JP4594005B2 - 輪郭補正回路 - Google Patents

Description

本発明は、ビデオカメラなどで撮影した画像の解像感を向上させる輪郭補正回路に関する。

ＣＣＤなどを使用したビデオカメラにおいて、撮像した画像の輪郭を鮮明にするために、本線である撮像信号に輪郭補正信号を加算し、輪郭の強調を行う輪郭補正回路が従来から広く使用されている。

図１は、従来の輪郭補正回路の一例を示す図である。図１に示す輪郭補正回路は、入力輝度信号が入力される垂直輪郭信号形成部１と、水平輪郭信号形成部２と、これら垂直輪郭信号形成部１及び水平輪郭信号形成部２で形成された垂直方向及び水平方向の輪郭補正信号を加算する加算器３とを具える。

垂直輪郭信号形成部１は、１水平走査期間（１Ｈ）の遅延を行う二つの遅延素子１１ａ，１１ｂと、所定の係数Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃを入力信号にかける三つの乗算器１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、加算器１３とを有する。水平輪郭信号形成部２は、微小期間ΔＴの遅延を行う二つの遅延素子２１ａ，２１ｂと、所定の係数Ｋｄ，Ｋｅ，Ｋｆを入力信号にかける三つの乗算器２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、加算器２３とを有する。

図１に示す輪郭補正回路の動作を説明する。図２は、従来の輪郭補正回路の動作を示す波形図である。図２Ａに示すような垂直方向輝度変化を伴う信号が、入力輝度信号として１フィールド期間に垂直輪郭信号形成部１に入力されると、輝度信号は、乗算器１２ａに直接入力され、遅延素子１１ａによって１Ｈ期間遅延された後に乗算器１２ｂに入力され、かつ、遅延素子１１ａ，１１ｂによって２Ｈ期間遅延された後に乗算器１２ｃに入力される。乗算器１２ａに入力された輝度信号は、極性の反転も含めて係数Ｋａが乗算され、乗算器１２ｂに入力された輝度信号は、極性の反転も含めて係数Ｋｂが乗算され、乗算器１２ｃに入力された輝度信号は、極性の反転も含めて係数Ｋｃが乗算される。乗算器１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出力は、加算器１３において加算される。加算器１３の出力は、図２Ｂに示すような垂直信号にかかる輪郭信号となる。一般に、ここで形成される輪郭補正信号は、図２Ａに示すように、入力された撮像信号の輝度差に応じた信号レベルであり、リニアな特性となっている。

遅延素子１１ａによって１Ｈ期間遅延された入力輝度信号は、水平輪郭信号形成部２に入力され、輝度信号は、乗算器２２ａに直接入力され、遅延素子２１ａによって微小期間ΔＴ遅延された後に乗算器２２ｂに入力され、かつ、遅延素子２１ａ，２１ｂによって２ΔＴ期間遅延された後に乗算器２２ｃに入力される。乗算器２２ａに入力された輝度信号は、極性の反転も含めて係数Ｋｄが乗算され、乗算器２２ｂに入力された輝度信号は、極性の反転も含めて係数Ｋｅが乗算され、乗算器２２ｃに入力された輝度信号は、極性の反転も含めて係数Ｋｆが乗算される。乗算器２２ａ，２２ｂ，２２ｃの出力は、加算器２３において加算される。

このようにして形成された垂直及び水平の輪郭信号は、加算器３で加算され、これによって垂直と水平のいずれの方向に対しても補正しうる２次元的な輪郭補正信号が取得される。その後、輪郭補正信号は、本線である撮像信号（図示せず）に加算され、図２Ａに示す輝度信号に図２Ｂに示す輪郭信号が加算されたもの、すなわち、図２Ｃに示すような輪郭が強調された輝度信号が、垂直及び水平の両方向について取得される。

また、かかる輪郭補正では、撮像して取得した映像信号がある一定レベル以上であるときにその高輝度部分が非線形処理回路によって圧縮される場合、この非線形処理回路を動作させるための基準信号を輪郭補正信号で変調することによって、かかる高輝度部分においても輪郭補正信号が共に圧縮されることなく映像信号に重畳されるようにした輪郭補正回路も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２２６５５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の輪郭補正回路を使用し、画像の鮮明さを優先して輪郭補正を多くすると、解像感はよくなるものの輝度差の大きい画像はぎらぎら感が強くなり、画像を見る者にとって非常に違和感のある画像となるおそれがある。

このようなおそれを回避するために、輪郭補正信号にリミッタをかけ、ある一定レベル以上はクリップさせて過剰補正を抑制したり、解像感を犠牲にして輪郭補正信号を少なめに加算する等の処理が行われているが、満足のいく画質が得られているとはいえない。

本発明の目的は、画像の解像感を良くするとともに、輪郭補正信号の過剰補正による画像のぎらつき感を抑制して、鮮明かつ自然で美しい画像を取得できる輪郭補正回路を提供することである。

本発明による輪郭補正回路は、
輝度信号から第１の輪郭補正信号を形成する手段と、
この第１の輪郭補正信号を取り出し、利得の非線形処理を施して第２の輪郭補正信号を形成する手段と、
前記第１の輪郭補正信号の位相調整を行う手段と、
前記位相調整が行われた第１の輪郭補正信号と、前記利得の非線形処理が施された第２の輪郭補正信号とを加算することによって、最終的な輪郭補正信号を生成する手段と、を具え、
前記第２の輪郭補正信号を形成する手段は、前記利得の非線形処理により、第１の輪郭補正信号に比べて信号レベルの絶対値が小さい領域では、その信号レベルの振幅を大きくし、それに対して、第１の輪郭補正信号に比べて信号レベルの絶対値が大きい領域では、その信号レベルの振幅を圧縮する特性を有する利得を持つ第２の輪郭補正信号が得られるように、第１の輪郭補正信号レベルの絶対値をＸとし、その出力利得をＹとして、式Ｙ＝Ｘ ^ａ を満たす圧縮特性を有するようにして、ａは０と１との間で可変の値とする非線形処理を施すことを特徴とする。

本発明によれば、輝度信号から第１の輪郭補正信号を形成するとともに、第１の輪郭補正信号に利得の非線形処理を施して第２の輪郭補正信号を形成し、かかる第２の輪郭補正信号を、位相調整が行われた第１の輪郭補正信号に加算して、最終的な輪郭補正信号を生成する。これによって、通常の輪郭補正信号に対して所望の特性を後から追加することができるので、従来の輪郭補正回路の構造を生かしながら、画像の解像感を良くするとともに、輪郭補正信号の過剰補正による画像のぎらつき感を抑制して、鮮明かつ自然で美しい画像を取得することができる。

本発明による輪郭補正回路の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明による輪郭補正回路の実施の形態を示す図である。この輪郭補正回路は、撮像素子（図示せず）からの本線撮像信号から取得される入力輝度信号が入力され、輪郭補正信号発生部１１１と、非線形処理部１１２と、二つの位相調整部１１３，１１４と、二つの加算器１１５，１１６とを具える。

輪郭補正信号発生部１１１は、図１に示す輪郭補正回路と同一の基本構成を有する。非線形処理部１１２は、前段の通常の輪郭補正信号を取り出して利得の非線形処理を行う。位相調整部１１３は、非線形処理部１１２からの輪郭補正信号の遅延時間を調整することにより位相を整え、位相調整部１１４は、入力輝度信号の遅延時間を調整することにより位相を整える。加算器１１５は、位相調整された通常の輪郭補正信号と、利得の非線形処理を施した輪郭補正信号を加算し、加算器１１６は、位相調整された入力輝度信号と、調整された輪郭補正信号とを加算し、輪郭補正された最終的な出力輝度信号を出力する。

本実施の形態の動作を説明する。図４は、本発明による輪郭補正回路の一実施の形態の動作を示す波形図であり、図５は、本発明による輪郭補正回路の一実施の形態の利得及び周波数特性を示す図である。なお、図４は、説明を簡単にするために、垂直方向と水平方向のうちのいずれか一方を示すが、いずれの方向も基本動作は同一である。

図４においてａで示すような階段状の輝度変化を有する入力輝度信号が、輪郭補正信号発生部１１１に入力されると、輪郭補正信号発生部１１１は、従来から行われている処理法により、図４においてｂで示すような第１の輪郭補正信号を形成する。第１の輪郭補正信号は、図５Ａに示すような利得特性を有し、その信号レベルは、入力された撮像信号の輝度差に応じたレベルであり、リニアな利得特性となっている。なお、具体的な処理法は、図１，２を用いて既に説明した通りである。

その後、第１の輪郭補正信号は、非線形処理部１１２に入力され、この信号を取り出して利得の非線形処理が施され、図５Ｂに示すような非線形の利得特性を有する第２の輪郭補正信号が形成される。具体的には、第１の輪郭補正信号に比べて信号レベルの絶対値が小さい領域では、その信号レベルを大きくし、それに対して、輪郭補正信号に比べて信号レベルの絶対値が大きい領域では、その信号レベルを圧縮する特性になるような信号を形成する。

このようにして取得した第２の輪郭補正信号は、加算器１１５において、位相調整部１１３によって位相調整された第１の輪郭補正信号に加算され、図４においてｃで示すような非線形処理後の輪郭補正信号が形成される。加算器１１５からの輪郭補正信号出力は、加算器１１６において、位相調整部１１４で位相調整された入力輝度信号に加算され、図５においてｄで示すような出力輝度信号が出力される。

非線形処理部１１２の圧縮特性を図５Ｂに示したが、これは、例えば、輪郭補正信号レベルの絶対値をＸとし、その出力利得をＹとした場合、以下のような累乗関数とすればよい。
［数１］
Ｙ＝Ｘ^ａ
ここで、ａは０〜１の範囲で設定でき、ａが０に近くなるに従って、輪郭補正信号レベルの絶対値Ｘが１より小さい領域では、その信号レベルの振幅を大きくすることができ、輪郭補正信号レベルの絶対値Ｘが１より大きい領域では、その信号レベルの振幅を小さくすることができる。

変数ａを、０〜１の範囲内で任意の固定値に設定してもよいが、変数ａを任意に可変できるようにすれば、圧縮特性を可変にすることができる。このように圧縮特性を可変にすることにより、撮影している画像の絵柄に合わせて画像の解像感やぎらつき感を微調整することが可能となる。

また、数１を、実際に計算処理するような回路の他に、図５Ｂに示すような圧縮特性を近似し、図５Ｃに示すような何点かの折れ線で実現するような回路でもよい。そのほか、予め計算した圧縮テーブルをＲＡＭやＲＯＭに書き込んでおき、それを輪郭補正信号レベルの絶対値Ｘにより呼び出すようなルックアップテーブルを用いて実現してもよい。ルックアップテーブルで実現すれば、数１のような累乗関数だけでなく、様々なカーブの圧縮特性を実現することもできる。

本実施の形態によれば、非線形処理後の輪郭補正信号は、図４においてｃで示した信号波形からわかるように、本線撮像信号への過剰な輪郭補正信号が抑制されるようにしているので、図４においてｂで示した信号波形に比べて補正信号の大小レベルの差が少なくなり、全体的に均一化されている。したがって、画像の細かい部分の解像感を向上させるとともに、ぎらつき感を抑制することができる。さらに、なだらかな利得特性によって、画像を見る者にとって更に自然な画質を表現できるようになる。

また、本実施の形態によれば、非線形処理部１１２は、入力輝度信号の輝度差に対してだけでなく、その周波数領域においても、その特性の変換処理を行っている。図５Ｃは、通常の輪郭補正信号（輪郭補正信号発生部１１１の出力）の周波数特性を示し、図５Ｄは、非線形処理後の輪郭補正信号（加算器１１５の出力）の周波数特性を示す。図５Ｃ，５Ｄはいずれも、ブースト周波数を５ＭＨｚにした場合の特性変化を示すが、非線形処理後は、低域と高域のレベルが持ち上がっているので、広帯域に亘って輪郭補正信号を加算することが可能になり、これが画質の鮮明さに大きく影響を及ぼしている。

本発明による輪郭補正回路によれば、次のような画質の向上がみられる。
（１）撮影対象が細い繊維状のもの、例えば、黒色の毛糸の巻き目、動物の毛並み、ゴルフ場におけるグリーンの芝生の目等を、細かく鮮明に表現することができる。
（２）撮影対象の色がその背景色に近い場合、例えば、真冬の雪の上に立つ鶴などの姿も鮮明に写し出すことができる。
（３）撮影対象の色がその背景色と異なる場合、例えば、遠くの山と空の境目の黒い線、道路やテニスコートの白線に付く黒枠等が抑制され、自然に見えるようにすることができる。
（４）縞模様をとったとき、画面上に発生する擬似的な着色、いわゆるクロスカラー現象を抑制することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、上記実施の形態において、輪郭補正信号発生部１１１と、非線形処理部１１２と、二つの位相調整部１１３，１１４と、二つの加算器１１５，１１６とを具える輪郭補正回路を示したが、位相調整部１１４及び加算器１１６を省略しても本発明の目的を達成することができる。

また、輪郭補正発生部１１１の構成を、図１に示す輪郭補正回路と同一の基本構成を有するもの以外の構成とすることができる。さらに、非線形処理部１１２の処理として、第１の輪郭補正信号のレベルの絶対値が小さい領域では、その信号レベルを大きくし、それに対して、輪郭補正信号のレベルの絶対値が大きい領域では、その信号レベルを圧縮する特性になるような信号を形成する処理について説明したが、他の非線形処理によっても、画像の解像感を良くするとともに、輪郭補正信号の過剰補正による画像のぎらつき感を抑制して、鮮明かつ自然で美しい画像を取得することができる。

従来の輪郭補正回路の一例を示す図である。 従来の輪郭補正回路の動作を示す波形図である。 本発明による輪郭補正回路の実施の形態を示す図である。 本発明による輪郭補正回路の一実施の形態の動作を示す波形図である。 本発明による輪郭補正回路の一実施の形態の利得及び周波数特性を示す図である。

符号の説明

１ 垂直輪郭信号形成部
２ 水平輪郭信号形成部
３，１３，２３，１１５，１１６ 加算器
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ 遅延素子
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 乗算器
１１１ 輪郭補正信号発生部
１１２ 非線形処理部
１１３，１１４ 位相調整部
ａ 入力輝度信号
ｂ 第１の輪郭補正信号
Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，Ｋｄ，Ｋｅ，Ｋｆ 係数

Claims (1)

1. 輝度信号から第１の輪郭補正信号を形成する手段と、
   この第１の輪郭補正信号を取り出し、利得の非線形処理を施して第２の輪郭補正信号を形成する手段と、
   前記第１の輪郭補正信号の位相調整を行う手段と、
   前記位相調整が行われた第１の輪郭補正信号と、前記利得の非線形処理が施された第２の輪郭補正信号とを加算することによって、最終的な輪郭補正信号を生成する手段と、を具え、
   前記第２の輪郭補正信号を形成する手段は、前記利得の非線形処理により、第１の輪郭補正信号に比べて信号レベルの絶対値が小さい領域では、その信号レベルの振幅を大きくし、それに対して、第１の輪郭補正信号に比べて信号レベルの絶対値が大きい領域では、その信号レベルの振幅を圧縮する特性を有する利得を持つ第２の輪郭補正信号が得られるように、第１の輪郭補正信号レベルの絶対値をＸとし、その出力利得をＹとして、式Ｙ＝Ｘ ^ａ を満たす圧縮特性を有するようにして、ａは０と１との間で可変の値とする非線形処理を施すことを特徴とする、輪郭補正回路。

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