(57)【要約】【課題】十分な鮮鋭感を得るためエッジ強調の強度を強くするとエッジが急峻になるだけでなくオーバーシュート、アンダーシュートなどによる画質劣化要因となる不具合が発生する。そのため十分な鮮鋭感を画質劣化なしに得ることができないという課題がある。【解決手段】入力画像の高周波成分を抽出、高周波成分からエッジを検出、周波数解析、周波数変調、エッジ生成によりエッジ画素を生成することにより、強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像のエッジを強調するエッジ強調方法であって、
入力画像から高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、
前記高周波成分からエッジを検出するエッジ検出ステップと、
前記エッジを周波数解析するエッジ周波数解析ステップと、
前記エッジ周波数解析結果の周波数を変調するエッジ周波数変調ステップと、
前記エッジ周波数変調の結果からエッジ画素を生成するエッジ生成によるエッジ強調ステップと、
から成ることを特徴とするエッジ強調方法。
【請求項２】
画像のエッジを強調するエッジ強調方法であって、
入力画像から高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、
前記高周波成分からエッジを検出するエッジ検出ステップと、
前記エッジを周波数解析するエッジ周波数解析ステップと、
前記エッジ周波数解析結果の信頼性を評価する信頼性評価ステップと、
前記エッジ周波数解析結果の周波数を変調するエッジ周波数変調ステップと、
前記エッジ周波数変調の結果からエッジ画素を生成するエッジ生成によるエッジ強調ステップと、
前記入力画像からエッジ成分を抽出するエッジ成分抽出ステップと、
前記エッジ成分抽出ステップエッジ成分を前記入力画像に加算することによってエッジ強調を行うエッジ抽出成分加算によるエッジ強調ステップと、
から成り、
前記信頼性評価ステップの判断でエッジ周波数変調ステップと前記高周波成分加算によるエッジ強調ステップに処理が分岐することを特徴とするエッジ強調方法。
【請求項３】
画像のエッジを強調するエッジ強調方法であって、
入力画像から高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、
前記高周波成分からエッジを検出するエッジ検出ステップと、
前記エッジを周波数解析するエッジ周波数解析ステップと、
前記エッジ周波数解析ステップで使用する解析関数の候補を選択する候補解析関数選択ステップと有効な候補解析関数が無くなったことを判断する候補解析関数終了判断ステップと、
前記エッジ周波数解析結果の信頼性を評価する信頼性評価ステップと、
前記エッジ周波数解析結果の周波数を変調するエッジ周波数変調ステップと、
前記エッジ周波数変調の結果からエッジ画素を生成するエッジ生成によるエッジ強調ステップと、
前記入力画像からエッジ成分を抽出するエッジ成分抽出ステップと、
前記エッジ成分抽出ステップエッジ成分を前記入力画像に加算することによってエッジ強調を行うエッジ抽出成分加算によるエッジ強調ステップと、
から成り、
前記候補解析関数終了判断ステップの判断で前記エッジ周波数解析ステップと前記エッジ成分抽出ステップに処理が分岐し前記信頼性評価ステップの判断でエッジ周波数変調ステップと前記候補関数選択ステップに処理が分岐することを特徴とするエッジ強調方法。
【請求項４】
前記高周波成分抽出ステップでは、ウェーブレット変換を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法。
【請求項５】
前記高周波成分抽出ステップでは、高域通過フィルタを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法。
【請求項６】
前記高周波成分抽出ステップでは、２次微分または１次微分を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法。
【請求項７】
前記エッジ検出ステップでは、前記高周波成分のエッジはパターンマッチングにより検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法。
【請求項８】
前記エッジ周波数解析ステップでは、前記周波数解析結果は前記入力画像のエッジをステップ信号の帯域制限で近似したときの帯域制限周波数を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法。
【請求項９】
前記エッジ周波数解析ステップでは、前記高周波成分のエッジを個別のエッジに分解したのち周波数解析することを特徴とする請求項８記載のエッジ強調方法。
【請求項１０】
前記エッジ成分抽出ステップでは２次微分または１次微分を用いることを特徴とする請求項２記載または請求項３記載のエッジ強調方法。
【請求項１１】
前記周波数変調ステップでは周波数、振幅、エッジ長、エッジ中心座標のうち周波数のみまたは周波数と少なくとも振幅、エッジ長、エッジ中心座標のうち一つを変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像のエッジを強調するエッジ強調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマディスプレイ、液晶などの高精細大画面ディスプレイの普及により、元々鮮鋭感のない映像ソースでも鮮鋭感の高い表示が求められるようになってきた。そのための画像処理手法としてエッジ強調が一般的に行われている。
【０００３】
以下に従来のエッジ強調方法について説明する。
【０００４】
エッジ強調とは画像のエッジの傾きを急峻にして鮮鋭感を向上させることを目的とし、画像処理の一手法として知られている。従来、エッジ強調方法は特許文献１に記載されたものが知られている。そのエッジ強調方法の処理の主要部分をフローチャート化したものを図１０に示す。図１０は従来のエッジ強調方法のフローチャートを示すものである。図１０において１００１は入力画像からエッジ成分を抽出するエッジ成分抽出ステップ、１００２は入力画像にエッジ成分抽出ステップ１００１で抽出したエッジ成分を加算してエッジ強調画像を得るエッジ成分加算によるエッジ強調ステップである。図１１は従来のエッジ強調方法の入力画像を示す図で、１１０１は入力画像である。図１２はエッジ成分抽出ステップ１００１で抽出されたエッジ成分を表す図で１２０１はエッジ成分、図１３はエッジ成分加算によるエッジ強調ステップ１００１の出力を表し、１３０１は出力エッジ強調画像である。
【０００５】
以上のように構成された従来のエッジ強調方法について、以下その動作について説明する。
【０００６】
エッジ成分抽出ステップ１００１では入力画像１１０１から２次微分演算などを用いてエッジを抽出しエッジ成分１２０１を得る。エッジ成分加算によるエッジ強調ステップ１００１ではエッジ成分１２０１の振幅を最適なエッジ強調強度になるよう調整し入力画像１１０１に加算し出力エッジ強調画像１３０１を得る。
【特許文献１】特開２０００−１５６８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記の従来の方法では、十分な鮮鋭感を得るためエッジ強調の強度を強くするとエッジが急峻になるだけでなくオーバーシュート、アンダーシュートなどによる画質劣化要因となる不具合が発生する。そのため十分な鮮鋭感を画質劣化なしに得ることができないという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので十分な鮮鋭感を得るためエッジ強調強度を強めても画質劣化を引き起こさないエッジ強調方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために本発明のエッジ強調方法は、入力画像の高周波成分を抽出、高周波成分からエッジを検出、周波数解析、周波数変調、エッジ生成によりエッジ画素を生成することにより、強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明は、強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、画像のエッジを強調するエッジ強調方法であって、入力画像から高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、前記高周波成分からエッジを検出するエッジ検出ステップと、前記エッジを周波数解析するエッジ周波数解析ステップと、前記エッジ周波数解析結果の周波数を変調するエッジ周波数変調ステップと、前記エッジ周波数変調の結果からエッジ画素を生成するエッジ生成によるエッジ強調ステップからなることを特徴とするエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、画像のエッジを強調するエッジ強調方法であって、入力画像から高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、前記高周波成分からエッジを検出するエッジ検出ステップと、前記エッジを周波数解析するエッジ周波数解析ステップと、前記エッジ周波数解析結果の信頼性を評価する信頼性評価ステップと、前記エッジ周波数解析結果の周波数を変調するエッジ周波数変調ステップと、前記エッジ周波数変調の結果からエッジ画素を生成するエッジ生成によるエッジ強調ステップと、前記入力画像からエッジ成分を抽出するエッジ成分抽出ステップと、前記エッジ成分抽出ステップエッジ成分を前記入力画像に加算することによってエッジ強調を行うエッジ抽出成分加算によるエッジ強調ステップからなり前記信頼性評価ステップの判断でエッジ周波数変調ステップと前記高周波成分加算によるエッジ強調ステップに処理が分岐することを特徴とするエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、画像のエッジを強調するエッジ強調方法であって、入力画像から高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、前記高周波成分からエッジを検出するエッジ検出ステップと、前記エッジを周波数解析するエッジ周波数解析ステップと、前記エッジ周波数解析ステップで使用する解析関数の候補を選択する候補解析関数選択ステップと有効な候補解析関数が無くなったことを判断する候補解析関数終了判断ステップと、前記エッジ周波数解析結果の信頼性を評価する信頼性評価ステップと、前記エッジ周波数解析結果の周波数を変調するエッジ周波数変調ステップと、前記エッジ周波数変調の結果からエッジ画素を生成するエッジ生成によるエッジ強調ステップと、前記入力画像からエッジ成分を抽出するエッジ成分抽出ステップと、前記エッジ成分抽出ステップエッジ成分を前記入力画像に加算することによってエッジ強調を行うエッジ抽出成分加算によるエッジ強調ステップからなり前記候補解析関数終了判断ステップの判断で前記エッジ周波数解析ステップと前記エッジ成分抽出ステップに処理が分岐し前記信頼性評価ステップの判断でエッジ周波数変調ステップと前記候補関数選択ステップに処理が分岐することを特徴とするエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、前記高周波成分抽出ステップでは、ウェーブレット変換を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明は、前記高周波成分抽出ステップでは、高域通過フィルタを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項６に記載の発明は、前記高周波成分抽出ステップでは、２次微分または１次微分を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項７に記載の発明は、前記エッジ検出ステップでは、前記高周波成分のエッジはパターンマッチングにより検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項８に記載の発明は、前記エッジ周波数解析ステップでは、前記周波数解析結果は前記入力画像のエッジをステップ信号の帯域制限で近似したときの帯域制限周波数を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項９に記載の発明は、前記エッジ周波数解析ステップでは、前記高周波成分のエッジを個別のエッジに分解したのち周波数解析することを特徴とする請求項８記載のエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項１０に記載の発明は、前記エッジ成分抽出ステップでは２次微分または１次微分を用いることを特徴とする請求項２または請求項３記載のエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項１１に記載の発明は、前記周波数変調ステップでは周波数、振幅、エッジ長、エッジ中心座標のうち周波数のみまたは周波数と少なくとも振幅、エッジ長、エッジ中心座標のうち一つを変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のエッジ強調方法としたものであり強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図１から図９を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明のエッジ強調方法のフローチャートである。
【００２４】
図１において１０１は入力画像から高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップ、１０２は高周波成分からエッジを検出するエッジ検出ステップ、１０３は検出されたエッジを周波数解析するエッジ周波数解析ステップ、１０４は周波数解析結果の周波数を変調するエッジ周波数変調ステップ、１０５は周波数変調結果を用いてエッジ画素を生成するエッジ生成によるエッジ強調ステップである。
【００２５】
図２は図１に示す本発明のエッジ強調方法を説明するための１次元表現の画像で２０１は入力画像、２０２は入力画像中の第ｎ番目エッジで入力画像第ｎエッジである。本実施の形態ではｎ番目のエッジについて議論する。
【００２６】
図３は入力画像２０１を高周波成分抽出ステップ１０１で処理した結果を表す図で３０１は高周波成分である。
【００２７】
図４はエッジを周波数解析した解析結果と周波数変調結果を周波数軸で表す図で４０１はエッジ周波数解析ステップ１０３で得られた周波数成分ｆ１、４０２はエッジ周波数変調ステップ１０４で周波数変調した周波数成分ｆ２である。
【００２８】
図５は周波数変調結果を用いてエッジを合成したエッジ波形を表す図で強調エッジ５０１が生成されたエッジである。
【００２９】
以上のようなステップで動作するエッジ強調方法について図１から図５を用いて説明する。実際の画像は２次元であるが説明を容易にするため１次元の画像で説明する。
【００３０】
入力画像２０１は高周波成分抽出ステップ１０１で高周波成分が抽出される。ここでｎ番目のエッジ２０２に着目する。エッジ２０２は最小値Ｌ、最大値Ｈ、エッジ中心座標ｘである。
【００３１】
高周波成分抽出ステップ１０１ではエッジ２０２の高周波成分を抽出し、高周波成分３０１となる。
【００３２】
エッジ検出ステップ１０２では高周波成分３０１のゼロクロスからエッジを検出する。
【００３３】
周波数解析ステップ１０３ではエッジ検出ステップ１０２の結果を基に高周波成分３０１からパラメータとして周波数成分４０１などを算出する。
【００３４】
周波数変調ステップ１０４では周波数成分４０１の周波数ｆ１を周波数成分ｆ２に変調する。また振幅なども同時に変調することも出来る。これらの変調によって周波数領域でエッジの傾きなどを制御できるため従来手法より正確なエッジ制御が可能となる。
【００３５】
エッジ生成によるエッジ強調ステップ１０５では周波数変調ステップ１０４の結果を基に強調エッジ５０１を生成し、入力画像第ｎエッジ２０２と置き換えることによりエッジ強調を行う。
【００３６】
周波数領域でエッジの傾きなどのパラメータを制御し、これらパラメータに基づきエッジを生成するので従来のようなオーバーシュート、アンダーシュートなどの画質劣化が起こらない。また実施の形態では中心座標ｘは変化させていないがこれも周波数変調ステップ１０４で変化させることは容易でエッジ位置の微調整なども可能となる。
【００３７】
以上のように本実施の形態によれば、入力画像の高周波成分を抽出、高周波成分からエッジを検出、周波数解析、周波数変調、エッジ生成によりエッジ画素を生成することにより、強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られる。
【００３８】
（実施の形態２）
図６は本発明のエッジ強調方法のフローチャートである。
【００３９】
図６において１０１から１０５は図１と同様である。６０１はエッジの周波数解析結果情報の信頼性評価する信頼性評価ステップ、６０２は入力画像からエッジ成分を抽出するエッジ成分抽出ステップ、６０３は入力画像にエッジ成分抽出ステップ６０２で抽出したエッジ成分を加算してエッジ強調画像を得るエッジ抽出成分加算によるエッジ強調ステップである。
【００４０】
図７は信頼性評価ステップ６０１の動作説明図で７０１は入力画像２０１のｎ番目のエッジ２０２を分離したもの、７０２はエッジ周波数解析結果から生成したエッジである。
【００４１】
図８はエッジ成分抽出ステップ６０２で抽出されたエッジ成分を表す図で８０１はエッジ成分である。
【００４２】
以上のようなステップで動作するエッジ強調方法について図６から図８を用いて説明する。実際の画像は２次元であるが説明を容易にするため１次元の画像で説明する。
【００４３】
ステップ１０１からステップ１０３の動作は実施の形態１と同様であるので省略する。信頼性評価ステップ６０１では周波数解析結果の一つ周波数成分ｆ１  ４０１、エッジの最大値Ｌ１、最小値Ｈ１、中心座標ｘを用いてエッジ７０２を生成し入力画像２０１のｎ番目のエッジ７０１と比較する。指標としては例えば２乗平均誤差などを用いてある閾値より小さければ生成したエッジは信頼性が高いと評価する。
【００４４】
信頼性評価ステップ６０１で信頼性が高いと評価した場合にはエッジ周波数解析ステップ１０３、エッジ周波数変調ステップ１０４の処理でエッジ強調を行う。ステップ１０３、ステップ１０４の動作は実施の形態１と同様であるので省略する。
【００４５】
信頼性評価ステップ６０１で信頼性が低いと評価した場合にはエッジ成分抽出ステップ６０２で入力画像から２次微分演算などを用いてエッジを抽出しエッジ成分８０１を得る。次にエッジ成分加算によるエッジ強調ステップ６０３でエッジ成分８０１の振幅を最適なエッジ強調強度になるよう調整し入力画像に加算しエッジ強調を行う。
【００４６】
以上のように本実施の形態によれば、入力画像の高周波成分を抽出、高周波成分からエッジを検出、周波数解析、周波数変調、エッジ生成によりエッジ画素を生成することにより、強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られる。
【００４７】
（実施の形態３）
図９は本発明のエッジ強調方法のフローチャートである。
【００４８】
図９において１０１から１０５は図１と、６０１から６０３は図６と同様である。９０１はエッジ検出ステップ１０２の結果に複数の候補解析関数から最も適合度が高い解析関数を選択する候補解析関数選択ステップ、９０２は候補解析関数選択ステップ９０１で選択する候補解析関数が無くなったことを判断する候補解析関数終了判断ステップである。
【００４９】
以上のようなステップで動作するエッジ強調方法について図９を用いて説明する。実際の画像は２次元であるが説明を容易にするため１次元の画像で説明する。
【００５０】
ステップ１０１、ステップ１０２の動作は実施の形態１と同様であるので省略する。エッジから特徴量を抽出するのに本実施の形態では関数近似でエッジを表現する。その関数を解析関数と呼び、複数ある解析関数で使用する解析関数の候補を候補解析関数と呼ぶ。候補関数の選択と処理の分岐はステップ９０１、ステップ９０２、ステップ１０３、ステップ６０１からなるループで行う。次にループ内の処理を説明する。候補解析関数選択ステップ９０１では予め用意したエッジを解析する関数を順番に選択していく。エッジ検出ステップ１０２の結果に関わりなく順番に解析関数を選択するモードとエッジ検出ステップ１０２の結果である程度のグループ分けを行うモードを持つ。候補解析関数終了判断ステップ９０２では候補解析関数選択ステップ９０１で選択する候補解析関数が無くなったことを判断し処理を分岐する。エッジ周波数解析ステップ１０３で解析関数を用いてエッジを周波数解析する。信頼性評価ステップ６０１で周波数解析結果を評価し、信頼性が無いと判断した場合は解析関数のエッジへの適合度が低いためであると考えステップ９０１に戻り候補解析関数の選択からやり直す。
【００５１】
このループを抜ける２つの条件中一つは信頼性評価ステップ６０１で信頼性があると判断した場合で解析関数がある程度適合したと判断したことになる。このときはステップ１０４、ステップ１０５でエッジ強調が行われる。もう一つの条件は適合する解析関数が無かった場合で、候補解析関数終了判断ステップ９０２で判断されステップ６０２、ステップ６０３によってエッジ強調が行われる。
【００５２】
以上のように本実施の形態によれば、入力画像の高周波成分を抽出、高周波成分からエッジを検出、候補解析関数の適合度により最適な解析関数を得て、周波数変調、エッジ生成によりエッジ画素を生成することにより、強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られる。
【００５３】
なお本実施の形態ではステップ９０１、ステップ９０２、ステップ１０３、ステップ６０１からなるループで適合する解析関数が見つかると直ちにその解析関数でエッジ生成がなされるが、全候補解析関数で適合度が最も高い解析関数を用いるループとすることも考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明にかかるエッジ強調方法は、強い強度のエッジ強調でも画質劣化が起こらず高い鮮鋭感が得られるという優れた効果を有し、画像のエッジを強調して鮮鋭感の向上を図る処理として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるエッジ強調方法のフローチャート
【図２】同実施の形態１におけるエッジ強調方法の１次元表現画像の図
【図３】同実施の形態１におけるエッジ強調方法の高周波成分の図
【図４】同実施の形態１におけるエッジ強調方法のエッジ周波数解析結果と周波数変調結果の図
【図５】同実施の形態１におけるエッジ強調方法の周波数変調結果によるエッジ合成波形図
【図６】本発明の実施の形態２におけるエッジ強調方法のフローチャート
【図７】同実施の形態２におけるエッジ強調方法の信頼性評価ステップ６０１の動作説明図
【図８】同実施の形態２におけるエッジ強調方法のエッジ成分抽出ステップ６０３で抽出されたエッジ成分を表す図
【図９】本発明の実施の形態３におけるエッジ強調方法のフローチャート
【図１０】従来のエッジ強調方法のフローチャート
【図１１】従来のエッジ強調方法の入力画像を示す図
【図１２】従来のエッジ強調方法の出力エッジ強調画像を表す図
【図１３】従来のエッジ強調方法のエッジ成分を表す図
【符号の説明】
【００５６】
１０１  高周波成分抽出ステップ
１０２  エッジ検出ステップ
１０３  エッジ周波数解析ステップ
１０４  エッジ周波数変調ステップ
１０５  エッジ生成によるエッジ強調ステップ
【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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