JPH0774986A - 波形補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種映像機器に好適な波形補正装置に関し、
十分な輪郭補正と、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。 【構成】 擬似輪郭発生の原因となるのは所定の振幅値
以下の信号Ｓｃであり、その所定の振幅値はエッジ強調
度を強めることによって大きくなる。そこで、振幅調節
器１−３によって、所定の振幅値以下の信号Ｓｃの振幅
値を抑圧する。さらに、エッジ強調度に応じて、信号Ｓ
ｃの振幅の抑圧開始の値を、制御信号（γ）を振幅調節
器１−３に供給して調整する。こうして得られた信号Ｓ
ｃ’を用いてエッジ強調成分Ｓｇを生成し、入力信号に
加算する。

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（ＶＴＲ）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、鑑賞者に違和感を与えることなく自然な形
で、さらには擬似輪郭の発生を防止して再生画像の鮮鋭
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行う
こと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、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でき、
自然な形で再生画像の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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記出願によ
る方法を実際に回路を組んで実現すると、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。

【０００５】このように、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を防止する
ことはできなかった。

【０００６】本発明は、擬似輪郭の発生を抑圧して輪郭
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を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【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、入力信号である第１の信号が供給
されて、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３の信号が供給され、その信号の所定
値以下の振幅値を抑圧して第４の信号を出力する振幅調
節器と、前記第２及び第４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４の信号の波形エ
ッジを急峻化した第５の信号を出力する波形合成器と、
前記第４及び第５の信号が供給され、その２つの信号を
減算して、波形エッジ強調成分となる第６の信号を出力
する減算器と、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
算器とにより構成し、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、前記所定値を決定するパ
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。

【０００８】

【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）
との大きな相違点は、振幅調節器１−３を設けた点であ
る。

【０００９】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は振幅調節器、１−４
は波形合成器、１−５は減算器、１−６は加算器であ
る。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。

【００１０】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、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、以下での処理により周波数帯域４
ＭＨｚ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。

【００１１】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成分を有する立ち下がりエ
ッジ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〜Ｓｈを図
２（ｂ）〜（ｊ）に示す。

【００１２】入力信号Ｓａは、最初に直交高域濾波器１
−１に供給される。この直交高域濾波器の周波数特性は
虚数部が次式で表され、

【００１３】

【数１】

【００１４】実数部が０であるような微分性の特性であ
る。数１のパラメータの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
して入力される値で、０〜１の範囲の値である。

【００１５】図３（ａ）はβが０．２５のときの直交高
域濾波器の周波数特性（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。

【００１６】図１にもどって、入力信号Ｓａは、同相高
域濾波器１−２にも供給される。同相高域濾波器の周波
数特性は、実数部が次式で表され、

【００１７】

【数２】

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】本実施例では、図１に示すように、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
強調の度合いを調節でき、本実施例は、鑑賞者の好みに
応じたエッジ強調処理を行える。

【００２２】同相高域濾波器１−２より出力された信号
Ｓｃは、振幅調節器１−３に入力される。この振幅調節
器１−３が、従来、問題となっていた擬似輪郭の発生に
よる弊害をなくし、自然な再生画像を得るためのもので
ある。

【００２３】従来は、物体の輪郭でない部分であって擬
似輪郭が発生してしまう部分の信号変化の特徴と、物体
の輪郭部分の信号変化の特徴との区別がつかなかった。
そこで、本発明者は２つの信号変化部分を区別する方法
を鋭意研究した結果、物体の輪郭でない部分であって擬
似輪郭となる信号変化部は、信号Ｓｃの振幅が所定値よ
り小さいという関係を見出した。よって、本実施例で
は、振幅調節器１−３により、振幅が所定値以下の信号
Ｓｃの振幅を抑圧して、擬似輪郭となる信号変化部のエ
ッジ強調の度合いを抑え、擬似輪郭の発生を抑圧するこ
とにした。

【００２４】また、本発明者は、エッジ強調度（前記パ
ラメータβ、後述するパラメータαにより調節できる）
を強めることによって、擬似輪郭の発生する信号Ｓｃの
所定振幅値が大きくなる（擬似輪郭発生の範囲が広が
る）ことを見出した。そこで、信号Ｓｃの振幅の抑圧開
始の所定値（パラメータγに相当）を調整する制御信号
（γ）を振幅調節器１−３に入力して、この範囲の広が
りに応じた、最適な振幅調節ができるようにした。これ
によって、エッジ強調の度合いに応じた信号Ｓｃの振幅
調節が可能となり、本波形補正装置は、エッジ強調の度
合いを強めても、擬似輪郭の発生を効果的に防ぐことが
でき、より自然な再生画像を提供できる。

【００２５】振幅調節器１−３の出力信号としては、振
幅調節された信号Ｓｃ’が出力される。この振幅調節の
具体的方法を次式に示す。

【００２６】

【数３】

【００２７】数３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。図６（ａ）では、入力信号Ｓｃの振幅値が小さいと
きには出力信号Ｓｃ’がゼロとなるような振幅調節特性
であるが、この特性は、信号ＳｃがＳｃ＝−γ、あるい
はＳｃ＝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Ｓｃの振幅値の小さいときに、０でない傾き
１／４を持たせた方法では、強調効果が比較的緩やかに
変化して、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Ｓｃを振幅調節
して得られた信号Ｓｃ’の波形を、図２（ｄ）に示す。

【００２８】なお、振幅調節器１−３の振幅抑圧の増幅
率ｋを外部から制御信号により調節できるようにしても
よい。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、振幅調節器１−３より出力された信
号Ｓｃ’とは、波形合成器１−４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θ
i が新たに作り出される。次式が、その関係式である。

【００２９】

【数４】

【数５】

【００３０】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１−４には、非線形位相変換処理のパラ
メータαを指定する制御入力信号（α）で入力される。
図２（ｆ）、（ｇ）が信号θi 及び、信号θo の波形図
である。信号θo は、次式で表される、図４（ｃ）の方
法で変換している。

【００３１】

【数６】

【００３２】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１−４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。

【００３３】

【数７】

【００３４】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（ｈ）に
示す。図２（ｈ）のように信号Ｓｅは、信号Ｓｃ’の波
形変化部が急峻化された波形である。

【００３５】波形合成器１−４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’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、直交成分と、同相
成分の寄与分を求め出力する。

【００３６】

【数８】

【数９】

【００３７】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。図５に示した
具体例で、信号Ｓｄを、数４からではなく、数８と数９
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１−４を構成した場合、市販のＲＯＭを使うことに
より加算の方法で精度良く信号Ｓｄが求められるからで
ある。

【００３８】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、この信号θ
o と、もう一つの入力信号である信号Ｓｄから、数７に
従って信号Ｓｅが演算されて出力される。ブロック５−
５によりパラメータ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
調の度合いを調節できる。

【００３９】図１にもどって、波形合成器１−４より出
力された信号Ｓｅは、減算器１−５に入力される。ここ
では、次式の数１０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。
図２（ｉ）に信号Ｓｇの波形図を示す。

【００４０】

【数１０】

【００４１】次段の加算器１−６は信号Ｓａと信号Ｓｇ
とを加算し、信号Ｓｈを出力する。信号Ｓｈは本実施例
装置の最終的な出力であり、次式で表される。

【００４２】

【数１１】

【００４３】図２（ｊ）がこの信号Ｓｈ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Ｓｈは、波形の変化部が急峻化されている。ここ
で、図１の振幅調節器１−３で、図６（ａ）、（ｂ）に
示す２通りの方法（増幅率ｋ＝０と１／４との場合）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Ｓｈの違いを図７、図８を用いて説明
する。

【００４４】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、実際の画像上では、例えば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である。

【００４５】図７（ｂ）は、直交高域濾波器１−１の出
力信号Ｓｂ、図７（ｃ）は、同相高域濾波器１−２の出
力信号Ｓｃである。前にも説明したが、信号Ｓａが物体
のエッジではない部分の時の信号Ｓｃの振幅値は小さい
ので、図７（ｃ）のように、信号Ｓｃの振幅よりも大き
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。

【００４６】図７（ｄ）〜（ｆ）は、信号Ｓｃを振幅調
節しない場合の各処理部の出力信号の波形である。最終
出力である信号Ｓｈの波形（図７（ｆ））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
でないエッジ強調成分Ｓｇが信号Ｓａに付加された結
果、信号Ｓｈに新たにエッジが生じている。つまり、こ
れが擬似輪郭の原因であり、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。

【００４７】図８（ｇ）は、図７（ｃ）に示す信号Ｓｃ
を図６（ａ）の方法で振幅調節した結果の信号Ｓｃ’で
ある。図に示す状態においては、信号Ｓｃの振幅の大き
さが、全てパラメータγよりも小さいので、信号Ｓｃ’
の振幅は、全て０に調節される。

【００４８】ここで、信号Ｓｃ’が０であるとき、エッ
ジ強調成分Ｓｇも０になることを説明する。まず、信号
Ｓｃ’、信号Ｓｂ共に０であるときは、数４より信号Ｓ
ｄも０となり、数７より信号Ｓｅが０となる。信号Ｓ
ｅ、信号Ｓｃ’共に０であるので、数１０より、信号Ｓ
ｇは０となる。次に、信号Ｓｃ’が０であり、信号Ｓｂ
が０でないときは、数５よりθi がπ／２となり、数６
よりθo もπ／２となる。θo がπ／２となると、ｃｏ
ｓ（θo ）の値が０となるので、数７より、信号Ｓｅが
０となる。信号Ｓｅ、信号Ｓｃ’共に０であるので、数
１０より、信号Ｓｇが０となる。

【００４９】このように、信号Ｓｃ’が０のときエッジ
強調成分Ｓｇも０となるので、信号Ｓｃ’が図８（ｇ）
の場合、エッジ強調成分Ｓｇは図８（ｉ）のように０に
なる。よって、最終出力信号Ｓｈは図８（ｊ）のよう
に、信号Ｓａがそのまま出力される。

【００５０】図８（ｋ）は、図７（ｃ）に示す信号Ｓｃ
を図６（ｂ）の方法で振幅調節した結果の信号Ｓｃ’で
あり、信号Ｓｃの振幅が１／４に抑圧されている。信号
Ｓｃ’が完全に０になっていないので、エッジ強調成分
Ｓｇも、図８（ｍ）のように０にならない。よって、信
号Ｓａは図８（ｎ）のようにエッジ強調されることにな
る。しかし、信号Ｓｃの振幅を１／４に抑圧しているた
め、微弱なエッジ強調となっており、十分に擬似輪郭の
発生を抑えることができる。

【００５１】以上、図７、図８に示すように、入力信号
Ｓａが緩やかな立ち上がりの信号の場合、信号Ｓｃに対
して振幅調節を行わないと、図７（ｆ）に示すように出
力信号Ｓｈは擬似輪郭となるが、図（６）（ａ）、
（ｂ）に示す方法を用いて適正なパラメータγにより振
幅調節を行えば、図８（ｊ）、（ｎ）に示すように出力
信号Ｓｈに擬似輪郭が発生しないことがわかる。

【００５２】次に、画像のエッジ部分の信号にこのよう
な振幅調節を行ったとき、出力信号Ｓｈに現れる影響を
図９、図１０を用いて説明する。図９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。図９（ｂ）は、直交高域濾波器
１−１の出力信号Ｓｂ、図９（ｃ）は、同相高域濾波器
１−２の出力信号Ｓｃである。

【００５３】図９（ｆ）は、信号Ｓｃに対して振幅調節
を行わない場合の出力信号Ｓｈであり、滑らかであり的
確にエッジ強調された出力信号が得られている。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。

【００５４】図１０（ｇ）は、図９（ｃ）に示す信号Ｓ
ｃに、図６（ａ）の方法（増幅率ｋ＝０）で振幅調節を
行った信号Ｓｃ’を示すもので、この場合の出力信号Ｓ
ｈは図１０（ｊ）である。先の振幅調節の説明のところ
で述べた通り、図６（ａ）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いが大きく違うため、図
１０（ｊ）に示す信号Ｓｈのように、多少滑らかでない
出力波形となり、擬似輪郭防止を重視する場合には有効
であるが、不自然なエッジ強調となる場合も希にある。
（この不自然さは、擬似輪郭が発生することによる不自
然さに比べれば十分に小さい。）

【００５５】図１０（ｋ）は、図９（ｃ）に示す信号Ｓ
ｃに、図６（ｂ）の方法で振幅調節を行った信号Ｓｃ’
を示すもので、この場合の出力信号Ｓｈは図１０（ｎ）
である。図６（ｂ）の方法のように、０でない増幅率ｋ
を与えて振幅調節を行った場合には、前述のように僅か
に擬似輪郭が発生することもあるが、擬似輪郭を従来よ
りは大幅に抑圧して、かつ図６（ａ）の方法と比べより
滑らかなエッジ強調ができる。

【００５６】なお、画像を変化させる特殊効果として擬
似輪郭を積極的に利用する場合には、擬似輪郭がより多
く発生するように振幅調節器１−３を調整することも考
えられる。

【００５７】

【発明の効果】以上の通り、本発明の波形補正装置は、
同相高域濾波器１−２の出力信号Ｓｃの振幅を制御する
ことにより、擬似輪郭の発生を十分に抑圧して的確な輪
郭補正が行えると共に、エッジ強調の度合いに応じて信
号Ｓｃの振幅調節ができるので、十分な輪郭補正と、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】本発明の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】実施例の動作説明図である。

【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。

【図９】実施例の動作説明図である。

【図１０】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 振幅調節器 １−４ 波形合成器 １−５ 減算器 １−６ 加算器

【数１２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号である第１の信号が供給されて、
   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３の信号が供給され、その信号の所定値以下の振
   幅値を抑圧して第４の信号を出力する振幅調節器と、 前記第２及び第４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４の信号の波形エッジを急
   峻化した第５の信号を出力する波形合成器と、 前記第４及び第５の信号が供給され、その２つの信号を
   減算して、波形エッジ強調成分となる第６の信号を出力
   する減算器と、 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、前記所定値を決定するパラメータを
   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。