JP2006211010A - Filter and picture interpolator, and method for specifying filter coefficient - Google Patents

Filter and picture interpolator, and method for specifying filter coefficient Download PDF

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清一 合志
Shinichi Sakaida
慎一 境田
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和久 井口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a filter and a picture interpolator for forming a new picture with little blur, and also to provide a method for specifying filter coefficients. <P>SOLUTION: The picture interpolator/extrapolator 1 for interpolating an inputted motion picture including continuous pictures comprises: a means 3 for delaying a picture included in the motion picture; a means 5 for multiplying a delayed picture by filter coefficients; a means 7 for outputting the multiplication results while switching; and a means 9 for forming a new picture (interpolation picture) by adding the multiplication results. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、動画像に画像を内挿する際に用いるフィルタおよび画像内挿装置、並びに、当該フィルタの係数を特定するフィルタ係数特定方法に関する。   The present invention relates to a filter and an image interpolation device used when an image is interpolated into a moving image, and a filter coefficient specifying method for specifying a coefficient of the filter.

一般に、動画像、または、CTスキャンやMRIによって得られる人体等の3次元断層画像は、複数の静止画(以下、単に画像という)から構成されている。この画像が時間的に連続している場合に、瞬時に取り替えて(1秒間に60回)表示することで、動画像となり、当該画像が空間的に連続している場合に、取り替えて表示することで、3次元断層画像となる。   In general, a moving image or a three-dimensional tomographic image of a human body or the like obtained by CT scan or MRI is composed of a plurality of still images (hereinafter simply referred to as images). When this image is temporally continuous, it is replaced instantaneously (60 times per second) and displayed as a moving image. When the image is spatially continuous, it is replaced and displayed. Thus, a three-dimensional tomographic image is obtained.

この動画像では、複数の画像をまとめて取り扱ったものであるので、同一の内挿技術が適用可能である。この内挿技術は、既知の画像間において、新たな画像を作り出すものである。この応用技術として、動画像における方式変換やノンインタレース変換等のアプリケーションがあり、3次元断層画像では、当該3次元断層写真間の画像から形状データを生成するポリゴンメッシュ生成等のアプリケーションがある。   In this moving image, since a plurality of images are handled together, the same interpolation technique can be applied. This interpolation technique creates a new image between known images. As this applied technology, there are applications such as system conversion and non-interlace conversion in moving images, and there are applications such as polygon mesh generation that generates shape data from images between the three-dimensional tomographic images in three-dimensional tomographic images.

ちなみに、方式変換やノンインタレース変換では、画像間における被写体の動きを示す動きベクトルを用いることで、当該画像の解像度を保ったままで、内挿画像を作成する技術が確立している(例えば、特許文献1、2参照)。   By the way, in the method conversion and non-interlace conversion, a technique for creating an interpolated image while maintaining the resolution of the image by using a motion vector indicating the motion of the subject between images has been established (for example, (See Patent Documents 1 and 2).

ここで、図5を参照して、内挿と外挿について説明する。図5は横軸に時間、縦軸に画像レベルを取ったグラフにおいて、画像が連続してなる動画像の画像レベルの変化を示したものである。このグラフにおいて、動画像は、時間経過に伴って画像レベルが緩やかな波状に変化しており、「○」が離散的に連続して存在している画像を示しており、「△」、「×」が内挿または外挿する新たな画像を示している   Here, interpolation and extrapolation will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a change in the image level of a moving image in which images are continuous in a graph in which time is plotted on the horizontal axis and image level is plotted on the vertical axis. In this graph, the moving image shows an image in which the image level changes in a gentle wave shape with the passage of time, and “◯” indicates discrete and continuous images. ”Indicates a new image to be interpolated or extrapolated

内挿の場合、例えば、区間bに含まれている「○」の画像を用いて、新たな画像を作成し、当該区間b内に挿入することである。
外挿の場合、例えば、区間bに含まれている「○」の画像を用いて、新たな画像を作成し、当該区間b以外の区間、すなわち、区間aまたは区間cに挿入するものである。
特開昭62−230180号公報 特開昭62−230178号公報
In the case of interpolation, for example, a new image is created using an image of “◯” included in the section b and inserted into the section b.
In the case of extrapolation, for example, a new image is created using an image of “◯” included in the section b and inserted into a section other than the section b, that is, the section a or the section c. .
JP-A-62-230180 JP-A-62-230178

しかしながら、全ての画像に対して適切な動きベクトルを、当該画像を所定の画素数に細分化したブロック画像単位で検出することは困難である。このため、適切な動きベクトルが検出できなかった画像に対しては、図6に示す線形内挿を用いて、新たな画像を作り出している。   However, it is difficult to detect an appropriate motion vector for all images in units of block images obtained by subdividing the image into a predetermined number of pixels. For this reason, a new image is created using linear interpolation shown in FIG. 6 for an image for which an appropriate motion vector could not be detected.

図6に示したように、既存の画像x(1)=50(画像レベル)と既存の画像x(3)=60(画像レベル)との間に、新たな画像x(2)を線形内挿によって作り出す場合、既存の画像x(1)から新たな画像までの画像数がm=3であり、既存の画像x(3)から新たな画像までの画像数がn=2であるならば、
x(2)={2・x(1)+3・x(3)}/(m+n)
=56
となる。
As shown in FIG. 6, a new image x (2) is linearly placed between the existing image x (1) = 50 (image level) and the existing image x (3) = 60 (image level). When creating by insertion, if the number of images from the existing image x (1) to the new image is m = 3 and the number of images from the existing image x (3) to the new image is n = 2 ,
x (2) = {2 · x (1) + 3 · x (3)} / (m + n)
= 56
It becomes.

このような線形内挿は、簡単な計算で新たな画像を作成することができる有効な手法であるが、新たな画像を、既存の画像の画素の画素値に拘わらず一律に求めているので、作成された新たな画像はぼけた画像となりやすいという問題がある。   Such linear interpolation is an effective method that can create a new image with a simple calculation. However, since a new image is uniformly obtained regardless of the pixel value of the pixel of the existing image. There is a problem that the created new image tends to be a blurred image.

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、ぼけの少ない新たな画像を作成することができるフィルタおよび画像内挿装置、並びに、フィルタ係数特定方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a filter, an image interpolation device, and a filter coefficient specifying method that can solve the above-described problems and create a new image with less blur.

前記課題を解決するため、請求項1記載のフィルタは、画像が連続する動画像に内挿をする際に用い、当該画像に乗算する複数のフィルタ係数を有するフィルタであって、存在する画像間に内挿する内挿画像の前後画像からサンプリングする個数を3個とすると共に、サンプリングする位置を当該内挿画像の2個前と1個前と1個後とにする場合には、前記内挿画像に係るフィルタ係数を1とし、前記後画像に係るフィルタ係数から列挙すると、前記フィルタ係数が(3/8,1,3/4,0,−1/8)、または、前記前画像に係るフィルタ係数から列挙すると、前記フィルタ係数が(−1/8,0,3/4,1,3/8)であることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the filter according to claim 1 is a filter having a plurality of filter coefficients used when interpolating a moving image in which images are continuous, and multiplying the image, and between existing images. If the number of samples from the front and back images of the interpolated image to be interpolated is 3, and the sampling positions are two before, one before and one after the interpolated image, When the filter coefficient related to the inserted image is set to 1 and enumerated from the filter coefficient related to the subsequent image, the filter coefficient is (3/8, 1, 3/4, 0, −1/8) or the previous image When enumerating from such filter coefficients, the filter coefficients are (−1/8, 0, 3/4, 1, 3/8).

かかる構成によれば、フィルタは、サンプリング個数を3個とし、サンプリング位置を当該内挿画像の2個前と1個前と1個後とにした場合におけるフィルタ係数を有している。このフィルタは、例えば、3タップの非対称のデジタルフィルタとして構成される。また、例えば、フィルタ係数は、動画像の画像レベルの変化を示す関数が微分可能な回数を決定して、テイラー展開を実行して求めたものであり、テイラー展開とは、ある区間において、ある関数f(x)がn回微分可能ならば、当該区間において、aを定点(存在する画像のサンプル位置に相当)とし、xを任意の点(内挿する画像のサンプル位置に相当)とするとき、
f(x)=f(a)+(x−a)f′(a)/1!+(x−a)2f″(a)/2!+・・・+(x−a)n-1(n-1)(a)/(n−1)!+(x−a)n(n)(ξ)/n!・・・数式(1)が成立する。
According to such a configuration, the filter has filter coefficients in the case where the number of samplings is 3, and the sampling positions are two before, one before, and one after the interpolation image. This filter is configured as, for example, a 3-tap asymmetric digital filter. Further, for example, the filter coefficient is obtained by determining the number of times that the function indicating the change in the image level of the moving image can be differentiated and executing the Taylor expansion. The Taylor expansion is in a certain section. If the function f (x) can be differentiated n times, a is a fixed point (corresponding to the sample position of the existing image) and x is an arbitrary point (corresponding to the sample position of the image to be interpolated) in the interval. When
f (x) = f (a) + (x−a) f ′ (a) / 1! + (X−a) 2f ″ (a) / 2! +... + (X−a) n−1 f (n−1) (a) / (n−1)! + (X−a) n f (n) (ξ) / n! Equation (1) is established.

ただし、ξ=a+θ(x−a)、0<θ<1、この数式(1)では、f(a)とf(a)のn回微分が与えられれば、f(x)の値が計算できることを意味している。   However, ξ = a + θ (x−a), 0 <θ <1, and in this formula (1), if n times differentiation of f (a) and f (a) is given, the value of f (x) is calculated. It means you can do it.

なお、内挿画像は、時間軸方向に内挿する場合、一方の画像から他方の画像までの間の任意の画像を作成して、挿入するものである。また、内挿画像は、水平垂直方向に内挿する場合、当初の画像の水平画素数がmおよび垂直画素数がnである際に、水平画素数をm+α、垂直画素数をn+βにするものである。また、サンプリング個数とは、内挿する際に用いる画像(または画素)の数であり、サンプリング位置とは、存在する画像がフレーム番号若しくはフィールド番号または時刻に相当、或いは、1つの画像における画素の位置に相当する。参考までに、外挿画像の場合、一方の画像から他方の画像までで限られた区間内の画像を用いて、当該区間外の任意の画像を作成して挿入するものである。   In addition, an interpolated image creates and inserts the arbitrary images between one image and the other image, when interpolating in a time-axis direction. In addition, when interpolated in the horizontal and vertical directions, the interpolated image has the number of horizontal pixels set to m + α and the number of vertical pixels set to n + β when the number of horizontal pixels in the original image is m and the number of vertical pixels is n. It is. The number of samples is the number of images (or pixels) used for interpolation, and the sampling position is the number of pixels that correspond to the frame number, field number, or time, or the number of pixels in one image. Corresponds to position. For reference, in the case of an extrapolated image, an image within a section limited from one image to the other image is used to create and insert an arbitrary image outside the section.

請求項2記載のフィルタは、画像が連続する動画像に内挿をする際に用い、当該画像に乗算する複数のフィルタ係数を有するフィルタであって、存在する画像間に内挿する内挿画像の前後画像からサンプリングする個数を示すサンプリング個数を5個とすると共に、サンプリングする位置を示すサンプリング位置を当該内挿画像の2個前と1個前と1個後と2個後と3個後とにする場合には、前記内挿画像に係るフィルタ係数を1とし、前記後画像に係るフィルタ係数から列挙すると、前記フィルタ係数が(−1/96,0,−1/48,0,1/2,1,29/48,0,7/96)、または、前記前画像に係るフィルタ係数から列挙すると、前記フィルタ係数が(−7/96,0,29/48,1/2,−1/48,0,−1/96)であることを特徴とする。   The filter according to claim 2 is a filter having a plurality of filter coefficients to be used when interpolating a moving image in which images are continuous, and interpolating between existing images. The number of samples indicating the number of samples from the preceding and following images is set to five, and the sampling positions indicating the sampling positions are two before, one before, one after, two after and three after the interpolated image. When the filter coefficient related to the interpolated image is set to 1 and enumerated from the filter coefficient related to the post-image, the filter coefficient is (−1/96, 0, −1/48, 0, 1 / 2, 1, 29/48, 0, 7/96), or enumeration from the filter coefficients related to the previous image, the filter coefficients are (−7/96, 0, 29/48, 1/2, − 1 / 48,0, -1 / 96) And wherein the Rukoto.

かかる構成によれば、フィルタは、サンプリング個数を5個とし、サンプリング位置を当該内挿画像の2個前と1個前と1個後と2個後と3個後とにした場合におけるフィルタ係数を有している。このフィルタは、例えば、5タップの非対称のデジタルフィルタとして構成される。   According to such a configuration, the filter has a filter coefficient when the number of samplings is 5, and the sampling positions are two before, one before, one after, two after, and three after the interpolation image. have. This filter is configured as, for example, a 5-tap asymmetric digital filter.

請求項3記載の画像内挿装置は、請求項1または請求項2に記載のフィルタを備え、入力された画像が連続する動画像の内挿を行う画像内挿装置であって、遅延手段と、フィルタ係数乗算手段と、切替手段と、画像生成手段と、を備える構成とした。   An image interpolation apparatus according to claim 3 is an image interpolation apparatus that includes the filter according to claim 1 or 2, and performs interpolation of a moving image in which an input image is continuous. The filter coefficient multiplying unit, the switching unit, and the image generating unit are provided.

かかる構成によれば、画像内挿装置は、遅延手段によって、入力された画像を遅延させる。この遅延手段により、内挿する新たな画像から複数のサンプリング位置(例えば、請求項1のフィルタを用いた場合、2個前、1個前、1個後)になるように、入力された画像を複数段に亘って予め設定した遅延量だけ遅延させる。続いて、画像内挿装置は、フィルタ係数乗算手段によって、遅延手段で遅延された画像に、遅延された遅延量に応じて、フィルタで設定されているフィルタ係数を乗算する。つまり、遅延された画像ごとにフィルタ係数が乗算される。   According to this configuration, the image interpolation device delays the input image by the delay unit. By this delay means, an input image so as to be a plurality of sampling positions (for example, two previous, one previous, one after using the filter of claim 1) from a new image to be interpolated Is delayed by a preset delay amount over a plurality of stages. Subsequently, the image interpolation device multiplies the image delayed by the delay unit by the filter coefficient multiplication unit by the filter coefficient set by the filter in accordance with the delayed delay amount. That is, the filter coefficient is multiplied for each delayed image.

そして、画像内挿装置は、切替手段によって、フィルタ係数乗算手段で乗算された画像の出力を、内挿するタイミングに従って切り替えて、画像生成手段によって、切替手段で出力が切り替えられた画像同士を合成して、内挿に用いる内挿画像を生成する。つまり、切替手段により、フィルタ係数が乗算されたものが切り替えられて合成され、出力するタイミングが調整されることで、正確なタイミングで、当初の動画像に新たな画像(内挿画像)が挿入されることになる。   The image interpolation device switches the output of the image multiplied by the filter coefficient multiplication unit by the switching unit according to the interpolation timing, and synthesizes the images whose outputs are switched by the switching unit by the image generation unit. Then, an interpolation image used for interpolation is generated. In other words, the switching means multiplies the filter coefficients multiplied to be combined, and the output timing is adjusted so that a new image (interpolated image) is inserted into the original moving image at an accurate timing. Will be.

請求項4記載のフィルタ係数特定方法は、画像が連続する動画像に内挿または外挿をする際に用いるフィルタにおいて、当該画像に乗算する複数のフィルタ係数を特定するフィルタ係数特定方法であって、微分回数決定ステップと、微分係数置換ステップと、フィルタ係数特定ステップと、を含む手順とした。   The filter coefficient specifying method according to claim 4 is a filter coefficient specifying method for specifying a plurality of filter coefficients to be multiplied by an image in a filter used for interpolation or extrapolation to a moving image in which images are continuous. The procedure includes a differentiation number determination step, a differential coefficient replacement step, and a filter coefficient identification step.

かかる手順によれば、フィルタ係数特定方法は、微分回数決定ステップにおいて、動画像の画像レベルの変化を示す関数が微分可能な回数を予め設定された処理方法によって決定する。予め設定された処理方法とは、内挿画像を、フレーム画像間若しくはフィールド画像間、つまり、時間軸方向に生成する場合の処理方法と、内挿画像を、水平垂直方向に生成する場合(画像を拡大する場合)の処理方法を指している。この微分回数決定ステップでは、例えば、内挿画像を時間軸方向に生成する場合、微分可能な回数を3回と設定し、内挿画像を水平垂直方向に生成する場合、微分可能な回数を2回と設定している。なお、この微分可能な回数は、フィルタのタップ数に相当している。   According to this procedure, the filter coefficient specifying method determines the number of times that the function indicating the change in the image level of the moving image can be differentiated by a preset processing method in the differentiation number determination step. The preset processing method includes a processing method for generating an interpolated image between frame images or field images, that is, in a time axis direction, and a case of generating an interpolated image in a horizontal and vertical direction (image Is the processing method. In this differentiation number determination step, for example, when generating an interpolated image in the time axis direction, the number of differentiable times is set to three, and when generating an interpolated image in the horizontal and vertical directions, the number of differentiable numbers is set to 2. Set times. The number of differentiable times corresponds to the number of filter taps.

続いて、フィルタ係数特定方法は、微分係数置換ステップにおいて、微分回数決定ステップにて決定された微分回数に基づいて、内挿または外挿する画像を挿入する挿入位置をxとし、関数が微分可能な画像を取得する取得位置をaとした場合に、次に示す数式1について、微分係数を示す項の数を設定すると共に、この項における微分係数を、当該微分係数を求めた画像の前後の画像を示す関数を用いた差分方程式に置換する。   Subsequently, in the filter coefficient specifying method, in the differential coefficient replacement step, the insertion position for inserting an image to be interpolated or extrapolated is set to x based on the number of differentiation determined in the number of differentiation determination step, and the function can be differentiated. Assuming that the acquisition position for acquiring a simple image is a, the number of terms indicating the differential coefficient is set for Equation 1 below, and the differential coefficient in this term is set before and after the image for which the differential coefficient is obtained. Replace with the difference equation using the function that represents the image.

f(x)=f(a)+(x−a)f′(a)/1!+(x−a)2f″(a)/2!・・・+(x−a)nn(a)/n!
・・・数式1
f (x) = f (a) + (x−a) f ′ (a) / 1! + (X−a) 2 f ″ (a) / 2!... + (X−a) n f n (a) / n!
... Formula 1

すなわち、フィルタ係数特定方法は、この数式1におけるf′(a)、f″(a)、・・・、fn(a)の項の数を設定し、これらの項を、前後の画像を示す関数を用いた差分方程式、例えば、f′(a)であれば、f′(a)=f(a+1)−f(a−1)に置換する。なお、この数式1は、テイラー展開の原理を用いたものである。 That is, the filter coefficient specifying method sets the number of terms f ′ (a), f ″ (a),..., F n (a) in Equation 1, and uses these terms as the preceding and succeeding images. For example, f ′ (a) = f (a + 1) −f (a−1) is substituted for a differential equation using the function shown in FIG. It uses the principle.

そして、フィルタ係数特定方法は、フィルタ係数特定ステップにおいて、微分係数置換ステップにて置換された差分方程式の各項にかかる係数を、画像を示す関数ごとに加算することで、フィルタ係数とする。つまり、微分係数の項を差分方式により置換した項をf(a+1)として、計算した結果、例えば、Af(a+1)、Bf(a+1)、Cf(a+1)が求められた場合、この項f(a+1)にかかる係数A+B+Cがフィルタ係数の一つになる。   In the filter coefficient specifying method, the filter coefficient specifying step adds the coefficients related to the terms of the difference equation replaced in the differential coefficient replacing step for each function indicating an image to obtain a filter coefficient. In other words, when a term obtained by substituting the differential coefficient term by the difference method is set to f (a + 1), for example, Af (a + 1), Bf (a + 1), Cf (a + 1) is obtained, this term f ( The coefficient A + B + C concerning a + 1) is one of the filter coefficients.

請求項1、2記載の発明によれば、フィルタ係数を、挿入する内挿画像のサンプリング位置に対して非対称にサンプリング位置を設定することで、非対称のデジタルフィルタが実現できる。その結果、このフィルタを用いて画像の内挿を行えば、均一なフィルタ係数ではないので、単純な線形内挿に比べて、ぼけの少ない新たな画像(内挿画像)を作成することができる。   According to the first and second aspects of the invention, an asymmetric digital filter can be realized by setting the filter coefficient asymmetrically with respect to the sampling position of the interpolated image to be inserted. As a result, if an image is interpolated using this filter, it is not a uniform filter coefficient, so a new image (interpolated image) with less blur can be created compared to simple linear interpolation. .

請求項3記載の発明によれば、内挿画像のサンプリング位置に対して非対称にサンプリング位置を設定したフィルタ係数を有するフィルタを用いて、遅延させた画像に当該フィルタ係数を乗算して、出力するタイミングを調整して加算することで、ぼけの少ない新たな画像(内挿画像)を作成することができる。   According to the third aspect of the present invention, the delayed image is multiplied by the filter coefficient using the filter having the filter coefficient in which the sampling position is set asymmetrically with respect to the sampling position of the interpolated image, and is output. By adjusting and adding the timing, a new image (interpolated image) with less blur can be created.

請求項4記載の発明によれば、微分可能な回数決定して、テイラー展開の原理に基づいた数式における各項を、微分係数を求めた画像の前後の画像を示す関数を用いた差分方程式に置換して、計算していくことで、フィルタのフィルタ係数を特定することができる。このフィルタを用いれば、均一なフィルタ係数ではないので、単純な線形内挿に比べて、ぼけの少ない新たな画像(内挿画像)を作成することができる。   According to the invention of claim 4, the number of differentiable times is determined, and each term in the mathematical formula based on the Taylor expansion principle is converted into a differential equation using a function indicating an image before and after the image for which the differential coefficient is obtained. By substituting and calculating, the filter coefficient of the filter can be specified. If this filter is used, since it is not a uniform filter coefficient, it is possible to create a new image (interpolated image) with less blur than simple linear interpolation.

次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
〈画像内挿装置の構成〉
図1は、画像内挿装置のブロック図である。この図1に示すように、画像内挿装置1は、入力された動画像に、当該動画像に含まれている画像(フレーム画像、フィールド画像)を利用して、新たな画像を作成し、この作成した新たな画像を動画像に挿入(内挿)するもので、遅延手段3と、フィルタ係数乗算手段5と、切替手段7と、画像生成手段9とを備えている。なお、この画像内挿装置1は、フィルタ係数乗算手段5に非対称デジタルフィルタ等を用いることで実現されている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
<Configuration of image interpolation device>
FIG. 1 is a block diagram of an image interpolation apparatus. As shown in FIG. 1, the image interpolation device 1 creates a new image using an image (frame image, field image) included in the moving image as an input moving image, The created new image is inserted (interpolated) into the moving image, and includes a delay unit 3, a filter coefficient multiplication unit 5, a switching unit 7, and an image generation unit 9. The image interpolation device 1 is realized by using an asymmetric digital filter or the like for the filter coefficient multiplication means 5.

遅延手段3は、入力された動画像を予め設定された遅延量だけ順次遅延させるもので、遅延素子である複数の遅延部(31、32、33、・・・、3n)を備えている。この遅延部(31、32、33、・・・、3n)は直列に接続されている。なお、この遅延部(31、32、33、・・・、3n)の数は、入力された動画像を数式(1)に従って、微分する回数に相当している。また、遅延量は、入力された動画像のサンプリングレートである。図1は3倍の画素、図2は2倍の画素を生成する例を示している。 The delay means 3 sequentially delays the input moving image by a preset delay amount, and a plurality of delay units (3 1 , 3 2 , 3 3 ,..., 3 n ) as delay elements are provided. I have. The delay units (3 1 , 3 2 , 3 3 ,..., 3 n ) are connected in series. Note that the number of the delay units (3 1 , 3 2 , 3 3 ,..., 3 n ) corresponds to the number of times the input moving image is differentiated according to Equation (1). The delay amount is a sampling rate of the input moving image. FIG. 1 shows an example of generating three times as many pixels, and FIG. 2 shows an example of generating twice as many pixels.

フィルタ係数乗算手段5は、遅延手段3の遅延部(31、32、33、・・・、3n)のそれぞれで遅延された画像に、フィルタ係数を乗算するもので、乗算部(51、52、53、・・・、5n+1)を備えている。この乗算部(51、52、53、・・・、5n+1)は、遅延手段3の遅延部(31、32、33、・・・、3n)の数nに応じて1つ多く設けられている。さらに、それぞれの乗算部(51、52、53、・・・、5n+1)は、3つのフィルタ係数(α0〜α3n+2の中で連続する3つ)が並列に設定されており、3つの乗算結果を出力するように構成されている。この乗算結果の1つが切替手段7で切り替えられて(選択されて)、画像生成手段9で加算されることになる。 The filter coefficient multiplication means 5 multiplies the image delayed by each of the delay parts (3 1 , 3 2 , 3 3 ,..., 3 n ) of the delay means 3 by a filter coefficient. 5 1 , 5 2 , 5 3 ,..., 5 n + 1 ). This multiplication section (5 1 , 5 2 , 5 3 ,..., 5 n + 1 ) is the number n of delay sections (3 1 , 3 2 , 3 3 ,..., 3 n ) of the delay means 3. One more is provided depending on the situation. Furthermore, each multiplication unit (5 1 , 5 2 , 5 3 ,..., 5 n + 1 ) has three filter coefficients (three consecutive among α 0 to α 3n + 2 ) in parallel. It is set and configured to output three multiplication results. One of the multiplication results is switched (selected) by the switching means 7 and added by the image generating means 9.

このフィルタ係数は、単なる周波数変換で得られたものではなく、テイラー展開によって求められたものであり、以下、詳細に説明する。
テイラー展開は、周知の如く、以下に示す数学の定理であり、「ある区間において、f(x)が第n回まで微分可能であれば、当該区間においてaを定点、xを任意の点とするとき、f(x)=f(a)+(x−a)f′(a)/1!+(x−a)2f″(a)/2!+・・・+(x−a)n-1(n-1)(a)/(n−1)!+(x−a)n(n)(ξ)/n!・・・数式(1)が成立している(前記した数式(1)を再度記載)。ただし、ξ=a+θ(x−a)、0<θ<1」
This filter coefficient is not obtained by simple frequency conversion, but is obtained by Taylor expansion, and will be described in detail below.
As is well known, Taylor expansion is the mathematical theorem shown below: “If f (x) is differentiable up to the nth time in a certain interval, a is a fixed point and x is an arbitrary point in that interval. F (x) = f (a) + (x−a) f ′ (a) / 1! + (X−a) 2 f ″ (a) / 2! + ... + (x-a) n-1 f (n-1) (a) / (n-1)! + (X−a) n f (n) (ξ) / n! ... Formula (1) is established (the above formula (1) is described again). Where ξ = a + θ (x−a), 0 <θ <1 ”

この数式(1)では、定点aの値であるf(a)と、f(a)のn回微分が与えられれば、f(x)の値が計算できることを意味している。すなわち、動画像において、ある時刻(t)における画像f(t)と、f(t)のn回微分が与えられれば、任意時刻txにおける画像レベルf(tx)が計算できることになる。   This equation (1) means that the value of f (x) can be calculated if f (a), which is the value of the fixed point a, and n-times differentiation of f (a) are given. That is, in the moving image, if the image f (t) at a certain time (t) and the n-th derivative of f (t) are given, the image level f (tx) at the arbitrary time tx can be calculated.

例えば、数式(1)において、定点a(x=a)におけるf(a)と、f(a)を1回微分したものであるf′(a)と、f(a)を2回微分したものであるf″(a)とが存在していると仮定して、ある点b(x=b)におけるf(b)を求める。
f(b)=f(a)+(b−a)f′(a)/1!+(b−a)2f″(a)/2!+・・・+(b−a)n-1(n-1)(a)/(n−1)!+(b−a)n(n)(ξ)/n!・・・数式(2)が成立する。ただし、ξ=a+θ(b−a)、0<θ<1である。
For example, in Equation (1), f (a) at a fixed point a (x = a), f ′ (a) obtained by differentiating f (a) once, and f (a) differentiated twice. Assuming that f ″ (a) is present, f (b) at a certain point b (x = b) is obtained.
f (b) = f (a) + (b−a) f ′ (a) / 1! + (B−a) 2 f ″ (a) / 2! +... + (B−a) n−1 f (n−1) (a) / (n−1)! + (B−a) n f (n) (ξ) / n! ... Equation (2) holds, where ξ = a + θ (b−a) and 0 <θ <1.

ここで、a≠b、すなわち、定点aと、ある点bとは同一ではないが、2つの点は近傍にあると仮定する。なお、数式(2)は連続関数であるが、ここで取り扱っている動画像、つまり、デジタル化された画像群は、所定の微小時間ごとの離散値として与えられている。このため、数式(2)のただし書きにあるξはaとbとの間にあるはずである。しかし、離散化された動画像においては、定点a(時刻a)において画像f(a)は存在しているが、時刻ξにおける画像f(ξ)は存在していない。つまり、時刻aの最隣接点はある点b(時刻b)となり、この時刻bにおける画像f(b)を求めているので、ξ=aとして、数式(2)は、
f(b)≒f(a)+(b−a)f′(a)/1!+(b−a)2f″(a)/2!+・・・+(b−a)n-1(n-1)(a)/(n−1)!+(b−a)n(n)(a)/n!・・・数式(3)に近似できる。
Here, it is assumed that a ≠ b, that is, the fixed point a and a certain point b are not the same, but the two points are in the vicinity. Although Equation (2) is a continuous function, the moving image handled here, that is, the digitized image group is given as a discrete value for each predetermined minute time. For this reason, ξ in the proviso of equation (2) should be between a and b. However, in the discretized moving image, the image f (a) exists at the fixed point a (time a), but the image f (ξ) does not exist at the time ξ. In other words, the nearest neighbor point at time a is a certain point b (time b), and the image f (b) at this time b is obtained.
f (b) ≈f (a) + (b−a) f ′ (a) / 1! + (B−a) 2 f ″ (a) / 2! +... + (B−a) n−1 f (n−1) (a) / (n−1)! + (B−a) n f (n) (a) / n!

さらに、時刻aにおける画像f(a)は2回まで微分可能とする。そうすると、数式(3)は、
f(b)≒f(a)+(b−a)f′(a)/1!+(b−a)2f″(a)/2!・・・数式(4)に近似できる。
Further, the image f (a) at time a can be differentiated up to two times. Then, Equation (3) becomes
f (b) ≈f (a) + (b−a) f ′ (a) / 1! + (B−a) 2 f ″ (a) / 2!..

なお、この数式(4)において、時刻aにおける画像f(a)が既存の画像となり、時刻bにおける画像f(b)が作成する新たな画像となる。また、内挿用の内挿画像、または、外挿用の外挿画像を作成する際に、動画像に含まれている画像をサンプリングするサンプリング間隔はb−aとなる。そして、aとbとが隣接しいるとすると、a=n、b=n+1とすることができる(つまり、a<bとすると共に、サンプリング間隔を1とする)。   In Equation (4), the image f (a) at time a becomes an existing image, and the image f (b) at time b becomes a new image created. Further, when creating an interpolated image for interpolation or an extrapolated image for extrapolation, the sampling interval for sampling the image included in the moving image is ba. If a and b are adjacent to each other, a = n and b = n + 1 can be set (that is, a <b and the sampling interval is set to 1).

そうすると、数式(4)は、
f(n+1)≒f(n)+f′(n)/1!+f″(n)/2!・・・数式(5)に近似できる。
Then, equation (4) becomes
f (n + 1) ≈f (n) + f ′ (n) / 1! + F ″ (n) / 2!..

また、aとbとが隣接しているとして、a=n+1、b=nとすることができる(つまり、a>bとすると共に、サンプリング間隔を1とする)。
そうすると、数式(4)は、
f(n)≒f(n+1)−f′(n+1)/1!+f″(n+1)/2!・・・数式(6)に近似できる。
Further, assuming that a and b are adjacent to each other, a = n + 1 and b = n can be set (that is, a> b and the sampling interval is set to 1).
Then, equation (4) becomes
f (n) ≈f (n + 1) −f ′ (n + 1) / 1! + F ″ (n + 1) / 2!..

ここで、図2を参照して、数式(5)または数式(6)を用い、動画像に画像を内挿する際のフィルタ係数を算出するプロセスについて説明する。図2(a)に示した動画像の画像レベルの変化おいて、既存の画像を○印、存在していない画像を×印で表している。ここでは、存在していない画像であるx(6)を、既存の画像であるx(1)、x(3)、x(5)、x(7)およびx(9)から、数式(5)または数式(6)を用いて求める。   Here, with reference to FIG. 2, a process for calculating a filter coefficient when an image is interpolated into a moving image will be described using Expression (5) or Expression (6). In the change of the image level of the moving image shown in FIG. 2A, an existing image is represented by a circle, and an image that does not exist is represented by a cross. Here, x (6), which is an image that does not exist, is converted from the existing images x (1), x (3), x (5), x (7), and x (9) to Equation (5). ) Or Equation (6).

数式(5)に従うと、
x(6)≒x(5)+x′(5)/1!+x″(5)/2!・・・数式(7)となり、
数式(6)に従うと、
x(6)≒x(7)−x′(7)/1!+x″(7)/2!・・・数式(8)となる。
According to Equation (5)
x (6) ≈x (5) + x ′ (5) / 1! + X ″ (5) / 2!
According to Equation (6)
x (6) ≈x (7) −x ′ (7) / 1! + X ″ (7) / 2! ... Formula (8)

ここから数式(7)について展開していくことにする。
まず、x′(5)={x′(4)+x′(6)}/2
そうすると、x′(5)={x′(4)+x′(6)}/2となり、そして、ある点における1回の微分は、当該ある点と隣接している点同士の差分を分母とし、隣接している点における関数の差分を分子として求められるとすると、
x′(5)=〔{x(5)−x(3)}/(5−3)+{x(7)−x(5)}/(7−5)〕/2={x(7)−x(3)}/4・・・数式(9)となる。
From here, the expression (7) will be developed.
First, x ′ (5) = {x ′ (4) + x ′ (6)} / 2
Then, x ′ (5) = {x ′ (4) + x ′ (6)} / 2, and one differentiation at a certain point uses the difference between the point adjacent to the certain point as the denominator. If the difference between functions at adjacent points is obtained as a numerator,
x '(5) = [{x (5) -x (3)} / (5-3) + {x (7) -x (5)} / (7-5)] / 2 = {x (7 ) -X (3)} / 4 (9).

また、ある点における2回の微分は、当該ある点と隣接している点の1回微分から当該ある点における1回微分を減算して求められるとすると、x″(5)=x′(6)−x′(5)・・・数式(10)となる。
数式(9)を求めた前提に従うと、x′(6)={x(7)−x(5)}/2・・・数式(11)となる。
この数式(11)と、数式(9)を数式(10)に代入すると、
x″(5)={x(7)−x(5)}/2−{x(7)−x(3)}/4
=x(7)/2−x(5)/2−x(7)/4+x(3)/4
=x(7)/4−x(5)/2+x(3)/4・・・数式(12)となる。
Further, if the two differentiations at a certain point are obtained by subtracting the one differentiation at a certain point from the one differentiation of a point adjacent to the certain point, x ″ (5) = x ′ ( 6) −x ′ (5)... Equation (10)
If the premise which calculated | required Numerical formula (9) is followed, it will become x '(6) = {x (7) -x (5)} / 2 ... Numerical formula (11).
Substituting this formula (11) and formula (9) into formula (10),
x ″ (5) = {x (7) −x (5)} / 2− {x (7) −x (3)} / 4
= X (7) / 2-x (5) / 2-x (7) / 4 + x (3) / 4
= X (7) / 4-x (5) / 2 + x (3) / 4... (12)

そして、数式(7)に、数式(9)および数式(12)を代入すると、
x(6)≒x(5)+{x(7)−x(3)}/4+{x(7)/4−x(5)/2+x(3)/4}/2となり、整理すると、
x(6)≒x(5)+x(7)/4−x(3)/4+x(7)/8−x(5)/4+x(3)/8
x(6)≒3x(7)/8+3x(5)/4−x(3)/8
≒(3/8)x(7)+(3/4)x(5)+(−1/8)x(3)・・・数式(13)となる。
Then, when substituting Equation (9) and Equation (12) into Equation (7),
x (6) ≈x (5) + {x (7) −x (3)} / 4+ {x (7) / 4−x (5) / 2 + x (3) / 4} / 2
x (6) ≈x (5) + x (7) / 4-x (3) / 4 + x (7) / 8-x (5) / 4 + x (3) / 8
x (6) ≈3x (7) / 8 + 3x (5) / 4-x (3) / 8
≒ (3/8) x (7) + (3/4) x (5) + (-1/8) x (3) ... Formula (13).

この数式(13)を、一般化すると、存在していない画像は偶数番目(時刻が2の倍数)であるので、x(2n)の画像は、
x(2n)≒(3/8)x(2n+1)+(3/4)x(2n−1)+(−1/8)x(2n−3)・・・数式(14)、ただし、nは任意の整数である。
Generalizing this equation (13), since the nonexistent image is an even number (time is a multiple of 2), the image of x (2n) is
x (2n) ≈ (3/8) x (2n + 1) + (3/4) x (2n-1) + (-1/8) x (2n-3)... (14) where n Is an arbitrary integer.

この数式(14)をフィルタ係数として表現すると、フィルタ係数(3/8,1,3/4,0,−1/8)となる。すなわち、x(6)を新たな画像(内挿画像)として作成しようとした場合、x(7)に乗算される数値が3/8となり、x(6)に乗算される数値が1となり、x(5)に乗算される数値が3/4となり、x(4)に乗算される数値が0となり、x(3)に乗算される数値が−1/8となる。   When this equation (14) is expressed as a filter coefficient, it becomes a filter coefficient (3/8, 1, 3/4, 0, −1/8). That is, when trying to create x (6) as a new image (interpolated image), the numerical value multiplied by x (7) is 3/8, the numerical value multiplied by x (6) is 1, The numerical value multiplied by x (5) becomes 3/4, the numerical value multiplied by x (4) becomes 0, and the numerical value multiplied by x (3) becomes −1/8.

以上のようにフィルタ係数が求めるので、フィルタ係数乗算手段5の乗算部(51、52,53、・・・、5n+1)は3タップの非対称デジタルフィルタとして構成することができる。 Since the filter coefficient is obtained as described above, the multiplication unit (5 1 , 5 2 , 5 3 ,..., 5 n + 1 ) of the filter coefficient multiplication means 5 can be configured as a 3-tap asymmetric digital filter. .

なお、同様の計算を行って、5タップの非対称デジタルフィルタを構成すると、フィルタ係数は、(−1/96,0,−1/48,0,1/2,1,29/48,0,−7/96)となる。   If a 5-tap asymmetric digital filter is constructed by performing the same calculation, the filter coefficients are (−1/96, 0, −1/48, 0, 1/2, 1, 29/48, 0, −7/96).

ここで、図2(b)に、x(6)を新たな画像(内挿画像)として、作成しようとする際の画像内挿装置1(ここでは、画像内挿装置1′とする)のフィルタ係数乗算手段5における乗算部(51、52、53、54)を限定した場合の構成を示す。
ここでは、乗算部(51、52、53、54)は2タップの非対称デジタルフィルタとして構成することができる。すなわち、乗算部51のフィルタ係数α0が3/8およびフィルタα1が1となり、乗算部52のフィルタ係数α2が3/4およびフィルタ係数α3が0となり、乗算部53のフィルタ係数α4が−1/8およびフィルタ係数α5が0となり、乗算部54のフィルタ係数α6が0およびフィルタ係数α7が0となる。
Here, in FIG. 2B, x (6) is a new image (interpolated image) of the image interpolating apparatus 1 (herein referred to as the image interpolating apparatus 1 ') when trying to create it. A configuration when the multiplication units (5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 ) in the filter coefficient multiplication means 5 are limited is shown.
Here, the multiplication unit (5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 ) can be configured as a 2-tap asymmetric digital filter. That is, the multiplying unit 5 first filter coefficient alpha 0 is 3/8 and filter alpha 1 becomes 1, the multiplication unit 5 second filter coefficient alpha 2 3/4 and filter coefficient alpha 3 is zero, the multiplication unit 5 3 filter coefficient alpha 4 is -1/8 and the filter coefficient alpha 5 becomes zero, the multiplication unit 4 of the filter coefficient alpha 6 0 and filter coefficients alpha 7 becomes zero.

図2(a)と図2(b)との関係を整理して説明すると、遅延手段3の各遅延部の入力に図2(a)に示した(1)、(3)、(5)および(7)が入力される(存在する)と、切替スイッチ7を切り替えることで、図2に示した(6)と(7)とが出力される。また、入力される動画像が次の画像になった際(画像が1つ進んだ場合)に遅延手段3の各遅延部の入力に図2(a)に示した(3)、(5)、(7)および(9)が入力される(存在する)と、切替スイッチ7を切り替えることで、図2に示した(8)と(9)とが出力される。
ちなみに、従来の内挿技術に供される線形補間フィルタでは、フィルタ係数が(1/2,1,1/2)の対称デジタルフィルタとなる。
The relationship between FIG. 2A and FIG. 2B will be described in an organized manner. (1), (3), (5) shown in FIG. When (7) and (7) are input (exist), the changeover switch 7 is switched to output (6) and (7) shown in FIG. Also, when the input moving image becomes the next image (when the image has advanced by one), the input of each delay unit of the delay means 3 (3), (5) shown in FIG. , (7) and (9) are input (exist), the changeover switch 7 is switched to output (8) and (9) shown in FIG.
Incidentally, a linear interpolation filter provided for a conventional interpolation technique is a symmetric digital filter with a filter coefficient of (1/2, 1, 1/2).

なお、この画像内挿装置1′は、入力された動画像がテレビジョン信号である場合、当該動画像に含まれている画像、すなわち、フレーム画像またはフィールド画像が、1回微分、または、2回微分まで連続していることを前提に設計されている。   In addition, when the input moving image is a television signal, the image interpolating device 1 'determines that an image included in the moving image, that is, a frame image or a field image is differentiated once or 2 It is designed on the assumption that it continues until the first derivative.

また、テレビジョン信号の代わりに、CTスキャンやMRIによって人体の内部が撮像された3次元断層画像が入力される場合には、当該3次元断層画像において人体中の臓器が連続した物体と想定されるため、テレビジョン信号よりも微分回数が多くなり、画像内挿装置1(図1参照)では、フィルタ係数乗算手段5を構成する非対称デジタルフィルタのタップ数を増加させる必要がある。   Further, when a three-dimensional tomographic image obtained by imaging the inside of a human body by CT scan or MRI is input instead of a television signal, it is assumed that organs in the human body are continuous in the three-dimensional tomographic image. Therefore, the number of differentiations is larger than that of the television signal, and the image interpolation device 1 (see FIG. 1) needs to increase the number of taps of the asymmetric digital filter constituting the filter coefficient multiplication unit 5.

図1に戻って画像内挿装置1の構成の説明を続ける。
切替手段7は、フィルタ係数乗算手段5の乗算部(51、52、53、・・・、5n+1)から出力される乗算結果(フィルタ係数が乗算された画像)を切り替えて、画像生成手段9に出力するもので、当該乗算部に対応した複数の切替スイッチ(71、72、73、・・・、7n+1)を備えて構成されている。
Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the image interpolation device 1 will be continued.
The switching unit 7 switches the multiplication result (image multiplied by the filter coefficient) output from the multiplication unit (5 1 , 5 2 , 5 3 ,..., 5 n + 1 ) of the filter coefficient multiplication unit 5. Are output to the image generation means 9 and are configured to include a plurality of changeover switches (7 1 , 7 2 , 7 3 ,..., 7 n + 1 ) corresponding to the multiplication section.

この切替スイッチ(71、72、73、・・・、7n+1)を切り替えるタイミングは、画像生成手段9で生成される画像(内挿画像)を出力するタイミング(入力された動画像に挿入するタイミング)によって決定される。なお、この出力するタイミングは、全ての切替スイッチ(71、72、73、・・・、7n+1)を切替後、遅延量が1つ進むごと(1つの画像ごと)に行われる。 The timing for switching the changeover switches (7 1 , 7 2 , 7 3 ,..., 7 n + 1 ) is the timing for outputting the image (interpolated image) generated by the image generation means 9 (input video) Timing of insertion into an image). This output timing is performed every time the delay amount is increased by one (every one image) after switching all the changeover switches (7 1 , 7 2 , 7 3 ,..., 7 n + 1 ). Is called.

画像生成手段9は、切替手段7の切替スイッチ(71、72、73、・・・、7n+1)それぞれから出力された乗算結果(フィルタ係数が乗算された画像)を加算(合成)して、内挿に用いる内挿画像を生成して、外部に出力するものである。 The image generation means 9 adds the multiplication results (images multiplied by the filter coefficients) output from the changeover switches (7 1 , 7 2 , 7 3 ,..., 7 n + 1 ) of the switching means 7 ( Composite) to generate an interpolated image used for interpolation, and output it to the outside.

この画像内挿装置1によれば、テイラー展開を実行して設定したフィルタ係数を有するフィルタ係数乗算手段5によって遅延手段3で遅延させた画像に当該フィルタ係数を乗算して、切替手段7によって、出力するタイミングを調整して、画像生成手段9によって加算することで、内挿する新たな画像の前後の画像に対して、非対称に均一でないフィルタ係数を乗算しているので、ぼけの少ない新たな画像(内挿画像)を作成することができる。   According to this image interpolation device 1, the switching means 7 multiplies the image delayed by the delay means 3 by the filter coefficient multiplication means 5 having the filter coefficient set by executing Taylor expansion, and the switching means 7. Since the output timing is adjusted and added by the image generation means 9, the images before and after the new image to be interpolated are multiplied by filter coefficients that are not asymmetrically uniform. An image (interpolated image) can be created.

また、この画像内挿装置1では、入力される動画像が3次元信号(時間軸、水平軸および垂直軸)であるが、2次元以上の信号(例えば、3次元断層画像)を入力して、拡張して用いることも容易に行うことができる。   In this image interpolation apparatus 1, the input moving image is a three-dimensional signal (time axis, horizontal axis and vertical axis), but a two-dimensional or higher signal (for example, a three-dimensional tomographic image) is input. It can be easily extended and used.

〈画像内挿装置の動作〉
次に、図3に示すフローチャートを参照して、画像内挿装置1の動作について説明する(適宜、図1参照)。
まず、画像内挿装置1は、遅延手段3の遅延部(31、32、33、・・・、3n)によって、入力された画像(動画像)を複数段に亘り(遅延部[31、32、33、・・・、3n]それぞれで1回ずつ)遅延させる(ステップS1)。
<Operation of the image interpolation device>
Next, the operation of the image interpolation device 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 3 (see FIG. 1 as appropriate).
First, the image interpolation device 1 uses the delay units (3 1 , 3 2 , 3 3 ,..., 3 n ) of the delay means 3 to input images (moving images) in a plurality of stages (delay units). [3 1 , 3 2 , 3 3 ,..., 3 n ] once) (step S1).

続いて、画像内挿装置1は、フィルタ係数乗算手段5の乗算部(51、52、53、・・・、5n+1)によって、遅延手段3で遅延させた画像に、フィルタ係数を乗算する(ステップS2)。そして、画像内挿装置1は、切替手段7の切替スイッチ(71、72、73、・・・、7n+1)によって、フィルタ係数乗算手段5で乗算された乗算結果を切り替えて、画像生成手段9によって、合成(加算)して新たな画像とし、内挿する内挿画像として出力する(ステップS3)。 Subsequently, the image interpolation device 1 filters the image delayed by the delay unit 3 by the multiplication unit (5 1 , 5 2 , 5 3 ,..., 5 n + 1 ) of the filter coefficient multiplication unit 5. The coefficient is multiplied (step S2). Then, the image interpolation device 1 switches the multiplication result multiplied by the filter coefficient multiplication unit 5 by the changeover switch (7 1 , 7 2 , 7 3 ,..., 7 n + 1 ) of the switching unit 7. Then, the image generation means 9 synthesizes (adds) a new image and outputs it as an interpolated image to be interpolated (step S3).

その後、画像内挿装置1は、入力された画像(動画像)について、内挿する内挿画像の生成が終了したか否かを判定し(ステップS4)、生成が終了したと判定されない場合(ステップS4、No)、ステップS1に戻り、生成が終了したと判定された場合(ステップS4、Yes)、動作を終了する。   Thereafter, the image interpolation device 1 determines whether or not the generation of the interpolated image to be interpolated has been completed for the input image (moving image) (step S4), and it is not determined that the generation has been completed (step S4). In step S4, No), the process returns to step S1, and when it is determined that the generation has ended (step S4, Yes), the operation is ended.

〈フィルタ係数特定方法について〉
次に、図4を参照して、画像内挿装置1に用いられているフィルタのフィルタ係数を特定するフィルタ係数特定方法について説明する。フィルタ係数特定方法において、フィルタ係数は、前記したように、テイラー展開の数式を用いることにより、大きく3つの段階を経て特定される。この3つの段階は、微分回数特定ステップと、微分係数置換ステップと、フィルタ係数特定ステップとである。
<Filter coefficient identification method>
Next, a filter coefficient specifying method for specifying the filter coefficient of the filter used in the image interpolation device 1 will be described with reference to FIG. In the filter coefficient specifying method, as described above, the filter coefficient is specified through three stages by using the Taylor expansion formula. These three stages are a differentiation number specifying step, a differential coefficient replacement step, and a filter coefficient specifying step.

微分回数特定ステップでは、動画像の画像レベルの変化を示す関数が微分可能な回数を、予め設定された処理方法によって決定する。処理方法は内挿画像を内挿する方向、つまり時間軸方向に処理する方法と、水平垂直方向に処理する方法とがある。そして、微分可能な回数は、内挿画像を内挿する方向によって異なっており、内挿する方向が時間軸方向である場合には、2回から3回程度とし、内挿する方向が水平垂直方向である場合には1回から2回程度としている。なお、この微分可能な回数は、テイラー展開の理論上、任意に設定することが可能であるが、実験結果より、動画像の内挿に用いる場合には、前記した回数が最適であることがわかっている。   In the differentiation number specifying step, the number of times that the function indicating the change in the image level of the moving image can be differentiated is determined by a preset processing method. There are two processing methods: a method for processing an interpolated image, that is, a time axis direction, and a horizontal and vertical direction. The number of differentiable times varies depending on the direction in which the interpolated image is interpolated. When the interpolating direction is the time axis direction, the number of times of differentiation is about 2 to 3 times, and the interpolating direction is horizontal and vertical. In the case of the direction, it is about once to twice. Note that the number of differentiable times can be arbitrarily set according to the theory of Taylor expansion. However, from the experimental results, the number of times described above may be optimal when used for moving image interpolation. know.

微分係数置換ステップでは、微分回数決定ステップにて決定された微分回数に基づいて、前記した数式(1)において、微分係数を示す項の数を設定し、この項における微分係数を、当該微分係数を求めた画像の前後の画像を用いた差分方程式に置換する。なお、数式(1)において、内挿または外挿する画像を挿入するサンプリング位置である挿入位置をxとし、動画像の画像レベルの変化を示す関数が微分可能な画像を取得するサンプリング位置である取得位置をaとしている。
また、この微分係数置換ステップでは、数式(9)に示したように、微分係数を差分方程式に置換している。
In the differential coefficient replacement step, the number of terms indicating the differential coefficient is set in the above-described equation (1) based on the differential count determined in the differential count determination step. Is replaced with a difference equation using images before and after the obtained image. In Equation (1), the insertion position, which is a sampling position for inserting an image to be interpolated or extrapolated, is x, and a sampling position for acquiring a differentiable function indicating a change in the image level of a moving image. The acquisition position is a.
In this differential coefficient replacement step, the differential coefficient is replaced with a differential equation as shown in Equation (9).

フィルタ係数特定ステップでは、微分係数置換ステップにて置換された差分方程式の各項にかかる係数を、画像を示す関数ごとに加算することで、フィルタ係数とする。このフィルタ係数特定ステップでは、数式(9)から数式(13)にフィルタ係数を特定している。   In the filter coefficient specifying step, the coefficient relating to each term of the difference equation replaced in the differential coefficient replacement step is added for each function indicating an image to obtain a filter coefficient. In this filter coefficient specifying step, the filter coefficient is specified from Expression (9) to Expression (13).

これらの動作を図4に則して順に述べると、まず、フィルタ係数特定方法は、微分回数を決定し(ステップS11)、テイラー展開に基づく数式(1)における微分係数の項数を設定する(ステップS12)。
そして、フィルタ係数特定方法は、微分係数の項を差分方程式に置換し(ステップS13)、当該微分係数の項にかかる係数をそれぞれ加算して、フィルタ係数を特定する(ステップS14)。
When these operations are described in order in accordance with FIG. 4, first, the filter coefficient specifying method determines the number of differentiation (step S11), and sets the number of terms of the differential coefficient in Expression (1) based on Taylor expansion ( Step S12).
Then, the filter coefficient specifying method replaces the differential coefficient term with a differential equation (step S13), adds the coefficients related to the differential coefficient term, and specifies the filter coefficient (step S14).

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、画像内挿装置1(画像内挿装置1′)として説明したが、これらの各構成の処理を実行できるように、汎用的または特殊なコンピュータ言語で記述した画像内挿プログラムとみなすことができる。また、画像内挿装置1(画像内挿装置1′)の各構成の処理を1つずつの過程と捉えた画像内挿方法とみなすことができる。これらの場合、画像内挿装置1(画像内挿装置1′)と同様の効果を得ることができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the present embodiment, the image interpolation device 1 (image interpolation device 1 ′) has been described. However, image interpolation described in a general-purpose or special computer language so that the processing of each of these components can be executed. It can be regarded as a program. Further, it can be regarded as an image interpolation method in which the processing of each component of the image interpolation device 1 (image interpolation device 1 ′) is regarded as one process. In these cases, the same effect as that of the image interpolation device 1 (image interpolation device 1 ′) can be obtained.

本発明の実施形態に係る画像内挿装置のブロック図である。1 is a block diagram of an image interpolation device according to an embodiment of the present invention. 動画像に画像を内挿する際のフィルタ係数を算出するプロセスについて説明した図であり、(a)は動画像の画像レベルの変化において、既存の画像と、存在していない画像とを示した図であり、(b)は(a)において存在していない画像を求める際の画像内挿装置のブロック図である。It is a figure explaining the process which calculates the filter coefficient at the time of interpolating an image in a moving image, (a) showed the existing image and the image which does not exist in the change of the image level of a moving image. It is a figure and (b) is a block diagram of the image interpolation apparatus at the time of calculating | requiring the image which does not exist in (a). 図1に示した画像内挿装置の動作を説明したフローチャートである。It is the flowchart explaining operation | movement of the image interpolation apparatus shown in FIG. 本発明に係るフィルタ係数特定方法を説明したフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a filter coefficient specifying method according to the present invention. 内挿と外挿とについて説明した図である。It is a figure explaining interpolation and extrapolation. 従来の内挿技術について説明した図である。It is a figure explaining the conventional interpolation technique.

符号の説明Explanation of symbols

1、1′ 画像内挿装置
3 遅延手段
5 フィルタ係数乗算手段
7 切替手段
9 画像生成手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 'Image interpolation apparatus 3 Delay means 5 Filter coefficient multiplication means 7 Switching means 9 Image generation means

Claims (4)

画像が連続する動画像に内挿をする際に用い、当該画像に乗算する複数のフィルタ係数を有するフィルタであって、
存在する画像間に内挿する内挿画像の前後画像からサンプリングする個数を3個とすると共に、サンプリングする位置を当該内挿画像の2個前と1個前と1個後とにする場合には、
前記内挿画像に係るフィルタ係数を1とし、前記後画像に係るフィルタ係数から列挙すると、前記フィルタ係数が(3/8,1,3/4,0,−1/8)、または、前記前画像に係るフィルタ係数から列挙すると、前記フィルタ係数が(−1/8,0,3/4,1,3/8)であることを特徴とするフィルタ。
A filter having a plurality of filter coefficients used when interpolating a continuous moving image, and multiplying the image,
When the number of samples from the images before and after the interpolated image to be interpolated between existing images is 3, and the sampling positions are two before, one before and one after the interpolated image Is
When the filter coefficient related to the interpolated image is 1 and enumerated from the filter coefficients related to the post-image, the filter coefficient is (3/8, 1, 3/4, 0, −1/8) or the front When enumerating from filter coefficients related to an image, the filter coefficient is (−1/8, 0, 3/4, 1, 3/8).
画像が連続する動画像に内挿をする際に用い、当該画像に乗算する複数のフィルタ係数を有するフィルタであって、
存在する画像間に内挿する内挿画像の前後画像からサンプリングする個数を5個とすると共に、サンプリングする位置を当該内挿画像の2個前と1個前と1個後と2個後と3個後とにする場合には、
前記内挿画像に係るフィルタ係数を1とし、前記後画像に係るフィルタ係数から列挙すると、前記フィルタ係数が(−1/96,0,−1/48,0,1/2,1,29/48,0,−7/96)、または、前記前画像に係るフィルタ係数から列挙すると、前記フィルタ係数が(−7/96,0,29/48,1,1/2,−1/48,0,−1/96)であることを特徴とするフィルタ。
A filter having a plurality of filter coefficients used when interpolating a continuous moving image and multiplying the image,
The number of samples from the images before and after the interpolated image to be interpolated between existing images is five, and the sampling positions are two before, one before, one after and two after the interpolated image. If you want three
When filter coefficients related to the interpolated image are set to 1 and enumerated from filter coefficients related to the post-image, the filter coefficients are (−1/96, 0, −1/48, 0, 1/2, 1, 29 / 48, 0, −7/96) or the filter coefficients related to the previous image, the filter coefficients are (−7/96, 0, 29/48, 1, 1/2, −1/48, 0, −1/96).
請求項1または請求項2に記載のフィルタを備え、入力された画像が連続する動画像の内挿を行う画像内挿装置であって、
入力された画像を遅延させる遅延手段と、
この遅延手段で遅延された画像に、遅延された遅延量に応じて、前記フィルタで設定されているフィルタ係数を乗算するフィルタ係数乗算手段と、
このフィルタ係数乗算手段で乗算された画像の出力を、前記内挿するタイミングに従って切り替える切替手段と、
この切替手段で出力が切り替えられた画像同士を加算して、前記内挿に用いる内挿画像を生成する画像生成手段と、
を備えることを特徴とする画像内挿装置。
An image interpolation device comprising the filter according to claim 1 or 2, and performing interpolation of a moving image in which input images are continuous,
A delay means for delaying the input image;
Filter coefficient multiplication means for multiplying the image delayed by the delay means by the filter coefficient set by the filter according to the amount of delay delayed;
Switching means for switching the output of the image multiplied by the filter coefficient multiplication means according to the interpolation timing;
An image generation means for adding the images whose outputs are switched by the switching means to generate an interpolation image used for the interpolation;
An image interpolation apparatus comprising:
画像が連続する動画像に内挿または外挿をする際に用いるフィルタにおいて、当該画像に乗算する複数のフィルタ係数を特定するフィルタ係数特定方法であって、
前記動画像の画像レベルの変化を示す関数が微分可能な回数を予め設定された処理方法によって決定する微分回数決定ステップと、
この微分回数決定ステップにて決定された微分回数に基づいて、内挿または外挿する画像を挿入する挿入位置をxとし、前記微分回数決定ステップにて決定した、前記関数が微分可能な画像を取得する取得位置をaとした場合に、次に示す数式1について、微分係数を示す項の数を設定すると共に、この項における微分係数を、当該微分係数を求めた画像の前後の画像を示す関数を用いた差分方程式に置換する微分係数置換ステップと、
f(x)=f(a)+(x−a)f′(a)/1!+(x−a)2f″(a)/2!・・・+(x−a)nn(a)/n!
・・・数式1
この微分係数置換ステップにて置換された差分方程式の各項にかかる係数を、前記画像を示す関数ごとに加算することで、前記フィルタ係数とするフィルタ係数特定ステップと、
を含むことを特徴とするフィルタ係数特定方法。
A filter coefficient specifying method for specifying a plurality of filter coefficients to be multiplied by an image in a filter used for interpolation or extrapolation to a moving image in which images are continuous,
A differentiating number determining step of determining a number of times that a function indicating an image level change of the moving image can be differentiated by a preset processing method;
Based on the number of differentiations determined in this differentiation number determination step, an insertion position for inserting an image to be interpolated or extrapolated is x, and the image that can be differentiated by the function determined in the number of differentiation number determination step is Assuming that the acquisition position to be acquired is a, the number of terms indicating a differential coefficient is set for Equation 1 below, and the differential coefficient in this term indicates images before and after the image for which the differential coefficient is obtained. A differential coefficient replacement step for replacing with a differential equation using a function;
f (x) = f (a) + (x−a) f ′ (a) / 1! + (X−a) 2 f ″ (a) / 2!... + (X−a) n f n (a) / n!
... Formula 1
A filter coefficient specifying step for adding the coefficient applied to each term of the differential equation replaced in the differential coefficient replacement step for each function indicating the image, to obtain the filter coefficient;
A filter coefficient specifying method comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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