JP4507338B2 - Image correction apparatus and recording medium on which image correction program is recorded - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の階調特性を補正する画像補正装置、特に固体撮像素子を用いた電子カメラ、または銀塩フィルムを用いたカメラ等での撮像時の照明条件、露出条件等に起因して悪化した画像の画像補正装置、及び画像補正プログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カメラにより撮像された画像は、白黒画像、カラー画像共に、画素毎の階調（明度）により評価される。ここで、階調は、白黒画像に対しては白黒の階調が、カラー画像に対してはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の、またはＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）等の各成分の階調が適用される。これらの画像は、撮影条件、退色、等の理由で悪化することがあり、様々な方法で画像補正が行われている。
【０００３】
その画像補正の有力な方法が階調補正であり、従来、階調度数分布を示すヒストグラムを利用する方法が取られている。このヒストグラムは次のように算出される。画像を構成する個々の画素の階調をそれぞれ検出し、たとえば２５６階調のそれぞれの階調を示す画素の個数（頻度）を算出する。この各階調に対する画素数（度数）をプロットしたものがヒストグラムである。
【０００４】
画像の補正に当たっては、従来、ヒストグラムの上端（最大階調）と下端（最小階調）の各々から、ユーザが閾値として指定した画素数に相当する階調までを削除し、式１の変換式によりヒストグラムを変換することによって画像の階調分布を補正していた。
Ｃ（ｘ）＝ｎ（ｘ−ａ）／（ｂ−ａ） 式１
ここで、ｘは補正前の階調、ａは補正前の階調の最小値、ｂは補正前の階調の最大値、Ｃ（ｘ）は補正後の階調、ｎは補正後の画像の最大階調と最小階調との差であり、通常は８ビットデータの最大値、２５５とされる。
【０００５】
式１の変換式による補正によって行われていることは、容易に理解できるように、悪化した画像の階調の幅を８ビット（２５６階調）まで引き伸ばす作業である。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
このような従来の技術では、図４のようなヒストグラムを呈する、コントラストが低下した画像については、ヒストグラムを補正すると図５で示すヒストグラムになるので、画像は充分に画像補正されることになる。換言すると、従来の技術では、ヒストグラムに大きなくびれがない場合には有効であった。
【０００７】
しかしながら、撮影される照明条件や露出条件によっては従来の画像補正方法では画像が補正しきれないことがあった。例えば、逆光で人物写真を撮る場合、人物像が黒く潰れ、背景が白く色とびする現象は良く起こる。このような画像のヒストグラムはたとえば図６に示される。図６から、低階調、高階調と較べて、中間階調の画素数が極度に低下していることが分かる。この画像を従来の式１で十分に補正できないことは、この画像の階調幅が既に殆ど２５６階調近くであることからも理解できるだろう。人物像が黒く潰れ、背景が白く色とびする問題は殆ど改善されない。
【０００８】
更に、図７に示すように、ヒストグラムの下端（一般には上下端）に画素数が少ない階調領域が広く拡がっている場合にも、十分な補正が難しかった。すなわち、ヒストグラムの上端（最大階調）と下端（最小階調）の各々から、ユーザが閾値として指定した画素数に相当する階調までを削除する方法では、画素数の比率の設定が低いとき、たとえば図７の（Ｌ１）に相当する階調までの比率を設定した場合には、充分な画像補正効果が得られない。また、画素数比率の設定が高いとき、たとえば図７の（Ｌ２）に相当する階調までの比率を設定した場合には、元画像の階調情報の多くの部分が失われる問題がある。このように、従来の方法では適正な閾値を指定することができないことがあった。
【０００９】
本発明の目的は、以上のような、従来の画像補正方法では補正できなかった画像を補正する画像補正装置、及び画像補正プログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決するため、従来の画像補正法では、ヒストグラムをカットオフする閾値を、総画素数に対する、ヒストグラムの上端または下端からの各階調の画素数を累積した数の比率によって指定していた。これに対して、本発明は、１階調当たりの画素数の総画素数に対する比率で閾値を指定し、この閾値とヒストグラムの階調との比較に基づいて画像を補正した。
【００１１】
そこで、本発明による画像補正装置は、外部から画像データを取得する画像取得部と、画像データから階調毎に総画素数に対する画素数比率を算出しヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、ユーザの指定に基づいて決定される１階調当たりの画素数比率の閾値とヒストグラムの各階調毎の画素数比率との比較に基づいて前記ヒストグラムに於ける画素数比率が前記閾値未満である階調の幅を前記画素数比率に逆比例した圧縮率で圧縮するようヒストグラムの階調幅を補正する階調補正部とを具えることにより、上記目的を達成する。
【００１２】
階調補正部は、ヒストグラムに於ける、画素数比率が閾値未満である階調の幅を圧縮することにより、ヒストグラムの階調幅を補正することができる。ここで、画素数比率が閾値未満である階調を削除して階調幅を圧縮できる。画素数比率に逆比例した圧縮率で階調の幅を圧縮することができる。画素数比率が閾値未満である階調の幅を最小の階調幅である１まで圧縮してもよい。すなわち、画素数比率が閾値未満である階調が連続して複数ある場合には、これらの画素数の積分値をまとめて１階調の度数としてもよい。
【００１３】
上記閾値を階調（ｉ）の関数（Ｓ（ｉ））としてもよい。この場合、ヒストグラムの各階調の画像数比率が閾値Ｓ（ｉ）と行われる。これは、閾値（Ｓ）を階調（ｉ）に応じて変更することを意味する。たとえば、中間階調を重視する画像であれば、中央部分については閾値（Ｓ）を小さくし、低階調と高階調については閾値（Ｓ）を大きくすればよい。
【００１４】
更に、ヒストグラム全体の階調の幅を拡大する全階調拡大部を有するようにしてもよい。
本発明による画像補正プログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒体には、外部から画像データを取得する画像取得手順と、画像データから階調毎に総画素数に対する画素数比率を算出しヒストグラムを作成するヒストグラム作成手順と、ユーザの指定に基づいて決定される１階調当たりの画素数比率の閾値とヒストグラムの各階調毎の画素数比率との比較に基づいて前記ヒストグラムに於ける画素数比率が前記閾値未満である階調の幅を前記画素数比率に逆比例した圧縮率で圧縮するようヒストグラムの階調幅を補正する階調補正手順のプログラムが格納されている。これにより、記録媒体をコンピュータにセットしてプログラムをロードすれば、上記画像補正装置として機能させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
コンピュータを使用した本発明の一実施形態の画像補正装置は、図３にその全体構成が示される。図３に於いて、コンピュータ１は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２を具える。ＣＰＵ２には、キーボードやマウスなどから成る入力装置３、ハードディスク６、メモリ７、画像処理ボード８、及びインターフェースボード１０が接続される。この画像処理ボード８の画像出力端子には表示装置９が接続される。インターフェースボード１０には、外部記録媒体などの外部機器１１が接続される。ＣＰＵ２にはＣＤ−ＲＯＭドライブ装置１２が接続され、このＣＤ−ＲＯＭドライブ装置１２には、画像補正のプログラム、及びそのインストールプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ１３が挿入される。
【００１６】
このＣＤ−ＲＯＭ１３内のインストールプログラムによって、ＣＰＵ２はＣＤ−ＲＯＭ１３内の画像補正プログラムを展開し、ハードディスク６に実行可能な状態で格納する。
[実施形態１]
図１は本発明による画像補正装置の実施形態１の動作を説明するフローチャートである。以下、図１のステップ番号を参照して画像補正の動作を説明する。
【００１７】
先ず、ユーザが画像補正プログラムを起動すると、ＣＰＵ２はステップＳ１において補正対象の画像ファイルをオープンし画像データを取得し、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、画像データからその階調（ｉ）毎に画素数を算出する。本実施形態では階調は８ビットデータであり、最低値を０、そして最大値を２５５としている。
【００１８】
ステップＳ３では、各階調（ｉ）毎にその階調の画素数の総画素数に対する比率（Ｆｉ）を算出する。この算出結果のヒストグラムの一例を図８に示す。図８において、横軸は２５６段階の階調（ｉ）、縦軸は画素数比率（Ｆｉ）である。ここで、画素数比率（Ｆｉ）は式２で表される。
画素数比率（Ｆｉ）＝階調（ｉ）の画素数／画像の総画素数 式２
ステップＳ４において、一時メモリの変数ＴＥＭＰをリセットして零にしてステップＳ５に進む。ステップＳ５において、階調ｉ、ｊを、ｉ＝０、且つｊ＝０に設定する。階調ｉは元画像のヒストグラムの階調を示し、階調ｊは補正時の中間段階のヒストグラムの階調を示す。ステップＳ６では、フラグＦＬＡＧを初期値であるＦＡＬＳＥに設定する。
【００１９】
その後、ステップＳ７において、上記画素数比率Ｆｉを演算された閾値Ｓと比較する。あらかじめユーザにより行われる閾値の指定入力（ステップＳ２３）に基づいて、閾値Ｓは演算されている（ステップＳ２４）。後述するように、たとえば、階調に無関係に閾値を定数とするか、階調に応じた閾値とするかを指定することができる。定数ならば入力された値を閾値として設定する。一方、階調に応じた閾値とする場合、閾値Ｓを階調の関数Ｓ（ｉ）と指定し、階調に応じて閾値Ｓ（ｉ）が演算される。
【００２０】
ステップＳ７において、画素数比率Ｆｉが閾値Ｓ未満なら、ステップＳ８において、フラグＦＬＡＧをＴＲＵＥに設定し、さらに、ステップＳ９において、一時メモリの変数ＴＥＭＰに現在の階調ｉの画素数比率Ｆｉを加える。その後、ステップＳ１０において、変数ＴＥＭＰと閾値Ｓとを比較する。ステップＳ１０をはじめて実行するとき、その判定結果は必ずＮＯとなる。
【００２１】
ステップＳ１０が否定判定されるとステップＳ１０Ａで変数Ｇｊに変数ＴＥＭＰを格納してステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１において、階調ｉに１を加え、ステップＳ１２において、階調ｉが２５５以上であるか否か判定する。ステップＳ１２が否定されると、ステップＳ７に戻る。このとき、ステップＳ７が否定判定されると、ステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２を繰り返す。
【００２２】
ステップＳ１０が肯定されると、ステップＳ１３において、変数ＴＥＭＰの値を変数Ｇｊに格納する。つまり、連続する複数の階調の画素数比率Ｆｉがともに閾値Ｓ未満であるときは、ステップＳ９でそれらの画素数比率Ｆｉが積分されている。この積分値が閾値Ｓ以上になると、この積分値を、補正時の中間段階のヒストグラム作成時の階調ｊの画素数比率とする。
【００２３】
ステップＳ１３からステップＳ１４に進むと、変数ＴＥＭＰをリセットして零にし、ステップＳ１５で、階調ｊに１を加える。次に、ステップＳ２２において、フラグＦＬＡＧをＦＡＬＳＥに設定する。その後、ステップＳ１１、Ｓ１２を経由して、ステップＳ７へ戻る。ステップＳ７が否定された場合の動作は前に説明したとおりである。ステップＳ７が肯定されると、即ち現在の階調ｉに対する画素数比率Ｆｉが閾値Ｓ以上ならば、ステップＳ１６において、フラグＦＬＡＧがＴＲＵＥであるか否か判定する。
【００２４】
ステップＳ１６では、フラグＦＬＡＧがＦＡＬＳＥか否かを判定する。このステップは、前回の階調の画素数比率Ｆｉが閾値Ｓ未満であったか、閾値Ｓ以上であったかにより、その後の処理手順を変更するために設けられている。すなわち、前回の階調の画素数比率Ｆｉが閾値Ｓ以上であれば、ステップＳ１６が否定判定され、ステップＳ１７において、現在の階調ｉの画素数比率Ｆｉを変数Ｇｊに格納し、ステップＳ１５において、階調ｊに１を加える。その後、ステップＳ２２、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ７を経由してステップＳ１６が否定判定された場合の動作は前に説明したとおりである。
【００２５】
前回の階調の画素数比率Ｆｉが閾値Ｓ未満であれば、ステップＳ１６が肯定判定され、ステップＳ１８において、変数ＴＥＭＰの値を変数Ｇｊに格納する。次に、ステップＳ１９に進み、画素数比率Ｆｉの値を変数Ｇｊ＋１に格納する。さらに、ステップＳ２０で、変数ＴＥＭＰをリセットして零にし、ステップＳ２１で階調ｊに２を加える。そして、ステップＳ２２においてフラグＦＬＡＧをＦＡＬＳＥに設定する。ステップＳ１１を経由してステップＳ１２が否定判定された場合の動作はすでに説明した。
【００２６】
取得した最後の階調の画素数比率に対してはステップＳ１２が肯定判定されて処理が終了する。
なお、ステップＳ１０が肯定される前にステップＳ１０Ａ，Ｓ１１，Ｓ１２、Ｓ７，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ１９に進んだ場合、それ以前に画素比率Ｆｉの積分値が閾値Ｓを越えていないグループが１つの階調に圧縮される。
【００２７】
以上、図１のフローチャートの動作により補正された画像のヒストグラムを図９に示す。図９において、横軸は２５６段階の階調（ｊ）、縦軸は画素数比率（Ｆｉ）である。すなわち、図９は、図１のフローチャートにより取得された変数Ｇｉに基づいて作成される。
このヒストグラムからわかるように、上述した処理により、画素数の比率Ｆｉが閾値Ｓに満たない階調のデータは圧縮されている。従って、最大階調と最小階調の幅が２５６に満たないので、次に、このヒストグラムを最大幅２５６まで拡大する。その拡大の変換式は、式１と同様な公知の式３である。
【００２８】
Ｃ（ｘ）＝ｎ（ｘ−ａ）／（ｂ−ａ） 式３
ここで、ｘは図１の動作により補正された変換前の階調、Ｃ（ｘ）は変換後の階調、ａは図１の動作により補正された階調の最小値、ｂは図１の動作により補正された階調の最大値のヒストグラムを、ｎは変換後の画像の最大階調と最小階調との差であり、ここでは８ビットデータの最大値、２５５である。
【００２９】
以上のように、前記フローチャートで示される方法により、階調ｉとｊとの関係から階調に対する圧縮方法が確立される。更に上記公知の式３により、階調を最大幅まで拡張する方法が確立される。
この圧縮と拡張の二つの方法を組み合わせた補正処理を図８のヒストグラムに対して行った場合は補正結果として図１０のヒストグラムが得られ、階調を有効に使う補正が行われることが確かめられる。図１０において、横軸は２５６段階の階調（ｉ）、縦軸は画素数比率（Ｆｉ）である。この圧縮と拡張の二つの方法を組み合わせた補正処理を原画像に対して行うことによって、階調を有効に使う補正された画像データが得られ、この画像データを新規ファイルとして格納する。
【００３０】
画像表示に当たって、ＣＰＵ２は補正された画像データファイルを開き、画像処理ボード８を経て表示装置９に表示する。なお、時々、補正前の画像と補正後の画像とが表示装置９に相並べて表示される。
以上、本発明の実施形態１を説明したが、以上の方法の他に、画素数比率が閾値よりも低い階調の幅を、その幅の間での画素数比率の積分値に逆比例した圧縮率で圧縮するのも好ましい処理である。すなわち、画素比率が閾値よりも低い階調の幅を単純に求めて、その幅をまとめてその間での画素数比率の積分値に逆比例する１つの圧縮率で圧縮する方法である。
【００３１】
従来の補正処理では、補正前の画像のヒストグラムの上端と下端の階調データが画像補正によって完全に失われてしまうが、本実施形態で補正された画像は、補正前の画像の閾値以下の階調データを画素数比率の大きさに比例して保有していて完全には失われず、より一層原画像の特性を受け継ぎながら、階調補正が出来るという特徴がある。
［実施形態２］
図２は本発明による画像補正装置の実施形態２の動作を説明するフローチャートである。以下、図２のステップ番号を参照して画像補正の動作を説明する。図２において図１と同様なステップには同一の符号を付す。図１と説明が重複する部分も含めて実施形態２の動作をすべて説明する。
【００３２】
先ず、ユーザが画像補正プログラムを起動すると、ＣＰＵ２はステップＳ１において補正対象の画像ファイルをオープンし画像データを取得し、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、画像データからその階調（ｉ）毎に画素数を算出する。本実施形態では階調は８ビットデータであり、最低値を０、そして最大値を２５５としている。
【００３３】
ステップＳ３では、各階調（ｉ）毎にその階調の画素数の比率（Ｆｉ）を算出する。この算出結果のヒストグラムの例を図８に示す。次にステップＳ４において、一時メモリの変数ＴＥＭＰをリセットして零にしてステップＳ５に進む。ステップＳ５において、階調ｉ、ｊを、ｉ＝０、且つｊ＝０に設定し、ステップＳ６に進んで、フラグＦＬＡＧをＦＡＬＳＥに設定する。その後、ステップＳ７において、上記画素数比率Ｆｉを演算された閾値Ｓと比較する。あらかじめユーザにより行われる閾値の指定入力（ステップＳ２３）に基づいて、閾値Ｓは演算されている（ステップＳ２４）。
【００３４】
ステップＳ７において、画素数比率Ｆｉが閾値Ｓ未満なら、ステップＳ８において、フラグＦＬＡＧをＴＲＵＥに設定し、さらに、ステップＳ９において、一時メモリの変数ＴＥＭＰに画素数比率Ｆｉを加える。次いで、ステップＳ９Ａに進み、変数Ｇｊに変数ＴＥＭＰを代入してステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１において、階調ｉに１を加え、ステップＳ１２において、階調ｉが２５５以上であるか否か判定する。ステップＳ１２が否定されると、ステップＳ７に戻る。
【００３５】
ステップＳ７が肯定されると、即ち画素数比率Ｆｉが閾値Ｓ以上ならば、ステップＳ１６において、フラグＦＬＡＧがＴＲＵＥであるか否か判定する。ステップＳ１６が否定判定されると、すなわちフラグＦＬＡＧがＦＡＬＳＥと判定されると、ステップＳ１７において、画素数比率Ｆｉの値を変数Ｇｊに格納し、ステップＳ１５において、階調ｊに１を加える。その後、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ７を経由してステップＳ１６が否定判定された場合の動作は前に説明したとおりである。
【００３６】
ステップＳ１６が肯定判定されると、すなわちフラグＦＬＡＧがＴＲＵＥのとき、ステップＳ１８において、変数ＴＥＭＰの値を変数Ｇｊに格納する。次に、ステップＳ１９に進み、画素数比率Ｆｉの値を変数Ｇｊ＋１に格納する。さらに、ステップＳ２０で、変数ＴＥＭＰをリセットして零にし、ステップＳ２１で階調ｊに２を加える。そして、ステップＳ２２ＡにおいてフラグＦＬＡＧをＦＡＬＳＥに設定する。ステップＳ１１を経由してステップＳ１２が否定判定された場合の動作はすでに説明した。
【００３７】
取得した最後のデータに対してはステップＳ１２が肯定判定されて処理が終了する。
以上、図２のフローチャートの動作により補正された画像のヒストグラムを 図１１に示す。図１１において、横軸は２５６段階の階調（ｊ）、縦軸は画素数比率（Ｆｉ）である。実施形態１の場合のように、このヒストグラムは、画素数の比率が閾値Ｓに満たない階調のデータが圧縮されているため、最大階調と最小階調の幅が２５６に満たない。そこで、このヒストグラムを最大幅２５６まで拡大する。その拡大の変換式は、式３である。
【００３８】
この圧縮と拡張の二つの方法を組み合わせた補正処理を図８のヒストグラムに対して行った場合は補正結果として図１２のヒストグラムが得られ、階調を有効に使う補正が行われることが確かめられる。この圧縮と拡張の二つの方法を組み合わせた補正処理を原画像に対して行うことによって、階調を有効に使う補正された画像データが得られ、この画像データを新規ファイルとして格納する。
【００３９】
画像表示に当たって、ＣＰＵ２は補正された画像データファイルを開き、画像処理ボード８を経て表示装置９に表示する。補正前の画像と補正後の画像とは表示装置９に相並べて時々表示される。
実施形態１と較べると実施形態２の補正画像は、閾値を越える前までの階調の幅すべてを最小の階調幅である１まで圧縮されるが、閾値よりも高い画素数比率の画素がより有効に階調を利用できるという特徴がある。
【００４０】
実施形態１と実施形態２に於いて、画素数比率の閾値は、上述したように、定数値を指定する場合と、階調（ｉ）に依存する関数として指定する場合とがある。定数値として指定する場合、定数の大きさを変えるだけで、ユーザは容易に、画像補正の程度を変えることが出来る。閾値を大きくするほど、画像補正の程度を強められる。関数として指定する場合、明度が低い部分を小さく、明度が高い部分を大きくするような関数形を選ぶことは好ましい実施形態である。その理由は、明度が低い（階調が低い）画像は、明度が高い（階調が高い）画像よりも、僅かな階調変化が目立ち易いからである。
【００４１】
また、実施形態１と実施形態２に於いて、閾値の指定は（ステップＳ２３）ユーザが処理の都度手入力で行なってもよいし、予め設定され自動的に呼び出されることによって行なってもよい。
以上、実施形態１と実施形態２により本発明を説明した。本説明では、ヒストグラムを圧縮してから２５６階調まで拡大したが、本発明はこの順序には限られない。一緒に圧縮と拡大を行っても良いし、逆に先に拡大してから、後で圧縮してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、１階調当たりの画素数の総画素数に対する比率で閾値を指定し、この閾値とヒストグラムの階調との比較に基づいて画像を補正したので、悪条件下、特殊条件下で撮影した画像のみならず、劣化した画像も好ましく補正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像補正装置の実施形態１の主要部分のフローチャートである。
【図２】本発明による画像補正装置の実施形態２の主要部分のフローチャートである。
【図３】本発明のハードウエア構成の概要図である。
【図４】画像のヒストグラムの例である。
【図５】従来方法により補正された図４のヒストグラムである。
【図６】従来方法では補正できないヒストグラムの一例である。
【図７】従来方法では補正できないヒストグラムの他の例である。
【図８】本発明の説明のために用いた補正対象画像（原画像）の補正前のヒストグラムである。
【図９】本発明の実施形態１の画像補正装置により補正された中間段階のヒストグラムである。
【図１０】本発明の実施形態１の画像補正装置により補正されたヒストグラムである。
【図１１】本発明の実施形態２の画像補正装置により補正された中間段階のヒストグラムである。
【図１２】本発明の実施形態２の画像補正装置により補正されたヒストグラムである。
【符号の説明】
１ コンピュータ
２ ＣＰＵ
３ 入力装置
７ メモリ
８ 画像処理ボード
９ 表示装置
１０ インターフェースボード
１１ 外部機器
１２ ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置
１３ ＣＤ−ＲＯＭ
１４ 補正前の画像
１５ 補正後の画像[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is based on an image correction apparatus that corrects gradation characteristics of an image, in particular, an illumination condition, an exposure condition, and the like at the time of imaging with an electronic camera using a solid-state imaging device or a camera using a silver salt film. The present invention relates to an image correction apparatus for a deteriorated image and a machine-readable recording medium on which an image correction program is recorded.
[0002]
[Prior art]
In general, an image captured by a camera is evaluated by gradation (brightness) for each pixel for both a monochrome image and a color image. Here, the gradation is a monochrome gradation for a monochrome image, and R (red), G (green), B (blue), or C (cyan), M (magenta) for a color image. ), Y (yellow), etc., the gradation of each component is applied. These images may be deteriorated due to shooting conditions, fading, and the like, and image correction is performed by various methods.
[0003]
An effective method for image correction is gradation correction. Conventionally, a method using a histogram showing a gradation frequency distribution has been adopted. This histogram is calculated as follows. The gradation of each pixel constituting the image is detected, and for example, the number (frequency) of pixels indicating each gradation of 256 gradations is calculated. A histogram is a plot of the number of pixels (frequency) for each gradation.
[0004]
In correcting an image, conventionally, the gradation from the upper end (maximum gradation) and the lower end (minimum gradation) of the histogram to the gradation corresponding to the number of pixels designated by the user as a threshold value is deleted, and the conversion formula of
C (x) = n (x−a) / (b−a)
Here, x is the gradation before correction, a is the minimum value of the gradation before correction, b is the maximum value of the gradation before correction, C (x) is the gradation after correction, and n is the image after correction. Is the difference between the maximum gray level and the minimum gray level, and is normally the maximum value of 255 of 8-bit data.
[0005]
What is performed by the correction by the conversion equation of
[0006]
[Problems to be Solved by the Invention]
In such a conventional technique, an image having a histogram as shown in FIG. 4 and having a reduced contrast is corrected to the histogram as shown in FIG. 5, so that the image is sufficiently corrected. In other words, the conventional technique is effective when there is no large constriction in the histogram.
[0007]
However, in some cases, the image cannot be corrected by the conventional image correction method depending on the illumination condition and the exposure condition. For example, when taking a human photograph with backlight, a phenomenon in which the human image is crushed black and the background is white is often observed. A histogram of such an image is shown in FIG. 6, for example. From FIG. 6, it can be seen that the number of pixels in the intermediate gradation is extremely reduced as compared with the low gradation and the high gradation. The fact that this image cannot be sufficiently corrected by the
[0008]
Furthermore, as shown in FIG. 7, it is difficult to perform sufficient correction even when a gradation region with a small number of pixels is widened at the lower end (generally upper and lower ends) of the histogram. That is, in the method of deleting from the upper end (maximum gradation) and the lower end (minimum gradation) of the histogram to the gradation corresponding to the number of pixels specified by the user as a threshold, the ratio of the number of pixels is low. For example, when the ratio up to the gradation corresponding to (L1) in FIG. 7 is set, a sufficient image correction effect cannot be obtained. Further, when the ratio of the number of pixels is high, for example, when the ratio up to the gradation corresponding to (L2) in FIG. 7 is set, there is a problem that a large part of the gradation information of the original image is lost. Thus, the conventional method may not be able to specify an appropriate threshold value.
[0009]
An object of the present invention is to provide an image correction apparatus that corrects an image that cannot be corrected by the conventional image correction method as described above, and a machine-readable recording medium that records an image correction program.
[0010]
[Means for solving the problems]
In order to solve the above problem, in the conventional image correction method, the threshold for cutting off the histogram is specified by the ratio of the cumulative number of pixels of each gradation from the top or bottom of the histogram to the total number of pixels. . In contrast, in the present invention, a threshold is designated by the ratio of the number of pixels per gradation to the total number of pixels, and the image is corrected based on a comparison between the threshold and the gradation of the histogram.
[0011]
Therefore, an image correction apparatus according to the present invention includes an image acquisition unit that acquires image data from the outside, a histogram generation unit that calculates a pixel number ratio with respect to the total number of pixels for each gradation from the image data, and a user's Based on the comparison between the threshold value of the pixel number ratio per gradation determined based on the designation and the pixel number ratio of each gradation of the histogram, the gradation ratio of the pixel number in the histogram is less than the threshold value. The above object is achieved by providing a gradation correction unit that corrects the gradation width of the histogram so as to compress the width at a compression ratio inversely proportional to the pixel number ratio .
[0012]
The gradation correction unit can correct the gradation width of the histogram by compressing the gradation width in which the pixel number ratio is less than the threshold in the histogram. Here, the gradation width can be compressed by deleting gradations whose pixel number ratio is less than the threshold. The gradation width can be compressed at a compression rate inversely proportional to the pixel number ratio. You may compress the width | variety of the gradation whose pixel number ratio is less than a threshold value to 1 which is the minimum gradation width. That is, when there are a plurality of gradations having a pixel number ratio less than the threshold value continuously, the integration value of these pixel numbers may be integrated into a frequency of one gradation.
[0013]
The threshold value may be a function (S (i)) of gradation (i). In this case, the ratio of the number of images of each gradation in the histogram is set as the threshold value S (i). This means that the threshold value (S) is changed according to the gradation (i). For example, in the case of an image that emphasizes intermediate gradation, the threshold value (S) may be reduced for the central portion, and the threshold value (S) may be increased for low gradation and high gradation.
[0014]
Further, an all gradation enlarging unit for enlarging the gradation width of the entire histogram may be provided.
On a machine-readable recording medium on which an image correction program according to the present invention is recorded, an image acquisition procedure for acquiring image data from outside, and a pixel number ratio with respect to the total number of pixels for each gradation are calculated from the image data and a histogram is created. The pixel number ratio in the histogram is determined based on the comparison of the histogram generation procedure to be performed and the threshold value of the pixel number ratio per gradation determined based on the user's designation and the pixel number ratio for each gradation of the histogram. A program of a gradation correction procedure for correcting the gradation width of the histogram is stored so that the gradation width less than the threshold value is compressed at a compression rate inversely proportional to the pixel number ratio . Thus, if the recording medium is set in a computer and a program is loaded, the image correction apparatus can be functioned.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The overall configuration of an image correction apparatus according to an embodiment of the present invention using a computer is shown in FIG. In FIG. 3, the
[0016]
With the installation program in the CD-
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a flowchart for explaining the operation of the image correction apparatus according to the first embodiment of the present invention. The image correction operation will be described below with reference to the step numbers in FIG.
[0017]
First, when the user starts an image correction program, the
[0018]
In step S3, the ratio (Fi) of the number of pixels of the gradation to the total number of pixels is calculated for each gradation (i). An example of the histogram of this calculation result is shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents 256 levels of gradation (i), and the vertical axis represents the pixel number ratio (Fi). Here, the pixel number ratio (Fi) is expressed by
Pixel number ratio (Fi) = number of pixels of gradation (i) / total number of pixels of
In step S4, the variable TEMP in the temporary memory is reset to zero and the process proceeds to step S5. In step S5, the gradations i and j are set to i = 0 and j = 0. The gradation i indicates the gradation of the histogram of the original image, and the gradation j indicates the gradation of the histogram at the intermediate stage at the time of correction. In step S6, the flag FLAG is set to the initial value FALSE.
[0019]
Thereafter, in step S7, the pixel number ratio Fi is compared with the calculated threshold value S. The threshold value S is calculated based on a threshold value designation input (step S23) performed in advance by the user (step S24). As will be described later, for example, it can be specified whether the threshold is a constant or a threshold corresponding to the gradation regardless of the gradation. If it is a constant, the input value is set as the threshold value. On the other hand, when the threshold is set according to the gradation, the threshold S is designated as the gradation function S (i), and the threshold S (i) is calculated according to the gradation.
[0020]
If the pixel number ratio Fi is less than the threshold value S in step S7, the flag FLAG is set to TRUE in step S8, and the pixel number ratio Fi of the current gradation i is added to the temporary memory variable TEMP in step S9. . Thereafter, in step S10, the variable TEMP is compared with the threshold value S. When step S10 is executed for the first time, the determination result is always NO.
[0021]
If a negative determination is made in step S10, the variable TEMP is stored in the variable Gj in step S10A, and the process proceeds to step S11. In step S11, 1 is added to the gradation i, and in step S12, it is determined whether or not the gradation i is 255 or higher. If step S12 is negative, the process returns to step S7. At this time, if a negative determination is made in step S7, steps S8, S9, S10, S11, and S12 are repeated.
[0022]
If step S10 is positive, in step S13, the value of the variable TEMP is stored in the variable Gj. That is, when the pixel number ratios Fi of a plurality of continuous gradations are both less than the threshold value S, those pixel number ratios Fi are integrated in step S9. When the integral value is equal to or greater than the threshold value S, the integral value is set as the pixel number ratio of the gradation j when the intermediate histogram is created at the time of correction.
[0023]
When the process proceeds from step S13 to step S14, the variable TEMP is reset to zero, and 1 is added to the gradation j in step S15. Next, in step S22, the flag FLAG is set to FALSE. Thereafter, the process returns to step S7 via steps S11 and S12. The operation when step S7 is negative is as described above. If step S7 is affirmed, that is, if the pixel number ratio Fi for the current gradation i is greater than or equal to the threshold value S, it is determined in step S16 whether or not the flag FLAG is TRUE.
[0024]
In step S16, it is determined whether or not the flag FLAG is FALSE. This step is provided to change the subsequent processing procedure depending on whether the pixel number ratio Fi of the previous gradation is less than the threshold value S or more than the threshold value S. That is, if the pixel number ratio Fi of the previous gradation is equal to or greater than the threshold value S, a negative determination is made in step S16. In step S17, the pixel number ratio Fi of the current gradation i is stored in the variable Gj, and in step S15. , 1 is added to the gradation j. Thereafter, the operation when step S16 is negatively determined through steps S22, S11, S12, and S7 is as described above.
[0025]
If the pixel number ratio Fi of the previous gradation is less than the threshold value S, an affirmative determination is made in step S16, and the value of the variable TEMP is stored in the variable Gj in step S18. In step S19, the value of the pixel number ratio Fi is stored in the variable Gj + 1. Further, in step S20, the variable TEMP is reset to zero, and 2 is added to the gradation j in step S21. In step S22, the flag FLAG is set to FALSE. The operation when step S12 is negatively determined via step S11 has already been described.
[0026]
Affirmative determination is made in step S12 with respect to the acquired pixel number ratio of the last gradation, and the process ends.
If the process proceeds to steps S10A, S11, S12, S7, S16, S18, and S19 before step S10 is affirmed, there is one group in which the integrated value of the pixel ratio Fi does not exceed the threshold value S before that. Compressed.
[0027]
FIG. 9 shows a histogram of the image corrected by the operation of the flowchart of FIG. In FIG. 9, the horizontal axis represents 256 levels of gradation (j), and the vertical axis represents the pixel number ratio (Fi). That is, FIG. 9 is created based on the variable Gi acquired by the flowchart of FIG.
As can be seen from this histogram, data having a gradation in which the ratio Fi of the number of pixels does not satisfy the threshold value S is compressed by the above-described processing. Therefore, since the width of the maximum gradation and the minimum gradation is less than 256, the histogram is expanded to the maximum width 256 next. The enlargement conversion formula is a well-known formula 3 similar to the
[0028]
C (x) = n (x−a) / (b−a) Equation 3
Here, x is the gradation before conversion corrected by the operation of FIG. 1, C (x) is the gradation after conversion, a is the minimum value of the gradation corrected by the operation of FIG. 1, and b is FIG. In the histogram of the maximum value of the gradation corrected by the above operation, n is the difference between the maximum gradation and the minimum gradation of the image after conversion, and here is the maximum value of 255 of 8-bit data.
[0029]
As described above, a compression method for gradation is established from the relationship between gradations i and j by the method shown in the flowchart. Furthermore, a method for expanding the gradation to the maximum width is established by the above-described known equation 3.
When correction processing combining the two methods of compression and expansion is performed on the histogram of FIG. 8, the histogram of FIG. 10 is obtained as a correction result, and it is confirmed that correction using gradation effectively is performed. . In FIG. 10, the horizontal axis represents 256 levels of gradation (i), and the vertical axis represents the pixel number ratio (Fi). By performing correction processing combining the two methods of compression and expansion on the original image, corrected image data that effectively uses gradation is obtained, and this image data is stored as a new file.
[0030]
In displaying the image, the
As described above,
[0031]
In the conventional correction process, the gradation data at the upper and lower ends of the histogram of the image before correction is completely lost by the image correction, but the image corrected in this embodiment is equal to or lower than the threshold value of the image before correction. Gradation data is held in proportion to the size of the pixel number ratio and is not lost completely, and the gradation correction can be performed while inheriting the characteristics of the original image.
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the image correction apparatus according to the second embodiment of the present invention. The image correction operation will be described below with reference to the step numbers in FIG. In FIG. 2, the same steps as those in FIG. All the operations of the second embodiment will be described including the parts that are the same as those in FIG.
[0032]
First, when the user starts an image correction program, the
[0033]
In step S3, the ratio (Fi) of the number of pixels of each gradation is calculated for each gradation (i). An example of the histogram of the calculation result is shown in FIG. In step S4, the temporary memory variable TEMP is reset to zero, and the flow advances to step S5. In step S5, the gradations i and j are set to i = 0 and j = 0, and the process proceeds to step S6 where the flag FLAG is set to FALSE. Thereafter, in step S7, the pixel number ratio Fi is compared with the calculated threshold value S. The threshold value S is calculated based on a threshold value designation input (step S23) performed in advance by the user (step S24).
[0034]
If the pixel number ratio Fi is less than the threshold value S in step S7, the flag FLAG is set to TRUE in step S8, and the pixel number ratio Fi is added to the temporary memory variable TEMP in step S9. Next, the process proceeds to step S9A, and the variable TEMP is substituted for the variable Gj, and the process proceeds to step S11. In step S11, 1 is added to the gradation i, and in step S12, it is determined whether or not the gradation i is 255 or higher. If step S12 is negative, the process returns to step S7.
[0035]
If step S7 is affirmed, that is, if the pixel number ratio Fi is equal to or greater than the threshold value S, it is determined in step S16 whether or not the flag FLAG is TRUE. If the determination in step S16 is negative, that is, if the flag FLAG is determined to be FALSE, the value of the pixel number ratio Fi is stored in the variable Gj in step S17, and 1 is added to the gradation j in step S15. Thereafter, the operation when step S16 is negatively determined through steps S11, S12, and S7 is as described above.
[0036]
If the determination in step S16 is affirmative, that is, if the flag FLAG is TRUE, the value of the variable TEMP is stored in the variable Gj in step S18. In step S19, the value of the pixel number ratio Fi is stored in the variable Gj + 1. Further, in step S20, the variable TEMP is reset to zero, and 2 is added to the gradation j in step S21. In step S22A, the flag FLAG is set to FALSE. The operation when step S12 is negatively determined via step S11 has already been described.
[0037]
Affirmative determination is made in step S12 for the acquired last data, and the process ends.
FIG. 11 shows a histogram of the image corrected by the operation of the flowchart of FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents 256 levels of gradation (j), and the vertical axis represents the pixel number ratio (Fi). As in the case of the first embodiment, since the data of the gradation whose pixel ratio is less than the threshold value S is compressed in this histogram, the width of the maximum gradation and the minimum gradation is less than 256. Therefore, this histogram is expanded to the maximum width 256. The expansion conversion formula is Formula 3.
[0038]
When correction processing combining the two methods of compression and expansion is performed on the histogram of FIG. 8, the histogram of FIG. 12 is obtained as a correction result, and it is confirmed that correction using gradation effectively is performed. . By performing correction processing combining the two methods of compression and expansion on the original image, corrected image data that effectively uses gradation is obtained, and this image data is stored as a new file.
[0039]
In displaying the image, the
Compared with the first embodiment, the corrected image of the second embodiment is compressed to the
[0040]
In the first and second embodiments, as described above, the threshold value of the pixel number ratio may be designated as a constant value or as a function depending on the gradation (i). When specifying as a constant value, the user can easily change the degree of image correction simply by changing the size of the constant. As the threshold value is increased, the degree of image correction can be increased. In the case of designating as a function, it is a preferred embodiment to select a function form in which the low lightness portion is small and the high lightness portion is large. This is because an image with low lightness (low gradation) has a slight gradation change more conspicuous than an image with high lightness (high gradation).
[0041]
Further, in the first and second embodiments, the threshold value may be designated (step S23) by manual input by the user each time processing is performed, or may be performed by being preset and automatically called.
The present invention has been described with reference to the first and second embodiments. In this description, the histogram is compressed and expanded to 256 gradations, but the present invention is not limited to this order. The compression and enlargement may be performed together, or conversely, the enlargement may be performed first and then the compression may be performed later.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the threshold value is designated by the ratio of the number of pixels per gradation to the total number of pixels, and the image is corrected based on the comparison between the threshold value and the gradation of the histogram. Below, not only an image taken under special conditions but also a deteriorated image can be corrected preferably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of main parts of an image correction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a main part of an image correction apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a hardware configuration of the present invention.
FIG. 4 is an example of an image histogram.
5 is the histogram of FIG. 4 corrected by a conventional method.
FIG. 6 is an example of a histogram that cannot be corrected by a conventional method.
FIG. 7 is another example of a histogram that cannot be corrected by a conventional method.
FIG. 8 is a histogram before correction of a correction target image (original image) used for explaining the present invention.
FIG. 9 is a histogram of an intermediate stage corrected by the image correction apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a histogram corrected by the image correction apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a histogram at an intermediate stage corrected by the image correction apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a histogram corrected by the image correction apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
3 Input device 7
14 Image before
Claims (6)
前記画像データから階調毎に総画素数に対する画素数比率を算出しヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
ユーザの指定に基づいて決定される１階調当たりの画素数比率の閾値と前記ヒストグラムの各階調毎の画素数比率との比較に基づいて前記ヒストグラムに於ける画素数比率が前記閾値未満である階調の幅を前記画素数比率に逆比例した圧縮率で圧縮するよう前記ヒストグラムの階調幅を補正する階調補正部とを具えることを特徴とする画像補正装置。An image acquisition unit for acquiring image data from the outside;
A histogram creation unit that creates a histogram by calculating a pixel number ratio with respect to the total number of pixels for each gradation from the image data;
The pixel number ratio in the histogram is less than the threshold value based on a comparison between the threshold value of the pixel number ratio per gradation determined based on the user's designation and the pixel number ratio for each gradation of the histogram. An image correction apparatus comprising: a gradation correction unit that corrects the gradation width of the histogram so as to compress the gradation width at a compression ratio inversely proportional to the pixel number ratio .
前記画像データから階調毎に総画素数に対する画素数比率を算出しヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
ユーザの指定に基づいて決定される１階調当たりの画素数比率の閾値と前記ヒストグラムの各階調毎の画素数比率との比較に基づいて前記ヒストグラムの階調幅を補正する階調補正部とを具え、
前記閾値を階調（ｉ）の関数（Ｓ（ｉ））とし、前記ヒストグラムの各階調に於いて閾値Ｓ（ｉ）と画素数比率を比較することを特徴とする画像補正装置。 An image acquisition unit for acquiring image data from the outside;
A histogram creation unit that creates a histogram by calculating a pixel number ratio with respect to the total number of pixels for each gradation from the image data;
A gradation correction unit that corrects the gradation width of the histogram based on a comparison between a threshold value of the number of pixels per gradation determined based on a user designation and a pixel number ratio for each gradation of the histogram; Prepared,
An image correction apparatus characterized in that the threshold value is a function (S (i)) of gradation (i), and the threshold value S (i) is compared with the pixel number ratio in each gradation of the histogram.
画像データから階調毎に総画素数に対する画素数比率を算出しヒストグラムを作成するヒストグラム作成手順と、
ユーザの指定に基づいて決定される１階調当たりの画素数比率の閾値とヒストグラムの各階調毎の画素数比率との比較に基づいて前記ヒストグラムに於ける画素数比率が前記閾値未満である階調の幅を前記画素数比率に逆比例した圧縮率で圧縮するようヒストグラムの階調幅を補正する階調補正手順とからなる画像補正プログラムを記録した記録媒体。Image acquisition procedure for acquiring image data from outside,
A histogram creation procedure for creating a histogram by calculating a pixel number ratio with respect to the total number of pixels for each gradation from image data,
A level in which the pixel number ratio in the histogram is less than the threshold value based on a comparison between a threshold value for the pixel number ratio per gradation determined based on the user's designation and a pixel number ratio for each gradation in the histogram. A recording medium on which an image correction program comprising a gradation correction procedure for correcting a gradation width of a histogram so as to compress a tone width at a compression ratio inversely proportional to the pixel number ratio is recorded.
画像データから階調毎に総画素数に対する画素数比率を算出しヒストグラムを作成するヒストグラム作成手順と、
ユーザの指定に基づいて決定される各階調当たりの画素数比率の閾値を階調（ｉ）の関数（Ｓ（ｉ））とし、前記ヒストグラムの各階調に於いて閾値Ｓ（ｉ）と画素数比率を比較に基づいてヒストグラムの階調幅を補正する階調補正手順とからなる画像補正プログラムを記録した記録媒体。 Image acquisition procedure for acquiring image data from outside,
A histogram creation procedure for creating a histogram by calculating a pixel number ratio with respect to the total number of pixels for each gradation from image data,
The threshold value of the ratio of the number of pixels per gradation determined based on the user's designation is a function (S (i)) of the gradation (i), and the threshold value S (i) and the number of pixels in each gradation of the histogram. A recording medium on which an image correction program including a gradation correction procedure for correcting a gradation width of a histogram based on a comparison of ratios is recorded.
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