JP2872806B2 - デジタルデータのフィルター処理のための方法 - Google Patents

デジタルデータのフィルター処理のための方法

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JP2872806B2 JP2505047A JP50504790A JP2872806B2 JP 2872806 B2 JP2872806 B2 JP 2872806B2 JP 2505047 A JP2505047 A JP 2505047A JP 50504790 A JP50504790 A JP 50504790A JP 2872806 B2 JP2872806 B2 JP 2872806B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はデジタルデータ信号をフィルター処理する
ための方法および装置に関し、かつ、より特定的には、
そのような信号のアレイによって形成されるタイプの像
をフィルター処理するための方法および装置に関する。
先行技術において、可視像は画素とよばれるデジタル
データ信号のアレイに変換されてきた。先行技術におい
てはまた、これらの画素のアレイは像の質を高めるため
に様々な方法でフィルター処理されてきた。しかしなが
ら、像は通常膨大な数の画素を含み従来の像のフィルタ
ー処理過程では各画素に関して多数の乗算および加算が
行なわれる必要がある。その結果、従来の像フィルター
処理過程は処理時間が長くかかりかつ大変複雑である。
シャブリーエ（Chabries）およびクリスチャンセン
（Christiansen）による、『予め重畳された量子化され
たベクトルを用いてレーダ内に可視像を形成する方法』
（Method of Forming Visual Images in Rodar by Utik
izing Preconvolved Quantized Vectors）と題された米
国特許出願157,199には、より簡単で素早い方法で像を
フィルター処理する試みが開示されている。この出願に
おいて、重畳による像のフィルター処理方法では、従来
の高速フーリエ変換演算および重畳演算は排除されてい
る。その代わり、多くの時間を浪費するこれらの動作に
代わってシフトと加算の反復的な連続が行なわれてそれ
によってシェブリーエ−クリスチャンセンのフィルター
処理は比較的素早く行なわれる。
しかしながら、シャブリーエ−クリスチャンセン方法
の主な限界はそれが重畳型のフィルター処理に限られる
ということである。これは重畳型演算が線形でありそれ
ゆえ重ね合わせの理が用いられるという事実から明らか
である。重ね合わせは反復的なシフトおよび加算の連続
において発生する。それゆえ、シャブリーエ−クリスチ
ャンセンの方法は非線形なフィルター処理に対しては全
く機能しない。このような非線形フィルター処理は、た
とえば画素において行なわれるべき演算の１つが二乗す
ることまたは平方根を含むような多くの場合発生する。
また、シャブリーエ−クリスチャンセンフィルター処
理の別の限界は、多数のシフトおよび加算動作のために
いくつかの回路を動かすことを必要としまたフィルター
の費用がかさむということである。さらに、多数のシフ
トおよび加算動作を行なうことは本質的にいくらかの時
間がかかりそれがフィルター処理の最大速度を制限す
る。
図面の簡単な説明 ここに、この発明の様々な特徴と利点が、添付図面に
関して述べられる。
第１図は本発明に従う、像のフィルター処理ステップ
を示す。
第２図は像の端縁の質が向上される、第１図のフィル
ター処理ステップの具体的な一例を表わす。
第３図は第２図の端縁向上過程によってフィルター処
理された実際の像を表わす。
第４図は第１図の過程によって得られる一般的なフィ
ルター処理の１分類を示す。
第５図は第１図の過程によって得られる第２の一般的
なフィルター処理の分類を表わす。
第６図は第１図の過程によって達成される第３の一般
的なフィルター処理の分類を示す。
第７図は第１図の過程において演算される画素のグル
ープを順次形成する電子回路を示す。
第８図は第１図の過程において演算される画素のグル
ープを順次形成する別の回路を示す。
発明の詳細な説明 第１図に戻って、第１図は本発明に従う、像のフィル
ター処理ステップを示す。第１図において、フィルター
処理されていない元の像は参照番号10によって示され
る。この像は行と列のアレイとして配列された複数の画
素からなる。第１図において、像10の各画素はアレイの
１正方形によって表わされる。このアレイは１行につき
いくつの画素でも１列につきいくつの画素でも有してよ
い。
第１図のフィルター処理過程の１ステップとして、像
10にある特定の各画素につき、９個の画素からなる各グ
ループがその像から読出される。９個の画素からなる各
グループはある特定の画素そのものに加えて８つの他の
画素をそのまわりに含む。たとえば、第１図において、
１つの特定の画素はP1と分類されかつそれに対応する画
素のグループはG1と分類される。第１図において、グル
ープG1の全画素は点で示される。同様に、像10の他の特
定な画素はP2と分類されその対応の画素のグループはG2
と分類される。グループG2の全画素は線影で表わされ
る。
以上のことから、各画素グループは互いに重なり合う
ことが明らかである。すなわち、各画素はいくつかの異
なるグループに含まれる。一般に画素グループG1は、画
素P1の位置の単一画素の、フィルター処理された出力を
生成するために演算されるべき全画素からなる。同様
に、画素グループG2は画素P2の位置の単一画素の、フィ
ルター処理された出力を生成するべき全画素からなる。
これらの演算およびいつそれが起こるかは第２図ないし
第６図に関してさらに詳細に説明される。
第１図のフィルター処理過程の他のステップとして、
画素グループG1,G2その他の各々は量子化され符号化さ
れる。このステップは量子化エンコーダ20によって第１
図において行なわれる。このステップの間、画素グルー
プG1,G2その他の各々は、実際の画素グループに最もぴ
ったりとマッチする標準画素グループの１つを識別する
ために、いくつかの標準画素グループ21と比較される。
第１図において、実際の画素グループG1に最もぴったり
マッチする標準画素グループの識別はI1と示され、実際
の画素グループG2と最もぴったりマッチする標準画素グ
ループの識別はI2と示される。
第１図のフィルター処理過程におけるさらにべつのス
テップとして、量子化エンコーダ20からの各画素グルー
プ識別子はメモリ30から単一画素を検索するために用い
られる。第１図において、参照番号31a,31b…はメモリ3
0内の各画素を表わす。メモリ30内の画素31aは標準画素
グループの１つに関して予め定められた演算を行なうこ
とによって得られた結果であり、メモリ30内の画素31b
は他の標準画素グループに関して同様の演算を行なうこ
とによって得られた結果である。
第１図のフィルター処理過程を完成するために、画素
グループ識別子I1,I2…によってメモリ30から検索され
た全画素は元の像10内の画素と同じ順序で単純につなぎ
合わされる。第１図おいて、これらのつなぎ合わされた
画素は、フィルター処理された像である画素40のアレイ
を形成する。画素40−１は識別子I1によってメモリ30か
ら検索され、画素40−２は識別子I2によってメモリ30か
ら検索された。
上に述べた過程を利用して、元の像10は様々な異なる
方法でフィルター処理可能である。そして、異なるタイ
プの像フィルター処理の各々にとっては、変化するのは
メモリ30に記憶された画素の値である。たとえば第２図
は像10において端縁の質を向上するために、第１図のフ
ィルター処理過程がどのように用いられるかを示す。第
２図において、記号Prcは像10の行ｒと列ｃにある１つ
の特定な画素Ｐを表わし、記号P0ないしP8は対応する画
素グループGrcにおける画素を表わす。画素P0ないしP8
はそれぞれ、（ｒ−1,c−１），（ｒ−1,c），（ｒ−1,
c＋１），（r,c−１），（r,c），（r,c＋１）,r＋1,c
−１），（ｒ＋1,c）および（ｒ＋1,c＋１）の行一列の
対である。
グループGrc内の全画素は単一画素Prcの端縁向上のた
めに演算される必要があり、第２図の等式51,52および5
3はこれらの演算がどのように行なわれなければならな
いかを表わす。しかし、像10内の画素グループGrcは等
式51ないし53の演算が行なわれる前に第１図の過程によ
って量子化されるので、これらの演算は元の像10からの
画素グループよりも標準画素グループに関して“オフラ
イン”で行なわれ得る。
このように、第１図のフィルター処理過程は像10その
ものからの画素グループに関して、等式51−53のどんな
演算も完全に排除するので、非常に迅速に行なわれ得
る。その代り、標準画素グループは予め処理され、結果
として生じるフィルター処理された画素はメモリ30に記
憶される。その後、メモリ30から識別子I1,I2その他に
よって読出されたフィルター処理された画素は単純につ
なぎ合わされる。
第１図および第２図のフィルター処理過程がどのよう
に像に影響するかの一例が第３図に示される。ここで、
参照番号54は平面の像を表わし、それは第１図の像10に
対応する。像54が第１図および第２図のステップによっ
てフィルター処理された後、その結果は参照番号55によ
って示されるように端縁の質が増大された像になる。
第２図のこの特定的なフィルター処理過程は第４図に
示されるより一般化されたフィルター処理過程の一例に
すぎない。ここで、参照番号60は３×３の定数のマトリ
ックスを示し、参照番号61は別の３×３の定数のマトリ
ックスを示しかつ参照番号62ないし64は、メモリ30内の
予めフィルター処理された画素を得るためにマトリック
ス60および61が各標準画素グループをどのように演算す
るべきかを等式の組を示す。このフィルター処理は第２
図と同じになり、マトリックス60および61内の項目およ
び等式62ないし64のパラメータが第４図の例＃１によっ
て示されるようにセットされるときフィルター処理が行
なわれる。
一方、マトリックス60および61内の項目および等式62
ないし64のパラメータか第４図の例＃２によって示され
るようにセットされると、第１図の過程によって像10に
違いが出てくる。このような区別的なフィルター処理は
明るいから暗いへまたはその反対な素早く変化する、像
のどの部分でも強調する効果を有する。
さらに、マトリックス60および61の項目および等式62
ないし64のパラメータが第４図の例＃３において示され
るようにセットされると、第１図の過程によって、斑点
または明るい点が像10から取除かれるように像がフィル
ター処理される。このような斑点は、たとえば、像が伝
送されるときの雑音によって像の中に入り込むことがあ
る。
第１図のフィルター処理過程の他の形が第５図に示さ
れる。ここで、各標準画素グループの画素は１マトリッ
クス70および１等式71によって示されるように予め変形
される。この変形は重畳フィルターに像10を通過させる
という効果を有する。ローパス重畳フィルターの一例に
よって、像は滑らかにまたは和らげられこれは第５図の
例＃１によって示されるように、マトリックス70内の項
目および等式71のパラメータを設定することによって達
成される。逆に、ハイパス重畳フィルター処理は第５図
の例＃２において示されるように、マトリックス70の項
目および等式71のパラメータを設定することによって達
成される。
第１図のフィルター処理過程のさらに別の例が第６図
に示される。ここで、標準画素グループは２つのマトリ
ックス80および81および４つの等式82ないし85を経て予
め変形される。この結果、像10は準同形フィルターを通
過させられる。マトリックス80および81の項目および等
式82ないし85のパラメータが設定される１つの特定的な
方法は第６図の例＃１によって示され、像10に与えるそ
のフィルター処理の効果は影になっている像の特徴を強
調するということである。
ここで第７図は、第１図の過程を実行するために動作
する電子回路を示す。この回路は入力端子90を有し、そ
の端子はテレビのスクリーンに送られる信号とちょうど
同じような、像をアナログの形で表わす信号ｉ（ｔ）を
受ける。信号ｉ（ｔ）は、その大きさが、像かテレビの
スクリーンに左から右へ現われるのに従い、像の１行に
比例し、それから像がテレビのスクリーンの左から右に
現われるのに従い、像の次の１行に比例するように時間
とともに変化する。このアナログ信号はサンプルおよび
保持回路91によってデジタル画素のシーケンスに変換さ
れその結果として生じる画素はシフト回路92に順次送ら
れる。
回路92は４つの直列−並列シフトレジスタ92a,92b,92
cおよび92dを含む。レジスタ92aはその右側に直列入力
を有しそれはサンプルおよび保持回路91から画素を受取
る。これらの画素は順次左にシフトされ、レジスタ92a
が完全な画素の行を保持するときその行はレジスタ92b
に並列に転送される。
レジスタ92aないし92dはまた、レジスタ92aと同期し
て右から左に順次シフトする。さらにレジスタ92bおよ
び92cはシフトごとに、それらの最も左の段にある画素
が最も右の段に戻されるように、循環的な態様でシフト
する。その結果、像10内の各画素グループGrcの９個の
画素は順次レジスタ92b,92cおよび92dの３つの最も左の
段に順次転送される。これらの段から、画素グループGr
cは１組のコンダクタ92eを経て量子化エンコーダ20に順
次送られる。量子化エンコーダ20からの出力信号I1,I2
その他はそれから、前に述べたように、メモリ30をアド
レスするために用いられる。
より少ないハードウェアを用いるシフタ回路92の別の
代替実施例が第８図に示される。この実施例は１つの直
列シフトレジスタ100のみからなり、レジスタは（N/2＋
３）段のみを有しそこではＮはシフトレジスタ92内の段
の数である。また、レジスタ100は直列態様のみでシフ
トするので、レジスタ100の各段はレジスタ100の段より
単純である。レジスタ100からの出力ライン100aはその
最初の第３段、最後の第３段およびその真中の３段から
くる。出力ラインをそのように配置することによって、
画素グループGrcの全画素は、第７図の実施例における
画素グループとちょうど同じように、その上に順次現わ
れる。
いくつかの好ましい像フィルター処理過程およびこれ
らの過程を実行するための回路について詳細に述べられ
た。しかしながら、この発明の本質および精神から逸脱
することなく、多くの変更および修正をこれらの詳細に
加えることができる。
たとえば、画素グループGrcの大きさは変更可能であ
る。また、一般的に第１図のフィルター処理の忠実度は
画素グループの大きさが大きくなるに従い増す。好まし
くは各画素グループGrcは２から20の間の各整数をとる
ｍとｎのマトリックスである。また、画素グループGrc
の大きさは変更可能なので、第４図，第５図および第６
図の他のマトリックスＨおよびＧは同じ方式で変化しな
ければならない。
別の修正として、第１図の過程は画素以外のデータア
レイをフィルター処理するために使用可能である。たと
えば、グループGrcがそこから形成される。第１図のア
レイの各正方形はその位置での地震のエコーを与えるデ
ータ点，またはその位置でのＸ線伝送を与えるデータ点
であり得る。このような場合、第１図および第４図ない
し第６図のあらゆるステップは同じである。
さらに別の修正として、第１図の過程は二次元以外の
データアレイに用いられる。たとえば各画素の色である
三次元は、グループGrcがそこから形成される第１図の
アレイに追加可能である。代替的に、グループGrcがそ
こから形成される第１図のアレイは単一に一次元を有し
てもよい。これは、たとえばアレイ内のデータ点が、ラ
ジオ信号または音声信号のような単一時変電圧信号の周
期的なサンプルであるとき起こり得る。
さらに別の修正として、第１図の過程は、それが用い
る、すでに開示された、個別なコンポーネントの多くの
物理的な実施とともに実行され得る。たとえば、量子化
エンコーダ20の適切な１つの実施は本件譲受人に譲渡さ
れた、米国特許4,727,354に開示されている。同様に、
メモリ30は従来の読出し書込み半導体メモリであっても
よい。
したがって、本発明は上に詳細に述べられた例に限定
されず添付のクレームによって規定されることが理解さ
れなければならない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コクス，ジュニア，ベンジャミン・ビン セント アメリカ合衆国、84117 ユタ州、ソル ト・レイク・シティ イースト・ブル ー・スプルース・ドライブ、2760 (56)参考文献 特開 昭61−214072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−80775（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−173176（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06T 5/00 - 5/50 G06T 1/00 - 1/20 H04N 1/40 - 1/409

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】データサンプルのアレイをフィルター処理
    する方法であって、前記方法は、いくつかの標準的デー
    タサンプルグループを選択するステップと、 各標準的データサンプルグループを、それぞれ単一のデ
    ータサンプルに変換し、各変換されたデータサンプルを
    メモリ内に記憶するステップと、 アレイ内の各個別のサンプルについて、前記アレイから
    データサンプルのそれぞれの入力グループを読出すステ
    ップとを備え、サンプルの各入力グループは前記アレイ
    内のすべてのサンプルのサブセットであり、個別のサン
    プルと隣接しており、かつサンプルの他の入力グループ
    と重なり合っており、さらに 前記標準的データサンプルグループのどの１つが入力デ
    ータサンプルグループと最も近く一致するかを識別す
    る、各入力データサンプルグループのための識別子を発
    生するステップと、 発生された各識別子について、識別子によって識別され
    た標準的データ入力グループの変換として記憶される単
    一のデータサンプルを、前記メモリから検索するステッ
    プと、 検索されたデータサンプルを繋ぎ合わせてフィルター処
    理されたアレイを形成するステップとを備える、方法。
  2. 【請求項２】前記アレイおよび前記変換ステップがそれ
    に対して行なわれる標準的データサンプルグループは、
    ２次元的である、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記データサンプルは像画素である、請求
    項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記変換ステップは、 の形の変換で行なわれ、piはｎ個の画素の標準的グルー
    プ内の画素であり、k1、k2、hi、およびgiは定数であ
    る、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記変換ステップは、 の形の変換で行なわれ、piはｎ個の画素の標準的なグル
    ープ内の画素であり、ｋおよびhiは定数である、請求項
    ３に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記変換ステップは、 の形の変換で行なわれ、piはｎ個の画素の標準的グルー
    プ内の画素であり、k1、k2、hi、およびgiは定数であ
    る、請求項３に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記アレイおよび前記変換ステップがそれ
    に対して行なわれる前記標準的データサンプルグループ
    は、３次元的である、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記データサンプルは、色付きの像画素で
    ある、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】前記アレイおよび前記変換ステップがそれ
    に対して行なわれる前記標準的データサンプルグループ
    は、１次元的である、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記変換ステップは、 の形の変換で行なわれ、diはｎ個のサンプルの標準的グ
    ループにおけるデータサンプルであり、ｋおよびhiは定
    数である、請求項９に記載の方法。
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