JPH09233336A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力画像の重要な特徴を維持したまま入力画
像全体に渡って適切な補正処理を容易に行うことができ
るようにする。 【解決手段】 まず、予走査において、ヒストグラム計
測部２は、入力画像データのヒストグラムＨ（ｉ）を作
成する。ヒストグラム変形条件設定部３は、上記ヒスト
グラムＨ（ｉ）から特徴量を算出し、該特徴量を用いて
補正係数を算出する。ヒストグラム変形部４は、上記補
正係数を用いて、ヒストグラムＨ（ｉ）において頻度の
少ない階調または頻度の多い階調をそのままの頻度で出
力し、他の階調を平坦化するような頻度数変換式を作成
し、該頻度数変換式によってヒストグラムＨ（ｉ）をヒ
ストグラムＧ（ｉ）に変換する。階調変換手段設定部５
は、ヒストグラムＨ（ｉ）と正規化したヒストグラムＧ
ｒ（ｉ）とを用いて、階調変換部６の階調変換テーブル
を作成する。次に、本走査において、階調変換部６の階
調変換テーブルは、画像入力装置１から供給される画像
データを階調変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入力される画像
データを再現する装置に係り、特に、画像データに応じ
て最適な階調補正を施す画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタル複写機においては、単な
る忠実な再現だけでなく、より高品質な再現が要求され
ている。例えば、書類などにおいては、背景の白い部分
が汚れている場合には、汚れをそのままコピーしてしま
うのではなく、汚れのない状態で再現した方がよいし、
文字がかすれている場合には、文字輪郭をはっきりとシ
ャープに再現する方がよい。また、一般の人が室内で撮
影したような暗く、コントラストの弱い写真を再現する
場合には、明るく、コントラストを強くした画像になる
ように補正処理を施して再現したほうが好ましい。

【０００３】また、ネットワーク化／システム化の進歩
に伴って、どのような環境下で作成されたのか不明な画
像を補正処理しなければならない状況に対面する場合も
ある。この場合、撮影条件等の外部からの情報がないた
め、該情報を補正処理に反映することができない。した
がって、画像自身からの情報を主な特徴量として補正処
理を実行しなければならない。

【０００４】加えて、画像がどのような特徴を有してい
る場合に、どのような補正処理を行えばよいか、また、
どの程度の補正をおこなえばよいかなど、画像が有する
特徴に応じて補正処理の種類または補正処理の程度を決
めなければならない。したがって、画像処理に関して専
門的な知識を有していなければ、「最適な補正処理」を
行うことは難しい。

【０００５】そこで、従来より、入力される画像の階調
分布をヒストグラム化し、該ヒストグラム分布を特徴量
とし、該特徴量を予め用意した変換テーブルを用いて変
換することにより、画像の階調を補正する画像処理装置
が知られている。以下、これら従来の画像処理装置によ
る補正処理の手法を説明する。

【０００６】まず、第１の手法は、一般に、ダイナミッ
クレンジ変換と呼ばれる補正処理であり、画像の階調情
報から得られるヒストグラムの分布を、より広い濃度領
域に線形的に引き延ばすことで、画像の階調バランスを
補正するものである。ここで、図１１（ａ）は、入力画
像の階調分布であるヒストグラムＨ（ｉ）を示す概念図
であり、同図（ｂ）は、上記ダイナミックレンジ変換に
おいて用いられる階調変換テーブル（ＬＵＴ）の入出力
特性を示す概念図であり、同図（ｃ）は、上記階調変換
テーブルによって変換された、補正処理後の画像データ
の階調分布であるヒストグラムＧ（ｉ）を示す概念図で
ある。

【０００７】第１の手法を用いる画像処理装置は、ま
ず、入力される画像データの階調分布であるヒストグラ
ムＨ（ｉ）を作成する。該ヒストグラムＨ（ｉ）は、縦
軸に頻度、横軸に階調をとると、例えば、図１１（ａ）
に示すような分布になる。図示するｘ１は、階調の最小
値、ｘ２は、階調の最大値、Ｍは、最大階調（例えば、
２５６階調であれば、Ｍ＝２５５）である。

【０００８】次に、画像処理装置は、図１１（ｂ）に示
す入出力特性を有する階調変換テーブルを用いて、上記
図１１（ａ）に示すヒストグラムＨ（ｉ）を変換する。
図１１（ｂ）に示す階調変換テーブルは、入力画像デー
タの階調分布に応じて、その入出力特性が決定されるも
のであり、例えば、入力画像が上述したように最大階調
Ｍで、その階調の最小値がｘ１、最大値がｘ２であった
とすると、階調「ｘ１」を階調「０」に、階調「ｘ２」
を階調「Ｍ」に、その間の階調を直線的に変換するよう
な入出力特性となる。したがって、図示の階調変換テー
ブルで画像データの階調を変換すると、図１１（ｃ）に
破線で示すヒストグラムＧ（ｉ）、すなわち、ある特定
範囲（ｘ１〜ｘ２）に集中している階調分布が全階調域
（０〜Ｍ）に引き延ばされた分布となるので、コントラ
ストが強調されることになる。

【０００９】このように、上述したダイナミックレンジ
変換では、画像データのヒストグラムＨ（ｉ）に基づい
て変換テーブルの入出力特性を決定し、該階調変換テー
ブルによって画像データに応じた補正処理を行うように
している。

【００１０】次に、第２の手法は、コントラスト改善方
法として広く知られているヒストグラム平坦化と呼ばれ
る補正処理である。該第２の手法は、上述した第１の手
法に対して、ヒストグラムＨ（ｉ）自身を変形し、該変
形したヒストグラムを用いて階調変換テーブルを作成す
るものである。これは、ヒストグラムを全領域に分布さ
せ、しかも頻度が一定となるようにヒストグラムを変形
させる。ここで、図１２（ａ）は、正規化した入力画像
のヒストグラムＨ（ｉ）を示す概念図であり、同図
（ｂ）は、上記ヒストグラムＨ（ｉ）の頻度数を変換す
る頻度数変換式（後述）を示す概念図であり、同図
（ｃ）は、上記頻度数変換式によって変換された、補正
処理後の画像データの階調分布であるヒストグラムＧ
（ｉ）を示す概念図である。

【００１１】第２の手法を用いる画像処理装置は、ま
ず、正規化した入力画像データの階調分布であるヒスト
グラムＨ（ｉ）を作成する。該ヒストグラムＨ（ｉ）
は、前述した第１の手法と同様に、縦軸に頻度、横軸に
階調をとると、例えば、図１２（ａ）に示すような分布
になる。但し、ヒストグラムＨ（ｉ）は正規化された入
力画像データのヒストグラム分布である。

【００１２】次に、画像処理装置は、図１２（ｂ）に示
す入出力頻度数特性を有する頻度数変換式を用いて、上
記図１２（ａ）に示すヒストグラムＨ（ｉ）を変換す
る。入力画像がＭ階調であるとき、頻度数変換式は、

【数５】 で表される。すなわち、上記頻度数変換式は、図１２
（ｂ）に示すような直性をなすもので、ヒストグラムＨ
（ｉ）で表される各階調の頻度数を一定（頻度数の平均
値）に変換する。したがって、上記頻度数変換式で画像
データの階調頻度数を変換すると、図１２（ｃ）に破線
で示すヒストグラムＧ（ｉ）、すなわち、全階調域にわ
たって平坦な分布となるので、階調の分布が如何なる状
態であってもコントラストが強調されることになる。

【００１３】次に、第３の手法は、頻度の低い階調域の
コントラストをあまり低下させず、頻度の高い階調域の
コントラストを強調させる、パラメトリック変換と呼ば
れる手法である。ここで、図１３（ａ）は、正規化した
入力画像のヒストグラムＨ（ｉ）を示す概念図であり、
同図（ｂ）は、上記ヒストグラムＨ（ｉ）の頻度数を変
換する頻度数変換式（後述）を示す概念図であり、同図
（ｃ）は、上記頻度数変換式によって変換された、補正
処理後の画像データの階調分布であるヒストグラムＧ
（ｉ）を示す概念図である。

【００１４】第３の手法を用いる画像処理装置は、ま
ず、正規化した入力画像データの階調分布であるヒスト
グラムＨ（ｉ）を作成する。該ヒストグラムＨ（ｉ）
は、前述した第２の手法と同様に、図１３（ａ）に示す
ような分布になる。但し、ヒストグラムＨ（ｉ）は正規
化された入力画像データのヒストグラム分布である。次
に、画像処理装置は、図１３（ｂ）に示す入出力頻度数
特性を有する頻度数変換式を用いて、上記図１３（ａ）
に示すヒストグラムＨ（ｉ）を変換する。

【００１５】入力画像がＭ階調であるとき、頻度数変換
式は、

【数６】 で表される。すなわち、上記頻度数変換式は、図１３
（ｂ）に示すような曲線をなすもので、パラメータｐ
（数式２を参照）によって調整可能で、コントラスト強
調の度合いを変化させることができるようになってお
り、ヒストグラムＨ（ｉ）で表される各階調の頻度数を
パラメータｐに応じた特性で変換する。したがって、上
記頻度数変換式で画像データの階調頻度数を変換する
と、パラメータｐに応じて、図１３（ａ）に示すヒスト
グラム（ｐ=１）と全階調域の頻度が一定となるヒスト
グラム（ｐ＝０）との間の状態をとる、図１３（ｃ）に
破線で示すヒストグラムＧ（ｉ）となる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たダイナミックレンジ変換では、入力画像のヒストグラ
ムＨ（ｉ）が元々全階調に分布しているような場合には
効果がない。また、ヒストグラムの分布が偏っているよ
うな場合も、単純に階調の分布している領域を引き延ば
しているだけであるので、分布の偏りまでは補正できな
いという問題があった。

【００１７】次に、上述したヒストグラム平坦化手法で
は、全階調の頻度が一様（頻度の平均値）となるように
分布させるため、入力画像のヒストグラムにおいて頻度
が小さい階調があった場合、該小さい階調部分のコント
ラストが失われるという問題があった。また、コントラ
ストの強度を調節できないため、画像に応じたコントラ
スト補正ができず、画像によってはコントラストを強調
し過ぎるという問題があった。

【００１８】次に、パラメトリック変換では、ヒストグ
ラムを完全に平坦化することなく、パラメータｐで調整
しながらコントラストを補正することができるので、上
記ヒストグラム平坦化手法における問題は生じない。し
かしながら、入力画像の重要な特徴とも言える頻度の高
い階調部分まで平坦化してしまうため、入力画像の階調
分布によっては、補正処理後の画像が入力画像の特徴を
保持しなくなるという問題があった。また、パラメトリ
ック変換では、入力画像の階調分布がある特定範囲に集
中している場合には、その範囲内でしかコントラスト強
調が実行されないという問題があった。

【００１９】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、入力画像の重要な特徴を維持したまま入力画像
全体に渡って適切な補正処理を容易に行うことができる
画像処理装置を提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、請求項１記載の発明では、画像データの階調
毎に画素数を計数することによりヒストグラムを作成す
るヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラム作成手段
によって作成されたヒストグラムに基づいて前記画像デ
ータの特徴情報を抽出する抽出手段と、前記抽出手段に
よって抽出された特徴情報に基づいて、前記ヒストグラ
ム作成手段によって作成されたヒストグラムにおいて頻
度の多い階調および頻度の少ない階調を維持し、その他
の部分の階調を平坦化するように、前記画像データの階
調を変換する変換手段とを具備することを特徴とする。

【００２１】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の画像処理装置において、前記変換手段は、前記抽
出手段によって抽出された特徴情報に基づいて前記ヒス
トグラムを補正するヒストグラム補正手段と、前記ヒス
トグラム作成手段によって作成されたヒストグラムおよ
び前記ヒストグラム補正手段によって補正された補正ヒ
ストグラムに基づいて、前記画像データの階調を補正す
る補正手段とを具備することを特徴とする。

【００２２】また、請求項３記載の発明では、請求項２
記載の画像処理装置において、前記変換手段は、前記抽
出手段によって抽出された特徴情報に基づいて、前記ヒ
ストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムに
おいて頻度の多い階調および頻度の少ない階調を維持
し、その他の部分の階調を平坦化するための頻度数変換
式を設定する頻度数変換式設定手段を具備し、前記ヒス
トグラム補正手段は、前記頻度数変換式設定手段によっ
て設定された頻度数変換式に基づいて前記ヒストグラム
を補正することを特徴とする。

【００２３】また、請求項４記載の発明では、請求項１
記載の画像処理装置において、前記変換手段は、前記抽
出手段によって抽出された特徴情報に基づいて、前記ヒ
ストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムに
おいて各階調の頻度を近傍の画素に分散するように、前
記画像データの階調を変換することを特徴とする。

【００２４】また、請求項５記載の発明では、請求項３
記載の画像処理装置において、前記変換手段は、前記抽
出手段によって抽出された特徴情報に基づいて、前記頻
度数変換式設定手段によって設定された頻度数変換式に
おける対称性を補正する頻度数変換式補正手段を具備す
ることを特徴とする。

【００２５】また、請求項６記載の発明では、請求項３
記載の画像処理装置において、前記頻度変換式は、前記
特徴情報として、頻度の最小値ＭＩＮ、頻度の最大値Ｍ
ＡＸ、頻度の平均値ＡＶＥ、および頻度の標準偏差σを
用いて、補正係数γ１，γ２を

【数７】

【００２６】

【数８】 とすると、

【００２７】

【数９】

【００２８】

【数１０】 で示されることを特徴とする。

【００２９】この発明によれば、ヒストグラム作成手段
は、画像データの階調毎に画素数を計数することにより
ヒストグラムを作成する。抽出手段は、ヒストグラム作
成手段によって作成されたヒストグラムに基づいて画像
データの特徴情報を抽出する。変換手段は、抽出手段に
よって抽出された特徴情報に基づいて、ヒストグラム作
成手段によって作成されたヒストグラムにおいて頻度の
多い階調および頻度の少ない階調を維持し、その他の部
分の階調を平坦化するように、画像データの階調を変換
する。したがって、入力画像の重要な特徴を維持したま
ま入力画像全体に渡って適切な補正処理を容易に行うこ
とが可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に図面を参照してこの発明の実
施形態について説明する。

【００３１】Ａ−１．第１の実施形態の構成 まず、本発明の第１の実施形態による画像処理装置につ
いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態による画
像処理装置の構成を示すブロック図である。図におい
て、画像入力装置１は、例えばスキャナなどの光学的に
原稿画像を読み取るデジタル多値画像入力機器や、画像
データが記憶された記憶媒体（メモリ、フロッピディス
ク、ハードディスク）、ネットワーク等を介してコンピ
ュータ等から供給される画像データを受信するためのイ
ンターフェース等からなり、画像データを受信し、ヒス
トグラム計測部２に供給する。

【００３２】ヒストグラム計測部２は、入力画像データ
の階調の頻度数を計数して、図２（ａ）に概念的に示す
ヒストグラムＨ（ｉ）を作成し、メモリ８に格納する。
ヒストグラム変形条件設定部３は、特徴量抽出部３ａと
補正係数設定部３ｂとから構成されており、ヒストグラ
ムＨ（ｉ）から画像データの特徴量を抽出し、該特徴量
に基づいて、画像データの特徴的な部分を維持しつつ、
その他の部分を平均化するような後述するヒストグラム
Ｇ（ｉ）を作成するための補正係数（後述）を算出す
る。

【００３３】具体的には、特徴量抽出部３ａは、メモリ
８に格納されているヒストグラムＨ（ｉ）から画像デー
タの特徴量を抽出するものであって、画像データの特徴
量として、頻度の最小値ＭＩＮ、頻度の最大値ＭＡＸ、
頻度の平均値ＡＶＥ、および頻度の標準偏差σを算出す
る。また、補正係数設定部３ｂは、上記画像データの特
徴量（頻度の最小値ＭＩＮ、頻度の最大値ＭＡＸ、頻度
の平均値ＡＶＥ、および頻度の標準偏差σ）を用いて、
次に示す数式７および数式８に従って、ヒストグラムＨ
（ｉ）を変形するための２つの補正係数γ１，γ２を算
出し、ヒストグラム変形部４に供給する。

【００３４】

【数１１】

【００３５】

【数１２】

【００３６】ヒストグラム変形部４は、上記補正係数γ
１，γ２を用いて、次に示す数式９および数式１０に従
って、メモリ８に格納されているヒストグラムＨ（ｉ）
をヒストグラムＧ（ｉ）に変換する。

【００３７】

【数１３】

【００３８】

【数１４】

【００３９】ここで、図２（ｂ）は、ヒストグラムＨ
（ｉ）の頻度とヒストグラムＧ（ｉ）の頻度との関係を
示す概念図であり、上記数式９が上側に膨らんだ曲線を
示し、数式１０が下側に膨らんだ曲線を示している。図
２（ｂ）に概念的に示すように、該ヒストグラムＧ
（ｉ）によれば、ヒストグラムＨ（ｉ）における頻度の
少ない階調または頻度の多い階調は、ヒストグラムＧ
（ｉ）においても、そのままの頻度で出力されるので維
持され、他の階調は、ヒストグラムＧ（ｉ）において、
平均に近づくように、すなわち平坦化するように変換さ
れることになる。ここで、変形後のヒストグラムＧ
（ｉ）を正規化してヒストグラムＧｒ（ｉ）とすると、
該ヒストグラムＧｒ（ｉ）は、図２（ｃ）で示すような
形状となる。該ヒストグラムＧｒ（ｉ）はメモリ８に記
憶される。

【００４０】次に、階調変換手段設定部５は、メモリ８
に格納されている、変形前のヒストグラムＨ（ｉ）と変
形後のヒストグラムＧｒ（ｉ）から変形前の累積ヒスト
グラムＨｆ（ｉ）と変形後の累積ヒストグラムＧｒｆ
（ｉ）とを作成し、累積ヒストグラムＨｆ（ｉ）で示さ
れる階調が累積ヒストグラムＧｒｆ（ｉ）で示される階
調で出力されるような階調変換テーブル（ＬＵＴ）を作
成する。具体的には、図３に示すように、変形前の累積
ヒストグラムＨｆ（ｉ）において、ある階調ｉｎが累積
頻度Ｆである場合、変形後の累積ヒストグラムＧｒｆ
（ｉ）で累積頻度Ｆを示す階調は「ｏｕｔ」である。階
調変換手段設定部５は、全階調域にわたり、上記階調ｉ
ｎと階調ｏｕｔとを対として階調変換テーブルを作成し
ていく。

【００４１】なお、上述したヒストグラム計測部２、ヒ
ストグラム変形条件設定部３、ヒストグラム変形部４、
階調変換手段設定部５は、画像データに補正処理を施す
前の予走査において動作し、実際に、画像データに補正
処理を施す際には動作しない。

【００４２】階調変換部６は、上記階調変換テーブルで
あり、予走査において、上記階調変換手段設定部５から
供給される階調ｉｎをアドレスとし、該アドレスに対し
て、上記階調ｏｕｔを記憶する。また、本走査において
は、画像データ（各画素の階調値）がアドレスに供給さ
れるようになっており、この結果、そのアドレスに記憶
された階調ｏｕｔが出力されることになり、階調変換テ
ーブルとして機能する。

【００４３】次に、画像出力装置７は、例えば、プリン
タなどの画像出力機器や、半導体メモリ、磁気記憶装置
等から構成されており、上記階調変換部６から供給され
る階調ｏｕｔ、すなわち補正処理されたに階調に従って
画像データを再現する。

【００４４】Ａ−２．第１の実施形態の動作 次に、本第１の実施形態の動作を説明する。ここで、図
４は、上述した第１の実施形態による画像処理装置の動
作を示すフローチャートである。まず、予走査におい
て、ステップＳａ１で、画像入力装置１によって画像デ
ータを入力し、ステップＳａ２で、ヒストグラム計測部
２によって、入力画像データの階調の頻度数を計数し
て、図２（ａ）に概念的に示すヒストグラムＨ（ｉ）を
作成し、メモリ８に格納する。

【００４５】次に、ステップＳａ３において、ヒストグ
ラム変形条件設定部３の特徴量抽出部３ａによって、メ
モリ８に格納されたヒストグラムＨ（ｉ）から特徴量と
して、頻度の最小値ＭＩＮ、頻度の最大値ＭＡＸ、頻度
の平均値ＡＶＥ、および頻度の標準偏差σを算出する。
そして、ステップＳａ４において、ヒストグラム変形条
件設定部３の補正係数設定部３ｂによって、上記頻度の
最小値ＭＩＮ、頻度の最大値ＭＡＸ、頻度の平均値ＡＶ
Ｅ、および頻度の標準偏差σを用いて、数式７および数
式８に従って補正係数γ１，γ２を算出する。

【００４６】次に、ステップＳａ５において、ヒストグ
ラム変形部４によって、上記補正係数γ１，γ２を用い
て、数式９および数式１０を決定し、ステップＳａ６に
おいて、メモリ８に格納されているヒストグラムＨ
（ｉ）をヒストグラムＧ（ｉ）に変換する。この結果、
ヒストグラムＨ（ｉ）における頻度の少ない階調または
頻度の多い階調は、そのままの頻度で出力されるので維
持され、他の階調は、平均に近づくように、すなわち平
坦化するように変換される。ここで、変形後のヒストグ
ラムＧ（ｉ）を正規化してヒストグラムＧｒ（ｉ）と
し、メモリ８に記憶する。次に、ステップＳａ７におい
て、階調変換手段設定部５によって、メモリ８に格納さ
れているヒストグラムＨ（ｉ）と変形後のヒストグラム
Ｇｒ（ｉ）とを用いて、階調変換部６におけるデータを
設定し、階調変換テーブルを作成する。

【００４７】次に、本走査に移行し、ステップＳａ８に
おいて、階調変換部６の階調変換テーブルによって、画
像入力装置１から供給される画像データの階調を変換
し、画像出力装置７に送出する。ステップＳａ９では、
画像出力装置７によって、階調変換された補正画像デー
タを出力する。

【００４８】このように、本第１の実施形態では、入力
画像データのヒストグラムＨ（ｉ）を作成し、該ヒスト
グラムＨ（ｉ）から入力画像データの特徴量を抽出し、
該特徴量に基づいて、頻度の少ない階調または頻度の多
い階調を、そのままの頻度で出力し、他の階調を平均に
近づくように平坦化する頻度数変換式を作成し、該頻度
数変換式によってヒストグラムＨ（ｉ）をヒストグラム
Ｇ（ｉ）に変換し、該ヒストグラムＨ（ｉ）とヒストグ
ラムＧ（ｉ）に基づいて、階調変換テーブルを作成する
ように変換するようにしたので、頻度の低い部分のコン
トラストを低下させることなく、画像の重要な特徴を維
持したままで、コントラストを強調することができる。
また、頻度数変換式に用いる補正係数を画像データ自身
の特徴量から自動的に算出するため、過度のコントラス
ト強調を防止することができ、専門的な知識を有しない
ユーザであっても画像に応じて適切な補正を行うことが
できる。

【００４９】Ｂ−１．第２の実施形態の構成 次に、本発明の第２の実施形態による画像処理装置につ
いて説明する。図５は本第２の実施形態による画像処理
装置の構成を示すブロック図である。なお、図１に対応
する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。ま
た、本第２の実施形態では、画像入力装置１は、予めメ
モリに保存されているＲＧＢの色空間からなる画像デー
タを取り扱うものとする。図において、色空間変換部１
０は、上記ＲＧＢの色空間からなる画像データを、周知
の方式に従って、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間からなる画像デ
ータに変換し、明度信号Ｌ＊をヒストグラム計測部１２
および階調変換部６に供給するとともに、ａ＊ｂ＊を色
空間変換部１３に供給する。ヒストグラム計測部１１
は、基本的に前述した第１の実施形態によるヒストグラ
ム計測部２と同じ構成であるが、本第２の実施形態で
は、上記明度信号Ｌ＊に基づいて、ヒストグラムＨ
（ｉ）を作成し、メモリ８に格納する。したがって、本
第２の実施形態では、明度信号Ｌ＊のみに階調補正処理
を実行するようになっている。

【００５０】次に、階調変換手段設定部１２は、ヒスト
グラム変形部４によって変形されたヒストグラムＧ
（ｉ）となるように、ヒストグラムＨ（ｉ）の各階調の
頻度を、周辺の階調に割り振るように設定する。これ
は、第１の実施形態における階調変換テーブルによって
変換された画像のヒストグラムを改めて算出し直した場
合、変換前の階調と変換後の階調を１対１で対応させて
いるため、ヒストグラムＧ（ｉ）とは完全に一致せず、
階調に抜けが生じ、変換後の画像のヒストグラムが櫛状
になることを防止するためである。そこで、本第２の実
施形態では、上述したように、ヒストグラムＨ（ｉ）の
各階調の頻度を周辺の階調に分配することにより、変換
後の画像のヒストグラムはＧ（ｉ）に完全に一致させる
ようになっている。

【００５１】図６（ａ）では、説明を簡単にするため
に、８階調の画像データに対して、各階調の頻度を、頻
度数「１０」になるように周辺の階調に割り振ってい
る。具体的には、変換前のヒストグラムＨ（ｉ）におい
て、階調「０」の頻度は「１個」であるので、階調
「０」の頻度を「１個」と、階調「１」の頻度を「６
個」と、階調「２」の頻度の「２０個」の中からランダ
ムに選択した「３個」とを加算して１０個とする。同様
に、他の階調の頻度を分散させる。

【００５２】実際には、階調変換手段設定部１２は、図
６（ｂ）に示すように、上述した画素分配操作に基づい
て、変換前のヒストグラムＨ（ｉ）における各階調の頻
度を、変換後のヒストグラムＧ（ｉ）のどの階調にいく
つ移動させるかを示す階調変換テーブルを作成する。例
えば、変換前の階調「２」である画素のうち「７個」
と、変換前の階調「３」である画素のうち「３個」と
が、変換後のヒストグラムでは、階調「２」となる。ま
た、図６（ｂ）では、縦に小計した値がヒストグラム変
換前の頻度数となり、横に小計した値がヒストグラム変
換後の頻度数となる。

【００５３】したがって、階調変換部６には、上記頻度
数の分配を示す階調変換テーブルが設定され、本走査に
おいては、色空間変換部１０から供給される明度信号Ｌ
＊を上記階調変換テーブルを参照しながら階調変換し、
明度信号Ｌｖ＊として色空間変換部１３に供給する。色
空間変換部１３は、上記明度信号Ｌｖ＊、色空間変換部
１０から供給されるａ＊，ｂ＊を、再び、Ｒｖ，Ｇｖ，
Ｂｖの色空間の画像データに変換し、画像出力装置７に
供給する。本第２の実施形態では、Ｒｖ，Ｇｖ，Ｂｖの
色空間の画像データを補正画像データとして、半導体メ
モリや磁気記憶媒体等に格納する。

【００５４】Ｂ−２．第２の実施形態の動作 次に、本第２の実施形態の動作を説明する。なお、上述
した第１の実施形態と同じ部分については簡単に説明す
る。まず、予走査において、画像入力装置１によって、
予めメモリに保存されているＲＧＢの色空間からなる画
像データを入力し、色空間変換部１０によって、ＲＧＢ
の色空間からなる画像データを、周知の方式に従って、
Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間からなる画像データに変換する。
次に、ヒストグラム計測部２によって、明度信号Ｌ＊に
おける各階調の頻度数（画素数）を計数して、図２
（ａ）に概念的に示すヒストグラムＨ（ｉ）を作成し、
メモリ８に格納する。

【００５５】次に、特徴量抽出部３ａにおいて、メモリ
８に格納されたヒストグラムＨ（ｉ）から特徴量とし
て、頻度の最小値ＭＩＮ、頻度の最大値ＭＡＸ、頻度の
平均値ＡＶＥ、および頻度の標準偏差σを算出し、補正
係数設定部３ｂにおいて、上記頻度の最小値ＭＩＮ、頻
度の最大値ＭＡＸ、頻度の平均値ＡＶＥ、および頻度の
標準偏差σを用いて、数式７および数式８に従って補正
係数γ１，γ２を算出する。

【００５６】次に、ヒストグラム変形部４において、上
記補正係数γ１，γ２を用いて、数式９および数式１０
により、メモリ８に格納されているヒストグラムＨ
（ｉ）をヒストグラムＧ（ｉ）に変換する。この結果、
前述した第１の実施形態と同様に、ヒストグラムＨ
（ｉ）における頻度の少ない階調または頻度の多い階調
は、そのままの頻度で出力されるので維持され、他の階
調は、平均に近づくように、すなわち平坦化するように
変換される。さらに、階調変換手段設定部５において、
変形後のヒストグラムＧ（ｉ）を用いて、変換前のヒス
トグラムＨ（ｉ）における各階調の頻度を、変換後のヒ
ストグラムのどの階調にいくつ移動させるかを示す階調
変換テーブル（図６（ｂ））を階調変換部６に作成す
る。

【００５７】次に、本走査においては、画像入力装置１
から供給される明度信号Ｌ＊の画像データの階調を、階
調変換部６の階調変換テーブルによって変換し、色空間
変換部１３によって、上記階調変換テーブルによって変
換された明度信号Ｌｖ＊、色空間変換部１０から供給さ
れるａ＊，ｂ＊を、再び、Ｒｖ，Ｇｖ，Ｂｖの色空間の
画像データに変換する。画像出力装置７では、Ｒｖ，Ｇ
ｖ，Ｂｖの色空間の画像データを補正画像データとして
半導体メモリや磁気記憶媒体等に格納する。

【００５８】Ｃ−１．第３の実施形態の構成 次に、本発明の第３の実施形態による画像処理装置につ
いて説明する。図７は本第３の実施形態による画像処理
装置の構成を示すブロック図である。なお、図１に対応
する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。ま
た、本第３の実施形態では、ヒストグラムＨ（ｉ）の頻
度数を、前述した数式９および数式１０に示す頻度数変
換式に従って変換しながら階調変換部の階調変換テーブ
ルを設定する。このとき、上記頻度数変換式を頻度平均
値ＡＶＥを中心に対称となるように補正するようにした
ので、ヒストグラム変形後に、変換後のヒストグラムＧ
（ｉ）を正規化する必要がなくなり、処理時間を短縮す
ることができるとともに、メモリを節約することができ
る。

【００５９】図７において、階調変換手段設定部１４
は、図８に示すように、ヒストグラム変形条件設定部３
で決定された補正係数γ1，γ2によって一意に決定され
た頻度数変換式に基づいて、頻度最小値ＭＩＮから頻度
平均値ＡＶＥまでの範囲で、変換前の頻度数と変換後の
頻度数との差である面積Ａを算出するとともに、頻度平
均値ＡＶＥから頻度最大値ＭＡＸまでの範囲で、変換前
の頻度数と変換後の頻度数との差である面積Ｂを算出す
る。該面積Ａおよび面積Ｂは、次式で表される。

【数１５】

【００６０】

【数１６】

【００６１】また、階調変換手段設定部１４は、面積Ａ
および面積Ｂを算出した後、次式が成立するように面積
比率ＲＡＴを設定する。

【数１７】

【００６２】さらに、階調変換手段設定部１４は、ある
階調ｉにおける頻度数ｈ（ｉ）が頻度平均値ＡＶＥより
も小さければ、頻度数変換式により得られる頻度数ｇ
（ｉ）をＲＡＴ倍して（図８のＡ’参照）、ｈ（ｉ）で
示される階調がｇ（ｉ）×ＲＡＴで示される階調で出力
されるような階調変換テーブル（ＬＵＴ）を作成し、ｈ
（ｉ）が頻度平均値ＡＶＥよりも大きければ、ｈ（ｉ）
で示される階調が頻度数ｇ（ｉ）で示される階調で出力
されるように、階調変換部６の階調変換テーブル（ＬＵ
Ｔ）を作成する。このように、階調変換部６の階調変換
テーブルを作成する段階で、面積Ａと面積Ｂとを等しく
することで、変換後のヒストグラムＧ（ｉ）を正規化す
る必要がなくなる。

【００６３】Ｃ−１．第３の実施形態の動作 次に、本第３の実施形態の動作を説明する。ここで、図
９は、上述した第３の実施形態による画像処理装置にお
けるヒストグラム変形条件設定部３での頻度数変換処理
と階調変換手段設定部１４での階調変換テーブルの作成
処理の動作を示すフローチャートである。まず、予走査
において、画像入力装置１によって画像データを入力
し、ヒストグラム計測部２によって、入力画像データの
階調の頻度数を計数して、図２（ａ）に概念的に示すヒ
ストグラムＨ（ｉ）を作成し、メモリ８に格納する。

【００６４】次に、ヒストグラム変形条件設定部３の特
徴量抽出部３ａによって、メモリ８に格納されたヒスト
グラムＨ（ｉ）から特徴量として、頻度の最小値ＭＩ
Ｎ、頻度の最大値ＭＡＸ、頻度の平均値ＡＶＥ、および
頻度の標準偏差σを算出する。そして、補正係数設定部
３ｂによって、上記頻度の最小値ＭＩＮ、頻度の最大値
ＭＡＸ、頻度の平均値ＡＶＥ、および頻度の標準偏差σ
を用いて、前述した数式７および数式８に従って補正係
数γ１，γ２を算出する。

【００６５】次に、図９に示すステップＳｂ１におい
て、上記補正係数γ１，γ２を用いて、前述した数式９
および数式１０に示す頻度数変換式を決定する。次に、
ステップＳｂ２において、上述した数式７により、頻度
最小値ＭＩＮから頻度平均値ＡＶＥまでの範囲で、変換
前の頻度数ｈ（ｉ）と変換後の頻度数ｇ（ｉ）との差で
ある面積Ａを算出するとともに、数式８により、頻度平
均値ＡＶＥから頻度最大値ＭＡＸまでの範囲で、変換前
の頻度数ｈ（ｉ）と変換後の頻度数ｇ（ｉ）との差であ
る面積Ｂを算出する。さらに、ステップＳｂ３におい
て、数式９を満足する面積比率ＲＡＴを算出する。

【００６６】次に、ステップＳｂ４〜Ｓｂ７では、階調
ｉを０〜２５５まで順次変化させながら、階調変換部６
の階調変換テーブルを作成する。すなわち、まず、ステ
ップＳｂ４において、ある階調ｉにおける頻度数ｈ
（ｉ）が頻度平均値ＡＶＥよりも小さいか否かを判断
し、頻度数ｈ（ｉ）が頻度平均値ＡＶＥよりも小さけれ
ば、ステップＳｂ５で、上述した頻度数変換式で得られ
る頻度数ｇ（ｉ）をＲＡＴ倍した後、頻度数ｈ（ｉ）で
示される階調と頻度数ｇ（ｉ）×ＲＡＴで示される階調
を比較し、ステップＳｂ７で、頻度数ｈ（ｉ）で示され
る階調が頻度数ｇ（ｉ）×ＲＡＴで示される階調で出力
されるように、階調変換テーブル（ＬＵＴ）を作成す
る。一方、頻度数ｈ（ｉ）が頻度平均値ＡＶＥよりも大
きければ、ステップＳｂ６で、頻度数ｈ（ｉ）で示され
る階調と頻度数ｇ（ｉ）で示される階調を比較し、ステ
ップＳｂ７で、頻度数ｈ（ｉ）で示される階調が頻度数
ｇ（ｉ）で示される階調で出力されるように、階調変換
テーブル（ＬＵＴ）を作成する。

【００６７】次に、本走査においては、階調変換部６の
階調変換テーブルによって、画像入力装置１から供給さ
れる画像データの階調を変換し、画像出力装置７に送出
する。画像出力装置７では、階調変換された補正画像デ
ータを出力する。

【００６８】このように、本第３の実施形態では、入力
画像データのヒストグラムＨ（ｉ）から入力画像データ
の特徴量に基づいて頻度数変換式を作成した後、階調の
平均値を中心として該頻度変換式における対称性を補正
しながら階調変換テーブルを作成するようにしたので、
ヒストグラムＧ（ｉ）を正規化する必要がなくなり、第
１の実施形態の効果に加えて、処理時間を短縮できると
ともに、メモリを節約することができる。

【００６９】Ｄ．頻度数変換式の他の例 なお、上述した実施形態では、ヒストグラム変形条件設
定部３およびヒストグラム変形部４において、ヒストグ
ラムＨ（ｉ）をヒストグラムＧ（ｉ）に変換する際、頻
度の少ない階調または頻度の多い階調はそのままの頻度
で、他の階調は平坦化するように変換するために、数式
９および数式１０に示す頻度数変換式を用いたが、これ
に限定されることなく、他の関数式を用いてもよい。例
えば、複数の点を滑らかな線でつなぐ関数であるスプラ
イン（Ｓｐｌｉｎｅ）関数を用いてもよい。すなわち、
図２（ｂ）に示す関数をスプライン関数によって作成す
るわけである。

【００７０】スプライン関数では、例えば、５つの点を
滑らかにつなぐ場合には、４本の異なるｎ次のスプライ
ン曲線によって構成する。本発明の頻度数変換式に該ス
プライン関数を適用するには、３点を滑らかにつなぐた
めに、２本の４次スプライン曲線を用いる。４次のスプ
ライン曲線ｙは、次式で表される。

【数１８】

【００７１】但し、ｘは変形前のヒストグラムＨ（ｉ）
の値域［ＭＩＮ，……，ＭＡＸ］を正規化した値であ
り、ｙは変形後のヒストグラムＧ（ｉ）を正規化した値
である。したがって、ｘおよびｙの取り得る値域は、
［０，……，１］である。上記スプライン曲線を２本用
いて、図１０（すなわち、図２（ｂ））に示す曲線を実
現するために、（ｘ，ｙ）＝（０，０）、（Ｘ，Ｙ）、
（１，１）の３点を滑らかにつなぐ関数を求める。今回
の手法で頻度数変換式に対応させる場合には、Ｘ＝Ｙ＝
ＡＶＥとする。

【００７２】（０，０）と（Ｘ，Ｙ）をつなぐスプライ
ン曲線の各係数を以下に示す。

【数１９】

【００７３】

【数２０】

【００７４】ここで、ａ2＜０の場合、

【数２１】

【００７５】

【数２２】

【００７６】

【数２３】

【００７７】

【数２４】

【００７８】ａ2≧０の場合、

【数２５】

【００７９】

【数２６】

【００８０】

【数２７】

【００８１】次に、（Ｘ，Ｙ）と（１，１）をつなぐス
プライン曲線の各係数を以下に示す。

【数２８】

【００８２】

【数２９】

【００８３】

【数３０】

【００８４】

【数３１】

【００８５】

【数３２】

【００８６】なお、上記係数におけるｓｌｏｐｅは、曲
線の曲がり具合を決定する変数であり、値域は［０，…
…，１］である。値による形状の変化は、 ｓｌｏｐｅ＝０ → ｙ＝Ｙである直線 ｓｌｏｐｅ＝１ → 直線 となる。一例として、（０，０）と（Ｘ，Ｙ）をつなぐ
スプライン曲線には、ｓｌｏｐｅ＝γ1、（Ｘ，Ｙ）と
（１，１）をつなぐスプライン曲線には、ｓｌｏｐｅ＝
γ2を用いた。他にも、ｓｌｏｐｅ＝（γ1＋γ2）／２
を用いてもよい。

【００８７】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、ヒストグラム作成手段によって、画像データの階調
毎に画素数を計数することによりヒストグラムを作成し
た後、抽出手段によって、ヒストグラム作成手段によっ
て作成されたヒストグラムに基づいて画像データの特徴
情報を抽出し、変換手段によって、前記抽出手段によっ
て抽出された特徴情報に基づいて、前記ヒストグラム作
成手段によって作成されたヒストグラムにおいて頻度の
多い階調および頻度の少ない階調を維持し、その他の部
分の階調を平坦化するように、前記画像データの階調を
変換するようにしたので、入力画像の重要な特徴を維持
したまま入力画像全体に渡って適切な補正処理を容易に
行うことができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態による画像処理装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】 本第１の実施形態による画像処理装置の階調
変換方式を説明するための概念図である。

【図３】 本第１の実施形態による画像処理装置の階調
変換テーブル作成を説明するための概念図である。

【図４】 本第１の実施形態による画像処理装置の動作
を示すフローチャートである。

【図５】 本第２の実施形態による画像処理装置の構成
を示すブロック図である。

【図６】 本第２の実施形態による画像処理装置の階調
変換テーブル作成を説明するための概念図である。

【図７】 本第３の実施形態による画像処理装置の構成
を示すブロック図である。

【図８】 本第３の実施形態による画像処理装置の階調
変換テーブル作成を説明するための概念図である。

【図９】 本第３の実施形態による画像処理装置の動作
を示すフローチャートである。

【図１０】 本発明による頻度数変換式を実現するため
のスプライン関数による例を示す概念図である。

【図１１】 従来の画像処理装置における階調変換方式
を説明するための概念図である。

【図１２】 従来の画像処理装置における他の階調変換
方式を説明するための概念図である。

【図１３】 従来の画像処理装置における他の階調変換
方式を説明するための概念図である。

【符号の説明】

２ ヒストグラム計測部（ヒストグラム作成手段） ３ ヒストグラム変形条件設定部 ３ａ 特徴量抽出部（抽出手段） ３ｂ 補正係数設定部 ４ ヒストグラム変形部（変換手段、ヒストグラム補正
手段、頻度数変換式設定手段） ５ 階調変換手段設定部（変換手段） ６ 階調変換部（変換手段、補正手段） １２ 階調変換手段設定部（変換手段） １４ 階調変換手段設定部（頻度数変換式補正手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データの階調毎に画素数を計数する
   ことによりヒストグラムを作成するヒストグラム作成手
   段と、 前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグ
   ラムに基づいて前記画像データの特徴情報を抽出する抽
   出手段と、 前記抽出手段によって抽出された特徴情報に基づいて、
   前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグ
   ラムにおいて頻度の多い階調および頻度の少ない階調を
   維持し、その他の部分の階調を平坦化するように、前記
   画像データの階調を変換する変換手段とを具備すること
   を特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記変換手段は、前記抽出手段によって
   抽出された特徴情報に基づいて前記ヒストグラムを補正
   するヒストグラム補正手段と、 前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグ
   ラムおよび前記ヒストグラム補正手段によって補正され
   た補正ヒストグラムに基づいて、前記画像データの階調
   を補正する補正手段とを具備することを特徴とする請求
   項１記載の画像処理装置。
3. 【請求項３】 前記変換手段は、前記抽出手段によって
   抽出された特徴情報に基づいて、前記ヒストグラム作成
   手段によって作成されたヒストグラムにおいて頻度の多
   い階調および頻度の少ない階調を維持し、その他の部分
   の階調を平坦化するための頻度数変換式を設定する頻度
   数変換式設定手段を具備し、 前記ヒストグラム補正手段は、前記頻度数変換式設定手
   段によって設定された頻度数変換式に基づいて前記ヒス
   トグラムを補正することを特徴とする請求項２記載の画
   像処理装置。
4. 【請求項４】 前記変換手段は、前記抽出手段によって
   抽出された特徴情報に基づいて、前記ヒストグラム作成
   手段によって作成されたヒストグラムにおいて各階調の
   頻度を近傍の画素に分散するように、前記画像データの
   階調を変換することを特徴とする請求項１記載の画像処
   理装置。
5. 【請求項５】 前記変換手段は、前記抽出手段によって
   抽出された特徴情報に基づいて、前記頻度数変換式設定
   手段によって設定された頻度数変換式における対称性を
   補正する頻度数変換式補正手段を具備することを特徴と
   する請求項３記載の画像処理装置。
6. 【請求項６】 前記頻度変換式は、 前記特徴情報として、頻度の最小値ＭＩＮ、頻度の最大
   値ＭＡＸ、頻度の平均値ＡＶＥ、および頻度の標準偏差
   σを用いて、 補正係数γ１，γ２を 【数１】 【数２】 とすると、 【数３】 【数４】 で示されることを特徴とする請求項３記載の画像処理装
   置。