JP2006041619A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 より正確に画像の動き判定を行い、良好な補間信号を生成する。
【解決手段】 補間画素の周囲のエッジの方向を検出するエッジ検出手段と、前記入力された画像信号より前記エッジ検出手段の検出結果に基づいて選択された画素を用いて、補間画素の上下のラインを含む第1のフィールド及びその直前の第2のフィールドの画像信号を差分を検出するフィールド間差分検出手段と、前記第1のフィールドにおける隣接ライン間の差分と前記第2のフィールドにおける隣接ライン間の差分のうちの一方を選択して出力する垂直差分検出手段と、前記フィールド間差分検出手段の出力と前記垂直差分検出手段の出力とを用いて入力画像信号における連続した二つのフィールド間の動きを検出する動き検出手段と、前記動き検出手段の出力に基づいて補間信号を生成する補間信号生成手段とを備える。
【選択図】 図2
【解決手段】 補間画素の周囲のエッジの方向を検出するエッジ検出手段と、前記入力された画像信号より前記エッジ検出手段の検出結果に基づいて選択された画素を用いて、補間画素の上下のラインを含む第1のフィールド及びその直前の第2のフィールドの画像信号を差分を検出するフィールド間差分検出手段と、前記第1のフィールドにおける隣接ライン間の差分と前記第2のフィールドにおける隣接ライン間の差分のうちの一方を選択して出力する垂直差分検出手段と、前記フィールド間差分検出手段の出力と前記垂直差分検出手段の出力とを用いて入力画像信号における連続した二つのフィールド間の動きを検出する動き検出手段と、前記動き検出手段の出力に基づいて補間信号を生成する補間信号生成手段とを備える。
【選択図】 図2
Description
本発明は画像処理装置に関し、特に画像信号の補間処理に関する。
現在、NTSCなどの一般的な映像信号方式では、インタレース走査の画像信号を扱っている。
インタレース走査された画像信号では、非常に細かい横縞部分でフリッカが生じるなどの妨害がある。この問題を改善するために、インタレース走査の走査線を補間してプログレッシブ走査の画像信号として出力する技術が知られている。
また、プログレッシブ走査に変換する際に、画像の動きを判定し、動きの判定結果に応じて前フィールドの信号と現フィールドとを合成して補間信号を作成する技術も知られている。この方式では、動き判定結果の精度により補間信号の状態が変化する。
例えば、静止している部分に対して現フィールドの画像信号で補間を行うと細かい横縞は消えてしまい、フリッカとなってしまう。また、動いている部分に対して前フィールドの画像信号で補間を行うと、動きブレが生じ、エッジがギザギザになってしまう。
この動き判定結果の精度を高める技術が特許文献1に記載されている。特許文献1では、前フィールドまたは後フィールドのライン間差信号と、現フィールドのライン間差信号の最大値を垂直エッジ信号として使用し、この垂直エッジ信号を用いて動き判定を行っている。
特開平7−131678号公報
しかしながら、前フィールドのライン間差分信号と現フィールドのライン間差分信号の大小関係を比較しただけでは、前フィールドでエッジであったが現フィールドではエッジで無いような動いている領域でも、前フィールドのライン間差分信号が動き判定に使用され、動き判定結果が静止寄りとなってしまい、前フィールドの値で補間が行われ、動きブレを生じてしまう。
つまり、動いている領域においては、前フィールドのライン間差分値は本来動き判定に必要なライン間差分値とは全く無関係の値となってしまい、誤判定を引き起こす原因となってしまう。
また、斜めエッジ部分をその上下ラインの画像で補間した場合、エッジがぼやけたり、あるいは、ギザギザになってしまったりするという問題がある。
本発明は前述の如き問題を解決し、より正確に画像の動き判定を行い、良好な補間信号を生成可能とする処にある。
本発明においては、入力されたインタレース走査の画像信号を用いて補間信号を生成し、この補間信号を用いてプログレッシブ走査の画像信号に変換する装置であって、入力された画像信号における補間すべき画素の周囲のエッジの方向を検出するエッジ検出手段と、前記入力された画像信号より前記エッジ検出手段の検出結果に基づいて選択された画素の画像信号を用いて、前記補間すべき画素の上下のラインを含む第1のフィールド及びその直前の第2のフィールドの画像信号を差分を検出するフィールド間差分検出手段と、前記第1のフィールドにおける隣接ライン間の差分と前記第2のフィールドにおける隣接ライン間の差分のうちの一方を選択して出力する垂直差分検出手段と、前記フィールド間差分検出手段の出力と前記垂直差分検出手段の出力とを用いて前記入力された画像信号における連続した二つのフィールド間の動きを検出する動き検出手段と、前記動き検出手段の出力に基づいて前記補間信号を生成する補間信号生成手段とを備える。
静止部分の解像感を向上し、静止している細かい横縞状のエッジ部分がフリッカとなることを防ぎながら、動いているエッジが動きブレとなって補間されることを防ぐことができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明を適用した記録装置の構成を示すブロック図である。
図1において、レンズ101を介して入力した被写体像をCCD102により画像信号に変換し、A/D103によりデジタル信号に変換した後カメラ信号処理回路104に出力する。カメラ信号処理回路104はアパーチャ補正、ガンマ補正、ホワイトバランス等の撮像系の信号処理を行い、変換回路105に出力する。変換回路105はカメラ信号処理回路104から出力されたインタレース走査の画像信号をプログレッシブ走査の画像信号に変換し、符号化回路106に出力する。符号化回路106は画像信号をMPEGなど周知の符号化方法により符号化し、記録回路107に出力する。記録回路107は符号化された画像信号を記録媒体108に記録する。
次に、本形態の特徴的な構成である変換回路105について説明する。
図2は変換回路105の構成を示すブロック図である。
図2において、カメラ信号処理回路104からのインタレース走査の動画像信号が順に入力される。ラインメモリ201は入力信号を1ライン遅延させて出力する。また、フィールドメモリ202は入力された画像信号を1フィールド分蓄積することでインタレース走査の入力信号を1フィール期間遅延させて出力する。
カメラ信号処理回路104からの信号とラインメモリ201からの信号は斜め判定回路203に出力される。斜め判定回路203は、インタレース走査の入力信号eと、ラインメモリ201の出力信号dにより、エッジ検出等の画像解析を利用した判定により補間点のエッジの方向を判定し、その方向を出力する。ここで、斜め判定回路203の処理について説明する。
図3は斜め判定回路203において使用する画素の様子を示した図である。なお、本実施形態では3方向で判定を行っているが、これに限ったものではない。
補間画素の位置xを中心として、ラインメモリ201の出力信号を遅延させ、水平方向に連続した三つの画素をf,d,gとする。また、インタレース走査の入力信号を遅延させ、水平方向に連続した三つの画素をh,e,iとする。
そして、斜め判定回路203は、垂直方向のエッジと判定したとき(d−eの方向)は0を出力し、斜め方向でf−iの方向と判定したときは1を出力し、g−hの方向と判定したときは2を出力とする。
図4は斜め判定回路203の処理を示したフローチャートである。
まず、使用するデータの初期設定を行う。この初期設定の処理を図5のフローチャートに示す。
まず、dとeの画素値の水平HPFの出力の最大値をHHPFとし(S501)、dとeの画素値の垂直HPFの出力の最大値をVHPFとする(S502)。
また、斜め方向の差分値として、fとiの画素値の差分値の絶対値を計算し、それをdifX1とする(S503)。同様に、斜め方向の差分値として、gとhの画素値の差分値の絶対値を計算し、それをdifX2とする(S504)。また、垂直方向の差分値として、dとeの画素値の差分値の絶対値を計算し、それをdifXとする(S505)。また、注目点の判定結果をXとし、注目点の左側の点の判定結果をXleft、注目点の右側の点の判定結果をXrightとして保持する。
この様に初期データを設定した後、difX1とdifX2を比較して(S401)、difX1の方が大きければ斜め方向の差分値の最小値がdifX2となるので、それをdifminとし(S403)、そのときの斜め方向である2をdifselとして保持する(S404)。
また、S402でdifX2の方が大きければ、difX1とdifX2が等しいか否かを判別し(S409)、等しくない場合には斜め方向の差分値の最小値がdifX1となるので、それをdifminとし(S410)、そのときの斜め方向である1をdifselとして保持する(S411)。difX1とdifX2の値が等しい時には、斜め方向を相関が等しいということになるので、斜め方向とは判定せず、0をXとして保持し、正当性判定処理に進む(S412)。
次に、S405において、垂直方向の差分値であるdifXと、斜め方向の差分値の最小値であるdifminに水平HPFの出力値であるHHPFの値を加えたものを比較し、difXの方が小さい場合は斜め方向と判定せず、Xに0を設定する。
また、difXの方が大きい場合は、difXと、difminに垂直HPFの出力値であるVHPFの値を加えたものを比較し(S406)、difXの方が小さい場合は斜め方向と判定せず、Xに0を設定する。difXの方が大きい場合は、斜め方向とし、そのときの斜め方向を保持しているdifselの値をXに設定して、正当性判定処理に進む(S407)。
図6は正当性判定処理を示すフローチャートである。
S601において、Xの値が0の時は垂直方向が選択されているので、そのまま0を出力する。
Xの値が0でない場合は、XleftとXが等しいか否かを判別し(S602)、XleftがXと等しくなく、Xleftの値が0でない場合(S605)、つまりXleftの判定結果がXと逆方向になっている場合は0を出力する。また、XleftとXの値が等しくなく、Xleftの値が0の場合、更にXrightの値を参照し、Xrightの値が0の場合(S606)、つまりXleft,Xrightの値が共に0の場合には0を出力する。
次に、S602でXleftとXの値が等しい場合、または、S605、S606でXleftの値が0で、且つXrightの値が0でない場合は、XrightとXの値を比較する(S603)。
そして、XrightとXの値が等しい場合は、Xの値を出力する(S604)。
また、XrightとXの値が異なり、Xrightの値が0でない場合(S607)、0を出力する。また、XrightとXの値が異なり、Xrightの値が0の場合(S608)、Xの値を出力する。
この正当性判定処理では、補間画素Xの判定結果が斜め方向になっている場合に左右の判定結果Xleft、Xrightを使用し、左右の判定結果が一つでも逆方向になっている(垂直方向は除く)場合と、左右の判定結果が両方垂直方向の場合は、注目点Xの判定結果を0として出力し、それ以外の場合は判定された斜め方向をそのまま出力する。
なお、本実施形態では、正当性判定処理として左右の判定結果を使用したが、これは上下のラインの判定結果や周囲の画素における判定結果を使用しても、同様の効果が得られる。
この斜め方向判定処理により、補間画素が含まれるエッジの方向を正確に判定することが可能となる。
斜め判定回路203の判定結果は、フィールド間差分検出回路200Aにおける画素選択回路205、207及び、フィールド内補間画像生成回路200C内における画素選択回路212、213に出力される。
次に、フィールド間差分検出回路200Aについて説明する。
ラインメモリ201からの出力信号とカメラ信号処理回路104からの信号がそれぞれLPF204、206を介して画素選択回路205、207に出力される。画素選択回路205、207はそれぞれ、斜め判定回路203から前述の如く出力されたエッジ方向の判定結果に基づき、エッジ方向と判定された方向の画素を選択して平均値回路208に出力する。具体的には、図3に示した上下2ラインの画素より、エッジの方向に応じた画素を1画素づつ選択する。
平均値回路208は選択された2画素の値の平均値を算出し、減算器209に出力する。減算器209は平均値回路208から出力されたフィールド内の上下ラインの画素の平均値と、LPF211を介してフィールドメモリ202より出力された前フィールドの画素との差分を求め、絶対値回路210に出力する。絶対値回路210は減算器209の絶対値を求めて、動き判定回路2182出力する。
次に、垂直エッジ検出回路200Bについて説明する。
ラインメモリ201からの出力信号とカメラ信号処理回路104からの信号がそれぞれ画素選択回路212、213に出力される。画素選択回路212、213はそれぞれ、斜め判定回路203から前述の如く出力されたエッジ方向の判定結果に基づき、エッジ方向と判定された方向の画素を選択して減算器214に出力する。減算器214は画素選択回路212、213から出力された信号の差分を求め、絶対値回路216に出力する。減算器214の出力は、補間画素の上下ラインにおけるエッジ方向の2画素の差分データとなる。絶対値回路216は減算器214の出力の絶対値を求め、最大値回路217に出力する。
一方、フィールドメモリ202から出力された補間画素の前フィールドの信号は、ラインメモリ207、208によりそれぞれ1ライン期間遅延される。従って、ラインメモリ208の出力信号はフィールドメモリ202の出力信号に対して2ライン分遅延することになり、ラインメモリ207、208により、図7における信号a、b、cという連続する三つのラインの信号が得られる。図7は、補間画素を含むラインXとその上下ラインd,e及び、前フィールドの連続する3ラインa,b,cの様子を示す。
そして、ラインメモリ219の出力信号とフィールドメモリ202の出力信号の差分を減算器223により求め、絶対値回路224によって絶対値化する。同様に、ラインメモリ219の出力信号とラインメモリ220の出力信号の差分を減算器221により求め、絶対値回路222により絶対値化する。絶対値回路222と絶対値回路224の出力信号は前フィールドの二つのライン間差分、つまり図7における信号aと信号bとの差分の絶対値と信号bと信号cとの差分の絶対値となる。
最小値回路225はこれら二つのライン間差分の絶対値のうち、小さい方を選択して出力する。制御回路226は周波数解析回路227の出力に応じて、最小値回路225の出力信号と0の何れかを選択して出力する。即ち、周波数解析回路227から論理1の信号が出力された場合には0を出力し、論理0が出力された場合には最小値回路225の出力を選択する。この制御回路226の出力信号が前フィールドのライン間の差分となる。
周波数解析回路217は、インタレース走査の入力信号とフィールドメモリ202の出力信号より、現フィールドと前フィールドにおける補間ラインの周囲の値の変化量をそれぞれ測定し、この二つの値の差が所定の閾値1より大きければ、動いている領域として論理1を出力する。また、閾値1よりも小さい場合は、現フィールドと前フィールドでの変化量を上下のラインからそれぞれ測定し、この中央値を求め、現フィールドと前フィールドにおける補間ラインの周囲の値の変化量の差分とこの中央値のうちフィールド間の差分の方が大きければ動いている領域として論理1を出力し、小さければ静止している領域として論理0を出力する。
この制御回路226の出力と絶対値回路216の出力を最大値回路217に入力し、現フィールドのライン間差分と、前フィールドのライン間差分の最大値を出力する。この処理により、動いている領域で前フィールドの垂直エッジの値を使用して動きブレが発生することを防ぎ、静止している領域では細いエッジをエッジとして検出することができる。
この最大値回路217の出力が動き判定に使用する垂直エッジ信号となる。
動き判定回路228は、絶対値回路210の出力信号と最大値回路217の出力信号に基づき、補間画素の周囲の領域の動きを検出する。
即ち、動き判定回路228は、フィールド間差分検出回路200Aの出力信号S4を、垂直エッジ検出回路200Bの出力信号S5で除算し、その比を動き判定値として出力する。もし動き判定値が1以上になった場合は1として出力するように制御する。このように動き判定値は二つの値の比として多値で求めるようにする。
次に、フィールド内補間信号生成回路200Cについて説明する。
フィールド内補間信号生成回路200Cは、画素選択回路212、213から出力された現フィールドの上下ラインの2画素の平均値を平均値回路2182より求め、この信号をフィールド内補間信号生成回路の出力とする。つまり、現フィールドの斜め方向を考慮に入れた上下ラインの平均値がフィールド内補間信号S7となる。
プログレッシブ変換回路229は、このフィールド内補間信号生成回路200Cの出力信号S7と、フィールドメモリ202の出力信号S2を動き判定回路228の判定結果に基づいて合成することにより、補間信号を作成する。
即ち、プログレッシブ変換回路229は、現フィールドの画像信号について、動き判定回路228により出力された動きの程度に応じた割合で平均値回路218からの出力信号とフィールドメモリ202からの出力信号とを合成して補間信号を生成する。即ち、図7に示した前フィールドにおける補間ラインxに対応したラインの信号bと平均値回路218の出力信号とを、動きの程度に応じて合成する。
そして、1ライン毎に入力画像信号と補間信号とを交互に出力することでプログレッシブ走査の画像信号を生成する。
この様に、本形態においては、現フィールドと前フィールドにおける画像信号の変化量に従い、前フィールドにおけるライン間の垂直エッジ検出結果と、現フィールドにおける垂直エッジの検出結果とを選択することで、動いている領域で前フィールドの垂直エッジの値を使用して動きブレが発生することを防ぎ、静止している領域では細いエッジをエッジとして検出することができるので、動き判定の精度を向上することが可能となる。
従って、静止部分の解像感を向上し、静止している細かい横縞状のエッジ部分がフリッカとなることを防ぎながら、動いているエッジが動きブレとなって補間されることを防ぐことができる。
また、フィールド間差分検出回路200Aと垂直エッジ検出回路200Bがそれぞれ、補間画素を含むエッジの方向を考慮して処理に用いる画素を選択しているので、検出精度が向上し、動き判定結果の精度が従来のものよりも向上する。
また、エッジの方向に応じた画素を使用してフィールド内補間信号を生成しているため、動いている部分で斜め方向のエッジがギザギザとなってしまう影響も低減することができる。
次に、第2の実施形態を説明する。
図8は第2の実施形態としての図1の変換回路105の構成を示す図である。
図8の変換回路105は、周波数解析回路227に代えて形状判定回路230を設けた以外は図2の構成と同様であるので、以下、形状判定回路230とそれに関連した制御回路226の処理について説明する。
形状判定回路230では、インタレース走査の入力信号eとラインメモリ201の出力信号d、フィールドメモリ202の出力信号c、ラインメモリ219の出力信号b、及びラインメモリ220の出力信号aを入力し、静止している細いエッジであると判定した場合は論理1を出力し、それ以外の場合は論理0を出力する。
即ち、形状判定回路230は、図7に示した各ラインの信号に対し、b−a,b−c,b−d,b−eをそれぞれ計算し、演算の結果、全ての符号が同じ場合は論理1を出力し、一つでも異なる場合は論理0を出力する。また、差分値の中で一つでも0があった場合は、0を出力する。
制御回路226は形状判定回路230の出力信号が論理1の場合は最小値回路225の出力信号を出力し、論理0の場合は0を出力する。
この制御回路226により、動いている領域では0を出力とし、静止している領域では前フィールドのエッジ信号を出力する。この制御回路226の出力信号S9と絶対値回路216の出力信号S8を最大値回路217に入力し、現フィールドのライン間差分と前フィールドのライン間差分の最大値を出力する。この処理により、動いている領域で前フィールドの垂直エッジの値を使用して動きブレが発生することを防ぎ、静止している領域では細いエッジをエッジとして検出することができる。
Claims (13)
- 入力されたインタレース走査の画像信号を用いて補間信号を生成し、この補間信号を用いてプログレッシブ走査の画像信号に変換する装置であって、
入力された画像信号における補間すべき画素の周囲のエッジの方向を検出するエッジ検出手段と、
前記入力された画像信号より前記エッジ検出手段の検出結果に基づいて選択された画素の画像信号を用いて、前記補間すべき画素の上下のラインを含む第1のフィールド及びその直前の第2のフィールドの画像信号を差分を検出するフィールド間差分検出手段と、
前記第1のフィールドにおける隣接ライン間の差分と前記第2のフィールドにおける隣接ライン間の差分のうちの一方を選択して出力する垂直差分検出手段と、
前記フィールド間差分検出手段の出力と前記垂直差分検出手段の出力とを用いて前記入力された画像信号における連続した二つのフィールド間の動きを検出する動き検出手段と、
前記動き検出手段の出力に基づいて前記補間信号を生成する補間信号生成手段とを備える画像処理装置。 - 前記フィールド間差分検出手段は、前記第1のフィールドにおける前記補間すべき画素の上下のラインから、前記エッジ方向に従って少なくとも1画素づつ選択する選択回路と、前記選択回路により選択された画素を演算する演算手段と、前記第2のフィールドにおける前記補間すべき画素と対応した位置の画素と前記演算手段の出力の差分を検出する減算器とを有することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記動き検出手段は、前記フィールド間差分検出手段の出力を前記垂直差分検出手段の出力で割り算することにより前記動きを判定することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記補間信号生成手段は、前記第1のフィールドにおける前記補間すべき画素の上下ラインの平均値を演算し、フィールド内補間信号として出力するフィールド内補間画像生成回路を有し、前記フィールド内補間信号と前記第1のフィールドの画像信号とを前記動き検出手段の出力に基づいて合成することにより前記補間信号を生成することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記フィールド内補間画像生成回路は、前記上下ラインの画素のうち前記エッジ方向に応じた画素を選択し、この選択した画素の平均値を演算することを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。
- 前記垂直差分検出手段は、前記第1のフィールドにおいて前記補間すべき画素の上下のラインの差分を演算して第1の垂直差分信号を生成する第1の垂直差分生成回路と、前記第2のフィールドにおいて前記補間すべき画素に対応したラインとその上ライン又は下ラインとの差分のうちの一方を第2の垂直差分信号として出力する第2の垂直差分生成回路とを有し、前記第1の垂直差分信号と第2の垂直差分信号のうちの一方を選択して出力することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記第1の垂直差分検出回路は、前記上下ラインの画素のうち前記エッジ方向に応じた画素を選択し、この選択した画素の差分を演算して前記第1の垂直差分信号を生成することを特徴とする請求項6記載の画像処理装置。
- 前記第2の垂直差分検出回路は、前記第2のフィールドにおいて前記補間すべき画素に対応したラインとその上ライン又は下ラインとの差分のうちの値が小さい方を選択する選択回路と、前記選択回路の出力と所定値とを前記第1のフィールド及び第2のフィールドにおける画像信号の時間変化量と空間変化量とに基づいて選択し、前記第2の垂直差分信号として出力する制御回路とを有することを特徴とする請求項6記載の画像処理装置。
- 前記垂直差分検出手段は、前記第1の垂直差分信号と前記第2の垂直差分信号のうち、値が大きい方を選択して出力することを特徴とする請求項6記載の画像処理装置。
- 前記エッジ検出手段は、前記第1のフィールドにおける前記補間すべき画素を中心とした点対称関係の2画素間の差分値を、それぞれ前記2画素からなる複数組について求め、これら複数組の差分値に基づいて前記エッジの方向を検出することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記エッジ検出手段は更に、前記複数組のうち、斜め方向で差分値が最小値となる方向の画素の組を決定し、前記差分値の最小値と前記補間すべき画素の上下の画素の差分値とに応じて前記エッジの方向を検出することを特徴とする請求項10記載の画像処理装置。
- 前記エッジ検出手段は、前記補間すべき画素の上下の画素に対し水平方向の高周波成分の最大値と垂直方向の高周波成分の最大値を求め、前記斜め方向の差分値の絶対値に前記水平方向の高周波成分の最大値を加えたものと前記補間すべき画素の上下の画素の差分値の絶対値とを比較し、前記上下の画素の差分値の方が小さい場合には斜め方向のエッジがないと判断することを特徴とする請求項11記載の画像処理装置。
- 前記エッジ検出手段は、前記斜め方向の差分値の絶対値に前記水平方向の高周波成分の最大値を加えたものよりも前記補間すべき画素の上下の画素の差分値の絶対値の方が大きい場合、更に、前記斜め方向の差分値の絶対値に前記垂直方向の高周波成分の最大値を加え、前記上下の画素の差分値の方が小さい場合には斜め方向のエッジがないと判断し、前記上下の画素の差分値の方が大きい場合には前記最小値となる斜め方向の組をエッジの方向とすることを特徴とする請求項12記載の画像処理装置。
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