專利名稱：圖像增強裝置、圖像增強方法、圖像增強程序和信號處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于使圖像清晰(sharpening，也稱為“銳化”)而改善畫質(zhì)的圖像增強裝置、圖像增強方法和圖像增強程序，更一般而言，涉及用于提高信號的質(zhì)量的信號處理裝置等，例如涉及適合用于使電視(TV)接收機實時顯示的運動圖像清晰的圖像增強裝置
背景技術：
用于使圖像清晰而改善畫質(zhì)的圖像增強處理，在現(xiàn)有技術中是廣泛周知的。例如， 在現(xiàn)有技術的電視接收機中，進行使與所顯示的圖像的輪廓部相當?shù)囊曨l信號的上升(上升沿)、下降(下降沿)急劇的輪廓補償。在該輪廓補償中，提取(抽出)輸入至電視接收機的顯示器的視頻信號(亮度信號)的高頻成分，將該高頻成分放大而與視頻(即，影像) 信號進行加法運算，由此改善從視頻信號輸入到顯示器輸入為止在各電路處理的視頻信號的頻率特性的劣化，提高視覺上的畫質(zhì)。包含這樣的輪廓補償?shù)默F(xiàn)有技術中的圖像增強處理，通?；诰€性的數(shù)字信號處理，因此不能夠利用比奈奎斯特(Nyquist，也稱為“乃奎斯特”)頻率高的頻率成分，即比成為對象的圖像的采樣頻率(即，取樣頻率)的1/2高的頻率成分。因此，不能夠以改善畫質(zhì)為目的使超過奈奎斯特頻率的頻率成分恢復，也無法利用這樣的頻率成分使圖像清晰。于是，例如在高清晰電視(HDTV =High Definition Television)即全高清(full high vision, 1080X1920像素)的電視接收機中的顯示器，在對分辨率不到HDTV的圖像信號進行圖像放大(enlarge)處理而顯示圖像的情況下，存在圖像模糊的問題。該模糊的圖像不具有奈奎斯特頻率附近的頻率成分，因此即使使用現(xiàn)有技術中的圖像增強處理也不能夠提取應放大的頻率成分，畫質(zhì)無法得到改善。與此相對，利用幀之間或幀內(nèi)的自相關等，即使在進行上述這樣的圖像放大處理的情況下也能夠進行高分辨率化而得到清晰的圖像的技術(例如非專利文獻1、專利文獻3)，以及利用在邊緣的切線方向和邊緣的垂直方向進行程度不同的平滑處理的各向異性(異方性)擴散濾波而使圖像高分辨率化的技術(例如非專利文獻幻也已被提出。 另外，為了對為了增強高頻成分改善畫質(zhì)而應與圖像信號相加的核化(coring)量、限幅 (clipping)量、增強(enhance)量和限制(limit)量等分別進行調(diào)整而使用非線性電路的圖像處理裝置(專利文獻1)、為了不降低視頻的品質(zhì)地補償高頻信號而抑制圖像信號中的脈沖(pulse)波形、階躍(st印，步進)波形的邊沿部的振鈴(ringing，振蕩)的發(fā)生，為此使用非線性轉換電路的畫質(zhì)補償電路(專利文獻幻也被提出了方案?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2006-304352號公報專利文獻2 日本特開平7-312704號公報專利文獻3 日本特開2007-310837號公報
非專利文獻非專利文獻1 松本信幸、井田孝，《7 > —A內(nèi)再構成超解像O領域適応処理(二 J 易高畫質(zhì)化ο検討》，電子信息通信學會技術研究報告，社團法人電子信息通信學會，2008 年 4 月，第 108 卷，第 4 號，IE2008-6, p. 31-362 :Luminita A. Vese and Stanley J. Osher, "Modeling Textures with Total variation Minimization and Oscillating Patterns in Image Processing，，，Journal of Scientific Computing, Vol. 19, Nos. 1-3, December 200
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題但是，在非專利文獻2中記載的利用各向異性濾波的高分辨率化的技術，處理復雜，因此在如電視接收機等中的運動圖像(活動圖像)的顯示那樣需要實時地處理的情況下難以應用，非專利文獻1中記載的高分辨率化的技術，即使能夠應用，其實現(xiàn)也需要大規(guī)模的LSI，導致成本大幅增加。另外，就專利文獻1中記載的圖像處理裝置、專利文獻2中記載的畫質(zhì)補償電路而言，使用非線性處理的目的只是與圖像信號應相加的信號的限幅處理等、以及抑制因高頻信號的補償而引起的振鈴發(fā)生，通過這樣的畫質(zhì)補償電路、圖像處理裝置，在對實施了上述那樣的放大處理的圖像進行顯示的情況下不能夠充分地使圖像清晰。于是，本發(fā)明的目的在于提供圖像增強裝置和圖像增強方法等，通過以簡單的結構進行適當?shù)母哳l補償，不僅對靜止圖像，而且在為運動圖像的情況下也能夠在實施了上述那樣的圖像放大處理的情況下使圖像充分清晰而提高畫質(zhì)，更一般而言，本發(fā)明的目的是提供能夠以簡單的結構進行適當?shù)母哳l補償來提高信號的質(zhì)量的信號處理裝置等。解決問題的技術手段本發(fā)明的第一方面為一種圖像增強裝置，其用于使輸入信號所表示的圖像清晰， 該圖像增強裝置的特征在于，包括通過將表示圖像的輸入信號所包含的頻率成分中的至少直流成分從該輸入信號中除去而生成第一信號的濾波部；對上述第一信號實施非線性處理而生成第二信號的非線性處理部；和將上述第二信號與上述輸入信號相加的加法運算部，上述非線性處理部，基于(根據(jù))上述第一信號生成第三信號，該第三信號相對于上述第一信號至少在0附近非線性或正負對稱地、廣義地單調(diào)增加，基于上述第三信號生成上述第二信號，使得上述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在上述第二信號中，并且上述第二信號不包含直流成分。本發(fā)明的第二方面的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，上述非線性處理部，通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成上述第三信號，基于上述第三信號生成上述第二信號，使得上述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在上述第二信號中。
本發(fā)明的第三方面的特征在于，在本發(fā)明的第二方面中，上述非線性處理部包括通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成上述第三信號的乘冪運算器；通過對上述第三信號進行微分而生成第四信號的第一微分器；通過對上述輸入信號進行微分而生成第五信號的第二微分器；和基于上述第四信號與上述第五信號的積而生成上述第二信號的乘法運算器。本發(fā)明的第四方面的特征在于，在本發(fā)明的第二方面中，上述非線性處理部包括通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成上述第三信號的乘冪運算器；和符號變換器，其基于上述第一信號使上述第三信號中正負與上述第一信號不同的部分的正負顛倒(即，逆轉或反轉)，以使得基于上述第三信號生成上述第二信號。本發(fā)明的第五方面的特征在于，在本發(fā)明的第二方面中，上述非線性處理部包括通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成上述第三信號的乘冪運算器；通過除去上述第三信號的直流成分而生成第四信號的濾波器；和符號變換器，其基于上述第一信號使上述第四信號中正負與上述第一信號不同的部分的正負顛倒，以使得基于上述第四信號生成上述第二信號。本發(fā)明的第六方面的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，上述非線性處理部，生成與上述第一信號的絕對值相當?shù)男盘栕鳛樯鲜龅谌盘?，基于上述第三信號生成上述第二信號，以使上述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在上述第二信號中。本發(fā)明的第七方面的特征在于，在本發(fā)明的第六方面中，上述非線性處理部包括絕對值處理器，其生成與上述第一信號的絕對值相當?shù)男盘栕鳛樯鲜龅谌盘?；第一微分器，其通過對上述第三信號進行微分而生成第四信號；第二微分器，其通過對上述輸入信號進行微分而生成第五信號；和乘法運算器，其基于上述第四信號與上述第五信號的積生成上述第二信號。本發(fā)明的第八方面的特征在于，在本發(fā)明的第六方面中，上述非線性處理部包括絕對值處理器，其生成與上述第一信號的絕對值相當?shù)男盘栕鳛樯鲜龅谌盘?；濾波器，其通過除去上述第三信號的直流成分而生成上述第四信號；和符號變換器，其基于上述第一信號使上述第四信號中正負與上述第一信號不同的部分的正負顛倒，以使得基于上述第四信號生成上述第二信號。本發(fā)明的第九方面的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，上述非線性處理部，通過以3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成上述第三信號，基于上述第三信號生成上述第二信號。本發(fā)明的第十方面的特征在于，在本發(fā)明的第九方面中，上述非線性處理部包括乘冪運算器，其通過以3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成上述第三信號；和調(diào)整器，其通過調(diào)整上述第三信號的振幅而生成上述第二信號。本發(fā)明的第十一方面的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，上述非線性處理部，以使得上述第三信號的絕對值比上述第一信號的絕對值大的區(qū)間至少在上述0附近出現(xiàn)的方式，生成上述第三信號。本發(fā)明的第十二方面的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，上述非線性處理部，基于上述第一信號，生成相對于上述第一信號在上述第一信號的最大振幅的至少1/2以下的范圍內(nèi)，非線性或正負對稱地、廣義地單調(diào)增加的信號作為上述第三信號。本發(fā)明的第十三方面的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，上述濾波部包括抽頭(tap)數(shù)為3以上的高頻通過型數(shù)字濾波器。本發(fā)明的第十四方面的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，上述非線性處理部包括舍入處理器，其將上述第一信號中絕對值比規(guī)定的下限值小的部分的信號值改變 (即，變更)為0;和限制器(limiter，也稱為“限幅器”)，其將上述第一信號中絕對值比規(guī)定的上限值大的部分的信號值的絕對值改變?yōu)樵撋舷拗狄韵碌囊?guī)定值。本發(fā)明的第十五方面的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，上述非線性處理部包括用于對上述第二信號的振幅進行調(diào)整的調(diào)整器。本發(fā)明的其他方面，通過本發(fā)明的上述第一 第十五方面以及與后述的實施方式相關的說明能夠變得清楚明了，因此省略其說明。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的第一方面，從輸入信號中至少除去了直流成分的信號作為第一信號被生成，第二信號通過對該第一信號實施非線性處理而被生成。即，相對于第一信號至少在 0附近非線性或正負對稱地、廣義上單調(diào)增加的第三信號被生成，基于該第三信號生成第二信號。第一信號的正負被實質(zhì)地保存在該第二信號中，并且該第二信號不包含直流成分。 這樣的第二信號與輸入信號相加。通過該加法運算而得到的信號即圖像增強裝置的輸出信號，由于通過對上述第一信號的非線性處理得到原信號的諧波，所以含有比將輸入信號離散化的情況下的采樣頻率fs所對應的奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分。因此，能夠比基于線性處理的現(xiàn)有技術的圖像增強裝置得到更大的畫質(zhì)改善。另外，能夠以簡單的結構使圖像充分清晰，因此，不僅對靜止圖像，而且對實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。進而，在以圖像放大處理后的圖像信號為輸入信號的情況下，與不能夠進行超過奈奎斯特頻率fs/2的高頻區(qū)域的補償?shù)默F(xiàn)有技術的圖像增強裝置相比， 能夠使放大處理后的圖像充分清晰而大幅改善畫質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，基于以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)的上述第一信號的乘冪運算，生成上述第二信號，以使得上述第一信號的正負被實質(zhì)地保存，這樣的第二信號與輸入信號進行加法運算，因此能夠比基于線性處理的現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置得到更大的畫質(zhì)改善。另外，能夠以簡單的結構使圖像充分清晰，因此，不僅對靜止圖像，而且對于實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。進而，在以圖像放大處理后的圖像信號為輸入信號的情況下，與現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置相比，能夠在通過使圖像清晰而實現(xiàn)畫質(zhì)的改善方面得到較大的效果。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成第三信號，通過對第三信號進行微分而生成除去了直流成分的第四信號，將對輸入信號進行微分而得到的第五信號與第四信號進行乘法運算，而生成第二信號作為保存有第一信號的正負的信號。這樣，作為補償用信號應與輸入信號進行加法運算的第二信號， 基于以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)的上述第一信號的乘冪，以使得上述第一信號的正負被保存的方式被生成，因此能夠得到與本發(fā)明的第二方式相同的效果。根據(jù)本發(fā)明的第四方式，通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成第三信號，基于上述第一信號使上述第三信號中正負與上述第一信號不同的部分的正負顛倒，以基于上述第三信號生成第二信號。這樣，應與輸入信號進行加法運算的第二信號，基于以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)的上述第一信號的乘冪，以使得第一信號的正負被保存的方式被生成，因此能夠得到與本發(fā)明的第二方式相同的效果。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪運算而生成第三信號，通過除去第三信號的直流成分而生成第四信號。并且，基于上述第一信號使上述第四信號中正負與上述第一信號不同的部分的正負顛倒，以使得能夠基于第四信號生成第二信號。這樣，應與輸入信號進行加法運算的第二信號，基于以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)的上述第一信號的乘冪，以使得第一信號的正負被保存的方式被生成，因此能夠得到與本發(fā)明的第二方式相同的效果。并且，基于從第三信號除去直流成分后的信號生成第二信號，因此與本發(fā)明的第四方面相比，效果的程度增大，能夠使圖像更加清晰。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，基于上述第一信號的絕對值生成第二信號，因此第二信號包含輸入信號的頻率成分的2倍以上的高頻成分。另外，第二信號以使得上述第一信號的正負被保存的方式被生成。通過將這樣的第二信號與輸入信號進行加法運算，能夠比基于線性處理的現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置得到更大的畫質(zhì)改善。另外，能夠以簡單的結構使圖像充分清晰，因此，不僅對靜止圖像，而且對于實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。進而，在以圖像放大處理后的圖像信號為輸入信號的情況下，與現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置相比，能夠在通過使圖像清晰而改善畫質(zhì)方面得到較大的效果。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，與上述第一信號的絕對值相當?shù)男盘栕鳛榈谌盘柋簧桑ㄟ^對第三信號進行微分而生成除去了直流成分的第四信號，對輸入信號進行微分而得到的第五信號，與第四信號進行乘法運算，由此生成第二信號作為保存有第一信號的正負的信號。這樣，應與輸入信號進行加法運算的第二信號，基于上述第一信號的絕對值，以使得上述第一信號的正負被保存的方式被生成，因此能夠得到與本發(fā)明的第六方式相同的效果。根據(jù)本發(fā)明的第八方面，與上述第一信號的絕對值相當?shù)男盘栕鳛榈谌盘柋簧?，通過除去第三信號的直流成而生成第四信號。并且，以使得能夠基于第四信號生成第二信號的方式，將第四信號中正負與上述第一信號不同的部分的正負基于上述第一信號顛倒。這樣，應與輸入信號進行加法運算的第二信號，基于上述第一信號的絕對值，以使得上述第一信號的正負被保存的方式被生成，因此能夠得到與本發(fā)明的第六方式相同的效果。根據(jù)本發(fā)明的第九方面，基于以3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)的上述第一信號的乘冪生成第二信號，上述第一信號的正負被保存在該第二信號中。這樣，應與輸入信號進行加法運算的第二信號，基于以3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)的上述第一信號的乘冪被生成，由于沒有必要進行用于保存上述第一信號的正負的處理，因此能夠以更簡單的結構，比基于線性處理的現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置得到更大的畫質(zhì)改善。另外，能夠以簡單的結構使圖像充分清晰，因此，不僅對靜止圖像，而且對于實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。進而，在以圖像放大處理后的圖像信號為輸入信號的情況下，與現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置相比，能夠在通過使圖像清晰而改善畫質(zhì)方面得到較大的效果。根據(jù)本發(fā)明的第十方面，以3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)對上述第一信號進行乘冪而生成第三信號，調(diào)整第三信號的振幅，由此生成第二信號。因此，即使第三信號通過第一信號的乘冪運算而具有過大的振幅(信號電平)，也由于適當?shù)恼穹牡诙盘柵c輸入信號進行加法運算，因此能夠良好地使輸入信號表示的圖像清晰。根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，上述第三信號的絕對值比上述第一信號的絕對值大的區(qū)間至少在上述0附近出現(xiàn)，因此能夠將基于與該區(qū)間對應的第三信號的第二信號附加至輸入信號，使得輸入信號表示的圖像得以充分地清晰。根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，上述第三信號相對于上述第一信號在上述第一信號的最大振幅的至少1/2以下的范圍內(nèi)，非線性或正負對稱地、廣義地單調(diào)增加，因此充分包含應補償?shù)念l率成分的補償用信號作為第二信號被生成。通過將該第二信號附加至輸入信號，能夠使得輸入信號表示的圖像充分地清晰。根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，濾波部具備抽頭數(shù)為3以上的高頻通過型數(shù)字濾波器，因此包含應補償?shù)念l率成分的適當?shù)牡谝恍盘柋簧?，通過將基于該第一信號的該第二信號與輸入信號進行加法運算，能夠使輸入信號表示的圖像充分地清晰。根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，將上述第一信號中絕對值比規(guī)定的下限值小的部分的信號值變?yōu)?，因此輸入信號中包含的噪聲不因對上述第一信號的非線性處理而放大。另外，將第一信號中絕對值比規(guī)定的上限值大的部分的信號值的絕對值變?yōu)樵撋舷拗狄韵碌囊?guī)定值，因此已經(jīng)作為高頻成分具有足夠能量的信號成分不因對上述第一信號的非線性處理而被過度放大。于是，通過將基于這樣調(diào)整后的第一信號的第二信號與輸入信號的加法運算，能夠良好地使輸入信號表示的圖像清晰。根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，通過對作為補償用信號應與輸入信號進行加法運算的上述第二信號的振幅進行調(diào)整，輸入信號被適當?shù)匮a償，因此能夠良好地使輸入信號表示的圖像清晰。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。圖2是表示上述第一實施方式中的高通濾波器(高頻通過濾波器)的結構的框圖。圖3是表示上述第一實施方式中的高通濾波器的其他的結構例的框圖。圖4是表示上述第一實施方式中的微分器的結構的框圖。圖5是用于說明現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置的動作的信號波形圖(A E)。圖6是用于說明上述第一實施方式的圖像增強裝置的動作的信號波形圖(A F)。圖7是表示用于說明現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置的動作的頻譜的附圖(A、B)。圖8是表示用于說明上述第一實施方式的圖像增強裝置對放大后的圖像的動作的頻譜的附圖(A、B)。圖9是用于說明上述第一實施方式的第一變形例的框圖。圖10是表示在上述第一變形例的垂直方向處理部使用的高通濾波器的結構的框圖。圖11是表示在上述第一變形例的垂直方向處理部使用的微分器的結構的框圖。圖12是用于說明上述第一實施方式的第二變形例的框圖。圖13是表示在上述第二變形例的時間方向處理部使用的高通濾波器的結構的框圖。圖14是表示在上述第二變形例的時間方向處理部使用的微分器的結構的框圖。圖15是表示本發(fā)明的第二實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。圖16是表示本發(fā)明的第三實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。圖17是用于說明上述第三實施方式的圖像增強裝置的動作的信號波形圖(A D)。圖18是表示本發(fā)明的第四實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。圖19是表示本發(fā)明的第五實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。圖20是用于說明上述第四實施方式的圖像增強裝置的動作的信號波形圖(A E)。圖21是用于說明上述第五實施方式的圖像增強裝置的動作的信號波形圖(A F)。圖22是表示本發(fā)明的第六實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。圖23是表示本發(fā)明的第七實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。圖M是表示為了驗證本發(fā)明的效果而使用的原始圖像的附圖。圖25是表示對象圖像的圖，該對象圖像是對上述原始圖像進行放大處理后切取一部分而得到的圖像。圖沈是將對上述對象圖像實施現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置進行的處理后所得的圖像(B)，與上述對象圖像(A) —起表示的附圖。圖27是表示對上述對象圖像實施上述第二實施方式的圖像增強裝置進行的處理后所得的圖像(A)，和實施上述第三實施方式的圖像增強裝置進行的處理后所得的圖像 (B)的圖。圖觀是表示為了通過圖像增強程序以軟件的形式實現(xiàn)本發(fā)明的圖像增強裝置而使用的個人計算機的結構的框圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。(1.第一實施方式)(1.1 結構)圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。該圖像增強裝置100為對作為表示圖像的數(shù)字信號而從外部輸入的輸入圖像信號Sin，實施用于使該輸入圖像信號Sin所表示的圖像清晰的處理(以下稱為“圖像增強處理”或簡稱為“增強處理”)的裝置，包括高頻通過濾波器(以下稱為“高通濾波器”或者“HPF”)11、非線性處理部102和加法運算器16，其中，非線性處理部102包括平方運算器(即，“2次冪運算器”或 “自乘運算器”)12、第一微分器13、第二微分器14和乘法運算器15。上述輸入圖像信號Sin 被送至HPF11、第二微分器14和加法運算器16。此外，輸入圖像信號Sin表示的圖像既可以是靜止圖像也可以是運動圖像，在輸入圖像信號Sin表現(xiàn)的是運動圖像的情況下，該運動圖像也可以是例如標準畫質(zhì)電視(SDTV =Standard Definition Television，標準分辨率電視)或高清晰電視(HDTV =High Definition Television，高分辨率電視)的接收機中實時顯示的運動圖像。這點在其他的實施方式中也是同樣的。HPFll將包含輸入圖像信號Sin所表示的圖像中的輪廓成分的高頻成分抽出。 圖2是表示該HPFll的結構的框圖。如圖2所示，該HPF具備m抽頭(m為3以上)橫向 (transversal)型的數(shù)字濾波器110，此外還具備舍入處理器132和限制器133，該數(shù)字濾波器110具備m-Ι個單位延遲元件111、112、……、11 (m_l)，m個乘法運算器121、122、……、 Urn和1個加法運算器131。在此，各乘法運算器12j將被輸入的信號乘以系數(shù)Cj并將乘法運算的結果輸出至加法運算器131 (j = 1 m)，系數(shù)Cl Cm設定為HPF11中的上述數(shù)字濾波器110作為用于將包含上述輪廓成分的高頻成分提取的高頻通過濾波器起作用。例如使m = 3，C1 = 0. 5，C2 = -1，C3 = 0. 5時，上述數(shù)字濾波器110對在后面敘述的圖5(B) 中所示那樣的輸入圖像信號Sin，輸出如圖5(C)所示那樣的信號作為高頻成分信號Sil。這樣得到的高頻成分信號Sil，經(jīng)過舍入處理器132和限制器133從HPFll作為第一信號Sl 被輸出。舍入處理器132是為了使得在后級的非線性處理部102中不將噪聲放大而設置的，將高頻成分信號Sil中的規(guī)定的下限值以下的信號值舍入為0。例如，在輸入圖像信號 Sin取0 255的范圍的值的情況下，即為256灰度等級的圖像信號的情況下，將2以下的信號值舍入為0。限制器133是為了使得在后級的非線性處理部102中不過度地將作為高頻成分已經(jīng)具有足夠能量的信號放大而設置的，將超過規(guī)定上限值的信號值變更為該上限值以下的規(guī)定值(例如0或該上限值)。例如，在輸入圖像信號Sin取0 255的范圍的值的情況下，使絕對值超過64的信號值為0，或者使絕對值超過64的信號值按照其符號成為士 64。但是，一般而言，與實現(xiàn)高頻通過濾波器相比，實現(xiàn)低域通過濾波器更容易。因此， 也可以通過如圖3所示的使用低域通過濾波器(以下稱為“LPF”)1011和減法運算器1012 的結構，實現(xiàn)圖2所示的作為高頻通過濾波器的數(shù)字濾波器110。從HPFll輸出的第一信號Sl被輸入至非線性處理部102的平方運算器12。平方運算器12通過將第一信號Sl平方而生成平方信號S12。即S12 = S12。此外，第一信號Sl為數(shù)字信號(離散化的信號)，更詳細而言，使構成第一信號Sl的數(shù)據(jù)列為X1、X2、X3、…… 時，平方信號S12為由信號數(shù)據(jù)列X12、X22、X32、……構成的數(shù)字信號。該平方信號S12被輸入至第一微分器13，該微分器13通過將該平方信號S12微分而生成第一微分信號S13。 該第一微分信號S13被輸入至乘法運算器15。在此，平方信號S12為數(shù)字信號，是離散化的，因此第一微分器13通過例如圖4所示那樣的算出后向差分(backward difference)的電路生成第一微分信號S13。如圖4所示的結構中，通過單位延遲元件1021和減法運算器 1022實現(xiàn)微分器，數(shù)字信號Sb為通過將數(shù)字信號Μ微分而得到的信號。另一方面，非線性處理部102的第二微分器14通過對輸入圖像信號Sin進行微分而生成第二微分信號S14，該第二微分信號S14也被輸入至乘法運算器15。在此，第二微分器14也例如通過圖4所示這樣的結構而實現(xiàn)。乘法運算器15通過將第一微分信號S13與第二微分信號S14進行乘法運算而生成第二信號S2。即，S2 = S13XS14。此外，第一和第二微分信號S13、S14都是數(shù)字信號(離散化的信號)，因此更詳細而言，在使構成第一微分信號S13的數(shù)據(jù)列(數(shù)據(jù)串)為U1、U2、 U3、……，使構成第二微分信號S14的數(shù)據(jù)列為V1、V2、V3、……時，第二信號S2為由數(shù)據(jù)列Ul .V1、U2.V2、U3.V3、……構成的數(shù)字信號。該第二信號S2從非線性處理部102輸出、并被輸入至加法運算器16。此外，由于在HPF11、平方運算器12、第一和第二微分器13、 14的處理中產(chǎn)生延遲，因此在乘法運算器15，根據(jù)需要包含用于在第一微分信號S13和第二微分信號S14之間調(diào)整定時(timing，即“時間”或“時機”)的延遲元件。加法運算器16通過將上述第二信號S2作為用于使圖像清晰的補償用信號與輸入圖像信號Sin進行加法運算而生成輸出圖像信號Sout。S卩，Sout = Sin+S2。此外，在加法運算器16中，也根據(jù)需要包含用于在輸入圖像信號Sin與第二信號S2之間調(diào)整定時的延遲元件。此外，作為用于對作為補償用信號的第二信號S2的電平(振幅)進行調(diào)整的調(diào)整器，優(yōu)選在加法運算器16的內(nèi)部或乘法運算器15與加法運算器16之間設置增益調(diào)整器和限制器中的至少一個。在此，增益調(diào)整器是通過對所輸入的信號乘以O < α <1的常數(shù)α 來調(diào)整該信號的電平的單元(器件)，限制器是將所輸入的信號中絕對值大于規(guī)定的上限值的部分的信號值的絕對值變更為該上限值(不改變正負)，由此調(diào)整該信號的電平的單元。加法運算器16生成的輸出圖像信號Sout作為表示使輸入圖像信號Sin所表示的圖像清晰而得到的圖像的圖像信號，從圖像增強裝置100被輸出。(1.2 動作)接著，著眼于對輸入圖像信號Sin中如圖5(B)所示那樣在水平方向圖像信號的電平即像素值發(fā)生變化的邊緣(edge)所相當?shù)牟糠值奶幚?，對上述那樣構成的本實施方式的圖像增強裝置100的動作，進行說明。為了進行比較，首先對現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置的動作進行說明。輸入圖像信號中的與邊緣部相當?shù)牟糠?，在理想狀態(tài)下是如圖5(A)所示那樣的信號，實際上，由于用于圖像信號的處理和傳輸?shù)挠布奶匦?，成為圖5(B)所示那樣的信號。在現(xiàn)有技術中的圖像增強裝置中，當被施加圖5(B)所示那樣的輸入圖像信號時，通過與本實施方式相同的 HPF將圖5(C)所示那樣的高頻信號提取，將該高頻信號與輸入圖像信號相加，生成圖5(D) 所示那樣的信號作為輸出圖像信號。該輸出圖像信號與圖5(B)的輸入圖像信號相比，邊緣部的上升變得陡峭(急劇)，圖像變得鮮明。但是，輸出圖像信號中的邊緣部的上升與后面敘述的本實施方式的輸出圖像信號(圖5(E))相比，陡的程度較低。在本實施方式中，當輸入與圖5(B)的輸入圖像信號相同的輸入圖像信號Sin (圖 6(A))時，通過HPFll生成與圖5(C)的信號同等的信號作為第一信號Si。由(從)該第一信號Sl通過平方運算器12生成圖6(B)所示那樣的平方信號S12，由該平方信號S12通過第一微分器13生成圖6(C)所示那樣的第一微分信號S13。通過此時的平方信號S12的微分將直流成分除去。另一方面，由輸入圖像信號Sin通過第二微分器14生成如圖6(D)所示那樣的第二微分信號S14?；谠摰诙⒎中盘朣14和第一微分信號S13，通過乘法運算器15生成圖6(E)所示那樣的第二信號S2。該第二信號S2作為補償用信號在加法運算器16中與輸入圖像信號Sin進行加法運算，生成圖6 (F)所示那樣的輸出圖像信號Sout。如上述那樣， 該輸出圖像信號Sout的邊緣部的上升比現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的圖像輸出信號的邊緣部的上升(圖5(D))更陡，因此與現(xiàn)有技術相比能夠得到更清晰(鮮明)的圖像。由上面的說明可知，作為補償用信號與輸入圖像信號Sin進行加法運算的第二信號S2，是通過對從HPFll輸出的作為高頻信號的第一信號Sl (圖5(C))實施非線性處理而得到的信號。另外，由于第一微分器13，第二信號S2成為不含直流成分的信號。進而，通過第二微分器14得到的第二微分信號S14通過與第一微分信號S13進行乘法運算，第一信號 (圖5(C))的正負被實質(zhì)上保存在第二信號S2(圖6(E))中。即，第一信號中的正的部分在第二信號S2中不會變?yōu)樨?，第一信號中的負的部分在第二信號S2中也不會變?yōu)檎?。在本實施方式中，基于這樣的對第一信號Sl的處理的非線性和第一信號Sl的正負保存性，能夠充分實現(xiàn)圖像的清晰(參照圖6(F))。此外，根據(jù)第一微分信號S13和第二微分信號S14 的乘法運算結果，在第二信號S2中，第一信號Sl的正負未能得以完全地保存的部分也存在若干(參照圖6(E)中的細線的小的波形)，但這不足以對通過第二信號S2向輸入圖像信號 Sin的加法運算而進行的圖像的清晰產(chǎn)生實質(zhì)上的障礙的程度(參照圖6(F))。接著，對于將實施圖像放大處理后的數(shù)字圖像信號作為輸入圖像信號Sin施加給圖像增強裝置的情況，對本實施方式的動作在與不進行圖像放大處理的情況相比較的同時進行說明。圖7(A)表示采樣頻率為fs的數(shù)字圖像信號的頻譜，圖7(B)表示對于該數(shù)字圖像信號，通過現(xiàn)有技術的圖像增強裝置進行用于清晰(清晰化)的增強處理后的數(shù)字圖像信號(以下稱為“現(xiàn)有技術的增強處理后的圖像信號”)的頻譜。如上所述，通過用于清晰的增強處理，輸入圖像信號的高頻成分被相加，由此，在增強處理后的圖像信號中，如圖7(B) 所示那樣，奈奎斯特頻率fs/2附近的頻率成分增大。另一方面，在實施將上述數(shù)字圖像信號上變頻(up conversion 向上變換)使像素數(shù)在水平方向為2倍的圖像放大處理后的情況下，圖像放大處理后的采樣頻率為上述采樣頻率fs的2倍(Fsb = 2 · fs)，圖像放大處理后的頻譜如圖8(A)所示。此時，在原始(原來)的采樣頻率fs所對應的奈奎斯特頻率fs/2與新的采樣頻率!^bs所對應的新的奈奎斯特頻率1^8/2 = 之間不存在頻率成分(i^bs/2與3fs/2之間也同樣)。因此，即使對圖像放大處理后的圖像信號通過現(xiàn)有技術的圖像增強裝置實施用于清晰化的增強處理， 圖像放大處理后的圖像信號中的高頻成分即新的奈奎斯特頻率i^s/2附近的頻率成分也不被附加(參照圖8(A))。與此相對，根據(jù)本實施方式，通過非線性處理部102的平方運算器12，超過輸入圖像信號Sin所具有的頻率成分的諧波成分等的奈奎斯特頻率fs/2的高頻成分被生成，利用該高頻成分，對輸入圖像信號Sin實施用于清晰化的處理。即，從采樣頻率為fs的數(shù)字圖像信號，通過圖像放大處理生成采樣頻率= 2fs的圖像信號，將該圖像信號作為輸入圖像信號Sin使用時，基于平方運算器12的處理，包含比原始的采樣頻率fs所對應的奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分的第二信號S2作為補償用信號被生成，該第二信號S2被附加至輸入圖像信號Sin。由此，本實施方式中的輸出圖像信號Sout的頻譜成為如圖8(B)所示的那樣。由此，與現(xiàn)有技術的圖像增強裝置相比，能夠對放大處理后的圖像信號進行適當?shù)母哳l補償，能夠使放大處理后的圖像充分地清晰。下面，針對如上所述那樣利用通過非線性處理生成的高頻成分的圖像的清晰化， 進行更詳細的說明?，F(xiàn)在，使輸入圖像信號Sin由(水平方向)位置χ的函數(shù)f(x)表示， 使輸入圖像信號Sin的基本角頻率為ω時，該f(x)能夠用下面這樣的傅里葉級數(shù)表示。f (x) = a_Ncos (-Ν) ω x+a_N+1cos (-Ν+1) ω χ......+a^cos (-1) ω χ+ag+ajcos ω x+a2cos2 ω χ+......+aNcosN ω χ+b_Nsin(_N) ωx+b_N+1sin(_Ν+1) ωχ+......+b—sinH) ωχ+bpin ω x+b2sin2 ω χ+......+bNsinNcox ......(1)在此，N為不超過(圖像放大處理前的)采樣頻率fs所對應的奈奎斯特頻率fs/2 的最高頻率的諧波的次數(shù)。艮口，Νω/(2 π ) < fs/2 ^ (Ν+1) ω / (2 π )通過上述式(1)，以由函數(shù)f (χ)表示的輸入圖像信號Sin(以下也稱為“輸入信號 f(x)”)的直流成分徹以外的部分為g(X)時，g(x) = a_Ncos (-N) ω x+a_N+1cos (-N+1) ω χ......+a^cos (-1) ω χ+ajcos ω x+a2cos2 ω χ+......+aNcosN ω χ+b_Nsin(_N) ωx+b_N+1sin(_Ν+1) ωχ+......+b^sin^l) ωχ+bpin ω x+b2sin2 ω χ+......+bNsinNcox ......(2)從HPFll輸出的第一信號Sl包含上述信號g(x)或信號g(x)的高頻成分，從平方運算器12輸出的平方信號S12為將該第一信號Sl平方而得的信號。在此，求(g(x))2時， 通過上述式O)，該(g(x))2的各項由下述式的任一個表示。ajcosi ω χ · ajcos j ω χ ......(3a)ajcosi ω χ · bjsin j ω χ ......(3b)IDiSini ω χ · bj.sinj ω χ ......(3c)(i = 士 1、士2、......、士N ； j = 士 1、士2、......、士N)使用與三角函數(shù)相關的公式能夠將上述式改寫為下述這樣。(ha/〗)[cos(i+j) cox+cos(i-j) ωχ]......(4a)(&力/2) [sin(i+j) cox-sin(i-j) ωχ]......(4b)(-bibj/2) [cos(i+j) cox-cos(i-j) ωχ]......(4c)通過上述式，(g (χ) )2，由于包含(Ν+1) ω、(Ν+2) ω、……、2Νω等的角頻率成分， 因此包含比奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分。因此，平方信號S12也如頻率2ΝωΛ2 π )的諧波成分等那樣包含比奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分。在如(g(x))2這樣為偶數(shù)次方的情況下，在上述式Ga) (4c)所示的項中存在產(chǎn)生直流成分的情況。對此，在本實施方式中，通過第一微分器13將該直流部分除去(參照圖1)。因此，如果如上所述那樣進行將數(shù)字圖像信號上變頻而使像素數(shù)在水平方向為2 倍的圖像放大處理后的圖像信號，作為輸入圖像信號Sin被輸入至本實施方式的圖像增強裝置100，則基于平方運算器12的處理，輸出圖像信號Sout的頻譜中，包含比圖像放大處理前的奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分的第二信號S2作為補償用信號被生成，該第二信號 S2被附加至輸入圖像信號Sin。其結果是，輸出圖像信號Sout的頻譜成為圖8(B)所示的那樣，與現(xiàn)有技術的圖像增強裝置相比，能夠使實施放大處理后的圖像充分的清晰。另外， 附加有輸入圖像信號Sin中不包含的高頻成分即比原始的奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分，圖像被清晰化，就這點而言，能夠說本實施方式能夠使輸入圖像信號Sin表示的圖像高分辨率化。此外，基于上述的說明(參照式(1) Ge))，應輸入至非線性處理部102的第一信號Sl從原理上講只要是從輸入圖像信號Sin除去直流成分后的信號即可，也可以代替 HPF11，使用將輸入圖像信號Sin所包含的頻率成分中的至少直流成分除去的其他的濾波器。(1.3 效果)如上所述，根據(jù)本實施方式，對從輸入圖像信號Sin由HPFll提取的作為高頻成分的第一信號Sl進行基于平方運算器12的處理，生成平方信號S12，基于該平方信號S12，以使得第一信號Sl的正負被保存的方式生成的第二信號S2，作為補償用信號被與輸入圖像信號Sin進行加法運算。由此，圖像被充分地清晰化，比現(xiàn)有技術的圖像增強裝置能夠更大幅改善畫質(zhì)。另外，能夠以圖1 圖4所示的簡單的結構實現(xiàn)本實施方式的圖像增強裝置 100，因此通過將該圖像增強裝置100使用在高清晰電視(HDTV)或標準畫質(zhì)電視(SDTV)的接收機等中，不僅對于靜止圖像，而且對于實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。而且，本實施方式中的非線性處理部102內(nèi)的平方運算器12和乘法運算器15雖然可以作為硬件乘法運算器實現(xiàn)，但由于輸入圖像信號Sin等的比特數(shù)并不大(例如在為256灰度等級的圖像的情況下為8比特)，所以也能夠將平方運算器12和乘法運算器15作為ROM (Read Only Memory，只讀存儲器)表而實現(xiàn)。這樣的基于ROM表的實現(xiàn)，能夠進行高速的處理，在對象為實時顯示的運動圖像的情況下有效。另外，本實施方式能夠進行現(xiàn)有技術的圖像增強裝置未能補償?shù)某^奈奎斯特頻率fs/2的高頻區(qū)域的補償，因此在實施放大處理后的圖像信號所表示的圖像的清晰化帶來的畫質(zhì)提高方面效果尤其好。例如在高清晰電視(HDTV)的接收機的顯示器，對標準畫質(zhì)電視(SDTVJtandard Definition Television，標準分辨率電視)的圖像信號實施放大處理而顯示圖像的情況下，本實施方式能夠以簡單的結構充分地使實時顯示的運動圖像清晰，本實施方式在這方面具有優(yōu)異的效果。另外，現(xiàn)在比HDTV的像素數(shù)更多的4000X2000 左右的像素數(shù)的顯示器(以下稱為“4k顯示器”)以及用于與該4k顯示器對應的電視廣播的技術開發(fā)正在進行，在將HDTV用的圖像信號上變頻而以該4k顯示器進行顯示的情況下， 本實施方式在同樣的方面具有大的效果。(1. 4第一實施方式的變形例)在上述說明中，說明了 輸入圖像信號Sin通過表示作為本實施方式的圖像增強裝置100的處理對象的圖像的水平方向的像素列的數(shù)據(jù)列(像素值的系列)構成，HPFlU 第一和第二微分器13、14根據(jù)該圖像的水平頻率、水平方向的像素值的變化而進行濾波處理、微分處理。即，能夠說在上述實施方式中，對該圖像的水平方向進行圖像增強處理。但是，除了水平方向的圖像增強處理，優(yōu)選還進行該圖像的垂直方向的圖像增強處理。因此， 如圖9所示那樣，圖像增強裝置優(yōu)選具備用于水平方向的圖像增強處理的水平方向處理部 1100和用于垂直方向的圖像增強處理的垂直方向處理部1200。在該結構中，表示作為處理對象的圖像的輸入圖像信號SI被輸入至水平方向處理部1100，來自水平方向處理部1100 的輸出信號被輸入至垂直方向處理部1200，來自垂直方向處理部1200的輸出信號成為該圖像增強裝置的輸出圖像信號SO。此外，在該結構中，也可以調(diào)換(交換)水平方向處理部1100與垂直方向處理部1200的前后關系，輸入圖像信號SI被輸入至垂直方向處理部 1200，來自垂直方向處理部1200的輸出信號被輸入至水平方向處理部1100。如果輸入圖像信號SI由表示作為處理對象的圖像的垂直方向的像素列的數(shù)據(jù)列 (像素值的系列)構成，則上述結構的垂直方向處理部1200能夠以與本實施方式相同的結構(圖1 圖4)實現(xiàn)。但是，也可以使用與上述實施方式相同的輸入圖像信號SI (由表示水平方向的像素列的數(shù)據(jù)列構成的輸入圖像信號Si)，使HPFll為圖10所示的結構，使第一和第二微分器13、14為圖11所示的結構。在圖2的結構中提取圖像的水平方向的空間頻率成分中的高頻成分(至少將直流成分除去)，與此相對，在圖10的結構中，提取圖像的垂直方向的空間頻率成分中的高頻成分(至少將直流成分除去)。因此在圖10的結構中，圖 2的結構中的單位延遲元件111 Ilm分別被置換為與1水平期間的量的延遲元件相當?shù)木€陣存儲器(LM =Iine memory，也稱為“線路存儲器”)IllB ll(m_l)B。但是，在圖10的結構中，除了這點，與圖2的結構相同，對同一部分附加相同的參照附圖標記，省略其說明。 另外，在圖11的結構中，圖4的結構中的單位延遲元件1021置換為與1水平期間的量相當?shù)难舆t元件的線陣存儲器(LM) 1021B，除了這點，與圖4的結構相同，對同一部分附加相同的參照附圖標記，省略其說明。此外，圖4的結構中的第一微分器13形成為第二信號S2中不包含有關圖像的水平方向的空間頻率的直流成分，而圖11的結構中的第一微分器13形成為第二信號S2中不包含有關圖像的垂直方向的空間頻率的直流成分。另外，在以由電視接收機等顯示的運動圖像為處理對象的情況下，各像素值隨時間而變化，因此設置用于時間方向的圖像增強處理的時間方向處理部1300，如圖12所示， 優(yōu)選圖像增強裝置除了具備上述水平方向處理部1100和垂直方向處理部1200外還具備時間方向處理部1300。在此情況下，使用與上述實施方式相同的輸入圖像信號Si，在上述實施方式中，使HPFll為圖13所示的結構，使第一和第二微分器13、14為圖14所示的結構， 由此能夠實現(xiàn)時間方向部1300。圖13的結構中，除了圖2的結構中的單位延遲元件111 Ilm被分別置換為與1幀期間的量的延遲元件相當?shù)膸鎯ζ?FM) IllC 11 (m-l)C之外， 與圖2的結構相同，對同一部分附加相同的參照附圖標記，省略其說明。另外，圖14的結構中，除了圖4的結構中的單位延遲元件1021被置換為與1幀期間的量的延遲元件相當?shù)膸鎯ζ?FM) 1021C之外，與圖4的結構相同，對同一部分附加相同的參照附圖標記，省略其說明。此外，圖13的結構中的HPF11C，提取圖像的時間方向的頻率成分中的高頻成分(至少除去直流成分)，圖14的結構中的第一微分器13形成為使第二信號S2不包含有關圖像的時間方向的頻率的直流成分。
此外，在本實施方式中，為了對第一信號Sl實施非線性處理而設置了平方運算器 12，但是也可以代替該平方運算器12，使用對第一信號Sl進行4次方運算的4次方運算器， 另外，一般而言，也可以使用生成與以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)的第一信號Sl的乘冪相當?shù)男盘柕某藘邕\算器。另外，也可以將本實施方式中的第一微分器13和第二微分器14的一方或雙方替換成其他的高通濾波器(HPF)。而且，通常微分器也能夠看作是一種高通濾波器。(2.第二實施方式)圖15是表示本發(fā)明的第二實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。該圖像增強裝置200為對輸入圖像信號Sin實施圖像增強處理的裝置，該圖像增強處理用于使作為數(shù)字信號從外部輸入的該輸入圖像信號Sin所表示的圖像清晰，該圖像增強裝置200包括 HPFl 1、非線性處理部202和加法運算器16，其中，非線性處理部202具有絕對值處理器22 以取代上述第一實施方式中的平方運算器12。本實施方式的其他部分與上述第一實施方式相同(圖1 圖4)，因此對相同的部分附加相同的參照附圖標記，省略其說明。在本實施方式中，從HPFl 1輸出的第一信號Sl，被輸入至非線性處理部202的絕對值處理器22。絕對值處理器22生成與第一信號Sl的絕對值相當?shù)男盘栕鳛榻^對值信號 S22。即，使構成第一信號Sl的數(shù)據(jù)列為XI、X2、X3、……時，絕對值信號S22為由數(shù)據(jù)列 |X1|、|X2|、|X3|、……構成的數(shù)字信號。該絕對值信號S22被輸入至第一微分器13，該微分器13通過對該絕對值信號S22進行微分而生成第一微分信號S23。該第一微分信號S23 被輸入至乘法運算器15。另一方面，非線性處理部202的第二微分器14通過對輸入圖像信號Sin進行微分而生成第二微分信號S14。該第二微分信號S14也被輸入至乘法運算器15。乘法運算器15通過對第一微分信號S23和第二微分信號S14進行乘法運算而生成第二信號S2。該第二信號S2從非線性處理部102輸出并被輸入加法運算器16。加法運算器16將上述第二信號S2作為用于使圖像清晰的補償用信號與輸入圖像信號Sin進行加法運算，由此生成輸出圖像信號Sout。接著，著眼于對輸入圖像信號Sin中如圖6(A)所示那樣在水平方向圖像信號的電平(像素值)發(fā)生變化的邊緣所相當?shù)牟糠值奶幚恚瑢ι鲜瞿菢訕嫵傻谋緦嵤┓绞降膱D像增強裝置200的動作進行說明。本實施方式也進行與上述第一實施方式的動作基本相同的動作。即，表示與圖 6(A)所示的邊緣相當?shù)牟糠值妮斎雸D像信號Sin被輸入至本實施方式的圖像增強裝置200 時，生成圖5(C)所示的信號作為第一信號Si。在本實施方式中，該第一信號Sl被輸入至非線性處理部102中的絕對值處理器22。該絕對值處理器22由圖5(C)所示的第一信號 Sl生成與圖6(B)所示的信號S12類似的絕對值信號S22。即，絕對值處理器22，在使構成第一信號Sl的數(shù)據(jù)列為X1、X2、X3、……時，生成由數(shù)據(jù)列|X1|、|X2|、|X3|、……構成的數(shù)字信號作為絕對值信號S22。與此相對，平方信號312為由數(shù)據(jù)列乂12322、父32、……構成的數(shù)字信號。因此，平方信號S12與絕對值信號S22的信號電平雖然不同，但是平方信號 S12與絕對值信號S22整體的信號波形為同樣的形狀(圖6(B))。于是，由這樣的絕對值信號S22，通過第一微分器13生成與圖6(C)所示的第一微分信號S13相同的第一微分信號S23。通過此時的絕對值S22的微分除去直流成分。
另一方面，由輸入圖像信號Sin，通過第二微分器14生成圖6(D)所示的第二微分信號S14。由該第二微分信號S14與上述第一微分信號S23，通過乘法運算器15生成圖6 (E) 所示的第二信號S2。該第二信號S2作為補償用信號在加法運算器16與輸入圖像信號Sin 進行加法運算，由此生成圖6(F)所示的輸出圖像信號Sout。該輸出圖像信號Sout的邊緣部的上升，與現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的圖像輸出信號的邊緣部的上升(圖5(D))相比更陡。從上述說明可知，從包含絕對值處理器22的非線性處理部102作為補償用信號輸出的第二信號S2，是通過對作為從HPFll輸出的高頻信號的第一信號Sl (圖5(C))實施非線性處理而得到的信號。另外，通過第一微分器13，第二信號S2成為不含直流成分的信號。 進而，通過第二微分器14得到的第二微分信號S14，與第一微分信號S23進行乘法運算，由此第一信號(圖5(C))的正負被實質(zhì)保存在第二信號S2(圖6(E))中。在本實施方式中，基于這樣的對第一信號Sl的處理的非線性和第一信號Sl的正負保存性，輸出圖像信號Sout 的邊緣部的上升比現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的圖像輸出信號的邊緣部的上升(圖5(D))更陡(圖6(F))，與現(xiàn)有技術相比能夠得到更清晰的圖像。在本實施方式中，對第一信號Sl的處理的非線性是基于絕對值處理器22的，絕對值處理器22進行的處理被施加于第一信號Si，由此生成比輸入圖像信號Sin的奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分。S卩，當將三角函數(shù)sinx的絕對值Isinxl以傅里葉級數(shù)展開時，包含C0S(2jix)的項等、與χ的2倍以上的頻率成分對應的項出現(xiàn)。因此，通過絕對值處理器 22生成的絕對值信號S22包含含有輸入圖像信號Sin的高頻成分的第一信號Sl的諧波。 于是，作為補償用信號與輸入圖像信號Sin進行加法運算的第二信號S2，包含比上述奈奎斯特頻率fs/2高的高頻成分。于是，根據(jù)本實施方式，與第一實施方式同樣地能夠比基于線性處理的現(xiàn)有技術的圖像增強裝置得到更大的畫質(zhì)改善。另外，能夠以圖15所示的簡單的結構使圖像充分清晰，因此，不僅對靜止圖像，而且對于實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。進而，在以圖像放大處理后的圖像信號為輸入圖像信號Sin的情況下，與不能夠進行超過奈奎斯特頻率fs/2的高頻區(qū)域的補償?shù)默F(xiàn)有技術的圖像增強裝置相比， 能夠使放大處理后的圖像充分清晰而大幅改善畫質(zhì)。此外，在本實施方式中，也與第一實施方式同樣地優(yōu)選除了進行水平方向的圖像增強處理，還進行該圖像的垂直方向的圖像增強處理。因此，如圖9所示那樣，優(yōu)選圖像增強裝置200具備用于水平方向的圖像增強處理的水平方向處理部1100和用于垂直方向的圖像增強處理的垂直方向處理部1200(參照圖9 圖11)。這一點在后述的其他實施方式中也相同。另外，在以由電視接收機等顯示的運動圖像為處理對象的情況下，各像素值隨時間變化，因此優(yōu)選設置用于時間方向的圖像增強處理的時間方向處理部1300，如圖12所示，圖像增強裝置200除了具備上述水平方向處理部1100和垂直方向處理部1200，還具備時間方向處理部1300(參照圖12 圖14)。這一點在后述的其他實施方式中也相同。(3.第三實施方式)圖16是表示本發(fā)明的第三實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。該圖像增強裝置300為對作為數(shù)字信號從外部輸入的輸入圖像信號Sin實施圖像增強處理的裝置，該圖像增強處理用于使該輸入圖像信號Sin所表示的圖像清晰，該圖像增強裝置300包括HPF11、非線性處理部302和加法運算器16，其中，非線性處理部302包括3次方運算器32 和限制器33。本實施方式的結構中非線性處理部302以外的部分與上述第一實施方式相同 (圖1 圖4)，因此對相同的部分附加相同的參照附圖標記，省略其說明。在本實施方式中，從HPFll輸出的第一信號Sl被輸入非線性處理部302的3次方運算器32。3次方運算器32通過對第一信號Sl進行3次方運算而生成3次方信號S32。 即S32 = S13。此外，由于第一信號Sl為數(shù)字信號(離散化的信號)，更詳細而言，使構成第一信號Sl的數(shù)據(jù)列為X1、X2、X3、……時，3次方信號532為由數(shù)據(jù)列乂13、乂23、乂33、…… 構成的數(shù)字信號。該3次方信號S32被輸入至限制器33。限制器33具有作為3次方信號S32振幅(信號電平)的調(diào)整器的功能。具體而言，通過使α <1的常數(shù)α與3次方信號S32相乘，進行該信號的電平的增益調(diào)整， 進而，以使得3次方信號S32的增益調(diào)整后的振幅為規(guī)定的上限值以下的方式進行限幅 (clipping)處理。例如，當3次方信號S32的增益調(diào)整后的信號值的絕對值超過32時，使限制器33的輸出信號與其符號相對應地為士32。限制器33的輸出信號從非線性處理部 302作為第二信號S2被輸出，被輸入至加法運算器16。加法運算器16通過將上述第二信號S2作為用于使圖像清晰的補償用信號與輸入圖像信號Sin相加，生成輸出圖像信號Sout。接著，著眼于對輸入圖像信號Sin中如圖17(A)所示那樣在水平方向圖像信號的電平(像素值)發(fā)生變化的邊緣所相當?shù)牟糠值奶幚?，對上述那樣構成的本實施方式的圖像增強裝置300的動作進行說明。當表示與圖17(A)所示的邊緣相當?shù)牟糠值妮斎雸D像信號Sin被輸入本實施方式的圖像增強裝置300時，生成圖17(B)所示的信號作為第一信號Si。在本實施方式中，該第一信號Sl被輸入至非線性處理部102的3次方運算器32。3次方運算器32由第一信號 Sl生成圖17(C)所示那樣的3次方信號S32。在此，在使構成第一信號Sl的數(shù)據(jù)列為XI、 X2、X3、……時，該3次方信號S32為由數(shù)據(jù)列X13、X23、X33、……構成的數(shù)字信號。于是， 在3次方信號S32中，第一信號Sl的正負被保存。這樣的3次方信號S32，在限制器33中，通過增益調(diào)整和減幅處理對振幅進行調(diào)整后，作為第二信號S2從非線性處理部302被輸出。通過將該第二信號S2作為補償用信號在加法運算器16與輸入圖像信號Sin相加，生成圖17(D)所示的輸出圖像信號Sout。該輸出圖像信號Sout的邊緣部的上升，與現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的輸出信號的邊緣部的上升(圖5(D))相比更陡。通過上述說明可知，作為補償用信號與輸入圖像信號Sin進行加法運算的第二信號S2，是通過對作為從HPFl 1輸出的高頻信號的第一信號Sl (圖17 (B))進行非線性處理而得到的信號。即該第二信號S2由第一信號Sl通過3次方運算器32被生成，并且與基于平方運算器12的非線性處理不同，第一信號Sl的正負被保存在第二信號S2中。在本實施方式中，基于這樣的對第一信號Sl的處理的非線性和第一信號Sl的正負的保存性，輸出圖像信號Sout中的邊緣部的上升比現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的圖像輸出信號的邊緣部的上升 (圖5(D))更陡(圖17⑶)，與現(xiàn)有技術相比能夠得到更清晰的圖像。在本實施方式中，對第一信號Sl的處理的非線性基于3次方運算器32進行。艮口， 在本實施方式中也與第一實施方式同樣，從HPFll輸出的第一信號Sl包含上述式( 所示的信號g U)或信號g U)的高頻成分，從3次方運算器32輸出的3次方信號S32是將該第一信號Sl進行3次方運算而得的信號。于是，求取(g(x))3時，通過式O)，該(g(x))3中的各項由下述式中的一個表示。ajcosi ω χ · ajcos j ω χ · akcosk ω χ ......(5a)ajcosi ω χ · ajcos j ω χ · bksink ω χ ......(5b)afosi ω χ · bj.sinj ω χ · bksink ω χ ......(5c)bjsini ωχ · bj.sinj ωχ · bksinkcox ......(5d)(i=±l，±2，......，士N;j= 士 1，士2，......，士N;k= 士 1，士2，......，士N)現(xiàn)在，例如著眼于i = j = k = N的項之中上述式(5a) (5d)所示的下述項時，這些項能夠通過三角函數(shù)公式改寫為下述這樣。(aNcosN ω χ)3 = aN3 [ (3/4) cosN ω χ+ (1/4) cos3N ωχ]......(6a)(bNsinN ω x)3 = bN3 [ (3/4) sinN ω χ- (1/4) sin3N ωχ]......(6d)另外，例如著眼于i = j = k = -N的項之中由上述式(5a) (5d)所示的下述項時， 該項能夠通過三角函數(shù)公式改寫為下述這樣。[aNcos (_Ν ω χ) ] V [ (3/4) cos (-N ω χ) + (1/4) cos (_3Ν ωχ)]......(7a)[bNsin (-N ω χ) ]3 = bN3 [ (3/4) sin (-N ω χ) - (1/4) sin (-3Ν ωχ)]......(7d)通過上述式(6a) (6d) (7a) (7d)，(g (x))3包含基本角函數(shù)ω的3Ν倍的頻率成分和-3Ν倍的頻率成分。針對(g(x))3中的其他項，也能夠通過三角函數(shù)的公式改寫，由此可知(g(x))3包含從基本角函數(shù)ω的-3Ν倍到3Ν倍的各種頻率成分。這樣，(g(x))3包含至第一信號Sl所含的頻率成分的3倍的頻率成分為止的高頻成分。因此，3次方信號S32也包含第一信號Sl所包含的頻率成分的3倍的頻率成分等這樣的充分比奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分。因此，根據(jù)本實施方式，能夠比基于線性處理的現(xiàn)有技術的圖像增強裝置得到更大的畫質(zhì)改善。另外，由于能夠以圖16所示這樣的簡單的結構使圖像充分清晰，因此不僅對于靜止圖像，而且對于實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。進而，在以圖像放大處理后的圖像信號為輸入圖像信號的情況下，與不能夠進行超過奈奎斯特頻率fs/2的高頻區(qū)域的補償?shù)默F(xiàn)有技術中的圖像增強裝置相比，能夠使放大處理后的圖像充分清晰而大幅改善畫質(zhì)。此外，在本實施方式中，為了對第一信號Sl進行非線性處理而設置了 3次方運算器32，但也可以代替該3次方運算器32而使用使第一信號Sl進行5次方運算的5次方運算器，另外，更一般而言，也可以使用生成與以3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)的第一信號Sl的乘冪相當?shù)男盘柕某藘邕\算器。(4.第四實施方式)圖18是表示本發(fā)明的第四實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。該圖像增強裝置400為對作為數(shù)字信號從外部輸入的輸入圖像信號Sin實施圖像增強處理的裝置，該圖像增強處理用于使該輸入圖像信號Sin所表示的圖像清晰，該圖像增強裝置400包括 HPF11、非線性處理部402和加法運算器16，其中，非線性處理部402包括平方運算器12、符號變換器43和限制器33。本實施方式的結構中的除非線性處理部402以外的部分與上述第一實施方式相同(圖1 圖4)。另外，非線性處理部402中的平方運算器12和限制器 33分別與第一實施方式中的平方運算器12和第三實施方式中的限制器33相同。對本實施方式的構成要素中與第一或第三實施方式中的構成要素相同的部分附加相同的參照附圖標記，省略詳細的說明。在本實施方式中，從HPFll輸出的第一信號Sl被輸入至非線性處理部402的平方運算器12。平方運算器12通過對第一信號Sl進行平方O次方)運算而生成平方信號 S12。該平方信號S12被輸入符號變換器43。第一信號Sl也被輸入該符號變換器43。符號變換器43基于從HPFll輸出的第一信號Sl的符號比特信息，進行使第一信號Sl的符號在平方信號S12中恢復(復活)的符號變換處理。即，符號變換器43保持(維持)平方信號S12中正負與第一信號Sl相同的部分的正負不變，使平方信號S12中正負與第一信號不同的部分的正負顛倒(逆轉)。通過該符號變換器43得到的信號，作為符號變換信號S43被輸入限制器33。符號變換信號S43通過該限制器33與第三實施方式的限制器33同樣地被調(diào)整振幅后，作為第二信號S2從非線性處理部402被輸出。該第二信號S2 作為補償用信號被輸入至加法運算器16。加法運算器16將上述第二信號S2作為用于使圖像清晰的補償用信號與輸入圖像信號Sin進行加法運算，由此生成輸出圖像信號Sout。接著，著眼于對輸入圖像信號Sin之中如圖20(A)所示那樣在水平方向圖像信號的電平(像素值)發(fā)生變化的邊緣所相當?shù)牟糠值奶幚?，對上述那樣構成的本實施方式的圖像增強裝置400的動作進行說明。表示與圖20(A)所示的邊緣相當?shù)牟糠值妮斎雸D像信號Sin被輸入至本實施方式的圖像增強裝置400時，生成圖20(B)所示的信號作為第一信號Si。在本實施方式中，該第一信號Sl被輸入至非線性處理部402中的平方運算器12。平方運算器12基于第一信號 Sl生成圖20(C)所示的平方信號S12。該平方信號S12通過符號變換器43被變換為圖20(D)所示的符號變換信號S43。 在該符號變換信號S43中，第一信號Sl的正負被保存，另外，該符號變換信號S43能夠通過對不包含直流成分的第一信號Sl (圖20(C))平方后實施符號變換處理而得到，因此不包含直流成分(圖20(D))。這樣的符號變換信號S43在限制器33中被調(diào)整振幅后，作為第二信號S2從非線性處理部302輸出。通過將該第二信號S2作為補償用信號在加法運算器16與輸入圖像信號Sin進行加法運算，生成圖20 (E)所示的輸出圖像信號Sout。該輸出圖像信號Sout的邊緣部的上升，與現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的圖像輸出信號的邊緣部的上升(圖5(D))相比更陡。如上述說明可知，作為補償用信號與輸入圖像信號Sin進行加法運算的第二信號 S2，是通過對作為從HPFll輸出的高頻信號的第一信號Sl (圖20(B))實施非線性處理而得到的信號。即，該第二信號S2由第一信號Sl通過平方運算器12而被生成，第一信號Sl的正負通過符號變換器43保存在第二信號S2中。在本實施方式中，基于這樣的對第一信號 Sl的處理的非線性和第一信號Sl的正負的保存性，輸出圖像信號Sout中的邊緣部的上升比現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的圖像輸出信號的邊緣部的上升(圖5(D))更陡(圖20(E))， 與現(xiàn)有技術相比能夠得到更清晰的圖像。另外，第二信號S2基于平方運算器12的處理，包含比與輸入信號Sin的采樣頻率 fs對應的奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分。因此，根據(jù)本實施方式，能夠比基于線性處理的現(xiàn)有技術的圖像增強裝置得到更大的畫質(zhì)改善。另外，能夠以圖18所示的簡單的結構使圖像充分清晰，因此，不僅對靜止圖像，而且對于實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。進而，在以圖像放大處理后的圖像信號為輸入圖像信號的情況下，與不能夠進行超過奈奎斯特頻率fs/2的高頻區(qū)域的補償?shù)默F(xiàn)有技術的圖像增強裝置相比，能夠使放大處理后的圖像充分清晰而大幅改善畫質(zhì)。此外，在本實施方式中，為了對第一信號Sl進行非線性處理而設置了平方運算器 12，但也可以代替該平方運算器12而使用使第一信號Sl進行4次方運算的4次方運算器， 另外，更一般而言，也可以使用生成與以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)的第一信號Sl的乘冪相當?shù)男盘柕某藘邕\算器。(5.第五實施方式)圖19是表示本發(fā)明的第五實施方式的圖像增強裝置的結構的框圖。該圖像增強裝置500為對作為數(shù)字信號從外部輸入的輸入圖像信號Sin實施圖像增強處理的裝置，該圖像增強處理用于使該輸入圖像信號Sin所表示的圖像清晰，該圖像增強裝置500包括 HPF11、非線性處理部502和加法運算器16，其中，非線性處理部502包括平方運算器12、微分器13、符號變換器43和限制器33。本實施方式的結構中的除非線性處理部502以外的部分與上述第一實施方式相同(圖1 圖4)。另外，非線性處理部502中的平方運算器12 和微分器13分別與第一實施方式中的平方運算器12和第一微分器13為相同的構成要素， 非線性處理部502中的限制器33與第三實施方式中的限制器33為相同的構成要素。對本實施方式的構成要素中與第一或第三實施方式中的構成要素相同的部分附加相同的參照附圖標記，省略詳細的說明。在本實施方式中，從HPFll輸出的第一信號Sl被輸入至非線性處理部502的平方運算器12。平方運算器12通過對第一信號Sl進行平方O次方)運算而生成平方信號 S12，該平方信號S12被輸入至微分器13。該微分器13通過對平方信號S12進行微分而生成微分信號S13，該微分信號S13被輸入至符號變換器43。第一信號Sl也被輸入至該符號變換器43。符號變換器43基于從HPFll輸出的第一信號Sl的符號比特信息，進行使第一信號Sl的符號在微分信號S13中恢復的符號變換處理。即，符號變換器43維持(保持)微分信號S13中正負與第一信號Sl相同的部分的正負不變，使微分信號S13中正負與第一信號不同的部分的正負顛倒。通過該符號變換器43得到的信號，作為符號變換信號S44被輸入至限制器33。符號變換信號S44通過該限制器33與第三實施方式的限制器33同樣地被調(diào)整振幅后，作為第二信號S2從非線性處理部502輸出。該第二信號S2作為補償用信號被輸入至加法運算器16。接著，著眼于對輸入圖像信號Sin之中如圖21(A)所示那樣在水平方向圖像信號的電平(像素值)發(fā)生變化的邊緣所相當?shù)牟糠值奶幚?，對上述那樣構成的本實施方式的圖像增強裝置500的動作進行說明。表示與圖21 (A)所示的邊緣相當?shù)牟糠值妮斎雸D像信號Sin被輸入至本實施方式的圖像增強裝置500時，圖21 (B)所示的信號作為第一信號Sl被生成。在本實施方式中， 該第一信號Sl被輸入至非線性處理部402中的平方運算器12。平方運算器12由第一信號 Sl生成圖21 (C)所示的平方信號S12。
該平方信號S12被輸入至微分器13，通過該微分器13生成圖21 (D)所示的微分信號S13。在該微分信號S13中，平方信號S12所包含的直流成分已被除去。該微分信號S13 通過符號變換器43變換為圖21 (E)所示的符號變換信號S44。在該符號變換信號S44中， 第一信號Sl的正負被保存。這樣的符號變換信號S43在限制器33之被調(diào)整振幅后，作為第二信號S2從非線性處理部302輸出。通過將該第二信號S2作為補償用信號在加法運算器16與輸入圖像信號Sin進行加法運算，生成圖21 (F)所示的輸出圖像信號Sout。該輸出圖像信號Sout的邊緣部的上升，與現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的圖像輸出信號的邊緣部的上升(圖5(D))相比更陡。根據(jù)上述說明可知，作為補償用信號與輸入圖像信號Sin進行加法運算的第二信號S2，是通過對作為從HPFll輸出的高頻信號的第一信號Sl (圖21 (B))實施非線性處理而得到的信號。即，該第二信號S2由第一信號Sl通過平方運算器12而被生成，通過微分器 13被除去直流成分，并且通過符號變換器43將第一信號Sl的正負保存在第二信號S2中。 在本實施方式中，基于這樣的對第一信號Sl的處理的非線性和第一信號Sl的正負的保存性，輸出圖像信號Sout中的邊緣部的上升比現(xiàn)有技術的圖像增強裝置的圖像輸出信號的邊緣部的上升(圖5(D))更陡(圖20(F))，與現(xiàn)有技術相比能夠得到更清晰的圖像。另外，第二信號S2基于平方運算器12的處理，包含比與輸入圖像信號Sin的采樣頻率fs對應的奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分。于是，根據(jù)本實施方式，能夠比基于線性處理的現(xiàn)有技術的圖像增強裝置得到更大的圖像改善。另外，由于能夠以圖19所示這樣的簡單的結構充分使圖像清晰，因此不僅對于靜止圖像，而且對于實時顯示的運動圖像也能夠在不導致成本大幅增加的情況下改善畫質(zhì)。進而，在以圖像放大處理后的圖像信號為輸入信號的情況下，與不能夠進行超過奈奎斯特頻率fs/2的高頻區(qū)域(高頻域)的補償?shù)默F(xiàn)有技術的圖像增強裝置相比，能夠使放大處理后的圖像充分清晰而大幅改善畫質(zhì)。在本實施方式中，為了對第一信號Sl進行非線性處理而使用了平方運算器12，但也可以代之而使用在第二實施方式中使用的絕對值處理器22。此時，能夠通過與本實施方式基本相同的動作得到同樣的效果(參照圖21)。此外，在本實施方式中，為了對第一信號Sl實施非線性處理而設置了平方運算器 12，但也可以取代該平方運算器12而使用對第一信號Sl進行4次方運算的4次方運算器， 另外，更一般而言，也可以使用生成與以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)的第一信號Sl的乘冪運算相當?shù)男盘柕某藘邕\算器。另外，在本實施方式中，為了除去平方信號S12的直流成分而使用了微分器13，但也可以代之使用高通濾波器(HPF)。進而，在本實施方式中微分器13配置在符號變換器43的前級，但也可以代之而將微分器13或HPF配置在符號變換器43的后級。(6.其他的實施方式)在以上說明的實施方式中，非線性處理部中的非線性基于平方運算、3次方運算 (更一般而言，以2以上的偶數(shù)或3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)的乘冪運算)，或者基于絕對值處理，但是通過其他的非線性運算也能夠得到與上述各實施方式同樣的效果。以下，將這樣的用于非線性運算的非線性運算器的輸入信號值設為X、輸出信號值設為y，使該非線性運算器的處理以函數(shù)f (χ)表示(y = f(x))。在本發(fā)明中，能夠使用進行與線性或正負對稱地單調(diào)增加的非線性函數(shù)f(x)相當?shù)奶幚淼姆蔷€性運算器。此外，這里的單調(diào)增加是指廣義的單調(diào)增加。另外，該非線性函數(shù)f (x)，沒有必要隨所有的X單調(diào)增加，至少在0附近單調(diào)增加即可。進而，優(yōu)選該非線性函數(shù)f(X)至少在0附近的規(guī)定區(qū)間中 f(x) > X。例如，通過使用進行與正負對稱地單調(diào)增加的上述這樣的非線性函數(shù)f(x)相當?shù)奶幚淼姆蔷€性運算器62的圖22所示的結構的圖像增強裝置600、或使用該非線性運算器 62的圖23所示的結構的圖像增強裝置700，也能夠將輸入圖像信號Sin中不包含的高頻成分即比原信號的奈奎斯特頻率fs/2高的高頻成分附加至圖像，實現(xiàn)與上述各實施方式相同的效果。圖22的圖像增強裝置600的結構為在圖18所示的第四實施方式的圖像增強裝置400中，取代平方運算器12而使用上述非線性運算器62，在第四實施方式的變形例中也能夠取代圖18的圖像增強裝置400而使用圖22的圖像增強裝置600。另外，圖23的圖像增強裝置700為在圖19所示的第五實施方式的圖像增強裝置500中，取代平方運算器12 而使用上述非線性運算器62的結構，在第五實施方式的變形例中也能夠取代圖19的圖像增強裝置500而使用圖23的圖像增強裝置700。作為表示圖22或圖23所示的結構中的非線性運算器62的處理的函數(shù)f (χ)，即正負對稱且廣義地單調(diào)增加、(優(yōu)選)f(X) >x的非線性函數(shù)，除了 f(X) =X2nOi為自然數(shù))之外，例如也能夠使用下述的函數(shù)f(x)。f(x) = x|1/2……(8)f(x) = |x|1/10……(9)上述式(8)的函數(shù)f (χ)和上述式(9)的函數(shù)f (χ)，在χ = 0 1之間增加較大， 因此在本實施方式中的圖像增強裝置中，使用該區(qū)間。如果輸入圖像信號Sin為8比特的數(shù)字信號，則像素值取0 255的值。在此，實際上使用上述函數(shù)時，以255使像素值χ正規(guī)化(標準化)。例如對于上述式(8)的函數(shù)， 以χ/255置換右邊的X，并且在右邊乘以255。即，使用下面的函數(shù)。f (χ) = 255 | χ/255 |1/2......(10)根據(jù)上述式(10)的函數(shù)，滿足f(x) >x。此外，如果輸入圖像信號Sin為10比特的數(shù)字信號，則以1023進行正規(guī)化即可。在上述式(10)的函數(shù)中，對式(8)的函數(shù)正規(guī)化后乘以255，但是該乘法運算的值并非必須為與用于正規(guī)化的值(本例中為255)相同的值。例如也可以為f(x)= 100 I x/255 11/2,只要滿足f(x) >x的條件即可。采用上述方法時，下述的三角函數(shù)f (χ)，也能夠作為表示上述非線性運算器62的處理的非線性函數(shù)使用。f (χ) = 255 | sin [ (χ/255) ( π/2) ] ......(11)(7.實際圖像的驗證)為了驗證本發(fā)明的效果，對實際的圖像進行本發(fā)明的圖像增強處理。下面，針對該圖像增強處理的結果進行說明。圖M表示為了驗證本發(fā)明的效果而使用的圖像(下面稱為“原始圖像”(即，“原圖像”))，該原始圖像為了配合圖面上的登載(刊登)空間，比實際尺寸縮小。圖25為切取該原始圖像中的右上部分、進行縱、橫2倍的放大處理后的圖像，作為圖像增強處理的對象(以下稱為“對象圖像”)。該對象圖像不具有與放大處理后的采樣頻率冊=2fs對應的奈奎斯特頻率冊/2 = fs附近的頻率成分(參照圖8(A))。此外，圖M和圖25中，考慮到打印(print out)的情況等的方便性而采用偽(pseudo:仿)灰度等級顯示法。這點在后面敘述的圖26和圖27也是相同的。圖26(B)表示對對象圖像實施基于線性處理的現(xiàn)有技術的圖像增強處理后的圖像，為了比較，圖^(A)表示對象圖像。如已經(jīng)敘述的那樣，對象圖像不具有放大處理后的奈奎斯特頻率1^/2 = fs附近的頻率成分(參照圖8(A))，即使對該對象圖像實施現(xiàn)有技術的圖像增強處理也不能提升畫質(zhì)，在圖26(A)的對象圖像與圖沈 )的圖像之間，幾乎未發(fā)現(xiàn)清晰度、分辨率方面有任何差別。圖27(A)表示在水平方向和垂直方向分別對對象圖像實施使用了絕對值處理器 22的圖15所示的結構的圖像增強處理作為一維處理之后的圖像(參照圖9)。在圖27(A) 的圖像中，與圖26(A)的對象圖像相比，以圍巾、椅子靠背為中心清晰度、分辨率提高，在該方面，圖27㈧的圖像與圖^(B)的圖像相比大幅不同。因此，基于圖15的結構進行的圖像增強處理，與基于線性處理的現(xiàn)有技術的圖像增強處理相比，顯然能夠充分地使放大處理后的圖像清晰、大幅改善畫質(zhì)。圖27⑶表示在水平方向和垂直方向各一次地對對象圖像實施使用了 3次方運算器32的圖16所示的結構的圖像增強處理后的圖像(參照圖9)。在該圖像增強處理中，輸入圖像信號Sin為8比特，用于限制器33中的增益調(diào)整的常數(shù)α為0. 03、用于限幅處理的上限值為士32。將圖27(B)的圖像與圖27(A)相比較，在圍巾、椅子靠背部分的畫質(zhì)改善 (清晰)方面，圖27(A)的圖像更勝一籌，但在眼睛和嘴唇等這樣的圖像信號振幅較小的部分，圖27(B)的圖像更勝一籌。由此可知，圖15的結構與圖16的結構相比，對振幅小的圖像信號，圖16的結構即使用3次方運算器32的結構能夠給予好的效果；對振幅大的圖像信號，圖15的結構即使用絕對值處理器22的結構能夠給予好的效果。因此，考慮這方面，為了使整個圖像清晰從而提高圖像的畫質(zhì)，優(yōu)選為共用圖15的結構和圖16的結構。(8.其他的變形例)以上，作為本發(fā)明的實施方式，對于為了進行非線性處理，使用平方運算器12的第一、第四和第五實施方式，使用絕對值處理器22的第二實施方式，以及使用3次方運算器 32的第三實施方式進行了說明，但是本發(fā)明的圖像增強裝置也可以為將這些第一 第五實施方式或它們的變形例(圖9 圖14)中的任意幾個進行共用或組合的結構。另外，上述各實施方式作為硬件(LSI等電路)被實現(xiàn)，但也可以使這些結構的一部分或全部以軟件實現(xiàn)。例如，通過使圖觀所示那樣的個人計算機(下面稱為“計算機”)800執(zhí)行程序，能夠以軟件實現(xiàn)本發(fā)明的圖像增強裝置，其中，該程序例如是用于進行圖1、圖15、圖16、圖18和圖19分別表示的第一、第二、第三、第四和第五實施方式以及圖 22和圖23表示的其他實施方式中的任一個實施方式，或者其變形例的圖像增強處理的程序(下面稱為“圖像增強程序”)。特別是，在作為對象的圖像為靜止圖像時，通過這樣以軟件實現(xiàn)的圖像增強裝置也能夠充分地進行實用的圖像增強處理，在通過使圖像清晰而提高畫質(zhì)方面能夠得到與上述各實施方式同樣的效果。上述的計算機800為通用的計算機，構成為以總線連接作為中央處理裝置的 CPU801、存儲器803、調(diào)制解調(diào)器805、顯示控制部807、輸入接口部809、硬盤裝置811和CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory，光盤只讀存儲器)驅動裝置813，在輸入接口部 809連接有鍵盤和鼠標等操作部810，在顯示控制部807連接有CRT或液晶顯示器等顯示裝置815。上述圖像增強程序，典型地由作為記錄有該程序的記錄介質(zhì)的⑶-ROM提供。S卩，使用者購買作為上述圖像增強程序的記錄介質(zhì)的⑶-R0M850，安裝在⑶-ROM驅動裝置813，從該⑶-R0M850讀出該程序，安裝于硬盤裝置811。另外，也可以代替這種方式，接收通過與調(diào)制解調(diào)器805連接的通信線路輸送來的圖像增強程序，安裝在硬盤裝置811。進而，也可以為如下方式制造商在計算機800出貨前將上述圖像增強程序安裝于硬盤裝置811。這樣， 安裝在硬盤裝置811的圖像增強程序，由使用者對操作部810進行規(guī)定操作而啟動(起動) 時，轉送至存儲器803并被暫時存儲，由CPU801執(zhí)行。由此，計算機800作為進行與上述各實施方式或其變形例的圖像增強裝置同樣的圖像增強處理的裝置進行動作。在這樣以軟件實現(xiàn)的圖像增強裝置中，表示成為圖像增強處理的對象的圖像的數(shù)據(jù)作為對象圖像數(shù)據(jù)預先存儲在硬盤裝置811中，上述圖像增強程序被啟動時，對該圖像數(shù)據(jù)，基于圖像增強程序由CPU801進行圖像增強處理，處理后的圖像數(shù)據(jù)(下面稱為“完成處理后的圖像數(shù)據(jù)”)被生成，存儲于硬盤裝置811。上面，對用于改善畫質(zhì)的圖像增強處理，例如用于改善在電視(TV)接收機實時顯示的運動圖像的質(zhì)量的圖像增強處理進行了說明。但本發(fā)明不限于這樣的圖像增強處理， 也能夠應用在進行用于提高音質(zhì)(聲音質(zhì)量)的信號處理、以及用于提高包含聲音等的內(nèi)容的質(zhì)量的信號處理的裝置中，另外，也能夠應用在進行用于提高通過通信線路輸送來的信號的質(zhì)量的信號處理的裝置中。由于能夠在這樣的進行本發(fā)明的信號處理的裝置中通過非線性處理得到原始信號的諧波，因此通過該裝置生成的信號包含比與使輸入信號離散化的情況下的采樣頻率fs對應的奈奎斯特頻率fs/2高的頻率成分。由此，對于信號的質(zhì)量 (音質(zhì)、畫質(zhì)等)，能夠實現(xiàn)比基于線性處理的現(xiàn)有技術的信號處理更大的改善，另外，能夠以簡單的結構提高信號的質(zhì)量。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明應用在用于使圖像清晰而改善畫質(zhì)的圖像增強裝置、圖像增強方法和圖像增強程序，能夠應用在用于使例如電視(TV)接收機實時顯示的運動圖像清晰的圖像增強
直O(jiān)
附圖標記的說明
11、IlBUlC……高頻通過濾波器(HPF)
12……平方運算器(乘冪運算器)
13……第一微分器
14……第二微分器
15……乘法運算器
16……加法運算器
22……絕對值處理器
32……3次方運算器(乘冪運算器)
33……限制器
43……符號變換器
62……非線性運算器
100 ·. …圖像增強裝置(第一實施方式)
102 ·.…·非線性處理部
110、110B、110C……數(shù)字濾波器
132 ·.…·舍入處理器
133 ·.…·限制器
200 ·. …圖像增強裝置(第二實施方式)
202 ·.…·非線性處理部
300 ·. …圖像增強裝置(第三實施方式)
302 ·.…·非線性處理部
400 ·. …圖像增強裝置(第四實施方式)
402 ·.…·非線性處理部
500 ·. …圖像增強裝置(第五實施方式)
502 ·.…·非線性處理部
Sin ·.…·輸入圖像信號(輸入信號)
Sout……輸出圖像信號
Sl ...…第一信號
S2 ……第二信號
S12 ·.…·平方信號(第三信號)
S13 ·.…·第一微分信號(第四信號)
S14 ·.…·第二微分信號(第五信號)
S22 ·.…·絕對值信號(第三信號)
S32 ·.…· 3次方信號(第三信號)
權利要求
1.一種圖像增強裝置，其用于使輸入信號所表示的圖像清晰，該圖像增強裝置的特征在于，包括濾波部，其通過將表示圖像的輸入信號所包含的頻率成分中的至少直流成分從該輸入信號除去而生成第一信號；非線性處理部，其通過對所述第一信號實施非線性處理而生成第二信號；和將所述第二信號與所述輸入信號相加的加法運算部，其中， 所述非線性處理部，基于所述第一信號生成第三信號，該第三信號相對于所述第一信號至少在0附近非線性或正負對稱地、廣義地單調(diào)增加，基于所述第三信號生成所述第二信號，使得所述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在所述第二信號中，并且所述第二信號不包含直流成分。
2.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部，通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對所述第一信號進行乘冪運算而生成所述第三信號， 基于所述第三信號生成所述第二信號，使得所述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在所述第二信號中。
3.如權利要求2所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部包括通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對所述第一信號進行乘冪運算而生成所述第三信號的乘冪運算器；通過對所述第三信號進行微分而生成第四信號的第一微分器； 通過對所述輸入信號進行微分而生成第五信號的第二微分器；和基于所述第四信號與所述第五信號的積，生成所述第二信號的乘法運算器。
4.如權利要求2所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部包括通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對所述第一信號進行乘冪運算而生成所述第三信號的乘冪運算器；和符號變換器，其基于所述第一信號使所述第三信號中正負與所述第一信號不同的部分的正負顛倒，以基于所述第三信號生成所述第二信號。
5.如權利要求2所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部包括通過以2以上的偶數(shù)為冪指數(shù)對所述第一信號進行乘冪運算而生成所述第三信號的乘冪運算器；通過除去所述第三信號的直流成分而生成第四信號的濾波器；和符號變換器，其基于所述第一信號使所述第四信號中正負與所述第一信號不同的部分的正負顛倒，以基于所述第四信號生成所述第二信號。
6.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部，生成與所述第一信號的絕對值相當?shù)男盘栕鳛樗龅谌盘?，基于所述第三信號生成所述第二信號，使得所述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在所述第二信號中。
7.如權利要求6所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部包括絕對值處理器，其生成與所述第一信號的絕對值相當?shù)男盘栕鳛樗龅谌盘枺?第一微分器，其通過對所述第三信號進行微分而生成第四信號； 第二微分器，其通過對所述輸入信號進行微分而生成第五信號；和乘法運算器，其基于所述第四信號與所述第五信號的積生成所述第二信號。
8.如權利要求6所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部包括絕對值處理器，其生成與所述第一信號的絕對值相當?shù)男盘栕鳛樗龅谌盘枺?濾波器，其通過除去所述第三信號的直流成分而生成所述第四信號；和符號變換器，其基于所述第一信號使所述第四信號中正負與所述第一信號不同的部分的正負顛倒，以基于所述第四信號生成所述第二信號。
9.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于所述非線性處理部，通過以3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)對所述第一信號進行乘冪運算而生成所述第三信號，基于所述第三信號生成所述第二信號。
10.如權利要求9所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部包括乘冪運算器，其通過以3以上的奇數(shù)為冪指數(shù)對所述第一信號進行乘冪運算而生成所述第三信號；和調(diào)整器，其通過調(diào)整所述第三信號的振幅而生成所述第二信號。
11.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于所述非線性處理部，以所述第三信號的絕對值比所述第一信號的絕對值大的區(qū)間至少在所述0附近出現(xiàn)的方式，生成所述第三信號。
12.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于所述非線性處理部，基于所述第一信號，生成相對于所述第一信號在所述第一信號的最大振幅的至少1/2以下的范圍內(nèi)，非線性或正負對稱地、廣義地單調(diào)增加的信號作為所述第三信號。
13.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述濾波部包括抽頭數(shù)為3以上的高頻通過型數(shù)字濾波器。
14.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述非線性處理部包括舍入處理器，其將所述第一信號中絕對值比規(guī)定的下限值小的部分的信號值改變?yōu)? ；和限制器，其將所述第一信號中絕對值比規(guī)定的上限值大的部分的信號值的絕對值改變?yōu)樵撋舷拗狄韵碌囊?guī)定值。
15.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于所述非線性處理部包括用于對所述第二信號的振幅進行調(diào)整的調(diào)整器。
16.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于所述濾波部通過將所述圖像的水平方向的空間頻率成分中的至少直流成分從該輸入信號除去而生成所述第一信號，所述非線性處理部以所述第二信號不包含所述圖像的水平方向的空間頻率的直流成分的方式生成所述第二信號。
17.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于所述濾波部通過將所述圖像的垂直方向的空間頻率成分中的至少直流成分從該輸入信號除去而生成所述第一信號，所述非線性處理部以所述第二信號不包含所述圖像的垂直方向的空間頻率的直流成分的方式生成所述第二信號。
18.如權利要求1所述的圖像增強裝置，其特征在于 所述圖像為運動圖像，所述濾波部通過將所述圖像的時間方向的頻率成分中的至少直流成分從該輸入信號除去而生成所述第一信號，所述非線性處理部以所述第二信號不包含所述圖像的時間方向的頻率的直流成分的方式生成所述第二信號。
19.一種圖像增強方法，其用于使輸入信號所表示的圖像清晰，該圖像增強方法的特征在于，包括濾波處理步驟，其通過將表示圖像的輸入信號所包含的頻率成分中的至少直流成分從該輸入信號除去而生成第一信號；非線性處理步驟，其通過對所述第一信號實施非線性處理而生成第二信號；和加法運算步驟，其將所述第二信號與所述輸入信號相加，其中， 在所述非線性處理步驟中，基于所述第一信號生成第三信號，該第三信號相對于所述第一信號至少在0附近非線性或正負對稱地、廣義地單調(diào)增加，基于所述第三信號生成所述第二信號，使得所述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在所述第二信號中，并且所述第二信號不包含直流成分。
20.一種圖像增強程序，其用于使輸入信號所表示的圖像清晰，該圖像增強程序的特征在于使計算機執(zhí)行如下步驟濾波處理步驟，其通過將表示圖像的輸入信號所包含的頻率成分中的至少直流成分從該輸入信號除去而生成第一信號；非線性處理步驟，其通過對所述第一信號實施非線性處理而生成第二信號；和加法運算步驟，其將所述第二信號與所述輸入信號相加，其中， 在所述非線性處理步驟中，基于所述第一信號生成第三信號，該第三信號相對于所述第一信號至少在0附近非線性或正負對稱地、廣義地單調(diào)增加，基于所述第三信號生成所述第二信號，使得所述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在所述第二信號中，并且所述第二信號不包含直流成分。
21.一種計算機可讀取的記錄介質(zhì)，其特征在于 存儲有權利要求20所述的圖像增強程序。
22.—種信號處理裝置，其用于提高輸入信號的質(zhì)量，該信號處理裝置的特征在于，包括濾波部，其通過將輸入信號所包含的頻率成分中的至少直流成分從該輸入信號除去而生成第一信號；非線性處理部，其對所述第一信號實施非線性處理而生成第二信號；和加法運算部，其將所述第二信號與所述輸入信號相加，其中， 所述非線性處理部，基于所述第一信號生成第三信號，該第三信號相對于所述第一信號至少在0附近非線性或正負對稱地、廣義地單調(diào)增加，基于所述第三信號生成所述第二信號，使得所述第一信號的正負被實質(zhì)地保存在所述第二信號中，并且所述第二信號不包含直流成分。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于通過以簡單的結構進行適當?shù)母哳l補償，不僅對于靜止圖像，而且對于運動圖像實施了圖像放大處理的情況下，也能夠充分地使圖像清晰，提高畫質(zhì)。HPF(11)從輸入圖像信號(Sin)提取高頻成分作為第一信號(S1)，平方運算器(12)通過對第一信號(S1)進行平方運算而生成平方信號(S12)。第一微分器(13)通過對平方信號(S12)進行微分而生成第一微分信號(S13)，第二微分器(14)通過對輸入圖像信號(Sin)進行微分而生成第二微分信號(S14)。乘法運算器(15)通過將第一微分信號(S13)與第二微分信號(S14)進行乘法運算而生成第二信號(S2)。加法運算器(16)通過將第二信號(S2)作為補償用信號與輸入圖像信號(Sin)相加而生成輸出圖像信號(Sout)。
文檔編號G06T5/20GK102362486SQ20098015823
公開日2012年2月22日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權日2009年3月31日
發(fā)明者合志清一 申請人:夏普株式會社