专利名称：图像锐化处理设备、方法以及软件的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像显示、打印、再现、摄影或记录设备的图像处理。例如，本发明涉及 图像锐化处理设备、方法以及软件。
背景技术：
作为用于改善模糊图像的简单线性算子，存在一种反锐化掩蔽(UM)技术(参考美 国新泽西州英格伍德克里夫市的Prentice Hall公司出版的Α. K. Jain(1989)所著的“数字 图像处理基础(Fundamentals of Digital ImageProcessing) ”(非专利文献 1))。该反锐 化掩蔽技术利用人类视觉系统的称为马赫带效应的一种特性。该特性产生一种可视现象， 即所感知的彼此毗邻区域的辉度取决于过渡部分的锐度。利用该特性，通过在图像区域之 间引入大量显而易见的改变能改善图像的锐度。反锐化掩蔽技术的基本思想是从输入信号 减掉通过低通滤波器对该输入信号滤波而获得的信号。图6是示出用于实现上述反锐化掩蔽技术的常规反锐化掩蔽设备的配置示例的 框图。反锐化掩蔽设备11包括平滑装置12，用于使输入图像的辉度平滑，然后将经平滑的 图像提供给减法装置13 ；减法装置13，用于通过从输入图像的辉度减去经平滑的图像来计 算差别图像，然后将差别图像提供给乘法装置14 ；乘法装置14，用于将差别图像乘以常数， 然后将乘法结果提供给加法装置15 ；以及加法装置15，用于将该乘法结果加至输入图像的 辉度，然后输出输出图像的辉度。存在使用反锐化掩蔽技术的各种类型的边缘增强处理。边缘增强处理的示例 包括通过使用拉普拉斯算子(参照TSUCHIYA、Yutaka和FUKADA、Youj i的“图像处理 (Image Processing)，，，图像信息和电视工程师协会参考书系列，Corona出版有限公司， ISBN4-339-01070-7 (非专利文献2))和勾边(在日本专利申请公开No. Sho 52-266116的
图1和2中公开(专利文献1))的锐化。专利文献1 日本专利申请公开No. Sho 52-266116非专利文献1 美国新泽西州英格伍德克里夫市的Prentice Hall公司出 版的 A. K. Jain (1989)所著的“数字图像处理基础(Fundamentals of DigitalImage Processing)，，非专利文献2 :TSUCHIYA、Yutaka 和 FUKADA、Youji 的“图像处理(Image Processing) ”，图像信息和电视工程师协会参考书系列，Corona出版有限公司， ISBN4-339-01070-
发明内容
本发明要解决的问题然而，上述常规示例存在问题。具体而言，即使在需要通过仅改变辉度来执行图像 处理时，饱和也超过诸如显示器或打印机之类的再现设备所能再现的范围。因此，在该情况 下，调节该饱和以使其在可再现的范围内，从而也导致色调的变化。
此外，存在反锐化掩蔽技术共有的另一问题。具体而言，该问题是明带和暗带在高 对比度边缘周围产生(条带化)。反锐化(圆滑)(低频)分量使锐利边缘信号圆滑，从而 产生平滑的边缘。因此，原始图像与反锐化图像之间的差信号(高频分量)包含锐利边缘 周围的过冲和下冲。当将该差信号再次添加到其动态范围已被压缩的低频分量中时，在锐 利边缘周围存在的未经压缩或放大的过冲和下冲信号在该边缘附近产生亮带和暗带。此类 伪像被称为条带化伪像，因为这些伪像在高对比度边缘附近更清楚地观察到。该边缘条带 化伪像在消费品中产生的图像中是极其不希望有的伪像。为了使这些伪像在视觉上不可感 知，必须使这些伪像分布于足够宽的区域中，这需要大的滤波器。因此，产生了由于平滑装 置中线路存储器数量的增加而引起的成本升高的问题。考虑到上述常规问题，作出了本发明。因此，本发明提供用于解决上述问题的图像 锐化处理设备。本发明还提供图像锐化处理方法和软件。解决这些问题的手段本发明的图像锐化处理设备表征为包括平滑装置，用于使输入图像的辉度平滑， 从而获得经平滑的图像；减法装置，用于从输入图像的辉度减去经平滑的图像，从而获得差 别图像；与辉度关联的增益计算装置，用于根据输入图像计算辉度关联增益；第一乘法装 置，用于将差别图像乘以辉度关联增益，从而获得乘法结果；加法装置，用于将乘法结果加 至输入图像的辉度，从而获得输出图像的辉度；色差增益计算装置，用于根据输入图像的色 差和辉度关联增益来计算色差增益；以及第二乘法装置，用于将输入图像的色差与色差增 益相乘，从而获得输出图像的色差。以此方式，本发明的图像锐化处理设备可通过仅改变辉 度而不改变色调来实现锐化处理。优选辉度关联增益计算装置以这样的方式计算辉度关联增益获得其中U增益小 于L增益的输出图像辉度。该平滑装置可将IIR滤波器用于先前的行，从而将信号线路存储器用于前一行， 且可被设置成满足[方程1]
“(cur N + pre M^
_7] Newpre=^J^Jj
，其中cur表示当前行；pre表示前一行；Newpre表示新的前一行；N表示当前行的 比例；以及M表示前一行的比例。以此方式，可减少线路存储器的数量。辉度关联增益计算装置可为输入图像的所有辉度值计算增益。辉度关联增益计算装置可将输入图像的辉度值划分成多个范围，可在各个范围内 设置设定值，且可通过在它们之间执行插值来计算增益。色差增益计算装置可按照这样的方式来计算色差增益在由辉度和色差表示的色 空间中，其中Cb和Cr表示输入图像的色差；Y表示输入图像的辉度；Cb反锐化和Cr反锐化表示 输出图像的色差；表示输出图像的辉度；(χ，y)表示在通过(Cb，Cr)和原点的直线上 饱和度最高且色调与输入图像相同的点；(CbO，CrO)和(Cbl，Crl)分别表示形成输入图像 的第一和第二主色的最高饱和度；YO和Yl表示辉度；以及θ表示由Cb轴与通过原点和 (Cb, Cr)的直线形成的角度，
6
以下方程成立 [方程2] Ol-CrO
点(x，y)划分直线段(CbO，CrO)-(Cbl，Crl)的比例通过以下方程表示 [方程3]
比例=.
点U，y)处的辉度Yr通过下式表示 Yr = YO+(Yl-YO) X 比例， 然后 [方程4]
其中Y> Yr，或者
-其中Y < Yr ；
当Ydiff表示输入图像到输出图像的辉度变化时，Ymm= Y+Ydiff，然后
Cr反锐化表示输出图像的色差；Ydiff表示从输入图像到输出图像的辉度改变；以及Cb增益和Cr 增益表示常数。发明效果本发明的图像锐化处理设备可通过仅改变辉度而不改变色调来执行锐化处理。附图简述图1是示出本发明的图像锐化处理设备的配置的示例的框图。图2是示出图1的图像锐化处理设备1中的处理图像的波形的示图。图3是描述线路存储器减少方法的示图。图4是描述图1的辉度关联增益计算装置3中的辉度关联增益的设定值示例的图表。图5是描述图1的色差增益计算装置4中的色差增益计算的图表。图6是示出常规反锐化掩蔽设备的配置示例的框图。附图标记描述1图像锐化处理设备2，12平滑装置3辉度关联增益计算装置4色差增益计算装置
8
r反锐化=β · (Y反锐化-Yr) +xr，其中Y反锐化> Yr，或者 [方程7]
Yr
xr
r反锐化=夕·r反锐化反锐化其中Y反锐化< Yr ；且
a Cr sin 夕:
COS0 =
4cb2 +Cr7
Cb
VcP+cP
Ch反锐化=r反锐化eDS0 = 〃反锐化
C"反锐化=^■反锐化sin 0 = /·反锐化
4 Cb1+Cr2 Cr
4cb
2+Cr2
概言之，色差增益计算装置可计算色差增益，以满足 [方程9]
Cb 反锐化=IYdiffI · (1+Cb 增益)·(Ydiff 的符号).Cb
9
Cr 反锐化=IYdiffI · (1+Cr 增益)·(Ydiff 的符号).Cr
其中，在由辉度和色差表示的色空间中，Cb和Cr表示输入图像的色差；Cbfiiw^
5，13减法装置6，8，14乘法装置7，15加法装置11反锐化掩蔽设备用于实现本发明的最佳模式实施例1图1是示出本发明的图像锐化处理设备的配置的示例的框图。图像锐化处理设备 1包括平滑装置2，用于平滑输入图像的辉度，然后将经平滑的图像提供给减法装置5 ；辉 度关联增益计算装置3，用于根据输入图像的辉度来计算辉度关联增益，然后将辉度关联增 益提供给色差增益计算装置4和乘法装置6 ；色差增益计算装置4，用于根据输入图像的色 差和辉度关联增益来计算色差增益，然后将计算出的色差增益提供给乘法装置8 ；减法装 置5，用于通过从输入图像的辉度减去经平滑的图像来计算差别图像，然后将计算出的差别 图像提供给乘法装置6;乘法装置6，用于将差别图像乘以辉度关联增益，然后将乘法结果 提供给加法装置7 ；加法装置7，用于将乘法结果与输入图像的辉度相加，然后输出输出图 像的辉度；以及乘法装置8，用于将色差增益乘以输入图像的色差，然后输出该输出图像的 色差。图2是示出图1的图像锐化处理设备1中的处理图像的波形的示图。将参照图2 描述基本反锐化掩蔽处理的流程。由(1)表示的波形是输入图像的辉度波形。由(2)表示 的波形是通过平滑(1)可获得的经平滑图像的波形(模糊图像的波形)。由(3)表示的波 形是通过从⑴减去⑵获得的差别图像的波形。由⑷表示的波形是通过将⑶乘以辉 度关联增益然后与(1)相加而可获得的输出图像的辉度波形。差别波形在正侧上的增益称 为U增益，而差别波形在负侧上的增益称为L增益。将U增益设置为0能防止波形在上部 方向上发生改变。由(5)表示的波形是当U增益被设置为0时输出图像的辉度波形。当辉 度关联增益计算装置将输入图像的辉度值划分成多个分段，然后通过对每个分段布置设定 值来内插每个辉度值以将U增益设置为0时，辉度关联增益计算装置对所有分段将基本增 益设置为0，并将改变量设置为0。虽然将U增益设置为0并非最好的实施方案，但一般优 选将U增益设置为小于L增益。在图1的平滑装置2中，为减少带伪像，FIR(有限脉冲响应)滤波器中需要具有 多个抽头的滤波器。为此，线路存储器的数量不可避免地增加，这又导致成本的升高。为 避免这一情况，将IIR(无限脉冲响应)滤波器用于先前的行。在这种情况下，将单个线路 存储器用于所得的前一行，从而可减少线路存储器的数量。图3是描述这样的线路存储器 减少方法的示图。当前行(cur)和前一行(pre)被设置在方程10中，以描述新的前一行 (NewPre)。[方程10] 这里，N表示当前行的比例，而M表示前一行的比例。注意，FIR滤波器用于处理后 来的行。图4是描述图1的辉度关联增益计算装置3中的辉度有关增益的设定值示例的图表。辉度关联增益计算装置3使增益根据输入图像的辉度值Y而改变。例如，辉度关联增 益计算装置3可通过保持所有辉度值的增益来执行转换，但如图4所示，增益计算装置3也 可将辉度值划分成多个分段、在各个分段中设置设定值、以及通过在它们之间执行插值来 计算增益。图5是描述图1的色差增益计算装置4中的色差增益计算的图表。色差增益计算 装置4和乘法装置8以下述方式执行该计算。在由辉度⑴和色差(Cb，Cr)表示的色空间中，六种主色(黄色、青色、品红色、绿 色、红色以及蓝色)在使用Cb和Cr作为轴的图表中呈现出六角形状。当以蓝色和品红色 之间的部分为例时，图5中的图表的上部对应于该部分。这里，假定获得了图5的上部中的三角形图所示的(Cb，Cr)的输入图像。然后，考 虑与同一色调相对应的点，即在通过原点和(Cb，Cr)的直线上的点(x，y)，其中在该点处的 饱和度在该直线上为最高(离原点最远)。在这种情况下，饱和度高于主蓝色(CbO，Crl)和 主品红色(CblArl)的点不可再现。作为这些颜色的中间色且具有最高饱和度的颜色位于 连接两个主色(CbO，CrO)-(Cbl, Crl)的直线上。因此，该点可通过方程11获得。[方程11]γ = rl~Cr0(x 一 CbQ)+ CrO
Cbl-CbO
Γ πCry -—χ
Cb9ix = Crl_Cr0’. (χ - CbO)+ CrO Cb Cbi-CbQ v= Cb(- CrlCbO -V CrOCbO + CMCrO - CfeOCrO) = Cr(Cb\ - CbO) - Cb(Cr\ — 00)此外，考虑点(x，y)划分线段(CbO，CrO)-(Cbl, Crl)的比例，该比例通过方程12描述。[方程12]
比例=
Cbl-CbO此外，当主蓝色的辉度被设置为YO且主品红色的辉度被设置为Yl时，点(x，y)处 的辉度Yr通过以下方程来描述。Yr = YO+(Yl-YO) X 比例通过三角形图形所表示的点(Cb，Cr)和原点的直线(同一色调)上的饱和度变成
10最大值时的辉度为Yr。
0105]当对于输入图像(Y，Cb, Cr) Y > Yr时，以下方程成立。
0106][方程13]
γ-\
0107]
0108]
0109]
0110]此外，当Y < Yr时，以下方程成立C
0111][方程14]
Y
0112]
0113]
0114]
0115]此外，当使用辉度的变化值Ydiff时，以下方程成立t
0116]Yfi 锐化=Y+Ydiff
0117]此外，当Yfi锐化> Yr时，以下方程成立。
0118][方程15]
Xf
0119]
0120]r反锐化=β · (Y反锐化—Yr)+xr
0121]此外，当Yfi锐化< Yr时，以下方程成立。
0122][方程16]
0123]
0124]
^&
0125]此外
0126]
0127]
0128] 0129]
⑶反锐化=r反锐化CGS = 反锐化
4 Cb1+Cr1
按照上述方式，能获得与辉度相对应的不改变色调的色差信号。执行相同计算以找出六种主色的其他组合之间的色差信号。将已知技术用于平滑装置中的FIR滤波器和IIR滤波器的处理。因此，在此将不 具体给出该处理的详细描述。实施例2作为一种更简单的方法，色差增益计算装置4和乘法装置8可利用以下方程18进 行计算，其中为Cb增益和Cr增益设置常数[方程18]Cb 反锐化=|Ydiff| · (1+Cb 增益)· (Ydiff 的符号)· CbCr 反锐化=IYdiffI · (1+Cr 增益)· (Ydiff 的符号)· Cr例如，优选将U增益设置为+0. 5，而将L增益设置为-0. 5。如上所述，本发明的图像锐化处理设备通过基于辉度关联增益来计算色差增益能 执行锐化处理，同时仅改变辉度而不改变色调。此外，通过在平滑装置中将IIR滤波器用于先前的行，可减少线路存储器的数量。可将本发明的图像锐化处理设备实现为电路，或可实现为使计算机执行该图像锐 化处理的软件。而且，本发明不限于上述图像锐化处理设备。可将本发明实现为用于图像锐化处 理设备的图像锐化处理方法，或实现为使计算机执行该图像锐化处理方法的软件。此外，此 类软件可被设置成存储于记录介质中的形式，或可经由诸如因特网之类的网络可下载的形 式。工业实用性本发明可用作图像锐化处理设备、方法以及软件。
权利要求
一种图像锐化处理设备，其特征在于，包括平滑装置，用于使输入图像的辉度平滑，从而获得经平滑图像；减法装置，用于从所述输入图像的所述辉度减去所述经平滑图像，从而获得差别图像；辉度关联增益计算装置，用于根据所述输入图像计算辉度关联增益；第一乘法装置，用于将所述差别图像与所述辉度关联增益相乘，从而获得乘法结果；加法装置，用于将所述乘法结果与所述输入图像的所述辉度相加，从而获得输出图像的辉度；色差增益计算装置，用于根据所述输入图像的色差和所述辉度关联增益来计算色差增益；以及第二乘法装置，用于将所述输入图像的所述色差与所述色差增益相乘，从而获得所述输出图像的色差。
2.如权利要求1所述的图像锐化处理设备，其特征在于，所述辉度关联增益计算装置 以这样的方式计算所述辉度关联增益获得其中U增益小于L增益的所述输出图像的所述辉度。
3.如权利要求1和2之一所述的图像锐化处理设备，其特征在于，所述平滑装置将IIR 滤波器用于先前的行，从而将信号线路存储器用于前一行，且所述平滑装置被设置成满足[方程1] 其中cur表示当前行；pre表示前一行；Newpre表示新的前一行；N表示当前行的比 例；以及M表示前一行的比例。
4.如权利要求1到3中的任一项所述的图像锐化处理设备，其特征在于，所述辉度关联 增益计算装置为所述输入图像的所有辉度值计算增益。
5.如权利要求1到3中的任一项所述的图像锐化处理设备，其特征在于，所述辉度关联 增益计算装置将所述输入图像的辉度值划分成多个分段、在各个所述分段中设置设定值、 以及通过在所述分段之间执行插值来计算增益。
6.如权利要求1到5中的任一项所述的图像锐化处理设备，其特征在于，所述色差增益 计算装置可按照这样的方式来计算色差增益在由辉度和色差表示的色空间中，其中Cb和 Cr表示所述输入图像的色差、Y表示所述输入图像的辉度、Cb^—和Cr&fHfc表示所述输出 图像的色差、表示所述输出图像的辉度、(χ，y)表示在通过(Cb，Cr)和原点的直线上 饱和度最高且具有与所述输入图像相同色调的点、(CbO，CrO)和(Cbl，Crl)分别表示形成 所述输入图像的第一和第二主色的最高饱和度、YO和Yl表示辉度、以及θ表示由Cb轴与 通过所述原点和(Cb，Cr)的所述直线形成的角度，以下方程成立 [方程2]当Ydiff表示所述输入图像到所述输出图像的辉度变化时，Ymm= Y+Ydiff， 然后 [方程6] r反锐化=β · (Y反锐化_Yr)+xr其中Y反锐化> Yr，或 [方程7]"反锐化=Ay■反锐化反锐化其中γ反说化< Yr；以及
7.如权利要求1到5中的任一项所述的图像锐化处理设备，其特征在于，所述色差增益 计算装置计算色差增益，以满足 其中，在由辉度和色差表示的色空间中，Cb和Cr表示所述输入图像的色差；Cbfiiw^ Crfiiwfc表示所述输出图像的色差；Ydiff表示从所述输入图像到所述输出图像的辉度改变； 以及Cb 和Cri^表示常数。
8.一种图像锐化处理方法，其特征在于，包括以下步骤 使输入图像的辉度平滑，从而获得经平滑图像；从所述输入图像的所述辉度减去所述经平滑图像，从而获得差别图像；根据所述输入图像计算辉度关联增益；将所述差别图像与所述辉度关联增益相乘，从而获得乘法结果；将所述乘法结果与所述输入图像的所述辉度相加，从而获得输出图像的辉度；根据所述输入图像的色差和所述辉度关联增益来计算色差增益；以及将所述输入图像的所述色差与所述色差增益相乘，从而获得所述输出图像的色差。
9.一种使计算机执行如权利要求8所述的图像锐化处理方法的软件。
全文摘要
提供了一种能通过仅改变辉度而不改变色调来执行图像锐化处理的图像锐化处理设备。该图像锐化处理设备包括平滑装置，用于使输入图像的辉度平滑，从而获得经平滑的图像；减法装置，用于从输入图像的辉度减掉经平滑的图像，从而获得差别图像；辉度关联增益计算装置，用于根据输入图像计算辉度关联增益；第一乘法装置，用于将差别图像乘以辉度关联增益，从而获得乘法结果；加法装置，用于将乘法结果加至输入图像的辉度，从而获得输出图像的辉度；色差增益计算装置，用于根据输入图像的色差和辉度关联增益来计算色差增益；以及第二乘法装置，用于将输入图像的色差与色差增益相乘，从而获得输出图像的色差。
文档编号G06T5/20GK101933043SQ20088012638
公开日2010年12月29日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年2月4日
发明者山崎秀敏 申请人:夏普株式会社