JP4730121B2 - 画像処理装置および方法、記録媒体、並びに、プログラム - Google Patents

画像処理装置および方法、記録媒体、並びに、プログラム Download PDF

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Description

本発明は、画像処理装置および方法、記録媒体、並びに、プログラムに関し、特に、簡単に、画像のノイズの強調を抑制しつつ、エッジの鮮鋭感を向上させるようにする画像処理装置および方法、記録媒体、並びに、プログラムに関する。
従来、画像のエッジの鮮鋭感を向上させるエッジ強調の方法が提案されている。しかしながら、従来のエッジ強調の方法では、エッジ付近のノイズ（例えば、画像の圧縮処理により生じたモスキートノイズ、ランダムなノイズなど）を一緒に強調してしまう場合がある。例えば、エッジを強調する前の画像において、図１に示されるように画素値が変化する領域がある場合、従来の方法によりエッジ強調を施した後の画像の対応する領域における画素値の変化は図２に示されるようになる。すなわち、図１の領域Ｄ１ａに対応する図２の領域Ｄ２aにおいて、図１の領域Ｄ１ａより大きな傾きで画素値が変化し、エッジが強調される一方、エッジ付近の領域である図１の領域Ｄ１ｂおよびＤ１ｃに対応する図２の領域Ｄ２ｂおよびＤ２ｃにおいて、画素値の細かな振動の振幅が増幅されてしまう。
そこで、エッジ強調による画質の劣化を防ぐために、入力画像の高周波成分を抽出し、高周波成分からエッジを検出し、エッジの周波数を解析し、解析した結果の周波数を変調し、周波数の変調結果からエッジ画素を生成することにより、オーバーシュート、アンダーシュートなどによる画質の劣化を抑制しつつ、エッジを強調する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２６０５３４号公報
しかしながら、特許文献１に記載されている発明では、検出したエッジの周波数解析、周波数変調などの処理が必要であり、処理が複雑になってしまう。
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、簡単に、画像のノイズの強調を抑制しつつ、エッジの鮮鋭感を向上させるようにするものである。
本発明の一側面の画像処理装置は、第１の画像において注目する画素である注目画素について、前記注目画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度を検出するコントラスト検出手段と、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度を検出するフラット強度検出手段と、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度を検出するエッジ強度検出手段と、前記フラット強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記フラット強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をフラット重み値として設定する重み値設定手段と、前記エッジ強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記エッジ強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をエッジ重み値として設定するエッジ重み値設定手段と、前記第１の画像の所定の周波数帯域の成分を減衰させ、第２の画像を生成する減衰手段と、前記第１の画像と前記第２の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記フラット重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する第１の合成手段と、前記第１の合成手段により合成された第３の画像のエッジを強調し、第４の画像を生成するエッジ強調手段と、前記第１の画像と前記第４の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記エッジ重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する第２の合成手段とを含む。
前記コントラスト検出手段には、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素間の画素値の差分の絶対値に画素間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値を前記コントラスト強度として検出させることができる。
前記フラット強度は、前記コントラスト強度が第１の閾値未満である場合、最大となり、前記コントラスト強度が、前記第１の閾値以上かつ第２の閾値以下である場合、前記コントラスト強度が強くなるに従い、小さくなり、前記コントラスト強度が第２の閾値を超える場合、最小となり、前記エッジ強度は、前記コントラスト強度が第３の閾値未満である場合、最小となり、前記コントラスト強度が、前記第３の閾値以上かつ第４の閾値以下である場合、前記コントラスト強度が強くなるに従い、大きくなり、前記コントラスト強度が第４の閾値を超える場合、最大となるようにすることができる。
前記減衰手段には、前記第１の画像の高周波帯域の成分を減衰させることができる。
前記第１の合成手段には、前記フラット重み値が大きいほど、前記第２の画像の画素値の比率を高くし、前記フラット重み値が小さいほど、前記第１の画像の画素値の比率を高くして、前記第１の画像と前記第２の画像の対応する位置にある画素の画素値を加算させ、前記第２の合成手段には、前記エッジ重み値が大きいほど、前記第４の画像の画素値の比率を高くし、前記エッジ重み値が小さいほど、前記第１の画像の画素値の比率を高くして、前記第１の画像と前記第４の画像の対応する位置にある画素の画素値を加算させるようにすることができる。
本発明の一側面の画像処理方法、プログラム、または、記録媒体に記録されているプログラムは、第１の画像において注目する画素である注目画素について、前記注目画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度を検出し、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度を検出し、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度を検出し、前記フラット強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記フラット強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をフラット重み値として設定し、前記エッジ強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記エッジ強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をエッジ重み値として設定し、前記第１の画像の所定の周波数帯域の成分を減衰させ、第２の画像を生成し、前記第１の画像と前記第２の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記フラット重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成し、合成された第３の画像のエッジを強調し、第４の画像を生成し、前記第１の画像と前記第４の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記エッジ重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成するステップを含む。
本発明の一側面においては、第１の画像において注目する画素である注目画素について、前記注目画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度が検出され、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度が検出され、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度が検出され、前記フラット強度が前記第１の画像の全ての画素について検出された後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記フラット強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値がフラット重み値として設定され、前記エッジ強度が前記第１の画像の全ての画素について検出された後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記エッジ強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値がエッジ重み値として設定され、前記第１の画像の所定の周波数帯域の成分が減衰され、第２の画像が生成され、前記第１の画像と前記第２の画像との対応する位置にある画素の画素値が、前記フラット重み値に基づく重みをつけて加算されることにより画像が合成され、合成された第３の画像のエッジが強調され、第４の画像が生成され、前記第１の画像と前記第４の画像との対応する位置にある画素の画素値が、前記エッジ重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像が合成される。
以上のように、本発明の一側面によれば、画像のエッジの鮮鋭感を向上させることができる。また、本発明の一側面によれば、簡単に、画像のノイズの強調を抑制しつつ、画像のエッジの鮮鋭感を向上させることができる。
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書または図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、発明の詳細な説明に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の詳細な説明中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
本発明の一側面の画像処理装置（例えば、図３の画像処理部１２）は、第１の画像（例えば、入力画像）において注目する画素である注目画素について、前記注目画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度を検出するコントラスト検出手段（例えば、図４のコントラスト計算部５１）と、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度を検出するフラット強度検出手段（例えば、図４のフラット強度検出部５２）と、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度を検出するエッジ強度検出手段（例えば、図４のエッジ強度検出部５４）と、前記フラット強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記フラット強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をフラット重み値として設定するフラット重み値設定手段（例えば、図４のフラット強度情報生成部５３）と、前記エッジ強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記エッジ強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をエッジ重み値として設定するエッジ重み値設定手段（例えば、図４のエッジ強度情報生成部５５）と、前記第１の画像の所定の周波数帯域の成分を減衰させ、第２の画像を生成する減衰手段（例えば、図５のフラットフィルタ処理部８１）と、前記第１の画像と前記第２の画像（例えば、フラット画像）との対応する位置にある画素の画素値を、前記フラット重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する第１の合成手段（例えば、図５のフラット適応混合処理部８２）と、前記第１の合成手段により合成された第３の画像（例えば、フラット混合画像）のエッジを強調し、第４の画像を生成するエッジ強調手段（例えば、図５のエッジフィルタ処理部８３）と、前記第１の画像と前記第４の画像（例えば、エッジ画像）との対応する位置にある画素の画素値を、前記エッジ重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する第２の合成手段（例えば、図５のエッジ適応混合処理部８４）とを含む。
本発明の一側面の画像処理方法、プログラム、または、記録媒体に記録されているプログラムは、第１の画像（例えば、入力画像）において注目する画素である注目画素について、前記注目画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度を検出し（例えば、図７のステップＳ５１）、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度を検出し（例えば、図７のステップＳ５２）、前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度を検出し（例えば、図７のステップＳ５３）、前記フラット強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記フラット強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をフラット重み値として設定し（例えば、図７のステップＳ５５）、前記エッジ強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記エッジ強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をエッジ重み値として設定し、（例えば、図７のステップＳ５６）、前記第１の画像の所定の周波数帯域の成分を減衰させ、第２の画像を生成し（例えば、図９のステップＳ１０１）、前記第１の画像と前記第２の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記フラット重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成し（例えば、図９のステップＳ１０２）、合成された第３の画像のエッジを強調し、第４の画像を生成（例えば、図９のステップＳ１０３）、前記第１の画像と前記第４の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記エッジ重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する（例えば、図９のステップＳ１０４）ステップを含む。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図３は、本発明を適用した画像処理装置の一実施の形態を示すブロック図である。本発明を適用した画像処理装置１は、画像入力部１１、画像処理部１２、および、画像出力部１３を含むように構成される。
画像入力部１１は、例えば、記録媒体から読み取ったり、ネットワークを介して、外部の装置から伝送されてくる、処理対象となる画像（以下、入力画像と称する）を画像処理部１２に入力する。
画像処理部１２は、入力画像に対して、エッジの強調または補正を行うことにより画像のエッジの鮮鋭感を向上させる。画像処理部１２は、プロファイラ処理部２１およびエッジエンハンサ処理部２２を含むように構成される。
プロファイラ処理部２１は、図７を参照して後述するプロファイラ処理を行う。すなわち、プロファイラ処理部２１は、入力画像のフラット強度およびエッジ強度を検出する。なお、フラット強度とは、処理の対象となる画素（以下、注目画素と称する）およびその近傍の領域における画素値の変化の小ささの度合いであり、画素値の変化が小さいほど、フラット強度は強くなり、画素値の変化が大きいほど、フラット強度は弱くなる。エッジ強度とは、注目画素およびその近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであり、画素値の変化が大きいほどエッジ強度は強くなり、画素値の変化が小さいほどエッジ強度は弱くなる。
また、プロファイラ処理部２１は、フラット強度に基づく重みであるweight_flat、および、エッジ強度に基づく重みであるweight_edgeを求める。プロファイラ処理部２１は、weight_flatを示すフラット強度情報、および、weight_edgeを示すエッジ強度情報をエッジエンハンサ処理部２２に供給する。
エッジエンハンサ処理部２２は、図９などを参照して後述するように、入力画像のエッジの強調または補正を施すエッジエンハンサ処理を行う。エッジエンハンサ処理部２２は、エッジエンハンサ処理を施した画像を画像出力部１３に供給する。
画像出力部１３は、例えば、画像処理部１２から供給された画像を、図示せぬ表示部に表示させたり、記録媒体に記録させたり、または、伝送媒体を介して、他の装置に送信したりする。
図４は、プロファイラ処理部２１の機能の構成の例を示すブロック図である。プロファイラ処理部２１は、コントラスト計算部５１、フラット強度検出部５２、フラット強度情報生成部５３、エッジ強度検出部５４、および、エッジ強度情報生成部５５を含むように構成される。
コントラスト計算部５１は、図７を参照して後述するように、入力画像の各画素について、その画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度を検出する。コントラスト計算部５１は、検出したコントラスト強度を示す情報をフラット強度検出部５２およびエッジ強度検出部５４に供給する。
フラット強度検出部５２は、図７を参照して後述するように、入力画像の各画素について、コントラスト情報に基づいて、フラット強度を検出する。フラット強度検出部５２は、フラット強度を示す情報をフラット強度情報生成部５３に供給する。
フラット強度情報生成部５３は、図７を参照して後述するように、入力画像の各画素について、フラット強度に基づく重みであるweight_flatを求める。フラット強度情報生成部５３は、weight_flatを示すフラット強度情報をエッジエンハンサ処理部２２に供給する。
エッジ強度検出部５４は、図７を参照して後述するように、入力画像の各画素について、コントラスト情報に基づいて、エッジ強度を検出する。エッジ強度検出部５４は、エッジ強度を示す情報をエッジ強度情報生成部５５に供給する。
エッジ強度情報生成部５５は、図７を参照して後述するように、入力画像の各画素について、エッジ強度に基づく重みであるweight_edgeを求める。エッジ強度情報生成部５５は、weight_edgeを示すエッジ強度情報をエッジエンハンサ処理部２２に供給する。
図５は、エッジエンハンサ処理部２２の構成の例を示すブロック図である。エッジエンハンサ処理部２２は、フラットフィルタ処理部８１、フラット適応混合処理部８２、エッジフィルタ処理部８３、および、エッジ適応混合処理部８４を含むように構成される。
フラットフィルタ処理部８１は、図９などを参照して後述するように、画像入力部１１から供給される入力画像の各画素に対して、フラットフィルタ処理を施す。フラットフィルタ処理部８１は、フラットフィルタ処理が施された画素（以下、フラット画素と称する）からなる画像（以下、フラット画像と称する）をフラット適応混合処理部８２に供給する。
フラット適応混合処理部８２は、図９などを参照して後述するように、画像入力部１１から供給される入力画像とフラットフィルタ処理部８１から供給されるフラット画像との対応する位置にある画素の画素値を、フラット強度情報に示されるweight_flatを用いて加算することにより、入力画像とフラット画像の２つの画像を合成する。フラット適応混合処理部８２は、合成した画像（以下、フラット混合画像と称する）をエッジフィルタ処理部８３に供給する。
エッジフィルタ処理部８３は、図９などを参照して後述するように、フラット混合画像の各画素（以下、フラット混合画素と称する）に対して、エッジフィルタ処理を施す。エッジフィルタ処理部８３は、エッジフィルタ処理が施された画素（以下、エッジ画素と称する）からなる画像（以下、エッジ画像と称する）をエッジ適応混合処理部８４に供給する。
エッジ適応混合処理部８４は、図９などを参照して後述するように、画像入力部１１から供給される入力画像とエッジフィルタ処理部８３から供給されるエッジ画像との対応する位置にある画素の画素値を、エッジ強度情報に示されるweight_edgeを用いて加算することにより、入力画像とエッジ画像の２つの画像を合成する。エッジ適応混合処理部８４は、合成した画像（以下、エッジ混合画像と称する）を画像出力部１３に供給する。なお、以下、エッジ混合画像を構成する画素をエッジ混合画素と称する。
次に、図６乃至図１４を参照して、画像処理装置１により実行される処理を説明する。
まず、図６のフローチャートを参照して、画像処理装置１により実行されるエッジ強調処理を説明する。なお、この処理は、例えば、ユーザが画像処理装置１の図示せぬ操作部を操作して、入力画像のエッジの強調を指令したとき開始される。
ステップＳ１において、プロファイラ処理部２１は、プロファイラ処理を行う。ここで、図７のフローチャートを参照して、プロファイラ処理の詳細を説明する。
ステップＳ５１において、コントラスト計算部５１は、コントラスト強度を検出する。具体的には、コントラスト計算部５１は、画像入力部１１から供給された入力画像のうち１つの画素を注目画素とし、注目画素を中心とする所定の範囲（高さM×幅N画素）の領域（以下、注目領域と称する）内の画素を抽出する。なお、高さMおよび幅Nの値は可変とされる。
コントラスト計算部５１は、注目画素の座標を(x,y)とし、注目領域の左上隅の画素の座標を(xt0,yt0)とした場合、注目画素におけるコントラスト強度(x,y)を、以下の式（１）に基づいて計算する。
コントラスト強度(x,y)＝Σi1=0…N-1Σj1=0…M-1Σi2=0…N-1Σj2=0…M-1
{Coef(i1-i2,j1-j2)×|入力画素(xt0+i1,yt0+j1)-入力画素(xt0+i2,yt0+j2)|}
・・・（１）
なお、入力画素(xt0+i1,yt0+j1)および入力画素(xt0+i2,yt0+j2)は、それぞれ、座標(xt0+i1,yt0+j1)および座標(xt0+i2,yt0+j2)に位置する画素の画素値を示し、Coef(i1-i2,j1-j2)は、座標(xt0+i1,yt0+j1)と座標(xt0+i2,yt0+j2)の間の距離に比例した重みを示す。すなわち、注目画素におけるコントラスト強度(x,y)は、注目領域内の各画素間の画素値の差分の絶対値に画素間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値である。
コントラスト計算部５１は、コントラスト強度(x,y)を示すコントラスト情報をフラット強度検出部５２およびエッジ強度検出部５４に出力する。
ステップＳ５２において、フラット強度検出部５２は、フラット強度を検出する。具体的には、フラット強度検出部５２は、以下の式（２）に基づいて、注目画素におけるフラット強度(x,y)を検出する。
Figure 0004730121
なお、Tf1およびTf2は所定の閾値である。すなわち、図８に示されるように、フラット強度(x,y)は、コントラスト強度(x,y)＜Tf1の場合、最大の1.0となり、Tf1≦コントラスト強度(x,y)≦Tf2の場合、コントラスト強度(x,y)に比例して小さくなるとともに0.0に近づき（コントラスト強度(x,y)が強くなるに従い小さくなり）、コントラスト強度(x,y)＞Tf2の場合、最小の0.0となる。
なお、0乃至閾値Tf1の範囲のコントラスト強度は、画素値の変化が小さいフラット領域において現れる頻度が高いコントラスト強度である。
フラット強度検出部５２は、フラット強度(x,y)を示す情報をフラット強度情報生成部５３に供給する。
ステップＳ５３において、エッジ強度検出部５４は、エッジ強度を検出する。具体的には、エッジ強度検出部５４は、以下の式（３）に基づいて、注目画素におけるエッジ強度(x,y)を検出する。
Figure 0004730121
なお、Te1およびTe2は所定の閾値である。すなわち、図８に示されるように、エッジ強度(x,y)は、コントラスト強度(x,y)＜Te1の場合、最小の0.0となり、Te1≦コントラスト強度(x,y)≦Te2の場合、コントラスト強度(x,y)に比例して大きくなるとともに1.0に近づき（コントラスト強度(x,y)が強くなるに従い大きくなり）、コントラスト強度(x,y)＞Te2の場合、最大の1.0となる。
なお、閾値Te2を超える範囲のコントラスト強度は、画素値が急峻に変化するエッジ領域において現れる頻度が高いコントラスト強度である。
エッジ強度検出部５４は、エッジ強度(x,y)を示す情報をエッジ強度情報生成部５５に供給する。
ステップＳ５４において、プロファイラ処理部２１は、全ての画素について処理したか否かを判定する。プロファイラ処理部２１は、まだ入力画像の全ての画素についてコントラスト強度、フラット強度、および、エッジ強度を検出していない場合、全ての画素について処理していないと判定し、処理はステップＳ５１に戻る。その後、ステップＳ５４において、全ての画素について処理したと判定されるまで、ステップＳ５１乃至Ｓ５４の処理が繰り返し実行され、入力画像の全ての画素について、コントラスト強度、フラット強度、および、エッジ強度が検出される。
ステップＳ５４において、全ての画素について処理したと判定された場合、処理はステップＳ５５に進む。
ステップＳ５５において、フラット強度情報生成部５３は、フラット強度情報を生成する。具体的には、フラット強度情報生成部５３は、以下の式（４）に基づいて、入力画像の各画素におけるweight_flat(x,y)を算出する。
Figure 0004730121
なお、Coef_flat(xt0+i,yt0+j)は、注目画素と座標(xt0+i,yt0+j)の画素との間の距離に応じた重みであり、距離が短いほど大きくなり、距離が長いほど小さくなる。すなわち、weight_flat(x,y)は、注目領域内の各画素におけるフラット強度に注目画素との間の距離に応じた重みであるCoef_Flatを乗じた値の合計値である。
従って、weight_flat(x,y)は、注目領域内の画素のフラット強度が強いほど大きくなり、注目領域内の画素のフラット強度が弱いほど小さくなる。また、weight_flat(x,y)は、フラット強度が強い画素が注目画素に近いほど大きくなる。
フラット強度情報生成部５３は、weight_flat(x,y)を示すフラット強度情報をフラット適応混合処理部８２に供給する。
ステップＳ５６において、エッジ強度情報生成部５５は、エッジ強度情報を生成し、プロファイラ処理は終了する。具体的には、エッジ強度情報生成部５５は、以下の式（５）に基づいて、入力画像の各画素におけるweight_edge(x,y)を算出する。
Figure 0004730121
なお、Coef_Edge(xt0+i,yt0+j)は、注目画素と座標(xt0+i,yt0+j)の画素との間の距離に応じた重みであり、距離が短いほど大きくなり、距離が長いほど小さくなる。
すなわち、weight_edge(x,y)は、注目領域内の各画素におけるエッジ強度に注目画素との間の距離に応じた重みであるCoef_Edgeを乗じた値の合計値である。
従って、weight_edge(x,y)は、注目領域内の画素のエッジ強度が強いほど大きくなり、注目領域内の画素のエッジ強度が弱いほど小さくなる。また、weight_edge(x,y)は、エッジ強度が強い画素が注目画素に近いほど大きくなる。
エッジ強度情報生成部５５は、weight_edge(x,y)を示すエッジ強度情報をエッジ適応混合処理部８４に供給する。
図６に戻り、エッジエンハンサ処理部２２は、エッジエンハンサ処理を行い、エッジ強調処理は終了する。ここで、図９のフローチャートを参照して、エッジエンハンサ処理の詳細を説明する。
ステップＳ１０１において、フラットフィルタ処理部８１は、入力画像に対して、フラットフィルタ処理を施す。具体的には、フラットフィルタ処理部８１は、入力画像の各画素について、入力画像の所定の空間周波数の帯域の成分を減衰させる特性を持つフィルタを用いて、その画素およびその画素の近傍の画素からなる領域に対してフラットフィルタ処理を施す。フラットフィルタ処理部８１は、フラットフィルタ処理が施されたフラット画素からなるフラット画像をフラット適応混合処理部８２に供給する。
フラットフィルタ処理部８１は、例えば、メディアンフィルタ、ローパスフィルタなど、画像の高周波帯域の成分を減衰する平滑化フィルタを用いて、フラットフィルタ処理を行う。この場合、入力画像において、図１０に示されるように画素値が変化する領域があるとき、フラットフィルタ処理を施した後のフラット画像の対応する領域における画素値の変化は図１１に示されるようになる。すなわち、画素値の変化が平滑化されることにより、入力画像のエッジを含む図１０の領域Ｄ１１ａに対応する図１１の領域Ｄ１２aにおいて、画素値の変化が緩やかになる（エッジ強度が弱められる）。また、入力画像のエッジ付近の領域である図１０の領域Ｄ１１ｂおよびＤ１１ｃに対応する図１１の領域Ｄ１２ｂおよびＤ１２ｃにおいて、エッジ付近の画素値の細かな（振幅の小さな）振動が抑制される。
ステップＳ１０２において、フラット適応混合処理部８２は、入力画像およびフラット画像に対して、フラット適応混合処理を施す。具体的には、フラット適応混合処理部８２は、以下の式（６）に基づいて、フラット混合画像を構成するフラット混合画素の画素値を算出する。
フラット混合画素(x,y)
＝(１−weight_flat(x,y))×入力画素(x,y)＋weight_flat(x,y)×フラット画素(x,y)
・・・（６）
なお、フラット画素(x,y)はフラット画像の座標(x,y)の画素（フラット画素）の画素値を表し、フラット混合画素(x,y)はフラット混合画像の座標(x,y)の画素（フラット混合画素）の画素値を表す。すなわち、フラット適応混合処理部８２は、weight_flat(x,y)が大きいほど（フラット強度が強い領域の画素ほど）、フラット画像の画素値の比率を高く、入力画像の画素値の比率を低くし、weight_flat(x,y)が小さいほど（フラット強度が弱い領域に位置する画素ほど）、入力画像の画素値の比率を高く、フラット画像の画素値の比率を低くして、入力画像とフラット画像の対応する位置にある画素の画素値を加算する。
従って、例えば、図１０に示されるように画素値が変化する入力画像と図１１に示されるように画素値が変化するフラット画像がフラット適応混合処理部８２に入力された場合、フラット適応混合処理部８２から出力されるフラット混合画像における画素値の変化は図１２に示されるようになる。すなわち、図１０の領域Ｄ１１ａに対応する図１２の領域Ｄ１３aにおいて、図１０の領域Ｄ１１aとほぼ同じ傾きで画素値が変化する。すなわち、フラット混合画像では、入力画像のエッジがほとんど変化せずに保持される。また、図１０の領域Ｄ１１ｂおよびＤ１１ｃに対応する図１２の領域Ｄ１３ｂおよびＤ１３ｃにおいて、図１１の領域Ｄ１２ｂおよびＤ１２ｃ内とほぼ同様に画素値が変化する。すなわち、フラット混合画像では、入力画像のエッジ付近の画素値の細かな振動が抑制される。
フラット適応混合処理部８２は、フラット適応混合処理が施されたフラット混合画素からなるフラット混合画像をエッジフィルタ処理部８３に供給する。
ステップＳ１０３において、エッジフィルタ処理部８３は、フラット混合画像に対して、エッジフィルタ処理を施す。具体的には、エッジフィルタ処理部８３は、フラット混合画像の各画素について、画像の高周波成分を通過させる特性を持つフィルタを用いて、その画素およびその画素の近傍の画素からなる領域に対してフィルタ処理を施す。エッジフィルタ処理部８３は、エッジフィルタ処理が施されたエッジ画素からなるエッジ画像をエッジ適応混合処理部８４に供給する。
例えば、図１２に示されるように画素値が変化するフラット混合画像がエッジフィルタ処理部８３に入力された場合、エッジフィルタ処理部８３から出力されるエッジ画像における画素値の変化は図１３に示されるようになる。すなわち、図１２の領域D１３a（図１０の領域Ｄ１１ａ）に対応する図１３の領域Ｄ１４aにおいて、図１２の領域D１３a（図１０の領域Ｄ１１ａ）より強い傾きで画素値が変化する。すなわち、エッジ画像では、入力画像のエッジが強調される。
ステップＳ１０４において、エッジ適応混合処理部８４は、入力画像およびエッジ画像に対して、エッジ適応混合処理を施す。具体的には、エッジ適応混合処理部８４は、以下の式（７）に基づいて、エッジ混合画像を構成するエッジ混合画素の画素値を算出する。
エッジ混合画素(x,y)
＝(１−weight_edge(x,y))×入力画素(x,y)＋weight_edge(x,y)×エッジ画素(x,y)
・・・（７）
なお、エッジ画素(x,y)はエッジ画像の座標(x,y)の画素（エッジ画素）の画素値を表し、エッジ混合画素(x,y)はエッジ混合画像の座標(x,y)の画素（エッジ混合画素）の画素値を表す。すなわち、エッジ適応混合処理部８４は、weight_edge(x,y)が大きいほど（エッジ強度が強い領域に位置する画素ほど）、エッジ画像の画素値の比率を高く、入力画像の画素値の比率を低くし、weight_edge(x,y)が小さいほど（エッジ強度が弱い領域に位置する画素ほど）、入力画像の画素値の比率を高く、エッジ画像の画素値の比率を低くして、入力画像とエッジ画像の対応する位置にある画素の画素値を加算する。
従って、例えば、図１０に示されるように画素値が変化する入力画像と図１３に示されるように画素値が変化するエッジ画像がエッジ適応混合処理部８４に入力された場合、エッジ適応混合処理部８４から出力されるエッジ混合画像における画素値の変化は図１４に示されるように変化する。すなわち、図１０の領域Ｄ１１ａに対応する図１４の領域Ｄ１５aにおいて、図１３の領域Ｄ１４aとほぼ同じ傾きで画素値が変化する。すなわち、エッジ混合画像では、入力画像のエッジが強調される。また、図１０の領域Ｄ１１ｂおよびＤ１１ｃに対応する図１４の領域Ｄ１５ｂおよびＤ１５ｃにおいて、図１０の領域Ｄ１１ｂおよびＤ１１ｃ内とほぼ同様に画素値が変化する。すなわち、エッジ混合画像では、入力画像のエッジ付近の画素値の細かな振動がほとんど変化せずに保持される。
従って、エッジ混合画像は、入力画像のエッジのみが強調され、エッジの鮮鋭感が向上するとともに、その他の領域については、入力画像とほぼ同様の画像となり、ノイズの強調やコントラストの低下などによる画質の劣化が抑制される。
エッジ適応混合処理部８４は、エッジ適応混合処理が施されたエッジ混合画素からなるエッジ混合画像を画像出力部１３に供給する。
図１５は、従来の方法に基づいて、エッジ補正を行った画像を示し、図１６は、同じ画像を、本発明を用いた方法に基づいて、エッジ補正を行った画像を示している。図１５の画像においては、画像のエッジ付近のノイズが強調され、画質が劣化しているが、図１６の画像においては、画像のエッジ付近のノイズがほとんど目立たず、良好な画質が得られている。
また、以上のように、コントラスト強度、フラット強度、エッジ強度、weight_flat、および、weight_edgeを簡単な計算により求めることができるため、エッジ強調処理に要する計算量を軽減することができる。従って、簡単かつ迅速に、画像のノイズの強調を抑制しつつ、エッジの鮮鋭感を向上させることができる。
以上のように、第１の画像の各画素について、その画素を含む近傍におけるコントラストの強さを示すコントラスト強度を検出し、コントラスト強度に基づいて、第１の画像の各画素について、その画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度を検出し、コントラスト強度に基づいて、第１の画像の各画素について、その画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度を検出し、第１の画像の所定の周波数帯域の成分を減衰させ、第１の画像と第１の画像の所定の周波数帯域の成分が減衰された第２の画像との対応する位置にある画素の画素値を、フラット強度に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成し、第１の合成手段により合成された第３の画像のエッジを強調するエッジ強調手段と、第１の画像と第３の画像のエッジが強調された第４の画像との対応する位置にある画素の画素値を、エッジ強度に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する場合には、画像のエッジの鮮鋭感を向上させることができる。また、簡単に、画像のノイズの強調を抑制しつつ、画像のエッジの鮮鋭感を向上させることができる。
なお、以上の説明では、エッジエンハンサ処理部２２の各部が、１枚の画像を順番に処理する例を示したが、各部が、画素単位で並列して処理を行うようにすることも可能である。
また、以上の説明では、コントラスト強度、weight_flat、および、weight_edgeを、同じ注目領域内の画素を用いて求めるようにしたが、各値を求めるために用いる画素の領域を個別に設定するようにしてもよい。
なお、本発明は、エッジの強調または補正を行う各種の画像処理装置、例えば、パーソナルコンピュータ、PDA（Personal Digital Assistant）、各種のAV（Audio Visual）機器などに適用することができる。
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
図１７は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するパーソナルコンピュータの構成の例を示すブロック図である。CPU３０１は、ROM３０２、または記憶部３０８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM３０３には、CPU３０１が実行するプログラムやデータなどが適宜記憶される。これらのCPU３０１、ROM３０２、およびRAM３０３は、バス３０４により相互に接続されている。
CPU３０１にはまた、バス３０４を介して入出力インタフェース３０５が接続されている。入出力インタフェース３０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部３０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部３０７が接続されている。CPU３０１は、入力部３０６から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、CPU３０１は、処理の結果を出力部３０７に出力する。
入出力インタフェース３０５に接続されている記憶部３０８は、例えばハードディスクからなり、CPU３０１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部３０９は、インターネットやローカルエリアネットワークなどのネットワークを介して外部の装置と通信する。
また、通信部３０９を介してプログラムを取得し、記憶部３０８に記憶してもよい。
入出力インタフェース３０５に接続されているドライブ３１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア３１１が装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータなどを取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記憶部３０８に転送され、記憶される。
コンピュータにインストールされ、コンピュータによって実行可能な状態とされるプログラムを格納するプログラム記録媒体は、図１７に示すように、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)，DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア３１１、または、プログラムが一時的もしくは永続的に格納されるROM３０２や、記憶部３０８を構成するハードディスクなどにより構成される。プログラム記録媒体へのプログラムの格納は、必要に応じてルータ、モデムなどのインタフェースである通信部３０９を介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の通信媒体を利用して行われる。
なお、本明細書において、プログラム記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
入力画像の画素値の変化の例を示すグラフである。 従来の方法によりエッジ強調した画像の画素値の変化の例を示すグラフである。 本発明を適用した画像処理装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図３のプロファイラ処理部の機能の構成の例を示すブロック図である。 図３のエッジエンハンサ処理部の機能の構成の例を示すブロック図である。 図３の画像処理装置により実行される画像処理を説明するためのフローチャートである。 図６のステップＳ１のプロファイラ処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 コントラスト強度と、フラット強度およびエッジ強度との関係を示すグラフである。 図６のステップＳ２のエッジエンハンサ処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 入力画像の画素値の変化の例を示すグラフである。 フラット画像の画素値の変化の例を示すグラフである。 フラット混合画像の画素値の変化の例を示すグラフである。 エッジ画像の画素値の変化の例を示すグラフである。 エッジ混合画像の画素値の変化の例を示すグラフである。 従来の方法によりエッジを補正した画像の例を示す図である。 図３の画像処理装置によりエッジを補正した画像の例を示す図である。 パーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。
符号の説明
１ 画像処理装置， １２ 画像処理部， ２１ プロファイラ処理部， ２２ エッジエンハンサ処理部， ５１ コントラスト計算部， ５２ フラット強度検出部， ５３ フラット強度情報生成部５３ エッジ強度検出部， ５５ エッジ強度情報生成部， ８１ フラットフィルタ処理部， ８２ フラット適応混合処理部， ８３ エッジフィルタ処理部， ８４ エッジ適応混合処理部， ３０１ CPU， ３０２ ROM， ３０３ RAM， ３０８ 記録部， ３１０ ドライブ， ３１１ リムーバブルメディア

Claims (8)

  1. 第１の画像において注目する画素である注目画素について、前記注目画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度を検出するコントラスト検出手段と、
    前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度を検出するフラット強度検出手段と、
    前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度を検出するエッジ強度検出手段と、
    前記フラット強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記フラット強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をフラット重み値として設定する重み値設定手段と、
    前記エッジ強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記エッジ強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をエッジ重み値として設定するエッジ重み値設定手段と、
    前記第１の画像の所定の周波数帯域の成分を減衰させ、第２の画像を生成する減衰手段と、
    前記第１の画像と前記第２の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記フラット重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する第１の合成手段と、
    前記第１の合成手段により合成された第３の画像のエッジを強調し、第４の画像を生成するエッジ強調手段と、
    前記第１の画像と前記第４の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記エッジ重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する第２の合成手段と
    を含む画像処理装置。
  2. 前記コントラスト検出手段は、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素間の画素値の差分の絶対値に画素間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値を前記コントラスト強度として検出する
    請求項１に記載の画像処理装置。
  3. 前記フラット強度は、前記コントラスト強度が第１の閾値未満である場合、最大となり、前記コントラスト強度が、前記第１の閾値以上かつ第２の閾値以下である場合、前記コントラスト強度が強くなるに従い、小さくなり、前記コントラスト強度が第２の閾値を超える場合、最小となり、
    前記エッジ強度は、前記コントラスト強度が第３の閾値未満である場合、最小となり、前記コントラスト強度が、前記第３の閾値以上かつ第４の閾値以下である場合、前記コントラスト強度が強くなるに従い、大きくなり、前記コントラスト強度が第４の閾値を超える場合、最大となる
    請求項１に記載の画像処理装置。
  4. 前記減衰手段は、前記第１の画像の高周波帯域の成分を減衰させる
    請求項１に記載の画像処理装置。
  5. 前記第１の合成手段は、前記フラット重み値が大きいほど、前記第２の画像の画素値の比率を高くし、前記フラット重み値が小さいほど、前記第１の画像の画素値の比率を高くして、前記第１の画像と前記第２の画像の対応する位置にある画素の画素値を加算し、
    前記第２の合成手段は、前記エッジ重み値が大きいほど、前記第４の画像の画素値の比率を高くし、前記エッジ重み値が小さいほど、前記第１の画像の画素値の比率を高くして、前記第１の画像と前記第４の画像の対応する位置にある画素の画素値を加算する
    請求項１に記載の画像処理装置。
  6. 第１の画像において注目する画素である注目画素について、前記注目画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度を検出し、
    前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度を検出し、
    前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度を検出し、
    前記フラット強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記フラット強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をフラット重み値として設定し、
    前記エッジ強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記エッジ強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をエッジ重み値として設定し、
    前記第１の画像の所定の周波数帯域の成分を減衰させ、第２の画像を生成し、
    前記第１の画像と前記第２の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記フラット重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成し、
    合成された第３の画像のエッジを強調し、第４の画像を生成し、
    前記第１の画像と前記第４の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記エッジ重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する
    ステップを含む画像処理方法。
  7. 第１の画像において注目する画素である注目画素について、前記注目画素を含む近傍の領域におけるコントラストの強さであるコントラスト強度を検出し、
    前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の小ささの度合いであるフラット強度を検出し、
    前記注目画素について、前記コントラスト強度に基づいて、前記注目画素を含む近傍の領域における位置の変化に対する画素値の変化の大きさの度合いであるエッジ強度を検出し、
    前記フラット強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記フラット強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をフラット重み値として設定し、
    前記エッジ強度を前記第１の画像の全ての画素について検出した後、前記注目画素を含む近傍の領域内の各画素の前記エッジ強度に、前記注目画素と各画素との間の距離に応じた重みを乗じた値の合計値をエッジ重み値として設定し、
    前記第１の画像の所定の周波数帯域の成分を減衰させ、第２の画像を生成し、
    前記第１の画像と前記第２の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記フラット重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成し、
    合成された第３の画像のエッジを強調し、第４の画像を生成し、
    前記第１の画像と前記第４の画像との対応する位置にある画素の画素値を、前記エッジ重み値に基づく重みをつけて加算することにより画像を合成する
    ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
  8. 請求項７に記載のプログラムが記録されている記録媒体。
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