JP4885690B2 - 画像調整量決定装置、画像調整量決定方法、画像調整量決定プログラムおよび画像処理装置 - Google Patents
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Description
Takeuchi,T. & De Valois, K.K. (2005), "Sharpening image motion based on spatio-temporal characteristics of human vision", Human Vision and Electronic Imaging X 大山正・今井省吾・和気典二、「新編 感覚・知覚心理ハンドブック」誠心書房、ISBN:4414305039、第664ページ 竹内龍人、「動きによる映像の鮮明化」、[平成18年10月26日検索]、インターネット<URL: http://www.ntt.co.jp/journal/0510/files/jn200510050.pdf>
まず、本発明に係る第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態における画像調整量決定装置10の機能構成を例示するブロック構成図である。この画像調整量決定装置10は、ハードウェアとしては、CPU(中央処理装置)、メモリ等の記憶装置、映像を入出力するための入出力装置(通信装置)などを備えるコンピュータにより構成される。このような画像調整量決定装置10は、例えば、パーソナルコンピュータ等の据え置き型の通信端末、又は携帯電話機等の移動通信端末などの各種の情報処理装置により構成することができる。
次に、図1を参照して画像調整量決定装置10の機能ブロック構成について説明する。図1に示すように、画像調整量決定装置10は、処理画像決定手段101と、画像特徴抽出手段102と、フレーム画像間変化算出手段103と、画像調整量決定手段104と、パラメータ格納手段105とを含んで構成される。
このうち処理画像決定手段101は、外部から動画像信号として入力された入力映像信号106を受け取り、該入力映像信号106に対しフレームレートfの分析を行ってフレーム画像に分解し、所定の基準Kに基づいて、画像処理の対象となる処理対象画像F1を決定する。ここでは、基準Kとして、例えば、フレーム画像を表示順序に並べたときの当該表示順序を示すフレーム番号(以下「表示順序番号」という)が偶数であるとの基準を採用する。
次に、画像特徴抽出手段102について説明する。まず、画像特徴抽出手段102は、処理対象画像F1およびフレーム画像F0、F2についての平均輝度および空間周波数成分の振幅の大きさを以下のようにして算出する。具体的には、画像特徴抽出手段102は、各フレーム画像に対して2次元フーリエ変換を施し周波数係数行列を生成し、その周波数係数行列内の係数のパワースペクトルを算出する。つまり、画像特徴抽出手段102は、各フーリエ係数の実数項の2乗と虚数項の2乗の和の平方根を、各空間周波数の空間周波数振幅の大きさとして算出する。また、平均輝度については、画像特徴抽出手段102は、空間周波数のDC成分のみを抽出し輝度値に逆変換を行うことで平均輝度を算出する。図3のグラフには、周波数領域における空間周波数成分の振幅を例示しており、空間周波数=0における振幅がDC成分の大きさを示している。なお、空間周波数成分の振幅に関する表現法は、上記に限定されるものではなく、その他の表現法でもよい。また、平均輝度は、各フレーム画像の輝度値の平均値を算出することで求めても良い。また、平均輝度と、空間周波数成分の振幅の大きさのうち、何れか一方を算出してもよい。
次に、フレーム画像間変化算出手段103について説明する。図2は、複数のフレーム画像から成る映像の概念図である。なお、説明の便宜のため、図2に示す処理対象画像F1および画像F0、F2の連続する計3枚のフレーム画像を用いて説明する。フレーム画像間変化算出手段103は、以下のようにして画像F0〜F2の間の動き量を算出する。以下、動き量の算出処理について詳細に説明する。
パラメータ格納手段105には、人間が各特徴を持つ映像(フレーム画像F0〜F2)を合わせて見た際に主観的な品質が保たれる基準V(例えばMOS評価が4.0以上となるなど)を満たすパラメータが予め格納されている。
次に、画像調整量決定手段104について説明する。画像調整量決定手段104には、フレーム画像F0〜F2についての平均輝度および空間周波数成分の振幅の大きさがL108経由で入力され、フレーム画像F0〜F1間の動き量およびフレーム画像F1〜F2間の動き量がL109経由で入力される。画像調整量決定手段104は、送られてきた平均輝度、空間周波数成分の振幅の大きさ、および動きベクトルの大きさに基づいて、以下のようにして、処理対象画像F1についての空間周波数成分の振幅・帯域幅が制限される調整量を決定する。なお、本実施形態で説明する帯域幅は、周波数係数列にある係数の中でその大きさが直流成分のy%以下となる最大周波数成分をその画素列の帯域とする。例えば、本実施形態ではy=0.5とするが、それ以外の数値を用いてもよい。また、本実施形態では、水平方向、垂直方向それぞれの空間周波数成分に対する調整量を以下のようにして決定する。
一方、P_sf(F1)よりも大きいP_sf(F0)の数が、全ての空間周波数のうちX%を超えない場合には、上記A〜Gとは異なるパラメータ群をパラメータ格納手段105から呼び出し、呼び出したパラメータA〜Gおよび式(1)より調整量1xを決定する。
が人間の視覚における「過渡」チャネルを表現し、右辺の第2項〜第4項
が「持続」チャネルを表現するように(即ち、2つの異なる特性を表現するように)、1つのローパスフィルタと3つのバンドパスフィルタとを合成した構成としている。これにより、視覚的見地からも説明しやすいものとしている。ただし、空間周波数成分の振幅・帯域幅の制限量を表現する方法はこれに限るものではなく、例えば3つ以上の異なる特性の合成で表現するものであってもよい。また、フィルタを用いて表現する場合でもフィルタの種類や数はこれに限定するものではない。また、より一般的なフィルタ、例えばローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドリジェクトフィルタ、これらを組み合わせたフィルタなどを用いてよい。また、式1における各係数n、α、β、γ1、γ2、γ3は定数としたが、これらの値も各フレーム画像の特徴量によって決定されるパラメータとして設定してもよい。
次に、図4に基づいて、第1実施形態の画像調整量決定装置10における画像処理について説明する。図4は、画像調整量決定装置10の画像処理を示すフローチャートである。
以上のように、第1実施形態における画像調整量決定装置10によれば、映像の中の処理対象フレーム画像が決定され、表示順序が処理対象フレーム画像の前後のフレーム画像の平均輝度、空間周波数成分の振幅およびフレーム画像間の動き量が算出される。そして、算出された上記の特徴量に基づき、予め設定された主観品質(例えば主観鮮明度)を保つのに必要な最低限の空間周波数成分の振幅・帯域幅を示す調整量を構成するためのパラメータを決定して調整量が決定される。したがって、入力映像信号の処理対象画像F1に対して、処理対象画像F1とその前後のフレーム画像F0、F2の特徴量から、映像として前後のフレーム画像と合わせて見た際には主観鮮明度が保たれるような空間周波数の振幅・帯域幅の調整量を決定し、映像としての品質を保ちながら、処理対象画像F1に対する情報量の削減の指標となる調整量を適切に決定することができる。
次に、本発明に係る第2実施形態について説明する。図5は、第2実施形態における画像処理装置50の機能構成を例示するブロック構成図である。この画像処理装置50は、ハードウェアとしては、CPU(中央処理装置)、メモリ等の記憶装置、映像を入出力するための入出力装置(通信装置)などを備えるコンピュータにより構成される。このような画像処理装置50は、例えば、パーソナルコンピュータ等の据え置き型の通信端末、又は携帯電話機等の移動通信端末などの各種の情報処理装置により構成することができる。
以下、図5を参照して画像処理装置50の機能ブロック構成について説明する。図5に示すように、画像処理装置50は、上述した第1実施形態に記載された画像調整量決定装置10と、画像調整手段502とを含んで構成される。
次に、図6に基づいて、第2実施形態の画像処理装置50における画像処理について説明する。図6は、画像処理装置50の画像処理を示すフローチャートである。
以上のように、第2実施形態における画像処理装置50によれば、映像の中の処理対象フレーム画像が決定され、表示順序が処理対象フレーム画像の前後の平均輝度、空間周波数成分の振幅およびフレーム画像間の動き量が算出される。そして算出された特徴量に基づき、予め設定された主観品質(例えば主観鮮明度)を保つのに必要な最低限の空間周波数成分の振幅・帯域幅を示す調整量を構成するためのパラメータを決定して調整量が決定される。その後、決定された調整量に基づき、処理対象画像F1の空間周波数成分の振幅・帯域幅の調整が行われる。したがって、入力映像信号の処理対象画像F1に対して、処理対象画像F1とその前後のフレーム画像F0、F2の特徴量から、映像として前後のフレーム画像と合わせて見た際には主観鮮明度が保たれるような空間周波数の振幅・帯域幅の調整量を決定し、決定された調整量に基づき、利用状況に合った画像の空間周波数成分の調整を行うことで、映像としての品質を保ちながら、処理対象画像F1に対する情報量の削減の指標となる調整量を適切に決定することができる。
次に、コンピュータを本発明に係る画像調整量決定装置として動作させるための画像調整量決定プログラムについて説明する。図7は、画像調整量決定プログラムP710の構成を、記録媒体710と共に示す図である。記録媒体710としては、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD、ROM等の記録媒体や、半導体メモリ等により構成することができる。
Claims (7)
- 外部から入力された、複数のフレーム画像から成る入力映像信号を受け取り、該入力映像信号を複数のフレーム画像に分解し、該複数のフレーム画像から所定の基準に基づいて、画像処理の対象となる処理対象画像、および表示順序において前記処理対象画像の近傍に位置する1つ以上の近傍画像を決定する処理画像決定手段と、
前記処理画像決定手段により決定された近傍画像に関する平均輝度および空間周波数成分の振幅、および前記決定された処理対象画像に関する空間周波数成分の振幅を抽出する画像特徴抽出手段と、
前記処理対象画像と前記近傍画像の間の動き量を算出するフレーム間変化算出手段と、
(1)前記近傍画像に関する平均輝度、(2)前記近傍画像および前記処理対象画像それぞれの空間周波数成分、(3)前記近傍画像および前記処理対象画像それぞれの空間周波数成分の振幅、(4)前記処理対象画像と前記近傍画像の間の動き量、および、(5)前記処理対象画像と前記近傍画像の間の時間間隔、のうち1つ又は2つ以上の組合せに基づいて、前記処理対象画像に関する空間周波数成分の振幅の調整量を決定する画像調整量決定手段と、
を備え、
前記画像調整量決定手段は、
(1)近傍画像F0の平均輝度Yave(F0)、(2)近傍画像F0および処理対象画像F1それぞれの各空間周波数成分SF、(3)近傍画像F0および処理対象画像F1それぞれの各空間周波数成分SFの振幅の大きさP_sf、(4)近傍画像F0と処理対象画像F1間の動き量V1(MVx1、MVy1)、および(5)近傍画像F0と処理対象画像F1間の時間間隔tに基づいて、以下の式におけるパラメータA〜Gをパラメータ格納手段から呼び出し、呼び出したパラメータA〜Gおよび以下の式により、水平方向および垂直方向それぞれについて、前記調整量を決定する、
ことを特徴とする画像調整量決定装置。
- 前記画像調整量決定手段は、
水平方向および垂直方向それぞれについて、近傍画像F0の各空間周波数成分sfの振幅P_sf(F0)と、処理対象画像F1の対応する空間周波数成分sfの振幅P_sf(F1)とを各空間周波数成分について比較し、前記処理対象画像F1の対応する空間周波数成分sfの振幅P_sf(F1)よりも大きい前記近傍画像F0の各空間周波数成分sfの振幅P_sf(F0)の数が、全ての空間周波数のうち所定の割合を超えるかどうかに基づいて、前記パラメータ格納手段から呼び出す前記パラメータA〜Gを選択する、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像調整量決定装置。 - 前記処理画像決定手段は、前記近傍画像として、
表示順序において前記処理対象画像より前に位置する画像と、前記処理対象画像より後に位置する画像のうち、両方又は一方を決定することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像調整量決定装置。 - 前記画像調整量決定手段は、前記調整量として、2種類以上の異なる特性の合成で表現される調整量を決定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像調整量決定装置。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の画像調整量決定装置と、
前記画像調整量決定装置により決定された調整量に基づいて、前記処理対象画像に関する空間周波数成分の振幅を調整する画像調整手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 画像調整量決定装置が、外部から入力された、複数のフレーム画像から成る入力映像信号を受け取り、該入力映像信号を複数のフレーム画像に分解し、該複数のフレーム画像から所定の基準に基づいて、画像処理の対象となる処理対象画像、および表示順序において前記処理対象画像の近傍に位置する1つ以上の近傍画像を決定する処理画像決定ステップと、
前記画像調整量決定装置が、前記処理画像決定ステップにて決定された近傍画像に関する平均輝度および空間周波数成分の振幅、および前記決定された処理対象画像に関する空間周波数成分の振幅を抽出する画像特徴抽出ステップと、
前記画像調整量決定装置が、前記処理対象画像と前記近傍画像の間の動き量を算出するフレーム間変化算出ステップと、
前記画像調整量決定装置が、(1)前記近傍画像に関する平均輝度、(2)前記近傍画像および前記処理対象画像それぞれの空間周波数成分、(3)前記近傍画像および前記処理対象画像それぞれの空間周波数成分の振幅、(4)前記処理対象画像と前記近傍画像の間の動き量、および、(5)前記処理対象画像と前記近傍画像の間の時間間隔、のうち1つ又は2つ以上の組合せに基づいて、前記処理対象画像に関する空間周波数成分の振幅の調整量を決定する画像調整量決定ステップと、
を有し、
前記画像調整量決定ステップにおいて、前記画像調整量決定装置は、
(1)近傍画像F0の平均輝度Yave(F0)、(2)近傍画像F0および処理対象画像F1それぞれの各空間周波数成分SF、(3)近傍画像F0および処理対象画像F1それぞれの各空間周波数成分SFの振幅の大きさP_sf、(4)近傍画像F0と処理対象画像F1間の動き量V1(MVx1、MVy1)、および(5)近傍画像F0と処理対象画像F1間の時間間隔tに基づいて、以下の式におけるパラメータA〜Gをパラメータ格納手段から呼び出し、呼び出したパラメータA〜Gおよび以下の式により、水平方向および垂直方向それぞれについて、前記調整量を決定する、
ことを特徴とする画像調整量決定方法。
- コンピュータを、
外部から入力された、複数のフレーム画像から成る入力映像信号を受け取り、該入力映像信号を複数のフレーム画像に分解し、該複数のフレーム画像から所定の基準に基づいて、画像処理の対象となる処理対象画像、および表示順序において前記処理対象画像の近傍に位置する1つ以上の近傍画像を決定する処理画像決定手段と、
前記処理画像決定手段により決定された近傍画像に関する平均輝度および空間周波数成分の振幅、および前記決定された処理対象画像に関する空間周波数成分の振幅を抽出する画像特徴抽出手段と、
前記処理対象画像と前記近傍画像の間の動き量を算出するフレーム間変化算出手段と、
(1)前記近傍画像に関する平均輝度、(2)前記近傍画像および前記処理対象画像それぞれの空間周波数成分、(3)前記近傍画像および前記処理対象画像それぞれの空間周波数成分の振幅、(4)前記処理対象画像と前記近傍画像の間の動き量、および、(5)前記処理対象画像と前記近傍画像の間の時間間隔、のうち1つ又は2つ以上の組合せに基づいて、前記処理対象画像に関する空間周波数成分の振幅の調整量を決定する画像調整量決定手段、として、
機能させるための画像調整量決定プログラムであり、
前記画像調整量決定手段は、
(1)近傍画像F0の平均輝度Yave(F0)、(2)近傍画像F0および処理対象画像F1それぞれの各空間周波数成分SF、(3)近傍画像F0および処理対象画像F1それぞれの各空間周波数成分SFの振幅の大きさP_sf、(4)近傍画像F0と処理対象画像F1間の動き量V1(MVx1、MVy1)、および(5)近傍画像F0と処理対象画像F1間の時間間隔tに基づいて、以下の式におけるパラメータA〜Gをパラメータ格納手段から呼び出し、呼び出したパラメータA〜Gおよび以下の式により、水平方向および垂直方向それぞれについて、前記調整量を決定する、
ことを特徴とする画像調整量決定プログラム。
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