图像增强装置的制造方法

图像增强装置的制造方法
【专利说明】图像増强装置
[0001]本案是申请日为2009年10月14日、申请号为200980158237.X、发_名称为图像增强装置、图像增强方法、图像增强程序和信号处理装置的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及用于使图像清晰(sharpening，也称为“锐化”)而改善画质的图像增强装置、图像增强方法和图像增强程序，更一般而言，涉及用于提高信号的质量的信号处理装置等，例如涉及适合用于使电视(TV)接收机实时显示的运动图像清晰的图像增强装置
【背景技术】
[0003]用于使图像清晰而改善画质的图像增强处理，在现有技术中是广泛周知的。例如，在现有技术的电视接收机中，进行使与所显示的图像的轮廓部相当的视频信号的上升(上升沿)、下降(下降沿)急剧的轮廓补偿。在该轮廓补偿中，提取(抽出)输入至电视接收机的显示器的视频信号(亮度信号)的高频成分，将该高频成分放大而与视频(即，影像)信号进行加法运算，由此改善从视频信号输入到显示器输入为止在各电路处理的视频信号的频率特性的劣化，提高视觉上的画质。
[0004]包含这样的轮廓补偿的现有技术中的图像增强处理，通常基于线性的数字信号处理，因此不能够利用比奈奎斯特(Nyquist，也称为“乃奎斯特”)频率高的频率成分，SP比成为对象的图像的采样频率(即，取样频率)的1/2高的频率成分。因此，不能够以改善画质为目的使超过奈奎斯特频率的频率成分恢复，也无法利用这样的频率成分使图像清晰。于是，例如在高清晰电视(HDTV:High Definit1n Televis1n)即全高清(full highvis1n, 1080X1920像素)的电视接收机中的显示器，在对分辨率不到HDTV的图像信号进行图像放大(enlarge)处理而显示图像的情况下，存在图像模糊的问题。该模糊的图像不具有奈奎斯特频率附近的频率成分，因此即使使用现有技术中的图像增强处理也不能够提取应放大的频率成分，画质无法得到改善。
[0005]与此相对，利用帧之间或帧内的自相关等，即使在进行上述这样的图像放大处理的情况下也能够进行高分辨率化而得到清晰的图像的技术(例如非专利文献1、专利文献3)，以及利用在边缘的切线方向和边缘的垂直方向进行程度不同的平滑处理的各向异性(异方性)扩散滤波而使图像高分辨率化的技术(例如非专利文献2)也已被提出。另外，为了对为了增强高频成分改善画质而应与图像信号相加的核化(coring)量、限幅(clipping)量、增强(enhance)量和限制(limit)量等分别进行调整而使用非线性电路的图像处理装置(专利文献I)、为了不降低视频的品质地补偿高频信号而抑制图像信号中的脉冲(pulse)波形、阶跃(step，步进)波形的边沿部的振铃(ringing，振荡)的发生，为此使用非线性转换电路的画质补偿电路(专利文献2)也被提出了方案。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2006-304352号公报
[0009]专利文献2:日本特开平7-312704号公报
[0010]专利文献3:日本特开2007-310837号公报
[0011]非专利文献
[0012]非专利文献1:松本信幸、井田孝，《7 U—人内再構成超解像?領域適応処理(乙dt各高画質化Φ検討》，电子信息通信学会技术研宄报告，社团法人电子信息通信学会，2008年 4 月，第 108 卷，第 4 号，IE2008-6，p.31-36
[0013]非专利文献2:Luminita A.Vese and Stanley J.0sher，“Modeling Textureswith Total variat1n Minimizat1n and Oscillating Patterns in ImageProcessing，，，Journal of Scientific Computing，Vol.19，Nos.1-3，December 2003

【发明内容】

[0014]发明要解决的问题
[0015]但是，在非专利文献2中记载的利用各向异性滤波的高分辨率化的技术，处理复杂，因此在如电视接收机等中的运动图像(活动图像)的显示那样需要实时地处理的情况下难以应用，非专利文献I中记载的高分辨率化的技术，即使能够应用，其实现也需要大规模的LSI，导致成本大幅增加。另外，就专利文献I中记载的图像处理装置、专利文献2中记载的画质补偿电路而言，使用非线性处理的目的只是与图像信号应相加的信号的限幅处理等、以及抑制因高频信号的补偿而引起的振铃发生，通过这样的画质补偿电路、图像处理装置，在对实施了上述那样的放大处理的图像进行显示的情况下不能够充分地使图像清晰。
[0016]于是，本发明的目的在于提供图像增强装置和图像增强方法等，通过以简单的结构进行适当的高频补偿，不仅对静止图像，而且在为运动图像的情况下也能够在实施了上述那样的图像放大处理的情况下使图像充分清晰而提高画质，更一般而言，本发明的目的是提供能够以简单的结构进行适当的高频补偿来提高信号的质量的信号处理装置等。
[0017]解决问题的技术手段
[0018]本发明的第一方面为一种图像增强装置，其用于使输入信号所表示的图像清晰，该图像增强装置的特征在于，包括:
[0019]通过将表示图像的输入信号所包含的频率成分中的至少直流成分从该输入信号中除去而生成第一信号的滤波部；
[0020]对上述第一信号实施非线性处理而生成第二信号的非线性处理部；和
[0021]将上述第二信号与上述输入信号相加的加法运算部，
[0022]上述非线性处理部，
[0023]基于(根据)上述第一信号生成第三信号，该第三信号相对于上述第一信号至少在O附近非线性或正负对称地、单调非减少，
[0024]基于上述第三信号生成上述第二信号，使得上述第一信号的正负被实质地保存在上述第二信号中，并且上述第二信号不包含直流成分。
[0025]本发明的第二方面的特征在于，在本发明的第一方面中，
[0026]上述非线性处理部，
[0027]通过以2以上的偶数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成上述第三信号，
[0028]基于上述第三信号生成上述第二信号，使得上述第一信号的正负被实质地保存在上述第二信号中。
[0029]本发明的第三方面的特征在于，在本发明的第二方面中，
[0030]上述非线性处理部包括:
[0031]通过以2以上的偶数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成上述第三信号的乘幂运算器；
[0032]通过对上述第三信号进行微分而生成第四信号的第一微分器；
[0033]通过对上述输入信号进行微分而生成第五信号的第二微分器；和
[0034]基于上述第四信号与上述第五信号的积而生成上述第二信号的乘法运算器。
[0035]本发明的第四方面的特征在于，在本发明的第二方面中，
[0036]上述非线性处理部包括:
[0037]通过以2以上的偶数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成上述第三信号的乘幂运算器；和
[0038]符号变换器，其基于上述第一信号使上述第三信号中正负与上述第一信号不同的部分的正负颠倒(即，逆转或反转)，以使得基于上述第三信号生成上述第二信号。
[0039]本发明的第五方面的特征在于，在本发明的第二方面中，
[0040]上述非线性处理部包括:
[0041]通过以2以上的偶数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成上述第三信号的乘幂运算器；
[0042]通过除去上述第三信号的直流成分而生成第四信号的滤波器；和
[0043]符号变换器，其基于上述第一信号使上述第四信号中正负与上述第一信号不同的部分的正负颠倒，以使得基于上述第四信号生成上述第二信号。
[0044]本发明的第六方面的特征在于，在本发明的第一方面中，
[0045]上述非线性处理部，
[0046]生成与上述第一信号的绝对值相当的信号作为上述第三信号，
[0047]基于上述第三信号生成上述第二信号，以使上述第一信号的正负被实质地保存在上述第二信号中。
[0048]本发明的第七方面的特征在于，在本发明的第六方面中，
[0049]上述非线性处理部包括:
[0050]绝对值处理器，其生成与上述第一信号的绝对值相当的信号作为上述第三信号；
[0051]第一微分器，其通过对上述第三信号进行微分而生成第四信号；
[0052]第二微分器，其通过对上述输入信号进行微分而生成第五信号；和
[0053]乘法运算器，其基于上述第四信号与上述第五信号的积生成上述第二信号。
[0054]本发明的第八方面的特征在于，在本发明的第六方面中，
[0055]上述非线性处理部包括:
[0056]绝对值处理器，其生成与上述第一信号的绝对值相当的信号作为上述第三信号；
[0057]滤波器，其通过除去上述第三信号的直流成分而生成上述第四信号；和
[0058]符号变换器，其基于上述第一信号使上述第四信号中正负与上述第一信号不同的部分的正负颠倒，以使得基于上述第四信号生成上述第二信号。
[0059]本发明的第九方面的特征在于，在本发明的第一方面中，
[0060]上述非线性处理部，通过以3以上的奇数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成上述第三信号，基于上述第三信号生成上述第二信号。
[0061]本发明的第十方面的特征在于，在本发明的第九方面中，
[0062]上述非线性处理部包括:
[0063]乘幂运算器，其通过以3以上的奇数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成上述第三信号；和
[0064]调整器，其通过调整上述第三信号的振幅而生成上述第二信号。
[0065]本发明的第十一方面的特征在于，在本发明的第一方面中，
[0066]上述非线性处理部，以使得上述第三信号的绝对值比上述第一信号的绝对值大的区间至少在上述O附近出现的方式，生成上述第三信号。
[0067]本发明的第十二方面的特征在于，在本发明的第一方面中，
[0068]上述非线性处理部，基于上述第一信号，生成相对于上述第一信号在上述第一信号的最大振幅的至少1/2以下的范围内，非线性或正负对称地、单调非减少的信号作为上述第三信号。
[0069]本发明的第十三方面的特征在于，在本发明的第一方面中，
[0070]上述滤波部包括抽头(tap)数为3以上的高频通过型数字滤波器。
[0071]本发明的第十四方面的特征在于，在本发明的第一方面中，
[0072]上述非线性处理部包括:
[0073]舍入处理器，其将上述第一信号中绝对值比规定的下限值小的部分的信号值改变(即，变更)为O;和
[0074]限制器(limiter，也称为“限幅器”)，其将上述第一信号中绝对值比规定的上限值大的部分的信号值的绝对值改变为该上限值以下的规定值。
[0075]本发明的第十五方面的特征在于，在本发明的第一方面中，
[0076]上述非线性处理部包括用于对上述第二信号的振幅进行调整的调整器。
[0077]本发明的其他方面，通过本发明的上述第一?第十五方面以及与后述的实施方式相关的说明能够变得清楚明了，因此省略其说明。
[0078]发明的效果
[0079]根据本发明的第一方面，从输入信号中至少除去了直流成分的信号作为第一信号被生成，第二信号通过对该第一信号实施非线性处理而被生成。即，相对于第一信号至少在O附近非线性或正负对称地、单调非减少的第三信号被生成，基于该第三信号生成第二信号。第一信号的正负被实质地保存在该第二信号中，并且该第二信号不包含直流成分。这样的第二信号与输入信号相加。通过该加法运算而得到的信号即图像增强装置的输出信号，由于通过对上述第一信号的非线性处理得到原信号的谐波，所以含有比将输入信号离散化的情况下的采样频率fs所对应的奈奎斯特频率fs/2高的频率成分。因此，能够比基于线性处理的现有技术的图像增强装置得到更大的画质改善。另外，能够以简单的结构使图像充分清晰，因此，不仅对静止图像，而且对实时显示的运动图像也能够在不导致成本大幅增加的情况下改善画质。进而，在以图像放大处理后的图像信号为输入信号的情况下，与不能够进行超过奈奎斯特频率fs/2的高频区域的补偿的现有技术的图像增强装置相比，能够使放大处理后的图像充分清晰而大幅改善画质。
[0080]根据本发明的第二方面，基于以2以上的偶数为幂指数的上述第一信号的乘幂运算，生成上述第二信号，以使得上述第一信号的正负被实质地保存，这样的第二信号与输入信号进行加法运算，因此能够比基于线性处理的现有技术中的图像增强装置得到更大的画质改善。另外，能够以简单的结构使图像充分清晰，因此，不仅对静止图像，而且对于实时显示的运动图像也能够在不导致成本大幅增加的情况下改善画质。进而，在以图像放大处理后的图像信号为输入信号的情况下，与现有技术中的图像增强装置相比，能够在通过使图像清晰而实现画质的改善方面得到较大的效果。
[0081]根据本发明的第三方面，通过以2以上的偶数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成第三信号，通过对第三信号进行微分而生成除去了直流成分的第四信号，将对输入信号进行微分而得到的第五信号与第四信号进行乘法运算，而生成第二信号作为保存有第一信号的正负的信号。这样，作为补偿用信号应与输入信号进行加法运算的第二信号，基于以2以上的偶数为幂指数的上述第一信号的乘幂，以使得上述第一信号的正负被保存的方式被生成，因此能够得到与本发明的第二方式相同的效果。
[0082]根据本发明的第四方式，通过以2以上的偶数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成第三信号，基于上述第一信号使上述第三信号中正负与上述第一信号不同的部分的正负颠倒，以基于上述第三信号生成第二信号。这样，应与输入信号进行加法运算的第二信号，基于以2以上的偶数为幂指数的上述第一信号的乘幂，以使得第一信号的正负被保存的方式被生成，因此能够得到与本发明的第二方式相同的效果。
[0083]根据本发明的第五方面，以2以上的偶数为幂指数对上述第一信号进行乘幂运算而生成第三信号，通过