WO2000007144A1 - Dispositif de conversion monotone, procede de conversion monotone et milieu sur lequel un programme de conversion monotone est enregistre - Google Patents

Description

明 細 書 乇ノ ト 一ン変換装置、 モノ ト ー ン変換方法およびモノ ト ーン変換プロ グラムを記 録した媒体 技術分野

本発明は、 カラーの画像をモノ ト ー ンの画像に変換するモノ ト ー ン変換装 S、 モノ ト ーン変換方法およびモノ ト ーン変換プログラムを記録した媒体に関する。 背景技術

近年、 デジタルスチルカメ ラが急速に利角されはじめている。 ディ ジタルスチ ルカメ ラで撮影した場合、 國像をデータとして管理できるようになり、 画像処理 などが簡単に行なえる。 例えば、 カラー画像を白黒であるとかセピア調といった モノ ト ー ンの画像に変換できる。

従来、 このようなモノ トー ンへの変換は ド ッ ト マ ト リ クス伏の各画索ごとに輝 度を維持したま まモノ ト ー ン化したデータに置換するだけの処理を行っている。 発明の開示

上述した従来のモノ ト ーン変換装置においては、 モノ ト ーン変換した場合の画 像の質についてはあま り問われておらず、 その結果、 元の輝度分布が悪くてもそ のま ま変換されてしま う という課題があつた。

本発明は、 上記課題にかんがみてなされたもので、 モ ノ ト ー ン変換する場合で あっても画像の質を向上させることが可能なモノ ト ーン変換装置、 モノ ト ーン変 換方法およびモノ ト ーン変換プログラムを記録した媒体の提供を目的とする。 上記目的を達成するため、 請求の範囲第 1項にかかる発明は、 画像を ド ッ ト マ ト リ タ ス伏の各画素として表すとともに色分解した所定の要素色で各画素毎に階 調表現した画像データを取得する画像取得手段と、 この画像データに基づいて各 画素の輝度相当値の集計を行なう輝度分布集計手段と、 集計された輝度分布に基 づいて当該輝度分布を変更する輝度変換の対応関係を導出する輝度対応関係設定 手段と、 この導出された輝度変換の対応関係に基づいて上記画像デー夕における 各画素の輝度を変換したモノ ト ーンの画像データを生成する画像データ変換手段 とを具備する構成としてある。

上記のように構成した請求の範囲第 1項にかかる発明においては、 画像を ド ッ ト マ ト リ クス状の各画素として表すとともに色分解した所定の要索色で各画素毎 に階調表現した画像データを画像取得手段が取得すると、 輝度分布集計手段がこ の画像データに基づいて各固索の輝度相当値を集計し、 輝度対応関係設定手段は 集計された輝度分布に基づいて当該輝度分布を変更する輝度変換の対応関係を導 出するので、 画像データ変換手段はこの導出された輝度変換の対応関係に基づい て上記画像データにおける各画素の輝度を変換したモノ ト ーンの画像データを生 成する。

すなわち、 画像を構成する各國素ごとの輝度相当値 （輝度あるいは厳密ではな いが輝度に相当する値を意味する） についてその分布を求め、 この輝度分布に改 善される余地があれば輝度変換の対応関係を導出し、 これに基づいて各画素の輝 度を変換したモノ ト ー ンの画像を生成する。 より具体的には、 ある画索の輝度を 適正な輝度としつつ各画素の色がモノ ト ー ン となるように変換する。

画像データのモノ ト ーンへの変換は、 各種の分野において利用されている。 例 ぇぱ、 ディ ジタ ル画像をコ ンピュー タのフ ォ ト レ タ ッ チソフ ト などに入力し、 同 ソフ ト上で所望のフ ィ ルタ処理を掛ける際に一つの選択肢としてモノ ト ーン変換 が用意されている。 また、 ディ ジタルスチルカメ ラ自身にセピア調の撮影という モノ ト ー ン変換が用意されているこ ともある。 従って、 画像取得手段については 、 カラー画像データが取得されう るものであれぱよ く、 C C Dのよ うな具体的な 撮像素子であるとか、 スキャナのような外部機器であるとか、 あるいはデータ回 線のように単に画像データを供給するだけのものであるなど、 特に限定されるも のではない。 さらには、 画像データが既にメ モ リ上に展開された状態で用意され ている場合でも、 同メ モ リ から読み出す時点で画像デー タを取得することに該当 する。

ここでいうモノ ト ーンとは必ずしも白黒に限るものではなく、 いわゆ単一の着 色された表現であってもモノ ト ーンである。 モノ ト ー ン変換の一例として、 請求 の範囲第 2項にかかる発明は、 請求の範囲第 1項に記載のモノ ト ー ン変換装置に おいて、 上記輝度対応関係設定手段は、 輝度相当値での輝度分布の変更を行うた めの対応関係の設定と、 輝度変更後に各要索色間の構成比を所定の割合とする対 応関係の設定をする構成としてある。

上記のように構成した請求の範囲第 2項にかかる発明においては、 輝度相当値 での輝度分布の変更を行なつた後に各要素色間の構成比を所定の割合としている 。 すなわち、 モノ ト ーン画像データにおける各耍索色間の構成比がある所定の割 合となっているので、 セピア調などの着色されたモノ ト ー ン國像デー タ となる。

ただし、 ここでいう各要素色間の構成比が同一である場合、 白黒画像データ と なる。 これは、 複数の要素色で白黒を表すにあたっては各成分について一致した 階調値を与えるという結果にすぎないからである。

なお、 対応関係を導出する際に、 個別に各階調値に対して最適な階調値を求め てい く のは煩雑である。 従って、 上記対応関係を一括して决定する ト ーンカーブ に基づいて変換テーブルを生成し、 ォ リ ジナルの輝度から修整された輝度へ変換 するにあたってこの変換テーブルを利用して変換すればよい。 むろん、 この ト ー ンカーブは輝度分布に基づく対応関係を表している。 例えば、 輝度分布を求めた 結果が全体として暗い領域に分散しているようであれば、 全体として明るい側に 移動させることになるが、 このときに r カーブのようなあるパラメ ータによって 一義的に定まるカーブを ト ー ンカーブとして利用することとし、 このパラメ ータ だけを決めるようにする。 これによつて階調値の幅に関わらず、 ト ーンカーブに よつてそれぞれの階調値に対応する変換値が决定されることになる。

なお、 ト ー ンカーブとしては、 一方向にのみ凹凸を有する場合に限らず、 S字 型とするなど適宜変更可能である。

各要素色間の構成比を所定の割合とするに際しても、 その実現手法は様々であ り、 全階調値にわたって一定の割合にする場合に限られない。 その一例として、 請求の範囲第 3項にかかる発明は、 請求の範囲第 2項に記載のモノ ト ーン変換装 置において、 上記輝度対応関係設定手段は、 輝度変更後に各要素色間の構成比を 所定の割合とするにあたり、 ト ーン力一ブを利用してある輝度値で一定の構成比 を実現しつつ全階調値にわたって滑らかに変化させる構成としてある。

全階調値にわたって一定比としょう とすると、 輝度値が 「 0」 に近いときには 一定比で実現可能であるものの、 階調値が最髙値に近いときには一定比を実現す るのが困難である。 従って、 ある輝度値において代表的な構成比を実現しつつ端 部側では差異が取束するような ト ーン力ーブを利用することによ り、 全階調値に わたって滑らかに変化させて、 上記不具合を解消する。

また、 モノ ト ーンを生成する手法の一例として、 請求の範囲第 4項にかかる発 明は、 請求の範囲第 2項または請求の範囲第 3項のいずれかに記栽のモノ ト ー ン 変換装置において、 上記輝度対応関係設定手段は、 輝度相当値での輝度分布の変 更と輝度変更後に各要素色間の構成比を所定の割合とする変換とを一括して行う 対応関係を設定する構成としてある。

最終的に輝度が適正値に修正されつつ各要素色の構成比が所定の割合となるよ うにするためには、 一旦、 輝度相対値でのモ ノ ト ーン変換の対応関係を導出して 概念的には白黒で輝度変換しておき、 白黒の輝度値が変換された状態で各要素色 間の構成比を変化させるとい う ように、 二段階のステ ツ プを踏むことも可能では ある。 しかし、 限られた階調値である以上、 予め二段階の対応を経た結果を得て おく こ とによ り、 二段階の対応関係を一度に実現するこ とも可能となる。

このよ う に複数段階の対応関係を設定する一例として、 請求の範囲第 5項にか かる発明は、 上記請求の範囲第 4項に記載のモノ ト ーン変換装置において、 上記 輝度対応関係設定手段は、 上記個々の対応関係に対応する変換テーブルを生成し 、 この変換テーブルを統合して統合変換テーブルを生成する構成としてある。 予めそれぞれの対応関係を表す変換テーブルを生成しておき、 変換元の輝度値 を全階調値にわたって変化させながら複数段階に変換テーブルを参照する。 そし て、 その結果を変換元の輝度値に対する変換後の輝度値とすることにより、 統合 した統合変換テーブルを容易に実現できる。

変換テーブルを統合するのは着色する場合に限らない。 たとえば、 まず、 集計 された輝度分布から複数の要素に基づいて個々に上記輝度変換の対応関係を導出 し、 次いで、 それぞれの対応関係を順次適応させることになる統合した対応関係 を導出する場合には、 統合した対応関係を表す変換テーブルを生成する。 例えば 、 コ ン ト ラ ス ト を改善する対応関係と、 明るさを改善する対応関係とは排他的な ものではなく、 両方の対応関係を実現するために統合した対応関係を導出する。 この場合、 最初に個々の対応関係に対応する変換テーブルを生成し、 次いでこ の変換テーブルを統合して統合変換テーブルを生成する。 すなわち、 ある変換テ 一ブルで参照される値を利用して次の変換テーブルを参照し、 その参照した値を 最初の値に対応させるという具合である。 むろん、 参照されるべき変換テーブル は二つに限られるものではなく、 任意の数の変換テーブルを統合可能である。 ところで、 カ ラーの画像データについて各画素の輝度を求める場合、 厳密な意 味の輝度を求めるのは困難な場合が多い。 すなわち、 画像データが採用する座標 系が単体の輝度のパラメータを採用していない場合は座標系を変換しなければな らないが、 厳密には各座標系の間に線形の対応関係がないことが多い。 この場合 、 演算で対応関係を求めよう とすれば演算量が多く なる し、 対応関係を予め導出 しておいた変換テーブルを利用しょう とすれば再現可能な色の数によっては極め て多大なテーブルになってしま う。

しかしながら、 利用するのは輝度分布の集計結果であって必ずしも厳密な輝度 である必要はない。 このため、 上記輝度分布集計手段が厳密な輝度の変換を行う のではな く、 比較的簡易な処理で済ますことができるように各要素色の階調値か ら線形変換によって輝度を導出し、 分布を求めるようにしてもよい。 なお、 ここ でいう線形変換は広義に解釈することができる。 例えば、 テーブルを参照しなけ れば導出できないものであるとか、 非線形演算で高負荷な演算処理を行わなけれ ばならない場合などを除き、 簡略化した演算で求めることができればよい。

また、 輝度分布を求めた上でこれを改善させる段階を踏むことに意義があるの であり、 改善させる具体的なポイ ン トは特に限定されるものではない。 ただ、 そ の一例と して、 請求の範囲第 6項にかかる発明は、 請求の範囲第 1項〜請求の範 囲第 5項のいずれかに記載のモノ ト ーン変換装置において、 上記輝度対応関係設 定手段は、 上記輝度分布に基づいて導かれる最大輝度から最小輝度までの範囲を コ ン ト ラ ス ト の幅としつつ、 当該コ ン ト ラス ト の幅を適正な幅となるよ う にオ リ ジナルの輝度から修整された輝度へ変換する対応関係を導出する構成としてある 上記のよ うに構成した請求の範囲第 6項にかかる発明においては、 輝度分布に 基づいて導かれる最大輝度から最小輝度までの範囲をコ ン ト ラス トの幅とみなし ている。 この最大輝度から最小輝度までの範囲が狭い場合、 利用可能なコ ン ト ラ ス トの幅を有効に利用していない。 このため、 コン ト ラス トの幅を拡大するよう な対応関係を導出することによ り、 オ リ ジナルの輝度から修整された輝度へ変換 させるとコ ン ト ラス ト の幅が広く なる。 なお、 理論的にはこの逆もあり得る。 また、 他の一例として、 請求の範囲第 7項にかかる発明は、 請求の範囲第 1項 〜請求の範囲第 6項のいずれかに記載のモノ ト ーン変換装置において、 上記輝度 対応関係設定手段は、 上記輝度分布に基づいて導かれる画像の明るさが適正範囲 にない場合に同輝度分布が全体として適正な分布となるようにオ リ ジナルの輝度 から修整された輝度へ変換する対応関係を導出する構成としてある。

上記のように構成した請求の範囲第 7項にかかる発明においては、 上記輝度分 布から画像の明るさを判断する。 すなわち、 輝度の分布が明るい領域に集中して いれば明るすぎると判断できるし、 暗い領域に集中していれば暗すぎると判断で きる。 従って、 できるだけ偏りのないようにすることで、 画像の明るさは調整可 能であり、 そのために輝度分布が全体として適正な分布となるよ うな対応関係を 導出している。 例えば、 度数分布における山が暗い領域に偏っていればこの山を 全階調の中央あたり に移動させたり、 逆に同山が明るい領域に偏っていればこの 山を同様に全階調の中央あたりに移動させたりする対応関係を導出する。

このよ う に、 輝度分布が改善される余地があれば輝度変換の対応関係を導出し て輝度を変換する手法は必ずしも実体のある装置に限られる必要はなく、 その方 法としても機能することは容易に理解できる。 すなわち、 必ずしも実体のある装 置に限らず、 その方法としても有効であることに相違はない。

また、 このようなモノ ト ーン変換装锺は単独で存在する場合もあるし、 ある機 器に組み込まれた状態で利用されることもあるなど、 発明の思想と してはこれに 限らず、 各種の態様を含むものである。 従って、 ソフ ト ウェアであったりハー ド ウェアであったりするなど、 適宜、 変更可能である。

発明の思想の具現化例としてモノ ト ー ン変換装置のソフ ト ウエアとなる場合に は、 かかるソフ ト ゥヱァを記録した記録媒体上においても当然に存在し、 利用さ れるといわざるをえない。

むろん、 その記録媒体は、 磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であ つてもよいし、 今後開発されるいかなる記録媒体においても全く 同様に考えるこ とができる。 また、 一次複製品、 二次複製品などの複製段階については全く 問う 余地無く 同等である。 その他、 供給方法として通信回線を利用して行なう場合で も本発明が利用されていることにはかわりない。

さ らに、 一部がソフ ト ウェアであって、 一部がハー ドウェアで実現されている 場合においても発明の思想において全く異なるものではなく、 一部を記録媒体上 に記憶しておいて必要に応じて適宜読み込まれるような形態のものとしてあって もよい。 また、 本発明は、 当該プログラム自体において実現されていることはい う までもない。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の一実施形態にかかるモノ ト ー ン変換装置のク レーム対応概略 構成図である。

図 2は、 同モノ ト ーン変換装置を具体化するハー ドウエアのブロ ッ ク図である 図 3は、 本発明のモノ ト ーン変換装罱の他の適用例を示す概略プロ ッ ク図であ る。

図 4は、 本発明のモノ ト ーン変換装置の他の適用例を示す概略ブ□ ッ ク図であ る。

図 5は、 本発明のモノ ト ーン変換装置におけるメ イ ンのフ ロ ーチャー トである 図 6は、 画像デー タ フ ァ イルの構成を示す図である。

図 7は、 処理対象画素を移動させていく状態を示す図である。

図 8は、 特徴量分析輝度対応関係設定処理のフ ローチャ ー ト である。

図 9は、 輝度分布を拡大する必要がある場合の輝度分布 （ a ) と変換関係 （ b ) を示す図である。

図 1 0は、 輝度分布の端部処理 （ a ) と輝度分布を拡大する際の変換テーブル ( b ) を示す図である。

図 1 1 は、 r補正で明る くする概念 （ a ) と暗くする概念 （ b ) と手法 （ c ) を示す図である。

図 1 2は、 明るさの評価値と rの対応関係を示す図である。

図 1 3は、 L UT統合処理のフローチャ ー トである。

図 1 4は、 L U Tの統合過程を示す図である。

図 1 5は、 着色用 L U T統合処理のフローチャ ー トである。

図 1 6は、 モノ ト ーンで着色するために各構成分の比が一定となるように構成 分を决定する対応関係 （ a ) と最適な階調値で各構成分の比が一定となるよ うに 構成分を決定する対応関係 （ b ) を示すグラフである。

図 1 7は、 着色用 L UTを統合する過程を示す図である。

図 1 8は、 画像データ変換処理のフローチャー トである。

図 1 9は、 被写体のボール （ a ) とそのカラ一國像 （ b ) を示す図である。 図 2 0は、 通常のモノ ト ーン化を行った場合の画像 （ a ) と本発明のモノ ト ー ン化を行った場合の画像 （ b ) の図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。

図 1 は本発明の一実施形態にかかるモ ノ ト ーン変換装置をク レーム対応概略構 成図によ り示しており、 図 2は同モノ ト ーン変換装置を実現するハー ドウヱ ァの —例であるコ ンピュータシステム 1 0をブロ ッ ク図によ り示している。 まず、 こ のコ ンピュー タ システム 1 0 について説明する。

本コ ン ピュータシ ステム 1 0は、 画像データを直接的に入力する画像入力デバ イ スと して、 スキャナ 1 1 aとデジタルスチルカメ ラ 1 l bと ビデオカメ ラ 1 1 cとを備えており、 これらはコ ンピュータ本体 1 2に接続されている。 それぞれ の入力デバイスは画像を ドッ ト マ ト リ クス状の画素で表現した画像データを生成 してコ ンピュータ本体 1 2に出力可能となっており、 ここで同画像データは RG Bの三原色においてそれぞれ 256階調表示するこ とによ り、 約 1 670万色を 表現可能となっている。 なお、 画像データのフォーマ ッ トは各種のものが利用さ れており、 圧縮された J P E G形式のものであった り、 非圧縮の BMP形式のも のなどがある。

コンビユ ータ本体 1 2には、 外部補助記憶装置としてのフロ ッ ピーディス ク ド ライブ 1 3 aとハー ドディスク 1 3 bと CD— ROMドライブ 1 3 cとが接続さ れており、 ハ ー ドディスク 1 3 bにはシステム関連の主要プログラムが記録され ており、 フロ ツ ビ一ディスクや CD— ROMなどから適宜必要なプログラムなど を読み込み、 同ハー ドディスク 1 3 b上に記録可能となっている。

また、 コ ンピュータ本体 1 2を外部のネ ッ ト ワークなどに接続するための通信 デバイスとしてモデム 14 aが接統されており、 外部のネ ッ ト ワークに同公衆通 信回線を介して接続し、 ソフ ト ウヱァゃデータをダウ ンロ ー ドして導入可能とな つている。 この例ではモデム 1 4 aにて電話回線を介して外部にァクセスするよ うにしているが、 LANアダプタを介してネ ッ ト ワークに対してア クセスする構 成とすることも可能である。

ここで、 外部補助記憶装置のう ち、 フ ロ ッ ピ一ディ ス ク ドラ イ ブ 1 3 aや CD — R OMドライブ 1 3 cについては、 記録媒体自身が交換可能であり、 この記録 媒体に画像データが記録された状態で供給されることによ り、 画像入力デバイス の一手段ともなり う る。 また、 モデム 14 aや LANアダプタを介してネ ッ ト ヮ ークにア クセスした場合、 このネ ッ ト ワークから画像データが供給されることも あり、 このような場合も画像入力デバイスの一手段となり うる。 この他、 コ ンピュータ本体 1 2の操作用にキーボー ド 1 5 aやポ イ ンティ ング デバイスとしてのマウス 1 5 bも接統され、 さらに、 マルチメディ ア対応のため にスピーカ 1 8 aやマイク 1 8 bを備えている。

さ らに、 画像出力デバイスとして、 ディ スプレイ 1 7 aとカラープリ ンタ 1 7 b とを備えている。 ディスプレイ 1 7 aについては水平方向に 8 0 0画素と垂直 方向に 6 0 0画素の表示ェ リ ァを備えており、 各画素毎に上述した 1 6 7 0万色 の表示が可能となっている。 むろん、 この解像度は一例に過ぎず、 6 4 0 x 4 8 0画索であったり、 1 0 2 4 X 7 6 8画素であるなど、 適宜、 変更可能である。 また、 印刷装置としてのカラープリ ンタ 1 7 bはインクジエ ツ ト プリ ンタであ り、 CMY Kの四色の色イ ンクを用いて記録媒体たる印刷用紙上に ド ッ トを付し て画像を印刷可能となっている。 画像密度は 3 6 0 x 3 6 0 d p i や 7 2 0 X 7 2 0 d p i といった高密度印刷が可能となっているが、 階調表限については色ィ ンクを付すか否かといった 2階調表現となっている。 色イ ンクについては、 かか る四色のものに限らず、 色の薄いライ ト シアンやライ ト マゼン夕を加えた六色に よって ド ッ トの目立ちを低減させることも可能であるし、 インクジヱ ッ ト方式に 限らずカラー ト ナーを利用した静電写真方式などを採用することも可能である。

一方、 このような國像入力デバイスを使用して画像を入力しつつ、 画像出力デ バイスに表示あるいは出力するため、 コンピュータ本体 1 2内では所定のプログ ラムが実行されることになる。 そのう ち、 基本プログラムとして稼働しているの はオペレーティ ングシステム （ O S ) 1 2 aであ り、 このオペ レーティ ングシス テム 1 2 aにはディスプレイ 1 7 aでの表示を行わせるディスプレイ ドライ ノ、* ( D S P D RV) 1 2 bとカラ一プリ ンタ 1 7 b に印刷出力 *行わせるプリ ン タ ドライ ノく ( P R T D RV) 1 2 cが組み込まれている。 これらの ドライ ノ、 · 1 2 b , 1 2 c の類はディ スプレイ 1 7 aやカ ラープ リ ン タ 1 7 b の機種に依存して おり、 それぞれの機種に応じてオペレーテ ィ ングシステム 1 2 aに対して追加変 更可能である。 また、 機種に依存して標準処理以上の付加機能を実現することも できるようになつている。 すなわち、 オペレーティ ングシステム 1 2 aという標 準システム上で共通化した処理体系を維持しつつ、 許容される範囲内での各種の 追加的処理を実現できる。

むろん、 このようなプログラムを実行する前提と して、 コンピュータ本体 1 2 内には CPU 1 2 eと RAM I 2 f と ROM l 2 gと I ZO l 2 hなどが備えら れており、 演算処理を実行する CPU 1 2 eが RAM I 2 f を一時的なワークェ リ ァゃ設定記憶領域として使用したりプログラム領域として使用しながら、 RO M l 2 gに書き込まれた基本プログラムを適宜実行し、 I /O 1 2 hを介して接 続されている外部機器及び内部機器などを制御している。

この基本プログラムとしてのオペレーティ ングシステム 1 2 a上でアプリ ケー シ ヨ ン 1 2 dが実行される。 アプリ ケーシ ョ ン 1 2 dの処理内容は様々であ り、 操作デバイスとしてのキーボー ド 1 5 aやマウス 1 5 bの操作を監視し、 操作さ れた場合には各種の外部機器を適切に制御して対応する演算処理などを実行し、 さらには、 処理結果をディスプレイ 1 7 aに表示したり、 カラ一プリ ンタ 1 7 b に出力したりすることになる。

かかるコンピュータシステム 1 0では、 画像入力デバイスであるスキャナ 1 1 aなどで写真などを読み取って画像データを取得することができる他、 デジ タル スチルカメ ラ 1 l bで撮影した画像デー夕を取得したり、 ビデオカメ ラ 1 1 cで 撮影した動画としての画像データを取得することができる。 また、 予め撮影され た各種の画像データが CD— ROMソフ ト として提供されることも多々ある。 近年、 このような画像デ一タはカラーであることがほぼ当然となっているが、 表現を楽しむという意味で敢えてモノ トーン化してみることが少なく ない。 従来 は、 印刷装置が黒イ ン クだけを利用した白黒印刷しかでしかなかったので、 当然 のようにモノ ト ーン化する処理を行っていたが、 カラープリ ンタ 1 7 bの再現性 が良好となるにつれて白黒あるいはセピア調のよ うな着色されたモノ ト 一ン画像 の印刷を行う ことも多々ある。

このよ う なコ ンピュー タ システム 1 0では、 デジ タ ルスチルカ メ ラ 1 l bなど で撮影した画像データを、 コ ンピュータ本体 1 2にて取り込み、 必要な圃像処理 を経て、 カラープ リ ン タ 1 7 bで印刷することができる。 この場合、 コ ンビユ ー タ本体 1 2 にて所定のアプリ ケーシ ョ ン 1 2 dを起動し、 印刷対象として直接に デジ タルスチルカ メ ラ 1 1 bで撮影した画像データを取り込んだり、 既にハ 一 ド ディスク 1 3 bなど外部記憶装置に保管してある画像データを取り込むことがで きる。 従って、 かかる処理が図 1 に示す画像取得手段 A 1 を構成することになる 一方、 アプリ ケーシ ョ ン 1 2 b はこの画像デー タをそのま ま プ リ ンタ ドラ イノ、' 1 2 c に出力して印刷させることも可能であるが、 このアプリ ケーシ ョ ン 1 2 b によって画像処理を実行することも可能である。 本発明においては、 画像デ一夕 の輝度相当値 （本実施形態においては厳密な意味での輝度を扱うのではなく、 輝 度と同等といえる輝度相当値をもつて輝度として扱っている） について統計処理 し、 画像の特徴を把握する。 この際、 画像を通常どおりにモノ ト ー ン化するだけ では良好な画質と言えないならば、 把握した特徴に基づいて画像データの輝度を 修正するための方針を决定する。 従って、 このよ うな処理が輝度分布集計手段 A 2や輝度対応関係設定手段 A 3を構成する。

むろんこのようにして修正する方針を決定した場合には、 かかる基準に基づい て画像データを修整し、 その後にプリ ン タ ドライバ 1 2 c に出力して印刷させる ことになる。 従って、 この修整処理が画像データ変換手段 A 4を構成することに なる。

すなわち、 図 1 に示す画像取得手段 A 1 は要素色ごとに階調値のデータを持つ 画像データを取得する処理を実現する。 この画像データに基づいて画像取得手段 A 1 は簡易的に輝度相当値 yを算出して輝度分布集計手段 A 2に集計させる。 輝 度分布集計手段 A 2では輝度分布の傾向を知ることができるよ うにするために輝 度相当値の度数分布 D Bを集計する。 むろん、 度数分布以外の集計を実現するこ とも可能である力 {、 ここでは処理の簡易さからも度数分布 DBを選択している。 輝度対応関係設定手段 A 3は度数分布 D Bに基づいてモノ ト ーンで表したとき に最適な画像が得られるような輝度の対応関係を設定するが、 内部的には多段階 の処理を行っている。 まず、 輝度分布幅検出手段 A 3 1 は度数分布 D Bにおける 分布の最大輝度 Ym a xと最小輝度 Ym i n、 およびこれらに基づく輝度分布の 幅 Y d i f を求める。 そして、 これらを利用して分布幅改善 L UT作成手段 A 3 2が輝度分布の幅を改善させる対応関係を示す変換テーブル L UT 1 を生成する 。 一方、 度数分布 DBは明暗決定手段 A 3 3でも参照され、 当該画像の明暗を表 す代表値として分布の中央値 Ym e dを求め、 さ らに明暗改善 L UT作成手段 A 34は画像の明るさを改善させる対応関係を示す変換テーブル L UT 2を生成す る。

分布幅改善 LUT作成手段 A 3 2 と明暗改善 L UT作成手段 A 34はそれぞれ 個別の観点で輝度分布を改善させる対応関係を生成している。 むろん、 それぞれ 個別に改善させることもできるが、 変換テーブルを利用した改善は容易に統合で きるので、 し 11丁統合手段 3 5がこれらを統合した統合変換テーブル LUT 3 を生成する。

この L UT 3はあく までも輝度相当値 yを改善させるこ とができるが、 モノ ト 一ン変換ではセピア調のように着色されたものが好まれるし、 たとえ白黒であつ ても要素色の階調値で表さなければならないこ とに変わりはない。 従って、 各色 成分用 L UT作成手段 A 3 6は輝度相当値 yから各要素色の階調値へとダイ レ ク ト に変換させることになる変換テーブル L UT 4 R, L UT 4 G, L UT 4 B を生成する。 画像データ変換手段 A 4は、 元の画像データ R GBに基づいて輝度相当値 yを 得るか、 画像取得手段 A 1が生成した輝度相当値 yに基づいてこの L UT 4 R, L UT 4 G , L UT 4 Bを参照し、 参照結果を変換済みの画像データ R ' , G ' , B ' として出力する。 むろん、 この L UT 4 R , L U T 4 G, L UT 4 B はコン ト ラス ト と明るさという二つの輝度分布の改善とともに着色の要索も含ん でおり、 これらが一括で変換された結果を得ることができる。

では、 以下にコ ンピュー タ システム 1 0が主に ソ フ ト ウ エアを利用してこれら を実現する具体的な処理についてよ り詳細に説明する。 なお、 このよ うなソフ ト ウェアは、 ハー ドディスク 1 3 bに記憶されており、 コンピュータ本体 1 2にて 読み込まれて稼働する。 また、 導入時には C D— R OM 1 3 c — 1であるとかフ 口 ツ ビ一ディスク 1 3 a - 1 などの媒体に記録されてイ ンス ト ールされる。 従つ て、 これらの媒体はモノ ト ーン変換プログラムを記録した媒体を構成する。 また 、 これらの時系列的な処理はモノ ト ーン変換方法を構成することはいう までもな い

本実施形態においては、 モノ ト ー ン変換装置をコ ンピュータシステム 1 0 とし て実現しているが、 必ずしもかかるコ ン ピュータシステムを必要とするわけでは なく、 画像デ一夕を扱うとともにモノ ト ー ン画像を生成するシステムであればよ い。 例えば、 図 3に示すよ うにデジ タルスチルカ メ ラ l l b lがモノ ト ーン画像 を生成する機能を備えており、 モノ ト ー ン化した画像をディ スプレイ 1 Ί a 1 で 表示したり、 プリ ンタ 1 7 b 1で印刷させるような構成とする場合にも適用可能 である。

また、 図 4に示すように、 コンピュータシステムを介することなく プリ ンタ 1 7 b 2を接続し、 スキャナ 1 1 a 2やデジ タ ルスチルカ メ ラ 1 l b 2あるいは乇 デム 1 4 a 2等を介して入力されるカラーの画像データをモノ ト 一 ン化して印刷 する構成とすることもできる。 このようなプリ ン タ 1 7 b 2は、 近年、 ビデオプ リ ン タ として家庭用テレビやビデオに接続して一場面をハー ドコピー化するのに 使用されることも多い。 この場合にカラーのまま印刷するのではなく、 セピア調 などにモノ ト ーン化する機能を採用しつつ本発明を適用することが可能である。 図 5は上記モノ ト一ン変換装置における主となる画像処理ソ フ ト の制御内容を プロ ッ ク化して表している。

ステッ プ 1 1 0では画像データを入力する。 画像データはオペレーティングシ ステム 1 2 aを介して読み込み、 所定のワークエ リ アに保存する。 画像データ自 体は一つのフ ァイルであり、 図 6に示すように先頭部分に画像のサイズであると か色数などのプロフ ァ イルデータを備えるとともに、 その後には個々の画索につ いて R G B 2 5 6階調で表現するべく 3バイ トのエ リ ァが画素数分だけ確保され ている。 なお、 画像データは画像入力デバイスから読み込むようにしてもよいし 、 既に画像データ フ ァ イルとして ドディスク 1 3 bなどに保存されているも のを読み込むようにしてもよい。

画像データをワークエ リ アに読み込んだら、 ステップ 1 2 0〜ステッ プ 1 4 0 にて図 7に示すようにして対象画素を移動させつつ同対象画素の画像データにつ いて加工を行って輝度についての集計処理を行う。 集計処理の内容は様々である が、 本実施形態においては 「コ ン ト ラス ト」 と 「明度」 の特徴量を得るための集 計処理を行う。 そして、 全画素について集計処理を終えたら、 ステ ッ プ 1 5 0で 集計桔果に基づいて特徴量を分析しつつ、 輝度分布を適正化するための改善手法 を設定する。 以下、 これらの集計を中心に説明する。 この特徴量を分析して輝度 対応関係を設定するフローチヤ一 ト を図 8に示している。

コ ン ト ラス ト は画像全体としての輝度の幅を示し、 コ ン ト ラス トが適切でない と感じる場合、 コ ン ト ラス ト の幅を広げたいという要望が主である。 ある画像の 各國素における輝度相当値の分布を ヒス ト グラムとして集計したものを図 9 ( a ) で実線にて示している。 実線に示す分布を取る場合、 明るい画素の輝度と暗い 画索の輝度との差が少ないが、 輝度の分布が一点鎖線に示すよ うに広がれば明る い画索の輝度と暗い画素の輝度との差が大き く なり、 コ ン ト ラス トの幅が広がる ことになる。 ここで、 図 9 ( b ) はコン ト ラス ト を拡大するための輝度変換を示 している。 変換元の輝度 yと変換後の輝度 Yとの間において、

Y = a y + b

なる関係で変換させるとすると、 変換元の最大輝度 Ym a xと最小輝度 Ym i n の画素の差は a > 1の場合において変換後において大き く なり、 図 9 ( a) に示 すように輝度の分布が広がることになる。 従って、 このようなヒス ト グラムを作 成するために輝度の最大値から輝度の最小値までの間隔をコン ト ラス トの幅とし て集計処理することが必要である。 ただし、 この場合はあ く までも輝度の変換で あり、 画像データが輝度を要素として備えていれば直接に集計が可能であるが、 上述したように画像データは RGB 256階調で表現されてているので、 直接に は輝度の値を持っていない。 輝度を求めるために L u v表色空間に色変換する必 要があるが、 演算量などの問題から得策ではないため、 テレビジ ョ ンなどの場合 に利用されている RGBから輝度を直に求める次式の変換式を利用する。

y = 0. 30 R + 0. 59 G + 0. 1 1 B

また、 このように輝度を厳密に求める必要はないので、

y = ( R + G + B ) / 3

としてもよいし、 さらには、 各成分の重みの相違から G成分だけを概略値とする ことも可能であり、

y - G

としてもよい。 むろん、 このように輝度を概略的に求めたものが現実の輝度相当 値であり、 簡略化した演算を利用すれば演算処理負荷が減り、 高速化を図れる。 ステ ッ プ 1 20〜ステップ 1 40では、 対象画素を移動させながら各画素の画 像データである 3バイ トを読み込み、 同式に基づいて輝度 yを演算する。 この場 合、 輝度 yも 2 56階調であらわすものとし、 演算された輝度 yに対する度数を 1つずつ加えていく ことになる。

すなわち、 ステ ッ プ 1 20では画像を走査して処理していく ために対象画素を 示すポイ ンタを初期位置へセ ッ ト し、 ステ ップ 140にて全画索が終了したと判 断されるまでステップ 1 35にてポイ ンタを移動させながらループ処理を繰り返 す。 また、 各画索ごとに実行するのはステッ プ 1 25で行なう注目画素の輝度相 当値の算出と、 ステップ 1 30にて行なう度数分布の更新である。 全画素につい てその輝度相当値 （Y) を算出しつつ、 同輝度相当値の画素数を表す変数 D B ( Y) を 「 1」 ずつ加算してい く ので、 全圃素について終了するときには輝度相当 値の度数分布 （ ヒス ト グラム） が得られる。

なお、 着色する必要のない白黒への変換はこの輝度を利用すればよ く、 求めら れた輝度の階調値に RGBの各成分値を一致させるこ とで実現する。

このよ うにして輝度分布のヒス ト グラムを得るステ ッ プ 1 20〜ステ ッ プ 1 4 0が輝度分布集計処理であり、 このヒス ト グラムに基づいて図 8に示すフローチ ヤー トで特徴量を分析しつつ輝度対応関係を設定する。

まず、 ステ ッ プ 2 1 0では輝度分布の両端を求める。 写真画像の輝度分布は図 1 0 ( a) に示すように概ね山形に表れる。 むろん、 その位置、 形伏については さまざまである。 輝度分布の幅はこの両端をどこに決めるかによつて决定される が、 単に裾野が延びて分布数が 「Oj となる点を両端とすることはできない。 裾 野部分では分布数が 「 0」 付近で変移する場合があるし、 統計的に見れば限りな く 「 0」 に近づきながら推移していく からである。

このため、 分布範囲において最も輝度の大きい側と小さい側からある分布割合 だけ内側に寄った部分を分布の両端とする。 本実施形態においては、 同図に示す ように、 この分布割合を 0. 5 %に設定している。 むろん、 この割合については 、 適宜、 変更することが可能である。 このよ う に、 ある分布割合だけ上端と下端 をカ ツ 卜することによ り、 ノ イズなどに起因して生じている白点や黒点を無視す ることもできる。 すなわち、 このような処理をしなければ一点でも白点や黒点が あればそれが輝度分布の両端となってしま うので、 255階調の輝度値であれば 、 多く の場合において最下端は階調 「 0」 であるし、 最上端は階調 「 2 55」 と なってしま うが、 上端部分から 0. 5%の画素数だけ内側に入った部分を端部と することによ り、 このようなことが無く なる。 そして、 実際に得られたヒス ト グ ラムに基づいて画素数に対する 0. 5%を演算し、 再現可能な輝度分布における 上端の輝度値と下端の輝度値から順番に内側に向かいながらそれぞれの分布数を 累積し、 0. 5%の値となった輝度値が最大輝度 Ym a X と最小輝度 Ym i nと なる。

輝度分布の幅 Y d i f は最大輝度 Ym a xと最小輝度 Ym i nの差であり、 Y d i f =Ym a x -Ym i n

となる。

一方、 輝度分布の幅 Yd i f は画像データに基づいて分析された特徴量であり 、 ステ ッ プ 2 1 5の処理ではこの特徴量に基づいて輝度対応関係を設定するため に改善パラメータを導出する。 輝度分布の幅 Y d i f に基づいてコ ン ト ラス トを 拡大する画像処理としては、 輝度の分布に応じて傾き aとオフセ ッ ト bを決定す ればよい。 例えば、

a = 255 / ( Ym a X - Y m i n )

b =— a · Y m i nあるい【ま 255— a -Ym a x

とおく とすると、 せまい幅を持った輝度分布を再現可能な範囲まで広げることが できる。 ただし、 再現可能な範囲を最大限に利用して輝度分布の拡大を図った場 合、 ハイ ラ イ ト部分が白 く抜けてしま ったり、 ハイ シャ ド ウ部分が黒く つぶれて しま う ことが起こる。 これを防止するには再現可能な範囲の上端と下端に拡大し ない範囲として輝度値で 「 5」 ぐらいを残すようにすればよい。 この結果、 変換 式のパラメータは次式のようになる。

a = 245 / ( Y m a X - Y m i n )

b = 5 - a · Ym i nあるいは 2 50— a 'Ym a x

そして、 この場合には Yく Ym i nと、 Y > Y m a xの範囲においては変換を行 わないようにするとよい。

また、 このよ う に変換するにあたって、 毎回計算する必要はない。 輝度の範囲 が 「 0」 ~ 「 255」 という値をとるとすれば、 各輝度値について予め変換結果 を予めておき、 図 1 0 (b) に示すように変換テーブルを形成しておく。 この変 換テ一ブルは分布幅改善 ト ーンカーブと実質的に同義であり、 ステ ッブ 220に て当該変換テーブルを形成している。 なお、 ここで作成される変換テーブルを L UT 1 と呼ぶ。

単純に白黒のモノ ト ーン画像を得るのであれば、 この変換テーブルの変換桔果 Yを使用し、 変換前の画像データ （R0,G0,B0 ) について変換後の画像データ (ΥΙ, ΥΙ, ΥΙ ) とすればよい。

すなわち、 ステ ッ プ 1 50において、 特徴量を分析する作業は上述した最大輝 度 Ym a Xと最小輝度 Ym i nを求める処理が該当し、 輝度対応関係を設定する 作業はこれらから輝度分布の幅 Y d i f を求めつつ変換式のパラメータ a , bを 求めて変換テーブルを作成する処理が該当する。 そして、 もし対応閧係の設定処 理がこれだけであるならば、 ステッ プ 1 60の画像データ変換処理ではこのよう な変換テーブルを指定して変換前の画像データ （RO,GO,BO ) から変換後の画 像データ （Rl(= Yl) Yl) ,B 1(= Y1)) を生成させることになる。 また、 ステ ップ 2 1 0の輝度分布幅検出処理は図 1に示す輝度分布幅検出手段 A 3 1に相当するし、 ステ ップ 2 1 5の分布幅改善パラメータ導出処理とステツ プ 220の分布幅改善変換テーブル作成処理は同図に示す分布幅改善 L UT作成 手段 Α 32に相当する。 次に、 明度について説明する。 ここでいう画像の特徴量としての明度は画像全 体の明暗の指標を意味しており、 上述したヒス ト グラムから求められる分布の中 央値 （メ ジアン） Ym e dを使用する。 従って、 この場合における集計処理は先 ほどと同様にコン ト ラス トのための集計処理と同時に行われる。

—方、 特徴量を分析する際には明度の理想値である Ym e d— t a r g e t と の差 （Ym e d— t a r g e t - Ym e d ) を算出すればよい。 なお、 理想値 Y m e d— t a r g e tの実際の値は 「 1 06」 を使用するが、 固定的なものでは ない。 また、 好みを反映して変更できるようにしても良い。 むろん、 このよ うに して明度の理想値である Ym e d— t a r g e t との差 （Ym e d— t a r g e t - Ym e d ) を算出する処理がステップ 225の明暗検出処理に該当する。

この特徴量 （Ym e d _ t a r g e t— Ym e d) を利用して明度についての 輝度対応関係を設定する場合は次のようにする。 中央値 Ym e dが理想値 Ym e d _ t a r g e t と比校して大きいか小さいかで画像が明るいか否かを評価でき る。 例えば、 中央値 Ym e dが 「 85」 であるとすれば理想値 Ym e d t a r g e tの 「 1 06j よ り も小さいので、 第一次的に 「暗い」 と評価されるし、 第 二次的に暗さの程度は 「 1 06— 85」 と数値的に表現される。

図 1 1 ( a) は輝度のヒス ト グラムを示しているが、 実線で示すように輝度分 布の山が全体的に暗い側に寄っている場合には波線で示すように全体的に明るい 側に山を移動させると良いし、 逆に、 図 1 1 ( b ) にて実線で示すように輝度分 布の山が全体的に明るい側に寄っている場合には波線で示すよ うに全体的に暗い 側に山を移動させると良い。 このような場合には図 9 ( b ) に示すような直線的 な輝度の変換を施すのではなく、 図 1 1 ( c ) に示すよ うないわゆる r曲線を利 用した輝度の変換を行えばよい。

このように輝度分布の山を移動させる必要があるという ことが画像の明るさが 適正範囲にない場合に相当するのであり、 同輝度分布の山を移動させて全体とし て適正な分布となるような対応関係を導出することになる。

r曲線による補正では rく 1において全体的に明る く なるし、 r〉 1において 全体的に暗く なる。 上の例では中央値 Ym e dが 「 2 1」 上がれば理想値 Ym e d— t a r g e t と一致することになるが、 r曲線を利用して正確に 「2 1」 上 げるというのは容易ではない。 このため、 図 1 2に示すように評価値である （Y m e d— t a r g e t — Ym e d) について 「 5」 刻み毎に対応する rの値を設 定しておけばよい。 この例では評価値の変動量 「 5」 に対応して rの値を 「 0. 05」 ずつ変動させているが、 両者の対応関係を適宜変更可能であることはいう までもない。

また、 コン ト ラス トの修正の場合と同様に自動的に rの値を設定することも可 能である。 例えば、

r =Ym e d / 1 06

あるいは、

Γ - (Ym e d / 1 06) ** ( l / 2 )

として rの値を求めるようにしてもよい。 むろん、 r曲線による輝度の変換につ いても図 1 1 ( b ) に示すような変換テーブルを形成しておく。 ここでは、 上記 評価値に基づいて図 1 2に示すテーブルから rを求める処理や、 上述した算出弍 にて rを求める処理がステップ 230の明暗改善パラメータ導出処理に該当し、 さらにステ ップ 235における明暗改善変換テーブル作成処理は同 rを利用して あらかじめ輝度 「 0」 ~ 「 255」 の範囲で変換値を求めた変換テーブルを作成 する処理が該当する。 なお、 この明暗改善変換テーブル作成処理で最終的に作成 される変換テーブルを LUT 2と呼ぶことにする。

すなわち、 特徴量を分析する作業は中央値 Ym e dあるいは評価値 （Ym e d _ t a r g e t - Ym e d) などを求める作業が該当するし、 輝度対応関係の設 定処理ではこれから r補正値を求めつつ変換テーブルを作成する処理が該当する 。 そして、 輝度対応関係がこれだけならばステ ッ プ 1 60の画像データ変換処理 ではこのような変換テーブルを指定して各画素の変換前の画像データ （R0，G0, B0 ) から変換後の画像データ （R1，G1，B1 ) を生成させることになる。

なお、 ステ ップ 22 5の明暗検出処理は図 1 に示す明暗决定手段 A 33に相当 するし、 ステップ 230の明暗改善パラメータ導出処理とステップ 235の明暗 改善変換テーブル作成処理は同図に示す明暗改善 LUT作成手段 A 34に相当す る。

ところで、 本実施形態においては以上のよ うにして二つの変換テーブルを作成 している。 実際の画像デー夕の変換時に二つの変換テーブルで順次変換するのは 作業的に無駄が多い。 このため、 ステ ッ プ 240では二つの変換テーブルを統合 する処理を行う。 この LUT統合処理についての詳細なフローチヤ一ト を図 1 3 に示している。 上述した二つの変換テーブル LUT 1 , LUT 2は、 いずれも 「 0 j 〜 「 255」 の階調範囲となっている。 このため、 全階調範囲にわたり、 L UT 1で変換した後、 さらに LUT 2で変換した値をもって統合した変換テープ ル； LUT 3の変換値とすればよい。 まず、 ステ ップ 3 1 0でポイ ンタの変数 i を 「 0」 ク リ アしておき、 ステ ップ 330のイ ンク リ メ ン ト処理とステ ップ 335 のループェン ド判断処理によって i = 0~ 2 55のループを実行する。

ループ内では、 まずステ ップ 3 1 5にて階調値 i に対する LUT 1の変換値を 変数 i 1 に保存し、 ステ ップ 320ではこの変換値 i 1に対する LUT 2の変換 値を変数 i 2に保存する。 この変換値 i 2が二つの変換テーブルを参照した結果 であるので、 ステップ 325では新たな変換テーブル L UT 3における階調値 i に対する変換値として設定する。 なお、 変換テーブル LUT l , LUT 2が統合 される過程を図 14に示している。 このよ う にすれば、 いくつもの輝度対応関係 があるにしてもそれらをすベて実行したことに相当する変換テーブルを簡易に作 成することができる。 むろん、 かかる L U T統合処理が図 1に示す L U T統合手 段 A 35に該当する。

と ころで、 この場合は個々の変換テーブル LUT 1 , LUT 2が中間値を表す にすぎないので、 階調範囲を本来の階調範囲に一致させる必要はなく、 よ り詳細 な階調範囲にしておく こともできる。 例えば、 中間段階では 7 68階調にしてお き、 統合した変換テーブルにおいて 256階調にするよ うにしておけば、 複数の 変換テーブルを経る間に誤差が徐々に大き く なつていつてしま う ということを防 止できる。

なお、 輝度対応関係を設定する際に、 図 1 1 ( c ) に示すものでは r曲線を利 用したし、 図 9 ( b ) に示すものでは一定の傾き aとオフセ ッ ト bを有する直線 を利用した。 これらは、 いずれについても 1つまたは 2つのパラ メ ー タを使用し て広い範囲で階調値の対応関係を决定することができる意味で、 広義の ト ー ン力 ープに含まれるといえる。

また、 モノ ト ーン画像といっても必ずしも白黒である必要はなく、 有色のモ ノ ト ーン画像も好まれる。 このため、 LUTが統合されたら、 ステ ッ プ 245にて 各色成分用 LUTの作成処理を実行する。 図 1 5はその詳細なプ ロ一チヤ一トで ある。

一般的に、 モノ ト ーンの代表色 （一番彩度が高い RGBの組み） を （R s , G s , B s ) として、 これに対応する輝度値を y sとするとともに変換後の輝度値 を Y1 としたときに、 変換後の RGBの値 （R1.G1.B1 ) は、

Rl=Yl* R s /y s

Gl=Yl* G s /y s

Bl-Yl* B s / y s

とすることができる。 図 1 6 ( a) はこのよ うにして有色のモ ノ ト ー ンの成分比 が一定となる関係をグラフで示している。 このグラフは、 横軸が変換元の輝度値 yを示し、 縦軸が変換後の各色の階調値 （各色の輝度値といえる） を示している 。 上述したように、 一番彩度が髙く なるときの輝度値を y sに対しては RGBの 組みが （R s , G s， B s ) となっており、 このときの RGBの各階調値の比が 輝度値 yに関わらず一定に保持される。

上の演算式によれば、 G成分についても演算することになるが、 G成分の輝度 への影響度を考慮すれば G成分として輝度値 y sをそのまま代入し、 R成分と B 成分については輝度値が y sの場合における G成分との差厶 1， Δ 2を利用して 輝度値 y sから演算するようにしても良い。 すなわち、

R 1= Y 1* ( 1 + Δ 1 * ( Y 1 / y s ) )

G 1= y s

Bl= Yl* ( 1 - Δ 2 * (Y l /y s ) )

むろん、 既に変換テーブル LUT 3が作成されているため、 Y1 を全階調範囲 にわたつて変化させたときの RGBの値 （R1，G1,B1 ) を変換テーブルの値と して用意しておけばよい。

この例では、 各要素色の構成比 （R ： G ： B) を必ず一定にするようにしてい るが、 例えば、 この色が最も良く現れる輝度値 （y s ) において各要素色の構成 分 （ R 1， G1，B 1) が上記構成比 （R : G : B) と一致するようにしつつ （厶 1 = R— G、 Δ 2 = G - B ) 、 それ以外の領域では暗く なつたり明る く なつたりする につれて各構成分が徐々に一致するようにすることもできる。 この対応関係を図 1 6 (b ) に示している。

このグラフでは、 前述した rカーブを利用した変換態様を示している。 すなわ ち、 輝度値 y sにおける R G Bの組みが （R s , G s , B s ) となるような r値 を算出し、 その r値を利用して Y1 を全階調範囲にわたって変化させたときの R GBの値 （R1，G1，B1 ) を求めて変換テーブルの値とするのである。 このグラ フの場合では、 R s〉G s〉 B sという関係があるから、 少なく とも R s > Y l であり、 Y l 〉 B sとなっている。 従って、 R成分について言えば r < l となる 下に凸の曲線となり、 B成分について言えば r > 1 となる上に凸の曲線となる。

G成分について言えば厳密には rは 1以上にも 1未満にもなり う るが、 グラフで は簡素化して r = 1のように表している。 ただ、 この場合も上述したように G成 分を基準として R成分と B成分についてのみ変換用の ト ー ンカーブを用意するこ とも可能である。

むろん、 このようにすると輝度値が低いときと輝度値が高いときでは上記構成 比 （R ： G ： B) と一致しない。 しかしながら、 輝度値が最大値になるあたりで は上記構成比を維持することができないのであるし、 輝度値が低いときと輝度値 が高いときは実際には黒または白となるのであってこのグラフのように輝度値 y sに収束する変化態様の方が自然でもある。

輝度対応関係設定処理においては、 着色するか否かに関わらず、 ステップ 24 5にて着色用 LUT統合処理を実施する。 図 1 5に示すように、 この着色用 LU T統合処理の最初のステツブ 4 1 0にて着色指示パラメータ CLを取得する。 着 色指示パラメータ CLは予め色を表す値を代入しておき、 同ステ ップ 4 1 0にて 値を読み込むよ うにしてもよいし、 あるいはディ スプレイ 1 7 a 1にて操作者に 入力を促し、 キ一ボ一 ド 1 5 aやマウス 1 5 bの操作に応じた値を設定するよう にしてもよい。 むろん、 着色する色とパラメータは予め対応づけてあり、 パラメ —夕が指定された場合の各色成分は、 二次元テーブル構造の

L UT_R ( C L , 0- 255)

LUT_G ( C L , 0〜2 55 )

L UT_B ( C L , 0- 2 55)

という変換テーブルに値を設定しておく。 なお、 色を付けずに白黒のモ ノ ト ー ン とする場合もあるから、 各色成分を各階調ごとに一致させた変換テーブルも用意 しておき、 例えば着色指示パラメータ Cしが 「 0」 のときにこの変換テーブルを 使用するようにする。 むろん、 この着色用 LUT統合処理は図 1に示す各色成分 用 L UT作成手段に相当する。

次に、 ステ ッ プ 4 1 5でポ イ ン タの変数 i を 「 0」 ク リ アしておき、 ステ ッ プ 4 3 5のイ ンク リ ノ ン ト処理とステップ 440のループェン ド判断処理によって i = 0 ~ 2 5 5のループを実行する。 ループ内ではステ ップ 4 2 0〜 43 0にて 変数 i の階調値における各色成分を次式によって設定する。'

LUT 4 R ( i ) = L UT_R ( C L , L U T 3 ( i ) )

L UT 4 G ( i ) = LUT_G ( CL , LUT 3 ( i ) )

L UT 4 B ( i ) = L UT_B ( CL , L UT 3 ( i ) )

この例では、 各色ごとに全階調範囲にわたって変換結果を表す変換テーブルを 用意しているが、 着色指示パラメ ー タごとに各色を修正する r補正値を用意して おき、 変換テーブル LUT 3の値を使って r補正する演算を実行し、 LUT 4 R ， L UT 4 G, L UT 4 Bの値を求めるよ うにしてもよい。

図 1 7は LUT 3の変換テーブルに対して着色用の変換テーブル L UT— R, L U T _ G , LUT— Bを統合する過程を示している。 '

図 1 7に示す L UT 3の変換テーブルは、 上述したようにコ ン ト ラス トの修正 と明るさの修正とを一段階で実現する対応関係を表すものとして実現されている 。 すなわち、 注目画素の現実の輝度相当値 yに基づいて輝度分布を修正した輝度 相当値 Yが得られるようになっている。

一方、 LUT— R, L UT— G. L UT— Bは、 着色指示パラメ一 じしで 指示された所定のモノ ト ーンを表現するための変換テーブルであり、 単一の輝度 相当値 Y 1 を入力すればその輝度相当値での各要素色 R GBの階調値が得られる 。 もとよ り、 修正前の輝度相当値 yで LUT 3を参照し、 参照された輝度相当値 Y 1で L UT— R , LUT_G, LUT— Bを参照すれば、 修正前の輝度相当 値 yに対して最適な輝度分布の修正がなされつつ所望の色に着色させた RGBの 階調値が得られる。 これを一つの変換で実現させるように変換テーブルを統合し たものが同図に示す LUT4 R, L U T 4 G , LUT4 Bである。 以上のようにして特徴量の分析と輝度対応関係の設定を終えたら、 ステッ プ 1 60にて画像データ変換処理を実行する。 図 1 8はこの画像デー タ変換処理のよ り詳細なフ ローチャー トを示している。

画像データの変換は、 輝度分布を調べたときと同様に注目画紫を図 7に示すよ うにして移動させながら各画素の画像データを修正していく。 注目画素の位置は ポイ ンタで示し、 ステ ップ 5 1 0ではこのポインタを初期位置に移動させる。 ス テツプ 5 1 5では上迹したのと同様にして注目画素の輝度相当値 yを算出し、 ス チ ッ プ 520〜 530にてこの輝度相当値 yで変換テーブル LUT 4を参照し、 各色成分 R' ， G ' ， B ' を求める。 変換自体はこれで完了し、 ステ ッ プ 535 にて修正圃像データを出力する。 その後、 ステッ プ 540にてポインタを次の画 素に移動し、 このときにステ ッ プ 545にて全画素を終了したと判断すれば画像 データ変換処理を終了するし、 全画素を終了していないと判断すれば上述したス テ ツプ 5 1 5以下の処理を繰り返す。

なお、 この実施形態では輝度分布の集計処理の際と画像データの変換の際とで 二度輝度相当値の演算を行っているが、 図 1の波線に示すように画像取得手段が 輝度相当値を出力し、 輝度分布を集計しながらワークエ リ アに保存しておく よう にすれば、 画像デ一タ変換処理でこのヮークエ リ ァから各画素の輝度相当値を読 み込んで処理を実行でき、 二度の変換を行わなくても済む。 また、 このよ う に輝 度相当値として保存するときは 1画素について 1要素となる。 このため、 RGB 各成分のために合計 3パイ ト使用する場合と比較して 1 3の 1バイ トで済む。 従って、 元の画像データより も 1 3のフ ァイル容量となる。

次に、 上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。

ディジ タルスチルカメラ 1 1 bで撮影した画像データをセピア調にして印刷し たいものとすると、 ユーザ一はコンピュータシステム 1 0で画像印刷ソフ トなど のアプリ ケーシ ョ ン 1 2 dを立ち上げ、 ケーブル接統であるとか着脱可能なメデ ィ ァを利用してディジタルスチルカメ ラ 1 l bから画像データを取り込む。 そし て、 アプリ ケーシ ョ ン 1 2 dの操作メニューなどから画像処理として 「セピア調 j を選択し、 「印刷」 処理を選択する。 この処理の概略は、 図 5に示すフローチ ヤ ー ト に従って実行される。 この場合は、 画像データが既に取り込まれているの でステ ッ プ 1 1 0の入力処理を実行したものとし、 ステ ッ プ 1 2 0〜ステ ッ プ 1 4 0の処理を実行する。 すなわち、 各圃素についての輝度相当値を求め、 全画素 にわたつて輝度分布を集計する。 なお、 集計結果は厳格である必要はないので、 全圃素にわたって行うのではなく間引きした画素について集計するようにしても 良い。

こ こで具体的な被写体と写真とを参照して説明する。 被写体は図 1 9 ( a ) に 示すボールであるとする。 このボールは帯伏の色分け模様がなされており、 地球 に例えると北極と南極の側で薄い色となり赤道部分で濃い色なつているとする。 ディ ジタルスチルカメラ l i bでカラー画像として撮影したところ、 図 1 9 ( b ) に示すようになった。 写真自体はコ ン ト ラス ト の狭い画像となってしまったが 、 カラー画像であるので色の違いから帯伏の色分け模様は認識できている。 なお 、 図面ではあえて色の濃さに対応させていないが、 色分けが分かるという意味で 帯を示している。 このよ う にコ ン ト ラス トが狭い画像をそのままモノ ト ー ン化し てしま う と、 図 2 0 ( a ) に示すようにかろう じて識別できていた帯伏の模様が 分からなくなってしま う。

しかしながら、 ステ ップ 1 5 0 として実行される特徴量分析輝度対応関係設定 処理では、 輝度分布からこの画像データについてのコ ン ト ラス トの幅 Y d i f で あるとか分布の中央値 Y m e dを導出し、 これを改善する変換テーブル L U T 3 を形成する。 また、 ここでは輝度分布を改善する対応関係を活かしながらセピア 調のモ ノ ト ーンに着色するための変換テーブル L U T 4 まで形成するため、 この 変換テーブル L U T 4に基づいて画像データを修整すると、 コン ト ラス トの幅が 改善されつつ、 明るさも良好な分布となる。 むろん、 この結果、 画像全体がセビ ァ調のモノ ト ーン画像となり、 図 2 0 ( b ) に示すようにモノ ト ーン画像のまま 帯の模様を認識できる。 すなわち、 白黒段階の画像修正と、 一定の色に着色する という全く性質の異なる多段階の処理が一括の変換で行われ、 かつ、 その結果は モノ ト ー ン画像として非常に画質の良いものとなる。

このように、 カラーの画像データを入力してモノ ト ーン化する場合に、 画像デ 一タにおける輝度分布を集計し （ステップ 1 2 0〜ステ ップ 1 4 0 ) 、 集計結果 を利用して輝度対応関係を設定し （ステ ッ プ 1 5 0 ) 、 かかる輝度対応関係に基 づいて画像データを修整した上でモノ ト ー ン画像に変換するよ うにしたため、 単 純に輝度だけに基づいてモノ ト ーン化した場合に比べて画質を向上させることが できるうえ、 このような輝度分布の改善と着色の処理という多段階の変換を一括 して行う ことができる。 産業上の利用可能性

以上説明したように本発明は、 最適な輝度分布となるように各画素の輝度を翳 整するため、 良好な画質のモソ ト ーン画像を生成することが可能なモノ ト ー ン変 換装置を提供することができる。

また、 請求の範囲第 2項にかかる発明によれば、 最適な輝度分布としつつ、 所 定の構成比となるように各要素色を求めることができ、 白黒を含めて所望の色の モノ ト ーン変換を実現できる。

さ らに、 請求の範囲第 3項にかかる発明によれば、 構成比の変化を ト ーン力一 ブで実現するため、 比較的容易に各要素色の値を求めることができる。

さ らに、 請求の範囲第 4項にかかる発明によれば、 複数の段階の変換を一括し て実現するので、 処理を高速化できる。 さ らに、 請求の範囲第 5項にかかる発明によれば、 変換テーブルを利用して簡 易に統合した対応関係を実現することができる。

さ らに、 請求の範囲第 6項にかかる発明によれば、 コ ン ト ラス ト の幅が適正と なったモ ノ ト ー ン画像を生成することができる。

さ らに、 請求の範囲第 7項にかかる発明によれば、 明るさを適正範囲とした、 すなわち明るすぎたり暗すぎたりすることのない適度な輝度としたモノ ト ーン画 像を生成することができる。

さ らに、 請求の範囲第 8項〜請求の範囲第 1 1項にかかる発明によれば、 同様 の効果を奏するモノ ト ーン変換方法を提供でき、 請求の範囲第 1 2項〜請求の範 囲第 1 5項にかかる発明によれば、 モノ ト ーン変換プログラムを記録した媒体を 提供できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 画像を ド ッ ト マ ト リ クス状の各画素として表すとともに色分解した所定の要 索色で各画素毎に階調表現した國像デ一タを取得する画像取得手段と、

この画像デー タに基づいて各画素の輝度相当値の集計を行なう輝度分布集計手 段と、

集計された輝度分布に基づいて当該輝度分布を変更する輝度変換の対応関係を 導出する輝度対応関係設定手段と、

この導出された輝度変換の対応関係に基づいて上記画像デ一タにおける各画素 の輝度を変換したモノ ト ー ンの画像データを生成する画像デー タ変換手段とを具 備することを特徴とするモノ ト ーン変換装置。

2 . 上記請求の範囲第 1項に記載のモノ ト ーン変換装置において、 上記輝度対応 関係設定手段は、 輝度相当値での輝度分布の変更を行うための対応関係の設定と 、 輝度変更後に各要素色間の構成比を所定の割合とする対応関係の設定をするこ とを特徴とするモノ ト 一ン変換装置。

3 . 上記請求の範囲第 2項に記載のモノ ト ーン変換装置において、 上記輝度対応 関係設定手段は、 輝度変更後に各要素色間の構成比を所定の割合とするにあたり 、 ト ー ン力ーブを利用してある輝度値で一定の構成比を実現しつつ全階調値にわ たって滑らかに変化させることを特徴とするモノ ト ーン変換装置。

4 . 上記請求の範囲第 2項または第 3項のいずれかに記載のモノ ト ーン変換装置 において、 上記輝度対応関係設定手段は、 輝度相当値での輝度分布の変更と輝度 変更後に各要素色間の構成比を所定の割合とする変換とを一括して行う対応関係 を設定することを特徴とするモ ノ ト ーン変換装置。

5 . 上記請求の範囲第 4項に記載のモノ ト ーン変換装置において、 上記輝度対応 関係設定手段は、 上記個々の対応関係に対応する変換テーブルを生成し、 この変 換テ一ブルを統合して統合変換テーブルを生成することを特徴とするモノ ト ーン 変換装置。

6 . 上記請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれかに記載のモノ ト ー ン変換装置にお いて、 上記輝度対応関係設定手段は、 上記輝度分布に基づいて導かれる最大輝度 から最小輝度までの範囲をコン ト ラス トの幅としつつ、 当該コ ン ト ラス ト の幅を 適正な幅となるよ うにオ リ ジナルの輝度から修整された輝度へ変換する対応関係 を導出することを特徴とするモ ノ ト ーン変換装置。

7 . 上記請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれかに記載のモノ ト ーン変換装瞿にお いて、 上記輝度対応関係設定手段は、 上記輝度分布に基づいて導かれる画像の明 るさが適正範囲にない場合に同輝度分布が全体として適正な分布となるようにォ リ ジナルの輝度から修整された輝度へ変換する対応関係を導出することを特徴と するモノ ト ーン変換装罱。

8 . 画像を ド ッ ト マ ト リ タス伏の各画素として表すとともに色分解した所定の要 素色で各画素毎に階調表現した画像データを取得し、 モノ ト ー ン画像データを生 成して出力するモノ ト ーン変換方法であって、

この画像データに基づいて各画素の輝度相当値の集計を行なう工程と、 集計された輝度分布に基づいて当該輝度分布を変更する輝度変換の対応関係を 設定する工程と、

この導出された輝度変換の対応関係に基づいて上記画像デー タにおける各画素 の輝度を変換したモノ ト ー ンの画像データを生成する工程とを具備することを特 徴とするモノ ト ーン変換方法。

9 . 上記請求の範囲第 8項に記載のモノ ト ーン変換方法において、 上記輝度変換 の対応関係を設定する工程では、 輝度相当値での輝度分布の変更を行うための対 応関係の設定と、 輝度変更後に各要素色間の構成比を所定の割合とする対応関係 の設定をするこ とを特徴とするモノ ト ー ン変換方法。

1 0 . 上記請求の範囲第 9項に記載のモノ ト一ン変換方法において、 上記輝度変 換の対応関係を設定する工程では、 輝度相当値での輝度分布の変更と輝度変更後 に各要素色間の構成比を所定の割合とする変換とを一括して行う対応関係を設定 することを特徴とするモノ ト ー ン変換方法。

1 1 . 上記請求の範囲第 1 0項に記載のモ ノ ト ー ン変換方法において、 上記輝度 変換の対応関係を設定する工程では、 上記個々の対応関係に対応する変換テーブ ルを生成し、 この変換テーブルを統合して統合変換テーブルを生成することを特 徴とするモノ ト ーン変換方法。

1 2 . コンピュータにて画像を ドッ ト マ ト リ クス状の各画素として表すとともに 色分解した所定の要素色で各画素毎に階調表現した画像データを取得し、 モノ ト ーン a像データを生成させるモノ ト ーン変換プログラムを記録した媒体であつて この画像データに基づいて各画索の輝度相当値の集計を行なう輝度分布集計ス テ ツブと、

集計された輝度分布に基づいて当該輝度分布を変更する輝度変換の対応関係を 導出する輝度対応関係設定ステ ップと、

この導出された輝度変換の対応関係に基づいて上記画像デ一タにおける各画素 の輝度を変換した乇ノ ト ー ンの画像データを生成する画像データ変换ステップと を具備することを特徴とするモノ ト ーン変換プロダラムを記録した媒体。

1 3 . 上記請求の範囲第 1 2項に記載のモノ ト ー ン変換プログラムを記録した媒 体において、 上記輝度対応関係設定ステ ッ プでは、 輝度相当値での輝度分布の変 更を行うための対応関係の設定と、 輝度変更後に各要素色間の構成比を所定の割 合とする対応関係の設定をすることを特徴とするモ ノ ト ーン変換プログラムを記 録した媒体。

1 4 . 上記請求の範囲第 1 3項に記載のモノ ト ー ン変換プログラムを記録した媒 体において、 上記輝度対応関係設定ステ ッ プでは、 輝度相当値での輝度分布の変 更と輝度変更後に各要素色間の構成比を所定の割合とする変換とを一括して行う 対応関係を設定することを特徴とするモノ ト ー ン変換プログラムを記録した媒体

1 5 . 上記請求の範囲第 1 4項に記載のモノ ト ーン変換プログラムを記録した媒 体において、 上記輝度対応関係設定ステ ッ プでは、 上記個々の対応関係に対応す る変換テーブルを生成し、 この変換テーブルを統合して統合変換テーブルを生成 することを特徴とするモノ ト ーン変換プロ グラムを記録した媒体。