(57)【要約】【課題】演算量の増加を抑え且つ動画信号処理に適した輪郭補正装置を提供する。【解決手段】映像信号の輪郭補正を行う輪郭補正装置において、入力映像信号のうち注目画素及びその周辺画素を用いて映像の輪郭を抽出しエッジ成分を出力するエッジ算出手段１と、エッジ成分をパラメータとしてエッジの方向に依存した局所フィルタの係数を算出する係数算出手段２と、フィルタ係数を用いて入力映像と局所フィルタ演算を行い輪郭補正成分を出力するフィルタ演算手段３と、輪郭補正成分に対してエッジの大きさで規格化を行う規格化演算手段４と、規格化演算後の輪郭補正成分と入力信号とを合成して出力する加算手段５とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号の輪郭補正を行う輪郭補正装置において、
入力映像信号のうち注目画素及びその周辺画素を用いて映像の輪郭を抽出しエッジ成分を出力するエッジ算出手段と、前記エッジ成分をパラメータとしてエッジの方向に依存した局所フィルタの係数を算出する係数算出手段と、前記フィルタ係数を用いて入力映像と局所フィルタ演算を行い輪郭補正成分を出力するフィルタ演算手段と、前記輪郭補正成分に対してエッジの大きさで規格化を行う規格化演算手段と、規格化演算後の輪郭補正成分と入力信号とを合成して出力する加算手段とを備えたことを特徴とする輪郭補正装置。
【請求項２】
上記エッジ算出手段は、注目画素の周辺画素から画素値勾配を算出し、水平成分及び垂直成分の二成分を出力する手段を有する請求項１記載の輪郭補正装置。
【請求項３】
上記係数算出手段は、フィルタ係数がエッジの方向をパラメータとする三角関数で表現され、エッジ算出手段の出力であるエッジ成分のみから算出することができ、フィルタ係数がエッジの方向に依存した平滑化処理となるように出力する手段を有する請求項１記載の輪郭補正装置。
【請求項４】
上記係数算出手段は、フィルタ係数がエッジの方向をパラメータとする三角関数で表現され、エッジ算出手段の出力であるエッジ成分のみから算出することができ、フィルタ係数がエッジの方向に依存した強調処理となるように出力する手段を有する請求項１記載の輪郭補正装置。
【請求項５】
上記係数算出手段は、フィルタ係数がエッジの方向をパラメータとする三角関数で表現され、エッジ算出手段の出力であるエッジ成分のみから算出することができ、フィルタ係数がエッジの方向には平滑化処理、垂直な方向には強調処理となるように出力する手段を有する請求項１記載の輪郭補正装置。
【請求項６】
上記規格化演算手段は、エッジ算出手段の出力であるエッジ成分を用いてエッジの大きさ（エッジ強度）を算出し、これを理論上算出され得る最大エッジ強度、又は注目画素周辺領域などの局所領域内の最大値及び最小値から算出される最大エッジ強度によって規格化し、エッジ強度に依存した輪郭補正成分となるように出力する手段を有する請求項１記載の輪郭補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、輪郭補正装置であり、特に映像信号等の画像データに対して輪郭補正処理を行う輪郭補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モニター等の映像表示装置において、入力された映像信号の輪郭補正処理は、主に鮮鋭感を増すための輪郭強調、ジャギー（粗いサンプリングによる画素のギザギザ）を除去するための輪郭平滑化の二つの目的がある。
【０００３】
従来より、映像信号の強調及び平滑化の処理には、局所的な領域内での空間フィルタ処理を行うのが一般的であり、図７に空間フィルタ処理におけるブロック図を、図８に水平方向３画素、垂直方向３画素領域でのフィルタ処理に用いられる代表的なフィルタ係数の一例を示す。
【０００４】
しかし、これらのフィルタ処理では単一のフィルタ係数を用いるため、映像全体に対して一律な処理となり、映像内において過剰もしくは過少な補正となる部分が発生する。また、強調と平滑化が相反する処理であるために、ジャギーを除去しつつ鮮鋭感を増す処理を同時に行うことが困難である。
【０００５】
これを回避する手段として特許文献１には、映像信号中に存在するエッジの方向を検出してエッジと平行な方向には平滑化、エッジと垂直な方向には微分を施したエッジ画像を作成し入力映像信号と合成することで、エッジが有効に強調されるエッジ強調装置が示されている。
【０００６】
図９は、上記公報の実施例におけるブロック図であり、１００は画像入力手段、１０１は入力画像切替手段、１０２は方向画像生成手段、１０３はエッジ検出手段、１０４は画像合成手段、１０５は画像記憶・選択手段、１０６は繰返制御手段、１０７は画像出力手段で構成されている。
【０００７】
具体的な処理としては、入力画像から局所的なエッジの方向を示す方向画像を作成し、これを基に原画像に対してエッジと平行な方向にはガウシアン平滑化、垂直な方向には二次微分による強調処理を行いエッジ画像を作成、原画像と合成することで強調画像を得て、この強調画像を新たな入力画像として繰返し処理を指定回数行うことで適切な強調処理を実現している。
【０００８】
また、特許文献２には、画像データの注目画素及び周辺画素に対して少なくとも四つの方向における画素の類似性を判別して、類似性の強い方向の重み比率を増やした上で周辺画素との加重平均をすることで画像の鮮鋭度を落とさずにジャギーを除去する方向依存ローパスフィルタ処理が示されている。
【０００９】
図１０は、上記公報の実施例における画像処理の流れ図であり、Ｓ１は画像ファイルの読み出し手段、Ｓ２は領域設定手段、Ｓ３は非類似度算出手段、Ｓ４は代表値算出手段、Ｓ５は類似度算出手段、Ｓ６は重み比重算出手段、Ｓ７は加重平均手段、Ｓ８は画像出力手段で実行される。
【００１０】
具体的な処理としては、入力画像の注目画素を含む局所領域に対して少なくとも四つの方向（縦、横、斜め上、斜め下）に画素ラインを設定し、このライン毎にレベル差などの特徴を検出して各方向の画素類似性を判定、類似性の強い方向に重み比重を増やした上で注目画素に周辺画素との加重平均を行うことで、画像構造をさほど損なうことなくジャギーの補正を実現している。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−１９３７１６号公報
【特許文献２】
特開２００１−６１１５７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１によるエッジ強調装置では、繰返し処理により強調度の最適化を図っているため、入力画像が時系列的に次々と変化するテレビ映像のような動画信号に対して適用できない、もしくは入力画像を蓄積する多大なバッファ回路が必要となる。さらに、画像のエッジ情報のうち方向のみを利用していることから、線画等の二値画像に対しては有効であるが、階調を持つ一般的な自然画ではエッジの大小に関係なくフィルタ処理を行ってしまうため、最適な強調画像が得られないといった問題がある。
【００１３】
また、特許文献２による方向依存ローパスフィルタ処理では、類似性の判別に少なくとも４つの方向による特徴量の算出が必要であり、さらに細かく加重平均する重みの方向を利用したい場合には、多くの方向による特徴量の算出が必要になり演算量の増加といった問題がある。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点を解消するために成されたもので、演算量の増加を抑え且つ動画信号処理に適した輪郭補正装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、映像信号の輪郭補正を行う輪郭補正装置において、入力映像信号のうち注目画素及びその周辺画素を用いて映像の輪郭を抽出しエッジ成分を出力するエッジ算出手段と、前記エッジ成分をパラメータとしてエッジの方向に依存した局所フィルタの係数を算出する係数算出手段と、前記フィルタ係数を用いて入力映像と局所フィルタ演算を行い輪郭補正成分を出力するフィルタ演算手段と、前記輪郭補正成分に対してエッジの大きさで規格化を行う規格化演算手段と、規格化演算後の輪郭補正成分と入力信号を合成して出力する加算手段とを備えた輪郭補正装置である。
【００１６】
また、本発明は、上記エッジ算出手段は、注目画素の周辺画素から画素値勾配を算出し、水平成分及び垂直成分の二成分を出力する手段を有する輪郭補正装置である。
【００１７】
そして、本発明は、上記係数算出手段は、フィルタ係数がエッジの方向をパラメータとする三角関数で表現され、エッジ算出手段の出力であるエッジ成分のみから算出することができ、フィルタ係数がエッジの方向に依存した平滑化処理となるように出力する手段を有する輪郭補正装置である。
【００１８】
更に、本発明は、上記係数算出手段は、フィルタ係数がエッジの方向をパラメータとする三角関数で表現され、エッジ算出手段の出力であるエッジ成分のみから算出することができ、フィルタ係数がエッジの方向に依存した強調処理となるように出力する手段を有する輪郭補正装置である。
【００１９】
また、本発明は、上記係数算出手段は、フィルタ係数がエッジの方向をパラメータとする三角関数で表現され、エッジ算出手段の出力であるエッジ成分のみから算出することができ、フィルタ係数がエッジの方向には平滑化処理、垂直方向には強調処理となるように出力する手段を有する輪郭補正装置である。
【００２０】
そして、本発明は、上記規格化演算手段は、エッジ算出手段の出力であるエッジ成分を用いてエッジの大きさ（エッジ強度）を算出し、これを理論上算出され得る最大エッジ強度、又は注目画素周辺領域などの局所領域内の最大値及び最小値から算出される最大エッジ強度によって規格化し、エッジ強度に依存した輪郭補正成分となるように出力する手段を有する輪郭補正装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の輪郭補正装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２２】
実施形態１を説明する。本実施形態の輪郭補正装置は、例えば図１に示すブロック図のように構成される。図１の構成において、１は入力映像ＩＮＰＵＴのうち注目画素及びその周辺画素を用いて映像の輪郭を抽出しエッジ成分ＥＨ、ＥＶを出力するエッジ算出器、２はエッジ成分ＥＨ、ＥＶをパラメータとして局所フィルタ係数Ｆ１〜Ｆ９を算出する係数算出器、３はフィルタ係数Ｆ１〜Ｆ９を用いてＩＮＰＵＴと局所フィルタ演算を行い輪郭補正成分ＤＥを出力するフィルタ演算器、４はエッジ成分ＥＨ、ＥＶからエッジ強度を算出し輪郭補正成分ＤＥに対して規格化演算を行い規格化輪郭補正成分ＮＥを出力する規格化演算器、５は規格化演算後の輪郭補正成分ＮＥとＩＮＰＵＴを合成して出力する加算器である。
【００２３】
この装置において、エッジ算出器１はＩＮＰＵＴの注目画素及びその周辺画素を用いて映像の輪郭を抽出し、互いに直交する二つのエッジ成分、例えば映像に対して平行なエッジ成分ＥＨ、垂直なエッジ成分ＥＶを算出して出力する。
【００２４】
図２は、エッジ算出器１の構成の一例を示すブロック図であり、６はＩＮＰＵＴに対する注目画素の周辺領域を設定する局所領設定器、７は前記周辺領域から画素値勾配の水平成分ＥＨを算出する水平成分算出器、８は前記周辺領域から画素値勾配の垂直成分ＥＶを算出する垂直成分算出器である。
【００２５】
係数算出器２は、エッジの方向θをパラメータとする三角関数で表現されるエッジの方向に依存した平滑化、又は強調処理となるフィルタ係数Ｆ１〜Ｆ９を算出する。
【００２６】
図３は、エッジの方向に平滑化処理を行うためのフィルタ係数の一例を示す表であり、３ｘ３の枡目内の値は局所フィルタ係数を表し、中央が注目画素に対する重み係数、そのまわりが周辺画素に対する重み係数を表している。このフィルタ係数のうち左上の位置Ｆ１における係数値の変化を見ると、θ＝１３５［ｄｅｇ］の場合のみ１となっている。つまり、θ＝１３５［ｄｅｇ］で１となり、それ以外で０を取るような周期関数を係数値とすることで、複数のフィルタを準備することなくエッジ方向に依存したフィルタ処理が可能である。
【００２７】
さらに、前記周期関数をθをパラメータとする三角関数で表現することで、周期関数の計算においてエッジ算出手段１の出力であるエッジ成分ＥＨ、ＥＶから三角関数の演算を行う必要がなくなる。つまりθとＥＨ、ＥＶの間には、
ＥＨ＝ｓｑｒｔ（ＥＨ＊ＥＨ＋ＥＶ＊ＥＶ）＊ｃｏｓθ  （式１）
ＥＶ＝ｓｑｒｔ（ＥＨ＊ＥＨ＋ＥＶ＊ＥＶ）＊ｓｉｎθ  （式２）
の関係があるため、三角関数をＥＨとＥＶに置き換えて演算することができる。
【００２８】
図４は、θをパラメータとする三角関数によってフィルタ係数を表した一例を示したものであり、これをエッジ成分ＥＨとＥＶで置き換えたものが図５である。これにより、複雑な周期関数の演算をせずにエッジ方向に依存したフィルタ係数がエッジ成分のみから得られる。
【００２９】
また、前記係数値において注目画素の位置Ｆ５を２とし、その他を符号反転することでエッジ方向に強調するフィルタ処理、Ｆ１とＦ３、Ｆ２とＦ４、Ｆ６とＦ８、Ｆ７とＦ９の係数値を入れ換えることによりエッジと垂直な方向にフィルタ処理を行うことができるため、エッジ方向には平滑化を、垂直方向には強調処理を行うことでジャギーを抑制しつつ輪郭強調を行うことが可能である。
【００３０】
フィルタ演算器３は、係数算出器３の出力であるフィルタ係数Ｆ１〜Ｆ９を用いてＩＮＰＵＴと局所フィルタ演算を行い、輪郭補正成分ＤＥを出力する。
【００３１】
規格化演算器４は、エッジ方向のみから算出されたＤＥに対して、エッジ成分ＥＨ、ＥＶからエッジの大きさ（エッジ強度）を算出し、理論上算出され得る最大エッジ強度と除算した規格化因子を用いて、ＤＥと乗算することで規格化演算を行う。これによりエッジの大きさに依存した輪郭補正成分ＮＥが算出される。また最大エッジ強度として、理論上入力映像の取り得る最大値及び最小値を用いる以外にも、注目画素の周辺画素領域などの局所領域内の最大値及び最小値を用いて規格化演算を行うことで、比較的小さなエッジ成分に対しても適用可能な輪郭補正を行うことができる。
【００３２】
図６は、規格化演算器４の構成の一例を示すブロック図であり、エッジ成分ＥＨ、ＥＶからエッジ強度を算出し出力するエッジ強度算出器１０、最大エッジ強度にＩＮＰＵＴの取り得る値を用いるか局所領域内の値を用いるかを選択する選択器１２、選択器１２の出力を用いて最大エッジ強度を算出し出力する最大エッジ強度算出器１３、エッジ強度と最大エッジ強度を除算する除算器１１、ＤＥを規格化するための乗算器９である。
【００３３】
加算器５は、ＩＮＰＵＴと輪郭補正成分ＮＥを加算したのちに出力映像ＯＵＴＰＵＴとして出力する。
【００３４】
以上実施形態１で説明したように、本発明の輪郭補正装置は、鮮鋭感を増すための輪郭強調処理及びジャギーを除去するための輪郭平滑化処理に関して、映像信号のエッジ成分を算出し、その方向及び強度によって強調及び平滑化を行うことで、繰返し処理の必要がなく適切な輪郭補正処理を行うことができる効果がある。
【００３５】
また、本発明の輪郭補正装置は、強調及び平滑化を行うフィルタ係数をエッジの方向をパラメータとする三角関数で表現することで、フィルタ係数を水平エッジ成分及び垂直エッジ成分のみから算出することができ、複雑な演算を必要とせずにエッジ方向に依存したフィルタ係数を算出できる効果がある。
【００３６】
そして、本発明の輪郭補正装置は、エッジの方向に対して平行な方向にのみ平滑化処理を行うことにより、輪郭構造を維持しつつ映像信号に含まれるジャギーを除去することができる効果がある。
【００３７】
更に、本発明の輪郭補正装置は、エッジ成分の大きさで輪郭補正成分を規格化演算する際に、局所領域内の最大値及び最小値を用いることで比較的小さなエッジ成分に対しても適切な輪郭補正を行うことができる効果がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、演算量の増加を抑え且つ動画信号処理に適した輪郭補正装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の輪郭補正装置の構成の一例を示すブロック図。
【図２】実施形態１におけるエッジ算出器の構成の一例を示すブロック図。
【図３】一般的なフィルタ処理によるエッジの方向に平滑化処理を行うためのフィルタ係数の一例の説明図。
【図４】実施形態１における係数算出器によるフィルタ係数をエッジ方向をパラメータとした三角関数で表現した一例を示すフィルタ係数値を説明する図表。
【図５】実施形態１における係数算出器によるフィルタ係数を水平エッジ成分と垂直エッジ成分で表現した一例を示すフィルタ係数値を説明する図表。
【図６】実施形態１における規格化演算器の構成の一例を示すブロック図。
【図７】従来の空間フィルタ処理の基本的な構成を示すブロック図。
【図８】従来の空間フィルタ処理におけるフィルタ係数の一例の説明図。
【図９】従来の輪郭強調装置の基本的な構成を示すブロック図。
【図１０】従来の輪郭強調装置における処理の手順を示す流れ図。
【符号の説明】
１  エッジ算出器
２  係数算出器
３  フィルタ演算器
４  規格化演算器
５  加算器
６  局所領域設定器
７  水平成分算出器
８  垂直成分算出器
９  乗算器
１０  エッジ強度算出器
１１  除算器
１２  選択器
１３  最大エッジ強度算出器
１００  画像入力手段
１０１  入力画像切替手段
１０２  方向画像生成手段
１０３  エッジ検出手段
１０４  画像合成手段
１０５  画像記憶・選択手段
１０６  繰返制御手段
１０７  画像出力手段
【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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