JP5701374B2 - 画像拡大装置及び方法 - Google Patents
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Description
低解像度画像から高解像度画像を生成する画像拡大装置であって、
前記高解像度画像を前記低解像度画像上に重ねた場合に前記高解像度画像内の画素が重なる位置を注目位置とし、前記注目位置ごとにその位置に画素が存在すると仮定した場合の画素値を前記低解像度画像内の複数の画素の持つ画素値と、該複数の画素についての補間係数とを用いた補間演算によって求める補間演算部と、
前記低解像度画像内の複数の画素のうち、前記注目位置の画素との相関が強い画素に対するものほど大きな値となる前記補間係数を求め、前記補間演算部に出力する補間係数算出部を有し、
前記補間係数算出部は、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第1の方向に関する第1の変化量を求める第1の変化量算出部と、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第2の方向に関する第2の変化量を求める第2の変化量算出部と、
前記第1の変化量を補間して得た第1の補間変化量と、前記第2の変化量を補間して得た第2の補間変化量を用いて相関の強い方向を表す方向指示データを求める方向算出部と、
前記方向指示データから前記補間係数を求める係数算出部を含む
ことを特徴とする。
低解像度画像から高解像度画像を生成する画像拡大方法であって、
前記高解像度画像を前記低解像度画像上に重ねた場合に前記高解像度画像内の画素が重なる位置を注目位置とし、前記注目位置ごとにその位置に画素が存在すると仮定した場合の画素値を前記低解像度画像内の複数の画素の持つ画素値と、該複数の画素についての補間係数とを用いた補間演算によって求める補間演算ステップと、
前記低解像度画像内の複数の画素のうち、前記注目位置の画素との相関が強い画素に対するものほど大きな値となる前記補間係数を求め、前記補間演算ステップに出力する補間係数算出ステップを有し、
前記補間係数算出ステップは、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第1の方向に関する第1の変化量を求める第1の変化量算出ステップと、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第2の方向に関する第2の変化量を求める第2の変化量算出ステップと、
前記第1の変化量を補間して得た第1の補間変化量と、前記第2の変化量を補間して得た第2の補間変化量を用いて相関の強い方向を表す方向指示データを求める方向算出ステップと、
前記方向指示データから前記補間係数を求める係数算出ステップを含む
ことを特徴とする。
図1は本発明の実施の形態1による画像拡大装置の構成を表す図である。実施の形態1による画像拡大装置は、補間係数算出部3A及び補間演算部3Bを備え、1枚の低解像度画像を入力画像とし、1枚の高解像度画像を出力画像とする。図1では入力画像として低解像度画像D01が記され、出力画像として高解像度画像D30が記されている。
画素値算出部30は各注目位置に画素が存在すると仮定した場合の画素値を求め、高解像度画像D30の画素値とする。例えば、
D30(x,y)、
D30(x+0.25,y)、
D30(x,y+0.75)、
D30(x+0.5,y+1.5)
といった画素値を求めることになる。
即ち、sは、低解像度画像における画素ピッチのW/U倍、例えば0.25倍を単位とする離散値であり、tは、低解像度画像における画素ピッチのH/V倍、例えば0.25倍を単位とする離散値である。
まず、補間係数算出部3Aの動作、構成について説明する。以下に詳しく述べるように、補間係数算出部3Aは、低解像度画像D01内に存在する画素のうち、注目画素との相関が強い画素に対するものほど大きな値となる補間係数D3Aを求めるものであり、また、相関の強い方向に位置する画素を相関の強い画素として扱うものである。
変化量推定値D3A52の推定には例えば線形補間を用いる。この場合、水平座標がs、垂直座標がtで表される位置が注目位置であったとした場合、該注目位置の変化量推定値D3A52(s,t)は、下記の式(8)、
ここで、p、qは、図3の例では、0.25画素(低解像度画像における画素ピッチの0.25倍)を単位とする離散値であり、一方、s、tは上記のように、それぞれ低解像度画像における画素ピッチのW/U倍、例えば0.25倍、H/V倍、例えば0.25倍を単位とする離散値である。
補間係数算出部3Aの動作、構成は以上の通りである。
補間演算部3Bは、画素値D30(s,t)を補間演算によって求める。この補間演算は、低解像度画像D01の各画素の画素値D01(p,q)と、各画素についての補間係数D3A(p,q,s,t)とに基づいて行われるものであり、例えば
まず、変化量推定値D3A51及びD3A52について説明する。以下に説明するように、高解像度画像D30を、x軸が高解像度画像D30の水平座標に対応し、y軸が高解像度画像D30の垂直座標に対応し、z軸が高解像度画像D30の輝度値に対応する座標空間内の曲面で表した場合、変化量推定値D3A51を第1成分とし、変化量推定値D3A52を第2成分とする2次元ベクトルは、高解像度画像D30を表す曲面上の各点での勾配に相当するベクトルとなる。
以上の性質から、高解像度画像D30を表す曲面上の注目位置での勾配を計算することが出来れば、その値によって、注目位置に存在する画素に対して計算される画素値に近い画素値をもった画素が並ぶ方向、即ち、注目画素に対して相関が強い方向を判断することが出来る。
図7(A)のように画像内に垂直方向の縞模様がある場合、第2の変化量D3A2の絶対値はあまり大きな値にならないため、第2の変化量D3A2を補間して得られる変化量推定値D3A52の絶対値もあまり大きな値にならない。
図7(B)のように画像内に水平方向の縞模様がある場合、第1の変化量D3A1の絶対値はあまり大きな値にならないため、第1の変化量D3A1を補間して得られる変化量推定値D3A51の絶対値もあまり大きな値にはならない。
図7(C)のように画像内で画素値の変化が見られない場合、第1の変化量D3A1及び第2の変化量D3A2ともにその絶対値はあまり大きな値にならないため、変化量推定値D3A51及びD3A52ともにその絶対値はあまり大きな値にならない。
一方、高解像度画像D30内の注目位置に対して計算される一次微分は低解像度画像D01の各画素に対して計算される一次微分の補間によって与えられる。
相関が強い方向に位置する画素ほど相関の強い画素であるとして扱われ、より大きな値の補間係数D3Aが与えられる。
一方、第1の方向指示値D3A5x及び第2の方向指示値D3A5yが式(10)によって決定されるのは、相関の強い特定の方向が存在しない場合である。よって補間係数としても、特定の方向に対して大きな値にする必要はない。逆に言えば相関の強い方向がない場合、全ての方向に対して等しく重み付けできるよう補間係数を求めることが出来る。
なお、式(13)に示したrは、(p−s)、(q−t)に依存し、式(14)のf(r)は、rの増加に対して減少するので、距離が大きくなるほど補間係数が小さくなる。従って、rに加えて注目画素からの距離にも応じて補間係数が小さくなるようにすると、注目画素からの距離を二重に考慮することになる。
D30(x,y)=D01(x,y)
D30(x−1,y)=D01(x−1,y)
D30(x,y+1)=D01(x,y+1)
等としてもよい。
図8は本発明の実施の形態2による画像拡大方法を実行するための演算装置を表す。本発明の画像拡大方法は低解度画像D01から高解像度画像D30を生成する。
プロセッサCPU1はプログラムメモリMEM1に記憶されたプログラムに従って動作する。動作の過程で発生する様々なデータはデータメモリMEM2に記憶される。低解度画像D01は入力インターフェースIF1を介して演算装置へ入力される。本発明による画像拡大方法によって生成される高解像度画像D30は出力インターフェースIF2を介して演算装置の外部へ出力される。
高解像度画像D30を構成する各画素の画素値を補間演算によって求める。
図10は、補間係数算出ステップST3Aの処理手順を表す図である。補間係数算出ステップST3Aは、第1の変化量算出ステップST3A1、第2の変化量算出ステップST3A2、第3の変化量算出ステップST3A3、第4の変化量算出ステップST3A4、方向算出ステップST3A5、及び係数算出ステップST3A6を含む。
図11は方向算出ステップST3A5の処理手順を表す図である。方向算出ステップST3A5は、第1の変化量推定ステップST3A51、第2の変化量推定ステップST3A52、及び変化量比較ステップST3A53を含む。
図12は変化量比較ステップST3A53の処理手順を表す図である。変化量比較ステップST3A53は、第1の比較判定ステップST3A531、第2の比較判定ステップST3A532、及び方向指示値計算ステップST3A533を含む。
また、方向算出ステップST3A5の動作は以上の通りであり、その動作は、実施の形態1で説明した方向算出部3A5と同様である。
補間演算ステップST3Bは実施の形態1で説明した補間演算部3Bと同様の処理で高解像度画像D30の各画素の画素値を求める。
Claims (10)
- 低解像度画像から高解像度画像を生成する画像拡大装置であって、
前記高解像度画像を前記低解像度画像上に重ねた場合に前記高解像度画像内の画素が重なる位置を注目位置とし、前記注目位置ごとにその位置に画素が存在すると仮定した場合の画素値を前記低解像度画像内の複数の画素の持つ画素値と、該複数の画素についての補間係数とを用いた補間演算によって求める補間演算部と、
前記低解像度画像内の複数の画素のうち、前記注目位置の画素との相関が強い画素に対するものほど大きな値となる前記補間係数を求め、前記補間演算部に出力する補間係数算出部を有し、
前記補間係数算出部は、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第1の方向に関する第1の変化量を求める第1の変化量算出部と、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第2の方向に関する第2の変化量を求める第2の変化量算出部と、
前記第1の変化量を補間して得た第1の補間変化量と、前記第2の変化量を補間して得た第2の補間変化量を用いて相関の強い方向を表す方向指示データを求める方向算出部と、
前記方向指示データから前記補間係数を求める係数算出部を含む
ことを特徴とする画像拡大装置。 - 前記補間係数算出部は、
相関の強い方向に位置する画素が前記相関の強い画素であるとして処理するものであり、
前記相関の強い方向を、前記低解像度画像から求める
ことを特徴とする請求項1に記載の画像拡大装置。 - 前記第1の変化量は前記低解像度画像の各画素を中心として前記第1の方向に関する画素値の変化の一次微分を求めたものであり、
前記第2の変化量は前記低解像度画像の各画素を中心として前記第2の方向に関する画素値の変化の一次微分を求めたものである
ことを特徴とする請求項1に記載の画像拡大装置。 - 前記補間係数算出部は、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第3の方向に関する第3の変化量を求める第3の変化量算出部と、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第4の方向に関する第4の変化量を求める第4の変化量算出部をさらに含み、
前記方向算出部は、前記第1から第4の変化量をもとに、前記方向指示データを求める
ことを特徴とする請求項3に記載の画像拡大装置。 - 前記第3の変化量は前記低解像度画像の各画素を中心として前記第3の方向に関する画素値の変化の二次微分の絶対値を求めたものであり、
前記第4の変化量は前記低解像度画像の各画素を中心として前記第4の方向に関する画素値の変化の二次微分の絶対値を求めたものである
ことを特徴とする請求項4に記載の画像拡大装置。 - 前記方向算出部は、
前記第1の補間変化量の絶対値が第1の閾値以下もしくは前記第2の補間変化量の絶対値が第2の閾値以下の場合、
前記第3の変化量及び前記第4の変化量に応じて前記相関の強い方向を判断する
ことを特徴とする請求項5に記載の画像拡大装置。 - 前記方向算出部は、
前記注目位置の近傍に存在する、前記低解像度画像の画素ごとに前記第3の変化量の絶対値と前記第4の変化量の絶対値を比較した結果、
前記第3の変化量の絶対値より前記第4の変化量の絶対値の方が大きい画素の数が多い場合、前記第3の方向に相関が強いと判断し、
前記第4の変化量の絶対値より前記第3の変化量の絶対値の方が大きい画素の数が多い場合、前記第4の方向に相関が強いと判断する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像拡大装置。 - 前記方向算出部は、
前記注目位置の近傍に存在する、前記低解像度画像の画素ごとに前記第3の変化量の絶対値と前記第4の変化量の絶対値を比較した結果、
前記第3の変化量の絶対値より前記第4の変化量の絶対値の方が大きい画素の数と、前記第4の変化量の絶対値より前記第3の変化量の絶対値の方が大きい画素の数の差が第3の閾値より小さい場合、
相関が強い方向は存在しないと判断する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像拡大装置。 - 前記係数算出部は、
前記低解像度画像内に存在する画素と前記注目位置の距離及び前記方向指示データに基づいて、前記補間係数を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の画像拡大装置。 - 低解像度画像から高解像度画像を生成する画像拡大方法であって、
前記高解像度画像を前記低解像度画像上に重ねた場合に前記高解像度画像内の画素が重なる位置を注目位置とし、前記注目位置ごとにその位置に画素が存在すると仮定した場合の画素値を前記低解像度画像内の複数の画素の持つ画素値と、該複数の画素についての補間係数とを用いた補間演算によって求める補間演算ステップと、
前記低解像度画像内の複数の画素のうち、前記注目位置の画素との相関が強い画素に対するものほど大きな値となる前記補間係数を求め、前記補間演算ステップに出力する補間係数算出ステップを有し、
前記補間係数算出ステップは、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第1の方向に関する第1の変化量を求める第1の変化量算出ステップと、
前記低解像度画像の各画素に対してその画素を中心とした第2の方向に関する第2の変化量を求める第2の変化量算出ステップと、
前記第1の変化量を補間して得た第1の補間変化量と、前記第2の変化量を補間して得た第2の補間変化量を用いて相関の強い方向を表す方向指示データを求める方向算出ステップと、
前記方向指示データから前記補間係数を求める係数算出ステップを含む
ことを特徴とする画像拡大方法。
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