CN103988488A - 图像增强设备和图像增强方法 - Google Patents

Abstract

使用高于奈奎斯特频率的频率分量，来锐化图像。用于通过锐化输入图像来生成输出图像的根据本发明的实施例的图像增强设备1包括：滤波器单元10，被配置为通过至少去除包含在表示所述输入图像的输入图像信号中的频率分量的直流分量，来生成第一信号；非线性处理单元20，被配置为通过对第一信号进行在第一信号的正区域和负区域之间不对称的非线性处理，来生成第二信号；限幅器30，被配置为通过调节第二信号，来生成第三信号；以及加法器50，被配置为通过将第三信号与输入图像信号相加，来生成表示输出图像的输出图像信号。

Description

图像增强设备和图像增强方法

相关申请的交叉引用

本申请要求日本专利申请第2012-177466号（2012年8月9日提交）的优先权和权益，其全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及一种通过锐化图像来改善图像质量的图像增强设备和图像增强方法，该图像增强设备和图像增强方法适合于锐化例如在电视机（TV）上实时显示的视频。

背景技术

迄今为止，广泛已知通过锐化图像来改善图像的图像增强处理。例如，传统电视机进行用于使与显示的图像的轮廓相对应的视频信号的上升和下降陡峭的轮廓补偿。这种轮廓补偿通过提取输入图像信号（辉度信号）的高频分量，将高频分量放大，然后将放大后的高频分量与输入图像信号相加，来改善可视图像质量。图12示出了表示经过传统图像增强处理的图像的信号水平的波形变化的图。图12（A）是示出水平方向上的输入图像信号的信号水平的波形的图，其特别示出了水平方向上的与信号水平改变的边缘相对应的部分的波形。图12（B）示出了从输入图像信号中提取的高频分量。通过将高频分量放大，并且将放大后的高频分量与输入图像信号相加，可以获得如图12（C）所示的具有陡峭上升的边缘的输出图像信号。

此外，近年来，提出了用于将输入图像向上转换为高分辨率输出图像，并且对向上转换后的图像进行图像增强处理的称为超分辨率的技术（例如参见非专利文献1）。

相关技术文献

非专利文献

非专利文献1：S.Farsiu,D.Robinson,M.Elad,and P.Milanfar,“Fastand Robust Multi-frame Super-resolution”,IEEE Transactions on ImageProcessing,vol.13,no.10,pp.1327-1344,October2004。

发明内容

技术问题

由于传统图像增强处理基于线性数字信号处理，因此可能不生成高于奈奎斯特（Nyquist）频率的频率分量，即高于目标图像的采样频率的1/2的频率分量。因此，使得图像改善无法通过生成并使用高于奈奎斯特频率的频率分量来锐化图像。

例如，当全高视觉电视机（HDTV：高清电视，1080×1920像素）放大并显示具有用于HDTV的分辨率以下的分辨率的图像信号的图像时，显示的图像模糊。类似地，当将具有用于HDTV的分辨率的图像信号放大到更高的分辨率（例如大约4000×2000像素的4K分辨率）时，图像被模糊地显示。图像模糊的原因是，经过放大处理的图像信号仅包含与达到进行放大之前的原始图像的奈奎斯特频率一样高的频率分量，而不包含放大后的图像的奈奎斯特频率附近的频率分量。

下面，参考图13，描述由于对图像的放大和增强处理引起的频率分量的变化。图13（A）示出了具有采样频率fs的数字图像信号的频谱，并且图13（B）示出了在水平方向上向上转换为两倍像素数量的数字图像信号的频谱。进行放大处理之后的采样频率Fbs是原始采样频率fs的两倍（Fbs=2.fs）。这里，如图13（B）所示，在向上转换后的数字图像信号中，不存在与原始采样频率fs的奈奎斯特频率相对应的fs/2和与新采样频率Fbs的奈奎斯特频率相对应的Fbs/2=fs之间的频率分量。

图13（C）示出了对向上转换后的数字图像信号进行使用传统线性数字信号处理的图像增强处理时的频谱。如图所示，因为进行了使用线性数字信号处理的图像增强处理，因此原始奈奎斯特频率fs/2附近的频率分量增大。然而，通过传统线性数字信号处理的图像增强处理，没有生成高于原始奈奎斯特频率fs/2的频率分量。因此，通过传统线性数字信号处理的图像增强处理，例如，如图13（D）所示，没有生成高于原始奈奎斯特频率fs/2的新奈奎斯特频率Fbs/2附近的频率分量。也就是说，使得无法对向上转换后的数字图像信号生成并利用高于奈奎斯特频率的频率分量，以锐化图像和改善图像质量。

此外，在非专利文献1等中描述的传统超分辨率技术通过对具有相同采样频率的多个帧进行重复运算，并且合成从每个帧中选择的高分辨率像素，来进行图像增强处理。因此，一些图像可能不能适当地恢复，可能产生诸如在视频中突然出现失败图像的闪烁。还存在使用多个帧的运算量极其大的问题。

因此，本发明的目的是提供一种图像增强设备和图像增强方法，其可以在不对多个帧进行重复运算的情况下，使用高于奈奎斯特频率的频率分量，来锐化图像。

问题的解决方案

为了解决上述问题，用于生成通过锐化输入图像而创建的输出图像的根据本发明的实施例的图像增强设备包括：滤波器单元，被配置为通过至少去除包含在表示输入图像的输入图像信号中的频率分量的直流分量，来生成第一信号；非线性处理单元，被配置为通过对第一信号进行在第一信号的正区域和负区域之间不对称的非线性处理，来生成第二信号，其中，对第一信号的正区域施加的非线性处理和对第一信号的负区域施加的非线性处理用通过原点的连续函数表示，以及其中，由非线性处理生成的频率分量的带在正区域和负区域之间不对称；限幅器，被配置为通过调节所述第二信号，来生成第三信号；以及加法器，被配置为通过将第三信号与输入图像信号相加，来生成表示输出图像的输出图像信号。

优选地，图像增强设备还包括切换单元；非线性处理单元被配置为通过对第一信号进行在第一信号的正区域和负区域之间不对称的多种类型的非线性处理，来生成多种类型的第二信号；切换单元被配置为通过基于输入图像信号的信号水平，针对每个像素，从多种类型的第二信号中选择一个第二信号，来生成第四信号；以及限幅器被配置为通过调节第四信号，来生成第三信号。

优选地，切换单元针对信号水平等于或低于预定值的像素，被配置为通过从多种类型的第二信号中，选择在第一信号的正区域中变化率大的第二信号，来生成第四信号。

优选地，切换单元针对信号水平高于预定值的像素，被配置为通过从多种类型的第二信号中，选择在第一信号的负区域中变化率大的第二信号，来生成第四信号。

优选地，图像增强设备还包括切换单元，切换单元被配置为通过基于输入图像信号的信号水平，针对每个像素选择第一信号和第二信号中的一个，来生成第四信号；以及限幅器被配置为通过调节第四信号，来生成第三信号。

优选地，切换单元针对信号水平在预定上限和预定下限之间的范围内的像素，被配置为通过选择第二信号，来生成第四信号。

优选地，图像增强设备还包括：区域滤波器，被配置为针对输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平；以及切换单元被配置为基于像素中的每个的平均信号水平，来生成第四信号。

虽然使用设备作为如上所述根据本发明的解决方案，但是由设备的处理器执行的实际与该解决方案相对应的方法和程序以及存储程序的存储介质，也可以实现本发明，因此方法和程序以及存储介质也包含在本发明的范围内。

例如，由用于通过锐化输入图像来生成输出图像的图像增强设备，使用实现本发明的图像增强方法作为方法，图像增强方法包括：通过至少去除包含在表示所述输入图像的输入图像信号中的频率分量的直流分量，来生成第一信号的步骤；非线性处理步骤，通过对所述第一信号进行在所述第一信号的正区域和负区域之间不对称的非线性处理，来生成第二信号，其中，对所述第一信号的所述正区域施加的所述非线性处理和对所述第一信号的所述负区域施加的所述非线性处理用通过原点的连续函数表示，以及由所述非线性处理生成的频率分量的频带在所述正区域和所述负区域之间不对称；调节步骤，通过调节所述第二信号，来生成第三信号；以及通过将所述第三信号与所述输入图像信号相加，来生成表示所述输出图像的输出图像信号的步骤。

优选地，所述图像增强方法还包括切换步骤；在所述非线性处理步骤，通过对所述第一信号进行在所述第一信号的正区域和负区域之间不对称的多种类型的非线性处理，来生成多种类型的第二信号；在所述切换步骤，通过基于所述输入图像信号的信号水平，针对每个像素，从多种类型的第二信号中选择一个第二信号，来生成第四信号；以及在所述调节步骤，通过调节所述第四信号，来生成所述第三信号。

优选地，在所述切换步骤，针对信号水平等于或低于预定值的像素，通过从所述多种类型的第二信号中，选择在所述第一信号的所述正区域中变化率大的第二信号，来生成所述第四信号。

优选地，在所述切换步骤，针对信号水平高于预定值的像素，通过从所述多种类型的第二信号中，选择在所述第一信号的所述负区域中变化率大的第二信号，来生成所述第四信号。

优选地，还包括切换步骤，在所述切换步骤，通过基于所述输入图像信号的信号水平，针对每个像素选择所述第一信号和所述第二信号中的一个，来生成第四信号；以及在所述调节步骤，通过调节所述第四信号，来生成所述第三信号。

优选地，在所述切换步骤，针对信号水平在预定上限和预定下限之间的范围内的像素，通过选择所述第二信号，来生成第四信号。

优选地，所述图像增强方法还包括：针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平的步骤；以及在所述切换步骤，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

发明的效果

按照根据本发明的图像增强设备和图像增强方法，可以在不对多个帧进行重复运算的情况下，使用高于奈奎斯特频率的频率分量，来锐化图像。

附图说明

图1是示出跟据第一实施例的图像增强设备的配置的图；

图2（A）至2（D）是示出根据第一实施例的水平方向上的图像的信号水平的波形的图；

图3是示出高通滤波器的配置的示例的图；

图4是示出使用低通滤波器构成的高通滤波器的示例的图；

图5是示出根据第一实施例的不对称非线性处理的图；

图6是示出根据第二实施例的图像增强设备的配置的图；

图7（A）至7（E）是示出根据第二实施例的水平方向上的图像的信号水平的波形的图；

图8（A）和8（B）是示出根据第二实施例的不对称非线性处理的图；

图9是示出根据第三实施例的图像增强设备的配置的图；

图10是示出根据第四实施例的图像增强设备的配置的图；

图11（A）至11（E）是示出根据第四实施例的水平方向上的图像的信号水平的波形的图；

图12（A）至12（C）是示出经过传统图像增强处理的图像的信号水平的波形的图；以及

图13（A）至13（D）是示出由于对图像的放大和增强处理的频率分量的变化的图。

具体实施方式

下面，参考附图，将详细描述本发明的实施例。

（第一实施例）

图1是示出根据本发明的第一实施例的图像增强设备1的配置的框图。图像增强设备1对作为表示图像的数字信号的、从外部输入的输入图像信号S_in，进行用于锐化由该输入图像信号S_in表示的图像的处理（下文中称为“图像增强处理”或者简称为“增强处理”），图像增强设备1设置有高通滤波器（HPF）10、非线性处理单元20、限幅器30和加法器50。

由输入图像信号S_in表示的图像可以是静止图像或者视频。当输入图像信号S_in表示视频时，标清电视（SDTV：Standard Definition Television）或者高清电视（HDTV：High Definition Television）可以实时显示该视频。

下面，作为示例，使用图2所示的图像的水平方向上的信号水平（辉度值）的波形，来描述每个单元的操作和输出波形。注意，虽然下面与图像的水平方向上的信号水平的波形相关联地对每个单元进行描述，但是每个单元可以以与对水平方向的信号水平的波形的类似的方式，对图像的垂直方向上的信号水平的波形或者视频的图像之间的时间方向上的信号水平的波形，进行图像增强处理。

图2（A）是示出输入图像信号S_in的水平方向上的信号水平的波形的图，其特别示出了与水平方向上的信号水平改变的边缘相对应的波形的一部分。输入图像信号S_in的分辨率对应于输出图像信号S_out的分辨率，当输出图像的分辨率高于原始输入图像的分辨率时，其意味着将输入图像信号S_in从原始输入图像的分辨率向上转换为输出图像信号S_out的分辨率。例如，当图像增强设备1输出用于SDTV的图像来作为用于HDTV的图像时，输入图像信号S_in是使用传统线性转换从用于SDTV的原始图像转换为用于HDTV的图像的信号。

HPF10通过至少去除包含在输入图像信号S_in中的频率分量的直流分量，来生成作为高频信号的第一信号S1。具体地，HPF10提取包含由输入图像信号S_in表示的图像的轮廓分量的高频分量，并且还从图2（A）中的输入图像信号S_in中提取图2（B）中的第一信号S1。

图3是示出HPF10的配置的框图。如图3所示，HPF10可以用作由数量为m-1个的单位延迟元件111至11（m-1）、数量为m个的乘法器121至12m以及一个加法器131构成的m抽头（tap）（m表示3或更大的数字）横向数字滤波器。在这种情况下，每个乘法器12j（j=1到m，下文中这同样适用）将输入信号乘以系数Cj，并且向加法器131输出结果，其中，设置系数Cj，以使得HPF10能够提取包括轮廓分量的高频分量（例如m=3，C1=0.5，C2=-1，C3=0.5）。注意，通常，与高通滤波器相比，实现低通滤波器更容易。图4是示出使用低通滤波器构成的高通滤波器的示例的图。图1所示的HPF10可以通过如图4所示的使用低通滤波器（下文中称为“LPF”）11和减法器12的配置来实现。

非线性处理单元20通过对第一信号S1进行在第一信号S1的正区域和负区域之间不对称的非线性处理，来生成第二信号S2。如图2（B）所示，第一信号S1包括正方向上的轮廓分量和负方向上的轮廓分量。这里，第一信号S1的正方向和负方向分别表示白色像素方向和黑色像素方向。通过利用与两个方向之间相同（对称）的非线性处理相反的不同（不对称）的非线性处理，使得能够进行更符合人的视觉特性的边缘增强。也就是说，非线性处理单元20对第一信号S1的正方向上的轮廓分量和第一信号S1的负方向上的轮廓分量，进行不同（不对称）的非线性处理。下文中，将在第一信号S1的正区域和负区域之间不对称的非线性处理称为“不对称非线性处理”。

作为非线性处理单元20进行的不对称非线性处理，只要用于正区域的非线性处理的值和用于负区域的非线性处理的值在第一信号S1的原点（其中，值为零）周围连续，则可以将任意非线性处理组合在一起。根据本实施例，非线性处理单元20例如如图5所示，通过当第一信号S1为正时对第一信号S1求立方（S2=S1³），或者当第一信号S1为负时对第一信号S1求平方，并将其符号改变为负（S2=-S1²），来生成第二信号S2。图2（C）是示出经过由非线性处理单元20进行的不对称非线性处理的第二信号S2的波形的图。如图所示，第二信号S2的正波形明显放大。

通过由非线性处理单元20进行的在第一信号S1的正区域和负区域之间不对称的非线性处理，如下面所述，可以实现更符合人的感知特性的图像增强处理。例如，作为基于人的感觉的法则，已知韦伯-费希纳定律（Weber-Fechner Law）。当将该定律应用于图像识别时，可以说与高辉度区域中的轮廓相比，人更容易感觉到低辉度区域中的轮廓。因此，例如通过利用非线性处理单元20对具有低信号水平（辉度）的像素的处理，非线性处理单元20可以对第一信号S1的边缘增强分量进行放大。

注意，由非线性处理单元20进行的不对称非线性处理不限于平方运算和立方运算的组合，而可以是其它非线性处理。例如，可以用公式（1）表示第一信号S1的正区域和负区域中的每一个中的非线性处理。每个处理单元的非线性处理包括用p/q表示的一般有理数的所有幂指数。注意，在这种幂运算中，不管第一信号S1是正还是负，都保持不变。例如，在偶数的幂运算（例如平方）中，当第一信号S1为负时，保持幂运算的结果值的符号为负（例如S2=-S1²）。

[公式1]

$S2={S1}^{\frac{p}{q}}---\left(1\right)$

此外，非线性处理单元20可以使用诸如三角函数（例如S2=Sin（S1））、对数函数（例如S2=log（|S1|+1））、伽马校正函数（例如S2=S1^1/2）等的各种非线性函数的适当组合，来作为不对称非线性处理。

此外，非线性处理单元20可以通过预先在表中保持第一信号S1的每个信号水平的相加值，并且例如对于取最小值0和最大值255之间的值的8位信号水平，基于第一信号S1的信号水平，与±10范围内的值相加，来进行未由公式（1）的一般等式所表示的非线性处理。

限幅器30用作第二信号S2的幅值（信号水平）的控制器，其通过调节第二信号S2，来生成第三信号S3。具体地，限幅器30进行剪裁处理，使得第二信号S2的幅值等于或小于预定上限，或者通过将第二信号S2乘以变量α（0≤α<1），来对第二信号S2的水平进行增益调节。此外，为了去除噪声，限幅器30可以进行将第二信号S2的等于或小于预定值的信号水平舍去、使其为0的舍入处理。限幅器30将经过剪裁处理、增益调节或者舍入处理的第二信号S2，作为第三信号S3输出到加法器50。

加法器50通过将作为用于锐化图像的补偿信号的第三信号S3与输入图像信号S_in相加，来生成输出图像信号S_out。也就是说，满足等式S_out=S_in+S3，通过将通过调节图2（C）的第二信号S2而生成的第三信号S3与图2（A）中的输入图像信号相加，加法器50生成图2（D）所示的经过图像增强处理的信号。输出图像信号S_out的边缘部分的上升变化比输入图像信号S_in的边缘部分的上升变化更陡峭。也就是说，可以获得比由输入图像信号S_in表示的原始图像更锐利的图像。注意，加法器50根据需要设置有用于调节输入图像信号S_in和第三信号S3之间的定时的延迟元件。

由于根据本实施例的图像增强设备1可以对传统图像增强设备无法进行补偿的高于奈奎斯特频率fs/2的高频区域进行补偿，因此图像增强设备1在通过对由经过放大处理的图像信号所表示的图像进行锐化来改善图像质量方面尤其有效。下面，进一步详细描述由非线性处理单元20进行的非线性处理使得能够对高于奈奎斯特频率fs/2的高频区域进行补偿的特征。

现在，当假设由（水平方向上的）位置x处的函数f（x）表示输入图像信号S_in，并且用ω表示输入图像信号S_in的基波角频率时，f（x）可以由如公式（2）所示的傅立叶级数表示。

[公式2]

$\begin{array}{c}f\left(x\right)={\mathrm{\&alpha;}}_{-n}\cos (-N)\mathrm{\&omega;x}+{\mathrm{\&alpha;}}_{-N+1}\cos (-N+1)\mathrm{\&omega;x}+...+{\mathrm{\&alpha;}}_{-1}\cos (-1)\mathrm{\&omega;x}\\ +{\mathrm{\&alpha;}}_0+{\mathrm{\&alpha;}}_1\cos \mathrm{\&omega;x}+{\mathrm{\&alpha;}}_2\cos 2\mathrm{\&omega;x}+...+{\mathrm{\&alpha;}}_N\cos \mathrm{N\&omega;x}\\ +b_{-N}\sin (-N)\mathrm{\&omega;x}+b_{-N+1}\sin (-N+1)\mathrm{\&omega;x}+...+b_{-1}\sin (-1)\mathrm{\&omega;x}\\ +b_1\sin \mathrm{\&omega;x}+b_2\sin 2\mathrm{\&omega;x}+...+b_N\sin \mathrm{N\&omega;x}\end{array}---\left(2\right)$

这里，N表示与（进行图像放大处理之前的）采样频率fs相对应的不高于奈奎斯特频率fs/2的最高频率的谐波次数。也就是说，满足

Nω/（2π）<fs/2≤（N+1）ω/（2π）。

根据上面的公式（2），当用g（x）替换排除了由函数f（x）（下文中也称为“输入信号f（x）”）表示的输入图像信号S_in的直流部分a₀的部分时，g（x）可以用公式（3）来表示。

[公式3]

$\begin{array}{c}g\left(x\right)=a_{-N}\cos (-N)\mathrm{\&omega;x}+a_{-N+1}\cos (-N+1)\mathrm{\&omega;x}+...+a_{-1}\cos (-1)\mathrm{\&omega;x}\\ +a_1\cos \mathrm{\&omega;x}+a_2\cos 2\mathrm{\&omega;x}+...+a_N\cos \mathrm{N\&omega;x}\\ +b_{-N}\sin (-N)\mathrm{\&omega;x}+b_{-N+1}\sin (-N+1)\mathrm{\&omega;x}+...+b_1\sin (-1)\mathrm{\&omega;x}\\ +b_1\sin \mathrm{\&omega;x}+b_2\sin 2\mathrm{\&omega;x}+...+b_N\sin \mathrm{N\&omega;x}\end{array}---\left(3\right)$

从HPF10输出的第一信号sl包括上面提及的信号g(x)或者信号g(x)的高频分量，并且非线性处理单元20对第一信号sl进行在第一信号sl的正区域和负区域之间不对称的非线性处理。

例如，当非线性处理单元20通'l：t,q-正第一信号sl求立方，来生成第二信号s2时，第二信号s2的每个项可以用下面的公式(4a)至(4d)中的任意一个来表示。

[公式4]

α_i cosiωx×α_jcosjωx×α_kcoskωx   (4a)

α_i cosiωx×α_jcosjωx×b_ksinkωx   (4b)

α_i cOsiωX×b_jsinjωx×b_ksinkωx   (4c)

b_i siniωX×b_jsinjωx×b_ksinkωx   (4d)

(i=±l，±2，…，±N；j=±l，±2，…，±N；k=±l，±2，…，±N)

现在，例如，通过关注项i=j=k=N中的由上面的公式(4a)和(4d)表示的下面的项，可以基于三角函数的公式，如下替换这些项。

[公式5]

(α_NcosNωx)³=α_N ³{(3／4)cosNωx+(1／4)cos3Nωx}   (5a)

(α_N sin Ncx)³=b_N ³{(3／4)sin Nωx-(1／4)sin3Nωx}   (5d)

此外，例如，通过关注项i=j=k=.N中的由上面的公式(4a)和(4d)表示的下面的项，可以基于三角函数的公式，如下替换这些项。

[公式6]

{α_Ncos(-Nωx)}³=α_N ³{(3／4)cos(-Nωx)+(1／4)cos(-3Nωx)}   (6a)

{α_Nsin(-Nωx)}³=b_N ³{(3／4)sin(-Nωx)-(1／4)sin(-3Nωx)}   (6d)

从上面的公式(5a)、(5d)、(6a)和(6d)可以看出，(g(x))³包括是基波角频率ω的3N倍和-3N倍的频率分量。此外，通过使用三角函数的公式来改写(g(x))³的其它项，可以看出，(g(x))³包括从基波角频率ω的.3N倍到基波角频率ω的3N倍的各个频率分量。

此外，当非线性处理单元20通过对负第一信号sl求平方，并且将sl标记为负，来生成第二信号s2时，第二信号s2的每个项可以用下面的公式(7a)至(7c)中的任意一个来表示。

[公式7]

C_i COSiωX×α_jcosjωx   (7a)

α_j cosiωx×b_jsinjωx   (7b)

b_i siniωx×b_j sinjωx   (7c)

(i=±l，±2，…，±N；j=±l，±2，…，±N)

通过使用三角函数的公式，可以将上面的公式(7a)、(7b)和(7c)分别改写为下面的公式(8a)、(8b)和(8c)。

[公式8]

根据上面的公式，由于(g(x))₂包括诸如(N+I)ω、(N+2)ω、…、2Nω等的角频率分量，因此(g(x))²包括高于奈奎斯特频率fsi2的频率分量。因此，第二信号s2还包括诸如作为频率2Nω／(2π)的高频分量的高于奈奎斯特频率fs／2的频率分量。

因此，当将经过用于使水平方向上的像素加倍的图像放大处理的图像信号，作为输入图像信号s_in输入到根据本发明的图像增强设备l时，输入图像信号s_in通过HPF10，并且经过由非线性处理单元20进行的处理，使得生成包括高于进行图像放大处理之前的奈奎斯特频率fsi2的频率分量的第二信号s2。由限幅器30输出的第三信号s3也包括高于进行图像放大处理之前的奈奎斯特频率fsi2的频率分量。因此，通过将输入图像信号S_in和作为补偿信号的第三信号S3相加而生成的输出图像信号S_out，以类似的方式包括高于进行图像放大处理之前的奈奎斯特频率fs/2的频率分量。其结果是，例如如图13（D）所示的输出图像信号S_out的频谱超过原始奈奎斯特频率fs/2，并且生成新奈奎斯特频率Fbs/2附近的频率分量。

如上所述，根据本发明，非线性处理单元20通过对第一信号S1进行不对称非线性处理来生成第二信号S2；限幅器30通过调节第二信号S2来生成第三信号S3；并且加法器50通过将第三信号与输入图像信号S_in相加，来生成表示输出图像的输出图像信号S_out。因此，可以在不对多个帧进行重复运算的情况下，使用高于奈奎斯特频率的频率分量，实现图像的锐化。

更具体地，非线性处理单元20生成比如输入图像信号S_in的频率分量中的高频分量的高于奈奎斯特频率fs/2的高频分量。利用该高频分量，对输入图像信号S_in进行锐化处理。也就是说，当根据经过图像放大处理的具有采样频率fs的数字图像信号，生成具有采样频率Fbs=2fs的图像信号，并且使用该图像信号作为输入图像信号S_in时，基于由非线性处理单元20进行的处理，生成包括高于与原始采样频率fs相对应的奈奎斯特频率fs/2的频率分量的第三信号S3作为补偿信号，并且将第三信号S3与输入图像信号S_in相加。由此，根据本实施例的输出图像信号S_out的频谱如图13（D）所示变化，并且其包括高于进行放大处理之前的奈奎斯特频率fs/2的频率分量。因此，与经过传统图像增强的图像相比，可以充分锐化经过放大处理的图像。

此外，由于根据本实施例的图像增强设备1可以用图1所示的简单配置来实现，因此将图像增强设备1应用于全高视觉电视机（HDTV）或者标清电视机（SDTV），使得能够在没有大的增加成本的情况下，改善实时显示的视频的质量以及静止图像的质量。

此外，由于本实施例使得能够对传统图像增强设备无法进行补偿的高于奈奎斯特频率fs/2的高频区域进行补偿，因此本实施例在通过对由经过放大处理的图像信号所表示的图像进行锐化来改善图像质量方面特别有效。例如，当全高视觉电视机（HDTV）的显示器对用于标清电视机（SDTV）的图像信号进行放大处理，并且显示获得的图像时，本实施例非常有效，因为能够通过简单的配置显著锐化实时显示的视频。此外，已经开发了具有比HDTV的像素更多的4000×2000像素的显示器（下文中称为“4k显示器”）的技术，以及符合这种显示器的电视广播技术。因此，当对用于HDTV的图像信号进行向上转换，以在4k显示器上进行显示时，从与上述观点相同的观点，本实施例同样非常有效。

（第二实施例）

图6是示出根据本发明的第二实施例的图像增强设备2的配置的框图。图像增强设备2包括高通滤波器（HPF）10、非线性处理单元23、切换单元40、限幅器31和加法器50。下面，作为示例，使用图7所示的图像的水平方向上的信号水平（辉度值）的波形，来描述每个单元的操作和输出波形。与第一实施例具有相同附图标记的功能单元进行与第一实施例类似的操作，将省略根据本实施例的其详细描述。例如，HPF10以与第一实施例类似的方式，通过提取图7（A）中的输入图像信号S_in的高频分量，生成图7（B）所示的第一信号S1。

非线性处理单元23通过对第一信号S1进行多种类型的不对称非线性处理，生成多种类型的第二信号。根据本实施例的非线性处理单元23包括用于进行不同不对称非线性处理的第一处理单元21和第二处理单元22。

例如，第一处理单元21如图8（A）所示，当第一信号S1为正时，通过对第一信号S1求立方，来生成第二信号S21（S21=S1³），或者当第一信号S1为负时，通过对第一信号S1求平方，并将符号改变为负，来生成第二信号S21（S21=-S1²）。图7（C1）是示出通过第一处理单元21的不对称非线性处理生成的第二信号S21的波形的图。如图所示，第二信号S21的正波形以比第二信号S21的负波形更大的方式被放大。因此，将第一处理单元21的处理应用于例如具有低信号水平（辉度）的像素，使得能够增强第一信号S1的边缘分量。

此外，例如，第二处理单元22如图8（B）所示，当第一信号S1为正时，通过对第一信号S1求平方，来生成第二信号S22（S22=S1²），或者当第一信号S1为负时，通过对第一信号S1求立方，来生成第二信号S22（S22=S1³）。图7（C2）是示出经过由第二处理单元22进行的不对称非线性处理的第二信号S22的波形的图。如图所示，第二信号S22的负波形以比第二信号S22的正波形更大的方式被放大。因此，通过采用第二处理单元22对例如具有高信号水平（辉度）的像素进行的处理，防止由于放大而出现的值的饱和及发散，此外，可以增强具有低辉度水平的像素的第一信号S1的边缘分量。

切换单元40通过基于输入图像信号S_in的信号水平，针对每个像素，从多种类型的第二信号（S21、S22）中选择一个第二信号，来生成第四信号S4。这里，如上所述，与高辉度区域中的轮廓（outline）相比，人更容易感知低辉度区域中的轮廓。也就是说，根据人的视觉特性，优选基于每个像素的信号水平（辉度），在对正方向（白色方向）上的边缘的控制和对负方向（黑色方向）上的边缘的控制之间进行切换。因此，为了进一步增强低辉度区域中的轮廓，切换单元40针对具有低信号水平（辉度）的像素，选择在第一信号S1的正区域中具有大的变化率的、由第一处理单元21生成的第二信号S21，作为第四信号S4。此外，为了防止由于放大而出现的值的饱和及发散并且还为了增强低辉度像素的边缘分量，切换单元40针对具有高信号水平（辉度）的像素，选择在第一信号S1的负区域中具有大的变化率的、由第二处理单元22生成的第二信号S22，作为第四信号S4。例如，当输入图像信号S_in是8位信号时，切换单元40针对信号水平在0和127之间的像素，将来自第一处理单元21的第二信号S21作为第四信号S4输出到限幅器31，或者针对信号水平在128和255之间的像素，将来自第二处理单元22的第二信号S22作为第四信号S4输出到限幅器31。图7（D）是示出切换单元40选择由第二处理单元22生成的第二信号S22作为第四信号S4时的波形的图。

限幅器31通过调节第四信号S4，来生成第三信号S31，并且加法器50通过将第三信号S31作为用于锐化图像的补偿信号与输入图像信号S_in相加，来生成输出图像信号S_out。

如上所述，根据本实施例，非线性处理单元23通过对第一信号S1进行多种类型的不对称非线性处理，来生成多种类型的第二信号（S21、S22）；切换单元40通过基于输入图像信号S_in的信号水平，针对每个像素从多种类型的第二信号（S21、S22）中选择第二信号中的一个，来生成第四信号S4；限幅器31通过调节第四信号S4，来生成第三信号S31；并且加法器50通过将第三信号S31与输入图像信号S_in相加，来生成表示输出图像的输出图像信号S_out。因此，可以在不对多个帧进行重复运算的情况下，使用高于奈奎斯特频率的频率分量，来锐化图像。

特别地，切换单元40基于输入图像信号S_in的信号水平，针对每个像素选择多种类型的第二信号（S21、S22）中的第二信号中的一个。也就是说，通过在每个像素之间，例如在输入图像的低辉度区域和高辉度区域之间，改变不对称非线性处理，可以进行适合每个区域的图像增强处理。

例如，切换单元40针对信号水平等于或低于预定值的像素，通过从多种类型的第二信号（S21、S22）中选择在第一信号S1的正区域中变化率大的第二信号，来生成第四信号S4。由此，可以进行符合与高辉度区域中的轮廓相比、人更容易感知低辉度区域中的轮廓的人的感知特性的图像增强处理。

此外，例如，切换单元40针对信号水平高于预定值的像素，通过从多种类型的第二信号（S21、S22）中选择在第一信号S1的负区域中变化率大的第二信号，来生成第四信号S4。由此，增强了具有低辉度水平的像素的第一信号S1的边缘分量，因此可以进行符合人的感知特性的图像增强处理。

注意，包含在非线性处理单元23中的处理单元的数量不限于两个，而可以多于两个。例如，非线性处理单元23可以包括数量为n（n>2）的处理单元，使得处理单元中的每个进行不同的不对称非线性处理。在这种情况下，切换单元40可以对信号水平的数量为n-1的阈值进行管理，并且基于阈值中的每一个，选择一个处理单元来输出其第二信号，作为第四信号S4。非线性处理单元23进行的不同类型的不对称非线性处理越多，可以实现符合输入图像的每个区域的具有越精细的粒度的图像增强处理。此外，由切换单元40管理的阈值不需要均匀地划分信号水平。例如，对于容易影响人的感知的低辉度区域，可以以精细的间隔设置阈值，以对不对称非线性处理进行精细切换，同时可以对高辉度区域的某种程度的大区域进行共同的不对称非线性处理。

（第三实施例）

图9是示出根据本发明的第三实施例的图像增强设备3的配置的框图。图像增强设备3包括高通滤波器（HPF）10、非线性处理单元23、切换单元41、限幅器31、加法器50和区域滤波器60。注意，与第二实施例具有相同的附图标记的功能单元进行与第二实施例类似的操作，并且省略根据本实施例的其详细描述。例如，根据本实施例的图像增强设备3的每个信号水平的波形与图7所示的根据第二实施例的波形类似。

区域滤波器60在针对输入图像信号S_in的每个像素在由第一处理单元21生成的第二信号S21和由第二处理单元22生成的第二信号S22之间进行切换时，防止由于相邻像素之间的辉度的变化而发生闪烁。根据本实施例，区域滤波器60针对输入图像信号S_in的每个像素，计算包括周围像素的预定区域中的平均信号水平，并且将该平均信号水平作为输入图像平均信号S_{in_ave}输出到切换单元41。例如，区域滤波器60用作用于计算输入图像信号S_in的每个像素周围的诸如3×3个像素、5×5个像素或者7×7个像素的预定区域的辉度的平均信号水平的中值滤波器，并且将该平均信号水平作为输入图像平均信号S_{in_ave}输出到切换单元41。这里，除了周围像素的简单平均之外，“平均”还可以包括考虑对每个像素加权的加权平均。

切换单元41基于输入图像平均信号S_{in_ave}的每个像素的平均信号水平，通过选择多种类型的第二信号（S21、S22）中的一个，来生成第四信号S41。

如上所述，根据本实施例，切换单元41基于每个像素的平均信号水平，而不是输入图像信号S_in的每个像素的信号水平，来生成第四信号S41。由于平均信号水平用作包括周围像素的预定区域中的信号水平的平均值，因此降低了在相邻像素之间选择通过不同的不对称非线性处理生成的第二信号的可能性，这可以抑制在显示器上出现闪烁。此外，切换单元41例如通过将针对预定区域选择的第二信号保持预定时间段，可以进一步抑制在显示器上出现闪烁。

（第四实施例）

图10是示出根据本发明的第四实施例的图像增强设备4的配置的框图。图像增强设备4包括高通滤波器（HPF）10、非线性处理单元20、切换单元42、限幅器31和加法器50。下面，作为示例，使用图11所示的图像的水平方向上的信号水平（辉度）的波形，来描述每个单元的操作和输出波形。注意，与第一实施例具有相同的附图标记的功能单元进行与第一实施例类似的操作，并且省略根据本实施例的其详细描述。例如，HPF10以与第一实施例类似的方式，通过提取图11（A）所示的输入图像信号S_in的高频分量，来生成图11（B）所示的第一信号S1。此外，非线性处理单元20通过对第一信号S1进行在第一信号S1的正区域和负区域之间不对称的非线性处理，来生成图11（C）所示的第二信号S2。

切换单元42通过基于输入图像信号S_in的信号水平，针对每个像素选择第一信号S1和第二信号S2中的一个，来生成第四信号S42。这里，如上所述，与高辉度区域中的轮廓相比，人更容易感知低辉度区域中的轮廓。然而，特别低的辉度区域中的轮廓等同于所谓的噪声，优选地不增强噪声。此外，当高辉度区域中的轮廓增强时，值由于放大而饱和并发散，导致图像刺眼。因此，为了进一步增强低辉度区域中的轮廓，同时抑制噪声的产生，例如，切换单元42针对信号水平（辉度）在预定上限和预定下限之间的像素，选择第二信号S2，作为第四信号S42，如图11（D）所示。此外，对于信号水平（辉度）在预定上限和预定下限之间的范围之外的像素，切换单元42选择图11（B）所示的第一信号S1，作为第四信号S42，以防止值由于放大而饱和并发散，并且防止增强噪声。例如，当输入图像信号S_in是8位信号时，对于信号水平在32（下限）和192（上限）之间的像素，切换单元42将来自非线性处理单元20的第二信号S2，作为第四信号S42输出到限幅器31。对于信号水平在下限以下的在0和31之间的像素，以及信号水平在高于上限的在193和255之间的像素，切换单元42将第一信号S1，作为第四信号S42输出到限幅器31。

限幅器31通过调节第四信号S42，来生成第三信号S31，并且加法器50通过将第三信号S31作为用于图像锐化的补偿信号与输入图像信号S_in相加，来生成输出图像信号S_out。

如上所述，根据本实施例，非线性处理单元20通过对第一信号S1进行不对称非线性处理，生成第二信号S2；切换单元42通过基于输入图像信号S_in的信号水平，针对每个像素选择第一信号S1和第二信号S2中的一个，生成第四信号S42；限幅器31通过调节第四信号S42，生成第三信号S31；并且加法器50通过将第三信号S31与输入图像信号S_in相加，生成表示输出图像的输出图像信号S_out。因此，可以在不对多个帧进行重复运算的情况下，使用高于奈奎斯特频率的频率分量，来锐化图像。

特别地，切换单元42基于输入图像信号S_in的信号水平，针对每个像素选择第一信号S1和第二信号S2中的一个。也就是说，可以针对输入图像的每个像素，例如针对输入图像的低辉度区域，确定不对称非线性处理是否合适，由此可以进行适合每个区域的图像增强处理。

例如，切换单元42针对信号水平在预定上限和预定下限之间的范围内的像素，通过选择第二信号S2，来生成第三信号S3。由此，可以进行符合与高辉度区域中的轮廓相比、人更容易感知低辉度区域中的轮廓的人的感知特性的图像增强处理，同时抑制噪声的增强。

注意，虽然第三实施例具有将区域滤波器60添加到第二实施例的配置的配置，但是可以将区域滤波器60添加到第四实施例的配置。在这种情况下，切换单元42通过基于输入图像平均信号S_{in_ave}的每个像素的平均信号水平，选择第一信号S1和第二信号S2中的一个，来生成第四信号S42。根据该实施例，切换单元42基于每个像素的平均信号水平，而不是输入图像信号S_in的每个像素的信号水平，生成第四信号S42。由于平均信号水平用作包括周围像素的预定区域的信号水平的平均值，因此降低了在相邻像素之间不同地选择第一信号S1或者第二信号S2的可能性，这使得能够抑制在显示器上出现闪烁。此外，切换单元42例如通过将针对预定区域的第一信号S1或者第二信号S2的选择保持预定时间段，可以进一步抑制在显示器上出现闪烁。

工业实用性

本发明由通过锐化图像来改善图像质量的图像增强设备使用，并且例如，可以由用于锐化在电视（TV）机上实时显示的视频的图像增强设备使用。

此外，本发明可以用于监控照相机的图像增强处理，并且例如，使得能够减轻在图像的放大部分处产生的模糊。此外，本发明通过进一步锐化低辉度区域中的轮廓，使得能够对由安装在黑暗位置的监控照相机拍摄的图像或者在夜间拍摄的图像，进行图像增强处理。

此外，本发明适用于改善远距离记录的视频的分辨率。例如，可以对远距离拍摄的难以接近的事故现场的图像或者卫星图像，进行用于锐化轮廓的图像增强处理。

此外，本发明适用于模拟内容的清晰度增强。也就是说，当将已有模拟内容转换为高视觉内容时，通过进行用于锐化向上转换后的图像的轮廓的图像增强处理，可以将模拟内容再现为清晰度更高的数字内容。本发明在例如将模拟内容转换为高视觉内容时，或者在将旧电影的内容转换为清晰度更高的数字内容（例如蓝光（Blu-ray（注册商标））内容）时适用。

本发明也适用于医疗领域。例如，可以将患处的放大内窥镜图像转换为清晰度更高的图像。此外，对于远程治疗，可以将患处的低分辨率图像转换为清晰度更高的图像。

此外，本发明适用于可以在计算机上再现的视频内容的清晰度增强。在因特网上，存在多个提供视频内容的网站，并且存储有大量视频内容。应用本发明使得能够将已有视频内容转换为更高清晰度的分辨率更高的内容，由此改善观看质量。

虽然基于附图和实施例描述了本发明，但是应当理解，本领域技术人员可以基于本公开实现各种修改和变化。相应地，这些修改和变化包含在本发明的范围内。例如，可以重新布置包含在每个元素或者每个步骤中的功能等，以避免逻辑上的矛盾，从而组合或者划分多个元素或者步骤。

附图标记列表

1、2、3图像增强设备

10             HPF（高通滤波器：滤波器单元）

111-11（m-1）  单位延迟元件

121-12m        乘法器

131            加法器

11             LPF（低通滤波器）

12             减法器

20、23         非线性处理单元

21             第一处理单元

22             第二处理单元

30、31         限幅器

40、41、42     切换单元

50             加法器

60             区域滤波器

Claims (22)

1.一种图像增强设备，用于通过锐化输入图像来生成输出图像，所述图像增强设备包括：

滤波器单元，被配置为通过至少去除包含在表示所述输入图像的输入图像信号中的频率分量的直流分量，来生成第一信号；

非线性处理单元，被配置为通过对所述第一信号进行在所述第一信号的正区域和负区域之间不对称的非线性处理，来生成第二信号，其中，对所述第一信号的所述正区域施加的所述非线性处理和对所述第一信号的所述负区域施加的所述非线性处理用通过原点的连续函数表示，以及其中，由所述非线性处理生成的频率分量的频带在所述正区域和所述负区域之间不对称；

限幅器，被配置为通过调节所述第二信号，来生成第三信号；以及

加法器，被配置为通过将所述第三信号与所述输入图像信号相加，来生成表示所述输出图像的输出图像信号。

2.根据权利要求1所述的图像增强设备，还包括切换单元，其中，

所述非线性处理单元被配置为通过对所述第一信号进行具有彼此不同的连续函数并且在所述第一信号的所述正区域和所述负区域之间不对称的多种类型的非线性处理，来生成多种类型的第二信号，

所述切换单元被配置为通过基于所述输入图像信号的信号水平，针对每个像素，从所述多种类型的第二信号中选择符合人的感知特性的一个第二信号，来生成第四信号，以及

所述限幅器被配置为通过调节所述第四信号，来生成所述第三信号。

3.根据权利要求2所述的图像增强设备，其中，所述切换单元针对信号水平等于或低于预定值的像素，被配置为通过从所述多种类型的第二信号中，选择在所述第一信号的所述正区域中变化率大的第二信号，来生成所述第四信号。

4.根据权利要求2所述的图像增强设备，其中，所述切换单元针对信号水平高于预定值的像素，被配置为通过从所述多种类型的第二信号中，选择在所述第一信号的所述负区域中变化率大的第二信号，来生成所述第四信号。

5.根据权利要求3所述的图像增强设备，其中，所述切换单元针对信号水平高于所述预定值的像素，被配置为通过从所述多种类型的第二信号中，选择在所述第一信号的所述负区域中变化率大的第二信号，来生成所述第四信号。

6.根据权利要求1所述的图像增强设备，还包括切换单元，其中，

所述切换单元被配置为基于所述输入图像信号的信号水平，针对每个像素选择所述第一信号和所述第二信号中的一个，并且针对信号水平在预定上限和预定下限之间的范围内的像素，被配置为通过选择所述第二信号，来生成第四信号，以及

所述限幅器被配置为通过调节所述第四信号，来生成所述第三信号。

7.根据权利要求2所述的图像增强设备，还包括：区域滤波器，被配置为针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平，其中，

所述切换单元被配置为代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

8.根据权利要求3所述的图像增强设备，还包括：区域滤波器，被配置为针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平，其中，

所述切换单元被配置为代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

9.根据权利要求4所述的图像增强设备，还包括：区域滤波器，被配置为针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平，其中，

所述切换单元被配置为代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

10.根据权利要求5所述的图像增强设备，还包括：区域滤波器，被配置为针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平，其中，

所述切换单元被配置为代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

11.根据权利要求6所述的图像增强设备，还包括：区域滤波器，被配置为针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平，其中，

所述切换单元被配置为代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

12.一种图像增强设备使用的图像增强方法，所述图像增强设备用于通过锐化输入图像来生成输出图像，所述图像增强方法包括：

通过至少去除包含在表示所述输入图像的输入图像信号中的频率分量的直流分量，来生成第一信号的步骤；

非线性处理步骤，通过对所述第一信号进行在所述第一信号的正区域和负区域之间不对称的非线性处理，来生成第二信号，其中，对所述第一信号的所述正区域施加的所述非线性处理和对所述第一信号的所述负区域施加的所述非线性处理用通过原点的连续函数表示，以及其中，由所述非线性处理生成的频率分量的频带在所述正区域和所述负区域之间不对称；

调节步骤，通过调节所述第二信号，来生成第三信号；以及

通过将所述第三信号与所述输入图像信号相加，来生成表示所述输出图像的输出图像信号的步骤。

13.根据权利要求12所述的图像增强方法，还包括切换步骤，其中，

在所述非线性处理步骤，通过对所述第一信号进行具有彼此不同的连续函数并且在所述第一信号的所述正区域和所述负区域之间不对称的多种类型的非线性处理，来生成多种类型的第二信号，

在所述切换步骤，通过基于所述输入图像信号的信号水平，针对每个像素，从多个第二信号中选择符合人的感知特性的一个第二信号，来生成第四信号，以及

在所述调节步骤，通过调节所述第四信号，来生成所述第三信号。

14.根据权利要求13所述的图像增强方法，其中，在所述切换步骤，针对信号水平等于或低于预定值的像素，通过从所述多种类型的第二信号中，选择在所述第一信号的所述正区域中变化率大的第二信号，来生成所述第四信号。

15.根据权利要求13所述的图像增强方法，其中，在所述切换步骤，针对信号水平高于预定值的像素，通过从所述多种类型的第二信号中，选择在所述第一信号的所述负区域中变化率大的第二信号，来生成所述第四信号。

16.根据权利要求14所述的图像增强方法，其中，在所述切换步骤，针对信号水平高于所述预定值的像素，通过从所述多种类型的第二信号中，选择在所述第一信号的所述负区域中变化率大的第二信号，来生成所述第四信号。

17.根据权利要求12所述的图像增强方法，还包括切换步骤，其中，

在所述切换步骤，基于所述输入图像信号的信号水平，针对每个像素选择所述第一信号或者所述第二信号，并且针对信号水平在预定上限和预定下限之间的范围内的像素，通过选择所述第二信号，来生成第四信号，以及

在所述调节步骤，通过调节所述第四信号，来生成所述第三信号。

18.根据权利要求13所述的图像增强方法，还包括：针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平的步骤，其中，

在所述切换步骤，代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

19.根据权利要求14所述的图像增强方法，还包括：针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平的步骤，其中，

在所述切换步骤，代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

20.根据权利要求15所述的图像增强方法，还包括：针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平的步骤，其中，

在所述切换步骤，代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

21.根据权利要求16所述的图像增强方法，还包括：针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平的步骤，其中，

在所述切换步骤，代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。

22.根据权利要求17所述的图像增强方法，还包括：针对所述输入图像信号的每个像素，计算包括周围像素的预定区域的平均信号水平的步骤，其中，

在所述切换步骤，代替所述信号水平，基于所述像素中的每个的所述平均信号水平，来生成所述第四信号。