JP3700871B2 - 画像変換装置 - Google Patents
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Description
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段
発明の実施の形態
(1)第1の実施形態(図1〜図4)
(2)第2の実施形態(図5〜図8)
(3)第3の実施形態(図9〜図11)
(4)他の実施形態
発明の効果
【0002】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像変換装置に関し、特に撮像画像等の原画像を線画風の画像や絵画風の画像に変換するものに適用して好適なものである。
【0003】
【従来の技術】
画像に含まれる構造的特徴のほとんどは、含まれる対象物の輪郭や境界等のエツジ部分の線的特徴として捉えることができる。そして画像を線的特徴として捉え表現した線画は、見た人に心理的な効果を及ぼすとともに強烈な印象を与えることができる。このために画像の線画化は、映像分野において特殊効果の一手法として用いられている。
またクレヨン画や油絵のような絵画は、上記線画に色付けしたものといえ、芸術性や独特の趣を感じさせる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来、このような線画や絵画は、人間の手作業によつて作成され、コンピユータ等の機械的な手段を用いて作成するのには不向きとされていた。
また一般に動画(アニメーシヨン)は、時間的変化に応じて描かれた多数の線画又は絵画からなり、これも大勢の人間の手作業により作成されている。
ところが人間の手作業によつて線画や絵画を作成するのでは大変な手間と時間が必要であり、手軽に実現できる方法が望まれていた。
【0005】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、原画像をリアルタイムで線画や絵画に変換することができる画像変換装置を提案しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明の画像変換装置においては、エツジ検出手段によつて検出された入力画像のエツジ信号を正規化手段で正規化し、さらに中間階調の成分が少なくなるようにノンリニア変換したエツジ信号をキー信号として2つの信号を混合するようにする。これら処理はかけ算や加算といつた単純な処理で実現できるため、入力画像のうち明暗変化の大きいエツジだけを抽出した線画風の画像をリアルタイムで得ることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【0008】
(1)第1の実施形態
図1に、原画像を線画に変換する場合に用いて好適な画像変換装置の構成例を示す。画像変換装置1の各部は次のように構成されている。
エツジ検出回路2は入力画像fを与える入力画像信号VINを入力し、そのエツジを検出する回路である。ここではエツジ検出回路2として、人間が認識するエツジは濃淡が急激に変化する箇所であるという特性を利用するものを用いる。すなわち明るさの微分値を用いて検出するようになされている。
エツジ検出回路2は、1次元エツジ検出回路2Aにおいて入力画像を水平方向(x方向)及び垂直方向(y方向)のそれぞれについて微分する。図中ではx方向についての微分をfx で示し、またy方向についての微分をfy で示している。
【0009】
なおコンピユータを用いたデイジタル画像処理においては、微分演算だと計算が複雑になるので、実際には微分の代わりに差分演算を用いるようになされている。この例としてソーベルのオペレータを次式に示す。ただし各係数は、3×3の画素に掛ける係数である。
【数1】
【0010】
エツジレベル検出回路2Bは、かかるオペレータによる演算結果を入力し、次式に基づいて、1次微分の大きさEを求める。
【数2】
なお1次微分の大きさEは明るさの変化が大きい部分で大きな値をとる一方、明るさの変化が平坦な部分で小さな値をとる。従つてこの値Eにより入力画像fにおける濃淡変化の大きい部分が分かる。
【0011】
正規化回路3は入力画像fから求めたエツジのうち線とみなす部分を抽出する回路である。ここで線とみなすレベルを与えるしきい値Th は任意に設定し得、外部より正規化回路3に与えられるようになされている。正規化回路3は当該しきい値Th に基づいて、次式
【数3】
のように演算し、入力画像fより求められたエツジのうち、しきい値Th を越える部分の値を「1」に飽和させる。
【0012】
ノンリニア変換回路4は正規化回路3における正規化処理により線とみなされたレベルに近い中間レベルのエツジを少なくすることにより線が一層はつきり見えるようにするための回路であり、次式
【数4】
で与えられる変換曲線に基づいて信号レベルの分布を変換するようになされている。なお図2に(4)式で与えられるノンリニア変換曲線を示す。
【0013】
ゲイン調整回路5は、ノンリニア変換された線画情報yout ' の振幅を制御信号SCONT1 に基づいて増減する回路であり、この振幅制御により線画を構成する線の濃さを調整できるようになされている。例えばゲイン調整回路5においてゲインを小さくすれば線を薄くでき、ゲインを大きくすれば線を濃くできる。なお振幅変換後の信号はキー信号Kとして混合回路6に与えられる。
【0014】
混合回路6はキー信号Kに基づいて第1及び第2の入力信号A及びBを、次式
【数5】
に基づいて混合し、出力する回路である。ここで混合回路6が混合する第1及び第2の入力信号A及びBはともに全面が単一色であつても良く、一方は線画を与える線の色信号であつて他方は背景画像となる画像信号であつても良い。例えば第2の入力信号Bとしてキヤンバスの絵を入れると、混合回路6の出力からはキヤンバス上に線画を描いたような現実味のある画像を得ることが可能となる。
【0015】
以上の構成において、画像変換装置1による画像の変換処理例を説明する。なおここでは図3の左上段部分の画像が入力画像fとしてエツジ検出装置に入力されるものとし、第1及び第2の入力信号A及びBとしてそれぞれ白色及び灰色が入力されるものとする。
画像変換装置1は、入力画像fのエツジ検出、正規化、ノンリニア変換、ゲイン調整の各過程を経て、大小様々なエツジを画面全体に含む入力画像fから明るさの変化が大きいエツジ部分だけ(すなわち被写体を形どる基本線だけ)を抜き出したキー信号Kを得、混合回路6の出力端より灰色の下地(第2の入力信号B)に白色の線画(第1の入力信号A)を重ねたような画像を出力する。この出力の一例を示したのが図4である。
【0016】
なお線画を構成する線としてより大まかな輪郭に近いものを増やしたい場合には、ノンリニア変換回路4の変換特性曲線の指数nを大きくし、中間レベルの線を減らせば良く、その反対にもう少し中間レベルの線を増やしたいのであれば指数nを小さくすれば良い。
また線画をよりはつきり見せたいのであればゲインを上げれば良く、下地の上に淡く線画が見えるようにしたいのであればゲインを下げれば良い。
いずれにしてもユーザの感性に合致するような線画を簡単に作成することが可能となる画像変換装置を実現することができる。
【0017】
またこのような特殊効果を与える作業は、より良い作品を得るために何度も試行錯誤を繰り返すのが通常であり、各パラメータを調整した結果をリアルタイムで確認できることが重要であるが、本例に示す画像変換装置1は大部分を掛け算器と加算器といつた簡単なハードウエアで実現できるのに加え、主要部であるノンリニア変換部についてもROMテーブルで実現できるので、低価格でかつリアルタイム処理できる装置を容易に作ることができる。これにより多くの人々にとつても使い易い特殊効果装置を実現することができる。
【0018】
(2)第2の実施形態
図1との対応部分に同一符号を付して示す図5において、原画像を絵画風に変換する場合に用いて好適な画像変換装置の構成例を示す。
画像変換装置11のうち図1と異なる部分について説明する。なおこの画像変換装置11の場合には、入力画像fについて抽出したエツジ成分Aと、入力画像fの色成分Bとを混合回路6で所定の割合Kで混合して出力するようになされている。
【0019】
まず正規化回路3の後段に設けられているノンリニア変換回路12について説明する。この絵画変換に用いられるノンリニア変換は線画変換の場合とは変換特性のカーブの向きが異なり、図6(A)に示すような上に凸のカーブが用いられる。この変換は本来のエツジよりもエツジを濃く見せるような特性変換であり、人間が書いたのと同様に線の濃さを一定にすることを可能とする変換である。
このとき変換特性を与える変換曲線は、次式
【数6】
で与えられる。
【0020】
反転コントロール回路13はノンリニア変換回路12によつて特性変換されたエツジ情報の明暗を逆転させる回路である。なおノンリニア変換回路12と反転コントロール回路13との合成変換特性は図6(B)で表される。この反転コントロールによつて、明度の高い部分が黒い線に変換される。
レベル調整回路14は線の濃さを決める回路であり、反転コントロール回路13から入力される反転出力yout ”のレベルを制御信号SCONT2 によつて決定するようになされている。
【0021】
遅延回路15はエツジ部分についての処理が終了して混合回路6に入力されるタイミングと原画像である入力画像fが混合回路6に入力されるタイミングとを一致させる回路である。
なおこの例に示す混合回路6は、Y(輝度)信号については第1の入力信号Aと第2の入力信号Bとを混合して出力し、C(色)信号については第2の入力信号Bのゲインを調整して出力するようになされている。因に第1の入力信号Aと第2の入力信号Bとの混合比Kは外部から与えることができるようになされている。このように混合比を自由に調整できるので混合回路6の出力端からは入力画像fそのものから絵画風の画像まで連続的に変化させることができる。
【0022】
以上の構成において、画像変換装置11による画像の変換処理例を説明する。なおここでは図7の画像が入力画像fとしてエツジ検出回路2に入力されるものとする。
画像変換装置11は、入力画像fのエツジ検出、正規化、ノンリニア変換、反転コントロールの各過程を経てエツジの線が黒くはつきり見えるように変換し(第1の入力信号A)、これを遅延回路15で遅延させた色付きの入力画像f(第2の入力信号B)と混合して出力端より出力する。このとき出力端からは図8に示すように、エツジ部分の線がはつきり分かるように縁どりされた画像が得られる。
【0023】
なおエツジの線を増やしたい場合には、ノンリニア変換回路12の変換特性曲線の指数nを大きくすれば良く、その反対にもう少し原画に近い線を増やしたいのであれば指数nを小さくすれば良い。
またエツジの線の濃さを濃くしたいのであればゲインを上げれば良く、薄くしたいのであればゲインを下げれば良い。
またエツジの線を強調した絵画風画像を得たいのであれば混合比Kの値を大きくすれば良く、入力画像fに近い画像を得たいのであれば混合比Kの値を小さくすれば良い。いずれにしてもユーザの感性に合致するような絵画を簡単に作成することを可能にできる画像変換装置を実現することができる。
【0024】
またこの画像変換装置11についても大部分を掛け算器と加算器といつた簡単なハードウエアで実現でき、また主要部であるノンリニア変換部についてもROMテーブルで実現できるので、低価格かつリアルタイム処理できる装置を容易に作ることができる。
【0025】
(3)第3の実施形態
図1及び図5と対応する部分に同一符号を付して示す図9において、原画像をレリーフ風に変換する場合に用いて好適な画像変換装置の構成例を示す。
続いて画像変換装置21の各部のうち図5と異なる部分について説明する。なおこの画像変換装置21の場合には、入力画像fについてエツジ成分を抽出するための回路部分、すなわちエツジ検出回路22に特徴があり、被写体に当たる光の向きや被写体表面の凹凸関係を自由に変更できるようになされている。
【0026】
エツジ検出回路22の入力段及び出力段には、先に説明した実施の形態と同様、1次元エツジ検出回路2Aとエツジレベル検出回路2Bとが設けられているが、この例に示すエツジ検出回路22はこれら2つの回路の中間に符号コントロール/ゲインコントロール回路22Aとオフセツト付加回路22Bとが設けられていることに特徴がある。
ここで符号コントロール/ゲインコントロール回路22Aは、前段にある1次元エツジ検出回路2Aから入力されるfx 及びfy の符号を外部からの制御信号SCONT4 に基づき自由に制御できるようになされている。
【0027】
これを図10を用いて説明する。なお図10は、入力画像fを各方向に微分した微分fx 及びfy の符号の正負の組み合わせについて得られる中間調画像を表すものである。ここで左上段の画像は(fx 、fy )の符号の組み合わせが(+、+)のもの、右上段の画像は組み合わせが(−、+)のもの、また左下段の画像は組み合わせが(−、−)であるもの、右下段の画像は組み合わせが(+、−)のものであるがそれぞれ光の向きや凹凸の組み合わせが異なつている。
【0028】
例えば符号コントロール/ゲインコントロール回路22Aにおいて、水平方向のエツジを与えるfx の符号を反転すれば、上段にある左右2枚の画像の関係や下段にある左右2枚の画像の関係のように、光の方向を反対にしたイメージの画像を作ることができる。因に左側の画像は左側から右側に光が入射しているのに対し、右側の画像は右側から左側に光が入射されている。
【0029】
また符号コントロール/ゲインコントロール回路22Aにおいて、水平方向のエツジを与えるfx と垂直方向のエツジを与えるfy の符号の組を共に入れ替えた関係にすると、すなわち(+、+)→(−、−)や(−、+)→(+、−)のように入れ替えた関係にすると、図10のうち同じ側にある上段と下段の2枚の画像の関係のように、光の方向は同じで凹凸が反対の画像を作ることができる。このようにエツジを与えるfx とfy の符号をコントロールすることにより視覚的効果の異なる4種類の画像に自由に変換できる。またその際、重み付けを行えばその雰囲気についても自由な設定が可能となる。
【0030】
続いてオフセツト付加回路22Bについて説明する。オフセツト付加回路22Bは、図11に示すように、出力が負の部分(すなわち影の部分)が正の値を値をもつ(すなわち光が当たつている)ように効果を与えることができる回路である。なおオフセツト量は外部入力される制御信号SCONT5 によつて調整できるようになつている。
以上がエツジ検出回路22の構成である。かかるエツジ検出回路22の処理の後、画像変換装置21は、正規化回路3によつて信号を正規化し、ノンリニア変換し、レベル変換する。なおノンリニア変換は図2に示した特性曲線に基づいて行われる。このノンリニア変換とノンリニア変換前のオフセツト付加により、金属光沢の質感を出力画像に付加することが可能になる。すなわち輝度が高く細いエツジを実現できる。
【0031】
これら以外は基本的に図5に示した画像変換装置11の場合と同様であるが、この画像変換装置21の場合、レベル調整回路14においてレベルを調整することにより凹凸の深さを連続的に変化させるといつた調整もできる。
例えばレベルを徐々に上げれば、図3右上の画像→左下の画像→右下の画像というふうに凹凸が深くなるように調整することができる。
なお画像変換装置21は入力画像fの色信号C又は外部入力色信号C1のいずれかをスイツチSWで選択し、当該選択された色信号を加算器23で加算して出力するようになされている。
このようにすればレリーフ画に入力画像の色を付して出力することもできるし、また外部入力色信号C1で指定した色を付けて出力することもできるようになつている。
【0032】
以上の構成において、画像変換装置21による画像の変換処理例を説明する。なおここでは図3の左上に示す画像が入力画像fとしてエツジ検出回路22に入力されるものとする。
画像変換装置21は、入力画像fのエツジ検出、符号及びゲインコントロール、オフセツト付加、エツジレベル検出、正規化、ノンリニア変換及びレベル調整の各過程を経て、被写体に当たる光の向き、凹凸の向き、金属光沢の強弱、エツジの解像度の増減、凹凸の深さを調整し、ユーザの感性に合致するような雰囲気のレリーフ画を簡単に得ることができる。
【0033】
またこの画像変換装置21についても大部分を掛け算器と加算器といつた簡単なハードウエアで実現でき、また主要部であるノンリニア変換部についてもROMテーブルで実現できるので、低価格かつリアルタイム処理できる装置を容易に作ることができる。
【0034】
(4)他の実施形態
なお上述の例においては、いずれの画像変換装置についても掛け算器や加算器又ROMテーブルで構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ソフトウエア上の処理によりこれら各画像変換装置の各処理を実行するようにしても良い。
また上述の例においては、ノンリニア変換を実現する変換特性曲線を(4)式及び(6)式で与える場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他のノンリニア曲線を用いて輝度を変化させるようにしても良い。
【0035】
さらに上述の例においては、差分演算子の例としてソーベルのオペレータを用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、次式
【数7】
で与えられるオペレータを用いても良い。
さらに上述の例においては、それぞれ各特殊効果の専用装置として実現する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図1、図5及び図9に示す回路に相当する機能部を全て又は組み合わせて有する装置に広く適用し得る。
【0036】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、エツジ検出手段によつて検出された入力画像のエツジ信号を正規化手段で正規化し、さらに中間階調の成分が少なくなるようにノンリニア変換したエツジ信号をキー信号として2つの信号を混合することにより、入力画像のうち明暗変化の大きいエツジだけを抽出したような線画風画像をリアルタイムで得ることができる画像変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像変換装置の一実施例を示すブロツク図である。
【図2】ノンリニア変換特性を示す特性曲線図である。
【図3】入力画像とその変換後の画像を示す写真である。
【図4】線画変換後の画像を示す写真である。
【図5】本発明に係る画像変換装置の一実施例を示すブロツク図である。
【図6】ノンリニア変換特性及びその反転処理の説明に供する特性曲線図である。
【図7】入力画像を示す写真である。
【図8】絵画変換後の画像を示す写真である。
【図9】本発明に係る画像変換装置の一実施例を示すブロツク図である。
【図10】レリーフ変換後の画像を示す写真である。
【図11】オフセツトの付加の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
1、11、21……画像変換装置、2、22……エツジ検出回路、2A……1次元エツジ検出回路、2B……エツジレベル検出回路、22A……符号コントロール/ゲインコントロール回路、22B……オフセツト付加回路、3……正規化回路、4、12……ノンリニア変換回路、5……ゲイン調整回路、6……混合回路、13……反転コントロール回路、14……レベル調整回路、15……遅延回路、23……加算器。
Claims (12)
- 入力画像のエツジを検出するエツジ検出手段と、
上記エツジ検出手段によつて検出されたエツジ信号を正規化して出力する正規化手段と、
上記正規化されたエツジ信号のうち中間階調の成分が少なくなるようにノンリニア変換するノンリニア変換手段と、
上記ノンリニア変換されたエツジ信号をキー信号として2つの信号を混合して出力する混合手段と
を具えることを特徴とする画像変換装置。 - 上記2つの信号のうち一方は線の色を決定する信号であり、他方は背景画像を決定する信号である
ことを特徴とする請求項1に記載の画像変換装置。 - 上記キー信号の振幅を外部から与えられる制御信号に基づいて増減し、上記混合手段に与えるゲイン調整手段
を具えることを特徴とする請求項1に記載の画像変換装置。 - 上記エツジ検出手段、上記正規化手段、上記ノンリニア変換手段及び上記混合手段における処理は、ソフトウエア上における演算処理によつて実現される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像変換装置。 - 入力画像のエツジを検出するエツジ検出手段と、
上記エツジ検出手段によつて検出されたエツジ信号を正規化して出力する正規化手段と、
上記正規化されたエツジ信号のうち中間階調の成分が多くなるようにノンリニア変換するノンリニア変換手段と、
上記ノンリニア変換されたエツジ信号の明暗を反転して出力する反転手段と、
上記反転手段によつて反転された上記エツジ信号と、上記入力画像とを所定の比率で混合して出力する混合手段と
を具えることを特徴とする画像変換装置。 - 上記比率の値は外部からの制御により連続的に調整し得る
ことを特徴とする請求項5に記載の画像変換装置。 - 上記エツジ検出手段、上記正規化手段、上記ノンリニア変換手段、上記反転手段及び上記混合手段における処理は、ソフトウエア上における演算処理によつて実現される
ことを特徴とする請求項5に記載の画像変換装置。 - 入力画像のエツジを検出し、当該検出されたエツジが画面上凹方向のエツジか凸方向のエツジかを与える符号を自由に制御し得るエツジ検出手段と、
上記エツジ検出手段において符号が制御されたエツジ信号を正規化して出力する正規化手段と、
上記正規化されたエツジ信号のうち中間階調の成分が少なくなるようにノンリニア変換するノンリニア変換手段と、
上記ノンリニア変換されたエツジ信号と、色信号とを混合して出力する混合手段と
を具えることを特徴とする画像変換装置。 - 上記エツジ検出手段は上記入力画像のうち水平方向のエツジの凹凸方向を与える第1のエツジ信号の符号と、垂直方向のエツジの凹凸方向を与える第2のエツジ信号の符号とをそれぞれ独立に制御し得るようになされている
ことを特徴とする請求項8に記載の画像変換装置。 - 上記色信号は上記入力画像の色信号である
ことを特徴とする請求項8に記載の画像変換装置。 - 上記ノンリニア変換されたエツジ信号の振幅を外部から与えられる制御信号に基づいて増減し、上記混合手段に与えるゲイン調整手段
を具えることを特徴とする請求項8に記載の画像変換装置。 - 上記エツジ検出手段、上記正規化手段、上記ノンリニア変換手段及び上記混合手段における処理は、ソフトウエア上における演算処理によつて実現される
ことを特徴とする請求項8に記載の画像変換装置。
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