WO2001041425A1 - Dispositif de correction de contour - Google Patents

Description

JP00/08428 明 細 書 輪郭補正装置 技術分野

本発明は、 画像の輪郭補正装置に関する。 背景技術

映像機器においては、 画像の鮮鋭度を向上させるために、 映像信号の輪郭を強 調するように補正する輪郭補正回路が用いられている。

従来一般的に使われている輪郭補正回路は、 入力映像信号を高域通過フィル夕 を通したり、 微分処理等にて抽出される高域成分を輪郭補正信号とし、 加算器に おいて遅延された入力映像信号と重畳することにより、 輪郭部の鮮鋭度を向上さ せた映像信号を得るものである。

しかしながら、 上述した従来の一般的な輪郭補正方法は、 供給される再生輝度 信号の低輝度部分から高輝度部分にわたり一律にレベル強調した輪郭補正処理を 行うため、 輝度信号の低輝度部分に存在するノイズも共に強調されたり、 輝度信 号の黒レベルから白レベルへ急俊に立ち上がる立ち上がりエッジ付近、 あるいは 白レベルから黒レベルへ急俊に立ち下がる立ち下がりエツジ付近ではそれぞれ大 振幅の過度なオーバ一シュート、 アンダーシュートが発生し、 黒と白の境界線の 輪郭が不自然に強調された輪郭の滲みとなり、又ノイズも同時に強調してしまい、 画像品質が低下するという欠点がある。

上記課題を解決するために、 特開平 7— 7 6 3 6号公報の方法が提案されてい る。

特開平 7— 7 6 3 6号公報の方法は、 輝度信号の全階調を一律にレベル強調す る輪郭補正を行う補正手段と、 前記輝度信号の中間階調に応じたレベルのみを強 調する中間階調強調手段と、 前記補正手段から出力され輪郭補正された輝度信号 に前記中間階調強調手段から出力され中間階調に応じたレベルのみ強調されたレ ベルを有する中間階調強調信号を乗算する乗算手段とを備え、 輝度信号の中間階 調における輪郭補正のみ行うことを特徴とする輪郭補正方法である。

この方法により中間階調部分のみレベル強調することで、 輝度信号の低輝度部 分に存在するノイズに対してもレベル強調を行わないためノィズが目立たない高 品質な画像を得ることができ、 また、 輝度信号の黒レベルから白レベルへ急俊に 立ち上がる立ち上がりエッジ付近、 あるいは白レベルから黒レベルへ急俊に立ち 下がる立ち下がりエツジ付近におけるエツジ部分のレベル強調も行わないため、 ここで大振幅の過度なオーバ一シュート、 アンダーシュートが発生せず、 この結 果、 黒と白の境界線の輪郭が不自然に強調されずに、 この境界部分をきわめて明 確化することができるのという発明である。

しかし、 水平あるいは垂直方向でフィル夕一をかけているため、 斜め線等、 斜 め方向のグラデ一ションを崩してしまい、 斜め線がギザギザになってしまう課題 がある。

本発明は、 かかる課題を鑑み、 これを解決した輪郭補正装置を提供するもので ある。 発明の開示

上記課題を解決するために本発明は、 以下のような構成とした。

即ち、 本発明に係る輪郭補正装置は、 画像信号の輪郭の強さを算出するエッジ 抽出部と、 該画像信号の所定領域内での平均輝度レベルを算出し、 該平均輝度レ ベルの所定の輝度レベルからの変位を算出する平均輝度演算部と、 該平均輝度演 算部出力に基いて前記エッジ抽出部出力を調整する第 1の演算部と、 前記画像信 号を複数の輝度レベル領域に分割し、 該分割されたそれぞれの領域ごとに輝度レ ベルの特性を変化させる波形補正部と、 該波形補正部出力の前記画像信号からの 変位を算出する第 2の演算部と、 前記第 1の演算部出力と前記第 2の演算部出力 とを乗算し、 輪郭補正信号とする第 3の演算部と、 を具備する構成とした。

また、 画像信号の輪郭の強さを算出するエッジ抽出部と、 該画像信号の所定領 域内での平均輝度レベルを算出し、 該平均輝度レベルの所定の輝度レベルからの 変位を算出する平均輝度演算部と、 該平均輝度演算部出力に基いて前記エッジ抽 出部出力を調整する第 1の演算部と、 該第 1の演算部出力から所定の周波数帯域 の信号のみを抜き出すフィルターと、 前記画像信号を複数の輝度レベル領域に分 割し、 該分割されたそれぞれの領域ごとに輝度レベルの特性を変化させる波形補 正部と、該波形補正部出力の前記画像信号からの変位を算出する第 2の演算部と、 前記フィルター出力と前記第 2の演算部出力とを乗算し、 輪郭補正信号とする第 3の演算部と、 を具備する構成としても良い。

ここで、 前記波形補正部は、 前記画像信号を高輝度レベル領域、 中輝度レベル 領域、 低輝度レベル領域に分割し、 該中輝度レベル領域の入力信号対出力信号の 比を高輝度レベル領域、 及び/または、 低輝度レベル領域の入力信号対出力信号 の比より大きくすることが好ましい。

或いは、 前記画像信号を高輝度レベル領域、 中輝度レベル領域、 低輝度レベル 領域に分割し、 該高輝度レベル領域、 及び Zまたは、 低輝度レベル領域の入力信 号対出力信号の比を中輝度レベル領域の入力信号対出力信号の比より小さくして も良い。

更に、 入出力特性が略 S字形となるようにしても良い。

また、 前記フィル夕一は、 低域通過フィル夕一であることが好ましい。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明に係る輪郭補正装置の概念を示すプロック図であり、 第 2図は、 本発明に係る輪郭補正装置の詳細なブロック図であり、

第 3図は、 本発明の輪郭補正装置に係る波形補正の入出力特性であり、 第 4図は、 本発明の輪郭補正装置に係るエツジ検出パターンであり、 第 5図は、 本発明の輪郭補正装置に係る第 1コアリング処理の入出力特性であ り、

第 6図は、 本発明の輪郭補正装置に係る平均輝度演算部の周辺画素パターンで あり、

第 7図は、 本発明の輪郭補正装置に係る第 2コアリング処理の入出力特性であ る。 発明を実施するための最良の形態

本発明の実施形態に関し、 第 1図乃至第 7図とともに説明する。

第 1図は、 本発明の輪郭補正装置の概念を説明するプロック図である。

第 1図において、 1は輪郭補正を行う部分や範囲を決定する補正領域設定部で あり、 当該補正領域設定部 1は、 エッジ抽出部 2、 所定の領域の平均輝度を検出 する平均輝度演算部 3、 前記ェッジ抽出部 2及び平均輝度演算部 3の出力を入力 し所定の演算を行う第 1演算部 4より構成されている。

また、 5は変換特性や各種閾値が格納されているルツクアツプテーブル（以下、 L U Tという） であり、 第 3図、 第 5図、 第 7図にその入出力特性の一例を示す。

6は L U T 5の変換特性を通して変換入力信号を出力する波形補正部であり、 7 は入力信号と変換波形との演算にて補正成分のみを抽出する第 2演算部である。 更に、 9はローパスフィルター （以下、 L P Fという） 、 1 0はレベル調整部、

8は補正領域設定部 1によって設定された領域の輪郭補正量を抽出する第 3演算 部、 1 1は入力信号に輪郭補正を行う輪郭補正部である。

第 2図は、 上記プロック図の各構成要素の詳細を示したプロック図である。 第 2図において、 前記エッジ検出部 2は、 エッジ部抽出のための注目画素抽出 部 2 a、 隣接画素抽出部 2 b、 注目画素に対する各隣接画素との差分絶対値を演 算する差分絶対値演算部 2 c、 差分絶対値の最大値検出部 2 cl、 第 1コアリング 部 2 eより構成される。

また、 前記平均輝度演算部 3は、 特定領域の平均輝度演算を行うための注目画 素抽出部 3 a、 隣接画素抽出部 3 b、 平均輝度演算部 3 c、 第 2コアリング部 3 dより構成される。

更に、 前記第 1演算部 4は、 減算部 4 a、 クリッピング部 4 bより構成され、 レベル調整部 1 0は、 通減演算部 1 0 a、 正規化部 1 0 bより構成される。 以下、 第 2図を基に動作を説明する。

本発明の要旨は、 映像のエッジ部分に対し中間輝度の傾きを大きくし、 高輝度 部や低輝度部の傾きを小さくした波形補正を行うことで、 エツジ部分にメリハリ を付け、 平坦部分はそのままの自然な映像を得るものである。 そのために、 L U T 5に格納された変換特性によって一律に変換された入力信号に対し、 その変化 量を抽出する第 1ステップと、 補正領域を決定する第 2ステップと、 補正量を決 めて輪郭補正を行う第 3ステップとを有する。

まず、 前記第 1ステップでは、 入力画像信号は波形補正部 6及び第 2演算部 7 に入力される。 該波形補正部 6では、 L UT 5に格納された第 3図に示すような 特性、 即ち、 中間輝度の傾き （即ち、 入力信号対出力信号の比） を 4 5度以上と 大きくし高輝度部と低輝度部の傾きを小さくした略 S字変換特性、 により入力画 像信号が補正される （尚、 中間輝度の傾きをそのままにし、 高輝度部と低輝度部 の傾きを小さくしても良いし、 或いは、 中間輝度の傾きを大きくし、 高輝度部と 低輝度部の傾きをそのままにしても良い。 ） 。 第 3図では、 横軸、 縦軸ともに輝 度 （Y信号） の値であり、 例えば 8ビット諧調の場合には、 入出力ともに 0〜2 5 5の範囲となる。

そして、 該波形補正部 6にて補正された入力画像信号は、 第 2演算部 7にて、 前記入力された元の画像信号との差分が演算される。 これにより、 該第 2演算部 にて元の画像信号と補正後の画像信号との変化量が抽出される。

次に、 第 2ステップでは、 エッジ部の検出がされると共に、 そのエッジの強さ が検出される。 より具体的には以下のように行われる。

入力画像信号は、 前記エッジ検出部 2及び平均輝度演算部 3に入力される。 まず、 前記エッジ検出部 2に入力された画像信号は、 注目画素抽出部 2 aで注 目画素 T Pが抽出される。 次に、 該注目画素 T Pの左右、 上下、 斜め方向の隣接 画素 A Pが隣接画素抽出部 2 bにて抽出される。 ここで、 第 4図に上記注目画素 T P、 隣接画素 A Ρの関係を示す。 第 4図において、 白丸が注目画素 T Pを、 黒 丸がその隣接画素 A Pを示している。

次に、 差分絶対値演算部 2 cでは、 前記抽出された注目画素 T Pと 8コの隣接 画素 A Pとのそれぞれの諧調 （度数） の差分絶対値の演算が行われ、 続く、 最大 値検出部 2 dにて諧調の差分絶対値の最大値が抽出される。

更に、 第 1コアリング処理部 2 eでは、 最大値検出部 2 dにて抽出された最大 値の内、 低レベルの信号をノイズによる誤検出とみなして、 これを除去するコア リング処理を施す。 尚、 該第 1コアリング処理の特性は L U T 5に格納されてお り、 例えば、 第 5図に示すような特性が好ましい。 すなわち、 所定入力値までは 出力値 " 0 " でそれ以降は入力値が大きくなるにつれて出力も増加する特性であ ることが好ましい。

第 1コアリング処理部 2 eの出力は、注目画素エッジの強さを示すこととなり、 従って、 この値が " 0 " のところは平坦部と判断される。

また、 上述のように、 平均輝度演算部 3 (第 2図） にも画像信号が入力されて いる。 注目画素 T Pの周辺の平均輝度が低すぎたり高すぎたりした場合に前記第 3図に示した変換特性が中間輝度の補正のみに有効な特性であるため、 黒沈みや 白浮き、 または強調の逆転現象等の弊害が発生してしまう虞が有る。 このため、 平均輝度の有効領域を設定し、 その領域以外では補正が掛からないようにしょう とするものである。 ここで、 該有効領域と第 3図に示した中間輝度の領域とがほ ぼ一致していることが好ましい。

平均輝度演算部 3に入力された画像信号は、 注目画素抽出部 3 aで注目画素 T Pが抽出され、 続く、 周辺画素抽出部 3 bで該注目画素 T Pの周辺の画素が抽出 される。 ここで、 第 6図に上記注目画素 T P、 周辺画素 S Pの関係を示す。 第 6 図において、 白丸が注目画素 T Pを、 黒丸がその周辺画素 S Pを示しており、 例 えば、 注目画素 T Pを中心として、 水平 1 1 X垂直 3の周辺領域において、 3 2 個の周辺画素 S Pが設定されている。

次に、 平均輝度演算部 3 cでは、 前記周辺画素 S Pの 3 2個の平均輝度が演算 される。

更に、 第 2コアリング処理部 3 dでは、 平均輝度演算部 3 cにて演算された平 均輝度値を所定の変換特性により変換される。 ここで、 該所定の変換特性は L U T 5に格納されており、 例えば、 第 7図に示すような特性、 即ち、 一定の有効領 域内は出力が " 0 " となり、 該領域外は該領域から遠ざかるに従って、 段階的に 出力が大きくなる特性、 が好ましい。

上記第 2コアリング処理の特性は、 平均輝度を判定基準とする補正有効領域か らの外れ度を表すものである。

次に、 以上のようにエッジ検出部 2で求められたエッジの強さの値と、 平均輝 度演算部 3で求められた平均輝度の有効領域からの外れ度は、 前記第 1演算部 4 (第 2図） に入力される。

該第 1演算部 4では、 減算部 4 aにて前記エッジの強さの値と平均輝度の有効 領域からの外れ度が減算され、 クリッピング部 4 bにて一定の値に制限をかける クリッビング処理が施される。 例えば、 第 5図の場合には入力 0〜 1 6間で出力 (エッジ指数） を 0としている。

このように、 閾値 （例えば、 グラフの横軸との交点） に対して段階的な中間値 (第 5、第 7図ではグラフの傾斜部分） を設けることで、閾値をまたぐような映像 に対しても安定した映像を得ることができる。 すなわち、 入力値が閾値を超えて も出力値が一気に最大値にならず、 徐々に大きくなるためにふらつきを防ぐこと ができる。 最後に、 第 3ステップでは、 補正量を決めて補正を実行する。

前記クリッピング部 4 bからの出力を L P F 9 (第 2図） に入力する。 これに より、 エッジ部と平坦部の境界がボカされることになる。 すなわち、 補正領域設 定部で算出される値は、 各画素毎に計算されているため、 左右隣合った画素で、 片方は最大値 （例えば、 1 6 ) 、 もう片方は最小値 （0 ) となる可能性がある。 この時に隣り合った画素で、 片方は最大に補正し、 もう片方は補正なし、 となる。 そうすると、補正の有る無しで映像に急激な変化ができ、 自然の映像とならない。 そこで、 左右隣りの画素との間で、 L P Fをかけることにより補正領域設定部か らの値が、 例えば 「0， 0， 0， 1 6， 1 6， 1 6」 のような 6画素力 S 「0， 0， 4， 1 2， 1 6， 1 6」 のような急激な変化を減らす方向にぼかすことができる。 つまり、 L P Fで水平方向に平滑化することとなる。

L P F 9を通過した信号は、 補正の有効度を表すデータとしてレベル調整部 1 0 (第 2図） に入力される。

該レベル調整部 1 0に入力された信号は、 逋減演算部 1 0 aにて一律に低減演 算された後、 入力信号は正規化部 1 0 bにて 0〜 1に正規化される。

第 3演算部 8では、 前記ステップ 1にて求めた変化量と、 レベル調整部 1 0の 正規化された出力との掛け算が行われる。

そして、 輪郭補正部 1 1にて、 前記第 3演算部 8の出力である補正成分を入力 画像信号に加算することで、 輪郭補正された出力信号を得る。

以上のように、 本発明の波形補正による輪郭強調の方法は、 水平 ·垂直の各方 向の輝度変化からではなく、 輝度の絶対値から算出した強調成分を利用している ので、 斜め線等のグラデーションを崩さないため、 非常に安定した、 落ち着いた 映像となる。

また、補正を掛けるエッジ部と補正を掛けない部分の境界をボカすことで、エツ ジ部周辺の映像を滑らかに移行させることができる。

更に、 上記実施形態では、 変換特性やコアリング特性を固定の特性として説明 したが、 画面全体の輝度分布をみて、 変換特性とコアリング特性の有効領域をダ ィナミックに書き換えることも可能である。

尚、本発明は、ハードで構成するのみならず、上記説明のプロックと処理フロー をソフトで構成することでも当然なし得る発明である。

また、 R， G， B入力に対しては、 マトリクス処理により生成される輝度信号 に対して同様の処理がなされることになる。

本発明によれば、 略 S字状特性等、 高輝度部及び又は低輝度部に比べ中間輝度 部の補正傾きの大きな補正特性を有する波形補正手段により波形補正し、 緩やか な立ち上り信号をオーバ一シュートやアンダーシュートなしに急峻に立ち上げる ことが可能となり、 これにより、見かけ上のコントラス卜を向上させるとともに、 エッジ部分にのみこの補正をかけることで、 エッジ部分にメリハリを持たせ、 平 坦な部分はそのままの階調表現を維持した自然な映像を得ることが可能となる。 また、 変化量抽出手段により抽出される変化量は、 一般的に行われるハイパス フィル夕一から抽出される成分と異なり、 その画素の輝度のみから算出された成 分のため、 ノイズに強く、 また斜め線でもグラデーションを崩さないという効果 が有る。

また、 所定領域の平均輝度も補正有無の条件とすることで、 黒沈みや白浮きの 弊害を抑制することができる。

また、 エッジ強度値、 及び又は、 該第一の演算部からの出力値をローパスフィ ル夕一を通すことで、 画像のエツジ部と平坦部の境界をボカすことで輪郭部に違 和感の無い映像とすることが可能となる。

更に、 エッジ検出手段を周辺画素との差分絶対値の最大値にすることで、 斜め 方向のエッジ検出も容易となり、 斜め線等の輪郭にも充分に補正を掛けることが 可能となる。 産業上の利用可能性 以上のように、 本発明にかかる輪郭補正装置は、 取り込んだ映像信号を見かけ 上のコントラストを向上させつつ、 エッジ部分にメリハリを持たせて、 自然な映 像を表示画面に再現表示する映像器機全般に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 画像信号の輪郭の強さを算出するエッジ抽出部と、

該画像信号の所定領域内での平均輝度レベルを算出し、 該平均輝度レベルの所 定の輝度レベルからの変位を算出する平均輝度演算部と、

該平均輝度演算部からの出力に基いて前記エッジ抽出部からの出力を調整する 第 1の演算部と、

前記画像信号を複数の輝度レベル領域に分割し、 該分割されたそれぞれの領域 ごとに輝度レベルの特性を変化させる波形補正部と、

該波形補正部の出力の前記画像信号からの変位を算出する第 2の演算部と、 前記第 1の演算部の出力と前記第 2の演算部の出力とを乗算し、 輪郭補正信号 とする第 3の演算部と、

を具備することを特徴とする輪郭補正装置。

2 . 画像信号の輪郭の強さを算出するエッジ抽出部と、

該画像信号の所定領域内での平均輝度レベルを算出し、 該平均輝度レベルの所 定の輝度レベルからの変位を算出する平均輝度演算部と、

該平均輝度演算部からの出力に基いて前記エッジ抽出部からの出力を調整する 第 1の演算部と、

該第 1の演算部出力から所定の周波数帯域の信号のみを抜き出すフィル夕一と、 前記画像信号を複数の輝度レベル領域に分割し、 該分割されたそれぞれの領域 ごとに輝度レベルの特性を変化させる波形補正部と、

該波形補正部の出力の前記画像信号からの変位を算出する第 2の演算部と、 前記フィル夕一の出力と前記第 2の演算部の出力とを乗算し、 輪郭補正信号と する第 3の演算部と、

を具備することを特徴とする輪郭補正装置。

3 . 前記波形補正部は、 前記画像信号を高輝度レベル領域、 中輝度レベル領域、 低輝度レベル領域に分 割し、

該中輝度レベル領域の入力信号対出力信号の比を高輝度レベル領域、 又は低輝 度レベル領域の入力信号対出力信号の比より大きくすることを特徴とする請求の 範囲第 1項または第 2項に記載の輪郭補正装置。

4 . 前記波形補正部は、

前記画像信号を高輝度レベル領域、 中輝度レベル領域、 低輝度レベル領域に分 割し、

該中輝度レベル領域の入力信号対出力信号の比を高輝度レベル領域、 及び低輝 度レベル領域の入力信号対出力信号の比より大きくすることを特徴とする請求の 範囲第 1項または第 2項に記載の輪郭補正装置。

5 . 前記波形補正部は、

前記画像信号を高輝度レベル領域、 中輝度レベル領域、 低輝度レベル領域に分 割し、

該高輝度レベル領域、 又は低輝度レベル領域の入力信号対出力信号の比を中輝 度レベル領域の入力信号対出力信号の比より小さくすることを特徴とする請求の 範囲第 1項または第 2項に記載の輪郭補正装置。

6 . 前記波形補正部は、

前記画像信号を高輝度レベル領域、 中輝度レベル領域、 低輝度レベル領域に分 割し、

該高輝度レベル領域、 及び低輝度レベル領域の入力信号対出力信号の比を中輝 度レベル領域の入力信号対出力信号の比より小さくすることを特徴とする請求の 範囲第 1項または第 2項に記載の輪郭補正装置。

7 . 前記波形補正部は、

入出力特性が略 S字形となることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項 に記載の輪郭補正装置。

8 . 前記フィル夕一は、

低域通過フィルタ一であることを特徴とする請求の範囲第 2項乃至第 5項の何 れかに記載の輪郭補正装置。