專利名稱：邊緣校正方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一邊緣校正裝置，更具體地說，涉及能夠有效地校正在水平方向、垂直方向和對角線方向上的圖像信號的邊緣的改進裝置和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)經(jīng)過諸如傳輸和/或記錄領(lǐng)域(field)的總傳輸頻帶時，通過電纜傳送的、或由電視攝像機拍攝的、經(jīng)記錄和再現(xiàn)裝置再現(xiàn)的圖像信號易于失去其高頻分量。特別地，在這種情況下，信號的邊緣可能不清楚，這降低了圖像的銳度(sharpness)。因此需要改進圖像的質(zhì)量。
同樣，需要一種提高圖像質(zhì)量的方法，以在顯示裝置中，例如尺寸正越變越大的等離子體顯示屏(PDP)或投影電視(TV)中，清楚地再現(xiàn)有限清晰度的圖像信號，例如，電視信號或VTR信號。
為了提高圖像信號的質(zhì)量，普通的邊緣校正裝置通過從圖像信號獲得微分信號，并將微分信號加到圖像信號中，來提高圖像信號的邊緣的清晰度。然而，普通邊緣校正裝置只在垂直和水平方向上對圖像信號上執(zhí)行邊緣校正，而沒有在對角線方向上對圖像信號的邊緣進行校正。因此，它不可能提高圖像的總的清晰度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一目的是提供一種有效地校正在對角線方向以及垂直和水平方向上的圖像邊緣的方法。
本發(fā)明的第二目的是提供一種使用該方法的邊緣校正裝置。
因此，為了實現(xiàn)第一目的，提供一種校正圖像信號的邊緣的方法，該方法包括(a)從圖像信號生成二維(2D)第二微分信號；(b)從圖像信號生成在水平、垂直和對角線方向上的第一微分信號；(c)從多個第一微分信號中選擇一個；(d)將步驟(c)中選擇的信號與2D第二微分信號合并；和(e)校正使用合并信號的圖像信號的邊緣。
為了實現(xiàn)第二目的，提供一種校正圖像信號的邊緣的裝置，該裝置包括2D第二微分器，用于從圖像信號生成一2D第二微分信號；多個第一微分器，用于從水平、垂直、右對角線和左對角線方向上的圖像信號生成多個第一微分信號；選擇器，用于從多個第一微分信號中選擇一個；第一乘法器，用于將選擇器的輸出和2D第二微分器的輸出相乘；延遲器，用于延遲圖像信號；和加法器，用于將延遲器的輸出和第一乘法器的輸出相加。


通過參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中圖1是常規(guī)的邊緣校正裝置的方框圖；圖2是說明圖1的邊緣校正裝置的運算的波形圖；圖3是解釋根據(jù)本發(fā)明的校正圖像信號邊緣的方法的優(yōu)選實施例的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的邊緣校正裝置的優(yōu)選實施例的方框圖；圖5(a)至5(d)是圖4所示的第一微分器的實例；圖6(a)至6(b)是分別說明圖5(a)至5(d)的微分器的運算的波形圖；和圖7是在圖4中說明的二維第二微分器的實例；圖8是在圖4中說明的選擇器的方框圖；圖9(a)至9(c)是說明在圖5中所示的微分器的運算的波形圖；圖10(a)至10(c)分別顯示了蘇貝爾算子(Sobel operator)，普瑞維特算子(Prewitt operator)和羅伯特算子(Robert operator)；和圖11(a)和11(b)分別顯示了柯西篩選(Kirsh filter)和模板匹配(TemplateMatch)。
具體實施例方式
圖1是常規(guī)的邊緣校正裝置的方框圖。該邊緣校正裝置包括延遲器102；第一微分器104；絕對值計算器106；第二微分器108；第一和第二乘法器110和112；以及加法器114。
圖1的邊緣校正裝置通過獲得第二微分信號并將其加到圖像信號，而校正圖像信號的邊緣。此時，延遲器102用來補償在獲得第二微分信號時的時間延遲。
圖1的邊緣校正裝置校正在水平方向上的圖像信號的邊緣，應(yīng)用于圖像信號的水平分量，以及校正在垂直方向上的圖像信號的邊緣，應(yīng)用于圖像信號的垂直分量。
當(dāng)圖像信號輸入到圖1的邊緣校正裝置時，第一微分器104微分圖像信號，使其變成第一微分信號。然后，第一微分信號施加到第二微分器108上，變成第二微分信號。
其間，第一微分信號施加到絕對值計算器106上，由此獲得其絕對值。第一乘法器110將絕對值計算器106的輸出和從第二微分器108輸出的第二微分信號相互合并。第一乘法器110的輸出施加到第二乘法器112上。然后，第二乘法器112根據(jù)施加的增益放大第一乘法器110的輸出。第二乘法器112的輸出施加到加法器114上。
由延遲器102延遲的圖像信號也施加到加法器114上。因此，輸入的圖像信號，和由輸入圖像信號微分得到的第一和第二微分信號的合并信號(combination)施加到加法器114上。
圖2是說明圖1的邊緣校正裝置的運算的波形圖。參考圖2，信號A是具有上升分量的輸入圖像信號。此處，在圖像信號的邊緣形成上升分量的邊緣，例如，在圖像中的暗邊和亮邊之間的邊界處。
信號B是具有通過第一微分信號A獲得的絕對值的第一微分信號。信號C是從信號B微分而得的第二微分信號，即兩次微分信號A而得到的信號。信號D是通過第一乘法器110將第一微分信號，即信號B，和第二微分信號，即信號C，相乘而獲得的信號。信號E是通過第二乘法器112調(diào)節(jié)信號D的增益而獲得的信號。信號F是通過加法器114將信號A和信號D相加而獲得的信號。信號G是通過加法器114將信號A和信號E相加而獲得的信號。比較信號F和信號G，揭示了通過調(diào)節(jié)施加到第二乘法器112上的增益而校正了圖像信號的邊緣。
然而，圖1的邊緣校正裝置有缺點，因為它僅可用于校正在垂直和水平方向上的而不能用于對角線線方向上的圖像信號的邊緣。因此，使用該邊緣校正裝置很難提高圖像信號總的清晰度。
圖3是解釋根據(jù)本發(fā)明的校正圖像信號的邊緣的方法的優(yōu)選實施例的流程圖。在這個方法中，通過形成指示邊緣的強度的第二微分信號，然后用第二微分信號乘以指示邊緣方向的第一微分信號，以獲得圖像信號邊緣校正所需要的信號。此處，第一微分信號是從諸第一微分信號，即在水平、垂直和對角線線方向上的第一微分信號1致第一微分信號4中選擇出來的一個。
參考圖3，在步驟302，從圖像信號生成二維(2D)第二微分信號。2D第二微分信號僅指示邊緣的強度，而不指示邊緣的方向。
接著，在步驟304，從在水平、垂直和對角線線方向上的圖像信號生成第一微分信號。第一微分信號指示圖像信號邊緣的方向。
在步驟304，在每個方向上選擇某個象素，并計算該象素和鄰近的多個象素間的差值。然后，計算的差值中最小的一個確定為微分值。以這種方式可以改善校正的信號的轉(zhuǎn)變時間。
接著，在步驟306，相互比較在水平、垂直和對角線線方向上的第一微分信號，并選擇合適的一個作為第一微分信號。此處，選擇的第一微分信號是在水平、垂直和對角線線方向上的第一微分信號中具有最大絕對值的第一微分信號、和具有從合并這些第一微分信號而獲得的最大絕對值的信號中最小的一個。
步驟306之后，在步驟308，從步驟306選擇的第一微分信號乘以2D第二微分信號。結(jié)果，獲得具有最大方向分量的信號，用于邊緣校正。此時，調(diào)節(jié)所獲得的信號的增益，以控制邊緣校正的程度。
然后，在步驟308，使用從步驟306獲得的第一微分信號校正圖像信號的邊緣。具體地，圖像信號被延遲一段用于執(zhí)行步驟302至308所必需的時間，然后與在步驟308獲得的信號合并。
在下文，為了更好的理解圖3中所示的方法，將參考圖4詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的邊緣校正裝置。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的邊緣校正裝置的優(yōu)選實施例的方框圖。在該邊緣校正裝置中，從輸入圖像信號生成2D第二微分信號，然后將其與從水平、垂直、右對角線線和左對角線線方向上的微分信號選擇出來的一個信號相乘。接著，將此結(jié)果與經(jīng)延遲器延遲的輸入圖像信號相加，由此校正圖像信號的邊緣。
圖4的邊緣校正裝置包括延遲器402；2D第二微分器404；第一至第四微分器406、408、410和412，用于從水平、垂直、右對角線線和左對角線線方向上的圖像信號生成微分信號；選擇器414；第一和第二乘法器416和418；和加法器420。該邊緣校正裝置校正關(guān)于水平、垂直和對角線線分量的圖像信號，由此有效地執(zhí)行邊緣校正。
當(dāng)圖像信號輸入到邊緣校正裝置，該信號被2D第二微分器404微分，成為2D第二微分信號。
第一至第四微分器406、408、410和412從在水平、垂直、右對角線線和左對角線線方向上的圖像信號生成微分信號。由選擇器414從這些獲得的第一微分信號中選擇合適的微分信號。通過第一乘法器416，將選擇器414的輸出與2D第二微分器404的輸出合并。
第一乘法器416的輸出施加到第二乘法器418上。然后，第二乘法器418根據(jù)施加的增益放大第一乘法器416的輸出。
第二乘法器418的輸出施加到加法器420上。由延遲器402延遲的輸入圖像信號也提供給加法器420。最后，將輸入圖像信號和經(jīng)2D第二微分器404微分的輸入圖像信號，即其邊緣在水平、垂直和對角線線方向被校正的圖像信號，輸入到加法器420。
圖5(a)至5(d)是在圖4中所示的第一微分器406、408、410和412的實例。具體地，圖5(a)至5(d)分別對應(yīng)在水平方向上的第一微分器406、垂直方向上的第一微分器408、右對角線方向上的第一微分器410、和左對角線方向上的第一微分器412。
在數(shù)字圖像中，以規(guī)則間隔分布排列數(shù)據(jù)，因此，不可能通過微分運算精確計算待定值(required value)。因此，在這個實施例中，通過計算相鄰近象素間的差值，被稱作差分(difference)，進行近似計算，從而獲得待定值。
假設(shè)在x方向上的微分值是G(x)，并且在y方向上的微分值是G(y)，得到方程G(x)＝f(x+1)-f(x)，和G(y)＝f(y+1)-f(y)。此處，f(x)表示在x方向上的象素的值，并且f(y)代表在y方向上的象素的值。
從將被采用以適應(yīng)圖像處理的上述關(guān)系方程獲得的矩陣稱作屏蔽結(jié)構(gòu)(mask)或算子。
從在圖5(a)至5(d)說明的矩陣，顯示出可以從不同的方向提取出圖像信號的邊緣，即使使用相同的第一微分算子。
圖6(a)和6(b)是顯示在圖5(a)至5(b)中的微分器的運算的波形圖。圖6(a)是當(dāng)將系數(shù)(-1，0，1)應(yīng)用于圖5的屏蔽結(jié)構(gòu)時，第一微分信號的波形圖，以及圖6(b)是具有從當(dāng)前象素的在先的和隨后的象素獲得的兩個第一微分值中的較小的一個的第一微分信號的波形圖。即，在圖6(b)的情況，從方程{(x，y)-(x-1，y)}和{(x+1，y)-(x，y)}計算出兩個第一微分值，然后，選擇這些值中較小的一個作為第一微分值。
圖6(b)所示的第一微分信號比圖6(a)所示的第一微分信號在減少校正的信號的轉(zhuǎn)變時間上更為有效。
盡管在本實施例中采用第一微分算子，如圖5(a)至(d)所示，本發(fā)明并不限制這些算子的使用。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用蘇貝爾算子、普瑞維特算子或羅伯特算子來代替第一微分算子，根據(jù)本發(fā)明來校正圖像信號的邊緣。
圖10(a)至(c)分別顯示了蘇貝爾算子、普瑞維特算子和羅伯特算子。
蘇貝爾算子可以抗噪聲，但是它導(dǎo)致圖像信號邊緣太粗。普瑞維特算子易受噪聲攻擊，適于校正在水平和垂直方向上的圖像信號的邊緣。羅伯特算子被用于有限的范圍內(nèi)，并且也容易受噪聲攻擊。
圖7是圖4的2D第二微分器的實例圖，它是3×3拉普拉斯屏蔽結(jié)構(gòu)，主要用于計算2D第二微分值。此處，第二微分值是微分第一微分值所得的值，并且被用于檢測圖像信號邊緣的強度，而不是其邊緣的方向。假設(shè)由拉普拉斯屏蔽結(jié)構(gòu)獲得的微分值是L(x，y)，則可得到方程L(x，y)＝4*f(x，y)-{f(x，y-1)+f(x，y+1)+(x-1，y)+f(x+1，y)。
此處拉普拉斯屏蔽結(jié)構(gòu)用作第二微分算子，以計算2D第二微分值。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能用Kirsh篩選或模板匹配計算2D第二微分值，而不使用拉普拉斯屏蔽結(jié)構(gòu)。圖11(a)和(b)分別顯示了柯西篩選和模板匹配。
圖8是顯示圖4的選擇器414的結(jié)構(gòu)的方框圖。該選擇器從在水平、垂直和對角線方向上的第一微分信號(a至d)中選擇一個具有最大絕對值的信號，然后從選擇的第一微分信號的絕對值和這些第一微分信號(a至d)的合并的絕對值中，選擇最小的一個絕對值，并輸出結(jié)果。
圖8的選擇器包括加法器802；第一和第二絕對值計算器804和806；最大值選擇器808；和最小值選擇器810。
當(dāng)水平、垂直和對角線方向上的第一微分信號a至第一微分信號d輸入到加法器802時，加法器802將這些信號相加，并輸出結(jié)果。加法器802的輸出施加到第一絕對值計算器804。然后，第一絕對值計算器804輸出第一微分信號a至第一微分信號d的合并的絕對值。
第二絕對值計算器806接收水平、垂直和對角線方向上的圖像信號的第一微分信號a至第一微分信號d，并輸出它們的絕對值。第二絕對值計算器806的輸出施加到最大值選擇器808上。然后，最大值選擇器808從這些絕對值中選擇具有最大絕對值的一個值，并輸出結(jié)果作為信號f。結(jié)果，具有最大絕對值的第一微分信號從第一微分信號a至第一微分信號d中選擇出來，并輸出。
因此，第一絕對值計算器804和最大值選擇器808的輸出e和f被施加到最小值選擇器810。然后，最小值選擇器810從水平、垂直和對角線方向的圖像信號的第一微分信號中的具有最大絕對值的絕對值e、和水平、垂直和對角線方向的圖像信號的第一微分信號的合并的絕對值f中選擇最小的一個，并將其輸出作為第一微分信號。
圖9(a)至(c)是圖5所示第一微分器的運算的波形圖。圖9(a)是當(dāng)通過如圖8所示的選擇器執(zhí)行選擇運算的時候，第一微分器的運算的波形圖，以及圖9(b)和(c)是沒有通過如圖8所示的選擇器執(zhí)行選擇運算的第一微分器的運算的波形圖。
此處，a至d分別表示水平、垂直、右對角線和左對角線方向的圖像信號的第一微分信號。同樣，e表示具有第一微分信號a至第一微分信號d的合并的絕對值的信號。
當(dāng)通過圖8的選擇器沒有執(zhí)行選擇運算時，選擇器輸出信號e，該信號是通過合并在水平、垂直、右對角線和左對角線方向的第一微分信號a至第一微分信號d而獲得的。
結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，圖4的邊緣校正裝置獲得與通過信號e和第二微分信號h相乘而得的信號i結(jié)合的圖像信號。
在圖9(a)中，水平、垂直、右對角線和左對角線方向上的第一微分信號a至第一微分信號d是具有上升的式樣(rising pattern)并具有正值。這使得，具有第一微分信號a至第一微分信號d的合并的絕對值的信號e和將要加到原始圖像信號中的信號i太大。因此，由于峰值作用(peaking)，導(dǎo)致在圖像信號的邊緣發(fā)生溢出。
參考圖9(b)，水平、垂直、右對角線和左對角線方向上的第一微分信號a至第一微分信號d也是作為正頂信號(positive roofsignal)輸出。然而，在這種情況下，最小值選擇器810比較在圖9中表示為信號f信號a至信號d中的最大信號和信號e，選擇信號f作為較大的信號，并輸出該信號作為信號g。輸出信號g與第二微分信號h相乘。結(jié)果，發(fā)生在圖9(b)中的峰值作用比在圖9(a)中的少。因此，在圖9(b)的情況，圖像信號的邊緣可以得到校正，同時抑制峰值作用的發(fā)生。
參考圖9(c)，水平、在垂直、右對角線和左對角線方向上的第一微分信號a至第一微分信號d也作為正頂信號輸出。因此，一旦比較信號e和從第一微分信號a至第一微分信號d選擇的最大的信號f，信號e被選擇作為圖像信號的最終輸出，然后與第二微分信號h相乘。
在這個實施例中，圖4的邊緣校正裝置和圖7的2D第二微分器被設(shè)置成能處理模擬圖像信號。然而，本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員有可能通過軟件處理數(shù)字圖像信號。
例如，用于獲得圖10(a)所示的蘇貝爾算子的程序代碼如下所示<pre listing-type="program-listing">　　function sobel(x，yInteger)integer；　　var　　edgeDouble　　begin　　edge＝abs(-data[x-1，y-1]-2*data[x-1，y]-data[x-1，y+1]+data[x+1，y-1]+2*data[x+1，y]+data[x+1，y+1]；　　//calculate variations in x(operate in the direction of x)　　Result＝round(edge+abs(-data[x-1，y-1]-2*data[x，y-1]-data[x+1，y-1]+data[x-1，y+1]+2*data[x，y+1]+data[x+1，y+1]))；　　//calculate variations in y(operate in the direction of yreturn to the Result)　　end；</pre>用于獲得如圖7所示的拉普拉斯算子的程序代碼如下所示function Laplacian(x，yInteger)integer；Begin
Result＝round(abs(-data[x-1，y-1]-data[x，y-1]-data[x+1，y-1]-data[x-1，y+1]-data[x，y+1]-data[x+1，y+1]-data[x-1，y]-8*data[x，y]-data[x+1，y]))；//(return to Result)end；盡管本發(fā)明是參照其特定的優(yōu)選實施例來描述的，但本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下，可以對其進行形式和細(xì)節(jié)的各種修改。
如上所述的，在根據(jù)本發(fā)明的用于校正圖像信號的邊緣的裝置和方法中，可以通過從圖像信號中獲得第二微分信號且合并第二微分信號與從水平、垂直和對角線方向上的微分信號中選擇的微分信號，以校正圖像信號的邊緣。因此，可以有效地校正在水平、垂直和對角線方向上的圖像信號的邊緣。
權(quán)利要求
1.一種校正圖像信號的邊緣的方法，該方法包括(a)從圖像信號生成二維(2D)第二微分信號；(b)從圖像信號生成在水平、垂直和對角線方向上的第一微分信號；(c)從多個第一微分信號選擇一個；(d)將在步驟(c)選擇的信號和2D第二微分信號合并；和(e)校正使用合并的信號的圖像信號的邊緣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法。其中，(c)包括(c-1)相加各個第一微分信號；(c-2)比較各個第一微分信號，并選擇具有最大絕對值的一個；和(c-3)從具有通過相加各個第一微分信號而獲得的絕對值的信號的絕對值，和各個第一微分信號中具有最大的絕對值的第一微分信號的絕對值中選擇最小的一個值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(d)包括調(diào)整合并的信號的增益。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟(b)，計算某個象素和鄰近的多個象素之間的差值，并選擇最小的一個作為微分值。
5.一種用于校正圖像信號的邊緣的裝置，該裝置包括2D第二微分器，用于從圖像信號生成2D第二微分信號；多個第一微分器，用于在水平、垂直、右對角線和左對角線方向上從圖像信號生成多個第一微分信號；選擇器，用于選擇多個第一微分信號中的一個；第一乘法器，用于將選擇器的輸出和2D第二微分器的輸出相乘；延遲器，用于延遲圖像信號；和加法器，用于相加延遲器的輸出和第一乘法器的輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置還包括用于調(diào)整從第一乘法器輸出的信號的增益的第二乘法器。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，第一微分器計算某個象素和在所有方向的相鄰的象素之間的差值，并從這些差值中選擇最小值作為微分值。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，選擇器是用于選擇和輸出各個第一微分信號中的最大微分信號的最大值選擇器。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，選擇器包括加法器，用于將各個第一微分信號相加；和最小值選擇器，用于從加法器的輸出和最大值選擇器的輸出中選擇最小信號，并輸出選擇的結(jié)果。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中選擇器包括安裝在加法器和最小值選擇器之間的第一絕對值運算器，該第一絕對值計算器用于計算來自加法器的信號的絕對值，并輸出該值；和安裝在最大值選擇器前的第二絕對值運算器，該第二絕對值計算器計算和輸出各個第一微分信號的絕對值。
全文摘要
提供一邊緣校正裝置，具體地，提供一用于在水平、垂直和對角線方向上的圖像信號的有效的邊緣校正的裝置和方法。一校正圖像信號的邊緣的方法，包括(a)從圖像信號生成二維第二微分信號；(b)從圖像信號生成在水平、垂直和對角線方向上的第一微分信號；(c)從第一微分信號中選擇一個；(d)將在步驟(c)選擇的信號和2D第二微分信號合并；(e)校正使用合并的信號的圖像信號的邊緣。根據(jù)用于校正圖像信號的邊緣的裝置和方法，可通過從圖像信號獲得第二微分信號以及將第二微分信號和從水平、垂直和對角線方向上的微分信號中選擇的微分信號合并，來校正圖像信號的邊緣?？捎行У匦Ｕ谒健⒋怪焙蛯蔷€方向上的圖像信號的邊緣。
文檔編號H04N5/14GK1440192SQ0214187
公開日2003年9月3日 申請日期2002年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月21日
發(fā)明者閔庚善 申請人:三星電子株式會社