JP2010165096A - 画像処理装置及び方法並びに画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カラー画像の輝度画像(YIN)から特定の周波数帯域の成分を取り出して第1の中間画像(D1)を生成し(1)、第1の中間画像(D1)をもとに第2の中間画像(D2)を生成し(2)、第1の中間画像(D1)と第2の中間画像(D2)を加算して高周波数成分加算画像(D4)を生成するとともに、輝度画像(YIN)に高周波数成分加算画像(D4)を加算して出力輝度画像(YOUT)を生成し(4)、高周波数成分加算画像(D4)の各画素値に基づいて、カラー画像の色差画像(CRIN、CBIN)の各画素値を増減させる(5)。
【選択図】図1
Description
カラー画像が入力される画像処理装置であって、
前記カラー画像の輝度信号を表す輝度画像から特定の周波数帯域の成分を取り出した第1の中間画像を生成する第1の中間画像生成手段と、
前記第1の中間画像をもとに第2の中間画像を生成する第2の中間画像生成手段と、
前記第1の中間画像と前記第2の中間画像を加算した高周波数成分加算画像と、前記輝度画像に前記高周波数成分加算画像を加算した出力輝度画像を生成する加算手段と、
前記高周波数成分加算画像の各画素値に基づいて、前記カラー画像の色差信号を表す色差画像の各画素値を増減させる色差増減手段と
を有することを特徴とする。
図1は本発明の実施の形態1による画像処理装置の構成を表す図であり、図示の画像処理装置は、例えば画像表示装置の一部として用いることができる。
第1の中間画像生成手段1は、入力輝度画像YINから特定の周波数帯域の成分(即ち第1の周波数(第1の所定の周波数)から第2の周波数(第2の所定の周波数)までの成分)を取り出した中間画像(第1の中間画像)D1を生成する。
第2の中間画像生成手段2は、中間画像D1に後述する処理を行った中間画像(第2の中間画像)D2を生成する。
加算手段4は、入力輝度画像YINと、中間画像D1と、中間画像D2を加算する。
色差増減手段5は、入力CR画像CRIN及び入力CB画像CBINに後述する処理を行う。
加算手段4の出力画像が出力輝度画像YOUTに相当し、色差増減手段5の出力が、出力CR画像CROUT及び出力CB画像CBOUTに相当する。
増幅率決定手段5Aは、高周波数成分加算画像D4に基づいて増幅率D5Aを決定する。
色差Cr乗算手段5B1は、増幅率D5Aの値に基づいて、入力CR画像CRINの各画素値を増減し、その結果を画像D5B1として出力する。
色差Cb乗算手段5B2は、増幅率D5Aの値に基づいて、入力CB画像CBINの各画素値を増減し、その結果を画像D5B2として出力する。
まず、第1の中間画像生成手段1の詳細な動作について説明する。
第1の中間画像生成手段1は、高周波数成分画像生成手段1Aにおいて、入力輝度画像YINの第1の周波数以上の高周波数成分のみを取り出した画像D1Aを生成する。
高周波数成分の取り出しは、ハイパスフィルタ処理を行うことで可能である。高周波数成分の取り出しは画像の水平方向及び垂直方向それぞれについて行う。即ち高周波数成分画像生成手段1Aは、入力輝度画像YINに対し、水平方向のハイパスフィルタ処理を行って水平方向についてのみ第1の水平方向周波数(第1の所定の水平方向周波数)以上の高周波数成分を取り出した画像D1Ahを生成する水平方向高周波数成分画像生成手段1Ahと、垂直方向のハイパスフィルタ処理を行って垂直方向についてのみ第1の垂直方向周波数(第1の所定の垂直方向周波数)以上の高周波数成分を取り出した画像D1Avを生成する垂直方向高周波数成分画像生成手段1Avを有し、画像D1Aは画像D1Ahと画像D1Avから成る。
まず、第2の中間画像生成手段2は、非線形処理手段2Aにおいて、中間画像D1に対して後述する非線形処理を行った画像D2Aを生成する。非線形処理は、水平方向及び垂直方向それぞれについて行う。即ち非線形処理手段2Aは、画像D1hに対して後述する非線形処理を行って画像D2Ahを生成する水平方向非線形処理手段2Ahと、画像D1vに対して後述する非線形処理を行って画像D2Avを生成する垂直方向非線形処理手段2Avとを有し、画像D2Aは画像D2Ahと画像D2Avから成る。
水平方向非線形処理手段2Ahからは画像D2Ahとして非線形処理画像D312hが出力される。
以上が非線形処理手段2Aの動作である。
図示のように、Lがゼロの場合、GAINは1となり、Lが正の値の場合、GAINは1より大きな値となり、Lが負の場合、GAINは1より小さい正の値となる。このようなLとGAINの関係は例えば、以下の式
以上が色差増減手段5の動作である。
Y=0.299R+0.587G+0.114B
Cr=0.500R−0.419G−0.081B
Cb=−0.169R−0.331G+0.500B
…(2)
により行なわれ、YCbCr形式からRGB形式への変換は
R=1.000Y+1.402Cr+0.000Cb
G=1.000Y−0.714Cr−0.344Cb
B=1.000Y+0.000Cr+1.772Cb
…(3)
により行なわれる。なお、式(2)、式(3)に示した係数は一例であって、本発明はこれに限定されない。また、入力画像が8ビットデータの場合、Cr、Cbの値は通常−128以上127以下の範囲に丸め込まれる。
また、画像拡大手段U1への入力画像を原画DORGとして表す。
水平方向ゼロ挿入手段U1Aは原画DORGの水平方向に関して画素値0を持つ画素を適宜挿入した(原画DORGの水平方向に隣接する画素列相互間に、画素値0の画素から成る画素列を1列ずつ挿入した)画像DU1Aを生成する。
水平方向低周波数成分通過手段U1Bはローパスフィルタ処理により画像DU1Aの低周波数成分のみを取り出した画像DU1Bを生成する。
垂直方向ゼロ挿入手段U1Cは画像DU1Bの垂直方向に関して画素値0を持つ画素を適宜挿入した(画像DU1Bの垂直方向に隣接した画素行相互間に、画素値0の画素から成る画素行を1行ずつ挿入した)画像DU1Cを生成する。
垂直方向低周波数成分通過手段DU1Dは画像DU1Cの低周波数成分のみを取り出した画像DU1Dを生成する。
画像DU1Dが原画DORGを水平方向及び垂直方向ともに2倍した画像DU1として、画像拡大手段U1から出力される。
垂直方向ゼロ挿入手段U1Cは図11(C)に示す画像DU1Bに対して、垂直方向の1画素につき1個、画素値0をもった画素を挿入し(即ち、画像DU1Bの垂直方向に隣接する画素行相互間に一つの、画素値0の画素から成る画素行を挿入し)、図11(D)に示す画像DU1Cを生成する。垂直方向低周波数成分通過手段U1Dは図11(D)に示す画像DU1Cに対して、ローパスフィルタ処理を施し、図11(E)に示す画像DU1Dを生成する。
以上の処理により原画DORGを水平方向及び垂直方向ともも2倍に拡大した画像DU1Dが生成される。
原画DORGの画素数は水平方向及び垂直方向とも画像DU1の半分であり、言い換えると原画DORGのサンプリング間隔は画像DU1のサンプリング間隔の2倍である。したがって原画DORGのナイキスト周波数は画像DU1のナイキスト周波数の半分である。
一方、画像拡大手段U1(あるいは画像拡大手段U1Y、画像拡大手段U1CR、画像拡大手段U1CB)の出力する画像IMGU1が入力画像IMGINとして用いられるので、明らかに、画像DU1の画素数と入力画像IMGINの画素数は同じである。即ち画像DU1のナイキスト周波数もFnである。したがって原画DORGのナイキスト周波数は入力画像入力画像IMGINのナイキスト周波数の半分即ち、Fn/2である。
したがって画像DU1Bの周波数スペクトルは画像DU1Bに示すように、スペクトルSPMの強度がある程度落ちたスペクトルSP2と、スペクトルSPOの強度がある程度落ちたスペクトルSP1から成る。なお一般に、ローパスフィルタの周波数応答は周波数が高くなるほど低くなる。従って、スペクトルSP1の強度をスペクトルSPOと比較すると、水平方向低周波数成分通過手段U1Bによって、高周波数成分側、即ち周波数が±Fn/2の近傍でのスペクトル強度が減少したものとなる。
図13(A)〜(E)は入力画像IMGIN(もしくは画像IMGU1)として原画IMGORGを拡大して得られた画像IMGU1が入力された場合の、入力輝度画像YINから中間画像D1を生成する際の作用、効果を模式的に表した図であり、
図13(A)は入力輝度画像YINの周波数スペクトルを、図13(B)は高周波数成分画像生成手段1Aの周波数応答を、図13(C)は低周波数成分画像生成手段1Bの周波数応答を、図13(D)は第1の中間画像生成手段1の周波数応答を、図13(E)は中間画像D1の周波数スペクトルを表す。なお、図13(A)〜(E)においても図12(A)〜(D)と同様の理由で周波数軸は1本しか用いていない。
図15(A)〜(C)及び図16(A)〜(C)はステップエッジをサンプリングした際に得られる輝度信号について表した図である。
図15(A)はステップエッジとサンプリング間隔S1を表しており、図15(B)はステップエッジをサンプリング間隔S1でサンプリングした際に得られる輝度信号を表しており、図15(C)は図15(B)に表された信号の高周波数成分を表している。一方、図16(A)はステップエッジとサンプリング間隔S1より間隔の広いサンプリング間隔S2を表しており、図16(B)はステップエッジをサンプリング間隔S2でサンプリングした際に得られる信号を表しており、図16(C)は図16(B)に表された信号の高周波数成分を表している。なお、以下の説明ではサンプリング間隔S2の長さはサンプリング間隔S1の長さの2倍であるとする。
また、取り出された画像D2Bはサンプリング間隔S1に対応した周波数成分を含む信号であるといえる。言い換えると、高周波数成分画像生成手段2Bには非線形処理手段2Aで生成された高周波数成分のみを取り出す効果がある。
しかしながら、そのようでなくとも、高周波数成分加算画像D4の画素値に対して増幅率5Aが単調に増加するものであればよい。
また、色差信号に対する過補正を防止するために増幅率D5Aの範囲に制限を設けてもよい。即ち閾値TH1、TH2(TH1>1、1>TH2>0とする)を設け、増幅率(GAIN)と輝度色差加算画像YCの画素値(L)の関係を例えば
このように閾値によって増幅率(GAIN)の値に上限、下限を設けることで、色差増減手段5で色差成分に対して過補正がかかることを防止できる。
図20は本発明の実施の形態2による画像処理方法のフローを表す図であり、本発明の実施の形態2による画像処理方法は、第1の中間画像生成ステップST1、第2の中間画像生成ステップST2、加算ステップST4、及び色差増減ステップST5を含む。
入力画像YINに対して以下に示す説明に従った処理を行うことによって生成された出力輝度画像YOUT、出力CR画像CROUT、及び出力CB画像CBOUTから成る出力画像IMGOUTが図示されない画像出力ステップによって最終的な出力画像として出力される。
高周波数成分画像生成ステップST1Aでは、入力輝度画像YINに対し、以下のような処理が行われる。
まず、水平方向高周波数成分画像生成ステップST1Ahでは、水平方向のハイパスフィルタ処理によって、入力輝度画像YINから水平方向の高周波数成分を取り出した画像D1Ahを生成する。
垂直方向高周波数成分画像ステップST1Avでは、垂直方向のハイパスフィルタ処理によって、入力輝度画像YINから垂直方向の高周波数成分を取り出した画像D1Avを生成する。
即ち、高周波数成分画像生成ステップST1Aは、入力輝度画像YINから、画像D1Ah及び画像D1Avから成る画像D1Aを生成する。この動作は高周波数成分画像生成手段1Aと同等である。
垂直方向低周波数成分画像生成ステップST1Bvでは、垂直方向のローパスフィルタ処理によって、画像D1Avから垂直方向の低周波数成分を取り出した画像D1Bvを生成する。
即ち、低周波数成分画像生成ステップST1Bは、画像D1Aから、画像D1Bh及び画像D1Bvから成る画像D1Bを生成する。この動作は低周波数成分画像生成手段1Bと同等である。
まず、非線形処理ステップST2Aでは中間画像D1に対し、以下のような処理を行う。
まず、水平方向高周波数成分画像生成ステップST2Bhでは、画像D2Ahに対し水平方向のハイパスフィルタ処理を行った画像D2Bhを生成する。即ち、水平方向高周波数成分画像生成ステップST2Bhは、水平方向高周波数成分画像生成手段2Bhと同様の処理を行う。
加算ステップST4は入力輝度画像YIN、中間画像D1、及び中間画像D2を加算した結果を高周波数成分加算画像D4として出力する。また、入力輝度画像YINに対し、高周波数成分加算画像D4を加算した結果(即ち、中間画像D1及び中間画像D2を加算した結果)を、出力輝度画像YOUTとして出力する。
なお、中間画像D1は画像D1h及び画像D1vから成り、中間画像D2は画像D2h及び画像D2vから成るので、加算ステップST4では画像D1h、D1v、D2h、及びD2vの全てを加算し、高周波数成分加算画像D4を生成する。この際画像D1h、D1v、D2h、及びD2vを単純に加算してもよいし、重み付け加算してもよい。そして出力輝度画像YOUTが本発明における画像処理方法の最終出力画像の一部として出力される。以上が加算ステップST4の動作であり、この動作は加算手段4の動作と同等である。
輝度色差加算ステップST5ではまず、増幅率決定ステップST5Aにおいて、入力CR画像CRIN及び入力CB画像CBINの各画素に対する増幅率を高周波数成分加算画像D4の同一座標の画素値に基づいて決定する。高周波数成分加算画像D4の画素値と増幅率決定手段5Aで決定される増幅率の関係は実施の形態1と同様の関係を用いる。
以上が色差増幅ステップST5の動作であり、その動作は色差増幅手段5と同等である。
以上が本発明における画像処理方法の動作である。
Claims (12)
- カラー画像が入力される画像処理装置であって、
前記カラー画像の輝度信号を表す輝度画像から特定の周波数帯域の成分を取り出した第1の中間画像を生成する第1の中間画像生成手段と、
前記第1の中間画像をもとに第2の中間画像を生成する第2の中間画像生成手段と、
前記第1の中間画像と前記第2の中間画像を加算した高周波数成分加算画像と、前記輝度画像に前記高周波数成分加算画像を加算した出力輝度画像を生成する加算手段と、
前記高周波数成分加算画像の各画素値に基づいて、前記カラー画像の色差信号を表す色差画像の各画素値を増減させる色差増減手段と
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記色差増減手段は、
前記高周波数成分加算画像の各画素値に基づいて、前記色差画像の各画素値に対する増幅率を決定する増幅率決定手段と、前記増幅率決定手段により決定された増幅率を、前記色差画像の各画素値にかけた値を出力する色差乗算手段を備え、
前記増幅率決定手段は、
前記高周波数成分加算画像の画素値が正の場合、前記増幅率を1より大きな値とし、
前記高周波数成分加算画像の画素値が負の場合、前記増幅率を1より小さな値とし、
前記高周波数成分加算画像の画素値が零の場合、前記増幅率を1とする
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記増幅率は、
前記高周波数成分加算画像の画素値に対して単調に増加する
ことを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記第1の中間画像生成手段は、
前記入力画像の第1の所定の周波数以上の高周波数成分のみを取り出した第1の高周波数成分画像を生成する第1の高周波数成分画像生成手段と、
前記第1の高周波数成分画像の第2の所定の周波数以下の低周波数成分のみを取り出す低周波数成分画像生成手段を有する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記第1の高周波数成分画像生成手段は、
前記入力画像の各画素の水平方向の近傍に存在する画素を用いて第1の所定の水平方向周波数以上の高周波数成分を取り出した第1の水平方向高周波数成分画像を生成する第1の水平方向高周波数成分画像生成手段と、
前記入力画像の各画素の垂直方向の近傍に存在する画素を用いて第1の所定の垂直方向周波数以上の高周波数成分を取り出した第1の垂直方向高周波数成分画像を生成する第1の垂直方向高周波数成分画像生成手段を有し、
前記低周波数成分画像生成手段は、
前記第1の水平方向高周波数成分画像の第2の所定の水平方向周波数以下の低周波数成分のみを取り出した第1の水平方向中間画像を生成する水平方向低周波数成分画像生成手段と、
前記第1の垂直方向高周波数成分画像の第2の所定の垂直方向周波数以下の低周波数成分のみを取り出した第1の垂直方向中間画像を生成する垂直方向低周波数成分画像生成手段を有する
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記第2の中間画像生成手段は、
前記第1の中間画像の画素値を画素に応じて変化させた増幅率で増幅させた非線形処理画像を生成する非線形処理手段を有する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記第2の中間画像生成手段は、
前記非線形処理画像の第3の所定の周波数以上の高周波数成分のみを取り出した第2の高周波数成分画像を生成する第2の高周波数成分画像生成手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。 - 前記第1の中間画像が、
前記第1の水平方向中間画像及び前記第1の垂直方向中間画像から成り、
前記非線形処理手段は、
前記第1の水平方向中間画像の各画素値を画素に応じて変化させた増幅率で増幅した水平方向非線形処理画像を生成する水平方向非線形処理手段と、
前記第1の垂直方向中間画像の各画素値を画素に応じて変化させた増幅率で増幅した垂直方向非線形処理画像を生成する垂直方向非線形処理手段を有し、
前記第2の高周波数成分画像生成手段は、
前記水平方向非線形処理画像の第3の所定の水平方向周波数以上の高周波数成分のみを取り出した第2の水平方向高周波数成分画像を生成する第2の水平方向高周波数成分画像生成手段と、
前記垂直方向非線形処理画像の第3の所定の垂直方向周波数以上の高周波数成分のみを取り出した第2の垂直方向高周波数成分画像を生成する第2の垂直方向高周波数成分画像生成手段を有する
ことを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。 - 前記水平方向非線形処理手段は、
前記第1の水平方向中間画像の画素値が正から負もしくは負から正へと変化する箇所をゼロクロス点として判定する水平方向ゼロクロス判定手段と、
前記水平方向ゼロクロス判定手段の判定結果に応じて前記第1の水平方向中間画像の各画素に対する増幅率を決定する水平方向信号増幅手段を有し、
前記垂直方向非線形処理手段は、
前記第1の垂直方向中間画像の画素値が正から負もしくは負から正へと変化する箇所をゼロクロス点として判定する垂直方向ゼロクロス判定手段と、
前記垂直方向ゼロクロス判定手段の判定結果に応じて前記第1の垂直方向中間画像の各画素に対する増幅率を決定する垂直方向信号増幅手段を有する
ことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする画像表示装置。
- カラー画像を処理する画像処理方法であって、
前記カラー画像の輝度信号を表す輝度画像から特定の周波数帯域の成分を取り出した第1の中間画像を生成する第1の中間画像生成ステップと、
前記第1の中間画像をもとに第2の中間画像を生成する第2の中間画像生成ステップと、
前記第1の中間画像と前記第2の中間画像を加算した高周波数成分加算画像と、前記輝度画像に高周波数成分加算画像を加算した出力輝度画像を生成する加算ステップと、
前記高周波数成分加算画像の各画素値に基づいて、前記カラー画像の色差信号を表す色差画像の各画素値を増減させる色差ステップと
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項11に記載の画像処理方法により処理された画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
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