JP3644874B2 - 画像補間装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を補間する画像補間装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、インターレース画像をプログレッシブ画像に変換する場合、画像を拡大する場合、画像の解像度を高める場合などには、画像を補間する必要がある。このような画像の補間方法としては、ライン数を増やす場合を例に挙げると、補間すべきラインとして原画像の上または下のラインをそのまま用いる方法や、原画像の上下のラインの平均値を用いる方法が、従来から一般的によく知られている。
【0003】
ところが、前者の方法では斜線等のような垂直方向に相関のない画像については、画像の輪郭線にガタツキが生じ、一方、後者の方法では、画像にボケが生じるといった画像の劣化を伴う。この問題を解決する方法として、補間画素(補間すべき画素)を挟んで対向する複数組の2つの隣接原画素(尚、本明細書において、隣接原画素とは「原画像の画素のうち、補間画素があるラインに隣接するライン上にある画素」を意味するものとする)のうち、相関が最も強い組の2つの隣接原画素を用いて補間画素を補間するものが提案されている。
【0004】
この方法について図11を用いて具体的に説明する。同図において、n、n+1は原画像のライン、iは補間ラインである。補間画素Xを中心とした3つの対角線方向H1、H2、H3のうち、どの方向に最も強い相関があるかを知るために、各対角線方向H1、H2、H3に存在する2つの隣接原画素の差分絶対値を求める。すなわち、|A(0)−B(0)|、|A(1)−B(−1)|、|A(−1)−B(1)|を求める。そして、差分絶対値が最小となる対角線方向に最も強い相関があると判断して、その方向にある2つの隣接原画素の平均値を求め、この平均値を補間画素Xの値とする。例えば、3つの対角線方向H1、H2、H3のうち、対角線方向H3に最も強い相関があるとすると、(A(−1)+B(1))/2が補間画素Xの値となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図12の(イ)に示すように周りの輝度よりも高い1画素からなる細線E1が垂直方向にある画像では、その細線E1の部分R1の拡大図は図12の(ロ)に示すようになり、また、図13の(イ)に示すように、周りの輝度よりも低い1画素からなる細線E2が斜め方向にある画像では、その細線E2の部分R2の拡大図は図13の(ロ)に示すようになり、3つの対角線方向H1、H2、H3で相関が等しくなり、どの方向で補間を行えばよいか判断できないので、3つの対角線方向H1、H2、H3に優先順位をつけておき、優先順位が最も高い方向で補間を行うようになっている。
【0006】
尚、本明細書において、ある方向で補間するとは「その方向に補間画素を挟んで対向する2つの隣接原画素を用いて補間画素を補間する」ことを意味するものとする。
【0007】
このため、例えば、対角線方向H1の優先順位を高くしている場合は、図12の(ロ)の場合は、正しく補間することができるが、図13の(ロ)の場合は、本来はそれぞれ対角線方向H3に補間しなければならないところを、対角線方向H1に補間することになり、正しく補間することができない。
【0008】
すなわち、上記補間方法では、相関は強いがエッジ方向ではない方向で補間が行われることによる補間エラーが発生しやすく、補間後の画像の画質、特に細線部分の画質の劣化が際だってしまい、補間後の画像として高精細なものを得ることができないという問題があった。尚、この例では、3つの対角線方向の中から補間方向を決めているが、より多くの対角線方向から補間方向を決める場合には、上記補間エラーが多発し、この問題は一層深刻なものとなる。
【0009】
そこで、本発明は、補間後の画像として高精細なものを得ることができる画像補間装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の第1の画像補間装置は、
補間すべき画素である補間画素を挟んで対向する複数組の2つの入力画素の差分絶対値を算出する差分絶対値算出手段と、
該差分絶対値算出手段で算出された差分絶対値が最小となる組の2つの入力画素が補間画素を挟む方向を検出するエッジ候補検出手段と、
該エッジ候補検出手段で検出された方向に対応する入力画素を用いて所定の演算を行う演算手段と、
該演算手段での演算結果が所定の条件を満足するか否かを判定する判定手段と、
前記エッジ候補検出手段で検出された方向に対応する入力画素を用いた前記所定の演算結果が前記所定の条件を満足する場合、前記エッジ候補検出手段で検出された方向に補間画素を挟んで対向する2つの入力画素の平均値を算出する平均値算出手段と、
該平均値算出手段で算出された平均値を前記補間画素の値とすることによって前記補間画素を補間する補間手段と、
を有する構成となっている。
【0011】
また、本発明の第2の画像補間装置は、
補間すべき画素である補間画素を挟んで対向する複数組の2つの入力画素の差分絶対値を算出する差分絶対値算出手段と、
2つの入力画素が補間画素を挟んで対向する方向に関して、対応する入力画素を用いた所定の演算を行う演算手段と、
該演算手段での演算結果が所定の条件を満足するか否かを判定する判定手段と、
補間画素が2つの入力画素で挟まれる複数の方向のうち、対応する入力画素を用いた前記所定の演算結果が前記所定の条件を満足し、且つ、その方向に補間画素を挟んで対向する2つの入力画素の差分絶対値が最小となる方向を検出するエッジ検出手段と、
該エッジ検出手段で検出された方向に補間画素を挟んで対向する2つの入力画素の平均値を算出する平均値算出手段と、
該平均値算出手段で算出された平均値を補間画素の値とすることによって補間画素を補間する補間手段と、
を有する構成となっている。
【0012】
また、本発明の第3、第4の画像補間装置は、それぞれ本発明の上記第1、第2の画像補間装置において、前記演算手段では、着目する方向に補間画素を挟んで対向する2つの入力画素のそれぞれに関して、補間画素があるラインに隣接するライン上で同一方向に隣接する入力画素との差分を求めるようになっており、前記判定手段では、前記演算手段で求められた2つの差分の符号が等しいことを前記所定の条件としている。
【0013】
また、本発明の第5、第6の画像補間装置は、それぞれ本発明の上記第1、第2の画像補間装置において、前記演算手段では、着目する方向に補間画素を挟んで対向する2つの入力画素のそれぞれに関して、他方の入力画素があるライン上で補間画素があるラインを挟んで対向する入力画素との差分を求めるようになっており、前記判定手段では、前記演算手段で求められた2つの差分の符号が異なることを前記所定の条件としている。
【0014】
また、本発明の第7、第8の画像補間装置は、それぞれ本発明の上記第1、第2の画像補間装置において、前記演算手段では、着目する方向に補間画素を挟んで対向する2つの入力画素の平均値を求め、前記判定手段では、前記演算手段で求められた平均値と、補間画素があるラインと垂直な方向に補間画素を挟んで対向する2つの入力画素の少なくとも一方の値とがほぼ等しいことを前記所定の条件としている。
【0015】
また、本発明の第9、第10の画像補間装置は、それぞれ本発明の上記第1、第2の画像補間装置において、前記演算手段では、補間画素があるラインと垂直な方向に補間画素を挟んで対向する2つの入力画素の差分絶対値を求めるようになっており、前記判定手段では、前記演算手段で求められた差分絶対値が閾値以上であることを前記所定の条件としている。
【0016】
以上の構成により、本発明の第1、第3、第5、第7、第9の各画像補間装置では、最も相関が強い(2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる)対角線方向がエッジ方向であるか否かが判定され、エッジ方向であると判定されてはじめて、その方向で補間が行われる。
【0017】
また、本発明の第2、第4、第6、第8、第10の各画像補間装置では、エッジ方向であると判定された対角線方向のうち、最も相関が強い(2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる)方向で補間が行われる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本発明の第1実施形態である画像補間装置のブロック図を図1に示す。同図において、端子INから入力されたインターレース画像の画像データは原画素用メモリ1に蓄積される。対角画素比較部2は補間画素を挟んで3つの対角線方向にそれぞれ対向する2つの隣接原画素の差分絶対値を求める。エッジ検出部3は対角画素比較部2で求められた差分絶対値に基づいて3つの対角線方向のうち、最も相関が強い方向を検出する。具体的には、2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる方向を最も相関が強い方向とする。
【0019】
エッジ検証部4はエッジ検出部3で検出された対角線方向に対応する入力画素を用いた所定の演算を行い、その演算結果が所定の条件を満足しているか否かを判定し、その判定結果に基づいて補間方向を決定する。補間データ生成部5はエッジ検証部4で決定された補間方向にある2つの隣接原画素の平均値を求める。補間データ生成部5で求められた平均値は補間画素用メモリ6に蓄積される。
【0020】
原画素用メモリ1に蓄積された1ライン分の画像データと補間画素用メモリに蓄積された1ライン分の画像データとが交互に出力されるように、原画素メモリ1に蓄積された画像データと補間画素用メモリ6に蓄積された画像データがセレクタ7により択一的に選択されて端子OUTから出力される。これにより、入力されたインターレース画像がプログレッシブ画像に変換されて出力されることになる。
【0021】
本第1実施形態である画像補間装置にて補間が行われる流れを図2に示すフローチャートを用いて説明する。図11に示す補間画素Xを中心とする対角線方向H1、H2、H3の順に以下の処理を行う。まず、対角画素比較部2は、2つの隣接原画素の差分絶対値を求める(#101)。
【0022】
ここで、対角画素比較部2の内部構成を図3に示す。201、202、203、204、205、206、207、及び、208は入力されたデータを1画素分遅延させて出力するD遅延器、209、210、及び、211は2つの入力を加算して出力する加算器、212、213、及び、214は2つの入力の一方から他方を減じて出力する減算器、215、216、217、218、219、220、221、222、223、及び、224は2つの入力の一方から他方を減じたときの符号を1ビットで出力する減算符号算出器、225、226、及び、227は入力のビット数を所定のビット数に圧縮して出力する量子化器、228、229、及び、230は入力の絶対値を出力する絶対値回路である。
【0023】
D遅延器201には当該画像補間装置に入力される画像データがそのまま入力される。D遅延器201の出力PiはD遅延器202に入力される。D遅延器202の出力PhはD遅延器203に入力される。D遅延器203の出力PgはD遅延器204に入力される。
【0024】
D遅延器205には当該画像補間装置に入力された画像データが原画像用メモリ1により1ライン分遅延させられて入力される。D遅延器205の出力PdはD遅延器206に入力される。D遅延器206の出力PcはD遅延器207に入力される。D遅延器207の出力PbはD遅延器208に入力される。
【0025】
加算器209にはD遅延器201の出力PiとD遅延器207の出力Pbとが入力されており、加算器209の出力A1はA1=Pb+Piとなる。加算器210にはD遅延器202の出力PhとD遅延器206の出力Pcとが入力されており、加算器210の出力A2はA2=Pc+Phとなる。加算器211にはD遅延器203の出力PgとD遅延器205の出力Pdとが入力されており、加算器211の出力A3はA3=Pd+Pgとなる。
【0026】
減算器212にはD遅延器201の出力PiとD遅延器207の出力Pbとが入力されており、減算器212の出力S1はS1=Pi−Pbとなる。減算器213にはD遅延器202の出力PhとD遅延器206の出力Pcとが入力されており、減算器213の出力S2はS2=Ph−Pcとなる。減算器214にはD遅延器203の出力PgとD遅延器205の出力Pdとが入力されており、減算器214の出力S3はS3=Pg−Pdとなる。
【0027】
減算符号算出器215にはD遅延器201の入力PjとD遅延器201の出力Piとが入力されており、減算符号算出器215の出力ビットD1はPj−Piの符号を表すことになる。減算符号算出器216にはD遅延器201の出力PiとD遅延器202の出力Phとが入力されており、減算符号算出器216の出力ビットD2はPi−Phの符号を表すことになる。
【0028】
減算符号算出器217にはD遅延器202の出力PhとD遅延器203の出力Pgとが入力されており、減算符号算出器217の出力ビットD3はPh−Pgの符号を表すことになる。減算符号算出器218にはD遅延器203の出力PgとD遅延器204の出力Pfとが入力されており、減算符号算出器218の出力ビットD4はPg−Pfの符号を表すことになる。
【0029】
減算符号算出器219にはD遅延器205の入力PeとD遅延器205の出力Pdとが入力されており、減算符号算出器219の出力ビットD5はPe−Pdの符号を表すことになる。減算符号算出器220にはD遅延器205の出力PdとD遅延器206の出力Pcとが入力されており、減算符号算出器220の出力ビットD6はPd−Pcの符号を表すことになる。
【0030】
減算符号算出器221にはD遅延器206の出力PcとD遅延器207の出力Pbとが入力されており、減算符号算出器221の出力ビットD7はPc−Pbの符号を表すことになる。減算符号算出器222にはD遅延器207の出力PbとD遅延器208の出力Paとが入力されており、減算符号算出器222の出力ビットD8はPb−Paの符号を表すことになる。
【0031】
減算符号算出器223にはD遅延器201の出力PiとD遅延器205の出力Pdとが入力されており、減算符号算出器223の出力ビットD9はPi−Pdの符号を表すことになる。減算符号算出器224にはD遅延器203の出力PgとD遅延器207の出力Pbとが入力されており、減算符号算出器224の出力ビットD10はPg−Pbの符号を表すことになる。
【0032】
量子化器225、226、227にはそれぞれ減算器212、213、214の出力S1、S2、S3が入力されている。量子化器225、226、227の出力はそれぞれ絶対値回路228、229、230に入力されている。絶対値回路228、229、230のそれぞれの出力T1、T2、T3はエッジ検出回路3に入力される。
【0033】
次に、エッジ検出部3が以下の処理を行う。#101で求めた差分絶対値が閾値以下であるか否かを判定する(#102)。閾値以下であれば(#102のY)、#101で求めた差分絶対値が最小値として記憶している値よりも小さいか否かを判定する(#103)。一方、閾値以下でなければ(#102のN)、次の対角線方向で処理を進めるべく#101へ戻る。尚、#102での処理についてはなくても構わない。
【0034】
#103での判定の結果が肯定であれば(#103のY)、今まで記憶していた対角線方向に替えて今着目している対角線方向をエッジ候補として記憶する(#104)とともに、今まで記憶していた値に替えて#101で求めた差分絶対値を最小値として記憶する(#105)。#105の後は、次の対角線方向で処理を進めるべく、#101へ戻る。一方、#103での判定の結果が否定であれば(#103のN)、#104及び#105をスキップして、次の対角線方向で処理を進めるべく#101へ戻る。
【0035】
尚、次の補間画素に対して以上の処理を行う前には、エッジ検出部3にて最小値として記憶されている値はクリアされ、また、エッジ候補として記憶されている対角線方向は縦方向(対角線方向H1)に初期化されるものとする(#100)。また、ここまでの処理については、この例では、対角線方向H1、H2、H3の順に進めるようになっているが、3つの対角線方向H1、H2、H3で並列に進めるようにしてもよい。
【0036】
また、この例では、次の補間画素に対して以上の処理を行う前には、エッジ検出部3がエッジ候補として記憶している対角線方向は対角線方向H1に初期化されるものとしたが、縦方向のエッジが多い場合には対角線方向H1に初期化され、右肩上がりの斜め方向のエッジが多い場合には対角線方向H2に初期化され、左肩上がりの斜め方向のエッジが多い場合には対角線方向H3に初期化されるというように、取り扱う画像の性質に応じて初期化する対角線方向を決定すればよい。
【0037】
さて、ある補間画素に対して以上の#101〜#105の処理を終えた時点では、エッジ検出部3には、その補間画素に関して2つの隣接画素の差分絶対値が最小となる対角線方向、すなわち、相関が最も強い対角線方向がエッジ候補として記憶されていることになる。
【0038】
尚、エッジ検出部3の上記処理を3つの対角線方向H1、H2、H3で並列に行うための具体的な動作について説明しておく。エッジ検出部3には、図4に示すように、図3に示した対角画素比較部2の絶対値回路228、229、230の出力T1、T2、T3が入力されている。そして、エッジ検出回路3は、3つの入力T1、T2、T3のうちの最小のものを求め、入力T1が最小であれば、出力の3ビットU1、U2、U3をそれぞれ1、0、0とし、入力T2が最小であれば、出力の3ビットU1、U2、U3をそれぞれ0、1、0とし、入力T3が最小であれば、出力の3ビットU1、U2、U3をそれぞれ0、0、1とする。尚、最小となる入力が複数存在する場合には、最小となっている入力に対応する全ての出力ビットを1とする。また、入力の最小値が閾値以下である場合にのみ、最小となっている入力に対応する出力ビットを1とするようにしてもよい。
【0039】
次に、1つの補間画素に対して以上の#101〜#105の処理を終えると、エッジ検証部4が以下の処理を行う。エッジ検出部3にてエッジ候補として記憶されている対角線方向に対応する入力画素を用いた所定の演算を行い、その演算結果がエッジ条件を満足するか否かを判定することにより、エッジ検出部3にてエッジ候補として記憶されている対角線方向がエッジ方向であるか否かを判定する(#106)。
【0040】
#106での判定結果が肯定であれば(#106のY)、そのまま#108へ移行するが、一方、#106での判定結果が否定であれば(#106のN)、エッジ候補として縦方向(対角線方向H1)を記憶する(#107)。
【0041】
尚、エッジ検証部4の上記処理を実現する具体的な動作について説明しておく。エッジ検証部4には、図4に示すように、図3に示した対角画素比較部2の減算符号算出器215、216、217、218、219、220、221、222、223、224のそれぞれの出力D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D遅延器202、206のそれぞれの出力Pc、Ph、絶対値回路229の出力T2、エッジ検出部3の出力ビットU1、U2、U3、並びに、補間データ生成部5の後出する1/2係数器501、502、503のそれぞれの出力B1、B2、B3が入力されている。
【0042】
そして、エッジ検証部4は、エッジ検出部3から出力される3ビットU1、U2、U3のどのビットが1となっているかによってエッジ候補の方向を認識するとともに、図2に示した対角画素比較部2の減算符号算出器215、216、217、218、219、220、221、222、223、224のそれぞれの出力D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D遅延器202、206のそれぞれの出力Pc、Ph、絶対値回路229の出力T2、並びに、補間データ生成部5の後出する1/2係数器501、502、503のそれぞれの出力B1、B2、B3に基づいて、エッジ候補の方向が後述するエッジ条件を満足するか否かを判定し、この判定結果に応じて補間データ生成部5の後出する係数器504、505、506のそれぞれの係数α1、α2、α3を設定する。
【0043】
具体的には、例えば、エッジ検出部3の出力ビットU1、U2、U3がそれぞれ1、0、0であるとともに、エッジ条件を満足する場合には、係数器504、505、506の係数α1、α2、α3をそれぞれ1、0、0に設定する。また、エッジ検出部3の出力ビットU1、U2、U3の複数が1になっている場合、及び、エッジ条件が満足されていない場合には、本実施形態では、係数器504、505、506の係数α1、α2、α3をそれぞれ0、1、0に設定する。
【0044】
そして、補間データ生成部5は、エッジ検証部4にてエッジ候補として記憶されている方向にある2つの隣接原画素の平均値を算出し(#108)、算出された平均値を補間画素の値として補間用メモリ6に記憶する(#109)。以上の#101〜#109までの処理を各補間画素毎に行う。
【0045】
尚、補間データ生成部5の上記処理を実現する具体的な構成を図4に示しておく。501、502、及び、503は入力を1/2倍して出力する1/2係数器、504、505、及び、506はそれぞれエッジ判定部4によって設定される係数α1、α2、α3を入力に乗じて出力する係数器、507は3つの入力を加算して出力する加算器である。
【0046】
1/2係数器501、502、503にはそれぞれ図3に示した対角画素比較部2の加算器209、210、211のそれぞれの出力A1、A2、A3が入力されている。1/2係数器501、502、503のそれぞれの出力B1(=A1/2)、B2(=A2/2)、B3(=A3/2)は係数器504、505、506に入力されるとともに、エッジ判定部4にも入力されている。係数器504、505、506のそれぞれの出力C1(=α1×B1)、C2(=α2×B2)、C3(=α3×B3)は加算器507に入力されている。加算器507の出力O(=C1+C2+C3)は補間画素用メモリ6に蓄積される。
【0047】
ここで、#106でのエッジ条件について説明する。図5に示すように、対角線方向H3に最も強い相関がある場合を例にとって説明する。対角線方向H3の2つの隣接原画素A(−1)、B(1)と、隣接原画素A(−1)、B(1)のそれぞれ左方向に隣接する隣接原画素A(−2)、B(0)との差分A(−1)−A(−2)、B(1)−B(0)の符号(+、−、または、0)をそれぞれa、cとし、また、対角線方向H3の2つの隣接原画素A(−1)、B(1)と、隣接原画素A(−1)、B(1)のそれぞれ右方向に隣接する原画素A(0)、B(2)との差分A(−1)−A(0)、B(1)−B(2)の符号をそれぞれb、dとすると、a=cまたはb=dであることをエッジ条件(以下、このエッジ条件を「第1のエッジ条件」と言う)としている。尚、a=c且つb=dをエッジ条件とするようにしてもよい。
【0048】
本発明の第2実施形態である画像補間装置では、上記第1実施形態である画像補間装置と同じ構成であり、図2のフローチャートで示される流れで補間が行われるが、#106でのエッジ条件が以下のようになっている。図6に示すように、対角線方向H3に最も強い相関がある場合を例にとって説明する。対角線方向H3の2つの隣接原画素A(−1)、B(1)と、隣接原画素A(−1)、B(1)のそれぞれが補間画素Xがあるラインiを挟んで対向する隣接原画素B(−1)、A(1)との差分A(−1)−B(−1)、B(1)−A(1)の符号(+、−、または、0)をそれぞれe、fとすると、e≠fであることをエッジ条件(以下、このエッジ条件を「第2のエッジ条件」と言う)としている。
【0049】
本発明の第3実施形態である画像補間装置では、上記第1実施形態である画像補間装置と同じ構成であり、図2のフローチャートで示される流れで補間が行われるが、#106でのエッジ条件が以下のようになっている。図7に示すように、対角線方向H3に最も強い相関がある場合を例にとって説明する。対角線方向H3の2つの隣接原画素A(−1)、B(1)の平均値を補間画素Xの値とした場合に、補間画素Xを垂直方向に挟んで対向する2つの隣接原画素A(0)、B(0)に対して、X≒A(0)またはX≒B(0)であることをエッジ条件(以下、このエッジ条件を「第3のエッジ条件」と言う)としている。
【0050】
本発明の第4実施形態である画像補間装置では、上記第1実施形態である画像補間装置と同じ構成であり、図2のフローチャートで示される流れで補間が行われるが、#106でのエッジ条件が以下のようになっている。図8に示すように、どの対角線方向に相関が強いかに関係なく、補間画素Xを挟んで垂直方向に対向する2つの隣接原画素A(0)とB(0)との差分絶対値|A(0)−B(0)|が閾値以上であることをエッジ条件(以下、このエッジ条件を「第4のエッジ条件」と言う)としている。
【0051】
上記第1、第2、第3、第4実施形態の各画像補間装置では、以上のような処理が行われるので、最も相関が強い(2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる)対角線方向がエッジ方向であるか否かが判定され、エッジ方向であると判定されてはじめて、その方向で補間が行われるので、相関は強いがエッジ方向ではない方向で補間が行われることによる補間エラーが低減し、補間後の画像の画質、特に細線部分の画質が向上する。
【0052】
また、上記第1、第2、第3、第4の4つのエッジ条件を複数組み合わせたものを1つのエッジ条件とし、このエッジ条件を差分絶対値が最小となる対角線方向が満足するか否かを判定するようにしてもよい。このようにすれば、相関は強いがエッジ方向ではない方向で補間が行われることによる補間エラーが一層低減し、補間後の画像の画質、特に細線部分の画質が一層向上する。
【0053】
本発明の第5実施形態である画像補間装置のブロック図を図9に示す。同図において、エッジ検出・検証部8は、対角画素比較部2で求められた差分絶対値に基づいて、所定の対角線方向に対応する入力画素を用いた所定の演算を行い、その演算結果が所定の条件を満足するか否かを判定することによって、3つの対角線方向のうち、エッジ方向であると判定され、且つ、差分絶対値が最小となる方向を検出する。尚、上記第1実施形態の画像補間装置のブロック図である図1と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【0054】
本第5実施形態である画像補間装置にて補間が行われる流れを図10に示すフローチャートを用いて説明する。図11に示すように、補間画素Xを中心とする対角線方向H1、H2、H3の順に以下の処理を行う。まず、対角画素比較部2は、2つの隣接原画素の差分絶対値を求める(#201)。
【0055】
次に、エッジ検出・検証部8が以下の処理を行う。#201で求めた差分絶対値が閾値以下であるか否かを判定する(#202)。閾値以下であれば(#202のY)、#201で求めた差分絶対値が最小値として記憶している値よりも小さいか否かを判定する(#203)。一方、閾値以下でなければ(#202のN)、次の対角線方向で処理を進めるべく#201へ戻る。尚、#202の処理についてはなくても構わない。
【0056】
#203での判定の結果が肯定であれば(#203のY)、今着目している対角線方向に対応する入力画素を用いた所定の演算を行い、その演算結果がエッジ条件を満足するか否かを判定することにより、今着目している対角線方向がエッジ方向であるか否かを判定する(#204)。一方、#203での判定結果が否定であれば(#203のN)、次に対角線方向で処理を進めるべく#201へ戻る。尚、#204でのエッジ条件としては、第1のエッジ条件を採用している。
【0057】
#204での判定結果が肯定であれば(#204のY)、今まで記憶していた対角線方向に替えて今着目している対角線方向をエッジ候補として記憶する(#205)とともに、今まで記憶していた値に替えて#201で求めた差分絶対値を最小値として記憶する(#206)。#206の後は、次の対角線方向で処理を進めるべく#201へ戻る。
【0058】
尚、次の補間画素に対して以上の処理を行う前には、エッジ検出・検証部8にて最小値として記憶されている値はクリアされ、また、エッジ候補として記憶されている対角線方向は縦方向(対角線方向H1)に初期化されるものとする(#200)。また、ここまでの処理を、この例では、対角線方向H1、H2、H3の順に進めるようになっているが、3つの対角線方向H1、H2、H3で並列に進めるようにしてもよい。
【0059】
また、この例では、次の補間画素に対して以上の処理を行う前には、エッジ検出・検証部8がエッジ候補として記憶している対角線方向は対角線方向H1に初期化されるものとしたが、縦方向のエッジが多い場合には対角線方向H1に初期化され、右肩上がりの斜め方向のエッジが多い場合には対角線方向H2に初期化され、左肩上がりの斜め方向のエッジが多い場合には対角線方向H3に初期化されるというように、取り扱う画像の性質に応じて初期化する対角線方向を決定すればよい。
【0060】
さて、ある補間画素に対して以上の#201〜#206の処理を終えた時点では、エッジ検出・検証部8には、その補間画素に関してエッジ方向であると判定される対角線方向のうち、2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる方向がエッジ候補として記憶されていることになる。
【0061】
そして、1つの補間画素に対して以上の#201〜#206の処理を終えると、補間データ生成部5が、エッジ検出・検証部8にてエッジ候補として記憶されている対角線方向にある2つの隣接原画素の平均値を算出し(#207)、算出した平均値を補間画素の値として補間用メモリ6に記憶する(#208)。尚、エッジ方向であると判定される対角線方向がない場合は、この例では、対角線方向H1に補間を行うことになる。以上の#201〜#208までの処理を各補間画素毎に行う。
【0062】
本発明の第6実施形態である画像補間装置では、上記第5実施形態である画像補間装置と同じ構成であり、図10のフローチャートで示される流れで補間が行われるが、#204でのエッジ条件として、第2のエッジ条件を採用している。
【0063】
本発明の第7実施形態である画像補間装置では、上記第5実施形態である画像補間装置と同じ構成であり、図10のフローチャートで示される流れで補間が行われるが、#204でのエッジ条件として、第3のエッジ条件を採用している。
【0064】
本発明の第8実施形態である画像補間装置では、上記第5実施形態である画像補間装置と同じ構成であり、図10のフローチャートで示される流れで補間が行われるが、#204でのエッジ条件として、第4のエッジ条件を採用している。
【0065】
上記第5、第6、第7、第8実施形態の各画像補間装置では、以上のような処理が行われるので、エッジ方向であると判定された対角線方向のうち、最も相関が強い(2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる)方向で補間が行われるので、相関は強いがエッジ方向ではない方向で補間が行われることによる補間エラーが低減し、補間後の画像の画質、特に細線部分の画質が向上する。
【0066】
また、第1、第2、第3、第4の4つのエッジ条件を複数組み合わせたものを1つのエッジ条件とし、このエッジ条件を満足する対角線方向のうち、2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる方向で補間画素を補間するようにしてもよい。このようにすれば、相関は強いがエッジ方向ではない方向で補間が行われることによる補間エラーが一層低減し、補間後の画像の画質、特に細線部分の画質が一層向上する。
【0067】
尚、上記各実施形態の画像補間装置では、補間画素の補間方向を決定するにあたって、輝度データを用いるようにしてもよいし、原色データや色差データを用いることも可能である。その他には、簡易的な手法として、視感度の最も強いグリーンの絵素の値のみを用いるようにしてもよい。
【0068】
また、上記各実施形態の画像補間装置は、インターレース画像をプログレッシブ画像に変換するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、画像を拡大する場合や、解像度を増やす変換を行う場合などにも適用可能である。
【0069】
また、上記各実施形態の画像補間装置はライン数を増やすものであるが、ライン上の画素数を増やす場合には、90゜方向を変えて同じ処理を行うようにすればよい。
【0070】
また、上記各実施形態の画像補間装置では、3つの対角線方向の中から補間方向を決定しているが、3つ以上の対角線方向の中から補間方向を決定するようにしてもよい。そして、補間方向となり得る対角線方向が多いほど、本発明によりもたらされる効果は顕著なものとなる。
【0071】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像補間装置によれば、最も相関が強い(2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる)対角線方向がエッジ方向であるか否かが判定され、エッジ方向であると判定されてはじめて、その方向で補間画素が補間されるので、相関は強いがエッジ方向ではない方向で補間が行われることによる補間エラーが低減し、これにより、補間後の画像の画質、特に細線部分の画質が向上し、高精細な画像を得ることができる。
【0072】
また、本発明の画像補間装置によれば、エッジ方向であると判定される対角線方向のうち、最も相関が強い(2つの隣接原画素の差分絶対値が最小となる)方向で補間が行われるので、相関は強いがエッジ方向ではない方向で補間が行われることによる補間エラーが低減し、これにより、補間後の画像の画質、特に細線部分の画質が向上し、高精細な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1、第2、第3、及び、第4実施形態である画像補間装置のブロック図である。
【図2】 本発明の第1、第2、第3、及び、第4実施形態である画像補間装置において、補間が行われる流れを示すフローチャートである。
【図3】 対角画素比較部の構成を示す図である。
【図4】 エッジ検出部、エッジ検証部、及び、補間データ生成部の具体的な動作を説明するための図である。
【図5】 本発明の第1及び第5実施形態である画像補間装置におけるエッジ条件を説明するための図である。
【図6】 本発明の第2及び第6実施形態である画像補間装置におけるエッジ条件を説明するための図である。
【図7】 本発明の第3及び第7実施形態である画像補間装置におけるエッジ条件を説明するための図である。
【図8】 本発明の第4及び第8実施形態である画像補間装置におけるエッジ条件を説明するための図である。
【図9】 本発明の第5、第6、第7、及び、第8実施形態である画像補間装置のブロック図である。
【図10】 本発明の第5、第6、第7、及び、第8実施形態である画像補間装置において、補間が行われる流れを示すフローチャートである。
【図11】 従来例の画像補間方法を説明するための図である。
【図12】 従来例の画像補間方法における問題点を説明するための図である。
【図13】 従来例の画像補間方法における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
1 原画素用メモリ
2 対角画素比較部
3 エッジ検出部
4 エッジ検証部
5 補間データ生成部
6 補間画素用メモリ
7 セレクタ
8 エッジ検出・検証部
201、202、203、204 D遅延器
205、206、207、208 D遅延器
209、210、211 加算器
212、213、214 減算器
215、216、217、218、219 減算符号算出器
220、221、222、223、224 減算符号算出器
225、226、227 量子化器
228、229、230 絶対値回路
501、502、503 1/2係数器
504、505、506 係数器
507 加算器
Claims (4)
- 補間すべき画素である補間画素を対向して挟む複数組の2つの入力画素の差分絶対値を算出する差分絶対値算出手段と、
該差分絶対値算出手段で算出された差分絶対値の中で、最小の差分絶対値を算出した組の2つの入力画素により補間画素が挟まれる方向を検出するエッジ候補検出手段と、
該エッジ候補検出手段で検出された方向に存在する入力画素を用いて所定の演算を行う演算手段と、
該演算手段での演算結果が所定の条件を満足するか否かを判定する判定手段と、
前記演算手段での演算結果が前記所定の条件を満たす場合、前記エッジ候補検出手段で検出された方向において補間画素を対向して挟む2つの入力画素の平均値を算出する平均値算出手段と、
該平均値算出手段で算出された平均値を前記補間画素の値とすることによって前記補間画素を補間する補間手段とを備え、
前記演算手段では、着目する方向に補間画素を対向して挟む2つの入力画素のそれぞれに関して、補間画素があるラインに隣接するライン上で同一方向に隣接する入力画素との差分を求めるようになっており、
前記判定手段では、前記演算手段で求められた2つの差分の符号が等しいことを前記所定の条件としていることを特徴とする画像補間装置。 - 補間すべき画素である補間画素を対向して挟む複数組の2つの入力画素の差分絶対値を算出する差分絶対値算出手段と、
2つの入力画素が補間画素を対向して挟む方向に存在する入力画素を用いて所定の演算を行う演算手段と、
該演算手段での演算結果が所定の条件を満足するか否かを判定する判定手段と、
2つの入力画素が補間画素を対向して挟む複数の方向のうち、前記演算手段による演算結果が所定の条件を満たす方向であって、且つ、前記差分絶対値算出手段で算出された差分絶対値の中で最小の差分絶対値を算出した2つの入力画素が補間画素を挟む方向を検出するエッジ検出手段と、
該エッジ検出手段で検出された方向において補間画素を対向して挟む2つの入力画素の平均値を算出する平均値算出手段と、
該平均値算出手段で算出された平均値を補間画素の値とすることによって補間画素を補間する補間手段とを備え、
前記演算手段では、着目する方向に補間画素を対向して挟む2つの入力画素のそれぞれに関して、補間画素があるラインに隣接するライン上で同一方向に隣接する入力画素との差分を求めるようになっており、
前記判定手段では、前記演算手段で求められた2つの差分の符号が等しいことを前記所定の条件としていることを特徴とする画像補間装置。 - 補間すべき画素である補間画素を対向して挟む複数組の2つの入力画素の差分絶対値を算出する差分絶対値算出手段と、
該差分絶対値算出手段で算出された差分絶対値の中で、最小の差分絶対値を算出した2つの入力画素により補間画素が挟まれる方向を検出するエッジ候補検出手段と、
該エッジ候補検出手段で検出された方向に存在する入力画素を用いて所定の演算を行う演算手段と、
該演算手段での演算結果が所定の条件を満足するか否かを判定する判定手段と、
前記演算手段での演算結果が前記所定の条件を満たす場合、前記エッジ候補検出手段で検出された方向において補間画素を対向して挟む2つの入力画素の平均値を算出する平均値算出手段と、
該平均値算出手段で算出された平均値を前記補間画素の値とすることによって前記補間 画素を補間する補間手段とを備え、
前記演算手段では、着目する方向に補間画素を対向して挟む2つの入力画素のそれぞれに関して、他方の入力画素があるライン上で補間画素があるラインを対向して挟む入力画素との差分を求めるようになっており、
前記判定手段では、前記演算手段で求められた2つの差分の符号が異なることを前記所定の条件としていることを特徴とする画像補間装置。 - 補間すべき画素である補間画素を対向して挟む複数組の2つの入力画素の差分絶対値を算出する差分絶対値算出手段と、
2つの入力画素が補間画素を対向して挟む方向に存在する入力画素を用いて所定の演算を行う演算手段と、
該演算手段での演算結果が所定の条件を満足するか否かを判定する判定手段と、
2つの入力画素が補間画素を対向して挟む複数の方向のうち、前記演算手段による演算結果が所定の条件を満たす方向であって、且つ、前記差分絶対値算出手段で算出された差分絶対値の中で最小の差分絶対値を算出した2つの入力画素が補間画素を挟む方向を検出するエッジ検出手段と、
該エッジ検出手段で検出された方向において補間画素を対向して挟む2つの入力画素の平均値を算出する平均値算出手段と、
該平均値算出手段で算出された平均値を補間画素の値とすることによって補間画素を補間する補間手段とを備え、
前記演算手段では、着目する方向に補間画素を対向して挟む2つの入力画素のそれぞれに関して、他方の入力画素があるライン上で補間画素があるラインを対向して挟む入力画素との差分を求めるようになっており、
前記判定手段では、前記演算手段で求められた2つの差分の符号が異なることを前記所定の条件としていることを特徴とする画像補間装置。
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