JPWO2017085786A1 - 画像変換方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

明るさが異なる環境においても、元の画像の見え方を適切に再現することが可能な画像変換方法及び装置を提供するものである。本発明によれば、入力画像データに基づいて、前記入力画像データの反射率成分に対応するJND対応値幅を取得するJND対応値幅取得ステップと、前記JND対応値幅を取得する際に基準とした第1基準輝度とは異なる第2基準輝度を基準として、前記JND対応値幅又はこれを所定の規則に従って変換した後の値に対応する輝度幅を取得する輝度幅取得ステップと、前記輝度幅に対応する階調幅を補正後の反射率成分として取得する補正後反射率成分取得ステップと、前記入力画像データ中の照明光成分又はその補正後の成分と、前記補正後の反射率成分を合成して出力画像データを生成する合成ステップを備える、画像変換方法が提供される。

Description

本発明は、明るさが異なる環境においても、元の画像の見え方を適切に再現することが可能な画像変換方法及び装置に関する。
ユーザーが表示装置を利用する環境における明るさは、その利用シーンにおいて様々である。外光が明るい場合、その外光が表示部を照射することにより、元画像の視認性が悪化する。
特許文献1には、照度検出部から得られる照度を用いて、入力画像の低周波成分に適用する圧縮ゲインと、該入力画像の高周波成分に適用する拡大ゲインを導出するゲイン導出部と、前記ゲイン導出部によって導出された前記圧縮ゲイン及び前記拡大ゲインに基づき、前記入力画像が有する画素値を補正した表示用画像を生成する表示用画像生成部とを有することを特徴とする画像処理装置が開示されている。
特開2011−117997号公報
特許文献1の方法によれば、表示画像の視認性は向上するものの、表示画像の質感が元の画像とは異なったものになる場合があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外光の環境又は表示装置自体の輝度が変わった場合でも、元の画像の質感を適切に再現することが可能な画像変換方法及び装置を提供するものである。
本発明によれば、入力画像データに基づいて、前記入力画像データの反射率成分に対応するJND対応値幅を取得するJND対応値幅取得ステップと、前記JND対応値幅を取得する際に基準とした第1基準輝度とは異なる第2基準輝度を基準として、前記JND対応値幅又はこれを所定の規則に従って変換した後の値に対応する輝度幅を取得する輝度幅取得ステップと、前記輝度幅に対応する階調幅を補正後の反射率成分として取得する補正後反射率成分取得ステップと、前記入力画像データ中の照明光成分又はその補正後の成分と、前記補正後の反射率成分を合成して出力画像データを生成する合成ステップを備える、画像変換方法が提供される。
本発明者らは、表示画像の質感が元の画像とは異なったものになる原因について、検討を行い、ヒトの目は、周波数の変動が比較的小さい照明光成分よりも、周波数の変動が比較的大きい反射率成分が質感に与える影響が大きいことに着目した。そして、入力画像データの反射率成分に対応するJND対応値幅を、反射率成分の補正の前後で維持又はこれを所定の規則に従って変換した後の値にすることにより、外光の環境又は表示装置自体の輝度が変わった場合でも、元の画像の質感を適切に再現することが可能となることを見出し、本発明の完成に到った。
なお、「JND対応値幅」とは、2つのJND対応値の差分であり、「入力画像データの反射率成分に対応するJND対応値幅」とは、入力画像データの全光成分に対応する輝度に対応したJND対応値と、入力画像データの照明光成分に対応する輝度に対応したJND対応値の差分を意味する。
JND対応値とは、輝度と1対1で対応する値であり、一例は、視覚認識のBarten Modelに基づくDICOM規格のJNDインデックスである。JNDインデックスとは、平均的人間観察者が識別可能である与えられたターゲットの最小の輝度差を1JND(Just−Noticeable Difference, 弁別域)と定義し、当インデックスにおける1ステップが弁別域である輝度差に帰着するような値をいう。JND対応値としては、Barten Model以外の方法で導出した、観察者が識別可能な最小の輝度差に対応するデータをJNDインデックスの代わりに用いることもできる。
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。
好ましくは、前記所定の規則は、予め定められた補正関数であって、乗算係数又は除算係数、加算定数又は減算定数、前記JND対応値幅と前記JND対応値幅の変換後の値を対応付けたテーブル又は数式の少なくとも1つを含む補正関数を利用する。
好ましくは、前記JND対応値幅取得ステップは、前記入力画像データの照明光成分に対応するJND対応値と、前記入力画像データの全光成分に対応するJND対応値と、の差分を前記JND対応値幅として取得する。
好ましくは、前記入力画像データの前記照明光成分及び前記全光成分の階調値を輝度に変換する階調/輝度変換ステップを供え、前記JND対応値幅取得ステップは、前記変換された輝度の差分に対応する前記JND対応値幅を取得する。
好ましくは、前記第1基準輝度は、前記入力画像データの照明光成分又は全光成分に対応する輝度である。
好ましくは、前記第2基準輝度は、第1基準輝度を外光の強度に基づいて補正して得られた輝度又はユーザーにより設定された輝度である。
好ましくは、前記ステップは、画素単位で実行される。
好ましくは、入力画像データに基づいて、前記入力画像データの反射率成分に対応するJND対応値幅を取得するJND対応値幅取得部と、前記JND対応値幅を取得する際に基準とした第1基準輝度とは異なる第2基準輝度を基準として、前記JND対応値幅又はこれを所定の規則に従って変換した後の値に対応する輝度幅を取得する輝度幅取得部と、前記輝度幅に対応する階調幅を補正後の反射率成分として取得する補正後反射率成分取得部と、前記入力画像データ中の照明光成分又はその補正後の成分と、前記補正後の反射率成分を合成して出力画像データを生成する合成部を備える、画像変換装置が提供される。
本発明の第1実施形態に係る画像変換装置のブロック図である。 本発明の第1実施形態に係る反射率成分の補正について説明するための図である。 本発明の第1実施形態に係る反射率成分の他の例について説明するための図である。 本発明の第2実施形態に係る反射率成分の補正について説明するための図である。 本発明の第1実施形態に係る画像変換装置の他のブロック図である。
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。
1.第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態に係る画像変換装置10の構成を示すブロック図である。画像変換装置10は、色空間変換部1と、抽出部3と、照明光成分取得部5と、照明光成分補正部7と、階調/輝度変換部9と、全光成分取得部11と、階調/輝度変換部13と、JND対応値幅取得部15と、JND対応値幅/輝度幅変換部17と、輝度幅/階調値幅変換部19と、合成部21と、を備える。
色空間変換部1は、入力画像データSの色空間を変換する。色空間の変換としては、例えば、RGB色空間からHSV色空間へ変換する。かかる変換は、一般的な変換式を用いて実行される。抽出部3は、入力画像データSから照明光成分Lを抽出するフィルターである。フィルターは、例えばエッジ保存型ローパスフィルタを用いることができる。エッジ保存型ローパスフィルタは、入力画像データSについての局所的な明るさの加重平均を算出することによって、入力画像データSの照明光成分Lを抽出し、照明光成分取得部5へ出力する。照明光成分取得部5は、抽出部3から照明光成分Lを取得する。照明光成分補正部7は、照明光成分Lに対して階調補正を行って補正後照明光成分L'を出力する。かかる補正手法は特に限定されないが、例えば補正成分と元の照明光成分Lの合成画像を生成する際の混合比を決定するパラメータであるLGainを用いて実行することができる。なお、照明光成分Lの補正は必要に応じて実行してもよく、実行しなくてもよい。階調/輝度変換部9aは照明光成分Lを、階調/輝度変換部9bは補正後照明光成分L'の階調値を輝度に変換する。かかる変換は、表示装置の一例であるディスプレーの特性に応じて変換することができる。変換手法は、例えば、階調値と輝度の関係を規定する数式や、予め作成したルックアップテーブル等を用いることができる。これにより階調値を輝度へと変換することができ、逆に、輝度を階調値に変換することができる。そして、階調/輝度変換部9aは、照明光成分Lから変換された輝度を、第1基準輝度Y1rとして取得し、第1基準輝度Y1rをJND対応値幅取得部15に出力する。
全光成分取得部11は、入力画像データSに含まれる照明光成分Lと反射率成分Rの合計である全光成分Aを取得し、階調/輝度変換部13に出力する。階調/輝度変換部13は、全光成分Aを取得し、全光成分Aの階調値を輝度に変換する。変換手法は階調/輝度変換部9と同様である。そして、この輝度を、第1輝度Y1pとして取得し、第1輝度Y1pをJND対応値幅取得部15に出力する。
JND対応値幅取得部15は、入力画像データSに基づいて、反射率成分Rに対応するJND対応値幅ΔRを取得する。具体的には、階調/輝度変換部13から取得した第1輝度Y1pと、階調/輝度変換部9から取得した第1基準輝度Y1rを用いてJND対応値幅ΔRを取得する。これについて図2を用いて説明する。
図2は、JND対応値と輝度の対応関係を示すグラフである。これは、平均的人間観察者が識別可能である与えられたターゲットの最小の輝度差を1JND対応値としたものである。図2に示されるように、平均的人間観察者は、輝度が小さいときには輝度の変化を敏感に識別することが可能であるが、輝度が大きいときには輝度の変化に鈍感になる。説明の簡略化のため、照明光成分補正部7による補正は実行されていないものとして説明する。まず、階調/輝度変換部9aにより得られた第1基準輝度Y1rに対応する点をグラフ上にプロットする。この点Aが入力画像データSの照明光成分Lに対応する。次に、階調/輝度変換部13により得られた第1輝度Y1pに対応する点をグラフ上にプロットする。この点Bが入力画像データSの全光成分Aに対応する。そして、JND対応値幅取得部15は、点Aに対応するJND対応値R1rと、点Bに対応するJND対応値R1pを求め、JND対応値R1rとJND対応値R1pの差分を取得する。かかる差分が反射率成分Rに対応するJND対応値幅ΔRに相当する。なお、JND対応値幅ΔRは、第1基準輝度Y1rと第1輝度Y1pの差分である輝度幅ΔYに対応するJND対応値幅ということもできる。JND対応値がDICOM規格で定められているJNDインデックスである場合には、JND対応値幅取得部15は、以下の変換式に基づいて、輝度からJND対応値を求めることができる。
図1に戻り、画像変換装置10の説明を続ける。JND対応値幅/輝度幅変換部17は、第2基準輝度取得部30から第1基準輝度Y1rとは異なる第2基準輝度Y2rを取得する。そして、第2基準輝度Y2rを基準として、JND対応値幅ΔR又はこれを所定の規則に従って変換した後の値に対応する輝度幅ΔYを取得する。ここで、第1実施形態では、第2基準輝度Y2rは、第1基準輝度Y1rに外光による輝度Yが加えられた輝度である。なお、外光は同じでも、ユーザーにより調整された輝度(第1基準輝度Y1rよりも高い輝度)のディスプレーを有する表示装置により、同一の入力画像データSを表示する場合には、ユーザーにより調整された輝度を第2基準輝度Y2rとすることもできる。第2基準輝度取得部30は、例えばディスプレーの表面輝度を測定する照度センサーを用いることができる。
これについて、図2を用いて説明する。まず、第2基準輝度Y2rに対応する点をグラフ上にプロットする。この点A'が、外光又はユーザーによるディスプレー設定により輝度が底上げされた照明光成分Lに対応する。そして、点A'に対応するJND対応値R から、JND対応値幅ΔRを維持した値に対応するJND対応値R2pを算出し、JND対応値R2pに対応する点をグラフ上にプロットする。この点B'が、反射率成分Rが補正された後の全光成分Aに対応する。そして、点A'に対応する輝度Y2rと、点B'に対応する輝度Y2pを求め、輝度Y2rと輝度Y2pの差分を取得する。かかる差分が補正後の反射率成分Rに対応する輝度幅ΔYに相当する。JND対応値がDICOM規格で定められているJNDインデックスである場合には、JND対応値幅/輝度幅変換部17は、以下の変換式に基づいて、JND対応値から輝度を求めることができる。
輝度幅/階調値幅変換部19は、JND対応値幅/輝度幅変換部17から輝度幅ΔYを取得し、輝度幅ΔYを階調幅に変換する。そして、変換された階調幅を、補正後の反射率成分R'として取得する。
ここで、反射率成分Rの補正の方法は、JND対応値R2rから、JND対応値幅ΔRを維持した値に対応するJND対応値R2pを算出する以外にも、図3に示す方法がある。図3に示す他の例では、第2基準輝度Y2rを基準として、JND対応値幅ΔRを所定の規則に従って変換した後の値に対応する輝度幅を取得する。具体的には、第2基準輝度Y2rに対応するJND対応値R2rから、JND対応値幅ΔRに補正係数α(α:0より大きい正の数)を乗算した値に対応するJND対応値R2pを算出する。この後の処理は図2と同様であるため省略する。なお、所定の規則として、補正係数αを乗算する以外にも、例えば、以下の規則が挙げられる。
1.「JND対応値幅ΔR×α=補正後のJND対応値幅」(点AのJND対応値>200、補正係数=α)
「JND対応値幅ΔR×β=補正後のJND対応値幅」(点AのJND対応値<200、補正係数=β)
2.「JND対応値幅ΔR×(α−(点AのJND対応値−γ))=補正後のJND対応値幅」(補正係数=(α−(点AのJND対応値−γ))
3.「JND対応値幅ΔR+0.1=補正後のJND対応値幅」(補正定数=0.1)
4.「JND対応値幅ΔR+0.1(点AのJND対応値−γ)=補正後のJND対応値幅」(補正係数=0.1(点AのJND対応値−γ))
このように、所定の規則としては、任意の補正関数(補正係数及び補正定数を含む)を用いることができる。つまり、所定の規則に従って変換した後の値は、JND対応値幅に予め定められた値を乗算又は加算した値とすることができる。また、JND対応値幅を予め定められた値で除算又は減算した値とすることもできる。また、JND対応値幅を予め定められた補正関数に入力した後の出力値とすることもできる。さらに、JND対応値幅と予め定められた値を対応付けたテーブルを利用することもできる。
ここで、補正係数αは、好ましくは、0.01〜10であり、さらに好ましくは、0.1〜5であり、さらに好ましくは、0.5〜1.5であ
る。なお、補正係数αは、これらの2つの値の間の任意の値とすることができる。ここで、補正係数αが1の場合、つまり、JND対応値R2rから、JND対応値幅ΔRを維持した値に対応するJND対応値R2pを算出する場合には、元の環境における反射率成分RのJND対応値幅ΔRが、元の環境と明るさの異なる環境においても維持されるので、ヒトの目から見た「見た目」が適切に再現される。また、補正係数αが0より大きく1未満の場合には、第2輝度Y2pがより小さな値となるので、補正後の反射率成分R'の明るさを抑えた画像を得ることができる。逆に、補正係数αが1より大きい場合には、第2輝度Y2pがより大きな値となるので、補正後の反射率成分R'のコントラストが強調される。
その後、図1に示すように、合成部21は、照明光成分補正部7から照明光成分L'を、輝度幅/階調値幅変換部19から補正後の反射率成分R'を取得する。そして、照明光成分Lと反射率成分R'を合成し、出力画像データS'を出力する。ここで、上記処理は、画素単位で処理されるものとする。なお、図5に示すように、合成部21は、照明光成分補正部7から照明光成分L'を取得せずに、照明光成分取得部5から照明光成分Lを取得してもよい。
その後、図示しないレンジ補正部により、出力画像データS'のレンジを補正してもよい。さらに、図示しない色空間逆変換部により、レンジ補正された出力画像データS'の色空間をHSV色空間からRGB色空間に変換してもよい。
なお、図1に示すように、照明光成分補正部7による補正が実行された場合には、階調/輝度変換部9bは、補正後照明光成分L'の階調値を輝度に変換する。そして、この輝度を、JND対応値幅/輝度幅変換部17に出力する。JND対応値幅/輝度幅変換部17は、階調/輝度変換部9bから入力された輝度と、第2基準輝度取得部30から取得した第2基準輝度Y2rを加え、第2基準輝度Y2r'とする。そして、JND対応値幅/輝度幅変換部17が、JND対応値から輝度を求める処理は、前述の第2基準輝度Y2rを第2基準輝度Y2r'と読み替えればよい。その後、合成部21は、照明光成分補正部7から照明光成分L'を、輝度幅/階調値幅変換部19から補正後の反射率成分R'を取得し、これらを合成する。
第1実施形態では、人間の官能評価に基づく(反射率成分Rの)JND対応値幅を補正の前後で維持するか、又は所定の規則に従って変換した後の値とすることにより、補正の前後における画像の相対的な特性が保たれるので、外光の環境又は表示装置自体の輝度が変わった場合でも、元の画像の見え方を適切に再現することができる。このように、ヒトの目は画像の絶対的な特性よりも、相対的な特性に強く反応するという特性を利用しているので、元の画像の細部における「質感」の「見え方」を適切に再現することが可能となる。
2.第2実施形態
次に本発明の第2実施形態に係る、画像変換装置10を用いた画像変換方法について説明する。図4は、本発明の第2実施形態に係る反射率成分の補正について説明するための図である。第1実施形態では、入力画像データSの照明光成分L又は補正後照明光成分L'に対応する輝度を第1基準輝度Y1rとして用いたが、第2実施形態では、全光成分Aに対応する輝度を第1基準輝度として用いる点が異なる。画像変換装置10の構成については第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第2実施形態では、全光成分Aに対応する輝度を第1基準輝度とするため、第2基準輝度に対応する点B'が、外光又はユーザーによるディスプレー設定により輝度が底上げされた全光成分Aに対応する。そして、点B'に対応するJND対応値R2pから、JND対応値幅ΔRを維持した値に対応するJND対応値R2rを算出し、JND対応値R2rに対応する点をグラフ上にプロットする。この点A'が、反射率成分Rが補正された後の照明光成分Lに対応する。そして、点A'に対応する輝度Y2rと、点B' に対応する輝度Y2pを求め、輝度Y2rと輝度Y2pの差分を取得する。かかる差分が補正後の反射率成分Rに対応する輝度幅ΔYに相当する。
この後の処理は第1実施形態と同様である。なお、第2実施形態においても、JND対応値幅ΔRを所定の規則に従って変換した後の値に対応する輝度幅を取得する構成としてもよい。
第2実施形態においても、反射率成分RのJND対応値幅を補正の前後で維持するか、又は所定の規則に従って変換した後の値とすることにより、補正の前後における画像の相対的な特性が保たれるので、外光の環境又は表示装置自体の輝度が変わった場合でも、元の画像の見え方を適切に再現することができる。
以上、種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されない。
反射率成分Rに対応するJND対応値幅ΔRを算出する方法として、直線近似を用いる方法がある。例えば、予め、図2〜図4において、照明光成分Lに対応する点Aに対応するJND対応値R1rに1を加え、かかるJND対応値に対応するグラフ上の点と、点Aに対応するJND対応値R1rから1を引いて、かかるJND対応値に対応するグラフ上の点と、の間の「傾き」を計算する。そして、1JND対応に対応する単位輝度を求め、輝度とJND対応値を対応付けたLUTを作成する。かかるLUTを利用して、照明光成分と反射光成分の差分輝度を、1JNDに対応する単位輝度で表現する。
このような方法を用いることにより、数1及び数2に示したような複雑な計算を実行することなく、予め作成したLUTを参照することにより、高速に計算を実行することが可能となる。
また、画像変換装置10は、表示装置に内蔵されてもよい。また、表示装置の外付けの変換ボックス(セットトップボックス)として提供してもよい。また、画像変換装置10の機能を実装したASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(field−programmable gate array)、DRP(Dynamic ReConfigurable Processor)として提供することもできる。
1:色空間変換部、3:抽出部、5:照明光成分取得部、7:照明光成分補正部、9:階調/輝度変換部、11:全光成分取得部、13:階調/輝度変換部、15:JND対応値取得部、17:JND対応値幅/輝度幅変換部、19:輝度幅/階調値幅変換部、21:合成部、10:画像変換装置、30:第2基準輝度取得部

Claims (8)

  1. 入力画像データに基づいて、前記入力画像データの反射率成分に対応するJND対応値幅を取得するJND対応値幅取得ステップと、
    前記JND対応値幅を取得する際に基準とした第1基準輝度とは異なる第2基準輝度を基準として、前記JND対応値幅又はこれを所定の規則に従って変換した後の値に対応する輝度幅を取得する輝度幅取得ステップと、
    前記輝度幅に対応する階調幅を補正後の反射率成分として取得する補正後反射率成分取得ステップと、
    前記入力画像データ中の照明光成分又はその補正後の成分と、前記補正後の反射率成分を合成して出力画像データを生成する合成ステップを備える、画像変換方法。
  2. 前記所定の規則は、予め定められた補正関数であって、乗算係数又は除算係数、加算定数又は減算定数、前記JND対応値幅と前記JND対応値幅の変換後の値を対応付けたテーブル又は数式の少なくとも1つを含む補正関数を利用する、
    請求項1に記載の画像変換方法。
  3. 前記JND対応値幅取得ステップは、前記入力画像データの照明光成分に対応するJND対応値と、前記入力画像データの全光成分に対応するJND対応値と、の差分を前記JND対応値幅として取得する、
    請求項1又は請求項2に記載の画像変換方法。
  4. 前記入力画像データの前記照明光成分及び前記全光成分の階調値を輝度に変換する階調/輝度変換ステップを供え、
    前記JND対応値幅取得ステップは、前記変換された輝度の差分に対応する前記JND対応値幅を取得する、
    請求項3に記載の画像変換方法。
  5. 前記第1基準輝度は、前記入力画像データの照明光成分又は全光成分に対応する輝度である、
    請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の画像変換方法。
  6. 前記第2基準輝度は、第1基準輝度を外光の強度に基づいて補正して得られた輝度又はユーザーにより設定された輝度である、
    請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の画像変換方法。
  7. 前記ステップは、画素単位で実行される、
    請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の画像変換方法。
  8. 入力画像データに基づいて、前記入力画像データの反射率成分に対応するJND対応値幅を取得するJND対応値幅取得部と、
    前記JND対応値幅を取得する際に基準とした第1基準輝度とは異なる第2基準輝度を基準として、前記JND対応値幅又はこれを所定の規則に従って変換した後の値に対応する輝度幅を取得する輝度幅取得部と、
    前記輝度幅に対応する階調幅を補正後の反射率成分として取得する補正後反射率成分取得部と、
    前記入力画像データ中の照明光成分又はその補正後の成分と、前記補正後の反射率成分を合成して出力画像データを生成する合成部を備える、画像変換装置。
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