JP2011090706A - 視覚処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】視覚処理装置910は、出力部914と、変換部915とを備えている。出力部914は、環境光を表すパラメータP1に基づいて輝度調整パラメータP2を出力する。変換部915は、出力部914により出力された輝度調整パラメータP2と、視覚処理の対象となる対象画素の輝度と、対象画素の周辺に位置する周辺画素の輝度とに基づいて、対象画素の輝度を変換する。
【選択図】図40
Description
図1〜図10を用いて、本発明の第1実施形態としての2次元LUTを利用した視覚処理装置1について説明する。また、図11〜図14を用いて、視覚処理装置の変形例について説明する。また、図15〜図23を用いて、視覚処理装置1と等価な視覚処理を実現する視覚処理装置について説明する。
図1に、画像信号(入力信号IS)に視覚処理を行い視覚処理画像(出力信号OS)を出力する視覚処理装置1の基本構成を示す。視覚処理装置1は、入力信号ISとして取得した原画像の画素ごとの輝度値に空間処理を実行しアンシャープ信号USを出力する空間処理部2と、同じ画素についての入力信号ISとアンシャープ信号USとを用いて、原画像の視覚処理を行い、出力信号OSを出力する視覚処理部3とを備えている。
2次元LUT4には、プロファイルデータと呼ばれるマトリクスデータが登録される。プロファイルデータは、入力信号ISのそれぞれの画素値に対応する行(または列)とアンシャープ信号USのそれぞれの画素値に対応する列(または行)とを有しており、行列の要素として、入力信号ISとアンシャープ信号USとの組み合わせに対応する出力信号OSの画素値が格納されている。プロファイルデータは、視覚処理装置1に内蔵あるいは接続されるプロファイルデータ登録装置8により、2次元LUT4に登録される。プロファイルデータ登録装置8には、パーソナルコンピュータ(PC)等によりあらかじめ作成された複数のプロファイルデータが格納されている。例えば、コントラスト強調、Dレンジ圧縮処理、あるいは階調補正など(詳細は、下記〈プロファイルデータ〉の欄参照)を実現する複数のプロファイルデータが格納されている。これにより、視覚処理装置1では、プロファイルデータ登録装置8を用いて2次元LUT4のプロファイルデータの登録内容を変更し、様々な視覚処理を実現することが可能となる。
図3に視覚処理装置1における視覚処理方法を説明するフローチャートを示す。図3に示す視覚処理方法は、視覚処理装置1においてハードウェアにより実現され、入力信号IS(図1参照)の視覚処理を行う方法である。
(1)
入力信号ISの値Aだけに基づいて視覚処理を行う場合に(例えば、1次元の階調変換曲線による変換を行う場合など)、画像中の異なる場所で同じ濃度の画素が存在すると、同じ明るさの変換が行われてしまう。より具体的には、画像中の人物の背景の暗い場所を明るくすると、同じ濃度の人物の髪の毛も明るくなる。
視覚処理装置1では、2次元LUT4を用いて、入力信号ISの視覚処理を行う。視覚処理装置1は、実現される視覚処理効果に依存しないハードウェア構成を有している。すなわち、視覚処理装置1は、汎用性の有るハードウェアで構成することが可能であり、ハードウェアコストの削減などに有効である。
2次元LUT4に登録されるプロファイルデータは、プロファイルデータ登録装置8により変更可能である。このため、視覚処理装置1では、視覚処理装置1のハードウェア構成を変更することなく、プロファイルデータを変更することにより、様々な視覚処理を実現することが可能となる。より具体的には、視覚処理装置1では、空間処理および階調処理を同時に実現することが可能となる。
2次元LUT4の登録されるプロファイルデータは、あらかじめ算出しておくことが可能である。一旦作成されたプロファイルデータは、いかに複雑な処理を実現するものであっても、それを用いた視覚処理に要する時間は一定である。このため、ハードウェアあるいはソフトウェアで構成した場合には複雑な構成となる視覚処理であっても、視覚処理装置1を用いた場合には、視覚処理の複雑さに処理時間は依存せず、視覚処理の高速化を図ることが可能となる。
(1)
図2では、64×64のマトリクス形式のプロファイルデータについて説明した。ここで、本発明の効果は、プロファイルデータのサイズに依存するものではない。例えば、2次元LUT4は、入力信号ISおよびアンシャープ信号USが取りうる全ての値の組み合わせに応じたプロファイルデータを有することも可能である。例えば、入力信号およびアンシャープ信号USが8ビットで表現される場合、プロファイルデータは、256×256のマトリクス形式であってもよい。
図2では、プロファイルデータは、8ビットで表現される入力信号ISの輝度値の上位6ビットの値と、8ビットで表現されるアンシャープ信号USの輝度値の上位6ビットの値とについての出力信号OSの値を格納していると説明した。ここで、視覚処理装置1は、隣接するプロファイルデータの要素と、入力信号ISおよびアンシャープ信号USの下位2ビットの大きさとに基づいて、出力信号OSの値を線形補間する補間部をさらに備えていても良い。
空間処理部2で行われる空間処理では、着目画素についての入力信号ISに対して、着目画素と着目画素の周辺画素との入力信号ISの平均値(単純平均または加重平均)、最大値、最小値、あるいは中央値をアンシャープ信号USとして出力するものであっても良い。また、着目画素の周辺画素のみの平均値、最大値、最小値、あるいは中央値をアンシャープ信号USとして出力するものであってもよい。
図2では、プロファイルデータの各要素の値Cは、入力信号ISの値Aとアンシャープ信号USの値Bとのそれぞれに対して線形の関数M11に基づいて作成されている。一方、プロファイルデータの各要素の値Cは、入力信号ISの値Aに対して非線形の関数に基づいて作成されていても良い。
2次元LUT4が備えるプロファイルデータは、入力信号ISの階調補正を実現する階調変換曲線(ガンマ曲線)を複数含んでいるものであってもよい。
プロファイルデータ登録装置8は、視覚処理装置1に内蔵あるいは接続され、PC等によりあらかじめ作成された複数のプロファイルデータを格納しており、2次元LUT4の登録内容を変更すると説明した。
図6に、入力信号ISの画像を判定し、判定結果に基づいて、2次元LUT4に登録するプロファイルデータを切り替える視覚処理装置520のブロック図を示す。
図7に、明るさに関する条件を入力するための入力装置からの入力結果に基づいて、2次元LUT4に登録するプロファイルデータを切り替える視覚処理装置525のブロック図を示す。
図8に、2種類の明るさを検出するための明度検出部からの検出結果に基づいて2次元LUT4に登録するプロファイルデータを切り替える視覚処理装置530のブロック図を示す。
図6〜図8の視覚処理装置において、それぞれのプロファイルデータ登録部は、視覚処理装置と一体として備えられていなくてもよい。具体的には、プロファイルデータ登録部は、プロファイルデータを複数備えるサーバとして、あるいはそれぞれのプロファイルデータを備える複数のサーバとして、ネットワークを介して視覚処理装置と接続されているものでも良い。ここで、ネットワークとは、例えば、専用回線、公衆回線、インターネット、LANなどの通信が可能な接続手段であり、有線であっても無線であってもよい。またこの場合、判定結果SAや入力結果SBも、同様のネットワークを介して視覚処理装置側からプロファイルデータ登録部側に伝えられる。
上記実施形態では、プロファイルデータ登録装置8が複数のプロファイルデータを備え、2次元LUT4への登録を切り替えることにより、異なる視覚処理を実現すると説明した。
プロファイルデータ登録装置701を備える視覚処理装置においては、異なる視覚処理を実現するプロファイルデータに基づいて、さらに異なる視覚処理を実現する新たなプロファイルデータを作成し、視覚処理を行うことが可能となる。すなわち、プロファイルデータ登録部702において、少数のプロファイルデータを備えるだけで、任意の処理度合いの視覚処理を実現することが可能となり、プロファイルデータ登録部702の記憶容量を削減することが可能となる。
視覚処理装置は、入力信号ISの明るさを変換する装置であってもよい。図11を用いて、明るさを変換する視覚処理装置901について説明する。
視覚処理装置901は、入力信号IS’の明るさを変換する装置であって、入力信号IS’に対して所定の処理を行い処理信号US’を出力する処理部902と、入力信号IS’および処理信号US’を用いて入力信号IS’の変換を行う変換部903とから構成される。
変換関数(a)は、[y]=f1(z)*[x]と表される。
変換関数(b)は、[y]=[x]+f2(z)と表される。
変換関数(c)は、[y]=f1(z)*[x]+f2(z)と表される。
変換関数(d)は、[y]=[x]^(1−f2(z))と表される。
(1)
視覚処理装置901では、以上に示した変換関数(a)〜(d)のいずれかを用いて定められた要素を有する2次元LUTにより、入力信号IS’の視覚処理が行われる。2次元LUTの各要素は、値[x]と値[z]とに対する値[y]を格納している。このため、入力信号IS’と処理信号US’とに基づいて、入力信号IS’の明るさを変換する視角処理が実現される。
ここで、変更度関数f1(z)と変更度関数f2(z)とがともに単調減少する関数である場合、さらに、逆光補正や白飛びの防止などの効果が得られる。これに関して説明を加える。
(1)
上記した変換関数は、一例であり、同様の性質を有する変換であれば、任意の関数であってよい。
2次元LUTの各要素の値は、厳密に上記した変換関数により定められていなくてもよい。
上記と同様の処理は、2次元LUTを用いずに行われてもよい。例えば、変換部903は、入力信号IS’と処理信号US’とに対して、変換関数(a)〜(d)を演算することにより出力信号OS’を出力してもよい。
視覚処理装置は、複数の空間処理部を備え、空間処理の程度の異なる複数のアンシャープ信号を用いて視覚処理を行うものであってもよい。
図14に、視覚処理装置905の構成を示す。視覚処理装置905は、入力信号IS”の視覚処理を行う装置であって、入力信号IS”に対して第1の所定の処理を行い第1処理信号U1を出力する第1処理部906aと、入力信号IS”に対して第2の所定の処理を行い第2処理信号U2を出力する第2処理部906bと、入力信号IS”と第1処理信号U1と第2処理信号U2とを用いて入力信号IS”の変換を行う変換部908とから構成される。
変換部908は、第1処理信号U1の値[z1]が小さければ、入力信号IS”を明るくするように変換を行う。ただし、第2処理信号U2の値[z2]も小さければ、明るくする度合いを抑制する。
変換関数(e)は、[y]=[f11(z1)/f12(z2)]*[x]と表される。
変換関数(f)は、[y]=[x]+f21(z1)−f22(z2)と表される。
このような変換関数(e)〜(f)を用いた変換により、例えば、逆光部分の小さい領域の暗部を明るくしつつ、夜景の画像の大きい領域の暗部を明るくしすぎないなどといった効果を実現することが可能となる。
なお、変換部908における処理は、3次元LUTを用いた処理に限定されず、変換関数(e)や(f)などと同様の演算を行うものであってもよい。
変換部908における変換が、入力信号IS”を強調する変換である場合、複数の周波数成分を独立して強調することが可能となる。
視覚処理装置1は、上記で説明した以外にも、様々な視覚処理を実現するプロファイルデータを備えることが可能である。以下、様々な視覚処理を実現する第1〜第7プロファールデータについて、プロファイルデータを特徴づける式と、そのプロファイルデータを備える視覚処理装置1と等価な視覚処理を実現する視覚処理装置の構成とを示す。
《第1プロファイルデータ》
第1プロファイルデータは、入力信号ISとアンシャープ信号USとに対して所定の変換を行ったそれぞれの変換値の差を強調する関数を含む演算に基づいて定められている。これにより、入力信号ISとアンシャープ信号USとを別空間に変換した上でそれぞれの差を強調することが可能となる。これにより、例えば、視覚特性にあった強調などを実現することが可能となる。
図15に、第1プロファイルデータを2次元LUT4に登録した視覚処理装置1と等価な視覚処理装置11を示す。
視覚処理部13の動作についてさらに説明を加える。
第1プロファイルデータを備える視覚処理装置1と視覚処理装置11とは、同様の視覚処理効果を奏する。
変換関数F1により対数空間に変換された変換入力信号TISおよび変換アンシャープ信号TUSを用いた視覚処理が実現される。人間の視覚特性は、対数的であり、対数空間に変換して処理を行うことで視覚特性に適した視覚処理が実現される。
それぞれの視覚処理装置では、対数空間におけるコントラスト強調が実現される。
従来の視覚処理装置400では、視覚処理後の出力信号OSが負になり破綻する場合がある。
(i)
変換関数F1は、対数関数に限られない。例えば、変換関数F1を、入力信号ISにかけられているガンマ補正(例えば、ガンマ係数[0.45])を外す変換とし、逆変換関数F2を入力信号ISに掛けられていたガンマ補正をかける変換としてもよい。
視覚処理装置11では、視覚処理部13は、入力信号ISとアンシャープ信号USとに基づいて、2次元LUT4を用いずに上記式M1を演算するもので有っても良い。この場合、それぞれの関数F1〜F3の計算においては、1次元のLUTを用いても良い。
《第2プロファイルデータ》
第2プロファイルデータは、入力信号ISとアンシャープ信号USとの比を強調する関数を含む演算に基づいて定められている。これにより、例えば、シャープ成分を強調する視覚処理などを実現することが可能となる。
図16に、第2プロファイルデータを2次元LUT4に登録した視覚処理装置1と等価な視覚処理装置21を示す。
視覚処理部23の動作についてさらに説明を加える。
第2プロファイルデータを備える視覚処理装置1と視覚処理装置21とは、同様の視覚処理効果を奏する。
従来では、画像全体のダイナミックレンジを圧縮する場合、図17に示すダイナミックレンジ圧縮関数F4を用いて、暗部からハイライトまで飽和させずに階調レベルを圧縮する。すなわち、圧縮前の画像信号における再現目標の黒レベルをL0、最大の白レベルをL1とすると、圧縮前のダイナミックレンジL1:L0は、圧縮後のダイナミックレンジQ1:Q0に圧縮される。しかし、画像信号レベルの比であるコントラストは、ダイナミックレンジの圧縮により、(Q1/Q0)*(L0/L1)倍に下がることとなる。ここで、ダイナミックレンジ圧縮関数F4は、上に凸のべき関数などである。
さらに具体的に本発明の効果を説明する。
本発明では、以上の効果を実現できるため、次の状況において特に有効である。すなわち、物理的なダイナミックレンジの狭いディスプレイで、暗部も明部もつぶれずにコントラストの高い画像を再現することが可能となる。また例えば、明るい環境下のテレビプロジェクタでコントラストの高い映像を表示する、濃度の低いインク(薄い色しかでないプリンタ)でコントラストの高いプリントを得ることが可能となる。
(i)
視覚処理装置21では、視覚処理部23は、入力信号ISとアンシャープ信号USとに基づいて、2次元LUT4を用いずに上記式M2を演算するもので有っても良い。この場合、それぞれの関数F4,F5の計算においては、1次元のLUTを用いても良い。
なお、式M2で求められるプロファイルデータのある要素の値CがC>255となる場合には、その要素の値Cを255としてもよい。
《第3プロファイルデータ》
第3プロファイルデータは、入力信号ISとアンシャープ信号USとの比を強調する関数を含む演算に基づいて定められている。これにより、例えば、シャープ成分を強調する視覚処理などを実現することが可能となる。
図19に、第3プロファイルデータを2次元LUT4に登録した視覚処理装置1と等価な視覚処理装置31を示す。
視覚処理部32の動作についてさらに説明を加える。
第3プロファイルデータを備える視覚処理装置1と視覚処理装置31とは、同様の視覚処理効果を奏する。
強調処理部26では、入力信号ISとアンシャープ信号USとの比として表されるシャープ信号(除算信号RS)の強調処理が行われ、強調されたシャープ信号が入力信号ISに乗算される。入力信号ISとアンシャープ信号USとの比として表されるシャープ信号を強調処理することは、対数空間における入力信号ISとアンシャープ信号USとの差分を計算することに相当する。すなわち、対数的な人間の視覚特性に適した視覚処理が実現される。
強調関数F5による強調量は、入力信号ISが大きい場合(明るい場合)に大きくなり、小さい場合(暗い場合)に小さくなる。また、明るくする方向への強調量は、暗くする方向への強調量より大きくなる。このため、視覚特性に適した視覚処理が実現可能となり、バランス良く自然な視覚処理が実現される。
なお、式M3で求められるプロファイルデータのある要素の値CがC>255となる場合には、その要素の値Cを255としてもよい。
式M3を用いた処理では、入力信号ISに対するダイナミックレンジの圧縮は施されないが、局所的なコントラストを強調することができ、視覚的にダイナミックレンジの圧縮・伸張を行うことが可能となる。
《第4プロファイルデータ》
第4プロファイルデータは、入力信号ISとアンシャープ信号USとの差を入力信号ISの値に応じて強調する関数を含む演算に基づいて定められている。これにより、例えば、入力信号ISのシャープ成分などを入力信号ISの値に応じて強調することが可能となる。このため、入力信号ISの暗部から明部まで適切な強調を行うことが可能となる。
図20に、第4プロファイルデータを2次元LUT4に登録した視覚処理装置1と等価な視覚処理装置41を示す。
視覚処理部43の動作についてさらに説明を加える。
第4プロファイルデータを備える視覚処理装置1と視覚処理装置41とは、同様の視覚処理効果を奏する。
入力信号ISの値Aにより、差分信号DSの強調量の調整を行う。このため、ダイナミックレンジ圧縮を行いつつ、暗部から明部までの局所コントラストを維持することが可能となる。
強調量調整関数F6は、単調増加する関数であるが、入力信号ISの値Aが大きいほど、関数の値の増加量が減少する関数とすることができる。この場合、出力信号OSの値が飽和することが防止される。
強調関数F7を、図49を用いて説明した強調関数R2とする場合、差分信号DSの絶対値が大きい時の強調量を抑制することが可能となる。このため、鮮鋭度の高い部分での強調量が飽和することが防止され、視覚的にも自然な視覚処理を実行することが可能となる。
(i)
視覚処理装置41では、視覚処理部43は、入力信号ISとアンシャープ信号USとに基づいて、2次元LUT4を用いずに上記式M4を演算するもので有っても良い。この場合、それぞれの関数F6〜F8の計算においては、1次元のLUTを用いても良い。
強調関数F7を比例係数1の正比例関数とする場合には、強調処理部45は、特に設ける必要がない。
なお、式M4で求められるプロファイルデータのある要素の値Cが0≦C≦255の範囲を超える場合には、その要素の値Cを0又は255としてもよい。
《第5プロファイルデータ》
第5プロファイルデータは、入力信号ISとアンシャープ信号USとの差を入力信号ISの値に応じて強調する関数を含む演算に基づいて定められている。これにより、例えば、入力信号ISのシャープ成分などを入力信号ISの値に応じて強調することが可能となる。このため、入力信号ISの暗部から明部まで適切な強調を行うことが可能となる。
図21に、第5プロファイルデータを2次元LUT4に登録した視覚処理装置1と等価な視覚処理装置51を示す。
視覚処理部52の動作についてさらに説明を加える。
第5プロファイルデータを備える視覚処理装置1と視覚処理装置51とは、同様の視覚処理効果を奏する。また、第4プロファイルデータを備える視覚処理装置1および視覚処理装置41が奏する効果と、ほぼ同様の視覚処理効果を奏する。
入力信号ISの値Aにより、差分信号DSの強調量の調整を行う。このため、暗部から明部までのコントラストの強調量を均一にすることが可能となる。
(i)
強調関数F7を比例係数1の正比例関数とする場合には、強調処理部45は、特に設ける必要がない。
なお、式M5で求められるプロファイルデータのある要素の値Cが0≦C≦255の範囲を超える場合には、その要素の値Cを0又は255としてもよい。
《第6プロファイルデータ》
第6プロファイルデータは、入力信号ISとアンシャープ信号USとの差を強調した値に対して、入力信号ISの値を加えた値を階調補正する演算に基づいて定められている。これにより、例えば、シャープ成分が強調された入力信号ISに対して、階調補正を行う視覚処理を実現することが可能となる。
以下、具体的に説明する。
図22に、第6プロファイルデータを2次元LUT4に登録した視覚処理装置1と等価な視覚処理装置61を示す。
視覚処理部63の動作についてさらに説明を加える。
第6プロファイルデータを備える視覚処理装置1と視覚処理装置61とは、同様の視覚処理効果を奏する。
差分信号DSは、強調関数F9により強調処理され、入力信号ISに加算される。このため、入力信号ISのコントラストを強調することが可能となる。さらに、階調補正部67は、加算信号PSの階調補正処理を実行する。このため、例えば、原画像における出現頻度の高い中間調でさらにコントラストを強調することが可能となる。また、例えば、加算信号PS全体を明るくすることが可能となる。以上により、空間処理と階調処理とを同時に組み合わせて実現することが可能となる。
(i)
視覚処理装置61では、視覚処理部63は、入力信号ISとアンシャープ信号USとに基づいて、2次元LUT4を用いずに上記式M6を演算するもので有っても良い。この場合、それぞれの関数F9,F10の計算においては、1次元のLUTを用いても良い。
なお、式M6で求められるプロファイルデータのある要素の値Cが0≦C≦255の範囲を超える場合には、その要素の値Cを0又は255としてもよい。
《第7プロファイルデータ》
第7プロファイルデータは、入力信号ISとアンシャープ信号USとの差を強調した値に対して、入力信号ISを階調補正した値を加える演算に基づいて定められている。ここで、シャープ成分の強調と入力信号ISの階調補正とは独立して行われる。このため、入力信号ISの階調補正量にかかわらず、一定のシャープ成分の強調を行うことが可能となる。
以下、具体的に説明する。
図23に、第7プロファイルデータを2次元LUT4に登録した視覚処理装置1と等価な視覚処理装置71を示す。
視覚処理部73の動作についてさらに説明を加える。
第7プロファイルデータを備える視覚処理装置1と視覚処理装置71とは、同様の視覚処理効果を奏する。
入力信号ISは、階調補正部76により階調補正された後、強調処理信号TSと加算される。このため、階調補正関数F12の階調変化の少ない領域、すなわちコントラストが低下される領域においても、その後の強調処理信号TSの加算により、局所コントラストを強調することが可能となる。
(i)
視覚処理装置71では、視覚処理部73は、入力信号ISとアンシャープ信号USとに基づいて、2次元LUT4を用いずに上記式M7を演算するもので有っても良い。この場合、それぞれの関数F11,F12の計算においては、1次元のLUTを用いても良い。
なお、式M7で求められるプロファイルデータのある要素の値Cが0≦C≦255の範囲を超える場合には、その要素の値Cを0又は255としてもよい。
《第1〜第7プロファイルデータの変形例》
(i)
上記(1)〜(7)において、第1〜第7プロファイルデータの各要素は、式M1〜M7に基づいて計算された値を格納すると説明した。また、それぞれのプロファイルデータでは、式M1〜M7により算出される値がプロファイルデータが格納可能な値の範囲を超える場合には、その要素の値を制限しても良いと説明した。
図24〜図39を用いて、本発明の第2実施形態としての視覚処理装置600について説明する。
図24に、視覚処理装置600の基本構成を示す。
目標コントラスト変換部601は、視覚処理装置600に入力された入力信号ISを、コントラスト表現に適した目標コントラスト信号JSに変換する。ここで、入力信号ISでは、視覚処理装置600に入力される画像の輝度値が値[0.0〜1.0]の階調で表されている。
図24を用いて、変換信号処理部602の詳細について説明する。
変換信号処理部602は、目標コントラスト信号JSにおける画素ごとの輝度値に空間処理を実行しアンシャープ信号USを出力する空間処理部622と、目標コントラスト信号JSとアンシャープ信号USとを用いて、目標コントラスト信号JSに対する視覚処理を行い、視覚処理信号KSを出力する視覚処理部623とを備えている。
変換信号処理部602は、目標コントラストC1(値[m])および実コントラストC2(値[n])を用いて、目標コントラスト信号JS(値[A])を「式M2」により変換し、視覚処理信号KS(値[C])を出力する。ここで、式M2は、ダイナミックレンジ圧縮関数F4と強調関数F5とを用いて、C=F4(A)*F5(A/B)とあらわされる。なお、値[B]は、目標コントラスト信号JSを空間処理したアンシャープ信号USの値である。
視覚処理信号KSにおける視覚的なダイナミックレンジは、ダイナミックレンジ圧縮関数F4の値により決定される。
図24を用いて、実コントラスト変換部603の詳細について説明する。
視覚処理装置600は、第1実施形態で説明した視覚処理装置21と同様の効果を奏する。以下、視覚処理装置600に特徴的な効果を記載する。
視覚処理装置600の出力信号OSを表示する表示環境に環境光が存在する場合、出力信号OSは、環境光の影響を受けて視覚される。しかし、出力信号OSは、実コントラスト変換部603により、環境光の影響を補正する処理が施された信号である。すなわち、環境光の存在する表示環境のもとでは、表示装置に表示された出力信号OSは、視覚処理信号KSの特性を持つ表示画像として視覚される。
図28を用いて、上記視覚処理装置600と同様の効果を奏する視覚処理方法を説明する。なお、それぞれのステップの具体的な処理は、上記視覚処理装置600における処理と同様であるため、説明を省略する。
本発明はかかる上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
上記実施形態では、変換信号処理部602は、式M2に基づいて視覚処理信号KSを出力すると記載した。ここで、変換信号処理部602は、ダイナミックレンジ強調関数F4のみに基づいて視覚処理信号KSを出力するものであってもよい。この場合、変形例としての変換信号処理部602では、空間処理部622、除算部625、強調処理部626、乗算部629を備える必要がなく、DR圧縮部628のみを備えていればよい。
上記実施形態では、強調関数F5は、「べき関数」であり、F5(x)=x^(1−γ)と表される、と記載した。ここで、強調関数F5の指数は、目標コントラスト信号JSの値[A]またはアンシャープ信号USの値[B]の関数であってもよい。
強調関数F5の指数は、目標コントラスト信号JSの値[A]の関数であって、目標コントラスト信号JSの値[A]がアンシャープ信号USの値[B]よりも大きい場合に、単調減少する関数である。より具体的には、強調関数F5の指数は、α1(A)*(1−γ)と表され、関数α1(A)は、図29に示すように目標コントラスト信号JSの値[A]に対して単調減少する関数である。なお、関数α1(A)の最大値は、[1.0]となっている。
強調関数F5の指数は、目標コントラスト信号JSの値[A]の関数であって、目標コントラスト信号JSの値[A]がアンシャープ信号USの値[B]よりも小さい場合に、単調増加する関数である。より具体的には、強調関数F5の指数は、α2(A)*(1−γ)と表され、関数α2(A)は、図30に示すように目標コントラスト信号JSの値[A]に対して単調増加する関数である。なお、関数α2(A)の最大値は、[1.0]となっている。
強調関数F5の指数は、目標コントラスト信号JSの値[A]の関数であって、目標コントラスト信号JSの値[A]がアンシャープ信号USの値[B]よりも大きい場合に、単調増加する関数である。より具体的には、強調関数F5の指数は、α3(A)*(1−γ)と表され、関数α3(A)は、図31に示すように目標コントラスト信号JSの値[A]に対して単調増加する関数である。なお、関数α3(A)の最大値は、[1.0]となっている。
強調関数F5の指数は、目標コントラスト信号JSの値[A]とアンシャープ信号USの値[B]との関数であって、値[A]と値[B]との差の絶対値に対して単調減少する関数である。言い換えれば、強調関数F5の指数は、値[A]と値[B]との比が1に近い程増加する関数であるとも言える。より具体的には、強調関数F5の指数は、α4(A,B)*(1−γ)と表され、関数α4(A,B)は、図32に示すように値[A−B]の絶対値に対して単調減少する関数である。
上記《1》〜《4》の強調関数F5の演算結果には、上限あるいは下限が設けられていてもよい。具体的には、値[F5(A/B)]が所定の上限値を超える場合には、強調関数F5の演算結果として所定の上限値が採用される。また、値[F5(A/B)]が所定の下限値を超える場合には、強調関数F5の演算結果として所定の下限値が採用される。
なお、上記《1》〜《5》は、第1実施形態において強調関数F5を用いた演算を行う場合にも同様に適用可能である(例えば、第1実施形態〈プロファイルデータ〉(2)あるいは(3)など)。なお、第1実施形態では、値[A]は、入力信号ISの値であり、値[B]は、入力信号ISを空間処理したアンシャープ信号USの値である。
上記実施形態では、変換信号処理部602は、第1実施形態で示した視覚処理装置21と同様の構成を有している、と説明した。ここで、変形例としての変換信号処理部602は、第1実施形態で示した視覚処理装置31(図19参照)と同様の構成を有するものであってもよい。具体的には、視覚処理装置31における入力信号ISを目標コントラスト信号JSと見なし、出力信号OSを視覚処理信号KSと見なすことにより変形例としての変換信号処理部602が実現される。
上記実施形態では、目標コントラスト設定部604および実コントラスト設定部605は、ユーザに対して目標コントラストC1および実コントラストC2の値を入力インターフェイスなどを介して設定させる、と説明した。ここで、目標コントラスト設定部604および実コントラスト設定部605は、目標コントラストC1および実コントラストC2の値を自動設定できるものであってもよい。
出力信号OSを表示する表示装置がPDP,LCD,CRTなどのディスプレイであり、環境光の無い状態で表示できる白輝度(白レベル)と黒輝度(黒レベル)とが既知の場合に、実コントラストC2の値を自動設定する実コントラスト設定部605について説明する。
出力信号OSを表示する表示装置がプロジェクタなどであり、環境光の無い状態で表示できる白輝度(白レベル)と黒輝度(黒レベル)とがスクリーンまでの距離に依存する場合に、実コントラストC2の値を自動設定する実コントラスト設定部605について説明する。
上記実施形態では、視覚処理装置600における処理は、入力信号ISの輝度について行うと説明した。ここで、本発明は、入力信号ISがYCbCr色空間で表されている場合のみに有効であるものではない。入力信号ISは、YUV色空間、Lab色空間、Luv色空間、YIQ色空間、XYZ色空間、YPbPr色空間などで表されているものでもよい。これらの場合に、それぞれの色空間の輝度、明度に対して、上記実施形態で説明した処理を実行することが可能である。
視覚処理装置600は、変換信号処理部602により処理された輝度成分の影響により出力信号OSの色相が入力信号ISの色相と異なるものとなることを抑制するため、色差補正処理部をさらに備えるものであってもよい。
《1》
上記色差補正処理部608では、目標コントラスト信号JSの値を[Yin]、視覚処理信号KSの値を[Yout]、入力信号ISのCb成分の値を[CBin]、入力信号ISのCr成分の値を[CRin]、出力信号OSのCb成分の値を[CBout]、出力信号OSのCr成分の値を[CRout]とした。ここで、[Yin]、[Yout]、[CBin]、[CRin]、[CBout]、[CRout]は、他の信号の値を表すものであってもよい。
色差補正処理部608は、変換信号処理部602の処理の前後における信号値の比を用いて、色差補正処理部608に入力されるRGB成分のそれぞれを補正処理するものであってもよい。
「式CB」および「式CR」は、一例であり、他の式が用いられてもよい。
図24に示す視覚処理部623は、2次元LUTにより形成されていてもよい。
〈1〉
本発明の第3実施形態として、上記第1実施形態および第2実施形態で説明した視覚処理装置、視覚処理方法、視覚処理プログラムの応用例と、それを用いたシステムとについて説明する。
上記第1実施形態および第2実施形態で説明した視覚処理装置は、図40〜図41に示す構成で表すことも可能である。
《構成》
図40は、例えば、図7を用いて示した視覚処理装置525と同様の機能を果たす視覚処理装置910の構成を示すブロック図である。
(1)
上記構成において、輝度調整パラメータP2は、上記したプロファイルデータに限定されるものではない。例えば、輝度調整パラメータP2は、対象画素の輝度と周辺画素の輝度とから出力信号OSの値を演算する際に用いられる係数マトリクスデータであってもよい。ここで、係数マトリクスデータとは、対象画素の輝度と周辺画素の輝度とから出力信号OSの値を演算する際に用いられる関数の係数部分を格納したデータである。
出力部914は、環境光を表すパラメータP1の全ての値に対するプロファイルデータや係数マトリクスデータを備えている必要はない。この場合、取得された環境光を表すパラメータP1に応じて、備えられているプロファイルデータなどを適宜内分あるいは外分することにより適切なプロファイルデータなどを生成するものであってもよい。
《構成》
図41は、例えば、図24を用いて示した視覚処理装置600と同様の機能を果たす視覚処理装置920の構成を示すブロック図である。
なお、本構成においても、(1)で記載したのと同様の変形を行うことが可能である。
図41に示す構成では、出力部921から変換部922への入力が急激に変化しないようにするための手段をさらに採用することが可能である。
本発明の第4実施形態として、上記で説明した視覚処理装置、視覚処理方法、視覚処理プログラムの応用例とそれを用いたシステムを図44〜図47を用いて説明する。
本発明は、次のように表現することも可能である。
(付記1)
入力された画像信号に対して空間処理を行い、処理信号を出力する入力信号処理手段と、
前記画像信号と前記処理信号とを所定の変換により変換したそれぞれの値の差を強調する演算に基づいて出力信号を出力する信号演算手段と、
を備える視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号の値A、前記処理信号の値B、変換関数F1、前記変換関数F1の逆変換関数F2、強調関数F3に対して、数式F2(F1(A)+F3(F1(A)−F1(B)))に基づいて出力信号の値Cを演算する、
付記1に記載の視覚処理装置。
前記変換関数F1は、対数関数である、
付記2に記載の視覚処理装置。
前記逆変換関数F2は、ガンマ補正関数である、
付記2に記載の視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号および前記処理信号の信号空間の変換を行う信号空間変換手段と、変換後の前記画像信号と変換後の前記処理信号との差分信号に対して強調処理を行う強調処理手段と、変換後の前記画像信号と前記強調処理後の前記差分信号との加算信号に対して信号空間の逆変換を行い、前記出力信号を出力する逆変換手段とを有する、
付記2〜4のいずれかに記載の視覚処理装置。
入力された画像信号に対して空間処理を行い、処理信号を出力する入力信号処理手段と、
前記画像信号と前記処理信号との比を強調する演算に基づいて出力信号を出力する信号演算手段と、
を備える視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号のダイナミックレンジ圧縮をさらに行う前記演算に基づいて前記出力信号を出力する、
付記6に記載の視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号の値A、前記処理信号の値B、ダイナミックレンジ圧縮関数F4、強調関数F5に対して、数式F4(A)*F5(A/B)に基づいて出力信号の値Cを演算する、
付記6または7に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F4は、比例係数1の正比例関数である、
付記8に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F4は、単調増加関数である、
付記8に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F4は、上に凸の関数である、
付記10に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F4は、べき関数である、
付記8に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F4におけるべき関数の指数は、画像表示を行う際のコントラストの目標値である目標コントラスト値と、画像表示を行う際の表示環境におけるコントラスト値である実コントラスト値とに基づいて定められる、
付記12に記載の視覚処理装置。
前記強調関数F5は、べき関数である、
付記8〜13のいずれかに記載の視覚処理装置。
前記強調関数F5におけるべき関数の指数は、画像表示を行う際のコントラストの目標値である目標コントラスト値と、画像表示を行う際の表示環境におけるコントラスト値である実コントラスト値とに基づいて定められる、
付記14に記載の視覚処理装置。
前記強調関数F5におけるべき関数の指数は、前記画像信号の値Aが前記処理信号の値Bよりも大きい場合に、前記画像信号の値Aに対して単調減少する値である、
付記14または15に記載の視覚処理装置。
前記強調関数F5におけるべき関数の指数は、前記画像信号の値Aが前記処理信号の値Bよりも小さい場合に、前記画像信号の値Aに対して単調増加する値である、
付記14または15に記載の視覚処理装置。
前記強調関数F5におけるべき関数の指数は、前記画像信号の値Aが前記処理信号の値Bよりも大きい場合に、前記画像信号の値Aに対して単調増加する値である、
付記14または15に記載の視覚処理装置。
前記強調関数F5におけるべき関数の指数は、前記画像信号の値Aと前記処理信号の値Bとの差の絶対値に対して単調増加する値である、
付記14または15に記載の視覚処理装置。
前記強調関数F5の最大値あるいは最小値の少なくとも一方は、所定の範囲内に制限されている、
付記14〜19のいずれかに記載の視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号を前記処理信号で除算した除算処理信号に対して強調処理を行う強調処理手段と、前記画像信号と前記強調処理された前記除算処理信号とに基づいて前記出力信号を出力する出力処理手段とを有する、
付記8に記載の視覚処理装置。
前記出力処理手段は、前記画像信号と前記強調処理された前記除算処理信号との乗算処理を行う、
付記21に記載の視覚処理装置。
前記出力処理手段は、前記画像信号に対してダイナミックレンジ(DR)圧縮を行うDR圧縮手段を含んでおり、前記DR圧縮された前記画像信号と前記強調処理された前記除算処理信号との乗算処理を行う、
付記21に記載の視覚処理装置。
第1の所定の範囲の入力画像データを第2の所定の範囲に変換し、前記画像信号とする第1変換手段と、
第3の所定の範囲の前記出力信号を第4の所定の範囲に変換し、出力画像データとする第2変換手段と、
をさらに備え、
前記第2の所定の範囲は、画像表示を行う際のコントラストの目標値である目標コントラスト値に基づいて定められており、
前記第3の所定の範囲は、画像表示を行う際の表示環境におけるコントラスト値である実コントラスト値に基づいて定められている、
付記8〜23のいずれかに記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F4は、前記第2の所定の範囲の前記画像信号を前記第3の所定の範囲の前記出力信号に変換する関数である、
付記24に記載の視覚処理装置。
前記第1変換手段は、前記第1の所定の範囲の最小値と最大値とのそれぞれを前記第2の所定の範囲の最小値と最大値とのそれぞれに変換し、
前記第2変換手段は、前記第3の所定の範囲の最小値と最大値とのそれぞれを前記第4の所定の範囲の最小値と最大値とのそれぞれに変換する、
付記24または25に記載の視覚処理装置。
前記第1変換手段および前記第2変換手段における変換は、それぞれ線形の変換である、
付記26に記載の視覚処理装置。
前記第3の所定の範囲を設定する設定手段をさらに備える、
付記24〜27のいずれかに記載の視覚処理装置。
前記設定手段は、画像表示を行う表示装置のダイナミックレンジを記憶する記憶手段と、画像表示を行う際の表示環境における環境光の輝度を測定する測定手段とを含む、
付記28に記載の視覚処理装置。
前記設定手段は、画像表示を行う表示装置の表示環境における黒レベル表示時と白レベル表示時との輝度を測定する測定手段を含む、
付記28に記載の視覚処理装置。
入力された画像信号に対して空間処理を行い、処理信号を出力する入力信号処理手段と、
前記画像信号と前記処理信号との差を、前記画像信号の値に応じて強調する演算に基づいて出力信号を出力する信号演算手段と、
を備える視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記強調する演算により強調された値に対して、前記画像信号をダイナミックレンジ圧縮した値を加える演算に基づいて前記出力信号を出力する、
付記31に記載の視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号の値A、前記処理信号の値B、強調量調整関数F6、強調関数F7、ダイナミックレンジ圧縮関数F8に対して、数式F8(A)+F6(A)*F7(A−B)に基づいて出力信号の値Cを演算する、
付記31または32に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F8は、比例係数1の正比例関数である、
付記33に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F8は、単調増加関数である、
付記33に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F8は、上に凸の関数である、
付記35に記載の視覚処理装置。
前記ダイナミックレンジ圧縮関数F8は、べき関数である、
付記33に記載の視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号と前記処理信号との差分信号に対して前記画像信号の画素値に応じた強調処理を行う強調処理手段と、前記画像信号と前記強調処理された差分信号とに基づいて前記出力信号を出力する出力処理手段とを有する、
付記33に記載の視覚処理装置。
前記出力処理手段は、前記画像信号と前記強調処理された前記差分信号との加算処理を行う、
付記38に記載の視覚処理装置。
前記出力処理手段は、前記画像信号に対してダイナミックレンジ(DR)圧縮を行うDR圧縮手段を含んでおり、前記DR圧縮された前記画像信号と前記強調処理された前記差分信号との加算処理を行う、
付記38に記載の視覚処理装置。
入力された画像信号に対して空間処理を行い、処理信号を出力する入力信号処理手段と、
前記画像信号と前記処理信号との差を強調した値に対して、前記画像信号を階調補正した値を加える演算に基づいて出力信号を出力する信号演算手段と、
を備える視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号の値A、前記処理信号の値B、強調関数F11、階調補正関数F12に対して、数式F12(A)+F11(A−B)に基づいて出力信号の値Cを演算する、
付記41に記載の視覚処理装置。
前記信号演算手段は、前記画像信号と前記処理信号との差分信号に対して強調処理を行う強調処理手段と、階調補正された前記画像信号と前記強調処理された差分信号とを加算処理し出力信号として出力する加算処理手段とを有する、
付記42に記載の視覚処理装置。
第1の所定の範囲の入力画像データを第2の所定の範囲に変換し、画像信号とする第1変換ステップと、
前記画像信号のダイナミックレンジ圧縮を行う演算、あるいは前記画像信号と前記画像信号を空間処理した処理信号との比を強調する演算の少なくとも一方を含む演算に基づいて、第3の所定の範囲の出力信号を出力する信号演算ステップと、
前記第3の所定の範囲の前記出力信号を第4の所定の範囲に変換し、出力画像データとする第2変換ステップと、
を備え、
前記第2の所定の範囲は、画像表示を行う際のコントラストの目標値である目標コントラスト値に基づいて定められており、
前記第3の所定の範囲は、画像表示を行う際の表示環境におけるコントラスト値である実コントラスト値に基づいて定められている、
視覚処理方法。
第1の所定の範囲の入力画像データを第2の所定の範囲に変換し、画像信号とする第1変換手段と、
前記画像信号のダイナミックレンジ圧縮を行う演算、あるいは前記画像信号と前記画像信号を空間処理した処理信号との比を強調する演算の少なくとも一方を含む演算に基づいて、第3の所定の範囲の出力信号を出力する信号演算手段と、
前記第3の所定の範囲の前記出力信号を第4の所定の範囲に変換し、出力画像データとする第2変換手段と、
を備え、
前記第2の所定の範囲は、画像表示を行う際のコントラストの目標値である目標コントラスト値に基づいて定められており、
前記第3の所定の範囲は、画像表示を行う際の表示環境におけるコントラスト値である実コントラスト値に基づいて定められている、
視覚処理装置。
コンピュータに視覚処理を行わせるための視覚処理プログラムであって、
第1の所定の範囲の入力画像データを第2の所定の範囲に変換し、画像信号とする第1変換ステップと、
前記画像信号のダイナミックレンジ圧縮を行う演算、あるいは前記画像信号と前記画像信号を空間処理した処理信号との比を強調する演算の少なくとも一方を含む演算に基づいて、第3の所定の範囲の出力信号を出力する信号演算ステップと、
前記第3の所定の範囲の前記出力信号を第4の所定の範囲に変換し、出力画像データとする第2変換ステップと、
を備え、
前記第2の所定の範囲は、画像表示を行う際のコントラストの目標値である目標コントラスト値に基づいて定められており、
前記第3の所定の範囲は、画像表示を行う際の表示環境におけるコントラスト値である実コントラスト値に基づいて定められている、
視覚処理方法をコンピュータに対して行わせるものである、
視覚処理プログラム。
付記1に記載の視覚処理装置は、入力信号処理手段と、信号演算手段とを備えている。入力信号処理手段は、入力された画像信号に対して空間処理を行い、処理信号を出力する。信号演算手段は、画像信号と処理信号とを所定の変換により変換したそれぞれの値の差を強調する演算に基づいて出力信号を出力する。
第1変換ステップは、第1の所定の範囲の入力画像データを第2の所定の範囲に変換し、画像信号とする。信号演算ステップは、画像信号のダイナミックレンジ圧縮を行う演算、あるいは画像信号と画像信号を空間処理した処理信号との比を強調する演算の少なくとも一方を含む演算に基づいて、第3の所定の範囲の出力信号を出力する。第2変換ステップは、第3の所定の範囲の出力信号を第4の所定の範囲に変換し、出力画像データとする。第2の所定の範囲は、画像表示を行う際のコントラストの目標値である目標コントラスト値に基づいて定められている。第3の所定の範囲は、画像表示を行う際の表示環境におけるコントラスト値である実コントラスト値に基づいて定められている。
2 空間処理部
3 視覚処理部
4 2次元LUT
IS 入力信号
US アンシャープ信号
OS 出力信号
TIS 変換入力信号
TUS 変換アンシャープ信号
DS 差分信号
TS 強調処理信号
PS 加算信号
RS 除算信号
DRS DR圧縮信号
MS 乗算信号
IC 強調量調整信号
GC 階調補正信号
Claims (3)
- 環境光を表すパラメータに基づいて調整パラメータを出力するパラメータ出力部と、
入力された画像信号に対して、対象画素の周囲の画素を用いた所定の空間処理を行い、
前記周囲情報を処理信号として出力する空間処理部と、
前記処理信号と、前記調整パラメータに基づき決定された変換特性により、前記画像信
号を変換し、出力信号を出力する視覚処理部と、
を備え、
前記視覚処理部が有する変換特性は、
(1)前記画像信号の値を所定のレベルに固定した場合に、前記処理信号の値に対して前記出力信号の値が単調減少し、かつ、
(2)前記画像信号の第1の値と、第2の値と、前記画像信号の第1の値に対応する前記出力信号の第1の値と、前記画像信号の第2の値に対応する前記出力信号の第2の値において、
(2a)前記画像信号の値と前記処理信号の値とが同じ値であり、前記画像信号の第1の値が、前記画像信号の第2の値よりも小さい場合に、前記画像信号の第1の値と前記出力信号の第1の値との比が、前記画像信号の第2の値と前記出力信号の第2の値との比よりも大きく、かつ、
(2b)前記処理信号の値を所定のレベルに固定した場合に、前記画像信号の第1の値と前記出力信号の第1の値との比と、前記画像信号の第2の値と前記出力信号の第2の値との比とが略等しく、かつ、
(2c)前記調整パラメータに基づき、前記環境光の明るさが大きいほど、前記画像信号の値と前記処理信号の値とが同じ値である場合に、前記画像信号の第1の値と前記出力信号の第1の値との比が、前記画像信号の第2の値と前記出力信号の第2の値との比よりも大きくなる度合いが増加する、
特性を含むことを特徴とする、
視覚処理装置。 - 前記パラメータ出力手段は、前記環境光を表すパラメータと外部から入力される外部パラメータとに基づいて前記調整パラメータを出力することを特徴とする、
請求項1に記載の視覚処理装置。 - 前記環境光を表すパラメータ、あるいは前記調整パラメータの時間変化を制御する時間変化調整部、
をさらに備える、
請求項1または2のいずれか1項に記載の視覚処理装置。
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