JP2005236588A - 画像データ変換装置及びカメラ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 変換前の画像データの輝度ヒストグラムが0.1%である輝度を最低変換輝度a1とし、前記輝度ヒストグラムが50%である輝度を中間変換輝度a2とし、前記輝度ヒストグラムが99.9%である輝度を最高変換輝度a3とする変換輝度設定手段と、中間変換輝度a2の相対位置A(A=(a2−a1)/(a3−a1))に基づき、中間変換輝度a2の画素データが、変換後の画像データにおけるダイナミックレンジの中央側に位置するよう、変換特性を決定する変換特性決定手段と、前記変換特性に従い、変換前の画像データにおける最低変換輝度a1から最高変換輝度a3のデータを、目標の狭いダイナミックレンジの画像データに変換する画像データ変換手段とを備える構成とする。
【選択図】 図1
Description
まず、規模の大きいハードウェアが必要になるため、コスト増や装置の大型化の問題がある。
また、一枚一枚の元画像を解析した後に、同じ画像にフィードバックをかけなければならない制約条件があるため、元画像のデータ(640×480)のすべてを使っているわけではなく、半分のデータ(640×240)だけを取り込み、残りの半分を取り込まない間に処理をして、出力する方法を取っている。従って、縦方向の解像度が1/2になるとともに、画像出力が約一フレーム分遅れる問題がある。
変換前の画像データの輝度ヒストグラムがゼロ%近傍の規定値h1である輝度を最低変換輝度a1とし、前記輝度ヒストグラムが50%又はその近傍の規定値h2である輝度を中間変換輝度a2とし、前記輝度ヒストグラムが100%近傍の規定値h3である輝度を最高変換輝度a3とする変換輝度設定手段と、
前記中間変換輝度a2の相対位置A(A=(a2−a1)/(a3−a1))に基づいて、前記中間変換輝度a2の画素データが、変換後の画像データにおける前記ダイナミックレンジの中央側に位置するように、変換特性を決定する変換特性決定手段と、
前記変換特性に従って、変換前の画像データにおける最低変換輝度a1から最高変換輝度a3のデータを、目標の狭い前記ダイナミックレンジの画像データに変換し、変換後の画像データとして出力する画像データ変換手段とを備えたものである。
また本変換装置は、非特許文献2の技術のように画像にフィードバックをかけるものではないので、それによる解像度の低下や画像出力の遅れが無いという特長がある。
また本変換装置は、上述したように、画像の輝度分布によって最適な変換特性を選ぶ方式であるため、ディスプレイ表示等のための従来の一般的な画像データ変換方式と異なり、コントラストが落ちてしまう現象が防止される効果もある。なお、ディスプレイ表示等のための従来の一般的な画像データ変換方式は、一定の変換特性カーブ(例えば、sRGBと呼ばれるもの)で変換する方式であるため、ダイナミックレンジが広い画像に対して、変換後の画像(ディスプレイに表示する画像)のコントラストが落ちてしまう問題があった。
この態様であると、許容最低輝度を下回る無用な黒領域部分が変換の対象になることを避けることができる。
この態様であると、最低変換輝度a1を補正した結果、前記最低変換輝度a1が前記中間変換輝度a2を超えて、本装置が機能しなくなる不具合を回避できる。
この態様であると、変換輝度幅が過度に狭くなることが防止される。
このカメラ装置であると、上記イメージセンサにより、白つぶれや黒つぶれのない画像データが1回の撮影で瞬時に得られ、ダイナミックレンジ拡大のために露光条件を変えて複数回撮影するといった応答性が低下する特殊な動作は不要である。そして、本願の画像データ変換装置により、前述したように、この画像データのうちの有効な部分のみが、明るさの偏りを補正されコントラストも保持された狭いダイナミックレンジ(低階調)の画像データに変換される。
したがって、明るさの範囲が非常に広く、対象物が高速で変化する情景も、逐次瞬時に撮像して、対象物をエッジ検出などの画像処理によって識別するために十分な情報量を有する画像データであって、しかも扱い易い低階調で明るさの偏りを補正されてコントラストも保持された良好な画像データを、応答性高く出力することができる。
なお、本発明におけるイメージセンサは、広ダイナミックレンジのものであれば、構成や方式を限定されるものではなく、例えばCMOS型(蓄積型、バランス型、対数変換型)イメージセンサであってもよいし、CCD型イメージセンサ等であってもよい。
図1(a)は、本例の監視システム(画像データ変換装置及びカメラ装置を含むシステム)の全体構成を示す図である。図1(b)は、変換前の画像データ例を示す図であり、図1(c)は、画像データの変換処理を説明する図である。図2(a)は、変換特性例を示す図であり、図2(b)は、変換後の画像データ例を示す図である。また図3(a)は、変換輝度幅確保のための最低変換輝度a1の補正を説明する図であり、図3(b)は、最低変換輝度a1を許容最低輝度MIN以上にし、かつ変換輝度幅Wを確保するための最低変換輝度a1や最高変換輝度a3の補正を説明する図である。また図4は、画像データ変換装置の処理内容を説明するフローチャートである。
NTSC変換装置2は、モニタ3での画像表示のために、画像データ変換装置5から出力された画像信号の形態を、所定のテレビ映像信号方式(NTSC方式)の形態に変換してモニタ3に出力する周知の装置である。
画像データ変換装置5のDSPは、カメラ本体4から1フレーム分の画像データが入力されると、この画像データの輝度ヒストグラム(例えば、図1(b)に示す)から、最低変換輝度a1、中間変換輝度a2、及び最高変換輝度a3を決定するよう、動作プログラムが設定され(後述するステップS1参照)、本発明の変換輝度設定手段を実現する。具体的には、輝度ヒストグラムが規定値h1(=0.1%)である輝度を最低変換輝度a1とし、輝度ヒストグラムが規定値h2(=50%)である輝度を中間変換輝度a2とし、輝度ヒストグラムが規定値h3(=99.9%)である輝度を最高変換輝度a3とする。
なお、変換前の画像データにおける最低変換輝度a1から最高変換輝度a3までの範囲の画像データのみが、変換の対象である変換輝度幅となる。
ここで、変換特性は、変換前の画像データにおける使用範囲のデータの輝度信号を、目標の狭いダイナミックレンジ(256階調)の輝度信号を持つ画像データに変換するための特性であり、例えば図1(c)に示すような投影線として表すことができ、例えば図2(a)に示すように相対位置Aに対応して複数設定されている。
そして、画像データ変換装置5のDSPは、上述したように変換特性を決定すると、この変換特性に従って、変換前の画像データにおける最低変換輝度a1から最高変換輝度a3のデータを、目標の狭いダイナミックレンジの画像データに変換し、変換後の画像データとして出力し、本発明の画像データ変換手段を実現する(後述するステップS10,S11参照)。
画像データ変換装置5は、カメラ本体4から1フレーム分の画像データが入力されると、図4の処理を開始し、まずステップS1において、入力された画像データの輝度ヒストグラムから、前述の最低変換輝度a1、中間変換輝度a2、及び最高変換輝度a3を決定する。
次いでステップS2では、予め設定された許容最低輝度MINに、予め設定された変換輝度幅の最低幅Wを加算した値よりも、最高変換輝度a3の方が小さいか否か判定し、判定結果が肯定的の場合にはステップS3に進み、否定的の場合にはステップS4に進む。
なお、許容最低輝度MINは、画像データとして無用な黒領域部分が変換されて使用されないようにするためのものである。また、最低幅Wは、変換輝度幅が過度に狭くなることを防止するためのものである。
またステップS6では、最高変換輝度a3と最低変換輝度a1の差(変換輝度幅の幅)が最低幅Wよりも小さいか否か判定し、判定結果が肯定的の場合にはステップS7に進み、否定的の場合にはステップS10に進む。
またステップS5では、最低変換輝度a1を、許容最低輝度MINに変更する補正を行い、ステップS8に進む。
またステップS7では、最低変換輝度a1を、最高変換輝度a3と最低幅Wの差に変更する補正を行い、ステップS10に進む。
そしてステップS9では、中間変換輝度a2を、最低変換輝度a1と最高変換輝度a3の平均値に変更する補正を行い、ステップS10に進む。
そして、ステップS11で、変換後の画像データを出力し、1フレーム分の変換処理を終了する。
即ち、ステップS2〜S5によれば、最低変換輝度a1が、所定の許容最低輝度MINを下回る場合には、この最低変換輝度a1が、例えば図3(b)に示す如く許容最低輝度MINに補正され、本発明の最低変換輝度補正手段が実現される。
また、ステップS8〜S9によれば、最低変換輝度a1を補正した結果、最低変換輝度a1が中間変換輝度a2を超えた場合、中間変換輝度a2が、最低変換輝度a1と最高変換輝度a3の平均値に補正され、本発明の中間変換輝度補正手段が実現される。
なお、図3(a),(b)において一点鎖線で示す斜めの線は、前述した変換特性を示す投影線(a1、a2、又はa3の補正なしの場合)であり、この投影線は、a1、a2、又はa3の補正により実線で示すように当然変化する。
また画像データ変換装置5は、非特許文献2の技術のように画像にフィードバックをかけるものではないので、それによる解像度の低下や画像出力の遅れが無いという特長がある。
また画像データ変換装置5は、上述したように、画像の輝度分布によって最適な変換特性を選ぶ方式であるため、ディスプレイ表示等のための従来の一般的な画像データ変換方式と異なり、コントラストが落ちてしまう現象が防止される効果もある。
したがって、明るさの範囲が非常に広く、対象物が高速で変化する情景も、逐次瞬時に撮像して、対象物をエッジ検出などの画像処理によって識別するために十分な情報量を有する画像データであって、しかも扱い易い低階調で明るさの偏りを補正されてコントラストも保持された良好な画像データを、応答性高く出力することができる。
例えば、最低変換輝度a1、中間変換輝度a2、及び最高変換輝度a3をそれぞれ決定するヒストグラムの数値は、前述した具体例に限定されないことはいうまでもない。
また、上記形態例では、画像を単にモニタに表示する監視システムに本発明を適用した例を示したが、これに限定されないこともいうまでもない。例えば、画像データを分析して車両の自動走行等に使用する車両における監視システムに適用しても効果的であるし、デジタルビデオカメラ等に適用することも可能である。
4 カメラ本体
5 画像データ変換装置
Claims (5)
- 輝度のダイナミックレンジが広い画像データを前記ダイナミックレンジが狭い画像データに変換する画像データ変換装置であって、
変換前の画像データの輝度ヒストグラムがゼロ%近傍の規定値h1である輝度を最低変換輝度a1とし、前記輝度ヒストグラムが50%又はその近傍の規定値h2である輝度を中間変換輝度a2とし、前記輝度ヒストグラムが100%近傍の規定値h3である輝度を最高変換輝度a3とする変換輝度設定手段と、
前記中間変換輝度a2の相対位置A(A=(a2−a1)/(a3−a1))に基づいて、前記中間変換輝度a2の画素データが、変換後の画像データにおける前記ダイナミックレンジの中央側に位置するように、変換特性を決定する変換特性決定手段と、
前記変換特性に従って、変換前の画像データにおける最低変換輝度a1から最高変換輝度a3のデータを、目標の狭い前記ダイナミックレンジの画像データに変換し、変換後の画像データとして出力する画像データ変換手段とを備えることを特徴とする画像データ変換装置。 - 前記変換輝度設定手段が設定した最低変換輝度a1が、所定の許容最低輝度を下回る場合には、この最低変換輝度a1を、前記許容最低輝度に補正する最低変換輝度補正手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の画像データ変換装置。
- 前記最低変換輝度a1を補正した結果、前記最低変換輝度a1が前記
中間変換輝度a2を超えた場合には、中間変換輝度a2を、前記最低変換輝度a1と最高変換輝度a3の平均値に補正する中間変換輝度補正手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の画像データ変換装置。 - 前記変換輝度設定手段が設定した前記最低変換輝度a1と前記最高変換輝度a3の差である変換輝度幅が、所定の許容最低輝度幅を下回る場合には、前記変換輝度幅が前記許容最低輝度幅に一致するように、前記最低変換輝度a1又は/及び最高変換輝度a3を補正する輝度幅補正手段を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の画像データ変換装置。
- 前記ダイナミックレンジが60dBを超えるイメージセンサと、
このイメージセンサにより得られた画像データを変換する請求項1乃至4の何れかに記載の画像データ変換装置と
を備えたことを特徴とするカメラ装置。
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