JP2007311835A - 画像処理装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像を解像度変換する場合、整数分の一か非整数分の一かによって、出力画像における画像の連続性の劣化が大きく異なる。
【解決手段】 バイリニア処理部11は、バイリニア法により、入力画像の複数画素分の画像データから出力画像の一画素分の画像データを生成する。面積平均処理部12は、面積平均法により、入力画像の複数画素分の画像データから出力画像の一画素分の画像データを生成する。解像度変換設定部15は、入力画像の解像度に対する出力画像の解像度が、非整数分の一の場合はバイリニア処理部11の出力を、整数分の一の場合は面積平均処理部12の出力を選択するように、切替スイッチ13の動作を制御する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、画像の解像度を変換する画像処理に関する。

スキャナ、プリンタ、複写機などは、機器に入力された画像に画像編集処理を施して出力する画像処理装置を備える。画像処理装置の代表的な機能として、入力画像の解像度を任意の解像度に変換する解像度変換機能がある。解像度変換を行う場合、一般に、画像の劣化を抑制するために補間処理を行う。補間処理を行う解像度変換法には、ニアレストネイバー（最近傍補間）法、バイリニア法、バイキュービック法、面積平均法などがある。

ニアレストネイバー法は、単純に、注目画素に最も近い画素データを使用して補間を行い解像度変換する方法である。つまり、注目画素の画素データを最も近傍の画素データで置き換えるから高速に解像度変換が可能である。その反面、画像を縮小すると、入力画像の詳細部分が潰れて消失し、モワレの発生原因になる。

バイリニア法およびバイキュービック法は、注目画素周辺の複数の画素データから数学的に注目画素データを算出して補間を行い解像度変換する方法である。とくに、バイキュービック法は精度が高く、階調性が良好な解像度変換に向く。バイリニア法およびバイキュービック法はどちらも、注目画素周辺の四画素または16画素から注目画素の画素データを求めるため、比較的、原画像に近い画像を生成することが可能であり、広く普及している。しかし、常に四画素または16画素から注目画素を補間する方法であるから、解像度変換後の解像度によっては画像の連続性を損い、ぼけや滲みの原因になる。

面積平均法は、入力画像と出力画像の面積比から補間を行って解像度変換する方法である。例えば解像度を1/2にする場合、注目画素の周囲の四画素の画素データの平均値を注目画素の画素データにする。従って、周辺画像との連続性が良好で、滑らかな画像を再現することができ、最も画像データの連続性に優れている方法とされている。ただし、非整数分の一に解像度変換する場合は、計算が複雑になり、回路規模の増大や計算時間の増加を招く。

特開平11-203467号公報は、ニアレストネイバー法とそれ以外の解像度変換法を有し、原信号が階段波形であるか否かを判定して、原信号が階段波形の場合はニアレストネイバー法を選択する表示装置を開示する。この発明は、文字や図形のエッジ部分のぼけを防ぐことを目的とする。しかし、ニアレストネイバー法は原信号の一部のみを用いる解像度変換方法であるから、解像度変換後の解像度が大きく異なると、詳細部分の信号が失われ、原信号の一部が強調されてモワレなどの発生原因になる。

特開平11-203467号公報

本発明は、画像の解像度を整数分の一または非整数分の一に変換する場合に、回路規模の増大や計算時間の増加を抑えて、画像の連続性の劣化を防ぐことを目的とする。

本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。

本発明にかかる画像処理装置は、第一の方法により、入力画像の複数画素分の画像データから出力画像の一画素分の画像データを生成する第一の解像度変換手段と、前記第一の方法とは異なる第二の方法により、前記入力画像の複数画素分の画像データから前記出力画像の一画素分の画像データを生成する第二の解像度変換手段と、前記入力画像の解像度と前記出力画像の解像度の関係に基づき、前記第一または第二の解像度変換手段の出力を選択的に出力する出力手段とを有することを特徴とする。

本発明にかかる制御方法は、第一の方法により、入力画像の複数画素分の画像データから出力画像の一画素分の画像データを生成する第一の解像度変換手段、並びに、前記第一の方法とは異なる第二の方法により、前記入力画像の複数画素分の画像データから前記出力画像の一画素分の画像データを生成する第二の解像度変換手段を備える画像処理装置の制御方法であって、前記入力画像の解像度と前記出力画像の解像度の関係に基づき、前記第一または第二の解像度変換手段の出力を選択的に出力することを特徴とする。

本発明によれば、画像の解像度を整数分の一または非整数分の一に変換する場合に、回路規模の増大や計算時間の増加を抑えて、画像の連続性の劣化を防ぐことができる。

以下、本発明にかかる画像処理の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図1は実施例の画像処理装置の構成例を示すブロック図である。

バイリニア処理部11は、バイリニア法により、入力される画像データを解像度変換した画像データを出力する。面積平均処理部12は、面積平均法により、入力される画像データを解像度変換した画像データを出力する。切替スイッチ13は、バイリニア処理部11または面積平均処理部12から出力される画像データを解像度変換部14に入力する。解像度変換部14は、解像度を上げる（拡大する）場合は入力される画像データを並べ変え、解像度を下げる（縮小する）場合は入力される画像データを間引いて、解像度変換した画像データを出力する。解像度設定部15は、操作部16によって設定された解像度に応じて、バイリニア処理部11、面積平均処理部12、切替スイッチ13および解像度変換部14の動作を設定する。

以下では説明を簡略化するため、入力画像データおよび出力画像データは、一次元のライン状に入出力するものとする。従って、バイリニア法、面積平均法は、一次元に並んだ画素間で行い、言い替えれば、隣接するラインの近傍画素を参照することはない。

［整数分の一の解像度変換］
●バイリニア法
バイリニア処理部11は周囲二画素を用いて補間を行い、解像度を1/3に変換する場合を説明する。バイリニア法は、注目画素と近傍画素間のデータ変化が線形であるとして、注目画素の値を計算する補間方法を採用する。例えば、注目画素が二画素に挟まれている場合、二画素の平均値が注目画素の値である。

図2は解像度を整数分の一（例えば1/3）に変換する例を説明する図である。図2に示すように、入力画素列をA1、A2、A3、…、出力画素列をB1、B2、B3、…とし、画素B1の近傍の二点の入力画素をA2、A3とすると画素B1の画素値は次のように計算される。
B1 = (k2×A2 + k3×A3)/2 …(1)
ここで、k_j (j=2、3)は画素B1の位置と画素A_jの位置の距離に対応する係数

従って、画素Biの画素値は、近傍の画素をA_j、A_j+1とすれば、次式で計算される。
Bi = (k_j×A_j + k_j+1×A_j+1)/2 …(2)

このように、バイリニア法の利点は、解像度変換の倍率が整数倍でなくとも、簡単な積和演算により、近傍画素から注目画素の変換後の画素値を求めることができることである。

しかし、式(1)の計算において、画素B1の位置と画素A2の一は同一であるから、係数はk2=2、k3=0になる。その結果、画素B1の画素値はB1=A2になる。従って、B1、B2、B3、…の画素値を計算すると、下記のようになる。
画素：B1、B2、B3、B4、…
画素値：A2、A5、A8、A11、…

つまり、バイリニア法で求める出力画像データは、ニアレストネイバー法で求めた画像データと同一である。

バイリニア法やニアレストネイバー法の欠点は、画像データの消失である。上記からも分かるように、入力画像データの画素A1、A3、A4、A6、A7、A9、A10、A12、…が消失する。その結果、画像の連続性が消失し、とくに細線の再現性が劣化する。

●面積平均法
面積平均法は、入力画像に対する出力画像の面積比から出力画像データを作成する方法である。例えば、入力画像の解像度を1／3にする場合、入力画像の三画素の画像データを出力画像の一画素の画像データにする。

図2を用いて具体的に説明する。画素B1の画素値は、画素A1〜A3の三画素分の面積を有するから次式のようになる。
B1 = (A1 + A2 + A3)/3 …(3)

同様にB2、B3、B4、…の画素値も対応する入力画像データの三画素分の画素値の平均値になる。その結果、入力画像データのすべてを偏りなく使用することが可能になる。当然ながら、解像度変換する際、入力画像データのすべてを偏りなく使用する方が入力画像データをより忠実に再現することになる。

●解像度設定部
上述したように、解像度を1/3に変換する場合は、バイリニア処理部11よりも面積平均処理部12を用いた方が、入力画像データをより忠実に再現することができる。従って、解像度を整数分の一に変換する場合、解像度設定部15は、面積平均処理部12に整数分の一の解像度変換に対応する処理を設定する。さらに、面積平均処理部12の出力を解像度変換部14に入力するように切替スイッチ13の動作を設定する。

［非整数分の一の解像度変換］
●バイリニア法
図3は解像度を非整数分の一（例えば2/5）に変換する例を説明する図である。バイリニア処理部11は周囲三画素を用いて補間を行い、解像度を2/5に変換する場合を説明する。入力画素列をA1、A2、A3、…、出力画素列をB1、B2、B3、…とすると画素B1の画素値は次のように計算される。
B1 = (k1×A1 + k2×A2 + k3×A3)/3 …(4)
ここで、k_j (j=1〜3)は画素B1の位置と画素A_jの位置の距離に対応する係数

同様に、画素B2の画素値は次のように計算される。
B2 = (k3×A3 + k4×A4 + k5×A5)/3 …(5)

このように、周囲三画素を用いて補間を行うバイリニア法の場合、1/3までの解像度変換であれば、出力画像データは入力画像データを偏りなく使用するから、画像の連続性が消失する可能性は低い。しかし、1/3を下回る（例えば1/4）に解像度変換する場合、実施例1で説明したように、画像の連続性が消失する可能性が高い。

●面積平均法
図4は面積平均法により解像度を非整数分の一（例えば2/5）に変換する例を説明する図である。

面積平均法は画素を分割しない。言い替えれば、解像度を2/5にする場合、図3に示すように、出力画像データの一画素は入力画像データの2.5画素に対応するが、面積平均法は、図4に示すように二画素の平均、三画素の平均を繰り返して出力画像データを生成する。従って、面積平均法で解像度変換した出力画像データは、大きさが「1」と「1.5」の受光素子を交互に並べたセンサで読み取った画像と同じになり、得られる画像は歪なものになる。

勿論、2.5画素分の面積を求めることもできるが、その場合、整数分の一の面積平均法を実行する回路または処理に比べて、回路規模の増大、処理時間の増加を招く。

●解像度設定部
解像度を非整数分の一に変換する場合、面積比に基づき画素値を計算する回路は非常に複雑になる。そこで、解像度を非整数分の一に変換する場合、解像度設定部15は、バイリニア処理部11に非整数分の一の解像度変換に対応する処理を設定する。さらに、バイリニア処理部11の出力を解像度変換部14に入力するように切替スイッチ13の動作を設定する。

［変形例］
図5は画像処理装置の変形例を示すブロック図である。解像度変換部21は、バイリニア法による補間処理と解像度変換処理を連続的に行う。また、解像度変換部22は、面積平均法による補間処理と解像度変換処理を連続的に行う。解像度設定部15によって整数分の一か、非整数分の一かに応じて、解像度変換部21、22、切替スイッチ13の動作を制御すれば、図5に示すような構成にしても、図1に示す構成と同様の効果が得られる。

また、上記では、一次元に配置された画像データを説明したが、二次元に配置された画像データにおいても同様の効果がある。二次元に配置された画像データの場合、バイキュービック法と面積平均法を切り替えることが好ましい。

また、バイリニア法やバイキュービック法を用いるとしても、周囲二画素を使用して補間する方法と、周囲三画素を使用して補間する方法を切り替えれば、回路を簡略化することができる。

なお、整数分の一に解像度変換する場合、面積平均法が最も再現性がよい解像度変換法である。

また、上記では、補間部を二つ備える構成を示したが、三つ以上の補間部を有することも有効である。

このように、入力解像度と出力解像度の関係によって適する補間方法は異なる。そこで、入力解像度と出力解像度の関係（整数分の一か、非整数分の一か）によって、最適な補間方法を選択することで、入力画像データに対する出力画像データの劣化（画像の連続性の消失）を最小限に抑えることができる。

［他の実施例］
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。

また、本発明の目的は、上記実施例の機能を実現するソフトウェアを記録した記憶媒体（記録媒体）をシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータ（CPUやMPU）が前記ソフトウェアを実行することでも達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたソフトウェア自体が上記実施例の機能を実現することになり、そのソフトウェアを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。

また、前記ソフトウェアの実行により上記機能が実現されるだけでなく、そのソフトウェアの指示により、コンピュータ上で稼働するオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、それによって上記機能が実現される場合も含む。

また、前記ソフトウェアがコンピュータに接続された機能拡張カードやユニットのメモリに書き込まれ、そのソフトウェアの指示により、前記カードやユニットのCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、それによって上記機能が実現される場合も含む。

本発明を前記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するソフトウェアが格納される。

実施例の画像処理装置の構成例を示すブロック図、 解像度を整数分の一（例えば1/3）に変換する例を説明する図、 解像度を非整数分の一（例えば2/5）に変換する例を説明する図、 面積平均法により解像度を非整数分の一（例えば2/5）に変換する例を説明する図、 画像処理装置の変形例を示すブロック図である。

Claims (7)

1. 第一の方法により、入力画像の複数画素分の画像データから出力画像の一画素分の画像データを生成する第一の解像度変換手段と、
   前記第一の方法とは異なる第二の方法により、前記入力画像の複数画素分の画像データから前記出力画像の一画素分の画像データを生成する第二の解像度変換手段と、
   前記入力画像の解像度と前記出力画像の解像度の関係に基づき、前記第一または第二の解像度変換手段の出力を選択的に出力する出力手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記第一の解像度変換手段は、前記入力画像の画素位置と前記出力画像の画素位置の距離に応じた係数を、前記入力画像の複数画素の画像データそれぞれに積算して、前記出力画像の一画素分の画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載された画像処理装置。
3. 前記第二の解像度変換手段は、前記入力画像と前記出力画像の面積比に応じた、前記入力画像の画素数の画像データを平均して、前記出力画像の一画素分の画像データを生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された画像処理装置。
4. 前記出力手段は、前記入力画像の解像度に対する前記出力画像の解像度が、非整数分の一の場合は前記第一の解像度変換手段の出力を選択し、整数分の一の場合は前記第二の解像度変換手段の出力を選択することを特徴とする請求項3に記載された画像処理装置。
5. 第一の方法により、入力画像の複数画素分の画像データから出力画像の一画素分の画像データを生成する第一の解像度変換手段、並びに、前記第一の方法とは異なる第二の方法により、前記入力画像の複数画素分の画像データから前記出力画像の一画素分の画像データを生成する第二の解像度変換手段を備える画像処理装置の制御方法であって、
   前記入力画像の解像度と前記出力画像の解像度の関係に基づき、前記第一または第二の解像度変換手段の出力を選択的に出力することを特徴とする制御方法。
6. 画像処理装置を制御して、請求項5に記載された画像処理を実現することを特徴とするコンピュータプログラム。
7. 請求項6に記載されたコンピュータプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。

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