圖像處理設備、顯示設備、圖像處理方法以及程序的製作方法

2023-05-22 01:15:56

專利名稱：圖像處理設備、顯示設備、圖像處理方法以及程序的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像處理設備、顯示設備、圖像處理方法以及用 於對圖像信號執行灰度擴展處理。
背景技術：
近年來，對於用於向用戶提供圖像均勻性更好且更逼真的視頻圖 像的薄顯示器所代表的顯示設備而言，已努力提高解析度並且釆用更 多灰度。提供給顯示設備的圖像信號本質上已變為數字。通常，向包
括有R (紅色)、G (綠色)以及B (藍色)的顏色分量的每一個分配 每像素6位至8位數據。
如果可在顯示設備上顯示的位數與圖像信號的位數彼此相同，那 麼顯示設備基本上照原樣使用輸入信號以顯示圖像。然而，可在顯示 設備上顯示的位數與圖像信號的位數通常彼此不同。如果圖像信號的 位數大於可在上顯示設備顯示的位數，那麼顯示設備根據捨入圖像信 號的低位的處理、抖動處理、FRC (幀速率控制)處理等等來降低圖像 信號的位數。
相反地，如果圖像信號的位數小於可在顯示設備上顯示的位數， 那麼添加低位以提高圖像信號的位數(灰度擴展處理)。當根據顯示 設備的特徵而在顯示設備中對圖像信號的數據進行處理時，也採用該 灰度擴展處理。此外，即使圖像信號的位數與可在顯示設備上顯示的 位數彼此相同，也執行該灰度擴展處理以便提高處理精確度。在這種 情況下，在執行灰度擴展處理之後，根據抖動處理、FRC處理等等將 圖像信號的位數轉換成可在顯示設備上顯示的位數。除了對數位訊號的位數進行轉換以及提高處理精確度之外，為了 其他的目的也釆用該灰度擴展處理。例如，如果數位訊號的位數很小， 那麼在包含有平滑變化灰度的區域中會出現表現為輪廓線的假輪廓 (應當在平面中連續變化的灰度未被認為是平滑變化，而是被認為是 輪廓線)。採用該灰度擴展處理以作為用於防止這種假輪廓的技術。
通常，將灰度擴展處理分成兩種類型，即(1)對所有圖像信號執 行相同處理的處理；以及(2)提取特定圖像的圖像信號並且僅對必需 像素進行處理的處理。
(1) 對所有圖像信號執行相同處理的處理可以是添加抖動噪聲或 隨機噪聲的第一處理。雖然由於顯而易見的添加的噪聲分量該處理存 在問題，但是該處理能夠略微降低假輪廓。
存在添加髙位值以作為低位的第二處理。例如，為了將6位輸入
信號"101101"轉換成8位輸入信號，添加輸入信號的兩位高位的值 以作為兩位低位將輸入信號轉換成"10110110"。還存在簡單地添加0 或1以作為低位的第三處理。雖然這些第二和第三處理很簡單，但是 因為灰度變化區域中的灰度差沒有降低，它們無法降低假輪廓。
(2) 如日本專利申請未決公開NO. 63—15576 (以下簡稱為專利 文獻1)所公幵的，提取特定圖像的圖像信號並且僅對必需的像素進行 處理的處理可以是對假輪廓區域執行低通濾波器(LPF)處理的第一處 理。根據這個背景技術，為了降低通過對數字圖像信號執行伽瑪校正
(圖像處理)所生成的假輪廓，適應性地判斷生成了假輪廓的區域， 並且輸出該區域中的附近像素的圖像信號的積分值(與LPF處理同 步)。LPF處理降低生成了假輪廓的區域中的灰度差。
然而，如果生成的假輪廓的間隔(換句話說，輪廓線間隔)大於 濾波器尺寸(附近像素的積分範圍)，那麼上述處理可使觀察者很容易區分包含有平滑變化的灰度的區域中的濾波區與未濾波區，並且由 此雖然假輪廓降低了，但是也不會導致明顯改善的圖像質量。
根據日本專利申請未決公開NO. 4— 165874(以下簡稱為專利文獻 2)中所公開的第二處理，為了降低通過執行伽瑪校正(圖像處理)所 生成的假輪廓，當確定出包含有平滑變化的灰度的區域(平滑灰度區 域)時，通過在輪廓線上線性地內插像素的灰度值可得到該區域中的 假輪廓的輪廓線之間的像素的灰度值。因為在平滑灰度區域中實現了 均勻灰度變化，該處理不會遇到第一處理的問題。
由此可見，從降低假輪廓的觀點來看，用於對像素的特定信息進 行檢測並且根據該檢測結果來執行線性內插的灰度擴展處理被認為是 更好的。在日本專利申請未決公開NO. 2000 — 304400 (以下簡稱為專 利文獻3)、日本專利申請未決公開N0.2003 —333348 (以下簡稱為專 利文獻4)、以及日本專利申請未決公開NO. 2004—54210 (以下簡稱 為專利文獻5)中也公開了利用線性內插的處理。
根據專利文獻3至5，與專利文獻1和專利文獻2不同，執行灰度 擴展處理以便解決由於數字圖像信號的位深度很小而生成的假輪廓的 問題或者以便使顯示設備的灰度能力最大化。然而，線性內插的處理 與專利文獻1和專利文獻2相同。
專利文獻3公開了包括有假輪廓檢測器和像素值轉換器的圖像處 理設備。該假輪廓檢測器對下述條件下的假輪廓進行檢測，所述條件 即相同亮度級在兩個像素或多個像素上橫向延續之後，使亮度級加l (條件l)，並且在亮度級減l之後，使相同亮度級在兩個像素或多個 像素上橫向延續(條件2)。像素值轉換器對所檢測的假輪廓執行線性 內插。
專利文獻4公開了包括有數據分布檢測器和數據深度擴展器的顏色信號擴展設備。該數據分布檢測器從灰度數據的分布提取(檢測) 顏色逐漸改變的區域。具體地說，數據分布檢測器對區域進行檢測， 在所述區域中的相同灰度的像素組K中，像素數目等於或大於下限閾 值P且等於或小於上限閾值Q，並且與相鄰像素組的像素的灰度差等 於或小於判定門限S。此後，數據分布檢測器對顏色逐漸改變的區域執 行線性內插以確定要添加到該區域上的灰度值。數據深度擴展器將該 灰度值添加到擴展區域上並且產生用於表示顏色信號的擴展數據深度 的擴展圖像數據。
專利文獻5公開了包括有檢測裝置和信號擴展裝置的圖像處理設
備。該檢測裝置通過確定相同像素數據延續的第一位置與下一像素數 據延續的第一位置之間的差是否等於相同數據延續的寬度，並且還確 定相同像素數據延續的區域的灰度值是比下一像素數據延續的區域的 灰度值大1還是小1來確定是否存在偽(假)輪廓。為了在生成了偽 輪廓的區域中獲得平滑連續圖像，信號擴展裝置平滑且線性地擴展圖 像數據的灰度(通過執行線性內插)。
專利文獻3至5中所公開的配置在根據專利文獻2中所公開的線 性內插來執行灰度擴展處理這一點上沒有問題。然而，它們的問題在 於它們易受到噪聲分量的影響，不能對區域進行適當地檢測，並且由 於當對線性內插適用區域進行檢測以通過線性內插來執行灰度擴展處 理時所使用的條件而無法依照期望地執行灰度擴展處理，也就是說由 於相同灰度延續的區域與線性內插適用區域相鄰，並且該區域中的灰 度差等於或小於恆定值這樣的條件而無法依照期望地執行灰度擴展處 理。

發明內容
本發明的目的是提供一種不易受到灰度逐漸變化的圖像區域中的 噪聲分量影響，並且可對平滑灰度區域進行適當地檢測以及執行期望 的灰度擴展處理的圖像處理設備、顯示設備、圖像處理方法以及程序。為了實現上述目的，根據本發明，當檢測器對線性內插適用區域 進行檢測時，如果檢測到灰度在預定範圍中變化的像素的之前和之後 的像素的灰度值彼此相同，那麼檢測器判斷出由於噪聲等等而引起了 灰度變化，並且將檢測到灰度變化的像素的灰度值認為是該像素之前 和之後的像素的灰度值。
因為可以對包含有迄今為止很難檢測的大量噪聲/誤差分量的圖 像的假輪廓區域進行適當地檢測，所以對於高圖像質量而言，可執行 更合乎需要的灰度擴展處理。當對包含有噪聲/誤差分量的區域執行灰 度擴展處理時，可降低噪聲分量以用於顯示高質量圖像。
因此，本發明較不易受到噪聲分量的影響，並且可對平滑灰度區 域進行適當地檢測以及可適當地執行灰度擴展處理。


圖1是示出了灰度擴展處理中的根據背景技術的檢測處理和線性 內插處理的示例的示意圖。
圖2是示出了將噪聲分量添加到圖1所示的圖像信號上的灰度擴 展處理中的根據背景技術的檢測處理和線性內插處理的另一示例的示 意圖。
圖3是示出了將噪聲分量添加到圖1所示的圖像信號上的灰度擴 展處理中的根據本發明的檢測處理和線性內插處理的示例的示意圖。
圖4是示出了將噪聲分量添加到圖1所示的圖像信號上的灰度擴
展處理中的根據本發明的檢測處理和線性內插處理的另一示例的示意 圖。
圖5是示出了灰度擴展處理中的線性內插處理的另一示例的示意圖。
圖6是示出了根據本發明的圖像處理設備的第一示例性實施例的 配置的方框圖。圖7是示出了圖6所示的圖像處理設備的檢測器的配置的方框圖。 圖8是示出了圖6所示的圖像處理設備的檢測器的處理操作的示 意圖。
圖9是示出了圖6所示的圖像處理設備的擴展校正器的配置的方 框圖。
圖10是示出了圖6所示的圖像處理設備的擴展校正器的處理操作 的示意圖。
圖ll是示出了根據本發明的圖像處理設備的第二示例性實施例的
配置的方框圖。
圖12是示出了根據本發明的顯示設備的配置的方框圖。
圖13是根據本發明的用於執行圖像處理方法的信息處理設備的配
置的方框圖。
圖14是根據本發明的圖像處理方法的序列的流程圖。
圖15是示出了根據本發明的圖像處理方法的序列的流程圖。
圖16是示出了根據本發明的圖像處理方法的序列的流程圖。
具體實施例方式
在對本發明進行描述之前，下面首先對本發明的原理進行描述。 (本發明的原理)
根據背景技術的灰度擴展處理，對生成假輪廓的區域或者通過線 性內插來執行灰度擴展處理以使灰度變化平滑(以下簡稱為"線性內 插適用區域")的區域進行檢測的處理採用下述條件，即包含有相同 灰度值的連續像素的區域彼此相鄰並且該區域中的灰度值之間的差落 入在恆定範圍中。如果諸如通過例如CG (計算機圖形學)而人工產生 的平滑灰度區域這樣的要檢測的區域中的灰度單調地增大或減小，那 麼該檢測處理可對線性內插適用區域進行檢測而沒有問題。然而，當 輸入了包含有諸如抖動噪聲這樣的添加噪聲或者諸如JPEG這樣的高 頻噪聲的圖像信號時，檢測處理易受到噪聲分量的影響並且灰度擴展 處理輸出全部不同結果。下面參考圖1和圖2對背景技術的這種問題進行具體描述。
圖1 (a)示出了要處理的無噪聲分量的6位圖像信號的示例。圖
1 (b)示出了通過背景技術的灰度擴展處理所檢測到的線性內插適用
區域。圖1 (c)示出了通過灰度擴展處理(產生要添加的2位)所產 生的8位圖像信號。圖1 (a)至(c)的橫軸表示位置x並且其縱軸表 示灰度值f (x)，其中每個像素的灰度值是由矩形來表示的。
在圖1 (a)中，要處理的6位圖像信號具有由(001100) 2所表示 的灰度值f (0)至f (7) ( (XXXXXX) 2表示二進位記數法)、由 (001101) 2所表示的灰度值f (8)至f (15)、由(001110) 2所表示 的灰度值f (16)至f (23)、以及由(001111) 2所表示的灰度值f (24) 和f (25)。
因為灰度值f (x)隨著像素位置x的改變而平滑地變化，因此像 素序列被認為是表示平滑灰度區域。在該平滑灰度圖像中，期望的是 灰度更平滑地變化。
為了將圖l (a)所示的6位圖像信號轉換成8位圖像信號，首先 對輪廓和線性內插適用區域進行檢測。
在對輪廓和線性內插適用區域進行檢測的處理中，保持x = 0以作 為起點Xs的值，並且保持起點的灰度值f (0) = (001100) 2以作為起 點灰度值Ts。此後，對大於Xs並且其f(x) ^Ts的最小位置x進行 檢測。因為f (8) = (001101) 2孝Ts並且Xs〈8，因此將x-8設置為 檢測點。當f (8)與f (0)之間的灰度差是1 (最小灰度差)時，認為 位於之間的區域是線性內插適用區域。此後，利用檢測點作為起點並 且檢測點的灰度值作為起點灰度值來執行如上所述的相同處理。在圖1 (b)中示出了該處理的結果。在該示例中，獲得了x-0， x-8、 16、 24以作為檢測點。因為所有檢測點上的灰度差是1並且相同灰度值在檢測點之間延續，因此從至少X = 0至X = 24的像素序列被認為是線性 內插適用區域。
根據上述檢測結果，對圖像信號執行灰度擴展處理以使其擴展2位。
在該灰度擴展處理中，對圖lb中的被認為是線性內插適用區域的
像素序列(從x-0至x-24的像素序列)進行內插。
在該內插處理中，檢測點的灰度值通過直線(圖1 (c)中的斜虛 線)互連。此後，確定要添加到灰度值上的2位的值，所述灰度值是 最靠近直線的值。例如，在從x-0至x-8的區域中，如果直線的起 點是起始位置Xs並且直線的終點是終點Xe，那麼通過等式(添加值) =(x—Xs) / (Xe—Xs) *4 = (x —0) / (8 — 0) *4 (截去小數)來確 定要添加的2位的值。在該等式中，"*"是指相乘。
通過使2乘以(要添加的位數)而確定出"4"。根據上述等式， 對於x-O， l而言，要添加的值是(00) 2;對於x-2， 3而言，要添 加的值是(01) 2;對於x-4， 5而言，要添加的值是(10) 2;並且對 於x-6， 7而言，要添加的值是(11) 2。將該值作為低位添加到6位 圖像數據(灰度值)以獲得擴展的8位校正數據。將(00) 2添加到未 包含在線性內插適用區域之中的x-25的像素數據上。
從圖1 (c)所示的檢測結果可知，當像素數據擴展到8位數據時， 檢測點之間的灰度差在4個步驟中進行變化，因此灰度平滑地變化。
圖2 (a)示出了圖像信號包括噪聲分量的示例。圖2 (a)所示的 圖像信號與圖i (a)所示的圖像信號不同之處在於x = 3的灰度值從
(001100) 2變為(001101) 2，並且x- 19的灰度值從(00110) 2變為
(001101) 2。這兩個灰度值表示噪聲分量。這種灰度值變化影響對線性內插適用區域的檢測。
圖2 (b)示出了所檢測的輪廓和線性內插適用區域。
與對圖1 (b)所示的圖像信號的檢測結果一樣，保持X - 0以作 為起點Xs的值，並且保持起點的灰度值f (0) - (001100) 2以作為起
點灰度值Ts。在該示例中，首先在位置x- 3對條件f (x) ^Ts進行
檢測。此後，利用檢測點作為起點並且檢測點的灰度值作為起點灰度
值來執行如上所述的相同處理。圖2 (b)示出了該處理的結果。在該 示例中，獲得了x-0、 x = 3、 4、 8、 16、 19、 20、 24以作為檢測點。
根據上述檢測結果，確定線性內插適用區域。下面對用於確定線
性內插適用區域的三個條件進行描述，所述三個條件即(1)與起點
位置相同的灰度值在多個像素上延續並且與終點位置相同的灰度值在
多個像素上延續；(2)起點位置上的灰度變化是遞減的並且是平滑的， 或者終點位置上的灰度變化是遞增的並且是平滑的，或者具體地說， 起點位置上的灰度值與終點位置上的灰度值之間的差是最小灰度差 (例如，灰度差是l) ，以及(3)當起點位置並非是^ = 0時，起點位 置上的灰度變化和終點位置上的灰度變化遞增或遞減。雖然可得到檢 測條件的一些變體，但是它們全部具有用於確定線性內插的區域以使 灰度平滑變化的相同目的。
上述條件(1)是意味著在灰度每像素變化的區域中不必使平滑灰 度變化的條件。上述條件(2)是用於確定輪廓是普通輪廓還是其灰度 變化是平滑的假輪廓的條件。上述條件(3)是用於確定其中執行內插 處理以使區域中的灰度簡單地增大或減小的區域的條件。圖1所示的 從像素位置x = 0至像素位置x = 24的灰度數據滿足上述條件(1)至 條件(3)。
如圖2 (b)所示，根據上述條件連續地確定從x = 0起的像素數據。
就Xs-O, Xe-3而言，因為在這些位置上不滿足條件(1)(與 Xe = 3的灰度值相同的灰度值在多個像素上不延續)，因此不能判斷 該區域為線性內插適用區域。
就Xs-3， Xe-4而言，與上述情況一樣在這些位置上不滿足條 件(1)。
就Xs-4， Xe-8而言，不滿足條件(3)，因為起點位置上的灰 度變化遞減並且終點位置上的灰度變化遞增。
就Xs-8， Xe-16而言，判斷出該區域為線性內插適用區域，因 為在這些位置上滿足所有條件。連續地判斷其他區域，並且可知就Xs = 20， Xe-24而言判斷出該區域為線性內插適用區域。
圖2 (c)示出了對像素位置x-8至x-16以及像素位置x-20 至x = 24所執行的線性內插處理的結果。該處理操作與上面參考圖1 所描述的處理序列相同。如圖2 (c)所示，對於不容易受到在位置x-3， x = 19所生成的噪聲影響的從x = 8至x = 16的區域而言線性內插 處理的結果與圖1 (c)所示相同。然而，對於包括有x-3,x-19的區 域而言該線性內插處理的結果與圖1 (c)所示不同。
在圖l所示的示例中，因為圖像信號不包含噪聲分量，因此灰度 擴展處理在所有區域(位置)中生成了平滑灰度變化。然而，在圖2 所示的示例中，因為噪聲分量所引起的灰度變化被認為是檢測點並且 被檢測為線性內插的起點或終點，因此獲得全部與圖1 (c)所示不同 的處理結果。上面描述的一些背景技術不對這種灰度變化進行檢測， 但是未能生成與圖l (c)所示相同的處理結果，因為對線性內插適用區 域的起點和終點進行重新設置。這暗示根據該背景技術的灰度擴展處理甚至會受到當觀看圖像時基本上所感知不到的諸如一個像素上的一 個灰度差這樣的微小灰度變化的影響。
期望這種微小灰度變化不會由於會引起灰度變化的主要因素，而 使灰度擴展處理中的對線性內插適用區域進行檢測的處理影響內插處 理。
通常，當在顯示設備上顯示自然圖像時，通過JPEG或MPEG格 式來對其圖像數據進行不可逆壓縮以降低文件容量。將抖動噪聲添加 到灰度受限的圖像上以用於擴大的灰度顯現。在這些已處理圖像中所 常見的一個事情是根據人類視覺對高頻分量的敏感度要比低頻分量高 這樣的事實，而包含噪聲(誤差)分量以作為高頻分量。該處理可使 噪聲(誤差)分量相對不明顯。通常，認為噪聲/誤差分量的幅度足夠 的小於主要分量。
例如，如果灰度值具有6位(從0至63的範圍)，那麼抖動處理 交替地顯示灰度值23和灰度值24以實現23. 5的半色調顯現。在這種 情況下，從灰度值23至灰度值24的變化以及從灰度值24至灰度值23 的變化，將不會檢測為假輪廓或普通輪廓。諸如JPEG、 MPEG等等這 樣的不可逆壓縮處理所引起的高頻誤差，將不會檢測為假輪廓或普通 輪廓任一個。
因此，具有很小幅度的高頻信號分量，或者具體地說，像素上的 一個灰度的變化，常常表示半色調信號或者簡單地表示由不可逆壓縮 和擴展所引起的誤差。在灰度擴展時，期望將因此所生成的灰度變化 檢測為線性內插適用區域。
圖3 (a)示出了將要處理的6位圖像信號的示例。圖3 (b)示出 了在忽略一個像素上的一個灰度的變化的情況下，通過灰度擴展處理 所檢測到的線性內插適用區域。圖3 (c)示出了灰度擴展處理所產生的8位圖像信號(產生要添加的2位)。
圖3 (a)所示的圖像信號與圖2 (a)所示的圖像信號相同。圖3
(b) 示出了從該圖像信號所檢測到的線性內插適用區域。在圖3 (b) 中，因為檢測到一個像素上的一個灰度沒有變化，因此僅由x-0、 8、 16、 24來表示檢測點。該檢測結果與圖1 (b)所示的檢測結果相同， 並且線性內插適用區域的範圍從x-0至x-24。
圖3 (b)所示的處理可以使檢測線性內插適用區域的上述條件(1) 變化，以便"與起點位置相同的灰度值在多個像素上延續；與終點位 置相同的灰度值在多個像素上延續；並且一個像素上的一個灰度的變 化被認為是相同灰度的連續。" '
根據圖3 (b)所示的檢測結果所執行的線性內插處理生成了圖3
(c) 所示的處理結果。在除x-3， 19之外的像素位置上，圖3 (c) 所示的處理結果與圖1 (c)所示的處理結果相同。
存在噪聲/誤差分量的像素位置x = 3, 19上，照原樣使用線性內 插處理的結果。然而，在該示例中輸出線性內插處理的結果與輸入灰 度值的平均值。按照這種方式，獲得了與圖1 (c)所示的處理結果相 同的處理結果。
已將被認為是相同灰度的連續的一個像素上的一個灰度的變化作 為具有很小幅度的的高頻信號分量進行了描述。然而， 一些圖像可以
具有兩個像素上的一個灰度或者三個像素上的一個灰度的變化，以便 提供半色調顯現或者由於不可逆壓縮和擴展所引起的誤差。例如，通 過將使原始圖像放大兩倍或三倍所簡單地生成的圖像是那些圖像的示 例。因為原始圖像的一個像素上的一個灰度的變化變成該圖像中的兩 個像素上的一個灰度或者三個像素上的一個灰度的變化，因此該圖像 不滿足上述條件中的"一個像素上的一個灰度的變化被認為是相同灰度的連續"。
如果顯示設備是高清晰型，那麼不但很容易將一個像素上的一個 灰度的變化感知為誤差，而且還很容易將兩個像素上的一個灰度或者 三個像素上的一個灰度的變化感知為誤差。該情況也不滿足上述條件 中的"一個像素上的一個灰度的變化被認為是相同灰度的連續"。
圖4示出了對已放大了兩倍的輸入圖像所執行的線性內插處理的 示例，而無需對兩個像素上的一個灰度的變化進行檢測。圖4 (a)示 出了已放大了兩倍的在每兩個或多個像素上出現了灰度變化的圖像信
號的示例。最好是對這種簡單放大圖像執行如圖3所示的相同灰度擴
展處理。根據本發明，使用於對線性內插適用區域進行檢測的條件(1)
變化，以便"與起點位置相同的灰度值在多個像素上延續；與終點位 置相同的灰度值在多個像素上延續；並且一個像素組上的一個灰度的 變化被認為是相同灰度的連續"。術語"像素組"是指具有相同灰度 值的像素串。如果對原始圖像進行簡單地放大，那麼像素組的所有像 素具有相同灰度值。因為使原始圖像放大兩倍，所以兩個像素構成了
一個像素組。
圖4 (b)示出了當如上所述的用於對線性內插適用區域進行檢測 的條件(1)變化時的檢測結果。對x-0， 2， 4……所示的兩個像素集 的每一個執行檢測處理。按照這種方式，可檢測到一個像素組上的一 個灰度的變化。在圖4 (b)中，因為沒有檢測到一個像素組上的一個 灰度的變化，所以檢測點僅是x- 0， 8， 16， 24。根據圖4 (b)所示 的檢測結果所執行的線性內插處理生成了圖4 (c)所示的處理結果。 在存在噪聲/誤差分量的像素位置x-2、 3、 20、 21輸出線性內插處理 的結果與輸入灰度值的平均值。雖然說明了對兩個像素集的每一個所 執行的檢測處理，但是可執行對每個像素進行檢測並且忽略n個像素 上的一個灰度的變化以實現相同優點。考慮到上述分析，根據本發明，用於對數字圖像信號執行灰度擴 展的裝置具有以下部件
(1) 用於對線性內插適用區域進行檢測的檢測器，以及根據所檢 測的線性內插適用區域來執行灰度擴展的擴展校正器。
(2) 該檢測器順序地掃描數字圖像信號的像素序列以對灰度變化 進行檢測。該檢測器對預定範圍中的灰度變化進行檢測。如果位於檢 測到灰度變化的位置之後的像素的灰度值與位於檢測到灰度變化的位 置之前的像素的灰度值相同，那麼檢測器檢測到沒有灰度變化，並且 對將要執行線性內插處理的檢測點上的以及其他檢測點上的除了上述 灰度變化之外的灰度變化進行檢測。
(3) 擴展校正器在將要執行線性內插處理的檢測點上執行線性內 插處理，由此實現適當的灰度擴展處理。
當將本發明應用於如下所述的設備、方法以及程序中時，可實現 抗噪聲和誤差的且可降低假輪廓的灰度擴展處理。
例如，如果圖像處理設備根據上述檢測處理對圖像數據的線性內 插適用區域進行檢測，並且根據所檢測的線性內插適用區域來執行灰 度擴展處理，那麼圖像處理設備抗噪聲和誤差、可降低假輪廓、並且 可顯示很好質量的圖像。
用於執行上述檢測處理和灰度擴展處理的設備包括諸如由邏輯電 路和存儲器所組成的LSI電路這樣的硬體電路，或者包括諸如計算機 等等這樣的可根據程序執行其處理操作的信息處理設備。檢測處理可 以是由硬體電路(圖像檢測設備)來執行的，並且灰度擴展處理可以 是由灰度擴展程序來執行的，或者相反地，檢測處理可以是由檢測程 序來執行的，並且灰度擴展處理可以是由硬體電路(灰度擴展設備) 來執行的。
本發明可以是作為圖像處理方法、圖像處理程序、僅執行檢測處理的圖像檢測設備、圖像檢測方法以及圖像檢測程序來實現的。如果 顯示設備對圖像數據執行上述處理，那麼顯示設備可顯示高質量的圖 像。
灰度擴展處理並不局限於圖3和圖4所示的處理，而是可採用其
他處理操作。例如，如圖5 (a)至圖(c)所示，灰度值差是l/2的檢 測點互連(通過圖5 (c)中的斜虛線)，並且確定要添加的位以便具 有最靠近直線的值。如圖5 (a)所示的要處理的6位圖像與圖3 (a) 所示的圖像數據相同，並且圖5 (b)所示的所檢測的線性內插適用區 域與圖3 (b)所示的所檢測的線性內插適用區域相同。
可採用任何其他可選內插功能而不是線性內插處理。根據本發明， 執行灰度變化降低處理以執行低成本的用於降低假輪廓的產生的線性 內插處理而與內插處理的類型無關。
下面將根據上述原理對本發明的示例性實施例進行描述。
(第一示例性實施例)
圖6是示出了根據本發明第一示例性實施例的圖像處理設備的配 置的方框圖。圖6所示的圖像處理設備是根據圖3和圖4所示的原理 來執行本發明的處理操作的具體設備。
如圖6所示，根據第一示例性實施例的圖像處理設備包括檢測器 11、行緩衝器13以及擴展校正器12。根據第一示例性實施例的圖像處 理設備被提供有連續的6位圖像數據，將6位圖像數據轉換成8位圖 像數據，並且將8位圖像數據輸出到顯示設備等等。
檢測器11順序地掃描每序列的輸入6位圖像數據，通過每序列的 線性內插來執行灰度擴展處理，並且對灰度平滑變化的線性內插適用 區域進行檢測。當檢測器11順序地掃描每序列的輸入6位圖像數據時，如果檢測 到預定範圍中的灰度變化(例如，最小灰度差)，並且位於檢測到灰 度變化的位置之後的像素的灰度值與位於檢測到灰度變化的位置之前 的像素的灰度值相同，那麼檢測器ll將該灰度變化視為噪聲等等，並 且將檢測到灰度變化的像素的灰度值認為是位於該像素之後和之前的 位置上的像素的灰度值。
在檢測器11執行檢測處理的時，行緩衝器13將輸入的6位圖像 數據累積。
擴展校正器12利用檢測器11所獲得的檢測點的位置數據X以及 檢測點上的灰度變化FC來對行緩衝器13輸出的圖像數據執行灰度擴 展處理。因為根據本示例性實施例的圖像處理設備包括行緩衝器13， 因此它根據該圖像中的適當位置上的檢測結果來執行擴展校正。
在圖6中，對顏色分量R、 G、 B之一的配置的圖像處理設備進行 了說明。實際上，對於其他兩種顏色而言，根據本示例性實施例的圖 像處理設備具有相似並行配置。這適用於其他示例性實施例。
下面根據本示例性實施例將對圖像處理設備的檢測器ll和擴展校 正器12進行單獨地描述。
首先，參考圖7和圖8對檢測器11的具體結構和操作詳情進行描述。
圖7是示出了圖6所示的檢測器的配置的方框圖，並且圖8是示 出了當任意像素序列輸入到此時的檢測器的處理操作的圖表。
如圖7所示，檢測器11包括判斷輸出部件21、起點參數保持器22以及計數器23。計數器23用於相對地識別順序輸入的圖像數據位
於哪個位置。如果輸入數據的位置已知，那麼檢測器11不必包括計數
器23。起點參數保持器22保持起點位置Xs、起點灰度Ts以及起點灰 度變化FCs,這些均是在判斷輸出部件21所執行的判斷處理過程中所 需的參數。當判斷輸出部件21獲得了新的檢測點時，這些參數變化。
灰度變化FC是指這樣的信息，該信息表示所檢測的灰度變化是遞 增的灰度變化還是遞減的灰度變化，並且還表示灰度變化是通過線性 內插處理所處理的灰度變化還是不是通過線性內插處理所處理的輪廓 區域。
具體地說，灰度變化FC是以下值中的一個 FC-OO...通過線性內插處理所處理的遞增的灰度變化； FC-Ol...通過線性內插處理所處理的遞減的灰度變化；以及 FC = IO...不是通過線性內插所處理的輪廓區域。
判斷輸出部件21根據輸入圖像數據T (x)(其中x表示順序輸 入圖像的位置，並且T (x)表示在位置(x)的灰度值)以及起點參數 保持器22所保持的參數和預置閾值TH來執行以下判斷處理。
(1) 當T (x) -Ts (起點灰度與輸入圖像的灰度彼此相同)或者 (Ts —TH < T (x) < Ts + TH並且T ( x + 1) = Ts)(輸入圖像的灰
度變化落在起點灰度土閾值的範圍中，並且在位置乂+ l上的灰度與起 點灰度彼此相同)這與根據本發明的除去噪聲/誤差分量的處理相對 應時，所檢測到的灰度變化不被認為是檢測點(不執行處理，並且輸 出保持不變)。
(2) 當不滿足條件(1) ， Ts —TH〈T (x) 〈Ts + TH並且T ( x + 1) =T ( x )(輸入圖像的灰度變化落在起點灰度±閾值的範圍之中， 並且在位置x+l和位置x上的灰度具有相同值)時，該灰度變化被認 為是用於執行線性內插處理的線性內插適用區域。此時，如果Ts〈T(x)，那麼輸出位置X-x並且輸出灰度變化FC是FC-OO，並且如 果Ts〉T(x),那麼FC-Ol。起點參數保持器22所保持的參數從Xs 變為x，從Ts變為T(x)，從FCs變為FC，並且將用在下一及隨後 周期中。
(3)當不滿足條件(2)時，灰度變化被認為是輪廓區域。此時， 將輸出位置X設置為X = x並且將輸出灰度變化FC設置為FC = 10。 與(2) —樣，起點參數保持器22所保持的參數從Xs變為x，從Ts 變為T(x)，從FCs變為FC，並且將用在下一及隨後周期中。
如上所述，檢測器ll順序地掃描圖像信號的像素序列，忽略並且 不對一個像素上的一個灰度的灰度變化進行檢測，並且對將要執行線 性內插處理的檢測點以及其他檢測點上的其他灰度變化進行檢測。
閾值TH是一個參考值，用於確定在某一檢測點上的灰度變化是 否要通過校正使之變平滑，或保持原樣。可根據該處理的詳情以及輸 入圖像的特徵等等將閾值TH設置為適當值。閾值TH的最簡單值是 TH = 2以用於使最小灰度差的灰度變化平滑。如果輸入圖像(例如一 個畫面)的最小灰度差是2，那麼將具有最小灰度差的區域判斷為灰度 變化平滑的區域，並且將閾值TH設置為TH-3。
就輸入了圖8 (a)所示的像素序列的示例而言來證實上述處理。 假定閾值TH = 2並且從x - 0起順序地輸入圖像信號。
首先，將起點參數保持器22設置為用於表示它不保持任何參數的 初始條件。例如，當將x = 0上的灰度值T (0) = (001100) 2輸入到 起點參數保持器22時，保持Xs-0、 Ts-T (0)、以及FCs-lO。起 點參數保持器22保持FCs = 10，因為它不能確定在x = 0上是否存在 灰度變化(不存在數據x-—l)。
當設置起點參數時，判斷輸出部件21從x^ l起執行對檢測點進行檢測的處理。因為此時T(1)-TS，所以判斷輸出部件21不執行檢
測處理，並且轉到對下一像素值T (2)的處理。
當x-4時，T (4)變為T (4) ^Ts、滿足Ts — TH〈T (4) < Ts + TH、並且T (5)變為T (5) = Ts。因為滿足條件(1)，所以判斷 輸出部件21不執行檢測處理。
當x-8時，第一次滿足Ts — TH〈T (8) <Ts + TH，並且T(9) 變為T (9) = T (8)，因此滿足條件(2)。因此，判斷輸出部件21 輸出X-8， FC-OO，並且將起點參數更新為Xs-8、 Ts= (001101) 2、並且FCs-OO。從x:9起，判斷輸出部件21利用更新的參數來執 行檢測處理。
重複上述處理(圖8 (b))。圖8 (c)示出了執行最終檢測處理 時所獲得的結果。在圖8 (c)中，由箭頭來表示檢測點。實箭頭表示 將要執行線性內插處理的檢測點，並且輪廓箭頭表示其他檢測點。如 果灰度變化FC是00或01，那麼擴展校正器12判斷出檢測點是將要 執行線性內插處理的檢測點。如果灰度變化FC是10，那麼擴展校正 器12判斷出檢測點是不執行線性內插處理的檢測點。從圖8 (c)的示 例可知線性內插處理將對範圍從x-O至x - 15的區域進行處理。根據 背景技術，該區域已被判斷為由於一個像素上的一個灰度的噪聲/誤差 分量，而不執行線性內插處理的區域。
參考圖9和圖10對擴展校正器12的具體配置和操作詳情進行描述。
圖9是示出了圖6所示的擴展校正器的配置的方框圖，並且圖10 是示出了當將任意像素序列輸入到擴展校正器時所執行的灰度擴展處 理的結果的圖表。如圖9所示，擴展校正器12包括校正處理器24、平均校正器25、 參數提取器26以及參數緩衝器27。
參數緩衝器27累積檢測器11所獲得的該圖像的每個序列(行) 的檢測位置X和灰度變化FC。參數26根據輸入到校正處理器24的圖 像的像素位置x來從參數緩衝器27獲取使Xs < x < Xe的相關Xe、Xs， 其變化FCs以及FCe。
校正處理器24提供有通過行緩衝器13而引起了流水線延遲的輸 入圖像信號T(x)，根據輸入信號以及從參數提取器26所獲取的Xs、 Xe、 FCs、 FCe來執行灰度擴展處理，並且輸出處理結果Tout' (x)和 輸入信號T (x)。在灰度擴展處理中，根據FCs、 FCe的值選擇並執 行以下五個處理的任一個。
(1) 當FCs = 00並且FCe = 01時，
Tout' (x) =4[T (Xs) 一 (T (Xe) —T (Xs) ) /2{l — abs (x2 —Xs — Xe) / (Xe—Xs) }]。
(2) 當不滿足條件(1)並且FCs-Ol且FCe-OO時，
Tout' (x) =4[T (Xe) 一 (T (Xe) —T (Xs) ) /2{1—abs (x2 —Xs — Xe) / (Xe —Xs) }]。
(3) 當不滿足條件(2)並且FCs士01且FCe-00時，
Tout' (x) =4[T (Xs) + (T (Xe) —T (Xs) ) (x — Xs) / (Xe _Xs)]。
(4) 當不滿足條件(3)並且FCs-Ol且FCe幸00時，
Tout' (x) =4[T (Xs—l) + (T (Xs) —T (Xs—l) ) (x—Xs) / (Xe —Xs)]。
(5) 當不滿足條件(1)至條件(4)時， Tout' (x) =4T (x)。
截去小數。處理(1)至處理(4)表示線性內插處理。處理(1)和處理(2)表示用於凸形部分和凹形部分的線性內插處理，並且處理 (3)和處理(4)表示根據背景技術與線性內插處理相類似的線性內 插處理。處理(5)表示用於添加下述固定灰度值的處理，所述固定灰 度值在不執行線性內插處理的檢測點上使用。
在第一示例性實施例中，採用上述校正處理。然而，僅使用處理
(3)和處理(4)，或者可採用其他計算公式以實現本發明的優點。
校正處理器24所生成的Tout' (x)具有8位。將Tout' (x)、 T (x)以及T (Xs)的數據發送到平均校正器25。當T (x) #T (Xs) (圖8(b)中的x-4， 6， ll滿足該不等式，即表示像素為噪聲/誤差 分量)時，平均校正器25輸出線性內插的結果與輸入灰度值(Tout (x) =(4T (x) +Tout' (x) ) /2)的平均值。否則，平均校正器25輸出 Tout (x) =Tout' (x)。
平均校正器25提供有數字圖像信號T (x)以及從校正處理器24 輸出的圖像信號Tcmt' (x)，計算從校正處理器24輸出的校正圖像信 號Tout (x)以及數字圖像信號T (x)，如果輸入數字圖像信號的灰 度值T (x)與線性內插適用區域的起點灰度T (Xs)不相同，則輸出 該平均值，否則輸出從校正處理器24輸出的圖像信號Tout' (x)。
就從其可獲得圖8 (c)所示的檢測結果的像素序列而言來證實上 述處理。圖10 (a)是箭頭所示的檢測位置與其上的灰度變化FC的值 相結合的圖8 (c)的重複。
與檢測處理一樣，校正處理從x = 0起順序地對輸入圖像數據進行 處理。
將校正處理(線性內插處理)(3)應用於範圍從x 0至x = 7 的區域上，因為Xs-0、 FCs=10、 Xe = 8、 FCe = 00 (Xs<x<Xe)。類似地，將校正處理(3)應用於範圍從X- S至X- 14的區域上。將校正處理(4)應用於範圍從x-21至x-23的區域上(圖10 (b))。 圖10 (b)中的虛線所示的區域是線性內插處理區域。圖10 (c)示出了在校正處理器24執行灰度擴展之後通過平均處 理器25的處理所獲得的結果。如圖10 (c)所示，可知灰度差平滑而 不會受到從x = 0至x = 15的出現了許多最小灰度差的區域中的一個像 素上的一個灰度的變化的影響。如上所述，根據本示例性實施例的圖像處理設備包括用於對線性 內插適用區域進行檢測的檢測器11以及用於根據所檢測的線性內插適 用區域來執行灰度擴展處理的擴展校正器12。檢測器11順序地掃描輸 入數字圖像信號的像素序列以對灰度變化進行檢測。檢測器11對預定 範圍中的灰度變化進行檢測。如果位於檢測到灰度變化的位置之後的 像素的灰度值與位於檢測到灰度變化的位置之前的像素的灰度值相 同，那麼檢測器11不對灰度變化進行檢測，並且對要執行線性內插處 理的檢測點以及其他檢測點上的除了上述灰度變化之外的灰度變化進 行檢測。擴展校正器12對要執行線性內插處理的檢測點執行線性內插 處理，從而執行適當灰度擴展處理。平均校正器25輸出線性內插處理的結果與輸入灰度值的平均值， 從而降低假定是噪聲/誤差分量的信號的變化，並且由此降低噪聲/誤差 分量。在本示例性實施例中，檢測器11確定檢測位置的檢測位置數據和 灰度變化FC，並且擴展校正器24根據該數據執行校正處理。然而， 可將檢測器11和擴展校正器12分配到任何期望處理。例如，檢測器 11可執行處理以直至產生校正位(通過從本示例性實施例中的校正處 理器12所獲得的處理結果中減去輸入圖像灰度所生成的值)，並且擴 展校正器12可僅執行灰度增加處理。類似地，還可將校正處理器12和灰度變化降低器分配到任何期望處理。
在本示例性實施例中，僅在一個方向(輸入圖像的圖像數據的按 時間順序的方向X方向)上執行檢測處理。然而，如果圖6所示的 行緩衝器13可存儲多個圖像數據行，那麼圖像處理設備不但可在X方 向上執行檢測與灰度擴展處理，而且還可在Y方向上執行檢測與灰度 擴展處理。
然而，因為在Y方向上的檢測與灰度擴展處理取決於可存儲在行
緩衝器13中的行數，因此通常不能如在X方向上的檢測與灰度擴展處 理一般多的執行。因此，在Y方向上的灰度擴展處理可對灰度變化平 滑的區域進行檢測並且將該區域的圖像數據提供給LPF (低通濾波器) 以除去噪聲/誤差分量。如果根據緩衝器的限制而適當地修改在X和Y 方向上的檢測與灰度擴展處理，那麼可利用所給定的配置實現最佳灰 度擴展處理。
如果可存儲在行緩衝器13中的行數受到限制，那麼如下交替地執 行在Y方向上的檢測與灰度擴展處理-
將諸如平滑灰度區域這樣的包括有灰度變化的區域中的假輪廓表 示為XY面中的曲線。換句話說，認為在靠近行之間所檢測到的假輪廓 是彼此高度相關。因此，可根據預測的檢測數據以及在Y方向上的檢 測數據來執行灰度擴展處理。如需要可根據檢測數據來改變預測的檢 測數據。
可根據先前幀中的圖像信號來執行在Y方向上的檢測處理，並且 可將該檢測結果應用於當前幀中的圖像。該處理基於幀間圖像通常彼 此非常高的相關這樣的事實。然而，對於圖像處理設備而言必須具有 這樣的裝置，該裝置用於確認圖像質量並且在如果如場景變化這樣的 幀間相關性很低的情況下不通過線性內插來執行灰度擴展處理。如上所述，即使由於成本或其他原因而使行緩衝器13具有有限存 儲能力，但是也可在與存儲在行緩衝器13中的圖像數據所排列的方向 不同的方向上執行檢測與灰度擴展處理。因此，可實現更適當的灰度 擴展處理。(第二示例性實施例) 下面對根據本發明第二示例性實施例的圖像處理設備進行描述。圖ll是示出了根據本發明第二示例性實施例的圖像處理設備的配 置的方框圖。根據第二示例性實施例的圖像處理設備與根據圖6所示的第一示 例性實施例的圖像處理設備的不同之處在於它具有幀緩衝器14以代替行緩衝器13，並且將幀緩衝器14所重排的圖像信號送至檢測器11。 利用這個配置，從幀緩衝器14送至檢測器11的信號序列的排列，不必與根據第一示例性實施例的圖像處理設備的情況下的輸入信號的 信號序列的排列相同。例如，如果輸入圖像是柵格圖像，那麼從畫面的左上角起橫向地 連續發送圖像數據。根據本示例性實施例，可按照任何序列將諸如就 柵格圖像的信號序列的排列而言，豎向排列的圖像數據這樣的連續排列的圖像數據從幀緩衝器14送至檢測器11。檢測器11在例如橫向方向(X方向)和豎向方向(Y方向)之類 的多個方向上對圖像數據進行檢測，因此如圖ll所示生成了兩維坐標 (X， Y)的檢測位置數據，並且還生成了兩維坐標(FCx， FCy)的灰 度變化。因此，可執行更高精確的灰度擴展處理。例如，擴展校正器 12對X方向數據和Y方向數據單獨執行灰度擴展校正處理，並且執行 使該結果相加或者計算其平均值這樣的處理，因此在灰度擴展處理中可反映出在這兩個方向上的檢測結果。
因為根據本示例性實施例的圖像處理設備包括幀緩衝器14，因此 不但可在輸入圖像的圖像數據所排列的方向上執行檢測與校正處理， 而且還可在任意方向上執行檢測與校正處理。因此，該圖像處理設備 可執行更適當的灰度擴展處理。
與第一示例性實施例一樣，根據本示例性實施例的圖像處理設備 因為平均校正器25會降低假定是一個像素上的一個灰度的噪聲/誤差 分量的信號變化，可降低噪聲/誤差分量。
(第三示例性實施例) 下面根據本發明第三示例性實施例對圖像處理設備進行描述。
根據第一和第二示例性實施例，將根據本發明的圖像處理方法應 用於圖像處理設備上。根據該第三示例性實施例，將在第一和第二示 例性實施例中所說明的圖像處理處理應用於顯示設備上。
圖12是示出了根據本發明的顯示設備的配置的方框圖。
根據第三示例性實施例的顯示設備包括用於對從諸如計算機等等 這樣的信息處理設備所傳送的8位圖像數據的柵格圖像執行檢測處理
的檢測器ll、用於存儲一行圖像數據的行緩衝器13、用於根據從檢測 器11所傳送的檢測位置數據X和灰度變化數據FC，將從行緩衝器13 所輸出的圖像數據的灰度擴展為IO位灰度的擴展校正器12、以及可顯 示IO位圖像數據的圖像顯示單元15。
根據第三示例性實施例的顯示設備具有與圖6所示的根據第一示 例性實施例的圖像處理設備相同的配置，除了增加了圖像顯示單元15。 在根據該第三示例性實施例的顯示設備中，檢測器ll、擴展校正器12以及行緩衝器13構成了圖像處理器。
在本示例性實施例中，通過示例來說明將8位圖像數據灰度擴展 成10位圖像數據。然而，該處理方法剩餘與將6位圖像數據灰度擴展 成8位圖像數據相同。
行緩衝器更好地可存儲圖像顯示單元的X方向上的一行圖像數 據，因為顯示設備在主掃描方向上對每行圖像數據進行連續地處理。
圖像顯示單元15可以是例如LCD、 PDP、 EL、 CRT等等這樣的可顯示 圖像數據的任何圖像顯示單元。
因此，即使輸入圖像數據的位數因而小於可在圖像顯示單元15上 顯示的位數，也可執行適當灰度擴展處理以防止生成假輪廓以用於顯 示較高圖像質量的圖像。
根據本示例性實施例，與第一和第二示例性實施例一樣，因為平 均值校正器25降低了假定是一個像素上的一個灰度的噪聲/誤差分量 的信號變化，因此可降低噪聲/誤差分量。
(第四示例性實施例) 下面將參考附圖，對本發明的第四示例性實施例進行描述。
第四示例性實施例採用信息處理設備以實現根據本發明的圖像處 理方法。具體地說，如圖13所示，由計算機(CPU 31)來執行第一示 例性實施例所示的檢測器11和擴展校正器12的處理操作。
圖14、圖15、以及圖16是根據本發明的圖像處理方法的序列的 流程圖。圖14至16表示通過利用CPU 31的根據第一示例性實施例的 圖像處理設備的示例。根據本發明的圖像處理方法對輸入6位柵格圖像執行檢測處理並
且將該檢測結果擴展成8位數據。圖14所示的步驟S2至S12的處理 與根據第一示例性實施例的檢測器11的處理操作(第一圖像處理操作) 相對應，並且圖15和圖16所示的步驟S13至S28的處理與根據第一 示例性實施例的擴展校正器12的處理操作(第二圖像處理操作)相對 應。
CPU 31根據存儲在未示出的ROM或記錄介質中的程序，來執行 這些處理序列，以實現檢測器11和擴展校正器12的功能。
下面參考圖14對第一圖像處理操作進行描述。
如圖14所示，當將柵格圖像1的圖像數據In (6位)輸入到計算 機時，CPU 31提取用於表示輸入圖像信號是哪個像素的圖像信號的信 息(像素的y值)。(步驟S1) In 表示灰度值。
為了根據像素的Y坐標對行的圖像數據執行檢測與校正處理， CPU 31對輸入信號位置x0 = 0進行初始化並且獲得預定X方向上的數 據長度Xmax (步驟S2)。
為了開始檢測處理，CPU31設置起點位置Xs-O、起點先前位置 XsO-O、起點灰度Ts-In(O, y)、起點變化FCs-lO、以及閾值TH =2 (步驟S3)。
利用所設置的初始條件，根據以下過程執行檢測處理。
首先，CPU31使輸入信號位置xO加1 (步驟S4)。
此後，如果x0的值等於Xmax，那麼CPU 31完成灰度變化檢測 處理，並且轉到步驟S7。否則，CPU31'轉到灰度變化檢測處理(步驟S5)。
(灰度變化檢測處理)
此後，當位置xO的灰度數據In (x0， y)等於起點灰度Ts (相同 灰度延續)或者Ts — TH〈In (x0， y) < Ts + TH並且In (x0+l， y)= Ts (—個像素上的一個灰度的變化)時，CPU 31回到步驟S4並且繼 續對灰度變化進行檢測。否則，CPU將該數據視為灰度變化，並且轉 到步驟S7 (步驟S6)。
此後，CPU31保持終點位置Xe-xO和終點灰度Te-In (x0， y) 的值(步驟S7)。
(檢測點變化設置處理) 此後，當Ts —TH <In (x0， y) < Ts + TH並且In (xO+l ， y) = In (x0， y)時，CPU 31轉到步驟S9 (確定該區域是否是線性內插適用 區域)。否則，CPU31轉到步驟S10 (步驟S8)。
在步驟S9中，CPU 31對In (xO， y)與Ts進行相互比較以確定 線性內插適用區域中的灰度變化是遞增的還是遞減的。如果灰度變化 是遞增的，那麼CPU31轉到步驟S11。如果灰度變化是遞減的，那麼 CPU 31轉到步驟S12。
在步驟S10中，CPU31將終點變化Te設置為10 (它不是線性內 插適用區域)。
在步驟S11中，CPU31將終點變化Te設置為00 (它是線性內插 適用區域並且其灰度變化是遞增的)。
在步驟S12中，CPU31將終點變化Te設置為01 (它是線性內插 適用區域並且其灰度變化是遞減的)。CPU 31保持在步驟S10至S12中所確定的參數，並且轉到作為第
二圖像處理操作的灰度擴展處理。
下面參考圖15和圖16對第二圖像處理操作進行描述。
如圖15所示，CPU31將擴展校正信號位置x設置為Xs(步驟13)。
(灰度擴展細節確定處理) 此後，根據起點灰度變化FCs和終點灰度變化FCe的值，CPU 31 確定要應用的灰度擴展處理(步驟S14至S17)。根據如下(1)至(5) 執行確定灰度擴展處理細節的處理
如果FCs = 00並且FCe = 01，那麼CPU 31執行步驟S18 (步驟 S14)。
如果不滿足條件(1)，並且FCs-Ol且FCe-OO，那麼CPU31 執行步驟S19 (步驟S15)。
(3) 如果不滿足條件(2)並且FCe-OO，那麼CPU 31執行步驟
520 (步驟S16)。
(4) 如果不滿足條件(3)並且FCs-Ol,那麼CPU 31執行步驟
521 (步驟S17)。
(5) 如果不滿足條件(4)，那麼CPU31執行步驟S22(步驟17)。 (灰度擴展處理)
利用起始位置Xs、起點灰度Ts、終點位置Xe、終點灰度Te、擴 展校正信號位置x、以及輸入圖像信號，CPU 31根據步驟S14至S17的選擇結果來執行以下(1)至(5)所表示的灰度擴展處理的一個。
(1) 步驟S18:
Out' (x) =4 [In (Xs) — (In (Xe) —In (Xs) ) /2{1 —abs (x2 —Xs —Xe) / (Xe — Xs) }]。
(2) 步驟S19:
Out' (x) =4 [In (Xe) — (In (Xe) —In (Xs) ) /2{1 —abs (x2 —Xs — Xe) / (Xe —Xs) }]。
(3) 步驟S20:
Out' (x) =4 [In (Xs) + (In (Xe) —In (Xs) ) (x—Xs) / (Xe —Xs)]。
(4) 步驟S21:
Out ' (x) = 4 [In (XsO) + (In (Xs) —In (Xs0) ) (x —Xs) / (Xe —Xs)]。
(5) 步驟S22 (不執行線性內插處理) Out' (x) -4In (x)。
(平均校正處理)
此後，CPU 31對In (x, y)與Ts進行相互比較並且執行以下處 理的任一個(步驟S23):
-當In (x)學Ts時，Out (x) = (In (x) + Out' (x) ) / 2
'否則，Out (x) =Out' (x)
此後，CPU31使x的值加l (步驟S24)。
如果x〈Xe，那麼CPU 31回到步驟S14以便利用相同參數Xs、 Ts、 Xe、 Te重複灰度擴展處理。如果x《e，那麼CPU31完成灰度擴 展處理(步驟S25)。
此後，CPU 31對x0的值與Xmax進行比較(步驟S26)。如果 xO=Xmax，那麼CPU 31轉到步驟S29，因為它對從x = 0至Xmax的—行的所有輸入信號In (x， y)執行灰度擴展處理。否則，CPU 31轉 到步驟S27以繼續用於保持輸入信號的處理。
在步驟S27中，CPU31將Xs置成起點先前位置XsO。
此後，CPU31將Xe置成起點位置Xs，將Te置成起點灰度Ts， 並且將FCe置成起點變化FCs (步驟S28)，並且此後回到步驟S4以 再次開始檢測處理。
CPU31輸出通過上述處理所獲得的輸出圖像數據Out(x， y) (8 位)。
如上所述，根據第一示例性實施例的檢測器11的處理操作(第一 圖像處理操作)和擴展校正器12的處理操作(第二圖像處理操作)由 計算機來執行，與根據第一示例性實施例的圖像處理設備所執行的圖 像處理操作相同，但無需特定硬體。
圖14至圖16所示的流程圖表示根據第一示例性實施例的圖像處 理設備的處理操作。還可通過計算機來執行根據第二示例性實施例圖 像處理設備的處理操作。
在第四示例性實施例中，由計算機根據該程序來執行降低柵格圖 像的數據量的處理以及擴展圖像數據以恢復原始圖像的處理。通過計 算機可以執行這些處理中的任何一個。
在第四示例性實施例中，通過計算機來實現根據第一示例性實施 例的圖像處理設備的功能。還可通過計算機來實現上述圖像檢測設備 以及灰度擴展設備的處理操作。
在第一至第四示例性實施例中，將通過灰度擴展所增加的圖像數據的位數說明為是恆定的。然而，通過灰度擴展可使位數增大到任何 數目。
說明了第一至第四示例性實施例是本發明的優選實施例，並且本 發明並不局限於第一至第四示例性實施例所示的配置。例如，通過灰 度擴展處理不必使各個顏色中的圖像數據的位數增大到相同數目。具
體地說，如果由數據R具有5位、數據G具有6位、以及數據B具有 5位的三原色R、 G、 B來表示圖像數據，那麼可使數據R和數據B擴 展3位並且使數據G擴展2位以將圖像數據R、 G、 B轉換成8位圖像 數據。
可僅增大圖像數據R、 G、 B中的一些顏色的位數。柵格圖像不需 是由多個顏色中的圖像數據所組成的彩色圖像，而可以是單色圖像。
在該示例性實施例中， 一個像素上的一個灰度的變化假定是噪聲/ 誤差分量。然而，如本發明的原理所示，根據圖像和顯示設備的清晰 程度可將n個像素上的一個灰度的變化檢測為噪聲/誤差分量。因此可 以用多種方式對本發明進行修改。
權利要求
1.一種圖像處理設備，包括檢測器，用於通過順序地掃描輸入數字圖像信號的像素序列來檢測線性內插適用區域，作為通過經由所述輸入數字圖像信號的所述像素序列的線性內插來執行灰度擴展處理而使灰度變化平滑的區域；以及擴展校正器，用於對通過所述檢測器所檢測的所述線性內插適用區域執行灰度擴展處理；其中，當所述檢測器順序地掃描所述輸入數字圖像信號的所述像素序列的灰度值時，如果所述檢測器檢測到在預定範圍中的灰度變化，並且檢測到所述灰度變化的位置之後的位置上的像素的灰度值與檢測到所述灰度變化的所述位置之前的位置上的像素的灰度值相同，那麼所述檢測器將檢測到所述灰度變化的所述像素的灰度值認為是所述像素之後和之前的位置上的像素的灰度值。
2. —種圖像處理設備，包括檢測器，用於通過順序地掃描輸入數字圖像信號的像素序列來檢 測線性內插適用區域，作為通過經由所述輸入數字圖像信號的所述像素序列的線性內插來執行灰度擴展處理而使灰度變化平滑的區域；以 及擴展校正器，用於對通過所述檢測器所檢測的所述線性內插適用 區域執行灰度擴展處理；其中，當所述檢測器順序地掃描所述輸入數字圖像信號的所述像 素序列的灰度值時，如果所述檢測器檢測到具有從檢測到灰度變化的 位置在多個像素上延續的相同灰度值的在預定範圍中的灰度變化並且 在所述相同灰度值之後的位置上的像素的灰度值與檢測到所述灰度變 化的所述位置之前的位置上的像素的灰度值相同，那麼所述檢測器將 檢測到所述灰度變化的所述像素的灰度值認為是所述像素之後和之前 的位置上的像素的灰度值。
3. 根據權利要求1或2的圖像處理設備，還包括 校正處理器，用於基於來自所述檢測器的檢測位置數據和灰度變化來對所述輸入數字圖像信號執行校正處理；以及平均校正器，被提供有所述數字圖像信號和來自所述校正處理器 的輸出圖像信號，計算通過所述校正處理器所校正的圖像信號與所述 數字圖像信號的平均值，如果所述數字圖像信號的灰度值與所述線性 內插適用區域的起點灰度不相同則輸出所述平均值，否則輸出來自所 述校正處理器的所述輸出圖像信號。
4. 根據權利要求1至3中任意一項的圖像處理設備，還包括 行緩衝器，用於至少存儲所述數字圖像信號的一行圖像信號。
5. 根據權利要求1至3中任意一項的圖像處理設備，還包括-幀緩衝器，用於至少存儲表示所述數字圖像信號的一畫面的圖像信號。
6. 根據權利要求1至5中任意一項的圖像處理設備，其中，所述 預定範圍中的所述灰度變化包括所述數字圖像信號的最小灰度差的灰 度變化。
7. 根據權利要求1至6中任意一項的圖像處理設備，其中，所述 檢測器將相同灰度值延續並且滿足區域之間的灰度差屬於預定值的條 件的相鄰區域檢測為所述線性內插適用區域。
8. —種顯示設備，包括圖像處理器，所述圖像處理器包括檢測器，用於通過順序地掃 描輸入數字圖像信號的像素序列來檢測線性內插適用區域，作為通過 經由所述輸入數字圖像信號的像素序列的線性內插來執行灰度擴展處 理而使灰度變化平滑的區域，其中，如果所述檢測器檢測到在預定範圍中的灰度變化，並且檢測到所述灰度變化的位置之後的位置上的像 素的灰度值與檢測到所述灰度變化的所述位置之前的位置上的像素的 灰度值相同，那麼所述檢測器將檢測到所述灰度變化的所述像素的灰 度值認為是所述像素之後和之前的位置上的像素的灰度值；以及擴展 校正器，用於對通過所述檢測器所檢測的所述線性內插適用區域執行 灰度擴展處理；以及顯示單元，用於基於來自所述圖像處理器的輸出信號來顯示圖像。
9. 一種顯示設備，包括圖像處理器，所述圖像處理器包括檢測器，用於通過順序地掃 描輸入數字圖像信號的像素序列來檢測線性內插適用區域，作為通過 經由所述輸入數字圖像信號的像素序列的線性內插來執行灰度擴展處 理而使灰度變化平滑的區域，其中，如果所述檢測器檢測到具有從檢 測到所述灰度變化的位置在多個像素上延續的相同灰度值的在預定範 圍中的灰度變化並且所述相同灰度值之後的位置上的像素的灰度值與 檢測到所述灰度變化的所述位置之前的位置上的像素的灰度值相同， 那麼所述檢測器將檢測到所述灰度變化的所述像素的灰度值認為是所述像素之後和之前的位置上的像素的灰度值；以及擴展校正器，用於對通過所述檢測器所檢測的所述線性內插適用區域執行灰度擴展處理；以及顯示單元，用於基於來自所述圖像處理器的輸出信號來顯示圖像。
10. —種圖像處理方法，包括步驟通過順序地掃描輸入數字圖像信號的像素序列來檢測線性內插適 用區域，作為通過經由所述輸入數字圖像信號的像素序列的線性內插來執行灰度擴展處理而使灰度變化平滑的區域；以及對通過所述檢測器所檢測的所述線性內插適用區域執行灰度擴展 處理；其中，所述檢測線性內插適用區域的步驟順序地掃描所述輸入數 字圖像信號的所述像素序列的灰度值，如果所述檢測線性內插適用區域的步驟檢測到預定範圍中的灰度變化，並且檢測到所述灰度變化的 位置之後的位置上的像素的灰度值與檢測到所述灰度變化的所述位置 之前的位置上的像素的灰度值相同，那麼所述檢測線性內插適用區域 的步驟將檢測到所述灰度變化的所述像素的灰度值認為是所述像素之 後和之前的位置上的像素的灰度值。
11. 一種圖像處理方法，包括步驟通過順序地掃描輸入數字圖像信號的像素序列來檢測線性內插適 用區域，作為通過經由所述輸入數字圖像信號的像素序列的線性內插 來執行灰度擴展處理而使灰度變化平滑的區域；以及對通過所述檢測器所檢測的所述線性內插適用區域執行灰度擴展 處理；其中，所述檢測線性內插適用區域的步驟順序地掃描所述輸入數 字圖像信號的所述像素序列的灰度，如果所述檢測線性內插適應區域 的步驟檢測到具有從檢測到灰度變化的位置在多個像素上延續的相同 灰度值的在預定範圍中的灰度變化並且在所述相同灰度值之後的位置 上的像素的灰度值與檢測到所述灰度變化的所述位置之前的位置上的 像素的灰度值相同，那麼所述檢測線性內插適用區域的步驟將檢測到 所述灰度變化的所述像素的灰度值認為是所述像素之後和之前的位置 上的像素的灰度值。
12. —種程序，用於使計算機執行根據權利要求10或11的圖像 處理方法。
全文摘要
一種圖像處理設備包括用於檢測線性內插適用區域的檢測器，以及用於對檢測器所檢測的線性內插適用區域執行灰度擴展處理的擴展校正器。當檢測器11檢測到線性內插適用區域時，如果位於檢測到預定範圍中的灰度變化的像素之前與之後的像素的灰度值彼此相同，那麼檢測器判斷出該灰度變化是由於噪聲等等引起的，並且將檢測到灰度變化的像素的灰度值認為是位於該像素之前和之後的像素的灰度值。
文檔編號G09G3/20GK101317195SQ20068004491
公開日2008年12月3日 申請日期2006年11月24日 優先權日2005年11月30日
發明者宮坂大吾 申請人:日本電氣株式會社