JPWO2011158419A1 - 解像度判定装置、画像処理装置、及び画像表示装置 - Google Patents

解像度判定装置、画像処理装置、及び画像表示装置 Download PDF

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Abstract

入力画像が、比較的解像度が低い画像がアップコンバートされて得られた画像であるか否かを、１フレームの画像に基づいて判定する。解像度判定装置であって、入力画像に含まれる複数の画素のそれぞれについて、画素の輝度とこれに隣接する画素の輝度とに基づいてエッジ強度を求めるエッジ強度計算部と、前記入力画像が所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを前記エッジ強度の度数分布に基づいて判定し、判定結果を出力する解像度判定部とを有する。

Description

本開示は、画像を高解像度化するための技術に関する。
近年、テレビ受像器等の画像表示装置では、ＨＤ（high definition）画像を表示することが一般的になってきており、例えばデジタル放送では、多くの場合、ＨＤ画像信号が送信されている。ＨＤ画像の中には、従来から用いられているＳＤ（standard definition）画像をＨＤ画像の画素数を持つようにアップコンバートした画像が含まれている場合がある。このような画像を高解像度化するための技術が、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００９−０１５０２５号公報
機器が自らアップコンバートをする場合には、元の画像の解像度がわかっているので、アップコンバート後の画像に対して高解像度化するための処理を適切に行うことができる。しかし、既にアップコンバートされた画像を受信する場合には、元の画像の解像度の情報は受信されないという問題がある。また、特許文献１では、アップコンバート後の画像を高解像度化するが、複数のフレームの画像を使用しないと処理することができない。
本発明は、入力画像が、ＳＤ画像のように比較的解像度が低い画像がアップコンバートされて得られた画像であるか否かを、１フレームの画像に基づいて判定することを目的とする。
本発明の実施形態による解像度判定装置は、入力画像に含まれる複数の画素のそれぞれについて、画素の輝度とこれに隣接する画素の輝度とに基づいてエッジ強度を求めるエッジ強度計算部と、前記入力画像が所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを前記エッジ強度の度数分布に基づいて判定し、判定結果を出力する解像度判定部とを有する。
本発明の実施形態による画像処理装置は、入力画像に含まれる複数の画素のそれぞれについて、画素の輝度とこれに隣接する画素の輝度とに基づいてエッジ強度を求めるエッジ強度計算部と、前記入力画像が所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを前記エッジ強度の度数分布に基づいて判定し、判定結果を出力する解像度判定部と、前記解像度判定部による前記判定結果に基づいて、前記入力画像に高解像度化処理を行って出力する高解像度化処理部とを有する。
本発明の実施形態による画像表示装置は、前記画像処理装置と、前記画像処理装置で高解像度化処理された画像を表示する表示器とを有する。
本発明の実施形態によれば、入力画像が所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを知ることができる。したがって、画像の元の解像度に応じて適切な高解像度化処理を行うことができ、特に、ＳＤ画像のように比較的解像度が低い画像がアップコンバートされて得られた画像を高画質化することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、入力画像における画素の配置の例を示す説明図である。 図３は、入力画像ＶＩにおけるエッジ強度の度数分布の例を示すグラフである。 図４は、図３に対応するヒストグラムである。 図５（ａ）は、図１の補正係数生成部における入力値ＦＴと出力値ＣＦ１との間の関係の例を示すグラフである。図５（ｂ）は、入力値ＦＴと出力値ＣＦ１との間の関係の他の例を示すグラフである。 図６（ａ）は、入力画像ＶＩのエッジにおける輝度の例を示す図である。図６（ｂ）は、図１の高域成分抽出部の出力における図６（ａ）に対応する輝度を示す図である。図６（ｃ）は、図１の加算器の出力における図６（ａ）に対応する輝度を示す図である。図６（ｄ）は、図１のリミッタの出力における図６（ａ）に対応する輝度を示す図である。 図７は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の他の構成例を示すブロック図である。 図８は、図７の解像度判定部における処理を模式的に示す図である。 図９は、図１及び図７のエッジ強度計算部においてエッジ強度が求められる画素及びその周辺の画素を示す説明図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の他の構成例を示すブロック図である。 図１１（ａ）は、図１０の輝度分布計算部が求める輝度分布値ＰＤＩの例を示す図である。図１１（ｂ）は、図１０の輝度分布計算部が求める輝度分布値ＰＤＩの他の例を示す図である。 図１２は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の他の構成例を示すブロック図である。 図１３（ａ）は、エッジ強度が求められるべき領域の例を示す図である。図１３（ｂ）は、エッジ強度が求められるべき領域の他の例を示す図である。 図１４は、図１２の重み付きエッジ強度計算部においてエッジ強度が求められる画素及びその周辺の画素を示す説明図である。 図１５（ａ）は、入力画像ＶＩにおけるエッジ強度の度数分布の例を示すヒストグラムである。図１５（ｂ）は、入力画像ＶＩにおけるエッジ強度の度数分布の他の例を示すヒストグラムである。 図１６（ａ）は、図１５（ａ）の場合における図１２の比較部の閾値の例を示す図である。図１６（ｂ）は、図１５（ｂ）の場合における図１２の比較部の閾値の例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において下２桁が同じ参照番号で示された構成要素は、互いに対応しており、同一の又は類似の構成要素である。
図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示すブロック図である。図１の画像表示装置は、画像処理装置１００と、表示器６２とを有する。画像処理装置１００は、エッジ強度計算部１２と、解像度判定部２０と、高解像度化処理部４０とを有する。エッジ強度計算部１２と、解像度判定部２０とは、解像度判定装置として動作する。
解像度判定部２０は、カウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…と、セレクタ２４と、フィルタ２６と、補正係数生成部２８とを有する。高解像度化処理部４０は、高域成分抽出部４２と、乗算器４４と、加算器４６と、特徴量抽出部４８と、リミッタ５２とを有する。
入力画像ＶＩは、ＨＤ画像（例えば１０８０ｐ：有効走査線数が１０８０のプログレッシブ画像）である。ただし、入力画像ＶＩは、元からＨＤ画像である場合もあるし、元のＳＤ画像（例えば４８０ｐ）がアップコンバートされて得られたＨＤ画像である場合もある。アップコンバートとは、比較的解像度が低い画像（例えばＳＤ画像）を、より画素数の多い画像（例えばＨＤ画像）と同じ画素数を有するように変換することをいう。
図２は、入力画像ＶＩにおける画素の配置の例を示す説明図である。エッジ強度計算部１２は、入力画像ＶＩのある画素の輝度とこれに隣接する画素の輝度との差に基づいてエッジ強度を求め、カウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…に出力する。エッジ強度計算部１２は、例えば、図２の輝度ＹＮの画素について、輝度ＹＮとその右隣の画素の輝度ＹＮ＋１との差の絶対値、すなわち、｜ＹＮ＋１−ＹＮ｜をエッジ強度ＥＧとして求める。エッジ強度計算部１２は、入力画像ＶＩに含まれる複数の画素のそれぞれについて、例えば入力画像ＶＩの１フレームの全画素について、同様にエッジ強度ＥＧを求め、順に出力する。
解像度判定部２０は、入力画像ＶＩが所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを、エッジ強度ＥＧの度数分布（言い換えると、各エッジ強度についての、エッジ強度とそれに該当する画素の数との関係）に基づいて判定し、判定結果を出力する。以下では例として、入力画像ＶＩがＳＤ画像以下の解像度の画像がアップコンバートされた画像であるか否かを、解像度判定部２０が判定する場合について説明する。
図３は、入力画像ＶＩにおけるエッジ強度の度数分布の例を示すグラフである。図３に示されているように、元からＨＤ画像である画像（ＨＤ）と、元のＳＤ画像がアップコンバートされて得られた画像（ＳＤ）とでは、エッジ強度ＥＧの度数分布が異なっている。例えばエッジ強度ＥＧが１１〜２０の範囲内では、元からＨＤ画像である画像の方が該当する画素の数ＮＰが多い。
カウンタ２２Ａは、そのエッジ強度ＥＧが予め定められた範囲内にある画素の数をカウントし、カウント値ＣＴＡをセレクタ２４に出力する。カウンタ２２Ｂ，…も同様に、そのエッジ強度ＥＧが各カウンタについて予め定められた範囲内にある画素の数をカウントし、カウント値ＣＴＢ，…をセレクタ２４に出力する。ここでは例として、カウンタ２２Ａは、エッジ強度ＥＧが１１〜２０の範囲内にある画素の数をカウントし、カウンタ２２Ｂは、エッジ強度ＥＧが２１〜３０の範囲内にある画素の数をカウントする。解像度判定部２０は、より多くのカウンタを有していてもよく、これらのカウンタは、エッジ強度ＥＧがより大きな所定の範囲内にある画素の数をそれぞれカウントする。
各カウンタのカウント対象となる画素のエッジ強度ＥＧの範囲は、画素の値の取り得る範囲を考慮して設定すればよい。例えば、エッジ強度ＥＧの値１２８〜１０２３の範囲を８等分した場合に、これらの分割された範囲に該当する画素の数をそれぞれカウントする８個のカウンタを、解像度判定部２０が有してもよい。
図４は、図３に対応するヒストグラムである。図４では、例えば図３のＨＤについて、エッジ強度ＥＧの区間毎に画素の数ＮＰが示されている。左から順に、エッジ強度ＥＧが１１〜２０の範囲の画素の数（カウント値ＣＴＡ）、エッジ強度ＥＧが２１〜３０の範囲の画素の数（カウント値ＣＴＢ）、エッジ強度ＥＧが３１〜４０の範囲の画素の数（カウント値ＣＴＣ）等について画素の数ＮＰが示されている。
セレクタ２４は、解像度判定部２０の外部から入力されたパラメータＰＳに基づいて、カウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…のいずれかから出力された１つのカウント値を選択し、カウント値ＣＴとしてフィルタ２６に出力する。ここでは簡単のため、パラメータＰＳは一定であって、セレクタ２４は、カウンタ２２Ａを選択するものとする。
フィルタ２６は、セレクタ２４で選択されたカウント値を時間軸方向で平滑化し、平滑化されたカウント値ＦＴを補正係数生成部２８に出力する。フィルタ２６の入力をＳ１（ｎ）、出力をＳ２（ｎ）とすると、
Ｓ２（ｎ）＝αＳ１（ｎ）＋（１−α）Ｓ２（ｎ−１）
の関係がある（αは実数係数、ｎは自然数、（ｎ）はｎ番目の画素についての信号であることを示す）。フィルタ２６は、例えばＩＩＲ（infinite impulse response）フィルタであるが、これに代えて、入力値を時間軸方向で平滑化する他のフィルタを用いるようにしてもよい。この点は、以下で説明する他のフィルタについても同様である。
図５（ａ）は、図１の補正係数生成部２８における入力値ＦＴと出力値ＣＦ１との間の関係の例を示すグラフである。補正係数生成部２８は、例えば図５（ａ）の関係に従って、カウント値ＦＴに基づいて補正係数ＣＦ１を生成し、これを判定結果として乗算器４４に出力する。この場合、補正係数ＣＦ１が１より大きいときには、入力画像ＶＩはＳＤ画像以下の解像度の画像がアップコンバートされた画像であり、補正係数ＣＦ１が１以下であるときには、入力画像ＶＩはＳＤ画像より高い解像度の画像に基づいた画像であると判定されたことを示している。
図５（ｂ）は、入力値ＦＴと出力値ＣＦ１との間の関係の他の例を示すグラフである。補正係数生成部２８は、図５（ａ）のグラフに代えて図５（ｂ）のグラフの関係を用いてもよい。
高解像度化処理部４０は、補正係数ＣＦ１に基づいて、入力画像ＶＩに高解像度化処理を行って、処理後の画像ＶＰを表示器６２に出力する。高解像度化処理は、例えばエッジ強調処理であり、以下のように行われる。
図６（ａ）は、入力画像ＶＩのエッジにおける輝度の例を示す図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）においては、横軸は画素の位置、縦軸は輝度を示す。図６（ｂ）は、図１の高域成分抽出部４２の出力における図６（ａ）に対応する輝度を示す図である。図６（ｃ）は、図１の加算器４６の出力における図６（ａ）に対応する輝度を示す図である。図６（ｄ）は、図１のリミッタ５２の出力における図６（ａ）に対応する輝度を示す図である。
高域成分抽出部４２は、入力画像ＶＩから高域成分を抽出し、出力する。高域成分抽出部４２は、例えば、輝度ＹＮの画素に関して、−ＹＮ−１＋２ＹＮ−ＹＮ＋１を出力する。高域成分抽出部４２の出力における輝度は、図６（ｂ）のようになる。乗算器４４は、高域成分抽出部４２の出力に補正係数ＣＦ１を乗算して、加算器４６に出力する。加算器４６は、入力画像ＶＩに乗算器４４の出力を加算して出力する。加算器４６の出力における輝度は、図６（ｃ）のようになる。
特徴量抽出部４８は、輝度ＹＮの画素に関して特徴量を求めて出力する。特徴量抽出部４８は、例えば、輝度ＹＮの画素及びこれに隣接する８個の画素のうち、最大の輝度ＬＭＡＸと最小の輝度ＬＭＩＮとを特徴量として求める。リミッタ５２は、以上の高解像度化処理によって得られた画像の輝度を、入力画像ＶＩに基づいて求められた範囲の値に制限して出力する。具体的には、リミッタ５２は、加算器４６の出力のうち、輝度ＬＭＡＸを越える部分を輝度ＬＭＡＸにし、輝度ＬＭＩＮを下回る部分を輝度ＬＭＩＮにして出力する。リミッタ５２から出力される高解像度化処理された画像ＶＰは、図６（ｄ）のようになる。表示器６２は、表示パネル等を有し、高解像度化処理された画像ＶＰを表示する。
高解像度化処理は、エッジ強調処理には限らない。例えば入力画像ＶＩでパターン検出を行い、その結果に応じて適切な画像に置き換える処理を行ってもよい。入力画像ＶＩが、ＳＤ画像以下の解像度の画像がアップコンバートされた画像であると判定された場合（例えば補正係数ＣＦ１が１より大きい場合）には、高解像度化処理部４０は、入力画像ＶＩよりも階調の数が多い画像を生成して出力してもよい。
以上では、パラメータＰＳが一定であるとして説明したが、パラメータＰＳは適宜変更されてもよい。パラメータＰＳは、例えば入力画像ＶＩを出力した機器の種類を示す。パラメータＰＳが、光ディスクレコーダを示している場合には、元の画像が低解像度であることがあるので、エッジ強度ＥＧが比較的低い範囲内にある画素の数を用いて判定するために、セレクタ２４はカウンタ２２Ａを選択する。パラメータＰＳが、放送信号を受信するチューナを示している場合には、元の画像が高解像度画像であることが多いので、エッジ強度ＥＧが比較的高い範囲内にある画素の数を用いて判定するために、セレクタ２４はカウンタ２２Ｂを選択する。
図７は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の他の構成例を示すブロック図である。図７の画像表示装置は、画像処理装置２００と、表示器６２とを有する。画像処理装置２００は、エッジ強度計算部１２と、解像度判定部２２０と、高解像度化処理部２４０とを有する。エッジ強度計算部１２と、解像度判定部２２０とは、解像度判定装置として動作する。図８は、図７の解像度判定部２２０における処理を模式的に示す図である。
解像度判定部２２０は、カウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…と、フィルタ２２６と、比較部２３２と、合計計算部２３４と、分布形状判定部２３６とを有する。高解像度化処理部２４０は、セレクタ２５４を更に有する点の他は、図１の高解像度化処理部４０と同様である。エッジ強度計算部１２及びカウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…については、図１の画像表示装置と同様であるので説明を省略する。
フィルタ２２６は、フィルタ２６と同様に、カウント値ＣＴＡを時間軸方向で平滑化し、平滑化されたカウント値ＦＡを比較部２３２に出力する。また、これと同様に、フィルタ２２６は、カウント値ＣＴＢを時間軸方向で平滑化し、平滑化されたカウント値ＦＢを比較部２３２に出力する。他のカウンタのカウント値についても同様である。
図８に示されているように、比較部２３２は、カウント値ＦＡを、これに対応する閾値ＴＨＦＡと比較し、例えばカウント値ＦＡの方が大きい場合には１を、その他の場合は０を、比較結果を示す値ＣＡとして合計計算部２３４に出力する。同様に、比較部２３２は、カウント値ＦＢを、これに対応する閾値ＴＨＦＢと比較し、カウント値ＦＢの方が大きい場合には１を、その他の場合は０を、比較結果を示す値ＣＢとして合計計算部２３４に出力する。比較部２３２は、同様に、他のカウント値ＦＣ等も、対応する閾値ＴＨＦＣ等と比較し、比較結果を示す値ＣＣ，ＣＤ，ＣＥ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＨ等を出力する。
合計計算部２３４は、比較結果を示す値ＣＡ，ＣＢ，…の合計ＣＳを求め、分布形状判定部２３６に出力する。図８の場合、合計ＣＳは２である。分布形状判定部２３６は、図８のように、求められた合計ＣＳと所定の閾値ＴＨＣＳとを比較し、例えば合計ＣＳの方が大きい場合には１を、その他の場合には０を、判定結果ＤＤとして出力する。判定結果ＤＤが０であるときには、入力画像ＶＩはＳＤ画像以下の解像度の画像がアップコンバートされた画像であり、判定結果ＤＤが１であるときには、入力画像ＶＩはＳＤ画像より高い解像度の画像に基づいた画像であると判定されたことを示している。
セレクタ２５４は、入力されたパラメータＰＲ１又はＰＲ２を、判定結果ＤＤに基づいて選択して、補正係数ＣＦ２として出力する。例えば、パラメータＰＲ１及びＰＲ２の値はそれぞれ１．０及び１．５であり、セレクタ２５４は、判定結果ＤＤが０であるときにはパラメータＰＲ２を、判定結果ＤＤが１であるときにはパラメータＰＲ１を選択する。高解像度化処理部２４０のセレクタ２５４以外の要素については、乗算器４４が高域成分抽出部４２の出力に補正係数ＣＦ２を乗算する点の他は図１の高解像度化処理部４０と同様であるので、説明を省略する。
入力画像ＶＩがＳＤ画像以下の解像度の画像がアップコンバートされた画像であるか否かを判定する場合について説明したが、入力画像ＶＩが他の解像度以下の画像がアップコンバートされた画像であるか否かを判定することも、同様に可能である。そのためには、例えば、カウンタ２２Ａ等がカウントの対象とする輝度値の範囲、セレクタが選択するカウンタ、比較部２３２の閾値、分布形状判定部２３６の閾値を、適切な値に変更すればよい。
以上のように、図１及び図７の画像表示装置によると、入力画像ＶＩが所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを、１フレームの画像に基づいて判定することができる。この判定結果に基づいて入力画像ＶＩを高解像度化するので、画像に適した処理を行うことができ、高画質な画像を求めて表示することができる。１フレームの画像に基づいて判定するので、回路規模を抑え、判定結果を早く得ることもできる。
図９は、図１及び図７のエッジ強度計算部１２においてエッジ強度が求められる画素及びその周辺の画素を示す説明図である。以上の実施形態では、エッジ強度計算部１２は、図９の画素Ａと画素Ｆとの間で輝度の差の絶対値をエッジ強度ＥＧとして求めたが、画素Ａの輝度とこれに隣接する他の画素の輝度との差に基づいてエッジ強度を求めてもよい。
エッジ強度計算部１２は、例えば、画素Ａと画素Ｅとの間で同様にエッジ強度ＥＧを求めてもよいし、上下方向に並んだ画素Ａと画素Ｃとの間や、画素Ａと画素Ｈとの間で同様にエッジ強度ＥＧを求めてもよい。エッジ強度計算部１２は、斜め方向に並んだ画素Ａと画素Ｂとの間、画素Ａと画素Ｄとの間、画素Ａと画素Ｇとの間、又は画素Ａと画素Ｉとの間で同様にエッジ強度ＥＧを求めてもよい。また、エッジ強度計算部１２は、画素Ａの周囲の画素Ｂ〜Ｉのそれぞれの輝度と画素Ａの輝度との間の差の絶対値を求め、そのうちの最大値をエッジ強度ＥＧとして求めてもよい。
図１０は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の他の構成例を示すブロック図である。図１０の画像表示装置は、画像処理装置３００と、表示器６２とを有する。画像処理装置３００は、エッジ強度計算部１２と、解像度判定部３２０と、高解像度化処理部４０と、輝度特徴量計算部７０とを有する。輝度特徴量計算部７０は、輝度分布計算部７２と、輝度変化量計算部７４とを有する。解像度判定部３２０は、フィルタ２６に代えてフィルタ３２６を有する点の他は、図１の解像度判定部２０と同様に構成されている。エッジ強度計算部１２と、解像度判定部３２０と、輝度特徴量計算部７０とは、解像度判定装置として動作する。
輝度特徴量計算部７０は、入力画像ＶＩのフレームについての輝度の特徴量を求める。輝度の特徴量には、輝度分布値ＰＤＩ及び輝度変化量ＰＣＨが含まれる。解像度判定部３２０は、エッジ強度の度数分布だけではなく、輝度の特徴量にも基づいて判定を行う。輝度特徴量計算部７０は、輝度分布計算部７２及び輝度変化量計算部７４のうちの一方のみを有していてもよい。
図１１（ａ）は、図１０の輝度分布計算部７２が求める輝度分布値ＰＤＩの例を示す図である。輝度分布計算部７２は、入力画像ＶＩのフレームにおける画素の輝度分布の幅に対応する輝度分布値ＰＤＩを求める。輝度分布計算部７２は、例えば図１１（ａ）のように、輝度分布値ＰＤＩを、
ＰＤＩ＝（１フレーム内の最高輝度）−（１フレーム内の最低輝度）
によって求め、セレクタ２４に出力する。
図１１（ｂ）は、図１０の輝度分布計算部７２が求める輝度分布値ＰＤＩの他の例を示す図である。輝度分布計算部７２は、例えば図１１（ｂ）のように、フレームにおける画素の輝度が集中する範囲の幅を輝度分布値ＰＤＩとして求めてもよい。この場合、輝度分布計算部７２は、例えば、図１１（ｂ）のヒストグラムの各区間に対応するカウンタを有し、各カウンタは、対応する区間に該当する輝度を有する、入力画像ＶＩの１フレーム内の画素の数をカウントする。例えば、カウンタの数は１６個であり、各カウンタに対応する区間の幅はいずれも、輝度として取り得る最大値の１／１６である。輝度分布計算部７２は、カウント数が所定の閾値ＴＨＨＩＳＴ以上であるカウンタの数を輝度分布値ＰＤＩとして求め、セレクタ２４に出力する。
セレクタ２４は、輝度分布値ＰＤＩをパラメータＰＳとして受け取り、カウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…から出力されたカウント値ＣＴＡ，ＣＴＢ，…のいずれか１つを輝度分布値ＰＤＩに基づいて選択し、カウント値ＣＴとしてフィルタ３２６に出力する。例えば、セレクタ２４は、輝度分布値ＰＤＩが閾値ＴＨＤＩ未満である場合にはカウント値ＣＴＡを選択し、輝度分布値ＰＤＩが閾値ＴＨＤＩ以上である場合にはカウント値ＣＴＢを選択する。
輝度変化量計算部７４は、入力画像ＶＩの異なるフレームの間の平均輝度の差である輝度変化量ＰＣＨを求める。例えば、輝度変化量計算部７４は、輝度変化量ＰＣＨを、
ＰＣＨ＝｜（対象フレームの平均輝度）−（前フレームの平均輝度）｜
によって求め、フィルタ３２６に出力する。
フィルタ３２６は、フィルタ２６と同様に、カウント値ＣＴを時間軸方向で平滑化する。フィルタ３２６は、輝度変化量ＰＣＨが所定の閾値ＴＨＣＨ未満である場合には、平滑化されたカウント値ＦＴを補正係数生成部２８に出力する。フィルタ３２６は、輝度変化量ＰＣＨが所定の閾値ＴＨＣＨ以上である場合には、カウント値ＣＴを平滑化せずに補正係数生成部２８に出力する。この場合には、最新のカウント値ＣＴがそのままフィルタ３２６から出力される。
映像のシーンが切り替わった場合等には輝度変化量ＰＣＨが大きくなるが、このような場合にフィルタ３２６による遅れを抑えることができる。このため、補正係数生成部２８から出力される補正係数ＣＦ１（判定結果）の応答速度を高くすることができる。
図１２は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の他の構成例を示すブロック図である。図１２の画像表示装置は、画像処理装置４００と、表示器６２とを有する。画像処理装置４００は、重み付きエッジ強度計算部４１２と、領域判定部４１４と、解像度判定部４２０と、高解像度化処理部４４０と、輝度特徴量計算部７０とを有する。重み付きエッジ強度計算部４１２と、領域判定部４１４と、解像度判定部４２０と、輝度特徴量計算部７０とは、解像度判定装置として動作する。
解像度判定部４２０は、カウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…と、セレクタ４２４と、フィルタ４２６，４３８と、比較部４３２と、重み付き合計計算部４３４と、分布形状判定部４３６とを有する。高解像度化処理部４４０は、補正係数計算部４５６を更に有する点の他は、図１の高解像度化処理部４０と同様である。カウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…については、図１の画像表示装置と同様であるので説明を省略する。
図１３（ａ）は、エッジ強度が求められるべき領域の例を示す図である。図１３（ｂ）は、エッジ強度が求められるべき領域の他の例を示す図である。領域判定部４１４は、基本的には入力画像ＶＩの全体（例えば１９２０×１０８０画素）について、エッジ強度が求められるべき領域であることを示す領域判定結果ＲＤを出力する。エッジ強度が求められるべき領域が指定されたときには、領域判定部４１４は次のように動作する。
例えば、エッジ強度が求められるべき領域として図１３（ａ）のような領域ＷＡ１が指定された場合には、領域判定部４１４は、入力画像ＶＩの画素が領域ＷＡ１内の画素であるか否かを判定し、領域判定結果ＲＤをエッジ強度計算部４１２に出力する。領域判定部４１４は、例えば、画素が領域ＷＡ１内の画素である場合には１を、その他の場合には０を、領域判定結果ＲＤとして出力する。図１３（ｂ）のような領域ＷＢ１及びＷＢ２が指定された場合には、領域判定部４１４は、入力画像ＶＩの画素が、領域ＷＢ１又はＷＢ２のいずれかの中の画素であるか否かを判定する。
図１４は、図１２の重み付きエッジ強度計算部４１２においてエッジ強度が求められる画素及びその周辺の画素を示す説明図である。画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，及びＩについては、係数ＫＡ，ＫＢ，ＫＣ，ＫＤ，ＫＥ，ＫＦ，ＫＧ，ＫＨ，及びＨＩがそれぞれ対応する。係数ＫＡ，ＫＢ，…，ＫＩは、エッジ強度が求められる画素Ａに対する相対的な位置に対応している。
エッジ強度計算部４１２は、入力画像ＶＩのある画素の輝度とこれに隣接する画素の輝度とに基づいてエッジ強度ＥＧを求め、求められたエッジ強度ＥＧを、領域判定部４１４の領域判定結果ＲＤに基づいてカウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…に出力する。エッジ強度計算部４１２は、入力画像ＶＩの画素が、エッジ強度が求められるべき領域内の画素であることを、領域判定結果ＲＤが示している場合（例えばＲＤ＝１の場合）には、求められたエッジ強度ＥＧを出力し、その他の場合にはエッジ強度ＥＧとして０を出力する。
エッジ強度計算部４１２は、例えば、図１４の画素Ａについてのエッジ強度を求める際に、画素Ａ及びこれに隣接する画素Ｂ〜Ｉの値を、各画素について重み付けをしてから加算する。画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，及びＩが輝度値ＹＡ，ＹＢ，ＹＣ，ＹＤ，ＹＥ，ＹＦ，ＹＧ，ＹＨ，及びＹＩをそれぞれ有するとすると、エッジ強度計算部４１２は、エッジ強度ＥＧを、
ＥＧ＝｜ＫＡ・ＹＡ＋ＫＢ・ＹＢ＋ＫＣ・ＹＣ＋ＫＤ・ＹＤ＋ＫＥ・ＹＥ＋ＫＦ・ＹＦ＋ＫＧ・ＹＧ＋ＫＨ・ＹＨ＋ＫＩ・ＹＩ｜
によって求める。
例えば、ＫＡ＝２，ＫＥ＝ＫＦ＝−１，ＫＢ＝ＫＣ＝ＫＤ＝ＫＧ＝ＫＨ＝ＫＩ＝０にすると、ＥＧ＝｜−ＹＥ＋２ＹＡ−ＹＦ｜となる。この場合には、ハイパスフィルタとしての効果が得られるので、入力画像ＶＩの、より周波数が高い成分について、エッジ強度を安定して得ることができる。
領域判定部４１４が判定を行い、エッジ強度計算部４１２が領域判定結果ＲＤを用いるので、画像の左右の余白であるサイドパネル、レターボックスフォーマットの画像場合の余白部分、複数の画像を合成するときに生じる境界等、解像度判定の対象から除外すべき部分の影響を除去することができる。
セレクタ４２４は、カウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…から出力されたカウント値ＣＴＡ，ＣＴＢ，…のうち、所定の数のカウント値を輝度分布値ＰＤＩに基づいて選択し、選択された値をカウント値ＳＡ，ＳＢ，…としてフィルタ４２６に出力する。例えば、セレクタ４２４は、輝度分布値ＰＤＩが閾値ＴＨＤＩ未満である場合には８個のカウント値ＣＴＡ，ＣＴＢ，…を選択し、輝度分布値ＰＤＩが閾値ＴＨＤＩ以上である場合には８個のカウント値ＣＴＢ，ＣＴＣ，…を選択する。セレクタ４２４は、全てのカウンタ２２Ａ，２２Ｂ，…のカウント値を選択してもよい。
フィルタ４２６は、入力されたカウント値ＳＡ，ＳＢ，…を時間軸方向で平滑化する。フィルタ４２６は、輝度変化量ＰＣＨが所定の閾値ＴＨＣＨ未満である場合には、平滑化されたカウント値ＦＡ，ＦＢ，…を比較部４３２に出力する。フィルタ４２６は、輝度変化量ＰＣＨが所定の閾値ＴＨＣＨ以上である場合には、入力されたカウント値ＳＡ，ＳＢ，…を平滑化せずに比較部４３２に出力する。この場合には、最新のカウント値がそのままフィルタ４２６から出力される。
図８と同様に、比較部４３２は、カウント値ＦＡを、これに対応する閾値ＴＨＦＡと比較し、例えばカウント値ＦＡの方が大きい場合には１を、その他の場合は０を、比較結果を示す値ＣＡとして合計計算部４３４に出力する。同様に、比較部４３２は、カウント値ＦＢを、これに対応する閾値ＴＨＦＢと比較し、カウント値ＦＢの方が大きい場合には１を、その他の場合は０を、比較結果を示す値ＣＢとして合計計算部４３４に出力する。比較部４３２は、同様に、他のカウント値も、それぞれに対応する閾値と比較し、各比較結果を示す値を出力する。ただし、比較部４３２は、輝度分布値ＰＤＩに基づいて、閾値ＴＨＦＡ，ＴＨＦＢ，ＴＨＦＣ，…を制御する。
図１５（ａ）は、入力画像ＶＩにおけるエッジ強度の度数分布の例を示すヒストグラムである。図１５（ｂ）は、入力画像ＶＩにおけるエッジ強度の度数分布の他の例を示すヒストグラムである。図１５（ａ）は、入力画像ＶＩが比較的暗く、輝度分布の範囲が狭い（輝度分布値ＰＤＩが小さい）場合、図１５（ｂ）は、入力画像ＶＩが比較的明るく、輝度分布の範囲が広い（輝度分布値ＰＤＩが大きい）場合を示している。図１６（ａ）は、図１５（ａ）の場合における図１２の比較部４３２の閾値の例を示す図である。図１６（ｂ）は、図１５（ｂ）の場合における図１２の比較部４３２の閾値の例を示す図である。
図１５（ａ）の場合には、比較部４３２は、輝度分布値ＰＤＩに基づいて、比較的小さなエッジ強度に対応する閾値を高くし、比較的大きなエッジ強度に対応する閾値を低くする（図１６（ａ））。図１５（ｂ）の場合には、比較部４３２は、輝度分布値ＰＤＩに基づいて、比較的小さなエッジ強度に対応する閾値を低くし、比較的大きなエッジ強度に対応する閾値を高くする（図１６（ｂ））。このように、輝度分布値ＰＤＩに基づいて閾値を制御するので、比較部４３２によると、輝度の変化に依存しない安定した比較を行うことができる。
合計計算部４３４は、比較結果を示す値ＣＡ，ＣＢ，…を、各値について重み付けをしてから加算し、加算結果を分布形状判定部４３６に出力する。具体的には、合計計算部４３４は、各値ＣＡ，ＣＢ，…に、それぞれに対応する係数を乗算し、乗算結果の合計ＣＳを求める。合計計算部４３４は、例えば、より大きなエッジ強度に対応する比較結果に対しては、より大きな値を乗じることにより、この比較結果が他の比較結果より重視されるようにする。このように重み付けをすることにより、分布形状の判定に役立つ値の影響を大きくすることができる。合計計算部４３４は、各値ＣＡ，ＣＢ，…に対応する係数を全て１にしてもよい。
分布形状判定部４３６は、輝度分布値ＰＤＩが所定の閾値ＴＨＪＵ以上である場合には、合計計算部４３４で求められた合計ＣＳと所定の閾値ＴＨＣＳとを比較し、例えば、合計ＣＳの方が大きい場合には１を、その他の場合には０を、判定結果ＤＤとして出力する。図７の場合と同様に、判定結果ＤＤが０であるときには、入力画像ＶＩはＳＤ画像以下の解像度の画像がアップコンバートされた画像であり、判定結果ＤＤが１であるときには、入力画像ＶＩはＳＤ画像より高い解像度の画像に基づいた画像であると判定されたことを示している。分布形状判定部４３６は、輝度分布値ＰＤＩが所定の閾値ＴＨＪＵ未満である場合には、判定を行わず、前回求められた判定結果ＤＤを出力する。図１１（ｂ）のように、１６個のカウンタのうち条件を満たすカウンタの数を輝度分布値ＰＤＩとする場合には、閾値ＴＨＪＵを例えば８に設定する。
フィルタ４３８は、分布形状判定部４３６から出力された判定結果ＤＤを時間軸方向で平滑化する。フィルタ４３８は、輝度変化量ＰＣＨが所定の閾値ＴＨＣＨ２未満である場合には、平滑化された判定結果ＤＤＦを補正係数計算部４５６に出力する。フィルタ４３８は、輝度変化量ＰＣＨが所定の閾値ＴＨＣＨ２以上である場合には、入力された判定結果ＤＤＦを平滑化せずに補正係数計算部４５６に出力する。この場合には、最新の判定結果ＤＤＦがそのままフィルタ４３８から出力される。
補正係数計算部４５６は、判定結果ＤＤＦに基づいて補正係数ＣＦ２を求め、乗算器４４に出力する。補正係数計算部４５６は、具体的には例えば、
ＣＦ２＝（１−β）・ＰＲ１＋β・ＰＲ２
によって補正係数ＣＦ２を求める（β＝ＤＤＦ）。補正係数計算部４５６によると、補正係数ＣＦ２をパラメータＰＲ１とＰＲ２との間で連続的に変化させることができるので、パラメータが切り替わることによる画像のちらつきを減らすことができる。
本明細書における各機能ブロックは、典型的にはハードウェアで実現され得る。例えば各機能ブロックは、ＩＣ（集積回路）の一部として半導体基板上に形成され得る。ここでＩＣは、ＬＳＩ（large-scale integrated circuit）、ＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit）、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）等を含む。代替としては各機能ブロックの一部又は全ては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、入力画像が所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを知ることができるので、本発明は、解像度判定装置、画像処理装置、及び画像表示装置等について有用である。
１２ エッジ強度計算部
２０，２２０，３２０，４２０ 解像度判定部
２２Ａ，２２Ｂ，… カウンタ
２４，４２４ セレクタ
２６，２２６，３２６，４２６ フィルタ
２８ 補正係数生成部
４０，２４０，４４０ 高解像度化処理部
６２ 表示器
７０ 輝度特徴量計算部
７２ 輝度分布計算部
７４ 輝度変化量計算部
１００，２００，３００，４００ 画像処理装置
２３２，４３２ 比較部
２３４ 合計計算部
２３６，４３６ 分布形状判定部
４３４ 重み付き合計計算部
４３８ フィルタ

Claims (20)

  1. 入力画像に含まれる複数の画素のそれぞれについて、画素の輝度とこれに隣接する画素の輝度とに基づいてエッジ強度を求めるエッジ強度計算部と、
    前記入力画像が所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを前記エッジ強度の度数分布に基づいて判定し、判定結果を出力する解像度判定部とを備える
    解像度判定装置。
  2. 請求項１に記載の解像度判定装置において、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度が所定の範囲内にある画素の数をカウントするカウンタと、
    前記カウンタのカウント値に基づいて補正係数を生成し、前記判定結果として出力する補正係数生成部とを有する
    解像度判定装置。
  3. 請求項２に記載の解像度判定装置において、
    前記解像度判定部は、前記カウンタのカウント値を時間軸方向で平滑化するフィルタを更に有し、
    前記補正係数生成部は、前記フィルタで平滑化されたカウント値に基づいて前記補正係数を生成する
    解像度判定装置。
  4. 請求項１に記載の解像度判定装置において、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度が第１の範囲内にある画素の数をカウントする第１カウンタと、
    前記エッジ強度が第２の範囲内にある画素の数をカウントする第２カウンタと、
    入力パラメータに基づいて、前記第１カウンタ又は前記第２カウンタのカウント値を選択して出力するセレクタと、
    前記セレクタで選択されたカウント値に基づいて補正係数を生成し、前記判定結果として出力する補正係数生成部とを有する
    解像度判定装置。
  5. 請求項１に記載の解像度判定装置において、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度がそれぞれについて予め定められた範囲内にある画素の数をカウントする複数のカウンタと、
    前記複数のカウンタのそれぞれのカウント値を、それぞれについての閾値と比較し、各比較結果を示す値を出力する比較部と、
    前記各比較結果を示す値の合計を求める合計計算部と、
    前記合計と所定の閾値とを比較し、比較結果を前記判定結果として出力するように構成された分布形状判定部とを有する
    解像度判定装置。
  6. 請求項５に記載の解像度判定装置において、
    前記解像度判定部は、
    前記複数のカウンタのそれぞれのカウント値を時間軸方向で平滑化するフィルタを更に有し、
    前記比較部は、前記フィルタで平滑化された前記複数のカウンタのそれぞれのカウント値を、それぞれについての閾値と比較する
    解像度判定装置。
  7. 請求項５に記載の解像度判定装置において、
    前記解像度判定部は、前記分布形状判定部による前記比較結果を時間軸方向で平滑化し、平滑化された比較結果を前記判定結果として出力するフィルタを更に有する
    解像度判定装置。
  8. 請求項１に記載の解像度判定装置において、
    前記入力画像のフレームについての輝度の特徴量を求める輝度特徴量計算部を更に備え、
    前記解像度判定部は、前記輝度の特徴量にも基づいて前記判定を行う
    解像度判定装置。
  9. 請求項８に記載の解像度判定装置において、
    前記輝度特徴量計算部は、前記入力画像の異なるフレームの間の平均輝度の差である輝度変化量を前記特徴量として求める輝度変化量計算部を有し、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度が所定の範囲内にある画素の数をカウントするカウンタと、
    前記カウンタのカウント値を時間軸方向で平滑化し、平滑化されたカウント値を出力するように構成されたフィルタと、
    前記フィルタの出力に基づいて補正係数を生成し、前記判定結果として出力する補正係数生成部とを有し、
    前記フィルタは、前記輝度変化量が所定値未満である場合には、前記平滑化されたカウント値を出力し、前記輝度変化量が所定値以上である場合には、前記カウンタのカウント値を平滑化せずに出力する
    解像度判定装置。
  10. 請求項８に記載の解像度判定装置において、
    前記輝度特徴量計算部は、前記入力画像の異なるフレームの間の平均輝度の差である輝度変化量を前記特徴量として求める輝度変化量計算部を有し、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度がそれぞれについて予め定められた範囲内にある画素の数をカウントする複数のカウンタと、
    前記複数のカウンタのそれぞれのカウント値を時間軸方向で平滑化し、複数の平滑化されたカウント値を出力するように構成されたフィルタと、
    前記フィルタの複数の出力値を、それぞれについての閾値と比較し、各比較結果を示す値を出力する比較部と、
    前記各比較結果を示す値、又は重み付けられた前記各比較結果を示す値の合計を求める合計計算部と、
    前記合計と所定の閾値とを比較し、比較結果を前記判定結果として出力する分布形状判定部とを有し、
    前記フィルタは、前記輝度変化量が所定値未満である場合には、前記複数の平滑化されたカウント値を出力し、前記輝度変化量が所定値以上である場合には、前記複数のカウンタのカウント値を平滑化せずに出力する
    解像度判定装置。
  11. 請求項８に記載の解像度判定装置において、
    前記輝度特徴量計算部は、前記入力画像のフレームにおける画素の輝度分布の幅に対応する輝度分布値を前記特徴量として求める輝度分布計算部を有し、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度が第１の範囲内にある画素の数をカウントする第１カウンタと、
    前記エッジ強度が第２の範囲内にある画素の数をカウントする第２カウンタと、
    前記輝度分布値が所定値未満である場合には、前記第１カウンタのカウント値を選択して出力し、前記輝度分布値が所定値以上である場合には、前記第２カウンタのカウント値を選択して出力するセレクタと、
    前記セレクタで選択されたカウント値に基づいて補正係数を生成し、前記判定結果として出力する補正係数生成部とを有し、
    前記第１の範囲の最大値は、前記第２の範囲の最小値以下である
    解像度判定装置。
  12. 請求項８に記載の解像度判定装置において、
    前記輝度特徴量計算部は、前記入力画像のフレームにおける画素の輝度分布の幅に対応する輝度分布値を前記特徴量として求める輝度分布計算部を有し、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度がそれぞれについて予め定められた範囲内にある画素の数をカウントする複数のカウンタと、
    前記複数のカウンタのそれぞれのカウント値を、それぞれについての閾値と比較し、各比較結果を示す値を出力する比較部と、
    前記各比較結果を示す値、又は重み付けられた前記各比較結果を示す値の合計を求める合計計算部と、
    前記合計と所定の閾値とを比較し、比較結果を前記判定結果として出力する分布形状判定部とを有し、
    前記比較部は、前記輝度分布値に基づいて、前記複数の区間の閾値を設定する
    解像度判定装置。
  13. 請求項８に記載の解像度判定装置において、
    前記輝度特徴量計算部は、前記入力画像のフレームにおける画素の輝度分布の幅に対応する輝度分布値を前記特徴量として求める輝度分布計算部を有し、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度がそれぞれについて予め定められた範囲内にある画素の数をカウントする複数のカウンタと、
    前記複数のカウンタのそれぞれのカウント値を、それぞれについての閾値と比較し、各比較結果を示す値を出力する比較部と、
    前記各比較結果を示す値、又は重み付けられた前記各比較結果を示す値の合計を求める合計計算部と、
    前記輝度分布値が所定値以上である場合には、前記合計と所定の閾値とを比較し、比較結果を前記判定結果として出力し、前記輝度分布値が所定値未満である場合には、前回求められた比較結果を前記判定結果として出力する分布形状判定部とを有する
    解像度判定装置。
  14. 請求項１に記載の解像度判定装置において、
    前記エッジ強度計算部は、前記入力画像の所定の領域内の画素について、前記エッジ強度を求める
    解像度判定装置。
  15. 請求項１に記載の解像度判定装置において、
    前記エッジ強度計算部は、前記入力画像に含まれる前記複数の画素のそれぞれについて、画素の輝度とこれに隣接する画素の輝度との差に基づいて前記エッジ強度を求める
    解像度判定装置。
  16. 入力画像に含まれる複数の画素のそれぞれについて、画素の輝度とこれに隣接する画素の輝度とに基づいてエッジ強度を求めるエッジ強度計算部と、
    前記入力画像が所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であるか否かを前記エッジ強度の度数分布に基づいて判定し、判定結果を出力する解像度判定部と、
    前記解像度判定部による前記判定結果に基づいて、前記入力画像に高解像度化処理を行って出力する高解像度化処理部とを備える
    画像処理装置。
  17. 請求項１６に記載の画像処理装置において、
    前記高解像度化処理部は、高解像度化処理によって得られた画像の輝度を、前記入力画像に基づいて求められた範囲の値に制限して出力するリミッタを有する
    画像処理装置。
  18. 請求項１６に記載の画像処理装置において、
    前記高解像度化処理部は、前記入力画像が所定の解像度以下の画像からアップコンバートされた画像であると判定された場合には、前記入力画像よりも階調の数が多い画像を出力する
    画像処理装置。
  19. 請求項１６に記載の画像処理装置において、
    前記解像度判定部は、
    前記エッジ強度がそれぞれについて予め定められた範囲内にある画素の数をカウントする複数のカウンタと、
    前記複数のカウンタのそれぞれのカウント値を、それぞれについての閾値と比較し、各比較結果を示す値を出力する比較部と、
    前記各比較結果を示す値の合計を求める合計計算部と、
    前記合計と所定の閾値とを比較し、比較結果を出力する分布形状判定部と、
    前記分布形状判定部による前記比較結果を時間軸方向で平滑化し、平滑化された比較結果を前記判定結果として出力するフィルタとを有する
    画像処理装置。
  20. 請求項１６に記載の画像処理装置と、
    前記画像処理装置で高解像度化処理された画像を表示する表示器とを備える
    画像表示装置。
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