(57)【要約】【課題】精度の異なる複数の画像信号が画像合成された入力画像信号Ｓ１をビット拡張より多階調化するに際して、階調飛びの発生を抑制し、滑らかに多階調化された出力画像信号Ｓ２を生成する。【解決手段】ビット拡張装置１が有する減算部１２は、ビット拡張部１０によってビット幅を拡張された入力画像信号Ｄ１と、入力画像信号Ｓ１を平滑化した後の平滑化信号Ｄ２とを減算処理して差分信号Ｄ３を生成する。非線形リミッタ１４は、差分信号Ｄ３の画素値を非線形処理する。ここで、非線形リミッタ１４は、入力画像信号Ｓ１に含まれる処理対象画素の画像合成前のビット精度に基づいて、処理対象画素に対応する差分信号Ｄ３の画素値に対して非線形処理を行う際のフィルタ特性を変更する。加算部１５は、ビット幅を拡張された入力画像信号Ｄ１と非線形処理後の差分信号Ｄ４とを加算処理して出力画像信号Ｓ２を生成する。【選択図】図１
2009267671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビット精度の異なる複数の画像信号が画像合成された入力画像信号を入力し、ビット拡張によって前記入力画像信号を多階調化した出力画像信号を生成する画像処理装置であって、
前記ビット拡張によって増加する中間階調に応じた画素値が前記出力画像信号に含まれるように前記入力画像信号を補正するための中間信号を、前記入力画像信号に基づいて生成する中間信号生成手段と、
前記中間信号の画素値を非線形処理する非線形フィルタとを備え、
前記非線形フィルタは、前記入力画像信号に含まれる処理対象画素の前記画像合成前のビット精度に基づいて、前記処理対象画素に対応する前記中間信号の画素値に対して前記非線形処理を行う際のフィルタ特性を変更する、
画像処理装置。
【請求項２】
前記非線形フィルタは、前記入力画像信号の画素毎の前記画像合成前のビット精度の違いを識別可能なビット精度識別信号に応じて、前記フィルタ特性を変更する、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記ビット精度識別信号は、前記入力画像信号に含まれる各画素が前記複数の画像信号のうちのいずれを主成分としているかを示す信号である、請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記ビット精度識別信号は、前記入力画像信号に含まれる各画素の前記画像合成前のビット精度を示す信号である、請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記複数の画像信号の画像合成を行なって前記入力画像信号を生成するとともに、前記ビット精度識別信号を生成する画像合成部をさらに備える、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記画像合成部は、前記複数の画像信号のαブレンドを行なうために前記複数の画像信号の各々に対して指定されたα値に基づいて前記ビット精度識別信号を生成する、請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記入力画像信号に含まれる各画素の画素値を上位ビット群と下位ビット群に分割して隣接画素の画素値と比較し、前記上位ビット群の変化の有無および前記下位ビット群の変化の有無に基づいて前記ビット精度識別信号を生成するビット精度判別部をさらに備え、
前記上位ビット群は、前記複数の画像信号に含まれる相対的に低ビット精度である第１の画像信号のビット精度に対応し、
前記下位ビット群は、前記複数の画像信号に含まれる相対的に高ビット精度である第２の画像信号と前記第１の画像信号の差分に対応する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記中間信号生成手段は、前記入力画像信号を平滑化した後の平滑化信号、又は前記平滑化信号と前記入力画像信号とを減算処理して得られる差分信号を前記中間信号とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
ビット精度の異なる複数の画像信号が画像合成された入力画像信号を平滑化して平滑化信号を生成する平滑化部と、
前記入力画像信号のビット幅を拡張するビット拡張部と、
前記ビット拡張部によってビット幅を拡張された前記入力画像信号と前記平滑化信号とを減算処理して差分信号を生成する減算部と、
前記差分信号の画素値を非線形処理する非線形フィルタと、
前記減算処理の対象とされる２つの信号の一方と前記非線形処理後の前記差分信号とを加算処理して出力画像信号を生成する加算部と、
を備え、
前記非線形フィルタは、前記入力画像信号に含まれる処理対象画素の前記画像合成前のビット精度に基づいて、前記処理対象画素に対応する前記差分信号の画素値に対して前記非線形処理を行う際のフィルタ特性を変更する、
画像処理装置。
【請求項１０】
前記非線形フィルタは、前記入力画像信号の画素毎のビット精度の違いを識別可能なビット精度識別信号に応じて、前記フィルタ特性を変更する、請求項９に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記ビット精度識別信号は、前記入力画像信号に含まれる各画素が前記複数の画像信号のうちのいずれを主成分としているかを示す信号である、請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記ビット精度識別信号は、前記入力画像信号に含まれる各画素の前記画像合成前のビット精度を示す信号である、請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記複数の画像信号の画像合成を行なって前記入力画像信号を生成するとともに、前記ビット精度識別信号を生成する画像合成部をさらに備える、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１４】
前記画像合成部は、前記複数の画像信号のαブレンドを行なうために前記複数の画像信号の各々に対して指定されたα値に基づいて前記ビット精度識別信号を生成する、請求項１３に記載の画像処理装置。
【請求項１５】
前記入力画像信号に含まれる各画素の画素値を上位ビット群と下位ビット群に分割して隣接画素の画素値と比較し、前記上位ビット群の変化の有無および前記下位ビット群の変化の有無に基づいて前記ビット精度識別信号を生成するビット精度判別部をさらに備え、
前記上位ビット群は、前記複数の画像信号に含まれる相対的に低ビット精度である第１の画像信号のビット精度に対応し、
前記下位ビット群は、前記複数の画像信号に含まれる相対的に高ビット精度である第２の画像信号と前記第１の画像信号の差分に対応する、
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビット精度の異なる複数の画像信号が画像合成された入力画像信号をビット拡張によって多階調化する画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高精細化および大画面化が進展しているテレビジョン装置にデジタル画像信号を出力する際に滑らかな階調表現を実現するため、またデジタル画像信号に対してガンマ補正処理及び輪郭強調処理等の画像処理を行う場合にも十分なビット精度を確保するために、デジタル画像信号の多階調化を行なう画像処理装置が知られている（例えば、特許文献１乃至３を参照）。このように、デジタル画像信号のビット精度を拡張する画像処理装置を、以下ではビット拡張装置と呼ぶ。
【０００３】
ビット拡張装置は、ビット精度（言い換えると量子化ビット数）がｍビットの入力画像信号のビット幅をｎ＝ｍ＋ｋビットに拡張し、拡張された下位ｋビットに相当する中間階調が出力画像信号に含まれるように入力画像信号の画素値を補正する。
【０００４】
中間階調を含む出力画像信号の生成は、例えば、以下の手順により行なわれる。すなわち、ビット幅を拡張した後の入力画像信号を平滑化して平滑化信号を生成する。そして、平滑化信号と入力画像信号とを減算処理することによって中間階調の情報を含む差分信号を生成する。さらに、差分信号に対する非線形処理を行った後に、これをビット拡張後の入力画像信号又は平滑化信号に加算することによって、中間階調を含む出力画像信号が得られる。ここで、差分信号に対する非線形処理は、コアリング処理及びビット幅を制限するための制限処理等を含む。
【０００５】
図１２は、特許文献１に開示されている従来のビット拡張装置のブロック図である。図１２に示すビット拡張装置９は、ビット精度８ビットの入力画像信号を１０ビットにビット拡張し、拡張された２ビット分の中間階調を含むビット精度１０ビットの出力画像信号を生成する。図１２において、ＬＰＦ（Low Pass Filter）９１は、入力画像信号の画素値の移動平均を計算することによって、入力画像信号を平滑化する。ＬＰＦ９１は、１０ビットに拡張された平滑化信号を出力する。
【０００６】
減算器９２は、入力画像信号（厳密には、ビットシフト操作により１０ビットに拡張された入力画像信号）と平滑化信号との減算処理を行う。つまり、減算器９２による減算処理によって得られる差分信号は、平滑化信号の下位ビットを抽出した信号であり、平滑化によって生成された中間階調値を含む。なお、図１２の構成では、後述する加算器９４での加算対象信号がＬＰＦ９１の出力する平滑化信号である。このため、減算器９２は、ビット拡張後の入力画像信号から平滑化信号を減算すればよい。減算器９２での減算処理によって得られる差分信号は、非線形特性処理部９３に供給される。
【０００７】
非線形特性処理部９３は、入力される差分信号に対して、非線形なコアリング処理及び出力信号の上限を所定位置以下に制限する制限処理を実行するデジタルフィルタである。非線形特性処理部９３による非線形処理の対象となる信号は、中間階調値を含む差分信号の下位ビットである。
【０００８】
加算器９４は、ＬＰＦ９１によって生成された平滑化信号に非線形処理後の差分信号を加算する。加算器９４の出力は、リミッタ９５に供給される。リミッタ９５は、加算器９４出力のオーバーレンジビットに制限を加え、１０ビットの出力画像信号を出力する。
【０００９】
なお、入力信号の多階調化を行なうビット拡張装置の具体的な構成は、図１２に示したビット拡張装置９の構成に限られない。ビット拡張装置９は、平滑化信号と入力画像信号とを減算することにより得られる差分信号に対して非線形処理を行うものである。これに対して、特許文献２に開示されたビット拡張装置は、平滑化信号に対して非線形処理を行った後に、非線形処理後の平滑化信号と差分信号とを加算することで出力画像信号を生成する。また、特許文献３に開示されたビット拡張装置は、平滑化信号に対して非線形処理を行った後に、入力画像信号と平滑化信号を所定の混合比でデータ混合することにより出力画像信号を生成する。このため、特許文献３に開示されたビット拡張装置は、ビット拡張装置９のように差分信号を生成せず、加算器９４に代えてデータ混合器を有している。
【００１０】
つまり、入力画像信号を多階調化するための信号処理過程には、様々なバリエーションがある。これら様々な信号処理過程に共通しているのは、ビット拡張によって増加する中間階調に対応した画素値が出力画像信号に含まれるように入力画像信号を補正するために予め中間信号を生成し、中間信号に対する非線形処理を行う点である。例えば、ビット拡張装置９において非線形処理の対象とされる中間信号は、入力画像信号と平滑化信号を減算処理して得られる差分信号である。また、特許文献２及び３に開示されたビット拡張装置において非線形処理の対象とされる中間信号は、入力画像信号を平滑化した後の平滑化信号である。
【特許文献１】特開２００５−８６３８８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１５６９号公報
【特許文献３】特開２００７−２１３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
多階調化の対象となる入力画像信号が、ビット精度の異なる複数の画像信号を加算合成及び透過合成等の画像合成処理によって合成した合成画像信号である場合に、上述したビット拡張装置９を含む従来のビット拡張装置は、入力画像信号の滑らかな多階調化が困難であるという問題がある。以下では、この問題点について具体例を用いて説明する。
【００１２】
図１３は、ビット精度の異なる複数の画像信号が合成された入力画像信号の一例を示している。背景画像の領域である図１３の領域Ａ（図１３の白抜き部分）は、画像合成前のビット精度がＷ２である。一方、ＯＳＤ（On Screen Display）画像の領域である図１３の領域Ｂ（図１３の斜線部分）は、画像合成前のビット精度がＷ１である。ここで、Ｗ２はＷ１よりｋビット大きいとする。また、画像合成後の入力画像信号のビット幅は、ビット精度の大きい背景画像に合わせてＷ２ビットであるとする。
【００１３】
従来のビット拡張装置は、入力画像信号の多階調化を行なうに際して、入力画像信号の全領域に対して入力画像信号のビット幅に応じた共通の非線形処理を実行する。このため、図１３に示す入力画像信号９６が従来のビット拡張装置に供給されると、画像合成前のビット精度が低い領域Ｂについてビット拡張の不足が生じるために、出力画像信号に不自然な階調飛びが発生してしまう。この点につき、図１４を用いて説明する。
【００１４】
図１４は、図１３に示した入力画像信号９６の領域Ｂのビット精度Ｗ１を８ビット、領域Ａのビット精度Ｗ２を１０ビットとし、さらに、ビット拡張装置によるビット拡張後の出力画像信号のビット精度Ｗ３を１２ビットとした場合の例である。図１４（ａ）は、入力画像信号９６の階調値の分布を示している。入力画像信号９６の領域Ｂの画像合成前のビット精度は８ビットであり、領域Ａと比べて２ビット小さい。つまり、８ビット信号である領域Ｂの合成前の１ＬＳＢ（Least Significant Bit）幅は、１０ビット信号である領域Ａの１ＬＳＢ幅の４倍である。このため、領域Ｂの画素が取りうる階調値は、図１４（ａ）の階調値Ａ、Ａ＋４、Ａ＋８、Ａ＋１２、・・等のように４階調毎の値となる。
【００１５】
したがって、領域Ｂの画素を１２ビットまで拡張する場合に、滑らかな中間階調を生成するためには、図１４（ｂ）に示すように、ビット精度Ｗ１（８ビット）とビット精度Ｗ３（１２ビット）の差分に相当する４ビット、つまり１６階調の範囲で入力画像信号の画素値の変化を許容した非線形な出力制限処理を行うべきである。
【００１６】
しかしながら、入力画像信号９６のビット幅がＷ２（１０ビット）であるために、従来のビット拡張装置は、領域Ａ及び領域Ｂに対して共通の出力制限処理しか行うことができない。よって、従来のビット拡張装置が領域Ｂの画素に対して行なう出力制限処理は、図１４（ｃ）に示すように、ビット精度Ｗ２（１０ビット）とビット精度Ｗ３（１２ビット）の差分に相当する２ビット、つまり４階調の範囲で入力画像信号の画素値の変化を許容した処理となる。このため、図１４（ｃ）に斜線で示す階調範囲Ｒ１〜Ｒ５はビット拡張後の領域Ｂに含まれず、出力画像信号に不自然な階調飛びが生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の態様にかかる画像処理装置は、ビット精度の異なる複数の画像信号が画像合成された入力画像信号を入力し、ビット拡張によって前記入力画像信号を多階調化した出力画像信号を生成する画像処理装置である。当該画像処理装置は、中間信号生成手段及び非線形フィルタを有する。前記中間信号生成手段は、前記ビット拡張によって増加する中間階調に応じた画素値が前記出力画像信号に含まれるように前記入力画像信号を補正するための中間信号を、前記入力画像信号に基づいて生成する。また、前記非線形フィルタは、前記中間信号の画素値を非線形処理する。さらに、前記非線形フィルタは、前記入力画像信号に含まれる処理対象画素の前記画像合成前のビット精度に基づいて、前記処理対象画素に対応する前記中間信号の画素値に対して前記非線形処理を行う際のフィルタ特性を変更することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第２の態様にかかる画像処理装置は、平滑化部、ビット拡張部、減算部、非線形フィルタ、及び加算部を備える。前記平滑化部は、ビット精度の異なる複数の画像信号が画像合成された入力画像信号を平滑化して平滑化信号を生成する。前記ビット拡張部は、前記入力画像信号のビット幅を拡張する。前記減算部は、前記ビット拡張部によってビット幅を拡張された前記入力画像信号と前記平滑化信号とを減算処理して差分信号を生成する。前記非線形フィルタは、前記差分信号の画素値を非線形処理する。そして、前記加算部は、前記減算処理の対象とされる２つの信号の一方と前記非線形処理後の前記差分信号とを加算処理して出力画像信号を生成する。さらに、前記非線形フィルタは、前記入力画像信号に含まれる処理対象画素の前記画像合成前のビット精度に基づいて、前記処理対象画素に対応する前記差分信号の画素値に対して前記非線形処理を行う際のフィルタ特性を変更することを特徴とする。
【００１９】
上述した本発明の第１の態様にかかる画像処理装置は、中間信号を非線形処理する非線形フィルタのフィルタ特性を、入力画像信号に含まれる処理対象画素の画像合成前のビット精度に基づいて変更可能である。同様に、上述した本発明の第２の態様にかかる画像処理装置は、平滑化により生じた中間階調を含む差分信号を非線形処理する非線形フィルタのフィルタ特性を、入力画像信号に含まれる処理対象画素の画像合成前のビット精度に基づいて変更可能である。よって、本発明の第１及び第２の態様にかかる画像処理装置は、画像合成前のビット精度がそれぞれ異なる入力画像信号中の領域毎に、各領域の画像合成前のビット精度に応じたフィルタ特性を適用できる。このため、図１４を用いて説明したような階調飛びの発生を抑制でき、滑らかに多階調化された出力画像信号を生成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、ビット精度の異なる複数の画像信号が画像合成された入力画像信号をビット拡張より多階調化するに際して、図１４を用いて説明したような階調飛びの発生を抑制でき、滑らかに多階調化された出力画像信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２２】
＜発明の実施の形態１＞
本実施の形態にかかるビット拡張装置１は、入力画像信号を多階調化するために、特許文献１に開示されたビット拡張装置９と類似する信号処理過程を採用する。具体的に述べると、ビット拡張装置１は、入力画像信号Ｓ１を平滑化した後の平滑化信号Ｄ２とビット拡張後の入力画像信号Ｄ１との減算処理を行うことにより、ビット拡張後の１ＬＳＢ（Least Significant Bit）に相当する中間階調を含む差分信号Ｄ３を生成する。そして、ビット拡張装置１は、差分信号Ｄ３に対して非線形処理を行い、非線形処理後の差分信号Ｄ４とビット拡張後の入力画像信号Ｄ１とを加算することで出力画像信号Ｓ２を生成する。
【００２３】
図１は、ビット拡張装置１の構成例を示すブロック図である。なお、本実施の形態の説明では、入力画像信号Ｓ１は、図１３に示した入力画像信号９６と同様に、画像合成前のビット精度がＷ１の領域と画像合成前のビット精度がＷ２の領域とが混在する合成信号であるとする。
【００２４】
図１において、ビット拡張部１０は、ビットシフト操作を行うことにより、量子化ビット数Ｗ２ビットの入力画像信号Ｓ１をＷ３ビットにビット拡張する。
【００２５】
平滑化部１１は、入力画像信号Ｓ１を平滑化し、量子化ビット数Ｗ３ビットの平滑化信号Ｄ２を出力する。例えば、平滑化部１１には、処理対象画素とこれの前後の所定数の画素との平均値を算出し、平均値によって処理対象画素の画素値を補正する移動平均フィルタを使用すればよい。また、平滑化部１１は、移動平均法に代えて、加重平均法等のその他の公知の平滑化手法によりデータ平滑化を行なってもよい。
【００２６】
減算器１２は、ビット拡張部１０によりビット拡張された入力画像信号Ｄ１を平滑化信号Ｄ２から減算し、差分信号Ｄ３を生成する。負数表現のために、図１の例では、差分信号Ｄ３のビット幅はＷ３＋１ビットである。差分信号Ｄ３は、平滑化部１１での平滑化処理によって生じた中間階調値を抽出した信号であり、ビット拡張後の入力画像信号Ｄ１の画素値を補正するための補正信号として利用される。
【００２７】
リミッタ１３は、減算器１２での減算処理によって生じるオーバーレンジビットに制限を加え、ビット幅Ｗ３ビットに制限された差分信号Ｄ３を非線形リミッタ１４に供給する。
【００２８】
非線形リミッタ１４は、差分信号Ｄ３に対して非線形処理を行うデジタルフィルタである。非線形リミッタ１４は、ビット精度識別信号Ｃ１に応じて、差分信号Ｄ３の非線形処理時のフィルタ特性を変更する。非線形リミッタ１４のフィルタ特性の具体例については後述する。
【００２９】
ビット精度識別信号Ｃ１は、入力画像信号Ｓ１の画素毎の画像合成前のビット精度の違いを指示する信号である。本実施の形態の場合、ビット精度識別信号Ｃ１は、画像合成前のビット精度がＷ１とＷ２のいずれであるかを示す信号であればよい。また、ビット精度識別信号Ｃ１は、画像合成前のビット精度そのものを示す信号でもよい。
【００３０】
加算器１５は、ビット拡張後の入力画像信号Ｄ１に非線形処理後の差分信号Ｄ４を加算する。最後に、リミッタ１６は、加算によるオーバーレンジビットに制限を加え、ビット幅Ｗ３ビットに制限された出力画像信号Ｓ２を出力する。
【００３１】
続いて以下では、非線形リミッタ１４のフィルタ特性の具体例について説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は、非線形リミッタ１４のフィルタ特性の一例を示すグラフである。図２（ａ）は、処理対象画素の画像合成前のビット精度がＷ１（図１３の領域Ｂ）である場合に、非線形リミッタ１４に適用されるフィルタ特性である。一方、図２（ｂ）は、処理対象画素の画像合成前のビット精度がＷ２（図１３の領域Ａ）である場合に、非線形リミッタ１４に適用されるフィルタ特性である。
【００３２】
図２（ａ）のフィルタ特性は、入力される差分信号Ｄ３の値ＶＩＮの絶対値が２（ｋ＋ｓ−１）以下であるときは、入力値ＶＩＮをそのまま出力値ＶＯＵＴとする。また、ＶＩＮの絶対値が２（ｋ＋ｓ−１）より大きく２（ｋ＋ｓ）以下であるときは、２（ｋ＋ｓ−１）から入力値を引いた値を出力値ＶＯＵＴとする。また、ＶＩＮの絶対値が２（ｋ＋ｓ）より大きくときは、出力値ＶＯＵＴをゼロとする。ここで、"ｋ"ビットは、入力画像信号Ｓ１のビット幅Ｗ２と処理対象画素のビット精度Ｗ１との差分である。"ｓ"ビットは、ビット拡張後の出力画像信号Ｓ２のビット幅Ｗ３と入力画像信号Ｓ１のビット幅Ｗ２との差分である。図２（ａ）のフィルタ特性を数式で表すと以下のようになる。
ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ             （０≦｜ＶＩＮ｜≦２ｋ＋ｓ−１）
ＶＯＵＴ＝２ｋ＋ｓ−ＶＩＮ   （２ｋ＋ｓ−１＜｜ＶＩＮ｜≦２ｋ＋ｓ）
ＶＯＵＴ＝０               （｜ＶＩＮ｜＞２ｋ＋ｓ）
【００３３】
一方、処理対象画素の画像合成前のビット精度がＷ２（図１３の領域Ａ）である場合に適用される図２（ｂ）のフィルタ特性の全体的な振る舞いは、図２（ａ）のフィルタ特性と共通している。しかしながら、処理対象画素の画像合成前のビット精度の違いのため、非線形リミッタ１４の出力制限範囲が、図２（ｂ）と（ａ）では異なる。図２（ｂ）のフィルタ特性を数式で表すと以下のようになる。
ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ             （０≦｜ＶＩＮ｜≦２ｓ−１）
ＶＯＵＴ＝２ｓ−ＶＩＮ   （２ｓ−１＜｜ＶＩＮ｜≦２ｓ）
ＶＯＵＴ＝０               （｜ＶＩＮ｜＞２ｓ）
【００３４】
つまり、図２（ａ）のフィルタ特性により処理された差分信号Ｄ４を用いてビット拡張後の入力画像信号Ｄ１を補正することによって、画像合成前のビット精度"Ｗ１"の上下０．５ＬＳＢにわたる計１ＬＳＢの範囲内で入力画像信号の画素値を補正可能である。一方、図２（ｂ）のフィルタ特性により処理された差分信号Ｄ４を用いてビット拡張後の入力画像信号Ｄ１を補正することによって、画像合成前のビット精度"Ｗ２"の上下０．５ＬＳＢにわたる計１ＬＳＢの範囲内で入力画像信号の画素値を補正可能である。
【００３５】
図２（ａ）及び（ｂ）の違いを理解容易とするため、具体的な値で記述したものが図３（ａ）及び（ｂ）である。図３（ａ）及び（ｂ）のグラフは、Ｗ１＝８ビット、Ｗ２＝１０ビット、Ｗ３＝１２ビットとした場合の図２（ａ）及び（ｂ）のフィルタ特性を表している。
【００３６】
図３（ａ）のフィルタ特性を用いることで、画像合成前のビット精度Ｗ１＝８ビットの上下０．５ＬＳＢにわたる計１ＬＳＢの範囲内、つまりＷ３ビットまでビット拡張した後の２４＝１６階調の範囲内で入力画像信号Ｓ１の画素値を補正可能である。これは、図１４（ｂ）に示した、画像合成前のビット精度が８ビットであるときの望ましい補正範囲に一致する。
【００３７】
一方、図３（ｂ）のフィルタ特性を用いることで、画像合成前のビット精度Ｗ２＝１０ビットの上下０．５ＬＳＢにわたる計１ＬＳＢの範囲内、つまりＷ３ビットまでビット拡張した後の２２＝４階調の範囲内で入力画像信号の画素値を補正可能である。これは、図１４（ｃ）に示した、画像合成前のビット精度が１０ビットであるときの望ましい補正範囲に一致する。
【００３８】
なお、図２（ａ）及び（ｂ）並びに図３（ａ）及び（ｂ）に示したフィルタ特性が一例に過ぎないことは勿論である。例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に代えて、図４（ａ）及び（ｂ）に示すフィルタ特性を使用してもよい。上述した図２（ａ）及び（ｂ）のフィルタ特性は、差分信号Ｄ３の値ＶＩＮの絶対値が２（ｋ＋ｓ）又は２ｓより大きい場合に入力画像信号の画素値に対する補正が全く行われないように、フィルタ出力ＶＯＵＴをゼロにする。一方、図４（ａ）及び（ｂ）は、差分信号Ｄ３の値ＶＩＮの絶対値が２（ｋ＋ｓ）又は２ｓより大きい場合に、フィルタ出力ＶＯＵＴを出力制限範囲の最大値とする。
【００３９】
上述したように、本実施の形態にかかるビット拡張装置１は、ビット精度の異なる複数の画像信号が画像合成されている入力画像信号の多階調化を行う際に、画像合成前のビット精度に応じて、非線形リミッタ１４のフィルタ特性を変更することとした。つまり、ビット拡張装置１は、入力画像信号Ｓ１の各領域に対して、各領域の画像合成前のビット精度に対応したフィルタ特性を選択的に適用できる。このため、ビット拡張装置１は、図１４を用いて説明したような階調飛びが出力画像信号Ｓ２に発生することを抑制できる。
【００４０】
ところで、背景技術の記載欄にて述べたように、多階調化された出力画像信号Ｓ２を生成するために入力画像信号Ｓ１に対して行われる信号処理過程には様々なバリエーションがある。例えば、図１に示したビット拡張装置１の構成を図５に示す構成に変更してもよい。
【００４１】
図１に示したビット拡張装置１の構成例は、ビット拡張後の入力画像信号Ｄ１を平滑化信号Ｄ２から減算して差分信号Ｄ３を生成し、非線形処理後の差分信号Ｄ４をビット拡張後の入力画像信号Ｄ１に加算するよう構成されている。一方、図５の変形例は、図１の構成例と比べて、ビット拡張後の入力画像信号Ｄ１と平滑化信号Ｄ２の減算方向が異なる。つまり、図５の変形例は、平滑化信号Ｄ２をビット拡張後の入力画像信号Ｄ１から減算して差分信号Ｄ３を生成している。また、減算方向の変更に伴って、図５の変形例は、非線形処理後の差分信号Ｄ４を平滑化信号Ｄ２に加算するよう変形されている。つまり、図５の構成による信号処理過程は、図１２に示した従来のビット拡張装置９の信号処理過程と共通している。
【００４２】
また、図１及び図５の構成例では、非線形フィルタである非線形リミッタ１４の処理対象信号を差分信号Ｄ３としている。しかしながら、特許文献２及び３に開示されているような信号処理過程によって多階調化を行う場合、非線形フィルタの処理対象信号は、入力画像信号Ｓ１のデータ平滑化によって得られる平滑化信号Ｄ２である。よって、特許文献２及び３に開示されているような信号処理過程によって多階調化を行う場合には、差分信号Ｄ３ではなく平滑化信号Ｄ２に対する非線形処理のフィルタ特性を、入力画像信号Ｓ１の画像合成前のビット精度に応じて変更すればよい。
【００４３】
（画像合成部の具体例）
続いて以下では、ビット精度識別信号Ｃ１の生成源の一例である画像合成部１００について説明する。図６は、画像合成部１００のブロック図である。画像合成部１００は、αブレンド処理によって複数の画像信号を合成し、ビット拡張装置１に供給される入力画像信号Ｓ１を生成する。
【００４４】
画像合成部１００は、図１３に示した入力画像信号の領域Ａに相当する背景画像信号Ｖ１と、領域Ｂに相当するＯＳＤ信号Ｖ２と、背景画像信号Ｖ１に重ね合わせられるＯＳＤ信号Ｖ２の不透過度を表すα値を入力する。画像合成部１００は、以下に示す演算式によっていわゆる透過合成を行なう。
Ｓ１＝Ｖ１×（１−α）＋Ｖ２×α
【００４５】
次に、画像合成部１００によるビット精度識別信号Ｃ１の生成手順を説明する。画像合成部１００は、αブレンド時の不透過度を決定するパラメータであるα値に基づいて、入力画像信号Ｓ１に含まれる各画素が背景画像信号Ｖ１とＯＳＤ信号Ｖ２のどちらに近いか、言い換えると、背景画像信号Ｖ１とＯＳＤ信号Ｖ２のどちらを主成分としているかを判定する。そして、画像合成部１００は、背景画像信号Ｖ１が主成分であると判定した場合に、背景画像信号Ｖ１が主成分であることを示す識別信号Ｃ１を出力する。一方、ＯＳＤ信号Ｖ２が主成分であると判定した場合には、画像合成部１００は、ＯＳＤ信号Ｖ２が主成分であることを示す識別信号Ｃ１を出力する。
【００４６】
図７は、上述したビット精度識別信号Ｃ１の生成手順の具体例を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、以下の計算式で定義されるパラメータＰ１を計算する。
Ｐ１＝Ｗ２×(１−α)＋Ｗ１×α
上記のパラメータＰ１の計算式から明らかであるように、パラメータＰ１は、αブレンド処理と同様の計算を背景画像信号Ｖ１及びＯＳＤ信号Ｖ２のビット精度Ｗ１及びＷ２を対象として行なうことにより得られる。
【００４７】
ステップＳ１１では、Ｗ１及びＷ２の平均値とパラメータＰ１の大きさを比較する。パラメータＰ１のほうが大きい場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、画像合成部１００は、ＯＳＤ信号Ｖ２が主成分であると判定し、ＯＳＤ信号Ｖ２が主成分であることを示す識別信号Ｃ１を出力する（ステップＳ１２及び１３）。
【００４８】
一方、Ｗ１及びＷ２の平均値のほうが大きい場合（ステップＳ１１でＮＯ）、画像合成部１００は、背景画像信号Ｖ１が主成分であると判定し、背景画像信号Ｖ１が主成分であることを示す識別信号Ｃ１を出力する（ステップＳ１４及び１５）。
【００４９】
なお、図７の生成手順は、３枚以上の画像が順次αブレンドされる場合にも応用可能である。ところで、図１３に示した画像９６のように、２枚の画像の透過合成を行なうだけである場合、画像合成部１００は、単純にα値の大きさによって、背景画像信号Ｖ１とＯＳＤ信号Ｖ２のどちらが主成分であるかを識別してもよい。具体的には、α値が前景画像つまりＯＳＤ信号Ｖ２の不透過度を表すとした場合、画像合成部１００は、α値が０．５より大きい場合にＯＳＤ信号Ｖ２が主成分と判定し、α値が０．５より小さい場合に背景画像信号Ｖ１が主成分と判定すればよい。
【００５０】
＜発明の実施の形態２＞
本実施の形態にかかるビット拡張装置２は、入力画像信号Ｓ１の画素値の変化を監視することによって、入力画像信号の各画素の画像合成前のビット精度を判別することを特徴とする。
【００５１】
図８は、ビット拡張装置２の構成例を示すブロック図である。図２において、ビット精度判別部２７は、入力画像信号Ｓ１の画素値の変化を監視することによって、入力画像信号の各画素の画像合成前のビット精度を判別する。ビット精度判別部２７は、判別結果に基づいてビット精度識別信号Ｃ１を生成し、フィルタ特性切り替えのために非線形リミッタ１４に識別信号Ｃ１を供給する。図２において、ビット精度判別部２７を除く他の構成要素は、図１に示したのと同様であるため、図１と同一の符号を付し、ここでは重複説明を省略する。
【００５２】
続いて以下では、ビット精度判別部２７によるビット精度判定手順を説明する。図９は、ビット精度判定手順の具体例を示すフローチャートである。ステップＳ２０では、入力画像信号Ｓ１を上位Ｗ１ビットと、下位（Ｗ２−Ｗ１）ビットに分割し、上位Ｗ１ビット及び下位（Ｗ２−Ｗ１）ビットのそれぞれについて隣接画素との差分を計算する。ここで、上位ビット群のビット数Ｗ１は、画像合成前のビット精度が低い領域Ｂのビット精度Ｗ１に一致させればよい。
【００５３】
ステップＳ２１では、上位Ｗ１ビットの変化傾向と、下位（Ｗ２−Ｗ１）ビットの変化傾向に基づいて、入力画像信号Ｓ１を分類する。具体的には、図１０に示す分類テーブルに従って、入力画像信号Ｓ１を４つに分類すればよい。
【００５４】
上位Ｗ１ビットに隣接画素と比べて変化が有り、下位（Ｗ２−Ｗ１）ビットにも変化が有る場合、ビット精度判別部２７は、ビット変化のみによるビット精度の判別不可と推定する（分類１）。
【００５５】
上位Ｗ１ビットに隣接画素と比べて変化が有り、下位（Ｗ２−Ｗ１）ビットに変化が無い場合、ビット精度判別部２７は、処理対象画素の画像合成前のビット精度がＷ１であると推定する（分類２）。
【００５６】
上位Ｗ１ビットに隣接画素と比べて変化が無く、下位（Ｗ２−Ｗ１）ビットに変化が有る場合、ビット精度判別部２７は、処理対象画素の画像合成前のビット精度がＷ２であると推定する（分類３）。
【００５７】
最後に、上位Ｗ１ビットに隣接画素と比べて変化が無く、下位（Ｗ２−Ｗ１）ビットにも変化が無い場合、ビット精度判別部２７は、入力画像信号Ｓ１が階調変化の小さい平坦な画像であると推定する（分類４）。
【００５８】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１の処理によって入力画像信号Ｓ１が"分類１"又は"分類４"に分類された場合に、入力画像信号Ｓ１の画像合成前のビット精度を統計的に判別する。統計的な判別手順の具体例を以下に説明する。
【００５９】
例えば、ステップＳ２１にて画像合成前のビット精度がＷ１であると推定された画素に値"−１"を割り当て、Ｗ２であると推定された画素に値"＋１"を割り当て、分類１又は４に分類された画素に値"０"を割り当てる。そして、処理対象画素とその前後の画素の平均値を計算すればよい。ビット精度判別部２７は、計算した平均値が負である場合に画像合成前のビット精度がＷ１であると推定し、平均値が正である場合に画像合成前のビット精度がＷ２であると推定すればよい。
【００６０】
図１１は、ステップＳ２２における統計的な判別手順を行なうために、ステップＳ２１での分類結果をプロットしたグラフである。図１１の黒丸が、各画素に対するステップＳ２１での分類結果を示す。一方、図１１の実線Ｌ１は、各画素とその前後２画素ずつの計５画素の移動平均を表すグラフである。例えば、図１１の画素番号１０の画素は、ステップＳ２１では"判別不可（分類１）"又は"平坦な画像（分類４）"とされた画素であるが、前後２画素ずつを含む計５画素での平均値が正である。このため、画素番号１０の画素は、ステップＳ２３の統計的な判別処理によって、画像合成前のビット精度がＷ２であると推定される。
【００６１】
上述したように、ビット拡張装置２は、入力画像信号Ｓ１の画素値の変化を監視することによって、入力画像信号の各画素の画像合成前のビット精度を判別することができる。また、ビット拡張装置２は、ビット精度判別部２７の判別結果に応じて非線形リミッタ１４のフィルタ特性を変更できる。つまり、ビット拡張装置２は、ビット精度識別信号Ｃ１の外部からの供給に依存することなく、自律的にフィルタ特性を変更することができる。
【００６２】
ところで、図８に示したビット拡張装置２の構成は一例である。つまり、ビット拡張装置２の構成は、実施の形態１で述べたのと同様に、入力画像信号Ｓ１の多階調化を行なうための多様な公知の信号処理過程に応じて適宜変形可能である。
【００６３】
さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】発明の実施の形態１にかかるビット拡張装置のブロック図である。
【図２】発明の実施の形態１にかかるビット拡張装置が有する非線形リミッタの応答特性の一例を示す図である。
【図３】発明の実施の形態１にかかるビット拡張装置が有する非線形リミッタの応答特性の一例を示す図である。
【図４】発明の実施の形態１にかかるビット拡張装置が有する非線形リミッタの応答特性の一例を示す図である。
【図５】発明の実施の形態１にかかるビット拡張装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図６】入力画像信号及びビット精度識別信号を生成するαブレンダのブロック図である。
【図７】αブレンダによるビット精度識別信号の生成手順を示すフローチャートである。
【図８】発明の実施の形態２にかかるビット拡張装置のブロック図である。
【図９】発明の実施の形態２にかかるビット拡張装置が有するビット精度判別部の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】ビット精度判別部によって参照される判別テーブルの一例を示す図である。
【図１１】ビット精度判別部による統計的なビット精度判別手順を説明するためのグラフである。
【図１２】従来のビット拡張装置のブロック図である。
【図１３】ビット精度の異なる複数の画像信号が合成された合成画像信号の例を示す図である。
【図１４】従来のビット拡張装置に存在する問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１、２  ビット拡張装置
１０  ビット拡張部
１１  平滑化部
１２  減算器
１３  リミッタ
１４  非線形リミッタ
１５  加算器
１６  リミッタ
２７  ビット精度判別部
１００  画像合成部
【図１】
2009267671.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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