JPH0236675A - 画像強調方法及び回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボットの目・やファクトリ・オートメーショ
ン用監視カメラなどからの信号から鮮明な画像信号を抽
出するための画像強調方法及び回路に関する。

〔従来の技術〕

従来、不鮮明画像から鮮明な画像を得る方法として、プ
ロシーディングズ　オブ　アイシーエイニスエスピー（
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＩＣＡＳＳＰ）１９８
１年の１１１７頁より１１２０頁記載の方法が知られて
いる。この方法は画像が不鮮明なる理由が、第２図（ａ
）に示すようにインテンシテイの極端に弱い部分もしく
は強い部分において映写機のグイナミソクレンジの制約
から画像の細かい変動信号が十分に記録されないまま画
像信号として出力される点に有るとして、好ましい処理
は第２図（ｂ）に示すようにインテンシテイの極端に弱
い部分や強い部分は各々大きくもしくは小さくし、その
分、綱かい変動信号を増強するようにしている。

第３図は以上の方法を実現する従来の画像強調回路の構
成図であり、端子１から入力された画像信号は低域空間
フィルタ２に入力され、低域空間フィルタ２により平均
的局部インテンシテイ信号が出力される。一方、端子１
より入力された画像信号は減算器３に入力され、減算器
３において低域空間フィルタ２からの平均的局部インテ
ンシテイ信号が除去され、画像の細部信号のみが得られ
る。この画像の細部信号を強調すべく、平均的局部イン
テンシテイ信号は非線形な重み付けを行う第１の変換回
路７を介して乗算器８に伝えられる。

つまり第１の変換回路７は平均的局部インテンシテイ信
号が極端に弱い部分もしくは強い部分における画像の細
部信号のみを選択的に増幅すべく大きな値を出力するよ
うになっている。また、このように画像の細部信号を強
調して平均的局部インテンシテイ信号に加えると画像の
グイナミソクレンジの範囲を超える可能性があるため、
第２の変換回路１０により平均的局部インテンシテイ信
号を修正し、修正された平均的局部インテンシテイと乗
算器８の出力である強調された画像の細部信号を加算器
１１で加えあわせ、出力端子１２から出力する。この結
果、インテンシテイの適切な部分はそのまま、また、イ
ンテンシテイの強すぎたり弱すぎたりする部分は調整を
加えられて出力でき、画像強調が行えることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来技術では、インテンシテイが適切な
部分はなるべくそのままにしておきたいことと、増幅す
べき細部信号が存在する平均的局部インテンシテイ信号
のレヘルが入力画像に依存することの２点より、変換回
路７，１０の最適な特性は入力画像毎に異なると共に、
非線形な特性を持たせない限り良い結果が得られない。

このため、写真などの静止画を処理する場合には慎重に
変換回路７，１０の特性を定めなければならず、さらに
、テレビカメラからの信号を実時間で処理するには不都
合であった。

本発明の目的は入力画像の特性に応じて変換回路の最適
な特性を定め得る画像強調方法及び回路を捉供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の画像強調方法は、入力画像信号に対して低域空
間周波数ろ波を行うことにより低域信号を求め、前記入
力画像信号より前記低域信号を除去して開城信号を求め
、前記低域信号に応じて前記高域信号を増幅し、前記低
域信号の振幅の小さい成分は増幅し振幅の大きい成分は
減衰させる振幅変換を行うことにより振幅の幅を減少さ
せ、前記増幅された高域信号と振幅変換された低域信号
とを加えることにより強調画像を得る画像強調方法にお
いて、 前記高域信号の振幅が定められた範囲に有る画素の低域
信号の振幅のヒストグラムを求め、前記振幅のヒストグ
ラムを平滑化し重み付けを行い、前記平滑化され重み付
けされた振幅のヒストグラムにより増幅関数を決定して
前記低域信号に応じた高域信号の増幅を行い、前記低域
空間フィルタの出力区間を分割し、まず前記出力区間の
最小レベルにおける振幅変換関数値を定めてから、最大
振幅値と各分割区間の区間開始点における振幅変換関数
値との差と、前記区間開始点における前記増幅関数の値
との比に基づいて各分割区間に対する振幅変換関数の傾
きを逐次求めることにより低域信号の振幅変換関数を求
めることを特徴とする。

本発明の画像強調装置は、 入力画像信号に低域空間周波数ろ波を行う低域空間フィ
ルタと、前記入力画像信号より前記低域空間フィルタの
出力を除去し高域信号を得る減算器と、前記低域空間フ
ィルタの出力に応じて前記高域信号を増幅する増幅係数
を出力する第１の変換回路と、前記減算器の出力と前記
第１の変換回路の出力との乗算を行う乗算器と、前記低
域空間フィルタの出力に対し、振幅の小さい成分は増幅
し振幅の大きい成分は減衰させることにより振幅の幅を
減少させる第２の変換回路と、この第２の変換回路の出
力と前記乗算器の出力とを加える加算器とからなる画像
強調回路において、前記高域信号の振幅が定められた範
囲に有る画素の低域空間フィルタの出力を選択する条件
付選択回路と、 この条件付選択回路によって選択された信号の振幅のヒ
ストグラムを求めるヒストグラム計算回路と、 このヒストグラム計算回路によって得られた振幅のヒス
トグラムを平滑化し重み付けを行って前記第１の変換回
路に対する増幅関数を供給する平滑化重み付け回路と、 この平滑化重み付け回路が供給する増幅関数に基づいて
前記第２の変換回路に対する振幅変換関数を供給する振
幅変換関数計算回路とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の原理は細部信号を増幅することにより画像を鮮
明にすることができる部分の画素の平均的局部インテン
シテイのヒストグラムを求め、これを平滑化しさらに人
間の平均的局部インテンシテイに対する視覚特性を考慮
した補正を施すことにより入力画像に適した細部信号の
増幅回路の最適な特性を求め、さらに振幅変換回路にお
ける平均的局部インテンシテイの修正量を増幅回路の特
性に基づいて求めることにある。具体的には、各々の画
素の細部信号が微小雑音信号振幅レベル以上あるいは既
に鮮明に見えると判断される振幅レベル以下である場合
を検出して増幅すべき細部信号とし、増幅すべき細部信
号であると判定された画素の平均的局部インテンシテイ
の全画面に対するヒストグラムを求める。

作成されたヒストグラムは増幅すべき高域信号が集中す
る平均的局部インテンシテイに対しては大きな値をとる
ため、入力画像信号の高域信号に対し平均的局部インテ
ンシテイに対応するヒストグラムの値に比例した値を増
幅係数として乗することにより、増幅すべき細部信号に
対して必要な増幅を行うことができる。

また、求められるヒストグラムは局・所的に見ると平均
的局部インテンシテイのレベルの小さな変動に対して大
きく値が変動する可能性が有り、これにより画質が劣化
するため、ヒストグラムの平滑化を行う。さらに人間の
平均的局部インテンシテイに対する視覚特性として、平
均的局部インテンシテイのレベルが極端に低いときは細
部信号に対する検知能力が落ちるため、平滑化されたヒ
ストグラムに対して重み付けを行って平均的局部インテ
ンシテイの極端に低いレベルをより大きく強調すること
により平均的局部インテンシテイのすべてのレベルにわ
たる画像の鮮明化を実現することができる。

一方、増幅すべき高域信号が集中する平均的局部インテ
ンシテイのレベルが高い場合は、細部信号の強調を行っ
ても周辺の領域の明るさに埋没してしまうため細部信号
を鮮明に見ることができない。そのため、増幅すべき高
域信号が集中する平均的局部インテンシテイのレベルが
高い場合は、振幅変換回路において平均的局部インテン
シテイ信号を十分減衰させる必要がある。振幅変換回路
における振幅変換関数は単調増加関数であるので、関数
の傾きを一定範囲内で制御することにより必要な関数を
求めることができる。そこで、第４図に示すように振幅
変換関数を折れ線間数として求めるために定義域である
低域空間フィルタの出力区間を分割し、まず低域空間フ
ィルタの出力の最小レベルである出力区間全体の開始点
における振幅変換関数値を定める。次に各区間における
関数形を一次関数として求めるために次のようにして傾
きを求める。各区間の傾きは、最大振幅値と各区間の開
始点における振幅変換関数値との差分値が小さく更に対
応する増幅関数の値が大きいとき、十分小さい値になら
なければならない。そこで最大振幅値と各区間の開始点
における振幅変換関数値との差分値と増加関数の値との
比によって傾きを決める。このとき傾きは正であるとす
る。以」二により増幅すべき高域信号が集中する平均的
局部インテンシテイのレベルが高い場合は、振幅変換回
路において平均的局部インテンシテイ信号を十分減衰さ
せることができる振幅変換関数を単調増加関数として求
めることができる。

〔実施例〕 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の画像強調方法を実現する回路の一実施
例であり、入力端子ｌ、低域空間フィルタ２、減算器３
、条件付選択回路４、ヒストグラム計算回路５、平滑化
重み付け回路６、第１の変換回路７、乗算器８、振幅変
換関数計算回路９、第２の変換回路１０、加算器１１、
出力端子１２から構成されている。

低域空間フィルタ２は入力端子１から入力された画像信
号に対し低域空間周波数ろ波を行うもので、昭和６０年
度電子通信学会情報システム部門全国大会講演番号１６
８記載の第１図に示すものが利用できる。

減算器３は入力端子１から入力された画像信号から低域
空間フィルタ２の出力を除去して入力画像の細部信号を
出力する。

条件付選択回路４は減算器３の出力する細部信号の振幅
があらかじめ定められた微小雑音信号振幅レベル以上で
あると同時に既に鮮明に見えると判断されるあらかじめ
定められた振幅レベル以下であるかを判定し、上記条件
を満たす画素に対する低域空間フィルタ２の出力を選択
出力する。

ヒストグラム計算回路５は条件付選択回路４で選択され
た画素に対する振幅のヒストグラムを計算する。

平滑化重み付け回路６はヒストグラム計算回路５で求め
たヒストグラムに対し移動平均をとることにより平滑化
を行い、さらに平滑化されたヒストグラムに対し振幅レ
ベルの小さな成分がより大きくなるような重み付けを行
う。

第１の変換回路７は平滑化重み付け回路６により求めら
れたヒストグラムにより低域空間フィルタ２の出力に応
じた細部信号の増幅係数を出力する。

乗算器８は減算器３の出力する細部信号と第１の変換回
路７で求められた増幅係数との乗算を行う。

振幅変換関数計算回路９は低域空間フィルタの出力区間
をＮ等分し、Ｏレベルから始まる第１の区間では第１の
区間開始点に対する振幅変換値を、最大振幅値／４に設
定する。次に、を計算する。（１）式の値に対して４つ
の闇値を設定し、（１）式の値が最大閾値以上の場合は
傾きの値を０．５　、（１１式の値が最大閾値と２番目
に大きい闇値の間にある場合は傾きの値を０．４、（１
）式の値が２番目に大きい闇値と３番目に大きい闇値の
間にある場合は傾きの値を０．３、（１）式の値が３番
目に大きい闇値と４番目に大きい闇値の間にある場合は
傾きの値を０．２、（１）式の値が４番目に大きい闇値
より小さい場合は傾きの値を０．１とする。以上のよう
にして第１の区間に対する関数が定まり、第２の区間の
開始点における振幅変換値が定まる。

２番目以降の区間に対する振幅変換関数も第１の区間の
場合と同様にして求まる。

第２の変換回路１０は低域空間フィルタ２の出力に対し
その振幅に対応する振幅変換関数計算回路９で求められ
た変換値を出力する。

加算器１１は乗算器８の出力と第２の変換回路１０の出
力との加算を行う。

出力端子１２は加算器１１による加算結果を出力する。

本実施例では低域空間フィルタ２により入力画像信号に
対する平均的局部インテンシテイ信号を求め、さらにこ
れを減算器３により入力画像信号から減することにより
入力画像の細部信号を求める。つぎに入力画像に応じた
高域信号に対する増幅特性を求めるため、まず条件付選
択回路４により減算器３で求められた細部信号から増幅
すべき画素を選択し、ヒストグラム計算回路５により選
択された画素の平均的局部インテンシテイのヒストグラ
ムを求める。さらに、これを平滑化重み付け回路６によ
りヒストグラムの平滑化及び人間の視覚特性を補償する
重み付けを行って平均的局部インテンシテイ信号に対す
る細部信号の増幅関数を求める。つぎに第１の変換回路
７により平均的局部インテンシテイ信号に対する細部信
号の増幅係数を求め、これにより細部信号を乗算器７を
用いて増幅する。一方、平滑化重み付け回路６により求
められた増幅関数を用いて振幅変換関数計算回路９にお
いて振幅変換関数を求め、これを用いて第２の変換回路
１０により低域空間フィルタ２の出力において振幅の小
さい成分は増幅し、振幅の大きい成分は減衰させること
により振幅の幅を減少させる。最後に加算器１１により
、増幅された細部信号と振幅の幅を減少させた平均的局
部インテンシテイ信号との加算を行うことにより、出力
端子１２より入力画像をグイナミソクレンジを増加させ
ずに鮮明化した画像を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に従えば入力画像の性質に
応じて適応的に細部信号を強調させることが可能となり
入力画像を鮮明化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、 第２図は従来の方法の原理を示す図、 第３図は従来の画像強調回路の一例を示す図、第４図は
本発明の詳細な説明に供する図である。 １・・・・・入力端子 ２・・・・・低域空間フィルタ ３・・・・・減算器 ４・・・・・条件付選択回路 ５・・・・・ヒストグラム計算回路 ６・・・・・平滑化重み付け回路 ７・・・・・第１の変換回路 ８・・・・・乗算器 ９　・ １０・ １１・ １２・ 振幅変換関数計算回路 第２の変換回路 加算器 出力端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力画像信号に対して低域空間周波数ろ波を行う
   ことにより低域信号を求め、前記入力画像信号より前記
   低域信号を除去して高域信号を求め、前記低域信号に応
   じて前記高域信号を増幅し、前記低域信号の振幅の小さ
   い成分は増幅し振幅の大きい成分は減衰させる振幅変換
   を行うことにより振幅の幅を減少させ、前記増幅された
   高域信号と振幅変換された低域信号とを加えることによ
   り強調画像を得る画像強調方法において、 前記高域信号の振幅が定められた範囲に有る画素の低域
   信号の振幅のヒストグラムを求め、前記振幅のヒストグ
   ラムを平滑化し重み付けを行い、前記平滑化され重み付
   けされた振幅のヒストグラムにより増幅関数を決定して
   前記低域信号に応じた高域信号の増幅を行い、前記低域
   空間フィルタの出力区間を分割し、まず前記出力区間の
   最小レベルにおける振幅変換関数値を定めてから、最大
   振幅値と各分割区間の区間開始点における振幅変換関数
   値との差と、前記区間開始点における前記増幅関数の値
   との比に基づいて各分割区間に対する振幅変換関数の傾
   きを逐次求めることにより低域信号の振幅変換関数を求
   めることを特徴とする画像強調方法。
2. （２）入力画像信号に低域空間周波数ろ波を行う低域空
   間フィルタと、前記入力画像信号より前記低域空間フィ
   ルタの出力を除去し高域信号を得る減算器と、前記低域
   空間フィルタの出力に応じて前記高域信号を増幅する増
   幅係数を出力する第１の変換回路と、前記減算器の出力
   と前記第１の変換回路の出力との乗算を行う乗算器と、
   前記低域空間フィルタの出力に対し、振幅の小さい成分
   は増幅し振幅の大きい成分は減衰させることにより振幅
   の幅を減少させる第２の変換回路と、この第２の変換回
   路の出力と前記乗算器の出力とを加える加算器とからな
   る画像強調回路において、前記高域信号の振幅が定めら
   れた範囲に有る画素の低域空間フィルタの出力を選択す
   る条件付選択回路と、 この条件付選択回路によって選択された信号の振幅のヒ
   ストグラムを求めるヒストグラム計算回路と、 このヒストグラム計算回路によって得られた振幅のヒス
   トグラムを平滑化し重み付けを行って前記第１の変換回
   路に対する増幅関数を供給する平滑化重み付け回路と、 この平滑化重み付け回路が供給する増幅関数に基づいて
   前記第２の変換回路に対する振幅変換関数を供給する振
   幅変換関数計算回路とを備えることを特徴とする画像強
   調回路。