(57)【要約】【課題】遮断周波数が高く、且つ、リンギングの発生を抑制した、フィルタ装置を実現可能とする。【解決手段】遮断周波数の高いローパスフィルタと、遮断周波数の低いローパスフィルタを用い、差信号生成部で入力信号と、遮断周波数の高いローパスフィルタ及び遮断周波数の低いローパスフィルタの出力信号の差分をとって、符号比較部で各差分信号の符号を判別することでリンギングの存在を検出する。検出の結果、差分信号の符合を比較して極性が異なればリンギングがあるとされ、出力選択部を入力信号側に切り替え、同符号のときは遮断周波数の高いローパスフィルタに切り替える。これにより、遮断周波数の高いフィルタを用いても、リンギングの発生を抑制したフィルタ装置が実現可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号にローパス処理を施す装置であって、
遮断周波数の高いローパスフィルタと遮断周波数の低いローパスフィルタとを備えるフィルタ手段と、
前記デジタル信号と前記遮断周波数の高いローパスフィルタの出力信号の差分を生成する第１の差信号生成手段と、
前記デジタル信号と、前記遮断周波数の低いローパスフィルタの出力信号の差分を生成する第２の差信号生成手段と、
前記第１、第２の差信号の符号を比較し、符号の比較結果が異符号のときにリンギング検出を行う手段と、
前記リンギング検出時には前記デジタル信号を前記ローパスフィルタを通さずに出力し、リンギング非検出時には、前記遮断周波数の高いローパスフィルタの出力を選択する出力選択手段と、
を備えたことを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
前記リンギング検出を行う手段は、前記符合の比較結果が異符号のときだけでなく、少なくともどちらかが「０」であっても、リンギング検出を行うことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
デジタル信号にハイパス処理を施す装置であって、
遮断周波数の高いハイパスフィルタと遮断周波数の低いハイパスフィルタとを備えるフィルタ手段と、
前記遮断周波数の高いハイパスフィルタと前記遮断周波数の低いハイパスフィルタとよって得られる出力信号の符号を比較し、前記出力信号の符号の比較結果が異符号のときにリンギング検出を行う手段と、
前記リンギング検出時には「０」を出力し、リンギング非検出時には、前記遮断周波数の高いハイパスフィルタの出力を選択する出力選択手段と、
を備えたことを特徴とするフィルタ装置。
【請求項４】
前記リンギング検出を行う手段は、前記出力信号の符号の比較結果が異符号のときだけでなく、少なくともどちらかが「０」であっても、リンギング検出を行うことを特徴とする請求項３に記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リンギングを防止するためのフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ある特定のデジタル入力信号に対して、高次かつ遮断周波数の高いＦＩＲフィルタを使用すると、フィルタ出力に、リンギングが発生する問題があった。このようなフィルタを例えば、デジタル画像信号に使用した場合は、リンギングは擬似輪郭となって現れてしまい、画質を損なう問題がある。
【０００３】
上記問題を解消するために特許文献１、２では、入力信号のステップ状の値の変化を検出し、検出値に応じて、２つのフィルタ、即ち遮断特性の急峻なフィルタと遮断特性の緩やかなフィルタ、の混合比を徐々に変化させる制御手段を用いている。
【特許文献１】特開平８−３１７２５３号公報
【特許文献２】特開平８−７９５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献１、２による方法では、混合比設定の最適化に手間がかかり煩雑なこと、遮断特性の緩やかなフィルタ出力成分を混合するため解像感が損なわれること、などの問題がある。またハードウエアの構成も複雑であり部品点数の増加によってコストアップの原因となる問題があった。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みて、遮断周波数を所望の特性に保ち劣化させることなく、且つ、より簡単でコストのかからない信号処理システムでリンギングの発生を防止したフィルタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を実現するために、本発明は以下のような構成を採用する。
まず、デジタル信号をフィルタリングするために遮断周波数の異なる複数のフィルタを使用する。望ましい一例として遮断周波数の高いローパスフィルタと、遮断周波数の低いローパスフィルタを用い、入力信号と、遮断周波数の高いローパスフィルタ及び遮断周波数の低いローパスフィルタの出力信号の差分をとって、各差分信号の符号を判別することでリンギングの存在を検出する。
【０００７】
検出の結果、差分信号の符合を比較して極性が異なればリンギングがあるとされ、出力選択部を入力信号側に切り替え、同符号のときは遮断周波数の高いローパスフィルタに切り替える。
【０００８】
また、複数のフィルタはハイパスフィルタであってもよく、遮断周波数の高いハイパスフィルタと、遮断周波数の低いハイパスフィルタを用い、遮断周波数の高いハイパスフィルタと、遮断周波数の低いハイパスフィルタの出力信号の符号を判別することでリンギングの存在を検出する。
【０００９】
検出の結果、出力信号の符合を比較して極性が異なればリンギングがあるとされ、出力選択部は「０」を出力し、同符号のときは遮断周波数の高いハイパスフィルタに切り替える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、遮断周波数の高いフィルタを用いても、リンギングの発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）はローパスフィルタ（以下ＬＰＦと示す）であり、（ｃ）及び（ｄ）はハイパスフィルタ（以下ＨＰＦと示す）を示しており、縦続接続された４段のレジスタＺ-1と、レジスタＺ-1による各遅延出力に係数を掛けて加算する加算器Σと、加算器Σによる加算出力の値を１／１６に減衰させる減衰器により構成した５タップのレジスタ前置型ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタからなる。
（第１の実施形態）
図２は、本発明における第１の実施形態に係るフィルタの構成概要図である。同図において、入力信号は出力選択部６と、フィルタ１、２と、差信号生成部３、４に入力し、差信号生成部３、４の出力は符号比較部５に入力する。出力選択部６は符号比較部５の出力に基づいて、フィルタ１の出力と、入力信号の選択を行い、選択した信号を出力する構成である。
【００１２】
フィルタ１は５次の係数（−１，４，１０，４，−１）からなる、遮断周波数の高いＬＰＦであり、回路の構成図は図１（ａ）に示す。フィルタ１は、ある特定の入力信号が入力すると、出力では、図３の符号７に示すように、リンギングが発生する。なお、符号７はフィルタ１の出力波形である。
【００１３】
図３は上記ＬＰＦの入力信号に対する出力信号の時間応答図で、立下りの様子を表す図である。縦軸は信号レベルであり、横軸はサンプル時間である。
同図符号８は上記符号７の中のリンギングを表し、撮像画像において画質の劣化をもたらす擬似輪郭と称するノイズとなる。
【００１４】
ここで、以下の式を用いて具体的に数値を代入し、リンギングが発生したフィルタの出力の計算を示す。
たたみ込み演算より、
2
ｙ（ｎ）＝Σｈ（ｋ）ｘ（ｎ−ｋ）
k=-2
ｎは時間、ｘは入力信号、ｙは出力信号、ｈはインパルス応答とする。
【００１５】
ｈ＝｛−１，４，１０，４，−１｝／１６、ｘ＝｛１，１，１，１，１，１，０，０，０，０，０，・・・｝のとき、リンギングが発生する時間ｎ＝３におけるフィルタ出力ｙ（３）は、
ｙ（３）＝（（−１）×ｘ（３＋２）＋４×ｘ（３＋１）＋１０×ｘ（３）＋４×ｘ（３−１）＋（−１）×ｘ（３−２））／１６
＝（−ｘ（１）＋４ｘ（２）＋１０ｘ（３）＋４ｘ（４）−ｘ（５））／１６
＝（−１＋４＋１０＋４＋０）／１６
＝１．０６３
となる。上記１．０６３の値はリンギングが発生していることを示している。
【００１６】
フィルタ２は５次の係数（１，４，６，４，１）からなる、遮断周波数の低いＬＰＦであり、回路の構成図は図１（ｂ）に示す。
フィルタ２は、ある特定の入力信号が入力すると、フィルタ出力では、図３の符号９に示すように、リンギングが発生しないようになっている。なお、符号９はフィルタ２の出力波形である。
【００１７】
差信号生成部３は、入力信号とフィルタ１の出力信号の差分をとり、差信号１０（図２参照）を生成する。同様に、差信号生成部４は、入力信号とフィルタ２の出力信号の差分をとり、差信号１１（図２参照）を生成する。符号比較部５は、差信号１０と差信号１１の符号を比較し、一方が負極性で他方が正極性と異極性になった場合は、リンギング検出信号を出力する。このとき「０」を含んでもよく、少なくともどちらか一方が「０」であるときにリンギング検出信号を出力してもよい。
【００１８】
出力選択部６には、リンギング検出信号が入力されており、リンギング検出時には入力信号をそのまま出力し、非検出時には、フィルタ１の出力を選択する。
図４における符号１２は上記ＬＰＦによって最終的に得られる出力信号波形を示し、フィルタ１の特性を有しつつリンギングが除去されている。
【００１９】
図５は上記ＬＰＦの周波数特性図である。実線はフィルタ１の周波数特性図であり、点線はフィルタ２の周波数特性図である。
本発明の第１の実施形態は立下りにおけるリンギングの除去について説明したが、立ち上がりのリンギングの除去についても同様のことが言える。
【００２０】
本発明の実施例においては１次元のフィルタを示したが、画像処理用の２次元フィルタであってもよい。
（第２の実施形態）
図６は、本発明における第２の実施形態に係るフィルタの構成概要図である。同図において、入力信号はフィルタ１３、１４に入力し、フィルタ１３、１４の出力は符号比較部１５に入力する。出力選択部１６は符号比較部１５の出力に基づいて、フィルタ１３の出力と、「０」の選択を行い、選択した信号を出力する構成である。
【００２１】
フィルタ１３は５次の係数（１，−４，６，−４，−１）からなる、遮断周波数の高いＨＰＦであり、回路の構成図は図１（ｃ）に示す。フィルタ１３は、ある特定の入力信号が入力すると、フィルタ出力では、図７の符号１７に示すように、リンギングが発生する。なお、符号１７はフィルタ１３の出力波形である。
【００２２】
フィルタ１４は５次の係数（−１，−４，１０，−４，−１）からなる、遮断周波数の低いＨＰＦであり、回路の構成図は図１（ｄ）に示す。
フィルタ１４は、ある特定の入力信号が入力すると、出力では、図７の符号１８に示すように、リンギング１９が発生しない。なお、符号１８はフィルタ１４の出力波形である。
【００２３】
図７は上記ＨＰＦの入力信号に対する出力信号の時間応答図で、立下りの様子を表す図である。縦軸は信号レベルであり、横軸はサンプル時間である。
符号比較部１５において、フィルタ１３と、フィルタ１４の出力の符号を比較し、一方が負極性で他方が正極性と異極性になった場合は、リンギング検出信号を出力する。このとき「０」を含んでもよく、少なくともどちらか一方が「０」であるときにリンギング検出信号を出力してもよい。
【００２４】
出力選択部１６には、リンギング検出信号が入力されており、リンギング検出時には「０」を出力し、非検出時には、フィルタ１３の出力を選択する。
図８における符号２０は上記ＨＰＦによって最終的に得られる出力信号波形を示し、フィルタ１３の特性を有しつつリンギングが除去されている。
【００２５】
図９は上記ＨＰＦの周波数特性図である。実線はフィルタ１３の周波数特性図であり、点線はフィルタ１４の周波数特性図である。
本発明の第２の実施形態は立下りにおけるリンギングの除去について説明したが、立ち上がりのリンギングの除去についても同様のことが言える。
【００２６】
本発明の実施例においては１次元のフィルタを示したが、画像処理用の２次元フィルタであってもよい。
（第３の実施形態）
図１０は、本発明における第３の実施形態に係る実際のデジタル映像信号処理カメラに使用するときの輝度信号に対する輪郭強調処理を行うための構成概要図である。
【００２７】
入力信号であるベイヤーデータ（後述する）に補間処理２１及び図示しないホワイトバランス処理、γ変換処理、YUV変換処理を施して生成した輝度信号は、ＬＰＦ２２とＬＰＦ２３に入力され、ＬＰＦ２３の出力信号はＨＰＦ２４を通して、ＬＰＦ２２の出力に加算され、画像の輝度成分が出力される。
【００２８】
ここで、ベイヤーデータとは、図１１（ａ）に示すようにＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の画素が市松状に配列されたデータであり、単板撮像素子のカラーフィルタ配列に由来するものである。
【００２９】
ベイヤーデータは補間処理２１により足りない色成分が補間され全画素分のＲ，Ｇ，Ｂの画素データが生成される。例えばGについては図１１（ｂ）に示す「ｇ」の部分を周辺G画素の相関度合いを考慮するなど公知の手法によって補間する。R、Bについても同様に補間する。
【００３０】
図１０において、輝度信号をＬＰＦ２２とＬＰＦ２３に入力し、補間処理に起因する不要な高域成分を抑圧する。ＬＰＦ２３の出力信号はさらにＨＰＦ２４と図示しないゲイン調整を経て輪郭強調信号となる。この輪郭強調信号をＬＰＦ２２の出力信号に加算して、輪郭強調を行う。このとき例えば、ＬＰＦ２２及びＬＰＦ２３として５次の係数（−１，４，１０，４，−１）、ＨＰＦ２４として３次の係数（−１，２，−１）を用いる。
以下にこのときの信号の波形を、図１２を参照しながら説明する。
【００３１】
ＨＰＦ２４はリンギングが発生しないが、ＬＰＦ２３の出力２５にリンギング２６が発生した場合、このリンギング２６部分のＨＰＦ２４の出力２７は画質の劣化要因となる擬似輪郭となる。
【００３２】
この例の場合、ＬＰＦ２３の部分は、第１の実施形態で述べた図２の構成概要図に示す、ローパスフィルタ１、２と、差信号生成部３、４と、符号比較部５と、出力選択部６と、を有する回路構成とすることでリンギングの発生が抑制され、擬似輪郭を防ぐことが可能となる。
【００３３】
符号２８はベイヤーデータであり、入力信号を示す。符号２９はＬＰＦ２２の出力信号にＨＰＦ２４の出力信号を加算したときの出力波形である。このとき、出力波形２９の部分にオーバーシュート３０が現れることがあるが、これは輪郭成分として正当な信号成分である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るＦＩＲフィルタの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る構成概要図である。
【図３】本発明に係るフィルタ１の入力信号に対する出力信号の時間応答図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るフィルタ装置の出力選択部の入力信号に対する出力信号の時間応答図である。
【図５】本発明に係るフィルタ１，２の入力信号に対する出力信号の周波数特性図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る構成概要図である。
【図７】本発明に係るフィルタ１３の入力信号に対する出力信号の時間応答図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るフィルタ装置の出力選択部の入力信号に対する出力信号の時間応答図である。
【図９】本発明に係るフィルタ１３，１４の入力信号に対する出力信号の周波数特性図である。
【図１０】本発明に係る他の実施例を示すフィルタ装置の構成概要図である。
【図１１】ベイヤーデータの配列を示す図である。
【図１２】本発明に係る他の実施例を示すフィルタ装置の入力信号に対する出力信号の時間応答図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＬＰＦ
２  ＬＰＦ
３  差信号生成部
４  差信号生成部
５  符号比較部
６  出力選択部
７  ＬＰＦ１の出力信号波形
８  リンギング
９  ＬＰＦ２の出力信号波形
１０  差信号
１１  差信号
１２  最終出力信号の波形
１３  ＨＰＦ
１４  ＨＰＦ
１５  符号比較部
１６  出力選択部
１７  ＨＰＦ１３の出力信号波形
１８  ＨＰＦ１４の出力信号波形
１９  リンギング
２０  最終出力信号の波形
２１  補間処理
２２  ＬＰＦ
２３  ＬＰＦ
２４  ＨＰＦ
２５  ＬＰＦ２の出力信号波形
２６  リンギング
２７  擬似輪郭成分
２８  入力信号
２９  ＬＰＦ１の出力信号にＨＰＦの出力信号を加算した信号波形
３０  オーバーシュート
３１  係数タップ
３２  減衰器
【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】
2006262372.tif 000011
【図１０】
2006262372.tif 000012
【図１１】
2006262372.tif 000013
【図１２】
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