JP2009239368A - 画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラムおよび印刷装置 - Google Patents

画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラムおよび印刷装置 Download PDF

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Abstract

【課題】精度よく画像の補正を行う。
【解決手段】複数の撮像素子eが入力した複数の受光量rgbから構成されるRAWデータ14bが示す画像を補正するにあたり、前記RAWデータ14bに対して顔検出を行う(ステップS130)。次に、検出された顔の前記受光量rgbであって、非線形変換処理(ステップS150,S160)を実行する前の前記受光量rgbに基づいて補正パラメータPscを設定する。そして、前記補正パラメータPscに基づいて前記受光量rgbを補正する(ステップS150)。
【選択図】図3

Description

本発明は、画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラムおよび印刷装置に関し、特にRAWデータに対する画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラムおよび印刷装置に関する。
自動補正を行うことにより、写真画像データに含まれる顔の明るさを最適化することが提案されている(特許文献1、参照。)。かかる文献においては、補正前の顔の明るさに応じて適切な補正パラメータを設定し、当該補正パラメータに基づいて補正を行うこととしている。
特開2007−228323号公報
上述した文献においては、デジタルスチルカメラから出力された写真画像データに対して顔の明るさを最適化する補正を行っている。一般的に、デジタルスチルカメラにて写真画像データが生成される過程において、すでに写真画像データに対して非線形変換を含む階調再現処理が行われている。そのため、写真画像データに含まれる顔の明るさを把握する段階で、デジタルスチルカメラの各撮像素子が入力した光量情報の線形性が失われており、色(グレー軸など)のねじれが生じていることとなる。従って、顔の色や明るさを正確に把握した上で、補正を行うことができないという問題があった。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、精度の高いRAWデータの補正が可能な画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラムおよび印刷装置の提供を目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、複数の撮像素子が入力した複数の入力情報から構成されるRAWデータが示す画像を補正にあたり、まず、前記RAWデータに対して顔検出を行わせる。次に、検出された顔の前記入力情報であって、非線形変換処理を実行する前の前記入力情報に基づいて補正パラメータを設定する。そして、前記補正パラメータに基づいて前記入力情報を補正する。以上の構成によれば、非線形変換処理を実行する前の前記入力情報に基づいて補正パラメータを設定ことができるため、適切な前記補正パラメータを設定することができる。
また、前記入力情報に基づいて前記補正パラメータを設定する工程は、前記入力情報に対して非線形変換を実行する前の工程であればよく、特に限定されるものではない。例えば、前記撮像素子の配列に基づいて前記入力情報の補間を行った後、かつ、前記入力情報に対して非線形変換を実行する前の前記入力情報に基づいて補正パラメータを設定するようにしてもよい。なお、一般的な前記撮像素子の配列においては、前記入力情報が空間的に欠損することとなるため、当該欠損した前記入力情報を補間によって補う必要がある。
なお、前記顔検出を行う工程は、前記補正パラメータを設定する工程よりも前または同一の工程であればよい。例えば、前記撮像素子の配列に基づいて前記入力情報の補間を行った後、かつ、前記入力情報に対して非線形変換を実行する前の工程において、前記顔検出と前記補正パラメータの設定を順次実行するようにしてもよい。また、前記撮像素子の配列に基づいて前記入力情報の補間を行う前の工程において前記顔検出を行うようにし、前記撮像素子の配列に基づいて前記入力情報の補間を行った後の工程において前記補正パラメータを設定するようにしてもよい。
さらに、本発明の技術的思想は、具体的な画像処理方法にて具現化されるのみならず、当該方法を画像処理装置において具現化することもできる。すなわち、上述した画像処理方法が行う各工程に対応する手段を有する画像処理装置としても本発明を特定することができる。むろん、上述した画像処理装置がプログラムを読み込んで上述した各手段を実現する場合には、当該各手段に対応する機能を実行させるプログラムや当該プログラムを記録した各種記録媒体においても本発明の技術的思想が具現化できることは言うまでもない。なお、本発明の画像処理装置は、単一の装置のみならず、複数の装置によって分散して存在可能であることはいうまでもない。また、プリンタ等の印刷装置やデジタルスチルカメラ等の画像入力装置において本発明の画像処理方法を実現するようにしてもよい。
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
1.画像処理装置の構成:
2.画像処理:
3.印刷処理:
4.変形例:
4−1.変形例1:
4−2.変形例2:
1.画像処理装置の構成
図1は、本発明の一実施形態にかかる画像処理装置を具体的に実現するコンピュータの構成を示している。同図において、コンピュータ10はCPU11とRAM12とROM13とハードディスクドライブ(HDD)14と汎用インターフェイス(GIF)15とビデオインターフェイス(VIF)16と入力インターフェイス(IIF)17とバス18とから構成されている。バス18は、コンピュータ10を構成する各要素11〜17の間でのデータ通信を実現するものであり、図示しないチップセット等によって通信が制御されている。HDD14には、オペレーティングシステム(OS)を含む各種プログラムを実行するためのプログラムデータ14aが記憶されており、当該プログラムデータ14aをRAM12に展開しながらCPU11が当該プログラムデータ14aに準じた演算を実行する。
また、HDD14には、デジタルスチルカメラ(DSC)30やフィルムスキャナ35によって画像入力されたRAWデータ14bが記憶されている。GIF15は、例えばUSB規格に準じたインターフェイスを提供するものであり、外部のプリンタ20をコンピュータ10に接続させている。VIF16はコンピュータ10を外部のディスプレイ40に接続し、ディスプレイ40に画像を表示するためのインターフェイスを提供する。IIF17はコンピュータ10を外部のキーボード50aとマウス50bに接続し、キーボード50aとマウス50bからの入力信号をコンピュータ10が取得するためのインターフェイスを提供する。
図2は、コンピュータ10において実行されるプログラムのソフトウェア構成を示している。同図において、オペレーティングシステム(OS)PG1と画像処理アプリケーションPG2とプリンタドライバPG3が実行されている。画像処理アプリケーションPG2は、デコード部PG2aと画素補間部PG2bと補正部PG2cと階調再現部PG2dとデータ整形部PG2eと顔検出部P2fと補正パラメータ設定部P2gとから構成されている。画像処理アプリケーションPG2を構成する各モジュールPG2a〜PG2gが実行する処理の詳細については後述する画像処理の流れとともに説明する。
2.画像処理
図3は、画像処理の全体の流れを示している。同図においては、いわゆるRAW現像の流れが示されており、本実施形態ではRAW現像の過程でRAWデータ14bが示す画像に対する補正処理を実行する。本実施形態では、DSC30にて撮影されたRAWデータ14bを現像する処理を例示する。ステップS100において、デコード部PG2aがRAWデータ14bを取得するとともに、当該RAWデータ14bをデコードする。RAWデータ14bのデータ構造は、撮影したDSC30の機種やメーカーによって異なっているため、RAWデータ14bのヘッダ等に格納された添付情報HDを解析し、RAWデータ14bの本体部を抽出する。RAWデータ14bの添付情報HDには、RAWデータ14bを撮影したDSC30の機種の情報や、撮影に関する情報が含まれる。RAWデータ14bの本体部とは、DSC30が備える撮像素子が撮影時に受光した受光量(本発明の入力情報)を各撮像素子ごとに特定したデータであり、本実施形態では受光量が12ビットの階調数で表現されているものとする。受光量は、撮像素子が撮影時に受光した受光量に線形的に対応しており、受光量が大きいほど階調が大きくなる。
図4は、撮像素子の配列(一部)の一例を模式的に示している。本例における撮像素子eは単板上において、正方行列状に配列されており、それぞれRGBいずれかのカラーフィルタfr,fg,fbを有している。カラーフィルタfr,fg,fbは、RGB各チャネルに対応した波長域の光のみを透過させるため、各撮像素子eにおいては、RGB各チャネルに対応した波長域の受光量が取得されることとなる。カラーフィルタfr,fg,fbは2×2の撮像素子eのブロック単位で一様な配列となっており、各ブロック内では対角方向の2個の撮像素子eにカラーフィルタfgが配置され、残りの対角方向の2個の撮像素子eにカラーフィルタfr,fbがそれぞれ配置されている。なお、以上説明した撮像素子eの配列は一例であり、例えばハニカム状に配列された撮像素子eから得られたRAWデータ14bについても本発明を適用することができる。なお、フィルムスキャナ35にて入力されたRAWデータ14bの場合、フィルムスキャナ35が有する撮像素子(多くの場合、ラインセンサ。)の配列に応じた補間が必要であるとともに、ネガフィルムの場合にはネガポジ変換を行う必要がある。RAWデータ14bの本体部分においては、撮像素子eの位置とRGBチャネルのいずれかを特定する情報と受光量とが対応付けられた情報が各撮像素子eについて格納されている。また、RAWデータ14bの本体部が可逆圧縮されているもあり、そのような場合には、デコード部PG2aが圧縮された本体部を展開する。
ステップS110においては、画素補間部PG2bが画素補間処理を実行する。上述したとおり、各ブロック内では対角方向の2個の撮像素子eにカラーフィルタfgが配置され、残りの対角方向の2個の撮像素子eにカラーフィルタfr,fbがそれぞれ配置されているため、各撮像素子eがRGB各チャネルの受光量を有しているわけではない。すなわち、各撮像素子eをそれぞれ画素と表現すると、各画素においてはRGBいずれか2チャネルの受光量が欠損していることとなる。例えば、カラーフィルタfgが適用された撮像素子eに対応する画素においては、GBチャネルの受光量が欠損していることとなる。
そこで、ステップS110では、周囲の画素が有する同一チャネルの受光量に基づいて欠損した受光量を補間する処理を実行する。なお、撮像素子eの配列は、RAWデータ14bに添付された添付情報HDに基づいて特定することができる。以上によって、各撮像素子eに対応する各画素がRGBチャネルの受光量(以下、各チャネルの受光量をrgbと表記する。)を有する中間データMDが生成される。ステップS120においては、生成された中間データMDに対して補正部PG2cがオプティカルブラック補正を実行する。オプティカルブラック補正においては、各画素の受光量rgbから暗電流に相当する量の階調を差し引くことにより、暗電流の影響を受けない中間データMDに補正する。ステップS130においては、生成された中間データMDに対して顔検出部P2fが顔検出を実行させる。
図5は、ステップS130における顔検出処理を模式的に示している。同図において、中間データMDを画素間引きすることにより320画素×240画素のサイズの輝度の作業画像データWDが生成されており、当該作業画像データWDにおいて検出窓SWが設定されている様子を示されている。この検出窓SWのサイズと位置と角度は順次シフトされていき、シフトされるごとに検出窓SWの内側の画像に顔が存在するか否かを判定していく。この判定においては、検出窓SWの内側の画像と、予め用意された顔を含む学習用の画像とが類似するか否かを判定し、類似する場合には顔が存在すると判定する。例えば、ニューラルネットワーク等によって類似するか否かを判定することができる。顔が存在すると判定されたときの検出窓SWの位置とサイズと角度によって、中間データMDが示す画像に存在する顔の大きさと位置と角度を検出することができる。
ステップS140においては、補正パラメータ設定部P2gが顔検出の結果を取得し、当該結果に基づいて補正パラメータを設定する。ここでは、上述した作業画像データWDをサンプリングした結果およびRAWデータ14bに添付された添付情報HDに基づいて補正パラメータを設定する。まず、作業画像データWDの各画素のRGBの受光量rgbに基づいて輝度を算出し、当該輝度のヒストグラムに基づいて明度補正の補正パラメータPbrを設定する。なお、RAWデータ14bに添付された露出に関する添付情報HDに基づいて補正パラメータPbrを修正してもよい。作業画像データWDの各画素のRGBのヒストグラムに比較することにより、RGBの受光量rgbのバランスを評価し、バランス補正パラメータPcbを設定する。ここでも、RAWデータ14bに添付されたホワイトバランスを指定する添付情報HDに基づいて補正パラメータPcbを修正してもよい。次に、作業画像データWDにおいて検出された顔の部分をサンプリングした結果およびRAWデータ14bに添付された添付情報HDに基づいて肌色補正の補正パラメータPscを設定する。
図6は、肌色補正の補正パラメータPscを設定する様子を模式的に示している。同図において、受光量rgbの各軸で規定される色空間が示されており、当該色空間において人間の肌色が取り得る色域Aを示している。顔が存在すると判定された検出窓SWに属する画素のうち、受光量rgbの組み合わせが色域Aに属する画素を抽出し、当該画素の受光量rgbの平均値raaaを算出する。一方、色域Aにおいては肌色として好ましい色を示す受光量rgbに対応するターゲット値rtttが示されており、ターゲット値rtttから平均値raaaを引くことにより、偏差のベクトルrdfdfdfを補正パラメータPscとして算出する。以上のようにして、各補正パラメータPbr,Pcb,Pscが設定できると、ステップS150において、補正部PG2cが各補正パラメータPbr,Pcb,Pscに基づいて中間データMDを補正する。
図7は、ステップS150における補正の様子を模式的に示している。同図においては、受光量rgbの各チャネルについてのトーンカーブTCr,TCg,TCbが示されており、補正部PG2cはトーンカーブを補正パラメータPbr,Pcbに基づいて作成する。なお、同図の横軸が受光量rgbの入力値を表し、縦軸が受光量rgbの出力値(補正後の値)を表している。例えば、上述したサンプリングにおいて全体的に暗めであると判断された場合、輝度を増加すべき旨の補正パラメータPbrが設定され、受光量rgbを一様に上方修正するようなトーンカーブTCr,TCg,TCbが作成される。逆に、上述したサンプリングにおいて全体的に明るめであると判断された場合、輝度を減少すべき旨の補正パラメータPbrが設定され、受光量rgbを一様に下方修正するようなトーンカーブTCr,TCg,TCbが作成される。
例えば、全階調域の1/4の階調における受光量r1/41/41/4を補正パラメータPbrによって指定し、指定された受光量r1/41/41/4を通過するスプライン曲線によってトーンカーブTCr,TCg,TCbを作成してもよい。次に、バランス補正の補正パラメータPcbに基づいてRGB各チャネルのトーンカーブTCr,TCg,TCbのバランスを調整する。例えば、上述したサンプリングによって青かぶりと判断された場合、補正パラメータPcbに基づいて他のRGチャネルはトーンカーブTCr,TCg調整せず、BチャネルのトーンカーブTCbを下方修正する。
以上のようにしてトーンカーブTCr,TCg,TCbが作成できると、中間データMDの画素のうち、ステップS130にて検出された顔の肌色画素以外の画素の受光量rgbに対してトーンカーブTCr,TCg,TCbを適用する。これにより、中間データMD全体の明るさやカラーバランス・ホワイトバランスを最適化することができる。なお、ステップS140では作業画像データWDにおいて顔の肌色画素を特定しているため、作業画像データWDにおける肌色画素の位置を中間データMDにおける画素の位置に換算することにより、中間データMDにおける肌色画素を特定することができる。
次に、補正部PG2cは、中間データMDにおける肌色画素の色を肌色補正の補正パラメータPscに基づいて補正する。ここでは、補正パラメータPscとしての偏差のベクトルrdfdfdfを各肌色画素の受光量rgbに加算する。これにより、各肌色画素の受光量rgbが上述したターゲット値rtttに近づくように補正されることとなる。すなわち、各肌色画素の受光量rgbが理想的な肌色に近い色を示すように補正されることとなる。なお、ターゲット値rtttは、明るさおよびバランスの面でも理想的な値とされているため、偏差のベクトルrdfdfdfを加算することにより、明るさとバランスも同時に理想的とすることができる。従って、逆光で撮影された暗めの顔であっても、理想的な明るさの肌色に補正することができる。同様に、肌色についての色かぶりも解消することができる。
以上の補正が完了すると、ステップS160において階調再現部PG2dが補正後の受光量rgbに対して階調再現トーンカーブGTCを適用する。階調再現トーンカーブGTCは、撮像素子eが入力した受光量rgbの特性を、人間の知覚特性に適合させるための非線形変換を行うものであり、例えばS字カーブやガンマカーブが適用される。また、RAWデータ14bを変換する色空間が指定する階調再現トーンカーブGTCを適用してもよい。本実施形態では、変換先の色空間がsRGB色空間であり、γ=2.2の階調再現トーンカーブGTCが適用されるものとする。これにより、受光量rgbがsRGB色空間における色彩値に変換されることとなる。ステップS170においては、データ整形部PG2eが中間データMDを所定の形式に整形する。具体的には、中間データMDの各画素が有する色彩値のビット深さを調整したり、YCbCr変換やJPEG圧縮などを行う。また、RAWデータ14bの添付情報HDやサムネイルを圧縮されたJPEGデータに添付する。本実施形態では、EXIF形式の画像データ14cを生成し、当該画像データ14cをHDD14に記憶させる。
以上説明したように、本実施形態ではステップS150,S160における非線形変換を実施する前の段階において、補正パラメータPbr,Pcb,Pscを設定することとしている(ステップS140)。そのため、線形特性を維持したままの受光量rgbに基づいて補正パラメータPbr,Pcb,Pscを設定することができる。特に、肌色画素の特定や、肌色画素の色の特定において、非線形変換に起因する色のねじれの影響を受けることが防止できるため、適正な補正パラメータPscを設定することができ、高精度な補正を実現することができる。
3.印刷処理
印刷処理においては、プリンタドライバPG3が画像データ14cをHDD14から取得し、圧縮されているJPEGデータを展開する。そして、プリンタドライバPG3は、画像データ14cに対して解像度変換処理と色変換処理とハーフトーン処理とラスタライズ処理を順次実行させ、プリンタ20に画像データ14cに対応する画像の印刷を実行させる。本実施形態のプリンタ20は、CMYKインクを使用するインクジェットプリンタであり、sRGB空間とCMYKインク量空間との対応関係を規定した色変換プロファイル14dを参照して色変換を実行する。RAWデータ14bを現像する際に補正をしておけば、プリンタドライバPG3が特に補正を行わなくても、好ましい画像を印刷することができる。
4−1.変形例1
上述した実施形態では、画素補間後の中間データMDに基づいて顔検出(ステップS130)と補正パラメータの設定(ステップS140)を実行することとしたが、顔検出を画素補間前のRAWデータ14bの本体部に対して実行するようにしてもよい。例えば、画素補間前のGチャネルの受光量gのみに基づいて作業画像データWDを形成し、当該作業画像データWDに基づいて顔検出を行ってもよい。
図8は、画素補間前のGチャネルの受光量gに基づいて作業画像データWDを形成する様子を示している。同図において、各ブロックの右上の撮像素子eから得られる受光量gを抽出することにより、撮像素子eの個数の1/4の画素数の作業画像データWDを形成している。作業画像データWDにおいて、顔の位置と大きさと角度が特定できれば、別途作成した中間データMD(または中間データMDをサイズ変換した画像データ)において顔が存在する位置と大きさと角度を特定することができる。従って、上述したサンプリングと同様の処理を行って補正パラメータPscを設定することができる。
4−2.変形例2
図9は、本発明の一実施形態にかかるプリンタ110の構成を示している。同図において、プリンタ110はCPU121とRAM112とROM113とメモリカードスロット114と印刷ユニット115とバス118とから構成されている。ROM113には、上述した画像処理および印刷処理と同様の処理を実行するためのプログラムデータ113aが記憶されている。また、メモリカードスロット114にはRAWデータ114bが記憶されている。すなわち、上述した実施形態では、画像処理および印刷処理をコンピュータ10が実行したが、同様の処理をスタンドアロンのプリンタ110において実行するようにしてもよい。なお、プリンタ110の場合、現像した画像データをそのまま印刷すればよいため、ステップS160にてsRGB値が得られたら、変換プロファイル113dを参照して、対応するCMYKインク量を取得すればよい。
なお、以上においては、本発明の画像処理方法が、コンピュータやプリンタ上で実行されるものを例示したが、例えばデジタルスチルカメラやスキャナ等の画像機器にて実行されてもよい。さらに、フォトビューワのようにディスプレイ上に現像結果を出力する装置においても本発明を実現することができる。また、デジタルスチルカメラにて本発明の画像処理方法を行えば、理想的な肌色の顔画像となった撮影結果を現像することができる。
画像処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 画像処理装置のソフトウェア構成を示すブロック図である。 画像処理の流れを示すフローチャートである。 撮像素子の配列の一例を示す図である。 顔検出処理の様子を示す図である。 肌色補正の補正パラメータを設定する様子を示す図である。 補正の様子を示す図である。 変形例にかかる作業画像データを作成する様子を示す図である。 変形例にかかるプリンタのハードウェア構成を示すブロック図である。
符号の説明
10…コンピュータ、11…CPU、12…RAM、13…ROM、14…HDD、14a…プログラムデータ、14b…RAWデータ、14c…画像データ、14d…色変換プロファイル、15…GIF、16…VIF、17…IIF、18…バス、20…プリンタ、30…DSC、35…フィルムスキャナ、40…ディスプレイ、50a…キーボード、50b…マウス、PG1…OS、PG2…画像処理アプリケーション、PG2a…デコード部、PG2b…画素補間部、PG2c…補正部、PG2d…階調再現部、PG2e…データ整形部、PG2f…顔検出部、PG2g…補正パラメータ設定部、PG3…プリンタドライバ。

Claims (7)

  1. 複数の撮像素子が入力した複数の入力情報から構成されるRAWデータが示す画像を補正する画像処理方法であって、
    前記RAWデータに対して顔検出を行い、
    検出された顔の前記入力情報であって、非線形変換を実行する前の前記入力情報に基づいて補正パラメータを設定し、
    前記補正パラメータに基づいて前記入力情報を補正することを特徴とする画像処理方法。
  2. 前記撮像素子の配列に基づいて前記入力情報の補間を行った後、かつ、前記入力情報に対して非線形変換を実行する前の前記入力情報に基づいて補正パラメータを設定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。
  3. 前記撮像素子の配列に基づいて前記入力情報の補間を行った後、かつ、前記入力情報に対して非線形変換を実行する前の前記RAWデータに対して前記顔検出を行うことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の画像処理方法。
  4. 前記撮像素子の配列に基づいて前記入力情報の補間を行う前、かつ、前記入力情報に対して非線形変換を実行する前の前記RAWデータに対して前記顔検出を行うことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の画像処理方法。
  5. 複数の撮像素子が入力した複数の入力情報から構成されるRAWデータが示す画像を補正する画像処理装置であって、
    前記RAWデータに対して顔検出を行う顔検出手段と、
    検出された顔の前記入力情報であって、非線形変換処理を実行する前の前記入力情報に基づいて補正パラメータを設定するパラメータ設定手段と、
    前記補正パラメータに基づいて前記入力情報を補正する補正手段とを具備することを特徴とする画像処理装置。
  6. 複数の撮像素子が入力した複数の入力情報から構成されるRAWデータが示す画像を補正するための機能をコンピュータに実行させるコンピュータ読み取り可能な画像処理プログラムであって、
    前記RAWデータに対して顔検出を行う顔検出機能と、
    検出された顔の前記入力情報であって、非線形変換処理を実行する前の前記入力情報に基づいて補正パラメータを設定するパラメータ設定機能と、
    前記補正パラメータに基づいて前記入力情報を補正する補正機能とをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な画像処理プログラム。
  7. 複数の撮像素子が入力した複数の入力情報から構成されるRAWデータが示す画像を印刷する印刷装置であって、
    前記RAWデータに対して顔検出を行う顔検出手段と、
    検出された顔の前記入力情報であって、非線形変換処理を実行する前の前記入力情報に基づいて補正パラメータを設定するパラメータ設定手段と、
    前記補正パラメータに基づいて前記入力情報を補正する補正手段と、
    前記撮像素子の配列に基づいて前記入力情報の補間を行うことにより前記画像を生成する画像生成手段と、
    当該画像に基づいて印刷を実行させる印刷手段とを具備することを特徴とする印刷装置。
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