JP2007208723A - 輪郭強調装置及び輪郭強調プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】二次微分信号にリミットをかける従来の輪郭強調装置により、ＯＳＤにより表示される映像信号に対して輪郭強調処理を行った場合、急峻なエッジ部分の輪郭強調を弱めるだけで、輪郭強調自体は残るため、ＯＳＤの文字などの周囲がすっきりせず見にくい。
【解決手段】入力映像信号ａの連続する４画素の値を取り出し、隣接する２画素毎の差分絶対値信号ｄを生成し、比較器で閾値ＴＨ１、ＴＨ２とレベル比較する。比較器は差分絶対値信号ｄがＴＨ１未満のときは”０”、ＴＨ１以上ＴＨ２未満のときは”１”、ＴＨ２以上のときには”２”の値の信号を出力する。パターン検出部は３つの比較器から並列に出力される隣接する４画素の差分絶対値信号の比較結果が、「０２０」のパターンの時には、”２”の値の差分絶対値信号ｄの２画素とその前後の各１画素の４画素伝送期間「Ｈ」レベルの制御信号を発生して、輪郭強調信号ｂが加算されないようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は輪郭強調装置及び輪郭強調プログラムに係り、特に映像の輪郭を強調する輪郭強調装置及び輪郭強調プログラムに関する。

映像の鮮鋭感を向上させるため、テレビジョン装置には広く輪郭強調回路が搭載されている。最も一般的な手法は、映像信号から二次微分信号を抽出したものの振幅を調整した後、元の映像信号に加算するものである。オーバーシュート・アンダーシュートが付き輪郭（エッジ）の傾斜が急峻になって、鮮鋭感が向上したように見える。ただし、大振幅の二次微分信号をそのまま用いると、急峻なエッジが過度に強調され見にくくなる。特に図形・文字・細線などを含む画像やＯＳＤ（オンスクリーン・ディスプレイ）画像では画質劣化が顕著になる。

そのため、二次微分信号に対してある一定値で振幅制限をかけて過度の輪郭補正を防止する輪郭強調装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、注目画素の映像信号から生成した二次微分信号が閾値以上となったときは、注目画素の映像信号に加算する注目画素付近の二次微分信号をゼロとすることで、オーバーシュートを付加しないようにする輪郭強調装置も従来開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２９０７７３号公報 特開２０００−２４４７７５号公報

ところで、近年、ハイビジョン放送やハイビジョンＯＳＤが普及してきていることに加え、ベースバンドのデジタル映像・音声入出力インタフェース規格のＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）端子の登場により高精細で鮮明、かつ、低ノイズな映像信号がディスプレイに入力されるようになっている。自然画像はカメラの撮影時にノイズが混入するのに対し、機器内部でデジタルで信号が生成されるＯＳＤにはノイズはなく、加えてＨＤＭＩによるデジタル伝送を行うと、ノイズが全く混入せずディスプレイに到達する。

さらに、一般にＯＳＤは輪郭強調が行われることを前提としているものではなく、急峻なエッジにより構成された文字や図形の映像をそのまま表示しても、十分鮮鋭な表示がなされる。従って、ノイズがなく最初から急峻なエッジを含む映像部分に対しては輪郭強調をせずに表示する方が見易い。

このため、二次微分信号にリミットをかける従来の輪郭強調装置により、ＯＳＤにより表示される映像信号に対して輪郭強調処理を行った場合は、急峻なエッジ部分の輪郭強調を弱めるだけで、輪郭強調自体は残るため、ＯＳＤの文字などの周囲がすっきりせず見にくい。また、特許文献２記載の従来の輪郭強調装置では、映像信号のオーバーシュート部分の輪郭強調自体を０にできるが、アンダーシュートには制限を行わないし、大振幅の輪郭部にしか効果がない。また、二次微分信号の１点だけに注目して輪郭強調のオン／オフを判断しているため、輪郭強調を行いたい部分でも輪郭強調がオフされるという弊害が起き易い。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、高精細ＯＳＤまたは急峻なエッジを含む映像ソースをより見易く表示し得る輪郭強調装置及び輪郭強調プログラムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の輪郭強調装置は、入力映像信号の所定周波数以上の高域周波数成分を輪郭強調成分として抽出し、入力映像信号に輪郭強調成分を加算して輪郭強調された映像信号を出力する輪郭強調装置であって、直列接続されたＮ個（Ｎは４以上の自然数）の１画素遅延素子からなり、入力映像信号を構成する各画素を水平走査順に１画素ずつ、直列接続されたＮ個の１画素遅延素子のうちの入力側の１画素遅延素子に入力させて、各画素をＮ個の１画素遅延素子によって順次遅延させ、各画素がそれぞれ１画素遅延する毎に、Ｎ個の１画素遅延素子のそれぞれの出力となる水平走査順に連続するＮ個の画素の画素値を抽出する抽出手段と、Ｎ個の画素の画素値のうち、それぞれ隣接する２つの画素の画素値の差分を取り、その差分を絶対値化して（Ｎ−１）個の画素差分絶対値を算出する算出手段と、（Ｎ−１）個の画素差分絶対値を、予め設定されている第１の閾値及び予め第１の閾値よりもレベルが大きく設定されている第２の閾値とそれぞれ比較し、各画素差分絶対値が、第１の閾値未満のときは値ｍ０、第１の閾値以上で第２の閾値未満のときは値ｍ１、第２の閾値以上のときは値ｍ２、とする比較結果をそれぞれ出力する比較手段と、比較手段から出力される（Ｎ−１）個の比較結果を、これらの比較結果を得る基となった各画素の水平走査順に並べたときに、少なくとも「ｍ０，ｍ２，ｍ０」という順番のパターンがあるかどうか検出し、パターンを検出したときは、検出したパターンのうちの比較結果ｍ２を得る基となった２画素を中心とした連続する複数の画素の伝送期間で所定の論理値の制御信号を生成するパターン検出手段と、パターン検出手段から出力される制御信号が所定論理値の期間、入力映像信号に加算される輪郭強調成分を０にする制御手段とを有することを特徴とする。

また、本発明の輪郭強調プログラムは、上記の本発明の輪郭強調装置の構成手段をコンピュータに実行させる輪郭強調プログラムであることを特徴とする。

本発明の輪郭強調装置及び輪郭強調プログラムでは、輪郭強調をする入力映像信号のＮ個の画素の画素値のうち、隣接する２つの画素の画素値の差分を取り、その差分を絶対値化して（Ｎ−１）個の画素差分絶対値を取得し、各画素差分絶対値を、それぞれ予め設定されている第１の閾値と第１の閾値よりもレベルが大である第２の閾値と比較し、各画素差分絶対値が第１の閾値未満のときは値ｍ０、第１の閾値以上で第２の閾値未満のときは値ｍ１、第２の閾値以上のときは値ｍ２とする比較結果をそれぞれ出力し、（Ｎ−１）個の上記の比較結果をこれらの比較結果を得る基となった各画素の水平走査順に並べたときに、少なくとも「ｍ０，ｍ２，ｍ０」という順番のパターンを検出したときは、検出したパターンのうちの比較結果ｍ２を得る基となった２画素を中心とした連続する複数の画素の伝送期間で、入力映像信号に加算される輪郭強調成分を０にする。

上記の比較結果ｍ０は隣接する２つの画素の差分絶対値が極めて小さく、上記の比較結果ｍ２は隣接する２つの画素の差分絶対値が極めて大きい場合であるので、上記の「ｍ０，ｍ２，ｍ０」のパターンは、隣接する４画素が極めて急峻なエッジ部分であることを示す。従って、この急峻なエッジ部分の所定周波数以上の高域周波数成分を輪郭強調成分として、入力映像信号に加算しないようにすることにより、オーバーシュートやアンダーシュートの無い輪郭強調後の映像信号を出力することができる。

本発明によれば、高精細・低ノイズな映像信号の急峻なエッジ部分に対しては、輪郭強調成分を映像信号に加算しないようにすることにより、オーバーシュートやアンダーシュートの無い輪郭強調後の映像信号を出力することができると共に、エッジ以外の部分には輪郭強調を行うことで、ＯＳＤ等は見易く、自然画像は鮮鋭感を向上させて表示することが可能となる。また、本発明によれば、隣接する複数の画素の画素値から急峻なエッジ部分を検出するようにしているので、二次微分信号の１点だけに注目して輪郭強調のオン／オフを判断する従来装置に比べて、オーバーシュートやアンダーシュートの無い輪郭強調が高精度に行える。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる輪郭強調装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、入力映像信号は、パターン認識部１に供給されて後述するパターン認識処理される一方、高域フィルタ（ＨＰＦ）２に供給されて、輪郭強調成分を示す所定高域周波数成分が周波数選択されて取り出され、アンプ３に供給される。アンプ３はパターン認識部１からの制御信号により、その動作がオン又はオフに制御される。

アンプ３はオンに制御されているときにのみ、ＨＰＦ２からの高域周波数成分を増幅することで振幅調整して加算器４へ供給し、ここで入力映像信号に加算して輪郭成分が強調された映像信号を生成して出力させる。また、アンプ３はオフに制御されているときには信号を出力しないため、入力映像信号は加算器４をそのまま通過して輪郭強調されずに出力される。

本実施の形態は、パターン認識部１を設けた点に特徴があり、次に、パターン認識部１の構成及び動作について更に詳細に説明する。図２はパターン認識部１の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、パターン認識部１は、輪郭強調対象の映像信号が供給される４段縦続接続された（直列に接続された）遅延回路１１_１、１１_２、１１_３及び１１_４と、遅延回路１１_４の出力遅延映像信号から遅延回路１１_３の出力遅延映像信号を減算する減算器１２_１と、遅延回路１１_３の出力遅延映像信号から遅延回路１１_２の出力遅延映像信号を減算する減算器１２_２と、遅延回路１１_２の出力遅延映像信号から遅延回路１１_１の出力遅延映像信号を減算する減算器１２_３と、減算器１２_１〜１２_３の各出力信号の絶対値を出力する絶対値（ａｂｓ）回路１３_１〜１３_３と、絶対値回路１３_１〜１３_３から出力された各絶対値信号を各々２つの閾値ＴＨ２とＴＨ１とレベル比較して比較結果を出力する比較器１４_１〜１４_３と、比較器１４_１〜１４_３からそれぞれ出力された比較結果を共通に受け、それらの比較結果が所定のパターンであるかどうかを検出して制御信号を生成し、図１のアンプ４へ出力するパターン検出部１５とから構成されている。

遅延回路１１_１、１１_２、１１_３及び１１_４は、各々入力映像信号の１画素伝送期間の遅延時間を有する。従って、減算器１２_１、１２_２、１２_３からは互いに水平方向に連続する４画素のうち隣接する２画素の差分信号が取り出されることになる。

次に、図２のパターン認識部１の動作について、図３の波形図及び図４のフローチャートと共に説明する。なお、図３（ａ）〜（ｇ）中、黒丸は画素を示す。図３（ａ）に示す立ち上がりエッジ部分を有する映像信号が入力されると、遅延回路１１_１、１１_２、１１_３及び１１_４によりそれぞれ１画素期間ずつ遅延される一方、図１のＨＰＦ２により図３（ｂ）に示すような所定高域周波数成分である輪郭強調成分が抽出される。図３（ｂ）に示す輪郭強調成分を、従来のように輪郭強調のために同図（ａ）に示す入力映像信号に加算すると、同図（ｃ）に示すような、元の映像信号にアンダーシュートｃ１やオーバーシュートｃ２を有する波形となり、これらがエッジの縁取りになり、ＯＳＤ文字などを見にくくする原因となる。

そこで、本実施の形態では、図２に示すパターン認識部１において、まず、遅延回路１１_１、１１_２、１１_３及び１１_４により入力映像信号の水平方向に連続する４つの画素値を抽出し（図４のステップＳ１）、続いて、それら４つの画素値のうち隣接する２画素毎の差分値の絶対値を算出する（図４のステップＳ２）。すなわち、入力映像信号の任意の水平方向に連続する４画素の信号レベルを入力順に図３（ａ）にｐ１〜ｐ４で示すものとし、また、遅延回路１１_４から信号レベルｐ１が出力される時点では、減算器１２_１からは（ｐ１−ｐ２）の信号レベル、減算器１２_２からは（ｐ２−ｐ３）の信号レベル、減算器１２_３からは（ｐ３−ｐ４）の信号レベルの差分信号が取り出され、それら差分信号が絶対値（ａｂｓ）回路１３_１、１３_２、１３_３で別々に絶対値をとられることにより、絶対値回路１３_１、１３_２、１３_３からは図３（ｄ）にｐ１１、ｐ１２、ｐ１３で示す絶対値信号が取り出される。なお、図３（ｄ）を絶対値回路１３_２から出力される絶対値信号とした場合は、絶対値回路１３_１からは同図（ｄ）に示す絶対値信号を左へ１画素期間シフトした信号が取り出され、絶対値回路１３_３からは同図（ｄ）に示す絶対値信号を右へ１画素期間シフトした信号が取り出される。

絶対値信号ｐ１１、ｐ１２、ｐ１３は、比較器１３_１、１３_２、１３_３に別々に供給され、ここで図３（ｅ）に示す２つの閾値ＴＨ１及びＴＨ２（ただし、ＴＨ２＞ＴＨ１＞０）とレベル比較される。比較器１３_１、１３_２、１３_３は、入力絶対値信号のレベルが閾値ＴＨ１未満のときには、値”０”の信号を出力し、閾値ＴＨ１以上で閾値ＴＨ２未満のときには、値”１”の信号を出力し、閾値ＴＨ２以上のときには値”２”の信号を出力する。

ここで、上記の閾値ＴＨ１はノイズや階調部分などの小振幅の高周波成分であると判断するための閾値で、適切に設定すればノイズがほぼ皆無で一定の画素値が連続するＯＳＤを判断することができる。また、閾値ＴＨ２はエッジを検出するための閾値である。

すなわち、比較器１３_１〜１３_３はそれぞれ入力された絶対値信号のレベルが閾値ＴＨ１未満であるかどうか判定し（図４のステップＳ３）、ＴＨ１未満であれば値”０”の信号を出力し（図４のステップＳ４）、ＴＨ１以上であれば閾値ＴＨ２未満であるかどうか判定する（図４のステップＳ５）。ＴＨ２未満であれば、比較器１３_１〜１３_３は値”１”の信号を出力し（図４のステップＳ６）、ＴＨ２未満でなければＴＨ２以上であると判断して値”２”の信号を出力する（図４のステップＳ７）。

ここでは、画素信号レベルがｐ１＝ｐ２、ｐ３＝ｐ４、ｐ２＞ｐ３であるものとすると、上記の絶対値信号ｐ１２は、図３（ａ）に示す入力映像信号の急峻な立ち上がりエッジ部分に基づく信号で、図３（ｅ）に示すように、閾値ＴＨ２よりも大レベルの信号であるので、比較器１３_２からは値”２”の信号が出力される。一方、上記の絶対値信号ｐ１１及びｐ１３は、それぞれ０レベルの信号であるので、図３（ｅ）に示すように、閾値ＴＨ１未満のレベルの信号であり、よって比較器１３_１及び１３_３からはそれぞれ値”０”の信号が出力される。

パターン検出部１５は、比較器１３_１、１３_２、１３_３から並列に供給される３信号の値が、それぞれ”０”、”２”、”０”であるパターンかどうかを検出する（図４のステップＳ８）。パターン検出部１５が上記の”０”、”２”、”０”のパターンを検出した時は、値”２”の差分絶対値信号が得られる２画素を中心とした前後各１画素の計４画素の伝送期間「Ｈ」レベルのイネーブル信号を生成し、それを制御信号として出力する（図４のステップＳ９）。また、パターン検出部１５は、上記のパターンを検出できない時には、「Ｌ」レベルの制御信号を出力する（図４のステップＳ１０）。

従って、図３の例の場合、比較器１３_１、１３_２、１３_３から並列に供給される３信号の値が、それぞれ”０”、”２”、”０”であるときは、パターン検出部１５は比較器１３_２から出力される値”２”の差分絶対値信号ｐ１２の基となっている信号ｐ２及びｐ３の２画素と、その前後の信号ｐ１とｐ４の各１画素の計４画素の伝送期間「Ｈ」レベルの図３（ｆ）に示すイネーブル信号を生成し、制御信号として図１のアンプ３の動作を制御する。また、パターン検出部１５は、上記の”０”、”２”、”０”のパターンを検出できない時には、「Ｌ」レベルの信号を出力する。

アンプ３は制御信号が「Ｈ」の期間は動作オフ状態に制御され、図１のＨＰＦ２から出力される図３（ｂ）に示す輪郭強調成分を出力せず、制御信号が「Ｌ」の期間のみ動作オン状態に制御され、ＨＰＦ２から出力される輪郭強調成分の振幅を調整して出力して加算器４で入力映像信号に加算する。

これにより、本実施の形態によれば、加算器４からは図３（ｇ）に示すように、入力映像信号の立ち上がりの急峻なエッジ部分によるオーバーシュートやアンダーシュートの無い、入力映像信号と同じ波形の輪郭強調後の映像信号が取り出される。従って、この出力映像信号をＯＳＤにより表示した場合、すっきりとした輪郭が鮮明な画像表示ができる。

また、本実施の形態によれば、高精度の輪郭強調処理ができる。すなわち、従来は注目画素の二次微分信号が１つでも閾値を超えると、その注目画素付近のオーバーシュートを０にするため、従来ではシュートをつけて輪郭強調したい部分でもシュートが無くなって鮮鋭感が低下し易いのに対し、本実施の形態では、二次微分信号を３画素分検出しているため、急峻なエッジ部分（輪郭部分）によるオーバーシュート、アンダーシュートだけを正確に０にすることが可能である。

なお、上記の実施の形態では輪郭強調成分を０にする期間は「０２０」のパターンを検出した付近の４画素としたが、実際には輪郭強調成分を作り出すフィルタの特性に合わせて画素数を調整するものであり、４画素に限定されない。また、フィルタのタップ数（図２の遅延回路の数）が大きければ、輪郭強調成分をオフにする期間を広げる。

また、本発明は、図１及び図２の構成や図４のフローチャートの手順をコンピュータにより実現させる輪郭強調プログラムも含むものである。この場合、輪郭強調プログラムは、記録媒体から読み出されてコンピュータに取り込まれてもよく、また、ネットワークを介して配信されてコンピュータに取り込まれてもよく、更には装置内にファームウェアとして取り込まれていてもよい。

本発明の輪郭強調装置の一実施の形態のブロック図である。 図１中のパターン認識部の一実施の形態の構成図である。 図１及び図２の動作説明用信号波形図である。 図１中のパターン認識部の動作説明用フローチャートである。

符号の説明

１ パターン認識部
２ 高域フィルタ（ＨＰＦ）
３ アンプ
４ 加算器
１１_１〜１１_４ 遅延回路
１２_１〜１２_３ 減算器
１３_１〜１３_３ 絶対値（ａｂｓ）回路
１４_１〜１４_３ 比較器
１５ パターン検出部

Claims (2)

1. 入力映像信号の所定周波数以上の高域周波数成分を輪郭強調成分として抽出し、前記入力映像信号に前記輪郭強調成分を加算して輪郭強調された映像信号を出力する輪郭強調装置であって、
   直列接続されたＮ個（Ｎは４以上の自然数）の１画素遅延素子からなり、前記入力映像信号を構成する各画素を水平走査順に１画素ずつ、前記直列接続されたＮ個の１画素遅延素子のうちの入力側の１画素遅延素子に入力させて、前記各画素を前記Ｎ個の１画素遅延素子によって順次遅延させ、前記各画素がそれぞれ１画素遅延する毎に、前記Ｎ個の１画素遅延素子のそれぞれの出力となる前記水平走査順に連続するＮ個の画素の画素値を抽出する抽出手段と、
   前記Ｎ個の画素の画素値のうち、それぞれ隣接する２つの画素の画素値の差分を取り、その差分を絶対値化して（Ｎ−１）個の画素差分絶対値を算出する算出手段と、
   前記（Ｎ−１）個の画素差分絶対値を、予め設定されている第１の閾値及び予め前記第１の閾値よりもレベルが大きく設定されている第２の閾値とそれぞれ比較し、前記各画素差分絶対値が、前記第１の閾値未満のときは値ｍ０、前記第１の閾値以上で前記第２の閾値未満のときは値ｍ１、前記第２の閾値以上のときは値ｍ２、とする比較結果をそれぞれ出力する比較手段と、
   前記比較手段から出力される（Ｎ−１）個の比較結果を、これらの比較結果を得る基となった各画素の水平走査順に並べたときに、少なくとも「ｍ０，ｍ２，ｍ０」という順番のパターンがあるかどうか検出し、該パターンを検出したときは、検出した前記パターンのうちの比較結果ｍ２を得る基となった２画素を中心とした連続する複数の画素の伝送期間で所定の論理値の制御信号を生成するパターン検出手段と、
   前記パターン検出手段から出力される前記制御信号が前記所定論理値の期間、前記入力映像信号に加算される前記輪郭強調成分を０にする制御手段と
   を有することを特徴とする輪郭強調装置。
2. 入力映像信号の所定周波数以上の高域周波数成分を輪郭強調成分として抽出し、前記入力映像信号に前記輪郭強調成分を加算して輪郭強調された映像信号を出力する輪郭強調機能をコンピュータに実行させる輪郭強調プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   直列接続されたＮ個（Ｎは４以上の自然数）の１画素遅延素子からなり、前記入力映像信号を構成する各画素を水平走査順に１画素ずつ、前記直列接続されたＮ個の１画素遅延素子のうちの入力側の１画素遅延素子に入力させて、前記各画素を前記Ｎ個の１画素遅延素子によって順次遅延させ、前記各画素がそれぞれ１画素遅延する毎に、前記Ｎ個の１画素遅延素子のそれぞれの出力となる前記水平走査順に連続するＮ個の画素の画素値を抽出する抽出手段と、
   前記Ｎ個の画素の画素値のうち、それぞれ隣接する２つの画素の画素値の差分を取り、その差分を絶対値化して（Ｎ−１）個の画素差分絶対値を算出する算出手段と、
   前記（Ｎ−１）個の画素差分絶対値を、予め設定されている第１の閾値及び予め前記第１の閾値よりもレベルが大きく設定されている第２の閾値とそれぞれ比較し、前記各画素差分絶対値が、前記第１の閾値未満のときは値ｍ０、前記第１の閾値以上で前記第２の閾値未満のときは値ｍ１、前記第２の閾値以上のときは値ｍ２、とする比較結果をそれぞれ出力する比較手段と、
   前記比較手段から出力される（Ｎ−１）個の比較結果を、これらの比較結果を得る基となった各画素の水平走査順に並べたときに、少なくとも「ｍ０，ｍ２，ｍ０」という順番のパターンがあるかどうか検出し、該パターンを検出したときは、検出した前記パターンのうちの比較結果ｍ２を得る基となった２画素を中心とした連続する複数の画素の伝送期間で所定の論理値の制御信号を生成するパターン検出手段と、
   前記パターン検出手段から出力される前記制御信号が前記所定論理値の期間、前記入力映像信号に加算される前記輪郭強調成分を０にする制御手段と
   して機能させることを特徴とする輪郭強調プログラム。
   
   
   

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