JP2013225308A - 周波数アンラッピングによる画像リサンプリング - Google Patents
周波数アンラッピングによる画像リサンプリング Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】出力位置を通過するエッジの配向は、入力画像の局所化領域において判定される。入力画像の領域に対する周波数スペクトルは拡張される。エッジの主周波数帯域は、エッジの配向に基づいてグリッドの第1のサンプリング軸に対して平行な拡張された周波数スペクトルにおいて整列される。グリッドは、入力グリッド及び出力グリッドの集合から選択される。整列された主周波数帯域は、第1のサンプリング軸に対して直交するグリッドの第2のサンプリング軸に沿ってフィルタリングされ、フィルタリングすることが、複製帯域と関連付けられた周波数を除去し、主周波数帯域を維持する。画像値は、所望の出力位置においてフィルタリングされたエッジから判定される。
【選択図】図3
Description
(a)入力画像の局所化領域において出力位置を通過するエッジの配向を判定することと、
(b)入力画像の領域に対して周波数スペクトルを拡張することと、
(c)エッジの配向に基づいて、入力グリッド及び出力グリッドの集合から選択されるグリッドの第1のサンプリング軸に対して平行な拡張された周波数スペクトルにおいてエッジの主周波数帯域を整列することと、
(d)第1のサンプリング軸に対して直交するグリッドの第2のサンプリング軸に沿って整列された主周波数帯域をフィルタリングすることであり、フィルタリングすることが、複製帯域と関連付けられた周波数を除去し且つ主周波数帯域を維持することと、
(e)所望の出力位置においてフィルタリングされたエッジから画像値を判定することと、
(f)判定された画像値を出力画像の一部として格納することとを備えることを特徴とする方法が提供される。
入力画像の領域において出力サンプル位置を通過するエッジの配向を推定するステップと、
配向に従って判定された第1の方向とエッジとの交点に配置される複数の補助点のそれぞれについて場所を判定するステップと、
入力グリッドの第1の方向の補助点の場所に基づいて、複数の補助点のそれぞれについて、入力画像においてエイリアシング周波数をアンラッピングするように構成される第1のフィルタを選択するステップと、
第1の方向に選択されたフィルタを適用することで前記補助点の各々の値を判定するステップと、
入力グリッドの第2の方向の入力グリッドに対する出力位置に基づいて、複数のフィルタのうちの第2のフィルタを選択するステップと、
第2のフィルタをエッジに沿う複数の補助点の前記値に適用することにより、所望の出力位置における画像値を判定するステップとを備えることを特徴とする方法が提供される。
入力画像において局所化領域の局所配向値を判定することと、
所望の出力解像度を使用して入力画像をデフォルトアップサンプリングして第1の画像を形成することと、
第1の態様又は第2の態様の方法に従って判定された局所配向値を使用してその各局所化領域において入力画像を配向適応的にアップサンプリングして第2の画像を形成することと、
判定された局所配向値を使用して第1の画像と第2の画像とを合成して所望の解像度の出力画像を形成することとを備えることを特徴とする方法が提供される。
カメラ等によりシーンの画像が撮像される場合、画像は離散点においてサンプリングされ、サンプルは、撮像画像を形成するための画像画素値又は単に「画素」として格納される。離散点においてシーンをサンプリングする1つの一般的な方法は、入力画像に適用された矩形のサンプリング入力グリッドを使用する方法である。次に、サンプリング画像の解像度を向上させるために、撮像画像上でアップサンプリングを使用できる。アップサンプリング処理中、出力画像画素値である出力サンプルは、バイリニア補間等の補間法を入力サンプルに適用することで算出される。
空間ドメイン及びフーリエドメインにおけるエイリアシング
図1は、配向110を有し、且つナイキストにより説明されたサンプリング定理により要求されるレートを下回るレートでサンプリングされており且つ上述されている線100のサンプリング画像を示す。すなわち、画像は、アンダーサンプリングされているためにエイリアシングを含む。図1の線100の振幅スペクトルを図2に示す。図2において、エイリアス周波数210は、明らかに可視であり且つ基本周波数成分又は主周波数成分220とは異なる。図2において、周波数210及び220の各々は、図において識別しやすいように円で示され、図2の再成の品質に左右されて終了周波数が白色ページの背景に対して可視でない可能性のある低い強度に漸減することを示す。帯域幅不足のためにエイリアス周波数210が発生することにより、成分220はラップする。空間ドメインにおいて、これらのエイリアス周波数は、線に沿う強度の周期的変動として現れる。図1の空間ドメイン表現において明らかに示されるように、強度の周期的変動は、線に沿う「のこぎり歯状の」アーチファクトとして現れる。のこぎり歯状のアーチファクトの周波数は、画像特徴100の配向110により判定される。エイリアシングの周波数は、サンプリンググリッドの軸に対して45度で配向された画像特徴の場合に最大限になり、水平軸及び垂直軸に対して平行に配向された画像特徴の場合に最小限になる。すなわち、サンプリングが実行される水平軸及び垂直(直交)軸に対して平行な画像特徴の場合、画像特徴に沿う強度の変動はない。45度より大きく135度未満の角度で配向された画像特徴を「ほぼ水平」と呼び、45度未満又は135度より大きい角度で配向された画像特徴は、「ほぼ垂直」であると考えられる。
適応アップサンプリングアーキテクチャ
配向適応フィルタリングを特徴とする画像アップサンプリング方法399のアーキテクチャの一例を図3に示す。低解像度画像300及び所望の出力解像度値370は、所望の出力解像度370で高解像度画像390を出力する方法に入力される。高解像度画像390は、混合段階380により第1の画像360と第2の画像340とを組み合わせることで形成される。これは、入力画像300の局所的構造を判定することに依存するが出力解像度370における適応アップサンプリング方法である。すなわち、配向推定処理には低解像度画像300の解像度に関連するサブ画素精度が必要である。データに依存しない(デフォルト)アップサンプリング段階350を使用して低解像度画像300を出力解像度370にアップサンプリングすることにより、第1の画像360を生成する。データに依存しないアップサンプリング段階350は、共バイリニア補間及びバイキュービック補間等の方法を使用してもよい。
エイリアス周波数をアンラッピングすることによる画像アップサンプリング
上述したように、共一次補間又は双三次補間等の標準的なリサンプリング方法を使用してアンダーサンプリング画像をアップサンプリングする場合、エイリアシングにより著しいのこぎり歯状のアーチファクトが発生する。データに依存しないアップサンプリングを実行する前にエイリアス周波数をアンラッピングすることにより、そのようなアーチファクトは本開示に従って回避される。画像特徴の配向により判定されるエイリアス周波数をアンラッピングすることにより、画像特徴の高解像度スペクトルは回復される。アンラッピングされた周波数スペクトルは、拡張された周波数スペクトルとも呼ばれてもよい。エイリアス周波数をアンラッピングすることで画像をリサンプリングすることは、配向適応技術であり、1つの構成において図3の配向適応段階330により実現される。
ハードウェアの実現例
図17A及び図17Bは、説明される図3のアーキテクチャ及び種々の構成を実施できる汎用コンピュータシステム1700を示す。
(b)制御ユニット1739が取り込まれた命令を判定する復号化動作
(c)制御ユニット1739及び/又はALU1740が命令を実行する実行動作
その後、次の命令に対する更なる取り込み、復号化、及び実行、のサイクルが実行されてもよい。同様に、制御ユニット1739が値を記憶場所1732に格納するかあるいは書き込むことにより、格納サイクルが実行されてもよい。
周波数アンラッピングのフーリエドメインの実現例
図4は、フーリエドメインにおける周波数アンラッピングにより画像をリサンプリングすることで入力画像の周波数スペクトルを拡張する方法499を示すフローチャートである。方法499は、上述のアプリケーションプログラム1733の構成要素等のソフトウェアにおいて実行され、且つ例えばカメラ1727により撮像されてHDD1710上に格納されるか、あるいはネットワーク1720及び1722又は記憶媒体1725からコンピュータモジュール1701に供給された画像データに対してコンピュータシステム上で実行可能であることが好ましい。所望の出力解像度は、更に図3の低解像度画像300に対応するステップ400における低解像度画像を入力とし、且つ図3の適応的にアップサンプリングされた画像340に対応する高解像度画像405を出力する方法に入力される。所望の出力解像度は、所定の値であってもよく、あるいはユーザが1つの解像度を選択するために例示的な出力解像度のピックリストを提示したディスプレイ1714上に表されたGUI等のユーザインタフェースを介して入力されてもよい。GUIは、任意の所望の出力解像度を入力する機会を更にユーザに与えてもよい。図5、図6、図7、図8及び図9を参照して図4の方法を説明する。
周波数アンラッピングの空間ドメインの実現例
図4に示されたようなフーリエドメインにおける周波数アンラッピングにより画像リサンプリングを実現することの代わりとなるものは、図10の方法1099に示されるような空間ドメインの実現例である。方法1099は、図3の低解像度画像300に対応する低解像度画像と共に所望の出力解像度が入力される(1000)。方法1099は、図3の適応的にアップサンプリングされた画像340に対応する高解像度画像1090を出力する。図11を参照して図10の方法を説明する。図11は、実質的に入力画素1100の全範囲により規定された局所領域1180における画素位置の入力水平/垂直グリッドにおいて形成された入力画素1100と、出力画素1110と、この場合は線又はエッジである画像特徴1150に対する補助点1115との間の関係を示す。出力画素1110は、所望の解像度のアップサンプリング画像の画素の出力グリッドにおける出力位置にある。一般に、画素の出力グリッドは、解像度の差異にもかかわらず、入力画像における画素の入力グリッドと整列する。
配向を推定する方法の説明
図14は、例えば配向フィルタ310により実行されたような画像のサブ画素位置において局所的配向を推定する例示的な方法1499を示し、推定値320は、図4(ステップ420における)及び図10(ステップ1020における)の周波数アンラッピング方法に入力される。配向ベクトル場1490は、入力画像1400に対する配向推定方法1499により出力される。入力画像1400に加えて、配向推定方法1499は、配向ベクトル場1490の解像度を特定することにより方法1499への入力を形成する所望の出力解像度等の出力解像度1402を必要とする。配向ベクトル場1490が複素数値画像として考えられてもよいため、各画素値は、実数部及び虚数部から成る複素数である。配向ベクトル場1490は、第1の複素画像1465及び第2の複素画像1445により形成されるエネルギー演算子から取得される。
周波数アンラッピングによる画像リサンプリングの別の適応例
周波数アンラッピングによるリサンプリングは、いくつかのサブ画像を含む画像からアーチファクトを除去するために更に使用されてもよい。例えば図15は、干渉計により撮像された画像の振幅スペクトル1500を示す。図15のスペクトル1500は、DC成分1510、水平成分1520、垂直成分1530及び調和成分1540を特徴とする。DC成分1510、水平成分1520及び垂直成分1530の各々が特定のサブ画像に対応するため、それらはサブスペクトルであると考えられる。搬送周波数又は主周波数及び各サブスペクトルの帯域幅のため、各サブスペクトルと調和成分1540との間にはかなりの干渉がある。この干渉により、各サブスペクトルの対応するサブ画像を抽出する際に深刻なアーチファクトが発生する。これらのアーチファクトを、本開示に係る周波数アンラッピングにより抽出されたサブ画像をリサンプリングすることで減少させてもよい。
説明した構成は、コンピュータ産業及びデータ処理産業、並びに特に解像度を向上させるための画像のダウンサンプリングに対して特に画像からのこぎり歯状のエッジを除去することに適用可能である。
本出願は、2012年4月20日に出願されたオーストラリア国特許出願第2012202349号についての優先権を、35U.S.C.セクション119に基づいて請求するものであり、その全ての記載内容の参照により本出願に援用する。
Claims (20)
- 入力グリッド上の入力画像から出力画像の出力グリッド上の対応する所望の出力位置の少なくとも1つの画像値を判定する方法であって、
(a)前記入力画像の局所化領域において前記出力位置を通過するエッジの配向を判定することと、
(b)前記入力画像の前記領域に対して周波数スペクトルを拡張することと、
(c)前記エッジの前記配向に基づいて、前記入力グリッド及び前記出力グリッドの集合から選択されるグリッドの第1のサンプリング軸に対して平行な前記拡張された周波数スペクトルにおいて前記エッジの主周波数帯域を整列することと、
(d)前記第1のサンプリング軸に対して直交する前記グリッドの第2のサンプリング軸に沿って前記整列された主周波数帯域をフィルタリングすることであり、前記フィルタリングすることが、複製帯域と関連付けられた周波数を除去し且つ前記主周波数帯域を維持することと、
(e)前記所望の出力位置において前記フィルタリングされたエッジから前記画像値を判定することと、
(f)前記判定された画像値を前記出力画像の一部として格納することと、
を備えることを特徴とする方法。 - 前記入力画像の前記第1のサンプリング軸は水平であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記入力画像の前記第1のサンプリング軸は垂直であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記主周波数帯域は剪断により整列されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記主周波数帯域は回転により整列されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記周波数スペクトルを拡張することは、サブサンプリング補間フィルタを用いて前記領域をフィルタリングすることを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記周波数スペクトルを拡張することは、
前記入力画像の少なくとも一部のスペクトル画像を判定することと、
前記スペクトル画像をサイズ変更することと、
前記スペクトル画像を前記空間ドメインに変換して空間画像を形成することと、
そのスペクトルが前記入力画像のナイキスト限界を超えてシフトするように前記空間画像を変調することと、
前記空間画像と前記変調された空間画像とを合成して合成画像を形成することと、
前記合成画像のスペクトルを判定して前記入力画像の拡張スペクトルを形成することと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - (g)前記出力画像の少なくとも1つの更なる画像値に対して(a)〜(f)を実行することと、
(h)前記画像値と前記更なる画像値との間で前記出力画像の少なくとも1つの更なる画像値を補間することで前記出力画像をリサンプリングすることとを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - (g)は、前記入力画像の領域に対して(a)〜(f)を実行することを含み、(h)は前記領域にわたりリサンプリングすることを含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 第2の解像度の入力グリッド上の入力画像から第1の解像度の出力画像の出力グリッド上の所望の出力位置における画像値を判定する方法であって、
前記入力画像の領域において前記出力サンプル位置を通過するエッジの配向を推定するステップと、
前記配向に従って判定された第1の方向と前記エッジとの交点に配置される複数の補助点のそれぞれの場所を判定するステップと、
前記入力グリッドの前記第1の方向の前記補助点の前記場所に基づいて、前記複数の補助点のそれぞれに対して、前記入力画像においてエイリアシング周波数をアンラッピングするように構成される第1のフィルタを選択するステップと、
前記第1の方向に前記選択されたフィルタを適用することで前記補助点の各々の値を判定するステップと、
前記入力グリッドの第2の方向の前記入力グリッドに対する前記出力位置に基づいて、複数のフィルタのうちの第2のフィルタを選択するステップと、
前記第2のフィルタを前記エッジに沿う前記複数の補助点の前記値に適用することにより、前記所望の出力位置における前記画像値を判定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - 前記出力グリッドにおいて入力画素をゼロ画素値で埋めることを更に備えることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記第1のフィルタを前記選択することは、補助点の位置及び前記配向を評価することを含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記選択された第1のフィルタは、第1の配向に対する奇数sincフィルタ及び第2の配向に対する偶数sincフィルタのうちの1つを含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記第2のフィルタは、奇数フィルタタップ及び偶数フィルタタップを含むsincフィルタを含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 低解像度入力画像をアップサンプリングして所望の出力解像度の高解像度出力画像を形成する方法であって、
前記入力画像において局所化領域の局所的配向値を判定することと、
前記所望の出力解像度を使用して前記入力画像をデフォルトアップサンプリングして第1の画像を形成することと、
請求項1又は10の方法に従って前記判定された局所的配向値を使用してその各局所化領域において前記入力画像を配向適応的にアップサンプリングして第2の画像を形成することと、
前記判定された局所的配向値を使用して前記第1の画像と前記第2の画像とを合成して前記所望の解像度の前記出力画像を形成することと、
を備えることを特徴とする方法。 - 前記合成することは、前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの1つから前記所望の解像度の出力画素値を選択することを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記入力画像の領域に対して前記局所的配向値を前記判定することは、前記出力画像における所望の出力サンプル位置に対応する前記入力画像の局所化領域における高周波数遷移の配向又は局所化領域を通過する高周波数遷移の配向を判定することを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記判定することは、
(i)前記入力画像の一次勾配場から取得した倍角表示及び平均化により第1の複素画像を判定することと、
(ii)前記入力画像のハイパスフィルタリング画像を前記入力画像の前記一次勾配場から取得した二次勾配場と合成することにより、第2の複素画像を判定することと、
(iii)前記複素画像からエネルギー演算子画像を形成することと、
(iv)前記所望の出力解像度を使用して前記エネルギー演算子画像をサイズ変更して前記所望の出力解像度の前記入力画像の配向ベクトル場を形成することとを含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 出力解像度のサブスペクトルに対応するサブ画像を抽出するように干渉計入力画像を処理する方法であって、
前記入力画像を前記サブ画像と関連付けられた前記サブスペクトルを含む周波数ドメイン画像に変換することと、
前記サブ画像の搬送波周波数に基づいて前記サブスペクトルをDCにシフトすることと、
前記サブ画像に対応する領域を抽出すること及び前記抽出された画像を前記空間ドメインに変換することと、
前記空間ドメイン画像の位相を算出することと、
前記空間ドメイン画像をリサンプリングして前記出力解像度の前記サブ画像を形成することであり、前記リサンプリングすることが、
(a)前記入力画像の局所化領域において前記出力位置を通過するエッジの配向を判定することと、
(b)前記入力画像の前記領域に対して周波数スペクトルを拡張することと、
(c)前記エッジの前記配向に基づいて、前記入力グリッド及び前記出力グリッドの集合から選択されるグリッドの第1のサンプリング軸に対して平行な前記拡張された周波数スペクトルにおいて前記エッジの主周波数帯域を整列することと、
(d)前記第1のサンプリング軸に対して直交する前記グリッドの第2のサンプリング軸に沿って前記整列された主周波数帯域をフィルタリングすることであり、前記フィルタリングすることが、複製帯域と関連付けられた周波数を除去し且つ前記主周波数帯域を維持することと、
(e)前記所望の出力位置において前記フィルタリングされたエッジから前記画像値を判定することと、
(f)前記判定された画像値を前記出力画像の一部として格納することと、
を備えることを特徴とする方法。 - 出力解像度のサブスペクトルに対応するサブ画像を抽出するように干渉計入力画像を処理する方法であって、
前記入力画像を前記サブ画像と関連付けられた前記サブスペクトルを含む周波数ドメイン画像に変換することと、
前記サブ画像の搬送波周波数に基づいて前記サブスペクトルをDCにシフトすることと、
前記サブ画像に対応する領域を抽出すること及び前記抽出された画像を前記空間ドメインに変換することと、
前記空間ドメイン画像の位相を算出することと、
前記空間ドメイン画像をリサンプリングして前記出力解像度の前記サブ画像を形成することであり、前記リサンプリングすることが、
(i)前記入力画像の領域において前記出力サンプル位置を通過するエッジの配向を推定することと、
(ii)前記配向に従って判定された第1の方向と前記エッジとの交点に配置される複数の補助点のそれぞれの場所を判定することと、
(iii)前記入力グリッドの前記第1の方向の前記補助点の前記場所に基づいて、前記複数の補助点のそれぞれに対して、前記入力画像においてエイリアシング周波数をアンラッピングするように構成される第1のフィルタを選択することと、
(iv)前記第1の方向に前記選択されたフィルタを適用することで前記補助点の各々の値を判定することと、
(v)前記入力グリッドの第2の方向の前記入力グリッドに対する前記出力位置に基づいて、複数のフィルタのうちの第2のフィルタを選択することと、
(vi)前記第2のフィルタを前記エッジに沿う前記複数の補助点の前記値に適用することにより、前記所望の出力位置において前記画像値を判定することと、
を備えることを特徴とする方法。
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