(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各フィールドにラインを補間することにより、インタレース画像をノンインタレース画像へ変換するフィールド補間方法であって、
補間すべきライン上の画素である補間画素の値を決定する工程が、
(a) 前記補間画素と同一フィールド内で前記補間画素に垂直方向に隣接する画素である隣接画素に対応する位置における隣接フィールド内での画素値の垂直方向の変化率を算出する工程を備え、前記隣接画素は前記補間画素に上方向及び下方向に隣接する上方隣接画素及び下方隣接画素を含み、前記変化率は前記上方隣接画素及び前記下方隣接画素の垂直方向の変化率である上方変化率及び下方変化率を含み、
(b) 前記上方及び下方隣接画素の値を前記上方及び下方変化率で前記補間画素の位置に外挿し上方及び下方外挿値を算出する工程と、
(c) 前記上方外挿値及び前記下方外挿値の外挿平均値を算出する工程と、
(d) 前記上方隣接画素の値、前記下方隣接画素の値、および、前記外挿平均値の中間値を前記補間画素の値とする工程とをさらに備える、
フィールド補間方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インタレース画像をノンインタレース画像へ変換するフィールド補間方法に関し、特に、簡便な演算で、動画像と静止画像の双方に対して良質なノンインタレース画像を得るための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インタレース画像の各フィールドにおいてライン（走査線）を補間することにより、インタレース画像をノンインタレース画像へ変換する方法として、つぎの３種の方法(1) 〜(3) が、従来より知られている。すなわち、
(1) 隣接するフィールドの画素を用いて補間する方法；
(2) 上方または下方に隣接する画素を用いて補間する方法；および、
(3) 上方および下方に隣接する画素の値の平均値を用いて補間する方法；である。
【０００３】
方法(1) は、フィールド間補間と称され、図７(a) に示すように、隣接するフィールドの画素を用いて補間が行われる。方法(2) および(3) は、フィールド内補間と称され、図７(b) に示すように、同一フィールド内で補間が行われる。図７(a) および(b) において、縦軸Ｖは、画面上の垂直方向（ラインに垂直な方向）を表し、符号(i-1),(i),(i+1)は、時間の流れに沿ってフィールドに付番された識別番号を表している。フィールド(i)が、補間対象とされるフィールドであり、フィールド(i-1)は、それよりも１つ前のフィールドに対応し、フィールド(i+1)は、１つ後のフィールドに対応する。また、図７(a) および(b) において、黒丸は、補間の対象とされる画素（補間画素）を表し、白丸は、補間前のインタレース画像に含まれる画素を表している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フィールド間補間は静止画像に適し、他方のフィールド内補間は動画像に適している。すなわち、それぞれには、画像の動きに応じた適・不適がある。このため、良質なノンインタレース画像を得るためには、画像に対して動き検出を行って、画像が静止画と動画のいずれであるかを判定し、判定結果にもとづいて、二つの方法の中から一つを選択して実行する必要があった。動き検出には、複雑で時間を要する演算が必要とされ、また、双方の補間方法を適応的に切り替えるにも複雑な演算が必要であった。
【０００５】
この発明は、従来の技術における上記した問題点を解消するためになされたもので、動き検出を必要とせず、簡便な演算を通じて、動画像と静止画像の双方に対して良質な補間後の画像を得ることを可能にするフィールド補間方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明の方法は、各フィールドにラインを補間することにより、インタレース画像をノンインタレース画像へ変換するフィールド補間方法であって、補間すべきライン上の画素である補間画素の値を決定する工程が、(a) 前記補間画素と同一フィールド内で前記補間画素に垂直方向に隣接する画素である隣接画素に対応する位置における隣接フィールド内での画素値の垂直方向の変化率を算出する工程を備え、前記隣接画素は前記補間画素に上方向及び下方向に隣接する上方隣接画素及び下方隣接画素を含み、前記変化率は前記上方隣接画素及び前記下方隣接画素の垂直方向の変化率である上方変化率及び下方変化率を含み、(b) 前記上方及び下方隣接画素の値を前記上方及び下方変化率で前記補間画素の位置に外挿し上方及び下方外挿値を算出する工程と、(c) 前記上方外挿値及び前記下方外挿値の外挿平均値を算出する工程と、(d) 前記上方隣接画素の値、前記下方隣接画素の値、および、前記外挿平均値の中間値を前記補間画素の値とする工程とをさらに備える。
【０００９】
【発明の実施の形態】
［1. 処理の手順]
図１は、本発明の実施の形態によるフィールド補間方法の処理手順を示すフローチャートである。また、図２〜図４は、図１の手順に沿った処理の原理を示す説明図である。これらの図において、符号Ｈは平行な方向（水平方向）を表しており、符号Ｙは画素の値（すなわち、画素値）を表している。さらに、符号Ｐは補間画素を表し、符号Ａ，Ｂは、補間画素Ｐに垂直方向に隣接する画素である隣接画素を表している。また、符号Ｃは、補間画素Ｐに対応した位置の隣接フィールド内での画素を表し、符号Ｄ，Ｅは、画素Ｃに垂直方向に隣接する画素を表している。また、図２において、水平に延びる平行な帯は、補間前からフィールド内に存在するライン（走査線）を表している。
【００１０】
カラー画像においては、演算の対象とされる画素値Ｙとしては、好ましくは、Ｙ成分（輝度成分）が選ばれるが、他の成分を用いることも可能であり、また、三成分のそれぞれについて、個別に同様の演算を行うことも可能である。なお、以下では、説明を簡潔なものとするために、画素とその値とを、同一の符号で表す。
【００１１】
図１は、一つの補間画素Ｐに対する処理の手順を示しており、図１の処理が、補間画素Ｐごとに反復される。一つの補間画素Ｐに対する処理が開始されると、隣接画素ＡおよびＢに対応する隣接フィールド(i-1)内の位置での垂直方向に沿った画素値の変化率（傾き）が算出される（ステップＳ１，Ｓ２）。最も簡単には、隣接画素Ａに対応した変化率として、画素値ＣとＤとの差：Ｃ−Ｄが算出され、隣接画素Ｂに対応した変化率として、画素値ＣとＥとの差：Ｃ−Ｅが算出される。
【００１２】
つぎに、隣接画素Ａ，Ｂそれぞれの値を、それらに対応する変化率にもとづいて、対象画素Ｐの位置に外挿した値である外挿値が算出される（ステップＳ３，Ｓ４）。例えば、隣接画素Ａの外挿値として、Ａ＋（Ｃ−Ｄ）／２が算出され、隣接画素Ｂの外挿値として、Ｂ＋（Ｃ−Ｅ）／２が算出される。
【００１３】
つぎに、双方の外挿値の平均値が、算出される（ステップＳ５）。例えば、平均値Ｐとして、
P＝[A+(C-D)/2+B+(C-E)/2]/2  ・・（式１）
が算出される。この平均値Ｐを、そのまま、補間画素Ｐの画素値とすることも可能である。しかし、さらに好ましくは、平均値Ｐが、隣接画素Ａ，Ｂの値の間にないときには、平均値Ｐを隣接画素Ａ，Ｂの値のいずれかに近い方の値へ修正し（ステップＳ６）、この修正後の値Ｐが、補間画素Ｐの画素値として採用される。ステップＳ６の処理は、画素Ａの値、画素Ｂの値、および、ステップＳ５で算出される平均値の３つの値の中間値（メディアン）を、補間画素Ｐの画素値として算出することに相当する。
【００１４】
［2. 利点]
図５および図６は、本実施の形態の方法と従来の方法との間で、処理の結果である補間後の画像を対比して示す説明図である。図５および図６のいずれにおいても、(a) は、奇数フィールドに対する処理の結果を示し、(b) は、偶数フィールドに対する処理の結果を示している。
【００１５】
図５の最上段に例示する静止画像に関しては、図５の第２段以下に示すように、フィールド間補間を行う従来の方法(1)が、良好な補間後の画質を実現しているのに対し、フィールド内補間を行う従来の方法(2), (3) では、補間後の画像が奇数フィールドと偶数フィールドとの間で大きく異なっており、フリッカ（いわゆる、ちらつき）の原因となっている。本実施の形態の方法では、従来の方法(2), (3) による画像よりも、従来の方法(1) による画像に近い良好な画像が得られ、フリッカも抑制される。
【００１６】
図５において、本実施の形態の方法による画像と、従来の方法(3) による画像とは、より詳細には、つぎのように対比することができる。画面中央部の帯状の領域と、その背景をなす上下２領域との境界に位置する上下２本のラインに注目すると、奇数フィールドでは、従来の方法(3) による画像よりも、本実施の形態の方法による画像の方が、本来の画素値である帯状領域の画素値に近く、偶数フィールドでは、本来の画素値である背景領域の画素値に近い。すなわち、奇数フィールドおよび偶数フィールドのいずれにおいても、従来の方法(3) による画像よりも本実施の形態の方法による画像の方が、境界に位置する上下２本のラインの画素値は、本来の静止画像の画素値、あるいは、従来の方法(1) による画像の画素値に近くなっている。
【００１７】
図６の最上段に例示する動画像（画面中央部の矩形の領域が右方向へ水平に移動する例）に対しては、図６の第２段以下に示すように、従来の方法(1) では、補間後の画像に櫛形のノイズが現れるのに対し、従来の方法(2),(3) では、櫛形ノイズは出現せず、この点においては比較的良好な画質を実現している。しかしながら、従来の方法(2) および(3) のいずれにおいても、奇数フィールドの画像と偶数フィールドの画像との間で、矩形の領域が垂直方向に１ライン分、不必要に移動しており、本来の画像が正しく再現されるには至っていない。これに対して、本実施の形態の方法では、従来の方法(1) による画像とは異なり、櫛形ノイズが出現しないだけでなく、従来の方法(2) および(3) と比べて、垂直方向への不必要な画像のずれが緩和されており、本来の画像により近い良好な画像が得られる。
【００１８】
図６において、本実施の形態の方法による画像と、従来の方法(2) および(3) による画像とは、より詳細には、つぎのように対比することができる。画面中央部の矩形の領域と、その背景をなす領域との境界に位置する上下２本のラインに注目すると、本実施の形態の方法による奇数フィールドの画像では、境界に位置する上のラインの左半分は、従来の方法(3) による奇数フィールドの画像の対応するラインの画素値と同等であり、右半分は、それよりも背景領域の画素値に近い。また、下のラインの左半分は、従来の方法(3) による奇数フィールドの画像の対応するラインの画素値と同等であり、右半分は、それよりも矩形領域の画素値に近い。
【００１９】
さらに、本実施の形態の方法による偶数フィールドの画像では、境界に位置する上のラインの右半分は、従来の方法(3) による偶数フィールドの画像の対応するラインの画素値と同等であり、左半分は、それよりも矩形領域の画素値に近い。また、下のラインの右半分は、従来の方法(3) による偶数フィールドの画像の対応するラインの画素値と同等であり、左半分は、それよりも背景領域の画素値に近い。
【００２０】
すなわち、奇数フィールドおよび偶数フィールドのいずれにおいても、従来の方法(2) および(3) による画像のいずれよりも、本実施の形態の方法による画像の方が、境界に位置する上下２本のラインの画素値は、平均的に、本来の動画像の画素値に近くなっている。
【００２１】
以上のように、本実施の形態のフィールド補間方法では、画像の動きに応じて適応的に補間処理を切り替えることなく、時間を要しない簡単な演算処理を通じて、静止画像及び動画像のいずれに対しても良好な補間後の画像を得ることが可能である。
【００２２】
［3. 変形例]
(1) 図１では、ステップＳ１〜Ｓ４を通じて、補間画素Ｐの隣接画素として、上方向に隣接する画素Ａおよび下方向に隣接する画素Ｂの双方が考慮された。これに対して、補間後の画質は幾分劣るが、演算処理がより簡潔な方法として、隣接画素として画素Ａまたは画素Ｂの一方のみを考慮することも可能である。この場合には、平均値を算出する処理（ステップＳ５）は、無用となる。
【００２３】
(2) 図１では、補間画素Ｐが属するフィールド(i)に隣接する隣接フィールドとして、フィールド(i)の一つ前のフィールド(i-1)が考慮された。これに対して、隣接フィールドとして、フィールド(i)の一つ後のフィールド(i+1)が採用されてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本願発明の方法では、補間画素が属するフィールドにおいて補間画素に隣接する画素の値を、当該隣接する画素に対応する位置での隣接フィールド内の画素値の変化率にもとづいて外挿することにより、補間画素の値が得られるので、動画像と静止画像との双方に対して、適応的に処理を切り替えることなく、単純な演算を通じて、補間後の画像として良好な画質の画像が得られる。
【００２５】
また、本願発明の方法では、隣接画素として上方および下方隣接画素の双方が考慮されるので、さらに画質が向上する。
【００２６】
加えて、本願発明の方法では、上方隣接画素の値、下方隣接画素の値、および、外挿平均値の３個の値の中間値が算出されるので、不自然な孤立した点や線が補間後の画像に出現するのを防いで、さらに高い画質を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態の方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】  図１に沿った処理の原理を示す説明図である。
【図３】  図１に沿った処理の原理を示す説明図である。
【図４】  図１に沿った処理の原理を示す説明図である。
【図５】  実施の形態の方法の利点を示す説明図である。
【図６】  実施の形態の方法の利点を示す説明図である。
【図７】  従来の方法の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
(i)   フィールド
(i-1),(i+1)   隣接フィールド
Ｐ  補間画素
Ａ  上方隣接画素
Ｂ  下方隣接画素
【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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