JP2009529259A - 画像または信号シリーズにおける動的圧縮のための方法及びシステム - Google Patents

画像または信号シリーズにおける動的圧縮のための方法及びシステム Download PDF

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Abstract

個々の振幅値により表される画像または信号シリーズにおける動的圧縮のための方法及びシステムであって、画像または信号シリーズの入力振幅値EAは局部空間振幅平均を受け、そして局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>が生成され（２０）、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>間の差から差関数値が形成され（３０）、形成された差関数値から画像または信号シリーズの出力振幅値AAが生成される（５０、６０）、という方法及びシステム。本発明によれば、差関数値が形成されたとき、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>から形成された差の上に追加の差値が重畳され、該差値は、入力振幅値EA及び予め限定された基準値GAから形成される、と言うことが提供される。

Description

本発明は、請求項１の前段記載部分による画像または信号シリーズにおける動的圧縮のための方法、並びに請求項１４の前段記載部分による画像または信号シリーズの動的圧縮のためのシステムに関する。
貧弱な照明状態の下で画像が取られる際に、例えばビデオ監視（グレイ・ビデオ、カラー・ビデオ、ＩＲビデオ）、暗視装置または他の記録によって得られる画像または信号シリーズ（ｓｅｒｉｅｓ）を分析するとき、画像内に含まれる明るさ変化がしばしば人間の目によって小さい範囲で検出されることができるだけであり、従って、貧弱な照明状態にも拘らず画像内に存在する情報の大部分は観察者にとってアクセス可能でないことは不都合なことである。
画像または信号シリーズの入力振幅値が局部空間振幅平均を受け、そして入力振幅値及び局部的空間的に平均化された入力振幅値間の差が形成される、という画像処理方法は既知である。シグモイド関数を適用することによって、画像または信号シリーズの出力振幅値がこれらの差から生成され、該出力振幅値は、画像に含まれるエッジの強化によって特徴付けられるが、しかしながら、均一画像領域においては、すべてのピクセル（画素）は中間グレイにセットされる。この方法は、ミード−マホワルド網膜作用（Ｍｅａｄ−Ｍａｈｏｗａｌｄ Ｒｅｔｉｎａ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として知られており、Mead, Carver A. 及びMahowald, M.A. のニューラル・ネットワーク１の９１頁（１９８８）またはMahowald, M. 及びMead C.A.（１９９１、５月）のシリコン網膜（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｒｅｔｉｎａ）、Sci.Amer.: 76-72 に記載されている。この既知の方法には、画像に含まれた明るさの差のほとんど完全な喪失が関連しており、カラー画像への適用は可能ではなく、その理由は、個々のカラー・チャンネルにおける明るさの品質が落ち、それにより、カラー自体の品質も落ちるからである。
本発明の目的は、画像内に存在するコントラストが維持されたままで明るさの変化が認識されるようアクセス可能となる、画像または信号シリーズの動的圧縮のための方法を創成することである。さらに、上記を行う画像または信号シリーズの動的圧縮のためのシステムが本発明によって創成されるべきである。
本発明により、請求項１の特徴を有する、画像または信号シリーズにおける動的圧縮のための方法が創成される。さらに、本発明により、システムは、請求項１４の特徴を有する画像または信号シリーズにおける動的圧縮のために創成される。
本発明による方法の及び本発明によるシステムの長所的実施形態及びさらなる展開は、それぞれの従属請求項にそれぞれ示される。
本発明により、個々の振幅値により表される画像または信号シリーズにおける動的圧縮のための方法であって、画像または信号シリーズの入力振幅値EAは局部空間振幅平均を受け、そして局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>が生成され、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>間の差から差関数値(differential function values)が形成され、形成された差関数値から画像または信号シリーズの出力振幅値AAが生成される前記方法が創成される。本発明によれば、差関数値が形成されたとき、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>から形成された差の上に追加の差値が重畳され、該差値は、入力振幅値EA及び予め限定された基準値GAから形成されるということが提供される。
本発明による方法の長所的な実施形態によれば、画像または信号シリーズの出力振幅値AAの生成は、形成された差関数値にシグモイド関数を適用することにより行われる。
本発明による方法の長所的な実施形態によれば、差値の形成は、
(EA−<EA>)＋ｂ・（EA−GA）
の形態を有し、ここに、GAは予め限定された基準値であり、ｂは予め限定された重み係数である。
本発明による方法の長所的な実施形態によれば、局部空間振幅平均は、中心から減少する重みでもって平均範囲に渡って行われる。
平均範囲は、正方形、円形、長方形または楕円形であり得る。
本発明による方法の長所的な実施形態によれば、基準値GAは、一定値に設定される。
基準値GAは、入力振幅値EAの最大振幅の半分に設定され得る。
本発明による方法の長所的な実施形態によれば、非カラー画像が処理される。
本発明による方法のもう１つの長所的な実施形態によれば、カラー画像が処理される。
チャンネルに対して、差関数値（differential function values）の形成は、各カラー・チャンネルごとに行われ得る。
本発明による方法の長所的な実施形態によれば、差関数値の形成はベクトル的に行われ、入力振幅値EAのベクトル平均は、
<EA>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3 により行われる。
当該方法は、アナログ態様で行われ得る。
本発明の長所的な実施形態によれば、当該方法は、ディジタル的に行われる。
さらに、本発明により、個々の振幅値により表される画像または信号シリーズにおける動的圧縮のためのシステムが創成され、当該システムは、画像または信号シリーズの入力振幅値EAに局部空間振幅平均を受けさせ、そして局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>を生成して、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>間の差から差関数値を形成し、形成された差関数値から画像または信号シリーズの出力振幅値AAを生成するように提供される。本発明によれば、当該システムは、差関数値が形成されたとき、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>から形成された差の上に追加の差値が重畳されるように提供され、該差値（differential values）は、入力振幅値EA及び予め限定された基準値GAから形成される。
本発明の長所的な実施形態によれば、当該システムは、形成された差関数値にシグモイド関数を適用することにより、画像または信号シリーズの出力振幅値AAを生成するように提供される。
本発明の長所的な実施形態によれば、当該システムは、差値の形成を、(EA−<EA>)＋ｂ・（EA−GA）の形態で履行するように提供され、ここに、GAは予め限定された基準値であり、BAは予め限定された重み係数である。
本発明の長所的な実施形態によれば、当該システムは、局部空間振幅平均を、中心から減少する重みでもって平均範囲に渡って履行するように提供される。
局部空間振幅平均が行われる平均範囲は、正方形、円形、長方形または楕円形であり得る。
基準値GAは、一定値に設定され得る。
基準値GAは、入力振幅値EAの最大振幅の半分に設定され得る。
本発明の長所的な実施形態によれば、当該システムは、非カラー画像を処理するように提供される。
本発明のもう１つの長所的な実施形態によれば、当該システムは、カラー画像を処理するように提供される。
当該システムは、各カラー・チャンネルごとに別々にチャンネルに対する差関数値の形成を履行するよう提供され得る。
本発明の長所的な実施形態によれば、当該システムは、差関数値の形成をベクトル的に行うよう提供され、入力振幅値EAのベクトル平均は、
<EA>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3 により行われる。
本発明によるシステムは、アナログ態様で動作し得る。
本発明の長所的な実施形態によれば、当該システムは、ディジタル的に動作することが提供される。
以下に、本発明の実施形態を図面によって説明する。
図１によれば、動的圧縮を受けるべき画像または信号シリーズの入力振幅値EAの入力は、参照数字１０において生じる。参照数字２０において、これらの入力振幅値EAは、局部空間振幅平均を受け、それにより、平均化された入力振幅値＜EA＞が形成される。入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均化された入力振幅値＜EA＞は、差形成３０を受け、そこで、それらの差EA−<EA>が分析される。本実施形態において、この差形成３０は、参照数字４０において示されている変更された差形成を受ける。この差形成は、
（EA−＜EA＞）＋ｂ・（EA−GA）
の形態を有し、ここに、GAは、予め限定された基準値であり、ｂは、予め限定された重み係数である。この変更された差形成３０、４０の後、その結果は、参照数字５０においてシグモイド関数（ａ ｓｉｇｍｏｉｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を受け、該シグモイド関数は、例えば、
ｙ＝（tanh(x)+1）／2
の形態を有し得る。このシグモイド関数は、上限値と下限値との間で概してS形状のコースを有し、その上限値及び下限値の各々の場合において漸近的に近似するが、該シグモイド関数は、参照数字４０において形成される変更された差の値の圧縮が、参照数字６０において発せされる振幅値AAを出力するようにする。
記載された態様の動的圧縮のためのシステムは、該システムが、参照数字１０において得られる処理されるべき画像または信号シリーズの入力振幅値に局部的空間的に重み付けられた振幅平均を受けさせ、かつ、参照数字３０において、入力振幅値EAと局部的に空間的に平均化された入力振幅値＜EA＞との間の差から、参照数字４０に対応して変更された示された形態（EA−＜EA＞）＋ｂ・（EA−GA）の差を形成するように、相応して構成される。このような変更された態様で形成された差は、参照数字５０において、記載されたシグモイド関数を受け、参照数字６０において、出力振幅値AAとして利用可能である。
画像または信号シリーズの動的圧縮のためのシステムは、類似の態様で動作し得、その場合において、例えば、局部空間平均は、近似された態様では過度の差量ABS（EA−＜EA＞）の減少に等しいトランスコンダクタンス演算増幅器を有する電子回路によって履行される。局部平均値の特別のタイプは、結果上に比較的小さい影響を有する。画像の場合においては、平均範囲は、中心から減少する重みを持って正方形または円形であるように選択されるべきである。そこから外れて、平均範囲は、また、長方形または楕円形であっても良い。代替例としては、システムは、ディジタル回路によって数値的に生ずる（動作する）こともできる。アナログ・ネットワークにおいて、並びに数値的に模擬されたネットワークの場合において、フィードバックの結果として平均範囲の中心の回りに指数関数的な降下が生じる。
図２は、既知のMead-Mahowald網膜関数（MMR関数）による画像または信号シリーズの動的圧縮を示す。入力振幅値EAの一定範囲（一定の明るさの範囲）に対して、MMR関数の値は、常に、GA＝0.5・256 にあり、従って、８ビット・データに対して最大振幅の半分にある、ということが示されている。図２に実線で示されている入力信号のエッジにおいて、破線で示されている局部的に平均化された信号は、エッジのコースからの対応のずれを呈示している。これら２つの信号間の差は、EA−＜EA＞に対応する。この差にシグモイド関数を適用した後、破線で示されるMMR関数が得られる。差EA−＜EA＞は、一定の入力振幅値EAの範囲内で消失するので、前述した最大振幅GAの半分がここで得られる。
対照的に、図３は、通常のMMR関数（点線）の場合における、または図１に示された実施形態に対応する適応性動的圧縮に従った、変換された振幅差EA−＜EA＞またはEA−＜EA＞＋ｂ・（EA−GA）の依存性を示す。
項ｂ・（EA−GA）による変更の結果として、図４に示される出力信号AAの完全に異なった構造が得られる。最終結果における入力振幅値EA（実線）の最初の明るいまたは暗い範囲は、動的圧縮を受けているときではあるが、出力振幅値AA（一点鎖線）の明るいまたは暗い範囲にも導いているということが示されている。このことは、振幅値＜GAを有する暗い一定の範囲は、再度、暗い一定の範囲になり、そして振幅値＞GAを有する明るい一定の範囲は、再度、明るい一定の範囲になる、ということを意味する。差形成EA−＜EA＞のために、エッジ構造の追加の一層強い成形が見えるようになるのは、遷移においてのみ、従って、エッジにおいてのみである。
再度、直接比較の目的で、図５は、通常のMMR関数（点線）の場合における、及び記載された実施形態（一点鎖線）による変更された差形成後に得られた出力振幅値の場合における、出力振幅値の異なったコースを示す。当該技術状態とは対照的に、局部的明るさ変換の場合において、明るさの程度は従って本質的に維持され、すなわち、暗い範囲は暗いままであり、明るい範囲は明るいままであり、均一な画像セグメントにおけるすべての明るさ値が平均明るさに変換されない。
既知のMead-Mahowald網膜関数とは対照的に、多色画像の処理も、従って、可能である。例えば、３チャンネルRGBディスプレイにおいて、既知のMMR関数の適用は、カラーに対して均一なすべての範囲が３つのカラー・チャンネルの各々においても均一であるので、どこにも導かず、従って、カラー画像における中間のグレー範囲に帰結するであろう平均値GAを自動的にとる。対照的に、変更された差形成の結果として、図１において参照数字４０で示されているように、<EA>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3 を有するベクトルの局部空間平均の場合には、変更された差EA−<EA>)+b・(EA−GA) において、振幅平均値はチャンネルによってではなくベクトル的に形成され、それにより、非線形による影響を除いてはカラー・ベクトルの方向は、実質的に変更されずに維持される。
本発明の実施形態による画像または信号シリーズの動的圧縮のための方法及びシステムのブロック図である。 既知のMead-Mahowald網膜関数（MMR）による振幅処理の図である。 既知のMead-Mahowald網膜関数（MMR）の場合における振幅差の変換と、本発明の実施形態による動的圧縮（適応性動的圧縮）との間の比較の図である。 本発明の実施形態による画像または信号シリーズの動的圧縮の場合における振幅処理の図である。 既知のMead-Mahowald網膜関数（MMR）の場合と、本発明の実施形態による動的圧縮（適応性動的圧縮）の場合とにおける振幅処理間の比較の図である。

Claims (26)

  1. 個々の振幅値により表される画像または信号シリーズにおける動的圧縮のための方法であって、画像または信号シリーズの入力振幅値EAは局部空間振幅平均を受け、そして局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>が生成され、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>間の差から差関数値が形成され、形成された差関数値から画像または信号シリーズの出力振幅値AAが生成される前記方法において、
    差関数値が形成されたとき、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>から形成された差の上に追加の差値が重畳され、該差値は、入力振幅値EA及び予め限定された基準値GAから形成されることを特徴とする方法。
  2. 画像または信号シリーズの出力振幅値AAの生成は、形成された差関数値にシグモイド関数を適用することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 差値の形成は、(EA−<EA>)＋ｂ・（EA−GA）の形態を有し、ここに、GAは予め限定された基準値であり、ｂは予め限定された重み係数であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 局部空間振幅平均は、中心から減少する重みでもって平均範囲に渡って行われることを特徴とする請求項１、２または３に記載の方法。
  5. 平均範囲は、正方形、円形、長方形または楕円形であり得ることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 基準値GAは、一定値に設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 基準値GAは、入力振幅値EAの最大振幅の半分に設定されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 非カラー画像が処理されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
  9. カラー画像が処理されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
  10. チャンネルに対して、差関数値の形成は、各カラー・チャンネルごとに行われることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 差関数値の形成はベクトル的に行われ、入力振幅値EAのベクトル平均は、
    <EA>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3 により行われることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  12. 当該方法は、アナログ態様で行われることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 当該方法は、ディジタル的に行われることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
  14. 個々の振幅値により表される画像または信号シリーズにおける動的圧縮のためのシステムであって、画像または信号シリーズの入力振幅値EAに局部空間振幅平均を受けさせ、そして局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>を生成して（２０）、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>間の差から差関数値を形成し（３０）、形成された差関数値から画像または信号シリーズの出力振幅値AAを生成する（５０、６０）ように提供された前記システムにおいて、
    該システムは、差関数値が形成されたとき、入力振幅値EA及び局部的に空間的に平均された入力振幅値<EA>から形成された差の上に追加の差値が重畳されるように提供され、該差値は、入力振幅値EA及び予め限定された基準値GAから形成されることを特徴とするシステム。
  15. 形成された差関数値にシグモイド関数（５０）を適用することにより、画像または信号シリーズの出力振幅値AAを生成するように提供されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
  16. 差値の形成を、(EA−<EA>)＋ｂ・（EA−GA）の形態で履行するように提供され、ここに、GAは予め限定された基準値であり、BAは予め限定された重み係数であることを特徴とする請求項１４または１５に記載のシステム。
  17. 局部空間振幅平均を、中心から減少する重みでもって平均範囲に渡って履行するように提供されることを特徴とする請求項１４、１５または１６に記載のシステム。
  18. 局部空間振幅平均が行われる平均範囲は、正方形、円形、長方形または楕円形であることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
  19. 基準値GAは、一定値に設定されることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載のシステム。
  20. 基準値GAは、入力振幅値EAの最大振幅の半分に設定されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
  21. 非カラー画像を処理するように提供されることを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載のシステム。
  22. カラー画像を処理するように提供されることを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載のシステム。
  23. 各カラー・チャンネルごとに別々にチャンネルに対する差関数値の形成を履行するよう提供されることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
  24. 差関数値の形成をベクトル的に行うよう提供され、入力振幅値EAのベクトル平均は、
    <EA>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3 により行われることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
  25. 当該システムは、アナログ態様で動作することを特徴とする請求項１４乃至２４のいずれか１項に記載のシステム。
  26. 当該システムは、ディジタル的に動作することを特徴とする請求項１４乃至２４のいずれか１項に記載のシステム。
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