CN101355632B - 图像处理装置和图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种图像处理装置和图像处理方法，该图像处理装置包括：区域设定单元，其设定由输入图像分割而成的图像区域，该输入图像包括像素；排除像素确定单元，其比较多个像素以确定将被排除的像素；色调数设定单元，其基于包括在每个图像区域中的除了由排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素的灰度对区域设定单元所设定的每个所述图像区域设定色调数；转换单元，其将包括在所述区域设定单元所设定的每个图像区域中的除了由排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所述色调数设定单元设定的色调数的色调的像素；以及编码单元，其对由排除像素确定单元确定为被排除的像素和由转换单元所转换的像素进行编码。

Description

图像处理装置和图像处理方法
技术领域
本发明涉及一种图像处理装置和图像处理方法。
背景技术
例如，日本已公布的未审查的专利申请No.2002-010084披露了这样一种编码装置：该编码装置基于分割图像而得到的像素块中所包含的像素的最大值和最小值来确定每个像素块的阈值，根据该阈值将像素块中的像素分成像素组，并且将像素组内的像素平均值分配给该像素组内的像素。
发明内容
本发明目的在于减轻由于色调数的限制而造成的图像劣化。
本发明的一个方面在于一种图像处理装置，该图像处理装置包括：区域设定单元，其设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；排除像素确定单元，其比较多个像素从而确定将被排除的像素；色调数设定单元，其基于包括在每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素的灰度对所述区域设定单元所设定的每个所述图像区域设定色调数；转换单元，其将包括在所述区域设定单元所设定的每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所述色调数设定单元设定的色调数的色调的像素；以及编码单元，其对由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素和由所述转换单元所转换的像素进行编码。其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则所述排除像素确定单元将所述给定像素确定为被排除的像素。
在本发明的第二方面中，所述色调数设定单元可基于包括在每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素的灰度的范围来对每个所述图像区域设定色调数。
本发明的第三方面在于一种图像处理装置，该图像处理装置包括：区域设定单元，其设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；排除像素确定单元，其比较多个像素从而确定将被排除的像素；色调数设定单元，其根据所述区域设定单元所设定的图像区域的尺寸对所述区域设定单元所设定的每个所述图像区域设定色调数；转换单元，其将包括在所述区域设定单元所设定的每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所述色调数设定单元设定的色调数的色调的像素；以及编码单元，其对由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素和由所述转换单元所转换的像素进行编码。其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则所述排除像素确定单元将所述给定像素确定为被排除的像素。
在本发明的第四方面中，所述排除像素确定单元比较多个像素从而确定将不受所述转换单元的转换处理的像素，并且所述转换单元利用等于或小于对每个所述图像区域设定的色调数的灰度来填充包括在每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素。
在本发明的第五方面中所述排除像素确定单元比较多个像素，判断所述像素是否满足与所述编码单元进行的编码处理相适应的条件，并且将满足所述条件的像素确定为将被排除在外的像素。
本发明的第六方面在于一种图像处理装置，该图像处理装置包括：区域设定单元，其设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；保护像素确定单元，其基于预定编码方法的编码效率来确定受保护的像素；填充单元，其利用等于或小于固定色调数的灰度来填充包括在每个所述图像区域中的除了所述保护像素确定单元所确定的像素以外的像素；以及编码单元，其利用所述编码方法对由所述保护像素确定单元所确定的像素和由所述填充单元利用灰度填充的每个所述图像区域中的像素进行编码。其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则所述保护像素确定单元将所述给定像素确定为受保护的像素。
本发明的第七方面在于一种图像处理方法，该图像处理方法包括：设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；比较多个像素从而确定将被排除的像素；基于包括在每个所述图像区域中的除了被确定为被排除的像素以外的像素的灰度对每个所述图像区域设定色调数；将包括在所设定的每个所述图像区域中的除了被确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所设定的色调数的色调的像素；以及对被确定为被排除的像素和所转换的像素进行编码。其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则将所述给定像素确定为被排除的像素。
本发明的第八方面在于一种图像处理方法，该图像处理方法包括：设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；比较多个像素从而确定将被排除的像素；根据图像区域的尺寸对每个所述图像区域设定色调数；将包括所设定的每个所述图像区域中的除了被确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所述色调数的色调的像素；以及对由被确定为被排除的像素和所转换的像素进行编码。其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则将所述给定像素确定为被排除的像素。
根据本发明的一个方面所述的图像处理装置，可以减轻由于色调数的限制而造成的图像劣化。
附图说明
基于下述附图对本发明的示例性实施例进行详细说明，其中：
图1示出图像处理装置2的硬件结构，其中在中心处示出控制器21；
图2示出由控制器21(图1中所示)执行的图像处理程序5的功能布置；
图3为示出图像处理程序5的操作(S10)的流程图；
图4示出用于对由上述处理(S10)生成的编码数据进行解码的第二图像处理程序6的功能布置；
图5A示出以最近邻插值法放大的CG图像；
图5B示出均匀地对图5A的CG图像进行颜色量化处理后的结果；
图6示出第三图像处理程序52的功能布置；
图7A到7D示出用于确定排除像素的条件；
图8示出第四图像处理程序54的功能布置；以及
图9示出第五图像处理程序56的功能布置。
具体实施方式
图1示出图像处理装置2的硬件结构，其中在中心处示出控制器21。
如图1所示，图像处理装置2由包括CPU 212、存储器214以及其它组件的控制器21、通信装置22、诸如HDD、CD等的存储装置24以及包括LCD或CRT显示器、键盘、触摸面板等的用户界面装置(UI装置)25构成。
图像处理装置2例如是已安装有图像处理程序5(后面将进行说明)的通用计算机。该图像处理装置2经由通信装置22或存储装置24获取图像数据，对所获取的图像数据进行编码，并将编码后的图像数据发送到打印机3。
图2示出由控制器21(图1中所示)执行的图像处理程序5的功能布置。
如图2所示，图像处理程序5包括区域设定部分500、图像转换部分510、色调数确定部分520以及编码部分530。
在图像处理程序5中，区域设定部分500经由通信装置22或存储装置24获取光栅化的图像数据并设定固定尺寸的图像区域(下文称为块)，该图像区域是分割所获取的图像数据而得到的。
在此实例中的区域设定部分500将正方形的区域设定为所获取的图像数据分割而成的块。每个区域都由按扫描顺序以快速扫描方向上的4个像素乘以慢速扫描方向上的4个像素共计16个像素构成。区域设定部分500将每块的像素值输出到图像转换部分510和色调数确定部分520。
图像转换部分510将由区域设定部分500设定的各块的图像数据转换成用下述色调数表示的图像数据：所述色调数等于或小于色调数确定部分520确定的色调数。换句话说，图像转换部分510利用与色调数确定部分520确定的色调数相等或较低的灰度填充所输入的各块。
如果色调数确定部分520所确定的目标块(待处理的块)的色调数是2，则本实例中的图像转换部分510基于阈值将该块中的像素值分成两组：即，等于或大于阈值的一组像素值；以及小于阈值的另一组像素值，其中该阈值是整个块的最大值和最小值之间的平均值。图像转换部分510利用各组的平均像素值填充每组的像素。如果色调数确定部分520所确定的目标块的色调数是3，则图像转换部分510将该块中从最大像素值到最小像素值的范围(下文称为动态范围)分成三个相等的部分，并且利用每一部分的平均像素值填充属于该部分的像素。在对目标块所确定的色调数是3的情况下，图像转换部分510可以利用最大像素值填充属于动态范围的三等份之中最高等级部分的像素并且利用最小像素值填充属于最低等级部分的像素。如果这样做，可以保留每块中的最大值和最小值，并且可以抑制不可逆处理造成的动态范围的减小。
色调数确定部分520确定出由区域设定部分500设定的每块的色调数的上限。例如，色调数确定部分520基于每块中像素的灰度(针对每个像素)来确定灰度(色调数)。更具体地说，色调数确定部分520基于与各块中像素的灰度有关的统计值(方差、熵、直方图形状等)来确定灰度(色调数)。色调数确定部分520可以基于各块的边缘强度或每块的无损编码量来确定色调数。
如果目标块的动态范围(最大灰度与最小灰度之间的范围)等于或大于阈值Th，则本实例中的色调数确定部分520确定出色调数是3，而如果动态范围小于阈值Th，则色调数确定部分520确定出色调数为2。
编码部分530对通过图像转换部分510输入的图像数据进行编码。由于在图像转换部分510中完成颜色量化(限制颜色数目)，因而编码部分530可应用与颜色量化相适应的编码方法(例如，行程编码、LZ编码)。
图3为示出图像处理程序5的操作(S10)的流程图。
如图3所示，在步骤100(S100)中，当输入图像数据时，区域设定部分500设定尺寸为4像素×4像素的块，这些块是分割所输入的图像而得到的。
在步骤110(S110)中，区域设定部分500按扫描顺序从已经设定的各块中选择目标块，并且将针对所选择的目标块的图像数据输出到图像转换部分510和色调数确定部分520中。
在步骤120(S120)中，色调数确定部分520基于从区域设定部分500输入的目标块的图像数据从而计算出该目标块的动态范围(即最大像素值与最小像素值之间的差值)。
在步骤130(S130)中，色调数确定部分520判断所计算出的动态范围是否等于或大于阈值Th。
如果动态范围等于或大于阈值Th，则图像处理程序5转入步骤S140，或者如果动态范围小于阈值Th，则图像处理程序5转入步骤S150。
在步骤140(S140)中，色调数确定部分520确定出色调数为3并且向图像转换部分510通知所确定的色调数3。
在步骤150(S150)中，色调数确定部分520确定出色调数为2并且向图像转换部分510通知所确定的色调数2。
在步骤160(S160)中，图像转换部分510改变目标块中的像素值，从而利用与从色调数确定部分520通知的色调数相等或更小的色调数来表示该块中的图像。具体而言，如果从色调数确定部分520通知的是色调数3，则图像转换部分510将目标块的动态范围分成三个相等的部分并且利用每部分的平均像素值来替代属于该部分的各像素值。如果从色调数确定部分520通知的是色调数2，则图像转换部分510将目标块的动态范围分成二个相等的部分并且利用每个部分的平均像素值来替代属于该部分的各像素值。
在步骤170(S170)中，图像处理程序5判断是否已对所有块完成了步骤120～160的处理。如果至少一块未受到处理，则处理返回到步骤S110并且选择下一个目标块。如果所有块均已处理，则处理转入步骤S180。
在步骤180(S180)中，编码部分530对从图像转换部分510输入的图像数据进行编码并且将编码数据输出到外部。
图4示出用于对由以上处理(S10)生成的编码数据进行解码的第二图像处理程序6的功能布置。
如图4所示，第二图像处理程序6包括解码部分600、区域设定部分610、色调数计算部分620以及滤波部分630。
在第二图像处理程序6中，解码部分600对所输入的编码数据进行解码并将解码后的图像数据输出到区域设定部分610中。
区域设定部分610设定具有固定尺寸的块，这些块是从解码部分600输入的图像数据分割而得到的。本实例中的区域设定部分610设定的块与区域设定部分500所设定的块具有相同的尺寸。
色调数计算部分620计算每块内的像素的灰度数(色调数)并且将计算出的色调数输出到滤波部分630中。色调数计算部分620可计算每块的动态范围而代替计算色调数，或者可以计算出色调数连同每块的动态范围。
滤波部分630根据色调数计算部分620计算出的每块的色调数来选择低通滤波器，并且利用所选择的低通滤波器对每块的图像数据进行滤波。原则上，低通滤波效应会随着色调数的减少而增加，如果色调数等于或大于标准值，则可以禁止滤波。
仅当目标块的色调数是1时，本实例中的滤波部分630才应用低通滤波。如果目标块的色调数是2或更大，则滤波部分630不进行滤波而按原样输出所输入的图像数据。
可以控制滤波部分630对预定块不进行滤波，其中对该预定块进行低通滤波可能会导致块中的像素值的动态范围超过阈值。这是因为这种状况可能出现在边缘附近的缘故。
滤波部分630可适于根据每块的色调数来控制低通滤波器的抽头长度(tap length)。如果色调数大且动态范围宽，则很可能在图像数据中包括有高频成分；在这种情况下，认为较短的低通滤波器是合适的。
除了低通滤波器以外滤波部分630还可以使用频率滤波器。例如，对于具有宽的动态范围的块，滤波部分630着重于高频部分或着重于对比度。这样可以改善图像质量。
尽管在本实例中是从所输入的图像信息(编码数据)中来计算每块的色调数，然而当生成输入图像时，也可以将与动态范围或色调数有关的附加信息添加到图像数据的标题等中。这样做可以省去计算色调数的处理。
如上所述，本示例性实施例的图像处理装置2通过利用图像处理程序5对每块进行颜色量化从而提高编码效率，并且通过第二图像处理程序6可抑制由于颜色量化而导致的图像劣化。
[变型例1]
对上述示例性实施例的第一变型例进行说明。
在上述示例性实施例中进行利用色调均匀地填充块中像素的子集，而在第一变型例中对于预定像素不利用色调填充。
例如，当将照片粘贴到由计算机生成的图像上时，常常放大该图像。为了这样做，就处理速度而言常常使用最近邻插值法。
图5A示出了以最近邻插值法放大的CG图像，图5B示出了由上述示例性实施例处理图5A的CG图像之后得到的图像结果。
如图5A所示，在以最近邻插值法放大的CG图像中，存在这样的矩形块：即，在该矩形块中形成块的多个像素具有相等的像素值。这些矩形块的尺寸由放大因子确定，通常，循环地重复具有不同尺寸的块。由于低的熵值，这些块相对易于压缩。
然而，在上述示例性实施例中，因为未识别这样的图像，因而按具有不同尺寸和相位的块处理图像。因此，可能会出现这样的现象：即，像素值改变并且发生图像劣化，而可压缩性没有得到改善，这一点可以从图5A和图5B之间的比较中看出。
因此，在第一变型例中，如果在一个像素周围的四个或八个像素中任一像素具有与该像素值相同的值，则不利用色调对该像素进行填充并且存储该像素值。因此，可保留原始图像中的矩形块并且可改善图像质量。为了避免发生不正确的检测，不仅在周围的像素中检测，而且还可以检测矩形块中具有相等值的像素。
图6示出第三图像处理程序52的功能布置。对图6中所示的与图2所示组件大致相同的组件赋予相同的附图标记。
如图6所示，通过将排除像素确定部分540添加到图2所示的图像处理程序5中从而构造第三图像处理程序52。
排除像素确定部分540比较多个像素，然后确定将要从图像转换部分510的处理中排除的像素(下文称为排除像素)。更具体地说，排除像素确定部分540判断目标像素及其邻近像素是否满足预定条件。如果满足预定条件，则将该目标像素确定为排除像素。该预定条件与编码部分530所进行的编码处理相适应，并且是指易于通过该编码处理进行编码的关系。
图7A到7D示出用于确定排除像素的条件。
如图7A所示，排除像素确定部分540用目标像素X周围的周边像素A～H中的任一个与目标像素X进行比较。因而，如果目标像素X出现在除了块中心以外的位置，则另一块中的像素可成为周边像素。
如图7B所示，如果目标像素X的值与周边像素B、D、E以及G中任一个的值相等，则本实例中的排除像素确定部分540确定目标像素X为排除像素并且设定表示排除的标记。
作为另一种选择，如图7C所示，如果目标像素X的值与八个周边像素(A～H)中任一个的值相等，则排除像素确定部分540可确定目标像素X为排除像素。作为另一种选择，如图7D所示，如果包括目标像素X在内的2×2像素具有相等的像素值，则可以确定目标像素X为排除像素。
在此变型例中，图像转换部分510在排除由排除像素确定部分540确定为排除像素的像素的情况下实行颜色量化。色调数确定部分520在排除由排除像素确定部分540确定为排除像素的像素的情况下，计算块中的像素值的动态范围并且确定色调数。
[变型例2]
接下来，对第二变型例进行说明。
在上述示例性实施例中根据块的动态范围来确定色调数，而在第二变型例中根据块的尺寸来确定色调数。换句话说，在本变型例中，由区域设定部分500设定的块的尺寸是可变的并且根据所设定的块的尺寸来确定色调数。
图8示出第四图像处理程序54的功能布置。对图8示出的与图2所示组件大致相同的组件赋予相同的附图标记。
如图8所示，第四图像处理程序54构造为：第二色调数确定部分522代替图2所示的图像处理程序5的色调数确定部分520。
色调数确定部分522根据区域设定部分500所设定的块的尺寸来改变色调数的上限。如果块的尺寸小，则由于像素值的变化难以在视觉上觉察到，所以没有必要增加色调数。因而，色调数确定部分522控制色调数从而随着块尺寸变大而增加等级数。
区域设定部分500根据预期的压缩率来改变块尺寸。区域设定部分500可基于除了预期的压缩率以外的其它参数，例如，基于与每块中像素的灰度有关的统计值(方差、熵等)、预期的图像质量以及用户的选择来设定块尺寸。
[其它变型例]
如图9所示，可以省略色调数确定部分520并且可固定每块的像素数。换句话说，在此变型例中，图像转换部分510在排除由排除像素确定部分540所确定的排除像素的情况下实行颜色量化(用色调填充)。在这种情况下，存储排除像素的值，因此可抑制由于颜色量化而造成的图像劣化。
本发明在不脱离其精髓或特性的情况下可以以其它特定形式实施。所描述的示例性实施例在各个方面考虑仅仅作为举例而并不受限。因此，本发明的范围由所附权利要求书限定而不是由上述说明限定。在权利要求书的等同的内容和范围内的所有变化将包括在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种图像处理装置，包括：
区域设定单元，其设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；
排除像素确定单元，其比较多个像素从而确定将被排除的像素；
色调数设定单元，其基于包括在每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素的灰度对所述区域设定单元所设定的每个所述图像区域设定色调数；
转换单元，其将包括在所述区域设定单元所设定的每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所述色调数设定单元设定的色调数的色调的像素；以及
编码单元，其对由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素和由所述转换单元所转换的像素进行编码，
其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则所述排除像素确定单元将所述给定像素确定为被排除的像素。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，
所述色调数设定单元基于包括在每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素的灰度的范围对每个所述图像区域设定色调数。
3.一种图像处理装置，包括：
区域设定单元，其设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；
排除像素确定单元，其比较多个像素从而确定将被排除的像素；
色调数设定单元，其根据所述区域设定单元所设定的图像区域的尺寸对所述区域设定单元所设定的每个所述图像区域设定色调数；
转换单元，其将包括在所述区域设定单元所设定的每个所述图像区域中的除了由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所述色调数设定单元设定的色调数的色调的像素；以及
编码单元，其对由所述排除像素确定单元确定为被排除的像素和由所述转换单元所转换的像素进行编码，
其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则所述排除像素确定单元将所述给定像素确定为被排除的像素。
4.根据权利要求3所述的图像处理装置，其中，
所述排除像素确定单元比较多个像素，判断所述像素是否满足与所述编码单元进行的编码处理相适应的条件，并且将满足所述条件的像素确定为将被排除在外的像素。
5.一种图像处理装置，包括：
区域设定单元，其设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；
保护像素确定单元，其基于预定编码方法的编码效率来确定受保护的像素；
填充单元，其利用等于或小于固定色调数的灰度来填充包括在每个所述图像区域中的除了所述保护像素确定单元所确定的像素以外的像素；以及
编码单元，其利用所述编码方法对由所述保护像素确定单元所确定的像素和由所述填充单元利用灰度填充的每个所述图像区域中的像素进行编码，
其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则所述保护像素确定单元将所述给定像素确定为受保护的像素。
6.一种图像处理方法，包括：
设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；
比较多个像素从而确定将被排除的像素；
基于包括在每个所述图像区域中的除了被确定为被排除的像素以外的像素的灰度对每个所述图像区域设定色调数；
将包括在所设定的每个所述图像区域中的除了被确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所设定的色调数的色调的像素；以及
对被确定为被排除的像素和所转换的像素进行编码，
其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则将所述给定像素确定为被排除的像素。
7.一种图像处理方法，包括：
设定由输入图像分割而成的图像区域，所述输入图像包括像素；
比较多个像素从而确定将被排除的像素；
根据图像区域的尺寸对每个所述图像区域设定色调数；
将包括所设定的每个所述图像区域中的除了被确定为被排除的像素以外的像素转换成具有等于或小于所述色调数的色调的像素；以及
对被确定为被排除的像素和所转换的像素进行编码，
其中，如果任一个给定像素周围的像素中的任一个的值与所述给定像素的值相等，则将所述给定像素确定为被排除的像素。
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