JP5629902B1 - 画像処理装置、画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明で用いられる鮮鋭化処理部について説明する。図1は、本発明の鮮鋭化処理部FEの第1の構成例を示すブロック図である。この鮮鋭化処理部FEは、画像を表すデジタル信号として外部から入力される入力画像信号Sinに対し、その入力画像信号Sinの表す画像を鮮鋭化するための処理を施す装置であって、HPF(High-pass Filter:高域通過フィルタ)10と、非線形演算部20(非線形関数)と、リミッタ30とを備えている。
図5は、本発明の鮮鋭化処理部の第2の構成例を示すブロック図である。この鮮鋭化処理部FEは、非線形演算部40(非線形関数)と、HPF10と、リミッタ30とを備えている。なお、以下の説明では、画像の水平方向の信号レベルの波形について各構成部の説明を行うが、画像の垂直方向の信号レベルの波形や、動画像における画像間の時間方向の信号レベルの波形についても、各構成部は水平方向と同等の処理で鮮鋭化処理を行うことが可能である。
第1の実施の形態は、ノイズ除去用のLPFと鮮鋭化処理部との間にアップコンバータを挿入するものである。なお、本発明において、アップコンバータは、水平方向と垂直方向にアップコンバートを行う2次元アップコンバータを用いている。
ここで、本発明において、必要な乗算器の算出の前提となるフィルタ構成と乗算器の関係について、補足説明する。本発明では2次元のフィルタ処理を行う際に、アップコンバート前の画像処理においては、水平垂直共に処理対象とする画素の前後それぞれ3画素の画像情報を参照する。すなわち、対象とする画素Xijについて、Xkl(k=i-3,i-2,i-1,i,i+1,i+2,i+3、l=j-3,j-2,j-1,j,j+1,j+2,j+3)による7×7の画素情報を処理する。また、アップコンバート後の画像処理においては、必要な(画像拡大前と同等な)特性を得るためには多くの画素情報が必要となるため、水平垂直共に処理対象とする画素の前後それぞれ15画素の画像情報を参照する。すなわち、対象とする画素Xijについて、Xkl(k=i-7〜i-1,i,i+1〜i+7、l=j-7〜j-1,j,j+1〜j+7)による15×15の画素情報を処理している。
第2の実施の形態は、鮮鋭化処理部の内部のHPFと非線形演算部との間にアップコンバータを挿入するものである。すなわち、ノイズ除去用の2次元LPFと、鮮鋭化処理部の水平HPF及び垂直HPFの全てのフィルタ処理を、アップコンバート処理の前に行う。なお、ここでは、鮮鋭化処理部として、前述の第1の構成例を用いる。
以下、参考のため、図1及び図5鮮鋭化処理部FEにおいて、サンプリング周波数がfsである入力画像のナイキスト周波数fs/2を越える高周波域の補償が可能となる点について説明する。
Nω/(2π)<fs/2≦(N+1)ω/(2π)
である。
10 HPF
111〜11(m−1) 単位遅延素子
121〜12m 乗算器
131 加算器
101 LPF
102 減算器
11 2次元LPF(水平用)
12 2次元LPF(垂直用)
13 2次元LPF
14 水平HPF
15 垂直HPF
20、40 非線形演算部
21、22、23 アップコンバータ
30 リミッタ
31 増幅器(切替器)
32 第1加算器
33 第2加算器
34 第3加算器
Claims (26)
- 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成する基本画像側の経路と、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算部を含む鮮鋭化処理部により、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成する鮮鋭化処理側の経路と、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成する加算器と、を備え、
前記鮮鋭化処理側の経路において、少なくとも一つのフィルタの後段にアップコンバータを設け、その後に前記非線形演算部を設けた画像処理装置において、
前記鮮鋭化処理部は、
前記鮮鋭化処理部への入力信号に含まれる周波数成分の少なくとも直流成分を除去することにより第1高周波信号を生成するフィルタ部と、前記第1高周波信号に対して前記第1高周波信号の正負で非対称となる非線形演算処理を行い第2高周波信号を生成する非線形演算部であって、前記第1高周波信号に対して、正の領域に適用する非線形演算処理と負の領域に適用する非線形演算処理とが原点を通る連続関数として表され、且つ、非線形演算処理で生成された周波数成分の帯域が、正の領域と負の領域で非対称となる非線形演算処理を行う非線形演算部と、前記第2高周波信号を調整して鮮鋭化処理部出力信号を生成するリミッタと、を含む、第1構成鮮鋭化処理部、又は、
前記鮮鋭化処理部への入力信号に非線形演算処理を行い第3高周波信号を生成する非線形演算部であって、前記入力信号に対して前記第3高周波信号が連続した非線形関数として表され、且つ、前記入力信号に含まれない周波数成分を生成する非線形演算処理を行う非線形演算部と、前記第3高周波信号に含まれる周波数成分の少なくとも直流成分を除去することにより第4高周波信号を生成するフィルタ部と、前記第4高周波信号を調整して鮮鋭化処理部出力信号を生成するリミッタと、を含む、第2構成鮮鋭化処理部、
の少なくとも一方を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成する基本画像側の経路と、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算部を含む鮮鋭化処理部により、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成する鮮鋭化処理側の経路と、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成する加算器と、を備え、
前記鮮鋭化処理側の経路において、少なくとも一つのフィルタの後段にアップコンバータを設け、その後に前記非線形演算部を設けた画像処理装置において、
前記基本画像側の経路は、第1のアップコンバータを備え、
前記鮮鋭化処理側の経路は、
少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向の高周波部分において、入力画像信号の垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去する垂直フィルタと、
前記垂直フィルタの出力をアップコンバートする第2のアップコンバータと、
入力画像信号に含まれる水平方向の周波数成分より高い周波数成分を含む水平方向の高調波を生成する水平鮮鋭化処理部と、
少なくとも入力画像信号に含まれる垂直方向の高周波部分において、入力画像信号の水平方向の周波数成分の高周波部分を除去する水平フィルタと、
前記水平フィルタの出力をアップコンバートする第3のアップコンバータと、
入力画像信号に含まれる垂直方向の周波数成分より高い周波数成分を含む垂直方向の高調波を生成する垂直鮮鋭化処理部と、を備え、
前記垂直フィルタ、前記第2のアップコンバータ、前記水平鮮鋭化処理部の順に配置された水平方向処理部と、
前記水平フィルタ、前記第3のアップコンバータ、前記垂直鮮鋭化処理部の順に配置された垂直方向処理部とが、並列に接続される画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置において、前記水平鮮鋭化処理部及び前記垂直鮮鋭化処理部のいずれか一方の後段と、いずれか他方の前段とに接続された増幅器を備える画像処理装置。
- 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成する基本画像側の経路と、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算部を含む鮮鋭化処理部により、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成する鮮鋭化処理側の経路と、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成する加算器と、を備え、
前記鮮鋭化処理側の経路において、少なくとも一つのフィルタの後段にアップコンバータを設け、その後に前記非線形演算部を設けた画像処理装置において、
前記基本画像側の経路は、第1のアップコンバータを備え、
前記鮮鋭化処理側の経路は、
少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向及び垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去する2次元フィルタと、
前記2次元フィルタの出力をアップコンバートする第2のアップコンバータと、
入力画像信号に含まれる水平方向の周波数成分より高い周波数成分を含む水平方向の高調波を生成する水平鮮鋭化処理部と、
入力画像信号に含まれる垂直方向の周波数成分より高い周波数成分を含む垂直方向の高調波を生成する垂直鮮鋭化処理部と、を備え、
前記2次元フィルタ、前記第2のアップコンバータ、前記水平鮮鋭化処理部と前記垂直鮮鋭化処理部との並列回路の順に接続される画像処理装置。 - 請求項4に記載の画像処理装置において、前記水平鮮鋭化処理部及び前記垂直鮮鋭化処理部のいずれか一方の後段と、いずれか他方の前段とに接続された増幅器を備える画像処理装置。
- 請求項3又は5に記載の画像処理装置において、前記増幅器の増幅率βは0≦β≦1である画像処理装置。
- 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成する基本画像側の経路と、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算部を含む鮮鋭化処理部により、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成する鮮鋭化処理側の経路と、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成する加算器と、を備え、
前記鮮鋭化処理側の経路において、少なくとも一つのフィルタの後段にアップコンバータを設け、その後に前記非線形演算部を設けた画像処理装置において、
前記基本画像側の経路は、第1のアップコンバータを備え、
前記鮮鋭化処理側の経路は、
水平方向の周波数成分の少なくとも直流成分を除去する水平高域通過フィルタと、
前記水平高域通過フィルタの出力をアップコンバートする第2のアップコンバータと、
入力画像信号に含まれる水平方向の周波数成分より高い周波数成分を含む水平方向の高調波を生成する第1の非線形演算部と、
垂直方向の周波数成分の少なくとも直流成分を除去する垂直高域通過フィルタと、
前記垂直高域通過フィルタの出力をアップコンバートする第3のアップコンバータと、
入力画像信号に含まれる垂直方向の周波数成分より高い周波数成分を含む垂直方向の高調波を生成する第2の非線形演算部と、を備え、
前記水平高域通過フィルタ、前記第2のアップコンバータ、前記第1の非線形演算部をこの順に含む水平方向鮮鋭化処理部と、
前記垂直高域通過フィルタ、前記第3のアップコンバータ、前記第2の非線形演算部をこの順に含む垂直方向鮮鋭化処理部とが、並列に接続される画像処理装置。 - 請求項7に記載の画像処理装置において、
前記水平方向鮮鋭化処理部は、前記第1の非線形演算部の後段にリミッタをさらに含み、
前記垂直方向鮮鋭化処理部は、前記第2の非線形演算部の後段にリミッタをさらに含む、画像処理装置。 - 請求項7に記載の画像処理装置において、
前記鮮鋭化処理側の経路は、
少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向の高周波部分において、入力画像信号の垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去する垂直フィルタと、
少なくとも入力画像信号に含まれる垂直方向の高周波部分において、入力画像信号の水平方向の周波数成分の高周波部分を除去する水平フィルタと、をさらに備え、
前記水平方向鮮鋭化処理部の前段に、前記垂直フィルタを配置し、
前記垂直方向鮮鋭化処理部の前段に、前記水平フィルタを配置した、画像処理装置。 - 請求項7に記載の画像処理装置において、
前記鮮鋭化処理側の経路は、
少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向及び垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去する2次元フィルタと、をさらに備え、
前記2次元フィルタの後段に、前記水平方向鮮鋭化処理部と前記垂直方向鮮鋭化処理部とが並列に接続された画像処理装置。 - 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成する基本画像側の経路と、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算部を含む鮮鋭化処理部により、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成する鮮鋭化処理側の経路と、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成する加算器と、を備え、
前記鮮鋭化処理側の経路において、少なくとも一つのフィルタの後段にアップコンバータを設け、その後に前記非線形演算部を設けた画像処理装置において、
前記基本画像側の経路は、第1のアップコンバータを備え、
前記鮮鋭化処理側の経路は、
水平方向及び垂直方向の周波数成分の少なくとも直流成分を除去する2次元高域通過フィルタと、
前記2次元高域通過フィルタの出力をアップコンバートする第2のアップコンバータと、
入力画像信号に含まれる水平方向及び垂直方向の周波数成分より高い周波数成分を含む水平方向及び垂直方向の高調波を同時に生成する非線形演算部と、を少なくとも備え、
前記2次元高域通過フィルタ、前記第2のアップコンバータ、前記非線形演算部の順に接続される画像処理装置。 - 請求項11に記載の画像処理装置において、
前記鮮鋭化処理側の経路は、
前記非線形演算部の後段にリミッタをさらに含む、画像処理装置。 - 請求項11に記載の画像処理装置において、
前記鮮鋭化処理側の経路は、
少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向及び垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去する2次元低域通過フィルタを、前記2次元高域通過フィルタの前段にさらに含む、画像処理装置。 - 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置における画像処理方法であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成するステップと、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算処理を含む鮮鋭化処理を行い、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成するステップと、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成するステップと、を備え、
前記第2信号を生成するステップにおいて、少なくとも一つのフィルタ処理の後に、アップコンバートを行い、その後に前記非線形演算処理を行う画像処理方法において、
前記鮮鋭化処理は、
鮮鋭化処理部への入力信号に含まれる周波数成分の少なくとも直流成分を除去することにより第1高周波信号を生成するステップと、前記第1高周波信号に対して前記第1高周波信号の正負で非対称となる非線形演算処理を行い第2高周波信号を生成する非線形演算処理ステップであって、前記第1高周波信号に対して、正の領域に適用する非線形演算処理と負の領域に適用する非線形演算処理とが原点を通る連続関数として表され、且つ、非線形演算処理で生成された周波数成分の帯域が、正の領域と負の領域で非対称となる非線形演算処理を行う非線形演算処理ステップと、前記第2高周波信号を調整して鮮鋭化処理部出力信号を生成する調整ステップと、を含む第1構成鮮鋭化処理、又は
鮮鋭化処理部への入力信号に非線形演算処理を行い第3高周波信号を生成する非線形演算処理ステップであって、前記入力信号に対して前記第3高周波信号が連続した非線形関数として表され、且つ、前記入力信号に含まれない周波数成分を生成する非線形演算処理を行う非線形演算処理ステップと、前記第3高周波信号に含まれる周波数成分の少なくとも直流成分を除去することにより第4高周波信号を生成するステップと、前記第4高周波信号を調整して鮮鋭化処理部出力信号を生成するステップと、を含む第2構成鮮鋭化処理、
の少なくとも一方を行うことを特徴とする画像処理方法。 - 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置における画像処理方法であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成するステップと、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算処理を含む鮮鋭化処理を行い、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成するステップと、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成するステップと、を備え、
前記第2信号を生成するステップにおいて、少なくとも一つのフィルタ処理の後に、アップコンバートを行い、その後に前記非線形演算処理を行う画像処理方法において、
前記第1信号を生成するステップは、第1のアップコンバートを行うステップを含み、
前記第2信号を生成するステップは、
少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向の高周波部分において、入力画像信号の垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去し、次いで第2のアップコンバートを行い、その後、入力画像信号に含まれる水平方向の周波数成分より高い周波数成分を含む水平方向の高調波を生成する水平方向鮮鋭化処理を行う水平方向処理ステップと、
少なくとも入力画像信号に含まれる垂直方向の高周波部分において、入力画像信号の水平方向の周波数成分の高周波部分を除去し、次いで第3のアップコンバートを行い、その後、入力画像信号に含まれる垂直方向の周波数成分より高い周波数成分を含む垂直方向の高調波を生成する垂直方向鮮鋭化処理を行う垂直方向処理ステップと、を含み、
前記水平方向処理ステップと、前記垂直方向処理ステップとを、並列に実行する画像処理方法。 - 請求項15に記載の画像処理方法において、前記水平鮮鋭化処理及び前記垂直鮮鋭化処理を、直列に実行するか並列に実行するかを増幅率βにより切り替えるステップを含む、画像処理方法。
- 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置における画像処理方法であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成するステップと、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算処理を含む鮮鋭化処理を行い、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成するステップと、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成するステップと、を備え、
前記第2信号を生成するステップにおいて、少なくとも一つのフィルタ処理の後に、アップコンバートを行い、その後に前記非線形演算処理を行う画像処理方法において、
前記第1信号を生成するステップは、第1のアップコンバートを行うステップを含み、
前記第2信号を生成するステップは、
少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向及び垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去し、次いで第2のアップコンバートを行い、その後、入力画像信号に含まれる水平方向の周波数成分より高い周波数成分を含む水平方向の高調波を生成する水平鮮鋭化処理と、入力画像信号に含まれる垂直方向の周波数成分より高い周波数成分を含む垂直方向の高調波を生成する垂直鮮鋭化処理とを、並列に実行する画像処理方法。 - 請求項17に記載の画像処理方法において、前記水平鮮鋭化処理及び前記垂直鮮鋭化処理を、直列に実行するか並列に実行するかを増幅率βにより切り替えるステップを含む、画像処理方法。
- 請求項16又は18に記載の画像処理方法において、前記増幅率βは0≦β≦1である画像処理方法。
- 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置における画像処理方法であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成するステップと、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算処理を含む鮮鋭化処理を行い、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成するステップと、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成するステップと、を備え、
前記第2信号を生成するステップにおいて、少なくとも一つのフィルタ処理の後に、アップコンバートを行い、その後に前記非線形演算処理を行う画像処理方法において、
前記第1信号を生成するステップは、第1のアップコンバートを行うステップを含み、
前記第2信号を生成するステップは、
水平方向の周波数成分の少なくとも直流成分を除去し、次いで第2のアップコンバートを行い、その後、入力画像信号に含まれる水平方向の周波数成分より高い周波数成分を含む水平方向の高調波を生成する第1の非線形演算処理を行う水平方向鮮鋭化処理ステップと、
垂直方向の周波数成分の少なくとも直流成分を除去し、次いで第3のアップコンバートを行い、その後、入力画像信号に含まれる垂直方向の周波数成分より高い周波数成分を含む垂直方向の高調波を生成する第2の非線形演算処理を行う垂直方向鮮鋭化処理ステップと、を含み、
前記水平方向鮮鋭化処理ステップと、前記垂直方向鮮鋭化処理ステップとを、並列に実行する画像処理方法。 - 請求項20に記載の画像処理方法において、
前記水平方向鮮鋭化処理ステップは、前記第1の非線形演算処理の後にリミッタ処理をさらに含み、
前記垂直方向鮮鋭化処理ステップは、前記第2の非線形演算処理の後にリミッタ処理をさらに含む、画像処理方法。 - 請求項20に記載の画像処理方法において、
前記第2信号を生成するステップは、
前記水平方向鮮鋭化処理ステップの前に、少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向の高周波部分において、入力画像信号の垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去するステップをさらに含み、
前記垂直方向鮮鋭化処理ステップの前に、少なくとも入力画像信号に含まれる垂直方向の高周波部分において、入力画像信号の水平方向の周波数成分の高周波部分を除去するステップをさらに含む、画像処理方法。 - 請求項20に記載の画像処理方法において、
前記第2信号を生成するステップは、
少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向及び垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去するステップをさらに含み、その後に、前記水平方向鮮鋭化処理ステップと前記垂直方向鮮鋭化処理ステップとを並列に実行する画像処理方法。 - 入力画像をアップコンバートするとともに画像を鮮鋭化した出力画像を生成する画像処理装置における画像処理方法であって、
前記入力画像を表す入力画像信号をアップコンバートして画素数が増大した第1信号を生成するステップと、
前記入力画像を表す入力画像信号に含まれる周波数成分より高い周波数成分を生成する非線形演算処理を含む鮮鋭化処理を行い、前記入力画像を鮮鋭化する第2信号を生成するステップと、
前記第1信号と前記第2信号とを加算して、前記出力画像を表す出力画像信号を生成するステップと、を備え、
前記第2信号を生成するステップにおいて、少なくとも一つのフィルタ処理の後に、アップコンバートを行い、その後に前記非線形演算処理を行う画像処理方法において、
前記第1信号を生成するステップは、第1のアップコンバートを行うステップを含み、
前記第2信号を生成するステップは、
水平方向及び垂直方向の周波数成分の少なくとも直流成分を除去し、次いで第2のアップコンバートを行い、その後、入力画像信号に含まれる水平方向及び垂直方向の周波数成分より高い周波数成分を含む水平方向及び垂直方向の高調波を同時に生成する非線形演算処理を行う画像処理方法。 - 請求項24に記載の画像処理方法において、
前記第2信号を生成するステップは、
前記非線形演算処理の後にリミッタ処理をさらに含む、画像処理方法。 - 請求項24に記載の画像処理方法において、
前記第2信号を生成するステップは、
水平方向及び垂直方向の周波数成分の少なくとも直流成分を除去する前に、少なくとも入力画像信号に含まれる水平方向及び垂直方向の周波数成分の高周波部分を除去するステップをさらに含む、画像処理方法。
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