JP6992176B2 - 画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラムに関する。

近年、医療診断用ディスプレイにおいて、モノクロ画素とカラー画素とを合わせて表示することにより、総合的な診断を行うことが可能となっている。このような医療診断用ディスプレイに画像を表示する際、モノクロ画素を表示する場合にはＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）規格で定められたＧＳＤＦ（Ｇｒａｙｓｃａｌｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）カーブによる明度値の補正が一般に行われている。それに対して、カラー画素を表示する場合はｓＲＧＢ規格で定められたγ２．２カーブによる明度値の補正が広く利用されている

図１には、上述したＧＳＤＦカーブとγ２．２カーブとを示す。ディスプレイに入力される階調値と表示すべき明度値との関係を「階調特性」といい、図１に示すように、モノクロ画素とカラー画素とでは階調特性が異なる。そこで、入力画像の画素単位に階調特性を適切に補正する画像処理技術が開発されている。例えば、特許文献１は、入力画像の画素単位の彩度値、もしくはエリア単位の彩度値に基づいて決定される混合比率に基づいて、カラー階調特性とモノクロ階調特性とを混合して合成する技術が開示されている。

特開２０１６－１８０７８７号公報

しかし、上記特許文献１における技術では、画素単位の彩度値を用いる場合は、カラー画像に対してγ２．２カーブによるカラー階調特性補正のみを行っているディスプレイでの診断に慣れている医師などの診断者にとって、ディスプレイに表示されるカラー画像が暗く感じられ、正確な診断をしかねるといった懸念が生じていた。また、エリア単位の彩度値を用いる場合は、エリアごとの彩度計算結果によっては画面表示が崩れ適切な明度値を出力できない懸念があった。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、モノクロ画素とカラー画素とを合わせて表示するディスプレイにおいて、より適切な明度値での表示を実現するための画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。

本発明によれば、彩度値取得部と補正部とを備える画像処理装置であって、前記彩度値取得部は、対象画素の彩度値、または、当該対象画素とその周辺の周辺画素とを含む対象小領域の彩度値を取得し、前記補正部は、前記対象画素を補正して得られる補正後の階調特性が、前記彩度値に基づいてカラー階調特性とモノクロ階調特性とを所定の混合比率で混合して合成された階調特性と一致するように、前記対象画素を補正し、前記彩度値をｃとし、前記カラー階調特性の混合比率をＷとすると、ｃを変数としたときのＷの値は関係Ｗ＝ｆ（ｃ）で表され、以下の条件を満たす、画像処理装置が提供される。
条件：前記彩度値ｃに対して前記混合比率Ｗが比例して増加する関係をＷ＝ｇ（ｃ）とすると、前記彩度値が閾値以上の場合に、ｆ（ｃ）＞αｇ（ｃ）が満たされる彩度値ｃおよび乗数αが存在し、α≧１である。

これにより、対象画素の彩度とカラー階調特性との混合比率の関係を、対象画素の彩度が所定の閾値を超えた場合に変化させることが可能となり、対象画素の彩度が低いときにはカラー階調特性の混合比率をおさえつつ、対象画素の彩度が高いときにはカラー階調特性の混合比率を強めることができる。このため、対象画素の彩度が高いときにはその明度値を高める補正を実現することが可能となり、より適切な明度値でディスプレイ表示を行うことが可能となる。また、エリア単位の彩度値を用いないため、エリアごとの彩度値の違いにより画面表示が崩れる懸念もない。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴が独立に発明を構成する。

好ましくは、前記補正部は、取得された前記彩度値に基づいて、カラー画素用のカラー階調特性とモノクロ画素用のモノクロ階調特性との混合比率を決定する混合部を含む。
好ましくは、前記関係ｆ（ｃ）は、前記閾値以下における関係Ｗ１＝ｆ１（ｃ）と、前記閾値以上における関係Ｗ２＝ｆ２（ｃ）とを含み、閾値以下の任意の彩度値をｃ１，閾値以上の任意の彩度値をｃ２とすると、ｆ１（ｃ１）≦ｆ２（ｃ２）が満たされる。
好ましくは、前記閾値以下における関係ｆ１（ｃ）は比例関数である。
好ましくは、前記閾値を第１閾値としたときの第２閾値が存在し、前記第２閾値は、前記第１閾値以上であり、前記彩度値が第２閾値以上の場合に、前記関係ｆ２（ｃ）の傾きがゼロに向かって減少する。
好ましくは、前記関係ｆ（ｃ）はシグモイド関数の少なくとも一部である。
好ましくは、前記補正部は、さらに、前記対象画素のカラー階調特性における明度値と、前記対象画素のモノクロ階調特性における明度値との差分が大きいほど、前記閾値がより大きく設定された関係を用いて、前記混合比率Ｗを決定して補正を行う。

本発明の他の観点によれば、対象画素の彩度値、または、当該対象画素とその周辺の周辺画素とを含む対象小領域の彩度値を取得する取得ステップと、前記補正部により、前記対象画素を補正して得られる補正後の階調特性が、前記彩度値に基づいてカラー階調特性とモノクロ階調特性とを所定の混合比率で混合して合成された階調特性と一致するように、前記対象画素を補正する補正ステップとを含み、前記彩度値をｃとし、前記カラー階調特性の混合比率をＷとすると、ｃを変数としたときのＷの値は関係Ｗ＝ｆ（ｃ）で表され、以下の条件を満たす画像処理方法が提供される。
条件：前記彩度値が最小値から最大値まで増加するのに伴い、前記混合比率が最小値から最大値まで比例して増加する関係をＷ＝ｇ（ｃ）とすると、前記彩度値が閾値以上の場合に、ｆ（ｃ）＞αｇ（ｃ）が満たされる彩度値ｃおよび乗数αが存在し、α≧１である。

本発明の他の観点によれば、コンピュータを、彩度値取得部と補正部とを備える画像処理装置として機能させる画像処理プログラムであって、前記彩度値取得部により、対象画素の彩度値、または、当該対象画素とその周辺の周辺画素とを含む対象小領域の彩度値を取得する取得ステップと、前記対象画素を補正して得られる補正後の階調特性が、前記彩度値に基づいてカラー階調特性とモノクロ階調特性とを所定の混合比率で混合して合成された階調特性と一致するように、前記対象画素を補正するステップとを含み、前記彩度値をｃとし、前記カラー階調特性の混合比率をＷとすると、ｃを変数としたときのＷの値は関係Ｗ＝ｆ（ｃ）で表され、以下の条件を満たす画像処理プログラムが提供される。
条件：前記彩度値が最小値から最大値まで増加するのに伴い、前記混合比率が最小値から最大値まで比例して増加する関係をＷ＝ｇ（ｃ）とすると、前記彩度値が閾値以上の場合に、ｆ（ｃ）＞αｇ（ｃ）が満たされる彩度値ｃおよび乗数αが存在し、α≧１である。

ＧＳＤＦカーブとγ２．２カーブとを示すグラフである。 第１の実施の形態に係る画像処理装置１００のハードウェア構成図である。 制御部１の機能ブロック図である。 図４Ａは、モノクロ画素用のルックアップテーブルＬ１を示す図である。図４Ｂは、カラー画素用のルックアップテーブルＬ２を示す図である。 彩度値ｃと混合比率Ｗとの関係を示す図である。 補正処理の手順を説明する処理フローである。 図７Ａは変形例１における彩度値と混合比率との関係を示す図である。図７Ｂは変形例２における彩度値と混合比率との関係を示す図である。図７Ｃは変形例３における彩度値と混合比率との関係を示す図である。 図８Ａは、ＧＳＤＦカーブとγ２．２カーブとにおける明度値の差分を示す図である。図８Ｂは、ＧＳＤＦカーブとγ２．２カーブとにおける明度値の差分割合を示す図である。 図９Ａは、図８Ｂに対して差分割合の大きさごとに入力階調値の領域分けをした図である。図９Ｂは、彩度値ｃと混合比率Ｗとの関係を、入力階調値の領域分けに対応して複数規定した図である。 第２の実施の形態に係る補正処理の手順を説明する処理フローである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。特に、本明細書において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものを指しうる。

また、広義の回路とは、回路（ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＬＰＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。

また、本明細書では、入力画像の一画素、または、当該画素とその周辺の周辺画素とを含む領域を小領域と定義する。さらに、画像とは、静止画／動画の何れも含むものとし、動画の場合においては特に指定がない限りそのうちの１フレームを指すものとする。

また、下記に詳述する実施形態においては、様々な情報やこれを包含する概念を取り扱うが、これらは、０又は１で構成される２進数のビット集合体として信号値の高低によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行され得るものである。具体的には、「小領域」、「入力階調値」、「彩度値」、「明度値」、等が、かかる情報／概念に含まれ得る。これらについては、再度必要に応じて詳しく説明するものとする。

＜第１の実施の形態＞
（１．１．画像処理装置１００の構成）
図２を参照し、画像処理装置１００の構成について説明する。なお、図２を用いた説明では、各構成要素の基本的な機能を説明するにとどめ、処理の詳細な説明は後述する。

図２に示すように、画像処理装置１００は、制御部１と、記憶部２と、操作部３と、表示部４と、バックライト５と、通信部６と、バス７とを備える。制御部１は、記憶部２に記憶されたプログラム（不図示）を読み出して種々の演算処理を実行するものであり、例えば、ＣＰＵ等により構成される。

記憶部２は、表示部４に適用される階調特性補正を行うルックアップテーブルや、種々のデータやプログラムを記憶するものであり、例えば、メモリ、ＨＤＤ又はＳＳＤにより構成される。ここで、プログラムは、画像処理装置１００の出荷時点においてプリインストールされていてもよく、Ｗｅｂ上のサイトからアプリケーションとしてダウンロードしてもよく、有線又は無線通信により他の情報処理装置又は記録媒体から転送されてもよい。ルックアップテーブルについては、詳細を後述する。

操作部３は、画像処理装置１００を操作するものであり、例えば、スイッチ、ボタン、マウス、キーボード、タッチパネル、音声入力部、又は、カメラ等を利用した動き認識装置により構成される。例えば、操作部３によりＯＳＤ（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）上の各種設定情報が操作される。

表示部４は、入力画像データ（静止画及び動画を含む）を画像として表示するものであり、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、タッチパネルディスプレイ、電子ペーパーその他のディスプレイで構成される。

バックライト５は、表示部４の背面から表示部４を照明するものである。なお、表示部４が液晶ディスプレイでない場合には、バックライト５は不要である。

通信部６は、他の情報処理装置又は各構成要素と種々のデータを送受信するものであり、任意のＩ／Ｏにより構成される。バス７はシリアルバス、パラレルバス等で構成され、各部を電気的に接続し、種々のデータの送受信を可能にするものである。

各構成要素は、ソフトウェアによって実現してもよく、ハードウェアによって実現してもよい。ソフトウェアによって実現する場合、ＣＰＵがプログラムを実行することによって各種機能を実現することができる。プログラムは、内蔵の記憶部２に格納してもよく、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体に格納してもよい。また、外部の記憶部に格納されたプログラムを読み出し、いわゆるクラウドコンピューティングにより実現してもよい。ハードウェアによって実現する場合、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はＤＲＰなどの種々の回路によって実現することができる。

（１．２．機能構成）
図３を参照し、制御部１の機能について説明する。図３に示すように、制御部１は、判定部１１と、彩度値取得部１２と、補正部２０とを備える。補正部２０は、混合部２１と、モノクロ補正部２２と、カラー補正部２３とを含む。

判定部１１は、画像処理装置１００に入力される入力画像データの対象画素に対して、モノクロであるかカラーであるかを判定する。ここで、判定方法としては種々の方法が知られている。一例として、対象画素の有する入力階調値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）をＲＧＢ空間にプロットし、ＲＧＢ空間における（１，１，１）方向に規定される直線との距離が基準値に収まればモノクロと判定する方法を採用してもよい。なお、本実施形態では、入力階調値は０～１０２３までの値をとる１０ビットのデジタル値として規定されている。

彩度値取得部１２は、画像処理装置１００に入力される入力画像データの対象画素について、入力階調値に基づいて彩度値（以下、彩度値ｃともいう）を取得する。本実施形態では、彩度値は、０～２５５の値をとる８ビットのデジタル値として定義されている。ここで、彩度値取得部１２は、対象画素とその周囲の周辺画素とを含む対象小領域についての彩度値を取得してもよい。その場合には、例えば、対象画素とその周囲の画素とのそれぞれに対応づけられた彩度値について、相加平均を演算して対象小領域の彩度値としてもよく、または、対象小領域内の１つの彩度値を代表値として取得してもよい。

補正部２０は、入力画像データについて、カラー画素用のカラー階調特性補正とモノクロ画素用のモノクロ階調特性補正とを行う。ここで、階調特性とは、入力画像データの対象画素の入力階調値と、当該対象画素がディスプレイで出力される際の明度値との関係をいう。カラー階調特性補正とは、カラー画素について階調特性を補正することをいう。モノクロ階調特性補正とは、モノクロ画素の階調特性を補正することをいう。

混合部２１は、彩度値取得部１２が取得した彩度値に基づいて、カラー階調特性とモノクロ階調特性との混合比率（以下、混合比率Ｗともいう）を決定する。混合部２１の具体的な処理の内容については、詳細を後述する。

モノクロ補正部２２は、入力画像データの対象画素ごとにモノクロ階調特性補正を実行する。モノクロ補正部２２が行うモノクロ階調特性補正の具体的な処理の内容については、詳細を後述する。

カラー補正部２３は、入力画像データの対象画素ごとにカラー階調特性補正を実行する。カラー補正部２３が行うカラー階調特性補正の具体的な処理の内容については、詳細を後述する。

記憶部２は、一例としては、階調特性補正を行うためのルックアップテーブルＬと、彩度値ｃと混合比率Ｗとの関係が規定された混合比率テーブルＫとを記憶する。

表示部４は、入力画像データの対象画素について、モノクロ補正部２２、または、カラー補正部２３により補正された階調特性に対応する明度値で入力画像データを表示するように構成される。

（１．３．ルックアップテーブル）
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、記憶部２に格納されるルックアップテーブルＬについて説明する。ただし、ルックアップテーブルＬの規定方法はあくまで一例にすぎず、ここで例示する態様に限定されない。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、記憶部２はモノクロ画素用のルックアップテーブルＬ１と、カラー画素用のルックアップテーブルＬ２とを記憶している。ルックアップテーブルＬ１には、０～１０２３までの入力階調値とそれに対応する明度値が規定されている。ここで、明度値Ｍ０～Ｍ１０２３は、０～１００％で表せる値であり、０％は表示部４が表現できる最低明度を、１００％は表示部４が表現できる最大明度を表す。ルックアップテーブルＬ１は、ＤＩＣＯＭ規格により定められるＧＳＤＦカーブを満たすように、入力階調値と明度値が１対１に対応づけられている。なお、明度値は、０～１００％に代えて、例えば０～６５５３５までの値をとる１６ビットのデジタル値として規定してもよい。

一方、ルックアップテーブルＬ２には、入力階調値とそれに対応するＲＧＢごとの明度値が規定されている。ルックアップテーブルＬ２では、ルックアップテーブルＬ１で規定される関係を、ＲＧＢごとに規定する。すなわち、明度値Ｒ０～Ｒ１０２３がＲ（レッド）、明度値Ｇ０～Ｇ１０２３がＧ（グリーン）、明度値Ｂ０～Ｂ１０２３がＢ（ブルー）に、それぞれ対応している。ルックアップテーブルＬ２は、ｓＲＧＢ規格により定められるγ２．２カーブを満たすように、入力階調値と明度値がＲＧＢごとに１対１に対応づけられている。

これにより、モノクロ画素の入力階調値について、ルックアップテーブルＬ１を参照することにより、ＧＳＤＦカーブを満たす明度値となるように階調特性補正を行うことができる。また、カラー画素の入力階調値について、ルックアップテーブルＬ２を参照することにより、γ２．２カーブを満たす明度値となるように階調特性補正を行うことができる。

（１．４．混合部２１）
混合部２１は、彩度値取得部１２が取得した彩度値ｃに基づいて、カラー画素用のカラー階調特性（ルックアップテーブルＬ２に相当）とモノクロ画素用のモノクロ階調特性（ルックアップテーブルＬ１に相当）とを混合するための混合比率Ｗを決定する。ここで、混合比率Ｗは、Ｗ＝１のときにカラー階調特性となり、Ｗ＝０のときにモノクロ階調特性となることを意味する。また、Ｗ＝０．５のときにカラー階調特性とモノクロ階調特性を５０％ずつ混合した階調特性が合成されることとなる。

彩度値ｃと混合比率Ｗとの関係は、記憶部２に格納される混合比率テーブルＫに規定されている。混合部２１は、混合比率テーブルＫを参照することにより、彩度値取得部１２が取得した彩度値ｃに対応する混合比率Ｗを決定することができる。

図５は、彩度値ｃと混合比率Ｗとの関係Ｗ＝ｆ（ｃ）（以下、対応関係ｆ（ｃ）ともいう）を示す図であり、混合比率テーブルＫに対応する。図５には、さらに、彩度値ｃが最小値０から最大値２５５まで増加するのに伴い、混合比率Ｗが最小値０から最大値１まで比例して増加する関係Ｗ＝ｇ（ｃ）（以下、比例関係ｇ（ｃ）ともいう）が示されている。さらに、彩度値ｃに対する第１閾値Ｐと第２閾値Ｑとが示されている。

図５に示すように、対応関係ｆ（ｃ）は、彩度値ｃが第１閾値Ｐ以上の領域（すなわち、ｆ（ｃ）における点Ｘ以降の領域）において、比例関係ｇ（ｃ）よりも大きな値をとり得るように構成されている。いいかえると、彩度値ｃが第１閾値Ｐ以上の場合に、ｆ（ｃ）＞αｇ（ｃ）という条件が満たされる彩度値ｃおよび乗数αが存在し、α≧１である。

このように構成することにより、彩度値ｃの増加に比例してカラー階調特性の混合比率Ｗを増加させる比例関係ｇ（ｃ）に比べて、第１閾値Ｐ以上の場合に、カラー階調特性の混合比率Ｗを増加させることが可能となる。その結果、第１閾値Ｐ以上の場合に、入力画素に対するカラー階調特性の割合が高くなり、より明度値を高めた画像を実現することができる。

ここで、乗数αの値は、１～２０であり、好ましくは、１．５～１５であり、さらに好ましくは、２～１０である。乗数αの値は、具体的には例えば、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１０．５、１１、１１．５、１２、１２．５、１３、１３．５、１４、１４．５、１５、１５．５、１６、１６．５、１７、１７．５、１８、１８．５、１９、１９．５、２０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

ここで、彩度値ｃが第１閾値Ｐ以上の場合、第１閾値Ｐから最大値２５５までの彩度値の内、５０％以上の割合の彩度値について、上記条件が満たされるようにする。当該割合は、具体的には、５０％，５５％，６０％，６５％，７０％，７５％，８０％，８５％，９０％，９５％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。より好ましくは、当該割合を７０％とすることができる。こうすると、第１閾値Ｐ以上の彩度値ｃの７０％以上について、カラー階調特性の混合比率を、比例関係ｇ（ｃ）の場合の混合比率よりも増加させることが可能となり、第１閾値Ｐ以上の彩度値ｃの７０％以上について、明度値を高めた画像を表現することが可能となる。

また、好ましくは、彩度値ｃが第１閾値Ｐ以上の場合、第１閾値Ｐから最大値２５５までの彩度値の内、値の低い方の５０％以上の領域に含まれる彩度値について上記条件が満たされるようにする。当該領域は、具体的には、値の低い方の５０％，５５％，６０％，６５％，７０％，７５％，８０％，８５％，９０％，９５％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。より好ましくは、当該割合を９０％とすることができる。このようにすることで、対応関係ｆ（ｃ）のうち、第１閾値Ｐから最大値２５５までの彩度値の内、値の低い９０％の領域について、カラー階調特性の混合比率を増加させることが可能となる。その結果、第１閾値Ｐから最大値２５５までの彩度値の内、値の低い９０％以上の領域において、明度値を高めた画像を表現することが可能となる。

また、図５に示す例では、彩度値ｃと混合比率Ｗとの関係ｆ（ｃ）は、第１閾値Ｐ以下における関係Ｗ＝ｆ１（ｃ）と、第１閾値Ｐ以上における関係Ｗ＝ｆ２（ｃ）とを含んでおり、第１閾値Ｐ以下の任意の彩度値をｃ１，第１閾値Ｐ以上の任意の彩度値をｃ２とすると、ｆ１（ｃ１）≦ｆ２（ｃ２）が満たされている。

さらに、図５の例では、ｆ１（ｃ）は比例関数であり、比例関係ｇ（ｃ）と一致している。一方、図５の例では、ｆ２（ｃ）はシグモイド関数の少なくとも一部が用いられている。ここで、ｆ１（ｃ）及びｆ２（ｃ）はこれに限定されず、ｆ１（ｃ１）≦ｆ２（ｃ２）を満たす関係であればよい。このように、ｆ１（ｃ）を比例関数にすることにより、彩度値ｃが低い領域において、モノクロ階調特性の混合比率を高めることができる。これにより、彩度値ｃが低い領域において、カラー階調特性の混合比率が高いことによるノイズの発生を抑制しつつ、モノクロ階調特性の比率を高めすぎることによる意図したカラー表示からの乖離が大きくなることを防止することが可能となる。

さらに、ｆ（ｃ）は、彩度値ｃが第１閾値Ｐ以上で第２閾値以下の領域では、その傾きが上昇し、混合比率Ｗの値が大きく上昇する。さらに、彩度値ｃが第２閾値以上で最大値２５５以下の領域（すなわち、ｆ（ｃ）における点Ｙ以降の領域）では、その傾きはゼロに向かって減少し、ｆ（ｃ）は緩やかに増加する。

このように彩度値ｃと混合比率Ｗとの関係を規定することにより、彩度値ｃの低い領域においてはカラー階調特性の混合比率を抑えてモノクロ階調特性とカラー階調特性を混合した階調特性補正を行いつつ、第１閾値Ｐ以上の領域においてはカラー階調特性の混合比率を大きくすることが可能となる。

（１．５．モノクロ補正部２２）
モノクロ補正部２２は、判定部１１によりモノクロ画素と判定された対象画素の入力階調値について、ルックアップテーブルＬ１を参照し、明度値を取得する。上述のとおり、ルックアップテーブルＬ１は、ＧＳＤＦカーブを満たすように規定されている。その結果、モノクロ画素を、ＧＳＤＦカーブを満たす明度値で表示することが可能となる。

また、モノクロ補正部２２は、判定部１１によりカラー画素と判定された対象画素の入力階調値について、ルックアップテーブルＬ１を参照し、混合比率Ｗに基づいて混合するための明度値を決定する。

（１．６．カラー補正部２３）
カラー補正部２３は、判定部１１によりカラー画素と判定された対象画素の入力階調値について、ルックアップテーブルＬ１を参照し、混合比率Ｗに基づいて混合するための明度値を決定する。

制御部１は、判定部１１によりモノクロ画素と判定された画素を、モノクロ補正部２２が決定した明度値に基づいて、表示部４に表示させる。一方、制御部は、判定部１１によりカラー画素と判定された画素を、モノクロ補正部２２が決定した明度値とカラー補正部２３が決定した明度値とに基づいて、表示部４に表示させる。

以下、カラー画素を表示させる場合の明度値について、具体的に説明する。一例として、対象画素の入力階調値が（Ｒ、Ｇ、Ｂ）＝（８０、９０、１００）、カラー階調特性の混合比率Ｗが０．７とした場合、混合後の明度値（ＭＲ、ＭＧ、ＭＢ）は以下の（式１）～（式３）として求まる。

ＭＲ＝Ｌ２（８０）×０．７＋Ｌ１（８０）×０．３ （式１）
ＭＧ＝Ｌ２（９０）×０．７＋Ｌ１（９０）×０．３ （式２）
ＭＢ＝Ｌ２（１００）×０．７＋Ｌ１（１００）×０．３ （式３）

ここで、入力値を８０としたときのルックアップテーブルＬ１の明度値をＬ１（８０）、ルックアップテーブルＬ２の明度値をＬ１（８０）としている。他の入力値９０、１００に対しても同様であるとする。

（１．７．補正処理の手順）
図６を参照し、本実施形態における補正処理の手順を説明する。以下の処理は、例えばＣＰＵにより構成される制御部１により実行される。

ステップＳ１０において、判定部１１は、入力画像データの対象画素についてモノクロ判定を行う。判定部１１が、入力画素をモノクロと判定した場合には、ステップＳ４５が実行される。一方、判定部１１が、入力画素をカラーと判定した場合には、ステップＳ２０が実行される。

ステップＳ２０において、彩度値取得部１２は、判定部１１によってカラーであると判定された対象画素又は対象小領域に対する彩度値ｃを取得する。

次に、ステップＳ３０において、混合部２１は、取得された彩度値ｃにもとづき、記憶部２に格納されている混合比率テーブルＫを参照し、カラー階調特性の混合比率Ｗを決定する。

次に、ステップＳ４０において、モノクロ補正部２２およびカラー補正部２３は、入力画素の入力階調値に基づいてルックアップテーブルＬ１およびＬ２を参照し、ステップＳ３０で決定された混合比率Ｗに基づいてルックアップテーブルＬ１およびＬ２の値を混合して合成された階調補正後の明度値を決定する。

一方、ステップＳ４５において、モノクロ補正部２２は、判定部１１によってモノクロであると判定された対象画素に対し、記憶部２に格納されているルックアップテーブルＬ１を参照し、対象画素の入力階調値に対応する明度値を決定する。

ステップＳ５０において、補正部２０は、入力画像データの全画素について、上記Ｓ１０～Ｓ４５の処理が完了したかどうかを判定する。処理が完了していない場合、ステップＳ１０が再度実行される。一方、処理が完了している場合、ステップＳ６０が実行される。

ステップＳ６０において、制御部１は、ステップＳ４０および／またはステップＳ４５で決定された明度値で入力画像データが表示されるように、表示部４を制御する。

以上のようにして、本実施形態では、制御部１は彩度値取得部１２と補正部２０とを備える。彩度値取得部１２は、入力画像データの対象画素、または対象小領域の彩度値を取得する。補正部２０は、取得された彩度値に基づいて、対象画素を補正して得られる補正後の階調特性が、カラー画素用のカラー階調特性とモノクロ画素用のモノクロ階調特性とを所定の混合比率で混合して合成された階調特性と一致するように、対象画素を補正する。

ここで、彩度値をｃとし、カラー階調特性の混合比率をＷとすると、ｃを変数としたときの混合比率Ｗの対応関係Ｗ＝ｆ（ｃ）は、比例関係ｇ（ｃ）に対してｆ（ｃ）＞αｇ（ｃ）が満たされる彩度値ｃおよび乗数αが存在し、α≧１であるという条件が満たされる。

上記構成とすることにより、比例関係ｇ（ｃ）で定める場合と比較して、第１閾値Ｐ以上の領域において、カラー階調特性の混合比率Ｗを高めることが可能となる。その結果、第１閾値Ｐ以上の領域において、混合された階調特性をγ２．２カーブに基づく階調特性に近づけることができる。

（１．８．変形例）
図７Ａに、変形例１としての彩度値ｃと混合比率Ｗとの対応関係ｆ（ｃ）を示す。この例では、彩度値ｃに対する混合比率Ｗの対応関係Ｗ＝ｆ（ｃ）は、１つのシグモイド関数で表される。具体的には、対応関係ｆ（ｃ）は、以下の式で表される。

ここで、係数ａおよびｂについては、図７Ａに示す例では、ａ＝１８，ｂ＝１２８としているが、この例に限定されない。このようにすることで、１つの関数を用いて上述の条件を満たすように彩度値と混合比率との関係を規定することが可能となり、対応関係ｆ（ｃ）を規定するのが容易となる。

図７Ｂに、変形例２としての彩度値ｃと混合比率Ｗとの対応関係ｆ（ｃ）を示す。この例では、彩度値ｃに対する混合比率Ｗの対応関係Ｗ＝ｆ（ｃ）は、ｆ１（ｃ）は１次関数であり、ｆ２（ｃ）は定数となっている。このようにすることで、よりシンプルな演算で彩度値ｃに対する混合比率Ｗを取得することが可能となる。

図７Ｃに、変形例３としての彩度値ｃと混合比率Ｗとの対応関係ｆ（ｃ）を示す。この例では、彩度値ｃが閾値Ｐに到達するまでは、対応関係ｆ（ｃ）＜比例関係ｇ（ｃ）となっている。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

ここで、図７Ｃにおいて、閾値Ｐに到達するまで、彩度値ｃと混合比率Ｗとの関係は単調増加に限定されない。例えば、閾値Ｐ以下で、混合比率Ｗは０であってもよい。具体的には、図７Ｃに一点鎖線で示すように、０とＰの間の任意の閾値をＳとし、０≦ｃ≦ＳまではＷ＝０であり、ｃ≧Ｓでは、Ｗはｆ（Ｐ）に向かって単調増加するようにしてもよい。

以下、上記実施形態において、彩度値ｃが低い場合においてモノクロ階調特性の混合比率を高める理由について説明する。モノクロ画素とカラー画素が混在する低彩度画像において、モノクロ画素用のモノクロ階調特性と、カラー画素用のカラー階調特性との明度値の差が大きい場合、当該明度値の差がノイズしてユーザに知覚されることがある。そこで、ノイズが知覚されないように、低彩度画像のカラー画素に対して、モノクロ階調特性の混合比率を強めた階調特性補正を行う必要がある。

同様に、モノクロ画素とカラー画素が混在する高彩度画像において、モノクロ階調特性とカラー階調特性との明度値の差が大きい場合、当該明度値の差がノイズとして知覚される懸念がある。しかし、高彩度画像では、ノイズが知覚されることは稀である。その理由は、カラー（ＲＧＢ各色）の明度はモノクロの明度に比べて低いため、高彩度における明度の差をユーザが知覚しにくいからである。

また、別の理由として、低彩度画像においては色差による差異を知覚しやすいが、高彩度画像においては色差による差異を知覚しづらいことも挙げられる。このように、高彩度画像においては、カラー階調特性の混合比率を高めても、ノイズの出現はユーザにとって気にならない程度となる。そして、高彩度においては、カラー階調特性の混合比率を高めることにより、画像品質を低下させることなくディスプレイに表示されるカラー画像が暗く感じられることを防止することが可能となる。

＜２．第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、入力階調値に対するＧＳＤＦカーブにより規定される明度値と、γ２．２カーブにより規定される明度値との差分を考慮して、彩度値ｃと混合比率Ｗとの対応関係Ｆ（ｃ）を規定する点で第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の構成には同一の符号を付しており、説明は繰り返さない。

図８Ａには、ＧＳＤＦカーブγ２．２カーブが示されている。ここで、入力階調値がＺのときにおけるγ２．２カーブ上の明度値をＢ１、ＧＳＤＦカーブ上の明度値をＢ２とする。図８Ａに示すように、入力階調値によって明度値Ｂ１と明度値Ｂ２との差分は変化している。

図８Ｂには、図８Ａに基づいて、明度値Ｂ１と明度値Ｂ２との差分割合Ｃを示している。ここで、差分割合Ｃは、以下の（式４）によって算出される。
Ｃ＝｜（Ｂ１－Ｂ２）／Ｂ２｜（｜｜は絶対値） （式４）

ここで、入力階調値に対する明度値Ｂ１と明度値Ｂ２の差分が大きいということは、ＧＳＤＦカーブによるモノクロ階調特性補正と、γ２．２カーブによるカラー階調特性補正との補正後における明度値の差が大きいことを意味する。このような場合、カラー階調特性の混合比率Ｗを急激に高めると、ノイズが発生して画像品質が低下することとなる。

そこで、図９Ａに示すように、明度値Ｂ１と明度値Ｂ２の差分割合の大きさに応じた領域Ｉ～領域ＩＶを規定する。そして、領域Ｉ～領域ＩＶに対応する入力階調値を領域（１）～（４）として規定する。

さらに、図９Ｂに示すように、彩度値ｃと混合比率Ｗとの対応関係をＦ１（ｃ）～Ｆ４（ｃ）のように複数用意する。ここで、図８Ｂおよび図９において、明度値Ｂ１と明度値Ｂ２の差分がもっとも小さい領域（領域（１）に相当）に属する入力階調値については、対応関係Ｆ１（ｃ）を適用する。そして、明度値Ｂ１と明度値Ｂ２の差分が次に小さい領域（領域（２）に相当）における入力階調値については、対応関係Ｆ２（ｃ）を適用する。このようにして、入力階調値に基づいて、混合比率の決定に用いられる対応関係Ｆ１（ｃ）～Ｆ４（ｃ）が決定される。

ここで、対応関係Ｆ１（ｃ）～Ｆ４（ｃ）を決定する際の入力階調値としては、対象画素の有する入力階調値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の３つの相加平均を採用してもよく、または、３つの中の特定の１つを代表値として採用してもよい。

関係Ｆ１（ｃ）～Ｆ４（ｃ）は、具体的には、前述の［数１］における係数ｂを変化させることで、実現することができる。一例として、Ｆ１（ｃ）は、ａ＝１８，ｂ＝５５、Ｆ２（ｃ）は、ａ＝１８，ｂ＝７０、Ｆ３（ｃ）は、ａ＝１８，ｂ＝９６、Ｆ４（ｃ）はａ＝１８，ｂ＝１２８とする上記［数１］に記載のシグモイド関数を含んでいる。

そして、関係Ｆ１（ｃ）～Ｆ４（ｃ）にそれぞれ対応する第１閾値Ｐ１～Ｐ４は、Ｐ１が最も小さく、Ｐ２、Ｐ３と大きくなり、Ｐ４が最も大きい。言い換えると、明度値Ｂ１と明度値Ｂ２との差分割合Ｃが大きくなるほど、第１閾値がより大きくなるように設定される。このようにして設定された対応関係Ｆ１（ｃ）～Ｆ４（ｃ）がそれぞれ規定された混合比率テーブルＫ１～Ｋ４が記憶部２に格納される。

混合部２１は、対象画素の入力階調値に対応する混合比率テーブルＫを参照し、混合比率Ｗを決定する。そして、上記実施形態と同様に、カラー補正部２３は決定された混合比率Ｗに基づいて、ルックアップテーブルＬ１およびＬ２を参照し、入力階調値に対して階調特性補正を行う。

このような構成とすることにより、ＧＳＤＦカーブにより定まる明度値と、γ２．２カーブにより定まる明度値との差分の絶対値が大きい入力階調値では、彩度が低い場合にカラー階調特性の混合比率を抑えることができる。そして、当該差分が小さい入力階調値では、彩度が低い場合でも混合比率を高めることができる。その結果、入力階調値に応じて適切な混合比率を決定することが可能となる。

図１０を参照し、第２の実施の形態における補正処理の手順を説明する。なお、第２の実施の形態と同様の処理には同一の符号を付しており、説明は繰り返さない。

ステップＳ２０の後のステップＳ２５において、補正部２０は、対象画素の入力階調値に基づいて、当該対象画素に対して適用すべき関係Ｆ（ｃ）を決定する。その後、ステップＳ３０が実行され、当該対象画素についての混合比率Ｗが決定される。

＜３．他の実施の形態＞

本発明の適用は、上記実施形態に限定されない。例えば、カラー階調特性を規定する３Ｄルックアップテーブルを参照した後に、カラー用及びモノクロ用で共通の１Ｄルックアップテーブルを参照する、いわゆる３Ｄ－１Ｄルックアップテーブルでも適用することができる。

また、ＧＳＤＦカーブを満たす明度値、γ２．２カーブを満たす明度値、および、彩度値ｃに基づく混合比率Ｗを軸として、混合結果としての明度値が規定された３Ｄルックアップテーブルを規定する方法を採用してもよい。

また、入力階調値におけるＲ、Ｇ、Ｂを軸として、彩度値ｃに基づきカラー階調特性とモノクロ階調特性とが混合比率Ｗで混合されて合成された階調特性となる明度値が規定された３Ｄルックアップテーブルを規定する方法を採用してもよい。

また、ルックアップテーブルを用いる代わりに演算式を用いて、入力階調値を彩度値ｃに基づきカラー階調特性とモノクロ階調特性とが混合比率Ｗで混合されて合成された階調特性となる明度値を出力してもよい。

また、上記実施形態では、画素毎にモノクロ用のルックアップテーブルＬ１の値（明度値）と、カラー用のルックテーブルＬ２の値（明度値）とを混合比率Ｗに基づいて混合したが、入力画素の入力階調値に混合比率Ｗに基づいた補正係数を演算することで（又はルックアップテーブルで同様の処理をすることで）、彩度値ｃに基づきカラー階調特性とモノクロ階調特性とが混合比率Ｗで混合されて合成された階調特性による明度値を決定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、カラー画素の階調特性補正についてγ２．２カーブを満たす明度値となるような階調特性補正を行う例を示したが、γ２．２カーブに限定されず、例えばガンマ値は１．８～２．６の値を採用してもよく、また、Rec.709、PQ方式（Perceptual Quantization）、又は、HLG方式（Hybrid Log Gamma）等を満たす明度値になるような階調特性を採用してもよい。

さらに、本発明は、コンピュータを彩度値取得部と補正部とを備える画像処理装置として機能させる画像処理プログラムであって、前記彩度値取得部により、対象画素の彩度値、または、当該対象画素とその周辺の周辺画素とを含む対象小領域の彩度値を取得する取得ステップと、前記補正部により、前記対象画素を補正して得られる補正後の階調特性が、取得された前記彩度値に基づいてカラー階調特性とモノクロ階調特性とを所定の混合比率で混合して合成された階調特性と一致するように、前記対象画素を補正する補正ステップと、を備え、前記彩度値をｃとし、前記カラー階調特性の混合比率をＷとすると、ｃを変数としたときのＷの値は関係Ｗ＝ｆ（ｃ）で表され、上述の条件を満たす、画像処理プログラムとして実現することもできる。

さらに、本発明は、上述のプログラムを格納する、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現することもできる。

本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１：表示制御部、２：記憶部、３：操作部、４：表示部、５：バックライト、６：通信部、７：バス、１１：判定部、１２：彩度値取得部、１３：混合部、２０：補正部、２１：混合部、２２：モノクロ補正部、２３：カラー補正部、１００：画像処理装置、Ｋ：混合比率テーブル、Ｌ：ルックアップテーブル

Claims (9)

1. 彩度値取得部と補正部とを備え、モノクロ画像とカラー画像とを合わせて表示し、医療診断に用いられる画像処理装置であって、
   前記彩度値取得部は、対象画素の彩度値、または、当該対象画素とその周辺の周辺画素とを含む対象小領域の彩度値を取得し、
   前記補正部は、前記対象画素を補正して得られる補正後の階調特性が、前記彩度値に基づいてカラー階調特性とモノクロ階調特性とを所定の混合比率で混合して合成された階調特性と一致するように、前記対象画素を補正し、
   前記彩度値をｃとし、前記カラー階調特性の混合比率をＷとすると、ｃを変数としたときのＷの値は関係Ｗ＝ｆ（ｃ）で表され、以下の条件を満たす、画像処理装置。
   条件：彩度値の最小値から最大値にわたる全範囲において、前記彩度値ｃに対して前記混合比率Ｗが比例して増加する関係をＷ＝ｇ（ｃ）とすると、
   前記彩度値が閾値より低い場合に、前記混合比率は、ｇ（ｃ）に従うか又はｇ（ｃ）を下回り、
   前記彩度値が前記閾値以上の場合に、
   ｆ（ｃ）＞αｇ（ｃ）
   が前記閾値から前記最大値までの彩度値範囲のうち５０％以上で満たされ、乗数αがα≧１である。
2. 請求項１において、
   前記補正部は、取得された前記彩度値に基づいて、カラー画素用のカラー階調特性とモノクロ画素用のモノクロ階調特性との混合比率を決定する混合部を含む、画像処理装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記関係ｆ（ｃ）は、
   前記閾値以下における関係Ｗ１＝ｆ１（ｃ）と、
   前記閾値以上における関係Ｗ２＝ｆ２（ｃ）とを含み、
   閾値以下の任意の彩度値をｃ１，閾値以上の任意の彩度値をｃ２とすると、前記閾値から前記最大値までの彩度値範囲のうち５０％以上で、
   ｆ１（ｃ１）≦ｆ２（ｃ２）が満たされる、画像処理装置。
4. 請求項３において、
   前記閾値以下における関係ｆ１（ｃ）は比例関数である、画像処理装置。
5. 請求項３または請求項４において、
   前記閾値を第１閾値としたときの第２閾値が存在し、
   前記第２閾値は、前記第１閾値以上であり、
   前記彩度値が第２閾値以上の場合に、前記関係ｆ２（ｃ）の傾きがゼロに向かって減少する、画像処理装置。
6. 請求項１または請求項２において、
   前記関係ｆ（ｃ）はシグモイド関数の少なくとも一部である、画像処理装置。
7. 請求項１～請求項６のいずれか１項において、
   前記補正部は、さらに、前記対象画素のカラー階調特性における第１明度値と、前記対象画素のモノクロ階調特性における第２明度値との差分が大きいほど、前記閾値がより大きく設定された関係を用いて、前記混合比率Ｗを決定して補正を行い、
   前記差分は、入力階調値に対する第１明度値と第２明度値の差分である、画像処理装置。
8. モノクロ画像とカラー画像とを合わせて表示し医療診断に用いられる画像を処理するための画像処理方法であって、
   対象画素の彩度値、または、当該対象画素とその周辺の周辺画素とを含む対象小領域の彩度値を取得する取得ステップと、
   前記対象画素を補正して得られる補正後の階調特性が、前記彩度値に基づいてカラー階調特性とモノクロ階調特性とを所定の混合比率で混合して合成された階調特性と一致するように、前記対象画素を補正する補正ステップとを含み、
   前記彩度値をｃとし、前記カラー階調特性の混合比率をＷとすると、ｃを変数としたときのＷの値は関係Ｗ＝ｆ（ｃ）で表され、以下の条件を満たす、画像処理方法。
   条件：彩度値の最小値から最大値にわたる全範囲において、前記彩度値が増加するのに伴い、前記混合比率が最小値から最大値まで比例して増加する関係をＷ＝ｇ（ｃ）とすると、
   前記彩度値が閾値より低い場合に、前記混合比率は、ｇ（ｃ）に従うか又はｇ（ｃ）を下回り、
   前記彩度値が前記閾値以上の場合に、
   ｆ（ｃ）＞αｇ（ｃ）
   が前記閾値から前記最大値までの彩度値範囲のうち５０％以上で満たされ、乗数αがα≧１である。
9. コンピュータを、彩度値取得部と補正部とを備えモノクロ画像とカラー画像とを合わせて表示する医療診断用の画像処理装置として機能させる画像処理プログラムであって、
   前記彩度値取得部により、対象画素の彩度値、または、当該対象画素とその周辺の周辺画素とを含む対象小領域の彩度値を取得する取得ステップと、
   前記補正部により、前記対象画素を補正して得られる補正後の階調特性が、前記彩度値に基づいてカラー階調特性とモノクロ階調特性とを所定の混合比率で混合して合成された階調特性と一致するように、前記対象画素を補正するステップとを前記コンピュータに実行させ、
   前記彩度値をｃとし、前記カラー階調特性の混合比率をＷとすると、ｃを変数としたときのＷの値は関係Ｗ＝ｆ（ｃ）で表され、以下の条件を満たす、画像処理プログラム。
   条件：彩度値の最小値から最大値にわたる全範囲において、前記彩度値が増加するのに伴い、前記混合比率が最小値から最大値まで比例して増加する関係をＷ＝ｇ（ｃ）とすると、
   前記彩度値が閾値より低い場合に、前記混合比率は、ｇ（ｃ）に従うか又はｇ（ｃ）を下回り、
   前記彩度値が閾値以上の場合に、
   ｆ（ｃ）＞αｇ（ｃ）
   が前記閾値から前記最大値までの彩度値範囲のうち５０％以上で満たされ、乗数αがα≧１である。

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