JP3503136B2 - 画素補間装置及び画素補間方法 - Google Patents
画素補間装置及び画素補間方法Info
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Description
補間方法及び画素補間プログラムに関する。
に解像度が異なるため、ディジタル画像を特定の大きさ
で出力するには出力装置の解像度に応じた画素補間が必
要である。従来、画素を補間して画像を拡大する技術と
してニアリストネイバ補間(最近隣内挿法)、3次たた
み込み内挿法(キュービックコンボリューション補間)
等が知られている。また、特開2000−123162
号公報にはジャギーを目立たせない画素補間技術が開示
されている。
イバ補間による拡大処理は、処理時間が短いというメリ
ットがある反面、補間処理により1つの画素が正方形に
拡大されることになるため、水平方向と垂直方向の鋭い
エッジラインが目立つジャギーの多い拡大画像が生成さ
れるというデメリットがある。特に、非水平かつ非垂直
方向に階調がなめらかに変化する部分では、水平方向及
び垂直方向のブロックノイズが見苦しく目立つこととな
る。一方、3次たたみ込み内挿法による拡大処理は、高
度な演算処理を行うために1画素あたりの演算量がニア
レストネイバ補間やバイリニア補間に比較して膨大であ
るため、倍率の大きな拡大処理を行う場合には処理時間
が非常に長くなるという問題がある。さらに、3次たた
み込み内挿法による拡大処理によると、拡大画像で水平
方向と垂直方向の鋭いエッジラインが目立つという問題
が解消され比較的きれいな拡大画像が生成されるという
メリットがある反面、拡大処理の内部に平均か処理を含
むために画像の輪郭がぼけるという問題がある。また、
特開2000−123162号公報に開示される技術に
よると2.5倍程度にまで元画像を拡大する画素補間を
する場合には画像のぼけが小さくシャープな画像を得る
ことができるものの、それ以上に元画像を拡大しようと
すると画像のぼけが目立つようになる。
創作されたものであって、処理時間が短く、かつ、人間
の目が敏感にとらえる水平方向及び垂直方向のブロック
ノイズを低減し、比較的滑らかなエッジ感を含んだ輪郭
をもつ拡大画像を生成する画素補間装置、画素補間方法
及び画素補間プログラムを提供することを目的とする。
発明によると、注目画素から注目画素と等しい色情報を
もち注目画素以外の画素の色情報を用いずに生成される
非方陣かつ既定配列の複数の画素からなる画素ブロック
を生成し、入力ディジタル画像の各画素ごとに生成する
画素ブロックを隙間なく配列した拡大ディジタル画像を
生成し、この拡大ディジタル画像を表現する拡大画像デ
ータを出力する。
画素の1つを非方陣かつ既定形状に複数配列することに
より画素ブロックが生成され、この画素ブロックはディ
ジタル画像を構成する各画素について生成される。各画
素について生成された画素ブロックが隙間なく配列され
ることにより拡大ディジタル画像が表現される。
画像は互いに等しい色情報を持つ画素から構成される画
素ブロックの集合として表現されている。そしてこの画
素ブロックが非方陣であるため、隣接する画素ブロック
間の境界は凹凸を含む。この凹凸は意図的に作り出すも
のであり、入力ディジタル画像には存在しなかったもの
である。しかし、一般に画像を微視的にとらえた場合、
多くの画像のエッジは完全な直線であるものは少なく何
らかの形でジグザグと凹凸を持ったものが多い。一方、
入力ディジタル画像の各画素をそのまま或いは隣接画素
との混色処理を伴って方陣に複数配列した画素ブロック
からなる従来の拡大ディジタル画像には、自然界に存在
するはずもないシャープで不自然な水平方向ラインや垂
直方向ラインが存在するため、従来の拡大ディジタル画
像は人間の目に粗い画像として、すなわちディジタル画
像処理の痕跡がはっきりと残った画像として認識され
る。請求項1、5、9記載の発明は、入力ディジタル画
像には存在しない凹凸成分であっても拡大時に補間され
る画素領域にはなんらかの凹凸成分を持たせた方が自然
であるという考えに基づいており、人間の目が敏感にと
らえる水平方向及び垂直方向のブロックノイズを低減
し、比較的滑らかなエッジ感を含んだ輪郭をもつ拡大画
像を生成することができるという特徴がある。また、注
目画素の色情報とその隣接画素の色情報との演算処理を
伴わずに画素を補間するため、拡大処理に要する時間が
短いという特徴がある。
画素ブロックの輪郭線は微視的な凹凸を内包する巨視的
な凹凸をもつため、エッジ領域で隣接する画素ブロック
の境界線が不規則な凹凸を含む曲線から構成されること
となり、これにより画像の微視的な領域で観者に知覚さ
れる規則的な変化も観者に自然なものとして認識され
る。すなわち、微視的な領域の中で相対的に大きな凹凸
の中に相対的に小さな凹凸が含まれるため、観者が画像
に近づき注視するほどにより小さな凹凸が観者に認識さ
れることから、拡大ディジタル画像は観者に自然な印象
を与える。したがって、拡大ディジタル画像は再現性の
高い画像として認識される。
画素ブロックは点対称の形状であるため、いずれの方向
から見たときも自然さが保たれている拡大ディジタル画
像を得ることができる。
拡大ディジタル画像に対しエッジ部分の平滑化処理及び
画素補間処理を施す。すなわち、入力ディジタル画像を
2段階の処理により拡大し、前段の処理では混色するこ
となく完全な色の再現性が保たれた拡大ディジタル画像
を得、後段の処理では拡大ディジタル画像のエッジ部分
に平滑化処理を施した画素を補間することによりエッジ
部分で隣接する画素ブロック間の境界をぼかして拡大デ
ィジタル画像をさらに拡大する。後段の処理で平滑化処
理によりぼかされる領域は後段で補間される画素の領域
に限られるため、ぼけが小さくシャープで自然なディジ
タル画像を出力することができる。
実施例を図面に基づいて説明する。図2に本発明の一実
施例による画素補間装置を備える画像処理システムを示
す。磁気ディスク装置(以下HDDという)19にはオ
ペレーティングシステム(以下OSという)、プリンタ
ドライバ、ディスプレイドライバ、スキャナドライバ、
画像処理アプリケーション等の各種のプログラム並びに
画像データが記録されている。HDD19に記録されて
いるプログラム及びデータは入出力インタフェース(以
下I/Oという)20を介して主記憶装置(以下MSと
いう)11に転送される。入出力インタフェース20は
入出力チャネル、DMA(direct memory access)コン
トローラ等により構成され、HDD19、デジタルスチ
ルカメラ18(以下DSCという)、プリンタ(以下P
RTという)14等の周辺装置とMS11との間のデー
タ転送をCPU12から独立して制御することができ
る。MS11は半導体メモリセル、制御装置等から構成
されている。中央演算処理装置(以下CPUという)1
2はMS11に格納されたプログラムを実行することに
よりMS11に格納されているデータに基づいて表示装
置12、PRT14等にデータを出力し、或いはHDD
19、フレキシブルディスク装置(以下FDDという)
21等の補助記憶装置にデータを転送する。キーボード
16及びマウス15はプログラムに受け付けられるデー
タ及びコマンドを入力する。DSC18及びスキャナ1
7はOSの要求に応じてMS11に画像データを転送す
る。
/O20は特許請求の範囲に記載された入力手段を構成
し、MS11及びCPU12は特許請求の範囲に記載さ
れた出力手段及び二次出力手段を構成する。また、HD
D19に内蔵された磁気ディスク、FDD21に接続さ
れるフレキシブルディスク等は特許請求の範囲に記載さ
れた記録媒体を構成する。特許請求の範囲に記載された
画素補間プログラムは、表示装置12又はPRT14の
制御プログラムを構成しているモジュールの一部、或い
は画像処理アプリケーションを構成しているモジュール
の一部から構成され、これらのプログラムは、フレキシ
ブルディスク等の記録媒体又はインターネット等の通信
回線により流通し、FDD21、モデム22等によりH
DD19に格納される。本発明の画素補間装置は上記構
成の画像処理システムに限らず例えば図3に示すように
DSC18及びPRT14から構成される画像処理シス
テムに実装することも当然可能である。図3に示す画像
処理システムではDSC18のROM(read only memo
ry)等にプリンタドライバを格納し、このプリンタドラ
イバのモジュールの一部に画素補間プログラムを含めて
おけばよい。
画素から構成される画像データを出力し、PRT14は
300〜1440dpiの画素密度で画像データを出力
する。例えば縦横300×400画素(12万画素)の
画像データが1200dpiで印刷されると極めて小さ
な画像が印刷されることになる。したがって、通常、画
像データを印刷する際には画素補間処理により画像を拡
大する必要がある。また、表示装置13に大きく画像を
表示しようとする場合にも同様に画素補間処理により画
像を拡大する必要がある。このような画素補間処理は画
像処理アプリケーションをCPU12が実行するとき、
又はプリンタドライバ等の各出力装置の制御プログラム
をCPU12が実行するときに行われる。以下、画像処
理アプリケーション又はプリンタドライバ等の制御プロ
グラムの実行時に行われる画素補間処理について説明す
る。
ではスキャナ17、DSC18、HDD19、FDD2
1、モデム22等からI/O20を介してMS11に画
像データが転送される。この画像データは、画像処理ア
プリケーションがOSのAPI(application program
interface)を呼び出すことによりOSから各出力装置
の制御プログラムに渡される。S20及びS30では、
画像処理アプリケーションの実行又は各出力装置の制御
プログラムの実行によって2段階の画素補間処理が行わ
れる。S20では、入力ステップS10でMS11に格
納された画像データ(以下入力画像データという)を構
成する各画素から後述する画素ブロックを生成し、この
画素ブロックを配列して拡大画像の中間画像データを生
成する。S30では、S20で生成された中間画像デー
タのエッジ部分においてエッジの延伸する方向に平滑化
処理を行った後、3次たたみ込み内挿法による画素補間
処理を行い拡大画像の最終画像データを得、これをMS
11に格納する。S40ではMS11からI/O20を
介して表示装置13またはPRT14に画素補間された
画像データが転送され、表示装置13またはPRT14
で画像が表示又は印刷される。
の概要を図5に示す。前段の画素補間処理では入力画像
データを構成する全画素について画素ブロックを生成す
るため、S21ではループボディにはいる前に最初に処
理すべき注目画素を設定する。S22〜S24のループ
ボディでは入力画像を走査しながら全画素について画素
ブロックを生成する。
段の画素補間処理における拡大倍率の二乗数の画素を所
定形状に配列した画素ブロックの集合として中間画像を
生成する。ここで色情報とはカラー画像の場合、各画素
のRGB(red, green, blue)、YMC(yellow, cya
n, magenta)又はHSI(hue, saturation, intensit
y)の各値によって表される情報をいい、モノトーン画
像の場合、各画素の輝度値をいう。前段の画素補間処理
において入力画像を4倍に拡大する画素補間をする場
合、画素ブロックを構成する画素の配列としては、例え
ば図1(B)及び図8(A)に示す配列が望ましい。
あるときの各画素の輝度値を256階調で表している。
図1(B)は画素ブロックで構成された中間画像を25
6階調で表し、画素ブロックは同じ階調の輝度値をもつ
画素の配列として表されている。図1は、縦横M×N画
素の入力画像Finが次の集合で表されるとき、 Fin={fij;i=1,2,・・・,M,j=1,2,
・・・,N} 出力画像Foutが次の集合で表され、 Fout={gxy;x=1,2,・・・,4M,y=1,
2,・・・4N,} Fout={Bij;i=1,2,・・・,M,j=1,
2,・・・,N} 画素ブロックBijが次のようなgxy=fijを満たすgxy
の集合として表されることを示している。
ことにより方形画像を形成しようとすると、画像の最外
周には、図1(B)に示すように画素ブロックが割り当
てられない配列要素と、方陣配列からはみ出す画素とが
現れる。これに対処する方策としては、例えば方陣配列
からはみ出す画素を画素ブロックが割り当てられない配
列要素に再配置することにより、方形画像を形成するこ
とができる。また、例えば、方陣配列からはみ出す画素
を削除し、画素ブロックが割り当てられない配列要素に
は隣接画素を再配置することにより、方形画像を形成す
ることができる。画素ブロックを構成する画素の配列
は、補間する画素数によって、すなわち画像の拡大倍率
によって異なり、拡大倍率ごとに1又は2以上の配列か
ら次の1〜4の基準を全て満たすものを選択することが
望ましい。 1.画素ブロックを構成する画素数が拡大倍率の二乗数
であること。 2.互いに隣接する画素から構成されていること。 3.配列が点対称であること。 4.画素ブロックの輪郭に小さな凹凸を内包する大きな
凹凸を内包していること。 上記1〜4の基準を満たす画素ブロックの配列を各倍率
ごとに図6〜図10に示す。画素ブロックの配列により
中間画像の滑らかさに違いが現れる。
ジを太線で示している。図1に示す入力画像をそのまま
拡大した比較例を図11に示す。図11で太線で示され
たエッジと図1(B)に示されたエッジとを比べると両
者の違いは明らかである。すなわち、入力画像をそのま
ま拡大した比較例ではエッジに4画素ピッチの規則的な
凹凸が生じているのに対し、本実施例の画素ブロックを
用いた図1の中間画像ではエッジに規則的な凹凸が生じ
ていない。このことは、入力画像をそのまま拡大した画
像にジャギーが認められるときにおいても、その拡大率
において得られる本実施例の中間画像にはジャギーが認
められないことを端的に示している。
て、巨視的には図1(A)に示す画像が再現されている
といえる。すなわち、中間画像は入力画像の4倍の大き
さをもつところ、入力画像を観察するときの観者と画像
との距離の4倍の距離から中間画像を観察するとすれ
ば、観者にとって入力画像と中間画像とはほぼ同じもの
として認識される。さらにいえば、通常取り扱われるよ
うな、例えば100万画素の入力画像について画素補間
する場合、本実施例の中間画像において入力画像の再現
性は完全に保たれるといえる。なぜならば、画素数の多
い中間画像においては個々の画素ブロックは中間画像の
極めて小さな領域を占めるものであるため、入力画像に
おいて存在しなかった要素が画素ブロックの輪郭要素に
含まれているとしても、画素ブロックの輪郭要素が画像
全体に与える影響は無視できるものだからである。
像の画素ブロックを生成し、画像ブロックを構成する画
素のデータをMS11に順次格納していく。全画素につ
いて画素ブロックが生成され、S23において終了判定
がなされるとき、MS11には全ての中間画像データが
格納される。
に格納されると、S30では、中間画像のエッジ部分に
おいてエッジの延伸する方向を検出し、エッジ方向に沿
って当該エッジ部分を平滑化し、この平滑化処理を行っ
た後に3次たたみ込み内挿法による画素補間処理を行い
拡大画像の最終データを得る。
領域の画素ブロックの輪郭要素の凹凸を平滑化により若
干ぼかして目立たなくするために行うものである。S3
0の平滑化処理でぼかされる範囲は中間画像におけるエ
ッジ部分の凹凸であるところ、この凹凸のピッチは画素
ブロックの構成画素数と等しい画素数からなる正方形の
ドットマトリックスの1辺の画素数より小さい。したが
って、図11に示す比較例の画像に対してエッジ部分の
平滑化処理をする場合に比べ、本実施例で得られる最終
画像はぼけが小さいものとなる。例えばS20で4倍の
拡大を行い、S30で2.5倍の拡大により10倍の最
終拡大画像のデータを得ることができる。
補間装置を備える画像処理システムは、入力画像を構成
する画素から構成される非方陣の画素ブロックを配列す
ることにより画素補間された出力画像を得るため、出力
画像は、観者に再現性が高いものと認識されることとな
る。すなわち、ジャギーがなく、ぼけの小さい出力が象
を得ることができる。また、画素ブロックの輪郭に小さ
な凹凸を内包する大きな凹凸を内包しているため、観者
が出力画像に近づけば近づくほど、遠くからは認識でき
なかった凹凸が観者に認識されるようになることから、
出力画像は真実味のあるものとなる。尚、本実施例にお
いては画素補間処理を2段階としているが、後段の画素
補間処理は必ずしも必要ではない。
画素の配列を示す模式図であって、(A)は元画像を示
し、(B)は補間処理後の画像を示す。
像処理システムを示すブロック図である。
像処理システムを示すブロック図である。
像処理システムで実行する画素補間プログラムのフロー
チャートである。
像処理システムで実行する画素補間プログラムの前段の
補間処理を示すフローチャートである。
画素の配列を示す模式図である。
画素の配列を示す模式図である。
画素の配列を示す模式図である。
画素の配列を示す模式図である。
る画素の配列を示す模式図である。
配列を示す模式図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 ディジタル画像を表現する画像データを
入力する入力手段と、 前記ディジタル画像の注目画素と等しい色情報をもち前
記注目画素以外の画素の色情報を用いずに生成される非
方陣かつ既定配列の複数の画素からなる画素ブロックを
隙間なく配列した拡大ディジタル画像を表現する拡大画
像データを出力する出力手段と、 を備えることを特徴とする画素補間装置。 - 【請求項2】 前記画素ブロックの輪郭線は微視的な凹
凸を内包する巨視的な凹凸をもつことを特徴とする請求
項1記載の画素補間装置。 - 【請求項3】 前記画素ブロックは点対称の形状である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の画素補間装置。 - 【請求項4】 前記拡大ディジタル画像に対しエッジ部
分の平滑化処理及び画素補間処理を施す二次出力手段を
さらに備えることを特徴とする請求項1、2又は3記載
の画素補間装置。 - 【請求項5】 ディジタル画像を表現する画像データを
入力する入力段階と、 前記ディジタル画像の注目画素と等しい色情報をもち前
記注目画素以外の画素の色情報を用いずに生成される非
方陣かつ既定配列の複数の画素からなる画素ブロックを
隙間なく配列した拡大ディジタル画像を表現する拡大画
像データを出力する出力段階と、 を含むことを特徴とする画素補間方法。 - 【請求項6】 前記画素ブロックの輪郭線は微視的な凹
凸を内包する巨視的な凹凸をもつことを特徴とする請求
項5記載の画素補間方法。 - 【請求項7】 前記画素ブロックは点対称の形状である
ことを特徴とする請求項5又は6記載の画素補間方法。 - 【請求項8】 前記拡大ディジタル画像に対しエッジ部
分の平滑化処理及び画素補間処理を施す二次出力段階を
さらに備えることを特徴とする請求項5、6又は7記載
の画素補間方法。 - 【請求項9】 ディジタル画像を表現する画像データを
入力させる入力手順と、 前記ディジタル画像の注目画素と等しい色情報をもち前
記注目画素以外の画素の色情報を用いずに生成される非
方陣かつ既定配列の複数の画素からなる画素ブロックを
隙間なく配列した拡大ディジタル画像を表現する拡大画
像データを出力させる出力手順と、 をコンピュータに実行させるための画素補間プログラム
を記録した記録媒体。 - 【請求項10】 前記画素ブロックの輪郭線は微視的な
凹凸を内包する巨視的な凹凸をもつことを特徴とする請
求項9記載の画素補間プログラムを記録した記録媒体。 - 【請求項11】 前記画素ブロックは点対称の形状であ
ることを特徴とする請求項9又は10記載の画素補間プ
ログラムを記録した記録媒体。 - 【請求項12】 前記拡大ディジタル画像に対しエッジ
部分の平滑化処理及び画素補間処理を施す手順をさらに
含むことを特徴とする請求項9、10又は11記載の画
素補間プログラムを記録した記録媒体。
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