JP4502055B2 - 画像処理装置、画像表示装置、および画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル画像の画像データの諧調を補間する画像処理装置、画像表示装置、及び画像処理方法に関し、特にデジタル画像の擬似的な輪郭の発生の抑制に関するものである。

近年、テレビやモニタなどのディスプレイ装置の高輝度化が進んでいる。高輝度化によって単位階調当たりの輝度の変化量も大きくなり、緩やかな階調の変化でもその変化点が目立ってしまう。そこで、１０ビットの液晶パネルなど階調分解能の高い表示デバイスが開発されているが、デジタル放送などは８ビットで映像が配信されるため、ディスプレイ装置の階調が１０ビットにも拘らず、実効的な階調数は８ビットのままである。そのため、少なくとも３つの画像レベルが抜けており、夕焼けや海などの緩やかに階調が変化する画像信号では、隣接する領域の画像レベルが階段状に変化して、擬似的な輪郭のように見えてしまう。

画像レベルが抜けているような擬似輪郭を有した画像データを平滑化処理（単純な平均化など）によって緩和すると、画像がぼけてしまうという問題があった。特許文献１に記載の階調補間方法では、このような隣接する領域の画像レベルが階段状に変化して、少なくとも１つの画像レベルが抜けている現象を「階調のジャンプ」と定義している。この特許文献１に記載された技術では、平滑化処理を行わずにこの階調のジャンプを解消するために、階調のジャンプが存在する第１と第２の画像レベルを特定することによって階調補間の対象領域を抽出し、この対象領域を（Ｎ＋１）個の区分領域に区分して、Ｎ個の中間画像レベルを順次割り当てることにより対象領域の階調を補間している。

特開平１０−８４４８１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、狭い領域内のデータに基づいて階調の補間処理を行なうので、緩やかな変化の擬似的な輪郭を解消することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、デジタル画像の擬似的な輪郭の発生を抑制することができる画像処理装置、画像表示装置、及び画像処理方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画像データ階調を補間する画像処理装置において、画像データの階調変換をする階調変換部と、画像データの階調に応じて閾値を求める閾値制御部と、画像データの処理すべき注目画素と周辺画素との差分値が閾値より大きい場合にはエッジ領域としてエッジを保持し、閾値以下の場合はエッジ以外の領域として平滑化処理を行う平滑化フィルタ部と、平滑化フィルタ部で処理された画像データを出力する出力部とを有し、閾値制御部が、階調変換部における階調変換の特性に合わせた閾値を求めるものである。
また、画像データのビット数を拡張し前記画像データの階調を拡張するステップと、画像データの階調変換を行うステップと、画像データの階調に応じて閾値を求めるステップと、階調変換がなされた画像データの処理すべき注目画素と周辺画素との差分値が閾値より大きい場合にはエッジ領域としてエッジを保持し、閾値以下の場合はエッジ以外の領域として平滑化処理を行うステップとを含む含み、閾値を求めるステップは、階調変換の特性に合わせた閾値を求めるものである。

この発明によれば、画像データの階調に応じて閾値を求め、その閾値に応じて画像データ内で所定エッジを保存しながら画像データの所定の階調を平滑化処理するので、画像の鮮鋭度を損なうことなく擬似輪郭の発生を抑制することができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る画像処理装置、画像表示装置、画像処理方法および画像表示方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像表示装置（画像処理装置を含む）の構成を示す図である。実施の形態１に係る画像表示装置１００は、ビット拡張により増加させた階調（補間した階調）をεフィルタ（非線型デジタルフィルタ）を用いて平滑化し、実効的な階調数を増やして画像表示を行なう画像表示装置である。この画像表示装置１００は、例えば、液晶テレビやプラズマテレビなどに適用することができる。

画像表示装置１００は、入力端子１、受信部２、多階調化処理部３、及び表示部４を備えている。これらのうち、受信部２及び多階調化処理部３によって、画像処理装置（実効的な階調数を増加させる装置）が構成されている。

本実施の形態では、受信部２の一例として、受信部２がアナログの画像信号からデジタルの画像データに変換するＡ／Ｄ変換器である場合について説明する。なお、受信部２にチューナーを配設し、受信部２の内部でコンポジット信号を輝度や色度信号に復調した後にデジタルの画像データに変換してもよい。また、受信部２をデジタルインターフェースとし、受信部２が入力端子１からデジタルのデータを受信して、ｎ（ｎは自然数）ビットの画像データＤＩを出力してもよい。

入力端子１は、アナログ画像信号ＳＡを入力する端子であり、入力されたアナログ画像信号ＳＡを受信部２に出力する。受信部２は、アナログ画像信号ＳＡをｎビットの画像データＤＩに変換して多階調化処理部３に出力する。

多階調化処理部３は、原データビット拡張部５、階調変換部２８、閾値制御部としてのε選択部２９、及び平滑化フィルタ部としての一次元ｍ次εフィルタ部６０を備えており、ｎビットの画像データＤＩを（ｎ＋α）ビットに変換（多階調化）して表示部４に出力する。なお、ｍとαはともに自然数である。

原データビット拡張部５は、一次元ｍ次εフィルタ部６０よりも前段に配置すれば良い。原データビット拡張部５は、ｎビットの画像データＤＩをαビット分ビット拡張した（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを階調変換部２８に出力する。階調変換部２８は、画像データＤＪに対してガンマ変換やコントラスト補正などの階調変換を行い、階調変換後の画像データを画像データＤＳ（（ｎ＋α）ビット）として、ε選択部２９と一次元ｍ次εフィルタ部６０に出力する。

画像表示装置１００内で入出力される各画像データ（画像データＤＳ、画像データＤＩ、画像データＤＪ、後述の画像データＤＯ）は、マトリクス状に配列された画素の値を示すデータである。画像データＤＳで示される各画素の位置は、画像の左上隅を原点（０，０）として、座標値（ｉ，ｊ）（ｉとｊはともに自然数）で表され、水平方向の座標値ｉは、右向きに１列進む毎に１ずつ大きくなり、垂直方向の座標値ｊは、下向きに１行進む毎に１ずつ大きくなる。これらの各画像データは、複数の行に配列されるデータを順番に示すデータ列である。このデータ列は、複数の行を上から下への順番であって、かつ各行内では複数の画素を左から右への順番で示すデータの列である。

受信部２におけるアナログ画像信号ＳＡから画像データＤＩへの変換、受信部２から原データビット拡張部５への画像データＤＩの供給、原データビット拡張部５におけるビット拡張（ビット数の拡張）、原データビット拡張部５から階調変換部２８への画像データＤＪの供給、階調変換部２８からデータ格納部７への画像データＤＳの供給などは、図示しない制御部から供給される画素クロックに同期して行われる。なお、以下に説明する多階調化処理部３の他の部分の動作も同様に、制御部から供給される画素クロックに同期して行われる。

ε選択部２９は、階調ごとに設定された閾値のテーブルを持ち、入力される画像データＤＳ（階調ＤＳ）に応じた閾値（閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（ｍ）の何れか）をテーブル（階調閾値対応情報）内から選択して一次元ｍ次εフィルタ部６０に出力する。ここでの閾値は、後述の差分データＥＤと比較される値である。

一次元ｍ次εフィルタ部６０は、処理すべき画素としての注目画素（階調を平滑化する際に基準となる画素）に対して一次元方向に整列されている画素のデータに基づいて、急峻な変化（エッジ）を保存しながら、小振幅成分を雑音として扱って平滑化を行うエッジ保存型平滑化フィルタ（εフィルタ）として用いられる。一次元ｍ次εフィルタ部６０は、原データビット拡張部５で増やした階調を平滑化することによって階調のジャンプをなくし、実効的な階調数を増やす処理を行なう。

一次元ｍ次εフィルタ部６０は、データ格納部７、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍ、第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍ、判定付加重平均部１０、及びデータ加算部１１を備えている。

データ格納部７は、階調変換部２８からの画像データＤＳを格納するとともに、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍに、それぞれ画像データＤＭ（１）〜ＤＭ（ｍ）を出力する。また、データ格納部７は、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍとデータ加算部１１に、画像データＤＭ（ｃ）を出力する。

画像データＤＭ（ｃ）は、注目画素を注目画素ｃとした場合の画像データである。画像データＤＭ（１）〜ＤＭ（ｍ）は、それぞれ注目画素ｃから所定の画素数（座標値）だけ右方向または左方向に離れた画素の画像データである。例えば、ｍ＝５の場合に、画像データＤＭ（３）を画像データＤＭ（ｃ）とすると、画像データＤＭ（１）が注目画素ｃの２つ前（左側）の画素の画像データとなり、画像データＤＭ（２）が注目画素ｃの１つ前（左側）の画素の画像データとなり、画像データＤＭ（４）が注目画素ｃの１つ後（右側）の画素の画像データとなり、画像データＤＭ（５）が注目画素ｃの２つ後（右側）の画素の画像データとなる。

第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍは、画像データＤＭ（１）〜ＤＭ（ｍ）と画像データＤＭ（ｃ）との差分を、それぞれ差分データ（差分値）ＥＤ（１）〜ＥＤ（ｍ）として算出する。第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍは、それぞれ第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍに、差分データＥＤ（１）〜ＥＤ（ｍ）を出力する。

第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍは、それぞれ第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍからの差分データＥＤ（１）〜ＥＤ（ｍ）が、ε選択部２９からの閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（ｍ）より大きいか否かの判定を行ない、判定結果を判定データＥＥ（１）〜ＥＥ（ｍ）として判定付加重平均部１０に出力する。

判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（１）〜ＥＥ（ｍ）に基づいて差分データＥＤ（１）〜ＥＤ（ｍ）を加重平均し、その結果として得られる加重平均値を加重平均値（平均データ）ＥＭとしてデータ加算部１１に出力する。データ加算部１１は、加重平均値ＥＭに画像データＤＳ（画像データＤＭ（ｃ））を加算する。

画像データＤＳに対して、各画素を順に注目画素として上記処理を行い、これらの処理がなされた画像データ（ｎ＋αビットのデータ）を、一次元ｍ次εフィルタ部６０のデータ加算部１１から画像データＤＯとして表示部４に出力する。表示部４は、（ｎ＋α）ビットの画像データＤＯを表示する液晶モニタなどの表示手段である。

ここで、一次元ｍ次εフィルタ部６０が備えるεフィルタについて説明する。εフィルタは、例えば非特許文献１（雛元孝夫監修、棟安実治、夫田口亮著、「非線形ディジタル信号処理」朝倉書店、１９９９年３月２０日、ｐ．１０６−１０７）に説明されている。

εフィルタによる一次元処理は、式（１）で表される。式（１）でのｘ（ｉ）は入力される画像データの階調であり、ｙ（ｉ）は出力する画像データの階調である。また、ａ_kは係数であり、ｋは注目画素からの相対的な画素位置であり、εは閾値である。

図２は、式（１）の関数ｆ（ｕ）を示す図である。ｕの絶対値が閾値ε以下の場合ｆ（ｕ）＝ｕとなり、ｕの絶対値が閾値εより大きい場合ｆ（ｕ）＝０となる。式（１）に示す例の場合、ｕとしてｘ（ｉ−ｋ）−ｘ（ｉ）がεフィルタに供給される。画素位置ｉの階調ｘ（ｉ）と画素位置ｉの周辺の画素位置（ｉ−ｋ）の階調ｘ（ｉ−ｋ）との差分ｘ（ｉ−ｋ）−ｘ（ｉ）が小さい場合、ｆ（ｕ）＝ｆ｛ｘ（ｉ−ｋ）−ｘ（ｉ）｝は、ほぼ線形である。係数ａ_kの総和を１と仮定すると、式（１）は式（２）に書き換えられ、εフィルタは重み付平均値フィルタと等しくなる。

また、式（１）は、式（３）のように書き換えることができる。

式（３）のｆ（ｕ）に図２の非線形関数を適用した場合に新たに定義されるｘ’（ｉ−ｋ）を用いると、式（３）は、式（４）に書換えることができる。式（４）において、ｘ’（ｉ−ｋ）は、差分ｘ（ｉ−ｋ）−ｘ（ｉ）が閾値ε以下の場合はｘ（ｉ−ｋ）となり、差分ｘ（ｉ−ｋ）−ｘ（ｉ）が閾値εより大きい場合はｘ（ｉ）となる。

図３は、εフィルタによるεフィルタ処理を説明するための図である。図３では、画素位置と階調との関係（画素位置毎の階調）を示している。図３の上部に示すグラフ２０１ａは、εフィルタへの入力信号を示している。また、図３の左下部に示すグラフ２０１ｂは、εフィルタによる注目画素（点Ａ）への処理を示しており、図３の右下部に示すグラフ２０１ｃは、εフィルタによる注目画素（点Ｂ）への処理を示している。各グラフ２０１ａ〜２０１ｃでは、横軸が画素位置ｉであり、縦軸が入力ｘ（ｉ）の階調である。

図２の関数ｆ（ｕ）を用いたεフィルタは、グラフ２０１ａに示す点Ａの信号を処理する場合、グラフ２０１ｂに示すように点Ａの階調から±εよりも差が大きい階調を全て点Ａの階調に置き換えてその加重平均を求める。そのため、階調は、エッジなどの大振幅信号成分に影響されることがない。

また、図２の関数ｆ（ｕ）を用いたεフィルタは、グラフ２０１ａに示す点Ｂの信号を処理する場合、グラフ２０１ｃに示すように点Ｂの階調から±εよりも差が大きい階調を全て点Ｂの階調に置き換えてその加重平均を求める。

換言すると、Ｂ点のようなエッジ部分においても、グラフ２０１ｃに示すようにエッジの画素値に近い値を持つ画素の平均をとることになりエッジの劣化が起こらない。これにより、εフィルタは、エッジなど信号の急峻な変化を保持しながら、小振幅雑音を除去することが可能となる。

このように、εフィルタが、ビット拡張によって増えた階調を小振幅雑音ととらえ（小振幅雑音として扱い）、εフィルタ処理を行う。つまり、ｎビットから（ｎ＋α）ビットにビット拡張する場合、εフィルタの閾値εを２^α（２＾α）とする。こうすることで、εフィルタは輪郭など画像の急峻な変化を保持しながら、実効的な階調数を増やすことができる。しかしながら、ビット拡張とεフィルタ処理の間にガンマ変換などの階調変換が行われる場合、ビット拡張によって増えた階調の大きさが変化する。

そこで、本実施の形態では、画像表示装置１００が、入力される階調によって閾値εを変化させるε選択部２９（閾値制御部）と、ε選択部２９によって閾値が制御される一次元ｍ次εフィルタ部６０とを有するようにし、階調変換に合わせて閾値εを変化させる。すなわち、入力される階調に応じてεフィルタが保存できるエッジの大きさを変化させる。以下、詳細に説明する。

図４は、階調と閾値の関係を示す図である。図４では、階調ごとの閾値を示すテーブルをグラフ化している。閾値制御部に相当するε選択部２９が図４に示す階調ごとの閾値を示すテーブルを持つ場合、εフィルタは、階調の小さい領域では小さいエッジも保持し、階調の大きい領域では大きいエッジのみを保持する。

上記のように、ε選択部２９（閾値制御部）と、ε選択部２９によって閾値が制御される一次元ｍ次εフィルタ部６０（エッジ保存型平滑化フィルタ）とを備えることで、入力画像の階調に応じて保持するエッジが異なる平滑化フィルタとして動作する。例えば階調の低い場合には閾値を大きくする用に閾値制御部で設定しておけば、階調レベルの低い領域では他の領域より強く平滑化することができる。

以下、多階調化処理の一例として、α＝２の場合、即ちｎビットの画像をｎ＋２ビットに多階調化処理する場合について説明する。図５は、ｍ＝４の場合の実施の形態１の画像表示装置の構成を示す図である。なお、図５の各構成要素のうち図１に示す画像表示装置１００と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

画像表示装置１０１は、一次元ｍ次εフィルタ部６０の代わりに、一次元４次εフィルタ部６１を有している。一次元４次εフィルタ部６１は、第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４と、第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４とを含んで構成されている。

図１に示した画像表示装置１００では、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍに画像データＤＭ（１）〜ＤＭ（ｍ）を入力したが、図５に示す画像表示装置１０１では、第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４に入力する画像データを画像データＤＭ（ｌ２），ＤＭ（ｌ１），ＤＭ（ｃ），ＤＭ（ｒ１）とする。画像データＤＭ（ｌ２），ＤＭ（ｌ１），ＤＭ（ｃ），ＤＭ（ｒ１）で表される画像データは、それぞれｍ＝４の場合の画像データＤＭ（１），ＤＭ（２），ＤＭ（３），ＤＭ（４）と同じである。

画像データＤＭ（ｃ）は、注目画素ｃの画像データであり、階調ＤＭ（ｃ）を表すデータである。画像データＤＭ（ｌ１）は、注目画素ｃの１つ前（左隣）（水平方向の座標値ｉの差が１）の画素ｌ１の画像データであり、階調ＤＭ（ｌ１）表すデータである。画像データＤＭ（ｌ２）は、注目画素ｃの２つ前（水平方向の座標値ｉの差が２）の画素ｌ２の画像データであり、階調ＤＭ（ｌ２）表すデータである。画像データＤＭ（ｒ１）は、注目画素ｃの１つ後（右隣）（水平方向の座標値ｉの差が１）の画素ｒ１の画像データであり、階調ＤＭ（ｒ１）を表すデータである。

なお、第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４から出力する差分データＥＤ（ｌ２）〜（ｒ１）、第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４から出力する判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｒ１）についても、それぞれｍ＝４の場合の差分データＥＤ（１）〜ＥＤ（４）、判定データＥＥ（１）〜ＥＥ（４）と同じである。また、ε選択部２９が出力する閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）も、それぞれｍ＝４の場合の閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（４）と同じである。

図６は、受信部によるＡ／Ｄ変換処理を説明するための図である。図６では、アナログ信号ＳＡと画像データＤＩの関係を示している。図６に示すグラフ２０２ａ，２０２ｂの縦軸は階調を示し、横軸は画素位置ｉを示している。グラフ２０２ａでは、アナログの画像信号ＳＡの階調を示しており、グラフ２０２ｂではデジタルの画像データＤＩの階調を示している。

画像表示装置１０１には、グラフ２０２ａに示すアナログの画像信号ＳＡが、入力端子１から受信部２に入力される。受信部２は、アナログの画像信号ＳＡをグラフ２０２ｂに示すようなｎビットの画像データＤＩに変換して、多階調化処理部３に出力する。多階調化処理部３では、ｎビットの画像データＤＩが原データビット拡張部５に入力される。

グラフ２０２ａに示した画像信号ＳＡ（階調緩変信号）は、階調が緩やかに変化しており、階調の変化に対する量子化の分解能が低い（ビット数が少ない）ので、グラフ２０２ｂに示した画像データＤＩでは、２値の階調（ＸとＸ＋１）に変換されている。

図７は、原データビット拡張部によるビット拡張処理を説明するための図である。図７では、画像データＤＩと画像データＤＪの関係を示している。図７に示すグラフ２０３ａ，２０３ｂの縦軸は階調を示し、横軸は画素位置ｉを示している。グラフ２０３ａでは、ｎビットの画像データＤＩの階調を示しており、グラフ２０３ｂでは、（ｎ＋２）ビットの画像データＤＪの階調を示している。

原データビット拡張部５は、グラフ２０３ａに示すようなｎビットの画像データＤＩを２ビットだけビット拡張し、グラフ２０３ｂに示すような（ｎ＋２）ビットの画像データＤＪを一次元４次εフィルタ部６１に出力する。グラフ２０３ｂに示すような（ｎ＋２）ビットの画像データＤＪは、２ビット分ビット拡張されているので、グラフ２０３ａの画像データＤＪの階調が階調Ｘから階調４Ｘに変換され、階調（Ｘ＋１）が階調４（Ｘ＋１）に変換されている。

図８は、階調変換部による階調変換処理を説明するための図である。図８では、画像データＤＪと画像データＤＳの関係を示している。図８に示すグラフ２０４ａ，２０４ｂの縦軸は階調を示し、横軸は画素位置ｉを示している。グラフ２０４ａでは、ｎビットの画像データＤＪの階調を示しており、グラフ２０４ｂでは、階調変換された画像データＤＳの階調を示している。階調変換部２８は、ガンマ変換やコントラスト補正など種々の階調変換を行う。ここでの階調変換部２８は、種々の階調変換を行うことによって、階調４Ｘを階調４Ｙに変換し、階調４（Ｘ＋１）を階調４（Ｙ＋１）に変換するものとする。

画像データＤＳが４Ｙ付近の時に閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）の全てを「４」として出力し、画像データＤＳが４（Ｙ＋１）付近の時に閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）の全てを「８」として出力するようε選択部２９（階調閾値対応情報）を設定しておく。

データ格納部７は、例えば図９に示すように構成されている。図９は、データ格納部の詳細な構成の一例を示す図である。データ格納部７は、カスケード接続された４個のフリップフロップＦＦ_１〜ＦＦ_４を備えており、入力される画像データＤＳを、画素クロックに同期して、４個のフリップフロップＦＦ_１〜ＦＦ_４で第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４に転送する。即ち、データ格納部７は、入力される画像データＤＳを、フリップフロップＦＦ_１に供給し、フリップフロップＦＦ_１の出力をフリップフロップＦＦ_２の入力に供給し、フリップフロップＦＦ_２の出力をフリップフロップＦＦ_３の入力に供給し、フリップフロップＦＦ_３の出力をフリップフロップＦＦ_４の入力に供給し、フリップフロップＦＦ_１〜ＦＦ_４にそれぞれ画像データＤＳを保持させている。

この結果、入力される連続した４画素分のデータを４個のフリップフロップＦＦ_１〜ＦＦ_４で同時に保持し、同時に出力することができる。具体的には、フリップフロップＦＦ_２に保持されているデータは、注目画素ｃの階調ＤＭ（ｃ）を表すデータとして出力され、フリップフロップＦＦ_３に保持されているデータは、画素ｌ１の階調ＤＭ（ｌ１）を表すデータとして出力され、フリップフロップＦＦ_４に保持されているデータは、画素ｌ２の階調ＤＭ（ｌ２）を表すデータとして出力され、フリップフロップＦＦ_１に保持されているデータは、画素ｒ１の階調ＤＭ（ｒ１）を表すデータとして出力される。

図１０は、データ格納部から出力される画像データの階調を説明するための図である。図１０では、画素位置ｉｃの画素を注目画素とした場合のデータ格納部７の出力を示している。図１０に示すグラフ２０５の縦軸はデータ格納部７に入力される画像データＤＳおよびデータ格納部７から出力される画像データＤＭの階調を示し、横軸は画素位置ｉを示している。

図１０に示す例では、データ格納部７は、階調ＤＭ（ｌ２）＝４Ｙ、階調ＤＭ（ｌ１）＝４Ｙ、階調ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ、階調ＤＭ（ｒ１）＝４Ｙ＋４を出力し、データ格納部７から出力されたデータがそれぞれ第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４に供給される。このように、データ格納部７は、画素位置ｉｃの注目画素の画像データＤＭ（ｃ）と、注目画素に連続した、該注目画素の周辺の画素の画像データＤＭ（ｌ２），ＤＭ（ｌ１），ＤＭ（ｒ１）とを同時に出力する。

図５に示した第１の差分算出部８−１は、画素ｌ２の階調ＤＭ（ｌ２）と注目画素ｃの階調ＤＭ（ｃ）の差分データＥＤ（ｌ２）を生成し、第１のε判定部９−１および判定付加重平均部１０に出力する。また、第２の差分算出部８−２は、画素ｌ１の階調ＤＭ（ｌ１）と注目画素ｃの階調ＤＭ（ｃ）の差分データＥＤ（ｌ１）を生成し、第２のε判定部９−２および判定付加重平均部１０に出力する。また、第３の差分算出部８−３は、注目画素ｃの階調ＤＭ（ｃ）と注目画素ｃの階調ＤＭ（ｃ）の差分データＥＤ（ｃ）を生成し、第３のε判定部９−３および判定付加重平均部１０に出力する。また、第４の差分算出部８−４は、画素ｒ１の階調ＤＭ（ｒ１）と注目画素ｃの階調ＤＭ（ｃ）の差分データＥＤ（ｒ１）を生成し、第４のε判定部９−４および判定付加重平均部１０に出力する。

このように、差分算出部８−１〜８−４は、注目画素の画像データＤＭ（ｃ）と、注目画素に連続した、該注目画素の周辺の画素の画像データＤＭ（ｌ２），ＤＭ（ｃ），ＤＭ（ｌ１），ＤＭ（ｒ１）の各々との差分を算出し、差分を表す差分データＥＤ（ｌ２），ＥＤ（ｌ１），ＥＤ（ｃ），ＥＤ（ｒ１）を出力する。

図１１は、階調が緩やかに変化する場合に実施の形態１に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。図１１では、図１０に示した画素位置ｉｃの画素を注目画素Ｐ（ｃ）とした場合の、画像データＤＭ（ｋ）、この画像データＤＭ（ｋ）に基づいて生成される差分データＥＤ（ｋ）、判定データＥＥ（ｋ）、ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝、加重平均値ＥＭ、閾値データＴＨ（ｋ）の対応関係を示している。

図１１の画像データＤＭ（ｋ）は、データ格納部７が出力する画像データであり、差分データＥＤ（ｋ）は、第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４が画像データＤＭ（ｋ）に基づいて算出するデータである。また、判定データＥＥ（ｋ）は、第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４によって算出されるデータ（判定結果）であり、加重平均値ＥＭは、判定付加重平均部１０で生成されるデータである。また、閾値データＴＨは、選択部２９から出力されるデータであり、ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝は、判定付加重平均部１０による演算の過程で得られる値である。

第１の差分算出部８−１は、ＥＤ（ｌ２）＝ＤＭ（ｌ２）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第２の差分算出部８−２は、ＥＤ（ｌ１）＝ＤＭ（ｌ１）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第２の差分算出部８−３は、ＥＤ（ｃ）＝ＤＭ（ｃ）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第４の差分算出部８−４は、ＥＤ（ｒ１）＝ＤＭ（ｒ１）−ＤＭ（ｃ）＝（４Ｙ＋４）−４Ｙ＝４を出力する。

画像データＤＳが４Ｙ付近の時に全ての閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）を「４」として出力するようε選択部２９を設定しておく。したがって、画像データＤＳ＝４Ｙや画像データＤＳ＝４Ｙ＋４の場合、閾値データＴＨ（ｌ２）＝４、閾値データＴＨ（ｌ１）＝４、閾値データＴＨ（ｃ）＝４、閾値データＴＨ（ｒ１）＝４がそれぞれ第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４に入力される。

第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４は、差分データＥＤ（ｋ）と閾値データＴＨ（ｋ）を受け、差分データＥＤ（ｋ）が閾値データＴＨ（ｋ）より大きいか否かの判定を行なう。

第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４は、差分データＥＤ（ｋ）が閾値データＴＨ（ｋ）より大きいか否かの判定結果を、図１１に示す判定データＥＥ（ｋ）として判定付加重平均部１０に出力する。すなわち、第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４は、差分データＥＤ（ｋ）が閾値データＴＨ（ｋ）より大きい場合は、ＥＥ（ｋ）として「０」を出力し、差分データＥＤ（ｋ）が閾値データＴＨ（ｋ）以下の場合はＥＥ（ｋ）として「１」を出力する。

具体的には、第１のε判定部９−１は、差分データＥＤ（ｌ２）が閾値データＴＨ（ｌ２）よりも大きい場合は「０」を生成し、差分データＥＤ（ｌ２）が閾値データＴＨ（ｌ２）（ε）以下の場合は「１」を生成する。また、第２のε判定部９−２は、差分データＥＤ（ｌ１）が閾値データＴＨ（ｌ１）よりも大きい場合は「０」を生成し、差分データＥＤ（ｌ１）が閾値データＴＨ（ｌ１）以下の場合は「１」を生成する。また、第３のε判定部９−３は、差分データＥＤ（ｃ）が閾値データＴＨ（ｃ）よりも大きい場合は「０」を生成し、差分データＥＤ（ｃ）が閾値データＴＨ（ｃ）以下の場合は「１」を生成する。また、第４のε判定部９−４は、差分データＥＤ（ｒ１）が閾値データＴＨ（ｒ１）よりも大きい場合は「０」を生成し、差分データＥＤ（ｒ１）が閾値データＴＨ（ｒ１）以下の場合は「１」を生成する。

このように、第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４は、差分データＥＤ（ｌ１）〜ＥＤ（ｒ１）と閾値データＴＨ（ｌ１）〜ＴＨ（ｒ１）に基づいて、判定データＥＥ（ｌ１）〜ＥＥ（ｒ１）を生成する。そして、生成された判定データＥＥ（ｌ１）〜ＥＥ（ｒ１）は、判定付加重平均部１０に供給される。

図１１に示した例では、第１〜第３のε判定部９−１〜９−３には，それぞれ差分データＥＤ（ｌ２），ＥＤ（ｌ１），ＥＤ（ｃ）として「０」が入力され、第４のε判定部９−４には差分データＥＤ（ｒ１）として「４」が入力される。そして、これらの差分データＥＤ（ｌ２）〜ＥＤ（ｒ１）は、それぞれの閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）以下であるので、判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｒ１）は全て「１」となる。

判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｒ１）に基づいて差分データＥＤ（ｌ２）〜ＥＤ（ｒ１）を加重平均し、その結果として得られる加重平均値ＥＭを出力する。判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（ｋ）が「１」の場合、係数ａ_kに差分データＥＤ（ｋ）を乗算して加算し、判定データＥＥ（ｋ）が「０」の場合は加算しない。言い換えると、判定付加重平均部１０は、差分データＥＤ（ｋ）に対し、判定データＥＥ（ｋ）の値に応じて、所定の式で示される関数（後述のｆ｛ＥＤ（ｋ）｝など）の加重平均を求める演算を行っている。

図１２は、加重平均の概念を説明するための図である。図１２の上側に示すグラフ２０６ａは、第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４に入力される差分データＥＤ（ｋ）と、第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４から出力される判定データＥＥ（ｋ）の関係を示す図である。

また、下側に示すグラフ２０６ｂは、判定付加重平均部１０に入力される差分データＥＤ（ｋ）と、判定付加重平均部１０から出力される加重平均された後の差分データｆ｛ＥＤ（ｋ）｝との関係を示す図である。

第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４は、差分データＥＤ（ｌ１）〜ＥＤ（ｒ１）と閾値データＴＨ（ｌ１）〜ＴＨ（ｒ１）に基づいて、判定データＥＥ（ｌ１）〜ＥＥ（ｒ１）を生成する。そして、生成された判定データ（ｌ１）〜ＥＥ（ｒ１）は、判定付加重平均部１０に供給される。

グラフ２０６ｂに示すように、差分データＥＤ（ｋ）の絶対値が閾値ε以下の場合に、ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝＝ＥＤ（ｋ）であり、差分データＥＤ（ｋ）の絶対値が閾値εより大きい場合にｆ｛ＥＤ（ｋ）｝＝０である。このように、判定付加重平均部１０では、グラフ２０６ｂに示す関係を有する関数ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝となるよう、差分データＥＤ（ｌ１）〜ＥＤ（ｒ１）の加重平均を求める演算を行なう。

係数ａ_k（＝ａ_l2、ａ_l1、ａ_c、ａ_r1）の全てを０．２５とした場合、図１１に示した例では判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｒ１）が全て「１」であるので、判定付加重平均部１０の出力（加重平均値ＥＭ）は、以下の式（５）で与えられる。
ＥＭ
＝ａ_l2×ＥＤ（ｌ２）＋ａ_l1×ＥＤ（ｌ１）＋ａ_cＥＤ（ｃ）＋ａ_r1×ＥＤ（ｒ１）
＝（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×４）
＝１
・・・（５）

画像表示装置１００では、原データビット拡張部５から供給される画像データＤＳに対し、各画素を順に注目画素として上記の処理（加重平均の演算処理）が行われ、式（５）と同様の演算が行われる。

図１３は、図１０に示したデータ格納部から出力される画像データの加重平均値を示す図である。図１３では、画像データＤＭに対応する加重平均値ＥＭ（各画素位置ｉの画素を注目画素としたときの加重平均値ＥＭ）を示している。図１３に示すグラフ２０７では、横軸が注目画素の画素位置ｉを示し、縦軸が加重平均値ＥＭの階調を示している。判定付加重平均部１０は、加重平均値ＥＭをデータ加算部１１に出力する。

図１４は、データ加算部によるデータ加算処理を説明するための図である。図１４のグラフ２０８ａ〜２０８ｃでは、横軸が画素位置ｉを示し、縦軸が階調を示している。グラフ２０８ａは画像データＤＳの階調を示し、グラフ２０８ｂは加重平均値ＥＭの階調を示し、グラフ２０８ｃは画像データＤＯの階調を示している。

データ加算部１１は、グラフ２０８ａに示した画像データＤＳと、グラフ２０８ｂに示した加重平均値ＥＭを加算して、グラフ２０８ｃに示す画像データＤＯを出力する。例えば、グラフ２０８ａ〜２０８ｃにおける画素位置ｉａでは、ＤＳ（ｉａ）＝４Ｙ、ＥＭ（ｉａ）＝１なので、ＤＯ（ｉａ）＝ＤＳ（ｉａ）＋ＥＭ（ｉａ）＝４Ｙ＋１となる。

以上のように、本実施の形態では、階調変化が緩やかな領域の実効的な階調数を増やすことができる。また、ｎビットの画像をｎ＋２ビットに変換する場合、画像信号ＳＡが緩やかに変化する。そして、画像信号ＳＡをビット拡張した画像データＤＳの階調がグラフ２０８ａに示したように４Ｙから４Ｙ＋４へ（４＝２²だけ）ジャンプする場合に、グラフ２０８ｃに示したように、階調を４Ｙ＋１、４Ｙ＋２、４Ｙ＋３を使って画像データの階調を補間することができる。

次に、εフィルタに階調が急峻に大きく変化するアナログ画像信号ＳＡが入力された場合の動作を説明する。図１５は、実施の形態１に係る画像表示装置に階調が急峻に大きく変化するアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。図１５に示すグラフ２０９ａ〜２０９ｆの横軸は画素位置ｉを示し、縦軸は階調を示している。

グラフ２０９ａはアナログ画像信号ＳＡの階調を示し、グラフ２０９ｂはｎビットの画像データＤＩの階調を示し、グラフ２０９ｃは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを示している。また、グラフ２０９ｄは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳおよび画像データＤＭの階調を示し、グラフ２０９ｅは加重平均値ＥＭの階調を示し、グラフ２０９ｆは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＯの階調を示している。

画像表示装置１００へは、グラフ２０９ａに示すようなアナログの画像信号ＳＡが、入力端子１から受信部２に入力される。受信部２は、アナログ画像信号ＳＡをグラフ２０９ｂに示すようなデジタルの画像データＤＩ（ｎビット）（２値の階調（ＸとＸ＋２））に変換して、原データビット拡張部５に出力する。すなわち、グラフ２０９ａに示した画像信号ＳＡ（階調急変信号）は、階調が急峻に大きく変化しており、階調の変化に対する量子化の分解能が高い（ビット数が多い）ので、グラフ２０９ｂに示した画像データＤＩでは、２値の階調（ＸとＸ＋２）に変換されている。

原データビット拡張部５では、グラフ２０９ｂの画像データＤＩの階調Ｘを階調４Ｘに変換し、階調（Ｘ＋２）を階調４（Ｘ＋２）に変換し、グラフ２０９ｃに示すような画像データＤＪを階調変換部２８に出力する。

ここでの階調変換部２８は、階調４Ｘを階調４Ｙに階調変換し、階調４（Ｘ＋２）を階調４（Ｙ＋２）に階調変換するものとし、グラフ２０９ｄに示すような画像データＤＳを一次元４次εフィルタ部６１に出力する。

図１６は、階調が急峻に変化する場合に実施の形態１に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。図１６では、グラフ２０９ｄの画素位置ｉｃの画素を注目画素Ｐ（ｃ）とした場合の、画像データＤＭ（ｋ）、この画像データＤＭ（ｋ）に基づいて生成される差分データＥＤ（ｋ）、判定データＥＥ（ｋ）、ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝、加重平均値ＥＭ、閾値データＴＨ（ｋ）の対応関係を示している。

データ格納部７はＤＭ（ｌ２）＝４Ｙ、ＤＭ（ｌ１）＝４Ｙ、ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ、ＤＭ（ｒ１）＝４Ｙ＋８を、それぞれ第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４に出力する。

第１の差分算出部８−１は、ＥＤ（ｌ２）＝ＤＭ（ｌ２）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第２の差分算出部８−２は、ＥＤ（ｌ１）＝ＤＭ（ｌ１）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第３の差分算出部８−３は、ＥＤ（ｃ）＝ＤＭ（ｃ）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第４の差分算出部８−４は、ＥＤ（ｒ１）＝ＤＭ（ｒ１）−ＤＭ（ｃ）＝（４Ｙ＋８）−４Ｙ＝８を出力する。従って、第１のε判定部９−１〜第３のε判定部９−３には「０」が入力され、第４のε判定部９−４には「８」が入力される。

画像データＤＳが４Ｙ付近の時に全ての閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）を「４」として出力するようε選択部２９を設定しておく。したがって、画像データＤＳ＝４Ｙや画像データＤＳ＝４Ｙ＋８の場合、閾値データＴＨ（ｌ２）＝４、閾値データＴＨ（ｌ１）＝４、閾値データＴＨ（ｃ）＝４、閾値データＴＨ（ｒ１）＝４がそれぞれ第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４に入力される。

差分データＥＤ（ｌ２）〜ＥＤ（ｃ）は、それぞれの閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｃ）以下であるので判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｃ）は「１」となり、差分データＥＤ（ｒ１）は閾値データＴＨ（ｒ１）より大きいので判定データＥＥ（ｒ１）は「０」となる。

判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（ｋ）が「１」の場合、係数ａ_kに差分データＥＤ（ｋ）を乗算して加算し、判定データＥＥ（ｋ）が「０」の場合は加算しない。係数ａ_k（＝ａ_l2、ａ_l1、ａ_c、ａ_r1）の全てを０．２５とした場合、図１６に示した例では判定付加重平均部１０の出力（加重平均値ＥＭ）は、以下の式（６）で与えられる。
ＥＭ
＝ａ_l2×ＥＤ（ｌ２）＋ａ_l1×ＥＤ（ｌ１）＋ａ_c×ＥＤ（ｃ）
＝（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×０）
＝０
・・・（６）

画像表示装置１００では、原データビット拡張部５から供給される画像データＤＳに対し、各画素を順に注目画素として上記の処理が行われ、式（６）と同様の演算が行われる。

グラフ２０９ｅは、グラフ２０９ｄの画像データＤＭに対応する加重平均値ＥＭ（各画素位置ｉの画素を注目画素としたときの加重平均値ＥＭ）の階調を示している。判定付加重平均部１０は、加重平均値ＥＭをデータ加算部１１に出力する。データ加算部１１は、グラフ２０９ｄに示した画像データＤＳと、グラフ２０９ｅに示した加重平均値ＥＭを加算して、グラフ２０９ｆに示す画像データＤＯを出力する。

グラフ２０９ｆに示すように、画像データＤＯは、入力（アナログ画像信号ＳＡ）または画像データＤＩと同様に急峻な変化を有している。このように、εフィルタは、階調の変化が大きい場合に、急峻に大きく変化する領域の鮮鋭度を保持することができる。

次に、画像表示装置１０１に図６のグラフ２０２ａと同様に階調が緩やかに変化するが、階調変換した場合に階調のジャンプが大きくなるアナログ画像信号ＳＡ（以下、緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号という）が入力された場合の画像表示装置１０１の動作を説明する。

図１７は、実施の形態１に係る画像表示装置に緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。図１７に示すグラフ２１０ａ〜２１０ｆの横軸は画素位置ｉを示し、縦軸は階調を示している。

グラフ２１０ａはアナログ画像信号ＳＡ（緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号）の階調を示し、グラフ２１０ｂはｎビットの画像データＤＩの階調を示し、グラフ２１０ｃは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを示している。また、グラフ２１０ｄは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳおよび画像データＤＭの階調を示し、グラフ２１０ｅは加重平均値ＥＭの階調を示し、グラフ２１０ｆは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＯの階調を示している。

画像表示装置１００へは、グラフ２１０ａに示すアナログの画像信号ＳＡが、入力端子１から受信部２に入力される。受信部２は、アナログ画像信号ＳＡをグラフ２１０ｂに示すデジタルの画像データＤＩ（ｎビット）（２値の階調（Ｘ’とＸ’＋１））に変換して、原データビット拡張部５に出力する。ここでの階調Ｘ’や階調（Ｘ’＋１）は、階調Ｘや階調（Ｘ＋１）とは異なる階調であり、階調変換された場合に、階調のジャンプが大きくなる階調である。

原データビット拡張部５では、グラフ２１０ｂの画像データＤＩの階調Ｘ’を階調４Ｘ’に変換し、階調（Ｘ’＋１）を階調４（Ｘ’＋１）に変換し、グラフ２１０ｃに示すような画像データＤＪを階調変換部２８に出力する。

ここでの階調変換部２８は、階調４Ｘ’を階調４Ｚに階調変換し、階調４（Ｘ’＋１）を階調４（Ｚ＋２）に階調変換するものとし、グラフ２１０ｄに示すような画像データＤＳ（階調のジャンプが大きくなった画像データＤＳ）を一次元４次εフィルタ部６１に出力する。

図１８は、緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合に実施の形態１に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。図１８では、グラフ２１０ｄの画素位置ｉｃの画素を注目画素Ｐ（ｃ）とした場合の、画像データＤＭ（ｋ）、この画像データＤＭ（ｋ）に基づいて生成される差分データＥＤ（ｋ）、判定データＥＥ（ｋ）、ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝、加重平均値ＥＭ、閾値データＴＨ（ｋ）の対応関係を示している。

データ格納部７はＤＭ（ｌ２）＝４Ｚ、ＤＭ（ｌ１）＝４Ｚ、ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ、ＤＭ（ｒ１）＝４Ｚ＋８を、それぞれ第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４に出力する。

第１の差分算出部８−１は、ＥＤ（ｌ２）＝ＤＭ（ｌ２）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第２の差分算出部８−２は、ＥＤ（ｌ１）＝ＤＭ（ｌ１）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第３の差分算出部８−３は、ＥＤ（ｃ）＝ＤＭ（ｃ）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第４の差分算出部８−４は、ＥＤ（ｒ１）＝ＤＭ（ｒ１）−ＤＭ（ｃ）＝（４Ｚ＋８）−４Ｚ＝８を出力する。従って、第１のε判定部９−１〜第３のε判定部９−３には「０」が入力され、第４のε判定部９−４には「８」が入力される。

画像データＤＳが４Ｚ付近の時に全ての閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）を「８」として出力するようε選択部２９を設定しておく。したがって、画像データＤＳ＝４Ｚや画像データＤＳ＝４Ｚ＋８の場合、閾値データＴＨ（ｌ２）＝８、閾値データＴＨ（ｌ１）＝８、閾値データＴＨ（ｃ）＝８、閾値データＴＨ（ｒ１）＝８がそれぞれが第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４に入力される。差分データＥＤ（ｌ２）〜ＥＤ（ｒ１）はそれぞれの閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）以下であるので判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｒ１）は「１」となる。

判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（ｋ）が「１」の場合、係数ａ_kに差分データＥＤ（ｋ）を乗算して加算し、判定データＥＥ（ｋ）が「０」の場合は加算しない。係数ａ_k（＝ａ_l2、ａ_l1、ａ_c、ａ_r1）の全てを０．２５とした場合、図１８に示した例では判定付加重平均部１０の出力（加重平均値ＥＭ）は、以下の式（７）で与えられる。
ＥＭ
＝ａ_l2×ＥＤ（ｌ２）＋ａ_l1×ＥＤ（ｌ１）＋ａ_cＥＤ（ｃ）＋ａ_r1×ＥＤ（ｒ１）
＝（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×８）
＝２
・・・（７）

画像表示装置１００では、原データビット拡張部５から供給される画像データＤＳに対し、各画素を順に注目画素として上記の処理が行われ、式（７）と同様の演算が行われる。

グラフ２１０ｅは、グラフ２１０ｄの画像データＤＭに対応する加重平均値ＥＭ（各画素位置ｉの画素を注目画素としたときの加重平均値ＥＭ）の階調を示している。判定付加重平均部１０は、加重平均値ＥＭをデータ加算部１１に出力する。データ加算部１１は、グラフ２１０ｄに示した画像データＤＳと、グラフ２１０ｅに示した加重平均値ＥＭを加算して、グラフ２１０ｆに示す画像データＤＯを出力する。以上のように、本実施の形態では、εフィルタがε選択部２９を備え、階調変換後の画像データＤＳに応じたし閾値を出力するので、階調変換によって階調のジャンプが大きくなった場合であっても階調変化が緩やかな領域の実効的な階調数を増やすことができる。

次に、画像表示装置１０１に図１５のグラフ２０９ａと同様に階調が急峻に大きく変化するが、階調変換した場合に階調のジャンプが大きくなるアナログ画像信号ＳＡ（以下、急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号という）が入力された場合の画像表示装置１０１の動作を説明する。

図１９は、実施の形態１に係る画像表示装置に急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。図１９に示すグラフ２１１ａ〜２１１ｆの横軸は画素位置ｉを示し、縦軸は階調を示している。

グラフ２１１ａはアナログ画像信号ＳＡ（急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号）の階調を示し、グラフ２１１ｂはｎビットの画像データＤＩの階調を示し、グラフ２１１ｃは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを示している。また、グラフ２１１ｄは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳおよび画像データＤＭの階調を示し、グラフ２１１ｅは加重平均値ＥＭの階調を示し、グラフ２１１ｆは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＯの階調を示している。

画像表示装置１００へは、グラフ２１１ａに示すようなアナログの画像信号ＳＡが、入力端子１から受信部２に入力される。受信部２は、アナログ画像信号ＳＡをグラフ２１１ｂに示すようなデジタルの画像データＤＩ（ｎビット）（２値の階調（Ｘ’とＸ’＋２））に変換して、原データビット拡張部５に出力する。ここでの階調Ｘ’や階調（Ｘ’＋２）は、階調Ｘや階調（Ｘ＋２）とは異なる階調であり、階調変換された場合に、階調のジャンプが大きくなる階調である。

原データビット拡張部５では、グラフ２１１ｂの画像データＤＩの階調Ｘ’を階調４Ｘ’に変換し、階調（Ｘ’＋２）を階調４（Ｘ’＋２）に変換し、グラフ２１１ｃに示すような画像データＤＪを階調変換部２８に出力する。

ここでの階調変換部２８は、階調４Ｘ’を階調４Ｚに階調変換し、階調４（Ｘ’＋２）を階調４（Ｚ＋４）に階調変換するものとし、グラフ２１１ｄに示すような画像データＤＳを一次元４次εフィルタ部６１に出力する。

図２０は、急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合に実施の形態１に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。図２０では、グラフ２１１ｄの画素位置ｉｃの画素を注目画素Ｐ（ｃ）とした場合の、画像データＤＭ（ｋ）、この画像データＤＭ（ｋ）に基づいて生成される差分データＥＤ（ｋ）、判定データＥＥ（ｋ）、ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝、加重平均値ＥＭ、閾値データＴＨ（ｋ）の対応関係を示している。

データ格納部７はＤＭ（ｌ２）＝４Ｚ、ＤＭ（ｌ１）＝４Ｚ、ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ、ＤＭ（ｒ１）＝４Ｚ＋１６を、それぞれ第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４に出力する。

第１の差分算出部８−１は、ＥＤ（ｌ２）＝ＤＭ（ｌ２）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第２の差分算出部８−２は、ＥＤ（ｌ１）＝ＤＭ（ｌ１）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第３の差分算出部８−３は、ＥＤ（ｃ）＝ＤＭ（ｃ）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第４の差分算出部８−４は、ＥＤ（ｒ１）＝ＤＭ（ｒ１）−ＤＭ（ｃ）＝（４Ｚ＋１６）−４Ｚ＝１６を出力する。従って、第１のε判定部９−１〜第３のε判定部９−３には「０」が入力され、第４のε判定部９−４には「１６」が入力される。

画像データＤＳが４Ｚ付近の時に全ての閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）を「８」として出力するようε選択部２９を設定しておく。したがって、画像データＤＳ＝４Ｚや画像データＤＳ＝４Ｚ＋１６の場合、閾値データＴＨ（ｌ２）＝８、閾値データＴＨ（ｌ１）＝８、閾値データＴＨ（ｃ）＝８、閾値データＴＨ（ｒ１）＝８がそれぞれが第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４に入力される。差分データＥＤ（ｌ２）〜ＥＤ（ｒ１）はそれぞれの閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）以下であるので判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｃ）は「１」となり、ＥＤ（ｒ１）は閾値データＴＨ（ｒ１）より大きいので判定データＥＥ（ｒ１）は「０」となる。

判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（ｋ）が「１」の場合、係数ａ_kに差分データＥＤ（ｋ）を乗算して加算し、判定データＥＥ（ｋ）が「０」の場合は加算しない。係数ａ_k（＝ａ_l2、ａ_l1、ａ_c、ａ_r1）の全てを０．２５とした場合、図２０に示した例では判定付加重平均部１０の出力（加重平均値ＥＭ）は、以下の式（８）で与えられる。
ＥＭ
＝ａ_l2×ＥＤ（ｌ２）＋ａ_l1×ＥＤ（ｌ１）＋ａ_cＥＤ（ｃ）
＝（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×０）
＝０
・・・（８）

画像表示装置１００では、原データビット拡張部５から供給される画像データＤＳに対し、各画素を順に注目画素として上記の処理が行われ、式（８）と同様の演算が行われる。

グラフ２１１ｅは、グラフ２１１ｄの画像データＤＭに対応する加重平均値ＥＭ（各画素位置ｉの画素を注目画素としたときの加重平均値ＥＭ）の階調を示している。判定付加重平均部１０は、加重平均値ＥＭをデータ加算部１１に出力する。データ加算部１１は、グラフ２１１ｄに示した画像データＤＳと、グラフ２１１ｅに示した加重平均値ＥＭを加算して、グラフ２１１ｆに示す画像データＤＯを出力する。

グラフ２１１ｆに示すように、画像データＤＯは、入力（アナログ画像信号ＳＡ）または画像データＤＩと同様に急峻な変化を有している。このように、εフィルタは、階調の変化が大きい場合に、急峻に大きく変化する領域の鮮鋭度を保持することができる。以上のように、本実施の形態では、εフィルタがε選択部２９を備えているので、急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合であっても、入力の階調によって保持するエッジの大きさを変更することが可能となる。

図２１は、以上に説明した本実施の形態に係る画像表示装置の処理手順を示すフローチャートである。まず、アナログ画像信号ＳＡが入力端子１に入力されると、受信部２は、アナログ画像信号ＳＡを受信してｎビットの画像データＤＩを出力する（ステップＳＴ１）。

受信部２が出力する画像データＤＩは、多階調化処理部３の原データビット拡張部５に入力される。原データビット拡張部５では、画像データＤＩをαビットだけビット拡張して（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを出力する（ステップＳＴ２）。

原データビット拡張部５が出力する画像データＤＪは、階調変換部２８に入力される。階調変換部２８は、画像データＤＪを階調変換して（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳを出力する（ステップＳＴ３）。

ε選択部２９には、（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳが入力される。ε選択部２９は、画像データＤＳに応じた閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（ｍ）を選択（ε選択）して出力する（ステップＳＴ４）。一次元ｍ次εフィルタ部６０には（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳと閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（ｍ）が入力される。一次元ｍ次εフィルタ部６０は、緩やかに変化する領域の階調数を増やして、画像データＤＯを出力する（ステップＳＴ５）。画像データＤＯは表示部４に入力される。表示部４は、画像データＤＯに基づいて画像を表示する（ステップＳＴ６）。

図２２〜図２４を参照して、本実施の形態の効果について説明する。図２２は、階調変換部によるガンマ変換処理を説明するための図である。グラフ２１２ａは、階調変換前の階調Ｘと階調変換後の階調Ｘ’の関係を示す図である。また、グラフ２１２ｂは、階調が緩やかに変化している領域（階調Ｘ２）のガンマ変換前の階調Ｘとガンマ変換後の階調Ｘ’の関係を示す図であり、グラフ２１２ｃは、階調が急峻に変化している領域（階調Ｘ１）のガンマ変換前の階調Ｘとガンマ変換後の階調Ｘ’の関係を示す図である。

図２２のグラフ２１２ｂに示すように、階調変換部２８は、緩やかな階調変化を行なう階調Ｘ２に対しては、階調４（Ｘ２）〜４（Ｘ２＋４）を階調４（Ｘ２’）〜４（Ｘ２’＋２）にガンマ変換する。

一方、図２２のグラフ２１２ｃに示すように、階調変換部２８は、急峻な階調変化を行なう階調Ｘ１に対しては、階調４（Ｘ１）〜４（Ｘ１＋１）を階調４（Ｘ１’）〜４（Ｘ１’＋２）にガンマ変換する。

階調変換部２８が図２２に示すようなガンマ変換を行うとする。この場合に、図２３のグラフ２１３ａに示す信号（画像データＤＪ）が階調変換部２８に入力されると、階調変換部２８からは図２３のグラフ２１３ｂに示す画像データＤＳが出力される。また、図２４のグラフ２１４ａに示す信号（画像データＤＪ）が階調変換部２８に入力されると、階調変換部２８からは図２４のグラフ２１２ｂに示す画像データＤＳが出力される。

図２３のグラフ２１３ｂと図２４のグラフ２１４ｂは、同じ階調差の階調ジャンプであるが、図２３のグラフ２１３ａでは階調変換前は緩やかな階調変化であり、図２４のグラフ２１４ａでは階調変換前は急峻な階調変化である。そのため、緩やかな階調変化（図２３の場合）に対しては階調のジャンプを補間させたい。一方、急峻な階調変化（図２４の場合）に対しては急峻な階調変化を保持したい。本実施の形態では、ε選択部２９を、階調４（Ｘ１’）付近の入力階調に対して閾値８を出力するよう設定し、階調４（Ｘ２’）付近の入力階調に対して閾値４を出力するよう設定しておくので、期待する動作（緩やかな階調変化に対しては階調のジャンプを補間し急峻な階調変化に対しては階調変化を保持する動作）を行うことができる。ここでは階調変換部２８をガンマ変換として説明したが本実施の形態ではこれらの動作に限定されない。コントラスト補正などの他の階調変換でもよい。

これにより、本実施の形態ではビット拡張により増えた階調がガンマ変換などの階調変換によって変化しても、小振幅雑音として扱うことができ、輪郭などの画像の急峻な変化を保持しながら、実効的な階調数を増やすことができる。

上記ように、ε選択部２９は閾値をビット拡張により増えた階調が階調変換によって変化した値に設定すれば、実効的な階調数を増やすことができる。さらに、より大きく閾値を設定すれば、ビット拡張により増えた階調以上の階調差を平滑化することができるため、ノイズ除去の効果を得られる。

またα＝０場合、つまりビット拡張を使用しない（除いた）場合、入力画像の階調に応じて保持するエッジが異なる平滑化フィルタとして動作し、ノイズ除去の効果が得られる。例えば階調の低い場合には閾値を大きくする用に閾値制御部で設定しておけば、階調レベルの低い領域では他の領域より強くノイズを除去することができる。つまり、入力の階調レベルに応じて、ノイズ除去の効果の強弱を制御することが可能なフィルタとして使用できる。

図２５は、実施の形態１に係る画像表示装置の別の構成例（１）を示す図である。図２５の各構成要素のうち図１に示した画像表示装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

画像表示装置１０２では、階調変換部２８が原データビット拡張部５の前段にある。アナログ画像信号ＳＡが入力端子１に入力されると、受信部２は、アナログ画像信号ＳＡを受信してｎビットの画像データＤＩを階調変換部２８に入力する。

階調変換部２８は、画像データＤＩを階調変換してｎビットの画像データＤＪを原データビット拡張部５に入力する。原データビット拡張部５では、画像データＤＪをαビットだけビット拡張して（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳを出力する。そして、原データビット拡張部５が出力する画像データＤＪは、階調変換部２８と一次元ｍ次εフィルタ部６０に入力される。

画像表示装置１０２では、ε選択部２９において階調変換の特性に合わせて閾値を設定すれば、画像の鮮鋭度（信号の急峻な変化）を落とさずに階調が緩やかに変化する領域の階調数を増やすことが可能となる。

図２６〜図２８を参照して、画像表示装置１０２の動作と効果について説明する。図２６は、階調変換部によるガンマ変換処理を説明するための図である。グラフ２１５ａは、階調変換前の階調Ｘと階調変換後の階調Ｘ’の関係を示す図である。また、グラフ２１５ｂは、階調が緩やかに変化している領域（階調Ｘ２）のガンマ変換前の階調Ｘとガンマ変換後の階調Ｘ’の関係を示す図であり、グラフ２１５ｃは、階調が急峻に変化している領域（階調Ｘ１）のガンマ変換前の階調Ｘとガンマ変換後の階調Ｘ’の関係を示す図である。

図２６のグラフ２１５ｂに示すように、階調変換部２８は、緩やかな階調変化を行なう階調Ｘ２に対しては、階調（Ｘ２）〜（Ｘ２＋４）を階調（Ｘ２’）〜（Ｘ２’＋２）に変換する。

一方、図２６のグラフ２１５ｃに示すように、階調変換部２８は、急峻な階調変化を行なう階調Ｘ１に対しては、階調（Ｘ１）〜（Ｘ１＋３）を階調（Ｘ１’）〜（Ｘ１’＋６）に変換する。

階調変換部２８が図２６に示すようなガンマ変換を行うとする。この場合に、図２７のグラフ２１６ａに示す信号（画像データＤＩ）が階調変換部２８に入力されると、階調変換部２８からは図２７のグラフ２１６ｂに示す画像データＤＪが出力される。画像データＤＪは、原データビット拡張部５でグラフ２１６ｃに示す画像データＤＳのように変換される。

また、図２８のグラフ２１７ａに示す信号（画像データＤＩ）が階調変換部２８に入力されると、階調変換部２８からは図２８のグラフ２１７ｂに示す画像データＤＪが出力される。画像データＤＪは、原データビット拡張部５でグラフ２１７ｃに示す画像データＤＳのように変換される。

図２７のグラフ２１６ｂと図２８のグラフ２１７ｂは、同じ階調差の階調ジャンプであるが、図２７のグラフ２１６ａでは階調変換前は緩やかな階調変化であり、図２８のグラフ２１７ａでは階調変換前は急峻な階調変化である。そのため、緩やかな階調変化（図２７の場合）に対しては階調のジャンプを補間させたい。一方、急峻な階調変化（図２８の場合）に対しては急峻な階調変化を保持したい。

画像表示装置１０２では、ε選択部２９が階調Ｘ１’付近の入力階調に対して閾値８を出力するよう設定し、階調Ｘ２’付近の入力階調に対して閾値４を出力するよう設定すれば期待する動作を行うことができる。

これにより、画像表示装置１０２では、多階調化処理部３にガンマ変換などの階調変換によって変化した信号が入力されても、小振幅雑音として扱うことができ、輪郭などの画像の急峻な変化を保持しながら、実効的な階調数を増やすことができる。

図２９は、実施の形態１に係る画像表示装置の別の構成例（２）を示す図である。図２９の各構成要素のうち図１に示した画像表示装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

画像表示装置１０３では、階調変換部２８（図２９では図示せず）が受信部２よりも前段にある。これにより、画像表示装置１０３では、あらかじめ階調変換が行われたデータが受信部２に入力される。階調変換が行われたアナログ画像信号ＳＡが入力端子１に入力されると、受信部２は、アナログ画像信号ＳＡを受信してｎビットの画像データＤＩを原データビット拡張部５に入力する。

原データビット拡張部５では、画像データＤＩをαビットだけビット拡張して（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳを出力する。そして、原データビット拡張部５が出力する画像データＤＪは、ε選択部２９と一次元ｍ次εフィルタ部６０に入力される。

画像表示装置１０３でも、図１に示した画像表示装置１０１や図２５に示した画像表示装置１０２と同様に階調変換の特性に合わせて閾値を設定すれば画像の鮮鋭度を落とさずに階調が緩やかに変化する領域の階調数を増やすことができる。

図３０は、実施の形態１に係る画像表示装置の別の構成例（３）を示す図である。図３０の各構成要素のうち図２５に示した画像表示装置１０２と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

画像表示装置１０４は、図２５に示した画像表示装置１０２と比較して、原データビット拡張部５が設けられておらず、多階調化処理部３内に一次元ｍ次εフィルタ部６０の代わりにビット拡張付き一次元ｍ次εフィルタ部２７が設けられている。そして、ビット拡張付き一次元ｍ次εフィルタ部２７には、判定付加重平均部１０及びデータ加算部１１の代わりに、判定付加重平均部３２及びデータ加算部３３が設けられている。

ビット拡張付き一次元ｍ次εフィルタ部２７は、一次元ｍ次εフィルタ部６０にビット拡張をεをεフィルタの演算中に行なう機能を付加した手段である。判定付加重平均部３２は、判定データＥＥ及び差分データＥＤに基づいて、加重平均演算及びビット拡張を行ない、αビットだけビット拡張された加重平均値ＥＭを出力する。画像表示装置１０４では、例えば、図４などの例と同様の判定付加重平均の演算を行なった際に現れる小数点以下の桁の数値も用いて平均データＥＭを生成することで、ビット拡張を行なうことができる。データ加算部３３では、入力される画像データＤＭ（ｃ）を（ｎ＋α）ビットにビット拡張して加算し、画像データＤＯとして表示部４に出力する。

このように、画像表示装置１０４では、ビット拡張をεフィルタの前で行なわず、εフィルタの演算中に行なう。以上のように構成することで、図２５に示した画像表示装置１０２と同様の効果が得られる。

なお、図１に示した画像表示装置１００では、εフィルタが一次元のεフィルタである場合について説明したが、本実施の形態は一次元のεフィルタに限定されるものではない。図３１および図３２は、εフィルタが水平方向と垂直方向に処理する二次元εフィルタを備える画像表示装置の構成を示す図である。図３１，３２の各構成要素のうち図１に示した画像表示装置１００と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

図３１に示す画像表示装置１０５は、εフィルタとして一次元ｍ次εフィルタ部６０の代わりに二次元ｍ次εフィルタ部６２を備えている。二次元ｍ次εフィルタ部６２は、一次元ｍ次εフィルタ部６０と同様に、階調変換部２８、ε選択部２９、表示部４に接続されている。

二次元ｍ次εフィルタ部６２は、水平画素（ｈ）×垂直画素（ｖ）の二次元領域に対して処理（εフィルタリング処理）を行うものである。即ち、二次元ｍ次εフィルタ部６２は、注目画素を中心として、二次元方向（縦方向、横方向）に配列された画素のデータに基づいて、階調の急峻な変化を保存しながら、小振幅成分を雑音として扱って平滑化を行うエッジ保存型平滑化フィルタとして用いられるものである。

図３１に示す二次元ｍ次εフィルタ部６２は、データ格納部３４、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍ、第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍ、判定付加重平均部１０、及びデータ加算部１１を備えており、画像データＤＳに対して実効的な階調数を増やす役割を持つ。

データ格納部３４は、階調変換部２８からの画像データＤＳを格納するとともに、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍに、それぞれ画像データＤＭ（１）〜ＤＭ（ｍ）を出力する。また、データ格納部３４は、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍとデータ加算部１１に、画像データＤＭ（ｃ）を出力する。

本実施の形態の画像データＤＭ（１）〜ＤＭ（ｍ）は、それぞれ注目画素ｃから所定の画素数（座標値）だけ上下右左方向に離れた画素の画像データの画像データを有している。

データ格納部３４から第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍへは、それぞれ上下左右方向の画像データＤＭ（１）〜ＤＭ（ｍ）が入力される。また、データ格納部３４からデータ加算部１１へは、画像データＤＭ（ｃ）が入力される。

第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍは、上下左右方向の画像データＤＭ（１）〜ＤＭ（ｍ）と画像データＤＭ（ｃ）との差分を、それぞれの差分データＥＤ（１）〜ＥＤ（ｍ）として算出する。第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍは、それぞれ第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍに、上下左右方向の差分データＥＤ（１）〜ＥＤ（ｍ）を出力する。

ε選択部２９は、階調変換部２８からの画像データＤＳ（１）〜ＤＳ（ｍ）に基づいて、上下左右方向の閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（ｍ）を、第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍに入力する。

第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍは、差分データＥＤ（１）〜ＥＤ（ｍ）が閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（ｍ）より大きいか否かの判定を行なう。第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍは、判定結果を判定データＥＥ（１）〜ＥＥ（ｍ）として判定付加重平均部１０に出力する。

判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（１）〜ＥＥ（ｍ）に基づいて差分データＥＤ（１）〜ＥＤ（ｍ）を加重平均し、その結果として得られる加重平均値を加重平均値（平均データ）ＥＭとしてデータ加算部１１に出力する。

データ加算部１１は、加重平均値ＥＭ（１）〜ＥＭ（ｍ）に画像データＤＳを加算する。

一次元ｍ次εフィルタ部６０によって実効的な階調数が増やされた画像データは、データ加算部１１から画像データＤＯとして表示部４に出力される。

また、図３２に示す画像表示装置１０６は、εフィルタとして一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａと一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂを備えている。画像表示装置１０６では、階調変換部２８が一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａ、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂ、第１のε選択部２９−１、第２のε選択部２９−２に接続されている。また、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａが一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂに接続され、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂが表示部４に接続されている。

一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、Ｖデータ格納部（垂直方向データ格納部）１５、第１のＶ差分算出部（垂直方向差分算出部）１６−１〜第ｖのＶ差分算出部１６−ｖ、第１のＶε判定部（垂直方向ε判定部）１７−１〜第ｖのＶε判定部１７−ｖ、Ｖ判定付加重平均部（垂直方向判定付加重平均部）１８、及びＶデータ加算部（垂直方向加算部）１９を備えている。

一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、（ｎ＋α）ビットの原データに対して、画像の垂直方向についての処理を行なう。一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、注目画素に対して垂直方向に整列した画素のデータに基づいて、急峻な変化を保存しながら、小振幅成分を雑音として扱って平滑化を行うエッジ保存型平滑化フィルタとして用いられるものである。一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、画像データＤＳの垂直方向の階調変化に対して実効的な階調数を増やした画像データ（後述の画像データＶＤＯ）を一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂに出力する。

一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａと一次元ｍ次εフィルタ部６０の違いは、一次元ｍ次εフィルタ部６０が水平方向の画像データＤＳに対して実効的な階調数を増やすのに対し、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａが上下方向の画像データＤＳに対して実効的な階調数を増やす点である。

したがって、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａのＶデータ格納部１５、第１のＶ差分算出部１６−１〜第ｖのＶ差分算出部１６−ｖ、第１のＶε判定部１７−１〜第ｖのＶε判定部１７−ｖ、Ｖ判定付加重平均部１８、及びＶデータ加算部１９は、それぞれ一次元ｍ次εフィルタ部６０のデータ格納部７、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍ、第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍ、判定付加重平均部１０、データ加算部１１に対応している。

換言すると、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａの各構成要素と、一次元ｍ次εフィルタ部６０の各構成要素とは、処理対象が垂直方向の画像データＤＳであるか水平方向の画像データＤＳであるかの違いを除いては、ほぼ同様の処理を行なう。また、第１のε選択部２９−１は、ε選択部２９に対応しており、ε選択部２９と略同様の処理を行なう。

また、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａで生成される画像データＶＤＭ、差分データＶＥＤ、判定データＶＥＥ、閾値データＶＴＨ、加重平均値ＶＥＭ、画像データＶＤＯは、それぞれ一次元ｍ次εフィルタ部６０で生成される画像データＤＭ、差分データＥＤ、判定データＥＥ、閾値データＴＨ、加重平均値ＥＭ、画像データＤＯに対応している。

ここで、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａが備える各構成要素について詳細に説明する。Ｖデータ格納部１５は、階調変換部２８からの画像データＤＳを格納するとともに、第１のＶ差分算出部１６−１〜第ｖのＶ差分算出部１６−ｖに、それぞれ画像データＶＤＭ（１）〜ＶＤＭ（ｖ）を出力する。また、Ｖデータ格納部１５は、第１のＶ差分算出部１６−１〜第ｖの差分算出部１６−ｖとＶデータ加算部１９に、画像データＶＤＭ（ｃ）を出力する。

画像データＶＤＭ（ｃ）は、注目画素を注目画素ｃとした場合の画像データである。画像データＶＤＭ（１）〜ＶＤＭ（ｖ）は、それぞれ注目画素ｃから所定の画素数だけ上方向または下方向に離れた画素の画像データである。例えば、ｍ＝５の場合に、画像データＶＤＭ（３）を画像データＶＤＭ（ｃ）とすると、画像データＶＤＭ（１）が注目画素ｃの２つ前（上側）の画素の画像データとなり、画像データＶＤＭ（２）が注目画素ｃの１つ前（上側）の画素の画像データとなり、画像データＶＤＭ（４）が注目画素ｃの１つ後（下側）の画素の画像データとなり、画像データＶＤＭ（５）が注目画素ｃの２つ後（下側）の画素の画像データとなる。

第１の差分算出部１６−１〜第ｖの差分算出部１６−ｖは、画像データＶＤＭ（１）〜ＶＤＭ（ｖ）と画像データＶＤＭ（ｃ）との差分を、それぞれ差分データＶＥＤ（１）〜ＶＥＤ（ｖ）として算出する。第１の差分算出部１６−１〜第ｖの差分算出部１６−ｖは、それぞれ第１のε判定部１７−１〜第ｖのε判定部１７−ｖに、差分データＶＥＤ（１）〜ＶＥＤ（ｖ）を出力する。

第１のε判定部１７−１〜第ｖのε判定部１７−ｖは、それぞれ第１の差分算出部１６−１〜第ｖの差分算出部１６−ｖからの差分データＶＥＤ（１）〜ＶＥＤ（ｖ）が、第１のε選択部２９−１からの閾値データＶＴＨ（１）〜ＶＴＨ（ｖ）より大きいか否かの判定を行ない、判定結果を判定データＶＥＥ（１）〜ＶＥＥ（ｖ）としてＶ判定付加重平均部１８に出力する。

Ｖ判定付加重平均部１８は、判定データＶＥＥ（１）〜ＶＥＥ（ｖ）に基づいて差分データＶＥＤ（１）〜ＶＥＤ（ｖ）を加重平均し、その結果として得られる加重平均値を加重平均値ＶＥＭ（１）〜ＶＥＭ（ｖ）としてＶデータ加算部１９に出力する。Ｖデータ加算部１９は、加重平均値ＶＥＭ（１）〜ＶＥＭ（ｖ）に画像データＶＤＭ（ｃ）を加算する。

一次元ｖ次εフィルタ部６３ａによって実効的な階調数が増やされた画像データは、Ｖデータ加算部１９から画像データＶＤＯ（１）〜ＶＤＯ（ｖ）として一次元ｈ次垂直εフィルタ部６３ｂに出力される。

また、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、原データ格納部２０、第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈ、第１のＨε判定部（水平方向ε判定部）２２−１〜第ｈのＨε判定部２２−ｈ、Ｈデータ格納部（水平方向データ格納部）２３、第１のＨ差分算出部（水平方向差分算出部）２４−１〜第ｈのＨ差分算出部２４−ｈ、Ｈ判定付加重平均部（水平方向判定付加重平均部）２５、及びＨデータ加算部（水平方向データ加算部）２６を備えている。

原データ格納部２０は、第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈに接続し、第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈは第１のＨε判定部２２−１〜第ｈのＨε判定部２２−ｈに接続している。また、第１のＨε判定部２２−１〜第ｈのＨε判定部２２−ｈは、第２のε選択部２９−２に接続している。

また、Ｈデータ格納部２３は、第１のＨ差分算出部２４−１〜第ｈのＨ差分算出部２４−ｈに接続している。さらに、Ｈ判定付加重平均部２５は、第１のＨ差分算出部２４−１〜第ｈのＨ差分算出部２４−ｈ、第１のＨε判定部２２−１〜第ｈのＨε判定部２２−ｈ、Ｈデータ加算部２６に接続している。

一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａから出力される（ｎ＋α）ビットのデータに対して、画像の水平方向についての処理を行なう。一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、注目画素に対して水平方向に整列した画素のデータに基づいて、急峻な変化を保存しながら、小振幅成分を雑音として扱って平滑化を行うエッジ保存型平滑化フィルタとして用いられるものである。一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、画像データＤＳの水平方向の階調変化に基づいて画像データＶＤＯの実効的な階調数を増やす役割を持つ。

一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂと一次元ｍ次εフィルタ部６０の違いは、一次元ｍ次εフィルタ部６０が水平方向の判定データＥＥと水平方向の差分データＥＤを用いて加重平均値ＥＭを算出するのに対し、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂが水平方向の判定データＨＥＥと水平方向の差分データＨＥＤを用いて加重平均値ＥＭを算出する点である。

したがって、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂの原データ格納部２０、第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈ、第１のＨε判定部２２−１〜第ｈのＨε判定部２２−ｈは、それぞれ一次元ｍ次εフィルタ部６０のデータ格納部７、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍ、第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍに対応し、略同様の処理を行なう。また、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂのＨデータ格納部２３、第１のＨ差分算出部２４−１〜第ｈのＨ差分算出部２４−ｈ、Ｈ判定付加重平均部２５、及びＨデータ加算部２６は、それぞれ一次元ｍ次εフィルタ部６０のデータ格納部７、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍ、判定付加重平均部１０、データ加算部１１に対応し、略同様の処理を行なう。また、第２のε選択部２９−２は、ε選択部２９に対応しており、ε選択部２９と略同様の処理を行なう。

また、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂで生成される画像データＨＤＭ、差分データＨＥＤ、判定データＨＥＥ、閾値データＨＴＨ、加重平均値ＨＥＭは、それぞれ一次元ｍ次εフィルタ部６０で生成される画像データＤＭ、差分データＥＤ、判定データＥＥ、閾値データＴＨ、加重平均値ＥＭに対応している。また、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂで生成される画像データＢＤＭ、差分データＢＥＤは、それぞれ一次元ｍ次εフィルタ部６０で生成される画像データＤＭ、差分データＥＤに対応している。

ここで、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂが備える各構成要素について詳細に説明する。Ｈデータ格納部２３は、Ｖデータ加算部１９からの画像データＶＤＯを格納するとともに、第１のＨ差分算出部２４−１〜第ｈのＨ差分算出部２４−ｈに、それぞれ画像データＨＤＭ（１）〜ＨＤＭ（ｈ）を出力する。また、Ｈデータ格納部２３は、第１のＨ差分算出部２４−１〜第ｈの差分算出部２４−ｈとＨデータ加算部２６に、画像データＨＤＭ（ｃ）を出力する。

画像データＨＤＭ（ｃ）は、注目画素を注目画素ｃとした場合の画像データである。画像データＨＤＭ（１）〜ＨＤＭ（ｈ）は、それぞれ注目画素ｃから所定の画素数だけ上方向または下方向に離れた画素の画像データである。

第１の差分算出部２４−１〜第ｈの差分算出部２４−ｈは、画像データＨＤＭ（１）〜ＨＤＭ（ｈ）と画像データＨＤＭ（ｃ）との差分を、それぞれ差分データＨＥＤ（１）〜ＨＥＤ（ｈ）として算出する。第１のＨ差分算出部２４−１〜第ｈのＨ差分算出部２４−ｈは、Ｈ判定付加重平均部２５に、差分データＨＥＤ（１）〜ＨＥＤ（ｈ）を出力する。

また、原データ格納部２０は、階調変換部２８からの画像データＤＳを格納するとともに、第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈに、それぞれ画像データＢＤＭ（１）〜ＢＤＭ（ｈ）を出力する。また、原データ格納部２０は、第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈ画像データＢＤＭ（ｃ）を出力する。

画像データＢＤＭ（ｃ）は、注目画素を注目画素ｃとした場合の画像データである。画像データＢＤＭ（１）〜ＢＤＭ（ｈ）は、それぞれ注目画素ｃから所定の画素数だけ右方向または左方向に離れた画素の画像データである。

第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈは、画像データＢＤＭ（１）〜ＢＤＭ（ｈ）と画像データＢＤＭ（ｃ）との差分を、それぞれ差分データＢＥＤ（１）〜ＢＥＤ（ｈ）として算出する。第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈは、それぞれ第１のＨε判定部２２−１〜第ｈのＨε判定部２２−ｈに、差分データＢＥＤ（１）〜ＢＥＤ（ｈ）を出力する。

第１のＨε判定部２２−１〜第ｈのＨε判定部２２−ｈは、それぞれ第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈからの差分データＢＥＤ（１）〜ＢＥＤ（ｈ）が、第２のε選択部２９−２からの閾値データＨＴＨ（１）〜ＨＴＨ（ｈ）より大きいか否かの判定を行ない、判定結果を判定データＨＥＥ（１）〜ＨＥＥ（ｈ）としてＨ判定付加重平均部２５に出力する。

Ｈ判定付加重平均部２５は、判定データＨＥＥ（１）〜ＨＥＥ（ｈ）に基づいて差分データＨＥＤ（１）〜ＨＥＤ（ｈ）を加重平均し、その結果として得られる加重平均値を加重平均値ＨＥＭ（１）〜ＨＥＭ（ｈ）としてＨデータ加算部２６に出力する。Ｈデータ加算部２６は、加重平均値ＨＥＭ（１）〜ＨＥＭ（ｈ）に画像データＨＤＭ（ｃ）を加算する。一次元ｈ次εフィルタ部６３ｂによって実効的な階調数が増やされた画像データは、Ｈデータ加算部２６から画像データＤＯ（１）〜ＤＯ（ｈ）として表示部４に出力される。

以上のような二次元処理を行うεフィル部と、入力の階調に応じて閾値εを変化させる閾値制御部（第１のε選択部２９−１、第２のε選択部２９−２）を備えるので、垂直方向に対しても、水平方向に対しても階調ごとに保持するエッジの大きさを設定できる。

なお、ここでは一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂが水平方向の判定データＨＥＥと垂直方向の差分データＨＥＤを用いて加重平均値ＨＥＭを算出したが、垂直方向の判定データと水平方向の差分データを用いて加重平均値ＥＭを算出してもよい。さらに、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、垂直方向の判定データＥＥと垂直方向の差分データＥＤを用いて加重平均値ＥＭを算出してもよい。

なお、本実施の形態では、ε選択部２９と一次元ｍ次εフィルタ部６０、一次元４次εフィルタ部６１、二次元ｍ次εフィルタ部６２、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａ、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂとを別々の構成にしたが、一次元ｍ次εフィルタ部６０、一次元４次εフィルタ部６１、二次元ｍ次εフィルタ部６２、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａ、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂがε選択部２９を備える構成としてもよい。

このように、実施の形態１によれば、εフィルタを用いてビット拡張により増えた階調を平滑化するので、輪郭などの階調が急峻に大きく変化する領域を有する画像の鮮鋭度を損なわずに、画像データの階調数を増やすことができる。したがって、画像レベルの抜けに起因する擬似輪郭を解消して擬似輪郭による画質劣化を低減させることが可能となる。

また、格納しておいた閾値のテーブルから画像データに応じた閾値データＴＨを選択して用いるので差分データＥＤが閾値データＴＨより大きいか否かの判定を容易に行なうことが可能となる。

また、画像データＤＪの階調変換を行なうとともに、階調変換された画像データＤＳの階調を平滑化処理するので、見栄えの良い画像データの平滑化処理や表示処理を行なうことが可能となる。

また、画像データＤＳの階調に応じてεフィルタの閾値を変えるので、画像の鮮鋭度を保ちつつ擬似的な輪郭を減少させることが可能となる。また、画像データＤＳ（階調ＤＳ）毎の閾値を示すテーブルに基づいて、画像データＤＳに応じた閾値を決定するので容易にεフィルタの閾値を決定することが可能となる。

また、原データビット拡張部５が一次元ｍ次εフィルタ部６０などのεフィルタよりも前段に配置されているので、一次元ｍ次εフィルタ部６０などのεフィルタで画像データのビット拡張を行なう必要がない。したがって、簡易な構成でビット拡張された画像データの所定の階調を平滑化することが可能となる。また、ビット拡張された画像データに基づいてεフィルタの閾値を決定できるので、適切なεフィルタの閾値を容易に選択することが可能となる。これにより、画像の鮮鋭度を保ちつつ擬似的な輪郭を減少させることが可能となる。

また、画像表示装置１０４は、ビット拡張付き一次元ｍ次εフィルタ部２７を備えているので、画像データの階調を平滑化処理した後に、ビット拡張を行なうことが可能となる。したがって、原データビット拡張部５がεフィルタよりも前段に配置されている場合と同様に、画像の鮮鋭度を保ちつつ擬似的な輪郭を減少させることが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図３３〜図４６を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、入力の階調に応じた閾値εを算出し、算出した閾値εを用いて差分データＥＤと閾値データＴＨの比較を行なう。

図３３は、本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示す図である。図３３の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の画像表示装置１００と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

実施の形態２に係る画像表示装置１１０は、入力端子１、受信部２、多階調化処理部３、及び表示部４を備えている。これらのうち、受信部２及び多階調化処理部３によって、画像処理装置が構成されている。

本実施の形態では、受信部２の一例として、受信部２がアナログの画像信号からデジタルの画像データに変換するＡ／Ｄ変換器である場合について説明する。なお、受信部２にチューナーを配設し、受信部２の内部でコンポジット信号を輝度や色度信号に復調した後にデジタルの画像データに変換してもよい。また、受信部２をデジタルインターフェースとし、受信部２が入力端子１からデジタルのデータを受信して、ｎ（ｎは自然数）ビットの画像データＤＩを出力してもよい。

入力端子１は、アナログ画像信号ＳＡを入力する端子であり、入力されたアナログ画像信号ＳＡを受信部２に出力する。受信部２は、アナログ画像信号ＳＡをｎビットの画像データＤＩに変換して多階調化処理部３に出力する。

多階調化処理部３は、原データビット拡張部５、階調変換部２８、ε算出部３０、及び一次元ｍ次εフィルタ部６０を備えており、ｎビットの画像データＤＩを（ｎ＋α）ビットに変換して表示部４に出力する。

原データビット拡張部５は、ｎビットの画像データＤＩをαビット分ビット拡張した（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを階調変換部２８に出力する。階調変換部２８は、画像データＤＪに対してガンマ変換やコントラスト補正などの階調変換を行い、階調変換後の画像データを画像データＤＳ（（ｎ＋α）ビット）として、ε算出部３０と一次元ｍ次εフィルタ部６０に出力する。

つぎに、ε算出部３０による階調変換の一例について説明する。本実施の形態のε算出部３０は、階調ごとに閾値のテーブルを持ち、入力される画像データＤＳ（階調ＤＳ）に応じたテーブルから閾値を補間演算して出力する。図３４および図３５は、階調と閾値の関係を示す図である。図３４および図３５では、階調ごとの閾値を示すテーブルをグラフ化して示している。例えば、ε算出部３０は、図３４のグラフ２２０ａに示す、階調Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４に対応する閾値データＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ４を、階調ごとの閾値のテーブルとして保持しているとする。

ε算出部３０は、このテーブルを用いて残りの階調（階調Ｘ１〜Ｘ４以外の階調）に対する閾値を線形補間で算出する。これにより、ε算出部３０は、グラフ２２０ａからグラフ２２０ｂに示す階調と閾値の関係を算出する。結果として、ε算出部３０は、グラフ２２０ｂのようなグラフ（テーブル）を持つことと等価となる。

また、例えば、ε算出部３０が、図３５のグラフ２２１ａに示す階調間Ｘ１〜Ｘ２，Ｘ２〜Ｘ３，Ｘ３〜Ｘ４に対応する閾値データＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３を階調ごとの閾値のテーブルとして保持しているとする。

ε算出部３０は、このテーブルを用いて階調間の切れ目付近を線形補間して算出する。これにより、ε算出部３０は、グラフ２２１ａからグラフ２２１ｂに示す階調と閾値の関係を算出する。結果として、ε算出部３０は、グラフ２２１ｂのようなグラフ（テーブル）を持つことと等価となる。

以上のように、閾値を補間演算で算出すれば、実施の形態１のε選択部２９のように全ての階調に対応する閾値を記憶しておく必要がない。なお、ここではε算出部３０の動作の一例として、図３４や図３５に示す処理（グラフ２２０ａからグラフ２２０ｂを作成する処理やグラフ２２１ａからグラフ２２１ｂを作成する処理）を示したが、本実施の形態ではこれらの動作に限定されない。すなわち、ε算出部３０は、いずれのグラフから閾値を補間演算してもよい。

一次元ｍ次εフィルタ部６０は、注目画素に対して一次元方向に整列されている画素のデータに基づいて、急峻な変化を保存しながら小振幅成分を雑音として扱って平滑化を行うエッジ保存型平滑化フィルタ（εフィルタ）として用いられる。一次元ｍ次εフィルタ部６０は、原データビット拡張部５で増やした階調を平滑化することによって階調ジャンプをなくし、実効的な階調数を増やす処理を行なう。

一次元ｍ次εフィルタ部６０は、データ格納部７、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍ、第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍ、判定付加重平均部１０、及びデータ加算部１１を備えている。

一次元ｍ次εフィルタ部６０によって実効的な階調数が増やされた画像データは、データ加算部１１から画像データＤＯとして表示部４に出力される。表示部４は、（ｎ＋α）ビットの画像データＤＯを表示する液晶モニタなどの表示手段である。一次元ｍ次εフィルタ部６０によって、実効的な階調数が増やされた画像データＤＯは、表示部４に出力される。表示部４は、（ｎ＋α）ビットの画像データＤＯを表示する。

本実施の形態では、εフィルタが、ビット拡張によって増えた階調を小振幅雑音ととらえてεフィルタ処理を行う。つまり、ｎビットから（ｎ＋α）ビットにビット拡張する場合、εフィルタの閾値εを２^α（２＾α）とする。これにより、εフィルタは輪郭など画像の急峻な変化を保持しながら、実効的な階調数を増やすことができる。しかしながら、ビット拡張とεフィルタ処理の間にガンマ変換などの階調変換が行われる場合、ビット拡張によって増えた階調の大きさが変化する。そこで、階調変換に合わせて閾値εを変化させる。すなわち、入力される階調に応じてεフィルタが保存できるエッジの大きさを変化させる。

本実施の形態では、画像表示装置１００が、入力される階調によって閾値εを変化させるε算出部３０（閾値制御部）と、ε算出部３０によって閾値を制御される一次元ｍ次εフィルタ部６０とを備えている。閾値制御部に相当するε算出部３０が階調変換に応じて閾値を算出するよう算出部３０を設定しておく。

以下、多階調化処理の一例として、α＝２の場合、即ちｎビットの画像をｎ＋２ビットに多階調化処理する場合について説明する。図３６は、ｍ＝４の場合の実施の形態２の画像表示装置の構成を示す図である。なお、図３６の各構成要素のうち図３３に示す画像表示装置１１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。画像表示装置１１１は、一次元ｍ次εフィルタ部６０の代わりに、一次元４次εフィルタ部６１を有している。

まず、画像表示装置１１０に緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の画像表示装置１１０の動作を説明する。図３７は、実施の形態２に係る画像表示装置に緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。図３７に示すグラフ２２２ａ〜２２２ｆの横軸は画素位置ｉを示し、縦軸は階調を示している。

グラフ２２２ａはアナログ画像信号ＳＡの階調を示し、グラフ２２２ｂはｎビットの画像データＤＩの階調を示し、グラフ２２２ｃは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを示している。また、グラフ２２２ｄは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳおよび画像データＤＭの階調を示し、グラフ２２２ｅは加重平均値ＥＭの階調を示し、グラフ２２２ｆは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＯの階調を示している。

画像表示装置１００へは、グラフ２２２ａに示すようなアナログの画像信号ＳＡが、入力端子１から受信部２に入力される。受信部２は、アナログ画像信号ＳＡをグラフ２２２ｂに示すようなデジタルの画像データＤＩ（ｎビット）（２値の階調（ＸとＸ＋１））に変換して、原データビット拡張部５に出力する。

原データビット拡張部５では、グラフ２２２ｂの画像データＤＩの階調Ｘを階調４Ｘに変換し、階調（Ｘ＋１）を階調４（Ｘ＋１）に変換し、グラフ２２２ｃに示すような画像データＤＪを階調変換部２８に出力する。

図３８は、緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合に実施の形態２に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。図３８では、グラフ２２２ｄの画素位置ｉｃの画素を注目画素Ｐ（ｃ）とした場合の、画像データＤＭ（ｋ）、この画像データＤＭ（ｋ）に基づいて生成される差分データＥＤ（ｋ）、判定データＥＥ（ｋ）、ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝、加重平均値ＥＭ、閾値データＴＨ（ｋ）の対応関係を示している。

データ格納部７はＤＭ（ｌ２）＝４Ｚ、ＤＭ（ｌ１）＝４Ｚ、ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ、ＤＭ（ｒ１）＝４Ｚ＋８を、それぞれ第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４に出力する。

第１の差分算出部８−１は、ＥＤ（ｌ２）＝ＤＭ（ｌ２）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第２の差分算出部８−２は、ＥＤ（ｌ１）＝ＤＭ（ｌ１）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第３の差分算出部８−３はＥＤ（ｃ）＝ＤＭ（ｃ）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｚ−４Ｚ＝０を出力し、第４の差分算出部８−４はＥＤ（ｒ１）＝ＤＭ（ｒ１）−ＤＭ（ｃ）＝（４Ｚ＋８）−４Ｚ＝８を出力する。従って、第１のε判定部９−１〜第３のε判定部９−３には「０」が入力され、第４のε判定部９−４には「８」が入力される。

画像データＤＳが４Ｚ付近の時に全ての閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）を「８」として出力するようε算出部３０を設定しておく。このとき、本実施の形態の画像表示装置１１０は、ε算出部３０が階調ごとに閾値のテーブルに基づいて、画像データＤＳに応じた閾値を補間演算しておく。

画像データＤＳ＝４Ｚや４Ｚ＋８の場合、閾値データＴＨ（ｌ２）＝４、閾値データＴＨ（ｌ１）＝４、閾値データＴＨ（ｃ）＝４、閾値データＴＨ（ｒ１）＝４がそれぞれ第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４に入力される。差分データＥＤ（ｌ２）〜ＥＤ（ｒ１）は、それぞれの閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）以下であるので判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｒ１）は「１」となる。

判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（ｋ）が「１」の場合、係数ａ_kに差分データＥＤ（ｋ）を乗算して加算し、判定データＥＥ（ｋ）が「０」の場合は加算しない。係数ａ_k（＝ａ_l2、ａ_l1、ａ_c、ａ_r1）の全てを０．２５とした場合、図３８に示した例では判定付加重平均部１０の出力（加重平均値ＥＭ）は、以下の式（９）で与えられる。
ＥＭ
＝ａ_l2×ＥＤ（ｌ２）＋ａ_l1×ＥＤ（ｌ１）＋ａ_c×ＥＤ（ｃ）＋ａ_r1×ＥＤ（ｒ１） ＝（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×８）
＝２
・・・（９）

画像表示装置１００では、原データビット拡張部５から供給される画像データＤＳに対し、各画素を順に注目画素として上記の処理が行われ、式（９）と同様の演算が行われる。

グラフ２２２ｅは、グラフ２２２ｄの画像データＤＭに対応する加重平均値ＥＭ（各画素位置ｉの画素を注目画素としたときの加重平均値ＥＭ）の階調を示している。判定付加重平均部１０は、加重平均値ＥＭをデータ加算部１１に出力する。データ加算部１１は、グラフ２２２ｄに示した画像データＤＳと、グラフ２２２ｅに示した加重平均値ＥＭを加算して、グラフ２２２ｆに示す画像データＤＯを出力する。以上のように、画像表示装置１１０は、階調変換によって階調のジャンプが大きくなっても階調変化が緩やかな領域の実効的な階調数を増やすことができる。

次に、画像表示装置１１０に急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の画像表示装置１１０の動作を説明する。図３９は、実施の形態２に係る画像表示装置に急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。図３７に示すグラフ２２３ａ〜２２３ｆの横軸は画素位置ｉを示し、縦軸は階調を示している。

グラフ２２３ａはアナログ画像信号ＳＡの階調を示し、グラフ２２３ｂはｎビットの画像データＤＩの階調を示し、グラフ２２３ｃは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを示している。また、グラフ２２３ｄは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳおよび画像データＤＭの階調を示し、グラフ２２３ｅは加重平均値ＥＭの階調を示し、グラフ２２３ｆは（ｎ＋α）ビットの画像データＤＯの階調を示している。

画像表示装置１００へは、グラフ２２３ａに示すようなアナログの画像信号ＳＡが、入力端子１から受信部２に入力される。受信部２は、アナログ画像信号ＳＡをグラフ２２３ｂに示すようなデジタルの画像データＤＩ（ｎビット）（２値の階調（Ｘ’とＸ’＋４））に変換して、原データビット拡張部５に出力する。

原データビット拡張部５では、グラフ２２３ｂの画像データＤＩの階調Ｘ’を階調４Ｘ’に変換し、階調Ｘ’＋４を階調４（Ｘ’＋４）に変換し、グラフ２２３ｃに示すような画像データＤＪを階調変換部２８に出力する。ここでの階調変換部２８は、種々の階調変換を行うことによって、階調４Ｘ’を階調４Ｙに変換し、階調４（Ｘ’＋２）を階調４（Ｙ＋２）に変換するものとし、グラフ２２３ｄに示すような画像データＤＳを一次元４次εフィルタ部６１に出力する。

図４０は、急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合に実施の形態２に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。図４０では、グラフ２２３ｄの画素位置ｉｃの画素を注目画素Ｐ（ｃ）とした場合の、画像データＤＭ（ｋ）、画像データＤＭ（ｋ）に基づいて生成される差分データＥＤ（ｋ）、判定データＥＥ（ｋ）、ｆ｛ＥＤ（ｋ）｝、加重平均値ＥＭ、閾値データＴＨ（ｋ）の対応関係を示している。

データ格納部７はＤＭ（ｌ２）＝４Ｙ、ＤＭ（ｌ１）＝４Ｙ、ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ、ＤＭ（ｒ１）＝４Ｙ＋８を、それぞれ第１の差分算出部８−１〜第４の差分算出部８−４に出力する。

第１の差分算出部８−１は、ＥＤ（ｌ２）＝ＤＭ（ｌ２）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第２の差分算出部８−２は、ＥＤ（ｌ１）＝ＤＭ（ｌ１）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第３の差分算出部８−３は、ＥＤ（ｃ）＝ＤＭ（ｃ）−ＤＭ（ｃ）＝４Ｙ−４Ｙ＝０を出力し、第４の差分算出部８−４は、ＥＤ（ｒ１）＝ＤＭ（ｒ１）−ＤＭ（ｃ）＝（４Ｙ＋８）−４Ｙ＝８を出力する。従って、第１のε判定部９−１〜第３のε判定部９−３には「０」が入力され、第４のε判定部９−４には「８」が入力される。

画像データＤＳが４Ｙ付近の時に全ての閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｒ１）を「４」として出力するようε算出部３０を設定しておく。このとき、本実施の形態の画像表示装置１１０は、ε算出部３０が階調ごとに閾値のテーブルに基づいて、画像データＤＳに応じた閾値を補間演算しておく。

画像データＤＳ＝４Ｙや４Ｙ＋８の場合、閾値データＴＨ（ｌ２）＝４、閾値データＴＨ（ｌ１）＝４、閾値データＴＨ（ｃ）＝４、閾値データＴＨ（ｒ１）＝４がそれぞれ第１のε判定部９−１〜第４のε判定部９−４に入力される。従って、第１のε判定部９−１〜第３のε判定部９−３には「０」が入力され、第４のε判定部９−４には「８」が入力される。差分データＥＤ（ｌ２）〜ＥＤ（ｃ）はそれぞれの閾値データＴＨ（ｌ２）〜ＴＨ（ｃ）以下であるので判定データＥＥ（ｌ２）〜ＥＥ（ｃ）は「１」となり、差分データＥＤ（ｒ１）は閾値データＴＨ（ｒ１）より大きいので判定データＥＥ（ｒ１）は「０」となる。

判定付加重平均部１０は、判定データＥＥ（ｋ）が「１」の場合、係数ａ_kに差分データＥＤ（ｋ）を乗算して加算し、判定データＥＥ（ｋ）が「０」の場合は加算しない。係数ａ_k（＝ａ_l2、ａ_l1、ａ_c、ａ_r1）の全てを０．２５とした場合、図４０に示した例では判定付加重平均部１０の出力（加重平均値ＥＭ）は、以下の式（１０）で与えられる。
ＥＭ
＝ａ_l2×ＥＤ（ｌ２）＋ａ_l1×ＥＤ（ｌ１）＋ａ_c×ＥＤ（ｃ）
＝（０．２５×０）＋（０．２５×０）＋（０．２５×０）
＝０
・・・（１０）

画像表示装置１００では、原データビット拡張部５から供給される画像データＤＳに対し、各画素を順に注目画素として上記の処理が行われ、式（１０）と同様の演算が行われる。

グラフ２２３ｅは、グラフ２２３ｄの画像データＤＭに対応する加重平均値ＥＭ（各画素位置ｉの画素を注目画素としたときの加重平均値ＥＭ）の階調を示している。判定付加重平均部１０は、加重平均値ＥＭをデータ加算部１１に出力する。データ加算部１１は、グラフ２２３ｄに示した画像データＤＳと、グラフ２２３ｅに示した加重平均値ＥＭを加算して、グラフ２２３ｆに示す画像データＤＯを出力する。

グラフ２２３ｆに示されるように、画像データＤＯは、入力信号（アナログ画像信号ＳＡ）または画像データＤＩと同様に急峻な変化を有している。εフィルタは、階調の変化が大きい場合であっても、急峻に大きく変化する領域の鮮鋭度を保存することができる。

本実施の形態では、図３７のグラフ２２２ｃのような画像データ信号が階調変換部２８に入力されると、図３７のグラフ２２２ｄのような画像データ信号ＳＡが出力される。また、図３９のグラフ２２３ｃのような画像データ信号が階調変換部２８に入力されると、図３９のグラフ２２３ｄのような画像データ信号ＳＡが出力される。

図３７のグラフ２２２ｄと図３９のグラフ２２３ｄは、同じ階調差の階調ジャンプであるが、図３７のグラフ２２２ｃでは階調変換前は緩やかな階調変化であり、図３９のグラフ２２３ｃでは階調変換前は急峻な階調変化である。そのため、緩やかな階調変化（図３７の場合）に対しては階調のジャンプを補間させたい。一方、急峻な階調変化（図３９の場合）に対しては急峻な階調変化を保持したい。本実施の形態では、ε算出部３０を、階調４Ｘ付近の入力階調に対して閾値８を出力するよう設定し、階調４Ｘ’付近の入力階調に対して閾値４を出力するよう設定すれば、期待する動作（緩やかな階調変化に対しては階調のジャンプを補間し急峻な階調変化に対しては階調変化を保持する動作）を行うことができる。

これにより、本実施の形態ではビット拡張により増えた階調がガンマ変換などの階調変換によって変化しても、小振幅雑音として扱うことができ、輪郭などの画像の急峻な変化を保持しながら、実効的な階調数を増やすことができる。

図４１は、以上に説明した本実施の形態に係る画像表示装置の処理手順を示すフローチャートである。まず、アナログ画像信号ＳＡが入力端子１に入力されると、受信部２は、アナログ画像信号ＳＡを受信してｎビットの画像データＤＩを出力する（ステップＳＴ１１）。

受信部２が出力する画像データＤＩは、多階調化処理部３の原データビット拡張部５に入力される。原データビット拡張部５では、画像データＤＩをαビットだけビット拡張して（ｎ＋α）ビットの画像データＤＪを出力する（ステップＳＴ１２）。

原データビット拡張部５が出力する画像データＤＪは、階調変換部２８に入力される。階調変換部２８は、画像データＤＪを階調変換して（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳを出力する（ステップＳＴ１３）。

ε算出部３０には、ｎ＋αビットの画像データＤＳが入力される。ε算出部３０は、補間演算（ε算出）を行って閾値を算出し、閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（ｍ）を出力する（ＳＴ１４）。

一次元ｍ次εフィルタ部６０には（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳと閾値データＴＨ（１）〜ＴＨ（ｍ）が入力される。一次元ｍ次εフィルタ部６０は、緩やかに変化する領域の階調数を増やして、画像データＤＯを出力する（ステップＳＴ１５）。画像データＤＯは表示部４に入力される。表示部４は、画像データＤＯに基づいて画像を表示する（ステップＳＴ１６）。

図４２は、実施の形態２に係る画像表示装置の別の構成例（１）を示す図である。図４２の各構成要素のうち図３３に示した画像表示装置１１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

画像表示装置１１２では、階調変換部２８が原データビット拡張部５の前段にある。アナログ画像信号ＳＡが入力端子１に入力されると、受信部２は、アナログ画像信号ＳＡを受信してｎビットの画像データＤＩを階調変換部２８に入力する。

階調変換部２８は、画像データＤＩを階調変換してｎビットの画像データＤＪを原データビット拡張部５に入力する。原データビット拡張部５では、画像データＤＪをαビットだけビット拡張して（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳを出力する。そして、原データビット拡張部５が出力する画像データＤＪは、階調変換部２８と一次元ｍ次εフィルタ部６０に入力される。

画像表示装置１１２では、ε算出部３０において階調変換の特性に合わせて閾値を設定すれば、画像の鮮鋭度を落とさずに階調が緩やかに変化する領域の階調数を増やすことが可能となる。

図４３は、実施の形態２に係る画像表示装置の別の構成例（２）を示す図である。図４３の各構成要素のうち図３３に示した画像表示装置１１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

画像表示装置１１３では、階調変換部２８（図４３では図示せず）が受信部２よりも前段にある。これにより、画像表示装置１０３では、あらかじめ階調変換が行われたデータが受信部２に入力される。階調変換が行われたアナログ画像信号ＳＡが入力端子１に入力されると、受信部２は、アナログ画像信号ＳＡを受信してｎビットの画像データＤＩを原データビット拡張部５に入力する。

原データビット拡張部５では、画像データＤＩをαビットだけビット拡張して（ｎ＋α）ビットの画像データＤＳを出力する。そして、原データビット拡張部５が出力する画像データＤＪは、ε算出部３０と一次元ｍ次εフィルタ部６０に入力される。

画像表示装置１１３でも、図３３に示した画像表示装置１１０や図４２に示した画像表示装置１１２と同様に階調変換の特性に合わせて閾値を設定すれば画像の鮮鋭度を落とさずに階調が緩やかに変化する領域の階調数を増やすことができる。

図４４は、実施の形態２に係る画像表示装置の別の構成例（３）を示す図である。図４４の各構成要素のうち図３０に示した画像表示装置１０４、図３３に示した画像表示装置１１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

画像表示装置１１４は、図２５に示した画像表示装置１１２と比較して、原データビット拡張部５が設けられておらず、判定付加重平均部１０及びデータ加算部１１の代わりに、判定付加重平均部３２及びデータ加算部３３が設けられている。

判定付加重平均部３２は、判定データＥＥ及び差分データＥＤに基づいて、加重平均演算及びビット拡張を行ない、αビットだけビット拡張された加重平均値ＥＭを出力する。画像表示装置１１４では、例えば、図４などの例と同様の判定付加重平均の演算を行なった際に現れる小数点以下の桁の数値をもデータを平均データＥＭとして生成することで、ビット拡張を行なうことができる。データ加算部３３では、入力される画像データＤＭ（ｃ）を（ｎ＋α）ビットにビット拡張して加算する。

このように、画像表示装置１１４では、ビット拡張をεフィルタの前で行なわず、εフィルタの演算中に行なう。以上のように構成することで、図４２に示した画像表示装置１１２と同様の効果が得られる。

なお、図３３に示した画像表示装置１１０では、εフィルタが一次元のεフィルタである場合について説明したが、本実施の形態は一次元のεフィルタに限定されるものではない。図４５および図４６は、εフィルタが水平方向と垂直方向に処理する二次元εフィルタを備える画像表示装置の構成を示す図である。図４５，４６の各構成要素のうち、図３１，３２に示した画像表示装置１０５，１０６、図３３に示した画像表示装置１１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

図４５に示す画像表示装置１１５は、εフィルタとして二次元ｍ次εフィルタ部６２を備えている。二次元ｍ次εフィルタ部６２は、一次元ｍ次εフィルタ部６と同様に、階調変換部２８、ε算出部３０、表示部４に接続されている。

二次元ｍ次εフィルタ部６２は、水平画素（ｈ）×垂直画素（ｖ）の二次元領域に対して処理（εフィルタリング処理）を行うものである。即ち、二次元ｍ次εフィルタ部６２は、注目画素を中心として、二次元方向（縦方向、横方向）に配列された画素のデータに基づいて、急峻な変化を保存しながら、小振幅成分を雑音として扱って平滑化を行うエッジ保存型平滑化フィルタとして用いられるものである。

図４５に示す二次元ｍ次εフィルタ部６２は、データ格納部３４、第１の差分算出部８−１〜第ｍの差分算出部８−ｍ、第１のε判定部９−１〜第ｍのε判定部９−ｍ、判定付加重平均部１０、及びデータ加算部１１を備えており、画像データＤＳの垂直方向の階調変化に対して実効的な階調数を増やした画像データＶＤＯを一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂに出力する。

図４６に示す画像表示装置１１６は、εフィルタとして一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａと一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂを備えている。一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、階調変換部２８、第１のε算出部３０−１、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂに接続されている。また、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、階調変換部２８、第２のε算出部３０−２、表示部４に接続されている。

画像表示装置１１６では、画像表示装置１０５と比較して、第１のε選択部２９−１の代わりに第１のε算出部３０−１が配設され、第２のε選択部２９−２の代わりに第２のε算出部３０−２が配設されている点が異なっている。

一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、Ｖデータ格納部（垂直方向データ格納部）１５、第１のＶ差分算出部（垂直方向差分算出部）１６−１〜第ｖのＶ差分算出部１６−ｖ、第１のＶε判定部（垂直方向ε判定部）１７−１〜第ｖのＶε判定部１７−ｖ、Ｖ判定付加重平均部（垂直方向判定付加重平均部）１８、及びＶデータ加算部（垂直方向加算部）１９を備えている。

また、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、原データ格納部２０、第１の原データ差分算出部２１−１〜第ｈの原データ差分算出部２１−ｈ、第１のＨε判定部（水平方向ε判定部）２２−１〜第ｈのＨε判定部２２−ｈ、Ｈデータ格納部（水平方向データ格納部）２３、第１のＨ差分算出部（水平方向差分算出部）２４−１〜第ｈのＨ差分算出部２４−ｈ、Ｈ判定付加重平均部（水平方向判定付加重平均部）２５、及びＨデータ加算部（水平方向データ加算部）２６を備えている。

一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、（ｎ＋α）ビットの原データに対して、画像の垂直方向についての処理を行なう。一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、注目画素に対して垂直方向に整列した画素のデータに基づいて、急峻な変化を保存しながら、小振幅成分を雑音として扱って平滑化を行うエッジ保存型平滑化フィルタとして用いられるものである。一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａは、画像データＤＳの水平方向の階調変化に基づいて画像データＶＤＯの実効的な階調数を増やす役割を持つ。

一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａから出力される（ｎ＋α）ビットのデータに対して、画像の水平方向についての処理を行なう。一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、注目画素に対して水平方向に整列した画素のデータに基づいて、急峻な変化を保存しながら、小振幅成分を雑音として扱って平滑化を行うエッジ保存型平滑化フィルタとして用いられるものである。一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂは、画像データＤＳの水平方向の階調変化に基づいて画像データＶＤＯの実効的な階調数を増やす役割を持つ。

以上のような二次元処理を行うεフィルと、入力の階調に応じて閾値εを変化させる閾値制御部（第１のε算出部３０−１、第２のε算出部３０−２）を備えるので、垂直方向に対しても、水平方向に対しても階調ごとに保持するエッジの大きさを設定できる。

尚、以上の実施の形態１及び２において、α＝２としてｎビットの画像データをｎ＋２ビットに拡張する場合について詳しく説明したが、本発明は、α＝２に限定されるものではない。同様に、εフィルタの次数ｍを４としてきたが、本発明は、ｍ＝４に限定されない。

また、以上の実施の形態１及び２では、注目画素の画像データ同士の差分データＥＤ（ｃ）、ＥＤ（ｃ，ｃ），ＶＥＤ（ｃ）は必ず「０」であり、従って、該差分についてのε判定の結果（判定データＥＥ（ｃ），ＥＥ（ｃ，ｃ），ＶＥＥ（ｃ）、ＢＥＤ（ｃ））は必ず「１」である。このため、注目画素の画像データの差分を求める差分算出部や、その出力（差分データＥＤ（ｃ），ＥＤ（ｃ，ｃ），ＶＥＤ（ｃ），ＢＥＤ（ｃ））が閾値εよりも大きいか否かの判定を行なうε判定部（図５に示したの第３のε判定部９−３など）を省略し、判定付加重平均部１０、Ｖ判定付加重平均部１８、Ｈ判定付加重平均部２５では、差分データＥＤ（ｃ），ＥＤ（ｃ，ｃ），ＶＥＤ（ｃ），ＨＥＤ（ｃ）として、「０」を加算（又は無視）することとしてもよい。

また、図３２に示した差分算出部２４−３も同じデータＨＤＭ（ｃ）同士の差分を求めるものであり、該差分は必ず０となるので、第３のＨ差分算出部２４−３を省略し、Ｈ判定付加重平均部２５では、ＨＤＭ（ｃ）としてゼロを加算（或いは無視）することとしてもよい。

なお、本実施の形態では、ε算出部３０と一次元ｍ次εフィルタ部６０、一次元４次εフィルタ部６１、二次元ｍ次εフィルタ部６２、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａ、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂとを別々の構成にしたが、一次元ｍ次εフィルタ部６０、一次元４次εフィルタ部６１、二次元ｍ次εフィルタ部６２、一次元ｖ次垂直εフィルタ部６３ａ、一次元ｈ次水平εフィルタ部６３ｂがε算出部３０を備える構成としてもよい。

このように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、εフィルタを用いてビット拡張により増えた階調を平滑化するので、輪郭などの階調が急峻に大きく変化する領域を有する画像の鮮鋭度を損なわずに、画像データの階調数を増やすことができる。したがって、画像レベルの抜けに起因する擬似輪郭を解消して擬似輪郭による画質劣化を低減させることが可能となる。

また、閾値のテーブルから階調の閾値を補間演算し、画像データに応じた閾値データＴＨを出力するので、テーブル内に全ての階調に応じた閾値が設定されていない場合であっても、差分データＥＤが閾値データＴＨより大きいか否かの判定を容易に行なうことが可能となる。

実施の形態３．
これまで、平滑化フィルタをεフィルタとして説明してきたが、平滑化フィルタはεフィルタに限定されるものではなく、平滑化フィルタは、急峻で大きな変化が存在する部分の先鋭度を保存しながら、小さな変化のみを平滑化するフィルタであるエッジ保存型平滑化フィルタであれば良く、例えば、εフィルタの他にトリムド平均値フィルタ（ＤＷ−ＭＴＭフィルタ）、バイラテラルフィルタなどを用いてもよい。

尚、トリムド平均値フィルタ（ＤＷ−ＭＴＭフィルタ）は、例えば非特許文献２（雛元孝夫監修、棟安実治、夫田口亮著、「非線形ディジタル信号処理」朝倉書店、１９９９年３月２０日、ｐ．７２−７４）に説明されている。

トリムド平均値フィルタによる一次元処理は、式（５）や（６）で表される。ｘ（ｉ）は入力される画像データの階調であり、ｙ（ｉ）は出力する画像データの階調である。また、ａ_kは係数であり、ｋは注目画素からの相対的な画素位置であり、εは閾値である。

ここでx_medは、処理点を中心とするフィルタ窓幅ｍより小さい窓内データのメジアン値である。ｂ_kはｘ（ｉ−ｋ）−x_medが閾値ε以下なら１、閾値εより大きければ０を出力する。

ｂ_kはｘ（ｉ−ｋ）−ｘ（ｉ）が閾値ε以下なら１、閾値ε以下なら０を出力する。つまり、式（６）のトリムド平均値フィルタは着目画素と階調差の大きい周辺画素は除いて加重平均値を求めている。

εフィルタは着目画素と階調差の大きい周辺画素は着目画素の階調値に置き換えて加重平均値を求めている。このように、トリムド平均値フィルタはεフィルタと同様に急峻で大きな変化が存在する部分の先鋭度を保存しながら、小さな変化のみを平滑化するフィルタである。よって、εフィルタの代わりにトリムド平均値フィルタを用いても同等の効果が得られる。

同様に、εフィルタの代わりに他のエッジ保存型平滑化フィルタを用いても同等の効果が得られる。

本実施の形態では、画像表示装置１００が、画像データのビット数を拡張し画像データの階調を拡張するデータビット拡張部と、画像データの階調に応じて前記画像データ内で保存しておくエッジの大きさを決定し、決定されたエッジの大きさに基づいて画像データの所定の階調を平滑化処理する平滑化フィルタ部（閾値制御部を含むエッジ保存型平滑化フィルタ）とを有しているので、入力される階調に応じてフィルタが保存できるエッジの大きさを変化させることができる。さらに、画像データが階調変換される場合には、階調変換に合わせて閾値を変化させることがでる。従って、急峻なエッジは保持したまま、雑音となる低振幅のものは除去することができ、デジタル画像の擬似的な輪郭の発生を抑制することができる。

尚、上記実施の形態では、画像データのビット数を拡張し画像データの階調を拡張したデータに対して、画像データの階調に応じたエッジ保存型平滑化フィルタを適用したものを中心に説明してきたが、これは特に限定されるものではなく、特に階調を拡張したデータでなくとも、例えば、階調変換したデータ等、階調を拡張したデータでないデータに対して、画像データの階調に応じたエッジ保存型平滑化フィルタを適用するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る画像処理装置、画像表示装置、及び画像処理方法は、デジタル画像の多階調化に適している。

本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示す図である。 式（１）の関数ｆ（ｕ）を示す図である。 εフィルタによるεフィルタ処理を説明するための図である。 階調と閾値の関係を示す図である。 ｍ＝４の場合の実施の形態１の画像表示装置の構成を示す図である。 受信部によるＡ／Ｄ変換処理を説明するための図である。 原データビット拡張部によるビット拡張処理を説明するための図である。 階調が緩やかに変化する場合の階調変換処理を説明するための図である。 データ格納部の詳細な構成の一例を示す図である。 データ格納部から出力される画像データの階調を説明するための図である。 階調が緩やかに変化する場合に実施の形態１に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。 加重平均の概念を説明するための図である。 図１０に示したデータ格納部から出力される画像データの加重平均値を示す図である。 データ加算部によるデータ加算処理を説明するための図である。 実施の形態１に係る画像表示装置に階調が急峻に大きく変化するアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。 階調が急峻に変化する場合に実施の形態１に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。 実施の形態１に係る画像表示装置に緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。 緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合に実施の形態１に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。 実施の形態１に係る画像表示装置に急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。 急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合に実施の形態１に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。 実施の形態１に係る画像表示装置の処理手順を示すフローチャートである。 階調変換部によるガンマ変換処理を説明するための図である。 階調が緩やかに変化する場合のガンマ変換処理を説明するための図である。 階調が急峻に変化する場合のガンマ変換処理を説明するための図である。 実施の形態１に係る画像表示装置の別の構成例（１）を示す図である。 図２５に示した階調変換部によるガンマ変換処理を説明するための図である。 階調が緩やかに変化する場合の図２５に示した階調変換部によるガンマ変換処理を説明するための図である。 階調が急峻に変化する場合の図２５に示した階調変換部によるガンマ変換処理を説明するための図である。 実施の形態１に係る画像表示装置の別の構成例（２）を示す図である。 実施の形態１に係る画像表示装置の別の構成例（３）を示す図である。 実施の形態１に係る画像表示装置の別の構成例（４）を示す図である。 実施の形態１に係る画像表示装置の別の構成例（５）を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係る画像表示装置で用いる階調と閾値の関係を示す図（１）である。 実施の形態２に係る画像表示装置で用いる階調と閾値の関係を示す図（２）である。 ｍ＝４の場合の実施の形態２の画像表示装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係る画像表示装置に緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。 緩変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合に実施の形態２に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。 実施の形態２に係る画像表示装置に急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合の動作を説明するための図である。 急変な階調で変換ジャンプするアナログ画像信号が入力された場合に実施の形態２に係る画像表示装置で生成されるデータを示す図である。 実施の形態２に係る画像表示装置の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る画像表示装置の別の構成例（１）を示す図である。 実施の形態２に係る画像表示装置の別の構成例（２）を示す図である。 実施の形態２に係る画像表示装置の別の構成例（３）を示す図である。 実施の形態２に係る画像表示装置の別の構成例（４）を示す図である。 実施の形態２に係る画像表示装置の別の構成例（５）を示す図である。

符号の説明

１ 入力端子
２ 受信部
３ 多階調化処理部
４ 表示部
５ 原データビット拡張部
７，３４ データ格納部
８ 差分算出部
９ ε判定部
１０，３２ 判定付加重平均部
１１，３３ データ加算部
１５ Ｖデータ格納部
１６ Ｖ差分算出部
１７ Ｖε判定部
１８ Ｖ判定付加重平均部
１９ Ｖデータ加算部
２０ 原データ格納部
２１ 原データ差分算出部
２２ Ｈε判定部
２３ Ｈデータ格納部
２４ Ｈ差分算出部
２５ Ｈ判定付加重平均部
２６ Ｈデータ加算部
２７ ビット拡張付き一次元ｍ次εフィルタ部
２８ 階調変換部
２９ ε選択部
３０ ε算出部
６０ 一次元ｍ次εフィルタ部
６１ 一次元４次εフィルタ部
６２ 二次元ｍ次εフィルタ部
６３ａ 一次元ｖ次垂直εフィルタ部
６３ｂ 一次元ｈ次水平εフィルタ部
１００〜１０６，１１０〜１１６ 画像表示装置

Claims (10)

1. 画像データを多階調化して前記画像データの階調を補間する画像処理装置において、
   前記画像データのビット数を拡張し前記画像データの階調を拡張するデータビット拡張部と、前記データビット拡張部が出力する画像の階調変換をする階調変換部と、前記階調変換部が出力する前記画像データの階調に応じて閾値を求める閾値制御部と、前記階調変換部が出力する前記画像データの処理すべき注目画素と周辺画素との差分値が前記閾値より大きい場合にはエッジ領域としてエッジを保持し、前記閾値以下の場合はエッジ以外の領域として平滑化処理を行う平滑化フィルタ部と、前記平滑化フィルタ部で処理された画像データを出力する出力部とを備え、
   前記閾値制御部は、前記階調変換部における階調変換の特性に合わせた閾値を求めることを特徴する画像処理装置。
2. 画像データを多階調化して前記画像データの階調を補間する画像処理装置において、
   前記画像データの階調を変換する階調変換部と、前記階調変換部が出力する画像データのビット数を拡張し前記画像データの階調を拡張するデータビット拡張部と、前記データビット拡張部が出力する画像データの階調に応じて閾値を求める閾値制御部と、前記階調変換部が出力する前記画像データの処理すべき注目画素と周辺画素との差分値が前記閾値より大きい場合にはエッジ領域としてエッジを保持し、前記閾値以下の場合はエッジ以外の領域として平滑化処理を行う平滑化フィルタ部と、前記平滑化フィルタ部で処理された画像データを出力する出力部とを備え、
   前記閾値制御部は、前記階調変換部における階調変換の特性に合わせた閾値を求めることを特徴する画像処理装置。
3. 画像データの階調を補間する画像処理装置において、
   前記画像データを入力する入力部と、前記入力部から入力された画像データの階調変換をする階調変換部と、前記画像データの階調に応じて閾値を求める閾値制御部と、前記画像データの処理すべき注目画素と周辺画素との差分値が前記閾値より大きい場合にはエッジ領域としてエッジを保持し、前記閾値以下の場合はエッジ以外の領域として平滑化処理を行う平滑化フィルタ部と、前記平滑化フィルタ部で処理された画像データを出力する出力部とを備え、
   前記閾値制御部は、前記階調変換部における階調変換の特性に合わせた閾値を求めることを特徴する画像処理装置。
4. 前記閾値制御部は、前記階調変換の特性に合わせて前記平滑化フィルタ部で保持するエッジの大きさを決定するための閾値を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
5. 前記平滑化フィルタ部は前記画像データのビット数を拡張し前記画像データの階調を拡張するデータビット拡張部を有し、
   前記データビット拡張部は、前記平滑化フィルタ部で所定の階調が平滑化処理された画像データのビット数を拡張することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
6. 前記閾値制御部は、前記階調と前記閾値とが対応付けられた情報から前記画像データの階調に応じた閾値を求め前記平滑化フィルタに出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
7. 前記閾値制御部は、前記画像データの階調から、前記階調に応じた閾値を演算し、演算された閾値を前記平滑化フィルタに出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
8. 前記平滑化フィルタ部は、εフィルタである請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
9. 画像データの階調を補間し、階調を補間した画像を用いて画像の表示を行う画像表示装置において、
   画像信号を受信して画像データを生成する受信部と、請求項１〜８のいずれか1項に記載の画像処理装置と、前記画像処理装置で処理されたデータを表示する表示部とを備えた画像表示装置。
10. 画像データを多階調化して前記画像データの階調を補間する画像処理方法において、
    前記画像データのビット数を拡張し前記画像データの階調を拡張するステップと、前記画像データの階調変換を行うステップと、前記画像データの階調に応じて閾値を求めるステップと、前記階調変換がなされた画像データの処理すべき注目画素と周辺画素との差分値が前記閾値より大きい場合にはエッジ領域としてエッジを保持し、前記閾値以下の場合はエッジ以外の領域として平滑化処理を行うステップと、前記平滑化処理された画像データを出力するステップとを含み、
    前記閾値を求めるステップは、前記階調変換の特性に合わせた閾値を求めることを特徴する画像処理方法。

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