CN1168289C

CN1168289C - 轮廓校正装置

Info

Publication number: CN1168289C
Application number: CNB008155488A
Authority: CN
Inventors: ��һ; 滨田昭一; 石持春树
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: WO2001041425A1; JP3545979B2; CN1390419A; EP1237360A1; EP1237360A4; KR20020059819A; EP1237360B1; HUP0204070A2; US6915023B2; HUP0204070A3; KR100435178B1; US20020181800A1; ES2317854T3; JP2001157085A; DE60041503D1; AU1649001A; AU767050B2

Abstract

在水平或垂直方向实施的输入信号的过滤可能扰乱斜线方向上的层次，使得斜线变成锯齿状。为了对付这种情况，提供下列部件来处理输入的信号：波形校正装置(6)，它具有关于中间亮度电平范围内的校正的斜率大于高亮度电平范围内或低亮度电平范围内的校正的斜率的校正特性；处理装置(7)，用于提取由波形校正器处理过的输入信号的偏差；画面边缘强度检测装置(1)；以及处理装置(8)，用于基于该输入信号的偏差和画面边缘强度执行操作。

Description

轮廓校正装置

技术领域

本发明涉及一种图象轮廓校正装置。

背景技术

在视觉设备领域，为了改善图像清晰度，已经使用用于校正视频信号的轮廓校正电路来增强画面信号的轮廓。

通常所使用的轮廓校正电路通过将从输入视频信号中提取的高频分量流过高通滤波器，并通过差分处理等，产生轮廓校正信号，并且利用加法器将所提取的轮廓校正信号叠加到延迟的输入视频信号上，来产生增强了轮廓清晰度的视频信号。

然而，由于上述通用的常规轮廓校正方法通过以同样的方式增强从低亮度至高亮度的整个范围内的已提供的再现亮度信号(supplied reproductionluminance signal)，因此在某些情况下，低亮度信号的区域中存在的噪声也会被增强；而在其他情况下，在亮度信号从黑电平到白电平急剧升高的上升沿附近，或亮度信号从白电平到黑电平急剧下降的下降沿附近，发生大幅度极度上冲(overshoot)或下冲(undershoot)，从而不自然地增强了黑和白区域之间的边界而产生轮廓模糊，或者同时也增强了噪声，导致图像质量降低。

为了解决上述问题，在日本专利申请特许公开号：平成7第7636号公开了一种方法。

公开在日本专利申请特许公开号平成7第7636号的系统包括：校正部件，用于以同样的方式执行增强亮度信号的所有光度(tone)的电平的轮廓校正；中间光度(halftone)增强部件，用于仅仅增强对应于亮度信号的中间光度的电平；以及乘法部件，用于将已经由该校正部件校正过的、从该校正部件输出的亮度信号乘以该中间光度增强信号，或者已经关于仅仅对应于中间光度的电平进行增强并从该中间光度增强部件输出，特征在于仅仅校正具有属于中间电平(medium level)的信号的亮度信号的轮廓的信号。

由于这种方法仅仅增强了中间光度电平，而没有增强亮度信号电平低的区域中存在的噪声，因此可以获得无明显噪声的高质量图像。此外，由于在亮度信号从黑电平到白电平急剧升高的上升沿附近，或亮度信号从白电平到黑电平急剧下降的下降沿附近，不会获得电平增强，因此不会发生大幅度极度上冲或下冲。从而不会不自然地增强黑和白区域之间的边界的轮廓，因此这种方法可以认为是能够使得这样的边界区域明显清晰的发明。

但是，这种方法使用沿着水平和垂直方向的过滤，因此遇到因为过滤破坏了在斜线等的斜线方向上的层次(gradation)而使得该斜线变成锯齿状。

鉴于以上问题，本发明提供一种避免上述问题的轮廓校正装置。

发明的公开

为了解决上述问题，本发明构造如下。

首先，本发明的轮廓校正装置包括：边缘提取器，用于计算画面信号中的轮廓的强度；平均亮度计算器，用于计算画面信号中的指定区域中的平均亮度电平，并从预定亮度电平计算该平均亮度电平的导数；第一处理器，用于根据从平均亮度计算器输出的有效范围的平均亮度的偏离度控制从边缘提取器输出的边缘强度值；波形校正器，用于将该画面信号分成多个亮度电平范围，并控制每个所分类别的范围的亮度电平特性；第二处理器，用于计算从波形校正器输出的校正的输入画面信号与该画面信号的偏差；以及第三处理器，用于通过将从第一处理器输出的在有效范围的平均亮度的偏离度和边缘强度值之间差异的剪裁值乘以从第二处理器输出的在原始画面信号和校正的画面信号之间的偏差来产生轮廓校正信号。

轮廓校正装置可以包括：边缘提取器，用于计算画面信号中的轮廓的强度；平均亮度计算器，用于计算画面信号中的指定区域中的平均亮度电平，并从预定亮度电平计算该平均亮度电平的导数；第一处理器，用于根据从平均亮度计算器输出的有效范围的平均亮度的偏离度控制从边缘提取器输出的边缘强度值；滤波器，用于从第一处理器输出的在有效范围的平均亮度的偏离度和边缘强度值之间差异的剪裁值中提取预定频率范围内的信号分量；波形校正器，用于将该画面信号分成多个亮度电平范围，并控制每个所分类别的范围的亮度电平特性；第二处理器，用于计算从波形校正器输出的校正的输入画面信号与该画面信号的偏差；以及第三处理器，用于通过将从滤波器输出的已平滑的信号分量乘以从第二处理器输出的在原始画面信号和校正的画面信号之间的偏差来产生轮廓校正信号。

这里，波形校正器最好将该画面分成高亮度电平、中间亮度(medium-luminance)电平和低亮度电平，并且将中间亮度电平范围的输入信号与输出信号的比设置为大于高亮度电平范围内和/或低亮度电平范围内的输入信号与输出信号的比。

另外，也可以提供这样一种配置，它使得波形校正器将该画面分成高亮度电平、中间亮度电平和低亮度电平，并且高亮度电平范围内和/或低亮度电平范围内的输入信号与输出信号的比被设置为小于中间亮度电平范围内的输入信号与输出信号的比。

此外，该输入输出特性可以具有近似的S形状。

该滤波器最好是低通滤波器。

附图简介

图1是图示根据本发明的实施例的轮廓校正装置的原理的方框图；

图2是图示根据本发明的实施例的轮廓校正装置的详细方框图；

图3图示了关于根据本发明的实施例的轮廓校正装置的波形校正的输入/输出特性；

图4图示了根据本发明的实施例的轮廓校正装置的边缘检测图案；

图5图示了根据本发明的实施例的轮廓校正装置的第一去核(coring)处理过程的输入/输出特性；

图6图示了在根据本发明的实施例的轮廓校正装置中的平均亮度计算器中的附近像素(surrounding pixel)图案；以及

图7图示了根据本发明的实施例的轮廓校正装置的第二去核处理过程的输入/输出特性。

实施本发明的最佳方式

现在参考图1至7介绍本发明的实施例。

图1是图示根据本发明的实施例的轮廓校正装置的原理的方框图。

在图1中，1标示校正范围设置部分，用于确定要进行轮廓校正的区域和范围。这个校正范围设置部分1包括边缘提取器2、用于检测所标示的区域的平均亮度的平均亮度计算器3和接收边缘提取器2和平均亮度计算器3的输出并执行预定操作的第一处理器4。

5所标示的是一个查找表(以下将表示为LUT)，在该表中存储了转换特性、各种阈值。图3、5和7图示了输入/输出特性的实例。参考记号6标示一个波形校正器，它按照LUT 5所给定的转换特性转换输入的信号，并输出所转换输入信号，而7标示第二处理器，它根据输入信号和转换波形之间的操作提取要校正的分量。

此外，图9标示了一个低通滤波器(下面将称为LPF)，10标示一电平调节器，8标示一第三处理器，它提取由校正范围设置部分1确定的区域中的轮廓校正量，和11标示用于对输入信号实施轮廓校正的轮廓校正器。

图2是图示本发明的轮廓校正装置的详细方框图。

在图2中，边缘检测器2包括用于提取边缘的目标像素提取部分2a、邻近像素(adjacent pixel)提取部分2b、用于计算目标像素和每个邻近像素之间的绝对差的绝对差计算器2c、最大绝对差检测部分2d和第一去核部分2e。

平均亮度计算器3包括用于计算指定区域的亮度的平均的目标像素提取部分3a、邻近像素提取部分3b、平均亮度计算部分3c和第二去核部分3d。

此外，第一处理器4包括减法器4a和剪裁部分4b。电平调节器10包括逐级下降(step-down)处理器10a和标准化器10b。

接下来参考图2介绍该操作。

本发明的主要特征在于波形校正以这样的方式执行：中间亮度范围中的斜率(slope)对画面的图案边缘设置得较大，而高亮度和低亮度范围中的斜率设置得较小，因而该边缘将被描绘得更加鲜明，而平坦区域将作为自然画面直接再现。为了实现这一点，该方法包括三步：第一步，用于提取原始输入信号与基于存储在LUT5中的转换特性均匀地转换过的信号的偏差；第二步，用于确定校正区域；以及第三步，用于确定校正量并实施轮廓校正。

首先，在第一步，将输入画面信号提供给波形校正器6和第二处理器7。在波形校正器6中，基于存储在LUT5中如图3所示的转换特性，或者基于近似的S形状的转换特性，校正该输入画面信号，其中设置中间亮度的斜率(即，输入/输出信号比)等于或大于45度，而高亮度和低亮度的斜率设置得较小。(也可能将高亮度和低亮度的斜率设置得较小，而按照原样固定中间亮度的斜率。或者，中间亮度的斜率可以变得很陡峭，而高亮度和低亮度范围的斜率按照原样设置)。在图3中，水平和垂直轴代表亮度值(Y信号)，例如，范围从0至255，在亮度信号具有8位光度时，用于输入和输出。

已经通过波形校正器6校正的输入画面信号通过第二处理器7进行处理，以便计算该输入与原始画面信号之间的差。借助这种操作，可以在第二处理器7中提取该原始画面信号与校正后的画面信号的偏差。

接下来，在第二步，检测边缘及其边缘强度。这以下列方式实现。

将画面信号输入边缘检测器2和平均亮度计算器3。

首先，将画面信号输入边缘检测器2，在其中用目标像素提取部分2a提取该信号中的目标像素TP。然后用邻近像素提取部分2b提取关于目标像素PT左右、上下和对角地放置的邻近像素AP。图4图示了目标像素TP和邻近像素AP之间的关系。在图4中，空心圆代表目标像素TP，实心圆代表其邻近像素AP。

接下来，在绝对差计算部分2c，计算所提取的目标像素TP和八个邻近像素AP中的每个之间的光度电平(tonal level)的绝对差。然后，在最大差检测器2d中，确定对于光度电平的绝对差的最大值。

此外，在第一去核处理器2e中，通过最大差检测器2d提取的最大值中的低电平的信号，被认为是由于噪声而错误地检测到的，并且将其去除以实现去核处理。第一个去核处理的特性应当存储在LUT 5中，并且最好具有例如图5所示的特征。即，该去核处理最好具有这样的特性：输出值保持为“0”直到有一预定输入电平，并随着输入值增加从那点增加。

第一去核处理器2e的输出起代表目标像素的边缘强度的指标的作用。因此，该值为“0”的区域被认为是平坦区域。

还将画面信号提供给上述的平均亮度计算器3(图2)。因为图3所示的上述转换特性仅仅对校正中间亮度电平有效，因此如果目标像素TP附近的平均亮度太低或太高，都会有使得该区域变得太黑或太白或者相反地增强的危险。为了避免这种情况发生，预先设置平均亮度的有效范围，以使得不能进行对其他范围的校正。在这种情况下，该有效范围最好近似地与图3所示的中间亮度范围一致。

将画面信号提供给平均亮度计算单元3，在平均亮度计算单元3中，在目标像素提取部分3a中提取目标像素TP，然后利用附近像素提取部分3b提取附近该目标像素TP的附近像素。图6图示了目标像素TP和附近像素SP之间的关系。在图6中，空心圆代表目标像素TP，实心圆代表其附近像素SP。例如，对于中心处的每个目标像素TP，可以选择附近改目标像素的11×3像素(11个水平像素×3行像素)中的32个附近像素SP。

接下来，在平均亮度计算部分3c中，计算这32个附近像素的亮度值的平均值。

此外，在第二去核处理器3d中，将在平均亮度计算部分3c中计算出来的平均亮度值根据预定的转换特性进行转换。预定的转换特性存储在LUT 5中。例如，该去核处理最好具有图7所示的特性：在跨越一确定的有效输入范围中该输出一直保持为“0”，并且随着输入电平远离该指定的范围而逐渐增加。

第二去核处理的上述特性代表根据平均亮度所确定的校正有效范围的偏离度。

接下来，将按照这种方式在边缘检测器2中确定的边缘强度值以及通过平均亮度计算部分3确定的、与有效范围的平均亮度的偏离度输入到第一计算部分4(图2)。

在该第一计算部分4中，在减法器4a中执行边缘强度值和与有效范围的平均亮度的偏离度的相减，然后该数据在剪裁部分4b中接受剪裁处理，其中该数据基于一固定值进行调整。例如，在图5所示的情况下，当输入范围是从0至16时，输出(边缘指标)被设置成零。

按照这种方式，通过提供关于确定的阈值(例如，与图形的水平轴的交叉点)逐渐变化的中间范围(图5和7的倾斜部分)，能够获得稳定的、甚至包括穿过该阈值延伸的视频图像。即，如果输入值超过该阈值，则输出值将不会突然过渡到最大值，而会逐渐增加。因此，可以防止波动。

最后，在第三步，确定校正量并实施校正。

将剪裁部分4b的输出提供给LPF 9(图2)。这将边缘和平坦区域之间的边界层次。具体地说，由于在校正范围设置部分计算到的值是对每个像素进行计算的，左右两个相邻像素之一可能具有最大电平(例如，16)，并且另一个可能具有最小电平(0)。在这种情况下，该相邻像素的前一个像素进行最大校正，而后者不进行校正。因此，会在图像的被校正和不被校正的区域之间的边界上出现尖锐的变化，不能产生自然图像。为了避免面这一点，将来自校正范围设置部分的数据通过LPF，以使得它能够将该区域层次，其中左右像素之间存在一台阶(step)。例如，具有数据“0、0、0、16、16、16”的六个像素序列可以层次成数据“0、0、4、12、16、16”，以便降低尖锐的变化程度。总之，LPF会将水平方向上的数据磨光。

将已经通过LPF 9的信号作为代表校正效率的数据提供给电平调整器10(图2)。

提供给电平调整器10的信号由逐级下降处理器10a均匀地逐级下降，然后将该输入信号由标准化器10b标准化为0至1。

第三处理器8将在步骤1中确定的偏差与电平调整器10的标准化的输出相乘。

在轮廓校正器11，将校正分量，即第三处理器8的输出添加到输入画面信号，从而获得轮廓以校正输出信号。

如以前所述，由于根据本发明的基于波形校正的轮廓增强是利用从亮度的绝对电平计算出来的增强分量，而不是用水平和垂直方向上的亮度偏差获得的增强分量来实现的，因此可以再现很稳定连贯的视频图像，而不会使斜线的层次等出现紊乱。

能够通过将校正过的边缘和未校正过的边缘之间的边界层次来磨光边缘附近的图案。

此外，虽然在上述实施例的介绍中，假设转换特性和去核特性是固定的，但该转换特性和该去核特性的有效范围可以动态地按照整帧图像的亮度分布改变。

这里顺便补充一句，上述模块和本发明的处理流程明显地可以由软件配置来实现，而不用硬件配置。

另外，对于RGB输入，同样的处理可以影响由适当的矩阵处理产生的亮度信号。

根据本发明，由于具有诸如近似的S特性之类的、中间亮度范围的校正斜率被设置成大于高亮度和/或低亮度范围的校正斜率的校正特性的波形校正装置，被用于实现波形校正，因此可以将只有轻微上升的数据变换成急剧上升的数据，而不会引起上冲或下冲。因此，可以改善外观对比，并只对边缘实施校正，因而该边缘可以用更高明亮度(vividness)描绘，同时直接再现平坦区域，以便以其保持的层次表示产生自然画面。

由于基于每个像素的亮度由偏差提取装置提取的偏差，不同于通过通用的高通滤波器提取的偏差分量，因此这种配置具有较强的抗噪声性能，并且使得它可以再现甚至斜线，而不会降低它们的层次。

此外，由于一预定区域中的亮度值平均还用作确定是否进行校正的条件，因此可以抑制变得太黑或太白的特殊区域的退化。

为了使得边缘强度值和/或从第一处理器的输出值通过其中而利用低通滤波器，使得它可以层次图像中的边缘和平坦区域之间的边界，因此可以获得具有可以接受的轮廓再现的图像。

此外，由于边缘检测装置的边缘检测基于与附近像素的绝对差中的最大值实现的，因此这也可以方便地进行斜边缘检测，从而可以对斜线等的轮廓进行恰当的校正。

工业应用性

如上所述，根据本发明的轮廓校正设备适用于通过改善拾取的视频信号的外观对比，来再现显示器上的自然画面的普通视觉设备，同时增强图案边缘的清晰度。

Claims

1.一种轮廓校正装置，包括：

边缘提取器，用于计算画面信号中的轮廓的强度；

平均亮度计算器，用于计算画面信号中的指定区域中的平均亮度电平，并从预定亮度电平计算该平均亮度电平的导数；

第一处理器，用于根据从平均亮度计算器输出的有效范围的平均亮度的偏离度控制从边缘提取器输出的边缘强度值；

波形校正器，用于将该画面信号分成多个亮度电平范围，并控制每个所分类别的范围的亮度电平特性；

第二处理器，用于计算从波形校正器输出的校正的输入画面信号与该画面信号的偏差；以及

第三处理器，用于通过将从第一处理器输出的在有效范围的平均亮度的偏离度和边缘强度值之间差异的剪裁值乘以从第二处理器输出的在原始画面信号和校正的画面信号之间的偏差来产生轮廓校正信号。

2.根据权利要求1的轮廓校正装置，其中波形校正器将画面信号分成高亮度电平、中间亮度电平和低亮度电平范围，并且将中间亮度电平范围中的输入信号与输出信号的比设置成大于高亮度电平或低亮度电平范围中的输入信号与输出信号的比。

3.一种轮廓校正装置，包括：

边缘提取器，用于计算画面信号中的轮廓的强度；

滤波器，用于从第一处理器输出的在有效范围的平均亮度的偏离度和边缘强度值之间差异的剪裁值中提取预定频率范围内的信号分量；

第三处理器，用于通过将从滤波器输出的已平滑的信号分量乘以从第二处理器输出的在原始画面信号和校正的画面信号之间的偏差来产生轮廓校正信号。

4.根据权利要求3的轮廓校正装置，其中波形校正器将画面信号分成高亮度电平、中间亮度电平和低亮度电平范围，并且将中间亮度电平范围中的输入信号与输出信号的比设置成大于高亮度电平或低亮度电平范围中的输入信号与输出信号的比。

5.根据权利要求1或3的轮廓校正装置，其中波形校正器具有近似S形状的输入和输出特性。

6.根据权利要求3或4的轮廓校正装置，其中滤波器是低通滤波器。