專利名稱：輪廓校正裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖象輪廓校正裝置。
背景技術：
在視覺設備領域，為了改善圖像清晰度，已經使用用于校正視頻信號的輪廓校正電路來增強畫面信號的輪廓。
通常所使用的輪廓校正電路通過將從輸入視頻信號中提取的高頻分量流過高通濾波器，并通過差分處理等，產生輪廓校正信號，并且利用加法器將所提取的輪廓校正信號疊加到延遲的輸入視頻信號上，來產生增強了輪廓清晰度的視頻信號。
然而，由于上述通用的常規輪廓校正方法通過以同樣的方式增強從低亮度至高亮度的整個范圍內的已提供的再現亮度信號(supplied reproductionluminance signal)，因此在某些情況下，低亮度信號的區域中存在的噪聲也會被增強；而在其他情況下，在亮度信號從黑電平到白電平急劇升高的上升沿附近，或亮度信號從白電平到黑電平急劇下降的下降沿附近，發生大幅度極度上沖(overshoot)或下沖(undershoot)，從而不自然地增強了黑和白區域之間的邊界而產生輪廓模糊，或者同時也增強了噪聲，導致圖像質量降低。
為了解決上述問題，在日本專利申請特許公開號平成7第7636號公開了一種方法。
公開在日本專利申請特許公開號平成7第7636號的系統包括校正部件，用于以同樣的方式執行增強亮度信號的所有光度(tone)的電平的輪廓校正；中間光度(halftone)增強部件，用于僅僅增強對應于亮度信號的中問光度的電平；以及乘法部件，用于將已經由該校正部件校正過的、從該校正部件輸出的亮度信號乘以該中間光度增強信號，或者已經關于僅僅對應于中間光度的電平進行增強并從該中間光度增強部件輸出，特征在于僅僅校正具有屬于中間電平(medium level)的信號的亮度信號的輪廓的信號。
由于這種方法僅僅增強了中間光度電平，而沒有增強亮度信號電平低的區域中存在的噪聲，因此可以獲得無明顯噪聲的高質量圖像。此外，由于在亮度信號從黑電平到白電平急劇升高的上升沿附近，或亮度信號從白電平到黑電平急劇下降的下降沿附近，不會獲得電平增強，因此不會發生大幅度極度上沖或下沖。從而不會不自然地增強黑和白區域之間的邊界的輪廓，因此這種方法可以認為是能夠使得這樣的邊界區域明顯清晰的發明。
但是，這種方法使用沿著水平和垂直方向的過濾，因此遇到因為過濾破壞了在斜線等的斜線方向上的層次(gradation)而使得該斜線變成鋸齒狀。
鑒于以上問題，本發明提供一種避免上述問題的輪廓校正裝置。
發明的公開為了解決上述問題，本發明構造如下。
首先，本發明的輪廓校正裝置包括邊緣提取器，用于計算畫面信號中的輪廓的強度；平均亮度計算器，用于計算畫面信號中的指定區域中的平均亮度電平，并從一預定亮度電平計算該平均亮度電平的導數；第一處理器，用于根據平均亮度計算器的輸出控制邊緣提取器的輸出；波形校正器，它將該畫面信號分成多個亮度電平范圍，并控制每個所分類別的范圍的亮度電平特性；第二處理器，用于計算波形校正器的輸出與該畫面信號的偏差；以及第三處理器，用于通過將第一處理器的輸出乘以第二處理器的輸出來產生輪廓校正信號。
輪廓校正裝置可以包括邊緣提取器，用于計算畫面信號中的輪廓的強度；平均亮度計算器，用于計算畫面信號中的指定區域中的平均亮度電平，并從一預定亮度電平計算該平均亮度電平的導數；第一處理器，用于根據平均亮度計算器的輸出控制邊緣提取器的輸出；濾波器，用于從第一處理器的輸出中提取預定頻率范圍內的信號分量；波形校正器，它將該畫面信號分成多個亮度電平范圍，并控制每個所分類別的范圍的亮度電平特性；第二處理器，用于計算波形校正器的輸出與該畫面信號的偏差；以及第三處理器，用于通過將濾波器的輸出乘以第二處理器的輸出來產生輪廓校正信號。
這里，波形校正器最好將該畫面分成高亮度電平、中間亮度(medium-luminance)電平和低亮度電平，并且將中間亮度電平范圍的輸入信號與輸出信號的比設置為大于高亮度電平范圍內和/或低亮度電平范圍內的輸入信號與輸出信號的比。
另外，也可以提供這樣一種配置，它使得波形校正器將該畫面分成高亮度電平、中間亮度電平和低亮度電平，并且高亮度電平范圍內和/或低亮度電平范圍內的輸入信號與輸出信號的比被設置為小于中間亮度電平范圍內的輸入信號與輸出信號的比。
此外，該輸入輸出特性可以具有近似的S形狀。
該濾波器最好是低通濾波器。
附圖簡介
圖1是圖示本發明的輪廓校正裝置的原理的方框圖；圖2是圖示本發明的輪廓校正裝置的詳細方框圖；圖3圖示了關于本發明的輪廓校正裝置的波形校正的輸入/輸出特性；圖4圖示了本發明的輪廓校正裝置的邊緣檢測圖案；圖5圖示了本發明的輪廓校正裝置的第一去核(coring)處理過程的輸入/輸出特性；圖6圖示了在按照本發明的輪廓校正裝置中的平均亮度計算器中的附近像素(surrounding pixel)圖案；以及圖7圖示了本發明的輪廓校正裝置的第二去核處理過程的輸入/輸出特性。
實施本發明的最佳方式現在參考圖1至7介紹本發明的實施例。
圖1是圖示本發明的輪廓校正裝置的原理的方框圖。
在圖1中，1標示校正范圍設置部分，用于確定要進行輪廓校正的區域和范圍。這個校正范圍設置部分1包括邊緣提取器2、用于檢測所標示的區域的平均亮度的平均亮度計算器3和接收邊緣提取器2和平均亮度計算器3的輸出并執行預定操作的第一處理器4。
5所標示的是一個查找表(以下將表示為LUT)，在該表中存儲了轉換特性、各種閾值。圖3、5和7圖示了輸入/輸出特性的實例。參考記號6標示一個波形校正器，它按照LUT5所給定的轉換特性轉換輸入的信號，并輸出所轉換輸入信號，而7標示第二處理器，它根據輸入信號和轉換波形之間的操作提取要校正的分量。
此外，圖9標示了一個低通濾波器(下面將稱為LPF)，10標示一電平調節器，8標示一第三處理器，它提取由校正范圍設置部分1確定的區域中的輪廓校正量，和11標示用于對輸入信號實施輪廓校正的輪廓校正器。
圖2是圖示本發明的輪廓校正裝置的詳細方框圖。
在圖2中，邊緣檢測器2包括用于提取邊緣的目標像素提取部分2a、鄰近像素(adjacent pixel)提取部分2b、用于計算目標像素和每個鄰近像素之間的絕對差的絕對差計算器2c、最大絕對差檢測部分2d和第一去核部分2e。
平均亮度計算器3包括用于計算指定區域的亮度的平均的目標像素提取部分3a、鄰近像素提取部分3b、平均亮度計算部分3c和第二去核部分3d。
此外，第一處理器4包括減法器4a和剪裁部分4b。電平調節器10包括逐級下降(step-down)處理器10a和標準化器10b。
接下來參考圖2介紹該操作。
本發明的主要特征在于波形校正以這樣的方式執行中間亮度范圍中的斜率(slope)對畫面的圖案邊緣設置得較大，而高亮度和低亮度范圍中的斜率設置得較小，因而該邊緣將被描繪得更加鮮明，而平坦區域將作為自然畫面直接再現。為了實現這一點，該方法包括三步第一步，用于提取原始輸入信號與基于存儲在LUT5中的轉換特性均勻地轉換過的信號的偏差；第二步，用于確定校正區域；以及第三步，用于確定校正量并實施輪廓校正。
首先，在第一步，將輸入畫面信號提供給波形校正器6和第二處理器7。在波形校正器6中，基于存儲在LUT5中如圖3所示的轉換特性，或者基于近似的S形狀的轉換特性，校正該輸入畫面信號，其中設置中間亮度的斜率(即，輸入/輸出信號比)等于或大于45度，而高亮度和低亮度的斜率設置得較小。(也可能將高亮度和低亮度的斜率設置得較小，而按照原樣固定中間亮度的斜率。或者，中間亮度的斜率可以變得很陡峭，而高亮度和低亮度范圍的斜率按照原樣設置)。在圖3中，水平和垂直軸代表亮度值(Y信號)，例如，范圍從0至255，在亮度信號具有8位光度時，用于輸入和輸出。
已經通過波形校正器6校正的輸入畫面信號通過第二處理器7進行處理，以便計算該輸入與原始畫面信號之間的差。借助這種操作，可以在第二處理器7中提取該原始畫面信號與校正后的畫面信號的偏差。
接下來，在第二步，檢測邊緣及其邊緣強度。這以下列方式實現。
將畫面信號輸入邊緣檢測器2和平均亮度計算器3。
首先，將畫面信號輸入邊緣檢測器2，在其中用目標像素提取部分2a提取該信號中的目標像素TP。然后用鄰近像素提取部分2b提取關于目標像素PT左右、上下和對角地放置的鄰近像素AP。圖4圖示了目標像素TP和鄰近像素AP之間的關系。在圖4中，空心圓代表目標像素TP，實心圓代表其鄰近像素AP。
接下來，在絕對差計算部分2c，計算所提取的目標像素TP和八個鄰近像素AP中的每個之間的光度電平(tonal level)的絕對差。然后，在最大差檢測器2d中，確定對于光度電平的絕對差的最大值。
此外，在第一去核處理器2e中，通過最大差檢測器2d提取的最大值中的低電平的信號，被認為是由于噪聲而錯誤地檢測到的，并且將其去除以實現去核處理。第一個去核處理的特性應當存儲在LUT5中，并且最好具有例如圖5所示的特征。即，該去核處理最好具有這樣的特性輸出值保持為“0”直到有一預定輸入電平，并隨著輸入值增加從那點增加。
第一去核處理器2e的輸出起代表目標像素的邊緣強度的指標的作用。因此，該值為“0”的區域被認為是平坦區域。
還將畫面信號提供給上述的平均亮度計算器3(圖2)。因為圖3所示的上述轉換特性僅僅對校正中間亮度電平有效，因此如果目標像素TP附近的平均亮度太低或太高，都會有使得該區域變得太黑或太白或者相反地增強的危險。為了避免這種情況發生，預先設置平均亮度的有效范圍，以使得不能進行對其他范圍的校正。在這種情況下，該有效范圍最好近似地與圖3所示的中間亮度范圍一致。
將畫面信號提供給平均亮度計算單元3，在平均亮度計算單元3中，在目標像素提取部分3a中提取目標像素TP，然后利用附近像素提取部分3b提取附近該目標像素TP的附近像素。圖6圖示了目標像素TP和附近像素SP之間的關系。在圖6中，空心圓代表目標像素TP，實心圓代表其附近像素SP。例如，對于中心處的每個目標像素TP，可以選擇附近改目標像素的11×3像素(11個水平像素×3行像素)中的32個附近像素SP。
接下來，在平均亮度計算部分3c中，計算這32個附近像素的亮度值的平均值。
此外，在第二去核處理器3d中，將在平均亮度計算部分3c中計算出來的平均亮度值根據預定的轉換特性進行轉換。預定的轉換特性存儲在LUT5中。例如，該去核處理最好具有圖7所示的特性在跨越一確定的有效輸入范圍中該輸出一直保持為“0”，并且隨著輸入電平遠離該指定的范圍而逐漸增加。
第二去核處理的上述特性代表根據平均亮度所確定的校正有效范圍的偏離度。
接下來，將按照這種方式在邊緣檢測器2中確定的邊緣強度值以及通過平均亮度計算部分3確定的、與有效范圍的平均亮度的偏離度輸入到第一計算部分4(圖2)。
在該第一計算部分4中，在減法器4a中執行邊緣強度值和與有效范圍的平均亮度的偏離度的相減，然后該數據在剪裁部分4b中接受剪裁處理，其中該數據基于一固定值進行調整。例如，在圖5所示的情況下，當輸入范圍是從0至16時，輸出(邊緣指標)被設置成零。
按照這種方式，通過提供關于確定的閾值(例如，與圖形的水平軸的交叉點)逐漸變化的中間范圍(圖5和7的傾斜部分)，能夠獲得穩定的、甚至包括穿過該閾值延伸的視頻圖像。即，如果輸入值超過該閾值，則輸出值將不會突然過渡到最大值，而會逐漸增加。因此，可以防止波動。
最后，在第三步，確定校正量并實施校正。
將剪裁部分4b的輸出提供給LPF9(圖2)。這將邊緣和平坦區域之間的邊界層次。具體地說，由于在校正范圍設置部分計算到的值是對每個像素進行計算的，左右兩個相鄰像素之一可能具有最大電平(例如，16)，并且另一個可能具有最小電平(0)。在這種情況下，該相鄰像素的前一個像素進行最大校正，而后者不進行校正。因此，會在圖像的被校正和不被校正的區域之間的邊界上出現尖銳的變化，不能產生自然圖像。為了避免面這一點，將來自校正范圍設置部分的數據通過LPF，以使得它能夠將該區域層次，其中左右像素之間存在一臺階(step)。例如，具有數據“0、0、0、16、16、16”的六個像素序列可以層次成數據“0、0、4、12、16、16”，以便降低尖銳的變化程度。總之，LPF會將水平方向上的數據磨光。
將已經通過LPF9的信號作為代表校正效率的數據提供給電平調整器10(圖2)。
提供給電平調整器10的信號由逐級下降處理器10a均勻地逐級下降，然后將該輸入信號由標準化器10b標準化為0至1。
第三處理器8將在步驟1中確定的偏差與電平調整器10的標準化的輸出相乘。
在輪廓校正器11，將校正分量，即第三處理器8的輸出添加到輸入畫面信號，從而獲得輪廓以校正輸出信號。
如以前所述，由于根據本發明的基于波形校正的輪廓增強是利用從亮度的絕對電平計算出來的增強分量，而不是用水平和垂直方向上的亮度偏差獲得的增強分量來實現的，因此可以再現很穩定連貫的視頻圖像，而不會使斜線的層次等出現紊亂。
能夠通過將校正過的邊緣和未校正過的邊緣之間的邊界層次來磨光邊緣附近的圖案。
此外，雖然在上述實施例的介紹中，假設轉換特性和去核特性是固定的，但該轉換特性和該去核特性的有效范圍可以動態地按照整幀圖像的亮度分布改變。
這里順便補充一句，上述模塊和本發明的處理流程明顯地可以由軟件配置來實現，而不用硬件配置。
另外，對于RGB輸入，同樣的處理可以影響由適當的矩陣處理產生的亮度信號。
根據本發明，由于具有諸如近似的S特性之類的、中間亮度范圍的校正斜率被設置成大于高亮度和/或低亮度范圍的校正斜率的校正特性的波形校正裝置，被用于實現波形校正，因此可以將只有輕微上升的數據變換成急劇上升的數據，而不會引起上沖或下沖。因此，可以改善外觀對比，并只對邊緣實施校正，因而該邊緣可以用更高明亮度(vividness)描繪，同時直接再現平坦區域，以便以其保持的層次表示產生自然畫面。
由于基于每個像素的亮度由偏差提取裝置提取的偏差，不同于通過通用的高通濾波器提取的偏差分量，因此這種配置具有較強的抗噪聲性能，并且使得它可以再現甚至斜線，而不會降低它們的層次。
此外，由于一預定區域中的亮度值平均還用作確定是否進行校正的條件，因此可以抑制變得太黑或太白的特殊區域的退化。
為了使得邊緣強度值和/或從第一處理器的輸出值通過其中而利用低通濾波器，使得它可以層次圖像中的邊緣和平坦區域之間的邊界，因此可以獲得具有可以接受的輪廓再現的圖像。
此外，由于邊緣檢測裝置的邊緣檢測基于與附近像素的絕對差中的最大值實現的，因此這也可以方便地進行斜邊緣檢測，從而可以對斜線等的輪廓進行恰當的校正。
工業應用性如上所述，根據本發明的輪廓校正設備適用于通過改善拾取的視頻信號的外觀對比，來再現顯示器上的自然畫面的普通視覺設備，同時增強圖案邊緣的清晰度。
權利要求
1.一種輪廓校正裝置，包括邊緣提取器，用于計算畫面信號中的輪廓的強度；平均亮度計算器，用于計算畫面信號中的指定區域中的平均亮度電平，并從一預定亮度電平計算該平均亮度電平的導數；第一處理器，用于根據平均亮度計算器的輸出控制邊緣提取器的輸出；波形校正器，它將該畫面信號分成多個亮度電平范圍，并控制每個所分類別的范圍的亮度電平特性；第二處理器，用于計算波形校正器的輸出與該畫面信號的偏差；以及第三處理器，用于通過將第一處理器的輸出乘以第二處理器的輸出來產生輪廓校正信號。
2.一種輪廓校正裝置，包括邊緣提取器，用于計算畫面信號中的輪廓的強度；平均亮度計算器，用于計算畫面信號中的指定區域中的平均亮度電平，并從一預定亮度電平計算該平均亮度電平的導數；第一處理器，用于根據平均亮度計算器的輸出控制邊緣提取器的輸出；濾波器，用于從第一處理器的輸出中提取預定頻率范圍內的信號分量；波形校正器，它將該畫面信號分成多個亮度電平范圍，并控制每個所分類別的范圍的亮度電平特性；第二處理器，用于計算波形校正器的輸出與該畫面信號的偏差；以及第三處理器，用于通過將濾波器的輸出乘以第二處理器的輸出來產生輪廓校正信號。
3.根據權利要求1或2的輪廓校正裝置，其中波形校正器將畫面信號分成高亮度電平、中間亮度電平和低亮度電平范圍，并且將中間亮度電平范圍中的輸入信號與輸出信號的比設置成大于高亮度電平或低亮度電平范圍中的輸入信號與輸出信號的比。
4.根據權利要求1或2的輪廓校正裝置，其中波形校正器將畫面信號分成高亮度電平、中間亮度電平和低亮度電平范圍，并且將中間亮度電平范圍中的輸入信號與輸出信號的比設置成大于高亮度電平或低亮度電平范圍中的輸入信號與輸出信號的比。
5.根據權利要求1或2的輪廓校正裝置，其中波形校正器將畫面信號分成高亮度電平、中間亮度電平和低亮度電平范圍，并且將高亮度電平或低亮度電平范圍中的輸入信號與輸出信號的比設置成小于中間亮度電平范圍中的輸入信號與輸出信號的比。
6.根據權利要求1或2的輪廓校正裝置，其中波形校正器將畫面信號分成高亮度電平、中間亮度電平和低亮度電平范圍，并且將高亮度電平或低亮度電平范圍中的輸入信號與輸出信號的比設置成小于中間亮度電平范圍中的輸入信號與輸出信號的比。
7.根據權利要求1或2的輪廓校正裝置，其中波形校正器具有近似S形狀的輸入和輸出特性。
8.根據權利要求2至5之一的輪廓校正裝置，其中濾波器是低通濾波器。
全文摘要
在水平或垂直方向實施的輸入信號的過濾可能擾亂斜線方向上的層次,使得斜線變成鋸齒狀。為了對付這種情況,提供下列部件來處理輸入的信號:波形校正裝置(6),它具有關于中間亮度電平范圍內的校正的斜率大于高亮度電平范圍內或低亮度電平范圍內的校正的斜率的校正特性;處理裝置(7),用于提取由波形校正器處理過的輸入信號的偏差;畫面邊緣強度檢測裝置(1);以及處理裝置(8),用于基于該輸入信號的偏差和畫面邊緣強度執行操作。
文檔編號H04N5/262GK1390419SQ00815548
公開日2003年1月8日 申請日期2000年11月29日 優先權日1999年11月30日
發明者濱田昭一, 石持春樹 申請人:夏普公司