JP2017021115A - 画像処理装置、表示装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】表示デバイスの特性に合わせて入力画像信号の階調特性を補正する技術が知られていたが、表示デバイスの用途に適した補正を行えることが望ましい。【解決手段】入力された画像信号の階調を変換する第１階調変換部と、第１階調変換部によって階調が変換された画像信号に対して鮮鋭化処理を実行する鮮鋭化処理部とを備える画像処理装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理装置、表示装置及びプログラムに関する。

表示デバイスの特性に合わせて入力画像信号の階調特性を補正する技術が知られていた。（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０１４−００２３２５号公報

表示デバイスの用途に適した補正を行えることが望ましい。

本発明の第１の態様によれば、画像処理装置が提供される。上記画像処理装置は、入力された画像信号の階調を変換する第１階調変換部を備えてよい。上記画像処理装置は、第１階調変換部によって階調が変換された画像信号に対して鮮鋭化処理を実行する鮮鋭化処理部を備えてよい。

上記画像処理装置は、上記鮮鋭化処理が実行された上記画像信号の階調を変換する第２階調変換部をさらに備えてよい。上記第２階調変換部は、上記画像信号が示す画像を表示する表示デバイスの表示特性に応じたγ補正を実行すべく、上記鮮鋭化処理が実行された上記画像信号の階調を変換してよい。上記第２階調変換部は、上記表示デバイスのγ特性を相殺するγ補正を実行すべく、上記鮮鋭化処理が実行された上記画像信号の階調を変換してよい。

上記鮮鋭化処理部は、上記画像信号に対して上記鮮鋭化処理を実行することにより、上記画像信号が示す画像から、散乱成分の除去と、減衰成分の増幅及び減衰成分の上乗せの少なくとも一方とを行ってよい。上記鮮鋭化処理部は、上記画像信号が示す画像の複数の画素のそれぞれの輝度を計算する輝度計算部と、上記複数の画素のそれぞれについて、上記輝度と、上記輝度に対して鮮鋭化フィルタを適用した結果の輝度との差分を計算する差分計算部と、上記差分計算部によって計算された上記差分に基づいて、上記複数の画素のそれぞれの輝度を変更する輝度変更部とを有してよい。上記差分計算部は、上記複数の画素のそれぞれについて、上記輝度に対して、上記画像信号が示す画像を表示する表示デバイスのＭＴＦ特性の逆関数を逆フーリエ変換することによって算出されたフィルタ特性に基づいて生成された上記鮮鋭化フィルタを適用した結果の輝度と、上記輝度計算部が計算した輝度との差分を計算してよい。上記輝度変更部は、上記複数の画素のそれぞれについて、上記画素のＲＧＢの最大値と上限値との差分値と、上記画素のＲＧＢの最小値と下限値との差分値とを求め、このうちの値が小さい最小差分値よりも、上記差分計算部によって計算された上記差分の絶対値が大きい場合、上記最小差分値に基づいて上記画素の輝度を変更してよい。上記鮮鋭化処理部は、上記画像信号が示す画像の複数の画素のうち、彩度が予め定められた閾値より高い画素を判定する色判定部と、上記色判定部によって彩度が予め定められた閾値より高いと判定された画素が、上記鮮鋭化フィルタの範囲内に存在する画素に対するマスクを生成するマスク生成部とをさらに有してよく、上記輝度変更は、上記マスクが生成された画素の輝度を変更しなくてよい。

本発明の第２の態様によれば、表示装置が提供される。上記表示装置は、上記画像処理装置と、上記画像信号が示す画像を表示する表示デバイスとを備えてよい。上記鮮鋭化処理を実行する場合の上記表示装置のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、上記鮮鋭化処理を実行しない場合の上記表示装置のＭＴＦよりも１．０に近くてよい。

本発明の第３の態様によれば、コンピュータを上記画像処理装置として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

表示装置１０の機能構成の一例を概略的に示す機能構成図である。 鮮鋭化フィルタ１１１の生成方法を説明するための説明図である。 鮮鋭化フィルタ１１１の生成方法を説明するための説明図である。 鮮鋭化処理部１１０の機能構成の一例を概略的に示す機能構成図である。 鮮鋭化処理の概念を示す概略図である。 鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦの例を概略的に示す。 鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理のタイミングの違いによる処理結果の相違について説明するための説明図である。 オーバーフロー抑制部１２４による処理について説明するための説明図である。 オーバーフロー抑制について説明するための説明図である。 オーバーフロー抑制について説明するための説明図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、表示装置１０の機能構成の一例を概略的に示す機能構成図である。本実施形態に係る表示装置１０は、カラー画像表示装置であってよい。表示装置１０は、モノクロ画像表示装置であってもよい。表示装置１０は、画像入力部２０、表示デバイス３０及び画像処理部１００を備える。

画像入力部２０は、画像を示す画像信号の入力を受け付ける。画像入力部２０は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の外部機器から画像信号の入力を受け付ける。画像入力部２０は、外部機器にケーブルを介して接続される接続端子を有してよい。

画像入力部２０は、ＲＧＢ画像信号及びＹＵＶ画像信号等の任意の種類の画像信号を受け付けてよい。例えば、画像入力部２０は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれについて８ビットで階調が表現される画像信号を受け付ける。画像入力部２０が受け付ける画像信号の階調は８ビットで表現されるものに限られない。

表示デバイス３０は、画像入力部２０が受け付けた画像信号が示す画像を表示する。表示デバイス３０は、例えば、液晶パネル、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）又は有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネル等の表示パネルを有してよい。

画像処理部１００は、画像入力部２０から画像信号を受信して、当該画像信号に処理を施し、処理を施した画像信号が示す画像を表示デバイス３０に表示させる。画像処理部１００は、画像処理装置の一例であってよい。画像処理部１００は、階調変換部１０２、色変換部１０６、鮮鋭化処理部１１０、ムラ補正部１３０、階調変換部１３２、色数拡張部１３６及び表示制御部１３８を有する。

階調変換部１０２は、画像入力部２０から受信した画像信号の階調を変換する。階調変換部１０２は、ＬＵＴ（Ｌｏｏｋｕｐ ｔａｂｌｅ）１０４を用いて画像信号の階調を変換してよい。ＬＵＴ１０４は、入力された画像信号の階調値と、変換後の画像信号の階調値との対応付けを含んでよい。階調変換部１０２は、ＬＵＴ１０４を参照して、入力された画像信号の階調値に対応する階調値を、変換後の画像信号の階調値として出力してよい。

ＬＵＴ１０４は、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分のそれぞれに対応したＬＵＴを含んでよく、任意の階調に対応していてよい。例えば、ＬＵＴ１０４は、入力階調が８ビットで構成され、０〜２５５の２５６階調それぞれに対応する２５６個のエントリに、８ビットで表される出力階調を対応付けて格納する。出力階調は、入力階調とは異なるビット数によって表されてもよく、例えば、１０ビット、１２ビット及び１４ビット等で表されてよい。ＬＵＴ１０４は、画像処理部１００に予め格納されていてよい。ＬＵＴ１０４は、例えば、表示装置１０のユーザ等によって設定可能であってもよい。

色変換部１０６は、階調変換部１０２から出力された画像信号に対して色変換処理を実行する。例えば、色変換部１０６は、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分に対応する変換係数で構成される３×３マトリクスにより、特定の色の成分を強めたり弱めたりする。

鮮鋭化処理部１１０は、色変換部１０６から出力された画像信号に対して鮮鋭化処理を実行する。鮮鋭化処理部１１０は、鮮鋭化フィルタ１１１を用いて鮮鋭化処理を実行してよい。鮮鋭化処理部１１０は、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦが、鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０のＭＴＦよりも１．０に近づくように鮮鋭化処理を実行する。

表示装置１０のＭＴＦは、いわゆるディスプレイＭＴＦ又は表示系ＭＴＦと呼ばれるＭＴＦであってよい。表示装置１０のＭＴＦは、表示デバイス３０が有する表示パネルの表面処理及び画素構造等に依存する空間周波数の関数であってよい。

表示パネルを通過する光は、表示パネルの表面処理及び画素構造によって散乱する。これにより、入力された画像信号が示す画像に対して、表示パネル上に表示された画像は鮮鋭度が低下することになる。これに対して、本実施形態に係る表示装置１０によれば、鮮鋭化処理部１１０が画像信号に対して鮮鋭化処理を施してから、画像信号が示す画像を表示デバイス３０に表示させることによって、表示装置１０のＭＴＦを１．０に近づけることができる。すなわち、鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０によって表示される画像に比べて、表示される画像の鮮鋭度を、入力された画像信号が示す画像の鮮鋭度に近づけることができる。

ムラ補正部１３０は、鮮鋭化処理部１１０から出力された画像信号に対してムラ補正を実行する。ムラ補正部１３０は、例えば、表示デバイス３０が有する表示パネル全体の輝度が均一になるように輝度ムラを補正する。

階調変換部１３２は、ムラ補正部１３０から出力された画像信号の階調を変換する。階調変換部１３２は、受信した画像信号の階調をＬＵＴ１３４を用いて変換してよい。ＬＵＴ１３４は、入力された画像信号の階調値と、変換後の画像信号の階調値との対応付けを含んでよい。階調変換部１３２は、ＬＵＴ１３４を参照して、画像信号の階調値に対応する階調値を変換後の画像信号の階調値として出力してよい。

ＬＵＴ１３４は、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分のそれぞれに対応したＬＵＴを含んでよく、任意の階調に対応していてよい。例えば、ＬＵＴ１０４は、入力階調が８ビットで構成され、０〜２５５の２５６階調それぞれに対応する２５６個のエントリに、８ビットで表される出力階調を対応付けて格納する。入力階調は、出力階調とは異なるビット数によって表されてもよく、例えば、１０ビット、１２ビット及び１４ビット等で表されてよい。ＬＵＴ１０４は、予め格納されていてよい。

階調変換部１３２は、ＬＵＴ１３４を用いて、表示デバイス３０の表示特性に応じたγ補正を実行すべく、画像信号の階調を変換してよい。階調変換部１３２は、ＬＵＴ１３４を用いて、表示デバイス３０のγ特性を相殺するγ補正を実行すべく、画像信号の階調を変換してよい。例えば、予め表示デバイス３０のγ特性が測定されて、測定されたγ特性の逆関数に相当するγ特性のデータがＬＵＴ１３４に格納されて、当該ＬＵＴ１３４を用いて階調変換部１３２は画像信号の階調を変換する。

色数拡張部１３６は、階調変換部１３２から出力された出力値に対して、必要に応じて色数拡張処理を実行する。色数拡張部１３６は、例えば、階調変換部１３２から出力された出力値に対してディザリングを実行する。また、色数拡張部１３６は、例えば、階調変換部１３２から出力された出力値に対してＦＲＣ（Ｆｒａｍｅ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を実行する。表示制御部１３８は、色数拡張部１３６から出力された画像信号が示す画像を表示デバイス３０に表示させる。

本実施形態において、鮮鋭化処理部１１０は、階調変換部１０２と階調変換部１３２との間であれば、いずれの位置に配置されてもよい。例えば、鮮鋭化処理部１１０は、階調変換部１０２と色変換部１０６との間に配置される。鮮鋭化処理部１１０は、階調変換部１０２から出力された画像信号に対して鮮鋭化処理を実行し、結果を色変換部１０６に対して出力してよい。また、例えば、鮮鋭化処理部１１０は、ムラ補正部１３０と階調変換部１３２との間に配置される。鮮鋭化処理部１１０は、ムラ補正部１３０から出力された画像信号に対して鮮鋭化処理を実行し、結果を階調変換部１３２に対して出力してよい。

鮮鋭化処理部１１０を階調変換部１０２よりも前に配置した場合、鮮鋭化処理を施した画像信号に対して階調変換部１０２による階調変換が施されることになる。この場合、鮮鋭化処理部１１０が、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦが鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０のＭＴＦよりも１．０に近づくように鮮鋭化処理を実行したにも関わらず、階調変換部１０２によって任意に階調が変換されることになる。したがって、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦが鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０のＭＴＦよりも１．０に近づくことを担保できなくなる。これに対して、本実施形態に係る鮮鋭化処理部１１０は、階調変換部１０２による階調変換の後に鮮鋭化処理を実行するので、適切に、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦを、鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０のＭＴＦよりも１．０に近づけることができる。

なお、画像処理部１００が、階調変換部１０２、色変換部１０６、ムラ補正部１３０、階調変換部１３２、色数拡張部１３６及び表示制御部１３８のすべてを備えることは必須ではない。例えば、画像処理部１００は、階調変換部１０２及び鮮鋭化処理部１１０のみを有してもよい。また、画像処理部１００は、階調変換部１０２、鮮鋭化処理部１１０及び階調変換部１３２のみを有してもよい。

図２及び図３は、鮮鋭化フィルタ１１１の生成方法を説明するための説明図である。ＭＴＦ_Ｄ１４２は、鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０のＭＴＦの一例を示す。図２に示すとおり、ＭＴＦ_Ｄ１４２は、空間周波数が高いほど低い値を示す。ＭＴＦ_Ｄ１４２は、表示デバイス３０上にラインを表示するＬＳＦ（Ｌｉｎｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）による方法及び信号発生器による正弦波画像パターンを表示する正弦波による方法等によって測定されてよい。ＭＴＦ_Ｄ ^−１１４４は、ＭＴＦ_Ｄ１４２の逆関数を表す。

フィルタ特性１５２は、鮮鋭化フィルタ１１１のフィルタ特性を示す。フィルタ特性１５２は、ＭＴＦ_Ｄ ^−１１４４を逆フーリエ変換することによって得られる。係数例１５８は、鮮鋭化フィルタ１１１の係数の例を示す。鮮鋭化フィルタ１１１は、ＭＴＦの０周波数成分を１．０とするべく、係数の合計が１．０になるように生成されてよい。例えばまず、水平及び垂直の各方向のＭＴＦの逆数から、水平及び垂直の各方向の１次元フィルタ係数（Ｆｈ、Ｆｖ）が計算される。１次元フィルタ係数Ｆｈ１５４及び１次元フィルタ係数Ｆｖ１５６はその一例を示す。そして、１次元フィルタ係数（Ｆｈ、Ｆｖ）の行列積を計算することによって、２次元フィルタである鮮鋭化フィルタ１１１が生成される。１次元フィルタ係数Ｆｈ１５４、１次元フィルタ係数Ｆｖ１５６及び係数例１５８に示される数値は一例であり、他の数値であってもよい。またここでは、フィルタのサイズが５×５である場合を例示しているが、これに限らず、鮮鋭化フィルタ１１１のサイズは他のサイズであってもよい。

図４は、鮮鋭化処理部１１０の機能構成の一例を概略的に示す機能構成図である。鮮鋭化処理部１１０は、輝度計算部１１２、差分計算部１１４、色判定部１１６、マスク生成部１１８、セレクタ１２０、色判定制御部１２２、オーバーフロー抑制部１２４、及び輝度変更部１２６を含む。なお、鮮鋭化処理部１１０がこれらのすべての構成を含むことは必須とは限らない。

輝度計算部１１２は、鮮鋭化処理部１１０に対して入力された入力画像信号が示す画像の複数の画素のそれぞれの輝度を計算する。差分計算部１１４は、入力画像信号が示す画像の複数の画素のそれぞれについて、輝度計算部１１２が計算した輝度と、当該輝度に対して鮮鋭化フィルタ１１１を適用した結果の輝度との輝度差分を計算する。

色判定部１１６は、入力画像信号が示す複数の画素のうち、彩度が予め定められた閾値より高い画素を判定する。マスク生成部１１８は、色判定部１１６によって彩度が予め定められた閾値より高いと判定された画素が、鮮鋭化フィルタ１１１の範囲内に存在する画素に対するマスクを生成する。例えば、マスク生成部１１８は、鮮鋭化フィルタ１１１のサイズが５×５の場合、一の画素の周囲５×５画素の範囲内に、彩度が予め定められた閾値より高いと判定された画素が存在する場合に、当該一の画素に対するマスクを生成する。

セレクタ１２０は、入力画像信号が示す画像の複数の画素のうち、マスク生成部１１８によってマスクが生成された画素については０を、それ以外の画素については差分計算部１１４によって計算された輝度差分を、オーバーフロー抑制部１２４に対して出力する。

色判定制御部１２２は、色判定部１１６を制御する。色判定制御部１２２は、例えば、入力画像信号が示す画像がカラー画像でなくモノクロ画像である場合に、色判定部１１６を無効化する。また、例えば、表示装置１０がモノクロ画像表示装置であり、例えば画像入力部２０によってカラー画像がモノクロ画像に変換された上で画像処理部１００に入力されるモードが有効になっている場合に、色判定部１１６を無効にする。なお、画像処理部１００がモノクロ画像表示装置用である場合、画像処理部１００は、色判定部１１６、マスク生成部１１８及びセレクタ１２０を備えなくてもよい。

オーバーフロー抑制部１２４は、入力画像信号が示す画像の複数の画素のうち、セレクタ１２０から出力された輝度差分を適用することによって、画素値が上限値又は下限値を超える画素を特定する。画素に輝度差分を適用するとは、当該画素の輝度値が輝度差分の値の分変化するように、当該画素の画素値を変更することであってよい。入力画像信号として輝度情報のみが入力された場合、画素に輝度差分を適用するとは、画素の輝度値に輝度差分を加算することであってよい。複数の画素のそれぞれに適用する値を適用差分と呼ぶ場合がある。

オーバーフロー抑制部１２４は、特定した画素に対して適用差分を適用した結果の当該画素の画素値が上限値又は下限値を超えないように、適用差分の値を調整する。オーバーフロー抑制部１２４は、特定した画素については、調整後の適用差分の値を、それ以外の画素については、セレクタ１２０から出力された適用差分の値を、輝度変更部１２６に対して出力する。

輝度変更部１２６は、オーバーフロー抑制部１２４から出力された適用差分に基づいて、入力画像信号のそれぞれの輝度を変更する。輝度変更部１２６は、オーバーフロー抑制部１２４によって特定された画素については、オーバーフロー抑制部１２４によって調整された適用差分を適用する。輝度変更部１２６は、オーバーフロー抑制部１２４によって特定されなかった画素については、セレクタ１２０によって出力された輝度差分を適用する。すなわち、輝度変更部１２６は、マスク生成部１１８によってマスクが生成されなかった画素については、差分計算部１１４によって計算された輝度差分を適用し、マスク生成部１１８によってマスクが生成された画素については、輝度を変更しない。

図５は、鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理の概念を示す概略図である。入力画像信号１６０は入力画像信号の輝度値を表し、散乱成分１６２は表示デバイス３０の表示特性によって散乱される成分を示し、減衰成分１６４は表示デバイス３０の表示特性によって減衰される成分を示す。

本実施形態に係る鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理によれば、差分計算部１１４が計算した輝度差分に基づいて入力画像信号の輝度を変更することにより、表示デバイス３０によって表示される画像から、散乱成分１６２の除去と、減衰成分１６４の増幅又は上乗せとが行われる。これにより、入力画像信号の鮮鋭度を精確に再現することができる。

例えば、診断用医用モニタ等では、医療機器としての安全性、有効性を図るために物理評価（定量評価）が重要となるが、画像に対して任意に鮮鋭化処理を施した場合、定量評価を阻害することになる。画像が本来有する鮮鋭度を適切に表現できない場合があるからである。これに対して、本実施形態に係る画像処理部１００によれば、表示デバイス３０の表示特性によって低下する分の鮮鋭度を適切に補正することができるので、入力画像信号が示す画像の鮮鋭度を適切に表現することができる。

図６は、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦの例を概略的に示す。図６のＭＴＦ１７２及びＭＴＦ１７４が示すように、鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦは、鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０のＭＴＦ_Ｄ１４２よりも１．０に近い。

鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦがＭＴＦ_Ｄ１４２よりも１．０に近いとは、空間周波数帯域全体に渡って１．０に近いことであってよい。また、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦがＭＴＦ_Ｄ１４２よりも１．０に近いとは、空間周波数帯域全体におけるＭＴＦの平均値が１．０に近いことであってよい。また、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦがＭＴＦ_Ｄ１４２よりも１．０に近いとは、空間周波数帯域全体における一部の領域において１．０により近いことであってもよい。

ＭＴＦ１７２は、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦが、空間周波数帯域全体に渡って絶対的に１．０に近づく場合の例を示す。ＭＴＦ１７４は、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦが、空間周波数帯域の一部において絶対的に１．０に近づく場合の例を示す。鮮鋭化処理部１１０は、例えば、ＭＴＦ１７４が示すように、中間の空間周波数まではＭＴＦが１．０になり、空間周波数が高くなるにつれてＭＴＦが１．０よりも低くなっているように鮮鋭化処理を実行してもよい。

鮮鋭化処理部１１０は、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦがＭＴＦ_Ｄ１４２よりも１．０に近づけば、１．０以外の値に近づくように鮮鋭化処理を実行してもよい。鮮鋭化処理部１１０は、例えば、鮮鋭化フィルタ１１１を調整することによって、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦが１．０以外の値に近づくようにしてよい。

図７は、鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理のタイミングの違いによる処理結果の相違について説明するための説明図である。Ｆｒｏｎｔγ（γ_ｆ）２０２は、階調変換部１０２によるγ補正を示す。Ｒｅａｒγ（γ_ｒ）２０４は、階調変換部１３２によるγ補正を示す。Ｐａｎｅｌγ（γ_ｐ）２０６は、表示デバイス３０のγ特性を示す。Ｆｒｏｎｔγ２０２、Ｒｅａｒγ２０４及びＰａｎｅｌγ２０６は、いずれも非線形関数である。

ＦｒｏｎｔＦｉｌｔｅｒ２１２、ＭｉｄＦｉｌｔｅｒ２１４及びＲｅａｒＦｉｌｔｅｒ２１６は、鮮鋭化処理部１１０の配置例を示す。ＦｒｏｎｔＦｉｌｔｅｒ２１２は、階調変換部１０２による階調変換の前に鮮鋭化処理を実行する場合の配置を示す。ＭｉｄＦｉｌｔｅｒ２１４は、階調変換部１０２による階調変換の後であり、かつ、階調変換部１３２による階調変換の前に鮮鋭化処理を実行する場合の配置を示す。ＲｅａｒＦｉｌｔｅｒ２１６は、階調変換部１３２による階調変換の後に鮮鋭化処理を実行する場合の配置を示す。

Ｒｅａｒγ２０４は、数式１及び数式２に示すように、出力信号ＯとＲｅａｒγ２０４とが線形関係になるように調整している。

Ｆｒｏｎｔγ２０２は、数式３に示すように、例として、Ｒｅａｒγ２０４入力信号がγ＝２となるように調整している。

鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理を実行しない場合、出力信号Ｏ_ｎ（ｘ）は数式４によって表される。

鮮鋭化処理部１１０は、数式５に示す計算を実行する。

ただし、ｘ：座標、Ｂ：フィルタ範囲、ｃ（Δｘ）：フィルタ係数。

出力信号Ｏ_ｎ（ｘ）に対して線形にフィルタ係数を適用できれば、設計したとおりに鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦが、鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０のＭＴＦよりも１．０に近づくように処理できる。

数式６は、鮮鋭化処理部１１０をＦｒｏｎｔＦｉｌｔｅｒ２１２として配置した場合の計算式を示す。

数式６によれば、係数ｃ（Δｘ）がＦｒｏｎｔγ２０２の影響を受けることが示される。クロスターム（...）により、係数、画素間で相互作用が起きる。このように、鮮鋭化処理部１１０をＦｒｏｎｔＦｉｌｔｅｒ２１２として配置した場合、出力信号Ｏ_ｎ（ｘ）に対して線形にフィルタ係数を適用できない。

数式７は、鮮鋭化処理部１１０をＭｉｄＦｉｌｔｅｒ２１４として配置した場合の計算式を示す。

数式７によれば、鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理を実行しない場合の出力信号Ｏ_ｎ（ｘ）に対して、線形にフィルタ係数を適用できることが示される。

数式８は、鮮鋭化処理部１１０をＲｅａｒＦｉｌｔｅｒ２１６として配置した場合の計算式を示す。

数式８において、γ_ｐ（ｘ）は非線形関数であるので、加法性が成立せず、線形にフィルタ係数を適用できないことが示される。

以上の通り、本実施形態に係る鮮鋭化処理部１１０によれば、階調変換部１０２による階調変換の後であり、かつ、階調変換部１３２による階調変換の前に鮮鋭化処理を実行することにより、線形にフィルタを適用することができるので、鮮鋭化処理を実行する場合の表示装置１０のＭＴＦを、鮮鋭化処理を実行しない場合の表示装置１０のＭＴＦよりも適切に１．０に近づけることができる。

図８は、オーバーフロー抑制部１２４による処理について説明するための説明図である。Ｒ成分１８０、Ｇ成分１８２及びＢ成分１８４は、入力画像信号が示す複数の画素のうちの一の画素のＲＧＢ成分を示す。

オーバーフロー抑制部１２４は、Ｒ成分１８０、Ｇ成分１８２及びＢ成分１８４のうちの最大値と上限値との差分値１８６と、Ｒ成分１８０、Ｇ成分１８２及びＢ成分１８４のうちの最小値と下限値との差分値１８８とを計算する。そして、オーバーフロー抑制部１２４は、計算した差分値のうち値が小さいものを最小差分値として、当該画素に対して差分計算部１１４が計算した輝度差分の値と、最小差分値とを比較する。そして、オーバーフロー抑制部１２４は、輝度差分の値が最小差分値より大きい場合に、当該画素に適用する適用差分の大きさを最小差分値の大きさとする。

なお、オーバーフロー抑制部１２４は、数式９によって、複数の画素のそれぞれの補正可能範囲を制限してもよい。

ただし、（ｘ、ｙ）：実領域における座標、ｍ（ｘ、ｙ）：補正値の最大値、ｎ（ｘ、ｙ）：入力信号レベル（８ビット）。

図９及び図１０は、オーバーフロー抑制部１２４によるオーバーフロー抑制について説明するための説明図である。図９は、黒い背景に１ピクセルの白いラインを有する画像を示すサンプルの画像信号の輝度成分１９０を示す。フィルタ係数１９２は、サンプルの画像信号に対して適用する鮮鋭化フィルタ１１１の係数の一例を示す。

図１０は、サンプルの画像信号に対してフィルタ係数１９２を用いた鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理が施された場合の出力信号の輝度成分１９４を示す。ここでは、鮮鋭化処理部１１０による鮮鋭化処理後の画素値が上限値を上回る又は下限値を下回るレンジオーバーが発生した場合の出力信号の輝度成分を示す。

図１０に示すように、レンジオーバーが発生しなければ振幅強調成分１９６が現れるべきところ、レンジオーバーによって輝度が飽和するために、振幅強調成分１９６が現れず、ＭＴＦ抑制成分１９８のみが現れる場合がある。ＭＴＦ抑制成分１９８とは、ＭＴＦ_Ｄ ^−１１４４を逆フーリエ変換した場合に生成される、ＭＴＦが高くなりすぎることを防止する特性を有する成分である。このように、レンジオーバーが発生すると、ＭＴＦ抑制成分１９８のみが機能して、結果としてＭＴＦが低下してしまう場合がある。それに対して、本実施形態に係る画像処理部１００によれば、オーバーフロー抑制部１２４によって、画像信号が示す画像の複数の画素に対して適用差分を適用した結果の画素値が上限値又は下限値を超えないように適用差分が調整されるので、このような事態の発生を防止することができる。

以上の説明において、画像処理部１００の各部は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよい。また、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが画像処理部１００として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体又はネットワークに接続された記憶装置から、画像処理部１００の少なくとも一部を構成するコンピュータにインストールされてよい。

コンピュータにインストールされ、コンピュータを本実施形態に係る画像処理部１００として機能させるプログラムは、ＣＰＵ等に働きかけて、コンピュータを画像処理部１００の各部としてそれぞれ機能させる。これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータに読込まれることにより、ソフトウエアと画像処理部１００のハードウエア資源とが協働した具体的手段として機能する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階などの各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」などと明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」などを用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 表示装置、２０ 画像入力部、３０ 表示デバイス、１００ 画像処理部、１０２ 階調変換部、１０４ ＬＵＴ、１０６ 色変換部、１１０ 鮮鋭化処理部、１１１ 鮮鋭化フィルタ、１１２ 輝度計算部、１１４ 差分計算部、１１６ 色判定部、１１８ マスク生成部、１２０ セレクタ、１２２ 色判定制御部、１２４ オーバーフロー抑制部、１２６ 輝度変更部、１３０ ムラ補正部、１３２ 階調変換部、１３４ ＬＵＴ、１３６ 色数拡張部、１３８ 表示制御部、１４２ ＭＴＦ_Ｄ、１４４ ＭＴＦ_Ｄ ^−１、１５２ フィルタ特性、１５４ １次元フィルタ係数Ｆｈ、１５６ １次元フィルタ係数Ｆｖ、１５８ 係数例、１６０ 入力画像信号、１６２ 散乱成分、１６４ 減衰成分、１７２ ＭＴＦ、１７４ ＭＴＦ、１８０ Ｒ成分、１８２ Ｇ成分、１８４ Ｂ成分、１８６ 差分値、１８８ 差分値、１９０ 輝度成分、１９２ フィルタ係数、１９４ 輝度成分、１９６ 振幅強調成分、１９８ ＭＴＦ抑制成分、２０２ Ｆｒｏｎｔγ、２０４ Ｒｅａｒγ、２０６ Ｐａｎｅｌγ、２１２ ＦｒｏｎｔＦｉｌｔｅｒ、２１４ ＭｉｄＦｉｌｔｅｒ、２１６ ＲｅａｒＦｉｌｔｅｒ

Claims (12)

1. 入力された画像信号の階調を変換する第１階調変換部と、
   前記第１階調変換部によって階調が変換された前記画像信号に対して鮮鋭化処理を実行する鮮鋭化処理部と、
   を備える画像処理装置。
2. 前記鮮鋭化処理が実行された前記画像信号の階調を変換する第２階調変換部
   をさらに備える、請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記第２階調変換部は、前記画像信号が示す画像を表示する表示デバイスの表示特性に応じたγ補正を実行すべく、前記鮮鋭化処理が実行された前記画像信号の階調を変換する、請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記第２階調変換部は、前記表示デバイスのγ特性を相殺するγ補正を実行すべく、前記鮮鋭化処理が実行された前記画像信号の階調を変換する、請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記鮮鋭化処理部は、前記画像信号に対して前記鮮鋭化処理を実行することにより、前記画像信号が示す画像から、散乱成分の除去と、減衰成分の増幅及び減衰成分の上乗せの少なくとも一方とを行う、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
6. 前記鮮鋭化処理部は、
   前記画像信号が示す画像の複数の画素のそれぞれの輝度を計算する輝度計算部と、
   前記複数の画素のそれぞれについて、前記輝度と、前記輝度に対して鮮鋭化フィルタを適用した結果の輝度との差分を計算する差分計算部と、
   前記差分計算部によって計算された前記差分に基づいて、前記複数の画素のそれぞれの輝度を変更する輝度変更部と
   を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
7. 前記差分計算部は、前記複数の画素のそれぞれについて、前記輝度に対して、前記画像信号が示す画像を表示する表示デバイスのＭＴＦ特性の逆関数を逆フーリエ変換することによって算出されたフィルタ特性に基づいて生成された前記鮮鋭化フィルタを適用した結果の輝度と、前記輝度計算部が計算した輝度との差分を計算する、請求項６に記載の画像処理装置。
8. 前記輝度変更部は、前記複数の画素のそれぞれについて、前記画素のＲＧＢの最大値と上限値との差分値と、前記画素のＲＧＢの最小値と下限値との差分値とを求め、このうちの値が小さい最小差分値よりも、前記差分計算部によって計算された前記差分の絶対値の方が大きい場合、前記最小差分値に基づいて前記画素の輝度を変更する、請求項６又は７に記載の画像処理装置。
9. 前記鮮鋭化処理部は、
   前記画像信号が示す画像の複数の画素のうち、彩度が予め定められた閾値より高い画素を判定する色判定部と、
   前記色判定部によって彩度が予め定められた閾値より高いと判定された画素が、前記鮮鋭化フィルタの範囲内に存在する画素に対するマスクを生成するマスク生成部と
   をさらに有し、
   前記輝度変更部は、前記マスクが生成された画素の輝度を変更しない、
   請求項６から８のいずれか一項に記載の画像処理装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の画像処理装置と、
    前記画像信号が示す画像を表示する表示デバイスと
    を備える表示装置。
11. 前記鮮鋭化処理を実行する場合の当該表示装置のＭＴＦは、前記鮮鋭化処理を実行しない場合の当該表示装置のＭＴＦよりも１．０に近い、請求項１０に記載の表示装置。
12. コンピュータを、請求項１から９のいずれか一項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。

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