(57)【要約】【課題】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の画像を、階調変化が滑らかに見える高品位画像として表示可能にする。【解決手段】階調変化量ｄｆｘ、振幅制限階調変化量Ｘｌｍ及び階調変化位置信号Ｐｔを求める階調変化検出手段１０と、階調平坦区間の平坦幅の低域周波数成分から平坦幅データ予測値ｄｓｔを生成する平坦幅予測手段２０と、変化量Ｘｌｍ及び平坦幅データ予測値ｄｓｔから傾きデータ値Ｋｓｌを求める傾き検出手段４０と、階調変化量ｄｆｘから補正制限係数ｒｃを設定する補正制限係数設定手段３０と、変化量Ｘｌｍ、傾きデータ値Ｋｓｌ及び補正制限係数ｒｃに基づき補正ビットデータＣｄを生成する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、階調数を拡張し且つ階調値を補正した画像信号Ｄｂを出力する画素値演算手段６２とから構成される。【選択図】図１
2010171571.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と該階調変化量の値が０でない画素位置である階調変化位置とを含む階調変化情報を検出する階調変化検出手段と、
上記階調変化情報から、上記階調変化位置の画素が検出されるごとに、該検出された階調変化位置の画素を基準画素とし、該基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅の予測値である平坦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同じ階調値の画素が連続する階調平坦区間の平坦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幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値を生成する平坦幅予測手段と、
上記階調変化情報と上記平坦幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間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、
上記階調変化量に基づいて上記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補正制限係数設定手段と、
上記階調変化情報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２】
上記階調変化量から、階調値の変化が、隣接する複数の画素ごとに又は所定数の画素を挟んで隣接する複数の画素ごとに発生する連続変化領域であるか否かを判定して連続変化判定結果を出力する連続変化判定手段をさらに備え、
上記補正ビット生成手段は、上記連続変化判定結果に応じて上記補正値として採用する値を切り換えること
を特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
上記補正ビット生成手段は、上記入力画像信号の階調値の小数部に相当する値を含む上記補正値を得て、上記補正値を量子化した値から上記補正ビットデータを生成し、
上記画素値演算手段は、上記入力画像信号の階調値から上記補正ビットデータを減算又は加算することで、上記入力画像信号に対して小数部を含み、上記入力画像信号より階調数が多い上記出力画像信号を生成する
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】
上記階調変化検出手段は、
上記入力画像信号から、画像の水平方向又は垂直方向のいずれか一方の方向の隣接画素間の階調値の差分を算出して、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、上記階調変化量の値を制限した振幅制限階調変化量を生成する階調変化量制限手段と、
上記階調変化量の値の大きさから上記階調変化位置信号を生成する階調変化位置検出手段とを備え、
上記階調変化量と上記振幅制限階調変化量と上記階調変化位置信号とを、上記階調変化情報として出力する
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
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４に記載の画像処理装置。
【請求項６】
上記最大値及び上記最小値は、上記入力画像信号における階調値の変化の最小の差となる値、又は、上記最小の差となる値の整数倍の値であることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
上記平坦幅予測手段は、
上記階調平坦区間の画素数のカウント値を上記平坦幅を示す平坦幅カウント値として出力する平坦幅カウント手段と、
上記基準画素ごとに、上記平坦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から６までのいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
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、上記階調平坦区間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から７までのいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
上記補正制限係数設定手段は、
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１から８までのいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
上記補正制限係数設定手段は、
上記階調変化量の絶対値を求める絶対値演算手段と、
上記階調変化量の低域周波数成分を抽出し、差分低域成分として出力する低域成分抽出手段と、
上記差分低域成分の絶対値を求める絶対値演算手段と、
上記差分低域成分の絶対値に対し、予め設定された値を乗算することによる倍率変換を行い、該倍率変換された倍率変換差分低域成分を出力する倍率変換手段と、
上記階調変化量の絶対値と、上記倍率変換差分低域成分の最大値を求め、最大差分絶対値として出力する最大値選択手段と、
上記最大差分絶対値の値から上記補正制限係数を生成する係数変換手段と
を備えたことを特徴とする請求項９に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
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、
上記階調変化量の値に基づき、階調値が変化する画素では上記演算手段で求められた上記補正値を選択し、階調値が変化する画素以外の画素では、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、
上記階調値が変化する画素の補正値から、上記傾きデータ値ずつ画素毎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１から１０までのいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
上記連続変化判定手段は、上記基準画素と該基準画素の前後に隣接する画素における上記階調変化量の値及び上記階調変化量の符号から、上記連続変化領域であるか否かを判定して、上記連続変化領域に含まれる画素であることを示す信号を上記連続変化判定結果として出力することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
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、
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と該階調変化量の値が０でない画素位置である階調変化位置とを含む階調変化情報を検出する階調変化検出ステップと、
上記階調変化情報から、上記階調変化位置の画素が検出されるごとに、該検出された階調変化位置の画素を基準画素とし、該基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅の予測値である平坦幅データ予測値を生成するステップであって、上記基準画素の直前の同じ階調値の画素が連続する階調平坦区間の平坦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幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値を生成する平坦幅予測ステップと、
上記階調変化情報と上記平坦幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間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、
上記階調変化量に基づいて上記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補正制限係数設定ステップと、
上記階調変化情報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１４】
上記階調変化量から、階調値の変化が隣接する画素ごと又は所定数の画素を挟んで隣接する画素ごとに発生する連続変化領域であるか否かを判定して連続変化判定結果を出力する連続変化判定ステップをさらに備え、
上記補正ビット生成ステップにおいて、上記連続変化判定結果に応じて上記補正値として採用する値を切り換えること
を特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項１５】
上記平坦幅予測ステップは、
上記階調平坦区間の画素数のカウント値を上記平坦幅を示す平坦幅カウント値として出力する平坦幅カウントステップと、
上記基準画素ごとに、上記平坦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幅データ予測値として出力する巡回型フィルタ処理ステップと
を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の画像処理方法。
【請求項１６】
上記傾き検出ステップは、
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ステップと、
上記基準画素ごとに、上記傾き算出ステップ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ステップと
を備え、
上記切換えステップで選択されたデータ値を、上記階調平坦区間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１３から１５までのいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項１７】
上記補正制限係数設定ステップは、
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１３から１６までのいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項１８】
請求項１から１２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１９】
請求項１から１２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１２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、特許第３４５５３９７号公報（特許文献４）は、階調変換画像データに含まれる画像レベルの中で、中間に階調ジャンプが存在する第１と第２の画像レベルを特定する手段と、第１の画像レベルを有する領域と第１の画像レベル未満の画像レベルを有する他の領域との境界を示す第１の輪郭データを求めるとともに、第１の画像レベルを有する領域と第２の画像レベル以上の画像レベルを有する他の領域との境界を示す第２の輪郭データを求める手段と、第１の画像レベルを有する領域の中で第２の画像レベルを有する画像領域に隣接する領域を階調補間の対象領域として検出し、対象領域の輪郭を示す少なくとも１組の輪郭線セットを各タイプの輪郭線の中から抽出する手段と、対象領域内において、１組の輪郭線セットの中の各タイプの輪郭線の間を（Ｎ＋１）個（Ｎは１以上の整数）の区分領域に区分し、（Ｎ＋１）個の区分領域の中で第２の画像レベルの画像領域に近いＮ個の区分領域にＮ個の中間画像レベルを順次割り当てる手段とを備える階調補間装置を提案している。
【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号公報（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】特許第３４５５３９７号公報（請求項１０、図１〜６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来の装置においては、同じ階調値の連続領域と階調値の差が一定の値となる階調変化位置を、検出したい連続領域の画素幅分の画像メモリを設けて検出する構成や、階調ジャンプが発生する階調の組み合わせを予め検索し、画像信号の中から当該階調ジャンプが発生する階調の組み合わせが隣接する領域を特定する構成により、特定された領域の階調変化に対し、画像信号のビット数を増大するよう、補間処理による階調数の拡張処理を行っていた。
【００１３】
また、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）の信号として画像処理装置に入力される。そのため、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。）として知覚されるという問題点があった。
【００１４】
また、上記従来の装置においては、擬似輪郭や階調ジャンプのある特定された領域の階調の変化を検出し、階調数を拡張する補間処理を行う際には、画像メモリを使用するため、より緩やかに階調が変化する画像領域の検出やより広い階調ジャンプの領域の検索を行い、画像信号のビット数を増大し画像信号の量子化ノイズを低減するには、大きなメモリが必要となり、画像処理装置の回路規模が増大し、高価なものとなるという問題点があった。
【００１５】
さらに、テレビなどの場合のように、時間的に連続して送られてくる画像信号は、実時間で画像処理を行うことが必要であるが、大きなメモリを必要とする画像処理を、実時間で行うことは困難であった。
【００１６】
さらにまた、実際の画像処理装置においては、実際には使用できるメモリの大きさや処理時間は限られるので、適切な階調の変化の検出ができず、階調数の拡張を行う階調変換処理を行っても階調変化が滑らかな画像信号として得られず、良好に画像信号の量子化ノイズあるいは擬似輪郭を低減することができず、画質劣化につながるという問題点があった。
【００１７】
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、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、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。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、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、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】
【００１９】
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と該階調変化量の値が０でない画素位置である階調変化位置とを含む階調変化情報を検出する階調変化検出手段と、上記階調変化情報から、上記階調変化位置の画素が検出されるごとに、該検出された階調変化位置の画素を基準画素とし、該基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅の予測値である平坦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同じ階調値の画素が連続する階調平坦区間の平坦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幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値を生成する平坦幅予測手段と、上記階調変化情報と上記平坦幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間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、上記階調変化量に基づいて上記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補正制限係数設定手段と、上記階調変化情報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。
【００２０】
また、本発明の画像処理方法は、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画像処理方法であって、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と該階調変化量の値が０でない画素位置である階調変化位置とを含む階調変化情報を検出する階調変化検出ステップと、上記階調変化情報から、上記階調変化位置の画素が検出されるごとに、該検出された階調変化位置の画素を基準画素とし、該基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅の予測値である平坦幅データ予測値を生成するステップであって、上記基準画素の直前の同じ階調値の画素が連続する階調平坦区間の平坦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幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値を生成する平坦幅予測ステップと、上記階調変化情報と上記平坦幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間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、上記階調変化量に基づいて上記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補正制限係数設定ステップと、上記階調変化情報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ものである。
【００２１】
さらに、本発明の画像表示装置は、上記画像処理装置と、上記画像処理装置から供給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ものである。
【発明の効果】
【００２２】
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、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。
【００２３】
また、本発明の画像表示装置によれば、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、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】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１及び２による画像処理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する場合）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低下する場合）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】図１に示される平坦幅予測手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図５】図１に示される補正制限係数設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】図５に示される係数変換手段の動作の一例を示す図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、図１及び図５に示される補正制限係数設定手段により検出される階調変化の例を示す図である。
【図８】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９】（ａ）及び（ｂ）は、図１及び図８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１０】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１１】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１２】図１に示される階調変換手段の動作を示すフローチャートである。
【図１３】（ａ）〜（ｋ）は、図１に示される階調変換手段の動作の一例（階調値が非常に緩やかに上昇する場合）を説明するための図である。
【図１４】（ａ）〜（ｋ）は、図１に示される階調変換手段の動作の一例（階調値が非常に緩やかに低下する場合）を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態２による画像処理装置の階調変換手段の動作を説明するための図である。
【図１６】（ａ）〜（ｌ）は、実施の形態２による画像処理装置の階調変換手段の動作の一例を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による画像処理装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態３による画像処理装置の連続変化判定手段の動作を説明するための階調値の変化の例を示す図である。
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態３による画像処理装置の連続変化判定手段の動作を説明するための階調値の変化の他の例を示す図である。
【図２０】実施の形態３による画像処理装置の連続変化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２１】実施の形態３による画像処理装置の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２２】実施の形態３による画像処理装置の階調変換手段の動作を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の実施の形態４による画像処理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】図２３に示される垂直方向階調変換手段の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２５】図２３及び図２４に示される垂直方向階調変換手段における画像信号の垂直方向の画素位置の関係を説明するための図である。
【図２６】実施の形態４による画像処理装置の階調変換手段における階調変換の動作の一例を説明するための図である。
【図２７】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態４による画像処理装置の階調変換手段における階調変換の動作の他の例を説明するための図である。
【図２８】本発明の実施の形態５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２９】本発明の実施の形態６による画像表示装置の構成の他の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】
【００２５】
《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と、映像表示用の同期信号ＳＹに同期するタイミング信号Ｓｉｆを出力するタイミング信号生成手段１００とを備えている。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（ｎ＝ｍ＋Ｑ）の出力画像信号Ｄｂを生成する処理である。
【００２６】
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を出力する装置である。実施の形態１の画像処理装置の階調変換手段１は、階調変化検出手段１０と、平坦幅予測手段２０と、傾き検出手段４０と、補正制限係数設定手段３０と、補正ビット生成手段５０と、遅延補償手段６１と、画素値演算手段６２とを有している。階調変化検出手段１０は、入力画像信号Ｄａ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と該階調変化量の値が０でない画素位置である階調変化位置とを含む階調変化情報（ｄｆｘ、Ｘｌｍ，Ｐｔ）を検出する手段である。平坦幅予測手段２０は、階調変化検出手段１０からの階調変化情報から、階調変化位置の画素が検出されるごとに、この検出された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階調平坦区間の平坦幅の予測値である平坦幅データ予測値ｄｓｔを生成する手段であって、上記基準画素の直前の同じ階調値の画素が連続する階調平坦区間の平坦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幅データ予測値とに基づいて、上記基準画素の直後の階調平坦区間の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｄｓｔを生成する手段である。傾き検出手段４０は、階調変化検出手段１０からの階調変化情報と平坦幅予測手段２０からの平坦幅データ予測値ｄｓｔとに基づいて、基準画素の直後の階調平坦区間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。補正制限係数設定手段３０は、階調変化検出手段１０からの階調変化量ｄｆｘ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。補正ビット生成手段５０は、階調変化検出手段１０からの階調変化情報と、傾き検出手段４０からの傾きデータ値Ｋｓｌと、補正制限係数設定手段３０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ａＣｄ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。遅延補償手段６１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６２に出力する手段である。画素値演算手段６２は、入力画像信号Ｄａ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。
【００２７】
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、階調変化量ｄｆｘが大きいとき（階調値の変化が画像のエッジ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）、階調変化量ｄｆｘが小さいとき（階調値の変化が画像の非常に緩やかな階調値の変化であると判定したとき）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。したがって、実施の形態１の画像処理装置を用いることによって、画面に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区間において発生しやすい画像信号の量子化ノイズの影響又は擬似輪郭を低減し、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いても、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。また、実施の形態１の画像処理装置においては、画像のエッジ（輪郭）によって階調値が変化する場合には、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においては、量子化ノイズの影響又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。
【００２８】
《１−２》構成．
《１−２−１》画像処理装置．
階調変換手段１内の階調変化検出手段１０は、入力画像信号Ｄａの一定方向（例えば、水平走査方向又は垂直走査方向）に隣接する画素間の階調値の変化量である階調変化量ｄｆｘを検出し、階調変化量ｄｆｘと、階調変化量ｄｆｘから求められた振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、階調変化量ｄｆｘから求められた階調変化位置信号Ｐｔとを出力する手段である。平坦幅予測手段２０は、入力画像信号Ｄａとして順に入力されるデータに基づいて階調値が変化する画素から、次の階調値が変化する画素の直前画素までの階調値が変化しない期間（階調平坦区間）の画素数（平坦幅）を求め、求められた平坦幅を用いて、階調値が変化する画素位置以降における平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｄｓｔを求める手段である。補正制限係数設定手段３０は、階調変化量ｄｆｘに基づいて、階調数の拡張のために、入力画像信号Ｄａに下位ビットとして付加する階調値である補正値に対応する補正ビットデータＣｄを算出する際に用いられる補正制限係数ｒｃを設定する手段である。傾き検出手段４０は、平坦幅予測手段２０からの平坦幅データ予測値ｄｆｘと階変化量検出手段１０からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍとから、入力画像信号Ｄａの一定方向の振幅制限階調変化量Ｘｌｍを平坦幅データ予測値ｄｆｘで除算した値を傾きデータ値Ｋｓｌ（平坦幅データ予測値ｄｆｘの範囲内で振幅制限階調変化量Ｘｌｍだけ階調値が徐々に緩やかに変化すると仮定した場合における階調値の傾き）を検出する手段である。補正ビット生成手段５０は、入力された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とタイミング信号Ｓｉｆとに基づいて、入力画素信号Ｄａの階調値に下位ビットとして付加される補正ビットデータＣｄを生成する手段である。遅延補償手段６１は、入力画像信号Ｄａの入力時点から補正ビット生成手段５０による補正ビットデータＣｄの生成時点までの時間に対応する所定の時間分だけ入力画像信号を遅延させて、入力画像信号Ｄａと補正ビットデータＣｄとの位相を合わせる手段である。画素値演算手段６２は、入力画像信号Ｄａに補正ビット生成手段５０からの補正ビットデータＣｄを付加することによって、階調数が拡張された出力画像信号Ｄｂを出力する手段である。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。
【００２９】
また、図１に示されるように、階調変化検出手段１０内の階調変化量算出手段１１は、画素間の階調値（画素値）の差分を階調変化量ｄｆｘとして算出する手段である。階調変化量制限手段１２は、階調変化量ｄｆｘが所定の階調値の範囲内になるように階調変化量ｄｆｘの値を制限した信号を振幅制限階調変化量Ｘｌｍとして出力する手段である。階調変化位置検出手段１３は、階調変化量ｄｆｘの値が０でなく、階調変化量ｄｆｘの絶対値が０より大きな値となる階調値の変化がある画素の位置を示す階調変化位置信号Ｐｔを求める手段である。なお、階調変化検出手段１０は図１に示される形態に限定されず、階調変化量に関する情報を出力する機能、階調変化量の振幅を制限する機能、及び階調変化位置情報を出力する機能を有するものであれば、他の形態であってもよい。
【００３０】
また、図１に示されるように、平坦幅予測手段２０は、平坦幅カウント手段２１と、巡回型フィルタ処理手段２２とを備えている。平坦幅カウント手段２１は、階調変化検出手段１０からの階調変化位置信号Ｐｔに基づいて、階調値が変化する画素から次に階調値が変化する画素の直前画素までの階調値の変化がない同一階調値が連続する平坦な期間（すなわち、画面上においては、階調値の変化がない階調平坦区間）に対応する平坦幅の画素数を計数（カウント）し平坦幅カウント値Ｃｎｔを出力する手段である。巡回型フィルタ処理手段２２は、平坦幅カウント手段２１によって計数された平坦幅を示す平坦幅カウント値Ｃｎｔに対し巡回型のフィルタ処理を施し、階調変化位置の画素以降における階調平坦区間の平坦幅を予測した値となる平坦幅データ予測値ｄｓｔを求める手段である。
【００３１】
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を生成して、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ｄｆｘ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。
【００３２】
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。
【００３３】
図１において、タイミング信号生成手段１００は、入力画像信号Ｄａに対する同期信号ＳＹを受信し、同期信号ＳＹに基づくタイミング信号を生成する。階調変換手段１が入力画像信号Ｄａの水平方向に対し画像処理を行う場合には、タイミング信号生成手段１００は、タイミング信号として、例えば、階調変換手段１内の各処理を水平方向の同期信号（水平同期信号）ごとで初期化するための初期化信号Ｓｉｆを生成する。よって、初期化信号Ｓｉｆは、例えば、水平同期信号を基準として、水平方向走査期間の開始タイミングを示すようなパルス信号として生成されればよい。
【００３４】
階調変換手段１には、入力画像信号Ｄａと、タイミング信号生成手段１００からの初期化信号Ｓｉｆが入力される。階調変換手段１は、８ビットの入力画像信号Ｄａに対して、例えば、４ビットの補正ビットデータＣｄを付加することによってビット数を拡張する階調変換を行い、１２ビットの出力画像信号Ｄｂとして出力する。階調変換手段１は、入力画像信号Ｄａの隣接する画素間の階調値の差から階調変化量ｄｆｘを求めるとともに、階調変化位置の画素の直前の画素までの階調平坦区間の平坦幅から、この階調変化位置の画素の直後の画素以降における階調平坦区間の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｄｓｔを求め、この階調変化量ｄｆｘに基づく振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦幅データ予測値ｄｓｔとから傾きデータ値Ｋｓｌを算出し、これを用いて補正ビットデータＣｄを生成する。階調変換手段１は、入力画像信号Ｄａに下位ビットとして補正ビットデータＣｄを付加することで入力画像信号Ｄａのビット数を拡張する。階調変換手段１は、このような処理によって、非常に緩やかに階調値が変化する区間において、微細な階調値の変化を検出して、画像信号の階調を十分な階調数へ拡張し、階調値の変化が滑らかで、高品位な１２ビットの出力画像信号Ｄｂとして出力する。
【００３５】
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する場合）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１〜８の範囲）を示し、図２（ｂ）は、入力画像信号Ｄａの階調変化量ｄｆｘ及び階調変化位置Ｐｔ（８），Ｐｔ（１６），…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１６〜１２８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ｄｆｘ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、水平方向画素位置で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ｄｆｘ、階調値の変化がない階調平坦区間の平坦幅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。
【００３６】
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低下する場合）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１〜８の範囲）を示し、図３（ｂ）は、入力画像信号Ｄａの階調変化量ｄｆｘ及び階調変化位置Ｐｔ（８），Ｐｔ（１６），…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１６〜１２８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ｄｆｘ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。図３（ａ）には、入力画像信号Ｄａの階調値Ｌａ（ｘ）が、水平方向画素位置で８画素ごとに、階調値の最下位１ビット分の１階調ずつ緩やかに減少している場合が示されている。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ｄｆｘ、階調値の変化がない階調平坦区間の平坦幅と画素位置との関係が示されている。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。
【００３７】
図２（ａ）には、入力画像信号Ｄａが、水平方向の画素位置ｘが８から５６までの範囲内において、８画素ごとに１階調、階調値が変化（増加）する場合が示されている。図３（ａ）には、入力画像信号Ｄａが、水平方向の画素位置ｘが１６から５６までの範囲内において、８画素ごとに１階調、階調値が変化（減少）する場合が示されている。実施の形態１においては、階調値の差が２階調以上であれば（例えば、図３（ａ）の画素位置ｘ＝７のときの階調値とｘ＝８のときの階調値の差）、隣接画素間の境界において、信号の階調値は非常に緩やかに変化していない（すなわち、画像のエッジによる階調変化である）と考えられるので、このような境界が輪郭として表示されても問題はない。一方、階調値の差が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値は非常に緩やかに変化しているが、上記境界付近に量子化ノイズ又は擬似輪郭が発生する場合がある。このように、階調値の差が１階調である非常に緩やかに階調値が変化する区間において、表示画像の階調がより一層滑らかに変化するように（例えば、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示すように）するため、実施の形態１の画像処理装置は、入力画像信号Ｄａの階調数を増して出力画像信号Ｄｂとする階調変換を行う。
【００３８】
以下に、階調変換手段１内の構成を、図１、図２（ａ）〜（ｃ）、及び図３（ａ）〜（ｃ）を用いて詳細に説明する。
【００３９】
《１−２−２》階調変化検出手段１０．
階調変化検出手段１０には、入力画像信号Ｄａが入力される。階調変化検出手段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）の差分を算出して階調変化量ｄｆｘとして求め、これを出力する。また、階調変化検出手段１０は、階調変化量ｄｆｘの値を所定の範囲内に制限した振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、階調変化量ｄｆｘの値から階調値が変化した画素か否かに応じた値を持ち、階調値が変化した画素位置の情報を含む階調変化位置信号Ｐｔを出力する。
【００４０】
階調変化検出手段１０に、図２（ａ）又は図３（ａ）に示すような入力画像信号Ｄａが入力されると、階調変化検出手段１０は、水平方向の画素位置ｘとその直前の画素（画素位置ｘ−１）の間の階調値の差分を算出することによって、例えば、図２（ｂ）又は図３（ｂ）に示されるような階調変化量ｄｆｘを得て、この得られた階調変化量ｄｆｘが０でない画素を、階調値が変化する画素の位置として検出する。図２（ｂ）の例においては、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ｄｆｘ＝＋１の階調変化位置が検出され、階調変化位置の間の画素では階調変化量ｄｆｘ＝０が検出される。図３（ｂ）の例においては、画素位置ｘ＝８で階調変化量ｄｆｘ＝＋７の階調変化位置が検出され、画素位置ｘ＝１６から８画素数ごとの画素位置では階調変化量ｄｆｘ＝−１の階調変化位置が検出され、階調変化位置の間の画素では階調変化量ｄｆｘ＝０が検出される。
【００４１】
階調変化検出手段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、階調変化位置検出手段１３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像間の階調値の差である階調変化量ｄｆｘを算出して、算出された階調変化量ｄｆｘを、階調変化量制限手段１２、階調変化位置検出手段１３、及び補正制限係数設定手段３０へ出力する。階調変化量制限手段１２は、階調変化量ｄｆｘ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。階調変化位置検出手段１３は、階調変化量ｄｆｘに基づいて得られた階調変化位置信号Ｐｔを、平坦幅予測手段２０、傾き検出手段４０、及び補正ビット生成手段５０へ出力する。
【００４２】
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ｄｆｘ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、この画素位置における階調値をＬ（ａ）とすると、階調変化量算出手段１１は、注目画素位置ｘの直前の画素（画素位置ｘ−１）を１画素遅延して得た階調値をＬａ（ｘ−１）とするとき、画素位置ｘにおける階調値Ｌ（ａ）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ｄｆｘ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ｄｆｘは、
ｄｆｘ＝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ｄｆｘが０の場合は、階調値の変化がない階調平坦区間の画素であり、階調値が変化した画素では、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（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。
【００４３】
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ｄｆｘが入力されると、階調変化量制限手段１２は、階調変化量ｄｆｘが所定の階調値の範囲内、すなわち、−１から＋１までの範囲内の値（整数）となるように値を制限し、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では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、１階調値の変化を検出するためである。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。
【００４４】
階調変化位置検出手段１３に階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆｘが入力されると、階調変化位置検出手段１３は、階調変化量ｄｆｘの値から、階調値が変化する画素の位置を検出し、この検出結果として２値化した値による階調変化位置信号Ｐｔを出力する。階調変化位置検出手段１３は、例えば、階調変化量ｄｆｘの値から、その絶対値の大きさが０より大きな値、すなわち、１階調以上の差であれば階調値の変化が存在すると判断し、一方、階調変化量ｄｆｘが０の場合には、その画素を階調値が変化せず平坦であると判断する。そして、階調変化位置検出手段１３は、検出結果として、２値化した値を示す階調変化位置信号Ｐｔを出力する。階調変化位置信号Ｐｔの値は、例えば、階調値が変化したと判断された階調変化量ｄｆｘ≠０となる画素位置では値‘１’（Ｐｔ＝１）とし、階調値が変化しない階調変化量ｄｆｘ＝０の画素では値‘０’（Ｐｔ＝０）とする。なお、階調変化位置信号Ｐｔの値は、上記した値に限るものではなく、階調値が変化する画素の位置が示されれば、他の値であってもよい。また、階調変化位置信号Ｐｔの値は、階調変化量ｄｆｘの値そのもの、又は、階調変化量制限手段１２による振幅制限階調変化量Ｘｌｍと同じく、値を所定の範囲に制限したものであってもよく、階調値の変化が存在する画素かを判断できる信号であればよい。
【００４５】
《１−２−３》平坦幅予測手段２０．
平坦幅予測手段２０には、階調変化位置検出手段１３からの階調変化位置信号Ｐｔと、タイミング信号生成手段１００からの初期化信号Ｓｉｆとが入力される。平坦幅予測手段２０は、初期化信号Ｓｉｆにより各処理を水平方向走査期間ごとで初期化しながら、階調変化位置検出手段１３からの階調変化位置信号Ｐｔで示される画素（基準画素）位置を基準とし、基準画素の直前の画素までの階調平坦区間の画素数（平坦幅）を求め、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる階調値が変化する画素（基準画素）位置ごとに、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素の直後の画素以降における階調平坦区間の平坦幅を予測した値となる平坦幅データ予測値ｄｓｔを求める。平坦幅予測手段２０は、得られた平坦幅データ予測値ｄｓｔを、傾き検出手段４０へ出力する。平坦幅データ予測値ｄｓｔは、傾き検出手段４０において、水平方向の階調値の傾き（＝階調値の変化量／水平方向の幅）を計算する際に、水平方向の幅として用いられる。
【００４６】
図４は、平坦幅予測手段２０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。平坦幅予測手段２０は、画面の水平方向において階調値の変化がなく階調値が平坦な期間（階調平坦区間）の画素数を求め、階調値が変化する画素位置ごとで、その位置以降における平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｄｓｔを求める。図４に示されるように、平坦幅予測手段２０は、平坦幅カウント手段２１と、巡回型フィルタ処理手段２２とを備えている。平坦幅カウント手段２１は、例えば、画素カウント手段２３と、１画素分カウント値を遅延する遅延手段２４とから構成される。巡回型フィルタ処理手段２２は、例えば、係数１乗算手段２５と係数２乗算手段２７と、演算手段２６と、切換え手段２８と、フィルタ出力遅延手段２９とから構成される。
【００４７】
平坦幅カウント手段２１には、階調変化検出手段１０内の階調変化位置検出手段１３からの階調変化位置信号Ｐｔと、タイミング信号生成手段１００からの初期化信号Ｓｉｆが入力される。平坦幅カウント手段２１は、初期化信号Ｓｉｆによりカウント値を、例えば、水平方向走査期間ごとで初期化（カウント値を０とする）しながら、階調変化位置検出手段１３からの階調変化位置信号Ｐｔで示される画素（基準画素）位置を基準とし、基準画素の直前の画素までの階調平坦区間の画素数を計数し、この画素数である平坦幅カウント値Ｃｎｔを出力する。
【００４８】
具体的には、まず、平坦幅カウント手段２１内の画素カウント手段２３には、階調変化位置信号Ｐｔと初期化信号Ｓｉｆと、平坦幅カウント手段２１内の遅延手段２４による１画素前の画素における平坦幅カウント値Ｃｎｔとが入力される。画素カウント手段２３は、階調変化位置信号Ｐｔと初期化信号Ｓｉｆを基準として水平方向の画素数をカウントし、階調平坦区間の平坦幅の値に相当する画素カウント値Ｃｎｔ０を求める。すなわち、画素カウント手段２３は、初期化信号Ｓｉｆによりカウント値を水平方向走査期間ごとで初期化する（画素カウント値Ｃｎｔ０＝０とする）とともに、階調変化位置信号ＰｔによりＰｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置では、カウント値を‘０’にリセットする（画素カウント値Ｃｎｔ０＝０）。それ以外の場合は、画素カウント手段２３は、遅延手段２４からの１画素前の画素における平坦幅カウント値Ｃｎｔ、すなわち、直前画素におけるカウント値に１を加え、画素数をカウントする。階調変化位置信号Ｐｔは、階調変化量ｄｆｘに基づく値から得られており、階調値が変化する画素位置を示すので、画素カウント手段２３は、階調変化量ｄｆｘ＝０となる画素の連続数（０となる連続画素数）、すなわち、階調値が変化しなかった階調平坦区間の画素数を取得できる。
【００４９】
そして、平坦幅カウント手段２１内の遅延手段２４は、画素カウント手段２３による平坦幅を示す画素カウント値Ｃｎｔ０を１画素分遅延して出力する。これにより、遅延手段２４からは、注目画素位置の直前画素までの平坦幅の平坦幅カウント値Ｃｎｔが出力され、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で階調値が変化する画素位置では、その直前までの平坦幅（階調変化量ｄｆｘ＝０となる画素の連続幅）が得られる。
【００５０】
例えば、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示す階調変化量ｄｆｘ及び階調変化位置信号Ｐｔが得られている場合には、階調変化量ｄｆｘ≠０の画素位置（画素位置ｘ＝１６，２４，３２，４０，４８，５７）の直前画素までの平坦幅が、平坦幅カウント値Ｃｎｔとして得られる。図２（ｂ）の例では、階調値が変化する画素位置ｘ＝１６では、画素位置ｘ＝９からｘ＝１５までの画素数（Ｃｎｔ＝７）が平坦幅として得られる。
【００５１】
以上より、平坦幅カウント手段２１からは、階調値が変化する画素位置において直前画素までの水平方向の平坦幅が、平坦幅カウント値Ｃｎｔとして得られ、この平坦幅カウント値Ｃｎｔは巡回型フィルタ処理手段２２へ出力される。
【００５２】
次に、平坦幅予測手段２０内の巡回型フィルタ処理手段２２にも、階調変化検出手段１０内の階調変化位置検出手段１３からの階調変化位置信号Ｐｔと、タイミング信号生成手段１００からの初期化信号Ｓｉｆとが入力され、さらに、巡回型フィルタ処理手段２２には、平坦幅カウント手段２１内の遅延手段２４からの平坦幅カウント値Ｃｎｔが入力される。巡回型フィルタ処理手段２２は、初期化信号Ｓｉｆにより出力結果を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、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置における平坦幅カウント値Ｃｎｔに対して、階調変化位置信号Ｐｔ＝１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幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔとして出力する。巡回型フィルタ処理手段２２は、低域通過フィルタ（「ＬＰＦ」とも言う。）であり、入力信号とフィルタ出力遅延手段２９により遅延したフィルタ出力による巡回型フィルタ（「ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ」とも言う。）で構成する。ＩＩＲフィルタは、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（「ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ」とも言う。）の構成と比較し、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。
【００５３】
図４において、巡回型フィルタ処理手段２２における係数１乗算手段２５と係数２乗算手段２７では、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２５におけるフィルタ係数をｋ１、係数２乗算手段２７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、得られる平坦幅が影響される領域の範囲が決まる。
【００５４】
係数１乗算手段２５に平坦幅カウント手段２１内の遅延手段２４からの平坦幅カウント値Ｃｎｔが入力されると、係数１乗算手段２５は、平坦幅カウント値Ｃｎｔに対しフィルタ係数ｋ１を乗算し、乗算結果（Ｃｎｔ）×（ｋ１）を出力する。係数２乗算手段２７には、後述するフィルタ出力遅延手段２９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幅データ予測値ｐｄｓｔ（すなわち、現時点の画素位置より前の階調値が変化した画素におけるフィルタ処理後の結果）が入力される。係数２乗算手段２７は、遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔに対しフィルタ係数ｋ２を乗算し、乗算結果（ｐｄｓｔ）×（ｋ２）を出力する。
【００５５】
巡回型フィルタ処理手段２２内の演算手段２６には、平坦幅カウント値Ｃｎｔに基づいて係数１乗算手段２５が生成する係数乗算結果（Ｃｎｔ）×（ｋ１）と、遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔに基づいて係数２乗算手段２７が生成する係数乗算結果（ｐｄｓｔ）×（ｋ２）とが入力される。演算手段２６は、入力された係数乗算結果（Ｃｎｔ）×（ｋ１）と（ｐｄｓｔ）×（ｋ２）とを加算し、加算結果をフィルタ処理結果ｆｄｓｔとして出力する。遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔは、フィルタ出力遅延手段２９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２５、係数２乗算手段２７、及び演算手段２６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）によって表される演算である。
ｆｄｓｔ
＝  ｋ２×ｐｄｓｔ  ＋  ｋ１×Ｃｎｔ
＝  ｋ２×ｐｄｓｔ  ＋  （１−ｋ２）×Ｃｎｔ      …式（１）
【００５６】
また、上記式（１）による巡回型のフィルタ処理の演算は、低域通過フィルタの処理に相当しており、水平方向に階調値が変化する際の平坦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幅として検出することを避けることができる。
【００５７】
巡回型フィルタ処理手段２２内の切換え手段２８には、階調変化位置信号Ｐｔと、初期化信号Ｓｉｆと、演算手段２６からのフィルタ処理結果ｆｄｓｔと、フィルタ出力遅延手段２９からの遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔとが入力される。切換え手段２８は、初期化信号Ｓｉｆ及び階調変化位置信号Ｐｔに応じて、演算手段２６からのフィルタ処理結果ｆｄｓｔ、フィルタ出力遅延手段２９からの遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔ、及び初期化の値‘０’のいずれかを選択し、この選択された値を、階調値が変化する画素位置以降の階調平坦区間の平坦幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔとして出力する。
【００５８】
すなわち、切換え手段２８は、入力された初期化信号Ｓｉｆが水平方向走査期間の区切りにおいて初期化を示す場合に、初期化の値‘０’を選択し、平坦幅データ予測値ｄｓｔとして値‘０’（すなわち、ｄｓｔ＝０）を出力する。そして、切換え手段２８は、階調変化位置信号Ｐｔにより、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）では、平坦幅カウント値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２６からのフィルタ処理結果ｆｄｓｔを選択し、この選択されたフィルタ処理結果ｆｄｓｔを平坦幅データ予測値ｄｓｔとして出力する。一方、切換え手段２８は、階調平坦区間（Ｐｔ＝０の区間）では、フィルタ出力遅延手段２９からの遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔ（すなわち、現時点の画素位置より前の階調値が変化した画素におけるフィルタ処理結果ｆｄｓｔに相当する）を選択し、この選択された遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔを平坦幅データ予測値ｄｓｔとして出力する。
【００５９】
これにより、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）ごとでの平坦幅カウント値Ｃｎｔに対して巡回型フィルタ処理を施した結果が平坦幅データ予測値ｄｓｔとして得られ、それ以外の階調平坦区間では、その前における階調値が変化した画素の値が保持されて出力される。
【００６０】
切換え手段２８からの平坦幅データ予測値ｄｓｔは、巡回型フィルタ処理手段２２からの出力として傾き検出手段４０へ出力されるとともに、巡回型フィルタ処理手段２２内のフィルタ出力遅延手段２９へ送られる。
【００６１】
フィルタ出力遅延手段２９は、切換え手段２８からの平坦幅データ予測値ｄｓｔを１画素分遅延させて、この１画素分遅延した平坦幅データ予測値ｄｓｔを遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔとして出力する。フィルタ出力遅延手段２９は、切換え手段２８からの出力である平坦幅データ予測値ｄｓｔを１画素分遅延するので、遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔは、直前画素における平坦幅データ予測値ｄｓｔがそのまま出力されたものであり、階調値が変化する画素ごとで、平坦幅カウント値Ｃｎｔに対する巡回型フィルタ処理した結果（平坦幅データ予測値ｄｓｔ）が、次に階調値が変化する画素位置まで保持される。
【００６２】
以上の処理により、巡回型フィルタ処理手段２２からは、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置における平坦幅カウント値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幅データ予測値ｄｓｔが出力される。平坦幅データ予測値ｄｓｔは、階調値が変化する画素位置における平坦幅カウント値Ｃｎｔに対して、フィルタ出力遅延手段２９により遅延したフィルタ処理出力による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幅の値として得られる。したがって、水平方向に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区間の平坦幅が、急峻に変化しないように生成することができる。このことにより、平坦幅データ予測値ｄｓｔは、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置以降における階調値の変化の平坦幅を予測した値として用いることができる。
【００６３】
また、巡回型フィルタ処理手段２２における処理を巡回型とし、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幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔとして得ているので、使用する遅延手段（すなわち、メモリ）は、平坦幅カウント手段２１内における画素カウント値分の大きさの遅延手段２４と、巡回型フィルタ処理手段２２におけるフィルタ出力遅延手段２９における１画素遅延用のメモリでよく、検出する平坦幅分の数のメモリを必要としない。このため、検出する平坦幅に相当する画素範囲にかかわらず１画素遅延用のメモリでよく、非常に緩やかに階調値が変化する区間においても、平坦幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔが得られ、回路規模を大幅に増やすことなく、階調値の変化のない階調平坦区間の幅を得ることができる。例えば、平坦幅カウント手段２１内における画素カウント値Ｃｎｔを１０２３画素（１０ビット）までカウントするとした場合においても、遅延手段２４とフィルタ出力遅延手段２９ともに、１０ビットの１画素遅延のメモリをそれぞれで持つのみで、１０２３画素幅までの平坦幅データ予測値ｄｓｔを得ることが可能になる。
【００６４】
《１−２−４》補正制限係数設定手段３０．
次に、図１を用いて補正制限係数設定手段３０を詳細に説明する。補正制限係数設定手段３０には、階調変化検出手段１０内の階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆｘが入力される。補正制限係数設定手段３０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。
【００６５】
ここで、階調変化検出手段１０からの階調変化量ｄｆｘ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（例えば、画像の輪郭）に隣接する画素では、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、画像のエッジで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、補正制限係数設定手段３０は、階調変化量ｄｆｘ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、画像のエッジで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。
【００６６】
図５は、補正制限係数設定手段３０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図５には、補正制限係数設定手段３０が、例えば、階調変化量ｄｆｘの絶対値の大きさと、階調変化量ｄｆｘ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。補正制限係数設定手段３０は、階調変化量ｄｆｘのみによらず、階調変化量ｄｆｘ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。
【００６７】
図５に示されるように、補正制限係数設定手段３０は、例えば、絶対値演算手段３１と、差分低域成分抽出手段３２と、絶対値演算手段３３と、倍率変換手段３４と、最大値選択手段３５と、係数変換手段３６とから構成される。
【００６８】
補正制限係数設定手段３０内の絶対値演算手段３１に階調変化量ｄｆｘが入力されると、絶対値演算手段３１は階調変化量ｄｆｘ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。
【００６９】
差分低域成分抽出手段３２に階調変化量算出手段１１からの階調変化量ｄｆｘが入力されると、差分低域成分抽出手段３２は、階調変化量ｄｆｘに対し水平方向のＬＰＦ（水平ＬＰＦ）処理を施し、階調変化量ｄｆｘを平滑化することによって、階調変化量ｄｆｘ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３２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３２は、隣接する画素間の階調変化量ｄｆｘの加算による値を用いてもよい。
【００７０】
絶対値演算手段３３に差分低域成分抽出手段３２からの差分低域成分ｄｆｌｐが入力されると、絶対値演算手段３３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。
【００７１】
倍率変換手段３４に絶対値演算手段３３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３４は、絶対値演算手段３３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３５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３２において階調変化量ｄｆｘ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３２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３１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３４は、絶対値演算手段３３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３１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３４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。
【００７２】
最大値選択手段３５に絶対値演算手段３１からの階調変化量絶対値ｄｘｃと倍率変換手段３４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３５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ｄｆｍとして出力する。すなわち、最大差分絶対値ｄｆｍ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３５からの最大差分絶対値ｄｆｍは、係数変換手段３６へ出力される。
【００７３】
係数変換手段３６に最大値選択手段３５からの最大差分絶対値ｄｆｍが入力されると、係数変換手段３６は、最大値選択手段３５からの最大差分絶対値ｄｆｍ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、画像のエッジでは入力画像信号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。
【００７４】
ここで、補正制限係数設定手段３０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では、補正制限係数設定手段３０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。
【００７５】
係数変換手段３６は、最大値選択手段３５からの最大差分絶対値ｄｆｍ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３６は、例えば、最大差分絶対値ｄｆｍを予め決められた所定の値ＴＨと比較し、最大差分絶対値ｄｆｍ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ｄｆｍ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ｄｆｍ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−ｄｆｍ）／ＴＨ                …式（２）
そして、最大差分絶対値ｄｆｍ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。
【００７６】
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。
【００７７】
以上の構成により、最大差分絶対値ｄｆｍ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ｄｆｍ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では補正制限係数ｒｃ＝１となり、最大差分絶対値ｄｆｍ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、画像のエッジで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。
【００７８】
図６は、係数変換手段３６において、最大差分絶対値ｄｆｍ（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６には、係数変換手段３６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ｄｆｍ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ｄｆｍ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では、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ことになる。
【００７９】
図７（ａ）及び（ｂ）は、補正制限係数設定手段３０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７（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７（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ｄｆｘの絶対値、すなわち、最大差分絶対値ｄｆｍ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７（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ｄｆｘ＝３となり、図５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ｄｆｍ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７（ａ）及び（ｂ）の画素位置ｘ０以降の画素では補正制限係数ｒｃの値より、補正値が制限される。
【００８０】
なお、係数変換手段３６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ｄｆｍ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６に示すような変換により、補正制限係数ｒｃを設定してもよい。また、最大差分絶対値ｄｆｍ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。
【００８１】
以上に述べたように、図５の補正制限係数設定手段３０は、階調変化量ｄｆｘ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。
【００８２】
《１−２−５》傾き検出手段４０．
傾き検出手段４０には、階調変化検出手段１０内の階調変化位置検出手段１３からの階調変化位置信号Ｐｔ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、平坦幅予測手段２０内の巡回型フィルタ処理手段２２からの平坦幅データ予測値ｄｓｔとが入力される。傾き検出手段４０は、階調変化位置信号Ｐｔ＝１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ｄｆｘ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。
【００８３】
図８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８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４１と、切換え手段４２と、傾き遅延手段４３とから構成される。
【００８４】
図８において、傾き算出手段４１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、平坦幅予測手段２０からの平坦幅データ予測値ｄｓｔとが入力される。傾き算出手段４１は、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦幅データ予測値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）
【００８５】
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幅が７画素であるとする平坦幅データ予測値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。
【００８６】
切換え手段４２には、階調変化検出手段１０内の階調変化位置検出手段１３からの階調変化位置信号Ｐｔと、傾き算出手段４１で算出した傾きｄｉｖｋと、傾き遅延手段４３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４２は、階調変化位置信号Ｐｔに応じて、傾き算出手段４１で算出した傾きｄｉｖｋと傾き遅延手段４３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。
【００８７】
すなわち、切換え手段４２は、階調変化位置信号Ｐｔにより、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）では、傾き算出手段４１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４２は、階調値が変化しない階調平坦区間（Ｐｔ＝０）では、傾き遅延手段４３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階調値が変化した画素における傾き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４３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４２へ戻される。
【００８８】
傾き遅延手段４３は、切換え手段４２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４３は切換え手段４２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、階調値が変化する画素位置ごとで算出した傾きｄｉｖｋの値が、次に階調値が変化する画素位置まで保持される。
【００８９】
よって、切換え手段４２と傾き遅延手段４３により、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）ごとで、傾き算出手段４１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、階調平坦区間では、その前における階調値が変化した画素の値が保持されて出力される。
【００９０】
図９（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、同図（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、同図（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９（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９（ａ）及び（ｂ）に示すように、階調値が変化する画素位置ｘ０で得られている平坦幅データ予測値ｄｓｔと振幅制限階調変化量Ｘｌｍから、図９（ａ）及び（ｂ）に傾斜する破線で示すような傾きとして、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置ｘ０以降の傾きデータ値Ｋｓｌが得られる。
【００９１】
以上より、傾き検出手段４０からは、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置における階調値の傾きが、傾きデータ値Ｋｓｌとして出力され、階調平坦区間では、その前における階調値が変化した画素の値が保持される。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は、−１から＋１までの範囲内の値となる。
【００９２】
《１−２−６》補正ビット生成手段５０．
次に、補正ビット生成手段５０を詳細に説明する。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、タイミング信号生成手段１００からの初期化信号Ｓｉｆと、階調変化検出手段１０の階調変化位置検出手段１３からの階調変化位置信号Ｐｔと、階調変化検出手段１０の変化量制限手段１２からの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、補正制限係数設定手段３０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、初期化信号Ｓｉｆにより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、階調変化位置信号Ｐｔ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６２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）（図２（ａ）参照）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。
【００９３】
図１０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。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。
【００９４】
図１０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、補正制限係数設定手段３０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、階調値が変化する画素位置（階調変化量が０でない、Ｐｔ＝１の画素）における補正値ｍＣｄは、後述の切換え手段５３で用いられる。図５の補正制限係数設定手段３０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。
【００９５】
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ｄｆｘ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ｄｆｘ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）では補正値ｍＣｄ＝０となり、それ以外の画素では、−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。
【００９６】
なお、補正制限係数設定手段３０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る手段であればよい。
【００９７】
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、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）以降の階調平坦区間における補正値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。
【００９８】
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）、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を減算する（ｐＣｄ−ｄＫ）。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のときは絶対値｜ｄＫ｜を減算し、ｄＫ＜０のときは絶対値｜ｄＫ｜を加算する。）、減算後の値の符号が反転した場合（＋が−に、又は、−が＋に変化した場合）と遅延補正値ｐＣｄが‘０’での減算処理の場合は、補正値ｓＣｄは‘０’（ｓＣｄ＝０）として出力する。これにより、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）以降の階調平坦区間における補正値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は−１から＋１までの範囲内の値であるので、補正値ｓＣｄ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。
【００９９】
切換え手段５３には、初期化信号Ｓｉｆと、階調変化位置信号Ｐｔ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、初期化信号Ｓｉｆと階調変化位置信号Ｐｔとに基づいて、演算手段５１からの補正値ｍＣｄ、減算手段５２による補正値ｓＣｄ、及び初期化の値‘０’のいずれかを選択して、入力画像信号Ｄａに付加すべき階調値である補正値ａＣｄとして出力する。
【０１００】
詳細に言えば、切換え手段５３は、入力される初期化信号Ｓｉｆが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、補正値ａＣｄ＝０として出力する。また、切換え手段５３は、階調変化位置信号Ｐｔが階調値が変化する画素位置を示す値（Ｐｔ＝１）である場合は、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として出力する。一方、切換え手段５３は、階調変化位置信号Ｐｔが階調値が変化しない階調平坦区間位置を示す値（Ｐｔ＝０）である場合は、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、切換え手段５３から出力された補正値ａＣｄは、ビット列変換手段５５と補正値遅延手段５４とに送られる。補正値遅延手段５４は、入力された補正値ａＣｄを１画素分遅延させて遅延補正値ｐＣｄとして減算手段５２に戻す。
【０１０１】
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としているので、遅延補正値ｐＣｄは、直前画素における補正値が出力される。
【０１０２】
以上に説明した演算手段５１、減算手段５２、補正値遅延手段５４、及び切換え手段５３によって、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）において、入力画像信号Ｄａに付加される補正値ａＣｄは、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃによって得られる補正値ｍＣｄとなる。このとき、
ｍＣｄ＝（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）
である。
【０１０３】
また、階調値が変化しない階調平坦区間（Ｐｔ＝０）において、入力画像信号Ｄａに付加される補正値ａＣｄは、減算手段５２から出力される補正値ｓＣｄとなる。このとき、補正値ｓＣｄは、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）から順に、直前画素における値から階調変化量ｄＫ＝Ｋｓｌを減算した値であり、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ことになる（図２（ｃ）、図３（ｃ）参照）。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５３から得られる補正値ａＣｄも、１以下の小数となる精度を持った階調値となる。
【０１０４】
例えば、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１の画素位置）を開始点として、それ以降の階調平坦区間を順にカウントした値をカウント値Ｎとすると、階調変化位置信号Ｐｔ＝１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位置における補正値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ａＣｄは、次式
ａＣｄ＝ｍＣｄ−Ｎ×Ｋｓｌ
で求めることができる。すなわち、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が、補正値ａＣｄとなる。
【０１０５】
また、階調値が変化する画素位置における補正値ｍＣｄは、次式
ｍＣｄ＝（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）
から算出するので、＋１と−１の差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、階調値が変化する画素位置から順に、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、階調値の変化が画像の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、実施の形態１によれば、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。
【０１０６】
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、画素値演算手段６２へ出力する。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の階調のビット列に対し、小数部を示すことになる。
【０１０７】
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。ただし、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る。このように、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、ビット列変換手段５５は、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。
【０１０８】
なお、図１０の補正ビット生成手段５０にビット列変換手段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とすることもできる。また、ソフトウェアの場合のように、補正値をビット列として扱う必要がない場合もある。したがって、ビット列変換手段５５は省略することができる。
【０１０９】
《１−２−７》遅延補償手段６１．
遅延補償手段６１に入力画像信号Ｄａが入力されると、遅延補償手段６１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。
【０１１０】
《１−２−８》画素値演算手段６２．
画素値演算手段６２には、遅延補償手段６１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６２では、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。
【０１１１】
なお、画素値演算手段６２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６２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。
【０１１２】
上記でも述べたように、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６２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たこととなり、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で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。
【０１１３】
図１１は、入力画像信号Ｄａ（又は遅延補償手段６１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６２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。
【０１１４】
図１１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６２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６２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を生成する。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が追加されているので、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１１においては１６倍）なり、量子化ノイズ又は擬似輪郭がより低減され、精度のよい階調を表現できるようになる。
【０１１５】
《１−３》動作．
階調変換手段１においては、階調変化量ｄｆｘに基づく階調変化情報を用いて、階調変化位置の画素の直前の画素までの階調平坦区間の平坦幅に対し巡回型フィルタ処理を施し、階調変化位置の画素の直後の画素以降の階調平坦区間の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｄｓｔを求め、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦幅データ予測値ｄｓｔから、階調値の傾きを示す傾きデータ値Ｋｓｌを得ている。そして、階調変換手段１においては、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと傾きデータ値Ｋｓｌ、及び補正制限係数ｒｃから補正ビットデータＣｄを生成し、入力画像信号Ｄａに補正ビットデータＣｄを付加して、画像信号のビット数を拡張し且つ階調値を補正しているので、階調値が変化するときに、階調平坦区間の平坦幅分の画像信号をメモリなどに保持しておく必要がない。このため、実施の形態１によれば、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素の領域や、階調値の変化が画像の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Ｃｄを得て、階調値の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が得られる。
【０１１６】
次に、実施の形態１による画像処理装置の動作をより具体的に説明する。
【０１１７】
図１２は、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を含む出力画像信号Ｄｂとして出力する階調変換手段１の動作を説明するフローチャートである。なお、階調変換手段１内の処理では、タイミング信号生成手段１００からの初期化信号Ｓｉｆにより水平方向同期信号ごとで初期化するが、図１２においては、初期化に関す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している。
【０１１８】
図１３（ａ）〜（ｋ）は、図２（ａ）〜（ｃ）に示す入力画像信号Ｄａの階調値が１階調ずつ緩やかに増加している場合の信号の一部について、階調変換手段１における動作を説明するための図であり、図１３（ａ）は入力画像信号Ｄａの水平方向の画素位置ｘ、図１３（ｂ）は入力画像信号Ｄａ、図１３（ｃ）〜（ｅ）は階調変化検出手段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ｄｆｘと、階調変化量ｄｆｘの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと階調変化位置信号Ｐｔ、図１３（ｆ）は平坦幅予測手段２０内の平坦幅カウント手段２１からの出力である平坦幅カウント値Ｃｎｔ、図１３（ｇ）は平坦幅予測手段２０内の巡回型フィルタ処理手段２２から出力される平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｄｓｔ、図１３（ｈ）は傾き検出手段４０から出力される傾きデータ値Ｋｓｌ、図１３（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、図１３（ｊ）は画素値演算手段６２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、図１３（ｋ）は画素値演算手段６２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１３（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１３（ａ）〜（ｋ）においては、画素位置ｘ＝８から順に、階調値Ｌａ（ｘ）＝２の画素が８画素、階調値Ｌａ（ｘ）＝３の画素が８画素、階調値Ｌａ（ｘ）＝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ビットの画像信号に対し、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となる。
【０１１９】
また、図１４（ａ）〜（ｋ）は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す入力画像信号Ｄａの階調値が１階調ずつ緩やかに減少している部分の信号の一部について、階調変換手段１における動作を説明するための図であり、図１４（ａ）〜（ｋ）における信号は、上記図１３（ａ）〜（ｋ）と同様の信号を示している。図１４（ａ）〜（ｋ）においては、画素位置ｘ＝８では階調値Ｌａ（ｘ）＝１から階調値Ｌａ（ｘ）＝８の変化となっており、それ以降の画素位置ｘでは順に階調値Ｌａ（ｘ）＝８の画素が８画素、階調値Ｌａ（ｘ）＝７の画素が８画素、階調値Ｌａ（ｘ）＝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における階調値の差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となる。
【０１２０】
以下、階調変換手段１の動作を図１２、図１３（ａ）〜（ｋ）及び図１４（ａ）〜（ｋ）を用いて説明する。階調変換手段１へ図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）に示すようなｍビットの入力画像信号Ｄａ（階調値Ｌａ（ｘ））が入力される（図１２のステップＳ１０１）と、入力画像信号Ｄａは、階調変化検出手段１０へ入力され、階調変化検出手段１０内の階調変化量算出手段１１で、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ｘ−１との差分）が算出され、階調変化量ｄｆｘを、次式
ｄｆｘ＝Ｌａ（ｘ）−Ｌａ（ｘ−１）
として求める（ステップＳ１０２）。例えば、図１３（ｃ）では、画素位置ｘ＝８においてｄｆｘ＝Ｌａ（８）−Ｌａ（７）を算出し、ｄｆｘ＝＋１となる。同様に、画素位置ｘ＝１６，２４，３２においてもｄｆｘ＝＋１となる。また、図１４（ｃ）では、画素位置ｘ＝８においてｄｆｘ＝Ｌａ（８）−Ｌａ（７）を算出し、ｄｆｘ＝＋７となり、画素位置ｘ＝１６，２４，３２では、ｄｆｘ＝−１となる。
【０１２１】
図１２において、階調変化量算出手段１１で得られた階調変化量ｄｆｘは、補正制限係数設定手段３０へ出力される（ステップＳ１０４）とともに、階調変化検出手段１０内の階調変化量制限手段１２及び階調変化位置検出手段１３に出力される。階調変化量制限手段１２及び階調変化位置検出手段１３は、階調変化量ｄｆｘの値を所定の範囲内に制限した振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、階調変化量ｄｆｘの値から階調値が変化した画素かを検出した結果である階調変化位置信号Ｐｔを求める（ステップＳ１０３）。
【０１２２】
振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調変化量ｄｆｘが所定の階調値の範囲、すなわち、−１から＋１（図１２中、ＴＨ＝１で示す）までの範囲内となるように値が制限されており、入力画像信号Ｄａの１階調の変化を検出するため、制限の範囲を−１から＋１までとしている。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。図１３（ｄ）及び図１４（ｄ）は、振幅制限階調変化量Ｘｌｍを示し、階調値が変化する位置では振幅制限階調変化量Ｘｌｍが＋１又は−１に値を制限され、階調値が変化しない階調平坦区間では、振幅制限階調変化量Ｘｌｍ＝０となる。
【０１２３】
階調変化位置信号Ｐｔは、階調変化量ｄｆｘの値から階調値が変化する画素の位置を検出した結果として得られる。階調変化量ｄｆｘの絶対値が０より大きく、１階調以上の差があれば階調値の変化が存在すると判断されたときには、階調変化位置信号Ｐｔ＝１とし、階調変化量ｄｆｘ＝０で階調値が変化せず平坦であると判断されたときには、階調変化位置信号Ｐｔ＝０とする。図１３（ｅ）では、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２において、図１４（ｅ）では、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２において、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる。なお、階調変化位置信号Ｐｔは、所定の階調値の差があり、階調値が変化する画素の位置が示されればよいので、階調変化量ｄｆｘの値そのものや、上記の振幅制限階調変化量Ｘｌｍの値とすることも可能である。以上のように、階調変化検出手段１０は、入力画像信号Ｄａにおける水平方向における階調変化量と階調値が変化する画素の位置を検出し、階調変化量ｄｆｘと、階調変化量ｄｆｘによる振幅制限階調変化量Ｘｌｍと階調変化位置信号Ｐｔを得る。
【０１２４】
次に、平坦幅予測手段２０内の平坦幅カウント手段２１において、初期化信号Ｓｉｆによりカウント値を水平方向走査期間ごとで初期化し（カウント値を０とし）、階調変化位置信号Ｐｔで示される画素位置を基準として、直前画素までの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を求め、平坦幅カウント値Ｃｎｔとする（ステップＳ１０５，Ｓ１０６）。具体的には、まず、初期化信号Ｓｉｆにより水平方向走査期間ごとで初期化するとともに、階調変化位置信号Ｐｔを基準として水平方向の画素数をカウントし、階調値の変化がない階調平坦区間の平坦幅、画素カウント値Ｃｎｔ０を求める（ステップＳ１０５）。そして、画素カウント値Ｃｎｔ０を１画素分遅延し、注目画素位置の直前画素までの平坦幅となる平坦幅カウント値Ｃｎｔを得る（ステップＳ１０６）。
【０１２５】
図１３（ｆ）において、画素カウント値Ｃｎｔ０が、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２で、‘０’にリセットされるので、その次の画素位置（ｘ＋１）で、平坦幅カウント値Ｃｎｔが‘０’となる。階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘでは、直前画素ｘ−１までにカウントされた画素数である平坦幅、すなわち、階調変化量ｄｆｘ＝０となる画素の連続数を示す平坦幅カウント値Ｃｎｔが得られる。図１４（ｆ）においても同様である。
【０１２６】
次に、図１２において、平坦幅予測手段２０内の巡回型フィルタ処理手段２２で平坦幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔを求め、傾き検出手段４０で水平方向の階調値の傾きを検出した傾きデータ値Ｋｓｌを求める動作は、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置において行われる。
【０１２７】
巡回型フィルタ処理手段２２は、初期化信号Ｓｉｆにより出力結果を水平方向走査期間ごとで初期化するとともに、平坦幅カウント値Ｃｎｔに対して、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置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幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔとする（ステップＳ１０７，Ｓ１１０）。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、遅延平坦幅データ予測値ｐｄｓｔと、平坦幅カウント値Ｃｎｔに対し、図１２では、例えば、（ｐｄｓｔ＋Ｃｎｔ）／２（上述式（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、階調変化位置信号Ｐｔ＝１以外の階調平坦区間（Ｐｔ＝０）では、その前で階調値が変化した画素の値が保持されて出力される（ステップＳ１２０）。
【０１２８】
平坦幅データ予測値ｄｓｔは、水平方向に階調値が変化する際の平坦幅の低域周波数成分であり、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に検出される平坦幅の値を、急峻な変化なく得ることができる。このことにより、平坦幅データ予測値ｄｓｔは、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される階調値が変化する画素位置以降における階調値の変化の平坦幅を予測した値として用いることができる。また、巡回型フィルタ処理により平坦幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔとして得ているので、使用するメモリは、検出する平坦幅に相当する画素範囲に無関係であり、一定とすることができ、非常に緩やかに階調値が変化する区間においても、平坦幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔが得られ、回路規模を大幅に増やすことなく、階調値の変化における階調平坦区間の幅を得ることができる。
【０１２９】
図１３（ｇ）及び図１４（ｇ）では、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２で１画素前のｘ−１における平坦幅データ予測値ｐｄｓｔと、平坦幅カウント値Ｃｎｔ（図１３（ｆ）及び図１４（ｆ））に対し、（ｐｄｓｔ＋Ｃｎｔ）／２による巡回型フィルタ処理を施す。階調平坦区間（Ｐｔ＝０）では、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２における値が保持されている。
【０１３０】
傾き検出手段４０は、階調変化位置信号Ｐｔ＝１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を求める（図１２ステップＳ１０７，Ｓ１１１）。すなわち、傾きデータ値Ｋｓｌは、階調変化位置信号Ｐｔ＝１ごとで、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦幅データ予測値ｄｓｔの値から、傾きデータ値Ｋｓｌ＝Ｘｌｍ／ｄｓｔとして算出する（ステップＳ１１１）。階調変化位置信号Ｐｔ＝１以外の階調平坦区間（Ｐｔ＝０）では、その前における階調値が変化した画素の値が保持される（ステップＳ１２０）。
【０１３１】
振幅制限階調変化量Ｘｌｍは階調変化量ｄｆｘ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にて）ので、検出される階調値の傾きデータ値Ｋｓｌも−１から＋１までの範囲内の値となる。
【０１３２】
図１３（ｈ）によれば、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝８では、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１４（ｈ）によれば、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝８では、傾きデータ値Ｋｓｌ＝＋１／４となり、画素位置ｘ＝１６では、傾きデータ値Ｋｓｌ＝−１／６、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。図１３（ｈ）又は図１４（ｈ）のいずれにおいても、階調平坦区間（Ｐｔ＝０）では、画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２における値が保持されている。
【０１３３】
補正制限係数設定手段３０は、階調変化量ｄｆｘの絶対値の大きさから補正制限係数ｒｃを設定する（図１２ステップＳ１０４）。この補正制限係数ｒｃは、画像のエッジにおいては、画像信号に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までの範囲内の値として設定する。
【０１３４】
ここで、階調変化量ｄｆｘは、隣接する画素間の階調値の差分から得ているので、画像のエッジ近傍の画素では、画像のエッジ成分による階調の差も含む。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、画像のエッジで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ｄｆｘ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、補正制限係数ｒｃを設定する。
【０１３５】
一例として、階調値が変化する際の階調変化量ｄｆｘの絶対値と階調変化量ｄｆｘの低域周波数成分の大きさから最大差分絶対値ｄｆｍを求め、図６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では、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ことになる。階調変化量ｄｆｘのみによらず、階調変化量ｄｆｘ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。
【０１３６】
図１３（ａ）〜（ｋ）においては、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２のいずれの位置でも階調変化量ｄｆｘ（同図（ａ））はｄｆｘ＝＋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１４（ａ）〜（ｋ）の場合は、画素位置ｘ＝８における階調変化量ｄｆｘ（同図（ａ））はｄｆｘ＝＋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ｘ＝１６，２４，３２の位置では、階調変化量ｄｆｘ＝＋１であるので、補正制限係数ｒｃはｒｃ＝１となる。
【０１３７】
次に、補正ビット生成手段５０は、初期化信号Ｓｉｆにより水平方向走査期間ごとで初期化するとともに、階調変化位置信号Ｐｔに従い、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調変化量ｄＫと振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃから補正ビットデータＣｄを生成する（図１２ステップＳ１１２〜Ｓ１１４，Ｓ１２１〜Ｓ１２２、及びＳ１３０，Ｓ１３１）。
【０１３８】
詳細に説明すると、補正ビット生成手段５０は、初期化信号Ｓｉｆが示す水平方向走査期間の区切りにおいて、入力画像信号Ｄａに付加すべき階調値である補正値ａＣｄを初期化するとともに、階調変化量ｄｆｘから得た階調変化位置信号Ｐｔ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Ｓ１１２）。
【０１３９】
階調値が変化する階調変化位置信号Ｐｔ＝１の場合（ステップＳ１１２）は、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃを乗算し、乗算結果である補正値ｍＣｄ＝（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）を算出する（ステップＳ１１３）。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Ｓ１１４）。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ｄｆｘ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ｄｆｘ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）では補正値ｍＣｄ＝０となり、それ以外の画素では、−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。
【０１４０】
一方、階調変化位置信号Ｐｔ＝０である階調平坦区間では（ステップＳ１１２）、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、階調平坦区間における補正値ｓＣｄを得る（ステップＳ１２１）。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‘０’での減算処理の場合は、補正値ｓＣｄは‘０’（ｓＣｄ＝０）として出力するものとする。そして、この補正値ｓＣｄを補正値ａＣｄと決定する（ステップＳ１２２）。これにより、階調平坦区間における補正値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までの範囲内の絶対値が１以下となる小数として表現される。
【０１４１】
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Ｓ１３０）。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送られる（ステップＳ１３１）。
【０１４２】
以上の動作から、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、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）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、階調値が変化しない階調平坦区間（Ｐｔ＝０）では、階調値が変化する画素位置における値から順に、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値の差で順次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。
【０１４３】
また、補正制限係数ｒｃを用いて補正値ｍＣｄ＝（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）を得ているので、緩やかに階調値が変化する画素の領域においては、階調値が変化する画素位置から順に、階調変化量ｄＫの階調値の差の変化を持つ補正値ａＣｄとなるが、一方で、階調値の変化が画像の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。
【０１４４】
図１３（ｉ）によれば、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝８では、補正値ａＣｄ＝＋１であり、それ以降の階調平坦区間では、画素位置ｘ＝８における補正値ａＣｄ＝＋１から画素の順に、３／４，２／４，１／４，０というように、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値の差−１／４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＝２４では、補正値ａＣｄ＝＋１であり、それ以降の階調変化位置信号Ｐｔ＝０の画素では、画素位置ｘ＝２４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による階調値の差−１／７の変化を持った補正値ａＣｄとして得られる。
【０１４５】
また、図１４（ｉ）によれば、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝１６では、補正値ａＣｄ＝−１であり、それ以降の階調平坦区間では、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による階調値の差＋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＝２４では、補正値ａＣｄ＝−１であり、それ以降の階調変化位置信号Ｐｔ＝０の画素では、画素位置ｘ＝２４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による階調値の差＋１／７の変化を持った補正値ａＣｄとして得られる。なお、画素位置ｘ＝８では、階調変化量ｄｆｘ＝＋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、それ以降の階調平坦区間でも、補正値ａＣｄ（すなわち、補正ビットデータＣｄ）は０となる。
【０１４６】
画素値演算手段６２は、補正ビット生成手段５０からの補正ビットデータ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（図１２のステップＳ１３２）。すなわち、画素値演算手段６２は、画像信号Ｄｄに対する補正ビットデータＣｄの演算処理として、画像信号Ｄｄの階調値Ｌａ（ｘ）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１１参照）。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‘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。
【０１４７】
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、画素値演算手段６２におい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高い画像信号となる。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たこととなり、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では階調が付加されず、出力画像信号Ｄｂの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。
【０１４８】
図１３（ｊ）及び図１４（ｊ）では、補正ビットデータＣｄを画像信号Ｄｄ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、図１３（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（ｘ）は、画像信号Ｄｄの階調値Ｌａ（ｘ）から補正ビットデータＣｄを減算することで、階調変化位置信号Ｐｔ＝１の画素位置ｘ＝８では階調値Ｌｂ（ｘ）＝４／４で、それ以降の階調平坦区間では、画素位置ｘ＝８における階調値から画素位置の順に、５／４，６／４，７／４，…というように、１／４ごとで増加する変化を持った階調値として得られる。同様に、画素位置ｘ＝２４では、出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ（ｘ）＝２１／７で、それ以降の階調平坦区間では、画素位置ｘ＝２４における階調値から画素位置の順に、２２／７，２３／７，２４／７，…というように、１／７ごとで増加する変化を持った階調値として得られる。
【０１４９】
また、図１４（ｊ）によれば、出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ（ｘ）は、階調変化位置信号Ｐｔ＝１の画素位置ｘ＝１６における階調値Ｌｂ（ｘ）＝４８／６で、それ以降の階調平坦区間では、画素位置ｘ＝１６における階調値から画素位置の順に、４７／６，４６／６，４５／６，…というように、１／６ごとで減少する変化を持った階調値として得られる。同様に、画素位置ｘ＝２４では、出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ（ｘ）＝４９／７で、それ以降の階調平坦区間では、画素位置ｘ＝２４における階調値から画素位置の順に、４８／７，４７／７，４６／７，…というように、１／７ごとで減少する変化を持った階調値として得られる。なお、図１４（ｊ）の画素位置ｘ＝８では、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とそれ以降の階調平坦区間（ｘ＝１５までの画素）でも、階調値の変化はない。
【０１５０】
図１３（ｋ）及び図１４（ｋ）では、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、図１３（ｋ）によれば、出力画像信号Ｄｂは、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝８，１６，２４，３２から画素位置の順に、傾きデータ値Ｋｓｌに相当する値ごとで増加する変化を持った階調値として得られ、結果として階調値の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が得られる。さらに、図１４（ｋ）においても、出力画像信号Ｄｂは、階調変化位置信号Ｐｔ＝１となる画素位置ｘ＝１６，２４，３２から画素位置の順に、傾きデータ値Ｋｓｌに相当する値ごとで減少する変化を持った階調値として得られ、結果として階調値の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が得られる。
【０１５１】
なお、図１、図１１、図１３（ａ）〜（ｋ）、及び図１４（ａ）〜（ｋ）においては、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、本発明はこのよう態様に限定されず、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）を表現してもよい。この場合には、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１３（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１３（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。
【０１５２】
言い換えれば、補正値ａＣｄは、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦幅データ予測値ｄｓｔから求められた傾きデータ値Ｋｓｌにより得られるので、平坦幅予測手段２０が求める平坦幅データ予測値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することによって、補正値ａＣｄの変化をより細かくすることができる。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、より階調の分解能（精度）の高い画像を得ることができる。
【０１５３】
このとき、平坦幅データ予測値ｄｓｔは、階調値が変化する画素位置以降における平坦幅を予測した値として得ており、補正値ａＣｄは、階調値が変化する画素から順次、直前画素における補正値ａＣｄと傾きデータ値Ｋｓｌによる階調変化量ｄＫとの減算（ｐＣｄ−ｄＫ）で得ているので、非常に緩やかに階調値が変化する区間においても、階調値の変化する際の平坦幅分の画像信号、補正値を保持する必要がない。したがって、平坦幅データ予測値ｄｓｔを得るための平坦幅予測手段２０を構成するビット数と、傾きデータ値Ｋｓｌを表すビット数を１増やすごとに２倍の精度で補正値ａＣｄを表現することができる。このため、例えば、１０２３画素幅までの平坦幅データ予測値ｄｓｔを１０ビットで構成し、傾きデータ値Ｋｓｌを１０ビットで得て、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥを１０ビットとすることで、８ビットの入力画像信号Ｄａ（２５６階調の画像）から１８ビット（２６２１４４階調の画像）のデータへ変換する場合であっても、平坦幅予測手段２０を構成するビット数と傾きデータ値Ｋｓｌ、補正ビットデータＣｄを表すビット数を増やすのみで、増加したビット数分に相当する画素数分の遅延手段、すなわち、保持するデータを増加させる必要はない。よって、実施の形態１によれば、回路規模の大幅に増加させることなく、実時間の処理によって、非常に緩やかに階調値が変化する画素の領域においても、高い精度の出力画像信号Ｄｂを得ることができる。
【０１５４】
《１−４》効果．
以上に説明したように、実施の形態１の画像処理装置によれば、平坦幅分の画像信号を保持せずに実時間で処理し、回路規模を大幅に増やすことなく、非常に緩やかに階調値が変化する区間や、階調値の変化が画像のエッジによると判断される場合においても、階調値の変化を検出して適切な補正ビットデータＣｄを得て、画像信号の階調数を拡張し、量子化ノイズ又は擬似輪郭を低減された階調値の変化が滑らかで、高品位な画像信号を得ることができる。
【０１５５】
なお、上記説明においては、入力画像信号Ｄａを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、１２ビットの出力画像信号Ｄｂへと階調数を拡張する場合を示しているが、入力画像信号Ｄａの階調数は８ビットに限定されず、８ビット以外の階調数、例えば、１０ビットの画像信号であってもよい。この場合は、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。
【０１５６】
また、図１においては、補正制限係数設定手段３０により、階調値の変化が画像の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、画像のエッジが近傍に存在する画素（補正制限係数ｒｃ＝０）では、階調値が付加されることはなく、画像の輪郭情報を保つよう構成しているが、階調変化検出手段１０内の階調変化量制限手段１２において、階調変化量ｄｆｘ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ｄｆｘの値が−１から＋１までの範囲を超えた場合は、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、画像のエッジとなる画素以降における補正値ａＣｄを０にできる。すなわち、階調変化量ｄｆｘの値が−１から＋１までの範囲を超えた画像の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、傾きデータ値Ｋｓｌ＝０となり、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が得られることになる。この場合は、画像のエッジによる階調値の変化がある画素以降の階調平坦区間のみの、補正値を０とする。
【０１５７】
《１−５》変形例．
また、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、階調変化検出手段１０においては、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ｄｆｘを求め、平坦幅予測手段２０と、傾き検出手段４０と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、垂直方向上下に位置する画素における階調値の変化を検出でき、タイミング信号生成手段１００からの初期化信号Ｓｉｆによる初期化が垂直方向の同期信号（垂直同期信号）ごと（すなわち、フレームごと）で行われるように構成すればよい。
【０１５８】
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。
【０１５９】
《２》実施の形態２．
上記実施の形態１においては、階調変化検出手段１０内の階調変化量制限手段１２が階調変化量ｄｆｘ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、本発明は、このような態様に限定されず、例えば、階調変化検出手段１０内の階調変化量制限手段１２が階調変化量ｄｆｘ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する画像処理装置及び画像処理方法にも適用できる。
【０１６０】
実施の形態２の画像処理装置は、上記実施の形態１の説明に用いた図１の画像処理装置と同様の構成を有する。したがって、実施の形態２の説明においては、図１をも参照する。実施の形態２の画像処理装置は、階調値の変化を検出する際に用いる階調値の差分値を１階調より大きな階調値の差である最大値と最小値に基づいて行うよう構成した点が、階調値の変化を検出する際に用いる階調値の差分値をー１及び＋１としている実施の形態１の画像処理装置と相違する。この点を除いて、実施の形態２の画像処理装置は、上記実施の形態１の画像処理装置と同じである。
【０１６１】
実施の形態２の画像処理装置において、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、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。
【０１６２】
図１において、タイミング信号生成手段１００と、階調変換手段１における構成及び動作は、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点以外は、上記実施の形態１に示されるものと同じである。以下、実施の形態２における階調変換手段１の構成について説明する。
【０１６３】
階調変換手段１内の階調変化検出手段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の差分を算出して階調変化量ｄｆｘの値を求め、階調変化量ｄｆｘを出力するとともに、この階調変化量ｄｆｘの値を所定の範囲に制限した振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、階調変化量ｄｆｘの値から階調値が変化した画素か否かを検出した結果である階調値が変化した画素位置を示す階調変化位置信号Ｐｔを出力する。
【０１６４】
振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調変化検出手段１０内の階調変化量制限手段１２において求められ、階調変化量ｄｆｘが−２から＋２までの範囲内となるように値を制限される。階調変化量制限手段１２は、制限の範囲（−２から＋２までの範囲）により、８ビットの入力画像信号Ｄａの２階調までの変化を検出し、振幅制限階調変化量Ｘｌｍとして−２，−１，０，＋１，＋２のいずれかの値を出力する。
【０１６５】
また、階調変化位置信号Ｐｔは、階調変化検出手段１０内の階調変化位置検出手段１３において、階調変化量ｄｆｘの値から、その絶対値の大きさが０より大きな値、１階調以上の差であれば階調値の変化が存在すると判断し、Ｐｔ＝１となる。一方、階調変化位置信号Ｐｔは、階調変化量ｄｆｘがｄｆｘ＝０の場合には、その画素を階調値が変化せず平坦であると判断し、Ｐｔ＝０となる。階調変化位置検出手段１３の構成は、実施の形態１のものと同じである。
【０１６６】
平坦幅予測手段２０は、階調変化検出手段１０からの階調変化量ｄｆｘにより得られた階調変化位置信号Ｐｔ＝１で示される画素位置を基準位置とし、この基準位置の画素（基準画素）の直前画素までの階調値の変化がなく平坦な期間（階調平坦区間）の画素数（平坦幅）を求め、直前画素までの階調平坦区間の平坦幅（平坦カウント値）に対し巡回型フィルタ処理を施し、階調値が変化する画素位置以降における階調平坦区間の平坦幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔを求める。平坦幅予測手段２０は、このような平坦幅データ予測値ｄｓｔの生成処理を、階調値が変化する画素が検出される度に行う。
【０１６７】
補正制限係数設定手段３０は、階調変化検出手段１０からの階調変化量ｄｆｘにより、画像のエッジに隣接する画素における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、画像のエッジで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。例えば、補正制限係数ｒｃは、図５に示すような補正制限係数設定手段３０によって、階調変化量ｄｆｘの絶対値から得られる最大差分絶対値ｄｆｍに対し、比較する所定の値ＴＨをＴＨ＝２とすることにより、図６に示す特性となるよう、０から１までの範囲内の値として求められる。最大差分絶対値ｄｆｍ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ｄｆｍの値が閾値ＴＨ＝２以下である場合は、補正制限係数ｒｃ＝１であり、入直画像信号Ｄａの階調変化は＋２から−２までの範囲内にある緩やかな階調値の変化であると判定し、階調数の拡張を行うよう設定できる。
【０１６８】
傾き検出手段４０は、階調変化位置信号Ｐｔ＝１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を求める。振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調変化量ｄｆｘを−２から＋２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も−２から＋２までの範囲内の値で制限された値となる。
【０１６９】
補正ビット生成手段５０は、傾き検出手段４０からの傾きデータ値Ｋｓｌを補正値の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫとして求め（ｄＫ＝Ｋｓｌ）、階調変化位置信号Ｐｔ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から、入力画像信号（画素データ）Ｄａに対し付加すべき補正値ａＣｄを求め、その補正値ａＣｄを入力画像信号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、補正ビットデータＣｄを生成し、画素値演算手段６２へ出力する。図１０に示される補正ビット生成手段５０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、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃによる値（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）と、この値から画素の順に傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値の差で順次０まで変化する値として得られ、小数部の精度を持った階調値となる。
【０１７０】
ここで、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥを、整数部１ビットと小数部４ビットによる５ビットで生成し、入力画像信号Ｄａ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５ビットのビット列の値へ変換する。このとき、−２と＋２の整数部２となる値については、ビット列で示すと３２となるため、この値は５ビットとするよう値を制限し、３１としてビット列における値を求め、補正値ａＣｄを所定のビット数となるビット列の値とする。補正ビットデータＣｄは、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５ビット付加ビットＥによるビット列となる。
【０１７１】
画素値演算手段６２は、遅延補償手段６１からの遅延補償された画像信号Ｄｄの階調値に対し、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演算処理を行い、新たな出力画像信号Ｄｂを算出し、出力する。
【０１７２】
図１５は、実施の形態２における入力画像信号Ｄａ（又は遅延補償手段６１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６２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Ｅ（５ビット）、出力画像信号Ｄｂがｎ＝１２ビットの場合を示している。補正ビットデータＣｄが符号ビットと付加ビットＥ（５ビット）から成る場合、階調変化量ｄｆｘは−２から＋２までの範囲内となるように値を制限されているため、付加ビットＥは、画像信号Ｄｄに対して１ビットの整数部と４ビットの小数部で構成される。
【０１７３】
図１５に示されるように、画素値演算手段６２は、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥにおける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することで出力画像信号Ｄｂを算出する。出力画像信号Ｄｂは、画像信号Ｄｄに対して小数部を示すビット数分ビット列が下に伸びている、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、精度のよい階調を表現できるようになる。
【０１７４】
以上のように構成することで、入力画像信号Ｄａの階調の最小値である１階調の階調値の変化のみでなく、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、階調値が変化する際の平坦幅分の画像信号を保持する必要がなく、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素の領域や、階調値の変化が画像の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Ｃｄを得て、階調値の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が得られる。
【０１７５】
実施の形態２による画像処理装置における階調変換手段１の階調変換処理を行う動作は、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点を除いて、図１２に示される実施の形態１による画像処理装置における階調変換手段１の動作を説明するフローチャートと同じである。ただし、実施の形態２においては、図１２のステップＳ１０３における階調変化量ｄｆｘの値の制限範囲を最大値＋２と最小値−２（図１２においてＴＨ＝２となる）の範囲内とし、ステップＳ１１４，Ｓ１２２において得られる補正値ａＣｄは、−２から＋２までの範囲内の絶対値が２以下となる小数を含む値となる。
【０１７６】
図１６（ａ）〜（ｌ）は、階調変化量ｄｆｘの値の制限範囲を−２から＋２までの範囲内とした場合の階調変換手段１における動作を説明するための図である。同図（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）〜（ｅ）は階調変化検出手段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ｄｆｘと、階調変化量ｄｆｘの振幅制限階調変化量Ｘｌｍと階調変化位置信号Ｐｔ、同図（ｆ）は平坦幅予測手段２０内の平坦幅カウント手段２１からの出力である平坦幅カウント値Ｃｎｔ、同図（ｇ）は平坦幅予測手段２０内の巡回型フィルタ処理手段２２から出力される平坦幅を予測した平坦幅データ予測値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）は補正制限係数設定手段３０から出力される補正制限係数ｒｃ、同図（ｊ）は補正ビット生成手段５０において得られる補正値ａＣｄ、同図（ｋ）は画素値演算手段６２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（ｌ）は画素値演算手段６２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５ビットとした場合で示している。図１６（ａ）〜（ｌ）において、画素データは左から順に入力され、横軸は水平走査方向の画素位置を示す。図１６（ａ）は、画素位置ｘ１から順に階調値Ｌａ（ｘ）＝４の画素が４画素並び、画素位置ｘ２から順に階調値Ｌａ（ｘ）＝６の画素が４画素並び、画素位置ｘ３から順に階調値Ｌａ（ｘ）＝９の画素が５画素並び、画素位置ｘ４から順に階調値Ｌａ（ｘ）＝１３の画素が３画素と並ぶ画像を示している。
【０１７７】
図１６（ｂ）に示す入力画像信号Ｄａ（階調値Ｌａ（ｘ）とする）が階調変換手段１に入力されると、図１６（ｃ）に示す階調変化量ｄｆｘは、
ｄｆｘ＝Ｌａ（ｘ）−Ｌａ（ｘ−１）
で算出される。図１６（ｃ）において、画素位置ｘ１においてｄｆｘ＝＋１、画素位置ｘ２はｄｆｘ＝＋２、画素位置ｘ３はｄｆｘ＝＋３、画素位置ｘ４はｄｆｘ＝＋４となる。振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調変化量ｄｆｘの値を−２から＋２までの範囲内となるように制限して得られ、図１６（ｄ）に示すようになる。図１６（ｄ）において、画素位置ｘ１において階調変化量ｄｆｘ＝＋１であるの振幅制限階調変化量Ｘｌｍ＝＋１となり、一方、画素位置ｘ２，ｘ３，ｘ４において階調変化量ｄｆｘ≧＋２であるので、振幅制限階調変化量Ｘｌｍ＝＋２に値を制限され、階調変化がなく階調値が平坦な階調平坦区間において、振幅制限階調変化量Ｘｌｍ＝０となっている。
【０１７８】
図１６（ｅ）に示す階調変化位置信号Ｐｔと、図１６（ｆ）に示す平坦幅カウント値Ｃｎｔと、図１６（ｇ）に示す平坦幅データ予測値ｄｓｔは、上記実施の形態１の場合と同様に求められる。
【０１７９】
図１６（ｈ）に示す傾きデータ値Ｋｓｌは、傾き検出手段４０において、階調変化位置信号Ｐｔ＝１ごとで、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦幅データ予測値ｄｓｔの値から、例えば、次式
Ｋｓｌ＝Ｘｌｍ／ｄｓｔ
で算出し、入力画像信号Ｄａの水平方向の階調値の傾きを検出した結果として得られる。図１６（ｈ）によれば、階調変化した画素位置ｘ１において、傾きデータ値Ｋｓｌ＝＋１／３となり、画素位置ｘ２，ｘ３において、傾きデータ値Ｋｓｌ＝＋２／３となり、画素位置ｘ４において、傾きデータ値Ｋｓｌ＝＋２／４となる。また、図１６（ｈ）に示されるように、階調平坦区間（Ｐｔ＝０）において、画素位置ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４における値が保持されている。
【０１８０】
図１６（ｉ）に示す補正制限係数ｒｃは、補正制限係数設定手段３０において、階調変化量ｄｆｘの絶対値の大きさから、例えば、図６に示したような特性で求められ、画素位置ｘ１，ｘ２において補正制限係数ｒｃ＝１となるが、画素位置ｘ３における階調変化量ｄｆｘ＝＋３であるので、この位置における補正制限係数ｒｃはｒｃ＝１／２となり、画素位置ｘ４において、階調変化量ｄｆｘ＝＋４であり、補正制限係数ｒｃはｒｃ＝０になる。
【０１８１】
入力画像信号Ｄａに対し付加すべき補正値ａＣｄ（補正ビットデータＣｄ）は、補正ビット生成手段５０において、傾きデータ値Ｋｓｌと、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃから、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で補正値ａＣｄ＝（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）として得て、階調平坦区間（Ｐｔ＝０）において、階調値が変化する画素位置における値から順に、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値の差で順次０まで変化する値として得られ、図１６（ｊ）に示すようになる。乗算結果（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）による補正値、傾きデータ値Ｋｓｌはともに、−２から＋２までの範囲内の絶対値が２以下の小数部を持つ値として表現されるので、補正値ａＣｄについても、２以下の小数の精度を持った階調値となる。
【０１８２】
図１６（ｋ）において、補正ビットデータＣｄを画像信号Ｄｄ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、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（ｘ）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、画素位置ｘ１において階調値Ｌｂ（ｘ）＝９／３で、それ以降の階調平坦区間において、画素位置の順に、１０／３，１１／３，…というように、１／３ごとで増加する変化を持った階調値として得られる。同様に、画素位置ｘ２において、出力画像信号Ｄｂの階調値Ｌｂ（ｘ）＝３／１２で、それ以降の階調平坦区間において、画素の順に、１４／３，１６／３，…というように、２／３ごとで増加する変化を持った階調値として得られる。
【０１８３】
また、図１６（ｌ）においては、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥを５ビットとした場合の出力画像信号Ｄｂを示しており、出力画像信号Ｄｂは、画素位置ｘ１，ｘ２から画素位置の順に、傾きデータ値Ｋｓｌに相当する値ごとで増加する変化を持った階調値として得られ、結果として階調値の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。なお、補正制限係数ｒｃがｒｃ＝０で画像のエッジとなる画素位置ｘ４においては、補正値ａＣｄ＝０（図１６（ｉ）及び（ｊ））となり、画像信号Ｄｄの階調値に補正値は付加されない。
【０１８４】
なお、上記の説明においては、図１６（ａ）〜（ｌ）において、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について示したが、本発明はこのような態様に限定されず、最大値及び最小値として他の値を選択してもよい。また、最大値（正の値）と最小値（負の値）の絶対値の値が異なっていてもよい。
【０１８５】
例えば、最大値＋４から最小値−４までの範囲内としてもよい。この場合は、付加ビットＥの整数部のビット数が増えることとなり、上記図１５において、小数部を４ビットのままであれば、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥは６ビットとすることで、画像信号Ｄｄに対して２ビットの整数部と４ビットの小数部で構成できる。そして、画素値演算手段６２は、補正ビットデータＣｄにおける付加ビットＥにおける整数部の位置を画像信号Ｄｄの整数部の位置（下位２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する演算処理を行うことで出力画像信号Ｄｂを算出する。
【０１８６】
また、補正ビットデータＣｄ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、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。
【０１８７】
以上より、実施の形態２の画像処理装置によれば、階調変化検出手段１０において、入力画像信号Ｄａの隣接画素間の階調値の差分による階調変化量ｄｆｘの値を、予め決められた最大値（正の値）と最小値（負の値）である＋２から−２までの範囲内に制限して、振幅制限階調変化量Ｘｌｍとし、この振幅制限階調変化量Ｘｌｍと平坦幅データ予測値ｄｓｔから、階調値の傾きを示す傾きデータ値Ｋｓｌを得て、＋２から−２までの範囲内にある階調値の差以内で階調値が変化する場合には、補正ビットデータＣｄを生成し、画素値演算手段６２において入力画像信号Ｄａから整数部の位置を合わせて補正ビットデータの値を減算又は加算して、ビットを付加することで、階調値を変換しビット数を拡張した画像信号を得ている。したがって、入力画像信号Ｄａの階調の最小値である１階調の階調値の変化で、連続的に緩やかに階調値が変化する画素の領域のみでなく、入力画像信号Ｄａに１階調以上の階調ジャンプによる量子化ノイズが含まれる場合であっても、回路規模を大幅に増やすことなく、平坦幅を予測した値である平坦幅データ予測値ｄｓｔとしての階調平坦区間の幅と、傾きデータ値Ｋｓｌを得て、この傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値で順次変化する補正値が得られ、階調値の変化が画像のエッジによると判断される場合は、階調値が付加されることはなく、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。このため、実施の形態２の画像処理装置によれば、平坦幅分の画像信号を保持せずに実時間で処理し、回路規模を大幅に増やすことなく、適切な補正ビットデータＣｄを得て、画像信号の階調数を拡張し、量子化ノイズ又は擬似輪郭を低減された階調値の変化が滑らかで、高品位な画像信号を得ることができる。
【０１８８】
なお、上記説明においては、入力画像信号Ｄａの階調数が８ビットの場合を説明したが、入力画像信号Ｄａの階調数は８ビット以外のビット数、例えば、１０ビットであってもよい。この場合にも、画素値演算手段６２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。
【０１８９】
また、上記説明においては、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い。
【０１９０】
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。
【０１９１】
《３》実施の形態３．
実施の形態３による画像処理装置は、階調値が単調に増加又は減少し、連続して階調値の変化があるような画素の領域を検出し、このような領域に対し、階調値を変換しない（階調数を拡張しない）よう構成した点が、上記実施の形態１又は２による画像処理装置と異なる。以下に相違点を中心に説明する。
【０１９２】
図１７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）の構成を概略的に示すブロック図である。図１７において、図１に示される画像処理装置の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による画像処理装置は、上記実施の形態１及び２による画像処理装置と同様に、画面の一定方向（例えば、水平方向）における階調値の変化を検出し、階調値の傾きを求め、この傾きを用いて補正値を算出し、この補正値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。ただし、実施の形態３による画像処理装置は、階調値が単調に増加又は減少して、連続して階調値が変化（以下「連続変化」とも言う。）する画素の領域において、階調数の拡張処理を行わないように構成している。
【０１９３】
図１７において、実施の形態３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ビットの出力画像信号Ｄｂとして出力する。図１７に示されるように、実施の形態３の画像処理装置は、タイミング信号生成手段１００と、階調変換手段２とを備えている。階調変換手段２は、図１に示す階調変換手段１の構成に加え、画素ごとに連続的に階調値が変化する連続変化の画素の領域を判定する連続変化判定手段７０を備えている。また、実施の形態３においては、図１に示す階調変換手段１内の補正ビット生成手段５０に代えて、連続変化判定手段７０からの連続結果判定結果ｓｑｆをも参照して、補正ビットデータＣｄを生成するよう構成した補正ビット生成手段５０ｂを備えている。実施の形態３の画像処理装置は、連続変化判定手段７０を備えた点、及び、補正ビット生成手段５０ｂが連続結果判定結果ｓｑｆをも参照して補正ビットデータＣｄを生成する点を除いて、上記実施の形態１又は２の画像処理装置と同じである。
【０１９４】
図１７に示す画像処理装置は、図１に示す画像処理装置と同様に、入力画像信号Ｄａの水平方向に対し、画素間の階調値の差分＋１から−１までの範囲内の変化を求め、階調変化量を検出して、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。
【０１９５】
タイミング信号生成手段１００は、水平同期信号ごとで初期化するための初期化信号Ｓｉｆを生成し、階調変換手段２には、入力画像信号Ｄａと初期化信号Ｓｉｆが入力される。階調変換手段２は、８ビットの入力画像信号Ｄａに対して、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、１２ビットの出力画像信号Ｄｂとして出力する。階調変換手段２における補正ビットデータＣｄは、入力画像信号Ｄａの画素間の階調値の差分から得られる階調変化量と、この階調変化量に基づき得られた平坦幅を予測した平坦幅データ予測値とから、階調値の傾きを得て生成されるとともに、階調変換手段２内の連続変化判定手段７０において、連続変化となる画素の領域を判定した結果ｓｑｆに応じても、補正ビットデータが生成されるよう構成している。
【０１９６】
以下、階調変換手段２の構成を説明する。階調変換手段２内の階調変化検出手段１０、平坦幅予測手段２０、傾き検出手段４０、及び補正制限係数設定手段３０の構成は、上記実施の形態１（図１）のものと同じである。
【０１９７】
階調変換手段２における連続変化判定手段７０には、階調変化検出手段１０からの階調変化量ｄｆｘが入力される。連続変化判定手段７０は、階調変化量ｄｆｘの値から、階調値が単調に増加又は減少し、連続変化となる画素の領域を判定し、連続変化となる画素を示す連続変化判定結果ｓｑｆを生成し、生成された連続変化判定結果ｓｑｆを補正ビット生成手段５０ｂへ出力する。
【０１９８】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、入力画像信号Ｄａにおいて、階調値が単調に増加又は減少し、連続変化となる画素の領域の画素位置と階調値Ｌａ（ｘ）の変化の一例を示す。図１８（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１８（ａ）は、画素位置ｘ１及びｘ１＋１で１階調ずつ連続して階調値が増加し、図１８（ｂ）は、画素位置ｘ１及びｘ１＋１で１階調ずつ連続して階調値が減少している場合を示している。図１８（ａ）及び（ｂ）はそれぞれにおいては、水平方向の画素位置ｘ１及びｘ１＋１で１階調の差で階調値が連続して変化している。
【０１９９】
図１８（ａ）及び（ｂ）に示すような隣接する連続した画素のそれぞれにおいて、階調値が１階調ずつ増加又は減少する場合、画素ごとの階調値の差は１階調分であるが、例えば、図１８（ａ）及び（ｂ）中の画素位置ｘ１において、その前後に隣接する画素の間の階調値の差は２階調分となり、画素位置ｘ１以降で平坦となる画素は存在していないため、隣接画素間の境界において、信号の階調値は滑らかな変化ではなく、上記の境界に輪郭が見えた場合でも問題はない。また、すでに連続して変化する画素で階調数を拡張する処理を行うと、連続変化ではなくなり、その変化による輪郭情報が失われてしまう場合がある。
【０２００】
また、図１９（ａ）及び（ｂ）に示すような、２画素ごとに階調値の変化がある場合についても、連続変化となる画素の領域と判断できる。図１９（ａ）及び（ｂ）は、入力画像信号Ｄａにおいて、連続変化となる画素の領域における画素位置と階調値Ｌａ（ｘ）の変化の他の一例を示しており、図１８と同様に、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１９（ａ）は、画素位置ｘ１の前後に隣接する画素ｘ１−１，ｘ１＋１で１階調増加し、図１９（ｂ）は、画素位置ｘ１−１，ｘ１＋１で１階調減少している場合を示しており、２画素の幅で１階調の差で連続して変化している。
【０２０１】
このような図１９（ａ）及び（ｂ）に示す場合、階調値が変化する画素位置ｘ１−１，ｘ１＋１の間には、階調変化の無い画素は画素位置ｘ１のみであるので、画素位置ｘ１における隣接画素間の境界において、信号の階調値は滑らかに変化しているとは言えず、上記の境界に輪郭が見えた場合でも問題はないが、画素位置ｘ１に階調数を拡張する処理を行うと画素位置ｘ１における階調の値が変化してしまい、輪郭情報が失われてしまう場合がある。
【０２０２】
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ｄｆｘの大きさから、図１８（ａ）及び（ｂ）並びに図１９（ａ）及び（ｂ）に示されるような連続変化となる画素の領域を判定し、その結果から、連続変化となる画素の領域における画素において、階調の補正値が付加されないように補正値を生成するため、連続変化となる画素を示す連続変化判定結果ｓｑｆを生成する。
【０２０３】
連続変化判定手段７０は、まず、階調変化検出手段１０からの階調変化量ｄｆｘに対し画素遅延などにより、注目画素位置ｘ１とその前後に位置する隣接画素ｘ１−１とｘ１＋１における階調変化量ｄｆｘを得て、得られた階調変化量ｄｆｘの大きさとその符号の関係から、連続変化となる画素の領域であるか否かを判定する。ここでは、画素位置ｘにおける階調変化量をｄｆｘ（ｘ）と表し、注目画素位置ｘ１における階調変化量をｄｆｘ（ｘ１）と表し、画素位置ｘ１−１における階調変化量をｄｆｘ（ｘ１−１）と表し、画素位置ｘ１＋１における階調変化量をｄｆｘ（ｘ１＋１）と表す。
【０２０４】
それぞれの画素位置における階調変化量ｄｆｘは、階調値の変化がない階調平坦区間では、０であり、階調値が変化した画素では、その絶対値が階調値の差として、階調値の変化の方向（増加又は減少）が階調変化量ｄｆｘにおける符号（階調が増加の場合は階調変化量ｄｆｘ＞０、減少の場合は階調変化量ｄｆｘ＜０）として得られている。よって、注目画素位置ｘ１とその前後に位置する隣接画素における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）を得た後、次に示す条件１又は条件２に適合する場合に、注目画素位置ｘ１が連続変化となる画素の領域における画素であると判定する。
【０２０５】
（条件１）は、注目画素位置ｘ１とその前又は後に隣接するいずれかの画素で、階調値の差１以上の同一方向の変化が連続している場合（図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）≠０であり、且つ、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）≠０、且つ、ｄｆｘ（ｘ１）とｄｆｘ（ｘ１−１）が同一符号である場合、又は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）≠０であり、且つ、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）≠０、且つ、ｄｆｘ（ｘ１）とｄｆｘ（ｘ１＋１）が同一符号である場合）であり、
（条件２）は、注目画素位置ｘ１の前後に隣接する２画素で、階調値の差１以上の同一方向の変化が続く場合（図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）＞０且つ階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）＞０の場合、又は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）＜０且つ階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）＜０の場合）である。
この条件１又は条件２に適合する連続変化となる画素の領域の判定は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）から、例えば、図２０に示すような構成により行われ、連続変化となる画素を示す連続変化判定結果ｓｑｆを生成する。
【０２０６】
図２０は、連続変化判定手段７０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。連続変化判定手段７０は、条件１判定手段７１及び７２と、条件１合成手段７３と、条件２判定手段７４と、条件１合成手段７３による結果と条件２判定手段７４による結果を合成し、連続変化判定結果ｓｑｆとして生成し出力する合成手段７５とから構成される。条件１判定手段７１及び７２は、入力が異なるのみで同じ構成である。
【０２０７】
図２０において、連続変化判定手段７０における条件１判定手段７１及び７２には、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）と、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）又は階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）のいずれかが入力される。条件１判定手段７１及び７２は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）又は階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）の入力が異なるのみで、その構成は同様であり、注目画素位置ｘ１が、上記条件１に適合する連続変化となる画素の領域であるかを判定する。
【０２０８】
条件１判定手段７１は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）と階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）から、条件１である画素位置ｘ１と隣接する画素位置ｘ１−１で階調値の差が１以上の増加又は減少する同一方向の変化となる連続変化であるか、すなわち、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）≠０であり、かつ、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）が同一符号で０でない場合を判定し、画素位置ｘ１において判定結果として、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、条件１に適合する場合は値‘１’（ｐｆ１＝１）とし、適合していない場合は値‘０’（ｐｆ１＝０）とする。なお、この判定結果ｐｆ１の値は、これに限るものではなく、条件１に適合した連続変化である画素位置が示されれば、他の値であってもよい。
【０２０９】
同様に、条件１判定手段７２は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）と階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）から、条件１である画素位置ｘ１と隣接する画素位置ｘ１＋１で階調値の差１以上の増加又は減少する同一方向の変化となる連続変化であるかを判定し、画素位置ｘ１において判定結果として、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、上記条件１判定手段７１における判定結果ｐｆ１と同様に得られる。
【０２１０】
条件１合成手段７３に条件１判定手段７１及び７２からの判定結果ｐｆ１及びｐｆ２が入力されると、条件１合成手段７３は、判定結果ｐｆ１及びｐｆ２を合成し、条件１判定結果ｓｑ１を求める。条件１合成手段７３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となる場合を、条件１判定結果ｓｑ１＝１として得る。これにより、画素位置ｘ１と、その前又は後に隣接するいずれかの画素で条件１に適合する連続変化があり、注目画素位置ｘ１が連続変化となる画素の領域にあることを判定した結果が得られる。
【０２１１】
連続変化判定手段７０における条件２判定手段７４に階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）と階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）が入力されると、条件２判定手段７４は、注目画素位置ｘ１が上記条件２に適合する連続変化となる画素の領域であるかを判定する。条件２判定手段７４は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）と階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）から、条件２である注目画素位置ｘ１の前後に隣接する画素位置ｘ１−１とｘ１＋１で、階調値の差１以上の増加又は減少する同一方向の変化となる連続変化であるか、すなわち、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）＞０かつ階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）＞０か、又は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）＜０かつ階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）＜０の場合を判定し、画素位置ｘ１において判定結果として、２値化した値を示す条件２判定結果ｓｑ２を求める。条件２判定結果ｓｑ２の値は、条件１における判定と同様、例えば、条件２に適合する場合は値‘１’（ｓｑ２＝１）とし、適合していない場合は値‘０’（ｓｑ２＝０）とする。なお、この条件２判定結果ｓｑ２の値は、これに限るものではなく、条件２に適合した連続変化である画素位置が示されれば、他の値であってもよい。
【０２１２】
合成手段７５に、条件１合成手段７３による条件１判定結果ｓｑ１と、条件２判定手段７４による条件２判定結果ｓｑ２が入力されると、合成手段７５は、条件１又は条件２に適合する場合を判定して、階調値が単調に増加又は減少し、連続変化となる画素の領域にある画素を示す連続変化判定結果ｓｑｆを生成し出力する。すなわち、合成手段７５は、条件１判定結果ｓｑ１と条件２判定結果ｓｑ２を合成し、例えば、ＯＲゲートで構成することで、条件１判定結果ｓｑ１＝１又は条件２判定結果ｓｑ２＝１となる場合に、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１とし、その他の場合は連続変化判定結果ｓｑｆ＝０として出力する。これにより、条件１又は条件２に適合すると判定された画素位置ｘ１において、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１となり、それ以外の適合しない場合は連続変化判定結果ｓｑｆ＝０として、連続変化となる画素の領域であるかが示される。なお、連続変化判定結果ｓｑｆの値は、これに限るものではなく、条件１又は条件２に適合した連続変化である画素位置が示されれば、他の値であってもよい。
【０２１３】
例えば、図１８（ａ）における隣接する連続した画素それぞれで１階調ずつ増加する場合は、画素位置ｘ１における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）＝＋１＞０であり、その隣接する画素位置ｘ１＋１における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）＝＋１＞０であるので、条件１に適合しており、図２０における条件１判定手段７２からの判定結果ｐｆ２＝１で、条件１合成手段７３からの条件１判定結果ｓｑ１＝１となる。したがって、合成手段７５から出力される連続変化判定結果ｓｑｆ＝１となり、階調値が単調に増加し、連続変化となる画素の領域と判定された結果となる。同様に、図１８（ｂ）における場合は、画素位置ｘ１における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）＝−１＜０であり、その隣接する画素位置ｘ１＋１における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）＝−１＜０であるので、条件１に適合しており、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１となり、階調値が単調に減少し、連続変化となる画素の領域と判定された結果となる。なお、図１８（ａ）及び（ｂ）の画素位置ｘ１＋１においても、条件１に適合するため、画素位置ｘ１と同様、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１となる連続変化となる画素の領域と判定された結果が得られる。
【０２１４】
また、図１９（ａ）における階調値の変化が２画素ごとにある場合についても、画素位置ｘ１に隣接する画素ｘ１−１における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）＝＋１＞０、画素位置ｘ１＋１における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）＝＋１＞０であるので、条件２に適合しており、図２０における条件２判定手段７４からの条件２判定結果ｓｑ２＝１となる。したがって、合成手段７５から出力される連続変化判定結果ｓｑｆ＝１となり、連続変化となる画素の領域と判定された結果として得られる。同様に、図１９（ｂ）における場合は、画素ｘ１−１における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）＝−１＜０、画素位置ｘ１＋１における階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）＝−１＜０であるので、条件２に適合しており、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１となり、連続変化となる画素の領域と判定された結果として得られる。
【０２１５】
以上により、連続変化判定手段７０は、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１）、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１−１）、階調変化量ｄｆｘ（ｘ１＋１）から、条件１又は条件２に適合して、注目画素位置ｘ１が連続変化となる画素の領域における画素であるかを判定し、結果として、連続変化判定結果ｓｑｆを得ることができる。
【０２１６】
なお、連続変化判定手段７０は、階調変化量ｄｆｘの大きさとその符号の関係から、連続変化となる画素の領域にあるかを判定し連続変化判定結果ｓｑｆを得るよう構成すると説明した。しかし、階調変化検出手段１０における階調変化量制限手段１２による振幅制限階調変化量Ｘｌｍは、階調変化量ｄｆｘの値を所定の範囲（−１から＋１までの範囲）に制限したものであり、−１，０，＋１で得られているので、階調変化量ｄｆｘと同様に扱うことができ、この振幅制限階調変化量Ｘｌｍを連続変化判定手段７０への入力としてもよく、図２０と同様に構成することができる。
【０２１７】
次に、図１７の階調変換手段２における補正ビット生成手段５０ｂには、傾き検出手段４０からの傾きデータ値Ｋｓｌと、タイミング信号生成手段１００からの初期化信号Ｓｉｆと、階調変化検出手段１０からの階調変化位置信号Ｐｔと振幅制限階調変化量Ｘｌｍと、補正制限係数設定手段３０からの補正制限係数ｒｃとが入力され、さらには、連続変化判定手段７０からの連続変化判定結果ｓｑｆが入力される。補正ビット生成手段５０ｂは、図１に示される実施の形態１の補正ビット生成手段５０と同様に、傾き検出手段４０からの傾きデータ値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）、初期化信号Ｓｉｆにより水平方向走査期間ごとで初期化するとともに、階調変化位置信号Ｐｔに従い、上記階調変化量ｄＫ（すなわち、傾きデータ値Ｋｓｌ）と振幅制限階調変化量Ｘｌｍ、補正制限係数ｒｃから、画素信号Ｄａに対し付加すべき補正値ａＣｄを求め、その補正値を入力画像信号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、補正ビットデータＣｄを生成するが、加えて、補正値ａＣｄを求める際には、連続変化判定手段７０からの連続変化判定結果ｓｑｆにより、連続変化となる画素の領域における画素では、階調の補正値が付加されないように補正値ａＣｄを０として生成するよう構成される。
【０２１８】
補正ビット生成手段５０ｂは、例えば、図２１のように構成できる。図２１は、補正ビット生成手段５０ｂ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１０に示される実施の形態１における補正ビット生成手段５０の構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付している。図２１において、補正ビット生成手段５０ｂは、図１０における補正ビット生成手段５０内の切換え手段５３を、連続変化判定手段７０からの判定結果に応じても、出力値が切り換えられるよう構成した切換え手段５６としたものであり、切換え手段５６以外の構成及び動作は、図１０における構成と同じである。
【０２１９】
図２１において、補正ビット生成手段５０ｂ内の演算手段５１は、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃによる補正値を、次式
ｍＣｄ＝（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）
で算出する。減算手段５２は、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、階調平坦区間における補正値ｓＣｄを得る。ここまでの構成は、図１０における構成と同じである。
【０２２０】
補正ビット生成手段５０ｂ内の切換え手段５６には、初期化信号Ｓｉｆと階調変化位置信号Ｐｔ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が入力され、連続変化判定手段７０からの連続変化判定結果ｓｑｆも入力される。切換え手段５６は、初期化信号Ｓｉｆと階調変化位置信号Ｐｔ、及び連続変化判定結果ｓｑｆとによって、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、初期化又はリセットのための値‘０’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。
【０２２１】
すなわち、切換え手段５６は、初期化信号Ｓｉｆが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、補正値ａＣｄ＝０とし、また、階調変化位置信号Ｐｔにより、階調変化位置信号Ｐｔ＝１で階調値が変化する画素位置では、演算手段５１からの補正値ｍＣｄを選択し、階調変化位置信号Ｐｔ＝０の階調平坦区間では、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とする。さらに、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１で連続変化となる画素については、上記の切換え後の補正値ａＣｄをリセットのための値‘０’へ切換え、補正値ａＣｄ＝０とする。そして、この補正値ａＣｄは、ビット列変換手段５５へ出力されるとともに、補正値遅延手段５４に送られ、１画素分遅延して遅延補正値ｐＣｄとして減算手段５２へ戻される。
【０２２２】
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、直前画素における補正値である遅延補正値ｐＣｄを出力する。
【０２２３】
以上の構成により、入力画像信号Ｄａに対し付加すべき補正値ａＣｄは、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと補正制限係数ｒｃによる値（ｒｃ）×（Ｘｌｍ）と、この値から画素の順に傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値の差で順次０まで変化する値として得られるとともに、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１の場合に補正値ａＣｄ＝０へ切り換えることで、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１で連続変化となる画素とそれ以降の階調平坦区間において、連続変化となる画素の領域となって、補正値ａＣｄ＝０として生成される。よって、切換え手段５６から得られる補正値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の階調値の差の変化を持つ１以下の小数となる精度を持った階調値となる一方、連続変化となる画素の領域の画素においては、補正値ａＣｄが０となり、階調の補正値が付加されないことになる。また、階調値の変化が画像のエッジによると判断される場合についても、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ａＣｄは０となるので、階調値が付加されることはなく、画像の輪郭情報を失わせる補正を行わない補正値として得ることができる。
【０２２４】
補正ビット生成手段５０ｂ内のビット列変換手段５５は、切換え手段５６からの補正値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５０ｂから画素値演算手段６２へ出力する。
【０２２５】
図１７において、階調変換手段２における画素値演算手段６２、遅延補償手段６１における構成は、図１における階調変換手段１の場合と同じであるが、画素値演算手段６２においては、遅延補償手段６１からの遅延補償された画像信号Ｄｄに対し、補正ビット生成手段５０ｂ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演算処理を行うことで、新たな出力画像信号Ｄｂを算出し、出力する。
【０２２６】
図１７による階調変換手段２においては、連続変化判定手段７０において、階調変化量ｄｆｘを用いて、階調値が単調に増加又は減少し、連続変化となる画素の領域を判定し、補正ビット生成手段５０ｂにおいて、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと傾きデータ値Ｋｓｌ、及び補正制限係数ｒｃから補正値を得るとともに、連続変化となる画素では補正値ａＣｄ＝０へ切り換えることで、連続変化となる画素の領域の画素においては、補正値ａＣｄが０となり、階調の補正値が付加されないようにして補正ビットデータＣｄを得ている。このため、階調変換手段２によれば、階調値の変化する際の平坦幅分の画像信号を保持する必要がなく、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素の領域や階調値の変化が画像のエッジによると判断される場合、連続で階調値が変化する領域において、適切な補正ビットデータＣｄを得て、階調値の変化が適切に滑らかに変換された１２ビットの出力画像信号Ｄｂを得ることができる。
【０２２７】
次に、実施の形態３による画像処理装置において、階調変換手段２の階調変換処理を行う動作について説明するが、入力画像信号Ｄａの画素間の階調値の差から階調変化量ｄｆｘを求め、この階調変化量に基づき、直前の画素までの平坦幅から予測されたし平坦幅データ予測値ｄｓｔを求め、階調変化量と平坦幅データ予測値から階調値の傾きを得るまでの動作と、補正ビットデータＣｄを得て、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を出力する画素値演算手段６２による動作と、また、連続変化判定手段７０において連続変化となる画素の領域と判定されない、通常の緩やかに階調値が変化する画素の領域における補正ビットデータＣｄの生成の動作は、図１２に示す階調変換手段１の動作を説明するフローチャートと同様である。
【０２２８】
図２２は、階調変換手段２の動作を示すフローチャートである。図２２において、実施の形態１における図１２に示されるプロセスと同一又は対応するプロセスには、同じ符号を付している。図２２においても、各走査線内の画素ごとの処理として示している。
【０２２９】
図２２において、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０７，ステップＳ１１０，Ｓ１１１と、ステップＳ１２０による階調変換手段２へ入力画像信号Ｄａが入力され、階調変化量ｄｆｘ、平坦幅データ予測値ｄｓｔ、補正制限係数ｒｃを求め、階調値の傾きを示す傾きデータ値Ｋｓｌを得るまでの動作、補正ビット生成手段５０ｂにおいてのステップＳ１１２〜Ｓ１１４とステップＳ１２１，Ｓ１２２における補正値ａＣｄを得るまでの動作は、図１２と同じである。
【０２３０】
連続変化判定手段７０は、注目画素位置ｘ１とその前後に位置する隣接画素ｘ１−１とｘ１＋１における階調変化量ｄｆｘを得て、得られた階調変化量ｄｆｘの大きさとその符号の関係から、図１８（ａ）及び（ｂ）、図１９（ａ）及び（ｂ）に示す関係となる条件１及び条件２に適合した連続変化となる画素の領域の画素を判定して、連続変化判定結果ｓｑｆを生成し、補正ビット生成手段５０ｂへ出力する（ステップＳ２００）。
【０２３１】
補正ビット生成手段５０ｂは、通常はステップＳ１１２〜Ｓ１１４とステップＳ１２１，Ｓ１２２における動作により補正値ａＣｄを得ており、さらに、連続変化判定手段７０からの連続変化判定結果ｓｑｆが入力され、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１で連続変化となる画素については（ステップＳ２０１）、上記の切換え後の補正値ａＣｄをリセットのための値‘０’へ切換え、補正値ａＣｄ＝０とする（ステップＳ２０２）。これにより、連続変化となる画素の領域における画素では、階調の補正値が付加されないように補正値ａＣｄを０とすることができる。
【０２３２】
そして、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Ｓ１３０）。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送られる（ステップＳ１３１）。
【０２３３】
以上の動作から、入力画像信号Ｄａに対して付加すべき補正値ａＣｄ（すなわち、補正ビットデータＣｄ）は、階調値が変化する画素位置（Ｐｔ＝１）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、階調値が変化しない階調平坦区間（Ｐｔ＝０）では、階調値が変化する画素位置における値から順に、傾きデータ値Ｋｓｌによる階調値の差で順次０まで変化する値として得られるとともに、連続変化判定結果ｓｑｆ＝１で連続変化となる画素とそれ以降の階調平坦区間において、連続変化となる画素の領域となって、補正値ａＣｄ＝０として生成される。
【０２３４】
画素値演算手段６２において、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（又は加算）することで、新たな出力画像信号Ｄｂを算出する（ステップＳ１３２）。
【０２３５】
以上のように、実施の形態３の画像処理装置においては、連続変化判定手段７０において、階調変化量ｄｆｘを用いて、単調に階調が増加又は減少し、連続変化となる画素の領域を判定し、補正ビット生成手段５０ｂにおいて、振幅制限階調変化量Ｘｌｍと傾きデータ値Ｋｓｌ、及び補正制限係数ｒｃから補正値を得るとともに、連続変化となる画素では補正値ａＣｄ＝０へ切り換えることで、連続変化となる画素の領域の画素においては、補正値ａＣｄが０となり、階調の補正値が付加されないようにして補正ビットデータＣｄを得て、画素値演算手段６２において入力画像信号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、階調値を変換し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３の画像処理装置によれば、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や階調値の変化が画像のエッジによると判断される場合と、連続で階調値が変化する領域において、適切な補正ビットデータＣｄを得ることができるので、平坦幅分の画像信号を保持せずに実時間で処理し、回路規模を大幅に増やすことなく、非常に緩やかに階調値が変化する区間や、階調値の変化が画像のエッジによると判断される場合や連続で階調値が変化する領域においても、階調値の変化を検出して適切な補正ビットデータＣｄを得て、画像信号の階調数を拡張し、量子化ノイズ又は擬似輪郭を低減された階調値の変化が滑らかで、高品位な画像信号を得ることができる。
【０２３６】
なお、実施の形態３における画像処理装置において、階調変換手段２では画素間の階調値の差分＋１と−１の変化を求め、階調変化検出手段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ｄｆｘを所定の範囲、すなわち、−１から＋１までの範囲内に制限するよう構成する場合を説明したが、実施の形態２で説明したように、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、最大値（正の値）と最小値（負の値）により設定された範囲で、階調値の変化を検出するよう構成する場合においても、連続変化判定手段７０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。
【０２３７】
また、実施の形態３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、画素値演算手段６２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。
【０２３８】
また、実施の形態３における画像処理装置では、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の垂直方向の階調変化量を検出し、垂直方向の階調変化量から垂直方向に連続で変化する画素を判定して、補正ビットデータＣｄを生成することで、垂直方向の階調値の変化を滑らかなものとしてもよい。
【０２３９】
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。
【０２４０】
《４》実施の形態４．
上記実施の形態１から３までの画像処理装置は、画像信号の水平方向又は垂直方向のうちいずれかの方向（一定方向）における階調値の変化を検出し、階調値の傾きを求めることで、入力画像信号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した。実施の形態４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、２次元方向の階調値の変化を滑らかにするよう構成する点において、上記実施の形態１から３までの画像処理装置と相違する。
【０２４１】
図２３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。画像信号の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、入力画像信号のビット数を拡張し、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よう構成している。
【０２４２】
図２３において、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、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、水平・垂直タイミング信号生成手段１０１と、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３とを備えている。そして、階調変換手段３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。
【０２４３】
ここで、階調変換手段３は、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構成として説明する。
【０２４４】
水平・垂直タイミング信号生成手段１０１は、入力画像信号Ｄａに対する同期信号ＳＹを受信し、同期信号ＳＹに基づき、タイミング信号を生成する。階調変換手段３は、入力画像信号Ｄａの水平方向及び垂直方向の二次元方向に対し画像処理を行うので、階調変換手段３内の各処理を水平同期信号ごとで初期化するための初期化信号Ｓｉｆと、垂直同期信号ごとで初期化するための垂直初期化信号ｖＳｉｆを生成する。初期化信号Ｓｉｆは、タイミング信号生成手段１００と同様に生成され、水平方向走査期間の開始タイミングを示すようなパルス信号として生成できる。また、垂直初期化信号ｖＳｉｆは、垂直同期信号ごとで初期化するため、例えば、垂直同期信号を基準として、垂直方向走査期間の開始タイミング、すなわち、フレームの開始ラインを示すような、１ライン分の画素を示す信号として生成されればよい。
【０２４５】
階調変換手段３には、入力画像信号Ｄａと、水平・垂直タイミング信号生成手段１０１からの初期化信号Ｓｉｆと垂直初期化信号ｖＳｉｆが入力される。階調変換手段３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。
【０２４６】
まず、階調変換手段３に入力された入力画像信号Ｄａは、階調変換手段３における水平方向階調変換手段１１０へ入力される。水平方向階調変換手段１１０には、入力画像信号Ｄａと、水平・垂直タイミング信号生成手段１０１からの初期化信号Ｓｉｆとが入力される。水平方向階調変換手段１１０は、上述の階調変換手段１（図１）又は階調変換手段２（図１７）と同様に構成され、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値を付加することでビット数を拡張し、１２ビットの画像信号Ｄｂとして出力する。このため、水平方向階調変換手段１１０は、実施の形態１から３までのいずれかにおける階調変換手段と同様である。
【０２４７】
階調変換手段３における垂直方向階調変換手段１１１には、水平方向階調変換手段１１０から出力された１２ビットの画像信号Ｄｂと、水平・垂直タイミング信号生成手段１０１からの垂直初期化信号ｖＳｉｆとが入力される。垂直方向階調変換手段１１１は、水平方向階調変換手段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ビット分を除き、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を求め、水平方向階調変換手段１１０と同様分の補正ビットデータを付加することで階調変換を行い、１２ビットの出力画像信号Ｄｃとして出力する。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区間においても、階調値の変化を検出して、階調値の変化が滑らかで、高品位な１２ビットの出力画像信号Ｄｃとして出力される。
【０２４８】
図２４は、垂直方向階調変換手段１１１の構成の一例を概略的に示すブロック図である。画像信号の垂直方向における階調値の変化を検出して、階調値の傾きを求め、画像信号のビット数を拡張する階調変換処理を行うが、実施の形態３における図１７の階調変換手段２と同様、垂直方向における連続変化となる画素の領域を判定し、この場合は階調数の拡張処理を行わないように構成している。また、垂直方向における階調値の変化を検出し、階調値の傾きを求める際には、入力画像信号Ｄａの１階調値の変化を検出するために、入力された水平方向階調変換手段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るものとする。
【０２４９】
図２４において、垂直方向階調変換手段１１１は、画像信号を１ライン分遅延する１ラインメモリ（１ライン遅延手段）８１及び８２から構成され、水平方向階調変換手段１１０からの１２ビットの画像信号Ｄｂをライン単位で遅延するライン遅延手段８０と、画像信号Ｄｂの垂直方向上下に位置する隣接画素間の階調値の差分により、垂直方向における階調変化量を検出する垂直方向階調変化検出手段９０と、垂直方向における平坦幅を予測した平坦幅データ予測値を求める平坦幅予測手段２００と、補正制限係数設定手段２３０と、平坦幅予測手段２００からの平坦幅データ予測値と、垂直方向階調変化検出手段９０からの階調変化量から画像信号Ｄｂの垂直方向における階調値の傾きを検出する傾き検出手段２４０と、入力された階調値の傾きから、画素信号Ｄｂの階調値に付加する値として補正ビットデータを生成する補正ビット生成手段２５０と、画像信号Ｄｂを補正ビットデータが生成されるまでの所定の時間分だけ遅延し位相を合わせる遅延補償手段２１０と、画像信号Ｄｂに補正ビット生成手段２５０からの補正ビットデータを付加する画素値演算手段２１１と、垂直方向で連続的に階調値が変化する連続変化の画素の領域を判定する連続変化判定手段２７０とを備えている。
【０２５０】
また、垂直方向階調変換手段１１１における垂直方向階調変化検出手段９０は、垂直方向上下に位置するライン上の画素との間の差分を階調変化量ｄｆｘｖとして算出する垂直階調変化量算出手段９１と、階調変化量ｄｆｘｖを所定の階調値の範囲内となるように値を制限する階調変化量制限手段９２と、階調変化量ｄｆｘｖの値が０でなく、その絶対値が０より大きな値となり階調値の変化がある画素の位置を示す信号を求める階調変化位置検出手段９３とを備えており、垂直方向階調変換手段１１１内の平坦幅予測手段２００は、垂直方向階調変化検出手段９０による階調変化量に基づく値から、垂直方向の上に位置する直前ライン上の画素までの階調値の変化がない階調平坦区間の平坦幅（画素数）を求めるために階調値が平坦な期間の画素数をカウントする平坦幅カウント手段２０１と、平坦幅カウント手段２０１による平坦幅の画素数に対し巡回型のフィルタ処理を施し、階調値が変化する画素位置以降における垂直方向の平坦幅を予測した値となる平坦幅データ予測値を求める巡回型フィルタ処理手段２０２とを備えている。
【０２５１】
上述の実施の形態１で示した図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）では、横軸が水平方向の水平画素の位置ｘを示すように説明したが、垂直方向の場合は、水平方向の画素位置ｘで画面表示ライン方向（画面上から下へのライン方向）に並ぶライン上の画素が、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）の横軸である水平画素の位置ｘに相当することになる。図２（ａ）、図３（ａ）に示すような、入力画像信号Ｄａの垂直方向の１階調のレベル差の緩やかな階調値の変化を、図２（ｃ）、図３（ｃ）に示すように、より滑らかに変化するように階調変換を行う。
【０２５２】
図２４において、ライン遅延手段８０には、水平方向階調変換手段１１０からの１２ビットの画像信号Ｄｂが入力され、画像信号Ｄｂをライン単位で遅延し、入力された画像信号Ｄｂと、そのライン遅延信号を得て出力する。このライン遅延手段８０は、垂直方向上下に位置する隣接画素間の階調値の差分を得ることができ、また、１ライン下の画素との変化を得て垂直方向の連続変化の画素の領域を判定することができるように、１ラインメモリ８１及び８２から構成して、３ライン分の画像信号を得る。ライン遅延手段８０内の１ラインメモリ８１は、水平方向階調変換手段１１０からの１２ビットの画像信号Ｄｂを１ライン分遅延し、１ライン遅延信号Ｄｂ１を得て、１ラインメモリ８２は、１ラインメモリ８１からの１ライン遅延信号Ｄｂ１を１ライン分遅延し、２ライン遅延信号Ｄｂ２を得る。
【０２５３】
図２５は、ライン遅延手段８０により出力される画像信号の水平、垂直方向の画素位置の関係を示している。図２５において、左から右への横方向が水平方向の画素位置であり、上から下への垂直方向が垂直方向の走査線の順を示している。図２５において、ｘは水平方向の画素位置、ｙは垂直方向の画素位置（ライン番号）を表している。ライン遅延手段８０からの３ライン分の画像信号は、水平方向の画素位置ｘ２において、画面上から下への垂直方向に対し、ｙ２−１に２ライン遅延信号Ｄｂ２（図２５においては、Ｄｂ２（ｘ２）と表す）が、ｙ２に１ライン遅延信号Ｄｂ１（図２５においては、Ｄｂ１（ｘ２））、ｙ２＋１に入力された画像信号Ｄｂ（図２５においては、Ｄｂ（ｘ２））が順に並び、処理を行う注目画素は１ライン遅延信号Ｄｂ１で、その位置する走査線（中心ライン）は、１ライン遅延された垂直方向画素位置ｙの走査線上となる。
【０２５４】
ライン遅延手段８０で得られる３ライン分の画像信号である２ライン遅延信号Ｄｂ２、１ライン遅延信号Ｄｂ１、入力された画像信号Ｄｂは、垂直方向階調変化検出手段９０へ出力され、また、中心ラインｙ２上の画素である１ライン遅延信号Ｄｂ１については、遅延補償手段２１０へ出力される。ここで、図２３における階調変換手段３への入力画像信号Ｄａに対する１階調値の変化を検出するためには、水平方向階調変換手段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ので、垂直方向階調変化検出手段９０には、ライン遅延手段８０から出力される３ライン分の画像信号それぞれにおける上位８ビット分の値を入力すればよい。よって、垂直方向階調変化検出手段９０には、上位８ビットの値の２ライン遅延信号ＭＤｂ２と１ライン遅延信号ＭＤｂ１、及び、画像信号ＭＤｂ０が送られる。なお、１ラインメモリ８２は２ライン遅延信号Ｄｂ２を得るためのものであり、この２ライン遅延信号Ｄｂ２は垂直方向階調変化検出手段９０へ出力されるのみなので、１ラインメモリ８２では１ラインメモリ８１からの１ライン遅延信号Ｄｂ１の上位８ビットの値ＭＤｂ１を１ライン遅延するよう構成してもよい。この場合は、ラインメモリの大きさを削減できる。
【０２５５】
垂直方向階調変化検出手段９０には、ライン遅延手段８０で得られる３ライン分の画像信号それぞれの上位８ビットの値となる２ライン遅延信号ＭＤｂ２と１ライン遅延信号ＭＤｂ１、及び、画像信号ＭＤｂ０が入力され、これらの信号から、入力画像信号Ｄａにおける垂直方向に隣接する画素間の階調値の差分を算出して、垂直方向における階調変化量ｄｆｘｖと階調値が変化する画素の位置を検出する。すなわち、入力画像信号Ｄａに対する１階調値の変化を検出するため、水平方向階調変換手段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ビット分を除いた上位８ビットで示される値として、２ライン遅延信号ＭＤｂ２と１ライン遅延信号ＭＤｂ１、及び画像信号ＭＤｂ０を用いて、階調変化検出手段１０と同様な処理を行い、垂直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ｄｆｘｖとして求め、階調変化量ｄｆｘｖを出力するとともに、この階調変化量ｄｆｘｖの値を所定の範囲に制限した振幅制限階調変化量ｖＸｌｍと、階調変化量ｄｆｘｖの値から階調値が変化した画素か否かを検出した結果である階調値が変化した画素位置を示す階調変化位置信号ｖＰｔを出力する。なお、垂直方向階調変化検出手段９０では、後述する連続変化判定手段２７０において垂直方向の連続変化の画素の領域を判定するために、１ライン上の画素との差分となる階調変化量ｄｆｘｖを求めるとともに、１ライン下の画素との差分も算出し、その階調変化量ｄｆｘｖ２も求める。
【０２５６】
この垂直方向階調変化検出手段９０は、垂直階調変化量算出手段９１と、階調変化量制限手段９２と、階調変化位置検出手段９３とにより構成される。以下、垂直方向階調変化検出手段９０内の構成について説明する。
【０２５７】
垂直方向階調変化検出手段９０内の垂直階調変化量算出手段９１には、ライン遅延手段８０で得られる２ライン遅延信号ＭＤｂ２と１ライン遅延信号ＭＤｂ１、及び、画像信号ＭＤｂ０が入力され、垂直方向に隣接する画素間の階調値の差分を算出して、垂直方向における階調変化量として求める。ここで、垂直階調変化量算出手段９１では注目画素とその垂直方向上ラインに位置する画素との階調変化量ｄｆｘｖと、垂直方向下ラインに位置する画素と注目画素との階調変化量ｄｆｘｖ２を求めている。
【０２５８】
今、処理する注目画素が位置する中心ラインは１ライン遅延信号ＭＤｂ１であるので、垂直方向画素位置ｙ２とするとき、垂直階調変化量算出手段９１においては、垂直方向ｙの１ライン遅延信号ＭＤｂ１から、垂直方向上ラインに位置する直前ラインｙ２−１である２ライン遅延信号ＭＤｂ２の階調値を減算した値を算出することにより、垂直方向の階調変化量ｄｆｘｖを求める。また、垂直方向下ラインに位置するｙ２＋１の画像信号ＭＤｂ０から、垂直方向ｙの１ライン遅延信号ＭＤｂ１の階調値を減算した値を算出することにより、階調変化量ｄｆｘｖ２を求める。垂直階調変化量算出手段９１により求める階調変化量ｄｆｘｖ、及び階調変化量ｄｆｘｖ２は、画素間の階調値の差分であるので、この画素間の階調値の差分が０の場合は、階調値の変化がない階調平坦区間の画素であり、階調値が変化した画素では、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（階調が増加の場合は正符号「＋」、減少の場合は負符号「−」）として得られることになる。
【０２５９】
階調変化量ｄｆｘ及び階調変化量ｄｆｘｖ２を求める垂直階調変化量算出手段９１は、上記の階調変化量算出手段１１（水平方向に隣接する画素についての階調変化長を算出するもの）と同様の構成の手段を、垂直方向に隣接する画素についての階調変化量を算出する手段として用いればよい。
【０２６０】
垂直階調変化量算出手段９１で得られた階調変化量ｄｆｘは、補正制限係数設定手段２３０へ出力されるとともに、垂直方向階調変化検出手段９０内の階調変化量制限手段９２、階調変化位置検出手段９３へ送られ、また、階調変化量ｄｆｘと、垂直方向下ラインに位置する画素との階調変化量ｄｆｘｖ２は連続変化判定手段２７０へ送られる。
【０２６１】
階調変化量制限手段９２には、垂直階調変化量算出手段９１からの階調変化量ｄｆｘｖが入力され、階調変化量ｄｆｘｖが所定の階調値の範囲、すなわち、−１から＋１までの範囲内となるように値を制限し、値が制限された階調変化量を振幅制限階調変化量ｖＸｌｍとして出力する。ここでの制限の範囲−１と＋１は、階調変換手段３では８ビットの入力画像信号Ｄａの最下位１ビット分の差、１階調値の変化を検出するためであり、階調変化量制限手段９２から出力される振幅制限階調変化量ｖＸｌｍは、値が−１，０，＋１の３値で構成される。
【０２６２】
階調変化位置検出手段９３に対しても、垂直階調変化量算出手段９１からの階調変化量ｄｆｘｖが入力され、この階調変化量ｄｆｘｖの値から、垂直方向で階調値が変化する画素の位置を検出し、結果として２値化した値による階調値が変化する画素位置を示す階調変化位置信号ｖＰｔを出力する。
【０２６３】
これら階調変化量制限手段９２、階調変化位置検出手段９３における構成は、階調変化量ｄｆｘｖで得られる変化の方向が垂直方向となったことを除けば、図１に示す階調変化量制限手段１２、階調変化位置検出手段１３と同じ構成とできる。
【０２６４】
次に、図２４において、垂直方向階調変換手段１１１内の平坦幅予測手段２００は、垂直方向階調変化検出手段９０からの階調変化位置信号ｖＰｔに基づき、階調変化位置の直前の画素までの垂直方向における階調平坦区間の平坦幅に対し巡回型フィルタ処理を施し、階調値が変化する画素位置以降における階調平坦区間の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｖｄｓｔを求め、傾き検出手段２４０は、垂直方向階調変化検出手段９０からの振幅制限階調変化量ｖＸｌｍと平坦幅予測手段２００からの平坦幅データ予測値ｖｄｓｔにより、垂直方向における階調値の傾きを示す傾きデータ値ｖＫｓｌを求める。補正制限係数設定手段２３０は、垂直方向階調変化検出手段９０からの階調変化量ｄｆｘｖにより、画像のエッジで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ｖｒｃを設定する。以上の構成は、図１に示される実施の形態１のものと同様の処理を行うように構成され、各処理で用いる１画素分の遅延処理を１ライン分の遅延処理とし、初期化信号Ｓｉｆを垂直初期化信号ｖＳｉｆとして、垂直方向の階調値の変化を検出するように構成すればよい。
【０２６５】
連続変化判定手段２７０には、垂直方向階調変化検出手段９０からの階調変化量ｄｆｘｖ、及び階調変化量ｄｆｘｖ２が入力される。連続変化判定手段２７０は、階調変化量ｄｆｘｖをライン遅延するなどして、注目画素の垂直方向画素位置ｙ２とその前後（上下ライン）に位置する隣接画素ｙ２−１とｙ２＋１における階調変化量ｄｆｘｖを得て、得られた階調変化量の大きさとその符号の関係から、階調値が単調に増加又は減少し、垂直方向で連続変化となる画素の領域を判定し、連続変化となる画素を示す連続変化判定結果ｖｓｑｆを生成して、補正ビット生成手段２５０へ出力する。階調変化量ｄｆｘｖ２は、垂直方向下ラインに位置する画素と注目画素との階調変化量であるので、ｙ２＋１における階調変化量となり、ｙ２−１における階調変化量（ｄｆｘｖ０と表す）は、階調変化量ｄｆｘｖを１ライン分遅延することで得られる。
【０２６６】
連続変化判定手段２７０において、垂直方向で連続変化となる画素の領域を判定し、連続変化判定結果ｖｓｑｆを生成する構成は、図１７で示す連続変化判定手段７０と同様に、用いる階調変化量を垂直方向に並ぶｙ２−１における階調変化量ｄｆｘｖ０、ｙ２における階調変化量ｄｆｘｖ、ｙ２＋１における階調変化量ｄｆｘｖ２とし、条件１又は条件２に適合する場合を判定すればよい。
【０２６７】
補正ビット生成手段２５０には、傾き検出手段２４０からの垂直方向の傾きデータ値ｖＫｓｌと、水平・垂直タイミング信号生成手段１０１からの垂直初期化信号ｖＳｉｆと、垂直方向階調変化検出手段９０からの階調変化位置信号ｖＰｔと振幅制限階調変化量ｖＸｌｍと、補正制限係数設定手段２３０からの補正制限係数ｖｒｃとが入力され、さらには、連続変化判定手段２７０からの連続変化判定結果ｖｓｑｆが入力される。補正ビット生成手段２５０は、実施の形態３の図１７における補正ビット生成手段５０ｂと同様に処理され、傾きデータ値ｖＫｓｌを補正値の隣接する画素ごとの階調変化量ｄＫｖとして（ｄＫｖ＝ｖＫｓｌ）、垂直初期化信号ｖＳｉｆにより垂直方向走査期間（フレーム）ごとで初期化する。また、補正ビット生成手段２５０は、階調変化位置信号ｖＰｔに従い、階調変化量ｄＫｖ（すなわち、傾きデータ値ｖＫｓｌ）と振幅制限階調変化量ｖＸｌｍと補正制限係数ｖｒｃから、垂直方向の階調の補正値ｖａＣｄを求め、その補正値を入力画像信号Ｄａの階調値の小数部を含む値による付加ビットＥｖと、付加する値の符号ビットを含むビット列として、補正ビットデータｖＣｄを生成する。加えて、補正ビット生成手段２５０は、補正値ｖａＣｄを求める際に、連続変化判定手段２７０からの連続変化判定結果ｖｓｑｆにより、垂直方向で連続変化となる画素の領域における画素では、階調の補正値が付加されないように補正値ｖａＣｄを０として生成する。
【０２６８】
補正ビット生成手段２５０は、補正ビット生成手段５０ｂ内における１画素分の遅延処理を１ライン分の遅延処理とし、初期化信号Ｓｉｆによる初期化が垂直同期信号ごとで行われるようにすれば、補正ビット生成手段５０ｂと同様に構成し処理し、垂直方向の階調の補正値ｖａＣｄを得られる。そして、得られた垂直方向の補正値ｖａＣｄ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Ｅｖと値の符号ビットを含めて垂直方向の補正ビットデータｖＣｄとして求め、補正ビット生成手段２５０から画素値演算手段２２１へ出力する。
【０２６９】
垂直方向階調変換手段１１１における遅延補償手段２１０には、ライン遅延手段８０で得られる水平方向階調変換手段１１０からの１２ビットの画像信号Ｄｂを１ライン分遅延した１ライン遅延信号Ｄｂ１が入力され、補正ビット生成手段２５０から出力される補正ビットデータｖＣｄが得られるまでの遅延と１ライン遅延信号Ｄｂ１の画素位置を合わせるように１ライン遅延信号Ｄｂ１の遅延補償を行い、遅延補償された画像信号Ｄｄ１を出力する。この画像信号Ｄｄ１は、垂直方向階調変換手段１１１において処理する中心ラインの信号であり、１２ビットの画像信号である。
【０２７０】
画素値演算手段２１１には、遅延補償手段２１０からの遅延補償された画像信号Ｄｄ１と、補正ビット生成手段２５０からの垂直方向の補正ビットデータｖＣｄが入力される。画素値演算手段２１０は、遅延補償された画像信号Ｄｄ１に対し、補正ビット生成手段２５０からの補正ビットデータｖＣｄを整数部の位置を合わせて、符号に応じて減算又は加算する演算処理を行うことで、新たな出力画像信号Ｄｃを算出し、出力する。画像信号Ｄｂ１の階調値に対して、垂直方向の階調値の変化に対応した小数部を含む補正ビットデータｖＣｄが付加されるので、水平方向だけでなく垂直方向の階調値の変化が滑らかになるよう補正された出力画像信号Ｄｃが得られ、この出力画像信号Ｄｃが階調変換手段３の出力となる。
【０２７１】
画素値演算手段２１１は、画素値演算手段６２と同様に構成でき、補正ビットデータｖＣｄにおける付加する値を示す付加ビットＥｖは、遅延補償された画像信号Ｄｄ１（又は画像信号Ｄｂ）の階調値に対して、垂直方向の階調値の変化に対応した小数部を含むので、画素値演算手段２１１において、入力画像信号の階調値に対し、整数部の位置を合わせて補正ビットデータｖＣｄによる値を減算した後の出力画像信号Ｄｃは、水平方向だけでなく垂直方向の階調値の変化が滑らかになるよう変換され、より滑らかな階調値の変化を表現できるようになる。
【０２７２】
図２６は、階調変換手段３における画像信号と補正ビットデータ、及び出力画像信号の関係を示す図である。図２６は、入力画像信号Ｄａと、水平方向階調変換手段１１０における補正ビットデータＣｄ及び出力される水平方向処理後画像信号Ｄｂと、垂直方向階調変換手段１１１における垂直方向の補正ビットデータｖＣｄと、出力画像信号Ｄｃの関係を示している。ここでは、入力画像信号Ｄａ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Ｅ（４ビット）、補正ビットデータｖＣｄが符号ビットと付加ビットＥｖ（４ビット）、水平方向処理後画像信号Ｄｂと出力画像信号Ｄｃがｎ＝１２ビットの場合として説明する。
【０２７３】
図２６において、補正ビットデータＣｄと補正ビットデータｖＣｄは、入力画像信号Ｄａに対して１階調のレベル差となる水平方向及び垂直方向の階調値の変化を検出し、傾きを求めることから得ているので、入力画像信号Ｄａに対して小数部を示す付加ビットＥ、Ｅｖとして求められる。よって、画素値演算手段６２と同様に、垂直方向階調変換手段１１１における垂直方向の階調変換処理における画素値演算手段２１１においても、整数部の位置を合わせ、画像信号Ｄｄ１の下位４ビットの位置に補正ビットデータｖＣｄの付加ビットＥｖ４ビットを合わせた値を、符号に応じて減算又は加算する演算処理を行うことで、出力画像信号Ｄｃが算出される。出力画像信号Ｄｃは、入力画像信号Ｄａに対してビット列が下に伸びて、元の入力画像信号Ｄａの階調値に対して水平方向のみならず垂直方向における階調値の変化を滑らかに変換した小数部を含むので、出力画像信号Ｄｃの１階調の分解能は、入力画像信号Ｄａより高く、二次元方向で量子化ノイズ又は擬似輪郭がより低減され、精度のよい階調を表現できるようになる。
【０２７４】
以上から、図２４による階調変換手段３においては、水平方向階調変換手段１１０は、水平方向の階調値の変化である階調変化量ｄｆｘにより、水平方向の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｄｓｔを求めて、水平方向の傾きデータ値Ｋｓｌを得て階調を変換するとともに、垂直方向階調変換手段１１１においても、同様に、垂直方向の階調値の変化である階調変化量ｄｆｘｖにより、垂直方向の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｖｄｓｔ、傾きデータ値ｖＫｓｌを求めて、この傾きデータ値ｖＫｓｌによる垂直方向の補正ビットデータｖＣｄにより階調を変換する。このため、図２４による階調変換手段３においては、水平方向で平坦幅分の画像信号を保持する必要なく、垂直方向においては、検出する平坦幅分の画像信号をライン遅延して保持する必要がないため、必要なメモリは少なくて済む。したがって、階調変換手段３によれば、回路規模を大幅に増やすことなく、二次元方向で緩やかに階調値が変化する画素の領域や、階調値の変化が画像の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値の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Ｄｃが得られる。
【０２７５】
次に、実施の形態４による画像処理装置において、階調変換手段３内の水平方向階調変換手段１１０、垂直方向階調変換手段１１１それぞれにおける階調変換の動作、すなわち、入力画像信号Ｄａにおける画素間の階調値の差から得た階調変化量に基づき、直前の画素までの平坦幅から予測されたし平坦幅データ予測値ｄｓｔ，ｖｄｓｔを求め、階調変化量と平坦幅データ予測値から階調値の傾きを得て、階調変化量と傾きにより補正ビットデータＣｄ，ｖＣｄ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画像信号を出力する動作、また、連続変化となる画素の領域を判定して補正ビットデータの値を切り換える動作は、図１２に示す階調変換手段１の動作を説明するフローチャート、又は、図２２に示す階調変換手段２の動作を説明するフローチャートと同様である。ただし、これらのフローチャートにおいて、水平方向階調変換手段１１０についての画素位置ｘは水平方向の画素位置であり、垂直方向階調変換手段１１１についての画素位置ｘは、垂直方向における画素位置である。
【０２７６】
なお、上記の図２３の階調変換手段３の説明では、入力画像信号Ｄａの階調値の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態様に限定されず、実施の形態２の図１５で示すように、階調変換手段３内の水平方向階調変換手段１１０、垂直方向階調変換手段１１１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ｄｆｘの値を制限して、画像信号の１階調より大きな値の階調値の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。
【０２７７】
例えば、画素間の階調値の差分の最大値＋２から最小値−２までの範囲内の変化を求める場合は、図２７（ａ）に示すように、補正ビットデータＣｄ，ｖＣｄを符号ビットと付加ビットＥ、Ｅｖ５ビットとして、付加ビットＥ，Ｅｖを入力画像信号Ｄａに対して１ビットの整数部と４ビットの小数部で構成して、付加ビットＥ，Ｅｖにおける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、入力画像信号Ｄａに対し符号に応じて減算又は加算すればよい。この場合は、入力画像信号Ｄａの階調の最小値である１階調の階調値の変化のみでなく、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、回路規模を大幅に増やすことなく、水平方向、垂直方向の二次元方向で緩やかに階調値が変化する画素の領域や、階調値の変化が画像の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、階調値の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Ｄｃが得られる。
【０２７８】
また、画像信号では水平方向の解像度が高いことが多く、図２３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変換手段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、階調値の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、図２７（ｂ）に示すように、水平方向に対しては、例えば、２階調の差（画素間の階調値の差分＋２と−２の変化）とし、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値の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。
【０２７９】
また、図２４で示す垂直方向階調変換手段１１１は、図１７の階調変換手段２と同様に構成し、垂直方向における連続変化の画素の領域を判定する連続変化判定手段２７０を備え、ライン遅延手段８０は、１ライン下の画素との変化を得て垂直方向の連続変化の画素の領域を判定することができるように、１ラインメモリ８１及び８２から構成し、３ライン分の画像信号を得ているが、垂直方向階調変換手段１１１を図１の階調変換手段１と同様に構成し、連続変化判定手段２７０を用いない構成としてもよく、同様の効果を奏することができる。なお、この場合は、ライン遅延手段８０では、１ライン遅延信号を得るのみでよいので、１ラインメモリ８１から構成し、２ライン分の画像信号を得るように構成することもできる。
【０２８０】
また、補正ビットデータＣｄ，ｖＣｄにおける付加ビットＥ，Ｅｖの小数部を４ビットとした場合を説明したが、４ビット以外であってもよく、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Ｃｄ，ｖＣｄ（すなわち、補正値ａＣｄ，ｖａＣｄ）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を表示できる画像信号を得ることができる。
【０２８１】
以上のように、実施の形態４の画像処理装置においては、水平方向階調変換手段１１０においては、水平方向の階調値の変化である階調変化量ｄｆｘにより、水平方向の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｄｓｔを求めて、水平方向の傾きデータ値Ｋｓｌを得て階調を変換するとともに、垂直方向階調変換手段１１１においても、同様に、垂直方向の階調値の変化である階調変化量ｄｆｘｖにより、垂直方向の平坦幅を予測した平坦幅データ予測値ｖｄｓｔを求めて、垂直方向の傾きデータ値ｖＫｓｌを得て階調を変換する。このため、実施の形態４の画像処理装置によれば、平坦幅分の画像信号を保持する必要はなく、多くのメモリを必要とせず、回路規模を大幅に増やすことなく、二次元方向で非常に緩やかに階調値が変化する画素領域や、階調値の変化が画像のエッジによると判断される場合でも、階調値の変化を検出して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値の変化がより滑らかになるよう画像信号の階調数を拡張し、二次元方向の量子化ノイズ又は擬似輪郭を低減された階調値の変化が滑らかで、高品位な画像信号を得ることができる。
【０２８２】
なお、実施の形態４による画像処理装置においても、入力画像信号Ｄａの階調数は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、水平方向階調変換手段１１０、垂直方向階調変換手段１１１において、補正ビットデータＣｄ，ｖＣｄにおける付加ビットＥ，Ｅｖ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。
【０２８３】
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、２、又は３の場合と同じである。
【０２８４】
《５》実施の形態５．
上記実施の形態１から４までにおいては、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２８は、本発明の実施の形態５による画像表示装置５の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図２８に示されるように、実施の形態５の画像表示装置５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又は２の画像処理装置における階調変換手段１、又は、上記実施の形態３の画像処理装置における階調変換手段２、又は、上記実施の形態４の画像処理装置における階調変換手段３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。
【０２８５】
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。
【０２８６】
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処理などを行う。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。
【０２８７】
階調変換手段５００は、上記実施の形態１又は２の画像処理装置における階調変換手段１、又は、上記実施の形態３の画像処理装置における階調変換手段２、又は、上記実施の形態４の画像処理装置における階調変換手段３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。
【０２８８】
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。
【０２８９】
以上に説明したように、実施の形態５の画像表示装置５によれば、階調変換手段５００に上記実施の形態１から４まで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、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５の画像表示装置５によれば、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。
【０２９０】
《６》実施の形態６．
上記実施の形態５による画像表示装置５は、１台の階調変換手段５００を備えているが、実施の形態６による画像表示装置６は、複数台の階調変換手段を備えている。図２９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２９において、図２８の構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。図２９において、実施の形態６の画像表示装置６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とを備えた点が、上記実施の形態５の画像表示装置５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又は２の画像処理装置における階調変換手段１、又は、上記実施の形態３の画像処理装置における階調変換手段２、又は、上記実施の形態４の画像処理装置における階調変換手段３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。
【０２９１】
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。ここまでの構成及び動作は、上記実施の形態５におけるものと同じである。
【０２９２】
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ことになる。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。
【０２９３】
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へ入力される。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。
【０２９４】
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２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から４までのいずれかの階調変換手段のものと同様である。
【０２９５】
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。
【０２９６】
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６の画像表示装置６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、画像信号の階調を十分な階調数へ拡張することができ、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。
【０２９７】
なお、図２９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】
【０２９８】
１，２，３  階調変換手段、  ５，６  画像表示装置、  １０  階調変化検出手段、  １１  階調変化量算出手段、  １２  階調変化量制限手段、  １３  階調変化位置検出手段、  ２０  平坦幅予測手段、  ２１  平坦幅カウント手段、  ２２  巡回型フィルタ処理手段、  ２３  画素カウント手段、  ２４  遅延手段、  ２５  係数１乗算手段、  ２６  演算手段、  ２７  係数２乗算手段、  ２８  切換え手段、  ２９  フィルタ出力遅延手段、  ３０  補正制限係数設定手段、  ３１，３３  絶対値演算手段、  ３２  差分低域成分抽出手段、  ３４  倍率変換手段、  ３５  最大値選択手段、  ３６  係数変換手段、  ４０  傾き検出手段、  ４１  傾き算出手段、  ４２  切換え手段、  ４３  傾き遅延手段、  ５０，５０ｂ  補正ビット生成手段、  ５１  演算手段、  ５２  減算手段、  ５３，５６  切換え手段、  ５４  補正値遅延手段、  ５５  ビット列変換手段、  ６１  遅延補償手段、  ６２  画素値演算手段、  ７０  連続変化判定手段、  ７１，７２  条件１判定手段、  ７３  条件１合成手段、  ７４  条件２判定手段、  ７５  合成手段、  ８０  ライン遅延手段、  ８１，８２  １ラインメモリ、  ９０  垂直方向階調変化検出手段、  ９１  垂直階調変化量算出手段、  ９２  階調変化量制限手段、  ９３  階調変化位置検出手段、  １１０  水平方向階調変換手段、  １１１  垂直方向階調変換手段、  ２００  平坦幅予測手段、  ２０１  平坦幅カウント手段、  ２０２  巡回型フィルタ処理手段、  ２１１  垂直画素値演算手段、  ２３０  補正制限係数設定手段、  ２４０  傾き検出手段、  ２５０  補正ビット生成手段、  ２７０  連続変化判定手段、  ５００，５１０  階調変換手段、  ５０１  入力端子、  ５０２  受信処理手段、  ５０４  表示手段、  ５０３  階調補正手段、  ａＣｄ  補正値、  Ｃｄ  補正ビットデータ、  Ｃｎｔ  平坦幅カウント値、  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）、  ｄｆｘ  階調変化量、  ｄｓｔ  平坦幅データ予測値、  Ｅ  付加ビットデータ、  Ｅｖ  垂直方向付加ビットデータ、  Ｋｓｌ  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、  Ｐｔ  階調変化位置信号、  ｒｃ  補正制限係数、  Ｓｉｆ  初期化信号、  ｓｑｆ  連続変化判定結果、  ｖＣｄ  補正ビットデータ、  ｖｄｓｔ  平坦幅データ予測値、  ｖＫｓｌ  傾きデータ値、  ｖＰｔ  階調変化位置信号、  ｖｒｃ  補正制限係数、  ｖＳｉｆ  初期化信号、  ｖｓｑｆ  連続変化判定結果、  ｖＸｌｍ  振幅制限階調変化量、  ｘ  水平方向画素位置、  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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