲ画像の画素値に変換される。
このマトリクス変換部１１１において適用するマトリクスが、図１７に示すフローチャートを参照して説明したシーケンスに従って生成されるマトリクスである。
このマトリクスは、図１８には示していないが、画像処理装置１００の記憶部に予め格納されている。
マトリクス変換部１１１において適用されるマトリクスは１つのマトリクスであり、ＨＤＲ画像の構成画素中、先に図１３を参照して説明したＳＤＲ領域の画素値が選択され、マトリクスによる演算処理によってＳＤＲ画像の画素値に変換されれる。
具体的には、例えば、以下の算出式によって、ＳＤＲ画像の画素値（ＲＳＤＲ，ＧＳＤＲ，ＢＳＤＲ）が算出される。
（ＲＳＤＲ，ＧＳＤＲ，ＢＳＤＲ）＝Ｍ×（ＲＨＤＲ，ＧＨＤＲ，ＢＨＤＲ）
上記式において、
Ｍは、図１７に示すフローに従って算出されるマトリクス、
（ＲＨＤＲ，ＧＨＤＲ，ＢＨＤＲ）はＨＤＲ画像のＲＧＢ画素値、
（ＲＨＤＲ，ＧＨＤＲ，ＢＨＤＲ）は、算出されるＳＤＲ画像の画素値、
である。
なお、上記のマトリクスによるＳＤＲ画素値算出対象となるのは元のＨＤＲ画像の構成画素中、低輝度領域画素、すなわち図１３に示すＳＤＲ領域の画素のみである。
図１３に示すＨＤＲ拡張領域に含まれる高輝度のＨＤＲ画素については、全てＳＤＲ画像では、最高輝度の「白」に設定されて出力される。
画像信号処理部１１０のマトリクス変換部１１１は、上述した処理により、擬似ＳＤＲ画像１２２を生成して表示制御部１１５に出力する。
表示制御部１１５は、画像信号処理部１１０のマトリクス変換部１１１からの入力信号に基づいて、表示部１１６に対する出力信号を生成する。
表示部１１６は、表示制御部１１５からの入力信号を用いて表示パネルを駆動し、画像表示を実行する。
このように、図１８に示す画像処理装置１００の画像信号処理部１１０のマトリクス変換部１１１は、ＨＤＲ画像１２１の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素（図１３のＳＤＲ領域の画素）について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像１２１の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行する。
規定しきい値とは、例えば、ＨＤＲ画像の表示部に対する入力値０〜１中の中間値である入力値＝０．５に対応する出力値である。
なお、画像信号処理部１１０のマトリクス変換部１１１は、変換対象のＨＤＲ画像１２１の構成画素中、規定しきい値より高輝度の高輝度領域画素（図１３のＨＤＲ拡張領域の画素）について、変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素（白）として設定する。
マトリクス変換部１１１に入力されるＨＤＲ画像１２１は、図１８に示すように、ＨＬＧ（ハイブリッド−ログ−ガンマ）曲線に従った入出力特性をもつＨＤＲ画像である。
一方、マトリクス変換部１１１において生成される擬似ＳＤＲ画像１２２の入出力特性は、図１８に示すように２．２ガンマ曲線に従った特性となる。さらに、この擬似ＳＤＲ画像１２２は、全体的な画像の平均輝度であるＡＰＬの低下しない明るいＳＤＲ画像となる。
これは、先に図１３を参照して説明したように、マトリクス変換による画素値変換対象をＳＤＲ領域の画素、すなわち、ＨＤＲ画像の低輝度領域の画素とし、ＳＤＲ領域と、高輝度画素領域であるＨＤＲ拡張領域の境界位置のＨＤＲ画素の画素値を、変換後のＳＤＲ画像の最高画素値（白）に設定する処理に基づく効果である。
なお、ＨＤＲ画像におけるＨＤＲ拡張領域の画素は、変換後のＳＤＲ画像では、すべて最高輝度（白）に設定されることになる。
なお、図１８に示す構成において、マトリクス変換部１１１は、図示しない記憶部に予め格納されたマトリクス、すなわち、図１７に示すフローチャートに従って算出されたマトリクスを適用してマトリクス変換を行うことができる。
あるいは、図１９に示すように、画像信号処理部１１０にマトリクス算出部１１２を設け、マトリクス算出部１１２において、図１７に示すシーケンスに従ったマトリクス算出処理を実行する構成としてもよい。
すなわち、マトリクス算出部１１２は、ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する１つの共通の変換マトリクスを算出する。この変換マトリクスは、ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスであり、マクベスカラーチャートの複数の設定色対応のＨＤＲ画像とＳＤＲ画像の色の差異を小さくする設定とした変換マトリクスを算出する
マトリクス算出部１１２は、変換マトリクスを適用して算出される変換後のＳＤＲ画像の画素値が、予め既定した特定色対応のＳＤＲ画像の画素値に一致、または変化率が前記特定色以外の色の画素値変化率より小さくなる変換マトリクスを算出する。
この図１９に示す構成では、マトトリクス変換部１１１はマトリクス算出部１１２の算出したマトリクスを利用した処理を実行する。
なお、上述した実施例では、マトリクス変換対象とするＨＤＲ画像の画素値は、図１３を参照して説明したＳＤＲ領域とし、ＳＤＲ領域と、ＨＤＲ拡張領域の境界を、ＨＤＲ画像の画素値に相当する入力値（０〜１．０）の半分の値、すなわち、ＨＤＲ入力値＝０．５に設定した例を説明した、
このＳＤＲ領域とＨＤＲ拡張領域の設定は、図１３に示す例に限らず、様々な設定が可能である。
図２０は、ＳＤＲ領域と、ＨＤＲ拡張領域の境界を、ＨＤＲ入力値＝０．６に設定した例である。
ＳＤＲ領域と、ＨＤＲ拡張領域を、図２０に示すように設定した場合、マトリクス変換対象は、ＨＤＲ画像の入力値＝０〜０．６の範囲に設定され、ＨＤＲ画像の入力値＝０．６を、変換後のＳＤＲ画像の最大画素値に相当するＳＤＲ入力値＝１．０に変換されるマトリクスを算出して利用することになる。
ＨＤＲ画像の入力値が０．６以上のＨＤＲ拡張領域にあるＨＤＲ画像の画素値は、マトリクス変換対象とならず、変換後のＳＤＲ画像では、すべて最高輝度（白）に設定されることになる。
図２１は、ＳＤＲ領域と、ＨＤＲ拡張領域の境界を、ＨＤＲ入力値＝０．７に設定した例である。
ＳＤＲ領域と、ＨＤＲ拡張領域を、図２１に示すように設定した場合、マトリクス変換対象は、ＨＤＲ画像の入力値＝０〜０．７の範囲に設定され、ＨＤＲ画像の入力値＝０．７を、変換後のＳＤＲ画像の最大画素値に相当するＳＤＲ入力値＝１．０に変換されるマトリクスを算出して利用することになる。
ＨＤＲ画像の入力値が０．７以上のＨＤＲ拡張領域にあるＨＤＲ画像の画素値は、マトリクス変換対象とならず、変換後のＳＤＲ画像では、すべて最高輝度（白）に設定されることになる。
このように、ＳＤＲ領域とＨＤＲ拡張領域の設定は、様々な設定が可能である。
本開示の画像処理装置は、マトリクス変換対象とするＳＤＲ領域と、マトリクス変換対象とせず、変換後のＳＤＲ画像において最大画素値（白：入力値＝１．０）とするＨＤＲ拡張領域の２つを設定して、ＨＤＲ画像からＳＤＲ画像への変換を行う。
この処理によって、画像全体の輝度レベル（ＡＰＬ）の低下しない明るい変換ＳＤＲ画像を生成することが可能となる。
［６．画像処理装置の構成例について］
次に、本開示の画像処理装置のハードウェア構成例について、図２２を参照して説明する。
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５０２、または記憶部５０８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行するデータ処理部として機能する。例えば、上述した実施例において説明したシーケンスに従った処理を実行する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５０３には、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムやデータなどが記憶される。これらのＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、およびＲＡＭ５０３は、バス５０４により相互に接続されている。
ＣＰＵ５０１はバス５０４を介して入出力インタフェース５０５に接続され、入出力インタフェース５０５には、各種スイッチ、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部５０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部５０７が接続されている。ＣＰＵ５０１は、入力部５０６から入力される指令に対応して各種の処理を実行し、処理結果を例えば出力部５０７に出力する。
入出力インタフェース５０５に接続されている記憶部５０８は、例えばハードディスク等からなり、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部５０９は、インターネットやローカルエリアネットワークなどのネットワークを介したデータ通信の送受信部、さらに放送波の送受信部として機能し、外部の装置と通信する。
入出力インタフェース５０５に接続されているドライブ５１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいはメモリカード等の半導体メモリなどのリムーバブルメディア５１１を駆動し、データの記録あるいは読み取りを実行する。
［７．本開示の構成のまとめ］
以上、特定の実施例を参照しながら、本開示の実施例について詳解してきた。しかしながら、本開示の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本開示の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
なお、本明細書において開示した技術は、以下のような構成をとることができる。
（１） ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
前記画像信号処理部は、
前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行する画像処理装置。
（２） 前記画像信号処理部は、
変換対象のＨＤＲ画像の構成画素中、前記規定しきい値より高輝度の高輝度領域画素について、変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素として設定する（１）に記載の画像処理装置。
（３） 前記変換マトリクスは、
前記規定しきい値に相当するＨＤＲ画像の画素値を、変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素に設定する変換マトリクスである（１）または（２）に記載の画像処理装置。
（４） 前記変換マトリクスは、
変換後のＳＤＲ画像の画素値が、予め既定した特定色対応のＳＤＲ画像の画素値に一致、または前記特定色以外の画素値変化率より小さな変化率となる設定を有する変換マトリクスである（１）〜（３）いずれかに記載の画像処理装置。
（５） 前記特定色は、マクベスカラーチャートに設定された記憶色である（４）に記載の画像処理装置。
（６） 前記特定色は、マクベスカラーチャートに設定された記憶色中、色番号＃０１〜＃０３の色である（４）または（５）に記載の画像処理装置。
（７） 前記規定しきい値は、ＨＤＲ画像の表示部に対する入力値０〜１中の中間値である入力値＝０．５に対応する出力値である（１）〜（６）いずれかに記載の画像処理装置。
（８） 前記ＨＤＲ画像は、ＩＴＵ−Ｒ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｅｃｔｏｒ）の規定するＨＤＲ画像であり、入出力特性がハイブリッド−ログーガンマ（ＨＬＧ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）曲線によって規定されるＨＤＲ画像である（１）〜（７）いずれかに記載の画像処理装置。
（９） ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
前記マトリクス算出部は、
前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出する画像処理装置。
（１０） 前記マトリクス算出部は、
マクベスカラーチャートの複数の設定色対応のＨＤＲ画像とＳＤＲ画像の色の差異を小さくする設定とした変換マトリクスを算出する（９）に記載の画像処理装置。
（１１） 前記色の差異は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における差異である（１０）に記載の画像処理装置。
（１２） 前記マトリクス算出部は、
前記規定しきい値に相当するＨＤＲ画像の画素値を変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素に設定する変換マトリクスを算出する（９）〜（１１）いずれかに記載の画像処理装置。
（１３） 前記マトリクス算出部は、
前記変換マトリクスを適用して算出される変換後のＳＤＲ画像の画素値が、予め既定した特定色対応のＳＤＲ画像の画素値に一致、または変化率が前記特定色以外の色の画素値変化率より小さくなる変換マトリクスを算出する（９）〜（１２）いずれかに記載の画像処理装置。
（１４） 前記特定色は、マクベスカラーチャートに設定された記憶色である（１３）に記載の画像処理装置。
（１５） 前記特定色は、マクベスカラーチャートに設定された記憶色中、色番号＃０１〜＃０３の色である（１３）または（１４）に記載の画像処理装置。
（１６） 前記ＨＤＲ画像は、ＩＴＵ−Ｒ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｅｃｔｏｒ）の規定するＨＤＲ画像であり、入出力特性がハイブリッド−ログーガンマ（ＨＬＧ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）曲線によって規定されるＨＤＲ画像である（９）〜（１５）いずれかに記載の画像処理装置。
（１７） 画像処理装置において実行する画像処理方法であり、
前記画像処理装置は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
前記画像信号処理部が、
前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行する画像処理方法。
（１８） 画像処理装置において実行する画像処理方法であり、
前記画像処理装置は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
前記マトリクス算出部が、
前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換するための１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出する画像処理方法。
（１９） 画像処理装置において画像処理を実行させるプログラムであり、
前記画像処理装置は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
前記プログラムは、前記画像信号処理部に、
前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行させるプログラム。
（２０） 画像処理装置において画像処理を実行させるプログラムであり、
前記画像処理装置は、
ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
前記プログラムは、前記マトリクス算出部に、
前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換するための１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出させるプログラム。
また、明細書中において説明した一連の処理はハードウェア、またはソフトウェア、あるいは両者の複合構成によって実行することが可能である。ソフトウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させるか、あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。例えば、プログラムは記録媒体に予め記録しておくことができる。記録媒体からコンピュータにインストールする他、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットといったネットワークを介してプログラムを受信し、内蔵するハードディスク等の記録媒体にインストールすることができる。
なお、明細書に記載された各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。また、本明細書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限らない。
以上、説明したように、本開示の一実施例の構成によれば、ＨＤＲ画像に対するマトリクス変換によって、画像平均輝度の大きな低下のない高品質なＳＤＲ画像を生成する装置、方法が実現される。
具体的には、ＨＤＲ画像をＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部が、ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する。規定しきい値より高輝度の高輝度領域画素については、変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素として設定する。適用する変換マトリクスは、マクベスカラーチャートに設定された記憶色の変化率がより小さくなる設定としたマトリクスとする。
本構成により、ＨＤＲ画像に対するマトリクス変換によって、画像平均輝度の大きな低下のない高品質なＳＤＲ画像を生成する装置、方法が実現される。
１０ 画像処理装置
１１ 画像信号処理部
１２ 表示制御部
１３ 表示部
７１ リニア変換部
７２ 色域輝度変換部
７３ リニアガンマ変換部
８１ ＨＤＲ画像
８４ 擬似ＳＤＲ画像
１００ 画像処理装置
１１０ 画像信号処理装置
１１１ マトリクス変換部
１１２ マトリクス算出部
１１５ 表示制御部
１１６ 表示部
１２１ ＨＤＲ画像
１２２ 擬似ＳＤＲ画像
５０１ ＣＰＵ
５０２ ＲＯＭ
５０３ ＲＡＭ
５０４ バス
５０５ 入出力インタフェース
５０６ 入力部
５０７ 出力部
５０８ 記憶部
５０９ 通信部
５１０ ドライブ
５１１ リムーバブルメディア

Claims (20)

  1. ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
    前記画像信号処理部は、
    前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行する画像処理装置。
  2. 前記画像信号処理部は、
    変換対象のＨＤＲ画像の構成画素中、前記規定しきい値より高輝度の高輝度領域画素について、変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素として設定する請求項１に記載の画像処理装置。
  3. 前記変換マトリクスは、
    前記規定しきい値に相当するＨＤＲ画像の画素値を、変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素に設定する変換マトリクスである請求項１に記載の画像処理装置。
  4. 前記変換マトリクスは、
    変換後のＳＤＲ画像の画素値が、予め既定した特定色対応のＳＤＲ画像の画素値に一致、または前記特定色以外の画素値変化率より小さな変化率となる設定を有する変換マトリクスである請求項１に記載の画像処理装置。
  5. 前記特定色は、マクベスカラーチャートに設定された記憶色である請求項４に記載の画像処理装置。
  6. 前記特定色は、マクベスカラーチャートに設定された記憶色中、色番号＃０１〜＃０３の色である請求項４に記載の画像処理装置。
  7. 前記規定しきい値は、ＨＤＲ画像の表示部に対する入力値０〜１中の中間値である入力値＝０．５に対応する出力値である請求項１に記載の画像処理装置。
  8. 前記ＨＤＲ画像は、ＩＴＵ−Ｒ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｅｃｔｏｒ）の規定するＨＤＲ画像であり、入出力特性がハイブリッド−ログーガンマ（ＨＬＧ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）曲線によって規定されるＨＤＲ画像である請求項１に記載の画像処理装置。
  9. ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
    前記マトリクス算出部は、
    前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出する画像処理装置。
  10. 前記マトリクス算出部は、
    マクベスカラーチャートの複数の設定色対応のＨＤＲ画像とＳＤＲ画像の色の差異を小さくする設定とした変換マトリクスを算出する請求項９に記載の画像処理装置。
  11. 前記色の差異は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における差異である請求項１０に記載の画像処理装置。
  12. 前記マトリクス算出部は、
    前記規定しきい値に相当するＨＤＲ画像の画素値を変換後のＳＤＲ画像の最高出力画素に設定する変換マトリクスを算出する請求項９に記載の画像処理装置。
  13. 前記マトリクス算出部は、
    前記変換マトリクスを適用して算出される変換後のＳＤＲ画像の画素値が、予め既定した特定色対応のＳＤＲ画像の画素値に一致、または変化率が前記特定色以外の色の画素値変化率より小さくなる変換マトリクスを算出する請求項９に記載の画像処理装置。
  14. 前記特定色は、マクベスカラーチャートに設定された記憶色である請求項１３に記載の画像処理装置。
  15. 前記特定色は、マクベスカラーチャートに設定された記憶色中、色番号＃０１〜＃０３の色である請求項１３に記載の画像処理装置。
  16. 前記ＨＤＲ画像は、ＩＴＵ−Ｒ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｅｃｔｏｒ）の規定するＨＤＲ画像であり、入出力特性がハイブリッド−ログーガンマ（ＨＬＧ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）曲線によって規定されるＨＤＲ画像である請求項９に記載の画像処理装置。
  17. 画像処理装置において実行する画像処理方法であり、
    前記画像処理装置は、
    ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
    前記画像信号処理部が、
    前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行する画像処理方法。
  18. 画像処理装置において実行する画像処理方法であり、
    前記画像処理装置は、
    ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
    前記マトリクス算出部が、
    前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換するための１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出する画像処理方法。
  19. 画像処理装置において画像処理を実行させるプログラムであり、
    前記画像処理装置は、
    ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像信号処理部を有し、
    前記プログラムは、前記画像信号処理部に、
    前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の低輝度領域画素について、１つの変換マトリクスを適用して、ＨＤＲ画像の画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換する処理を実行させるプログラム。
  20. 画像処理装置において画像処理を実行させるプログラムであり、
    前記画像処理装置は、
    ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像を入力し、ＨＤＲ画像よりダイナミックレンジの狭いＳＤＲ画像に変換する画像変換処理に適用する変換マトリクスを算出するマトリクス算出部を有し、
    前記プログラムは、前記マトリクス算出部に、
    前記ＨＤＲ画像の複数の異なる画素値をＳＤＲ画像の画素値に変換するための１つの共通の変換マトリクスであり、前記ＨＤＲ画像の構成画素中、規定しきい値以下の画素値の変換のみに適用する変換マトリクスを算出させるプログラム。
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