ダイナミックレンジ圧縮装置およびプログラム
【課題】 少ない演算量で、入力画像の元の内容を損なうことなくダイナミックレンジ圧縮を行うことを可能にする。
【解決手段】 平均化処理部１０１は、入力画像を構成する各画素を各々注目画素とし、注目画素毎に、それを中心とした所定範囲内の画素の平均輝度を算出する。ベース関数値算出部１０２は、ベース関数に対し、平均化処理部１０１が各注目画素について算出した各平均輝度を入力輝度として各々与え、ベース関数値を算出する。画素値算出部１０３は、注目画素毎に、入力画像における当該注目画素の画素値と、平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値を算出する。その際に入力輝度の変化に対する出力輝度の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する。
【解決手段】 平均化処理部１０１は、入力画像を構成する各画素を各々注目画素とし、注目画素毎に、それを中心とした所定範囲内の画素の平均輝度を算出する。ベース関数値算出部１０２は、ベース関数に対し、平均化処理部１０１が各注目画素について算出した各平均輝度を入力輝度として各々与え、ベース関数値を算出する。画素値算出部１０３は、注目画素毎に、入力画像における当該注目画素の画素値と、平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値を算出する。その際に入力輝度の変化に対する出力輝度の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動画像等のダイナミックレンジ圧縮に好適なダイナミックレンジ圧縮装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の撮像素子技術の進歩により、広いダイナミックレンジを持った画像の得られる撮像素子が提供されるようになった。この撮像素子から得られる画像のダイナミックレンジに比べると、一般に表示装置が出力可能な画像のダイナミックレンジは狭い。このため、撮像素子から得られる画像をディスプレイに表示させるに当たっては、画像のダイナミックレンジ圧縮を行うことが必要になる。よく知られているダイナミックレンジ圧縮のための方法として、リニア変換と対数変換がある。ここで、リニア変換は、ダイナミックレンジ圧縮の対象である入力画像の各画素値に対し、１より小さなゲインを乗算することにより、ダイナミックレンジ圧縮後の出力画像の各画素値を算出する方法である。また、対数変換は、次式に従い、入力画像の画素値ｘを、出力画像の画素値ｙに変換する方法である。
【数１】
【０００３】
ここで、ｄｅｌｔａは、対数曲線ｙの全体としての傾きを決定するパラメータであり、ｄｅｌｔａが小さくなる程、対数曲線ｙは、より凸な曲線となる。また、“＊”は乗算を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７は、リニア変換および対数変換における変換前の入力画像の各画素の輝度である入力輝度と変換後の出力画像の各画素の輝度である出力輝度との関係を示すものである。図７において、横軸は入力輝度の対数値、縦軸は出力輝度の対数値である。
【０００６】
図７に示すように、リニア変換における入力輝度と出力輝度の関係は、勾配が１の直線によって表される。そして、この直線の横軸方向の位置は、入力輝度に乗じられるゲインにより定まる。図７では、リニア変換の例としてリニア変換１および２が示されているが、左側に示されているリニア変換１は、右側に示されているリニア変換２よりも高いゲインを用いて、入力輝度から出力輝度への変換を行っている。
【０００７】
図７に示すように、ゲインの高いリニア変換１では、入力輝度が高い領域（図７ではＡ部）では、出力輝度が表示装置によって定まる最大値に対してオーバーフローする。このため、出力輝度がオーバーフローしている領域が真っ白になる、いわゆる白飛びが出力画像に表れる。
【０００８】
一方、ゲインの低いリニア変換２では、白飛びを防止することはできるが、入力輝度が低い領域（図７ではＢ部）では、出力輝度が表示装置の表現可能な輝度の下限値を下回る。このため、出力輝度が下限値を下回っている領域が真っ黒になる、いわゆる黒潰れが出力画像に現れる。
【０００９】
対数変換では、リニア変換において発生する白飛びや黒潰れの問題は発生しない。しかし、対数変換では、入力輝度の高い領域（図７ではＣ部）において、入力輝度が変化しているのに出力輝度が殆ど変化しなくなるコントラストの低下が起こる。
【００１０】
このようにリニア変換や対数変換では、入力画像が広いダイナミックレンジを持っている場合に、変換後の出力画像において入力画像の元の内容が損なわれる場合がある（Ａ部、Ｂ部、Ｃ部参照）。
【００１１】
このような不都合が発生する広いダイナミックレンジを持った入力画像の例として、１つの撮像素子により室内と室内の窓越しに見える外の風景を同時に撮像した場合に得られる画像が挙げられる。この場合、室内は輝度が低いのに対し、窓越しに見える外の風景は輝度が高い。このため、撮像素子から得られた画像に対し、例えば対数変換によるダイナミックレンジ圧縮を行うと、出力画像において、輝度の低い室内の画像は見ることができるが、窓越しに見えるはずの外の風景は、白飛びこそ生じないものの、コントラストが低下し、はっきり見えない風景となる。さらに、出力画像において、窓越しに見える外の風景は全体的に白っぽくなり、色の再現性が低下する、という問題が発生する。
【００１２】
以上のように、従来のリニア変換や対数変換では、広いダイナミックレンジを持った入力画像を元の内容を損なうことなく狭いダイナミックレンジの出力画像に変換することは困難であった。また、リニア変換や対数変換以外にもダイナミックレンジ圧縮の方法はあるが、動画処理に耐えうるような少ない演算量で、入力画像の元の内容を損なうことなくダイナミックレンジ圧縮を行うことができる技術は従来提供されていなかった。
【００１３】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、少ない演算量で、入力画像の元の内容を損なうことなくダイナミックレンジ圧縮を行うことを可能にする技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、入力画像を構成する各画素を各々注目画素とし、注目画素毎に、前記入力画像において当該注目画素を含む所定範囲内の画素の画素値から平均輝度を算出する平均化処理部と、入力輝度を出力輝度に対応付けるベース関数に対し、前記平均化処理部が各注目画素について算出した各平均輝度を入力輝度として各々与え、出力輝度であるベース関数値を注目画素毎に算出するベース関数値算出部と、前記注目画素毎に、前記入力画像における当該注目画素の画素値と、前記平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、前記ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値を算出する手段であって、前記入力画像における当該注目画素の画素値が示す輝度の当該平均輝度からの変化に応じて、前記出力画像における当該画素の画素値が示す輝度を当該ベース関数値から変化させ、かつ、その際に前者の変化に対する後者の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する画素値算出部とを具備することを特徴とするダイナミックレンジ圧縮装置を提供する。
【００１５】
かかる発明によれば、入力画像を構成する各画素が注目画素とされ、注目画素を含む所定範囲内の画素の平均輝度が入力輝度としてベース関数に与えられる。そして、注目画素毎に、入力画像における当該注目画素の画素値と、平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値が算出される。その際、画素値算出部は、入力画像における当該注目画素の画素値が示す輝度の当該平均輝度からの変化に応じて、出力画像における当該画素の画素値が示す輝度を当該ベース関数値から変化させ、かつ、その際に前者の変化に対する後者の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する。従って、入力画像がダイナミックレンジの広い画像であり、輝度が大きく異なる複数の領域に分かれている場合に、ダイナミックレンジ圧縮後の各領域の出力輝度はベース関数に従ったものとなる。また、各領域に着目すると、領域内の各画素を注目画素としたときの各平均輝度はほぼ同じ値になるので、領域内の各画素にはほぼ同じゲインが適用され、リニア変換に近い変換が行われる。従って、各領域内のコントラストが良好な出力画像が得られる。また、入力輝度に対する出力輝度の変化の勾配を入力輝度に応じて制御することが可能なので、高輝度領域においてコントラストが必要以上に大きくなるのを防止することができる。
【００１６】
なお、ダイナミックレンジ圧縮時のコントラスト改善に関する技術として特許文献１に開示のものがある。この特許文献１に開示の技術では、入力画像の各画素値に対し、２次元ＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理を施すことにより、高周波成分を除いて、画面のポイント毎の特徴信号を取得し、この特徴信号により白バランス出力信号の入出力特性を変化させて、画面の特徴に最適な入出力特性を得るものである。しかし、この特許文献１に開示の技術は、入力画像を構成する各画素を注目画素とし、注目画素を含む所定範囲内の画素の平均輝度を入力輝度としてベース関数に与え、その際に得られるベース関数値を用いて出力画像の画素値を得るものではなく、本発明とは全く異なる技術である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の一実施形態によるダイナミックレンジ圧縮装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態における平均化処理部１０１が使用するフィルタ係数を例示する図である。
【図３】同平均化処理部１０１が使用する重み関数を例示する図である。
【図４】同実施形態におけるベース関数の例を示す図である。
【図５】同実施形態の第１のモードにおけるダイナミックレンジ圧縮特性を例示する図である。
【図６】同実施形態の第２のモードにおけるダイナミックレンジ圧縮特性を例示する図である。
【図７】従来のダイナミックレンジ圧縮の例であるリニア変換と対数変換のダイナミックレンジ圧縮特性を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、この発明の一実施形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態によるダイナミックレンジ圧縮装置１００の構成を示すブロック図である。このダイナミックレンジ圧縮装置１００は、例えば表示装置を備えたパーソナルコンピュータ等の機器や表示装置自体に実装される装置であり、入力画像の各画素値を例えばカメラ１１０から受け取りつつ、各画素値のダイナミックレンジ圧縮を行い、ダイナミックレンジ圧縮後の出力画像の各画素値を表示装置１２０に供給する装置である。
【００１９】
図１に示すように、ダイナミックレンジ圧縮装置１００は、平均化処理部１０１と、ベース関数値算出部１０２と、画素値算出部１０３とを有する。平均化処理部１０１は、カメラ１１０から入力画像を構成する各画素の画素値をラスタスキャン順に順次受け取りつつ、過去受け取った２ｋ＋１個（ｋは整数）の画素値を用いた平均化処理を実行する装置である。より具体的には、平均化処理部１０１は、入力画像における第ｉカラム、第ｊラインの画素Ｐ（ｉ，ｊ）を注目画素とした場合、まず、この注目画素Ｐ（ｉ、ｊ）を中心とした水平方向の同一ライン上の２ｋ＋１個の画素Ｐ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）の輝度Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）を算出する。ここで、入力画像がモノクロ画像である場合は、各画素値をそのまま輝度Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）とする。また、入力画像がカラー画像であり、各画素の画素値がＲ、Ｇ、Ｂの成分を持つ場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの成分に所定の重み係数を乗算して加算することにより輝度Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）を算出する。そして、次式に従い、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）を中心とした同一ライン上の２ｋ＋１個の画素Ｐ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）の平均輝度Ｙａｖ（ｉ、ｊ）を算出する。
【数２】
【００２０】
上記式（２）において、Ｃ（ｍ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）は空間フィルタ係数であり、図２に例示するようにｍ＝０となる中心において極大となり、中心から正方向および負方向に離れるに従って小さくなる係数である。また、ｗｅｉｇｈｔ（Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ，ｊ）／Ｙｉｎ（ｉ，ｊ））（ｍ＝−ｋ〜ｋ）は重み関数の関数値であり、ｍ＝０となる中心において極大となり、中心から正方向および負方向に離れるに従って小さくなる。図３はこの重み関数を例示するものである。この図３において、横軸は重み関数の独立変数Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ，ｊ）／Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の対数ｌｏｇ（Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ，ｊ）／Ｙｉｎ（ｉ，ｊ））＝ｌｏｇ（Ｙｉｎ／Ｙｒｅｆ）であり、縦軸は関数値ｗｅｉｇｈｔ（Ｙｉｎ／Ｙｒｅｆ）である。
【００２１】
ベース関数値算出部１０２は、入力輝度ｘを出力輝度ｙに対応付けるベース関数ｂａｓｅ（ｘ）に対し、平均化処理部１０１が各注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出した各平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）を入力輝度ｘとして各々与え、出力輝度ｙであるベース関数値ｂａｓｅ（ｘ）＝ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））を注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）毎に算出する手段である。
【００２２】
ここで、ベース関数ｙ＝ｂａｓｅ（ｘ）は、独立変数ｘの対数値に対する従属変数ｙの対数値の勾配が１より小さい関数である。このベース関数ｙ＝ｂａｓｅ（ｘ）として好適な例を示すと次の通りである。
【数３】
【数４】
図４は、上記式（３）および（４）のベース関数を両対数座標上に示したものである。
【００２３】
画素値算出部１０３は、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）毎に、入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値と、平均化処理部１０１が当該注目画素注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出した平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）と、ベース関数値算出部１０２が当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出したベース関数値ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））とに基づいて、出力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値を算出する手段である。
【００２４】
この画素値算出部１０３は、動作モードとして、第１のモードと第２のモードを有している。これらのうちいずれのモードで画素値算出部１０３を動作させるかは、例えば図示しない操作部の操作等によりダイナミックレンジ圧縮装置１００に与えられる制御情報により決定される。
【００２５】
第１のモードにおいて、画素値算出部１０３は、下記式（５）に従って、当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）に適用するゲインｇａｉｎ（ｉ，ｊ）を算出し、このゲインｇａｉｎ（ｉ，ｊ）を入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値に乗算することにより、ダイナミックレンジ圧縮後の画素値、すなわち、出力画像における当該注目画素の画素値を算出し、表示装置１２０に供給する。
【数５】
第１のモードにおいて、出力画像における注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）は下記式（６）に示すものとなる。
【数６】
【００２６】
図５は、ベース関数ｂａｓｅ（ｘ）として前掲式（３）を採用した場合を例に、第１のモードにおけるダイナミックレンジ圧縮装置１００のダイナミックレンジ圧縮特性を示す図である。図５において、横軸は入力画像の各画素の輝度Ｙｉｎ（ｉ、ｊ）の対数値、縦軸はダイナミックレンジ圧縮後の出力画像の各画素の輝度Ｙｏｕｔ（ｉ、ｊ）の対数値である。
【００２７】
第２のモードにおいて、画素値算出部１０３は、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）毎に、入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値と、平均化処理部１０１が当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出した平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）と、ベース関数値算出部１０２が当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出したベース関数値ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））とに基づいて、出力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値を算出する。その際に、画素値算出部１０３は、入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値が示す輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の当該平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）からの変化に応じて、出力画像における当該画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値が示す輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）が当該ベース関数値ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））から変化するときの勾配を入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）に応じて変化させる。
【００２８】
具体的には、第２のモードにおいて画素値算出部１０３は、下記式（６）に従って、出力画像における当該画素Ｐ（ｉ，ｊ）の輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）を算出し、この輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）が得られるゲインｇａｉｎ（ｉ，ｊ）＝Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）／Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）を入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値に乗算することにより、ダイナミックレンジ圧縮後の画素値、すなわち、出力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値を算出し、表示装置１２０に供給する。
【数７】
【００２９】
図６はベース関数ｂａｓｅ（ｘ）として前掲式（３）を採用した場合を例に、第２のモードにおけるダイナミックレンジ圧縮装置１００のダイナミックレンジ圧縮特性を示す図である。図６において、横軸は入力画像の各画素の輝度Ｙｉｎ（ｉ、ｊ）の対数値、縦軸はダイナミックレンジ圧縮後の出力画像の各画素の輝度Ｙｏｕｔ（ｉ、ｊ）の対数値である。
【００３０】
上記式（７）において、ｇｍは、入力画像における注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値が示す輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ））の平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）からの変化に応じて、出力画像における画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値が示す輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）がベース関数値ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））から変化する際の勾配を調整するための係数である。
【００３１】
上記式（７）の両辺の対数をとると、下記式（８）が得られる
【数８】
この式（８）に示すように、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の出力輝度の対数ｌｏｇＹｏｕｔ（ｉ，ｊ）は、平均輝度に対応したベース関数値の対数ｌｏｇｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））を中心として、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）と平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）との差分の対数に比例した値だけ増減し、その増減の勾配は１／ｇｍとなる。
【００３２】
本実施形態では、この係数ｇｍが入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）に応じて制御される。この係数ｇｍの制御の態様には例えば次の各態様がある。
＜態様ａ＞
入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が所定の閾値未満である低輝度領域では、係数ｇｍを所定値ｇｍ０とし、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が上記閾値以上である高輝度領域では、係数ｇｍをｇｍ０より大きな所定値ｇｍ１とする。
＜態様ｂ＞
入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の全範囲を３つ以上の領域に区分し、高輝度の領域になるに従って係数ｇｍの値が大きくなるように、各領域に異なる係数ｇｍを割り当てる。そして、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が属する輝度領域に応じて、係数ｇｍの値を段階的に切り換える。
図６に示す例では、この態様により係数ｇｍの制御が行われている。図示のように、この例では、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が大きくなる程（すなわち、高輝度領域になる程）、係数ｇｍが大きくなり、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の変化に対する出力輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）の変化の勾配が小さくなる。
＜態様ｃ＞
係数ｇｍを入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の関数として定義し、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が高くなるのに応じて係数ｇｍが大きくなるようにする。
＜態様ｄ＞
入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が所定の閾値未満である低輝度領域では、係数ｇｍを所定値ｇｍ０とする。入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が上記閾値以上である高輝度領域では、係数ｇｍを入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の関数として定義し、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の閾値からの増加分に応じて係数ｇｍがｇｍ０から増加するようにする。
【００３３】
これらのいずれの態様を採用するかは、ダイナミックレンジ圧縮装置１００の用途に応じて選択すればよい。あるいは、全ての態様での係数ｇｍの制御機能をダイナミックレンジ圧縮装置１００に設けておき、ダイナミックレンジ圧縮装置１００が、図示しない操作部の操作に応じて、いずれか１つの態様を選択するようにしてもよい。
【００３４】
以上説明した本実施形態によれば、入力画像のダイナミックレンジが広く、入力画像が輝度の大きく異なる複数の領域に分かれている場合の各領域に着目すると、ダイナミックレンジ圧縮特性（図５、図６参照）において、１つの領域内の各画素の入力輝度と出力輝度の組は、その領域内の各画素の平均輝度とこの平均輝度をベース関数に入力輝度として与えることにより得られる出力輝度の組を中心に分布する。従って、ダイナミックレンジ圧縮における入力輝度と出力輝度の組は、大局的に見ると、ベース関数曲線に沿ったものとなり、ダイナミックレンジ圧縮において白飛びや黒潰れが発生しない。
【００３５】
また、入力画像のダイナミックレンジが広く、入力画像が輝度の大きく異なる複数の領域に分かれている場合であっても、各領域に着目すると、１つの領域内の各画素の入力輝度は変化が少なく、いずれの画素についてもほぼ同じ平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）が算出される。従って、１つの領域内の各画素間の入力輝度に変化がある場合に、第１のモードでは、その変化が両対数グラフ上において傾きが１の直線に沿った出力輝度の変化となって現れ（図５参照）、第２のモードでは傾きが１／ｇｍの直線に沿った出力輝度の変化となって現れる。すなわち、領域内の各画素に対応した平均輝度が同じまたは近似しているような領域では、領域内の各画素についてのダイナミックレンジ圧縮として、リニア変換に近い変換が行われる。従って、入力画像が輝度の大きく異なる複数の領域に分かれている場合に、出力画像では領域毎に高いコントラストを得ることができる。この場合において、例えば入力画像において輝度の高い領域内の一部の画素のダイナミックレンジ圧縮後の出力輝度が、入力画像において輝度の低い領域内の一部の画素のダイナミックレンジ圧縮後の出力輝度よりも低くなる逆転現象が生じることがある。しかし、人間の視覚は、ある程度離れた２点の輝度差を正確に認知することが困難である。従って、このような逆転現象が生じたとしても、ダイナミックレンジ圧縮後の出力画像を視認する者に大きな違和感を与えることはない。
【００３６】
また、第２のモードでのダイナミックレンジ圧縮特性では、両対数グラフ上において、高輝度領域になる程、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の変化に対する出力輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）の変化の勾配が小さくなる（図６参照）。従って、高輝度領域において、必要以上にコントラストが大きくなるのを防止し、自然な出力画像を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、平均化処理部１０１は、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）を中心とした同一ライン上の２ｋ＋１個の画素の画素値を記憶すればよく、回路規模が小さくて済む。従って、ダイナミックレンジ圧縮装置１００を小規模かつ安価な構成にすることができる。
【００３８】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明には、他にも各種の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００３９】
（１）上記実施形態では、この発明をダイナミックレンジ圧縮装置１００として具現する例を示したが、この発明は、コンピュータを上記実施形態における平均化処理部１０１、ベース関数値１０２および画素値算出部１０３として機能させるためのプログラムとして具現することも可能である。
【００４０】
（２）上記実施形態では、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）を中心として同一ライン上の所定個数の画素を平均化処理の対象としたが、装置規模に関する制約が緩い場合には、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）を中心とした２次元的範囲（例えば矩形範囲）内の画素を平均化処理の対象としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０１……平均化処理部、１０２……ベース関数値算出部、１０３……画素値算出部、１００……ダイナミックレンジ圧縮装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動画像等のダイナミックレンジ圧縮に好適なダイナミックレンジ圧縮装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の撮像素子技術の進歩により、広いダイナミックレンジを持った画像の得られる撮像素子が提供されるようになった。この撮像素子から得られる画像のダイナミックレンジに比べると、一般に表示装置が出力可能な画像のダイナミックレンジは狭い。このため、撮像素子から得られる画像をディスプレイに表示させるに当たっては、画像のダイナミックレンジ圧縮を行うことが必要になる。よく知られているダイナミックレンジ圧縮のための方法として、リニア変換と対数変換がある。ここで、リニア変換は、ダイナミックレンジ圧縮の対象である入力画像の各画素値に対し、１より小さなゲインを乗算することにより、ダイナミックレンジ圧縮後の出力画像の各画素値を算出する方法である。また、対数変換は、次式に従い、入力画像の画素値ｘを、出力画像の画素値ｙに変換する方法である。
【数１】
【０００３】
ここで、ｄｅｌｔａは、対数曲線ｙの全体としての傾きを決定するパラメータであり、ｄｅｌｔａが小さくなる程、対数曲線ｙは、より凸な曲線となる。また、“＊”は乗算を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７は、リニア変換および対数変換における変換前の入力画像の各画素の輝度である入力輝度と変換後の出力画像の各画素の輝度である出力輝度との関係を示すものである。図７において、横軸は入力輝度の対数値、縦軸は出力輝度の対数値である。
【０００６】
図７に示すように、リニア変換における入力輝度と出力輝度の関係は、勾配が１の直線によって表される。そして、この直線の横軸方向の位置は、入力輝度に乗じられるゲインにより定まる。図７では、リニア変換の例としてリニア変換１および２が示されているが、左側に示されているリニア変換１は、右側に示されているリニア変換２よりも高いゲインを用いて、入力輝度から出力輝度への変換を行っている。
【０００７】
図７に示すように、ゲインの高いリニア変換１では、入力輝度が高い領域（図７ではＡ部）では、出力輝度が表示装置によって定まる最大値に対してオーバーフローする。このため、出力輝度がオーバーフローしている領域が真っ白になる、いわゆる白飛びが出力画像に表れる。
【０００８】
一方、ゲインの低いリニア変換２では、白飛びを防止することはできるが、入力輝度が低い領域（図７ではＢ部）では、出力輝度が表示装置の表現可能な輝度の下限値を下回る。このため、出力輝度が下限値を下回っている領域が真っ黒になる、いわゆる黒潰れが出力画像に現れる。
【０００９】
対数変換では、リニア変換において発生する白飛びや黒潰れの問題は発生しない。しかし、対数変換では、入力輝度の高い領域（図７ではＣ部）において、入力輝度が変化しているのに出力輝度が殆ど変化しなくなるコントラストの低下が起こる。
【００１０】
このようにリニア変換や対数変換では、入力画像が広いダイナミックレンジを持っている場合に、変換後の出力画像において入力画像の元の内容が損なわれる場合がある（Ａ部、Ｂ部、Ｃ部参照）。
【００１１】
このような不都合が発生する広いダイナミックレンジを持った入力画像の例として、１つの撮像素子により室内と室内の窓越しに見える外の風景を同時に撮像した場合に得られる画像が挙げられる。この場合、室内は輝度が低いのに対し、窓越しに見える外の風景は輝度が高い。このため、撮像素子から得られた画像に対し、例えば対数変換によるダイナミックレンジ圧縮を行うと、出力画像において、輝度の低い室内の画像は見ることができるが、窓越しに見えるはずの外の風景は、白飛びこそ生じないものの、コントラストが低下し、はっきり見えない風景となる。さらに、出力画像において、窓越しに見える外の風景は全体的に白っぽくなり、色の再現性が低下する、という問題が発生する。
【００１２】
以上のように、従来のリニア変換や対数変換では、広いダイナミックレンジを持った入力画像を元の内容を損なうことなく狭いダイナミックレンジの出力画像に変換することは困難であった。また、リニア変換や対数変換以外にもダイナミックレンジ圧縮の方法はあるが、動画処理に耐えうるような少ない演算量で、入力画像の元の内容を損なうことなくダイナミックレンジ圧縮を行うことができる技術は従来提供されていなかった。
【００１３】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、少ない演算量で、入力画像の元の内容を損なうことなくダイナミックレンジ圧縮を行うことを可能にする技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、入力画像を構成する各画素を各々注目画素とし、注目画素毎に、前記入力画像において当該注目画素を含む所定範囲内の画素の画素値から平均輝度を算出する平均化処理部と、入力輝度を出力輝度に対応付けるベース関数に対し、前記平均化処理部が各注目画素について算出した各平均輝度を入力輝度として各々与え、出力輝度であるベース関数値を注目画素毎に算出するベース関数値算出部と、前記注目画素毎に、前記入力画像における当該注目画素の画素値と、前記平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、前記ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値を算出する手段であって、前記入力画像における当該注目画素の画素値が示す輝度の当該平均輝度からの変化に応じて、前記出力画像における当該画素の画素値が示す輝度を当該ベース関数値から変化させ、かつ、その際に前者の変化に対する後者の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する画素値算出部とを具備することを特徴とするダイナミックレンジ圧縮装置を提供する。
【００１５】
かかる発明によれば、入力画像を構成する各画素が注目画素とされ、注目画素を含む所定範囲内の画素の平均輝度が入力輝度としてベース関数に与えられる。そして、注目画素毎に、入力画像における当該注目画素の画素値と、平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値が算出される。その際、画素値算出部は、入力画像における当該注目画素の画素値が示す輝度の当該平均輝度からの変化に応じて、出力画像における当該画素の画素値が示す輝度を当該ベース関数値から変化させ、かつ、その際に前者の変化に対する後者の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する。従って、入力画像がダイナミックレンジの広い画像であり、輝度が大きく異なる複数の領域に分かれている場合に、ダイナミックレンジ圧縮後の各領域の出力輝度はベース関数に従ったものとなる。また、各領域に着目すると、領域内の各画素を注目画素としたときの各平均輝度はほぼ同じ値になるので、領域内の各画素にはほぼ同じゲインが適用され、リニア変換に近い変換が行われる。従って、各領域内のコントラストが良好な出力画像が得られる。また、入力輝度に対する出力輝度の変化の勾配を入力輝度に応じて制御することが可能なので、高輝度領域においてコントラストが必要以上に大きくなるのを防止することができる。
【００１６】
なお、ダイナミックレンジ圧縮時のコントラスト改善に関する技術として特許文献１に開示のものがある。この特許文献１に開示の技術では、入力画像の各画素値に対し、２次元ＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理を施すことにより、高周波成分を除いて、画面のポイント毎の特徴信号を取得し、この特徴信号により白バランス出力信号の入出力特性を変化させて、画面の特徴に最適な入出力特性を得るものである。しかし、この特許文献１に開示の技術は、入力画像を構成する各画素を注目画素とし、注目画素を含む所定範囲内の画素の平均輝度を入力輝度としてベース関数に与え、その際に得られるベース関数値を用いて出力画像の画素値を得るものではなく、本発明とは全く異なる技術である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の一実施形態によるダイナミックレンジ圧縮装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態における平均化処理部１０１が使用するフィルタ係数を例示する図である。
【図３】同平均化処理部１０１が使用する重み関数を例示する図である。
【図４】同実施形態におけるベース関数の例を示す図である。
【図５】同実施形態の第１のモードにおけるダイナミックレンジ圧縮特性を例示する図である。
【図６】同実施形態の第２のモードにおけるダイナミックレンジ圧縮特性を例示する図である。
【図７】従来のダイナミックレンジ圧縮の例であるリニア変換と対数変換のダイナミックレンジ圧縮特性を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、この発明の一実施形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態によるダイナミックレンジ圧縮装置１００の構成を示すブロック図である。このダイナミックレンジ圧縮装置１００は、例えば表示装置を備えたパーソナルコンピュータ等の機器や表示装置自体に実装される装置であり、入力画像の各画素値を例えばカメラ１１０から受け取りつつ、各画素値のダイナミックレンジ圧縮を行い、ダイナミックレンジ圧縮後の出力画像の各画素値を表示装置１２０に供給する装置である。
【００１９】
図１に示すように、ダイナミックレンジ圧縮装置１００は、平均化処理部１０１と、ベース関数値算出部１０２と、画素値算出部１０３とを有する。平均化処理部１０１は、カメラ１１０から入力画像を構成する各画素の画素値をラスタスキャン順に順次受け取りつつ、過去受け取った２ｋ＋１個（ｋは整数）の画素値を用いた平均化処理を実行する装置である。より具体的には、平均化処理部１０１は、入力画像における第ｉカラム、第ｊラインの画素Ｐ（ｉ，ｊ）を注目画素とした場合、まず、この注目画素Ｐ（ｉ、ｊ）を中心とした水平方向の同一ライン上の２ｋ＋１個の画素Ｐ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）の輝度Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）を算出する。ここで、入力画像がモノクロ画像である場合は、各画素値をそのまま輝度Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）とする。また、入力画像がカラー画像であり、各画素の画素値がＲ、Ｇ、Ｂの成分を持つ場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの成分に所定の重み係数を乗算して加算することにより輝度Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）を算出する。そして、次式に従い、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）を中心とした同一ライン上の２ｋ＋１個の画素Ｐ（ｉ＋ｍ、ｊ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）の平均輝度Ｙａｖ（ｉ、ｊ）を算出する。
【数２】
【００２０】
上記式（２）において、Ｃ（ｍ）（ｍ＝−ｋ〜ｋ）は空間フィルタ係数であり、図２に例示するようにｍ＝０となる中心において極大となり、中心から正方向および負方向に離れるに従って小さくなる係数である。また、ｗｅｉｇｈｔ（Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ，ｊ）／Ｙｉｎ（ｉ，ｊ））（ｍ＝−ｋ〜ｋ）は重み関数の関数値であり、ｍ＝０となる中心において極大となり、中心から正方向および負方向に離れるに従って小さくなる。図３はこの重み関数を例示するものである。この図３において、横軸は重み関数の独立変数Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ，ｊ）／Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の対数ｌｏｇ（Ｙｉｎ（ｉ＋ｍ，ｊ）／Ｙｉｎ（ｉ，ｊ））＝ｌｏｇ（Ｙｉｎ／Ｙｒｅｆ）であり、縦軸は関数値ｗｅｉｇｈｔ（Ｙｉｎ／Ｙｒｅｆ）である。
【００２１】
ベース関数値算出部１０２は、入力輝度ｘを出力輝度ｙに対応付けるベース関数ｂａｓｅ（ｘ）に対し、平均化処理部１０１が各注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出した各平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）を入力輝度ｘとして各々与え、出力輝度ｙであるベース関数値ｂａｓｅ（ｘ）＝ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））を注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）毎に算出する手段である。
【００２２】
ここで、ベース関数ｙ＝ｂａｓｅ（ｘ）は、独立変数ｘの対数値に対する従属変数ｙの対数値の勾配が１より小さい関数である。このベース関数ｙ＝ｂａｓｅ（ｘ）として好適な例を示すと次の通りである。
【数３】
【数４】
図４は、上記式（３）および（４）のベース関数を両対数座標上に示したものである。
【００２３】
画素値算出部１０３は、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）毎に、入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値と、平均化処理部１０１が当該注目画素注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出した平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）と、ベース関数値算出部１０２が当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出したベース関数値ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））とに基づいて、出力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値を算出する手段である。
【００２４】
この画素値算出部１０３は、動作モードとして、第１のモードと第２のモードを有している。これらのうちいずれのモードで画素値算出部１０３を動作させるかは、例えば図示しない操作部の操作等によりダイナミックレンジ圧縮装置１００に与えられる制御情報により決定される。
【００２５】
第１のモードにおいて、画素値算出部１０３は、下記式（５）に従って、当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）に適用するゲインｇａｉｎ（ｉ，ｊ）を算出し、このゲインｇａｉｎ（ｉ，ｊ）を入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値に乗算することにより、ダイナミックレンジ圧縮後の画素値、すなわち、出力画像における当該注目画素の画素値を算出し、表示装置１２０に供給する。
【数５】
第１のモードにおいて、出力画像における注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）は下記式（６）に示すものとなる。
【数６】
【００２６】
図５は、ベース関数ｂａｓｅ（ｘ）として前掲式（３）を採用した場合を例に、第１のモードにおけるダイナミックレンジ圧縮装置１００のダイナミックレンジ圧縮特性を示す図である。図５において、横軸は入力画像の各画素の輝度Ｙｉｎ（ｉ、ｊ）の対数値、縦軸はダイナミックレンジ圧縮後の出力画像の各画素の輝度Ｙｏｕｔ（ｉ、ｊ）の対数値である。
【００２７】
第２のモードにおいて、画素値算出部１０３は、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）毎に、入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値と、平均化処理部１０１が当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出した平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）と、ベース関数値算出部１０２が当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）について算出したベース関数値ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））とに基づいて、出力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値を算出する。その際に、画素値算出部１０３は、入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値が示す輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の当該平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）からの変化に応じて、出力画像における当該画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値が示す輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）が当該ベース関数値ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））から変化するときの勾配を入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）に応じて変化させる。
【００２８】
具体的には、第２のモードにおいて画素値算出部１０３は、下記式（６）に従って、出力画像における当該画素Ｐ（ｉ，ｊ）の輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）を算出し、この輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）が得られるゲインｇａｉｎ（ｉ，ｊ）＝Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）／Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）を入力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値に乗算することにより、ダイナミックレンジ圧縮後の画素値、すなわち、出力画像における当該注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値を算出し、表示装置１２０に供給する。
【数７】
【００２９】
図６はベース関数ｂａｓｅ（ｘ）として前掲式（３）を採用した場合を例に、第２のモードにおけるダイナミックレンジ圧縮装置１００のダイナミックレンジ圧縮特性を示す図である。図６において、横軸は入力画像の各画素の輝度Ｙｉｎ（ｉ、ｊ）の対数値、縦軸はダイナミックレンジ圧縮後の出力画像の各画素の輝度Ｙｏｕｔ（ｉ、ｊ）の対数値である。
【００３０】
上記式（７）において、ｇｍは、入力画像における注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値が示す輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ））の平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）からの変化に応じて、出力画像における画素Ｐ（ｉ，ｊ）の画素値が示す輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）がベース関数値ｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））から変化する際の勾配を調整するための係数である。
【００３１】
上記式（７）の両辺の対数をとると、下記式（８）が得られる
【数８】
この式（８）に示すように、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の出力輝度の対数ｌｏｇＹｏｕｔ（ｉ，ｊ）は、平均輝度に対応したベース関数値の対数ｌｏｇｂａｓｅ（Ｙａｖ（ｉ，ｊ））を中心として、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）の入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）と平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）との差分の対数に比例した値だけ増減し、その増減の勾配は１／ｇｍとなる。
【００３２】
本実施形態では、この係数ｇｍが入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）に応じて制御される。この係数ｇｍの制御の態様には例えば次の各態様がある。
＜態様ａ＞
入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が所定の閾値未満である低輝度領域では、係数ｇｍを所定値ｇｍ０とし、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が上記閾値以上である高輝度領域では、係数ｇｍをｇｍ０より大きな所定値ｇｍ１とする。
＜態様ｂ＞
入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の全範囲を３つ以上の領域に区分し、高輝度の領域になるに従って係数ｇｍの値が大きくなるように、各領域に異なる係数ｇｍを割り当てる。そして、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が属する輝度領域に応じて、係数ｇｍの値を段階的に切り換える。
図６に示す例では、この態様により係数ｇｍの制御が行われている。図示のように、この例では、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が大きくなる程（すなわち、高輝度領域になる程）、係数ｇｍが大きくなり、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の変化に対する出力輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）の変化の勾配が小さくなる。
＜態様ｃ＞
係数ｇｍを入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の関数として定義し、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が高くなるのに応じて係数ｇｍが大きくなるようにする。
＜態様ｄ＞
入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が所定の閾値未満である低輝度領域では、係数ｇｍを所定値ｇｍ０とする。入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）が上記閾値以上である高輝度領域では、係数ｇｍを入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の関数として定義し、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の閾値からの増加分に応じて係数ｇｍがｇｍ０から増加するようにする。
【００３３】
これらのいずれの態様を採用するかは、ダイナミックレンジ圧縮装置１００の用途に応じて選択すればよい。あるいは、全ての態様での係数ｇｍの制御機能をダイナミックレンジ圧縮装置１００に設けておき、ダイナミックレンジ圧縮装置１００が、図示しない操作部の操作に応じて、いずれか１つの態様を選択するようにしてもよい。
【００３４】
以上説明した本実施形態によれば、入力画像のダイナミックレンジが広く、入力画像が輝度の大きく異なる複数の領域に分かれている場合の各領域に着目すると、ダイナミックレンジ圧縮特性（図５、図６参照）において、１つの領域内の各画素の入力輝度と出力輝度の組は、その領域内の各画素の平均輝度とこの平均輝度をベース関数に入力輝度として与えることにより得られる出力輝度の組を中心に分布する。従って、ダイナミックレンジ圧縮における入力輝度と出力輝度の組は、大局的に見ると、ベース関数曲線に沿ったものとなり、ダイナミックレンジ圧縮において白飛びや黒潰れが発生しない。
【００３５】
また、入力画像のダイナミックレンジが広く、入力画像が輝度の大きく異なる複数の領域に分かれている場合であっても、各領域に着目すると、１つの領域内の各画素の入力輝度は変化が少なく、いずれの画素についてもほぼ同じ平均輝度Ｙａｖ（ｉ，ｊ）が算出される。従って、１つの領域内の各画素間の入力輝度に変化がある場合に、第１のモードでは、その変化が両対数グラフ上において傾きが１の直線に沿った出力輝度の変化となって現れ（図５参照）、第２のモードでは傾きが１／ｇｍの直線に沿った出力輝度の変化となって現れる。すなわち、領域内の各画素に対応した平均輝度が同じまたは近似しているような領域では、領域内の各画素についてのダイナミックレンジ圧縮として、リニア変換に近い変換が行われる。従って、入力画像が輝度の大きく異なる複数の領域に分かれている場合に、出力画像では領域毎に高いコントラストを得ることができる。この場合において、例えば入力画像において輝度の高い領域内の一部の画素のダイナミックレンジ圧縮後の出力輝度が、入力画像において輝度の低い領域内の一部の画素のダイナミックレンジ圧縮後の出力輝度よりも低くなる逆転現象が生じることがある。しかし、人間の視覚は、ある程度離れた２点の輝度差を正確に認知することが困難である。従って、このような逆転現象が生じたとしても、ダイナミックレンジ圧縮後の出力画像を視認する者に大きな違和感を与えることはない。
【００３６】
また、第２のモードでのダイナミックレンジ圧縮特性では、両対数グラフ上において、高輝度領域になる程、入力輝度Ｙｉｎ（ｉ，ｊ）の変化に対する出力輝度Ｙｏｕｔ（ｉ，ｊ）の変化の勾配が小さくなる（図６参照）。従って、高輝度領域において、必要以上にコントラストが大きくなるのを防止し、自然な出力画像を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、平均化処理部１０１は、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）を中心とした同一ライン上の２ｋ＋１個の画素の画素値を記憶すればよく、回路規模が小さくて済む。従って、ダイナミックレンジ圧縮装置１００を小規模かつ安価な構成にすることができる。
【００３８】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明には、他にも各種の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００３９】
（１）上記実施形態では、この発明をダイナミックレンジ圧縮装置１００として具現する例を示したが、この発明は、コンピュータを上記実施形態における平均化処理部１０１、ベース関数値１０２および画素値算出部１０３として機能させるためのプログラムとして具現することも可能である。
【００４０】
（２）上記実施形態では、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）を中心として同一ライン上の所定個数の画素を平均化処理の対象としたが、装置規模に関する制約が緩い場合には、注目画素Ｐ（ｉ，ｊ）を中心とした２次元的範囲（例えば矩形範囲）内の画素を平均化処理の対象としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０１……平均化処理部、１０２……ベース関数値算出部、１０３……画素値算出部、１００……ダイナミックレンジ圧縮装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像を構成する各画素を各々注目画素とし、注目画素毎に、前記入力画像において当該注目画素を含む所定範囲内の画素の画素値から平均輝度を算出する平均化処理部と、
入力輝度を出力輝度に対応付けるベース関数に対し、前記平均化処理部が各注目画素について算出した各平均輝度を入力輝度として各々与え、出力輝度であるベース関数値を注目画素毎に算出するベース関数値算出部と、
前記注目画素毎に、前記入力画像における当該注目画素の画素値と、前記平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、前記ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値を算出する手段であって、前記入力画像における当該注目画素の画素値が示す輝度の当該平均輝度からの変化に応じて、前記出力画像における当該画素の画素値が示す輝度を当該ベース関数値から変化させ、かつ、その際に前者の変化に対する後者の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する画素値算出部と
を具備することを特徴とするダイナミックレンジ圧縮装置。
【請求項２】
前記平均輝度算出手段は、前記注目画素を含む同一ライン上の所定範囲内の各画素の輝度に基づいて平均輝度を算出することを特徴とする請求項１に記載のダイナミックレンジ圧縮装置。
【請求項３】
コンピュータを、
入力画像を構成する各画素を各々注目画素とし、注目画素毎に、前記入力画像において当該注目画素を含む所定範囲内の画素の画素値から平均輝度を算出する平均化処理部と、
入力輝度を出力輝度に対応付けるベース関数に対し、前記平均化処理部が各注目画素について算出した各平均輝度を入力輝度として各々与え、出力輝度であるベース関数値を注目画素毎に算出するベース関数値算出部と、
前記注目画素毎に、前記入力画像における当該注目画素の画素値と、前記平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、前記ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値を算出する手段であって、前記入力画像における当該注目画素の画素値が示す輝度の当該平均輝度からの変化に応じて、前記出力画像における当該画素の画素値が示す輝度を当該ベース関数値から変化させ、かつ、その際に前者の変化に対する後者の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する画素値算出部と
して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１】
入力画像を構成する各画素を各々注目画素とし、注目画素毎に、前記入力画像において当該注目画素を含む所定範囲内の画素の画素値から平均輝度を算出する平均化処理部と、
入力輝度を出力輝度に対応付けるベース関数に対し、前記平均化処理部が各注目画素について算出した各平均輝度を入力輝度として各々与え、出力輝度であるベース関数値を注目画素毎に算出するベース関数値算出部と、
前記注目画素毎に、前記入力画像における当該注目画素の画素値と、前記平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、前記ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値を算出する手段であって、前記入力画像における当該注目画素の画素値が示す輝度の当該平均輝度からの変化に応じて、前記出力画像における当該画素の画素値が示す輝度を当該ベース関数値から変化させ、かつ、その際に前者の変化に対する後者の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する画素値算出部と
を具備することを特徴とするダイナミックレンジ圧縮装置。
【請求項２】
前記平均輝度算出手段は、前記注目画素を含む同一ライン上の所定範囲内の各画素の輝度に基づいて平均輝度を算出することを特徴とする請求項１に記載のダイナミックレンジ圧縮装置。
【請求項３】
コンピュータを、
入力画像を構成する各画素を各々注目画素とし、注目画素毎に、前記入力画像において当該注目画素を含む所定範囲内の画素の画素値から平均輝度を算出する平均化処理部と、
入力輝度を出力輝度に対応付けるベース関数に対し、前記平均化処理部が各注目画素について算出した各平均輝度を入力輝度として各々与え、出力輝度であるベース関数値を注目画素毎に算出するベース関数値算出部と、
前記注目画素毎に、前記入力画像における当該注目画素の画素値と、前記平均化処理部が当該注目画素について算出した平均輝度と、前記ベース関数値算出部が当該注目画素について算出したベース関数値とに基づいて、出力画像における当該注目画素の画素値を算出する手段であって、前記入力画像における当該注目画素の画素値が示す輝度の当該平均輝度からの変化に応じて、前記出力画像における当該画素の画素値が示す輝度を当該ベース関数値から変化させ、かつ、その際に前者の変化に対する後者の変化の勾配を当該注目画素の輝度に応じて制御する画素値算出部と
して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１５０４０１（Ｐ２０１１−１５０４０１Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０４５（Ｐ２０１０−９０４５）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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