JP4667197B2 - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、テレビやカメラ等のデジタル画像に対して、画像のエッジにおける黒幅を自由に制御し、アナログ画像を表示するＣＲＴテレビなどの速度変調効果を実現する方法および装置に関する。

アナログのＣＲＴテレビにおいて、スキャン速度の制御により画像エッジの特性を改善する方法がある。エッジエリアにおいてその黒側にスキャン速度を速くすることで、エッジの黒幅を太くすることができる。例えば、図９のような黒から白へ変化するエッジに対して、点Ａまでは定速でスキャンし、点Ａと点Ｂの間で定速より速い速度でスキャンし、点Ｂを過ぎる時点で再び定速に戻ることで、エッジの黒幅を太くすることができる。曲線ｉ０は速度変調無しの画像エッジで、曲線ｉ１は速度変調を行って得た画像エッジである。この方法は特許文献１と特許文献２に提案されている。

また、特許文献１と特許文献２の提案方法は、図１０に示す効果を得ることができる。しかし、ＯｖｅｒｓｈｏｏｔとＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔが付くことがよく分かる。図１０の曲線ｉ０は、速度変調無しの画像エッジである。曲線ｉ２は、図９の曲線ｉ１と同じ速度変調を行って得た効果であるが、点Ａは真っ黒ではない。この時、速いスキャン速度で電子銃はＣＲＴに十分な電子与えないので、点Ａの右側は点Ａより暗くなり、Ｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔが生じた。

図１０の曲線ｉ３は、点Ａと点Ｂの間においてもスキャン速度を変えることによって、実現できる。点Ａと点Ｂの間に点Ｃがある。点Ａと点Ｃの間で定速より速いスキャン速度で、点Ｃと点Ｂの間で遅いスキャン速度でスキャンする。得られた曲線ｉ３に点Ａと点Ｃの間に曲線ｉ２と同じようにＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔが生じている。また、曲線ｉ３の点Ｃと点Ｂの間でスキャン速度は遅いため、電子銃から出された電子が多くなる。これで、点Ｃと点Ｂの間に輝度が明るくなり、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔが生じている。
米国特許第３９８０８１９号明細書 米国特許第５５８７７４５号明細書

液晶などのマトリックスパネルテレビでは、画像はピクセル単位で表示される。このようなマトリックスパネルにおいて、画像のエッジを改善する必要がある。例えば、水平と垂直の両方向において、エッジの黒幅を自由に制御できるような機能が必要である。しかし、マトリックスパネルにスキャン用の電子銃はなく、一画面において、画像データはそのままパネルの位置に併せてマッピングする。この時、従来技術のスキャン速度制御（速度変調）では、画像エッジ特性の改善を実現できない。

また、従来の速度変調により処理した画像のエッジ周辺に、制御できないＯｖｅｒｓｈｏｏｔとＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔが生じる。これはリンギングとして画像に悪い影響を与えることがある。

また、１つのデジタルフィルタでエッジ情報を抽出する時に、長いタップ数のフィルタが必要となる。垂直方法でフィルタリングをするには、ラインバッファリングが必要である。長いタップ数のフィルタは、ハードコストが高くつくことになる。

本発明は、テレビやカメラ等のデジタル画像に対して、画像のエッジにおける黒幅を自由に制御し、アナログ画像を表示するＣＲＴテレビなどの速度変調効果を実現することができる装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、入力されたデジタル画像データに対し、アナログ画像を表示する画像表示装置であって、前記デジタル画像データにおける輝度データ、色差データ（Ｃｒ／Ｃｂ）のうち、輝度データのみに対し、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、ローパスフィルタ処理及びバンドパスフィルタ処理を並行して行うとともに、該ローパスフィルタ処理後の輝度データと、該バンドパスフィルタ処理後に絶対値処理を行った輝度データとを乗算し、この乗算値のそれぞれに対し、コアリング処理及び正負両方に設定可能のゲインを介した上で、両者及び前記入力されたデジタル画像データにおける輝度データを加算することにより、水平と垂直の両方向で画像のエッジ黒幅を制御する画像表示装置である。

そして、本発明は、上記の画像表示装置において、前記乗算値のそれぞれに対し、コアリング処理及び正負両方に設定可能のゲインを介した上で、両者及び前記入力されたデジタル画像データにおける輝度データを加算したものに基づいて、さらに前記入力されたデジタル画像データにおける輝度データに対してＯｖｅｒｓｈｏｏｔ制御を行う画像表示装置である。

そして、本発明は、入力されたデジタル画像データに対し、アナログ画像を表示する方法であって、前記デジタル画像データにおける輝度データ、色差データ（Ｃｒ／Ｃｂ）のうち、輝度データのみに対し、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、ローパスフィルタ処理及びバンドパスフィルタ処理を並行して行うとともに、該ローパスフィルタ処理後の輝度データと、該バンドパスフィルタ処理後に絶対値処理を行った輝度データとを乗算し、この乗算値のそれぞれに対し、コアリング処理及び正負両方に設定可能のゲインを介した上で、両者及び前記入力されたデジタル画像データにおける輝度データを加算することにより、水平と垂直の両方向で画像のエッジ黒幅を制御する画像表示方法である。

本発明によれば、テレビやカメラ等のデジタル画像に対して、画像のエッジにおける黒幅を自由に制御し、アナログ画像を表示するＣＲＴテレビなどの速度変調効果を実現することができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の画像表示装置と画像表示方法について、その概略を説明する。

本発明は、水平と垂直の両方向において、スキャン速度制御により得た効果をデジタル画像処理で実現する。まず、画像エッジの抽出は１つのフィルタでなく、２つのフィルタを組み合わせて実現する。画像エッジは、直流以外の高周波数成分からなる。図５にデジタルＦＩＲフィルタの周波数特性を示し、横軸は正規化周波数で、縦軸は振幅である。曲線ｆ０はバンドパスフィルタの周波数特性である。曲線ｆ０のような特性は短いタップ数のフィルタで実現できる。しかし、曲線ｆ０に正規化周波数１．０まで非常に高い周波数成分が含まれており、これは主にノイズ成分である。このノイズ成分を除去するために、もう１つローパスフィルタを使う。このローパスフィルタの周波数特性は、曲線ｆ１である。曲線ｆ１のようなローパスフィルタも短いタップ数で実現することができる。曲線ｆ０と曲線ｆ１を足し合わせると、曲線ｆ２が得られる。曲線ｆ２の周波数特性を使えば、ノイズを除去したエッジ情報を検出することができる。注意すべき点は、曲線ｆ２の特性を１つのフィルタで直接に実現するには長いタップ数が必要である。

図５の縦座標はｌｏｇ目盛りで、単位はｄＢ（シベル）である。曲線ｆ２は、曲線ｆ０と曲線ｆ１の加算結果である。目盛りのｌｏｇをはずすと、曲線ｆ２は曲線ｆ０と曲線ｆ１の乗算結果になる。

図６はフィルタの出力であり、横軸は画素位置であり、縦軸は輝度階調である。曲線ｃ０は原画像の輝度データ値を示す。曲線ｄ０はバンドパスフィルタのフィルタリング結果で、曲線ｄ１はローパスフィルタの出力結果である。曲線ｄ２は曲線ｄ０と曲線ｄ１の乗算結果（ｄ２＝ｄ０×ｄ１）である。曲線ｄ２は検出したエッジの情報で、速度変調効果を実現するための補正信号でもある。

図７は、図６の補正信号ｄ２を使って速度変調効果を実現する方法を示す。曲線ｃ０は、原画像の輝度データ値で、曲線ｃ＋と曲線ｃ−は実現した速度変調の効果である。
ｃ＝ｃ０＋ｋ×ｄ２
ここで、ｋ＜０として算出すると曲線ｃ−が得られる。ｋ＞０として算出すると曲線ｃ＋が得られる。曲線ｃ−はエッジ黒幅が太くなる場合で、曲線ｃ＋はエッジの黒幅は狭くなる場合である。

また、図４の方法でＯｖｅｒｓｈｏｏｔとＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔを無くす。図４はＯｖｅｒｓｈｏｏｔのクリッピング処理を示す。曲線ｃ０は原画像の輝度データ値で、破線のｃ１は得られた速度変調の効果である。ｍａｘ／ｍｉｎは現在画素の近傍から求められた輝度信号の最大値と最小値である。このｍａｘ／ｍｉｎを持って、破線ｃ１をクリップ処理すれば、画像データのＯｖｅｒｓｈｏｏｔとＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔがなくなる。クリップの結果として、破線ｃ１のＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔ部分はｍｉｎに対応する水平直線になり、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ部分はｍａｘに対応する水平直線になる。

ｍａｘ／ｍｉｎは、垂直方向または水平方向だけの場合は現在画素の上下または左右にあるｎ個画素の中（自分を含む）から求められる。ｎは奇数である。垂直方向と水平方向の２次元の場合は、自分を含む左右と上下の十字上の画素から求められる。

また、入力画素位置と出力画素位置を合わせるために、ここでデジタルフィルタは奇数タップとする。例えば、５タップや１５タップのＦＩＲフィルタである。

テレビの画像データにおいて輝度Ｙと色差（Ｃｒ／Ｃｂ）がある。ここで、輝度データＹのみにフィルタリング処理を施す。Ｃｂ／Ｃｒデータはそのままバイパスさせる。図１の速度変調処理ブロックが実行する。

前述の処理手法を用いて、図２に示す速度変調処理回路により、水平と垂直の両方向で速度変調効果を得られる。下がるエッジ（白から黒）に対してバンドパスフィルタ処理の結果は負であるので、絶対値処理を加える必要がある。速度変調処理回路は、水平ＬＰＦ処理、水平ＢＰＦ処理、垂直ＢＰＦ処理、垂直ＬＰＦ処理、絶対値処理、水平コアリング、垂直コアリング、水平ゲイン、垂直ゲイン及びＯＶＥＲＳＨＯＯＴ制御を有する。

１例としてデジタルフィルタ（５タップ）の係数を以下に示す。
バンドパスフィルタＢＰＦ：｛０．０７， −０．９９， ０．００， −０．９９， ０．０７｝。
ローパスフィルタＬＰＦ：｛０．０３， ０．３１， ０．３２， ０．３１， ０．０３｝。

コアリング処理はノイズ防止のためで、原理は図３に示す。入力値は閾値ｔより小さいとき、出力をゼロにする。入力値は閾値ｔより大きいとき、入力をそのまま出力する。水平ゲイン／垂直ゲインは速度変調効果の強度を制御する。ゲインは正負両方の値を設定することが可能である。負の時に、エッジの黒幅は太くなる。正の時はエッジの黒幅は狭くなる。

水平と垂直の補正信号を輝度Ｙに足し合わせ、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ制御ブロックに送る。Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ制御ブロックは、輝度信号Ｙからｍａｘ／ｍｉｎを求めて補正後の輝度信号をクリップして出力する。

液晶などのマトリックスパネルテレビにおいてデジタル画像処理手法を用いて、タップ数の少ないバンドパスとローパスの２つフィルタの組み合わせで、低いコストで、アナログテレビの速度変調効果を実現した。画像エッジの黒幅を自由に制御すると共に、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ／Ｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔを防ぐことができる。ここ方法で実際に処理した画像を図８に示す。図８（ａ）は原画像で、図８（ｂ）は図２のゲインを負にしてエッジの黒幅を黒くした画像で、図８（ｃ）は図２のゲインを正にしてエッジの黒幅を狭くした画像である。

速度変調処理ブロック図。 速度変調処理回路図。 コアリング処理の説明図。 Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔのクリッピング処理の説明図。 速度変調フィルタの周波数特性の説明図。 フィルタの出力の説明図。 エッジの補正結果の説明図。 速度変調処理結果の説明図。 速度変調原理の説明図。 速度変調原理の説明図。

Claims (3)

1. 入力されたデジタル画像データに対し、アナログ画像を表示する画像表示装置であって、
   前記デジタル画像データにおける輝度データ、色差データ（Ｃｒ／Ｃｂ）のうち、輝度データのみに対し、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、ローパスフィルタ処理及びバンドパスフィルタ処理を並行して行うとともに、該ローパスフィルタ処理後の輝度データと、該バンドパスフィルタ処理後に絶対値処理を行った輝度データとを乗算し、この乗算値のそれぞれに対し、コアリング処理及び正負両方に設定可能のゲインを介した上で、両者及び前記入力されたデジタル画像データにおける輝度データを加算することにより、水平と垂直の両方向で画像のエッジ黒幅を制御することを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１記載の画像表示装置において、
   前記乗算値のそれぞれに対し、コアリング処理及び正負両方に設定可能のゲインを介した上で、両者及び前記入力されたデジタル画像データにおける輝度データを加算したものに基づいて、さらに前記入力されたデジタル画像データにおける輝度データに対してＯｖｅｒｓｈｏｏｔ制御を行うことを特徴とする画像表示装置。
3. 入力されたデジタル画像データに対し、アナログ画像を表示する方法であって、前記デジタル画像データにおける輝度データ、色差データ（Ｃｒ／Ｃｂ）のうち、輝度データのみに対し、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、ローパスフィルタ処理及びバンドパスフィルタ処理を並行して行うとともに、該ローパスフィルタ処理後の輝度データと、該バンドパスフィルタ処理後に絶対値処理を行った輝度データとを乗算し、この乗算値のそれぞれに対し、コアリング処理及び正負両方に設定可能のゲインを介した上で、両者及び前記入力されたデジタル画像データにおける輝度データを加算することにより、水平と垂直の両方向で画像のエッジ黒幅を制御することを特徴とする画像表示方法。