JP2006141046A - Image processing apparatus, image processing method, learning apparatus and learning method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は画像処理装置及び画像処理方法に関し、例えば、サブサンプリングにより間引かれた画素を補間することにより画像の解像度を向上させる場合に適用して好適なものである。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method, and is suitable for application to, for example, improving the resolution of an image by interpolating pixels thinned out by subsampling.
従来、画像信号を記録、伝送する際の帯域圧縮あるいは情報量削減のための方法としてサブサンプリングによつて原画像の画素を所定間隔おきに間引く方法が広く用いられている。その一例としては、MUSE(MUltiple Sub-nyquist Sampling Encoding)方式における多重サブナイキストサンプリングエンコーデイング方式がある。 Conventionally, a method of thinning out pixels of an original image at predetermined intervals by sub-sampling is widely used as a method for band compression or information reduction when recording and transmitting an image signal. As an example, there is a multiple sub Nyquist sampling encoding method in the MUSE (MUltiple Sub-nyquist Sampling Encoding) method.
またサブサンプリングの一例としてオフセツトサブサンプリングが広く用いられている。このオフセツトサブサンプリングにおいては、2次元の場合には図6に示すように水平方向(x方向)及び垂直方向(y方向)のサンプリング間隔(Tx、Ty)をそれぞれ原信号における画素間隔(Hx、Hy)の2倍に設定することにより、1画素おきにサブサンプル(×)する。またオフセツトサブサンプリングでは、垂直方向に隣合うサンプリング点(○)を互いにサンプリング間隔の半分(Tx/2)だけオフセツトする。この結果オフセツトサブサンプリング後の画像信号の伝送帯域は、図7に示すように斜め方向の空間周波数に対して水平あるいは垂直方向の空間周波数成分を広帯域化することができ、この結果視覚上画質劣化の目立たない間引き処理を行うことができる。 As an example of subsampling, offset subsampling is widely used. In this offset sub-sampling, in the two-dimensional case, as shown in FIG. 6, the sampling interval (Tx, Ty) in the horizontal direction (x direction) and the vertical direction (y direction) is set to the pixel interval (Hx in the original signal). , Hy), sub-sample (×) every other pixel. In offset subsampling, sampling points (() adjacent in the vertical direction are offset by half of the sampling interval (Tx / 2). As a result, the transmission band of the image signal after offset sub-sampling can widen the horizontal or vertical spatial frequency component with respect to the diagonal spatial frequency as shown in FIG. It is possible to perform a thinning process in which deterioration is not noticeable.
ここでオフセツトサブサンプリングされた画像信号をモニタに表示したりプリントアウトする場合には、図8に示すように各サンプリング点間の画素を隣接画素を用いて補間する必要がある。このような補間処理は、図7に示す斜線領域の周波数成分を通過させると共に、折り返し点Aを含む領域の周波数成分の通過を阻止する空間フイルタとして機能するものであり、この補間処理はサンプリング理論上では後置フイルタとして位置付けられる。 Here, when the offset subsampled image signal is displayed on a monitor or printed out, it is necessary to interpolate pixels between sampling points using adjacent pixels as shown in FIG. Such an interpolation process functions as a spatial filter that passes the frequency components in the hatched area shown in FIG. 7 and prevents the frequency components in the area including the turning point A from passing. Above it is positioned as a post filter.
ところで、オフセツトサブサンプリングは、サブサンプリング前の前置フイルタが正しくかけられている場合には非常に有効な手法であるが、例えばハードウエア上の制約によつて前置フイルタを十分にかけられない場合や伝送帯域の広帯域化をはかるために前置フイルタを十分にかけない場合等には折り返し歪みに基づく画像劣化が発生する問題がある。 By the way, offset subsampling is a very effective method when the prefilter before subsampling is applied correctly, but the prefilter cannot be applied sufficiently due to hardware restrictions, for example. In some cases, or when the pre-filter is not sufficiently applied in order to increase the transmission band, there is a problem that image degradation based on aliasing distortion occurs.
この折り返し歪みの発生を軽減する一つの方法として、適応型補間方法が提案されている。この方法は、サブサンプリングされた画像信号に対して補間処理を行う際に、補間画素の周辺で相関の強い方向を検出し、当該検出結果に応じて複数の異なつた補間手段を選択的に用いて補間処理を行うものである。 As one method for reducing the occurrence of aliasing distortion, an adaptive interpolation method has been proposed. In this method, when interpolation processing is performed on a subsampled image signal, a direction having a strong correlation is detected around the interpolation pixel, and a plurality of different interpolation means are selectively used according to the detection result. Interpolation processing is performed.
ところで、適応型補間方法においては、補間精度が相関の強い方向を検出する際の検出精度と個々の補間手段の能力とに大きく依存する。そのため、個々の補間手段の能力が十分でなく適切な補間ができない場合や、相関の強い方向を誤判定した場合には、本来の信号成分を減少させるばかりでなく、逆に折り返し歪みを増大させてしまう問題点があつた。 By the way, in the adaptive interpolation method, the interpolation accuracy largely depends on the detection accuracy when detecting a direction having a strong correlation and the ability of each interpolation means. Therefore, when the ability of each interpolation means is not sufficient and proper interpolation is not possible, or when a direction with strong correlation is misjudged, not only the original signal component is reduced but also the aliasing distortion is increased. There was a problem.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、真値に近い補間画素値を求めることができる簡易な構成の画像処理装置、画像処理方法、学習装置及び学習方法を提案しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose an image processing apparatus, an image processing method, a learning apparatus, and a learning method having a simple configuration capable of obtaining an interpolation pixel value close to a true value. It is.
かかる課題を解決するため本発明は、補間対象とすべき位置を中心としてその周辺における複数の画素をブロツクとして形成された当該ブロツクのうち、上記中心の近傍における平坦度を検出し、その平坦度が大きいほど、選択対象とすべき中心における周辺画素の選択数が多くなるように、周辺画素を選択し、周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、生成対象とされる画素のクラスを分類し、クラスに対応する予測係数を発生し、予測係数と、周辺画素とに基づく積和演算により補間対象とすべき位置での画素を算出するようにした。 In order to solve such a problem, the present invention detects a flatness in the vicinity of the center among the blocks formed by using a plurality of pixels in the periphery around the position to be interpolated, and the flatness. Select a peripheral pixel and classify the class of the pixel to be generated according to the level distribution pattern of the peripheral pixel so that the larger the is, the greater the number of peripheral pixels selected at the center to be selected. The prediction coefficient corresponding to the class is generated, and the pixel at the position to be interpolated is calculated by the product-sum operation based on the prediction coefficient and the surrounding pixels.
また本発明は、補間対象とすべき位置を中心としてその周辺における複数の画素をブロツクとして形成された当該ブロツクのうち、上記中心の近傍における平坦度を検出し、その平坦度が大きいほど、選択対象とすべき中心における周辺画素の選択数が多くなるように、周辺画素を選択し、周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、生成対象とされる画素のクラスを分類し、クラスに対応する代表値を発生し、当該代表値を補間対象とすべき位置での画素に対応するデータとするようにした。 Further, the present invention detects the flatness in the vicinity of the center among the blocks formed by using a plurality of pixels in the periphery with the position to be interpolated as the center, and the higher the flatness, the more the selection is made. Select peripheral pixels so that the number of peripheral pixels at the center to be targeted increases, classify the class of pixels to be generated according to the level distribution pattern of the peripheral pixels, and correspond to the classes A representative value is generated, and the representative value is used as data corresponding to a pixel at a position to be interpolated.
さらに本発明は、既知の画像に対応した学習データを構成する複数の画素のうち、補間対象とすべき位置を中心として、当該中心の近傍における平坦度を検出し、この平坦度が大きいほど、当該中心の周辺に分布する周辺画素の選択数が多くなるように、周辺画素を選択し、この周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、生成対象とされる画素のクラスを分類し、このクラスに対応する予測係数を生成し、当該予測係数をメモリに格納するようにした。 Furthermore, the present invention detects the flatness in the vicinity of the center around the position to be interpolated among the plurality of pixels constituting the learning data corresponding to the known image, and the larger the flatness, Select the peripheral pixels so that the number of peripheral pixels distributed around the center increases, classify the class of pixels to be generated according to the level distribution pattern of the peripheral pixels, and select this class The prediction coefficient corresponding to is generated, and the prediction coefficient is stored in the memory.
本発明によれば、クラスに対応した予測係数または代表値を使つて補間対象とすべき位置での画素を求めるようにしたことにより、真値に近い補間画素値を得ることができる。加えて、補間対象とすべき位置近傍の平坦度を検出し、当該検出結果に応じてクラス分類に用いる周辺画素を選択するようにしたことにより、当該補間対象とすべき位置での画素を少ないクラス数で的確にクラス分類できるようになる。かくして真値に近い補間画素値を求めることができる簡易な構成の画像処理装置、画像処理方法、学習装置及び学習方法を実現できる。 According to the present invention, an interpolation pixel value close to a true value can be obtained by obtaining a pixel at a position to be interpolated using a prediction coefficient or a representative value corresponding to a class. In addition, by detecting the flatness in the vicinity of the position to be interpolated and selecting peripheral pixels to be used for class classification according to the detection result, the number of pixels at the position to be interpolated is reduced. It becomes possible to classify accurately by the number of classes. Thus, an image processing device, an image processing method, a learning device, and a learning method with a simple configuration capable of obtaining an interpolation pixel value close to a true value can be realized.
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1)全体構成
図1において、1は全体として画像信号補間装置を示し、オフセツトサブサンプリングによつて情報量が削減された入力画像データD1に対してクラス分類による適応補間処理を施すことにより真値に近い補間データD2を生成するようになされている。
(1) Overall Configuration In FIG. 1,
具体的には、画像信号補間装置1は、補間対象画素の周辺のサンプリング画素(すなわち入力画像データD1に含まれている画素)のレベル分布のパターンに応じて補間対象画素(すなわち間引かれた画素)をクラス分類し、予め各クラス毎に学習により求められている予測係数を読み出し、この予測係数を使つて補間画素値を求める。
これにより画像信号補間装置1においては、補間対象画素を単にその周辺のサンプリング画素を用いた平均補間によつて求める場合と比較して、格段に真値に近い補間画素値を求めることができる。
Specifically, the image
As a result, in the image
画像信号補間装置1は入力画像データD1をブロツク化回路2に入力し、当該ブロツク化回路2において入力画像データD1を所定の大きさのブロツクに分割する。実際上ブロツク化回路2は、図2に示すように、補間対象画素(×印)を中心としてその周辺の12個の周辺画素a〜lによつて各ブロツクを形成するようになされている。
The image
平坦度検出回路3はブロツク化画像データD3を入力し、そのブロツク内の補間対象画素を含む領域での局所的な平坦度を検出する。具体的には、平坦度検出回路3は、補間対象画素(×印)に隣接する4個の周辺画素a〜dを用いて平坦度を検出する。
The
そして周辺画素a〜dの平坦度が小さかつた場合には、補間対象画素(×印)のクラスをこの4画素a〜dのみで十分に推定し得ると判断し、続く画素選択回路4にこのことを表わす平坦度検出信号D4を送出する。これに対して、周辺画素a〜dの平坦度が大きかつた場合には、補間対象画素のクラスをこの4画素a〜dのみでは推定し得ないと判断し、続く画素選択回路4にこのことを表わす平坦度検出信号D4を送出する。因に、実施例の平坦度検出回路3では、4画素a〜dの画素値の最大値と最小値の差が20を越えていた場合に平坦度が小さいとし、20以下であつた場合に平坦度が大きいするようになされている。
Then, when the flatness of the peripheral pixels a to d is small, it is determined that the class of the interpolation target pixel (x mark) can be sufficiently estimated only by the four pixels a to d, and the subsequent
画素選択回路4は平坦度検出信号D4に基づいて、平坦度が小さかつた場合には選択画素データD5としてブロツク内画素a〜lのうち4画素a〜dの画素データのみを適応ダイナミツクレンジ符号化(ADRC(Adaptive Dynamic Range Coding ))回路5に送出する。これに対して画素選択回路4は平坦度が大きかつた場合には選択画素データD5として、4画素a〜dの平均値Mと共に周辺画素e〜lの合計9個の画素データをADRC回路5に送出する。
Based on the flatness detection signal D4, the
ADRC回路4は画素選択回路4からの選択画素データD5を受け、当該選択画素データD5に対して適応ダイナミツクレンジ符号化処理を施すことにより各画素値をビツト圧縮することによりパターン圧縮データD6を形成する。
The ADRC
このように画像信号補間装置1においては、常にブロツク化回路2により切り出された周辺画素a〜l全てを用いてクラス分類するのではなく、局所的な周辺画素a〜dの平坦度に応じてクラス分類に用いる画素数を適応的に選択するようにしたことにより、クラス数を有効に削減することができる。
As described above, in the image
この結果、続くADRC回路5を例えば1ビツトの適応量子化を行うもので構成すると、平坦度が小さいときには補間対象画素の周辺の状態を24個のパターンで表現し得、平坦度が大きいときには29個のパターンで表現し得る。従つて周辺の12画素全てを用いたときのパターンが212個であることを考えると、補間対象画素を非常に少ないパターンで表現できることが分かる。
As a result, when configuring the
これに加えて、ADRC回路5は平坦度検出回路3からの平坦度検出信号D4に基づいてビツト圧縮率を切り換えるようになされている。具体的には、平坦度が小さいことを表わす平坦度検出結果信号D4を受けると4画素a〜dに対して1画素当り8ビツトの各画素値を2ビツトに圧縮する。これに対して平坦度が大きいことを示す平坦度検出信号D4を受けると平均画素値M及び周辺8画素e〜lの合計9画素をそれぞれ1ビツトに圧縮する。
In addition, the ADRC
従つて周辺画素の状態は、平坦度が小さい場合には44個のパターンで表され、平坦度が大きい場合には29個のパターンで表わされる。これによりADRC回路5は、周辺画素の特徴量を残しながら効率の良い圧縮処理を施すことができる。
State of the slave connexion peripheral pixels, when the flatness is small is represented by 4 four patterns, when a large flatness is expressed by 2 nine patterns. As a result, the ADRC
パターン圧縮データD6はクラスコード発生回路6に与えられる。クラスコード発生回路6はパターン圧縮データD6に基づいたクラスコードD6を発生し、これを予測係数メモリ7に与える。予測係数メモリ7はクラスコードD6を読み出しアドレスとして、予めクラス毎に後述する学習によつて求められて記憶されている予測係数D8を出力する。
The pattern compression data D6 is given to the class
予測演算回路8はブロツク化画像データD3に含まれる各画素値a〜lと予測係数D8とを用いて線形一次結合式に基づく演算を行うことにより、補間対象画素の画素値を算出し、これを補間データD2として出力する。
The
かくして画像信号補間装置1においては、予め学習により求めた予測係数を用いて補間画素を形成するようにしたことにより真値に近い補間画素値を得ることができる。また平坦度に応じてクラス分類に用いる画素を選択すると共にクラス分類の際の圧縮率を変化させるようにしたことによりクラス分類の効率を格段に改善し得る。この結果クラス数が減ることにより、予測係数メモリ7の構成を簡易化し得る。
Thus, in the image
(2)クラス分類処理
次にADRC回路5及びクラスコード発生回路6によるクラス分類処理について説明する。ADRC回路5は画像のもつ局所的特徴としてブロツク内ダイナミツクレンジを定義し、主としてレベル方向の冗長度を適応的に除去する。例えば図3に示すように、1画素当り8ビツトの画素データの持つ0〜255のダイナミツクレンジの中で、各ブロツク毎に再量子化するために必要なブロツク内ダイナミツクレンジA、Bは大幅に小さくなることが分かる。従つてこの小さなダイナミツクレンジA、B内で再量子化を行えば、必要なビツト数を大幅に低減することができるのである。
(2) Class Classification Processing Next, class classification processing by the
具体的には、ADRC回路5は先ずブロツク内ダイナミツクレンジをDR、ビツト割当をp、ブロツク内の各画素レベルをx、再量子化コードをQとして、次式
Specifically, the
により、図4(A)に示すようにブロツク内の最大値MAXと最小値MINとの間を指定されたビツト長で均等に分割して再量子化を行う。因に、図4は3ビツトで再量子化した場合(すなわちp=3の場合)を表わす。 Thus, as shown in FIG. 4A, requantization is performed by equally dividing the maximum value MAX and the minimum value MIN in the block by the designated bit length. Incidentally, FIG. 4 shows a case where requantization is performed with 3 bits (that is, p = 3).
次に、図4(A)の最上位の階調レベル(2p−1)に相当するデータレベル内に存在するブロツク内画素の平均値をとり、これを図4(B)に示すように最大値MAX′とする。また図4(A)の最下位の階調レベル0に相当するデータレベル内に存在するブロツク内画素の平均値をとり、これを図4(B)に示すように最小値MIN′とする。
Next, an average value of the pixels in the block existing in the data level corresponding to the highest gradation level (2 p −1) in FIG. 4A is taken, and this is obtained as shown in FIG. The maximum value is MAX ′. Also, the average value of the pixels in the block existing in the data level corresponding to the
次に新しく求めた最大値MAX′及び最小値MIN′によりブロツク内ダイナミツクレンジDR′を新たに定義し直して、再量子化コードをqとして、新しく求めたブロツク内の最大値MAX′及び最小値MIN′に基づいて、次式 Next, the dynamic range DR ′ in the block is newly redefined with the newly determined maximum value MAX ′ and minimum value MIN ′, and the requantized code is defined as q, and the maximum value MAX ′ and minimum value in the newly determined block. Based on the value MIN ′,
により図4(B)に示すような再量子化を行う。 Thus, requantization as shown in FIG.
このようにADRC回路5は二重の再量子化を行うことにより、ノイズによる悪影響を低減して効率の良い情報量圧縮を行いパターン圧縮データD6を形成する。但し実施例のADRC回路5は3ビツトで再量子化を行うのではなく、上述したように平坦度検出信号D4に応じて1ビツト又は2ビツトで再量子化を行う。
In this way, the
クラス分類回路6は、このようにADRC回路5によつてpビツトにデータ圧縮された結果の再量子化データをq1〜qnとして、次式
The
を実行することにより、そのブロツクの属するクラスすなわち補間対象画素のクラスを表わすクラスコードc(D7)を決定する。 Is executed to determine the class code c (D7) representing the class to which the block belongs, that is, the class of the pixel to be interpolated.
(3)予測係数メモリの作成
次に予測係数メモリ7に記憶させる予測係数の求め方を、図5に従つて説明する。先ずステツプSP1において予測係数を学習するために、既に知られている画像に対応した学習データを形成する。具体的には、図2におけるサンプリング画素a〜lと、補間対象画素(×印)のサブサンプル以前の画素値を一組の学習データとする。
(3) Creation of Prediction Coefficient Memory Next, how to obtain the prediction coefficient stored in the
なお、このように学習データを形成する際に、1つの画像のみを用いるのではなく複数の画像を用いることで非常に多数の学習データを形成すれば、より正確な予測係数を得ることができる。 In addition, when forming learning data in this way, a more accurate prediction coefficient can be obtained if a large number of learning data is formed by using a plurality of images instead of using only one image. .
ステツプSP2では必要上十分な学習データが形成されたか否か判定する。そして更に学習データが必要であると判定した場合にはステツプSP3に進み、十分な学習データが得られた判定した場合にはステツプSP4に移る。 In step SP2, it is determined whether necessary and sufficient learning data has been formed. If it is determined that more learning data is required, the process proceeds to step SP3. If it is determined that sufficient learning data is obtained, the process proceeds to step SP4.
ステツプSP3では学習データをクラス分類する。このとき上述した画像信号補間装置1でしたのと同様のクラス分類を行うようにする。具体的には、先ず学習サンプリングデータの局所的な平坦度を検出し、当該検出結果に応じてクラス分類に用いる画素を選択し、選択した画素をADRC符号化により圧縮した後にクラスコードを形成することにより各学習データをクラス分類する。
In step SP3, the learning data is classified. At this time, the same class classification as in the image
次にステツプSP5において、クラス分類された学習データに基づき、各クラス毎に正規化方程式を形成する。ステツプSP5での処理を具体的に説明する。ここでは一般化するために学習データとしてn個のサンプリング画素が存在する場合について述べる。先ず各サンプリング画素の画素レベルx1、……、xnと注目補間画素のサブサンプル以前の画素レベルyの関係を、クラス(c)毎に予測係数w1、……、wnによるnタツプの線型一次予測式で表現することにより、次式 Next, in step SP5, a normalization equation is formed for each class based on the learning data classified into classes. The processing at step SP5 will be specifically described. Here, for generalization, a case where n sampling pixels exist as learning data will be described. First pixel level x 1 of each sampling pixel, ..., a sub-sample previous relationship pixel level y of the target interpolation pixel and x n, prediction coefficients w 1 for each class (c), ..., n according to w n taps By expressing the linear primary prediction formula of
を形成する。 Form.
この(4)式における予測係数w1、……、wnを求めれば良い。そこで実際の補間対象画素と補間処理結果の誤差が最小になるような予測係数w1、……、wnを求める。ここで学習はクラス毎に複数の学習データに対して行うので、学習データ数がmとすると一般的なm>nである場合には予測係数w1、……、wnは一意に決定できない。そこで誤差ベクトルeの要素を、それぞれの学習データxk1、……、xkn、yk(k=1、2、……、m)における予測誤差をekとして、次式
のように定義して、次式 Is defined as
を最小にする予測係数w1、……、wnを求める。いわゆる最小二乗法による解法である。
ここで(6)式のwiによる偏微分係数を求めると、次式 Here, when the partial differential coefficient by w i in equation (6) is obtained,
となる。(7)式が0になるような各wiを決めればよい。そこで次式 It becomes. (7) may be determined each w i such expression becomes zero. Therefore, the following formula
及び as well as
のように、Xij、Yiを定義すると、上述した(7)式は行列を用いて、次式 If X ij and Y i are defined as follows, the above equation (7) uses a matrix and the following equation:
の正規化方程式に書き換えることができる。 Can be rewritten as
ここで(10)式の正規化方程式は未知数がn個の連立方程式であるから、これにより最確値である各未定係数w1、……、wnを求めることができる。すなわちこの予測係数算出処理手順では、ステツプSP5において各クラス毎に未定係数w1、……、wnを求めることができるような正規化方程式を形成できるまでステツプSP1−SP2−SP3−SP5−SP1のループを繰り返す。 Since this case (10) normal equation of formula is unknowns are n simultaneous equations, thereby the unknown coefficients are the most probable value w 1, ......, it can be obtained w n. That is, in this prediction coefficient calculation processing procedure, steps SP1-SP2-SP3-SP5-SP1 are performed until a normalization equation that can determine undetermined coefficients w 1 ,..., W n for each class in step SP5 can be formed. Repeat the loop.
やがてステツプSP5において各クラス毎に(10)式で表わされる正規化方程式が形成され、ステツプSP2において肯定結果が得られると、ステツプSP4に進んで、ここで(10)式の正規化方程式を解いて各クラス毎の予測係数w1、……、wnを決定する。具体的には、一般に(10)式の左辺の行列は正定値対称なので、コレスキー法により解くことができる。 Eventually, in step SP5, a normalization equation expressed by equation (10) is formed for each class. If a positive result is obtained in step SP2, the process proceeds to step SP4, where the normalization equation of equation (10) is solved. The prediction coefficients w 1 ,..., W n for each class are determined. Specifically, since the matrix on the left side of equation (10) is generally positive definite, it can be solved by the Cholesky method.
次にステツプSP6において、各クラス毎に決定された予測係数w1、……、wnを予測係数メモリ7の対応するクラスのアドレスに格納し、続くステツプSP7において当該予測係数算出処理手順を終了する。
Next, in step SP6, the prediction coefficients w 1 ,..., W n determined for each class are stored in the address of the corresponding class in the
(4)実施例の動作
以上の構成において、画像信号補間装置1は間引かれた画素を補間対象画素として、当該補間対象画素をその周辺のブロツク化データD3の状態に応じてクラス分類する。このとき画像信号補間装置1はクラス分類の前処理として、補間対象画素近傍の画素a〜dの平坦度を検出し、この平坦度の大きさによつてクラス分類に用いる周辺画素を選択する。この結果画像の特徴量をできるだけ残しながら必要最小限の画素を用いてクラス分類できるようになり、不必要なクラス数の増加を抑制し得、効率の良いクラス分類ができるようになる。
(4) Operation of Embodiment In the above configuration, the image
次に、画像信号補間装置1は選択された画素を圧縮することによりパターン圧縮データD6を形成し、当該パターン圧縮データD6に基づいてクラスコードD7を形成する。このとき画像信号補間装置1は平坦度の大きさにより圧縮率を変化させる。この結果画像の特徴量を残しながら十分な圧縮処理を施すことができるようになり、ここでも不必要なクラス数の増加を抑制し得る。
Next, the image
次に、画像信号補間装置1はクラスコードD7を読み出しアドレスとして、予測係数メモリ7に記憶された予測係数D8を読み出す。そして予測演算回路8によつてこのクラスcに対応した予測係数w1(c)〜w12(c)とブロツク化データD3に含まれるサンプリング画素a〜lの画素データx1〜x12とを、次式
Next, the image
このようにして画像補間装置1においては、原画に含まれる画素データとほとんど変わらない補間データD2を形成することができる。この補間データD2は図示しない合成回路により入力画像データD1と合成された後、例えばテレビジヨン受像装置やビデオテープレコーダ装置等に供給される。
In this way, the
(5)実施例の効果
以上の構成によれば、補間対象画素を含む周辺画素の局所的な平坦度を検出し、当該平坦度検出結果に応じて、クラス分類に用いる画素を選択すると共にクラス分類の際の圧縮率を変化させるようにしたことにより、補間対象画素を少ないクラス数で的確にクラス分類できる。これにより真値に近い補間データを形成し得る簡易な構成の画像信号補間装置1を実現できる。
(5) Effects of the embodiment According to the above configuration, the local flatness of the peripheral pixels including the interpolation target pixel is detected, and the pixel used for class classification is selected and the class is selected according to the flatness detection result. By changing the compression rate at the time of classification, the interpolation target pixel can be accurately classified with a small number of classes. As a result, the image
(6)他の実施例
なお上述の実施例においては、補間対象画素の近傍4画素a〜dにより平坦度を検出し、平坦度が小さかつた場合にはこの4画素a〜dのみをクラス分類に用い、平坦度が大きかつた場合には4画素a〜dの平均値Mとさらに広い範囲に分布する周辺画素e〜lを用いてクラス分類する場合について述べたが、平坦度検出に用いる画素数及び平坦度検出結果に応じて選択する画素数はこれに限らず、要は補間対象画素の近傍画素を用いて平坦度を検出し、平坦度が大きかつた場合には、平坦度が小さかつた場合に用いた画素よりも多くの画素を用いてクラス分類するようにすれば良い。
(6) Other Embodiments In the above-described embodiment, the flatness is detected from the four neighboring pixels a to d of the interpolation target pixel, and when the flatness is small, only these four pixels a to d are class. The case where the classification is performed using the average value M of the four pixels a to d and the peripheral pixels e to l distributed in a wider range when the flatness is large has been described. The number of pixels to be used and the number of pixels to be selected according to the flatness detection result are not limited to this. In short, when the flatness is detected using pixels near the interpolation target pixel and the flatness is large, the flatness The class classification may be performed using more pixels than the pixels used when.
また上述の実施例においては、平坦度検出結果に応じて、クラス分類に用いる画素数を変えると共にADRC回路5の圧縮率も変化させる場合について述べたが、クラス分類に用いる画素数のみを変えるようにしても良い。また圧縮率を変化させる場合には、上述のように1ビツトと2ビツトで切り換える場合に限らない。
In the above-described embodiment, the case where the number of pixels used for class classification is changed and the compression rate of the
また上述の実施例においては、画像選択回路4によつて選択された選択画素データD5をADRC回路5及びクラスコード発生回路6を用いてビツト圧縮することによりクラス分類する場合について述べたが、クラス分類手段はADRC回路5及びクラスコード発生回路6に限らず、例えば離散コサイン変換(DCT)、差分量子化(DPCM)、サブバンド符号化やウエーブレツト変換等の種々の圧縮手段を用いることができる。さらにクラス分類の方法はビツト圧縮によるものに限らず、例えば補間対象画素の周辺画像において相関性の強い方向を検出し、当該検出結果に基づいてクラス分類するようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, the case where the selected pixel data D5 selected by the
また上述の実施例においては、クラス毎の予測係数を最小二乗法による学習により求めた場合について述べたが、予測係数の求め方はこれに限らず、種々の学習方法を用いることができる。 In the above-described embodiment, the case where the prediction coefficient for each class is obtained by learning by the least square method has been described. However, the method for obtaining the prediction coefficient is not limited to this, and various learning methods can be used.
また上述の実施例においては、予測係数メモリ7及び予測演算回路8を設け、予め学習により予測係数メモリ7に記憶された予測係数D8をクラスコードD7に応じて読出し、読出した予測係数D8とブロツク化データD3を線形一次結合することにより補間データを求めるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、予測係数メモリ7及び予測演算回路8に代えて、予め学習により求めたクラス毎の代表値を格納するメモリを設け、クラスに応じた代表値を読み出して、読み出した代表値を補間データとするようにしても良い。
In the above embodiment, the
この場合、メモリに格納するを求める第1の方法としては、加重平均による学習がある。詳述すれば、補間対象画素に対応する真の画素値をクラス毎に積算し、この積算結果を積算した画素値の個数によつて割るといた処理を様々な画像に対して行うことによりクラス毎の代表値を得るといつた学習である。 In this case, as a first method for obtaining data in the memory, there is learning by weighted average. More specifically, the true pixel values corresponding to the interpolation target pixels are accumulated for each class, and the result of dividing the accumulation result by the number of accumulated pixel values is performed on various images to class. When you get a representative value for each, it is learning.
また代表値を求める第2の方法としては、正規化による学習がある。詳述すれば、補間対象画素を含む複数の画素からなるブロツクを形成し、当該ブロツク内のダイナミツクレンジによつて、補間対象画素に対応する真の画素値からブロツクの基準値を減算した値を正規化し、この正規化された値の累積値を累積度数で割るといつた処理を様々な画像に対して行うことによりクラス毎の代表値を得るといつた学習である。 As a second method for obtaining the representative value, there is learning by normalization. More specifically, a block formed of a plurality of pixels including an interpolation target pixel is formed, and a block reference value is subtracted from a true pixel value corresponding to the interpolation target pixel by a dynamic range in the block. Is obtained by dividing the cumulative value of the normalized values by the cumulative frequency, and performing processing on various images to obtain representative values for each class.
本発明は、例えば画像の解像度を向上させる画像処理分野で利用可能である。 The present invention can be used, for example, in the field of image processing for improving the resolution of an image.
1……画像信号補間装置、3……平坦度検出回路、4……画素選択回路、5……ADRC回路、6……クラスコード発生回路、7……予測係数メモリ、8……予測演算回路、D1……入力画像データ、D2……補間データ、D3……ブロツク化データ、D4……平坦度検出信号、D5……選択画素データ、D6……パターン圧縮データ、D7……クラスコード、D8……予測係数、a〜l……周辺画素。
DESCRIPTION OF
Claims (22)
上記平坦度検出手段により検出される平坦度が大きいほど、上記中心の周辺に分布する周辺画素の選択数が多くなるように、上記周辺画素を選択する周辺画素選択手段と、
上記周辺画素選択手段により選択された周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類するクラス分類手段と、
上記クラス分類手段により分類されたクラスに対応する予測係数を発生する予測係数発生手段と、
上記予測係数発生手段により発生された予測係数と、上記周辺画素とに基づく積和演算により上記補間対象とすべき位置での画素を算出する画素算出手段と
を具えることを特徴とする画像処理装置。 Flatness detection means for detecting the flatness in the vicinity of the center around the position to be interpolated among the plurality of pixels constituting the input image data;
Peripheral pixel selection means for selecting the peripheral pixels such that the greater the flatness detected by the flatness detection means, the greater the number of peripheral pixels distributed around the center;
Class classification means for classifying a pixel class at the position to be interpolated according to the level distribution pattern of the peripheral pixels selected by the peripheral pixel selection means;
Prediction coefficient generation means for generating a prediction coefficient corresponding to the class classified by the class classification means;
Image processing comprising: pixel calculation means for calculating a pixel at the position to be interpolated by a product-sum operation based on the prediction coefficient generated by the prediction coefficient generation means and the surrounding pixels. apparatus.
上記中心の近傍における画素値の最大値と最小値との差が所定の値を超えている場合には平坦度が大きいものとして検出し、当該差が上記値以下である場合には平坦度が小さいものとして検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The flatness detection means includes
When the difference between the maximum and minimum pixel values in the vicinity of the center exceeds a predetermined value, it is detected that the flatness is large, and when the difference is equal to or less than the above value, the flatness is The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is detected as a small one.
上記平坦度検出手段により検出される平坦度の大きさが所定の基準以下であつた場合には、上記中心から第1の範囲内に分布する周辺画素を選択すると共に、上記基準を超えていた場合には、上記中心から上記第1の範囲よりも広い第2の範囲内に分布する周辺画素を選択する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The pixel selection means includes
When the level of flatness detected by the flatness detection means is below a predetermined reference, peripheral pixels distributed within the first range from the center were selected and exceeded the reference In this case, the image processing apparatus according to claim 1, wherein peripheral pixels distributed in a second range wider than the first range from the center are selected.
ことを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 3, wherein a part of the pixels distributed in the second range is averaged.
上記画素選択手段により選択された周辺画素の情報量を減らし、当該減らされた周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The classification means is
Reducing the amount of information on the peripheral pixels selected by the pixel selection means, and classifying the pixel class at the position to be interpolated according to the reduced level distribution pattern of the peripheral pixels. The image processing apparatus according to claim 1.
上記画素選択手段により選択された周辺画素の情報量を適応ダイナミツクレンジ符号化(ADRC)により減らす
ことを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。 The classification means is
The image processing apparatus according to claim 5, wherein the information amount of peripheral pixels selected by the pixel selection unit is reduced by adaptive dynamic range coding (ADRC).
上記平坦度検出手段により検出された平坦度の大きさが所定の基準以下であつた場合には、上記画素選択手段により選択された周辺画素を第1の情報量となるように減らすと共に、上記基準を超えていた場合には、上記画素選択手段により選択された周辺画素を第1の情報量よりも小さい第2の情報量となるように減らす
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の画像処理装置。 The classification means is
If the level of flatness detected by the flatness detection means is less than or equal to a predetermined reference, the peripheral pixels selected by the pixel selection means are reduced to a first information amount, and 7. If the reference is exceeded, the peripheral pixels selected by the pixel selection means are reduced so that the second information amount is smaller than the first information amount. An image processing apparatus according to 1.
上記平坦度検出手段により検出された平坦度の大きさが所定の基準以下であつた場合には、上記中心から第1の範囲内に分布する周辺画素を選択すると共に、上記基準を超えていた場合には、上記中心から上記第1の範囲よりも広い第2の範囲内に分布する周辺画素を選択し、
上記クラス分類手段は、
上記画素選択手段で上記第1の範囲内に分布する周辺画素が選択された場合には、当該周辺画素を第1の情報量となるように減らすと共に、上記画素選択手段で上記第2の範囲内に分布する周辺画素が選択された場合には、当該周辺画素を第1の情報量よりも小さい情報量となるように減らし、当該減らされた周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The pixel selection means includes
When the magnitude of the flatness detected by the flatness detection means is less than or equal to a predetermined reference, peripheral pixels distributed within the first range from the center are selected and the reference is exceeded. In the case, the peripheral pixels distributed in the second range wider than the first range from the center are selected,
The classification means is
When peripheral pixels distributed within the first range are selected by the pixel selection unit, the peripheral pixels are reduced to the first information amount, and the second range is selected by the pixel selection unit. When the peripheral pixels distributed within are selected, the peripheral pixels are reduced so as to have an information amount smaller than the first information amount, and according to the level distribution pattern of the reduced peripheral pixels, The image processing apparatus according to claim 1, wherein a class of pixels at a position to be interpolated is classified.
予め学習により求められたクラス毎の予測係数を格納するメモリを有し、上記クラス分類手段により分類されたクラスに対応する予測係数を発生する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The prediction coefficient generating means is:
The image processing apparatus according to claim 1, further comprising: a memory that stores a prediction coefficient for each class obtained by learning in advance, and generating a prediction coefficient corresponding to the class classified by the class classification unit. .
上記平坦度検出手段により検出される平坦度が大きいほど、上記中心の周辺に分布する周辺画素の選択数が多くなるように、上記周辺画素を選択する周辺画素選択手段と、
上記周辺画素選択手段により選択された周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類するクラス分類手段と、
上記クラス分類手段により分類されたクラスに対応する代表値を発生する代表値発生手段と
を具え、
上記代表値発生手段により発生された代表値を上記補間対象とすべき位置での画素に対応するデータとする
ことを特徴とする画像処理装置。 Flatness detection means for detecting the flatness in the vicinity of the center around the position to be interpolated among the plurality of pixels constituting the input image data;
Peripheral pixel selection means for selecting the peripheral pixels such that the greater the flatness detected by the flatness detection means, the greater the number of peripheral pixels distributed around the center;
Class classification means for classifying a pixel class at the position to be interpolated according to the level distribution pattern of the peripheral pixels selected by the peripheral pixel selection means;
Representative value generating means for generating a representative value corresponding to the class classified by the class classification means,
An image processing apparatus, wherein the representative value generated by the representative value generating means is data corresponding to a pixel at the position to be interpolated.
上記中心の近傍における画素値の最大値と最小値との差が所定の値を超えている場合には平坦度が大きいものとして検出し、当該差が上記値以下である場合には平坦度が小さいものとして検出する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 The flatness detection means includes
When the difference between the maximum and minimum pixel values in the vicinity of the center exceeds a predetermined value, it is detected that the flatness is large, and when the difference is equal to or less than the above value, the flatness is The image processing apparatus according to claim 10, wherein the image processing apparatus is detected as a small one.
上記平坦度検出手段により検出される平坦度の大きさが所定の基準以下であつた場合には、上記中心から第1の範囲内に分布する周辺画素を選択すると共に、上記基準を超えていた場合には、上記中心から上記第1の範囲よりも広い第2の範囲内に分布する周辺画素を選択する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 The pixel selection means includes
When the level of flatness detected by the flatness detection means is below a predetermined reference, peripheral pixels distributed within the first range from the center were selected and exceeded the reference In this case, the image processing apparatus according to claim 10, wherein peripheral pixels distributed in a second range wider than the first range from the center are selected.
ことを特徴とする請求項12に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 12, wherein some of the pixels distributed in the second range are averaged.
上記画素選択手段により選択された周辺画素の情報量を減らし、当該減らされた周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 The classification means is
Reducing the amount of information on the peripheral pixels selected by the pixel selection means, and classifying the pixel class at the position to be interpolated according to the reduced level distribution pattern of the peripheral pixels. The image processing apparatus according to claim 10.
上記画素選択手段により選択された周辺画素の情報量を適応ダイナミツクレンジ符号化(ADRC)により減らす
ことを特徴とする請求項14に記載の画像処理装置。 The classification means is
The image processing apparatus according to claim 14, wherein the information amount of peripheral pixels selected by the pixel selection unit is reduced by adaptive dynamic range coding (ADRC).
上記平坦度検出手段により検出された平坦度の大きさが所定の基準以下であつた場合には、上記画素選択手段により選択された周辺画素を第1の情報量となるように減らすと共に、上記基準を超えていた場合には、上記画素選択手段により選択された周辺画素を第1の情報量よりも小さい第2の情報量となるように減らす
ことを特徴とする請求項14又は請求項15に記載の画像処理装置。 The classification means is
If the level of flatness detected by the flatness detection means is less than or equal to a predetermined reference, the peripheral pixels selected by the pixel selection means are reduced to a first information amount, and 16. If the reference is exceeded, the neighboring pixels selected by the pixel selection means are reduced so that the second information amount is smaller than the first information amount. An image processing apparatus according to 1.
上記平坦度検出手段により検出された平坦度の大きさが所定の基準以下であつた場合には、上記中心から第1の範囲内に分布する周辺画素を選択すると共に、上記基準を超えていた場合には、上記中心から上記第1の範囲よりも広い第2の範囲内に分布する周辺画素を選択し、
上記クラス分類手段は、
上記画素選択手段で上記第1の範囲内に分布する周辺画素が選択された場合には、当該周辺画素を第1の情報量となるように減らすと共に、上記画素選択手段で上記第2の範囲内に分布する周辺画素が選択された場合には、当該周辺画素を第1の情報量よりも小さい情報量となるように減らし、当該減らされた周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 The pixel selection means includes
When the magnitude of the flatness detected by the flatness detection means is less than or equal to a predetermined reference, peripheral pixels distributed within the first range from the center are selected and the reference is exceeded. In the case, the peripheral pixels distributed in the second range wider than the first range from the center are selected,
The classification means is
When peripheral pixels distributed within the first range are selected by the pixel selection unit, the peripheral pixels are reduced to the first information amount, and the second range is selected by the pixel selection unit. When the peripheral pixels distributed within are selected, the peripheral pixels are reduced so as to have an information amount smaller than the first information amount, and according to the level distribution pattern of the reduced peripheral pixels, The image processing apparatus according to claim 10, wherein a pixel class at a position to be interpolated is classified.
予め学習により求められたクラス毎の予測係数を格納するメモリを有し、上記クラス分類手段により分類されたクラスに対応する予測係数を発生する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 The representative value generating means is:
The image processing apparatus according to claim 10, further comprising a memory that stores a prediction coefficient for each class obtained in advance by learning, and that generates a prediction coefficient corresponding to the class classified by the class classification unit. .
上記第1のステツプで検出される平坦度が大きいほど、上記中心の周辺に分布する周辺画素の選択数が多くなるように、上記周辺画素を選択する第2のステツプと、
上記第2のステツプで選択された周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類する第3のステツプと、
上記第3のステツプで分類されたクラスに対応する予測係数を発生する第4のステツプと、
上記第4のステツプで発生された予測係数と、上記周辺画素とに基づく積和演算により上記補間対象とすべき位置での画素を算出する第5のステツプと
を具えることを特徴とする画像処理方法。 A first step of detecting flatness in the vicinity of the center of a position to be interpolated among a plurality of pixels constituting the input image data;
A second step of selecting the peripheral pixels such that the greater the flatness detected in the first step, the greater the number of peripheral pixels distributed around the center;
A third step for classifying a pixel class at the position to be interpolated according to a level distribution pattern of peripheral pixels selected in the second step;
A fourth step for generating a prediction coefficient corresponding to the class classified in the third step;
An image comprising: a prediction coefficient generated in the fourth step; and a fifth step for calculating a pixel at the position to be interpolated by a product-sum operation based on the surrounding pixels. Processing method.
上記第1のステツプで検出される平坦度が大きいほど、上記中心の周辺に分布する周辺画素の選択数が多くなるように、上記周辺画素を選択する第2のステツプと、
上記第2のステツプで選択された周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類する第3のステツプと、
上記第3のステツプで分類されたクラスに対応する代表値を発生する第4のステツプと
を具え、
上記第4のステツプで発生された代表値を上記補間対象とすべき位置での画素に対応するデータとする
ことを特徴とする画像処理方法。 A first step of detecting flatness in the vicinity of the center of a position to be interpolated among a plurality of pixels constituting the input image data;
A second step of selecting the peripheral pixels such that the greater the flatness detected in the first step, the greater the number of peripheral pixels distributed around the center;
A third step for classifying a pixel class at the position to be interpolated according to a level distribution pattern of peripheral pixels selected in the second step;
A fourth step for generating a representative value corresponding to the class classified in the third step,
An image processing method characterized in that the representative value generated in the fourth step is used as data corresponding to a pixel at a position to be interpolated.
上記平坦度検出手段により検出される平坦度が大きいほど、上記中心の周辺に分布する周辺画素の選択数が多くなるように、上記周辺画素を選択する周辺画素選択手段と、
上記周辺画素選択手段により選択された周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類するクラス分類手段と、
上記クラス分類手段により分類されたクラスに対応する予測係数を生成し、当該予測係数をメモリに格納する予測係数格納手段と
を具えることを特徴とする学習装置。 Flatness detection means for detecting the flatness in the vicinity of the center around a position to be interpolated among a plurality of pixels constituting learning data corresponding to a known image;
Peripheral pixel selection means for selecting the peripheral pixels such that the greater the flatness detected by the flatness detection means, the greater the number of peripheral pixels distributed around the center;
Class classification means for classifying a pixel class at the position to be interpolated according to the level distribution pattern of the peripheral pixels selected by the peripheral pixel selection means;
A learning apparatus comprising: prediction coefficient storage means for generating a prediction coefficient corresponding to the class classified by the class classification means and storing the prediction coefficient in a memory.
上記第1のステツプで検出される平坦度が大きいほど、上記中心の周辺に分布する周辺画素の選択数が多くなるように、上記周辺画素を選択する第2のステツプと、
上記第2のステツプで選択された周辺画素のレベル分布のパターンに応じて、上記補間対象とすべき位置での画素のクラスを分類する第3のステツプと、
上記第3のステツプで分類されたクラスに対応する予測係数を生成し、当該予測係数をメモリに格納する第4のステツプと
を具えることを特徴とする学習方法。 A first step of detecting flatness in the vicinity of the center around a position to be interpolated among a plurality of pixels constituting learning data corresponding to a known image;
A second step of selecting the peripheral pixels such that the greater the flatness detected in the first step, the greater the number of peripheral pixels distributed around the center;
A third step for classifying a pixel class at the position to be interpolated according to a level distribution pattern of peripheral pixels selected in the second step;
A learning method comprising: generating a prediction coefficient corresponding to the class classified in the third step, and storing the prediction coefficient in a memory.
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