JP2002314431A - 画像の符号化及び復号化方式 - Google Patents

画像の符号化及び復号化方式

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JP2002314431A
JP2002314431A JP2001110058A JP2001110058A JP2002314431A JP 2002314431 A JP2002314431 A JP 2002314431A JP 2001110058 A JP2001110058 A JP 2001110058A JP 2001110058 A JP2001110058 A JP 2001110058A JP 2002314431 A JP2002314431 A JP 2002314431A
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JP2001110058A
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Iwaki Akiyama
いわき 秋山
Akihisa Oya
晃久 大矢
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  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重要な情報を損なうことなく、きわめて効果
的に画像情報を圧縮する画像の符号化方式及び復号化方
式を提供する。 【解決手段】 あらゆる画像情報は、特定のパターンを
変形して加算することであらわすことができる。この特
性を利用して、画像情報から、パターンを画像に似た形
に変形して減算することを繰り返し、パターンの変形に
関する情報を保存することで画像符号化とし圧縮画像情
報として記録する。また圧縮画像情報を用いて、変形し
たパターンを計算し、加算することで原画像に近い復元
画像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像の圧縮に係
り、さらに詳しくは、パターンを用いた画像の符号化及
び復号化の方式に関わる。
【0002】
【従来の技術】近年病院での臨床診断において広く用い
られている超音波診断装置が非常に広く用いられてい
る。一般に、超音波断層画像は解像度に比較して映像化
できる領域があまり広くないため、X線写真などに比べ
てデータ量は多くない。しかし、2次元の一枚の画像で
は数百キロバイトの画像も、断層画像を多数並べた3次
元の画像データでは数十メガバイトを軽く超えてしま
い、長期的に超音波断層画像を保存するには膨大な容量
の記憶装置が必要になる。また、臨床に使用することが
目的であることから、画像を圧縮するに伴い、画像が劣
化してしまい診断に適さなくなってしまっては保存する
意味がなくなってしまう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】最も広く普及している
圧縮方式としてJPEG(Joint Photographic Experts
Group)がある。JPEGにおいては、イメージデータ
は、8画素×8画素のブロック(タイルと呼ばれる)に
分割され、ブロック単位で離散コサイン変換(DCT)
による周波数変換、量子化テーブルを基にした量子化、
エントロピー符号化によって圧縮され、圧縮データはJ
PEGフォーマットに従ったコードストリームとして出
力される。コードストリームからイメージデータへの伸
長は、圧縮の場合の逆プロセスによって行われる。JP
EGでは、圧縮することで画像から鮮鋭さが失われボケ
た画像になってしまう問題があった。そこで、本発明で
は、数値と座標からなる画像情報をパターンを用いて圧
縮画像として表すことで、重要な情報を損なうことな
く、きわめて効果的に画像情報を圧縮する画像の符号化
方式及び復号化方式を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】[確率密度関数を利用し
た符号化法]請求項1に記載の本発明は、一定範囲内の
画像情報IをパターンPTを用いて符号化する方式であ
り、 (1)画像情報Iを標本化及び量子化し、得たデータ中
であらかじめ定めたパターンPTを利用し画像中より類
似部分を検索し、そのポイントDの座標A及び、パター
ンを画像に類似させるため変形することに使用したパラ
メータPM及び、パターンPTを変更する場合は使用し
たパターンPTを保存し、変更しない場合はパターンP
Tの保存を省略する手順; (2)前述の座標Aを基準として、パターンPTをパラ
メータPMで変形したパターンPRを、画像情報Iから
減算し、画像情報Iを更新する手順; (3)前述の(1)及び(2)を指定した任意の回数T
回または、画像情報Iの最大値が指定した値より小さく
なるまで繰り返し、各々の座標A及びパターンPT及び
パラメータPMを記録して圧縮画像情報ICとする手順
を含んでなり、少ない情報量で、きわめてオリジナルに
近い画像を得る事ができることを特徴とする。
【0005】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の画像の符号化において、使用するパターンPTをポイ
ントDごとに変えることを特徴とする。
【0006】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の画像の符号化において、座標A及びパラメータPMの
演算を空間周波数領域で行うことを特徴とする。
【0007】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
の画像の符号化において、パターンの変形とは、類似画
像の検索で、パターンを直交座標系XY方向の伸縮率、
輝度の調整の一部もしくは全部をパラメータとして変形
し、画像に適合させる手順であることを特徴とする。
【0008】請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の
いずれか1項に記載の画像の符号化において、使用する
パターンPTに、点広がり関数、確率密度関数、多次元
関数、その他計算可能な関数を使用することを特徴とす
る。
【0009】請求項6に記載の発明は、請求項1〜4の
いずれか1項に記載の画像の符号化において、使用する
パターンPTに一定範囲の点広がり関数、またはそれを
近似した関数を使用することを特徴とする。
【0010】[確率密度関数を利用した復元法]請求項7
に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかの画像の符号
化方式によって符号化された画像情報を復号化する方式
であって、 (1)記録された、圧縮画像情報ICより復元画像IR
を作成する手順; (2)圧縮画像情報ICに関連して記録されている、座
標A及び、使用したパターンPT及び、パターンを画像
に類似させるため変形することに使用したパラメータP
Mを読み込む手順; (3)前述の座標Aを基準として、パターンPTをパラ
メータPMで変形したパターンPRを、復元画像IRに
加算し更新する手順; (4)前述の(2)及び(3)を指定した任意の回数T
回または、それより少ない回数繰り返すことで、画像を
復元することを特徴とする。
【0011】請求項8に記載の発明は、請求項7に記載
の画像の復号化において、パターンPT及びパラメータ
PMと変形されたパターンPRの計算において、演算を
空間周波数領域で行うことを特徴する。
【0012】請求項9に記載の発明は、請求項7又は8
に記載の画像の復号化において、使用するパターンPT
に、点広がり関数、確率密度関数、多次元関数、その他
計算可能な関数を使用することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明に係るパターンを利用した
画像情報の圧縮法の一実施形態について説明する。
【0014】[画像情報符号化]パターンとして、点広が
り関数F(数1)使用し、画像情報I(図1)から輝度
が最大となるポイントPを検索し、その座標A、輝度の
最大値Mを求め、点広がり関数F(数1)の極大値が最
大値Mと等しくなるように、係数Cを乗じたのちその計
算値Rを画像情報Iから減算し、座標Aと係数Cを圧縮
画像として記録する。この動作を指定した回数2500
回繰り返すことで、圧縮画像IC(図2(a))が得ら
れる。図2(a)では、画像中にプロットされた点が、
座標Aを示し、その点の輝度が最大値Mをあらわしてい
る。点の密度が大きい部分ほど情報量は多くなる。ま
た、図2(a)において、2500回だった演算を50
00回にしたものが、図3(a)になり、5000個プ
ロットされている。
【数1】
【0015】[画像情報復号化]記録されている圧縮画像
IC(図2(a))から、座標A、使用した関数F、係
数Cを読み込み、点広がり関数F(数1)に係数Cを乗
じてたものを座標Aを中心に和算することで、原画像に
近い画像(図2(b))を得ることができる。図2
(b)は、図2(a)より復元した画像で、原画像より
情報量はすくなくなっているものの、画像にボケは見ら
れない。図3(b)は、原画像に極めて近いものが得ら
れている。
【0016】原画像との比較のために相関係数を求め
た。相関関数は、(数2)で定義され、二枚の画像がどれ
だけ似ているかを評価することができ、0から1までの
数値で表され、画像が完全に一致した場合に1となる。
その結果、2500回では、0.8989、5000回
では、0.9442となった。2500回では、相関が
低いが、5000回計算したものでは、値が1に近づい
ていることがわかる。
【数2】
【0017】次に、データのサイズを比較すると、25
6画素×256画素×8bitの画像の場合、原画像では
64KByteの大きさであるが、本方式では、点広が
り関数を減算するときの位置(X座標1Byte、Y座
標1Byte)と係数(1Byte)の計3Byteを
繰り返しの計算回数分だけ記録しておく必要がある。し
たがって、5000回の場合、5000×3Byte=
15KByteとなる。この値は、さらに可逆圧縮であ
るZIP方式やLZH方式等を用いて圧縮することでさ
らに削減可能である。比較のために、一般的な画像圧縮
法であるJPEG方式を原画像に適用した結果を示す。
JPEGに変換する際の画質を「標準」とした場合の圧
縮画像(図4)では、20.6KByteであった。J
PEG圧縮画像(図4)では本方式による圧縮画像より
忠実な再現がなされているようにも見受けられるが、図
5にあるように、JPEG方式では、処理のブロック化
によるアーチファクトが出現することが避けられない。
圧縮率を高くするにつれて、図5(a)、図5(b)の
ように、アーチファクトは顕著に表れる。また、図5
(c)でもわかりにくいがアーチファクトは発生してい
る。本発明では、理論的にアーチファクトは発生しな
い。また、データの削減量も本方式が勝っている。
【0018】パターンは使用した点広がり関数Fに限ら
ず、円錐形、直方体、多面体、多次元関数などの計算可
能な関数が考えられる。また、輝度の大きな部分から順
番にデータを保存したことによって、輝度の低い領域で
の再現性があまりよくなかった。これを解決するため
に、画像を予め大まかに平均化し、平均画像との差分に
ついて、差の大きな部分から順に保存していく方法も考
えられる。具体的には、32×32画素の領域で平均移
動をとってスムージングした画像、左図はこれを平均画
像として原画像と平均画像との差分について、その値の
大まかな部分に順に保存していく。符号化の際には、保
存されたデータに応じた計算値を平均画像に加算してい
くことにより復号化する。平均画像を、圧縮画像情報と
して保存しておかなくてはならないが、原画像に比べる
と解像度も低く、データ量も少ない。
【0019】
【発明の効果】本発明に係る、関数を利用した画像の符
号化及び、関数を利用した画像復元法を使用すること
で、従来難しかった、オリジナルに忠実に画像のデータ
量を少なくすることが可能となった。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】非圧縮の原画像(人体の肝臓の超音波断層画
像)を示す出力画像である。
【図2】(a)及び(b)はそれぞれ、計算回数250
0回のときの結果及びその圧縮画像情報の復元画像を示
す出力画像である。
【図3】(a)及び(b)はそれぞれ、計算回数500
0回のときの結果及びその圧縮画像情報の復元画像を示
す出力画像である。
【図4】JPEGにより圧縮率を標準で圧縮し復元した
画像を示す出力画像である。
【図5】(a)、(b)及び(c)はそれぞれJPEG
による圧縮で高圧縮及び、中圧縮及び、低圧縮で圧縮し
復元した画像を示す出力画像である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5C059 KK01 MA45 PP01 SS23 UA02 UA05 5C078 AA04 BA21 CA22 DA01 DA02 EA00 5J064 AA02 BA00 BA16 BC08 BC15 BC16 BC21 BC27

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一定範囲内の画像情報IをパターンPTを
    用いて符号化する方式であり、 (1) 画像情報Iを標本化及び量子化し、得たデータ
    中であらかじめ定めたパターンPTを利用し画像中より
    類似部分を検索し、そのポイントDの座標A及び、パタ
    ーンを画像に類似させるため変形することに使用したパ
    ラメータPM及び、パターンPTを変更する場合は使用
    したパターンPTを保存し、変更しない場合はパターン
    PTの保存を省略する手順; (2)前述の座標Aを基準として、パターンPTをパラ
    メータPMで変形したパターンPRを、画像情報Iから
    減算し、画像情報Iを更新する手順; (3)前述の(1)及び(2)を指定した任意の回数T
    回または、画像情報Iの最大値が指定した値より小さく
    なるまで繰り返し、各々の座標A及びパターンPT及び
    パラメータPMを記録して圧縮画像情報ICとする手順
    を含んでなり、少ない情報量で、きわめてオリジナルに
    近い画像を得る事ができることを特徴とする、画像の符
    号化方式。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の画像の符号化において、
    使用するパターンPTをポイントDごとに変えることを
    特徴とする、画像の符号化方式。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の画像の符号化において、
    座標A及びパラメータPMの演算を空間周波数領域で行
    うことを特徴とした、画像の符号化方式。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の画像の符号化において、
    パターンの変形とは、類似画像の検索で、パターンを直
    交座標系XY方向の伸縮率、輝度の調整の一部もしくは
    全部をパラメータとして変形し、画像に適合させる手順
    であることを特徴とした、画像の符号化方式。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像
    の符号化において、使用するパターンPTに、点広がり
    関数、確率密度関数、多次元関数、その他計算可能な関
    数を使用することを特徴とする、画像の符号化方式。
  6. 【請求項6】請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像
    の符号化において、使用するパターンPTに一定範囲の
    点広がり関数、またはそれを近似した関数を使用するこ
    とを特徴とする、画像の符号化方式。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれかの画像の符号化方
    式によって符号化された画像情報を復号化する方式であ
    って、 (1)記録された、圧縮画像情報ICより復元画像IR
    を作成する手順; (2)圧縮画像情報ICに関連して記録されている、座
    標A及び、使用したパターンPT及び、パターンを画像
    に類似させるため変形することに使用したパラメータP
    Mを読み込む手順; (3)前述の座標Aを基準として、パターンPTをパラ
    メータPMで変形したパターンPRを、復元画像IRに
    加算し更新する手順; (4)前述の(2)及び(3)を指定した任意の回数T
    回または、それより少ない回数繰り返すことで、画像を
    復元することを特徴とした、画像の復元化方式。
  8. 【請求項8】請求項7に記載の画像の復号化において、
    パターンPT及びパラメータPMと変形されたパターン
    PRの計算において、演算を空間周波数領域で行うこと
    を特徴とした、画像の復号化方式。
  9. 【請求項9】請求項7又は8に記載の画像の復号化にお
    いて、使用するパターンPTに、点広がり関数、確率密
    度関数、多次元関数、その他計算可能な関数を使用する
    ことを特徴とする、画像の復号化方式。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010068084A (ja) * 2008-09-09 2010-03-25 Toshiba Corp 画像処理装置及び画像処理方法
WO2010064674A1 (ja) * 2008-12-03 2010-06-10 ソニー株式会社 画像処理装置および画像処理方法、並びにプログラム

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