JP5430218B2 - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラー画像から階調変換画像を生成する画像処理装置および画像処理方法に関する。

ユーザが屋外等においてデジタルカメラであるシーンを撮影するとき、撮影可能な輝度レンジよりも撮影対象であるシーンの輝度レンジが広い場合がある。このような場合、撮影可能な輝度レンジ外の被写体については、その階調情報を記録することができないため、白飛びや黒潰れが発生してしまう。例えば、晴天時に屋外で人物を撮影する場合、人物に露出を合わせると背景の空や雲が白飛びしたり、木陰が黒潰れしたりするケースがある。

しかし、人間の視覚には、見ている領域の明るさに応じて順応状態を切り替えて明るさ・色を知覚する、「局所順応」と呼ばれる特性があり、明るい場所／暗い場所ともに階調を知覚することができる。このため、上記白飛びや黒つぶれが発生した撮影画像を見た際の印象は、実際のシーンを見た印象とは異なってしまう場合があり、デジタルカメラユーザの不満となっている。

このような問題を解決する技術の１つとして、ＨＤＲ(High Dynamic Range)技術が知られている。ＨＤＲ技術は、大きく分けて、ＨＤＲキャプチャー技術とＨＤＲ再現技術から構成される。ＨＤＲキャプチャー技術は、撮影可能なダイナミックレンジを拡大して、白飛び・黒潰れが発生していた輝度レンジの階調情報を記録するための技術であり、例えば、複数の露出で撮影した画像を合成するなどの方法がある。以下、このＨＤＲキャプチャー技術により取得される画像をＨＤＲ画像と呼ぶ。またＨＤＲ再現技術は、ダイナミックレンジの広いＨＤＲ画像をダイナミックレンジの狭い表示／出力機器で好ましく再現するためのダイナミックレンジ圧縮技術であり、例えば、ＨＤＲ画像の低周波成分を圧縮するなどの方法がある。このようにＨＤＲ技術によれば、ダイナミックレンジ拡大のためのキャプチャー技術と、それに対応した再現技術により、白飛び・黒潰れを軽減することができる。

上述したダイナミックレンジ圧縮技術については、これまでにも様々な方法が提案されている。例えば、J.Kuangらが提案している"iCAM06"は、人間がシーンを見たときの印象を表示／出力機器で再現するという考え方に基づいたダイナミックレンジ圧縮技術である（例えば、非特許文献１参照）。"iCAM06"では、まず、ＨＤＲ画像を用いて人間が撮影シーンにおいて知覚していた明るさ・色の見えをシミュレートし、次に、その明るさ・色を出力機器で再現可能な明るさ・色に変換し、最後に表示/出力機器の信号値に変換する処理を行う。この技術を用いて原画像の階調を圧縮することで、ダイナミックレンジの狭いデバイス（Low Dynamic Range Device：ＬＤＲデバイス）において、良好な階調を再現することができる。

Kuang, J., Johnson, G.M., Fairchild M.D., "iCAM06: A refined image appearance model for HDR image rendering"。Journal of Visual Communication, 2007

上記"iCAM06"等の階調変換技術を用いることで、ＬＤＲデバイスにおいて良好な階調再現を行うことができる。しかしながら、これとは逆に、ＬＤＲ用に階調変換された画像（ＬＤＲ画像）をＨＤＲデバイスで表示する場合には以下のような問題があった。すなわち、ＬＤＲ画像にはＨＤＲへの復元情報が保持されていないため、ＬＤＲ画像をＨＤＲデバイスで表示する場合には、ＬＤＲ画像の信号値がＨＤＲデバイスにそのまま入力されていた。このため、ＬＤＲ画像をＨＤＲデバイスで表示すると、オリジナルの階調を再現することはできなかった。

本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、原画像から階調変換画像を生成する際に、その復元情報を付加しておくことによって、原画像を忠実に再現可能とする画像処理装置および画像処理方法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本発明は、原画像の各画素に対応する順応点を表す順応点画像を生成し、前記順応点画像に基づいて、前記原画像の階調を変換して階調変換画像を生成し、前記階調変換画像に対して前記順応点画像を付加することを特徴とする。

上記構成からなる本発明によれば、原画像から階調変換画像を生成する際に、その復元情報として順応点画像を付加しておくことによって、原画像を忠実に再現することができる。

本発明に係る一実施形態における送信側および受信側の画像処理装置の構成を示すブロック図、 本実施形態における階調変換画像生成処理および原画像復元処理を示すフローチャート、 本実施形態における階調変換処理を示すフローチャート、 本実施形態における画像付加処理を示すフローチャート、 本実施形態における階調変換画像に対する順応点画像の付加例を示す図、 本実施形態における画像分離処理を示すフローチャート、 本実施形態における逆階調変換処理を示すフローチャート、 第２実施形態における送信側および受信側の画像処理装置の構成を示すブロック図、 第２実施形態における階調変換画像生成処理および原画像復元処理を示すフローチャート、 第２実施形態における順応情報圧縮処理を示すフローチャート、 第２実施形態における順応情報伸張処理を示すフローチャート、 第３実施形態における観察距離とフィルタの周波数特性の関係を示す図、 第３実施形態における送信側の画像処理装置の構成を示すブロック図、 第３実施形態における観察条件の入力例を示す図、 第３実施形態における階調変換画像生成処理を示すフローチャート、である。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
本実施形態では、原画像に階調変換を施した階調変換画像を生成する際に、原画像の各画素に対応する順応点を表す順応点画像を生成し、これを該階調変換画像に付加する。これにより、階調変換画像から原画像を復元する際に、この順応点画像を用いた逆階調変換を施すことができるため、原画像の忠実な復元が可能となる。尚、原画像としては、ＨＤＲ画像を、階調変換画像としては、ｓＲＧＢ画像を想定している。

●装置構成
図１は、本実施形態における画像処理装置を実現するハードウエア構成を示すブロック図であり、図１(a)が送信側、すなわち階調変換画像の生成側の画像処理装置１を、図１(b)が受信側、すなわち原画像の復元側の画像処理装置２を示す。

画像処理装置１において、１０１は原画像の輝度レンジをｓＲＧＢ色空間の輝度レンジに階調変換し、階調変換画像を生成する階調変換部である。

階調変換部１０１において、１０１１は順応点算出部であり、原画像の各画素に対応する順応点を算出することによって、順応点画像を生成する。１０１２は色順応変換部であり、順応点画像に基づいて、原画像に対して局所順応を考慮した色順応変換を施し、色順応変換画像を生成する。１０１３は心理値変換部であり、順応点画像のＹ成分を用いて色順応変換画像に対して心理値変換を施し、心理値画像を生成する。１０１４は逆心理値変換部であり、心理値画像に対して逆心理値変換を施し、色順応画像を生成する。１０１５は逆色順応変換部であり、色順応画像に対して逆色順応変換を施し、階調変換画像を生成する。

１０２は、階調変換部１０１において生成された階調変換後の画像に対し、同じく階調変換部１０１において階調変換の際に算出された順応点画像を付加する付加部である。

１０３は、階調変換で用いる係数行列やフィルタパラメータ等の演算に必要なデータを保持するデータ保持部であり、１０４は演算途中の各データを一時的に保持するためのバッファメモリである。

また、画像処理装置２において、２０１は画像処理装置１より出力された順応点画像付き階調変換画像を、順応点画像と階調変換画像とに分離する分離部である。

２０２は、分離部２０１で分離された順応点画像に基づいて階調変換画像に逆階調変換を施し、原画像を復元する逆階調変換部である。

逆階調変換部２０２において、２０２１は色順応変換部であり、階調変換画像に対して色順応変換を施し、色順応画像を生成する。２０２２は心理値変換部であり、色順応画像に対して心理値変換を施し、心理値画像を生成する。２０２３は逆心理値変換部であり、順応点画像のＹ成分を用いて心理値画像に対して逆心理値変換を施し、色順応変換画像を生成する。２０２４は逆色順応変換部であり、順応点画像に基づいて、色順応変換画像に対して逆色順応変換を施し、原画像を復元する。

２０３および２０４はそれぞれ、画像処理装置１における１０３および１０４と同様の処理を行う、データ保持部およびバッファメモリである。

●画像処理装置１における階調変換画像生成処理
以下、画像処理装置１における階調変換画像生成処理について、図２(a)のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ１０において、階調変換部１０１は原画像ＸＹＺを取得し、局所順応を考慮した階調変換によって、原画像ＸＹＺの階調変換画像ＸＹＺ_dev、および、順応点画像ＸＹＺ_Lを生成する。なお、階調変換部１０１における具体的な処理内容については、後述する。

次にステップＳ２０において、付加部１０２は、階調変換部１０１で生成した階調変換画像ＸＹＺ_devと順応点画像ＸＹＺ_Lを取得する。そして、順応点画像ＸＹＺ_Lを階調変換画像ＸＹＺ_devに付加することによって、順応点画像付き階調変換画像ＸＹＺ_devLを生成する。なお、付加部１０２における具体的な処理内容については、後述する。

●画像処理装置２における原画像復元処理
以下、画像処理装置２における原画像復元処理について、図２(b)のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ３０において、分離部２０１は、画像処理装置１で生成された順応点画像付き階調変換画像ＸＹＺ_devLを取得する。そしてこれを、順応点画像ＸＹＺ_Lと階調変換画像ＸＹＺ_devに分離する。なお、分離部２０１における具体的な処理内容については、後述する。

次にステップＳ４０において、逆階調変換部２０２は、分離部２０１で分離した順応点画像ＸＹＺ_Lに基づいて、階調変換画像ＸＹＺ_devに対する逆階調変換を施す。なお、逆階調変換部２０２における具体的な処理内容については、後述する。

●階調変換部１０１における階調変換処理
以下、上述したステップＳ１０における、階調変換部１０１の階調変換処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ１０１において、順応点算出部１０１１が原画像ＸＹＺに平滑化処理を施し、順応点画像ＸＹＺ_Lを生成する。平滑化処理としては例えば、ガウシアンフィルタやメディアンフィルタなどの平滑化フィルタを用いれば良い。ガウシアンフィルタを用いる場合には、その分散として画像の短辺の1/4〜1/2の値を用いることが望ましく、ここでは、短辺の1/2の値を用いるとする。

次にステップＳ１０２において、色順応変換部１０１２が、ステップＳ１０１で生成した順応点画像ＸＹＺ_Lを用いてＸＹＺ画像に色順応変換を施し、色順応画像ＸＹＺ_Cを生成する。この色順応変換としては例えば、ｉＣＡＭやｉＣＡＭ０６などのカラーアピアランスモデルで用いられるの色順応変換を用いれば良く、本実施形態では、以下の式(1)〜(6)に示すｉＣＡＭで用いられる色順応変換式を用いるとする。

なお、上記色順応変換式において、Ｙ_Wは白色点のＹ成分を表す。また、Ｌ_Aは順応輝度を表し、Ｙ_Wの20%の値を用いる。また、Ｒ_W，Ｇ_W，Ｂ_Wは、白色点のＸ，Ｙ，Ｚ値を式(1)により変換した値を表す。

次にステップＳ１０３において、心理値変換部１０１３が、順応点画像ＸＹＺ_LのＹ成分Ｙ_Lを用いて色順応変換画像ＸＹＺ_Cに心理値変換を施し、心理値画像ＩＰＴを生成する。ここで、心理値画像ＩＰＴを記述する色空間ＩＰＴは、明度、赤−緑方向の色度、黄−青方向の色度、の３成分からなる直交座標色空間である。尚、本実施形態ではこの心理値を算出する際に、以下の式(7)、(11)に示すｉＣＡＭで用いられる心理値変換式を用いる。

次にステップＳ１０４において、逆心理値変換部１０１４が、心理値画像ＩＰＴに逆心理値変換を施し、色順応画像ＸＹＺ_Cdevを生成する。ここで、ＩＰＴからＸＹＺ_Cdevへの変換に用いる観察環境パラメータとしては、ｓＲＧＢに規定される観察条件、すなわちデバイス白色点にＤ６５、照明色温度にＤ５０、照明照度に６４lxを用いる。

そしてステップＳ１０５において、逆順応変換部１０１５が、色順応画像ＸＹＺ_Cdevに逆色順応変換を施し、ｓＲＧＢ画像ＸＹＺ_devを生成する。

以上のように階調変換部１０１では、原画像に平滑化処理を施すことによって順応点画像を算出し、該順応点画像を用いて、各画素の階調を変換する。このように、各画素に応じた順応点を用いて階調変換を行うため、例えば、ハイライト部分での白跳びや、シャドー部における黒潰れを防止した階調変換画像を生成することができる。

●付加部１０２における画像付加処理
以下、上述したステップＳ２０における、付加部１０２の画像付加処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ２０１において、ステップＳ１０５で生成したｓＲＧＢ画像ＸＹＺ_devを取得し、ステップＳ２０２において、ステップＳ１０４で生成した順応点画像ＸＹＺ_Lを取得する。

次にステップＳ２０３において、ステップＳ２０１で取得したｓＲＧＢ画像ＸＹＺ_devに、ステップＳ２０２で取得した順応点画像ＸＹＺ_Lを付加する。これにより、順応点画像付き階調変換画像ＸＹＺ_devLが生成される。この付加方法としては、例えば図５に示すように、階調変換画像データの終端に順応点画像データを追加し、階調変換画像データのヘッダ領域に順応点画像データの開始アドレスを記述する。このようなデータ構造にすることによって、順応点画像を参照する際にはヘッダ領域に記述された順応点画像データの開始アドレスから順に画素値を読み出すことで、該画素における順応点を取得することができる。

以上のように付加部１０２では、ステップＳ１０で生成した階調変換画像に対して順応点画像を付加する。このとき、図５に示すようなデータ構造とすることによって、階調変換画像の所定の画素について、順応点画像における対応する画素を参照することで、当該画素の順応点を得ることができる。

●分離部２０１における画像分離処理
以下、上述したステップＳ３０における、分離部２０１の画像分離処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ３０１において、ステップＳ２０で生成された順応点画像付き階調変換画像ＸＹＺ_devLを取得する。そしてステップＳ３０２において、ステップＳ３０１で取得したＸＹＺ_devLから順応点画像ＸＹＺ_Lを取得する。

次にステップＳ３０３において、ステップＳ３０１で取得したＸＹＺ_devLから階調変換画像ＸＹＺ_devを取得する。

以上のように分離部２０１では、ステップＳ２０で生成された順応点画像付き階調変換画像を取得し、順応点画像と階調変換画像とに分離する。

●逆階調変換部２０２における逆階調変換処理
以下、上述したステップＳ４０における、逆階調変換部２０２の逆階調変換処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ４０１において、ステップＳ３０で分離した階調変換画像ＸＹＺ_devを取得し、ステップＳ４０２において、ステップＳ３０で分離した順応点画像ＸＹＺ_Lを取得する。

そしてステップＳ４０３において、色順応変換部２０２１が、ステップＳ４０１で取得した階調変換画像ＸＹＺ_devに対して色順応変換を施し、色順応画像ＸＹＺ_Cdevを生成する。

次にステップＳ４０４において、心理値変換部２０２２が、ステップＳ４０３で生成した色順応画像ＸＹＺ_Cdevに対して心理値変換を施し、心理値画像ＩＰＴを生成する。ここで、色順応画像から心理値画像への変換の際に用いる観察環境パラメータは、ステップＳ１０で用いたｓＲＧＢに規定の観察条件と同様とする。

次にステップＳ４０５において、逆心理値変換部２０２３が、ステップＳ４０２で取得した順応点画像のＹ成分Ｙ_Lを用いて心理値画像ＩＰＴに逆心理値変換を施し、色順応画像ＸＹＺ_Cを生成する。

そしてステップＳ４０６において、逆色順応変換部２０２４が、ステップＳ４０５で生成した色順応画像ＸＹＺ_Cに対して逆色順応変換を施し、原画像ＸＹＺを復元する。逆色順応変換の際には、ステップＳ４０２で取得した順応点画像ＸＹＺ_Lを用いる。具体的には、色順応画像ＸＹＺ_Cの所定の画素を逆変換する際に、順応点画像ＸＹＺ_Lにおける対応する画素値を取得し、該画素値を順応点として計算する。

以上のように逆階調変換部２０２では、階調変換画像を逆階調変換する際に、原画像を階調変換する際に用いた画素ごとの順応点を用いる。これにより、階調変換画像から原画像を忠実に復元することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、原画像から階調変換画像を生成する際に、同時に順応点画像を生成して階調変換画像に付加する。そして、該階調変換画像から原画像を復元する際には、順応点画像に基づいて、階調変換画像に逆階調変換を施すことにより、原画像を忠実に復元することができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明に係る第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、階調変換画像に順応点画像を付加し、逆変換の際に、該順応点画像を利用することによって原画像を忠実に復元する例を示した。これに対し第２実施形態では、階調変換画像に付加する順応点画像を、その周波数特性に基づいて圧縮することで、データ量を削減することを特徴とする。

●装置構成
図８は、第２実施形態における画像処理装置を実現するハードウエア構成を示すブロック図であり、図８(a)が送信側、すなわち階調変換画像の生成側の画像処理装置３を、図８(b)が受信側、すなわち原画像の復元側の画像処理装置４を示す。なお、図８において、上述した第１実施形態で示した図１と同様の構成には同一番号を付し、説明を省略する。

画像処理装置３において、３０１は、階調変換部１０１で生成された順応点画像のデータ量を圧縮し、圧縮後の順応点画像（以下、圧縮画像と称する）を生成する順応情報圧縮部である。

また画像処理装置４において、４０１は、分離部２０１で分離された圧縮画像を取得し、該圧縮画像に対して伸張処理を施すことで、元の順応点画像を生成する順応情報伸張部である。

●画像処理装置３における階調変換画像生成処理
以下、画像処理装置３における階調変換画像生成処理について、図９(a)のフローチャートを用いて説明する。

図９(a)におけるステップＳ１０およびＳ２０は、上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。第２実施形態の画像処理装置３では、ステップＳ１５において順応情報圧縮部３０１が、ステップＳ１０で生成した順応点画像ＸＹＺ_Lを取得し、圧縮画像ＸＹＺ_LDを生成する。順応情報圧縮部３０１の具体的な処理内容については、後述する。

●画像処理装置４における原画像復元処理
以下、画像処理装置４における原画像復元処理について、図９(b)のフローチャートを用いて説明する。

図９(b)におけるステップＳ３０およびＳ４０は、上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。第２実施形態の画像処理装置４では、ステップＳ３５において順応情報伸張部４０１が、ステップＳ３０で分離した圧縮画像ＸＹＺ_LDを取得し、これを伸張することで、順応点画像を取得する。順応情報伸張部４０１の具体的な処理内容については、後述する。

●順応情報圧縮部３０１における圧縮処理
以下、上述したステップＳ１５における、順応情報圧縮部３０１の圧縮処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ５０１において、ステップＳ１０で生成した順応点画像ＸＹＺ_Lを取得する。

そしてステップＳ５０２において、ステップＳ５０１で取得した順応点画像ＸＹＺ_Lに圧縮処理を施して圧縮画像ＸＹＺ_LDを生成する。ここで、圧縮処理の対象である順応点画像の周波数特性に着目すると、順応点画像ＸＹＺ_Lは、ステップＳ１０でローパスフィルタ処理が施されたことによって、画像中の最大周波数が制限されている。つまり、順応点画像ＸＹＺ_Lは、ローパスフィルタのカットオフ周波数によって帯域制限された画像である。そこでシャノンの標本化定理により、カットオフ周波数をω0Hz、サンプリング間隔Ｔを1/(2ω0)（一般に、これをナイキスト間隔と称する）未満にすれば、得られたサンプリング系列から元の信号を完全に復元することができる。したがって第２実施形態では、順応点画像ＸＹＺ_Lをサンプリング間隔1/(2ω0)でダウンサンプリングすることによって、データ量の削減を実現する。

以上のように順応情報圧縮部３０１では、順応点画像をその周波数特性に基づいてダウンサンプリングすることによって、データ量を削減する。また、サンプリング間隔をナイキスト間隔とすることで、元の順応点画像を完全に復元することができる。

●順応情報伸張部４０１における伸長処理
以下、上述したステップＳ３５における、順応情報伸長部４０１の伸長処理について、図１１のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ６０１において、ステップＳ３０で分離された圧縮画像ＸＹＺ_LDを取得する。

そしてステップＳ６０２において、ステップＳ６０１で取得した圧縮画像ＸＹＺ_LDに伸張処理を施し、元の順応点画像ＸＹＺ_Lを復元する。圧縮画像ＸＹＺ_LDはステップＳ５０２で1/(2ω0)でダウンサンプリングされているため、ここでは2ω0でアップサンプリングする。これにより、元の順応点画像ＸＹＺ_Lを完全に復元することができる。

以上のように順応情報伸張部４０１では、順応点画像を圧縮した際のサンプリング間隔に基づいて圧縮画像をアップサンプリングすることによって、圧縮画像から元の順応点画像を復元する。

以上説明したように第２実施形態によれば、階調変換の際に生成した順応点画像を圧縮し、該圧縮画像を階調変換画像に付加することによって、全体としてのデータ量の削減を実現する。また、順応点画像の圧縮は、順応点画像を生成する際のローパスフィルタの周波数特性に基づく圧縮率により行われるため、効率よくデータ量を削減することができる。さらに、圧縮率を示すサンプリング間隔はナイキスト間隔であるため、完全に元の順応点画像を復元することができる。

＜第３実施形態＞
以下、本発明に係る第３実施形態について説明する。上述した第２実施形態では、順応点画像を圧縮して階調変換画像に付加することにより、データ量を削減する例を示した。第３実施形態ではさらに、局所順応に影響を与える空間的範囲が、画像を観察する際の観察距離に応じて変化することに着目し、順応画像を生成する際のローパスフィルタの周波数特性を観察距離に基づいて制御することを特徴とする。

●観察距離と周波数特性
ここで図１２に、観察距離と、局所順応算出用フィルタの周波数特性の関係を示す。図中左側の模式図は、観察者が異なる観察距離で画像を観察する様子を示している。

図１２の左側図によれば、観察距離Ｌ1において、観察者が画像1上の点Ｐ1に注目しているとき、局所順応に影響を与える空間的範囲をＲ1とすると、画像1全体に対してＲ1の範囲が狭いため、注目点Ｐ1近傍の画素しか順応に影響しない。つまり、原画像に施す平滑化の度合いが弱いため、この場合の局所順応算出用のフィルタ特性としては図１２の右下図にω1で示すように、比較的高周波成分も通過させる特徴を有する必要がある。

一方、観察距離Ｌ2において、観察者が画像2上の点Ｐ2に注目しているとき、局所順応に影響を与える空間的範囲をＲ2とすると、画像2全体に占めるＲ2の範囲が広いため、注目点Ｐ2から離れた領域の画素も順応に影響する。つまり、原画像に施す平滑化の度合いが強いため、この場合の局所順応算出用のフィルタ特性としては図１２の右上図にω2で示すように、低周波成分のみを通過させる特徴を有する必要がある。

第３実施形態では、図１２を用いて説明したような特性に基づき、順応点画像を生成する際のローパスフィルタの周波数特性を制御することによって、観察距離に応じて最適な順応点画像を生成する。これにより、フィルタ特性が適切でないために発生する、画像中の明度差が大きい境界におけるフレア状の画質劣化を防止することができる。

以上を踏まえ、以下に、第３実施形態について具体的に説明する。

●装置構成
図１３は、第３実施形態における、送信側、すなわち階調変換画像の生成側である画像処理装置５のハードウエア構成を示すブロック図である。なお、第３実施形態における受信側、すなわち原画像の復元側の画像処理装置については、上述した第２実施形態で示した図８(b)と同様である。また、図１３において、第２実施形態で示した図８(a)と同様の構成には同一番号を付し、説明を省略する。

画像処理装置５において、５０１は、画像を観察する際の観察距離等の観察条件を取得し、該観察条件に基づいて、順応点画像を生成する際のローパスフィルタのカットオフ周波数を算出する順応パラメータ制御部である。尚、観察条件を取得する方法としては、例えば、図１４に示すようなユーザインターフェース（以下、ＵＩと称する）６０１を用いれば良い。すなわち、ＵＩ６０１を表示して、ユーザに画像の横幅６０２および観察距離６０３を入力させ、決定ボタン６０４が押されたときに、入力されていた値を取得するような構成にすれば良い。

５０２は、順応パラメータ制御部５０１で算出されたカットオフ周波数を取得し、該カットオフ周波数に基づいて原画像から順応点画像を生成し、該原画像に対して該順応点画像に基づく階調変換を施す階調変換部である。

５０３は、順応パラメータ制御部５０１で算出されたカットオフ周波数、および、階調変換部５０２で生成された順応点画像を取得し、該カットオフ周波数に基づいて該順応点画像をダウンサンプリングして、圧縮画像を生成する順応情報圧縮部である。

●画像処理装置５における階調変換画像生成処理
以下、画像処理装置５における階調変換画像生成処理について、図１５のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ１７において、順応パラメータ制御部５０１が観察条件を取得し、該観察条件から順応点画像に施すローパスフィルタのカットオフ周波数ωを算出する。

次にステップＳ１８において、階調変換部５０２が、ステップＳ１７で算出したカットオフ周波数ωに基づいて原画像ＸＹＺにローパスフィルタ処理を施すことで、順応点画像ＸＹＺ_Lを生成する。そしてさらに、該順応点画像ＸＹＺ_Lを用いて、原画像ＸＹＺから階調変換画像ＸＹＺ_devを生成する。

次にステップＳ１９において、順応情報圧縮部５０３が、ステップＳ１７で算出したカットオフ周波数ω、およびステップＳ１８で生成した順応点画像ＸＹＺ_Lを取得する。そしてサンプリング間隔1/(2ω)で順応点画像ＸＹＺ_Lをリサンプリングすることで、圧縮画像ＸＹＺ_LDが生成される。

そしてステップＳ２０において、付加部１０２が、順応点画像ＸＹＺ_Lを階調変換画像ＸＹＺ_devに付加することによって、順応点画像付き階調変換画像ＸＹＺ_devLを生成する。この処理は上述した第１および第２実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように第３実施形態によれば、画像を観察する際の観察距離に応じた順応点画像を生成し、該順応点画像を用いて原画像を階調変換することによって、観察距離に応じた最適な階調変換画像を生成することができる。これにより、画像中の明度差の大きな境界におけるフレア状の画質劣化を防止することができる。また、順応点画像における最大周波数を考慮した圧縮率により順応点画像を圧縮するため、圧縮画像から元の順応点画像を完全に復元することができる。したがって、復元された順応点画像を用いて、階調変換画像を逆変換することで、原画像を忠実に復元することができる。

＜変形例＞
上述した各実施形態においては、原画像および階調変換画像を記述する色空間をＸＹＺ色空間として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、一般的に用いられているデバイスＲＧＢを用いても良く、その際には、デバイスＲＧＢからＸＹＺへの変換式ないし変換モデルによって、その値を相互に変換する構成とすれば良い。また、デバイスＲＧＢの他に、ＣＩＥＬＡＢやＣＩＥＬＵＶ等の色を表現することのできる色空間で記述しても良い。さらに言えば、分光分布の形式で記述しても良く、その場合には、分光分布からＸＹＺへの変換部を設ければ良い。

また、上記各実施形態においては、階調変換画像の色空間をｓＲＧＢ色空間として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばAdobeＲＧＢ色空間や、scＲＧＢ色空間等の色空間であっても良い。

また、上記各実施形態においては、順応点画像データの開始アドレスをヘッダ領域に記録するとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、予め階調変換画像データの終端以降に順応点画像データが付加されると規定しておき、順応点画像データを参照可能とする方法でも良く、さらに言えば、順応点画像データを参照できる方法であれば、どのようなデータ構造であっても良い。

また、第２実施形態においては、順応点画像の圧縮および伸張をリサンプリングによって行う例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、予測符号化、変換符号化、ベクトル量子化、エントロピー符号化等の情報圧縮方法であっても良く、さらに言えば、リサンプリングの後にこれらの情報圧縮方法を多段に接続する構成としても良い。その場合には伸張処理を、圧縮した順序と逆の順序で行えば良い。

また、第２実施形態においては、順応点画像のサンプリング間隔をナイキスト間隔として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数以上の周波数領域における減衰がなだらかであった場合に、エイリアシングを避けるため、サンプリング間隔をナイキスト間隔よりも狭く設定しても良い。

また、第３実施形態においては、観察距離に基づいて順応点画像を生成する際のローパスフィルタのカットオフ周波数を制御する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、原画像の平滑化にガウシアンフィルタを用いる場合には、その分散を制御するような構成であっても良く、さらに言えば、観察距離が近い場合には平滑化の度合いを弱く、逆に観察距離が遠い場合には平滑化の度合いを強くするような構成でも良い。

また、第３実施形態においては、観察条件として観察距離を用いる例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、視野角、解像度、視力等の少なくともいずれか１つ、すなわち局所順応に影響する空間的範囲に関するパラメータであれば良い。

なお、上記各実施形態で説明した各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施例の機能（例えば、上図の各フローチャートにより示される機能）を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても実現できる。この場合、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）がコンピュータが読み取り可能に記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することにより、上述した実施例の機能を実現する。

Claims (10)

1. 原画像の各画素に対応する順応点を表す順応点画像を生成する生成手段と、
   前記順応点画像に基づいて、前記原画像の階調を変換して階調変換画像を生成する階調変換手段と、
   前記階調変換画像に対して前記順応点画像を付加する付加手段と、
   を有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記生成手段は、前記原画像に対して平滑化処理を施すことによって前記順応点画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. さらに、画像の観察条件を取得する取得手段を有し、
   前記生成手段は、前記原画像に対して前記観察条件に基づく平滑化処理を施すことによって、前記順応点画像を生成することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記生成手段は、前記観察条件に基づいて平滑化処理に用いるフィルタのカットオフ周波数を算出することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記観察条件は、観察距離、視野角、解像度の少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項３または４に記載の画像処理装置。
6. さらに、前記順応点画像を圧縮して圧縮画像を生成する圧縮手段を有し、
   前記付加手段は、前記圧縮画像を前記階調変換画像に付加することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
7. 前記圧縮手段は、前記順応点画像の周波数特性に基づく圧縮率によって、前記順応点画像を圧縮することを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
8. 前記圧縮手段は、前記順応点画像をナイキスト間隔でサンプリングすることによって圧縮することを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
9. 原画像の各画素に対応する順応点を表す順応点画像を生成する生成ステップと、
   前記順応点画像に基づいて、前記原画像の階調を変換して階調変換画像を生成する階調変換ステップと、
   前記階調変換画像に対して前記順応点画像を付加する付加ステップと、
   を有することを特徴とする画像処理方法。
10. コンピュータを請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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