JP2010226349A - 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】入力画像(DIN)の特定周波数帯域成分を抽出した中間画像(D1)と、中間画像(D1)よりも高い周波数成分を持つ中間画像D2を生成し、中間画像(D1)を第1の増幅率(D3MA)で増幅した中間画像(D3M)を生成し、中間画像(D2)を第2の増幅率(D3HA)で増幅した中間画像(D3H)を生成し、入力画像(DIN)と中間画像(D3M)と中間画像(D3H)を加算して出力画像(DOUT)を得る。第1の増幅率(D3MA)は入力画像(DIN)と中間画像(D1)の画素値に応じて決定され、第2の増幅率(D3HA)は入力画像(DIN)と中間画像(D2)の画素値に応じて決定される。
【選択図】図1
Description
入力画像の特定の周波数帯域の成分を抽出して第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非線形処理を施すことによって高周波数成分を生成し、生成した高周波数成分を抽出して第2の中間画像を生成する第2の中間画像生成手段と、
前記入力画像と前記第1の中間画像をもとに前記第1の中間画像を処理して第3の中間画像を出力する第1の中間画像処理手段と、
前記入力画像と前記第2の中間画像をもとに前記第2の中間画像を処理して第4の中間画像を出力する第2の中間画像処理手段と、
前記入力画像と前記第3の中間画像と前記第4の中間画像を加算する加算手段を備え、
前記第1の中間画像処理手段は、
前記入力画像の画素値と前記第1の中間画像の画素値から第1の増幅率を決定する第1の増幅率決定手段と、
前記第1の増幅率に従って前記第1の中間画像の画素値を増幅する第1の画素値増幅手段を有し、
前記第2の中間画像処理手段は、
前記入力画像の画素値と前記第2の中間画像の画素値から第2の増幅率を決定する第2の増幅率決定手段と、
前記第2の増幅率に従って前記第2の中間画像の画素値を増幅する第2の画素値増幅手段を有する
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例を示す図であり、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。
第2の中間画像処理手段3Hは、中間画像D2に後述する処理を行った中間画像(第4の中間画像)D3Hを生成する。
加算手段4は、入力画像DINと、中間画像D3Mと、中間画像D3Hとを加算する。加算手段4による加算の結果得られる画像が最終的な出力画像DOUTとして出力される。
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、入力画像DINの第1の周波数以上の高周波数成分のみを抽出した画像D1Aを生成する。高周波数成分の抽出は、ハイパスフィルタ処理を行うことで可能である。高周波数成分の抽出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、入力画像DIN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の水平方向周波数以上の高周波数成分を抽出した画像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2の垂直方向周波数以上の高周波数成分を抽出した画像D1Avを生成する垂直方向高周波数成分画像生成手段1Avとを有し、画像D1Aは画像D1Ahと画像D1Avとから成る。
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D1Bh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D1Bv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とから成る。
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。
第1の中間画像処理手段3Mは、増幅率決定手段3MAにおいて入力画像DIN及び中間画像D1の画素値をもとに増幅率D3MAを決定する。先に述べた通り、増幅率D3MAに基づいて第1の中間画像D1の画素値が増幅されるが、第1の中間画像D1は、画像D1hと画像D1vから成るので、増幅率D3MAとしては、画像D1hに対する増幅率D3MAhと画像D1vに対する増幅率D3MAvが決定される。即ち、増幅率決定手段3MAは、水平方向増幅率決定手段3MAhと、垂直方向増幅率決定手段3MAvとを有し、水平方向増幅率決定手段3MAhでは入力画像DIN及び画像D1hの画素値をもとに増幅率D3MAhが決定され、垂直方向増幅率決定手段3MAvでは入力画像DIN及び画像D1vの画素値をもとに増幅率D3MAvが決定され、増幅率決定手段3MAからは増幅率D3MAh及び増幅率D3MAvが増幅率D3MAとして出力される。
以上が第1の中間画像処理手段3Mの動作である。
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抽出した画像DU1B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抽出した画像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。
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15(A)〜(E)は入力画像DIN(もしくは画像DU1)として原画DORGを拡大して得られた画像DU1Dが入力された場合の、入力画像DIN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15(A)は入力画像DINの周波数スペクトルを、図15(B)は高周波数成分画像生成手段1Aの周波数応答を、図15(C)は低周波数成分画像生成手段1Bの周波数応答を、図15(D)は第1の中間画像生成手段1の周波数応答を、図15(E)は中間画像D1の周波数スペクトルを表す。なお、図15(A)〜(E)においても図14(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17(A)〜(C)及び図18(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信号を表した図である。
図17(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17(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信号を表しており、図17(C)は図17(B)に示される信号の高周波数成分を表している。一方、図18(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18(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18(C)は図18(B)に示される信号の高周波数成分を表している。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、抽出された画像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抽出する効果がある。
本発明では、第1及び第2の中間画像D1及びD2を入力画像DINに加算するわけではないが、以下、仮に第1及び第2の中間画像を加算をした場合に得られる効果について説明し、その後で、第1及び第2の中間画像D1及びD2の代わりに、第3及び第4の中間画像D3M及びD3Hを加算することによる効果について説明する。
中間画像D1は入力画像DINに対してハイパスフィルタ処理を行った後、ローパスフィルタ処理を行うことで生成される。ここでハイパスフィルタ処理は入力画像DINの各画素値から局所的な平均値を引くことに相当する。したがって入力画像DINにおいて注目する画素の画素値が大きいと、その画素に対して与えられるハイパスフィルタ処理後の出力値も大きな正の値となる可能性が高い。
実施の形態1では、本発明をハードウエアにより実現するものとして説明したが、図1に示される構成の一部又は全部をソフトウエアにより実現することも可能である。その場合の処理を図23、並びに図24〜図32を参照して説明する。
以下、CPU11により行なわれる処理を、図24〜図32を参照して説明する。
第2の中間画像処理ステップST3Hは、図30に示すように、増幅率決定ステップST3HA、及び画素値変更ステップST3HBを含む。
高周波数成分画像生成ステップST1Aでは、図示しない画像入力ステップにて入力された入力画像DINに対し、以下のような処理が行われる。
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、入力画像DINから垂直方向の高周波数成分を抽出した画像D1Avを生成する。
即ち、高周波数成分画像生成ステップST1Aは、高周波数成分画像生成手段1Aと同様の処理を行い、入力画像DINから、画像D1Ah及び画像D1Avから成る画像D1Aを生成する。
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抽出した画像D1Bvを生成する。
即ち、低周波数成分画像生成ステップST1Bは、低周波数成分画像生成手段1Bと同様の処理を行い、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。
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。
まず、第1の中間画像処理ステップST3Mは、増幅率決定ステップST3MAにおいて、中間画像D1の各画素がもつ画素値に対する増幅率を決定する。ここで中間画像D1は画像D1h及び画像D1vから成るので、増幅率の決定は、画像D1hと画像D1vの各画素について行われる。即ち、画像D1hに対しては水平方向増幅率決定ステップST3MAhにおいて各画素に対する増幅率が決定され、画像D1vに対しては垂直方向増幅率決定ステップST3MAvにおいて各画素に対する増幅率が決定される。
まず、第2の中間画像処理ステップST3Hは、増幅率決定ステップST3HAにおいて、中間画像D2の各画素がもつ画素値に対する増幅率を決定する。ここで中間画像D2は画像D2h及び画像D2vから成るので、増幅率の決定は、画像D2hと画像D2vの各画素について行われる。即ち、画像D2hに対しては水平方向増幅率決定ステップST3HAhにおいて各画素に対する増幅率が決定され、画像D2vに対しては垂直方向増幅率決定ステップST3HAvにおいて各画素に対する増幅率が決定される。ここで水平方向増幅率決定ステップST3HAhの動作は水平方向増幅率決定手段3HAhと、垂直方向増幅率決定ステップST3HAvの動作は垂直方向増幅率決定手段3HAvと同様であるのでその説明は省略する。
以上が本発明における画像処理方法の動作である。
Claims (18)
- 入力画像の特定の周波数帯域の成分を抽出して第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非線形処理を施すことによって高周波数成分を生成し、生成した高周波数成分を抽出して第2の中間画像を生成する第2の中間画像生成手段と、
前記入力画像と前記第1の中間画像をもとに前記第1の中間画像を処理して第3の中間画像を出力する第1の中間画像処理手段と、
前記入力画像と前記第2の中間画像をもとに前記第2の中間画像を処理して第4の中間画像を出力する第2の中間画像処理手段と、
前記入力画像と前記第3の中間画像と前記第4の中間画像を加算する加算手段を備え、
前記第1の中間画像処理手段は、
前記入力画像の画素値と前記第1の中間画像の画素値から第1の増幅率を決定する第1の増幅率決定手段と、
前記第1の増幅率に従って前記第1の中間画像の画素値を増幅する第1の画素値増幅手段を有し、
前記第2の中間画像処理手段は、
前記入力画像の画素値と前記第2の中間画像の画素値から第2の増幅率を決定する第2の増幅率決定手段と、
前記第2の増幅率に従って前記第2の中間画像の画素値を増幅する第2の画素値増幅手段を有する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記第1の増幅率決定手段は、
前記第1の中間画像の画素値の符号を判定して、
前記第1の中間画像の画素値の符号が正であれば、前記入力画像の画素値が大きくなるほど増幅率が小さくなる第1の特性に従って求められた増幅率を前記第1の増幅率として出力し、
前記第1の中間画像の画素値の符号が負であれば、前記入力画像の画素値が小さくなるほど増幅率が小さくなる第2の特性に従って求められた増幅率を前記第1の増幅率として出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記第2の増幅率決定手段は、
前記第2の中間画像の画素値の符号を判定して、
前記第2の中間画像の画素値の符号が正であれば、前記入力画像の画素値が大きくなるほど増幅率が小さくなる第1の特性に従って求められた増幅率を前記第2の増幅率として出力し、
前記第2の中間画像の画素値の符号が負であれば、前記入力画像の画素値が小さくなるほど増幅率が小さくなる第2の特性に従って求められた増幅率を前記第2の増幅率として出力する
ことを特徴とする請求項1又は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の周波数以上の高周波数成分のみを抽出した第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の周波数以下の低周波数成分のみを抽出する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4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の周波数以上の高周波数成分のみを抽出した第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5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の水平方向周波数以上の高周波数成分を抽出した第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の垂直方向周波数以上の高周波数成分を抽出した第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の水平方向周波数以下の低周波数成分のみを抽出した第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の垂直方向周波数以下の低周波数成分のみを抽出した第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の水平方向周波数以上の高周波数成分のみを抽出した第2の水平方向中間画像を生成する第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の垂直方向周波数以上の高周波数成分のみを抽出した第2の垂直方向中間画像を生成する第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へ、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し、決定した増幅率で前記第1の水平方向中間画像の画素値を増幅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へ、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し、決定した増幅率で前記第1の垂直方向中間画像の画素値を増幅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。 - 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、
前記第1の増幅率は、
前記第1の水平方向中間画像に対する第1の水平方向増幅率及び前記第1の垂直方向中間画像に対する第1の垂直方向増幅率から成り、
前記第1の中間画像処理手段は、
前記第1の水平方向増幅率を決定する第1の水平方向増幅率決定手段と、
前記第1の水平方向増幅率に従って前記第1の水平方向中間画像の画素値を増幅する第1の水平方向画素値増幅手段と、
前記第1の垂直方向増幅率を決定する第1の垂直方向増幅率決定手段と、
前記第1の垂直方向増幅率に従って前記第1の垂直方向中間画像の画素値を増幅する第1の垂直方向画素値増幅手段を有する
ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記第1の水平方向増幅率決定手段及び前記第1の垂直方向増幅率決定手段の少なくとも一方は、
前記入力画像の画素値が大きくなるほど増幅率が小さくなる第1の特性に従って増幅率を出力する第1の増幅率決定手段と、
前記入力画像の画素値が小さくなるほど増幅率が小さくなる第2の特性に従って増幅率を出力する第2の増幅率決定手段と、
前記第1の中間画像の画素値の符号を判定する符号判定手段と、
前記符号判定手段の判定結果に基づいて前記第1の増幅率決定手段が出力する増幅率と前記第2の増幅率決定手段が出力する増幅率を選択して出力する選択手段を有する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 - 前記第1の水平方向増幅率決定手段及び前記第1の垂直方向増幅率決定手段の少なくとも一方は、
前記第1の中間画像の画素値の符号を判定する符号判定手段と、
前記符号判定手段の判定結果に基づいて所定の係数を出力する係数決定手段と、
前記入力画像の画素値と前記係数決定手段が出力する係数を用いて増幅率を決定する増幅率決定手段を有する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 - 前記第2の中間画像が、
前記第2の水平方向中間画像及び前記第2の垂直方向中間画像から成り、
前記第2の増幅率が、
前記第2の水平方向中間画像に対する第2の水平方向増幅率及び前記第2の垂直方向中間画像に対する第2の垂直方向増幅率から成り、
前記第2の中間画像処理手段は、
前記第2の水平方向増幅率を決定する第2の水平方向増幅率決定手段と、
前記第2の水平方向増幅率に基づき、前記第2の水平方向中間画像の画素値を増幅する第2の水平方向画素値増幅手段と、
前記第2の垂直方向増幅率を決定する第2の垂直方向増幅率決定手段と、
前記第2の垂直方向増幅率に基づき、前記第2の垂直方向中間画像の画素値を増幅する第2の垂直方向画素値増幅手段を有する
ことを特徴とする請求項7乃至12のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記第2の水平方向増幅率決定手段及び前記第2の垂直方向増幅率決定手段の少なくとも一方は、
前記入力画像の画素値が大きくなるほど増幅率が小さくなる第1の特性に従って増幅率を出力する第1の増幅率決定手段と、
前記入力画像の画素値が小さくなるほど増幅率が小さくなる第2の特性に従って増幅率を出力する第2の増幅率決定手段と、
前記第2の中間画像の画素値の符号を判定する符号判定手段と、
前記符号判定手段の判定結果に基づいて前記第1の増幅率決定手段が出力する増幅率と前記第2の増幅率決定手段が出力する増幅率を選択して出力する選択手段を有する
ことを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。 - 前記第2の水平方向増幅率決定手段及び前記第2の垂直方向増幅率決定手段の少なくとも一方は、
前記第2の中間画像の画素値の符号を判定する符号判定手段と、
前記符号判定手段の判定結果に基づいて所定の係数を出力する係数決定手段と、
前記入力画像の画素値と前記係数決定手段が出力する係数を用いて増幅率を決定する増幅率決定手段を有する
ことを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。 - 請求項1乃至15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。
- 入力画像の特定の周波数帯域の成分を抽出して第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非線形処理を施すことによって高周波数成分を生成し、生成した高周波数成分を抽出して第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、
前記入力画像と前記第1の中間画像をもとに前記第1の中間画像を処理して第3の中間画像を出力する第1の中間画像処理ステップと、
前記入力画像と前記第2の中間画像をもとに前記第2の中間画像を処理して第4の中間画像を出力する第2の中間画像処理ステップと、
前記入力画像と前記第3の中間画像と前記第4の中間画像を加算する加算ステップを備え、
前記第1の中間画像処理ステップは、
前記入力画像の画素値と前記第1の中間画像の画素値から第1の増幅率を決定する第1の増幅率決定ステップと、
前記第1の増幅率に従って前記第1の中間画像の画素値を増幅する第1の画素値変更ステップを有し、
前記第2の中間画像処理ステップは、
前記入力画像の画素値と前記第2の中間画像の画素値から第2の増幅率を決定する第2の増幅率決定ステップと、
前記第2の増幅率に従って前記第2の中間画像の画素値を増幅する第2の画素値変更ステップを有する
ことを特徴とする画像処理方法。 - 請求項17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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