(57)【要約】【課題】画像信号にノイズ成分が含まれても、回路規模を大幅に増やさず、実時間の信号処理により、非常に緩やかに階調値が変化する区間における画像を、ノイズ成分による画像品質の低下を抑制しながら、階調の変化が滑らかな高品位画像として表示可能にする。【解決手段】画像処理装置は、階調変化量ｄｆとその極性に基づいて、各画素を、階調平坦領域（Ａｒ＝０）、ノイズ領域（Ａｒ＝１）、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）のいずれかに分類する判定を行う画素領域判定手段２０と、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを生成する平坦・ノイズ領域幅判定手段３０と、振幅制限された階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔに基づいて傾きデータ値Ｋｓｌを求める傾き検出手段４０と、補正ビット生成手段５０と、入力画像信号Ｄａに対し補正ビットデータＣｄを加算又は減算して画像信号Ｄｂを出力する画素値演算手段９２とを有する。【選択図】図１
2010199645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間方向及び空間方向に離散したデータで構成される入力画像信号が入力され、上記入力画像信号の階調数を拡張し且つ階調値を補正する変換処理によって生成された変換後データで構成される出力画像信号を出力する機能を持つ画像処理装置であって、
上記入力画像信号から、互いに隣接配置された画素の階調値の差分である階調変化量を求める階調変化量検出手段と、
上記階調変化量に基づいて、各画素を、上記階調変化量の値が０である階調平坦領域に属する画素、上記入力画像信号に含まれるノイズ成分によって上記階調変化量の値が０でないノイズ領域に属する画素、並びに、上記階調平坦領域及び上記ノイズ領域以外の領域である非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、該判定の結果を示す領域信号を生成する画素領域判定手段と、
上記領域信号を受け取り、非ノイズ階調変化位置の画素である基準画素から次の非ノイズ階調変化位置の画素までの間にある階調平坦領域及びノイズ領域からなる平坦・ノイズ領域の幅である平坦・ノイズ領域幅の予測値を示す平坦・ノイズ領域幅データ予測値を生成する手段であって、上記基準画素の直前の平坦・ノイズ領域幅と上記基準画素の直前に検出された直前基準画素において生成された直前平坦・ノイズ領域幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域の幅を予測した上記平坦・ノイズ領域幅データ予測値を生成する平坦・ノイズ領域幅判定手段と、
上記階調変化量と上記平坦・ノイズ領域幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域における上記変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きデータ値を求める傾き検出手段と、
上記階調変化量と上記傾きデータ値とを用いて、上記領域信号が示す判定の結果に応じた上記入力画像信号の階調値の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータを生成する補正ビット生成手段と、
上記階調値に対し上記補正ビットデータに応じた値を減算又は加算して、上記変換後データで構成される上記出力画像信号を生成する画素値演算手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
上記平坦・ノイズ領域幅判定手段は、
上記領域信号を受け取り、上記平坦・ノイズ領域幅の画素数のカウント値を平坦・ノイズ領域幅を示す平坦・ノイズ領域幅カウント値として出力する平坦・ノイズ領域幅カウント手段と、
上記基準画素ごとに、上記平坦・ノイズ領域幅カウント値に対し、上記基準画素の直前画素までのフィルタ処理出力に巡回型のフィルタ処理を施すことによって上記基準画素の直前画素までに得られた上記平坦・ノイズ領域幅の値の低域周波数成分を求め、該求められた値を上記平坦・ノイズ領域幅データ予測値として出力する巡回型フィルタ処理手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
上記傾き検出手段は、
上記階調変化量の値を予め決められた範囲に制限した振幅制限階調変化量と、上記平坦・ノイズ領域幅データ予測値とにより、上記変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きを求める傾き算出手段と、
上記基準画素ごとに、上記傾き算出手段により求められた階調値の傾きを上記傾きデータ値として選択し、該基準画素以外の画素においては直前画素における階調値の傾きを上記傾きデータ値として選択する切換え手段とを備え、
上記切換え手段からの出力を、上記平坦・ノイズ領域に対応する区間における上記画像信号の階調値の傾きを示す上記傾きデータ値として出力する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
上記階調変化量に基づいて上記出力画像信号の階調値の傾きを制限する補正制限係数を設定するエッジ変化検出手段をさらに備え、
上記補正ビット生成手段は、上記階調変化量と上記傾きデータ値と上記補正制限係数とを用いて、上記領域信号が示す判定の結果に応じた上記入力画像信号の階調値の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータを生成する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
上記エッジ変化検出手段は、
上記階調変化量の絶対値が予め決められた閾値より大きい場合は、上記階調変化量の値が画像のエッジによるものと判定して、上記補正制限係数の値を０に設定し、
上記階調変化量の絶対値が上記閾値以下の場合は、上記階調変化量の絶対値の大きさに応じて、上記補正制限係数の値を１以下で０より大きい範囲内の値に設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項６】
上記補正ビット生成手段は、
上記階調変化量の値を予め決められた範囲に制限した振幅制限階調変化量と上記補正制限係数とから、上記入力画像信号の階調値に対する補正値を求める演算手段と、
上記傾きデータ値を、上記補正値の画素ごとの変化の値として求め、直前の画素における補正値から上記傾きデータ値を減算し、該減算結果を出力する減算手段と、
上記領域信号が示す判定の結果に基づき、非ノイズ階調変化位置の画素である基準画素においては上記演算手段で求められた上記補正値を選択し、上記基準画素直後の階調平坦領域及びノイズ領域となる画素においては、上記減算手段による上記減算結果を選択し、選択した結果を上記入力画像信号の階調値に対する補正値として出力する切換え手段と、
上記基準画素での補正値から、上記傾きデータ値ずつ画素ごとに順次変化する補正値を得て、上記入力画像信号における階調値に対して小数部に相当する量子化値を有する補正ビットデータを生成するビット列変換手段と
を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
時間方向及び空間方向に離散したデータで構成される入力画像信号が入力され、上記入力画像信号の階調数を拡張し且つ階調値を補正する変換処理によって生成された変換後データで構成される出力画像信号を出力する機能を持つ画像処理装置であって、
上記入力画像信号から、互いに隣接配置された画素の階調値の差分である階調変化量を求める階調変化量検出手段と、
上記階調変化量に基づいて、各画素を、上記階調変化量の値が０である階調平坦領域に属する画素、上記入力画像信号に含まれるノイズ成分によって上記階調変化量の値が０でないノイズ領域に属する画素、並びに、上記階調平坦領域及び上記ノイズ領域以外の領域である非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、該判定の結果を示す領域信号を生成する画素領域判定手段と、
上記領域信号を受け取り、非ノイズ階調変化位置の画素である基準画素から次の非ノイズ階調変化位置の画素までの間にある階調平坦領域及びノイズ領域からなる平坦・ノイズ領域の幅である平坦・ノイズ領域幅を示す平坦・ノイズ領域幅を測定し、平坦・ノイズ領域幅測定値を出力する平坦・ノイズ領域幅判定手段と、
上記階調変化量と上記平坦・ノイズ領域幅測定値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域における上記変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きデータ値を求める傾き検出手段と、
上記階調変化量と上記傾きデータ値とを用いて、上記領域信号が示す判定の結果に応じた上記入力画像信号の階調値の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータを生成する補正ビット生成手段と、
上記階調値に対し上記補正ビットデータに応じた値を減算又は加算して、上記変換後データで構成される上記出力画像信号を生成する画素値演算手段と
を備えたこと特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
上記補正ビット生成手段は、
上記傾き検出手段からの上記傾きデータ値を、上記補正値における画素ごとの変化の値とし、
上記領域信号が示す判定の結果に応じて、非ノイズ階調変化位置の画素である基準画素においては、上記補正値を固定の値とし、
上記基準画素直後の階調平坦領域及びノイズ領域となる画素位置においては、上記基準画素での補正値に対し画素の順に上記傾きデータ値に応じた値を順次加算した値を用い、該値を入力画像信号における階調値の小数部に相当する値として付加することによって生成された補正ビットデータを生成する
ことを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項９】
上記画素領域判定手段は、注目画素位置における上記階調変化量の値と、上記注目画素とその前後に位置する画素とを含む所定の画素範囲内にある各画素の階調変化量の極性とから、上記ノイズ領域を判定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
上記画素領域判定手段は、
注目画素位置における上記階調変化量の値を所定の値と比較し、比較結果を出力する絶対値レベル比較手段と、
注目画素とその前後に位置する画素とを含む所定の画素範囲内にある上記階調変化量を得て、注目画素位置における上記階調変化量の極性と、所定の画素範囲内の画素における階調変化量のそれぞれの極性との一致又は不一致を判定する極性判定手段と、
上記極性判定手段における判定結果において、所定の画素範囲内の画素のうちいずれかで極性が反対となる場合を求め、極性判定結果を出力する合成手段と、
上記絶対値レベル比較手段による比較結果と、上記合成手段からの極性判定結果とに基づき、上記ノイズ領域となる階調の変化を判定して、判定結果である領域信号を生成する領域信号生成手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
上記画素領域判定手段は、
(判定Ａ１)  画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、ｄｆ（ｘ）＝０である場合には、上記注目画素は、階調平坦領域に属する画素であると判定し、
(判定Ａ２)  画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄ（Ｎｄは、所定の整数）であり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性と反対極性である場合、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性と反対極性である場合には、
上記注目画素は、ノイズ領域に属する画素であると判定し
（判定Ａ３）  上記判定Ａ１において、上記注目画素が階調平坦領域に属する画素ではないと判定され、且つ、上記判定Ａ２において、上記注目画素がノイズ領域に属する画素ではないと判定された上記注目画素を、非ノイズ階調変化位置の画素であると判定する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
上記画素領域判定手段は、
（判定Ｂ１）  画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、ｄｆ（ｘ）＝０である場合には、上記注目画素は、階調平坦領域に属する画素であると判定し、
（判定Ｂ２）  画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄ（Ｎｄは、所定の整数）であり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性と反対極性である場合、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性と反対極性である場合、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ−２）の極性と反対極性である場合、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ＋２）の極性と反対極性である場合には、
上記注目画素は、ノイズ領域に属する画素であると判定し、
（判定Ｂ３）  上記判定Ｂ１において、上記注目画素が階調平坦領域に属する画素ではないと判定され、且つ、上記判定Ｂ２において、上記注目画素が、ノイズ領域に属する画素ではないと判定された場合には、上記注目画素を、非ノイズ階調変化位置の画素であると判定する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
上記画素領域判定手段は、注目画素位置における上記階調変化量の値と、注目画素とその前後に位置する画素とを含む所定の画素範囲内にある階調変化量を平滑化処理した結果から、上記ノイズ領域となる階調の変化を判定することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１４】
上記画素領域判定手段は、
注目画素位置における上記階調変化量の値を所定の値と比較し、比較結果を出力する絶対値レベル比較手段と、
注目画素とその前後に位置する画素を含む所定の画素範囲にある上記階調変化量を得て、所定の画素範囲内の画素における階調変化量に対し平滑化処理し、平滑化結果を出力する平滑化手段と、
上記注目画素位置における階調変化量と上記平滑化結果との極性の一致又は不一致を判定する極性判定手段と、
上記平滑化結果を所定の値と比較し、比較結果を出力する比較手段と、
上記絶対値レベル比較手段による比較結果と、上記極性判定手段からの極性判定結果と、上記比較手段による比較結果とに基づき、上記ノイズ領域となる階調の変化を判定して、上記領域信号を生成する領域信号生成手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１５】
上記領域信号生成手段は、
（判定Ｃ１）  画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、ｄｆ（ｘ）＝０である場合には、注目画素は、階調平坦領域に属する画素であると判定し、
（判定Ｃ２）  画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄ（Ｎｄは、所定の整数）であり、且つ、上記平滑化結果の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性とが反対極性の場合、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、上記平滑化結果の絶対値｜ｃｔ０｜が、｜ｃｔ０｜≦ｃｔｈ０（ｃｔｈ０は所定の閾値）である場合は、
上記注目画素は、ノイズ領域に属する画素であると判定し、
（判定Ｃ３）  上記判定Ｃ１において、上記注目画素が階調平坦領域に属する画素ではないと判定され、且つ、上記判定Ｃ２において、上記注目画素が、ノイズ領域に属する画素ではないと判定された場合には、上記注目画素は、非ノイズ階調変化位置の画素であると判定する
ことを特徴とする請求項１４に記載の画像処理装置。
【請求項１６】
上記階調変化量検出手段は、
画像信号の水平方向又は垂直方向のいずれか一定方向の隣接画素間の階調値の差分を算出し、該差分を上記階調変化量として出力する階調変化量算出手段と、
上記階調変化量の値の取り得る範囲を制限し、値を制限した振幅制限階調変化量を出力する階調変化量制限手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１７】
上記階調変化量制限手段は、上記階調変化量の値を、予め決められた正の値となる最大値から予め決められた負の値となる最小値までの範囲内に制限し、上記振幅制限階調変化量として出力することを特徴とする請求項１６に記載の画像処理装置。
【請求項１８】
時間方向及び空間方向に離散したデータで構成される入力画像信号が入力され、上記入力画像信号の階調数を拡張し且つ階調値を補正する変換処理によって生成された変換後データで構成される出力画像信号を出力する画像処理方法であって、
画像信号の空間方向の画素間の階調値の差分を階調が変化した際の階調変化量として求める階調変化量検出ステップと、
上記階調変化量に基づいて、各画素を、上記階調変化量の値が０である階調平坦領域に属する画素、上記入力画像信号に含まれるノイズ成分によって上記階調変化量の値が０でないノイズ領域に属する画素、並びに、上記階調平坦領域及び上記ノイズ領域以外の非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、該判定の結果を示す領域信号を生成する画素領域判定ステップと、
上記領域信号に基づいて、非ノイズ階調変化位置の画素である基準画素から次の非ノイズ階調変化位置の画素までの間にある階調平坦領域及びノイズ領域からなる平坦・ノイズ領域の幅である平坦・ノイズ領域幅の予測値を示す平坦・ノイズ領域幅データ予測値を生成する手段であって、上記基準画素の直前の平坦・ノイズ領域幅と上記基準画素の直前に検出された直前基準画素において生成された直前平坦・ノイズ領域幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域の幅を予測した上記平坦・ノイズ領域幅データ予測値を生成する平坦・ノイズ領域幅判定ステップと、
上記階調変化量と上記平坦・ノイズ領域幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域における上記変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きデータ値を求める傾き検出ステップと、
上記階調変化量と上記傾きデータ値とを用いて、上記領域信号が示す判定の結果に応じた上記入力画像信号の階調値の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータを生成する補正ビット生成ステップと、
上記階調値に対し上記補正ビットデータに応じた値を減算又は加算して、上記変換後データで構成される上記出力画像信号を生成する画素値演算ステップと
を備えたこと特徴とする画像処理方法。
【請求項１９】
時間方向及び空間方向に離散したデータで構成される入力画像信号が入力され、上記入力画像信号の階調数を拡張し且つ階調値を補正する変換処理によって生成された変換後データで構成される出力画像信号を出力する画像処理方法であって、
画像信号の空間方向の画素間の階調値の差分を階調が変化した際の階調変化量として求める階調変化量検出ステップと、
上記階調変化量に基づいて、各画素を、上記階調変化量の値が０である階調平坦領域に属する画素、上記入力画像信号に含まれるノイズ成分によって上記階調変化量の値が０でないノイズ領域に属する画素、並びに、上記階調平坦領域及び上記ノイズ領域以外の非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、該判定の結果を示す領域信号を生成する画素領域判定ステップと、
上記領域信号を元に、非ノイズ階調変化位置の画素である基準画素から次の非ノイズ階調変化位置の画素までの間にある階調平坦領域及びノイズ領域からなる平坦・ノイズ領域の幅である平坦・ノイズ領域幅を示す平坦・ノイズ領域幅を測定し、平坦・ノイズ領域幅測定値を出力する平坦・ノイズ領域幅判定ステップと、
上記階調変化量と上記平坦・ノイズ領域幅測定値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域における上記変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きデータ値を求める傾き検出ステップと、
上記階調変化量と上記傾きデータ値とを用いて、上記入力画像信号の階調値の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータを生成する補正ビット生成ステップと、
上記階調値に対し上記補正ビットデータに応じた値を減算又は加算して、上記変換後データで構成される上記出力画像信号を生成する画素値演算ステップと
を備えたこと特徴とする画像処理方法。
【請求項２０】
請求項１から１７までのいずれか１項に記載の画像処理装置と、
上記画像処理装置から出力される階調数を拡張した上記出力画像信号に基づく画像を表示する表示手段と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２１】
請求項１から１７までのいずれか１項に記載の画像処理装置と同じ構成を有する第１の画像処理手段と、
上記第１の画像処理手段から出力される信号に処理を施す信号処理手段と、
上記信号処理手段から出力される信号に階調変換処理を施す、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の画像処理装置と同じ構成を有する第２の画像処理手段と、
上記第２の画像処理手段から出力される階調数を拡張した画像信号に基づく画像を表示する表示手段と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力画像信号の各画素のデータの階調数を拡張して階調数が拡張されたデータから構成される出力画像信号を生成する画像処理装置及び画像処理方法、並びに、この画像処理装置又は画像処理方法を適用した画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶、プラズマ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）などのように、光の反射若しくは透過、又は発光によって離散的に配置されたマトリクス状の画素を変調して画像を表示するデバイスが、薄型テレビ、プロジェクションテレビ、プロジェクター、及びコンピュータ用のモニターなどの様々な画像表示装置（ディスプレイ）に用いられている。近年、ハイビジョン放送やコンピュータの処理速度の向上により、ディスプレイの高精細化が進むとともに、デバイスの改善によりディスプレイの高輝度化も急速に進んでいる。一方、ディスプレイの高輝度化に伴い表示可能な階調数（ビット数）が拡張されているので、ユーザーは、デジタル化された画像信号を表示した際の画素間における微妙な階調差を識別できるようになり、量子化ノイズが目立つようになっている。
【０００３】
アナログ画像信号を受信する場合には、アナログ−デジタル変換器による変換後のデジタル信号のビット数を増やす（例えば、従来８ビットであったビット数を、１０ビットに増やす）などして、量子化ノイズを削減することが可能である。しかし、高精細画像を表示できるディスプレイにおいて、アナログ−デジタル変換器の高速化と量子化数の増加を図るには、著しいコストアップを伴う。
【０００４】
また、デジタル画像信号を受信する場合（例えば、デジタルテレビジョン放送の場合）には、デジタル伝送における送信側と受信側の取り決めによって決められた量子化数による画像信号が送受信される（一般に、８ビットの量子化を行うことで、８ビット階調の画像信号が生成される）ので、取り決めを変更しない限り、量子化数を変更することはできない。同様に、ＤＶＤやネットワーク上のデジタルコンテンツも量子化数が予め決められているので、新しい規格を設けない限り、コンテンツそのものの量子化数を増やすことはできない。
【０００５】
さらに、テレビなどの画像信号処理においては、インパクトのある映像を表示するために、受信した画像信号のダイナミックレンジを拡張する処理や、階調−輝度変換特性を変更してコントラストの高い映像に変換する処理が行われている。このような階調補正処理を行うと、コントラストの高い映像の表示が可能になる一方で、階調補正による階調飛び（階調ジャンプ）が起こり、量子化ノイズが増えてしまう。
【０００６】
このような場合に、デジタル画像処理により画像信号の量子化ノイズを削減する方法として、画像信号に下位ビットを付加することによって画像信号の階調数を増やす階調変換技術（多階調化技術）がある。この階調変換技術として、画像信号の特定の階調の変化がある信号を検出し、検出された必要な画素に対し階調数の拡張処理を行うものなどが提案されている。
【０００７】
例えば、特開２００３−３０４４００号公報（特許文献１）は、画像メモリを用いて、画像メモリからの画像信号内で等しい輝度レベルにて隣接する画素の集合である同一輝度領域を検出するとともに、隣接する同一輝度領域間における輝度レベルの差が予め設定された値と一致するか否かを判定する偽輪郭検出器と、偽輪郭検出器の判定結果に基づき、隣接する同一輝度領域間の境界付近における画素の輝度レベルを中間調に変換する画素値変換器とを備えた画像処理装置を開示している。
【０００８】
また、特許第３７１０１３１号公報（特許文献２）は、検出手段が、ラインメモリからの入力画像信号の低周波部分（第一の画素値が複数連続し、さらに第一の画素値から所定レベル画素値が変化した第二の画素値が複数連続する部分）を検出し、信号拡張手段が、この低周波部分の所定範囲の第一又は／及び第二の画素値のビット列に所定のビット数を付与して、画素値が順次変化するように拡張補正する画像処理装置を開示している。
【０００９】
さらに、特開２００７−１５８８４７号公報（特許文献３）は、映像信号を順次シフトレジスタに入力して、レジスタに保持されている画素信号を用いて、信号レベル差が予め設定した信号レベル差内であるか否かの判別を行い、信号レベル差が、例えば、１ビットであるとき、信号レベル差を生じる直前の画素の信号レベルと等しい連続する画素を判別し、判別された連続する画素に対して、画素間の信号レベルの変化量を平均化させて設定し、設定された変化量に基づいてビット割当てを行い映像信号を生成する階調変換装置を提案している。
【００１０】
さらにまた、特開２００７−１８１１８９号公報（特許文献４）は、緩やかなグラデーションの画像領域において階調の変化を検出する場合に、画像内に含まれるノイズ成分の影響を受けにくくする装置及び方法を提案している。特許文献４には、入力された画像信号の画素列を順次走査して線形補間適用領域を検出する際に、所定の範囲内（例えば、最小階調差）の階調変化を検出した場合、その階調変化を検出した位置の次の位置の階調差が、階調変化を検出した位置の前の位置の階調差と同じ場合は、その階調変化はノイズ等によるものであると判定して、階調変化が検出された画素の階調差を当該画素の前後の位置の画素の階調値とみなすことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３０４４００号公報（要約、図１）
【特許文献２】特許第３７１０１３１号（図２〜４）
【特許文献３】特開２００７−１５８８４７号公報（要約、図２、１２）
【特許文献４】特開２００７−１８１１８９号公報（要約、図３、６，７、９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したようにテレビジョン放送やＤＶＤやネットワーク上のデジタルコンテンツなどにおける画像信号では、予め決められた量子化数（ビット数）の信号が画像処理装置に入力されるので、画像信号のビット数がディスプレイで表示可能なビット数よりも少ない場合や階調補正処理などの画像処理によって階調ジャンプが発生する場合に、本来は画像の輪郭（エッジ）が存在しない非常に緩やかに階調が変化する画像領域に、本来は存在しない縞模様が擬似輪郭（「偽輪郭」とも言う。）として知覚される。このため、上記特許文献１〜４の装置においては、同じ階調レベルが連続する領域の検出と、階調差が一定値以内となる階調レベルの変化の検出とを、画像メモリ（例えば、検出したい連続領域の画素幅分の階調レベルを記憶できる）を用いて順次行い、検出結果に基づいて特定された領域の階調変化に対し、擬似輪郭を抑制し、階調変化を滑らかにするよう、階調変化位置の間を線形補間して、画像信号のビット数を増大する階調数の拡張処理を行っていた。このように、従来は画像メモリを用いて階調変化のレベルの検出を行っていたので、画像処理装置における回路規模が増大し、装置が高価なものになるという問題点があった。また、テレビ等の時間的に連続して画像が送られてくる画像信号に対しては、実時間で処理を行うことが要求されるが、画像メモリを用いて行う上記画像処理を実時間で行うことは困難であるという問題点があった。
【００１３】
また、上記特許文献１〜４の装置においては、例えば、コンピュータグラフィックスなどで作成されたランプ（Ｒａｍｐ）画像やデジタルの画像信号のまま入力された画像などのように、ノイズ・誤差等のノイズ成分が少なく階調が単調に変化（増加又は減少）する画像に対して、同じ階調値の画素が連続する領域の検出や、階調差が一定値以内となる階調の変化を適切に検出できる。しかし、上記特許文献１〜４の装置においては、画像のディテールによる変化やディザノイズのような、ノイズ成分による微少な階調変化が含まれる画像信号の場合や、アナログの画像信号をデジタルの画像へ変換した画像信号の場合などに、ノイズ成分による階調変化が、同じ階調値の画素が連続する平坦領域の検出や、階調差が一定値以内となる小さな階調変化の検出に悪影響を及ぼし、誤検出が発生するという問題点があった。また、上記特許文献１〜４の装置においては、特定された領域の階調の変化に対し、階調変化位置の画素間の階調値を線形補間して、階調数の拡張処理を行う。このため、ノイズ成分は抑制されるが、ノイズ成分となる画素に対しても補間処理が行われ、階調の変化が滑らかになるよう変換されるので、階調変換後の画像のディテールや、鮮鋭度（輪郭情報）が保たれなくなり、画像のぼやけが発生し、量子化ノイズ又は擬似輪郭を良好に低減することができず、画質が劣化するという問題点があった。
【００１４】
さらに、上記特許文献４に記載の装置においては、所定の範囲内の階調変化を検出した場合、その階調変化を検出した位置の次の位置の階調差が、階調変化を検出した位置の前の位置の階調差と同じ場合は、その階調変化はノイズ成分によるものであると判定して、階調変化が検出された画素の階調差を当該画素の前後の位置の画素の階調値とみなす処理を加える構成として、ノイズ成分を抑制する補間処理を行い、階調数の拡張処理を行っている。しかし、ノイズ成分による階調変化は、階調変化位置の前後で必ずしも同一の階調値となるものではなく、その階調変化の大きさ（階調差）が一定値以上となる場合もあるので、ノイズ成分を適切に検出できない場合があるという問題点がある。
【００１５】
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、入力画像信号にノイズ成分が含まれる場合であっても、回路規模を大幅に増やさずに、実時間の信号処理により、非常に緩やかに階調値が変化する区間における画像を、ノイズ成分による画像品質の低下を抑制しながら、階調の変化が滑らかな高品位な画像として表示させる出力画像信号を生成することができる画像処理装置及び画像処理方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、入力画像信号にノイズ成分が含まれる場合であっても、回路規模を大幅に増やさずに、実時間の信号処理により、非常に緩やかに階調値が変化する区間における画像を、ノイズ成分による画像品質の低下を抑制しながら、階調の変化が滑らかな高品位な画像として表示することができる画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の画像処理装置は、時間方向及び空間方向に離散したデータで構成される入力画像信号が入力され、上記入力画像信号の階調数を拡張し且つ階調値を補正する変換処理によって生成された変換後データで構成される出力画像信号を出力する機能を持つ画像処理装置であって、上記入力画像信号から、互いに隣接配置された画素の階調値の差分である階調変化量を求める階調変化量検出手段と、上記階調変化量に基づいて、各画素を、上記階調変化量の値が０である階調平坦領域に属する画素、上記入力画像信号に含まれるノイズ成分によって上記階調変化量の値が０でないノイズ領域に属する画素、並びに、上記階調平坦領域及び上記ノイズ領域以外の領域である非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、該判定の結果を示す領域信号を生成する画素領域判定手段と、上記領域信号を受け取り、非ノイズ階調変化位置の画素である基準画素から次の非ノイズ階調変化位置の画素までの間にある階調平坦領域及びノイズ領域からなる平坦・ノイズ領域の幅である平坦・ノイズ領域幅の予測値を示す平坦・ノイズ領域幅データ予測値を生成する手段であって、上記基準画素の直前の平坦・ノイズ領域幅と上記基準画素の直前に検出された直前基準画素において生成された直前平坦・ノイズ領域幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域の幅を予測した上記平坦・ノイズ領域幅データ予測値を生成する平坦・ノイズ領域幅判定手段と、上記階調変化量と上記平坦・ノイズ領域幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域における上記変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きデータ値を求める傾き検出手段と、上記階調変化量と上記傾きデータ値とを用いて、上記領域信号が示す判定の結果に応じた上記入力画像信号の階調値の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータを生成する補正ビット生成手段と、上記階調値に対し上記補正ビットデータに応じた値を減算又は加算して、上記変換後データで構成される上記出力画像信号を生成する画素値演算手段とを備えたものである。
【００１８】
また、本発明の他の画像処理装置は、時間方向及び空間方向に離散したデータで構成される入力画像信号が入力され、上記入力画像信号の階調数を拡張し且つ階調値を補正する変換処理によって生成された変換後データで構成される出力画像信号を出力する機能を持つ画像処理装置であって、上記入力画像信号から、互いに隣接配置された画素の階調値の差分である階調変化量を求める階調変化量検出手段と、上記階調変化量に基づいて、各画素を、上記階調変化量の値が０である階調平坦領域に属する画素、上記入力画像信号に含まれるノイズ成分によって上記階調変化量の値が０でないノイズ領域に属する画素、並びに、上記階調平坦領域及び上記ノイズ領域以外の領域である非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、該判定の結果を示す領域信号を生成する画素領域判定手段と、上記領域信号を受け取り、非ノイズ階調変化位置の画素である基準画素から次の非ノイズ階調変化位置の画素までの間にある階調平坦領域及びノイズ領域からなる平坦・ノイズ領域の幅である平坦・ノイズ領域幅を示す平坦・ノイズ領域幅を測定し、平坦・ノイズ領域幅測定値を出力する平坦・ノイズ領域幅判定手段と、上記階調変化量と上記平坦・ノイズ領域幅測定値とに基づいて、上記基準画素の直後の平坦・ノイズ領域における上記変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きデータ値を求める傾き検出手段と、上記階調変化量と上記傾きデータ値とを用いて、上記領域信号が示す判定の結果に応じた上記入力画像信号の階調値の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータを生成する補正ビット生成手段と、上記階調値に対し上記補正ビットデータに応じた値を減算又は加算して、上記変換後データで構成される上記出力画像信号を生成する画素値演算手段とを備えたものである。
【００１９】
さらに、本発明の画像表示装置は、画像信号を表示する表示手段を備えて、上記画像処理装置により階調数を拡張した画像信号に基づく画像信号を、上記表示手段に表示させるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の画像処理装置及び画像処理方法によれば、入力画像信号にノイズ成分が含まれる場合においても、入力画像信号に対して、非常に緩やかに階調値が変化する区間において画像信号の階調数を拡張し且つ階調値を適切に補正する階調変換処理を施して、出力画像信号を生成しているので、回路規模を大幅に増やさず、実時間の信号処理により、非常に緩やかに階調値が変化する区間における画像を、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることなく、階調の変化が滑らかな高品位な画像として表示させることができる出力画像信号を生成することができるという効果がある。
【００２１】
また、本発明の画像表示装置によれば、入力画像信号にノイズ成分が含まれる場合においても、入力画像信号に対して、非常に緩やかに階調値が変化する区間において画像信号の階調数を拡張し且つ階調値を適切に補正する階調変換処理を施して、出力画像信号を生成し、この出力画像信号に基づく画像を表示するので、非常に緩やかに階調値が変化する区間における画像を、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることなく、階調の変化が滑らかな高品位な画像として表示することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１による画像処理装置（すなわち、実施の形態１による画像処理方法を実施することができる装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１による画像処理装置における信号波形（入力画像信号の階調値が徐々に上昇し、ノイズ成分を含まない場合）の一例を示す図であり、（ａ）は、８ビットの入力画像信号の最下位ビット付近の階調値を示し、（ｂ）は、入力画像信号の階調変化量及び階調変化位置を示し、（ｃ）は、階調数が拡張され且つ階調値が補正された１２ビットの出力画像信号の最下位ビット付近の階調値を示す。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１による画像処理装置における信号波形（入力画像信号の階調値が徐々に上昇し、ノイズ成分を含む場合）の一例を示す図であり、（ａ）は、８ビットの入力画像信号の最下位ビット付近の階調値を示し、（ｂ）は、入力画像信号の階調変化量及び階調変化位置を示し、（ｃ）は、階調数が拡張され且つ階調値が補正された１２ビットの出力画像信号の最下位ビット付近の階調値を示す。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１においてノイズ成分と判定される画素の一例を示す図であり、（ａ）は、直前及び直後の画素よりも階調値が１階調増加している１個の画素（１個の‘１階調変化画素’）からなるノイズ成分を示し、（ｂ）は、直前及び直後の画素よりも階調値が１階調減少している１個の画素（１個の‘１階調変化画素’）からなるノイズ成分を示す。
【図５】図１に示される画素領域判定手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図６】（ａ）〜（ｇ）は、図１及び図５に示される画素領域判定手段の動作の一例を説明するための図である。
【図７】図１に示される平坦・ノイズ領域幅判定手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図８】図１に示されるエッジ変化検出手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図９】図１及び図８に示されるエッジ変化検出手段の動作の一例を示す図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、図１及び図８に示されるエッジ変化検出手段により検出される階調変化の例を示す図である。
【図１１】図１に示される傾き検出手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、図１及び図９に示される傾き検出手段によって算出される傾きデータ値を説明するための概念図である。
【図１３】図１に示される補正ビット生成手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図１４】図１に示される画素値演算手段の動作を説明するための図である。
【図１５】実施の形態１による画像処理装置の動作（その１）を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態１による画像処理装置の動作（その２）を示すフローチャートである。
【図１７】図１に示される画素領域判定手段の動作を示すフローチャートである。
【図１８】（ａ）〜（ｋ）は、実施の形態１による画像処理装置の動作の一例（階調値が非常に緩やかに上昇し、ノイズ成分を含む場合）を説明するための図である。
【図１９】（ａ）〜（ｋ）は、実施の形態１による画像処理装置の動作の他の例（階調値が非常に緩やかに低下し、ノイズ成分を含む場合）を説明するための図である。
【図２０】図１に示される画素値演算手段の動作の他の例を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施の形態２による画像処理装置（すなわち、実施の形態２による画像処理方法を実施することができる装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２２】図２１に示される画素領域判定手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２３】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態２においてノイズ成分と判定される画素の一例を示す図であり、（ａ）は、直前及び直後の画素よりも階調値が１階調増加している連続する２個の画素（連続２個の‘１階調変化画素’）からなるノイズ成分を示し、（ｂ）は、直前及び直後の画素よりも階調値が１階調減少している連続する２個の画素（連続２個の‘１階調変化画素’）からなるノイズ成分を示す。
【図２４】本発明の実施の形態３による画像処理装置（すなわち、実施の形態３による画像処理方法を実施することができる装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２５】図２４に示される画素領域判定手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２６】（ａ）〜（ｅ）は、図２４に示される画素領域判定手段の動作の一例を説明するための図である。
【図２７】図２４に示される画素領域判定手段の動作を示すフローチャートである。
【図２８】図２４に示される画素領域判定手段の構成の他の例を概略的に示すブロック図である。
【図２９】本発明の実施の形態４による画像処理装置（すなわち、実施の形態４による画像処理方法を実施することができる装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図３０】（ａ）及び（ｂ）は、図２９に示される傾き検出手段によって算出される傾きデータ値を説明するための概念図である。
【図３１】図２９に示される補正ビット生成手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図３２】図２９に示される補正ビット生成手段の構成の他の例を概略的に示すブロック図である。
【図３３】実施の形態４による画像処理装置の動作（その１）を示すフローチャートである。
【図３４】実施の形態４による画像処理装置の動作（その２）を示すフローチャートである。
【図３５】（ａ）〜（ｋ）は、実施の形態４による画像処理装置の動作の一例（階調値が非常に緩やかに上昇し、ノイズ成分を含む場合）を説明するための図である。
【図３６】（ａ）〜（ｋ）は、実施の形態４による画像処理装置の動作の他の例（階調値が非常に緩やかに低下し、ノイズ成分を含む場合）を説明するための図である。
【図３７】実施の形態４による画像処理装置の動作の他の例（図３４に代わる例）を示すフローチャートである。
【図３８】本発明の実施の形態５による画像処理装置（すなわち、実施の形態５による画像処理方法を実施できる装置）の構成の一例を示すブロック図である。
【図３９】本発明の実施の形態６による画像表示装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図４０】本発明の実施の形態７による画像表示装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
《１》実施の形態１．
《１−１》概要．
図１は、本発明の実施の形態１による画像処理装置（すなわち、実施の形態１による画像処理方法を実施することができる装置）の構成を概略的に示すブロック図である。実施の形態１の画像処理装置は、ｍビット（ｍは自然数）のデジタルの入力画像信号Ｄａをｎビット（ｎは自然数）のデジタルの出力画像信号Ｄｂに変換するビット数（階調数）拡張（ｎ＞ｍ）の階調変換処理を行うことができる階調変換手段１を備えている。階調変換手段１による階調変換処理は、例えば、ｍビットの入力画像信号Ｄａに、入力画像信号Ｄａよりも下位のビットデータである補正ビットデータＣｄを付加することによってビット数を拡張且つ階調値を補正して、ｎビットの出力画像信号Ｄｂを生成する処理である。
【００２４】
図１に示される階調変換手段１は、入力画像信号Ｄａの空間方向の画素間の階調値の差分を階調が変化した際の階調変化量ｄｆとして求め、求められた階調変化量ｄｆに基づいて、各画素を、階調変化量ｄｆが値０になる「階調平坦領域」（Ａｒ＝０）に属する画素、入力画像信号Ｄａに含まれるノイズ成分によって階調変化量ｄｆが値０ではない値になる「ノイズ領域」（「ノイズ階調変化領域」とも言う。）に属する画素、並びに、階調平坦領域及びノイズ領域のいずれでもない「非ノイズ階調変化位置」（「非ノイズ階調変化領域」とも言う。）の画素のいずれかに分類する判定を行い、該判定の結果を示す領域信号Ａｒを出力する。すなわち、階調変換手段１は、画素領域を、階調平坦領域、ノイズ領域、非ノイズ階調変化位置の３つの領域に分割するための判定を行い、該判定の結果を示す領域信号Ａｒを出力する。実施の形態１においては、階調平坦領域（ｄｆ＝０）の画素についての領域信号Ａｒは値‘０’（Ａｒ＝０）であり、ノイズ領域の画素についての領域信号Ａｒは値‘１’（Ａｒ＝１）であり、非ノイズ階調変化位置の画素についての領域信号Ａｒは値‘２’（Ａｒ＝２）である。ただし、領域信号Ａｒの値は、各画素が３つの領域のいずれに属する画素であるかを示す値であれば、他の値を採用してもよい。また、本発明は、階調平坦領域とノイズ領域とを１つ共通領域（後述する「平坦・ノイズ領域」）として扱う場合をも含んでいるので、領域信号Ａｒとして、共通領域と非ノイズ階調変化位置との２つの領域を示す値を採用することも可能である。
【００２５】
また、階調変換手段１は、領域信号Ａｒに基づいて、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素である基準画素から次に現れる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素までの間にある階調平坦領域及びノイズ領域（階調平坦領域及びノイズ領域（Ａｒ＝０，１）を「平坦・ノイズ領域」と言う。）の幅である「平坦・ノイズ領域幅」の予測値を示す「平坦・ノイズ領域幅データ予測値」を生成する。この基準画素の直後の平坦・ノイズ領域の幅を予測した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔは、基準画素の直前の平坦・ノイズ領域幅と基準画素の直前に検出された直前基準画素において生成された直前平坦・ノイズ領域幅データ予測値とに基づいて計算（例えば、後述する図１８（ｆ）の「（０＋７）／２」の計算、「（４＋７）／２」の計算など）される。
【００２６】
さらに、階調変換手段１は、階調変化量ｄｆを振幅制限して得られた振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとに基づいて、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の基準画素の直後の平坦・ノイズ領域における変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きデータ値Ｋｓｌを求め、階調変化量ｄｆに基づいて画像のエッジ（輪郭）による出力画像信号の階調値の傾きを制限する補正制限係数ｒｃを設定し、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと傾きデータ値Ｋｓｌと補正制限係数ｒｃとを用いて、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータＣｄを生成し、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）の画素のデータに対し補正ビットデータＣｄに応じた値を減算又は加算して、変換後データで構成される出力画像信号Ｄｂを生成する。
【００２７】
実施の形態１の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれている場合であっても、ノイズ領域（Ａｒ＝１）を非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）と区別して検出し、入力画像信号Ｄａの階調値が非常に緩やかに変化する区間における平坦・ノイズ領域幅（ノイズ成分がない場合には「階調平坦領域幅」ともいう。）をノイズ成分に影響されずに正確に検出することができる。このため、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを用いて算出される傾きデータ値Ｋｓｌをノイズ成分により影響されずに適切に求めることができ、この傾きデータ値Ｋｓｌを用いて算出される補正ビットデータＣｄを適切に求めることができ、補正ビットデータＣｄを用いて行われる画像信号の階調変換処理を適切に行うことができる。その結果、入力画像信号Ｄａの非常に緩やかに階調値が変化する区間における画像を、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることなく、階調の変化が滑らかな高品位な画像として表示させることができる出力画像信号Ｄｂを生成することができる。また、実施の形態１における階調変換手段１の処理には、平坦・ノイズ領域幅に相当する容量の画像メモリを用いる必要がないので、上記階調変換処理を、回路規模を大幅に増やさず、実時間の信号処理により実現することができる。
【００２８】
《１−２》構成．
《１−２−１》画像処理装置．
図１に示されるように、実施の形態１の画像処理装置は、時間方向及び空間方向に離散したデータで構成される入力画像信号Ｄａが入力され、この入力画像信号Ｄａの階調数を拡張し且つ階調値（階調レベル）を補正する変換処理によって生成された変換後データで構成される出力画像信号Ｄｂを出力する階調変換手段１を有している。階調変換手段１は、階調変化量検出手段１０と、画素領域判定手段２０と、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０と、傾き検出手段４０と、エッジ変化検出手段６０と、補正ビット生成手段５０と、遅延補償手段９１と、画素値演算手段９２とを有している。
【００２９】
階調変化量検出手段１０は、入力画像信号Ｄａから、互いに隣接配置（例えば、水平方向又は垂直方向に隣接配置）された画素の階調値の差分である階調変化量ｄｆを算出して出力する階調変化量算出手段１１と、階調変化量ｄｆの値を所定の範囲内に制限した振幅制限階調変化量Ｘｌｍを生成して出力する階調変化量制限手段１２とを備えている。
【００３０】
画素領域判定手段２０は、階調変化量検出手段１０からの階調変化量ｄｆから、各画素を、ｄｆ＝０である「階調平坦領域に属する画素」、ノイズ成分によってｄｆ≠０となる「ノイズ領域に属する画素」、ノイズ成分によらずにｄｆ≠０となる「非ノイズ階調変化位置の画素」のいずれかに分類する判定を行い、判定結果を示す領域信号Ａｒを出力する。このよう各画素を３つの領域に分類（区別）する判定を行うことにより、水平方向（又は垂直方向）に並ぶ画素によって構成される画素領域は、「階調平坦領域」（Ａｒ＝０）、「ノイズ領域」（Ａｒ＝１）、「非ノイズ階調変化位置」（Ａｒ＝２）の３つの領域に区別（分割）される。
【００３１】
平坦・ノイズ領域幅判定手段３０は、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒから、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素が検出されるごとに、この検出された非ノイズ階調変化位置の画素を基準画素とし、この基準画素の直後の平坦・ノイズ領域の平坦・ノイズ領域幅（すなわち、非ノイズ階調変化位置の基準画素と次に現れる非ノイズ階調変化位置の画素との間にある平坦・ノイズ領域幅の予測値）である平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを生成する手段である。平坦・ノイズ領域幅判定手段３０は、基準画素の直前の平坦・ノイズ領域の平坦・ノイズ領域幅と基準画素の直前に検出された直前基準画素において生成された直前平坦・ノイズ領域幅データ予測値とに基づいて、基準画素の直後の平坦・ノイズ領域の平坦・ノイズ領域幅を予測した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを生成する。
【００３２】
傾き検出手段４０は、階調変化量検出手段１０からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅判定手段３０からの平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとに基づいて、非ノイズ階調変化位置の基準画素の直後の平坦・ノイズ領域における変換後データの階調値の傾きを設定する際に用いる傾きデータ値Ｋｓｌを求める手段である。
【００３３】
エッジ変化検出手段６０は、階調変化量検出手段１０からの階調変化量ｄｆに基づいて階調変化位置における階調変化が画像のエッジによる階調変化であるか否かを判定し、該判定結果に応じて出力画像信号Ｄｂの階調値の傾きを制限する補正制限係数ｒｃを設定する手段である。
【００３４】
補正ビット生成手段５０は、階調変化量検出手段１０からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、傾き検出手段４０からの傾きデータ値Ｋｓｌと、エッジ変化検出手段６０からの補正制限係数ｒｃとから、入力画像信号Ｄａの階調値の補正値を求め、該補正値に対応する補正ビットデータＣｄを生成する手段である。
【００３５】
遅延補償手段９１は、入力画像信号Ｄａを遅延させて画像信号Ｄｄとして画素値演算手段９２に出力する手段である。画素値演算手段９２は、入力画像信号Ｄａ（Ｄｄ）の階調値に対し補正ビットデータＣｄに応じた値を減算又は加算して、変換後データで構成される出力画像信号Ｄｂを生成する手段である。
【００３６】
階調変換手段１は、ｍビットの入力画像信号Ｄａ（Ｄｄ）に下位ビットとして補正ビットデータＣｄを付加することによって、ｍビットの入力画像信号Ｄａ（Ｄｄ）をｎビットの出力画像信号Ｄｂにビット数を拡張して順次出力する。また、階調変換手段１は、補正制限係数ｒｃを用いることによって、階調変化位置における階調変化量ｄｆが大きいとき（階調値の変化が画像のエッジ（輪郭）による変化であると判定したとき）には、補正ビットデータＣｄを０にし（又は０に近づけ）、階調変化位置における階調変化量ｄｆが小さいときには、補正ビットデータＣｄを傾きデータ値Ｋｓｌに基づく値としている。
【００３７】
実施の形態１における画像処理装置及び画像処理方法は、画像が表示された画面の一定方向（例えば、水平方向）に非常に緩やかに階調値が変化する画像領域に対し、回路規模を大幅に増やすことなく、ノイズ領域（Ａｒ＝１）における階調変化（ｄｆ≠０）を、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における階調変化（ｄｆ≠０）と区別して検出して、階調変化をより適切に検出する。このため、検出結果に基づいて画像信号の階調を十分な階調数へ拡張し、また、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることなく、階調が滑らかに変化する画像を表示させることができる出力画像信号Ｄｂを生成することができる。
【００３８】
また、実施の形態１の画像処理装置及び画像処理方法においては、階調変化位置における階調値の変化が画像のエッジ（輪郭）による変化であると判定された場合には、補正制限係数ｒｃによって、補正ビットデータＣｄを０にする（又は０に近づける）ことによって、入力画像信号Ｄａの値に忠実な出力画像信号Ｄｂを生成することができる。このため、実施の形態１の画像処理装置によって階調変換された出力画像信号Ｄｂが入力された表示手段（図１には示さず）は、入力画像信号Ｄａの値に忠実に表示すべき画像の輪郭などにおいては、入力画像信号Ｄａの値に忠実に画像を表示でき、且つ、入力画像信号Ｄａの階調値が非常に緩やかに変化する区間（階調平坦領域であるが、ノイズ領域をも含む。）においては、擬似輪郭を低減した高品位な画像の表示を実現することができる。
【００３９】
なお、本出願において、「…手段」として示される構成は、電気回路（ハードウェア）によって実現されるもの、又は、ソフトウェアによって実現されるもののいずれであってもよい。
【００４０】
図１においては、アナログ又はデジタルの画像信号がｍビットのデジタル画像信号の形式に変換されて、階調変換手段１に、入力画像信号Ｄａとして入力される。階調変換手段１は、例えば、Ｑビットの補正ビットデータＣｄを生成し、Ｑビットの補正ビットデータＣｄをｍビットの入力画像信号Ｄａの最下位側に付加して階調数を拡張し、ｎビットの出力画像信号Ｄｂを生成する。入力画像信号Ｄａのビット数ｍは、例えば、８ビットであり、階調補正値のビット数Ｑは、例えば、４ビットであり、出力画像信号Ｄｂのビット数ｎは、例えば、１２ビットである。また、実施の形態１においては、入力画像信号Ｄａの階調値の変化を検出する一定方向が、画面の水平方向（画面表示水平走査方向）である場合を説明する。また、実施の形態１においては、階調変換手段１は、階調変化量ｄｆが８ビットの入力画像信号Ｄａの最下位１ビット分の差、すなわち、画素間の階調値の差分が＋１又は−１の変化である区間を、非常に緩やかに階調値が変化する区間として、階調変換処理を行い、非常に緩やかに階調値が変化する区間を階調が滑らかに変化する画像として表示できるようにする。
【００４１】
なお、画像信号は、輝度と色度で表す形式、又は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）などの原色信号で表わす形式があるが、階調変換手段１は、画像信号がいずれの形式の信号であっても画像信号処理を行うことができる。また、以下においては、階調変換手段１がいずれか１つの形式の画像信号を処理する場合を説明する。また、以下においては、入力画像信号Ｄａの水平方向に対し画像処理を行い、８ビットの入力画像信号Ｄａの階調数を拡張及び補正する階調変換補正処理を行い、１２ビットの出力画像信号Ｄｂとして出力する場合を説明する。
【００４２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１による画像処理装置における信号波形（入力画像信号Ｄａの階調値が非常に緩やかに上昇し、ノイズ成分を含まない場合）を示す図であり、図２（ａ）は、８ビットの入力画像信号Ｄａの最下位ビット付近の階調値Ｌａ（ｘ）（階調値１〜６の範囲）を示し、図２（ｂ）は、入力画像信号Ｄａの階調変化量ｄｆ及び階調変化位置（非ノイズ階調変化位置のみ）を示し、図２（ｃ）は、階調数が拡張された１２ビットの出力画像信号Ｄｂの最下位ビット付近の階調値Ｌｂ（ｘ）（階調値１６〜９６の範囲）を示す。なお、図２（ａ）〜（ｃ）の横軸は、画面の水平方向に並ぶ画素の位置ｘを示す。また、図２（ａ）の縦軸は、各画素位置における８ビットの入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示し、図２（ｂ）の縦軸は、階調変化量ｄｆを示し、図２（ｃ）の縦軸は、各画素位置における１２ビットの出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ（ｘ）を示す。図２（ａ）には、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）が、水平方向の画素位置ｘ＝８〜４０の間で８画素ごとに、階調値の最下位１ビット分の１階調ずつ緩やかに増加している場合が示されている。図２（ｂ）には、階調変換手段１において求められる入力画像信号Ｄａの階調変化量ｄｆ、階調値の変化がない階調平坦領域幅（「平坦・ノイズ領域幅」でもある。）と画素位置との関係が示されている。図２（ｃ）には、階調変換手段１から出力される１２ビットの出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ（ｘ）の変化が示されている。階調差が大きく、例えば、２階調より大きい場合には、隣接画素間の境界において、信号の階調レベルは滑らかに変化していないと言うことができる。このため、階調差が大きい（例えば、２階調以上）の場合には、この階調の境界に輪郭が見えても問題はない。一方、階調差が１階調である場合は、隣接画素間の境界において信号の階調レベルは滑らかに変化しているものの、上記の境界に量子化ノイズ又は擬似輪郭が発生する場合がある。このような、階調差が１階調で緩やかに（低周波で）階調値が変化する画像信号の画素においては、階調値がより滑らかに変化するように（例えば、図２（ｃ）に示されるように）、画像信号Ｄａの階調数を増やす階調変換を行う。
【００４３】
図３（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１による画像処理装置における信号波形（入力画像信号Ｄａの階調値が非常に緩やかに上昇し、ノイズ・誤差等のノイズ成分を含む場合）を示す図であり、図３（ａ）は、８ビットの入力画像信号Ｄａの最下位ビット付近の階調値Ｌａ（ｘ）（階調値１〜６の範囲）を示し、図３（ｂ）は、入力画像信号Ｄａの階調変化量ｄｆ及び階調変化位置（この図においては、ノイズ領域及び非ノイズ階調変化位置）を示し、図３（ｃ）は、階調数が拡張された１２ビットの出力画像信号Ｄｂの最下位ビット付近の階調値Ｌｂ（ｘ）（階調値１６〜９６の範囲）を示す。なお、図３（ａ）〜（ｃ）の横軸は、画面の水平方向に並ぶ画素の位置ｘを示す。また、図３（ａ）の縦軸は、各画素位置における８ビットの入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示し、図３（ｂ）の縦軸は、階調変化量ｄｆを示し、図３（ｃ）の縦軸は、各画素位置における１２ビットの出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ（ｘ）を示す。
【００４４】
図３（ａ）には、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）が、水平方向の画素位置ｘ＝８〜４０の間で８画素ごとに、階調値の最下位１ビット分の１階調ずつ緩やかに増加しているが、ノイズ成分を含む場合が示されている。図３（ａ）は、図２（ａ）に示した１階調ずつ緩やかに増加している入力画像信号に対し、ノイズ成分が追加された例を示している。図３（ａ）の例においては、画素位置ｘ＝１９（＝ｘ１）の画素において階調値が１階調だけ増加している。また、図３（ａ）の例においては、画素位置ｘ＝３５（＝ｘ２）の画素において階調値の変化があり、その前後の画素位置ｘ＝３４（＝ｘ２−１）の画素及び画素位置ｘ＝３６（＝ｘ２＋１）の画素において、１階調の範囲内の階調値の増加又は減少となる高周波の変化がある。
【００４５】
図３（ｂ）には、階調変換手段１において求められる入力画像信号Ｄａの階調変化量ｄｆ、階調値の変化がない階調平坦領域（ｄｆ＝０）と、ノイズ領域（ｘ＝ｘ１−１，ｘ１，ｘ２−１，ｘ２，ｘ２＋１）と、非ノイズ階調変化位置（画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２，４０）とが示されている。図３（ｂ）においては、水平方向の画素位置ｘ＝８〜４０の間で８画素ごとに１階調の差で階調値が変化している画素（画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２，４０）における階調変化量は、１階調（ｄｆ＝＋１）として得られる。また、図３（ｂ）においては、画素位置ｘ１及びその後における画素位置ｘ１＋１、並びに、画素位置ｘ２及びその前後における画素位置ｘ２−１，ｘ２＋１においても、階調変化量ｄｆが０ではない値として得られる。この階調変化量ｄｆの値のみにより、階調値の変化を検出するのであれば、高周波の変化がある階調変化に対しても、検出すべき階調変化の画素位置とみなされることになり、（例えば、ノイズ領域の画素を非ノイズ階調変化位置の画素と誤って検出する）誤検出の原因となる。
【００４６】
一般に、人間の目は、高周波成分よりも低周波成分に対する方が感度が高く、量子化ノイズ又は擬似輪郭が発生して認識される場合は、変化の階調差は１階調付近で、ある程度の幅で単調に階調値が増加又は減少する緩やかな（低周波の）階調変化である。一方、ノイズ（誤差）成分は数画素の範囲の領域で階調値の増加、減少が起こる高周波の変化であり、その振幅は画像信号のレベルに比べてある程度小さいと考えられる。よって、図３（ｂ）の画素位置ｘ１及びｘ２のそれぞれの前後における画素における階調値の変化は、数画素の範囲の領域で増加、減少となる高周波の変化であり、その変化の階調差は比較的小さい振幅となっており、これらの変化は、ノイズ・誤差等のノイズ成分によるものと言える。画像信号の緩やかな階調変化を表示画像において一層滑らかに表示するためには、ノイズ成分による階調変化を除き、緩やかに階調値が変化する画像領域の平坦・ノイズ領域幅を適切に求め、階調値の傾きを適切に求めて、緩やかに（低周波で）階調値が変化する画像信号の画素の階調値がより滑らかに変化するようにする必要がある。
【００４７】
図３（ｃ）には、階調変換手段１から出力される１２ビットの出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ（ｘ）の変化が示されている。図３（ｃ）は、図３（ａ）の信号を、（ノイズ成分による高周波の変化はあるが）緩やかに階調値が変化する領域である平坦・ノイズ領域の平坦・ノイズ領域幅と、階調値の傾きを求めて、階調数を増やす階調変換を行った場合の階調変換手段１から出力される１２ビットの出力画像信号Ｄｂの階調値の一例を示している。図３（ｃ）の例で示されるように、階調変換手段１においては、ノイズ成分による階調値の変化を残したまま、その他の緩やかな階調変化は、階調値がより滑らかに変化するように階調変換が行われる。
【００４８】
《１−２−２》階調変化量検出手段１０．
階調変化量検出手段１０には、入力画像信号Ｄａが入力される。階調変化量検出手段１０は、入力画像信号Ｄａにおける水平方向に隣接する画素間の階調値（画素値又は階調レベル）の差を算出して階調変化量ｄｆとして求め、これを出力すると共に、階調変化量ｄｆの値を所定の範囲内に制限した振幅制限階調変化量Ｘｌｍを出力する。
【００４９】
階調変化量検出手段１０に、図２（ａ）又は図３（ａ）に示されるような入力画像信号Ｄａが入力されると、階調変化量検出手段１０は、水平方向の画素位置ｘの画素とその直前の画素位置ｘ−１の画素との間の階調値の差（階調変化量）を算出し、例えば、図２（ｂ）又は図３（ｂ）に示されるような階調変化量ｄｆを得る。階調変化量検出手段１０で得られた階調変化量ｄｆがｄｆ≠０である画素位置にある画素は、階調値が変化する画素位置（すなわち、非ノイズ階調変化位置）の画素、又は、ノイズ成分による階調値の変化がある画素位置（すなわち、ノイズ領域）の画素である。例えば、図２（ｂ）に示される例においては、画素位置ｘ＝８から８画素数ごとの画素位置において、階調変化量ｄｆ＝＋１となっており、画素位置ｘ＝８から８画素数ごとの画素位置の間の画素において、階調変化量ｄｆ＝０となっている。一方、図３（ｂ）に示される例においては、画素位置ｘ＝８から８画素数ごとの画素位置で階調変化量ｄｆ＝＋１であり、ノイズ成分のある画素位置ｘ１（＝１９）においては階調変化量ｄｆ＝＋１であり、その直後の画素位置ｘ１＋１（＝２０）においては階調変化量ｄｆ＝−１であり、画素位置ｘ２（＝３５）においては階調変化量ｄｆ＝−２であり、画素位置ｘ２の直前の画素位置ｘ２−１においては階調変化量ｄｆ＝＋１であり、画素位置ｘ２の直後の画素位置ｘ２＋１においては階調変化量ｄｆ＝＋１であり、その他の画素においては階調変化量ｄｆ＝０である。
【００５０】
図１に示されるように、階調変化量検出手段１０は、例えば、階調変化量算出手段１１と、階調変化量制限手段１２とから構成される。階調変化量算出手段１１は、入力画像信号Ｄａから、例えば、水平方向に隣接する画素間の階調変化量ｄｆを算出して、算出された階調変化量ｄｆを、階調変化量制限手段１２、画素領域判定手段２０、及びエッジ変化検出手段６０へ出力する。階調変化量制限手段１２は、階調変化量ｄｆに基づいて生成された振幅制限階調変化量Ｘｌｍを、傾き検出手段４０及び補正ビット生成手段５０へ出力する。
【００５１】
階調変化量算出手段１１に入力画像信号Ｄａが入力されると、階調変化量算出手段１１は、入力画像信号Ｄａにおける水平方向に隣接する画素間の階調値の差分を算出して階調変化量ｄｆとして求める。ここで、処理する注目画素の水平方向画素位置をｘとし、この画素位置における階調値をＬａ（ｘ）とすると、階調変化量算出手段１１は、画素位置ｘの注目画素の直前の画素（画素位置ｘ−１の画素）を１画素遅延して得られた階調値をＬａ（ｘ−１）とするとき、画素位置ｘにおける階調値Ｌａ（ｘ）から画素位置ｘ−１における階調値Ｌａ（ｘ−１）を減算した値を算出することにより、階調変化量ｄｆを求める。すなわち、図２（ａ）又は図３（ａ）によれば、画素間の階調値の差分である階調変化量ｄｆは、
ｄｆ＝Ｌａ（ｘ）−Ｌａ（ｘ−１）
で計算することができる。画素間の階調値の差分である階調変化量ｄｆが０の場合は、階調値の変化がない階調平坦領域の画素であり、階調値が変化した画素又はノイズ成分による階調値の変化がある画素においては、差分の絶対値が階調値の差として、階調値の変化が増加か減少かの方向が値の符号（極性）（階調が増加の場合は正符号「＋」、減少の場合は負符号「−」）として得られる。階調変化量算出手段１１で得られた階調変化量ｄｆは、画素領域判定手段２０、エッジ変化検出手段６０、及び階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２へ送られる。
【００５２】
階調変化量制限手段１２に階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆが入力されると、階調変化量制限手段１２は、階調変化量ｄｆが所定の階調値の範囲内、例えば、−１から＋１までの範囲内の値（整数）となるように、階調変化量ｄｆの値を制限し、値が制限された階調変化量を振幅制限階調変化量Ｘｌｍとして出力する。ここでの制限の範囲である−１から＋１までの範囲は、階調変換手段１においては８ビットの入力画像信号Ｄａの最下位１ビット分の差である。よって、階調変化量制限手段１２から出力される振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、値が−１，０，＋１の３値で構成される。この振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、傾き検出手段４０及び補正ビット生成手段５０へ出力され、水平方向に対する階調値の傾き算出の際に、階調変化の高さとして用いられる。
【００５３】
《１−２−３》画素領域判定手段２０．
図１において、画素領域判定手段２０には、階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆが入力される。画素領域判定手段２０は、入力された階調変化量ｄｆの値から、ノイズ成分による階調値の変化を判定して、各画素を、階調平坦領域（Ａｒ＝０）に属する画素、ノイズ領域（Ａｒ＝１）に属する画素、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素のいずれかに分類する判定を行い、画素ごとに、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒを生成し出力する。領域信号Ａｒは、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０へ出力される。
【００５４】
図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）で説明したように、階調変化量ｄｆの絶対値が１階調以上である階調変化又はノイズ成分による階調変化があると、階調変化量ｄｆの絶対値の大きさは０より大きな値（｜ｄｆ｜＞０）となり、階調値が変化せず平坦である画素においては、階調変化量ｄｆ＝０となる。そして、ノイズ成分は、数画素の範囲の領域で階調値が増加又は減少する高周波の変化で、その変化の階調差は比較的小さい振幅、すなわち、比較的小さい所定の閾値Ｎｄ（例えば、最小階調差の２倍の値、Ｎｄ＝２など）以下となるため、階調変化量ｄｆの絶対値｜ｄｆ｜＞０となる画素のうちノイズ成分による画素における変化は、画素位置ｘの注目画素、その直前の画素位置ｘ−１の隣接画素、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の隣接画素のそれぞれにおける階調変化量ｄｆの値とその極性（正負を示す符号）により判定できる。すなわち、階調変化量ｄｆの絶対値｜ｄｆ｜＞０となる画素のうちノイズ成分による画素における階調変化であるか否か（ノイズ領域に属する画素であるか否か）は、画素位置ｘの画素の階調変化量ｄｆ（ｘ）、画素位置ｘ−１の画素の階調変化量ｄｆ（ｘ−１）、画素位置ｘ＋１の画素の階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）を得て、注目画素の階調変化量ｄｆ（ｘ）の大きさ、並びに、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性との関係により判定できる。
【００５５】
図４（ａ）及び（ｂ）は、ノイズ成分と判定される画素の一例を示す図であり、図４（ａ）は、直前及び直後の画素よりも階調値が１上昇している１個の画素（１個の‘１階調変化画素’）からなるノイズ成分を示し、図４（ｂ）は、直前及び直後の画素よりも階調値が１階調減少している１個の画素（１個の‘１階調変化画素’）からなるノイズ成分を示す。
【００５６】
図４（ａ）及び（ｂ）は、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（高周波成分の変化）を示し、ノイズ成分となる画素の画素位置と階調値Ｌａの変化の一例を示している。図４（ａ）及び（ｂ）における横軸は水平方向の画素位置ｘを示し、縦軸は各画素位置における入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示している。図４（ａ）は画素位置ｘ１で１階調増加し、画素位置ｘ１＋１で１階調減少するノイズ成分であり、図４（ｂ）は画素位置ｘ２で１階調減少し、画素位置ｘ２＋１で１階調増加するノイズ成分を示している。
【００５７】
図４（ａ）の場合、階調変化量算出手段１１から出力され画素領域判定手段２０に入力される階調変化量ｄｆは、画素位置ｘ１で階調変化量ｄｆ（ｘ１）＝＋１、その直後の画素位置ｘ１＋１で階調変化量ｄｆ（ｘ１＋１）＝−１となる。図４（ｂ）の場合、階調変化量算出手段１１から画素領域判定手段２０に入力される階調変化量ｄｆは、画素位置ｘ２で階調変化量ｄｆ（ｘ２）＝−１、その直後の画素位置ｘ２＋１で階調変化量ｄｆ（ｘ２＋１）＝＋１となる。このように、ノイズ成分による階調値の高周波の変化があると、階調変化量ｄｆ（ｘ）の絶対値は比較的小さい値（予め設定された閾値Ｎｄ）以下になり、且つ、注目画素の直前の画素に対する注目画素の階調変化量の符号（極性）と、注目画素に対する注目画素の直後に位置する画素の階調変化量の符号（極性）とが、異符号（すなわち、反対極性）になる変化が存在する。
【００５８】
したがって、注目画素の直前の画素に対する注目画素の階調変化量の大きさ及び極性と、注目画素に対する注目画素の直後に位置する画素の階調変化量の大きさ及び極性とから、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるようなノイズ成分となる画素（ノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素）を判定することができる。また、階調変化量ｄｆ＝０から、階調平坦領域（Ａｒ＝０）の画素を判定することができる。また、ノイズ領域の画素及び階調平坦領域の画素のいずれにも属さない画素を、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素と判定することができる。このように、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行うことによって、各画素が属する領域が、階調平坦領域か、ノイズ領域か、非ノイズ階調変化位置かを示す領域信号Ａｒを生成し出力することができる。
【００５９】
画素領域判定手段２０は、まず、階調変化量検出手段１０からの階調変化量ｄｆに対し画素遅延するなどして、画素位置ｘの注目画素、その直前の画素位置ｘ−１の隣接画素、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の隣接画素のそれぞれにおける階調変化量ｄｆを得て、得られた階調変化量ｄｆの大きさとその極性の関係から、ノイズ成分による変化であるか否かを判定して、画素位置ｘにおける画素が、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行う。
【００６０】
それぞれの画素位置における階調変化量ｄｆは、階調値の変化がない階調平坦領域の画素においては値０である。また、階調値が変化した画素位置における階調変化量ｄｆは、その絶対値｜ｄｆ｜を階調差とし、階調値の変化の方向（増加又は減少）が階調変化量ｄｆにおける極性（すなわち、正負の符号）として得られる。ここで、階調値が増加の場合は階調変化量は正（ｄｆ＞０）となり、その極性は正（＋）となり、階調値が減少の場合は階調変化量は負（ｄｆ＜０）となり、その極性は負（−）となる。そして、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化が存在するノイズ成分の場合は、階調変化量ｄｆの絶対値｜ｄｆ｜は比較的小さい予め設定された閾値Ｎｄ以下になり、且つ、注目画素の階調変化量の極性（正負の符号）と、注目画素の直前又は直後のいずれかの画素の階調変化量の極性（正負の符号）とが反対極性（異符号）になっている。
【００６１】
したがって、画素位置ｘの注目画素、その直前の画素位置ｘ−１の隣接画素、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の隣接画素のそれぞれにおける階調変化量ｄｆである、階調変化量ｄｆ（ｘ），ｄｆ（ｘ−１），ｄｆ（ｘ＋１）を得た後、以下に示す３つの判定（すなわち、判定Ａ１，Ａ２，Ａ３）によって、画素位置ｘの注目画素における画素領域が、階調平坦領域、又は、ノイズ領域、又は、非ノイズ階調変化位置のいずれの領域であるか判定を行う。
【００６２】
（判定Ａ１）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、ｄｆ（ｘ）＝０である場合には、注目画素は、階調平坦領域に属する画素であり、領域信号Ａｒは、Ａｒ＝０になる。
【００６３】
（判定Ａ２）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性と反対極性である場合（隣接画素に高周波成分を持つ場合）、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性と反対極性である場合（隣接画素に高周波成分を持つ場合）には、
注目画素は、ノイズ領域に属する画素であり、領域信号Ａｒは、Ａｒ＝１になる。
【００６４】
（判定Ａ３）
判定Ａ１において、注目画素が階調平坦領域に属する画素ではないと判定され、且つ、判定Ａ２において、注目画素がノイズ領域に属する画素ではないと判定された画素位置ｘの注目画素は、非ノイズ階調変化位置の画素であり、領域信号Ａｒは、Ａｒ＝２になる。
【００６５】
図５は、図１に示される画素領域判定手段２０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。画素領域判定手段２０は、上記判定Ａ１〜Ａ３を行うことができる。また、図６（ａ）〜（ｇ）は、図１及び図５に示される画素領域判定手段２０の動作の一例を説明するための図であり、ノイズ成分を含む入力画像信号Ｄａ（図３（ａ）の波形と同じ）に対する上記判定Ａ１〜Ａ３を説明するための図である。
【００６６】
図５に示されるように、画素領域判定手段２０は、例えば、画素領域の判定に使用する各画素（すなわち、注目画素及びその隣接画素）の階調変化量を抽出する画素変化量抽出手段２１と、階調変化量ｄｆの絶対値｜ｄｆ｜の大きさ（レベル）を所定の閾値と比較する絶対値レベル比較手段２２と、隣接位置極性判定手段２３及び２４と、合成手段２５と、領域信号生成手段２６とから構成される。隣接位置極性判定手段２３及び２４は、入力が異なるが、両方を同じ構成とすることができる。
【００６７】
図５において、画素領域判定手段２０に入力された階調変化量ｄｆは、画素変化量抽出手段２１に入力される。画素変化量抽出手段２１は、例えば、２つの画素遅延手段（図５に「Ｄ」で示す。）２１１，２１２により構成される。画素変化量抽出手段２１は、階調変化量ｄｆを画素遅延して、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）と、画素位置ｘの注目画素の前後に位置する隣接画素位置ｘ−１及びｘ＋１における階調変化量ｄｆ（ｘ−１）及びｄｆ（ｘ＋１）を抽出する。階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、及びｄｆ（ｘ＋１）により、画素位置ｘにおける画素、階調値の変化に基づいて３つの画素領域に分類する判定Ａ１〜Ａ３を行う。
【００６８】
絶対値レベル比較手段２２には、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が入力される。絶対値レベル比較手段２２は、階調変化量ｄｆの絶対値のレベルを所定の閾値と比較する。所定の閾値は、例えば、値０と、ノイズ成分における階調差に相当する比較的小さい値Ｎｄ（例えば、最小階調差の２倍の値、Ｎｄ＝２）とする。階調変化量ｄｆ（ｘ）の値が０の場合（上記判定Ａ１において、注目画素が、階調平坦領域（ｄｆ（ｘ）＝０）の画素であると判定する場合）と、階調変化量絶対値｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄの場合（上記判定Ａ２における条件の１つを満たす場合）とを判定することで、階調変化量ｄｆ（ｘ）の絶対値のレベルを判定し、判定結果を比較結果ｎｌｆとして出力する。
【００６９】
絶対値レベル比較手段２２で求められた比較結果ｎｌｆの値は、例えば、階調変化量ｄｆ（ｘ）＝０の場合は、比較結果ｎｌｆ＝１とし、階調変化量ｄｆ（ｘ）≠０且つ階調変化量絶対値｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄの場合は、比較結果ｎｌｆ＝２、それ以外の場合（Ｎｄ＜｜ｄｆ（ｘ）｜）は、比較結果ｎｌｆ＝０とする。なお、比較結果ｎｌｆの値は、上記値に限るものではなく、階調変化量ｄｆの絶対値のレベルの比較結果が示さる値であれば、他の値であってもよい。また、所定の閾値Ｎｄについては、Ｎｄ＝２として説明するが、所定の閾値Ｎｄは、画像信号より十分に小さく、入力される画像信号に含まれるノイズ・誤差などのノイズ成分の振幅の大きさを考慮した値（ノイズ成分と判定したい階調変化量よりも大きい値）であれば、他の値に設定してもよい。
【００７０】
隣接位置極性判定手段２３には、画素変化量抽出手段２１により得られた階調変化量ｄｆ（ｘ）と、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）とが入力される。また、隣接位置極性判定手段２４には、画素変化量抽出手段２１により得られた階調変化量ｄｆ（ｘ）と、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）とが入力される。隣接位置極性判定手段２３及び２４は、前者には階調変化量ｄｆ（ｘ−１）が入力され、後者には階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）が入力される点が異なるが、構成は同様である。隣接位置極性判定手段２３及び２４は、画素位置ｘの注目画素が、上記判定Ａ２における条件の１つ（ノイズ領域における隣接画素に高周波成分の変化を持つという条件）を満たすか否かを判定する。
【００７１】
隣接位置極性判定手段２３は、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性をもとに、画素位置ｘと隣接する画素位置ｘ−１で反対方向の変化となる高周波成分の変化を持つか、すなわち、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性が反対（符号が不一致）か否かを判定し、画素位置ｘにおける判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｆ１を求める。判定結果ｐｆ１の値は、例えば、階調変化量の極性が逆となる場合は、値‘１’（ｐｆ１＝１）とし、同一の場合は値‘０’（ｐｆ１＝０）とする。なお、判定結果ｐｆ１の値は、上記値に限るものではなく、符号が不一致か一致かが示される値であれば、他の値であってもよい。
【００７２】
同様に、隣接位置極性判定手段２４は、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性をもとに、画素位置ｘと隣接する画素位置ｘ＋１で反対方向の変化となる高周波成分の変化を持つか、すなわち、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性が反対（符号が不一致）か否かを判定し、画素位置ｘにおける判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｆ２を求める。判定結果ｐｆ２の値は、例えば、階調変化量の極性が逆となる場合は、値‘１’（ｐｆ２＝１）とし、同一の場合は値‘０’（ｐｆ２＝０）とする。なお、判定結果ｐｆ２の値は、上記値に限るものではなく、符号が不一致か一致かが示される値であれば、他の値であってもよい。
【００７３】
合成手段２５には、隣接位置極性判定手段２３，２４からの判定結果ｐｆ１，ｐｆ２が入力される。合成手段２５は、判定結果ｐｆ１，ｐｆ２を合成し、画素位置ｘにおける階調変化量ｄｆ（ｘ）に対し、隣接画素のいずれかの階調変化量の極性が反対となる場合の極性判定結果ｐｏｆを求める。合成手段２５は、例えば、ＯＲゲートで構成することで、判定結果ｐｆ１＝１又は判定結果ｐｆ２＝１となる場合に、極性判定結果ｐｏｆ＝１として出力する。これにより、画素位置ｘの階調変化量ｄｆ（ｘ）が、画素位置ｘの直前又は直後に隣接するいずれかの画素における階調変化量と極性が反対となる場合を判定した結果が得られる。
【００７４】
領域信号生成手段２６には、絶対値レベル比較手段２２からの比較結果ｎｌｆと、合成手段２５からの極性判定結果ｐｏｆが入力される。領域信号生成手段２６は、上記判定Ａ１〜Ａ３で示した判定によって画素領域を分類し、各領域判定結果を示す領域信号Ａｒを生成し出力する。すなわち、領域信号生成手段２６は、判定Ａ１〜Ａ３で示した判定を行い、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、判定結果に応じた値の領域信号Ａｒを生成する。これにより、各画素における階調値の変化を３領域に分類する領域信号Ａｒが得られ、各画素が階調平坦領域、又は、ノイズ領域、又は、非ノイズ階調変化位置のいずれの領域に属するかが示される。
【００７５】
図６（ａ）は、入力画像信号Ｄａの水平方向の画素位置ｘを示し、図６（ｂ）は、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示し、図６（ｃ）は、階調変化量検出手段１０において求められる隣接する画素間の階調値の差分による階調変化量ｄｆを示し、図６（ｄ）〜（ｆ）は、図５の画素領域判定手段２０において求められる階調変化量ｄｆ（ｘ）のレベルの比較結果ｎｌｆ、隣接画素との極性判定の判定結果ｐｆ１，ｐｆ２を示し、図６（ｇ）は、領域信号生成手段２６から出力される領域信号Ａｒを示す。
【００７６】
例えば、図６（ａ）〜（ｇ）において、ノイズ成分を含む入力画像信号Ｄａ（図６（ｂ））に対して得られる隣接する画素間の階調値の差分による階調変化量ｄｆ（図６（ｃ））は、画素位置ｘ＝１６，２４，３２，４０における階調変化量ｄｆ＝＋１として得られるが、画素位置ｘ１及びその後における画素位置ｘ１＋１、並びに、画素位置ｘ２及びその前後における画素位置ｘ２−１，ｘ２＋１における画素のノイズ成分においても、階調変化量ｄｆが０ではない値として得られる。この階調変化量が画素領域判定手段２０に入力されると、画素位置ｘ１における階調変化量ｄｆ（ｘ１）＝＋１≦Ｎｄであり、その隣接する画素位置ｘ１＋１における階調変化量ｄｆ（ｘ１＋１）＝−１＜０であるので、図５における絶対値レベル比較手段２２からの比較結果ｎｌｆ＝２で、隣接位置極性判定手段２４からの判定結果ｐｆ２＝１、すなわち、合成手段２５からの極性判定結果ｐｏｆ＝１となる。したがって、領域信号生成手段２６から出力される領域信号Ａｒはノイズ領域を示す値‘１’となる。
【００７７】
画素領域判定手段２０において、上記判定Ａ１〜Ａ２を、他の画素について実行すると、画素位置ｘ１＋１の画素、画素位置ｘ２の画素、画素位置ｘ２−１の画素、画素位置ｘ２＋１の画素で、領域信号Ａｒ＝１となる。したがって、図６（ａ）〜（ｇ）に示される例においては、画素位置ｘ１の画素及び画素位置ｘ１＋１の画素は、ノイズ領域の画素であると判定される。また、画素位置ｘ２−１の画素、画素位置ｘ２の画素、及び画素位置ｘ１＋１の画素は、ノイズ領域の画素であると判定される。
【００７８】
以上により、画素領域判定手段２０は、階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、ｄｆ（ｘ＋１）から、階調変化量ｄｆ（ｘ）の値、並びに、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性を求め、これらを用いた上記判定Ａ１〜Ａ３により、画素位置ｘの注目画素の画素が階調平坦領域、ノイズ領域、非ノイズ階調変化位置のいずれの領域に属する画素であるかの判定を行い、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒを得ることができる。この判定方法は、同じ階調値の連続や一定値以内の階調差の検出で画素領域を判定するのではなく、ノイズ成分による階調変化を、階調変化量ｄｆの値の大きさ、極性で判定するので、ノイズの影響は少なく、隣接画素における階調変化量のみによって、より一層正確に階調平坦領域、ノイズ領域、非ノイズ階調変化位置のいずれの領域に属する画素であるかの判定を行うことができる。
【００７９】
なお、図５の画素領域判定手段２０は、画素変化量抽出手段２１において階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、及びｄｆ（ｘ＋１）を抽出するよう構成したが、階調変化量検出手段１０において階調変化量ｄｆを求める際に、画素位置ｘとその隣接画素における階調変化量を求めることで得てもよく、この場合には、画素変化量抽出手段２１における画素遅延を省略することができる。また、隣接位置極性判定手段２３及び２４のぞれぞれは、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性に基づく判定、及び、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性に基づく判定を行うので、画素変化量抽出手段２１又は階調変化量検出手段１０で求める画素位置ｘの隣接画素位置ｘ−１とｘ＋１における階調変化については、その極性のみ得る構成としてもよい。
【００８０】
《１−２−４》平坦・ノイズ領域幅判定手段３０．
平坦・ノイズ領域幅判定手段３０には、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒと、図示しない同期信号（例えば、水平方向走査期間に同期する信号）が入力される。平坦・ノイズ領域幅判定手段３０は、水平方向走査期間ごとに、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒに基づき、階調変化がなく平坦な期間（ノイズ成分を含む場合がある。）の幅である平坦・ノイズ領域幅（ノイズ成分を含まない場合には、階調平坦領域の幅である。）を求める。実施の形態１においては、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０は、例えば、領域信号Ａｒ＝２で示される非ノイズ階調変化位置を基準画素として、非ノイズ階調変化位置の直前画素までの平坦・ノイズ領域幅を求め、この平坦・ノイズ領域幅から非ノイズ階調変化位置以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した値となる平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求める。実施の形態１においては、検出する平坦・ノイズ領域幅分の画素数の画素データを記憶するメモリを必要としない。
【００８１】
具体的には、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０は、水平方向走査期間ごとに初期化（ｄｓｔ＝０を出力）しながら、領域信号Ａｒに基づき、領域信号Ａｒ＝２で示される非ノイズ階調変化位置を基準画素として、基準画素の直前画素までの平坦・ノイズ領域の画素数を求め、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ごとに、それ以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した値となる平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求める。この得られた平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔは、傾き検出手段４０へと出力され、水平方向における階調値の変化の傾き算出の際に、階調値の変化の傾きの幅（距離）として用いられる。領域信号Ａｒ＝２で示される非ノイズ階調変化位置を基準に画素数をカウントするので、領域信号Ａｒ＝０となる階調平坦領域の画素と領域信号Ａｒ＝１で示されるノイズ領域の画素の両方の画素が、平坦・ノイズ領域の画素としてカウントされる。よって、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の画素数を、ノイズ領域を含めて（すなわち、ノイズ成分による誤検出なく）得ることができる。
【００８２】
図７は、図１に示される平坦・ノイズ領域幅判定手段３０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。平坦・ノイズ領域幅判定手段３０は、水平方向における階調値の変化がなく平坦な期間の画素数（すなわち、階調平坦領域の画素数とノイズ領域の画素数の合計であり、平坦・ノイズ領域の画素数である。）を求め、非ノイズ階調変化位置ごとに、その非ノイズ階調変化位置以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求める。図７に示されるように、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０は、例えば、平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１と、巡回型フィルタ処理手段３２とを備える。巡回型フィルタ処理手段３２は、例えば、係数１乗算手段３３と、演算手段３４と、係数２乗算手段３５と、切換え手段３６と、フィルタ出力遅延手段３７とから構成される。
【００８３】
平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１には、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒが入力される。平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１は、カウント値を水平方向走査期間ごとに初期化しながら（カウント値を０とする）、領域信号Ａｒ＝２で示される非ノイズ階調変化位置を基準とし、その直前画素までの水平方向における平坦・ノイズ領域幅を求め、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔとして出力する。すなわち、平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）で画素のカウント値を０に初期化し、領域信号Ａｒ＝０，１となる階調平坦領域及びノイズ領域の画素数をカウントし、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）においてその直前画素までにカウントされた上記画素数のカウント値を、平坦・ノイズ領域幅を示す平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔとして出力する。
【００８４】
例えば、平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１に、図６（ｇ）に示される領域信号Ａｒが入力されている場合には、領域信号Ａｒ＝２となる画素位置が非ノイズ階調変化位置（画素位置ｘ＝１６，２４，３２，４０）であり、領域信号Ａｒ＝２となる画素の間の画素数がカウントされて、非ノイズ階調変化位置の直前画素までの画素数が平坦・ノイズ領域幅を示す平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔで得られる。図６（ｇ）の例においては、画素位置ｘ１（＝１９）と、画素位置ｘ１＋１（＝２０）と、画素位置ｘ２（＝３５）と、画素位置ｘ２−１（＝３４）と、画素位置ｘ２＋１（＝３６）とはノイズ領域として判定され、平坦・ノイズ領域幅のカウントに含まれ、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）として誤検出されることはない。
【００８５】
平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１からは、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）において直前画素までの水平方向の平坦・ノイズ領域幅が、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔとして得られ、この平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔは巡回型フィルタ処理手段３２へと出力される。
【００８６】
巡回型フィルタ処理手段３２には、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒが入力され、さらに、巡回型のフィルタ処理手段３２には、平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１からの平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔが入力される。巡回型フィルタ処理手段３２においては、水平方向走査期間ごとで出力結果を初期化し、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対して、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ごとで巡回型のフィルタ処理を施し、このフィルタ処理の結果を階調値が変化する画素位置以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した値である平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとして出力する。この巡回型フィルタ処理手段３２は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）とし、入力信号と巡回型フィルタ処理手段３２内のフィルタ出力遅延手段３７により遅延したフィルタ出力ｐｄｓｔによる巡回型フィルタ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＩＩＲ）フィルタ）で構成する。ＩＩＲフィルタによる構成は、入力信号の隣接する数画素の信号による非巡回型のフィルタ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＦＩＲ）フィルタ）における構成と比較し、用いる遅延手段（メモリ）の数を少なくし、フィルタ処理する画素範囲にかかわらず一定とすることができる。
【００８７】
図７において、係数１乗算手段３３と係数２乗算手段３５は、所定のフィルタ係数が設定されており、それぞれの入力信号に対しフィルタ係数を乗算する演算を行う。ここで、係数１乗算手段３３におけるフィルタ係数をｋ１、係数２乗算手段３５のフィルタ係数をｋ２とする場合、ｋ１＝１−ｋ２，０≦ｋ１≦１、０≦ｋ２≦１で設定され、このフィルタ係数ｋ１，ｋ２の値の割り振りにより、巡回する過去の出力値の大きさ、すなわち、得られる平坦・ノイズ領域幅が影響される領域の範囲が決まる。
【００８８】
係数１乗算手段３３は、平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１からの平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔを受け取り、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔにフィルタ係数ｋ１を乗算し、乗算結果ｋ１×Ｃｎｔを得る。係数２乗算手段３５は、後述するフィルタ出力遅延手段３７により１画素分遅延された直前の画素位置におけるフィルタ処理出力である遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔ（すなわち、現時点の画素位置より前の非ノイズ階調変化位置におけるフィルタ処理後の結果）を受け取り、遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔに対しフィルタ係数ｋ２を乗算して、乗算結果ｋ２×ｐｄｓｔを求める。
【００８９】
演算手段３４は、係数１乗算手段３３から出力される平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対する係数乗算結果ｋ１×Ｃｎｔと、係数２乗算手段３５から出力される遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔに対する係数乗算結果ｋ２×ｐｄｓｔとが入力される。演算手段３４は、入力された係数乗算結果を加算し、加算結果をフィルタ処理結果ｆｄｓｔとして出力する。遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔはフィルタ出力遅延手段３７により１画素分遅延された直前の画素位置におけるフィルタ処理出力であるので、係数１乗算手段３３と係数２乗算手段３５と、演算手段３５による演算は、巡回型のフィルタ処理に相当し、下記の式（１）による演算となる。
ｆｄｓｔ
＝  ｋ２×ｐｄｓｔ  ＋  ｋ１×Ｃｎｔ
＝  ｋ２×ｐｄｓｔ  ＋  （１−ｋ２）×Ｃｎｔ              …式（１）
【００９０】
また、上記式（１）による巡回型のフィルタ処理の演算は、低域通過フィルタによる演算を表しており、水平方向に階調値が変化する際の平坦・ノイズ領域幅の低域周波数成分、すなわち、平滑化された連続性が得られ、急激な階調値の変化を平坦・ノイズ領域幅として検出することを避けることができる。
【００９１】
切換え手段３６には、領域信号Ａｒと、演算手段３５からのフィルタ処理加算結果ｆｄｓｔと、フィルタ出力遅延手段３７からの遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔとが入力される。切換え手段３６は、領域信号Ａｒで示される画素領域によって、演算手段３４からのフィルタ処理結果ｆｄｓｔとフィルタ出力遅延手段３７からの遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔとを切り換え、また、初期化の場合は値０に切り換えて出力し、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した値である平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとして出力する。
【００９２】
すなわち、切換え手段３６は、水平方向走査期間の区切りにおいて初期化を示す場合は、初期化の値０を選択し、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔ＝０として出力する。また、切換え手段３６は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）においては、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対して巡回型フィルタ処理を施した結果である演算手段３４からのフィルタ処理結果ｆｄｓｔを選択し、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとして出力する。一方、切換え手段３６は、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、フィルタ出力遅延手段３７からの遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔ（すなわち、現時点の画素位置より前の非ノイズ階調変化位置におけるフィルタ処理結果ｆｄｓｔに相当する）を選択し、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとして出力する。
【００９３】
これにより、巡回型フィルタ処理手段３２においては、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ごとの平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対して巡回型フィルタ処理を施した結果が、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとして得られ、それ以外の階調平坦領域、ノイズ領域の画素においては、その前の非ノイズ階調変化位置における値が保持されて出力される。切換え手段３６からの平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔは、巡回型フィルタ処理手段３２からの出力として傾き検出手段４０へと出力されるとともに、フィルタ出力遅延手段３７へと送られる。
【００９４】
フィルタ出力遅延手段３７は、切換え手段３６からの平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを１画素分遅延して、遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔとして出力する。フィルタ出力遅延手段３７は切換え手段３６からの出力を遅延するので、遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔは、直前画素における平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔがそのまま出力されたものであり、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ごとで、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対する巡回型フィルタ処理した結果（平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔ）が、次に非ノイズ階調変化位置となる階調値が変化する画素まで保持される。
【００９５】
以上より、巡回型フィルタ処理手段３２からは、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対して、階調値が変化する画素位置ごとで巡回型フィルタ処理を施した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔが出力される。この平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔは、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対して、巡回型の低域通過フィルタ処理を行うことで得ており、水平方向に階調値が変化する際の平坦・ノイズ領域幅の低域周波数成分、すなわち、平滑化された連続性を示す平坦・ノイズ領域幅の値として得られる。したがって、水平方向における連続的に緩やかに階調値が変化する画素の領域において、その階調値の変化する際の平坦・ノイズ領域幅（ノイズ成分がない場合には、階調平坦領域の幅）を、急峻な変化を避けて得ることができ、このことにより、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）以降における階調値の変化の平坦・ノイズ領域幅を予測した値として用いることができる。
【００９６】
《１−２−５》エッジ変化検出手段６０．
エッジ変化検出手段６０には、階調変化量検出手段１０内の階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆが入力される。エッジ変化検出手段６０は、補正ビット生成手段５０が階調数の拡張のために補正値（補正ビットデータＣｄ）を生成する際に、その補正値を制限するために用いられる補正制限係数ｒｃを設定し、この補正制限係数ｒｃを補正ビット生成手段５０へ出力する。
【００９７】
ここで、階調変化量検出手段１０からの階調変化量ｄｆは、隣接する画素間の階調値の差分から算出されており、画像のエッジ（輪郭）に隣接する画素においては、画像のエッジ成分による階調値の差も含む。実施の形態１においては、階調変換手段１で階調数を拡張する画素の領域は、階調値の差が入力画像信号Ｄａの最下位１ビット分の変化である領域（非常に滑らかに階調値が変化する領域）としている。このため、画像のエッジにおいては階調値に対し補正値が付加されないようにする必要がある。よって、エッジ変化検出手段６０は、階調変化量ｄｆの大きさから、画像のエッジに隣接する画素で階調値の変化（すなわち、階調値の差分）が画像のエッジによるものか否かを判定し、その結果から、画像のエッジにおいては階調の補正値が付加されないように補正値を制限することができる値として補正制限係数ｒｃを設定する。
【００９８】
図８は、エッジ変化検出手段６０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図８には、エッジ変化検出手段６０が、例えば、階調変化量ｄｆの絶対値の大きさと、階調変化量ｄｆの低域周波数成分（低域成分）の大きさとから、補正制限係数ｒｃを設定する場合の構成を示している。エッジ変化検出手段６０は、階調変化量ｄｆのみによらず、階調変化量ｄｆの低域成分を用いることで、階調値が変化する画素位置の近傍の画素における画像のエッジによる階調値の変化も考慮することができ、より精度よく画像のエッジが存在する画素か否かを判定できる。図８に示されるように、エッジ変化検出手段６０は、例えば、絶対値演算手段６１と、差分低域成分抽出手段６２と、絶対値演算手段６３と、倍率変換手段６４と、最大値選択手段６５と、係数変換手段６６とから構成される。
【００９９】
エッジ変化検出手段６０内の絶対値演算手段６１に階調変化量ｄｆが入力されると、絶対値演算手段６１は、階調変化量ｄｆの絶対値を演算し、演算結果として階調変化量絶対値ｄｘｃを出力する。
【０１００】
差分低域成分抽出手段６２に階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆが入力されると、差分低域成分抽出手段６２は、階調変化量ｄｆに対し水平方向のＬＰＦ（水平ＬＰＦ）処理を施し、階調変化量ｄｆを平滑化することによって、階調変化量ｄｆの低域成分（「差分低域成分」と記す。）ｄｆｌｐを抽出し出力する。メモリ容量を考慮する場合、差分低域成分抽出手段６２は、フィルタ出力を巡回させることでフィルタ処理するＩＩＲフィルタにより構成すれば、回路規模を小さくできる。また、差分低域成分抽出手段６２は、隣接する画素間の階調変化量ｄｆの加算による値を用いてもよい。
【０１０１】
絶対値演算手段６３に差分低域成分抽出手段６２からの差分低域成分ｄｆｌｐが入力されると、絶対値演算手段６３は、差分低域成分ｄｆｌｐの絶対値を演算し、演算結果として差分低域成分絶対値ａｂｓｌｐを出力する。
【０１０２】
倍率変換手段６４に絶対値演算手段６３からの差分低域成分絶対値ａｂｓｌｐが入力されると、倍率変換手段６４は、絶対値演算手段６３からの差分低域成分絶対値ａｂｓｌｐに所定の倍率を乗算してゲイン調整（すなわち、差分低域成分絶対値ａｂｓｌｐの変換処理）を行い、変換処理によって得られた倍率変換差分低域成分ｄｘｌｐｆを最大値選択手段６５へ出力する。差分低域成分絶対値ａｂｓｌｐは、差分低域成分抽出手段６２において階調変化量ｄｆの低域成分を抽出した結果（すなわち、差分低域成分ｄｆｌｐ）の絶対値として得られた値であるので、差分低域成分抽出手段６２による低域成分抽出処理を受けていない絶対値演算手段６１からの階調変化量絶対値ｄｘｃとは階調値が異なっている。倍率変換手段６４は、絶対値演算手段６３からの差分低域成分絶対値ａｂｓｌｐをゲイン調整して倍率変換差分低域成分ｄｘｌｐｆに変換することによって、倍率変換差分低域成分ｄｘｌｐｆの階調値を、絶対値演算手段６１からの階調変化量絶対値ｄｘｃの階調値に対応した階調値に調整する。なお、倍率変換手段６４におけるゲイン調整の倍率を変更することによって、階調の差が画像のエッジによる階調の差であるか否かの判定における、画像のエッジの検出感度を調整することができる。
【０１０３】
最大値選択手段６５に絶対値演算手段６１からの階調変化量絶対値ｄｘｃと倍率変換手段６４からの倍率変換差分低域成分ｄｘｌｐｆとが入力されると、最大値選択手段６５は、入力された階調変化量絶対値ｄｘｃと倍率変換差分低域成分ｄｘｌｐｆとを比較し、これらの値の内の最大値を選択し、この選択された最大値を最大差分絶対値｜ｄｆ｜として出力する。すなわち、最大差分絶対値｜ｄｆ｜は、注目画素の近傍における水平方向の画像のエッジ又は階調値の差分を示すので、この階調値の差分の値の大きさから、画像のエッジの存在の有無を判定できる。最大値選択手段６５からの最大差分絶対値｜ｄｆ｜は、係数変換手段６６へ出力される。
【０１０４】
係数変換手段６６に最大値選択手段６５からの最大差分絶対値｜ｄｆ｜が入力されると、係数変換手段６６は、最大値選択手段６５からの最大差分絶対値｜ｄｆ｜の値から、階調値の変化が画像のエッジによるものか否かを判定し、その結果から、画像のエッジにおいては入力画像信号Ｄａに階調の補正値が付加されないように、生成される補正値を制限することができる信号として補正制限係数ｒｃを設定し、この設定された補正制限係数ｒｃを補正ビット生成手段５０へ出力する。
【０１０５】
ここで、エッジ変化検出手段６０が設定する補正制限係数ｒｃは、階調の補正値に対する乗算値であり、０から１までの範囲内の値として設定される。補正制限係数ｒｃは、階調の補正値に対する乗算値であるので、補正制限係数ｒｃが０であれば補正値も０となる。また、滑らかに階調値が変化し、階調数を拡張する画素の領域においては、エッジ変化検出手段６０は、画像信号の値に補正値による補正ビットデータを付加するようにするために、補正制限係数ｒｃを１にする。
【０１０６】
係数変換手段６６は、最大値選択手段６５からの最大差分絶対値｜ｄｆ｜の値に応じて補正制限係数ｒｃの値を算出する。係数変換手段６６は、例えば、最大差分絶対値｜ｄｆ｜を予め決められた所定の値ＴＨと比較し、最大差分絶対値｜ｄｆ｜が所定の値ＴＨ以下の場合は、補正制限係数ｒｃを１とし、最大差分絶対値｜ｄｆ｜が値ＴＨから値ＴＨの２倍の値（２×ＴＨ）の間の場合は、最大差分絶対値｜ｄｆ｜が大きくなるほど補正制限係数ｒｃが０に近づくようにｒｃの値を変化させ、例えば、下記式（２）のような値として算出する。
ｒｃ  ＝  （２×ＴＨ−｜ｄｆ｜）／ＴＨ                    …式（２）
そして、最大差分絶対値｜ｄｆ｜が２×ＴＨ以上の場合は、補正制限係数ｒｃを０に設定し、この場合は、階調値の変化が画像のエッジによるものであると判定する。
【０１０７】
なお、上記の比較する所定の値ＴＨは、入力画像信号Ｄａの最下位１ビット分の差、すなわち、画素間の階調値の差分である＋１及び−１の変化の絶対値である１とすればよい。
【０１０８】
以上の構成により、最大差分絶対値｜ｄｆ｜の値に応じて０から１までの範囲内で変化する補正制限係数ｒｃが得られ、最大差分絶対値｜ｄｆ｜が小さく（ＴＨ＝１以下）、滑らかに階調値が変化する画素の領域においては補正制限係数ｒｃ＝１となり、最大差分絶対値｜ｄｆ｜が大きく、階調の差が画像のエッジによるものと判定される場合は、補正制限係数ｒｃは０、又は、１より小さな値となり、画像のエッジにおいては階調の補正値が付加されないように、補正値を制限することができる値として補正制限係数ｒｃを得ることができる。
【０１０９】
図９は、係数変換手段６６において、最大差分絶対値｜ｄｆ｜（横軸）に対する補正制限係数ｒｃ（縦軸）への変換の特性を示す図である。図９には、係数変換手段６６が、補正制限係数ｒｃを０から１までの範囲内の値として出力する場合が示されている。最大差分絶対値｜ｄｆ｜が大きくなると、補正制限係数ｒｃの値は０に近づき、階調値の変化が画像のエッジによると判断し、階調数が拡張されないよう補正値を制限する。一方、最大差分絶対値｜ｄｆ｜の値が閾値ＴＨ＝１以下である場合は、補正制限係数ｒｃ＝１であり、＋１と−１の差にある緩やかな階調値の変化であるとし、階調数の拡張を行うよう設定される。これにより、階調値が変化する画素近傍に画像のエッジが存在すると判定された画素においては、補正制限係数ｒｃの値がｒｃ＝０になり、その値により、補正の値が制限される。
【０１１０】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、エッジ変化検出手段６０が設定する補正制限係数ｒｃが０となる階調値の変化の例を示す図である。図１０（ａ）及び（ｂ）において、横軸は水平方向の画素位置を、縦軸は各画素位置における入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示している。例えば、図１０（ａ）で示す場合は、階調値が変化する画素位置ｘ０においての階調変化量ｄｆの絶対値、すなわち、最大差分絶対値｜ｄｆ｜が、閾値ＴＨ＝１より大きくなるので、この画素位置ｘ０における補正制限係数ｒｃの値は０で、階調値の変化が画像のエッジによると判断される。また、図１０（ｂ）に示す場合は、階調値が変化する画素位置ｘ０に対し隣接する画素位置ｘ０＋１において階調変化量ｄｆ＝３となり、図８に示される差分低域成分ｄｆｌｐを左右画素との水平ＬＰＦによる値とした場合には、最大差分絶対値｜ｄｆ｜が閾値ＴＨ＝１より大きくなり、補正制限係数ｒｃの値は０に近づき、階調値の変化が画像のエッジによると判断される。そして、図１０（ａ）及び（ｂ）の画素位置ｘ０以降の画素においては補正制限係数ｒｃの値より、補正値が制限される。
【０１１１】
なお、係数変換手段６６が所定の値ＴＨとの比較と式（２）による演算とから、補正制限係数ｒｃを設定する場合を説明したが、最大差分絶対値｜ｄｆ｜に基づき、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などで構成することで、予め得られた、例えば、図９に示されるような変換により、補正制限係数ｒｃを設定してもよい。また、最大差分絶対値｜ｄｆ｜は、値ＴＨからＴＨの２倍の値（２×ＴＨ）の間の値についても、０から１までの範囲内の固定の値であってもよい。さらには、補正制限係数ｒｃの値は０と１の２値の信号でもよく、補正制限係数ｒｃにより、階調値が変化する画素近傍に画像のエッジが存在すると判定された画素における補正値の値が制限できる値であればよい。
【０１１２】
以上に述べたように、図８のエッジ変化検出手段６０は、階調変化量ｄｆの大きさに応じて変化する補正制限係数ｒｃを、０から１までの範囲内の値として得て、補正ビット生成手段５０へ出力する。なお、エッジ変化検出手段６０の構成は、図示の例に限定されず、他の構成を採用することも可能である。
【０１１３】
《１−２−６》傾き検出手段４０．
傾き検出手段４０には、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒと、階調変化量制限手段１２からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０内の巡回型フィルタ処理手段２２からの平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとが入力される。傾き検出手段４０は、領域信号Ａｒで示される階調値が変化する画素位置において、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔから、入力画像信号Ｄａの水平方向の階調値の傾きを検出し、傾きデータ値Ｋｓｌを求め、求められた傾きデータ値Ｋｓｌを補正ビット生成手段５０へ出力する。振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調変化量ｄｆを−１から＋１までの範囲内に制限した値で入力されているので、検出される階調値の傾きは−１から＋１までの範囲内の値となる。
【０１１４】
図１１は、傾き検出手段４０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図１１に示されるように、傾き検出手段４０は、例えば、傾き算出手段４０ａと、切換え手段４０ｂと、傾き遅延手段４０ｃとから構成される。
【０１１５】
図１１において、傾き算出手段４０ａには、階調変化量制限手段１２からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０からの平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとが入力される。傾き算出手段４０ａは、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔの値から、下記式（３）により、階調値の微細な傾きｄｉｖｋを算出する。
ｄｉｖｋ  ＝  Ｘｌｍ／ｄｓｔ                              …式（３）
【０１１６】
振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、その値が−１から＋１までの範囲内に制限されており、例えば、振幅制限階調変化量Ｘｌｍが＋１で、階調値の変化から平坦・ノイズ領域幅が７画素であるとする平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔ＝７で入力された場合は、算出される傾きｄｉｖｋは１／７となる。また、振幅制限階調変化量Ｘｌｍが−１の場合には、傾きｄｉｖｋ＝−１／７となる。なお、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔ＝０の場合は、傾きｄｉｖｋ＝Ｘｌｍとする。よって、この傾きｄｉｖｋは−１から＋１までの範囲内の値として得られる。
【０１１７】
切換え手段４０ｂには、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒと、傾き算出手段４０ａで算出した傾きｄｉｖｋと、傾き遅延手段４０ｃからの１画素遅延された遅延傾きデータ値ｐＫｓｌが入力される。切換え手段４０ｂは、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒに応じて、傾き算出手段４０ａで算出した傾きｄｉｖｋと傾き遅延手段４０ｃからの遅延傾きデータ値ｐＫｓｌとを切り換えて、水平方向の階調値の傾きを検出した結果である傾きデータ値Ｋｓｌとして出力する。
【０１１８】
すなわち、切換え手段４０ｂは、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒにより、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）においては、傾き算出手段４０ａで算出した傾きｄｉｖｋを選択し、傾きデータ値Ｋｓｌとする。一方、切換え手段４０ｂは、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、傾き遅延手段４０ｃからの遅延傾きデータ値ｐＫｓｌ（すなわち、現時点の画素位置より前の非ノイズ階調変化位置における傾きｄｉｖｋに相当する）を選択し、傾きデータ値Ｋｓｌとする。この傾きデータ値Ｋｓｌは、傾き検出手段４０における傾き検出結果として補正ビット生成手段５０へ出力されるとともに、傾き遅延手段４０ｃに送られ、１画素分遅延して遅延傾きデータ値ｐＫｓｌとして切換え手段４０ｂへ戻される。
【０１１９】
傾き遅延手段４０ｃは、切換え手段４０ｂからの傾きデータ値Ｋｓｌを１画素分遅延して、遅延傾きデータ値ｐＫｓｌを出力する。傾き遅延手段４０ｃは切換え手段４０ｂからの出力を遅延するので、遅延傾きデータ値ｐＫｓｌは、直前画素における傾きデータ値Ｋｓｌがそのまま出力され、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ごとで算出した傾きｄｉｖｋの値が、次に非ノイズ階調変化位置となる階調値が変化する画素まで保持される。
【０１２０】
よって、切換え手段４０ｂと傾き遅延手段４０ｃにより、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる画素ごとで、傾き算出手段４０ａで算出した階調値の傾きが傾きデータ値Ｋｓｌとして得られ、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、現時点の画素より１つ前の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる画素の値が保持されて出力される。
【０１２１】
例えば、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍが＋１で、直前画素までの平坦・ノイズ領域幅を７画素として、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔ＝７が入力された場合は、算出される傾きデータ値Ｋｓｌは１／７となる。また、振幅制限階調変化量Ｘｌｍが−１の場合には、傾きデータ値Ｋｓｌ＝−１／７となる。なお、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔ＝０の場合は、傾きデータ値Ｋｓｌ＝Ｘｌｍとする。よって、この傾きデータ値Ｋｓｌは−１から＋１までの範囲内にある値として得られる。
【０１２２】
一方、傾き遅延手段４０ｃは、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素のデータが入力されたときには、現時点の画素位置より１つ前の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素における傾きデータ値Ｋｓｌを保持して出力とする。傾き遅延手段４０ｃには、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素においては、直前画素における傾きデータ値Ｋｓｌがそのまま出力されるので、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ごとで算出した傾きデータ値Ｋｓｌの値が、次の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）まで保持される。
【０１２３】
よって、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）で算出された傾きデータ値Ｋｓｌを、それ以降の平坦・ノイズ領域の画素（Ａｒ＝０，１）で用いる階調値の傾きとするので、階調平坦領域（Ａｒ＝０）の画素とともに、ノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素についても、傾きデータ値Ｋｓｌ算出の際の平坦期間の画素として扱う。このため、ノイズ成分による誤検出なく、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素における階調値の傾きを得ることができる。
【０１２４】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、傾き検出手段４０で求める階調値の傾きを示す傾きデータ値Ｋｓｌを説明する図であり、図１２（ａ）は、振幅制限階調変化量Ｘｌｍが＋１で、階調の階調値が上昇する場合、図１２（ｂ）は、振幅制限階調変化量Ｘｌｍが−１で、階調値が低下する場合を示す。図１２（ａ）及び（ｂ）において、横軸は水平方向の画素位置を、縦軸は各画素位置における入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示している。図１２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる画素位置ｘ０で得られる平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔと振幅制限階調変化量Ｘｌｍとから、図１２（ａ）及び（ｂ）に傾斜する破線で示すような傾きとして、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒで示される非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる画素位置ｘ０以降の傾きデータ値Ｋｓｌが得られる。
Ｋｓｌ  ＝  Ｘｌｍ／ｄｓｔ                                …式（４）
【０１２５】
以上より、傾き検出手段４０からは、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における階調値の変化の傾きが、傾きデータ値Ｋｓｌとして出力され、平坦・ノイズ領域となる画素（Ａｒ＝０，１）では、その前の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）で算出された傾きの値が保持される。振幅制限階調変化量Ｘｌｍが−１から＋１までの範囲内に制限されているので、検出された傾きデータ値Ｋｓｌについても、−１から＋１までの範囲の値となる。
【０１２６】
《１−２−７》補正ビット生成手段５０．
補正ビット生成手段５０には傾き検出手段４０からの傾きデータ値Ｋｓｌと、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒと、階調変化量検出手段１０の階調変化量制限手段１２からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、エッジ変化検出手段６０からの補正制限係数ｒｃとが入力される。補正ビット生成手段５０は、傾きデータ値Ｋｓｌから入力画素信号Ｄａの階調値に付加する補正値（補正ビットデータ）の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫを求め、水平方向走査期間ごとで初期化する（値０とする）とともに、領域信号Ａｒに従い、階調変化量ｄＫと振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃとから補正値ａＣｄを求め、この補正値ａＣｄによる補正ビットデータＣｄを生成し、画素値演算手段９２へ出力する。ここで、傾きデータ値Ｋｓｌから求める階調変化量ｄＫは、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）（例えば、図２（ａ）、図３（ａ）に示す。）に対して小数部を含んだ値であり、よって、補正ビット生成手段５０において生成する補正ビットデータＣｄは、入力画像信号Ｄａの階調値の小数部を含む値による付加ビットＥと、付加する値の符号ビットを含むビット列として求められる。
【０１２７】
図１３は、補正ビット生成手段５０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図１３に示されるように、補正ビット生成手段５０は、例えば、演算手段５１と、減算手段５２と、切換え手段５３と、補正値遅延手段５４と、ビット列変換手段５５とから構成される。補正ビット生成手段５０は、入力画素信号Ｄａに対し付加すべき補正値（階調値）を求め、その階調値を示すビット列を補正ビットデータＣｄとして出力する。
【０１２８】
図１３において、演算手段５１には、階調変化量制限手段１２からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、エッジ変化検出手段６０からの補正制限係数ｒｃとが入力される。演算手段５１は、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃとから補正値ｍＣｄを算出する。演算手段５１によって得られる補正値ｍＣｄのうち、非ノイズ階調変化位置（領域信号Ａｒ＝２）となる画素（ノイズ領域でない、階調変化量が０でない画素）における補正値ｍＣｄが、後述の切換え手段５３で用いられる。エッジ変化検出手段６０により設定した補正制限係数ｒｃは、階調の補正値に対する乗算値とし、０から１までの範囲内に設定されるので、補正値ｍＣｄは、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃを乗算し、乗算結果（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）として演算される。
【０１２９】
振幅制限階調変化量Ｘｌｍは入力画像信号Ｄａの１階調の値に相当する−１から＋１までの範囲内に制限されており、また、補正制限係数ｒｃは階調変化量ｄｆの大きさに応じて０〜１の値で得ているので、乗算結果（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）による補正値ｍＣｄは、階調変化量ｄｆが大きく、画像のエッジが近傍に存在する画素（補正制限係数ｒｃ＝０）においては補正値ｍＣｄ＝０となり、それ以外の画素においては、−１から＋１までの範囲内の絶対値が１以下となる小数として表現される。また、振幅制限階調変化量Ｘｌｍから求められるので、補正値ｍＣｄは傾きにおける高さから得られる値となる。
【０１３０】
なお、エッジ変化検出手段６０からの補正制限係数ｒｃが補正値に対する乗算値として設定され、演算手段５１において、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃを乗算する場合を例示したが、データ変換テーブルを保持したＲＯＭなどを用いることによって、補正制限係数ｒｃの値に応じて、振幅制限階調変化量Ｘｌｍから補正値ｍＣｄを得てもよく、また、補正制限係数ｒｃの値に応じて、補正値ｍＣｄを固定の値に変換してもよく、補正制限係数ｒｃに応じて補正値の値を制限できればよい。
【０１３１】
減算手段５２には、傾き検出手段４０からの傾きデータ値Ｋｓｌと、補正値遅延手段５４からの１画素遅延された遅延補正値ｐＣｄとが入力される。減算手段５２は、傾きデータ値Ｋｓｌから補正値の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫを求め、遅延補正値ｐＣｄである直前の画素における補正値から階調変化量ｄＫを減算することによって、非ノイズ階調変化位置（領域信号Ａｒ＝２）となる階調値が変化する画素以降の平坦・ノイズ領域となる画素における補正値ｓＣｄを得て、この得られた補正値ｓＣｄを切換え手段５３へ出力する。
【０１３２】
すなわち、減算手段５２は、まず、傾きデータ値Ｋｓｌの値を、補正値の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫとして求め（ｄＫ＝Ｋｓｌとする）、次に、直前画素における補正値（遅延補正値ｐＣｄ）から階調変化量ｄＫを減算（ｐＣｄ−ｄＫ）する。なお、減算手段５２の減算は階調変化量ｄＫの符号（すなわち、傾きデータ値Ｋｓｌの符号）に応じて、減算又は加算処理し（ｄＫ＞０は絶対値｜ｄＫ｜を減算、ｄＫ＜０は、｜ｄＫ｜を加算する）、減算後の値の符号が遅延補正値ｐＣｄのものと反転した場合（＋が−、又は−が＋へ変化）と遅延補正値ｐＣｄがゼロでの減算処理の場合は、補正値ｓＣｄはゼロ（ｓＣｄ＝０）として出力する。これにより、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）以降の平坦・ノイズ領域となる画素における補正値ｓＣｄは、変化位置から順に階調変化量ｄＫの絶対値の大きさ（すなわち、傾きデータ値Ｋｓｌの絶対値｜Ｋｓｌ｜）で変化した値となる。ここで、傾きデータ値Ｋｓｌが−１から＋１までの範囲内の値であるので、補正値ｓＣｄについても−１から＋１までの範囲内のその絶対値が１以下となる小数として表現される。
【０１３３】
補正ビット生成手段５０内の切換え手段５３には、領域信号Ａｒと、演算手段５１からの補正値ｍＣｄと、減算手段５２による補正値ｓＣｄとが入力される。切換え手段５３は、水平方向走査期間ごとで値を初期化（固定補正値０とする）するとともに、領域信号Ａｒに基づき、演算手段５１からの補正値ｍＣｄと、減算手段５２による補正値ｓＣｄとを切り換えて、入力画像信号Ｄａに対して付加すべき階調値として補正値ａＣｄを生成し、出力する。
【０１３４】
詳細に説明すれば、切換え手段５３は、水平方向走査期間の区切りにおいて初期化を示す場合は、初期化の値０を選択して補正値ａＣｄ（＝０）として出力し、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）においては、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃから得られている演算手段５１からの補正値ｍＣｄを選択し、補正値ａＣｄ（＝ｍＣｄ）として出力する。また、切換え手段５３は、階調平坦領域又はノイズ領域となる画素（Ａｒ＝０，１）においては、減算手段５２による補正値ｓＣｄ（すなわち、直前画素の補正値ｐＣｄから階調変化量ｄＫ＝Ｋｓｌを減算した値）を選択し、補正値ａＣｄとして出力する。そして、この補正値ａＣｄは、ビット列変換手段５５と補正値遅延手段５４の両方に送られる。
【０１３５】
補正値遅延手段５４は、切換え手段５３からの補正値ａＣｄを１画素分遅延して、遅延補正値ｐＣｄを出力する。補正値遅延手段５４は、切換え手段５３からの出力を遅延するので、遅延補正値ｐＣｄは、直前画素における補正値となる。
【０１３６】
以上までの演算手段５１、減算手段５２、補正値遅延手段５４、切換え手段５３の構成により、入力画像信号Ｄａに対し付加すべき補正値ａＣｄは、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）で、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃによる補正値ｍＣｄを、
ｍＣｄ  ＝  （ｒｃ）×（Ｘｌｍ）
から得て、階調平坦領域又はノイズ領域となる画素（Ａｒ＝０，１）においては、減算手段５２による補正値ｓＣｄ、すなわち、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から順に、直前画素における値から階調変化量ｄＫ＝Ｋｓｌを減算され、階調変化量ｄＫのレベル差で順次０まで変化する値として得られる。乗算結果（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）による補正値、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調変化量ｄＫはともに、−１から＋１までの範囲の絶対値が１以下となる小数として表現されており、したがって、切換え手段５３から得られる補正値ａＣｄについても、１以下の小数となる精度を持った階調値となる。また、振幅制限階調変化量Ｘｌｍは傾きデータ値Ｋｓｌを算出する際に用いられる階調変化の高さに相当するので、補正値ａＣｄは、階調値の傾きの値から得られている。
【０１３７】
すなわち、上記において、例えば、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）を開始点として、それ以降の領域信号Ａｒ＝０，１の画素を順にカウントした値をカウント値Ｎとすると、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）におけるカウント値Ｎ＝０（補正値ｍＣｄ）からのそれぞれの画素における補正値ａＣｄの階調変化量は、カウント値Ｎと傾きデータ値Ｋｓｌ（階調変化量ｄＫ＝Ｋｓｌ）により、Ｎ×Ｋｓｌで表すことができ、補正値は、次式（５）で表すことができる。
ａＣｄ  ＝  ｍＣｄ  −  Ｎ×Ｋｓｌ                        …（５）
このように、補正値ａＣｄは、補正値ｍＣｄの位置から順に、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調変化量ｄＫのレベル差の変化を持つ値となる。
【０１３８】
領域信号Ａｒに基づき切換え手段５３で選択する補正値ａＣｄを切り換えることによって、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）以降の階調平坦領域（Ａｒ＝０）の画素とノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素について、カウント値Ｎを求めて、平坦・ノイズ領域幅とすることができ、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調変化量ｄＫのレベル差の変化を持つ補正値ａＣｄが得られるので、ノイズ成分による影響なく、順次変化する補正値ａＣｄが得られる。
【０１３９】
また、領域信号Ａｒ＝２における補正値ｍＣｄを、（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）から得ているので、＋１と−１の間にある水平方向における連続的に緩やかに階調値が変化する画素の領域においては、階調値の変化位置から順に、階調変化量ｄＫのレベル差の変化を持つ補正値ａＣｄとなるが、一方で、階調値の変化がエッジによると判断される場合は、補正制限係数ｒｃ＝０で補正値ｍＣｄ＝０となり、それ以降の画素でも補正値は０となるので、階調値が付加されることはない。よって、画像の鮮鋭度（輪郭情報）を保つような補正値を得ることができる。
【０１４０】
補正ビット生成手段５０内のビット列変換手段５５には、切換え手段５３からの補正値ａＣｄが入力される。ビット列変換手段５５は、補正値ａＣｄを所定のビット数となるビット列の値へ変換し、付加する値を示す付加ビットＥと値の符号ビットを含めて補正ビットデータＣｄとして求め、補正ビット生成手段５０から画素値演算手段９２へと出力する。補正値ａＣｄの符号を除く絶対値は１以下の小数を含む値として得ているので、補正ビットデータＣｄにおける補正の値（付加ビットＥ）は、入力画像信号Ｄａの階調値のビット列に対し、小数部を示す。
【０１４１】
ここで、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥを４ビットで生成し、入力画像信号Ｄａの最下位側に付加する場合は、例えば、符号を除く補正値ａＣｄの絶対値を４ビットのビット列の値へ変換する。但し、このとき、−１と＋１の整数部１となる値については、ビット列で示すと１６となるため、この値は４ビットとするよう値を制限し、１５としてビット列における値を求め、ビット列変換手段５５は、補正値ａＣｄを所定のビット数となるビット列の値へ変換するとともに、値の制限処理も行う。そして、補正値ａＣｄの符号を示す符号ビット（１ビット以上のビット数を持つ）とともに、変換された４ビット付加ビットＥを補正ビットデータＣｄとして生成し、出力する。
【０１４２】
なお、図１３の補正ビット生成手段５０は、ビット列変換手段５５を設けて、補正値ａＣｄを符号ビットと４ビットの付加ビットＥのビット列による補正ビットデータＣｄとして求めるよう説明したが、ハードウェアでは補正値ａＣｄなどの値も通常は所定のビット数の値として得ているので、そのまま補正ビットデータＣｄとすることもでき、また、ソフトウェアの場合のようにビット列として扱う必要がない場合は、このビット列変換手段５５を省略することができる。
【０１４３】
《１−２−８》遅延補償手段９１．
遅延補償手段９１に入力画像信号Ｄａが入力されると、遅延補償手段９１は、補正ビット生成手段５０から出力される補正ビットデータＣｄが得られるまでの遅延と入力画像信号Ｄａの画素位置を合わせるように入力画像信号Ｄａの遅延補償を行い、遅延補償された画像信号Ｄｄを出力する。
【０１４４】
《１−２−９》画素値演算手段９２．
画素値演算手段９２には、遅延補償手段９１からの遅延補償された画像信号Ｄｄと、補正ビット生成手段５０からの補正ビットデータＣｄが入力される。画素値演算手段９２は、遅延補償された画像信号Ｄｄに対し、補正ビット生成手段５０からの補正ビットデータＣｄを整数部の位置を合わせて減算することで、新たな出力画像信号Ｄｂを算出し、出力する。出力画像信号Ｄｂの階調値に対して、小数部を含む補正ビットデータＣｄが演算により付加されるので、出力画像信号Ｄｂのビット数は、画像信号Ｄｄのビット数より大きく、すなわち、拡張され、このビット数を拡張した出力画像信号Ｄｂが、階調変換手段１の出力となる。
【０１４５】
なお、画素値演算手段９２は、画像信号Ｄｄに対して補正ビットデータＣｄを減算する演算処理において、補正ビットデータＣｄの符号に応じて減算又は加算処理する（すなわち、Ｃｄ＞０の場合は、絶対値｜Ｃｄ｜を減算、Ｃｄ＜０の場合は、｜Ｃｄ｜を加算する）。また、画素値演算手段９２は、演算後の値が負の値となる場合は、出力画像信号Ｄｂを‘０’（Ｄｂ＝０）とし、出力画像信号Ｄｂの設定したビット数（最大値）を超える値となる場合は、値を最大値として、出力画像信号Ｄｂの値を制限する。
【０１４６】
上述したように、補正ビットデータＣｄにおける付加する値を示す付加ビットＥは、遅延補償された画像信号Ｄｄ（又は入力画像信号Ｄａ）の階調値に対して、小数部を含むので、画素値演算手段９２において加算又は減算による演算処理された後の出力画像信号Ｄｂは、画像信号Ｄｄに対し小数部を有した精度の画像信号となる。すなわち、出力画像信号Ｄｂのビット数は、画像信号Ｄｄに対して多くなるので、表現できる階調数が増えるだけでなく、小数部を含む補正ビットＣｄによる小数部のビット数を有するので、階調値の分解能が増加し、より滑らかな階調値の変化を表現できるようになる。また、階調値の変化が画像のエッジによる場合は、補正ビットデータＣｄは０として得られているため、その結果、画像のエッジ部に隣接する画素においては階調が付加されないので、出力画像信号Ｄｂの鮮鋭度（輪郭情報）を保ちながら、画像のエッジ以外の緩やかに階調値が変化する画素の領域において、画像の滑らかさを増すことができる。
【０１４７】
さらに、補正ビットデータＣｄは、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒを基準として、ノイズ成分による影響なく、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）を開始点として順次傾きデータ値Ｋｓｌによる階調変化量ｄＫで変化する補正値ａＣｄとして得られており、画素値演算手段９２において、画像信号Ｄｄ（又は入力画像信号Ｄａ）の階調値に対して、補正ビットデータＣｄによる値が加算又は減算処理される。このため、線形補間処理による階調値の変換処理に比べ、ノイズ等の微少な階調値の変化による画像のディテールや鮮鋭度を残しながら、緩やかに階調値が変化する画素の領域の滑らかさを増すことができ、画像のぼやけを低減することができる。
【０１４８】
図１４は、入力画像信号Ｄａ（又は遅延補償手段９１からの遅延補償された画像信号Ｄｄ）と、補正ビット生成手段５０からの補正ビットデータＣｄ、及び画素値演算手段９２から出力される出力画像信号Ｄｂの関係を示す図である。ここでは、入力画像信号Ｄａ（又は画像信号Ｄｄ）がｍ＝８ビット、補正ビットデータＣｄが符号ビットと付加ビットＥ４ビット、出力画像信号Ｄｂがｎ＝１２ビットの場合として説明する。
【０１４９】
図１４において、補正ビットデータＣｄは、入力画像信号Ｄａに対して小数部を示す付加ビットＥとして求めているので、画素値演算手段９２は、整数部の位置を合わせ、画像信号Ｄｄの最下位ビットより下位の位置に補正ビットデータＣｄの付加ビットＥ（４ビット）を合わせた値を、符号に応じて減算又は加算することで出力画像信号Ｄｂを算出する。すなわち、画素値演算手段９２は、画像信号Ｄｄの最下位側に付加ビットＥの値を結合するよう付加することに相当する処理を行い、１２ビットの出力画像信号Ｄｂが生成する。出力画像信号Ｄｂは、画像信号Ｄｄに対してビット列が下位ビット側に拡張されている、すなわち、元の入力画像信号Ｄａの階調値に対して小数部を含むので、出力画像信号Ｄｂの１階調の分解能は、画像信号Ｄｄより高く（図１４においては１６倍に）なり、量子化ノイズ又は擬似輪郭がより低減され、精度のよい階調値を表現できるようになる。
【０１５０】
《１−３》動作．
次に、実施の形態１による画像処理装置において、入力画像信号Ｄａの画素間の階調値の差から階調変化量ｄｆを求め、この階調変化量に基づき、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、領域判定結果と階調変化量ｄｆから階調変化における平坦・ノイズ領域幅と傾きを得て補正ビットデータを生成し、入力画像信号Ｄａに補正ビットデータを付加することで階調数が拡張された出力画像信号Ｄｂを出力する動作をフローチャートを参照して説明する。
【０１５１】
図１５は、実施の形態１による画像処理装置の動作（その１）を示すフローチャートであり、図１６は、実施の形態１による画像処理装置の動作（その２）を示すフローチャートである。実施の形態１の画像処理装置においては、入力画像信号Ｄａに対して補正ビットデータＣｄを付加することでビット数を拡張して階調変換を行い、元の入力画像信号Ｄａの階調値に対して小数部が追加された出力画像信号Ｄｂとして出力する。また、図１７は、図１に示される画素領域判定手段２０の動作を示すフローチャートである。なお、階調変換手段１内の処理においては水平方向同期信号ごとで初期化し処理するが、図１５〜図１７においては水平方向同期信号ごとで初期化される動作の説明は省略し、各走査線（ライン）内の画素ごとの処理として示す。
【０１５２】
図１８（ａ）〜（ｋ）は、図３（ａ）に示されるノイズ成分を含む入力画像信号Ｄａの一部について、階調変換手段１における動作を示しており、図１８（ａ）は入力画像信号Ｄａの水平方向の画素位置ｘ、同図（ｂ）は入力画像信号Ｄａ、同図（ｃ）及び（ｄ）は階調変化量検出手段１０において求められる隣接する画素間の階調値の差分による階調変化量ｄｆと、階調変化量ｄｆの振幅制限階調変化量Ｘｌｍ、同図（ｅ）は画素領域判定手段２０で得られる領域信号Ａｒ、同図（ｆ）は平坦・ノイズ領域幅判定手段３０内の平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１からの出力である平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔ、同図（ｇ）は平坦・ノイズ領域幅判定手段３０内の巡回型フィルタ処理手段３２から出力される平坦・ノイズ領域幅を予測した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔ、同図（ｈ）は傾き検出手段４０から出力される傾きデータ値Ｋｓｌ、同図（ｉ）は補正ビット生成手段５０において求められる補正値ａＣｄ、同図（ｊ）は画素値演算手段９２において補正ビットデータＣｄを画像信号Ｄｄ（すなわち、入力画像信号Ｄａ）に付加した値を、画像信号Ｄｄの最小階調値を１として表した場合の階調値、同図（ｋ）は画素値演算手段９２の出力である出力画像信号Ｄｂを示し、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥを４ビットとした場合で示している。図１８（ａ）〜（ｋ）においては、左から順に画素データが入力され、横軸は水平走査方向の画素位置を示す。図１８（ａ）〜（ｋ）においては、画素位置ｘ＝８から順に階調値Ｌａ＝２の画素が８画素、階調値Ｌａ＝３の画素が８画素、階調値Ｌａ＝４の画素が８画素、…と、並んでおり、入力画像信号Ｄａがｍ＝８ビットである場合、この８ビットの入力画像信号Ｄａに対し、左の画素位置ｘ＝８から右に１階調ずつ連続的に明るくなる画像であり、階調変化の途中画素位置ｘ＝１９及びｘ＝３４，３５でノイズ成分となる高周波の変化を含んでいる。
【０１５３】
また、図１９（ａ）〜（ｋ）は、ノイズ成分を含み、入力画像信号Ｄａのレベルが１階調ずつ緩やかに減少している信号の一例を示しており、図１９（ａ）〜（ｋ）における信号はそれぞれ、図１８（ａ）〜（ｋ）における信号と同様の信号を示している。図１９（ａ）〜（ｋ）においては、画素位置ｘ＝８においては階調値Ｌａ＝１〜８の変化となっており、それ以降の画素位置ｘにおいては順に階調値Ｌａ＝８の画素が８画素、階調値Ｌａ＝７の画素が８画素、階調値Ｌａ＝６の画素が８画素、…と、並んでおり、８ビットの入力画像信号Ｄａに対し、画素位置ｘ＝８における階調差７の変化は画像の輪郭（エッジ）により、それ以降は１階調ずつ連続的に暗くなる画像であり、階調変化の途中画素位置ｘ＝１９及びｘ＝３５でノイズ成分となる高周波の変化を含んでいる。
【０１５４】
以下に、画像処理装置の動作（実施の形態１においては、階調変換手段１の動作でもある。）を図１５〜図１７、図１８（ａ）〜（ｋ）、及び図１９（ａ）〜（ｋ）を用いて説明する。まず、図１５を用いて、階調変化量ｄｆを求め、階調変化における平坦・ノイズ領域幅と傾きを求めるまでを説明する。
【０１５５】
階調変換手段１に図１８（ｂ）及び図１９（ｂ）に示されるようなｍビットの入力画像信号Ｄａ（階調値Ｌａ（ｘ）とする）が入力される（ステップＳ１０１）と、この入力画像信号Ｄａは、階調変化量検出手段１０に入力される。すると、階調変化量検出手段１０内の階調変化量算出手段１１は、水平方向に隣接する画素間の階調値の差分（すなわち、直前画素位置ｘ−１の画素の階調値との差分）を算出して、階調変化量
ｄｆ＝Ｌａ（ｘ）−Ｌａ（ｘ−１）
を求める（ステップＳ１０２）。例えば、図１８（ｃ）においては、画素位置ｘ＝８における階調変化量ｄｆ＝Ｌａ（８）−Ｌａ（７）を算出し、ｄｆ＝＋１となる。また、例えば、図１９（ｃ）においては、画素位置ｘ＝８における階調変化量ｄｆ＝Ｌａ（８）−Ｌａ（７）を算出し、ｄｆ＝＋７となり、画素位置ｘ＝１６においては階調変化量ｄｆ＝−１となる。
【０１５６】
階調変化量算出手段１１で得られた階調変化量ｄｆは、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２において、その値を所定の範囲に制限され、振幅制限階調変化量Ｘｌｍを求める（ステップＳ１０３）。この振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調変化量ｄｆが所定のレベルの範囲、すなわち、−１から＋１まで（図１５において−ＴＨ〜＋ＴＨで示す）の範囲内となるように値が制限されており、これは入力画像信号Ｄａの１階調の変化を検出するための制限の範囲となる。すなわち、振幅制限階調変化量Ｘｌｍの値は、−１，０，＋１の３値で示される。また、この振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調値の傾きを求める際の階調変化の高さとして用いられる。図１８（ｄ）及び図１９（ｄ）の振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調値が変化する位置又はノイズ成分による変化がある画素において、振幅制限階調変化量Ｘｌｍが＋１又は−１に値を制限され、変化がない階調平坦領域の画素においては、振幅制限階調変化量Ｘｌｍ＝０となる。
【０１５７】
また、階調変化量ｄｆはエッジ変化検出手段６０へも出力される。エッジ変化検出手段６０は、階調変化量ｄｆの絶対値の大きさから画像のエッジとなる変化を検出し、補正制限係数ｒｃを設定する（ステップＳ１０４）。ここで、求める補正制限係数ｒｃは、エッジ部分においては階調値が付加されないように補正値を制限することができる値として求められ、例えば、階調値の補正値に対する乗算値とし、０から１までの範囲内の値で設定される。
【０１５８】
階調変化量ｄｆは、隣接する画素間の階調値の差分から得られるので、画像のエッジ近傍の画素においては、エッジ成分による階調値の差も含むが、階調数を拡張する画素の領域は、滑らかに階調値が変化し、１階調の差で変化する領域としているので、エッジ部分においては補正値が付加されないようにする必要がある。よって、階調変化量ｄｆの大きさから、エッジに隣接する画素で階調値の変化の差分がエッジによるものか否かを判定し、その結果から、補正制限係数ｒｃを設定する。一例として、階調変化量ｄｆの絶対値の大きさから、図９に示したような特性で変換することで補正制限係数ｒｃをｒｃ＝０〜１として求めると、階調変化量ｄｆがエッジによる変化であると検出された画素においては、補正制限係数ｒｃの値がｒｃ＝０になり、その値により、補正の値が制限される。
【０１５９】
図１８（ａ）〜（ｋ）においてはいずれの位置でも階調変化量ｄｆ（同図（ａ））はその絶対値｜ｄｆ｜≦１であるので、補正制限係数ｒｃは常に補正制限係数ｒｃ＝１となる（図示せず）。図１９（ａ）〜（ｋ）の場合は、画素位置ｘ＝８における階調変化量ｄｆ（同図（ａ））はｄｆ＝＋７であるので、この位置における補正制限係数ｒｃはｒｃ＝０となるが、それ以外の画素位置においては、補正制限係数ｒｃはｒｃ＝１となる。
【０１６０】
次に、画素領域判定手段２０は、階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆの値と極性とを用いた判定により、画素位置ｘの注目画素における階調値の変化から、各画素が、階調平坦領域、ノイズ領域、非ノイズ階調変化位置の３領域のいずれの領域に分類されるかを判定し、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒを生成する（ステップＳ１０５）。この階調変化量ｄｆによる画素領域の判定の詳細な動作は、図１７を用いて後述するが、ノイズ成分は数画素の範囲の領域で増加、減少となる高周波の変化で、その変化の階調差は比較的小さい値Ｎｄ（例えば、Ｎｄ＝２など）以下となるため、ノイズ成分による画素における変化は、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆの値と、注目画素の直前の画素位置ｘ−１の隣接画素、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の隣接画素のそれぞれにおける階調変化量ｄｆの極性とにより判定でき、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行う（図１８（ｅ）、図１９（ｅ））。
【０１６１】
平坦・ノイズ領域幅判定手段３０内の平坦・ノイズ領域幅カウント手段３１は、水平方向走査期間ごとで、領域信号Ａｒを基準として、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の直前画素までの平坦・ノイズ領域幅の画素数を求め、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔとする（ステップＳ１０６）。すなわち、水平方向走査期間ごとで初期化するとともに、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素の幅（画素数）をカウントし、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の直前画素までの平坦・ノイズ領域幅を平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔとして得る。
【０１６２】
図１８（ｆ）において、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２で画素のカウントが０にリセットされ、その次の画素位置（ｘ＋１）で、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔが０となる。非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる画素位置ｘにおいては、直前画素位置ｘ−１までにカウントされた画素数である平坦・ノイズ領域幅、すなわち、階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素の連続数を示す平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔが得られる。図１９（ｆ）においても同様である。
【０１６３】
次に、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０と傾き検出手段４０において、平坦・ノイズ領域幅を予測した値である平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求め、階調値の傾きを検出する動作は、領域信号Ａｒ＝２の非ノイズ階調変化位置において行われる（ステップＳ１０７〜Ｓ１１０）。
【０１６４】
領域信号Ａｒ＝２となる非ノイズ階調変化位置において（ステップＳ１０７）、巡回型フィルタ処理手段３２は、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対して、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ごとで巡回型のフィルタ処理を施し、このフィルタ処理の結果を非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した値である平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとする（ステップＳ１０８）。巡回型のフィルタ処理の演算は低域通過フィルタを構成し、フィルタ出力である遅延平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔと、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔに対し、図１５においては、例えば、（ｐｄｓｔ＋Ｃｎｔ）／２（上記式（１）の係数ｋ１＝１／２、ｋ２＝１／２）による巡回型フィルタ処理を施す。一方、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、その前の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における値が保持されて出力される（ステップＳ１０９）。
【０１６５】
平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔは、水平方向に階調値が変化する際の平坦・ノイズ領域幅の低域周波数成分である。したがって、水平方向における連続的に緩やかに階調値が変化する画素の領域において、その階調値の変化する際の階調平坦領域の幅を、急峻な変化を避けて得ることができる。このことにより、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した値として用いることができる。また、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）を基準に画素をカウントした平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔから平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求めるので、領域信号Ａｒ＝０となる階調平坦領域の画素とともに、領域信号Ａｒ＝１で示されるノイズ領域の画素についても、平坦な期間の画素として扱い、ノイズ領域を含め（すなわち、ノイズ成分による誤検出なく）平坦・ノイズ領域幅を得られる。
【０１６６】
図１８（ｇ）及び図１９（ｇ）においては、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ｘ＝８，１６，２４，３２で１画素前のｘ−１における平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｐｄｓｔと、平坦・ノイズ領域幅カウント値Ｃｎｔ（図１８（ｆ）及び図１９（ｆ））に対し、（ｐｄｓｔ＋Ｃｎｔ）／２による巡回型フィルタ処理を施す。階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２における値が保持されている。
【０１６７】
傾き検出手段４０は、領域信号Ａｒに従い、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）において、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔから、入力画像信号Ｄａの水平方向の階調値の傾きを検出し、傾きデータ値Ｋｓｌ＝Ｘｌｍ／ｄｓｔとして算出する（ステップＳ１０７，Ｓ１１０）。階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、その前の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における値が保持される（ステップＳ１０９）。振幅制限階調変化量Ｘｌｍは階調変化量ｄｆを−１から＋１までの範囲内に制限した値で入力されている（ステップＳ１０３）ので、検出される階調値の傾き、すなわち傾きデータ値Ｋｓｌについても、−１から＋１までの範囲内の値となる。
【０１６８】
図１８（ｈ）によれば、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ｘ＝８においては、傾きデータ値Ｋｓｌ＝＋１／４となり、同様に画素位置ｘ＝１６，２４，３２で傾きデータ値Ｋｓｌが求められる。また、図１９（ｈ）によれば、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ｘ＝８においては、傾きデータ値Ｋｓｌ＝＋１／４となり、画素位置ｘ＝１６においては、傾きデータ値Ｋｓｌ＝−１／６、同様に画素位置ｘ＝２４，３２で傾きデータ値Ｋｓｌが求められる。図１８（ｈ）及び図１９（ｈ）のいずれにおいても、階調平坦領域とノイズ領域（Ａｒ＝０，１）においては、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２における値が保持されている。
【０１６９】
図１５で示す動作により、領域信号Ａｒを基準にして階調値の傾きにおける平坦・ノイズ領域幅を予測した値である平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔと階調値の傾きを求め、ノイズ成分による誤検出なく、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素における階調値の傾きを得られる。また、エッジ変化検出手段６０は、階調変化量ｄｆの大きさから、階調変化の差分がエッジによるものか否かを判定し、その結果から補正制限係数ｒｃを生成する。
【０１７０】
ここで、画素領域判定手段２０において、階調変化量ｄｆによる画素領域の判定の動作について、図１７を用いて説明する。
【０１７１】
画素領域判定手段２０は、まず、階調変化量検出手段１０からの階調変化量ｄｆに対し画素遅延するなどして、画素位置ｘの注目画素、その直前の画素位置ｘ−１の隣接画素、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の隣接画素のそれぞれにおける階調変化量ｄｆを、階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、ｄｆ（ｘ＋１）として得る（ステップＳ１２０）。
【０１７２】
次に、階調変化量ｄｆ（ｘ）と、階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、ｄｆ（ｘ＋１）のそれぞれの極性を取得して（ステップＳ１２１）、画素位置ｘの注目画素が、ノイズ領域における隣接画素に高周波成分の変化を持つ（階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性とが反対極性、又は、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性とが反対極性）かの判定を行う（ステップＳ１２２〜Ｓ１２９）。具体的には、ノイズ領域と判定するための１つ条件である隣接画素に高周波成分を持つか、すなわち、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性又は階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性のいずれかと反対極性であるか否かを判定する。
【０１７３】
まず、画素位置ｘと隣接する画素位置ｘ−１で変化の方向が反対になる高周波成分の変化があるかを、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性から判定する（ステップＳ１２２）。階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性が反対極性である場合（ステップＳ１２４）は、２値化した値を示す判定結果ｐｆ１＝１とし（ステップＳ１２６）、同一の場合は、判定結果ｐｆ１＝０とする（ステップＳ１２７）。
【０１７４】
同様に、画素位置ｘと隣接する画素位置ｘ＋１で変化の方向が反対になる高周波成分の変化があるかを、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性から判定する（ステップＳ１２３）。階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性が反対極性である場合（ステップＳ１２５）は、２値化した値を示す判定結果ｐｆ１＝２とし（ステップＳ１２８）、同一の場合は、判定結果ｐｆ２＝０とする（ステップＳ１２９）。
【０１７５】
そして、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）の絶対値のレベルを所定の閾値と比較し、階調平坦領域の画素か（閾値０）、ノイズ領域における１条件階調差が比較的小さい値Ｎｄ以下かを判定するとともに、上記極性の判定結果を用いて、以下に示す動作で、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、各領域判定結果を示す領域信号Ａｒを生成する。
【０１７６】
（判定Ａ１）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、ｄｆ（ｘ）＝０である場合には（ステップＳ１３０）、注目画素は、階調平坦領域に属する画素であり、領域信号Ａｒは、Ａｒ＝０になる（ステップＳ１３３）。
【０１７７】
（判定Ａ２）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり（ステップＳ１３０，Ｓ１３１）、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性と反対極性である場合（隣接画素に高周波成分を持つ場合）（ステップＳ１３２においてｐｆ１＝１）、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり（ステップＳ１３０，Ｓ１３１）、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性と反対極性である場合（隣接画素に高周波成分を持つ場合）（ステップＳ１３２においてｐｆ２＝１）には、
注目画素は、ノイズ領域に属する画素であり、領域信号Ａｒは、Ａｒ＝１になる（ステップＳ１３５）。
【０１７８】
（判定Ａ３）
判定Ａ１において、注目画素が階調平坦領域に属する画素ではないと判定され、且つ、判定Ａ２において、注目画素が、ノイズ領域に属する画素ではないと判定された画素位置ｘの注目画素は、非ノイズ階調変化位置の画素であり、領域信号Ａｒは、Ａｒ＝２になる（ステップＳ１３４）。
【０１７９】
なお、所定の閾値Ｎｄについては、画像信号より十分に小さく、入力される画像信号に含まれるノイズ・誤差などのノイズ成分の振幅の大きさを考慮した値を設定し、例えば、最小階調差の２倍の値、Ｎｄ＝２とする。
【０１８０】
図１８（ｅ）において、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２は、隣接画素の階調変化量ｄｆ＝０であるので、それぞれ非ノイズ階調変化位置で領域信号Ａｒ＝２として判定される。ノイズ成分により階調変化量ｄｆが０でない画素位置ｘ＝１９とその隣接画素位置ｘ＝２０においては、互いに階調変化量ｄｆの極性が反対であり（ｄｆ（１９）＝＋１、ｄｆ（２０）＝−１）、したがって、ノイズ領域と判定し、領域信号Ａｒ＝１となる。同様に、ｘ＝３４，３５，３６についてもノイズ領域と判定される。図１９（ｆ）においても同様であり、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２は、ｄｆ≠０であるので階調平坦領域ではなく、且つ、隣接画素の階調変化量ｄｆ＝０であるのでノイズ領域でもないので、それぞれ非ノイズ階調変化位置であり、領域信号Ａｒ＝２となる。ノイズ成分により階調変化量ｄｆ≠０である画素位置ｘ＝１９の画素とその隣接画素（画素位置ｘ＝２０）、及び、画素位置ｘ＝３５の画素とその隣接画素（画素位置ｘ＝３６）においては、互いに階調変化量ｄｆの極性が反対であるから、ノイズ領域と判定され、領域信号Ａｒ＝１となる。
【０１８１】
以上に説明したように、図１７に示される動作により、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、領域信号Ａｒが得られ、各画素が階調平坦領域、ノイズ領域、非ノイズ階調変化位置のどの階調値の変化を持つかが示される。
【０１８２】
次に、補正ビットデータを生成し、入力画像信号Ｄａに対して付加することでビット数を拡張する動作を、図１６により説明する。図１６において、領域信号Ａｒに従い階調値の傾きである傾きデータ値Ｋｓｌが得られた後、補正ビット生成手段５０は、水平方向走査期間の区切りにおいて補正値ａＣｄを初期化するとともに、画素の領域を示す領域信号Ａｒに応じて、補正値ａＣｄを生成する処理を切り換える（ステップＳ１１１）。
【０１８３】
非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）においては（ステップＳ１１１）、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃを乗算し、乗算結果である補正値ｍＣｄを、（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）から算出する（ステップＳ１１２）。そして、得られた補正値ｍＣｄを補正値ａＣｄと決定する（ステップＳ１１３）。振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、入力画像信号Ｄａの１階調の値に相当する−１から＋１までの範囲内に制限されており、また、補正制限係数ｒｃは階調変化量ｄｆの大きさに応じて０〜１の値で得ているので、補正値ｍＣｄは、階調変化量ｄｆが大きく、エッジが近傍に存在する画素（補正制限係数ｒｃ＝０）においては補正値ｍＣｄ＝０となり、それ以外の画素においては、−１から＋１までの範囲内の絶対値が１以下となる小数として表現される。また、振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調値の傾きを算出する際に用いられる階調変化の高さとしているので、得られる補正値は、階調値の傾きから得ている。
【０１８４】
一方、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素においては（ステップＳ１１１）、傾きデータ値Ｋｓｌを補正値の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫとして（ｄＫ＝Ｋｓｌとする）、直前画素における補正値（遅延補正値ｐＣｄ）から階調変化量ｄＫを減算（ｐＣｄ−ｄＫ）し、階調平坦領域の画素における補正値ｓＣｄを得る（ステップＳ１１４）。なお、減算後、補正値ｓＣｄの値の符号が遅延補正値ｐＣｄから反転した場合（＋が−、又は−が＋へ変化）と、遅延補正値ｐＣｄがゼロにおける減算処理の場合は、補正値ｓＣｄはゼロ（ｓＣｄ＝０）として出力する。そして、この補正値ｓＣｄを補正値ａＣｄと決定する（ステップＳ１１５）。これにより、階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素における補正値ｓＣｄは、変化位置から順に階調変化量ｄＫの絶対値の大きさ（すなわち、傾きデータ値Ｋｓｌの絶対値｜Ｋｓｌ｜）で変化した値となる。ここで、傾きデータ値Ｋｓｌが−１から＋１までの範囲内の値であるので、補正値ｓＣｄについても−１から＋１までの範囲内のその絶対値が１以下となる小数として表現される。
【０１８５】
上記により得られた補正値ａＣｄは、所定のビット数となるビット列の値へ変換されて、付加する値を示す付加ビットＥと値の符号ビットを含めて補正ビットデータＣｄとして求められる（ステップＳ１１６）。また、補正値ａＣｄは、１画素分遅延されて、直前画素における補正値ｐＣｄとして次の画素の処理へと送られる（ステップＳ１１７）。
【０１８６】
以上のステップＳ１１１〜Ｓ１１７により、入力画像信号Ｄａに対し付加すべき補正値ａＣｄ（すなわち、補正ビットデータＣｄ）は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）で振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃによる補正値ａＣｄ＝（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）として得て（すなわち、傾きを算出する際に用いられる階調変化の高さを得て）、階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における値から順に、傾きデータ値Ｋｓｌによるレベル差で順次０まで変化する値として得られる。乗算結果（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）による補正値、傾きデータ値Ｋｓｌはともに、−１から＋１までの範囲内の絶対値が１以下となる小数として表現されており、したがって、補正値ａＣｄについても、１以下の小数となる精度を持った階調値となる。
【０１８７】
領域信号Ａｒに基づき、求める補正値ａＣｄを切り換えるので、階調平坦領域とともに、ノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素についても、平坦な期間の画素として傾きデータ値Ｋｓｌによるレベル差の変化を持つ補正値ａＣｄが得られ、ノイズ成分による影響なく、順次変化する補正値ａＣｄが得られる。
【０１８８】
また、補正制限係数ｒｃを用いて補正値ｍＣｄを（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）から得ているので、緩やかに階調値が変化する画素の領域においては、非ノイズ階調変化位置から順に、階調変化量ｄＫのレベル差の変化を持つ補正値ａＣｄとなるが、一方で、階調値の変化がエッジによると判断される場合は、補正値ｍＣｄ＝０となり、それ以降の画素でも補正値は０となり、画像の輪郭情報を保つような補正値として得ることができる。
【０１８９】
図１８（ｉ）によれば、画素位置ｘ＝１６（Ａｒ＝２）においては補正値ａＣｄ＝＋１であり、それ以降の階調平坦領域、ノイズ領域となる画素においては、画素位置ｘ＝１６における補正値ａＣｄ＝＋１から画素の順に、５／６，４／６，…、というように、傾きデータ値Ｋｓｌによるレベル差−１／６の変化を持った補正値ａＣｄ（すなわち、補正ビットデータＣｄ）として得られる。同様に、画素位置ｘ＝３２においては、補正値ａＣｄ＝＋１であり、それ以降の階調平坦領域、ノイズ領域となる画素においては、画素位置ｘ＝３２における補正値ａＣｄ＝＋１から順に、６／７，５／７，４／７，…というように、傾きデータ値Ｋｓｌによるレベル差−１／７の変化を持った補正値ａＣｄとして得られる。
【０１９０】
また、図１９（ｉ）によれば、画素位置ｘ＝１６（Ａｒ＝２）においては、補正値ａＣｄ＝−１であり、それ以降の階調平坦領域、ノイズ領域となる画素においては、画素位置ｘ＝１６における補正値ａＣｄ＝−１から順に、−５／６，−４／６，−３／６，…というように、傾きデータ値Ｋｓｌによるレベル差＋１／６の変化を持った補正値ａＣｄ（すなわち、補正ビットデータＣｄ）として得られる。なお、画素位置ｘ＝８においては、階調変化量ｄｆ＝＋７で補正制限係数ｒｃ＝０であるので、補正値ａＣｄ＝０となる。そのため、それ以降の平坦な画素でも、補正値ａＣｄ（すなわち、補正ビットデータＣｄ）は０となる。
【０１９１】
画素値演算手段９２は、補正ビットデータＣｄと入力画像信号Ｄａの画素位置を合わせるよう遅延補償された画像信号Ｄｄ（又は入力画像信号Ｄａ）に対し、補正ビットデータＣｄを整数部の位置を合わせて減算することで、新たな出力画像信号Ｄｂを算出する（ステップＳ１１８）。すなわち、画像信号Ｄｄに対する補正ビットデータＣｄの演算処理は、画像信号Ｄｄの階調値Ｌａから補正ビットデータＣｄの値を減算して、画像信号Ｄｄの最下位側に付加ビットＥの値を結合するよう付加することに相当する処理を行う（図１４参照）。なお、演算後の値が負の値となる場合は、出力画像信号Ｄｂをゼロ（Ｄｂ＝０）とし、出力画像信号Ｄｂの設定したビット数（最大値）を超える値となる場合は、値を最大値として、出力画像信号Ｄｂの値を制限する。
【０１９２】
補正ビットデータＣｄは、画像信号Ｄｄ（又は入力画像信号Ｄａ）の階調値に対して、小数部を含むので、演算処理された後の出力画像信号Ｄｂは、画像信号Ｄｄに対し小数部を有した精度の画像信号となる。出力画像信号Ｄｂは、小数部を含む補正ビットデータＣｄによる小数部のビット数を有するので、階調値の分解能が増加し、より滑らかな階調値の変化を表現できるようになる。補正ビットデータＣｄは、領域信号Ａｒを基準として、ノイズ成分による影響なく、傾きデータ値Ｋｓｌで変化する補正値ａＣとして得られており、階調値に対して補正ビットデータＣｄによる値が加算又は減算処理されるので、ノイズ等の微少な階調値の変化による画像のディテールを残しながら、鮮鋭度を低下させずに、緩やかに階調値が変化する画素の領域の滑らかさを増すことができる。
【０１９３】
図１８（ｊ）によれば、補正ビットデータＣｄを付加した後の出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂは、画像信号Ｄｄの階調値Ｌａから補正ビットデータＣｄを減算することで、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ｘ＝１６においては階調値Ｌｂ＝１２／６となり、それ以降の階調平坦領域とノイズ領域においては、画素位置の順に１／６ごとで増加する変化を持つとともに、ノイズ成分がある画素位置ｘ＝１９においては、ノイズ成分による振幅（６／６）を残した状態で階調値が変換された値２１／６として得られる。同様に、画素位置ｘ＝３２においては、出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ＝２８／７で、それ以降の階調平坦領域とノイズ領域においては、順に１／７ごとで増加する変化を持ち、ノイズ成分がある画素位置ｘ＝３４においては、ノイズ成分による振幅（７／７）を残した状態で階調値が変換された値３７／７として得られる。画素位置ｘ＝３５に対しても同様である。
【０１９４】
また、図１９（ｊ）によれば、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）ｘ＝１６における階調値Ｌｂ＝４８／６で、それ以降の階調平坦領域とノイズ領域においては順に１／６ごとで減少する変化持つとともに、ノイズ成分があるｘ＝１９においては、ノイズ成分による振幅（６／６）を残した状態で階調値が変換された値５１／６として得られる。同様に、画素位置ｘ＝３２においては、出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ＝４２／７で、それ以降の階調平坦領域とノイズ領域においては、順に１／７ごとで減少する変化を持ち、ノイズ成分がある画素位置ｘ＝３５においては、ノイズ成分による振幅（７／７）を残した状態で階調値が変換された値３２／７として得られる。なお、図１９（ｊ）の画素位置ｘ＝８においては、補正値ａＣｄ（すなわち、補正ビットデータＣｄ）は０であるため、画素位置ｘ＝８とそれ以降の平坦な画素（ｘ＝１５までの画素）でも、階調値の変化はない。
【０１９５】
図１８（ｋ）及び図１９（ｋ）は、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥを４ビットとした場合の出力画像信号Ｄｂを示しており、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から画素位置の順に、傾きデータ値Ｋｓｌに相当する値の変化を持った階調値として得られ、結果として階調変化がより滑らかに変換された１２ビットの出力画像信号Ｄｂが得られている。
【０１９６】
なお、図１、図１４、図１８、図１９は、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥを４ビットで生成する場合を示しているが、付加ビットＥは４ビットに限るものではなく、より多くのビット数で補正ビットデータＣｄ（すなわち、補正値ａＣｄ）を表現することで、精度の高い、より滑らかな階調値の変化となる画像信号を得ることができる。例えば、図１８（ａ）〜（ｋ）において、画素位置ｘ＝８から次の階調値が変化する画素位置までの間は、傾きデータ値Ｋｓｌが＋１／４であるので、補正値ａＣｄの絶対値１／４の変化を示すため、付加ビットＥを３ビット分で構成すれば、誤差無く補正ビットデータＣｄを表現できる。しかし、図１８（ａ）〜（ｋ）の画素位置ｘ＝２４以降は、傾きデータ値Ｋｓｌが＋１／７であるので、補正値ａＣｄにおける階調変化量を示すため、付加ビットＥとしてより多くのビット数を用いることにより、少ない誤差で補正ビットデータＣｄを表現できる。
【０１９７】
言い換えれば、補正値ａＣｄは、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔから求められた傾きデータ値Ｋｓｌにより得られるので、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔにおける最大幅（画素数）を大きくし、傾きデータ値Ｋｓｌを表現するビット数を多く取れば、補正値ａＣｄの変化はより細かくできる。よって、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥのビット数を多くすると、より階調値の分解能（精度）の高い画像を得ることができる。
【０１９８】
《１−４》効果．
以上に説明したように、実施の形態１の画像処理装置又は画像処理方法においては、階調変化量ｄｆを用いて、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、その判定結果を示す領域信号Ａｒを基準として、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求め、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとから階調値の傾き（傾きデータ値Ｋｓｌ）を得ている。また、実施の形態１の画像処理装置又は画像処理方法においては、階調変化が画像のエッジによると判断される場合に、補正ビット生成手段５０における補正を制限する補正制限係数ｒｃを設定し、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、傾きデータ値Ｋｓｌと、補正制限係数ｒｃとから補正ビットデータＣｄを生成し、入力画像信号Ｄａに整数部の位置を合わせて入力画像信号Ｄａから補正ビットデータＣｄの値を減算又は加算して、補正ビットデータを付加することで画素値を変換し、階調数（ビット数）が拡張された画像信号を出力している。したがって、実施の形態１の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、画像のエッジの階調変化とその次に現れる画像のエッジの階調変化との間に存在するノイズ成分による階調変化を、ノイズ成分による階調変化であると判定できるので、非ノイズ階調変化位置とその次に現れる非ノイズ階調変化位置との間の幅を示す平坦・ノイズ領域幅を正確に検出でき、ノイズ成分による階調変化と区別できるので、傾きデータ値Ｋｓｌを、ノイズ成分による影響を受けることなく算出できる。また、実施の形態１の画像処理装置又は画像処理方法によれば、回路規模を大幅に増やすことなく、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値で順次変化する補正値が得られ、緩やかに階調値が変化する画素領域や非ノイズ階調変化位置における適切な補正ビットデータＣｄを得て、画像信号の階調変化をより滑らかに変換し、ビット数を拡張できる。また、得られた補正ビットデータＣｄを入力画像信号Ｄａの階調値に対し付加して階調数を拡張するため、実時間で処理でき、ノイズ成分による微少な変化を残したまま、階調変化がより滑らかに変換できる。
【０１９９】
このように、実施の形態１の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、実時間で回路規模を大幅に増やすことなく、緩やかに階調値が変化する画像領域に対し、ノイズ成分による誤検出なく、階調変化をより適切に検出したことによる補正ビットデータＣｄが得られる。このため、補正ビットデータにより画像信号の階調数を拡張し、階調変換された出力画像信号Ｄｂにおいて、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることはなく、量子化ノイズ又は擬似輪郭が低減され、階調変化が滑らかで、高品位な階調数を拡張した画像信号が得られる。
【０２００】
《１−５》変形例．
上記説明においては、画素領域判定手段２０は、階調変化量ｄｆの大きさから、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、領域判定結果として３種の領域信号Ａｒ＝０，１，２を生成する場合を説明したが、図１において領域信号Ａｒを用いる平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、補正ビット生成手段５０は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）と、階調平坦領域及びノイズ領域（Ａｒ＝０，１）の２通りで処理を切り換えている（図７、図１３、図１５、図１６で説明）ので、領域判定結果を２値で示す領域信号Ａｒ１とすることも可能である。例えば、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定の結果から、階調平坦領域とノイズ領域においては領域信号Ａｒ１＝０、非ノイズ階調変化位置においては領域信号Ａｒ１＝１というように構成し、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０における処理を領域信号Ａｒ１で切り換えるようにしてもよい。この場合にも、図１の場合と同様に構成でき、同様の効果を奏することができる。
【０２０１】
また、上記説明においては、階調変換手段１において、入力画像信号Ｄａの階調変化を検出する際の階調変化量は、最下位１ビット分の差、すなわち、画素間の階調値の差分＋１と−１の変化とし、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２において、階調変化量ｄｆの値を−１から＋１までの範囲内となるよう制限する場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されず、例えば、画素間の階調値の差分の最大値＋２、最小値−２の範囲の変化を求める場合など、予め決められた最大値（正の値）と最小値（負の値）に基づき、階調変化量ｄｆの値を制限して、画像信号の１階調より大きな値の階調差以内で階調値が変化する場合に、階調数を拡張するよう構成することもできる。階調変化量ｄｆの値を制限する範囲は、階調変換で滑らかな変化とする画像領域か、そのまま保持するか、又は、階調ジャンプとなる階調変化として補正するかを決めるための値であり、入力画像信号の特性や、階調ジャンプが起こるレベル等から適切な値を設定すればよい。この場合の構成及び動作は、階調値の変化を求める画素間の階調値の差分の範囲以外の点については、図１による構成及び動作と同じである。ここで、画素間の階調値の差分の最大値＋２、最小値−２の範囲の変化を求める場合は、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２における制限の範囲、すなわち、振幅制限階調変化量Ｘｌｍの値が＋２から−２までの範囲内の値となり、階調値の傾きも−２から＋２までの範囲内の値となる。
【０２０２】
上記説明においては、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２が階調変化量ｄｆの値を−１から＋１まで（入力画像信号Ｄａの階調値の最下位１ビット分の差）の範囲内となるよう制限する画像処理装置及び画像処理方法を説明した。しかし、例えば、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２が階調変化量ｄｆの値を予め決められた最大値（１階調より大きい正の値）から予め決められた最小値（絶対値が１階調より大きい負の値）までの範囲内となるよう制限してもよい。図２０は、図１に示される画素値演算手段の動作の他の例を説明するための図であり、入力画像信号Ｄａ（又は遅延補償手段９１からの遅延補償された画像信号Ｄｄ）と、補正ビット生成手段５０からの補正ビットデータＣｄ、及び画素値演算手段９２から出力される出力画像信号Ｄｂの関係を示している。図２０の例においては、図１に示される階調変換手段１において、入力画像信号Ｄａの水平方向の階調値の変化を、階調値の差‘２’まで検出し、画素間の階調値の差分の最大値＋２から最小値−２までの範囲内の変化を求める。そして、図２０に示されるように、８ビットの入力画像信号Ｄａに対し、整数部１ビットと小数部４ビットによる５ビットで示される値の付加ビットＥによる補正値（補正ビットデータ）を生成して入力画像信号Ｄａに付加し、１２ビットに階調数を拡張した出力画像信号Ｄｂに変換する。このとき、画素値演算手段９２は、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥの整数部の位置を画像信号Ｄｄの整数部の位置（最下位ビットが整数１に相当）と一致するようにした値を、画像信号Ｄｄに対し符号に応じて減算又は加算し、出力画像信号Ｄｂは、入力画像信号Ｄａに対して小数部を示すビット数分ビット列が付加されている。この場合には、入力画像信号Ｄａの階調値の最小値である１階調の階調変化のみでなく、入力画像信号Ｄａに１階調以上の量子化ノイズ（例えば、階調ジャンプによるもの）が含まれる場合であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０２０３】
さらにまた、上記説明においては、入力される入力画像信号Ｄａをｍ＝８ビットとし、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥを４ビットで生成して、ｎ＝１２ビットの出力画像信号Ｄｂへと階調数を拡張する場合と示しているが、入力画像信号Ｄａの階調数ｍは、これに限るものではない。例えば、入力画像信号Ｄａの階調数ｍは１０ビットであってもよく、この場合には、ｎ＝１４ビットの出力画像信号Ｄｂが得られ、より精度の高い画像信号を得ることができる。また、補正ビットデータＣｄ（すなわち、補正値ａＣｄ）のビット数を多くするよう構成した場合でも、補正ビットデータＣｄの生成までの構成におけるビット数、すなわち、平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔ、傾きデータ値Ｋｓｌ、補正値ａＣｄにおけるビット数を増やすのみで構成でき、同様の効果を奏することができる。
【０２０４】
また、上記説明においては、エッジ変化検出手段６０により、階調変化がエッジによると判断される場合に補正を制限する補正制限係数ｒｃを設定し、エッジが存在する画素（補正制限係数ｒｃ＝０）においては、階調値が付加されることはなく、画像の輪郭情を保つよう構成しているが、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２において、階調変化量ｄｆの値を−１から＋１までの範囲内となるように値が制限された振幅制限階調変化量Ｘｌｍを求める際に、階調変化量ｄｆの値が−１から＋１までの範囲から外れた場合は、その値を０とするように（すなわち、振幅制限階調変化量Ｘｌｍ＝０とする）構成しても、同様にエッジとなる画素以降における補正値ａＣｄを０とすることができる。すなわち、階調変化量ｄｆの値が−１から＋１までの範囲から外れたエッジとなる画素における振幅制限階調変化量Ｘｌｍ＝０とすると、階調変化の高さが０となり、傾きデータ値Ｋｓｌ＝０となる。また、補正値ａＣｄ＝（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）＝０とできるので、補正制限係数ｒｃ＝０とする場合と同じ補正値ａＣｄが得られる。
【０２０５】
さらに、上記説明においては、階調変換手段１は入力画像信号Ｄａの水平方向における階調値の変化において、水平方向の階調変化量を検出して階調値に対する補正ビットデータＣｄを生成し、補正ビットデータＣｄを画像信号に付加することで階調変換して量子化ノイズを低減する構成として説明したが、入力画像信号Ｄａの垂直方向（画面表示走査線の配列方向）の階調変化量を検出し、補正ビットデータＣｄを生成して画像信号に付加し、垂直方向の階調値の変化を滑らかなものとしてもよく、同様の効果を奏することができる。この場合は、階調変化量検出手段１０においては、注目画素と、該注目画素の隣接画素（垂直方向に１つ上の走査線上の隣接画素）との間の差分により階調変化量ｄｆを求め、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０内における各信号の１画素分の遅延処理を１ライン分（１水平走査期間分）の遅延処理として、垂直方向に隣接して配置された画素における階調値の変化を検出するように構成すればよい。
【０２０６】
さらにまた、上記説明においては、画像処理装置における階調変換手段１の各構成がハードウェア構成であるように説明しているが、本発明を、プログラム制御におけるソフトウェアの処理により実現するよう構成してもよい。
【０２０７】
《２》実施の形態２．
《２−１》構成．
図２１は、本発明の実施の形態２による画像処理装置（すなわち、実施の形態２による画像処理方法を実施することができる装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図２１において、図１（実施の形態１）に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。実施の形態２の画像処理装置は、画像処理装置を構成する階調変換手段２内の画素領域判定手段２０ｂの構成及び動作が、実施の形態１における階調変換手段１内の画素領域判定手段２０の構成及び動作と相違する。
【０２０８】
図２２は、図２１に示される画素領域判定手段２０ｂの構成の一例を概略的に示すブロック図である。また、図２３（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態２の画像処理装置において画素領域判定手段２０ｂがノイズ成分と判定する画素の一例を示す図であり、同図（ａ）は、直前及び直後の画素よりも階調値が１階調増加している連続２個の‘１階調変化画素’からなるノイズ成分を示し、同図（ｂ）は、直前及び直後の画素よりも階調値が１階調減少している連続２個の‘１階調変化画素’からなるノイズ成分を示している。図２３（ａ）及び（ｂ）における横軸は水平方向の画素位置を、縦軸は各画素位置における入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示している。
【０２０９】
上記実施の形態１の画像処理装置においては、階調変換手段１内の画素領域判定手段２０は図５に示される構成を有し、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（図４（ａ）及び（ｂ））をノイズ成分と判定していた。このため、上記実施の形態１の画像処理装置においては、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆの値と、画素位置ｘの注目画素、その直前の画素位置ｘ−１の隣接画素、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の隣接画素のそれぞれにおける階調変化量ｄｆの極性とに基づいて、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行っていた。
【０２１０】
しかし、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化だけでなく、連続する複数個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化をもノイズ成分による階調変化と判定することが望ましい場合もある。そこで、実施の形態２の画像処理装置は、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化だけでなく、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化をもノイズ成分による階調変化（高周波変化）と判定するように構成している。
【０２１１】
実施の形態２の画像処理装置においては、階調変換手段２内の階調変化量検出手段１０は、入力画像信号Ｄａにおける水平方向に隣接する画素間の階調変化量ｄｆを求め、また、この階調変化量ｄｆの値を所定の範囲に制限した振幅制限階調変化量Ｘｌｍを求める。
【０２１２】
画素領域判定手段２０ｂには、階調変化量検出手段１０内の階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆが入力される。画素領域判定手段２０ｂは、階調変化量ｄｆの値に基づいて、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒ２を生成し出力する。画素領域判定手段２０ｂは、生成された領域信号Ａｒ２を、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０へと出力する。画素領域判定手段２０ｂは、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるような、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（高周波の変化）をノイズ領域と判定するだけでなく、図２３（ａ）及び（ｂ）に示されるような、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（高周波の変化）をもノイズ領域と判定している。
【０２１３】
図２３（ａ）においては、入力画像信号Ｄａの画素位置ｘ１の注目画素おいては階調変化量ｄｆ＝＋１であり、注目画素の１画素後の画素位置ｘ１＋１の画素においては階調変化量ｄｆ＝０であり、注目画素の２画素後の画素位置ｘ１＋２の画素においては階調変化量ｄｆ＝−１であり、注目画素の１画素前の画素位置ｘ１−１の画素においては階調変化量ｄｆ＝０であり、注目画素の２画素前の画素位置ｘ１−２の画素においては階調変化量ｄｆ＝０である。また、他の例を示す図２３（ｂ）においては、入力画像信号Ｄａの画素位置ｘ２の注目画素おいては階調変化量ｄｆ＝−１であり、注目画素の１画素後の画素位置ｘ２＋１の画素においては階調変化量ｄｆ＝０であり、注目画素の２画素後の画素位置ｘ２＋２の画素においては階調変化量ｄｆ＝＋１であり、注目画素の１画素前の画素位置ｘ２−１の画素においては階調変化量ｄｆ＝０であり、注目画素の２画素前の画素位置ｘ２−２の画素においては階調変化量ｄｆ＝０である。
【０２１４】
図２３（ａ）及び（ｂ）に示されるような、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（高周波の変化）がある場合、階調変化量ｄｆの絶対値は比較的小さい値Ｎｄ以下になり、且つ、注目画素の階調変化量の極性と、注目画素の２画素前の画素位置の隣々接画素の階調変化量の極性又は注目画素の２画素後の画素位置の隣々接画素の階調変化量の極性が反対となる変化が存在する。すなわち、図２３（ａ）の場合は、画素位置ｘ１の画素における階調変化量ｄｆ（ｘ１）＝＋１であり、画素位置ｘ１の２画素後の画素位置ｘ１＋２の画素における階調変化量ｄｆ（ｘ１＋２）＝−１であり、極性が反対となる。また、図２３（ｂ）の場合は、画素位置ｘ２の画素における階調変化量ｄｆ（ｘ２）＝−１であり、画素位置ｘ２の２画素後の画素位置ｘ２＋２の画素における階調変化量ｄｆ（ｘ２＋２）＝＋１であり、極性が反対となる。
【０２１５】
よって、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化がある場合における極性の判定と同様の判定が可能である。実施の形態２においては、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化について、階調変化量ｄｆの絶対値｜ｄｆ｜の値とともに、各画素とその前後の隣々接に位置する画素における階調変化量ｄｆの極性により判定できる。
【０２１６】
実施の形態２の画素領域判定手段２０ｂは、画素位置ｘの注目画素、その直前の画素位置ｘ−１の隣接画素、さらにその直前の画素位置ｘ−２の隣々接画素、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の隣接画素、さらにその直後の画素位置ｘ＋２の隣々接画素のそれぞれにおける階調変化量ｄｆから、図４（ａ）及び（ｂ）並びに図２３（ａ）及び（ｂ）に示されるようなノイズ成分となる画素の領域を判定し、また、階調変化量ｄｆ＝０となる階調平坦領域の画素、階調平坦領域及びノイズ領域以外の非ノイズ階調変化位置となる画素を判定して、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行うことで、この画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒ２を生成し出力する。
【０２１７】
詳細に説明すれば、画素領域判定手段２０ｂは、まず、階調変化量検出手段１０からの階調変化量ｄｆに対し画素遅延するなどして、画素位置ｘの注目画素の階調変化量ｄｆ（ｘ）、その直前の画素位置ｘ−１の画素（直前隣接画素）の階調変化量ｄｆ（ｘ−１）、さらにその直前の画素位置ｘ−２の画素（直前隣々接画素）の階調変化量ｄｆ（ｘ−２）、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の画素（直後隣接画素）の階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）、さらにその直後の画素位置ｘ＋２の画素（直後隣々接画素）の階調変化量ｄｆ（ｘ＋２）の、合計５画素の範囲における階調変化量ｄｆを得て、注目画素の階調変化量ｄｆ（ｘ）の大きさ、並びに、注目画素の階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と、隣接画素及び隣々接画素の階調変化量ｄｆ（ｘ−１）、ｄｆ（ｘ−２）、ｄｆ（ｘ＋１）、ｄｆ（ｘ＋２）の極性との関係から、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行う。
【０２１８】
１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（図４（ａ）及び（ｂ）参照）となるノイズ成分の場合と、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（図２３（ａ）及び（ｂ）参照）となるノイズ成分の場合においては、ノイズ成分を含む画素において、階調変化量ｄｆの絶対値は比較的小さい値Ｎｄ以下となり、且つ、上記画素範囲における階調変化量ｄｆのうち前後いずれかに極性が反対となる変化が存在する。
【０２１９】
よって、画素領域判定手段２０ｂは、画素位置ｘの注目画素、直前隣接画素、直前隣々接画素、直後隣接画素、直後隣々接画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、ｄｆ（ｘ−２）、ｄｆ（ｘ＋１）、ｄｆ（ｘ＋２）を得た後、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類するための判定を、以下の判定Ｂ１〜Ｂ３により行い、判定結果を示す領域信号Ａｒ２を出力する。
【０２２０】
（判定Ｂ１）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、ｄｆ（ｘ）＝０である場合には、注目画素は、階調平坦領域に属する画素であり、領域信号Ａｒ２は、Ａｒ２＝０になる。
【０２２１】
（判定Ｂ２）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性と反対極性である場合（隣接画素に高周波成分を持つ場合）、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性と反対極性である場合（隣接画素に高周波成分を持つ場合）、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ−２）の極性と反対極性である場合（隣接画素に高周波成分を持つ場合）、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性が、階調変化量ｄｆ（ｘ＋２）の極性と反対極性である場合（隣接画素に高周波成分を持つ場合）には、
注目画素は、ノイズ領域に属する画素であり、領域信号Ａｒ２は、Ａｒ２＝１になる。
【０２２２】
（判定Ｂ３）
判定Ｂ１において、注目画素が階調平坦領域に属する画素ではないと判定され、且つ、判定Ｂ２において、注目画素が、ノイズ領域に属する画素ではないと判定された場合には、画素位置ｘの注目画素は、非ノイズ階調変化位置の画素であり、領域信号Ａｒ２は、Ａｒ２＝２になる。
なお、領域信号Ａｒ２の値は、上記値に限るものではなく、各領域判定結果が示される値であれば、他の値であってもよい。
【０２２３】
上記判定Ｂ１〜Ｂ３を行うことによって、図２３（ａ）に示されるように、画素位置ｘ１の画素と画素位置ｘ１＋２の画素とがノイズ領域に属する画素と判定され、図２３（ｂ）に示されるように、画素位置ｘ２の画素と画素位置ｘ２＋２の画素とがノイズ領域に属する画素と判定される。
【０２２４】
図２２には、上記判定Ｂ１〜Ｂ３を行う画素領域判定手段２０ｂの構成の一例が示されている。図２２において、図５（実施の形態１）に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。図２２に示される画素領域判定手段２０ｂは、画素変化量抽出手段２１ｂの構成、隣接位置極性判定手段２７，２８を備えている点、及び合成手段２９の構成が、図５に示される画素領域判定手段２０と相違する。
【０２２５】
図２２において、画素領域判定手段２０ｂ内の画素変化量抽出手段２１ｂは、例えば、４つの画素遅延手段２１０〜２１３により構成される。画素変化量抽出手段２１ｂに階調変化量検出手段１０からの階調変化量ｄｆが入力されると、画素変化量抽出手段２１ｂ内の画素遅延手段２１０〜２１３は、階調変化量ｄｆを画素遅延して、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）、画素位置ｘ−２における階調変化量ｄｆ（ｘ−２）、画素位置ｘ−１における階調変化量ｄｆ（ｘ−１）、画素位置ｘ＋１における階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）、画素位置ｘ＋２における階調変化量ｄｆ（ｘ＋２）を抽出する。
【０２２６】
絶対値レベル比較手段２２は、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が入力され、階調変化量の絶対値｜ｄｆ（ｘ）｜を所定の閾値（０、及び、ノイズ成分における階調差に相当する比較的小さい値Ｎｄ（例えば、最小階調差の２倍の値、すなわち、Ｎｄ＝２））とを比較して、階調変化量ｄｆ（ｘ）の絶対値のレベルを判定し、結果を示す比較結果ｎｌｆを求める。また、隣接位置極性判定手段２３は、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ−１）とが入力され、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ−１）の極性とが反対極性になる変化（高周波成分の変化）を持つかを判定し、判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｆ１を求める。隣接位置極性判定手段２４は、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）とが入力され、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）の極性とが反対極性になる変化（高周波成分の変化）を持つかを判定し、判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｆ２を求める。
【０２２７】
また、隣接位置極性判定手段２７は、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ−２）とが入力され、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ−２）の極性とが反対極性になる変化（高周波成分の変化）を持つかを判定し、判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｆ３を求める。隣接位置極性判定手段２８は、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ＋２）とが入力され、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ＋２）の極性とが反対極性になる変化（高周波成分の変化）を持つかを判定し、判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｆ４を求める。
【０２２８】
隣接位置極性判定手段２７は、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ−２）の極性をもとに、画素位置ｘと２画素離れた画素位置ｘ−２で、反対方向の変化となる高周波成分の変化を持つか、すなわち、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ−２）の極性が反対かを判定し、画素位置ｘにおける判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｆ３を求める。判定結果ｐｆ３の値は、隣接位置極性判定手段２３における判定結果ｐｆ１の場合と同様に得られ、例えば、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ−２）の極性が反対極性の場合には、値‘１’（ｐｆ３＝１）とし、同一の場合は値‘０’（ｐｆ３＝０）とする。なお、この判定結果ｐｆ３の値は、これに限るものではなく、符号の不一致か否かが示されれば、他の値であってもよい。
【０２２９】
同様に、隣接位置極性判定手段２８は、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ＋２）の極性をもとに、画素位置ｘと２画素離れた画素位置ｘ＋２で、反対方向の変化となる高周波成分の変化を持つか、すなわち、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ＋２）の極性が反対かを判定し、画素位置ｘにおける判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｆ４を求める。判定結果ｐｆ３の値は、隣接位置極性判定手段２３における判定結果ｐｆ１の場合と同様に得られ、例えば、階調変化量ｄｆ（ｘ）と階調変化量ｄｆ（ｘ−２）の極性が反対極性の場合には、値‘１’（ｐｆ４＝１）とし、同一の場合は値‘０’（ｐｆ４＝０）とする。なお、この判定結果ｐｆ４の値は、これに限るものではなく、符号の不一致か否かが示されれば、他の値であってもよい。
【０２３０】
合成手段２９には、隣接位置極性判定手段２３，２４からの判定結果ｐｆ１，ｐｆ２と、隣接位置極性判定手段２７，２８からの判定結果ｐｆ３，ｐｆ４とが入力され、判定結果ｐｆ１〜ｐｆ４を合成し、画素位置ｘにおける階調変化量ｄｆ（ｘ）に対し、隣接画素と隣々接画素におけるいずれかの階調変化量と極性が反対となる場合の極性判定結果ｐｏｆを求める。合成手段２９は、例えば、ＯＲゲートで構成することで、判定結果ｐｆ１〜ｐｆ４のうちのいずれかが‘１’となる場合を、極性判定結果ｐｏｆ＝１として得る。これにより、画素位置ｘの階調変化量ｄｆ（ｘ）が、画素位置ｘの前又は後の隣接画素と隣々接画素におけるいずれかの階調変化量と極性が反対となる場合を判定した結果が得られる。
【０２３１】
領域信号生成手段２６は、絶対値レベル比較手段２２からの比較結果ｎｌｆと、合成手段２９からの極性判定結果ｐｏｆが入力され、上記判定Ｂ１〜Ｂ３による画素位置ｘの注目画素における画素領域を判定して、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、各領域判定結果を示す領域信号Ａｒ２を生成し出力する。
【０２３２】
以上により、画素領域判定手段２０ｂは、階調変化量ｄｆから、注目画素の階調変化量ｄｆと、注目画素の極性、隣接画素の極性、隣々接画素の極性に基づく判定により、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒ２を得ることができる。この画素領域は、ノイズ成分による階調変化を、階調変化量ｄｆの値の大きさ、注目画素の極性、隣接画素の極性、隣々接画素の極性で判定するので、より精度よく画素領域を判定することができる。
【０２３３】
なお、図２２の画素変化量抽出手段２１ｂにおいては、階調変化量ｄｆを遅延して抽出するよう構成したが、階調変化量検出手段１０において階調変化量ｄｆを求める際に、画素位置ｘとその隣接画素及び隣々接画素における階調変化量を求めることで得てもよく、この場合は画素変化量抽出手段２１ｂにおける画素遅延を省略することができる。また、上記判定Ｂ１〜Ｂ２においては、階調変化量ｄｆの値と、画素位置ｘ、隣接画素位置ｘ−１，ｘ＋１、隣々接画素位置ｘ−２，ｘ＋２における階調変化量の極性とから、各画素が属する領域を判定するので、隣接画素位置ｘ−１，ｘ＋１及び隣々接画素位置ｘ−２，ｘ＋２における階調変化量を求めずに、極性のみを求める構成を採用してもよい。
【０２３４】
《２−２》動作．
画素領域判定手段２０ｂにおける画素領域の判定結果である領域信号Ａｒ２は、実施の形態１における領域信号Ａｒと同様に、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０へと出力される。平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０は、領域信号Ａｒ２に基づいて、非ノイズ階調変化位置以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔと、階調値の傾き（傾きデータ値Ｋｓｌ）と、傾きデータ値Ｋｓｌから算出される補正ビットデータＣｄを求める。そして、画素値演算手段９２において入力画像信号Ｄａに補正ビットデータＣｄを付加して画素値を変換し、ビット数が拡張された出力画像信号Ｄｂを生成する。これらの構成及び動作は、上記実施の形態１の場合と同じである。
【０２３５】
実施の形態２による画像処理装置において、階調変化量ｄｆを求め、この階調変化量に基づき、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、領域判定結果と階調変化量ｄｆから階調変化における平坦・ノイズ領域幅と傾きを得て補正ビットデータを生成し、入力画像信号Ｄａに補正ビットデータを付加することで階調数が拡張された出力画像信号Ｄｂを出力する動作は、上記実施の形態１の説明（図１５及び図１６を参照した説明）における動作と同様である。
【０２３６】
また、画素領域判定手段２０ｂにおける階調変化量に基づき、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定についても、上記実施の形態１の説明（図１７のフローチャートを参照した説明）と同様である。但し、実施の形態２においては、図１７中のステップＳ１２０及びＳ１２１において求める画素の階調変化量及びその極性は、画素位置ｘの注目画素とその前後各２画素の範囲の５画素範囲に位置する画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、ｄｆ（ｘ＋１）、ｄｆ（ｘ−２）、ｄｆ（ｘ＋２）となり、極性の判定を行うステップＳ１２２からステップＳ１２９の処理を、階調変化量ｄｆ（ｘ−２）とｄｆ（ｘ＋２）に対しても行う点において、上記実施の形態１の場合と相違する。
【０２３７】
《２−３》効果．
以上に説明したように、実施の形態２の画像処理装置又は画像処理方法においては、階調変化量ｄｆから、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化だけでなく、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化をもノイズ成分として判定するように、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、その判定結果を示す領域信号Ａｒ２に基づいて平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求め、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ２＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとから傾きデータ値Ｋｓｌを得ている。したがって、実施の形態２の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、画像のエッジの階調変化とその次に現れる画像のエッジの階調変化との間に存在するノイズ成分による階調変化を、ノイズ成分による階調変化であると一層正確に判定できるので、非ノイズ階調変化位置とその次に現れる非ノイズ階調変化位置との間の幅を示す平坦・ノイズ領域幅を正確に検出でき、ノイズ成分による階調変化と区別できるので、傾きデータ値Ｋｓｌを、ノイズ成分による影響を受けることなく算出できる。また、実施の形態２の画像処理装置又は画像処理方法によれば、回路規模を大幅に増やすことなく、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値で順次変化する補正値が得られ、緩やかに階調値が変化する画素領域や非ノイズ階調変化位置における適切な補正ビットデータＣｄを得て、画像信号の階調変化をより滑らかに変換し、ビット数を拡張できる。また、得られた補正ビットデータＣｄを入力画像信号Ｄａの階調値に対し付加して階調数を拡張するため、実時間で処理でき、ノイズ成分による微少な変化を残したまま、階調変化がより滑らかに変換できる。
【０２３８】
このように、実施の形態２の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、実時間で回路規模を大幅に増やすことなく、緩やかに階調値が変化する画像領域に対し、ノイズ成分による誤検出なく、階調変化をより適切に検出したことによる補正ビットデータＣｄが得られる。このため、補正ビットデータにより画像信号の階調数を拡張し、階調変換された出力画像信号Ｄｂにおいて、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることはなく、量子化ノイズ又は擬似輪郭が低減され、階調変化が滑らかで、高品位な階調数を拡張した画像信号が得られる。
【０２３９】
《２−４》変形例．
上記説明においては、画素領域判定手段２０ｂは、階調変化量ｄｆの大きさから、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、領域判定結果として３種の領域信号Ａｒ２＝０，１，２を生成する場合を説明したが、図２１において領域信号Ａｒ２を用いる平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ２＝２）と、階調平坦領域及びノイズ領域（Ａｒ２＝０，１）の２通りで処理を切り換えているので、領域判定結果を２値で示す領域信号Ａｒ１とすることも可能である。例えば、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定の結果から、階調平坦領域とノイズ領域においては領域信号Ａｒ１＝０、非ノイズ階調変化位置においては領域信号Ａｒ１＝１というように構成し、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０における処理を領域信号Ａｒ１で切り換えるようにしてもよい。この場合にも、同様に構成でき、同様の効果を奏することができる。
【０２４０】
また、上記説明においては、階調変換手段２は入力画像信号Ｄａの水平方向における階調値の変化において、水平方向の階調変化量を検出して階調値に対する補正ビットデータＣｄを生成し、補正ビットデータＣｄを画像信号に付加することで階調変換して量子化ノイズを低減する構成として説明したが、入力画像信号Ｄａの垂直方向（画面表示走査線の配列方向）の階調変化量を検出し、補正ビットデータＣｄを生成して画像信号に付加し、垂直方向の階調値の変化を滑らかなものとしてもよく、同様の効果を奏することができる。この場合は、階調変化量検出手段１０においては、注目画素と、該注目画素の隣接画素（垂直方向に１つ上の走査線上の隣接画素）との間の差分により階調変化量ｄｆを求め、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０内における各信号の１画素分の遅延処理を１ライン分（１水平走査期間分）の遅延処理として、垂直方向に隣接して配置された画素における階調値の変化を検出するように構成すればよい。
【０２４１】
なお、実施の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１の場合と同じである。
【０２４２】
《３》実施の形態３．
《３−１》構成．
図２４は、本発明の実施の形態３による画像処理装置（すなわち、実施の形態３による画像処理方法を実施することができる装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図２４において、図１（実施の形態１）に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。実施の形態３の画像処理装置は階調変換手段３を有し、階調変換手段３内の画素領域判定手段７０の構成及び動作が、実施の形態１における階調変換手段１内の画素領域判定手段２０の構成及び動作と相違する。
【０２４３】
既に説明したように、ノイズ成分による階調値の変化は、数画素の範囲の狭い領域で階調値が増減する高周波の変化であり、階調差は比較的小さい振幅となる。上記実施の形態１及び２においては、注目画素の階調変化量ｄｆの値と、注目画素に隣接又は隣々接する画素の範囲内における階調変化量の極性とから、１個の‘１階調変化画素’（図４（ａ）及び（ｂ））及び連続２個の‘１階調変化画素’（図２３（ａ）及び（ｂ））を階調値が増減する高周波の変化であるノイズ成分と判定していた。ここで、図４（ａ）及び（ｂ）並びに図２３（ａ）及び（ｂ）に示されるような、数画素の範囲で階調値が増減する高周波の変化は、その数画素の範囲において、階調値の増加と減少の逆方向の変化が存在する。したがって、数画素の範囲の階調変化量を平均化（平滑化）すると階調変化量の低周波成分が得られるので、ノイズ成分が存在する画素においては、平滑化処理の出力は高周波成分が除かれて０に近づく。一方、ある程度の幅を持ち階調値が変化して隣接画素が平坦である場合や、近隣の変化が同一方向の階調値の変化であれば、平滑化処理の出力は０より大きく、階調変化量の絶対値の大きさに相当する値が得られる。また、階調変化量の低周波成分であるので、平滑化処理の結果の極性（正負の符号）は、元の階調変化量の極性と同じになる。
【０２４４】
なお、階調変化量ｄｆに対し平滑化処理した結果を、傾き検出手段４０等において用いる振幅制限階調変化量Ｘｌｍの代わりに用いることも可能であるが、この場合には、階調変化量ｄｆにおけるノイズ成分は除かれるが、平滑化処理後の階調変化量の値は変化する。検出する階調値の緩やかな変化は、量子化ノイズ又は擬似輪郭となるような入力画像信号の最小階調値や階調ジャンプを検出する比較的小さな値であることから、階調変化量の振幅が変化することは、階調値の変化を平坦とみなす場合や、輪郭となる範囲を滑らかにする変化と認識する場合などにおいて、誤検出につながる。よって、実施の形態３においては、階調変化量ｄｆに対し平滑化処理した結果は、ノイズ成分の有無を判定して、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定に用いる。
【０２４５】
実施の形態３においては、隣接する画素範囲内における階調変化量ｄｆを平滑化処理（フィルタ処理又は加算処理）した値により、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化となるノイズ成分を判定して、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、画素の領域判定結果である領域信号により、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、補正ビット生成手段５０における処理を行う。
【０２４６】
実施の形態３の画像処理装置の階調変換手段３は、実施の形態１の画像処理装置における階調変換手段１（図１参照）の構成において、図５に示す画素領域判定手段２０に代えて、図２５に示す画素領域判定手段７０を用い、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、画素領域の判定結果として領域信号Ａｒ３を生成し出力するよう構成している。実施の形態３の画像処理装置は、画素領域判定手段７０の構成及び動作を除き、実施の形態１の画像処理装置と同じである。
【０２４７】
画素領域判定手段７０は、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（高周波の変化）（例えば、図４（ａ）及び（ｂ））をノイズ成分と判定する。画素領域判定手段７０は、階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆの値から、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒ３を生成し出力する。この領域信号Ａｒ３は、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、補正ビット生成手段５０へと出力される。
【０２４８】
１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化がある場合において、階調変化の階調差は比較的小さい値Ｎｄ（例えば、Ｎｄ＝２など）以下となるため、階調変化量ｄｆの絶対値｜ｄｆ｜＞０となる画素のうちノイズ成分による画素における変化は、画素位置ｘの注目画素、その直前の画素位置ｘ−１の隣接画素、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の隣接画素のそれぞれにおける階調変化量ｄｆの値を用いて階調変化量を平滑化した低周波成分の値により判定できる。
【０２４９】
すなわち、例えば、図４（ａ）の場合、階調値の増減が隣接する（高周波の変化がある）画素位置ｘ１の注目画素とその前後の隣接画素との合計３画素における階調変化量ｄｆに対し、階調変化量を加算して平滑化処理した結果は、
ｄｆ（ｘ１−１）＋ｄｆ（ｘ１）＋ｄｆ（ｘ１＋１）＝０＋（＋１）＋（−１）＝０
となる。また、例えば、図４（ｂ）においては、画素位置ｘ２の注目画素とその前後の隣接画素との合計３画素における階調変化量ｄｆに対し、平滑化処理した結果は、
ｄｆ（ｘ２−１）＋ｄｆ（ｘ２）＋ｄｆ（ｘ２＋１）＝０＋（−１）＋（＋１）＝０
となる。このように、ノイズ成分による画素における高周波の変化があると、階調変化量ｄｆの絶対値は比較的小さい値Ｎｄ以下となるとともに、各画素とその前後の画素の範囲で階調変化量を加算する平滑化処理を行った結果は、高周波成分が除かれて、０又は０に近い値となる。
【０２５０】
また、図３（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）〜（ｇ）の画素位置ｘ＝３５（＝ｘ２）とその前後の画素のような高周波の変化の場合には、画素位置ｘ＝３３，３４，３５（＝ｘ２）における階調変化量ｄｆ、すなわち、ｄｆ（３３），ｄｆ（３４），ｄｆ（３５）に対し平滑化処理した結果は、
ｄｆ（３３）＋ｄｆ（３４）＋ｄｆ（３５）＝０＋（＋１）＋（−２）＝−１
となる。このときは、平滑化処理結果の絶対値は０より大きくなるが、平滑化処理結果の極性（正負の符号）は元の階調変化量ｄｆ（３４）＝＋１と反対である。このことは、平滑化処理した画素の範囲内に増加と減少の逆方向の変化が存在することを意味する。
【０２５１】
したがって、注目画素位置とその隣接する画素位置における階調変化量ｄｆに対し平滑化処理（例えば、加算処理）し、その結果の値及び注目画素位置における階調変化量ｄｆから、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるノイズ成分となる画素の領域と、階調変化量ｄｆ＝０となる階調平坦領域の画素、それ以外の非ノイズ階調変化位置を判定できる。
【０２５２】
図２５は、図２４に示される画素領域判定手段７０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図２５において、図５（実施の形態１）に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。図２５に示される画素領域判定手段７０は、図５における画素変化量抽出手段２１と絶対値レベル比較手段２２とを備え、さらに、平滑化手段７２と、極性判定手段７３と、比較手段７４と、領域信号生成手段７５とを備えている。
【０２５３】
図２５において、画素領域判定手段７０内の画素変化量抽出手段２１は、階調変化量検出手段１０からの階調変化量ｄｆが入力され、階調変化量ｄｆを画素遅延して、画素位置ｘの注目画素とその前後に位置する隣接画素位置ｘ−１とｘ＋１による画素位置ｘを中心とした合計３画素範囲における階調変化量ｄｆ（ｘ）と、階調変化量ｄｆ（ｘ−１）と、階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）とを抽出する。絶対値レベル比較手段２２は、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）を受け取り、所定の閾値０と、ノイズ成分における階調差に相当する比較的小さい値Ｎｄ（例えば、最小階調差の２倍の値、Ｎｄ＝２とする）とを比較して、階調変化量ｄｆ（ｘ）の絶対値のレベルを判定し、結果を示す比較結果ｎｌｆを求める。ここまでの構成は、図５におけるものと同じである。
【０２５４】
平滑化手段７２には、画素位置ｘを中心とした３画素範囲における階調変化量ｄｆが入力される。すなわち、平滑化手段７２には、画素変化量抽出手段２１により得られた階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、及びｄｆ（ｘ＋１）が入力される。平滑化手段７２は、画素位置ｘにおける階調変化量ｄｆ（ｘ）と、画素位置ｘ−１における階調変化量ｄｆ（ｘ−１）と、画素位置ｘ＋１における階調変化量ｄｆ（ｘ＋１）とを加算して、階調変化量の平滑化処理を行う。すなわち、平滑化手段７２は、画素位置ｘの注目画素と、画素位置ｘの直前に隣接する画素位置ｘ−１の隣接画素と、画素位置ｘの直後に隣接する画素位置ｘ＋１の隣接画素からなる、連続する３画素の階調変化量ｄｆ（ｘ−１）、ｄ（ｘ）、ｄｆ（ｘ＋１）を加算して、階調変化量の平滑化処理を行う。平滑化手段７２による平滑化処理は、下記の式（６）により、平滑化結果（加算値）ｃｔ０を求める処理である。
ｃｔ０＝ｄｆ（ｘ−１）＋ｄｆ（ｘ）＋ｄｆ（ｘ）                …式（６）
【０２５５】
なお、式（６）には、連続３画素における階調変化量の加算値を平滑化結果ｃｔ０とする場合を示したが、加算値（式（６）の右辺）に１／３を掛けて（加算した階調変化量の個数で割って）、階調変化量の平均値を平滑化結果として求めるように構成してもよい。また、ハードウェアの構成及び演算処理の容易さなど考慮して、階調変化量の加算値に他の値、例えば、１／４＝１／２２を掛けて（加算した階調変化量の個数に近い、２の階乗で割って）、平滑化結果を求めるように構成してもよい。
【０２５６】
また、中心位置となる画素位置ｘに近い画素における階調値の重みが大きくなり、中心位置から離れた位置の画素（隣接画素）における階調値の重みが小さくなるように、重み付け加算した上で、平滑化処理を行って平滑化結果を求めてもよい。例えば、画素位置ｘにおける階調値の重みを１とし、隣接画素における階調値の重みを１／２として、式（６）に代えて、下記の式（７）に従い平滑化結果ｃｔ０を算出することもできる。
ｃｔ０＝ｄｆ（ｘ−１）／２＋ｄｆ（ｘ）＋ｄｆ（ｘ＋１）／２    …式（７）
【０２５７】
上記式（６）又は式（７）などに従い算出される平滑化結果ｃｔ０は、３画素の階調変化量ｄｆをそのまま又は重み付けして加算することによって求めた値である。このため、３画素の範囲内に増加と減少の逆方向の階調変化量、すなわち、ノイズ成分と考えられる高周波の変化が存在すれば、平滑化結果ｃｔ０の絶対値は０又は０に近い値になる。また、平滑化結果ｃｔ０の絶対値が０でない場合、平滑化結果ｃｔ０の極性は元の階調変化量の極性と反対極性になる。３画素の範囲内の階調値の変化が一方向の変化であり、ノイズ成分が含まれない場合は、平滑化結果ｃｔ０の絶対値は、０より大きくなり、階調変化量の絶対値の大きさに相当する値が得られる。また、この場合には、平滑化結果ｃｔ０の極性は、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と同じである。これは、平滑化結果ｃｔ０は、階調変化量ｄｆを３画素の範囲で加算することによって得られているから、すなわち、階調変化量の低周波成分として得られているからである。
【０２５８】
極性判定手段７３には、画素変化量抽出手段２１により得られた画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）と、平滑化手段７２からの階調変化量の平滑化結果ｃｔ０が入力される。極性判定手段７３は、階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性と平滑化結果ｃｔ０の極性とが反対極性かどうかを判定し、極性の判定結果として、２値化した値を示す判定結果ｐｌ０を求める。判定結果ｐｌ０の値は、例えば、互いの極性が逆となる場合は値‘１’（ｐｌ０＝１）とし、同一の場合は値‘０’（ｐｌ０＝０）とする。なお、この判定結果ｐｌ０の値は、これに限るものではなく、極性の不一致か否かが示されれば、他の値であってもよい。これにより、上述の平滑化結果ｃｔ０と階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性の判定結果が得られる。
【０２５９】
比較手段７４には、平滑化手段７２からの階調変化量の平滑化結果ｃｔ０が入力される。比較手段７４は、平滑化結果ｃｔ０の絶対値のレベルを所定の閾値と比較する。すなわち、比較手段７４は、比較を行う所定の閾値ｃｔｈ０＝０（０又は０に近い値を設定する）として、平滑化結果の絶対値｜ｃｔ０｜≦ｃｔｈ０（ｃｔ０＝０）の場合を判定し、結果を示す比較結果ｃｆ０を求める。
【０２６０】
比較手段７４で求める比較結果ｃｆ０の値は２値として、例えば、平滑化結果の絶対値｜ｃｔ０｜≦ｃｔｈ０の場合は比較結果ｃｆ０＝１、それ以外の場合は比較結果ｃｆ０＝０とする。なお、この比較結果ｃｆ０の値は、これに限るものではなく、平滑化結果の大きさを比較した結果が示されれば、他の値であってもよい。
【０２６１】
ここで、平滑化結果ｃｔ０は階調変化量ｄｆの低周波成分として得られることから、ノイズ成分による画素における高周波の変化があると、その値は、高周波成分が除かれて０又は０に近い値となる。よって、所定の閾値ｃｔｈ０については、階調変化量がノイズ成分によるものか否かを判定するために、０又は０に近い値を設定する。また、図２５においては、平滑化手段７２における平滑化を式（６）として平滑化結果ｃｔ０を得て、所定の閾値ｃｔｈ０＝０とするよう説明するが、この閾値ｃｔｈ０は、画像信号における最小階調差や階調変換する際に検出する階調差の設定、また画像信号に含まれるノイズ・誤差成分の振幅の大きさ、平滑化手段７２における平滑化処理の際の重み付け（式（７）など）等を考慮した値を設定する。
【０２６２】
領域信号生成手段７５には、絶対値レベル比較手段２２からの比較結果ｎｌｆと、極性判定手段７３からの判定結果ｐｌ０と、比較手段７４からの比較結果ｃｆ０とが入力される。領域信号生成手段７５は、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、各領域判定結果を示す領域信号Ａｒ３を生成し出力する。すなわち、領域信号生成手段７５は、以下の３通りの判定Ｃ１〜Ｃ３を行い、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、領域信号Ａｒ３を生成する。
【０２６３】
（判定Ｃ１）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、ｄｆ（ｘ）＝０である場合には、絶対値レベル比較手段２２からの比較結果ｎｌｆは、ｎｌｆ＝１となり、注目画素は、階調平坦領域に属する画素であり、領域信号Ａｒ３は、Ａｒ３＝０になる。
【０２６４】
（判定Ｃ２）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、極性判定手段７３からの判定結果ｐｌ０が、ｐｌ０＝１である場合（平滑化結果ｃｔ０の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性とが反対極性の場合）、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり、且つ、比較手段７４からの比較結果ｃｆ０が、ｃｆ０＝１である場合（平滑化結果の絶対値｜ｃｔ０｜≦０である場合）は、
注目画素は、ノイズ領域に属する画素であり、領域信号Ａｒ３は、Ａｒ３＝１になる。
【０２６５】
（判定Ｃ３）
判定Ｃ１において、注目画素が階調平坦領域に属する画素ではないと判定され、且つ、判定Ｃ２において、注目画素が、ノイズ領域に属する画素ではないと判定された場合には、画素位置ｘの注目画素は、非ノイズ階調変化位置の画素であり、領域信号Ａｒ３は、Ａｒ３＝２になる。
【０２６６】
上記により、階調変化量ｄｆの絶対値が比較的小さい値Ｎｄ以下で、平滑化処理した３画素の範囲内に増加と減少の逆方向の変化が存在するノイズ成分が判定されることになり、よって、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行った結果を示す領域信号Ａｒ３を得て、各画素が階調平坦領域、ノイズ領域、非ノイズ階調変化位置のどの階調値の変化を持つかが示される。
【０２６７】
図２６（ａ）〜（ｅ）は、図６（ａ）〜（ｇ）で示した画像信号ノイズ成分を含む入力画像信号Ｄａ（図３参照）に対し、実施の形態３における画素領域判定手段７０により画素領域を判定する場合の様子を示した図である。図２６（ａ）は、入力画像信号Ｄａの水平方向の画素位置ｘを示し、同図（ｂ）は、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示し、同図（ｃ）は、階調変化量検出手段１０において求められる隣接する画素間の階調値の差分による階調変化量ｄｆを示し、同図（ｄ）は、画素領域判定手段７０内の平滑化手段７２で求められる式（６）による３画素範囲における平滑化結果ｃｔ０を示し、同図（ｅ）は領域信号生成手段７５から出力される領域信号Ａｒ３を示す。
【０２６８】
例えば、図２６（ａ）〜（ｅ）において、ノイズ成分を含む入力画像信号Ｄａ（図２６（ｂ））に対して得られる階調変化量ｄｆ（図２６（ｃ））は、画素位置ｘ＝１６，２４，３２，４０における階調変化量ｄｆ＝＋１として得られるが、それぞれの階調平坦領域の画素の途中にある画素位置ｘ１，ｘ２とその前後における画素のノイズ成分において、階調変化量ｄｆが０ではない値として得られる。この階調変化量が画素領域判定手段７０に入力されると、画素位置ｘ１における階調変化量ｄｆ（ｘ１）は、
ｄｆ（ｘ１）＝＋１≦Ｎｄ
であり、ｄｆ（ｘ１）の隣接画素における階調変化量ｄｆ（ｘ１−１）、ｄｆ（ｘ１＋１）は、
ｄｆ（ｘ１−１）＝０、
ｄｆ（ｘ１＋１）＝−１＜０
であるから、平滑化手段７２で得られる平滑化結果ｃｔ０は、
ｃｔ０＝０＋（＋１）＋（−１）＝０≦ｃｔｈ０（＝０）
で、比較結果ｃｆ０＝１となる。したがって、領域信号生成手段７５からの領域信号Ａｒ３＝１となり、ノイズ領域となる。同様に、画素位置ｘ１＋１で領域信号Ａｒ＝１となり、ノイズ領域となる。
【０２６９】
また、図２６（ａ）〜（ｅ）の画素位置ｘ２−１における階調変化量ｄｆ（ｘ２−１）は、
ｄｆ（ｘ２−１）＝＋１≦Ｎｄ
であり、画素位置ｘ２−１の画素の隣接画素における階調変化量ｄｆ（ｘ２−２）及びｄｆ（ｘ２）は、
ｄｆ（ｘ２−２）＝０
ｄｆ（ｘ２）＝−２＜０
であり、得られる平滑化結果ｃｔ０は、
ｃｔ０＝０＋（＋１）＋（−２）＝−１
となる。このとき、｜ｃｔ０｜＞ｃｔｈ０（＝０）で比較結果ｃｆ０＝０であるが、平滑化結果ｃｔ０＝−１と階調変化量ｄｆ（ｘ２−１）＝＋１の極性は反対で、判定結果ｐｌ０＝１となる。したがって、領域信号生成手段７５からの領域信号Ａｒ３＝１となり、ノイズ領域となる。同様に、画素位置ｘ２とｘ２＋１で領域信号Ａｒ＝１となり、ノイズ領域となる。
【０２７０】
以上により、画素領域判定手段７０は、階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、ｄｆ（ｘ＋１）から、隣接画素を含む３画素範囲で階調変化量ｄｆに対し平滑化処理した結果と階調変化量ｄｆ（ｘ）の値により、画素位置ｘの注目画素における各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒ３を得ることができる。この画素領域は、実施の形態１及び２と同様、同じ階調値の連続や一定値以内の階調差の検出で判定するのではなく、ノイズ成分による階調変化を、階調変化量ｄｆの値と平滑化処理した結果から判定するので、ノイズの影響は少なく、隣接画素における階調変化量のみでより正確に分類が可能である。
【０２７１】
なお、図２５の画素変化量抽出手段７０においては、階調変化量ｄｆを遅延して抽出するよう構成したが、階調変化量検出手段１０において階調変化量ｄｆを求める際に、画素位置ｘとその隣接画素及び隣々接画素における階調変化量を求めることで得てもよく、この場合は画素変化量抽出手段７０における画素遅延を省略することができる。
【０２７２】
《３−２》動作．
画素領域判定手段７０による画素領域の判定結果である領域信号Ａｒ３は、領域信号Ａｒ（実施の形態１の場合）と同様に、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０へと出力される。平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０は、領域信号Ａｒ３に基づいて、非ノイズ階調変化位置以降における平坦・ノイズ領域幅を予測した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔと、階調値の傾き（傾きデータ値Ｋｓｌ）と、傾きデータ値Ｋｓｌから算出される補正ビットデータＣｄを求める。そして、画素値演算手段９２は、入力画像信号Ｄａに補正ビットデータＣｄを付加して階調値を変換し、画像信号のビット数を拡張する。これらの構成と動作は、上記実施の形態１の場合と同じである。
【０２７３】
実施の形態３による画像処理装置において、階調変化量ｄｆを求め、この階調変化量に基づき、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、領域判定結果と階調変化量ｄｆから階調変化における平坦・ノイズ領域幅と傾きを得て補正ビットデータを生成し、階調数が拡張された出力画像信号Ｄｂを出力する動作は、上記実施の形態１に関して図１５及び図１６を参照して説明したのと同様である。但し、画素領域判定手段７０における階調変化量に基づき、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定処理が、上記実施の形態１の場合と異なる。
【０２７４】
図２７は、図２４に示される画素領域判定手段７０の動作を示すフローチャートである。図２７において、図１７（実施の形態１）に示される工程と同じ又は対応する工程には、同じ符号を付す。図２７において、画素領域判定手段７０へ階調変化量ｄｆが入力されると、階調変化量ｄｆに対し画素遅延するなどの処理によって、画素位置ｘの注目画素、その直前の画素位置ｘ−１の画素（隣接画素）、注目画素の直後の画素位置ｘ＋１の画素（隣接画素）のそれぞれにおける階調変化量ｄｆを、階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、ｄｆ（ｘ＋１）として得る（ステップＳ１２０）。
【０２７５】
平滑化手段７２は、画素位置ｘを中心とした３画素範囲の階調変化量ｄｆ（ｘ）、ｄｆ（ｘ−１）、（ｘ＋１）を加算して、上記式（６）により平滑化処理し、平滑化結果ｃｔ０を求める（ステップＳ１４０）。平滑化結果ｃｔ０は階調変化量の低周波成分として得られ、３画素の範囲内に増加と減少の逆方向の階調変化量、すなわち、高周波の変化であるノイズ成分が存在するかが判定できる。
【０２７６】
次に、比較手段７４は、平滑化結果ｃｔ０の絶対値のレベルを所定の閾値ｃｔｈ０＝０（０又は０に近い値を設定する）と比較する（ステップＳ１４１）。比較手段７４は、平滑化結果の絶対値｜ｃｔ０｜≦ｃｔｈ０（ｃｔ０＝０）の場合（ステップＳ１４２）は、比較結果ｃｆ０＝１を出力し（ステップＳ１４３）、それ以外の場合は比較結果ｃｆ０＝０を出力する（ステップＳ１４４）。平滑化結果ｃｔ０は階調変化量ｄｆの低周波成分であるので、ノイズ成分による画素における高周波の変化があると、その値は、高周波成分が除かれて０に近い値となり、比較結果ｃｆ０＝１においてはノイズ成分となる変化があることが分かる。
【０２７７】
また、極性判定手段７３において、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）とその極性の比較判定を行う（ステップＳ１５１）。すなわち、極性判定手段７３は、階調変化量ｄｆ（ｘ）と、平滑化結果ｃｔ０の極性が反対かを判定し（ステップＳ１５２）、極性の判定結果として、判定結果ｐｌ０を求める。極性判定手段７３は、互いの極性が反対極性となる場合はｐｌ０＝１を出力し（ステップＳ１５３）、同一極性の場合はｐｌ０＝０を出力する（ステップＳ１５４）。
【０２７８】
そして、画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）の絶対値のレベルを所定の閾値と比較し、階調平坦領域の画素か（閾値０）、ノイズ領域における１条件階調差が比較的小さい値Ｎｄ以下かを判定するとともに、平滑化結果ｃｔ０による比較結果ｃｆ０と極性の判定結果ｐｌ０を用いて、以下のように、ステップＳ１３０、Ｓ１３１及びＳ１６１〜Ｓ１６４に示される動作で、画素位置ｘの注目画素における各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、各領域判定結果を示す領域信号Ａｒ３を生成する。なお、ステップＳ１３０及びＳ１３１は、図１７の場合と同じ処理である。
【０２７９】
（判定Ｃ１）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、ｄｆ（ｘ）＝０である場合（ステップＳ１３０）には、絶対値レベル比較手段２２からの比較結果ｎｌｆは、ｎｌｆ＝１となり、注目画素は、階調平坦領域に属する画素であり、領域信号Ａｒ３は、Ａｒ３＝０になる（ステップＳ１６１）。
【０２８０】
（判定Ｃ２）
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり（ステップＳ１３１）、且つ、極性判定手段７３からの判定結果ｐｌ０が、ｐｌ０＝１である場合（平滑化結果ｃｔ０の極性と階調変化量ｄｆ（ｘ）の極性とが反対極性の場合）（ステップＳ１６２）、又は、
画素位置ｘの注目画素における階調変化量ｄｆ（ｘ）が、０＜｜ｄｆ（ｘ）｜≦Ｎｄであり（ステップＳ１３１）、且つ、比較手段７４からの比較結果ｃｆ０が、ｃｆ０＝１である場合（平滑化結果の絶対値｜ｃｔ０｜≦０である場合）（ステップＳ１６２）は、
注目画素は、ノイズ領域に属する画素であり、領域信号Ａｒ３は、Ａｒ３＝１になる（ステップＳ１６３）。
【０２８１】
（判定Ｃ３）
判定Ｃ１において、注目画素が階調平坦領域に属する画素ではないと判定され、且つ、判定Ｃ２において、注目画素が、ノイズ領域に属する画素ではないと判定された場合には（ステップＳ１３１，Ｓ１６２）、画素位置ｘの注目画素は、非ノイズ階調変化位置の画素であり、領域信号Ａｒ３は、Ａｒ３＝２になる（ステップＳ１６４）。
【０２８２】
図２７に示される動作により、画素位置ｘにおける各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、判定結果を示す領域信号Ａｒ３が得られる。
【０２８３】
《３−３》効果．
以上に説明したように、実施の形態３の画像処理装置又は画像処理方法においては、隣接画素を含む３画素範囲で階調変化量ｄｆに対し平滑化処理した結果と階調変化量ｄｆ（ｘ）の値により、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（高周波の階調変化）をノイズ成分として判定するように、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、その判定結果を示す領域信号Ａｒ３を基準として、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ３＝２）以降における平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求め、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ３＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔとから階調値の傾き（傾きデータ値Ｋｓｌ）を得ている。したがって、実施の形態３の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、非ノイズ階調変化位置とその次に現れる非ノイズ階調変化位置との間に存在するノイズ成分による階調変化をノイズ成分による階調変化であると正確に判定できるので、平坦・ノイズ領域幅を正確に検出でき、傾きデータ値Ｋｓｌを、ノイズ成分による影響を受けることなく正確に算出できる。また、実施の形態３の画像処理装置又は画像処理方法によれば、回路規模を大幅に増やすことなく、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値で順次変化する補正値が得られ、緩やかに階調値が変化する画素領域や非ノイズ階調変化位置における適切な補正ビットデータＣｄを得て、画像信号の階調変化をより滑らかに変換し、ビット数を拡張できる。また、得られた補正ビットデータＣｄを入力画像信号Ｄａの階調値に対し付加して階調数を拡張するため、実時間で処理でき、ノイズ成分による微少な変化を残したまま、階調変化がより滑らかに変換できる。
【０２８４】
このように、実施の形態３の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、実時間で回路規模を大幅に増やすことなく、緩やかに階調値が変化する画像領域に対し、ノイズ成分による誤検出なく、階調変化をより適切に検出したことによる補正ビットデータＣｄが得られる。このため、補正ビットデータにより画像信号の階調数を拡張し、階調変換された出力画像信号Ｄｂにおいて、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることはなく、量子化ノイズ又は擬似輪郭が低減され、階調変化が滑らかで、高品位な階調数を拡張した画像信号が得られる。
【０２８５】
《３−４》変形例．
上記説明においては、画素領域判定手段７０は、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（高周波の変化）（例えば、図４（ａ）及び（ｂ））をノイズ成分と判定するものとして説明したが、１個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化のみでなく、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化（例えば、図２３（ａ）及び（ｂ））をもノイズ成分として検出するように構成することもできる。
【０２８６】
図２８は、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化までのノイズ成分をノイズ領域として判定する画素領域判定手段７０ｂの一構成例を示すブロック図である。図２８において、図２５又は図２２に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。図２８に示される画素領域判定手段７０ｂは、図２５における画素変化量抽出手段２１を、画素位置ｘとその前後各２画素による合計５画素範囲における階調変化量ｄｆを抽出する画素変化量抽出手段２１ｂとし、３画素範囲用の平滑化手段７２を５画素範囲用の平滑化手段７６に置き換えた構成を有する。図２８における画素変化量抽出手段２１ｂは、図２２のものと同じである。
【０２８７】
図２８においては、平滑化手段７６を、階調変化量ｄｆ（ｘ）を中心とした５画素範囲で、階調変化量ｄｆを加算することによる平滑化処理とすることにより、平滑化結果ｃｔ１を得る。平滑化手段７２が階調変化量ｄｆ（ｘ）を中心とした３画素範囲における階調変化量ｄｆの平滑化処理であるのに対し、より広い５画素の範囲内における増加と減少の逆方向の階調変化量、すなわち、高周波の変化であるノイズ成分が存在するかを、平滑化結果ｃｔ０の値として得ることができ、これにより、連続２個の‘１階調変化画素’の階調値が直前の画素の階調値及び直後の画素の階調値に対して１階調だけ増加又は減少する階調変化までを平滑化結果ｃｔ１として得ることができる。
【０２８８】
また、上記説明においては、画素領域判定手段７０は、階調変化量ｄｆの大きさから、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、領域判定結果として３種の領域信号Ａｒ３＝０，１，２を生成する場合を説明したが、領域信号Ａｒ３を用いる平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ３＝２）と、階調平坦領域及びノイズ領域（Ａｒ３＝０，１）の２通りで処理を切り換えているので、領域判定結果を２値で示す領域信号Ａｒ１とすることも可能である。例えば、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定の結果から、階調平坦領域とノイズ領域においては領域信号Ａｒ１＝０、非ノイズ階調変化位置においては領域信号Ａｒ１＝１というように構成し、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０における処理を領域信号Ａｒ１で切り換えるようにしてもよい。この場合にも、図２４の場合と同様に構成でき、同様の効果を奏することができる。
【０２８９】
また、上記説明においては、階調変換手段３は入力画像信号Ｄａの水平方向における階調値の変化において、水平方向の階調変化量を検出して階調値に対する補正ビットデータＣｄを生成し、補正ビットデータＣｄを画像信号に付加することで階調変換して量子化ノイズを低減する構成として説明したが、入力画像信号Ｄａの垂直方向（画面表示走査線の配列方向）の階調変化量を検出し、補正ビットデータＣｄを生成して画像信号に付加し、垂直方向の階調値の変化を滑らかなものとしてもよく、同様の効果を奏することができる。
【０２９０】
なお、実施の形態３において、上記以外の点は、上記実施の形態１又は２の場合と同じである。
【０２９１】
《４》実施の形態４．
《４−１》構成．
上記実施の形態１の画像処理装置の階調変換手段１においては、階調変化量ｄｆに基づいて領域信号Ａｒを判定し、領域信号Ａｒに基づいて非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）にある基準画素の直後の平坦・ノイズ領域の幅を予測した平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔを求め、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ予測値ｄｓｔから階調値の傾き（傾きデータ値）Ｋｓｌを算出している。これに対し、実施の形態４の画像処理装置の階調変換手段４においては、領域信号Ａｒと、メモリを用いて得られる非ノイズ階調変化位置の間の画素数（平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅ）と振幅制限階調変化量Ｘｌｍとから、階調値の傾きデータ値Ｋｓを得る構成を採用しており、この場合には、ノイズ成分による誤検出なく階調値の傾きデータ値Ｋｓを得ることができる。
【０２９２】
図２９は、本発明の実施の形態４による画像処理装置（すなわち、実施の形態４の画像処理方法を実施することができる装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図２９において、図１（実施の形態１）に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。
【０２９３】
実施の形態４の画像処理装置は、領域信号Ａｒを基準として、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の画素数（平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅ）と、振幅制限階調変化量Ｘｌｍとから、階調値の傾きデータ値Ｋｓを得て、得られた傾きデータ値Ｋｓから補正ビットデータＣｅを生成し、入力画像信号Ｄａ（遅延後は符号Ｄｄで示す）の階調値に対し、補正ビットデータＣｅによる値を加算する演算処理を行うことで、ビット数が拡張された出力画像信号Ｄｂを生成するように構成されている。実施の形態４の画像処理装置は、画像信号の一定方向（例えば、水平方向又は垂直方向）における階調値の変化を検出し、ノイズ成分による影響を受けることなく階調値の傾きデータ値Ｋｓを求めることで、入力画像信号Ｄａのビット数を拡張する階調変換処理を行い、入力画像信号Ｄａよりも多階調の出力画像信号Ｄｂを出力するよう構成されている。
【０２９４】
図２９に示されるように、実施の形態４の画像処理装置は、ｍビットのデジタルの入力画像信号Ｄａに対し下位ビットを付加することでビット数を拡張する階調変換処理を行い、ｎビット（ｎ＞ｍ）の出力画像信号Ｄｂとして出力する階調変換手段４を有している。階調変換手段４は、階調変化量検出手段１０と、画素領域判定手段２０とを備えている。図２９に示される階調変化量検出手段１０及び画素領域判定手段２０は、上記実施の形態１におけるものと同様の構成を有している。また、階調変換手段４は、２つの非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の画素数を平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅとして求める平坦・ノイズ領域幅判定手段８０と、終点階調変化量検出手段４２及び傾き演算手段４３を含み、平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅと階調変化量検出手段１０からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍとから入力画像信号Ｄａの一定方向（例えば、水平方向）の階調値の傾きデータ値Ｋｓを検出する傾き検出手段４１と、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒを遅延させ、傾き検出手段４１からの出力（傾きデータ値Ｋｓ）と位相を合わせるための領域信号遅延補償手段６７と、入力された傾きデータ値Ｋｓから補正ビットデータＣｅを生成する補正ビット生成手段８１と、入力画像信号Ｄａを所定時間だけ遅延せる遅延補償手段９３と、入力画像信号Ｄａに補正ビット生成手段８１からの補正ビットデータＣｅを付加する画素値演算手段９４とを備えている。
【０２９５】
実施の形態４においては、上記実施の形態１の場合と同様に、入力画像信号Ｄａの水平方向に対し、画素間の階調変化量ｄｆが＋１又は−１となる変化を求め、階調の変化が緩やかな領域において８ビットの入力画像信号Ｄａの階調数を拡張する階調変換処理を行い、１２ビットの出力画像信号Ｄｂとして出力する構成について説明する。
【０２９６】
図２９において、階調変化量検出手段１０は、入力画像信号Ｄａの水平方向における階調変化量ｄｆを検出し、水平方向の隣接画素間の階調値の差分である階調変化量ｄｆと、この階調変化量ｄｆの値を所定の範囲内（例えば、−１から＋１までの範囲内）に制限した振幅制限階調変化量Ｘｌｍとを出力する。振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、傾き検出手段４１において、水平方向における階調値の傾きデータ値Ｋｓを算出する際に、非ノイズ階調変化位置における階調変化の高さとして用いられる。画素領域判定手段２０は、階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆの値から、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒを生成し出力する。
【０２９７】
平坦・ノイズ領域幅判定手段８０には、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒが入力される。平坦・ノイズ領域幅判定手段８０は、水平方向走査期間ごとに、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒに基づき、２つの非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の平坦・ノイズ領域の画素数をカウントし、カウント値に１を加えた値を平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅとして求める。すなわち、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素（基準画素）を基準（開始点）として非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から、それ以降の次に非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる画素（終点画素位置）までの間の平坦・ノイズ領域の画素数をカウントし、この画素数に１を加えた値を平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅとする。この場合は、開始点の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から次の終点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）までの画素の階調値を検出するので、平坦・ノイズ領域幅分の数のデータを保持できるメモリが必要となる。しかし、実施の形態４においては、平坦・ノイズ領域幅の予測値ではなく、平坦・ノイズ領域幅（階調値の変化の傾きを算出する際の幅）の測定値を得ることが可能である。
【０２９８】
具体的には、平坦・ノイズ領域幅判定手段８０は、水平方向走査期間ごとに平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅを初期化しながら、領域信号Ａｒに基づき、開始点画素位置となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から終点画素位置となる次の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）までの画素数をカウントする。そして、平坦・ノイズ領域幅判定手段８０は、得られたカウント値に１を加えた値を平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅとし、開始点となる非ノイズ階調変化位置から終点となる非ノイズ階調変化位置直前位置までの間、平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅを保持して出力する。この平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅは、傾き検出手段４１内の傾き演算手段４３へと出力され、水平方向における階調値の変化の傾き算出の際に、階調値の傾きの幅（距離）とする。平坦・ノイズ領域幅判定手段８０は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の画素数をカウントするので、階調平坦領域（Ａｒ＝０）の画素だけでなく、ノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素についても、平坦な期間の画素として画素数をカウントする。よって、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の画素数を、ノイズ領域を含めて（すなわち、ノイズ成分による影響を受けることなく）、得ることができる。
【０２９９】
傾き検出手段４１には、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒと、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、平坦・ノイズ領域幅判定手段８０からの平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅとが入力される。傾き検出手段４１は、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒに基づき、開始点の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）に対する次の終点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の振幅制限階調変化量Ｘｌｍを階調変化の高さ（「終点振幅制限階調変化量Ｘｅ」と言う。）として求め、この終点振幅制限階調変化量Ｘｅと平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅから、開始点の非ノイズ階調変化位置から終点となる非ノイズ階調変化位置までの階調値の傾きを示す傾きデータ値Ｋｓを算出し、補正ビット生成手段８１へと出力する。終点振幅制限階調変化量Ｘｅは、階調値の傾きの計算において用いられる階調変化の高さであり、階調変化量ｄｆを−１から＋１までの範囲内に制限した値である。
【０３００】
具体的には、まず、傾き検出手段４１内の終点階調変化量検出手段４２は、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒと、階調変化量検出手段１０からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍとから、開始点の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）に対する次の終点非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍを検出し、終点振幅制限階調変化量Ｘｅとして求める。この終点非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍである終点振幅制限階調変化量Ｘｅは、水平方向における階調値の傾き算出の際に、階調変化の高さとして用いられ、開始点の非ノイズ階調変化位置から終点となる非ノイズ階調変化位置の直前位置までの間、保持して出力される。
【０３０１】
次に、傾き検出手段４１内の傾き演算手段４３には、終点階調変化量検出手段４２からの終点振幅制限階調変化量Ｘｅと、平坦・ノイズ領域幅判定手段８０からの平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅが入力される。平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅは、開始点における非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から次の終点非ノイズ階調変化位置までの画素数であるので、傾き演算手段４３は、終点振幅制限階調変化量Ｘｅと平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅの値から階調値の傾きである傾きデータ値Ｋｓを、以下の式（８）により算出する。
Ｋｓ  ＝  Ｘｅ／ｄｅ                                      …式（８）
【０３０２】
終点振幅制限階調変化量Ｘｅ及び平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅはともに、開始点となる非ノイズ階調変化位置から終点となる非ノイズ階調変化位置の直前までの間で、その期間の階調値の傾きを算出する際の階調変化の高さと幅の値を示すよう保持されて入力されているので、上記式（８）から得られる傾きデータ値Ｋｓについても、開始点となる非ノイズ階調変化位置から終点となる非ノイズ階調変化位置の直前までの期間の階調値の傾きとして得られる。
【０３０３】
終点振幅制限階調変化量Ｘｅ（すなわち、振幅制限階調変化量Ｘｌｍ）は、その値が−１から＋１までの範囲内に制限されており、例えば、終点振幅制限階調変化量Ｘｅが＋１で、開始点から終点位置までの非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の画素数が７画素で、平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅ＝８が入力された場合は、算出される傾きデータ値Ｋｓは１／８となる。また、終点振幅制限階調変化量Ｘｅが−１の場合には、傾きデータ値Ｋｓ＝−１／８となる。なお、平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅ＝０の場合は、傾きデータ値Ｋｓ＝Ｘｅとする。よって、この傾きデータ値Ｋｓは−１から＋１までの範囲内にある値として得られる。
【０３０４】
なお、階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素においては、直前の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における傾きデータ値Ｋｓ（すなわち、開始点となる非ノイズ階調変化位置で得られる傾きデータ値Ｋｓに相当する）が保持されている。領域信号Ａｒ＝０又は１の場合は、直前の非ノイズ階調変化位置における傾きデータ値Ｋｓが、そのまま次の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）まで保持される。
【０３０５】
よって、開始点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から終点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）までの間の傾きデータ値Ｋｓを、終点振幅制限階調変化量Ｘｅと平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅから算出して、平坦・ノイズ領域となる画素（Ａｒ＝０又は１）で用いる階調値の傾きとするので、階調平坦領域（Ａｒ＝０）の画素とともに、ノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素についても、平坦・ノイズ領域（ノイズ成分がない場合には平坦な区間）の画素として扱うことになり、ノイズ成分による変化から傾きは算出されず、よって、ノイズ成分による誤検出なく、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素における階調値の傾きを得られる。
【０３０６】
図３０（ａ）及び（ｂ）は、図２９に示される傾き検出手段４１によって算出される傾きデータ値Ｋｓを説明するための概念図である。図３０（ａ）は、終点振幅制限階調変化量Ｘｅ（高さ）が＋１で、階調値が増加する場合、図３０（ｂ）は、終点振幅制限階調変化量Ｘｅが−１で、階調値が減少する場合を示している。図３０（ａ）及び（ｂ）において、横軸は水平方向の画素位置を、縦軸は各画素位置における入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）を示している。図３０（ａ）及び（ｂ）に示されるように、開始点（画素位置ｘ）の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）と終点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）との間の画素数から得られる平坦・ノイズ領域幅をｄｅとすると、終点位置における画素位置はｘ＋ｄｅとなり、平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅと振幅制限階調変化量Ｘｌｍから、図３０（ａ）及び（ｂ）に示されるような傾きＫｓが、開始点（画素位置ｘ）の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から終点の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の直前画素までの傾きデータ値Ｋｓとして得られる。
【０３０７】
以上より、傾き検出手段４１からは、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における階調値の変化に基づく値の傾きデータ値Ｋｓが得られ、平坦・ノイズ領域となる画素（Ａｒ＝０又は１）においては、その前の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）で算出された傾きデータ値が保持される。振幅制限階調変化量Ｘｌｍが−１から＋１までの範囲内に制限されているので、検出された傾きデータ値Ｋｓは、−１／ｄｅから＋１／ｄｅまでの範囲内の値、したがって、−１から＋１までの範囲内の値となる。
【０３０８】
図２９において、領域信号遅延補償手段６７には、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒが入力される。領域信号遅延補償手段６７は、領域信号Ａｒに対し、平坦・ノイズ領域幅判定手段８０で開始点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から終点画素となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）までの間の平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅを求め、傾き検出手段４１で傾きデータ値Ｋｓを得るまでの時間、領域信号Ａｒを遅延し、傾き検出手段４１からの出力（傾きデータ値Ｋｓ）と開始点の非ノイズ階調変化位置との位相を合わせて、遅延補償された領域信号Ａｒｄを出力する。平坦・ノイズ領域幅判定手段８０及び傾き検出手段４１は、非ノイズ階調変化位置から次の非ノイズ階調変化位置までの間の傾きを求めており、その間の平坦・ノイズ領域幅、終点における階調変化の高さを求めるための遅延が必要となる。よって、ここでの遅延補償する時間は、平坦・ノイズ領域幅と階調変化の高さ及び階調変化の傾きを得るまでの遅延時間に相当する分の時間となる。
【０３０９】
次に、図２９において、補正ビット生成手段８１には、傾き検出手段４１からの傾きデータ値Ｋｓと、領域信号遅延補償手段６７からの遅延補償された領域信号Ａｒｄとが入力される。補正ビット生成手段８１は、傾きデータ値Ｋｓから入力画素信号Ｄａの画素値に付加する補正値（階調値）の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫ２を求め、水平方向走査期間ごとで、領域信号Ａｒｄ（又は領域信号Ａｒ）に従い、傾きデータ値Ｋｓによる階調変化量ｄＫ２を画素ごとで順次加算して補正値を求め、この補正値から補正ビットデータＣｅを生成し、画素値演算手段９４へと出力する。
【０３１０】
ここで、傾きデータ値Ｋｓ、すなわち、画素ごとの階調変化量ｄＫ２は、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（例えば、図２（ａ）〜（ｃ）又は図３（ａ）〜（ｃ）などを参照）に対して小数の値を含んだ値であり、よって、補正ビット生成手段８１において生成する補正ビットデータＣｅは、入力画像信号Ｄａの階調値の小数部を含む値による付加ビットＥと、付加する値の符号ビットを含むビット列として求められる。なお、補正ビットデータＣｅは、例えば、図１４（実施の形態１）で説明した補正ビットデータＣｄと同様に、付加ビットＥとその符号ビットから構成される。
【０３１１】
図３１は、図２９に示される補正ビット生成手段８１の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図３１に示されるように、補正ビット生成手段８１は、例えば、加算手段８２と、切換え手段８３と、補正値遅延手段８４と、ビット列変換手段８５とを有する。補正ビット生成手段８１は、入力画素信号Ｄａに対し付加すべき補正値を求め、その階調値を示すビット列を補正ビットデータＣｅとして出力する。
【０３１２】
図３１に示される補正ビット生成手段８１においては、加算手段８２には、傾き検出手段４１からの傾きデータ値Ｋｓが入力され、また、後述する補正値遅延手段８４からの１画素遅延された遅延補正値ｐＣｄが入力される。加算手段８２は、傾きデータ値Ｋｓから補正値の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫ２を求め、遅延補正値ｐＣｄである直前の画素における補正値に対し、階調変化量ｄＫ２を加算することで、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）以降の階調平坦領域又はノイズ領域となる画素における補正値ｓＣｅを得て、切換え手段８３へと出力する。すなわち、加算手段８２は、まず、傾きデータ値Ｋｓを、補正値の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫ２として求め（ｄＫ２＝Ｋｓとする）、次に、直前画素における補正値（遅延補正値ｐＣｅ）に対し階調変化量ｄＫ２を加算（ｐＣｅ＋ｄＫ２）する。なお、加算手段８２の演算は階調変化量ｄＫ２の符号（すなわち、傾きデータ値Ｋｓの符号）に応じて、加算又は減算処理する（ｄＫ２＞０のときは絶対値｜ｄＫ２｜を加算し、ｄＫ２＜０のときは｜ｄＫ２｜を減算する。）。
【０３１３】
切換え手段８３には、領域信号Ａｒｄ（又は領域信号Ａｒ）と、加算手段８２による補正値ｓＣｅが入力される。切換え手段８３は、水平方向走査期間ごとで値を初期化する（固定の開始点補正値０にする）とともに、領域信号Ａｒに基づき、開始点補正値０と、加算手段８２による補正値ｓＣｅとを切り換えて、入力画像信号Ｄａに対して付加すべき階調値として補正値ａＣｅを生成し、出力する。詳細に言えば、切換え手段８３は、水平方向走査期間の区切りにおいての初期化時は、開始点補正値０を選択して補正値ａＣｅ＝０とするとともに、領域信号Ａｒｄに従い、非ノイズ階調変化位置（Ａｒｄ＝２）においては、開始点補正値０とする（補正値ａＣｅ＝０）。一方、切換え手段８３は、階調平坦領域又はノイズ領域となる画素（Ａｒｄ＝０又は１）においては、加算手段８２による補正値ｓＣｅ（すなわち、直前画素の補正値ｐＣｅに対し階調変化量ｄＫ２＝Ｋｓを加算した値）を選択し、補正値ａＣｅとする（ａＣｅ＝ｐＣｅ＋Ｋｓ）。そして、この補正値ａＣｅは、ビット列変換手段８５へと出力されるとともに、補正値遅延手段８４に送られ、１画素分遅延して遅延補正値ｐＣｅとして加算手段８２に戻される。
【０３１４】
補正値遅延手段８４は、切換え手段８３からの補正値ａＣｅを１画素分遅延して、遅延補正値ｐＣｅを出力する。切換え手段８３からの出力を遅延するので、遅延補正値ｐＣｅは、直前画素における補正値が出力される。
【０３１５】
以上に説明した加算手段８２、切換え手段８３、及び補正値遅延手段８４における構成により、入力画像信号Ｄａに対し付加すべき補正値ａＣｅは、非ノイズ階調変化位置（Ａｒｄ＝２）においては開始点補正値０で、階調平坦領域又はノイズ領域となる画素（Ａｒｄ＝０，１）においては、加算手段８２による補正値ｓＣｅ、すなわち、非ノイズ階調変化位置（Ａｒｄ＝２）から順に直前画素における値に対し階調変化量ｄＫ２＝Ｋｓが加算されて、階調変化量ｄＫ２の絶対値（すなわち、傾きデータ値Ｋｓの絶対値｜Ｋｓ｜）の大きさで順次変化する値として得られる。傾きデータ値Ｋｓによる階調変化量ｄＫ２は、−１から＋１までの範囲内の絶対値が１以下となる小数として表現されており、したがって、切換え手段８３から得られる補正値ａＣｅについても、１以下の小数となる精度を持った階調値となる。
【０３１６】
すなわち、開始点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から順に領域信号Ａｒ＝０又は１の画素をカウントした値Ｎに対し、それぞれの画素における補正値ａＣｅは、カウント値Ｎと傾きデータ値Ｋｓ（階調変化量ｄＫ２＝Ｋｓ）により、補正値ａＣｅ＝Ｎ×Ｋｓで表すことができ、開始点の補正値ａＣｅ＝０から順に、傾きデータ値Ｋｓによる階調変化量ｄＫ２のレベル差の変化を持つ補正値ａＣｅが得られる。
【０３１７】
領域信号Ａｒｄ（又はＡｒ）に基づき切換え手段８３で選択する補正値ａＣｅを切り換えるので、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とともに、ノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素についても、平坦な期間の画素として傾きデータ値Ｋｓによる階調変化量ｄＫ２のレベル差の変化を持つ補正値ａＣｅが得られ、よって、ノイズ成分による影響なく、順次変化する補正値ａＣｅが得られる。
【０３１８】
なお、傾きデータ値Ｋｓは−１から＋１までの範囲内で制限されており、エッジ（輪郭）部分のような階調変化が−１から＋１までの範囲内を超えた階調変化量を持つ画素でも、付加される補正値は−１から＋１までの範囲内で、その差分は保持されるため、輪郭情報を保つような補正値として得ることができる。
【０３１９】
補正ビット生成手段８１内のビット列変換手段８５には、切換え手段８３からの補正値ａＣｅが入力される。ビット列変換手段８５は、補正値ａＣｅを所定のビット数となるビット列の値へ変換し、付加する値を示す付加ビットＥと値の符号ビットを含めて補正ビットデータＣｅとして求め、補正ビット生成手段８１から画素値演算手段６３へと出力する。ビット列変換手段８５は、入力が異なるのみで、図１３（実施の形態１）におけるビット列変換手段５５と同様に構成できるが、補正値ａＣｅの符号を除く絶対値は１以下の小数を含む値として得ているので、補正ビットデータＣｅにおける補正の値（付加ビットＥ）は、入力画像信号Ｄａの階調値のビット列に対し、小数部を示す。ビット列変換手段８５は、図１３の場合と同様に、ハードウェアでは補正値ａＣｅなどの値も通常は所定のビット数の値として得ているので、省略することができ、また、ソフトウェアの場合のようにビット列として扱う必要がない場合も省略することができる。
【０３２０】
図３２は、図２９に示される補正ビット生成手段８１ｂの構成の他の例を概略的に示すブロック図である。図３２に示されるように、補正ビット生成手段８１ｂは、領域信号Ａｒｄ（又はＡｒ）を基準として、開始点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から順に画素をカウントするカウント手段８６と、カウント値Ｎと傾きデータ値Ｋｓを乗算し補正値ａＣｅ＝Ｎ×Ｋｓを求める乗算手段８７と、ビット列変換手段８５とから構成される。補正ビット生成手段８１ｂは、開始点の補正値ａＣｅ＝０から順に、傾きデータ値Ｋｓによるレベル差の変化を持つ補正値ａＣｅを得る。
【０３２１】
次に、図２９に示す階調変換手段４における遅延補償手段９３では、補正ビット生成手段８１から出力される補正ビットデータＣｅが得られるまでの遅延と入力画像信号Ｄａの画素位置を合わせるように入力画像信号Ｄａの遅延補償を行い、遅延補償された画像信号Ｄｄを出力する。
【０３２２】
階調変換手段４における画素値演算手段９４には、遅延補償手段９３からの遅延補償された画像信号Ｄｄと、補正ビット生成手段８１からの補正ビットデータＣｅが入力される。画素値演算手段９４は、遅延補償された画像信号Ｄｄに対し、補正ビット生成手段８１からの補正ビットデータＣｅを整数部の位置を合わせて加算することで、新たな出力画像信号Ｄｂを算出し、出力する。出力画像信号Ｄｂの階調値に対して、小数部を含む補正ビットデータＣｅが演算により付加されるので、出力画像信号Ｄｂのビット数は画像信号Ｄｄのビット数より大きく、すなわち、拡張され、このビット数を拡張した出力画像信号Ｄｂが、階調変換手段４の出力となる。
【０３２３】
なお、画素値演算手段９４における演算においては、補正ビットデータＣｅの正又は負の符号に応じて加算又は減算処理される（すなわち、Ｃｅ＞０のときには絶対値｜Ｃｅ｜を加算し、Ｃｅ＜０のときには｜Ｃｅ｜を減算する）。また、演算後の値が負の値となる場合は、出力画像信号Ｄｂを値０（Ｄｂ＝０）とし、出力画像信号Ｄｂの設定したビット数（最大値）を超える値となる場合は、出力画像信号Ｄｂの値を所定の最大値として、出力画像信号Ｄｂの値を制限する。
【０３２４】
画素値演算手段９４において加算又は減算によって演算処理された後の出力画像信号Ｄｂは、画像信号Ｄｄに対し小数部を有した精度の画像信号となり、出力画像信号Ｄｂのビット数は、入力画像信号Ｄａよりも多くなるので、表現できる階調数が増えるだけでなく、小数部を含む補正ビットデータＣｅによる小数部のビット数を有し、階調値の分解能が増加し、より滑らかな階調値の変化を表現できるようになる。また、階調値の変化が画像のエッジ（輪郭）による場合も、エッジ部における差分は保持されるので、輪郭情報を保ちながら、画像の滑らかさを増すことができる。
【０３２５】
さらに、補正ビットデータＣｅは、画素領域判定手段２０からの領域信号Ａｒを基準として、ノイズ成分による影響なく、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から順に傾きデータ値Ｋｓによる階調変化量ｄＫ２で変化する補正値ａＣｅとして得られており、画素値演算手段９４において、画像信号Ｄｄ（又は入力画像信号Ｄａ）の階調値に対して、補正ビットデータＣｅによる値が加算又は減算処理されるので、線形補間処理による階調値の変換処理に比べ、ノイズ等の微少な階調値の変化による画像のディテールを残し、鮮鋭度を維持しながら、緩やかに階調値が変化する画素の領域の滑らかさを増すことができ、画像のぼやけを低減することができる。
【０３２６】
実施の形態４における入力画像信号Ｄａ、補正ビットデータＣｅ、及び出力画像信号Ｄｂの関係は、図１４（実施の形態１）の場合と同様である。
【０３２７】
《４−２》動作．
図３３は、実施の形態４による画像処理装置の動作（その１）を示すフローチャートであり、主に、階調変換手段４による傾きデータ値を算出するための動作を示す。また、図３４は、実施の形態４による画像処理装置の動作（その２）を示すフローチャートであり、階調変換手段４による補正ビットデータの生成及び階調変換処理の動作を示す。図３３及び図３４には、各走査線（ライン）内の画素ごとの処理を示す。なお、画素領域判定手段２０における階調変化量ｄｆに基づき、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定の動作は、図１７（実施の形態１）の場合と同様である。
【０３２８】
図３５（ａ）〜（ｋ）は、実施の形態４による画像処理装置の動作の一例（階調値が非常に緩やかに上昇し、ノイズ成分を含む場合）を説明するための図である。また、図３６（ａ）〜（ｋ）は、実施の形態４による画像処理装置の動作の他の例（階調値が非常に緩やかに低下し、ノイズ成分を含む場合）を説明するための図である。図３５（ａ）〜（ｋ）は、図１８（ａ）〜（ｋ）（実施の形態１）と同様のノイズ成分を含む入力画像信号Ｄａの一部について、階調変換手段４における動作を示しており、図３６（ａ）〜（ｋ）は、図１９（ａ）〜（ｋ）（実施の形態１）と同様の画像信号が入力された場合の階調変換手段４における動作を示している。
【０３２９】
以下、階調変換手段４の動作を図３３、図３４、図３５（ａ）〜（ｋ）、及び図３６（ａ）〜（ｋ）を用いて説明する。まず、図３３において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３，Ｓ１０５による動作、すなわち、入力画像信号Ｄａが入力され、階調変化量ｄｆを求め、振幅制限階調変化量Ｘｌｍを得て、画素の領域判定結果を示す領域信号Ａｒを生成する動作は、図１５（実施の形態１）に示される動作と同じである。また、図３５（ａ）〜（ｅ）及び図３６（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、図１８（ａ）〜（ｅ）及び図１９（ａ）〜（ｅ）と同様である。
【０３３０】
次に、平坦・ノイズ領域幅判定手段８０と傾き検出手段４１において、非ノイズ階調変化位置の間の平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅが求められ、階調値の傾きを検出する動作が、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）において行われる（ステップＳ２００〜Ｓ２０５）。
【０３３１】
非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）において（ステップＳ２００）、平坦・ノイズ領域幅判定手段８０は、この画素位置を開始点として（ステップＳ２０１）、次に非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる終点画素位置までの画素数をカウントしてカウント値ＣＮを出力する（ステップＳ２０２）。そして、得られたカウント値ＣＮに１を加えた値（ＣＮ＋１）を平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅとする（ステップＳ２０３）。この平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅは、開始点の非ノイズ階調変化位置から終点となる非ノイズ階調変化位置の直前画素までの間保持される。すなわち、階調平坦領域（Ａｒ＝０）の画素及びノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素においては、直前の開始点における非ノイズ階調変化位置における値が保たれ、その間の階調値の傾きにおける幅（距離）となる（ステップＳ２０６）。
【０３３２】
図３５（ｆ）において、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）となる画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２でカウント値ＣＮが０にリセットされ、その次の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）までの画素数がカウントされて、階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素の連続数が得られる。図３５（ｇ）においては、カウント値ＣＮに１を加算した値から求めた平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅが、開始点となる非ノイズ階調変化位置から終点となる非ノイズ階調変化位置直前位置までの間保持されている。図３６（ｆ）及び（ｇ）は、図３５（ｆ）及び（ｇ）の場合と同様である。
【０３３３】
傾き検出手段４１は、終点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における振幅制限階調変化量Ｘｌｍを階調変化の高さを、終点振幅制限階調変化量Ｘｅとして求め（ステップＳ２０４）、この終点振幅制限階調変化量Ｘｅと平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅとから、開始点となる非ノイズ階調変化位置から終点となる非ノイズ階調変化位置までの階調値の傾きを、傾きデータ値Ｋｓ＝Ｘｅ／ｄｅとして算出する（ステップＳ２０５）。階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、直前の非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における値が保持される（ステップＳ２０６）。振幅制限階調変化量Ｘｌｍ、すなわち、終点における振幅制限階調変化量Ｘｅは、階調変化量ｄｆを−１から＋１までの範囲内に制限した値で入力されているので、検出される階調値の傾きデータ値Ｋｓは−１から＋１までの範囲内の値となる。
【０３３４】
図３５（ｈ）によれば、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）である画素位置ｘ＝８においては、平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅ＝８、終点振幅制限階調変化量Ｘｅ＝＋１で、傾きデータ値Ｋｓ＝＋１／８となり、同様に、画素位置ｘ＝１６，２４，３２で傾きデータ値Ｋｓが求められる。また、図３６（ｈ）によれば、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）である画素位置ｘ＝８においては、平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅ＝８、終点振幅制限階調変化量Ｘｅ＝−１で、傾きデータ値Ｋｓ＝−１／８となり、同様に、画素位置ｘ＝１６，２４，３２で傾きデータ値Ｋｓが求められる。図３５（ｈ）及び図３６（ｈ）のいずれにおいても、階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２における値が保持されている。
【０３３５】
図３３に示される上記動作により、領域信号Ａｒを基準にして階調値の傾きにおける平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅと傾きデータ値Ｋｓを求め、ノイズ成分による誤検出なく、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の画素における階調値の傾きを得ることができる。
【０３３６】
次に、図３４において、領域信号Ａｒに従い階調値の傾きデータ値Ｋｓを得た後、補正ビット生成手段８１は、水平方向走査期間の区切りにおいて補正値ａＣｅを初期化するとともに、画素の領域を示す領域信号Ａｒに応じて、補正値ａＣｅを生成する処理を切り換える（ステップＳ２１０）。
【０３３７】
非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）においては（ステップＳ２１０）、開始点における補正値０とするよう、補正値ａＣｅ＝０とする（ステップＳ２１１）。
【０３３８】
一方、階調平坦領域（Ａｒｄ＝０）又はノイズ領域（Ａｒｄ＝１）となる画素においては、傾きデータ値Ｋｓを補正値の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫ２として（ｄＫ２＝Ｋｓとする）、直前画素における補正値（遅延補正値ｐＣｅ）に対し階調変化量ｄＫ２を加算（ｐＣｅ＋ｄＫ２）し、階調平坦領域の画素における補正値ｓＣｅを得る（ステップＳ２１２）。そして、この補正値ｓＣｅを補正値ａＣｅと決定する（ステップＳ２１３）。これにより、階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）の画素における補正値ｓＣｅは、変化位置から順に階調変化量ｄＫ２の絶対値の大きさ（すなわち、傾きデータ値Ｋｓの絶対値｜Ｋｓ｜）で変化した値となる。傾きデータ値Ｋｓが−１から＋１までの範囲内の値であるので、補正値ｓＣｅについても−１から＋１までの範囲内のその絶対値が１以下となる小数として表現される。
【０３３９】
上記により得られた補正値ａＣｅは、所定のビット数となるビット列の値へ変換されて、付加する値を示す付加ビットＥと値の符号ビットを含めて補正ビットデータＣｅとして求められる（ステップＳ２１４）。また、補正値ａＣｅは、１画素分遅延されて、直前画素における補正値ｐＣｅとして次の画素の処理へと送られる（ステップＳ２１５）。
【０３４０】
ステップＳ２１０〜Ｓ２１４により、入力画像信号Ｄａに対し付加すべき補正値ａＣｅ（すなわち、補正ビットデータＣｅ）は、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）においては補正値ａＣｅ＝０となり、階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）においては、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）における値０から順に、傾きデータ値Ｋｓによるレベル差で順次変化する値として得られる。
【０３４１】
領域信号Ａｒに基づき、求める補正値ａＣｅを切り換えるので、階調平坦領域（Ａｒ＝０）とともに、ノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素についても、平坦な期間の画素として（階調平坦領域（Ａｒ＝０）と同様の処理扱われ）傾きデータ値Ｋｓによるレベル差の変化を持つ補正値ａＣｅが得られ、ノイズ成分による影響なく、順次変化する補正値ａＣｅが得られる。
【０３４２】
図３５（ｉ）によれば、画素位置ｘ＝１６（Ａｒ＝２）においては補正値ａＣｅ＝０であり、それ以降の階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素においては、画素の順に、１／８，２／８，…、というように、傾きデータ値Ｋｓによるレベル差＋１／８の変化を持った補正値ａＣｅ（すなわち、補正ビットデータＣｅ）として得られる。また、図３６（ｉ）によれば、画素位置ｘ＝１６（Ａｒ＝２）においては、補正値ａＣｅ＝０であり、それ以降の階調平坦領域（Ａｒ＝０）及びノイズ領域（Ａｒ＝１）となる画素においては、順に−１／８，−２／８，…というように、傾きデータ値Ｋｓによるレベル差−１／８の変化を持った補正値ａＣｅ（すなわち、補正ビットデータＣｅ）として得られる。
【０３４３】
画素値演算手段９４は、補正ビットデータＣｅと入力画像信号Ｄａの画素位置を合わせるよう遅延補償された画像信号Ｄｄ（又はＤａ）に対し、補正ビットデータＣｅを整数部の位置を合わせて加算することで、新たな出力画像信号Ｄｂを算出する（ステップＳ２１６）。なお、演算後の値が負の値となる場合は、出力画像信号Ｄｂをゼロ（Ｄｂ＝０）とし、出力画像信号Ｄｂの設定したビット数（最大値）を超える値となる場合は、値を最大値として、出力画像信号Ｄｂの値を制限する。
【０３４４】
補正ビットデータＣｅは、画像信号Ｄｄ（又は入力画像信号Ｄａ）の階調値に対して、小数部を含むので、演算処理された後の出力画像信号Ｄｂは、画像信号Ｄｄに対し小数部を有した精度の画像信号となる。出力画像信号Ｄｂは、小数部を含む補正ビットデータＣｅによる小数部のビット数を有するので、階調値の分解能が増加し、より滑らかな階調値の変化を表現できるようになる。補正ビットデータＣｅは、領域信号Ａｒを基準として、ノイズ成分による影響なく、傾きデータ値Ｋｓで変化する補正値ａＣｅとして得られており、階調値に対して補正ビットデータＣｅによる値が加算又は減算処理されるので、ノイズ等の微少な階調値の変化による画像のディテールや鮮鋭度を残しながら、緩やかに階調値が変化する画素の領域の滑らかさを増すことができる。
【０３４５】
図３５（ｊ）によれば、補正ビットデータＣｅを付加した後の出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂは、画像信号Ｄｄの階調値Ｌａに補正ビットデータＣｅを加算することで、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）である画素位置ｘ＝１６においては階調値Ｌｂ＝２４／８となり、それ以降の階調平坦領域とノイズ領域においては、画素位置の順に１／８で増加する変化を持つとともに、ノイズ成分がある画素位置ｘ＝１９においては、ノイズ成分による振幅を残した状態で階調値が変換された値として得られる。図３６（ｊ）についても、図３５（ｊ）と同様である。図３５（ｋ）及び図３６（ｋ）においては、補正ビットデータＣｅにおける付加ビットＥを４ビットとした場合の出力画像信号Ｄｂを示しており、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から画素位置の順に、傾きデータ値Ｋｓに相当する値の変化を持った階調値として得られ、結果として階調変化がより滑らかに変換された１２ビットの出力画像信号Ｄｂが得られている。
【０３４６】
なお、上記説明においては、補正ビットデータＣｅにおける付加ビットＥの小数部を４ビットとしたが、４ビット以外であってもよく、例えば、小数部のビット数を多くし、より多くのビット数で補正ビットデータＣｅ（すなわち、補正値ａＣｅ）を表現することで、精度の高い、より滑らかな階調値の変化となる画像信号を得ることができる。
【０３４７】
図３７は、実施の形態４による画像処理装置の動作の他の例（図３４に代わる例）を示すフローチャートであり、図２９に示される階調変換手段４による補正ビットデータの生成及び階調変換処理の動作を示す。補正ビットデータを生成する際には、領域信号Ａｒを基準として、開始点となる非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）から順に画素をカウントしたカウント値Ｎと傾きデータ値Ｋｓから、補正値ａＣｅ＝Ｎ×Ｋｓとして求めることもできる。この場合、図３４のステップＳ２１１〜Ｓ２１３、及びステップＳ２１５に代えて、図３７のステップＳ２２０〜Ｓ２２２を行うと、図３４の場合と同様に、補正ビットデータＣｅを生成でき、補正ビットデータＣｅを付加した新たな出力画像信号Ｄｂを得ることができる。すなわち、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）においては（ステップＳ２１０）、画素のカウント値Ｎ＝０とし（ステップＳ２２０）、階調平坦領域（Ａｒｄ＝０）又はノイズ領域となる画素（Ａｒｄ＝１）においては画素をカウントして、Ｎ＋１とする（ステップＳ２２１）。補正値ａＣｅは、カウント値Ｎと傾きデータ値Ｋｓを乗算し、補正値ａＣｅ＝Ｎ×Ｋｓとする（ステップＳ２２２）。これにより、図３４における場合と同様、開始点の補正値ａＣｅ＝０から順に、傾きデータ値Ｋｓによるレベル差の変化を持つ補正値ａＣｅを得ることができる。
【０３４８】
《４−３》効果．
以上に説明したように、実施の形態４の画像処理装置又は画像処理方法においては、階調変化量ｄｆから得られた領域信号Ａｒを基準として、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）の間の平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅを求め、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦・ノイズ領域幅データ測定値ｄｅから、階調値の傾きデータ値Ｋｓを得ている。そして、補正ビット生成手段８１において傾きデータ値Ｋｓから補正ビットデータＣｅを生成し、画素値演算手段９４において入力画像信号Ｄａに整数部の位置を合わせて補正ビットデータの値を加算して、ビット数を拡張した画像信号を得ている。したがって、実施の形態４の画像処理装置又は画像処理方法によれば、非ノイズ階調変化位置とその次に現れる非ノイズ階調変化位置との間の幅を示す平坦・ノイズ領域幅を正確に検出でき、ノイズ成分による階調変化と区別できるので、傾きデータ値を、ノイズ成分による影響を受けることなく算出できる。また、実施の形態４の画像処理装置又は画像処理方法によれば、回路規模を大幅に増やすことなく、傾きデータ値Ｋｓによる階調値で順次変化する補正値が得られ、緩やかに階調値が変化する画素領域や非ノイズ階調変化位置における適切な補正ビットデータＣｅを得て、画像信号の階調変化をより滑らかに変換し、ビット数を拡張できる。また、得られた補正ビットデータＣｅを入力画像信号Ｄａの階調値に対し付加して階調数を拡張するため、実時間で処理でき、ノイズ成分による微少な変化を残したまま、階調変化がより滑らかに変換できる。
【０３４９】
このように、実施の形態４の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、実時間で回路規模を大幅に増やすことなく、緩やかに階調値が変化する画像領域に対し、ノイズ成分による誤検出なく、階調変化をより適切に検出したことによる補正ビットデータＣｅを得ることができる。このため、補正ビットデータにより画像信号の階調数を拡張し、階調変換された出力画像信号Ｄｂにおいて、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることはなく、量子化ノイズ又は擬似輪郭が低減され、階調変化が滑らかで、高品位な階調数を拡張した画像信号が得られる。
【０３５０】
《４−４》変形例．
上記説明においては、実施の形態１における画素領域判定手段２０（図５）と同様の画素領域判定手段により領域信号Ａｒを得る場合を説明したが、画素領域判定手段として、実施の形態２における画素領域判定手段２０ｂ（図２２）や、実施の形態３における画素領域判定手段７０及び７０ｂ（図２５及び図２８）を用いてもよく、この場合にも、同様の効果を奏することができる。
【０３５１】
また、上記説明においては、画素領域判定手段２０における領域判定結果として３種の領域信号Ａｒ＝０，１，２を生成するよう説明したが、図２９における平坦・ノイズ領域幅判定手段８０、傾き検出手段４１、及び補正ビット生成手段８１（又は８１ｂ）においても、非ノイズ階調変化位置（Ａｒ＝２）と、階調平坦領域及びノイズ領域（Ａｒ＝０，１）の２通りで処理を切り換えている。このため、領域判定結果を非ノイズ階調変化位置か、階調平坦領域又はノイズ領域かの２値で示す領域信号Ａｒ１として構成してもよく、同様の効果を奏することができる。
【０３５２】
また、上記説明においては、階調変化量検出手段１０で水平方向の隣接画素間の階調値の差分による階調変化量ｄｆを所定の範囲−１と＋１に制限する場合を説明したが、本発明はこのような形態に限定されず、例えば、画素間の階調値の差分の最大値＋２から最小値−２までの範囲の変化を求める場合など、予め決められた最大値（正の値）と最小値（負の値）に基づき、階調変化量ｄｆの値を制限して、画像信号の１階調より大きな値の階調差以内で階調値が変化する場合に、階調数を拡張するよう構成することもできる。階調変化量ｄｆの値を制限する範囲は、階調変換で滑らかな変化とする画像領域か、そのまま保持するか、又は、階調ジャンプとなる階調変化として補正するかを決めるための値であり、入力画像信号の特性や、階調ジャンプが起こるレベル等から適切な値を設定すればよい。この場合の構成及び動作は、階調値の変化を求める画素間の階調値の差分の範囲以外の点については、図２９による構成及び動作と同じである。ここで、画素間の階調値の差分の最大値＋２から最小値−２までの範囲の変化を求める場合は、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２における制限の範囲、すなわち、振幅制限階調変化量Ｘｌｍの値が＋２から−２までの範囲内の値となり、階調値の傾きも−２から＋２までの範囲内の値となる。画素間の階調値の差分の最大値＋２から最小値−２までの範囲の変化を求める場合など、最大値（正の値）と最小値（負の値）により設定された範囲で、階調変化を検出するよう構成する場合においても、階調変換手段４を適用することができ、同様に構成し、同様の効果を奏することができる。
【０３５３】
また、入力画像信号Ｄａの階調数ｍは８ビットに限るものではなく、例えば、１０ビットの画像信号であってもよく、画素値演算手段９４において、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥの整数部の位置を、画像信号Ｄｄの整数部の位置と一致するようにした値を演算するように構成すれば、同様の効果を奏することができる。
【０３５４】
また、上記説明においては、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２において、階調変化量ｄｆの値を−１から＋１までの範囲内となるように値を制限するよう説明したが、階調変化量ｄｆの絶対値が所定の値より大きな場合には（例えば、｜ｄｆ｜＞１）、階調変化量ｄｆが画像のエッジ（輪郭等）による階調値の変化であると考えられ、このように階調変化がエッジによると判断される変化の場合には、補正値ａＣｅ＝０として階調値が付加されることはなく、画像の輪郭情を保つよう構成することもできる。すなわち、階調変化量検出手段１０内の階調変化量制限手段１２において、階調変化量ｄｆの値を−１から＋１までの範囲内となるように値が制限された振幅制限階調変化量Ｘｌｍを求める際に、階調変化量ｄｆの値が−１から＋１までの範囲から外れた場合は、その値を０とするように（すなわち、振幅制限階調変化量Ｘｌｍ＝０とする）構成しても、その輪郭の非ノイズ階調変化位置を終点画素とする領域においては傾きデータ値Ｋｓ＝０となり、補正値ａＣｅも０となるので、結果、階調値が付加されず、階調変換されないので、画像の鮮鋭度（輪郭情報）を保ちながら、輪郭となる変化以外の緩やかに階調値が変化する画像領域における階調値の変化をより滑らかにすることができる。
【０３５５】
また、上記説明においては、階調変換手段４は入力画像信号Ｄａの水平方向における階調値の変化において、水平方向の階調変化量を検出して処理する構成として説明したが、入力画像信号Ｄａの垂直方向（画面表示走査線方向）の階調変化量を検出し、補正ビットデータＣｅを生成して画像信号に付加し、垂直方向の階調変化を滑らかなものとしてもよく、同様の効果を奏することができる。この場合は、階調変化量検出手段１０において、垂直方向上下に位置する上の走査線上の画素との間の差分により階調変化量ｄｆを求め、画素領域判定手段２０で画素の領域を判定し、平坦・ノイズ領域幅判定手段８０と、傾き検出手段４１と補正ビット生成手段８１内における処理をライン（１水平走査期間分）方向の処理として、垂直方向上下に位置する画素における階調値の変化を検出するように構成すればよい。
【０３５６】
さらに、上記説明においては、画像処理装置における階調変換手段４の各構成がハードウェア構成であるように説明しているが、本発明を、プログラム制御におけるソフトウェアの処理により実現するよう構成してもよい。
【０３５７】
なお、実施の形態４において、上記以外の点は、上記実施の形態１〜３のいずれかの場合と同じである。
【０３５８】
《５》実施の形態５．
上記実施の形態１〜４の画像処理装置は、画像信号の水平方向又は垂直方向のいずれか一方の方向（一定方向）における階調値の変化を検出して階調値の傾き（例えば、傾きデータ値Ｋｓｌ）を求め、求められた傾きを用いて入力画像信号Ｄａのビット数を拡張する階調変換処理を行うことによって、入力画像信号Ｄａよりも多階調の出力画像信号Ｄｂを生成するように構成されている。これに対し、本発明の実施の形態５による画像処理装置は、水平方向及び垂直方向のそれぞれにおける階調値の変化を検出して、水平方向及び垂直方向のそれぞれにおける階調値の傾きを求め、求められた傾きを用いて入力画像信号Ｄａのビット数を拡張する階調変換処理を行うことによって、入力画像信号Ｄａよりも多階調の出力画像信号Ｄｃを生成して、２次元方向に、階調値の変化を滑らかにするよう構成されている。
【０３５９】
図３８は、本発明の実施の形態５による画像処理装置（すなわち、実施の形態５による画像処理方法を実施することができる装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。実施の形態５による画像処理装置は、画像信号の水平方向と垂直方向のそれぞれで階調変化量を検出し、検出された階調変化量から、水平方向と垂直方向のそれぞれの方向の画素領域の各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、この画素領域の判定結果に基づき階調値の傾きを求め、求められた階調値の傾きを用いて入力画像信号Ｄａのビット数を拡張し、二次元方向に、階調値の変化を滑らかにする階調変換処理を行うよう構成されている。
【０３６０】
図３８に示されるように、実施の形態５の画像処理装置は、ｍビットのデジタルの入力画像信号Ｄａに対し、水平方向と垂直方向のそれぞれの階調変化量から、水平方向と垂直方向のそれぞれについて、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、この画素領域の判定結果に基づき階調値の変化を検出し、階調値の傾きに応じた値を付加することでビット数を拡張する階調変換処理を行い、ｎビットの出力画像信号Ｄｃとして出力し、二次元方向の階調値の変化を滑らかにする階調変換処理を行う階調変換手段５を備えている。そして、階調変換手段５は、水平方向における階調値の変化を検出し、階調値の傾きに応じた補正値を付加することでビット数を拡張する水平方向階調変換手段１１０と、垂直方向における階調値の変化を検出し、階調値の傾きに応じた補正値により階調変換処理を行う垂直方向階調変換手段１１１とを備えている。
【０３６１】
以下の説明においては、階調変換手段５が、入力画像信号Ｄａの水平方向及び垂直方向に対し、それぞれの方向に隣接する画素間の階調値の差分から、１階調値の差（＋１と−１）の階調変化量を検出して階調値の傾きを求め、求められた傾きを用いて階調数を拡張する階調変換処理を行い、８ビットの入力画像信号Ｄａを１２ビットの出力画像信号Ｄｃへ階調数を拡張し出力する場合を説明する。
【０３６２】
階調変換手段５は、８ビットの入力画像信号Ｄａに対して、水平方向と垂直方向のそれぞれで階調値の変化を検出し、階調値の傾きを求めることで、例えば、４ビット分の補正値の値となる補正ビットデータを得て、画像信号の階調値に対し演算処理して、ビットを付加することでビット数を拡張して階調変換を行い、１２ビットの出力画像信号Ｄｃとして出力する。
【０３６３】
階調変換手段５をさらに詳細に説明する。まず、階調変換手段５に入力された入力画像信号Ｄａは、階調変換手段５における水平方向階調処理手段１１０に入力される。水平方向階調処理手段１１０は、上記実施の形態１〜４の階調変換手段１〜４と同様に構成されており、入力画像信号Ｄａの水平方向の画素間の階調値の差分から階調変化量を求めるとともに、得られた階調変化量の値により、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行う。そして、この画素領域の判定結果に基づき、平坦・ノイズ領域幅を求め、この平坦・ノイズ領域幅と階調変化量から階調値の傾きを求め、求められた階調値の傾きに応じた補正ビットデータを、入力画像信号に付加することでビット数を拡張し、ビット数が拡張された１２ビットの出力画像信号Ｄｂを生成する。階調変換手段５は、各画素の水平方向における階調変化に対する画素領域を判定し、その判定結果に基づき階調値の平坦・ノイズ領域幅、傾きを求めることで、ノイズ成分による誤検出なく階調値の変化が検出でき、水平方向における階調値を十分な階調数へ拡張し、階調変化を滑らかにできる。このように、水平方向階調処理手段１１０は、実施の形態１〜４の階調変換手段１〜４のいずれかと同じである。
【０３６４】
階調変換手段５における垂直方向階調処理手段１１１には、水平方向階調処理手段１１０から出力された１２ビットの画像信号Ｄｂが入力される。垂直方向階調処理手段１１１は、水平方向階調処理手段１１０から出力された１２ビットの画像信号Ｄｂに対し、入力画像信号Ｄａの小数部に相当する下位４ビット分を除いた上位８ビットの信号から、垂直方向の画素間の階調値の差分による階調変化量を求め、得られた階調変化量の値により、各画素を、階調平坦領域に属する画素、ノイズ領域に属する画素、非ノイズ階調変化位置の画素のいずれかに分類する判定を行い、この画素領域の判定結果に基づき、階調変化における平坦・ノイズ領域幅と、この平坦・ノイズ領域幅と階調変化量から階調値の傾きを得て、傾きに応じた補正値を求める。そして、水平方向階調処理手段１１０と同様分の補正ビットデータを画像信号Ｄｂに付加することで階調変換を行い、１２ビットの画像信号Ｄｃとして出力する。これにより、水平方向のみでなく垂直方向に緩やかに階調値が変化する画像領域においても、階調値の変化を検出して、階調変化が滑らかで、高品位な１２ビットの画像信号Ｄｃとして出力される。
【０３６５】
垂直方向階調処理手段１１１の構成は、実施の形態１〜４の階調変換手段１〜４のいずれかの構成において、階調変化量検出手段１０において、垂直方向（画面の上下方向）に位置する画素間の階調値の差分（注目画素の階調値と、１走査線だけ垂直上方向の走査線上の隣接画素の階調値との差分）により階調変化量ｄｆを求め、画素領域判定手段２０（又は２０ｂ、７０、７０ｂ）で垂直方向における画素領域を判定し、平坦・ノイズ領域幅判定手段３０（又は８０）、傾き検出手段４０（又は４１）、及び補正ビット生成手段５０（又は８１）内における処理をライン（１水平走査期間分）方向の処理として、垂直方向上下に位置する画素における階調値の変化を検出するように構成すればよい。
【０３６６】
また、垂直方向における階調値の変化を検出し、垂直方向における画素の領域を判定して階調値の傾きを求める際には、入力画像信号Ｄａの１階調の変化を検出するために、入力された水平方向階調処理手段１１０からの１２ビットの画像信号Ｄｂのうち、小数部に相当する下位４ビット分を除いた上位８ビットで示される値を用いればよい。
【０３６７】
このため、垂直方向階調処理手段１１１の説明についても、実施の形態１〜４のいずれかと同様に、画素の領域を判定し、階調変化における平坦・ノイズ領域幅を求め階調値の傾きを求め、この傾きを用いて補正ビットデータを求める処理を行うように構成すればよい。
【０３６８】
以上から、図３８に示される階調変換手段５は、水平方向階調処理手段１１０においては、水平方向の階調変化の階調変化量ｄｆにより、各画素の画素領域を判定し、この判定結果に基づき、水平方向の階調変化における平坦・ノイズ領域幅と傾きを得て階調を変換するとともに、垂直方向階調処理手段１１１においても、同様に、垂直方向の階調変化の階調変化量により、画素領域を判定し、この判定結果に基づき、垂直方向の向の階調変化における平坦・ノイズ領域幅と傾きを得て階調値を変換する。このため、ノイズ成分が含まれる場合においても、二次元方向のそれぞれで階調変化の平坦・ノイズ領域幅を求め、傾き求め、ノイズ成分による誤検出なく得ることができ、緩やかに階調値が変化する画素の領域や階調値の変化がエッジによると判断される場合における適切な補正ビットデータを得て、水平方向のみならず垂直方向における階調変化がより滑らかに変換された１２ビットの画像信号Ｄｃが得られる。また、得られた補正ビットデータを入力画像信号Ｄａの階調値に対し加算又は減算処理して階調数を拡張するため、実時間で処理でき、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることなく、階調変化がより滑らかに変換された１２ビットの画像信号Ｄｃが得られる。
【０３６９】
なお、図３８の階調変換手段５の説明では、入力画像信号Ｄａの階調変化を検出する際の階調変化量は、最下位１ビット分の差、すなわち、画素間の階調値の差分＋１と−１の変化としたが、本発明はこのような形態に限定されず、階調変換手段５内の水平方向階調処理手段１１０及び垂直方向階調処理手段１１１のそれぞれにおいて、予め決められた最大値（正の値）と最小値（負の値）に基づき、階調変化量ｄｆの値を制限して、画像信号の１階調より大きな値の階調差以内で階調値が変化する場合に、階調数を拡張するよう構成してもよい。
【０３７０】
また、画像信号においては水平方向の解像度が高いことが多い。このため、図３８の階調変換手段３においても、水平方向の処理を水平方向階調処理手段１１０により先に行った後、垂直方向の処理を行う構成であるので、階調変化を検出する際の階調変化量の値（制限する範囲）を、水平方向に対する場合と垂直方向に対する場合で異なる値として、例えば、水平方向に対しては２階調の差（画素間の階調値の差分＋２と−２の変化）として、垂直方向に対しては１階調分の差、すなわち、画素間の階調値の差分＋１と−１の変化とし、水平方向で検出する階調差の重み付けを垂直方向に対し大きくし、階調数を拡張してもよい。
【０３７１】
以上に説明したように、実施の形態５の画像処理装置においては、水平方向階調処理手段１１０においては、水平方向の階調変化の階調変化量ｄｆにより、各画素の画素領域を判定し、この判定結果に基づき、水平方向の階調変化における平坦・ノイズ領域幅と傾きを得て階調値を変換するとともに、垂直方向階調処理手段１１１においても、同様に、垂直方向の階調変化の階調変化量により、各画素の画素領域を判定し、この判定結果に基づき、垂直方向の階調変化における平坦・ノイズ領域幅と傾きを得て階調値を変換する。このため、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、二次元方向のそれぞれで階調変化の平坦・ノイズ領域幅と、傾きをノイズ成分による誤検出なく得ることができ、回路規模を大幅に増やすことなく、得られた傾きによる階調値で順次変化する補正値が得られ、二次元方向に、緩やかに階調値が変化する画素領域や階調値の変化がエッジによると判断される場合における適切な補正ビットデータを得て、水平方向のみならず垂直方向における階調変化がより滑らかになるよう画像信号の階調数を拡張できる。また、各方向で得られた補正ビットデータを入力画像信号Ｄａの階調値に対し付加して階調数を拡張するため、階調変換処理を実時間で処理することが可能であり、ノイズ等による微少な変化を残したまま、非常に緩やかな階調変化を、より滑らかに表示できる出力画像信号Ｄｃに変換できる。
【０３７２】
したがって、実施の形態５の画像処理装置又は画像処理方法によれば、入力画像信号Ｄａにノイズ成分が含まれる場合においても、実時間で回路規模を大幅に増やすことなく、緩やかに階調値が変化する画像領域に対し、ノイズ成分による誤検出なく、階調変化をより適切に検出したことによる補正ビットデータＣｄが得られる。このため、補正ビットデータにより画像信号の階調数を拡張し、階調変換された出力画像信号Ｄｂにおいて、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることはなく、二次元方向の量子化ノイズ又は擬似輪郭が低減され、階調変化が滑らかで、高品位な階調数を拡張した画像信号が得られる。
【０３７３】
なお、上記実施の形態５における画像処理装置においても、入力画像信号Ｄａの階調数ｍは８ビットに限るものではなく、例えば、１０ビットの画像信号であってもよく、水平方向階調処理手段１１０、垂直方向階調処理手段１１１において、補正ビットデータにおける付加ビットＥの整数部の位置を、入力画像信号Ｄａの整数部の位置と一致するようにした値を演算するように構成すれば、同様の効果を奏することができる。
【０３７４】
さらに、上記実施の形態５の説明においても、階調変換手段３の構成がハードウェア構成であるように説明しているが、本発明を、プログラム制御におけるソフトウェアの処理により実現するよう構成してもよい。
【０３７５】
なお、実施の形態５において、上記以外の点は、上記実施の形態１〜４のいずれかの場合と同じである。
【０３７６】
《６》実施の形態６．
上記実施の形態１〜５においては、本発明が適用された画像処理装置及び画像処理方法を説明したが、本発明は画像表示装置にも適用できる。図３９は、本発明の実施の形態６による画像表示装置６の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図３９に示されるように、実施の形態６の画像表示装置６は、画像信号の入力端子５０１と、受信処理手段５０２と、階調変換手段５００と、表示手段５０４とを備えている。階調変換手段５００は、例えば、上記実施の形態１〜５の画像処理装置における階調変換手段１〜５によって構成される。階調変換手段５００は、入力画像信号のビット数を拡張し、階調変換処理された多階調の画像信号を表示手段５０４に出力するように構成される。
【０３７７】
入力端子５０１には、ＴＶ放送信号、再生装置によるＤＶＤやＶＴＲなどの再生信号、ＴＶ放送受信装置からの信号などが入力される。入力端子５０１に入力された信号は、受信処理手段５０２へ送られる。
【０３７８】
受信処理手段５０２は、入力端子５０１を通して入力された信号を、後段の階調変換手段５００で処理可能な形式に変換する処理を行う。受信処理手段５０２は、例えば、アナログ信号が入力される場合は、アナログ信号をデジタル信号に変換する処理、及び、同期信号を分離する処理などの入力信号処理を行う。また、受信処理手段５０２は、例えば、ＭＰＥＧデータを受信した場合には、ＭＰＥＧデータをデコードするなどの処理を行う。受信処理手段５０２は、処理された画像信号を階調変換手段５００へ出力する。
【０３７９】
階調変換手段５００は、上記実施の形態１〜５の画像処理装置における階調変換手段１〜５のいずれかと同様の階調変換処理を行い、入力画像信号よりも多階調の画像信号を表示手段５０４へ出力する。
【０３８０】
表示手段５０４は、階調変換手段５００からビット数が拡張された画像信号Ｄｃを受信し、受信した画像信号に基づき、表示可能なビット数で画像を表示する。
【０３８１】
以上に説明したように、実施の形態６の画像表示装置６によれば、階調変換手段５００に上記実施の形態１〜５のいずれかの画像処理装置又は画像処理方法を適用しているので、入力された画像信号のビット数が表示手段５０４で表示可能なビット数よりも少ない場合や、表示手段５０４が備える表示デバイス（例えば、液晶デバイス、プラズマディスプレイなど）が高輝度のデバイスである場合にも、回路規模を大幅に増やすことなく、実時間での処理により、非常に緩やかに階調値が変化する区間においても、ノイズ成分による誤検出なく、階調値の変化をより適切に検出して、画像信号の階調を十分な階調数へ拡張することができる。このため、実施の形態６の画像表示装置６によれば、輝度の高い表示デバイスで画像を表示した際にも、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることなく、量子化ノイズや擬似輪郭が低減され、階調値の変化が滑らかで、高品位な階調数を拡張した画像信号を表示することができる。
【０３８２】
《７》実施の形態７．
上記実施の形態６による画像表示装置６は、１台の階調変換手段５００を備えているが、実施の形態７による画像表示装置７は、複数台の階調変換手段５００，５１０を備えている。図４０は、本発明の実施の形態７による画像表示装置７の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図４０において、図３９の構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。図４０において、実施の形態７の画像表示装置７は、信号処理手段としての階調補正手段５０３と階調変換手段５１０とをさらに備えた点が、上記実施の形態６の画像表示装置６と相違する。階調補正手段５０３は、画像信号のダイナミックレンジの拡大やコントラストの改善などの階調補正を実施する手段である。階調変換手段５１０は、上記実施の形態１〜５の階調変換手段１〜５と同様の階調変換処理を行い、入力する画像信号よりも多階調の画像信号を表示手段５０４へ出力する。階調変換手段５１０は、階調補正手段５０３によって画像信号のダイナミックレンジの拡大やコントラストの改善などの階調補正を実施したときに、この階調補正にともなって増加した画像信号の量子化ノイズ（階調ジャンプ）を低減させるために、階調補正後の画像信号に対して、階調変換処理を施す構成である。
【０３８３】
入力端子５０１より入力された画像信号は、受信処理手段５０２で受信され、所定の形式の画像信号が階調変換手段５００に出力される。階調変換手段５００は、入力画像信号に対してビット数を拡張する階調変換処理を施して、量子化ノイズを低減する。ここまでの実施の形態７の構成及び動作は、上記実施の形態６におけるものと同じである。
【０３８４】
階調補正手段５０３には、入力画像信号よりも多階調の画像信号となった階調変換手段５００からの画像信号が入力される。階調補正手段５０３は、入力された画像信号のダイナミックレンジの拡大やコントラストの改善などの階調補正を行う。階調補正においては、入力画像信号のある区間の階調を所定の倍率で変換するような処理が施される。これにより、表示される画像のダイナミックレンジが拡張され、明暗のはっきりしたコントラストの高い画像が表示されるが、階調補正手段５０３が実施した階調特性の変換により、階調ジャンプが起こりやすくなり、それによる量子化ノイズが増大する。すなわち、例えば、階調値が４倍となるような補正がされると、その出力画像の階調は、４階調おきの値しか存在しなくなり、画像が徐々に明るくなるような領域でも、その階調値の変化が４階調ごとになり、この階調ジャンプが量子化ノイズとして目立つようになる。
【０３８５】
階調補正手段５０３から出力された画像信号は、階調変換手段５１０に入力される。階調変換手段５１０は、階調変換手段５００と同様の処理により、入力画像信号に対し、ビット数を拡張する階調変換処理を行い、画像信号における階調値の変化が滑らかになるよう処理して、得られた画像信号を表示手段５０４へ出力する。
【０３８６】
ここで、階調補正手段５０３において、例えば、４階調の階調ジャンプが発生するような処理が施される場合は、階調変換手段５１０を上記実施の形態１〜５で述べたように、４階調分の差、すなわち、＋４から−４までの範囲の階調値の変化まで検出できるように設定すればよい。このように階調変換手段５１０における検出する階調値の変化の値は、階調補正手段５０３の特性に応じて決定すればよい。この場合の階調変換手段５１０における構成及び動作は、上記実施の形態１〜５の階調変換手段１〜５のいずれかと同様である。
【０３８７】
表示手段５０４は、階調変換手段５１０からの階調値の変化が滑らかになるよう処理してビット数が拡張された画像信号を受信し、受信された画像信号に基づき、表示可能なビット数で画像を表示する。
【０３８８】
以上に説明したように、実施の形態７の画像表示装置７によれば、階調変換手段５００で量子化ノイズを低減した後に階調補正手段５０３でダイナミックレンジの拡張やコントラスト補正処理を施した場合であっても、階調変換手段５１０で検出する階調値の変化の値（最大値、最小値）を階調補正手段５０３の特性に合わせて設定することで、階調ジャンプが発生する階調値を検索することなく階調ジャンプ低減のための階調変換処理が可能になる。このため、実施の形態７の画像表示装置７によれば、表示手段５０４が備える表示デバイス（例えば、液晶デバイス、プラズマディスプレイなど）が高輝度のデバイスである場合にも、回路規模を大幅に増やすことなく、実時間での処理により、非常に緩やかに階調値が変化する区間においても、ノイズ成分による誤検出なく、階調値の変化をより適切に検出して、画像信号の階調を十分な階調数へ拡張することができ、輝度の高い表示デバイスで画像を表示した際にも、画像のディテールが失われたり、鮮鋭度が損なわれたりすることなく、量子化ノイズや擬似輪郭が低減され、階調値の変化が滑らかで、高品位な階調数を拡張した画像信号を表示することができる。
【０３８９】
なお、図４０には、階調変換手段５００の後段に階調補正を行う階調補正手段５０３を配置した場合を示したが、階調補正手段５０３に代えて、階調補正以外の信号処理手段（図示せず）であって、階調ジャンプによる量子化ノイズを増大させてしまう手段を備えた場合にも、階調変換手段５１０によって量子化ノイズを低減することができる。この場合には、階調変換手段５１０において検出する階調値の変化の値（最大値、最小値）は、信号処理手段の量子化ノイズの特性に応じて決定すれば、画像処理で増大した量子化ノイズを低減するよう構成することができる。
【符号の説明】
【０３９０】
１，２，３，４，５  階調変換手段、  ６，７  画像表示装置、  １０  階調変化量検出手段、  １１  階調変化量算出手段、  １２  階調変化量制限手段、  ２０，２０ｂ，７０，７０ｂ  画素領域判定手段、  ２１，２１ｂ  画素変化量抽出手段、  ２２  絶対値レベル比較手段、  ２３，２４，２７，２８  隣接位置極性判定手段、  ２５，２９  合成手段、  ２６  領域信号生成手段、  ３０  平坦・ノイズ領域幅判定手段、  ３１  平坦・ノイズ領域幅カウント手段、  ３２  巡回型フィルタ処理手段、  ３３  係数１乗算手段、  ３４  演算手段、  ３５  係数２乗算手段、  ３６  切換え手段、  ３７  フィルタ出力遅延手段、  ４０，４１  傾き検出手段、  ４０ａ  傾き算出手段、  ４０ｂ  切換え手段、  ４０ｃ  傾き遅延手段、  ４２  終点変化量検出手段、  ４３  傾き演算手段、  ５０，８１，８１ｂ  補正ビット生成手段、  ５１  演算手段、  ５２  減算手段、  ５３  切換え手段、  ５４，８４  補正値遅延手段、  ５５，８５  ビット列変換手段、  ６０  エッジ変化検出手段、  ６１  絶対値演算手段、  ６２  差分低域成分抽出手段、  ６３  絶対値演算手段、  ６４  倍率変換手段、  ６５  最大値選択手段、  ６６  係数変換手段、  ６７  領域信号遅延補償手段、  ７２，７６  平滑化手段、  ７３  極性判定手段、  ７４  比較手段、  ７５  領域信号生成手段、  ８０  平坦・ノイズ領域幅判定手段、  ８２  加算手段、  ８３  切換え手段、  ８６  カウント手段、  ８７  乗算手段、  ９１，９３  遅延補償手段、  ９２，９４  画素値演算手段、  １１０  水平方向階調処理手段、  １１１  垂直方向階調処理手段、  ５００，５１０  階調変換手段、  ５０１  入力端子、  ５０２  受信処理手段、  ５０３  階調補正手段、  ５０４  表示手段、  Ａｒ，Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３，Ａｒ４  領域信号、  ａＣｄ  補正値、  Ｃｄ，Ｃｅ  補正ビットデータ、  Ｃｎｔ  平坦・ノイズ領域幅カウント値、  Ｄａ  入力画像信号（入力画素データ）、  Ｄｂ  出力画像信号（出力画素データ）、  Ｄｃ  出力画像信号（出力画素データ）、  ｄｆ  階調変化量、  ｄｅ  平坦・ノイズ領域幅データ測定値、  ｄｓｔ  平坦・ノイズ領域幅データ予測値、  Ｅ  付加ビットデータ、  Ｋｓｌ，Ｋｓ  傾きデータ値、  Ｌａ（ｘ）  入力画像信号の階調値、  Ｌｂ（ｘ）  出力画像信号の階調値、  ｒｃ  補正制限係数、  ｘ  画素位置、  Ｘｌｍ  振幅制限階調変化量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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