JP5182221B2 - 画像処理装置、画像処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理プログラムに関する。

特許文献１には、彩度のコントラスト改善を行う処理で、検出した彩度を予め定められた閾値より小さい場合は彩度を低減させ、大きい場合は彩度の強調を行う技術が開示されている。特許文献２には、彩度ヒストグラムの平坦化処理で彩度強調を行なう技術が開示されている。

国際公開第０３／０４１０１３号パンフレット 特開平１０−０２３２７９号公報

本発明は、本構成を有しない場合と比較して、カラー画像における低彩度高輝度部と高彩度低輝度部との差を強調するようにカラー画像を変換する画像処理装置、及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、カラー画像を取得する取得手段と、前記取得手段により取得されたカラー画像における画素毎に、該画素の原色の信号値と、予め定められた基準値との差の絶対値を示す差分値を原色毎に導出する導出手段と、前記導出手段により画素毎かつ原色毎に導出された差分値の画素毎の最大値が予め定められた複数の画素における前記差分値の最大値により定まる物理量より大きい画素については、前記カラー画像の画素毎の信号値を増幅し、前記画素毎かつ原色毎に導出された差分値の画素毎の最大値が前記物理量以下の画素については、前記カラー画像の画素毎の信号値を抑制するように該信号値を変換する変換手段と、を有する。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記予め定められた基準値を、画素毎の前記原色を示す信号値の最小値、画素毎の前記原色を示す信号値の最大値、及び白色点を示す値のいずれか１つの値としたものである。

また、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記変換手段により前記信号値が増減される割合は、前記物理量に応じて定められるものである。
さらに、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記物理量を、予め定められた複数の画素における前記差分値の最大値の平均値又は中央値のいずれか一方としたものである。

上記目的を達成するために、請求項５の発明は、コンピュータを、カラー画像を取得する取得手段と、前記取得手段により取得されたカラー画像における画素毎に、該画素の原色の信号値と、予め定められた基準値との差の絶対値を示す差分値を原色毎に導出する導出手段と、前記導出手段により画素毎かつ原色毎に導出された差分値の画素毎の最大値が予め定められた複数の画素における前記差分値の最大値により定まる物理量より大きい画素については、前記カラー画像の画素毎の信号値を増幅し、前記画素毎かつ原色毎に導出された差分値の画素毎の最大値が前記物理量以下の画素については、前記カラー画像の画素毎の信号値を抑制するように該信号値を変換する変換手段と、して機能させるための画像処理プログラムである。

請求項１及び請求項５記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、カラー画像における低彩度高輝度部と高彩度低輝度部との差を強調するようにカラー画像を変換することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、画素毎の原色を示す信号値の最小値、画素毎の原色を示す信号値の最大値、及び白色点を示す値のいずれか１つの値とすることにより、より画像に適した基準値を選択することができる。

また、請求項３記載の発明によれば、最大値の大きさは、彩度の度合いを示す値の一つであることから、その値に応じて増減されるため、低彩度高輝度部と高彩度低輝度部との差をより強調するようにカラー画像を変換することができる。

実施の形態に係る画像処理装置の構成を示す図である。 反射光の例を示す図である。 光源の分光周波数特性、撮像素子の分光感度、及び撮像素子から出力された信号値を示す図である。 実施の形態に係る画像処理全体の処理の流れを示すフローチャートである。 基準値の一例を示す図である。 導出処理の流れを示すフローチャートである。 差分最大値のヒストグラムを示す図である。 変換処理の流れを示すフローチャートである。 増減の割合を導出するために用いられるグラフの一例を示す図である。 画像処理の流れを示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１を用いて画像処理装置１０の構成について説明する。画像処理装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、ネットワークＩ／Ｆ部１８と、ＲＯＭ２０と、表示部２２と、操作入力部２４と、バス２６とを含む。

ＣＰＵ１２は、画像処理装置１０の全体の動作を司るものであり、後述する画像処理装置１０の処理を示すフローチャートは、ＣＰＵ１２により実行される。ＨＤＤ１４は、画像処理プログラムなどのプログラム、ＯＳ（Operating System）などが記録される不揮発性の記憶装置である。ＲＡＭ１６は、ＯＳ、プログラム、データ等が展開される揮発性の記憶装置である。ネットワークＩ／Ｆ部１８は、ネットワークに接続するためのものであり、ＮＩＣ（Network Interface Card）やそのドライバ、或いはＵＳＢデバイス等を含んで構成される。ＲＯＭ（Read Only Memory）２０は、画像処理装置１０の起動時に動作するブートプログラムなどが記憶されている不揮発性の記憶装置である。表示部２２は、画像処理装置１０に関する情報をオペレータに表示するものである。操作入力部２４は、オペレータが画像処理装置１０の操作や情報を入力する際に用いられるものである。バス２６は、情報のやりとりが行われる際に使用される。

なお、上述したＨＤＤ１４には、ＣＰＵ１２により実行される後述する画像処理プログラムやそのプログラムが用いるデータなどが記録される。このプログラムは、必ずしもＨＤＤ１４に記録されたプログラムでなくても良い。ＨＤＤ１４以外の記録媒体として、具体的には可搬型の記録媒体にプログラムを記録したものが挙げられる。この場合、画像処理装置１０に、可搬型の記録媒体を読み取るための読み取り装置を設け、可搬型の記録媒体は読み取り装置に対して、磁気、光、電気等のエネルギーの変化状態を引き起こし、それに対応する信号の形式で、読み取り装置にプログラムの記述内容を伝達できるものである。

可搬型の記録媒体として、例えば光磁気ディスク、光ディスク（ＣＤやＤＶＤなどを含む）、磁気ディスク、メモリ（ＩＣカード、メモリカードなどを含む）などが挙げられる。

次に、本実施の形態に係る低彩度高輝度部及び高彩度低輝度部について説明する。一般に、食品等の広告写真では食品に生き生きとした実感を与えることが要求される。生き生きした実感を与える例として、水滴がついた食品や食品表面のつやなどが挙げられる。

図２（Ａ）は、水滴がついた食品の反射光の例、図２（Ｂ）は、艶のある食品の反射光の例を示している。

図２（Ａ）に示される水滴表面による反射光は、光源を白色光とした場合、画像において低彩度高輝度部となる。一方、食品表面による反射光は、食品表面で反射した光が水滴内部で散乱・拡散して、画像において高彩度低輝度部となる。

また、図２（Ｂ）に示されるように食品表面のつやとして画像に表現される食品鏡面による反射光も、画像において低彩度高輝度部となる。一方、食品表面による反射光は、食品表面で拡散して反射するため、画像において高彩度低輝度部となる。

低彩度高輝度部及び高彩度低輝度部を光の３原色ＲＧＢ（Red, Green, Blue）により表現した例を、図３を用いて説明する。なお、原色とは、混色又は減色することで他の種類の色を生み出すことができる色のことをいう。原色の例として、上記Ｒ、Ｇ、ＢやＲ、Ｇ、Ｂ、Ｃなどが挙げられる。

図３には複数のグラフが描かれている。グラフ（Ａ）は、横軸を光源の周波数、縦軸を光の強さとした場合の光源の分光周波数特性を示している。グラフ（Ｂ）は、被写体から得られる光を受光した場合の撮像素子の分光感度を示し、横軸は被写体から得られる光の周波数、縦軸は撮像素子から出力される信号値を示している。また、グラフ（Ｃ）（Ｄ）の横軸は、光の周波数、縦軸は撮像素子から出力された信号値を示している。

そして、グラフ（Ｃ）は図２で説明した水滴表面による反射光、及び食品鏡面による反射光を撮像した場合の信号値を示し、グラフ（Ｄ）は、食品表面による反射光を撮像した場合の信号値を示している。このグラフの場合、食品は赤みが強いものを例にしている。

光源が白色光の場合、水滴表面による反射光、及び食品鏡面による反射光はそのまま白色光を反射するため、グラフ（Ｃ）に示されるように、ＲＧＢの信号値がほとんど同じレベルのものとなる。一方、食品表面による反射光は、食品表面の色素の吸収特性に応じた信号値となるため、ＲＧＢの信号値は異なるものとなる。

この場合、低彩度高輝度部は抑制し、高彩度低輝度部は強調することで、低彩度高輝度部と高彩度低輝度部との差が強調される。なお、出力された信号値は、一般的には何らかの画像処理が施されてカラー画像における信号値となるが、本実施の形態では、上述した低彩度高輝度部及び高彩度低輝度部の傾向はそのままカラー画像に反映されるものとしている。

以下、低彩度高輝度部を抑制し、高彩度低輝度部を強調する画像処理を、フローチャートを用いて説明する。

図４は、本実施の形態に係る画像処理全体の処理の流れを示すフローチャートである。なお、本実施の形態における画像は、１つの画素が複数の原色（本実施の形態ではＲＧＢ）毎に設けられた信号値により示される複数の画素で構成されたものとしている。

同図に示されるように、まず、ステップ１０１で、カラー画像を取得する。この処理は、例えばＨＤＤ１４に記録されたカラー画像をＲＡＭ１６に展開したり、或いは他の装置からネットワークを介してカラー画像を取得することを行なう処理である。

次のステップ１０２で、取得されたカラー画像における画素毎に、該画素の原色（ここではＲＧＢ）の信号値と、予め定められた基準値との差の絶対値を示す差分値を原色毎に導出する導出処理を行なう。そして、ステップ１０３で、各々の画素に対し、該画素におけるＲＧＢ毎に導出された差分値の最大値に応じて、該画素の信号値を増減するように各信号値を変換する変換処理を行なう。

次に、上述したステップ１０２、１０３の詳細について説明する。まず、ステップ１０２の詳細な説明に先立ち、差分値を導出する際に用いられる予め定められた基準値について図５を用いて説明する。図５は、３つの基準値Ａ、Ｂ、Ｃを示す図である。また、同図における縦軸は、ＲＧＢの各々の信号値を示している。なお、同図では、信号値を０から２５５の範囲としているがそれに限るものではない。

同図に示されるように、本実施の形態では、予め定められた基準値を、ＲＧＢの各色を示す信号値の最小値（基準値Ａ）、ＲＧＢの各色を示す信号値の最大値（基準値Ｂ）、及び白色点を示す値（基準値Ｃ）のいずれか１つの値としている。なお、白色点は必ずしもＲＧＢの信号値が２５５であるとは限らず、光源によるものとしても良い。いずれの基準値の場合も、基準値に用いられる複数の画素がカラー画像により定まっていることから予め定められた複数の画素により定まるものである。

この点を踏まえ、図６を用いてステップ１０２の導出処理の詳細な流れについて説明する。まず、ステップ２０１で、基準値Ｓを設定する。これは基準値Ａ、Ｂ、Ｃのうちのいずれにするかを設定する処理である。次のステップ２０２で画素をカウントするためのループカウンタｋをＬ（定数）で初期化する。この画素のカウントは、例えば画像の左上の画素が最初の画素とし、右下の画素を最後の画素とするようにしても良い。そして、本実施の形態では画素は０番目からＭ番目まで存在するものとする。

また、Ｌは、例えば最初の画素からカウントを開始する場合は０であり、途中の画素からカウントを開始する場合は、その画素の順番を示す値とする。

次のステップ２０３で、ｋ番目の画素のＲ、Ｇ、Ｂの各信号値と基準値Ｓとの差の絶対値ΔＲ、ΔＧ、ΔＢを導出する。すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂを信号値としたとき、ΔＲ＝｜Ｒ−Ｓ｜、ΔＧ＝｜Ｇ−Ｓ｜、ΔＢ＝｜Ｂ−Ｓ｜として差分値を導出する。

次のステップ２０４で、差分値の最大値をＭ（ｋ）に代入し、ステップ２０５でループカウンタｋがＮより大きいか否か判定する。このＮは当該導出処理が全画素を対象とする場合はＭであり、一部の画素を対象とする場合には、その最後の画素の順番を示す値となる。

ステップ２０５で肯定判定した場合には、ステップ２０６でＡにＭ（ｋ）の平均値を代入する。一方、ステップ２０５で否定判定した場合には、ステップ２０７でｋをｊだけ増分してステップ２０３の処理に戻る。このｊは、導出処理の対象とする画素を連続して隣り合う画素とする場合には１となり、とびとびに間引いた画素を対象とする場合には、間引く画素の数となる。

上記平均値Ａは、予め定められた複数の画素における前記差分値の最大値により定まる物理量であり、後述するように信号値が増減される割合を定めるものである。なお、物理量は、平均値Ａに限らず、図７に示されるように、横軸にＭ、縦軸に最大値がＭとなった画素数を示す差分最大値のヒストグラムにおける統計量（最大値、最小値、中央値等）を用いるようにしても良い。

以上説明したＬ、Ｎ、ｊにより、画像を示す全画素だけではなく、予め定められた複数の画素（一定領域の画素、間引いて残った画素）も導出処理の対象となる。例えば、一定領域の場合は０＜Ｌ＜Ｎ＜Ｍ（０＜Ｌ、Ｎ＜Ｍのいずれか一方の不等号が等号を含んでも良い）とし、間引く場合はｊ＞１とすれば良い。

次に、図８を用いてステップ１０３の変換処理の詳細な流れについて説明する。このフローチャートでもｋ、Ｌ、Ａ、Ｍ（ｋ）、ｊ、Ｎが用いられているが、これらは図６で説明したものと同じパラメータである。

まず、ステップ３０１で、ｋをＬで初期化する。次のステップ３０２で、差分値の最大値と差分値の比であるＲｒ、Ｇｒ、Ｂｒを導出する。そして、ステップ３０３で、この画素における差分値の最大値Ｍ（ｋ）が平均値Ａより大きいか否か判定する。ステップ３０４で肯定判定した場合には、この画素を高彩度低輝度部の画素と判定して、ステップ３０４でＭ（ｋ）に依存する関数ｆを用いて、信号値を増幅（増やす）するための係数αを導出する。

一方、ステップ３０３で否定判定した場合には、この画素を低彩度高輝度部の画素と判定して、ステップ３０５でＭ（ｋ）に依存する関数ｇを用いて、信号値を抑制（減らす）するための係数αを導出する。このαは、画素単位で定まるものである（即ち同一画素内における信号値に適用されるαは同一のαである）。

ここで、図９を用いて、上記関数ｆ、ｇについて説明する。関数ｆは、関数ｈと関数ｆ’の合成関数で、ｆ＝ｈｆ’であり、関数ｇは、関数ｈと関数ｇ’の合成関数で、ｇ＝ｈｇ’である。

このうち、関数ｇ’は、Ｍ（ｋ）の最小値から平均値Ａまでの区間で定義される単調増加関数で、０．５から１までの値をとる。また関数ｆ’は、Ｍ（ｋ）の平均値Ａから最大値までの区間で定義される単調増加関数で、１から１．１までの値をとる。

また、関数ｈは、ｈ（ｘ）＝（ｘ−１）Ｍ（ｋ）で定義される。従って、関数ｇ＝ｈｇ’で定まるαは０以下となり、関数ｆ＝ｈｆ’で定まるαは０以上となる。このαが増減の割合を定めることとなる。

いずれの関数ｆ、ｇも平均値Ａに依存することから、信号値が増減される割合は、予め定められた複数の画素における差分値の最大値により定まる物理量（平均値Ａ）となっている。

上述した関数ｆ、ｇは一例であり、高彩度低輝度部の画素における信号値を増幅し、低彩度高輝度部における信号値を抑制する関数であればよい。

図８の説明に戻り、ステップ３０６で、上記αを用いて新たな差分値ΔＲ’、ΔＧ’、ΔＢ’を導出する。新たな差分値は、上述したαの性質により、高彩度低輝度部の画素における信号値であれば差が大きくなり、低彩度高輝度部の画素における信号値であれば差が小さくなる。

次のステップ３０７で、変換された信号値Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’をステップ３０６で導出した新たな差分値ΔＲ’、ΔＧ’、ΔＢ’と基準値とを用いて導出する。これにより、低彩度高輝度部と高彩度低輝度部との差が強調された信号値に変換される。なお、ステップ３０７に示される式では各信号値に基準値Ｓが加算されるようになっているが、基準値Ｓが白点の場合、ステップ３０７における各式を以下の通りとする。
Ｒ’←ΔＲ’＋Ｒ
Ｇ’←ΔＧ’＋Ｇ
Ｂ’←ΔＢ’＋Ｂ
フローチャートの説明に戻り、ステップ３０８でループカウンタｋがＮより大きいか否か判定する。ステップ３０８で肯定判定した場合には処理を終了する。一方、ステップ３０８で否定判定した場合には、ステップ３０９でｋをｊだけ増分してステップ３０２の処理に戻る。

以上説明した処理の流れを、図１０を用いて説明する。図１０は画像処理の流れを示す模式図である。なお、この処理では、基準値をＲＧＢの各色を示す信号値の最小値としている。

まず、同図（Ａ）に示されるように、最小値はＧであるので、ＲＧＢを示す信号値と、基準値であるＧの信号値との差の絶対値を示す差分値を導出すると、同図（Ｂ）に示されるΔＲ、ΔＧ、ΔＢとなり、特にΔＧが０となる。

そこで、ΔＲ、ΔＧ、ΔＢのうちの最大値はΔＲであり、ΔＲ（＝Ｍ（ｋ））が平均値Ａより大きい場合、αは０以上となることからΔＲ、ΔＢは、同図（Ｃ）に示されるように大きくなる。この値はΔＲ’、ΔＢ’であることから、変換された信号値は増幅された信号値となる（ステップ３０７参照）。

一方、ΔＲが平均値以下の場合、αは０以下となることからΔＲ、ΔＢは、同図（Ｄ）に示されるように小さくなる。この値はΔＲ’、ΔＢ’であることから、変換された信号値は抑制された信号値となる（ステップ３０７参照）。

従って、差分値の最大値に応じて、画素の信号値を増減するように各信号値が変換される。

なお、以上説明した各フローチャートの処理の流れは一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で処理順序を入れ替えたり、新たなステップを追加したり、不要なステップを削除したりすることができることは言うまでもない。

１０ 画像処理装置
１２ ＣＰＵ
１４ ＨＤＤ
１６ ＲＡＭ

Claims (5)

1. カラー画像を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得されたカラー画像における画素毎に、該画素の原色の信号値と、予め定められた基準値との差の絶対値を示す差分値を原色毎に導出する導出手段と、
   前記導出手段により画素毎かつ原色毎に導出された差分値の画素毎の最大値が予め定められた複数の画素における前記差分値の最大値により定まる物理量より大きい画素については、前記カラー画像の画素毎の信号値を増幅し、前記画素毎かつ原色毎に導出された差分値の画素毎の最大値が前記物理量以下の画素については、前記カラー画像の画素毎の信号値を抑制するように該信号値を変換する変換手段と、
   を有する画像処理装置。
2. 前記予め定められた基準値を、画素毎の前記原色を示す信号値の最小値、画素毎の前記原色を示す信号値の最大値、及び白色点を示す値のいずれか１つの値とした請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記変換手段により前記信号値が増減される割合は、前記物理量に応じて定められる請求項１又は請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記物理量を、予め定められた複数の画素における前記差分値の画素毎の最大値の平均値又は中央値のいずれか一方とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
5. コンピュータを、
   カラー画像を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得されたカラー画像における画素毎に、該画素の原色の信号値と、予め定められた基準値との差の絶対値を示す差分値を原色毎に導出する導出手段と、
   前記導出手段により画素毎かつ原色毎に導出された差分値の画素毎の最大値が予め定められた複数の画素における前記差分値の最大値により定まる物理量より大きい画素については、前記カラー画像の画素毎の信号値を増幅し、前記画素毎かつ原色毎に導出された差分値の画素毎の最大値が前記物理量以下の画素については、前記カラー画像の画素毎の信号値を抑制するように該信号値を変換する変換手段と、
   して機能させるための画像処理プログラム。

Images