JP2006504312A - シャープネス強調 - Google Patents

Abstract

二次元強調関数（ＨＥＦ；ＶＥＦ）は、同じ第１の空間方向に動作する第１のエッジディテクタ（ＨＨＰ；ＶＨＰ）及び第２のエッジディテクタ（ＨＢＰ；ＶＢＰ）の両方の出力信号に基づいて入力信号（Ｌ（ｍ，ｎ））のためのピーキング係数（ＣＸ；ＣＹ）を決定する。このような態様で、第１の空間方向で入力信号（Ｌ（ｍ，ｎ））中で発生しうる全種類の境界が区別される。二次元強調関数（ＨＥＦ；ＶＥＦ）は、出力信号（ＺＸ，ＤＸ；ＺＹ，ＤＹ）の異なった組合せに、ピーキングの量を決定する値を割り当てる。異なった種類の境界に対して異なる二次元強調関数（ＨＥＦ；ＶＥＦ）によって割り当てられる値を選択してそれぞれの種類の境界に最も良くフィットするピーキングの所望の量を得ることができる。

Description

本発明は、シャープネス強調の方法、シャープネス強調回路、及び、このようなシャープネス強調回路を有するディスプレイ装置に関する。

本発明は、特に、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等のマトリクスディスプレイ上の静止画像及びビデオシーケンスのシャープネス強調に関連する。

国際特許公開公報第００／４２７７２号は、「アンシャープマスキングに似た態様」で輝度エッジにオーバーシュートを加えることによるシャープネス強調の方法を開示する。加えられるオーバーシュートの量は、局所的な画像の統計値に依存する。

上記の方法は、入力画像信号を水平方向にフィルタリングして水平ハイパスフィルタリングされた入力画像信号を得る、空間水平ハイパスフィルタを用いる。入力画像信号は、静止画像若しくは動画又はこれらの組み合わせを有してよい。上記の方法は、更に、入力画像信号を垂直方向にフィルタリングして垂直ハイパスフィルタリングされた入力画像信号を得る、空間垂直ハイパスフィルタを用いる。水平ハイパスフィルタリングされた入力画像信号は、水平ピーキング係数で乗算されて水平にピークを有する（horizontally peaked）画像信号が得られる。垂直ハイパスフィルタリングされた入力画像信号は、垂直ピーキング係数で乗算されて垂直にピークを有する（vertically peaked）画像信号が得られる。水平にピークを有する画像信号及び垂直にピークを有する画像信号が加算されてピークを有する画像信号が得られる。

以下で、水平ピーキング係数を生成する方法が説明される。垂直ピーキング係数は同様に決定される。バンドパスフィルタは、入力信号を水平方向にフィルタリングして、バンドパスフィルタリングされた入力信号が得られる。非線形関数は、バンドパスフィルタリングされた入力信号を、バンドパスフィルタリングされた入力信号の振幅に応じた値を持つ制御信号に変換する。平行したステップにおいて、細線強調回路は、水平ハイパスフィルタリングされた入力画像信号及び垂直ハイパスフィルタリングされた入力画像信号の両方に基づいて、水平、垂直又は斜めの細線の何れが存在するかを検出する。オーバーピーキング制御関数は、検出された細線に基づいて細線制御信号を供給する。細線が検出されると、細線制御信号が、ローパスフィルタを介して水平ピーキング係数として供給される。細線が検出されなければ、非線形関数によって供給される制御信号が、ローパスフィルタを介して水平ピーキング係数として供給される。

このシャープネス強調方法の欠点は、細線強調回路の存在にもかかわらず、シャープネス強調が、シャープなエッジ及びオーバーシュートを有するエッジにとっては強すぎるということである。

本発明の目的は、改善されたシャープネス強調を提供することである。

本発明の第１の側面は、請求項１に記載のシャープネス強調の方法を提供する。本発明の第２の側面は、請求項１９に記載のシャープネス強調回路を提供する。本発明の第３の側面は、請求項２０に記載のディスプレイ装置を提供する。有利な実施例は、従属請求項に規定される。

現在、ＰＣディスプレイ及びテレビジョンディスプレイ（ＬＣＤ ＴＶ、プラズマＴＶ等）における画像及びビデオシーケンスのシャープネス強調処理への関心が増加している。これは、スクリーンの局所領域が、例えばディテールの可視性を向上する及び／又はコントラストを改善するためにハイライトされたアプリケーションにおいて、特にあてはまる。ＣＲＴ又はＴＶ装置のために幾つかのアルゴリズムが開発されたが、これらの有効性は、急激に市場に浸透したＬＣＤ又は他のマトリクスディスプレイ（例えばプラズマディスプレイパネル、有機発光ダイオード等）の場合には低下する。低い有効性の主な理由は、高レベルのコントラスト及びマトリクスディスプレイシステムの異なったアパーチャ特性であり、これらは、強調アルゴリズムのアーチファクトをよりよく見えるようにする。

本発明の第１の側面によるシャープネス強調の方法において、二次元強調関数であるピーキング関数は、同じ空間方向に動作する第１のエッジディテクタ信号及び第２のエッジディテクタ信号の両方に基づくピーキング係数を決定する。２つの異なったエッジディテクタの使用は、更なる異なった種類のエッジを検出することを許可する。二次元強調関数は、第１のエッジディテクタ信号及び第２のエッジディテクタ信号の両方の値に依存する値を持つピーキング係数を発生させる。

好適には、ディテクタは、特定の空間方向において入力画像中に発生しうる全ての異なった種類の境界、例えば、ゆっくり傾斜するエッジ、スムーズに曲がるエッジ、シャープなエッジ、オーバーシュートを有するエッジ及び細線、を区別するのに十分な情報が得られるように選択される。第１のエッジディテクタ信号及び第２のエッジディテクタ信号の異なった組み合わせに基づいて、従来技術におけるよりも多くの異なった種類の境界を検出することが可能なので、異なった境界のピーキングは改善される。

請求項２に規定される実施例において、二次元強調関数であるピーキング関数は、ハイパスフィルタリングされた入力画像信号及びバンドパスフィルタリングされた入力画像信号の両方に基づいてピーキング係数を決定する。

ハイパスフィルタ及びバンドパスフィルタの出力信号は、合わせて、入力画像において発生しうる全ての異なった種類の境界、例えば、ゆっくり傾斜するエッジ、スムーズに曲がるエッジ、シャープなエッジ、オーバーシュートを有するエッジ及び細線、を区別するのに十分な情報を提供すると思われる。二次元強調関数は、ピーキングの量を決定する値を、ハイパスフィルタリングされた入力画像信号及びバンドパスフィルタリングされた入力画像信号の異なった組み合わせに割り当てる。ハイパスフィルタリングされた入力画像信号及びバンドパスフィルタリングされた入力画像信号の異なった組み合わせに基づいて、全ての異なった種類の境界を検出することが可能なので、異なった種類の境界に対して、二次元強調関数によって割り当てられる異なった値を選択して、各種類の境界に最も良くフィットする所望の量のピーキングを得ることが可能である。

これは、従来技術のアルゴリズムに匹敵するシャープネス強調のレベルを得ると同時に以下の改善点を追加することを許可する。細線及びスムーズな又はシャープなエッジの強調の処理の不連続性は、最小化される。（オーバーシュートを有するエッジを引き起こす）何らかのピーキングアルゴリズム又はフィルタによって既に処理された実像に対して他のアルゴリズムによって挿入される過剰なオーバーシュートは、制限される。そして、強調処理の後の斜めの細線における「階段現象」の可視性は制限される。

請求項３に規定される実施例において、ハイパスフィルタリング及びバンドパスフィルタリングは、入力画像信号の水平成分に実行され、これは、通常、ラインごとにアドレスされるピクセルのラインが延びる方向である。水平強調関数は、水平ピーキング係数の出力値を提供する。出力値は、水平ハイパスフィルタリングされた信号及び水平バンドパスフィルタリングされた信号の値の入力組合せに依存する。

請求項４に規定される実施例において、水平強調関数は、シャープなエッジ、オーバーシュートを既に持つエッジ及び細線についても水平方向に最適なシャープネス強調を許可する値を有する。

請求項５に規定される実施例において、更に、垂直ハイパスフィルタリング及び垂直バンドパスフィルタリングは、入力画像信号の垂直成分に実行され、これは、通常、入力画像信号のラインが互いに続く方向である。垂直強調関数は、垂直ピーキング係数の出力値を提供して、垂直ハイパスフィルタリングされた信号及び垂直バンドパスフィルタリングされた信号の値の組み合わせを入力する。このとき、シャープネス強調は、水平及び垂直の両方の方向において最適化される。

請求項６に規定される実施例において、垂直強調関数は、シャープなエッジ、オーバーシュートを既に持つエッジ及び細線に対して垂直方向に最適なシャープネス強調を許可する値を持つ。

請求項７に規定される実施例において、水平補正係数は、水平ハイパスフィルタリングされた信号を水平ピーキング係数で乗算することによって得られ、垂直補正係数は、垂直ハイパスフィルタリングされた信号を垂直ピーキング係数で乗算することによって得られる。合計補正係数は、水平補正係数及び垂直補正係数の合計である。入力画像信号のシャープネス強調は、合計補正係数を入力画像信号に加えることによって得られる。

請求項８に規定される実施例において、合計補正係数は、水平及び垂直補正係数の重み付けされた合計である。水平補正係数の重み係数は、垂直補正係数の値に依存し、逆もまた成り立つ。垂直補正係数の値が所定の閾値レベルよりも大きくなれば、水平重み係数は低下する。同様に、水平補正係数の値が所定の閾値よりも大きくなれば、垂直重み係数は低下する。これは、角及び孤立したピクセルの過剰な強調が回避されるという利点がある。

請求項９に規定される実施例において、水平及び／又は垂直強調関数は、入力画像信号における雑音のレベルに応じて修正される。これは、ピーキングの量が、検出された雑音の量に依存するという利点がある。高レベルの雑音では、ピーキングの量は低下して雑音の可視性が低下する。

請求項１６に規定される実施例において、入力信号のサンプルに第１の空間方向で動作する２つのハイパスフィルタは、エッジディテクタとして用いられる。

請求項１７に規定される実施例において、第１の空間方向は、水平方向である。請求項１７に規定される内容は、第１の空間方向のみにおける入力信号のピーキングに関するが、入力信号の追加のピーキングを、通常は垂直方向である第２の空間方向に実行することは可能である。好適には、垂直方向において使用される２つのハイパスフィルタは、水平方向において使用される２つのハイパスフィルタと同一である。

本発明のこれらの及び他の側面は、以下で説明される実施例を参照して説明され明らかにされる。

異なった図における同一参照番号は、同一の機能を実行する同一の信号又は同一の要素を参照する。

図１は、本発明の実施例によるシャープネス強調回路のブロック図を示す。

入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）は、マトリクスディスプレイＤＩに表示されるべき（図９を参照）であり、このマトリクスディスプレイＤＩは、水平方向（ｎで示される）に多くの（Ｘに等しい）ディスプレイピクセル（ディスプレイ素子）を持ち、垂直方向（ｍで示される）に多くの（Ｙに等しい）ピクセルを持つ。入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）に属する入力画像ピクセル（ディスプレイピクセルに表示されるべきビデオピクセル）は、整数ｍ及びｎの組によって示される。ここで、
１≦ｍ≦Ｙ、１≦ｎ≦Ｘ
である。

特定のビデオピクセルは対応するディスプレイピクセルに表示されるべきなので、以下で、ピクセルという用語は、ビデオ及びディスプレイピクセルの両方のために用いられる。

入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）は、位置（ｍ，ｎ）に位置するピクセルの輝度に関連する量を表す。例えば、Ｌ（ｍ，ｎ）は以下の式で計算され、
Ｌ（ｍ，ｎ）＝０．２８９Ｒ（ｍ，ｎ）＋０．５９７Ｇ（ｍ，ｎ）＋０．１１４Ｂ（ｍ，ｎ）
ここで、
Ｒ（ｍ，ｎ）， Ｇ（ｍ，ｎ）， Ｂ（ｍ，ｎ）は、それぞれ、１に正規化されたピクセルｍ，ｎの赤、緑及び青の輝度値である。

水平ハイパスフィルタＨＨＰは、入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）をフィルタリングして、水平ハイパスフィルタリングされた信号ＺＸを得る（以下ではＺＸ（ｍ，ｎ）とも称される）。水平バンドパスフィルタＨＢＰは、入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）をフィルタリングして、水平バンドパスフィルタリングされた信号ＤＸを得る（以下ではＤＸ（ｍ，ｎ）とも称される）。水平強調関数回路ＨＥは、水平強調関数ＨＥＦを実行し（図４及び８を参照）、これは、水平ハイパスフィルタリングされた信号ＺＸ及び水平バンドパスフィルタリングされた信号ＤＸを水平ピーキング係数ＣＸに変換する。入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）の各値に対して、水平ピーキング係数ＣＸは、水平ハイパスフィルタリングされた信号ＺＸ及び水平バンドパスフィルタリングされた信号ＤＸの両方の値に基づいた値である。乗算器ＭＸは、水平ピーキング係数ＣＸを水平ハイパスフィルタリングされた信号ＺＸで乗算して水平修正係数ＤＥＸを得る。

垂直ハイパスフィルタＶＨＰは、入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）をフィルタリングして、垂直ハイパスフィルタリングされた信号ＺＹを得る（以下ではＺＹ（ｍ，ｎ）とも称される）。垂直バンドパスフィルタＶＢＰは、入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）をフィルタリングして、垂直バンドパスフィルタリングされた信号ＤＹを得る（以下ではＤＹ（ｍ，ｎ）とも称される）。垂直強調関数回路ＶＥは、垂直強調関数ＶＥＦを実行し（図４及び８を参照）、これは、垂直ハイパスフィルタリングされた信号ＺＹ及び水平バンドパスフィルタリングされた信号ＤＹを水平ピーキング係数ＣＹに変換する。入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）の各値に対して、垂直ピーキング係数ＣＹは、垂直ハイパスフィルタリングされた信号ＺＹ及び垂直バンドパスフィルタリングされた信号ＤＹの両方の値に基づいた値である。乗算器ＭＹは、垂直ピーキング係数ＣＹを垂直ハイパスフィルタリングされた信号ＺＹで乗算して垂直修正係数ＤＥＹを得る。

加算器ＳＵ１は、水平修正係数ＤＥＸ及び垂直修正係数ＤＥＹを加算して合計修正係数ＣＷＣを得る。好適には、この合算は、重み係数を用いて実行される。水平修正係数ＤＥＸは水平重み係数で乗算され、垂直修正係数ＤＥＹは垂直重み係数で乗算され、これらの乗算された修正係数は合計される。

乗算器ＭＵ１は、合計修正係数ＣＷＣを、ピーキングの全体量を決定する制御値ＯＦで乗算して修正係数ＴＣＦを得る。制御値ＯＦは、ユーザにより、該ユーザの所望どおりにピーキングの量を制御するようにセットされることができる。

加算器ＳＵ２は、修正係数ＴＣＦを入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）に加算して、ピーキング強調された入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）である出力信号ｕ（ｍ，ｎ）を得る。

オプショナルな雑音推定器ＮＬＤは、入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）における雑音のレベルを推定して、雑音の推定された標準偏差ｒｏ（ｍ，ｎ）を得る。修正回路ＭＰＦは、水平強調関数回路ＨＥ及び垂直強調関数回路ＶＥに制御信号ＥＶを供給して、検出された雑音の量に依存して水平強調関数ＨＥＦ及び垂直強調関数ＶＥＦを修正する。水平強調関数ＨＥＦ及び垂直強調関数ＶＥＦを、検出された雑音の量に応じて異なったように修正することが可能である。

好適な実施例において、水平及び垂直方向のハイパスフィルタは、以下のフィルタにより実現される。

バンドパスフィルタは、以下のように実現される。

強調関数回路ＨＥ，ＶＥは、好適には、二次元有理関数ブロックである。

簡単のため、以下では、シャープネス強調回路の動作は、水平方向においてのみ説明される。好適には、シャープネス強調は、垂直方向にも実行される。垂直方向のシャープネス強調回路の動作は、水平方向と同じ態様で実行される。

フィルタリングされた信号ＤＸ及びＺＸの絶対値｜ＤＸ｜及び｜ＺＸ｜は、入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）において発生する異なった種類のエッジを区別するのに用いられる。単独で用いられたら、ハイパスフィルタリングされた信号ＺＸは、細線（１ピクセルの太さを持つ線）と、シャープなエッジ又はオーバーシュートを持つエッジとの間で区別することを許可しない。なぜなら、それらの値はこれらの場合の全てにおいて高いからである。同様に、バンドパスフィルタリングされた信号ＤＸは、細線の発生に関する情報を提供しない。なぜなら、その出力は、細線についてはほぼゼロになるからである。ハイパスフィルタリングされた信号ＺＸ及びバンドパスフィルタリングされた信号ＤＸの両方の組み合わせによって、図２に示されるように、スムーズなエッジ、シャープなエッジ、細線及びオーバーシュートを持つエッジの間で区別することが可能である。

ハイパスフィルタＨＨＰ及びバンドパスフィルタＨＢＰの代わりに、他のエッジディテクタを用いることが可能である。例えば、他のエッジディテクタは、水平空間方向で動作する２つのハイパスフィルタＨＨＰ及びＨＢＰであり、これらは以下によって規定される。

再び、水平方向で発生する全てのエッジを検出することが可能であり、これは以下で説明される。水平方向の細線は以下の場合に検出される。

急勾配のエッジは以下の場合に検出される。

水平方向のスムーズなエッジは以下の場合に検出される。

水平方向のオーバーシュートを有するエッジは以下の場合に検出される。

二次元水平強調関数ＨＥＦを規定する基準は、既に説明されたエッジセンサ（ハイパスフィルタ及びバンドパスフィルタ）について用いられた基準と類似する。

同様に、２つの対応するハイパスフィルタは、両方とも、垂直方向に動作するように用いられてもよい。

図２は、どの種類のエッジがハイパスフィルタリング及びバンドパスフィルタリングされた入力画像信号のどの組み合わせに関連するかを示す概略図である。垂直軸は、ハイパスフィルタリングされた入力画像信号ＺＸの絶対値｜ＺＸ｜を表し、水平軸は、バンドパスフィルタリングされた入力画像信号ＤＸの絶対値｜ＤＸ｜を表す。図２に示される上昇しているエッジの、そして、対応する降下するエッジ（示されない）の絶対値｜ＺＸ｜及び｜ＤＸ｜は、同一である。

スムーズなエッジについては、｜ＺＸ｜の値は小さく、｜ＤＸ｜の値は高く、これは、図２において０＜｜ＺＸ｜＜｜ＤＸ｜によって示される。シャープなエッジについては、｜ＺＸ｜及び｜ＤＸ｜の両方の値が高く、これらは等しいか又はほぼ等しくなることができ、これは、図２において｜ＺＸ｜＞０及び

によって示される。細線は、｜ＤＸ｜の小さい値及び｜ＺＸ｜の高い値によって特徴付けられ、これは、図２において０＜｜ＤＸ｜＜｜ＺＸ｜によって示される。オーバーシュートを有するエッジは高い値の｜ＺＸ｜及び平均値の｜ＤＸ｜を有し、これは、図２において０＜｜ＤＸ｜＜｜ＺＸ｜によって示される。

従って、｜ＺＸ｜及び｜ＤＸ｜の値によって、エッジの全ての可能な構成を検出することが可能である。本発明の好適な実施例において、値｜ＺＸ｜及び｜ＤＸ｜は、上記で規定された式を用いて決定される。これは、３ピクセルウィンドウの値（ピクセル値Ｌ（ｍ−１，ｎ）， Ｌ（ｍ，ｎ）， Ｌ（ｍ＋１，ｎ））しか用いられなくてよいことを意味する。

このとき、｜ＺＸ｜及び｜ＤＸ｜平面の位置に応じて、全ての可能なエッジ間で区別することが可能であり、｜ＺＸ｜及び｜ＤＸ｜平面の位置に応じて異なった値をピーキング係数ＣＸに割当てることが可能である。

図３は、二次元強調関数の値の模式的な分布を示す。

G. Scognamiglio他による刊行物「Picture enhancement in video and block-coded image sequences」, IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 45, no. 3, pp. 680-689, August 1999において用いられた有理関数は、雑音感度及びスムーズなエッジの過剰なオーバーシュートに関して良いパフォーマンスを示す。

本発明による好適な実施例において、｜ＤＸ｜軸に沿う二次元強調関数ＨＥＦは、従来技術の有理関数になるように選択される。更に、細線は、スムーズなエッジと同様に処理されるべきである。これは、過剰な雑音増幅と、高いコントラストの細線において起こる、輝度値のクリッピングによって生じるディテールの損失との両方を防止するために必要である。この場合（即ち｜ＺＸ｜軸に沿った場合）、従来技術とは異なったパラメータを有する有理関数が、改善された結果を提供するために用いられなければならない。

ステップエッジは、細線よりも少なく強調されるべきである。なぜなら、ステップエッジは、しばしば、完全には水平又は垂直でない細線に隣接するピクセルにおいて起こり、また、過剰な強調は、デジタル画像における「階段現象」の主な原因だからである。

オーバーシュートを有するエッジの場合、非常に低いレベルの強調を維持して、この状況において出現し得る明るすぎる境界を回避することが望ましい。この欠点は、取得段階での後処理におそらく起因する、オーバーシュートによって既に強調されたエッジを有する画像及びビデオシーケンスにおいて特に目立つ。この場合、更なるシャープネス強調処理は有害である可能性がある。なぜなら、これは、オーバーシュートを強調し、画像を不自然にする可能性があるからである。

図３に示されるマップは、｜ＤＸ｜及び｜ＺＸ｜の値に依存するシャープネス強調の所望のレベルの実施例を示す。文字Ｌは、｜ＤＸ｜及び｜ＺＸ｜平面においてシャープネス強調が低くあるべき領域を、Ｍは、シャープネス強調が中程度であるべき領域を、Ｈは、シャープネス強調が高くあるべき領域を識別する。

図４は、二次元強調関数の１つの実施例を示す。

好適な実施例において、二次元強調関数ＨＥＦは、｜ＤＸ｜及び｜ＺＸ｜平面全体に亘って連続的である。関数ＨＥＦの値は、原点の近くでは、雑音増幅を回避すべくゼロに近く、｜ＤＸ｜及び｜ＺＸ｜の高い値に対しては、既によく見えるエッジの追加の強調を避けるべく、低下する。図４に示される二次元強調関数ＨＥＦは、図３に示される値の分布の実現の一例であり、図３に示される基本的な分布を実現する他の非線形関数が用いられてもよい。

二次元強調関数は、連続関数の均一又は不均一サンプリングであってよい値を記憶するルックアップテーブル（ＬＵＴ）によって実現されて良い。ＣＸの出力値は、記憶された（サンプリングされた）値の双一次補間回路によって得られる。

図５は、水平及び垂直修正係数を合計するための重み係数を示す。

図５−Ａは、水平重み関数ＨＷＦを垂直修正値ＤＥＹの関数として示す。示される実施例において、水平重み関数ＨＷＦは、垂直修正値ＤＥＹの低い値について値１から開始する。水平重み関数ＨＷＦは、垂直修正値ＤＥＹの所定値から線形的に減少し、垂直閾値ＴＨＹで値０．５に達する。水平重み関数ＨＷＦは、垂直閾値ＴＨＹよりも高い垂直修正値ＤＥＹの値については値０．５を維持する。

図５−Ｂは、垂直重み関数ＶＷＦを垂直修正値ＤＥＸの関数として示す。示される実施例において、垂直重み関数ＶＷＦは、水平修正値ＤＥＸの低い値について値１から開始する。垂直重み関数ＶＷＦは減少し、水平閾値ＴＨＸで値０．５に達する。そして、垂直重み関数ＶＷＦは、水平閾値ＴＨＸよりも高い水平修正値ＤＥＸの値については値０．５を維持する。

水平重み関数ＨＷＦによって乗算される水平修正値ＤＥＸ及び垂直重み関数ＶＷＦによって乗算される垂直修正値ＤＥＹは合計される。従って、垂直修正係数ＤＥＹが垂直閾値ＴＨＹよりも大きければ、水平重み関数ＨＷＦはより小さく、水平修正値ＤＥＸの寄与は、角及び孤立したピクセルの過剰な強調を避けるために低減される。このようにして、雑音の可視性を制限することが可能である。水平重み係数及び垂直重み係数が同一である必要はない。

図６は、入力信号Ｌ（ｍ，ｎ）の平均値ｖｇｌ（ｍ，ｎ）を見積もるためのコンボリューションマスクの実施例を示す。この平均値ｖｇｌ（ｍ，ｎ）は、入力信号Ｌ（ｍ，ｎ）の雑音レベルの標準偏差ｒｏ（ｍ，ｎ）を推定するために用いられる。

雑音推定器ＮＬＤは、入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）に存在する雑音レベルを評価する。二次元強調関数ＨＥＦ及びＶＥＦは、雑音の強調を回避するために、推定された雑音レベルに基づいて修正される。

例えば、雑音のレベルの標準偏差ｒｏ（ｍ，ｎ）は、以下に従って推定されてよい：

ここで、ｖｇｌ（ｍ，ｎ）は、中心が位置ｍ，ｎのピクセルＰＩである３ｘ３ピクセルウィンドウ内のピクセルＰＩの輝度値の平均値の近似値である。

平均値ｖｇｌ（ｍ，ｎ）は、ｖｇｌ（ｍ，ｎ）＝Ｌ（ｍ，ｎ）＊＊Ｗ１によって決定されてもよい。＊＊はコンボリューションを示し、Ｗ１は、３ｘ３ピクセルウィンドウ内のピクセルＰＩのそれぞれのための重み係数を示すコンボリューションマスクである。図６は、コンボリューションマスクＷ１の実施例を示す。

図７は、標準偏差の推定のヒストグラムの例を示す。

図７に示される実施例において、雑音のレベルの標準偏差ｒｏ（ｍ，ｎ）のヒストグラムは以下の式によって計算される。

ここで、｜｛…｝｜は、組｛…｝の要素の数を示す。ヒストグラムのこの実施例において、ｋｍａｘ＝３２である。

雑音ｒｏ（ｍ，ｎ）の標準偏差の推定値は、ヒストグラムのモードパラメータ（以下ではＭと呼ばれる）である、即ち、ヒストグラムのピークに対応するｋの値である。例えば、図７は、追加された雑音を有する画像のヒストグラムを示し、ここで、雑音の標準偏差は５であり、モードパラメータＭの値は５である。Ｍの値は、二次元強調関数ＨＥＦ及び／又はＶＥＦを制御するのに用いられる。

図８は、雑音の多い入力画像信号のための二次元強調関数の実施例を示す。

好適な実施例において、図４に示される二次元関数ＨＥＦ，ＶＥＦは、所定値Ｍｍｉｎより低いパラメータＭの値を有する入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）について用いられ、図８に示される二次元関数ＨＥＦ，ＶＥＦは、所定値Ｍｍａｘより高いパラメータＭの値を有する入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）のために用いられる。図８の二次元関数ＨＥＦ，ＶＥＦは、｜ＤＸ｜及び｜ＺＸ｜のより高い値にシフトされ、そのバンド、即ち、二次元関数ＨＥＦ，ＶＥＦが最大値を取る範囲は、図４の二次元関数ＨＥＦ，ＶＥＦに対して低減される。Ｍの中程度の値（即ちＭｍｉｎ＜Ｍ＜Ｍｍａｘ）については、ピーキング係数ＣＸは、図４及び図８に示される二次元関数の対応する値を補間することによって決定される。

数学的には、好適な実施例において、各ピクセルＰＩに対して、ピーキング係数ＣＸの値は以下のように得られる。

ここで、ＣＸ１（ｍ，ｎ）は図４に示される二次元関数ＨＥＦ，ＶＥＦの値であり、ＣＸ２（ｍ，ｎ）は図８に示される二次元関数ＨＥＦ，ＶＥＦであり、｜ＺＸ｜＝｜ＺＸ（ｍ，ｎ）｜且つ｜ＤＸ｜＝｜ＤＸ（ｍ，ｎ）｜である。

図９は、本発明によるシャープネス強調回路を有するマトリクスディスプレイ装置の実施例を示す。

マトリクスディスプレイ装置は、選択電極ＳＥＬ及びデータ電極が交差する交点に関連するピクセルＰＩのアレイを備えたマトリクスディスプレイＤＩを有する。マトリクスディスプレイＤＩは、通常水平方向に延びる選択電極ＳＥＬの方向にＸピクセルを有し、通常垂直方向に延びるデータ電極ＤＥＬの方向にＹピクセルを有する。マトリクスディスプレイＤＩのピクセルＰＩの位置は、左上のピクセルＰＩの１，１から右下のピクセルＰＩのＹ，Ｘまでにわたる２つの数ｍ，ｎによって示される。数ｍは、データ電極ＤＥＬに沿う位置を示し、従ってこの実施例では垂直位置を示す。数ｎは、選択電極ＳＥＬに沿う位置を示し、従ってこの実施例では水平方向を示す。

選択ドライバＳＤは、選択電極ＳＥＬに選択信号を供給する。データドライバＤＤは、データ電極ＤＥＬにデータ信号を供給する。コントローラＣＯは、制御信号ＣＳ１をデータドライバＤＤに、制御信号ＣＳ２を選択ドライバＳＤに、供給する。通常、コントローラＣＯは、選択ドライバＳＤを制御してピクセルＰＩをラインごとに選択させ、データドライバを制御して適切なデータ電圧をピクセルＰＩの選択されたラインに平行に供給させる。

シャープネス強調回路ＳＥは、入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）を受信し、強調されたデータ信号ｕ（ｍ，ｎ）をデータドライバＤＤに供給する。入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）は、ラインごとにＸサンプルを持ち、マトリクスディスプレイＤＩのピクセルＰＩの数に合うＹラインを持つ、時間離散信号である。入力画像信号Ｌ（ｍ，ｎ）のサンプルは、通常（ビデオ）ピクセルと呼ばれる。マトリクスディスプレイＤＩのディスプレイピクセルＰＩも、通常ピクセルと呼ばれる。このように、ピクセルによって、ビデオ及びディスプレイピクセルの両方が示されることができる。用語Ｌ（ｍ，ｎ）は、位置ｍ，ｎにおける入力画像信号及びピクセルＰＩの輝度の両方を示すために用いられる。用語ピクセル及びＬ（ｍ，ｎ）の意味は、文脈から明白である。

上述の実施例は、本発明を制限するのではなく説明しているのであり、当業者は、添付の請求項の範囲から離れることなく代替の実施例を設計することができることに注意されたい。

請求項において、括弧内に配置されたいかなる引用符号も当該請求項を制限するように解釈されてはならない。「有する（comprising）」なる用語は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別素子を有するハードウェアにより、及び適切にプログラムされたコンピュータ又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって実行されることができる。幾つかの手段を列挙している装置請求項において、複数のこれらの手段を、ハードウェアの全く同一のアイテムによって具体化することもできる。特定の手段が相互に異なる従属請求項において記載されているという事実のみでは、これらの手段の組合せが有利に用いられることができないということを示すことにはならない。

本発明は、両方とも同一の第１の空間方向に動作する、第１のエッジディテクタ及び第２のエッジディテクタの両方の出力信号に基づいて、入力信号のためのピーキング係数を決定する二次元強調関数を提供する。このよう態様で、入力信号中に第１の空間方向で発生しうる全ての異なった種類の境界は区別される。二次元強調関数は、ピーキングの量を決定する値を出力信号の異なった組み合わせに割り当てる。異なった種類の境界に対して、二次元強調関数によって割り当てられる異なった値を選択して、それぞれの種類の境界に最も良くフィットする所望の量のピーキングを得ることができる。

最後に、本発明の好適な実施例において、シャープネス強調の方法は、ハイパスフィルタ及びバンドパスフィルタ、又は、天然画像において発生する全てのエッジ構成、即ち、スムーズなエッジ、シャープなエッジ、細線及びオーバーシュートを有するエッジを区別することができる同等のディテクタによって制御される二次元関数を用いる。二次元関数は、上記の異なった種類のエッジのそれぞれに適用される強調を別個に制御することを許可する。更に、好適には、二次元関数は、入力画像信号の雑音レベルに依存して適応される。好適には、入力画像信号雑音を測定する方法は、３ｘ３ピクセルウィンドウ上で評価された標準偏差のヒストグラムを用いる。

本発明の実施例によるシャープネス強調回路のブロック図を示す。 どの種類のエッジがハイパスフィルタリング及びバンドパスフィルタリングされた入力画像信号のどの組み合わせに関連するかを示す概略図を示す。 二次元強調関数の値の図式的な分布を示す。 二次元強調関数の実施例を示す。 水平補正係数を合計するための重み係数を示す。 垂直補正係数を合計するための重み係数を示す。 入力画像信号における雑音レベルの標準偏差を推定するのに用いられる輝度の平均値を近似するためのコンボリューションマスクの実施例を示す。 標準偏差の推定のヒストグラムの一例を示す。 雑音が多い入力画像信号のための二次元強調関数の実施例を示す。 本発明によるシャープネス強調回路を備えたマトリクスディスプレイ装置の実施例を示す。

Claims (20)

1. 入力信号のシャープネス強調の方法であって、
   第１の空間方向で前記入力信号におけるエッジの第１のサブセットを検出して、第１のディテクタ信号を得るステップと、
   前記第１の空間方向で、前記第１のサブセットとは異なる、前記入力信号におけるエッジの第２のサブセットを検出して、第２のディテクタ信号を得るステップと、
   ピーキング係数を、当該ピーキング係数に対する値を前記第１のディテクタ信号及び前記第２のディテクタ信号の値の組み合わせに割り当てる所定の二次元強調関数を用いることにより、決定するステップと、
   前記第１のディテクタ信号を前記ピーキング係数で乗算してピークを有する信号を得るステップと、
   を有する方法。
2. 請求項１に記載のシャープネス強調の方法において、
   エッジの前記第１のサブセットを検出する前記ステップは、前記入力画像信号をハイパスフィルタリングしてハイパスフィルタリングされた信号を得るステップを有し、
   エッジの前記第２のサブセットを検出する前記ステップは、前記入力画像信号をバンドパスフィルタリングしてバンドパスフィルタリングされた信号を得るステップを有し、
   所定の二次元強調関数を用いることにより前記ピーキング係数を決定する前記ステップは、前記ピーキング係数の値を前記ハイパスフィルタリングされた信号及び前記バンドパスフィルタリングされた信号の値の組み合わせに割り当てるように適応され、
   前記ハイパスフィルタリングされた信号を前記ピーキング係数に基づく乗算係数で乗算する
   方法。
3. 請求項２に記載のシャープネス強調の方法において、
   ハイパスフィルタリングする前記ステップは、前記入力画像信号の水平成分を水平ハイパスフィルタリングして水平ハイパスフィルタリングされた信号を得るステップを有し、
   バンドパスフィルタリングする前記ステップは、前記入力画像信号の前記水平成分を水平バンドパスフィルタリングして水平バンドパスフィルタリングされた信号を得るステップを有し、
   前記ピーキング係数を決定する前記ステップは、水平ピーキング係数に対する値を前記水平ハイパスフィルタリングされた信号及び前記水平バンドパスフィルタリングされた信号の値の組合せに割り当てるための二次元水平強調関数を用いるステップを有する、
   方法。
4. 請求項３に記載のシャープネス強調の方法において、前記水平強調関数は、
   （ｉ）前記水平ハイパスフィルタリングされた信号の値及び前記水平バンドパスフィルタリングされた信号の値が実質的に等しい、
   （ｉｉ）前記水平ハイパスフィルタリングされた信号の前記値が第１の所定の値よりも大きい、又は、
   （ｉｉｉ）前記水平バンドパスフィルタリングされた信号の前記値が第２の所定の値より大きい
   場合に比較的低い値を有し、（ｉ）が有効でなければ、前記水平強調関数は、
   （ｉｖ）前記水平ハイパスフィルタリングされた信号の前記値が前記第１の所定の値より小さい、又は、
   （ｖ）前記水平バンドパスフィルタリングされた信号の前記値が前記第２の所定の値より小さい
   場合に比較的高い値を有する、
   方法。
5. 請求項３に記載のシャープネス強調の方法において、当該方法は、更に、
   前記入力画像信号の垂直成分を垂直ハイパスフィルタリングして垂直ハイパスフィルタリングされた信号を得るステップと、
   前記入力画像信号の前記垂直成分を垂直バンドパスフィルタリングして垂直バンドパスフィルタリングされた信号を得るステップと、
   を有し、
   前記ピーキング係数を決定する前記ステップは、垂直ピーキング係数に対する値を前記垂直ハイパスフィルタリングされた信号及び前記垂直バンドパスフィルタリングされた信号の値の組合せに割り当てるための二次元垂直強調関数を用いるステップを有する、
   方法。
6. 請求項５に記載のシャープネス強調の方法において、前記垂直強調関数は、
   （ｉ）前記垂直ハイパスフィルタリングされた信号の値及び前記垂直バンドパスフィルタリングされた信号の値が実質的に等しい、
   （ｉｉ）前記垂直ハイパスフィルタリングされた信号の前記値が比較的大きい、又は
   （ｉｉｉ）前記垂直バンドパスフィルタリングされた信号の前記値が比較的大きい
   場合に比較的低い値を有し、前記垂直強調関数は、
   （ｉｖ）前記垂直ハイパスフィルタリングされた信号の前記値が比較的小さく且つ（ｉ）が有効でない、又は、
   （ｖ）前記垂直バンドパスフィルタリングされた信号の前記値が比較的小さく且つ（ｉ）が有効でない
   場合に比較的高い値を有する、方法。
7. 請求項５に記載のシャープネス強調の方法において、乗算する前記ステップは、
   前記水平ハイパスフィルタリングされた信号を前記水平ピーキング係数で乗算して水平補正係数を得るステップと、
   前記垂直ハイパスフィルタリングされた信号を前記垂直ピーキング係数で乗算して垂直補正係数を得るステップと、
   前記水平補正係数及び前記垂直補正係数を合計して合計補正係数を得るステップと、
   前記入力画像信号に前記合計補正係数を合計するステップと、
   を有する、方法。
8. 請求項７に記載のシャープネス強調の方法において、
   前記水平補正係数及び前記垂直補正係数を合計する前記ステップは、前記水平補正係数を水平重み係数で、前記垂直補正係数を垂直重み係数で重み付けするステップを有し、
   前記水平重み係数は、前記垂直補正係数が第１の閾値を上回るとより低い値を有し、
   前記垂直重み係数は、前記水平補正係数が第２の閾値を上回るとより低い値を有する、方法。
9. 請求項７に記載のシャープネス強調の方法において、更に、
   前記入力画像信号に存在する雑音のレベルを決定するステップと、
   雑音の強調を低減するために雑音の前記レベルに依存して前記水平ピーキング係数及び／又は垂直ピーキング係数を修正するステップと、
   を有する方法。
10. 請求項９に記載のシャープネス強調の方法において、雑音の前記レベルを決定する前記ステップは、前記雑音の標準偏差を推定するステップを有する、方法。
11. 請求項３に記載のシャープネス強調の方法において、前記入力画像信号は、ピクセルのマトリクスによって形成される画像を表し、前記マトリクスのピクセルの位置は添字ｍ，ｎによって規定され、ここで、前記添字ｎは水平位置を示し、前記添字ｍは垂直位置を示し、前記水平ハイパスフィルタリングは、Ｚｘ（ｍ，ｎ）＝２Ｌ（ｍ，ｎ）−Ｌ（ｍ，ｎ−１）−Ｌ（ｍ，ｎ＋１）によって規定されるラプラシアンフィルタリングを有し、前記水平バンドパスフィルタリングは、Ｄｘ（ｍ，ｎ）＝Ｌ（ｍ，ｎ＋１）−Ｌ（ｍ，ｎ−１）によって規定されるフィルタリングを有し、Ｌ（ｍ，ｎ）は、位置ｍ，ｎのピクセルの輝度に関連し、Ｌ（ｍ，ｎ−１）は、位置ｍ，ｎ−１のピクセルの輝度に関連し、Ｌ（ｍ，ｎ＋１）は、位置ｍ，ｎ＋１でピクセルの輝度に関連する、方法。
12. 請求項５に記載のシャープネス強調の方法において、前記入力画像信号は、ピクセルのマトリクスによって形成される画像を表し、前記マトリクスのピクセルの位置は添字ｍ，ｎによって規定され、ここで、前記添字ｎは水平位置を示し、前記添字ｍは垂直位置を示し、前記垂直ハイパスフィルタは、Ｚｙ（ｍ，ｎ）＝２Ｌ（ｍ，ｎ）−Ｌ（ｍ−１，ｎ）−Ｌ（ｍ＋１，ｎ）によって規定されるラプラシアンフィルタを有し、前記垂直バンドパスフィルタは、フィルタＤｙ（ｍ，ｎ）＝Ｌ（ｍ＋１，ｎ）−Ｌ（ｍ−１，ｎ）であり、Ｌ（ｍ，ｎ）は、位置ｍ，ｎのピクセルの輝度に関連し、Ｌ（ｍ−１，ｎ）は、位置ｍ−１，ｎのピクセルの輝度に関連し、Ｌ（ｍ＋１，ｎ）は、位置ｍ＋１，ｎ＋１でピクセルの前記輝度に関連する、方法。
13. 請求項１０に記載のシャープネス強調の方法において、前記標準偏差を推定する前記ステップは、３ｘ３ピクセルウィンドウについて各ピクセルに対して以下のように決定し、
    

    

    ここでｖｇｌ（ｍ，ｎ）は、前記３ｘ３ピクセルウィンドウ中の前記ピクセルの輝度値の平均値の近似である、方法。
14. 請求項１３に記載のシャープネス強調の方法において、前記平均値は、ｖｇｌ（ｍ，ｎ）＝Ｌ（ｍ，ｎ）＊＊Ｗ１によって決定され、＊＊はコンボリューションを示し、Ｗ１は、前記３ｘ３ピクセルウィンドウ中の前記ピクセルのそれぞれのための重み係数を示すコンボリューションマスクである、方法。
15. 請求項１４に記載のシャープネス強調の方法において、前記各ピクセルに対して、以下の式によってヒストグラムが計算され、
    

    

    ここで、｜｛…｝｜は、組｛…｝の要素の数を示し、前記雑音レベルの標準偏差の推定された値は前記ヒストグラム中の最高値に対応する値ｋ＝Ｍであり、前記水平ピーキング係数及び前記垂直ピーキング係数は、前記推定された値に依存する、方法。
16. 請求項１に記載のシャープネス強調の方法において、
    エッジの前記第１のサブセットを検出する前記ステップは、前記入力画像信号をハイパスフィルタリングして第１のハイパスフィルタリングされた信号を得るステップを有し、
    エッジの前記第２のサブセットを検出する前記ステップは、前記入力画像信号をハイパスフィルタリングして第２のハイパスフィルタリングされた信号を得るステップを有し、
    所定の二次元強調関数を用いることにより前記ピーキング係数を決定する前記ステップは、前記ピーキング係数のための値を前記第１のハイパスフィルタリングされた信号及び前記第２のハイパスフィルタリングされた信号の組み合わせに割り当てるように適応され、
    前記第１のハイパスフィルタリングされた信号を前記ピーキング係数で乗算する、
    方法。
17. 請求項１６に記載のシャープネス強調の方法において、
    前記第１のハイパスフィルタリングのステップは、前記入力画像信号の水平成分を水平ハイパスフィルタリングして第１の水平ハイパスフィルタリングされた信号を得るステップを有し、
    前記第２のハイパスフィルタリングのステップは、前記入力画像信号の前記水平成分を水平ハイパスフィルタリングして第２の水平バンドパスフィルタリングされた信号を得るステップを有し、
    前記ピーキング係数を決定する前記ステップは、水平ピーキング係数の値を前記第１の水平ハイパスフィルタリングされた信号及び前記第２の水平バンドパスフィルタリングされた信号の値の組合せに割り当てるための二次元水平強調関数を用いることを有する、
    方法。
18. 請求項１７に記載のシャープネス強調の方法において、更に、
    前記入力画像信号の垂直成分を第１の垂直ハイパスフィルタリングして第１の垂直ハイパスフィルタリングされた信号を得るステップと、
    前記入力画像信号の前記垂直成分を第２の垂直ハイパスフィルタリングして第２の垂直バンドパスフィルタリングされた信号を得るステップと、
    前記ピーキング係数を決定する前記ステップは、所定の二次元垂直強調関数を用いて垂直ピーキング係数の値を前記垂直ハイパスフィルタリングされた信号及び前記第２の垂直ハイパスフィルタリングされた信号の値の組合せに割り当てるステップを有する、方法。
19. 第１の空間方向で前記入力信号のエッジの第１のサブセットを検出して、第１のディテクタ信号を得るための第１のエッジディテクタと、
    前記第１の空間方向で、前記第１のサブセットとは異なる、前記入力信号のエッジの第２のサブセットを検出して、第２のディテクタ信号を得る第２のエッジディテクタと、
    ピーキング係数を、当該ピーキング係数の値を前記第１のディテクタ信号及び前記第２のディテクタ信号の値の組み合わせに割り当てる所定の二次元強調関数を用いることにより、決定するための手段と、
    前記第１のディテクタ信号を前記ピーキング係数で乗算してピークを有する信号を得るための乗算器と、
    を有するシャープネス強調回路。
20. マトリクスディスプレイ及び請求項１９に記載のシャープネス強調回路を有するディスプレイ装置。

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