JP3347591B2 - 画像処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
表示装置に対して表示画像の部分的な書換えを行う画像
処理方法及び装置に関するものである。
ィア化が進む状況において、コンピュータに付随した表
示装置にも大きな進展が見られるようになって来た。表
示装置としては液晶表示装置が広く使われるようになっ
てきているが、その1つとして強誘電性液晶表示素子を
利用したもの(以下FLCDと称す)がある。FLCD
は高精細で大画面を持つ表示装置を得ることが可能であ
るという特徴を有しているが、液晶素子自体は光の透過
率をアナログ的に変化できない2値デバイスであるた
め、フルカラーの画像などを表示する際にはONとOF
Fのドットの組み合わせで疑似的に階調を表現する、デ
ィジタル中間調処理を行って中間階調を再現する必要が
ある。また、大画面を毎秒30フレーム、あるいはそれ
以上の速度で表示するのは困難であるため、FLCDの
特徴であるメモリ性を生かして、画面の中で動きのあっ
た部分のみを書換えることが必要である。このため、画
像の中で動いた部分を検出する必要があるが、このため
に従来では次のような方法を用いていた。
号をFLCDに表示するための、動き検出手段を含むF
LCD用画像処理装置のブロック図である。図におい
て、不図示のコンピュータから出力されたアナログ画像
信号は、A/D変換器1において所定の階調数、例えば
RGB各8bitのディジタル信号に変換される。階調
変換回路2は、A/D変換器1の出力したディジタル信
号を、ディザ法、誤差拡散法などの公知のディジタル中
間調処理手段により、表示装置7の表示可能な階調数、
例えばRGB各1bitの階調を持つディジタル信号に
変換する。階調変換回路2から出力されたディジタル信
号は2値フレームメモリ5にストアされる。
ル信号は動き検出器9に入力される。図7は動き検出器
9のブロック図であり、A/D変換器1から入力した画
像信号は所定のK画素分の大きさを持つラインバッファ
901に蓄えられる。ラインバッファは図7に示すよう
にK個のピクセルを格納するように構成されており、ラ
インバッファに蓄えられる各画素データは乗算器90
2、加算器903、およびアキュムレータ904によ
り、次式で示したように加重平均処理を行い、K個の画
素の集合に対応した特徴値St に変換される。
られた重み係数であり、処理中の画像はt番目のフレー
ムに属しているものとする。次に求めた特徴量St と、
前フレームの画像データから求められ図6の特徴量メモ
リ10にストアされていた特徴量St-1 とを比較制御器
905において比較する。ここで比較の結果である差分
ΔSを所定の閾値Tと比較し、 ΔS=(St −St-1 )>T ………(2) であった場合、当該ライン部分で動きがあったとしてそ
の時の画素のラインアドレスをフレームメモリ制御回路
4に出力する。ここでラインアドレスは連続したK個の
画素の先頭アドレスとする。
れ、計算された特徴量は新たに特徴量メモリ10にスト
アされる。フレームメモリ制御回路4は、2値フレーム
メモリ5にストアされたRGB各1bitの階調を持つ
ディジタル信号の中から動き検出器9の出力したアドレ
ス情報に基づき、動きの検出されたラインのデータを表
示装置7に出力する。以上により連続したアナログ画像
信号を所定の階調に変換し、かつフレーム間の動きを検
出して部分的な書換えを行い、実時間での画像表示を実
現している。
来例においては、動き検出を行うために前フレームの画
像データから得られた特徴量を特徴量メモリ10に記憶
する必要がある。特に近年の画面サイズの大型化に伴
い、この特徴量メモリに必要な容量は増加する傾向にあ
り、コストアップを招くという問題がある。また、動き
検出を行う際、特徴量を計算せずに2値化された画素デ
ータ同士を直接比較する方式も考えられる。しかしこの
場合、画像信号に伝送経路からのノイズが含まれると、
2値化された画像のビットは容易に反転してしまうた
め、誤検出を起こすという問題があった。
に必要な特徴量メモリを可能な限り削減し、これによっ
てシステムのコストダウンを計ると共に、ノイズによる
誤検出の発生しにくい画像処理方法及び装置を提供する
ことである。
像処理方法は、入力される階調数L1を持つ画像信号を
階調数L2(<L1)を持つ画像信号に変換し、変換され
たL2階調の画像信号を出力する際、当該画像の動きの
ある部分のみを出力する画像処理方法において、上記動
きを検出する際に、現期間のL1階調の画像信号と、L2
階調に変換された前期間の画像信号を所定の復元処理に
よりL1階調の画像信号に復元した復元画像信号とを用
いるようにしている。
ては、入力される階調数L1を持つ画像信号を階調数L2
(<L1)の画像信号に変換する階調変換手段と、上記
階調変換された画像信号を記憶する記憶手段と、上記階
調変換された画像信号を階調数L1の画像信号に復元す
る復元手段と、現期間に入力される画像信号と上記復元
された画像信号とに基づいて画像の動きを検出する動き
検出手段と、上記検出された動きに応じて上記記憶手段
を書き換える書き換え手段とを設けている。
階調の画像が復元され、復元された前期間のL1 階調の
画像と入力された現期間のL1 階調の画像とを特徴量化
し、比較することにより動きを検出する。これにより前
期間の特徴量を別途メモリに記憶しておく必要が無く、
システムのコストダウンを図ることができる。さらに前
期間の画像を復元することにより、L2 階調の画像同士
の比較ではなく特徴量に変換することができるため、ノ
イズに起因する誤検出を防ぐような手法の適用が可能と
なる。
び当該画素に隣接する周辺画素の出力画像信号と、所定
の重み値とを用いて重み付き平均を算出するようにした
場合には、伝送系のノイズが軽減され、検出精度を高め
ることができる。
の結合が局所的であるセルラーニューラルネットワーク
で構成することも可能である。セルラーニューラルネッ
トワークの動作は大きさがM×Nの画像を2階調数へ変
換する場合、
置(m,n)のニューロンから位置(i,j)ニューロ
ンへの接続にかかる重みである。またumnとymnは位置
(m,n)における入力画像データ、出力画像データで
ある。セルラーニューラルネットワークは式(3)の動
作により次のように設定されたひずみ関数が最小化され
る出力画像を生成する。
階調数変換されたi番目の出力画像→yi (ベクトルy
i 、以下→はベクトルを表すものとする)に所定のフィ
ルタ→Hを施した結果と、変換前の入力画像→ui との
2乗誤差から式(4)のように定義されている。 dist(→yi ,→ui ) =(1/MN)(→H→yi −→ui )T (→H→yi −→ui ) ………(4)
のエネルギ関数を比較することで、ネットワークのパラ
メータである重みは、 →A=−→HT →H+diag{→HT →H} →B=→H S=0 ………(5) と設定される。このパラメータによりネットワークを動
作させ出力画像が得られた時、ひずみ関数の値は最小化
されている。
出力された1つ前のフレームにおける出力画像→yi-1
に対して式(6)に従いフィルタ操作を行って→yi-1
を→reui-1 に変換する。 →reui-1 は1つ前のフレームにおける入力画像→u
i-1 との差が最小化された復元画像となる。 →reui-1 =→H→yi-1 ………(6)
画像→reui-1 と現在のフレームの入力画像→ui と
を入力して連続する2フレーム間で変化の生じた部分、
すなわち動きを検出する。
により得ているため、動き検出専用のメモリを必要とし
ない。 ・階調変換された出力画像は、復元により得られる画像
との誤差が最小になるように変換されているため、動き
検出の際の精度向上が可能となる。 ・比較に際してフィルタ処理を行った画像を用いるた
め、ノイズによる誤検出の抑制効果がある。という特徴
を有しており、従来例で挙げた問題点の解決が可能とな
る。
の第1の実施の形態を示すブロック図である。尚、図1
中で図6と相当する部分には、同一符号を付して重複す
る説明を省略する。同図において、1はA/D変換器、
2は階調変換回路、3は動き検出器、4はフレームメモ
リ制御回路、5は2値フレームメモリ、7は表示装置、
6は図2および後述する式(9)に示した係数を持つ低
域通過特性を有するフィルタであり、以下LPFと称す
る。
ピュータから出力されたアナログ画像信号は、A/D変
換器1において所定の階調数、例えばRGB各8bit
のディジタル信号に変換される。階調変換回路2はA/
D変換器1の出力したディジタル信号を、ディザ法によ
り表示装置7の表示可能な階調数、例えばRGB各1b
itの階調を持つディジタル信号に変換する。ここでの
ディザ処理は公知の技術で構成可能であるため説明は省
略する。階調変換回路2から出力されたディジタル信号
は2値フレームメモリ5にストアされる。
ル信号は動き検出器3に入力される。以下図2により本
実施の形態における動き検出器3について説明する。図
2において、A/D変換器1から出力された画像信号は
所定のK画素分の大きさを持つラインバッファ301に
蓄えられる。ラインバッファ301は図示のように、K
個のピクセルを格納するように構成されており、ここで
はt番目のフレームにおける座標が(i,j)である画
素から走査方向にK個分の画素がラインバッファ301
に入力されているとする。ラインバッファ301に蓄え
られた各画素データは乗算器302、加算器303、お
よびアキュムレータ304により、次式で示すように加
重平均処理を行い、K個の画素の集合に対応した特徴値
St に変換される。
られた重み係数であり、Pt (i,j)はt番目のフレ
ームでの画像における座標が(i,j)である画素を現
している。一方2値フレームメモリ5に記憶されている
t−1番目の2値画像データは、位置が(i,j)であ
る画素を中心に隣接する計9画素分のデータがLPF6
に取り込まれ、ここで次式による演算が行われ、周辺画
素間で重み付き平均により平均化された値に変換され
る。
り、次式に示す値から構成されている。
換後の値から、周辺画素との重み付け平均により得られ
たPt-1 (i,j)の復元値となる。こうして得られた
復元値^Pt-1 (i,j)は動き検出器3に設けられた
もう1つのラインバッファ306にセットされ、以下K
個分の2値画素データに対して同様な処理が行われてK
個分の平均値がラインバッファ2にセットされる。ライ
ンバッファ2に蓄えられた各画素データは、各画素毎に
乗算器307、加算器308およびアキュムレータ30
9により、次式で示すように加重平均処理を行い、K個
の画素の集合に対応した特徴値St-1 に変換される。
じ重み係数である。こうして得られた2つの特徴量
St 、St-1 は比較制御器305に入力される。比較制
御器305は比較を行い、比較の結果である差分ΔSを
所定の閾値Tと比較して、
ったとして、その時の画素のラインアドレスを図1のフ
レームメモリ制御回路4に出力する。ここでラインアド
レスは連続したK個の画素の先頭アドレスとする。以上
の動き検出処理がRGB各色毎に行われる。
の出力したアドレス情報から、動きの検出されたライン
のデータを表示装置7に出力するように2値フレームメ
モリ5を制御する。以上により連続したアナログ画像信
号を所定の階調に変換し、かつフレーム間にまたがる動
きを検出して部分的な書換えを行って実時間での画像表
示を実現している。
実施の形態を示すブロック図である。尚、図3中で図1
に相当する部分には、同一符号を付して重複する説明を
省略する。同図において、1はA/D変換器、2は階調
変換回路、5は2値フレームメモリ、6はLPF、8は
比較回路、4はフレームメモリ制御回路、7は表示装置
である。
ピュータから出力されたアナログ画像信号は、A/D変
換器1により所定の階調数、例えば1色当たり256の
階調を持つディジタル画像信号→uに変換される。→u
は階調変換回路2により表示装置7の表示可能な階調
数、例えば1色当たり2階調に変換され、2値フレーム
メモリ5に出力される。ここで表示装置7はFLCDで
あり、1フレームの画像の中で前フレームと比較して動
きのある部分のみがフレームメモリ制御回路4により2
値フレームメモリ5より送出されている。本構成におい
てフレーム間の動きは比較回路8により検出されてい
る。
ロンが局所的に結合されているセルラーニューラルネッ
トワークから構成されており、A/D変換器1から入力
したn番目のフレームのディジタル画像信号→un か
ら、式(12)に示すニューラルネットワークの動作に
より画像→yn に変換し、出力するように動作する。
上の位置(i,j)に対応する入力画像信号→un およ
び出力画像信号→yn の、t回目のニューラルネットワ
ークの動作における値である。また、fは表示装置7の
表示可能な階調数により決定される非線形関数、
Aijmn、Bijmnはyn ijおよびun ijに適用される空間
フィルタ操作のためのフィルタ係数であり、予め式
(5)により決定されている。ここでフィルタ→Hは人
間の視覚特性に似通っている2次元のガウス分布であ
る。
する出力のレベル数は、表示装置7が表示可能な階調数
と同じであり、その出力は表示装置に表示可能な階調数
を持つ画像データとなる。図4では出力階調数は2であ
り、表示装置7はONまたはOFFのいずれかの状態を
取る2値デバイスとする。
n (t)を式(12)により計算し、その結果得られる
画像信号の繰り返し間の差分の1画面内での総和を計算
し、式(13)に示すようにそれがある値Ts 以下にな
った時に、その時の出力画像信号→yn (t)を階調変
換された画像→yn として2値フレームメモリ5に出力
する。
像信号→un との間において、セルラーニューラルネッ
トワークの動作により、式(4)で示すひずみ関数が最
小化されている。
信号が入力され、前フレームの場合と同様にA/D変換
器1によりディジタル画像信号→un+1 に変換された後
に比較回路8に入力される。一方、先にフレームメモリ
に記憶された前フレームの画像→yn はLPF6に入力
され、式(14)に従って次のように変換される。
較回路8に入力され、これらのデータに基づき連続した
2フレーム間の当該ラインでの動きが検出される。
ク図である。ライン単位で比較回路8に入力された→r
eun と→un+1 とは、それぞれ各画素毎に加算器80
1に入力され、差分dが計算される。
番目のラインにおけるi番目の画像データを表す。この
dはまず比較器803に入力されて予め決められた閾値
Th1と比較される。比較器803はdがTh1より大
きい場合に1を出力し、そうでない場合は0を出力して
後続のカウンタ804に与えている。また画素数カウン
タ802は入力される画素の数をカウントしており、カ
ウント数が予め設定されたLを越えると、カウンタ80
4に対してリセット信号を出力する。カウンタ804は
リセット信号を受けると、それまで入力された1のデー
タの個数Kを後続の比較器805に出力し、内部のカウ
ンタを0にクリアする。比較器805は入力されたデー
タの個数Kを入力し、それと予め設定されている閾値T
h2とを比較して、KがTh2を越えた場合に1を出力
し、そうでない場合は0を出力している。
キュムレータ806にも入力される。アキュムレータ8
06は画素毎に入力したdの値を積算しており、画素数
カウンタ802のリセット信号を受け取るとそれまでの
積算値Vを後続の比較器807に出力する。比較器80
7は入力したVと予め設定されている閾値Th3とを比
較し、VがTh3を越えた場合に1を出力し、そうでな
い場合は0を出力する。最終的に比較回路8は、オアゲ
ート809により比較器805と807から出力された
結果の論理和をとり、現在有効なラインに対する書換え
フラグとして出力している。また、ラインカウンタ80
8により画素数カウンタ802の出力からライン番号を
カウントし、現在有効なラインNo.として出力してい
る。
は比較回路8から入力した書換えフラグおよびラインN
o.から、表示装置7に出力するべきラインのデータを
表示装置7に出力するように2値フレームメモリ5を制
御する。このように、比較の際にLPF処理を行い、複
数の閾値を組み合わせて比較することにより、入力画像
にノイズが重畳されている場合であっても安定した検出
を行うことができる。
請求項1、2に示す構成によれば、動き検出の際前フレ
ームのデータを表示用フレームメモリから復元により得
ているため、従来例のように動き検出専用のメモリを備
える必要がなく、コストの観点から有利なシステムを構
成することができる。
手段を一般的なローパスフィルタから構成することが可
能であるため、簡易なハードウェアで構成でき、コスト
の点から有利である。また、上述のようにすれば、伝送
系ノイズが重畳している場合であっても、ノイズ除去の
効果があり検出精度を高めることができる。
と、原画像との差分から与えられるひずみ関数が最小に
なるようにした場合には、復元画像を用いることにより
精度の高い動き検出を行うことができる。
ある。
ある。
ある。
を示す特性図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 入力される階調数L1を持つ画像信号を
階調数L2(<L1)を持つ画像信号に変換し、変換され
たL2階調の画像信号を出力する際、当該画像の動きの
ある部分のみを出力する画像処理方法において、 上記動きを検出する際に、現期間のL1階調の画像信号
と、L2階調に変換された前期間の画像信号を所定の復
元処理によりL1階調の画像信号に復元した復元画像信
号とを用いることを特徴とする画像処理方法。 - 【請求項2】 入力される階調数L1を持つ画像信号を
階調数L2(<L1)の画像信号に変換する階調変換手段
と、 上記階調変換された画像信号を記憶する記憶手段と、 上記階調変換された画像信号を階調数L1の画像信号に
復元する復元手段と、 現期間に入力される画像信号と上記復元された画像信号
とに基づいて画像の動きを検出する動き検出手段と、 上記検出された動きに応じて上記記憶手段を書き換える
書き換え手段とを備えた画像処理装置。 - 【請求項3】 上記復元手段は、所定の画素および当該
画素に隣接する周辺画素の出力画像信号と、所定の重み
値とを用いて重み付き平均を算出することを特徴とする
請求項2記載の画像処理装置。 - 【請求項4】 上記記憶手段から読み出された画像信号
を表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項2
記載の画像処理装置。
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