(57)【要約】【課題】エッジの抽出と強化方法の提供。【解決手段】本発明の開示する一種のエッジの抽出と強化方法は、特に、画素yijの輝度値を調整する為に用い、横方向、縦方向、斜方向においてラプラシアン演算（Laplacian）及びラプラシアンカット（Laplacian cut）を使う一種の低ノイズのエッジの抽出と強化方法に関するものである。該方法は、ハードウェア、組み込みシステム、またはエーシック（ASIC）により実現する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素yijの輝度値を調整する為に用い、
横方向、縦方向、斜方向において第一画像に対しラプラシアン演算を行った後、第一エッジ値LoYを出力し、該ラプラシアン演算は、横方向ゲイン、縦方向ゲイン、斜方向ゲインを含み、
該第一エッジ値に対してラプラシアンカットを行った後は第二エッジ値LoY’を出力し、該ラプラシアンカットは、正負方向の変数H、Lを含み、
該第二エッジ値に第一ゲインを掛け更に第一画像を加えた後、第二画像を出力し、
該方法はハードウェアによって実現することを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項２】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記第一エッジ値LoY=
横方向ゲイン×(yN+1,N+1×(2×N-1)-ΣyI, j  j=N+1)＋
縦方向ゲイン×(yN+1,N+1×(2×N-1)-Σyi, j  i=N+1)＋
斜方向ゲイン×(yN+1,N+1×(2×N-1)-Σyi, j  j=+/-i) 、
Nは自然数であることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項３】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記ラプラシアン演算は横方向のゲインを調整可能とすることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項４】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記ラプラシアン演算は縦方向のゲインを調整可能とすることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項５】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記ラプラシアン演算は斜方向のゲインを調整可能とすることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項６】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記ラプラシアンカットは正方向の変数H、Lを調整可能とすることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項７】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記ラプラシアンカットは負方向の変数-H、-Lを調整可能とすることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項８】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記の第一ゲインは調整可能であることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項９】
請求項８記載のエッジの抽出と強化方法において、前記の第一ゲインは0から4であることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項１０】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記の第一画像は10ビットであることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項１１】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記の第一画像は3X3のマトリックスで、該マトリックスはyijと表示することを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記のエッジ抽出方法のラプラシアン演算後、第一エッジ値は、
該横方向ゲイン×(y22×2-y21-y23)＋
該縦方向ゲイン×(y22×2-y12-y32)＋
該斜方向ゲイン×(y22×4-y11-y13-y31-y33) であることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のエッジの抽出と強化方法において、前記エッジ強化方法のラプラシアンカット後、第二エッジ値LoY’は、
L＜LoY＜Hである時、LoY’＝LoY-L、
-H＜LoY＜-Lである時、LoY’＝LoY+L、
-L＜LoY＜Lである時、LoY’＝0、
LoY≧Hである時、LoY’＝H-L、
LoY≦Lである時、LoY’＝-(H-L)に基づき決定されることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項１４】
請求項１２記載のエッジの抽出と強化方法において、前記エッジ強化方法のラプラシアンカット後、第二エッジ値LoY’は、
EE_th ＜LOY＜127+EE_thである時LoY’=LOY ≡ EE_th 、
-128-EE_th ＜LOY＜-EE_thである時LoY’=LOY + EE_th 、
-EE_th ＜＝LOY＜= EE_thである時LoY’=0 、
LOY＞= 127+EE_thである時LoY’=127、
LOY＜= -128-EE_thである時LoY’=-128に基づき決定されることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項１５】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記のハードウェアは組み込みシステムであることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【請求項１６】
請求項１記載のエッジの抽出と強化方法において、前記のハードウェアはエーシックであることを特徴とするエッジの抽出と強化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一種のエッジの抽出と強化方法であり、特にハードウェアにより実現しラプラシアン演算（Laplacian）及びラプラシアンカット（Laplacian cut）を使う低ノイズエッジの抽出と強化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル画像システムにおいて、基本的且つ重要な画像処理技術は、先に画像エッジ抽出をし、画像エッジの輝度の強化を行い、不鮮明画像を強化して鮮明画像に改善する。公知の技術において、それは方向性であるばかりでなく画像エッジを強化する効果がある。
しかしながら、ただ単に前記の演算方法だけで画像中の物体エッジを取り出す方法にはやはり欠点が残る。この種の方法は、物体エッジを鮮明化することはできるが、これに対し画像中のノイズに対しても同等の効果を有する。しかも方向性を備えるエッジ強化法で処理した後のエッジデータの多くはばらばらで完全な物体エッジデータを提供することはできない。
【０００３】
特許文献１は、等冪(idempotent)処理及びフィルタ演算によって構造誘導された（structure-guided）画像エイリアシングを低下させることができる。しかしながら、該案件は、コンピュータの使用により実現されるものであり、本発明のハードウェア使用での実現と比べると、その処理速度は遅く、且つ更に多くのソフトハードウェア資源を必要とし、これによりエッジの抽出と強化方法を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第6,463,175号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は一種のエッジの抽出と強化方法に関するものであり、ラプラシアン演算及びラプラシアンカットによりハードウェア使用の実現を可能にし、公知技術中のノイズが拡大される点を改善する目的を達成する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例に基づいて、画素yijの輝度値を調整する為のエッジの抽出と強化方法を提供し、ハードウェアを使用して実現する。それは以下のステップを含む。
横方向、縦方向、斜方向において第一画像に対しラプラシアン演算を行った後、第一エッジ値を出力する。該ラプラシアン演算は、横方向ゲイン、縦方向ゲイン、斜方向ゲインを含む。該第一エッジ値に対してラプラシアンカットを行った後は第二エッジ値を出力し、該ラプラシアンカットは、正負方向の変数を含む。また該第二エッジ値に第一ゲインを掛け更に第一画像を加えた後、第二画像を出力する。
【０００７】
その内、該第二エッジ値に第一ゲインを掛け更に第一画像を加えた後、第二画像を出力する方程式は、第二画像Y’＝第一画像Yin＋第二エッジ値LoY’*  第一ゲインgainに示す通りである。
【０００８】
最良の実施例は、該第一画像を3掛ける3のマトリックスとし、該マトリックスはyijと表示する。
最良の実施例において、該ラプラシアン演算は横方向、縦方向、斜方向のゲインを調整可能とする。
最良の実施例において、該ラプラシアンカットは正方向の変数を調整可能とする。
最良の実施例において、該ラプラシアンカットは負方向の変数を調整可能とする。
該第一ゲインは調整可能である。
該第一ゲインは0から4である。
該第一画像は10ビットである。
該ハードウェアは組み込みシステムまたはエーシック（ASIC）である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のエッジの抽出と強化方法は、ハードウェアにより実現するもので、画像の高周波部分に対して強化作用を生じさせると低周波部分が弱まることにより、公知技術中の処理速度が遅く更に多くのソフトウェアやハードウェア資源を必要としノズルが拡大される現状を改善することができることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の入力画像マトリックス図である。本発明のエッジ抽出は、入力画像を横、縦、斜めの三つの方向に基づいてラプラシアン演算を行い画像エッジを検出する。並びに、同等もしくは異なるゲインを付与し三方向のエッジ強化程度をコントロールする。該画像中の画素yij（例えばy22）及びその周囲画素はYマトリックスを数１とする。
最良実施例は、Yマトリックスが3掛ける3のマトリックス103である。
【００１１】
【数１】
2009223867.tif 000003
【００１２】
Y’は本発明の演算処理後に得られたマトリックスである。
【００１３】
【数２】
2009223867.tif 000004
【００１４】
当該技術の熟知者ならわかる通り、Yマトリックスは（2×N+1）掛ける（2×N+1）のマトリックスとしても表示可能である。その内のNは自然数である。
【００１５】
該画像中の画素yij（例えばy33）及びその周囲画素は5掛ける5のYマトリックス105を数３とする。
【００１６】
【数３】
2009223867.tif 000005
【００１７】
本発明のエッジ抽出は、横、縦、斜めの三方向に基づきラプラシアン演算を行い画像エッジを抽出し、該画像中の画素yij（例えばy22）及びその周囲画素は3掛ける3のYマトリックスを例とし、第一のエッジ値201が表示される方程式は、
LoY=横方向ゲイン×(y22×2-y21-y23)＋縦方向ゲイン×(y22×2-y12-y32)＋斜方向ゲイン×(y22×4-y11-y13-y31-y33) である。
【００１８】
当該技術の熟知者ならわかる通り、該画像中の画素yij（例えばy22）及びその周囲画素は、N掛けるNのYマトリックスを例とし、第一のエッジ値201の表示可能である。
LoY=横方向ゲイン×(yN+1,N+1×(2×N-1)-ΣyI, j  j=N+1)＋縦方向ゲイン×(yN+1,N+1×(2×N-1)-Σyi, j  i=N+1)＋斜方向ゲイン×(yN+1,N+1×(2×N-1)-Σyi, j  j=+/-i)
【００１９】
入力画像にラプラシアン演算を行い、画像の頻出アイテムLoYを得る。これは即ち画像エッジの情報である。ここで使用者は、横方向ゲイン、縦方向ゲイン、斜方向ゲインを設定することにより、横方向、縦方向、斜方向の異なるゲインを与え、三方向のエッジ強化程度の差異をコントロールする。
【００２０】
図２は、本発明のエッジ強化図である。本発明は得られた画像の頻出アイテムLoY即ち画像エッジの情報数値に対しラプラシアンカット演算を行い、個別の画像エッジに対し調整必要な数値の大きさLoY’即ち第二のエッジ値201を得、並びに、第二エッジ値を加え元の画像と同様位置に戻し、エッジ強化効果を達成する。ラプラシアンカット演算の方程式は図２に表示する通りである。
【００２１】
使用者は、正・負方向ハイ/ローレベル（high/low_level, H/L）の設定により、エッジ部分と強化に必要な程度を調整する。正・負方向ハイ/ローレベルパラメータ設定の目的は、正に強化が必要な画像エッジを制限することにあり、ノイズ強化を回避する。
L＜LoY＜Hである時、LoY’＝LoY-L、
-H＜LoY＜-Lである時、LoY’＝LoY+L、
-L＜LoY＜Lである時、LoY’＝0、
LoY≧H である時、LoY’＝H-L、
LoY≦L である時、LoY’＝-(H-L) 、
その内のH及びLはラプラシアンカット中のハイローレベルのパラメータである。
【００２２】
図３の設計において、元来の入力画像の輝度（luminance）数値の大きさに基づき、我々は、与える予定の異なるエッジ強化ゲインEE_gainに対し、設計の便宜の為に、Yを10ビットの入力信号と仮定し、エッジ強化ゲイン301（EE_gain）の値を0から4間とすることも可能である。
【００２３】
また、強化後の画像と原画像の関係は、
該第二エッジ値に第一ゲインを掛け更に第一画像を加えた後第二画像を出力する。
強化後の画像と原画像の関係に関する方程式はＹ’＝Ｙ＋ＬoＹ’×  EE_gainに示す通りである。
【００２４】
本発明の方法により為されるエッジの抽出と強化方法は、特にラプラシアン演算及びラプラシアンカットを使った一種の低ノイズエッジの抽出と強化方法に関するものであり、ハードウェアでの実現が可能な他、組み込みシステム（Embedded system）またはエーシック（ASIC）により実現可能である。同様に、本発明のエッジの抽出と強化方法の応用領域もまたこれに制限されない、本領域の一般技術者が提出するその他の、例えば入力Yが9ビットの入力信号であるような変化は、特許登録請求の範囲に含まれるものとする。
【００２５】
参照する図４は、本発明の一つに基づいたエッジの抽出と強化方法の実施例フローである。第一画像中の画素yij（例えばy22）及びその周囲画素はN掛けるNのYマトリックス401で表示し、マトリックス401はラプラシアン演算402を経た後、第一エッジ値LoYを得、第一エッジ値LoYはラプラシアンカット403を経て第二エッジ値LoY’を得、第二エッジ値LoY’は方程式404演算を経た後、第二画像を出力する。方程式404は、Ｙ’＝Ｙ＋ＬoＹ’×  EE_gainである。
該第二エッジ値に第一ゲインを掛け更に第一画像を加えた後、第二画像を出力する。
【００２６】
[実施例]
11個のマトリックスを例として前述の内容に基づき演算を行う。
その内のEE_gain＝3.5、
また、横方向、縦方向、斜方向の三方向ゲインをそれぞれ4、2、0とし、実際の演算におけるラプラシアンカットもまた次の方程式の通り定義される。
EE_th ＜LOY＜127+EE_thである時 LoY’=LOY ≡ EE_th 、
-128-EE_th ＜LOY＜-EE_thである時LoY’=LOY + EE_th 、
-EE_th ＜＝LOY＜= EE_thである時LoY’=0 、
LOY＞= 127+EE_thである時LoY’=127、
LOY＜= -128-EE_th である時LoY’=-128、
その内のEE_thはラプラシアンカット中のハイローレベルのパラメータである。
【００２７】
入力マトリックスは501Aに示した通りである（図５のＡ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY=4×(20-10-10)+2*(20-10-10)+0*(40-10-10-10-10)=0、
LoY’=0、 y22’= y22=10。
【００２８】
入力マトリックスは501Bに示した通りである（図５のＢ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =0 、 LoY’=0 、 y22’= y22=12。
【００２９】
入力マトリックスは501Cに示した通りである（図５のＣ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =4 、 LoY’=0 、  y22’= y22=12。
【００３０】
入力マトリックスは501Dに示した通りである（図５のＤ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =8 、 LoY’=4 、  y22=14 、 y22’=28。
【００３１】
入力マトリックスは501Eに示した通りである（図５のＥ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =16 、 LoY’=12 、  y22=14 、  y22’=56。
【００３２】
入力マトリックスは501Fに示した通りである（図５のＦ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =8 、 LoY’=4 、  y22=14 、  y22’=28。
【００３３】
入力マトリックスは501Gに示した通りである（図５のＧ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =24 、 LoY’=20 、  y22=14 、  y22’=84。
【００３４】
入力マトリックスは501Hに示した通りである（図５のＨ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =16 、 LoY’=12 、  y22=14 、  y22’=56。
【００３５】
入力マトリックスは501Iに示した通りである（図５のＩ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =32 、 LoY’=28 、  y22=14 、  y22’=112。  
【００３６】
入力マトリックスは501Jに示した通りである（図５のＪ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =48 、 LoY’=44 、  y22=14 、  y22’=168。
【００３７】
入力マトリックスは501Kに示した通りである（図５のＫ参照）。
画像中の画素yij（例えばy22）は次の本発明の演算を経過する。
LoY =8 、 LoY’=4 、 y22=896 、  y22’=903。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一つに基づいた入力マトリックスの図である。
【図２】ラプラシアンカットを本発明のエッジ強化方法に応用した図である。
【図３】本発明のエッジ強化方法に基づいたゲインの図である。
【図４】本発明のエッジの抽出と強化方法に基づいた実施例フローである。
【図５】本発明の入力マトリックス図である。
【符号の説明】
【００３９】
103  マトリックス
105  マトリックス
201  エッジ値
301  エッジ強化ゲイン
401  マトリックス
402  ラプラシアン演算
403  ラプラシアンカット
404  方程式
501A、501B、501C 、501D、501E、501F、501G、501H、501I、501J、501K  マトリックス
【図１】
2009223867.tif 000006
【図２】
2009223867.tif 000007
【図３】
2009223867.tif 000008
【図４】
2009223867.tif 000009
【図５】
2009223867.tif 000010