JP6932260B2 - 画素補間装置及び画素補間方法、並びに画像処理装置、並びにプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
各々入力画像中の欠落画素の画素値を、当該入力画像を構成する画素の画素値に基づいて補間する複数の補間演算部と、
判定部と、
出力部とを有し、
前記複数の補間演算部の各々は、前記欠落画素の画素値を補間し、補間された画素値を、補間候補値として出力し、前記欠落画素の近傍の複数の非欠落画素をテスト画素として、前記テスト画素の各々の画素値を補間し、補間された画素値を、当該テスト画素のテスト補間値として出力し、
前記テスト画素の補間は、前記欠落画素の補間と同じ補間演算方法で行われ、
前記複数の補間演算部は、第1群の補間演算部と、第2群の補間演算部とを含み、
前記第1群の補間演算部は、平均維持補間演算により補間を行うものであり、
前記第1群の補間演算部相互間では、参照される画素の数が互いに異なり、
前記第2群の補間演算部は、前記平均維持補間演算とは異なる補間演算で補間を行うものであり、
前記第2群の補間演算部相互間では、補間演算方法及び参照される画素の数の少なくとも一方が互いに異なり、
前記判定部は、各欠落画素の近傍の複数のテスト画素の各々についての前記テスト補間値と、当該テスト画素の画素値との差分絶対値に基づいて、各補間演算部についての誤差指標値を算出し、算出した誤差指標値に基づいて前記複数の補間演算部のいずれかを選択し、
前記出力部は、各欠落画素について前記複数の補間演算部から出力される補間候補値のうち、前記判定部で選択された補間演算部から出力される補間候補値を選択して出力する。
図1は本発明の実施の形態1の画素補間装置1の概略構成を示す機能ブロック図である。
画素補間装置1は入力端子1aに供給される画像データDiで表される画像中の欠落画素の画素値を補間する。
図2に示される密着イメージセンサー900は複数のセンサーチップ902を基板904上に、直線に沿って並べて互いに連結することで構成されている。密着イメージセンサー900の長手方向が主走査方向となる。
センサーチップ902の各々は、図示のように、複数の光電変換素子906を有する。
その場合、dbが、daの2倍になるようにセンサーチップを配置するのが望ましい。そうすれば、センサーチップ相互間に一つの画素が欠落しているものとして補間処理をすることができ、高品質な補間結果を得ることができるためである。以下そのような場合について説明する。
但し、dbはdaの2倍でなくても良く、daとdbの比率に応じた補間を行うことも可能である。
密着イメージセンサー900に対して原稿を副走査方向に移動させることで、複数ラインの画像データDiが順次得られる。
データ格納部2に格納された画像データDiは、読み出されて、複数の補間演算部11−1〜11−N、21−1〜21−Mと、判定部4と、補間データ挿入部6とに供給される。
テスト画素の補間をテスト補間と言う。テスト補間は、テスト画素の画素値が不明であると仮定して行われる。
各テスト画素の補間(テスト補間)には、当該テスト画素の周辺の画素が参照される。
各テスト画素のテスト補間で参照される周辺の画素の、当該テスト画素に対する相対的位置は、各欠落画素の補間で参照される周辺の画素の、当該欠落画素に対する相対的位置と同じである。
テスト補間で用いられる補間演算方法は、欠落画素の補間で用いられる補間演算方法と同じである。
第1乃至第Nの平均維持補間演算部11−1〜11−N相互間では、補間で参照される画素の数が互いに異なる。
kはパラメータとして各平均維持補間演算部に予め設定されている。
平均維持補間演算部11−nは、欠落部加算部101と、非欠落部加算部102と、減算部103とを有する。
非欠落部加算部102は、非欠落部NAに含まれるk個の画素の画素値の和を求め、非欠落部合計SAとして出力する。
減算部103は非欠落部合計SAから欠落部合計MQを減算する。
減算の結果得られる差分値が、欠落画素MPの補間値Pとして用いられる。
P=SA−MQ (1)
欠落部MSの画素の画素値の平均値MSavは、
MSav=(MQ+P)/k (2)
非欠落部NAの画素の画素値の平均値NAavは、
NAav=SA/k (3)
MSavとNAavを等しくするには、下記の式が満たされるように補間値Pが定められれば良い。
(MQ+P)/k=SA/k (4)
式(4)を変形することで、式(1)が得られる。
従って、上記の式(1)で表される処理によって補間値Pを定めれば、欠落部MSの画素の画素値の平均値が非欠落部NAの画素の画素値の平均値と等しくなる。
平均維持補間演算部11−nでテスト補間を行うときの動作は、上記した欠落画素MPの補間(補間候補値P(h)の算出)を行うときの動作と同じである。但し、テスト補間の際は、各テスト画素を欠落画素と見なして補間演算が行われ、算出された画素値Pがテスト補間値P(t)として出力される。
第1乃至第Mの補間演算部21−1〜21−Mは、上記の平均維持補間演算とは異なる補間演算方法で補間を行う。
第1乃至第Mの補間演算部21−1〜21−M相互間では、補間に用いられる補間演算方法及び補間で参照される画素の数の少なくとも一方が互いに異なる。
第1乃至第Mの補間演算部21−1〜21−Mで行われる補間演算の例としては、線形補間演算、バイキュービック補間演算、及びランチョス補間演算がある。
判定部4は、各欠落画素について、上記の誤差指標値が最も小さい補間演算部を特定し、特定した補間演算部を示す信号(選択信号)HSを出力部5に出力する。
実施の形態2に係る画素補間装置1の全体的構成は、図1に示す如くである。
実施の形態2では平均維持補間演算部11−1〜11−Nの各々での処理内容が実施の形態1とは異なる。
図4と同様に、入力画像Di中における、欠落画素MPの位置が予め分っているものとする。〇は非欠落画素を示し、×は欠落画素MPを示す。
欠落部MS及び非欠落部NAは、図4と同様に、複数の画素から成る画素列であり、欠落部MSは、欠落画素MPを含み、非欠落部NAは欠落画素MPを含まない。
図4とは異なり、欠落部MSを構成する画素の数kaより、非欠落部NAを構成する画素の数kbが多い。
図示の例ではka=3、kb=6である。
ka及びkbはパラメータとして各平均維持補間演算部に予め設定されている。
パラメータka、kbの値によって補間で参照される画素の数が決まる。従って、複数の平均維持補間演算部11−1〜11−Nは、補間で参照される画素の数が互いに異なる。
図7の平均維持補間演算部11−nは図5の平均維持補間演算部11−nと概して同じである。異なるのは、乗算部104が付加されている点である。
乗算部104は、非欠落部加算部102の出力SAにパラメータ比ka/kbを掛ける。
減算の結果得られる差分値が、欠落画素MPの補間値Pとして用いられる。
P=SA・ka/kb−MQ (5)
欠落画素MPについて算出された補間値Pは補間候補値P(h)として出力部5に供給される。
実施の形態3に係る画素補間装置1cの概略構成は、図8に示す如くである。
図8に示される画素補間装置1cは、図1の画素補間装置1と概して同じであるが、以下の点で異なる。
第1乃至第Nの平均維持補間演算部13−1〜13−Nの各々、即ち第nの平均維持補間演算部13−nは、実施の形態1の第nの平均維持補間演算部11−nと同様のものであるが、補間で参照する画素の配置が異なり、さらに欠落画素の一方の側に位置する複数の非欠落画素の画素値の和と他方の側に位置する複数の非欠落画素の画素値の和との差分を算出する機能を有する。
図4及び図6と同様に、入力画像Di中における、欠落画素MPの位置が予め分っているものとする。〇は非欠落画素を示し、×は欠落画素MPを示す。
以下では、第1の部分NLを左側部と言い、第2の部分NRを右側部と言う。
左側部NLと右側部NRとは、互いに同じ数の画素から成り、欠落画素MPを中心として対称となるように形成されている。
例えば左側部NL及び右側部NRの各々を構成する画素の数kcは、欠落部MSを構成する画素の数kaと同じである。
図示の例ではka=kc=3である。
従って、左側部NLと右側部NRから成る非欠落部NAを構成する画素の数kbはkcの2倍である。
ka及びkcは、パラメータとして各平均維持補間演算部に予め設定されている。
図10の平均維持補間演算部13−nは、欠落部加算部101と、左側部加算部105と、右側部加算部106と、合計算出部107と、乗算部104と、減算部103と、差分算出部108とを有する。
右側部加算部106は右側部NRに含まれるkc個の画素の画素値の和を求め、右側部分和SRとして出力する。
合計算出部107は、左側部分和SLと右側部分和SRとを加算し、加算結果を非欠落部合計SAとして出力する。
左側部加算部105と、右側部加算部106と、合計算出部107とで、非欠落部加算部102cが構成されている。
減算部103は、乗算部104の出力(SA・ka/kb)から欠落部加算部101の出力MQを減算する。
減算の結果得られる差分値が、欠落画素MPの補間値Pとして用いられる。
以上の処理を数式で表すと、以下の通りとなる。
P=(SL+SR)・ka/kb−MQ (6)
欠落画素MPについて算出された補間値Pは補間候補値P(h)として出力部5に供給される。
但し、テスト画素については、左右差分値DLRの算出は行わない。
平均維持補間演算部13−1〜13−N及び補間演算部21−1〜21−Mから供給されたテスト補間値P(t)に基づいて、判定部4cが誤差指標値を算出する点は、実施の形態1及び2と同じである。
上記のような場合、判定部4cは誤差指標値が最も小さいと判断された平均維持補間演算部に対応する左右差分値DLRが予め定められた閾値DLRthよりも大きいかどうかの判定を行い、当該左右差分値DLRが閾値DLRthよりも大きい場合には、判定部4cは、補間演算部21−1〜21−Mのうちの予め指定された補間演算部を選択し、選択結果を出力部5に通知する。
このようにする代わりに、複数の平均維持補間演算部13−1〜13−Nのいずれか一つで左右差分値を求め、求められた左右差分値が閾値よりも大きいかどうかの判定をすることとしても良い。
さらに、複数の補間演算部のうちの2以上の補間演算部で左右差分値を求め、求められた2以上の左右差分値に基づいて差分指標値を求め、求められた差分指標値が閾値よりも大きいか否かの判定をすることとしても良い。
即ち、判定部は、第1の部分NLの画素値の和と第2の部分NRの画素値の和との差分絶対値又は該差分絶対値に基づいて定められた差分指標値が予め定められた閾値よりも大きい場合には、第2群の補間演算部のうちの予め指定された補間演算部を選択することとすれば良い。
次に、3つの色成分値にそれぞれ対応して設けられた3つの画素補間装置を備えるとともに、色差成分値に対してクリップ処理を行う画像処理装置を、実施の形態4として説明する。
図11は、本発明の実施の形態4の画像処理装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
図11に示される画像処理装置は、R画素補間装置201、G画素補間装置202、B画素補間装置203、輝度色差算出部205、色差算出部206、クリップ値決定部207、クリップ処理部208、及び色成分復元部209を有する。
画像データRuで表されるR成分値Ruは、欠落画素については補間値と同じであり、非欠落画素については原画素値(入力されたR成分値)Riと同じである。
画像データGuで表されるG成分値Guは、欠落画素については補間値と同じであり、非欠落画素については原画素値(入力されたG成分値)Giと同じである。
画像データBuで表されるB成分値Buは、欠落画素については補間値と同じであり、非欠落画素については原画素値(入力されたB成分値)Biと同じである。
変換には公知の変換式が用いられる。例えば色成分値が8ビットで表されるものである場合には、以下の式が用いられる。
Yu=0.257・Ru+0.504・Gu+0.098・Bu+16
Cbu=−0.148・Ru−0.291・Gu+0.439・Bu+128
Cru=0.439・Ru−0.368・Gu−0.071・Bu+128
Cbi=−0.148・Ri−0.291・Gi+0.439・Bi+128
Cri=0.439・Ri−0.368・Gi−0.071・Bi+128
クリップ値決定部207は、例えば各欠落画素に対してクリップ値を決定する。その場合、上記の予め定められた範囲は、当該欠落画素の周辺の画素から成る範囲である。
欠落画素の周辺とは、例えば欠落画素からの距離が予め定められた値以下である範囲を言う。
例えば、クリップ値算出参照画素の色差成分値Cbiのうちの最大値又は最大値に近い値がCb成分上側クリップ値Cbmaxと決定され、クリップ値算出参照画素の色差成分値Cbiのうちの最小値又は最小値に近い値がCb成分下側クリップ値Cbminと決定され、クリップ値算出参照画素の色差成分値Criのうちの最大値又は最大値に近い値がCr成分上側クリップ値Crmaxと決定され、クリップ値算出参照画素の色差成分値Criのうちの最小値又は最小値に近い値がCr成分下側クリップ値Crminと決定される。
同様に、「最小値に近い値」とは、例えば、色差成分値を小さいものから順に並べたときに予め定められた順位のものが有する値である。予め定められた順位は、クリップ値算出参照画素の数に応じて定められていても良い。
変換には公知の変換式を用いることができる。例えば、Yu、Cbe、Creが8ビットで表される場合には、以下の式を用いることができる。
Ro=1.164・(Yu−16)+1.596・(Cre−128)
Go=1.164・(Yu−16)−0.391・(Cbe−128)−0.813・(Cre−128)
Bo=1.164・(Yu−16)+2.018・(Cbe−128)
要するに、輝度成分と色差成分への変換で生成される色差成分に対してクリップ処理を行うこととすれば良い。
そうすることで、輝度については変更を加えず、偽色の発生を抑えることが可能である。
また、上記の画素補間装置又は画素補間方法における処理をコンピュータに実行させるためのプログラム、並びに上記の画像処理装置又は画像処理方法における処理をコンピュータに実行させるためのプログラムもまた本発明の一部を成す。
さらに、上記のプログラムを記録した、コンピュータで読取り可能な記録媒体もまた本発明の一部を成す。
Claims (18)
- 各々入力画像中の欠落画素の画素値を、当該入力画像を構成する画素の画素値に基づいて補間する複数の補間演算部と、
判定部と、
出力部とを有し、
前記複数の補間演算部の各々は、前記欠落画素の画素値を補間し、補間された画素値を、補間候補値として出力し、前記欠落画素の近傍の複数の非欠落画素をテスト画素として、前記テスト画素の各々の画素値を補間し、補間された画素値を、当該テスト画素のテスト補間値として出力し、
前記テスト画素の補間は、前記欠落画素の補間と同じ補間演算方法で行われ、
前記複数の補間演算部は、第1群の補間演算部と、第2群の補間演算部とを含み、
前記第1群の補間演算部は、平均維持補間演算により補間を行うものであり、
前記第1群の補間演算部相互間では、参照される画素の数が互いに異なり、
前記第2群の補間演算部は、前記平均維持補間演算とは異なる補間演算で補間を行うものであり、
前記第2群の補間演算部相互間では、補間演算方法及び参照される画素の数の少なくとも一方が互いに異なり、
前記判定部は、各欠落画素の近傍の複数のテスト画素の各々についての前記テスト補間値と、当該テスト画素の画素値との差分絶対値に基づいて、各補間演算部についての誤差指標値を算出し、算出した誤差指標値に基づいて前記複数の補間演算部のいずれかを選択し、
前記出力部は、各欠落画素について前記複数の補間演算部から出力される補間候補値のうち、前記判定部で選択された補間演算部から出力される補間候補値を選択して出力する
画素補間装置。 - 前記平均維持補間演算は、
前記欠落画素を含む複数の画素から成る欠落部の画素の画素値の平均値が前記欠落画素を含まない複数の画素から成る非欠落部の画素の画素値の平均値と等しくなるように前記欠落画素の画素値を補間する
ことを特徴とする請求項1に記載の画素補間装置。 - 前記欠落部の画素の数と前記非欠落部の画素の数とが互いに等しいことを特徴とする請求項2に記載の画素補間装置。
- 前記平均維持補間演算において、
前記欠落部のうちの前記欠落画素以外の画素の画素値の和を欠落部合計として求め、
前記非欠落部の画素の画素値の和を非欠落部合計として求め、
前記非欠落部合計から前記欠落部合計を減算することで得られる差分値を前記欠落画素の画素値として算出する
ことを特徴とする請求項3に記載の画素補間装置。 - 前記欠落部の画素の数よりも前記非欠落部の画素の数の方が多いことを特徴とする請求項2に記載の画素補間装置。
- 前記平均維持補間演算において、
前記欠落部のうちの前記欠落画素以外の画素の画素値の和を欠落部合計として求め、
前記非欠落部の画素の画素値の和を非欠落部合計として求め、
前記非欠落部の画素の数に対する前記欠落部の画素の数の比と前記非欠落部合計との積から前記欠落部合計を減算することで得られる差分値を前記欠落画素の画素値として算出する
ことを特徴とする請求項5に記載の画素補間装置。 - 複数の前記平均維持補間演算のうちの少なくとも一つの平均維持補間演算における補間で参照される前記非欠落部が、前記欠落画素の一方の側に位置する第1の部分と、前記欠落画素の他方の側に位置する第2の部分とから成り、
前記判定部は、
前記第1の部分の画素の画素値の和と前記第2の部分の画素の画素値の和との差分絶対値又は該差分絶対値に基づいて定められる差分指標値が予め定められた閾値よりも大きい場合には、前記第2群の補間演算部のうちの予め指定された補間演算部を選択する
請求項2に記載の画素補間装置。 - 前記予め指定された補間演算部は線形補間演算又はバイキュービック補間演算を行うものである請求項7に記載の画素補間装置。
- 前記線形補間演算は、欠落画素に隣接する非欠落画素を参照して行われるものである請求項8に記載の画素補間装置。
- 前記バイキュービック補間演算は、欠落画素に隣接する非欠落画素及び当該非欠落画素に隣接し、前記欠落画素とは反対の側に位置する非欠落画素を参照して行われるものである請求項8に記載の画素補間装置。
- 前記入力画像は3つの色成分値で表されるカラー画像であり、
それぞれ色成分値に対応して設けられ、各々対応する色成分値の補間を行う3つの画素補間装置と、
前記3つの画素補間装置から出力された色成分値を、輝度値と第1及び第2の色差成分値とに変換する輝度色差算出部と、
前記入力画像の色成分値を、第1及び第2の色差成分値に変換する色差算出部と、
前記色差算出部での変換で得られた前記第1及び第2の色差成分値から少なくとも一つのクリップ値を決定するクリップ値決定部と、
前記輝度色差算出部での変換で得られた前記第1及び第2の色差成分値を、前記クリップ値決定部で決定された前記少なくとも一つのクリップ値で制限するクリップ処理部と、
前記クリップ処理部で制限された前記第1及び第2の色差成分値と、前記輝度色差算出部での変換で得られた前記輝度値とを、色成分値に変換する色成分値復元部とを有し、
前記画素補間装置の各々が請求項1から10のいずれか1項に記載された画素補間装置であり、対応する色成分値を画素値として補間を行う
画像処理装置。 - 前記クリップ値決定部で決定される前記少なくとも一つのクリップ値が、上側クリップ値と下側クリップ値とを含むことを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。
- 前記クリップ値決定部が、前記入力画像の予め定められた範囲内の画素について前記色差算出部での変換で得られた前記第1及び第2の色差成分値から、前記少なくとも一つのクリップ値を決定することを特徴とする請求項11又は12に記載の画像処理装置。
- 前記予め定められた範囲が各欠落画素の周辺の画素から成る範囲であることを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。
- 前記輝度色差算出部での変換で得られる前記第1の色差成分値及び前記色差算出部での変換で得られる前記第1の色差成分値がCb成分値であり、
前記輝度色差算出部での変換で得られる前記第2の色差成分値及び前記色差算出部での変換で得られる前記第2の色差成分値がCr成分値である
ことを特徴とする請求項11から14のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 各々入力画像中の欠落画素の画素値を、当該入力画像を構成する画素の画素値に基づいて補間する複数の補間演算ステップと、
判定ステップと、
出力ステップとを有し、
前記複数の補間演算ステップの各々は、前記欠落画素の画素値を補間し、補間された画素値を、補間候補値として出力し、前記欠落画素の近傍の複数の非欠落画素をテスト画素として、前記テスト画素の各々の画素値を補間し、補間された画素値を、当該テスト画素のテスト補間値として出力し、
前記テスト画素の補間は、前記欠落画素の補間と同じ補間演算方法で行われ、
前記複数の補間演算ステップは、第1群の補間演算ステップと、第2群の補間演算ステップとを含み、
前記第1群の補間演算ステップは、平均維持補間演算により補間を行うものであり、
前記第1群の補間演算ステップ相互間では、参照される画素の数が互いに異なり、
前記第2群の補間演算ステップは、前記平均維持補間演算とは異なる補間演算で補間を行うものであり、
前記第2群の補間演算ステップ相互間では、補間演算方法及び参照される画素の数の少なくとも一方が互いに異なり、
前記判定ステップは、各欠落画素の近傍の複数のテスト画素の各々についての前記テスト補間値と、当該テスト画素の画素値との差分絶対値に基づいて、各補間演算ステップについての誤差指標値を算出し、算出した誤差指標値に基づいて前記複数の補間演算ステップのいずれかを選択し、
前記出力ステップは、各欠落画素について前記複数の補間演算ステップから出力される補間候補値のうち、前記判定ステップで選択された補間演算ステップから出力される補間候補値を選択して出力する
画素補間方法。 - 請求項16に記載の画素補間方法における処理をコンピュータに実行させるプログラム。
- 請求項17に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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