JP2010021752A - 画像処理装置及び画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】周期的な模様を持つ画像に対する圧縮率を向上させること。
【解決手段】画像処理部はタイル分割されたタイル画像５１の周波数特性を測定し、その周波数特性に基づいてタイル画像５１の近似パターン画像５２を生成する。そしてタイル画像５１と近似パターン画像５２の差分を取った差分画像５３を生成し、この差分画像５３に対して離散ウェーブレット変換を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、入力画像をウェーブレット変換した後に量子化して符号化を行う画像処理装置及び画像処理プログラムに関するものである。

近年、デジタル機器の発展に伴って、画像データ等の様々な圧縮方式が提案されているが、圧縮方式の１つとしてＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）２０００が知られている。ＪＰＥＧ２０００は画像の圧縮・展開の方法を規定したもので、ＪＰＥＧを発展させたものである。ＪＰＥＧ２０００は、画像データを複数のタイルに分割し、タイル毎にウェーブレット変換、量子化、係数ビットモデリング、算術符号化等の処理を施して符号化データを生成する。

しかし、ＪＰＥＧ２０００を用いたとき、網点画像のような周期的な模様（網点ドット）で構成される画像の圧縮効率が悪いという問題があった。そこで、入力画像と既に記憶されているパターン画像を比較し、一致していたらパターン画像を圧縮して圧縮率を向上させる方法が特許文献１に記載されている。更に、特許文献２には、同一データが連続する個数をカウントするランレングスと隣接画素の差分を符号化し圧縮することによって圧縮率を向上させる方法が記載されている。
特許第３８６２６３７号 特開平１１−１７７８２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法の場合、入力画像とパターン画像が完全に一致する必要があり、網点画像のようなパターンへの適合が難しかった。また特許文献２に記載の方法の場合、網点画像については同一データが連続することは少ないことから圧縮効率は良くならなかった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、網点画像のような周期的な模様を持つ画像に対する圧縮率を向上させる画像処理装置及び画像処理プログラムを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、入力画像と該入力画像の近似パターン画像との差分画像を取得する差分画像取得手段と、前記近似パターン画像と前記差分画像の画像情報とを対応付けて記憶する近似パターン画像記憶手段と、前記差分画像にウェーブレット変換を施して係数データを出力するウェーブレット変換手段と、前記係数データを量子化して量子化データを出力する量子化手段と、前記量子化データを符号化して符号化データを出力する符号化手段と、を備えたことを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明の画像処理プログラムは、コンピュータを、入力画像と該入力画像の近似パターン画像との差分画像を取得する差分画像取得手段、前記差分画像にウェーブレット変換を施して係数データを出力するウェーブレット変換手段、前記係数データを量子化して量子化データを出力する量子化手段、前記量子化データを符号化して符号化データを出力する符号化手段、として機能させることを特徴としている。

これらの構成によれば、入力画像と近似パターン画像の差分画像は入力画像よりも高周波成分及び低周波成分のデータが少なくなるため、圧縮率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置であって、前記入力画像の周波数成分を検出する周波数成分検出手段と、前記検出された周波数成分に基づいて前記近似パターン画像を生成するパターン画像生成手段と、を更に備え、前記差分画像取得手段は前記入力画像と前記生成された近似パターン画像との差分画像を取得するものであることを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像処理プログラムであって、コンピュータを、前記入力画像の周波数成分を検出する周波数成分検出手段、前記検出された周波数成分に基づいて前記近似パターン画像を生成するパターン画像生成手段、として更に機能させ、前記差分画像取得手段は前記入力画像と前記生成された近似パターン画像との差分画像を取得することを特徴としている。

これらの構成によれば、入力画像の周波数特性を測定することで入力画像の近似パターン画像を簡単に生成でき、更に入力画像と近似パターン画像の差分画像は入力画像よりも高周波成分及び低周波成分のデータが少なくなるため、圧縮率を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置であって、異なる周波数成分を示す複数のパターン画像を記憶するパターン画像記憶手段と、前記記憶された各パターン画像と入力画像との差分画像を生成する差分画像生成手段と、を更に備え、前記差分画像取得手段は、前記生成された差分画像のうち最もデータ量の少ない差分画像を選択して取得するものであることを特徴としている。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の画像処理プログラムであって、コンピュータを、異なる周波数成分を示す複数のパターン画像と入力画像との差分画像を生成する差分画像生成手段、として更に機能させ、前記差分画像取得手段は、前記生成された差分画像のうち最もデータ量の少ない差分画像を選択して取得することを特徴としている。

これらの構成によれば、パターン画像記憶手段に周波数の異なる複数のパターン画像を予め記憶させることによって、入力画像の近似パターン画像を簡単に取得することができる。更に入力画像と近似パターン画像の差分画像は入力画像よりも高周波成分及び低周波成分のデータが少なくなるため、圧縮率を向上させることができる。

ここで、圧縮率が特に悪くなるパターンの周波数特性を予め調査し、その周波数特性を持つ入力画像に対して適用できるパターン画像を多く記憶させておくことが望ましい。また、パターン画像記憶手段は、周波数特性の異なる複数のパターン画像をテーブルデータ化して記憶しており、差分画像取得手段はこのテーブルから適宜パターン画像を読み出して差分画像を生成し、最もデータ量の少ない差分画像を生成したパターン画像のファイル名やパターン番号等を圧縮された差分画像に付加して記憶することとしてもよい。尚、パターン画像記憶手段は複数のパターン画像をテーブルデータとして記憶する他に、周波数成分を近似する基本式を持ち、その係数を記憶するようにしてもよい。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置であって、前記符号化データを逆符号化して量子化データを出力する逆符号化手段と、前記量子化データを逆量子化して係数データを出力する逆量子化手段と、前記係数データに逆ウェーブレット変換を施して差分画像を出力する逆ウェーブレット変換手段と、前記近似パターン画像記憶手段から前記差分画像の画像情報が対応付けて記憶されている近似パターン画像を読み出して、前記差分画像を前記入力画像に復元する復元手段と、を更に備えたことを特徴としている。

この構成によれば、近似パターン画像記憶手段に記憶された近似パターン画像を読み出すことによって、復号された差分画像を簡単に入力画像に復元できる。

この発明によれば、入力画像の周波数特性を測定することで入力画像の近似パターン画像を簡単に生成でき、更に入力画像と近似パターン画像の差分画像は入力画像よりも高周波成分及び低周波成分のデータが少なくなるため、圧縮率を向上させることができる。

また、周波数の異なる複数のパターン画像を予め記憶しておくことによって、入力画像の近似パターンを簡単に取得することができる。更に入力画像と近似パターン画像の差分画像は入力画像よりも高周波成分及び低周波成分のデータが少なくなるため、圧縮率を向上させることができる。

＜第１の実施の形態＞
本発明における画像処理装置及び画像処理プログラムの実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における画像処理装置１の電気的構成を示すブロック図である。尚、画像処理装置１は、パーソナルコンピュータ（パソコン）やワークステーション、携帯情報端末等の情報処理装置で実現され、図１のブロック図は画像処理装置１がこれらの情報処理装置によって実現された場合を例に図示している。この他、コピー機やスキャナ等の画像読取装置や、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、デジタルカメラを搭載した携帯電話等の撮像装置に組み込まれて用いられてもよい。

図１に示すように、画像処理装置１は制御部１１、記憶部１２、入力操作部１３、表示部１４、Ｉ／Ｆ部１５、ネットワークＩ／Ｆ部１６及び画像処理部１７等を備えて構成される。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）等によって構成され、入力された指示信号等に応じて記憶部１２に記憶されたプログラムを読み出して処理を実行し、各機能部への指示信号の出力、データ転送等を行って画像処理装置１を統括的に制御する。

記憶部１２は、画像処理装置１の備える種々の機能を実現するためのプログラムやデータ等を記憶する。入力操作部１３は、各種操作ボタンやマウス等のポインティングデバイスを備え、ユーザによって操作がなされると、操作信号を制御部１１へ出力する。またユーザは入力操作部１３を介して圧縮率の設定を行う。表示部１４は、液晶ディスプレイ等の表示画面であり、入力操作部１３から入力された内容に応じた表示を行ったり、制御部１１による処理内容や処理結果を表示したりする。

Ｉ／Ｆ部１５はＩＥＥＥ１３９４やＵＳＢ等のインターフェイスであり、外部装置と直接データの送受信を行うことができる。ネットワークＩ／Ｆ部１６は、ＬＡＮボード等の通信モジュールから構成され、ネットワークＩ／Ｆ部１６と接続されたネットワーク（不図示）を介して外部装置と種々のデータの送受信を行う。

画像処理部１７は、入力画像の圧縮／復号処理を行うための画像処理ＩＣであり、制御部１１によって制御される。画像処理部１７は、記憶部２１及びＲＡＭ（Random Access Memory）２２を備えて構成される。記憶部２１は圧縮プログラム３１及び復号プログラム３２を記憶する。圧縮プログラム３１は、Ｉ／Ｆ部１５やネットワークＩ／Ｆ部１６を介して入力された入力画像をＪＰＥＧ２０００方式で圧縮する際に画像処理部１７によって実行されるプログラムである。復号プログラム３２は画像処理部１７によって圧縮処理が施された圧縮画像を復号する際に画像処理部１７によって実行されるプログラムである。ＲＡＭ２２は、画像処理部１７の作業用メモリであり、圧縮プログラム３１を実行することによって生成される近似パターン画像等を一時的に記憶する。

図２は、画像処理部１７が圧縮プログラム３１を読み出して実行することによって行われる画像圧縮処理の流れを示すフローチャートである。図３及び５はＪＰＥＧ２０００の処理について説明するための図であり、図４は差分画像の生成について説明するための図である。図２〜５を用いて本実施の形態における圧縮処理の流れを説明する。

まず画像処理部１７は、入力された画像データの表色系を例えばＲＧＢ方式からＹＣｂＣｒ方式へコンポーネント変換して（ステップＳ１１）、表色系が変換された画像データを図３に示すように複数のタイルに分割する（ステップＳ１２）。

タイル分割後、画像処理部１７はタイル画像の周波数特性を検出し（ステップＳ１３）、その周波数特性に基づいた近似パターン画像を生成する（ステップＳ１４）。図４において、５１がタイル画像、５２がタイル画像の周波数特性に基づいて生成されたタイル画像の近似パターン画像である。近似パターン画像５２は周期的な模様を持ったパターン画像である。ここで、画像処理装置１がＪＰＥＧ２０００の他にＪＰＥＧ圧縮を実行可能である場合、ＪＰＥＧ圧縮の際に行われる離散コサイン変換を用いてタイル画像５２の周波数特性の測定を行ってもよい。

そして画像処理部１７は生成した近似パターン画像５２と差分画像５５の画像情報とを対応付けてＲＡＭ２２に記憶させる（ステップＳ１５）。このＲＡＭ２２に記憶させた近似パターン画像２２は、圧縮画像を復号する際に用いられる。差分画像５５の画像情報とは、各差分画像に与えられる独自の情報を言い、例えば差分画像５５の生成元であるタイル画像５１の位置情報等である。

次に画像処理部１７はタイル画像５１と近似パターン画像５２の差分を取った差分画像を生成する（ステップＳ１６）。図４において、５３が差分画像である。差分画像５３は、タイル画像５１に近似パターン画像５２を重ね合わせたとき、２つの画像が重なり合う部分が取り除かれ、且つ重なり合わない部分はタイル画像５１の成分のみが残存した画像となっている。

そして、画像処理部１７は差分画像５３に対して離散ウェーブレット変換を施して係数データを出力する（ステップＳ１７）。図５は、離散ウェーブレット変換について示した模式図である。図５（ａ）のタイル画像（０ＬＬ）に対して、離散ウェーブレット変換を施し、図５（ｂ）に示すようにサブバンド１ＬＬ、１ＨＬ、１ＬＨ及び１ＨＨに分解する。続いて、低周波成分１ＬＬに対して離散ウェーブレット変換を施し、図５（ｃ）に示すようにサブバンド２ＬＬ、２ＨＬ、２ＬＨ及び２ＨＨに分解する。尚、図４の画像５４では１レベル変換について、図５では２レベル変換について図示しているが、離散ウェーブレット変換の回数は特に制限されるものではない。

続いて、画像処理部１７は離散ウェーブレット変換された係数データに対して線形量子化を行い（ステップＳ１８）、量子化された量子化データに対してエントロピー符号化を行う（ステップＳ１９）。量子化及びエントロピー符号化については、各文献により周知のものであるため説明を省略する。

次に、復号処理の流れについて説明する。図６は画像処理部１７が復号プログラム３２を読み出して実行したときに行われる復号化処理の流れを示したフローチャートである。まず画像処理部１７は圧縮画像に対して逆エントロピー符号化を行い（ステップＳ２１）、図２のステップＳ１８で生成された量子化データを取得する。続いて画像処理部１７は量子化データに対して逆量子化を行い、図２のステップＳ１７で生成された離散ウェーブレット変換された係数データを取得する（ステップＳ２２）。

そして画像処理部１７は係数データに対して逆離散ウェーブレット変換を行い、図２のステップＳ１６で生成された差分画像５３を取得する（ステップＳ２３）。画像処理部１７はＲＡＭ２２に記憶された差分画像５３の画像情報と対応付けて記憶された近似パターン画像５１を読み出して、差分画像５３をタイル画像５１に復元する（ステップＳ２４）。そして画像処理部１７はタイル画像を組み合わせた画像の表色系のコンポーネント変換を行って圧縮画像の復号化を終了する（ステップＳ２５）。

従来のＪＰＥＧ２０００の圧縮技術を用いて網点画像のような周期的な模様（網点ドット）で構成される画像の圧縮を行うと、圧縮効率が悪くなるという問題があった。これは、離散ウェーブレット変換において画像を低周波成分と高周波成分に分類するが、特定の網点画像において高周波領域に成分が多く残り、これが圧縮効率を悪化させている原因の１つと考えられていた（理想的には高周波成分が０に近い均一なデータに近づけば、圧縮率は向上する）。

そこで、以上で説明したように、タイル画像５１の周波数特性を測定し、この周波数特性を用いてタイル画像５１の近似パターン画像５２を生成し、タイル画像５１と近似パターン画像５２の差分画像５３に離散ウェーブレット変換を施すことにより、差分画像５３はタイル画像５１よりも高周波成分及び低周波成分のデータが少なくなるため、圧縮率を向上させることができる。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、フーリエ変換等を用いてタイル画像５１の周波数特性を測定して近似パターン画像５２を生成した後、タイル画像５１と近似パターン画像５２の差分画像５３を圧縮する画像処理装置１について説明した。本実施の形態では、周波数特性の異なる複数の近似パターン画像を予め記憶部に記憶させておき、その中からタイル画像と一致度の高い近似パターン画像を選択して差分画像を生成し、画像圧縮を行う画像処理装置について説明する。

図７は、本実施の形態における画像処理装置２の電気的構成を示すブロック図である。図７において、第１の実施の形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。画像処理部１７の記憶部２１は、圧縮プログラム４１、復号プログラム３２を記憶し、更にパターン画像記憶部４２として機能する。

パターン画像記憶部４２は、周波数特性の異なる複数のパターン画像を記憶している。例えば、図４の近似パターン画像５２が一例であり、線数の異なるドットパターンを複数記憶する。尚、予め圧縮率が特に悪くなるパターンの周波数特性を調査し、その周波数特性を持つ入力画像に対して適用できるパターン画像を多く記憶させておくことが望ましい。

パターン画像記憶部４２は、周波数特性の異なる複数のパターン画像をテーブルデータ化して記憶しており、画像処理部１７はこのテーブルから適宜パターン画像を読み出して差分画像を生成する。そして画像処理部１７は最もデータ量の少ない差分画像を生成したパターン画像のファイル名やパターン番号等を圧縮された差分画像に付加して記憶する。尚、パターン画像記憶部４２は複数のパターン画像をテーブルデータとして記憶する他に、周波数成分を近似する基本式を持ち、その係数を記憶するようにしてもよい。

図８は、画像処理部１７が圧縮プログラム４１を読み出して実行することによって行われる圧縮処理の流れを示すフローチャートである。まず画像処理部１７は、入力された画像データの表色系を例えばＲＧＢ方式からＹＣｂＣｒ方式へコンポーネント変換して（ステップＳ３１）、表色系が変換された画像データを図３に示すように複数のタイルに分割する（ステップＳ３２）。

次に画像処理部１７は、パターン画像記憶部３３に記憶されている複数のパターン画像とタイル画像との差分画像を生成し（ステップＳ３３）、生成された差分画像の中から最もデータ量の少ない差分画像を選択する（ステップＳ３４）。ここで、画像処理部１７は単純にデータ量の少ない差分画像を選択してもよいし、タイル画像の境界近傍の画素値が小さくなること等も考慮して選択するようにしてもよい。そして画像処理部１７は、選択した差分画像を生成したパターン画像を近似パターン画像とし、差分画像の画像情報と対応付けてＲＡＭ２２に記憶させる（ステップＳ３５）。

続いて、画像処理部１７はステップＳ３４において選択した差分画像に対して離散ウェーブレット変換を施して係数データを出力し（ステップＳ３６）、離散ウェーブレット変換された係数データに対して線形量子化を行う（ステップＳ３７）。更に画像処理部１７は、量子化された量子化データに対してエントロピー符号化を行って処理を終了する（ステップＳ３８）。復号化については第１の実施の形態と同じであるため、説明を省略する。

以上、説明したように、パターン画像記憶部４２に周波数特性の異なる複数のパターン画像を予め記憶させておき、各パターン画像とタイル画像との差分画像の中で最もデータ量の少ない差分画像に離散ウェーブレット変換を施すことにより、差分画像はタイル画像よりも高周波成分及び低周波成分のデータが少なくなるため、圧縮率を向上させることができる。

第１の実施の形態における画像処理装置の電気的構成を示すブロック図。 第１の実施の形態における圧縮処理の流れを示すフローチャート。 ＪＰＥＧ２０００の処理について説明するための図。 第１の実施の形態における差分画像の生成について説明するための図。 ＪＰＥＧ２０００の処理について説明するための図。 第１の実施の形態における復号処理の流れを示したフローチャート。 第２の実施の形態における画像処理装置の電気的構成を示すブロック図。 第２の実施の形態における圧縮処理の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１、２ 画像処理装置
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 入力操作部
１４ 表示部
１５ Ｉ／Ｆ部
１６ ネットワークＩ／Ｆ部
１７ 画像処理部（差分画像取得手段、ウェーブレット変換手段、量子化手段、周波数成分検出手段、パターン画像生成手段、差分画像生成手段、逆量子化手段、逆ウェーブレット変換手段、復元手段）
２１ 記憶部
３１、４１ 圧縮プログラム（画像処理プログラム）
３２ 復号プログラム
４３ パターン画像記憶部（パターン画像記憶手段）
２２ ＲＡＭ（第２記憶手段）

Claims (7)

1. 入力画像と該入力画像の近似パターン画像との差分画像を取得する差分画像取得手段と、
   前記近似パターン画像と前記差分画像の画像情報とを対応付けて記憶する近似パターン画像記憶手段と、
   前記差分画像にウェーブレット変換を施して係数データを出力するウェーブレット変換手段と、
   前記係数データを量子化して量子化データを出力する量子化手段と、
   前記量子化データを符号化して符号化データを出力する符号化手段と、
   を備えた画像処理装置。
2. 前記入力画像の周波数成分を検出する周波数成分検出手段と、
   前記検出された周波数成分に基づいて前記近似パターン画像を生成するパターン画像生成手段と、
   を更に備え、前記差分画像取得手段は前記入力画像と前記生成された近似パターン画像との差分画像を取得するものであることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 異なる周波数成分を示す複数のパターン画像を記憶するパターン画像記憶手段と、
   前記記憶された各パターン画像と入力画像との差分画像を生成する差分画像生成手段と、
   を更に備え、前記差分画像取得手段は、前記生成された差分画像のうち最もデータ量の少ない差分画像を選択して取得するものであることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記符号化データを逆符号化して量子化データを出力する逆符号化手段と、
   前記量子化データを逆量子化して係数データを出力する逆量子化手段と、
   前記係数データに逆ウェーブレット変換を施して差分画像を出力する逆ウェーブレット変換手段と、
   前記近似パターン画像記憶手段から前記差分画像の画像情報が対応付けて記憶されている近似パターン画像を読み出して、前記差分画像を前記入力画像に復元する復元手段と、
   を更に備えた請求項１〜３に記載の画像処理装置。
5. コンピュータを、
   入力画像と該入力画像の近似パターン画像との差分画像を取得する差分画像取得手段、
   前記差分画像にウェーブレット変換を施して係数データを出力するウェーブレット変換手段、
   前記係数データを量子化して量子化データを出力する量子化手段、
   前記量子化データを符号化して符号化データを出力する符号化手段、
   として機能させるための画像処理プログラム。
6. コンピュータを、
   前記入力画像の周波数成分を検出する周波数成分検出手段、
   前記検出された周波数成分に基づいて前記近似パターン画像を生成するパターン画像生成手段、
   として更に機能させ、前記差分画像取得手段は前記入力画像と前記生成された近似パターン画像との差分画像を取得することを特徴とする請求項５に記載の画像処理プログラム。
7. コンピュータを、
   異なる周波数成分を示す複数のパターン画像と入力画像との差分画像を生成する差分画像生成手段、
   として更に機能させ、前記差分画像取得手段は、前記生成された差分画像のうち最もデータ量の少ない差分画像を選択して取得することを特徴とする請求項５に記載の画像処理プログラム。

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