JP2774738B2 - 画像符号化復元システム - Google Patents

画像符号化復元システム

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  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、画像符号化復元システ
ムに関し、より詳細には、画像圧縮と画像復元を光学的
手段で実現する画像符号化復元システムに関する。例え
ば、テレビ電話、テレビ会議等に用いられる画像処理技
術に適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】現在の情報化社会においては、膨大な情
報量を持つ画像データを重要な１つのメディアとして伝
送したり蓄積したりすることが求められている。また、
ディジタル化した静止画およびデータの処理においては
画像データの分量が非常に多く、該画像データを記録・
伝送することは現在の記憶装置およびディジタル回線の
容量から非常に困難である。例えば、Ａ４サイズの画像
の場合、約２６Mbyteの情報量が必要（３００dpi）であ
り、テレビの１画面には、約１Mbyteの情報が必要であ
る。また、１秒間のテレビ画像には、約３０Mbyteの情
報量が必要である。このような状況から、そのためには
画像データ情報量の圧縮のための符号化を行わなければ
ならない。
【０００３】画像符号化に関しては各種の方式が提案さ
れているが、相互接続を確保したり、メディアのコンパ
チビリティ（Compatibility）をとるために符号化方式
の標準化活動が積極的に進められている。ＣＣＩＴＴで
は画像通信におけるテレビ電話／会議用の動画像符号化
方式としてＨ.２６１が９０年１２月に勧告され、また
ＣＣＩＴＴとＩＳＯのジョイントセッションであるＪＰ
ＥＧ（Joint Photographic Experts Group）ではカラー
静止画像符号化方式が９２年末にそれぞれから勧告化、
標準化される予定である。また、ＩＳＯのＭＰＥＧ（Mo
ving PictureExperts Group）ではＶＴＲ等の記録系の
ための動画像符号方式を検討しておりデータの転送レー
トが１.５Ｍビット／秒以下での符号化方式をＭＰＥＧ
１方式として標準化した。これらの勧告化、標準化され
た符号化方式は画像の持つ空間的な冗長度を削減するた
めに、図６に示すように画像を８画素×８画素の小ブロ
ックに分割し、その小ブロック単位での２次元直交変換
（離散的コサイン変換）を用いている。また、動画像の
符号化においては動きの検出を行い、その情報を利用す
ることにより時間的な冗長度を削減している。
【０００４】このような従来の画像符号化復元技術は現
在のディジタル技術によるものであるが、使用するコン
ピュータの処理速度に限界があるため、画面を多数のブ
ロックである小画像に分割し、該ブロック毎に処理を行
うことを基本としている。現在、国際標準化されている
代表例では、図６の従来の画像符号化復元システムの例
に示すように、例えば、縦５００点、横７００点の画素
から成る全画面を、縦８点×横８点の正方形のブロック
に分割し、各ブロック毎に独立に、図７に示す２次元Ｄ
ＣＴ基底画像を用いて離散的コサイン変換（Ｄｉｓｃｒ
ｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＣＴ）
し、図８に示すように、そのＤＣＴ係数を整理して重要
性の高いものを符号化して伝送する。画像復元部では、
伝送された値から、元のＤＣＴ係数を復元し、予め用意
されているコサイン級数の組を使って、縦８点×横８点
の正方形の画素から成る中間画像を得る。ブロック画像
から成る復元された画像には、ブロック間の境界の線が
目立つので、これを消去するために、後処理用画面フィ
ルタにより全画面フィルタリングが行われ、復元画像が
得られる。
【０００５】この符号化方式における直交変換には多数
の積和演算を必要とするため、動画像を実時間で符号化
あるいは復号化するためには高速処理が必要となる。ま
た、標準化された符号化方式は符号化の基本シーケンス
を規定したものであり、符号化されたことにより画質の
劣化を改善するためのフィルタリングなどの後処理や前
処理は規定外となっている。
【０００６】次に、ＤＣＴ（離散的コサイン変換）につ
いて説明する。なお、このＤＣＴについては、「テレビ
ジョン・画像情報工学ハンドブック」（オーム社発行、
1990.11.30，p.115〜133，p.409〜413，等）に記載され
ている。アナログ画像は、標準化と量子化の処理を経て
ディジタル化される。標準化は、画像中に画像素（標本
点）を配置する操作であり、その画像は標本化により各
々の画素の輝度値を要素とする配列で表現される。ま
た、量子化は、各画素の輝度値を予め用意した８個の代
表レベルのいずれかに置換する操作である。ディジタル
画像のデータ圧縮は、圧縮データからもとのディジタル
画像を完全に復元できる可逆符号化とある程度のひずみ
の発生を許容した非可逆符号化とがある。この非可逆符
号化は可逆符号化よりも高いデータ圧縮率を得ることが
できる。非可逆符号化の一般構成としては、ディジタル
画像をまず前処理器に入力し、該前処理器において、デ
ィジタル画像をフィルタリングなどの冗長度削減処理を
行う。次に、前処理によって冗長度を削減した信号を粗
く量子化し、該量子化の粗さは要求される画品質やデー
タ圧縮率に応じて制御される。この量子化出力は可逆符
号化される。該可逆符号化としてはハフマン符号化など
が用いられる。
【０００７】前述した非可逆符号化としては、予測符号
化や変換符号化が最も一般的技術であるが、変換符号化
は、再生画品質がそれほど高くなくてもよい場合に符号
化効率が高いとされている。すなわち、標本値を相互に
直交する座標系に変換することにより、標本値間の相関
を除去し、効率的な符号化を実現する。実際には、画像
をＮ画素×Ｍラインから成るブロックに分割し、各ブロ
ックごとに直交変換する。変換係数は、図８にも示すよ
うに、直流成分から高周波成分に分けられるが、通常、
低周波成分にパワーが集中する。したがって、視覚特性
を考慮したうえで、パワーの大きい低周波成分に多くの
ビット数を割り当て、高周波成分は少ないビット数で粗
く量子化することにより全体として符号化ビット数の低
減を図ることが可能である。
【０００８】直交変換は、変換結果における低周波数成
分へのエネルギー分布の集中、高周波成分へのエッジ・
線情報の反映などの基本的特徴がある。Walsh-Hadamard
（ウォルシュ・アダマール）変換や離散的コサイン変換
（ＤＣＴ）などがある。ＤＣＴは２次元の形で画像の情
報量圧縮によって用いられる。２次元ＤＣＴ（ブロック
サイズ８×８）の順変換、逆変換は次の数１で表され
る。
【０００９】
【数１】
【００１０】また、平板マイクロレンズアレイによるイ
メージ複製系と２次元 Walsh関数マスクを用いた並列イ
メージ Walsh直交展開系については、「平板マイクロレ
ンズアレーを用いる微小光学イメージ前処理系の基礎的
検討」（秋葉外２名「光学」Val20,No8.p.507〜513，19
91.8）に提案されている。この文献のものは、２値イメ
ージである文字情報の取扱いを目的とし、平板マイクロ
レンズアレイと、Walsh関数マスクと、ＣＣＤカメラで
構成される。数字パターンを後方よりインコヒーレント
光で透過照明される拡散板に張り付け、入力イメージと
している。これを、平板マイクロレンズアレイ中の一つ
のレンズによって結像する。この像を順次各次数のWals
h関数マスクを作用させ、該マスク透過後の光パターン
をＣＣＤカメラ上に結像させた後、コンピュータ内のイ
メージメモリに取り込み、各ピクセルの値を足し合わせ
ることで定量化している。Walsh展開係数は、Walsh関数
の正負の部分に対応した透過光強度が得られるので、そ
れを引算して求めている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
画像符号化復元システムにおいては、離散的コサイン変
換に基づく符号化を利用しているものがあるが、一般に
隣同士が相関を持つ画面をブロック単位に分割して、そ
れぞれを互いに独立に処理をするために、同じ画質を得
る場合の情報圧縮の程度が低く、処理系の構成が複雑で
ある。また、ブロック処理のために、復元された画像に
は、ブロック間の境界の線が現れるので、これを消去す
るために、後処理用のフィルタが必要になる。このフィ
ルタの設計は、一般に画像の内容に影響される要素があ
り、優れた性能を得ることは、きわめて困難である。
【００１２】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、デイジタルコンピュータによる直交変換演算
に基づくことなく、高速並列光演算により画面一括処理
を行い、後処理用のフィルタを不要とする画像符号化復
元システムを提供することをその目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）画像圧縮部および画像復元部を有
する画像符号化復元システムであって、前記画像圧縮部
は、濃淡図形として一連の直交関数パターンを記憶し、
原画像と該直交関数パターンとの光による画像間の積演
算を行う積演算手段と、該積演算手段による直交関係展
開係数の演算結果の和を求め原画像全体の直交関数展開
係数を得る和演算手段と、該和演算手段による直交関数
展開係数を量子化・符号化する量子化・符号化手段とを
具備し、前記画像復元部は、前記画像圧縮部により符号
化されたデータ系列を直交関数展開係数に復元する復号
化・逆量子化手段と、該復号化・逆量子化手段により得
られた直交関数展開係数の大きさに応じた明るさの一様
な濃度画像を得る濃度画像取得手段と、該濃度画像取得
手段により得られた濃度画像と前記画像圧縮部と同形式
で記録された直交関数パターンとの光による画像間の積
演算を行い、各直交関数展開係数に対応する要素画像を
得る積演算手段と、該積演算手段により得られた要素再
像を光学的に重ね合わせる和演算手段とを具備したこ
と、或いは、（２）光変調用の画像圧縮部および画像復
元部を有する画像符号化復元システムであって、前記画
像圧縮部は、光変調用の一連の直交関数パターンが濃淡
図形として記録され、原画像と該直交関数パターンとの
画像間の積演算を並列的かつ順次に行う直交変換用空間
光変調器と、該直交変換用空間光変調器の直交関数パタ
ーン上に前記原画像を分配し投影する画像分配器と、前
記直交変換用空間光変調器の画像間の積演算の結果を和
演算して原画像全体の直交関数展開係数を得る受光素子
アレイと、該受光素子アレイにより得られた直交関数展
開係数を量子化・符号化する量子化・符号化器とを具備
し、前記画像復元部は、前記画像圧縮部により符号化さ
れて伝送されたデータ系列を直交関数展開係数に復元す
る復号化・逆量子化器と、該復号化・逆量子化器により
復元された直交関数展開係数の大きさに応じた明るさの
光源をもつ表示用光源と、光変調用の直交関数パターン
が記録され、前記表示用光源からの光の透過により積演
算を同時かつ並列的に行う直交変換用空間光変調器と、
該直交変換用空間光変調器により得られた画像を空間的
かつ時間的に重ね合わせる２次元レンズアレイを具備し
たこと、更には、（３）前記（２）において、前記画像
分配器の歪特性を補償するために、前記空間光変調器に
正規の直交関数パターン系列そのものではなく、正規の
直交関数パターンに前記画像分配器の歪補償特性を掛け
た歪直交関数パターンを与えることを特徴としたもので
ある。
【００１４】
【作用】時間多重展開方式において、直交変換用空間光
変調器に記録された直交関数パターンと原画像との画像
間の積演算が行われ、直交関数展開係数が時間方向に順
次抽出される。該直交関数展開係数は量子化、符号化さ
れ、圧縮されたデータが画像復元部に伝送されて復元画
像を得る。また、空間多重展開方式において、直交変換
用マスクに直交関数パターンが記録されており、原画像
が２次元レンズアレによって直交変換用マスクの直交関
数パターン上に投影され、画像間の積演算が同時に行わ
れる。受光素子アレイにより直交関数展開係数を得て、
量子化、符号化され、圧縮されたデータが画像復元部に
伝送される。また、時空間多重展開方式において、直交
変換用光変調器に直交関数パターンが記録されており、
原画像が２次元レンズアレイによって直交変換用空間光
変調器の直交関数パターン上に投影され、画像間の積演
算を並列的かつ順次に行われる。受光素子アレイにより
直交関数展開係数を得て、量子化、符号化され、圧縮さ
れたデータが画像復元部に伝送される。３方式の画像復
元部は、圧縮部と同形式の光学系を有し、双方向の画像
符号化復元化を可能としている。
【００１５】
【実施例】実施例について図面を参照して以下に説明す
る。図１は、本発明による画像符号化復元システムの一
実施例を説明するための全体構成図で、図中、４１は積
演算手段、４２は和演算手段、４３は量子化・符号化手
段、４４は復号化・逆量子化手段、４５は濃度画像取得
手段、４６は積演算手段、４７は和演算手段である。
【００１６】積演算手段４１は、濃淡度図形として一連
の直交関数パターンを記憶し、原画像と直交関数パター
ンとの光による画像間の積演算を行う。和演算手段４２
は、積演算手段４１により原画像全体の直交関数展開係
数を得る。量子化・符号化手段４３は、和演算手段４２
により得られた直交関数展開係数を量子化、符号化す
る。前記積演算手段４１と和演算手段４２と量子化・符
号化手段４３により画像圧縮部を構成する。また、復号
化・逆量子化手段４４は、前記画像圧縮部により符号化
されたデータ系列を直交関数展開係数に復元する。濃度
画像取得手段４５は、復号化・逆量子化手段４４により
得られた直交関数展開係数の大きさに応じた明るさの一
様な濃度画像を得る。積演算手段４６は、濃度画像取得
手段４５により得られた濃度画像と記録された直交関数
パターンとの光による画像間の積演算を行い、直交関数
展開係数に対応する要素画像を得る。和演算手段４７
は、積演算手段４６により得られた要素画像を光学的に
重ね合わせる。前記復号化、逆量子化手段４４と濃度画
像取得手段４５と、積演算手段４６と和演算手段４７に
より画像復元部を構成する。
【００１７】本発明による画像符号化復元システムは、
以下の３つの方式に分類できる。 （１）時間多重展開方式…直交関数展開係数を時間軸上
に展開する方式である。 （２）空間多重展開方式…直交関数展開係数を２次元平
面上に展開する方式である。 （３）時空間多重展開方式…直交関数展開係数を時間軸
と２次元平面上の両方に展開する方式である。 以下、上記３方式について、順次説明する。
【００１８】図２は、本発明による画像符号化復元シス
テムの時間多重展開方式の一実施例を説明するための構
成図で、図中、１は光源、２は液晶テレビ（ＬＣＴＶ：
Liquid Crystal TV）、３は直交変換用ＳＬＭ（Spatial
Light Modulutor：空間光変調器）、４は直交関数書込
装置、５は集光レンズ、６は受光素子（Photo Diode：
ＰＤ）、７は量子化器、８は符号化器、９は復号化器、
１０は逆量子化器、１１は発光素子（ＬＥＤ，ＬＤ）、
１２は集光レンズ、１３は直交関数書込装置、１４は直
交変換用ＳＬＭ、１５はスクリーン、１６は目である。
【００１９】時間多重展開方式の画像符号化復元システ
ムは、画像圧縮部と画像復元部とから構成され、時間的
に高速に書き換えられる空間光変調器を導入して、時間
的に逐次書き換えられる１連の直交関数パターンとそこ
に投影される原画像との積演算を行うことにより、一定
時間内で、全直交関数展開係数を得る方式である。
【００２０】画像圧縮部は、光源１、液晶テレビ２、直
交変換用ＳＬＭ（光積演算部）３、直交関数書込装置
４、集光レンズ５、受光素子６、量子化器７、符号化器
８から構成されている。また、集光レンズ５と受光素子
６で光和演算部を構成している。液晶テレビ２に入力さ
れる原画像（図ではパンダの絵）は、ＮＴＳＣ（Nation
al Television System Committee Color System）方式
を用いて入力画像信号により入力され、該液晶テレビ２
の背後より光源１で照明される。直交変換用ＳＬＭ（空
間光変調器）３には、直交関数書込装置４により、各直
交関数パターンが濃淡図形として時系列に順次書き込ま
れる。直交変換用ＳＬＭ３に表示した各直交関数パター
ン毎に、液晶テレビ２上の原画像との画像間の積演算が
行われ、対応する直交関数展開係数が時間方向に順次抽
出され、集光レンズ５を介して受光素子６に入力され
る。集光レンズ５と受光素子６で光和演算器を構成す
る。前記受光素子６に入力された信号はＡ／Ｄ変換され
て量子化、符号化される。前記直交変換用ＳＬＭ３は、
超高速応答（〜ｎsec）が要求される。また、符号化装
置８は頻度の高いシンボルに短いコードを頻度の低いシ
ンボルには長いコードを割り当てることによりデータを
圧縮する。この符号化としてはハフマン符号化を用いて
いる。
【００２１】画像復元部は、復号化器９、逆量子化器１
０、発光素子１１、集光レンズ１２、直交関数書込装置
１３、直交変換用ＳＬＭ１４、スクリーン１５で構成さ
れている。符号化されて電送された時系列データは、復
号化器９と逆量子化器１０により、関数展開係数に復元
される。発光素子１１は各関数展開係数の大きさに応じ
て発光し、集光レンズ１２を介して、面光源を形成す
る。直交関数書込装置１３で、時間を追って直交変換用
ＳＬＭ１４に書き込まれた直交関数展開係数に対応する
直交関数パターンと、前記面光源との積演算が順次行わ
れ、その結果はスクリーン１５上に時間的に多重的に重
ね合わされて、画像が復元され、目１６で復元画像を見
ることができる。
【００２２】この時間多重展開方式においては、画像の
直交関数展開係数を時間軸上に展開するために、直交変
換用ＳＬＭ３，１４には高速な応答速度（書き換え速
度）が要求される。例えば、原画像１枚が６４０（Ｈ）
×４８０（Ｖ）画素で３０ｍ秒のとき、すべての直交関
数展開係数（３２６，４００個）を得ようとした場合、
直交変換用ＳＬＭ３，１４に要求される応答速度は、約
０.１μ秒となる。ただし、電送する直交関数展開係数
を１／１０に削減する（高周波数成分を削除する）なら
ば、直交変換用ＳＬＭ（空間光変調器）３，１４に要求
される応答速度は、約１μ秒となる。
【００２３】また、直交変換用ＳＬＭ３，１４に要求さ
れる解像度は、原画像表示用液晶テレビ２及びスクリー
ン１５に表示させる画像と１対１の大きさに対応させる
場合、原画像表示用液晶テレビ２と同じ解像度でよい。
また、前記画像圧縮部と画像復元部において、直交変換
用ＳＬＭ３，１４、集光レンズ５，１２は全く同じもの
が使用できる。従って、原画像を表示する液晶テレビ２
とスクリーン１５を同じ光書込み型ＳＬＭを使用し、受
光素子６と発光素子１１、量子化器７と逆量子化器１０
及び符号化器８と復号化器９を一体化することにより、
完全双方向の画像圧縮／復元システムが可能となる。
【００２４】図３は、本発明による画像符号化復元シス
テムの空間多重展開方式の一実施例を説明するための構
成図で、図中、２１は２次元レンズアレイ（画像分配
器）、２２は直交変換用マスク（光積演算部）、２３は
受光素子アレイ（光和演算部，ＣＣＤ）、２４は光源、
２５は集光レンズ、２６は液晶テレビ、２７は直交変換
用マスク、２８は２次元レンズアレイで、その他、図１
と同じ作用をする部分は同一の符号を付してある。
【００２５】この空間多重展開方式は、図１に示す方式
のように、原画像を時間的に分配する代わりに、マイク
ロレンズアレイにより原画像を同じ画像を多数個空間的
に分配して、同時並列的に直交関数係数を得る方式であ
る。すなわち、図２に示す時間多重展開方式の画像の時
間分配用ＳＬＭ３と直交関数書込装置４から成る原画像
の時間分配による光演算部を、図３における画像分配器
２１と直交変換用マスク２２とから成る原画像の空間分
配による並列演算部に置き換えた方式である。
【００２６】画像圧縮部は、光源１、液晶テレビ２、２
次元レンズアレイ２１、直交変換用マスク２２、受光素
子アレイ２３、量子化器７、符号化器８から構成されて
いる。直交変換用マスク２２には一連の直交関数パター
ンが濃淡図形として各ブロック毎に記録されている。液
晶テレビ２に表示されている原画像と同じ画像が、２次
元レンズアレイ２１によって、直交変換用マスク２２の
各ブロックの関数パターン上に投影され、関数の各項に
対応する各ブロックで、原画像と直交関数パターンの画
像間の積演算が同時に行われる。各ブロック毎に、画像
間の積演算の結果である画素の値が、受光素子アレイ２
３の各受光素子上で合計されて、直交関数展開係数を得
る。全ブロックに対応する１組の関数展開係数は、量子
化器７及び符号化器８で符号化される。この仕組みで原
画像は情報圧縮される。
【００２７】画像復元部は、復号化器９、逆量子化器１
０、光源２４、集光レンズ２５、液晶テレビ２６、直交
変換用マスク２７、２次元レンズアレイ２８、スクリー
ン１５から構成されている。符号化されて伝送されたデ
ータ系列は、復号化器９及び逆量子化器１０により、直
交関数展開係数に復元され、その各直交関数展開係数は
液晶テレビ２６の各画素に階調信号として表示される。
従って、光源２４によって照明されることにより、液晶
テレビ２６の各画素が、その各関数展開係数の大きさに
応じた明るさの光源となる。この各光源は、１つの画素
の面積内で一様であり、直交変換用マスク２７の各ブロ
ックに１対１に対応する。この光源が直交変換用マスク
２７に記録されている直交関数パターン画像を透過する
とき、光による積演算が各ブロックで同時かつ平行的に
行われる。得られた各ブロックの画像は、２次元レンズ
アレイ２８によって、空間的に重ね合わされて、原画像
がスクリーン１５上に復元される。
【００２８】この空間多重方式においては、画像の直交
関数展開係数を２次元平面上に展開するために、直交変
換用マスク２２，２７は高解像度が要求される。すなわ
ち、すべての直交関数展開係数を得るためには、原画像
表示用液晶テレビ２の画素数の２乗個の画素数を直交変
換用マスクに記録する必要がある。例えば、原画像信号
１枚が６４０（Ｈ）×４８０（Ｖ）画素で、すべてのＤ
ＣＴ係数（３２６，４００個）を得る場合には、直交変
換マスクの画素数は約１×１０11個必要となる。直交変
換マスクの大きさを１００（Ｈ）×７５（Ｖ）ｍｍとす
ると、解像度は２０４８Ｉｐ／ｍｍとなる。また、すべ
てのＤＣＴ係数を得るためには、２次元レンズアレイ２
１，２８の数は、原画像表示用液晶テレビ２の画素数と
同じだけ必要となる。ただし、直交関数展開係数の数を
１／１０に削減する（高周波数成分を削除する）なら
ば、直交変換マスクの画素数は１／１００、解像度は１
／１０となり、２次元レンズアレイの数は１／１０とな
る。
【００２９】また、前記画像圧縮部と画像復元部におい
て、直交変換用マスク２２，２７，２次元レンズアレイ
２１，２８は全く同じものが使用できる。従って、本方
式においても、原画像を表示する液晶テレビ２とスクリ
ーン１５を同じ光書込型ＳＬＭ（空間光変調器）を使用
し、受光素子アレイ２３と光源部（光源２４、集光レン
ズ２５、液晶テレビ２６）、量子化器７と逆量子化器
８、及び符号化器８と復号化器９を一体化することによ
り、完全双方向の画像符号化復元システムが可能とな
る。
【００３０】図４は、本発明による画像符号化復元シス
テムの時空間多重展開方式の一実施例を説明するための
構成図で、図中、３１は２次元レンズアレイ（画像分配
器）、３２は直交変換用ＳＬＭ（光積演算部）、３３は
受光素子アレイ（光和演算部，ＣＣＤ）、３４は光源、
３５は集光レンズ、３６は液晶テレビ、３７は直交変換
用ＳＬＭ、３８は２次元レンズアレイ、３９，４０は直
交関数書込装置で、その他、図１と同じ作用をする部分
は同一の符号を付してある。
【００３１】図２における時間多重展開方式は、一連の
直交関数パターンを逐次、高速に書き換えられる空間光
変調器を導入することによって、これと原画像との積演
算を一回に１個の割合で逐次的に行い、一定時間内で直
交関数展開係数の全てを得る方式である。
【００３２】図４に示す時空間多重展開方式は、前記２
方式の混合方式である。すなわち、一連の直交関数展開
係数を得るための原画像と直交関数パターンとの画像間
の積演算を総計Ｎ×Ｍ回必要とする場合、Ｎ個分の直交
関数パターンを一括して記録し、この単位で逐次、高速
に書き換える空間光変調器を導入する。また、２次元レ
ンズアレイにより原画像を空間光変調器上のＮ個の直交
関数パターンに同時に等しく投影して、原画像と空間光
変調器上の直交関数パターンとのＮ個の積演算を並列的
に一回で行うことにより、Ｎ個の直交関数展開係数を得
る。引き続き、空間光変調器に書かれるＮ個の直交関数
パターンを、継続する別のＮ個のパターンに書換えて、
前の状態で保存されている２次元レンズアレイにより投
影されている原画像とのＮ個の積演算を並列的に一回で
行う。このように、１回あたりＮ個の積演算を、直交関
数パターンを書換えて時間的に総計Ｍ回繰り返すことに
より、必要なＮ×Ｍ個の直交関数展開係数の全てを得る
方式である。
【００３３】画像圧縮部は、光源１、液晶テレビ２、２
次元レンズアレイ３１、直交変換用ＳＬＭ３２、受光素
子アレイ３３、量子化器７、符号化器８から構成されて
いる。直交変換用ＳＬＭ３２には一連の直交関数パター
ンが濃淡図形として各ブロック毎に記録されている。液
晶テレビ２に表示されている原画像と同じ画像が、２次
元レンズアレイ３１によって、直交変換用ＳＬＭ３２の
各ブロックの直交関数パターン上に投影され、関数の各
項に対応する各ブロックで、原画像と直交関数パターン
の画像間の積演算が並列的にかつ順次行われる。すなわ
ち、例えば、原画像と直交関数パターンの画像間の積演
算を直交変換用ＳＬＭの分割された領域のＡ〜Ｄを順次
に行い、各領域Ａ〜Ｄ内においては同時に行う。各ブロ
ック毎に、画像間の積演算の結果である画素の値が、受
光素子アレイ３３の各受光素子上で合計されて、直交関
数展開係数を得る。全ブロックに対応する１組の関数展
開係数は、量子化器７及び符号化器８で符号化される。
この仕組みで原画像は情報圧縮される。
【００３４】画像復元部は、復号化器９、逆量子化器１
０、光源３４、集光レンズ３５、液晶テレビ３６、直交
変換用ＳＬＭ３７、２次元レンズアレイ３８、スクリー
ン１５から構成される。符号化されて伝送されたデータ
系列は、復号化器９及び逆量子化器１０により、直交関
数展開係数に復元され、その各直交関数展開係数は液晶
テレビ３６の各画素に階調信号として表示される。従っ
て、光源３４によって照明されることにより、液晶テレ
ビ３６の各画素が、その各関数展開係数の大きさに応じ
た明るさの光源となる。この各光源は、１つの画素の面
積内で一様であり、直交変換用ＳＬＭ３７の各ブロック
に１対１に対応する。この光源が直交変換用ＳＬＭ３７
に記録されている直交関数パターン画像を透過すると
き、光による積演算が、各ブロックで同時かつ平行的に
行われる。これらの積演算を順次繰り返し、得られた各
ブロックの画像は、２次元レンズアレイ３８によって、
空間的にかつ時間的に重ね合わされて、原画像がスクリ
ーン１５上に復元される。
【００３５】また、本方式においては、前記２方式と同
様に完全双方向の画像圧縮／復元システムが可能とな
る。前記時間多重展開方式は、直交変換用ＳＬＭに超高
速応答性が要求され、また、空間多重展開方式では２次
元レンズアレイ及び直交変換用マスクに高解像度が要求
される。従って、本方式は、時間と空間の両方に直交関
数展開係数を分配することにより、要求される応答性や
解像度を軽減することができる。
【００３６】次に、空間光変調器に記録される直交関数
パターンの成形方法について説明する。図３に示す空間
多重展開方式における２次元レンズアレイ（画像分配
器）と直交変換用マスクとから成るシステム及び図４に
示す時空間多重展開方式における２次元レンズアレイ
（画像分配器）と直交変換用ＳＬＭから成るシステムに
係るものである。いま、直交関数の第ｎ項目をＲ（ｎ）
とするとき、無歪画像分配器の画像伝達特性Ｇ＝１のた
め、空間光変調器に記録しておく直交関数パターンは、
Ｒ（ｎ）×（１／Ｇ）＝Ｒ（ｎ）となり、本来の直交関
数パターンとなる。すなわち、現実の歪を持つ画像分配
器によるシステムによって理想的な無歪画像分配器のシ
ステムと同じ効果を得るためのパターン成形方法は、直
交関数系の第ｎ項目をＲ（ｎ）とするとき、対応する個
々の画像分配器の歪を持つ画像伝達特性Ｇを補償するこ
とを目的として、空間光変調器に正規の直交関数パター
ンに画像分配器の歪を補償する特性を掛けた歪直交関数
パターン、すなわち、Ｒ（ｎ）×（１／Ｇ）を与えるこ
とにより形成される。
【００３７】図５は、時間多重展開方式、空間多重展開
方式、時空間多重展開方式の主要デバイスの仕様を比較
した図である。時間多重展開方式においては、２次元レ
ンズアレイと直交変換用マスクと受光素子アレイを不用
とし、１個の受光素子と直交変換用ＳＬＭを必要とす
る。実現するための最重要ポイントとしては、直交変換
用ＳＬＭの応答速度が超高速のものが要求される点であ
る。また、空間多重展開方式においては、直交変換用Ｓ
ＬＭを不用とし、２次元レンズアレイ、直交変換用マス
ク、受光素子アレイを必要とする。実現するための最重
要ポイントとしては、２次元レンズアレイの結像品質の
良好なものが要求される点である。また、時空間多重展
開方式においては、直交変換用マスクを不用とし、２次
元レンズアレイ、直交変換用ＳＬＭ、受光素子アレイを
必要とする。実現するための最重要ポイントとしては、
直交変換用ＳＬＭの応答速度の超高速性と２次元レンズ
アレイの結像高品質である。なお、前述した３方式は、
高速処理の要求度や用途に応じて適宜選択適用すること
が可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下のような効果を奏する。 （１）一般に隣同士が相関を持つ画像を、分割せずに一
括処理をするため、同じ画質を得る場合の情報圧縮の程
度が高く、機構が単純である。 （２）画面一括処理のために、復元された画像には、ブ
ロック間の境界の線がない。このため、従来使われてい
た後処理用のフィルタが不要となる。このフィルタの設
計は、一般に画像の内容に影響される要素があり、優れ
た性能を得ることは、きわめて困難であった部分であ
り、この部分が不要になる技術的効果は高い。 （３）従来の画像圧縮は、現在のディジタルコンピュー
タを用いた直交変換演算に基づくもので、これには、極
めて高速演算が求められるため、経済的にシステムを製
造することは困難である。これに対して、本発明は、光
の特徴を生かした高速並列光演算に基づくものである。
高精度のマイクロレンズアレイ、空間光変調器などの光
学素子が開発されれば、全システムが極めて安価に製造
できる。 （４）画像分配器により原画像を空間光変調器に投影
し、空間光変調器に記録されている画像との画像間の積
演算を行うことを目的とするシステムにおいて、マイク
ロレンズアレイを代表とする画像分配器の画像伝達特性
は理想的な無歪特性を持つのが理想である。しかし、マ
イクロレンズアレイの全てをこの理想特性を有するよう
に製造することは技術的に困難である。 本発明のように、各マイクロレンズの画像伝達特性に応
じて空間光変調器に記録する直交関数パターンに画像伝
達特性の逆特性を掛けておくことにより、マイクロレン
スの画像伝達歪や光軸のズレを補償することが可能とな
り、マイクロレンズアレイの製造上に要求される精度の
要求値が低下して製造が技術的に容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像符号化復元システムの一実施
例を説明するための全体構成図である。
【図２】本発明による画像符号化復元システムの時間多
重展開方式を説明するための構成図である。
【図３】本発明による画像符号化復元システムの空間多
重展開方式を説明するための構成図である。
【図４】本発明による画像符号化復元システムの時空間
多重展開方式を説明するための構成図である。
【図５】本発明の各方式に必要なデバイスの仕様比較を
示す図である。
【図６】従来の画像符号化／復号化の流れを示す図であ
る。
【図７】従来の２次元ＤＣＴの基底画像を示す図であ
る。
【図８】従来のＤＣＴを説明するための図である。
【符号の説明】
４１…積演算手段、４２…和演算手段、４３…量子化・
符号化手段、４４…復号化・逆量子化手段、４５…演算
画像取得手段、４６…積演算手段、４７…和演算手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諏訪 昭夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−120917（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−127625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−58422（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−14743（ＪＰ，Ａ) ＪＡＰＡＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣ Ｓ，ＶＯＬ．31 ＮＯ．５Ｂ ＰＰ. 1672−1676（1992年５月発行）Ｋ．Ｗ. ＷＯＮＧ ＡＮＤ Ｌ．Ｍ．ＣＨＥＮ Ｇ，「ＯＰＴＩＣＡＬ ＣＯＳＩＮＥ ＴＲＡＮＳＦＯＲＭ ＵＳＩＮＧ ＭＩ ＣＲＯＬＥＮＳ ＡＲＲＡＹ ＡＮＤ ＰＨＡＳＥ−ＣＯＮＪＵＧＡＴＥ ＭＩ ＲＲＯＲ」 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04N 7/30 G02B 27/46 G02F 1/00 - 3/02 G06T 9/00 - 9/40 H04N 1/41 - 1/419 G06E 1/00 - 3/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像圧縮部および画像復元部を有する画
    像符号化復元システムであって、前記画像圧縮部は、濃
    淡図形として一連の直交関数パターンを記憶し、原画像
    と該直交関数パターンとの光による画像間の積演算を行
    う積演算手段と、該積演算手段による直交関係展開係数
    の演算結果の和を求め原画像全体の直交関数展開係数を
    得る和演算手段と、該和演算手段による直交関数展開係
    数を量子化・符号化する量子化・符号化手段とを具備
    し、前記画像復元部は、前記画像圧縮部により符号化さ
    れたデータ系列を直交関数展開係数に復元する復号化・
    逆量子化手段と、該復号化・逆量子化手段により得られ
    た直交関数展開係数の大きさに応じた明るさの一様な濃
    度画像を得る濃度画像取得手段と、該濃度画像取得手段
    により得られた濃度画像と前記画像圧縮部と同形式で記
    録された直交関数パターンとの光による画像間の積演算
    を行い、各直交関数展開係数に対応する要素画像を得る
    積演算手段と、該積演算手段により得られた要素画像を
    光学的に重ね合わせる和演算手段とを具備したことを特
    徴とする画像符号化復元システム。
  2. 【請求項２】 光変調用の画像圧縮部および画像復元部
    を有する画像符号化復元システムであって、前記画像圧
    縮部は、光変調用の一連の直交関数パターンが濃淡図形
    として記録され、原画像と該直交関数パターンとの画像
    間の積演算を並列的かつ順次に行う直交変換用空間光変
    調器と、該直交変換用空間光変調器の直交関数パターン
    上に前記原画像を分配し投影する画像分配器と、前記直
    交変換用空間光変調器の画像間の積演算の結果を和演算
    して原画像全体の直交関数展開係数を得る受光素子アレ
    イと、該受光素子アレイにより得られた直交関数展開係
    数を量子化・符号化する量子化・符号化器とを具備し、
    前記画像復元部は、前記画像圧縮部により符号化されて
    伝送されたデータ系列を直交関数展開係数に復元する復
    号化・逆量子化器と、該復号化・逆量子化器により復元
    された直交関数展開係数の大きさに応じた明るさの光源
    をもつ表示用光源と、光変調用の直交関数パターンが記
    録され、前記表示用光源からの光の透過により積演算を
    同時かつ並列的に行う直交変換用空間光変調器と、該直
    交変換用空間光変調器により得られた画像を空間的かつ
    時間的に重ね合わせる２次元レンズアレイを具備したこ
    とを特徴とする画像符号化復元システム。
  3. 【請求項３】 前記画像分配器の歪特性を補償するため
    に、前記空間光変調器に正規の直交関数パターン系列そ
    のものではなく、正規の直交関数パターンに前記画像分
    配器の歪補償特性を掛けた歪直交関数パターンを与える
    ことを特徴とする請求項２記載の画像符号化復元システ
    ム。
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