JP3651511B2 - デジタル画像記録装置および方法 - Google Patents
デジタル画像記録装置および方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3651511B2 JP3651511B2 JP06560196A JP6560196A JP3651511B2 JP 3651511 B2 JP3651511 B2 JP 3651511B2 JP 06560196 A JP06560196 A JP 06560196A JP 6560196 A JP6560196 A JP 6560196A JP 3651511 B2 JP3651511 B2 JP 3651511B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- digital image
- image information
- frequency
- information
- digital
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 64
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 80
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 39
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 23
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
- G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
- G06T3/4084—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting in the transform domain, e.g. fast Fourier transform [FFT] domain scaling
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Editing Of Facsimile Originals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル画像記録装置及び方法に関し、詳しくはデジタル画像情報に含まれるそのデジタル画像情報のナイキスト周波数以下の画像情報を、記録媒体上に視覚的に完全に復元するデジタル画像記録装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタル画像をそのままの大きさ、あるいは拡大縮小して記録する、レーザプリンタやサーマルプリンタなどの画像記録装置が知られている。このような画像記録装置において、アナログ信号をサンプリングすることにより得られたデジタル画像情報は、必要に応じて所定の、例えば拡大の際の補間処理などの画像処理を施されてから記録される。
【０００３】
上記画像記録装置による記録は、言い換えればデジタル画像情報をアナログ信号として復元することに他ならないが、一般に、このようなデジタル信号（デジタル情報）の復元に関する定理としては、サンプリング定理が知られている。このサンプリング定理は、デジタル信号がアナログ信号として完全に復元されるための、サンプリング間隔の条件を示すものである。例えば１次元のサンプリング定理では、アナログ信号に対してサンプリング周波数N（サンプリング間隔1/N）でサンプリングを行った場合、そのアナログ信号に含まれる周波数N/2以下の信号成分は完全に復元できることが示されており、この周波数N/2は一般にナイキスト周波数と呼ばれている。また、ナイキスト周波数より高い周波数成分が含まれているデジタル信号を復元しようとすると、高周波側の一部が低周波側に折り返されることによる誤差（エリアシング誤差）が発生し、これにより復元されたアナログ信号の形が大きく歪められてしまうことも知られている。同様に、画像信号についても２次元サンプリング定理により、ナイキスト周波数以下の信号が完全に復元できるということ、あるいはナイキスト周波数より高い周波数成分が含まれていると正確な復元ができないということが広く知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、このサンプリング定理に基づいて画像のサンプリングあるいは記録を行えば、画像記録装置によりナイキスト周波数以下の信号を視覚的に完全に復元することができるかにみえる。しかし、実際には、従来の画像処理装置では、この理論通りナイキスト周波数以下の信号を視覚的に完全に復元することはできなかった。
【０００５】
これは、サンプリング定理はサンプルされた値にsinc関数（(sin x)/x）を畳み込むことによりもとの波形を復元できるとしているため、このサンプリング定理に基づいてデジタル画像情報を記録するということは、記録のレスポンスがsinc関数であるような記録媒体、つまり、ある大きさのデジタル信号を与えればその信号の大きさに上記sinc関数を畳み込んだ値に対応する濃度の画像を再生するような記録媒体を用いなければならないことになるが、sinc関数が負の値となり得るものであるのに対し、記録のレスポンスは負とはなり得ないものであるため、現実にはsinc関数を畳み込むことができないからである。
【０００６】
すなわち、記録媒体上にナイキスト周波数以下の信号を視覚的に完全に復元することは、現実には不可能であるといえる。しかし、上記サンプリング定理は広く知られているものであり、記録装置以外の各種装置がこの定理に基づいて設計されていることから、画像記録装置もまた理論通りナイキスト周波数以下の信号を視覚的に完全に復元できることが、当然の如く期待されている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みて、デジタル画像情報に含まれるそのデジタル画像情報のナイキスト周波数以下の画像情報を、記録媒体上に視覚的に完全に復元するデジタル画像記録装置および方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のデジタル画像記録装置は、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られる第１のデジタル画像情報に、該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめるとともに該第１のデジタル画像情報に含まれる該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減する画像処理を施すことにより第２のデジタル画像情報を得る画像処理手段と、該画像処理手段により得られた第２のデジタル画像情報を前記所定の密度よりも高密度で記録媒体に記録して前記第１のデジタル画像情報とほぼ同じ大きさで該第１のデジタル画像情報よりも高解像度の画像を再生する高密度記録手段とからなることを特徴とするものである。
【０００９】
前記画像処理手段は、前記第１のデジタル画像情報に所定の規則に基づいて所定の値を内挿することにより該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめる画像情報増量手段と、該画像情報増量手段により情報量を増量された前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析する周波数解析手段と、該周波数解析手段により前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値を０に置き換えることにより前記第２のデジタル画像情報を得る高周波成分除去手段と、該高周波成分除去手段により前記周波数空間において得られた前記第２のデジタル画像情報に対し、前記周波数解析手段が行う前記変換処理と逆の処理を施す逆変換手段とからなることが望ましい。
【００１０】
または、前記画像処理手段は、前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析する周波数解析手段と、該周波数解析手段により前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値が０となるように該第１のデジタル画像情報に０を挿入することにより該周波数空間に展開された前記第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめて前記第２のデジタル画像情報を得る画像情報増量手段と、該画像情報増量手段により前記周波数空間において得られた前記第２のデジタル画像情報に対し、前記周波数解析手段が行う前記変換処理と逆の処理を施す逆変換手段とからなるものであってもよい。
【００１１】
または、前記画像処理手段は、前記第１のデジタル画像情報に対し、下記の条件
N/2＜f≦Nの領域の80％以上の領域において、
R(f)≦0.2
（但し、N/2は第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数
fは周波数
R(f)はフィルタ特性）
を満たすフィルタを用いて内挿処理を施して前記第２のデジタル画像情報を得るものであってもよい。
【００１２】
また、本発明のデジタル画像記録方法は、上記デジタル画像記録装置により行われる記録方法であり、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られる第１のデジタル画像情報に、該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめるとともに該第１のデジタル画像情報に含まれる該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減する画像処理を施すことにより第２のデジタル画像情報を得、該第２のデジタル画像情報を前記所定の密度よりも高密度で記録媒体に記録して前記第１のデジタル画像情報とほぼ同じ大きさで該第１のデジタル画像情報よりも高解像度の画像を再生することを特徴とするものである。
【００１３】
ここで上記画像処理は、前記第１のデジタル画像情報に所定の規則に基づいて所定の値を内挿することにより該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめ、前記情報量を増量された該第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析し、前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値を０に置き換えることにより前記第２のデジタル画像情報を得、該第２のデジタル画像情報に対し、前記変換処理と逆の処理を施す画像処理であることが望ましい。
【００１４】
または、上記画像処理は、前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析し、該第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値が０となるように該第１のデジタル画像情報に０を挿入することにより該周波数空間に展開された前記第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめて前記第２のデジタル画像情報を得、該第２のデジタル画像情報に対し、前記変換処理と逆の処理を施す画像処理であってもよい。
【００１５】
または、上記画像処理は、前記第１のデジタル画像情報に対し、下記の条件
N/2＜f≦Nの領域の80％以上の領域において、
R(f)≦0.2
（但し、N/2は第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数
fは周波数
R(f)はフィルタ特性）
を満たすフィルタを用いて内挿処理を施して前記第２のデジタル画像情報を得る画像処理であってもよい。
【００１６】
ここで、前記「低減」とは、文字通り低減することの他に、完全に除去してしまうことも含むものとする。
【００１７】
また、前記「デジタル画像情報に所定の規則に基づいて所定の値を内挿する」とは、例えばデジタル画像情報に対し、１画素、１ラインおきに０を挿入するといった処理を行うことを意味するが、デジタル画像情報の情報量を増量せしめることができれば、どのような規則、値を用いて処理してもよく、これらはデジタル画像記録装置の設計事項の１つとして定めればよい。
【００１８】
また前記「変換処理」とは、周波数解析の方法として広く知られているフーリエ変換などの直交変換処理であり、したがって、「デジタル画像情報を周波数空間に展開する」とは、例えばフーリエ変換を行うことによりフーリエ変換像を得ることであり、前記「逆の処理」とはフーリエ逆変換などの処理のことである。但し、この変換処理は、デジタル画像情報の周波数成分を視覚的に明らかにするために行うものであるため、必ずしもフーリエ変換に限られるものではなく、一般に周波数解析方法として知られているあらゆる変換方法が適用できる。
【００１９】
また、前記「ナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値を０に置き換える」とは、上記のように、デジタル画像の各周波数成分の値は、フーリエ変換像上では、ある座標（位置）の値として示されるため、その位置の値を０とすることを意味する。
【００２０】
さらに、前記「ナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値が０となるように該第１のデジタル画像情報に０を挿入する」とは、同じくフーリエ変換像上で、ナイキスト周波数よりも高い周波数成分を表す位置を０とすることを意味するが、上記「置き換える」場合と異なり、「０を挿入する」ため、その位置の元の値は、その値のままナイキスト周波数以下の周波数成分を表す位置へとうつされ、結果として、拡大されたフーリエ変換像が得られることになる。すなわち、上記「置き換え」の処理では、デジタル画像の情報量はもとのままであるのに対し、「挿入」の処理ではデジタル画像の情報量は増量されることになる。
【００２１】
また、前記「フィルタを用いて内挿処理を施す」とは、前記第１のデジタル画像情報にもとから含まれている画素に対応する値を求める通常のフィルタリング処理に加え、それらの画素間に内挿する値も同様のフィルタリングにより求め、その値を内挿する処理を行うことを意味する。これにより前記第１のデジタル画像情報の情報量は増量されることになる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のデジタル画像記録装置および方法によれば、デジタル画像情報は、その情報量を増量され、かつ元のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減され、さらに、情報量が増量されているのにもかかわらず記録の際には元の画像とほぼ同じ大きさとなるように、すなわちサンプリングの密度よりも高密度で記録されるため、従来であればサンプリング点とサンプリング点の間ということで失われてしまっていた情報が、上記ナイキスト周波数よりも高い周波数成分が含まれることなく補われ、その情報をサンプリング点とサンプリング点の間の情報として記録することができ、結果として記録媒体上へのデジタル画像情報の正確な復元が可能となる。
【００２３】
この際、デジタル画像情報に、所定の規則に基づいて所定の値を内挿することにより情報量を増加せしめた後、フーリエ変換などを用いてそのデジタル画像情報を周波数空間に展開すれば、そのデジタル画像情報に含まれる周波数成分が視覚的に明らかになるため、上記ナイキスト周波数よりも高い周波数成分を容易に除去することができ、その後逆フーリエ変換などを施すことにより、情報が補われたデジタル画像情報を得ることができる。
【００２４】
これは、先に周波数空間に展開してから、上記ナイキスト周波数よりも高い周波数成分が含まれないようにフーリエ変換像を拡大することによっても同様の効果が得られるが、この場合、デジタル画像情報の情報量を増量せしめる前にフーリエ変換を施すため、前記の方法よりもフーリエ変換のための計算量は少なくなり、装置の負担は軽減される。
【００２５】
また、デジタル画像情報の周波数空間への展開を行わず、デジタル画像情報に対し、フィルタリング処理を施すことによって、そのデジタル画像情報に内挿する値を求めるとともに上記ナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減すれば、上記２つの方法と同様の効果を得られ、装置の負担は上記２つの方法よりも大幅に軽減される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像記録装置および方法について図面を用いて説明する。図１から図10は、本発明の３つの実施の形態を示す図であり、図11から図17は、これらの実施の形態および従来の画像記録装置により処理される画像信号および処理された画像信号を、画像のある１ライン上の位置を横軸、画像の濃淡を縦軸として示したものである。
【００２７】
このうち、図11は、周波数3.4cycle/mmの原画像信号の一例であり、図12は、図11の画像信号を10pixel/mm（1mmあたりのサンプリング点が10個）でサンプリングすることにより得たデジタル画像情報を示すものである。以下、この図12に示されるデジタル画像情報に画像処理を施し、処理後のデジタル画像情報を記録する場合について説明する。
【００２８】
はじめに、従来の画像処理装置によって図12のデジタル画像情報を記録する場合について説明する。上述したように図12のデジタル画像情報のサンプリング周波数は10pixel/mmであるから、このデジタル画像情報のナイキスト周波数は5cycle/mmである。したがって、周波数3.4cycle/mmである図11の原画像信号はナイキスト周波数より高い周波数成分を含んでいないことになり、理論上完全に復元できることになる。
【００２９】
しかし、上述のように、例えばレーザプリンタであれば光、サーマルプリンタであれば熱に対する記録のレスポンスは、sinc関数とはなり得ないものであるため、実際は完全な復元はあり得ない。図16に示される信号は、図12のデジタル画像情報を従来の画像処理装置により原画像と同じサイズで記録した例であるが、この図からも明らかなように、従来の画像処理装置の場合、例えナイキスト周波数より高い周波数成分を含んでいないものであっても、原画像信号とはほど遠い信号として記録されてしまう。
【００３０】
次に、本発明の画像記録装置および方法について説明する。図１は、本発明の画像記録装置および方法の一実施の形態（第１の実施の形態とする）の概略を示す図である。本発明のデジタル画像記録装置は、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られる第１のデジタル画像情報１に対して、所定の画像処理を施して第２のデジタル画像２を得る画像処理手段４と、第２のデジタル画像２を前記サンプリングの密度よりも高密度で記録してプリント画像３を得る高密度記録手段５とからなるものである。
【００３１】
ここで、画像処理手段４が行う所定の処理とは、デジタル画像情報１の情報量を増量せしめる処理、および第１のデジタル画像情報１に含まれる第１のデジタル画像情報１のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減する処理である。この画像処理手段４による画像処理は、図１に示される一実施の形態においては、画像情報増量手段６ａと周波数解析手段７と高周波成分除去手段８と逆変換手段９により行われている。これらの手段が行う具体的処理は図２に示されており、以下図２を参照しながら説明する。
【００３２】
本実施の形態では、画像情報増量手段６ａは第１のデジタル画像情報１に、１画素１ラインおきに０を内挿することにより縦横それぞれ２倍、すなわち４倍の情報量（大きさ）の画像となるようにしている。これは、サンプリング点を２倍にしたのと同等であるため、この情報量が増量されたデジタル画像情報10のナイキスト周波数はデジタル画像情報１のナイキスト周波数Ｎ／２の２倍のＮとなる。この際、この内挿処理を行うことにより、デジタル画像情報に含まれる周波数成分は変化する。すなわち、第１のデジタル画像情報１がナイキスト周波数Ｎ／２より高い周波数成分を含んでいない場合であっても、情報量を増量したことによりそのような周波数成分が含まれてしまう場合もある。上述のようにこれらの周波数成分が含まれていることは、デジタル画像情報を復元する上で好ましくないため、これらの周波数成分を除去しなければならない。
【００３３】
そこで、周波数解析手段７によりフーリエ変換を行って、情報量が増量されたデジタル画像情報のフーリエ変換像11ａを得ることにより、含まれている周波数成分が視覚的に明らかになるようにした上で、高周波成分除去手段８によりもとのデジタル画像情報のナイキスト周波数Ｎ／２よりも高い周波数成分の値を０に置き換えることにより上記周波数成分の除去を行って、図２の高周波成分を除去されたフーリエ変換像12ａを得る。なお、本実施の形態の画像記録装置では、このフーリエ変換として、離散フーリエ変換(DFT)を高速フーリエ変換(FFT）のアルゴリズムを用いて実施している。離散フーリエ変換像は、連続信号のフーリエ変換の繰り返しで表されることが知られており、この表記方法によれば、高周波成分を除去されたフーリエ変換像12ａに示される黒く塗られた部分が、もとのデジタル画像情報のナイキスト周波数Ｎ／２よりも高い周波数成分を表すことになる。
【００３４】
次に、高周波成分を除去されたフーリエ変換像12ａに対して、逆変換手段９により逆フーリエ変換を施せば、結果として、情報量が増量されたデジタル画像情報10からもとのデジタル画像情報１のナイキスト周波数成分Ｎ／２より高い周波数成分が除去された第２のデジタル画像情報２が得られる。最後に、この第２のデジタル画像情報２を高密度記録手段５により倍密度で記録すれば、高解像度のプリント画像３が得られることになる。
【００３５】
ここで、本発明の効果を明らかにするために、従来例の説明で参照した図11の原画像信号に対して本実施の形態の画像記録装置により処理を施した場合について説明する。図11の原画像信号をサンプリングして得られる図12のデジタル画像情報に対し、上記処理を施した場合に得られる第２のデジタル画像情報２は、図13に示されるようなものとなり、これを高密度記録したものは図14に示されるような信号となる。図11の原画像信号、図14の画像信号、および図16の従来の画像記録装置により復元された画像信号を比較すれば、従来の復元信号に見られたゆらぎがなくなり、より原画像信号に近い形で画像信号が復元されていることがわかる。これは、この画像信号が表す画像を視覚的に見た場合、原画像が完全に復元されているとみなすことができる。
【００３６】
次に、本発明の画像記録装置および方法の他の実施の形態（第２の実施の形態とする）について説明する。図３は、本発明の画像記録装置および方法の第２の実施の形態の概略を示す図であり、図４は図３の画像処理手段４において行われる処理を具体的に示したものである。本実施の形態においては、画像処理手段４による画像処理は、図３に示されるように、周波数解析手段７と、画像情報増量手段６ｂと、逆変換手段９により行われている。このうち、周波数解析手段７および逆変換手段９については、処理の対象が異なる点を除けば上記第１の形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態は、情報量を増量するための処理を、フーリエ変換の後に行うことを特徴とする。すなわち、図４に示されるように、まずデジタル画像情報１に対して周波数解析手段７によりフーリエ変換を施してフーリエ変換像11ｂを得、画像情報増量手段６ｂにより、そのフーリエ変換像11ｂにおいてもとのデジタル画像情報１のナイキスト周波数Ｎ／２よりも高い周波数成分を示す位置に、０を挿入することにより情報量を増量する。その後第１の実施の形態と同様逆変換手段９により逆フーリエ変換を施して第２のデジタル画像情報２を得、高密度記録装置５により倍密度で記録を行ってプリント画像３を得る。
【００３８】
この第２の実施の形態により得られるプリント画像３の画質は、第１の実施の形態により得られるものと同等であるが、情報量増量前のデジタル画像情報に対して、フーリエ変換を施すと言うことは、フーリエ変換にかかる計算量が大幅に減るということに他ならない。一般に、画像情報のフーリエ変換にかかる計算を計算機に行わせる場合、その計算時間は画像の大きさに必ずしも比例しない。すなわち、メモリなどの資源が限られている場合、フーリエ変換の計算の他に、メモリとディスク間での画像情報の読書きなどの処理が行われるため、処理される画像が大きくなるほど、余計な処理のための計算時間が増えることになる。したがって、フーリエ変換を施す対象の情報量が小さい第２の実施の形態は、第１の実施の形態に比べて、画像記録装置の処理速度の面で優れているといえる。
【００３９】
次に、本発明の画像記録装置および方法の、さらに他の実施の形態（第３の実施の形態とする）について図５から図10を参照して説明する。上述のように、画像処理においてフーリエ変換を行うことは、画像処理方法としては適切であるが、装置の性能の観点からみれば必ずしも好ましくない。そこで、第３の実施の形態では、フーリエ変換を行わずに、画像情報の増量、およびナイキスト周波数より高い周波数成分の低減を行う。
【００４０】
図５は、本発明の画像記録装置および方法の第３の実施の形態の概略を示す図であり、図６は図５の画像処理手段４において行われる処理を具体的に示したものである。図５に示されるように、本実施の形態の画像処理手段４はフィルタを用いた内挿処理を行う。但しフィルタとしては、下記の条件
N/2＜f≦Nの領域の80％以上の領域において、
R(f)≦0.2
（但し、N/2は第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数
fは周波数
R(f)はフィルタ特性）
を満たすものを用いる。この際、R(f)≦0.2となる領域は100%に近いほどよく、その領域内のそれぞれの周波数についてR(f)は０に近いほどよい。
【００４１】
以下、このような条件を満たすいくつかのフィルタ、およびそのフィルタを用いた内挿処理の例を示す。はじめに、図６を参照してフィルタの例について説明する。図６に示される例１は、１画素おきに０が挿入された画像に、フィルタＦ１を用いた畳み込みを行い、すなわちフィルタＦ１を通して重み付けして足し合わせることにより値を得、フィルタＦ１をずらして同様の処理を行うことにより順次値を得るものである。最初に０を挿入しておくことにより、フィルタリング処理により得られる情報は、結果的にもとの情報の２倍となる。フィルタＦ１の場合は、この処理を行うことにより、もとの画素と求められた画素が交互に並んだものが得られることになる。フィルタＦ１は、図７に示されるような応答特性を有するものであるため、この得られた情報はもとのデジタル画像情報のナイキスト周波数より高い周波数成分が低減されたものとなる。なお、最初に０を挿入せずに、フィルタＦ１を２つに分けたフィルタＦ２およびフィルタＦ３により交互にフィルタリングを行っても同様の結果が得られる（例２）。
【００４２】
次に上記条件を満たす他のフィルタの例について説明する。図８はフィルタＦ４を用いた内挿処理を示す図であり、フィルタＦ４の応答特性は図10に示される。このフィルタＦ４の例では、図８のAmn（但しmおよびnは位置を示す整数）で示される原画像のサンプル点（デジタル画像情報）に対して、フィルタＦ４を用いてフィルタリングを施して、すなわち式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により演算を行って、内挿点Bmn、Cmn、Dmnの値を求めている。但し、図８では、理解を容易にするため、Bmn、Cmn、Dmnの一部のみが示されている。
【００４３】
図９は、図８に示されるフィルタＦ４を用いた内挿処理を行う画像処理手段４の具体的処理を示した図である。処理されるデジタル画像情報１は、画像処理手段４に対し、画素ごとに走査線単位でA01〜A09、A10〜A19の順に入力される。画像処理手段４は、順次入力されるデジタル画像情報の中から、最後に入力された１０画素の情報をもとにBmnを計算して求め、順次バッファに出力する。このバッファはラインごとに１つ割り当てられるものであり、その大きさは入力単位となる横画素数の２倍、すなわちこの場合は２０個の画素情報を格納できるものとする。上記のように計算により順次求められバッファに出力される値は、この例の場合、もとの画素の情報、すなわちAmnのそのままの値と、計算により求められた値Bmnが交互に並ぶことになる。
【００４４】
１０ライン分のバッファが満杯になると、画像処理手段４は次に各バッファ内の同じ位置に格納されている情報、すなわち図８の縦に並ぶ画素の情報をもとにCmnおよびDmnを求める。このようにして求められたAmn、Bmn、Cmn、Dmnの画素値は走査線方向に順次出力される。以降、画像処理手段４は、１０ラインのバッファのうち、最初に情報が格納されたバッファ（最も古い情報が格納されているバッファ）の情報をクリアし、次に入力された情報をそのバッファに格納し、上記処理をを繰り返す。
【００４５】
上記フィルタを用いた内挿処理を施されたデジタル画像信号は、図15に示されるような画像信号として記録される。図15から明らかであるように、従来の画像記録装置により記録された場合（図16）、あるいは上記条件を満たさない１次元フィルタにより同様の処理を行った場合（図17）と比較して、より原画像信号に近い形で画像信号が復元されている。
【００４６】
以上、本発明の画像記録装置および方法について、３つの実施の形態を示して説明したが、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載される技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、周波数解析手段７が行う変換は、周波数成分を分析するために用いられている変換方法であれば何でもよい。また、フィルタの種類についても、必ずしも１次元のフィルタである必要はなく、上記フィルタ特性の条件を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
【００４７】
なお、上記説明においては単純な正弦波信号を用いて本発明の効果を示したが、全ての画像信号はこのような正弦波の重ね合わせであり、本発明の効果がより複雑な画像信号に対しても及ぶことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像記録装置の第１の実施の形態の概略を示す図
【図２】第１の実施の形態における画像処理手段４の処理を示す図
【図３】本発明の画像記録装置の第２の実施の形態の概略を示す図
【図４】第２の実施の形態における画像処理手段４の処理を示す図
【図５】本発明の画像記録装置の第３の実施の形態の概略を示す図
【図６】第３の実施の形態における画像処理手段４の処理を示す図
【図７】図６の例１に示されるフィルタＦ１の特性を示す図
【図８】第３の実施の形態におけるフィルタを用いた内挿処理の一例を示す図
【図９】第３の実施の形態における画像記録装置の処理を示す図
【図１０】図８に示されるフィルタＦ４の特性を示す図
【図１１】原画像信号の一例を示す図
【図１２】図１１の原画像信号をサンプリングすることにより得られるデジタル画像情報を示す図
【図１３】第１の実施の形態における第２のデジタル画像情報の一例を示す図
【図１４】第１の実施の形態の効果を示す図
【図１５】第３の実施の形態の効果を示す図
【図１６】従来の画像記録装置により記録された画像信号の一例を示す図
【図１７】第３の実施の形態において、本発明に含まれない一般のフィルタを用いた場合に記録される画像信号の一例を示す図
【符号の説明】
１ 第１のデジタル画像情報
２ 第２のデジタル画像情報
３ プリント画像
４ 画像処理手段
５ 高密度記録手段
６ 画像情報増量手段
７ 周波数解析手段
８ 高周波成分除去手段
９ 逆変換手段
１０ 画像処理を施されたデジタル画像情報
１１ フーリエ変換像
１２ 画像処理を施されたフーリエ変換像
Ｆ１ フィルタの一例
Ｆ２ フィルタの他の例
Ｆ３ フィルタＦ２と交互に用いられるフィルタ
Ｆ４ フィルタのさらに他の例
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル画像記録装置及び方法に関し、詳しくはデジタル画像情報に含まれるそのデジタル画像情報のナイキスト周波数以下の画像情報を、記録媒体上に視覚的に完全に復元するデジタル画像記録装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタル画像をそのままの大きさ、あるいは拡大縮小して記録する、レーザプリンタやサーマルプリンタなどの画像記録装置が知られている。このような画像記録装置において、アナログ信号をサンプリングすることにより得られたデジタル画像情報は、必要に応じて所定の、例えば拡大の際の補間処理などの画像処理を施されてから記録される。
【０００３】
上記画像記録装置による記録は、言い換えればデジタル画像情報をアナログ信号として復元することに他ならないが、一般に、このようなデジタル信号（デジタル情報）の復元に関する定理としては、サンプリング定理が知られている。このサンプリング定理は、デジタル信号がアナログ信号として完全に復元されるための、サンプリング間隔の条件を示すものである。例えば１次元のサンプリング定理では、アナログ信号に対してサンプリング周波数N（サンプリング間隔1/N）でサンプリングを行った場合、そのアナログ信号に含まれる周波数N/2以下の信号成分は完全に復元できることが示されており、この周波数N/2は一般にナイキスト周波数と呼ばれている。また、ナイキスト周波数より高い周波数成分が含まれているデジタル信号を復元しようとすると、高周波側の一部が低周波側に折り返されることによる誤差（エリアシング誤差）が発生し、これにより復元されたアナログ信号の形が大きく歪められてしまうことも知られている。同様に、画像信号についても２次元サンプリング定理により、ナイキスト周波数以下の信号が完全に復元できるということ、あるいはナイキスト周波数より高い周波数成分が含まれていると正確な復元ができないということが広く知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、このサンプリング定理に基づいて画像のサンプリングあるいは記録を行えば、画像記録装置によりナイキスト周波数以下の信号を視覚的に完全に復元することができるかにみえる。しかし、実際には、従来の画像処理装置では、この理論通りナイキスト周波数以下の信号を視覚的に完全に復元することはできなかった。
【０００５】
これは、サンプリング定理はサンプルされた値にsinc関数（(sin x)/x）を畳み込むことによりもとの波形を復元できるとしているため、このサンプリング定理に基づいてデジタル画像情報を記録するということは、記録のレスポンスがsinc関数であるような記録媒体、つまり、ある大きさのデジタル信号を与えればその信号の大きさに上記sinc関数を畳み込んだ値に対応する濃度の画像を再生するような記録媒体を用いなければならないことになるが、sinc関数が負の値となり得るものであるのに対し、記録のレスポンスは負とはなり得ないものであるため、現実にはsinc関数を畳み込むことができないからである。
【０００６】
すなわち、記録媒体上にナイキスト周波数以下の信号を視覚的に完全に復元することは、現実には不可能であるといえる。しかし、上記サンプリング定理は広く知られているものであり、記録装置以外の各種装置がこの定理に基づいて設計されていることから、画像記録装置もまた理論通りナイキスト周波数以下の信号を視覚的に完全に復元できることが、当然の如く期待されている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みて、デジタル画像情報に含まれるそのデジタル画像情報のナイキスト周波数以下の画像情報を、記録媒体上に視覚的に完全に復元するデジタル画像記録装置および方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のデジタル画像記録装置は、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られる第１のデジタル画像情報に、該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめるとともに該第１のデジタル画像情報に含まれる該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減する画像処理を施すことにより第２のデジタル画像情報を得る画像処理手段と、該画像処理手段により得られた第２のデジタル画像情報を前記所定の密度よりも高密度で記録媒体に記録して前記第１のデジタル画像情報とほぼ同じ大きさで該第１のデジタル画像情報よりも高解像度の画像を再生する高密度記録手段とからなることを特徴とするものである。
【０００９】
前記画像処理手段は、前記第１のデジタル画像情報に所定の規則に基づいて所定の値を内挿することにより該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめる画像情報増量手段と、該画像情報増量手段により情報量を増量された前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析する周波数解析手段と、該周波数解析手段により前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値を０に置き換えることにより前記第２のデジタル画像情報を得る高周波成分除去手段と、該高周波成分除去手段により前記周波数空間において得られた前記第２のデジタル画像情報に対し、前記周波数解析手段が行う前記変換処理と逆の処理を施す逆変換手段とからなることが望ましい。
【００１０】
または、前記画像処理手段は、前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析する周波数解析手段と、該周波数解析手段により前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値が０となるように該第１のデジタル画像情報に０を挿入することにより該周波数空間に展開された前記第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめて前記第２のデジタル画像情報を得る画像情報増量手段と、該画像情報増量手段により前記周波数空間において得られた前記第２のデジタル画像情報に対し、前記周波数解析手段が行う前記変換処理と逆の処理を施す逆変換手段とからなるものであってもよい。
【００１１】
または、前記画像処理手段は、前記第１のデジタル画像情報に対し、下記の条件
N/2＜f≦Nの領域の80％以上の領域において、
R(f)≦0.2
（但し、N/2は第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数
fは周波数
R(f)はフィルタ特性）
を満たすフィルタを用いて内挿処理を施して前記第２のデジタル画像情報を得るものであってもよい。
【００１２】
また、本発明のデジタル画像記録方法は、上記デジタル画像記録装置により行われる記録方法であり、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られる第１のデジタル画像情報に、該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめるとともに該第１のデジタル画像情報に含まれる該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減する画像処理を施すことにより第２のデジタル画像情報を得、該第２のデジタル画像情報を前記所定の密度よりも高密度で記録媒体に記録して前記第１のデジタル画像情報とほぼ同じ大きさで該第１のデジタル画像情報よりも高解像度の画像を再生することを特徴とするものである。
【００１３】
ここで上記画像処理は、前記第１のデジタル画像情報に所定の規則に基づいて所定の値を内挿することにより該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめ、前記情報量を増量された該第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析し、前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値を０に置き換えることにより前記第２のデジタル画像情報を得、該第２のデジタル画像情報に対し、前記変換処理と逆の処理を施す画像処理であることが望ましい。
【００１４】
または、上記画像処理は、前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析し、該第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値が０となるように該第１のデジタル画像情報に０を挿入することにより該周波数空間に展開された前記第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめて前記第２のデジタル画像情報を得、該第２のデジタル画像情報に対し、前記変換処理と逆の処理を施す画像処理であってもよい。
【００１５】
または、上記画像処理は、前記第１のデジタル画像情報に対し、下記の条件
N/2＜f≦Nの領域の80％以上の領域において、
R(f)≦0.2
（但し、N/2は第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数
fは周波数
R(f)はフィルタ特性）
を満たすフィルタを用いて内挿処理を施して前記第２のデジタル画像情報を得る画像処理であってもよい。
【００１６】
ここで、前記「低減」とは、文字通り低減することの他に、完全に除去してしまうことも含むものとする。
【００１７】
また、前記「デジタル画像情報に所定の規則に基づいて所定の値を内挿する」とは、例えばデジタル画像情報に対し、１画素、１ラインおきに０を挿入するといった処理を行うことを意味するが、デジタル画像情報の情報量を増量せしめることができれば、どのような規則、値を用いて処理してもよく、これらはデジタル画像記録装置の設計事項の１つとして定めればよい。
【００１８】
また前記「変換処理」とは、周波数解析の方法として広く知られているフーリエ変換などの直交変換処理であり、したがって、「デジタル画像情報を周波数空間に展開する」とは、例えばフーリエ変換を行うことによりフーリエ変換像を得ることであり、前記「逆の処理」とはフーリエ逆変換などの処理のことである。但し、この変換処理は、デジタル画像情報の周波数成分を視覚的に明らかにするために行うものであるため、必ずしもフーリエ変換に限られるものではなく、一般に周波数解析方法として知られているあらゆる変換方法が適用できる。
【００１９】
また、前記「ナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値を０に置き換える」とは、上記のように、デジタル画像の各周波数成分の値は、フーリエ変換像上では、ある座標（位置）の値として示されるため、その位置の値を０とすることを意味する。
【００２０】
さらに、前記「ナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値が０となるように該第１のデジタル画像情報に０を挿入する」とは、同じくフーリエ変換像上で、ナイキスト周波数よりも高い周波数成分を表す位置を０とすることを意味するが、上記「置き換える」場合と異なり、「０を挿入する」ため、その位置の元の値は、その値のままナイキスト周波数以下の周波数成分を表す位置へとうつされ、結果として、拡大されたフーリエ変換像が得られることになる。すなわち、上記「置き換え」の処理では、デジタル画像の情報量はもとのままであるのに対し、「挿入」の処理ではデジタル画像の情報量は増量されることになる。
【００２１】
また、前記「フィルタを用いて内挿処理を施す」とは、前記第１のデジタル画像情報にもとから含まれている画素に対応する値を求める通常のフィルタリング処理に加え、それらの画素間に内挿する値も同様のフィルタリングにより求め、その値を内挿する処理を行うことを意味する。これにより前記第１のデジタル画像情報の情報量は増量されることになる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のデジタル画像記録装置および方法によれば、デジタル画像情報は、その情報量を増量され、かつ元のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減され、さらに、情報量が増量されているのにもかかわらず記録の際には元の画像とほぼ同じ大きさとなるように、すなわちサンプリングの密度よりも高密度で記録されるため、従来であればサンプリング点とサンプリング点の間ということで失われてしまっていた情報が、上記ナイキスト周波数よりも高い周波数成分が含まれることなく補われ、その情報をサンプリング点とサンプリング点の間の情報として記録することができ、結果として記録媒体上へのデジタル画像情報の正確な復元が可能となる。
【００２３】
この際、デジタル画像情報に、所定の規則に基づいて所定の値を内挿することにより情報量を増加せしめた後、フーリエ変換などを用いてそのデジタル画像情報を周波数空間に展開すれば、そのデジタル画像情報に含まれる周波数成分が視覚的に明らかになるため、上記ナイキスト周波数よりも高い周波数成分を容易に除去することができ、その後逆フーリエ変換などを施すことにより、情報が補われたデジタル画像情報を得ることができる。
【００２４】
これは、先に周波数空間に展開してから、上記ナイキスト周波数よりも高い周波数成分が含まれないようにフーリエ変換像を拡大することによっても同様の効果が得られるが、この場合、デジタル画像情報の情報量を増量せしめる前にフーリエ変換を施すため、前記の方法よりもフーリエ変換のための計算量は少なくなり、装置の負担は軽減される。
【００２５】
また、デジタル画像情報の周波数空間への展開を行わず、デジタル画像情報に対し、フィルタリング処理を施すことによって、そのデジタル画像情報に内挿する値を求めるとともに上記ナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減すれば、上記２つの方法と同様の効果を得られ、装置の負担は上記２つの方法よりも大幅に軽減される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像記録装置および方法について図面を用いて説明する。図１から図10は、本発明の３つの実施の形態を示す図であり、図11から図17は、これらの実施の形態および従来の画像記録装置により処理される画像信号および処理された画像信号を、画像のある１ライン上の位置を横軸、画像の濃淡を縦軸として示したものである。
【００２７】
このうち、図11は、周波数3.4cycle/mmの原画像信号の一例であり、図12は、図11の画像信号を10pixel/mm（1mmあたりのサンプリング点が10個）でサンプリングすることにより得たデジタル画像情報を示すものである。以下、この図12に示されるデジタル画像情報に画像処理を施し、処理後のデジタル画像情報を記録する場合について説明する。
【００２８】
はじめに、従来の画像処理装置によって図12のデジタル画像情報を記録する場合について説明する。上述したように図12のデジタル画像情報のサンプリング周波数は10pixel/mmであるから、このデジタル画像情報のナイキスト周波数は5cycle/mmである。したがって、周波数3.4cycle/mmである図11の原画像信号はナイキスト周波数より高い周波数成分を含んでいないことになり、理論上完全に復元できることになる。
【００２９】
しかし、上述のように、例えばレーザプリンタであれば光、サーマルプリンタであれば熱に対する記録のレスポンスは、sinc関数とはなり得ないものであるため、実際は完全な復元はあり得ない。図16に示される信号は、図12のデジタル画像情報を従来の画像処理装置により原画像と同じサイズで記録した例であるが、この図からも明らかなように、従来の画像処理装置の場合、例えナイキスト周波数より高い周波数成分を含んでいないものであっても、原画像信号とはほど遠い信号として記録されてしまう。
【００３０】
次に、本発明の画像記録装置および方法について説明する。図１は、本発明の画像記録装置および方法の一実施の形態（第１の実施の形態とする）の概略を示す図である。本発明のデジタル画像記録装置は、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られる第１のデジタル画像情報１に対して、所定の画像処理を施して第２のデジタル画像２を得る画像処理手段４と、第２のデジタル画像２を前記サンプリングの密度よりも高密度で記録してプリント画像３を得る高密度記録手段５とからなるものである。
【００３１】
ここで、画像処理手段４が行う所定の処理とは、デジタル画像情報１の情報量を増量せしめる処理、および第１のデジタル画像情報１に含まれる第１のデジタル画像情報１のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減する処理である。この画像処理手段４による画像処理は、図１に示される一実施の形態においては、画像情報増量手段６ａと周波数解析手段７と高周波成分除去手段８と逆変換手段９により行われている。これらの手段が行う具体的処理は図２に示されており、以下図２を参照しながら説明する。
【００３２】
本実施の形態では、画像情報増量手段６ａは第１のデジタル画像情報１に、１画素１ラインおきに０を内挿することにより縦横それぞれ２倍、すなわち４倍の情報量（大きさ）の画像となるようにしている。これは、サンプリング点を２倍にしたのと同等であるため、この情報量が増量されたデジタル画像情報10のナイキスト周波数はデジタル画像情報１のナイキスト周波数Ｎ／２の２倍のＮとなる。この際、この内挿処理を行うことにより、デジタル画像情報に含まれる周波数成分は変化する。すなわち、第１のデジタル画像情報１がナイキスト周波数Ｎ／２より高い周波数成分を含んでいない場合であっても、情報量を増量したことによりそのような周波数成分が含まれてしまう場合もある。上述のようにこれらの周波数成分が含まれていることは、デジタル画像情報を復元する上で好ましくないため、これらの周波数成分を除去しなければならない。
【００３３】
そこで、周波数解析手段７によりフーリエ変換を行って、情報量が増量されたデジタル画像情報のフーリエ変換像11ａを得ることにより、含まれている周波数成分が視覚的に明らかになるようにした上で、高周波成分除去手段８によりもとのデジタル画像情報のナイキスト周波数Ｎ／２よりも高い周波数成分の値を０に置き換えることにより上記周波数成分の除去を行って、図２の高周波成分を除去されたフーリエ変換像12ａを得る。なお、本実施の形態の画像記録装置では、このフーリエ変換として、離散フーリエ変換(DFT)を高速フーリエ変換(FFT）のアルゴリズムを用いて実施している。離散フーリエ変換像は、連続信号のフーリエ変換の繰り返しで表されることが知られており、この表記方法によれば、高周波成分を除去されたフーリエ変換像12ａに示される黒く塗られた部分が、もとのデジタル画像情報のナイキスト周波数Ｎ／２よりも高い周波数成分を表すことになる。
【００３４】
次に、高周波成分を除去されたフーリエ変換像12ａに対して、逆変換手段９により逆フーリエ変換を施せば、結果として、情報量が増量されたデジタル画像情報10からもとのデジタル画像情報１のナイキスト周波数成分Ｎ／２より高い周波数成分が除去された第２のデジタル画像情報２が得られる。最後に、この第２のデジタル画像情報２を高密度記録手段５により倍密度で記録すれば、高解像度のプリント画像３が得られることになる。
【００３５】
ここで、本発明の効果を明らかにするために、従来例の説明で参照した図11の原画像信号に対して本実施の形態の画像記録装置により処理を施した場合について説明する。図11の原画像信号をサンプリングして得られる図12のデジタル画像情報に対し、上記処理を施した場合に得られる第２のデジタル画像情報２は、図13に示されるようなものとなり、これを高密度記録したものは図14に示されるような信号となる。図11の原画像信号、図14の画像信号、および図16の従来の画像記録装置により復元された画像信号を比較すれば、従来の復元信号に見られたゆらぎがなくなり、より原画像信号に近い形で画像信号が復元されていることがわかる。これは、この画像信号が表す画像を視覚的に見た場合、原画像が完全に復元されているとみなすことができる。
【００３６】
次に、本発明の画像記録装置および方法の他の実施の形態（第２の実施の形態とする）について説明する。図３は、本発明の画像記録装置および方法の第２の実施の形態の概略を示す図であり、図４は図３の画像処理手段４において行われる処理を具体的に示したものである。本実施の形態においては、画像処理手段４による画像処理は、図３に示されるように、周波数解析手段７と、画像情報増量手段６ｂと、逆変換手段９により行われている。このうち、周波数解析手段７および逆変換手段９については、処理の対象が異なる点を除けば上記第１の形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施の形態は、情報量を増量するための処理を、フーリエ変換の後に行うことを特徴とする。すなわち、図４に示されるように、まずデジタル画像情報１に対して周波数解析手段７によりフーリエ変換を施してフーリエ変換像11ｂを得、画像情報増量手段６ｂにより、そのフーリエ変換像11ｂにおいてもとのデジタル画像情報１のナイキスト周波数Ｎ／２よりも高い周波数成分を示す位置に、０を挿入することにより情報量を増量する。その後第１の実施の形態と同様逆変換手段９により逆フーリエ変換を施して第２のデジタル画像情報２を得、高密度記録装置５により倍密度で記録を行ってプリント画像３を得る。
【００３８】
この第２の実施の形態により得られるプリント画像３の画質は、第１の実施の形態により得られるものと同等であるが、情報量増量前のデジタル画像情報に対して、フーリエ変換を施すと言うことは、フーリエ変換にかかる計算量が大幅に減るということに他ならない。一般に、画像情報のフーリエ変換にかかる計算を計算機に行わせる場合、その計算時間は画像の大きさに必ずしも比例しない。すなわち、メモリなどの資源が限られている場合、フーリエ変換の計算の他に、メモリとディスク間での画像情報の読書きなどの処理が行われるため、処理される画像が大きくなるほど、余計な処理のための計算時間が増えることになる。したがって、フーリエ変換を施す対象の情報量が小さい第２の実施の形態は、第１の実施の形態に比べて、画像記録装置の処理速度の面で優れているといえる。
【００３９】
次に、本発明の画像記録装置および方法の、さらに他の実施の形態（第３の実施の形態とする）について図５から図10を参照して説明する。上述のように、画像処理においてフーリエ変換を行うことは、画像処理方法としては適切であるが、装置の性能の観点からみれば必ずしも好ましくない。そこで、第３の実施の形態では、フーリエ変換を行わずに、画像情報の増量、およびナイキスト周波数より高い周波数成分の低減を行う。
【００４０】
図５は、本発明の画像記録装置および方法の第３の実施の形態の概略を示す図であり、図６は図５の画像処理手段４において行われる処理を具体的に示したものである。図５に示されるように、本実施の形態の画像処理手段４はフィルタを用いた内挿処理を行う。但しフィルタとしては、下記の条件
N/2＜f≦Nの領域の80％以上の領域において、
R(f)≦0.2
（但し、N/2は第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数
fは周波数
R(f)はフィルタ特性）
を満たすものを用いる。この際、R(f)≦0.2となる領域は100%に近いほどよく、その領域内のそれぞれの周波数についてR(f)は０に近いほどよい。
【００４１】
以下、このような条件を満たすいくつかのフィルタ、およびそのフィルタを用いた内挿処理の例を示す。はじめに、図６を参照してフィルタの例について説明する。図６に示される例１は、１画素おきに０が挿入された画像に、フィルタＦ１を用いた畳み込みを行い、すなわちフィルタＦ１を通して重み付けして足し合わせることにより値を得、フィルタＦ１をずらして同様の処理を行うことにより順次値を得るものである。最初に０を挿入しておくことにより、フィルタリング処理により得られる情報は、結果的にもとの情報の２倍となる。フィルタＦ１の場合は、この処理を行うことにより、もとの画素と求められた画素が交互に並んだものが得られることになる。フィルタＦ１は、図７に示されるような応答特性を有するものであるため、この得られた情報はもとのデジタル画像情報のナイキスト周波数より高い周波数成分が低減されたものとなる。なお、最初に０を挿入せずに、フィルタＦ１を２つに分けたフィルタＦ２およびフィルタＦ３により交互にフィルタリングを行っても同様の結果が得られる（例２）。
【００４２】
次に上記条件を満たす他のフィルタの例について説明する。図８はフィルタＦ４を用いた内挿処理を示す図であり、フィルタＦ４の応答特性は図10に示される。このフィルタＦ４の例では、図８のAmn（但しmおよびnは位置を示す整数）で示される原画像のサンプル点（デジタル画像情報）に対して、フィルタＦ４を用いてフィルタリングを施して、すなわち式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により演算を行って、内挿点Bmn、Cmn、Dmnの値を求めている。但し、図８では、理解を容易にするため、Bmn、Cmn、Dmnの一部のみが示されている。
【００４３】
図９は、図８に示されるフィルタＦ４を用いた内挿処理を行う画像処理手段４の具体的処理を示した図である。処理されるデジタル画像情報１は、画像処理手段４に対し、画素ごとに走査線単位でA01〜A09、A10〜A19の順に入力される。画像処理手段４は、順次入力されるデジタル画像情報の中から、最後に入力された１０画素の情報をもとにBmnを計算して求め、順次バッファに出力する。このバッファはラインごとに１つ割り当てられるものであり、その大きさは入力単位となる横画素数の２倍、すなわちこの場合は２０個の画素情報を格納できるものとする。上記のように計算により順次求められバッファに出力される値は、この例の場合、もとの画素の情報、すなわちAmnのそのままの値と、計算により求められた値Bmnが交互に並ぶことになる。
【００４４】
１０ライン分のバッファが満杯になると、画像処理手段４は次に各バッファ内の同じ位置に格納されている情報、すなわち図８の縦に並ぶ画素の情報をもとにCmnおよびDmnを求める。このようにして求められたAmn、Bmn、Cmn、Dmnの画素値は走査線方向に順次出力される。以降、画像処理手段４は、１０ラインのバッファのうち、最初に情報が格納されたバッファ（最も古い情報が格納されているバッファ）の情報をクリアし、次に入力された情報をそのバッファに格納し、上記処理をを繰り返す。
【００４５】
上記フィルタを用いた内挿処理を施されたデジタル画像信号は、図15に示されるような画像信号として記録される。図15から明らかであるように、従来の画像記録装置により記録された場合（図16）、あるいは上記条件を満たさない１次元フィルタにより同様の処理を行った場合（図17）と比較して、より原画像信号に近い形で画像信号が復元されている。
【００４６】
以上、本発明の画像記録装置および方法について、３つの実施の形態を示して説明したが、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載される技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、周波数解析手段７が行う変換は、周波数成分を分析するために用いられている変換方法であれば何でもよい。また、フィルタの種類についても、必ずしも１次元のフィルタである必要はなく、上記フィルタ特性の条件を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
【００４７】
なお、上記説明においては単純な正弦波信号を用いて本発明の効果を示したが、全ての画像信号はこのような正弦波の重ね合わせであり、本発明の効果がより複雑な画像信号に対しても及ぶことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像記録装置の第１の実施の形態の概略を示す図
【図２】第１の実施の形態における画像処理手段４の処理を示す図
【図３】本発明の画像記録装置の第２の実施の形態の概略を示す図
【図４】第２の実施の形態における画像処理手段４の処理を示す図
【図５】本発明の画像記録装置の第３の実施の形態の概略を示す図
【図６】第３の実施の形態における画像処理手段４の処理を示す図
【図７】図６の例１に示されるフィルタＦ１の特性を示す図
【図８】第３の実施の形態におけるフィルタを用いた内挿処理の一例を示す図
【図９】第３の実施の形態における画像記録装置の処理を示す図
【図１０】図８に示されるフィルタＦ４の特性を示す図
【図１１】原画像信号の一例を示す図
【図１２】図１１の原画像信号をサンプリングすることにより得られるデジタル画像情報を示す図
【図１３】第１の実施の形態における第２のデジタル画像情報の一例を示す図
【図１４】第１の実施の形態の効果を示す図
【図１５】第３の実施の形態の効果を示す図
【図１６】従来の画像記録装置により記録された画像信号の一例を示す図
【図１７】第３の実施の形態において、本発明に含まれない一般のフィルタを用いた場合に記録される画像信号の一例を示す図
【符号の説明】
１ 第１のデジタル画像情報
２ 第２のデジタル画像情報
３ プリント画像
４ 画像処理手段
５ 高密度記録手段
６ 画像情報増量手段
７ 周波数解析手段
８ 高周波成分除去手段
９ 逆変換手段
１０ 画像処理を施されたデジタル画像情報
１１ フーリエ変換像
１２ 画像処理を施されたフーリエ変換像
Ｆ１ フィルタの一例
Ｆ２ フィルタの他の例
Ｆ３ フィルタＦ２と交互に用いられるフィルタ
Ｆ４ フィルタのさらに他の例
Claims (8)
- 原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られる第１のデジタル画像情報に、該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめるとともに該第１のデジタル画像情報に含まれる該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減する画像処理を施すことにより第２のデジタル画像情報を得る画像処理手段と、
該画像処理手段により得られた第２のデジタル画像情報を前記所定の密度よりも高密度で記録媒体に記録して前記第１のデジタル画像情報とほぼ同じ大きさで該第１のデジタル画像情報よりも高解像度の画像を再生する高密度記録手段とからなることを特徴とするデジタル画像記録装置。 - 前記画像処理手段が、
前記第１のデジタル画像情報に所定の規則に基づいて所定の値を内挿することにより該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめる画像情報増量手段と、
該画像情報増量手段により情報量を増量された前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析する周波数解析手段と、
該周波数解析手段により前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値を０に置き換えることにより前記第２のデジタル画像情報を得る高周波成分除去手段と、
該高周波成分除去手段により前記周波数空間において得られた前記第２のデジタル画像情報に対し、前記周波数解析手段が行う前記変換処理と逆の処理を施す逆変換手段とからなることを特徴とする請求項１記載のデジタル画像記録装置。 - 前記画像処理手段が、
前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析する周波数解析手段と、
該周波数解析手段により前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値が０となるように該第１のデジタル画像情報に０を挿入することにより該周波数空間に展開された前記第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめて前記第２のデジタル画像情報を得る画像情報増量手段と、
該画像情報増量手段により前記周波数空間において得られた前記第２のデジタル画像情報に対し、前記周波数解析手段が行う前記変換処理と逆の処理を施す逆変換手段とからなることを特徴とする請求項１記載のデジタル画像記録装置。 - 前記画像処理手段が、前記第１のデジタル画像情報に対し、下記の条件
N/2＜f≦Nの領域の80％以上の領域において、
R(f)≦0.2
（但し、N/2は第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数
fは周波数
R(f)はフィルタ特性）
を満たすフィルタを用いて内挿処理を施して前記第２のデジタル画像情報を得るものであることを特徴とする請求項１記載のデジタル画像記録装置。 - 原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られる第１のデジタル画像情報に、該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめるとともに該第１のデジタル画像情報に含まれる該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分を低減する画像処理を施すことにより第２のデジタル画像情報を得、
該第２のデジタル画像情報を前記所定の密度よりも高密度で記録媒体に記録して前記第１のデジタル画像情報とほぼ同じ大きさで該第１のデジタル画像情報よりも高解像度の画像を再生することを特徴とするデジタル画像記録方法。 - 前記画像処理が、
前記第１のデジタル画像情報に所定の規則に基づいて所定の値を内挿することにより該第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめ、
前記情報量を増量された該第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析し、
前記第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値を０に置き換えることにより前記第２のデジタル画像情報を得、
該第２のデジタル画像情報に対し、前記変換処理と逆の処理を施す画像処理であることを特徴とする請求項５記載のデジタル画像記録方法。 - 前記画像処理が、
前記第１のデジタル画像情報に変換処理を施して該第１のデジタル画像情報を周波数空間に展開することにより該第１のデジタル画像情報の周波数成分を分析し、
該第１のデジタル画像情報が展開された周波数空間において、該第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数よりも高い周波数成分の値が０となるように該第１のデジタル画像情報に０を挿入することにより該周波数空間に展開された前記第１のデジタル画像情報の情報量を増量せしめて前記第２のデジタル画像情報を得、
該第２のデジタル画像情報に対し、前記変換処理と逆の処理を施す画像処理であることを特徴とする請求項５記載のデジタル画像記録方法。 - 前記画像処理が、前記第１のデジタル画像情報に対し、下記の条件
N/2＜f≦Nの領域の80％以上の領域において、
R(f)≦0.2
（但し、N/2は第１のデジタル画像情報のナイキスト周波数
fは周波数
R(f)はフィルタ特性）
を満たすフィルタを用いて内挿処理を施して前記第２のデジタル画像情報を得る画像処理であることを特徴とする請求項５記載のデジタル画像記録方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06560196A JP3651511B2 (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | デジタル画像記録装置および方法 |
| EP20020011851 EP1248233A1 (en) | 1996-03-22 | 1997-03-19 | Digital image recording apparatus and method |
| EP97104712A EP0797346B1 (en) | 1996-03-22 | 1997-03-19 | Digital image recording apparatus and method |
| DE69719103T DE69719103T2 (de) | 1996-03-22 | 1997-03-19 | Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Bildaufzeichnung |
| US08/823,312 US5864787A (en) | 1996-03-22 | 1997-03-21 | Digital image recording apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06560196A JP3651511B2 (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | デジタル画像記録装置および方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09261458A JPH09261458A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3651511B2 true JP3651511B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=13291713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06560196A Expired - Fee Related JP3651511B2 (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | デジタル画像記録装置および方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5864787A (ja) |
| EP (2) | EP0797346B1 (ja) |
| JP (1) | JP3651511B2 (ja) |
| DE (1) | DE69719103T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3042459B2 (ja) * | 1997-08-25 | 2000-05-15 | 日本電気株式会社 | 映像表示装置 |
| US8934968B2 (en) * | 2001-08-03 | 2015-01-13 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Neurostimulation and coronary artery disease treatment |
| CN1319372C (zh) * | 2002-08-14 | 2007-05-30 | 瑞昱半导体股份有限公司 | 一种数字图像取样的方法与装置 |
| CN112481346B (zh) * | 2020-12-03 | 2022-12-09 | 中国人民解放军陆军军医大学第二附属医院 | 外周血细胞形态学检出异常细胞的自动预警系统及其方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1270322A (en) * | 1983-12-22 | 1990-06-12 | Kotaro Asai | Adaptive comb filter |
| US5202670A (en) * | 1986-08-20 | 1993-04-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Image processing apparatus |
| JPH0212472A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Yokogawa Medical Syst Ltd | ２倍拡大機能を持った画像再構成方法及び装置 |
| JPH03160575A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-10 | Toshiba Corp | 画像表示装置 |
| US5323232A (en) * | 1990-08-01 | 1994-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Filter device for decimation and interpolation of chrominance components of a video signal |
| GB2246924B (en) * | 1990-08-08 | 1994-04-27 | Sony Broadcast & Communication | Non-linear processing of digital signals |
| JP2591338B2 (ja) * | 1990-11-20 | 1997-03-19 | 松下電器産業株式会社 | サブサンプル装置、補間装置、送信装置、受信装置および記録媒体 |
| US5168375A (en) * | 1991-09-18 | 1992-12-01 | Polaroid Corporation | Image reconstruction by use of discrete cosine and related transforms |
| US5253043A (en) * | 1991-10-24 | 1993-10-12 | Da Vinci Systems, Inc. | Upsampled interpolative processing of digital video signals |
| GB9311942D0 (en) * | 1993-06-09 | 1993-07-28 | Kodak Ltd | Digital signal processing |
| US5666163A (en) * | 1994-07-12 | 1997-09-09 | Sony Corporation | Electronic image resolution enhancement by frequency-domain extrapolation |
| EP0698991A2 (en) * | 1994-08-24 | 1996-02-28 | International Business Machines Corporation | Scanner |
| US6128539A (en) * | 1994-08-30 | 2000-10-03 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for forming image scaling filters |
| JP3164481B2 (ja) * | 1994-12-20 | 2001-05-08 | シャープ株式会社 | 撮像装置 |
| US5677892A (en) * | 1996-08-14 | 1997-10-14 | Western Atlas International, Inc. | Unaliased spatial trace interpolation in the f-k domain |
-
1996
- 1996-03-22 JP JP06560196A patent/JP3651511B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-03-19 EP EP97104712A patent/EP0797346B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-19 DE DE69719103T patent/DE69719103T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-19 EP EP20020011851 patent/EP1248233A1/en not_active Ceased
- 1997-03-21 US US08/823,312 patent/US5864787A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0797346A1 (en) | 1997-09-24 |
| DE69719103D1 (de) | 2003-03-27 |
| EP0797346B1 (en) | 2003-02-19 |
| EP1248233A1 (en) | 2002-10-09 |
| DE69719103T2 (de) | 2003-07-31 |
| US5864787A (en) | 1999-01-26 |
| JPH09261458A (ja) | 1997-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4004562B2 (ja) | 画像処理方法および装置 | |
| US6023535A (en) | Methods and systems for reproducing a high resolution image from sample data | |
| KR100248693B1 (ko) | 통신채널식별시스템 및 방법과 수신기 | |
| JPH05504433A (ja) | 画像のサイズを変換する方法、フィルタを設計する方法および出力画像空間のピクセルをサイズ変換された入力画像空間に写像する方法 | |
| JP2000216682A (ja) | 信号処理装置およびその方法 | |
| US6188804B1 (en) | Reconstructing missing pixel information to provide a full output image | |
| JP2013225308A (ja) | 周波数アンラッピングによる画像リサンプリング | |
| JP3675896B2 (ja) | 画像処理方法および装置 | |
| US7953298B2 (en) | Image magnification device, image magnification method and computer readable medium storing an image magnification program | |
| JP3651511B2 (ja) | デジタル画像記録装置および方法 | |
| Rahim et al. | An analysis of interpolation methods for super resolution images | |
| JPH08294001A (ja) | 画像処理方法および画像処理装置 | |
| JP3895357B2 (ja) | 信号処理装置 | |
| JP4004561B2 (ja) | 画像処理方法および装置 | |
| Owen et al. | High quality alias free image rotation | |
| JPH0654172A (ja) | 画像拡大方法 | |
| US8493416B2 (en) | Image processing apparatus, image processing method, and computer readable medium | |
| JP2671637B2 (ja) | ディジタル画像の拡大・縮小の方法およびその装置 | |
| JP4014671B2 (ja) | 多重解像度変換方法および装置 | |
| US7428346B2 (en) | Image processing method and image processing device | |
| WO2000075865A1 (fr) | Procede de traitement d'image | |
| KR100463552B1 (ko) | 큐빅 컨벌루션 보간 장치 및 방법 | |
| JP2724224B2 (ja) | ディジタル画像信号の変倍処理方法および装置 | |
| Prendergast et al. | Improving frequency domain super-resolution via undersampling model | |
| JP3698926B2 (ja) | 映像特殊効果装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041116 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050215 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050215 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080304 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080304 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090304 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090304 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100304 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100304 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110304 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |