CN102034418A - 图像处理设备和图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像处理设备和图像处理方法。特征图像检测插值单元进行用于增大输入图像中部分存在的低亮度区域中的亮度值的插值处理。最小值滤波器单元对经过了插值处理的图像执行最小值滤波处理，并且低通滤波器对经过了最小值滤波处理的图像进行低通滤波处理，从而生成低频成分图像。减法器通过从输入图像减去低频成分图像生成高频成分图像。系数乘法器按照预先设置的比率K1对输入图像相加高频成分图像的亮度值，从而生成高频成分增强图像。选择器交替输出低频成分图像和高频成分增强图像。

Description

图像处理设备和图像处理方法

技术领域

本发明涉及一种图像处理设备和图像处理方法。

背景技术

近年来，已使用液晶显示装置作为电视接收器或PC用显示装置。这类液晶显示装置由于可以做得很薄并且节省空间和电力，因而已被广泛使用。然而，在这类液晶显示装置中，对运动视频的应答时间长。

作为用以改善应答时间的液晶显示装置的驱动方法，提出了一种用于将接着要显示的图像数据与前一图像数据进行比较并且根据比较结果进行过驱动(overdrive)的方法(日本特开平11-126050号公报)。

作为用于改善由液晶显示装置的显示特性所引起的运动模糊的方法，提出了一种用于通过加倍输入图像信号的帧频并且通过插入黑色图像或中间图像来驱动显示装置的方法(日本特开2002-351382号公报)。

此外，提出了下面的技术(日本特开2006-184896号公报)。通过增大输入图像信号的帧频将一个帧分割成多个子帧。与在其它子帧中显示图像所使用的图像信号相比，减少在这多个子帧中的至少一个预定子帧中显示图像所使用的图像信号的高频成分。

然而，如果高频成分的变化量大，则可能生成超过显示范围的值，从而干扰显示图像或者显示额外视频。如果通过减少高频成分来解决该问题，则运动模糊改善效果降低(劣化)。

发明内容

考虑到上述问题做出了本发明，并且本发明提供一种使得在不丢失高频成分的情况下充分利用显示器色调的动态范围进行显示并抑制额外伪成分的技术。

根据本发明的第一方面，一种图像处理设备包括：

校正单元，其增大输入图像中部分存在的低亮度区域中的亮度值；

滤波器单元，其通过对由所述校正单元校正后的图像执行最小值滤波处理，然后对经过了所述最小值滤波处理的所述图像进行低通滤波处理，生成低频成分图像；

通过从所述输入图像减去所述低频成分图像来生成高频成分图像的单元；

通过按照预先设置的比率对所述输入图像相加所述高频成分图像的亮度值来生成高频成分增强图像的单元；以及

输出单元，其交替输出所述低频成分图像和所述高频成分增强图像。

根据本发明的第二方面，一种图像处理方法包括以下步骤：

校正步骤，用于增大输入图像中部分存在的低亮度区域中的亮度值；

滤波步骤，用于通过对在所述校正步骤中校正后的图像执行最小值滤波处理，然后对经过了所述最小值滤波处理的所述图像进行低通滤波处理，生成低频成分图像；

用于通过从所述输入图像减去所述低频成分图像来生成高频成分图像的步骤；

用于通过按照预先设置的比率对所述输入图像相加所述高频成分图像的亮度值来生成高频成分增强图像的步骤；以及

输出步骤，用于交替输出所述低频成分图像和所述高频成分增强图像。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的图像处理设备200的功能结构的例子的框图；

图2是示出子帧图像生成单元103的功能结构的例子的框图；

图3A～3E是示出视频信号的波形的例子的图；

图4是示出子帧图像生成单元103的功能结构的例子的框图；

图5A～5C是示出视频信号的波形的例子的图；以及

图6是示出由图像处理设备200所执行的处理的流程图。

具体实施方式

下面参考附图说明本发明的实施例。注意，下面要说明的实施例仅是具体实施本发明时的例子，并且是所附权利要求书中所述的结构的具体例子。

第一实施例

参考图1，首先说明根据本实施例的图像处理设备及其外围设备。如图1所示，根据本实施例的图像处理设备200与PC(个人计算机)300连接，并且可以从PC 300获取视频信号作为显示对象。图像处理设备200具有AV端子51，并且可以通过AV端子51从外部接收NTSC等各种标准的信号和通用TV广播节目的视频信号。图像处理设备200还可以通过AV端子51从例如用于将视频信号记录在介质上的记录装置(录像机、DVD记录器或HDD记录器)或用于重放记录在介质上的视频信号的重放装置(DVD播放器或LD播放器等)接收视频信号。如上所述，图像处理设备200可以获取各种输入形式的视频信号。

首先说明图像处理设备200。通过AV端子51，将NTSC等各种标准的信号、通用TV广播节目的视频信号、以及从诸如录像机、DVD记录器或HDD记录器等的记录装置或者诸如DVD播放器或LD播放器等的重放装置所输出的视频信号输入到信号处理电路52。

信号处理电路52对通过AV端子51输入的视频信号进行诸如解码、降噪、带宽限制滤波和信号电平调整等的信号处理。信号处理电路52将经过各种信号处理的视频信号发送给随后的开关30。

另外，将从PC 300发送的视频信号通过端子50输入给开关30。然后，开关30选择来自信号处理电路52的视频信号和来自端子50的视频信号中的一个，并且将所选择的视频信号发送给A/D转换器31。A/D转换器31将从开关30发送的作为模拟视频信号的视频信号转换成数字视频信号。

DSP(数字信号处理器)32对从A/D转换器31输入的数字视频信号进行诸如对比度调整、亮度控制、颜色转换和分辨率转换等的图像处理。DSP 32将作为结果得到的视频信号发送给随后的帧频转换单元101。

帧频转换单元101转换从DSP 32输入的视频信号的帧频。帧频转换单元101将转换后的视频信号作为图像数据存储在存储器33中。存储器33用于存储当前帧的图像数据(目前要显示的图像数据)和下一帧的图像数据(在接着的帧中要显示的图像数据)。因此，帧频转换单元101从较早的数据开始，将存储在存储器33中的图像数据顺次发送给随后的子帧图像生成单元103。

时序发生电路(TG)34向信号处理单元3的各单元输出定义相应单元的动作时序的时序信号。子帧图像生成单元103对从帧频转换单元101发送的图像数据进行用于改善运动模糊等运动图像特性的处理，从而生成并输出低频成分图像和高频成分增强图像(后面将说明)。

时序检测单元132向子帧图像生成单元103提供用于使子帧图像生成单元103交替输出低频成分图像和高频成分增强图像的切换信号。极性反转单元106基于从子帧图像生成单元103输出的图像数据反转视频信号的极性。

D/A转换器35将极性被极性反转单元106反转后的作为数字视频信号的视频信号转换成模拟视频信号，并且将其发送给随后的面板驱动器36。

在从D/A转换器35所接收到的视频信号中，面板驱动器36将R成分信号发送给R面板2R，将G成分信号发送给G面板2G，并且将B成分信号发送给B面板2B。面板驱动器36还向面板2R、2G和2B提供电力。上述单元构成信号处理单元3。

各面板2R、2G或2B用作显示相应颜色成分的图像的显示装置。注意，尽管在图1中，输入给图像处理设备200的信号是模拟视频信号，但是也可以设置用于例如LVDS或TMDS的数字视频信号输入端子或用于数字TV的D4端子来输入数字视频信号。

镇流器57是与灯1连接的灯电源。图像处理设备200包括电源58和AC插口60。通过用户操作遥控器61向图像处理设备200给出各种指示。控制面板62接收来自遥控器61的信号，并且将其通知给CPU 63。

CPU 63使用存储在ROM 64中的计算机程序和数据来控制图像处理设备200的各单元的操作。ROM 64存储用于使CPU 63控制图像处理设备200的各单元的操作的计算机程序和数据，从而使得这些单元执行后述处理。RAM 65包括用于临时存储各种从外部接收到的数据的区域和CPU 63执行各种处理所使用的工作区。也就是说，RAM 65可以根据需要提供各种区域。使用USB接口(I/F)107以通过端子121与PC 300通信数据。

假定图像处理设备200的上述单元通过通用总线相互连接，从而使得它们可以执行数据通信。当然，图像处理设备200的结构不必与图1严格一致。可以采用任何结构，只要该结构可以实现下述处理即可。假定由硬件组件构成图1所示的图像处理设备200的所有单元来说明本实施例。然而，还可以通过作为计算机程序来实现子帧图像生成单元103和帧频转换单元101等，将这些计算机程序存储在ROM 64中，然后由CPU 63执行这些计算机程序，来实现这些单元的功能。

现在更详细地说明帧频转换单元101的操作。帧频转换单元101将一个帧的视频信号分割成N个子帧的视频信号。N是大于1的任意整数。帧频根据分割数量增大N倍。在本实施例中，将说明N＝2的N分割的例子，并且，更具体地，将具有60Hz垂直频率的视频信号转换成具有通过加倍60Hz垂直频率所获得的120Hz垂直频率的信号。此时，将至少一个帧的输入图像数据存储在存储器33中。通过改变从存储器33读出图像数据的速度，可以将输入视频信号变换成具有不同帧频的视频信号。

参考图2，接着说明子帧图像生成单元103的功能结构及其操作的例子。

将从帧频转换单元101发送的图像数据输入至输入端子202，然后通过输入端子202将该图像数据输入给伽玛转换单元203。伽玛转换单元203对通过输入端子202输入的图像数据进行2.2次幂的伽玛转换，以将其转换成具有线性伽玛特性的图像数据。

特征图像检测插值单元204执行下面的处理：通过使用由被伽玛转换单元203转换后的图像数据所表示的图像(输入图像)中部分存在的低亮度区域周围的区域对低亮度区域进行插值，增大低亮度区域中的亮度值。例如，为了从输入图像去除孤立点或细线等的特征图像，单元204通过使用特征图像的区域周围的区域对特征图像的区域进行插值。

最小值滤波器单元205对由经过了特征图像检测插值单元204的插值处理的图像数据所表示的图像进行最小值滤波处理。众所周知，最小值滤波处理检测包括感兴趣像素和一组相邻像素的像素区域中的最小像素值(亮度值)。然后，该处理利用所检测到的像素值更新感兴趣像素的像素值。通过将图像的各像素设置为感兴趣像素来进行该处理，从而使得能够对整个图像执行最小值滤波处理。

低通滤波器(LPF)206对经过了最小值滤波器单元205的最小值滤波处理的图像数据进行使用高斯(Gaussian)滤波器等低通滤波器的低通滤波处理。这使得可以生成切除了高频成分的低频成分图像(L)。低通滤波器206将所生成的低频成分图像发送给随后的选择器210和减法器207。

减法器207从由伽玛转换单元203转换后的输入图像(H+L)减去由低通滤波器206所生成的低频成分图像(L)，从而生成高频成分图像(H)。

系数乘法器208通过将由减法器207所生成的高频成分图像(H)乘以预定系数K1，调整高频成分图像的各像素的亮度值，并且将调整后的高频成分图像发送给加法器209。

加法器209合成由伽玛转换单元203转换后的输入图像(H+L)和由系数乘法器208调整了亮度值的高频成分图像，从而生成高频成分增强图像(2H+L)。也就是说，可以通过按照预先设置的比率(K1)对输入图像(H+L)相加高频成分图像的亮度值，获得高频成分增强图像。

选择器210根据通过端子201从时序检测单元132输入的切换信号，交替选择由加法器209所生成的高频成分增强图像(2H+L)和由低通滤波器206所生成的低频成分图像(L)。切换周期为120Hz。然后，选择器210将所选择的图像发送给随后的伽玛转换单元211。伽玛转换单元211根据需要对从选择器210输出的图像进行伽玛转换，并且通过端子212将作为结果得到的视频信号发送给极性反转单元106。

接着使用图3A～3E说明在子帧图像生成单元103所执行的处理期间变化的视频信号(图像数据)。图3A～3E所示的图分别示出水平方向上的一行的视频信号的波形。假定背景是黑色(亮度信号电平＝0)，并且前景为白色(亮度信号电平＝100)。

具有图3A所示波形的视频信号不包括孤立点或细线等的特征图像。因此，当输入该视频信号时，如图3B所示，特征图像检测插值单元204输出具有与图3A所示波形相同波形的视频信号。

当输入具有图3B所示波形的视频信号时，最小值滤波器单元205输出具有图3C所示波形的视频信号。如上所述，由最小值滤波器单元205所执行的最小值滤波处理从感兴趣像素和一组相邻像素(感兴趣像素周围的N个像素)中检测最小亮度值，并且以所检测到的亮度值替换感兴趣像素的亮度值。因此，具有低亮度水平的区域扩大。

接着说明下面的情况：将包括孤立点或细线等特征图像的视频信号输入给特征图像检测插值单元204。包括孤立点或细线等特征图像的视频信号具有下面的波形：如图3D所示，在具有高亮度水平的区域中部分存在具有低亮度水平的区域。假定从图像处理设备200省略掉特征图像检测插值单元204，并且将具有图3D所示波形的视频信号输入给最小值滤波器单元205。在这种情况下，如图3E所示，输出具有低亮度水平的区域扩大的波形的视频信号。

在本实施例中，即使输入具有图3D所示波形的视频信号，也由于特征图像检测插值单元204检测感兴趣像素与其相邻像素之间的亮度差，并且校正和去除具有低亮度水平的区域，因而可以解决上述问题。也就是说，可以防止图3D所示的微小黑色区域因最小值滤波处理而扩大。

本实施例的优点在于，没有经过校正地在高频成分增强图像中保留特征点。因此，这使得可以在最终所显示的图像中不存在诸如特征图像的丢失等劣化的情况下，仅改善由于最小值滤波造成的特征点的缺陷。

参考示出上述处理的流程图的图6，说明由图像处理设备200所执行的上述处理。注意，该处理如上所述，并且在此进行简单说明。

在步骤S601，如上所述，对于通过开关30输入的视频信号，A/D转换器31和DSP 32分别进行转换成数字视频信号的视频信号转换和对数字视频信号的各种图像处理。

在步骤S602，帧频转换单元101转换从DSP 32输入的视频信号的帧频。在步骤S603，伽玛转换单元203对通过输入端子202输入的图像数据进行伽玛转换，以将其转换成具有线性伽玛特性的图像数据。

在步骤S604，特征图像检测插值单元204对通过由伽玛转换单元203转换后的图像数据所表示的图像执行用于通过进行上述插值处理增大低亮度区域中的亮度值的处理。

在步骤S605，最小值滤波器单元205对由经过了特征图像检测插值单元204的插值处理的图像数据所表示的图像进行最小值滤波处理。在步骤S606，低通滤波器(LPF)206对经过了最小值滤波器单元205的最小值滤波处理的图像数据执行低通滤波处理，从而生成切除了高频成分的低频成分图像。

在步骤S607，减法器207通过从由伽玛转换单元203转换后的图像减去低频成分图像，生成高频成分图像。在步骤S608，系数乘法器208通过将高频成分图像乘以预定系数K1，调整由减法器207所生成的高频成分图像的各像素的亮度值。

在步骤S609，加法器209合成由伽玛转换单元203转换后的图像和通过系数乘法器208调整了亮度值的高频成分图像，从而生成高频成分增强图像。

在步骤S610，选择器210根据切换信号交替选择由加法器209所生成的高频成分增强图像和由低通滤波器206所生成的低频成分图像，并且将所选择的图像发送给伽玛转换单元211。伽玛转换单元211根据需要对从选择器210输出的图像进行伽玛转换，并且通过端子212将作为结果得到的视频信号发送给极性反转单元106。

在步骤S611，在经过了极性反转单元106、D/A转换器35和面板驱动器36的处理的视频信号中，将R成分视频信号、G成分视频信号和B成分视频信号分别发送给面板2R、2G和2B。

第二实施例

在第一实施例中，特征图像检测插值单元204通过使用由通过伽玛转换单元203转换后的视频信号所表示的图像中部分存在的低亮度区域周围的区域对低亮度区域进行插值，从而增大低亮度区域中的亮度值。在第二实施例中，作为用于增大低亮度区域中的亮度值的另一方法，使用低通滤波器。也就是说，在第二实施例中，代替特征图像检测插值单元204，使用低通滤波器。

因此，在本实施例中，如图4所示，除低通滤波器1001代替了特征图像检测插值单元204以外，子帧图像生成单元103的结构与第一实施例中的相同。低通滤波器1001对由伽玛转换单元203转换后的视频信号进行低通滤波处理，从而增大低亮度区域中的亮度值。

如果将具有如图5A所示在具有高亮度水平的区域中部分存在具有低亮度水平的区域的波形的视频信号输入给低通滤波器1001，则如图5B所示，低通滤波器1001增大低亮度区域中的亮度值。如果将具有图5B所示波形的视频信号输入给最小值滤波器单元205，则如图5C所示，最小值滤波器单元205防止微小黑色区域由于最小值滤波处理而扩大。

根据上述实施例，即使在改善诸如运动图像模糊等的运动图像特性时，也可以在不丢失高频成分的情况下，充分利用显示器色调的动态范围进行显示。这使得可以在不会由于孤立点等特征图像而使图像质量劣化的情况下，改善运动图像特性。

其它实施例

还可以通过读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)以及通过下面的方法来实现本发明的各方面，其中，系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能，来进行该方法的各步骤。为此，例如，通过网络或者从用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。

尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (7)

1.一种图像处理设备，包括：

校正单元，其增大输入图像中部分存在的低亮度区域中的亮度值；

滤波器单元，其通过对由所述校正单元校正后的图像执行最小值滤波处理，然后对经过了所述最小值滤波处理的所述图像进行低通滤波处理，生成低频成分图像；

通过从所述输入图像减去所述低频成分图像来生成高频成分图像的单元；

通过按照预先设置的比率对所述输入图像相加所述高频成分图像的亮度值来生成高频成分增强图像的单元；以及

输出单元，其交替输出所述低频成分图像和所述高频成分增强图像。

2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述输入图像是通过对从外部输入的图像进行伽玛转换所获得的、由具有线性伽玛特性的视频信号表示的图像。

3.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述输出单元对要输出的图像进行伽玛转换，然后输出经过了所述伽玛转换的图像。

4.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述输出单元向显示装置输出图像。

5.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述校正单元通过使用所述低亮度区域周围的区域对所述低亮度区域进行插值，来增大所述低亮度区域中的亮度值。

6.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述校正单元通过对所述输入图像进行低通滤波处理，来增大所述低亮度区域中的亮度值。

7.一种图像处理方法，包括以下步骤：

校正步骤，用于增大输入图像中部分存在的低亮度区域中的亮度值；

滤波步骤，用于通过对在所述校正步骤中校正后的图像执行最小值滤波处理，然后对经过了所述最小值滤波处理的所述图像进行低通滤波处理，生成低频成分图像；

用于通过从所述输入图像减去所述低频成分图像来生成高频成分图像的步骤；

用于通过按照预先设置的比率对所述输入图像相加所述高频成分图像的亮度值来生成高频成分增强图像的步骤；以及

输出步骤，用于交替输出所述低频成分图像和所述高频成分增强图像。

Images