JP4037318B2 - 画像処理装置および方法並びにプログラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、とくに画像データを圧縮する際に圧縮率を向上させることが可能な画像処理装置および方法並びに画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像データは容量が大きいため圧縮することにより容量を小さくして取り扱いを容易にしている。とくにパソコン等を用いて作成された比較的大きいサイズの画像を携帯電話機等の携帯端末装置のモニタに表示するためには、画像のサイズを変換するとともに圧縮率を大きくしてデータ容量を非常に小さくしている。しかしながら、圧縮率を大きくすると容量は小さくなるものの画質が劣化してしまう。
【０００３】
このため、従来より圧縮率を向上させつつも画質の劣化を抑える様々な手法が提案されている。例えば、画像データにローパスフィルタによるフィルタリング処理を施して高周波成分を除去した後に圧縮することにより、画質をそれほど落とすことなく圧縮率を向上させる方法（特許文献１参照）、画像データを解析して画像の統計的性質情報を求め、この情報に基づいて画質への影響が少ない信号成分を減らすためのフィルタを求め、このフィルタにより画像データをフィルタリング処理して圧縮時の画質劣化を防止する方法（特許文献２参照）等が提案されている。また、インタレース方式の動画像に対して１ライン間隔で１つのフレームを構成する２つのフィールドのそれぞれについて、ライン間にはデータが存在しないということを前提とした圧縮アルゴリズムにより圧縮率を向上させる方法が知られている（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５７４８４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−２０９２０９号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平８−３１７３８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１，２に記載された方法は、圧縮された画像データを伸張する際に、伸張された画像データに対して、元の画像の画質に戻すための後処理を施す必要がある。このため、例えば携帯電話機等のように圧縮された画像データを表示する表示装置は、上記後処理を行うための専用の圧縮伸張アルゴリズムを備えている必要がある。したがって、すでに普及している既存の表示装置において特許文献１，２の方法により圧縮された画像データを表示するためには、既存の圧縮伸張アルゴリズムを専用の圧縮伸張アルゴリズムに載せ替えなければならない。
【０００８】
しかしながら、すでに普及している表示装置において圧縮伸張アルゴリズムを載せ替えることは現実的ではなく、また圧縮伸張アルゴリズムを載せ替えることができない場合も多いため、特許文献１，２の方法により圧縮された画像データを高画質に伸張することができないのが現状である。また、上記特許文献３の方法はインタレース方式の画像データに対応した伸張アルゴリズムを搭載した表示装置においては表示することができるが、インタレース方式に対応していない表示装置においては表示することができない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、専用の圧縮伸張アルゴリズムがなくても画質を維持しつつ圧縮率を向上できるようにすることを第１の目的とする。
【００１０】
また、本発明は画像の画質を簡易に変更できるようにすることを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の画像処理装置は、２次元状に画素が配列された画像を表す画像データの入力を受け付ける入力受け付け手段と、
所定の圧縮アルゴリズムにより前記画像データを圧縮した際に圧縮率が向上するように、前記画像の各ライン毎に該各ラインの画素値を変更する画素値変更手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
「所定の圧縮アルゴリズム」とは、画像データに対して特殊なフィルタリング処理等の前処理を施すことなく、画像データにより表される画像における縦横いずれか一方向のラインにおける冗長性を考慮して圧縮処理を行うアルゴリズムであり、汎用のパソコン、携帯端末装置等の画像を表示する装置において取り扱うことが可能なファイルフォーマットの画像データを生成するアルゴリズムをいう。
【００１３】
具体的なファイルフォーマットとしては、ｇｉｆ、ｐｎｇ等が挙げられる。
【００１４】
なお、本発明による第１の画像処理装置においては、前記画素値変更手段は、前記各ライン上において、所定数の画素からなる画素群同士の画素配列を比較する画素配列比較手段と、
前記画素群同士の画素配列が近似する場合に、該画素配列が互いに近似する画素群の該画素配列を同一となるように修正する画素配列修正手段とを備えていてもよい。
【００１５】
「画素群の画素配列が近似する」とは、各ライン上の画素群に含まれるすべての画素の画素配列を比較した際に、同一値を有する画素の数が同一であるが、画素の配列順序が異なることをいう。例えば、ある画素群が「○，●，●」という画素配列を有し、他の画素群が「●，○，●」という画素配列を有する場合、その画素群同士の画素配列は近似することとなる。そして、画素配列修正手段は、画素配列が同一となるように画素群の画素配列を修正する。具体的には、近似する画素配列を有するすべての画素群の画素配列を、近似する画素配列を有する画素群のうちのいずれかの画素群の画素配列と同一とすればよい。
【００１６】
なお、画素群の画素数である「所定数」は、多いほど圧縮率を向上させることができるが画質は劣化する。このため、圧縮率と画質との関係を考慮して所定数を設定すればよい。具体的には２〜４個程度、最も好ましくは２個である。
【００１７】
また、本発明による第１の画像処理装置においては、前記画素値変更手段は、前記画像の所定数毎のラインの全画素値を一定値に修正する修正手段を備えていてもよい。
【００１８】
「一定値」としては、画素値の最大値、全画素の平均輝度よりも低い値等を用いることができる。
【００１９】
「所定数毎」は、１ライン毎、２ライン毎のように任意のライン毎であることを意味する。なお、圧縮率を向上できるラインの位置を考慮して一定値に修正するラインの間隔を決めてもよい。
【００２０】
なお、前記一定値は、前記画像の全画素値の代表値であってもよい。
【００２１】
代表値とは、平均値、中間値、中央部分を重み付けした平均値等を用いることができる。
【００２２】
また、前記画像のコントラストおよび／または色調を変更可能なように前記一定値を決定する決定手段をさらに備えていてもよい。
【００２３】
また、本発明による第１の画像処理装置においては、前記画素値変更手段により画素値が変更された前記画像データを前記所定の圧縮アルゴリズムにより圧縮する圧縮手段をさらに備えるものとしてもよい。
【００２４】
本発明による画像処理方法は、２次元状に画素が配列された画像を表す画像データの入力を受け付け、
所定の圧縮アルゴリズムにより前記画像データを圧縮した際に圧縮率が向上するように、前記画像の各ライン毎に該各ラインの画素値を変更することを特徴とするものである。
【００２５】
なお、本発明による画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
【００２６】
本発明による第２の画像処理装置は、２次元状に画素が配列された画像を表す画像データの入力を受け付ける入力受け付け手段と、
前記画像の所定数毎のラインの全画素値を一定値に修正する修正手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
なお、本発明による第２の画像処理装置においては、前記画像のコントラストおよび／または色調を変更可能なように前記一定値を決定する決定手段をさらに備えていてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の圧縮アルゴリズムにより画像データを圧縮した際に圧縮率が向上するように、画像の各ライン毎に各ラインの画素値を変更するようにしたため、画素値が変更された画像データを圧縮すれば圧縮率を向上できる。また、特殊な伸張アルゴリズムを用いなくても圧縮された画像データを伸張することができる。
【００２９】
とくに、画像の各ライン上において、所定数の画素からなる画素群同士の画素配列を比較し、画素群同士の画素配列が近似する場合に、互いに近似する画素群の画素配列を同一となるように修正した場合、修正された画像データと修正前の画像データとでは、各ラインにおける画素配列が近似する画素群が同一の画素配列となるように修正されているのみであるため、画質はそれほど劣化していない。一方、画素配列が近似する画素群の画素配列が同一とされているため、圧縮率は向上される。したがって、画質の劣化を防止しつつ圧縮率を向上できる。
【００３０】
また、所定数毎のラインの全画素値を一定値に修正した場合、そのラインの情報は失われるが、画像の全体を見た場合には人間の目に対する画像の認識にそれほど影響を与えるものではないため、修正された画像データと修正前の画像データとでは、画質はそれほど劣化していないものとなる。一方、所定数毎のラインの全画素値が一定値とされているため、圧縮率は向上される。したがって、画質の劣化を防止しつつ圧縮率を向上できる。
【００３１】
この場合、一定値を全画素値の代表値とすれば、修正前後の画像の明るさを大きく変更することなく画像データを修正することができるため、画質の劣化をより防止することができる。
【００３２】
また、画像のコントラストおよび／または色調を変更可能なように一定値を決定すれば、コントラストの低い画像にはコントラストが高くなるように一定値を決定したり、赤みを帯びた画像には赤みを低下させるように赤の補色となる青緑色を一定値とすることにより、画像のコントラストを変更したり、色調を変更することができる。また、一定値の色および明るさを変更することにより、コントラストと色調とを同時に変更することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による画像処理装置を備えた画像圧縮システムの構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、本発明の第１の実施形態による画像圧縮システム１は、デジタルカメラ、ネットワーク上のデータベース、ハードディスク、各種メディア等から画像データＳ０を読み出すことにより画像データＳ０の入力を受け付ける入力部２と、画像データＳ０により表される画像の画素値を変更して画素値が変更された画像データＳ１を得る画素値変更部３と、画素値が変更された画像データＳ１を圧縮する圧縮部４とを備える。
【００３４】
入力部２は、画像データＳ０を読み出す上記デジタルカメラやネットワーク上のデータベース等に対応したインターフェースからなる。
【００３５】
画素値変更部３は、画素配列比較部３１と画素配列修正部３２とを備える。
【００３６】
画素配列比較部３１は、画像データＳ０により表される画像（以下画像についても同様の符号Ｓ０を用いる）における横方向のすべてのライン上の画素を、隣接する２つの画素からなる画素群に分割し、各画像群の画素配列を比較し、各画素群の画素配列が近似するか否かを判定する。すなわち、２つの画素からなる画素群の画素配列をすべての画素群同士で比較し、同一値を有する画素の数が同一であり、かつ画素の配列順序が異なる場合に、画素群の画素配列は近似すると判定する。以下、この判定について下記の図２を参照して説明する。
【００３７】
図２は画像Ｓ０における横方向のラインにおける画素配列の例を示す図である。図２（ａ）に示すように、あるライン上において■画素および○画素が合計１２個並んでいる場合において、１２個の画素を２画素からなる６つの画素群Ｇ１〜Ｇ６に分割し、各画素群Ｇ１〜Ｇ６の画素配列を比較する。図２（ａ）から明らかなように、画素群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の画素配列は同一であるが、画素群Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６と比較すると、同一値を有する画素の数が同一で画素配列が異なっているため、画素群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の画素配列と画素群Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６の画素配列とは近似すると判定される。
【００３８】
画素配列修正部３２は、画素配列比較部３１が、画素配列が近似すると判定した画素群の画素配列を同一となるように修正する。例えば、図２（ａ）に示すラインにおいては、画素群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の画素配列と画素群Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６の画素配列とが近似すると判定されるため、図２（ｂ）に示すように、画素群Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６を画素群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の画素配列と同一となるように修正する。なお、図２（ｂ）においては修正された画素群の符号に′を付与して示す。
【００３９】
このように、画素配列を修正した場合、画素のみを見れば修正前の画素配列と修正後の画素配列とは全く異なるが、全体を画像としてみた場合、近似する画素群の画素配列が同一となるように修正されているのみであるため、画質は修正前後でそれほど劣化していないこととなる。
【００４０】
圧縮部４は、画素値変更部３において得られた画像データＳ１を所定の圧縮アルゴリズムにより圧縮する。所定のアルゴリズムとしては、画像データＳ１に対して特殊なフィルタリング処理等の前処理を施すことなく、画像Ｓ１における横方向のラインにおける冗長性を考慮して圧縮処理を行うアルゴリズムである。例えば、ライン上に繰り返される画素配列のパターンがある場合に、そのパターンおよび繰り返し回数によりそのライン上のデータを表すことにより、そのラインを圧縮するアルゴリズムが用いられる。このようなアルゴリズムを用いた場合、図２（ｂ）に示すような画素配列のラインの情報は、（■○）×６となる。なお、図２（ａ）に示すような画素配列のラインの情報は、（■○）×３＋（○■）×３となる。
【００４１】
ここで、図２（ａ），（ｂ）に示す修正前後のラインにおいて圧縮後の情報量を比較すると、修正前は（■○）×３＋（○■）×３という情報が必要であるのに対して、修正後は（■○）×６となり、情報量としては修正前の半分となる。
【００４２】
次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図３は、第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、入力部２が画像データＳ０の入力を受け付けると（ステップＳ１）、画素配列比較部３１が画像Ｓ０における横方向のラインについて画素群の画素配列を比較する。このため、まずラインの順序ｎを１に初期化した後（ステップＳ２）、そのラインについて画素配列を比較する（ステップＳ３）。そして、画素配列修正部３２が、画素配列が近似すると判定された画素群の画素配列を同一となるように修正する（ステップＳ４）。
【００４３】
そして、画素配列修正部３２は、すべてのラインについて処理を終了したか否かを判定し（ステップＳ５）、ステップＳ５が否定されると、次のラインの処理を行うべく、ラインの順序ｎを１つインクリメントし（ステップＳ６）、ステップＳ３に戻る。
【００４４】
ステップＳ５が肯定されると、画素値変更部３において得られた画像データＳ１を圧縮部４が圧縮して画像データＳ０を得（ステップＳ７）、処理を終了する。
【００４５】
このように、第１の実施形態においては、２画素からなる画素群の画素配列を比較し、画素群の画素配列が近似する場合に、画素配列が互いに近似する画素群の画素配列を同一となるように修正するようにしたものである。ここで、修正された画像Ｓ１と修正前の画像Ｓ０とでは、各ラインにおける近似する画素群が同一となるように修正されているのみであり、画質はそれほど劣化していない。一方、近似する画素群の画素配列が同一とされているため、圧縮率は向上される。したがって、第１の実施形態によれば、画質の劣化を防止しつつ圧縮率を向上できる。また、特殊な伸張アルゴリズムを用いなくても、圧縮された画像データＳ２を伸張することができる。
【００４６】
ここで、本出願人の実験により、第１の実施形態による修正後の画像データＳ１を圧縮した場合のデータ容量が、修正前の画像データＳ０を圧縮した場合のデータ容量の６０％程度となったことが確認された。
【００４７】
なお、上記第１の実施形態においては、画素配列を比較する画素群を２画素としているが、任意の画素数であってもよい。ここで、画素群が３画素の場合、図４（ａ）に示す画素配列と近似するのは、図４（ｂ）に示す画素配列となる。しかしながら、圧縮率と画質の劣化とを考慮した場合、画素群の画素数は２から４程度であることが好ましい。
【００４８】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は本発明の第２の実施形態による画像処理装置を備えた画像圧縮システムの構成を示す概略ブロック図である。なお、第２の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付し、ここでは詳細な説明は省略する。第２の実施形態においては、第１の実施形態における画素値変更部３が、画像Ｓ０の所定数毎のラインの全画素値を一定値に修正する修正部３３および一定値を決定する決定部３４を備えた画素値変更部３′とした点が第１の実施形態と異なる。
【００４９】
修正部３３は、画像Ｓ０における横方向の各ラインの全画素値が、１ライン毎に一定値となるように修正する。すなわち、図６に示すように１ライン毎に横方向のラインを一定値（斜線部）となるように修正する。
【００５０】
決定部３４は一定値の値を決定する。ここで、決定部３４が決定する一定値は、黒色（８ビットであれば０）、全画素の平均値、全画素の中間値、平均値よりも値が低い（すなわち輝度が低い）グレー等、任意の濃度というように、あらかじめ定められたものとすることができる。
【００５１】
なお、図７（ａ）に示すような画像において、１ライン毎のラインを黒色の一定値とした画像を図７（ｂ）に、平均値よりも値が低いグレーの一定値とした画像を図７（ｃ）に、白色（８ビットであれば２５５）の一定値とした画像を図７（ｄ）にそれぞれ示す。
【００５２】
図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すように、一定値の値に応じて、修正後の画像のコントラストが変わることが分かる。例えば、図７（ａ）に示すように一定値を黒色とした場合はコントラストが高くなるが、図７（ｄ）に示すように白色とした場合はコントラストが低くなる。したがって、決定部３４は、画像Ｓ０のコントラストに応じて一定値を決定するようにしてもよい。これにより、画像Ｓ０のコントラストを変更することができる。なお、図示はしていないが、一定値を画素値の平均値とした場合には、コントラストを変化させることなく画像Ｓ０を修正できる。
【００５３】
圧縮部４は上記第１の実施形態と同様のアルゴリズムにより修正後の画像データＳ１を圧縮する。ここで、画素値が修正されたラインは一定値を有するため、圧縮することにより情報量を大きく低減することができる。
【００５４】
次いで、第２の実施形態において行われる処理について説明する。図８は本発明の第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、入力部２が画像データＳ０の入力を受け付けると（ステップＳ１１）、修正部３３が画像Ｓ０における横方向のラインについて、１ライン毎に決定部３４が決定した一定値に修正する（ステップＳ１２）。そして、画素値変更部３′において得られた画像データＳ１を圧縮部４が圧縮し（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００５５】
このように、第２の実施形態においては、１ライン毎に全画素値を一定値に修正しているため、そのラインの情報は失われるが、画像の全体を見た場合には人間の目に対する画像の認識にそれほど影響を与えるものではなく、修正された画像Ｓ１と修正前の画像Ｓ０とでは、それほど見た目に画質は劣化していないものとなる。一方、１ライン毎に画素値が一定値とされているため、圧縮率は向上される。したがって、画質の劣化を防止しつつ圧縮率を向上できる。
【００５６】
ここで、本出願人の実験により、第２の実施形態による修正後の画像データＳ１を圧縮した場合のデータ容量が、修正前の画像データＳ０を圧縮した場合のデータ容量の６０％程度となったことが確認された。
【００５７】
なお、上記第２の実施形態においては、決定部３４において、一定値を画像Ｓ０の色調に応じた色に決定してもよい。例えば、画像Ｓ０が赤みがかったものである場合には、一定値を赤色の補色である青緑色とすることにより、修正後の画像Ｓ１の赤みを少なくすることができる。また、一定値の色の濃度を変更することにより、色調とともにコントラストも同時に修正することができる。
【００５８】
また、上記第２の実施形態においては、１ライン毎に画素値を修正しているが、２ライン毎または３ライン毎のように任意のライン間隔にて画素値を修正してもよい。
【００５９】
また、画像Ｓ０を解析し、圧縮率を向上できるラインを考慮することにより、例えば一定値とするラインを奇数ラインとするあるいは偶数ラインとする等のように、一定値に修正するラインを決めるようにしてもよい。
【００６０】
また、上記第２の実施形態における修正部３３および決定部３４を単独で用いて、画像Ｓ０のコントラストおよび／または色調を修正する画像処理装置を構成することも可能である。図９は上記入力部２、修正部３３および決定部３４を備えた画像処理装置の構成を示す概略ブロック図である。このように、修正部３３および決定部３４のみを備えた画像処理装置においては、一定値を画像Ｓ０の色調やコントラストに応じて決定することにより、画像Ｓ０の色調やコントラストを修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による画像処理装置を備えた画像圧縮システムの構成を示す概略ブロック図
【図２】画像における横方向のラインにおける画素配列の例を示す図
【図３】第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図４】画素群の画素数を３とした場合の画素配列を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態による画像処理装置を備えた画像圧縮システムの構成を示す概略ブロック図
【図６】第２の実施形態における画素値の修正を説明するための図
【図７】画素値の修正前後の画像の例を示す図
【図８】第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図９】修正部および決定部のみを備えた画像処理装置の構成を示す概略ブロック図
【符号の説明】
１，１′ 画像圧縮システム
２ 入力部
３ 画素値変更部
４ 圧縮部
３１ 画素配列比較部
３２ 画素配列修正部
３３ 修正部
３４ 決定部

Claims (6)

1. ２次元状に画素が配列された画像を表す画像データの入力を受け付ける入力受け付け手段と、
   所定の圧縮アルゴリズムにより前記画像データを圧縮した際に圧縮率が向上するように、前記画像の所定数毎のラインの全画素値を一定値に修正する画素値変更手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記一定値は、前記画像の全画素値の代表値であることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記画像のコントラストおよび／または色調を変更可能なように前記一定値を決定する決定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
4. 前記画素値変更手段により画素値が変更された前記画像データを前記所定の圧縮アルゴリズムにより圧縮する圧縮手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の画像処理装置。
5. ２次元状に画素が配列された画像を表す画像データの入力を受け付け、
   所定の圧縮アルゴリズムにより前記画像データを圧縮した際に圧縮率が向上するように、前記画像の所定数毎のラインの全画素値を一定値に修正することを特徴とする画像処理方法。
6. ２次元状に画素が配列された画像を表す画像データの入力を受け付ける手順と、
   所定の圧縮アルゴリズムにより前記画像データを圧縮した際に圧縮率が向上するように、前記画像の所定数毎のラインの全画素値を一定値に修正する手順とを有することを特徴とする画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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