(57)【要約】ベクトル・シーケンス中の境界検出及びカラー画像信号中のエッジ検出を行う装置及び方法が開示されている。境界検出コントローラは、信号を表すベクトル・シーケンスを分析する。周波数依存関数が、最初はベクトル量として、次いでスカラー量として、ベクトル・シーケンスの修正一次差（ＭＦＤ）を計算するのに用いられる。所定の閾値より大きいＭＦＤスカラー量の極大は、境界場所を識別する。境界検出コントローラは、更に、カラー画像信号の輝度部分及びクロミナンス部分を分析し、カラー画像中の輝度エッジ及びクロミナンス・エッジを見つける。
2004518200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を表すベクトル・シーケンス中の境界を検出する装置であって、
任意の次元を有するベクトル・シーケンス
【数１】
2004518200.tif 000066
の修正一次差ベクトル
【数２】
2004518200.tif 000067
を表し、該ベクトル・シーケンス
【数３】
2004518200.tif 000068
の周波数特性に依存する関数を選択することによって、前記ベクトル・シーケンス
【数４】
2004518200.tif 000069
中の境界を検出することができる境界検出コントローラを有し、
前記境界検出コントローラは、前記修正一次差ベクトル
【数５】
2004518200.tif 000070
に長さ演算子を施して前記ベクトル・シーケンス
【数６】
2004518200.tif 000071
の点ｎでの変化の値を表すスカラー値
【数７】
2004518200.tif 000072
を演算し、該スカラー値
【数８】
2004518200.tif 000073
の極大を検出することができ、
前記境界検出コントローラは、前記スカラー値
【数９】
2004518200.tif 000074
の前記極大が所定の閾値より大きいか否かを判断できる、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の信号を表すベクトル・シーケンス中の境界を検出する装置であって、
前記境界検出コントローラは、前記スカラー値
【数１０】
2004518200.tif 000075
の前記極大が前記所定の閾値よりも大きい時の
【数１１】
2004518200.tif 000076
の点ｎをエッジ点として選択することができる、ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１記載の信号を表すベクトル・シーケンス中の境界を検出する装置であって、
前記ベクトル・シーケンス
【数１２】
2004518200.tif 000077
はユークリッド空間にあり、前記長さ演算子は
【数１３】
2004518200.tif 000078
という形を有する、ことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２記載のベクトル・シーケンス中の境界を検出する装置であって、
前記境界検出コントローラは、
【数１４】
2004518200.tif 000079
についての前記修正一次差ベクトル
【数１５】
2004518200.tif 000080
の長さの差のゼロ交差を見つけることによって、２つの隣接する整数：ｎ及びｎ−１の間の境界を見つけることができ、
前記修正一次差ベクトルの長さの前記差は、前記スカラー値
【数１６】
2004518200.tif 000081
の絶対値から前記スカラー値
【数１７】
2004518200.tif 000082
の絶対値を引くことによって計算される、ことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４記載のベクトル・シーケンス中の境界を検出する装置であって、
前記境界検出コントローラは、式
【数１８】
2004518200.tif 000083
を用いて、前記２つの隣接する整数：ｎ及びｎ−１の間の前記境界の前記場所を計算することによって、
【数１９】
2004518200.tif 000084
についての前記修正一次差ベクトルの長さの差の前記ゼロ交差を見つけることができ、
ｔ０は前記境界の場所を表し、ｎは前記整数ｎの値を表し、
【数２０】
2004518200.tif 000085
は前記整数ｎの場所における前記ベクトル・シーケンス
【数２１】
2004518200.tif 000086
の修正一次差の長さの差の絶対値を表し、
【数２２】
2004518200.tif 000087
は前記整数ｎ−１の場所における前記ベクトル・シーケンス
【数２３】
2004518200.tif 000088
の修正一次差の長さの差の絶対値を表す、ことを特徴とする装置。
【請求項６】
Ｙが輝度信号を表し、Ｕ及びＶがクロミナンス信号を表し、前記Ｙ、Ｕ、及びＶ信号は等しい正規化された帯域幅を有する、カラー画像信号のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを検出する装置であって、
前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の修正一次差ベクトルｆＹＵＶ（ｎ）を表す関数を選択することが可能な境界検出コントローラを有し、
前記関数ｆＹＵＶ（ｎ）は、前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の一次差を表すマトリックス［−１，０，１］で低域通過フィルタＬＹＵＶ（ｎ）を畳み込むことによって計算され、
前記低域通過フィルタＬＹＵＶ（ｎ）は、信号Ｙ、Ｕ、及びＶについての前記正規化された帯域幅と等しいカットオフ周波数を有し、
前記境界検出コントローラは、前記修正一次差ベクトルｆＹＵＶ（ｎ）にユークリッド長さ演算子を施して点ｎにおける前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）における変化の値を表すスカラー値
【数２４】
2004518200.tif 000089
を取得し、該スカラー値
【数２５】
2004518200.tif 000090
の極大を検出することができ、
前記境界検出コントローラは、前記スカラー値
【数２６】
2004518200.tif 000091
の前記極大が所定の閾値より大きいか否かを判断することができる、ことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６項記載のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを検出する装置であって、
前記境界検出コントローラは、前記スカラー値
【数２７】
2004518200.tif 000092
の前記極大が前記所定の閾値より大きい時の点ｎをベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）のエッジ点として選択することができる、ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７記載のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを検出する装置であって、
前記境界検出コントローラは、ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）についての前記修正一次差ベクトルの長さの差のゼロ交差ＤＬｆＹＵＶ（ｎ）を見つけることによって、２つの隣接する整数：ｎ及びｎ−１の間の境界を見つけることができ、
前記修正一次差ベクトルの長さの前記差は、前記スカラー値
【数２８】
2004518200.tif 000093
の絶対値から前記スカラー値
【数２９】
2004518200.tif 000094
の絶対値を引くことによって計算される、ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８記載のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを検出する装置であって、
前記境界検出コントローラは、式ＤＬｆＹＵＶ（ｎ）
【数３０】
2004518200.tif 000095
を用いて、前記２つの隣接する整数：ｎ及びｎ−１の間の前記境界の前記場所を計算することによって、ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）についての前記修正一次差ベクトルの長さの差の前記ゼロ交差を見つけることができ、
ｔ０は前記境界の場所を表し、ｎは前記整数ｎの値を表し、
【数３１】
2004518200.tif 000096
は前記整数ｎの場所における前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の修正一次差の長さの差の絶対値を表し、
【数３２】
2004518200.tif 000097
は前記整数ｎ−１の場所における前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の修正一次差の長さの差の絶対値を表す、ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
Ｙが輝度信号を表し、Ｕ及びＶがクロミナンス信号を表し、前記Ｕ及びＶ信号は前記Ｙ信号の正規化された帯域幅より小さい正規化された帯域幅を有する、カラー画像信号のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを検出する装置であって、
前記カラー画像信号の前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）において輝度エッジを見つけることができると共に、前記カラー画像信号の前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）においてクロミナンス・エッジを見つけることができる境界検出コントローラを有し、
該境界検出コントローラは、輝度エッジ情報とクロミナンス・エッジ情報と合成して前記カラー画像信号の前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）における前記エッジを判断する、ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のカラー画像信号のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを検出する装置であって、
前記境界検出コントローラは、前記クロミナンス・エッジが前記輝度エッジから２〜４ピクセル以内に見つかった時、前記輝度エッジを前記カラー画像信号の前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）における前記エッジとして選択することが可能である、ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
任意の次元を有するベクトル・シーケンス
【数３３】
2004518200.tif 000098
中の境界を検出する方法であって、
前記ベクトル・シーケンス
【数３４】
2004518200.tif 000099
の修正一次差ベクトル
【数３５】
2004518200.tif 000100
を表し、前記ベクトル・シーケンス
【数３６】
2004518200.tif 000101
の周波数特性に依存する関数を選択し、
前記修正一次差ベクトル
【数３７】
2004518200.tif 000102
に長さ演算子を施し、点ｎでの前記ベクトル・シーケンス
【数３８】
2004518200.tif 000103
の変化の値を表すスカラー値
【数３９】
2004518200.tif 000104
を取得し、
前記スカラー値
【数４０】
2004518200.tif 000105
の極大を検出し、
前記スカラー値
【数４１】
2004518200.tif 000106
の前記極大が所定の閾値より大きいか否かを判断する、ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
Ｙが輝度信号を表し、Ｕ及びＶがクロミナンス信号を表し、前記Ｙ、Ｕ、及びＶ信号は等しい正規化された帯域幅を有する、カラー画像信号のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを検出する方法であって、
前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の修正一次差ベクトルを表す関数ｆＹＵＶ（ｎ）を選択し、
前記修正一次差ベクトルｆＹＵＶ（ｎ）にユークリッド長さ演算子を施して点ｎにおける前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の変化の値を表すスカラー値
【数４２】
2004518200.tif 000107
を取得し、
前記スカラー値
【数４３】
2004518200.tif 000108
の極大を検出し、
前記スカラー値
【数４４】
2004518200.tif 000109
の前記極大が所定の閾値より大きいか否かを判断し、
前記関数ｆＹＵＶ（ｎ）は、低域通過フィルタＬＹＵＶ（ｎ）に前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の一次差を表すマトリックス［−１，０，１］で畳み込むことによって計算され、
前記低域通過フィルタＬＹＵＶ（ｎ）は、信号Ｙ、Ｕ、及びＶについての前記正規化された帯域幅に等しいカットオフ周波数を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
Ｙが輝度信号を表し、Ｕ及びＶがクロミナンス信号を表し、前記Ｕ及びＶ信号は前記Ｙ信号の正規化された帯域幅より小さい正規化された帯域幅を有する、カラー画像信号のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを検出する方法であって、
前記カラー画像信号の前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中の輝度エッジを見つけ、
前記カラー画像信号の前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のクロミナンス・エッジを見つけ、
輝度エッジ情報とクロミナンス・エッジ情報を合成し、前記カラー画像信号の前記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）における前記エッジを判断する、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、概して、信号処理に係り、特に、ベクトル・シーケンス中の境界検出及びカラー画像信号中のエッジ検出装置及び方法に関する。
【０００２】
カラー画像の各ピクセルは、色空間の３次元ベクトルによって表され得る。色空間は、複数の異なる座標系によって表され得る。例えば、良く知られた色空間座標系として、（Ｙ，Ｕ，Ｖ）系、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）系、（Ｌ，ａ，ｂ）系、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）系、及び（Ｉ，Ｈ，Ｓ）系などを挙げることができる。これらの系の中で、（Ｉ，Ｈ，Ｓ）系は人間の知覚に最も密接に関連するものである。
【０００３】
入力ビデオ信号は、通常、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）系又は（Ｙ，Ｕ，Ｖ）系で表される。（Ｙ，Ｕ，Ｖ）系において、文字Ｙはそのビデオ信号の輝度（明るさ）部分を表す。輝度Ｙは、ビデオ信号の赤、緑、及び青カラー信号から求められる。ＮＴＳＣ系において、輝度Ｙの値は、Ｙ＝０．３０赤＋０．５９緑＋０．１１青、という関係で与えられる。文字Ｕは、Ｒ−Ｙ間の色差によって測定された当該ビデオ信号のクロミナンス部分を表す。ここで、Ｒは、赤ビデオ信号を表す。Ｕは、ビデオ信号の赤、緑、及び青カラー信号から求められる。Ｕの値は、Ｕ＝０．７０赤−０．５９緑−０．１１青、という関係で与えられる。最後に、文字Ｖは、Ｂ−Ｙ間の色差によって測定された当該ビデオ信号のクロミナンス部分を表す。ここで、Ｂは、青ビデオ信号を表す。Ｖは、ビデオ信号の赤、緑、及び青カラー信号から求められる。Ｖの値は、Ｖ＝０．８９青−０．５９緑−０．３０赤、という関係で与えられる。
【０００４】
従来技術のエッジ検出アルゴリズムは、通常、輝度情報（すなわち、輝度信号Ｙの値に関する情報）のみを用いる。しかし、カラー画像において２つの隣り合うオブジェクトが色は異なるが同じような輝度Ｙの値を採ることはあり得る。よって、輝度値のみを用いるエッジ検出アルゴリズムは、常に機能するわけではない。
【０００５】
画像強調や、画像セグメント化、画像オブジェクトの認識、などの用途においては、正確なエッジ情報を持つことが重要である。加えて「一時的色改良（ｃｏｌｏｒ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ）」などの用途においては、カラー画像信号内のクロミナンス・エッジを検出できることが重要である。
【０００６】
よって、本分野には、カラー画像信号のエッジを正確に検出する改善された装置及び方法に対する必要性が存在する。また、本分野には、輝度値及びクロミナンス値を双方用いてカラー画像信号のエッジを正確に検出する装置及び方法に対する必要性も存在する。さらに、本分野には、カラー画像信号のクロミナンス・エッジを正確に検出する装置及び方法に対する必要性も存在する。
【０００７】
従来技術の上記課題を解決するため、本発明の主たる目的は、信号を表すベクトル・シーケンスの境界を検出する装置及び方法を提供することである。
【０００８】
カラー画像信号のエッジを検出する装置及び方法を提供することも本発明の目的である。
【０００９】
本発明は、信号を表すベクトル・シーケンス
【００１０】
【数４５】
2004518200.tif 000003
を分析することができる境界検出コントローラを有する。この境界検出コントローラは、周波数に依存した関数を用い、ベクトル・シーケンスの修正一次差（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｆｉｒｓｔ  ｏｒｄｅｒ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）
【００１１】
【数４６】
2004518200.tif 000004
を計算する。ベクトル・シーケンスの各点ｎにおけるスカラー量
【００１２】
【数４７】
2004518200.tif 000005
を取得するために、長さ演算子がベクトル
【００１３】
【数４８】
2004518200.tif 000006
に適用される。境界検出コントローラは、スカラー量
【００１４】
【数４９】
2004518200.tif 000007
の極大が所定の閾値より大きい場合、スカラー量
【００１５】
【数５０】
2004518200.tif 000008
の極大を境界場所として識別する。
【００１６】
本発明に係る境界検出コントローラは、更に、カラー画像信号の輝度及びクロミナンス部分を分析し、カラー画像信号における輝度エッジ及びクロミナンス・エッジを見つけることができる。
【００１７】
本発明の目的は、カラー画像信号の輝度エッジを正確に検出する装置及び方法を提供することである。
【００１８】
カラー画像信号のクロミナンス・エッジを正確に検出する装置及び方法を提供することも本発明の目的である。
【００１９】
本発明の別の目的は、カラー画像信号の輝度値及びクロミナンス値を双方用いて、カラー画像信号のエッジを正確に検出する装置及び方法を提供することである。
【００２０】
以上、本発明の特徴及び技術的利点をやや広く概説したため、当業者は、以下の本発明の詳細な説明をより良く理解できる。本発明の請求項の主題を構成する本発明の追加的特徴及び利点を以下に説明する。当業者はここに開示された概念及び具体的な実施形態を用いて本発明を改良すること又は本発明と同じ目的を実行する他の構成を設計することが容易にできることは当業者には明らかである。さらに、そのような等価な構成は最も広い形での本発明の意図及び範囲を逸脱しないものであることも当業者には明らかである。
【００２１】
発明の詳細な説明を始める前に、本明細書を通じて用いられる特定の単語やフレーズの定義を説明しておくことは有益的であろう。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、及びこれらの派生語は、制限無く含むことを意味する。「又は（ｏｒ）」は包含的であり、「及び／又は」を意味する。「関連する」、「それに関連する」、及びこれらの派生フレーズは、含む、含まれる、相互接続される、含有する、含有される、接続される、接続している、結合される、結合されている、通信可能である、協働する、交互配置する、並列配置する、近接する、接着される、接着している、持つ、特性を有する、などの意味を有し得る。「コントローラ」、「プロセッサ」、又は「装置（ａｐｐａｒａｔｕｓ）」という語は、少なくとも１つのオペレーションを制御するあらゆる装置（ｄｅｖｉｃｅ）、システム、又はそれらの部品を意味する。上記装置（ｄｅｖｉｃｅ）は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせとして実現され得る。あらゆる特定のコントローラに関連する機能性は、ローカルに集中してもよく、遠隔的に分散されてもよい。特定の単語及びフレームについての定義は、この特許文書を通じて提供される。多くの或いはほとんどの例において、上記定義は、定義された単語及びフレームの従来の及び将来の使用に対して適用されることは当業者には明らかである。
【００２２】
本発明及びその利点をより完全に理解するために、ここで添付図面と共に以下の説明を参照する。図面において、同じ数字は同じ対照物を指す。
【００２３】
以下に述べる図１及び４及び本発明に係る装置及び方法の原理を説明するためにこの明細書で説明される様々な実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を制限するものとは決して解釈されるべきではない。本発明に係る装置及び方法は、ディジタル・カラーテレビ・セットにおいてカラー画像信号中のエッジを正確に検出する装置及び方法として説明される。本発明に係る装置及び方法は、ディジタル・カラーテレビ・セットに限定されないことを理解することは重要である。当業者には容易に明らかなように、本発明の原理は、例えば、テレビ受信機、セットトップ・ボックス、ストレージ装置、コンピュータビデオディスプレイシステムなどのカラー画像信号を利用又は処理するあらゆるタイプの電子機器を制限無く含むあらゆるタイプのカラー画像システムにも首尾よく適用可能である。「カラー画像システム」という語は、上記のような種類の機器を指す。以下の説明において、ディジタル・テレビ・セットがカラー画像システムの一例として用いられる。
【００２４】
図１は、本発明に係る装置及び方法を用いるディジタル・カラーテレビ・セット１００のブロック図である。ディジタル・カラーテレビ・セット１００は、テレビ受信機１１０と、ディスプレイ・ユニット１１５と、を有する。ディスプレイ・ユニット１１５は、例えば、陰極線管やフラット・パネル・ディスプレイなどのあらゆるタイプのビデオを表示する機器である。テレビ受信機１１０は、テレビ信号を受信するアンテナ１０５を有する。アンテナ１０５はチューナ１２０に接続されている。チューナ１２０は中間周波数（「ＩＦ」）プロセッサ１２５に接続されている。ＩＦプロセッサ１２５はＭＰＥＧデコーダ１３０に接続されている。
【００２５】
本発明に係る装置及び方法は、テレビ受信機１１０内でカラー画像信号におけるエッジを検出する。ＭＰＥＧデコーダ１３０の出力は、後処理回路１３５に接続されている。後処理回路１３５は、本発明に係るエッジ検出ユニット１４０を有する。エッジ検出ユニット１４０は、後処理回路１３５内の適切な場所に置かれ得る。後処理回路１３５の出力は、ディスプレイ・ユニット１１５に入力される。
【００２６】
エッジ検出ユニット１４０は、後処理回路１３５がＭＰＥＧデコーダ１３０から受信したビデオ信号を処理する。図２により詳しく示すように、エッジ検出ユニット１４０は、ビデオ・プロセッサ２００を有する。ビデオ・プロセッサ２００は、ビデオ信号を受信し、該ビデオ信号の中身を分析する。ビデオ・プロセッサ２００は、ビデオ信号成分をメモリ・ユニット２１０に格納し得る。
【００２７】
メモリ・ユニット２１０は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を有してもよく、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）とリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）の組み合わせを有してもよい。メモリ・ユニット２１０は、例えば、フラッシュ・メモリなどの不揮発性ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を有する。メモリ・ユニット２１０は、例えば、ハードディスク・ドライブ（図示しない）などの大容量データ装置を有し得る。メモリ・ユニット２１０は、更に、リード／ライトＤＶＤ又はリライタブルＣＤ−ＲＯＭを読み出す外付け周辺装置又はリムーバブル・ディスク・ドライブ（内蔵式又は外付け式）も有し得る。図２に示すように、リムーバブル・ディスク・ドライブ又はこのタイプは、リライタブルＣＤ−ＲＯＭディスク２２０を受け入れ、読み出すことができる。
【００２８】
ビデオ・プロセッサ２００は、本発明に係るコントローラ２３０へビデオ信号を提供する。コントローラ２３０は、ビデオ・プロセッサ２００からの制御信号を受信することができる。コントローラ２３０は、更に、ビデオ・プロセッサ２００へ制御信号を送ることもできる。さらに、コントローラ２３０は、メモリ・ユニット２１０を通じてビデオ・プロセッサ２００に接続されている。ビデオ・プロセッサ２００及びコントローラ２３０は、従来のオペレーティング・システムソフトウェア（図示しない）を用いて作動する。
【００２９】
より完全に説明すると、コントローラ２３０は、ビデオ信号を表すベクトル・シーケンス中の境界を検出することができる。コントローラ２３０は、更に、上記ビデオ信号内のカラー画像信号中のエッジも検出することができる。コントローラ２３０は、更に、メモリ・ユニット２１０内に、（１）ビデオ信号内の検出された境界の場所に関する情報と、（２）検出された境界の場所を示すビデオ画像とを格納することもできる。ビデオ・プロセッサ２００は、ユーザのリクエストに応じて、検出された境界の場所を示すビデオ信号にアクセスし、該ビデオ信号をディスプレイ・ユニット１１５（図１に示す）へ出力することができる。
【００３０】
コントローラ２３０は、境界検出モジュール２４０を含む。境界検出モジュール２４０は、本発明に係る方法の工程を実行することができるコンピュータソフトウェア２５０を含む。コントローラ２３０及びコンピュータソフトウェア２５０は、一緒に、本発明を実行することができる境界検出コントローラを有する。コントローラ２３０内（又はメモリ・ユニット２１０内）に格納されたコンピュータソフトウェア２５０における命令の指示の下、コントローラ２３０は、本発明に係る方法に従って、ベクトル・シーケンス中の境界及びカラー画像信号中のエッジを検出することができる。コントローラ２３０及びコンピュータソフトウェア２５０のオペレーションを理解するためには、本発明に係る方法工程が如何に実行されるかを理解しなければならない。
【００３１】
（１．境界検出アルゴリズム）
ここでは、
【００３２】
【数５１】
2004518200.tif 000009
がｐ次元のベクトル・シーケンス：
【００３３】
【数５２】
2004518200.tif 000010
であるものとする。ｎは整数で、ｐは自然数である。
【００３４】
通常、
【００３５】
【数５３】
2004518200.tif 000011
の変化を表す
【００３６】
【数５４】
2004518200.tif 000012
の一次差は、
【００３７】
【数５５】
2004518200.tif 000013
と定義される。
【００３８】
この
【００３９】
【数５６】
2004518200.tif 000014
の周波数成分は帯域が制限され得るため、
【００４０】
【数５７】
2004518200.tif 000015
についての修正された一次差は
【００４１】
【数５８】
2004518200.tif 000016
と定義できる。ここで、ｑは自然数である。関数
【００４２】
【数５９】
2004518200.tif 000017
は、
【００４３】
【数６０】
2004518200.tif 000018
の周波数特性に依存した
【００４４】
【数６１】
2004518200.tif 000019
という関数である。例えば、
【００４５】
【数６２】
2004518200.tif 000020
は、［−１，−１，−１，＋１，＋１，＋１］などのシンプルなフィルタの形を採り得る。
【００４６】
ここで、
【００４７】
【数６３】
2004518200.tif 000021
がベクトルの長さ演算子を表すものとすると、
【００４８】
【数６４】
2004518200.tif 000022
に施された長さ演算子は、
【００４９】
【数６５】
2004518200.tif 000023
となる。
【００５０】
この式：
【００５１】
【数６６】
2004518200.tif 000024
は、点ｎにおけるシーケンス
【００５２】
【数６７】
2004518200.tif 000025
の変化のサイズを表すスカラー値である。
【００５３】
ここで、
【００５４】
【数６８】
2004518200.tif 000026
がユークリッド空間にあれば、
【００５５】
【数６９】
2004518200.tif 000027
となる。
【００５６】
境界は、信号が急激な変化を有する場所に形成される。ｎが
【００５７】
【数７０】
2004518200.tif 000028
についての境界であれば、
【００５８】
【数７１】
2004518200.tif 000029
は極大でなければならない。これは、
【００５９】
【数７２】
2004518200.tif 000030
を意味する。
【００６０】
【数７３】
2004518200.tif 000031
についての境界検出は、
【００６１】
【数７４】
2004518200.tif 000032
についての極大検出となる。極大はノイズに対して非常に敏感である。ノイズに対して強くなるためには、変化のサイズが閾値ＴＨＤより大きくなければならない。これは、
【００６２】
【数７５】
2004518200.tif 000033
を意味する。
【００６３】
式（６）及び式（７）が双方とも真であれば、ｎは
【００６４】
【数７６】
2004518200.tif 000034
のエッジ点である。すなわち、
【００６５】
【数７７】
2004518200.tif 000035
が極大であり、且つ、
【００６６】
【数７８】
2004518200.tif 000036
が閾値ＴＨＤより大きい場合、ｎは
【００６７】
【数７９】
2004518200.tif 000037
のエッジ点である。
【００６８】
境界は、式（６）及び式（７）をチェックすることによって整数レベルで検出され得る。具体的には、境界は、２つの隣接する整数（例えば、ｎ及びｎ−１）の間にあり得る。境界を正確に見つけるためには、
【００６９】
【数８０】
2004518200.tif 000038
についての修正一次差の長さの差が必要である。
【００７０】
【数８１】
2004518200.tif 000039
についての修正一次差の長さの差は、
【００７１】
【数８２】
2004518200.tif 000040
と定義することができる。
【００７２】
２つの隣接する整数：ｎ及びｎ−１の間に境界が存在する場合、
【００７３】
【数８３】
2004518200.tif 000041
となる。
【００７４】
図３は、本発明に係る方法を用いて、２つの隣接する整数：ｎ及びｎ−１の間で如何に正確な境界をみつけることができるかを示す図である。整数ｎは、水平「ｔ」軸上の位置「ｔ１」に位置する。文字「ｔ」は、始点Ｏからの距離を表す。整数ｎ−１は、水平「ｔ」軸上の位置「ｔ２」に位置する。「ＤＬＭＦＤ」と呼ばれる垂直軸は、
【００７５】
【数８４】
2004518200.tif 000042
についての修正一次差の長さの差の値を表す。図３に示すように、整数ｎ−１についてのＤＬＭＦＤ（Ａ（ｎ−１））の値は正の値であり、整数ｎについてのＤＬＭＦＤ（Ａ（ｎ））の値は負の値である。「ｔ」軸上のｔ０の値は、整数ｎとｎ−１とのＤＬＭＦＤ値の間から引かれた直線のゼロ交差を示す。値ｔ０は、整数ｎとｎ−１との間の境界の場所についての正確な値を表す。
【００７６】
図４は、図３の三角形のジオメトリの概略図を示す。文字「ｘ」は、値「ｔ２」から値「ｔ０」までの「ｔ」軸に沿った距離を表す。文字「ｙ」は、値「ｔ０」から値「ｔ１」までの「ｔ」軸に沿った距離を表す。文字「ａ」は、始点「Ｏ」からＤＬＭＦＤ（Ａ（ｎ−１））で表される値までのＤＬＭＦＤ軸に沿った距離を表す。文字「ｂ」は、始点「Ｏ」からＤＬＭＦＤ（Ａ（ｎ））で表される値までのＤＬＭＦＤ軸に沿った距離を表す。
【００７７】
三角法から明らかなように、比「ｘ／ａ」は、比「（ｘ＋ｙ）／（ａ＋ｂ）」と等しい。この等価は、
【００７８】
【数８５】
2004518200.tif 000043
を意味する。
【００７９】
ｘ＋ｙは、更に、整数ｎとｎ−１との間の水平方向距離も表すため、ｘ＋ｙの値は、１に等しい。
【００８０】
【数８６】
2004518200.tif 000044
この結果は、
【００８１】
【数８７】
2004518200.tif 000045
となる。値ｔ０について、ｘの値は、
【００８２】
【数８８】
2004518200.tif 000046
である。すると、ｔ０は、
【００８３】
【数８９】
2004518200.tif 000047
に等しい。式（１２）を式（１４）へ代入し、「ａ」及び「ｂ」のＤＬＭＦＤ値を代入すると、
【００８４】
【数９０】
2004518200.tif 000048
となる。
【００８５】
式（１５）は、整数ｎとｎ−１との間の境界の場所についての正確な値を与える。この例は、本発明に係る方法が如何にベクトル・シーケンス中の境界を正確に判断するのに用いられ得るかを示す。
【００８６】
（２．カラー画像信号に対するエッジ検出）
画像セグメント化処理においてカラー情報を用いることは、多くのリサーチの主題である。しかし、この問題に対するほとんどの従来技術のアプローチは、クロミナンス色空間を複数の領域へ予めクラスター化してから、ピクセルをこのプレクラスター化領域へ分類する。このタイプのアプローチの重大な欠点は、２つのプレクラスター化領域の間の境界上へ配置されたピクセルは、２つの異なるプレクラスター化領域へ追い込まれることである。境界ピクセルを２つの異なるプレクラスター領域へ追い込むと、過剰なセグメント化を生ずる。その結果、補償のための追加的技術が用いられなければならない。よって、現存する従来技術のセグメント化アプローチは、正確なエッジ情報を与えることができない。
【００８７】
輝度情報（すなわち、Ｙ情報）に基づいた多くのタイプのエッジ検出技術は、比較的良好に開発されてきている。輝度情報は、１次元しか持っていない。この特徴が輝度エッジ情報を正確に検出することを比較的簡単にしている。
【００８８】
色空間は、複数の異なる座標系で表すことができる。例えば、（Ｙ，Ｕ，Ｖ）系、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）系、（Ｌ，Ａ，Ｂ）系、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）系、及び（Ｉ，Ｈ，Ｓ）系などの色空間座標系が良く知られている。これらの系の中で、（Ｉ，Ｈ，Ｓ）系が人間に近くに最も密接に関連する。
【００８９】
入力ビデオ信号は、通常、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）系又は（Ｙ，Ｕ，Ｖ）系で表される。（Ｒ，Ｇ，Ｂ）系と（Ｙ，Ｕ，Ｖ）系との間での変換には乗算及び除算の数学的処理が必要である。（Ｙ，Ｕ，Ｖ）系から（Ｉ，Ｈ，Ｓ）系への変換には除算の数学的処理が必要である。除算の数学的処理の実行はノイズに対して非常に敏感であるため、（Ｙ，Ｕ，Ｖ）座標系は、本発明に係る境界検出アルゴリズムを適用するのに適した候補座標系である。
【００９０】
セクション１で既述した境界検出アルゴリズムは、２つのキー成分を有する。第一のキー成分は、長さ演算子
【００９１】
【数９１】
2004518200.tif 000049
である。（Ｙ，Ｕ，Ｖ）座標系に対して、ユークリッド距離（上記式（５）参照）は、長さ演算子として用いられ得る。第二のキー成分は、関数
【００９２】
【数９２】
2004518200.tif 000050
の設計である。関数
【００９３】
【数９３】
2004518200.tif 000051
は、
【００９４】
【数９４】
2004518200.tif 000052
の周波数特性に依存する。よって、適切な関数
【００９５】
【数９５】
2004518200.tif 000053
を正確に選択するためには、各信号成分Ｙ、Ｕ、及びＶの信号帯域幅を考慮しなければならない。
【００９６】
ビデオ・シーケンスは、非常に多くのピクセルを含む。各ピクセルは、色空間における３次元ベクトルによって表される。例えば、ピクセルは、第一成分がＹ値で、第二成分がＵ値で、第三成分がＶ値である３次元ベクトルによって表すことができる。ピクセルのカラーベクトルは、該ピクセルについてのカラー値を確立する。
【００９７】
カラー値を持っていることに加えて、各ピクセルは、空間的場所及び時間的場所を持つ。具体的には、ビデオ・シーケンスにおける各ピクセルは、該ピクセルを左右方向に位置決めする「ｘ」値と、該ピクセルを上下方向に位置決めする「ｙ」値と、該ピクセルを時間上で位置決めする「ｔ」値とを有する。すなわち、ｘ、ｙ、及びｔ値により、該ピクセルが特定の時刻ｔにｘ−ｙ平面内に位置決めされる。
【００９８】
本発明に係るエッジ検出方法は、ｘ−ｙ空間領域内でエッジを検出するのに用いられる。より具体的には、エッジの場所が、カラー成分Ｙ（ｘ，ｙ）、Ｕ（ｘ，ｙ）、及びＶ（ｘ，ｙ）から検出される。ｘの値は、ゼロからラインごとのピクセル数マイナス１と等しい値まで変化する。ｙの値は、ゼロから画像内のライン数マイナス１と等しい値まで変化する。
【００９９】
よって、各カラー成分Ｙ（ｘ，ｙ）、Ｕ（ｘ，ｙ）、及びＶ（ｘ，ｙ）にはインデックス変数ｘ及びｙが存在する。セクション１で既述した境界検出アルゴリズムは、一度に１つのインデックス変数しか扱えない。よって、この境界検出アルゴリズムは、最初に、境界のｘ方向の場所を見つけるために適用され、次に、境界のｙ方向の場所を見つけるために再度適用される。そして、検出された水平方向エッジが検出された垂直方向エッジと組み合わせられ、エッジが組み立てられる。例えば、ｘ−ｙ平面内の体格線エッジは、該境界検出アルゴリズムを各方向に一度ずつ別々に適用して得られた水平方向エッジ情報と垂直方向エッジ情報とを組み合わせることによって構築され得る。
【０１００】
本発明に係るエッジ検出方法は、テレビ画像に対して適用され得る。アナログテレビ放送では、クロミナンス信号Ｕ及びＶの帯域幅は、輝度信号Ｙの帯域幅の四分の一（１／４）である。ディジタルテレビ放送には、複数の異なるサンプリング形式が存在する（例えば、ＹＵＶ４４４、ＹＵＶ４２２、ＹＵＶ４１１、ＹＵＶ４２０）。よって、輝度信号Ｙ用の帯域幅は、クロミナンス信号Ｕ及びＶの帯域幅とは異なる可能性が非常に高い。
【０１０１】
ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）などのベクトル空間の複数の要素について帯域幅が異なることにより、固有値拡散が異なる。よって、画像エッジ検出の問題に対する最適な解決策を得るためには、２つの状況を区別することが必要である。
【０１０２】
最初に、信号Ｙ、Ｕ、及びＶがそれぞれ正規化された等しい帯域幅を有する場合について考える。その場合、セクション１で既述した境界検出アルゴリズムを用いることによって、カラー画像信号の（Ｙ，Ｕ，Ｖ）ベクトル空間におけるエッジを直接検出することが可能である。この信号Ｙ、Ｕ、及びＶについての上記正規化された帯域幅をＢＹＵＶとする。式ＬＹＵＶ（ｎ）は、ＢＹＵＶのカットオフ周波数を備えた低域通過フィルタを表す。その際、関数ｆＹＵＶ（ｎ）は、
【０１０３】
【数９６】
2004518200.tif 000054
から得ることができる。ここで、記号
【０１０４】
【数９７】
2004518200.tif 000055
は畳み込み演算を表す。マトリックス［−１，０，１］は、ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の一次差を表す。
【０１０５】
関数ｆＹＵＶ（ｎ）は、ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）についての修正一次差を表す。ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）では、ユークリッド長さ演算子（式５参照）が用いられなければならない。この修正一次差ベクトルｆＹＵＶ（ｎ）にユークリッド長さ演算子を施し、点ｎでの上記ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）における変化の値を表すスカラー値
【０１０６】
【数９８】
2004518200.tif 000056
を得る。
【０１０７】
次いで、スカラー値
【０１０８】
【数９９】
2004518200.tif 000057
の極大が検出され、このスカラー値
【０１０９】
【数１００】
2004518200.tif 000058
の極大が所定の閾値ＴＨＤより大きいか否かが判断される。点ｎは、スカラー値
【０１１０】
【数１０１】
2004518200.tif 000059
の極大が上記所定の閾値ＴＨＤよりも大きい時のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）のエッジ点として選択される。
【０１１１】
次いで、ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）について上述の修正一次差ベクトルＤＬｆＹＵＶ（ｎ）の長さの差のゼロ交差を見つけることによって、２つの隣接する整数：ｎ及びｎ−１の間のエッジが判断される。ここで、上記修正一次差ベクトルの長さの差は、式
【０１１２】
【数１０２】
2004518200.tif 000060
を用いて計算される。
【０１１３】
次いで、整数ｎ及びｎ−１の間のエッジについての正確な場所が式
【０１１４】
【数１０３】
2004518200.tif 000061
から得られる。
【０１１５】
この例は、本発明に係る方法が如何にカラー画像信号のベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）中のエッジを正確に判断するのに用いられ得るかを示す。
【０１１６】
次に、クロミナンス信号Ｕ及びＶが輝度信号Ｙよりも小さい帯域幅を有する場合を考える。輝度信号Ｙがより支配的であるため、エッジ検出方法は３工程で実施される必要がある。
【０１１７】
工程１。Ｙ情報を用いて輝度エッジを判断し、上記エッジ検出方法を実行する。Ｙ信号についての正規化された帯域幅をＢＹとする。式ＬＹ（ｎ）は、ＢＹのカットオフ周波数を備えた低域通過フィルタを表す。すると、関数ｆＹ（ｎ）は、
【０１１８】
【数１０４】
2004518200.tif 000062
から得ることができる。ここで、記号
【０１１９】
【数１０５】
2004518200.tif 000063
は畳み込み演算を表す。マトリックス［−１，０，１］は、ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の一次差を表す。
【０１２０】
工程２。Ｕ及びＶ情報を用いてクロミナンス・エッジを判断し、上記エッジ検出方法を実行する。Ｕ及びＶ信号についての正規化された帯域幅をＢＵＶとする。式ＬＵＶ（ｎ）は、ＢＵＶのカットオフ周波数を備えた低域通過フィルタを表す。すると、関数ｆＵＶ（ｎ）は、
【０１２１】
【数１０６】
2004518200.tif 000064
から得ることができる。ここで、記号
【０１２２】
【数１０７】
2004518200.tif 000065
は畳み込み演算を表す。マトリックス［−１，０，１］は、ベクトル空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）の一次差を表す。
【０１２３】
工程３。輝度エッジ情報及びクロミナンス・エッジ情報を合成する。輝度エッジだけが検出された場合、輝度エッジがエッジ境界を表すものとして選択される。クロミナンス・エッジだけが検出された場合、クロミナンス・エッジがエッジ境界を表すものとして選択される。画像コンテンツによっては、一部の場所が輝度エッジとクロミナンス・エッジを双方有し得る。輝度エッジとクロミナンス・エッジが同じ場所である場合、その場所がエッジ境界を表すものとして選択される。
【０１２４】
伝送路での異なる遅延のため、輝度エッジ及びクロミナンス・エッジは全く同じ場所にはなり得ない。輝度エッジがクロミナンス・エッジに非常に近い場合（例えば、２〜４ピクセル以内）、輝度エッジがエッジ境界を表すものとして選択される。
【０１２５】
輝度情報及びクロミナンス情報を双方用いてカラー画像中のエッジを見つけることは、輝度情報のみを用いて見つけることができるエッジよりも多くのエッジを見つけることを可能にする。
【０１２６】
本発明をディジタルカラーテレビ受信機内で用いられる装置及び方法として説明したが、本発明に係る装置及び方法は、複数の異なるタイプのビデオ機器内で用いることができる。例えば、本発明は、アナログテレビ受信機内、テレビ受信機と共に用いられるセットトップ・ボックス内、コンピュータ・ディスプレイ・ユニット内、或いは、インターネットからビデオ信号を受信可能なインターネット機器内で用いることができる。
【０１２７】
本発明を詳細に説明したが、当業者には明らかなように、最も広い形での本発明の意図及び範囲を逸脱することなく、様々な変更、置換、及び交換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ベクトル・シーケンスにおける境界検出及びカラー画像信号におけるエッジ検出を行う本発明に係る模範的エッジ検出ユニットを備えた模範的ディジタル・カラーテレビ・セットのブロック図である。
【図２】
図１に示す模範的エッジ検出ユニットの詳細を示すブロック図である。
【図３】
本発明に係る装置及び方法を用いて如何に２つの隣接する整数：ｎ及びｎ−１の間の正確な境界を見つけるかを示す図である。
【図４】
図３に示す三角形の寸法を示す概略図である。
【図１】
2004518200.tif 000110
【図２】
2004518200.tif 000111
【国際公開パンフレット】
2004518200.tif 000112
2004518200.tif 000113
2004518200.tif 000114
2004518200.tif 000115
2004518200.tif 000116
2004518200.tif 000117
2004518200.tif 000118
2004518200.tif 000119
2004518200.tif 000120
2004518200.tif 000121
2004518200.tif 000122
2004518200.tif 000123
2004518200.tif 000124
2004518200.tif 000125
2004518200.tif 000126
2004518200.tif 000127
2004518200.tif 000128
2004518200.tif 000129
2004518200.tif 000130
2004518200.tif 000131
2004518200.tif 000132
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004518200.tif 000133
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004518200.tif 000134
【国際調査報告】
2004518200.tif 000135
2004518200.tif 000136
2004518200.tif 000137
2004518200.tif 000138
2004518200.tif 000139
2004518200.tif 000140