(57)【要約】【課題】内部信号処理で用いられる画像データのビット数に対応する階調数表現よりも多くの階調数表現を実現する。【解決手段】傾き算出部１２は、第１画素空間毎に水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値を算出する。置換画素値算出部１３は、水平方向傾斜値、垂直方向傾斜値、および平均階調レベルに基づいて、第１画素空間毎に少なくとも明と暗の２つの置換画素値を算出する。画素置換部１４は、第１画素空間を複数の第２画素空間に分割し、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値に基づき、画素値置換処理を実行する。第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては、暗の置換画素値が明の置換画素値よりも多くの割合で配置される。第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては、明の置換画素値が暗の置換画素値よりも多くの割合で配置される。【選択図】      図１
2007133317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データを複数の第１画素空間に分割し、前記第１画素空間毎に、水平方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの傾き量を示す水平方向傾斜値および垂直方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの傾き量を示す垂直方向傾斜値を算出する傾き算出手段と、
前記複数の第１画素空間の各々に対応する、平均階調レベル、前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値に基づいて、前記第１画素空間毎に、互いに階調レベルの異なる２以上の置換画素値を算出する置換画素値算出手段と、
前記複数の第１画素空間の各々を複数の第２画素空間に分割し、処理対象の第１画素空間内の全ての画素値を前記２以上の置換画素値を用いて置換する画素値置換処理を実行する画素値置換手段であって、前記画素値置換処理は、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値に基づき、前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては前記２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置し且つ前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する処理を含む画素値置換手段とを具備することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記置換画素値算出手段は、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値の中で傾き量の大きい一方の傾斜値を選択する手段と、前記選択した一方の傾斜値と前記処理対象の第１画素空間に対応する平均階調レベルとに基づいて、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記２以上の置換画素値を算出する手段とを含み、
前記画素置換手段は、
前記選択した一方の傾斜値に基づき、前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては前記別の２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置し、且つ前記処理対象の第１画素空間内において階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては前記別の２以上の置換画素値の中で階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する第１の処理を実行する手段と、
前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値の他方の傾斜値に基づいて、前記処理対象の第１画素空間を分割する前記複数の第２画素空間内の所定の第２画素空間に配置された置換画素値の値を修正する手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記各第１の画素空間は縦横同数の複数の画素を含み、前記各第２の画素空間は縦横同数の複数の画素を含み、前記各第２の画素空間に含まれる画素数は前記各第１の画素空間に含まれる画素数よりも少ないことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値の少なくとも一方が第１のしきい値を超える場合、または前記処理対象の第１画素空間内の最大階調レベルと最小階調レベルとの差分が第２のしきい値を超える場合、前記処理対象の第１画素空間に対する前記画素値置換処理の実行を禁止する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記画素値置換処理は、連続する複数のフレーム間で、前記各第２の画素空間の階調レベルを変更せずに前記各第２の画素空間における前記２以上の置換画素値の配置位置を変更する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記傾き算出手段は、
処理対象の第１画素空間内の複数の水平画素列の各々毎に、水平方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１水平画素列全体にわたって積算して水平画素値差分積算値を算出する手段と、前記複数の水平画素列それぞれに対応する水平画素値差分積算値を平均して前記水平方向傾斜値を算出する手段と、前記処理対象の第１画素空間内の複数の垂直画素列の各々毎に、垂直方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１垂直画素列全体にわたって積算して垂直画素値差分積算値を算出する手段と、前記複数の垂直画素列それぞれに対応する垂直画素値差分積算値を平均して前記垂直方向傾斜値を算出する手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項７】
画像データを複数の第１画素空間に分割し、前記第１画素空間毎に、水平方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの傾き量を示す水平方向傾斜値および垂直方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの傾き量を示す垂直方向傾斜値を算出する傾き算出手段と、
処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値の中で傾き量の大きい一方の傾斜値と、前記処理対象の第１画素空間の平均階調レベルとに基づいて、前記処理対象の第１画素空間それぞれ対応する、第１の置換画素値と前記第１の置換画素値よりも大きい第２の置換画素値とを算出する置換画素値算出手段と、
前記処理対象の第１画素空間を複数の第２画素空間に分割し、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記一方の傾斜値に基づき、前記処理対象の第１画素空間内の全ての画素値を前記２以上の置換画素値を用いて置換する画素値置換処理を実行する画素値置換手段であって、前記画素値置換処理は、前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対して前記第１の置換画素値を前記第２の置換画素値よりも多くの割合で配置し且つ前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対して前記第２の置換画素値を前記第１の置換画素値よりも多くの割合で配置する処理と、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記第１傾斜値および前記第２傾斜値の中の他方の傾斜値に基づいて、前記処理対象の第１画素空間を分割する前記複数の第２画素空間内の所定の第２画素空間に配置された置換画素値の値を修正する処理とを含む画素値置換手段とを具備すること特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
前記処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値の少なくとも一方が第１のしきい値を超える場合、または前記処理対象の第１画素空間内の最大階調レベルと最小階調レベルとの差分が第２のしきい値を超える場合、前記処理対象の第１画素空間に対する前記画素値置換処理の実行を禁止する手段をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記画素値置換処理は、連続する複数のフレーム間で、前記各第２の画素空間の階調レベルを変更せずに前記各第２の画素空間における前記２以上の置換画素値の配置位置を変更する処理を含むことを特徴とする請求項７記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記傾き算出手段は、
処理対象の第１画素空間内の複数の水平画素列の各々毎に、水平方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１水平画素列全体にわたって積算して水平画素値差分積算値を算出する手段と、前記複数の水平画素列それぞれに対応する水平画素値差分積算値を平均して前記水平方向傾斜値を算出する手段と、前記処理対象の第１画素空間内の複数の垂直画素列の各々毎に、垂直方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１垂直画素列全体にわたって積算して垂直画素値差分積算値を算出する手段と、前記複数の垂直画素列それぞれに対応する垂直画素値差分積算値を平均して前記垂直方向傾斜値を算出する手段とを含むことを特徴とする請求項７記載の画像処理装置。
【請求項１１】
画像データを処理する画像処理方法であって、
画像データを複数の第１画素空間に分割し、前記第１画素空間毎に、水平方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの傾き量を示す水平方向傾斜値および垂直方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの傾き量を示す垂直方向傾斜値を算出するステップと、
前記複数の第１画素空間の各々に対応する、平均階調レベル、前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値に基づいて、前記第１画素空間毎に、互いに階調レベルの異なる２以上の置換画素値を算出する置換画素値算出ステップと、
前記複数の第１画素空間の各々を複数の第２画素空間に分割し、処理対象の第１画素空間内の各画素値を置換するために、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値に基づき、前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては前記２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置し且つ前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する画素値置換ステップとを具備することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１２】
前記置換画素値算出ステップは、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値の中で傾き量の大きい一方の傾斜値を選択するステップと、前記選択した一方の傾斜値と前記処理対象の第１画素空間に対応する平均階調レベルとに基づいて、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記２以上の置換画素値を算出するステップとを含み、
前記画素置換ステップは、
前記選択した一方の傾斜値に基づき、前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては前記別の２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置し、且つ前記処理対象の第１画素空間内において階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては前記別の２以上の置換画素値の中で階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する第１の処理を実行するステップと、
前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値の他方の傾斜値に基づいて、前記処理対象の第１画素空間を分割する前記複数の第２画素空間内の所定の第２画素空間に配置された置換画素値の値を修正するステップとを含むことを特徴とする請求項１１記載の画像処理方法。
【請求項１３】
前記処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値の少なくとも一方が第１のしきい値を超える場合、または前記処理対象の第１画素空間内の最大階調レベルと最小階調レベルとの差分が第２のしきい値を超える場合、前記処理対象の第１画素空間に対する前記画素値置換処理の実行を禁止するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１記載の画像処理方法。
【請求項１４】
連続する複数のフレーム間で、前記各第２の画素空間の階調レベルを変更せずに前記各第２の画素空間における前記２以上の置換画素値の配置位置を変更する配置位置変更ステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１記載の画像処理方法。
【請求項１５】
前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値を算出するステップは、
処理対象の第１画素空間内の複数の水平画素列の各々毎に、水平方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１水平画素列全体にわたって積算して水平画素値差分積算値を算出するステップと、前記複数の水平画素列それぞれに対応する水平画素値差分積算値を平均して前記水平方向傾斜値を算出するステップと、前記処理対象の第１画素空間内の複数の垂直画素列の各々毎に、垂直方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１垂直画素列全体にわたって積算して垂直画素値差分積算値を算出するステップと、前記複数の垂直画素列それぞれに対応する垂直画素値差分積算値を平均して前記垂直方向傾斜値を算出するステップとを含むことを特徴とする請求項１１記載の画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像データの階調数を増加させるための画像処理装置および画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、多くのパーソナルコンピュータにおいては、画像データを生成するための内部信号処理はＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ８ビットで行われているものの、ディスプレイに出力される表示データはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ６ビットに制限されている。このため、コンピュータ内部の表示コントローラにおいては、減らした２ビットに基づいてディザリング（dithering）が行われ、これによってＲ，Ｇ，Ｂの各々について８ビット相当の疑似階調数（階調数＝２５６）が実現されている。
【０００３】
また、幾つかのデジタルテレビジョン受像機においては、デジタル信号処理はＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ１０ビットで行われるものの、ディスプレイに出力される表示データはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ８ビットに制限されている。この場合、デジタルテレビジョン受像機においては、減らした２ビットに基づいてフレームレートコントロール（ＦＲＣ）を行われ、これによってＲ，Ｇ，Ｂの各々について１０ビット相当の疑似階調数（階調数＝１０２４）が実現される。
【０００４】
これらディザリングおよびフレームレートコントロール（ＦＲＣ）は共に色数削減技術としてよく知られている。
【０００５】
特許文献１には、下位２ビットを用いたディザリングによって、上位６ビットで表現される階調数を８ビット相当の疑似階調数（階調数＝２５６）にする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−８４５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来では、ディザリングおよびフレームレートコントロール（ＦＲＣ）のどちらを使用する場合であっても、表現可能な階調数は、内部信号処理で用いられる画像データのビット数に対応する階調数並に留まっている。つまり、内部信号処理で用いられる画像データのビット数が８ビットであれば表現可能な階調数は２５６階調に留まり、また内部信号処理で用いられる画像データのビット数が１０ビットであれば表現可能な階調数は１０２４階調に留まる。
【０００７】
このため、緩やかに階調レベルが変化する画像においては、量子化の粗さに起因して、偽輪郭（Contouring）と呼ばれる等高線状の縞模様や、微小ノイズが発生しやすい。
【０００８】
よって、縞模様や微小ノイズを目立たなくするために、内部信号処理で用いられる画像データのビット数に対応する階調数よりも多くの階調数を表現することが可能な新たな画像処理技術の実現が必要である。
【０００９】
本発明は上述の事情を考慮してなされたものであり、内部信号処理で用いられる画像データのビット数に対応する階調数表現よりも多くの階調数表現を実現することが可能な画像処理装置および画像処理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】
【００１０】
上述の課題を解決するため、本発明の画像処理装置は、画像データを複数の第１画素空間に分割し、前記第１画素空間毎に、水平方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの傾き量を示す水平方向傾斜値および垂直方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの傾き量を示す垂直方向傾斜値を算出する傾き算出手段と、前記複数の第１画素空間の各々に対応する、平均階調レベル、前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値に基づいて、前記第１画素空間毎に、互いに階調レベルの異なる２以上の置換画素値を算出する置換画素値算出手段と、前記複数の第１画素空間の各々を複数の第２画素空間に分割し、処理対象の第１画素空間内の全ての画素値を前記２以上の置換画素値を用いて置換する画素値置換処理を実行する画素値置換手段であって、前記画素値置換処理は、前記処理対象の第１画素空間に対応する前記水平方向傾斜値および前記垂直方向傾斜値に基づき、前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては前記２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置し且つ前記処理対象の第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する処理を含む画素値置換手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内部信号処理で用いられる画像データのビット数に対応する階調数表現よりも多くの階調数表現を実現することが可能となり、縞模様や微小ノイズを目立たなくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。  
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る画像処理装置の構成の概略を説明する。この画像処理装置は、画像データを表示装置２０に表示するための各種画像処理を実行する装置である。この画像処理装置は、例えば、パーソナルコンピュータ、デジタルテレビ受像機等に搭載して用いられる。
【００１３】
この画像処理装置は、画像データの階調数を増加するための画像処理（階調補間処理とも云う）を実行する機能を有している。この画像処理装置は、図１に示されているように、画像メモリ１１、傾き算出部１２、置換画素値算出部１３、画素置換部１４、出力処理部１５を備えている。
【００１４】
画像メモリ１１は、表示対象の画像データを一時的に格納するためのフレームメモリである。傾き算出部１２は、表示対象の画像データを複数の第１画像空間に分割する。第１画像空間は、例えば、縦横同数の画素数を含むエリアである。図２は、画像データの画面全体を、各々が例えば６×６の正方形の複数の第１画像空間で分割した例を示している。
【００１５】
各第１画素空間内の画像の階調レベルがどちらの方向にどの程度変化しているかを検出するために、傾き算出部１２は、各第１画素空間毎に、水平方向に並んだ画素それぞれの階調レベル（画素値）の傾き量を示す水平方向傾斜値と、垂直方向に並んだ画素それぞれの階調レベル（画素値）の傾き量を示す垂直方向傾斜値とを算出する。
【００１６】
水平方向傾斜値は、水平方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの勾配を表すものであり、例えば、図３に示すように、水平方向に並んだ画素それぞれの位置に対する階調レベルを近似する直線の左端と右端との間の階調レベルの差分値として考えることができる。左から右に向かって階調レベルが増加する傾向を持つ画像においては、図３に上向きの矢印で示されているように、水平方向傾斜値は、その階調レベルの傾き量（増加量）に対応する正の値を示す。反対に、左から右に向かって階調レベルが低下する傾向を持つ画像においては、水平方向傾斜値は、その階調レベルの傾き量（減少量）に対応する負の値を示す。
【００１７】
例えば、傾き算出部１２は、以下のようにして水平方向傾斜値を算出する。
【００１８】
（１）傾き算出部１２は、処理対象の第１画素空間内の複数の水平画素列（６本の水平ライン）の各々毎に、水平方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１水平画素列全体にわたって積算する。この積算結果を水平画素値差分積算値と呼ぶ。
【００１９】
（２）次いで、傾き算出部１２は、各水平画素列それぞれに対応する水平画素値差分積算値の平均を求める。求められた平均値が、水平方向傾斜値である。
【００２０】
水平方向傾斜値の算出処理の具体例については図１２以降で詳述する。
【００２１】
垂直方向傾斜値は、垂直方向に並んだ画素それぞれの階調レベルの勾配を表すものであり、例えば、図４に示すように、垂直方向に並んだ画素それぞれの位置に対する階調レベルを近似する直線の左端と右端との間の階調レベルの差分値として考えることができる。上から下に向かって階調レベルが増加する傾向を持つ画像においては、図４に上向きの矢印で示されているように、垂直方向傾斜値は、その階調レベルの傾き量（増加量）に対応する正の値を示す。反対に、上から下に向かって階調レベルが低下する傾向の画像においては、垂直方向傾斜値は、その階調レベルの傾き量（減少量）に対応する負の値を示す。
【００２２】
例えば、傾き算出部１２は、以下のようにして垂直方向傾斜値を算出する。
【００２３】
（１）傾き算出部１２は、処理対象の第１画素空間内の複数の水平画素列（６本の垂直ライン）の各々毎に、垂直方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１水平画素列全体にわたって積算する。この積算結果を垂直画素値差分積算値と呼ぶ。
【００２４】
（２）次いで、傾き算出部１２は、各垂直画素列それぞれに対応する垂直画素値差分積算値の平均を求める。求められた平均値が、垂直方向傾斜値である。
【００２５】
この垂直方向傾斜値の算出処理の具体例についても図１２以降で詳述する。
【００２６】
置換画素値算出部１３は、各第１画素空間毎に、互いに階調レベルの異なる２以上の置換画素値を算出する。ある第１画素空間に対応する２以上の置換画素値は、その第１画素空間にそれぞれ対応する、平均階調レベル、水平方向傾斜値、および垂直方向傾斜値に基づいて算出される。２以上の置換画素値は、対応する第１画素空間内の各画素値を置換するための画素値である。
【００２７】
第１画素空間内の全ての画素（６×６画素）それぞれの画素値を明と暗の２値の階調パターンを用いて置き換える場合には、置換画素値算出部１３は、各第１画素空間毎に、互いに階調レベルの異なる２つの置換画素値を算出する。また、もし第１画素空間内の全ての画素（６×６画素）それぞれの画素値を明、暗、およびその中間の３値の階調パターンを用いて置き換える場合には、置換画素値算出部１３は、各第１画素空間毎に、互いに階調レベルの異なる３つの置換画素値を算出する。なお、平均階調レベルは、第１画素空間内の全ての画素（６×６画素）それぞれの階調レベル（画素値）の平均値である。
【００２８】
画素置換部１４は、各第１画素空間を複数の第２画素空間に分割する。各第２画素空間は縦横同数の画素を含むエリアであり、各第２画素空間に含まれる画素数は、各第１画素空間に含まれる画素数よりも少ない。また、第２画素空間の空間数は、画像全体を分割する第１画素空間の空間数と同数又はそれよりも多い。図５は、６×６の正方向の第１画素空間を、各々が例えば２×２の正方形の６個の第２画像空間で分割した例を示している。
【００２９】
画素置換部１４は、各第１画素空間内の全ての画素値を２つまたは３つの置換画素値を用いて置換するための画素値置換処理を実行する。
【００３０】
具体的には、画素置換部１４は、処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値に基づき、以下の処理を実行する。
【００３１】
（１）画素置換部１４は、処理対象の第１画素空間を分割する複数の第２画素空間の内で、処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては、２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する。
【００３２】
（２）画素置換部１４は、処理対象の第１画素空間を分割する複数の第２画素空間の内で、処理対象の第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する。
【００３３】
図５は、階調レベルが左から右に向かって減少している画像を含む第１画素空間に対する画素値置換処理の例を示している。図５においては、２つの置換画素値が用いられている。白丸は階調レベルの高い方の置換画素値（明の置換画素値）を示し、黒丸は階調レベルの低い方の置換画素値（暗の置換画素値）を示している。水平方向に並んだ３つの第２画素空間によって１つの第３画素空間が形成される。
【００３４】
左端に垂直方向に並んでいる３つの第２画素空間は、第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する。したがって、これら３つの第２画素空間の各々においては、階調レベルの高い方の置換画素値が、階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置される。図５においては、２×２の第２画素空間内において、３つの画素位置に階調レベルの高い方の置換画素値が配置され、１つの画素位置に階調レベルの低い方の置換画素値が配置されている。
【００３５】
右端に垂直方向に並んでいる３つの第２画素空間は、第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する。したがって、これら３つの第２画素空間の各々においては、階調レベルの低い方の置換画素値が、階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置される。図５においては、２×２の第２画素空間内において、３つの画素位置に階調レベルの低い方の置換画素値が配置され、１つの画素位置に階調レベルの高い方の置換画素値が配置されている。
【００３６】
また、中央に垂直方向に並んでいる３つの第２画素空間の各々においては、階調レベルの低い方の置換画素値と階調レベルの高い方の置換画素値とが２つずつ配置されている。
【００３７】
図５において、水平方向に並ぶ３つの第２画素空間を比較すると、階調レベルの低い方の置換画素値の数が、左から右に向かって増加していることが理解されよう。
【００３８】
各第２画素空間の階調レベルは、対応する４画素それぞれの画素値の平均値となる。わって、例えば、階調レベルの低い方の置換画素値が１００で、階調レベルの高い方の置換画素値が１０１であるとすると、左端の第２画素空間の階調レベルは１００．７５、中央の第２画素空間の階調レベルは１００．５、右端の第２画素空間の階調レベルは１００．２５となる。
【００３９】
したがって、図５の置換画素値配列は、表現可能な階調数を、内部信号処理で用いられる画像データの各画素のビット数で決まる階調数よりも増加させることができる。
【００４０】
図６は、階調レベルが左上から右下に向かって減少している画像を含む第１画素空間に対する画素値置換処理の例を示している。
【００４１】
左上側の３つの第２画素空間の各々においては、階調レベルの高い方の置換画素値が、階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置される。図６においては、２×２の第２画素空間内において、３つの画素位置に階調レベルの高い方の置換画素値が配置され、１つの画素位置に階調レベルの低い方の置換画素値が配置されている。
【００４２】
右下側の３つの第２画素空間は、第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する。したがって、これら３つの第２画素空間の各々においては、階調レベルの低い方の置換画素値が、階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置される。図６においては、２×２の第２画素空間内において、３つの画素位置に階調レベルの低い方の置換画素値が配置され、１つの画素位置に階調レベルの高い方の置換画素値が配置されている。
【００４３】
また、左下隅と右上隅とを結ぶ対角線上に存在する３つの第２画素空間の各々においては、階調レベルの低い方の置換画素値と階調レベルの高い方の置換画素値とが２つずつ配置されている。
【００４４】
図１の出力処理部１５は、画素値置換処理によって得られた画像データを表示装置２０に表示する。
【００４５】
置換禁止処理部１６は、処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の少なくとも一方が所定の第１のしきい値を超える場合、または処理対象の第１画素空間内の最大階調レベルと最小階調レベルとの差分が所定の第２のしきい値を超える場合には、処理対象の第１画素空間に対する画素値置換処理の実行を禁止する。これにより、絵柄を含む第１画素領域に対して画素値置換処理が施されるのを防止することができる。
【００４６】
画素値置換処理の実行が禁止された第１画素空間の画像データは、画素置換部１４をパススルーして、そのまま出力処理部１５に送られる。
【００４７】
このように、本実施形態の画像処理装置においては、各第１画素空間の水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値を考慮して第１画素空間毎に２以上の置換画素値が求められ、そして水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値に基づいて２以上の置換画素値の配置位置が自動的に決定される。これにより、内部信号処理で用いられる画像データのビット数に対応する階調数表現よりも多くの階調数表現を実現することが可能となる。よって、従来量子化の粗さに起因して発生していた緩やかに階調レベルが変化する部分の縞模様を目立たなくすることができ、且つ微小なノイズ成分も目立たなくする効果も得られる。
【００４８】
なお、画像データの各画素がＲＧＢデータから構成されているならば、本実施形態の画像処理は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々に対して個別に実行すればよい。
【００４９】
また、画素値置換処理は以下の手順で行うこともできる。
【００５０】
（１）置換画素値算出部１３は、処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の中で傾き量の大きい一方の傾斜値を選択する。そして、置換画素値算出部１３は、選択した一方の傾斜値と、処理対象の第１画素空間に対応する平均階調レベルとに基づいて、処理対象の第１画素空間に対応する２以上の置換画素値を算出する。
【００５１】
（２）画素置換部１４は、処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては、２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する。また、画素置換部１４は、処理対象の第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する。
【００５２】
（３）画素置換部１４は、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の他方の傾斜値に基づいて、所定の第２画素空間に配置された置換画素値の値を修正する。
【００５３】
この修正処理により、結果として、各置換画素値は水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の双方を考慮して決定されることになる。
【００５４】
次に、図７を参照して、本実施形態の画像処理装置が適用されるコンピュータ内における画像データの流れについて説明する。
【００５５】
このコンピュータは、アナログ放送受信部１０００、外部映像信号入力部１００１、スイッチ１０１０、Ａ／Ｄ変換＆ビデオデコーダ回路１１００、ＰＣＩバス１１０１、ＣＰＵ１２００、メインメモリ１３００、ノースブリッジ１４００、サウスブリッジ１５００、光ディスクドライブ（ＯＤＤ）１５１０、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１５２０、表示コントローラ１６００、Ｄ／Ａ変換器１７００、およびディスプレイ装置１８００を備えている。
【００５６】
以下では、アナログ放送受信部１０００によって受信された映像信号、または外部映像信号入力部１００１に外部から入力される映像信号をディスプレイ装置１８００に表示する場合を想定する。
【００５７】
アナログ放送受信部１０００によって受信された放送信号に含まれる映像信号と外部映像信号入力部１００１に外部から入力される映像信号の一方はスイッチ１０１０によって選択され、そしてＡ／Ｄ＆ビデオデコーダ回路１１００に送られる。Ａ／Ｄ＆ビデオデコーダ回路１１００は、入力された映像信号をＹＵＶ形式のベースバンド信号（デジタル画像データ）に変換する。Ａ／Ｄ＆ビデオデコーダ回路１１００によって得られた画像データは、ＰＣＩバス１１０１、サウスブリッジ１５００、およびノースブリッジ１４００を介してメインメモリ１３００に転送される。ＣＰＵ１２００によって実行されるソフトウェアは、必要に応じてメインメモリ１３００に格納された画像データに対して各種画像処理を施す。この後、画像データはＣＰＵ１２００によってメインメモリ１３００から表示コントローラ１６００に送られる。
【００５８】
表示コントローラ１６００は、入力された画像データからディスプレイ装置１８００に出力するための表示データを生成する。この表示コントローラ１６００においては、画像データは、まず、正方スケーラ回路１６１０に送られ、そこでピクセル形状が整えられる。次に、画像データはＹＵＶ→ＲＧＢ変換回路１６２０によってＹＵＶデータからＲＧＢデータに変換される。ＲＧＢデータは、例えば、１画素当たり２４ビットから構成されている（ＲＧＢ各８ビット）。ＲＧＢ形式の画像データは画質調整回路１６３０によって画質バランスが整えられた後に、αブレンド＆スケーラ回路１６４０に送られる。αブレンド＆スケーラ回路１６４０は、画像データのサイズをディスプレイ装置１８００の画面サイズに変更するためのスケーリング処理を実行する。スケーリングされた画像データは、８→６ｂｉｔ削減＆ディザ回路１６５０に送られる。８→６ｂｉｔ削減＆ディザ回路１６５０においては、画像データは１画素当たりＲＧＢ各８ビットのデータ形式からＲＧＢ各６ビットのデータ形式に変換された後に、ディザリング処理が施される。ディザリングが施された画像データは、必要に応じてＤ／Ａ変換器１７００によってアナログ信号に変換された後に、ディスプレー装置１８００に送られる。
【００５９】
なお、光ディスクドライブ（ＯＤＤ）１５１０によって駆動されるＤＶＤメディアに格納されたＤＶＤコンテンツのような画像データを表示する場合にも、同様の処理が行われる。
【００６０】
このように、通常、コンピュータ内における画像処理は主に８ｂｉｔで行われるが、表示コントローラ１６００の出力段にて６ｂｉｔ化される。そして、削減された２ｂｉｔを用いてディザリングが行われる。このディザリングによって階調表現としては８ｂｉｔ相当を実現しているものの、最大表現可能な階調数はＲＧＢ各８ｂｉｔ相当に留まっている。
【００６１】
本実施形態の画像処理装置をコンピュータに適用することにより、最大表現可能な階調数をＲＧＢ各８ｂｉｔ相当の階調数よりも増やすことが可能となる。コンピュータに適用した場合の画像処理装置の構成の例については図９を参照して後述する。
【００６２】
次に、図８を参照して、本実施形態の画像処理装置が適用されるテレビジョン受像機内における画像データの流れについて説明する。
【００６３】
このテレビジョン受像機は、アナログ放送受信部２０００、映像信号入力部２００１、スイッチ２０１０、Ａ／Ｄ＆ビデオデコーダ回路２０２０、デジタル放送受信部２１００、ＭＰＥＧ２−ＴＳデコーダ回路２２００、バックエンドプロセッサ２３００、Ｄ／Ａ変換器２４００、およびディスプレイ部２５００を備えている。
【００６４】
アナログ放送受信部２０００によって受信された放送信号に含まれる映像信号と外部映像信号入力部２００１に外部から入力される映像信号の一方はスイッチ２０１０によって選択され、そしてＡ／Ｄ＆ビデオデコーダ回路２０２０に送られる。Ａ／Ｄ＆ビデオデコーダ回路２０２０は、入力された映像信号をＹＵＶ形式のベースバンド信号（デジタル画像データ）に変換する。Ａ／Ｄ＆ビデオデコーダ回路２０２０によって得られた画像データは、バックエンドプロセッサ２３００に送られる。
【００６５】
デジタル放送受信部２１００で受信されたデジタル放送信号はＭＰＥＧ２−ＴＳデコーダ回路２２００でデコードされる。デコード処理によって得られた画像データはバックエンドプロセッサ２３００に送られる。
【００６６】
バックエンドプロセッサ２３００においては、画像データはスケーラ回路２３１０で画像サイズが調整され、そして画質調整回路２３２０で画質が調整される。この後、画像データはＹＵＶ−ＲＧＢ変換回路２３３０によってＹＵＶデータからＲＧＢデータに変換される。ＲＧＢデータは、例えば、１画素当たり３０ビットから構成されている（ＲＧＢ各１０ビット）。ＲＧＢ形式の画像データは、１０→８変換＆階調補正回路２３４０に送られる。１０→８変換＆階調補正回路２３４０では、画像データは１画素当たりＲＧＢ各１０ビットのデータ形式からＲＧＢ各８ビットのデータ形式に変換された後に、フレームレートコントロール（ＦＲＣ）処理によって階調補正される。階調補正された画像データは、必要に応じてＤ／Ａ変換器２４００によってアナログ信号に変換された後に、ディスプレー部２５００に送られる。
【００６７】
このように、通常、テレビジョン受像機内における画像処理は主に１０ｂｉｔで行われるが、出力段にて８ｂｉｔ化される。そして、削減された２ｂｉｔを用いてＦＲＣが実行される。このＦＲＣによって階調表現としては１０ｂｉｔ相当を実現しているものの、最大表現可能な階調数はＲＧＢ各１０ｂｉｔ相当に留まっている。
【００６８】
本実施形態の画像処理装置をテレビジョン受像機に適用することにより、最大表現可能な階調数をＲＧＢ各１０ｂｉｔ相当の階調数よりも増やすことが可能となる。テレビジョン受像機に適用した場合の画像処理装置の構成の例については図１０を参照して後述する。
【００６９】
図９は、コンピュータに適用される画像処理装置の具体的な構成例を示している。
【００７０】
図９に示されているように、画像処理装置は、例えば、表示コントローラ１６００内のαブレンド＆スケーラ回路１６４０と８→６ｂｉｔ削減＆ディザ回路１６５０との間に設けられる。なお、画像データはＲ，Ｇ，Ｂの３種類の信号から構成されるが、説明を簡単にするために、以下では、画像データがあたかも一つの信号から構成されているものとして説明する。
【００７１】
画像処理装置は、ＲＧＢフレームメモリ３０１０、第１画素空間取り込み部３０２０、平均値算出部３０３０、水平画素差分積算値算出部３０４０、垂直画素差分積算値算出部３０５０、差分値検出部３０６０、置換画素作成部３０７０、画素傾斜方向算出部３０８０、画素置換判定部３０９０、フレーム単位画素位置シフト処理部３１２０、および画素置換処理部３１３０を備えている。
【００７２】
ＲＧＢフレームメモリ３０１０は図１の画像メモリ１１に対応し、水平画素差分積算値算出部３０４０、垂直画素差分積算値算出部３０５０、および画素傾斜方向算出部３０８０は、図１の傾き算出部１２に対応する。また画素置換判定部３０９０は図１の置換禁止処理部１６に対応し、８→６ｂｉｔ削減＆ディザ回路１６５０は図１の出力処理部１５に対応している。また、置換画素作成部３０７０、フレーム単位画素位置シフト処理部３１２０、および画素置換処理部３１３０は、図１の置換画素値算出部１３および画素置換部１４を構成している。
【００７３】
αブレンド＆スケーラ回路１６４０から出力される画像データは、ＲＧＢフレームメモリ３０１０に一旦蓄えられる。ＲＧＢフレームメモリ３０１０に格納された画像データは最終段の画素置換処理部３１３０に送られると共に、第１画素空間取り込み部３０２０にも送られる。
【００７４】
第一画素空間取り込み部３０２０は、ＲＧＢフレームメモリ３０１０に格納された画像データを第１画素空間に対応する画素ブロック単位で順次取り込む。取り込まれた画像ブロックは、平均値算出部３０３０、水平画素差分積算値算出部３０４０、垂直画素差分積算値算出部３０５０、差分値検出部３０６０および置換画素作成部３０７０にそれぞれ送られる。
【００７５】
平均値算出部３０３０は、処理対象の第１画素空間内の全画素それぞれの画素値の平均値（平均階調レベル）を算出し、その算出した平均値（平均階調レベルまたは画素平均値とも云う）を置換画素作成部３０７０に送る。
【００７６】
水平画素差分積算値算出部３０４０は処理対象の第１画素空間内の複数の水平画素列それぞれに対応する水平画素値差分積算値を算出し、そしてそれら水平画素値差分積算値の平均値を、処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値として算出する。水平画素値差分積算値は、水平方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１水平画素列全体にわたって積算した値である。算出された水平方向傾斜値（水平画素値差分積算値の平均値）は、画素傾斜方向算出部３０８０および画素置換判定部３０９０にそれぞれ送られる。
【００７７】
垂直画素差分積算値算出部３０５０は、処理対象の第１画素空間内の複数の垂直画素列それぞれに対応する垂直画素値差分積算値を算出し、そしてそれら垂直画素値差分積算値の平均値を、処理対象の第１画素空間に対応する垂直方向傾斜値として算出する。垂直画素値差分積算値は、垂直方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１垂直画素列全体にわたって積算した値である。算出された垂直方向傾斜値（垂直画素値差分積算値の平均値）は、画素傾斜方向算出部３０８０および画素置換判定部３０９０にそれぞれ送られる。
【００７８】
差分値検出部３０６０は、処理対象の第１画素空間内の最大画素値（最大階調レベル）と最小画素値（最小階調レベル）との差分値（以下、最大／最小差分値）を算出する。算出された差分値は、画素置換判定部３０９０に送られる。
【００７９】
画素傾斜方向算出部３０８０は、水平方向傾斜値と垂直方向傾斜値とを比較して処理対象の第１画素空間の階調レベルの主たる傾斜方向を判断する。そして、画素傾斜方向算出部３０８０は、水平方向傾斜値と垂直方向傾斜値の中で、傾斜値の大きい方を置換画素作成部３０７０に送る。
【００８０】
画素置換判定部３０９０は、処理対象の第１画素空間にそれぞれ対応する水平方向傾斜値、垂直方向傾斜値、および最大／最小差分値に基づいて、処理対象の現在の第１画素空間内の画像が画素値置換処理を施すべき画像であるか否かを判定する。水平画素差分積算値あるいは垂直画素差分積算値の少なくとも一方が所定の第１のしきい値を超えているか、あるいは最大／最小差分値が所定の第２のしきい値を超えているならば、画素置換判定部３０９０は、画素置換処理の実行を禁止する。
【００８１】
置換画素作成部３０７０は、処理対象の第１画素空間にそれぞれ対応する水平方向傾斜値と垂直方向傾斜値の中で傾斜量の大きい一方の傾斜値と、平均値算出部３０３０によって算出された処理対象の第１画素空間の画素平均値とに基づいて、２以上の置換画素値を算出する。そして、置換画素作成部３０７０は、処理対象の第１画素空間を分割する複数の第２画素空間それぞれに対して２以上の置換画素値を配置する。この後、置換画素作成部３０７０は、処理対象の第１画素空間にそれぞれ対応する水平方向傾斜値と垂直方向傾斜値の中で傾斜量の小さい他方の傾斜値に基づいて、所定の第２画素空間上に配置された置換画素値を修正する処理を実行する。これにより、処理対象の第１画素空間に対応する新たな画像データが作成される。
【００８２】
フレーム単位画素位置シフト処理部３１２０は、連続する複数のフレーム間で、各第２の画素空間それぞれの階調レベルを変更せずに各第２の画素空間上における置換画素値の配置位置を変更する画素位置変更処理を実行する。画素置換処理部３１３０は、画素置換判定部３０８０の制御の下、画素位置変更処理された画像データとＲＧＢフレームメモリ３０１０から読み出される画像データの一方を選択する。この選択処理は、第１画素空間に対応するブロックを単位として実行される。選択された画像データは、８→６ｂｉｔ削減＆ディザ回路１６５０に送られる。
【００８３】
図１０は、テレビジョン受像機に適用される画像処理装置の具体的な構成例を示している。
【００８４】
図１０に示されているように、画像処理装置は、例えば、ＹＵＶ−ＲＧＢ変換回路２３３０と１０→８変換＆階調補正回路２３４０との間に設けられる。
【００８５】
画像処理装置の構成は、図９で説明した、コンピュータに適用した場合の構成と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００８６】
次に、図１１を参照して、２種類の置換画素値の配置例を説明する。
【００８７】
図１１の（Ａ）には、第１画素空間の画素数が６×６で、第２画素空間が２×２、第３画素空間が２×６である場合における画素配置例が示されている。この例は、左から右に向かって階調レベルが低下する傾向の画像に対応する画素配置例である。白抜きの画素が画素値の大きい方の置換画素値であり、灰色の塗りつぶしの画素が画素値の小さい方の置換画素値である。
【００８８】
図１１の（Ａ）の画素配置を９０度単位で回転させて使えば、水平方向と垂直方向のいずれの方向に階調レベルが増加または減少している画像に対しても対応可能である。図１１の（Ａ）に示される４つの画素配置パターンの一つは置換画素作成部３０７０によって作成される。フレーム単位画素位置シフト処理部３１２０は、置換画素作成部３０７０によって作成された画素配置パターンの画素配置を変更することにより、４つの異なる画素配置パターンを作成する。４フレームを１周期として、４つの画素配置パターンをフレーム毎に順番に切り替えて使用することにより、同一の第２画素空間内に属する４画素間で階調レベルを均等化することができる。
【００８９】
図１１の（Ｂ）には、第１画素空間の画素数が１２×１２で、第２画素空間が４×４で、第３画素空間が４×１２である場合における画素配置例が示されている。この例は、左から右に向かって階調レベルが低下する傾向の画像に対応する画素配置例である。白抜きの画素が画素値の大きい方の置換画素値であり、灰色の塗りつぶしの画素が画素値の小さい方の置換画素値である。視覚的効果は図１１の（Ａ）の画素配置パターンと同じである。
【００９０】
図１２は、処理対象の画像データの実際の画素値の例を示している。
【００９１】
この画素値例を用いて、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値を算出する方法、置換画素値を算出する方法、画素置換処理の方法について順に説明する。
【００９２】
説明の便宜上、図１２の各第１画素空間に名前を付けたものを図１３に示す。
【００９３】
図１２において画素値の数値例が記載されている中央の４つの第１画素空間が、図１３の領域ｆ、ｇ、ｊ、ｋである。
【００９４】
（１）傾斜値算出方法の例
例えば、領域ｆについては、水平方向傾斜値は以下の手順で算出される。
【００９５】
まず、領域ｆ内の６つの水平ラインそれぞれに対応する水平画素値差分積算値を算出する。各水平ラインの水平画素値差分積算値は、水平方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１水平画素列全体にわたって積算することによって求められる。水平方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分と、それら画素値差分の積算値（水平画素値差分積算値）とを列記すると、次のようになる。
【００９６】
*水平ライン1: +1  0  0  0 -1 （水平画素値差分積算値＝0）
*水平ライン2:  0  0  0 +1 -1 （水平画素値差分積算値＝0）
*水平ライン3:  0 +1  0 +1  0 （水平画素値差分積算値＝2）
*水平ライン4: -1 +1  0  0 +1 （水平画素値差分積算値＝1）
*水平ライン5:  0  0  0 +2 -1 （水平画素値差分積算値＝1）
*水平ライン6: -1  1  0  0 +1 （水平画素値差分積算値＝1）
これら６つの水平ラインそれぞれに対応する水平画素値差分積算値を平均した値（0.8）が領域ｆの水平方向傾斜値となる。
【００９７】
領域ｆの垂直方向傾斜値は以下の手順で算出される。
【００９８】
まず、領域ｆ内の６つの垂直ラインそれぞれに対応する垂直画素値差分積算値を算出する。各垂直ラインの垂直画素値差分積算値は、垂直方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分を１垂直画素列全体にわたって積算することによって求められる。垂直方向に隣接する２つの画素毎の画素値差分と、それら画素値差分の積算値（垂直画素値差分積算値）とを列記すると、次のようになる。
【００９９】
*垂直ライン1:
+1
0
+1
0
+1
（垂直画素値差分積算値＝3）
*垂直ライン2:
0
0
0
+1
0
（垂直画素値差分積算値＝1）
*垂直ライン3:
0
+1
0
0
+1
（垂直画素値差分積算値＝2）
*垂直ライン4:
0
+1
0
0
+1
（垂直画素値差分積算値＝2）
*垂直ライン5:
+1
+1
-1
+2
-1
（垂直画素値差分積算値＝2）
*垂直ライン6:
+1
+2
0
0
+1
（垂直画素値差分積算値＝4）
これら６つの垂直ラインそれぞれに対応する垂直画素値差分積算値を平均した値（2.3）が領域ｆの垂直方向傾斜値となる。
【０１００】
水平方向傾斜値＝0.8、垂直方向傾斜値＝2.3であることから、領域ｆの画像は、水平方向よりも垂直方向における階調レベルの傾斜が大きく、且つ上から下に向かって階調レベルが増加する傾向の画像であることが分かる。
【０１０１】
同様にして、領域ｇ、ｊ、ｋについても、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値を求めることができる。
【０１０２】
図１４は、領域ｆ、ｇ、ｊ、ｋの各々について、画素平均値、水平方向傾斜値、垂直方向傾斜値を示している。
【０１０３】
図１４から、図１２の画素値例で示される画像は、垂直方向の傾斜値が大きく、ｆからｊ、ｇからｋに向かって階調レベルが増加方向に傾斜していることが分かる。
【０１０４】
（２）置換画素値算出方法の例
（例Ａ）
領域ｆ
領域ｆにおいては、垂直方向傾斜値は水平方向傾斜値よりも大きい。垂直方向傾斜値2.2は四捨五入すると2である。したがって、領域ｆの画素平均値104に±１を加算し、103(=104-1)と、105(=104+1)とを暗と明の２つの置換画素値とする。２つの置換画素値の差分は、垂直方向傾斜値2.2を四捨五入した値となる。
【０１０５】
領域ｇ
領域ｇにおいては、垂直方向傾斜値は水平方向傾斜値よりも大きい。垂直方向傾斜値2.7を四捨五入すると3であるが、この場合、暗と明の２つの置換画素値それぞれに配分される値は1.5となってしまう。小数点以下は表現することはできない。画素平均値104.8を105として扱っているので、マイナス側に重み付けし、画素平均値に加算する値を-2、+1とする。したがって、領域gの画素平均値105に-2、+1を加算し、103(=105-2)と、106(=105+1)とを暗と明の２つの置換画素値とする。２つの置換画素値の差分は、垂直方向傾斜値2.7を四捨五入した値となる。
【０１０６】
領域ｊ
領域ｊにおいては、垂直方向傾斜値は水平方向傾斜値よりも大きい。垂直方向傾斜値3.2を四捨五入すると3であるが、この場合、暗と明の２つの置換画素値それぞれに配分される値は1.5となってしまう。小数点以下は表現することはできない。画素平均値107.2を107として扱っているので、プラス側に重み付けし、画素平均値に加算する値を-1、+2とする。したがって、領域jの画素平均値107に-1、+2を加算し、106(=107-1)と、109(=107+2)とを暗と明の２つの置換画素値とする。２つの置換画素値の差分は、垂直方向傾斜値3.2を四捨五入した値となる。
【０１０７】
領域ｋ
領域ｋにおいては、垂直方向傾斜値は水平方向傾斜値よりも大きい。垂直方向傾斜値2.8を四捨五入すると3であるが、この場合、暗と明の２つの置換画素値それぞれに配分される値は1.5となってしまう。小数点以下は表現することはできない。画素平均値108.1を108として扱っているので、プラス側に重み付けし、画素平均値に加算する値を-1、+2とする。したがって、領域kの画素平均値108に-1、+2を加算し、107(=108-1)と、110(=108+2)とを暗と明の２つの置換画素値とする。２つの置換画素値の差分は、垂直方向傾斜値2.8を四捨五入した値となる。
【０１０８】
（例Ｂ）
領域ｆ
領域ｆにおいては、垂直方向傾斜値は水平方向傾斜値よりも大きい。垂直方向傾斜値2.2は小数点以下を切り捨てると2である。したがって、領域ｆの画素平均値104に±１を加算し、103(=104-1)と、105(104+1)とを暗と明の２つの置換画素値とする。
【０１０９】
領域g
領域gにおいては、垂直方向傾斜値は水平方向傾斜値よりも大きい。垂直方向傾斜値2.7は小数点以下を切り捨てると2である。したがって、領域gの画素平均値105に±１を加算し、104(=105-1)と、106(105+1)とを暗と明の２つの置換画素値とする。
【０１１０】
領域ｊ
領域ｊにおいては、垂直方向傾斜値は水平方向傾斜値よりも大きい。垂直方向傾斜値3.2は小数点以下を切り捨てると3であるが、この場合、暗と明の２つの置換画素値それぞれに配分される値は1.5となってしまう。小数点以下は表現することはできない。画素平均値107.2を107として扱っているので、プラス側に重み付けし、画素平均値に加算する値を-1、+2とする。したがって、領域jの画素平均値107に-1、+2を加算し、106(=107-1)と、109(=107+2)とを暗と明の２つの置換画素値とする。
【０１１１】
領域k
領域kにおいては、垂直方向傾斜値は水平方向傾斜値よりも大きい。垂直方向傾斜値2.8は小数点以下を切り捨てると2である。したがって、領域kの画素平均値108に±１を加算し、107(=108-1)と、109(108+1)とを暗と明の２つの置換画素値とする。
【０１１２】
（３）画素置換処理の例
図１５には、図１１の（Ａ）に示した４つの階調パターンの一つ（方向は９０度回転してある）が示されている。図１５の階調パターンは、上から下に向かって階調レベルが増加する場合の画素配置の例である。図１５において、白丸は明の置換画素値を示し、黒丸は暗の置換画素値を示している。
【０１１３】
例Ａで求めた、領域ｆ、ｇ、ｊ、ｋそれぞれに対応する暗と明の置換画素値（暗／明）は以下の通りである。
【０１１４】
f:103/105     g:103/106
j:106/109     k:107/110
領域ｆ、ｇ、ｊ、ｋのいずれの画像も、上から下に向かって階調レベルが増加する傾向を持つ。したがって、領域ｆ、ｇ、ｊ、ｋの画素値置換処理は図１５の階調パターンを用いて実行することができる。画素値置換処理の結果を図１６に示す。
【０１１５】
図１６の画素配置は垂直方向傾斜値のみに基づいた画素配置例であり、水平方向傾斜値は考慮されていない。従って、さらに水平方向の傾斜を考慮した修正を行うことが必要となる。この修正処理の手順を以下に説明する。
【０１１６】
領域ｆ、ｇ、ｊ、ｋそれぞれの水平方向傾斜値を四捨五入すると、
領域f:1   領域g:0
領域j:1   領域k:1
となる。
【０１１７】
これら値から、領域f,j,kの画像はどれも左から右に階調レベルが増加している傾向を持つことが分かる。このため、領域f,j,kの各々について、置換画素値の修正を行う。修正量は、水平方向傾斜値によって決定される。
【０１１８】
領域f,ｊ,kの水平方向傾斜値は１なので、例えば、傾斜方向に従って＋側は明の置換画素値に１加算し、傾斜方向−側は暗の置換画素値から１減算する処理を行う。修正処理の結果を図１７に示す。
【０１１９】
領域f
領域f内の左端領域に位置する３つの第２画素空間においては、暗の置換画素値は103から102に変更される。また、領域f内の右端領域に位置する３つの第２画素空間においては、明の置換画素値は105から106に変更される。
【０１２０】
領域j
領域j内の左端領域に位置する３つの第２画素空間においては、暗の置換画素値は106から105に変更される。また、領域j内の右端領域に位置する３つの第２画素空間においては、明の置換画素値は109から110に変更される。
【０１２１】
領域k
領域k内の左端領域に位置する３つの第２画素空間においては、暗の置換画素値は107から106に変更される。また、領域k内の右端領域に位置する３つの第２画素空間においては、明の置換画素値は110から111に変更される。
【０１２２】
次に、水平方向傾斜値と垂直方向傾斜値の双方が所定の閾値よりも大きい場合の置換画素の配置例について説明する。
【０１２３】
図１８の（Ａ）には、第１画素空間の画素数が６×６で、第２画素空間が２×２であるの場合における画素配置例が示されている。この例は、左上から右下に向かって階調レベルが低下する傾向の画像に対応する画素配置例である。白抜きの画素が明の置換画素値であり、灰色の塗りつぶしの画素が暗の置換画素値である。明および暗の置換画素値は、水平方向傾斜値、垂直方向傾斜値、および画素平均値を考慮して置換画素作成部３０７０によって算出される。なお、水平方向傾斜値と垂直方向傾斜値の双方が所定の閾値よりも大きい場合のみならず、水平方向傾斜値と垂直方向傾斜値の一方が閾値よりも大きい場合においても、水平方向傾斜値、垂直方向傾斜値、および画素平均値に基づいて明および暗の置換画素値を算出してもよい。
【０１２４】
図１８の（Ａ）の画素配置を９０度単位で回転させて使えば、あらゆる斜め方向の階調レベルの傾斜に対しても対応可能である。図１８の（Ａ）に示される４つの画素配置パターンの一つは置換画素作成部３０７０によって作成される。フレーム単位画素位置シフト処理部３１２０は、置換画素作成部３０７０によって作成された画素配置パターンの画素配置を変更することにより、４つの異なる画素配置パターンを作成する。４フレームを１周期として、４つの画素配置パターンをフレーム毎に順番に使用することにより、同一の第２画素空間内に属する４画素間の階調レベルを均等化することができる。
【０１２５】
図１８の（Ｂ）は、第１画素空間の画素数が１２×１２で、第２画素空間が４×４であるの場合における画素配置例である。視覚的効果は図１８の（Ａ）の画素配置パターンと同じである。
【０１２６】
次に、図１９のフローチャートを参照して、本実施形態の画像処理の手順について説明する。
【０１２７】
画像処理装置は、表示対象の画像データを複数の第１画素空間に分割する（ステップＳ１１）。次いで、画像処理装置は、第１画素空間毎に、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値を算出する（ステップＳ１２）。画像処理装置は、第１画素空間毎に、そこに含まれる全画素の画素値の平均値である平均階調レベルを算出する（ステップＳ１３）。この後、画像処理装置は、第１画素空間毎に置換画素値算出処理を実行する（ステップＳ１４）。もし処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の双方がしきい値を超えているならば、画像処理装置は、処理対象の第１画素空間に対応する、水平方向傾斜値、垂直方向傾斜値および平均階調レベルに基づいて、２以上の置換画素値を算出する。もちろん、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の双方がしきい値を超えているかどうかにかかわらず、常に、処理対象の第１画素空間に対応する、水平方向傾斜値、垂直方向傾斜値および平均階調レベルに基づいて、２以上の置換画素値を算出するようにしてもよい。
【０１２８】
画像処理装置は、各第１画素空間を複数の第２画素空間に分割する（ステップＳ１５）。そして、画像処理装置は、処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値に基づいて、画素値置換処理を実行する（ステップＳ１６）。画素値置換処理においては、画像処理装置は、処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置し、且つ処理対象の第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する。
【０１２９】
次に、図２０のフローチャートを参照して、置換画素値算出処理の他の例を説明する。
【０１３０】
ここでは、処理対象の第１画素空間の階調レベルの主たる傾斜方向に基づいて置換画素値が算出される。
【０１３１】
画像処理装置は、処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の中から傾斜量の大きい一方の傾斜値を選択する（ステップＳ２１）。そして、画像処理装置は、選択した傾斜値と、処理対象の第１画素空間の平均階調レベルとに基づいて、処理対象の第１画素空間に対応する２以上の置換画素値を算出する（ステップＳ２２）。
【０１３２】
次に、図２１のフローチャートを参照して、図２０の置換画素値算出処理に対応する画素値置換処理の手順を説明する。
【０１３３】
画像処理装置は、図２０の置換画素値算出処理で選択された傾斜値に基づき、処理対象の第１画素空間内の階調レベルの低い領域に位置する第２画素空間に対しては、処理対象の第１画素空間に対応する２以上の置換画素値の中で階調レベルの低い方の置換画素値を階調レベルの高い方の置換画素値よりも多くの割合で配置し、且つ処理対象の第１画素空間内の階調レベルの高い領域に位置する第２画素空間に対しては階調レベルの高い方の置換画素値を階調レベルの低い方の置換画素値よりも多くの割合で配置する（ステップＳ３１）。この後、画像処理装置は、処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の中で選択されなかった方の傾斜値に基づいて、処理対象の第１画素空間を分割する複数の第２画素空間内の所定の第２画素空間に配置された置換画素値の値を修正する（ステップＳ３２）。
【０１３４】
次に、図２２のフローチャートを参照して、第１画素空間毎に画素値置換処理を実行すべきか否かを判定する処理の手順について説明する。
【０１３５】
画像処理装置は、処理対象の第１画素空間に対応する水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の双方が所定の第１のしきい値よりも大きいかどうかを判別する（ステップＳ４１）。第１のしきい値は、処理対象の第１画素空間が絵柄も持つ部分であるかどうかを判定するためのしきい値である。水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の双方が所定の第１のしきい値よりも大きいならば（ステップＳ４１のＹＥＳ）、画像処理装置は、処理対象の第１画素空間に対する画素値置換処理の実行を禁止する。
【０１３６】
一方、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の双方が所定の第１のしきい値よりも大きいという条件を満たさないならば（ステップＳ４１のＮＯ）、画像処理装置は、処理対象の第１画素空間の最大／最小差分値（ｄｉｆｆ１）が所定の第２のしきい値よりも大きいかどうかを判別する（ステップＳ４２）。第２のしきい値も、処理対象の第１画素空間が絵柄も持つ部分であるかどうかを判定するために規定されたしきい値である。
【０１３７】
処理対象の第１画素空間の最大／最小差分値（ｄｉｆｆ１）が所定の第２のしきい値よりも大きいならば（ステップＳ４２のＹＥＳ）、画像処理装置は、処理対象の第１画素空間に対する画素値置換処理の実行を禁止する。
【０１３８】
一方、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値の双方が所定の第１のしきい値よりも大きいという条件を満たさず（ステップＳ４１のＮＯ）、且つ処理対象の第１画素空間の最大／最小差分値（ｄｉｆｆ１）が所定の第２のしきい値よりも大きいという条件を満たさなかったならば（ステップＳ４２のＮＯ）、画像処理装置は、処理対象の第１画素空間が比較的緩やかに階調レベルが変化する部分であると判断し、画素値置換処理を実行する（ステップＳ４３）。
【０１３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、水平方向傾斜値および垂直方向傾斜値に基づいて画素値置換処理を実行することにより、内部信号処理で用いられる画像データのビット数に対応する階調数よりも多くの階調数を表現することが可能となり、偽輪郭（Contouring）と呼ばれる縞模様や微小ノイズを目立たなくすることができる。
【０１４０】
なお、図９、図１０では、本実施形態の画像処理装置をＲＧＢデータをそれぞれ扱う回路間に挿入する例を説明したが、ＹＵＶデータをそれぞれ扱う回路間に挿入してもよい。また、本実施形態の画像処理装置によって得られた画像データを、８→６ｂｉｔ削減＆ディザ回路１６５０や１０→８変換＆階調補正回路２３４０を介さずに、ディスプレイ装置に出力するようにしてもよい。
【０１４１】
また、本実施形態の画像処理装置によって実行される画像処理をすべてソフトウェアよって実行することも可能である。したがって、本実施形態の画像処理の手順をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を通じて通常のコンピュータに導入するだけで、本実施形態と同様の効果を容易に得ることができる。
【０１４２】
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像処理装置の構成の例を示すブロック図。
【図２】同実施形態の画像処理装置によって画像データ全体が複数の第１画素空間に分割された様子を示す図。
【図３】同実施形態の画像処理装置によって算出される水平方向傾斜値の例を説明するための図。
【図４】同実施形態の画像処理装置によって算出される垂直方向傾斜値の例を説明するための図。
【図５】同実施形態の画像処理装置で実行される画素値置換処理の例を説明するための図。
【図６】同実施形態の画像処理装置で実行される画素値置換処理の値の例を説明するための図。
【図７】同実施形態の画像処理装置が適用されるコンピュータの構成の例を示すブロック図。
【図８】同実施形態の画像処理装置が適用されるテレビジョン受像機の構成の例を示す図。
【図９】コンピュータに適用した場合における同実施形態の画像処理装置の具体的な構成の例を示すブロック図。
【図１０】テレビジョン受像機に適用した場合における同実施形態の画像処理装置の具体的な構成の例を示すブロック図。
【図１１】同実施形態の画像処理装置で用いられる画素配置例を示す図。
【図１２】同実施形態の画像処理装置によって処理される画像データの実際の画素値の例を示す図。
【図１３】図１２の画像データを分割する複数の第１画素空間の配列と各第１画素空間につけられた名前との関係の例を示す図。
【図１４】同実施形態の画像処理装置によって第１画素空間毎に算出される画素平均値、水平方向傾斜値、垂直方向傾斜値の例を示す図。
【図１５】同実施形態の画像処理装置によって用いられる階調パターンの例を示す図。
【図１６】同実施形態の画像処理装置によって実行される画素値置換処理の結果の例を示す図。
【図１７】図１６の画素配置に修正を加えた結果の例を示す図。
【図１８】同実施形態の画像処理装置で用いられる他の画素配置例を示す図。
【図１９】同実施形態の画像処理装置によって実行される画像処理の手順の例を示すフローチャート。
【図２０】同実施形態の画像処理装置によって実行される置換画素値算出処理の手順の例を示すフローチャート。
【図２１】同実施形態の画像処理装置によって実行される画素値置換処理の手順の例を示すフローチャート。
【図２２】同実施形態の画像処理装置によって実行される置換禁止処理の手順の例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１４４】
１１…画像メモリ、１２…傾き算出部、１３…置換画素値算出部、１４…画素置換部、１６…置換禁止処理部、３０１０…ＲＧＢフレームメモリ、３０２０…第１画素空間取り込み部、３０３０…平均値算出部、３０４０…水平画素差分積算値算出部、３０５０…垂直画素差分積算値算出部、３０６０…差分値検出部、３０７０…置換画素作成部、３０８０…画素傾斜方向算出部、３０９０…画素置換判定部、３１２０…フレーム単位画素位置シフト処理部、３１３０…画素置換処理部。
【図１】
2007133317.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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