JP2616670B2 - フィルタリング装置 - Google Patents

フィルタリング装置

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JP2616670B2
JP2616670B2 JP5243302A JP24330293A JP2616670B2 JP 2616670 B2 JP2616670 B2 JP 2616670B2 JP 5243302 A JP5243302 A JP 5243302A JP 24330293 A JP24330293 A JP 24330293A JP 2616670 B2 JP2616670 B2 JP 2616670B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はエッジ情報を保存して画
像から雑音を除去するため、画像の各位置でエッジ方向
に平滑化を施す場合等で必要となる画像のフィルタリン
グ技術に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばフィルタリングをセパラブルカー
ネル群に分解して実行する技術として、文献[Will
iam K.Pratt,”Intelligent
image processing display
terminal”,SPIEVol.199 Adv
ances in Display Technolo
gy,1979,PP.189−194。]に記載され
ているSVD手法がある。
【0003】この従来の手法では、第1段階として行列
として与えられた2次元のカーネルK(x,y)を
【0004】
【数1】
【0005】で記述する。第2段階として次式により1
次元たたみ込み処理を連続実行する。
【0006】
【数2】
【0007】第3段階として次式により前記入力画像I
(x,y)に前記2次元のカーネルK(x,y)を作用
させた結果を算出する。
【0008】
【数3】
【0009】上記SVD手法では、前記式(2)に示す
1次元たたみ込み処理をくり返すため、処理の高速化を
期待できる。また、各1次元たたみ込み処理は並列に実
行できるため、さらに処理の高速化を期待できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では2次元カーネルを行列として与えるため、パ
ラメータを含む2次元カーネルに適用することは困難で
あった。
【0011】本発明の目的は、パラメータを含む2次元
カーネルを高速に作用させることができるフィルタリン
グ装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のフィルタリング
装置は、入力画像の各位置で作用させるべき異方性2次
元フィルタリングカーネルk(u,v)の方向を記憶す
る方向画像記憶手段と、方向θをパラメータとする上記
異方性2次元フィルタリングカーネルK(x,y;θ)
=k(x・cosθ+y・sinθ,−x・sinθ+
y・cosθ)を位置x,yと方向θに関して変数分離
形式の2次元カーネル群Wi(θ)Xi(x)Yi
(y)(i=1,2,・・・,N)として記憶するセパ
ラブルカーネル群記憶手段と、上記セパラブルカーネル
群記憶手段が記憶する2次元カーネル群において、Wi
(θ)=1としたセパラブルカーネル群Xi(x)Yi
(y)(i=1,2,・・・,N)を独立に作用させた
特徴画像群を特徴画像群記憶手段に記憶するセパラブル
フィルタリング手段と、前記セパラブルカーネル群記憶
手段が記憶する2次元カーネル群の方向関数群Wi
(θ)(i=1,2,・・・,N)を前記方向画像記憶
手段が記憶する各方向に作用させた結果の重み画像群を
重み画像群記憶手段に記憶する重み合成手段と、上記重
み画像群記憶手段が記憶する重み画像群と前記特徴画像
群記憶手段が記憶する特徴画像群との予め設定された組
み合わせで画像間線形演算を行う線形演算手段を具備す
ることを特徴とする。
【0013】
【作用】本発明の原理は、第1段階として座標系x−y
をθ[Rad]回転させて新座標系X−Yを構成した場
合、新座標X,Yが旧座標x,yと上記回転角θに関し
てセパラブルな表現 X=x・C(θ)+y・S(θ) Y=−x・S(θ)+y・C(θ) ただし C(θ)=cosθ S(θ)=sinθ (4) に分解できるので、作用させるべき異方性2次元フィル
タリングカーネルk(u,v)を、加法定理
【0014】
【数4】
【0015】を満たす例えば関数xn などの関数群 {fi(x)} (6) を基底として
【0016】
【数5】
【0017】の形式に展開した後、方向θをパラメータ
とする異方性2次元フィルタリングカーネル
【0018】
【数6】
【0019】を位置x,yと方向θに関してセパラブル
な関数群
【0020】
【数7】
【0021】で記述する。
【0022】第2段階として、入力画像をI(x,y)
と表わしたとき、前記式(8)の定数であるとして前記
異方性2次元フィルタリングカーネルK(x,y;θ)
を上記入力画像I(x,y)に作用させた出力Oバー
(x,y)を
【0023】
【数8】
【0024】の形式で表わす。
【0025】第3段階として、前記入力画像I(x,
y)の例えば局所的なグラディエント方向を値とする方
向画像を次式で合成する。
【0026】
【数9】
【0027】第4段階として、前記式(9)に示す各位
置毎に
【0028】
【数10】
【0029】で算出する。
【0030】第5段階として前記式(10)に示すセパ
ラブル2次元カーネルの1次元たたみ込み演算を実行し
た後、次式の線形画像間演算で前記入力画像I(x,
y)のグラディエント方向に前記異方性2次元フィルタ
リングカーネルk(u,v)を作用させた出力を算出す
る。
【0031】
【数11】
【0032】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0033】図1は、エッジ付近の明るさの変化がぼけ
ている入力画像に対して、上記エッジを強調した画像を
表示する本発明のフィルタリング装置の一実施例を示す
ブロック図である。
【0034】上記フィルタリング装置は、入力画像の各
位置で作用させるべき異方性2次元フィルタリングカー
ネルk(u,v)の方向を記憶する方向画像記憶手段1
4と、方向θをパラメータとする上記異方性2次元フィ
ルタリングカーネルK(x,y;θ)=k(x・cos
θ+y・sinθ,−x・sinθ+y・cosθ)を
位置x,yと方向θに関して変数分離形式の2次元カー
ネル群Wi(θ)Xi(x)Yi(y)(i=1,2,
・・・,N)として記憶するセパラブルカーネル群記憶
手段11と、上記セパラブルカーネル群記憶手段11が
記憶する2次元カーネル群において、Wi(θ)=1と
したセパラブルカーネル群Xi(x)Yi(y)(i=
1,2,・・・,N)を独立に作用させた特徴画像群を
特徴画像群記憶手段13に記憶するセパラブルフィルタ
リング手段12と、前記セパラブルカーネル群記憶手段
11が記憶する2次元カーネル群の方向関数群Wi
(θ)(i=1,2,・・・,N)を前記方向画像記憶
手段14が記憶する各方向に作用させた結果の重み画像
群を重み画像群記憶手段16に記憶する重み合成手段1
5と、上記重み画像群記憶手段16が記憶する重み画像
群と前記特徴画像群記憶手段13が記憶する特徴画像群
との予め設定された組み合わせで画像間線形演算を行う
線形演算手段18と入力画像記憶手段10と表示手段1
9と制御手段17を備えている。
【0035】上記制御手段17はメモリとCPUで構成
でき、上記入力画像記憶手段10と上記セパラブルカー
ネル群記憶手段11と上記方向画像記憶手段14と上記
特徴画像群記憶手段13と上記重み画像群記憶手段16
はメモリで構成でき、上記表示手段19はCRTとメモ
リと現在の表示技術で構成できる。
【0036】上記入力画像記憶手段10は、例えば図2
に例示するx方向の走査線21とy方向の走査線22に
おける明るさの変化が、共に図3に例示する明るさ曲線
30である入力画像20を記憶する。上記入力画像20
において、x=10,30,y=10,30付近の明る
さはなめらかに変化しているため、上記入力画像20の
輪郭となる図2に例示したエッジ23はぼけて見える。
【0037】前記方向画像記憶手段14は、例えば上記
入力画像20をI(x,y)と表わしたとき、前記式
(11)で定まる方向画像P(x,y)を記憶する。
【0038】前記セパラブルカーネル群記憶手段11
は、例えば前記式(4)に示すx方向2次微分を作用さ
せ、かつ前記式(4)に示すY方向にスムージングを作
用させる異方性2次元フィルタリングカーネル
【0039】
【数12】
【0040】を
【0041】
【数13】
【0042】で表現される関数群{Wi(θ;σ);i
=1,2,3,4},{Xi(x;σ);i=1,2,
3,4},{Yi(y;σ);i=1,2,3,4}と
して記憶する。
【0043】次に本実施例の動作を説明する。
【0044】動作は、例えば前記制御手段17が前記セ
パラブルフィルタリング手段12を起動して始まる。起
動された上記セパラブルフィルタリング手段12は、前
記セパラブルカーネル群記憶手段11が記憶する関数群
{Xi(x;σ);i=1,2,3,4}と{Yi
(y;σ);i=1,2,3,4}を用いて算出される
特徴画像群
【0045】
【数14】
【0046】を前記特徴画像群記憶手段13に記憶して
停止する。
【0047】上記セパラブルフィルタリング手段12が
停止すると、前記制御手段17は前記重み合成手段15
を起動する。起動された上記重み合成手段15は、前記
方向画像記憶手段14が記憶する方向画像P(x,y)
の各画素値θ=P(x,y)を、前記セパラブルカーネ
ル群記憶手段11が記憶する関数群{Wi(θ;σ);
i=1,2,3,4}に作用させた重み画像群
【0048】
【数15】
【0049】を前記重み画像群記憶手段16に記憶して
停止する。
【0050】上記重み合成手段15が停止すると、前記
制御手段17は前記線形演算手段18を起動する。起動
された上記線形演算手段18は、前記重み画像群記憶手
段16が記憶する重み画像群
【0051】
【数16】
【0052】と前記特徴画像群記憶手段13が記憶する
特徴画像群
【0053】
【数17】
【0054】との画像間線形演算
【0055】
【数18】
【0056】により、前記入力画像20に前記式(1
5)に示す異方性2次元フィルタリングカーネルK
(x,y,θ;σ)を作用させた出力Oバー(x,y;
σ)を算出した後、上記出力Oバー(x,y;σ)を前
記表示手段19に記憶して停止する。
【0057】上記線形演算手段18が停止すると、前記
制御手段17は表示手段19を起動する。起動された上
記表示手段19は、例えば前記入力画像記憶手段10が
記憶する入力画像20をI(x,y)と表わしたとき、
例えばW=8とした画像 W・I(x,y) (22) から、上記表示手段19が記憶する前記出力Oバー
(x,y;σ)を減算した表示画像 W・I(x,y)−Oバー(x,y;σ) (23) をCRTに表示する。この時点において、上記表示画像
上の例えば前記走査線21と21が通過する画素の明る
さは、図4に例示する明るさ曲線31となっている。上
記明るさ曲線31はx=10,30,y=10,30,
において高周波が強調された特性を有するため、前記C
RTには前記入力画像20のエッジが強調された画像が
表示されており、以上ですべての処理を終了する。
【0058】以上の処理において、前記式(20)のσ
をl、前記式(23)のWを8としたが、一般に任意の
正数を使用することができる。また、前記方向画像記憶
手段14には前記式(11)で定まるグラディエント方
向を画素値とする方向画像P(x,y)を用いたが、例
えばユーザがCRTを見ながら、対話的に強調したい方
向を決定することができる。さらに、前記実施例におい
て前記方向画像記憶手段の内容に例えば1を加える更新
処理を施す毎に、前記重み合成手段15の起動に始ま
り、前記表示手段19の起動に至る処理をくり返すこと
により、前記セパラブルフィルタリング手段12を複数
回起動すること無しに、様々の方向に前記異方性2次元
フィルタリングカーネルK(x,y,θ;σ)を入力画
像に作用させた出力をCRTに表示することができる。
【0059】
【発明の効果】以上で説明した本発明によれば、画素毎
に作用させるべきカーネルの方向が異なる2次元のフィ
ルタリング処理を、1次元のフィルタリング処理をくり
返す処理で実行できるので、上記フィルタリングを高速
に処理できる効果がある。
【0060】さらに、本発明によれば、重み画像群を変
更することにより新たなフィルタリング処理を行うこと
なく異なる方向にカーネルを作用させたフィルタリング
結果を合成できるので、高速に結果を更新できる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフィルタリング装置の一実施例を示す
ブロック図
【図2】本発明の一実施例を説明するための図
【図3】本発明の一実施例を説明するための図
【図4】本発明の一実施例を説明するための図
【符号の説明】
11 セパラブルカーネル群記憶手段 12 セパラブルフィルタリング手段 13 特徴画像群記憶手段 14 方向画像記憶手段 15 重み合成手段 16 重み画像群記憶手段 18 線形演算手段

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力画像の各位置で作用させるべき異方
    性2次元フィルタリングカーネルk(u,v)の方向を
    記憶する方向画像記憶手段と、 方向θをパラメータとする上記異方性2次元フィルタリ
    ングカーネルK(x,y;θ)=k(x・cosθ+y
    ・sinθ,−x・sinθ+y・cosθ)を位置
    x,yと方向θに関して変数分離形式の2次元カーネル
    群Wi(θ)Xi(x)Yi(y)(i=1,2,・・
    ・,N)として記憶するセパラブルカーネル群記憶手段
    と、上記セパラブルカーネル群記憶手段が記憶する2次
    元カーネル群において、Wi(θ)=1としたセパラブ
    ルカーネル群Xi(x)Yi(y)(i=1,2,・・
    ・,N)を独立に作用させた特徴画像群を特徴画像群記
    憶手段に記憶するセパラブルフィルタリング手段と、前
    記セパラブルカーネル群記憶手段が記憶する2次元カー
    ネル群の方向関数群Wi(θ)(i=1,2,・・・,
    N)を前記方向画像記憶手段が記憶する各方向に作用さ
    せた結果の重み画像群を重み画像群記憶手段に記憶する
    重み合成手段と、上記重み画像群記憶手段が記憶する重
    み画像群と前記特徴画像群記憶手段が記憶する特徴画像
    群との予め設定された組み合わせで画像間線形演算を行
    う線形演算手段を具備することを特徴とするフィルタリ
    ング装置。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63213086A (ja) * 1987-02-28 1988-09-05 Sony Corp 二次元フイルタ装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63213086A (ja) * 1987-02-28 1988-09-05 Sony Corp 二次元フイルタ装置

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