JP2004005017A - Method for correcting aliasing in power spectrum and apparatus using it - Google Patents

Method for correcting aliasing in power spectrum and apparatus using it Download PDF

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JP2004005017A
JP2004005017A JP2002157549A JP2002157549A JP2004005017A JP 2004005017 A JP2004005017 A JP 2004005017A JP 2002157549 A JP2002157549 A JP 2002157549A JP 2002157549 A JP2002157549 A JP 2002157549A JP 2004005017 A JP2004005017 A JP 2004005017A
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signal data
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signal
aliasing
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Hiroyuki Urushiya
漆家 裕之
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Canon Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform corrections while using as a correction factor the ratio of the power spectrum components of pure signals contained in the power spectra of actual signal data to power spectrum components including components produced by the effects of aliasing, thereby eliminating aliasing components included in the power spectra of signal (image) data. <P>SOLUTION: Based on signal data having a greater number of samples than the signal data to be corrected, pseudo signal data with smaller sampling intervals are created (S100). The aliasing components and the power spectrum components are obtained from the signal data (S101). The average ratio of the aliasing components to the power spectrum components of the signal data is used as the correction factor (S103) to correct the power spectra. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、本発明はディジタル信号処理の分野に属し、特に、パワースペクトルにおけるエイリアシングの影響を排除するための補正方法及びこれを用いた装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディジタル信号処理或いはディジタル画像処理の分野で、信号データ或いは画像データのパワースペクトルを求める必要のあるケースがしばしば起こる。その典型的な例としてウィーナーフィルターが挙げられる。
ウィーナーフィルターでは、復元するための原信号或いは原画像の相関行列が必要である。この相関行列は、フーリエ変換すればパワースペクトルとなるので、原信号或いは原画像のパワースペクトルが必要ということになる。
【0003】
通常、この原信号或いは原画像のパワースペクトルを直接求めるのは困難であり、本出願人によって原画像の相関行列(パワースペクトル)を、観測画像の相関行列(パワースペクトル)から推定する方法が提案されている。
【0004】
しかしながら、信号データ或いは画像データがディジタルデータである場合には、そのサンプリング間隔の大きさによって決まるナイキスト周波数以上の周波数成分を元々の信号或いは画像が含んでいれば、その周波数成分はエイリアシング成分として折り返した周波数成分となって現れる。このエイリアシング成分は元々の周波数線分と区別することはできず、効果的なエイリアシング補正を行なうことは困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
信号データ或いは画像データにエイリアシング成分が含まれている場合、信号データ或いは画像データをそのまま用いてパワースペクトルを求めると、エイリアシング成分のために不正確なパワースペクトルとなってしまう。
【0006】
また、この不正確なパワースペクトルを用いて、例えばウィーナーフィルターを求めた時にはあまり良いフィルターとはならない。特に、観測画像の相関行列(パワースペクトル)から、原画像の相関行列(パワースペクトル)を推定する場合には、観測画像のサンプリング間隔は十分に小さくとれないことも多く、そのパワースペクトルにはエイリアシング成分が多く含まれていると考えられ、そこから導出されたフィルターの精度は低いものとなってしまう。
したがって、信号データ或いは画像データのパワースペクトルに含まれるエイリアシング成分は、できる限り排除しておく必要がある。
【0007】
そこで本発明は、上記課題を解決することを目的とするもので、例えば、実際の信号データのパワースペクトルに含まれている純粋な信号のパワースペクトル成分と、エイリアシングの影響による成分を含めたパワースペクトル成分の比を統計的に求めて、これを補正係数として補正するものである。
【0008】
さらに詳細には、信号データのパワースペクトルに含まれている純粋な信号のパワースペクトル成分と、エイリアシングの影響による成分を分離して求めるために、実際に補正する信号データよりも大きなサンプル数の実信号データを用意して、これからもっと小さなサンプリング間隔の信号データを擬似的に作成する。
【0009】
この仮想信号データを、実際のサンプリング間隔で再サンプリングした場合のパワースペクトルは、エイリアシングの影響による成分を含んだものになっているが、これと純粋な信号のパワースペクトル成分を仮想信号データより求めてその統計的な比を補正係数とするものである。
【0010】
このようにして求めた補正係数は、複数のディジタル信号データ或いはディジタル画像データから作成された統計的なエイリアシング補正係数となり、精度良くパワースペクトルのエイリアシングを補正することができる。
【0011】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的下において、本発明は、補正対象の信号データよりも大きなサンプル数の第1の信号データに基づき、より小さなサンプリング間隔の第2の信号データを擬似的に生成する信号データ生成ステップと、上記信号データ生成ステップにより生成した上記第2の信号データに基づき、エイリアシング成分及び上記信号データのパワースペクトル成分を取得する取得ステップと、上記取得ステップにより得られた上記エイリアシング成分及び上記第2の信号データのパワースペクトル成分の比を補正係数として、上記パワースペクトルの補正を行なう補正ステップとを含むことを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、複数の機器が互いに通信可能に接続されている信号処理装置或いは画像処理装置であって、上記機器のうち少なくとも1つの機器は、請求項1〜4の何れかに記載のエイリアシング補正方法のステップに基づく機能を有することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明によるエイリアシング補正によって得られる信号データの生成過程(エイリアシング補正処理方法)を図1に示す。
図1において、(a)は、実際に補正する信号データよりも大きなサンプル数の実信号データであり、(b)は、(a)の実信号データのサンプリング間隔を小さくしたものである。これをもとに、(g)及び(h)のMTFデータによる補正を行なって小さなサンプリング間隔の信号データを擬似的に作成する。これが(i)の擬似スペクトルデータである。
【0014】
この擬似スペクトルデータから、実際のサンプリング間隔で再サンプリングした信号データ(c)のスペクトルデータである(f)再サンプリングスペクトルデータを求めることができ、さらにエイリアシングの影響による成分も求めることができる。
【0015】
ここで、図1における各記号の定義について説明しておく。
実信号データをf、再サンプリング信号データをgとしてそのスペクトルデータをF、Gとして、擬似スペクトルデータをH、そしてMTFデータをMTFとする。
【0016】
また、信号空間における実際のサンプリング間隔によるサンプル点をs、実際のサンプリング間隔より小さい仮想のサンプリング間隔によるサンプル点をtとする。
また、信号空間における実際のサンプリング間隔によるサンプル点sに対応する周波数空間のスペクトルサンプル点をu、tに対応する周波数空間のスペクトルサンプル点をvとする。
【0017】
また、(a)の信号データの実際に補正する信号データよりも大きなサンプル数を2N+1、実際に補正する信号データのサンプル数を2M+1として、インデックスjを−NからN、kを−MからMとする。
【0018】
このとき、sとtの間には、
【数1】

Figure 2004005017
の関係が成り立っており、また、実ナイキスト周波数をnq、仮想ナイキスト周波数をnq´とすれば、
【数2】
Figure 2004005017
となっている。またu、vの間には、
【数3】
Figure 2004005017
の関係が成り立っている。
【0019】
図1に示した処理方法の概念を、処理フローとして示したのが図2である。
図2に示すように、本発明の処理の手順は、先ず、実際の信号データから実際より小さな仮想サンプリング間隔の信号データをMTFの補正をして作成する(ステップS100)。
次に、仮想サンプリング間隔のスペクトルデータから、実際のサンプリング間隔の単純サンプリングのスペクトルデータと理想のスペクトルデータを作成する(ステップS101)。
【0020】
次に、全信号データについて単純サンプリングのスペクトルデータの平均と理想のスペクトルデータの平均を求める(ステップS102)。
次に、パワースペクトルの補正係数を求める(ステップS103)。
次に、パワースペクトルを補正する(ステップS104)。
となっている。この手順にしたがって詳細に説明していく
【0021】
(1)実際の信号データから実際より小さな仮想サンプリング間隔の信号データをMTFの補正をして作成する。
実信号データf(s)のサンプリング間隔を、実際よりも小さな仮想サンプリング間隔にした信号データが仮想信号データf(t)である。この各々の信号データを、フーリエ変換して得られるスペクトルデータが、F(u)、F(v)であり、F(v)にMTFの補正をしたものが擬似スペクトルデータH(v)である。
【0022】
F(u)の振幅には、MTF(u)がかかっており、H(v)の振幅にはMTF(v)がかかっていなければならない。これより、H(v)は、
【数4】
Figure 2004005017
によってMTFの補正を行なう。
【0023】
(2)仮想サンプリング間隔のスペクトルデータから、実際のサンプリング間隔の単純サンプリングのスペクトルデータと理想のスペクトルデータを作成する。
擬似スペクトルデータを逆フーリエ変換した擬似信号データを、実際のサンプリング間隔で単純にサンプリングしたものを、g(s)、g(s)をフーリエ変換して得られるスペクトルデータが、G(v)である。
【0024】
G(v)は、H(v)を使って、
(j>0)では、
G(v)=H(v)+H(v−N+k−1)………(7)
(j=0)では、
G(0)=H(0)………(8)
(j<0)では、
G(v)=H(v)+H(vN−k+1)………(9)
と表わすことができる。
【0025】
これをグラフで示したのが図3である。上記式(7)及び式(8)における第2項がエイリアシングのスペクトルデータ成分であり、これを取り除いた第1項が理想のスペクトルデータ成分となっている。
【0026】
(3)全信号データについて、単純サンプリングのスペクトルデータの平均と理想のスペクトルデータの平均を求める。
全信号データについて、単純サンプリングのスペクトルデータG(v)及び理想のスペクトルデータH(v)を求めて、それぞれの平均を、
【数5】
Figure 2004005017
とする。
【0027】
(4)パワースペクトルの補正係数を求める。
単純サンプリング信号データのパワースペクトルをP(v)とすると、
【数6】
Figure 2004005017
となる。(ここで*は共役複素数を表わす。)
【0028】
また、理想のパワースペクトルP´(v)は、
P´(v)=|H(v)|………(13)
となる。
【0029】
したがって、単純サンプリング信号データのパワースペクトルを理想のパワースペクトルに補正する補正係数を、C(v)とすれば、
【数7】
Figure 2004005017
となる。
【0030】
(5)パワースペクトルを補正する。
(1)〜(4)で求めた補正係数を用いて、処理したい信号データのパワースペクトルを補正する。
処理したい信号データのパワースペクトルをA(v)とすれば、
A´(v)=C(v)×A(v)………(17)
によって補正を行なう。
【0031】
以上のようにして、パワースペクトルのエイリアシングを補正することができるが、次にこのエイリアシング補正したパワースペクトルを用いたウィーナーフィルター或いはパラメトリックウィーナーフィルターの求め方について説明する。
【0032】
パラメトリックウィーナーフィルターの評価基準Iは次式で表わされる。
Figure 2004005017
ここで、γは復元度とノイズの増幅の抑制度を調整するためのパラメータであり、γ=1としたときウィーナーフィルターとなる。
【0033】
Aは劣化行列、Qはノイズ相関行列、Rffは原画像(信号)相関行列であり、M+1個の変数h、h、…、hM−1、hの左右対称型フィルターを、H=(h、hM−1、…、h、h、h、…、hM−1、h)とおけば、Bはこれを巡回させた、
【数8】
Figure 2004005017
のように定義する。
【0034】
これらの行列を式(18)のIに代入すれば、Iはh、h、…、hM−1、hのM+1個の変数の関数となる。これを、
(h、h、…、hM−1、h)………(20)
と表わす。
【0035】
また、このフィルターには直流成分を変えないという条件を付け加えるのが望ましい。
この条件は、
【数9】
Figure 2004005017
と表わされる。
【0036】
この式(21)のもとで、式(20)を最小にするために、ラグランジュの未定乗数をλとして、
【数10】
Figure 2004005017
とおけば、(M+2)個の式、
【数11】
Figure 2004005017
が導出される。
【0037】
この(M+2)次連立方程式を、h、h、…、hM−1、h及びλについて解く事によって、評価基準Iを最小にするパラメトリックウィーナーフィルターを求める事ができる。
この中で、原画像(信号)の相関行列Rffを用いているが、原画像(信号)相関行列を求めるのは困難である場合がほとんどであるから、原画像(信号)の代わりに実際に得られる観測画像(信号)から推定する方法が本出願人によって提案されている。
【0038】
これは、観測画像(信号)の相関行列Rggとノイズの相関行列Qを用いて、
ff=A−1(Rgg−Q)(A−1………(24)
によって原画像(信号)の相関行列Rffを推定するものである。
【0039】
ここにおける観測画像(信号)の相関行列Rggは、観測画像(信号)をδ、観測画像(信号)に関する平均操作をE[●]とすれば、
gg=E[δδ]………(25)
と表わされる。
【0040】
また、フーリエ変換を表わす行列をW−1、フーリエ逆変換を表わす行列をWとして、δのスペクトルデータをεとおけば、
ε=W−1δ………(26)
と表わされ、そのパワースペクトルは行列εεの対角成分として表わされる。
【0041】
そして、パワースペクトルのエイリアシング補正係数ベクトルC(v)の平方根をとったベクトルをccとしてccを対角成分として、その他の成分を0とした対角行列をCとすれば、パワースペクトルのエイリアシング補正は、
Cεε………(27)
によって行なうことができる。
【0042】
ここで、エイリアシング補正されたスペクトルデータをε´とおけば、
ε´=Cε………(28)
であり、そのエイリアシング補正された信号データをδ´とすれば、
δ´=Wε´
である。
【0043】
そこで、Cを用いて、
=WCW−1………(30)
と定義すれば、
Figure 2004005017
となり、これによってエイリアシング補正された信号データδ´の相関行列に補正することができる。
【0044】
尚、式(24)における観測画像(信号)からの推定では、Rgg―Qが使われているが、式(31)におけるRggは、ノイズの補正された観測画像(信号)の相関行列とみなして、Rgg―Qに対して式(31)によるエイリアシング補正を行なって原画像(信号)の相関行列の推定を行なえば良い。
【0045】
これによって、エイリアシングの影響を排除したより正確な推定にすることができる。このように推定した原画像(信号)の相関行列を式(18)のRffに代入して、ウィーナーフィルター或いはパラメトリックウィーナーフィルターを求めれば、より正確な原画像に近づけるフィルターにすることができる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、統計的に補正係数を求めて補正を行なうため安定してパワースペクトルのエイリアシング補正を行なうことができる。またこの補正されたパワースペクトルを用いてウィーナーフィルターを求めれば、より精度の高いフィルターを求めることができる。
また、この補正されたパワースペクトルを用いて、ウィーナーフィルターを求めれば、より精度の高いフィルターを求めることができる。。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるエイリアシング補正によって得られる信号データの生成過程(エイリアシング補正処理方法)をあらわした図である。
【図2】図1に示した処理方法の流れを示すフローチャートである。
【図3】本発明のシステムにおけるスペクトルデータにおけるエイリアシングを説明する概念図である。
【符号の説明】
1  実信号データ
2  仮想信号データ
3  再サンプリング信号データ
4  再サンプリング信号データ
5  仮想スペクトルデータ
6  再サンプリングスペクトルデータ
7  MTFデータ
8  MTFデータ
9  擬似スペクトルデータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention, for example, belongs to the field of digital signal processing, and more particularly to a correction method for eliminating the effect of aliasing in a power spectrum and an apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
In the field of digital signal processing or digital image processing, it is often necessary to determine the power spectrum of signal data or image data. A typical example is a Wiener filter.
The Wiener filter requires a correlation matrix of an original signal or an original image to be restored. Since this correlation matrix becomes a power spectrum when Fourier-transformed, the power spectrum of the original signal or original image is required.
[0003]
Usually, it is difficult to directly obtain the power spectrum of the original signal or the original image, and the present applicant has proposed a method of estimating the correlation matrix (power spectrum) of the original image from the correlation matrix (power spectrum) of the observed image. Have been.
[0004]
However, when the signal data or image data is digital data, if the original signal or image contains a frequency component higher than the Nyquist frequency determined by the size of the sampling interval, the frequency component is folded back as an aliasing component. Frequency components. This aliasing component cannot be distinguished from the original frequency line segment, and it has been difficult to perform effective aliasing correction.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When an aliasing component is included in the signal data or the image data, if the power spectrum is obtained using the signal data or the image data as it is, an incorrect power spectrum results due to the aliasing component.
[0006]
In addition, when a Wiener filter is obtained using this incorrect power spectrum, for example, it is not a very good filter. In particular, when estimating the correlation matrix (power spectrum) of the original image from the correlation matrix (power spectrum) of the observed image, the sampling interval of the observed image is often not sufficiently small, and the power spectrum has aliasing. It is considered that many components are contained, and the accuracy of the filter derived therefrom is low.
Therefore, it is necessary to eliminate aliasing components contained in the power spectrum of the signal data or the image data as much as possible.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems. For example, a power spectrum component of a pure signal included in a power spectrum of actual signal data and a power spectrum including a component due to aliasing are included. The ratio of the spectral components is statistically obtained, and the ratio is corrected as a correction coefficient.
[0008]
More specifically, in order to separate and obtain the power spectrum component of the pure signal included in the power spectrum of the signal data and the component due to the effects of aliasing, the number of samples having a larger number of samples than the signal data to be actually corrected is determined. The signal data is prepared, and the signal data of a smaller sampling interval is created in a pseudo manner.
[0009]
The power spectrum when this virtual signal data is resampled at the actual sampling interval contains a component due to the effect of aliasing, and the power spectrum component of the pure signal is obtained from the virtual signal data. The statistical ratio is used as a correction coefficient.
[0010]
The correction coefficient thus obtained is a statistical aliasing correction coefficient created from a plurality of digital signal data or digital image data, and can correct the power spectrum aliasing with high accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the present invention provides a signal data generating step of pseudo-generating second signal data at a smaller sampling interval based on first signal data having a larger number of samples than signal data to be corrected. Obtaining an aliasing component and a power spectrum component of the signal data based on the second signal data generated by the signal data generating step; and the aliasing component and the second signal obtained by the obtaining step. And correcting the power spectrum using the ratio of the power spectrum components of the signal data as a correction coefficient.
[0012]
Further, the present invention is a signal processing device or an image processing device in which a plurality of devices are communicably connected to each other, wherein at least one device among the devices is the device according to any one of claims 1 to 4. It has a function based on the steps of the aliasing correction method.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a process of generating signal data (aliasing correction processing method) obtained by the aliasing correction according to the present invention.
In FIG. 1, (a) shows actual signal data of a larger number of samples than the signal data to be actually corrected, and (b) shows a sampling interval of the actual signal data of (a) reduced. Based on this, correction is performed using the MTF data of (g) and (h), and signal data at a small sampling interval is created in a pseudo manner. This is the pseudo spectrum data of (i).
[0014]
From this pseudo-spectral data, (f) re-sampled spectrum data, which is the spectrum data of the signal data (c) re-sampled at the actual sampling interval, can be obtained, and a component due to aliasing can also be obtained.
[0015]
Here, the definition of each symbol in FIG. 1 will be described.
The actual signal data is f, the resampled signal data is g, the spectrum data is F and G, the pseudo spectrum data is H, and the MTF data is MTF.
[0016]
Also, let s be a sample point at the actual sampling interval in the signal space and t be a sample point at a virtual sampling interval smaller than the actual sampling interval.
Also, let u be a spectrum sample point in the frequency space corresponding to the sample point s at the actual sampling interval in the signal space, and let v be a spectrum sample point in the frequency space corresponding to t.
[0017]
Also, assuming that the number of samples of the signal data of (a) larger than the signal data to be actually corrected is 2N + 1, the number of samples of the signal data to be actually corrected is 2M + 1, and the index j is -N to N and k is -M to M And
[0018]
At this time, between s and t,
(Equation 1)
Figure 2004005017
And the real Nyquist frequency is nq and the virtual Nyquist frequency is nq ′,
(Equation 2)
Figure 2004005017
It has become. Also, between u and v,
[Equation 3]
Figure 2004005017
The relationship holds.
[0019]
FIG. 2 shows the concept of the processing method shown in FIG. 1 as a processing flow.
As shown in FIG. 2, in the processing procedure of the present invention, first, signal data at a virtual sampling interval smaller than the actual one is created from the actual signal data by correcting the MTF (step S100).
Next, from the spectrum data at the virtual sampling interval, the spectrum data of the simple sampling at the actual sampling interval and the ideal spectrum data are created (step S101).
[0020]
Next, the average of the simple sampling spectrum data and the average of the ideal spectrum data are obtained for all the signal data (step S102).
Next, a correction coefficient of the power spectrum is obtained (step S103).
Next, the power spectrum is corrected (step S104).
It has become. Details will be described according to this procedure.
(1) Signal data at a virtual sampling interval smaller than the actual one is created from the actual signal data by correcting the MTF.
The signal data in which the sampling interval of the real signal data f (s j ) is a virtual sampling interval smaller than the actual one is the virtual signal data f (t j ). The spectrum data obtained by Fourier-transforming each of the signal data is F (u j ) and F (v j ), and the F (v j ) corrected for MTF is the pseudo-spectral data H (v j ). j ).
[0022]
MTF (u j ) must be applied to the amplitude of F (u j ), and MTF (v j ) must be applied to the amplitude of H (v j ). From this, H (v j ) is
(Equation 4)
Figure 2004005017
To correct the MTF.
[0023]
(2) From the spectrum data at the virtual sampling interval, create the simple sampling spectrum data and the ideal spectrum data at the actual sampling interval.
The pseudo signal data obtained by inverse Fourier transform of the pseudo spectrum data is simply sampled at an actual sampling interval, and the spectrum data obtained by Fourier transforming g (s k ) and g (s k ) is represented by G (v k ).
[0024]
G (v k ) is calculated by using H (v j )
(J> 0)
G (v k ) = H (v k ) + H (v− N + k−1 ) (7)
(J = 0),
G (0) = H (0) (8)
(J <0),
G (v k ) = H (v k ) + H (v N−k + 1 ) (9)
Can be expressed as
[0025]
FIG. 3 shows this in a graph. The second term in the above equations (7) and (8) is an aliasing spectrum data component, and the first term excluding this is an ideal spectrum data component.
[0026]
(3) With respect to all the signal data, the average of simple sampling spectrum data and the average of ideal spectrum data are obtained.
For all the signal data, the spectrum data G (v k ) of the simple sampling and the ideal spectrum data H (v k ) are obtained, and the respective averages are calculated as
(Equation 5)
Figure 2004005017
And
[0027]
(4) Find a correction coefficient for the power spectrum.
Assuming that the power spectrum of the simple sampling signal data is P (v k ),
(Equation 6)
Figure 2004005017
It becomes. (Here, * represents a conjugate complex number.)
[0028]
The ideal power spectrum P ′ (v k ) is
P ′ (v k ) = | H (v k ) | 2 (13)
It becomes.
[0029]
Therefore, if the correction coefficient for correcting the power spectrum of the simple sampling signal data to the ideal power spectrum is C (v k ),
(Equation 7)
Figure 2004005017
It becomes.
[0030]
(5) Correct the power spectrum.
The power spectrum of the signal data to be processed is corrected using the correction coefficients obtained in (1) to (4).
If the power spectrum of the signal data to be processed is A (v k ),
A ′ (v k ) = C (v k ) × A (v k ) (17)
The correction is performed by
[0031]
As described above, the aliasing of the power spectrum can be corrected. Next, a method of obtaining a Wiener filter or a parametric Wiener filter using the aliased power spectrum will be described.
[0032]
The evaluation criterion Ip of the parametric Wiener filter is expressed by the following equation.
Figure 2004005017
Here, γ is a parameter for adjusting the degree of restoration and the degree of suppression of noise amplification. When γ = 1, it becomes a Wiener filter.
[0033]
A is a degradation matrix, Q is a noise correlation matrix, R ff is an original image (signal) correlation matrix, and a left-right symmetric filter of M + 1 variables h 0 , h 1 ,..., H M−1 , h M H = (h M, h M -1, ..., h 1, h 0, h 1, ..., h M-1, h M) if put and, B is allowed to cycle through this,
(Equation 8)
Figure 2004005017
Is defined as
[0034]
Substituting these matrix I p of the formula (18), I p is h 0, h 1, ..., a function of M + 1 single variable h M-1, h M. this,
I p (h 0 , h 1 ,..., H M−1 , h M ) (20)
It is expressed as
[0035]
It is desirable to add a condition that the DC component is not changed in this filter.
This condition
(Equation 9)
Figure 2004005017
Is represented by
[0036]
Under this equation (21), in order to minimize equation (20), Lagrange's undetermined multiplier is defined as λ,
(Equation 10)
Figure 2004005017
Then, (M + 2) expressions,
[Equation 11]
Figure 2004005017
Is derived.
[0037]
By solving this (M + 2) -order simultaneous equation for h 0 , h 1 ,..., H M−1 , h M and λ, a parametric Wiener filter that minimizes the evaluation criterion I p can be obtained.
In this, the correlation matrix R ff of the original image (signal) is used. However, in most cases, it is difficult to obtain the original image (signal) correlation matrix. Has been proposed by the present applicant.
[0038]
This is obtained by using the correlation matrix R gg of the observed image (signal) and the correlation matrix Q of the noise,
R ff = A −1 (R gg −Q) (A −1 ) t (24)
Is used to estimate the correlation matrix R ff of the original image (signal).
[0039]
Here, the correlation matrix R gg of the observed image (signal) can be expressed by: δ for the observed image (signal) and E g [●] for the averaging operation for the observed image (signal).
R gg = E g [δδ t ] (25)
Is represented by
[0040]
Also, if the matrix representing the Fourier transform is W −1 , the matrix representing the inverse Fourier transform is W, and the spectral data of δ is ε,
ε = W −1 δ (26)
Expressed and, the power spectrum is expressed as diagonal elements of the matrix εε t.
[0041]
If the vector obtained by taking the square root of the aliasing correction coefficient vector C (v k ) of the power spectrum is cc, cc is the diagonal component, and the diagonal matrix with the other components being 0 is C, the aliasing of the power spectrum is obtained. The correction is
Cεε t C t ............ (27)
Can be done by
[0042]
Here, if the aliasing-corrected spectrum data is denoted by ε ′,
ε '= Cε (28)
And if the aliased signal data is δ ′,
δ '= Wε'
It is.
[0043]
So, using C,
C w = WCW -1 (30)
If you define
Figure 2004005017
Thus, the correlation matrix of the aliased signal data δ ′ can be corrected.
[0044]
In the estimation from the observed image (signal) in Expression (24), R gg -Q is used. However, R gg in Expression (31) is a correlation matrix of the observed image (signal) corrected for noise. In this case, the correlation matrix of the original image (signal) may be estimated by performing an aliasing correction on R gg -Q by Expression (31).
[0045]
As a result, it is possible to obtain a more accurate estimation excluding the influence of aliasing. By substituting the correlation matrix of the original image (signal) estimated in this way into R ff in equation (18) and obtaining a Wiener filter or a parametric Wiener filter, it is possible to obtain a more accurate filter close to the original image.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the correction coefficient is statistically obtained and corrected, the aliasing correction of the power spectrum can be performed stably. Further, if a Wiener filter is obtained using the corrected power spectrum, a filter with higher accuracy can be obtained.
Further, if a Wiener filter is obtained using the corrected power spectrum, a filter with higher accuracy can be obtained. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a process of generating signal data (aliasing correction processing method) obtained by aliasing correction according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of the processing method shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating aliasing in spectrum data in the system of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 real signal data 2 virtual signal data 3 resampled signal data 4 resampled signal data 5 virtual spectrum data 6 resampled spectrum data 7 MTF data 8 MTF data 9 pseudo spectrum data

Claims (5)

補正対象の信号データよりも大きなサンプル数の第1の信号データに基づき、より小さなサンプリング間隔の第2の信号データを擬似的に生成する信号データ生成ステップと、
上記信号データ生成ステップにより生成した上記第2の信号データに基づき、エイリアシング成分及び上記信号データのパワースペクトル成分を取得する取得ステップと、
上記取得ステップにより得られた上記エイリアシング成分及び上記第2の信号データのパワースペクトル成分の比を補正係数として、上記パワースペクトルの補正を行なう補正ステップとを含むエイリアシング補正方法。
A signal data generating step of pseudo-generating second signal data at a smaller sampling interval based on the first signal data having a larger number of samples than the signal data to be corrected;
An acquisition step of acquiring an aliasing component and a power spectrum component of the signal data based on the second signal data generated by the signal data generation step;
A correction step of correcting the power spectrum using a ratio between the aliasing component obtained in the obtaining step and the power spectrum component of the second signal data as a correction coefficient.
上記補正ステップで用いる補正係数は、
第1の信号データからサンプリング間隔の小さな第2の信号データを生成する信号データ生成ステップと、
上記第2の信号データに対して、MTF(Modulation Transfer Function)補正を行うMTF補正ステップと、
上記第2の信号データのパワースペクトル成分を取得する第1の取得ステップと、
上記第1の取得ステップで得られたパワースペクトルデータから、第1の信号データのサンプリング間隔の単純パワースペクトルデータ及び理想のパワースペクトルデータを生成するパワースペクトル生成ステップと、
上記パワースペクトル生成ステップで得られた単純パワースペクトルデータ及び理想のパワースペクトルデータそれぞれの平均を取得する第2の取得ステップと、
上記第2の取得のステップで得られた単純パワースペクトルデータ及び理想のパワースペクトルデータとの平均の比を取得する第3の取得ステップにより求めることを特徴とする請求項1記載のエイリアシング補正方法。
The correction coefficient used in the correction step is
A signal data generating step of generating second signal data having a small sampling interval from the first signal data;
An MTF (Modulation Transfer Function) correction step of performing MTF (Modulation Transfer Function) correction on the second signal data;
A first obtaining step of obtaining a power spectrum component of the second signal data;
A power spectrum generation step of generating simple power spectrum data and ideal power spectrum data at a sampling interval of the first signal data from the power spectrum data obtained in the first acquisition step;
A second acquisition step of acquiring an average of each of the simple power spectrum data and the ideal power spectrum data obtained in the power spectrum generation step;
2. The aliasing correction method according to claim 1, wherein the third acquisition step is for acquiring an average ratio between the simple power spectrum data obtained in the second acquisition step and the ideal power spectrum data.
上記取得ステップで得られたパワースペクトルに基づき、ウィーナーフィルター或いはパラメトリックウィーナーフィルターの少なくとも何れかを取得するフィルター取得ステップを含むことを特徴とする請求項1記載のエイリアシング補正方法。The aliasing correction method according to claim 1, further comprising a filter acquisition step of acquiring at least one of a Wiener filter and a parametric Wiener filter based on the power spectrum obtained in the acquisition step. 上記フィルター取得ステップは、観測画像(信号)の相関行列からノイズの相関行列を差し引いた行列より得られるパワースペクトルを補正し、当該補正後のパワースペクトルに基づき原画像(信号)の信号を推定することを特徴とする請求項3記載のエイリアシング補正方法。The filter acquisition step corrects a power spectrum obtained from a matrix obtained by subtracting a noise correlation matrix from a correlation matrix of an observed image (signal), and estimates a signal of an original image (signal) based on the corrected power spectrum. The aliasing correction method according to claim 3, wherein: 複数の機器が互いに通信可能に接続されている信号処理装置或いは画像処理装置であって、
上記機器のうち少なくとも1つの機器は、請求項1〜4の何れかに記載のエイリアシング補正方法のステップに基づく機能を有することを特徴とする信号処理装置或いは画像処理装置。
A signal processing device or an image processing device in which a plurality of devices are communicably connected to each other,
A signal processing device or an image processing device, wherein at least one of the devices has a function based on the steps of the aliasing correction method according to claim 1.
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