CN1190063C - 图像处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理装置及处理方法。所述装置的特征在于，具有对应该从使用垂直方向的延迟电路(11、12、13)得到的多个像素块中稀疏化像素及其相邻像素的相关进行检测，决定与该相关相应的系数的系数决定电路(2)以及根据该系数，从应该稀疏化的像素和与其相邻的像素出发进行计算的运算电路(3)，根据所述运算电路的预定的运算式生成像素数据，对水平方向及垂直方向的每一像素块实施稀疏化加以缩小。

Description

图像处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及图像处理装置及处理方法。特别是图像的析像度变换中的稀疏化电路具有特征。

背景技术

近年来，以多媒体设备为中心，数字静止画面摄像机、DVD之类的数字图像视频设备迅速普及。又，显示装置也有液晶显示装置、等离子体显示装置之类的点阵式装置普及开来。在这里，图像数据的像素数目和显示装置的像素数目不同时有必要进行使图像数据的像素数目与显示装置的像素数目一致的处理，也就是进行图像数据的析像度变换。

在将视频信号显示于已有的具有固有像素数目的显示器件的装置中，在将像素稀疏化进行图像显示时，采用日本专利特开平5-276436号公报所示的方法、检测各像素的相关情况决定稀疏化像素的手法或平均值缩小法等方法。下面图5与图6表示已有的图像处理中的稀疏化方法的方框图。

在图5中，延迟电路51对输入信号进行延迟，将所述延迟的像素输入图像判别电路。在图像判别电路52中，取相邻的引人注目的像素的相关值差，将相关值差小的像素决定为稀疏化像素。又对像素是文字部分还是自然图画部分进行判别，在相关的浓度差小的情况下判定为自然图画，输入线性插补电路53，在相关浓度差大的情况下判定为文字部分，输入适应稀疏化电路54，利用两种处理稀疏化了的信号用图像再编成电路55再编成为图像，送往显示器件的各像素加以显示。

又，图6是使用平均值缩小方法的方框图。延迟电路61对输入信号进行延迟之后将所述延迟的像素输入运算电路62。运算电路62把稀疏化像素与相邻的像素平均，用稀疏化脉冲的时序抽取像素，将该稀疏化处理之后的信号输入图像再编成电路63。图像再编成电路63把稀疏化处理之后的视频信号再编成为图像，用与显示装置的各像素对应的时序把数据输入到显示装置中。从图像再编成电路63输入的信号被传送到显示装置的各像素加以显示。

图7A、图7B是以单位信息量(像素)为基准构成，8行8列的图案的黑与白构成的图像输入的情况，稀疏化处理以前的8×8像素(图7A)和利用图6的系统将其稀疏化处理之后的6×6像素(图7B)。把8×8像素的b、c列和f、g列，还有b、c行与f、g行作为稀疏化像素及其相邻的像素的行列，进行平均值缩小，成为由稀疏化像素及其相邻像素生成的像素B、F。在该图中，显示为“H”的处理之后也读为“H”，经过处理，信息没有缺失，而在进行了平均值缩小的部分产生“层次”。这是由于利用单纯把b、c列和f、g列，b、c行和f、g行的稀疏化像素与其相邻的像素相加，将其和取1/2生成像素的方法进行稀疏化加以缩小。

图8A、图8B表示对稀疏化处理前的4×4像素(图8A)借助于使用图6的平均缩小方法的系统进行稀疏化处理之后的3×3像素(图8B)。在图8A、图8B的情况下，b、c列和与b、c行的稀疏化像素相邻的像素分别以黑和白构成，由于进行平均值缩小，原来的黑色线条不能表现，而变成了不容易看出的灰色线条，生成不如原来的图画清晰的图像。而且线条也比下面说明的本发明的图4A、图4B的稀疏化处理之后的线条模糊。这使得一般的电子计算机输出画面等表现的线条和文本等非常不容易看清楚。

下面对在自然图画的情况下使用现有的方法进行稀疏化的情况加以说明。图9A和图9B是使用图6的平均值缩小方法的系统而且输入的视频信号是自然图像的情况下进行稀疏化处理的情况。图9A、图9B是对按照a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k顺序排列的稀疏化处理之前的信号作为像自然图像那样有层次的输入的视频信号，借助于使用图6的平均缩小方法的系统，把5像素(图9A)稀疏化处理为4像素(图9B)后的a、B、d、e、f、G、i、j、k的波形，数值作为信号电平的目标值记载。在图9A、图9B中，对稀疏化像素和与其相邻的像素b、c进行平均值缩小，根据(10+20)/2以信号电平15生成稀疏化像素B。这是在阶梯状的辉度变化小的输入信号部分进行稀疏化，失去了一些线性，但是在稀疏化处理后的输出信号中并非成问题的电平。接着对稀疏化像素和与其相邻的像素g、h进行平均值缩小，根据(60+40)/2以信号电平50生成稀疏化像素G。这是在阶梯的顶点部进行稀疏化，该输入信号的顶点消失了。也就是说，在稀疏化处理之后的输出波形失去了尖锐的棱，给人以模糊的感觉，最终的显示画面成了惨不忍睹的画面。这种情况在稀疏化比例大的情况下更加显著。这里是以水平方向上的稀疏化作为例子，但是对于垂直方向也只是稀疏化的方向不同，还是以完全相同的动作进行，处理后的输出信号也相同。

但是使用已有的、图5所述的稀疏化方法对自然图像进行稀疏化时图像判别电路有可能误判，图像判别电路发生误判，判定为文字部分时，在描画对象物体的轮廓的直线或曲线的部分，线条变得像要散架似的，与原图像相比，显示的图像变得相当不自然。而且像电子计算机的文本画面那样由文字等构成的图像稀疏化的情况下也发生与自然图像稀疏化相同的情况。而且存在对文字等进行稀疏化的电路的结构复杂以及根据自然图像与文字部分的判别改变稀疏化方法等导致稀疏化时运算量大的问题。

又，已有的示于图6的平均值缩小方法中也存在在文字或图形图像等的连续的线条延续的地方产生阶梯状部分之类的情况，显示图像难看的问题。

发明内容

本发明的图像处理装置由指示应该稀疏化的像素的稀疏化指示电路、对所述指示电路指示的应该稀疏化的像素和与所述应该稀疏化的像素相邻的像素的相关进行检测，根据检测出的相关决定系数的系数决定电路、以及根据所述应该稀疏化的像素的数据、与所述应该稀疏化的像素相邻的像素的数据、以及所述系数决定电路决定的所述系数，利用规定的运算式生成修正像素数据的运算电路构成。

又，本发明的图像处理方法由指示应该稀疏化的像素的步骤、对指示要稀疏化像素和与所述指示要稀疏化像素相邻的像素的相关进行检测的步骤、根据检测出的相关决定系数的步骤、以及根据所述指示要稀疏化像素的数据、与所述指示要稀疏化像素相邻的像素的数据、以及决定了的所述系数，利用规定的运算式生成修正像素数据的步骤构成。

又，的图像处理装置，对于在水平方向上及垂直方向上依照像素a、b、c、d的顺序排列的4像素块，依据水平方向上或垂直方向上的应该稀疏化的像素和与其相邻的像素生成的像素B根据使用所述系数α和各像素的信号电平的运算式0.5×(Sb+Sc)+α×(Sb-Sa)+α×(Sc-Sd)改写成的(1+2α)×(Sb+Sc)/2-Sa×α-Sd×α求得，缩小为在水平方向上及垂直方向上按照a、B、d的顺序排列的3像素块。在2值图像和自然图像的稀疏化画面制作中，对稀疏化像素和与其相邻的像素的相关进行检测，生成相应于该相关的系数，使用计算量少的规定的数学式计算对像素的信号电平修正值，因此能够显示与原图画相近的鲜明的图像，同时能够以简易的小型电路构成。

又，本发明的图像处理装置，所述系数决定电路输出的系数α根据检测应该稀疏化的像素和与其相邻的像素两者的信号电平差或浓淡差决定，在两个像素之间的信号电平差或浓淡差比预先设定作为判别基准值的数值大时，输出预先设定的系数α，在两个像素之间的信号电平差或浓淡差比预先设定作为判别基准值的数值小时，将系数α作为0输出。在作成2值图像的稀疏化画面时，能够作成与原画相近的鲜明的图像。

又，本发明的图像处理装置，所述系数决定电路输出的系数α根据检测应该稀疏化的像素和与其相邻的像素两者的信号电平差或浓淡差决定，在两个像素之间的信号电平差或浓淡差用预先作为判别基准值设定的多个基准值分等级，以此从预先设定的多个系数α中决定系数α并输出。在作成自然画的稀疏化画面时，能作成与原画相近的鲜明的图像。

又，本发明的图像处理装置，所述稀疏化脉冲发生器以作为输入信号的水平、垂直同步信号及像素块信号为依据，以相应于预先的水平方向或垂直方向的任意缩小率的一定的间隔，把1像素宽度或1行宽度的稀疏化脉冲输出到所述运算电路。在稀疏化画面的作成中能够以简单的结构发生稀疏化脉冲，指示应该稀疏化的像素，进行稀疏化处理，因此能够作成与原画相近的鲜明的图像。

又，本发明的图像处理装置，具备对于水平方向使每一像素延迟的延迟电路、与水平方向上的缩小成比例地发生稀疏化脉冲的稀疏化脉冲发生器，还有从使用所述延迟电路得到的连续的多个像素检测所述稀疏化脉冲发生器指示的应该稀疏化的像素和与其相邻的像素的相关，决定与该相关相应的系数的系数决定电路、根据该系数从应该稀疏化的像素和与其相邻的像素出发进行计算的运算电路，根据所述运算电路的预定的运算式生成像素数据，对水平方向上的每一像素进行稀疏化使其缩小。接着还有对垂直方向上的每一行进行延迟的延迟电路、根据垂直方向上的缩小比例发生稀疏化脉冲的稀疏化脉冲发生器，还有从使用所述延迟电路得到的连续的多个像素检测所述稀疏化脉冲发生器指示的应该稀疏化的像素和与其相邻的像素的相关，决定与该相关相应的系数的系数决定电路、以及根据该系数从应该稀疏化的像素和与其相邻的像素出发进行计算的运算电路，根据所述运算电路的预定的运算式生成图像数据，对每一垂直方向上的像素进行稀疏化使其缩小。在稀疏化画面的作成中，对稀疏化像素和与其相邻的像素的相关进行检测，将与该相关相应的系数用于对利用稀疏化像素和与其相邻的像素生成的像素的信号电平修正以进行稀疏化，因此能够提供可显示与原画相近的鲜明的图像的图像处理装置。

本发明的图像处理方法由指示应该稀疏化的像素的步骤、对指示要稀疏化像素和与所述指示要稀疏化像素相邻的像素的相关进行检测的步骤、根据检测出的相关决定系数的步骤、以及根据所述指示要稀疏化像素的数据、与所述指示要稀疏化像素相邻的像素的数据、以及依据决定的所述系数，利用规定的运算式生成修正像素数据的步骤构成。不管是2值图像还是自然图像，由于修正信号电平进行稀疏化，因此能够显示与原画相近的鲜明的图像。

采用本发明，能够提供不管是2值图像还是自然图像，由于修正信号电平进行稀疏化，因此能够提供比向来使用的装置更能够显示与原画相近的鲜明的图像的图像处理装置。

附图说明

图1是本发明实施形态的图像处理装置的方框图。

图2A和图2B是使用本发明实施形态的图像处理装置从8×8像素稀疏化为6×6像素的说明图。

图3A和图3B是使用本发明实施形态的图像处理装置从4×4像素稀疏化为3×3像素的说明图。

图4A和图4B是使用本发明实施形态的图像处理装置从4×4像素稀疏化为3×3像素的说明图。

图5是使用已有的稀疏化方法的图像处理装置的方框图。

图6是使用已有的平均值缩小方法的图像处理装置的方框图。

图7A和图7B是在使用已有的平均值缩小方法的图像处理装置中从8×8像素稀疏化为6×6像素的说明图。

图8A、图8B是在使用已有的平均值缩小方法的图像处理装置中从4×4像素稀疏化为3×3像素的说明图。

图9A和图9B是在使用已有的平均值缩小方法的图像处理装置中输入有层次的信号时从5像素稀疏化为4像素的说明图。

图10A和图10B是在本发明的实施形态的图像处理装置中输入有层次的信号时从5像素稀疏化为4像素的说明图。

图11A和图11B是在本发明的实施形态的图像处理装置中输入文字等信号时从3像素稀疏化为2像素的说明图。

图12A和图12B是在本发明的实施形态的图像处理装置中忽略相关检测输入文字等信号时从3像素稀疏化为2像素的说明图。

图13A和图13B是在本发明的实施形态的图像处理装置输入有层次的文字等信号时从使用3个系数的3像素稀疏化为2像素的说明图。

图14A和图14B是在本发明的实施形态的图像处理装置中输入有层次的文字等信号时从使用2个系数的3像素稀疏化为2像素的说明图。

图15A和图15B是在本发明的实施形态的图像处理装置中输入有层次的文字等信号时使用的2个系数的值改变的情况下从3像素稀疏化为2像素的说明图。

具体实施方式

图1本发明的图像处理装置的方框图，在水平方向上稀疏化和在垂直方向上稀疏化的情况下其结构都相同，只是延迟电路的延迟时间不同。在图1中11、12、13是延迟电路，由双稳态多谐振荡器等构成，在对输入图像数据在水平方向上进行稀疏化的情况下在每一像素进行延迟，在垂直方向上进行稀疏化的情况下在每一行进行延迟，将延迟过的信号传送到下一个电路。图像数据Sd被输入延迟电路11，在延迟电路11进行延迟，信号Sc被输入到延迟电路12。在延迟电路12延迟，信号Sb被输入延迟电路13，从延迟电路13输出延迟了的信号Sa。

系数决定电路2由电阻器、选择器  比较器等构成。系数决定电路2接受在延迟电路12延迟的信号Sb和在延迟电路11延迟的信号Sc，对稀疏化像素和与其相邻的像素的相关进行检测，决定与该相关的信号电平的差和浓度差相应的系数α，提供给运算电路3。

运算电路3由选择器、电阻器、加法器等构成。运算电路3输入从系数决定电路2输入的系数α、图像数据的原信号Sd、由延迟电路11、12、13提供的信号Sc、Sb、Sa、从稀疏化脉冲发生电路5输入的稀疏化脉冲，输出修正信号。也就是说运算电路3依据稀疏化像素和与其相邻的像素修正信号电平，把稀疏化处理过的信号提供给图像再编成电路4。

图像再编成电路4是用运算电路3提供的修正过的信号插补像素被抽除的位置的电路，被插补的图像数据Sout被传送到显示装置显示。

在稀疏化脉冲发生电路5输入水平、垂直同步信号及像素块信号。稀疏化脉冲发生电路5在水平方向上进行稀疏化的情况下以水平同步信号为基准，以与图像的水平方向上的任意缩小率相应的一定的间隔输出一个像素宽度的脉冲。例如为了在水平方向上利用稀疏化处理把图像缩小到4/5，从稀疏化脉冲发生电路输出5个像素一次的连续脉冲。在垂直方向上进行稀疏化的情况下以垂直同步信号为基准，以与图像的垂直方向上的任意缩小率相应的一定的间隔输出一行宽度的脉冲。例如为了在垂直方向上利用稀疏化处理把图像缩小到4/5，从稀疏化脉冲发生电路输出5行一次的连续脉冲。

在运算电路3缩小画面的情况下，使用信号电平修正式S＝(1+2α)×(Sb+Sc)/2-Sa×α-Sd×α进行信号电平修正。该信号电平修正是把像素在输入信号的水平方向、垂直方向依照a、b、c、d的顺序排列的4×4个像素稀疏化为按照a、B、d顺序排列的3×3个像素。在这个例子中，信号电平修正式的各数值分别为Sa＝a、Sb＝b、Sc＝c、Sd＝d、S＝B。在这里，把b像素作为稀疏化像素，c像素作为与稀疏化像素b相邻的像素，B作为修正过的像素加以说明。

系数决定电路2对输入信号Sb、Sc的信号电平差或浓淡差等的相关进行检测，根据该相关关系决定系数α。运算电路3用系数α及4个像素a、b、c、d，借助于上述信号电平修正式B＝(1+2α)×(b+c)/2-a×α-d×α进行计算。就这样利用稀疏化像素和与其相邻的像素生成进行过信号电平修正的像素B。例如在稀疏化像素b和与其相邻的像素c的相关的浓淡差大致相等的情况下，系数α为0，信号电平修正式简化为B＝(b+c)/2，稀疏化变成单纯的平均值缩小。稀疏化像素和与其相邻的像素的相关的浓淡差大致相等这种情况即使是输出其平均值也不可能发生图像质量劣化的情况。又，稀疏化像素和与其相邻的像素的相关的浓淡差不相等时，把浓度差的检测分为若干级，系数决定电路输出与其差相应的系数α。又使该相关的浓度差的检测具有某种程度的宽度。

图2A～图4B用于说明使用图1系统，对输入的视频信号像电子计算机的文本的画面那样背景为白、文字等为黑构成的图像进行稀疏化处理的说明图。由图2A可知，稀疏化处理前输入的视频信号只能输入黑白两者颜色的信号。在稀疏化像素和与其相邻的像素分别为相同的颜色、也就是没有浓度差或是浓度差非常小的情况下，系数α输入0，在稀疏化像素和与其相邻的像素分别为不同的颜色、也就是浓度差大的情况下，系数α输入0.5进行设定，修正信号电平。有以像素为黑色时的颜色信号的数值为0，白色时为1。

图2A、图2B的稀疏化处理是在图1的系统中以单位信息量(像素)为基准构成，对8行8列的图案形成的黑与白构成的图像进行处理的例子。具体地说，是稀疏化处理之前的8×8像素利用图1的系统进行稀疏化处理，变成6×6像素的例子。在该图中表示为“H”的处理之后也读作“H”，进行着无信息缺失的处理。这样的处理可以以8×8像素的b列和f列作为稀疏化列，c列和g列分别作为与稀疏化列相邻的列，又，b行和f行作为稀疏化行，c行和g行分别作为与稀疏化行相邻的行，对信号电平进行修正实现。将稀疏化像素和与其相邻的像素的行列的像素代入信号电平修正式S，对生成的像素进行信号电平修正。又，用系数决定电路2检测稀疏化像素和与其相邻的像素的相关，以此求出修正信号电平时使用的系数α。在图2A、图2B的情况下，稀疏化像素和与其相邻的像素分别由黑与白构成，浓度差大，因此是系数α取0.5计算的结果。又，在稀疏化像素和与其相邻的像素没有浓度差的情况下，系数α为0，单纯进行平均值缩小。

在这里，图2A、图2B中把例如b行c列的像素称为bc像素。进行稀疏化的地方是图2的b列、c列、f列、g列、b行、c行、f行、g行。

首先注意到列。在a行的情况下，像素依照a行的列a、b、c、d的顺序输入图1的系统，由延迟电路11、12、13延迟。也就是说Sa＝aa、Sb＝ab、Sc＝ac、Sd＝ad。在延迟电路12的输入和输出出现像素ac、ab时，稀疏化脉冲发生电路发生稀疏化脉冲，进行运算处理。这时在系数决定电路2求像素ac、ab之间的相关的浓淡差，决定系数α。决定的系数α在运算电路3使用。图2A的像素ab为黑色，像素ac为白色，因此像素ac与像素ab的相关的浓淡差为最大，在系数α设定0.5。以像素为黑色时的色信号的值为0，白色时的值为1，因此α＝0.5、Sa＝1、Sb＝0、Sc＝1、Sd＝1。运算电路3利用信号电平修正式S进行计算，S＝(1+2×0.5)×(0+1)/2-1×0.5-1×0.5＝0。在图像再编成电路4中，在像素ab、ac被抽除的位置插补从运算得到的值0、亦即黑色。

接着，在c行的情况下是Sa＝ca、Sb＝cb、Sc＝cc、Sd＝cd。像素cb、cc都是黑色，因此像素cb、cc的相关的浓淡相等，在系数决定电路2系数α设定为0。像素为黑色时色信号的值为0，白色时的值为1，因此Sa＝1、Sb＝0、Sc＝0、Sd＝0。运算电路3利用信号电平修正式S进行计算，(1+2×0)×(0+0)/2-1×0-0×0＝0。该结果与进行平均值缩小时同值。在图像再编成电路4中，在像素cb、cc被抽除的位置插补从运算得到的值0、亦即黑色。对于f、g列也进行同样的处理。

接着，在注意到行。在图1的系统中，依a行的列a、b、c、d的顺序、接着依b行的列a、b、c、d的顺序输入像素，用延迟电路11、12、13逐行延迟。在b列的情况下是Sa＝ab、Sb＝bb、Sc＝cb、Sd＝db。在延迟电路12的输入和输出上出现像素cb、bb时，利用稀疏化脉冲发生电路发生稀疏化脉冲，进行运算处理。这时在系数决定电路2求像素bb、cb的相关的浓淡差，决定系数α。所决定的系数α使用于运算电路3。图2A的像素bb、cd都是黑色的，因此像素bb、cd的相关的浓淡相等，系数α设定为0。根据图2A，色信号的值ab＝0、bb＝0、cb＝0、db＝0。运算电路3利用信号电平修正式S进行计算，(1+2×0)×(0+0)/2-0×0-0×0＝0。在图像再编成电路4中，在像素bb、cb被抽除的位置插补从运算得到的值0、亦即黑色。

接着，在c列的情况下，Sa＝ac、Sb＝bc、Sc＝cc、Sd＝dc。像素bc为白色，像素cc为黑色，因此像素bc、cc的相关的浓淡差最大，系数α设定为0.5。根据图2A，色信号的值Sa＝1、Sb＝1、Sc＝0、Sd＝1。运算电路3利用信号电平修正式S进行计算，S＝(1+2×0.5)×(1+0)/2-1×0.5-1×0.5＝0。在图像再编成电路4中，在像素bc、cc被抽除的位置插补从运算得到的值0、亦即黑色。对于f、g列也进行同样的处理。如上所述，经过插补处理被稀疏化为与显示装置的总像素数目相同像素数目的图像再编成电路4的像素数据显示于显示装置。

图3A和图3B表示稀疏化处理前的4×4像素和稀疏化处理后的3×3像素。在图3A中，以b列及b行作为稀疏化像素，c列及c行为与稀疏化像素相邻的像素进行信号电平修正。稀疏化像素b列和与其相邻的像素c列、即ab、ac、bb、bc、cb、cc、db、dc均为黑色，信号电平修正所使用的系数α＝0，单纯进行平均值缩小。运算式S为S＝(1+2×0)×(0+0)/2-0×0-0×0＝0。在稀疏化之后插补运算得到的0(黑色)。又，对于b、c行，像素ba、ca、bd、cd均为白色，像素bb、bc、cc均为黑色。使用于信号电平修正的系数α＝0，单纯进行平均值缩小。根据上面所述，在图3A、图3B的例子中，即使将稀疏化处理之前的4×4像素输入使用图6的现有的平均缩小方法的电路结果也是相同。

图4A和图4B表示稀疏化处理之前的4×4像素和利用图1的系统将其稀疏化处理之后的3×3像素。在图4A中，b列及c列的稀疏化像素和与其相邻的像素分别由黑和白构成，使用于信号电平修正的系数定为α＝0.5。运算式S为S＝(1+2×0.5)×(1+0)/2-1×0.5-1×0.5＝0。因此插补黑色。又，b、c行的稀疏化像素和与其相邻的像素分别为相同的颜色，因此运算后也插补相同的颜色。借助于此，稀疏化处理之后的3×3像素变成如图4B所示的情况，形成与图3B稀疏化处理之后相同的图像。而在图4A的例子中，如果把稀疏化处理之前的4×4像素输入图6的使用现有的平均缩小方法的电路，则如已经作出的说明所述，变成图8所示的情况，结果不同。

下面就使用本发明的情况对自然图像的情况下的稀疏化加以说明。

图10A和图10B是使用图1的系统在输入的视频信号是自然图像的情况下进行稀疏化处理的情况。在图1中，系数决定电路2在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差为0或非常小的情况下系数α输入0，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差较大的情况下系数α输入0.5，在这样设定之后进行信号电平的修正。图10A和图10B的纵轴表示信号电平，横轴表示像素位置。在这里，假如图10A和图10B中的信号电平的数值中稀疏化像素和与其相邻的像素之间有10以上的电平差，则判定为浓淡差大，系数α设定为0.5，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间电平差为10以下时，则判定为浓淡差小，系数α设定为0。

图10 A和图10B表示以按照a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k顺序排列的稀疏化之前的信号作为自然图像那样的具有层次的输入的视频信号和借助于图1的系统将其从5像素稀疏化为4像素之后的a、B、d、e、f、G、i、j、k的信号波形，数值作为信号电平的目标值记载。在图10A和图10B中，稀疏化像素b和与其相邻的像素c之间的电平差为10，因此判定为浓淡差大，信号电平修正的系数设定为0.5。信号电平修正式S变成运算式B＝(1+2×0.5)×(Sb+Sc)/2-0.5×Sa-0.5×Sd，将各像素的信号电平代入其中，即得到S＝(1+2×0.5)×(10+20)/2-0.5×0-0.5×30＝15，稀疏化像素B以信号电平15生成。该数值与平均值缩小的稀疏化结果相同，同样，在该部分进行阶梯状的辉度变化小的输入信号部分的稀疏化，虽然失去了一些线性，但是在稀疏化处理后的输出信号中并非成问题的电平。

接着，由于稀疏化像素g和与其相邻的像素h的电平差为10，所以判定为浓淡差大，信号电平修正的系数设定为0.5，运算式变成S＝(1+2×0.5)×(Sg+Sh)/2-0.5×Sf-0.5×Si，代入各像素的电平即成为G＝(1+2×0.5)×(60+40)/2-0.5×50-0.5×20＝65，稀疏化像素G用信号电平65生成。这即使是在阶梯的顶点部进行稀疏化，波形的顶点部分也能够维持或多少使棱有些凸现。总之，稀疏化处理之后的波形中棱部也没有劣化，给人以轮廓分明的感觉，最终显示的画面成为非常容易看清楚的图像。

在这里以水平方向上的稀疏化为例，但是对于垂直方向也只是稀疏化方向不同，动作完全相同，处理之后的输出信号也相同。又，稀疏化像素和与其相邻的像素有电平差，判定为浓淡差大的信号电平修正的系数α在上述说明中取0.5，而如果把该系数α设定为0.4，则稀疏化像素G的信号电平G＝(1+2×0.4)×(60+40)/2-0.4×50-0.4×20＝62，如果把系数α设定为0.3，则稀疏化像素G的信号电平G＝(1+2×0.3)×(60+40)/2-0.3×50-0.3×20＝59。这样，对系数α根据稀疏化像素和与其相邻的像素的相关选择适当的值，可以对被稀疏化的图像的质量进行微妙的调整。而在文字或图等在图像中没有微妙的层次的视频信号的情况下，如上所述，系数α以0.5为最佳值。

图11A、图11B、图12A和图12B是对文字或图那样的没有微妙的层次的输入视频信号，也就是以a、b、c、d、e、f、g、h、i、j的顺序排列的稀疏化处理之前的信号，利用图1所示的系统将3像素稀疏化为2像素之后的a、B、d、E、g、H、j的信号波形，数值记载为信号电平的目标值。稀疏化像素和与其相邻的像素在图11A、图11B、图12A和图12B都是b、c和e、f及h、i，各稀疏化之后的像素分别记为B、E、H。B由(1+2α)×(Sb+Sc)/2-Sa×α-Sd×α求出，E由(1+2α)×(Se+Sf)/2-Sd×α-Sg×α求出，H由(1+2α)×(Sh+Si)/2-Sg×α-Sj×α求出。

在图11A、图11B中，在图1的系统中稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差为0或非常小的情况下，系数α输入0，反之，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差大的情况下，系数α输入0.5进行设定，进行信号电平修正。在这里，假如在图11A和图11B的数值中稀疏化像素和与其相邻的像素之间有10以上的电平差时，判定为浓淡差大，系数α为0.5，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的电平差小于10时，判定为浓淡差小，系数α为0。

在图12A和图12B中，在图1的系统中，稀疏化像素和与其相邻的像素之间的相关可以忽略时全部系数α设定为0。如图11A和图11B所示，对稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差进行检测，根据其值决定系数α时，处理之前的信号与处理之后的信号3个峰的高度相同，因为是进行稀疏化将信号缩小，所以只是改变了各峰之间的间隔和峰的宽度。而如图12A和图12B所示，忽略稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差，系数α采用固定值时，处理之前的信号与处理之后的信号中的3个峰中E峰的信号电平倍增，与图11A和图11B的处理之后的波形大不相同。该处理之后的波形用显示装置显示出来时，在图12A和图12B的E那样的地方发生辉度不均匀的情况，图像非常难看。如图11A和图11B所示，对稀疏化像素和与其相邻的像素之间的相关进行检测，决定与其相关对应的系数，可以显示出图像质量劣化小的图像。

图13A和图13B及图14A和图14B是在文字或图形那样的视频信号中，作为具有一些层次的输入的视频信号，将按照a、b、c、d、e、f、g、h、i、j的顺序排列的稀疏化处理之前的信号用图1所示的系统进行稀疏化处理使3像素的变成2像素之后的a、B、d、E、g、H、j的信号波形，数值记载为信号电平的目标值。稀疏化像素和与其相邻的像素与图11A和图11B及图12A和图12B一样，是b、c和e、f及h、i，各稀疏化后的像素记为B、E与H。B由(1+2α)×(Sb+Sc)/2-Sa×α-Sd×α求出，E由(1+2α)×(Se+Sf)/2-Sd×α-Sg×α求出，H由(1+2α)×(Sh+Si)/2-Sg×α-Sj×α求出。

在图13A、图13B中，在图1的系统中稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差为0或非常小的情况下，系数α输入0，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差为中等程度的情况下，系数α输入0.2，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差大的情况下，系数α输入0.5进行设定，修正信号电平。在这里，假如在图13A和图13B的数值中稀疏化像素和与其相邻的像素之间有30以上的电平差时，判定为浓淡差大，系数α设定为0.5，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的电平差大于10而小于30时，判定浓淡差为中等程度，系数α设定为0.2，稀疏化像素和与其相邻的像素之间的电平差小于10时，判定为浓淡差小，系数α设定为0。

在图14A和图14B中，在图1的系统中稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差为0或非常小的情况下，系数α输入0，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差大的情况下，系数α输入0.5进行设定，修正信号电平。在这里，假如在图14A和图14B的数值中稀疏化像素和与其相邻的像素之间有10以上的电平差时，判定为浓淡差大，系数α设定为0.5，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的电平差小于10时，判定为浓淡差小，系数α设定为0。

在图15A、图15B中，在图1的系统中稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差为0或非常小的情况下，系数α输入0，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差大的情况下，系数α输入0.2进行设定，修正信号电平。在这里，假如在图14A和图14B的数值中稀疏化像素和与其相邻的像素之间有10以上的电平差时，判定为浓淡差大，系数α设定为0.2，在稀疏化像素和与其相邻的像素之间的电平差小于10时，判定为浓淡差小，系数α设定为0。如图14A、图14B与图15A、图15B所示，对稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差进行检测，根据其是否有浓淡差决定系数α时，处理之前的信号与处理之后的信号3个峰的高度有一些差异，该处理之后的信号用显示装置显示出来时，辉度有一些不均匀。在有浓淡差时使系数最佳化可以使峰的高度的差异减小，从而减小辉度的不均匀，但是利用2值进行系数α的设定有一定的限度。因此，如图13A和图13B所示，将稀疏化像素和与其相邻的像素之间的浓淡差电平分为多级(rank)，将系数α设定为多个(多于2个)数值的情况下，处理之前的信号与处理之后的信号3个峰的高度基本上相同，因为进行稀疏化将信号缩小，所以只是改变了各峰之间的间隔和峰的宽度。该处理之后的波形用显示装置显示出来时，几乎不发生辉度不均匀的情况。

这样把浓淡差的判别分为多级，作为结果得到的系数α设定为多个(多于2个)，可以更加提高图像质量。

还有，在上述说明中对采用硬件实现图像处理装置的例子进行了叙述，但当然也可以采用软件实现。

如上所述，采用对由稀疏化像素和与其相邻的像素生成的像素进行信号电平修正的方法，在文本图像和自然图像的情况下信息缺失或图像质量劣化的情况都很少发生，而且与现有的使用稀疏化方法的电路相比，由于运算式只有一个，可以用小规模的电路构成，对稀疏化像素和与其相邻的像素的相关进行检测，将与该相关相应的系数使用于信号电平的修正，所以能够显示出与原画面图相近的鲜明的图像。

使用本发明的图像处理装置，不仅对于2值图像，而且对于自然图像也能够改善图像的层次和文字的鲜明程度，能够以简易结构重现与原画相近的鲜明的图像。而且运算量少，容易实现硬件化。

Claims (14)

1.一种图像处理装置，其特征在于，具备：

指示应该稀疏化的像素的稀疏化指示电路；

对所述指示电路指示的应该稀疏化的像素和与所述应该稀疏化的像素相邻的像素的相关进行检测，根据检测出的相关决定系数的系数决定电路；以及

根据所述应该稀疏化的像素的数据、与所述应该稀疏化的像素相邻的像素的数据、以及所述系数决定电路决定的所述系数，利用规定的运算式生成修正像素数据的运算电路。

2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，具备：对于在水平方向及垂直方向排列的多个像素构成的图像数据的各像素块，对于水平方向的像素每一像素进行延迟，而对于垂直方向的像素每一行进行延迟的延迟电路；

其中，所述稀疏化指示电路根据水平方向的缩小率及垂直方向的缩小率，指示应该稀疏化的像素，

所述稀疏化指示电路指示从所述延迟电路延迟的像素内应该稀疏化的像素。

3.根据权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于，所述各像素块是在水平方向上或垂直方向上依照像素a、b、c、d的顺序排列的4像素块，所述各像素的信号电平分别记为Sa、Sb、Sc、Sd，所述系数决定电路决定的所述系数记为α，水平方向上或垂直方向上的所述应该稀疏化的像素记为b，与所述应该稀疏化的像素相邻的像素记为c，所述运算电路生成的像素记为B，所述运算式为B＝(1+2α)×(Sb+Sc)/2-Sa×α-Sd×α，把所述4像素块缩小为按照像素a、B、d的顺序排列的3像素块。

4.根据权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于，所述各像素块是在水平方向上或垂直方向上依照像素a、b、c、d的顺序排列的像素当中的、水平方向上或垂直方向上的a、b、c构成的3像素块，所述各像素的信号电平分别记为Sa、Sb、Sc、Sd，所述系数决定电路决定的所述系数记为α，水平方向上或垂直方向上的所述应该稀疏化的像素记为b，与所述应该稀疏化的像素相邻的像素记为c，所述运算电路生成的像素记为B，所述运算式为B＝(1+2α)×(Sb+Sc)/2-Sa×α-Sd×α，把所述3像素块缩小为按照像素a、B的顺序排列的2像素块。

5.根据权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于，所述系数决定电路检测所述应该稀疏化的像素和与所述应该稀疏化的像素相邻的像素两像素之间的电平差，根据检测出的电平差，用预先作为判别基准值设定的多个基准值从被分等级的多个系数α中选择决定。

6.根据权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于，所述稀疏化指示电路是根据水平方向上的缩小率和垂直方向上的缩小率发生用于指示应该稀疏化的像素的稀疏化脉冲的稀疏化脉冲发生器。

7.根据权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于，所述稀疏化脉冲发生器在对水平方向进行稀疏化的情况下以水平同步信号为基准，以与图像的水平方向的所述缩小率相应的一定的间隔输出用于指示所述应该稀疏化的像素的稀疏化脉冲，

在对垂直方向进行稀疏化的情况下以垂直同步信号为基准，以与图像的垂直方向的所述缩小率相应的一定的间隔输出用于指示所述应该稀疏化的像素的稀疏化脉冲。

8.根据权利要求7所述的图像处理装置，其特征在于，

延迟电路由输入图像数据的第1延迟电路、以所述第1延迟电路的输出作为输入的第2延迟电路、以所述第2延迟电路的输出作为输入的第3延迟电路构成，

所述系数决定电路将所述第1延迟电路的输出与所述第2延迟电路的输出加以输入，

所述运算电路把所述图像数据、所述第1延迟电路的输出、所述第2延迟电路的输出、所述第3延迟电路的输出、所述系数决定电路的输出、以及所述稀疏化脉冲发生器的输出加以输入。

9.一种图像处理装置，其特征在于，具备：

对于图像数据在水平方向上及垂直方向上排列的多个像素构成的各像素块，对水平方向上的像素的每一个像素进行延迟的延迟电路和对垂直方向上的像素每一行进行延迟的延迟电路；

相应于水平方向上或垂直方向上的缩小比例发生稀疏化脉冲的稀疏化脉冲发生器；

从利用所述延迟电路得到的连续的多个像素块检测出所述稀疏化脉冲发生器指示的应该稀疏化的像素和与其相邻的像素的相关，决定与该相关相应的系数的系数决定电路；以及

根据该系数从应该稀疏化的像素和与其相邻的像素出发进行计算的计算电路，

根据所述运算电路的预定的运算式生成像素数据，对每一水平方向上及垂直方向上的像素块进行稀疏化使其缩小。

10.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，在所述系数决定电路中，输出的系数α根据检测应该稀疏化的像素和与其相邻的像素两者的信号电平差或浓淡差决定，在两个像素之间的信号电平差或浓淡差比预先设定作为判别基准值的数值大时，输出预先设定的系数α，在两个像素之间的信号电平差或浓淡差比预先设定作为判别基准值的数值小时，将系数α作为0输出。

11.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，在所述系数决定电路中，输出的系数α根据检测应该稀疏化的像素和与其相邻的像素两者的信号电平差或浓淡差决定，在两个像素之间的信号电平差或浓淡差用预先作为判别基准值设定的多个基准值分等级，以此从预先设定的多个系数α中决定系数α并输出。

12.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，

所述延迟电路根据所述运算电路的预定的运算式生成像素数据，对水平方向上的每一像素进行稀疏化使其缩小，接着对于垂直方向上的每一行进行延迟，

所述稀疏化脉冲发生器根据垂直方向上的缩小比例发生稀疏化脉冲，

所述运算电路根据预定的运算式生成像素数据，对每一垂直方向上的像素进行稀疏化使其缩小。

13.一种图像处理方法，其特征在于，由

指示应该稀疏化的像素的步骤；

对指示要稀疏化像素和与所述指示要稀疏化像素相邻的像素的相关进行检测的步骤；

根据检测出的相关决定系数的步骤；以及

根据所述指示要稀疏化像素的数据、与所述指示要稀疏化像素相邻的像素的数据、以及依据决定的所述系数，利用规定的运算式生成修正像素数据的步骤构成。

14.根据权利要求13所述的图像处理方法，其特征在于，由

对于图像数据在水平方向及垂直方向排列的多个像素构成的各像素块，对于水平方向的像素每一像素进行延迟，而对于垂直方向的像素每一行进行延迟的步骤；

根据水平方向或垂直方向的规定的缩小率发生稀疏化脉冲的步骤；

检测所述稀疏化脉冲所指示的应该稀疏化的像素和与其相邻的像素的相关的步骤

决定与检测出的相关相应的系数的步骤；以及

根据决定的系数、应该稀疏化的像素及与应该稀疏化的像素相邻的像素，利用预定的运算式生成修正像素数据的步骤构成。

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