WO2014045915A1

WO2014045915A1 - 画像処理装置、画像表示装置、画像撮像装置、画像印刷装置、階調変換方法、及びプログラム

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Publication number: WO2014045915A1
Application number: PCT/JP2013/074228
Authority: WO
Inventors: 徳井　圭; 圭祐大森
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2014-03-27
Also published as: CN104620280A; US20150242701A1; EP2899688A4; EP2899688A1

Abstract

　本発明の一態様に係る画像処理装置は、入力画像から照明光分布を算出する第１照明光分布算出部と、第１照明光分布算出部が算出した照明光分布により階調変換を行う第１階調変換部と、第１階調変換部で階調変換された画像の照明光分布を算出する第２照明光分布算出部と、前記第２照明光分布算出部により階調変換を行う第２階調変換部とを備え、第１照明光分布算出部の参照画素領域を、第２照明光分布算出部の参照画素領域よりも大きくする。

Description

画像処理装置、画像表示装置、画像撮像装置、画像印刷装置、階調変換方法、及びプログラム

　本発明は画像処理装置、画像表示装置、画像撮像装置、画像印刷装置、階調変換方法、及びプログラムに関する技術であり、特に、画像の視認性を向上する画像処理技術に関する。
　本願は、２０１２年９月２０日に日本に出願された特願２０１２－２０６８６６号と、２０１２年９月２５日に日本に出願された特願２０１２－２１１０２２号とに基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　画像のコントラスト強調やダイナミックレンジ圧縮を行う処理として階調変換技術がある。コントラスト強調は、明度が高い画素の明度がより高く、明度が低い画素の明度がより低くなるように階調変換を行うことで、画像全体のコントラストを向上させる処理である。コントラスト強調をする場合、一般に、ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ　Ｕｐ　Ｔａｂｌｅ）を保有しておき、入力階調値に対して出力階調値を対応させておくことで実現する。

　また、ダイナミックレンジ圧縮は、画像の明度の最大値と最小値の幅が狭くなるように階調変換を行う処理である。ダイナミックレンジ圧縮をする場合も、ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｇｅ）画像の階調値を入力階調値とし、ダイナミックレンジ圧縮後の階調値を出力階調値としたＬＵＴを保有することで実現する。ＨＤＲ画像とは、通常のモニタで表示可能な標準的なダイナミックレンジより大きいダイナミックレンジを有する画像のことである。
　なお、入力画像がＨＤＲ画像で無い場合には、明部領域の階調を圧縮して暗部領域の視認性を向上する効果がある。

　しかし、上記のコントラスト強調処理を用いた場合、暗部領域および明部領域の階調が飽和してしまうことがある。また、ダイナミックレンジ圧縮により暗部領域の視認性を向上する場合、明部領域の階調が飽和してしまうことがある。
　そこで、明部領域の飽和を低減しながら暗部領域の視認性を向上する方法として、特許文献１には、輝度分布を算出して画素ごとに階調変換を行う方法が開示されている。

　特許文献１に係る発明によれば、入力画像について平均化フィルタにより輝度値を平均化し、画像処理の注目画素の平均輝度から画像処理の補正利得を算出する。このとき、平均輝度と補正利得の関係は、単調減少の関係となる。特許文献１に係る発明によれば、入力画像の各画素の周辺を含めた平均輝度に基づいて階調変換を行うため、各画素とその周辺画素の補正利得が近い値となるため、コントラストを維持することができる。また、明部領域階調の補正利得を小さくし、暗部領域階調の補正利得を大きくすることで、明部領域の飽和を低減し、暗部領域の視認性を向上している。

　また、近年、大型の画面を備えるテレビジョン受像機が商品化されている。画面の大型化に伴い消費電力が増加するため、消費電力を低減することが期待されている。また、いわゆるタブレット端末やスマートフォンをはじめとする小型の携帯端末装置では、バッテリーに蓄えられた電力を供給できる時間を持続させるうえでも、消費電力を低減することが重要である。
　特許文献２には、輝度信号成分を強調することにより、画像表示装置の画面の見かけ上の明るさを損なうことなくバックライトの光量を下げて、画像表示装置の消費電力を低減させることが記載されている。

特開２００８－７２４５０号公報特開２００４－２４６０９９号公報

　特許文献１に係る方法によれば、周辺画素との局所的コントラストを維持しながら暗部領域の視認性を向上させるために、暗部領域の明度を高くする。これにより、画像全体のコントラスト感が低下してしまうことがある。これは、暗部領域の明度が高くなったために、画像全体を見たときに、明暗の分布が少なくなるためである。ここで、「コントラスト感」とは、画像全体の大局的な明暗差、画像中における明部と暗部の分布、注目する被写体における明暗の分布等、画像を観察した人間が実際に画像から受けるコントラストに関する主観的な感覚のことである。

　また、元々明るい画像に対して特許文献１に係る方法を実行すると、明部領域の明るさが微小に向上するだけで、視認性の向上がなく画像全体のコントラスト感だけが減少してしまう。

　特許文献２に記載の画像表示方法では、消費電力の低減は図られるものの、画像のコントラストが低下し視認性が損なわれてしまうことがある。

　そこで、本発明は、コントラスト感を向上し、かつ視認性を高めた画像を生成することが可能な画像処理装置、画像表示装置、画像撮像装置、画像印刷装置、階調変換方法、及びプログラムを提供する。

　本発明の一態様に係る画像処理装置は、入力画像の各画素について、当該画素を中心とした所定の領域である第１領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第１照明光分布を算出する第１照明光分布算出部と、前記入力画像の各画素について、前記第１照明光分布に基づいて、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少する係数である第１補正係数を算出する第１補正係数算出部と、前記第１補正係数に応じて、前記入力画像の各画素の階調値を変換することで、前記入力画像の階調変換を行う第１階調変換部と、前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第１領域より小さい領域である第２領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第２照明光分布を算出する第２照明光分布算出部と、前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素について、前記第２照明光分布に基づいて、照明光強度に対して単調増加する係数である第２補正係数を算出する第２補正係数算出部と、前記第２補正係数に応じて、前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素の階調値を変換することで、前記第１階調変換部が階調変換した画像の階調変換を行う第２階調変換部とを備える。

　前記画像処理装置において、前記第１補正係数算出部は、前記入力画像の各画素について、前記第１照明光分布に基づいて、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少し、照明光強度が所定の閾値未満であるときに照明光強度に対して単調増加する係数である第１補正係数を算出するように構成されていてもよい。

　前記画像処理装置において、前記第１補正係数算出部および前記第２補正係数算出部は、出力画像の階調の平均値が前記入力画像の階調の平均値よりも大きくなるように前記第１補正係数および前記第２補正係数をそれぞれ算出するように構成されていてもよい。

　前記画像処理装置において、前記第１照明光分布算出部は、入力画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第２領域より大きい領域である複数の第１領域における明るさを算出することで、複数の前記第１照明光分布を算出し、前記第１補正係数算出部は、前記入力画像の各画素について、複数の前記第１照明光分布に基づいて前記第１補正係数を算出するように構成されていてもよい。また、前記第２照明光分布算出部は、前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第１領域より小さい領域である複数の第２領域における明るさを算出することで、複数の前記第２照明光分布を算出し、前記第２補正係数算出部は、前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素について、複数の前記第２照明光分布に基づいて前記第２補正係数を算出するように構成されていてもよい。

　前記画像処理装置において、前記第１補正係数算出部は、照明光強度が最大の画素についての前記第１補正係数が１となるように前記第１補正係数を算出するように構成されていてもよい。また、前記第２補正係数算出部は、照明光強度が最大の画素についての前記第２補正係数が１となるように前記第２補正係数を算出するように構成されていてもよい。

　前記画像処理装置は、複数の前記第１補正係数の算出方法と、複数の前記第２補正係数の算出方法とを記憶する算出方法記憶部と、前記算出方法記憶部が記憶する算出方法の中から、前記第１補正係数の算出方法と前記第２補正係数の算出方法とをそれぞれ１つ選択する算出方法選択部とを備えてもよい。この場合、前記第１補正係数算出部は、前記算出方法選択部が選択した前記第１補正係数の算出方法を用いて前記第１補正係数を算出するように構成されていてもよい。また、前記第２補正係数算出部は、前記算出方法選択部が選択した前記第２補正係数の算出方法を用いて前記第２補正係数を算出するように構成されていてもよい。

　前記画像処理装置において、前記算出方法選択部は、利用者の指示に従って、前記算出方法記憶部が記憶する算出方法の中から前記第１補正係数の算出方法と前記第２補正係数の算出方法とをそれぞれ１つ選択するように構成されていてもよい。

　前記画像処理装置は、前記入力画像または前記第１階調変換部が階調変換した画像を解析する画像解析部をさらに備えてもよい。この場合、前記算出方法選択部は、前記画像解析部の解析結果に従って、前記算出方法記憶部が記憶する算出方法の中から前記第１補正係数の算出方法と前記第２補正係数の算出方法とをそれぞれ１つ選択するように構成されていてもよい。

　また、本発明の他の一態様に係る画像表示装置は、上記画像処理装置と、前記第２階調変換部が階調変換した画像を表示する画像表示部とを備える。

　前記画像表示装置において、前記第１補正係数算出部および前記第２補正係数算出部は、前記画像表示部の明るさに応じて、前記第１補正係数および前記第２補正係数をそれぞれ算出するように構成されていてもよい。

　前記画像表示装置において、前記画像表示部は、光を放出する照明部を備えてもよい。この場合、前記第１補正係数算出部および前記第２補正係数算出部は、前記照明部が放出する光の光量について、前記照明部が放出可能な光の最大光量に対する前記光量の比率である出力係数の減少に伴って、前記第１補正係数と前記第２補正係数との積が増加する前記第１補正係数と前記第２補正係数をそれぞれ算出するように構成されていてもよい。

　前記画像表示装置において、前記第１補正係数算出部および前記第２補正係数算出部は、前記出力係数と前記第１補正係数と前記第２補正係数の積が１又は１よりも大きくなる前記第１補正係数および前記第２補正係数をそれぞれ算出するように構成されていてもよい。

　前記画像表示装置は、前記入力画像の階調値に係る統計量を算出する画像解析部と、前記画像解析部が算出した統計量に基づいて前記出力係数を算出する照明装置制御部とをさらに備えてもよい。

　前記画像表示装置において、前記第１補正係数算出部および前記第２補正係数算出部は、前記出力係数として、前記画像表示部に画像を表示する表示領域を分割した複数の部分領域のそれぞれについて算出した出力係数に基づいて前記第１補正係数および前記第２補正係数をそれぞれ算出するように構成されていてもよい。

　前記画像表示装置は、前記部分領域に対応した光源毎の輝度と階調値の関係を示す補正係数を予め画素毎に記憶しておき、前記補正係数に基づいて第２階調変換部が階調変換した階調値を補正する画像補正部をさらに備えてもよい。

　また、本発明の他の一態様に係る画像撮像装置は、上記画像処理装置と、前記入力画像を撮像する撮像素子とを備える。

　また、本発明の他の一態様に係る画像印刷装置は、上記画像処理装置と、前記第２階調変換部が階調変換した画像を印刷する画像印刷部とを備える。

　また、本発明の他の一態様に係る階調変換方法は、入力画像の各画素について、当該画素を中心とした所定の領域である第１領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第１照明光分布を算出する工程と、前記入力画像の各画素について、前記第１照明光分布に基づいて、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少する係数である第１補正係数を算出する工程と、前記第１補正係数に応じて、前記入力画像の各画素の階調値を変換することで、前記入力画像の階調変換を行う工程と、前記階調変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第１領域より小さい領域である第２領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第２照明光分布を算出する工程と、前記階調変換した画像の各画素について、前記第２照明光分布に基づいて、照明光強度に対して単調増加する係数である第２補正係数を算出する工程と、前記第２補正係数に応じて、前記階調変換した画像の各画素の階調値を変換することで、前記階調変換した画像の階調変換を行う工程とを含む。

　また、本発明の他の一態様に係るプログラムは、入力画像の各画素について、当該画素を中心とした所定の領域である第１領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第１照明光分布を算出する工程と、前記入力画像の各画素について、前記第１照明光分布に基づいて、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少する係数である第１補正係数を算出する工程と、前記第１補正係数に応じて、前記入力画像の各画素の階調値を変換することで、前記入力画像の階調変換を行う工程と、前記階調変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第１領域より小さい領域である第２領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第２照明光分布を算出する工程と、前記階調変換した画像の各画素について、前記第２照明光分布に基づいて、照明光強度に対して単調増加する係数である第２補正係数を算出する工程と、前記第２補正係数に応じて、前記階調変換した画像の各画素の階調値を変換することで、前記階調変換した画像の階調変換を行う工程とをコンピュータに実行させる。

　本発明の態様によれば、画像処理装置は、入力画像における暗部領域の視認性を向上するとともに、コントラスト感も向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置の構成を示す概略ブロック図である。第１の実施形態に係る画像処理装置の動作を示すフローチャートである。第１照明光分布算出部が算出した照明光分布Ｙ１の例を示す図である。照明光分布と補正係数の関係の例を示す図である。補正係数を使用して階調変換を行ったときの局所的な領域の画素値の状態の例を示す図である。第１階調変換部が出力する画像の例を示す図である。第２照明光分布算出部が算出した照明光分布Ｙ２の例を示す図である。照明光分布と補正係数との関係を示す図である。補正係数を使用して階調変換を行ったときの局所的な領域の画素値の状態の例を示す図である。第２階調変換部から出力される画像の例を示す図である。第１の実施形態に係る画像処理装置を備える画像表示装置の構成を示す概略ブロック図である。第１の実施形態に係る画像処理装置を備える画像撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。第１の実施形態に係る画像処理装置を備える画像印刷装置の構成を示す概略ブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る画像処理装置の構成を示す概略ブロック図である。本発明の第３の実施形態に係る画像処理装置の構成を示す概略ブロック図である。本発明の第４の実施形態に係る画像処理装置の構成を示す概略ブロック図である。本発明の第５の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。入力画像信号の階調値の一例を示す概念図である。入力画像の輝度の一例を示す概念図である。入力画像の輝度のその他の例を示す概念図である。出力画像信号の階調値の一例を示す概念図である。階調変換を行った場合の出力画像の輝度の一例を示す概念図である。第５の実施形態に係る画像処理部の構成を示す概略図である。本発明の第６の実施形態係る画像撮像装置の構成を示す概略図である。本発明の第７の実施形態に係る照明装置の光源の配置例を示す図である。第７の実施形態に係る画像表示部の画素の配置例を示す図である。出力画像の輝度の一例を示す概念図である。出力画像信号の階調値の一例を示す概念図である。本発明の第８の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。出力画像信号の階調値の他の例を示す概念図である。照明装置の輝度の例を示す概念図である。出力画像の輝度の他の例を示す概念図である。補正された出力画像信号の階調値の一例を示す概念図である。補正された出力画像の輝度の一例を示す概念図である。第８の実施形態に係る光源と画素の配置の一例を示す概念図である。第８の実施形態に係る光源と画素の配置のその他の例を示す概念図である。

（第１の実施形態）
　以下、図面を使って本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。
　図１は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００の構成を示す概略ブロック図である。
　本実施形態に係る画像処理装置１００は、第１照明光分布算出部１０１、第１補正係数算出部１０２、第１階調変換部１０３、第２照明光分布算出部１０４、第２補正係数算出部１０５、第２階調変換部１０６を備え、入力画像Ｓ１に対して画像処理を行い、画像処理によって得られた画像を出力する。

　画像処理装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）によるソフトウエア処理、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）によるハードウェア処理によって画像処理を行う。

　第１照明光分布算出部１０１は、入力画像Ｓ１に基づいて、入力画像Ｓ１の各画素の照明光強度を示す照明光分布Ｙ１（第１照明光分布）を算出する。
　第１補正係数算出部１０２は、照明光分布Ｙ１に基づいて、入力画像Ｓ１の画素ごとに、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少し、照明光強度が所定の閾値未満であるときに照明光強度に対して単調増加する補正係数α（第１補正係数）を算出する。なお、本実施形態において「単調減少」とは、ｘ_１＜ｘ_２である場合に、ｆ（ｘ_１）≧ｆ（ｘ_２）となる関係を言う（広義単調減少、単調非増加）。
　第１階調変換部１０３は、入力画像Ｓ１の各画素の階調値に補正係数αを乗じることで、入力画像Ｓ１の階調変換を行う。

　第２照明光分布算出部１０４は、第１階調変換部１０３が階調変換した画像に基づいて、当該画像の各画素の照明光強度を示す照明光分布Ｙ２（第２照明光分布）を算出する。
　第２補正係数算出部１０５は、照明光分布Ｙ２に基づいて、第１階調変換部１０３が階調変換した画像の画素ごとに、照明光強度に対して単調増加する補正係数β（第２補正係数）を算出する。なお、本実施形態において「単調増加」とは、ｘ_１＜ｘ_２である場合に、ｆ（ｘ_１）≦ｆ（ｘ_２）となる関係を言う（広義単調増加、単調非減少）。
　第２階調変換部１０６は、第１階調変換部１０３が階調変換した画像の各画素の階調値に補正係数βを乗じることで、第１階調変換部１０３が階調変換した画像の階調変換を行う。このようにして、第２階調変換部１０６は、出力画像Ｔ１を生成する。

　次に、第１の実施形態に係る画像処理装置１００の動作について説明する。
　図２は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００の動作を示すフローチャートである。
　まず、第１照明光分布算出部１０１は、画像処理装置１００に入力された入力画像Ｓ１の照明光分布Ｙ１を算出し、結果を第１補正係数算出部１０２に出力する（ステップＳ１）。具体的には、第１照明光分布算出部１０１は、照明光分布は画像内で連続的に変化するものという仮定に基づいて、各画素の明るさＹを平均化することにより、照明光分布Ｙ１を算出する。なお本実施形態において明るさＹは、例えば、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの各色の画素値から、Ｙ＝０．２９９×Ｒ＋０．５８７×Ｇ＋０．１１４×Ｂとして算出しても良い。また、計算を単純化するために、Ｙ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ、Ｙ＝０．２５×Ｒ＋０．５×Ｇ＋０．２５×Ｂなどにより算出しても良い。さらに、赤色、緑色、青色の画素値の最大値（ＨＳＶ色空間で示される明度）を明るさＹとして使用しても良い。

　第１照明光分布算出部１０１による明るさＹの平均化は、例えば、入力画像Ｓ１の各画素とその周辺画素の平均値、または重み付き平均などを用いる。なお、平均化する領域（第１領域）は、ユーザがディスプレイを注視したときに、当該領域内で明るさを比較できる程度の大きさであることが好ましいため、想定する視距離とディスプレイサイズによって適宜設定する。

　図３は、第１照明光分布算出部１０１が算出した照明光分布Ｙ１の例を示す図である。
　図３（ａ）に示す画像が入力画像Ｓ１として画像処理装置１００に入力されると、第１照明光分布算出部１０１は、図３（ａ）に示す入力画像Ｓ１の各画素を第１領域で平均化することで、照明光分布Ｙ１を算出する。なお、算出した照明光分布Ｙ１を画像に変換すると図３（ｂ）のようになる。

　次に、第１補正係数算出部１０２は、第１照明光分布算出部１０１が算出した照明光分布Ｙ１に基づいて、照明光強度が所定の閾値Ｙｔｈ以上であるときに照明光強度に対して単調減少し、照明光強度が所定の閾値Ｙｔｈ未満であるときに照明光強度に対して単調増加する補正係数αを算出する（ステップＳ２）。

　つまり、第１補正係数算出部１０２は、照明光分布Ｙ１の照明光強度が大きい場合、すなわち照明光が十分に有り被写体が明るく撮影されている場合、被写体の視認性は十分であるため、補正係数αを小さい値にする。他方、第１補正係数算出部１０２は、照明光分布Ｙ１の照明光強度が小さい場合、つまり、照明光が不十分で被写体が暗く撮影されている場合、被写体の視認性が低いため補正係数αを大きい値にする。これにより、暗部領域の階調値を大きくして視認性を向上させることができる。

　また、第１補正係数算出部１０２は、照明光分布Ｙ１の照明光強度が所定の閾値Ｙｔｈ未満となる領域についての補正係数αを小さい値にする。例えば、Ｙ１がＹｔｈより小さく、０に近い領域ではαを１よりも小さい値に設定しておく。入力画像Ｓ１のうち、照明光分布Ｙ１の照明光強度が非常に低い領域では、撮影時に暗部ノイズが発生し、被写体の情報がノイズで判別できないおそれがある。そのため、補正係数αを小さくすることで、ノイズに対して小さな補正係数で階調変換をすることになり、ノイズが目立つことを低減することができる。

　このように、第１補正係数算出部１０２は、照明光分布Ｙ１が示す各画素における照明光強度によって補正係数αを変化させることにより、局所的なコントラストを維持しつつ、暗部領域の視認性を向上するための補正係数αを算出する。これは、照明光分布Ｙ１の照明光強度が明るさＹを平均化して算出されることにより、隣接する２つの画素の照明光分布Ｙ１の照明光強度は近い値となり、隣接する２つの画素についての補正係数αも近い値となるためである。つまり、隣接する２つの画素についての補正係数αが近い値となることで、変換前の２つの画素の階調値の関係は、変換後も似たような関係として保たれる。したがって、照明光分布Ｙ１を使用して補正係数αを決定することで、明るい領域の階調を圧縮する等の画質劣化を必要とせず、局所的なコントラストを維持しながら階調変換を行うことができる。

　なお、第１補正係数算出部１０２は、照明光分布Ｙ１の照明光強度が最大値となる画素についての補正係数αを１とする。ただし、第１補正係数算出部１０２は、最も明るい画素の階調値に補正係数αを乗じて得られる階調値が、他の画素の階調値に補正係数αを乗じて得られる階調値より大きくなるよう、補正係数αを設定する。

　図４は、照明光分布Ｙ１と補正係数αの関係の例を示す図である。
　図４（ａ）に示すように、照明光分布Ｙ１の照明光強度が閾値Ｙｔｈのときに、補正係数αが最大値となる。そして、照明光分布Ｙ１の照明光強度が閾値Ｙｔｈ未満である場合、補正係数αは、照明光強度に対して単調増加する。他方、照明光分布Ｙ１の照明光強度が閾値Ｙｔｈ以上である場合、補正係数αは、照明光強度に対して単調減少する。

　なお、照明光分布Ｙ１の照明光強度が大きくなる領域では補正係数αを特定値に飽和させても良い。つまり、照明光分布Ｙ１の照明光強度が小さい場合には、照明光強度に対する補正係数αの傾きが０以上とし、照明光分布Ｙ１の照明光強度が大きい場合には、照明光強度に対する補正係数αの傾きが０以下とすることで実現される。

　また、第１補正係数算出部１０２は、補正係数αを算出するために、図４（ｂ）に示すような関数を用いても良い。図４（ｂ）では照明光分布Ｙ１の照明光強度に対して補正係数αの最大値αｍａｘを設定している。このように補正係数αの最大値を設定することで、過度の補正がなされてしまうことを防ぐことができる。照明光分布Ｙ１の照明光強度と補正係数αとの関係は、適宜設定することができるが、このように最大値を設けることも適宜設定することができる。このように、照明光分布Ｙ１の照明光強度と補正係数αとの関係を決定することで、ノイズの多い暗部階調を除く階調で各画素を明るくすることができる。ここで、照明光分布の階調値Ｙと補正係数αの関係をＬＵＴとして設定しておくことで、補正係数αの算出が容易となるので、好適である。

　次に、第１階調変換部１０３は、入力画像Ｓ１に対して補正係数αを用いて階調変換処理を行う（ステップＳ３）。階調変換は、入力階調値Ｐ０と出力階調値Ｐ１の関係がＰ１＝Ｐ０×αとなるように行う。また、赤色、緑色、青色などカラー画像である場合、第１階調変換部１０３は、それぞれの色に対して同一の補正係数αを乗算することで、各色の比、つまり色相を変化させずに変換することができる。このほかに、第１階調変換部１０３は、入力画像Ｓ１の各画素をＨＳＶ色空間に変換し、明度成分にのみ補正係数αを乗算するなど、各色空間の明るさ成分に対して階調変換をすることもできる。

　図５は、補正係数αを使用して階調変換を行ったときの局所的な領域の画素値の状態の例を示す図である。
　ここで、横軸は画像内の位置、縦軸は画素値を示す。図５（ａ）は、入力画像Ｓ１の画素値の状態であり、図５（ｂ）は、第１階調変換部１０３が出力する画像の画素値の状態である。これらは局所的な領域であるため、照明光分布は略同一、つまり、補正係数も略同一となる。したがって、図５（ａ）から図５（ｂ）への変化は、細かな画素値変動を維持したまま、領域の明るさが向上するような変化となる。

　図６は、第１階調変換部１０３が出力する画像の例を示す図である。
　図６に示す第１階調変換部１０３が出力する画像は、図２（ａ）に示す入力画像Ｓ１と比較して、局所的なコントラストを維持しながら、暗部領域の視認性を向上したものとなっている。なお、画像全体の印象としては、全体が明るくなるような画像処理となる。このように、明るさを平均化して算出される照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少する係数である補正係数αを用いて階調変換を行うことにより、局所的なコントラストを維持しつつ暗部領域の視認性を向上することができる。

　次に、第２照明光分布算出部１０４は、第１階調変化部で処理された画像に基づいて照明光分布Ｙ２を算出する（ステップＳ４）。なお、第２照明光分布算出部１０４は、第２照明光分布算出部１０４と同様に、第１階調変化部で処理された画像の各画素とその周辺画素の平均値、または重み付け平均などにより明るさを平均化する。ここで、第２照明光分布算出部１０４が平均化に用いる領域（第２領域）は、第１照明光分布算出部１０１の平均化に用いた第１領域に比べ小さいものとする。これは、第２階調変換部１０６による階調変換により、画像の局所コントラストを強調するためである。

　図７は、第２照明光分布算出部１０４が算出した照明光分布Ｙ２の例を示す図である。
　第１階調変換部１０３が、図６に示す画像を出力すると、第２照明光分布算出部１０４は、図６に示す画像の各画素を第２領域で平均化することで、照明光分布Ｙ２を算出する。なお、算出した照明光分布Ｙ２を画像に変換すると図７のようになる。このように、照明光分布Ｙ２は、図３（ｂ）に示す照明光分布Ｙ１に比べ、平均化する領域が小さいため、ぼかし量が小さくなる。つまり、照明光分布Ｙ２に対する注目画素の影響が大きくなることになる。

　また、第１照明光分布算出部１０１で使用した明るさの算出方法と、第２照明光分布算出部１０４で使用する明るさの算出方法は同じにすると良い。これは、照明光分布を使用して階調変換を行うときに、色ではなく明るさによって変換させることで、被写体の反射率（色）の影響を低減するためで、明るさの算出方法を共通化することで変換による画素の色の違いによる影響を低減することができるため、好適である。

　次に、第２補正係数算出部１０５は、第２照明光分布算出部１０４が算出した照明光分布Ｙ２に基づいて、照明光強度に対して単調増加する補正係数βを算出する（ステップＳ５）。上述したように、第２照明光分布算出部１０４による照明光分布Ｙ２の算出に用いる第２領域は、第１照明光分布算出部１０１による照明光分布Ｙ１の算出に用いる第１領域より小さい。したがって、第２階調変換部１０６は、第１階調変換部１０３で処理の局所コントラストを維持して変化した領域より狭い領域を考慮した変換をすることとなる。

　図８は、照明光分布Ｙ２と補正係数βとの関係を示す図である。
　第２補正係数算出部１０５は、照明光分布Ｙ２の照明光強度が最大値となる画素についての補正係数βを１とする。ただし、第２補正係数算出部１０５は、最も明るい画素の階調値に補正係数βを乗じて得られる階調値が、他の画素の階調値に補正係数βを乗じて得られる階調値より大きくなるよう、補正係数βを設定する。なお、照明光分布の値が大きい領域、および、照明光分布の値が小さい領域は、補正係数が飽和するようにしても良い。

　次に、第２階調変換部１０６は、第２照明光分布算出部１０４が算出した照明光分布Ｙ２を用いて、第１階調変換部１０３で階調変換が行われた画像に対して階調変換を行う（ステップＳ６）。階調変換は、入力階調値Ｐ１と出力階調値Ｐ２の関係がＰ２＝Ｐ１×βとなるように行う。また、赤色、緑色、青色などカラー画像である場合、第２階調変換部１０６は、それぞれの色に対して同一の補正係数βを乗算することで、各色の比、つまり色相を変化させずに変換することができる。このほかに、第２階調変換部１０６は、入力画像の各画素をＨＳＶ色空間に変換し、明度成分にのみ補正係数βを乗算するなど、各色空間の明るさ成分に対して階調変換をすることもできる。

　なお、図８に示すように、補正係数βは１以下の値であるため、補正係数βの乗算は、入力画像の画素値を小さくするような階調変換となる。つまり、第２階調変換部１０６は、補正係数βの乗算により、第１階調変換部１０３で維持した局所コントラストを強調する。例えば、考慮する注目画素の周辺画素の領域が最も小さくなるのは、照明光分布Ｙ２を注目画素の明るさとし、参照する周辺画素の領域を０として平均化を行わないときである。このとき、各画素間の補正係数は注目画素の明るさによってのみ決定され、隣接する画素において互いに影響を受けない。したがって、隣接する画素間の明るさが大きく異なれば、補正係数βも大きく異なり、画素間の明るさが近ければ、補正係数βも近くなる。これにより、局所的なコントラストが強調されることになる。

　図９は、補正係数βを使用して階調変換を行ったときの局所的な領域の画素値の状態の例を示す図である。
　ここで、横軸は画像内の位置、縦軸は画素値を示す。図９（ａ）は、第１階調変換部１０３が出力する画像の画素値の状態であり、図９（ｂ）は、第２階調変換部１０６が出力する画像の画素値の状態である。図９に示すように、照明光分布Ｙ２を算出するときに参照する第２領域が第１領域より小さいため、各画素の変動が大きくなり、局所的なコントラストが強調される。

　また、本実施形態に係る第２補正係数算出部１０５は、階調値が小さくなるような補正係数βを設定しているが、第１補正係数算出部１０２で入力画像Ｓ１が明るくなるように補正係数αを設定しているため、画像全体が極端に暗くなるようなことはない。
　つまり、第１補正係数算出部１０２及び第２補正係数算出部１０５は、補正係数αと補正係数βの互いの大きさを考慮して補正係数α及び補正係数βを設定する必要がある。例えば、照明光分布の暗部領域を除いて補正係数αと補正係数βの積が１以上になるように、補正係数αと補正係数βを設定する方法が挙げられる。そのほかにも、照明光分布の取りうる値の中心より大きい値の補正係数αと補正係数βの積が１以上になるように、補正係数αと補正係数βを設定する方法が挙げられる。

　図１０は、第２階調変換部１０６から出力される画像の例を示す図である。
　図１０に示す第２階調変換部１０６が出力する画像は、図６に示す第１階調変換部１０３が出力する画像と比較して、局所的なコントラストが強調された画像となっている。また、図１０に示す第２階調変換部１０６が出力する画像は、図２（ａ）に示す入力画像Ｓ１と比べて、暗部領域の視認性が向上するとともに、局所的なコントラストが向上した画像となっている。
　このように、第１階調変換部１０３の処理により画像全体のコントラストが低下した画像に対して、第２階調変換部１０６の処理により局所的なコントラストを向上することで、画像全体のコントラストを向上させることができる。これにより、画像処理装置１００は、暗部領域の視認性を向上し、かつコントラスト感のある画像を生成することができる。

　以上で説明したように、本実施形態の画像処理装置１００によれば、照明光分布を利用した階調変換をすることで暗部領域の視認性を向上させるとともに、局所的なコントラストを向上させ、好適な画像を生成することができる。

　以下、第１の実施形態に係る画像処理装置１００の用途について説明する。
　図１１は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００を備える画像表示装置１１０の構成を示す概略ブロック図である。
　画像表示装置１１０は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００に加えて、画像表示部１１１を備える。
　画像表示部１１１は、画像処理装置１００が生成した画像を表示する。画像表示部１１１は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなど各種表示デバイスにより構成することができる。これにより、暗部領域の視認性を向上するとともに、局所的なコントラストを向上した視認性の高い高画質な画像を表示することが可能な画像表示装置１１０を実現することができる。ここで、γ補正や色変換や輪郭強調などの一般的な画像処理は、画像処理装置１００に画像が入力される前、または、画像処理装置１００から画像が出力された後に適宜実行することができる。

　図１２は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００を備える画像撮像装置１２０の構成を示す概略ブロック図である。
　画像撮像装置１２０は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００に加えて、画像表示部１１１、撮像素子１２１、画像記憶部１２２を備える。
　撮像素子１２１は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像デバイスにより構成され、撮像した画像を入力画像Ｓ１として画像処理装置１００に出力する。このとき入力画像Ｓ１は、デモザイクなどの一般的な画像処理を適宜行ってから画像処理装置１００に入力される。

　画像処理装置１００が生成した画像は、画像表示部１１１や画像記憶部１２２に伝達して、画像を表示したり画像を記憶したりする。画像記憶部１２２はフラッシュメモリやハードディスクなど各種記憶デバイスにより構成することができる。これにより、暗部領域の視認性を向上するとともに、局所的なコントラストを向上した視認性の高い高画質な画像を撮影することが可能な画像撮影装置を実現することができる。ここで、γ補正や色変換や輪郭強調などの一般的な画像処理は、画像処理装置１００から画像が出力された後に適宜実行することができる。

　図１３は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００を備える画像印刷装置１３０の構成を示す概略ブロック図である。
　画像印刷装置１３０は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００に加えて、画像印刷部１３１を備える。
　画像印刷部１３１は、画像処理装置１００が生成した画像を印刷する。画像印刷部１３１は、インクジェットプリンタやレーザープリンタなど各種印刷デバイスにより構成することができる。これにより、暗部領域の視認性を向上するとともに、局所的なコントラストを向上した視認性の高い高画質な画像を表示することが可能な画像印刷装置１３０を実現することができる。ここで、γ補正や色変換や輪郭強調などの一般的な画像処理は、画像処理装置１００に画像が入力される前、または、画像処理装置１００から画像が出力された後に適宜実行することができる。

（第２の実施形態）
　図１４は、第２の実施形態に係る画像処理装置２００の構成を示す概略ブロック図である。
　第１の実施形態では、第１照明光分布算出部１０１及び第２照明光分布算出部１０４が、それぞれ照明光分布を１つ算出する場合について説明した。第２の実施形態に係る第１照明光分布算出部２０１及び第２照明光分布算出部２０４は、大きさが異なる複数の領域を用いて、それぞれ複数の照明光分布を算出する。

　第１照明光分布算出部２０１及び第２照明光分布算出部２０４は、それぞれ２種類の照明光分布を算出する。このとき、第１照明光分布算出部２０１が平均化に用いる複数の第１領域のうち最も小さいものが、第２照明光分布算出部２０４が平均化に用いる複数の第２領域のうち最も大きいものより大きくなるよう、第１領域及び第２領域を決定する。
　第１補正係数算出部２０２及び第２補正係数算出部２０５は、各照明光分布から算出される補正係数の積または和を、補正係数α及び補正係数βとする。

　これにより、第１階調変換部２０３は、局所的なコントラストを維持する領域を調整することができる。つまり、第１階調変換部２０３は、より小さい領域のコントラストを維持する変換が可能となる。これは、小さい領域で照明光分布を算出することで、暗部領域が小さいときに大きな補正係数で変換ができるようになるためであり、暗部領域が小さいときの視認性向上に好適である。

　また、第２階調変換部２０６は、局所的なコントラストを強調する周波数を調整することができる。つまり、第２階調変換部２０６は、隣接する画素間の変動は少しのコントラスト強調として、小領域ごとのコントラストをより強調することができる。これは、局所的なコントラストを強調するとともに、ノイズを過度に強調することを低減することができるためノイズの多い画像に好適である。このようにして、第２階調変換部２０６は、出力画像Ｔ２を生成する。

　なお、本実施形態では、第１照明光分布算出部２０１と第２照明光分布算出部２０４とが、それぞれ複数の照明光分布を算出する場合について説明したが、これに限られない。例えば、第１照明光分布算出部２０１か第２照明光分布算出部２０４の何れか一方のみが、複数の照明光分布を算出するようにしても良い。

（第３の実施形態）
　図１５は、第３の実施形態に係る画像処理装置３００の構成を示す概略ブロック図である。
　第１の実施形態では、第１補正係数算出部１０２及び第２補正係数算出部１０５が、予め定められた１つの算出方法に基づいて補正係数α及び補正係数βを算出する場合について説明した。第３の実施形態に係る第１補正係数算出部３０２及び第２補正係数算出部３０５は、複数の算出方法の中から適切な算出方法を特定し、当該算出方法を用いて、補正係数α及び補正係数βを算出する。

　画像処理装置３００は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００と同様の構成に加え、画像解析部３０７、算出方法記憶部３０８、算出方法選択部３０９を備える。

　画像解析部３０７は、入力画像Ｓ１と第１階調変換部３０３が階調変換した画像とを解析する。画像解析部３０７は、例えば平均輝度、暗部領域の画素数、輝度ヒストグラムなどを解析する。

　算出方法記憶部３０８は、第１補正係数算出部３０２による補正係数αの算出に用いるＬＵＴ（算出方法）及び第２補正係数算出部３０５による補正係数βの算出に用いるＬＵＴを複数記憶する。なお、当該複数のＬＵＴは、補正係数の大小、つまり、どの程度明るくするかを異ならせたものである。

　算出方法選択部３０９は、画像解析部３０７の解析結果に基づいて、補正係数αの算出に用いるＬＵＴ及び補正係数βの算出に用いるＬＵＴを特定する。例えば算出方法選択部３０９は、入力画像Ｓ１の平均輝度が低い、暗部領域の画素数が多い、輝度ヒストグラムが暗部領域側に偏っている、などの場合には暗部領域をより明るくする補正係数αを算出するためのＬＵＴを選択する。他方、算出方法選択部３０９は、入力画像Ｓ１の平均輝度が高い、暗部領域の画素数が少ない、輝度ヒストグラムが明部領域側に偏っている、などの場合には暗部領域を少しだけ明るくする補正係数αを算出するためのＬＵＴを選択する。
　また、例えば算出方法選択部３０９は、第１階調変換部３０３が階調変換した画像のコントラストが低い、高周波成分が少ない、輝度ヒストグラムに偏りがある、などの場合には、局所コントラストをより強調する補正係数βを算出するためのＬＵＴを選択する。他方、算出方法選択部３０９は、第１階調変換部１０３が階調変換した画像のコントラストが高い、高周波成分が多い、輝度ヒストグラムに偏りが無い、などの場合には、局所コントラストを少しだけ強調する補正係数βを算出するためのＬＵＴを選択する。
　第2階調変換部３０６は、第１の実施形態の第2階調変換部１０６と同様の処理を行って、出力画像Ｔ３を生成する。

　このように、画像解析を行った結果により、照明光分布算出時の参照周辺画素の領域を変化させると、入力画像Ｓ１により適したＬＵＴが選択できるようになり好適である。

　なお、本実施形態では、算出方法記憶部３０８が補正係数の算出方法としてＬＵＴを記憶する場合について説明したが、これに限られず、例えば照明光強度を入力として補正係数を出力とする関数など、その他の算出方法を記憶していても良い。

（第４の実施形態）
　図１６は、第４の実施形態に係る画像処理装置４００の構成を示す概略ブロック図である。
　第３の実施形態では、画像解析部３０７の解析結果に基づいて補正係数α及び補正係数βを算出するためのＬＵＴを選択する場合について説明した。第４の実施形態に係る画像処理装置４００は、利用者の指示に従って、補正係数α及び補正係数βを算出するためのＬＵＴを選択する。

　画像処理装置４００は、第３の実施形態に係る画像処理装置３００の画像解析部３０７に代えて、入力部４０７を備える。
　入力部４０７は、利用者の指示の入力を受け付ける。
　そして、算出方法選択部４０９は、入力部が受け付けた利用者の指示に従って、算出方法記憶部４０８が記憶する補正係数α及び補正係数βの算出方法を選択する。
　第2階調変換部４０６は、第１の実施形態の第2階調変換部１０６と同様の処理を行って、出力画像Ｔ４を生成する。

　なお、本実施形態では、算出方法記憶部４０８が補正係数の算出方法としてＬＵＴを記憶する場合について説明したが、これに限られず、例えば照明光強度を入力として補正係数を出力とする関数など、その他の算出方法を記憶していても良い。

（第５の実施形態）
　以下、図面を参照しながら本発明の第５の実施形態について説明する。
　図１７は、本実施形態に係る画像表示装置１４０の構成を示す概略図である。
　画像表示装置１４０は、画像処理装置５００及び画像表示部１４１を含んで構成される。
　画像処理装置５００は、照明装置制御部５０１、画像処理部５０２及び画像解析部５０３を含んで構成される。画像処理部５０２は、第１の実施形態の画像処理装置１００に対応する。

　照明装置制御部５０１は、画像解析部５０３から入力された画像解析結果Ｒ１に基づいて画像表示部１４１の照明装置（図示せず）の光量を定め、定めた光量が得られるように照明装置を制御する照明装置制御信号Ｃ１を生成する。照明装置制御信号Ｃ１は、例えば、出力係数γを示す信号である。出力係数γは、照明装置が光を放射する光量の当該照明装置が放射することができる最大光量に対する比率である。照明装置制御部５０１は、生成した照明装置制御信号Ｃ１を画像処理部５０２及び画像表示部１４１に出力する。

　画像処理部５０２には、照明装置制御部５０１から照明装置制御信号Ｃ１が入力され、画像解析部５０３から画像解析結果Ｒ１が入力される。画像処理部５０２は、照明装置制御信号Ｃ１と画像解析結果Ｒ１に基づいて、画像処理装置５００に入力された入力画像信号Ｓ２に対して階調変換を行って出力画像信号Ｔ５を生成する。入力画像信号Ｓ２は、第１～第４の実施形態の入力画像Ｓ１に対応する。入力画像信号Ｓ２は、予め定めた複数の画素からなる画像を示す信号であって、画素毎の階調値を示す信号である。階調値は、その値が大きいほど明るく表示し、小さいほど暗く表示することを示す値である。ここで、画像処理部５０２は、照明装置が放射する光量が予め定めた基準値（例えば、最大値）とは異なっても、画像表示部１４１に表示される画像の視認性やコントラストが低下しないように階調変換を行う。画像処理部５０２は、生成した出力画像信号Ｔ５を画像表示部１４１に出力する。

　画像処理部５０２は、画像表示装置１４０に備えられたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等のハードウェアがプログラムを実行することで、実現されるようにしてもよい。また、画像処理部５０２は、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等のハードウェアで構成されていてもよい。

　画像表示部１４１は、画像処理部５０２から入力された出力画像信号Ｔ５が示す画像を表示する。画像表示部１４１は、例えば、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）である。画像表示部１４１は、上述の照明装置をバックライト等の光源として備え、この照明装置が放射した光を変調した画像光を画像として表示する。照明装置は、例えば、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ　Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　Ｌａｍｐ）、又は発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を備えていてもよい。ＬＥＤとして、白色光を放射する白色ＬＥＤを備えていてもよいし、それぞれ異なる色の光を放射するＬＥＤ、例えば、赤、緑、青の各色の光をそれぞれ放射するＬＥＤの組み合わせを備えていてもよい。
　照明装置が設置される位置は、画像表示部１４１において画像を表示する画像表示面の背面であってもよいし、画像表示面の外縁の一部、例えば、端部であってもよい。
　照明装置は、照明装置制御部５０１から入力された照明装置制御信号Ｃ１に基づいて放射する光量を制御する。

　画像解析部５０３は、画像処理装置５００に入力された入力画像信号Ｓ２の階調値の統計量を算出する。これにより入力画像を解析する。画像解析部５０３が算出する統計量は、例えば、平均輝度、分散、暗部領域の画素数、輝度ヒストグラム等がある。平均輝度は、画素間の輝度の平均を与える階調値である。暗部領域とは、階調値が予め定めた閾値（例えば、最大値の１／４）よりも小さい画素からなる領域である。輝度ヒストグラムとは、予め定めた階調値の範囲それぞれに属する画素数のセットである。画像解析部５０３は、算出した統計量を画像解析結果Ｒ１として照明装置制御部５０１及び画像処理部５０２に出力する。

　なお、本実施形態では、照明装置光量選択部（図示せず）を備えてもよい。照明装置光量選択部は、予め複数の光量の候補値が設定されており、利用者による操作入力を受け付けて設定された候補値のうち１つを選択する。照明装置光量選択部は、選択した候補値の光量が得られるように照明装置を制御する照明装置制御信号Ｃ１を生成し、生成した照明装置制御信号Ｃ１を画像処理部５０２及び画像表示部１４１に出力する。
　また、画像解析部５０３が、照明装置制御部５０１又は画像処理部５０２のうちの何れか一方もしくは両方を備える構成であってもよい。

（階調変換の概念）
　次に、画像処理部５０２が行う階調変換の概念について説明する。
　画像処理部５０２は、階調変換において入力画像信号Ｓ２の階調値の平均値を増加させ、かつ、局所的コントラストを強調する。局所的コントラストとは、ある画素を基準として予め定めた範囲内にある輝度の空間的な変動である。また、局所的コントラストとは、ある画素を基準として予め定めた範囲内にある画素毎の階調値の空間的変動を指すこともある。これにより、照明装置の光量を予め定めた基準値よりも少なくした場合でも、画像表示部１４１が表示する画像の視認性とコントラストの低下を緩和することができる。

　図１８は、入力画像信号Ｓ２の階調値の一例を示す概念図である。
　図１８は、横軸に一つの水平方向のライン上の画素の位置を示し、縦軸に階調値を示す。原点Ｏは、画像表示部１４１の画像表示面上の１点、例えば、左上端である。図２に示される階調値１８０１は、入力画像信号Ｓ２の階調値を示す。階調値１８０１は、原点Ｏから離れた位置にある画素ほど階調値が大きくなる傾向を示す。

　図１９は、入力画像の輝度の一例を示す概念図である。
　図１９は、横軸に一つの水平方向のライン上の画素の位置を示し、縦軸に輝度を示す。輝度は、画像表示部１４１が各画素から放射される光の明るさの度合いであり、画素毎の信号値（階調値）と照明装置の光量に依存する。図１８、図１９において、画素毎の明るさの度合いを示す「輝度」と、信号値を示す「階調値」とは互いに区別されて示されている。
　図１９に示される輝度１９０１は、画素毎の信号値が図１８に示される階調値１８０１であって、照明装置の光量が最大値である場合の輝度である。輝度１９０１も、原点から離れた位置にある画素ほど輝度が大きくなる傾向を示す。

　図２０は、入力画像の輝度のその他の例を示す概念図である。
　図２０は、横軸に一つの水平方向のライン上の画素の位置を示し、縦軸に輝度を示す。図２０に実線で示される輝度２００１は、画素毎の信号値が図１８に示される値であって、照明装置の光量が最大値の３／４である場合の輝度である。比較のため、図２０には輝度１９０１（図１９参照）を破線で示す。
　輝度２００１の最大値は、輝度１９０１（図１９参照）の最大値（ＭＡＸ）よりも低い。また、輝度２００１の平均値や局所的変動（コントラスト）も、それぞれ輝度１９０１の平均値や局所的変動よりも小さくなる。
　このように、単純に照明装置の光量を減少させると、輝度やその局所的変動が小さくなり、画像の視認性やコントラストが低下してしまう。
　これに対して、画像処理部５０２は、入力画像信号Ｓ２について階調変換を行って出力画像信号Ｔ５を生成する。

　図２１は、出力画像信号Ｔ５の階調値の一例を示す概念図である。
　図２１は、横軸に一つの水平方向のライン上の画素の位置を示し、縦軸に階調値を示す。図２１の実線で示される階調値２１０１は、階調変換を行った場合の出力画像信号Ｔ５の階調値を示す。比較のため図２１には階調値１８０１（図１８参照）を破線で示す。図２１は、階調変換において低階調領域における階調値の平均値を大きくし、かつ、低階調領域から高階調領域まで階調値全体について局所的コントラストが強調されていることを示す。低階調領域とは、予め定めた階調値（例えば、階調値の最大値の半分の値）よりも低い階調値をとる画素の領域である。高階調領域とは、予め定めた階調値よりも高い階調値をとる画素の領域である。

　図２２は、階調変換を行った場合の出力画像の輝度の一例を示す概念図である。
　図２２は、横軸に一つの水平方向のライン上の画素の位置を示し、縦軸に輝度を示す。図２２に示される輝度２２０１は、画素毎の信号値が図２１に示される階調値２１０１であって、照明装置の光量が最大値の３／４である場合の画像表示部１４１で表示される画像の輝度である。
　輝度１９０１（図１９参照）と比較すると、輝度２２０１は低階調領域において平均輝度が高くなる。このことは、暗部領域の視認性が向上することを示す。また、照明装置の光量を最大値よりも減少させたにもかかわらず、輝度２２０１では低階調領域から高階調領域までの全体にわたり、局所的コントラストが高くなる。そのため、輝度２２０１の最大値は輝度１９０１の最大値よりも小さくなるが、人間の視覚において明るく知覚される効果が得られる。これは、人間の視角特性には、注視している注視点における輝度と注視点の周辺における輝度との差、つまりコントラストを明るさとして知覚するという特性があることに起因する。本実施形態では。この視覚特性を利用することで、照明装置の光量を減少させることにより輝度の最大値を低下させても、知覚される明るさが低下しないという効果が得られる。

（画像処理部の構成）
　次に、本実施形態に係る画像処理部５０２の構成について説明する。
　図２３は、本実施形態に係る画像処理部５０２の構成を示す概略図である。
　画像処理部５０２は、第１照明光分布算出部５０２１、第１補正係数算出部５０２２、第１階調変換部５０２３、第２照明光分布算出部５０２４、第２補正係数算出部５０２５及び第２階調変換部５０２６を含んで構成される。ここで、本実施形態の画像処理部５０２は、第１の実施形態の画像処理装置１００に対応する。画像処理部５０２の内部構成は、画像処理装置１００の内部構成と同様のため、同一の内部構成については説明を省略する。

　第１照明光分布算出部５０２１は、画像処理部５０２に入力された入力画像信号Ｓ２に基づいて画素毎に照明光分布Ｙ１（第１照明光分布）を算出する。第１照明光分布算出部５０２１は、算出した照明光分布Ｙ１を第１補正係数算出部５０２２に出力する。

　第１補正係数算出部５０２２は、第１照明光分布算出部５０２１から入力された照明光分布Ｙ１に基づいて、画素毎に補正係数αを算出する。第１補正係数算出部５０２２は、算出した補正係数αを第１階調変換部５０２３及び第２補正係数算出部５０２５に出力する。

　第１階調変換部５０２３は、画像処理部５０２に入力された入力画像信号Ｓ２に対して第１補正係数算出部５０２２から入力された補正係数αに基づいて階調変換処理を行って第１階調変換画像信号を生成する。第１階調変換部５０２３は、階調変換処理を行って生成した第１階調変換画像信号を第２照明光分布算出部５０２４及び第２階調変換部５０２６に出力する。

　第２照明光分布算出部５０２４は、第１階調変換部５０２３から入力された第１階調変換画像信号に基づいて画素毎に照明光分布Ｙ２（第２照明光分布）を算出する。第２照明光分布算出部５０２４は、算出した照明光分布Ｙ２を第２補正係数算出部５０２５に出力する。

　第２補正係数算出部５０２５は、第２照明光分布算出部５０２４から入力された照明光分布Ｙ２に基づいて画素毎に補正係数βを算出する。

　第１補正係数算出部５０２２と第２補正係数算出部５０２５は、さらに、照明装置制御部５０１から入力された照明装置制御信号Ｃ１が示す出力係数γを考慮して補正係数αと補正係数βをそれぞれ定める。
　ここで、第１補正係数算出部５０２２と第２補正係数算出部５０２５は、出力係数γの減少に伴い、補正係数αと補正係数βとの積が増加するように補正係数αと補正係数βをそれぞれ定める。例えば、第１補正係数算出部５０２２と第２補正係数算出部５０２５は、照明光分布Ｙ１と照明光分布Ｙ２の階調値が予め定めた値よりも低い画素からなる領域である暗部領域を除く画素の領域において、出力係数γ、補正係数α及び補正係数βの積が１以上となるように補正係数αと補正係数βをそれぞれ定めるようにしてもよい。

　また、第１補正係数算出部５０２２と第２補正係数算出部５０２５は、照明光分布Ｙ１、照明光分布Ｙ２の階調値がそれぞれの中心値よりも低い画素の領域において、出力係数γ、補正係数α及び補正係数βの積が１以上となるように補正係数αと補正係数βをそれぞれ定めるようにしてもよい。中心値とは、照明光分布Ｙ１と照明光分布Ｙ２の階調値が取りうるそれぞれの最大値と最小値との中心の値である。
　このようにして、第１補正係数算出部５０２２と第２補正係数算出部５０２５は、出力係数γと、補正係数αならびに補正係数βを連動して定める。これにより、出力画像の輝度が高くなるか、又は出力画像の輝度の低下が抑制されるので画像全体が極端に暗くなり視認性が失われることが回避される。

　なお、第１補正係数算出部５０２２、第２補正係数算出部５０２５は、照明装置の光量が基準値よりも小さい値に設定された場合の平均輝度が、照明装置の光量が基準値に設定された場合の平均輝度と同一か、それよりも高くなるように補正係数α、βの値をそれぞれ定めてもよい。
　第２補正係数算出部５０２５は、算出した補正係数βを第２階調変換部５０２６に出力する。

　第２階調変換部５０２６は、第１階調変換部５０２３から入力された第１階調変換画像信号について、第２補正係数算出部５０２５から入力された補正係数βを用いて階調変換処理を行って第２階調変換画像信号を生成する。第２階調変換部５０２６は、階調変換処理を行って生成した第２階調変換画像信号を出力画像信号Ｔ５として画像表示部１４１に出力する。

　第１の実施形態で説明したように、第２照明光分布算出部５０２４における第２領域は、第１照明光分布算出部５０２１における第１領域に比べて小さい。そのため、第２階調変換部５０２６では、第１階調変換部５０２３が局所コントラストを維持して階調変換を行った領域よりも狭い領域における階調値を考慮して階調変換が行われる。これによって出力画像における局所コントラストが強調される。例えば、第２照明光分布算出部５０２４が平均化する画素の領域（第２領域）が最も小さい場合には、注目画素から予め定めた領域内の周辺画素がなく、平均化が行われない場合である。このとき、各画素の補正係数βは、注目画素の明るさによってのみ決定され、周辺画素（隣接画素）の明るさの影響を受けない。従って、隣接する画素間の明るさの差が大きく異なれば補正係数βも大きく異なり、隣接する画素間の明るさの差が近似していれば補正係数βも近似する。第１領域よりも第２領域が小さく、補正係数βが照明光分布Ｙ２の階調値に応じて単調増加するため、局所コントラストが強調される。

　なお、第１補正係数算出部５０２２と第２補正係数算出部５０２５は、画像解析部５０３から入力された画像解析結果Ｒ１が示す平均輝度又は分散が小さいほど補正係数αと補正係数βの差が大きくなるように補正係数αと補正係数βをそれぞれ定めてもよい。これにより、出力画像においてコントラストの強調度合いが高くなる。そのため、利用者に知覚される明るさが明るくなる。例えば、補正係数α、βがそれぞれ１．５、０．８である場合、補正係数α、βがそれぞれ２．０、０．６である場合、補正係数αとβの積は、ともに１．２である。両者間で階調変換を行って得られた出力画像信号Ｔ５の信号値の平均値は、ほぼ同等にある。これに対して、前者よりも後者のほうが局所的なコントラストの強調度合いが高くなるため視認性が向上する。

（補正係数α、βの算出例）
　次に、第１補正係数算出部５０２２、第２補正係数算出部５０２５において、それぞれ補正係数α、βを算出するための構成例について説明する。
　第１補正係数算出部５０２２には、補正係数αの算出に用いるＬＵＴ（Ｌｏｏｋ　Ｕｐ　Ｔａｂｌｅ、ルックアップテーブル）が予め記憶されている。ＬＵＴとは、入力値と出力値が対応付けられた情報である。その用途は、信号値の変換に限られない。第１補正係数算出部５０２２に記憶されているＬＵＴには、入力値として照明光分布Ｙ１の階調値と出力値として補正係数αが対応付けられている。従って、第１補正係数算出部５０２２は、入力された照明光分布Ｙ１の階調値に対応する補正係数αをＬＵＴから読み出し、読み出した補正係数αを第１階調変換部５０２３に出力するようにしてもよい。

　第１補正係数算出部５０２２には、複数のＬＵＴが記憶されていてもよい。それぞれのＬＵＴでは、入力値と対応づけられた出力値として補正係数αの大きさがそれぞれ異なる。つまり、ＬＵＴ間において、階調変換によって出力画素の明るさをどの程度変化させるかが異なる。
　ここで、第１補正係数算出部５０２２は、画像解析部５０３から入力された画像解析結果Ｒ１である統計量又は照明装置制御部５０１から入力された照明装置制御信号Ｃ１が示す出力係数γに基づいて、複数のＬＵＴのうちいずれかを選択する。例えば、平均輝度が予め定めた値よりも低い場合、暗部領域の画素数が予め定めた数よりも多い場合、輝度ヒストグラムにおいて輝度分布が予め定めた値よりも低い領域に偏っている場合、又は出力係数γが予め定めた値よりも小さい場合等では、第１補正係数算出部５０２２は、暗部領域をより明るくするＬＵＴを選択する。暗部領域をより明るくするＬＵＴとは、例えば、照明光分布Ｙ１の階調値が予め定めた値よりも小さい値（暗部領域）と、１よりも大きい値であって予め定めた値よりも大きい補正係数αとが対応付けられているＬＵＴである。

　平均輝度が予め定めた値よりも高い場合、暗部領域の画素数が予め定めた値よりも少ない場合、輝度ヒストグラムにおいて輝度分布が予め定めた値よりも高い領域に偏っている場合、又は出力係数γが基準値より小さく予め定めた値よりも大きい場合等では、第１補正係数算出部５０２２は、暗部領域を少しだけ明るくするＬＵＴを選択する。暗部領域を少しだけ明るくするＬＵＴとは、例えば、照明光分布Ｙ１の階調値が予め定めた値よりも小さい値（暗部領域）と、１よりも大きく、かつ予め定めた値よりも小さい補正係数αとが対応付けられているＬＵＴである。また、この補正係数αは、同一の照明光分布Ｙ１の階調値においては暗部領域をより明るくするＬＵＴに係る補正係数αよりも小さい値である。

　第２補正係数算出部５０２５は、画像解析部５０３から入力された画像解析結果Ｒ１、照明装置制御部５０１から入力された照明装置制御信号Ｃ１又は第１補正係数算出部５０２２が選択したＬＵＴに基づいて、複数のＬＵＴのうちいずれかを選択する。第１補正係数算出部５０２２において選択したＬＵＴを参照するのは、上述のように補正係数βを定める際に出力係数γの他、補正係数αを参照するためである。

　例えば、第１階調変換画像におけるコントラストが低い場合、高周波成分が少ない場合、輝度ヒストグラムに偏りがある場合、又は入力画像に高階調領域が多い場合等では、第２補正係数算出部５０２５は、局所コントラストをより強調するＬＵＴを選択する。ここで、画像解析部５０３は、入力画像信号Ｓ２の代わりに、第１階調変換部５０２３が生成した第１階調変換画像信号について統計量を算出するようにしてもよい。コントラストが低いか否かは、例えば、予め定めた範囲における階調値の最大値と最小値の差が予め定めた値よりも小さいか否かに基づいて判断される。高周波成分が少ないか否かは、予め定めた空間周波数よりも高い高域成分におけるパワー値の、その空間周波数よりも低い低域成分におけるパワー値に対する比（パワー比）が予め定めた値よりも少ないか否かに基づいて判断される。輝度ヒストグラムに偏りがあるか否かは、一定間隔で分割された輝度の範囲毎の度数における最大値の最小値に対する比が予め定めた値よりも大きいか否かに基づいて判断される。高階調領域が多いか否かは、階調値（信号値）が予め定めた値よりも大きい画素の割合が、予め定めた割合よりも大きいか否かに基づいて判断される。
　局所コントラストをより強調するＬＵＴとは、例えば、高階調領域の階調値の増加に伴う補正係数βの増加率がより大きいＬＵＴである。上述のように、入力画像に高階調領域が多い場合に、局所コントラストをより強調するＬＵＴを選択するのは、照明装置の光量を基準値より小さくすることで輝度が低下しても視認性を損なわないようにするためである。

　また、コントラストが高い場合、高周波成分が多い場合、又は輝度ヒストグラムに偏りが無い場合等では、第２補正係数算出部５０２５は、局所コントラストを少しだけ強調するＬＵＴを選択する。局所コントラストを少しだけ強調するＬＵＴとは、例えば、高階調領域の階調値の増加に伴う補正係数βの増加率がより小さいＬＵＴである。このＬＵＴにおける高階調領域の階調値の変化に伴う補正係数βの増加率は、上述の局所コントラストを強調するＬＵＴにおける高階調領域の階調値の増加に伴う補正係数βの増加率よりも小さい。

　従って、第１補正係数算出部５０２２、第２補正係数算出部５０２５は、入力画像信号Ｓ２や第1階調変換画像信号を解析した階調値の統計値に基づいて、それぞれ好適な階調変換を実現するＬＵＴを選択することができる。
　なお、上述のＬＵＴは、第１補正係数算出部５０２２や第２補正係数算出部５０２５とは別途、画像表示装置１４０が備える算出方法記憶部（図示せず）に記憶されていてもよい。その場合には、第１補正係数算出部５０２２は、統計量や出力係数γに応じたＬＵＴを算出方法記憶部から選択し、選択したＬＵＴにおいて、階調値に対応した補正係数α又はβを読み出す。
　また、利用者による操作入力に基づいて、第１補正係数算出部５０２２、第２補正係数算出部５０２５は、それぞれＬＵＴを選択し、選択したＬＵＴに係る補正係数α又はβを用いるようにしてもよい。さらに、利用者による操作入力に基づいて、照明装置制御部５０１は、出力係数γを選択してもよい。この場合、第１補正係数算出部５０２２は、選択した出力係数γに基づいて補正係数αを定めてもよいし、第２補正係数算出部５０２５は、選択した出力係数γと第１補正係数算出部５０２２が算出した補正係数αを用いて、上述したように、補正係数βを定めてもよい。

（平均化する領域の調整）
　上述の説明では、第２照明光分布算出部５０２４において、第１階調変換画像信号に含まれる画素毎の信号値を平均化する画素の領域（第２領域）は固定値であることを前提にしていたが、画像解析結果Ｒ１に応じて可変であってもよい。
　上述したように、画像解析部５０３は、第１階調変換部５０２３から入力された第１階調変換画像信号について統計値を算出し、算出した統計値を第２照明光分布算出部５０２４に出力する。

　第２照明光分布算出部５０２４には、第２領域の大きさ（例えば、画素数）を予め複数通り記憶しておく。例えば、第１階調変換画像におけるコントラストが低い場合、高周波成分が少ない場合、輝度ヒストグラムに偏りがある場合等では、第２照明光分布算出部５０２４では、より小さい第２領域を選択する。これにより、高周波数成分までコントラストが強調された出力画像が階調変換によって得られる。例えば、第１階調変換画像におけるコントラストが高い、高周波成分が多い、輝度ヒストグラムに偏りがない等の場合には、第２照明光分布算出部５０２４は、より大きい第２領域を選択する。これにより、高周波数成分におけるコントラストが維持され、強調の度合いが抑制された出力画像が階調変換によって得られる。よって、第１階調変換画像の信号値の分布に応じて出力画像の高周波数成分のコントラストの強調の度合いが調整されて出力画素の視認性を向上させることができる。

　上述では、第１照明光分布算出部５０２１が算出する照明光分布Ｙ１、第２照明光分布算出部５０２４が算出する照明光分布Ｙ２が、それぞれ１通りである場合を例にとって説明したが、本実施形態ではこれには限られない。例えば、第１照明光分布算出部５０２１が算出する照明光分布Ｙ１、第２照明光分布算出部５０２４が算出する照明光分布Ｙ２が、それぞれ複数通り、例えば、２通りであってもよい。第１補正係数算出部５０２２がそれぞれの照明光分布Ｙ１に基づいて算出した補正係数αの全部もしくは一部の平均値を算出し、第１階調変換部５０２３は算出された平均値を用いて階調変換を行ってもよい。第２補正係数算出部５０２５がそれぞれの照明光分布Ｙ２に基づいて算出した補正係数βの全部もしくは一部の平均値を算出し、第２階調変換部５０２６は算出された平均値を用いて階調変換を行ってもよい。

　また、第１照明光分布算出部５０２１が照明光分布Ｙ１を複数通り算出する場合には、その複数通りのうち第１領域が最も小さい領域を第１参照画像領域と呼ぶ。第２照明光分布算出部５０２４は、照明光分布Ｙ２を算出する際に画素毎の信号値を平均化する画素の領域（第２領域）を第１参照画像領域よりも小さくなるように定める。照明光分布Ｙ２を複数通り算出する場合には、その複数通りのうち第２領域が最も大きい領域を第２参照画像領域と呼ぶ。よって、第２参照画像領域は第１参照画像領域よりも小さくなるように定められる。

　第１照明光分布算出部５０２１は、それぞれ大きさが異なる第１領域の全部又は一部を選択することによって、階調変換によって局所的なコントラストが維持される領域の大きさを調整することができる。上述のように、第１照明光分布算出部５０２１は、画像解析部５０３から入力された統計値に基づいて第１領域を選択してもよい。第１領域内では補正係数αがほぼ一定値と近似され、暗部領域における補正係数αは、他の領域における補正係数αよりも大きい値をとることを鑑みると、第１階調変換部５０２３が行う階調変換によって、より小さい領域でコントラストが維持される。そのため、小さい暗部領域であっても視認性が向上する。

　他方、第２照明光分布算出部５０２４は、それぞれ大きさが異なる第２領域の全部又は一部を選択することによって、階調変換によって局所的なコントラストを強調する空間周波数を調整することができる。上述のように、第２照明光分布算出部５０２４は、画像解析部５０３から入力された統計値に基づいて第２領域を選択してもよい。第２領域よりも広い領域では補正係数βが有意に変動するためコントラストが強調されることを鑑みると、第２階調変換部５０２６が行う階調変換によって、より小さい領域内での局所的なコントラストを強調することができる。また、ゼロに近い階調値について補正係数βは、階調変換において階調値を低減するため、階調値がゼロ付近で分布するノイズが過度に強調されない点においても好ましい。

　なお、第１照明光分布算出部５０２１、第２照明光分布算出部５０２４は、それぞれ画像解析部５０３から入力された統計値に基づいて、それぞれ第１領域、第２領域を選択する代わりに、それらの領域の大きさを変更するようにしてもよい。
　また、第１照明光分布算出部５０２１は、入力画像信号Ｓ２の解像度に応じて第１領域の大きさを変更してもよい。ここで、第１照明光分布算出部５０２１は、例えば、入力画像信号Ｓ２の解像度、つまり、表示領域の一辺の画素数と比例するように第１領域の一辺の画素数を定める。同様に、第２照明光分布算出部５０２４は、第１階調変換画像信号の解像度に応じて第２領域の大きさを変更してもよい。ここで、第２照明光分布算出部５０２４は、例えば、その解像度と比例するように第２領域の一辺の画素数を定める。これにより、入力画像の解像度によらずコントラストが維持又は強調される局所領域の大きさが同一となり、画質を向上する効果を同等にすることができる。

（出力係数γの決定方法）
　次に、照明装置制御部５０１における出力係数γの決定方法について説明する。
　上述したように、照明装置制御部５０１は、画像解析部５０３から入力された画像解析結果Ｒ１が示す統計値に基づいて出力係数γを決定する。例えば、照明装置制御部５０１は、入力画像の信号値の平均値が大きいほど、出力係数γをより大きい値に定める。照明装置制御部５０１は、入力画像の信号値の平均値が小さいほど、出力係数γをより小さい値に定める。但し、定められた出力係数γは、０から１の間の実数である。これにより入力画像信号Ｓ２の信号値が大きく、かつ照明装置の光量を基準値よりも小さく設定する場合、階調変換を行っても画像表示部１４１に表示される画像の輝度が低下するという問題を回避することができる。

　また、照明装置制御部５０１は、階調ヒストグラムに基づいて出力係数γを定めてもよい。例えば、高階調領域と低階調領域の画素数が、その中間の領域（中間階調領域）における画素数よりも多い場合、照明装置制御部５０１は、出力係数γを光量の基準値を与える値から予め定めた範囲内の値に定める。これにより、輝度の最大値の低下が抑制されるため高い輝度を与える高階調領域が主である画質の劣化を低減することができる。この場合と信号値の平均値が同一又は近似する場合であっても、照明装置制御部５０１は、中間階調領域における画素数が多いほど、より小さい値に出力係数γの値を定める。照明装置の光量を基準値よりも少なくしても、輝度の最大値を低下させずに局所的なコントラストを強調して階調変換を行うことができる。これにより、視認性を損なわず、消費電力を低減することができる点で好適である。

　以上説明したように、本実施形態は、入力画像の各画素について当該画素を中心とした所定の領域である第１領域における明るさの平均値を算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第１照明光分布を算出し、第１照明光分布と、照明光強度が所定の閾値よりも大きいとき照明光強度に対して単調減少する第１補正係数に基づいて、入力画像の各画素の階調値を変換する。更に、本実施形態は、入力画像を変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした第１領域よりも小さい領域である第２領域における階調値の平均値を算出することで、階調変換後の画像における照明光強度の分布を示す第２照明光分布を算出し、第２照明光分布と、照明光強度に対して単調減少する第２補正係数に基づいて、変換後の画像の階調値を変換する。また、本実施形態は、画像を表示する画像表示部が備える照明部の光量に係る出力係数の減少に伴い、第１補正係数と第２補正係数との積が増加する第１補正係数と第２補正係数を算出する。
　これにより、階調変換において画像信号の局所的なコントラストが強調され、暗部領域の視認性が向上する。また、照明装置の光量を基準値よりも少なくしても、その光量が基準値である場合と同様な視認性が得られ、電力の消費量を低減することができる。

（第６の実施形態）
　次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
　図２４は、本実施形態に係る画像撮像装置１５０の構成を示す概略図である。第５の実施形態の画像表示装置１４０（図１７参照）と同一の構成については、同一の符号を付して説明を援用する。
　画像撮像装置１５０は、画像処理装置５００に加えて、撮像素子１５１、画像表示部１５２、及び画像記憶部１５３を含んで構成される。

　撮像素子１５１は、被写体の画像を撮像し、撮像した画像を示す原画像信号を生成する。撮像素子１５１は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）等の撮像デバイスを含んで構成される。撮像素子１５１は、生成した画像信号についてデモザイク（ｄｅ－ｍｏｓａｉｃ）等の一般的な画像処理を行い、生成した信号を入力画像信号Ｓ２として画像処理装置５００の画像処理部５０２及び画像解析部５０３に出力する。デモザイクとは、原画像信号にはなかった色情報を補完してカラーの画像を示す画像信号を生成する処理である。

　画像表示部１５２には、照明装置制御部５０１から照明装置制御信号Ｃ１が入力され、画像処理部５０２から出力画像信号Ｔ５が入力される。画像表示部１５３は、照明装置制御信号Ｃ１が示す出力係数γに基づいて照明装置の光量を調整し、出力画像信号Ｔ５が示す画像を表示する。

　画像記憶部１５３には、画像処理部５０２から入力された出力画像信号Ｔ５が記憶される。画像記憶部１５３は、例えば、フラッシュメモリやハードディスク等の記憶デバイスを含んで構成される。
　これにより、暗部領域の視認性を向上するとともに、局所的なコントラストを向上した視認性の高い高画質の画像を撮影することが可能な画像撮像装置１５０が実現される。画像撮像装置１５０は、ガンマ補正、色変換、輪郭強調などの一般的な画像処理を、画像処理部５０２が出力した出力画像信号Ｔ５について実行してもよい。

　なお、上述した第１補正係数算出部５０２２と第２補正係数算出部５０２５は、一体化した補正係数算出部として構成されていてもよい。また、第１補正係数算出部５０２２は、第１階調変換部５０２３の一部として含まれていてもよい。また、第２補正係数算出部５０２５は、第２階調変換部５０２６の一部として含まれていてもよい。
　以上に説明したように、本実施形態によれば、上記第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第７の実施形態）
　次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
　本実施形態に係る画像表示装置（図示せず）の概略構成は、画像表示装置１４０（図１７参照）と同様である。但し、本実施形態に係る画像表示部１４１（図１７参照）は、照明装置として複数の光源を備える。この画像表示部１４１は、画像を表示する表示面が分割された複数の領域毎に、それぞれの光源が放射する光量を独立に制御することができる。

　図２５は、本実施形態に係る照明装置の光源の配置例を示す図である。
　図２５において、横長の長方形の外枠は、照明装置の外枠を示す。
　外枠の内部における二次元平面内に配列されている円は、それぞれ光源を示す。外枠の左上端の光源２５００は、照明装置が備える複数の光源のうちの１つである。
　なお、本実施形態では、光量を独立に制御できる単位は、１個の光源毎であってもよいし、予め定めた数の複数の光源毎であってもよい。また、複数の光源は、照明装置の上下左右における端の全部又は一部における一次元の線分上に配置されていてもよい。

　図２６は、本実施形態に係る画像表示部１４１の画素の配置例を示す図である。
　図２６において、横長の長方形の外枠は、画像表示部１４１における画像表示面の外枠を示す。外枠の内部における二次元平面内に配列されている細かい四角形は、それぞれ画素を示す。図２６の左上端において塗りつぶされた領域２６００は、光量を独立に制御可能な光源２５００に対応する領域である。つまり、領域２６００は、主に光源２５００から光が供給される領域である。領域２６００が表示する画像の明るさは、主に光源２５００の光量によって制御される。

　そこで、本実施形態では、照明装置制御部５０１（図１７参照）が、光量制御領域毎に光量を決定する。光量制御領域とは、光量を独立に制御できる光源の各単位に対応した領域を指す。つまり、光量制御領域は、画像を表示する表示領域を複数に分割した部分領域のそれぞれに相当する。照明装置制御部５０１は、例えば、画像処理装置５００に入力された入力画像信号Ｓ２に基づいて光量制御領域毎に照明光分布を算出する。照明装置制御部５０１は、それぞれの光量制御領域に属する信号値を平均化して得られる階調値を照明光分布として算出する。照明装置制御部５０１は、算出した照明光分布が大きいほど、大きい出力係数γを定める。照明装置制御部５０１は、例えば、算出した照明光分布が予め定めた値よりも大きい場合、その光量制御領域に係る光源の光量が基準値よりも多くなるように出力係数γを定める。照明装置制御部５０１は、算出した照明光分布が予め定めた値よりも小さい場合、その光量制御領域に係る光源の光量が基準値よりも少なくなるように出力係数γを定める。
　但し、基準値が予め定めた最大値であって、算出した照明光分布が予め定めた値よりも大きい場合には、照明装置制御部５０１は、その光量制御領域に係る光源の光量が基準値となるように出力係数γを定める。

　つまり、画像処理部５０２（図２３参照）において、第１補正係数算出部５０２２は入力画像信号Ｓ２の照明光分布Ｙ１と光量制御領域毎に定められた補正係数γに基づいて補正係数αを算出し、第１階調変換部５０２３は、補正係数αを用いて入力画像信号Ｓ２を階調変換する。また、第２補正係数算出部５０２５は第一階調変換信号の照明光分布Ｙ２と光量制御領域毎に定められた補正係数γに基づいて補正係数βを算出し、第２階調変換部５０２６は、補正係数βを用いて第１階調変換信号を階調変換する。

　照明装置制御部５０１が算出した照明光分布が小さい光量制御領域では、照明装置の光量が基準値より小さくなるが、画像処理部５０２は、その領域について、上述のように階調変換を行うことにより、局所的なコントラストが強調され視認性が良好な画像が画像表示部１５２に表示される。

（消費電力について）
　次に、本実施形態に係る画像表示装置１４０の消費電力について説明する。
　本実施形態では、複数の光量制御領域毎に照明装置が備える光源の光量を独立に制御し、併せて画像処理部５０２における階調処理を行う。視認性を損なうことなく光源の全ての光量を一様に制御する場合よりも消費電力を削減することができる。本実施形態では、照明光分布の階調値が低い光量制御領域に係る光源の光量を低減できるためである。

　一般に、入力画像信号Ｓ２の信号値が大きいと、光源の光量を少なくし過ぎると階調変換を行っても、期待される輝度よりも輝度が低くなる。そのため、光源の光量を極端に減少させると視認性を損なうおそれがある。光源の全ての光量を一様に制御する場合には、全ての光源について光量を極端に減少させることができず、消費電力の削減量が限られる。
　これに対し、本実施形態では、照明光分布の階調値が高い光量制御領域（明部領域）では光量の低下が抑制され、照明光分布の階調値が低い光量制御領域（暗部領域）では光量を十分に低下させる。これによって、明部領域では輝度が高い状態に維持されるのに対し、暗部領域に対応する光源の光量がより大きく低減される。

　なお、照明装置制御部５０１は、光量制御領域内のコントラストに基づいて出力係数γを定めるようにしてもよい。出力係数γは、上述したように光源の光量を制御するパラメータである。ここで、照明装置制御部５０１は、光量制御領域毎に入力画像信号Ｓ２の階調値に基づいて局所的なコントラストの度合いを示す指標値を算出する。この指標値として、例えば、階調値の最大値と最小値との差分、階調値の分散、等がある。照明装置制御部５０１は、算出した指標値が示す局所的なコントラストが強いほど、より光源の光量を少なくする出力係数γを定める。照明光分布の階調値が同じ値であっても、局所的なコントラストが強い光量制御領域の方が、局所的なコントラストが弱い光量制御領域よりも光源の光量が少なくなる。そのため、光量制御領域毎に出力画像の視認性を維持しながら光源の光量を少なくして消費電力を低減することができる。

　一般には、階調値が大きいほど、又は光源の光量が多いほど輝度が高くなる。ここで、出力画素の輝度の一例を示す。
　図２７は、出力画像の輝度の一例を示す概念図である。
　図２７において、横軸は階調値を示し、縦軸は輝度を示す。図２７において、曲線２７００は、光量が基準値である場合の輝度を示す曲線である。この曲線２７００が示す輝度が期待される輝度を示している。曲線２７０１は、光量が基準値の１／４である場合の輝度を示す曲線である。ここで、階調値Ｘ１は、光量が基準値である場合に輝度の値としてＭＡＸ／４が得られる階調値である。ＭＡＸは、光量が基準値であって、階調値がその最大値ＸＭＡＸである場合に得られる輝度の値である。光量が基準値の１／４であって、階調値がその最大値ＸＭＡＸの場合にも輝度の値としてＭＡＸ／４が得られる。つまり、図２７は、光量を基準値の１／４に減少させても、Ｘ１の階調値を最大値ＸＭＡＸに階調変換することで期待される輝度の値としてＭＡＸ／４が得られることを示す。

　しかし、上述のように局所的なコントラストが強い領域、特に階調値が周辺画素の階調値よりも有意に高い画素は、人間の視覚特性上、明るく知覚される。ここで、出力画像信号Ｔ５の階調値の一例を示す。
　図２８は、出力画像信号Ｔ５の階調値の一例を示す概念図である。
　図２８は、横軸に画素の位置、縦軸に階調値を示す。原点は、画像表示部１４１の画像表示面上の１点、例えば、左上端である。図２８の中央部には、他の階調値よりも著しく大きい階調値が示されている。これに対し、他の階調値は、最大値ＸＭＡＸよりも０に近い小さい値をとる。つまり、図２８が示す階調値の分布は、暗部領域に他の階調値よりも著しく大きい階調値を有する画素が含まれていることを示す。このような場合には、光源の光量を少なくすると、この大きい階調値を有する画素は、期待される輝度よりも低い輝度で表示される。しかし、この階調値は周辺の階調値との差、つまり局所的なコントラストが大きい。そのため、この大きい階調値を有する画素は人間の視覚上明るく知覚される。

　このように、本実施形態によれば、出力係数として、画像を表示する表示領域を分割した複数の部分領域のそれぞれについて算出した出力係数に基づいて第１補正係数と第２補正係数を算出する。即ち、光量を独立に制御できる複数の光源にそれぞれ対応した領域毎に、画像信号に基づいて照明光分布を算出し、算出した照明光分布に基づいて光量を制御する。また、算出した照明光分布に基づいて階調変換を行う。これにより、出力画像の局所的コントラストを強調し、光源の光量を基準値よりも少なくしても暗部領域の視認性を向上させることができる。また、光源の光量を少なくすることで消費電力をさらに低減することができる。

（第８の実施形態）
　次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
　本実施形態に係る画像表示装置１６０の構成について説明する。
　図２９は、本実施形態に係る画像表示装置１６０の構成を示す概略図である。
　画像表示装置１６０は、画像処理装置６００及び画像表示部１６１を含んで構成される。画像処理装置６００は、照明装置制御部６０１、画像処理部６０２、画像補正部６０３及び画像解析部６０４を含んで構成される。

　画像処理部６０２及び画像解析部６０４は、それぞれ、画像処理部５０２及び画像解析部５０３（図１７参照）と同様の構成を備える。照明装置制御部６０１は、第７の実施形態に係る照明装置制御部５０１と同様に、画像解析部６０４から入力された画像解析結果Ｒ２が示す統計量に基づいて照明装置が備える複数の光源の光量を定める。照明装置制御部６０１は、その複数の光源について独立に制御可能な光源毎に定めた光量を得るための出力係数γを定める。照明装置制御部６０１は、出力係数γを示す照明装置制御信号Ｃ２を画像処理部６０２、画像表示部１６１及び画像補正部６０３に出力する。
　以下では、主に上述の実施形態との差異点について説明する。

　画像補正部６０３は、画像処理部６０２から入力された出力画像信号について照明装置制御部６０１から入力された照明装置制御信号Ｃ２に基づいて補正処理を行う。画像補正部６０３が行う補正処理は、画像処理部６０２から出力画像信号が直接入力されたときに画像表示部１６１が表示する出力画像の輝度のむらを低減する処理である。「輝度のむら」とは、光量制御領域に対応した光源と画素との位置関係に起因する輝度の変化であって、画素毎の階調値だけでは説明できないものを指す。「輝度のむら」の例や、「輝度のむら」を低減する処理については後述する。画像補正部６０３は、補正処理で補正した出力画像信号Ｔ６を画像表示部１６１に出力する。

（出力画像信号の輝度の例）
　ここで、画像処理部６０２から入力された出力画像信号の階調値の例について説明する。
　図３０は、出力画像信号の階調値の他の例を示す概念図である。
　図３０は、横軸に画素の位置、縦軸に階調値を示す。横軸の真下に示されている２本の両矢印は、それぞれ光量制御領域３０００、３００１を示す。光量制御領域３０００、３００１は、互いに隣接して配置されている。つまり、横軸に示されている画素は、それぞれ、光量制御領域３０００、３００１のいずれかに属する画素である。
　図３０に示す例では、光量制御領域３０００に属する画素の階調値は、それぞれ最大値ＸＭＡＸよりもゼロに近い値である。これに対し、光量制御領域３００１に属する画素の階調値は、それぞれゼロよりも最大値ＸＭＡＸに近い値である。光量制御領域３０００と３００１との間では、階調値に顕著な差がある。

　次に、照明装置の輝度の例について説明する。
　図３１は、照明装置の輝度の例を示す概念図である。
　図３１は、横軸に画素の位置、縦軸に照明装置の輝度を示す。横軸の真下に示されている２本の両矢印は、それぞれ上述の光量制御領域３０００、３００１を示す。
　この例が示す輝度は、光量制御領域３０００に係る光源よりも光量制御領域３００１に係る光源の光量が多い場合に得られた照明装置の輝度分布である。図３１に示す輝度は、光量制御領域３０００、３００１間で光量が異なり、光量制御領域３０００と３００１の境界において緩やかに変化する。この変化は、図３０に示す階調値の変化よりも緩やかである。つまり、境界付近の照明装置の輝度は、隣接する複数の光量制御領域に係る光源が放射する光の影響を受け、この光量制御領域の境界付近における輝度の緩やかな変化を生じる。この輝度の変化が「輝度のむら」である。

　次に、出力画像の輝度の他の例について説明する。
　図３２は、出力画像の輝度の他の例を示す概念図である。
　図３２において、縦軸は出力画像の輝度、横軸は画素の位置、横軸の真下に示されている矢印はそれぞれ光量制御領域３０００、３００１を示しており、横軸と横軸の真下に示す矢印は図３０、３１におけるものと同様である。この例では、各光源の光量は図３１に示す例と同様であり、出力画像信号は図３０に示す例と同様である。
　図３２が示す輝度は、光量制御領域３０００、３００１間の境界において、値の変化の度合いが最も著しい。しかし、この値の変化は、図３０に示す階調値の変化よりも緩やかになる。この緩やかな輝度の変化が、「輝度のむら」として生じる。

　そこで、画像補正部６０３は、例えば、光量制御領域の境界を跨ぐ階調値の差分を強調するように補正処理を行う。これにより、隣接する光量制御領域に係る光源が放射する光が与える影響が低減する。そのため、光量制御領域間での光量の差分に起因する「輝度のむら」が低減する。

　次に、補正された出力画像信号Ｔ６の階調値の一例について説明する。
　図３３は、補正された出力画像信号Ｔ６の階調値の一例を示す概念図である。
　図３３において、縦軸、横軸、横軸の真下に示されている矢印は、それぞれ図３０におけるものと同様である。
　図３３が示す階調値は、図３０が示す階調値を有する出力画像信号について補正処理を行って生成された信号の階調値である。図３３において、光量制御領域３０００に属す画素の階調値は、光量制御領域３００１との境界に近いほど減少する。これに対して、光量制御領域３００１に属す画素の階調値は、光量制御領域３０００との境界に近いほど増加する。その結果、光量制御領域３０００、３００１間の境界を跨ぐ階調値の差分が強調されている。ここで、この境界を跨ぐ階調値の平均値は、補正処理の前後で、ほとんど変化しない。

　次に、補正された出力画像に係る輝度の一例について説明する。
　図３４は、補正された出力画像の輝度の一例を示す概念図である。
　図３４において、縦軸、横軸、横軸の真下に示されている矢印は、それぞれ図３１におけるものと同様である。
　図３４が示す輝度は、図３３が示す出力画像信号Ｔ６に係る出力画像の輝度である。図３４では、光量制御領域３０００、３００１間の境界において、輝度の変化が図３０における階調値の変化と同様に急峻である。即ち、図３４は、光量制御領域３０００、３００１間の境界において階調値の変化を強調するように補正処理を行うことで、図３２が示す「輝度のむら」を低減、ひいては解消できることを示す。例えば、画像補正部６０３には、予め図３１に示す画素毎の輝度を階調値に換算した補正係数を記憶しておき、画素毎の階調値に記憶しておいた補正係数で除算することで補正処理を実現することができる。また、画像補正部６０３には、予め図３３に示す画素毎の階調値を正規化した補正係数を記憶しておき、画素毎の階調値に記憶しておいた補正係数を乗算することでも補正処理を実現することができる。

　本実施形態では、ある光量制御領域に係る光源（光源の位置）について画素（画素の位置）毎の輝度の関係を示す輝度情報を予め取得しておいてもよい。画像補正部６０３は、この輝度情報が示す「輝度のむら」を低減するように出力画像信号について補正処理を行う。画像補正部６０３は、補正処理において、例えば、予め記憶させておいたＬＵＴを参照して、出力画像信号に含まれる画素毎の階調値について階調変換を行う。後述するように、１つの光量制御領域においても画素の位置によって、光源から到達する光の強度が異なるため輝度の差異が生じる。画素の位置の違いによる輝度の差異も輝度のむらの一態様である。つまり、階調変換において、輝度の差異を補償する補正係数を予め画素毎に取得しておき、画像補正部６０３は、階調変換において取得した補正係数を階調値に乗算する。

　ここで、本実施形態に係る光源と画素の配置の一例を示す。
　図３５は、本実施形態に係る光源と画素の配置の一例を示す概念図である。
　図３５（ａ）は、光源３５００と、光源３５００に対応する光量制御領域３５０１を示す。光量制御領域３５０１を示す四角形に含まれる複数の細かい四角形は、それぞれ画素を示す。光源３５００は、光量制御領域３５０１のほぼ中央に配置されている。
　図３５（ｂ）は、画素毎の輝度の一例を示す。図３５（ｂ）において、横軸は画素の位置、縦軸は輝度を示す。図３５（ｂ）が示す輝度は、図３５（ａ）の線分３５０２を通過する画素毎の輝度である。図３５（ｂ）における各画素の水平方向の位置は、図３５（ａ）における各画素の水平方向の位置と対応付けられている。図３５（ｂ）において、光源３５００の中央において輝度が最も高く、これに近接する画素では輝度の変化は、なだらかである。これに対して、光量制御領域３５０１の端部に近接する画素では、輝度の変化が著しくなりゼロに近似する。

　そこで、画像補正部６０３は、光量制御領域全体にわたり一定の階調値、一定の光量（出力係数γ、例えば１）のもとで輝度が画素（位置）によらず一定（平坦）となる階調値を与える画素毎の補正係数をＬＵＴとして予め記憶させておく。画像補正部６０３には、記憶させておいたＬＵＴから画素毎の補正係数を読み出し、出力画像信号に含まれる画素毎に階調値と読み出した補正係数を乗算することによって階調変換を行う。さらに、画像補正部６０３は、変換された階調値にさらに出力係数γを乗算する。
　上述では補正係数を乗算する場合を例にとって説明したが、画像補正部６０３には、上述の補正係数の代わりに、その逆数を記憶させてもよい。その場合には、画像補正部６０３には、階調変換において階調値に記憶させておいた逆数を除算する。

　なお、上述したように、特に光量制御領域の境界付近の画素では、その画素が属する光量制御領域に係る光の他、異なる光量制御領域に係る光源が放射する光が照射される。そこで、画像補正部６０３は、異なる光量制御領域に係る光源による輝度の成分をもたらす階調値を合成して合成値を算出し、算出した合成値が目標輝度を与えるように階調変換を行うようにしてもよい。これにより、異なる光量制御領域に係る光源に起因する「輝度のむら」の影響が低減される。

　ここで、本実施形態に係る光源と画素の配置のその他の例について説明する。
　図３６は、本実施形態に係る光源と画素の配置のその他の例を示す概念図である。
　図３６において、４つの円は、それぞれ光源３６００、３６０２、３６０４、３６０６を示す。４つの円をそれぞれ中心に含む四角形の領域は、光源３６００、３６０２、３６０４、３６０６にそれぞれ対応する光量制御領域３６０１、３６０３、３６０５、３６０７である。ここで、光量制御領域３６０１の右下端において斜線で塗りつぶされた小さい四角形の領域に係る画素３６０８に注目する。
　画素３６０８には、その画素が属する光量制御領域３６０１に係る光源３６００の他、光源３６０２、３６０４、３６０６が放射する光が照射される。

　画像補正部６０３は、注目する光量制御領域から予め定めた範囲の他の光量制御領域（例えば、隣接光量制御領域）のそれぞれに係る光源による輝度を予め計測しておく。計測は、予め一定の階調値、光量（出力係数γ、例えば１）のもとで、その注目する光量制御領域における画素（注目画素）毎に行う。計測された輝度（輝度の成分）は、注目画素における輝度に対して、他の光量制御領域のそれぞれに係る光源が放射する光が与える影響の度合いを示す。画像補正部６０３には、所定の光量のもとで計測した輝度を階調値に換算して得られる合成係数（補正係数）を、各画素及び他の光量制御領域の光源毎にＬＵＴとして予め記憶させておく。また、画像補正部６０３は、合成値と目標輝度を与える階調値（目標階調値）とを対応付けて予めＬＵＴに記憶させておく。合成値は、所定の光量のもとで他の光量制御領域から到達する光による輝度を階調値に換算した値である。

　画像補正部６０３は、記憶させておいたＬＵＴから注目する光量制御領域における画素毎、他の光量制御領域の光源毎に合成係数を読み出す。画像補正部６０３は、読み出した合成係数と出力係数γを乗算して、他の光量制御領域の光源毎の輝度の成分を算出する。画像補正部６０３は、算出した輝度の成分を他の光量制御領域にわたり加算し、その総和である合成値を算出する。画像補正部６０３は、算出した合成値に対応する目標階調値をＬＵＴから読み出すことで階調変換を行う。
　これにより、他の光量制御領域の光源毎の輝度の影響が目標輝度に補正されるため、光量制御領域の境界付近に生じがちな「輝度のむら」が低減する。

　なお、出力画像の「輝度のむら」は、照明装置の光量を一様に制御する画像表示装置１４０（図１７参照）でも起こりうる。この「輝度のむら」は、例えば、光源の入出力特性の個体差や、光量制御領域と対応する光源との位置関係、に起因する。そこで、画像表示装置１４０において上述の画像補正部６０３を備え、画像処理部５０２が生成する出力画像信号について上述の補正処理を行った出力画像信号を画像表示部１４１に出力してもよい。
これにより、「輝度のむら」を低減することができる。

　本実施形態では、画像補正部６０３において入力画像信号Ｓ２について上述の補正処理を行い、補正処理を行った入力画像信号を画像処理部６０２に出力してもよい。画像処理部６０２は、生成した出力画像信号を画像表示部１６１に出力する。但し、補正処理を行った入力画像信号に基づいて照明光分布が算出されるため、もとの入力画像信号Ｓ２とは異なり、注目画素とは別の画素の階調値の影響を受ける。そのため、画像処理部６０２は、上述のように、もとの入力画像信号Ｓ２の階調値のみに基づいて、処理を行うことが好適である。

　このように、本実施形態では、部分領域（光量制御領域）に対応した光源毎の輝度と階調値の関係を示す補正係数を予め画素毎に記憶しておき、補正係数に基づいて階調変換した階調値を補正する。これにより、部分領域に対応した光源と画素との位置関係に起因する輝度の変化（輝度のむら）を低減して視認性に優れた出力画像を表示することができる。

　なお、上述した実施形態における画像処理装置１００、２００、３００、４００、５００、６００、画像表示装置１１０、１４０、１６０、画像撮像装置１２０、１５０、及び画像印刷装置１３０の一部または全部をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、画像処理装置、画像表示装置、画像撮像装置、又は画像印刷装置に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

　プログラムにより上記第１～第８の実施形態を実現する場合、入力される画像によって照明光分布を算出するときの参照画素領域を可変にすると、処理量を削減することができるため好適である。同一シーンを同一画角である被写体を撮影した場合、高解像度な画像で撮影されていれば被写体の画素数は多くなり、低解像度な画像で撮影されていれば被写体の画素数は少なくなる。一方、被写体が画像に占める面積は解像度によらず同じような値となる。つまり、画像の解像度によって参照画素領域を可変にすると、画像に占める面積に応じて照明光分布を算出することができ、これには入力画像の解像度によらず、コントラストを維持、強調する局所領域を同一にし、同様な画質向上効果が得られるようになるという効果がある。

　また、上述した実施形態における画像処理装置１００、２００、３００、４００、５００、６００、画像表示装置１１０、１４０、１６０、画像撮像装置１２０、１５０、及び画像印刷装置１３０の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現しても良い。画像処理装置、画像表示装置、画像撮像装置、及び画像印刷装置の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。

　以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

　本発明は、液晶テレビ、携帯電話、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、タブレット型パーソナルコンピュータ、プリンタなどに適用できる。

　１００、２００、３００、４００、５００、６００　　画像処理装置
　１０１、２０１、３０１、４０１、５０２１　　第１照明光分布算出部
　１０２、２０２、３０２、４０２、５０２２　　第１補正係数算出部
　１０３、２０３、３０３、４０３、５０２３　　第１階調変換部
　１０４、２０４、３０４、４０４、５０２４　　第２照明光分布算出部
　１０５、２０５、３０５、４０５、５０２５　　第２補正係数算出部
　１０６、２０６、３０６、４０６、５０２６　　第２階調変換部
　１１０、１４０、１６０　　画像表示装置
　１１１　　画像表示部
　１２０、１５０　　画像撮像装置
　１２１、１５１　　撮像素子
　１２２、１５３　　画像記憶部
　１３０　　画像印刷装置
　１３１　　画像印刷部
　１４１、１５２、１６１　　画像表示部
　１５４　　画像補正部
　３０７　　画像解析部
　３０８　　算出方法記憶部
　３０９　　算出方法選択部
　４０７　　入力部
　４０８　　算出方法記憶部
　４０９　　算出方法選択部
　５０１、６０１　　照明装置制御部
　５０２、６０２　　画像処理部
　５０３、６０４　　画像解析部

Claims

　入力画像の各画素について、当該画素を中心とした所定の領域である第１領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第１照明光分布を算出する第１照明光分布算出部と、
　前記入力画像の各画素について、前記第１照明光分布に基づいて、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少する係数である第１補正係数を算出する第１補正係数算出部と、
　前記第１補正係数に応じて、前記入力画像の各画素の階調値を変換することで、前記入力画像の階調変換を行う第１階調変換部と、
　前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第１領域より小さい領域である第２領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第２照明光分布を算出する第２照明光分布算出部と、
　前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素について、前記第２照明光分布に基づいて、照明光強度に対して単調増加する係数である第２補正係数を算出する第２補正係数算出部と、
　前記第２補正係数に応じて、前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素の階調値を変換することで、前記第１階調変換部が階調変換した画像の階調変換を行う第２階調変換部と、
　を備える画像処理装置。
　前記第１補正係数算出部は、前記入力画像の各画素について、前記第１照明光分布に基づいて、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少し、照明光強度が所定の閾値未満であるときに照明光強度に対して単調増加する係数である第１補正係数を算出する請求項１に記載の画像処理装置。
　前記第１補正係数算出部および前記第２補正係数算出部は、出力画像の階調の平均値が前記入力画像の階調の平均値よりも大きくなるように前記第１補正係数および前記第２補正係数をそれぞれ算出する請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
　前記第１照明光分布算出部は、入力画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第２領域より大きい領域である複数の第１領域における明るさを算出することで、複数の前記第１照明光分布を算出し、
　前記第１補正係数算出部は、前記入力画像の各画素について、複数の前記第１照明光分布に基づいて前記第１補正係数を算出し、
　前記第２照明光分布算出部は、前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第１領域より小さい領域である複数の第２領域における明るさを算出することで、複数の前記第２照明光分布を算出し、
　前記第２補正係数算出部は、前記第１階調変換部が階調変換した画像の各画素について、複数の前記第２照明光分布に基づいて前記第２補正係数を算出する請求項１から請求項３の何れか１項に記載の画像処理装置。
　前記第１補正係数算出部は、照明光強度が最大の画素についての前記第１補正係数が１となるように前記第１補正係数を算出し、
　前記第２補正係数算出部は、照明光強度が最大の画素についての前記第２補正係数が１となるように前記第２補正係数を算出する請求項１から請求項３の何れか１項に記載の画像処理装置。
　複数の前記第１補正係数の算出方法と、複数の前記第２補正係数の算出方法とを記憶する算出方法記憶部と、
　前記算出方法記憶部が記憶する算出方法の中から、前記第１補正係数の算出方法と前記第２補正係数の算出方法とをそれぞれ１つ選択する算出方法選択部と、
　をさらに備え、
　前記第１補正係数算出部は、前記算出方法選択部が選択した前記第１補正係数の算出方法を用いて前記第１補正係数を算出し、
　前記第２補正係数算出部は、前記算出方法選択部が選択した前記第２補正係数の算出方法を用いて前記第２補正係数を算出する請求項１から請求項５の何れか１項に記載の画像処理装置。
　前記算出方法選択部は、利用者の指示に従って、前記算出方法記憶部が記憶する算出方法の中から前記第１補正係数の算出方法と前記第２補正係数の算出方法とをそれぞれ１つ選択する請求項６に記載の画像処理装置。
　前記入力画像または前記第１階調変換部が階調変換した画像を解析する画像解析部をさらに備え、
　前記算出方法選択部は、前記画像解析部の解析結果に従って、前記算出方法記憶部が記憶する算出方法の中から前記第１補正係数の算出方法と前記第２補正係数の算出方法とをそれぞれ１つ選択する請求項６に記載の画像処理装置。
　請求項１に記載の画像処理装置と、
　前記第２階調変換部が階調変換した画像を表示する画像表示部と、
　を備える画像表示装置。
　前記第１補正係数算出部および前記第２補正係数算出部は、前記画像表示部の明るさに応じて、前記第１補正係数および前記第２補正係数をそれぞれ算出する請求項９に記載の画像表示装置。
　前記画像表示部は、光を放出する照明部を備え、
　前記第１補正係数算出部および前記第２補正係数算出部は、前記照明部が放出する光の光量について、前記照明部が放出可能な光の最大光量に対する前記光量の比率である出力係数の減少に伴って、前記第１補正係数と前記第２補正係数との積が増加する前記第１補正係数および前記第２補正係数をそれぞれ算出する請求項９に記載の画像表示装置。
　請求項１に記載の画像処理装置と、
　前記入力画像を撮像する撮像素子と、
　を備える画像撮像装置。
　請求項１に記載の画像処理装置と、
　前記第２階調変換部が階調変換した画像を印刷する画像印刷部と、
　を備える画像印刷装置。
　入力画像の各画素について、当該画素を中心とした所定の領域である第１領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第１照明光分布を算出する工程と、
　前記入力画像の各画素について、前記第１照明光分布に基づいて、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少する係数である第１補正係数を算出する工程と、
　前記第１補正係数に応じて、前記入力画像の各画素の階調値を変換することで、前記入力画像の階調変換を行う工程と、
　前記階調変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第１領域より小さい領域である第２領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第２照明光分布を算出する工程と、
　前記階調変換した画像の各画素について、前記第２照明光分布に基づいて、照明光強度に対して単調増加する係数である第２補正係数を算出する工程と、
　前記第２補正係数に応じて、前記階調変換した画像の各画素の階調値を変換することで、前記階調変換した画像の階調変換を行う工程と、
　を含む階調変換方法。
　入力画像の各画素について、当該画素を中心とした所定の領域である第１領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第１照明光分布を算出する工程と、
　前記入力画像の各画素について、前記第１照明光分布に基づいて、照明光強度が所定の閾値以上であるときに照明光強度に対して単調減少する係数である第１補正係数を算出する工程と、
　前記第１補正係数に応じて、前記入力画像の各画素の階調値を変換することで、前記入力画像の階調変換を行う工程と、
　前記階調変換した画像の各画素について、当該画素を中心とした前記第１領域より小さい領域である第２領域における明るさを算出することで、前記入力画像における照明光強度の分布を示す第２照明光分布を算出する工程と、
　前記階調変換した画像の各画素について、前記第２照明光分布に基づいて、照明光強度に対して単調増加する係数である第２補正係数を算出する工程と、
　前記第２補正係数に応じて、前記階調変換した画像の各画素の階調値を変換することで、前記階調変換した画像の階調変換を行う工程と、
　をコンピュータに実行させるためのプログラム。