JP4133746B2 - Interpolated pixel value calculation method, apparatus, and program - Google Patents
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Images
Description
本発明は、デジタル画像を構成する画素間に補間画素を補間するための補間画素値算出方法および装置並びにそのためのプログラムに関するものである。
The present invention relates to an interpolation pixel value calculation method, apparatus and program therefor for interpolating an interpolation pixel between pixels constituting the digital image.
従来より、ネガフィルムやカラーリバーサルフィルムなどの写真フィルムに記録された写真画像をスキャナなどの読取装置で光電的に読み取って得たデジタル画像や、デジタルスチルカメラ(DSC)やカメラ付き携帯電話などのデジタル撮像装置により被写体を撮像することにより得られた画像データを、それを再生するモニタなどの再生装置のサイズに適合するように拡大縮小することが行われている。例えば、カメラ付き携帯電話により被写体を撮像して得て得られた画像データを電子メールとして送信する際に、送信先の携帯電話に備えられた液晶モニタのサイズに応じて画像データを拡大縮小するサービスが提供されている。 Conventionally, a digital image obtained by photoelectrically reading a photographic image recorded on a photographic film such as a negative film or a color reversal film with a reading device such as a scanner, a digital still camera (DSC), a mobile phone with a camera, etc. 2. Description of the Related Art Image data obtained by imaging a subject with a digital imaging device is enlarged or reduced so as to match the size of a reproduction device such as a monitor that reproduces the image data. For example, when image data obtained by imaging a subject with a camera-equipped mobile phone is transmitted as an e-mail, the image data is enlarged or reduced according to the size of the liquid crystal monitor provided in the destination mobile phone. Service is provided.
このような画像データの拡大縮小は、画像データにより表される画像を構成する画素の間に拡大縮小率に応じて新たな画素(以下補間画素という)を補間することにより行われる。このような補間方法としては、線形補間法、最近傍法、ガウシアンフィルタ、バイリニア法およびバイキュービック法などの種々の方法が知られている。これらの方法は、補間画素の近傍の画素を参照画素とし、参照画素の画素値による補間演算を行って補間画素の画素値を算出する。 Such enlargement / reduction of the image data is performed by interpolating new pixels (hereinafter referred to as interpolation pixels) between the pixels constituting the image represented by the image data in accordance with the enlargement / reduction ratio. As such an interpolation method, various methods such as a linear interpolation method, nearest neighbor method, Gaussian filter, bilinear method, and bicubic method are known. In these methods, a pixel in the vicinity of the interpolation pixel is used as a reference pixel, and an interpolation calculation is performed using the pixel value of the reference pixel to calculate the pixel value of the interpolation pixel.
しかしながら、単一の方法のみを用いて画像データを拡大縮小した場合、画像に含まれるエッジ部分にボケやシャギーが発生するという問題がある。このため、画像に含まれるエッジ成分を検出し、エッジ部分と非エッジ部分とで異なる処理による補間演算を行う方法が提案されている(特許文献1参照)。 However, when the image data is enlarged / reduced using only a single method, there is a problem that blur or shaggy occurs in an edge portion included in the image. For this reason, a method has been proposed in which an edge component included in an image is detected and an interpolation operation is performed by different processing between the edge portion and the non-edge portion (see Patent Document 1).
特許文献1に記載された方法などにおいて画像からエッジを検出するためには、ソーベルフィルタやラプラシアンフィルタが一般的に用いられる。このようなソーベルフィルタやラプラシアンフィルタは、最短3タップの奇数タップ数を有し、フィルタリングにより注目画素がエッジであるか否かを判定することによりエッジを検出することができる。
In order to detect an edge from an image in the method described in
一方、画像を拡大縮小する場合には、画素間に補間画素を補間するため、画像に含まれる画素ではなく、画素の間にエッジが判定するか否かを判定する必要がある。上述した奇数タップ数のフィルタを用いてエッジを検出する場合、画像中の注目画素そのものがエッジであるか否かを判定することができるのみであり、画素間にエッジが存在するか否かを判定することができない。 On the other hand, when an image is enlarged or reduced, an interpolation pixel is interpolated between pixels, so it is necessary to determine whether or not an edge is determined between pixels instead of pixels included in the image. When an edge is detected using the above-described filter having an odd number of taps, it is only possible to determine whether or not the pixel of interest in the image is an edge, and whether or not there is an edge between pixels. Cannot judge.
画素間にエッジがあるか否かを判定する最も簡単な方法としては、画像の隣接する2つの画素に対して例えば図5に示す差分フィルタによるフィルタリング処理を施してこの2つの画素の画素値の差分を得、この差分の絶対値が所定の閾値以上である場合に、この隣接する2つの画素間にエッジが存在すると判定する手法が考えられる。以下本発明の説明において、このようなエッジ検出方法を第1のエッジ検出方法という。 The simplest method for determining whether or not there is an edge between pixels is to perform filtering processing using, for example, a difference filter shown in FIG. A method of obtaining a difference and determining that an edge exists between two adjacent pixels when the absolute value of the difference is equal to or greater than a predetermined threshold value is conceivable. In the following description of the present invention, such an edge detection method is referred to as a first edge detection method.
また、隣接する2つの画素の画素値のみではなく、直列に隣接する4つの画素の画素値に基づいてこの4つの画素の中央に位置する2つの画素間にエッジが存在するか否かを判定する手法を用いることもできる。具体的には、例えば図4に示す直列に隣接する4つの画素G1、G2、G3、G4の中央に位置する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在するか否かを判定するのに当たって、まず、画素G1〜G4について、互いに隣接する2つの画素からなる3つの画素ペア(G1,G2)、(G2、G3)、(G3,G4)に対して差分フィルタによるフィルタリング処理を施して各ペアの画素の差分を1次差分d1、d2、d3として算出する。続いて、3つの1次差分d1、d2、d3における隣接する2つの1次差分ペア(d1,d2)、(d2,d3)に対して、同様に差分フィルタによるフィルタリング処理を施して、各1次差分ペアの差分を2次差分d4、d5として算出する。画像中に直列に隣接する4つの画素に対して算出した1次差分と2次差分の正負は全18種類の組合せがあり、図6と図7、図8は、この18種類の組合せと、この4つの画素のプロファイル形状との関係を示している。そのうち、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在することを示す組合せは、図6に示すエッジ1およびエッジ2の2通りである。エッジ1は、(d1,d2,d3,d4,d5)=(+,+,+,+,−)となる右上がりエッジおよび(d1,d2,d3,d4,d5)=(−,−,−,−,+)となる左上がりエッジの2種類があり、エッジ2は、(d1,d2,d3,d4,d5)=(+,+,+,+,+)となる下に凸の右上がりエッジ、(d1,d2,d3,d4,d5)=(+,+,+,−,−)となる上に凸の右上がりエッジ、(d1,d2,d3,d4,d5)=(−,−,−,+,+)となる下に凸の左上がりエッジ、(d1,d2,d3,d4,d5)=(−,−,−,−,−)となる上に凸の左上がりエッジの4種類がある。直列に隣接する4つの画素に対して1次差分d1、d2、d3および2次差分d4、d5を求め、これらの差分の正負の関係が、図6に示すエッジ1またはエッジ2の関係となる場合に、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在すると判定すると共に、これらの差分の正負の関係が、図7および図8に示すような山、谷、その他の関係となる場合に、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在しないと判定する。なお、以下本発明の説明において、このようなエッジ検出方法を第2のエッジ検出方法という。
Whether or not an edge exists between two pixels located at the center of the four pixels is determined based on the pixel values of the four pixels adjacent in series as well as the pixel values of the two adjacent pixels. It is also possible to use a technique to Specifically, for example, in determining whether an edge exists between two pixels G2 and G3 located at the center of four pixels G1, G2, G3, and G4 adjacent in series shown in FIG. First, with respect to the pixels G1 to G4, a filtering process using a difference filter is performed on three pixel pairs (G1, G2), (G2, G3), (G3, G4) including two adjacent pixels. Differences between the paired pixels are calculated as primary differences d1, d2, and d3. Subsequently, filtering processing by the difference filter is similarly performed on two adjacent primary difference pairs (d1, d2) and (d2, d3) in the three primary differences d1, d2, and d3, and each 1 The difference of the next difference pair is calculated as secondary differences d4 and d5. There are 18 types of combinations of the positive and negative of the primary difference and the secondary difference calculated for four pixels adjacent in series in the image. FIGS. 6, 7 and 8 show these 18 types of combinations, The relationship with the profile shape of these four pixels is shown. Among them, there are two combinations of the
さらに、前述した第1と第2のエッジ検出方法の併合となるエッジ検出方法を用いて、より精度良く隣接する2つの画素間にエッジが存在するか否かの検出を行うこともできる。具体的には、第2の方法のように、直列に隣接する4つの画素G1〜G4に対して1次差分d1、d2、d3および2次差分d4、d5を求め、これらの差分の正負の関係が、図6に示すエッジ1またはエッジ2の関係となる場合に、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在すると共に、これらの差分の正負の関係が、図7に示すような山、谷、その他の関係となる場合に、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在しないとするようにして第1の判定を行う。第1の判定において、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在すると判定された場合において、画素G2、G3の画素値の差分の絶対値が所定の閾値以上であるか否かをさらに判定し(第2の判定)、第2の判定が肯定された場合においてのみ、画素G2、G3の間に真のエッジが存在すると判定する。こうすることによって、画素G2、G3の画素値の差が非常にわずかでノイズと見なせるような場合に、そこがエッジであると誤判定してしまうことを防ぐことができる。なお、以下本発明の説明において、このようなエッジ検出方法を第3のエッジ検出方法という。
Furthermore, it is possible to detect whether or not an edge exists between two adjacent pixels with higher accuracy by using an edge detection method that is a combination of the first and second edge detection methods described above. Specifically, as in the second method, primary differences d1, d2, d3 and secondary differences d4, d5 are obtained for four pixels G1 to G4 adjacent in series, and the positive and negative of these differences are obtained. When the relationship is the relationship of
さらに、第1のエッジ検出方法の改良方法として、2つの隣接する画素間の差分の絶対値が所定の閾値(第1の閾値)以上である場合に、この2つの画素間にエッジが存在すると判定すると共に、2つの隣接する画素間の差分の絶対値がこの第1の閾値より小さいものの、第1の閾値よりも小さい閾値(第2の閾値)以上であり、かつこの2つの隣接する画素を中央とする直列に隣接する4つ以上の複数画素に含まれる互い隣接する2つの画素からなる各画素ペアの差分の絶対値のうちの最大値である場合に中央に隣接する2つの画素間にエッジが存在すると判定するようにしてエッジを検出することもできる。こうすることによって、急なエッジのみならず、比較的に緩やかなエッジも検出することができる。なお、以下本発明の説明において、このようなエッジ検出方法を第4のエッジ検出方法という。 Further, as an improvement method of the first edge detection method, when an absolute value of a difference between two adjacent pixels is equal to or greater than a predetermined threshold (first threshold), an edge exists between the two pixels. In addition, the absolute value of the difference between two adjacent pixels is smaller than the first threshold, but is greater than or equal to a threshold smaller than the first threshold (second threshold), and the two adjacent pixels Between the two pixels adjacent to the center when the absolute value of the absolute value of the difference of each pixel pair consisting of two adjacent pixels included in four or more pixels adjacent in series with the center as the center It is also possible to detect an edge by determining that there is an edge. By doing so, not only a sharp edge but also a relatively gentle edge can be detected. In the following description of the present invention, such an edge detection method is referred to as a fourth edge detection method.
これらの例に挙げたように、画像を構成する画素間にエッジが存在するか否かを判定して画像の画素間におけるエッジを検出する方法が様々考えられる。画像を拡大縮小するために画像を構成する画素間に補間画素を補間する際に、補間画素の近傍の画素間にエッジが存在するか否か、どの方向に延びるエッジかなどによって、異なる参照画素を選出したり、異なる補間演算方法で補間画素の画素値を求めるようにしたりなどするようにすれば、拡大縮小処理した画像の画質の低下を防ぐことができる。例えば、補間画素の近傍の画素間にエッジが検出されていない場合に、補間画素の近傍に位置する画素(例えば補間画素を囲む4×4の16画素)全部を参照画素とし、参照画素の画素値に対して補間演算を行うことによって補間画素の画素値を求める一方、補間画素の近傍の画素間にエッジが検出されていれば、この補間画素がエッジのいずれ側に存在することを判定すると共に、補間画素の近傍の画素のうち、エッジに対して、補間画素と同じ側に位置する画素のみを参照画素として補間画素の画素値を求めるようにして、拡大縮小された画像の画質低下を防ぐ方法が考えられる。勿論、参照画素のみならず、補間画素の近傍の画素間にエッジが検出されたか否かで異なる補間演算の方法を用いるようにしてもよい。 As described in these examples, various methods are conceivable for determining whether or not an edge exists between pixels constituting an image and detecting an edge between pixels of the image. When interpolating interpolated pixels between pixels constituting an image to scale the image, different reference pixels depend on whether or not an edge exists between pixels near the interpolated pixel and in which direction the edge extends Or selecting the pixel value of the interpolated pixel using a different interpolation calculation method can prevent the image quality of the enlarged / reduced image from being degraded. For example, when no edge is detected between pixels in the vicinity of the interpolation pixel, all pixels located in the vicinity of the interpolation pixel (for example, 4 × 4 16 pixels surrounding the interpolation pixel) are set as the reference pixels, and the pixels of the reference pixels While calculating the pixel value of the interpolated pixel by performing an interpolation operation on the value, if an edge is detected between the pixels in the vicinity of the interpolated pixel, it is determined that the interpolated pixel exists on either side of the edge In addition, among the pixels in the vicinity of the interpolation pixel, the pixel value of the interpolation pixel is obtained using only the pixel located on the same side as the interpolation pixel with respect to the edge as a reference pixel, thereby reducing the image quality of the enlarged / reduced image. Possible ways to prevent it. Of course, different interpolation calculation methods may be used depending on whether an edge is detected between pixels in the vicinity of the interpolation pixel as well as the reference pixel.
ところで、写真フィルムに記録された画像を光電的に読み取って得たデジタル画像や、デジタル撮像装置により被写体を撮像して得たデジタル画像において、アナログ画像信号をデジタル化するために行われるサンプリング処理により、被写体におけるエッジを含む部分(以下エッジ部という)を表す画素が、該エッジの両側の部分の信号値の中間値を示す画素(以下このような画素を中間値画素という)となる。例えば、図33(a)に示す被写体のデジタル画像のX方向において、図33(b)に示すような画素構成になるが、これらの画素のうち、図33(a)に示す被写体におけるエッジLを含む部分を表す画素Gbは、エッジLの左側の部分の信号値と、エッジLの右側の信号値との中間の信号値を示すこととなる。 By the way, in a digital image obtained by photoelectrically reading an image recorded on a photographic film or a digital image obtained by imaging a subject with a digital imaging device, a sampling process is performed to digitize an analog image signal. A pixel representing a portion including an edge (hereinafter referred to as an edge portion) in the subject is a pixel indicating an intermediate value of signal values of portions on both sides of the edge (hereinafter, such a pixel is referred to as an intermediate value pixel). For example, in the X direction of the digital image of the subject shown in FIG. 33A, the pixel configuration is as shown in FIG. 33B. Of these pixels, the edge L of the subject shown in FIG. The pixel Gb representing the portion including the pixel value indicates an intermediate signal value between the signal value on the left side of the edge L and the signal value on the right side of the edge L.
そのため、例えば前述したように、補間画素の近傍の画素間にエッジが存在するか否かを検出し、存在していれば、補間画素の近傍に位置する画素のうち、検出されたエッジに対して、補間画素と同じ側に位置する画素のみを参照画素とし、参照画素の画素値による補間演算を行って補間画素の画素値を求める場合、参照画素のうち、中間値画素が入っていれば、補間画素の画素値が中間値画素の画素値に影響されるため、拡大縮小された画像にボケが残り、最悪の場合、原画像よりも広がってしまうというという問題がある。 Therefore, for example, as described above, it is detected whether or not there is an edge between pixels in the vicinity of the interpolation pixel. If there is, the detected edge among the pixels located in the vicinity of the interpolation pixel is detected. Thus, when only the pixel located on the same side as the interpolation pixel is used as the reference pixel and the pixel value of the interpolation pixel is obtained by performing the interpolation calculation using the pixel value of the reference pixel, if the intermediate value pixel is included among the reference pixels Since the pixel value of the interpolated pixel is affected by the pixel value of the intermediate value pixel, there is a problem in that blurring remains in the enlarged / reduced image, and in the worst case, the image becomes wider than the original image.
そこで、拡大縮小された画像の画質を高めるために、補間画素の画素値を求める際に、中間値画素を使用せず、中間値画素ではない参照画素のみを用いて補間画素の画素値を求めることが考えられる。 Therefore, in order to improve the image quality of the enlarged / reduced image, when obtaining the pixel value of the interpolation pixel, the intermediate value pixel is not used, and only the reference pixel that is not the intermediate value pixel is used to obtain the pixel value of the interpolation pixel. It is possible.
または、中間値画素を参照画素として使用するが、中間値画素である参照画素に対して、中間値ではない参照画素よりも小さい重みを付けて補間演算を行うようにしても、拡大縮小された画像における、中間値画素に起因するボケの残留、広がりなどを軽減することができる。
しかしながら、例えば、被写体が、図33(a)に示す例の被写体が図中x方向と直交する方向(y方向とする)に連続して広がったものである場合(図35(a)参照)、図35(b)に示すように、画素Ga1と画素Gb1との間、画素Gb1と画素Gb2との間にy方向に延びるエッジAとエッジBが夫々検出される。この場合、例えば、画素Gb3、Gb1の間の画素Gb2と、画素Gc3、Gc1の間の画素Gc2との間の画素Gb2寄りの位置に補間画素G(図35(c)参照)を補間するに際し、参照画素として、エッジに対して補間画素Gと同じ側に位置する画素を用いると、参照画素に成り得る画素はエッジA、エッジBに挟まれた画素Gb1、Gb2、Gb3の3つしかない。ところで、この3つの画素とも中間値画素であるため、この3つの画素を参照画素から除去すると、参照画素が無くなり、補間画素Gの画素値を求めることができない。また、中間値画素を参照画素として使用するが、中間値画素である参照画素に対して、中間値ではない参照画素よりも小さい重みを付けて補間演算を行う方法を適用すると、参照画素が全部中間値画素であるので、これらの参照画素の画素値から画素値が求められた補間画素Gはやはり中間値画素であり、拡大縮小された画像中に中間値画素に起因するボケを軽減することができない。 However, for example, when the subject in the example shown in FIG. 33A continuously extends in the direction orthogonal to the x direction (referred to as the y direction) in the drawing (see FIG. 35A). As shown in FIG. 35B, an edge A and an edge B extending in the y direction are detected between the pixel Ga1 and the pixel Gb1, and between the pixel Gb1 and the pixel Gb2, respectively. In this case, for example, when the interpolation pixel G (see FIG. 35C) is interpolated at a position near the pixel Gb2 between the pixel Gb2 between the pixels Gb3 and Gb1 and the pixel Gc2 between the pixels Gc3 and Gc1. When a pixel located on the same side as the interpolation pixel G with respect to the edge is used as the reference pixel, there are only three pixels Gb1, Gb2, and Gb3 sandwiched between the edge A and the edge B that can be the reference pixel. . By the way, since these three pixels are intermediate value pixels, if these three pixels are removed from the reference pixel, the reference pixel disappears and the pixel value of the interpolation pixel G cannot be obtained. In addition, when an intermediate value pixel is used as a reference pixel, a method of performing an interpolation operation with a weight smaller than a reference pixel that is not an intermediate value is applied to a reference pixel that is an intermediate value pixel. Since the pixel is an intermediate value pixel, the interpolation pixel G whose pixel value is obtained from the pixel values of these reference pixels is also an intermediate value pixel, and reduces blurring caused by the intermediate value pixel in the enlarged / reduced image. I can't.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、デジタル画像の画素間に検出されたエッジを調整し、その調整結果を利用して補間画素の画素値を算出することにより、デジタル画像を拡大縮小して得た画像中のボケを軽減することを可能とする補間画素値算出方法および装置並びにプログラムを提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and adjust the detected edge between pixels of the digital image, by calculating the pixel value of the interpolation pixel by using the result of the adjustment, the digital image It is an object of the present invention to provide an interpolation pixel value calculation method, apparatus, and program that can reduce blur in an image obtained by enlarging or reducing.
本発明の補間画素値算出方法は、
被写体を撮像して得たデジタル画像を拡大縮小するための補間画素の画素値を、該補間画素の近傍に位置する近傍画素の画素値に基づいて算出する補間画素値算出方法であって、
所定のエッジ検出処理により前記近傍画素の画素間に位置するエッジを検出し、
前記エッジ検出処理により前記エッジが検出された場合は、該エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出すると共に、
前記エッジ検出処理により、前記デジタル画像上の直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素の間のいずれにおいても前記エッジが検出された場合は、該2つのエッジを併合して前記3つの画素のうちの中央画素付近に位置する1つの併合エッジとし、該併合エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出することを特徴とするものである。
The interpolation pixel value calculation method of the present invention includes:
An interpolation pixel value calculation method for calculating a pixel value of an interpolation pixel for enlarging or reducing a digital image obtained by imaging a subject based on a pixel value of a neighboring pixel located in the vicinity of the interpolation pixel,
Detect an edge located between the neighboring pixels by a predetermined edge detection process ,
When the edge is detected by the edge detection process, the pixel value of the interpolation pixel is calculated based on the pixel value of the neighboring pixel on the side where the interpolation pixel is located on both sides of the edge,
By the edge detection processing, when the edge at any between two adjacent pixels of the three pixels adjacent in series on said digital image is detected, the merges the two edges 3 one of the single merged edges located near the center pixel among the pixels, and calculates the pixel value of the interpolation pixel based on the pixel values of the neighboring pixels on the side where the interpolation pixel is located among the opposite sides of said combination if edge It is characterized by this.
本発明の補間画素値算出方法は、前記2つのエッジの前記3つの画素の画素値を比較し、前記3つの画素の画素値が、該3つの画素の並ぶ方向に沿って単調増加または単調減少する場合においてのみ前記2つのエッジに対して前記併合を行うことが好ましい。
The interpolation pixel value calculation method of the present invention compares the pixel values of the three pixels at the two edges, and the pixel values of the three pixels increase or decrease monotonously along the direction in which the three pixels are arranged. It is preferable to perform the merging on the two edges only in the case of doing so.
本発明の補間画素値算出方法は、前記2つのエッジの延びる方向が同じである場合においてのみ該2つのエッジに対して前記併合を行うことがより好ましい。
More preferably , the interpolation pixel value calculation method of the present invention performs the merging on the two edges only when the extending directions of the two edges are the same.
ここで、「デジタル画像」とは、被写体を撮像して得た画像のデジタルデータにより表されるものを意味し、デジタルカメラにより取得したものに限らず、ネガフィルムやカラーリバーサルフィルムなどの写真フィルムに記録された写真画像や、プリントした写真画像などをスキャナなどの読取装置で光電的に読み取って得たものも含むものである。なお、以下の説明において、デジタル写真画像を略して単に画像という。 Here, “digital image” means an image represented by digital data of an image obtained by capturing an image of a subject, and is not limited to one acquired by a digital camera, but a photographic film such as a negative film or a color reversal film. Also included are those obtained by photoelectrically reading a photographic image recorded on the printer, a printed photographic image, or the like with a reading device such as a scanner. In the following description, a digital photographic image is simply referred to as an image.
また、「中央画素付近に位置する」とは、前記3つの画素の互いに隣接する2つの画素からなる画素ペアの夫々の中央点間の位置に位置することを意味し、中央画素の位置に位置することを含むものである。例えば、前記3つの画素をG1、G2、G3とした場合、中央画素G2付近の位置とは、画素G1、G2間の中央点と、画素G2、G3間の中央点との間の位置となる。
Further, the "center located near the pixel" means to position the position between the center point of the respective pixel pair consisting of mutually adjacent two pixels of the three pixels, positioned in the position of the center pixel it is intended to include that. For example, when the three pixels are G1, G2, and G3, the position near the central pixel G2 is a position between the central point between the pixels G1 and G2 and the central point between the pixels G2 and G3. .
本発明の補間画素値算出装置は、
被写体を撮像して得たデジタル画像を拡大縮小するための補間画素の画素値を、該補間画素の近傍に位置する近傍画素の画素値に基づいて算出する補間画素値算出手段を有する補間画素値算出装置であって、
所定のエッジ検出処理により前記近傍画素の画素間に位置するエッジを検出するエッジ検出手段と、
該エッジ検出手段により、前記デジタル画像上の直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素の間のいずれにおいても前記エッジが検出された場合、該2つのエッジを併合して前記3つの画素のうちの中央画素付近に位置する1つの併合エッジとするエッジ併合手段とを有し、
前記補間画素値算出手段が、
前記エッジ検出手段により前記エッジが検出された場合は、該エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出すると共に、
前記エッジ併合手段により前記2つのエッジが併合された場合は、前記併合エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出するものであることを特徴とするものである。
Interpolation pixel value calculating device of the present invention,
An interpolation pixel value having an interpolation pixel value calculation means for calculating a pixel value of an interpolation pixel for enlarging / reducing a digital image obtained by imaging a subject based on a pixel value of a neighboring pixel located in the vicinity of the interpolation pixel A calculation device,
Edge detecting means for detecting an edge located between pixels of the neighboring pixels by a predetermined edge detection process ;
When the edge is detected in any of two adjacent pixels of the three pixels adjacent in series on the digital image by the edge detection means, the two edges are merged to and a edge merging means for a single merged edges located near the center pixel among the pixels,
The interpolation pixel value calculation means is
When the edge is detected by the edge detection means, the pixel value of the interpolation pixel is calculated based on the pixel value of the neighboring pixel on the side where the interpolation pixel is located on both sides of the edge;
When the two edges are merged by the edge merging means, the pixel value of the interpolation pixel is calculated based on the pixel value of the neighboring pixel on the side where the interpolation pixel is located on both sides of the merged edge It is characterized by being.
また、前記エッジ併合手段は、前記2つのエッジの前記3つの画素の画素値を比較し、前記3つの画素の画素値が、該3つの画素の並ぶ方向に沿って単調増加または単調減少する場合においてのみ前記2つのエッジに対して前記併合を行うものであることが好ましい。 Further, the edge merging means compares the pixel values of the three pixels of the two edges, and the pixel values of the three pixels monotonously increase or decrease monotonously along the direction in which the three pixels are arranged. It is preferable that the merging is performed only on the two edges.
また、前記エッジ検出手段は、前記エッジの延びる方向も検出するものであり、前記エッジ併合手段は、前記2つのエッジの延びる方向が同じである場合においてのみ該2つのエッジに対して前記併合を行うものであることがより好ましい。 The edge detection means also detects the extending direction of the edge, and the edge merging means performs the merging with respect to the two edges only when the extending directions of the two edges are the same. More preferably.
なお、本発明の補間画素値算出方法を、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。
In addition, you may provide the interpolation pixel value calculation method of this invention as a program for making a computer perform.
本発明によれば、画像中の直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素の間のいずれにおいてもエッジが検出された場合、該2つのエッジが、前記3つの画素のうちの中央画素付近の位置において併合される。 According to the present invention, when an edge is detected between any two adjacent pixels of three pixels adjacent in series in the image, the two edges are the center of the three pixels. Merged at a position near the pixel.
画像上の直列に隣接する3つの画素のうちの中央に位置する画素と、他の2つの画素のいずれとの間にもエッジが検出された場合(説明上の便宜のため、以下、直列に隣接する3つの画素の互いに相隣する2つの画素間のいずれにおいてもエッジが検出された場合のこの2つのエッジを隣接エッジという)、中央に位置する画素を中間値画素であると判定することができる。例えば図33(a)に示す例の被写体の画像に対して、画素間にエッジが存在するか否かを検出する方法として、例えば前述した第2のエッジ検出方法、すなわち直列に隣接する4つの画素に対して1次差分および2次差分を求め、求められた1次差分と2次差分の正負の関係に基づいて、この4つの画素の中央に位置する2つの隣接する画素間にエッジがあるか否かを判定するようにしてエッジを検出する方法を適用すると、図33(b)に示すように、画素GaとGbとの間、画素GbとGcとの間に夫々エッジA、エッジBが検出される。そして、隣接エッジとなるエッジAとエッジBの間の画素Gbが、図33(a)に示す境界線L(被写体におけるエッジ)の両側の信号値の中間値を示す中間値画素として見なすことができる。 When an edge is detected between the pixel located at the center of three pixels adjacent in series on the image and any of the other two pixels (for convenience of explanation, in the following, When two edges are detected between two adjacent pixels of three adjacent pixels, these two edges are referred to as adjacent edges), and the pixel located in the center is determined to be an intermediate value pixel Can do. For example, as a method for detecting whether or not there is an edge between pixels in the image of the subject in the example shown in FIG. 33A, for example, the second edge detection method described above, that is, four adjacent in series A primary difference and a secondary difference are obtained for a pixel, and an edge is found between two adjacent pixels located at the center of the four pixels based on the positive / negative relationship between the obtained primary difference and the secondary difference. When the edge detection method is applied so as to determine whether or not there is, as shown in FIG. 33 (b), an edge A and an edge between pixels Ga and Gb and between pixels Gb and Gc, respectively. B is detected. Then, the pixel Gb between the edge A and the edge B, which are adjacent edges, can be regarded as an intermediate value pixel indicating an intermediate value of signal values on both sides of the boundary line L (edge in the subject) shown in FIG. it can.
本発明は、前述隣接エッジにより挟まれる画素を中間値画素として見なすことができる点に着目し、隣接エッジを併合する。こうすることによって、まず、画像を拡大縮小するに際し、エッジに対して補間画素と同じ側に位置する画素のうちの、中間値画素ではない画素を参照画素とし、参照画素の画素値による補間演算を行って補間画素の画素値を求める場合において、隣接エッジ間に位置する補間画素の画素値を求めるための参照画素がなく、補間画素の画素値を求めることができない問題を解決することができる。 The present invention pays attention to the point that the pixels sandwiched between the adjacent edges can be regarded as intermediate value pixels, and merges adjacent edges. By doing so, first, when enlarging or reducing the image, a pixel that is not an intermediate value pixel among pixels located on the same side as the interpolation pixel with respect to the edge is set as a reference pixel, and an interpolation calculation is performed based on the pixel value of the reference pixel. When the pixel value of the interpolation pixel is obtained by performing the above, there is no reference pixel for obtaining the pixel value of the interpolation pixel located between adjacent edges, and the problem that the pixel value of the interpolation pixel cannot be obtained can be solved. .
また、例えば、隣接エッジが対応する3つの画素の中央画素、すなわち中間値画素として判定することができる画素の位置に該隣接エッジを併合すると、中間値画素の位置がエッジ位置と重なるため、参照画素が中間値画素である否かの判定を行わなくても、中間値画素が参照画素として使用されないため、簡単に拡大縮小された画像におけるボケの残留、広がりなどを防ぐことができる。 Further, for example, when the adjacent edge is merged with the position of the center pixel of the three pixels corresponding to the adjacent edge, that is, the pixel that can be determined as the intermediate value pixel, the position of the intermediate value pixel overlaps the edge position. Even if it is not determined whether or not the pixel is an intermediate value pixel, the intermediate value pixel is not used as a reference pixel, so that it is possible to prevent the blurring from remaining or spreading in an easily enlarged / reduced image.
また、隣接エッジが併合される位置が前述中央画素の位置と同じではない場合においても、隣接エッジ間に位置する補間画素に対して、この中央画素以外にも他の参照画素を得ることができるので、中央画素を参照画素として使用しないようにしたり、他の参照画素より小さい重みを中央画素に付けたりするなどして参照画像の画素値による補間演算を行うことによって、画質の良い、拡大縮小された画像を得ることができる。 In addition, even when the position where adjacent edges are merged is not the same as the position of the central pixel, other reference pixels can be obtained in addition to the central pixel for the interpolated pixels positioned between adjacent edges. Therefore, it is possible to perform enlargement / reduction with good image quality by performing interpolation calculation based on the pixel value of the reference image so that the central pixel is not used as a reference pixel or a weight smaller than other reference pixels is given to the central pixel. Images can be obtained.
一方、例えば、図34(a)に示すような、1本の細い線が存在する被写体の画像のX方向において、図34(b)に示すような画素構成になる。この場合、前述した第1のエッジ検出方法、すなわち、隣接する2つの画素間の画素値の差分を求め、この差分の絶対値が、所定の閾値以上であるときに、この2つの画素間にエッジが存在すると判定するようにしてエッジを検出する前述した第1のエッジ検出方法を適用すると、画素G’aと画素G’bとの間、画素G’bと画素G’cとの間にも夫々エッジA’とエッジB’が検出される。隣接エッジにより挟まれた画素を中間値画素とするようにすると、中央に位置する画素G’bが中間値画素とされるが、この場合において、候補画素G’bが細い線を示す画素であって、中間値画素ではない。前述した第4のエッジ検出方法を用いた場合にも、このような誤判定が起きる可能性がある。一方、エッジを検出する方法として前述した第2または第3のエッジ検出方法を適用すると、画素G’aとG’bの間、画素G’bとG’cとの間にエッジが検出されないため、隣接エッジにより挟まれた画素を中間素として判定するようにしても、画素G’bが中間値画素として誤判定されることがない。すなわち、隣接エッジにより挟まれた画素を中間値画素とすると、画像上の画素間にエッジが存在するか否かを検出する方法によっては、中間値画素ではない画素を中間値画素とされる恐れがある。そのため、図34に示す例の場合、隣接エッジA’、B’を併合すると、画像を拡大縮小する際に、この2つの隣接エッジにより挟まれた画素G’bが、参照画素として使用されない、または重みを小さくして使用される可能性があるため、拡大縮小された画像において、被写体に本当に存在する線(図34(a)中の線L’)が消えたり、薄くなったりするなどの問題が生じる。 On the other hand, for example, as shown in FIG. 34A, the pixel configuration is as shown in FIG. 34B in the X direction of the image of the subject where one thin line exists. In this case, the first edge detection method described above, that is, a difference between pixel values between two adjacent pixels is obtained, and when the absolute value of the difference is equal to or greater than a predetermined threshold value, the difference between the two pixels is determined. When the first edge detection method described above that detects an edge by determining that an edge is present is applied, between the pixel G′a and the pixel G′b and between the pixel G′b and the pixel G′c. In addition, edge A ′ and edge B ′ are detected, respectively. If a pixel sandwiched between adjacent edges is set as an intermediate value pixel, the pixel G′b located at the center is set as an intermediate value pixel. In this case, the candidate pixel G′b is a pixel indicating a thin line. It is not an intermediate value pixel. Even when the above-described fourth edge detection method is used, such an erroneous determination may occur. On the other hand, when the second or third edge detection method described above is applied as an edge detection method, no edge is detected between the pixels G′a and G′b and between the pixels G′b and G′c. Therefore, even if a pixel sandwiched between adjacent edges is determined as an intermediate element, the pixel G′b is not erroneously determined as an intermediate value pixel. That is, if a pixel sandwiched between adjacent edges is an intermediate value pixel, a pixel that is not an intermediate value pixel may be determined to be an intermediate value pixel depending on a method for detecting whether an edge exists between pixels on the image. There is. Therefore, in the example shown in FIG. 34, when the adjacent edges A ′ and B ′ are merged, the pixel G′b sandwiched between the two adjacent edges is not used as a reference pixel when the image is enlarged or reduced. Or, since there is a possibility of being used with a reduced weight, the line that actually exists in the subject (the line L ′ in FIG. 34A) disappears or becomes thin in the scaled image. Problems arise.
これに対し、本発明において、隣接エッジであれば併合するのではなく、隣接エッジの対応する3つの画素値を比較し、この3つの画素の画素値が画素の並ぶ方向に沿って単調増加または単調減少するときにおいてのみ、すなわち隣接エッジが挟む画素が真の中間値画素である場合においてのみ、隣接エッジを併合するようにすると、上記の問題を防ぐことができ、拡大縮小された画像において、ボケが軽減されると共に、被写体にある線が消えることを防ぐことができる。 On the other hand, in the present invention, if the adjacent edges are not merged, the corresponding three pixel values of the adjacent edges are compared, and the pixel values of the three pixels increase monotonously along the direction in which the pixels are arranged or Only when monotonously decreasing, that is, only when the pixel sandwiched between adjacent edges is a true intermediate value pixel, the above problem can be prevented by merging the adjacent edges. Blur can be reduced and the lines on the subject can be prevented from disappearing.
また、異なる方向に延びる隣接エッジにより挟まれた画素の中間値画素である確信度が、同じ方向に延びる隣接エッジにより挟まれる画素の中間値画素である確信度より低いことに着目し、本発明において、同じ方向に延びる隣接エッジのみを併合するようにすれば、中間値画素ではない画素が補間画素の参照画素から除去されたりするなどの問題をより確実に防ぐことができる。 Further, the present invention focuses on the fact that the certainty factor that is an intermediate value pixel of pixels sandwiched by adjacent edges extending in different directions is lower than the certainty factor that is an intermediate value pixel of pixels sandwiched by adjacent edges extending in the same direction. If only the adjacent edges extending in the same direction are merged, it is possible to more reliably prevent problems such as removal of pixels that are not intermediate value pixels from the reference pixels of the interpolation pixels.
なお、本発明のプログラムは、本発明の補間画素値算出方法をコンピュータに実行させることができる。
The program of the present invention can cause a computer to execute the interpolation pixel value calculation method of the present invention.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態による画像拡大縮小装置の構成を示すブロック図である。図示のように、本実施形態による画像拡大縮小装置は、画像データS0および画像データS0の拡大縮小率Kの入力を受け付ける入力部1と、エッジ検出部10と、エッジ併合部20と、補間画素の画素値を算出する補間演算部30と、入力部1、エッジ検出部10、エッジ併合部20および補間演算部30の動作を制御する制御部50とを備える。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image enlargement / reduction apparatus according to the first embodiment of the present invention. As illustrated, the image enlargement / reduction apparatus according to the present embodiment includes an
ここで、画像データS0により表される画像は、図2に示すように2次元状に画素が並んで構成されてなるものであり、以下の説明においては、図2に示すようにx方向およびy方向を定めるものとする。なお、以下の説明において、画像データと、画像データにより表される画像とについて特に区別せず、参照符号も同じもの(ここではS0)を付与する。 Here, the image represented by the image data S0 is configured by two-dimensionally arranging pixels as shown in FIG. 2, and in the following description, as shown in FIG. The y direction shall be determined. In the following description, image data and an image represented by the image data are not particularly distinguished, and the same reference numerals (here, S0) are given.
図3は、本実施形態の画像拡大縮小装置におけるエッジ検出部10の構成を示すブロック図である。図示のように、エッジ検出部10は、フィルタリング部12と、隣接する2つの画素間にエッジが存在するか否かを判定する判定部14とを備えてなる。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
フィルタリング部12は、以下のようにしてフィルタリング処理を行う。フィルタリング部12は、図4に示すように、画像S0のx方向およびy方向の夫々について一列毎に、隣接する2つの画素G2、G3およびこの2つの画素G2、G3の夫々に隣接する2つの画素からなる直列に隣接する2つの画素G1〜G4について、互いに隣接する2つの画素からなる3つの画素ペア(G1,G2)、(G2,G3)、(G3,G4)に対して差分フィルタによるフィルタリング処理を施して、画素ペア(G1,G2)、(G2,G3)、(G3,G4)の画素値の差分を1次差分d1、d2、d3として算出する。
The
図5は、差分フィルタの例を示す図である。図5に示すように、本実施形態において使用される差分フィルタは、フィルタ値が(−1,1)の2タップのフィルタである。なお、差分フィルタは、これに限られるものではなく、画素ペアの2つの画素値の重み付け差分を求めるフィルタ値を有するフィルタや、2タップ以上の偶数タップ数を有するものを用いてもよい。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the difference filter. As shown in FIG. 5, the differential filter used in the present embodiment is a 2-tap filter having a filter value of (−1, 1). Note that the difference filter is not limited to this, and a filter having a filter value for obtaining a weighted difference between two pixel values of a pixel pair, or a filter having an even number of taps of 2 taps or more may be used.
続いて、フィルタリング部12は、3つの1次差分d1、d2、d3における隣接する2つの1次差分ペア(d1,d2)および(d3,d4)に対して同様に図5に示す差分フィルタによるフィルタリング処理を施して、1次差分ペア(d1,d2)および(d3,d4)の差分を2次差分d4、d5として算出する。
Subsequently, the
さらに、フィルタリング部12は、直列に隣接する4つの画素G1〜G4の中央の2つの画素からなる画素ペア(G2,G3)に対してフィルタリング処理を施して、画素ペア(G2,G3)の画素値の差分d0(=d2)を算出する。なお、上記1次差分d2をそのまま差分d0として用いてもよい。
Further, the
判定部14は、第1の判定として、1次差分d1、d2、d3および2次差分d4、d5の正負の関係に基づいて、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在するか否かを判定する。
As a first determination, the
図6から図8は、直列に隣接する4つの画素の1次差分d1、d2、d3および2次差分d4、d5の正負と、直列に隣接する4つの画素のプロファイル形状との関係を示す表である。直列に隣接する4つの画素の1次差分d1、d2、d3および2次差分d4、d5の正負は全18種類の組合せがある。隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在する組合せは、図6に示すエッジ1およびエッジ2の2通りである。エッジ1は、(d1,d2,d3,d4,d5)=(+,+,+,+,−)となる右上がりエッジおよび(d1,d2,d3,d4,d5)=(−,−,−,−,+)となる左上がりエッジの2種類があり、エッジ2は、(d1,d2,d3,d4,d5)=(+,+,+,+,+)となる下に凸の右上がりエッジ、(d1,d2,d3,d4,d5)=(+,+,+,−,−)となる上に凸の右上がりエッジ、(d1,d2,d3,d4,d5)=(−,−,−,+,+)となる下に凸の左上がりエッジ、(d1,d2,d3,d4,d5)=(−,−,−,−,−)となる上に凸の左上がりエッジの4種類がある。
6 to 8 are tables showing the relationship between the positive / negative of the primary differences d1, d2, d3 and the secondary differences d4, d5 of four pixels adjacent in series and the profile shape of the four pixels adjacent in series. It is. There are a total of 18 kinds of combinations of positive and negative of the primary differences d1, d2, d3 and the secondary differences d4, d5 of four pixels adjacent in series. There are two combinations of
判定部14は、図6から図8に示す表を記憶しており、直列に隣接する4つの画素の1次差分d1、d2、d3および2次差分d4、d5の正負の関係が、図6に示すエッジ1またはエッジ2の関係となる場合に、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在すると判定すると共に、これらの差分の正負の関係が、図7および図8に示すような山、谷、その他の関係となる場合に、隣接する2つの画素G2、G3の間にエッジが存在しないと判定する。
The
さらに判定部14は、第2の判定として、前述の第1の判定によりエッジが存在すると判定された場合に、画素G2、G3の画素値の差分d0の絶対値が所定の閾値Th1以上であるか否かを判定し、第2の判定が肯定されると、そこに真のエッジが存在すると判定する。一方、第2の判定が否定されると、そこに真のエッジが存在しないと判定する。このように第2の判定を行うのは、第1の判定においてエッジが存在すると判定されても、例えば図9に示すように、画素G2、G3の画素値の差が非常にわずかでノイズと見なせるような場合に、そこはエッジであるとして補間演算部30が後述するようにエッジ部分に適した補間演算を行い、かえってノイズが強調されてしまうことを防止するためである。このように各隣接する2つの画素間に対して判定がなされると、エッジ検出部10は、判定結果をエッジ併合部20に出力する。
Furthermore, when the
エッジ併合部20は、エッジ検出部10により検出された各エッジのうち、隣接エッジ、すなわち、直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素の間のいずれにおいてもエッジが検出された場合の1対のエッジがあるか否かを検出する共に、検出した隣接エッジを、該隣接エッジの間の画素の位置において併合する。例えば、図4に示す画素列において、画素G1、G2の間、および画素G2、G3の間のいずれにおいてもエッジが検出された場合、この2つのエッジを画素G2の位置において併合し、画素G1と画素G3の間においては、画素G2の位置にのみエッジが存在し、画素G2とG3の間、および画素G2とG3の間においては、エッジが存在しないこととなる。
When the
図10は、補間演算部30の構成を示すブロック図である。図示のように、補間演算部30は、境界設定部32、判定部34および演算部36を備え、画像S0における画素の間に位置する補間画素Pの画素値を算出するものである。以下、補間演算部30の詳細について説明する。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the
補間演算部30は、補間画素Pが間に位置する2つの隣接する画素の間およびこの2つの隣接する画素の位置に、エッジが存在しない場合、バイキュービック法を用いて補間画素Pの画素値を算出する。
When there is no edge between two adjacent pixels between which the interpolation pixel P is located and the position of the two adjacent pixels, the
ここで、バイキュービック法は3次補間の1手法であり、補間画素Pの近傍の16画素を用いて補間画素Pの画素値を求める方法である。以下、バイキュービック法について説明する。 Here, the bicubic method is one method of cubic interpolation, and is a method of obtaining the pixel value of the interpolation pixel P using 16 pixels in the vicinity of the interpolation pixel P. Hereinafter, the bicubic method will be described.
図11は、バイキュービック法を説明するための図である。図示のように点Pを補間画素Pの位置とした場合、図11中黒丸で示される画素は第1次近傍、白丸で示される画素は第2次近傍と称される。第1次近傍および第2次近傍の夫々について、下記の式(1)に示すようにx方向およびy方向に夫々に独立に距離dx、dy(式(1)においては単にdと示す)に対して重みWx、Wyを求め、最終的にその画素に対する重みW=WxWyを得る。
例えば、図11における(−1,−1)の画素(第2次近傍)に対して、重みWx、Wy、Wを求めると、
となる。 It becomes.
そして、W(i,j)を画素(i,j)の重み、f(i,j)を画素(i,j)の画素値とすると、補間画素Pの画素値f’(P)は、
により算出することができる。 Can be calculated.
なお、本実施形態においては、バイキュービック法をx方向またはy方向の1次元方向にのみ適用して、補間画素Pの画素値を算出するものとする。 In the present embodiment, the pixel value of the interpolation pixel P is calculated by applying the bicubic method only in the one-dimensional direction of the x direction or the y direction.
一方、エッジであると判定された部分については、補間演算部30は以下のようにして補間画素Pの画素値を求める。まず、このエッジが画素間に位置するものである場合について説明する。図12は、画素間にエッジがあると判定された部分についての画素値のプロファイルを示す図である。なお、図12において、水平方向が画素が並ぶ方向であり、垂直方向が画素値の大きさを示す方向である。2つの隣接する画素G2、G3の間にエッジが存在すると判定された場合、その2つの画素にさらに夫々隣接する2つの画素G1、G4を加えた直列に隣接する4つの画素G1〜G4の画素値のプロファイルは、図12(a)または図12(b)に示すものとなる。
On the other hand, for the portion determined to be an edge, the
プロファイルが図12(a)に示すステップエッジ形状をなす場合、境界設定部32は、画素が並ぶ方向において画素G2、G3間の距離を2等分する中線M(一点鎖線)を境界線として設定する。そして、判定部34は補間画素Pが境界線Mの右側に存在するか左側に存在するかを判定し、境界線Mの右側に補間画素(P1とする)が存在する場合には、演算部36は画素G3、G4を結ぶ直線の延長線上の値を補間画素P1の画素値として算出する。また、境界線Mの左側に補間画素(P2とする)が存在する場合には、演算部36は、画素G1、G2を結ぶ直線の延長線上の値を補間画素P2の画素値として算出する。
When the profile has the step edge shape shown in FIG. 12A, the
プロファイルが図12(b)に示すエッジ形状をなす場合、境界設定部32は画素G1、G2を結ぶ直線の延長線と、画素G3、G4を結ぶ直線の延長線との交点Cを境界点として設定する。そして、判定部34は補間画素Pが境界点Cの右側に存在するか左側に存在するかを判定し、境界点Cの右側に補間画素P1が存在する場合には、演算部36は画素G3、G4を結ぶ直線の延長線上の値を補間画素P1の画素値として算出する。また、境界点Cの左側に補間画素P2が存在する場合には、演算部36は、画素G1、G2を結ぶ直線の延長線上の値を補間画素P2の画素値として算出する。
When the profile has the edge shape shown in FIG. 12B, the
なお、ここでは2つの画素の画素値のみを用いて補間画素Pの画素値を算出しているが、3以上の画素値を用いてもよい。この場合、画素を直線で結ぶことが困難な場合がある。そのため、スプライン曲線などの任意の関数により規定される曲線により画素を結び、その曲線の延長線上の値を補間画素Pの画素値とすればよい。 Here, the pixel value of the interpolation pixel P is calculated using only the pixel values of two pixels, but three or more pixel values may be used. In this case, it may be difficult to connect the pixels with a straight line. Therefore, the pixels may be connected by a curve defined by an arbitrary function such as a spline curve, and the value on the extension line of the curve may be set as the pixel value of the interpolation pixel P.
次いで、エッジが画素の位置に存在する場合、すなわち、該エッジがエッジ併合部20により隣接エッジを、この2つの隣接エッジにより挟まれる画素の位置において併合されたものである場合において、補間演算部30による補間画素の画素値の算出について説明する。
Next, when the edge exists at the pixel position, that is, when the edge is obtained by merging the adjacent edge by the
まず、この場合において隣接エッジを夫々挟む画素となる3つの画素および、この3つの画素のうち、隣接エッジの外側に位置する2つの画素の夫々と隣接する画素となる2つの画素の画素値のプロファイルについて説明する。図13(a)は、1対の隣接エッジのが、夫々図6に示すエッジ1における(d1,d2,d3,d4,d5)=(+,+,+,+,−)の種類に属するエッジと、図6に示すエッジ2における(d1,d2,d3,d4,d5)=(+,+,+,−,−)の種類に属するエッジである場合の上述したプロファイルの例を示す図である。図13(a)に示す例の場合には、エッジ検出部10において、隣接する画素G2、G3の間、隣接する画素G3、G4の間に夫々エッジが検出されているが、エッジ併合部20において、この2つのエッジが画素G3の位置において併合されている。
First, in this case, the pixel values of the three pixels that are pixels that sandwich the adjacent edge and the two pixels that are adjacent to each of the two pixels that are located outside the adjacent edge among the three pixels. The profile will be described. In FIG. 13A, a pair of adjacent edges belong to the type (d1, d2, d3, d4, d5) = (+, +, +, +, −) at
補間演算部30は、まず、境界設定部32により、図13(b)に示すように、エッジ位置、すなわち画素G3を通る垂直線(図示一点鎖線)Mを境界線として設定する。そして、判定部34は補間画素が境界線Mの右側に存在するか左側に存在するかを判定し、境界線Mの右側に補間画素(P1)が存在する場合には、演算部36は画素G4、G5を結ぶ直線の延長線上の値を補間画素の画素値として算出する。また、境界線Mの左側に補間画素(P2)が存在する場合には、演算部36は、画素G1、G2を結ぶ直線の延長線上の値を補間画素の画素値として算出する。
First, as shown in FIG. 13B, the
なお、ここでも、2つの画素の画素値のみを用いて補間画素の画素値を算出しているが、3以上の画素値を用いてもよい。この場合、画素を直線で結ぶことが困難な場合がある。そのため、スプライン曲線などの任意の関数により規定される曲線により画素を結び、その曲線の延長線上の値を補間画素の画素値とすればよい。 Here, the pixel value of the interpolation pixel is calculated using only the pixel values of the two pixels, but three or more pixel values may be used. In this case, it may be difficult to connect the pixels with a straight line. Therefore, the pixels may be connected by a curve defined by an arbitrary function such as a spline curve, and the value on the extension line of the curve may be the pixel value of the interpolation pixel.
さらに、この場合において、境界線Mの右側に補間画素(P1)が存在する場合には、画素G4の画素値を補間画素の画素値とし、境界線Mの左側に補間画素(P2)が存在する場合には、画素G2の画素値を補間画素の画素値とするようにしてもよい。 Further, in this case, when the interpolation pixel (P1) exists on the right side of the boundary line M, the pixel value of the pixel G4 is set as the pixel value of the interpolation pixel, and the interpolation pixel (P2) exists on the left side of the boundary line M. In this case, the pixel value of the pixel G2 may be the pixel value of the interpolation pixel.
以下の説明において、エッジが存在しない部位に位置する補間画素の画素値を求める演算(バイキュービック法による演算)を第1の補間演算、画素間にエッジが存在する部位に位置する補間画素の画素値を求める演算を第2の補間演算、画素位置にエッジが存在する部位に位置する補間画素の画素値を求める演算を第3の補間演算という。 In the following explanation, the calculation (calculation by bicubic method) for obtaining the pixel value of an interpolation pixel located at a part where no edge exists is the first interpolation calculation, and the pixel of the interpolation pixel located at a part where the edge exists between the pixels The calculation for obtaining a value is referred to as a second interpolation calculation, and the calculation for obtaining a pixel value of an interpolation pixel located at a portion where an edge exists at the pixel position is referred to as a third interpolation calculation.
次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図14は、本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。なお、本実施形態において、補間画素Pは、画像S0の画素の間に存在するものとする。まず、入力部1が、拡大縮小する画像データS0および画像データの拡大縮小率Kの入力を受け付ける(S1)。そして、画素を補間する方向をまずx方向に設定する(S2)。次いで、拡大縮小率Kに応じた最初の補間画素P(例えば拡大縮小された画像S1上の左上に位置する画素)について、エッジ検出部10のフィルタリング部12がその補間画素Pが間に位置する直列に隣接する4つの画素G1〜G4からなる画素列Φを図18に示すように設定する(S3)。設定された画素列Φの各々の画素の画素値を用いて、画素G2、G3の間にエッジがあるか否かが検出される(S10)。ここで、ステップS10において行われるエッジ検出処理Aの詳細について後述する。ステップS10において、画素G2とG3の間にエッジがないと判定されると(S20:No)、補間演算部30は、第1の補間演算B1、すなわち前述したバイキュービック法による補間演算を行って、補間画素Pの画素値を算出する(S30)。
Next, processing performed in the present embodiment will be described. FIG. 14 is a flowchart showing processing performed in the present embodiment. In the present embodiment, it is assumed that the interpolation pixel P exists between the pixels of the image S0. First, the
一方、ステップS10において、画素G2とG3の間にエッジがあると判定されると(S20:Yes)、エッジ検出部10のフィルタリング部12は、画素列Φを左右夫々1つ画素分ずらして得た図18に示す画素列Φ1(G0〜G3)および画素列Φ2(G2〜G5)を設定する(S40)。設定された2つの画素列Φ1、Φ2に対して、エッジ検出部10によるエッジ検出処理Aが行われ、画素G1とG2の間、画素G3とG4の間にエッジがあるか否かが検出される(S42)。そして、画素G2とG3との間にエッジがあり、画素G1とG2の間および画素G3とG4の間に夫々エッジが存在するか否かの検出結果がエッジ併合部20に出力される。エッジ併合部20は、画素G1とG2の間、および画素G3とG4の間のいずれにおいてもエッジが検出されていない場合(S44:No)、エッジ検出部10の検出結果をそのまま補間演算部30に出力する(S46)。また、エッジ併合部20は、画素G1とG2の間、および画素G3とG4の間のうちの片方においてのみエッジが検出された場合(S44:Yes、S60:No)、G2とG3の間のエッジと、G1とG2の間または画素G3とG4の間に検出されたエッジとを、この2つのエッジにより挟まれた画素(図18の例の場合、G2またはG3)の位置において併合し、併合したエッジが位置する画素を表す情報を補間演算部30に出力する(S67)。また、エッジ併合部20は、画素G1とG2の間、および画素G3とG4の間のいずれにおいてもエッジが検出された場合(S44:Yes、S60:Yes)、エッジ部10のエッジ検出結果をそのまま補間演算部30に出力する(S65)。
On the other hand, if it is determined in step S10 that there is an edge between the pixels G2 and G3 (S20: Yes), the
補間演算部30は、ステップS46、ステップS67、ステップS65においてエッジ併合部20から出力されてきた情報に応じて、補間演算を行って画素Pの画素値を算出する。具体的には、エッジが画素G2とG3の間に存在する場合(S20:Yes、S44:No)、補間演算部30は、第2の補間演算B2(その詳細について後述する)を行って補間画素Pの画素値を算出する(S50)。また、エッジが画素G2とG3のいずれか一方に位置する場合(S22:Yes、S44:Yes、S60:No、S67)、補間演算部30は、第3の補間演算B3(その詳細について後述する)を行って補間画素Pの画素値を算出する(S70)。また、画素G1、G2、G3、G4の互いに隣接する2つの画素間のいずれにおいてエッジが存在する場合(S22:Yes、S44:Yes、S60:Yes、S65)、補間演算部30は、第1の補間演算B1、すなわちバイキュービック法による補間演算を行って補間画素Pの画素値を算出する(S30)。ここで、画素G1、G2、G3、G4の互いに隣接する2つの画素間のいずれにおいてエッジが存在する場合、すなわち隣接するエッジが3つ続いた場合、夫々のエッジが被写体におけるエッジによるものではなく、グラデーションによるものである可能性が高いため、画素G2とG3の間にエッジが存在しないと判定することができるからである。
The
図15は、エッジ検出部10によるエッジ検出処理Aを示すフローチャートである。図示のように、設定された画素列(図18に示す画素列Φまたは画素列Φ1または画素列Φ2)に対して、エッジ検出部10のフィルタリング部12は、画素列に含まれる4つの画素に対して1次差分d1、d2、d3および2次差分d4、d5を算出する(S11)。また、フィルタリング部12は、画素列の中央に位置する2つの画素に対してもフィルタリング処理を施して差分d0(=d2)を算出する(S12)。そして、判定部14は、1次差分d1、d2、d3および2次差分d4、d5の正負の組合せに基づいて、中央に位置する2つの画素間にエッジが存在するか否かを判定する(第1の判定、S13)。ステップS13における第1の判定が肯定されると(S13:Yes)、判定部14は、差分d0の絶対値が所定の閾値Th1以上であるか否かを判定する(S14、第2の判定)。ステップS14における第2の判定が肯定されると(S14:Yes)、判定部14は、中央の2つの画素の間にエッジが存在すると判定する(S15)。一方、ステップS13における第1の判定が否定されると(S13:No)、およびステップS14における第2の判定が否定されると(S14:No)、判定部14は、中央の2つの画素間にエッジがないと判定する(S16)。
FIG. 15 is a flowchart showing edge detection processing A by the
図16は、第2の補間演算B2の処理を示すフローチャートである。図示のように、補間演算部30の境界設定部32は、補間画素Pが間に存在する2つの隣接する画素間に境界線または境界点を境界として設定する(S52)。判定部34は、補間画素Pが境界のいずれかの側にあるかを判定し(S54)、演算部36は、境界に対して、補間画素Pが存在する側と同じ側の画素のみを用いて補間演算を行って補間画素Pの画素値を得る(S56)。
FIG. 16 is a flowchart showing the processing of the second interpolation calculation B2. As illustrated, the
図17は、第3の補間演算B3の処理を示すフローチャートである。図示のように、補間演算部30の境界設定部32は、エッジが位置する画素を通る垂直な線を境界として設定する(S72)。判定部34は、補間画素Pが境界のいずれかの側にあるかを判定し(S74)、演算部36は、境界に対して、補間画素Pが存在する側と同じ側の画素のみを用いて補間演算を行って補間画素Pの画素値を得る(S76)。
FIG. 17 is a flowchart showing the process of the third interpolation calculation B3. As illustrated, the
図14に戻り、制御部50は、設定された補間方向について全ての補間画素Pについて画素値を算出したか否かを判定し(S84)、ステップS84が否定されると、画素値を算出する補間画素Pを次の補間画素Pに設定し(S86)、ステップS3からの処理に戻る。
Returning to FIG. 14, the
一方、ステップS84が肯定されると、制御部50は、全ての補間画素の画素値の算出が終了した補間方向がx方向であるかy方向であるかを判定する(S90)。全ての補間画素の画素値の算出が終了した補間方向がx方向である場合(S90:No)、補間方向をy方向に設定し(S92)、ステップS3からの処理に戻る。一方、全ての補間画素の画素値の算出が終了した補間方向がY方向である場合(S90:Yes)、補間画素Pからなる拡大縮小された画像データS1を出力し(S94)、処理を終了する。
On the other hand, when step S84 is affirmed, the
図19は本発明の第2の実施形態による画像拡大縮小装置の構成を示すブロック図である。図示のように、本実施形態による画像拡大縮小装置は、画像データS0および画像データS0の拡大縮小率Kの入力を受け付ける入力部101、画像中の画素間のエッジを検出するエッジ検出部110、エッジ併合部120、補間画素の画素値を算出する補間演算部130、並びに入力部101、エッジ検出部110、エッジ併合部120、および補間演算部130の動作を制御する制御部150を備える。以下各構成の詳細について説明する。
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of an image enlargement / reduction apparatus according to the second embodiment of the present invention. As illustrated, the image enlargement / reduction apparatus according to the present embodiment includes an
図20に示すように、エッジ検出部110は、フィルタリング部112と、判定部114と、エッジパターン分類部116とを備えてなる。フィルタリング部112は、まず画像S0上に補間画素Pの近傍に位置する4×4の16画素(図21に示す16画素P(i,j)(i,j=−1〜2)。以下補間画素Pの16画素という)に対して、互いに隣接する2つの画素からなる各画素ペアに対して図5に示す差分フィルタによるフィルタリング処理を施して夫々の画素ペアの差分(以下隣接画素ペアの差分をdという)を算出する。なお、ここで互いに隣接する2つの画素とは、P(−1,0)とP(0,0)の2つの画素、またはP(−1,−1)とP(−1,0)の2つの画素のような、画素配列方向のx方向またはy方向において隣接する2つの画素に限らず、P(−1,−1)とP(0,0)の2つの画素や、P(0,1)とP(1,0)のような、2×2画素の対角線方向において隣接する2つの画素も含むものである。
As illustrated in FIG. 20, the
判定部114は、各画素ペアの差分dの絶対値が所定の閾値Th以上であるか否かの判定を行い、この判定が肯定されると、該差分が対応する画素ペアの2つの画素の間にエッジが存在すると判定し、判定結果をエッジパターン分類部116に出力する。
The
エッジパターン分類部116は、判定部114から出力されてきた判定結果に基づいて、各2×2の4つの画素から構成されるブロック内のエッジパターンを分類する。ここで、まず、画素P(0,0)、P(1,0)、P(1,1)、P(0,1)の4つの画素から構成されるブロックについて説明する。図22に示すように、エッジパターン分類部116は、エッジが存在する画素間の中点を結ぶ直線に応じてエッジパターンを分類する。図23から図25は、エッジが存在する位置に応じたエッジパターンを示す図である。図23から図25に示すように、エッジが存在する位置に応じてエッジパターンはパターン0〜パターン8の9種類のパターンに分類される。
Based on the determination result output from the
なお、間e1,e2,e3,e4にエッジが存在する場合、および間e1,e2,e3,e4,e5,e6にエッジが存在する場合は、エッジパターンはパターン7であるのかパターン8であるのかが分からない。このため、エッジパターン分類部116は、間e1,e2,e3,e4にエッジが存在する場合、および間e1,e2,e3,e4,e5,e6にエッジが存在する場合には、さらに画素P(0,0)と画素P(1,1)の画素値の差分の絶対値(|d11|とする)および画素(0,1)と画素(1,0)の画素値の差分の絶対値(|d12|とする)を算出し、|d11|<|d12|の場合にはエッジパターンをパターン7に分類し、|d11|≧|d12|の場合にはエッジパターンをパターン8に分類する。
When edges exist between the spaces e1, e2, e3, e4, and when edges exist between the spaces e1, e2, e3, e4, e5, e6, the edge pattern is the pattern 7 or the pattern 8 I do n’t know. For this reason, the edge
エッジパターン分類部116は、このようなエッジパターンを分類する処理を各2×2画素のブロックに対して行い、その分類処理の結果をエッジ併合部120に出力する。
The edge
図26と図27は、エッジパターン分類部116により得られた4×4の16画素内のエッジパターンの例を示すものである。図26の例では、補間画素Pに隣接する4つの画素内のエッジパターンがパターン4、4つの画素P(−1,−1)、P(0,−1)、P(0,0)、P(−1,0)内のエッジパターンがパターン0、4つの画素P(0,−1)、P(1,−1)、P(1,0)、P(0,0)内のエッジパターンがパターン5、4つの画素P(1,−1)、P(2,−1)、P(2,0)、P(1,0)内のエッジパターンがパターン0、4つの画素P(−1,0)、P(0,0)、P(0,1)、P(−1,1)内のエッジパターンがパターン2、4つの画素P(1,0)、P(2,0)、P(2,1)、P(1,1)内のエッジパターンがパターン0、4つの画素P(−1,1)、P(0,1)、P(0,2)、P(−1,2)内のエッジパターンがパターン4、4つの画素P(0,1)、P(1,1)、P(1,2)、P(0,2)内のエッジパターンがパターン0、および4つの画素P(1,1)、P(2,1)、P(2,2)、P(1,2)内のエッジパターンがパターン0である。なお、図26に示すように補間画素Pの16画素内の領域はエッジ(図中点線)により2つの領域A1,A2に分割される。ここで、領域A2を斜線で示す。
FIGS. 26 and 27 show examples of edge patterns in 4 × 4 16 pixels obtained by the edge
また、図27の例では、補間画素Pの16画素内において、エッジパターンが連続した2本のエッジ(図中点線により示されるエッジI1、エッジI2)を示すものとなっている。 In the example of FIG. 27, two edges (edges I1 and I2 indicated by a dotted line in the figure) in which edge patterns are continuous in 16 pixels of the interpolation pixel P are shown.
エッジ併合部120は、エッジパターン分類部116から出力されてきた結果に基づいて、まず、直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素の間のいずれにおいてもエッジが存在するとき、この3つの画素の画素値を比較し、3つの画素が並ぶ方向において画素値が単調増加または単調減少し、かつこの2つのエッジが同じ方向に延びるエッジである場合において、2つのエッジを中央画素の位置において併合する。図28は、エッジ併合部120により、隣接するエッジを併合する処理を説明するための図である。なお、図28において、各隣接エッジが対応する3つの画素の画素値は、画素が並ぶ方向に沿って単調増加または単調減少する関係を満たしたものとする。図28(a)に示すように、画素G1aとG2aの間、画素G2aとG3aの間にエッジが検出されおり、かつ夫々のエッジが延びる方向が同様であるため、エッジが画素G2aの位置において併合される。また、画素G4aとG5aの間のエッジ、画素G4aとG5aの間のエッジも同じ方向に延びるものであるため、図28(a)の右部に示すように、2本のエッジI1a、I2b(図中点線)が、画素G2aとG5aとを接続してなる線(図中太線)と重なる1本のエッジJaに併合される。同様に、図28(b)に示すように、エッジI1b、I2bが1本のエッジJbに併合される。また、図28(c)に示すように、対角点の画素を接点にして隣接する2つの画素ブロックにおいて、接点となる対角点の画素G2cと、画素G2cと隣接する各画素(G1c、G3c、G4c、G5c)との間にもエッジが存在し、かつ各エッジが同じ方向に延びるため、G5c、G2c間のエッジと、画素G2c、G3c間のエッジとが画素G2cの位置において併合され、画素G1c、G2c間のエッジと、画素G2c、G4c間のエッジとが画素G2cの位置において併合されるため、図28(c)において左部にある2本のエッジI1c、I2cが同図右部に示すように、1つのエッジ点Jc(画素G2cの位置)になる。また、図28(d)に示すように、画素G1d、G2d間のエッジと、画素G2d、G3d間のエッジとが画素G2cの位置に、画素G3d、G4d間のエッジと画素G4d、G5d間のエッジとが画素G4dの位置に夫々併合されることによって、同じ方向に延びる2本のエッジI1d、I2dの、画素G2d、G3d、G4d、G6d画素ブロック内の部分が、図28(d)右部に示すようにブロックの対角点に位置する画素G2dとG4dを接続してなる1本のエッジJdとなる。
Based on the result output from the edge
エッジ併合部120は、図28に示す併合処理を、該当する隣接エッジに対して行い、その結果を補間演算部130に出力する。図27に示すエッジパターンの例において、2本のエッジI1、I2は、エッジ併合部120によって、図中太線により示される1本のエッジIに併合されることとなる。ない、エッジIによって、図27に示すように補間画素Pの16画素内の領域はエッジI(図中太線)により2つの領域に分割され、ここでは、エッジIの両側の領域も夫々領域A1,A2とし、領域A2を斜線で示す。
The
なお、図26に示すエッジパターンの例の場合においては、併合する対象となるエッジがなく、エッジ併合部120は、エッジパターン分類部116からの出力結果をそのまま補間演算部130に出力する。図27の例の場合においては、補間画素Pの16画素内のエッジを併合して得た結果を補間演算部130に出力する。
In the case of the edge pattern example shown in FIG. 26, there is no edge to be merged, and the
補間演算部130は、エッジ併合部120から出力されてきた、補間画素Pの16画素内のエッジを示す結果に基づいて、補間画素Pの画素値を算出する。具体的には、補間画素Pを囲む16画素内にエッジが存在しない場合、バイキュービック法を用いて補間画素Pの画素値を算出する。バイキュービック法による補間演算は、図1に示す実施形態の補間演算部30により行われる第1の補間演算と同様であるので、ここでその詳細な説明について省略する。なお、以下の本実施形態の説明においても、補間画素Pの16画素内にエッジが存在しない場合、バイキュービック法を用いて補間画素Pの画素値を算出する演算を本実施形態における第1の補間演算という。
The
一方、補間画素Pの16画素内にエッジが存在する場合には、補間演算部130は、第2の補間演算により補間画素Pの画素値を算出する。ここで、図26の例を参照して補間演算部の第2の補間演算について具体的に説明する。また、説明しやすいように、図26における画素P(−1,−1)、P(−1,0)、P(−1,1)、P(0,0)、P(0,−1)を夫々P14、P11、P13、P12、P15の符号に置き換えて説明するる。図26に示すように、補間画素Pを囲む16画素内の領域はエッジにより2つの領域A1,A2に分割される。領域A2は斜線により示される。補間演算部130は、まず、16画素内のエッジパターンに基づいて、補間画素Pがエッジを挟んでいずれの側に存在するかによって、補間演算に使用する画素を決定する。例えば、図26に示すように補間画素Pが領域A1側に存在する場合には、領域A1側の画素P11,P12,P13,P14,P15が補間演算に使用される画素として決定される。逆に補間画素が領域A2側に存在する場合には、領域A2側の画素を補間演算に使用する画素として決定する。
On the other hand, when an edge exists in 16 pixels of the interpolation pixel P, the
次に補間演算部130は、決定された画素のうち、補間画素Pに近い位置の画素ほど重みを大きくするようにして補間画素Pの画素値を求める補間演算を行う。具体的には、画素P12の重みW12を最も大きくするように、各画素P11〜P15に対する重みW11〜W15を設定し、各画素P11〜P15の画素値Pt11〜Pt15に対して下記の式(6)に示す演算を施すことにより、補間画素Pの画素値(ここではPtとする)を算出する。
なお、補間画素Pの画素値を算出する際に、決定されたすべての画素を用いなくてもよく、算出方法としてもこれに限定されるものではない。例えば、ここで、図1に示す実施形態における補間演算部30による第2の補間演算(図12(a)参照)を2次元に適用することにより、補間画素Pの画素値を求めるようにしてもよい。具体的には、図29に示すように、画素位置をx座標およびy座標、画素値をz座標とする3次元空間において、領域A1側における画素P11,P12,P13(図28参照)の画素値Pt11,Pt12,Pt13を通る平面A10を設定する。なお、平面A10において辺A12,A13はエッジの位置に対応する。そして、平面A10上における補間画素Pのx座標およびy座標に対応するz座標の値を、補間画素Pの画素値として求めるようにすればよい。
Note that when calculating the pixel value of the interpolation pixel P, it is not necessary to use all the determined pixels, and the calculation method is not limited to this. For example, the pixel value of the interpolation pixel P is obtained by applying the second interpolation calculation (see FIG. 12A) by the
図27に示す例の場合においても同様に、図中領域A1に位置する補間画素Pに対して、同じ領域A1に位置する画素P(−1,−1)、P(0,−1)、P(1、−1)、P(2,−1)、P(−1,0)、P(−1,1)、P(−1,2)、P(0,0)が補間画素Pの画素値を求める補間演算に使用される画素として決定され、それらの画素値による補間演算が行われ、補間画素Pの画素値が得られる。 Similarly, in the case of the example shown in FIG. 27, the pixels P (−1, −1), P (0, −1), P (0, −1), P (1, -1), P (2, -1), P (-1, 0), P (-1, 1), P (-1, 2), P (0, 0) are interpolated pixels P The pixel value is determined as the pixel used for the interpolation calculation for obtaining the pixel value, and the interpolation calculation based on these pixel values is performed to obtain the pixel value of the interpolation pixel P.
ここでの説明から分かるように、エッジ併合部120による併合処理が施さなければ、2本のエッジI1、I2の間に挟まれた補間画素Pの画素値を求める際に、使用可能な画素が同じくエッジI1、I2の間に挟まれた画素P(2,0)、P(1,0)、P(0,1)、P(0,2)しかなく、これらの画素が中間値画素であるため、補間演算に使用する画素から除去すると、補間画素Pの画素値を求めることができない。エッジ併合部120のよる併合処理によって、中間値画素P(2,0)、P(1,0)、P(0,1)、P(0,2)を使うことを避けることができると共に、補間画素Pの画素値を求めることができる。
As can be seen from the description here, when the merging process by the
また、エッジ併合部120は、直列に隣接する3つの画素の隣接する2つの画素の画素間のいずれにおいてもエッジが存在するとき、この3つの画素の画素値を比較し、3つの画素が並ぶ方向において画素値が単調増加または単調減少し、かつこの2つのエッジが同じ方向に延びるエッジである場合においてのみ、併合を行うものである。例えば、図27に示す例において、各々の3つの画素の画素値が画素の並ぶ方向に沿って単調増加または単調減少する関係にない場合、エッジ併合部120は、併合処理を行わずにエッジI1、I2のまま補間演算部130に出力する。補間演算部130は、2本のエッジの間に位置する補間画素Pの画素値を、同じくエッジI1、I2の間に挟まれた画素P(2,0)、P(1,0)、P(0,1)、P(0,2)の画素値による補間演算を行って得ることができる。この場合、画素P(2,0)、P(1,0)、P(0,1)、P(0,2)が中間値画素ではなく、被写体中の細い線を示す画素となる可能性が高いので、これらの画素の画素値を用いて補間画素Pの画素値を求めることによって、拡大縮小された画像に、被写体にあった細い線が消えてしまう問題を防ぐことができる。
The
以下の説明において、補間画素Pの16画素内にエッジが存在する場合、補間演算部130により行われる補間演算を本実施形態における第2の補間演算とする。
In the following description, when an edge exists in 16 pixels of the interpolation pixel P, the interpolation calculation performed by the
図30は、本実施形態の画像拡大縮小装置において行われる処理を示すフローチャートである。なお、本実施形態においては、補間画素Pは、画像S0の画素の間に存在するものとする。まず、入力部101は画像データS0および画像データS0の拡大縮小率Kの入力を受け付ける(S101)。そして、フィルタリング部112は、拡大縮小率Kに応じた最初の補間画素P(例えば拡大縮小された画像データS1により表される画像上の左上に位置する画素)の近傍に位置する4×4の16画素(補間画素Pの16画素)について、隣接する2つの画素からなる画素ペアに対して差分フィルタによるフィルタリング処理を施して夫々の画素ペアの差分を算出する(S110)。
FIG. 30 is a flowchart showing processing performed in the image enlargement / reduction apparatus of this embodiment. In the present embodiment, it is assumed that the interpolation pixel P exists between the pixels of the image S0. First, the
次いで、判定部114は、各画素ペアの差分の絶対値が所定の閾値Th以上でるか否かに基づいて、各画素ペアの2つの画素の間にエッジが存在するか否かの判定を行う(S115)。具体的には、画素ペアの差分の絶対値が閾値Th以上であれば、この画素ペアの2つの画素の間にエッジが存在すると判定する一方、画素ペアの差分の絶対値が閾値Thより小さければ、この画素ペアの2つの画素の間にエッジが存在しないと判定する。
Next, the
エッジパターン分類部116は、判定部114からの判定結果に基づいて、各2×2画素内におけるエッジのパターンを分類して、その結果をエッジ併合部120に出力する(S135)。エッジ併合部120は、補間画素Pの16画素内のエッジに対して併合処理(エッジ併合処理Cとし、その詳細については後述する)を行って、その結果を補間演算部130に出力する(S140)。補間演算部130は、エッジ併合部120から出力されてきた結果に基づいて、この16画素内にエッジがない場合(S165:No)には、第1の補間演算D1、すなわちバイキュービック補間法による補間演算を行って補間画素Pの画素値を求める(S168)。一方、補間画素Pの16画素内にエッジがある場合(S165:Yes)には、第2の補間演算D2を行って補間画素Pの画素値を求める(S170)。
The edge
制御部150は、画像S0に対して全ての補間画素Pについて画素値を算出したか否かを判定し(S175)、ステップS175が否定されると、画素値を算出する補間画素Pを次の補間画素Pに設定し(S180)、ステップS110からの処理に戻る。一方、ステップS180が肯定されると、制御部150は、補間画素Pからなる拡大縮小された画像データS1を出力し(S190)、処理を終了する。
The
図31は、ステップS140において行われるエッジ併合部120により行われるエッジ併合処理Cの詳細を示すフローチャートである。図示のように、エッジ併合部120は、補間画素Pを囲む4×4の16画素内に、直列に隣接する3つの画素からなり、互いに隣接する2つの画素間のいずれにおいてもエッジが存在する画素組の有無を確認し、このような画素組があれば(S141:Yes)、画素組内の2つのエッジ(隣接エッジ)が、同じ方向に延びるものであり、かつ画素組内の3つの画素の画素値が画素の並ぶ方向に沿って単調増加または単調減少する場合(S142:Yes、S143、S144:Yes)において、この2つのエッジを対応する画素組の中央画素の位置において併合する(S145)一方、他の場合(S142:NoまたはS142:Yes、S143、S144:No)においては、この2つのエッジを併合しない(S146)。
FIG. 31 is a flowchart showing details of the edge merging process C performed by the
エッジ併合部120は、補間画素Pの16画素内の全ての隣接エッジに対してステップS142〜S145までの処理を行って(S147:Yes、S142〜S145、S147:No)得た補間画素Pの16画素内のエッジを示す情報を補間演算部130に出力して(S150)、処理を終了する。
The
一方、ステップS141において、補間画素Pの16画素内に隣接エッジがないと判別された場合(S141:No)、エッジ併合部120は、エッジパターン分類部116から出力されてきたエッジパターンをそのまま補間演算部116に出力して(S150)、処理を終了する。
On the other hand, when it is determined in step S141 that there are no adjacent edges in 16 interpolation pixels P (S141: No), the
図32は、補間画素Pの16画素内にエッジがある場合に、補間演算部130により行われる第2の補間演算D2の詳細を示すフローチャートである。図示のように、補間演算部130は、16画素の領域内において、補間画素Pがエッジを挟んでいずれの側に存在するかを判定する(S171)。そして、エッジに対して補間画素Pと同じ側に位置する画素を補間演算に使用する参照画素として選出する(S172)。次に補間演算部130は、参照画素の画素値による補間演算を行って補間画素Pの画素値を求める(S173)。
FIG. 32 is a flowchart showing details of the second interpolation calculation D2 performed by the
以上、本発明の望ましい実施形態について説明したが、本発明の補間画素値算出方法および装置並びにそのためのプログラムは、上述した実施形態に限られることがなく、本発明の主旨を逸脱しない限り、上述した各実施形態の構成を組み合わせたり、増減、変化を加えたりすることができる。 Having described preferred embodiments of the present invention, a program of the interpolated pixel value calculation method Oyo BiSo location and therefore the present invention is not be limited to the embodiments described above, without departing from the gist of the present invention As long as the configurations of the above-described embodiments can be combined, increase / decrease, and change can be added.
例えば、上述した実施形態において、直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素間において夫々検出されたエッジ(隣接エッジ)を、この3つの画素の中央画素の位置において併合するようにしているが、このような3つの画素の中央画素の位置に限らず、中央画素付近のいかなる位置でもよい。なお、この場合、エッジを併合する位置を、中央画素付近の範囲において任意に決めてもいが、例えば、中央画素付近の範囲内であって、中央画素との画素値の差分が小さい画素よりも、中央画素との画素値の差分が大きい方の画素に近い位置にするようにしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the edges (adjacent edges) detected between two adjacent pixels of three pixels adjacent in series are merged at the position of the center pixel of the three pixels. However, the position is not limited to the position of the center pixel of the three pixels, and may be any position near the center pixel. In this case, the position where the edges are merged may be arbitrarily determined in the range near the center pixel. For example, the position where the edge is merged is smaller than a pixel within the range near the center pixel and having a smaller pixel value difference from the center pixel. Alternatively, a position closer to the pixel having the larger pixel value difference from the central pixel may be used.
例えば、画素間にエッジが存在するか否かを検出する方法は、上述した実施形態に用いられた方法に限られるものではなく、従来技術の説明において例挙した方法などを用いてもよい。 For example, the method for detecting whether or not there is an edge between pixels is not limited to the method used in the above-described embodiment, and the method exemplified in the description of the prior art may be used.
また、補間演算の方法も、上述した実施形態に用いられたバイキュービック補間演算、補間画素との距離に応じた重付加算に限られるものではなく、ガウシアンフィルタなどの他の補間演算方法を用いてもよい。 Further, the interpolation calculation method is not limited to the bicubic interpolation calculation used in the above-described embodiment and the weighted addition according to the distance from the interpolation pixel, and other interpolation calculation methods such as a Gaussian filter are used. May be.
1 入力部
10 エッジ検出部
12 フィルタリング部
14 判定部
16 エッジパターン分類部
20 エッジ併合部
30 補間演算部
32 判定部
34 参照画像選出部
36 演算部
50 制御部
101 入力部
110 エッジ検出部
112 フィルタリング部
114 判定部
116 エッジパターン分類部
120 エッジ併合部
130 補間演算部
150 制御部
K 拡大縮小率
S0 画像データ
S1 拡大縮小された画像データ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
所定のエッジ検出処理により前記近傍画素の画素間に位置するエッジを検出し、
前記エッジ検出処理により前記エッジが検出された場合は、該エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出すると共に、
前記エッジ検出処理により、前記デジタル画像上の直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素の間のいずれにおいても前記エッジが検出された場合は、該2つのエッジを併合して前記3つの画素のうちの中央画素付近に位置する1つの併合エッジとし、該併合エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出することを特徴とする補間画素値算出方法。 An interpolation pixel value calculation method for calculating a pixel value of an interpolation pixel for enlarging or reducing a digital image obtained by imaging a subject based on a pixel value of a neighboring pixel located in the vicinity of the interpolation pixel,
Detect an edge located between the neighboring pixels by a predetermined edge detection process ,
When the edge is detected by the edge detection process, the pixel value of the interpolation pixel is calculated based on the pixel value of the neighboring pixel on the side where the interpolation pixel is located on both sides of the edge,
By the edge detection processing, when the edge at any between two adjacent pixels of the three pixels adjacent in series on said digital image is detected, the merges the two edges 3 one of the single merged edges located near the center pixel among the pixels, and calculates the pixel value of the interpolation pixel based on the pixel values of the neighboring pixels on the side where the interpolation pixel is located among the opposite sides of said combination if edge An interpolation pixel value calculation method characterized by the above.
前記3つの画素の画素値が、該3つの画素の並ぶ方向に沿って単調増加または単調減少する場合においてのみ前記2つのエッジに対して前記併合を行うことを特徴とする請求項1記載の補間画素値算出方法。 Comparing pixel values of the three pixels of the two edges;
2. The interpolation according to claim 1, wherein the merging is performed on the two edges only when pixel values of the three pixels monotonously increase or monotonously decrease along a direction in which the three pixels are arranged. pixel value calculation method.
所定のエッジ検出処理により前記近傍画素の画素間に位置するエッジを検出するエッジ検出手段と、
該エッジ検出手段により、前記デジタル画像上の直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素の間のいずれにおいても前記エッジが検出された場合、該2つのエッジを併合して前記3つの画素のうちの中央画素付近に位置する1つの併合エッジとするエッジ併合手段とを有し、
前記補間画素値算出手段が、
前記エッジ検出手段により前記エッジが検出された場合は、該エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出すると共に、
前記エッジ併合手段により前記2つのエッジが併合された場合は、前記併合エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出するものであることを特徴とする補間画素値算出装置。 An interpolation pixel value having an interpolation pixel value calculation means for calculating a pixel value of an interpolation pixel for enlarging / reducing a digital image obtained by imaging a subject based on a pixel value of a neighboring pixel located in the vicinity of the interpolation pixel A calculation device,
Edge detection means for detecting an edge located between pixels of the neighboring pixels by a predetermined edge detection process ;
When the edge is detected in any of two adjacent pixels of the three pixels adjacent in series on the digital image by the edge detection means, the two edges are merged to and a edge merging means for a single merged edges located near the center pixel among the pixels,
The interpolation pixel value calculation means is
When the edge is detected by the edge detection means, the pixel value of the interpolation pixel is calculated based on the pixel value of the neighboring pixel on the side where the interpolation pixel is located on both sides of the edge;
When the two edges are merged by the edge merging means, the pixel value of the interpolation pixel is calculated based on the pixel value of the neighboring pixel on the side where the interpolation pixel is located on both sides of the merged edge An interpolated pixel value calculating apparatus characterized in that:
前記エッジ併合手段が、前記2つのエッジの延びる方向が同じである場合においてのみ該2つのエッジに対して前記併合を行うものであることを特徴とする請求項4または5記載の補間画素値算出装置。 The edge detection means also detects the extending direction of the edge;
6. The interpolated pixel value calculation according to claim 4, wherein the edge merging unit performs the merging on the two edges only when the extending directions of the two edges are the same. apparatus.
所定のエッジ検出処理により前記近傍画素の画素間に位置するエッジを検出するエッジ検出処理と、
該エッジ検出処理により、前記デジタル画像上の直列に隣接する3つの画素の互いに隣接する2つの画素の間のいずれにおいても前記エッジが検出された場合、該2つのエッジを併合して前記3つの画素のうちの中央画素付近に位置する1つの併合エッジとするエッジ併合処理と、
前記エッジ検出処理により前記エッジが検出された場合は、該エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出すると共に、
前記エッジ併合処理により前記2つのエッジが併合された場合は、前記併合エッジの両側のうち前記補間画素が位置する側の前記近傍画素の画素値に基づいて前記補間画素の画素値を算出する補間画素値算出処理とをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 Causes a computer to execute an interpolation pixel value calculation process for calculating a pixel value of an interpolation pixel for enlarging / reducing a digital image obtained by imaging a subject based on a pixel value of a neighboring pixel located in the vicinity of the interpolation pixel A program,
An edge detection process for detecting an edge located between the neighboring pixels by a predetermined edge detection process;
If the edge is detected in any of two adjacent pixels of the three pixels adjacent in series on the digital image by the edge detection process , the two edges are merged to edge merging to one merged edges located near the center pixel among the pixels,
When the edge is detected by the edge detection process, the pixel value of the interpolation pixel is calculated based on the pixel value of the neighboring pixel on the side where the interpolation pixel is located on both sides of the edge,
Interpolation for calculating the pixel value of the interpolation pixel based on the pixel value of the neighboring pixel on the side where the interpolation pixel is located on both sides of the merged edge when the two edges are merged by the edge merge processing A program that causes a computer to execute pixel value calculation processing .
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