JPH06205244A - 波形補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種画像処理装置等に好適な波形補正装置に
関する。特に、エッジ強調度合いの強弱に応じて、エッ
ジ強調成分の振幅値調整を変化させることにより、十分
な輪郭補正効果と、擬似輪郭の抑圧という相反する効果
を両立させることができ、より自然な形で画像の鮮鋭度
及び解像度を改善できる装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 直交高域濾波器１−１、同相高域濾波器１−
２、波形合成器１−３、減算器１−４によりエッジ強調
成分Ｓｇを得る。振幅調節器１−５で、エッジ強調成分
Ｓｇの振幅をパラメータγ（γはエッジ強調度合いの強
弱に応じて可変）をスレッシュホールド値として調整
し、その後、原信号Ｓａにエッジ強調成分Ｓｇを加算
し、エッジ強調された信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、テレビジョン（Ｔ
Ｖ）受像機、ビデオテープレコーダ等の各種ビデオ機
器、及び画像データを扱う各種画像処理装置等に好適な
波形補正装置に関する。そして、この発明は波形の変化
部即ち波形エッジ部を急峻化することで画質を改善する
が、擬似輪郭の発生を抑圧し鑑賞者に違和感を与えるこ
となく、自然な形で再生画像の鮮鋭度及び解像度を改善
できる波形補正装置を提供することを目的としている。

【０００２】

【従来の技術】従来、画質改善のために用いられる輪郭
補正は、２次微分処理によって、輪郭補正成分を求め、
この補正成分を元の信号に適量付加することによって輪
郭を補正しようとするものが一般的な方法であった。し
かし、この方法では補正した画像のエッジ部にプリシュ
ートやオーバーシュートが発生することがあり、期待す
るほどの画質改善効果が得られていなかった。

【０００３】そこで、上記問題点を解決すべく本出願人
は、特願平3-360616号（整理番号H03001093 ）「波形補
正装置」を出願した。この波形補正装置による輪郭補正
は、理論上、上記のように再生画像のエッジ部にプリシ
ュートやオーバーシュートが発生することなくエッジ部
を強調し、自然な形で鮮鋭度及び解像度を向上させるこ
とができることを特徴としている。しかし、上記出願に
よる方法を回路で実現すると、例えば、原画像において
陰の部分から光の当たっている部分へ徐々に変わってい
るような、実際には物体のエッジではないところが、輪
郭補正されてエッジとなってしまうことがあり（いわゆ
る擬似輪郭の発生）、不自然な画像となることがまれに
あった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在までの技術では、
輪郭補正した画像において、エッジ部のプリシュート，
オーバーシュートの発生は起こらなくなっているが、エ
ッジのないところにエッジが現れる擬似輪郭の発生は完
全には抑えられていなかった。

【０００５】この発明が解決しようとする課題は、擬似
輪郭による弊害が起こらずに輪郭補正することができ、
その結果、より自然な形で画像の鮮鋭度及び解像度を向
上できる波形補正装置とするには、どのような手段を講
じればよいかという点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために本発明は、

【０００７】入力信号である第１の信号が供給され、第
２の信号を出力する直交高域濾波器と、

【０００８】前記第１の信号が供給され、第３の信号を
出力する同相高域濾波器と、

【０００９】前記第２及び第３の信号が供給され、この
２つの信号のベクトル合成によって得られる振幅値と位
相値とを用いて非線形処理を行い、前記第３の信号の波
形エッジを急峻化した第４の信号を出力する波形合成器
と、

【００１０】前記第３及び第４の信号が供給され、その
２つの信号の差信号として求められる、波形エッジ強調
成分となる第５の信号を出力する減算器と、

【００１１】前記第５の信号が供給され、その振幅値を
調節して第６の信号を出力する振幅調節器と、

【００１２】前記第１及び第６の信号が供給され、前記
第１の信号に前記第６の信号を付加することで、前記第
１の信号の波形エッジが強調された出力信号を得る加算
器とより構成し、

【００１３】前記直交高域濾波器と、前記同相高域濾波
器とは、それぞれの低域遮断周波数を設定するパラメー
タを調整する制御入力が供給され、

【００１４】前記波形合成器は、非線形処理のパラメー
タを調整する制御入力が供給され、

【００１５】前記振幅調節器は、振幅調節処理のパラメ
ータを調整する制御入力が供給されることを特徴とする
波形補正装置を提供するものである。

【００１６】

【実施例】本発明の波形補正装置の一実施例を、図１に
示す。この実施例における先の出願（特願平3-360616
号）との大きな違いは、振幅調節器１−５を設けた点で
ある。

【００１７】図１において、１−１は直交高域濾波器、
１−２は同相高域濾波器、１−３は波形合成器、１−４
は減算器、１−５は振幅調節器、１−６は加算器であ
る。

【００１８】なお、説明の便宜上、各回路自体の処理時
間による信号の遅れ、及びその遅れを単に補正するため
だけに通常用いられる遅延回路等は、説明上必要な場合
を除き省略するものとする。

【００１９】この波形補正装置の扱う入力信号の例とし
ては、テレビジョンの輝度信号、色信号、ＲＧＢ信号等
を想定している。従って、上限が４ＭＨｚまでの周波数
成分を有する入力信号に対し、周波数帯域４ＭＨｚを越
える成分を付加して傾斜部を急峻化することでエッジ強
調を行っている。

【００２０】まず、入力信号Ｓａが、図２（ａ）に示す
ような輝度信号相当の周波数の正弦波信号の場合につい
て、各処理部の動作を詳しく説明する。なお、各処理部
で処理された信号Ｓｂ〜信号Ｓｉを図２（ｂ）〜（ｊ）
に示す。

【００２１】入力信号Ｓａは、直交高域濾波器１−１に
供給される。この直交高域濾波器１−１の周波数特性は
虚数部が次式で表され、

【００２２】

【数１】

【００２３】実数部が０であるような微分性の特性であ
る。数１のパラメータβは直交高域濾波器の低域遮断周
波数を調整するものであり、図１で制御入力（β）とし
て入力される。パラメータβの値の範囲は、０〜１であ
る。

【００２４】図３（ａ）はβが０．２５のときの周波数
特性（但し、ｆ１＝βｆ２）であり、図３（ｃ）がその
インパルス応答である。インパルス応答は、信号Ｓａに
対して直交、即ち、π／２の位相差を有している。この
直交高域濾波器１−１の出力波形Ｓｂは、図２（ｂ）に
示すような波形になる。

【００２５】一方、入力信号Ｓａは、同相高域濾波器１
−２にも供給される。同相高域濾波器１−２の周波数特
性は、実数部が次式で表され、

【００２６】

【数２】

【００２７】虚数部が０であるような高域濾波特性であ
る。同相高域濾波器１−２には、直交高域濾波器１−１
と同様に、パラメータβが制御入力（β）として入力さ
れる。

【００２８】図３（ｂ）は、パラメータβが０．２５の
時の周波数特性であり、図３（ｄ）がそのインパルス応
答である。インパルス応答は、信号Ｓａに対して同位相
である。同相高域濾波器の出力波形Ｓｃは、図２（ｃ）
に示すような波形となる。

【００２９】信号Ｓａに対する信号Ｓｂの位相差はπ／
２であるので、このような信号Ｓｂを出力する特性を有
する高域濾波器を直交高域濾波器と呼び、また、信号Ｓ
ａに対する信号Ｓｃの位相差は０（即ち同位相）である
ので、このような信号Ｓｃを出力する特性を有する高域
濾波器を同相高域濾波器と呼ぶことにした。

【００３０】本実施例では、高域濾波器１−１，１−２
に制御入力信号（β）を入力し、数１，数２におけるβ
を０〜１の範囲で調整できるようにしている。先の出願
（特願平3-360616号）で説明したように、パラメータβ
の値を調整することにより、エッジ強調の度合を調節で
き、本実施例は、観賞者の好みに応じた最適なエッジ強
調処理を行える。

【００３１】図１にもどって、直交高域濾波器１−１よ
り出力された信号Ｓｂと、同相高域濾波器１−２より出
力された信号Ｓｃとは、波形合成器１−３に入力され
る。この波形合成器では、まず、信号Ｓｂと信号Ｓｃと
によって、図４（ａ）に示される関係をもつ信号Ｓｄと
信号θi が新たに作り出される。次式が、その関係式で
ある。

【００３２】

【数３】

【００３３】

【数４】

【００３４】さらに、信号θi に非線形位相変換処理を
施して信号θo に変換する。この非線形位相変換処理
は、例えば図４（ｃ），（ｄ）のような処理方法であ
る。波形合成器１−３には、パラメータαの値及びどの
非線形位相変換処理方法を選択するかが制御入力（α）
で指定される。

【００３５】図２（ｅ）、（ｆ）がそれぞれ信号θi 、
信号θo の波形図である。信号θoは、図４（ｃ）の方
法で変換している。

【００３６】このようにして得られた信号Ｓｄと信号θ
o によって、波形合成器１−３の最終的な出力信号Ｓｅ
を得る。その関係は次式の通りである。

【００３７】

【数５】

【００３８】図４（ｃ）の方法でα＝８として非線形位
相変換処理を行い波形合成した信号Ｓｅを図２（ｇ）に
示す。図２（ｇ）のように信号Ｓｅは、信号Ｓａの立ち
上がり及び立ち下がり部、即ち、信号Ｓｃのゼロクロス
付近の波形変化部が急峻化された波形である。

【００３９】波形合成器１−３の具体的構成例を図５に
示す。図５において、ブロック５−１では、数４に示す
式の関係によって、入力信号Ｓｂと入力信号Ｓｃとから
信号θi を求め出力する。またブロック５−２、５−３
では、ブロック５−１の出力信号θi と入力信号Ｓｂ，
Ｓｃとから、それぞれ、次式に従い、直交成分の寄与分
と、同相成分の寄与分を求め出力する。

【００４０】

【数６】

【００４１】

【数７】

【００４２】これら２つの信号を加算器５−４において
加算することで前記信号Ｓｄを得ている。

【００４３】図５に示した具体例で、信号Ｓｄを、数３
からではなく、数６と数７との加算によって求めた理由
は、ディジタル回路で波形合成器１−３を構成した場
合、市販のＲＯＭを使うことにより加算による方法で精
度良くＳｄが求められるからである。

【００４４】ブロック５−１の出力信号θi は、ブロッ
ク５−５にも入力される。このブロック５−５では、前
記の非線形位相変換が行われて信号θo を得、信号θo
と、もう一つの入力信号である信号Ｓｄとから、数５に
従って信号Ｓｅが演算されて出力される。ブロック５−
５でパラメータαの値を調整することにより、先の出願
（特願平3-360616号）で説明したように、エッジ強調の
度合を調節できる。

【００４５】図１にもどって、波形合成器１−３より出
力された信号Ｓｅは、減算器１−４に入力される。ここ
では、下記の数８に従って、信号Ｓｅから信号Ｓｃが引
かれ、信号Ｓｇ（エッジ強調成分）が出力される。この
時、信号Ｓｃは波形合成器１−３の処理時間に相当する
だけ遅延されている。

【００４６】

【数８】

【００４７】図２（ｈ）はエッジ強調成分となる信号Ｓ
ｇの波形図である。数８からわかるように、信号Ｓｇ
は、信号Ｓｃを強調した信号Ｓｅから信号Ｓｃを引いた
信号である。

【００４８】エッジ強調成分信号Ｓｇは振幅調節器１−
５に供給される。この振幅調節器１−５が、従来、問題
となっていた擬似輪郭の発生による弊害を無くし、自然
な再生画像を得るためのものである。

【００４９】従来は、物体の輪郭ではない部分の信号の
変化の特徴と、輪郭部分の信号の変化の特徴との区別が
つかなかった。そこで、本実施例では、物体の輪郭では
ない部分は信号Ｓｇの振幅が小さいという関係を特徴と
してとらえ、従来擬似輪郭となっていた部分では、エッ
ジ強調成分である信号Ｓｇの振幅を圧縮してエッジ強調
の度合いを抑えることにした。

【００５０】エッジ強調度（前記パラメータβ、パラメ
ータαにより調節できる）を強めることによって、擬似
輪郭の発生による弊害も多くなるが、それに応じて、前
述した信号Ｓｇの、擬似輪郭の発生に関係する振幅値の
範囲も広がる。そこで、パラメータγを調整する制御信
号（γ）を振幅調節器１−５に入力して、この範囲の広
がりに応じた、可変圧縮制御（振幅を圧縮するスレッシ
ュホールド値を調整）を行っている。つまり、エッジ強
調の度合いに応じた振幅調節が可能となっており、この
ため、本波形補正装置は、エッジ強調の度合いを強めて
も、擬似輪郭の発生を防ぐことができ、より自然な再生
画像を提供できる。

【００５１】振幅調節器１−５の出力信号として、振幅
調節された信号Ｓｈが出力される。この振幅調節の方法
を次式に示す。

【００５２】

【数９】

【００５３】数９において、ｋ＝０，１／４としたとき
の振幅調節の特性が、図６（ａ）、（ｂ）である。パラ
メータγが振幅を圧縮するスレッシュホールド値とな
る。

【００５４】図６（ａ）では、入力信号Ｓｇの振幅値が
小さいときには出力信号Ｓｈがゼロとなるような振幅調
節特性であるが、信号Ｓｇが、Ｓｇ＝−γ、あるいはＳ
ｇ＝γの前後での振幅調節効果が大きく異なり、場合に
よっては、強調効果が急激に変化して再生画像に不自然
な箇所が現れることもある。一方、図６（ｂ）のよう
に、信号Ｓｇの振幅値の小さいときに、０でない傾きｋ
＝１／４を持たせた方法（つまり、この図では、信号Ｓ
ｇの振幅値の小さいレベルでは、信号Ｓｇに１／４を乗
算して信号Ｓｈを得る方法）では、不自然な箇所が現れ
ずに自然な画像を得ることができる。図６（ｂ）の方法
で信号Ｓｇを振幅調節して得られた信号Ｓｈの波形を、
図２（ｉ）に示す。

【００５５】図１にもどって、加算器１−６は信号Ｓａ
と信号Ｓｈとを加算し、信号Ｓｉを出力する。信号Ｓｉ
は本実施例装置の最終的な出力であり、次式で表され
る。

【００５６】

【数１０】

【００５７】図２（ｊ）がこの信号Ｓｉの波形図であ
る。図２（ａ）に示す本装置への入力信号Ｓａに較べて
信号Ｓｉは、波形の変化部が急峻化されている。

【００５８】ここで、図６（ａ），（ｂ）に示す２通り
の方法で振幅調節したときの、それぞれの擬似輪郭防止
効果の特徴、及び出力信号Ｓｉの違いを図７、図８を交
えて説明する。

【００５９】まず、図７において、（ａ）は原信号Ｓａ
である。この信号波形は、エッジ部ではない緩やかに立
ち上がる波形の例（従来装置で擬似輪郭となりやすい波
形）であり、画像では、陰の部分から光のあたっている
部分へ緩やかに変化している部分と考えられる。

【００６０】同図（ｂ）は、原信号Ｓａが同図（ａ）の
場合のエッジ強調成分信号Ｓｇである。信号Ｓａの立ち
上がりが緩やかなので、高域フィルタを通って処理され
た信号Ｓｇの振幅は一般に小さい。前にも説明したが、
擬似輪郭となりやすい部分は、信号Ｓｇの振幅が小さい
ので、同図（ｂ）に示すように、信号Ｓｇの振幅の最大
値よりもやや大きい値に、振幅調節器１−５のパラメー
タγ（振幅を圧縮する際のスレッシュホールド値）を設
定しておく。

【００６１】同図（ｃ）は同図（ａ）と同図（ｂ）の信
号との和により得られる信号である。つまり、振幅調節
しないときの出力信号Ｓｉである。同図（ｃ）を見る
と、信号Ｓａがエッジ部分ではないにもかかわらず、振
幅が０ではないエッジ強調成分が付加された結果、信号
Ｓｉに新たにエッジが生じている。つまり、これが擬似
輪郭発生の原因であり、従来では、この信号をそのまま
波形補正装置の出力としていた。

【００６２】同図（ｄ）は、同図（ｂ）を図６（ａ）の
方法で振幅調節した結果の信号Ｓｈであり、信号Ｓｇの
振幅の大きさが、パラメータγよりも小さいので、信号
Ｓｈの振幅は、０に調節される。

【００６３】図７（ｅ）は、同図（ｄ）と同図（ａ）の
和であり、出力信号Ｓｉである。同図（ｄ）の信号Ｓｈ
は振幅０であるので、信号Ｓａがそのまま出力される。
よって、擬似輪郭は発生しない。

【００６４】同図（ｆ）は、同図（ｂ）を図６（ｂ）の
方法で振幅調節した結果の信号Ｓｈであり、信号Ｓｇの
振幅が１／４に調節されている。

【００６５】図７（ｇ）は、同図（ｆ）と同図（ａ）の
和である出力信号Ｓｉである。同図（ｆ）の信号Ｓｈの
振幅が完全に０になっていないので、信号Ｓａはエッジ
強調されることになる。しかし、エッジ強調成分Ｓｇの
振幅が１／４になっており、微弱なエッジ強調なので、
擬似輪郭の発生を抑えることができる。

【００６６】以上、図７に示すように、緩やかな立ち上
がりの原信号Ｓａの場合、振幅調節を行っていない同図
（ｃ）では出力信号Ｓｉは擬似輪郭となるが、図６
（ａ）、（ｂ）の方法で、適正なパラメータγにより振
幅調節を行うと、出力信号Ｓｉに擬似輪郭が発生しない
ことがわかる。

【００６７】次に、図８において、（ａ）は原信号Ｓａ
の波形であり、画像中のエッジ部分の信号の典型的な波
形である。同図（ｂ）は原信号Ｓａから得られるエッジ
強調成分信号Ｓｇ、同図（ｃ）は信号Ｓｇに対して振幅
調節を行わない場合の出力信号Ｓｉであり、滑らかにエ
ッジ強調された出力信号が得られる。出力信号が滑らか
でないと、画像に不自然な箇所が現れてしまう。

【００６８】同図（ｄ）は、同図（ｂ）に示す信号Ｓｇ
に、図６（ａ）の方法で振幅調節をしたもので、この場
合の出力信号Ｓｉは図８（ｅ）である。先の振幅調節器
の説明のところで述べた通り、この方法では、パラメー
タγの前後の振幅値で振幅調節の度合が大きく違うた
め、図８（ｅ）から分かるように、わずかに凹凸のある
出力波形Ｓｉとなり、多少不自然なエッジ強調となる場
合も希にあるが、擬似輪郭防止を重視する場合に有効で
ある。

【００６９】同図（ｆ）は、同図（ｂ）に示す信号Ｓｇ
に図６（ｂ）の方法で振幅調節を行ったものであり、こ
の場合の出力信号Ｓｉが図８（ｇ）である。図６（ｂ）
の方法のように、０でない傾きｋを与えて振幅調節を行
った場合には、図６（ａ）の方法と較べて、より滑らか
なエッジ強調ができる。

【００７０】以上図７、図８から、擬似輪郭の発生を抑
え、また滑らかで自然なエッジ強調がなされた再生画像
を得るためには、図６（ｂ）に示す方法が第６図（ａ）
に示す方法よりもさらに有効であることがわかる。

【００７１】

【発明の効果】以上の通り、本発明になる波形補正装置
は、エッジ強調度合いの強弱に応じて、エッジ強調成分
の振幅値調整を変化させることにより、十分な輪郭補正
効果と、擬似輪郭の抑圧という相反する効果を両立させ
ることができ、より自然な形で画像の鮮鋭度及び解像度
を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のブロック構成図である。

【図２】実施例の動作説明図である。

【図３】実施例の動作説明図である。

【図４】実施例の動作説明図である。

【図５】実施例の波形合成器の具体的構成例を示す図で
ある。

【図６】実施例の振幅調節の方法を示す図である。

【図７】実施例の動作説明図である。

【図８】実施例の動作説明図である。

【符号の説明】

１−１ 直交高域濾波器 １−２ 同相高域濾波器 １−３ 波形合成器 １−４ 減算器 １−５ 振幅調節器 １−６ 加算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号である第１の信号が供給され、第
   ２の信号を出力する直交高域濾波器と、 前記第１の信号が供給され、第３の信号を出力する同相
   高域濾波器と、 前記第２及び第３の信号が供給され、この２つの信号の
   ベクトル合成によって得られる振幅値と位相値とを用い
   て非線形処理を行い、前記第３の信号の波形エッジを急
   峻化した第４の信号を出力する波形合成器と、 前記第３及び第４の信号が供給され、その２つの信号の
   差信号として求められる、波形エッジ強調成分となる第
   ５の信号を出力する減算器と、 前記第５の信号が供給され、その振幅値を調節して第６
   の信号を出力する振幅調節器と、 前記第１及び第６の信号が供給され、前記第１の信号に
   前記第６の信号を付加することで、前記第１の信号の波
   形エッジが強調された出力信号を得る加算器とより構成
   し、 前記直交高域濾波器と、前記同相高域濾波器とは、それ
   ぞれの低域遮断周波数を設定するパラメータを調整する
   制御入力が供給され、 前記波形合成器は、非線形処理のパラメータを調整する
   制御入力が供給され、 前記振幅調節器は、振幅調節処理のパラメータを調整す
   る制御入力が供給されることを特徴とする波形補正装
   置。