JPH09284606A - 画像エンハンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単に高域成分をゲインアップしていた従来の
画像エンハンサに比較して、例えば小さな小石でも太る
ことなく精細感を向上する。 【解決手段】 画像の輝度信号の高域成分を抽出した後
（２）、中心画素値が正である場合は最大値を、負であ
る場合は最小値を一定領域で検出し（４，１０）、最大
値または最小値と中心画素値の差に対応した成分を抽出
し、中心画素値からこれを減算した信号を中心画素値に
加算して、エンハンスされた高域成分を生成し（６，
８，１０，１４）、これを画像の輝度信号の低域成分
（１２）と合成して（１６）高域強調された画像信号を
得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像エンハンサに
係わり、特にエンハンス処理により画像の精細感を向上
させた画像エンハンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の画像エンハンサでは、高
域成分をゲイン倍して低域成分に加算するエンハンス処
理が行われている。

【０００３】この高域成分をゲイン倍して低域成分に加
算する画像エンハンサでは、図１０に示すように、高域
成分のゲインが増すに伴って、あるレベルにおける高域
信号の幅も広がっていく。その結果として、高域のレベ
ル特性が補償されることにはなるが、高域信号が広がっ
て見かけ上低域化してしまう。すなわち、エンハンスに
よる高域レスポンスは改善し得たとしても、たとえば小
さな小石の輪郭は濃くなる反面、小石の大きさも大きく
なってしまい、エンハンス処理による精細感の向上が十
分に得られないという欠点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の画像
エンハンサでは、精細感を増すために高域成分のゲイン
を上げて高域特性を補償しているが、同時に、あるレベ
ルにおける高域信号の幅も広くなるため、画像としては
輪郭はシャープになる反面、物体は太り、その結果とし
て見かけ上の低域化が生じ、精細感の向上が十分に図れ
ないという欠点がある。

【０００５】よって本発明の目的は、このようなエンハ
ンス処理による高域成分の低域化に対して、高域成分の
エンハンス成分の幅を狭めておくことにより、精細感を
失わずにエンハンスの効果を最大限に発揮できる画像エ
ンハンサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る画像エンハンサは、一定周波数でサ
ンプリングされた画像の輝度信号を入力する低域通過フ
ィルタと、前記輝度信号を入力する高域通過フィルタ
と、該高域通過フィルタの出力信号を入力し、信号極性
を検出する信号極性検出手段と、前記高域通過フィルタ
の出力信号を導入し、前記信号極性検出手段によって信
号極性が検出される信号に対応する画素の一定近傍範囲
に含まれる画素の高域成分の中から、前記信号極性検出
手段の検出結果に応じ、該信号極性が正である場合は最
大値を、該信号極性が負である場合は最小値を検出する
最大値最小値検出手段と、該最大値最小値検出手段の出
力信号と前記高域通過フィルタの出力信号との差に対応
したｄｃシフト信号を生成し、該ｄｃシフト信号を前記
高域通過フィルタ出力信号から減算してスリム化高域信
号を出力するｄｃシフト手段と、該ｄｃシフト手段の出
力信号の極性が前記高域通過フィルタの出力信号の極性
と同極性の場合には、前記スリム化高域信号をそのまま
出力し、同極性でない場合には、前記スリム化高域信号
をゼロレベルに置換して出力するリミッタと、該リミッ
タの出力信号と前記高域通過フィルタの出力信号を加算
して第２の加算手段に出力する第１の加算手段と、該第
１の加算手段の出力信号と前記低域通過フィルタの出力
信号を加算して出力する第２の加算手段とを含むもので
ある。ここで、前記低域通過フィルタおよび前記高域通
過フィルタは、それぞれ画像の水平方向若しくは垂直方
向若しくは斜め方向の１次元ディジタルフィルタ、また
は、２次元ディジタルフィルタとするのが好適である。
また、前記２次元ディジタルフィルタからなる高域通過
フィルタは、画像の水平高域成分および垂直高域成分を
各別に出力する端子を有し、該２つの端子にそれぞれ接
続される２組の、前記信号極性検出手段、前記最大値最
小値検出手段、前記ｄｃシフト手段、前記リミッタおよ
び前記第１の加算手段を備えると共に、該２つの第１の
加算手段の出力信号に対し、平均値処理または予め定め
られた係数により重み付け加算処理を施して画像の斜め
方向の高域強調信号を生成して出力する２次元特性付与
回路が、前記２組の第１の加算手段と前記第２の加算手
段との間に介挿されている構成とするのが好適である。

【０００７】また、前記高域通過フィルタは、前記低域
通過フィルタの入力信号から、前記低域通過フィルタの
出力信号を減算する減算器からなる構成とすることがで
きる。

【０００８】さらに、前記最大値最小値検出手段は、前
記信号極性検出手段によって信号極性が検出される信号
に対応する画素の一定近傍範囲に含まれる画素の高域成
分の中から、最大レベルの信号を検出する最大値検出回
路と、前記信号極性検出手段によって信号極性が検出さ
れる信号に対応する画素の一定近傍範囲に含まれる画素
の高域成分の中から、最小レベルの信号を検出する最小
値検出回路と、前記信号極性検出手段の検出結果に応
じ、該信号極性が正である場合は前記最大値検出回路の
出力信号を、該信号極性が負である場合は前記最小値検
出回路の出力信号を選択する第１の選択回路とを含む構
成とすることができる。

【０００９】ここで、前記最大値最小値検出手段の一定
近傍範囲は、前記信号極性検出手段によって信号極性が
検出される信号に対応する画素を中心とした画像の、水
平方向若しくは垂直方向または斜め方向の１次元の画素
総数が３以上１１以下の範囲、または、２次元の画素総
数が９以上１２１以下の範囲を設定するのが好適であ
る。また、前記ｄｃシフト手段は、前記最大値最小値検
出手段の出力信号から前記高域通過フィルタの出力信号
を減算して出力する第１の減算手段と、該第１の減算手
段の出力信号を、外部から入力される制御信号に基づ
き、線形増減およびオフセット付加してｄｃシフト信号
を生成するｄｃシフト信号可変手段と、前記高域通過フ
ィルタの出力信号から、前記ｄｃシフト信号可変手段に
より生成したｄｃシフト信号を減算してスリム化高域信
号を出力する第２の減算手段とを含む。さらに、前記リ
ミッタは、前記ｄｃシフト手段から出力される前記スリ
ム化高域信号の極性と前記高域通過フィルタの出力信号
の極性とを比較する信号極性比較手段と、該信号極性比
較手段の比較結果に基づいて、同極性の場合には前記ス
リム化高域信号が選択され、同極性でない場合にはグラ
ンドレベルが選択されるよう切り換えて出力する第２の
選択回路とを含む構成とすることができる。

【００１０】上述した通り本発明は、画像の輝度信号の
高域成分を抽出した後、中心画素値が正である場合は最
大値を、負である場合は最小値を一定領域（Ｎ個の近傍
画素を含む領域内）で検出し、最大値または最小値と中
心画素値の差に対応した成分を抽出し、中心画素値から
この対応した成分を減算した信号を中心画素値に加算し
て、エンハンスされた高域成分を生成し、これを画像の
輝度信号の低域成分と合成して高域強調された画像信号
を得るものである。

【００１１】これにより、単に高域成分をゲインアップ
していた従来の画像エンハンサに比較して、例えば小さ
な小石でも太ることなく、精細感を向上することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明するに
先立ち、まず、本発明の原理について説明する。

【００１３】本発明の原理は、ｄｃシフトという非線形
処理（後に詳述する）を用いて、エンハンスする高域成
分の信号幅を狭めることにより、エンハンスによる信号
幅の広がりをなくし、精細感を向上させる点にある。

【００１４】以下、この原理を図面を参照しながら説明
する。

【００１５】画像の高域成分をエンハンスするために、
まずフィルタにより低域成分と高域成分とに分ける。た
とえば小石のような物体があった場合、高域成分は図１
の実線ａのようになる。

【００１６】次に、この高域成分ａを通常のエンハンサ
ではゲイン倍たとえば２倍にしている。図１の破線ｂ
は、通常のエンハンサでエンハンスされた高域成分を示
している。その結果、高域成分のピークレベルは大きく
なり、エンハンスされると同時に、今まで小石と認識さ
れていたレベルｈの信号幅も、図１に示すようにＷ₁ か
らＷ₂ へ広がってしまう。

【００１７】そこで、本発明の実施の一形態では、図２
に示したようなｄｃシフト形エンハンサを提案する。本
図に示す画像エンハンサでは、従来方式と同様にハイパ
スフィルタ２によりエンハンスする高域成分を分ける。
この高域成分に対し、あらかじめ設定された個数の近傍
画素の範囲内で、処理対象とする中心画素の極性に応じ
て、正の場合は最大値を、負の場合は最小値を検出す
る。

【００１８】図３は、この最大値最小値を検出する手段
の構成例を示す。ここで近傍画素の範囲は、１次元で検
出する場合は処理対象画素を中心とした３画素以上の範
囲、２次元で検出する場合は処理対象画素を中心とした
９画素以上の範囲で定める。上限としては、実用上それ
ぞれ１１画素、１２１画素あれば十分である。

【００１９】上記の１次元検出は、水平，垂直，斜め方
向に行うことができる。たとえば、１次元の水平方向近
傍３画素の場合を例にとって説明すれば、図４におい
て、画素（ｘ₁ ，ｙ₁ ），（ｘ₂ ，ｙ₂ ），（ｘ₃ ，ｙ
₃ ）の３画素中から最大値ｙ₃を検出する。ここで、ｘ
は画素の水平位置、ｙは各画素の高域信号レベルを示
す。

【００２０】次に、各中心画素ごとにその極性に応じ
て、正の場合は最大値との差を、負の場合は最小値との
差を算出し、そのｄｃレベルを各画素の信号レベル値か
ら減じてスリム化高域信号を生成する。

【００２１】図４に示した例では、（ｙ₃ −ｙ₂ ）をｙ
₂ から減じてｙ₄ を得ている。ただし、減算した結果の
極性が変わる場合は、図２のリミッタ８によりその値を
ゼロレベルとする。このリミッタ８の構成例を図５に示
す。

【００２２】なお、上記ｄｃレベルに絵柄、ノイズ等に
応じた特性を与えるとより効果的である。たとえば、画
像にノイズが多く含まれている場合は、例えばｄｃシフ
ト量を通常の２倍とすれば、高域成分はより細線化さ
れ、逆極性となって高域成分が無くなる。すなわち、そ
の高域成分がノイズによるものであれば、エンハンスに
よるノイズのエネルギー増加を格段に抑えることが可能
となる。

【００２３】また、ｄｃシフト量にオフセットを与える
ことにより、ｄｃシフト形ノイズリデューサ（“直流加
算型ノイズリデューサの提案とＭＵＳＥデコーダ動画処
理用ノイズリデューサの開発”（テレビジョン学会誌Ｖ
ｏｌ．４８，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１５５３〜１５６４
（１９９４））と同様の原理で、エンハンスによるノイ
ズの増加を防ぐことができる。

【００２４】同様に、絵柄として例えば、平坦部におけ
るエッジの周辺にリンギングがある場合には、これを検
出してｄｃシフト量を増加したり、オフセットを与える
ことにより、エンハンスによるリンギングの増加を防ぐ
ことができる。

【００２５】このようにｄｃシフト信号を可変するｄｃ
シフト手段６の構成例を図６に示す。ただし、図４に示
す高域信号ｃは、オフセット量をゼロとし、単にｄｃレ
ベルを減じてスリム化高域信号を生成した結果を示して
いる。

【００２６】このスリム化高域信号を、図２に示すよう
に、リミッタ８を介して元の高域成分に加えることによ
り、エンハンスすることができる。図４の例ではｙ₄ を
ｙ₂に加算してｙ₅ を得ている。図４のｄに加算した結
果を示す。この場合のエンハンスゲインは、図１の場合
と同様に２倍となる。比較参照のために、図１にｂで示
した成分（従来方式によりエンハンスした高域成分）を
図４にｅとして示す。

【００２７】図４において、ｄとｅを比較すると分かる
ように、ｄのエンハンスした高域成分は、ｅと同じゲイ
ンを持ちながら幅が狭くなっている。すなわち、エンハ
ンスする高域成分の幅を狭くすることができる。このた
め、従来のように小石が大きくなることなくエンハンス
することが可能となる。

【００２８】その他の実施の形態 図２に示した回路には高域通過フィルタ２、低域通過フ
ィルタ１２が別個独立に含まれているが、図７に示すよ
うに低域通過フィルタ７０の入出力の差信号を生成して
低域遮断した信号を出力することにより、高域通過出力
を得てもよい。このようにすることにより、回路規模の
低減化および低域高域の分離合成の精度向上を図ること
ができる。

【００２９】また、上記の説明では、水平の１次元フィ
ルタを用いた低域・高域の分離によるｄｃシフト形エン
ハンサについて説明したが、低域・高域の分離は、水平
フィルタに限らない。垂直フィルタを用いた、垂直のｄ
ｃシフト形エンハンサ、斜めの画素のみを１次元的に用
いた斜めフィルタによる斜めのｄｃシフト形エンハンサ
も、同様に、実現できる。

【００３０】さらに、図８に示すように、２次元フィル
タによる低域・高域分離も可能である。この場合は、２
次元フィルタで分離した高域成分を、水平のｄｃシフト
形エンハンサと垂直のｄｃシフト形エンハンサで並列に
処理し、その結果を平均化し、または、水平と垂直に重
みを加えることにより２次元特性を与える２次元特性付
与回路２０を備えた２次元のｄｃシフト形エンハンサも
実現できる。

【００３１】すなわち、２次元のｄｃシフト形エンハン
サとしては、２次元フィルタによる高域成分の分離後、
１次元同様に処理対象画素を中心とした例えば３×３＝
９画素の近傍画素を用いて最大値または最小値を検出
し、ｄｃシフトによる細線化を行う一般的な２次元エン
ハンサの他に、２次元の処理を水平の１次元のｄｃシフ
トによる細線化と垂直の１次元のｄｃシフトによる細線
化とを独立に行い、両者をｎ：（ｎ−１）（０≦ｎ≦
１）の合成比となるよう再合成して２次元特性を任意に
制御可能とした２次元エンハンサも実現できる。

【００３２】より具体的には、図９の（Ａ）に示した高
域成分を持つ画像を、水平３画素の範囲で図４のｄと同
様の手法によりｄｃシフト形エンハンス処理した結果の
例を図９の（Ｂ）に示す。また、範囲を垂直３画素、一
般的な２次元９画素にした場合の処理結果の例を、それ
ぞれ、図９の（Ｃ），（Ｄ）に示す。

【００３３】さらに、２次元の処理を水平と垂直に分け
て行い、１：１の合成比で再合成した２次元エンハンサ
の処理結果の例を図９の（Ｅ）に示す。この図９の
（Ｅ）では、図９の（Ｂ），（Ｃ）と異なり図９の
（Ａ）の斜め方向の高域成分が対称性を損うことなくエ
ンハンス処理されていることがわかる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、本発
明特有のｄｃシフト形エンハンス方式を採ることによ
り、エンハンスに起因して高域信号の幅が太くなること
が軽減され、エンハンスによる精細感の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の画像エンハンサの動作に基づいて、本発
明の原理を説明するために用いる参照図である。

【図２】本発明を適用したｄｃシフト形エンハンサの構
成例を示すブロック図である。

【図３】図２に示した最大値最小値検出手段の一例を示
す図である。

【図４】図２の動作を示す説明図である。

【図５】図２に示したリミッタの一例を示す図である。

【図６】図２に示したｄｃシフト手段の一例を示す図で
ある。

【図７】高域通過フィルタを用いることなく高域通過出
力および低域出力を得るための構成例を示す図である。

【図８】その他の実施の形態による画像エンハンサの構
成例を示すブロック図である。

【図９】図８の動作を示す説明図である。

【図１０】一般的な画像エンハンサの動作原理を示す説
明図である。

【符号の説明】

２ 高域通過フィルタ（ＨＰＦ） ４ 最大値最小値検出手段 ６ ｄｃシフト手段 ８ リミッタ １０ 信号極性検出手段 １２ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定周波数でサンプリングされた画像の
   輝度信号を入力する低域通過フィルタと、 前記輝度信号を入力する高域通過フィルタと、 該高域通過フィルタの出力信号を入力し、信号極性を検
   出する信号極性検出手段と、 前記高域通過フィルタの出力信号を導入し、前記信号極
   性検出手段によって信号極性が検出される信号に対応す
   る画素の一定近傍範囲に含まれる画素の高域成分の中か
   ら、前記信号極性検出手段の検出結果に応じ、該信号極
   性が正である場合は最大値を、該信号極性が負である場
   合は最小値を検出する最大値最小値検出手段と、 該最大値最小値検出手段の出力信号と前記高域通過フィ
   ルタの出力信号との差に対応したｄｃシフト信号を生成
   し、該ｄｃシフト信号を前記高域通過フィルタ出力信号
   から減算してスリム化高域信号を出力するｄｃシフト手
   段と、 該ｄｃシフト手段の出力信号の極性が前記高域通過フィ
   ルタの出力信号の極性と同極性の場合には、前記スリム
   化高域信号をそのまま出力し、同極性でない場合には、
   前記スリム化高域信号をゼロレベルに置換して出力する
   リミッタと、 該リミッタの出力信号と前記高域通過フィルタの出力信
   号を加算して第２の加算手段に出力する第１の加算手段
   と、 該第１の加算手段の出力信号と前記低域通過フィルタの
   出力信号を加算して出力する第２の加算手段とを含むこ
   とを特徴とする画像エンハンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像エンハンサにおい
   て、 前記低域通過フィルタおよび前記高域通過フィルタは、 それぞれ画像の水平方向若しくは垂直方向若しくは斜め
   方向の１次元ディジタルフィルタ、または、２次元ディ
   ジタルフィルタであることを特徴とする画像エンハン
   サ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の画像エンハンサにおい
   て、 前記２次元ディジタルフィルタからなる高域通過フィル
   タは、画像の水平高域成分および垂直高域成分を各別に
   出力する端子を有し、 該２つの端子にそれぞれ接続される２組の、前記信号極
   性検出手段、前記最大値最小値検出手段、前記ｄｃシフ
   ト手段、前記リミッタおよび前記第１の加算手段を備え
   ると共に、 該２つの第１の加算手段の出力信号に対し、平均値処理
   または予め定められた係数により重み付け加算処理を施
   して画像の斜め方向の高域強調信号を生成して出力する
   ２次元特性付与回路が、前記２組の第１の加算手段と前
   記第２の加算手段との間に介挿されていることを特徴と
   する画像エンハンサ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３記載の画像エンハンサ
   において、 前記高域通過フィルタは、 前記低域通過フィルタの入力信号から、前記低域通過フ
   ィルタの出力信号を減算する減算器からなることを特徴
   とする画像エンハンサ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４記載の画像エンハンサ
   において、 前記最大値最小値検出手段は、 前記信号極性検出手段によって信号極性が検出される信
   号に対応する画素の一定近傍範囲に含まれる画素の高域
   成分の中から、最大レベルの信号を検出する最大値検出
   回路と、 前記信号極性検出手段によって信号極性が検出される信
   号に対応する画素の一定近傍範囲に含まれる画素の高域
   成分の中から、最小レベルの信号を検出する最小値検出
   回路と、 前記信号極性検出手段の検出結果に応じ、該信号極性が
   正である場合は前記最大値検出回路の出力信号を、該信
   号極性が負である場合は前記最小値検出回路の出力信号
   を選択する第１の選択回路とを含むことを特徴とする画
   像エンハンサ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５記載の画像エンハンサ
   において、 前記最大値最小値検出手段の一定近傍範囲は、 前記信号極性検出手段によって信号極性が検出される信
   号に対応する画素を中心とした画像の、水平方向若しく
   は垂直方向または斜め方向の１次元の画素総数が３以上
   １１以下の範囲、または、２次元の画素総数が９以上１
   ２１以下の範囲であることを特徴とする画像エンハン
   サ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６記載の画像エンハンサ
   において、 前記ｄｃシフト手段は、 前記最大値最小値検出手段の出力信号から前記高域通過
   フィルタの出力信号を減算して出力する第１の減算手段
   と、 該第１の減算手段の出力信号を、外部から入力される制
   御信号に基づき、線形増減およびオフセット付加してｄ
   ｃシフト信号を生成するｄｃシフト信号可変手段と、 前記高域通過フィルタの出力信号から、前記ｄｃシフト
   信号可変手段により生成したｄｃシフト信号を減算して
   スリム化高域信号を出力する第２の減算手段とを含むこ
   とを特徴とする画像エンハンサ。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７記載の画像エンハンサ
   において、 前記リミッタは、 前記ｄｃシフト手段から出力される前記スリム化高域信
   号の極性と前記高域通過フィルタの出力信号の極性とを
   比較する信号極性比較手段と、 該信号極性比較手段の比較結果に基づいて、同極性の場
   合には前記スリム化高域信号が選択され、同極性でない
   場合にはグランドレベルが選択されるよう切り換えて出
   力する第２の選択回路とを含むことを特徴とする画像エ
   ンハンサ。