画像表示装置及び画像表示方法

【課題】テレビやカメラ等のデジタル画像に対して、画像のカラーエッジを維持しながら無彩色における黒幅を自由に制御し、ＣＲＴテレビの速度変調効果を実現する画像表示装置及び画像表示方法を提供することを目的とする。
【解決手段】入力されたデジタル画像に対し、画像のエッジにおける黒幅を補正して速度変調効果を実現し、画像を表示する装置で、画像のエッジにおける黒幅の補正は、彩度の強度に応じて速度変調の効果を適応に調整し、カラーエッジの場合は黒幅の補正を抑制し、無彩色エッジの場合は黒幅の補正を抑制しないことで上記課題を解決する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置及び画像表示方法に関し、特に、テレビやカメラ等のデジタル画像に対して、画像のカラーエッジを維持しながら無彩色エッジにおける黒幅を自由に制御し、ＣＲＴテレビの速度変調効果を実現する画像表示装置及び画像表示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アナログのＣＲＴテレビにおいて、スキャン速度の制御により画像エッジの特性を改善する方法がある。エッジエリアにおいてその黒側にスキャン速度を速くすることで、エッジの黒幅を太くすることができる。例えば、図１０のような黒から白へ変化するエッジに対して点Ａまでは定速でスキャンし、ＡとＢの間で定速より速い速度でスキャンし、点Ｂを過ぎる時点で再び定速に戻ることで、エッジの黒幅を太くすることができる。曲線ｉ０は速度変調なしの画像エッジで、曲線ｉ１は速度変調より得た画像エッジである。この方法は特許文献１と特許文献２に提案されている。
【０００３】
また、特許文献１と特許文献２の提案方法は、図１１に示す効果を得ることができる。しかし、ＯｖｅｒｓｈｏｏｔとＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔが付くことがよく分かる。図１１の曲線ｉ０は速度変調無しの画像エッジである。曲線ｉ２は図１０の曲線ｉ１と同じ速度変調で得た効果であるが、点Ａは真っ黒ではない。この時、速いスキャン速度で電子銃はＣＲＴに十分な電子与えないので、Ａ点の右側にＡ点より暗くなり、Ｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔが生じた。
【０００４】
図１１の曲線ｉ３は、点Ａと点Ｂの間においてもスキャン速度を変えることによって、実現できる。点Ａと点Ｂの間に点Ｃがある。点Ａと点Ｃの間で定速より速いスキャン速度で、点Ｃと点Ｂの間で遅いスキャン速度でスキャンする。得られた曲線ｉ３に点Ａと点Ｃの間に曲線ｉ２と同じようにＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔが生じている。また、曲線ｉ３の点Ｃと点Ｂの間でスキャン速度は遅いため、電子銃から出された電子が多くなる。これで、点Ｃと点Ｂの間に輝度が明るくなり、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔが生じている。
【０００５】
また、液晶のようなマトリックスパネルに対しては、同出願人が出願した、特許文献３において、デジタル画像に対する速度変調効果を実現する画像表示装置及び画像表示方法が提案されている。そのブロック図は図８に示す。
【特許文献１】米国特許第３９８０８１９号明細書
【特許文献２】米国特許第５５８７７４５号明細書
【特許文献３】特願２００５−２９７７６９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３に記載の方法では、図８のように色差Ｃｂ／Ｃｒとは独立して輝度信号のみに処理を施す。この場合、色の付いたエッジには不自然な効果が生じる。例えば、赤色は輝度値が小さいので、赤色と白色との境目において、輝度値が赤色側では小さく、白側では大きいため、輝度の変化は図９の曲線ｉ１０で示す。このようなエッジに速度変調処理をすると、曲線ｉ１１の効果が得られる。曲線ｉ１１は赤と白との境目に不自然な暗いエッジが見える。色のあるエッジには効果は曲線ｉ１１でなく、曲線ｉ１２のような形が望まれる。
【０００７】
本発明は、テレビやカメラ等のデジタル画像に対して、画像のカラーエッジを維持しながら無彩色エッジにおける黒幅を自由に制御し、ＣＲＴテレビの速度変調効果を実現する装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の画像表示装置は、入力されたデジタル画像に対し、画像のエッジにおける黒幅を補正して速度変調効果を実現し、画像を表示する装置であって、画像のエッジにおける黒幅の補正は、彩度の強度に応じて速度変調の効果を適応に調整し、カラーエッジの場合は黒幅の補正を抑制し、無彩色エッジの場合は黒幅の補正を抑制しないことを特徴とする。さらに、本発明の画像表示装置は、画像のエッジにおける黒幅の補正の抑制は、色差から彩度を計算し、彩度の値が大きい程、値が小さくなるように設定した抑制係数により行い、無彩色エッジの場合には、抑制係数を１に設定し、黒幅の補正の抑制は行わず、フル補正をし、あらかじめ定めた閾値より大きい彩度の値を持つエッジの場合には、抑制係数を０に設定し、黒幅の補正をすべて抑制し、黒幅の補正はしないことを特徴とする。さらに、本発明の画像表示装置は、彩度の計算は、一定のエリア内で行うことを特徴とする。さらに、本発明の画像表示装置は、タップ数の少ないバンドパスフィルタとローパスフィルタの２種類のフィルタを有し、該フィルタの組み合わせで画像エッジの補正を行うことを特徴とする。さらに、本発明の画像表示装置は、水平と垂直の両方向で画像エッジの補正を行うことを特徴とする。さらに、本発明の画像表示装置は、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ制御付きの画像エッジの補正を行うことを特徴とする。さらに、本発明の画像表示装置は、コアリング処理を行った画像エッジの補正を行ってノイズ防止することを特徴とする。さらに、本発明の画像表示装置は、ゲインが正負設定可能であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の画像表示方法は、入力されたデジタル画像に対し、画像のエッジにおける黒幅を補正して速度変調効果を実現し、画像を表示する方法であって、画像のエッジにおける黒幅の補正は、彩度の強度に応じて速度変調の効果を適応に調整し、カラーエッジの場合は黒幅の補正を抑制し、無彩色エッジの場合は黒幅の補正を抑制しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、テレビやカメラ等のデジタル画像に対して、画像のカラーエッジを維持しながら無彩色エッジにおける黒幅を自由に制御し、ＣＲＴテレビの速度変調効果を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明の内容を実施するシステム構成である。速度変調補正の際に色差信号を考慮することで、色のあるエッジに補正を抑制する。色差Ｃｂ／Ｃｒから彩度信号を計算し、計算した彩度信号の強度に応じてその抑制係数を生成する。抑制係数は彩度の強度に反比例する。無彩色エッジに係数を１に設定し、フル補正を行う。ある閾値より大きい彩度を持つエッジに係数を０に設定して、補正無しにする。
【００１３】
彩度計算は計算エリアを３×３と仮定して図２で説明する。Ｐｉｊは各画素の位置を示す。現在の画像位置は図２のＰ２２である。各画素の彩度は次式で計算する。
【数１】

彩度計算部は各画素の彩度を平均して出力する（次式参照）。
【数２】

抑制係数生成部は次式から抑制係数を算出する。
【数３】

ここでは、Ｓ０は予め設定した彩度の閾値である。画像データが８ビットの場合に、色差信号Ｃｂ／Ｃｒの範囲は［−１２８，１２７］で、彩度Ｓの範囲は［０，１２７］となる。例えば、閾値Ｓ０＝３２に設定すると、彩度Ｓ≧３２であれば、Ｋｓ＝０となり、補正はしなくなる。無彩色Ｓ＝０に近づくに連れて係数Ｋｓが大きくなり、速度変調補正が強く行われる。
【００１４】
上記のように、彩度計算は現在のピクセルだけでなく、あるエリア内で行うことで、自然な抑制効果を引き出すことができる。
【００１５】
図１に示すように、速度変調は水平と垂直の両方向において行う。図１でＢＰＦは、バンドパスフィルタであり、ＬＰＦは、ローパスフィルタである。画像エッジの抽出は１つのフィルタでなく、２つのフィルタを組み合わせて実現する。画像エッジは直流以外の高周波数成分からなる。図３にデジタルＦＩＲフィルタの周波数特性を示す。曲線ｆ０はバンドパスフィルタの周波数特性である。曲線ｆ０のような特性は短いタップ数のフィルタで実現できる。しかし、曲線ｆ０に正規化周波数１．０まで非常に高い周波数成分が含まれており、これは主にノイズ成分である。このノイズ成分を除去するために、もう１つローパスフィルタを使う。このローパスフィルタの周波数特性は曲線ｆ１である。曲線ｆ１のようなローパスフィルタも短いタップ数で実現することができる。曲線ｆ０と曲線ｆ１を足し合わせると、曲線ｆ２が得られる。曲線ｆ２の周波数特性を使えば、ノイズを除去したエッジ情報を検出することができる。注意すべき点は曲線ｆ２の特性は１つのフィルタで直接に実現するには長いタップ数が必要である。
【００１６】
図３の縦座標はｌｏｇ目盛りで単位はｄＢである。曲線ｆ２は曲線ｆ０と曲線ｆ１の加算結果である。目盛りのｌｏｇを無くすと、曲線ｆ２は曲線ｆ０と曲線ｆ１の乗算結果になる。
【００１７】
図４に曲線ｃ０は原画像の輝度データ値を示す。曲線ｄ０はバンドパスフィルタのフィルタリング結果で、曲線ｄ１はローパスフィルタの出力結果である。曲線ｄ２は曲線ｄ０と曲線ｄ１の乗算結果（ｄ２＝ｄ０×ｄ１）である。曲線ｄ２は検出したエッジの情報で、速度変調効果を実現するための補正信号でもある。
【００１８】
図５は図４の補正信号ｄ２を使って速度変調効果を実現する方法を示す。曲線ｃ０は原画像の輝度データ値で、曲線ｃ１＋，曲線ｃ２＋と曲線ｃ１−，曲線ｃ２−は実現した速度変調の効果である。
ｃ＝ｃ０＋ｋ×ｄ２×Ｋｓ
ここで、ｋ＜０の時に曲線ｃ１−，曲線ｃ２−が得られる。ｋ＞０の時に曲線ｃ１＋，曲線ｃ２＋が得られる。曲線ｃ１−，曲線ｃ２−はエッジ黒幅が太くなる場合で、曲線ｃ１＋，曲線ｃ２＋はエッジの黒幅は狭くなる場合である。そして、曲線ｃ１−，曲線ｃ１＋は無彩色（Ｋｓ＝１）の補正結果で、曲線ｃ２−，曲線ｃ２＋はカラーエッジ（Ｋｓ＜１）の補正結果である。
【００１９】
また、図６の方法でＯｖｅｒｓｈｏｏｔとＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔを無くす。曲線ｃ０は原画像の輝度データ値で、破線の曲線ｃ１は得られた速度変調の効果である。ｍａｘ／ｍｉｎは現在画素の近傍から求められた輝度信号の最大値と最小値である。このｍａｘ／ｍｉｎを持って、曲線ｃ１をクリップ処理すれば、画像データのＯｖｅｒｓｈｏｏｔとＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔがなくなる。クリップの結果として、曲線ｃ１のＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔ部分はｍｉｎに対応する水平直線になり、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ部分はｍａｘに対応する水平直線になる。
【００２０】
ｍａｘ／ｍｉｎは、垂直方向または水平方向だけの場合は現在画素の上下または左右にあるｎ個画素の中（自分を含む）から求められる。ｎは奇数である。垂直方向と水平方向の２次元の場合は、自分を含む左右と上下の十字上の画素から求められる。また、入力画素位置と出力画素位置を合わせるために、ここでデジタルフィルタは奇数タップとする。例えば、５タップや１５タップのＦＩＲフィルタ。
【００２１】
１例としてデジタルフィルタ（５タップ）の係数を以下に示す。
バンドパスフィルタＢＰＦ：｛０．０７，−０．９９，０．００，−０．９９，０．０７｝。
ローパスフィルタＬＰＦ：｛０．０３，０．３１，０．３２，０．３１，０．０３｝。
【００２２】
コアリング処理はノイズ防止のためで、原理は図７に示す。入力値は閾値ｔより小さいとき、出力をゼロにする。入力値は閾値ｔより大きいとき、入力をそのまま出力する。
【００２３】
水平ゲイン／垂直ゲインは速度変調効果の強度を制御する。ゲインは正負両方の値を設定することが可能である。負の時に、エッジの黒幅は太くなる。正の時はエッジの黒幅は狭くなる。
【００２４】
水平と垂直の補正信号を輝度Ｙに足し合わせ、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ制御ブロックに送る。Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ制御ブロックは輝度信号Ｙからｍａｘ／ｍｉｎを求めて補正後の輝度信号をクリップして出力する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】速度変調処理回路図。
【図２】彩度計算エリア。
【図３】速度変調フィルタの周波数特性。
【図４】フィルタの出力。
【図５】エッジの補正結果。
【図６】Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔのクリッピング処理。
【図７】コアリング処理。
【図８】速度変調処理ブロック図（例３）。
【図９】速度変調原理（例３）。
【図１０】速度変調原理（例１）。
【図１１】速度変調原理（例２）。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたデジタル画像に対し、画像のエッジにおける黒幅を補正して速度変調効果を実現し、画像を表示する装置であって、
画像のエッジにおける黒幅の補正は、彩度の強度に応じて速度変調の効果を適応に調整し、カラーエッジの場合は黒幅の補正を抑制し、無彩色エッジの場合は黒幅の補正を抑制しないことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置において、画像のエッジにおける黒幅の補正の抑制は、色差から彩度を計算し、彩度の値が大きい程、値が小さくなるように設定した抑制係数により行い、無彩色エッジの場合には、抑制係数を１に設定し、黒幅の補正の抑制は行わず、フル補正をし、あらかじめ定めた閾値より大きい彩度の値を持つエッジの場合には、抑制係数を０に設定し、黒幅の補正をすべて抑制し、黒幅の補正はしないことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置において、彩度の計算は、一定のエリア内で行うことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の画像表示装置において、タップ数の少ないバンドパスフィルタとローパスフィルタの２種類のフィルタを有し、該フィルタの組み合わせで画像エッジの補正を行うことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像表示装置において、水平と垂直の両方向で画像エッジの補正を行うことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の画像表示装置において、Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ制御付きの画像エッジの補正を行うことを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の画像表示装置において、コアリング処理を行った画像エッジの補正を行ってノイズ防止することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像表示装置において、ゲインが正負設定可能であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
入力されたデジタル画像に対し、画像のエッジにおける黒幅を補正して速度変調効果を実現し、画像を表示する方法であって、
画像のエッジにおける黒幅の補正は、彩度の強度に応じて速度変調の効果を適応に調整し、カラーエッジの場合は黒幅の補正を抑制し、無彩色エッジの場合は黒幅の補正を抑制しないことを特徴とする画像表示方法。

【図１】