JP5776481B2 - 画像処理装置、撮像装置、画像処理方法および画像処理プログラム - Google Patents
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Description
さらに、上記目的を達成するために、上記の画像処理装置と同様の処理をコンピュータに実行させる画像処理プログラムが提供される。
〔第1の実施の形態〕
図1は、第1の実施の形態に係る画像処理装置を説明するための図である。
次に、上記の画像処理装置1の処理を、可視領域および赤外領域に感度を有する撮像素子によって得られた画像の色補正に対して用いた撮像装置の例について説明する。
図2に示す撮像装置100は、光学ブロック101、撮像素子102、A/D(Analog/Digital)変換部103、画素補間部104、WB(White Balance)調整部105、色補正部106、γ補正部107、他の画質補正部108、表示/保存処理部109、ディスプレイ110、記録媒体111、切り替え制御部112および入力部113を備える。なお、この撮像装置100は、例えば、一般的な民生用のデジタルスチルカメラとして使用できる他、監視カメラなどの業務用カメラとして使用することもできる。
図3は、撮像素子の分光感度特性の例を示すグラフである。
本実施の形態で使用される撮像素子102は、図3の例のように、可視領域および赤外領域に対する感度を有する。人間が視認できない赤外領域に対しても感度を有することから、撮像素子102の分光感度特性は、人間の錐体感度特性とは大きく異なる。このため、このような撮像素子102を用いてカラー画像を撮影する場合には、撮像によって得られた画像の分光反射率特性が人間の錐体感度特性に近づくようにする仕組みが必要となる。一般的に、このような仕組みとしては、撮像素子の光路上に赤外カットフィルタを配置する方法と、赤外カットフィルタを用いずに、撮像素子によって得られた画像信号に対して信号処理を施す方法とがある。本実施の形態の色補正部106は、後者の方法により色補正を行うものである。
図3のように赤外領域に感度を有する撮像素子102は、撮影対象の色についての可視領域の反射率に対する赤外領域の反射率が高くなるほど、多くの赤外領域のスペクトルを検知する。赤外領域のスペクトルが高くなるほど、得られる画像の信号におけるRGBの各成分の強度差が小さくなるので、得られる画像は無彩色に近い画像となる。また、撮影対象の色によって分光反射率特性が異なることから、各撮影対象色を赤外カットフィルタを用いずに撮像素子102で撮影したとき、得られる画像の色はどの撮影対象色についても無彩色に近づくことにはなるが、その近づき方は色によって異なる。
第2の色補正方法における上記問題点を解決するために、撮影対象の色の分類をRGBの色成分ごとに変える方法を考える。一例として、以下の図5〜図7を用いて、青色系のカラーサンプルを撮影した場合の解析結果について説明する。
図5の左図は、入射光路上に赤外カットフィルタを配置しない場合の撮像素子102の分光感度特性の例を示す。図5の左図に示すように、入射光路上に赤外カットフィルタを配置しない場合、撮像素子102は、RGBの各成分ともに、赤外領域にも感度を有する。一方、図5の右図は、入射光路上に赤外カットフィルタを配置した場合の撮像素子102の分光感度特性の例を示す。図5の右図によれば、入射光路上に赤外カットフィルタを配置することで、RGBの各成分ともに、赤外領域における感度がほぼ0に低下することがわかる。
図6に示すように、撮影対象とする青色系カラーサンプルは、緑色系や赤色系に属する波長領域と比較して、青色系に属する波長領域および赤外領域における反射率が大きい。この図6のような特性を有するカラーサンプルを、図5のような特性を有する撮像素子102で撮影したときに得られる画像信号のRGB値は、図5の分光感度と図6の分光反射率とを色成分ごとに掛け合わせて積分することによって得られる。
上記の第1のRGB値は、色補正部106に対する入力画像信号(すなわち、補正前の画像信号)のRGB値に対応すると考えることができる。一方、第2のRGB値は、色補正部106からの出力画像信号の目標値(補正後の目標値)と考えることができる。そこで、図7は、第1のRGB値を入力、第2のRGB値を出力としたときの入出力の関係を、色成分ごとにグラフ化したものである。
[ステップS13]コンピュータは、処理対象の色成分についての入力(補正前の値)と出力(補正後の目標値)との関係を示すグラフ上に、2つの境界直線を設定する。これら2つの境界直線は、ともに正の傾きを有するとともに、入出力平面上で互いに交差しないように設定される。コンピュータは、設定した2つの境界直線によって、複数のカラーサンプルを3つのグループに分類する。例えば、処理対象がR成分の場合、コンピュータは、図8に示した直線Lr1,Lr2を任意に設定し、直線Lr1,Lr2を境界として、24色のカラーサンプルをグループR1〜R3のいずれかに分類する。
ここで、1つのグループにn個(ただし、nは1以上の整数)のカラーサンプルが属するものとし、マトリクス係数は次の式(2)を基に求められる。
ここで、グループ分けを示す情報とは、撮像装置100の色補正部106が入力画像信号を基に所属グループの判定を行う際に必要になる情報である。ステップS18では、例えば、ステップS11〜S17で利用した各カラーサンプルを、所属グループの判定に利用する色分布の座標系(以下、「判定用座標系」と呼ぶ)にプロットする。そして、判定用座標系におけるあるカラーサンプルの位置を含む領域を、分割領域としてそのカラーサンプルと同じグループに対応付ける。これにより、色補正部106に対する入力画像信号の値を上記の判定用座標系に投影した際に、その入力画像信号がどのグループに属するかを判定できるようになる。
なお、図12は、図8のようにカラーサンプルが分類された場合を示し、図13は、図9のようにカラーサンプルが分類された場合を示し、図14は、図10のようにカラーサンプルが分類された場合を示す。図12〜図14では、座標系における各カラーサンプルの位置は同じであるが、各カラーサンプルがどのグループに属しているかが異なる。すなわち、図12〜図14では、グループを分類するための境界直線の配置のされ方が異なっている。
図15は、境界直線テーブルの一例を示す図である。
次に、撮像装置100が実行する色補正処理について説明する。図17は、色補正部の内部構成例を示すブロック図である。
[ステップS22]グループ判定部122は、境界直線テーブル200に登録された境界直線と、色空間変換部121から出力されたa*成分およびb*成分の各値とを基に、入力画像信号が属するグループを色成分ごとに判定する。
グループ判定部122は、色空間変換部121から出力されたa*成分の値を、R成分についての境界直線1のxに代入して、yの値を算出する。グループ判定部122は、色空間変換部121から出力されたb*成分の値が、算出されたyの値より大きい場合、入力画像信号はグループR1に属すると判定する。
第2の実施の形態における色補正部106の処理は、撮像装置の外部に存在する画像処理装置において実現することもできる。また、この画像処理装置の処理は、1つまたは複数の半導体装置によって実現することもできる。
ここで、第2の実施の形態の色補正部106の処理は、例えば、CPU301が所定のプログラムを実行することによって実現される。また、色補正部106の処理の少なくとも一部が、グラフィック処理装置304内の回路などの専用の回路によって実現されてもよい。
(付記1) 入力画像信号の値が、色分布において分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する判定部であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号に含まれる色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを色成分ごとに判定する判定部と、
色成分ごとかつ分割領域ごとに補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記入力画像信号の値が含まれると判定された色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、前記入力画像信号を基に、出力画像信号における色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する画像補正部と、
を有することを特徴とする画像処理装置。
前記各グループに対応する分割領域が、前記各グループに分類された前記補正対象色を含むように設定される、
ことを特徴とする付記1記載の画像処理装置。
前記判定部は、前記入力画像信号の色差成分を基に、前記入力画像信号が含まれる分割領域を、前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに判定する、
ことを特徴とする付記1記載の画像処理装置。
前記判定部は、前記入力画像信号をL*a*b*表色系の値に変換し、変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれる分割領域を、前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに判定する、
ことを特徴とする付記4記載の画像処理装置。
前記判定部は、前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに設定された、前記a*b*座標系における前記境界線に基づいて、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれる分割領域を判定する、
ことを特徴とする付記5記載の画像処理装置。
前記境界線は、同一のグループに分類された前記補正対象色の前記a*b*座標系における座標が前記境界線によって分割された同一の分割領域に含まれるように、前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに設定される、
ことを特徴とする付記6記載の画像処理装置。
前記補正係数は、マトリクス係数における行成分である、
ことを特徴とする付記1〜8のいずれか1つに記載の画像処理装置。
前記固体撮像素子によって得られた入力画像信号の値が、色分布において分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する判定部であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号に含まれる色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを色成分ごとに判定する判定部と、
色成分ごとかつ分割領域ごとに補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記入力画像信号の値が含まれると判定された色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、前記入力画像信号を基に、出力画像信号における色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する画像補正部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
色成分ごとかつ分割領域ごとに補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記入力画像信号の値が含まれると判定された色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、
前記入力画像信号を基に、出力画像信号における色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する、
ことを特徴とする画像処理方法。
前記各グループに対応する分割領域が、前記各グループに分類された前記補正対象色を含むように設定される、
ことを特徴とする付記11記載の画像処理方法。
前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する処理では、前記入力画像信号の色差成分を基に、前記入力画像信号が含まれる分割領域を、前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに判定する、
ことを特徴とする付記11記載の画像処理方法。
前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する処理では、前記入力画像信号をL*a*b*表色系の値に変換し、変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれる分割領域を、前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに判定する、
ことを特徴とする付記14記載の画像処理方法。
前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する処理では、前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに設定された、前記a*b*座標系における前記境界線に基づいて、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれる分割領域を判定する、
ことを特徴とする付記15記載の画像処理方法。
前記境界線は、同一のグループに分類された前記補正対象色の前記a*b*座標系における座標が前記境界線によって分割された同一の分割領域に含まれるように、前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに設定される、
ことを特徴とする付記16記載の画像処理方法。
前記補正係数は、マトリクス係数における行成分である、
ことを特徴とする付記11〜18のいずれか1つに記載の画像処理方法。
色成分ごとかつ分割領域ごとに補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記入力画像信号の値が含まれると判定された色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、
前記入力画像信号を基に、出力画像信号における色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
11 判定部
12 画像補正部
12a,12b,12c 演算部
13 補正係数記憶部
13a,13b,13c 補正係数テーブル
20 座標系
SP1〜SP3 分割領域
Claims (9)
- 入力画像信号の値が、色分布において分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する判定部であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号に含まれる色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを前記色成分ごとに判定する判定部と、
前記色成分ごとに前記複数の分割領域のそれぞれに対応する補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記入力画像信号の値が含まれると判定された前記色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、前記入力画像信号を基に、出力画像信号における前記色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する画像補正部と、
を有し、
複数の補正対象色を、前記色成分ごとに、前記複数の分割領域のそれぞれに対応する複数のグループのいずれかに分類して、前記複数の補正対象色のそれぞれについての補正後の前記色成分ごとの出力値を前記色成分ごとに前記複数のグループにそれぞれ対応する前記補正係数記憶部内の個別の補正係数を用いて算出したときに、前記各補正対象色のそれぞれについての補正後の前記色成分ごとの出力値と、前記各補正対象色に対応する目標色における前記色成分ごとの値との差分が一定範囲に収まるように、前記補正対象色が前記色成分ごとに前記複数のグループのいずれかに分類され、
前記各グループに対応する分割領域が、前記各グループに分類された前記補正対象色を含むように設定される、
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記目標色は、入射光路上に赤外カットフィルタが配置された固体撮像素子によって所定のカラーサンプルを撮像することで得られた画像信号の値であり、当該目標色に対応する前記補正対象色は、入射光路上に赤外カットフィルタが配置されていない固体撮像素子によって前記所定のカラーサンプルを撮像することで得られた画像信号の値であることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 入力画像信号の値が、L*a*b*表色系におけるa*成分およびb*成分によるa*b*座標系が直線、曲線、円のいずれかである境界線によって分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する判定部であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号をL*a*b*表色系の値に変換し、前記色成分ごとに設定された、前記a*b*座標系における前記境界線に基づいて、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれる分割領域を前記色成分ごとに判定する判定部と、
前記色成分ごとに前記複数の分割領域のそれぞれに対応する補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれると判定された前記色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、前記入力画像信号を基に、出力画像信号における前記色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する画像補正部と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 固体撮像素子と、
前記固体撮像素子によって得られた入力画像信号の値が、色分布において分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する判定部であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号に含まれる色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを前記色成分ごとに判定する判定部と、
前記色成分ごとに前記複数の分割領域のそれぞれに対応する補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記入力画像信号の値が含まれると判定された前記色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、前記入力画像信号を基に、出力画像信号における前記色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する画像補正部と、
を有し、
複数の補正対象色を、前記色成分ごとに、前記複数の分割領域のそれぞれに対応する複数のグループのいずれかに分類して、前記複数の補正対象色のそれぞれについての補正後の前記色成分ごとの出力値を前記色成分ごとに前記複数のグループにそれぞれ対応する前記補正係数記憶部内の個別の補正係数を用いて算出したときに、前記各補正対象色のそれぞれについての補正後の前記色成分ごとの出力値と、前記各補正対象色に対応する目標色における前記色成分ごとの値との差分が一定範囲に収まるように、前記補正対象色が前記色成分ごとに前記複数のグループのいずれかに分類され、
前記各グループに対応する分割領域が、前記各グループに分類された前記補正対象色を含むように設定される、
ことを特徴とする撮像装置。 - 固体撮像素子と、
前記固体撮像素子によって得られた入力画像信号の値が、L*a*b*表色系におけるa*成分およびb*成分によるa*b*座標系が直線、曲線、円のいずれかである境界線によって分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する判定部であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号をL*a*b*表色系の値に変換し、前記色成分ごとに設定された、前記a*b*座標系における前記境界線に基づいて、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれる分割領域を前記色成分ごとに判定する判定部と、
前記色成分ごとに前記複数の分割領域のそれぞれに対応する補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれると判定された前記色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、前記入力画像信号を基に、出力画像信号における前記色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する画像補正部と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 入力画像信号の値が、色分布において分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する処理であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号に含まれる色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを前記色成分ごとに判定する処理を実行し、
前記色成分ごとに前記複数の分割領域のそれぞれに対応する補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記入力画像信号の値が含まれると判定された前記色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、
前記入力画像信号を基に、出力画像信号における前記色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する、
処理を含み、
複数の補正対象色を、前記色成分ごとに、前記複数の分割領域のそれぞれに対応する複数のグループのいずれかに分類して、前記複数の補正対象色のそれぞれについての補正後の前記色成分ごとの出力値を前記色成分ごとに前記複数のグループにそれぞれ対応する前記補正係数記憶部内の個別の補正係数を用いて算出したときに、前記各補正対象色のそれぞれについての補正後の前記色成分ごとの出力値と、前記各補正対象色に対応する目標色における前記色成分ごとの値との差分が一定範囲に収まるように、前記補正対象色が前記色成分ごとに前記複数のグループのいずれかに分類され、
前記各グループに対応する分割領域が、前記各グループに分類された前記補正対象色を含むように設定される、
ことを特徴とする画像処理方法。 - 入力画像信号の値が、L*a*b*表色系におけるa*成分およびb*成分によるa*b*座標系が直線、曲線、円のいずれかである境界線によって分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する処理であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号をL*a*b*表色系の値に変換し、前記色成分ごとに設定された、前記a*b*座標系における前記境界線に基づいて、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれる分割領域を前記色成分ごとに判定する処理を実行し、
前記色成分ごとに前記複数の分割領域のそれぞれに対応する補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれると判定された前記色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、
前記入力画像信号を基に、出力画像信号における前記色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する、
ことを特徴とする画像処理方法。 - 入力画像信号の値が、色分布において分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する処理であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号に含まれる色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号の値が前記複数の分割領域のいずれに含まれるかを前記色成分ごとに判定する処理を実行し、
前記色成分ごとに前記複数の分割領域のそれぞれに対応する補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記入力画像信号の値が含まれると判定された前記色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、
前記入力画像信号を基に、出力画像信号における前記色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する、
処理をコンピュータに実行させ、
複数の補正対象色を、前記色成分ごとに、前記複数の分割領域のそれぞれに対応する複数のグループのいずれかに分類して、前記複数の補正対象色のそれぞれについての補正後の前記色成分ごとの出力値を前記色成分ごとに前記複数のグループにそれぞれ対応する前記補正係数記憶部内の個別の補正係数を用いて算出したときに、前記各補正対象色のそれぞれについての補正後の前記色成分ごとの出力値と、前記各補正対象色に対応する目標色における前記色成分ごとの値との差分が一定範囲に収まるように、前記補正対象色が前記色成分ごとに前記複数のグループのいずれかに分類され、
前記各グループに対応する分割領域が、前記各グループに分類された前記補正対象色を含むように設定される、
ことを特徴とする画像処理プログラム。 - 入力画像信号の値が、L*a*b*表色系におけるa*成分およびb*成分によるa*b*座標系が直線、曲線、円のいずれかである境界線によって分割された複数の分割領域のいずれに含まれるかを判定する処理であって、前記複数の分割領域が前記入力画像信号の表色系における色成分ごとに定義されており、前記入力画像信号をL*a*b*表色系の値に変換し、前記色成分ごとに設定された、前記a*b*座標系における前記境界線に基づいて、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれる分割領域を前記色成分ごとに判定する処理を実行し、
前記色成分ごとに前記複数の分割領域のそれぞれに対応する補正係数が登録された補正係数記憶部から、前記変換によって得られたa*成分およびb*成分の各値が含まれると判定された前記色成分ごとの分割領域にそれぞれ対応する補正係数を読み出し、
前記入力画像信号を基に、出力画像信号における前記色成分ごとの出力値を、前記補正係数記憶部から読み出した対応する色成分についての補正係数を用いて算出する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
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