JP2832954B2 - 画像強調回路 - Google Patents

画像強調回路

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JP2832954B2
JP2832954B2 JP63224466A JP22446688A JP2832954B2 JP 2832954 B2 JP2832954 B2 JP 2832954B2 JP 63224466 A JP63224466 A JP 63224466A JP 22446688 A JP22446688 A JP 22446688A JP 2832954 B2 JP2832954 B2 JP 2832954B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、不鮮明な画像信号を処理することにより、
鮮明な画像信号を抽出する画像強調回路に関する。
〔従来の技術〕
一般に、ロボットの目やファクトリ・オートメーショ
ン用監視カメラなどの映写機からの画像信号を鮮明にす
るために、画像信号を施すことが知られている。
第4図AおよびBは画像信号を示す。同図Aは画像強
調前の画像信号を示し、同図Bは画像強調後の画像信号
を示す。また1−1、2−1、3−1は、画像強調前の
画像信号のインテンシティが極端に弱い部分、適度な部
分、極端に強い部分を示し、1−2、2−2、3−2
は、画像強調後の画像信号のインテンシティが極端に弱
い部分、適度な部分、極端に強い部分を示す。
画像信号が不鮮明になる原因として、同図Aに示すよ
うにインテンシティの極端に弱い部分1−1または強い
部分3−1において、映写機のダイナミックレンジの制
約から、画像の細かい変動信号が十分に記録されないま
ま画像信号として出力される点が挙げられる。
このため従来、インテンシティの極端に弱い部分1−
1または強い部分3−1について、そのインテンシティ
を大きくまたは小さくすると共に、その分、細かい変動
信号を増強するように補正する技術が提供されている
(プロシーディングズ オブ アイシーエイエスエスピ
ー(Proceedings of ICASSP)、1981(米)p.1117−112
0参照)。
第5図は前記した従来技術による画像強調回路の構成
を示す。入力端子4から入力された画像信号5の低域空
間のみを低域空間フィルタ6により通過させることによ
って、平均的局部インテンシティ信号7を得る。一方、
減算器8により、画像信号5から平均的局部インテンシ
ティ信号7を除去して細部信号9を得る。
そして第1の変換回路10により、細部信号9の増幅係
数11を平均的局部インテンシティ信号7から得る。つま
り、平均的局部インテンシティ信号7が極端に弱い部分
1−1および強い部分3−1(第4図A参照)で大きい
値をとるように、非線形な重み付けを施した増幅係数11
を出力する。乗算器12は、この増幅係数11に基づいて、
細部信号9を増幅することにより、前記した部分1−
1、3−1(第4図A参照)における細部信号9を選択
的に増幅する。
また、このように細部信号9を強調して平均的局部イ
ンテンシティ信号7に加えると、画像のダイナミックレ
ンジを越える可能性があるため、第2の変換回路13によ
り、平均的局部インテンシティ信号7の極端に弱い部分
1−1(第4図A参照)を選択的に強くすると共に、極
端に強い部分3−1(第4図A参照)を選択的に弱くす
る修正を行い、修正された平均的局部インテンシティ信
号14と強調された細部信号15を加算器16で加え合わせ、
出力端子17から出力する。この結果、インテンシティの
適切な部分2−1はそのまま出力し、しかもインテンシ
ティの強過ぎたり弱過ぎたりする部分1−1、3−1
(第4図A参照)は調節を加えて出力でき、第4図Bに
示すような画像強調が行えることになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
画像強調では、インテンシティが適切な部分2−1
(第4図A参照)をなるべくそのままにしておく必要が
あるが、前記した従来技術では、平均的局部インテンシ
ティ信号7のレベルに基づいて増幅係数11を決定するた
め、増幅係数11の最適な特性は入力画像ごとに異なって
しまい、増幅係数11の設定を慎重に行うことが必要とな
る問題点がある。このため、写真などの静止画を処理す
る場合などは、増幅係数11の重み付けの設定が特に難し
いものとなり、またテレビカメラからの信号を実時間で
処理する場合などは、時間的に困難となる。
また増幅係数11は平均的局部インテンシティ信号7の
レベルに依存するため、たとえば平均的局部インテンシ
ティが低い部分1−1における局部的高レベル部分に対
し、大きく増幅し過ぎてしまうという問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑み、平均的局部イン
テンシティに対しレベルの異なる局部について好ましい
増幅を行える画像強調回路を提供することを目的とし、
さらに、適切な増幅係数の設定が容易な画像強調回路を
提供することを目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
請求項1記載の発明では、(イ)入力画像信号を低域
信号および高域信号に分離する空間フィルタと、(ロ)
この空間フィルタの出力を入力して、増幅の行われるべ
き振幅が小さい高域信号に対応する低域信号を出力する
ゲート手段と、(ハ)ゲート手段から出力される低域信
号の振幅のヒストグラムを計算するヒストグラム計算手
段と、(ニ)このヒストグラムに対し、振幅の小さい部
分が大きくなる重み付けを行って増幅関数を求める重み
付け手段と、(ホ)この増幅関数および低域信号に応じ
て増幅係数を決定する係数決定手段と、(ヘ)高域信号
の振幅が大きいことにより、増幅係数を小さく補正する
係数補正手段と、(ト)この係数補正手段により補正さ
れた増幅係数に基づいて高域信号を補正する高域信号補
正手段と、(チ)低域信号に対し、振幅が大きいことに
より減衰を行うと共に、振幅が小さいことにより増幅を
行う低域信号補正手段と、(リ)高域信号補正手段およ
び低域信号補正手段の出力を加算して出力する加算手段
とを画像強調回路に具備させる。
すなわち請求項1記載の発明では、空間フィルタによ
り入力画像信号を低減信号と高域信号とに分離し、それ
ぞれを低域信号補正手段および高域信号補正手段により
補正した後、加算手段により両信号を加算するものであ
る。
この画像強調回路では、増幅係数決定手段により増幅
係数を次のように決定するものである。まずゲート手段
により、振幅が小さい高域信号、つまり増幅すべき高域
信号に対応する低減信号を得る。そして、この低域信号
の振幅のヒストグラムをヒストグラム計算手段により計
算する。このヒストグラムは、増幅すべき高域信号が集
中する平均的局部インテンシティに対して大きな値をと
るので、このヒストグラムの値に基づいて増幅係数を決
定する。
すなわち、振幅レベルの小さな成分が大きくなるよう
に、重み付け手段によりヒストグラムに重み付けを加え
ることによって、増幅関数を求める。人間の平均的局部
インテンシティに対する視覚特性として、平均的局部イ
ンテンシティのレベルが極端に小さい場合、画像細部に
対する検知能力が低下する。前記の重み付けをヒストグ
ラムに行うことによって、この視覚特性を補償するもの
である。そして増幅係数決定手段により、増幅関数およ
び低域信号に基づいて、増幅係数を決定する。この増幅
係数に基づいて高域信号補正手段により高域信号を補正
することで、必要な増幅を高域信号に施すことができ
る。
〔実施例〕
以下図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例を説明する参考となる画像
強調回路を示す。この回路で低減空間フィルタ6は、入
力端子4から入力された画像信号5に対し低域空間周波
数ろ波を行い、平均的局部インテンシティ信号7を出力
するものである(昭和60年度電子通信学会情報システム
部門全国大会講演番号168「積和演算に基づいた画像フ
ィルタリングの高速化手法」原崎秀信他、参照)。減算
器8は、画像信号5から平均的局部インテンシティ信号
7を減算して細部信号9を得るものである。乗算器12
は、細部信号9に増幅係数11を乗算することによって、
細部信号9を補正するものである。第1の変換回路18
は、平均局部インテンシティ信号7のレベルに基づい
て、増幅係数11を出力するものである。第2の変換回路
13は、平均的局部インテンシティ信号7に対し、レベル
が極端に弱い部分はレベルを強くすると共に、レベルが
極端に強い部分はレベルを弱くする修正を行うものであ
る。加算器16は、修正された平均的局部インテンシティ
信号14と増幅された細部信号15とを加算して画像信号19
を再生し、出力端子17から出力するものである。第3の
変換回路20は、細部信号9のレベルに基づいて、補正係
数21を出力するものである。
第2図は、第3の変換回路20の特性を示す。細部信号
9のレベルがしきい値THH以下である場合、補正係数21
は「1」であり、細部信号9のレベルがしきい値THH
上である場合、補正係数21は細部信号9のレベルが大き
くなるに従って小さくなる。しきい値THHは、画像の細
部が十分鮮明に見えると考えられる下限値に設定されて
いる。
参考として示したこの画像強調回路の動作を説明す
る。
その概略を説明すれば、まず、入力端子4に入力され
た画像信号5は、低減空間フィルタ6と減算器8とによ
り、平均的インテンシティ信号7と細部信号9とに分離
される。平均的インテンシティ信号7には第2の変換回
路14により処理が施されると共に、細部信号9には乗算
器12により処理が施される。そして、処理後の平均的イ
ンテンシティ信号14と細部信号15とが加算器16により加
算されて、所要の画像信号19が再生される。
次に、乗算器12に出力される増幅係数11の作成動作を
説明する。第3の変換回路20は、前記したように、細部
信号9のレベルに応じて補正係数21を出力する。第1の
変換回路18は、平均局部インテンシティ信号7に応じて
増幅係数を求め、これに補正係数21を乗算して増幅係数
11を求める。すなわち小さい細部信号9については、平
均的局部インテンシティ信号7から求められる増幅率に
より増幅し、十分に大きい細部信号9については、平均
的局部インテンシティ信号7から求められる増幅率を減
衰して増幅する。これにより、局部的に大きい細部信号
9に対する過剰な増幅を防止している。
第3図は本発明の実施例に係る画像強調回路を示す。
この画像強調回路は第1図の回路に、ゲート回路22とヒ
ストグラム計算回路23と平滑化重み付け回路24とを付加
した構成となっている。そして第1の変換回路25は、平
均的局部インテンシティ信号7のレベルと、補正係数21
と、平滑化重み付け回路24から出力されるヒストグラム
26とにより、増幅係数11を求めるものとなっている。そ
の他の構成は、第1図の回路と同様である。
ゲート回路22は、細部信号9のレベルが所定範囲にあ
るかどうかを判定し、所定範囲にあるとき、平均的局部
インテンシティ信号27を出力するものである。前記した
範囲は、細部信号9が微小雑音信号であるかどうかを判
定するしきい値により下限が設定され、鮮明に見えるか
どうかを判定するしきい値により上限が設定されてい
る。ヒストグラム計算回路23は、ゲート回路22が選択的
に出力する平均的局部インテンシティ信号27のヒストグ
ラムを計算するものである。
平滑化重み付け回路24は、ヒストグラム計算回路23が
出力するヒストグラム28に平滑化と重み付けを施し、ヒ
ストグラム26として出力するものである。平滑化は、ヒ
ストグラム28に対し移動平均をとることにより行われ
る。また重み付けは、振幅レベルの小さい成分がより大
きくなるように行われる。
たとえば256階調の画像において、3点近傍により平
滑化を行う場合、ヒストグラム26をCH(I)とすると次
のようになる。ただし、H(I)はヒストグラム28、W
(I)は重み付け関数、I=0〜255とする。
第1の変換回路25が出力する増幅係数11は、次の増幅
関数K(ILPF)により定まる。ただし、ILPFは平均的局
部インテンシティ信号7のレベル、CHMAXはCH(I)の
最大値である。
本実施例によれば、ゲート回路22により、増幅すべき
細部信号9を選択してその細部信号9に対応する平均的
局部インテンシティ信号7を得る。そして、この平均的
局部インテンシティ信号7のヒストグラム28をヒストグ
ラム計算回路23により求める。前記したように、細部信
号9が集中する平均的局部インテンシティ信号7に対し
てヒストグラム28は大きな値をとるため、このヒストグ
ラム28に基づいて増幅係数11を決定する。
このヒストグラム28は、局所的に見ると平均的局部イ
ンテンシティ信号7のレベルの小さな変動に大きく値が
変動する可能性があり、ヒストグラム28はそのまま増幅
係数11の決定に用いると画質が劣化するため、平滑化重
み付け回路23により平滑化を行う。
さらに前記したように人間の視覚特性として、平均的
局部インテンシティ信号7のレベルが極端に小さい場
合、画像細部に対する検知能力が低下するので、平滑化
重み付け回路23によって重み付けを行ってその視覚特性
を補償する。
このようにして得られた増幅係数11により細部信号9
を増幅することによって、適正な画像信号18を得ること
ができる。しかも、増幅係数11を求めるのに必要な処理
はいずれも短時間で行える簡単なものであるので、画像
信号18をリアルタイムで容易に処理できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように請求項1に係る画像強調回路によ
れば、平均的局部インテンシティのヒストグラムに所定
の処理を施したうえで、これに基づいて増幅係数を決定
するものであるので、迅速かつ容易に適正な画像強調を
行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を説明するための参考となる画像強調回
路を示すブロック図、第2図は第1図の画像強調回路に
おける第3の変換回路の特性図、第3図は本発明の一実
施例に係る画像強調回路を示すブロック図、第4図Aお
よびBは画像強調前および画像強調後の画像信号を示す
特性図、第5図は従来の画像強調回路を示すブロック図
である。 5……画像強調前の画像信号、 6……低域空間フィルタ、 7……平均的局部インテンシティ信号、 8……減算器、9……細部信号、 11……増幅係数、12……乗算器、 13……第2の変換回路、16……加算器、 19……画像強調後の画像信号、 20……第3の変換回路、21……補正係数、 22……ゲート回路、 23……ヒストグラム計算回路、 24……平滑化重み付け回路、 25……第1の変換回路、 26……平滑化重み付け後のヒストグラム、 27……ゲート回路が出力する平均的局部インテンシティ
信号、 28……平滑化重み付け前のヒストグラム。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力画像信号を低域信号および高域信号に
    分離する空間フィルタと、 この空間フィルタの出力を入力して、増幅の行われるべ
    き振幅が小さい高域信号に対応する低域信号を出力する
    ゲート手段と、 ゲート手段から出力される低域信号の振幅のヒストグラ
    ムを計算するヒストグラム計算手段と、 このヒストグラムに対し、振幅の小さい部分が大きくな
    る重み付けを行って増幅関数を求める重み付け手段と、 この増幅関数および低域信号に応じて増幅係数を決定す
    る係数決定手段と、 高域信号の振幅が大きいことにより、前記増幅係数を小
    さく補正する係数補正手段と、 この係数補正手段により補正された増幅係数に基づいて
    高域信号を補正する高域信号補正手段と、 低域信号に対し、増幅が大きいことにより減衰を行うと
    共に、振幅が小さいことにより増幅を行う低域信号補正
    手段と、 高域信号補正手段および低域信号補正手段の出力を加算
    して出力する加算手段とを具備することを特徴とする画
    像強調回路。
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