技術 非線形信号処理装置及び画像信号処理装置

0001

本発明は非線形信号処理装置及び画像信号処理装置に係り、特にガンマ補正回路や輝度レベルに応じたゲイン値を出力するゲイン補正回路などに適用される非線形信号処理装置及び画像信号処理装置に関する。

0002

従来、非線形の画像変換を行う画像信号処理装置は、ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）を使用したＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）によって構成されている。即ち、予め入力するデジタル画像信号の値に対応して非線形な出力となる値を記憶し、入力するデジタル画像信号の値に対応してその記憶した値を読み出すようにしている。

0003

しかしながら、デジタル画像信号の全階調に対して変換する値をＬＵＴに格納すると、ＬＵＴの記憶容量が増大するという問題ある。このＬＵＴの記憶容量を削減するために、さまざまな手法が提案されている。

0004

特開平８−１３７４５１号公報に記載のデータ変換装置は、ＬＵＴと補間演算手段とを用いてデータ変換処理を行うことにより、データの非線形性が大きい場合にも格子点数を増やさずに（メモリを増やさずに）、演算精度を高めるようにしている。

0005

しかしながら、上記特開平８−１３７４５１号公報に記載のデータ変換装置は、ＬＵＴを使用しているため、記憶容量を大幅に削減することができず、また、ＬＵＴの値は、整数で記述されているため、量子化分だけ誤差が生じるという問題がある。

0006

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ルックアップテーブルを必要とせず、かつ簡単な処理で所望の入出力特性を有する非線形信号処理を行うことができる非線形信号処理装置及び画像信号処理装置を提供することを目的とする。

0007

前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、第１のデジタル信号を入力すると、該第１のデジタル信号を非線形の入出力特性をもつ第２のデジタル信号に変換して出力する非線形信号処理装置であって、前記第１のデジタル信号の大きさに応じて区分された複数の区間ごとに、該第１のデジタル信号を変数とする一次式を特定するためのデータを記憶する記憶手段と、入力する第１のデジタル信号の大きさに応じて前記記憶手段から前記一次式を特定するためのデータを読み出す読出手段と、前記入力する第１のデジタル信号と前記記憶手段から読み出した一次式を特定するためのデータとに基づいて該一次式の演算を行い、その演算値を前記第２のデジタル信号として出力する演算手段と、を備え、前記記憶手段に記憶させる一次式を特定するためのデータは、前記非線形の入出力特性をもつ曲線を前記各区間ごとに一次近似する一次式を特定するデータであることを特徴としている。

0008

即ち、この非線形信号処理装置は、第１のデジタル信号を入力すると、該第１のデジタル信号を非線形の入出力特性をもつ第２のデジタル信号に変換して出力するもので、前記第１のデジタル信号を変数とする一次式を演算することによって前記第２のデジタル信号を得るようにしている。尚、一次式を特定するためのデータは、入出力特性を示す曲線に応じてその曲線を一次近似する直線の分割数や間隔を決め、各一次式ごとに予め記憶手段に記憶されている。

0009

請求項２に示すように前記一次式を特定するためのデータは、一次式の傾きを示す傾きデータと切片を示す切片データであり、前記演算手段は、前記入力する第１のデジタル信号と前記傾きデータとを乗算する乗算手段と、該乗算手段によって得られる乗算値と前記切片データとを加算する加算手段とからなることを特徴としている。尚、一次式を特定するためのデータは、入出力特性を示す曲線上の一次近似する分割点のデータでもよい。

0010

請求項３に係る画像信号処理装置は、第１のデジタル画像信号を入力すると、該第１のデジタル画像信号を所定のガンマ特性をもつ第２のデジタル画像信号に変換して出力するガンマ補正手段と、前記第２のデジタル画像信号に基づいてアパーチャ信号を生成するアパーチャ信号生成手段と、前記ガンマ補正手段における所定のガンマ特性を示す曲線の微係数の逆数の入出力特性をもつ請求項１の非線形信号処理装置であって、前記第２のデジタル画像信号を前記第１のデジタル信号として入力し、前記第２のデジタル信号を前記アパーチャ信号のゲイン信号として出力する非線形信号処理装置と、前記アパーチャ信号生成手段によって生成されたアパーチャ信号と前記非線形信号処理装置から出力されるゲイン信号とを乗算する乗算手段と、前記第２のデジタル画像信号に前記乗算手段から出力される乗算値を加算する加算手段と、を備えたことを特徴としている。

0011

前記非線形信号処理装置により前記ガンマ特性を示す曲線の微係数の逆数の入出力特性をもつように前記アパーチャ信号に対するゲイン信号を生成するようにしたため、低輝度部分でのＳ／Ｎを向上させることができるとともに、高輝度部分でのエッジ強調を良好に行うことができる。

0012

以下添付図面に従って本発明に係る非線形信号処理装置及び画像信号処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。

0013

図１は本発明に係る画像信号処理装置の実施の形態を示すブロック図である。

0014

この画像信号処理装置は、画像の濃淡を示す輝度データをガンマ補正するとともに、そのガンマ補正した輝度データにアパーチャ信号を加算してエッジ強調を行うもので、主としてガンマ補正部１０と、アパーチャ信号生成部２０と、アパーチャゲイン生成部３０と、乗算器４０と、加算器５０とから構成されている。

0015

ガンマ補正部１０は、入力する輝度データＹをガンマ補正するもので、例えば、図２に示すように入力データに対して所定のガンマ特性を示す出力データが記憶されているルックアップテーブル（ＬＵＴ）によって構成されており、輝度データＹを入力すると、その輝度データＹをガンマ補正した輝度データＹ′に変換し、この輝度データＹ′を出力する。

0016

アパーチャ信号生成部２０は、ガンマ補正後の輝度データＹ′からエッジ強調用のアパーチャ信号Ｙapを生成するもので、例えば、バンドパスフィルタによって構成されている。このアパーチャ信号生成部２０によって生成されたアパーチャ信号Ｙapは、乗算器４０に加えられる。

0017

乗算器４０の他の入力には、アパーチャゲイン生成部３０からアパーチャゲインgainが加えられており、乗算器４０は前記アパーチャ信号Ｙapとアパーチャゲインgainとを乗算し、その乗算値（即ち、アパーチャゲインgainによって増減したアパーチャ信号）Ｙap′を加算器５０に出力する。

0018

加算器５０の他の入力には、ガンマ補正部１０からガンマ補正後の輝度データＹ′が加えられており、加算器５０はこの輝度データＹ′に前記アパーチャ信号Ｙap′を加算し、その加算値（Ｙ′＋Ｙap′）を出力する。これにより、ガンマ補正され、かつアパーチャ信号Ｙap′によってエッジ強調された輝度データ（Ｙ′＋Ｙap′）が得られる。

0019

次に、上記アパーチャゲイン生成部３０について説明する。

0020

このアパーチャゲイン生成部３０は、メモリ３２と、演算部３４とからなり、演算部３４は乗算器３４Ａと加算器３４Ｂとから構成されている。

0021

メモリ３２には、非線形の入出力特性をもつ曲線を、該曲線の各区間ごとに一次式で一次近似する複数の一次式の傾きを示す傾きデータａと、切片を示す切片データｂとが予め記憶されており、このメモリ３２からは前記ガンマ補正部１０から出力される輝度データＹ′に基づいて対応する区間の一次式の傾きデータａと切片データｂとが読み出され、演算部３４に出力される。

0022

演算部３４の乗算器３４Ａには、ガンマ補正部１０から輝度データＹ′が加えられるとともに、前記メモリ３２から傾きデータａが加えられており、乗算器３４Ａは、これらの２入力を乗算して乗算値（ａ・Ｙ′）を加算器３４Ｂに出力する。

0023

加算器３４Ｂの他の入力には、メモリ３２から切片データｂが加えられており、加算器３４Ｂは、前記乗算値（ａ・Ｙ′）と切片データｂとを加算し、その加算値（ａ・Ｙ′＋ｂ）をアパーチャゲイン信号gainとして出力する。即ち、演算部３４は、次式、

0024

gain＝ａ・Ｙ′＋ｂ
に示す一次式を演算することにより、アパーチャゲイン信号gainを算出するようにしている。

0025

次に、上記一次式を特定するための傾きデータａ及び切片データｂについて詳述する。

0026

まず、非線形の入出力特性をもつ曲線としては、前記ガンマ補正部１０におけるガンマ（図２参照）の微係数（ガンマの傾き）の逆数を示す曲線とする。図２に示すようなガンマによれば、このガンマの傾きの逆数をアパーチャゲインとして使用することにより、輝度データの低輝度部分でのＳ／Ｎを向上させることができるとともに、高輝度部分でのエッジ強調を良好に行うことができる。

0027

図３は上記ガンマの傾きの逆数の曲線を、４分割、８分割、１６分割し、各区間を一次式で一次近似したグラフを示している。尚、図３上で、一点鎖線は、ガンマの傾きの逆数の曲線を４分割して一次近似したグラフであり、破線は、ガンマの傾きの逆数の曲線を８分割して一次近似したグラフであり、実線は、ガンマの傾きの逆数の曲線を１６分割して一次近似したグラフである。

0028

図３に示すようにガンマの傾きの逆数の曲線は、１６分割することでほぼ曲線で表現することができ、ガンマの傾きの逆数を近似的に求めることができる。

0029

上記ガンマの傾きの逆数の曲線を１６分割する各区間ごとの一次式の傾きデータａ、切片データｂ等を次表に示す。

0030

ID=000003HE=055 WI=062 LX=0290 LY=1850
尚、この［表１］の内容が前記メモリ３２に記憶され、入力する輝度データＹ′から対応する区間が選択され、その区間の傾きデータａ及び切片データｂが読み出される。

0031

ところで、ガンマ補正部１０は、前述したようにＬＵＴによって構成されており、ＬＵＴには、図４（Ａ）に示すように入力データに対して整数値となる出力データが記憶されている。この離散的な整数値からガンマの微係数（傾き）を求めると、図４（Ｂ）に示すように傾きがステップ状に変化する部分と、傾きが０となる部分とが繰り返され、傾きの増加・減少が表現できないが、予め一次関数で近似することで、精度よく微係数を算出することができる。

0032

尚、この実施の形態では、ガンマ補正部１０をＬＵＴによって構成したが、これに限らず、アパーチャゲイン生成部３０と同様に、ガンマ曲線を各区間ごとに一次近似する一次式を演算することにより、ガンマ補正した輝度データを得るようにしてもよい。また、ガンマ補正部１０やアパーチャゲイン生成部３０に限らず、非線形の入出力特性をもつ曲線を各区間ごとに一次近似する一次式を演算することにより、ＬＵＴを使用せずに所望の入出力特性をもつ非線形信号処理をデジタル処理で行うようにしてもよい。

0033

以上説明したように本発明に係る非線形信号処理装置によれば、非線形の入出力特性をもつ曲線を複数の一次式で近似する、各一次式を特定するためのデータ（傾きデータと切片データ）を記憶する記憶手段から入力データに基づいて対応する傾きデータと切片データを読み出し、入力データ、傾きデータ及び切片のデータに基づいて一次式を演算して非線形の出力データを得るようにしたため、記憶容量が大きなルックアップテーブルを必要とせず、かつ簡単な演算処理で所望の精度の入出力特性を有する非線形信号処理を行うことができる。

0034

また、本発明に係る画像信号処理装置によれば、ガンマの微係数（傾き）の逆数をアパーチャゲイン信号とし、このアパーチャゲイン信号を生成するために上記非線形信号処理装置を適用することで、精度よく微係数を求めることができ、輝度データの低輝度部分でのＳ／Ｎを向上させることができるとともに、高輝度部分でのエッジ強調を良好に行うことができる。

0035

図１本発明に係る画像信号処理装置の実施の形態を示すブロック図
図２図１に示したガンマ補正部でのガンマ補正を説明するために用いた図
図３図１に示したガンマ補正部におけるガンマの微係数（傾き）の逆数の曲線を一次近似したグラフ
図４ルックアップテーブルから該ルックアップテーブルで示される曲線の微係数（傾き）を求める場合の不具合を説明するために用いた図

0036

１０…ガンマ補正部、２０…アパーチャ信号生成部、３０…アパーチャゲイン生成部、３２…メモリ、３４…演算部、３４Ａ、４０…乗算器、３４Ｂ、５０…加算器