JP4626393B2

JP4626393B2 - 輪郭強調回路

Info

Publication number: JP4626393B2
Application number: JP2005144544A
Authority: JP
Inventors: 淳平遠藤; 聡古川; 健一萩尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: JP2006324804A

Description

本発明は、画像処理における輪郭強調回路に関するものである。

従来、２次微分演算結果の絶対値を所定の閾値と比較し、この比較結果により２次微分演算結果を元の映像データに反映させるかどうかを決定する技術が提供されている（例えば、特許文献１）。
特許第２７５２８０１０号公報（段落番号００１７）

ところで、上述の特許文献１に示される処理方法を用いた場合、２次微分演算結果は輪郭部分に対しても大きな値を持つが、インパルス性ノイズ（所謂ゴマ塩ノイズ）に対しても大きな値を持ち、２次微分演算結果によって輪郭強調レベルを決定するような構成とすると、２次微分結果に対しての閾値を低くした場合には輪郭だけでなく、このようなゴマ塩ノイズも強調されてしまい、ゴマ塩ノイズが目立つ画像となってしまう。また逆に、インパルス性ノイズが目立たないように閾値を高くした場合には強調すべき輪郭が強調できないという問題点があった。

本発明は上記のような点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、インパルス性ノイズを強調することなく、輪郭部のみ適切に強調することができる輪郭強調回路を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、撮像手段から出力されるデジタル映像データに対して２次微分フィルタ演算を行う微分フィルタ演算部と、前記微分フィルタ演算部で２次微分フィルタ演算された映像データの最大値又は最大値に近い値と最小値又は最小値に近い値との差算の結果を出力する差算演算部と、輪郭の強調度を入力する強調度入力手段と、輪郭の強調の有無を判断する基準となる強調判断基準値を入力する基準値入力手段と、前記差算演算部の演算結果と前記基準値入力手段に入力される強調判断基準値とを比較し、前記差算演算部の演算結果が前記強調判断基準値より大きい場合には強調度として前記強調度入力手段に入力される強調度を出力し、前記差算演算部の演算結果が前記強調判断基準値より小さい場合には強調度として前記強調度入力手段から入力された強調度より小さな値を出力するセレクタ部と、前記セレクタ部から出力される強調度と前記微分フィルタ演算部からの演算結果とを乗算する乗算部と、前記乗算部の演算結果と前記デジタル映像データとの加算を行って出力する加算部とから成ることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、比較的簡単な回路構成によって、インパルス性のノイズを目立たせることなく、輪郭部のみ適切に強調することができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記差算演算部が出力する演算結果は微分フィルタ内の映像データの２番目に大きい値と、２番目に小さい値の差算結果であることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、請求項１の作用効果において、インパルス性ノイズを目立たせることなく、輪郭部のみ適切に強調することが確実にできる。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記微分フィルタ演算部において、２次微分フィルタ演算の結果に対して最大値と最小値とを有し、微分フィルタ演算部の演算結果が最大値を超える場合には、最大値を出力し、微分フィルタ演算部の演算結果が最小より小さい場合には最小値を出力し、微分フィルタ演算部の演算結果が最小値以上、最大値以下の場合には演算結果を出力することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、請求項１又は２の発明の作用効果に加え、２次微分結果が大きくなるコントラストの強い画像の部分において、アンダーシュート及びオーバーシュートが大きくなりすぎて輪郭部が２重に見えてしまうことを防ぎ、適切な輪郭強調を行うことができる。

本発明は、インパルス性のノイズを目立たせることなく、輪郭部のみ適切に強調することができる輪郭強調回路を実現できるという効果がある。

以下本発明を実施形態により説明する。
（基本形態）
図１は基本形態に係る輪郭強調回路の構成を示すブロック図であり、本基本形態のこの輪郭強調回路は、基準値入力手段１、強調度入力手段２、ラインメモリ３、微分フィルタ演算部４、分散演算部５、セレクタ部６、減算部７、加算部８により構成される。

基準値入力手段１は輪郭部分とそれ以外の部分を区別するための強調判断基準値Ａが外部から入力される。

強調度入力手段２は輪郭の強調レベルを決定する強調度ｋが外部から入力される。

ラインメモリ３は撮像手段９から出力されるデジタル映像データを取り込んで２ライン分の映像データを記憶し、所謂パイプライン処理によって３×３のフィルタ演算をする際に必要な映像データが読み出される。

微分フィルタ演算部４は映像データに対して３×３のラプラシアンフィルタの演算を行い演算結果を出力する。

分散演算部５は３×３の微分フィルタ内の画素のバラつきを表す分散を計算する。

セレクタ部６は分散演算部５の結果と強調判断基準値Ａを比較し、強調判断基準値Ａよりも分散の値の方が大きい場合には、基準値入力手段１に入力された強調度ｋを出力し、強調判断基準値Ａよりも分散の値の方が小さい場合には、強調度入力手段２に入力された強調度ｋを０として出力する。

乗算部７は微分フィルタ演算部４の出力と、セレクタ部６から出力された強調度ｋの乗算を行い、その乗算結果を加算部８へ出力する。

加算部８は乗算部７の出力と微分フィルタ演算部４において３×３のラプラシアンフィルタ演算を行った中心画素の映像データとの加算を行い、輪郭強調した映像データとして外部へ出力する。

次の図１に示す回路構成における処理に基づいて本基本形態における輪郭強調処理の動作を詳説する。

まず撮像手段９から入力されたデジタル映像データは、ラインメモリ３に蓄えられ、微分フィルタ演算部４はラインメモリ３から演算に必要な映像データを読み出す。例えば映像データとして出力する画素データの座標が垂直方向ｎライン目、水平方向のｍ画素目（ｍ，ｎ）であったとすると、微分フィルタ演算部４はラインメモリ３から元の映像データの座標（ｍ，ｎ）部分の画素であるＰ（ｍ，ｎ）と、座標（ｍ，ｎ）を中心とした周囲８画素Ｐ（ｍ−１，ｎ−１）、Ｐ（ｍ，ｎ−１）、Ｐ（ｍ＋１，ｎ−１）、Ｐ（ｍ−１，ｎ）、Ｐ（ｍ＋１，ｎ）、Ｐ（ｍ−１，ｎ＋１）、Ｐ（ｍ，ｎ＋１）、Ｐ（ｍ＋１．ｎ＋１）を読み出す（図２（ａ）参照）。この読み出された映像データに対して８近傍のラプラシアンフィルタ演算（式１）を行い演算結果Ｌを出力する。

Ｌ（ｍ，ｎ）＝８Ｐ（ｍ，ｎ）−Ｐ（ｍ−１，ｎ−１）−Ｐ（ｍ，ｎ−１）
−Ｐ（ｍ＋１，ｎ−１）−Ｐ（ｍ−１，ｎ）−Ｐ（ｍ＋１，ｎ）
−Ｐ（ｍ−１，ｎ＋１）−Ｐ（ｍ，ｎ＋１）−Ｐ（ｍ＋１，ｎ＋１）
…（式１）
また、この微分フィルタ演算を行った映像データは分散演算部５にも入力され、９画素の分散σ^２の計算を数１に示す（式２）で行う。

分散演算部５より出力された分散σ^２は、セレクタ部６に入力されて強調判断基準値Ａと比較される。この比較の結果、σ ^２≧Ａの場合は、強調度ｋは強調度入力手段２により入力された値とし、σ^２＜Ａの場合には、強調度ｋを０として乗算部７へ出力する。乗算部７では、セレクタ部６から入力された強調度ｋとラプラシアンフィルタの演算結果Ｌの乗算を行い、加算部８へ出力する。加算部８では乗算部７から入力されたｋ×Ｌと元の映像データＰ（ｍ，ｎ）との加算を行い、輪郭強調された映像データＰ′（ｍ，ｎ）として出力する。

尚本基本形態では微分フィルタ演算部４において、Ｐ（ｍ，ｎ）の周囲８画素から８近傍ラプラシアンフィルタ演算、分散計算を行ったが、これを周囲４画素Ｐ（ｍ，ｎ−１）、Ｐ（ｍ−１，ｎ）、Ｐ（ｍ＋１，ｎ）、Ｐ（ｍ，ｎ＋１）とし（図２（ｂ）参照）、微分フィルタ演算部４での演算を４近傍ラプラシアンフィルタ演算（式３）、分散演算部５の演算結果をＰ（ｍ，ｎ）及びＰ（ｍ，ｎ）の上下左右の４画素の５画素による分散結果としてもよい。

Ｌ（ｍ，ｎ）＝４Ｐ（ｍ，ｎ）−Ｐ（ｍ，ｎ−１）−Ｐ（ｍ−１，ｎ）
−Ｐ（ｍ＋１，ｎ）−Ｐ（ｍ，ｎ＋１） …（式３）
また、本基本形態において、Ｐ（ｍ，ｎ）の周囲８画素から近傍ラプラシアンフィルタ演算、分散演算を行ったが、これを周囲７画素Ｐ（ｍ−１，ｎ−１）、Ｐ（ｍ，ｎ−１）、Ｐ（ｍ＋１，ｎ−１）、Ｐ（ｍ−１，ｎ）、Ｐ（ｍ＋１，ｎ）、Ｐ（ｍ−１，ｎ＋１）、Ｐ（ｍ，ｎ＋１）とし（図２（ｃ）参照））、微分フィルタ演算部４の演算をＰ（ｍ，ｎ）及びその周囲７画素によるラプラシアンフィルタ演算（式４）とし、また分散演算部５の演算結果を、ラプラシアンフィルタ演算を行った画素による分散演算結果とすることによって、ラプラシアンフィルタ演算及び分散の演算回路を簡単化するようにしてもよい。

Ｌ（ｍ，ｎ）＝７Ｐ（ｍ，ｎ）−Ｐ（ｍ−１，ｎ−１）−Ｐ（ｍ，ｎ−１）
−Ｐ（ｍ＋１，ｎ−１）−Ｐ（ｍ−１，ｎ）−Ｐ（ｍ＋１，ｎ）
−Ｐ（ｍ−１，ｎ＋１）−Ｐ（ｍ，ｎ＋１） …（式４）
また、本基本形態において、分散演算部５より出力された分散σ^２はセレクタ部６に入力され、強調判断基準値Ａと比較される。この比較の結果、σ^２＜Ａの場合は、強調度ｋを０として乗算部７へ出力するとしたが、σ^２＜Ａの場合は、例えばｋの１／２の値などのｋよりも小さい値を出力するようにしてもよい。

更にまた２次微分フィルタ演算の結果に対して最大値と最小値とを設定し、微分フィルタ演算部４の演算結果が最大値を超える場合には、最大値を出力し、微分フィルタ演算部４の演算結果が最小より小さい場合には最小値を出力し、微分フィルタ演算部４の演算結果が最小値以上、最大値以下の場合には演算結果を出力するようにしても良い。
（実施形態１）
本実施形態は、基本形態の分散演算部５の代わりに差算演算部を用い、微分フィルタ演算部４においてラプラシアンフィルタ演算を行った微分フィルタ内の映像データの最大値と最小値とを抽出し、それらの差算結果を出力するようにしたもので、演算回路の簡単化が図っている。差分演算部を用いる以外は基本形態と同じであるので、回路構成の図示及びその説明は省略する。

尚最大値の代わりに映像データの２番目に大きい値を、また最小値の代わりに２番目に小さい値を抽出し、それらの差算結果を出力するようにしてもよい。
（参考例）
本参考例は、分散演算部５の代わりに１次微分フィルタ演算を行う１次微分フィルタ演算部を用い、ラプラシアンフィルタ演算を行った微分フィルタ内の映像データに対して１次微分フィルタ演算（式５）を行い、その結果Ｄ（ｍ，ｎ）を出力するように構成することによって、演算回路の簡単化を図ったものである。１次微分フィルタ演算部を用いる以外は基本形態と同じであるので、回路構成の図示及びその説明は省略する。

Ｄ（ｍ，ｎ）＝Ｐ（ｍ＋１，ｎ−１）＋Ｐ（ｍ＋１，ｎ）＋Ｐ（ｍ＋１，ｎ＋１）
−Ｐ（ｍ−１，ｎ−１）−Ｐ（ｍ−１，ｎ）−Ｐ（ｍ−１，ｎ＋１）
…（式５）
尚分散演算部５の代わりに１次微分フィルタ演算を行う１次微分フィルタ演算部において、ラプラシアンフィルタ演算を行った微分フィルタ内の映像データに対するＳＯＢＥＬフィルタ演算（式６）を行い、その結果Ｓを出力するように構成するようにしてもよい。

Ｓ（ｍ，ｎ）＝Ｐ（ｍ＋１，ｎ−１）＋Ｐ（ｍ＋１，ｎ）＋Ｐ（ｍ＋１，ｎ＋１）
−Ｐ（ｍ−１，ｎ−１）−Ｐ（ｍ−１，ｎ）−Ｐ（ｍ−１，ｎ＋１）
…（式６）

基本形態の回路ブロック図である。基本形態のラプラシアンフィルタ演算に用いる画素の例図である。

符号の説明

１基準値入力手段
２強調度入力手段
３ラインメモリ
４微分フィルタ演算部
５分散演算部
６セレクタ部
７乗算部
８加算部
９撮像手段

Claims

撮像手段から出力されるデジタル映像データに対して２次微分フィルタ演算を行う微分フィルタ演算部と、前記微分フィルタ演算部で２次微分フィルタ演算された映像データの最大値又は最大値に近い値と最小値又は最小値に近い値との差算の結果を出力する差算演算部と、輪郭の強調度を入力する強調度入力手段と、輪郭の強調の有無を判断する基準となる強調判断基準値を入力する基準値入力手段と、前記差算演算部の演算結果と前記基準値入力手段に入力される強調判断基準値とを比較し、前記差算演算部の演算結果が前記強調判断基準値より大きい場合には強調度として前記強調度入力手段に入力される強調度を出力し、前記差算演算部の演算結果が前記強調判断基準値より小さい場合には強調度として前記強調度入力手段から入力された強調度より小さな値を出力するセレクタ部と、前記セレクタ部から出力される強調度と前記微分フィルタ演算部からの演算結果とを乗算する乗算部と、前記乗算部の演算結果と前記デジタル映像データとの加算を行って出力する加算部とから成ることを特徴とする輪郭強調回路。
前記差算演算部が出力する演算結果は微分フィルタ内の映像データの２番目に大きい値と、２番目に小さい値の差算結果であることを特徴とする請求項１記載の輪郭強調回路。
前記微分フィルタ演算部において、２次微分フィルタ演算の結果に対して最大値と最小値とを有し、微分フィルタ演算部の演算結果が最大値を超える場合には、最大値を出力し、微分フィルタ演算部の演算結果が最小より小さい場合には最小値を出力し、微分フィルタ演算部の演算結果が最小値以上、最大値以下の場合には演算結果を出力することを特徴とする請求項１又は２記載の輪郭強調回路。