DE69832963T2

DE69832963T2 - Adaptive diagonale interpolation zur aufloesungsverbesserung

Info

Publication number: DE69832963T2
Application number: DE69832963T
Authority: DE
Inventors: J. Jack CAMPBELL
Original assignee: Faroudja Laboratories Inc
Current assignee: Tamiras Per Pte Ltd LLC
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: JP2001506113A; EP0951693A1; EP0951693B1; JP4212657B2; WO1999019834A1; DE69832963D1; US6133957A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Erhöhen der Auflösung eines Bildes durch Erzeugen zusätzlicher Pixel im Bild mittels Interpolation. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung für Bilder wie beispielsweise Fernseh- oder andere Videobilder das Erzeugen zusätzlicher Pixel im Bild mittels einer adaptiven Technik, die bestimmt, ob eine Interpolation vertikal oder diagonal erfolgen sollte.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Ein Weg, mit dem die Auflösung eines Fernsehbildes erhöht werden kann, besteht im Umsetzen eines Zwischenzeilenbildes in ein schrittweise abgetastetes Bild. Gemäß einer in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0 192 292 offenbarten Technik wird diese Umsetzung durch Prüfen von Pixeln in drei aufeinander folgenden Bildzeilen in aufeinander folgenden ersten und zweiten Halbbildern des Zwischenzeilenbildsignals, Auswählen eines Paares von Pixeln (P, Q), ein Pixel aus jeweils zwei verschiedenen Zeilen in dem zweiten Halbbild, die sich am meisten ähneln, Auswerten dieser zwei Pixel und eines dritten Pixels (D), das aus der dritten Zeile im ersten Halbbild genommen wird, um den Medianwert Y' zu finden, und Benutzen dieses Medianwerts, um ein neues Pixel Y im zweiten Halbbild zu erzeugen, erzielt. Diese Technik arbeitet einigermaßen gut für einige Bilder, aber erzeugt Bildfehler wie beispielsweise eine Verzahnung von schrägen Konturen, die sich von Halbbild zu Halbbild bewegen.
Ein Versuch, dieses Problem zu lösen, ist in der US 5,001,563 offenbart. Gemäß der darin offenbarten Technik, wird der Medianwert Y' mit dem Pixel D verglichen und es wird, falls sich die zwei Werte um mehr als ein bestimmtes Schwellenmaß unterscheiden, ein neues Pixel Y aus einem Mittelwert der zwei Pixel (P, Q) gebildet. In einer Variante dieser Technik wird ein neues Pixel Y aus einer gewichteten Summe dieses Mittelwertes und dem Pixel (D) gebildet. In einer noch weiteren Variante wird, falls die beste gegenseitige Übereinstimmung eines Paares von Pixeln nur etwas besser als die schlechteste gegenseitige Übereinstimmung eines weiteren Paares von Pixeln ist, dann das Paar von Pixeln, das bezüglich der Stelle für das Pixel Y vertikal orientiert ist, als die Pixel (P, Q) ausgewählt. Unglücklicherweise erzeugt diese Technik störende Bildfehler in Bildern, wo zwei oder mehr Paare von Pixeln eine große gegenseitige Ähnlichkeit aufweisen.
Eine weitere Zwischenbild/Schrittabtastungs-Bildumsetzungstechnik ist in der US 5,532,751 offenbart. Gemäß dieser Technik wird eine Veränderung zwischen Pixeln in einem Bild ausgewertet, um Kanten oder Konturen zu erfassen. Falls die Veränderung zwischen Pixeln unter einem Schwellenwert liegt, gilt die Orientierung der Kante als ausreichend abgeschätzt, und ein neues Pixel wird aus dem Mittelwert der entlang der geschätzten Orientierung liegenden Pixel gebildet. Falls die Abschätzung der Kantenorientierung als erfolglos gilt, wird ein neues Pixel aus dem Mittelwert von zwei vertikal ausgerichteten Pixeln gebildet. Diese Technik erzeugt ebenfalls störende Bildfelder in Bildern mit zwei oder mehr Paaren von Pixeln mit einer großen gegenseitigen Ähnlichkeit.
Die US 5,347,599 behandelt eine Interpolationsvorrichtung zum Verhindern einer Bildverschlechterung, die durch Korrelationserfassungsfehler verursacht wird. Die Vorrichtung berechnet den arithmetischen Mittelwert von Pixeln auf Abtastzeilen über und unter der interpolierten Zeile, erhält den Korrelationswert, gibt einen Referenzwert der Korrelation aus, gibt einen Binärsignalsatz aus und bestimmt die Interpolationsrichtung. Sollte es eine Mehrdeutigkeit bezüglich der Interpolationsrichtung zwischen zwei möglichen Richtungen geben, wird eine Zwischeninterpolationsrichtung gemäß einer vordefinierten Verweistabelle ausgewählt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Qualität von aus einer Auflösungserhöhung resultierenden Bildern, einschließlich oben genannten Zwischenzeilen- und schrittweisen Abtastbilden zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhöhen der Auflösung eines Bildes vorgesehen, wie durch die anhängenden Ansprüche 1 bzw. 13 definiert.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung in einem Ausführungsbeispiel wird ein zusätzliches Pixel an einer Stelle in einem Bild mit in Reihen angeordneten Pixeln durch Erzeugen mehrerer Messsignale, die jeweilige Richtungen und jeweilige Varianzmessungen zwischen Paaren von Sätzen von Pixeln in den jeweiligen Richtungen relativ zu der Stellen darstellen, Auswerten jeweiliger Richtungen, die durch die Messsignale dargestellt werden, um die zwei besten Richtungen für eine Interpolation zu identifizieren, und Auswählen einer einzelnen Richtung erster Wahl für die Interpolation daraus, Beurteilen der zwei besten Richtungen, und als Reaktion darauf Erzeugen eines ersten Steuersignals, das ein Mehrdeutigkeitsmaß für die Interpolation um die Stelle entlang der einen Richtung erster Wahl angibt, Erzeugen eines Richtungssteuersignals, das eine gewichtete Kombination der einen Richtung erster Wahl und einer weiteren Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu den Reihen liegt, darstellt, wobei die gewichtete Kombination gemäß dem ersten Steuersignal gebildet wird, und Erzeugen des zusätzlichen Pixels durch Interpolieren von Pixeln in dem Bild entlang einer durch das Richtungssteuersignal dargestellten Richtung erzeugt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein zweites Steuersignal erzeugt, das ein Konfidenzmaß in der einen Richtung erster Wahl angibt, und die gewichtete Kombination entsprechend dem ersten Steuersignal und dem zweiten Steuersignal gebildet wird.
Die verschiedenen Merkmale der vorliegenden Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele werden unter Bezugnahme auf die folgende Erläuterung und die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern sich auf ähnliche Elemente in den mehreren Figuren beziehen, besser verständlich. Die Inhalte der folgenden Erläuterung und der Zeichnungen werden nur als Beispiele erläutert und sollten nicht so verstanden werden, dass sie Beschränkungen des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, der durch die anhängenden Ansprüche definiert ist, darstellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine hypothetische schematische Darstellung eines Teils eines Bildes mit in Zeilen angeordneten Pixeln.
2 ist ein Flussdiagramm von Hauptschritten eines Verfahrens, das gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
3 ist ein Funktionsblockschaltbild von Hauptkomponenten eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Darstellung von Hauptkomponenten in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Analysieren von Messsignalen und Ableiten einer Interpolationsrichtung.
5 ist eine hypothetische schematische Darstellung einer auf Darstellungen von in einem Speicher gespeicherten Pixeln angewendeten Messfunktion.
6a bis 6c sind grafische Darstellungen einer als Funktion einer Verschiebung aufgetragenen hypothetischen Messfunktion.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
A. Überblick des Verfahrens
1 zeigt einen Abschnitt eines Bildes mit in Zeilen angeordneten Pixeln. Die Pixel 103, 105 und 107 bis 109 sind in einer Zeile des Bildes angeordnet, und die Pixel 201 bis 203, 205, 207 sind in einer anderen Zeile des Bildes angeordnet. In dem dargestellten Beispiel soll die Auflösung des Bildes durch Erzeugen zusätzlicher Pixel zwischen den zwei Zeilen von Pixeln erhöht werden. Die Figur und die folgende Erläuterung beschreiben die Erzeugung eines zusätzlichen Pixels 305.
2 ist ein Flussdiagramm, das Hauptschritte eines Verfahrens zum Erzeugen der zusätzlichen Pixel für das in 1 dargestellte Bild zeigt. In diesem Verfahren erzeugt eine Messung S20 ein Messsignal, das ein Varianzmaß zwischen Sätzen eines oder mehrerer Pixel in einem jeweiligen Paar von Sätzen darstellt. Typischerweise stellt die Messung Unterschiede in der Helligkeit oder den Grauskalenwerten von Pixeln dar. Für Farbbilder kann die Messung Unterschiede in den Niveaus von zusammengesetzten Farben wie beispielsweise rot, grün und blau (RGB) in so genannten RGB-Bildern darstellen. Die hier offenbarten Techniken können auf Darstellungen von Helligkeit oder Leuchtkraft sowie Darstellungen von zusammengesetzten Farbniveaus angewendet werden.
Bezug nehmend auf 1 bilden der Satz 111 und der Satz 211 ein jeweiliges Paar von Sätzen, in denen der Satz 111 ein einzelnes Pixel 103 enthält und der Satz 211 ein einzelnes Pixel 207 enthält. Der Satz 112 und der Satz 212 bilden ein weiteres Paar von Sätzen, in denen der Satz 112 die Pixel 107 bis 109 enthält und der Satz 212 die Pixel 201 bis 203 enthält. Ein jeweiliger Satz kann Pixel in mehr als einer Zeile des Bildes enthalten. Es wird angenommen, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Messsignale für Paare von Sätzen erzeugen, in denen alle Sätze die gleiche Anzahl von Pixeln enthalten; diese Einschränkung ist jedoch zur Anwendung der Erfindung nicht erforderlich.
Jeder Satz von Pixeln hat einen Referenzpunkt. Die zwei Referenzpunkte für ein Paar von Sätzen liegen auf abgewandten Seiten der Stelle für ein zu erzeugendes zusätzliches Pixel 305 und sie definieren eine Linie, die durch die Stelle für das zusätzliche Pixel 305 läuft oder im Wesentlichen durch diese Stelle läuft. In der gesamten Beschreibung wird Bezug auf verschiedene Punkte, Stellen, Linien und dergleichen gemacht, die „im Wesentlichen" einem genannten Zustand entsprechen. Eine gewisse Abweichung wird zugestanden, weil zum Beispiel ein Bild Pixel aufweisen kann, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, die nicht senkrecht sind, oder der Abstand zwischen benachbarten Pixeln über das gesamte Bild variieren kann.
In dem in 1 dargestellten Beispiel hat der Satz 111 einen Referenzpunkt in der Mitte des Pixels 103, und der Satz 211 hat einen Referenzpunkt in der Mitte des Pixels 207. Diese zwei Referenzpunkte definieren eine Linie 311, die einen spitzen Winkel mit dem Referenzvektor 300 bildet. Der Referenzvektor 300 hat seinen Ursprung an der Stelle für das zusätzliche Pixel 305 und ist im Wesentlichen senkrecht zu den Zeilen von Pixeln und schneidet sie. Der spitze Winkel zwischen der Linie 311 und dem Referenzvektor 300 liegt in einem ersten Quadranten, der durch den Referenzvektor 300 und die Grundlinie 310 definiert ist. Die Grundlinie 300 ist senkrecht zum Referenzvektor 300 und läuft durch die Stelle für das zusätzliche Pixel 305. In diesem Beispiel liegt der erste Quadrant über der Grundlinie 310 und links vom Referenzvektor 300.
Der Satz 212 hat einen Referenzpunkt an der Mitte des Pixels 202, und der Satz 112 hat einen Referenzpunkt an der Mitte des Pixels 108. Diese zwei Referenzpunkte definieren eine Linie 312, die einen spitzen Winkel mit dem Referenzvektor 300 in einem zweiten Quadranten bildet, der durch den Referenzvektor 300 und die Grundlinie 310 definiert ist und auf einer Seite des Referenzvektors 300 liegt, die dem ersten Quadranten gegenüberliegt. In diesem Beispiel liegt der zweite Quadrant über der Grundlinie 310 und rechts vom Referenzvektor 300.
Schritt S20 erzeugt ein Messsignal für ein Paar von Sätzen durch Anwenden einer Funktion f auf die Pixel in diesem Paar von Sätzen, um das Varianzmaß der Pixel zwischen den zwei Sätzen zu berechnen. Jedes Messsignal vermittelt ein Varianzmaß und eine Eingabe der Richtung, entlang der die Varianz gemessen wurde. In einem Ausführungsbeispiel nimmt die Funktion f die Summe der absoluten Differenzen zwischen jeweiligen Pixeln in den zwei Sätzen eines jeweiligen Paares von Sätzen an. Zum Beispiel könnte eine Messung der Varianz zwischen den Pixeln entlang der Linie 311 aus den Pixeln in den Sätzen 111 und 211 durch Berechnen von V311 = f(p103, p207) = |p103 – p207| (1)erhalten werden, mit

V₃₁₁: = Varianzmaß entlang Linie 311,
p₁₀₃: = Helligkeit und/oder Farbniveau des Pixels 103, und
p₂₀₇: = Helligkeit und/oder Farbniveau des Pixels 207.

Ein Varianzmaß entlang der Linie 312 kann aus den Pixeln in den Sätzen 212 und 112 durch Berechnen von V312 = f(s112, s212) = |p107 – p201| + |p108 – p202| + |p109 – p203| (2a)berechnet werden, mit

s₁₁₂: = Pixelsatz 112 = {p₁₀₇, p₁₀₈, p₁₀₉} und
s₂₁₂: = Pixelsatz 212 = {p₂₀₁, p₂₀₂, p₂₀₃}

In diesem Beispiel werden Differenzen zwischen Pixeln genommen, die die gleichen Relativpositionen in ihren jeweiligen Sätzen haben. Alternativ können die Differenzen zwischen Pixeln genommen werden, die inverse oder gespiegelte Relativpositionen in ihren jeweiligen Sätzen haben. Zum Beispiel könnte ein Varianzmaß erhalten werden aus: V312 = f(s112, s212) = |p107 – p203| + |p108 – p202| + |p109 – p201| (2b)
Ein Varianzmaß zwischen Sätzen von Pixeln kann durch Berechnen von Produkten normierter Pixelwerte erzielt werden. Zum Beispiel: V312 = f(s112, s212) = (p107·p201) + (p108·p202) + (p109·p203) (2c)wobei P_m ein(e) normierte(s) Helligkeit und/oder Farbniveau des Pixels m bezeichnet.
Die Pixel können in irgendeiner herkömmlichen Weise normiert werden. Ein Weg, in dem Pixelwerte normiert werden können, ist das Subtrahieren des Mittelwerts aller Pixel in einem jeweiligen Paar von Sätzen von jedem Pixelwert, z.B. P₁₀₇ = p₁₀₇ – (p₁₀₇ + p₁₀₈ + p₁₀₉ + p₂₀₁ + p₂₀₂ + p₂₀₃)/6. Die Werte können auch entsprechend dem dynamischen Bereich von Werten in einem Paar von Sätzen skaliert werden. Der durch diese Messfunktion berechnete Wert variiert umgekehrt zum Grad der Varianz. Ein kleiner Wert gibt einen hohen Grad von Varianz an, und ein großer Wert gibt einen niedrigen Grad der Varianz an.
Viele weitere Messfunktionen sind möglich. Für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung ist keine spezielle Messfunktion f entscheidend.
Bezug nehmend wieder auf 2 analysiert der Analyseschritt S130 die in Schritt S20 erzeugten Messsignale, um zwei Richtungen niedriger Varianz um die Stelle für das zusätzliche Pixel 305 auszuwählen, um eine Richtung erster Wahl für eine Interpolation aus diesen zwei Richtungen auszuwählen und ein Mehrdeutigkeitsmaß für diese ausgewählte eine beste Richtung abzuleiten. Zum Beispiel existiert ein hohes Mehrdeutigkeitsmaß, falls die zwei Richtungen niedriger Varianz gleiche Niveaus niedriger Varianz entlang der zwei Richtungen, die gleiche spitze Winkel mit dem Referenzvektor 300 in verschiedenen Quadranten bilden, darstellen. Mehrere Mehrdeutigkeitstests werden nachfolgend in mehr Einzelheiten erläutert. In einigen Ausführungsbeispielen kann Schritt S30 auch das ausgewählte Messsignal auswerten, um ein Konfidenzmaß in der ausgewählten einen besten Richtung abzuleiten. Mehrere Tests für die Konfidenz werden ebenfalls nachfolgend erläutert.
Der Richtungsschritt S40 leitet eine Interpolationsrichtung als Reaktion auf die ausgewählte eine beste Richtung, das Mehrdeutigkeitsmaß und das Konfidenzmaß in der ausgewählten Richtung ab. Falls das Mehrdeutigkeitsmaß hoch ist oder das Konfidenzmaß niedrig ist, neigt die Interpolationsrichtung zu einer Richtung kollinear zum Referenzvektor 300. In einem Ausführungsbeispiel wird die Interpolationsrichtung aus einer gewichteten Kombination der ausgewählten Richtung und einer Richtung entlang des Referenzvektors 300 gebildet, wobei die Gewichtungen in der Kombination entsprechend den Mehrdeutigkeits- und Konfidenzmaßen variiert werden.
Der Interpolationsschritt S50 erzeugt das zusätzliche Pixel 305 durch Interpolieren der entlang oder nahe der abgeleiteten Interpolationsrichtung positionierten Pixel. In einem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Pixel, die in dem Interpolierten enthalten sind, gleich der Anzahl von Pixeln in einem jeweiligen Paar von Sätzen von Pixeln, die zum Erzeugen der Messsignale benutzt werden; jedoch kann im Wesentlichen eine beliebige Anzahl von Pixeln interpoliert werden.
Dieses Verfahren wird für jedes der zusätzlichen zu erzeugenden Pixel wiederholt.
B. Vorrichtung
3 zeigt die Hauptkomponenten eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Speicher 10 speichert Informationen, die Pixel eines Bildes darstellen, das durch ein aus dem Pfad 1 empfangenes Signal übertragen wird. Die in dem Speicher 10 gespeicherten Pixeldarstellungen können identisch zu den Darstellungen sein, die zum Erzeugen des Bildes für eine Anzeige benutzt werden, oder sie können aus einem Filtern oder anderen Arten von Vorverarbeitung resultieren, um eine Auflösungserhöhung zu vereinfachen. Die Messung 20 erzeugt Messsignale 21 durch Anwenden einer Messfunktion f auf aus dem Speicher 10 erhaltenen Pixelinformationen 11. Die Analyse 30 analysiert die Messsignale 21 wie oben erläutert, identifiziert ein erstes Messsignal 31 und ein zweites Messsignal 32, wählt eine Richtung entsprechend einem dieser zwei Messsignale aus, und erzeugt ein erstes Steuersignal 33, das ein Mehrdeutigkeitsmaß darstellt. Die Analyse 60 analysiert die ausgewählte Richtung und erzeugt ein zweites Steuersignal 61, das ein Konfidenzmaß in der ausgewählten Richtung darstellt. Die Richtung 40 leitet eine Interpolationsrichtung als Reaktion auf die ausgewählte Richtung, das erste Steuersignal 33, das zweite Steuersignal 61 und ein Signal 2, das eine Richtung im Wesentlichen kollinear zum Referenzvektor 300 darstellt, ab und erzeugt ein Interpolationsrichtungssignal 41. Als Reaktion auf das Interpolationsrichtungssignal 41 erzeugt die Interpolation 50 ein Signal 51, dass das zusätzliche Pixel 305 darstellt, durch Interpolieren von entlang oder nahe der abgeleiteten Interpolationsrichtung positionierten Pixeln.
1. Speicher
Der Speicher 10 kann in einer großen Vielzahl von Wegen realisiert sein. Zum Beispiel kann der Speicher 10 zwei Zeilenpufferschaltungen aufweisen, die üblicherweise in Vorrichtungen wie beispielsweise Fernsehzeilenverdopplern verwendet werden. Als weiteres Beispiel kann der Speicher 10 einen Direktzugriffsspeicher in einem Computersystem aufweisen, der groß genug ist, um Pixelinformationen für ein gesamtes Bild auf einmal zu halten. Obwohl die Wahl des Speicheraufbaus deutliche Wirkungen auf die Leistung und die Kosten der Vorrichtung haben kann, ist für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung keine besondere Realisierung des Konzepts entscheidend.
2. Messschaltung
Die Messung 20 erzeugt mehrere Messsignale 21, die Varianzmaße zwischen Sätzen von Pixeln darstellen. Diese Messsignale übertragen ein Varianzmaß sowie eine Angabe der Richtung, entlang der die Varianz gemessen wurde.
5 ist eine hypothetische schematische Darstellung einer Messfunktion f, die auf Darstellungen von in dem Speicher 10 gespeicherten Pixeln angewendet wird. Wie oben erläutert, wird die Messfunktion typischerweise auf Werte angewendet, die eine Helligkeit und/oder ein Farbniveau für jedes Pixel darstellen.
Ein Teil 100 des Speichers 10 speichert Darstellungen von Pixeln 101 bis 109, und ein Teil 200 des Speichers 10 speichert Darstellungen von Pixeln 201 bis 209. Wie in der Figur dargestellt, wird eine Funktion 25 angewendet, um ein Varianzmaß zwischen den im Satz 212 und im Satz 112 enthaltenen Pixel zu erzeugen, und eine Funktion 27 wird angewendet, um ein Varianzmaß zwischen den im Satz 111 und im Satz 211 enthaltenen Pixeln zu erzeugen. Eine Funktion 26 wird angewendet, um ein Varianzmaß zwischen den Pixeln 105 und 205 zu erzeugen, die Zentren haben, die entlang einer Linie liegen, die kollinear oder im Wesentlichen kollinear zum Referenzvektor 300 liegt; jedoch müssen einige Realisierungen der vorliegenden Erfindung kein Messsignal für diese Pixel erzeugen.
Falls die Messfunktion f den Absolutwert einer Differenz erhält, erzeugt die Funktion 27 ein Varianzmaß für Sätze mit einem Pixel entsprechend dem oben dargestellten Ausdruck 1. Eine Messfunktion kann auf Sätze von mehreren Pixeln in einer Vielzahl von Wegen angewendet werden. Falls die Messfunktion f die Summe von Absolutwerten von Differenzen erzielt, kann die Funktion 25 ein Varianzmaß für die Sätze 212 und 112 zum Beispiel entsprechend dem oben dargestellten Ausdruck 2a oder 2b erzeugen.
Eine weite Vielzahl von Messfunktionen kann benutzt werden. Zum Beispiel kann die Messfunktion f das Quadrat von Differenzen zwischen jeweiligen Pixeln berechnen und/oder sie kann Pixel oder Pixeldifferenzen entsprechend einer Funktion gewichten, um eine Form von Korrektur wie beispielsweise eine Gammakorrektur zu erhalten. Es wird angenommen, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die gleiche Messfunktion für alle Paare von Sätzen von Pixeln verwenden; diese Einschränkung ist jedoch zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig. Zum Beispiel kann die Messfunktion f als eine Funktion des Winkels oder der Referenzpunktverschiebung variieren, wie unten erläutert.
3. Erste Analyseschaltung
Die Analyse 30 stellt eine erste Analyseschaltung dar, die die von der Messung 20 empfangenen Messsignale 21 analysiert, eine „beste" Richtung für eine mögliche Interpolation aus den durch die Messsignale 21 dargestellten Richtungen auswählt und ein Mehrdeutigkeitsmaß für die Interpolation um die Stelle, an der ein zusätzliches Pixel erzeugt werden soll, ableitet. Mehrere Beispiele einer solchen Analyse sind unten beschrieben und können im Wesentlichen in beliebiger Kombination verwendet werden. Weitere Analyseformen können anstelle oder zusätzlich zu den nachfolgend beschriebenen verwendet werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
4 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, das Teile einer ersten Analyseschaltung enthält. In diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Analyseschaltung eine erste/beste Wahl 35, einen Mehrdeutigkeitstest 36 und einen Schalter 37 auf.
a. Erste-Wahl-Auswahl
Der Pfad 31 empfängt ein erstes Messsignal, das ein Minimum der Messfunktion f darstellt, das einem Paar von Sätzen mit Referenzpunkten entspricht, die eine Linie definieren, die einen spitzen Winkel mit dem Referenzvektor 300 im ersten Quadranten bilden. Zur leichteren Erläuterung wird ein solcher Zustand einfach als ein Minimum im ersten Quadranten bezeichnet. Vorzugsweise wird, falls mehr als ein Messsignal ein Minimum in ersten Quadranten darstellt, das Messsignal, das ein Minimum mit dem kleinsten spitzen Winkel im ersten Quadranten darstellt, als das erste Messsignal ausgewählt. Analog empfängt der Pfad 32 ein zweites Messsignal, das ein Minimum im zweiten Quadranten darstellt. Vorzugsweise wird, falls mehr als ein Messsignal ein Minimum im zweiten Quadranten darstellt, das Messsignal, das ein Minimum mit dem kleinsten spitzen Winkel im zweiten Quadranten darstellt, als das zweite Messsignal ausgewählt.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Messfunktion f angewendet, um ein Messsignal für ein Paar von Sätzen von Pixeln zu erzeugen, die Referenzpunkte entlang einer Linie haben, die kollinear oder im Wesentlichen kollinear zum Referenzvektor 300 liegt. Falls dieses Messsignal ein Minimum darstellt, kann es als das erste Messsignal und das zweite Messsignal ausgewählt werden.
Die beste Wahl 35 analysiert das erste und das zweite Messsignal und erzeugt ein Signal entlang dem Pfad 38, das den Schalter 37 zum Auswählen des Messsignals, das die bessere Wahl der Interpolationsrichtung darstellt, steuert. Falls zum Beispiel das erste Messsignal gewählt wird, wird eine Interpolation entlang einer Linie, die einen spitzen Winkel im ersten Quadranten bildet, als besser als eine Interpolation entlang einer Linie, die einen spitzen Winkel im zweiten Quadranten bildet, angenommen.
In einem Ausführungsbeispiel leitete die beste Wahl 35 eine Metrik für die ersten und zweiten Messsignale ab und wählt das Messsignal mit der kleineren Metrik aus. Die Metrik ist für Messsignale, die Minima darstellen, die kleineren Veränderungen der Pixel entlang kleinerer Winkel zum Referenzvektor 300 bildenden Linien entsprechen, kleiner. Mit anderen Worten wählt die beste Wahl 35 Messsignale, die entweder tiefe Minima oder kleine Winkel darstellen, vorzugsweise beide. Diese Präferenz kann folgendermaßen realisiert werden: Xi = |Δi|·minfi (3)mit

X_i: = Metrik für das Messsignal in Quadrant i,
Δ_i: = Verschiebung des entsprechenden Satzreferenzpunkts relativ zum Referenzvektor 300, und
minf_i: = Minimum der Messfunktion f in Quadrant i.

In diesem Ausführungsbeispiel sind Pixel in jeder Zeile voneinander durch im Wesentlichen einen konstanten Abstand d getrennt, und die Verschiebung wird in Einheiten dieses Abstandes ausgedrückt. Bezug nehmend auf 1 ist zum Beispiel die Verschiebung Δ_i für das Messsignal entsprechend den Sätzen 111 und 211 gleich der Verschiebung zwischen dem Pixel 103 und dem Referenzvektor 300, oder –2d. Die Verschiebung Δ_i für das Messsignal entsprechend den Sätzen 212 und 112 ist gleich der Verschiebung zwischen dem Pixel 108 und dem Referenzvektor 300, oder +3d. Falls wir annehmen, dass diese zwei Messsignale Minima der Messfunktion f darstellen, die zum Beispiel beide gleich 50 sind, würde die Metrik für das erste Messsignal X_i = |–2d|·50 = 100d sein, und die Metrik für das zweite Messsignal würde X₂ = |3d|·50 = 150d sein. Zur Vereinfachung kann der Faktor d aus der Metrik weggelassen werden. In diesem Beispiel würde die beste Wahl 35 ein Signal erzeugen, das den Schalter 37 das erste Messsignal auswählen lässt, das entlang Pfad 44 läuft.
Die Kurve 400 in dem Diagramm von 6a stellt eine hypothetische Messfunktion f dar, die als Funktion einer Verschiebung Δ aufgetragen ist. In dieser und weiteren Figuren wird die Messfunktion f zur einfacheren Darstellung als kontinuierliche Funktion der Verschiebung Δ dargestellt; wegen der Natur von Pixelbildern wird jedoch angenommen, dass die Funktion f diskret ist. Der Punkt 405 stellt ein Minimum im ersten Quadranten dar, und der Punkt 415 stellt ein Minimum im zweiten Quadranten dar. Der Punkt 410 stellt den Wert der Funktion f für ein Paar von Sätzen mit Referenzpunkten dar, die kollinear oder im Wesentlichen kollinear zum Referenzvektor 300 sind. Die Minima an den Punkten 405 und 415 haben gleiche Amplituden f_m und treten bei „gleichen Verschiebungen" auf, d.h. die Absolutwerte der zwei Verschiebungen sind gleich. In diesem Beispiel ist die Metrik X₁ für das Minimum bei Punkt 405 gleich der Metrik X₂ für das Minimum bei Punkt 415; deshalb kann die beste Wahl 35 jedes Minimum als Darstellung der bevorzugten Richtung auswählen. Die Gleichheit der Metriken reduziert nicht die Attraktivität jedes Minimums, sondern gibt einen hohen Grad an Mehrdeutigkeit an, der in einer unten erläuterten Weise behandelt wird.
b. Mehrdeutigkeitstests
Der Mehrdeutigkeitstest 36 analysiert die ersten und zweiten Messsignale und erzeugt ein erstes Steuersignal entlang Pfad 33, das einen variablen Teiler 35 steuert, erzeugt ein Signal auf Pfad 46, das eine Richtung darstellt, die eine gewichtete Kombination der durch das auf Pfad 44 dargestellte Messsignal und ein von Pfad 2 empfangenes Signal dargestellten Richtungen ist. Das von Pfad 2 empfangene Signal stellt eine Richtung kollinear oder im Wesentlichen kollinear zum Referenzvektor 300 dar. Die gewichtete Kombination wird als Reaktion auf das erste Steuersignal 33 gebildet. Falls das erste Steuersignal 33 ein hohes Mehrdeutigkeitsniveau darstellt, erzeugt der Teiler 45 ein Signal auf Pfad 46, das eine Richtung darstellt, die im Wesentlichen gleich der durch das von Pfad 2 empfangene Signal dargestellten Richtung ist. Falls das erste Steuersignal 33 ein sehr niedriges Mehrdeutigkeitsniveau darstellt, erzeugt der Teiler 45 ein Signal auf Pfad 46, das eine Richtung darstellt, die im Wesentlichen gleich der durch das auf Pfad 44 vorhandene Messsignal dargestellten Richtung ist.
In einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Mehrdeutigkeitstest 36 ein erstes Steuersignal 33 als Reaktion auf den Absolutwert der Differenz zwischen den zwei oben erläuterten Metriken, oder α = |X1 – X2| (4a)
Mit anderen Worten existiert, falls die ersten und zweiten Messsignale gleiche Metriken haben, d.h. sie gleich gute Richtungen der Interpolation darstellen, ein sehr hoher Grad an Mehrdeutigkeit. Ein Beispiel dieser Situation ist in 6a veranschaulicht.
Ein Beispiel, bei dem die Mehrdeutigkeit sehr niedrig ist, ist in 6b dargestellt. Dieses Beispiel wird in Zusammenhang mit den Konfidenztests weiter unten erläutert.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Funktion der besten Wahl 35 mit der Funktion des Mehrdeutigkeitstests 36 kombiniert werden, indem die Konstruktion des Teilers 45 modifiziert wird und der Mehrdeutigkeitstest 36 ein erstes Steuersignal 33 als Reaktion auf die Differenz α = (X1 – X2) (4b)erzeugt. Der Teiler 45 ist modifiziert, um zwischen den Signalpfaden 31 und 32 zu koppeln und einen mit dem Signalpfad 2 gekoppelten Mittelabgriff zu haben. Der Abstreifer bewegt sich entlang des Teilers als Reaktion auf ein Steuersignal, sodass er sich für negative Steuersignale zu dem mit dem Pfad 31 gekoppelten Ende bewegt, sich für positive Signale zu dem mit dem Pfad 32 gekoppelten anderen Ende bewegt, und sich zum Mittelabgriff bewegt, wenn sich das Steuersignal zu Null bewegt. Die beste Wahl 35 kann in diesem Ausführungsbeispiel weggelassen werden, weil die Polarität des Steuersignals, wie sie durch die Differenz in Ausdruck 4b bestimmt ist, angibt, ob das erste Messsignal oder das zweite Messsignal die bevorzugte Richtung darstellt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Minima der Messfunktion f von der Überlegung ausgenommen, falls sie einen Amplitudenschwellenwert überschreiten. Bevorzugt ist der Amplitudenschwellenwert für kleine Winkel oder alternativ für kleine Absolutwerte der Verschiebung hoch und ist für große Winkel oder Verschiebungen klein.
Ein weiterer Test zur Mehrdeutigkeit weist den Absolutwert der Differenz zwischen zwei Produkten wie folgt auf: α = |(minf1·|Δ1|) – (minf2·|Δ2|)| (5)
Vorzugsweise wird das erste Steuersignal 33 als Reaktion auf ein Mehrdeutigkeitsmaß α relativ zu zwei Schwellenwerten T_A und T_U erzeugt. Für Werte vonα, die unter dem Schwellenwert T_A liegen, wird das erste Steuersignal 33 erzeugt, um eine vollständige Mehrdeutigkeit anzugeben. Für Werte von α, die über dem Schwellenwert T_U liegen, wird das erste Steuersignal erzeugt, um ein vollständiges Fehlen von Mehrdeutigkeit darzustellen. Für Werte von α, die zwischen den zwei Schwellenwerten liegen, wird das erste Steuersignal 33 erzeugt, um ein entsprechendes Mehrdeutigkeitsmaß anzuzeigen.
Ein noch weiterer Mehrdeutigkeitstest weist das Testen von zwei kleinen Winkeln auf, indem bestimmt wir, ob ||Δ1| + |Δ2|| < Td (6)Falls die Summe kleiner als der Schwellenwert T_d ist, sind die zwei Minima ausreichend nahe zum Referenzvektor 300, um eine Mehrdeutigkeit festzustellen.
4. Zweite Analyseschaltung
Die Analyse 60 stellt eine zweite Analyseschaltung dar, die Messsignale analysiert, um ein Konfidenzmaß in der durch die Analyse 30 ausgewählten Richtung abzuleiten. Mehrere Beispiele einer solchen Analyse werden nun beschrieben und können im Wesentlichen in beliebiger Kombination benutzt werden. Weitere Analyseformen können anstelle oder zusätzlich zu den nachfolgend beschriebenen verwendet werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
4 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, das Teile einer zweiten Analyseschaltung enthält. In diesem Ausführungsbeispiel weist die zweite Analyseschaltung einen Konfidenztest 62 auf.
Der Konfidenztest 62 empfängt ein ausgewähltes Messsignal von dem Schalter 37 über den Pfad 44 und empfängt eines oder mehrere Messsignale von dem Pfad 21. Als Reaktion auf diese Signale erzeugt der Konfidenztest 62 ein zweites Steuersignal 61, das ein Konfidenzmaß in der von dem Pfad 44 empfangenen ausgewählten Richtung darstellt. Das zweite Steuersignal 61 steuert den variablen Teiler 47, um eine gewichtete Kombination der Richtungen, die durch das auf dem Pfad 46 vorhandene Signal und das von dem Pfad 2 empfangene Signal dargestellt werden, wie oben beschrieben zu bilden. Falls das zweite Steuersignal 61 ein niedriges Niveau an Konfidenz dargestellt, erzeugt der Teiler 47 ein zweites Steuersignal 61, das eine Richtung darstellt, die im Wesentlichen gleich der durch das von Pfad 2 empfangenen Signal dargestellten Richtung ist. Falls das zweite Steuersignal 61 ein sehr hohes Konfidenzniveau darstellt, erzeugt der Teiler 47 ein zweites Steuersignal 61, das eine Richtung darstellt, die im Wesentlichen gleich der durch das auf dem Pfad 46 vorhandene Messsignal dargestellten Richtung ist.
a. Konfidenztest der „Richtung gleicher Steigung"
Gemäß einem Konfidenzniveautest analysiert der Konfidenztest 62 die Amplitude der Messfunktion f als eine Funktion der Verschiebung Δ, um Änderungsmaße der Amplitude bei zwei verschiedenen Verschiebungen abzuleiten; ein Änderungsmaß ∂Δ_S wird an der Verschiebung Δ_S = S für das ausgewählte Messsignal abgeleitet, und ein zweites Änderungsmaß ∂_O wird bei der Verschiebung Δ_O = O für das Messsignal entsprechend dem Paar von Sätzen mit Referenzpunkten, die eine Linie definieren, die kollinear oder im Wesentlichen kollinear zum Referenzvektor 300 ist, abgeleitet. Die Änderungsmaße sind analog einer Steigung oder einer ersten Ableitung der Messfunktion und können aus der Differenz zwischen Werten der Messfunktion an benachbarten Verschiebungen berechnet werden, oder ∂S = f[S-1] – fS (7)Mit

f_S: = Wert der Messfunktion bei Verschiebung Δ_S = S, und
f_[S-1]: = Wert der Messfunktion bei Verschiebung [S – 1].

Der Ausdruck [S – 1] stellt die Verschiebung dar, die relativ zur Verschiebung S eine Einheit näher am Referenzvektor 300 ist. Dies kann als [S – 1] = sgn(S)·(|S| – 1) ausgedrückt werden, wobei sgn(S) eine Amplitude gleich 1 und das gleiche Vorzeichen wie S hat. Analog ist das Änderungsmaß bei der Verschiebung Δ_O ∂_O = f₀ – f_–1. Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können Änderungsmaße für im Wesentlichen eine beliebige zweckmäßige Verschiebung ableiten.
Ein Beispiel dieser Änderungsmaße ist in 6b dargestellt. Die Kurve 400 stellt eine hypothetische Messfunktion f dar, aufgetragen als Funktion der Verschiebung Δ. Ein Punkt 404 stellt ein Minimum f_S im ersten Quadranten dar, und ein Punkt 405 stellt die Amplitude der Messfunktion f_[S-1] für eine benachbarte Verschiebung dar. Das für die Verschiebung Δ_S abgeleitete Änderungsmaß wird durch den Abstand ∂_S dargestellt. Ein Punkt 410 stellt den Wert der Funktion f₀ für ein Paar von Sätzen mit Referenzpunkten, die kollinear oder im Wesentlichen kollinear zum Referenzvektor 300 sind, dar. Ein Punkt 409 stellt die Amplitude der Messfunktion f_–1 für eine benachbarte Verschiebung dar. Das für die Verschiebung Δ_O abgeleitete Änderungsmaß wird durch den Abstand ∂_O dargestellt.
Ein Konfidenzmaß β wird aus einer Differenz zwischen den zwei Änderungsmaßen abgeleitet, oder β = |∂S – ∂O| (8)wobei das Konfidenzniveau umgekehrt zum Maß β variiert.
In dem in 6b dargestellten Beispiel ist die Steigung oder das Änderungsmaß ∂_S am Punkt 404 nicht in der gleichen Richtung wie die Steigung oder das Änderungsmaß ∂_O am Punkt 410. Das aus der Differenz dieser zwei Änderungsmaße berechnete Maß β ist groß; deshalb ist das Konfidenzniveau gering. Anders ausgedrückt ist das Konfidenzniveau in der potentiellen Interpolationsrichtung entsprechend dem Minimum bei Punkt 404 niedrig, weil ein Maximum der Funktion f zwischen den Punkten 404 und 410 existiert; d.h. falls die grafische Darstellung der Messfunktion f als Darstellung eines Querschnitts eines Gebiets vergegenwärtigt wird, dann kann man sagen, dass die zwei Punkte nicht „auf der gleichen Seite des Hügels" liegen.
b. Konfidenztest „Fernübergang"
Gemäß einem weiteren Konfidenzniveautest vergleicht der Konfidenztest 62 ein Änderungsmaß ∂_S in der Funktion f bei einem Minimum mit einem Schwellenwert T_t(Δ). Das Änderungsmaß kann im Wesentlichen in der gleichen Weise wie oben beschrieben abgeleitet werden. Der Schwellenwert T_t(Δ) wird für größere Werte der absoluten Verschiebung |Δ| kleiner und ist entsprechend dem doppelten Scheitelwert oder dem dynamischen Bereich der Messfunktion über den Bereich der Messung normiert. Dieser Konfidenztest prüft das Vorhandensein schneller Veränderungen in der Messfunktion f bei großen Verschiebungen.
Das Konfidenzniveau in einer potentiellen Interpolationsrichtung ist sehr hoch für Änderungsmaße, die den Schwellenwert nicht überschreiten. Das Konfidenzniveau ist auf das Maß reduziert, um das das Änderungsmaß ∂_S den Schwellenwert überschreitet. Dieses Konfidenzmaß β kann ausgedrückt werden als: β = ∂S – Tt(Δ) (9a)für ∂_S > T_t(Δ), und β = 0 (9b)sonst wobei das Konfidenzniveau umgekehrt zum Maß β variiert.
In dem in 6c dargestellten Beispiel ist die Steigung oder das Änderungsmaß ∂_S bei Punkt 419 in der gleichen Richtung wie die Steigung oder das Änderungsmaß ∂_O bei Punkt 410. Gemäß dem oben beschriebenen ersten Konfidenztest der „Richtung gleicher Steigung" liegen die Punkte 410 und 419 sozusagen auf der gleichen Seite des Hügels; deshalb kann der erste Konfidenztest in dieser Situation ein hohes Konfidenzniveau anzeigen. Gemäß diesem zweiten Konfidenztest der „Fern übertragung" würde jedoch für den Punkt 419 ein hoher Wert von β erzeugt werden, was ein niedriges Konfidenzniveau anzeigt. Dieser zweite Test erfasst Situationen, bei denen ein Minimum wahrscheinlich aus Rauschen oder einem Übergang in einem Bild, das keine gültige diagonale Richtung für die Interpolation darstellt, resultiert.
5. Richtungsschaltung
Die Richtung 40 stellt eine Richtungsschaltung dar, die ein Interpolationsrichtungssignal 41 entsprechend den gewichteten Kombinationen verschiedener Richtungssignale erzeugt. Im Allgemeinen erzeugt die Richtung 40 in Situationen, in denen das erste Steuersignal 33 hohe Mehrdeutigkeitsniveaus anzeigt und/oder das zweite Steuersignal 61 niedrige Konfidenzniveaus in einer ausgewählten Richtung anzeigt, ein Interpolationsrichtungssignal, das eine Richtung gleich oder im Wesentlichen gleich der durch das Signal 2 dargestellten Richtung darstellt. Das Signal 2 stellt eine Richtung dar, die kollinear oder im Wesentlichen kollinear zu einem Referenzvektor 300 ist.
4 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, das eine Richtungsschaltung in der Richtung 40 enthält. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Richtungsschaltung einen Teiler 45 und einen Teiler 47 auf. Die Teiler stellen einen Weg dar, in dem gewichtete Kombinationen von Signalen gebildet werden können, und sind für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend.
Der Teiler 45 erzeugt ein Signal 46, das eine Richtung darstellt, die eine gewichtete Kombination von durch das Signal 44 und das Signal 2 dargestellten Richtungen ist. Die gewichtete Kombination wird entsprechend dem ersten Steuersignal 33 gebildet. Diese kann ausgedrückt werden als: D46 = C33·D44 + (1 – C33)·D2 (10a)mit

D46: = die durch das Signal 46 dargestellte Richtung,
D44: = die durch das ausgewählte Messsignal 44 dargestellte Richtung,
D2: = die durch das Signal 2 dargestellte Richtung, und
C33: = ein durch das erste Steuersignal S33 übertragener Faktor, der zwischen Null und 1 variiert.

In diesem Beispiel stellt der durch das erste Steuersignal 33 übertragene Faktor, wenn er gleich 1 ist, eine totale Mehrdeutigkeit dar, und wenn er gleich Null ist, stellt er ein totales Fehlen von Mehrdeutigkeit dar.
Analog erzeugt der Teiler 47 ein Signal 41, das eine Richtung darstellt, die eine gewichtete Kombination von Richtungen ist, die durch das Signal 46 und das Signal 2 entsprechend dem zweiten Steuersignal 61 dargestellt werden, oder: D41 = C61·D46 + (1 – C61)·D2 (10b)mit

D41: = die durch das Signal 41 dargestellte Richtung, und
C61: = ein durch das Signal S61 übertragener Faktor, der zwischen Null und 1 variiert.

In diesem Beispiel stellt der durch das Signal 61 übertragene Faktor, wenn er gleich 1 ist, eine vollständige Konfidenz in der durch das Signal 46 dargestellten Richtung dar, und wenn er gleich Null ist, stellt er ein vollständiges Fehlen von Konfidenz in dieser Richtung dar.
Der Teiler 45 und der Teiler 47 können durch einen einzelnen Teiler ersetzt werden, der auf das erste Steuersignal S33 und das zweite Steuersignal S61 wie folgt reagiert: D41 = C61·[C33·D44 + (1 – C33)·D2] + (1 – C61)·D2,was auch geschrieben werden kann als: D41 = (C61·C33)·D44 + [1 – (C61·C33)]·D2 (10c)
Bezug nehmend auf 3 lässt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Analyse 60 weg; deshalb erzeugt die Richtung 40 ein Interpolationsrichtungssignal 41 ohne Bezug auf das zweite Steuersignal 61. Bezug nehmend auf das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel sind zum Beispiel der Konfidenztest 62 und der Teiler 47 weggelassen und das Interpolationsrichtungssignal 41 wird direkt aus dem Signal 46 erzeugt.
Weitere Formen von gewichteten Kombinationen können verwendet werden. Zum Beispiel kann eine durch ein Messsignal dargestellte Richtung mit einem Faktor gewichtet werden, der als ein Kosinus des Winkels zwischen der Richtung und dem Referenzvektor 300 variiert. Obwohl die spezielle Form der Gewichtung deutliche Auswirkungen auf die Leistung der Vorrichtung haben kann, ist zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung keine spezielle Form für das Konzept entscheidend.
6. Interpolationsschaltung
Die Interpolation 50 erzeugt eine Darstellung für das zusätzliche Pixel 305 durch interpolierende Darstellungen von Nachbarpixeln, die entlang einer durch das Interpolationsrichtungssignal 41 dargestellten Richtung liegen. Es wird angenommen, dass eine lineare Interpolation verwendet wird, aber die vorliegende Erfindung kann auch mit anderen Interpolationsformen umgesetzt werden. Zum Beispiel kann eine nichtlineare Interpolation verwendet werden, um Nicht-Linearitäten in einer Anzeigevorrichtung zu berücksichtigen. Die Interpolation kann zwischen Paaren von einzelnen Pixeln oder zwischen Paaren von Sätzen mehrer Pixel erfolgen. Weiter können, falls die Interpolation zwischen Sätzen von mehreren Pixeln erfolgt, die Pixel in jedem Satz unterschiedlich gewichtet werden.
C. Alternativen
Die verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die hier offenbart sind, können in verschiedenen Kombinationen umgesetzt werden, wie aus den angehängten Ansprüchen offensichtlich.

Claims

Verfahren zum Erhöhen der Auflösung eines Bildes mit einer zweidimensionalen Anordnung von in Zeilen angeordneten Pixeln durch Erzeugen mehrerer zusätzlicher Pixel, wobei das Verfahren für ein an einer Stelle in dem Bild erzeugtes jeweiliges zusätzliches Pixel aufweist: Erzeugen (S20) mehrerer Messsignale, wobei jedes Messsignal eine Varianzmessung zwischen Sätzen von einem oder mehreren Pixeln in einem jeweiligen Paar von Sätzen durch Anwenden einer Funktion auf das jeweilige Paar von Sätzen darstellt, wobei jeder der Sätze einen Referenzpunkt hat und die zwei Referenzpunkte für ein Paar von Sätzen auf abgewandten Seiten der Stelle liegen und eine durch die Stelle laufende Linie definieren, die einen Winkel mit einem Referenzvektor bildet, wobei der Referenzvektor von der Stelle ausgeht und senkrecht zu den Zeilen ist und die Zeilen schneidet, Identifizieren (S30) eines ersten Messsignals, das ein erstes Minimum der Funktion darstellt und einem ersten Paar von Sätzen entspricht, die Referenzpunkte haben, die eine erste Linie definieren, die einen ersten spitzen Winkel mit dem Referenzvektor in einem ersten Quadranten bildet, und Identifizieren eines zweiten Messsignals, das ein zweites Minimum der Funktion darstellt und einem zweiten Paar von Sätzen entspricht, die Referenzpunkte haben, die eine zweite Linie definieren, die einen zweiten spitzen Winkel mit dem Referenzvektor in einem zweiten Quadranten bildet, wobei der erste Quadrant auf einer ersten Seite des Referenzvektors liegt und durch den Referenzvektor und eine durch die jeweilige Stelle laufende Basislinie, die senkrecht zu dem Referenzvektor ist, definiert ist, und der zweite Quadrant auf einer zweiten Seite des Referenzvektors abgewandt der ersten Seite liegt und durch den Referenzvektor und die Basislinie definiert ist, Auswählen einer einzelnen Richtung erster Wahl aus den Richtungen der ersten Linie und der zweiten Linie, und Analysieren des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals und als Reaktion darauf Erzeugen eines ersten Steuersignals, das ein Mehrdeutigkeitsmaß für eine Interpolation über die Stelle in dem Bild angibt, Erzeugen (S40) eines Richtungssteuersignals als Reaktion auf eine gewichtete Kombination von Richtungen entsprechend dem Referenzvektor und der einzelnen Richtung erster Wahl, wobei die gewichtete Kombination als Reaktion auf das erste Steuersignal gebildet wird, und Erzeugen (S50) des zusätzlichen Pixels an der Stelle durch Interpolieren von Pixeln in einem Paar von Sätzen auf einer Seite der Stelle mit Referenzpunkten entlang einer Interpolationsrichtung gemäß dem Richtungssteuersignal.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem jeder der Sätze von Pixeln aus einem Pixel besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem jeder der Sätze von Pixeln Pixel in mehreren Zeilen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem jeder der Sätze von Pixeln mehrere Pixel aufweist und einen mittleren Pixel an einem jeweiligen Referenzpunkt hat, und bei welchem die Helligkeitswerte den mittleren Pixeln jeweiliger Sätze entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die ersten und zweiten Messsignale Minima der Funktion darstellen, die auch geringer als ein Schwellwert sind, der mit einem größer werdenden Abstand zwischen Referenzpunkten jedes Satzes in einem jeweiligen Paar von Sätzen von Pixeln kleiner wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die ersten und zweiten Messsignale Minima der Funktion entsprechend Paaren von Sätzen mit Referenzpunkten darstellen, die Linien definieren, die den kleinsten spitzen Winkel mit dem Referenzvektor in dem ersten Quadranten und dem zweiten Quadranten bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Funktion eine Summe von absoluten Abständen zwischen jeweiligen Pixeln in jedem Satz eines jeweiligen Paares von Sätzen von Pixeln ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Funktion eine Summe von Produkten von jeweiligen normierten Pixelwerten in jedem Satz eines jeweiligen Paares von Sätzen von Pixeln ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die zweidimensionale Anordnung von Pixeln auch in Spalten angeordnet ist und die mehreren zusätzlichen Pixel eine zusätzliche Zeile von Pixeln in dem Bild so bilden, dass die zusätzlichen Pixel auch in den Spalten angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das erste Steuersignal so erzeugt wird, dass die Interpolationsrichtung kollinear mit dem Referenzvektor ist, falls der Absolutwert einer Differenz zwischen dem ersten Minimum und dem zweiten Minimum kleiner als ein Amplitudenschwellwert ist und der Absolutwert einer Differenz zwischen dem ersten spitzen Winkel und dem zweiten spitzen Winkel kleiner als ein Winkelschwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Amplitudenschwellwert variabel ist und für kleine Werte der ersten und zweiten spitzen Winkel größer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein drittes Messsignal durch Anwenden der Funktion auf ein Paar von Sätzen von Pixeln mit Referenzpunkten entlang einer Linie kollinear zu der Referenzrichtung erzeugt wird, wobei das Verfahren ferner aufweist: Berechnen eines ersten Änderungsmaßes zwischen dem ersten Messsignal und einem weiteren der Messsignale, und Berechnen eines dritten Änderungsmaßes zwischen dem dritten Messsignal und einem weiteren der Messsignale, und Erzeugen eines zweiten Steuersignals, das ein Konfidenzmaß in einer Interpolationsrichtung entsprechend dem ersten Minimum angibt, wobei das Konfidenzmaß umgekehrt zu dem Absolutwert einer Differenz zwischen dem ersten Änderungsmaß und dem dritten Änderungsmaß variiert, wobei die gewichtete Kombination als Reaktion auf das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal gebildet wird.
Vorrichtung zum Erhöhen der Auflösung eines Bildes mit einer zweidimensionalen Anordnung von in Zeilen angeordneten Pixeln durch Erzeugen mehrerer zusätzlicher Pixel, wobei ein jeweiliger zusätzlicher Pixel an einer Stelle in dem Bild erzeugt wird, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Eingangsanschluss, der ein Eingangssignal empfängt, das Pixel in dem Bild darstellt, mit dem Eingangsanschluss verbundene Speicherschaltungen (10), um so Darstellungen von Pixeln in mehreren Zeilen des Bildes zu speichern, eine mit den Speicherschaltungen (10) verbundene Messschaltung (20), um so mehrere Messsignale zu erzeugen, wobei jedes Messsignal einer jeweiligen Verschiebung bezüglich eines Referenzvektors entspricht und ein Varianzmaß zwischen Sätzen eines oder mehrerer Pixel in einem jeweiligen Paar von Sätzen darstellt, durch Anwenden einer Funktion auf das jeweilige Paar von Sätzen, wobei jedes der Sätze einen Referenzpunkt hat und die zwei Referenzpunkte für ein Paar von Sätzen auf abgewandten Seiten der Stelle liegen und eine durch die Stelle laufende Linie definieren, die einen Winkel mit dem Referenzvektor bildet, wobei der Referenzvektor von der Stelle ausgeht und senkrecht zu den Zeilen ist und die Zeilen schneidet, eine erste Analyseschaltung (30), die mit der Messschaltung (20) verbunden ist, um so aus den mehreren Messsignalen ein erstes Messsignal, das ein erstes Minimum der Funktion darstellt und einem ersten Paar von Sätzen mit Referenzpunkten entspricht, die eine erste Linie definieren, die einen ersten spitzen Winkel mit dem Referenzvektor in einem ersten Quadranten bildet, und ein zweites Messsignal, das ein zweites Minimum der Funktion darstellt und einem zweiten Paar von Sätzen mit Referenzpunkten entspricht, die eine zweite Linie definieren, die einen zweiten spitzen Winkel mit dem Referenzvektor in einem zweiten Quadranten bildet, auszuwählen, wobei der erste Quadrant auf einer ersten Seite des Referenzvektors liegt und durch den Referenzvektor und eine Basislinie, die durch die jeweilige Stelle läuft und senkrecht zu dem Referenzvektor ist, definiert ist und der zweite Quadrant auf einer zweiten Seite des Referenzvektors abgewandt zur ersten Seite liegt und durch den Referenzvektor und die Basislinie definiert ist, wobei die erste Analyseschaltung ausgebildet ist, um aus den ersten und zweiten Messsignalen eine einzelne Richtung erster Wahl auszuwählen und um das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu analysieren und um als Reaktion darauf ein erstes Steuersignal zu erzeugen, das ein Mehrdeutigkeitsmaß für eine Interpolation über die Stelle in dem Bild angibt, eine Richtungsschaltung, die mit der ersten Analyseschaltung (30) verbunden ist, um so ein Richtungssteuersignal, das eine gewichtete Kombination eines die Richtung des Referenzvektors darstellenden Signals darstellt, und ein Auswahlrichtungssignal, das die jeweilige Verschiebung entsprechend dem einzelnen Richtungssignal erster Wahl darstellt, zu erzeugen, wobei die gewichtete Kombination gemäß dem ersten Steuersignal gebildet wird, und eine Interpolationsschaltung (50), die mit den Speicherschaltungen (10) und der Richtungsschaltung (40) verbunden ist, um so einen Wert für den jeweiligen zusätzlichen Pixel durch Interpolieren von Darstellungen von in den Speicherschaltungen (10) gespeicherten Pixeln entlang einer als Reaktion auf das Richtungssteuersignal bestimmten Interpolationsrichtung zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher jeder der Sätze von Pixeln aus einem Pixel besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher jeder der Sätze von Pixeln Pixel in mehreren Zeilen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Messschaltung (20) die Messsignale als Reaktion auf Summen von absoluten Abständen zwischen jeweiligen Pixeln in jedem Satz eines jeweiligen Paares von Sätzen von Pixeln erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Messschaltung (20) die Messsignale als Reaktion auf Summen von Produkten jeweiliger normierter Pixelwerte in jedem Satz eines jeweiligen Paares von Sätzen von Pixeln erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die erste Analyseschaltung (30) eine mit der Messschaltung (20) verbundene Auswahlschaltung und eine mit der Messschaltung (20) verbundene Berechnungsschaltung aufweist, wobei die Auswahlschaltung das ausgewählte Messsignal aus den mehreren Messsignalen entsprechend einer Amplitude und entsprechend einer Verschiebung der Messsignale auswählt und die Berechnungsschaltung das erste Steuersignal entsprechend einer Amplitude und entsprechend einer Verschiebung der Messsignale erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die erste Analyseschaltung (30) das ausgewählte Messsignal entsprechend der kleinsten jeweiligen Verschiebung für alle Messsignale, die ein minimales Varianzmaß darstellt, auswählt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Richtungsschaltung (40) eine Teilungsschaltung aufweist, die mit dem die Richtung des Referenzvektors darstellenden Signal und mit dem ausgewählten Richtungssignal verbunden ist, wobei die Teilungsschaltung eine Teilung vorsieht, die als Reaktion auf das erste Steuersignal angepasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner eine zweite Analyseschaltung (60), die mit der Messschaltung und der ersten Analyseschaltung (30) verbunden ist, aufweist, um so ein zweites Steuersignal zu erzeugen, das ein Konfidenzmaß in einer Interpolationsrichtung in dem Bild über die Stelle entsprechend dem ausgewählten Richtungssignal angibt, wobei die Richtungsschaltung (40) ebenfalls mit der zweiten Analysenschaltung (60) verbunden ist, sodass die gewichtete Kombination auch entsprechend dem zweiten Steuersignal variiert.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei welcher die Richtungsschaltung (40) eine erste Teilungsschaltung, die mit dem die Richtung des Referenzvektors darstellenden Signal und dem ausgewählten Richtungssignal verbunden ist und einen Ausgang besitzt, und eine zweite Teilungsschaltung, die mit einem die Richtung des Referenzvektors darstellenden Signal und mit dem Ausgang der ersten Teilungsschaltung verbunden ist, aufweist, wobei die erste Teilungsschaltung eine Teilung vorsieht, die als Reaktion auf das erste Steuersignal angepasst wird, und die zweite Teilungsschaltung eine Teilung vorsieht, die als Reaktion auf das zweite Steuersignal angepasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner eine zweite Analyseschaltung (60) aufweist, die mit der Messschaltung und mit der ersten Analyseschaltung (30) verbunden ist, um so aus den mehreren Messsignalen ein zweites ausgewähltes Messsignal auszuwählen, das ein zweites minimales Varianzmaß darstellt, sodass das erste Steuersignal auf beide minimalen Varianzmaße reagiert.
Vorrichtung nach Anspruch 23, bei welcher die erste Linie, die einen ersten spitzen Winkel bezüglich einer Referenzrichtung in einem ersten Quadranten bildet, zu einem der minimalen Varianzmaße gehört und die zweite Linie, die einen zweiten spitzen Winkel bezüglich einer Referenzrichtung in einem zweiten Quadranten bildet, zu dem anderen der minimalen Varianzmaße gehört.
Vorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher die Linien die kleinsten spitzen Winkel bezüglich der Referenzrichtung in dem ersten und dem zweiten Quadranten bilden.