JP3692942B2 - Image processing apparatus, image display apparatus, and image processing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタル画像を任意の倍率に拡大あるいは縮小する画像処理装置および画像表示装置、画像処理方法および画像表示方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】
図14は、従来の画素数変換方法で画素数を3倍に変換した場合を示す図である。図において横軸は、画像の水平位置または垂直位置を示し、縦軸は、画像データのレベル(明るさ)を示す。水平方向と垂直方向の画素数の変換は、動作が同じであるので、水平方向の画素数変換の動作のみ説明する。
【0003】
図14のように入力画像データが平坦部(h)と輪郭部(j、k)で構成されている場合、平坦部(h)もレベル変化部(j、k)も一律に3倍に変換されるため、輪郭部は、j1、k1のように滑らかな輪郭に変換される。
【0004】
図15および図16は、従来の画素数変換方法の詳細な動作を説明する図である。図においてp(n)、p(n+1)は入力画像データの隣接した2画素、q(m)は出力画像データの1画素、F(x)は画素数変換に用いるフィルタのレスポンス特性の一例である。
【0005】
p(n)とp(n+1)の距離を1とし、出力画像q(m)がp(n)から距離rの位置の場合、出力画像q(m)は以下の式により求められる。
q(m)=F(r)×p(n)+F(1−r)×p(n+1)
【0006】
図16に示したように出力画像データの画素ごと(q1からq7)に上記演算を実施することで画素数を変換することができる。
【0007】
上記実施の説明では、フィルタのレスポンス特性として図15に示した線形フィルタを用いた場合を示したが、図17のようなレスポンス特性のフィルタを用いて、輪郭部(j1、k1)の鮮鋭度を改善する場合もある。
【0008】
また、図18に示すように複数のレスポンス特性のフィルタを用意し、画像に応じて切り替える方式が、特開平9−266531号公報に開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来の画像処理方法は、以上のように構成されているので、画像を拡大する場合に輪郭部分の鮮鋭度の低下や鮮鋭度を改善するために新たにアンダーシュート(プリシュート)やオーバーシュートが発生し、また、画像を縮小する場合に輪郭部の画素が欠けるなどのいわゆる輪郭部の画質劣化が発生するといった問題点がある。
【0010】
また、画像に応じてフィルタを切り替えることで、フィルタの切り替わり部分で画像の連続性が損なわれるといった問題点もある。
【0011】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、輪郭部の画質劣化を抑えて画像処理を行うこと、より詳しくは任意の倍率に変倍することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像処理装置は、入力画像を表す画像データの輪郭を補正して出力するとともに、上記入力画像の画素数を任意の画素数に変換可能な画像処理装置であって、
上記入力画像を表す画像データの変化を表す特徴量として上記画像データの3次微分、または1次微分および2次微分の絶対値の差分を求める手段と、
上記入力画像を補間する補間画素の各々について求められる変換倍率であって、当該補間画素の密度を局所的に変化させる上記変換倍率の値を、上記特徴量を用いて算出する変換倍率制御手段と、
上記変換倍率に基づいて上記補間画素の各々の補間位置を求め、当該補間位置における補間演算により上記補間画素の画素データを算出する補間演算手段とを備えたものである。
【0013】
本発明に係る画像処理方法は、入力画像を表す画像データの輪郭を補正して出力するとともに、上記入力画像の画素数を任意の画素数に変換可能な画像処理方法であって、
上記入力画像を表す画像データの変化を表す特徴特徴量として上記画像データの3次微分、または1次微分および2次微分の絶対値の差分を求める工程と、
上記入力画像を補間する補間画素の各々について求められる変換倍率であって、当該補間画素の密度を局所的に変化させる上記変換倍率の値を、上記特徴量を用いて算出する工程と、
上記変換倍率に基づいて上記補間画素の各々の補間位置を求め、当該補間位置における補間演算により上記補間画素の画素データを算出する工程とを備えたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における画像処理方法を説明するための説明図である。
図において横軸は、画像の水平位置あるいは垂直位置、縦軸は、画像データのレベル(明るさ)を示している。また、図中上段は、入力画像データ、下段は、前記入力画像データを拡大した場合の出力画像データを示している。
【0015】
次に動作について説明する。
画素数の変換において、垂直画素数の変換と水平画素数の変換は、同様の動作によって実現されるので、ここでは、水平画素数の変換の動作について説明する。
【0016】
入力画像データから画像のレベルの変化を検出し、平坦部(期間a)とレベル変化部に相当する輪郭部(期間bおよびc。すなわち輪郭部は2つの期間bと期間cの少なくとも3つの領域に分割される)を判別する(以降、簡単のためレベル変化部を輪郭部として説明する)。
【0017】
さらに輪郭部は、画像のレベル変化の度合いが異なる(変化率が一定でない)開始部分および終了部分(いずれも期間b。期間bはレベル変化部の両端の領域にあたる)と画像のレベル変化の度合いが一定(変化率が一定)である輪郭の中央部分(期間c。レベル変化部の両端の領域である期間bに挟まれ、レベル変化部の両端の領域よりも内側の領域)に判別する(この場合、入力画像データが元画像データであり、この元画像データ間のレベル変化より、元画像データにおける輪郭部を検出する(レベル変化検出工程)。ここで検出された輪郭部は複数の領域に分けられる)。
【0018】
判別された画像の平坦部aは、変換倍率nで画素数を変換する。ここで、変換倍率nとは、画像のフォーマット変換や画像を任意の倍率で拡大あるいは縮小するために必要な任意の倍率である。画像のフォーマット変換の一例として、パーソナルコンピュータ(PC)の出力フォーマットの1つである640画素×480ラインの画像を1024画素×768ラインの画像に変換する場合、変換倍率nは、1.6倍である。
【0019】
一方、画像の輪郭部(b、c)では、画像の変化量に応じて変換倍率を制御する。すなわち、複数の領域に分けられた輪郭部では、それぞれの領域に対応する新たな画像データを生成する際の生成条件(ここでいう生成条件とは、例えば、変換倍率である。変換倍率を処理倍率とも称す)が異なる。
【0020】
より具体的には、輪郭の開始部分および終了部分bは、平坦部aより高い倍率で変換し、中央部分cは、平坦部aより低い倍率で画素数を変換する(すなわち、レベル変化部の両端の領域に与えられる処理倍率が当該両端の領域よりも内側の領域に与えられる処理倍率よりも大きくなるようにされる。なお、後に説明するように、上記2つの処理倍率の平均が元画像データにおける平坦部(レベル平坦部)に与えられる処理倍率と等しくなるようにされる)。
【0021】
図2は、入力画像データを縮小する場合を示した図である。画像の平坦部aは、一定の変換倍率で縮小し、輪郭の開始部分および終了部分bは、平坦部aより高い倍率で変換し、輪郭の中央部分cは、平坦部aより低い倍率で変換する(輪郭部が複数の領域に分けられ、それぞれの領域に対応する生成条件を異ならせている(あるいは生成条件が異なっている)。このような、画像の拡大縮小を行う場合、複数の領域の内の、少なくとも隣接する2つの領域に関して異なっていることが必要である(上記、画像の拡大または縮小において、レベル変化検出工程により得られる検出結果に基づいて輪郭部に対応する元画像データからレベル変化(輪郭)部に対応する新たな画像データを生成する際の生成条件を生成する生成条件工程、生成条件に基づいてレベル変化(輪郭)部に対応する元画像データからレベル変化(輪郭)部に対応する新たな画像データを生成する画像データ生成工程が含まれている)。
【0022】
上記動作を画像の水平方向と垂直方向に実施することで、画素数を変換することができる。
【0023】
なお、水平方向の画素数変換と垂直方向の画素数変換は、順次実施することも同時に実施することもできる。
【0024】
また、水平方向の変換倍率と垂直方向の変換倍率は、異なる倍率でも良い。
【0025】
なお、以上に説明した動作は、表示画面上の水平方向について説明しているが、垂直方向に同様の動作を施せば、垂直方向の画像処理を実現できる。
【0026】
また、表示画面上の水平方向(垂直方向)について輪郭部を検出した場合には、水平方向(輪郭部の検出が垂直方向の場合には垂直方向)における新たな画像データの生成条件を出力するが、輪郭検出を行う場合に水平方向(垂直方向)に対応する互いに隣接する元画像データ間のレベル変化を検出すると、処理が単純化され、装置を簡略化することができる。
【0027】
以下、さらに図面を参照しながら、より詳細な形態について説明する。
図3は、この発明の実施の形態1における画像表示装置を表す図である。図において、1は画像信号の入力端子、2は同期信号の入力端子、3はA/D変換手段、4は画像調整手段、5は入力された元画像データを記憶するメモリ手段、6は画素数変換器、7は画像調整手段、8はD/A変換手段、9は表示手段、10は制御手段である。
【0028】
画像信号と同期信号が入力端子1、2に入力される。制御手段10は、入力端子2に入力された同期信号を基準に所定の周波数のサンプリングクロックと画像調整手段4以降を制御するクロックやタイミング信号を発生する。A/D変換手段3は、入力端子1に入力された画像信号を制御手段10が出力したサンプリングクロックでサンプリングし、デジタルの画像データに変換する。A/D変換手段3で変換された画像データは、画像調整手段4に入力され、所望の画像調整が施される。
【0029】
ここで、所望の画像調整とは、例えばメモリ手段5以降を3原色のデータとして処理する場合に、入力画像信号として輝度信号と色信号が入力される場合やコンポジット信号が入力される場合は、輝度信号と色信号から3原色のデータへの変換やコンポジット信号から3原色のデータへの変換、あるいは、その逆に3原色の信号が入力され,メモリ手段5以降を輝度信号と色信号で処理する場合は、3原色のデータから処理に適した形式のデータへの変換などが考えられる。さらに、明るさやコントラストの調整など、画素数変換とは独立した任意の画像調整が施されても良い。
【0030】
画像調整手段4で処理された画像データは、メモリ手段5に一時的に記憶される(記憶工程)。ここで、メモリ手段5は、以降の画素数変換に必要な画素を記憶できるだけ(少なくとも2ライン以上)の容量を持つ。
【0031】
次に、制御手段10の制御によって、メモリ手段5から所定のタイミングで画像データが読み出されるが、必ずしもサンプリングクロックと同一のタイミングでなくても良く、表示手段9を制御するのに必要な任意の周波数で読み出すことができる。
【0032】
メモリ手段5から読み出された画像データPiは、画素数変換器6に入力され、前述したように、画像の輪郭部において、画像のレベルの変化量に応じて(輪郭部における複数の領域のそれぞれに対応して)変換倍率が制御されながら画素数の変換が行われ、変換後の画像データPoが出力される(すなわち、ここでは、一般的に知られているようなディジタル的な線形フィルタの構成を画素数の変換に採用している)。
【0033】
画素数変換器6が出力した画像データは、画像調整手段7に入力され、所望の画像調整が施される。ここで、所望の画像調整とは、明るさ、コントラスト、彩度の調整や階調制御などの画素数変換とは独立した各種処理および補正や、表示手段9に入力するための信号形式の変換などが含まれる。
【0034】
画像調整手段7で処理された画像データは、D/A変換手段8に入力され、アナログの画像信号に変換される。D/A変換手段8で変換された画像信号は、表示手段9に入力され、制御手段10の制御により所定のタイミングで表示される。
【0035】
なお、図3では、D/A変換手段8でアナログの画像信号に変換して、表示手段9に入力する構成について示したが、表示手段9がデジタルの画像データを直接入力して表示できる場合は、D/A変換手段8を省略することができる(この表示手段9における動作が表示工程に対応する)。
【0036】
次に、画素数変換器6のより詳細な動作について説明する。
ここで画素数変換器6は水平、垂直のそれぞれの方向に独立に画素数変換を行うように構成して良いが、ここでは垂直方向および水平方向の両方向に対して画素数変換を行う場合について説明する。
【0037】
図4は、この発明の実施の形態1における画素数変換器6の詳細な構成を示す図である。
図において、11は垂直画素数変換手段、12は垂直高域成分検出手段、13は垂直変換倍率制御手段、14は水平画素数変換手段、15は水平高域成分検出手段、16は水平変換倍率制御手段である。
【0038】
垂直高域成分検出手段12は、画像データPiの垂直方向の高域成分(レベルの変化量)として、垂直方向の1次微分結果vd1および3次微分結果vd3を出力する。ここで、画像データPiは、図3に示したメモリ手段5から読み出された画像データで、垂直画素数変換手段11および垂直高域成分検出手段12が必要とする複数の画素で構成される。
【0039】
垂直変換倍率制御手段13は、垂直高域成分検出手段12が出力する垂直方向の高域成分vd1およびvd3から垂直方向の変換倍率vc1を求め、垂直画素数変換手段11に出力する。垂直画素数変換手段11は、垂直方向の変換倍率vc1に基づいて入力画像の垂直方向の画素数を変換し、変換結果Pvを出力する。
【0040】
次に、水平高域成分検出手段15は、垂直画素数変換手段11が出力した画像データPvの水平方向の高域成分(レベルの変化量)として、水平方向の1次微分結果hd1および3次微分結果hd3を出力する。
【0041】
水平変換倍率制御手段16は、水平高域成分検出手段15が出力する水平方向の高域成分hd1およびhd3から水平方向の変換倍率hc1を求め、水平画素数変換手段14に出力する。水平画素数変換手段14は、水平方向の変換倍率hc1に基づいて入力画像の水平方向の画素数を変換し、変換結果Poを出力する。
【0042】
図4に示す構成において、垂直高域成分検出手段12、水平高域成分検出手段15は輪郭検出手段として機能し、垂直変換倍率制御手段13、水平変換倍率制御手段16は生成条件生成手段として機能し、垂直画素数変換手段11、水平画素数変換手段14は画像データ生成手段として機能する(もちろん、垂直、水平のいずれか一方のデータ処理のための構成、例えば垂直方向に対する新たな画像データ生成においては、垂直高域成分検出手段12、垂直変換倍率制御手段13、垂直画素数変換手段11のみによって画像処理系が構成されていても良く、水平方向に関しても同様である)。
【0043】
なお、図3、4に示した構成を参照して説明したが、メモリ手段5からの出力Piに対して、垂直高域成分検出手段12の直前に雑音除去のための低域濾波器(ローパスフィルタ:LPF)を設けても良い。この場合、垂直画素数変換手段11には出力Piをそのまま入力し、垂直高域成分検出手段12にはこの直前に設けられるLPFの出力を入力する。このようにすると、出力Pi上に存在する雑音を輪郭部として処理することがなくなり、輪郭部のみ的確に処理することが可能となる(この場合には、垂直高域成分検出手段12およびLPFにより輪郭検出手段が構成される)。
【0044】
もちろん、このようなLPFは水平高域成分検出手段15の直前に配置することもでき、垂直方向のデータ処理と同様の効果を水平方向に対して得ることができる(この場合には、水平高域成分検出手段15およびLPFにより輪郭検出手段が構成される)。もちろん垂直方向、水平方向のいずれか一方向、あるいは両方向に対してこれらの構成を採用することが可能である。
【0045】
なお、以上の説明においては、垂直方向には垂直高域成分検出手段12あるいはその前段にLPFを設けるものについて述べたが、垂直変換倍率制御手段13の前段がバンドパスフィルタ(BPF)であっても同様の効果を期待できる(これは言うまでもなく、水平方向に対しても同様の構成を採用すれば同様の効果を得ることができる)。この場合には、垂直高域成分検出手段12およびBPF(あるいは水平高域成分検出手段15およびBPF)により輪郭検出手段が構成される。
【0046】
また、垂直高域成分検出手段12(あるいは水平高域成分検出手段15)、あるいは垂直高域成分検出手段12およびLPF(あるいは水平高域成分検出手段15およびLPF)により輪郭検出手段を構成したが、垂直高域成分検出手段12(あるいは水平高域成分検出手段15)の後段あるいは垂直変換倍率制御手段13(あるいは水平変換倍率制御手段16)の前段に不感帯を設けるためのコアリング手段を設けることもでき、これによっても上述したものと同様の効果を得ることができる。
上述の説明においては、垂直および水平の両方向に画素数変換を施す構成例について述べたが、以下では画素数変換の動作について述べる。なお、理解し易くするために水平方向の画素数変換の動作について説明する。
【0047】
図5は、水平画素数の変換の動作を詳細に説明する図である。
図5のhd1およびhd3は、画像データPvに対応する水平方向の1次微分結果および3次微分結果を示す。ここに、水平変換倍率hc1は、
hc1=n+k×hd1×hd3
で示されるように、1次微分結果hd1と3次微分結果hd3を掛け合わせたものに任意の数kを乗じた結果を変換倍率nに加算したものである。この結果、期間aでは変換倍率n、期間bでは変換倍率nより高い倍率、期間cでは変換倍率nより低い倍率で画素数が変換されることになる。ただし、以下の式で示されるように1ラインにおける水平変換倍率hc1の平均値は、変換倍率nであるので、画像の変換倍率は局部的に上下するが、画像全体の変換倍率はn(水平方向の画素数が同方向の元の画素数×n)となる。
AVE(hc1)=n
ただし、AVE(x)は変換倍率xの1ラインの平均値を示す。
【0048】
なお、以上の説明においては、水平変換倍率hc1を、1次微分結果hd1と3次微分結果hd3の掛け合わせたものに任意の数kを乗じた結果を変換倍率nに加算する場合について示したが、任意の数kを乗じた結果に最大値と最小値の制限を設けたり、任意の数kを乗ずる代わりに、画像の水平位置(あるいは垂直位置)に対応して非線形の変換を行うことで、輪郭部分における任意の特性を有する変換倍率を自由に制御することができるようになる。
【0049】
なお、垂直方向においても、上述の水平方向の画素数変換と同様の動作であり、この垂直の場合においても垂直方向の変換倍率の平均値はn(垂直方向の画素数が同方向の元の画素数×n)となる(垂直方向の変換倍率がnの場合。もちろん水平方向、垂直方向の変換倍率はそれぞれ独立に設定することができる)。
【0050】
図6は、図5の輪郭部分における画素数変換の動作をより詳細に説明するための説明図である。
【0051】
画像データPvの画素の一部(p1、p2、p3)は、上記動作によって、q11〜q17のように変換される。期間bでは、期間aより画素の密度が高くなり、期間cでは、期間aより画素の密度が低くなる。この結果(q11〜q20)が表示手段9では、s11〜s20に示したように等しい間隔で表示されるので、画素密度が高い部分は、変換倍率nより高い倍率で拡大され、画素密度の低い部分では、変換倍率nより低い倍率で拡大されることになる。
【0052】
更に述べると、q11とq12の距離は,p1とp2の距離(処理前の画素の間隔)を1とした場合,q12における変換倍率の逆数で示される。また、q11からq13の距離は,q11からq12の距離にq13における変換倍率の逆数を加算すればよい。このように、水平変換倍率制御手段16が出力する変換倍率hc1の逆数を水平方向に累積加算することで,各画素の位置が求められる。
【0053】
より具体的には、この累積加算した結果から、処理に必要な画素(例えば、p1、p2、p3などの画素が記憶されたメモリ手段のアドレス)やフィルタ係数(フィルタ係数の番号(フィルタ係数がルックアップテーブルの場合の番号(アドレス))やフィルタ係数そのものを指し示す)を求めることができる。
【0054】
上記動作によって、画像データPvの画素の一部(p1、p2、p3)は、q11〜q17のように変換される。期間bでは、期間aより画素の密度が高くなり、期間cでは、期間aより画素の密度が低くなる。より具体的には,この結果(q11〜q20)が表示手段9では、s11〜s20に示したように等しい間隔で表示されるので、画素密度が高い部分は、変換倍率nより高い倍率で変換(拡大)され、画素密度の低い部分では、変換倍率nより低い倍率で変換(拡大)されることになる。
【0055】
なお、上記動作の説明では、画像を拡大する場合について説明したが、画像を縮小する場合も同様で、期間bで変換倍率nより高い倍率で変換(縮小)され、期間cでは、変換倍率nより低い倍率で変換(縮小)される。
【0056】
したがって、変換倍率nが1より大きい場合は、輪郭部の鮮鋭度を損なうことなく画像が拡大され、1より小さい場合は、輪郭部の画像の欠けが減るように画像が縮小される。すなわち、拡大、縮小の両方において入力画像の輪郭情報を保存する効果がある。
【0057】
また、任意の数kを大きく取ることで、入力画像の輪郭の鮮鋭度を高くすることができ、任意の数kによって輪郭部の鮮鋭度を制御することができる。
【0058】
また、変換倍率nが1の時は、画像全体の拡大・縮小は行われず、輪郭部の鮮鋭度のみが制御される。
【0059】
また、変換倍率nと任意の数kを垂直方向と水平方向で独立に設定することで、水平方向の変換倍率と水平方向の輪郭の鮮鋭度、および垂直方向の変換倍率と垂直方向の輪郭の鮮鋭度を独立に制御することができる。
【0060】
例えば、垂直方向の変換倍率nを2に設定し、水平方向の変換倍率nを1に設定することで、インタレース画像からノンインタレース画像に変換(走査線補間)することができ、水平方向と垂直方向の輪郭を独立に所望の鮮鋭度に制御できる。
【0061】
なお、上記動作の説明では、画素数変換の動作として垂直方向の画素数変換と水平方向の画素数変換の動作を順次実施する場合について説明したが、水平方向の画素数を変換した後に垂直方向の画素数を変換しても同様の効果を得ることができる。
【0062】
また、垂直方向の画素数変換と水平方向の画素数変換を同時に実施しても同様の効果を得ることができる。
【0063】
また、上記動作の説明では、画素数の変換に用いる画素数変換器として、線形フィルタを用いる場合について説明したが、非線形などの任意の形のフィルタを用いることができる。
【0064】
図7は、画素数変換器6で垂直方向と水平方向の画素数変換を同時に行う場合の構成を示す図である。図において、17は画素数変換手段、18は高域成分検出手段、19は変換倍率制御手段である。高域成分検出手段18は、画像データPiの垂直および水平方向の変化量として1次微分結果d1および3次微分結果d3を出力する。変換倍率制御手段19は、1次微分結果d1と2次微分結果d2に基づいて変換倍率c1を決定し、画素数変換手段17に出力する。画素数変換手段17は、変換倍率c1に基づいて垂直方向と水平方向の画素数を同時に二次元的に変換する。
【0065】
なお、高域成分検出結果d1およびd3と変換倍率c1の関係は、図5の1次および3次の各微分結果hd1およびhd3を用いて求められる水平変換倍率hc1の関係と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0066】
実施の形態2.
実施の形態1においては、画像の高域成分(レベルの変化量)として1次微分結果と3次微分結果を用いて、変換倍率を制御する構成について説明したが、1次微分結果と2次微分結果とを用いて変換倍率を制御することにより、構成を簡略化することができる(3次微分結果は2微分結果を微分して求めることになるので、微分手段を1つ省略することができる)。
【0067】
以下、画素数変換器6のより詳細な動作について説明する(その他の構成が実施の形態1において述べたものと同様である)。
ここで画素数変換器6は水平、垂直のそれぞれの方向に独立に画素数変換を行うように構成して良いが、ここでは垂直方向および水平方向の両方向に対して画素数変換を行う場合について説明する。
【0068】
図8は、実施の形態2における画素数変換器6を示す図である。
図において20は垂直高域成分検出手段、21は垂直変換倍率制御手段、22は水平高域成分検出手段、23は水平変換倍率制御手段である。
【0069】
垂直高域成分検出手段20は、画像データPiの垂直方向の高域成分(レベルの変化量)として、垂直方向に隣接する画素の1次微分結果vd1と2次微分結果vd2とを出力する。垂直変換倍率制御手段21は、垂直高域成分検出手段20が出力する垂直方向の1次微分結果vd1と2次微分結果vd2とから垂直方向の変換倍率vc2を求め、垂直画素数変換手段11に出力する。垂直画素数変換手段11は、垂直方向の変換倍率vc2に基づいて入力画像の垂直方向の画素数を変換し、変換結果Pvを出力する。
【0070】
次に水平高域成分検出手段22は、垂直画素数変換手段11が出力した画像データPvの水平方向の高域成分(レベルの変化量)として、水平方向に隣接した画素の1次微分結果hd1と2次微分結果hd2とを出力する。水平変換倍率制御手段23は、水平高域成分検出手段22が出力する水平方向の一次微分結果hd1と2次微分結果hd2とから水平方向の変換倍率hc2を求め、水平画素数変換手段14に出力する。水平画素数変換手段14は、水平方向の変換倍率hc2に基づいて入力画像の水平方向の画素数を変換し、変換結果Poを出力する。
【0071】
上述の説明においては、垂直および水平の両方向に画素数変換を施す構成例について述べたが、以下では画素数変換の動作について述べる。なお、理解し易くするために水平方向の画素数変換の動作について説明する。
【0072】
図9は、水平変換倍率制御手段23の構成を示す図である。
図において、24、25は絶対値変換手段、26は絶対値変換手段25の出力から絶対値変換手段24の出力を減算する信号減算手段である。
【0073】
図10は水平画素数の変換の動作を詳細に説明する図である。
図10のhd1およびhd2は、画像データPvに対応する水平方向の1次微分結果と2次微分結果を示す。ここに、水平変換倍率hc2は、
hc2=n+k×(abs(hd2)−abs(hd1))
で示されるように、変換倍率nに2次微分結果hd2の絶対値abs(hd2)から1次微分結果hd1の絶対値abs(hd1)を減算したものに任意の数kを乗じた結果を加算したものである。なお、変換倍率nと任意の数kは、実施の形態1と同様である(輪郭検出工程。ここで検出された輪郭部は複数の領域に分けられる)。
ここで、abs(x)は微分結果xの絶対値を示す。
【0074】
この結果、hc2の期間aでは変換倍率n、期間bでは変換倍率nより高い倍率、期間cでは変換倍率nより低い倍率で画素数が変換されることになる。すなわち、複数の領域に分けられた輪郭部それぞれの領域に対応する新たな画像データを生成する際の生成条件(例えば、ここでいう生成条件とは変換倍率である)が各領域に対応して設定される(ここでは、それぞれ異なって設定される)。ただし、以下の式で示されるように1ラインにおける水平変換倍率hc2の平均値は変換倍率nであるので、画像の変換倍率は局部的に上下するが、画像全体の変換倍率はn(水平方向の画素数が同方向の元の画素数×n)となる。
AVE(hc1)=n
ただし、AVE(x)は変換倍率xの1ラインの平均値を示す。
【0075】
ここでは、輪郭検出工程により得られる検出結果に基づいて輪郭部に対応する元画像データ(入力画像データ)から輪郭部に対応する新たな画像データを生成する際の生成条件を生成する生成条件工程、生成条件に基づいて輪郭部に対応する元画像データから輪郭部に対応する新たな画像データを生成する画像データ生成工程を含む。
【0076】
なお、以上に説明した動作は、表示画面上の水平方向について説明しているが、垂直方向に同様の動作を施せば、垂直方向の画像処理を実現でき、この垂直の場合においても垂直方向の変換倍率の平均値はn(垂直方向の画素数が同方向の元の画素数×n)となる(垂直方向の変換倍率がnの場合。もちろん水平方向、垂直方向の変換倍率はそれぞれ独立に設定することができる)。
【0077】
その他の動作については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
【0078】
図11は、垂直方向と水平方向の画素数変換を同時に行う場合の構成を示す図である。図において27は高域成分検出手段、28は変換倍率制御手段である。高域成分検出手段27は、画像データPiの垂直および水平方向の変化量として1次微分結果d1と2次微分結果d2とを出力する。変換倍率制御手段27は、1次微分結果d1と2次微分結果d2に基づいて変換倍率c2を決定し、画素数変換手段17に出力する。画素数変換手段17は、変換倍率c2に基づいて垂直方向と水平方向の画素数を同時に変換する(二次元的に変換する)。
【0079】
なお、高域成分検出結果d1およびd2と変換倍率c2との関係は、図9および図10の1次および2次微分結果hd1およびhd2と水平変換倍率hc2との関係と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0080】
実施の形態3.
なお、上記実施の形態1および2においては、入力される画像信号がアナログ信号の場合について示したが、これに限るものではなく、デジタルの画像データが入力されても良い。
【0081】
図12は、この発明の実施の形態3における画像表示装置を示す図である。
図において、29はデジタル画像データの入力端子、30はデジタルデータを直接入力することができる表示手段、31は制御手段である(他の構成は実施の形態1、2のものと同様)。
【0082】
次に動作について説明する。
デジタルの画像データが入力端子29に入力され、入力端子29に入力された画像データは、画像調整手段4に入力される。また、同期信号が入力端子2に入力され、入力端子2に入力された同期信号は、制御手段31に入力される。
【0083】
画像調整手段4、メモリ手段5、画素数変換器6、画像調整手段7は、制御手段31の制御により、実施の形態1および実施の形態2と同様の動作により、画素数の変換とその他の画像処理を行う。画像調整手段7が出力した画像データは、表示手段30に直接入力され、制御手段31の制御により所定のタイミングで表示される。その他の詳細な動作の説明は、実施の形態1および実施の形態2と同様であるので、説明は省略する。
【0084】
なお、上記実施の形態3における動作の説明では、デジタル画像データを直接入力できる表示手段30を用いて説明したが、表示手段30の代わりに実施の形態1に示したD/A変換手段8および表示手段9を用いて構成することもできる。
【0085】
実施の形態4.
なお、上記実施の形態1から3では、ハードウエアによって画素数を変換する構成について説明したが、ソフトウエアによって画素数の変換を行うこともできる。図13は、ソフトウエア処理(もちろん、ソフトウェア、ハードウェアが混在していても良い)による画素数変換の動作(画像処理方法・画像表示方法)を説明するフローチャートである。
【0086】
次に動作について説明する。
ここで、画素数変換は、水平、垂直のそれぞれの方向に独立に画素数変換を行うように構成して良いが、ここでは垂直方向および水平方向の両方向に対して画素数変換を行う場合について説明する。
【0087】
(図中Aのフローによる垂直方向のデータ生成動作の開始)データ抽出部において、画素数を変換する画像データ(図4のPiに相当)から着目画素に対する垂直高域成分の算出とフィルタ演算に必要な複数の画素データを抽出する。
【0088】
垂直高域成分算出部において、データ抽出部で抽出された複数の画素データから垂直方向の1次微分結果(図4のvd1に相当)と垂直方向の3次微分結果(図4のvd3に相当)を算出する(ここまでがレベル変化検出工程に相当する)。
【0089】
垂直変換倍率算出部では、垂直高域成分算出部で算出された1次微分結果と2次微分結果および画像全体の変換倍率(図5のnに相当)から着目画素に対する垂直方向の変換倍率(図4のvc1に相当)を算出する(生成条件生成工程)。
【0090】
フィルタ演算部では、垂直変換倍率演算部で算出された変換倍率とデータ抽出部で抽出された複数の画素データからフィルタ演算を実施し、演算結果を保存する(画像データ生成工程)。
【0091】
上記動作を着目画素が画像の端に達するまで繰り返す。ここで、画像の端とは、画像の左側から演算する場合は、画像の右端を示す。
【0092】
着目画素が画像の端に達した場合は、着目画素を次のラインに移動し上記演算を実施する。この動作を全画素に実施することで、垂直方向の画素数の変換が完了する(図中Aのフローによる動作の終了)。
【0093】
(図中Bのフローによる水平方向のデータ生成動作の開始)次のデータ抽出部では、垂直方向の画素数が変換された画像データ(図4のPvに相当)から、着目画素に対する水平高域成分の算出とフィルタ演算に必要な複数の画素データを抽出する。水平高域成分算出部において、データ抽出部で抽出された複数の画素データから水平方向の1次微分結果(図4のhd1に相当)と水平方向の3次微分結果(図4のhd3に相当)を算出する。水平変換倍率算出部では、水平高域成分算出部で算出された1次微分結果と3次微分結果および画像全体の変換倍率(図5のnに相当)から着目画素に対する水平方向の変換倍率(図4のhc1に相当)を算出する。フィルタ演算部では、水平変換倍率演算部で算出された変換倍率(新たな画像データを生成する際の生成条件)とデータ抽出部で抽出された複数の画素データからフィルタ演算を実施し、演算結果を保存する。
【0094】
次に上記動作を着目画素が画像の端に達するまで繰り返す。
【0095】
着目画素が画像の端に達した場合は、着目画素を次のラインに移動し上記演算を実施する。この動作を全着目画素に実施することで、画素数の変換が完了する(図中Bのフローによる動作の終了)。
【0096】
なお、上記動作の説明では、垂直方向の画素数を変換した後に水平方向の画素数を変換する場合について示したが、水平方向の画素数を変換した後に垂直方向の画素数を変換しても良い(すなわち、図中Bのフローによる動作を先に実施した後、図中Aのフローによる動作が行われても良い)。また、先に述べたように、図中Aのフローによる動作と、図中Bのフローによる動作のいずれか一方の動作が実施されても良い。
【0097】
また、上記動作の説明では、垂直および水平の画素数を変換する際に着目画素を画像の左から右、上から下の順番で演算する場合について示したが、この限りではなく、任意の方向から演算しても同様の結果を得ることができる。
【0098】
なお、先に述べた1ラインにおける変換倍率の平均値n(垂直、水平のいずれかの方向の変換倍率がnのとき。もちろん、垂直、水平各方向の変換倍率はそれぞれ独立に設定することができる)は、垂直、水平の両方向(両方向に変換倍率がnであるとき)あるいはいずれか一方の方向において成立するように構成する。
【0099】
【発明の効果】
本発明に係る画像処理装置および画像処理方法によれば、画像データの変化に応じて補間画素の密度を調整する倍率変化量を求め、当該倍率変化量を用いて補間画素の画素データを算出するので、輪郭部の鮮鋭度を損なうことなく入力画像を任意の画素数に変換可能ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1における画像処理動作を示す図である。
【図2】 実施の形態1における画像処理動作を示す図である。
【図3】 実施の形態1における画像表示装置の構成を示す図である。
【図4】 実施の形態1における画像処理装置の構成を示す図である。
【図5】 実施の形態1における画像処理動作を示す図である。
【図6】 実施の形態1における画像処理動作を示す図である。
【図7】 実施の形態1における画像処理装置の別の構成を示す図である。
【図8】 実施の形態2における画像処理装置の構成を示す図である。
【図9】 実施の形態2における画像処理装置の構成を示す図である。
【図10】 実施の形態2における画像処理動作を示す図である。
【図11】 実施の形態2における画像処理装置の別の構成を示す図である。
【図12】 実施の形態3における画像表示装置の構成を示す図である。
【図13】 実施の形態4における画像処理動作のフローチャートである。
【図14】 従来の画像処理動作を示す図である。
【図15】 従来の画像処理動作を示す図である。
【図16】 従来の画像処理動作を示す図である。
【図17】 従来の画像処理手段のレスポンス特性の一例を示す図である。
【図18】 従来の画像処理手段のレスポンス特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 入力端子、2 入力端子、3 A/D変換手段、4 画像調整手段、5 メモリ手段、6 画素数変換器、7 画像調整手段、8 D/A変換手段、9 表示手段、10 制御手段、11 垂直画素数変換手段、12 垂直高域成分検出手段、13 垂直変換倍率制御手段、14 水平画素数変換手段、15 水平高域成分検出手段、16 水平変換倍率制御手段、17 画素数変換手段、18 高域成分検出手段、19 変換倍率制御手段、20 垂直高域成分検出手段、21 垂直変換倍率制御手段、22 水平高域成分検出手段、23 水平変換倍率制御手段、24および25 絶対値変換手段、26 信号減算手段、27 高域成分検出手段、28 変換倍率制御手段、29 入力端子、30 表示手段、31 制御手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image processing apparatus, an image display apparatus, an image processing method, and an image display method for enlarging or reducing a digital image at an arbitrary magnification.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 is a diagram illustrating a case where the number of pixels is converted to three times by a conventional pixel number conversion method. In the figure, the horizontal axis indicates the horizontal position or vertical position of the image, and the vertical axis indicates the level (brightness) of the image data. Since the operations for converting the number of pixels in the horizontal direction and the vertical direction are the same, only the operation for converting the number of pixels in the horizontal direction will be described.
[0003]
As shown in FIG. 14, when the input image data is composed of a flat portion (h) and a contour portion (j, k), the flat portion (h) and the level changing portion (j, k) are uniformly converted to three times. Therefore, the contour portion is converted into a smooth contour such as j1 and k1.
[0004]
15 and 16 are diagrams for explaining the detailed operation of the conventional pixel number conversion method. In the figure, p (n) and p (n + 1) are two adjacent pixels of input image data, q (m) is one pixel of output image data, and F (x) is an example of response characteristics of a filter used for pixel number conversion. is there.
[0005]
When the distance between p (n) and p (n + 1) is 1, and the output image q (m) is located at a distance r from p (n), the output image q (m) is obtained by the following equation.
q (m) = F (r) * p (n) + F (1-r) * p (n + 1)
[0006]
As shown in FIG. 16, the number of pixels can be converted by performing the above calculation for each pixel (q1 to q7) of the output image data.
[0007]
In the above description, the case where the linear filter shown in FIG. 15 is used as the response characteristic of the filter is shown. However, the sharpness of the contour (j1, k1) is obtained using the filter having the response characteristic as shown in FIG. May be improved.
[0008]
Further, as shown in FIG. 18, a method of preparing a plurality of response characteristic filters and switching them according to an image is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-266531.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional image processing method is configured as described above, when the image is enlarged, a new undershoot (pre-shoot) or overshoot is required to reduce the sharpness of the contour portion or to improve the sharpness. In addition, there is a problem in that when the image is reduced, so-called image quality deterioration of the contour portion occurs such as a pixel of the contour portion is missing.
[0010]
In addition, there is a problem that the continuity of the image is lost at the filter switching portion by switching the filter according to the image.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to perform image processing while suppressing deterioration in image quality of a contour portion, and more specifically, to change the magnification to an arbitrary magnification.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An image processing apparatus according to the present invention is an image processing apparatus capable of correcting and outputting the contour of image data representing an input image and converting the number of pixels of the input image into an arbitrary number of pixels,
Features representing changes in image data representing the input imageAs a quantity, the third derivative of the image data, or the difference between the absolute values of the first and second derivativesMeans to seek,
UpThe interpolation pixel that interpolates the input imageThe conversion magnification required for each of the above-mentioned variables for locally changing the density of the interpolation pixel.Exchange rateThe value of theThe, Variables calculated using the above feature quantitiesExchange rate control means,
Interpolation operation means for obtaining an interpolation position of each of the interpolation pixels based on the conversion magnification and calculating pixel data of the interpolation pixels by interpolation calculation at the interpolation position is provided.
[0013]
An image processing method according to the present invention is an image processing method capable of correcting and outputting a contour of image data representing an input image and converting the number of pixels of the input image into an arbitrary number of pixels,
Features representing changes in image data representing the input imageAs a quantity, the third derivative of the image data, or the difference between the absolute values of the first and second derivativesThe desired process;
Interpolation pixel that interpolates the input imageA conversion magnification required for each of the above-mentioned conversion magnifications for locally changing the density of the interpolation pixel is calculated using the feature amount.Process,
A step of obtaining an interpolation position of each of the interpolation pixels based on the conversion magnification and calculating pixel data of the interpolation pixel by an interpolation calculation at the interpolation position.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an image processing method according to
In the figure, the horizontal axis indicates the horizontal or vertical position of the image, and the vertical axis indicates the level (brightness) of the image data. In the drawing, the upper part shows input image data, and the lower part shows output image data when the input image data is enlarged.
[0015]
Next, the operation will be described.
In the conversion of the number of pixels, the conversion of the number of vertical pixels and the conversion of the number of horizontal pixels are realized by the same operation. Therefore, here, the operation of conversion of the number of horizontal pixels will be described.
[0016]
A change in the level of the image is detected from the input image data, and a flat portion (period a) and a contour portion corresponding to the level change portion (periods b and c. That is, the contour portion includes at least three regions of two periods b and c. (Hereinafter, the level changing portion will be described as the contour portion for the sake of simplicity).
[0017]
Further, the contour portion has different degrees of change in the level of the image (the rate of change is not constant) and the end portion (both are period b, where period b corresponds to the regions at both ends of the level change portion) and the degree of change in the level of the image. Is determined to be the central part of the contour (period c. The area inside the period b, which is the area at both ends of the level changing part, and the area inside the areas at both ends of the level changing part). In this case, the input image data is original image data, and a contour portion in the original image data is detected from a level change between the original image data (level change detection step). Divided).
[0018]
The determined flat portion a of the image converts the number of pixels at the conversion magnification n. Here, the conversion magnification n is an arbitrary magnification necessary for image format conversion and enlargement or reduction of an image at an arbitrary magnification. As an example of image format conversion, when converting an image of 640 pixels × 480 lines, which is one of the output formats of a personal computer (PC), to an image of 1024 pixels × 768 lines, the conversion magnification n is 1.6 times It is.
[0019]
On the other hand, in the contour portions (b, c) of the image, the conversion magnification is controlled according to the change amount of the image. That is, in the contour portion divided into a plurality of regions, a generation condition for generating new image data corresponding to each region (the generation condition here is, for example, a conversion magnification. The conversion magnification is processed. (Also referred to as magnification).
[0020]
More specifically, the start portion and the end portion b of the contour are converted at a higher magnification than the flat portion a, and the central portion c converts the number of pixels at a lower magnification than the flat portion a (that is, the level changing portion). The processing magnification given to the regions at both ends is made larger than the processing magnification given to the region inside the regions at both ends, and as will be described later, the average of the two processing magnifications is the original image. It is set to be equal to the processing magnification given to the flat portion (level flat portion) in the data).
[0021]
FIG. 2 is a diagram showing a case where input image data is reduced. The flat portion a of the image is reduced at a constant conversion magnification, the start and end portions b of the contour are converted at a higher magnification than the flat portion a, and the central portion c of the contour is converted at a lower magnification than the flat portion a. (The contour portion is divided into a plurality of areas, and the generation conditions corresponding to the respective areas are different (or the generation conditions are different). Of the original image data corresponding to the contour portion based on the detection result obtained by the level change detection process in the above-described enlargement or reduction of the image. A generation condition process for generating a generation condition when generating new image data corresponding to the level change (contour) part, or the original image data corresponding to the level change (contour) part based on the generation condition Level change image data generating step of generating a new image data corresponding to the (outline) portion is included).
[0022]
The number of pixels can be converted by performing the above operation in the horizontal and vertical directions of the image.
[0023]
Note that the pixel number conversion in the horizontal direction and the pixel number conversion in the vertical direction can be performed sequentially or simultaneously.
[0024]
Further, the horizontal conversion magnification and the vertical conversion magnification may be different from each other.
[0025]
The operation described above is described in the horizontal direction on the display screen. However, if the same operation is performed in the vertical direction, vertical image processing can be realized.
[0026]
In addition, when a contour portion is detected in the horizontal direction (vertical direction) on the display screen, a new image data generation condition in the horizontal direction (vertical direction when the contour portion is detected in the vertical direction) is output. However, when detecting a level change between adjacent original image data corresponding to the horizontal direction (vertical direction) when performing contour detection, the processing is simplified and the apparatus can be simplified.
[0027]
Hereinafter, more detailed embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram illustrating the image display apparatus according to
[0028]
An image signal and a synchronization signal are input to the
[0029]
Here, the desired image adjustment is, for example, when processing the memory means 5 and later as data of three primary colors, when a luminance signal and a color signal are input as an input image signal, or when a composite signal is input. Conversion from luminance signal and color signal to data of three primary colors, conversion from composite signal to data of three primary colors, or vice versa, signals of three primary colors are input, and the memory means 5 and later are processed with luminance signals and color signals. In this case, conversion from data of the three primary colors to data in a format suitable for processing can be considered. Furthermore, arbitrary image adjustment independent of pixel number conversion, such as adjustment of brightness and contrast, may be performed.
[0030]
The image data processed by the image adjusting means 4 is temporarily stored in the memory means 5 (storage process). Here, the memory means 5 has a capacity capable of storing pixels necessary for the subsequent pixel number conversion (at least two lines or more).
[0031]
Next, the image data is read out from the
[0032]
The image data Pi read from the memory means 5 is input to the
[0033]
The image data output from the
[0034]
The image data processed by the
[0035]
Although FIG. 3 shows a configuration in which the D / A conversion means 8 converts it into an analog image signal and inputs it to the display means 9, but the display means 9 can directly input and display digital image data. Can omit the D / A conversion means 8 (the operation of the display means 9 corresponds to the display process).
[0036]
Next, a more detailed operation of the
Here, the
[0037]
FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration of the
In the figure, 11 is a vertical pixel number conversion means, 12 is a vertical high frequency component detection means, 13 is a vertical conversion magnification control means, 14 is a horizontal pixel number conversion means, 15 is a horizontal high frequency component detection means, and 16 is a horizontal conversion magnification. It is a control means.
[0038]
The vertical high-frequency component detection means 12 outputs the vertical first-order differential result vd1 and the third-order differential result vd3 as the high-frequency component (level change amount) in the vertical direction of the image data Pi. Here, the image data Pi is image data read from the memory means 5 shown in FIG. 3, and is composed of a plurality of pixels required by the vertical pixel
[0039]
The vertical conversion magnification control means 13 obtains a vertical conversion magnification vc1 from the vertical high-frequency components vd1 and vd3 output from the vertical high-frequency component detection means 12, and outputs the vertical conversion magnification vc1 to the vertical pixel number conversion means 11. The vertical pixel number conversion means 11 converts the number of pixels in the vertical direction of the input image based on the vertical conversion magnification vc1 and outputs the conversion result Pv.
[0040]
Next, the horizontal high-frequency component detection means 15 uses the horizontal first-order differential results hd1 and tertiary as the horizontal high-frequency component (level change amount) of the image data Pv output from the vertical pixel number conversion means 11. The differentiation result hd3 is output.
[0041]
The horizontal conversion magnification control means 16 obtains a horizontal conversion magnification hc1 from the horizontal high-frequency components hd1 and hd3 output from the horizontal high-frequency component detection means 15, and outputs the horizontal conversion magnification hc1 to the horizontal pixel number conversion means 14. The horizontal pixel number conversion means 14 converts the number of pixels in the horizontal direction of the input image based on the horizontal conversion magnification hc1, and outputs the conversion result Po.
[0042]
In the configuration shown in FIG. 4, the vertical high-frequency component detection means 12 and the horizontal high-frequency component detection means 15 function as contour detection means, and the vertical conversion magnification control means 13 and horizontal conversion magnification control means 16 function as generation condition generation means. The vertical pixel number conversion means 11 and the horizontal pixel number conversion means 14 function as image data generation means (of course, a configuration for either vertical or horizontal data processing, for example, generation of new image data in the vertical direction) In FIG. 5, the image processing system may be configured only by the vertical high-frequency component detection means 12, the vertical conversion magnification control means 13, and the vertical pixel number conversion means 11, and the same applies to the horizontal direction).
[0043]
Although described with reference to the configuration shown in FIGS. 3 and 4, a low-pass filter (low-pass filter) for removing noise immediately before the vertical high-frequency
[0044]
Of course, such an LPF can also be arranged immediately before the horizontal high-frequency component detection means 15, and the same effect as the vertical data processing can be obtained in the horizontal direction (in this case, the horizontal high-frequency component detection means 15). The contour detection means is constituted by the band component detection means 15 and the LPF). Of course, it is possible to employ these configurations in one of the vertical direction and the horizontal direction, or in both directions.
[0045]
In the above description, the vertical high-frequency component detecting means 12 in the vertical direction or the LPF provided in the preceding stage is described. However, the preceding stage of the vertical conversion magnification control means 13 is a band pass filter (BPF). Can be expected to have the same effect (it goes without saying that the same effect can be obtained by adopting the same configuration in the horizontal direction). In this case, the contour detecting means is constituted by the vertical high frequency
[0046]
Further, the contour detecting means is constituted by the vertical high frequency component detecting means 12 (or horizontal high frequency component detecting means 15) or the vertical high frequency
In the above description, the configuration example in which the pixel number conversion is performed in both the vertical and horizontal directions has been described, but the operation of the pixel number conversion will be described below. In order to facilitate understanding, the horizontal pixel number conversion operation will be described.
[0047]
FIG. 5 is a diagram for explaining in detail the operation of converting the number of horizontal pixels.
In FIG. 5, hd1 and hd3 indicate the first-order differential result and the third-order differential result in the horizontal direction corresponding to the image data Pv. Here, the horizontal conversion magnification hc1 is
hc1 = n + k × hd1 × hd3
As shown, the result obtained by multiplying the first derivative result hd1 and the third derivative result hd3 by an arbitrary number k is added to the conversion magnification n. As a result, the number of pixels is converted at the conversion magnification n in the period a, the magnification higher than the conversion magnification n in the period b, and the magnification lower than the conversion magnification n in the period c. However, since the average value of the horizontal conversion magnification hc1 in one line is the conversion magnification n as shown by the following expression, the conversion magnification of the image locally rises and falls, but the conversion magnification of the entire image is n (horizontal The number of pixels in the direction is the original number of pixels in the same direction × n).
AVE (hc1) = n
However, AVE (x) represents the average value of one line of the conversion magnification x.
[0048]
In the above description, the case where the horizontal conversion magnification hc1 is multiplied by an arbitrary number k multiplied by the product of the first derivative result hd1 and the third derivative result hd3 is added to the conversion magnification n. However, instead of multiplying an arbitrary number k by limiting the maximum and minimum values to the result of multiplying an arbitrary number k, non-linear conversion corresponding to the horizontal position (or vertical position) of the image is performed. Thus, the conversion magnification having an arbitrary characteristic in the contour portion can be freely controlled.
[0049]
In the vertical direction, the operation is the same as the above-described horizontal pixel number conversion. In this vertical case, the average value of the conversion magnification in the vertical direction is n (the number of pixels in the vertical direction is the same as that in the original direction). (The number of pixels × n) (when the vertical conversion magnification is n. Of course, the horizontal and vertical conversion magnifications can be set independently).
[0050]
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the operation of converting the number of pixels in the contour portion of FIG. 5 in more detail.
[0051]
A part of pixels (p1, p2, p3) of the image data Pv is converted into q11 to q17 by the above operation. In the period b, the pixel density is higher than in the period a, and in the period c, the pixel density is lower than in the period a. As a result (q11 to q20) are displayed on the display means 9 at equal intervals as shown in s11 to s20, the portion having a high pixel density is enlarged at a magnification higher than the conversion magnification n, and the pixel density is low. In the portion, the image is enlarged at a magnification lower than the conversion magnification n.
[0052]
More specifically, the distance between q11 and q12 is represented by the reciprocal of the conversion magnification at q12, where the distance between p1 and p2 (pixel interval before processing) is 1. The distance from q11 to q13 may be obtained by adding the reciprocal of the conversion magnification at q13 to the distance from q11 to q12. In this way, the position of each pixel is obtained by cumulatively adding the reciprocal of the conversion magnification hc1 output from the horizontal conversion magnification control means 16 in the horizontal direction.
[0053]
More specifically, from the result of this cumulative addition, pixels required for processing (for example, addresses of memory means storing pixels such as p1, p2, and p3) and filter coefficients (filter coefficient numbers (filter coefficients are In the case of the lookup table, the number (address)) and the filter coefficient itself can be obtained.
[0054]
Through the above operation, some of the pixels (p1, p2, p3) of the image data Pv are converted as q11 to q17. In the period b, the pixel density is higher than in the period a, and in the period c, the pixel density is lower than in the period a. More specifically, since the results (q11 to q20) are displayed on the display means 9 at equal intervals as indicated by s11 to s20, a portion with a high pixel density is converted at a magnification higher than the conversion magnification n. In a portion where the pixel density is low, the pixel is converted (enlarged) at a magnification lower than the conversion magnification n.
[0055]
In the above description of the operation, the case of enlarging the image has been described. However, the same applies to the case of reducing the image. In the period b, conversion (reduction) is performed at a higher magnification than the conversion magnification n. Conversion (reduction) is performed at a lower magnification.
[0056]
Therefore, when the conversion magnification n is larger than 1, the image is enlarged without impairing the sharpness of the contour portion, and when it is smaller than 1, the image is shrunk so that the lack of the contour portion image is reduced. That is, there is an effect that the contour information of the input image is preserved in both enlargement and reduction.
[0057]
Also, by taking an arbitrary number k large, the sharpness of the contour of the input image can be increased, and the sharpness of the contour portion can be controlled by the arbitrary number k.
[0058]
When the conversion magnification n is 1, the entire image is not enlarged or reduced, and only the sharpness of the contour portion is controlled.
[0059]
In addition, by setting the conversion magnification n and an arbitrary number k independently in the vertical direction and the horizontal direction, the horizontal conversion magnification and the horizontal outline sharpness, and the vertical conversion magnification and the vertical outline Sharpness can be controlled independently.
[0060]
For example, by setting the vertical conversion magnification n to 2 and the horizontal conversion magnification n to 1, conversion from an interlaced image to a non-interlaced image (scanning line interpolation) can be performed. And the vertical contour can be independently controlled to a desired sharpness.
[0061]
In the above description of the operation, the case where the vertical pixel number conversion and the horizontal pixel number conversion operation are sequentially performed as the pixel number conversion operation has been described. However, after the horizontal pixel number conversion, the vertical direction conversion is performed. The same effect can be obtained by converting the number of pixels.
[0062]
Further, the same effect can be obtained even if the vertical pixel number conversion and the horizontal pixel number conversion are simultaneously performed.
[0063]
In the above description of the operation, the case where a linear filter is used as the pixel number converter used for the conversion of the number of pixels has been described. However, an arbitrary filter such as a nonlinear filter can be used.
[0064]
FIG. 7 is a diagram showing a configuration when the
[0065]
The relationship between the high frequency component detection results d1 and d3 and the conversion magnification c1 is similar to the relationship between the horizontal conversion magnification hc1 obtained using the first and third differential results hd1 and hd3 in FIG. Detailed description is omitted.
[0066]
In the first embodiment, the configuration in which the conversion magnification is controlled using the primary differential result and the tertiary differential result as the high-frequency component (level change amount) of the image has been described. However, the primary differential result and the secondary differential are described. By controlling the conversion magnification using the differential result, the configuration can be simplified (the third differential result is obtained by differentiating the second differential result, so one differential means can be omitted) it can).
[0067]
Hereinafter, a more detailed operation of the
Here, the
[0068]
FIG. 8 is a diagram illustrating the
In the figure, 20 is a vertical high frequency component detection means, 21 is a vertical conversion magnification control means, 22 is a horizontal high frequency component detection means, and 23 is a horizontal conversion magnification control means.
[0069]
The vertical high frequency component detection means 20 outputs the primary differential result vd1 and the secondary differential result vd2 of pixels adjacent in the vertical direction as the high frequency component (level change amount) in the vertical direction of the image data Pi. The vertical conversion magnification control means 21 obtains the vertical conversion magnification vc2 from the first-order differential result vd1 and the second-order differential result vd2 output from the vertical high-frequency component detection means 20, and supplies the vertical pixel number conversion means 11 with it. Output. The vertical pixel number conversion means 11 converts the number of pixels in the vertical direction of the input image based on the vertical conversion magnification vc2, and outputs the conversion result Pv.
[0070]
Next, the horizontal high-frequency component detection unit 22 uses the first-order differential result hd1 of the pixels adjacent in the horizontal direction as the high-frequency component (level change amount) in the horizontal direction of the image data Pv output from the vertical pixel
[0071]
In the above description, the configuration example in which the pixel number conversion is performed in both the vertical and horizontal directions has been described, but the operation of the pixel number conversion will be described below. In order to facilitate understanding, the horizontal pixel number conversion operation will be described.
[0072]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the horizontal conversion magnification control means 23.
In the figure, 24 and 25 are absolute value conversion means, and 26 is a signal subtraction means for subtracting the output of the absolute value conversion means 24 from the output of the absolute value conversion means 25.
[0073]
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of converting the number of horizontal pixels in detail.
In FIG. 10, hd1 and hd2 indicate the first-order differential result and the second-order differential result in the horizontal direction corresponding to the image data Pv. Here, the horizontal conversion magnification hc2 is
hc2 = n + k × (abs (hd2) −abs (hd1))
As shown by the following formula, the result obtained by multiplying the conversion magnification n by the absolute value abs (hd2) of the first derivative result hd1 from the absolute value abs (hd2) of the second derivative result hd2 is multiplied by an arbitrary number k. It is a thing. Note that the conversion magnification n and the arbitrary number k are the same as those in the first embodiment (contour detection step. The contour portion detected here is divided into a plurality of regions).
Here, abs (x) indicates the absolute value of the differentiation result x.
[0074]
As a result, the number of pixels is converted with the conversion magnification n in the period a of hc2, the magnification higher than the conversion magnification n in the period b, and the magnification lower than the conversion magnification n in the period c. That is, a generation condition (for example, the generation condition here is a conversion magnification) when generating new image data corresponding to each area of the contour divided into a plurality of areas corresponds to each area. Are set (here, they are set differently). However, since the average value of the horizontal conversion magnification hc2 in one line is the conversion magnification n as shown by the following expression, the conversion magnification of the image is locally increased or decreased, but the conversion magnification of the entire image is n (horizontal direction). Is the original number of pixels in the same direction × n).
AVE (hc1) = n
However, AVE (x) represents the average value of one line of the conversion magnification x.
[0075]
Here, a generation condition step for generating a generation condition when generating new image data corresponding to the contour portion from the original image data (input image data) corresponding to the contour portion based on the detection result obtained by the contour detection step And an image data generation step of generating new image data corresponding to the contour portion from the original image data corresponding to the contour portion based on the generation condition.
[0076]
The above-described operation is described in the horizontal direction on the display screen. However, if the same operation is performed in the vertical direction, vertical image processing can be realized. The average value of conversion magnification is n (the number of pixels in the vertical direction is the original number of pixels in the same direction × n) (when the conversion magnification in the vertical direction is n. Of course, the conversion magnifications in the horizontal direction and the vertical direction are independent of each other. Can be set).
[0077]
Since other operations are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0078]
FIG. 11 is a diagram showing a configuration in the case of simultaneously converting the number of pixels in the vertical direction and the horizontal direction. In the figure, reference numeral 27 denotes high-frequency component detection means, and 28 denotes conversion magnification control means. The high frequency component detecting means 27 outputs a primary differential result d1 and a secondary differential result d2 as the vertical and horizontal change amounts of the image data Pi. The conversion magnification control unit 27 determines the conversion magnification c2 based on the primary differentiation result d1 and the secondary differentiation result d2, and outputs the conversion magnification c2 to the pixel
[0079]
The relationship between the high frequency component detection results d1 and d2 and the conversion magnification c2 is the same as the relationship between the primary and secondary differential results hd1 and hd2 and the horizontal conversion magnification hc2 in FIGS. The detailed explanation is omitted.
[0080]
In the first and second embodiments, the case where the input image signal is an analog signal has been described. However, the present invention is not limited to this, and digital image data may be input.
[0081]
FIG. 12 is a diagram showing an image display device according to
In the figure, 29 is an input terminal for digital image data, 30 is a display means capable of directly inputting digital data, and 31 is a control means (other configurations are the same as those in the first and second embodiments).
[0082]
Next, the operation will be described.
Digital image data is input to the
[0083]
The image adjustment unit 4, the
[0084]
In the description of the operation in the third embodiment, the display means 30 capable of directly inputting digital image data has been described. However, the D / A conversion means 8 shown in the first embodiment and the display means 30 are used instead of the display means 30. It can also be configured using the display means 9.
[0085]
Embodiment 4 FIG.
In the first to third embodiments, the configuration in which the number of pixels is converted by hardware has been described. However, the number of pixels can also be converted by software. FIG. 13 is a flowchart for explaining the pixel number conversion operation (image processing method / image display method) by software processing (of course, software and hardware may be mixed).
[0086]
Next, the operation will be described.
Here, the pixel number conversion may be configured such that the pixel number conversion is performed independently in each of the horizontal and vertical directions, but here the case where the pixel number conversion is performed in both the vertical and horizontal directions. explain.
[0087]
(Start of data generation operation in the vertical direction according to the flow of A in the figure) In the data extraction unit, the calculation of the vertical high-frequency component for the pixel of interest and the filter operation from the image data for converting the number of pixels (corresponding to Pi in FIG. 4) A plurality of necessary pixel data is extracted.
[0088]
In the vertical high frequency component calculation unit, the first-order differential result in the vertical direction (corresponding to vd1 in FIG. 4) and the third-order differential result in the vertical direction (corresponding to vd3 in FIG. 4) from the plurality of pixel data extracted by the data extraction unit. ) (This corresponds to the level change detection step).
[0089]
In the vertical conversion magnification calculation unit, the vertical conversion magnification (with respect to the pixel of interest) is calculated from the primary differentiation result and the secondary differentiation result calculated by the vertical high frequency component calculation unit and the conversion magnification of the entire image (corresponding to n in FIG. 5). (Corresponding to vc1 in FIG. 4) is calculated (generation condition generation step).
[0090]
The filter calculation unit performs a filter calculation from the conversion magnification calculated by the vertical conversion magnification calculation unit and the plurality of pixel data extracted by the data extraction unit, and stores the calculation result (image data generation step).
[0091]
The above operation is repeated until the target pixel reaches the end of the image. Here, the end of the image indicates the right end of the image when computing from the left side of the image.
[0092]
When the target pixel reaches the end of the image, the target pixel is moved to the next line and the above calculation is performed. By performing this operation on all the pixels, the conversion of the number of pixels in the vertical direction is completed (end of the operation according to the flow A in the figure).
[0093]
(Start of horizontal data generation operation according to the flow B in the figure) In the next data extraction unit, the horizontal high frequency for the pixel of interest is calculated from the image data (corresponding to Pv in FIG. 4) in which the number of pixels in the vertical direction is converted. A plurality of pixel data necessary for component calculation and filter calculation are extracted. In the horizontal high-frequency component calculation unit, the first-order differential result in the horizontal direction (corresponding to hd1 in FIG. 4) and the third-order differential result in the horizontal direction (corresponding to hd3 in FIG. 4) from the plurality of pixel data extracted by the data extraction unit. ) Is calculated. The horizontal conversion magnification calculator calculates the horizontal conversion magnification (with respect to the pixel of interest) from the first and third differential results calculated by the horizontal high-frequency component calculator and the conversion magnification of the entire image (corresponding to n in FIG. 5). (Corresponding to hc1 in FIG. 4). The filter calculation unit performs a filter calculation from the conversion magnification calculated by the horizontal conversion magnification calculation unit (a generation condition when generating new image data) and a plurality of pixel data extracted by the data extraction unit, and the calculation result Save.
[0094]
Next, the above operation is repeated until the target pixel reaches the end of the image.
[0095]
When the target pixel reaches the end of the image, the target pixel is moved to the next line and the above calculation is performed. By performing this operation on all the target pixels, the conversion of the number of pixels is completed (end of the operation by the flow B in the figure).
[0096]
In the above description of the operation, the case of converting the number of pixels in the horizontal direction after converting the number of pixels in the vertical direction has been described. However, the number of pixels in the vertical direction may be converted after converting the number of pixels in the horizontal direction. Good (that is, after the operation according to the flow B in the figure is first performed, the operation according to the flow A in the figure may be performed). Further, as described above, either the operation according to the flow A in the drawing or the operation according to the flow B in the drawing may be performed.
[0097]
In the above description of the operation, the case of calculating the pixel of interest in the order from the left to the right and the top to the bottom of the image when converting the number of vertical and horizontal pixels is not limited to this. The same result can be obtained by calculating from.
[0098]
Note that the average value n of the conversion magnifications in one line described above (when the conversion magnification in either the vertical or horizontal direction is n. Of course, the conversion magnifications in the vertical and horizontal directions can be set independently. Can be established in both the vertical and horizontal directions (when the conversion magnification is n in both directions) or in either direction.
[0099]
【The invention's effect】
Image processing apparatus according to the present inventionAccording to the image processing method, the amount of change in magnification for adjusting the density of the interpolation pixel according to the change in the image data is obtained, and the pixel data of the interpolation pixel is calculated using the amount of change in magnification. The input image can be converted into an arbitrary number of pixels without impairing the image quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an image processing operation in
FIG. 2 is a diagram illustrating an image processing operation in the first embodiment.
3 is a diagram illustrating a configuration of an image display device according to
4 is a diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to
FIG. 5 is a diagram illustrating an image processing operation in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing an image processing operation in the first embodiment.
7 is a diagram showing another configuration of the image processing apparatus according to
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a second embodiment.
9 is a diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to
FIG. 10 is a diagram illustrating an image processing operation in the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating another configuration of the image processing apparatus according to the second embodiment.
12 is a diagram illustrating a configuration of an image display device in
FIG. 13 is a flowchart of an image processing operation in the fourth embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating a conventional image processing operation.
FIG. 15 is a diagram illustrating a conventional image processing operation.
FIG. 16 is a diagram illustrating a conventional image processing operation.
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of response characteristics of a conventional image processing unit.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of response characteristics of a conventional image processing unit.
[Explanation of symbols]
1 input terminal, 2 input terminal, 3 A / D conversion means, 4 image adjustment means, 5 memory means, 6 pixel number converter, 7 image adjustment means, 8 D / A conversion means, 9 display means, 10 control means, 11 vertical pixel number conversion means, 12 vertical high frequency component detection means, 13 vertical conversion magnification control means, 14 horizontal pixel number conversion means, 15 horizontal high frequency component detection means, 16 horizontal conversion magnification control means, 17 pixel number conversion means, 18 High-frequency component detection means, 19 Conversion magnification control means, 20 Vertical high-frequency component detection means, 21 Vertical conversion magnification control means, 22 Horizontal high-frequency component detection means, 23 Horizontal conversion magnification control means, 24 and 25 Absolute value conversion means , 26 signal subtracting means, 27 high frequency component detecting means, 28 conversion magnification control means, 29 input terminal, 30 display means, 31 control means.
Claims (7)
上記入力画像を表す画像データの変化を表す特徴量として上記画像データの3次微分、または1次微分および2次微分の絶対値の差分を求める手段と、
上記入力画像を補間する補間画素の各々について求められる変換倍率であって、当該補間画素の密度を局所的に変化させる上記変換倍率の値を、上記特徴量を用いて算出する変換倍率制御手段と、
上記変換倍率に基づいて上記補間画素の各々の補間位置を求め、当該補間位置における補間演算により上記補間画素の画素データを算出する補間演算手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。An image processing apparatus capable of correcting and outputting the contour of image data representing an input image and converting the number of pixels of the input image into an arbitrary number of pixels,
Means for obtaining a third derivative of the image data, or a difference between absolute values of the first and second derivatives as a feature quantity representing a change in image data representing the input image;
A conversion ratio obtained for each of the interpolated pixel to be interpolated on the entry force image, varying換倍rate the value of the variable換倍rate for locally changing the density of the interpolated pixel is calculated by using the feature amount Control means;
An image processing apparatus comprising: an interpolation calculation unit that obtains an interpolation position of each of the interpolation pixels based on the conversion magnification and calculates pixel data of the interpolation pixel by an interpolation calculation at the interpolation position.
上記入力画像を表す画像データの変化を表す特徴特徴量として上記画像データの3次微分、または1次微分および2次微分の絶対値の差分を求める工程と、
上記入力画像を補間する補間画素の各々について求められる変換倍率であって、当該補間画素の密度を局所的に変化させる上記変換倍率の値を、上記特徴量を用いて算出する工程と、
上記変換倍率に基づいて上記補間画素の各々の補間位置を求め、当該補間位置における補間演算により上記補間画素の画素データを算出する工程とを備えたことを特徴とする画像処理方法。An image processing method capable of correcting and outputting the contour of image data representing an input image and converting the number of pixels of the input image into an arbitrary number of pixels,
Obtaining a third derivative of the image data, or a difference between absolute values of the first and second derivatives, as a feature amount representing a change in image data representing the input image;
A conversion magnification obtained for each of the interpolation pixels for interpolating the input image, the step of calculating the value of the conversion magnification for locally changing the density of the interpolation pixels using the feature amount ;
An image processing method comprising: calculating an interpolation position of each of the interpolation pixels based on the conversion magnification, and calculating pixel data of the interpolation pixel by an interpolation calculation at the interpolation position.
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