JP2004165800A - 画像処理装置 - Google Patents

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浩文 竹井
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Abstract

【課題】動画を撮影可能なビデオカメラや動画を編集する編集装置等で、画像の合成や切り替えの為のエフェクトとして用いて好適な画像処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】入力された画像信号を複数の周波数帯域成分に分割する帯域分割手段と、入力された第1の画像信号と第2の画像信号とを帯域分割手段によって分割した後、分割された帯域成分毎に画像データを入れ替えて、第3の画像信号を出力する合成手段とを有する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の画像信号の合成、切り替え機能を有する画像処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、入力される複数の画像を合成したり切り替えたりする画像処理方法として、図13に示すように、2つの入力画像のベースバンド信号を所定の比率で加算して、時間の経過とともに加算比率を変化させることによって、画像Aから画像Bに切り替える「クロスフェード」と呼ばれるものがあった。また、図14に示すように、2つの入力画像のベースバンド信号について、画像Aから画像Bのように、時間の経過とともに画面の右から左へと順に切り替えるような「ワイプ」と呼ばれる画像処理方法もあった。これらの「クロスフェード」や「ワイプ」といった画像処理は、撮影時のエフェクトとして、ビデオカメラにおける撮影シーンの切り替え等で用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
また、複数の画像を合成するその他の画像処理方法として、入力される2つの画像から低周波成分と高周波成分をそれぞれ抽出し、2つの画像の高周波成分を合成した上で、一方の画像の低周波成分と合成し、第3の画像を得るといった画像処理方法も考えられている。こうして生成された第3の画像には、2つの画像の高周波成分が含まれるようになるので、高精細な合成画像を得ることができると考えられている(例えば、特許文献2参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開平2−301268号公報
【特許文献2】
特開平11−313205号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の「クロスフェード」や「ワイプ」といった画像処理においては、合成したり入れ替えたりする画像信号が、輝度信号や色差信号等のようなベースバンド信号の状態で行っている為、視覚的効果に限界があった。
【0006】
また、2つの画像の高周波成分を合成して、一方の画像の低周波成分と合成するといった従来の画像処理においては、合成して生成される1枚の画像の輪郭を強調することが目的の構成であるので、動画のようにシームレスな画像を切り替える際のエフェクトに用いることは不適であった。
【0007】
本発明は上記の如き問題点を解決して、動画を撮影可能なビデオカメラや動画を編集する編集装置等で、エフェクトとして用いて好適な構成を成す画像処理装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する為の手段として、本発明は以下の構成からなる手段を有する。
【0009】
本発明の画像処理装置は、複数の画像信号を入力して処理する画像処理装置において、画像信号を異なる周波数帯域成分ごとに分割する帯域分割手段と、複数の画像信号を前記帯域分割手段で分割した後、前記複数の画像信号間で共通する周波数帯域成分内における一部または全部の画像データを入れ替えることで前記複数の画像信号を合成し、一つの画像信号を出力する画像合成手段とを備えたことを特徴とする。
【0010】
また、本発明の画像処理装置は、複数の画像信号を入力して処理する画像処理装置において、周波数帯域分割された複数の画像信号を入力し、前記複数の画像信号間で、所定の周波数帯域の成分内における一部または全部の画像データを入れ替えることで前記複数の画像信号を合成する画像合成手段と、前記画像合成手段が処理する前記所定の周波数帯域を時間の経過と共に変更させた上で、前記画像合成手段によって合成される画像を動画像として出力する画像出力手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【0012】
<第1の実施形態>
図1は本発明の第1の実施形態における画像処理装置の各ブロックと記録装置及び表示装置を表したブロック図である。
【0013】
本発明の画像処理装置では、画像の圧縮符号化技術として規格化が検討されている所謂JPEG2000に準拠した方式を用いて、画像の帯域分割処理や合成処理、圧縮処理や伸張処理を行なうものであるが、JPEG2000の基礎的な技術説明に関してはISO/IEC 15444などに詳細に説明されているので、ここでは本実施の形態に関連する部分のみ取り上げて、画像処理装置の動作に関連付けて説明する。
【0014】
図1において、101は画像入力部(1)、102は離散ウェーブレット変換部(1)、103は第1メモリ部である。104はデータ合成部、105は量子化部、106はエントロピ符号化部、107は符号出力部、108は記録装置である。更に、201は画像入力部(2)、202は離散ウェーブレット変換部(2)、203は第2メモリ部である。204は外部入力部である。205は逆離散ウェーブレット変換部、206は表示用バッファメモリ部、207は画像出力部、208は表示装置である。
【0015】
画像入力部(1)101はカメラ等の撮像装置や外部の画像信号出力装置に接続されている。まず、画像入力部(1)101から、符号化対象となる第1の画像信号を構成する輝度信号および色度信号がラスタースキャン順に入力され、離散ウェーブレット変換部(1)102で変換される。
【0016】
図2(a)は入力信号を帯域分割する離散ウェーブレット変換部(1)102の構成を表した図である。同図において、H0およびH1はFIRフィルタであり、H0はローパス(Low Pass)、H1はハイパス(High Pass)特性を持っている。また、下向き矢印記号を有する円形部分は、ダウンサンプリングを表している。入力される多値画像信号は、フィルタH0およびH1で処理されて異なる周波数帯域の信号に分割された後、2:1にダウンサンプリングされることになる。
【0017】
図2(a)において、入力された多値画像信号は、水平方向および垂直方向の変換処理を1つの組として処理を行っている。また、最初の1組の処理終了後、さらに最も周波数帯域の低い信号に対して同じ処理を繰り返し行なうことにより、最終的には7つの異なる周波数帯域に属する一連のデータが出力される。
【0018】
図2(b)は、図2(a)に示した構成からなる離散ウェーブレット変換部(1)102によって変換処理を行った結果、入力された多値画像信号が異なる周波数帯域に分割された様子を表したものであり、各周波数帯域に対してHH1,HL1,LH1,HH2,HL2,HL1,LLのようにラベル付けを行った例である。以降の説明においては、水平方向および垂直方向への1組の変換処理を分解の1レベルと考え、各周波数帯域HH1,HL1,LH1,…,LLをサブバンドと称する。
【0019】
離散ウェーブレット変換部(1)102によって帯域分割された画像信号は、第1のデータ群として第1メモリ部103に格納される。
【0020】
また、同様に画像入力部(2)201から入力された画像信号は、離散ウェーブレット変換部(2)202によって帯域分割され、各周波数帯域のサブバンドHH1,HL1,LH1,…,LLを生成し、第2のデータ群として第2メモリ部203に格納される。
【0021】
ここで入力された2つの画像の合成や切り替え処理を行なわない場合、例えば第1のデータ群はメモリ部103からデータ合成部104をそのままの形で通過し、次の量子化部105または逆離散ウェーブレット変換部205へ入力される。
【0022】
量子化部105は、データ合成部104から出力される離散ウェーブレット変換されたデータ群を、量子化するものである。図3は、量子化部105における入力値と出力値の関係を示す図である。このように、量子化部105はウェーブレット変換係数値を量子化された係数値(以降、単に係数値と呼ぶ)に変換し、後続のエントロピ符号化部106に出力する。
【0023】
エントロピ符号化部106は、入力された係数を図4に示すような複数のコードブロック(図4において点線で表記した部分)に領域分割する。そして、コードブロック毎に係数値をビットプレーンに分解し、算術符号化を行ってコードストリームとして出力する。
【0024】
コードストリームは符号化出力部107によりヘッダ情報等が付加されて、JPEG2000のファイル形式として生成された後、記録装置108に出力される。記録装置108は固体メモリを含むメモリカード、光ディスクや磁気ディスク等の記録媒体と、記録媒体の書き込み部や読出し部等から構成されており、入力したJPEG2000ファイルを記録媒体に記録する。また記録装置108は、記録再生装置として再生機能を備えていてもよく、また記録装置108は本発明の画像処理装置と一体化された装置として、或いは画像処理装置と有線や無線で接続可能な装置として、或いはネットワーク上に接続されたコンピュータやサーバーであっても良い。
【0025】
データ合成部104から出力されるデータ群は逆離散ウェーブレット変換部205にも入力され、元のベースバンドの画像信号に逆変換できる。ここで逆変換された画像信号は表示用バッファメモリ部206に入力される。画像出力部207は表示用バッファメモリ部206からの画像信号を可視画像として、液晶ディスプレイモニタ(LCD)等の表示装置208に出力して、表示できる。
【0026】
次に、本発明の画像処理装置を用いて複数の画像の合成や切り替えを行なう場合、特にフレーム単位で連続している動画像を切り替える場合のデータ合成部104の動作について説明する。
【0027】
画像入力部(1)101から入力された第1の動画像は、離散ウェーブレット変換部(1)102にて図5(a)のように帯域分割され、第1のデータ群として、フレーム毎に更新されながら第1メモリ部103に格納される。
【0028】
画像入力部(2)201から入力された第2の動画像も同様に、離散ウェーブレット変換部(2)202にて図5(b)のように帯域分割され、第2のデータ群として、フレーム毎に更新されながら第2メモリ部203に格納される。
【0029】
第1及び第2のメモリ部からの出力は、データ合成部104に入力される。またデータ合成部104は外部入力部204にも接続されており、外部の装置やシステムから動画像が帯域分割されたデータ群を入力可能であって、前述した第1、第2の動画像の他、外部入力部204から入力した動画像をそれぞれ自由に合成する事が可能である。
【0030】
ここでは例として、まず第1メモリ部103と第2メモリ部203からの画像データを合成し、切り替える場合の処理について説明する。なお、これ以降本実施の形態において説明する、“複数の動画像を合成し、時間の経過とともに切り替える処理”のことを“クロスフェード”と称す。
【0031】
データ合成部104を用いて本実施の形態のクロスフェードを行なうことによって、例えば画像入力部(1)101から入力される第1の動画像から、画像入力部(2)201から入力される第2の動画像へと、徐々にシーンを切り替えるような視覚効果を演出したいときに効果的である。その構成は、第1の動画像から第2の動画像に切り替える場合、データ合成部104の処理の説明として図6(1)〜(6)で示すように、動画を構成するフレーム毎に存在する各サブバンドのデータを、時間の経過(フレームの移り変わり)に従って、第1の動画像を構成する成分から第2の動画像を構成する成分へと順次入れ替えながら新たなデータ群を構成し、それを第3の動画像としてデータ合成部104から出力する構成となっている。
【0032】
図6を用いてデータ合成部104が行なうクロスフェードについて詳細に説明する。ここで、第1の動画像のデータ群は図5(a)の如き構成であり、また第2の動画像のデータ群は図5(b)の如き構成となっているものとする。
【0033】
データ合成部104から出力されるデータは、まずクロスフェードの開始前の期間では図6(1)に示すように、全てが第1の動画像のデータ群のみの状態である。
【0034】
次いで、クロスフェードが開始されると、図6(2)に示すように、クロスフェードの開始から30フレーム(NTSC方式で約1秒間分)までの映像期間で、第1の動画像のデータ群におけるサブバンド成分HH1aを、第2の動画像のデータ群の対応するサブバンド成分HH1bと入れ替え、それ以外のサブバンドは第1のデータ群のままにして、その結果として第3のデータ群を出力する。
【0035】
次いで、図6(3)に示すように、クロスフェードの実行中で31から60フレームまでの映像期間では、第1の動画像のデータ群におけるサブバンド成分HH1a、HL1a、LH1aを、第2の動画像のデータ群のそれぞれ対応するサブバンド成分HH1b、HL1b、LH1bと入れ替え、それ以外のサブバンドは第1のデータ群のままにして、その結果として第3のデータ群を出力する。
【0036】
次いで、図6(4)に示すように、クロスフェードの実行中で61から90フレームまでの映像期間では、第1の動画像のデータ群におけるサブバンド成分HH1a、HL1a、LH1a、HH2aを、第2の動画像のデータ群のそれぞれ対応するサブバンド成分HH1b、HL1b、LH1b、HH2bと入れ替え、それ以外のサブバンドは第1のデータ群のままにして、その結果として第3のデータ群を出力する。
【0037】
次いで、図6(5)に示すように、クロスフェードの実行中で91から120フレームまでの映像期間では、第1の動画像のデータ群におけるサブバンド成分LLaのみを残して、第1のデータ群のその他のサブバンドを、第2の動画像のデータ群における対応するサブバンドと、それぞれサブバンド毎に入れ替え、その結果として第3のデータ群を出力する。
【0038】
そしてクロスフェードが開始されてから120フレーム以降は、図6(6)に示すように全てが第2の動画像のデータ群のみを出力する状態となり、クロスフェードが完了する(第1の動画像から第2の動画像への切り替えが終了する。)。
【0039】
なお、この切り替えのタイミングは一例として上記のように設定しているが、クロスフェードを実行した際に、視覚効果上で適当な範囲内であれば、フレーム数または時間間隔は任意で良い。
【0040】
図6(1)〜(6)の各段階でそれぞれ生成された第3のデータ群は、その後上述したような処理を介した後、実際に表示装置208で表示されるか、または記録装置108で記録される動画データとなる。
【0041】
以上のように構成された画像処理装置によって、クロスフェードを実行したときの表示形態としては、第1の動画像を図9のシーンA、第2の動画像を図9のシーンBとした場合には、図10に示したように、時間の経過とともにシーンAからシーンBへとじわっと切り替わるような表示形態が実現できる。
【0042】
図10について説明を補足すると、シーンAからシーンBに切り替わるクロスフェードが開始されると、時間が経過するに従いシーンAの高周波成分が徐々に少なくなってゆき、続いて低周波成分も徐々に少なくなってゆき、最終的にクロスフェードの終了とともにシーンAの成分はゼロとなる。逆にシーンBについては、クロスフェードが開始されると、時間が経過するに従い高周波成分が徐々に増加してゆき、続いて低周波成分も徐々に増加してゆき、最終的にはクロスフェードの終了とともに画面の全てがシーンBの画像信号に切り替わるようになることを表している。
【0043】
もし、画像をシーンAからシーンBに完全に切り替えるのではなく、2つの画像が常に合成されている状態で表示させたい場合には、データ合成部104が図6の(2)〜(5)の状態のいずれかの合成状態を保持するように制御すれば良い。
【0044】
更に、本発明の画像処理装置は2つの画像のクロスフェードに限らず、第1メモリ部103と第2メモリ部103と外部入力端子204からの、3つの帯域分割されたデータ群を時系列またはランダムに切り替えることにも対応できる構成とする。もちろん外部入力端子204を複数設けたり、画像入力部を増やしたりしても、本発明の画像処理装置によって対応できる。
【0045】
また、データ合成部104がクロスフェードとして行なう、複数の画像の対応するサブバンドを入れ替える処理は、上述した図6(1)〜(6)のように高周波成分のサブバンドから順に入れ替える方法に限らず、低周波成分のサブバンド(例えばLL)から入れ替えるようにしても良い。
【0046】
更に、サブバンドを入れ替える場合に、上述した図6(1)〜(2)においてHH1のサブバンド成分の全てを一度に入れ替える例を説明したが、その他の方法として図10(1)〜(5)に示すように時間の経過(フレームの進行)に従って、サブバンドHH1をさらに細分化してコードブロック単位で順に入れ替えるように制御することもできる。
【0047】
また、図12(1)〜(5)に示すように時間の経過(フレームの進行)に従って、2つの画像の対応するサブバンド成分の加算比率を変化させながら入れ替えるように制御することもできる。
【0048】
以上のように、本実施の形態において説明した本画像処理装置を用いることによって、入力画像の処理において、このような新しい特殊効果を提供することが可能になり、ビデオカメラや編集装置等のエフェクトとして利用できる効果がある。
【0049】
<第2の実施形態>
第2の実施形態では、第1の実施形態で説明した画像処理装置の復号機能について説明する。復号機能は、記録装置108に記録されたJPEG2000ファイルを再生し、そのファイルを再生した場合に用いられる。このとき、記録装置108は再生機能を有する記録再生装置であり、また、再生されるJPEGファイルは、実施の形態1で説明したクロスフェード処理済みの動画を含んでいるものとする。
【0050】
図7は本発明の第2の実施の形態における画像処理装置の各ブロックと記録装置及び表示装置を表したブロック図である。
【0051】
図7において、108は再生機能を有する記録装置、701は符号入力部、702はエントロピ復号化部、703は逆量子化部、704は復号用メモリ部、705は逆離散ウェーブレット変換部、706は表示用バッファメモリ部、707は画像出力部、708は離散ウェーブレット変換データ出力部、709はLCD等の表示装置である。
【0052】
記録部108に記録してある画像データ(JPEG2000ファイル)は再生され、符号入力部701に入力される。そこで、画像データに含まれる管理情報(ヘッダ)を解析して後続の処理に必要なパラメータを抽出する。
【0053】
その後、エントロピ復号化部702は量子化された係数値を復号する。復号された係数値は後段の逆量子化部703に出力される。逆量子化部703は、入力された係数値を逆量子化し、結果として得られる離散ウェーブレット変換係数を復号用メモリ部704に格納する。
【0054】
次に、逆離散ウェーブレット変換部705において、復号用メモリ704に格納された変換係数を逆離散ウェーブレット変換するが、その手順について以下に説明する。
【0055】
図8は、逆離散ウェーブレット変換部705の詳細構成を示す図である。逆離散ウェーブレット変換部705はまず、復号用フレームメモリ704に格納されたデータ群のサブバンドのうち、LL2およびLH2から変換係数を垂直方向に読み出して1:2にアップサンプリングした後、LL2に対してはG0、LH2に対してはG1によるフィルタ処理を施して加算する。また同様の処理をHL2,HH2に対しても行なう。次に、以上の処理結果を水平方向に読み出し、先程LL2およびLH2から得られた結果に対してはアップサンプリング後G0を、HL2およびHH2から得られた結果に対してはアップサンプリング後G1を施して加算する。以上の処理により、1レベルの合成が終了する。以上の処理を全てのレベルで行なうことにより、データ群からベースバンドの画像信号を復元することができる。
【0056】
次に、図7において、逆離散ウェーブレット変換部705から出力された画像信号は表示用バッファメモリ部706に入力される。画像出力部707は表示用バッファメモリ部706からの画像信号を可視画像として、液晶ディスプレイモニタ(LCD)等の表示装置709に出力して、表示できる。
【0057】
また、708は離散ウェーブレット変換データ出力部であり、復号用メモリ部704からの出力を、外部に出力することが可能な構成となっている。
【0058】
上述したような構成からなる、実施の形態2の画像処理装置を用いれば、記録装置108から再生した画像データを復号して再生、表示することができるので、再生動画中にクロスフェードが含まれている映像部に関しては実施の形態1と同様、図9及び図10の如くクロスフェード動画を再生、表示することができる。
【0059】
更に、離散ウェーブレット変換部705から出力される再生画像のデータ群を、実施の形態1で説明した図1の外部入力部204の入力に用いれば、記録装置108からの再生画像と画像入力部(1)101または画像入力部(2)201の入力画像とのクロスフェードも実行できる。
【0060】
以上のように、本実施の形態において説明した本画像処理装置を用いることによって、再生画像を用いても新しい特殊効果を提供することが可能になり、ビデオカメラや編集装置等のエフェクトとして利用できる効果がある。
【0061】
<その他の実施形態>
上記した2つの実施形態における画像処理装置の機能を実現するように、各種のデバイスを動作させるべく当該各種デバイスと接続された装置又はシステム内のコンピュータに、上記実施形態の機能を実現するためのソフトウエアのプログラムコードを供給し、その装置又はシステムのコンピュータ(CPU又はMPU)を格納されたプログラムに従って動作させ、前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本願発明の範囲に含まれる。
【0062】
この場合、前記ソフトウエアのプログラムコード自体が、前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記憶媒体は、本発明を構成する。かかるプログラムコードを格納する記憶媒体としては、例えば、フロッピー(R)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード及びROM等を用いることが出来る。
【0063】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)又は他のアプリケーションソフトウエア等と共同して上述の実施例の機能が実現される場合にも、かかるプログラムコードが本出願に係る発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【0064】
更には、供給されたプログラムコードが、コンピュータの機能拡張ボード又はコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいて、その機能拡張ボード又は機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も、本出願に係る発明に含まれることは言うまでもない。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像を複数の周波数帯域に分割して、複数の画像の対応する周波数帯域の画像データを入れ替える事により、従来には無かった視覚的効果のある画像合成や画像の切り替えが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1における画像処理装置を含むシステムのブロック図である。
【図2】(a)離散ウェーブレット変換部の動作を説明する為の図である。(b)サブバンドを説明する図である。
【図3】量子化部における入力値と出力値の関係を示す図である。
【図4】サブバンドとコードブロックの関係を示す図である。
【図5】(a)(b)合成する2つの画像のサブバンドを示す図である。
【図6】(1)〜(6)サブバンド成分の入れ替え方法を説明する図である。
【図7】実施の形態2における画像処理装置を含むシステムのブロック図である。
【図8】逆離散ウェーブレット変換部の動作を説明する為の図である。
【図9】本発明のクロスフェードを行なう2つの画像例である。
【図10】本発明のクロスフェードを説明する図である。
【図11】(1)〜(5)2つの画像のサブバンド成分を入れ替える場合の他の方法を説明する図である。
【図12】(1)〜(5)2つの画像のサブバンド成分を入れ替える場合の他の方法を説明する図である。
【図13】従来の特殊効果の動作を説明する為の図である。
【図14】従来の特殊効果の表示を説明する為の図である。
【符号の説明】
101 画像入力部(1)
102 離散ウェーブレット変換部(1)
103 第1メモリ部
104 データ合成部
105 量子化部
106 エントロピ符号化部
107 符号出力部
108 記録装置
201 画像入力部(2)
202 離散ウェーブレット変換部(2)
203 第2メモリ部
204 外部入力部
205 逆離散ウェーブレット変換部
206 表示用バッファメモリ部
207 画像出力部
208 表示装置
701 符号入力部
702 エントロピ復号化部
703 逆量子化部
704 復号用メモリ部
705 逆離散ウェーブレット変換部
706 表示用バッファメモリ部
707 画像出力部
708 離散ウェーブレット変換データ出力部
709 表示装置

Claims (2)

  1. 複数の画像信号を入力して処理する画像処理装置において、
    画像信号を異なる周波数帯域成分ごとに分割する帯域分割手段と、
    複数の画像信号を前記帯域分割手段で分割した後、前記複数の画像信号間で共通する周波数帯域成分内における一部または全部の画像データを入れ替えることで前記複数の画像信号を合成し、一つの画像信号を出力する画像合成手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
  2. 複数の画像信号を入力して処理する画像処理装置において、
    周波数帯域分割された複数の画像信号を入力し、前記複数の画像信号間で、所定の周波数帯域の成分内における一部または全部の画像データを入れ替えることで前記複数の画像信号を合成する画像合成手段と、
    前記画像合成手段が処理する前記所定の周波数帯域を時間の経過と共に変更させた上で、前記画像合成手段によって合成される画像を動画像として出力する画像出力手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
JP2002326935A 2002-11-11 2002-11-11 画像処理装置 Withdrawn JP2004165800A (ja)

Priority Applications (4)

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