圖像處理裝置、圖像顯示裝置、圖像攝像裝置、圖像印刷裝置、灰度變換方法及程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及圖像處理裝置、圖像顯示裝置、圖像攝像裝置、圖像印刷裝置、灰度變換方法、以及程序的技術(shù)，尤其涉及提升圖像的視覺辨別性的圖像處理技術(shù)。
[0002]本申請基于2012年9月20日在日本提出申請的特愿2012-206866號和2012年9月25日在日本提出申請的特愿2012-211022號來主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003]作為進(jìn)行圖像的對比度增強(qiáng)、動態(tài)范圍壓縮的處理，有灰度變換技術(shù)。對比度增強(qiáng)是按照明度高的像素的明度變得更高、且明度低的像素的明度變得更低的方式進(jìn)行灰度變換，由此使圖像整體的對比度得以提升的處理。在進(jìn)行對比度增強(qiáng)的情況下，一般擁有LUT (Look Up Table ;查找表)，使輸出灰度值對應(yīng)于輸入灰度值，由此來實(shí)現(xiàn)。
[0004]此外，動態(tài)范圍壓縮是按照圖像的明度的最大值與最小值的幅值變窄的方式進(jìn)行灰度變換的處理。在進(jìn)行動態(tài)范圍壓縮的情況下，也通過擁有將HDR(High Dynamic Range ；高動態(tài)范圍)圖像的灰度值設(shè)為輸入灰度值、且將動態(tài)范圍壓縮后的灰度值設(shè)為輸出灰度值的LUT來實(shí)現(xiàn)。所謂HDR圖像，是指具有比通常的監(jiān)視器可顯示的標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)范圍大的動態(tài)范圍的圖像。
[0005]另外，在輸入圖像不是HDR圖像的情況下，具有壓縮亮部區(qū)域的灰度來提升暗部區(qū)域的視覺辨別性的效果。
[0006]但是，在使用了上述的對比度增強(qiáng)處理的情況下，有時(shí)暗部區(qū)域以及亮部區(qū)域的灰度會飽和。此外，在通過動態(tài)范圍壓縮來提升暗部區(qū)域的視覺辨別性的情況下，有時(shí)亮部區(qū)域的灰度會飽和。
[0007]因而，作為在降低亮部區(qū)域的飽和的同時(shí)提升暗部區(qū)域的視覺辨別性的方法，在專利文獻(xiàn)I中公開了計(jì)算亮度分布并按每個(gè)像素來進(jìn)行灰度變換的方法。
[0008]根據(jù)專利文獻(xiàn)I所涉及的發(fā)明，針對輸入圖像而由平均化濾波器對亮度值進(jìn)行平均化，根據(jù)圖像處理的關(guān)注像素的平均亮度來計(jì)算圖像處理的修正增益。此時(shí)，平均亮度和修正增益的關(guān)系成為單調(diào)減少的關(guān)系。根據(jù)專利文獻(xiàn)I所涉及的發(fā)明，基于輸入圖像的各像素的包含周邊的平均亮度來進(jìn)行灰度變換，因此各像素和其周邊像素的修正增益變?yōu)橄嘟闹?，因此能夠維持對比度。此外，通過減小亮部區(qū)域灰度的修正增益，增大暗部區(qū)域灰度的修正增益，由此來降低亮部區(qū)域的飽和，提升暗部區(qū)域的視覺辨別性。
[0009]此外，近年來，具備大型畫面的電視接收機(jī)已被商品化。由于伴隨著畫面的大型化而耗電量增加，因此降低耗電量備受期待。此外，在以所謂的平板終端、智能手機(jī)為首的小型的便攜式終端裝置中，在使能供應(yīng)蓄電池所蓄積的電力的時(shí)間持續(xù)的基礎(chǔ)上也降低耗電量較為重要。
[0010]在專利文獻(xiàn)2中記載了如下內(nèi)容，S卩，通過增強(qiáng)亮度信號分量，從而在不有損圖像顯示裝置的畫面的表觀上的明亮度的情況下降低背光的光量，以使圖像顯示裝置的耗電量降低。
[0011]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-72450號公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-246099號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明要解決的課題
[0016]根據(jù)專利文獻(xiàn)I所涉及的方法，為使在維持與周邊像素的局部對比度的同時(shí)提升暗部區(qū)域的視覺辨別性，而提高暗部區(qū)域的明度。由此，有時(shí)圖像整體的對比度感會下降。其原因在于，為使暗部區(qū)域的明度變高，在觀察圖像整體時(shí)，明暗的分布變少。在此，所謂“對比度感”，是指圖像整體的全局明暗差、圖像中的亮部和暗部的分布、所關(guān)注的被攝體中的明暗的分布等、與觀察圖像的人實(shí)際上從圖像接受到的對比度相關(guān)的主觀感覺。
[0017]此外，若對于原本明亮的圖像執(zhí)行專利文獻(xiàn)I所涉及的方法，則亮部區(qū)域的明亮度只是有微小提升，視覺辨別性沒有提升，僅減少了圖像整體的對比度感。
[0018]在專利文獻(xiàn)2所記載的圖像顯示方法中，雖然可謀求耗電量的降低，但有時(shí)圖像的對比度會下降而有損視覺辨別性。
[0019]因而，本發(fā)明提供一種能生成提升對比度感且提高視覺辨別性的圖像的圖像處理裝置、圖像顯示裝置、圖像攝像裝置、圖像印刷裝置、灰度變換方法、以及程序。
[0020]用于解決課題的手段
[0021]本發(fā)明的一形態(tài)所涉及的圖像處理裝置具備:第I照明光分布計(jì)算部，其針對輸入圖像的各像素，計(jì)算以該像素為中心的給定區(qū)域即第I區(qū)域中的明亮度，由此來計(jì)算表示所述輸入圖像中的照明光強(qiáng)度的分布的第I照明光分布；第I修正系數(shù)計(jì)算部，其針對所述輸入圖像的各像素，基于所述第I照明光分布來計(jì)算第I修正系數(shù)，該第I修正系數(shù)是在照明光強(qiáng)度為給定閾值以上時(shí)相對于照明光強(qiáng)度單調(diào)減少的系數(shù)；第I灰度變換部，其根據(jù)所述第I修正系數(shù)來變換所述輸入圖像的各像素的灰度值，由此來進(jìn)行所述輸入圖像的灰度變換；第2照明光分布計(jì)算部，其針對由所述第I灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像的各像素，計(jì)算以該像素為中心的比所述第I區(qū)域小的區(qū)域即第2區(qū)域中的明亮度，由此來計(jì)算表示所述輸入圖像中的照明光強(qiáng)度的分布的第2照明光分布；第2修正系數(shù)計(jì)算部，其針對由所述第I灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像的各像素，基于所述第2照明光分布來計(jì)算第2修正系數(shù)，該第2修正系數(shù)是相對于照明光強(qiáng)度單調(diào)增加的系數(shù)；以及第2灰度變換部，其根據(jù)所述第2修正系數(shù)來變換由所述第I灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像的各像素的灰度值，由此來執(zhí)行由所述第I灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像的灰度變換。
[0022]在所述圖像處理裝置中也可以構(gòu)成為，所述第I修正系數(shù)計(jì)算部針對所述輸入圖像的各像素，基于所述第I照明光分布來計(jì)算第I修正系數(shù)，該第I修正系數(shù)是在照明光強(qiáng)度為給定閾值以上時(shí)相對于照明光強(qiáng)度單調(diào)減少、且在照明光強(qiáng)度小于給定閾值時(shí)相對于照明光強(qiáng)度單調(diào)增加的系數(shù)。
[0023]在所述圖像處理裝置中也可以構(gòu)成為，所述第I修正系數(shù)計(jì)算部以及所述第2修正系數(shù)計(jì)算部分別計(jì)算所述第I修正系數(shù)以及所述第2修正系數(shù)，以使輸出圖像的灰度的平均值變得比所述輸入圖像的灰度的平均值大。
[0024]在所述圖像處理裝置中也可以構(gòu)成為，所述第I照明光分布計(jì)算部針對輸入圖像的各像素，計(jì)算以該像素為中心的比所述第2區(qū)域大的區(qū)域即多個(gè)第I區(qū)域中的明亮度，由此來計(jì)算多個(gè)所述第I照明光分布；所述第I修正系數(shù)計(jì)算部針對所述輸入圖像的各像素，基于多個(gè)所述第I照明光分布來計(jì)算所述第I修正系數(shù)。此外，也可以構(gòu)成為，所述第2照明光分布計(jì)算部針對由所述第I灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像的各像素，計(jì)算以該像素為中心的比所述第I區(qū)域小的區(qū)域即多個(gè)第2區(qū)域中的明亮度，由此來計(jì)算多個(gè)所述第2照明光分布；所述第2修正系數(shù)計(jì)算部針對由所述第I灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像的各像素，基于多個(gè)所述第2照明光分布來計(jì)算所述第2修正系數(shù)。
[0025]在所述圖像處理裝置中也可以構(gòu)成為，所述第I修正系數(shù)計(jì)算部計(jì)算所述第I修正系數(shù)，以使針對照明光強(qiáng)度最大的像素的所述第I修正系數(shù)成為I。此外，也可以構(gòu)成為，所述第2修正系數(shù)計(jì)算部計(jì)算所述第2修正系數(shù)，以使針對照明光強(qiáng)度最大的像素的所述第2修正系數(shù)成為I。
[0026]所述圖像處理裝置也可以具備:計(jì)算方法存儲部，其存儲多個(gè)所述第I修正系數(shù)的計(jì)算方法和多個(gè)所述第2修正系數(shù)的計(jì)算方法；以及計(jì)算方法選擇部，其從所述計(jì)算方法存儲部所存儲的計(jì)算方法之中將所述第I修正系數(shù)的計(jì)算方法和所述第2修正系數(shù)的計(jì)算方法各選擇一個(gè)。在此情況下，也可以構(gòu)成為，所述第I修正系數(shù)計(jì)算部使用由所述計(jì)算方法選擇部選擇出的所述第I修正系數(shù)的計(jì)算方法來計(jì)算所述第I修正系數(shù)。此外，也可以構(gòu)成為，所述第2修正系數(shù)計(jì)算部使用由所述計(jì)算方法選擇部選擇出的所述第2修正系數(shù)的計(jì)算方法來計(jì)算所述第2修正系數(shù)。
[0027]在所述圖像處理裝置中也可以構(gòu)成為，所述計(jì)算方法選擇部按照利用者的指示，從所述計(jì)算方法存儲部所存儲的計(jì)算方法之中將所述第I修正系數(shù)的計(jì)算方法和所述第2修正系數(shù)的計(jì)算方法各選擇一個(gè)。
[0028]所述圖像處理裝置也可以還具備:圖像解析部，其解析所述輸入圖像或者所述第I灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像。在此情況下，也可以構(gòu)成為，所述計(jì)算方法選擇部按照所述圖像解析部的解析結(jié)果，從所述計(jì)算方法存儲部所存儲的計(jì)算方法之中分別選擇一個(gè)所述第I修正系數(shù)的計(jì)算方法和所述第2修正系數(shù)的計(jì)算方法。
[0029]此外，本發(fā)明的另一形態(tài)所涉及的圖像顯示裝置具備:上述圖像處理裝置、以及顯示由所述第2灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像的圖像顯示部。
[0030]在所述圖像顯示裝置中也可以構(gòu)成為，所述第I修正系數(shù)計(jì)算部以及所述第2修正系數(shù)計(jì)算部根據(jù)所述圖像顯示部的明亮度來分別計(jì)算所述第I修正系數(shù)以及所述第2修正系數(shù)。
[0031]在所述圖像顯示裝置中，所述圖像顯示部也可以具備放出光的照明部。在此情況下，也可以構(gòu)成為，所述第I修正系數(shù)計(jì)算部以及所述第2修正系數(shù)計(jì)算部針對所述照明部放出的光的光量，分別計(jì)算:伴隨著所述光量相對于所述照明部所能放出的光的最大光量的比率即輸出系數(shù)的減少而所述第I修正系數(shù)與所述第2修正系數(shù)之積增加的所述第I修正系數(shù)以及所述第2修正系數(shù)。
[0032]在所述圖像顯示裝置中也可以構(gòu)成為，所述第I修正系數(shù)計(jì)算部以及所述第2修正系數(shù)計(jì)算部分別計(jì)算使所述輸出系數(shù)、所述第I修正系數(shù)和所述第2修正系數(shù)之積為I或者比I大的所述第I修正系數(shù)以及所述第2修正系數(shù)。
[0033]所述圖像顯示裝置也可以還具備:計(jì)算所述輸入圖像的灰度值所涉及的統(tǒng)計(jì)量的圖像解析部、以及基于由所述圖像解析部計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量來計(jì)算所述輸出系數(shù)的照明裝置控制部。
[0034]在所述圖像顯示裝置中也可以構(gòu)成為，所述第I修正系數(shù)計(jì)算部以及所述第2修正系數(shù)計(jì)算部，基于作為所述輸出系數(shù)的、針對將所述圖像顯示部顯示圖像的顯示區(qū)域進(jìn)行分割后的多個(gè)部分區(qū)域的各個(gè)區(qū)域而計(jì)算出的輸出系數(shù)，來分別計(jì)算所述第I修正系數(shù)以及所述第2修正系數(shù)。
[0035]所述圖像顯示裝置也可以還具備:圖像修正部，其預(yù)先按照每個(gè)像素來存儲用于表示所述部分區(qū)域所對應(yīng)的每個(gè)光源的亮度和灰度值的關(guān)系的修正系數(shù)，并基于所述修正系數(shù)來修正由第2灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的灰度值。
[0036]此外，本發(fā)明的另一形態(tài)所涉及的圖像攝像裝置具備上述圖像處理裝置、以及拍攝所述輸入圖像的攝像元件。
[0037]此外，本發(fā)明的另一形態(tài)所涉及的圖像印刷裝置具備上述圖像處理裝置、以及印刷由所述第2灰度變換部進(jìn)行灰度變換后的圖像的圖像印刷部。
[0038]此外，本發(fā)明的另一形態(tài)所涉及的灰度變換方法包含:針對輸入圖像的各像素，計(jì)算以該像素為中心的給定區(qū)域即第I區(qū)域中的明亮度，由此來計(jì)算表示所述輸入圖像中的照明光強(qiáng)度的分布的第I照明光分布的步驟；針對所述輸入圖像的各像素，基于所述第I照明光分布來計(jì)算第I修正系數(shù)的步驟，該第I修正系數(shù)是在照明光強(qiáng)度為給定閾值以上時(shí)相對于照明光強(qiáng)度單調(diào)減少的系數(shù)；根據(jù)所述第I修正系數(shù)來變換所述輸入圖像的各像素的灰度值，由此來進(jìn)行所述輸入圖像的灰度變換的步驟；針對所述灰度變換后的圖像的各像素，計(jì)算以該像素為中心的比所述第I區(qū)域小的區(qū)域即第2區(qū)域中的明亮度，由此來計(jì)算表示所述輸入圖像中的照明光強(qiáng)度的分布的第2照明光分布的步驟；針對所述灰度變換后的圖像的各像素，基于所述第2照明光分布來計(jì)算第2修正系數(shù)的步驟，該第2修正系數(shù)是相對于照明光強(qiáng)度單調(diào)增加的系數(shù)；以及根據(jù)所述第2修正系數(shù)來變換所述灰度變換后的圖像的各像素的灰度值，由此來進(jìn)行所述灰度變換后的圖像的灰度變換的步驟。
[0039]此外，本發(fā)明的另一形態(tài)所涉及的程序用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行下述步驟:針對輸入圖像的各像素，計(jì)算以該像素為中心的給定區(qū)域即第I區(qū)域中的明亮度，由此來計(jì)算表示所述輸入圖像中的照明光強(qiáng)度的分布的第I照明光分布的步驟；針對所述輸入圖像的各像素，基于所述第I照明光分布來計(jì)算第I修正系數(shù)的步驟，該第I修正系數(shù)是在照明光強(qiáng)度為給定閾值以上時(shí)相對于照明光強(qiáng)度單調(diào)減少的系數(shù)；根據(jù)所述第I修正系數(shù)來變換所述輸入圖像的各像素的灰度值，由此來進(jìn)行所述輸入圖像的灰度變換的步驟；針對所述灰度變換后的圖像的各像素，計(jì)算以該像素為中心的比所述第I區(qū)域小的區(qū)域即第2區(qū)域中的明亮度，由此來計(jì)算表示所述輸入圖像中的照明光強(qiáng)度的分布的第2照明光分布的步驟；針對所述灰度變換后的圖像的各像素，基于所述第2照明光分布來計(jì)算第2修正系數(shù)的步驟，該第2修正系數(shù)是相對于照明光強(qiáng)度單調(diào)增加的系數(shù)；以及根據(jù)所述第2修正系數(shù)來變換所述灰度變換后的圖像的各像素的灰度值，由此來進(jìn)行所述灰度變換后的圖像的灰度變換的步驟。
[0040]發(fā)明效果
[0041]根據(jù)本發(fā)明的形態(tài)，圖像處理裝置能夠提升輸入圖像中的暗部區(qū)域的視覺辨別性而且也能提升對比度感。
【附圖說明】
[0042]圖1是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的構(gòu)成的概要框圖。
[0043]圖2是表示第I實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的動作的流程圖。
[0044]圖3是表示第I照明光分布計(jì)算部計(jì)算出的照明光分布Yl的示例的圖。
[0045]圖4是表示照明光分布和修正系數(shù)的關(guān)系的示例的圖。
[0046]圖5是表示使用修正系數(shù)進(jìn)行了灰度變換時(shí)的局部區(qū)域的像素值的狀態(tài)的示例的圖。
[0047]圖6是表示第I灰度變換部所輸出的圖像的示例的圖。
[0048]圖7是表示第2照明光分布計(jì)算部計(jì)算出的照明光分布Y2的示例的圖。
[0049]圖8是表不照明光分布和修正系數(shù)的關(guān)系的圖。
[0050]圖9是表示使用修正系數(shù)進(jìn)行了灰度變換時(shí)的局部區(qū)域的像素值的狀態(tài)的示例的圖。
[0051]圖10是表示從第2灰度變換部輸出的圖像的示例的圖。
[0052]圖11是表示具備第I實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的圖像顯示裝置的構(gòu)成的概要框圖。
[0053]圖12是表示具備第I實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的圖像攝像裝置的構(gòu)成的概要框圖。
[0054]圖13是表示具備第I實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的圖像印刷裝置的構(gòu)成的概要框圖。
[0055]圖14是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的構(gòu)成的概要框圖。
[0056]圖15是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的構(gòu)成的概要框圖。
[0057]圖16是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的構(gòu)成的概要框圖。
[0058]圖17是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的圖像顯示裝置的構(gòu)成的概要圖。
[0059]圖18是表示輸入圖像信號的灰度值的一例的概念圖。
[0060]圖19是表示輸入圖像的亮度的一例的概念圖。
[0061]圖20是表示輸入圖像的亮度的其他示例的概念圖。
[0062]圖21是表不輸出圖像信號的灰度值的一例的概念圖。
[0063]圖22是表示進(jìn)行了灰度變換的情況下的輸出圖像的亮度的一例的概念圖。
[0064]圖23是表示第5實(shí)施方式所涉及的圖像處理部的構(gòu)成的概要圖。
[0065]圖24是表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的圖像攝像裝置的構(gòu)成的概要圖。
[0066]圖25是表示本發(fā)明的第7實(shí)施方式所涉及的照明裝置的光源的配置例的圖。
[0067]圖26是表示第7實(shí)施方式所涉及的圖像顯示部的像素的配置例的圖。
[0068]圖27是表示輸出圖像的亮度的一例的概念圖。
[0069]圖28是表不輸出圖像信號的灰度值的一例的概念圖。
[0070]圖29是表示本發(fā)明的第8實(shí)施方式所涉及的圖像顯示裝置的構(gòu)成的概要圖。
[0071]圖30是表示輸出圖像信號的灰度值的其他示例的概念圖。
[0072]圖31是表示照明裝置的亮度的示例的概念圖。
[0073]圖32是表示輸出圖像的亮度的其他示例的概念圖。
[0074]圖33是表示經(jīng)修正的輸出圖像信號的灰度值的一例的概念圖。
[0075]圖34是表示經(jīng)修正的輸出圖像的亮度的一例的概念圖。
[0076]圖35是表示第8實(shí)施方式所涉及的光源和像素的配置的一例的概念圖。
[0077]圖36是表示第8實(shí)施方式所涉及的光源和像素的配置的其他示例的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0078](第I實(shí)施方式)
[0079]以下，使用附圖來詳細(xì)地說明本發(fā)明的第I實(shí)施方式。
[0080]圖1是表示第I實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置100的構(gòu)成的概要框圖。
[0081]本實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置100具備:第I照明光分布計(jì)算部101、第I修正系數(shù)計(jì)算部102、第I灰度變換部103、第2照明光分布計(jì)算部104、第2修正系數(shù)計(jì)算部105、以及第2灰度變換部106，對輸入圖像SI進(jìn)行圖像處理，輸出通過圖像處理而獲得的圖像。
[0082]圖像處理裝置100通過基于CPU (Central Processing Unit ;中央處理單元)或GPU (Graphics Processing Unit;圖形處理單元)的軟件處理、基于 ASIC (Applicat1nSpecific Integrated Circuit ;專用集成電路)或