JP4143916B2 - 画像処理装置および方法、記録媒体、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、画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、データが取得された現実世界を考慮した画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
実世界（現実世界）における事象をセンサで検出し、センサが出力するサンプリングデータを処理する技術が広く利用されている。例えば、実世界をイメージセンサで撮像し、画像データであるサンプリングデータを処理する画像処理技術が広く利用されている。
【０００３】
また、第１の次元を有する現実世界の信号である第１の信号をセンサによって検出することにより得た、第１の次元に比較し次元が少ない第２の次元を有し、第１の信号に対する歪を含む第２の信号を取得し、第２の信号に基づく信号処理を行うことにより、第２の信号に比して歪の軽減された第３の信号を生成するようにしているものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２５０１１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、データが取得された現実世界を考慮した信号処理はこれまで考えられていなかった。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、データが取得された現実世界を考慮し、現実世界の事象に対して、より正確で、より精度の高い処理結果を得ることができるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、現実世界の光信号は、物からの光の強度の分布における当該物の長さ方向の任意の位置において、当該長さ方向に直交する方向の位置の変化に対応するレベルの変化としての断面形状が同じであるという現実世界の光信号の定常性を有し、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出する不連続部検出手段と、不連続部から画素値の変化の頂点を検出する頂点検出手段と、頂点から単調に画素値が増加または減少している単調増減領域を検出する単調増減領域検出手段と、単調増減領域検出手段により検出された単調増減領域の中の、他の単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する単調増減領域を、現実世界の光信号の定常性から変化した所定の次元の方向に一定の特徴を有しているという画像データの定常性を有する画素の領域である定常領域として検出する連続性検出手段と、定常領域の連続性の方向を検出する方向検出手段と、連続性検出手段により検出された定常領域および方向検出手段により検出された定常領域の連続性の方向に基づいて、現実世界の光信号の定常性を推定することにより現実世界の光信号を推定する実世界推定手段とを含むことを特徴とする。
【０００８】
方向検出手段は、連続性検出手段により検出された単調増減領域の中の、第１の単調増減領域に配される複数の第１の画素の画素値の変化と、第１の単調増減領域に隣接する第２の単調増減領域に配される、複数の第１の画素に隣接する複数の第２の画素の画素値の変化とに基づいて、定常領域の連続性の方向を検出するようにすることができる。
【０００９】
方向検出手段は、第１の単調増減領域に配される複数の第１の画素の画素値の増分と、第２の単調増減領域に配される複数の第２の画素の画素値の減分とが一致するとき、第１の単調増減領域と第２の単調増減領域とから定まる方向を、定常領域の連続性の方向として検出するようにすることができる。
【００１０】
不連続部検出手段は、画像データの複数の画素の画素値に対応する回帰平面を求めて、回帰平面との距離が閾値以上である画素値を有する画素からなる領域を不連続部として検出し、不連続部の画素の画素値から、回帰平面で近似される値を減算した差分値を演算し、頂点検出手段は、差分値に基づいて、頂点を検出し、単調増減領域検出手段は、差分値に基づいて、単調増減領域を検出し、方向検出手段は、差分値に基づいて、定常領域の連続性の方向を検出するようにすることができる。
【００１１】
本発明の画像処理方法は、現実世界の光信号は、物からの光の強度の分布における当該物の長さ方向の任意の位置において、当該長さ方向に直交する方向の位置の変化に対応するレベルの変化としての断面形状が同じであるという現実世界の光信号の定常性を有し、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出する不連続部検出ステップと、不連続部から画素値の変化の頂点を検出する頂点検出ステップと、頂点から単調に画素値が増加または減少している単調増減領域を検出する単調増減領域検出ステップと、単調増減領域検出ステップにおいて検出された単調増減領域の中の、他の単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する単調増減領域を、現実世界の光信号の定常性から変化した所定の次元の方向に一定の特徴を有しているという画像データの定常性を有する画素の領域である定常領域として検出する連続性検出ステップと、定常領域の連続性の方向を検出する方向検出ステップと、連続性検出ステップにおいて検出された定常領域および方向検出ステップにおいて検出された定常領域の連続性の方向に基づいて、現実世界の光信号の定常性を推定することにより現実世界の光信号を推定する実世界推定ステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の記録媒体のプログラムは、現実世界の光信号は、物からの光の強度の分布における当該物の長さ方向の任意の位置において、当該長さ方向に直交する方向の位置の変化に対応するレベルの変化としての断面形状が同じであるという現実世界の光信号の定常性を有し、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出する不連続部検出ステップと、不連続部から画素値の変化の頂点を検出する頂点検出ステップと、頂点から単調に画素値が増加または減少している単調増減領域を検出する単調増減領域検出ステップと、単調増減領域検出ステップにおいて検出された単調増減領域の中の、他の単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する単調増減領域を、現実世界の光信号の定常性から変化した所定の次元の方向に一定の特徴を有しているという画像データの定常性を有する画素の領域である定常領域として検出する連続性検出ステップと、定常領域の連続性の方向を検出する方向検出ステップと、連続性検出ステップにおいて検出された定常領域および方向検出ステップにおいて検出された定常領域の連続性の方向に基づいて、現実世界の光信号の定常性を推定することにより現実世界の光信号を推定する実世界推定ステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明のプログラムは、コンピュータに、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出する不連続部検出ステップと、不連続部から画素値の変化の頂点を検出する頂点検出ステップと、頂点から単調に画素値が増加または減少している単調増減領域を検出する単調増減領域検出ステップと、単調増減領域検出ステップにおいて検出された単調増減領域の中の、他の単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する単調増減領域を、画像データの定常性を有する定常領域として検出する連続性検出ステップと、定常領域の連続性の方向を検出する方向検出ステップと、連続性検出ステップにおいて検出された定常領域および方向検出ステップにおいて検出された定常領域の連続性の方向に基づいて、現実世界の光信号の定常性を推定することにより現実世界の光信号を推定する実世界推定ステップとを実行させることを特徴とする。
【００１４】
本発明の画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、現実世界の光信号は、物からの光の強度の分布における当該物の長さ方向の任意の位置において、当該長さ方向に直交する方向の位置の変化に対応するレベルの変化としての断面形状が同じであるという現実世界の光信号の定常性を有し、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部が検出され、不連続部から画素値の変化の頂点が検出され、頂点から単調に画素値が増加または減少している単調増減領域が検出され、検出された単調増減領域の中の、他の単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する単調増減領域が、現実世界の光信号の定常性から変化した所定の次元の方向に一定の特徴を有しているという画像データの定常性を有する画素の領域である定常領域として検出され、定常領域の連続性の方向が検出され、検出された定常領域および検出された定常領域の連続性の方向に基づいて、現実世界の光信号の定常性を推定することにより現実世界の光信号が推定される。
【００１５】
画像処理装置は、独立した装置であっても良いし、画像処理を行うブロックであっても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の原理を表している。同図で示されるように、空間、時間、および質量の次元を有する実世界１の事象（現象）は、センサ２により取得され、データ化される。実世界１の事象とは、光（画像）、音声、圧力、温度、質量、濃度、明るさ／暗さ、またはにおいなどをいう。実世界１の事象は、時空間方向に分布している。例えば、実世界１の画像は、実世界１の光の強度の時空間方向の分布である。
【００１７】
センサ２に注目すると、空間、時間、および質量の次元を有する実世界１の事象のうち、センサ２が取得可能な、実世界１の事象が、センサ２により、データ３に変換される。センサ２によって、実世界１の事象を示す情報が取得されるとも言える。
【００１８】
すなわち、センサ２は、実世界１の事象を示す情報を、データ３に変換する。空間、時間、および質量の次元を有する実世界１の事象（現象）を示す情報である信号がセンサ２により取得され、データ化されるとも言える。
【００１９】
以下、実世界１における、画像、音声、圧力、温度、質量、濃度、明るさ／暗さ、またはにおいなどの事象の分布を、実世界１の事象を示す情報である信号とも称する。また、実世界１の事象を示す情報である信号を、単に、実世界１の信号とも称する。本明細書において、信号は、現象および事象を含み、送信側に意思がないものも含むものとする。
【００２０】
センサ２から出力されるデータ３（検出信号）は、実世界１の事象を示す情報を、実世界１に比較して、より低い次元の時空間に射影して得られた情報である。例えば、動画像の画像データであるデータ３は、実世界１の３次元の空間方向および時間方向の画像が、２次元の空間方向、および時間方向からなる時空間に射影されて得られた情報である。また、例えば、データ３がデジタルデータであるとき、データ３は、サンプリングの単位に応じて、丸められている。データ３がアナログデータであるとき、データ３において、ダイナミックレンジに応じて、情報が圧縮されているか、またはリミッタなどにより、情報の一部が削除されている。
【００２１】
このように、所定の次元を有する実世界１の事象を示す情報である信号をデータ３（検出信号）に射影することにより、実世界１の事象を示す情報の一部が欠落する。すなわち、センサ２が出力するデータ３において、実世界１の事象を示す情報の一部が欠落している。
【００２２】
しかしながら、射影により実世界１の事象を示す情報の一部が欠落しているものの、データ３は、実世界１の事象（現象）を示す情報である信号を推定するための有意情報を含んでいる。
【００２３】
本発明においては、実世界１の情報である信号を推定するための有意情報として、データ３に含まれる定常性を有する情報を利用する。定常性は、新たに定義する概念である。
【００２４】
ここで、実世界１に注目すると、実世界１の事象は、所定の次元の方向に一定の特徴を含む。例えば、実世界１の物体（有体物）において、空間方向または時間方向に、形状、模様、若しくは色彩などが連続するか、または形状、模様、若しくは色彩などのパターンが繰り返す。
【００２５】
従って、実世界１の事象を示す情報には、所定の次元の方向に一定の特徴が含まれることになる。
【００２６】
より具体的な例を挙げれば、糸、紐、またはロープなどの線状の物体は、長さ方向の任意の位置において、断面形状が同じであるという長さ方向、すなわち空間方向に一定の特徴を有する。長さ方向の任意の位置において、断面形状が同じであるという空間方向に一定の特徴は、線状の物体が長いという特徴から生じる。
【００２７】
従って、線状の物体の画像は、長さ方向の任意の位置において、断面形状が同じであるという長さ方向、すなわち空間方向に一定の特徴を有している。
【００２８】
また、空間方向に広がりを有する有体物である、単色の物体は、部位にかかわらず、同一の色を有するという空間方向に一定の特徴を有していると言える。
【００２９】
同様に、空間方向に広がりを有する有体物である、単色の物体の画像は、部位にかかわらず、同一の色を有するという空間方向に一定の特徴を有している。
【００３０】
このように、実世界１（現実世界）の事象は、所定の次元の方向に一定の特徴を有しているので、実世界１の信号は、所定の次元の方向に一定の特徴を有する。
【００３１】
本明細書において、このような所定の次元の方向に一定の特徴を定常性と称する。実世界１（現実世界）の信号の定常性とは、実世界１（現実世界）の事象を示す信号が有している、所定の次元の方向に一定の特徴をいう。
【００３２】
実世界１（現実世界）には、このような定常性が無数に存在する。
【００３３】
次に、データ３に注目すると、データ３は、センサ２により、所定の次元を有する実世界１の事象を示す情報である信号が射影されたものであるので、実世界の信号の定常性に対応する定常性を含んでいる。データ３は、実世界の信号の定常性が射影された定常性を含んでいるとも言える。
【００３４】
しかしながら、上述したように、センサ２が出力するデータ３において、実世界１の情報の一部が欠落しているので、データ３から、実世界１（現実世界）の信号に含まれる定常性の一部が欠落してしまう。
【００３５】
換言すれば、データ３は、データの定常性として、実世界１（現実世界）の信号の定常性の中の、一部の定常性を含む。データの定常性とは、データ３が有している、所定の次元の方向に一定の特徴である。
【００３６】
本発明においては、実世界１の事象を示す情報である信号を推定するための有意情報として、データ３が有する、データの定常性が利用される。
【００３７】
例えば、本発明においては、データの定常性を利用して、データ３を信号処理することで、欠落した、実世界１の事象を示す情報が生成される。
【００３８】
なお、本発明においては、実世界１の事象を示す情報である信号の次元の、長さ（空間）、時間、および質量のうち、空間方向または時間方向の定常性が利用される。
【００３９】
図１に戻り、センサ２は、例えば、デジタルスチルカメラ、またはビデオカメラなどで構成され、実世界１の画像を撮像し、得られたデータ３である画像データを信号処理装置４に出力する。センサ２は、例えば、サーモグラフィ装置、または光弾性を利用した圧力センサなどとすることができる。
【００４０】
信号処理装置４は、例えば、パーソナルコンピュータなどで構成される。
【００４１】
信号処理装置４は、例えば、図２で示されるように構成される。CPU（Central Processing Unit）２１は、ROM（Read Only Memory）２２、または記憶部２８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM（Random Access Memory）２３には、CPU２１が実行するプログラムやデータなどが適宜記憶される。これらのCPU２１、ROM２２、およびRAM２３は、バス２４により相互に接続されている。
【００４２】
CPU２１にはまた、バス２４を介して入出力インタフェース２５が接続されている。入出力インタフェース２５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部２６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部２７が接続されている。CPU２１は、入力部２６から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、CPU２１は、処理の結果得られた画像や音声等を出力部２７に出力する。
【００４３】
入出力インタフェース２５に接続されている記憶部２８は、例えばハードディスクなどで構成され、CPU２１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部２９は、インターネット、その他のネットワークを介して外部の装置と通信する。この例の場合、通信部２９はセンサ２の出力するデータ３を取り込む取得部として働く。
【００４４】
また、通信部２９を介してプログラムを取得し、記憶部２８に記憶してもよい。
【００４５】
入出力インタフェース２５に接続されているドライブ３０は、磁気ディスク５１、光ディスク５２、光磁気ディスク５３、或いは半導体メモリ５４などが装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータなどを取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記憶部２８に転送され、記憶される。
【００４６】
図３は、信号処理装置４を示すブロック図である。
【００４７】
なお、信号処理装置４の各機能をハードウェアで実現するか、ソフトウェアで実現するかは問わない。つまり、本明細書の各ブロック図は、ハードウェアのブロック図と考えても、ソフトウェアによる機能ブロック図と考えても良い。
【００４８】
図３に構成を示す信号処理装置４においては、データ３の一例である画像データが入力され、入力された画像データ（入力画像）からデータの定常性が検出される。次に、検出されたデータの定常性から、センサ２により取得された実世界１の信号が推定される。そして、推定された実世界１の信号を基に、画像が生成され、生成された画像（出力画像）が出力される。すなわち、図３は、画像処理装置である信号処理装置４の構成を示す図である。
【００４９】
信号処理装置４に入力された入力画像（データ３の一例である画像データ）は、データ定常性検出部１０１および実世界推定部１０２に供給される。
【００５０】
データ定常性検出部１０１は、入力画像からデータの定常性を検出して、検出した定常性を示すデータ定常性情報を実世界推定部１０２および画像生成部１０３に供給する。データ定常性情報は、例えば、入力画像における、データの定常性を有する画素の領域の位置、データの定常性を有する画素の領域の方向（時間方向および空間方向の角度または傾き）、またはデータの定常性を有する画素の領域の長さなどを含む。データ定常性検出部１０１の構成の詳細は、後述する。
【００５１】
実世界推定部１０２は、入力画像、およびデータ定常性検出部１０１から供給されたデータ定常性情報を基に、実世界１の信号を推定する。すなわち、実世界推定部１０２は、入力画像が取得されたときセンサ２に入射された、実世界の信号である画像を推定する。実世界推定部１０２は、実世界１の信号の推定の結果を示す実世界推定情報を画像生成部１０３に供給する。実世界推定部１０２の構成の詳細は、後述する。
【００５２】
画像生成部１０３は、実世界推定部１０２から供給された、推定された実世界１の信号を示す実世界推定情報を基に、実世界１の信号により近似した信号を生成して、生成した信号を出力する。または、画像生成部１０３は、データ定常性検出部１０１から供給されたデータ定常性情報、および実世界推定部１０２から供給された、推定された実世界１の信号を示す実世界推定情報を基に、実世界１の信号により近似した信号を生成して、生成した信号を出力する。
【００５３】
すなわち、画像生成部１０３は、実世界推定情報を基に、実世界１の画像により近似した画像を生成して、生成した画像を出力画像として出力する。または、画像生成部１０３は、データ定常性情報および実世界推定情報を基に、実世界１の画像により近似した画像を生成して、生成した画像を出力画像として出力する。
【００５４】
例えば、画像生成部１０３は、実世界推定情報を基に、推定された実世界１の画像を所望の空間方向または時間方向の範囲で積分することにより、入力画像に比較して、空間方向または時間方向により高解像度の画像を生成して、生成した画像を出力画像として出力する。例えば、画像生成部１０３は、外挿補間により、画像を生成して、生成した画像を出力画像として出力する。
【００５５】
画像生成部１０３の構成の詳細は、後述する。
【００５６】
次に、図４乃至図７を参照して、本発明の原理を説明する。
【００５７】
図４は、従来の信号処理装置１２１における処理の原理を説明する図である。従来の信号処理装置１２１は、データ３を処理の基準とすると共に、データ３を処理の対象として、高解像度化などの処理を実行する。従来の信号処理装置１２１においては、実世界１が考慮されることはなく、データ３が最終的な基準となり、データ３に含まれている情報以上の情報を出力として得ることはできない。
【００５８】
また、従来の信号処理装置１２１において、データ３に存在する、センサ２による歪み（実世界１の情報である信号とデータ３との差）は全く考慮されないので、従来の信号処理装置１２１は、歪みを含んだままの信号を出力することになる。さらに、信号処理装置１２１の処理の内容によっては、データ３に存在する、センサ２による歪みがさらに増幅されて、増幅された歪みを含むデータが出力されることになる。
【００５９】
このように、従来の信号処理においては、データ３が取得された実世界１（の信号）そのものが考慮されることはなかった。換言すれば、従来の信号処理においては、データ３に含まれている情報の枠内で実世界１を捉えていたので、データ３に含まれている情報および歪みにより、信号処理の限界が決定される。
【００６０】
これに対して、本発明の信号処理においては、実世界１（の信号）そのものを明確に考慮して、処理が実行される。
【００６１】
図５は、本発明に係る信号処理装置４における処理の原理を説明する図である。
【００６２】
実世界１の事象を示す情報である信号をセンサ２が取得し、センサ２が、実世界１の情報である信号を射影したデータ３を出力する点では、従来と同様である。
【００６３】
しかしながら、本発明においては、センサ２により取得された、実世界１の事象を示す情報である信号が明確に考慮される。すなわち、データ３が、センサ２による歪み（実世界１の情報である信号とデータ３との差）を含むことを意識して信号処理がなされる。
【００６４】
このようにすることで、本発明の信号処理においては、データ３に含まれている情報および歪みにより処理の結果が限定されることがなく、例えば、従来に比較して、実世界１の事象に対して、より正確で、より精度の高い処理結果を得ることができるようになる。すなわち、本発明によれば、センサ２に入力された、実世界１の事象を示す情報である信号に対して、より正確で、より精度の高い処理結果を得ることができるようになる。
【００６５】
図６および図７は、本発明の原理をより具体的に説明する図である。
【００６６】
図６で示されるように、例えば、画像である、実世界１の信号が、レンズ、または光学LPF（Low Pass Filter）などでなる光学系１４１により、センサ２の一例であるCCD（Charge Coupled Device）の受光面に結像される。センサ２の一例であるCCDは、積分特性を有しているので、CCDから出力されるデータ３には、実世界１の画像との差が生じることになる。センサ２の積分特性の詳細については、後述する。
【００６７】
本発明の信号処理においては、CCDにより取得された実世界１の画像と、CCDにより撮像され、出力されたデータ３との関係が明確に考慮される。すなわち、データ３と、センサ２で取得された実世界の情報である信号との関係が明確に考慮される。
【００６８】
より具体的には、図７で示されるように、信号処理装置４は、モデル１６１を用いて、実世界１を近似（記述）する。モデル１６１は、例えば、Ｎ個の変数で表現される。より正確には、モデル１６１は、実世界１の信号を近似（記述）する。
【００６９】
モデル１６１を予測するために、信号処理装置４は、データ３から、Ｍ個のデータ１６２を抽出する。データ３から、Ｍ個のデータ１６２を抽出するとき、信号処理装置４は、データ３に含まれるデータの定常性を利用する。換言すれば、信号処理装置４は、データ３に含まれるデータの定常性を基に、モデル１６１を予測するためのデータ１６２を抽出する。結果的に、モデル１６１は、データの定常性に拘束されることになる。
【００７０】
すなわち、モデル１６１は、センサ２で取得されたとき、データ３においてデータの定常性を生じさせる、定常性（所定の次元の方向に一定の特徴）を有する実世界１の事象（を示す情報（信号））を近似する。
【００７１】
ここで、データ１６２の数Ｍが、モデルの変数の数Ｎ以上であれば、Ｍ個のデータ１６２から、Ｎ個の変数で表現されるモデル１６１を予測することができる。
【００７２】
このように、実世界１（の信号）を近似（記述）するモデル１６１を予測することにより、信号処理装置４は、実世界１の情報である信号を考慮することができる。
【００７３】
次に、センサ２の積分効果について説明する。
【００７４】
画像を撮像するセンサ２である、CCDまたはCMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサなどのイメージセンサは、現実世界を撮像するとき、現実世界の情報である信号を２次元のデータに投影する。イメージセンサの各画素は、いわゆる受光面（受光領域）として、それぞれ所定の面積を有する。所定の面積を有する受光面に入射した光は、画素毎に、空間方向および時間方向に積分され、各画素に対して１つの画素値に変換される。
【００７５】
図８乃至図１１を参照して、画像の空間的時間的な積分について説明する。
【００７６】
イメージセンサは、現実世界の対象物（オブジェクト）を撮像し、撮像の結果得られた画像データを１フレーム単位で出力する。すなわち、イメージセンサは、実世界１の対象物で反射された光である、実世界１の信号を取得し、データ３を出力する。
【００７７】
例えば、イメージセンサは、１秒間に３０フレームからなる画像データを出力する。この場合、イメージセンサの露光時間は、１／３０秒とすることができる。露光時間は、イメージセンサが入射された光の電荷への変換を開始してから、入射された光の電荷への変換を終了するまでの期間である。以下、露光時間をシャッタ時間とも称する。
【００７８】
図８は、イメージセンサ上の画素の配置の例を説明する図である。図８中において、Ａ乃至Ｉは、個々の画素を示す。画素は、画像データにより表示される画像に対応する平面上に配置されている。１つの画素に対応する１つの検出素子は、イメージセンサ上に配置されている。イメージセンサが実世界１の画像を撮像するとき、１つの検出素子は、画像データを構成する１つの画素に対応する１つの画素値を出力する。例えば、検出素子の空間方向Ｘの位置（Ｘ座標）は、画像データにより表示される画像上の横方向の位置に対応し、検出素子の空間方向Ｙの位置（Ｙ座標）は、画像データにより表示される画像上の縦方向の位置に対応する。
【００７９】
実世界１の光の強度の分布は、３次元の空間方向および時間方向に広がりを有するが、イメージセンサは、２次元の空間方向および時間方向で、実世界１の光を取得し、２次元の空間方向および時間方向の光の強度の分布を表現するデータ３を生成する。
【００８０】
図９で示されるように、例えば、CCDである検出素子は、シャッタ時間に対応する期間、受光面（受光領域）（検出領域）に入力された光を電荷に変換して、変換された電荷を蓄積する。光は、３次元の空間上の位置、および時刻により、強度が決定される実世界１の情報（信号）である。実世界１の光の強度の分布は、３次元の空間上の位置x,y、およびz、並びに時刻tを変数とする関数F(x,y,z,t)で表すことができる。
【００８１】
CCDである検出素子に蓄積される電荷の量は、２次元の空間上の広がりを有する受光面の全体に入射された光の強さと、光が入射されている時間にほぼ比例する。検出素子は、シャッタ時間に対応する期間において、受光面の全体に入射された光から変換された電荷を、既に蓄積されている電荷に加えていく。すなわち、検出素子は、シャッタ時間に対応する期間、２次元の空間上の広がりを有する受光面の全体に入射される光を積分して、積分された光に対応する量の電荷を蓄積する。検出素子は、空間（受光面）および時間（シャッタ時間）に対して、積分効果があるとも言える。
【００８２】
検出素子に蓄積された電荷は、図示せぬ回路により、電圧値に変換され、電圧値はさらにデジタルデータなどの画素値に変換されて、データ３として出力される。従って、イメージセンサから出力される個々の画素値は、実世界１の情報（信号）の時間的空間的に広がりを有するある部分を、シャッタ時間の時間方向および検出素子の受光面の空間方向について積分した結果である、１次元の空間に射影した値を有する。
【００８３】
すなわち、１つの画素の画素値は、F(x,y,t)の積分で表される。F(x,y,t)は、検出素子の受光面における、光の強度の分布を表す関数である。例えば、画素値Pは、式（１）で表される。
【００８４】
【数１】

【００８５】
式（１）において、x₁は、検出素子の受光面の左側の境界の空間座標（Ｘ座標）である。x₂は、検出素子の受光面の右側の境界の空間座標（Ｘ座標）である。式（１）において、y₁は、検出素子の受光面の上側の境界の空間座標（Ｙ座標）である。y₂は、検出素子の受光面の下側の境界の空間座標（Ｙ座標）である。また、t₁は、入射された光の電荷への変換を開始した時刻である。t₂は、入射された光の電荷への変換を終了した時刻である。
【００８６】
なお、実際には、イメージセンサから出力される画像データの画素値は、例えばフレーム全体として、そのゲインが補正されている。
【００８７】
画像データの各画素値は、イメージセンサの各検出素子の受光面に入射した光の積分値であり、イメージセンサに入射された光のうち、検出素子の受光面よりも微小な実世界１の光の波形は、積分値としての画素値に隠されてしまう。
【００８８】
以下、本明細書において、所定の次元を基準として表現される信号の波形を単に波形とも称する。
【００８９】
このように、実世界１の画像は、画素を単位として、空間方向および時間方向に積分されてしまうので、画像データにおいては、実世界１の画像の定常性の一部が欠落し、実世界１の画像の定常性の他の一部のみが画像データに含まれることになる。または、画像データには、実世界１の画像の定常性から変化してしまった定常性が含まれることがある。
【００９０】
積分効果を有するイメージセンサにより撮像された画像の、空間方向の積分効果についてさらに説明する。
【００９１】
図１０は、画素Ｄ乃至画素Ｆに対応する検出素子に入射される光と、画素値との関係を説明する図である。図１０のF(x)は、空間上（検出素子上）の空間方向Ｘの座標xを変数とする、実世界１の光の強度の分布を表す関数の例である。言い換えれば、F(x)は、空間方向Ｙおよび時間方向に一定である場合の、実世界１の光の強度の分布を表す関数の例である。図１０において、Lは、画素Ｄ乃至画素Ｆに対応する検出素子の受光面の空間方向Ｘの長さを示す。
【００９２】
１つの画素の画素値は、F(x)の積分で表される。例えば、画素Ｅの画素値Pは、式（２）で表される。
【００９３】
【数２】

【００９４】
式（２）において、x₁は、画素Ｅに対応する検出素子の受光面の左側の境界の空間方向Ｘの空間座標である。x₂は、画素Ｅに対応する検出素子の受光面の右側の境界の空間方向Ｘの空間座標である。
【００９５】
同様に、積分効果を有するイメージセンサにより撮像された画像の、時間方向の積分効果についてさらに説明する。
【００９６】
図１１は、時間の経過と、１つの画素に対応する検出素子に入射される光と、画素値との関係を説明する図である。図１１のF(t)は、時刻tを変数とする、実世界１の光の強度の分布を表す関数である。言い換えれば、F(t)は、空間方向Ｙおよび空間方向Ｘに一定である場合の、実世界１の光の強度の分布を表す関数の例である。t_sは、シャッタ時間を示す。
【００９７】
フレーム#n-1は、フレーム#nに対して時間的に前のフレームであり、フレーム#n+1は、フレーム#nに対して時間的に後のフレームである。すなわち、フレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1は、フレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の順で表示される。
【００９８】
なお、図１１で示される例において、シャッタ時間t_sとフレーム間隔とが同一である。
【００９９】
１つの画素の画素値は、F(t)の積分で表される。例えば、フレーム#nの画素の画素値Pは、式（３）で表される。
【０１００】
【数３】

【０１０１】
式（３）において、t₁は、入射された光の電荷への変換を開始した時刻である。t₂は、入射された光の電荷への変換を終了した時刻である。
【０１０２】
以下、センサ２による空間方向の積分効果を単に空間積分効果と称し、センサ２による時間方向の積分効果を単に時間積分効果と称する。また、空間積分効果または時間積分効果を単に積分効果とも称する。
【０１０３】
次に、積分効果を有するイメージセンサにより取得されたデータ３に含まれるデータの定常性の例について説明する。
【０１０４】
図１２は、実世界１の線状の物（例えば、細線）の画像、すなわち光の強度の分布の例を示す図である。図１２において、図中の上方向の位置は、光の強度（レベル）を示し、図中の右上方向の位置は、画像の空間方向の一方向である空間方向Ｘの位置を示し、図中の右方向の位置は、画像の空間方向の他の方向である空間方向Ｙの位置を示す。
【０１０５】
実世界１の線状の物の画像には、所定の定常性が含まれる。すなわち、図１２で示される画像は、長さ方向の任意の位置において、断面形状（長さ方向に直交する方向の位置の変化に対するレベルの変化）が同じであるという定常性を有する。
【０１０６】
図１３は、図１２で示される画像に対応する、実際の撮像により得られた画像データの画素値の例を示す図である。
【０１０７】
図１４は、図１３に示す画像データの模式図である。
【０１０８】
図１４で示される模式図は、イメージセンサの画素の並び（画素の縦または横の並び）とずれた方向に延びる、各画素の受光面の長さLよりも短い径の線状の物の画像を、イメージセンサで撮像して得られた画像データの模式図である。図１４で示される画像データが取得されたときにイメージセンサに入射された画像は、図１２の実世界１の線状の物の画像である。
【０１０９】
図１４において、図中の上方向の位置は、画素値を示し、図中の右上方向の位置は、画像の空間方向の一方向である空間方向Ｘの位置を示し、図中の右方向の位置は、画像の空間方向の他の方向である空間方向Ｙの位置を示す。図１４における画素値を示す方向は、図１２におけるレベルの方向に対応し、図１４における空間方向Ｘ、および空間方向Ｙは、図１２における方向と同じである。
【０１１０】
各画素の受光面の長さLよりも短い径の線状の物の画像を、イメージセンサで撮像した場合、撮像の結果得られる画像データにおいて、線状の物は、模式的に、例えば、斜めにずれて並ぶ、複数の所定の長さの円弧形状（かまぼこ型）で表される。各円弧形状は、ほぼ同じ形状である。１つの円弧形状は、縦に１列の画素の上、または横に１列の画素の上に形成される。例えば、図１４における１つの円弧形状は、縦に１列の画素の上に形成される。
【０１１１】
このように、例えば、イメージセンサで撮像されて取得された画像データにおいては、実世界１の線状の物の画像が有していた、長さ方向の任意の位置において、空間方向Ｙにおける断面形状が同じであるという定常性が失われている。また、実世界１の線状の物の画像が有していた定常性は、縦に１列の画素の上、または横に１列の画素の上に形成された、同じ形状である円弧形状が一定の間隔で並ぶという定常性に変化していると言える。
【０１１２】
図１５は、背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像、すなわち光の強度の分布の例を示す図である。図１５において、図中の上方向の位置は、光の強度（レベル）を示し、図中の右上方向の位置は、画像の空間方向の一方向である空間方向Ｘの位置を示し、図中の右方向の位置は、画像の空間方向の他の方向である空間方向Ｙの位置を示す。
【０１１３】
背景とは異なる色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像には、所定の定常性が含まれる。すなわち、図１５で示される画像は、縁の長さ方向の任意の位置において、断面形状（縁に直交する方向の位置の変化に対するレベルの変化）が同じであるという定常性を有する。
【０１１４】
図１６は、図１５で示される画像に対応する、実際の撮像により得られた画像データの画素値の例を示す図である。図１６で示されるように、画像データは、画素を単位とした画素値からなるので、階段状になる。
【０１１５】
図１７は、図１６に示す画像データの模式図である。
【０１１６】
図１７で示される模式図は、イメージセンサの画素の並び（画素の縦または横の並び）とずれた方向に縁が延びる、背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像を、イメージセンサで撮像して得られた画像データの模式図である。図１７で示される画像データが取得されたときにイメージセンサに入射された画像は、図１５で示される、背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像である。
【０１１７】
図１７において、図中の上方向の位置は、画素値を示し、図中の右上方向の位置は、画像の空間方向の一方向である空間方向Ｘの位置を示し、図中の右方向の位置は、画像の空間方向の他の方向である空間方向Ｙの位置を示す。図１７における画素値を示す方向は、図１５におけるレベルの方向に対応し、図１７における空間方向Ｘ、および空間方向Ｙは、図１５における方向と同じである。
【０１１８】
背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像を、イメージセンサで撮像した場合、撮像の結果得られる画像データにおいて、直線状の縁は、模式的に、例えば、斜めにずれて並ぶ、複数の所定の長さのつめ（pawl）形状で表される。各つめ形状は、ほぼ同じ形状である。１つのつめ形状は、縦に１列の画素の上、または横に１列の画素の上に形成される。例えば、図１７において、１つのつめ形状は、縦に１列の画素の上に形成される。
【０１１９】
このように、例えば、イメージセンサで撮像されて取得された画像データにおいては、背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像が有していた、縁の長さ方向の任意の位置において、断面形状が同じであるという定常性が失われている。また、背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像が有していた定常性は、縦に１列の画素の上、または横に１列の画素の上に形成された、同じ形状であるつめ形状が一定の間隔で並ぶという定常性に変化していると言える。
【０１２０】
データ定常性検出部１０１は、このような、例えば、入力画像であるデータ３が有するデータの定常性を検出する。例えば、データ定常性検出部１０１は、所定の次元の方向に一定の特徴を有する領域を検出することにより、データの定常性を検出する。例えば、データ定常性検出部１０１は、図１４で示される、同じ円弧形状が一定の間隔で並ぶ領域を検出する。また、例えば、データ定常性検出部１０１は、図１７で示される、同じつめ形状が一定の間隔で並ぶ領域を検出する。
【０１２１】
また、データ定常性検出部１０１は、同様の形状の並び方を示す、空間方向の角度（傾き）を検出することにより、データの定常性を検出する。
【０１２２】
また、例えば、データ定常性検出部１０１は、空間方向および時間方向の同様の形状の並び方を示す、空間方向および時間方向の角度（動き）を検出することにより、データの定常性を検出する。
【０１２３】
さらに、例えば、データ定常性検出部１０１は、所定の次元の方向に一定の特徴を有する領域の長さを検出することにより、データの定常性を検出する。
【０１２４】
以下、背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像がセンサ２により射影されたデータ３の部分を２値エッジとも称する。
【０１２５】
次に、本発明の原理をさらに具体的に説明する。
【０１２６】
図１８で示されるように、従来の信号処理においては、データ３から、例えば、所望の高解像度データ１８１が生成される。
【０１２７】
これに対して、本発明に係る信号処理においては、データ３から、実世界１が推定され、推定の結果に基づいて、高解像度データ１８１が生成される。すなわち、図１９で示されるように、実世界１が、データ３から推定され、高解像度データ１８１が、データ３を考慮して、推定された実世界１から生成される。
【０１２８】
実世界１から高解像度データ１８１を生成するためには、実世界１とデータ３との関係を考慮する必要がある。例えば、実世界１が、CCDであるセンサ２により、データ３に射影されるとどうなるかが考慮される。
【０１２９】
CCDであるセンサ２は、上述したように、積分特性を有する。すなわち、データ３の１つの単位（例えば、画素値）は、実世界１の信号をセンサ２の検出素子（例えば、CCD）の検出領域（例えば、受光面）で積分することにより算出することができる。
【０１３０】
これを高解像度データ１８１について当てはめると、仮想的な高解像度のセンサが実世界１の信号をデータ３に射影する処理を、推定された実世界１に適用することにより、高解像度データ１８１を得ることができる。
【０１３１】
換言すれば、図２０で示されるように、データ３から実世界１の信号を推定できれば、実世界１の信号を、仮想的な高解像度のセンサの検出素子の検出領域毎に（時空間方向に）積分することにより、高解像度データ１８１に含まれる１つの値を得ることができる。
【０１３２】
例えば、センサ２の検出素子の検出領域の大きさに比較して、実世界１の信号の変化が、より小さいとき、データ３は、実世界１の信号の小さい変化を表すことができない。そこで、データ３から推定された実世界１の信号を、実世界１の信号の変化に比較して、より小さい領域毎に（時空間方向に）積分することにより、実世界１の信号の小さい変化を示す高解像度データ１８１を得ることができる。
【０１３３】
すなわち、仮想的な高解像度のセンサの各検出素子について、推定された実世界１の信号を検出領域で積分することにより、高解像度データ１８１を得ることができる。
【０１３４】
本発明において、画像生成部１０３は、例えば、仮想的な高解像度のセンサの各検出素子の時空間方向の領域で、推定された実世界１の信号を積分することにより、高解像度データ１８１を生成する。
【０１３５】
次に、データ３から、実世界１を推定するために、本発明においては、データ３と実世界１との関係、定常性、およびデータ３における空間混合が利用される。
【０１３６】
ここで、混合とは、データ３において、実世界１における２つの物体に対する信号が混合されて１つの値となることをいう。
【０１３７】
空間混合とは、センサ２の空間積分効果による、２つの物体に対する信号の空間方向の混合をいう。
【０１３８】
実世界１そのものは、無限の数の事象からなり、従って、実世界１そのものを、例えば、数式で表現するためには、無限の数の変数が必要になる。データ３から、実世界１の全ての事象を予測することはできない。
【０１３９】
同様に、データ３から、実世界１の信号の全てを予測することはできない。
【０１４０】
そこで、図２１で示されるように、本発明においては、実世界１の信号のうち、定常性を有し、関数f(x,y,z,t)で表すことができる部分に注目し、関数f(x,y,z,t)で表すことができる、定常性を有する実世界１の信号の部分が、Ｎ個の変数で表現されるモデル１６１で近似される。そして、図２２で示されるように、モデル１６１が、データ３の中の、Ｍ個のデータ１６２から予測される。
【０１４１】
Ｍ個のデータ１６２からモデル１６１の予測を可能にするには、第１に、モデル１６１を、定常性に基づいて、Ｎ個の変数で表し、第２に、センサ２の積分特性に基づいて、Ｎ個の変数で表現されるモデル１６１とＭ個のデータ１６２との関係を示す、Ｎ個の変数を使用した式を立てることが必要である。モデル１６１が、定常性に基づいて、Ｎ個の変数で表されているので、Ｎ個の変数で表現されるモデル１６１とＭ個のデータ１６２との関係を示す、Ｎ個の変数を使用した式は、定常性を有する実世界１の信号の部分と、データの定常性を有するデータ３の部分との関係を記述しているとも言える。
【０１４２】
換言すれば、Ｎ個の変数で表現されるモデル１６１で近似される、定常性を有する実世界１の信号の部分は、データ３において、データの定常性を生じさせる。
【０１４３】
データ定常性検出部１０１は、定常性を有する実世界１の信号の部分によって、データの定常性が生じたデータ３の部分、およびデータの定常性が生じた部分の特徴を検出する。
【０１４４】
例えば、図２３で示されるように、背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像において、図２３中Ａで示す、注目する位置における縁は、傾きを有している。図２３のＢの矢印は、縁の傾きを示す。所定の縁の傾きは、基準となる軸に対する角度または基準となる位置に対する方向で表すことができる。例えば、所定の縁の傾きは、空間方向Ｘの座標軸と、縁との角度で表すことができる。例えば、所定の縁の傾きは、空間方向Ｘの長さおよび空間方向Ｙの長さで示される方向で表すことができる。
【０１４５】
背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像が、センサ２で取得されて、データ３が出力されたとき、データ３において、実世界１の画像における、縁の注目する位置（Ａ）に対する、図２３中Ａ’で示す位置に、縁に対応するつめ形状が並び、実世界１の画像の縁の傾きに対応する、図２３中Ｂ’で示す傾きの方向に、縁に対応するつめ形状が並ぶ。
【０１４６】
Ｎ個の変数で表現されるモデル１６１は、このような、データ３において、データの定常性を生じさせる、実世界の１の信号の部分を近似する。
【０１４７】
Ｎ個の変数で表現されるモデル１６１とＭ個のデータ１６２との関係を示す、Ｎ個の変数を使用した式を立てるとき、データ３において、データの定常性が生じている部分の値を利用する。
【０１４８】
この場合において、図２４で示される、データ３において、データの定常性が生じ、混合領域に属する値に注目して、実世界１の信号を積分した値が、センサ２の検出素子が出力する値に等しいとして、式が立てられる。例えば、データの定常性が生じている、データ３における複数の値について、複数の式を立てることができる。
【０１４９】
図２４において、Ａは、縁の注目する位置を示し、Ａ’は、実世界１の画像における、縁の注目する位置（Ａ）に対する、画素（の位置）を示す。
【０１５０】
ここで、混合領域とは、データ３において、実世界１における２つの物体に対する信号が混合されて１つの値となっているデータの領域をいう。例えば、背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像に対するデータ３において、直線状の縁を有する物に対する画像、および背景に対する画像が積分されている画素値は、混合領域に属する。
【０１５１】
図２５は、式を立てる場合における、実世界１における２つの物体に対する信号および混合領域に属する値を説明する図である。
【０１５２】
図２５中の左側は、センサ２の１つの検出素子の検出領域で取得される、空間方向Ｘおよび空間方向Ｙに所定の広がりを有する、実世界１における２つの物体に対する実世界１の信号を示す。図２５中の右側は、図２５中の左側に示す実世界１の信号がセンサ２の１つの検出素子によって射影された、データ３の１つの画素の画素値Ｐを示す。すなわち、センサ２の１つの検出素子によって取得された、空間方向Ｘおよび空間方向Ｙに所定の広がりを有する、実世界１における２つの物体に対する実世界１の信号が射影された、データ３の１つの画素の画素値Ｐを示す。
【０１５３】
図２５のＬは、実世界１における１つの物体に対する、図２５の白い部分の実世界１の信号のレベルを示す。図２５のＲは、実世界１における他の１つの物体に対する、図２５の斜線で表される部分の実世界１の信号のレベルを示す。
【０１５４】
ここで、混合比αは、センサ２の１つの検出素子の、空間方向Ｘおよび空間方向Ｙに所定の広がりを有する検出領域に入射された、２つの物体に対する信号（の面積）の割合を示す。例えば、混合比αは、センサ２の１つの検出素子の検出領域の面積に対する、空間方向Ｘおよび空間方向Ｙに所定の広がりを有する、センサ２の１つの検出素子の検出領域に入射された、レベルＬの信号の面積の割合を示す。
【０１５５】
この場合において、レベルＬ、レベルＲ、および画素値Ｐの関係は、式（４）で表すことができる。
【０１５６】
α×Ｌ＋（１−α）×Ｒ＝Ｐ ・・・（４）
【０１５７】
なお、レベルＲは、注目している画素の右側に位置している、データ３の画素の画素値とすることができる場合があり、レベルＬは、注目している画素の左側に位置している、データ３の画素値とすることができる場合がある。
【０１５８】
また、混合比αおよび混合領域は、空間方向と同様に、時間方向を考慮することができる。例えば、センサ２に対して撮像の対象となる実世界１の物体が移動しているとき、時間方向に、センサ２の１つの検出素子の検出領域に入射される、２つの物体に対する信号の割合は変化する。センサ２の１つの検出素子の検出領域に入射された、時間方向に割合が変化する、２つの物体に対する信号は、センサ２の検出素子によって、データ３の１つの値に射影される。
【０１５９】
センサ２の時間積分効果による、２つの物体に対する信号の時間方向の混合を時間混合と称する。
【０１６０】
データ定常性検出部１０１は、例えば、実世界１における２つの物体に対する実世界１の信号が射影された、データ３における画素の領域を検出する。データ定常性検出部１０１は、例えば、実世界１の画像の縁の傾きに対応する、データ３における傾きを検出する。
【０１６１】
そして、実世界推定部１０２は、例えば、データ定常性検出部１０１で検出された、所定の混合比αを有する画素の領域、および領域の傾きを基に、Ｎ個の変数で表現されるモデル１６１とＭ個のデータ１６２との関係を示す、Ｎ個の変数を使用した式を立てて、立てた式を解くことにより、実世界１の信号を推定する。
【０１６２】
さらに、具体的な実世界１の推定について説明する。
【０１６３】
関数F(x,y,z,t)で表される実世界の信号のうち、空間方向Ｚの断面（センサ２の位置）における関数F(x,y,t)で表される実世界の信号を、空間方向Ｘにおける位置x、空間方向Ｙにおける位置y、および時刻tで決まる近似関数f（x,y,t）で近似することを考える。
【０１６４】
ここで、センサ２の検出領域は、空間方向Ｘおよび空間方向Ｙに広がりを有する。換言すれば、近似関数f（x,y,t）は、センサ２で取得される、空間方向および時間方向に広がりを有する実世界１の信号を近似する関数である。
【０１６５】
センサ２による実世界１の信号の射影によって、データ３の値P(x,y,t)が得られるものとする。データ３の値P(x,y,t)は、例えば、イメージセンサであるセンサ２が出力する、画素値である。
【０１６６】
ここで、センサ２による射影を定式化できる場合、近似関数f（x,y,t）を射影して得られた値を射影関数S（x,y,t）と表すことができる。
【０１６７】
射影関数S（x,y,t）を求める上で、以下に示す問題がある。
【０１６８】
第１に、一般的に、実世界１の信号を表す関数F(x,y,z,t)は、無限の次数の関数となりうる。
【０１６９】
第２に、たとえ、実世界の信号を関数として記述できたとしても、センサ２の射影を介した、射影関数S（x,y,t）を定めることは、一般的にはできない。すなわち、センサ２による射影の動作、言い換えればセンサ２の入力信号と出力信号との関係を知らないので、射影関数S（x,y,t）を定めることはできない。
【０１７０】
第１の問題点に対して、実世界１の信号を近似する関数f(x,y,t)を記述可能な関数（例えば、有限次数の関数）である関数f_i（x,y,t）および変数w_iの積和で表現することを考える。
【０１７１】
また、第２の問題点に対して、センサ２による射影を定式化することで、関数f_i（x,y,t）の記述から、関数S_i（x,y,t）を記述することができる。
【０１７２】
すなわち、実世界１の信号を近似する関数f(x,y,t)を関数f_i（x,y,t）および変数w_iの積和で表現すると、式（５）が得られる。
【０１７３】
【数４】

【０１７４】
例えば、式（６）で示されるように、センサ２の射影を定式化することにより、式（５）から、データ３と実世界の信号の関係を式（７）のように定式化することができる。
【０１７５】
【数５】

【０１７６】
【数６】

式（７）において、jは、データのインデックスである。
【０１７７】
式（７）のＮ個の変数w_i（i=1乃至N）が共通であるＭ個のデータ群（j=1乃至M）が存在すれば、式（８）を満たすので、データ３から実世界のモデル１６１を求めることができる。
【０１７８】

Ｎは、実世界１を近似するモデル１６１を表現する変数の数である。Ｍは、データ３に含まれるデータ１６２の数である。
【０１７９】
実世界１の信号を近似する関数f(x,y,t)を式（５）で表すことにより、w_iとして変数の部分を独立させることができる。このとき、iは、そのまま変数の数を示すことになる。また、f_iで示される関数の形を独立させることができ、f_iとして所望の関数を利用することができるようになる。
【０１８０】
従って、関数f_iの形に依存せず、変数w_iの数Ｎを定義でき、変数w_iの数Ｎとデータの数Ｍとの関係で変数w_iを求めることができる。
【０１８１】
すなわち、以下の３つを用いることで、データ３から実世界１を推定することができるようになる。
【０１８２】
第１に、Ｎ個の変数を定める、すなわち、式（５）を定める。これは、定常性を用いて実世界１を記述することにより可能になる。例えば、断面が多項式で表され、同じ断面形状が一定方向に続く、というモデル１６１で実世界１の信号を記述することができる。
【０１８３】
第２に、例えば、センサ２による射影を定式化して、式（７）を記述する。例えば、実世界１の信号の積分を行った結果がデータ３であると定式化する。
【０１８４】
第３に、Ｍ個のデータ１６２を集めて、式（８）を満足させる。例えば、データ定常性検出部１０１で検出された、データの定常性を有する領域から、データ１６２が集められる。例えば、定常性の一例である、一定の断面が続く領域のデータ１６２が集められる。
【０１８５】
このように、式（５）によって、データ３と実世界１との関係を記述し、Ｍ個のデータ１６２を集めることで、式（８）を満たすことにより、実世界１を推定することができる。
【０１８６】
より具体的には、Ｎ=Ｍのとき、変数の数Nと式の数Mが等しいので、連立方程式を立てることにより、変数w_iを求めることができる。
【０１８７】
また、Ｎ＜Ｍのとき、様々な解法を適用できる。例えば、最小自乗法により、変数w_iを求めることができる。
【０１８８】
ここで、最小自乗法による解法について、詳細に記載する。
【０１８９】
まず、式（７）に従って、実世界１からデータ３を予測する式（９）を示す。
【０１９０】
【数７】

【０１９１】
式（９）において、P'_j（x_j,y_j,t_j）は、予測値である。
【０１９２】
予測値P'と実測値Pとの差分自乗和Eは、式（１０）で表される。
【０１９３】
【数８】

【０１９４】
差分自乗和Eが最小になるように、変数w_iが求められる。従って、各変数w_kによる式（１０）の偏微分値は０とされる。すなわち、式（１１）が成り立つ。
【０１９５】
【数９】

【０１９６】
式（１１）から式（１２）が導かれる。
【０１９７】
【数１０】

【０１９８】
式（１２）がK=1乃至Nで成り立つとき、最小自乗法による解が得られる。このときの正規方程式は、式（１３）で示される。
【０１９９】
【数１１】

ただし、式（１３）において、S_i（x_j,y_j,t_j）は、S_i(j)と記述した。
【０２００】
【数１２】

【０２０１】
【数１３】

【０２０２】
【数１４】

【０２０３】
式（１４）乃至式（１６）から、式（１３）は、S_MATW_MAT=P_MATと表すことができる。
【０２０４】
式（１３）において、S_iは、実世界１の射影を表す。式（１３）において、P_jは、データ３を表す。式（１３）において、w_iは、実世界１の信号の特徴を記述し、求めようとする変数である。
【０２０５】
従って、式（１３）にデータ３を入力し、行列解法などによりW_MATを求めることで、実世界１を推定することが可能になる。すなわち、式（１７）を演算することにより、実世界１を推定することができるようになる。
【０２０６】
W_MAT=S_MAT ^-1P_MAT ・・・（１７）
【０２０７】
なお、S_MATが正則でない場合、S_MATの転置行列を利用して、W_MATを求めることができる。
【０２０８】
実世界推定部１０２は、例えば、式（１３）にデータ３を入力し、行列解法などによりW_MATを求めることで、実世界１を推定する。
【０２０９】
ここで、さらにより具体的な例を説明する。例えば、実世界１の信号の断面形状、すなわち位置の変化に対するレベルの変化を、多項式で記述する。実世界１の信号の断面形状が一定で、実世界１の信号の断面が等速で移動すると仮定する。そして、センサ２による実世界１の信号からデータ３への射影を、実世界１の信号の時空間方向の３次元で積分で定式化する。
【０２１０】
実世界１の信号の断面形状が、等速で移動するとの仮定から、式（１８）および式（１９）が得られる。
【０２１１】
【数１５】

【０２１２】
【数１６】

ここで、v_xおよびv_yは、一定である。
【０２１３】
実世界１の信号の断面形状は、式（１８）および式（１９）を用いることで、式（２０）と表される。
【０２１４】
f(x',y')=f(x+v_xt,y+v_yt) ・・・（２０）
【０２１５】
センサ２による実世界１の信号からデータ３への射影を、実世界１の信号の時空間方向の３次元で積分で定式化すれば、式（２１）が得られる。
【０２１６】
【数１７】

【０２１７】
式（２１）において、S(x,y,t)は、空間方向Ｘについて、位置x_sから位置x_eまで、空間方向Ｙについて、位置y_sから位置y_eまで、時間方向tについて、時刻t_sから時刻t_eまでの領域、すなわち時空間の直方体で表される領域の積分値を示す。
【０２１８】
式（２１）を定めることができる所望の関数f(x',y')を用いて、式（１３）を解けば、実世界１の信号を推定することができる。
【０２１９】
以下では、関数f(x',y')の一例として、式（２２）に示す関数を用いることとする。
【０２２０】

【０２２１】
すなわち、実世界１の信号が、式（１８）、式（１９）、および式（２２）で表される定常性を含むと仮定している。これは、図２６で示されるように、一定の形状の断面が、時空間方向に移動していることを示す。
【０２２２】
式（２１）に、式（２２）を代入することにより、式（２３）が得られる。
【０２２３】
【数１８】

ただし、
Volume=(x_e-x_s)(y_e-y_s)(t_e-t_s）
S₀(x,y,t)=Volume/2×(x_e+x_s+v_x(t_e+t_s)）
S₁(x,y,t)=Volume/2×(y_e+y_s+v_y(t_e+t_s)）
S₂(x,y,t)=1
である。
【０２２４】
図２７は、データ３から抽出される、Ｍ個のデータ１６２の例を示す図である。例えば、２７個の画素値が、データ１６２として抽出され、抽出された画素値が、P_j(x,y,t)とされる。この場合、jは、０乃至２６である。
【０２２５】
図２７に示す例において、nである時刻tの注目する位置に対応する画素の画素値がP₁₃(x,y,t)であり、データの定常性を有する画素の画素値の並ぶ方向（例えば、データ定常性検出部１０１で検出された、同じ形状であるつめ形状が並ぶ方向）が、P₄(x,y,t)、P₁₃(x,y,t)、およびP₂₂(x,y,t)を結ぶ方向であるとき、nである時刻tにおける、画素値P₉(x,y,t)乃至P₁₇(x,y,t)、nより時間的に前である、n-1である時刻tにおける、画素値P₀(x,y,t)乃至P₈(x,y,t)、およびnより時間的に後である、n+1である時刻tにおける、画素値P₁₈(x,y,t)乃至P₂₆(x,y,t)が抽出される。
【０２２６】
ここで、センサ２であるイメージセンサから出力された、データ３である画素値が取得された領域は、図２８で示されるように、時間方向および２次元の空間方向に広がりを有する。そこで、例えば、図２９で示されるように、画素に対応する直方体（画素値が取得された領域）の重心を、画素の時空間方向の位置として使用することができる。図２９中の丸は、重心を示す。
【０２２７】
２７個の画素値P₀(x,y,t)乃至P₂₆(x,y,t)、および式（２３）から、式（１３）を生成し、Wを求めることで、実世界１を推定することが可能になる。
【０２２８】
このように、実世界推定部１０２は、例えば、２７個の画素値P₀(x,y,t)乃至P₂₆(x,y,t)、および式（２３）から、式（１３）を生成し、Wを求めることで、実世界１の信号を推定する。
【０２２９】
なお、関数f_i（x,y,t）として、ガウス関数、またはシグモイド関数などを利用することができる。
【０２３０】
図３０乃至図３４を参照して、推定された実世界１の信号から、データ３に対応する、より高解像度の高解像度データ１８１を生成する処理の例について説明する。
【０２３１】
図３０で示されるように、データ３は、時間方向および２次元の空間方向に実世界１の信号が積分された値を有する。例えば、センサ２であるイメージセンサから出力された、データ３である画素値は、検出素子に入射された光である、実世界１の信号が、時間方向に、検出時間であるシャッタ時間で積分され、空間方向に、検出素子の受光領域で積分された値を有する。
【０２３２】
これに対して、図３１で示されるように、空間方向により解像度の高い高解像度データ１８１は、推定された実世界１の信号を、時間方向に、データ３を出力したセンサ２の検出時間と同じ時間で積分するとともに、空間方向に、データ３を出力したセンサ２の検出素子の受光領域に比較して、より狭い領域で積分することにより、生成される。
【０２３３】
なお、空間方向により解像度の高い高解像度データ１８１を生成する場合において、推定された実世界１の信号が積分される領域は、データ３を出力したセンサ２の検出素子の受光領域と全く無関係に設定することができる。例えば、高解像度データ１８１に、データ３に対して、空間方向に整数倍の解像度を持たせることは勿論、５／３倍など、データ３に対して、空間方向に有理数倍の解像度を持たせることができる。
【０２３４】
また、図３２で示されるように、時間方向により解像度の高い高解像度データ１８１は、推定された実世界１の信号を、空間方向に、データ３を出力したセンサ２の検出素子の受光領域と同じ領域で積分するとともに、時間方向に、データ３を出力したセンサ２の検出時間に比較して、より短い時間で積分することにより、生成される。
【０２３５】
なお、時間方向により解像度の高い高解像度データ１８１を生成する場合において、推定された実世界１の信号が積分される時間は、データ３を出力したセンサ２の検出素子のシャッタ時間と全く無関係に設定することができる。例えば、高解像度データ１８１に、データ３に対して、時間方向に整数倍の解像度を持たせることは勿論、７／４倍など、データ３に対して、時間方向に有理数倍の解像度を持たせることができる。
【０２３６】
図３３で示されるように、動きボケを除去した高解像度データ１８１は、推定された実世界１の信号を、時間方向に積分しないで、空間方向にのみ積分することにより、生成される。
【０２３７】
さらに、図３４で示されるように、時間方向および空間方向により解像度の高い高解像度データ１８１は、推定された実世界１の信号を、空間方向に、データ３を出力したセンサ２の検出素子の受光領域に比較して、より狭い領域で積分するとともに、時間方向に、データ３を出力したセンサ２の検出時間に比較して、より短い時間で積分することにより、生成される。
【０２３８】
この場合において、推定された実世界１の信号が積分される領域および時間は、データ３を出力したセンサ２の検出素子の受光領域およびシャッタ時間と全く無関係に設定することができる。
【０２３９】
このように、画像生成部１０３は、例えば、推定された実世界１の信号を所望の時空間の領域で積分することにより、時間方向、または空間方向に、より高解像度のデータを生成する。
【０２４０】
以上のように、実世界１の信号を推定することにより、実世界１の信号に対してより正確で、時間方向、または空間方向に、より高解像度のデータを生成することができる。
【０２４１】
図３５乃至図３９を参照して、本発明に係る信号処理装置４の、入力画像の例と、処理の結果の例を示す。
【０２４２】
図３５は、入力画像の元の画像を示す図である。図３６は、入力画像の例を示す図である。図３６で示される入力画像は、図３５で示される画像の２×２の画素からなるブロックに属する画素の画素値の平均値を、１つの画素の画素値として生成された画像である。すなわち、入力画像は、図３５で示される画像に、センサの積分特性を模した、空間方向の積分を適用することにより得られた画像である。
【０２４３】
図３５で示される元の画像において、上下方向から、ほぼ５度時計方向に傾いた細線の画像が含まれている。同様に、図３６で示される入力画像において、上下方向から、ほぼ５度時計方向に傾いた細線の画像が含まれている。
【０２４４】
図３７は、図３６で示される入力画像に、従来のクラス分類適応処理を適用して得られた画像を示す図である。ここで、クラス分類適応処理は、クラス分類処理と適応処理とからなり、クラス分類処理によって、データを、その性質に基づいてクラス分けし、各クラスごとに適応処理を施すものである。適応処理では、例えば、低画質または標準画質の画像が、所定のタップ係数を用いてマッピング（写像）されることにより、高画質の画像に変換される。
【０２４５】
図３７で示される画像において、細線の画像が、図３５の元の画像とは異なるものになっていることがわかる。
【０２４６】
図３８は、データ定常性検出部１０１による、図３６の例で示される入力画像から細線の領域を検出した結果を示す図である。図３８において、白い領域は、細線の領域、すなわち、図１４で示される円弧形状が並んでいる領域を示す。
【０２４７】
図３９は、図３６で示される画像を入力画像として、本発明に係る信号処理装置４から出力された出力画像の例を示す図である。図３９で示されるように、本発明に係る信号処理装置４によれば、図３５で示される元の画像の細線の画像により近い画像を得ることができる。
【０２４８】
図４０は、本発明に係る信号処理装置４による、信号の処理を説明するフローチャートである。
【０２４９】
ステップＳ１０１において、データ定常性検出部１０１は、定常性の検出の処理を実行する。データ定常性検出部１０１は、データ３である入力画像に含まれているデータの定常性を検出して、検出したデータの定常性を示すデータ定常性情報を実世界推定部１０２および画像生成部１０３に供給する。
【０２５０】
データ定常性検出部１０１は、現実世界の信号の定常性に対応するデータの定常性を検出する。ステップＳ１０１の処理において、データ定常性検出部１０１により検出されるデータの定常性は、データ３に含まれる、実世界１の画像の定常性の一部であるか、または、実世界１の信号の定常性から変化してしまった定常性である。
【０２５１】
例えば、データ定常性検出部１０１は、所定の次元の方向に一定の特徴を有する領域を検出することにより、データの定常性を検出する。また、例えば、データ定常性検出部１０１は、同様の形状の並び方を示す、空間方向の角度（傾き）を検出することにより、データの定常性を検出する。
【０２５２】
ステップＳ１０１における、定常性の検出の処理の詳細は、後述する。
【０２５３】
なお、データ定常性情報は、データ３の特徴を示す特徴量として利用することができる。
【０２５４】
ステップＳ１０２において、実世界推定部１０２は、実世界の推定の処理を実行する。すなわち、実世界推定部１０２は、入力画像、およびデータ定常性検出部１０１から供給されたデータ定常性情報を基に、実世界１の信号を推定する。例えば、ステップＳ１０２の処理において、実世界推定部１０２は、実世界１を近似（記述）するモデル１６１を予測することにより、実世界１の信号を推定する。実世界推定部１０２は、推定された実世界１の信号を示す実世界推定情報を画像生成部１０３に供給する。
【０２５５】
例えば、実世界推定部１０２は、線状の物の幅を予測することにより、実世界１の信号を推定する。また、例えば、実世界推定部１０２は、線状の物の色を示すレベルを予測することにより、実世界１の信号を推定する。
【０２５６】
ステップＳ１０２における、実世界の推定の処理の詳細は、後述する。
【０２５７】
なお、実世界推定情報は、データ３の特徴を示す特徴量として利用することができる。
【０２５８】
ステップＳ１０３において、画像生成部１０３は、画像の生成の処理を実行して、処理は終了する。すなわち、画像生成部１０３は、実世界推定情報を基に、画像を生成して、生成した画像を出力する。または、画像生成部１０３は、データ定常性情報および実世界推定情報を基に、画像を生成して、生成した画像を出力する。
【０２５９】
例えば、ステップＳ１０３の処理において、画像生成部１０３は、実世界推定情報を基に、推定された現実世界の光を空間方向に積分することにより、入力画像に比較して、空間方向により高解像度の画像を生成して、生成した画像を出力する。例えば、画像生成部１０３は、実世界推定情報を基に、推定された現実世界の光を時空間方向に積分することにより、入力画像に比較して、時間方向および空間方向により高解像度の画像を生成して、生成した画像を出力する。ステップＳ１０３における、画像の生成の処理の詳細は、後述する。
【０２６０】
このように、本発明に係る信号処理装置４は、データ３からデータの定常性を検出し、検出したデータの定常性を基に、実世界１を推定する。そして、信号処理装置４は、推定された実世界１を基に、より実世界１に近似した信号を生成する。
【０２６１】
以上のように、現実世界の信号を推定して処理を実行するようにした場合には、正確で、精度の高い処理結果を得ることができるようになる。
【０２６２】
また、第１の次元を有する現実世界の信号である第１の信号が射影され、現実世界の信号の定常性の一部が欠落した第１の次元よりも少ない第２の次元の第２の信号の、欠落した現実世界の信号の定常性に対応するデータの定常性を検出し、検出されたデータの定常性に基づいて、欠落した現実世界の信号の定常性を推定することにより第１の信号を推定するようにした場合には、現実世界の事象に対して、より正確で、より精度の高い処理結果を得ることができるようになる。
【０２６３】
次に、データ定常性検出部１０１の構成の詳細について説明する。
【０２６４】
図４１は、データ定常性検出部１０１の構成を示すブロック図である。
【０２６５】
図４１に構成を示すデータ定常性検出部１０１は、細線である対象物を撮像したとき、対象物の有する断面形状が同じであるという定常性から生じた、データ３に含まれるデータの定常性を検出する。すなわち、図４１に構成を示すデータ定常性検出部１０１は、細線である実世界１の画像の有する、長さ方向の任意の位置において、長さ方向に直交する方向の位置の変化に対する光のレベルの変化が同じであるという定常性から生じた、データ３に含まれるデータの定常性を検出する。
【０２６６】
より具体的には、図４１に構成を示すデータ定常性検出部１０１は、細線の画像を空間積分効果を有するセンサ２で撮像して得られたデータ３に含まれる、斜めにずれて隣接して並ぶ、複数の所定の長さの円弧形状（かまぼこ型）が配置される領域を検出する。
【０２６７】
データ定常性検出部１０１は、データ３である入力画像から、データの定常性を有する細線の画像が射影された画像データの部分（以下、定常成分とも称する）以外の画像データの部分（以下、非定常成分と称する）を抽出し、抽出された非定常成分と入力画像とから、実世界１の細線の画像が射影された画素を検出し、入力画像における、実世界１の細線の画像が射影された画素からなる領域を検出する。
【０２６８】
非定常成分抽出部２０１は、入力画像から非定常成分を抽出して、入力画像と共に、抽出された非定常成分を示す非定常成分情報を頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３に供給する。
【０２６９】
例えば、図４２で示されるように、ほぼ一定の光のレベルの背景の前に細線がある実世界１の画像がデータ３に射影されたとき、図４３で示されるように、非定常成分抽出部２０１は、データ３である入力画像における背景を平面で近似することにより、背景である非定常成分を抽出する。図４３において、実線は、データ３の画素値を示し、点線は、背景を近似する平面で示される近似値を示す。図４３において、Ａは、細線の画像が射影された画素の画素値を示し、ＰＬは、背景を近似する平面を示す。
【０２７０】
このように、データの定常性を有する画像データの部分における、複数の画素の画素値は、非定常成分に対して不連続となる。
【０２７１】
非定常成分抽出部２０１は、実世界１の光信号である画像が射影され、実世界１の画像の定常性の一部が欠落した、データ３である画像データの複数の画素の画素値の不連続部を検出する。
【０２７２】
非定常成分抽出部２０１における非定常成分の抽出の処理の詳細は、後述する。
【０２７３】
頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３は、非定常成分抽出部２０１から供給された非定常成分情報を基に、入力画像から非定常成分を除去する。例えば、頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３は、入力画像の各画素のうち、背景の画像のみが射影された画素の画素値を0に設定することにより、入力画像から非定常成分を除去する。また、例えば、頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３は、入力画像の各画素の画素値から、平面ＰＬで近似される値を引き算することにより、入力画像から非定常成分を除去する。
【０２７４】
入力画像から背景を除去することができるので、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４は、細線が射影された画像データの部分のみを処理の対象とすることができ、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４における処理がより容易になる。
【０２７５】
なお、非定常成分抽出部２０１は、入力画像から非定常成分を除去した画像データを頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３に供給するようにしてもよい。
【０２７６】
以下に説明する処理の例において、入力画像から非定常成分が除去された画像データ、すなわち、定常成分を含む画素のみからなる画像データが対象となる。
【０２７７】
ここで、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４が検出しようとする、細線の画像が射影された画像データについて説明する。
【０２７８】
図４２で示される細線の画像が射影された画像データの空間方向Ｙの断面形状（空間方向の位置の変化に対する画素値の変化）は、光学LPFがないとした場合、センサ２であるイメージセンサの空間積分効果から、図４４に示す台形、または図４５に示す三角形となることが考えられる。しかしながら、通常のイメージセンサは、光学LPFを備え、イメージセンサは、光学LPFを通過した画像を取得し、取得した画像をデータ３に射影するので、現実には、細線の画像データの空間方向Ｙの断面形状は、図４６に示すようなガウス分布に類似した形状となる。
【０２７９】
頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４は、細線の画像が射影された画素であって、同じ断面形状（空間方向の位置の変化に対する画素値の変化）が画面の上下方向に一定の間隔で並ぶものからなる領域を検出して、さらに、実世界１の細線の長さ方向に対応した、領域の繋がりを検出することにより、データの定常性を有する領域である、細線の画像が射影された画素からなる領域を検出する。すなわち、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４は、入力画像における、縦に１列の画素の上に、円弧形状（かまぼこ型）が形成される領域を検出し、検出された領域が横方向に隣接して並んでいるか否かを判定して、実世界１の信号である細線の画像の長さ方向に対応した、円弧形状が形成される領域の繋がりを検出する。
【０２８０】
また、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４は、細線の画像が射影された画素であって、同じ断面形状が画面の左右方向に一定の間隔で並ぶものからなる領域を検出して、さらに、実世界１の細線の長さ方向に対応した、検出された領域の繋がりを検出することにより、データの定常性を有する領域である、細線の画像が射影された画素からなる領域を検出する。すなわち、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４は、入力画像における、横に１列の画素の上に、円弧形状が形成される領域を検出し、検出された領域が縦方向に隣接して並んでいるか否かを判定して、実世界１の信号である細線の画像の長さ方向に対応した、円弧形状が形成される領域の繋がりを検出する。
【０２８１】
まず、細線の画像が射影された画素であって、画面の上下方向に同じ円弧形状が一定の間隔で並ぶものからなる領域を検出する処理を説明する。
【０２８２】
頂点検出部２０２は、周囲の画素に比較して、より大きい画素値を有する画素、すなわち頂点を検出し、頂点の位置を示す頂点情報を単調増減検出部２０３に供給する。画面の上下方向に１列に並ぶ画素を対象とした場合、頂点検出部２０２は、画面の上側に位置する画素の画素値、および画面の下側に位置する画素の画素値に比較して、より大きい画素値を有する画素を頂点として検出する。頂点検出部２０２は、１つの画像、例えば、１つのフレームの画像から、１または複数の頂点を検出する。
【０２８３】
１つの画面には、フレームまたはフィールドが含まれる。以下の説明において、同様である。
【０２８４】
例えば、頂点検出部２０２は、１フレームの画像からまだ注目画素とされていない画素の中から注目画素を選択し、注目画素の画素値と、注目画素の上側の画素の画素値とを比較し、注目画素の画素値と、注目画素の下側の画素の画素値とを比較して、上側の画素の画素値より大きい画素値を有し、下側の画素の画素値より大きい画素値を有する注目画素を検出して、検出された注目画素を頂点とする。頂点検出部２０２は、検出された頂点を示す頂点情報を単調増減検出部２０３に供給する。
【０２８５】
頂点検出部２０２が、頂点を検出しない場合もある。例えば、１つの画像の画素の画素値が全て同じ値であるとき、または、１若しくは２の方向に対して画素値が減少しているとき、頂点は検出されない。この場合、細線の画像は、画像データに射影されていない。
【０２８６】
単調増減検出部２０３は、頂点検出部２０２から供給された、頂点の位置を示す頂点情報を基に、頂点検出部２０２で検出された頂点に対して上下方向に１列に並ぶ画素であって、細線の画像が射影された画素からなる領域の候補を検出し、頂点情報と共に、検出した領域を示す領域情報を連続性検出部２０４に供給する。
【０２８７】
より具体的には、単調増減検出部２０３は、頂点の画素値を基準として、単調減少している画素値を有する画素からなる領域を、細線の画像が射影された画素からなる領域の候補として検出する。単調減少とは、頂点からの距離がより長い画素の画素値が、頂点からの距離が短い画素の画素値に比較して、より小さいことをいう。
【０２８８】
また、単調増減検出部２０３は、頂点の画素値を基準として、単調増加している画素値を有する画素からなる領域を、細線の画像が射影された画素からなる領域の候補として検出する。単調増加とは、頂点からの距離がより長い画素の画素値が、頂点からの距離が短い画素の画素値に比較して、より大きいことをいう。
【０２８９】
以下、単調増加している画素値を有する画素からなる領域についての処理は、単調減少している画素値を有する画素からなる領域についての処理と同様なので、その説明は省略する。細線の画像が射影された画素であって、画面の横方向に同じ円弧形状が一定の間隔で並ぶものからなる領域を検出する処理における、単調増加している画素値を有する画素からなる領域についての処理も、単調減少している画素値を有する画素からなる領域についての処理と同様なので、その説明は省略する。
【０２９０】
例えば、単調増減検出部２０３は、頂点に対して縦に１列に各画素について、各画素の画素値と、上側の画素の画素値との差分、および下側の画素の画素値との差分を求める。そして、単調増減検出部２０３は、差分の符号が変化する画素を検出することにより、画素値が単調減少している領域を検出する。
【０２９１】
さらに、単調増減検出部２０３は、画素値が単調減少している領域から、頂点の画素値の符号を基準として、頂点の画素値の符号と同じ符号の画素値を有する画素からなる領域を、細線の画像が射影された画素からなる領域の候補として検出する。
【０２９２】
例えば、単調増減検出部２０３は、各画素の画素値の符号と、上側の画素の画素値の符号および下側の画素の画素値の符号とを比較し、画素値の符号が変化する画素を検出することにより、画素値が単調減少している領域から、頂点と同じ符号の画素値を有する画素からなる領域を検出する。
【０２９３】
このように、単調増減検出部２０３は、上下方向に並び、頂点に対して画素値が単調減少し、頂点と同じ符号の画素値を有する画素からなる領域を検出する。
【０２９４】
図４７は、空間方向Ｙの位置に対する画素値から、細線の画像が射影された画素の領域を検出する、頂点の検出および単調増減領域の検出の処理を説明する図である。
【０２９５】
図４７乃至図４９において、Pは、頂点を示す。図４１で構成が示されるデータ定常性検出部１０１の説明において、Pは、頂点を示す。
【０２９６】
頂点検出部２０２は、各画素の画素値と、これに空間方向Ｙに隣接する画素の画素値とを比較して、空間方向Ｙに隣接する２つの画素の画素値より大きい画素値を有する画素を検出することにより、頂点Pを検出する。
【０２９７】
頂点Pと、頂点Pの空間方向Ｙの両側の画素とからなる領域は、頂点Pの画素値に対して、空間方向Ｙの両側の画素の画素値が単調に減少する単調減少領域である。図４７において、Aで示す矢印、およびBで示す矢印は、頂点Pの両側に存在する単調減少領域を示す。
【０２９８】
単調増減検出部２０３は、各画素の画素値と、その画素に空間方向Ｙに隣接する画素の画素値との差分を求めて、差分の符号が変化する画素を検出する。単調増減検出部２０３は、検出された、差分の符号が変化する画素と、その手前側（頂点P側）の画素との境界を、細線の画像が射影された画素からなる細線領域の境界とする。
【０２９９】
図４７において、差分の符号が変化する画素と、その手前側（頂点P側）の画素との境界である細線領域の境界はCで示される。
【０３００】
さらに、単調増減検出部２０３は、単調減少領域において、各画素の画素値の符号と、その画素に空間方向Ｙに隣接する画素の画素値の符号とを比較し、画素値の符号が変化する画素を検出する。単調増減検出部２０３は、検出された、差分の符号が変化する画素と、その手前側（頂点P側）の画素との境界を細線領域の境界とする。
【０３０１】
図４７において、差分の符号が変化する画素と、その手前側（頂点P側）の画素との境界である細線領域の境界はDで示される。
【０３０２】
図４７で示されるように、細線の画像が射影された画素からなる細線領域Fは、細線領域の境界Cと、細線領域の境界Dとに挟まれる領域とされる。
【０３０３】
単調増減検出部２０３は、このような単調増減領域からなる細線領域Fの中から、予め定めた閾値より長い細線領域F、すなわち、閾値より多い数の画素を含む細線領域Fを求める。例えば、閾値が３であるとき、単調増減検出部２０３は、４つ以上の画素を含む細線領域Fを検出する。
【０３０４】
さらに、このように検出された細線領域Fの中から、単調増減検出部２０３は、頂点Pの画素値、および頂点Pの右側の画素の画素値、および頂点Pの左側の画素の画素値を、それぞれ閾値と比較し、頂点Pの画素値が閾値を超え、頂点Pの右側の画素の画素値が閾値以下であり、頂点Pの左側の画素の画素値が閾値以下である頂点Pが属する細線領域Fを検出し、検出された細線領域Fを細線の画像の成分を含む画素からなる領域の候補とする。
【０３０５】
言い換えれば、頂点Pの画素値が閾値以下であるか、頂点Pの右側の画素の画素値が閾値を超えるか、または頂点Pの左側の画素の画素値が閾値を超える頂点Pが属する細線領域Fは、細線の画像の成分を含まないと判定され、細線の画像の成分を含む画素からなる領域の候補から除去される。
【０３０６】
すなわち、図４８で示されるように、単調増減検出部２０３は、頂点Pの画素値を閾値と比較すると共に、頂点Pに対して、空間方向Ｘ（点線AA'で示す方向）に隣接する画素の画素値を、閾値と比較し、頂点Pの画素値が閾値を超え、空間方向Ｘに隣接する画素の画素値が閾値以下である、頂点Pが属する細線領域Fを検出する。
【０３０７】
図４９は、図４８の点線AA'で示す空間方向Ｘに並ぶ画素の画素値を表す図である。頂点Pの画素値が閾値Ｔｈ_Sを超え、頂点Pの空間方向Ｘに隣接する画素の画素値が、閾値Ｔｈ_S以下である、頂点Pが属する細線領域Fは、細線の成分を含む。
【０３０８】
なお、単調増減検出部２０３は、背景の画素値を基準として、頂点Pの画素値と背景の画素値との差分を閾値と比較すると共に、頂点Pに対して、空間方向Ｘに隣接する画素の画素値と背景の画素値との差分を、閾値と比較し、頂点Pの画素値と背景の画素値との差分が閾値を超え、空間方向Ｘに隣接する画素の画素値と背景の画素値との差分が閾値以下である、頂点Pが属する細線領域Fを検出するようにしてもよい。
【０３０９】
単調増減検出部２０３は、頂点Pを基準として、画素値が単調減少し、画素値の符号が頂点Pと同じである画素からなる領域であって、その頂点Pが閾値を超え、頂点Pの右側の画素の画素値が閾値以下であり、頂点Pの左側の画素の画素値が閾値以下であるものを示す単調増減領域情報を連続性検出部２０４に供給する。
【０３１０】
画面の上下方向に１列に並ぶ画素であって、細線の画像が射影されたものからなる領域を検出する場合において、単調増減領域情報により示される領域に属する画素は、上下方向に並び、細線の画像が射影された画素を含む。すなわち、単調増減領域情報により示される領域は、画面の上下方向に１列に並ぶ画素であって、細線の画像が射影されたものからなる領域を含む。
【０３１１】
このように、頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３は、細線の画像が射影された画素において、空間方向Ｙの画素値の変化が、ガウス分布に類似するという性質を利用して、細線の画像が射影された画素からなる定常領域を検出する。
【０３１２】
連続性検出部２０４は、単調増減検出部２０３から供給された単調増減領域情報で示される、上下方向に並ぶ画素からなる領域のうち、横方向に隣接している画素を含む領域、すなわち、相似した画素値の変化を有し、縦方向に重複している領域を、連続している領域として検出し、頂点情報、および検出された連続している領域を示すデータ定常性情報を出力する。データ定常性情報は、単調増減領域情報、および領域の繋がりを示す情報などを含んでいる。
【０３１３】
細線が射影された画素において、円弧形状が隣接するように一定の間隔で並ぶので、検出された連続している領域は、細線が射影された画素を含んでいる。
【０３１４】
検出された連続している領域が、細線が射影された、円弧形状が隣接するように一定の間隔で並ぶ画素を含むので、検出された連続している領域を定常領域とし、連続性検出部２０４は、検出された連続している領域を示すデータ定常性情報を出力する。
【０３１５】
すなわち、連続性検出部２０４は、長さ方向に連続するという、実世界１の細線の画像の定常性から生じた、細線を撮像して得られたデータ３における、円弧形状が隣接するように一定の間隔で並ぶ定常性を利用して、頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３において検出された領域の候補をさらに絞り込む。
【０３１６】
図５０は、単調増減領域の連続性を検出の処理を説明する図である。
【０３１７】
図５０に示すように、連続性検出部２０４は、画面の縦方向に１列に並ぶ画素からなる細線領域Fについて、横方向に隣接する画素を含んでいるとき、２つの単調増減領域の間に連続性があるとし、横方向に隣接する画素を含んでいないとき、２つの細線領域Fの間に連続性がないとする。例えば、画面の縦方向に１列に並ぶ画素からなる細線領域F_-1は、画面の縦方向に１列に並ぶ画素からなる細線領域F₀の画素と横方向に隣接する画素を含んでいるとき、細線領域F₀と連続しているとされる。画面の縦方向に１列に並ぶ画素からなる細線領域F₀は、画面の縦方向に１列に並ぶ画素からなる細線領域F₁の画素と横方向に隣接する画素を含んでいるとき、細線領域F₁と連続しているとされる。
【０３１８】
このように、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４により、画面の上下方向に１列に並ぶ画素であって、細線の画像が射影されたものからなる領域が検出される。
【０３１９】
頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４は、上述したように、画面の上下方向に１列に並ぶ画素であって、細線の画像が射影されたものからなる領域を検出し、さらに、画面の左右方向に１列に並ぶ画素であって、細線の画像が射影されたものからなる領域を検出する。
【０３２０】
なお、処理の順序は、本発明を限定するものではなく、並列に実行するようにしても良いことは当然である。
【０３２１】
すなわち、頂点検出部２０２は、画面の左右方向に１列に並ぶ画素を対象として、画面の左側に位置する画素の画素値、および画面の右側に位置する画素の画素値に比較して、より大きい画素値を有する画素を頂点として検出し、検出した頂点の位置を示す頂点情報を単調増減検出部２０３に供給する。頂点検出部２０２は、１つの画像、例えば、１フレームの画像から、１または複数の頂点を検出する。
【０３２２】
例えば、頂点検出部２０２は、１フレームの画像からまだ注目画素とされていない画素の中から注目画素を選択し、注目画素の画素値と、注目画素の左側の画素の画素値とを比較し、注目画素の画素値と、注目画素の右側の画素の画素値とを比較して、左側の画素の画素値より大きい画素値を有し、右側の画素の画素値より大きい画素値を有する注目画素を検出して、検出された注目画素を頂点とする。頂点検出部２０２は、検出された頂点を示す頂点情報を単調増減検出部２０３に供給する。
【０３２３】
頂点検出部２０２が、頂点を検出しない場合もある。
【０３２４】
単調増減検出部２０３は、頂点検出部２０２で検出された頂点に対して左右方向に１列に並ぶ画素であって、細線の画像が射影された画素からなる領域の候補を検出検出し、頂点情報と共に、検出した領域を示す単調増減領域情報を連続性検出部２０４に供給する。
【０３２５】
より具体的には、単調増減検出部２０３は、頂点の画素値を基準として、単調減少している画素値を有する画素からなる領域を、細線の画像が射影された画素からなる領域の候補として検出する。
【０３２６】
例えば、単調増減検出部２０３は、頂点に対して横に１列の各画素について、各画素の画素値と、左側の画素の画素値との差分、および右側の画素の画素値との差分を求める。そして、単調増減検出部２０３は、差分の符号が変化する画素を検出することにより、画素値が単調減少している領域を検出する。
【０３２７】
さらに、単調増減検出部２０３は、画素値が単調減少している領域から、頂点の画素値の符号を基準として、頂点の画素値の符号と同じ符号の画素値を有する画素からなる領域を、細線の画像が射影された画素からなる領域の候補として検出する。
【０３２８】
例えば、単調増減検出部２０３は、各画素の画素値の符号と、左側の画素の画素値の符号または右側の画素の画素値の符号とを比較し、画素値の符号が変化する画素を検出することにより、画素値が単調減少している領域から、頂点と同じ符号の画素値を有する画素からなる領域を検出する。
【０３２９】
このように、単調増減検出部２０３は、左右方向に並び、頂点に対して画素値が単調減少し、頂点と同じ符号の画素値を有する画素からなる領域を検出する。
【０３３０】
単調増減検出部２０３は、このような単調増減領域からなる細線領域の中から、予め定めた閾値より長い細線領域、すなわち、閾値より多い数の画素を含む細線領域を求める。
【０３３１】
さらに、このように検出された細線領域の中から、単調増減検出部２０３は、頂点の画素値、および頂点の上側の画素の画素値、および頂点の下側の画素の画素値を、それぞれ閾値と比較し、頂点の画素値が閾値を超え、頂点の上側の画素の画素値が閾値以下であり、頂点の下側の画素の画素値が閾値以下である頂点が属する細線領域を検出し、検出された細線領域を細線の画像の成分を含む画素からなる領域の候補とする。
【０３３２】
言い換えれば、頂点の画素値が閾値以下であるか、頂点の上側の画素の画素値が閾値を超えるか、または頂点の下側の画素の画素値が閾値を超える頂点が属する細線領域は、細線の画像の成分を含まないと判定され、細線の画像の成分を含む画素からなる領域の候補から除去される。
【０３３３】
なお、単調増減検出部２０３は、背景の画素値を基準として、頂点の画素値と背景の画素値との差分を閾値と比較すると共に、頂点に対して、上下方向に隣接する画素の画素値と背景の画素値との差分を、閾値と比較し、頂点の画素値と背景の画素値との差分が閾値を超え、上下方向に隣接する画素の画素値と背景の画素値との差分が閾値以下である、検出された細線領域を細線の画像の成分を含む画素からなる領域の候補とするようにしてもよい。
【０３３４】
単調増減検出部２０３は、頂点を基準として、画素値が単調減少し、画素値の符号が頂点と同じである画素からなる領域であって、その頂点が閾値を超え、頂点の右側の画素の画素値が閾値以下であり、頂点の左側の画素の画素値が閾値以下であるものを示す単調増減領域情報を連続性検出部２０４に供給する。
【０３３５】
画面の左右方向に１列に並ぶ画素であって、細線の画像が射影されたものからなる領域を検出する場合において、単調増減領域情報により示される領域に属する画素は、左右方向に並び、細線の画像が射影された画素を含む。すなわち、単調増減領域情報により示される領域は、画面の左右方向に並ぶ１列の画素であって、細線の画像が射影されたものからなる領域を含む。
【０３３６】
連続性検出部２０４は、単調増減検出部２０３から供給された単調増減領域情報で示される、左右方向に並ぶ画素からなる領域のうち、縦方向に隣接している画素を含む領域、すなわち、相似した画素値の変化を有し、横方向に重複している領域を、連続している領域として検出し、頂点情報、および検出された連続している領域を示すデータ定常性情報を出力する。データ定常性情報は、領域の繋がりを示す情報を含んでいる。
【０３３７】
細線が射影された画素において、円弧形状が隣接するように一定の間隔で並ぶので、検出された連続している領域は、細線が射影された画素を含んでいる。
【０３３８】
検出された連続している領域が、細線が射影された、円弧形状が隣接するように一定の間隔で並ぶ画素を含むので、検出された連続している領域を定常領域とし、連続性検出部２０４は、検出された連続している領域を示すデータ定常性情報を出力する。
【０３３９】
すなわち、連続性検出部２０４は、長さ方向に連続するという、実世界１の細線の画像の定常性から生じた、細線を撮像して得られたデータ３における、円弧形状が隣接するように一定の間隔で並ぶ定常性を利用して、頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３において検出された領域の候補をさらに絞り込む。
【０３４０】
図５１は、平面での近似により定常成分を抽出した画像の例を示す図である。図５２は、図５１に示す画像から頂点を検出し、単調減少している領域を検出した結果を示す図である。図５２において、白で示される部分が、検出された領域である。
【０３４１】
図５３は、図５２に示す画像から、隣接している領域の連続性を検出して、連続性が検出された領域を示す図である。図５３において、白で示される部分が、連続性が検出された領域である。連続性の検出により、領域がさらに特定されていることがわかる。
【０３４２】
図５４は、図５３に示す領域の画素値、すなわち、連続性が検出された領域の画素値を示す図である。
【０３４３】
このように、データ定常性検出部１０１は、入力画像であるデータ３に含まれている定常性を検出することができる。すなわち、データ定常性検出部１０１は、細線である実世界１の画像がデータ３に射影されることにより生じた、データ３に含まれるデータの定常性を検出することができる。データ定常性検出部１０１は、データ３から、細線である実世界１の画像が射影された画素からなる領域を検出する。
【０３４４】
図５５は、定常性検出部１０１における、細線の画像が射影された、定常性を有する領域の検出の他の処理の例を示す図である。
【０３４５】
定常性検出部１０１は、図５５に示すように、各画素について、隣接する画素との画素値の差分の絶対値を計算する。計算された差分の絶対値は、画素に対応させて、配置される。例えば、図５５に示すように、画素値がそれぞれP0、P1、P2である画素が並んでいるとき、定常性検出部１０１は、差分d0=P0-P1および差分d1=P1-P2を計算する。さらに、定常性検出部１０１は、差分d0および差分d1の絶対値を算出する。
【０３４６】
画素値P0、P1、およびP2に含まれている非定常性成分が同一であるとき、差分d0および差分d1には、細線の成分に対応した値のみが設定されることになる。
【０３４７】
従って、定常性検出部１０１は、画素に対応させて配置されている差分の絶対値のうち、隣り合う差分の値が同一であるとき、その２つの差分の絶対値に対応する画素（２つの差分の絶対値に挟まれた画素）に細線の成分が含まれていると判定する。
【０３４８】
定常性検出部１０１においては、このような、簡便な方法で細線を検出することもできる。
【０３４９】
図５６は、定常性検出の処理を説明するフローチャートである。
【０３５０】
ステップＳ２０１において、非定常成分抽出部２０１は、入力画像から、細線が射影された部分以外の部分である非定常成分を抽出する。非定常成分抽出部２０１は、入力画像と共に、抽出された非定常成分を示す非定常成分情報を頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３に供給する。非定常成分の抽出の処理の詳細は、後述する。
【０３５１】
ステップＳ２０２において、頂点検出部２０２は、非定常成分抽出部２０１から供給された非定常成分情報を基に、入力画像から非定常成分を除去し、入力画像に定常成分を含む画素のみを残す。さらに、ステップＳ２０２において、頂点検出部２０２は、頂点を検出する。
【０３５２】
すなわち、頂点検出部２０２は、画面の縦方向を基準として、処理を実行する場合、定常成分を含む画素について、各画素の画素値と、上側および下側の画素の画素値とを比較して、上側の画素の画素値および下側の画素の画素値より大きい画素値を有する画素を検出することにより、頂点を検出する。また、ステップＳ２０２において、頂点検出部２０２は、画面の横方向を基準として、処理を実行する場合、定常成分を含む画素について、各画素の画素値と、右側および左側の画素の画素値とを比較して、右側の画素の画素値および左側の画素の画素値より大きい画素値を有する画素を検出することにより、頂点を検出する。
【０３５３】
頂点検出部２０２は、検出した頂点を示す頂点情報を単調増減検出部２０３に供給する。
【０３５４】
ステップＳ２０３において、単調増減検出部２０３は、非定常成分抽出部２０１から供給された非定常成分情報を基に、入力画像から非定常成分を除去し、入力画像に定常成分を含む画素のみを残す。さらに、ステップＳ２０３において、単調増減検出部２０３は、頂点検出部２０２から供給された、頂点の位置を示す頂点情報を基に、頂点に対する単調増減を検出することにより、データの定常性を有する画素からなる領域を検出する。
【０３５５】
単調増減検出部２０３は、画面の縦方向を基準として、処理を実行する場合、頂点の画素値、および頂点に対して縦に１列に並ぶ画素の画素値を基に、縦に並ぶ１列の画素であって、１つの細線の画像が射影された画素からなる単調増減を検出することにより、データの定常性を有する画素からなる領域を検出する。すなわち、ステップＳ２０３において、単調増減検出部２０３は、画面の縦方向を基準として、処理を実行する場合、頂点および頂点に対して縦に１列に並ぶ画素について、各画素の画素値と、上側または下側の画素の画素値との差分を求めて、差分の符号が変化する画素を検出する。また、単調増減検出部２０３は、頂点および頂点に対して縦に１列に並ぶ画素について、各画素の画素値の符号と、その画素の上側または下側の画素の画素値の符号とを比較し、画素値の符号が変化する画素を検出する。さらに、単調増減検出部２０３は、頂点の画素値、並びに頂点の右側および左側の画素の画素値を、閾値と比較し、頂点の画素値が閾値を超え、右側および左側の画素の画素値が閾値以下である画素からなる領域を検出する。
【０３５６】
単調増減検出部２０３は、このように検出された領域を単調増減領域として、単調増減領域を示す単調増減領域情報を連続性検出部２０４に供給する。
【０３５７】
また、単調増減検出部２０３は、画面の横方向を基準として、処理を実行する場合、頂点の画素値、および頂点に対して横に１列に並ぶ画素の画素値を基に、横に並ぶ１列の画素であって、１つの細線の画像が射影された画素からなる単調増減を検出することにより、データの定常性を有する画素からなる領域を検出する。すなわち、ステップＳ２０３において、単調増減検出部２０３は、画面の横方向を基準として、処理を実行する場合、頂点および頂点に対して横に１列に並ぶ画素について、各画素の画素値と、左側または右側の画素の画素値との差分を求めて、差分の符号が変化する画素を検出する。また、単調増減検出部２０３は、頂点および頂点に対して横に１列に並ぶ画素について、各画素の画素値の符号と、その画素の左側または右側の画素の画素値の符号とを比較し、画素値の符号が変化する画素を検出する。さらに、単調増減検出部２０３は、頂点の画素値、並びに頂点の上側および下側の画素の画素値を、閾値と比較し、頂点の画素値が閾値を超え、上側および下側の画素の画素値が閾値以下である画素からなる領域を検出する。
【０３５８】
単調増減検出部２０３は、このように検出された領域を単調増減領域として、単調増減領域を示す単調増減領域情報を連続性検出部２０４に供給する。
【０３５９】
ステップＳ２０４において、単調増減検出部２０３は、全画素の処理が終了したか否かを判定する。例えば、非定常成分抽出部２０１は、入力画像の１つの画面（例えば、フレームまたはフィールドなど）の全画素について、頂点を検出し、単調増減領域を検出したか否かを判定する。
【０３６０】
ステップＳ２０４において、全画素の処理が終了していない、すなわち、頂点の検出および単調増減領域の検出の処理の対象とされていない画素がまだあると判定された場合、ステップＳ２０２に戻り、頂点の検出および単調増減領域の検出の処理の対象とされていない画素から処理の対象となる画素を選択して、頂点の検出および単調増減領域の検出の処理を繰り返す。
【０３６１】
ステップＳ２０４において、全画素の処理が終了した、すなわち、全ての画素を対象として頂点および単調増減領域が検出されたと判定された場合、ステップＳ２０５に進み、連続性検出部２０４は、単調増減領域情報を基に、検出された領域の連続性を検出する。例えば、連続性検出部２０４は、単調増減領域情報で示される、画面の縦方向に１列に並ぶ画素からなる単調増減領域について、横方向に隣接する画素を含んでいるとき、２つの単調増減領域の間に連続性があるとし、横方向に隣接する画素を含んでいないとき、２つの単調増減領域の間に連続性がないとする。例えば、連続性検出部２０４は、単調増減領域情報で示される、画面の横方向に１列に並ぶ画素からなる単調増減領域について、縦方向に隣接する画素を含んでいるとき、２つの単調増減領域の間に連続性があるとし、縦方向に隣接する画素を含んでいないとき、２つの単調増減領域の間に連続性がないとする。
【０３６２】
連続性検出部２０４は、検出された連続している領域をデータの定常性を有する定常領域とし、頂点の位置および定常領域を示すデータ定常性情報を出力する。データ定常性情報は、領域の繋がりを示す情報を含んでいる。連続性検出部２０４から出力されるデータ定常性情報は、実世界１の細線の画像が射影された画素からなる、定常領域である細線領域を示す。
【０３６３】
ステップＳ２０６において、定常性方向検出部２０５は、全画素の処理が終了したか否かを判定する。すなわち、定常性方向検出部２０５は、入力画像の所定のフレームの全画素について、領域の連続性を検出したか否かを判定する。
【０３６４】
ステップＳ２０６において、全画素の処理が終了していない、すなわち、領域の連続性の検出の処理の対象とされていない画素がまだあると判定された場合、ステップＳ２０５に戻り、領域の連続性の検出の処理の対象とされていない画素から処理の対象となる画素を選択して、領域の連続性の検出の処理を繰り返す。
【０３６５】
ステップＳ２０６において、全画素の処理が終了した、すなわち、全ての画素を対象として領域の連続性が検出されたと判定された場合、処理は終了する。
【０３６６】
このように、入力画像であるデータ３に含まれている定常性が検出される。すなわち、細線である実世界１の画像がデータ３に射影されることにより生じた、データ３に含まれるデータの定常性が検出され、データ３から、細線である実世界１の画像が射影された画素からなる、データの定常性を有する領域が検出される。
【０３６７】
なお、図４１で構成が示されるデータ定常性検出部１０１は、データ３のフレームから検出されたデータの定常性を有する領域を基に、時間方向のデータの定常性を検出することができる。
【０３６８】
例えば、図５７に示すように、連続性検出部２０４は、フレーム#nにおいて、検出されたデータの定常性を有する領域、フレーム#n-1において、検出されたデータの定常性を有する領域、およびフレーム#n+1において、検出されたデータの定常性を有する領域を基に、領域の端部を結ぶことにより、時間方向のデータの定常性を検出する。
【０３６９】
フレーム#n-1は、フレーム#nに対して時間的に前のフレームであり、フレーム#n+1は、フレーム#nに対して時間的に後のフレームである。すなわち、フレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1は、フレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の順で表示される。
【０３７０】
より具体的には、図５７において、Ｇは、フレーム#nにおいて、検出されたデータの定常性を有する領域、フレーム#n-1において、検出されたデータの定常性を有する領域、およびフレーム#n+1において、検出されたデータの定常性を有する領域のそれぞれの一端を結ぶことにより得られた動きベクトルを示し、Ｇ’は、検出されたデータの定常性を有する領域のそれぞれの他の一端を結ぶことにより得られた動きベクトルを示す。動きベクトルＧおよび動きベクトルＧ’は、時間方向のデータの定常性の一例である。
【０３７１】
さらに、図４１で構成が示されるデータ定常性検出部１０１は、データの定常性を有する領域の長さを示す情報を、データ定常性情報として出力することができる。
【０３７２】
図５８は、データの定常性を有しない画像データの部分である非定常成分を平面で近似して、非定常成分を抽出する、非定常成分抽出部２０１の構成を示すブロック図である。
【０３７３】
図５８に構成を示す非定常成分抽出部２０１は、入力画像から所定の数の画素でなるブロックを抽出し、ブロックと平面で示される値との誤差が所定の閾値未満になるように、ブロックを平面で近似して、非定常成分を抽出する。
【０３７４】
入力画像は、ブロック抽出部２２１に供給されるとともに、そのまま出力される。
【０３７５】
ブロック抽出部２２１は、入力画像から、所定の数の画素からなるブロックを抽出する。例えば、ブロック抽出部２２１は、７×７の画素からなるブロックを抽出し、平面近似部２２２に供給する。例えば、ブロック抽出部２２１は、抽出されるブロックの中心となる画素をラスタスキャン順に移動させ、順次、入力画像からブロックを抽出する。
【０３７６】
平面近似部２２２は、ブロックに含まれる画素の画素値を所定の平面で近似する。例えば、平面近似部２２２は、式（２４）で表される平面でブロックに含まれる画素の画素値を近似する。
【０３７７】
z=ax+by+c ・・・（２４）
【０３７８】
式（２４）において、xは、画素の画面上の一方の方向（空間方向Ｘ）の位置を示し、yは、画素の画面上の他の一方の方向（空間方向Ｙ）の位置を示す。ｚは、平面で示される近似値を示す。aは、平面の空間方向Ｘの傾きを示し、bは、平面の空間方向Ｙの傾きを示す。式（２４）において、cは、平面のオフセット（切片）を示す。
【０３７９】
例えば、平面近似部２２２は、回帰の処理により、傾きa、傾きb、およびオフセットcを求めることにより、式（２４）で表される平面で、ブロックに含まれる画素の画素値を近似する。平面近似部２２２は、棄却を伴う回帰の処理により、傾きa、傾きb、およびオフセットcを求めることにより、式（２４）で表される平面で、ブロックに含まれる画素の画素値を近似する。
【０３８０】
例えば、平面近似部２２２は、最小自乗法により、ブロックの画素の画素値に対して、誤差が最小となる式（２４）で表される平面を求めることにより、平面でブロックに含まれる画素の画素値を近似する。
【０３８１】
なお、平面近似部２２２は、式（２４）で表される平面でブロックを近似すると説明したが、式（２４）で表される平面に限らず、より高い自由度をもった関数、例えば、n次の多項式で表される面でブロックを近似するようにしてもよい。
【０３８２】
繰り返し判定部２２３は、ブロックの画素値を近似した平面で示される近似値と、ブロックの対応する画素の画素値との誤差を計算する。式（２５）は、ブロックの画素値を近似した平面で示される近似値と、ブロックの対応する画素の画素値ziとの差分である誤差eiを示す式である。
【０３８３】
【数１９】

・・・（２５）
【０３８４】
式（２５）において、zハット（zに^を付した文字をzハットと記述する。以下、本明細書において、同様に記載する。）は、ブロックの画素値を近似した平面で示される近似値を示し、aハットは、ブロックの画素値を近似した平面の空間方向Ｘの傾きを示し、bハットは、ブロックの画素値を近似した平面の空間方向Ｙの傾きを示す。式（２５）において、cハットは、ブロックの画素値を近似した平面のオフセット（切片）を示す。
【０３８５】
繰り返し判定部２２３は、式（２５）で示される、近似値とブロックの対応する画素の画素値との誤差eiが、最も大きい画素を棄却する。このようにすることで、細線が射影された画素、すなわち定常性を有する画素が棄却されることになる。繰り返し判定部２２３は、棄却した画素を示す棄却情報を平面近似部２２２に供給する。
【０３８６】
さらに、繰り返し判定部２２３は、標準誤差を算出して、標準誤差が、予め定めた近似終了判定用の閾値以上であり、ブロックの画素のうち、半分以上の画素が棄却されていないとき、繰り返し判定部２２３は、平面近似部２２２に、ブロックに含まれる画素のうち、棄却された画素を除いた画素を対象として、平面による近似の処理を繰り返させる。
【０３８７】
定常性を有する画素が棄却されるので、棄却された画素を除いた画素を対象として平面で近似をすることにより、平面は、非定常成分を近似することになる。
【０３８８】
繰り返し判定部２２３は、標準誤差が、近似終了判定用の閾値未満であるとき、または、ブロックの画素のうち、半分以上の画素が棄却されたとき、平面による近似を終了する。
【０３８９】
５×５の画素からなるブロックについて、標準誤差e_sは、例えば、式（２６）で算出される。
【０３９０】
【数２０】

ここで、nは、画素の数である。
【０３９１】
なお、繰り返し判定部２２３は、標準誤差に限らず、ブロックに含まれる全ての画素についての誤差の２乗の和を算出して、以下の処理を実行するようにしてもよい。
【０３９２】
ここで、ラスタスキャン方向に１画素ずつずれたブロックを平面で近似するとき、図５９に示すように、図中黒丸で示す、定常性を有する画素、すなわち細線の成分を含む画素は、複数回棄却されることになる。
【０３９３】
繰り返し判定部２２３は、平面による近似を終了したとき、ブロックの画素値を近似した平面を示す情報（式（２４）の平面の傾きおよび切片）を、非定常成分情報として出力する。
【０３９４】
なお、繰り返し判定部２２３は、画素毎の棄却された回数と予め定めた閾値とを比較して、棄却された回数が閾値以上である画素を定常成分を含む画素であるとして、定常成分を含む画素を示す情報を定常成分情報として出力するようにしてもよい。この場合、頂点検出部２０２乃至定常性方向検出部２０５は、定常成分情報で示される、定常成分を含む画素を対象として、それぞれの処理を実行する。
【０３９５】
図６０乃至図６７を参照して、非定常成分抽出の処理の結果の例を説明する。
【０３９６】
図６０は、細線が含まれる画像から、元の画像の２×２の画素の画素値の平均値を画素値として生成した入力画像の例を示す図である。
【０３９７】
図６１は、図６０で示される画像を、棄却をしないで平面で近似した結果得られる標準誤差を画素値とした画像を示す図である。図６１で示される例において、注目している１つの画素に対する５×５の画素からなるブロックを平面で近似した。図６１において、白い画素はより大きい画素値、すなわち、より大きい標準誤差を有する画素であり、黒い画素はより小さい画素値、すなわち、より小さい標準誤差を有する画素である。
【０３９８】
図６１から、棄却をしないで平面で近似した結果得られる標準誤差を画素値とした場合、非定常部の周辺に広く、大きな値が求められていることが確認できる。
【０３９９】
図６２乃至図６７で示される例において、注目している１つの画素に対する７×７の画素からなるブロックを平面で近似した。７×７の画素からなるブロックを平面で近似する場合、１つの画素が４９のブロックに繰り返し含まれることになるので、定常成分を含む画素は、最も多くて４９回、棄却されることになる。
【０４００】
図６２は、図６０で示される画像を、棄却をして平面で近似したとき、得られる標準誤差を画素値とした画像である。
【０４０１】
図６２において、白い画素はより大きい画素値、すなわち、より大きい標準誤差を有する画素であり、黒い画素はより小さい画素値、すなわち、より小さい標準誤差を有する画素である。棄却をしない場合に比較して、棄却をした場合、全体として、標準誤差がより小さくなることがわかる。
【０４０２】
図６３は、図６０で示される画像を、棄却をして平面で近似したとき、棄却された回数を画素値とした画像を示す図である。図６３において、白い画素はより大きい画素値、すなわち、棄却された回数がより多い画素であり、黒い画素はより小さい画素値、すなわち、棄却された回数がより少ない画素である。
【０４０３】
図６３から、細線の画像が射影された画素は、より多く棄却されていることがわかる。棄却された回数を画素値とした画像を用いて、入力画像の非定常部をマスクする画像を生成することも可能である。
【０４０４】
図６４は、ブロックの画素値を近似した平面の空間方向Ｘの傾きを画素値とした画像を示す図である。図６５は、ブロックの画素値を近似した平面の空間方向Ｙの傾きを画素値とした画像を示す図である。
【０４０５】
図６６は、ブロックの画素値を近似した平面で示される近似値からなる画像を示す図である。図６６で示される画像からは、細線が消えていることがわかる。
【０４０６】
図６７は、図６０で示される、元の画像の２×２の画素のブロックの平均値を画素の画素値として生成した画像と、図６６で示される、平面で示される近似値からなる画像との差分からなる画像を示す図である。図６７の画像の画素値は、非定常成分が除去されるので、細線の画像が射影された値のみを含む。図６７からもわかるように、元の画素値と近似した平面で示される近似値との差分からなる画像では、元の画像の定常成分がうまく抽出できていることが確認できる。
【０４０７】
棄却された回数、ブロックの画素の画素値を近似する平面の空間方向Ｘの傾き、ブロックの画素の画素値を近似する平面の空間方向Ｙの傾き、ブロックの画素の画素値を近似する平面で示される近似値、および誤差eiは、入力画像の特徴量としても利用することができる。
【０４０８】
図６８は、ステップＳ２０１に対応する、図５８に構成を示す非定常成分抽出部２０１による、非定常成分の抽出の処理を説明するフローチャートである。
【０４０９】
ステップＳ２２１において、ブロック抽出部２２１は、入力画素から、所定の数の画素からなるブロックを抽出し、抽出したブロックを平面近似部２２２に供給する。例えば、ブロック抽出部２２１は、入力画素から、まだ、選択されていない画素のうち、１つの画素を選択し、選択された画素を中心とする７×７の画素からなるブロックを抽出する。例えば、ブロック抽出部２２１は、ラスタスキャン順に画素を選択することができる。
【０４１０】
ステップＳ２２２において、平面近似部２２２は、抽出されたブロックを平面で近似する。平面近似部２２２は、例えば、回帰の処理により、抽出されたブロックの画素の画素値を、平面で近似する。例えば、平面近似部２２２は、回帰の処理により、抽出されたブロックの画素のうち、棄却された画素を除いた画素の画素値を、平面で近似する。ステップＳ２２３において、繰り返し判定部２２３は、繰り返し判定を実行する。例えば、ブロックの画素の画素値と近似した平面の近似値とから標準誤差を算出し、棄却された画素の数をカウントすることにより、繰り返し判定を実行する。
【０４１１】
ステップＳ２２４において、繰り返し判定部２２３は、標準誤差が閾値以上であるか否かを判定し、標準誤差が閾値以上であると判定された場合、ステップＳ２２５に進む。
【０４１２】
なお、ステップＳ２２４において、繰り返し判定部２２３は、ブロックの画素のうち、半分以上の画素が棄却されたか否か、および標準誤差が閾値以上であるか否かを判定し、ブロックの画素のうち、半分以上の画素が棄却されておらず、標準誤差が閾値以上であると判定された場合、ステップＳ２２５に進むようにしてもよい。
【０４１３】
ステップＳ２２５において、繰り返し判定部２２３は、ブロックの画素毎に、画素の画素値と近似した平面の近似値との誤差を算出し、誤差が最も大きい画素を棄却し、平面近似部２２２に通知する。手続きは、ステップＳ２２２に戻り、棄却された画素を除いた、ブロックの画素を対象として、平面による近似の処理および繰り返し判定の処理が繰り返される。
【０４１４】
ステップＳ２２５において、ラスタスキャン方向に１画素ずつずれたブロックがステップＳ２２１の処理で抽出される場合、図５９に示すように、細線の成分を含む画素（図中の黒丸で示す）は、複数回棄却されることになる。
【０４１５】
ステップＳ２２４において、標準誤差が閾値以上でないと判定された場合、ブロックが平面で近似されたので、ステップＳ２２６に進む。
【０４１６】
なお、ステップＳ２２４において、繰り返し判定部２２３は、ブロックの画素のうち、半分以上の画素が棄却されたか否か、および標準誤差が閾値以上であるか否かを判定し、ブロックの画素のうち、半分以上の画素が棄却されたか、または標準誤差が閾値以上でないと判定された場合、ステップＳ２２５に進むようにしてもよい。
【０４１７】
ステップＳ２２６において、繰り返し判定部２２３は、ブロックの画素の画素値を近似する平面の傾きおよび切片を、非定常成分情報として出力する。
【０４１８】
ステップＳ２２７において、ブロック抽出部２２１は、入力画像の１つの画面の全画素について処理を終了したか否かを判定し、まだ処理の対象となってない画素があると判定された場合、ステップＳ２２１に戻り、まだ処理の対象となっていない画素からブロックを抽出して、上述した処理を繰り返す。
【０４１９】
ステップＳ２２７において、入力画像の１つの画面の全画素について、処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０４２０】
このように、図５８に構成を示す非定常成分抽出部２０１は、入力画像から非定常成分を抽出することができる。非定常成分抽出部２０１が入力画像の非定常成分を抽出するので、頂点検出部２０２および単調増減検出部２０３は、入力画像と、非定常成分抽出部２０１で抽出された非定常成分との差分を求めることにより、定常成分を含む差分を対象として処理を実行することができる。
【０４２１】
なお、平面による近似の処理において算出される、棄却した場合の標準誤差、棄却しない場合の標準誤差、画素の棄却された回数、平面の空間方向Ｘの傾き（式（２４）におけるaハット）、平面の空間方向Ｙの傾き（式（２４）におけるbハット）、平面で置き換えたときのレベル（式（２４）におけるcハット）、および入力画像の画素値と平面で示される近似値との差分は、特徴量として利用することができる。
【０４２２】
図６９は、ステップＳ２０１に対応する非定常成分の抽出の処理に代わる、図５８に構成を示す非定常成分抽出部２０１による、定常成分の抽出の処理を説明するフローチャートである。ステップＳ２４１乃至ステップＳ２４５の処理は、ステップＳ２２１乃至ステップＳ２２５の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４２３】
ステップＳ２４６において、繰り返し判定部２２３は、平面で示される近似値と入力画像の画素値との差分を、入力画像の定常成分として出力する。すなわち、繰り返し判定部２２３は、平面による近似値と、真値である画素値との差分を出力する。
【０４２４】
なお、繰り返し判定部２２３は、平面で示される近似値と入力画像の画素値との差分が、所定の閾値以上である画素の画素値を、入力画像の定常成分として出力するようにしてもよい。
【０４２５】
ステップＳ２４７の処理は、ステップＳ２２７の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４２６】
平面が非定常成分を近似しているので、非定常成分抽出部２０１は、入力画像の各画素の画素値から、画素値を近似する平面で示される近似値を引き算することにより、入力画像から非定常成分を除去することができる。この場合、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４は、入力画像の定常成分、すなわち細線の画像が射影された値のみを処理の対象とすることができ、頂点検出部２０２乃至連続性検出部２０４における処理がより容易になる。
【０４２７】
図７０は、ステップＳ２０１に対応する非定常成分の抽出の処理に代わる、図５８に構成を示す非定常成分抽出部２０１による、定常成分の抽出の他の処理を説明するフローチャートである。ステップＳ２６１乃至ステップＳ２６５の処理は、ステップＳ２２１乃至ステップＳ２２５の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４２８】
ステップＳ２６６において、繰り返し判定部２２３は、画素毎の、棄却の回数を記憶し、ステップＳ２６２に戻り、処理を繰り返す。
【０４２９】
ステップＳ２６４において、標準誤差が閾値以上でないと判定された場合、ブロックが平面で近似されたので、ステップＳ２６７に進み、繰り返し判定部２２３は、入力画像の１つの画面の全画素について処理を終了したか否かを判定し、まだ処理の対象となってない画素があると判定された場合、ステップＳ２６１に戻り、まだ処理の対象となっていない画素についてブロックを抽出して、上述した処理を繰り返す。
【０４３０】
ステップＳ２６７において、入力画像の１つの画面の全画素について、処理を終了したと判定された場合、ステップＳ２６８に進み、繰り返し判定部２２３は、まだ選択されていない画素から１つの画素を選択し、選択された画素について、棄却の回数が、閾値以上であるか否かを判定する。例えば、繰り返し判定部２２３は、ステップＳ２６８において、選択された画素について、棄却の回数が、予め記憶している閾値以上であるか否かを判定する。
【０４３１】
ステップＳ２６８において、選択された画素について、棄却の回数が、閾値以上であると判定された場合、選択された画素が定常成分を含むので、ステップＳ２６９に進み、繰り返し判定部２２３は、選択された画素の画素値（入力画像における画素値）を入力画像の定常成分として出力し、ステップＳ２７０に進む。
【０４３２】
ステップＳ２６８において、選択された画素について、棄却の回数が、閾値以上でないと判定された場合、選択された画素が定常成分を含まないので、ステップＳ２６９の処理をスキップして、手続きは、ステップＳ２７０に進む。すなわち、棄却の回数が、閾値以上でないと判定された画素は、画素値が出力されない。
【０４３３】
なお、棄却の回数が、閾値以上でないと判定された画素について、繰り返し判定部２２３は、0を設定した画素値を出力するようにしてもよい。
【０４３４】
ステップＳ２７０において、繰り返し判定部２２３は、入力画像の１つの画面の全画素について、棄却の回数が閾値以上であるか否かの判定の処理を終了したか否かを判定し、全画素について処理を終了していないと判定された場合、まだ処理の対象となってない画素があるので、ステップＳ２６８に戻り、まだ処理の対象となっていない画素から１つの画素を選択して、上述した処理を繰り返す。
【０４３５】
ステップＳ２７０において、入力画像の１つの画面の全画素について処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０４３６】
このように、非定常成分抽出部２０１は、定常成分情報として、入力画像の画素のうち、定常成分を含む画素の画素値を出力することができる。すなわち、非定常成分抽出部２０１は、入力画像の画素のうち、細線の画像の成分を含む画素の画素値を出力することができる。
【０４３７】
図７１は、ステップＳ２０１に対応する非定常成分の抽出の処理に代わる、図５８に構成を示す非定常成分抽出部２０１による、定常成分の抽出のさらに他の処理を説明するフローチャートである。ステップＳ２８１乃至ステップＳ２８８の処理は、ステップＳ２６１乃至ステップＳ２６８の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４３８】
ステップＳ２８９において、繰り返し判定部２２３は、平面で示される近似値と、選択された画素の画素値との差分を入力画像の定常成分として出力する。すなわち、繰り返し判定部２２３は、入力画像から非定常成分を除去した画像を定常性情報として出力する。
【０４３９】
ステップＳ２９０の処理は、ステップＳ２７０の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４４０】
このように、非定常成分抽出部２０１は、入力画像から非定常成分を除去した画像を定常性情報として出力することができる。
【０４４１】
以上のように、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した、第１の画像データの複数の画素の画素値の不連続部を検出し、検出された不連続部からデータの定常性を検出し、検出されたデータの定常性を基に、現実世界の光信号の定常性を推定することにより光信号を推定し、推定された光信号を第２の画像データに変換するようにした場合、現実世界の事象に対して、より正確で、より精度の高い処理結果を得ることができるようになる。
【０４４２】
図７２は、データ定常性検出部１０１の他の構成を示すブロック図である。図４１に示す場合と同様の部分には、同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０４４３】
図７２で構成が示されるデータ定常性検出部１０１において、連続性検出部２０４により検出された単調増減領域の中の、第１の単調増減領域に配される複数の第１の画素の画素値の変化と、第１の単調増減領域に隣接する第２の単調増減領域に配される、複数の第１の画素に隣接する複数の第２の画素の画素値の変化とに基づいて、定常領域の連続性の方向が検出される。
【０４４４】
図７２で構成が示されるデータ定常性検出部１０１において、入力画像は、非定常成分抽出部２０１およびデータ定常性方向検出部３０１に供給される。
【０４４５】
頂点検出部２０２は、検出された頂点を示す頂点情報を単調増減検出部２０３およびデータ定常性方向検出部３０１に供給する。
【０４４６】
連続性検出部２０４は、頂点情報、および連続している領域（細線領域（単調増減領域））を示すデータ定常性情報をデータ定常性方向検出部３０１に供給する。
【０４４７】
データ定常性方向検出部３０１は、入力画像、頂点検出部２０２から供給された頂点を示す頂点情報、および連続性検出部２０４により検出された連続している領域に属する画素値を基に、データの定常性を有する定常領域の連続する方向である、定常領域の連続性の方向を検出する。データ定常性方向検出部３０１は、頂点情報、検出された連続している領域、および定常領域の連続性の方向を示すデータ定常性情報を出力する。
【０４４８】
図７３は、データ定常性方向検出部３０１の構成を示すブロック図である。すなわち、データ定常性方向検出部３０１は、画素値変化検出部３２１および方向検出部３２２を含む。
【０４４９】
画素値変化検出部３２１は、入力画像、頂点検出部２０２から供給された頂点を示す頂点情報、および連続性検出部２０４により検出された連続している領域（細線領域（単調増減領域））に属する画素値を基に、領域における画素値の変化を検出し、画素値の変化を示す情報を方向検出部３２２に供給する。
【０４５０】
より具体的には、画素値変化検出部３２１は、連続性検出部２０４によって検出された連続している領域毎に、頂点の画素値と、領域に属する各画素の画素値との差分を計算する。また、画素値変化検出部３２１は、領域に属する画素であって、領域と隣接している他の領域の頂点と隣接している画素の画素値と、領域に属する各画素の画素値との差分を計算する。画素値変化検出部３２１は、領域に属する各画素に対応して、頂点の画素値との差分、および領域と隣接している他の領域の頂点と隣接している画素の画素値と、領域に属する各画素の画素値との差分を示す情報を方向検出部３２２に供給する。
【０４５１】
方向検出部３２２は、画素値変化検出部３２１から供給された、画素値の変化を示す情報を基に、データの定常性を有する定常領域の連続する方向である、定常領域の連続性の方向を検出する。
【０４５２】
より具体的には、方向検出部３２２は、領域に属する頂点の画素値と領域に属する画素の画素値との差分で示される頂点からの減分が、領域と隣接している他の領域における、頂点と隣接している画素の画素値と、領域に属する画素と隣接する画素の画素値との差分で示される増分と一致するとき、領域と隣接する領域とから定まる方向を、定常領域の連続性の方向として検出する。
【０４５３】
図７４は、細かい繰り返し模様をイメージセンサであるセンサ２で撮像したとき現れるビート状の画像、いわゆるモアレが含まれている入力画像の例を示す図である。
【０４５４】
モアレを含む画像においては、図７５に示すように、単に、細線領域に隣接する画素が含まれているか否かによって連続性を検出した場合、正しい細線の方向（定常領域の連続性の方向）Ａと共に、間違った細線の方向Ｂが検出されてしまう。
【０４５５】
そこで、本発明においては、細線の画像が射影されたデータ３の性質を利用して、データ３における定常領域の連続性の正しい方向を求める。
【０４５６】
図７６は、細線の画像が射影されたデータ３の画素を示す図である。図７６において、横方向は、空間方向Ｘを示し、縦方向は、空間方向Ｙを示す。図７６において、２本の点線の間の領域は、１本の細線の画像が射影された領域を示す。図７６において、Pは、頂点を示す。
【０４５７】
図７７は、図７６の細線の画像が射影されたデータ３における、３列の画素の画素値を示す図である。
【０４５８】
図７７において、図の上方向は、画素値を示し、図の右上方向は、空間方向Ｙを示し、図の右下方向は、空間方向Ｘを示す。図７７において、Ｐは、頂点を示す。
【０４５９】
図７７に示すように、細線の画像が射影されたデータ３の画素の画素値で表される波形は、模式的に円弧状になる。
【０４６０】
細線の画像は、部位にかかわらず、ほぼ同等の径を有し、同じレベルを有するので、一定の長さの細線の画像を射影することにより得られた画素値の総和は、常に一定になる。換言すれば、一定の長さの細線の画像が複数の画素の画素値に射影されているとき、複数の画素の画素値のうち、一定の長さの細線の画像が射影された値は、一定になる。
【０４６１】
すなわち、細線領域に属する画素において、頂点Pに比較して、画素値が減少しているとき、減少した画素値に対応する細線の画像は、他の細線領域の他の画素に射影されている。
【０４６２】
図７２で構成が示されるデータ定常性検出部１０１は、一定の長さの細線の画像が射影された画素値の総和が、常に一定になる性質を利用して、細線の方向に対応する、定常領域の連続性の正しい方向を求める。すなわち、図７２で構成が示されるデータ定常性検出部１０１は、細線領域に属する画素において、画素値が減少しているとき、細線の正しい方向に対応する位置の細線領域の画素の画素値が、減少分に対応して増加することを利用して、細線の方向に対応する、定常領域の連続性の正しい方向を求める。
【０４６３】
図７８に示すように、頂点Pの画素に隣接する画素であって、頂点Pと同じ細線領域に属する画素e₁の画素値が、頂点Pの画素値に比較して、減少しているとき、減少した画素値は、画素e₁に隣接する画素であって、頂点Pの属する細線領域に隣接する細線領域に属する画素e₂に分配されたと考えられる。
【０４６４】
すなわち、図７９に示すように、頂点Pの画素値から画素e₁の画素値への減少分Aの絶対値は、頂点Pの属する細線領域に隣接する細線領域に属し、頂点Pに隣接する画素e₃から、画素e₁に隣接する画素e₂への増加分Bの絶対値に等しい。
【０４６５】
さらに、図８０に示すように、頂点Pと同じ細線領域に属し、画素e₁にさらに隣接する画素e₄の画素値が、頂点Pの画素値に比較して、減少しているとき、減少した画素値は、画素e₄に隣接する画素であって、頂点Pの属する細線領域に隣接する細線領域に属する画素e₅に分配されたと考えられる。
【０４６６】
図８１に示すように、頂点Pの画素値から画素e₄の画素値への減少分Cの絶対値は、頂点Pの属する細線領域に隣接する細線領域に属し、頂点Pに隣接する画素e₃から、画素e₄に隣接する画素e₅への増加分Dの絶対値に等しい。
【０４６７】
データ定常性方向検出部３０１は、１つの細線領域に２つ以上の細線領域が連続しているとき、細線領域の画素値の変化に対応して、画素値が変化する画素値を含む細線領域を定常性方向として検出する。すなわち、データ定常性方向検出部３０１は、１つの細線領域に２つ以上の細線領域が連続しているとき、細線領域の画素値の増加に対応して、画素値が減少する画素値を含む細線領域を定常性方向として検出するか、細線領域の画素値の減少に対応して、画素値が増加する画素値を含む細線領域を定常領域の連続性の方向として検出する。
【０４６８】
図８２乃至図８４は、処理の結果の例を示す図である。
【０４６９】
図８２は、入力された画像の例を示す図である。図８２において、図中の右上がりに細線の画像が含まれている。
【０４７０】
定常性の方向の検出の処理を実行しないで、誤った方向を採用して画像を処理した場合、図８３に示すように、細線の画像は、消失してしまう。図８３に示す場合において、図中の左上がりに細線の画像が含まれていると判断されたものである。
【０４７１】
これに対して、図８４に示すように、定常性の方向の検出の処理を実行した場合、正しい定常性の方向が検出され、細線の画像が生成されている。
【０４７２】
次に、図８５のフローチャートを参照して、図７２で構成が示されるデータ定常性検出部１０１による、データの定常性の検出の処理を説明する。
【０４７３】
ステップＳ３０１乃至ステップＳ３０５の処理は、それぞれ、図５６のステップＳ２０１乃至ステップＳ２０５の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４７４】
ステップＳ３０６において、データ定常性方向検出部３０１は、データの定常性の方向の検出の処理を実行する。データの定常性の方向の検出の処理の詳細は、後述する。
【０４７５】
ステップＳ３０７の処理は、図５６のステップＳ２０６の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４７６】
次に、ステップＳ３０６の処理に対応する、データの定常性の方向の検出の処理を図８６のフローチャートを参照して説明する。
【０４７７】
ステップＳ３３１において、データ定常性方向検出部３０１の画素値変化検出部３２１は、連続性検出部２０４から供給されたデータ定常性情報を基に、頂点Pが属する細線領域である単調増減領域に連続している単調増減領域が２つ以上あるか否かを判定し、頂点Pが属する単調増減領域に連続している単調増減領域が２つ以上あると判定された場合、正しい定常性方向を検出する必要があるので、ステップＳ３３２に進み、画素値変化検出部３２１は、単調増減領域の画素値を取得する。
【０４７８】
ステップＳ３３３において、画素値変化検出部３２１は、頂点Pが属する単調増減領域の画素の画素値の変化分を計算する。画素値変化検出部３２１は、計算された、頂点Pが属する細単調増減領域の画素の画素値の変化分を方向検出部３２２に供給する。例えば、画素値変化検出部３２１は、頂点Pが属する細単調増減領域の画素について、頂点Pの画素値を基準として、画素値の減少分を計算する。
【０４７９】
ステップＳ３３４において、画素値変化検出部３２１は、頂点Pが属する細単調増減領域に隣接する単調増減領域の画素の画素値の変化分を計算する。画素値変化検出部３２１は、計算された、頂点Pが属する細単調増減領域に隣接する単調増減領域の画素の画素値の変化分を方向検出部３２２に供給する。例えば、画素値変化検出部３２１は、頂点Pが属する細単調増減領域に隣接する単調増減領域の画素について、隣接する単調増減領域に属する画素であって、頂点Pに隣接する画素の画素値を基準として、画素値の増加分を計算する。
【０４８０】
ステップＳ３３５において、方向検出部３２２は、頂点Pが属する細単調増減領域の画素の画素値の変化分の絶対値と、頂点Pが属する細単調増減領域に隣接する単調増減領域の画素の画素値の変化分の絶対値とを比較する。例えば、方向検出部３２２は、頂点Pが属する細単調増減領域の画素についての、頂点Pの画素値を基準とした画素値の減少分の絶対値と、頂点Pが属する細単調増減領域に隣接する単調増減領域の画素についての、隣接する単調増減領域に属する画素であって、頂点Pに隣接する画素の画素値を基準とした画素値の増加分の絶対値とを比較する。
【０４８１】
ステップＳ３３６において、方向検出部３２２は、ステップＳ３３５の処理で比較された絶対値の差が小さい隣接する単調増減領域と、頂点Pが属する細単調増減領域とから決まる方向を、データの定常性の方向とし、処理は終了する。方向検出部３２２は、データの定常性を有する領域を示す情報、およびデータの定常性の方向を示す情報を含むデータ定常性情報を出力する。
【０４８２】
例えば、方向検出部３２２は、頂点Pを始点とし、絶対値の差が小さい隣接する単調増減領域の頂点を終点とするベクトルを定常方向を示すベクトルに設定する。
【０４８３】
ステップＳ３３１において、頂点Pが属する細線領域に連続している細線領域が２つ以上ないと判定された場合、正しいデータの定常性の方向を検出する必要がないので、ステップＳ３３２乃至ステップＳ３３６の処理はスキップされ、処理は終了する。
【０４８４】
このように、図７２で構成が示されるデータ定常性検出部１０１は、データの定常性を有する領域を検出すると共に、データの定常性の方向を検出することができる。
【０４８５】
なお、入力画像に平面がフィッティングされたとき、入力画像の画素の画素値から、フィッティングされた平面で近似される近似値を引き算した値（差分値）を基に、データの定常性の方向を検出することもできる。
【０４８６】
図８７は、フィッティングされた平面で近似される近似値を入力画像の画素の画素値から引き算した差分値を基に、データの定常性の方向を検出するデータ定常性検出部１０１の構成を示すブロック図である。
【０４８７】
図８７で構成が示されるデータ定常性検出部１０１において、データ定常性方向検出部３０１は、フィッティングされた平面で近似される近似値を入力画像の画素の画素値から引き算した差分値から、単調増減領域の画素値の変化を検出する。データ定常性方向検出部３０１は、差分値から検出された、単調増減領域の画素値の変化を基に、定常領域の連続性の方向を検出する。
【０４８８】
このように、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出し、不連続部から画素値の変化の頂点を検出し、頂点から単調に画素値が増加または減少している単調増減領域を検出し、検出された単調増減領域の中の、他の単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する単調増減領域を、画像データの定常性を有する定常領域として検出し、定常領域の連続性の方向を検出するようにした場合、定常領域の連続性の正しい方向を検出することができるようになる。
【０４８９】
また、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出し、不連続部から画素値の変化の頂点を検出し、頂点から単調に画素値が増加または減少している単調増減領域を検出し、検出された単調増減領域の中の、他の単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する単調増減領域を、画像データの定常性を有する定常領域として検出し、検出された単調増減領域の中の、第１の単調増減領域に配される複数の第１の画素の画素値の変化と、第１の単調増減領域に隣接する第２の単調増減領域に配される、複数の第１の画素に隣接する複数の第２の画素の画素値の変化とに基づいて、定常領域の連続性の方向を検出するようにした場合、定常領域の連続性の正しい方向を検出することができるようになる。
【０４９０】
次に、実世界１の信号の推定について説明する。
【０４９１】
図８８は、実世界推定部１０２の構成を示すブロック図である。
【０４９２】
図８８に構成を示す実世界推定部１０２においては、入力画像、および定常性検出部１０１から供給されたデータ定常性情報を基に、実世界１の信号である画像における、細線の幅が検出され、細線のレベル（実世界１の信号の光の強度）が推定される。
【０４９３】
線幅検出部２１０１は、定常性検出部１０１から供給された、細線の画像が射影された画素からなる、細線領域である定常領域を示すデータ定常性情報を基に、細線の幅を検出する。線幅検出部２１０１は、データ定常性情報と共に、検出された細線の幅を示す細線幅情報を信号レベル推定部２１０２に供給する。
【０４９４】
信号レベル推定部２１０２は、入力画像、線幅検出部２１０１から供給された細線の幅を示す細線幅情報、およびデータ定常性情報を基に、実世界１の信号である、細線の画像のレベル、すなわち光の強度のレベルを推定し、細線の幅および細線の画像のレベルを示す実世界推定情報を出力する。
【０４９５】
図８９および図９０は、実世界１の信号における、細線の幅を検出する処理を説明する図である。
【０４９６】
図８９および図９０において、太線で囲む領域（４つの四角からなる領域）は、１つの画素を示し、点線で囲む領域は、細線の画像が射影された画素からなる、細線領域を示し、丸は、細線領域の重心を示す。図８９および図９０において、斜線は、センサ２に入射された細線の画像を示す。斜線は、センサ２に、実世界１の細線の画像が射影された領域を示しているとも言える。
【０４９７】
図８９および図９０において、Sは、細線領域の重心の位置から算出される傾きを示し、Dは、細線領域の重複である。ここで、傾きSは、細線領域が隣接しているので、画素を単位とした、重心と重心との距離である。また、細線領域の重複Dとは、２つの細線領域において、隣接している画素の数である。
【０４９８】
図８９および図９０において、Wは、細線の幅を示す。
【０４９９】
図８９において、傾きSは、２であり、重複Dは、２である。
【０５００】
図９０において、傾きSは、３であり、重複Dは、１である。
【０５０１】
細線領域が隣接し、細線領域が隣接する方向の重心と重心の距離は、１画素であるので、W:D=1:Sが成立し、細線の幅Wは、重複D/傾きSで求めることができる。
【０５０２】
例えば、図８９で示されるように、傾きSは、２であり、重複Dは、２であるとき、2/2は、1であるから、細線の幅Wは、1である。また、例えば、図９０で示されるように、傾きSは、３であり、重複Dは、１であるとき、細線の幅Wは、1/3である。
【０５０３】
線幅検出部２１０１は、このように、細線領域の重心の位置から算出される傾き、および細線領域の重複から、細線の幅を検出する。
【０５０４】
図９１は、実世界１の信号における、細線の信号のレベルを推定する処理を説明する図である。
【０５０５】
図９１において、太線で囲む領域（４つの四角からなる領域）は、１つの画素を示し、点線で囲む領域は、細線の画像が射影された画素からなる、細線領域を示す。図９１において、Eは、細線領域の画素を単位とした、細線領域の長さを示し、Dは、細線領域の重複（他の細線領域に隣接している画素の数）である。
【０５０６】
細線の信号のレベルは、処理単位（細線領域）内で一定であると近似し、細線が射影された画素の画素値に射影された、細線以外の画像のレベルは、隣接している画素の画素値に対するレベルに等しいと近似する。
【０５０７】
細線の信号のレベルをCとしたとき、細線領域に射影された信号（画像）における、図中の、細線の信号が射影された部分の左側の部分のレベルをAとし、図中の、細線の信号が射影された部分の右側の部分のレベルをBとする。
【０５０８】
このとき、式（２７）が成立する。
【０５０９】
細線領域の画素値の総和=（E-D）/2*A+(E-D)/2*B+D*C ・・・（２７）
【０５１０】
細線の幅が一定であり、細線領域の幅は、１画素なので、細線領域の細線（の信号が射影された部分）の面積は、細線領域の重複Dに等しい。細線領域の幅は、１画素なので、細線領域の画素を単位とした、細線領域の面積は、細線領域の長さEに等しい。
【０５１１】
細線領域のうち、細線の左側の面積は、(E-D)/2である。細線領域のうち、細線の右側の面積は、(E-D)/2である。
【０５１２】
式（２７）の右辺の第１項は、左側に隣接している画素に射影された信号のレベルと同じレベルの信号が射影された画素値の部分であり、式（２８）で表すことができる。
【０５１３】
【数２１】

【０５１４】
式（２８）において、A_iは、左側に隣接している画素の画素値を示す。
【０５１５】
式（２８）において、α_iは、左側に隣接している画素に射影された信号のレベルと同じレベルの信号が、細線領域の画素に射影される面積の割合を示す。すなわち、α_iは、細線領域の画素の画素値に含まれている、左側に隣接している画素の画素値と同じ画素値の割合を示す。
【０５１６】
iは、細線領域の左側に隣接している画素の位置を示す。
【０５１７】
例えば、図９１において、細線領域の画素の画素値に含まれている、細線領域の左側に隣接している画素の画素値A₀と同じ画素値の割合は、α₀である。図９１において、細線領域の画素の画素値に含まれている、細線領域の左側に隣接している画素の画素値A₁と同じ画素値の割合は、α₁である。図９１において、細線領域の画素の画素値に含まれている、細線領域の左側に隣接している画素の画素値A₂と同じ画素値の割合は、α₂である。
【０５１８】
式（２７）の右辺の第２項は、右側に隣接している画素に射影された信号のレベルと同じレベルの信号が射影された画素値の部分であり、式（２９）で表すことができる。
【０５１９】
【数２２】

【０５２０】
式（２９）において、B_jは、右側に隣接している画素の画素値を示す。
【０５２１】
式（２９）において、β_jは、右側に隣接している画素に射影された信号のレベルと同じレベルの信号が、細線領域の画素に射影される面積の割合を示す。すなわち、β_jは、細線領域の画素の画素値に含まれている、右側に隣接している画素の画素値と同じ画素値の割合を示す。
【０５２２】
jは、細線領域の右側に隣接している画素の位置を示す。
【０５２３】
例えば、図９１において、細線領域の画素の画素値に含まれている、細線領域の右側に隣接している画素の画素値B₀と同じ画素値の割合は、β₀である。図９１において、細線領域の画素の画素値に含まれている、細線領域の右側に隣接している画素の画素値B₁と同じ画素値の割合は、β₁である。図９１において、細線領域の画素の画素値に含まれている、細線領域の右側に隣接している画素の画素値B₂と同じ画素値の割合は、β₂である。
【０５２４】
このように、信号レベル推定部２１０２は、式（２８）および式（２９）を基に、細線領域に含まれる画素値のうちの、細線以外の画像の画素値を算出し、式（２７）を基に、細線領域の画素値から細線以外の画像の画素値を除去することにより、細線領域に含まれる画素値のうちの、細線のみの画像の画素値を求める。そして、信号レベル推定部２１０２は、細線のみの画像の画素値と細線の面積とから、細線の信号のレベルを求める。より具体的には、信号レベル推定部２１０２は、細線領域に含まれる画素値のうちの、細線のみの画像の画素値を、細線領域の細線の面積、すなわち細線領域の重複Dで割り算することにより、細線の信号のレベルを算出する。
【０５２５】
信号レベル推定部２１０２は、実世界１の信号における、細線の幅、および細線の信号のレベルを示す実世界推定情報を出力する。
【０５２６】
本発明の手法では、細線の波形を画素ではなく幾何学的に記述しているので、どのような解像度でも使用することができる。
【０５２７】
次に、ステップＳ１０２の処理に対応する、実世界の推定の処理を図９２のフローチャートを参照して説明する。
【０５２８】
ステップＳ２１０１において、線幅検出部２１０１は、データ定常性情報を基に、細線の幅を検出する。例えば、線幅検出部２１０１は、細線領域の重心の位置から算出される傾き、および細線領域の重複から、重複を傾きで割り算することにより、実世界１の信号における、細線の幅を推定する。
【０５２９】
ステップＳ２１０２において、信号レベル推定部２１０２は、細線の幅、および細線領域に隣接する画素の画素値を基に、細線の信号のレベルを推定し、推定された細線の幅および細線の信号のレベルを示す実世界推定情報を出力して、処理は終了する。例えば、信号レベル推定部２１０２は、細線領域に含まれる細線以外の画像が射影された画素値を算出し、細線領域から細線以外の画像が射影された画素値を除去することにより、細線のみの画像が射影された画素値を求めて、求められた細線のみの画像が射影された画素値と細線の面積とから、細線の信号のレベルを算出することにより、実世界１の信号における、細線のレベルを推定する。
【０５３０】
このように、実世界推定部１０２は、実世界１の信号の細線の幅およびレベルを推定することができる。
【０５３１】
以上のように、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した第１の画像データの、データの定常性を検出し、データの定常性に対応する現実世界の光信号の波形を表すモデルに基いて、第１の画像データの定常性から現実世界の光信号の波形を推定し、推定された光信号を第２の画像データに変換するようにした場合、現実世界の光信号に対して、より正確で、より精度の高い処理結果を得ることができるようになる。
【０５３２】
図９３は、実世界推定部１０２の他の構成を示すブロック図である。
【０５３３】
図９３に構成を示す実世界推定部１０２においては、入力画像、およびデータ定常性検出部１０１から供給されたデータ定常性情報を基に、領域が再度検出され、再度検出された領域を基に、実世界１の信号である画像における、細線の幅が検出され、実世界１の信号の光の強度（レベル）が推定される。例えば、図９３に構成を示す実世界推定部１０２においては、細線の画像が射影された画素からなる定常性領域が再度検出され、再度検出された領域を基に、実世界１の信号である画像における、細線の幅が検出され、実世界１の信号の光の強度が推定される。
【０５３４】
データ定常性検出部１０１から供給され、図９３に構成を示す実世界推定部１０２に入力されるデータ定常性情報には、データ３である入力画像のうちの、細線の画像が射影された定常成分以外の非定常成分を示す非定常成分情報、定常領域の中の単調増減領域を示す単調増減領域情報、および定常領域を示す情報などが含まれている。例えば、データ定常性情報に含まれる非定常成分情報は、入力画像における背景などの非定常成分を近似する平面の傾きおよび切片からなる。
【０５３５】
実世界推定部１０２に入力されたデータ定常性情報は、境界検出部２１２１に供給される。実世界推定部１０２に入力された入力画像は、境界検出部２１２１および信号レベル推定部２１０２に供給される。
【０５３６】
境界検出部２１２１は、データ定常性情報に含まれる非定常成分情報、および入力画像から、細線の画像が射影された定常成分のみからなる画像を生成し、定常成分のみからなる画像を基に、画素に射影された、実世界１の信号である細線の画像が射影された割合を示す分配比を算出し、算出された分配比から細線領域の境界を示す回帰直線を算出することにより、定常領域である細線領域を再び検出する。
【０５３７】
図９４は、境界検出部２１２１の構成を示すブロック図である。
【０５３８】
分配比算出部２１３１は、データ定常性情報、データ定常性情報に含まれる非定常成分情報、および入力画像から、細線の画像が射影された定常成分のみからなる画像を生成する。より具体的には、分配比算出部２１３１は、データ定常性情報に含まれる単調増減領域情報を基に、入力画像から、定常領域の中の隣り合う単調増減領域を検出し、検出された単調増減領域に属する画素の画素値から、定常成分情報に含まれる傾きおよび切片で示される平面で近似される近似値を引き算することにより、細線の画像が射影された定常成分のみからなる画像を生成する。
【０５３９】
なお、分配比算出部２１３１は、入力画像の画素の画素値から、定常成分情報に含まれる傾きおよび切片で示される平面で近似される近似値を引き算することにより、細線の画像が射影された定常成分のみからなる画像を生成するようにしてもよい。
【０５４０】
分配比算出部２１３１は、生成された定常成分のみからなる画像を基に、実世界１の信号である細線の画像が、定常領域の中の隣り合う単調増減領域に属する２つの画素に分配された割合を示す分配比を算出する。分配比算出部２１３１は、算出した分配比を回帰直線算出部２１３２に供給する。
【０５４１】
図９５乃至図９７を参照して、分配比算出部２１３１における、分配比の算出の処理を説明する。
【０５４２】
図９５の左側の２列の数値は、入力画像の画素値から、定常成分情報に含まれる傾きおよび切片で示される平面で近似される近似値を引き算することにより、算出された画像のうち、縦に２列の画素の画素値を示す。図９５の左側の四角で囲む２つの領域は、隣り合う２つの単調増減領域である、単調増減領域２１４１−１および単調増減領域２１４１−２を示す。すなわち、単調増減領域２１４１−１および単調増減領域２１４１−２に示す数値は、データ定常性検出部１０１において検出された定常性領域である単調増減領域に属する画素の画素値を示す。
【０５４３】
図９５の右側の１列の数値は、図９５の左側の２列の画素の画素値のうち、横に並ぶ画素の画素値を加算した値を示す。すなわち、図９５の右側の１列の数値は、縦に１列の画素からなる単調増減領域であって、２つの隣接するものについて、横に隣接する画素毎に、細線の画像が射影された画素値を加算した値を示す。
【０５４４】
例えば、それぞれ、縦に１列の画素からなり、隣接する単調増減領域２１４１−１および単調増減領域２１４１−２のいずれかに属し、横に隣接する画素の画素値が、２および５８であるとき、加算した値は、６０である。それぞれ、縦に１列の画素からなり、隣接する単調増減領域２１４１−１および単調増減領域２１４１−２のいずれかに属し、横に隣接する画素の画素値が、１および６５であるとき、加算した値は、６６である。
【０５４５】
図９５の右側の１列の数値、すなわち、縦に１列の画素からなり、２つの隣接する単調増減領域の横方向に隣接する画素について、細線の画像が射影された画素値を加算した値は、ほぼ一定となることがわかる。
【０５４６】
同様に、横に１列の画素からなり、２つの隣接する単調増減領域の縦方向に隣接する画素について、細線の画像が射影された画素値を加算した値は、ほぼ一定となる。
【０５４７】
分配比算出部２１３１は、２つの隣接する単調増減領域の隣接する画素について、細線の画像が射影された画素値を加算した値が、ほぼ一定となる性質を利用して、細線の画像が１列の画素の画素値にどのように分配されているかを算出する。
【０５４８】
分配比算出部２１３１は、図９６に示すように、縦に１列の画素からなる単調増減領域であって、２つの隣接するものに属する画素の画素値を、横に隣接する画素毎に、細線の画像が射影された画素値を加算した値で割り算することにより、２つの隣接する単調増減領域に属する各画素について、分配比を算出する。ただし、算出された結果、１００を超える分配比には、１００が設定される。
【０５４９】
例えば、図９６に示すように、縦に１列の画素からなる単調増減領域であって、２つの隣接するものに属する、横に隣接する画素の画素値が、それぞれ２および５８であるとき、加算した値が６０なので、それぞれの画素に対して、３．５および９５．０である分配比が算出される。縦に１列の画素からなる単調増減領域であって、２つの隣接するものに属する、横に隣接する画素の画素値が、それぞれ１および６５であるとき、加算した値が６６なので、それぞれの画素に対して、１．５および９８．５である分配比が算出される。
【０５５０】
この場合において、３つの単調増減領域が隣接する場合、どちらの列から計算するかは、図９７で示されるように、横に隣接する画素毎に、細線の画像が射影された画素値を加算した、２つの値のうち、頂点Ｐの画素値により近い値を基に、分配比が算出される。
【０５５１】
例えば、頂点Ｐの画素値が８１であり、注目している単調増減領域に属する画素の画素値が７９であるとき、左側に隣接する画素の画素値が３であり、右側に隣接する画素の画素値が−１である場合、左側に隣接する画素の画素値を加算した値が、８２であり、右側に隣接する画素の画素値を加算した値が、７８なので、頂点Ｐの画素値８１により近い、８２が選択され、左側に隣接する画素を基に、分配比が算出される。同様に、頂点Ｐの画素値が８１であり、注目している単調増減領域に属する画素の画素値が７５であるとき、左側に隣接する画素の画素値が０であり、右側に隣接する画素の画素値が３である場合、左側に隣接する画素の画素値を加算した値が、７５であり、右側に隣接する画素の画素値を加算した値が、７８なので、頂点Ｐの画素値８１により近い、７８が選択され、右側に隣接する画素を基に、分配比が算出される。
【０５５２】
このように、分配比算出部２１３１は、縦に１列の画素からなる単調増減領域について、分配比を算出する。
【０５５３】
分配比算出部２１３１は、同様の処理で、横に１列の画素からなる単調増減領域について、分配比を算出する。
【０５５４】
回帰直線算出部２１３２は、単調増減領域の境界が直線であると仮定して、分配比算出部２１３１において算出された分配比を基に、単調増減領域の境界を示す回帰直線を算出することにより、定常領域の中の単調増減領域を再び検出する。
【０５５５】
図９８および図９９を参照して、回帰直線算出部２１３２における、単調増減領域の境界を示す回帰直線の算出の処理を説明する。
【０５５６】
図９８において、白丸は、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５の上側の境界に位置する画素を示す。回帰直線算出部２１３２は、回帰の処理により、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５の上側の境界について回帰直線を算出する。例えば、回帰直線算出部２１３２は、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５の上側の境界に位置する画素との距離の自乗の和が最小となる直線Ａを算出する。
【０５５７】
また、図９８において、黒丸は、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５の下側の境界に位置する画素を示す。回帰直線算出部２１３２は、回帰の処理により、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５の下側の境界について回帰直線を算出する。例えば、回帰直線算出部２１３２は、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５の下側の境界に位置する画素との距離の自乗の和が最小となる直線Ｂを算出する。
【０５５８】
回帰直線算出部２１３２は、算出された回帰直線を基に、単調増減領域の境界を決定することにより、定常領域の中の単調増減領域を再び検出する。
【０５５９】
図９９に示すように、回帰直線算出部２１３２は、算出された直線Ａを基に、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５の上側の境界を決定する。例えば、回帰直線算出部２１３２は、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５のそれぞれについて、算出された直線Ａに最も近い画素から上側の境界を決定する。例えば、回帰直線算出部２１３２は、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５のそれぞれについて、算出された直線Ａに最も近い画素が領域に含まれるように上側の境界を決定する。
【０５６０】
図９９に示すように、回帰直線算出部２１３２は、算出された直線Ｂを基に、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５の下側の境界を決定する。例えば、回帰直線算出部２１３２は、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５のそれぞれについて、算出された直線Ｂに最も近い画素から下側の境界を決定する。例えば、回帰直線算出部２１３２は、単調増減領域２１４１−１乃至単調増減領域２１４１−５のそれぞれについて、算出された直線Ｂに最も近い画素が領域に含まれるように下側の境界を決定する。
【０５６１】
このように、回帰直線算出部２１３２は、データ定常性検出部１０１により検出された定常領域の境界を回帰する回帰線に基づいて、頂点から単調に画素値が増加または減少している領域を再び検出する。すなわち、回帰直線算出部２１３２は、算出された回帰直線を基に、単調増減領域の境界を決定することにより、定常領域の中の単調増減領域である領域を再び検出し、検出した領域を示す領域情報を線幅検出部２１０１に供給する。
【０５６２】
以上のように、境界検出部２１２１は、画素に射影された、実世界１の信号である細線の画像が射影された割合を示す分配比を算出し、算出された分配比から単調増減領域の境界を示す回帰直線を算出することにより、定常領域の中の単調増減領域を再び検出する。このようにすることで、より正確な単調増減領域を検出することができる。
【０５６３】
図９３に示す線幅検出部２１０１は、境界検出部２１２１から供給された、再度検出された領域を示す領域情報を基に、図８８に示す場合と同様の処理で、細線の幅を検出する。線幅検出部２１０１は、データ定常性情報と共に、検出された細線の幅を示す細線幅情報を信号レベル推定部２１０２に供給する。
【０５６４】
図９３に示す信号レベル推定部２１０２の処理は、図８８に示す場合と同様の処理なので、その説明は省略する。
【０５６５】
図１００は、ステップＳ１０２の処理に対応する、図９３に構成を示す実世界推定部１０２による、実世界の推定の処理を説明するフローチャートである。
【０５６６】
ステップＳ２１２１において、境界検出部２１２１は、データ定常性検出部１０１により検出された定常領域に属する画素の画素値に基づいて、再び領域を検出する、境界検出の処理を実行する。境界検出の処理の詳細は、後述する。
【０５６７】
ステップＳ２１２２およびステップＳ２１２３の処理は、ステップＳ２１０１およびステップＳ２１０２の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０５６８】
図１０１は、ステップＳ２１２１の処理に対応する、境界検出の処理を説明するフローチャートである。
【０５６９】
ステップＳ２１３１において、分配比算出部２１３１は、単調増減領域を示すデータ定常性情報および入力画像を基に、細線の画像が射影された割合を示す分配比を算出する。例えば、分配比算出部２１３１は、データ定常性情報に含まれる単調増減領域情報を基に、入力画像から、定常領域の中の隣り合う単調増減領域を検出し、検出された単調増減領域に属する画素の画素値から、定常成分情報に含まれる傾きおよび切片で示される平面で近似される近似値を引き算することにより、細線の画像が射影された定常成分のみからなる画像を生成する。そして、分配比算出部２１３１は、１列の画素からなる単調増減領域であって、２つの隣接するものに属する画素の画素値を、隣接する画素の画素値の和で割り算することにより、２つの隣接する単調増減領域に属する各画素について、分配比を算出する。
【０５７０】
分配比算出部２１３１は、算出された分配比を回帰直線算出部２１３２に供給する。
【０５７１】
ステップＳ２１３２において、回帰直線算出部２１３２は、細線の画像が射影された割合を示す分配比を基に、単調増減領域の境界を示す回帰直線を算出することにより、定常領域の中の領域を再び検出する。例えば、回帰直線算出部２１３２は、単調増減領域の境界が直線であると仮定して、単調増減領域の一端の境界を示す回帰直線を算出し、単調増減領域の他の一端の境界を示す回帰直線を算出することにより、定常領域の中の単調増減領域を再び検出する。
【０５７２】
回帰直線算出部２１３２は、再び検出された、定常領域の中の領域を示す領域情報を線幅検出部２１０１に供給して、処理は終了する。
【０５７３】
このように、図９３に構成を示す実世界推定部１０２は、細線の画像が射影された画素からなる領域を再度検出し、再度検出された領域を基に、実世界１の信号である画像における、細線の幅を検出し、実世界１の信号の光の強度（レベル）を推定する。このようにすることで、実世界１の信号に対して、より正確に、細線の幅を検出し、より正確に、光の強度を推定することができる。
【０５７４】
以上のように、現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した第１の画像データにおける、複数の画素の画素値の不連続部を検出し、検出された不連続部から、データの定常性を有する定常領域を検出し、検出された定常領域に属する画素の画素値に基づいて、再び領域を検出し、再び検出された領域に基づいて実世界を推定するようにした場合、現実世界の事象に対して、より正確で、より精度の高い処理結果を得ることができるようになる。
【０５７５】
次に、図１０２を参照して、定常性を有する領域における、画素毎の空間方向の近似関数の微分値を実世界推定情報として出力する実世界推定部１０２について説明する。
【０５７６】
参照画素抽出部２２０１は、データ定常性検出部１０１より入力されるデータ定常性情報（定常性の角度、または、領域の情報）に基づいて、入力画像の各画素が処理領域であるか否かを判定し、処理領域である場合には、入力画像から実世界の近似関数を求めるために必要な参照画素の情報（演算に必要な注目画素周辺の複数の画素の位置、および、画素値の情報）を抽出して、近似関数推定部２２０２に出力する。
【０５７７】
近似関数推定部２２０２は、参照画素抽出部２２０１より入力された参照画素の情報に基づいて注目画素周辺の現実世界を近似的に記述する近似関数を最小自乗法に基づいて推定し、推定した近似関数を微分処理部２２０３に出力する。
【０５７８】
微分処理部２２０３は、近似関数推定部２２０２より入力された近似関数に基づいて、データ定常性情報の角度（例えば、細線や２値エッジの所定の軸に対する角度：傾き）に応じて、注目画素から生成しようとする画素の位置のシフト量を求め、そのシフト量に応じた近似関数上の位置における微分値（定常性に対応する線からの１次元方向に沿った距離に対応する各画素の画素値を近似する関数の微分値）を演算し、さらに、注目画素の位置、画素値、および、定常性の傾きの情報を付加して、これを実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。
【０５７９】
次に、図１０３のフローチャートを参照して、図１０２の実世界推定部１０２による実世界推定の処理について説明する。
【０５８０】
ステップＳ２２０１において、参照画素抽出部２２０１は、入力画像と共に、データ定常性検出部１０１よりデータ定常性情報としての角度、および、領域の情報を取得する。
【０５８１】
ステップＳ２２０２において、参照画素抽出部２２０１は、入力画像の未処理画素から注目画素を設定する。
【０５８２】
ステップＳ２２０３において、参照画像抽出部２２０１は、データ定常性情報の領域の情報に基づいて、注目画素が、処理領域のものであるか否かを判定し、処理領域の画素ではないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２２１０に進み、その注目画素については、処理領域外であることを近似関数推定部２２０２を介して、微分処理部２２０３に伝え、これに応じて、微分処理部２２０３が、対応する注目画素についての微分値を０として、さらに、その注目画素の画素値を付加して実世界推定情報として画像生成部１０３に出力すると共に、その処理は、ステップＳ２２１１に進む。また、注目画素が処理領域のものであると判定された場合、その処理は、ステップＳ２２０４に進む。
【０５８３】
ステップＳ２２０４において、参照画素抽出部２２０１は、データ定常性情報に含まれる角度の情報から、データ定常性の有する方向が、水平方向に近い角度か、または、垂直に近い角度であるか否かを判定する。すなわち、参照画素抽出部２２０１は、データ定常性の有する角度θが、0度≦θ＜45度、または、135度≦θ＜180度となる場合、注目画素の定常性の方向は、水平方向に近いと判定し、データ定常性の有する角度θが、45度≦θ＜135度となる場合、注目画素の定常性の方向は、垂直方向に近いと判定する。
【０５８４】
ステップＳ２２０５において、参照画素抽出部２２０１は、判定した方向に対応した参照画素の位置情報、および、画素値をそれぞれ入力画像から抽出し、近似関数推定部２２０２に出力する。すなわち、参照画素は、後述する近似関数を演算する際に使用されるデータとなるので、傾きに応じて抽出されることが望ましい。従って、水平方向、または、垂直方向のいずれかの判定方向に対応して、その方向に長い範囲の参照画素が抽出される。より具体的には、例えば、図１０４で示されるように、傾きＧ_fが垂直方向に近いと、垂直方向であると判定され、この場合、参照画素抽出部２２０１は、例えば、図１０４で示されるように、図１０４中の中央の画素（０，０）を注目画素とするとき、画素（−１，２），（−１，１），（−１，０），（−１，−１），（−１，−２），（０，２），（０，１），（０，０），（０，−１），（０，−２），（１，２），（１，１），（１，０），（１，−１），（１，−２）のそれぞれの画素値を抽出する。尚、図１０４においては、各画素の水平方向、および、垂直方向の大きさが１であるものとする。
【０５８５】
すなわち、参照画素抽出部２２０１は、注目画素を中心として垂直（上下）方向にそれぞれ２画素×水平（左右）方向にそれぞれ１画素の合計１５画素となるように、垂直方向に長い範囲の画素を参照画素として抽出する。
【０５８６】
逆に、水平方向であると判定された場合、注目画素を中心として垂直（上下）方向にそれぞれ１画素×水平（左右）方向にそれぞれ２画素の合計１５画素となるように、水平方向に長い範囲の画素を参照画素として抽出して、近似関数推定部２２０２に出力する。もちろん、参照画素は、上述のように１５画素に限定されるものではなく、それ以外の個数であってもよい。
【０５８７】
ステップＳ２２０６において、近似関数推定部２２０２は、参照画素抽出部２２０１より入力された参照画素の情報に基づいて、最小自乗法により近似関数f(x)を推定し、微分処理部２２０３に出力する。
【０５８８】
すなわち、近似関数f(x)は、以下の式（３０）で示されるような多項式である。
【０５８９】
【数２３】

【０５９０】
このように、式（３０）の多項式の各係数W₁乃至W_n+1が求められれば、実世界を近似する近似関数f(x)が求められることになる。しかしながら、係数の数よりも多くの参照画素値が必要となるので、例えば、参照画素が、図１０４で示されるような場合、合計１５画素であるので、多項式の係数は、１５個までしか求められない。そこで、この場合、多項式は、１４次までの多項式とし、係数W₁乃至W₁₅を求めることにより近似関数を推定するものとする。尚、今の場合、１５次の多項式からなる近似関数f(x)を設定して、連立方程式としてもよい。
【０５９１】
従って、図１０４で示される１５個の参照画素値を用いるとき、近似関数推定部２２０２は、以下の式（３１）を、最小自乗法を用いて解くことにより推定する。
【０５９２】

【０５９３】
尚、多項式の次数にあわせて、参照画素の数を変えるようにしてもよい。
【０５９４】
ここで、Cx(ty)は、シフト量であり、定常性の傾きがＧ_fで示されるとき、Cx(ty)＝ty／Ｇ_fで定義される。このシフト量Cx(ty)は、空間方向Ｙ＝0の位置上で定義される近似関数f(x)が、傾きＧ_fに沿って、連続している（定常性を有している）ことを前提としたとき、空間方向Ｙ=tyの位置における、空間方向Ｘに対するずれ幅を示すものである。従って、例えば、空間方向Ｙ＝0の位置上で近似関数がf(x)として定義されている場合、この近似関数f(x)は、空間方向Ｙ=tyにおいては、傾きＧ_fに沿って空間方向ＸについてCx(ty)だけずれているはずなので、関数は、f(x−Cx(ty))（＝f(x−ty／Ｇ_f)）で定義されることになる。
【０５９５】
ステップＳ２２０７において、微分処理部２２０３は、近似関数推定部２２０２より入力された近似関数f(x)に基づいて、生成しようとする画素の位置における、シフト量を求める。
【０５９６】
すなわち、水平方向、および、垂直方向にそれぞれ２倍の密度（合計４倍の密度）となるように画素を生成する場合、微分処理部２２０３は、例えば、まず、垂直方向に２倍の密度となる画素Pa，Pbに２分割するために、図１０５で示されるように、注目画素の中心位置がPin（Xin，Yin）での微分値を求めるため、中心位置のPin（Xin，Yin）のシフト量を求める。このシフト量は、Cx(0)となるため、実質的には０となる。尚、図１０５中において、画素Pinは、（Xin，Yin）を略重心位置とする正方形であり、画素Pa，Pbは、（Xin，Yin+0.25）、（Xin，Yin−0.25）をそれぞれ略重心位置とする図中水平方向に長い長方形である。
【０５９７】
ステップＳ２２０８において、微分処理部２２０３は、近似関数f(x)を微分して、近似関数の１次微分関数f(x)'を求め、求められたシフト量に応じた位置での微分値を求めて、これを実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。すなわち、今の場合、微分処理部２２０３は、微分値f(Xin)'を求め、その位置（今の場合、注目画素（Xin，Yin））と、その画素値、および、定常性の方向の傾きの情報とを付加して出力する。
【０５９８】
ステップＳ２２０９において、微分処理部２２０３は、求められている密度の画素を生成するのに必要なだけの微分値が求められているか否かを判定する。例えば、今の場合、２倍の密度となるための微分値のみしか求められていない（空間方向Ｙ方向について２倍の密度となるための微分値のみしか求められていない）ので、求められている密度の画素を生成するのに必要なだけの微分値が求められていないと判定し、その処理は、ステップＳ２２０７に戻る。
【０５９９】
ステップＳ２２０７において、微分処理部２２０３は、再度、近似関数推定部２２０２より入力された近似関数f(x)に基づいて、生成しようとする画素の位置における、シフト量を求める。すなわち、微分処理部２２０３は、今の場合、２分割された画素Pa，Pbのそれぞれを２分割するために必要な微分値をそれぞれ求める。画素Pa，Pbの画素の位置は、図１０５における黒丸で示すそれぞれの位置であるので、微分処理部２２０３は、それぞれの位置に対応するシフト量を求める。画素Pa，Pbのシフト量は、それぞれCx（0.25），Cx(−0.25)となる。
【０６００】
ステップＳ２２０８において、微分処理部２２０３は、近似関数f(x)を１次微分して、画素Pa，Pbのそれぞれに対応したシフト量に応じた位置での微分値を求めて、これを実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。
【０６０１】
すなわち、図１０４で示した参照画素を使用する場合、微分処理部２２０３は、図１０６で示すように、求められた近似関数f(x)について微分関数f(x)'を求め、空間方向Ｘについて、シフト量Cx（0.25），Cx(−0.25)だけずれた位置となる（Xin−Cx（0.25））と（Xin−Cx（−0.25））の位置での微分値をそれぞれf（Xin−Cx（0.25））'，f（Xin−Cx（−0.25））'として求め、その微分値に対応する位置情報を付加して、これを実世界推定情報として出力する。尚、最初の処理で画素値の情報が出力されているので画素値の情報は付加されない。
【０６０２】
ステップＳ２２０９において、再び、微分処理部２２０３は、求められている密度の画素を生成するのに必要なだけの微分値が求められているか否かを判定する。例えば、今の場合、４倍の密度となるための微分値が求められたことになるので、求められている密度の画素を生成するのに必要なだけの微分値が求められたと判定し、その処理は、ステップＳ２２１１に進む。
【０６０３】
ステップＳ２２１１において、参照画素抽出部２２０１は、全ての画素を処理したか否かを判定し、全ての画素を処理していないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２２０２に戻る。また、ステップＳ２２１１において、全ての画素を処理したと判定した場合、その処理は、終了する。
【０６０４】
上述のように、入力画像について、水平方向、および、垂直方向に４倍の密度となるように画素を生成する場合、画素は、分割される画素の中央の位置の近似関数の微分値を用いて、外挿補間により分割されるので、４倍密度の画素を生成するには、合計３個の微分値の情報が必要となる。
【０６０５】
すなわち、図１０５で示されるように、1画素について最終的には、画素Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４の４画素（図１０５において、画素Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４は、図中の４個のバツ印の位置を重心位置とする正方形であり、各辺の長さは、画素Pinが、それぞれ１であるので、画素Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４は、それぞれ略０．５となる）の生成に必要な微分値が必要となるので、４倍密度の画素を生成するには、まず、水平方向、または、垂直方向（今の場合、垂直方向）に２倍密度の画素を生成し（上述の最初のステップＳ２２０７，Ｓ２２０８の処理）、さらに、分割された２画素を、それぞれ最初に分割した方向と垂直の方向（今の場合、水平方向）に分割する（上述の２回目のステップＳ２２０７，Ｓ２２０８の処理）ためである。
【０６０６】
尚、以上の例においては、４倍密度の画素を演算する際の微分値を例として説明してきたが、それ以上の密度の画素を演算する場合、ステップＳ２２０７乃至Ｓ２２０９の処理を繰り返すことにより、画素値の演算に必要なさらに多くの微分値を求めるようにしてもよい。また、以上の例については、倍密度の画素値を求める例について説明してきたが、近似関数f(x)は連続関数であるので、倍密度以外の画素値についても必要な微分値を求めることが可能となる。
【０６０７】
以上によれば、注目画素近傍の画素の画素値を使用して、実世界を近似的に表現する近似関数を求め、空間方向の画素の生成必要な位置の微分値を実世界推定情報として出力することが可能となる。
【０６０８】
以上の図１０２において説明した実世界推定部１０２においては、画像を生成するのに必要な微分値を実世界推定情報として出力していたが、微分値とは、必要な位置での近似関数f(x)の傾きと同値のものである。
【０６０９】
そこで、次は、図１０７を参照して、近似関数f(x)を求めることなく、画素生成に必要な近似関数f(x)上の傾きのみを直接求めて、実世界推定情報として出力する実世界推定部１０２について説明する。
【０６１０】
参照画素抽出部２２１１は、データ定常性検出部１０１より入力されるデータ定常性情報（定常性の角度、または、領域の情報）に基づいて、入力画像の各画素が処理領域であるか否かを判定し、処理領域である場合には、入力画像から傾きを求めるために必要な参照画素の情報（演算に必要な注目画素を含む垂直方向に並ぶ周辺の複数の画素、または、注目画素を含む水平方向に並ぶ周辺の複数の画素の位置、および、それぞれの画素値の情報）を抽出して、傾き推定部２２１２に出力する。
【０６１１】
傾き推定部２２１２は、参照画素抽出部２２１１より入力された参照画素の情報に基づいて、画素生成に必要な画素位置の傾きの情報を生成して、実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。より詳細には、傾き推定部２２１２は、画素間の画素値の差分情報を用いて、実世界を近似的に表現する近似関数f(x)上の注目画素の位置における傾きを求め、これに、注目画素の位置情報、画素値、および、定常性の方向の傾きの情報を実世界推定情報として出力する。
【０６１２】
次に、図１０８のフローチャートを参照して、図１０７の実世界推定部１０２による実世界推定の処理について説明する。
【０６１３】
ステップＳ２２２１において、参照画素抽出部２２１１は、入力画像と共に、データ定常性検出部１０１よりデータ定常性情報としての角度、および、領域の情報を取得する。
【０６１４】
ステップＳ２２２２において、参照画素抽出部２２１１は、入力画像の未処理画素から注目画素を設定する。
【０６１５】
ステップＳ２２２３において、参照画像抽出部２２１１は、データ定常性情報の領域の情報に基づいて、注目画素が、処理領域のものであるか否かを判定し、処理領域の画素ではないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２２２８に進み、その注目画素については、処理領域外であることを傾き推定部２２１２に伝え、これに応じて、傾き推定部２２１２が、対応する注目画素についての傾きを０として、さらに、その注目画素の画素値を付加して実世界推定情報として画像生成部１０３に出力すると共に、その処理は、ステップＳ２２２９に進む。また、注目画素が処理領域のものであると判定された場合、その処理は、ステップＳ２２２４に進む。
【０６１６】
ステップＳ２２２４において、参照画素抽出部２２１１は、データ定常性情報に含まれる角度の情報から、データ定常性の有する方向が、水平方向に近い角度か、または、垂直に近い角度であるか否かを判定する。すなわち、参照画素抽出部２２１１は、データ定常性の有する角度θが、0度≦θ＜45度、または、135度≦θ＜180度となる場合、注目画素の定常性の方向は、水平方向に近いと判定し、データ定常性の有する角度θが、45度≦θ＜135度となる場合、注目画素の定常性の方向は、垂直方向に近いと判定する。
【０６１７】
ステップＳ２２２５において、参照画素抽出部２２１１は、判定した方向に対応した参照画素の位置情報、および、画素値をそれぞれ入力画像から抽出し、傾き推定部２２１２に出力する。すなわち、参照画素は、後述する傾きを演算する際に使用されるデータとなるので、定常性の方向を示す傾きに応じて抽出されることが望ましい。従って、水平方向、または、垂直方向のいずれかの判定方向に対応して、その方向に長い範囲の参照画素が抽出される。より具体的には、例えば、傾きが垂直方向に近いと判定された場合、参照画素抽出部２２１１は、図１０９で示されるように、図１０９中の中央の画素（０，０）を注目画素とするとき、画素（０，２），（０，１），（０，０），（０，−１），（０，−２）のそれぞれの画素値を抽出する。尚、図１０９においては、各画素の大きさが水平方向、および、垂直方向についてそれぞれ１であるものとする。
【０６１８】
すなわち、参照画素抽出部２２１１は、注目画素を中心として垂直（上下）方向にそれぞれ２画素の合計５画素となるように、垂直方向に長い範囲の画素を参照画素として抽出する。
【０６１９】
逆に、水平方向であると判定された場合、注目画素を中心として水平（左右）方向に２画素の合計５画素となるように、水平方向に長い範囲の画素を参照画素として抽出して、傾き推定部２２１２に出力する。もちろん、参照画素は、上述のように５画素に限定されるものではなく、それ以外の個数であってもよい。
【０６２０】
ステップＳ２２２６において、傾き推定部２２１２は、参照画素抽出部２２１１より入力された参照画素の情報と、定常性方向の傾きＧ_fに基づいて、それぞれの画素値のシフト量を演算する。すなわち、空間方向Ｙ=0に対応する近似関数f(x)を基準とした場合、空間方向Ｙ＝−２，−１，１，２に対応する近似関数は、図１０９で示されるように、定常性の傾きＧ_fに沿って連続していることになるので、各近似関数は、f(x−Cx(2))，f(x−Cx(1))，f(x−Cx(−1))，f(x−Cx(−2))のように記述され、空間方向Ｙ＝−２，−１，１，２毎に、各シフト量分だけ空間方向Ｘにずれた関数として表現される。
【０６２１】
そこで、傾き推定部２２１２は、これらのシフト量Cx（−２）乃至Cx（２）を求める。例えば、参照画素が、図１０９で示されるように抽出された場合、そのシフト量は、図中の参照画素（０，２）は、Cx(２)＝２／Ｇ_fとなり、参照画素（０，１）は、Cx(１)＝１／Ｇ_fとなり、参照画素（０，０）は、Cx(０)＝０となり、参照画素（０，−１）は、Cx(−１)＝−１／Ｇ_fとなり、参照画素（０，−２）は、Cx(−２)＝−２／Ｇ_fとなる。
【０６２２】
ステップＳ２２２７において、傾き推定部２２１２は、注目画素の位置における近似関数f(x)上の傾きを演算する（推定する）。例えば、図１０９で示されるように、注目画素について定常性の方向が、垂直方向に近い角度の場合、水平方向に隣接する画素間では画素値が大きく異なるので、垂直方向の画素間では、画素間の変化が小さく、変化が類似していることから、傾き推定部２２１２は、垂直方向の画素間の変化をシフト量による空間方向Ｘの変化と捕らえることにより、垂直方向の画素間の差分を水平方向の画素間の差分に置き換えて、注目画素の位置における近似関数f(x)上での傾きを求める。
【０６２３】
すなわち、現実世界を近似的に記述する近似関数f(x)が存在すると仮定すると、上述のシフト量と各参照画素の画素値との関係は、図１１０で示されるようなものとなる。ここで、図１０９の各画素の画素値は、上からP（０，２），P（０，１），P（０，０），P（０，−１），P（０，−２）で表される。結果として、注目画素（０，０）近傍の画素値Pとシフト量Cxは、（Ｐ，Ｃｘ）＝（Ｐ（０，２），−Cx（２）），（Ｐ（０，１），−Cx（１）），（Ｐ（０，−１），−Cx（−１）），（Ｐ（０，−２），−Cx（−２）），（Ｐ（０，０），０）の５組の関係が得られることになる。
【０６２４】
ところで、画素値Ｐ、シフト量Ｃx、および、傾きＫｘ（近似関数f(x)上の傾き）は、以下のような式（３２）のような関係が成立することになる。
【０６２５】
Ｐ＝Ｋｘ×Ｃx
・・・（３２）
【０６２６】
上述の式（３２）は、変数Ｋｘについての１変数の関数であるので、傾き推定部２２１２は、この変数Ｋｘ（傾き）について、１変数の最小自乗法により傾きＫｘを求める。
【０６２７】
すなわち、傾き推定部２２１２は、以下に示すような式（３３）のような正規方程式を解くことにより、注目画素の傾きを求め、注目画素の画素値、および、定常性の方向の傾きの情報を付加して、実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。
【０６２８】
【数２４】

【０６２９】
ここで、ｉは、上述の参照画素の画素値Ｐとシフト量Ｃの組をそれぞれ識別する番号であり、１乃至ｍである。また、ｍは、注目画素を含む参照画素の個数となる。
【０６３０】
ステップＳ２２２９において、参照画素抽出部２２１１は、全ての画素を処理したか否かを判定し、全ての画素を処理していないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２２２２に戻る。また、ステップＳ２２２９において、全ての画素が処理されたと判定された場合、その処理は、終了する。
【０６３１】
尚、上述の処理により実世界推定情報として出力される傾きは、最終的に求めようとする画素値を外挿補間して演算する際に使用される。また、以上の例においては、２倍密度の画素を演算する際の傾きを例として説明してきたが、それ以上の密度の画素を演算する場合、画素値の演算に必要な、さらに多くの位置での傾きを求めるようにしてもよい。
【０６３２】
例えば、図１０５で示されるように、水平方向に２倍の密度で、かつ、垂直方向に２倍の密度の空間方向に合計４倍の密度の画素を生成する場合、上述したように、図１０５中のPin，Pa，Pbのそれぞれの位置に対応する近似関数f(x)の傾きＫｘを求めるようにすればよい。
【０６３３】
また、以上の例については、倍密度の画素値を求める例について説明してきたが、近似関数f(x)は連続関数であるので、倍密度以外の位置の画素の画素値についても必要な傾きを求めることが可能となる。
【０６３４】
以上によれば、注目画素近傍の画素の画素値を使用して、実世界を近似的に表現する近似関数を求めることなく、空間方向の画素の生成必要な位置の近似関数上の傾きを実世界推定情報として生成し、さらに出力することが可能となる。
【０６３５】
次に、図１１１を参照して、定常性を有する領域における、画素毎のフレーム方向（時間方向）の近似関数上の微分値を実世界推定情報として出力する実世界推定部１０２について説明する。
【０６３６】
参照画素抽出部２２３１は、データ定常性検出部１０１より入力されるデータ定常性情報（定常性の動き（動きベクトル）、および、領域の情報）に基づいて、入力画像の各画素が処理領域であるか否かを判定し、処理領域である場合には、入力画像から実世界の近似関数を求めるために必要な参照画素の情報（演算に必要な注目画素周辺の複数の画素の位置、および、画素値の情報）を抽出して、近似関数推定部２２３２に出力する。
【０６３７】
近似関数推定部２２３２は、参照画素抽出部２２３１より入力されたフレーム方向の参照画素の情報に基づいて注目画素周辺の現実世界を近似的に記述する近似関数を最小自乗法に基づいて推定し、推定した関数を微分処理部２２３３に出力する。
【０６３８】
微分処理部２２３３は、近似関数推定部２２３２より入力されたフレーム方向の近似関数に基づいて、データ定常性情報の動きに応じて、注目画素から生成しようとする画素の位置のフレーム方向のシフト量を求め、そのシフト量に応じたフレーム方向の近似関数上の位置における微分値（定常性に対応する線からの１次元方向に沿った距離に対応する各画素の画素値を近似する関数の微分値）を演算し、さらに、注目画素の位置、画素値、および、定常性の動きの情報を付加して、これを実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。
【０６３９】
次に、図１１２のフローチャートを参照して、図１１１の実世界推定部１０２による実世界推定の処理について説明する。
【０６４０】
ステップＳ２２４１において、参照画素抽出部２２３１は、入力画像と共に、データ定常性検出部１０１よりデータ定常性情報としての動き、および、領域の情報を取得する。
【０６４１】
ステップＳ２２４２において、参照画素抽出部２２３１は、入力画像の未処理画素から注目画素を設定する。
【０６４２】
ステップＳ２２４３において、参照画像抽出部２２３１は、データ定常性情報の領域の情報に基づいて、注目画素が、処理領域のものであるか否かを判定し、処理領域の画素ではないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２２５０に進み、その注目画素については、処理領域外であることを近似関数推定部２２３２を介して、微分処理部２２３３に伝え、これに応じて、微分処理部２２３３が、対応する注目画素についての微分値を０として、さらに、その注目画素の画素値を付加して実世界推定情報として画像生成部１０３に出力すると共に、その処理は、ステップＳ２２５１に進む。また、注目画素が処理領域のものであると判定された場合、その処理は、ステップＳ２２４４に進む。
【０６４３】
ステップＳ２２４４において、参照画素抽出部２２３１は、データ定常性情報に含まれる動きの情報から、データ定常性の動きが、空間方向に近い動きか、または、フレーム方向に近い動きであるか否かを判定する。すなわち、図１１３で示されるように、フレーム方向Ｔと空間方向Ｙからなる面において、フレーム方向を基準軸とした、時間と空間の面内の方向を示す角度をθｖとすれば、参照画素抽出部２２３１は、データ定常性の有する角度θｖが、0度≦θｖ＜45度、または、135度≦θｖ＜180度となる場合、注目画素の定常性の動きは、フレーム方向（時間方向）に近いと判定し、データ定常性の有する角度θｖが、45度≦θｖ＜135度となる場合、注目画素の定常性の動きは、空間方向に近いと判定する。
【０６４４】
ステップＳ２２４５において、参照画素抽出部２２３１は、判定した方向に対応した参照画素の位置情報、および、画素値をそれぞれ入力画像から抽出し、近似関数推定部２２３２に出力する。すなわち、参照画素は、後述する近似関数を演算する際に使用されるデータとなるので、角度に応じて抽出されることが望ましい。従って、フレーム方向、または、空間方向のいずれかの判定方向に対応して、その方向に長い範囲の参照画素が抽出される。より具体的には、例えば、図１１３で示されるように、動き方向Ｖ_fが空間方向に近いと、空間方向であると判定され、この場合、参照画素抽出部２２３１は、例えば、図１１３で示されるように、図１１３中の中央の画素（ｔ，ｙ）＝（０，０）を注目画素とするとき、画素（ｔ，ｙ）＝（−１，２），（−１，１），（−１，０），（−１，−１），（−１，−２），（０，２），（０，１），（０，０），（０，−１），（０，−２），（１，２），（１，１），（１，０），（１，−１），（１，−２）のそれぞれの画素値を抽出する。尚、図１１３においては、各画素のフレーム方向、および、空間方向の大きさが１であるものとする。
【０６４５】
すなわち、参照画素抽出部２２３１は、注目画素を中心として空間（図中の上下）方向にそれぞれ２画素×フレーム（図中の左右）方向にそれぞれ１フレーム分の合計１５画素となるように、フレーム方向に対して空間方向が長い範囲の画素を参照画素として抽出する。
【０６４６】
逆に、フレーム方向であると判定された場合、注目画素を中心として空間（図中の上下）方向にそれぞれ１画素×フレーム（図中の左右）方向にそれぞれ２フレーム分の合計１５画素となるように、フレーム方向に長い範囲の画素を参照画素として抽出して、近似関数推定部２２３２に出力する。もちろん、参照画素は、上述のように１５画素に限定されるものではなく、それ以外の個数であってもよい。
【０６４７】
ステップＳ２２４６において、近似関数推定部２２３２は、参照画素抽出部２２３１より入力された参照画素の情報に基づいて、最小自乗法により近似関数f(t)を推定し、微分処理部２２３３に出力する。
【０６４８】
すなわち、近似関数f(t)は、以下の式（３４）で示されるような多項式である。
【０６４９】
【数２５】

【０６５０】
このように、式（３４）の多項式の各係数W₁乃至W_n+1が求められれば、実世界を近似するフレーム方向の近似関数f(t)が求められることになる。しかしながら、係数の数よりも多くの参照画素値が必要となるので、例えば、参照画素が、図１１３で示されるような場合、合計１５画素であるので、多項式の係数は、１５個までしか求められない。そこで、この場合、多項式は、１４次までの多項式とし、係数W₁乃至W₁₅を求めることにより近似関数を推定するものとする。尚、今の場合、１５次の多項式からなる近似関数f(x)を設定して、連立方程式としてもよい。
【０６５１】
従って、図１１３で示される１５個の参照画素値を用いるとき、近似関数推定部２２３２は、以下の式（３５）を、最小自乗法を用いて解くことにより推定する。
【０６５２】

【０６５３】
尚、多項式の次数にあわせて、参照画素の数を変えるようにしてもよい。
【０６５４】
ここで、Ct(ty)は、シフト量であり、上述のCx(ty)と同様のものであり、定常性の傾きがＶ_fで示されるとき、Ct(ty)＝ty／Ｖ_fで定義される。このシフト量Ct(ty)は、空間方向Ｙ＝0の位置上で定義される近似関数f(t)が、傾きＶ_fに沿って、連続している（定常性を有している）ことを前提としたとき、空間方向Ｙ=tyの位置における、フレーム方向Ｔに対するずれ幅を示すものである。従って、例えば、空間方向Ｙ＝0の位置上で近似関数がf(t)として定義されている場合、この近似関数f(t)は、空間方向Ｙ=tyにおいては、フレーム方向（時間方向）ＴについてCt(ty)だけずれているはずなので、関数は、f(t−Ct(ty))（＝f(t−ty／Ｖ_f)）で定義されることになる。
【０６５５】
ステップＳ２２４７において、微分処理部２２３３は、近似関数推定部２２３２より入力された近似関数f(t)に基づいて、生成しようとする画素の位置における、シフト量を求める。
【０６５６】
すなわち、フレーム方向、および、空間方向にそれぞれ２倍の密度（合計４倍の密度）となるように画素を生成する場合、微分処理部２２３３は、例えば、まず、空間方向に２倍の密度となる画素Pat，Pbtに２分割するために、図１１４で示されるように、注目画素の中心位置がPin（Tin，Yin）での微分値を求めるため、中心位置のPin（Tin，Yin）のシフト量を求める。このシフト量は、Ct(0)となるため、実質的には０となる。尚、図１１４中において、画素Pinは、（Tin，Yin）を略重心位置とする正方形であり、画素Pat，Pbtは、（Tin，Yin+0.25）、（Tin，Yin−0.25）をそれぞれ略重心位置とする図中水平方向に長い長方形である。また、注目画素Pinのフレーム方向Ｔの長さが１であるとは、１フレーム分のシャッタ時間に対応するものである。
【０６５７】
ステップＳ２２４８において、微分処理部２２３３は、近似関数f(t)を微分して、近似関数の１次微分関数f(t)'を求め、求められたシフト量に応じた位置での微分値を求めて、これを実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。すなわち、今の場合、微分処理部２２３３は、微分値f(Tin)'を求め、その位置（今の場合、注目画素（Tin，Yin））と、その画素値、および、定常性の方向の動きの情報とを付加して出力する。
【０６５８】
ステップＳ２２４９において、微分処理部２２３３は、求められている密度の画素を生成するのに必要なだけの微分値が求められているか否かを判定する。例えば、今の場合、空間方向に２倍の密度となるための微分値のみしか求められていない（フレーム方向に２倍の密度となるための微分値が求められていない）ので、求められている密度の画素を生成するのに必要なだけの微分値が求められていないと判定し、その処理は、ステップＳ２２４７に戻る。
【０６５９】
ステップＳ２２４７において、微分処理部２２３３は、再度、近似関数推定部２２３２より入力された近似関数f(t)に基づいて、生成しようとする画素の位置における、シフト量を求める。すなわち、微分処理部２２３３は、今の場合、２分割された画素Pat，Pbtのそれぞれをさらに２分割するために必要な微分値をそれぞれ求める。画素Pat，Pbtの画素の位置は、図１１４における黒丸で示すそれぞれの位置であるので、微分処理部２２３３は、それぞれの位置に対応するシフト量を求める。画素Pat，Pbtのシフト量は、それぞれCt（0.25），Ct(−0.25)となる。
【０６６０】
ステップＳ２２４８において、微分処理部２２３３は、近似関数f(t)を微分して、画素Pat，Pbtのそれぞれに対応したシフト量に応じた位置での微分値を求めて、これを実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。
【０６６１】
すなわち、図１１３で示した参照画素を使用する場合、微分処理部２２３３は、図１１５で示すように、求められた近似関数f(t)について微分関数f(t)'を求め、空間方向Ｔについて、シフト量Ct（0.25），Ct(−0.25)だけずれた位置となる（Tin−Ct（0.25））と（Tin−Ct（−0.25））の位置での微分値をそれぞれf（Tin−Ct（0.25））'，f（Tin−Ct（−0.25））'として求め、その微分値に対応する位置情報を付加して、これを実世界推定情報として出力する。尚、最初の処理で画素値の情報が出力されているので画素値の情報は付加されない。
【０６６２】
ステップＳ２２４９において、再び、微分処理部２２３３は、求められている密度の画素を生成するのに必要なだけの微分値が求められているか否かを判定する。例えば、今の場合、空間方向Ｙとフレーム方向Ｔについてそれぞれ２倍（合計４倍）の密度となるための微分値が求められたことになるので、求められている密度の画素を生成するのに必要なだけの微分値が求められたと判定し、その処理は、ステップＳ２２５１に進む。
【０６６３】
ステップＳ２２５１において、参照画素抽出部２２３１は、全ての画素を処理したか否かを判定し、全ての画素を処理していないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２２４２に戻る。また、ステップＳ２２５１において、全ての画素を処理したと判定した場合、その処理は、終了する。
【０６６４】
上述のように、入力画像について、フレーム方向（時間方向）、および、空間方向に４倍の密度となるように画素を生成する場合、画素は、分割される画素の中央の位置の近似関数の微分値を用いて、外挿補間により分割されるので、４倍密度の画素を生成するには、合計３個の微分値の情報が必要となる。
【０６６５】
すなわち、図１１４で示されるように、1画素について最終的には、画素Ｐ０１ｔ，Ｐ０２ｔ，Ｐ０３ｔ，Ｐ０４ｔの４画素（図１１４において、画素Ｐ０１ｔ，Ｐ０２ｔ，Ｐ０３ｔ，Ｐ０４ｔは、図中の４個のバツ印の位置を重心位置とする正方形であり、各辺の長さは、画素Pinが、それぞれ１であるので、画素Ｐ０１ｔ，Ｐ０２ｔ，Ｐ０３ｔ，Ｐ０４ｔは、それぞれ略０．５となる）の生成に必要な微分値が必要となるので、４倍密度の画素を生成するには、まず、フレーム方向、または、空間方向に２倍密度の画素を生成し（上述の最初のステップＳ２２４７，Ｓ２２４８の処理）、さらに、分割された２画素を、それぞれ最初に分割した方向と垂直の方向（今の場合、フレーム方向）に分割する（上述の２回目のステップＳ２２４７，Ｓ２２４８の処理）ためである。
【０６６６】
尚、以上の例においては、４倍密度の画素を演算する際の微分値を例として説明してきたが、それ以上の密度の画素を演算する場合、ステップＳ２２４７乃至Ｓ２２４９の処理を繰り返すことにより、画素値の演算に必要なさらに多くの微分値を求めるようにしてもよい。また、以上の例については、倍密度の画素値を求める例について説明してきたが、近似関数f(t)は連続関数であるので、倍密度以外の画素値についても必要な微分値を求めることが可能となる。
【０６６７】
以上によれば、注目画素近傍の画素の画素値を使用して、実世界を近似的に表現する近似関数を求め、画素の生成必要な位置の微分値を実世界推定情報として出力することが可能となる。
【０６６８】
以上の図１１１において説明した実世界推定部１０２においては、画像を生成するのに必要な微分値を実世界推定情報として出力していたが、微分値とは、必要な位置での近似関数f(t)の傾きと同値のものである。
【０６６９】
そこで、次は、図１１６を参照して、近似関数を求めることなく、画素生成に必要な、近似関数上のフレーム方向の傾きのみを直接求めて、実世界推定情報として出力する実世界推定部１０２について説明する。
【０６７０】
参照画素抽出部２２５１は、データ定常性検出部１０１より入力されるデータ定常性情報（定常性の動き、および、領域の情報）に基づいて、入力画像の各画素が処理領域であるか否かを判定し、処理領域である場合には、入力画像から傾きを求めるために必要な参照画素の情報（演算に必要な注目画素を含む空間方向に並ぶ周辺の複数の画素、または、注目画素を含むフレーム方向に並ぶ周辺の複数の画素の位置、および、それぞれの画素値の情報）を抽出して、傾き推定部２２５２に出力する。
【０６７１】
傾き推定部２２５２は、参照画素抽出部２２５１より入力された参照画素の情報に基づいて、画素生成に必要な画素位置の傾きの情報を生成して、実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。より詳細には、傾き推定部２２５２は、画素間の画素値の差分情報を用いて、実世界を近似的に表現する近似関数上の注目画素の位置におけるフレーム方向の傾きを求め、これに、注目画素の位置情報、画素値、および、定常性の方向の動きの情報を実世界推定情報として出力する。
【０６７２】
次に、図１１７のフローチャートを参照して、図１１６の実世界推定部１０２による実世界推定の処理について説明する。
【０６７３】
ステップＳ２２６１において、参照画素抽出部２２５１は、入力画像と共に、データ定常性検出部１０１よりデータ定常性情報としての動き、および、領域の情報を取得する。
【０６７４】
ステップＳ２２６２において、参照画素抽出部２２５１は、入力画像の未処理画素から注目画素を設定する。
【０６７５】
ステップＳ２２６３において、参照画像抽出部２２５１は、データ定常性情報の領域の情報に基づいて、注目画素が、処理領域のものであるか否かを判定し、処理領域の画素ではないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２２６８に進み、その注目画素については、処理領域外であることを傾き推定部２２５２に伝え、これに応じて、傾き推定部２２５２が、対応する注目画素についての傾きを０として、さらに、その注目画素の画素値を付加して実世界推定情報として画像生成部１０３に出力すると共に、その処理は、ステップＳ２２６９に進む。また、注目画素が処理領域のものであると判定された場合、その処理は、ステップＳ２２６４に進む。
【０６７６】
ステップＳ２２６４において、参照画素抽出部２２５１は、データ定常性情報に含まれる動きの情報から、データ定常性の動きが、フレーム方向に近い動きか、または、空間方向に近い動きであるか否かを判定する。すなわち、フレーム方向Ｔと空間方向Ｙからなる面において、フレーム方向を基準軸とした、時間と空間の面内の方向を示す角度をθｖとすれば、参照画素抽出部２２５１は、データ定常性の動きの角度θｖが、0度≦θｖ＜45度、または、135度≦θｖ＜180度となる場合、注目画素の定常性の動きは、フレーム方向に近いと判定し、データ定常性の有する角度θｖが、45度≦θｖ＜135度となる場合、注目画素の定常性の動きは、空間方向に近いと判定する。
【０６７７】
ステップＳ２２６５において、参照画素抽出部２２５１は、判定した方向に対応した参照画素の位置情報、および、画素値をそれぞれ入力画像から抽出し、傾き推定部２２５２に出力する。すなわち、参照画素は、後述する傾きを演算する際に使用されるデータとなるので、定常性の動きに応じて抽出されることが望ましい。従って、フレーム方向、または、空間方向のいずれかの判定方向に対応して、その方向に長い範囲の参照画素が抽出される。より具体的には、例えば、動きが空間方向に近いと判定された場合、参照画素抽出部２２５１は、図１１８で示されるように、図１１８中の中央の画素（ｔ，ｙ）＝（０，０）を注目画素とするとき、画素（ｔ，ｙ）＝（０，２），（０，１），（０，０），（０，−１），（０，−２）のそれぞれの画素値を抽出する。尚、図１１８においては、各画素の大きさがフレーム方向、および、空間方向についてそれぞれ１であるものとする。
【０６７８】
すなわち、参照画素抽出部２２５１は、注目画素を中心として空間（図中の上下）方向にそれぞれ２画素の合計５画素となるように、空間方向に長い範囲の画素を参照画素として抽出する。
【０６７９】
逆に、フレーム方向であると判定された場合、注目画素を中心としてフレーム（図中の左右）方向に２画素の合計５画素となるように、フレーム方向に長い範囲の画素を参照画素として抽出して、近似関数推定部２２５２に出力する。もちろん、参照画素は、上述のように５画素に限定されるものではなく、それ以外の個数であってもよい。
【０６８０】
ステップＳ２２６６において、傾き推定部２２５２は、参照画素抽出部２２５１より入力された参照画素の情報と、定常性方向の動きＶ_fの方向に基づいて、それぞれの画素値のシフト量を演算する。すなわち、空間方向Ｙ=0に対応する近似関数f(t)を基準とした場合、空間方向Ｙ＝−２，−１，１，２に対応する近似関数は、図１１８で示されるように、定常性の傾きＶ_fに沿って連続していることになるので、各近似関数は、f(t−Ct(2))，f(t−Ct(1))，f(t−Ct(−1))，f(t−Ct(−2))のように記述され、空間方向Ｙ＝−２，−１，１，２毎に、各シフト量分だけフレーム方向Ｔにずれた関数として表現される。
【０６８１】
そこで、傾き推定部２２５２は、これらのシフト量Ct（−２）乃至Ct（２）を求める。例えば、参照画素が、図１１８で示されるように抽出された場合、そのシフト量は、図中の参照画素（０，２）は、Ct(２)＝２／Ｖ_fとなり、参照画素（０，１）は、Ct(１)＝１／Ｖ_fとなり、参照画素（０，０）は、Ct(０)＝０となり、参照画素（０，−１）は、Ct(−１)＝−１／Ｖ_fとなり、参照画素（０，−２）は、Ct(−２)＝−２／Ｖ_fとなる。傾き推定部２２５２は、これらのシフト量Ct（−２）乃至Ct（２）を求める。
【０６８２】
ステップＳ２２６７において、傾き推定部２２５２は、注目画素のフレーム方向の傾きを演算する（推定する）。例えば、図１１８で示されるように、注目画素について定常性の方向が、空間方向に近い角度の場合、フレーム方向に隣接する画素間では画素値が大きく異なるので、空間方向の画素間では、画素間の変化が小さく、変化が類似していることから、傾き推定部２２５２は、空間方向の画素間の変化をシフト量によるフレーム方向Ｔの変化と捕らえることにより、空間方向の画素間の差分をフレーム方向の画素間の差分に置き換えて、注目画素での傾きを求める。
【０６８３】
すなわち、現実世界を近似的に記述する関数f(t)が存在すると仮定すると、上述のシフト量と各参照画素の画素値との関係は、図１１９で示されるようなものとなる。ここで、図１１９の各画素の画素値は、上からP（０，２），P（０，１），P（０，０），P（０，−１），P（０，−２）で表される。結果として、注目画素（０，０）近傍の画素値Pとシフト量Ctは、（Ｐ，Ｃt）＝（Ｐ（０，２），−Ct（２）），（Ｐ（０，１），−Ct（１）），（Ｐ（０，−１）），−Ct（−１）），（Ｐ（０，−２），−Ct（−２）），（Ｐ（０，０），０）の５組の関係が得られることになる。
【０６８４】
ところで、画素値Ｐ、シフト量Ｃｔ、および、傾きＫｔ（近似関数f(t)上の傾き）は、以下のような式（３６）のような関係が成立することになる。
【０６８５】
Ｐ＝Ｋｔ×Ｃｔ・・・（３６）
【０６８６】
上述の式（３６）は、変数Ｋｔについての１変数の関数であるので、傾き推定部２２５２は、この変数Ｋｔ（傾き）について、１変数の最小自乗法により傾きＫｔを求める。
【０６８７】
すなわち、傾き推定部２２５２は、以下に示すような式（３７）のような正規方程式を解くことにより、注目画素の傾きを求め、注目画素の画素値、および、定常性の方向の傾きの情報を付加して、実世界推定情報として画像生成部１０３に出力する。
【０６８８】
【数２６】

【０６８９】
ここで、ｉは、上述の参照画素の画素値Ｐとシフト量Ｃｔの組をそれぞれ識別する番号であり、１乃至ｍである。また、ｍは、注目画素を含む参照画素の個数となる。
【０６９０】
ステップＳ２２６９において、参照画素抽出部２２５１は、全ての画素を処理したか否かを判定し、全ての画素を処理していないと判定した場合、その処理は、ステップＳ２２６２に戻る。また、ステップＳ２２６９において、全ての画素が処理されたと判定された場合、その処理は、終了する。
【０６９１】
尚、上述の処理により実世界推定情報として出力されるフレーム方向の傾きは、最終的に求めようとする画素値を外挿補間して演算する際に使用される。また、以上の例においては、２倍密度の画素を演算する際の傾きを例として説明してきたが、それ以上の密度の画素を演算する場合、画素値の演算に必要な、さらに多くの位置での傾きを求めるようにしてもよい。
【０６９２】
例えば、図１１４で示されるように、水平方向に２倍の密度で、かつ、フレーム方向に２倍の密度の時空間方向に合計４倍の密度の画素を生成する場合、上述したように、図１１４中のPin，Pat，Pbtのそれぞれの位置に対応する近似関数f(t)の傾きＫｔを求めるようにすればよい。
【０６９３】
また、以上の例については、倍密度の画素値を求める例について説明してきたが、近似関数f(t)は連続関数であるので、倍密度以外の位置の画素の画素値についても必要な傾きを求めることが可能となる。
【０６９４】
言うまでもなく、フレーム方向、または、空間方向に対する近似関数上の傾き、または、微分値を求める処理の順序は問わない。さらに、空間方向において、上述の例においては、空間方向Ｙとフレーム方向Ｔとの関係を用いて、説明してきたが、空間方向Ｘとフレーム方向Ｔとの関係を用いたものであってもよい。さらに、時空間方向のいずれか２次元の関係から（いずれから１次元の方向の）傾き、または、微分値を選択的に求めるようにしてもよい。
【０６９５】
以上によれば、それぞれ時空間積分効果を有する、センサの複数の検出素子により現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した、検出素子により射影された画素値を有する複数の画素からなる画像データにおけるデータの定常性を検出し、検出した定常性に対応して、画像データ内の注目画素に対して時空間方向のうち１次元方向の位置に対応する複数画素の画素値の傾きを、現実世界の光信号に対応する関数として推定するようにしたので、注目画素近傍の画素の画素値を使用して、実世界を近似的に表現するフレーム方向の近似関数を求めることなく、画素の生成必要な位置のフレーム方向（時間方向）の近似関数上の傾きを実世界推定情報として生成し、さらに出力することが可能となる。
【０６９６】
次に、図１２０乃至図１５０を参照して、実世界推定部１０２（図３）の実施の形態の他の例について説明する。
【０６９７】
図１２０は、この例の実施の形態の原理を説明する図である。
【０６９８】
図１２０で示されるように、センサ２に入射される画像である、実世界１の信号（光の強度の分布）は、所定の関数Ｆで表される。なお、以下、この例の実施の形態の説明においては、画像である、実世界１の信号を、特に光信号と称し、関数Ｆを、特に光信号関数Ｆと称する。
【０６９９】
この例の実施の形態においては、光信号関数Ｆで表される実世界１の光信号が所定の定常性を有する場合、実世界推定部１０２が、センサ２からの入力画像（定常性に対応するデータの定常性を含む画像データ）と、データ定常性検出部１０１からのデータ定常性情報（入力画像のデータの定常性に対応するデータ定常性情報）を使用して、光信号関数Ｆを所定の関数ｆで近似することによって、光信号関数Ｆを推定する。なお、以下、この例の実施の形態の説明においては、関数ｆを、特に近似関数fと称する。
【０７００】
換言すると、この例の実施の形態においては、実世界推定部１０２が、近似関数fで表されるモデル１６１（図７）を用いて、光信号関数Ｆで表される画像（実世界１の光信号）を近似（記述）する。従って、以下、この例の実施の形態を、関数近似手法と称する。
【０７０１】
ここで、関数近似手法の具体的な説明に入る前に、本願出願人が関数近似手法を発明するに至った背景について説明する。
【０７０２】
図１２１は、センサ２がＣＣＤとされる場合の積分効果を説明する図である。
【０７０３】
図１２１で示されるように、センサ２の平面上には、複数の検出素子２−１が配置されている。
【０７０４】
図１２１の例では、検出素子２−１の所定の１辺に平行な方向が、空間方向の１方向であるＸ方向とされており、Ｘ方向に垂直な方向が、空間方向の他方向であるＹ方向とされている。そして、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向が、時間方向であるｔ方向とされている。
【０７０５】
また、図１２１の例では、センサ２の各検出素子２−１のそれぞれの空間的な形状は、１辺の長さが１の正方形とされている。そして、センサ２のシャッタ時間（露光時間）が１とされている。
【０７０６】
さらに、図１２１の例では、センサ２の所定の１つの検出素子２−１の中心が、空間方向（Ｘ方向とＹ方向）の原点（Ｘ方向の位置ｘ＝０、およびＹ方向の位置ｙ＝０）とされており、また、露光時間の中間時刻が、時間方向（ｔ方向）の原点（ｔ方向の位置ｔ＝０）とされている。
【０７０７】
この場合、空間方向の原点（ｘ＝０,ｙ＝０）にその中心が存在する検出素子２−１は、Ｘ方向に-0.5乃至0.5の範囲、Ｙ方向に-0.5乃至0.5の範囲、およびｔ方向に-0.5乃至0.5の範囲で光信号関数F(x,y,t)を積分し、その積分値を画素値Ｐとして出力することになる。
【０７０８】
即ち、空間方向の原点にその中心が存在する検出素子２−１から出力される画素値Ｐは、次の式（３８）で表される。
【０７０９】
【数２７】

【０７１０】
その他の検出素子２−１も同様に、対象とする検出素子２−１の中心を空間方向の原点とすることで、式（３８）で示される画素値Ｐを出力することになる。
【０７１１】
図１２２は、センサ２の積分効果の具体的な例を説明する図である。
【０７１２】
図１２２において、Ｘ方向とＹ方向は、センサ２のＸ方向とＹ方向（図１２１）を表している。
【０７１３】
実世界１の光信号のうちの１部分（以下、このような部分を、領域と称する）２３０１は、所定の定常性を有する領域の１例を表している。
【０７１４】
なお、実際には、領域２３０１は連続した光信号の１部分（連続した領域）である。これに対して、図１２２においては、領域２３０１は、２０個の小領域（正方形の領域）に区分されているように示されている。これは、領域２３０１の大きさが、Ｘ方向に対して４個分、かつＹ方向に対して５個分のセンサ２の検出素子（画素）が並んだ大きさに相当することを表すためである。即ち、領域２３０１内の２０個の小領域（仮想領域）のそれぞれは１つの画素に相当する。
【０７１５】
また、領域２３０１のうちの図中白い部分は細線に対応する光信号を表している。従って、領域２３０１は、細線が続く方向に定常性を有していることになる。そこで、以下、領域２３０１を、細線含有実世界領域２３０１と称する。
【０７１６】
この場合、細線含有実世界領域２３０１（実世界１の光信号の１部分）がセンサ２により検出されると、センサ２からは、積分効果により、入力画像（画素値）の領域２３０２（以下、細線含有データ領域２３０２と称する）が出力される。
【０７１７】
なお、細線含有データ領域２３０２の各画素のそれぞれは、図中、画像として示されているが、実際には、所定の１つの値を表すデータである。即ち、細線含有実世界領域２３０１は、センサ２の積分効果により、所定の１つの画素値をそれぞれ有する２０個の画素（Ｘ方向に４画素分、かつＹ方向に５画素分の総計２０個の画素）に区分された細線含有データ領域２３０２に変化してしまう（歪んでしまう）。
【０７１８】
図１２３は、センサ２の積分効果の具体的な他の例（図１２２とは異なる例）を説明する図である。
【０７１９】
図１２３において、Ｘ方向とＹ方向は、センサ２のＸ方向とＹ方向（図１２１）を表している。
【０７２０】
実世界１の光信号の１部分（領域）２３０３は、所定の定常性を有する領域の他の例（図１２２の細線含有実世界領域２３０１とは異なる例）を表している。
【０７２１】
なお、領域２３０３は、細線含有実世界領域２３０１と同じ大きさを有する領域である。即ち、細線含有実世界領域２３０１と同様に、領域２３０３も、実際には連続した実世界１の光信号の１部分（連続した領域）であるが、図１２３においては、センサ２の１画素に相当する２０個の小領域（正方形の領域）に区分されているように示されている。
【０７２２】
また、領域２３０３は、所定の第１の光の強度（値）を有する第１の部分と、所定の第２の光の強度（値）を有する第２の部分のエッジを含んでいる。従って、領域２３０３は、エッジが続く方向に定常性を有していることになる。そこで、以下、領域２３０３を、２値エッジ含有実世界領域２３０３と称する。
【０７２３】
この場合、２値エッジ含有実世界領域２３０３（実世界１の光信号の１部分）がセンサ２により検出されると、センサ２からは、積分効果により、入力画像（画素値）の領域２３０４（以下、２値エッジ含有データ領域２３０４と称する）が出力される。
【０７２４】
なお、２値エッジ含有データ領域２３０４の各画素値のそれぞれは、細線含有データ領域２３０２と同様に、図中、画像として表現されているが、実際には、所定の値を表すデータである。即ち、２値エッジ含有実世界領域２３０３は、センサ２の積分効果により、所定の１つの画素値をそれぞれ有する２０個の画素（Ｘ方向に４画素分、かつＹ方向に５画素分の総計２０個の画素）に区分された２値エッジ含有データ領域２３０４に変化してしまう（歪んでしまう）。
【０７２５】
従来の画像処理装置は、このような細線含有データ領域２３０２や２値エッジ含有データ領域２３０４等、センサ２から出力された画像データを原点（基準）とするとともに、画像データを処理の対象として、それ以降の画像処理を行っていた。即ち、センサ２から出力された画像データは、積分効果により実世界１の光信号とは異なるもの（歪んだもの）となっているにも関わらず、従来の画像処理装置は、その実世界１の光信号とは異なるデータを正として画像処理を行っていた。
【０７２６】
その結果、従来の画像処理装置では、センサ２から出力された段階で、実世界のディテールがつぶれてしまった波形（画像データ）を基準として、その波形から、元のディテールを復元することは非常に困難であるという課題があった。
【０７２７】
そこで、関数近似手法においては、この課題を解決するために、上述したように（図１２０で示されるように）、実世界推定部１０２が、細線含有データ領域２３０２や２値エッジ含有データ領域２３０４のようなセンサ２から出力された画像データ（入力画像）から、光信号関数Ｆ（実世界１の光信号）を近似関数fで近似することによって、光信号関数Ｆを推定する。
【０７２８】
これにより、実世界推定部１０２より後段において（いまの場合、図３の画像生成部１０３）、積分効果が考慮された画像データ、即ち、近似関数fにより表現可能な画像データを原点として、その処理を実行することが可能になる。
【０７２９】
以下、図面を参照して、このような関数近似手法のうちの３つの具体的な手法（第１乃至第３の関数近似手法）のそれぞれについて個別に説明していく。
【０７３０】
はじめに、図１２４乃至図１３８を参照して、第１の関数近似手法について説明する。
【０７３１】
図１２４は、上述した図１２２で示される細線含有実世界領域２３０１を再度表した図である。
【０７３２】
図１２４において、Ｘ方向とＹ方向は、センサ２のＸ方向とＹ方向（図１２１）を表している。
【０７３３】
第１の関数近似手法は、例えば、図１２４で示されるような細線含有実世界領域２３０１に対応する光信号関数F(x,y,t)をＸ方向（図中矢印２３１１の方向）に射影した１次元の波形（以下、このような波形を、X断面波形F(x)と称する）を、n次（nは、任意の整数）の多項式である近似関数f(x)で近似する手法である。従って、以下、第１の関数近似手法を、特に、１次元多項式近似手法と称する。
【０７３４】
なお、１次元多項式近似手法において、近似の対象となるX断面波形F(ｘ)は、勿論、図１２４の細線含有実世界領域２３０１に対応するものに限定されない。即ち、後述するように、１次元多項式近似手法においては、定常性を有する実世界１の光信号に対応するX断面波形F(x)であれば、いずれのものでも近似することが可能である。
【０７３５】
また、光信号関数F(x,y,t)の射影の方向はＸ方向に限定されず、Ｙ方向またはｔ方向でもよい。即ち、１次元多項式近似手法においては、光信号関数F(x,y,t)をＹ方向に射影した関数F(y)を、所定の近似関数f(y)で近似することも可能であるし、光信号関数F(x,y,t)をt方向に射影した関数F(t)を、所定の近似関数f(t)で近似することも可能である。
【０７３６】
より詳細には、１次元多項式近似手法は、例えば、X断面波形F(x)を、次の式（３９）で示されるような、ｎ次の多項式である近似関数f(x)で近似する手法である。
【０７３７】
【数２８】

【０７３８】
即ち、１次元多項式近似手法においては、実世界推定部１０２が、式（３９）のx^iの係数（特徴量）w_iを演算することで、X断面波形F(x)を推定する。
【０７３９】
この特徴量w_iの演算方法は、特に限定されず、例えば、次の第１乃至第３の方法が使用可能である。
【０７４０】
即ち、第１の方法は、従来から利用されている方法である。
【０７４１】
これに対して、第２の方法は、本願出願人が新たに発明した方法であって、第１の方法に対して、さらに、空間方向の定常性を考慮した方法である。
【０７４２】
しかしながら、後述するように、第１の方法と第２の方法においては、センサ２の積分効果が考慮されていない。従って、第１の方法または第２の方法により演算された特徴量w_iを上述した式（３９）に代入して得られる近似関数f(x)は、入力画像の近似関数ではあるが、厳密には、X断面波形F(x)の近似関数とは言えない。
【０７４３】
そこで、本願出願人は、第２の方法に対して、センサ２の積分効果をさらに考慮して特徴量w_iを演算する第３の方法を発明した。この第３の方法により演算された特徴量w_iを、上述した式（３９）に代入して得られる近似関数f(x)は、センサ２の積分効果を考慮している点で、X断面波形F(x)の近似関数であると言える。
【０７４４】
このように、厳密には、第１の方法と第２の方法は、１次元多項式近似手法とは言えず、第３の方法のみが１次元多項式近似手法であると言える。
【０７４５】
換言すると、図１２５で示されるように、第２の方法は、１次元多項式近似手法とは異なる、本発明の実世界推定部１０２の実施の形態である。即ち、図１２５は、第２の方法に対応する実施の形態の原理を説明する図である。
【０７４６】
図１２５で示されるように、第２の方法に対応する実施の形態においては、光信号関数Ｆで表される実世界１の光信号が所定の定常性を有する場合、実世界推定部１０２が、センサ２からの入力画像（定常性に対応するデータの定常性を含む画像データ）と、データ定常性検出部１０１からのデータ定常性情報（入力画像のデータの定常性に対応するデータ定常性情報）を使用して、Ｘ断面波形F(x)を近似するのではなく、センサ２からの入力画像を所定の近似関数f₂(x)で近似する。
【０７４７】
このように、第２の方法は、センサ２の積分効果を考慮せず、入力画像の近似に留まっている点で、第３の方法と同一レベルの手法であるとは言い難い。しかしながら、第２の方法は、空間方向の定常性を考慮している点で、従来の第１の方法よりも優れた手法である。
【０７４８】
以下、第１の方法、第２の方法、および第３の方法のそれぞれの詳細について、その順番で個別に説明していく。
【０７４９】
なお、以下、第１の方法、第２の方法、および第３の方法により生成される近似関数f(x)のそれぞれを、他の方法のものと区別する場合、特に、近似関数f₁(x)、近似関数f₂(x)、および近似関数f₃(x)とそれぞれ称する。
【０７５０】
はじめに、第１の方法の詳細について説明する。
【０７５１】
第１の方法においては、上述した式（３９）で示される近似関数f₁(x)が、図１２６の細線含有実世界領域２３０１内で成り立つとして、次の予測方程式（４０）を定義する。
【０７５２】
【数２９】

【０７５３】
式（４０）において、xは、注目画素からのＸ方向に対する相対的な画素位置を表している。yは、注目画素からのＹ方向に対する相対的な画素位置を表している。ｅは、誤差を表している。具体的には、例えば、いま、図１２６で示されるように、注目画素が、細線含有データ領域２３０２（細線含有実世界領域２３０１（図１２４）がセンサ２により検出されて、出力されたデータ）のうちの、図中、左からＸ方向に２画素目であって、下からＹ方向に３画素目の画素であるとする。また、注目画素の中心を原点(0,0)とし、センサ２のＸ方向とＹ方向（図１２１）のそれぞれに平行なx軸とy軸を軸とする座標系（以下、注目画素座標系と称する）が設定されているとする。この場合、注目画素座標系の座標値(x,y)が、相対画素位置を表すことになる。
【０７５４】
また、式（４０）において、P(x,y)は、相対画素位置(x,y)における画素値を表している。具体的には、いまの場合、細線含有データ領域２３０２内のP(x,y)は、図１２７で示されるようになる。
【０７５５】
図１２７は、この画素値P(x,y)をグラフ化したものを表している。
【０７５６】
図１２７において、各グラフのそれぞれの縦軸は、画素値を表しており、横軸は、注目画素からのＸ方向の相対位置xを表している。また、図中、上から1番目のグラフの点線は入力画素値P(x,-2)を、上から２番目のグラフの３点鎖線は入力画素値P(x,-1)を、上から３番目のグラフの実線は入力画素値P(x,0)を、上から４番目のグラフの１点鎖線は入力画素値P(x,1)を、上から５番目（下から１番目）のグラフの２点鎖線は入力画素値P(x,2)を、それぞれ表している。
【０７５７】
上述した式（４０）に対して、図１２７で示される２０個の入力画素値P(x,-2),P(x,-1),P(x,0),P(x,1),P(x,2)（ただし、xは、−１乃至２のうちのいずれかの整数値）のそれぞれを代入すると、次の式（４１）で示される２０個の方程式が生成される。なお、e_k（kは、１乃至２０のうちのいずれかの整数値）のそれぞれは、誤差を表している。
【０７５８】
【数３０】

【０７５９】
式（４１）は、２０個の方程式より構成されているので、近似関数f₁(x)の特徴量w_iの個数が２０個より少ない場合、即ち、近似関数f₁(x)が１９次より少ない次数の多項式である場合、例えば、最小自乗法を用いて特徴量w_iの算出が可能である。なお、最小自乗法の具体的な解法は後述する。
【０７６０】
例えば、いま、近似関数f₁(x)の次数が５次とされた場合、式（４１）を利用して最小自乗法により演算された近似関数f₁(x)（演算された特徴量w_iにより生成される近似関数f₁(x)）は、図１２８で示される曲線のようになる。
【０７６１】
なお、図１２８において、縦軸は画素値を表しており、横軸は注目画素からの相対位置ｘを表している。
【０７６２】
即ち、図１２６の細線含有データ領域２３０２を構成する２０個の画素値P(x,y）のそれぞれ（図１２７で示される入力画素値P(x,-2),P(x,-1),P(x,0),P(x,1),P(x,2)のそれぞれ）を、例えば、ｘ軸に沿ってそのまま足しこむ（Ｙ方向の相対位置yを一定とみなして、図１２７で示される５つのグラフを重ねる）と、図１２８で示されるような、x軸に平行な複数の線（点線、３点鎖線、実線、１点鎖線、および２点鎖線）が分布する。
【０７６３】
ただし、図１２８においては、点線は入力画素値P(x,-2)を、３点鎖線は入力画素値P(x,-1)を、実線は入力画素値P(x,0)を、１点鎖線は入力画素値P(x,1)を、２点鎖線は入力画素値P(x,2)を、それぞれ表している。また、同一の画素値の場合、実際には２本以上の線が重なることになるが、図１２８においては、各線の区別がつくように、各線のそれぞれが重ならないように描画されている。
【０７６４】
そして、このように分布した２０個の入力画素値P(x,-2),P(x,-1),P(x,0),P(x,1),P(x,2)のそれぞれと、値f₁(x)の誤差が最小となるような回帰曲線（最小自乗法により演算された特徴量w_iを上述した式（３８）に代入して得られる近似関数f₁(x)）が、図１２８で示される曲線（近似関数f₁(x)）となる。
【０７６５】
このように、近似関数f₁(x)は、Ｙ方向の画素値（注目画素からのＸ方向の相対位置xが同一の画素値）P(x,-2),P(x,-1),P(x,0),P(x,1),P(x,2)の平均値を、Ｘ方向に結んだ曲線を単に表しているに過ぎない。即ち、光信号が有する空間方向の定常性を考慮することなく、近似関数f₁(x)が生成されている。
【０７６６】
例えば、いまの場合、近似の対象は、細線含有実世界領域２３０１（図１２４）とされている。この細線含有実世界領域２３０１は、図１２９で示されるように、傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有している。なお、図１２９において、Ｘ方向とＹ方向は、センサ２のＸ方向とＹ方向（図１２１）を表している。
【０７６７】
従って、データ定常性検出部１０１（図１２０）は、空間方向の定常性の傾きG_Fに対応するデータ定常性情報として、図１２９で示されるような角度θ（傾きG_Fに対応する傾きG_fで表されるデータの定常性の方向と、Ｘ方向のなす角度θ）を出力することができる。
【０７６８】
しかしながら、第１の方法においては、データ定常性検出部１０１より出力されるデータ定常性情報は一切用いられていない。
【０７６９】
換言すると、図１２９で示されるように、細線含有実世界領域２３０１の空間方向の定常性の方向は略角度θ方向である。しかしながら、第１の方法は、細線含有実世界領域２３０１の空間方向の定常性の方向はＹ方向であると仮定して（即ち、角度θが９０度であると仮定して）、近似関数f₁(x)の特徴量w_iを演算する方法である。
【０７７０】
このため、近似関数f₁(x)は、その波形が鈍り、元の画素値よりディテールが減少する関数となってしまう。換言すると、図示はしないが、第１の方法により生成される近似関数f₁(x)は、実際のＸ断面波形F(x)とは大きく異なる波形となってしまう。
【０７７１】
そこで、本願出願人は、第１の方法に対して、空間方向の定常性をさらに考慮して（角度θを利用して）特徴量w_iを演算する第２の方法を発明した。
【０７７２】
即ち、第２の方法は、細線含有実世界領域２３０１の定常性の方向は略角度θ方向であるとして、近似関数f₂(x) の特徴量w_iを演算する方法である。
【０７７３】
具体的には、例えば、空間方向の定常性に対応するデータの定常性を表す傾きG_fは、次の式（４２）で表される。
【０７７４】
【数３１】

【０７７５】
なお、式（４２）において、dxは、図１２９で示されるようなＸ方向の微小移動量を表しており、dyは、図１２９で示されるようなdxに対するＹ方向の微小移動量を表している。
【０７７６】
この場合、シフト量C_x(y)を、次の式（４３）のように定義すると、第２の方法においては、第１の方法で利用した式（４０）に相当する式は、次の式（４４）のようになる。
【０７７７】
【数３２】

【０７７８】
【数３３】

【０７７９】
即ち、第１の方法で利用した式（４０）は、画素の中心の位置(x、y)のうちのＸ方向の位置ｘが、同一の位置に位置する画素の画素値P(x,y)はいずれも同じ値であることを表している。換言すると、式（４０）は、同じ画素値の画素がＹ方向に続いている（Ｙ方向に定常性がある）ことを表している。
【０７８０】
これに対して、第２の方法で利用する式（４４）は、画素の中心の位置が(x,y)である画素の画素値P(x,y)は、注目画素（その中心の位置が原点(0,0)である画素）からＸ方向にxだけ離れた場所に位置する画素の画素値（≒f₂(x)）とは一致せず、その画素からさらにＸ方向にシフト量C_x(y)だけ離れた場所に位置する画素（注目画素からＸ方向にx＋C_x(y)だけ離れた場所に位置する画素）の画素値（≒f₂（x＋C_x(y)））と同じ値であることを表している。換言すると、式（４４）は、同じ画素値の画素が、シフト量C_x(y)に対応する角度θ方向に続いている（略角度θ方向に定常性がある）ことを表している。
【０７８１】
このように、シフト量C_x(y)が、空間方向の定常性（いまの場合、図１２９の傾きG_Fで表される定常性（厳密には、傾きG_fで表されるデータの定常性））を考慮した補正量であり、シフト量C_x(y)により式（４０）を補正したものが式（４４）となる。
【０７８２】
この場合、図１２６で示される細線含有データ領域２３０２の２０個の画素値P(x,y)（ただし、xは、−１乃至２のうちのいずれかの整数値。yは、−２乃至２のうちのいずれかの整数値）のそれぞれを、上述した式（４４）に代入すると次の式（４５）で示される２０個の方程式が生成される。
【０７８３】
【数３４】

【０７８４】
式（４５）は、上述した式（４１）と同様に、２０個の方程式より構成されている。従って、第１の方法と同様に第２の方法においても、近似関数f₂(x)の特徴量w_iの個数が２０個より少ない場合、即ち、近似関数f₂(x)が１９次より少ない次数の多項式である場合、例えば、最小自乗法を用いて特徴量w_iの算出が可能である。なお、最小自乗法の具体的な解法は後述する。
【０７８５】
例えば、第１の方法と同様に近似関数f₂(x)の次数が５次とされた場合、第２の方法においては、次のようにして特徴量w_iが演算される。
【０７８６】
即ち、図１３０は、式（４５）の左辺で示される画素値P(x,y)をグラフ化したものを表している。図１３０で示される５つのグラフのそれぞれは、基本的に図１２７で示されるものと同一である。
【０７８７】
図１３０で示されるように、最大の画素値（細線に対応する画素値）は、傾きG_fで表されるデータの定常性の方向に続いている。
【０７８８】
そこで、第２の方法においては、図１３０で示される入力画素値P(x,-2),P(x,-1),P(x,0),P(x,1),P(x,2)のそれぞれを、例えば、ｘ軸に沿って足しこむ場合、第１の方法のようにそのまま足しこむ（yを一定とみなして、図１３０で示される状態のまま５つのグラフを重ねる）のではなく、図１３１で示される状態に変化させてから足しこむ。
【０７８９】
即ち、図１３１は、図１３０で示される入力画素値P(x,-2),P(x,-1),P(x,0),P(x,1),P(x,2)のそれぞれを、上述した式（４３）で示されるシフト量C_x(y)だけシフトさせた状態を表している。換言すると、図１３１は、図１３０で示される５つのグラフを、データの定常性の実際の方向を表す傾きG_Fを、あたかも傾きG_F'とするように（図中、点線の直線を実線の直線とするように）移動させた状態を表している。
【０７９０】
図１３１の状態で、入力画素値P(x,-2),P(x,-1),P(x,0),P(x,1),P(x,2)のそれぞれを、例えば、ｘ軸に沿って足しこむと（図１３１で示される状態で５つのグラフを重ねると）、図１３２で示されるような、x軸に平行な複数の線（点線、３点鎖線、実線、１点鎖線、および２点鎖線）が分布する。
【０７９１】
なお、図１３２において、縦軸は画素値を表しており、横軸は注目画素からの相対位置ｘを表している。また、点線は入力画素値P(x,-2)を、３点鎖線は入力画素値P(x,-1)を、実線は入力画素値P(x,0)を、１点鎖線は入力画素値P(x,1)を、２点鎖線は入力画素値P(x,2)を、それぞれ表している。さらに、同一の画素値の場合、実際には２本以上の線が重なることになるが、図１３２においては、各線の区別がつくように、各線のそれぞれが重ならないように描画されている。
【０７９２】
そして、このように分布した２０個の入力画素値P(x,y)のそれぞれ（ただし、ｘは、−１乃至２のうちのいずれかの整数値。yは、−２乃至２のうちのいずれかの整数値）と、値f₂(x+C_x(y))の誤差が最小となるような回帰曲線（最小自乗法により演算された特徴量w_iを上述した式（３８）に代入して得られる近似関数f₂(x)）は、図１３２の実線で示される曲線f₂(x)となる。
【０７９３】
このように、第２の方法により生成された近似関数f₂(x)は、データ定常性検出部１０１（図１２０）より出力される角度θ方向（即ち、ほぼ空間方向の定常性の方向）の入力画素値Ｐ(x,y)の平均値をＸ方向に結んだ曲線を表すことになる。
【０７９４】
これに対して、上述したように、第１の方法により生成された近似関数f₁(x)は、Ｙ方向（即ち、空間方向の定常性とは異なる方向）の入力画素値Ｐ(x,y)の平均値を、Ｘ方向に結んだ曲線を単に表しているに過ぎない。
【０７９５】
従って、図１３２で示されるように、第２の方法により生成された近似関数f₂(x)は、第１の方法により生成された近似関数f₁(x)よりも、その波形の鈍り度合いが減少し、かつ、元の画素値に対するディテールの減り具合も減少する関数となる。換言すると、図示はしないが、第２の方法により生成される近似関数f₂(x)は、第１の方法により生成される近似関数f₁(x)よりも実際のＸ断面波形F(x)により近い波形となる。
【０７９６】
しかしながら、上述したように、近似関数f₂(x)は、空間方向の定常性が考慮されたものではあるが、入力画像（入力画素値）を原点（基準）として生成されたものに他ならない。即ち、上述した図１２５で示されるように、近似関数f₂(x)は、X断面波形F(x)とは異なる入力画像を近似したに過ぎず、Ｘ断面波形F(x)を近似したとは言い難い。換言すると、第２の方法は、上述した式（４４）が成立するとして特徴量w_iを演算する方法であり、上述した式（３８）の関係は考慮していない（センサ２の積分効果を考慮していない）。
【０７９７】
そこで、本願出願人は、第２の方法に対して、センサ２の積分効果をさらに考慮することで近似関数f₃(x)の特徴量w_iを演算する第３の方法を発明した。
【０７９８】
即ち、第３の方法は、空間混合領域の概念を導入した方法である。
【０７９９】
第３の方法の説明の前に、図１３３を参照して、空間混合領域について説明する。
【０８００】
図１３３において、実世界１の光信号の１部分２３２１（以下、領域２３２１と称する）は、センサ２の１つの検出素子（画素）と同じ面積を有する領域を表している。
【０８０１】
領域２３２１がセンサ２に検出されると、センサ２からは、領域２３２１が時空間方向（X方向,Y方向,およびt方向）に積分された値（１つの画素値）２３２２が出力される。なお、画素値２３２２は、図中、画像として表現されているが、実際には、所定の値を表すデータである。
【０８０２】
実世界１の領域２３２１は、前景（例えば、上述した細線）に対応する光信号（図中白い領域）と、背景に対応する光信号（図中黒い領域）に明確に区分される。
【０８０３】
これに対して、画素値２３２２は、前景に対応する実世界１の光信号と、背景に対応する実世界１の光信号が積分された値である。換言すると、画素値２３２２は、前景に対応する光のレベルと背景に対応する光のレベルが空間的に混合されたレベルに対応する値である。
【０８０４】
このように、実世界１の光信号のうちの１画素（センサ２の検出素子）に対応する部分が、同一レベルの光信号が空間的に一様に分布する部分ではなく、前景と背景のように異なるレベルの光信号のそれぞれが分布する部分である場合、その領域は、センサ２により検出されると、センサ２の積分効果により、異なる光のレベルがあたかも空間的に混合されて（空間方向に積分されて）１つの画素値となってしまう。このように、前景に対する画像（実世界１の光信号）と、背景に対する画像（実世界１の光信号）が空間的に積分されている画素からなる領域を、ここでは、空間混合領域と称している。
【０８０５】
従って、第３の方法においては、実世界推定部１０２（図１２０）が、実世界１の元の領域２３２１（実世界１の光信号のうちの、センサ２の１画素に対応する部分２３２１）を表すＸ断面波形F(x)を、例えば、図１３４で示されるような、１次の多項式である近似関数f₃(x)で近似することによって、Ｘ断面波形F(x)を推定する。
【０８０６】
即ち、図１３４は、空間混合領域である画素値２３２２（図１３３）に対応する近似関数f₃(x)、即ち、実世界１の領域２３３１内の実線（図１３３）に対応するＸ断面波形Ｆ（ｘ）を近似する近似関数f₃(x)の例を表している。図１３４において、図中水平方向の軸は、画素値２３２２に対応する画素の左下端x_sから右下端x_eまでの辺（図１３３）に平行な軸を表しており、x軸とされている。図中垂直方向の軸は、画素値を表す軸とされている。
【０８０７】
図１３４において、近似関数f₃(x)をx_sからx_eの範囲（画素幅）で積分したものが、センサ２から出力される画素値Ｐ(x,y)とほぼ一致する（誤差ｅだけ存在する）として、次の式（４６）を定義する。
【０８０８】
【数３５】

【０８０９】
いまの場合、図１２９で示される細線含有データ領域２３０２の２０個の画素値Ｐ(x,y)（ただし、xは、−１乃至２のうちのいずれかの整数値。yは、−２乃至２のうちのいずれかの整数値）から、近似関数f₃(x)の特徴量w_iが算出されるので、式（４６）の画素値Ｐは、画素値P(x,y)となる。
【０８１０】
また、第２の方法と同様に、空間方向の定常性も考慮する必要があるので、式（４６）の積分範囲の開始位置x_sと終了位置x_eのそれぞれは、シフト量C_x(y)にも依存することになる。即ち、式（４６）の積分範囲の開始位置x_sと終了位置x_eのそれぞれは、次の式（４７）のように表される。
【０８１１】
【数３６】

【０８１２】
この場合、図１２９で示される細線含有データ領域２３０２の各画素値それぞれ、即ち、図１３０で示される入力画素値P(x,-2),P(x,-1),P(x,0),P(x,1),P(x,2)のそれぞれ（ただし、ｘは、−１乃至２のうちのいずれかの整数値）を、上述した式（４６）（積分範囲は、上述した式（４７））に代入すると次の式（４８）で示される２０個の方程式が生成される。
【０８１３】
【数３７】

【数３８】

【０８１４】
式（４８）は、上述した式（４５）と同様に、２０個の方程式より構成されている。従って、第２の方法と同様に第３の方法においても、近似関数f₃(x)の特徴量w_iの個数が２０個より少ない場合、即ち、近似関数f₃(x)が１９次より少ない次数の多項式である場合、例えば、最小自乗法を用いて特徴量w_iの算出が可能である。なお、最小自乗法の具体的な解法は後述する。
【０８１５】
例えば、近似関数f₃(x)の次数が５次とされた場合、式（４８）を利用して最小自乗法により演算された近似関数f₃(x)（演算された特徴量w_iにより生成される近似関数f₃(x)）は、図１３５の実線で示される曲線のようになる。
【０８１６】
なお、図１３５において、縦軸は画素値を表しており、横軸は注目画素からの相対位置ｘを表している。
【０８１７】
図１３５で示されるように、第３の方法により生成された近似関数f₃(x)（図中、実線で示される曲線）は、第２の方法により生成された近似関数f₂(x)（図中、点線で示される曲線）と比較すると、ｘ＝０における画素値が大きくなり、また、曲線の傾斜の度合いも急な波形となる。これは、入力画素よりディテイルが増加して、入力画素の解像度とは無関係となっているためである。即ち、近似関数f₃（x）は、X断面波形F(x)を近似していると言える。従って、図示はしないが、近似関数f₃(x)は、近似関数f₂(x)よりもＸ断面波形F(x)に近い波形となる。
【０８１８】
図１３６は、このような１次多項式近似手法を利用する実世界推定部１０２の構成例を表している。
【０８１９】
図１３６において、実世界推定部１０２は、例えば、特徴量w_iを上述した第３の方法（最小自乗法）により演算し、演算した特徴量w_iを利用して上述した式（３９）の近似関数f(x)を生成することで、Ｘ断面波形F(x)を推定する。
【０８２０】
図１３６で示されるように、実世界推定部１０２には、条件設定部２３３１、入力画像記憶部２３３２、入力画素値取得部２３３３、積分成分演算部２３３４、正規方程式生成部２３３５、および近似関数生成部２３３６が設けられている。
【０８２１】
条件設定部２３３１は、注目画素に対応するX断面波形F(x)を推定するために使用する画素の範囲（以下、タップ範囲と称する）や、近似関数f(x)の次数nを設定する。
【０８２２】
入力画像記憶部２３３２は、センサ２からの入力画像（画素値）を一次的に格納する。
【０８２３】
入力画素値取得部２３３３は、入力画像記憶部２３３２に記憶された入力画像のうちの、条件設定部２３３１により設定されたタップ範囲に対応する入力画像の領域を取得し、それを入力画素値テーブルとして正規方程式生成部２３３５に供給する。即ち、入力画素値テーブルは、入力画像の領域に含まれる各画素のそれぞれの画素値が記述されたテーブルである。なお、入力画素値テーブルの具体例については後述する。
【０８２４】
ところで、ここでは、実世界推定部１０２は、上述した式（４６）と式（４７）を利用して最小自乗法により近似関数f(x)の特徴量w_iを演算するが、上述した式（４６）は、次の式（４９）のように表現することができる。
【０８２５】
【数３９】

【０８２６】
式（４９）において、S_i（x_s,x_e）は、i次項の積分成分を表している。即ち、積分成分S_i(x_s,x_e)は、次の式（５０）で示される。
【０８２７】
【数４０】

【０８２８】
積分成分演算部２３３４は、この積分成分S_i(x_s、x_e)を演算する。
【０８２９】
具体的には、式（５０）で示される積分成分S_i(x_s,x_e)（ただし、値x_sと値x_eは、上述した式（４６）で示される値）は、相対画素位置(x,y)、シフト量C_x(y)、および、i次項のiが既知であれば演算可能である。また、これらのうちの、相対画素位置(x,y)は注目画素とタップ範囲により、シフト量C_x(y)は角度θにより（上述した式（４１）と式（４３）により）、iの範囲は次数nにより、それぞれ決定される。
【０８３０】
従って、積分成分演算部２３３４は、条件設定部２３３１により設定されたタップ範囲および次数、並びにデータ定常性検出部１０１より出力されたデータ定常性情報のうちの角度θに基づいて積分成分S_i(x_s,x_e)を演算し、その演算結果を積分成分テーブルとして正規方程式生成部２３３５に供給する。
【０８３１】
正規方程式生成部２３３５は、入力画素値取得部２３３３より供給された入力画素値テーブルと、積分成分演算部２３３４より供給された積分成分テーブルを利用して、上述した式（４６）、即ち、式（４９）の右辺の特徴量w_iを最小自乗法で求める場合の正規方程式を生成し、それを正規方程式テーブルとして近似関数生成部２３３６に供給する。なお、正規方程式の具体例については後述する。
【０８３２】
近似関数生成部２３３６は、正規方程式生成部２３３５より供給された正規方程式テーブルに含まれる正規方程式を行列解法で解くことにより、上述した式（４９）の特徴量w_i（即ち、１次元多項式である近似関数f(x)の係数w_i）のそれぞれを演算し、画像生成部１０３に出力する。
【０８３３】
次に、図１３７のフローチャートを参照して、１次元多項式近似手法を利用する実世界推定部１０２（図１３６）の実世界の推定処理（図４０のステップＳ１０２の処理）について説明する。
【０８３４】
例えば、いま、センサ２から出力された１フレームの入力画像であって、上述した図１２２の細線含有データ領域２３０２を含む入力画像が、既に入力画像記憶部２３３２に記憶されているとする。また、データ定常性検出部１０１が、ステップＳ１０１（図４０）の定常性の検出の処理において、細線含有データ領域２３０２に対してその処理を施して、データ定常性情報として角度θを既に出力しているとする。
【０８３５】
この場合、図１３７のステップＳ２３０１において、条件設定部２３３１は、条件（タップ範囲と次数）を設定する。
【０８３６】
例えば、いま、図１３８で示されるタップ範囲２３５１が設定されるとともに、次数として５次が設定されたとする。
【０８３７】
即ち、図１３８は、タップ範囲の１例を説明する図である。図１３８において、Ｘ方向とＹ方向は、センサ２のＸ方向とＹ方向（図１２１）を表している。また、タップ範囲２３５１は、Ｘ方向に４画素分、かつＹ方向に５画素分の総計２０個の画素（図中、２０個の正方形）からなる画素群を表している。
【０８３８】
さらに、図１３８で示されるように、注目画素が、タップ範囲２３５１のうちの、図中、左から２画素目であって、下から３画素目の画素に設定されるとする。また、各画素のそれぞれに対して、注目画素からの相対画素位置(x,y)（注目画素の中心(0,0)を原点とする注目画素座標系の座標値）に応じて、図１３８で示されるような番号l（lは、０乃至１９のうちのいずれかの整数値）が付されるとする。
【０８３９】
図１３７に戻り、ステップＳ２３０２において、条件設定部２３３１は、注目画素を設定する。
【０８４０】
ステップＳ２３０３において、入力画素値取得部２３３３は、条件設定部２３３１により設定された条件（タップ範囲）に基づいて入力画素値を取得し、入力画素値テーブルを生成する。即ち、いまの場合、入力画素値取得部２３３３は、細線含有データ領域２３０２（図１２６）を取得し、入力画素値テーブルとして、２０個の入力画素値P(l)からなるテーブルを生成する。
【０８４１】
なお、いまの場合、入力画素値P(l)と、上述した入力画素値P(x,y)の関係は、次の式（５１）で示される関係とされる。ただし、式（５１）において、左辺が入力画素値P（ｌ）を表し、右辺が入力画素値P(x,y)を表している。
【０８４２】
【数４１】

【０８４３】
ステップＳ２３０４において、積分成分演算部２３３４は、条件設定部２３３１により設定された条件（タップ範囲および次数）、並びにデータ定常性検出部１０１より供給されたデータ定常性情報（角度θ）に基づいて積分成分を演算し、積分成分テーブルを生成する。
【０８４４】
いまの場合、上述したように、入力画素値は、P(x,y)でなくP(l)といった、画素の番号lの値として取得されるので、積分成分演算部２３３４は、上述した式（５０）の積分成分S_i(x_s,x_e)を、次の式（５２）の左辺で示される積分成分S_i(l)といったlの関数として演算する。
【０８４５】
S_i(ｌ) ＝ S_i（x_s,x_e） ・・・（５２）
【０８４６】
具体的には、いまの場合、次の式（５３）で示される積分成分S_i(l)が演算される。
【０８４７】
【数４２】

【０８４８】
なお、式（５３）において、左辺が積分成分S_i（ｌ)を表し、右辺が積分成分S_i(x_s,x_e)を表している。即ち、いまの場合、iは０乃至５であるので、２０個のS₀(l),２０個のS₁(l),２０個のS₂(l),２０個のS₃(l),２０個のS₄(l),２０個のS₅(l)の総計１２０個のS_i(l)が演算されることになる。
【０８４９】
より具体的には、はじめに、積分成分演算部２３３４は、データ定常性検出部１０１より供給された角度θを使用して、シフト量C_x(-2),C_x(-1),C_x(1),C_x(2)のそれぞれを演算する。次に、積分成分演算部２３３４は、演算したシフト量C_x(-2),C_x(-1),C_x(1),C_x(2)を使用して式（５２）の右辺に示される２０個の積分成分S_i(x_s,x_e)のそれぞれを、i=０乃至５のそれぞれについて演算する。即ち、１２０個の積分成分S_i(x_s,x_e)が演算される。なお、この積分成分S_i(x_s,x_e)の演算においては、上述した式（５０）が使用される。そして、積分成分演算部２３３４は、式（５３）に従って、演算した１２０個の積分成分S_i(x_s,x_e)のそれぞれを、対応する積分成分S_i(l)に変換し、変換した１２０個の積分成分S_i(l)を含む積分成分テーブルを生成する。
【０８５０】
なお、ステップＳ２３０３の処理とステップＳ２３０４の処理の順序は、図１３７の例に限定されず、ステップＳ２３０４の処理が先に実行されてもよいし、ステップＳ２３０３の処理とステップＳ２３０４の処理が同時に実行されてもよい。
【０８５１】
次に、ステップＳ２３０５において、正規方程式生成部２３３５は、ステップＳ２３０３の処理で入力画素値取得部２３３３により生成された入力画素値テーブルと、ステップＳ２３０４の処理で積分成分演算部２３３４により生成された積分成分テーブルに基づいて、正規方程式テーブルを生成する。
【０８５２】
具体的には、いまの場合、最小自乗法により、上述した式（４９）に対応する次の式（５４）の特徴量w_iを演算する。で、それに対応する正規方程式は、次の式（５５）のように表される。
【０８５３】
【数４３】

【０８５４】
【数４４】

【０８５５】
なお、式（５５）において、Lは、タップ範囲の画素の番号lのうちの最大値を表している。nは、多項式である近似関数f(x)の次数を表している。具体的には、いまの場合、n=5となり、L=１９となる。
【０８５６】
式（５５）で示される正規方程式の各行列のそれぞれを、次の式（５６）乃至（５８）のように定義すると、正規方程式は、次の式（５９）のように表される。
【０８５７】
【数４５】

【０８５８】
【数４６】

【０８５９】
【数４７】

【０８６０】
【数４８】

【０８６１】
式（５７）で示されるように、行列W_MATの各成分は、求めたい特徴量w_iである。従って、式（５９）において、左辺の行列Ｓ_MATと右辺の行列P_MATが決定されれば、行列解法によって行列W_MAT（即ち、特徴量w_i）の算出が可能である。
【０８６２】
具体的には、式（５６）で示されるように、行列Ｓ_MATの各成分は、上述した積分成分S_i(l)が既知であれば演算可能である。積分成分S_i(l)は、積分成分演算部２３３４より供給された積分成分テーブルに含まれているので、正規方程式生成部２３３５は、積分成分テーブルを利用して行列Ｓ_MATの各成分を演算することができる。
【０８６３】
また、式（５８）で示されるように、行列Ｐ_MATの各成分は、積分成分S_i(l)と入力画素値P(l)が既知であれば演算可能である。積分成分S_i(l)は、行列Ｓ_MATの各成分に含まれるものと同一のものであり、また、入力画素値P(l)は、入力画素値取得部２３３３より供給された入力画素値テーブルに含まれているので、正規方程式生成部２３３５は、積分成分テーブルと入力画素値テーブルを利用して行列Ｐ_MATの各成分を演算することができる。
【０８６４】
このようにして、正規方程式生成部２３３５は、行列Ｓ_MATと行列Ｐ_MATの各成分を演算し、その演算結果（行列Ｓ_MATと行列Ｐ_MATの各成分）を正規方程式テーブルとして近似関数生成部２３３６に出力する。
【０８６５】
正規方程式生成部２３３５より正規方程式テーブルが出力されると、ステップＳ２３０６において、近似関数生成部２３３６は、正規方程式テーブルに基づいて、上述した式（５９）の行列W_MATの各成分である特徴量w_i（即ち、１次元多項式である近似関数f(x)の係数w_i）を演算する。
【０８６６】
具体的には、上述した式（５９）の正規方程式は、次の式（６０）のように変形できる。
【０８６７】
【数４９】

【０８６８】
式（６０）において、左辺の行列W_MATの各成分が、求めたい特徴量w_iである。また、行列S_MATと行列P_MATのそれぞれの各成分は、正規方程式生成部２３３５より供給された正規方程式テーブルに含まれている。従って、近似関数生成部２３３６は、正規方程式テーブルを利用して、式（６０）の右辺の行列演算を行うことで行列W_MATを演算し、その演算結果（特徴量w_i）を画像生成部１０３に出力する。
【０８６９】
ステップＳ２３０７において、近似関数生成部２３３６は、全画素の処理を終了したか否かを判定する。
【０８７０】
ステップＳ２３０７において、全画素の処理がまだ終了されていないと判定された場合、処理はステップＳ２３０２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。即ち、まだ注目画素とされない画素が、順次注目画素とされて、ステップＳ２３０２乃至Ｓ２３０７の処理が繰り返される。
【０８７１】
そして、全画素の処理が終了すると（ステップＳ２３０７において、全画素の処理が終了されたと判定されると）、実世界１の推定処理は終了となる。
【０８７２】
なお、以上のようにして演算された係数（特徴量）w_iにより生成される近似関数f(x)の波形は、上述した図１３５の近似関数f₃(x)のような波形となる。
【０８７３】
このように、１次元多項式近似手法においては、１次元のＸ断面波形F(x)と同一形状の波形が定常性の方向に連なっていると仮定して、１次元の多項式である近似関数f(x)の特徴量が演算される。従って、１次元多項式近似手法においては、他の関数近似手法に比較して、少ない演算処理量で近似関数f(x)の特徴量の算出が可能となる。
【０８７４】
換言すると、１次元多項式近似手法においては、例えば、図１２０（図３）のデータ定常性検出部１０１が、それぞれ時空間積分効果を有する、センサの複数の検出素子（例えば、図１２１のセンサ２の検出素子２−１）により実世界１の光信号（例えば、図１２２の実世界１の光信号の１部分２３０１）が射影され、実世界１の光信号の定常性（例えば、図１２９の傾きG_Fで表される定常性）の一部が欠落した、検出素子２−１により射影された画素値（例えば、図１２７の各グラフに示される入力画素値P(x,y)）を有する複数の画素からなる画像データ（例えば、図１２２の画像データ（入力画像の領域）２３０２）におけるデータの定常性（例えば、図１２９の傾きG_fで表されるデータの定常性）を検出する。
【０８７５】
例えば、図１２０（図３）の実世界推定部１０２は、データ定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応して、画像データの時空間方向のうち１次元方向（例えば、図１２４の矢印２３１１、即ち、X方向）の位置に対応する画素の画素値（例えば、上述した式（４６）の左辺である入力画素値Ｐ）が、１次元方向の積分効果により取得された画素値（例えば、式（４６）の右辺に示されるように、近似関数f₃(x)がＸ方向に積分された値）であるとして、実世界１の光信号を表す光信号関数Ｆ（具体的には、Ｘ断面波形Ｆ（ｘ））を所定の近似関数ｆ（具体的には、例えば、図１３５の近似関数f₃(x)）で近似することで、光信号関数Fを推定する。
【０８７６】
詳細には、例えば、実世界推定部１０２は、データ定常性検出手部１０１により検出されたデータの定常性に対応する線（例えば、図１３１の傾きG_fに対応する線（点線））からの１次元方向（例えば、Ｘ方向）に沿った距離（例えば、図１３１のシフト量Cx(y)）に対応する画素の画素値が、１次元方向の積分効果により取得された画素値（例えば、上述した式（４６）に示されるような積分範囲で、式（４６）の右辺に示されるように、近似関数f₃(x)がＸ方向に積分された値）であるとして、光信号関数Fを近似関数ｆで近似することにより、光信号関数Fを推定する。
【０８７７】
従って、１次元多項式近似手法においては、他の関数近似手法に比較して、少ない演算処理量で近似関数f(x)の特徴量の算出が可能となる。
【０８７８】
次に、図１３９乃至図１４５を参照して、第２の関数近似手法について説明する。
【０８７９】
即ち、第２の関数近似手法とは、例えば、図１３９で示されるような、傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有する実世界１の光信号を、Ｘ−Ｙ平面上（空間方向の１方向であるＸ方向と、Ｘ方向に垂直なＹ方向に水平な平面上）の波形F(x,y)とみなし、２次元の多項式である近似関数f(x,y)で波形F(x,y)を近似することによって、その波形F(x,y)を推定する手法である。従って、以下、第２の関数近似手法を、２次元多項式近似手法と称する。
【０８８０】
なお、図１３９において、図中、水平方向は、空間方向の１方向であるＸ方向を、右上方向は、空間方向の他方向であるＹ方向を、垂直方向は、光のレベルを、それぞれ表している。G_Fは、空間方向の定常性の傾きを表している。
【０８８１】
また、２次元多項式近似手法の説明においても、センサ２は、図１４０で示されるような、複数の検出素子２−１がその平面上に配置されて構成されるＣＣＤとされる。
【０８８２】
図１４０の例では、検出素子２−１の所定の１辺に平行な方向が、空間方向の１方向であるＸ方向とされており、Ｘ方向に垂直な方向が、空間方向の他方向であるＹ方向とされている。そして、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向が、時間方向であるｔ方向とされている。
【０８８３】
また、図１４０の例では、センサ２の各検出素子２−１のそれぞれの空間的な形状は、１辺の長さが１の正方形とされている。そして、センサ２のシャッタ時間（露光時間）が１とされている。
【０８８４】
さらに、図１４０の例では、センサ２の所定の１つの検出素子２−１の中心が、空間方向（Ｘ方向とＹ方向）の原点（Ｘ方向の位置ｘ＝０、およびＹ方向の位置ｙ＝０）とされており、また、露光時間の中間時刻が、時間方向（ｔ方向）の原点（ｔ方向の位置ｔ＝０）とされている。
【０８８５】
この場合、空間方向の原点（ｘ＝０,ｙ＝０）にその中心が存在する検出素子２−１は、Ｘ方向に-0.5乃至0.5の範囲、Ｙ方向に-0.5乃至0.5の範囲、およびｔ方向に-0.5乃至0.5の範囲で光信号関数F(x,y,t)を積分し、その積分値を画素値Ｐとして出力することになる。
【０８８６】
即ち、空間方向の原点にその中心が存在する検出素子２−１から出力される画素値Ｐは、次の式（６１）で表される。
【０８８７】
【数５０】

【０８８８】
その他の検出素子２−１も同様に、対象とする検出素子２−１の中心を空間方向の原点とすることで、式（６１）で示される画素値Ｐを出力することになる。
【０８８９】
ところで、上述したように、２次元多項式近似手法は、実世界１の光信号を、例えば、図１３９で示されるような波形F(x,y)として扱い、その２次元の波形F(x,y)を、２次元の多項式である近似関数f(x,y)に近似する手法である。
【０８９０】
そこで、はじめに、このような近似関数f(x,y)を２次元の多項式で表現する手法について説明する。
【０８９１】
上述したように、実世界１の光信号は、３次元の空間上の位置x,y、およびｚ、並びに時刻tを変数とする光信号関数F(x,y,t)で表される。この光信号関数F(x,y,t)を、Ｙ方向の任意の位置yにおいて、Ｘ方向に射影した１次元の波形を、ここでは、Ｘ断面波形F(x)と称している。
【０８９２】
このＸ断面波形Ｆ（ｘ）に注目すると、実世界１の信号が、空間方向の所定の方向に定常性を有している場合、Ｘ断面波形Ｆ（ｘ）と同一形状の波形がその定常性の方向に連なっていると考えることができる。例えば、図１３９の例では、Ｘ断面波形Ｆ（ｘ）と同一形状の波形が、傾きG_Fの方向に連なっている。換言すると、Ｘ断面波形Ｆ（ｘ）と同一形状の波形が傾きG_Fの方向に連なって、波形F(x,y)が形成されているとも言える。
【０８９３】
従って、波形F(x,y)を近似する近似関数f(x,y)の波形は、Ｘ断面波形F(x)を近似する近似関数f(x)と同一形状の波形が連なって形成されると考えることで、近似関数f(x,y)を２次元の多項式で表現することが可能になる。
【０８９４】
さらに詳細に、近似関数f(x,y)の表現方法について説明する。
【０８９５】
例えば、いま、上述した図１３９で示されるような、実世界１の光信号、即ち、傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有する光信号が、センサ２（図１４０）により検出されて入力画像（画素値）として出力されたとする。
【０８９６】
さらに、図１４１で示されるように、データ定常性検出部１０１（図３）が、この入力画像のうちの、Ｘ方向に４画素分、かつＹ方向に５画素分の総計２０個の画素（図中、点線で表される２０個の正方形）から構成される入力画像の領域２４０１に対してその処理を実行し、データ定常性情報の１つとして角度θ（傾きG_Fに対応する傾きG_fで表されるデータの定常性の方向と、Ｘ方向とのなす角度θ）を出力したとする。
【０８９７】
なお、入力画像の領域２４０１において、図中水平方向は、空間方向の1方向であるＸ方向を表しており、図中垂直方向は、空間方向の他方向であるＹ方向を表している。
【０８９８】
また、図１４１中、左から２画素目であって、下から３画素目の画素が注目画素とされ、その注目画素の中心を原点(0,0)とするように(x,y)座標系が設定されている。そして、原点(0,0)を通る角度θの直線（データの定常性の方向を表す傾きG_fの直線）に対するＸ方向の相対的な距離（以下、断面方向距離と称する）がx'と記述されている。
【０８９９】
さらに、図１４１中、右側のグラフは、X断面波形F(x')が近似された関数であって、n次（nは、任意の整数）の多項式である近似関数f(x')を表している。右側のグラフの軸のうち、図中水平方向の軸は、断面方向距離を表しており、図中垂直方向の軸は、画素値を表している。
【０９００】
この場合、図１４１で示される近似関数f(x')は、ｎ次の多項式であるので、次の式（６２）のように表される。
【０９０１】
【数５１】

【０９０２】
また、角度θが決定されていることから、原点(0,0)を通る角度θの直線は一意に決まり、Ｙ方向の任意の位置yにおける、直線のＸ方向の位置x_lが、次の式（６３）のように表される。ただし、式（６３）において、sはcotθを表している。
【０９０３】
x_l ＝ ｓ×ｙ ・・・（６３）
【０９０４】
即ち、図１４１で示されるように、傾きG_fで表されるデータの定常性に対応する直線上の点は、座標値(x_l,y)で表される。
【０９０５】
式（６３）より、断面方向距離x'は、次の式（６４）のように表される。
【０９０６】
x' ＝ x−x_l ＝ x−s×y ・・・（６４）
【０９０７】
従って、入力画像の領域２４０１内の任意の位置(x,y)における近似関数f(x,y)は、式（６２）と式（６４）より、次の式（６５）のように示される。
【０９０８】
【数５２】

【０９０９】
なお、式（６５）において、w_iは、近似関数f(x,y)の係数を表している。なお、近似関数f(x,y)を含む近似関数ｆの係数w_iを、近似関数ｆの特徴量と位置づけることもできる。従って、以下、近似関数ｆの係数w_iを、近似関数ｆの特徴量w_iとも称する。
【０９１０】
このようにして、角度θが既知であれば、２次元波形の近似関数f(x,y)を、式（６５）の多項式として表現することができる。
【０９１１】
従って、実世界推定部１０２は、式（６５）の特徴量wiを演算することができれば、図１３９で示されるような波形F(x,y)を推定することができる。
【０９１２】
そこで、以下、式（６５）の特徴量wiを演算する手法について説明する。
【０９１３】
即ち、式（６５）で表される近似関数f(x,y)を、画素（センサ２の検出素子２−１（図１４０））に対応する積分範囲（空間方向の積分範囲）で積分すれば、その積分値が、画素の画素値の推定値となる。このことを、式で表現したものが、次の式（６６）である。なお、２次元多項式近似手法においては、時間方向ｔは一定値とみなされるので、式（６６）は、空間方向（Ｘ方向とＹ方法）の位置x,yを変数とする方程式とされている。
【０９１４】
【数５３】

【０９１５】
式（６６）において、P(x,y)は、センサ２からの入力画像のうちの、その中心位置が位置(x,y)（注目画素からの相対位置(x,y)）に存在する画素の画素値を表している。また、ｅは、誤差を表している。
【０９１６】
このように、２次元多項式近似手法においては、入力画素値P(x,y)と、２次元の多項式である近似関数f(x,y)の関係を、式（６６）で表現することが可能であるので、実世界推定部１０２は、式（６６）を利用して、特徴量wiを、例えば、最小自乗法等により演算することで（演算した特徴量wiを式（６４）に代入して近似関数f(x,y)を生成することで）、２次元の関数F(x,y)（傾きG_F（図１３９）で表される空間方向の定常性を有する実世界１の光信号を、空間方向に着目して表した波形F(x,y)）を推定することが可能となる。
【０９１７】
図１４２は、このような２次元多項式近似手法を利用する実世界推定部１０２の構成例を表している。
【０９１８】
図１４２で示されるように、実世界推定部１０２には、条件設定部２４２１、入力画像記憶部２４２２、入力画素値取得部２４２３、積分成分演算部２４２４、正規方程式生成部２４２５、および近似関数生成部２４２６が設けられている。
【０９１９】
条件設定部２４２１は、注目画素に対応する関数F(x,y)を推定するために使用する画素の範囲（タップ範囲）や、近似関数f(x,y)の次数nを設定する。
【０９２０】
入力画像記憶部２４２２は、センサ２からの入力画像（画素値）を一次格納する。
【０９２１】
入力画素値取得部２４２３は、入力画像記憶部２４２２に記憶された入力画像のうちの、条件設定部２４２１により設定されたタップ範囲に対応する入力画像の領域を取得し、それを入力画素値テーブルとして正規方程式生成部２４２５に供給する。即ち、入力画素値テーブルは、入力画像の領域に含まれる各画素のそれぞれの画素値が記述されたテーブルである。なお、入力画素値テーブルの具体例については後述する。
【０９２２】
ところで、上述したように、２次元多項式近似手法を利用する実世界推定部１０２は、上述した式（６６）を最小自乗法で解くことにより、上述した式（６５）で示される近似関数f(x,y)の特徴量w_iを演算する。
【０９２３】
式（６６）は、次の式（６７）乃至式（６９）を用いることで得られる次の式（７０）を使用することで、次の式（７１）のように表現することができる。
【０９２４】
【数５４】

【０９２５】
【数５５】

【０９２６】
【数５６】

【０９２７】
【数５７】

【０９２８】
【数５８】

【０９２９】
式（７１）において、S_i（x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5）は、i次項の積分成分を表している。即ち、積分成分S_i（x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5）は、次の式（７２）で示される通りである。
【０９３０】
【数５９】

【０９３１】
積分成分演算部２４２４は、この積分成分S_i（x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5）を演算する。
【０９３２】
具体的には、式（７２）で示される積分成分S_i（x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5）は、相対画素位置(x,y)、上述した式（６５）における変数ｓ、および、i次項のiが既知であれば、演算可能である。これらのうちの、相対画素位置(x,y)は注目画素とタップ範囲により、変数sはcotθであるので角度θにより、iの範囲は次数nにより、それぞれ決定される。
【０９３３】
従って、積分成分演算部２４２４は、条件設定部２４２１により設定されたタップ範囲および次数、並びにデータ定常性検出部１０１より出力されたデータ定常性情報のうちの角度θに基づいて積分成分S_i（x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5）を演算し、その演算結果を積分成分テーブルとして正規方程式生成部２４２５に供給する。
【０９３４】
正規方程式生成部２４２５は、入力画素値取得部２４２３より供給された入力画素値テーブルと、積分成分演算部２４２４より供給された積分成分テーブルを利用して、上述した式（６６）、即ち、式（７１）を最小自乗法で求める場合の正規方程式を生成し、それを正規方程式テーブルとして近似関数生成部２４２６に出力する。なお、正規方程式の具体例については後述する。
【０９３５】
近似関数生成部２４２６は、正規方程式生成部２４２５より供給された正規方程式テーブルに含まれる正規方程式を行列解法で解くことにより、上述した式（６６）の特徴量w_i（即ち、２次元多項式である近似関数f(x,y)の係数w_i）のそれぞれを演算し、画像生成部１０３に出力する。
【０９３６】
次に、図１４３のフローチャートを参照して、２次元多項式近似手法が適用される実世界の推定処理（図４０のステップＳ１０２の処理）について説明する。
【０９３７】
例えば、いま、傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有する実世界１の光信号が、センサ２（図１４０）により検出されて、１フレームに対応する入力画像として、入力画像記憶部２４２２に既に記憶されているとする。また、データ定常性検出部１０１が、ステップＳ１０１（図４０）の定常性の検出の処理において、入力画像のうちの、上述した図１４１で示される領域２４０１に対して処理を施して、データ定常性情報として角度θを既に出力しているとする。
【０９３８】
この場合、ステップＳ２４０１において、条件設定部２４２１は、条件（タップ範囲と次数）を設定する。
【０９３９】
例えば、いま、図１４４で示されるタップ範囲２４４１が設定されるとともに、次数として５次が設定されたとする。
【０９４０】
即ち、図１４４は、タップ範囲の１例を説明する図である。図１４４において、Ｘ方向とＹ方向は、センサ２のＸ方向とＹ方向（図１４０）を表している。また、タップ範囲２４４１は、Ｘ方向に４画素分、かつＹ方向に５画素分の総計２０個の画素（図中、２０個の正方形）からなる画素群を表している。
【０９４１】
さらに、図１４４に示されるように、注目画素が、タップ範囲２４４１のうちの、図中、左から２画素目であって、下から３画素目の画素に設定されるとする。また、各画素のそれぞれに対して、注目画素からの相対画素位置(x,y)（注目画素の中心(0,0)を原点とする注目画素座標系の座標値）に応じて、図１４４で示されるような番号l（lは、０乃至１９のうちのいずれかの整数値）が付されるとする。
【０９４２】
図１４３に戻り、ステップＳ２４０２において、条件設定部２４２１は、注目画素を設定する。
【０９４３】
ステップＳ２４０３において、入力画素値取得部２４２３は、条件設定部２４２１により設定された条件（タップ範囲）に基づいて入力画素値を取得し、入力画素値テーブルを生成する。即ち、いまの場合、入力画素値取得部２４２３は、入力画像の領域２４０１（図１４１）を取得し、入力画素値テーブルとして、２０個の入力画素値P(l)からなるテーブルを生成する。
【０９４４】
なお、いまの場合、入力画素値P(l)と、上述した入力画素値P(x,y)の関係は、次の式（７３）で示される関係とされる。ただし、式（７３）において、左辺が入力画素値P（ｌ）を表し、右辺が入力画素値P(x,y)を表している。
【０９４５】
【数６０】

【０９４６】
ステップＳ２４０４において、積分成分演算部２４２４は、条件設定部２４２１により設定された条件（タップ範囲および次数）、並びにデータ定常性検出部１０１より供給されたデータ定常性情報（角度θ）に基づいて積分成分を演算し、積分成分テーブルを生成する。
【０９４７】
いまの場合、上述したように、入力画素値は、P(x,y)でなくP(l)といった、画素の番号lの値として取得されるので、積分成分演算部２４２４は、上述した式（７２）の積分成分S_i(x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5)を、次の式（７４）の左辺で示される積分成分S_i(l)といったlの関数として演算する。
【０９４８】
S_i(ｌ) ＝ S_i(x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5) ・・・（７４）
【０９４９】
具体的には、いまの場合、次の式（７５）で示される積分成分S_i(l)が演算される。
【０９５０】
【数６１】

【０９５１】
なお、式（７５）において、左辺が積分成分S_i（ｌ)を表し、右辺が積分成分S_i(x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5)を表している。即ち、いまの場合、iは０乃至５であるので、２０個のS₀(l),２０個のS₁(l),２０個のS₂(l),２０個のS₃(l),２０個のS₄(l),２０個のS₅(l)の総計１２０個のS_i(l)が演算されることになる。
【０９５２】
より具体的には、はじめに、積分成分演算部２４２４は、データ定常性検出部１０１より供給された角度θに対するcotθを演算し、それを変数ｓとする。次に、積分成分演算部２４２４は、演算した変数ｓを使用して式（７４）の右辺で示される２０個の積分成分S_i(x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5) のそれぞれを、i=０乃至５のそれぞれについて演算する。即ち、１２０個の積分成分S_i(x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5) が演算されることになる。なお、この積分成分S_i(x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5) の演算においては、上述した式（７２）が使用される。そして、積分成分演算部２４２４は、式（７５）に従って、演算した１２０個の積分成分S_i(x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5)のそれぞれを、対応するS_i(l)のそれぞれに変換し、変換した１２０個のS_i(l)を含む積分成分テーブルを生成する。
【０９５３】
なお、ステップＳ２４０３の処理とステップＳ２４０４の処理の順序は、図１４３の例に限定されず、ステップＳ２４０４の処理が先に実行されてもよいし、ステップＳ２４０３の処理とステップＳ２４０４の処理が同時に実行されてもよい。
【０９５４】
次に、ステップＳ２４０５において、正規方程式生成部２４２５は、ステップＳ２４０３の処理で入力画素値取得部２４２３により生成された入力画素値テーブルと、ステップＳ２４０４の処理で積分成分演算部２４２４により生成された積分成分テーブルに基づいて、正規方程式テーブルを生成する。
【０９５５】
具体的には、いまの場合、上述した式（７１）を利用して最小自乗法により特徴量w_iが演算される（ただし、式（７０）において、積分成分S_i(x-0.5,x+0.5,y-0.5,y+0.5)は、式（７４）により変換されるSi(l)が使用される）ので、それに対応する正規方程式は、次の式（７６）のように表される。
【０９５６】
【数６２】

【０９５７】
なお、式（７６）において、Lは、タップ範囲の画素の番号lのうちの最大値を表している。nは、多項式である近似関数f(x)の次数を表している。具体的には、いまの場合、n=5となり、L=１９となる。
【０９５８】
式（７６）で示される正規方程式の各行列のそれぞれを、次の式（７７）乃至（７９）のように定義すると、正規方程式は、次の式（８０）のように表現される。
【０９５９】
【数６３】

【０９６０】
【数６４】

【０９６１】
【数６５】

【０９６２】
【数６６】

【０９６３】
式（７８）で示されるように、行列W_MATの各成分は、求めたい特徴量w_iである。従って、式（８０）において、左辺の行列Ｓ_MATと右辺の行列P_MATが決定されれば、行列解法によって行列W_MATの演算が可能になる。
【０９６４】
具体的には、式（７７）で示されるように、行列Ｓ_MATの各成分は、上述した積分成分S_i(l)で演算可能である。即ち、積分成分S_i(l)は、積分成分演算部２４２４より供給された積分成分テーブルに含まれているので、正規方程式生成部２４２５は、積分成分テーブルを利用して行列Ｓ_MATの各成分を演算することができる。
【０９６５】
また、式（７９）で示されるように、行列Ｐ_MATの各成分は、積分成分S_i(l)と入力画素値P(l)で演算可能である。即ち、積分成分S_i(l)は、行列Ｓ_MATの各成分に含まれるものと同一のものであり、また、入力画素値P(l)は、入力画素値取得部２４２３より供給された入力画素値テーブルに含まれているので、正規方程式生成部２４２５は、積分成分テーブルと入力画素値テーブルを利用して行列Ｐ_MATの各成分を演算することができる。
【０９６６】
このようにして、正規方程式生成部２４２５は、行列Ｓ_MATと行列Ｐ_MATの各成分を演算し、その演算結果（行列Ｓ_MATと行列Ｐ_MATの各成分）を正規方程式テーブルとして近似関数生成部２４２６に出力する。
【０９６７】
正規方程式生成部２４２５より正規方程式テーブルが出力されると、ステップＳ２４０６において、近似関数生成部２４２６は、正規方程式テーブルに基づいて、上述した式（８０）の行列W_MATの各成分である特徴量w_i（即ち、２次元多項式である近似関数f(x,y)の係数w_i）を演算する。
【０９６８】
具体的には、上述した式（８０）の正規方程式は、次の式（８１）のように変形できる。
【０９６９】
【数６７】

【０９７０】
式（８１）において、左辺の行列W_MATの各成分が、求めたい特徴量w_iである。また、行列S_MATと行列P_MATのそれぞれの各成分は、正規方程式生成部２４２５より供給された正規方程式テーブルに含まれている。従って、近似関数生成部２４２６は、正規方程式テーブルを利用して、式（８１）の右辺の行列演算を行うことで行列W_MATを演算し、その演算結果（特徴量w_i）を画像生成部１０３に出力する。
【０９７１】
ステップＳ２４０７において、近似関数生成部２４２６は、全画素の処理を終了したか否かを判定する。
【０９７２】
ステップＳ２４０７において、全画素の処理がまだ終了されていないと判定された場合、処理はステップＳ２４０２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。即ち、まだ注目画素とされない画素が、順次注目画素とされて、ステップＳ２４０２乃至Ｓ２４０７の処理が繰り返される。
【０９７３】
そして、全画素の処理が終了すると（ステップＳ２４０７において、全画素の処理が終了されたと判定されると）、実世界１の推定処理は終了となる。
【０９７４】
以上、２次元多項式近似手法の説明として、空間方向（X方向とY方向）に対する近似関数f(x,y)の係数（特徴量）w_iを演算する例を用いたが、２次元多項式近似手法は、時空間方向（X方向とt方向、または、Y方向とｔ方向）に対しても適用可能である。
【０９７５】
即ち、上述した例は、実世界１の光信号が、例えば、傾きG_F（図１３９）で表される空間方向の定常性を有する場合の例であったので、上述した式（６６）で示されるような、空間方向（X方向とY方向）の二次元積分が含まれる式が利用された。しかしながら、二次元積分の考え方は、空間方向だけによるものではなく、時空間方向（X方向とt方向、または、Y方向とｔ方向）に対して適用することも可能である。
【０９７６】
換言すると、２次元多項式近似手法においては、推定したい光信号関数F(x,y,t)が、空間方向の定常性のみならず、時空間方向（ただし、X方向とt方向、または、Y方向とｔ方向）の定常性を有している場合であっても、２次元の多項式により近似することが可能である。
【０９７７】
具体的には、例えば、X方向に水平に等速で動いている物体がある場合、その物体の動きの方向は、図１４５で示されるようなX-t平面においては、傾きV_Fのように表される。換言すると、傾きV_Fは、X-t平面における時空間方向の定常性の方向を表しているとも言える。従って、データ定常性検出部１０１は、上述した角度θ（X-Y平面における、傾きG_Fで表される空間方向の定常性に対応するデータ定常性情報）と同様に、X-t平面における時空間方向の定常性を表す傾きV_Fに対応するデータ定常性情報として、図１４５で示されるような動きθ（厳密には、図示はしないが、傾きV_Fに対応する傾きV_fで表されるデータの定常性の方向と、空間方向のＸ方向とのなす角度である動きθ）を出力することが可能である。
【０９７８】
従って、２次元多項式近似手法を利用する実世界推定部１０２は、動きθを上述した角度θの代わりとして使用すれば、上述した方法と同様な方法で、近似関数f(x,t)の係数（特徴量）w_iを演算することが可能になる。ただし、この場合、使用される式は、上述した式（６６）ではなく、次の式（８２）である。
【０９７９】
【数６８】

【０９８０】
なお、式（８２）において、ｓはcotθ（ただし、θは動きである）である。
【０９８１】
また、空間方向Ｘの変わりに、空間方向Ｙに注目した近似関数f（y,t)も、上述した近似関数f(x、t)と全く同様に取り扱うことが可能である。
【０９８２】
このように、２次元多項式近似手法においては、例えば、図１２０（図３）のデータ定常性検出部１０１が、それぞれ時空間積分効果を有する、センサの複数の検出素子（例えば、図１４０のセンサ２の検出素子２−１）により実世界１（図１２０）の光信号が射影され、実世界１の光信号の定常性（例えば、図１３９の傾きG_Fで表される定常性）の一部が欠落した、検出素子２−１により射影された画素値を有する複数の画素からなる画像データ（例えば、図１２０の入力画像）におけるデータの定常性（例えば、図１４１の傾きG_fで表されるデータの定常性）を検出する。
【０９８３】
そして、例えば、図１２０(図３)の実世界推定部１０２（構成は、図１４２）が、データ定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応して、画像データの時空間方向のうち少なくとも２次元方向（例えば、図１３９と図１４０の空間方向Ｘと、空間方向Ｙ）の位置に対応する画素の画素値（例えば、上述した式（６５）の左辺である入力画素値Ｐ(x、y)）が、少なくとも２次元方向の積分効果により取得された画素値（例えば、式（６６）の右辺に示されるように、上述した式（６５）で示される近似関数f(x,y)がＸ方向とＹ方向に積分された値）であるとして、実世界１の光信号を表す光信号関数F（具体的には、図１３９の関数F(x,y)）を、多項式である近似関数ｆ（例えば、式（６５）で示される近似関数f(x,y)）で近似することで、光信号関数Fを推定する。
【０９８４】
詳細には、例えば、実世界推定部１０２は、データ定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応する線（例えば、図１４１の傾きG_fに対応する線（矢印））からの少なくとも２次元方向に沿った距離（例えば、図１４１の断面方向距離ｘ‘）に対応する画素の画素値が、少なくとも２次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、現実世界の光信号を表す第１の関数を、多項式である第２の関数で近似することで、第１の関数を推定する。
【０９８５】
このように、２次元多項式近似手法は、１次元ではなく２次元の積分効果を考慮しているので、１次元多項式近似手法に比較して、より正確に実世界１の光信号を推定することが可能になる。
【０９８６】
次に、図１４６乃至図１５０を参照して、第３の関数近似手法について説明する。
【０９８７】
即ち、第３の関数近似手法とは、例えば、時空間方向のうちの所定の方向の定常性を有する実世界１の光信号が、光信号関数F(x,y,t)で表されることに注目して、近似関数f(x,y,t)で光信号関数F(x,y,t)を近似することによって、光信号関数F(x,y,t)を推定する手法である。従って、以下、第３の関数近似手法を、３次元関数近似手法と称する。
【０９８８】
また、３次元関数近似手法の説明においても、センサ２は、図１４６で示されるような、複数の検出素子２−１がその平面上に配置されて構成されるＣＣＤとされる。
【０９８９】
図１４６の例では、検出素子２−１の所定の１辺に平行な方向が、空間方向の１方向であるＸ方向とされており、Ｘ方向に垂直な方向が、空間方向の他方向であるＹ方向とされている。そして、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向が、時間方向であるｔ方向とされている。
【０９９０】
また、図１４６の例では、センサ２の各検出素子２−１のそれぞれの空間的な形状は、１辺の長さが１の正方形とされている。そして、センサ２のシャッタ時間（露光時間）が１とされている。
【０９９１】
さらに、図１４６の例では、センサ２の所定の１つの検出素子２−１の中心が、空間方向（Ｘ方向とＹ方向）の原点（Ｘ方向の位置ｘ＝０、およびＹ方向の位置ｙ＝０）とされており、また、露光時間の中間時刻が、時間方向（ｔ方向）の原点（ｔ方向の位置ｔ＝０）とされている。
【０９９２】
この場合、空間方向の原点（ｘ＝０,ｙ＝０）にその中心が存在する検出素子２−１は、Ｘ方向に-0.5乃至0.5の範囲、Ｙ方向に-0.5乃至0.5の範囲、およびｔ方向に-0.5乃至0.5の範囲で光信号関数F(x,y,t)を積分し、その積分値を画素値Ｐとして出力することになる。
【０９９３】
即ち、空間方向の原点にその中心が存在する検出素子２−１から出力される画素値Ｐは、次の式（８３）で表される。
【０９９４】
【数６９】

【０９９５】
その他の検出素子２−１も同様に、対象とする検出素子２−１の中心を空間方向の原点とすることで、式（８３）で示される画素値Ｐを出力することになる。
【０９９６】
ところで、上述したように、３次元関数近似手法においては、光信号関数F(x,y,t)は、３次元の近似関数f(x,y,t)に近似される。
【０９９７】
具体的には、例えば、近似関数f(x,y,t)を、N個の変数（特徴量）を有する関数とし、式（８３）に対応する入力画素値P(x,y,t)と近似関数f(x,y,t)の関係式を定義する。これにより、Nより大きいM個の入力画素値P(x,y,t)が取得されていれば、定義された関係式からN個の変数（特徴量）の算出が可能である。即ち、実世界推定部１０２は、M個の入力画素値P(x,y,t)を取得してN個の変数（特徴量）を演算することで、光信号関数F(x,y,t)を推定することが可能である。
【０９９８】
この場合、実世界推定部１０２は、センサ２からの入力画像（入力画素値）に含まれるデータの定常性を縛りとして（即ち、データ定常性検出部１０１より出力される入力画像に対するデータ定常性情報を利用して）、入力画像全体のうちの、M個の入力画像P(x,y,t)を抽出（取得）する。結果的に、予測関数f(x,y,t)は、データの定常性に拘束されることになる。
【０９９９】
例えば、図１４７で示されるように、入力画像に対応する光信号関数F(x,y,t)が、傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有している場合、データ定常性検出部１０１は、入力画像に対するデータ定常性情報として、角度θ（傾きG_Fに対応する傾きG_f（図示せず）で表されるデータの定常性の方向と、Ｘ方向のなす角度θ）を出力することになる。
【１０００】
この場合、光信号関数F(x,y,t)をX方向に射影した１次元の波形（ここでは、このような波形を、Ｘ断面波形と称している）は、Y方向のいずれの位置で射影した場合であっても同一の形状であるとする。
【１００１】
即ち、同一形状のＸ断面波形が、定常性の方向（X方向に対して角度θ方向）に連なっている２次元の（空間方向の）波形が存在するとし、そのような２次元波形が時間方向tに連なった３次元波形を、近似関数f(x,y,t)で近似する。
【１００２】
換言すると、注目画素の中心からY方向に位置yだけずれたX断面波形は、注目画素の中心を通るX断面波形がX方向に所定の量（角度θに応じて変化する量）だけ移動した（シフトした）波形となる。なお、以下、このような量を、シフト量と称する。
【１００３】
このシフト量は、次のようにして算出が可能である。
【１００４】
即ち、傾きV_f（例えば、図１４７の傾きV_Fに対応する、データの定常性の方向を表す傾きV_f）と角度θは、次の式（８４）のように表される。
【１００５】
【数７０】

【１００６】
なお、式（８４）において、dxは、Ｘ方向の微小移動量を表しており、dyは、dxに対するＹ方向の微小移動量を表している。
【１００７】
従って、X方向に対するシフト量をC_x(y)と記述すると、次の式（８５）のように表される。
【１００８】
【数７１】

【１００９】
このようにして、シフト量C_x(y)を定義すると、式（８３）に対応する入力画素値P(x,y,t)と近似関数f(x,y,t)の関係式は、次の式（８６）のように表される。
【１０１０】
【数７２】

【１０１１】
式（８６）において、ｅは、誤差を表している。t_sは、ｔ方向の積分開始位置を表しており、t_eは、ｔ方向の積分終了位置を表している。同様に、y_sは、Ｙ方向の積分開始位置を表しており、y_eは、Ｙ方向の積分終了位置を表している。また、x_sは、Ｘ方向の積分開始位置を表しており、x_eは、Ｘ方向の積分終了位置を表している。ただし、具体的な各積分範囲のそれぞれは、次の式（８７）で示される通りになる。
【１０１２】
【数７３】

【１０１３】
式（８７）で示されるように、注目画素から空間方向に(x,y)だけ離れて位置する画素に対するX方向の積分範囲を、シフト量C_x(y)だけ移動させることで、同一形状のX断面波形が、定常性の方向（X方向に対して角度θ方向）に連なっていることを表すことが可能になる。
【１０１４】
このように、３次元関数近似手法においては、画素値P(x,y、t)と、３次元の近似関数f(x,y,t)の関係を式（８６）（積分範囲は、式（８７））で表すことができるので、式（８６）と式（８７）を利用して、近似関数f(x,y,t)のN個の特徴量を、例えば、最小自乗法等により演算することで、光信号関数F(x,y,t)（例えば、図１４７で示されるような傾きV_F表される空間方向の定常性を有する光信号）の推定が可能となる。
【１０１５】
なお、光信号関数F(x,y,t)で表される光信号が、例えば、図１４７で示されるような傾きV_Fで表される空間方向の定常性を有している場合、次のようにして光信号関数F(x,y,t)を近似してもよい。
【１０１６】
即ち、光信号関数F(x,y,t)をY方向に射影した１次元の波形（以下、このような波形を、Y断面波形と称する）は、X方向のいずれの位置で射影した場合であっても同一の形状であるとする。
【１０１７】
換言すると、同一形状のY断面波形が、定常性の方向（X方向に対して角度θ方向）に連なっている２次元の（空間方向の）波形が存在するとし、そのような２次元波形が時間方向tに連なった３次元波形を、近似関数f(x,y,t)で近似する。
【１０１８】
従って、注目画素の中心からX方向にxだけずれたY断面波形は、注目画素の中心を通るY断面波形がY方向に所定のシフト量（角度θに応じて変化するシフト量）だけ移動した波形となる。
【１０１９】
このシフト量は、次のようにして算出が可能である。
【１０２０】
即ち、傾きG_Fが、上述した式（８４）のように表されるので、Y方向に対するシフト量をC_y(x)と記述すると、次の式（８８）のように表される。
【１０２１】
【数７４】

【１０２２】
このようにして、シフト量C_y(x)を定義すると、式（８３）に対応する入力画素値P(x,y,t)と近似関数f(x,y,t)の関係式は、シフト量C_x(y)を定義したときと同様に、上述した式（８６）で表される。
【１０２３】
ただし、今度は、具体的な各積分範囲のそれぞれは、次の式（８９）で示される通りになる。
【１０２４】
【数７５】

【１０２５】
式（８９）（および上述した式（８６））で示されるように、注目画素から(x,y)だけ離れて位置する画素に対するY方向の積分範囲を、シフト量C_y(x)だけ移動させることで、同一形状のY断面波形が、定常性の方向（X方向に対して角度θ方向）に連なっていることを表すことが可能になる。
【１０２６】
このように、３次元関数近似手法においては、上述した式（８６）の右辺の積分範囲を式（８７）のみならず式（８９）とすることもできるので、積分範囲として式（８９）が採用された式（８６）を利用して、近似関数f(x,y,t)のｎ個の特徴量を、例えば、最小自乗法等により演算することで、光信号関数F(x,y,t)（傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有する実世界１の光信号）の推定が可能となる。
【１０２７】
このように、積分範囲を表す式（８７）と式（８９）は、定常性の方向にあわせて周辺画素をX方向にシフトさせるか（式（８７）の場合）、或いはY方向にシフトさせるか（式（８９）の場合）の違いがあるだけであり、本質的には同じことを表している。
【１０２８】
しかしながら、定常性の方向（傾きG_F）に応じて、光信号関数F(x,y,t)を、X断面波形の集まりと捉えるか、Y断面波形の集まりと捉えるかが異なる。即ち、定常性の方向がY方向に近い場合、光信号関数F(x,y,t)を、X断面波形の集まりと捉えた方が好適である。これに対して、定常性の方向がX方向に近い場合、光信号関数F(x,y,t)を、Y断面波形の集まりと捉えた方が好適である。
【１０２９】
従って、実世界推定部１０２は、積分範囲として式（８７）と式（８９）の両方を用意しておき、定常性の方向に応じて、適宜式（８６）の右辺の積分範囲として、式（８７）と式（８９）のうちのいずれか一方を選択するとよい。
【１０３０】
以上、光信号関数F(x,y,t)が空間方向（X方向とY方向）の定常性（例えば、図１４７の傾きG_Fで表される空間方向の定常性）を有する場合についての３次元関数手法について説明したが、３次元関数手法は、図１４８で示されるように、光信号関数F(x,y,t)が時空間方向（X方向、Y方向、およびｔ方向）の定常性（傾きV_Fで表される定常性）を有する場合についても適用可能である。
【１０３１】
即ち、図１４８において、フレーム番号＃N-1のフレームに対応する光信号関数がF(x、y、#N-1)とされ、フレーム番号＃Nのフレームに対応する光信号関数がF(x、y、#N)とされ、かつ、フレーム番号＃N+1のフレームに対応する光信号関数がF(x、y、#N+1)とされている。
【１０３２】
なお、図１４８において、図中、水平方向は、空間方向の1方向であるＸ方向とされており、右斜め上方向は、空間方向の他方向であるＹ方向とされており、かつ、垂直方向は、時間方向であるｔ方向とされている。
【１０３３】
また、フレーム#N-1は、フレーム#Nに対して時間的に前のフレームであり、フレーム#N+1は、フレーム#Nに対して時間的に後のフレームである。即ち、フレーム#N-1、フレーム#N、およびフレーム#N+1は、フレーム#N-1、フレーム#N、およびフレーム#N+1の順で表示される。
【１０３４】
図１４８の例では、傾きV_Fで示される方向（図中左下手前から右上奥の方向）に沿った断面の光のレベルがほぼ一定とされている。従って、図１４８の例では、光信号関数F(x,y,t)は、傾きV_Fで表される時空間方向の定常性を有していると言える。
【１０３５】
この場合、時空間方向の定常性を表す関数C(x,y,t)を定義し、かつ、定義された関数C(x,y,t)を利用して、上述した式（８６）の積分範囲を定義すれば、上述した式（８７）や式（８９）と同様に、近似関数f(x,y,t)のN個の特徴量の算出が可能になる。
【１０３６】
関数C(x,y,t)は、定常性の方向を表す関数であれば特に限定されない。ただし、以下においては、直線的な定常性であるとして、それに対応する関数C(x,y,t)として、上述した空間方向の定常性を表す関数であるシフト量C_x(y)（式（８５））やシフト量C_y(x)（式（８７））に相当する、C_x(t)とC_y(t)を次のように定義するとする。
【１０３７】
即ち、上述した空間方向のデータの定常性を表す傾きG_fに対応する、時空間方向のデータの定常性の傾きをV_fとすると、この傾きV_fをX方向の傾き（以下、V_fxと記述する）とY方向の傾き（以下、V_fyと記述する）に分割すると、傾きV_fxは次の式（９０）で、傾きV_fyは次の式（９１）で、それぞれ表される。
【１０３８】
【数７６】

【１０３９】
【数７７】

【１０４０】
この場合、関数C_x(t)は、式（９０）で示される傾きV_fxを利用して、次の式（９２）のように表される。
【１０４１】
【数７８】

【１０４２】
同様に、関数C_y(t)は、式（９１）で示される傾きV_fyを利用して、次の式（９３）のように表される。
【１０４３】
【数７９】

【１０４４】
このようにして、時空間方向の定常性２５１１を表す関数C_x(t)と関数C_y(t)を定義すると、式（８６）の積分範囲は、次の式（９４）のように表される。
【１０４５】
【数８０】

【１０４６】
このように、３次元関数近似手法においては、画素値P(x,y、t)と、３次元の近似関数f(x,y,t)の関係を式（８６）で表すことができるので、その式（８６）の右辺の積分範囲として式（９４）を利用して、近似関数f(x,y,t)のｎ＋１個の特徴量を、例えば、最小自乗法等により演算することで、光信号関数F(x,y,t)（時空間方向の所定の方向に定常性を有する実世界１の光信号）を推定することが可能となる。
【１０４７】
図１４９は、このような３次元関数近似手法を利用する実世界推定部１０２の構成例を表している。
【１０４８】
なお、３次元関数近似手法を利用する実世界推定部１０２が演算する近似関数f(x,y,t)（実際には、その特徴量（係数）を演算する）は、特に限定されないが、以下の説明においては、ｎ（n＝N-1）次の多項式とされる。
【１０４９】
図１４９で示されるように、実世界推定部１０２には、条件設定部２５２１、入力画像記憶部２５２２、入力画素値取得部２５２３、積分成分演算部２５２４、正規方程式生成部２５２５、および近似関数生成部２５２６が設けられている。
【１０５０】
条件設定部２５２１は、注目画素に対応する光信号関数F(x,y,t)を推定するために使用する画素の範囲（タップ範囲）や、近似関数f(x,y,t)の次数nを設定する。
【１０５１】
入力画像記憶部２５２２は、センサ２からの入力画像（画素値）を一次格納する。
【１０５２】
入力画素値取得部２５２３は、入力画像記憶部２５２２に記憶された入力画像のうちの、条件設定部２５２１により設定されたタップ範囲に対応する入力画像の領域を取得し、それを入力画素値テーブルとして正規方程式生成部２５２５に供給する。即ち、入力画素値テーブルは、入力画像の領域に含まれる各画素のそれぞれの画素値が記述されたテーブルである。
【１０５３】
ところで、上述したように、３次元関数近似手法を利用する実世界推定部１０２は、上述した式（８６）（ただし積分範囲は、式（８７）、式（９０）、または式（９４））を利用して最小自乗法により近似関数f(x,y)のN個の特徴量（いまの場合、各次の係数）を演算する。
【１０５４】
式（８６）の右辺は、その積分を演算することで、次の式（９５）のように表現することができる。
【１０５５】
【数８１】

【１０５６】
式（９５）において、w_iは、i次項の係数（特徴量）を表しており、また、S_i（x_s,x_e,y_s,y_e,t_s,t_e）は、i次項の積分成分を表している。ただし、x_sはX方向の積分範囲の開始位置を、x_eはX方向の積分範囲の終了位置を、y_sはY方向の積分範囲の開始位置を、y_eはY方向の積分範囲の終了位置を、t_sはt方向の積分範囲の開始位置を、t_eはｔ方向の積分範囲の終了位置を、それぞれ表している。
【１０５７】
積分成分演算部２５２４は、この積分成分S_i（x_s,x_e,y_s,y_e,t_s,t_e）を演算する。
【１０５８】
即ち、積分成分演算部２５２４は、条件設定部２５２１により設定されたタップ範囲および次数、並びにデータ定常性検出部１０１より出力されたデータ定常性情報のうちの角度若しくは動き（積分範囲として、上述した式（８７）若しくは式（９０）が利用される場合には角度であり、上述した式（９４）が利用される場合には動きである）に基づいて積分成分S_i（x_s,x_e,y_s,y_e,t_s,t_e）を演算し、その演算結果を積分成分テーブルとして正規方程式生成部２５２５に供給する。
【１０５９】
正規方程式生成部２５２５は、入力画素値取得部２５２３より供給された入力画素値テーブルと、積分成分演算部２５２４より供給された積分成分テーブルを利用して、上述した式（９５）を最小自乗法で求める場合の正規方程式を生成し、それを正規方程式テーブルとして近似関数生成部２５２６に出力する。正規方程式の例については、後述する。
【１０６０】
近似関数生成部２５２６は、正規方程式生成部２５２５より供給された正規方程式テーブルに含まれる正規方程式を行列解法で解くことにより、特徴量w_i（いまの場合、３次元多項式である画素値関数f(x,y)の係数w_i）のそれぞれを演算し、画像生成部１０３に出力する。
【１０６１】
次に、図１５０のフローチャートを参照して、３次元関数近似手法が適用される実世界の推定処理（図４０のステップＳ１０２の処理）について説明する。
【１０６２】
はじめに、ステップＳ２５０１において、条件設定部２５２１は、条件（タップ範囲と次数）を設定する。
【１０６３】
例えば、いま、Ｌ個の画素からなるタップ範囲が設定されたとする。また、各画素のそれぞれに対して、所定の番号l（lは、０乃至Ｌ−１のうちのいずれかの整数値）が付されるとする。
【１０６４】
次に、ステップＳ２５０２において、条件設定部２５２１は、注目画素を設定する。
【１０６５】
ステップＳ２５０３において、入力画素値取得部２５２３は、条件設定部２５２１により設定された条件（タップ範囲）に基づいて入力画素値を取得し、入力画素値テーブルを生成する。いまの場合、Ｌ個の入力画素値P(x,y,t)からなるテーブルが生成されることになる。ここで、Ｌ個の入力画素値P(x,y,t)のそれぞれを、その画素の番号ｌの関数としてP(l)と記述することにする。即ち、入力画素値テーブルは、Ｌ個のP(l)が含まれるテーブルとなる。
【１０６６】
ステップＳ２５０４において、積分成分演算部２５２４は、条件設定部２５２１により設定された条件（タップ範囲および次数）、並びにデータ定常性検出部１０１より供給されたデータ定常性情報（角度若しくは動き）に基づいて積分成分を演算し、積分成分テーブルを生成する。
【１０６７】
ただし、いまの場合、上述したように、入力画素値は、P(x,y,t)でなくP(l)といった、画素の番号lの値として取得されるので、積分成分演算部２５２４は、上述した式（９５）の積分成分S_i（x_s,x_e,y_s,y_e,t_s,t_e）を、積分成分S_i(l)といったlの関数として演算することになる。即ち、積分成分テーブルは、Ｌ×ｉ個のS_i(l)が含まれるテーブルとなる。
【１０６８】
なお、ステップＳ２５０３の処理とステップＳ２５０４の処理の順序は、図１５０の例に限定されず、ステップＳ２５０４の処理が先に実行されてもよいし、ステップＳ２５０３の処理とステップＳ２５０４の処理が同時に実行されてもよい。
【１０６９】
次に、ステップＳ２５０５において、正規方程式生成部２５２５は、ステップＳ２５０３の処理で入力画素値取得部２５２３により生成された入力画素値テーブルと、ステップＳ２５０４の処理で積分成分演算部２５２４により生成された積分成分テーブルに基づいて、正規方程式テーブルを生成する。
【１０７０】
具体的には、いまの場合、最小自乗法により、上述した式（９５）に対応する次の式（９６）の特徴量w_iを演算する。で、それに対応する正規方程式は、次の式（９７）のように表される。
【１０７１】
【数８２】

【１０７２】
【数８３】

【１０７３】
式（９７）で示される正規方程式の各行列のそれぞれを、次の式（９８）乃至（１００）のように定義すると、正規方程式は、次の式（１０１）のように表される。
【１０７４】
【数８４】

【１０７５】
【数８５】

【１０７６】
【数８６】

【１０７７】
【数８７】

【１０７８】
式（９９）で示されるように、行列W_MATの各成分は、求めたい特徴量w_iである。従って、式（１０１）において、左辺の行列Ｓ_MATと右辺の行列P_MATが決定されれば、行列解法によって行列W_MAT（即ち、特徴量w_i）の算出が可能である。
【１０７９】
具体的には、式（９８）で示されるように、行列Ｓ_MATの各成分は、上述した積分成分S_i(l)が既知であれば演算可能である。積分成分S_i(l)は、積分成分演算部２５２４より供給された積分成分テーブルに含まれているので、正規方程式生成部２５２５は、積分成分テーブルを利用して行列Ｓ_MATの各成分を演算することができる。
【１０８０】
また、式（１００）で示されるように、行列Ｐ_MATの各成分は、積分成分S_i(l)と入力画素値P(l)が既知であれば演算可能である。積分成分S_i(l)は、行列Ｓ_MATの各成分に含まれるものと同一のものであり、また、入力画素値P(l)は、入力画素値取得部２５２３より供給された入力画素値テーブルに含まれているので、正規方程式生成部２５２５は、積分成分テーブルと入力画素値テーブルを利用して行列Ｐ_MATの各成分を演算することができる。
【１０８１】
このようにして、正規方程式生成部２５２５は、行列Ｓ_MATと行列Ｐ_MATの各成分を演算し、その演算結果（行列Ｓ_MATと行列Ｐ_MATの各成分）を正規方程式テーブルとして近似関数生成部２５２６に出力する。
【１０８２】
正規方程式生成部２５２５より正規方程式テーブルが出力されると、ステップＳ２５０６において、近似関数生成部２５２６は、正規方程式テーブルに基づいて、上述した式（１０１）の行列W_MATの各成分である特徴量w_i（即ち、近似関数f(x,y,t)の係数w_i）を演算する。
【１０８３】
具体的には、上述した式（１０１）の正規方程式は、次の式（１０２）のように変形できる。
【１０８４】
【数８８】

【１０８５】
式（１０２）において、左辺の行列W_MATの各成分が、求めたい特徴量w_iである。また、行列S_MATと行列P_MATのそれぞれの各成分は、正規方程式生成部２５２５より供給された正規方程式テーブルに含まれている。従って、近似関数生成部２５２６は、正規方程式テーブルを利用して、式（１０２）の右辺の行列演算を行うことで行列W_MATを演算し、その演算結果（特徴量w_i）を画像生成部１０３に出力する。
【１０８６】
ステップＳ２５０７において、近似関数生成部２５２６は、全画素の処理を終了したか否かを判定する。
【１０８７】
ステップＳ２５０７において、全画素の処理がまだ終了されていないと判定された場合、処理はステップＳ２５０２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。即ち、まだ注目画素とされない画素が、順次注目画素とされて、ステップＳ２５０２乃至Ｓ２５０７の処理が繰り返される。
【１０８８】
そして、全画素の処理が終了すると（ステップＳ２５０７において、全画素の処理が終了されたと判定されると）、実世界１の推定処理は終了となる。
【１０８９】
以上、説明したように、３次元関数近似手法は、１次元や２次元ではなく、時空間方向の３次元の積分効果を考慮しているので、１次元多項式近似手法や２次元多項式近似手法に比較して、より正確に実世界１の光信号を推定することが可能になる。
【１０９０】
換言すると、３次元関数近似手法においては、例えば、図１２０（図３）の実世界推定部１０２（構成は、例えば、図１４９）は、それぞれ時空間積分効果を有する、センサの複数の検出素子（例えば、図１４６のセンサ２の検出素子２−１）により実世界１の光信号が射影され、実世界１の光信号の定常性（例えば、図１４７の傾きG_F、または、図１４８の傾きV_Fで表される定常性）の一部が欠落した、検出素子により射影された画素値を有する複数の画素からなる入力画像の、時空間方向のうち少なくとも１次元方向（例えば、図１４８の空間方向Ｘ、空間方向Y、および、時間方向ｔの３次元方向）の位置に対応する前記画素の前記画素値（例えば、式（８７）の左辺の入力画素値P(x,y,z)）が、少なくとも１次元方向の積分効果により取得された画素値（例えば、上述した式（８７）の右辺に示されるように、近似関数f(x,y,t)がＸ方向、Ｙ方向、およびｔ方向の３次元に積分された値）であるとして、実世界の光信号を表す光信号関数F（具体的には、例えば、図１４７や図１４８の光信号関数F(x,y,t)）を所定の近似関数ｆ（具体的には、例えば、式（８６）の右辺の近似関数f(x,y,t)）で近似することで、光信号関数Fを推定する。
【１０９１】
さらに、例えば、図１２０（図３）のデータ定常性検出部１０１が、入力画像のデータの定常性を検出した場合、実世界推定部１０２は、データ定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応して、画像データの時空間方向のうち少なくとも１次元方向の位置に対応する画素の画素値が、少なくとも１次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、光信号関数Fを近似関数ｆで近似することで、光信号関数Fを推定する。
【１０９２】
詳細には、例えば、実世界推定部１０２は、定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応する線からの少なくとも１次元方向に沿った距離（例えば、上述した式（８５）のシフト量Cx(y)）に対応する画素の画素値が、少なくとも１次元方向の積分効果により取得された画素値（例えば、上述した式（８７）で示されるような積分範囲で、式（８６）の右辺に示されるように、近似関数f(x,y,t)がＸ方向、Ｙ方向、およびｔ方向の３次元に積分された値）であるとして、光信号関数Fを近似関数で近似することで、光信号関数を推定する。
【１０９３】
従って、３次元関数近似手法は、より正確に実世界１の光信号を推定することが可能になる。
【１０９４】
次に、図１５１乃至図１７２を参照して、画像生成部１０３（図３）の実施の形態の１例について説明する。
【１０９５】
図１５１は、この例の実施の形態の原理を説明する図である。
【１０９６】
図１５１で示されるように、この例の実施の形態においては、実世界推定部１０２が、関数近似手法を利用することが前提とされている。即ち、センサ２に入射される画像である、実世界１の信号（光の強度の分布）が、所定の関数Ｆで表されるとして、実世界推定部１０２が、センサ２から出力された入力画像（画素値Ｐ）と、データ定常性検出部１０１から出力されたデータ定常性情報を使用して、関数Ｆを所定の関数ｆで近似することによって、関数Ｆを推定することが前提とされている。
【１０９７】
なお、以下、この例の実施の形態の説明においても、画像である、実世界１の信号を、特に光信号と称し、関数Ｆを、特に光信号関数Ｆと称する。また、関数ｆを、特に近似関数fと称する。
【１０９８】
そこで、この例の実施の形態においては、このような前提に基づいて、画像生成部１０３が、データ定常性検出部１０１から出力されたデータ定常性情報と、実世界推定部１０２から出力された実世界推定情報（図１５１の例では、近似関数fの特徴量）を使用して、近似関数fを所定の時空間範囲で積分し、その積分値を出力画素値Ｍ（出力画像）として出力する。なお、この例の実施の形態においては、入力画像の画素と出力画像の画素を区別するために、入力画素値をＰと記述し、出力画素値をＭと記述する。
【１０９９】
換言すると、光信号関数Ｆが１度積分されて入力画素値Ｐとなり、その入力画素値Ｐから光信号関数Ｆが推測され（近似関数fで近似され）、推測された光信号関数Ｆ（即ち、近似関数f）が再度積分されて、出力画素値Ｍが生成される。従って、以下、画像生成部１０３が実行する近似関数fの積分を、再積分と称する。また、この例の実施の形態を、再積分手法と称する。
【１１００】
なお、後述するように、再積分手法において、出力画素値Ｍが生成される場合の近似関数fの積分範囲は、入力画素値Ｐが生成される場合の光信号関数Ｆの積分範囲（即ち、空間方向においては、センサ２の検出素子の縦幅と横幅であり、時間方向においては、センサ２の露光時間である）に限定されず、任意の積分範囲が可能である。
【１１０１】
例えば、出力画素値Ｍが生成される場合、近似関数fの積分範囲のうちの空間方向の積分範囲を可変することで、その積分範囲に応じて出力画像の画素ピッチを可変することが可能になる。即ち、空間解像度の創造が可能になる。
【１１０２】
同様に、例えば、出力画素値Ｍが生成される場合、近似関数fの積分範囲のうちの時間方向の積分範囲を可変することで、時間解像度の創造が可能になる。
【１１０３】
以下、図面を参照して、このような再積分手法のうちの３つの具体的な手法についてそれぞれ個別に説明していく。
【１１０４】
即ち、３つの具体的な手法とは、関数近似手法の３つの具体的な手法（実世界推定部１０２の実施の形態の上述した３つの具体的な例）のそれぞれに対応する再積分手法である。
【１１０５】
具体的には、１つ目の手法は、上述した１次元多項式近似手法（関数近似手法の１手法）に対応する再積分手法である。従って、１つ目の手法では１次元の再積分を行うことになるので、以下、このような再積分手法を、１次元再積分手法と称する。
【１１０６】
２つ目の手法は、上述した２次元多項式近似手法（関数近似手法の１手法）に対応する再積分手法である。従って、２つ目の手法では２次元の再積分を行うことになるので、以下、このような再積分手法を、２次元再積分手法と称する。
【１１０７】
３つ目の手法は、上述した３次元関数近似手法（関数近似手法の１手法）に対応する再積分手法である。従って、３つ目の手法では３次元の再積分を行うことになるので、以下、このような再積分手法を、３次元再積分手法と称する。
【１１０８】
以下、１次元再積分手法、２次元再積分手法、および３次元再積分手法のそれぞれの詳細について、その順番で説明していく。
【１１０９】
はじめに、１次元再積分手法について説明する。
【１１１０】
１次元再積分手法においては、１次元多項式近似手法により近似関数f(x)が既に生成されていることが前提とされる。
【１１１１】
即ち、３次元の空間上の位置x,y、およびｚ、並びに時刻tを変数とする光信号関数F(x,y,t)を、空間方向であるX方向、Y方向、およびZ方向、並びに時間方向であるｔ方向のうちの所定の１方向（例えば、X方向）に射影した１次元の波形（再積分手法の説明においても、このような波形のうちのX方向に射影した波形を、X断面波形F(x)と称することにする）が、n次（nは、任意の整数）の多項式である近似関数f(x)で近似されていることが前提とされる。
【１１１２】
この場合、１次元再積分手法においては、出力画素値Ｍは、次の式（１０３）のように演算される。
【１１１３】
【数８９】

【１１１４】
なお、式（１０３）において、x_sは、積分開始位置を表しており、x_eは、積分終了位置を表している。また、G_eは、所定のゲインを表している。
【１１１５】
具体的には、例えば、いま、実世界推測部１０２が、図１５２で示されるような画素３１０１（センサ２の所定の１つの検出素子に対応する画素３１０１）を注目画素として、図１５２で示されるような近似関数f(x)（Ｘ断面波形F(x)の近似関数f(x)）を既に生成しているとする。
【１１１６】
なお、図１５２の例では、画素３１０１の画素値（入力画素値）がＰとされ、かつ、画素３１０１の形状が、１辺の長さが１の正方形とされている。また、空間方向のうちの、画素３１０１の１辺に平行な方向（図中水平方向）がＸ方向とされ、Ｘ方向に垂直な方向（図中垂直方向）がＹ方向とされている。
【１１１７】
また、図１５２の下側に、画素３１０１の中心が原点とされる空間方向（Ｘ方向とＹ方向）の座標系（以下、注目画素座標系と称する）と、その座標系における画素３１０１が示されている。
【１１１８】
さらに、図１５２の上方に、y＝０（yは、図中下側で示される注目画素座標系のY方向の座標値）における近似関数f(x)をグラフ化したものが示されている。このグラフにおいて、図中水平方向に平行な軸は、図中下側で示される注目画素座標系のX方向のx軸と同一の軸であり（原点も同一であり）、また、図中垂直方向に平行な軸は、画素値を表す軸とされている。
【１１１９】
この場合、近似関数f(x)と画素３１０１の画素値Pの間には、次の式（１０４）の関係が成立する。
【１１２０】
【数９０】

【１１２１】
また、図１５２で示されるように、画素３１０１は、傾きG_fで表される空間方向のデータの定常性を有しているとする。そして、データ定常性検出部１０１（図１５１）が、傾きG_fで表されるデータの定常性に対応するデータ定常性情報として、図１５２で示されるような角度θを既に出力しているとする。
【１１２２】
この場合、例えば、１次元再積分方法においては、図１５３で示されるように、Ｘ方向に−０．５乃至０．５の範囲、かつＹ方向に−０．５乃至０．５の範囲（図１５２の画素３１０１が位置する範囲）に、４個の画素３１１１乃至画素３１１４を新たに創造することが可能である。
【１１２３】
なお、図１５３の下側に、図１５２のものと同一の注目画素座標系と、その注目画素座標系における画素３１１１乃至画素３１１４が示されている。また、図１５３の上側に、図１５２のものと同一のグラフ（y=0における近似関数f(x)をグラフ化したもの）が示されている。
【１１２４】
具体的には、図１５３で示されるように、１次元再積分方法においては、次の式（１０５）により画素３１１１の画素値Ｍ（１）の算出が、次の式（１０６）により画素３１１２の画素値Ｍ（２）の算出が、次の式（１０７）により画素３１１３の画素値Ｍ（３）の算出が、次の式（１０８）により画素３１１４の画素値Ｍ（４）の算出が、それぞれ可能である。
【１１２５】
【数９１】

【１１２６】
【数９２】

【１１２７】
【数９３】

【１１２８】
【数９４】

【１１２９】
なお、式（１０５）のx_s1、式（１０６）のx_s2、式（１０７）のx_s3、および式（１０８）のx_s4のそれぞれは、対応する式の積分開始位置を表している。また、式（１０５）のx_e1、式（１０６）のx_e2、式（１０７）のx_e3、および式（１０８）のx_e4のそれぞれは、対応する式の積分終了位置を表している。
【１１３０】
式（１０５）乃至式（１０８）のそれぞれの右辺の積分範囲は、画素３１１１乃至画素３１１４のそれぞれの画素幅（Ｘ方向の長さ）となる。即ち、x_e1-x_s1,x_e2-x_s2,x_e3-x_s3,x_e4-x_s4のそれぞれは、０．５となる。
【１１３１】
ただし、いまの場合、y=0における近似関数f(x)と同一形状の１次元の波形が、Ｙ方向ではなく、傾きG_fで表されるデータの定常性の方向（即ち、角度θ方向）に連なっていると考えられる（実際には、y=0におけるＸ断面波形F(x)と同一形状の波形が定常性の方向に連なっている）。即ち、図１５３の注目画素座標系における原点(0,0)（図１５２の画素３１０１の中心）における画素値f(0)を画素値f1とした場合、画素値f1が続く方向は、Y方向ではなく、傾きG_fで表されるデータの定常性の方向（角度θ方向）である。
【１１３２】
換言すると、Y方向の所定の位置y（ただし、yは０以外の数値）における近似関数f(x)の波形を考えた場合、画素値f1となる位置は、位置（0,y）ではなく、位置（0,y）からX方向に所定の量（ここでも、このような量をシフト量と称することにする。また、シフト量は、Y方向の位置ｙに依存する量であるので、このシフト量をC_x(y)と記述することにする）だけ移動した位置（C_x(y),y）である。
【１１３３】
従って、上述した式（１０５）乃至式（１０８）のそれぞれの右辺の積分範囲として、求めたい画素値M（l）（ただし、ｌは、１乃至４のうちのいずれかの整数値）の中心が存在するY方向の位置ｙを考慮した範囲、即ち、シフト量C_x(y)を考慮した積分範囲の設定が必要である。
【１１３４】
具体的には、例えば、画素３１１１と画素３１１２の中心が存在するY方向の位置yは、y=０ではなく、y=0.25である。
【１１３５】
従って、y=0.25における近似関数f(x)の波形は、y=０における近似関数f(x)の波形をX方向にシフト量C_x(0.25)だけ移動させた波形に相当する。
【１１３６】
換言すると、上述した式（１０５）において、画素３１１１に対する画素値M(1)は、y=0における近似関数f(x)を所定の積分範囲（開始位置x_s1から終了位置x_e1まで）で積分したものであるとすると、その積分範囲は、開始位置x_s1＝-0.5から終了位置x_e1＝０までの範囲（画素３１１１がX方向に占める範囲そのもの）ではなく、図１５３で示される範囲、即ち、開始位置x_s1＝-0.5＋C_x(0.25)から終了位置x_e1＝０＋C_x(0.25)（シフト量C_x(0.25)だけ画素３１１１を仮に移動させた場合における、画素３１１１がX方向に占める範囲）となる。
【１１３７】
同様に、上述した式（１０６）において、画素３１１２に対する画素値M(2)は、y=0における近似関数f(x)を所定の積分範囲（開始位置x_s2から終了位置x_e2まで）で積分したものであるとすると、その積分範囲は、開始位置x_s2＝０から終了位置x_e2＝0.5までの範囲（画素３１１２のX方向に占める範囲そのもの）ではなく、図１５３で示される範囲、即ち、開始位置x_s2＝０＋C_x(0.25)から終了位置x _e2 ＝0.5＋C_x(0.25)（シフト量C_x(0.25)だけ画素３１１２を仮に移動させた場合における、画素３１１２のX方向に占める範囲）となる。
【１１３８】
また、例えば、画素３１１３と画素３１１４の中心が存在するY方向の位置yは、y=０ではなく、y=-0.25である。
【１１３９】
従って、y=-0.25における近似関数f(x)の波形は、y=０における近似関数f(x)の波形をX方向にシフト量C_x(-0.25)だけ移動させた波形に相当する。
【１１４０】
換言すると、上述した式（１０７）において、画素３１１３に対する画素値M(3)は、y=0における近似関数f(x)を所定の積分範囲（開始位置x_s3から終了位置x_e3まで）で積分したものであるとすると、その積分範囲は、開始位置x_s3＝-0.5から終了位置x_e3＝０までの範囲（画素３１１３のX方向に占める範囲そのもの）ではなく、図１５３で示される範囲、即ち、開始位置x_s3＝-0.5＋C_x(-0.25)から終了位置x_e3＝０＋C_x(-0.25)（シフト量C_x(-0.25)だけ画素３１１３を仮に移動させた場合における、画素３１１３のX方向に占める範囲）となる。
【１１４１】
同様に、上述した式（１０８）において、画素３１１４に対する画素値M(4)は、y=0における近似関数f(x)を所定の積分範囲（開始位置x_s4から終了位置x_e4まで）で積分したものであるとすると、その積分範囲は、開始位置x_s4＝０から終了位置x_e4＝0.5までの範囲（画素３１１４のX方向の占める範囲そのもの）ではなく、図１５３で示される範囲、即ち、開始位置x_s4＝０＋C_x(-0.25)から終了位置x _e4 ＝0.5＋C_x(-0.25)（シフト量C_x(-0.25)だけ画素３１１４を仮に移動させた場合における、画素３１１４のX方向に占める範囲）となる。
【１１４２】
従って、画像生成部１０２（図１５１）は、上述した式（１０５）乃至式（１０８）のそれぞれに、上述した積分範囲のうちの対応するものを代入してそれぞれ演算し、それらの演算結果を出力画素値M(1)乃至M（４）のそれぞれとして出力することになる。
【１１４３】
このように、画像生成部１０２は、１次元再積分手法を利用することで、センサ２（図１５１）からの出力画素３１０１（図１５２）における画素として、出力画素３１０１よりも空間解像度の高い４つの画素、即ち、画素３１１１乃至画素３１１４（図１５３）を創造することができる。さらに、図示はしないが、上述したように、画像生成部１０２は、画素３１１１乃至画素３１１４のみならず、積分範囲を適宜変えることで、出力画素３１０１に対して任意の倍率の空間解像度の画素を劣化することなく創造することができる。
【１１４４】
図１５４は、このような１次元再積分手法を利用する画像生成部１０３の構成例を表している。
【１１４５】
図１５４で示されるように、この例の画像生成部１０３には、条件設定部３１２１、特徴量記憶部３１２２、積分成分演算部３１２３、および出力画素値演算部３１２４が設けられている。
【１１４６】
条件設定部３１２１は、実世界推定部１０２より供給された実世界推定情報（図１５４の例では、近似関数f(x)の特徴量）に基づいて近似関数f(x)の次数nを設定する。
【１１４７】
条件設定部３１２１はまた、近似関数f(x)を再積分する場合（出力画素値を演算する場合）の積分範囲を設定する。なお、条件設定部３１２１が設定する積分範囲は、画素の幅である必要は無い。例えば、近似関数f（x）は空間方向（X方向）に積分されるので、センサ２（図１５１）からの入力画像の各画素の空間的な大きさに対する、出力画素（画像生成部１０３がこれから演算する画素）の相対的な大きさ（空間解像度の倍率）がわかれば、具体的な積分範囲の決定が可能である。従って、条件設定部３１２１は、積分範囲として、例えば、空間解像度倍率を設定することもできる。
【１１４８】
特徴量記憶部３１２２は、実世界推定部１０２より順次供給されてくる近似関数f(x)の特徴量を一次的に記憶する。そして、特徴量記憶部３１２２は、近似関数f（ｘ）の特徴量の全てを記憶すると、近似関数f(x)の特徴量を全て含む特徴量テーブルを生成し、出力画素値演算部３１２４に供給する。
【１１４９】
ところで、上述したように、画像生成部１０３は、上述した式（１０３）を利用して出力画素値Mを演算するが、上述した式（１０３）の右辺に含まれる近似関数f(x)は、具体的には、次の式（１０９）のように表される。
【１１５０】
【数９５】

【１１５１】
なお、式（１０９）において、w_iは、実世界推定部１０２より供給される近似関数f(x)の特徴量を表している。
【１１５２】
従って、上述した式（１０３）の右辺の近似関数f(x)に、式（１０９）の近似関数f（x）を代入して、式（１０３）の右辺を展開（演算）すると、出力画素値Mは、次の式（１１０）のように表される。
【１１５３】
【数９６】

【１１５４】
式（１１０）において、K_i（x_s,x_e）は、i次項の積分成分を表している。即ち、積分成分K_i（x_s,x_e）は、次の式（１１１）で示される通りである。
【１１５５】
【数９７】

【１１５６】
積分成分演算部３１２３は、この積分成分K_i（x_s,x_e）を演算する。
【１１５７】
具体的には、式（１１１）で示されるように、積分成分K_i（x_s,x_e）は、積分範囲の開始位置x_s、および終了位置x_e、ゲインG_e、並びにi次項のiが既知であれば演算可能である。
【１１５８】
これらのうちの、ゲインG_eは、条件設定部３１２１により設定された空間解像度倍率（積分範囲）により決定される。
【１１５９】
iの範囲は、条件設定部３１２１により設定された次数nにより決定される。
【１１６０】
また、積分範囲の開始位置x_s、および終了位置x_eのそれぞれは、これから生成する出力画素の中心画素位置(x,y)および画素幅、並びにデータの定常性の方向を表すシフト量C_x(y)により決定される。なお、(x,y)は、実世界推定部１０２が近似関数f(x)を生成したときの注目画素の中心位置からの相対位置を表している。
【１１６１】
さらに、これから生成する出力画素の中心画素位置(x,y)および画素幅のそれぞれは、条件設定部３１２１により設定された空間解像度倍率（積分範囲）により決定される。
【１１６２】
また、シフト量C_x(y)と、データ定常性検出部１０１より供給された角度θは、次の式（１１２）と式（１１３）のような関係が成り立つので、シフト量C_x(y)は角度θにより決定される。
【１１６３】
【数９８】

【１１６４】
【数９９】

【１１６５】
なお、式（１１２）において、G_fは、データの定常性の方向を表す傾きを表しており、θは、データ定常性検出部１０１（図１５１）より出力されるデータ定常性情報の１つである角度（空間方向の１方向であるＸ方向と、傾きG_fで表されるデータの定常性の方向とのなす角度）を表している。また、dxは、Ｘ方向の微小移動量を表しており、dyは、dxに対するＹ方向（Ｘ方向と垂直な空間方向）の微小移動量を表している。
【１１６６】
従って、積分成分演算部３１２３は、条件設定部３１２１により設定された次数および空間解像度倍率（積分範囲）、並びにデータ定常性検出部１０１より出力されたデータ定常性情報のうちの角度θに基づいて積分成分K_i（x_s,x_e）を演算し、その演算結果を積分成分テーブルとして出力画素値演算部３１２４に供給する。
【１１６７】
出力画素値演算部３１２４は、特徴量記憶部３１２２より供給された特徴量テーブルと、積分成分演算部３１２３より供給された積分成分テーブルを利用して、上述した式（１１０）の右辺を演算し、その演算結果を出力画素値Mとして外部に出力する。
【１１６８】
次に、図１５５のフローチャートを参照して、１次元再積分手法を利用する画像生成部１０３（図１５４）の画像の生成の処理（図４０のステップＳ１０３の処理）について説明する。
【１１６９】
例えば、いま、上述した図４０のステップＳ１０２の処理で、実世界推測部１０２が、上述した図１５２で示されるような画素３１０１を注目画素として、図１５２で示されるような近似関数f(x)を既に生成しているとする。
【１１７０】
また、上述した図４０のステップＳ１０１の処理で、データ定常性検出部１０１が、データ定常性情報として、図１５２で示されるような角度θを既に出力しているとする。
【１１７１】
この場合、図１５５のステップＳ３１０１において、条件設定部３１２１は、条件（次数と積分範囲）を設定する。
【１１７２】
例えば、いま、次数として５が設定されるとともに、積分範囲として空間４倍密（画素のピッチ幅が上下左右ともに1/2倍となる空間解像度倍率）が設定されたとする。
【１１７３】
即ち、この場合、図１５３で示されるように、Ｘ方向に−０．５乃至０．５の範囲、かつＹ方向に−０．５乃至０．５の範囲（図１５２の画素３１０１の範囲）に、４個の画素３１１１乃至画素３１１４を新たに創造することが設定されたことになる。
【１１７４】
ステップＳ３１０２において、特徴量記憶部３１２２は、実世界推定部１０２より供給された近似関数f(x)の特徴量を取得し、特徴量テーブルを生成する。いまの場合、５次の多項式である近似関数f(x)の係数w₀乃至w₅が実世界推定部１０２より供給されるので、特徴量テーブルとして、（w₀,w₁,w₂,w₃,w₄,w₅）が生成される。
【１１７５】
ステップＳ３１０３において、積分成分演算部３１２３は、条件設定部３１２１により設定された条件（次数および積分範囲）、並びにデータ定常性検出部１０１より供給されたデータ定常性情報（角度θ）に基づいて積分成分を演算し、積分成分テーブルを生成する。
【１１７６】
具体的には、例えば、これから生成する画素３１１１乃至画素３１１４のそれぞれに対して、番号（このような番号を、以下、モード番号と称する）１乃至４のそれぞれが付されているとすると、積分成分演算部３１２３は、上述した式（１１１）の積分成分K_i（x_s,x_e）を、次の式（１１４）の左辺で示される積分成分K_i(l)といったl（ただし、ｌはモード番号を表している）の関数として演算する。
【１１７７】
K_i(ｌ) ＝ K_i（x_s,x_e） ・・・（１１４）
【１１７８】
具体的には、いまの場合、次の式（１１５）で示される積分成分K_i(l)が演算される。
【１１７９】
【数１００】

【１１８０】
なお、式（１１５）において、左辺が積分成分K_i(l)を表し、右辺が積分成分K_i（x_s,x_e）を表している。即ち、いまの場合、lは、１乃至４のうちのいずれかであり、かつ、iは０乃至５のうちのいずれかであるので、６個のK_i(１),６個のK_i(２),６個のK_i(３),６個のK_i(４)の総計２４個のK_i(l)が演算されることになる。
【１１８１】
より具体的には、はじめに、積分成分演算部３１２３は、データ定常性検出部１０１より供給された角度θを使用して、上述した式（１１２）と式（１１３）よりシフト量C_x(-0.25)、およびC_x(0.25)のそれぞれを演算する。
【１１８２】
次に、積分成分演算部３１２３は、演算したシフト量C_x(-0.25)、およびC_x(0.25)を使用して、式（１１５）の４つの式の各右辺の積分成分K_i（x_s,x_e）のそれぞれを、i＝０乃至５についてそれぞれ演算する。なお、この積分成分K_i（x_s,x_e）の演算においては、上述した式（１１１）が使用される。
【１１８３】
そして、積分成分演算部３１２３は、式（１１５）に従って、演算した２４個の積分成分K_i（x_s,x_e）のそれぞれを、対応する積分成分K_i(l)に変換し、変換した２４個の積分成分K_i(l)（即ち、６個のK_i(1)、６個のK_i(2)、６個のK_i(3)、および６個のK_i(4)）を含む積分成分テーブルを生成する。
【１１８４】
なお、ステップＳ３１０２の処理とステップＳ３１０３の処理の順序は、図１５５の例に限定されず、ステップＳ３１０３の処理が先に実行されてもよいし、ステップＳ３１０２の処理とステップＳ３１０３の処理が同時に実行されてもよい。
【１１８５】
次に、ステップＳ３１０４において、出力画素値演算部３１２４は、ステップＳ３１０２の処理で特徴量記憶部３１２２により生成された特徴量テーブルと、ステップＳ３１０３の処理で積分成分演算部３１２３により生成された積分成分テーブルに基づいて出力画素値M(1)乃至M(4)のそれぞれを演算する。
【１１８６】
具体的には、いまの場合、出力画素値演算部３１２４は、上述した式（１１０）に対応する、次の式（１１６）乃至式（１１９）の右辺を演算することで、画素３１１１（モード番号１の画素）の画素値M(1)、画素３１１２（モード番号２の画素）の画素値M(2)、画素３１１３（モード番号３の画素）の画素値M(3)、および画素３１１４（モード番号４の画素）の画素値M(4)のそれぞれを演算する。
【１１８７】
【数１０１】

【１１８８】
【数１０２】

【１１８９】
【数１０３】

【１１９０】
【数１０４】

【１１９１】
ステップＳ３１０５において、出力画素値演算部３１２４は、全画素の処理を終了したか否かを判定する。
【１１９２】
ステップＳ３１０５において、全画素の処理がまだ終了されていないと判定された場合、処理はステップＳ３１０２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。即ち、まだ注目画素とされない画素が、順次注目画素とされて、ステップＳ３１０２乃至Ｓ３１０４の処理が繰り返される。
【１１９３】
そして、全画素の処理が終了すると（ステップＳ３１０５において、全画素の処理が終了されたと判定すると）、出力画素値演算部３１２４は、ステップＳ３１０６において、画像を出力する。その後、画像の生成の処理は終了となる。
【１１９４】
次に、図１５６乃至図１６３を参照して、所定の入力画像に対して、１次元再積分手法を適用して得られた出力画像と、他の手法（従来のクラス分類適応処理）を適用して得られた出力画像の違いについて説明する。
【１１９５】
図１５６は、入力画像の元の画像を示す図であり、図１５７は、図１５６の元の画像に対応する画像データを示している。図１５７において、図中垂直方向の軸は、画素値を示し、図中右下方向の軸は、画像の空間方向の一方向であるＸ方向を示し、図中右上方向の軸は、画像の空間方向の他の方向であるＹ方向を示す。なお、後述する図１５９、図１６１、および図１６３の軸のそれぞれは、図１５７の軸と対応している。
【１１９６】
図１５８は、入力画像の例を示す図である。図１５８で示される入力画像は、図１５６で示される画像の２×２の画素からなるブロックに属する画素の画素値の平均値を、１つの画素の画素値として生成された画像である。即ち、入力画像は、図１５６で示される画像に、センサの積分特性を模した、空間方向の積分を適用することにより得られた画像である。また、図１５９は、図１５８の入力画像に対応する画像データを示している。
【１１９７】
図１５６で示される元の画像において、上下方向から、ほぼ５度時計方向に傾いた細線の画像が含まれている。同様に、図１５８で示される入力画像において、上下方向から、ほぼ５度時計方向に傾いた細線の画像が含まれている。
【１１９８】
図１６０は、図１５８で示される入力画像に、従来のクラス分類適応処理を適用して得られた画像（以下、図１６０で示される画像を、従来の画像と称する）を示す図である。また、図１６１は、従来の画像に対応する画像データを示している。
【１１９９】
なお、クラス分類適応処理は、クラス分類処理と適応処理とからなり、クラス分類処理によって、データを、その性質に基づいてクラス分けし、各クラスごとに適応処理を施すものである。適応処理では、例えば、低画質または標準画質の画像が、所定のタップ係数を用いてマッピング（写像）されることにより、高画質の画像に変換される。
【１２００】
図１６２は、図１５８で示される入力画像に、本発明が適用される１次元再積分手法を適用して得られた画像（以下、図１６２で示される画像を、本発明の画像と称する）を示す図である。また、図１６３は、本発明の画像に対応する画像データを示している。
【１２０１】
図１６０の従来の画像と、図１６２の本発明の画像を比較するに、従来の画像においては、細線の画像が、図１５６の元の画像とは異なるものになっているのに対して、本発明の画像においては、細線の画像が、図１５６の元の画像とほぼ同じものになっていることがわかる。
【１２０２】
この違いは、従来のクラス分類適応処理は、あくまでも図１５８の入力画像を基準（原点）として処理を行う手法であるのに対して、本発明の１次元再積分手法は、細線の定常性を考慮して、図１５６の元の画像を推定し（元の画像に対応する近似関数f(x)を生成し）、推定した元の画像を基準（原点）として処理を行う（再積分して画素値を演算する）手法であるからである。
【１２０３】
このように、１次元再積分手法においては、１次元多項式近似手法により生成された１次元の多項式である近似関数f(x)（実世界のX断面波形F(x)の近似関数f(x)）を基準（原点）として、近似関数f(x)を任意の範囲に積分することで出力画像（画素値）が生成される。
【１２０４】
従って、１次元再積分手法においては、従来の他の手法に比較して、元の画像（センサ２に入射される前の実世界１の光信号）により近い画像の出力が可能になる。
【１２０５】
換言すると、１次元再積分手法においては、図１５１のデータ定常性検出部１０１が、それぞれ時空間積分効果を有する、センサ２の複数の検出素子により実世界１の光信号が射影され、実世界１の光信号の定常性の一部が欠落した、検出素子により射影された画素値を有する複数の画素からなる入力画像におけるデータの定常性を検出し、実世界推定部１０２が、検出されたデータの定常性に対応して、入力画像の時空間方向のうち１次元方向の位置に対応する画素の画素値が、その１次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、実世界１の光信号を表す光信号関数Ｆ（具体的には、Ｘ断面波形F(x)）を、所定の近似関数ｆ（ｘ）で近似することで、光信号関数Ｆを推定していることが前提とされている。
【１２０６】
詳細には、例えば、検出されたデータの定常性に対応する線からの１次元方向に沿った距離に対応する各画素の画素値が、その１次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、Ｘ断面波形F(x)が近似関数f(x)で近似されていることが前提とされている。
【１２０７】
そして、１次元再積分手法においては、このような前提に基づいて、例えば、図１５１（図３）の画像生成部１０３が、実世界推定部１０２により推定されたＸ断面波形Ｆ（ｘ）、即ち、近似関数ｆ(x)を、１次元方向の所望の単位で積分することにより所望の大きさの画素に対応する画素値Mを生成し、それを出力画像として出力する。
【１２０８】
従って、１次元再積分手法においては、従来の他の手法に比較して、元の画像（センサ２に入射される前の実世界１の光信号）により近い画像の出力が可能になる。
【１２０９】
また、１次元再積分手法においては、上述したように、積分範囲は任意なので、積分範囲を可変することにより、入力画像の解像度とは異なる解像度（時間解像度、または空間解像度）を創造することも可能になる。即ち、入力画像の解像度に対して、整数値だけではなく任意の倍率の解像度の画像を生成することが可能になる。
【１２１０】
さらに、１次元再積分手法においては、他の再積分手法に比較して、より少ない演算処理量で出力画像（画素値）の算出が可能となる。
【１２１１】
次に、図１６４乃至図１７０を参照して、２次元再積分手法について説明する。
【１２１２】
２次元再積分手法においては、２次元多項式近似手法により近似関数f(x,y)が既に生成されていることが前提とされる。
【１２１３】
即ち、例えば、図１６４で示されるような、傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有する実世界１（図１５１）の光信号を表す画像関数F(x,y,t)を、空間方向（Ｘ方向とＹ方向）に射影した波形、即ち、Ｘ−Ｙ平面上の波形F(x,y)が、n次（nは、任意の整数）の多項式である近似関数f(x,y)に近似されていることが前提とされる。
【１２１４】
図１６４において、図中、水平方向は、空間方向の１方向であるＸ方向を、右上方向は、空間方向の他方向であるＹ方向を、垂直方向は、光のレベルを、それぞれ表している。G_Fは、空間方向の定常性の傾きを表している。
【１２１５】
なお、図１６４の例では、定常性の方向は、空間方向（Ｘ方向とＹ方向）とされているため、近似の対象とされる光信号の射影関数は、関数F(x,y)とされているが、後述するように、定常性の方向に応じて、関数F(x,t)や関数F(y,t)が近似の対象とされてもよい。
【１２１６】
図１６４の例の場合、２次元再積分手法においては、出力画素値Ｍは、次の式（１２０）のように演算される。
【１２１７】
【数１０５】

【１２１８】
なお、式（１２０）において、y_sは、Ｙ方向の積分開始位置を表しており、y_eは、Ｙ方向の積分終了位置を表している。同様に、x_sは、Ｘ方向の積分開始位置を表しており、x_eは、Ｘ方向の積分終了位置を表している。また、G_eは、所定のゲインを表している。
【１２１９】
式（１２０）において、積分範囲は任意に設定可能であるので、２次元再積分手法においては、この積分範囲を適宜変えることで、元の画素（センサ２（図１５１）からの入力画像の画素）に対して任意の倍率の空間解像度の画素を劣化することなく創造することが可能になる。
【１２２０】
図１６５は、２次元再積分手法を利用する画像生成部１０３の構成例を表している。
【１２２１】
図１６５で示されるように、この例の画像生成部１０３には、条件設定部３２０１、特徴量記憶部３２０２、積分成分演算部３２０３、および出力画素値演算部３２０４が設けられている。
【１２２２】
条件設定部３２０１は、実世界推定部１０２より供給された実世界推定情報（図１６５の例では、近似関数f(x,y)の特徴量）に基づいて近似関数f(x,y)の次数nを設定する。
【１２２３】
条件設定部３２０１はまた、近似関数f(x,y)を再積分する場合（出力画素値を演算する場合）の積分範囲を設定する。なお、条件設定部３２０１が設定する積分範囲は、画素の縦幅や横幅である必要は無い。例えば、近似関数f（x,y）は空間方向（X方向とY方向）に積分されるので、センサ２からの入力画像の各画素の空間的な大きさに対する、出力画素（画像生成部１０３がこれから生成する画素）の相対的な大きさ（空間解像度の倍率）がわかれば、具体的な積分範囲の決定が可能である。従って、条件設定部３２０１は、積分範囲として、例えば、空間解像度倍率を設定することもできる。
【１２２４】
特徴量記憶部３２０２は、実世界推定部１０２より順次供給されてくる近似関数f(x,y)の特徴量を一次的に記憶する。そして、特徴量記憶部３２０２は、近似関数f(x,y)の特徴量の全てを記憶すると、近似関数f(x,y)の特徴量を全て含む特徴量テーブルを生成し、出力画素値演算部３２０４に供給する。
【１２２５】
ここで、近似関数f(x,y)の詳細について説明する。
【１２２６】
例えば、いま、上述した図１６４で示されるような傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有する実世界１（図１５１）の光信号（波形F(x,y）で表される光信号)が、センサ２（図１５１）により検出されて入力画像（画素値）として出力されたとする。
【１２２７】
さらに、例えば、図１６６で示されるように、データ定常性検出部１０１（図３）が、この入力画像のうちの、Ｘ方向に４画素分、かつＹ方向に５画素分の総計２０個の画素（図中、点線で表される２０個の正方形）から構成される入力画像の領域３２２１に対してその処理を実行し、データ定常性情報の１つとして角度θ（傾きG_Fに対応する傾きG_fで表されるデータの定常性の方向と、Ｘ方向とのなす角度θ）を出力したとする。
【１２２８】
なお、実世界推定部１０２から見ると、データ定常性検出部１０１は、注目画素における角度θを単に出力すればよいので、データ定常性検出部１０１の処理範囲は、上述した入力画像の領域３２２１に限定されない。
【１２２９】
また、入力画像の領域３２２１において、図中水平方向は、空間方向の1方向であるＸ方向を表しており、図中垂直方向は、空間方向の他方向であるＹ方向を表している。
【１２３０】
さらに、図１６６中、左から２画素目であって、下から３画素目の画素が注目画素とされ、その注目画素の中心を原点(0,0)とするように(x,y)座標系が設定されている。そして、原点(0,0)を通る角度θの直線（データの定常性の方向を表す傾きG_fの直線）に対するＸ方向の相対的な距離（以下、断面方向距離と称する）がx'とされている。
【１２３１】
さらに、図１６６中、右側のグラフは、３次元の空間上の位置x,y、およびｚ、並びに時刻tを変数とする画像関数F(x,y,t)を、Ｙ方向の任意の位置yにおいて、X方向に射影した１次元の波形（以下、このような波形を、X断面波形F(x')と称する）が近似された関数であって、n次（nは、任意の整数）の多項式である近似関数f(x')を表している。右側のグラフの軸のうち、図中水平方向の軸は、断面方向距離を表しており、図中垂直方向の軸は、画素値を表している。
【１２３２】
この場合、図１６６で示される近似関数f(x')は、ｎ次の多項式であるので、次の式（１２１）のように表される。
【１２３３】
【数１０６】

【１２３４】
また、角度θが決定されていることから、原点(0,0)を通る角度θの直線は一意に決まり、Ｙ方向の任意の位置yにおける、直線のＸ方向の位置x_lが、次の式（１２２）のように表される。ただし、式（１２２）において、sはcotθを表している。
【１２３５】
x_l ＝ ｓ×ｙ ・・・（１２２）
【１２３６】
即ち、図１６６で示されるように、傾きG_fで表されるデータの定常性に対応する直線上の点は、座標値(x_l,y)で表される。
【１２３７】
式（１２２）より、断面方向距離x'は、次の式（１２３）のように表される。
【１２３８】
x' ＝ x−x_l ＝ x−s×y ・・・（１２３）
【１２３９】
従って、入力画像の領域３２２１内の任意の位置(x,y)における近似関数f(x,y)は、式（１２１）と式（１２３）より、次の式（１２４）のように示される。
【１２４０】
【数１０７】

【１２４１】
なお、式（１２４）において、w_iは、近似関数f(x,y)の特徴量を表している。
【１２４２】
図１６５に戻り、式（１２４）に含まれる特徴量w_iが、実世界推定部１０２より供給され、特徴量記憶部３２０２に記憶される。特徴量記憶部３２０２は、式（１２４）で表される特徴量w_iの全てを記憶すると、特徴量w_iを全て含む特徴量テーブルを生成し、出力画素値演算部３２０４に供給する。
【１２４３】
また、上述した式（１２０）の右辺の近似関数f(x,y)に、式（１２４）の近似関数f（x,y）を代入して、式（１２０）の右辺を展開（演算）すると、出力画素値Mは、次の式（１２５）のように表される。
【１２４４】
【数１０８】

【１２４５】
式（１２５）において、K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）は、i次項の積分成分を表している。即ち、積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）は、次の式（１２６）で示される通りである。
【１２４６】
【数１０９】

【１２４７】
積分成分演算部３２０３は、この積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）を演算する。
【１２４８】
具体的には、式（１２５）と式（１２６）で示されるように、積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）は、積分範囲のＸ方向の開始位置x_s、およびＸ方向の終了位置x_e、積分範囲のＹ方向の開始位置y_s、およびＹ方向の終了位置y_e、変数ｓ、ゲインG_e、並びにi次項のiが既知であれば演算可能である。
【１２４９】
これらのうちの、ゲインG_eは、条件設定部３２０１により設定された空間解像度倍率（積分範囲）により決定される。
【１２５０】
iの範囲は、条件設定部３２０１により設定された次数nにより決定される。
【１２５１】
変数ｓは、上述したように、cotθであるので、データ定常性検出部１０１より出力される角度θにより決定される。
【１２５２】
また、積分範囲のＸ方向の開始位置x_s、およびＸ方向の終了位置x_e、並びに、積分範囲のＹ方向の開始位置y_s、およびＹ方向の終了位置y_eのそれぞれは、これから生成する出力画素の中心画素位置(x,y)および画素幅により決定される。なお、(x,y)は、実世界推定部１０２が近似関数f(x)を生成したときの注目画素の中心位置からの相対位置を表している。
【１２５３】
さらに、これから生成する出力画素の中心画素位置(x,y)および画素幅のそれぞれは、条件設定部３２０１により設定された空間解像度倍率（積分範囲）により決定される。
【１２５４】
従って、積分成分演算部３２０３は、条件設定部３２０１により設定された次数および空間解像度倍率（積分範囲）、並びにデータ定常性検出部１０１より出力されたデータ定常性情報のうちの角度θに基づいて積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）を演算し、その演算結果を積分成分テーブルとして出力画素値演算部３２０４に供給する。
【１２５５】
出力画素値演算部３２０４は、特徴量記憶部３２０２より供給された特徴量テーブルと、積分成分演算部３２０３より供給された積分成分テーブルを利用して、上述した式（１２５）の右辺を演算し、その演算結果を出力画素値Mとして外部に出力する。
【１２５６】
次に、図１６７のフローチャートを参照して、２次元再積分手法を利用する画像生成部１０３（図１６６）の画像の生成の処理（図４０のステップＳ１０３の処理）について説明する。
【１２５７】
例えば、いま、図１６４で示される関数F(x,y)で表される光信号がセンサ２に入射されて入力画像となり、上述した図４０のステップＳ１０２の処理で、実世界推測部１０２が、その入力画像のうちの、図１６８で示されるような１つの画素３２３１を注目画素として、関数F(x,y)を近似する近似関数f(x,y)を既に生成しているとする。
【１２５８】
なお、図１６８において、画素３２３１の画素値（入力画素値）がＰとされ、かつ、画素３２３１の形状が、１辺の長さが１の正方形とされている。また、空間方向のうちの、画素３２３１の１辺に平行な方向がＸ方向とされ、Ｘ方向に垂直な方向がＹ方向とされている。さらに、画素３２３１の中心が原点とされる空間方向（Ｘ方向とＹ方向）の座標系（以下、注目画素座標系と称する）が設定されている。
【１２５９】
また、図１６８において、上述した図４０のステップＳ１０１の処理で、データ定常性検出部１０１が、画素３２３１を注目画素として、傾きG_fで表されるデータの定常性に対応するデータ定常性情報として、角度θを既に出力しているとする。
【１２６０】
図１６７に戻り、この場合、ステップＳ３２０１において、条件設定部３２０１は、条件（次数と積分範囲）を設定する。
【１２６１】
例えば、いま、次数として５が設定されるとともに、積分範囲として空間４倍密（画素のピッチ幅が上下左右ともに1/2倍となる空間解像度倍率）が設定されたとする。
【１２６２】
即ち、この場合、図１６９で示されるように、Ｘ方向に−０．５乃至０．５の範囲、かつＹ方向に−０．５乃至０．５の範囲（図１６８の画素３２３１の範囲）に、４個の画素３２４１乃至画素３２４４を新たに創造することが設定されたことになる。なお、図１６９においても、図１６８のものと同一の注目画素座標系が示されている。
【１２６３】
また、図１６９において、M(1)は、これから生成される画素３２４１の画素値を、M(2)は、これから生成される画素３２４２の画素値を、M(3)は、これから生成される画素３２４３の画素値を、M(4)は、これから生成される画素３２４１の画素値を、それぞれ表している。
【１２６４】
図１６７に戻り、ステップＳ３２０２において、特徴量記憶部３２０２は、実世界推定部１０２より供給された近似関数f(x,y)の特徴量を取得し、特徴量テーブルを生成する。いまの場合、５次の多項式である近似関数f(x)の係数w₀乃至w₅が実世界推定部１０２より供給されるので、特徴量テーブルとして、（w₀,w₁,w₂,w₃,w₄,w₅）が生成される。
【１２６５】
ステップＳ３２０３において、積分成分演算部３２０３は、条件設定部３２０１により設定された条件（次数および積分範囲）、並びにデータ定常性検出部１０１より供給されたデータ定常性情報（角度θ）に基づいて積分成分を演算し、積分成分テーブルを生成する。
【１２６６】
具体的には、例えば、これから生成される画素３２４１乃至画素３２４４のそれぞれに対して、番号（このような番号を、以下、モード番号と称する）１乃至４のそれぞれが付されているとすると、積分成分演算部３２０３は、上述した式（１２５）の積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）を、次の式（１２７）の左辺で示される積分成分K_i(l)といったl（ただし、ｌはモード番号を表している）の関数として演算する。
【１２６７】
K_i(ｌ) ＝ K_i（x_s,x_e,y_s,y_e） ・・・（１２７）
【１２６８】
具体的には、いまの場合、次の式（１２８）で示される積分成分K_i(l)が演算される。
【１２６９】
【数１１０】

【１２７０】
なお、式（１２８）において、左辺が積分成分K_i(l)を表し、右辺が積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）を表している。即ち、いまの場合、lは、１乃至４のうちのいずれかであり、かつ、iは０乃至５のうちのいずれかであるので、６個のK_i(１),６個のK_i(２),６個のK_i(３),６個のK_i(４)の総計２４個のK_i(l)が演算されることになる。
【１２７１】
より具体的には、はじめに、積分成分演算部３２０３は、データ定常性検出部１０１より供給された角度θを使用して、上述した式（１２２）の変数ｓ（ｓ＝cotθ）を演算する。
【１２７２】
次に、積分成分演算部３２０３は、演算した変数ｓを使用して、式（１２８）の４つの式の各右辺の積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）のそれぞれを、i＝０乃至５についてそれぞれ演算する。なお、この積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）の演算においては、上述した式（１２５）が使用される。
【１２７３】
そして、積分成分演算部３２０３は、式（１２８）に従って、演算した２４個の積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e）のそれぞれを、対応する積分成分K_i(l)に変換し、変換した２４個の積分成分K_i(l)（即ち、６個のK_i(1)、６個のK_i(2)、６個のK_i(3)、および６個のK_i(4)）を含む積分成分テーブルを生成する。
【１２７４】
なお、ステップＳ３２０２の処理とステップＳ３２０３の処理の順序は、図１６７の例に限定されず、ステップＳ３２０３の処理が先に実行されてもよいし、ステップＳ３２０２の処理とステップＳ３２０３の処理が同時に実行されてもよい。
【１２７５】
次に、ステップＳ３２０４において、出力画素値演算部３２０４は、ステップＳ３２０２の処理で特徴量記憶部３２０２により生成された特徴量テーブルと、ステップＳ３２０３の処理で積分成分演算部３２０３により生成された積分成分テーブルに基づいて出力画素値M(1)乃至M(4)のそれぞれを演算する。
【１２７６】
具体的には、いまの場合、出力画素値演算部３２０４は、上述した式（１２５）に対応する、次の式（１２９）乃至式（１３２）の右辺のそれぞれを演算することで、図１６９で示される、画素３２４１（モード番号１の画素）の画素値M(1)、画素３２４２（モード番号２の画素）の画素値M(2)、画素３２４３（モード番号３の画素）の画素値M(3)、および画素３２４４（モード番号４の画素）の画素値M(4)のそれぞれを演算する。
【１２７７】
【数１１１】

【１２７８】
【数１１２】

【１２７９】
【数１１３】

【１２８０】
【数１１４】

【１２８１】
ただし、いまの場合、式（１２９）乃至式（１３２）のnは全て５となる。
【１２８２】
ステップＳ３２０５において、出力画素値演算部３２０４は、全画素の処理を終了したか否かを判定する。
【１２８３】
ステップＳ３２０５において、全画素の処理がまだ終了されていないと判定された場合、処理はステップＳ３２０２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。即ち、まだ注目画素とされない画素が、順次注目画素とされて、ステップＳ３２０２乃至Ｓ３２０４の処理が繰り返される。
【１２８４】
そして、全画素の処理が終了すると（ステップＳ３２０５において、全画素の処理が終了されたと判定すると）、出力画素値演算部３２０４は、ステップＳ３２０６において、画像を出力する。その後、画像の生成の処理は終了となる。
【１２８５】
このように、２次元再積分手法を利用することで、センサ２（図１５１）からの入力画像の画素３２３１（図１６８）における画素として、入力画素３２３１よりも空間解像度の高い４つの画素、即ち、画素３２４１乃至画素３２４４（図１６９）を創造することができる。さらに、図示はしないが、上述したように、画像生成部１０３は、画素３２４１乃至画素３２４４のみならず、積分範囲を適宜変えることで、入力画素３２３１に対して任意の倍率の空間解像度の画素を劣化することなく創造することができる。
【１２８６】
以上、２次元再積分手法の説明として、空間方向（X方向とY方向）に対する近似関数f(x,y)を２次元積分する例を用いたが、２次元再積分手法は、時空間方向（X方向とt方向、または、Y方向とｔ方向）に対しても適用可能である。
【１２８７】
即ち、上述した例は、実世界１（図１５１）の光信号が、例えば、図１６４で示されるような傾きG_Fで表される空間方向の定常性を有する場合の例であったので、上述した式（１２０）で示されるような、空間方向（X方向とY方向）の二次元積分が含まれる式が利用された。しかしながら、二次元積分の考え方は、空間方向だけによるものではなく、時空間方向（X方向とt方向、または、Y方向とｔ方向）に対して適用することも可能である。
【１２８８】
換言すると、２次元再積分手法の前提となる２次元多項式近似手法においては、光信号を表す画像関数F(x,y,t)が、空間方向の定常性のみならず、時空間方向（ただし、X方向とt方向、または、Y方向とｔ方向）の定常性を有している場合であっても、２次元の多項式により近似することが可能である。
【１２８９】
具体的には、例えば、X方向に水平に等速で動いている物体がある場合、その物体の動きの方向は、図１７０で示されるようなX-t平面においては、傾きV_Fのように表される。換言すると、傾きV_Fは、X-t平面における時空間方向の定常性の方向を表しているとも言える。従って、データ定常性検出部１０１（図１５１）は、上述した角度θ（X-Y平面における、空間方向の定常性を表す傾きG_Fに対応するデータ定常性情報）と同様に、X-t平面における時空間方向の定常性を表す傾きV_Fに対応するデータ定常性情報として、図１７０で示されるような動きθ（厳密には、図示はしないが、傾きV_Fに対応する傾きV_fで表されるデータの定常性の方向と、空間方向のＸ方向とのなす角度である動きθ）を出力することが可能である。
【１２９０】
また、２次元多項式近似手法を利用する実世界推定部１０２（図１５１）は、動きθを上述した角度θの代わりとして使用すれば、上述した方法と同様な方法で、近似関数f(x,t)の係数（特徴量）wiを演算することが可能になる。ただし、この場合、使用される式は、上述した式（１２４）ではなく、次の式（１３３）である。
【１２９１】
【数１１５】

【１２９２】
なお、式（１３３）において、ｓはcotθ（ただし、θは動きである）である。
【１２９３】
従って、２次元再積分手法を利用する画像生成部１０３（図１５１）は、次の式（１３４）の右辺に、上述した式（１３３）のf(x,t)を代入して、演算することで、画素値Mを算出することが可能になる。
【１２９４】
【数１１６】

【１２９５】
なお、式（１３４）において、t_sは、ｔ方向の積分開始位置を表しており、t_eは、ｔ方向の積分終了位置を表している。同様に、x_sは、Ｘ方向の積分開始位置を表しており、x_eは、Ｘ方向の積分終了位置を表している。G_eは、所定のゲインを表している。
【１２９６】
また、空間方向Ｘの変わりに、空間方向Ｙに注目した近似関数f（y,t)も、上述した近似関数f(x、t)と全く同様に取り扱うことが可能である。
【１２９７】
ところで、式（１３３）において、ｔ方向を一定とみなし、即ち、ｔ方向の積分を無視して積分することで、時間方向には積分されないデータ、即ち、動きボケのないデータを得ることが可能になる。換言すると、この手法は、２次元の多項式のうちの所定の１次元を一定として再積分する点で、２次元再積分手法の１つとみなしてもよいし、実際には、Ｘ方向の１次元の再積分をすることになるという点で、１次元再積分手法の１つとみなしてもよい。
【１２９８】
また、式（１３４）において、積分範囲は任意に設定可能であるので、２次元再積分手法においては、この積分範囲を適宜変えることで、元の画素（センサ２（図１５１）からの入力画像の画素）に対して任意の倍率の解像度の画素を劣化することなく創造することが可能になる。
【１２９９】
即ち、２次元再積分手法においては、時間方向ｔの積分範囲を適宜変えることで、時間解像度の創造が可能になる。また、空間方向Ｘ（または、空間方向Ｙ）の積分範囲を適宜変えることで、空間解像度の創造が可能になる。さらに、時間方向ｔと空間方向Ｘの積分範囲のそれぞれを適宜変えることで、時間解像度と空間解像度の両方の創造が可能になる。
【１３００】
なお、上述したように、時間解像度と空間解像度のうちのいずれか一方の創造は、１次元再積分手法でも可能であるが、両方の解像度の創造は、１次元再積分手法では原理上不可能であり、２次元以上の再積分を行うことではじめて可能になる。即ち、２次元再積分手法と後述する３次元再積分手法ではじめて、両方の解像度の創造が可能になる。
【１３０１】
また、２次元再積分手法は、１次元ではなく２次元の積分効果を考慮しているので、より実世界１（図１５１）の光信号に近い画像を生成することも可能になる。
【１３０２】
換言すると、２次元再積分手法においては、例えば、図１５１（図３）のデータ定常性検出部１０１が、それぞれ時空間積分効果を有する、センサ２の複数の検出素子により実世界１の光信号が射影され、実世界１の光信号の定常性（例えば、図１６４の傾きG_Fで表される定常性）の一部が欠落した、検出素子により射影された画素値を有する複数の画素からなる入力画像におけるデータの定常性（例えば、図１６６の傾きG_fで表されるデータの定常性）を検出する。
【１３０３】
そして、例えば、図１５１(図３)の実世界推定部１０２が、データ定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応して、画像データの時空間方向のうち少なくとも２次元方向（例えば、図１６４の空間方向Ｘと、空間方向Ｙ）の位置に対応する画素の画素値が、少なくとも２次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、実世界１の光信号を表す光信号関数F（具体的には、図１６４の関数F(x,y)）を、多項式である近似関数ｆ(x,y)で近似することで、光信号関数Fを推定することが前提とされている。
【１３０４】
詳細には、例えば、実世界推定部１０２は、データ定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応する線（例えば、図１６６の傾きG_fに対応する線（矢印））からの少なくとも２次元方向に沿った距離（例えば、図１６６の断面方向距離ｘ‘）に対応する画素の画素値が、少なくとも２次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、現実世界の光信号を表す第１の関数を、多項式である第２の関数で近似することで、第１の関数を推定することが前提とされている。
【１３０５】
２次元再積分手法においては、このような前提に基づいて、例えば、図１５１（図３）の画像生成部１０３（構成は、図１６５）が、実世界推定部１０２により推定された関数F(x,y)、即ち、近似関数f(x,y)を、少なくとも２次元方向の所望の単位で積分する（例えば、上述した式（１２０）の右辺を演算する）ことにより所望の大きさの画素（例えば、図１５１の出力画像（画素値M）。具体的には、例えば、図１６９の画素３２４１乃至画素３２４４）に対応する画素値を生成する。
【１３０６】
従って、２次元再積分手法においては、時間解像度と空間解像度のうちのいずれか一方の創造のみならず、両方の解像度の創造が可能になる。また、２次元再積分手法においては、１次元再積分手法に比較して、より実世界１（図１５１）の光信号に近い画像を生成することも可能になる。
【１３０７】
次に、図１７１と図１７２を参照して、３次元再積分手法について説明する。
【１３０８】
３次元再積分手法においては、３次元関数近似手法により近似関数f(x,y,t)が既に生成されていることが前提とされる。
【１３０９】
この場合、３次元再積分手法においては、出力画素値Ｍは、次の式（１３５）のように演算される。
【１３１０】
【数１１７】

【１３１１】
なお、式（１３５）において、t_sは、ｔ方向の積分開始位置を表しており、t_eは、ｔ方向の積分終了位置を表している。同様に、y_sは、Ｙ方向の積分開始位置を表しており、y_eは、Ｙ方向の積分終了位置を表している。また、x_sは、Ｘ方向の積分開始位置を表しており、x_eは、Ｘ方向の積分終了位置を表している。さらに、G_eは、所定のゲインを表している。
【１３１２】
式（１３５）において、積分範囲は任意に設定可能であるので、３次元再積分手法においては、この積分範囲を適宜変えることで、元の画素（センサ２（図１５１）からの入力画像の画素）に対して任意の倍率の時空間解像度の画素を劣化することなく創造することが可能になる。即ち、空間方向の積分範囲を小さくすれば、画素ピッチを自由に細かくできる。逆に、空間方向の積分範囲を大きくすれば、画素ピッチを自由に大きくすることができる。また、時間方向の積分範囲を小さくすれば、実世界波形に基づいて時間解像度を創造できる。
【１３１３】
図１７１は、３次元再積分手法を利用する画像生成部１０３の構成例を表している。
【１３１４】
図１７１で示されるように、この例の画像生成部１０３には、条件設定部３３０１、特徴量記憶部３３０２、積分成分演算部３３０３、および出力画素値演算部３３０４が設けられている。
【１３１５】
条件設定部３３０１は、実世界推定部１０２より供給された実世界推定情報（図１７１の例では、近似関数f(x,y,t)の特徴量）に基づいて近似関数f(x,y,t)の次数nを設定する。
【１３１６】
条件設定部３３０１はまた、近似関数f(x,y,t)を再積分する場合（出力画素値を演算する場合）の積分範囲を設定する。なお、条件設定部３３０１が設定する積分範囲は、画素の幅（縦幅と横幅）やシャッタ時間そのものである必要は無い。例えば、センサ２（図１５１）からの入力画像の各画素の空間的な大きさに対する、出力画素（画像生成部１０３がこれから生成する画素）の相対的な大きさ（空間解像度の倍率）がわかれば、具体的な空間方向の積分範囲の決定が可能である。同様に、センサ２（図１５１）のシャッタ時間に対する出力画素値の相対的な時間（時間解像度の倍率）がわかれば、具体的な時間方向の積分範囲の決定が可能である。従って、条件設定部３３０１は、積分範囲として、例えば、空間解像度倍率や時間解像度倍率を設定することもできる。
【１３１７】
特徴量記憶部３３０２は、実世界推定部１０２より順次供給されてくる近似関数f(x,y,t)の特徴量を一次的に記憶する。そして、特徴量記憶部３３０２は、近似関数f(x,y,t)の特徴量の全てを記憶すると、近似関数f(x,y,t)の特徴量を全て含む特徴量テーブルを生成し、出力画素値演算部３３０４に供給する。
【１３１８】
ところで、上述した式（１３５）の右辺の近似関数f(x,y)の右辺を展開（演算）すると、出力画素値Mは、次の式（１３６）のように表される。
【１３１９】
【数１１８】

【１３２０】
式（１３６）において、K_i（x_s,x_e,y_s,y_e,t_s,t_e）は、i次項の積分成分を表している。ただし、x_sはX方向の積分範囲の開始位置を、x_eはX方向の積分範囲の終了位置を、y_sはY方向の積分範囲の開始位置を、y_eはY方向の積分範囲の終了位置を、t_sはt方向の積分範囲の開始位置を、t_eはｔ方向の積分範囲の終了位置を、それぞれ表している。
【１３２１】
積分成分演算部３３０３は、この積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e,t_s,t_e）を演算する。
【１３２２】
具体的には、積分成分演算部３３０３は、条件設定部３３０１により設定された次数、および積分範囲（空間解像度倍率や時間解像度倍率）、並びにデータ定常性検出部１０１より出力されたデータ定常性情報のうちの角度θまたは動きθに基づいて積分成分K_i（x_s,x_e,y_s,y_e,t_s,t_e）を演算し、その演算結果を積分成分テーブルとして出力画素値演算部３３０４に供給する。
【１３２３】
出力画素値演算部３３０４は、特徴量記憶部３３０２より供給された特徴量テーブルと、積分成分演算部３３０３より供給された積分成分テーブルを利用して、上述した式（１３６）の右辺を演算し、その演算結果を出力画素値Mとして外部に出力する。
【１３２４】
次に、図１７２のフローチャートを参照して、３次元再積分手法を利用する画像生成部１０３（図１７１）の画像の生成の処理（図４０のステップＳ１０３の処理）について説明する。
【１３２５】
例えば、いま、上述した図４０のステップＳ１０２の処理で、実世界推測部１０２（図１５１）が、入力画像のうちの、所定の画素を注目画素として、実世界１（図１５１）の光信号を近似する近似関数f(x,y,t)を既に生成しているとする。
【１３２６】
また、上述した図４０のステップＳ１０１の処理で、データ定常性検出部１０１（図１５１）が、実世界推定部１０２と同じ画素を注目画素として、データ定常性情報として、角度θまたは動きθを既に出力しているとする。
【１３２７】
この場合、図１７２のステップＳ３３０１において、条件設定部３３０１は、条件（次数と積分範囲）を設定する。
【１３２８】
ステップＳ３３０２において、特徴量記憶部３３０２は、実世界推定部１０２より供給された近似関数f(x,y,t)の特徴量w_iを取得し、特徴量テーブルを生成する。
【１３２９】
ステップＳ３３０３において、積分成分演算部３３０３は、条件設定部３３０１により設定された条件（次数および積分範囲）、並びにデータ定常性検出部１０１より供給されたデータ定常性情報（角度θまたは動きθ）に基づいて積分成分を演算し、積分成分テーブルを生成する。
【１３３０】
なお、ステップＳ３３０２の処理とステップＳ３３０３の処理の順序は、図１７２の例に限定されず、ステップＳ３３０３の処理が先に実行されてもよいし、ステップＳ３３０２の処理とステップＳ３３０３の処理が同時に実行されてもよい。
【１３３１】
次に、ステップＳ３３０４において、出力画素値演算部３３０４は、ステップＳ３３０２の処理で特徴量記憶部３３０２により生成された特徴量テーブルと、ステップＳ３３０３の処理で積分成分演算部３３０３により生成された積分成分テーブルに基づいて各出力画素値のそれぞれを演算する。
【１３３２】
ステップＳ３３０５において、出力画素値演算部３３０４は、全画素の処理を終了したか否かを判定する。
【１３３３】
ステップＳ３３０５において、全画素の処理がまだ終了されていないと判定された場合、処理はステップＳ３３０２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。即ち、まだ注目画素とされない画素が、順次注目画素とされて、ステップＳ３３０２乃至Ｓ３３０４の処理が繰り返される。
【１３３４】
そして、全画素の処理が終了すると（ステップＳ３３０５において、全画素の処理が終了されたと判定すると）、出力画素値演算部３３０４は、ステップＳ３３０６において、画像を出力する。その後、画像の生成の処理は終了となる。
【１３３５】
このように、上述した式（１３５）において、その積分範囲は任意に設定可能であるので、３次元再積分手法においては、この積分範囲を適宜変えることで、元の画素（センサ２（図１５１）からの入力画像の画素）に対して任意の倍率の解像度の画素を劣化することなく創造することが可能になる。
【１３３６】
即ち、３次元再積分手法においては、時間方向の積分範囲を適宜変えることで、時間解像度の創造が可能になる。また、空間方向の積分範囲を適宜変えることで、空間解像度の創造が可能になる。さらに、時間方向と空間方向の積分範囲のそれぞれを適宜変えることで、時間解像度と空間解像度の両方の創造が可能になる。
【１３３７】
具体的には、３次元再積分手法においては、２次元や１次元に落とすときの近似がないので精度の高い処理が可能になる。また、斜め方向の動きも２次元に縮退することなく処理することが可能になる。さらに、２次元に縮退していないので各次元の加工が可能になる。例えば、２次元再積分手法において、空間方向（Ｘ方向とＹ方向）に縮退している場合には時間方向であるｔ方向の加工ができなくなってしまう。これに対して、３次元再積分手法においては、時空間方向のいずれの加工も可能になる。
【１３３８】
なお、上述したように、時間解像度と空間解像度のうちのいずれか一方の創造は、１次元再積分手法でも可能であるが、両方の解像度の創造は、１次元再積分手法では原理上不可能であり、２次元以上の再積分を行うことではじめて可能になる。即ち、上述した２次元再積分手法と３次元再積分手法ではじめて、両方の解像度の創造が可能になる。
【１３３９】
また、３次元再積分手法は、１次元や２次元ではなく３次元の積分効果を考慮しているので、より実世界１（図１５１）の光信号に近い画像を生成することも可能になる。
【１３４０】
換言すると、３次元再積分似手法においては、例えば、図１５１（図３）の実世界推定部１０２は、それぞれ時空間積分効果を有する、センサ２の複数の検出素子により実世界１の光信号が射影され、実世界１の光信号の定常性の一部が欠落した、検出素子により射影された画素値を有する複数の画素からなる入力画像の、時空間方向のうち少なくとも１次元方向の位置に対応する画素の画素値が、少なくとも１次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、実世界の光信号を表す光信号関数Fを所定の近似関数ｆで近似することで、光信号関数Fを推定することが前提とされる。
【１３４１】
さらに、例えば、図１５１（図３）のデータ定常性検出部１０１が、入力画像のデータの定常性を検出した場合、実世界推定部１０２は、データ定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応して、画像データの時空間方向のうち少なくとも１次元方向の位置に対応する画素の画素値が、少なくとも１次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、光信号関数Fを近似関数ｆで近似することで、光信号関数Fを推定することが前提とされる。
【１３４２】
詳細には、例えば、実世界推定部１０２は、定常性検出部１０１により検出されたデータの定常性に対応する線からの少なくとも１次元方向に沿った距離に対応する画素の画素値が、少なくとも１次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、光信号関数Fを近似関数で近似することで、光信号関数を推定することが前提とされる。
【１３４３】
３次元再積分手法においては、例えば、図１５１（図３）の画像生成部１０３（構成は、図１７１）が、実世界推定部１０２により推定された光信号関数F、即ち、近似関数ｆを、少なくとも１次元方向の所望の単位で積分する（例えば、上述した式（１３５）の右辺を演算する）ことにより所望の大きさの画素に対応する画素値を生成する。
【１３４４】
従って、３次元再積分手法は、従来の画像生成手法や、上述した１次元または２次元再積分手法に比較して、より実世界１（図１５１）の光信号に近い画像を生成することも可能になる。
【１３４５】
次に、図１７３を参照して、実世界推定部１０２より入力される実世界推定情報が、実世界を近似的に表現する近似関数f(x)上の、各画素の微分値、または、傾きの情報である場合、各画素の微分値、または、傾きに基づいて、新たに画素を生成し、画像を出力する画像生成部１０３について説明する。
【１３４６】
尚、ここでいう微分値は、現実世界を近似的に表現する近似関数f(x)を求めた後、その近似関数f(x)から得られる1次微分式f(x)'（近似関数がフレーム方向の場合、近似関数f(t)から得られる1次微分式f(t)'）を用いて、所定の位置で得られる値のことである。また、ここでいう傾きは、上述の近似関数f(x)（または、f(t)）を求めることなく、所定の位置における周辺画素の画素値から直接得られる近似関数f(x)上の所定の位置の傾きのことを示している。しかしながら、微分値は、近似関数f(x)の所定の位置での傾きなので、いずれも、現実世界を近似的に記述する近似関数f(x)上の所定の位置における傾きである。そこで、実世界推定部１０２より入力される実世界推定情報としての微分値と傾きについては、図１７３、および、図１７７の画像生成部１０３の説明においては、統一して近似関数f(x)（または、f(t)）上の傾きと称する。
【１３４７】
傾き取得部３４０１は、実世界推定部１０２より入力される実世界を近似的に表現する近似関数f(x)についての、各画素の傾きの情報と、対応する画素の画素値、および、定常性の方向の傾きを取得して、外挿補間部３４０２に出力する。
【１３４８】
外挿補間部３４０２は、傾き取得部３４０１より入力された各画素の近似関数f(x)上の傾きと、対応する画素の画素値、および、定常性の方向の傾きに基づいて、外挿補間により、入力画像よりも所定の倍率の高密度の画素を生成し、出力画像として出力する。
【１３４９】
次に、図１７４のフローチャートを参照して、図１７３の画像生成部１０３による画像の生成の処理について説明する。
【１３５０】
ステップＳ３４０１において、傾き取得部３４０１は、実世界推定部１０２より入力されてくる、各画素の近似関数f(x)上の傾き（微分値）、位置、画素値、および、定常性の方向の傾きの情報を実世界推定情報として取得する。
【１３５１】
このとき、例えば、入力画像に対して空間方向Ｘ、および、空間方向Ｙについてそれぞれ２倍（合計４倍）の密度の画素からなる画像を生成する場合、実世界推定部１０２からは、図１７５で示されるような画素Ｐinに対して、傾きf(Xin)'（画素Pinの中央位置における傾き），f(Xin−Cx(−0.25))'（画素PinからＹ方向に２倍密度の画素が生成されるときの画素Paの中央位置の傾き），f(Xin−Cx(0.25))' （画素PinからＹ方向に２倍密度の画素が生成されるときの画素Pｂの中央位置の傾き）、画素Pinの位置、画素値、および、定常性の方向の傾きＧ_fの情報が入力される。
【１３５２】
ステップＳ３４０２において、傾き取得部３４０１は、入力された実世界推定情報のうち、対応する注目画素の情報を選択し、外挿補間部３４０２に出力する。
【１３５３】
ステップＳ３４０３において、外挿補間部３４０２は、入力された画素の位置情報と定常性の方向の傾きＧ_fからシフト量を求める。
【１３５４】
ここで、シフト量Cx(ty)は、定常性の傾きがＧ_fで示されるとき、Cx(ty)＝ty／Ｇ_fで定義される。このシフト量Cx(ty)は、空間方向Ｙ＝0の位置上で定義される近似関数f(x)が、空間方向Ｙ=tyの位置における、空間方向Ｘに対するずれ幅を示すものである。従って、例えば、空間方向Ｙ＝0の位置上で近似関数がf(x)として定義されている場合、この近似関数f(x)は、空間方向Ｙ=tyにおいては、空間方向ＸについてCx(ty)だけずれた関数となるので、近似関数は、f(x−Cx(ty))（＝f(x−ty／Ｇ_f)）で定義されることになる。
【１３５５】
例えば、図１７５で示されるような画素Ｐinの場合、図中の１画素（図中の1画素の大きさは、水平方向、および、垂直方向ともに１であるものとする）を垂直方向に２分割するとき（垂直方向に倍密度の画素を生成するとき）、外挿補間部３４０２は、求めようとする画素Pa，Pbのシフト量を求める。すなわち、今の場合、画素Pa，Pbは、画素Pinからみて、空間方向Ｙについて、それぞれ−0.25，0.25だけシフトしているので、画素Pa，Pbのシフト量は、それぞれCx（−0.25），Cx（0.25）となる。尚、図１７５中において、画素Pinは、（Xin，Yin）を略重心位置とする正方形であり、画素Pa，Pbは、（Xin，Yin+0.25）、（Xin，Yin−0.25）をそれぞれ略重心位置とする図中水平方向に長い長方形である。
【１３５６】
ステップＳ３４０４において、外挿補間部３４０２は、ステップＳ３４０３の処理で求められたシフト量Cx、実世界推定情報として取得された画素Pinの近似関数f(x)上の注目画素上での傾きf(Xin)'、および、画素Pinの画素値に基づいて、以下の式（１３７），式（１３８）により外挿補間を用いて画素Pa，Pbの画素値を求める。
【１３５７】
Ｐa＝Pin−f(Xin)'×Cx(−0.25）・・・（１３７）
【１３５８】
Ｐb＝Pin−f(Xin)'×Cx(0.25）・・・（１３８）
【１３５９】
以上の式（１３７），式（１３８）において、Pa，Pb，Ｐinは、画素Pa，Pb，Ｐinの画素値を示す。
【１３６０】
すなわち、図１７６で示されるように、注目画素Pinにおける傾きf(Xin)'に、X方向の移動距離、すなわち、シフト量を乗じることにより画素値の変化量を設定し、注目画素の画素値を基準として、新たに生成する画素の画素値を設定する。
【１３６１】
ステップＳ３４０５において、外挿補間部３４０２は、所定の解像度の画素が得られたか否かを判定する。例えば、所定の解像度が入力画像の画素に対して、垂直方向に２倍の密度の画素であれば、以上の処理により、外挿補間部３４０２は、所定の解像度の画像が得られたと判定することになるが、例えば、入力画像の画素に対して、４倍の密度（水平方向に２倍×垂直方向に２倍）の画素が所望とされていた場合、以上の処理では、所定の解像度の画素が得られていないことになる。そこで、４倍の密度の画像が所望とされていた画像である場合、外挿補間部３４０２は、所定の解像度の画素が得られていないと判定し、その処理は、ステップＳ３４０３に戻る。
【１３６２】
ステップＳ３４０３において、外挿補間部３４０２は、２回目の処理で、求めようとする画素Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，およびＰ０４（注目画素Pinに対して４倍となる密度の画素）を生成しようとする画素の中心位置からのシフト量をそれぞれ求める。すなわち、今の場合、画素Ｐ０１，Ｐ０２は、画素Paから得られるものなので、画素Paからのシフト量がそれぞれ求められることになる。ここで、画素Ｐ０１，Ｐ０２は、画素Paからみて空間方向Ｘについて、それぞれ−0.25，0.25だけシフトしているので、その値そのものがシフト量となる（空間方向Ｘについてシフトしているため）。同様にして、画素Ｐ０３，Ｐ０４は、画素Pbからみて空間方向Ｘについて、それぞれ−0.25，0.25だけシフトしているので、その値そのものがシフト量となる。尚、図１７５において、画素Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４は、図中の４個のバツ印の位置を重心位置とする正方形であり、各辺の長さは、画素Pinが、それぞれ１であるので、画素Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４は、それぞれ略０．５となる。
【１３６３】
ステップＳ３４０４において、外挿補間部３４０２は、ステップＳ３４０３の処理で求められたシフト量Cx、実世界推定情報として取得された画素Pa，Pbの近似関数f(x)上の所定の位置での傾きf(Xin−Cx(−0.25))'，f(Xin−Cx(0.25))'、および、上述の処理で求められた画素Pa，Pbの画素値に基づいて、外挿補間により以下の式（１３９）乃至式（１４２）により画素Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４の画素値を求め、図示せぬメモリに記憶させる。
【１３６４】
Ｐ０１＝Pa＋f(Xin−Cx(−0.25))'×(−0.25）・・・（１３９）
【１３６５】
Ｐ０２＝Pa＋f(Xin−Cx(−0.25))'×(0.25）・・・（１４０）
【１３６６】
Ｐ０３＝Pb＋f(Xin−Cx(0.25))'×(−0.25）・・・（１４１）
【１３６７】
Ｐ０４＝Pb＋f(Xin−Cx(0.25))'×(0.25）・・・（１４２）
【１３６８】
上述の式（１３９）乃至式（１４２）において、Ｐ０１乃至Ｐ０４は、画素Ｐ０１乃至Ｐ０４のそれぞれの画素値を示す。
【１３６９】
ステップＳ３４０５において、外挿補間部３４０２は、所定の解像度の画素が得られたか否かを判定し、今の場合、所望とされていた４倍の密度の画素が得られたことになるので、外挿補間部３４０２は、所定の解像度の画素が得られたと判定し、その処理は、ステップＳ３４０６に進む。
【１３７０】
ステップＳ３４０６において、傾き取得部３４０１は、全ての画素で処理がなされたか否かを判定し、まだ、全ての画素について処理がなされていないと判定した場合、その処理は、ステップＳ３４０２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。
【１３７１】
ステップＳ３４０６において、傾き取得部３４０１は、全ての画素について処理がなされたと判定した場合、ステップＳ３４０７において、外挿補間部３４０２は、図示せぬメモリに記憶されている、生成された画素からなる画像を出力する。
【１３７２】
すなわち、図１７６で示されるように、近似関数f(x)上の傾きf(x)'を用いて、その傾きを求めた注目画素から空間方向Ｘに離れた距離に応じて、新たな画素の画素値が外挿補間により求められる。
【１３７３】
尚、以上の例においては、４倍密度の画素を演算する際の傾き（微分値）を例として説明してきたが、さらに多くの位置における、傾きの情報が、実世界推定情報として得られれば、上述と同様の手法で、それ以上の空間方向の密度の画素を演算する事も可能である。
【１３７４】
また、以上の例については、倍密度の画素値を求める例について説明してきたが、近似関数f(x)は連続関数であるので、倍密度以外の画素値についても必要な傾き（微分値）の情報が得られれば、さらに高密度の画素からなる画像を生成することが可能となる。
【１３７５】
以上によれば、実世界推定情報として供給される入力画像の各画素の実世界を空間方向に近似する近似関数f(x)の傾き（または、微分値）f(x)'の情報に基づいて、入力画像よりも高解像度の画像の画素を生成することが可能となる。
【１３７６】
次に、図１７７を参照して、実世界推定部１０２より入力される実世界推定情報が、実世界を近似的に表現するフレーム方向（時間方向）の関数f(t)上の、各画素の微分値、または、傾きの情報である場合、各画素の微分値、または、傾きに基づいて、新たに画素を生成し、画像を出力する画像生成部１０３について説明する。
【１３７７】
傾き取得部３４１１は、実世界推定部１０２より入力される実世界を近似的に表現する近似関数f(t)上の、各画素の位置における傾きの情報と、対応する画素の画素値、および、定常性の動きを取得して、外挿補間部３４１２に出力する。
【１３７８】
外挿補間部３４１２は、傾き取得部３４１１より入力された各画素の近似関数f(t)上の傾きと、対応する画素の画素値、および、定常性の動きに基づいて、外挿補間により、入力画像よりも所定の倍率の高密度の画素を生成し、出力画像として出力する。
【１３７９】
次に、図１７８のフローチャートを参照して、図１７７の画像生成部１０３による画像の生成の処理について説明する。
【１３８０】
ステップＳ３４２１において、傾き取得部３４１１は、実世界推定部１０２より入力されてくる、各画素の近似関数f(t)上の傾き（微分値）、位置、画素値、および、定常性の動きの情報を実世界推定情報として取得する。
【１３８１】
このとき、例えば、入力画像に対して空間方向、および、フレーム方向にそれぞれ２倍（合計４倍）の密度の画素からなる画像を生成する場合、実世界推定部１０２からは、図１７９で示されるような画素Ｐinに対して、傾きf(Tin)'（画素Pinの中央位置における傾き），f(Tin−Ct(−0.25))'（画素PinからＹ方向に２倍密度の画素が生成されるときの画素Patの中央位置の傾き），f(Tin−Ct(0.25))'（画素PinからＹ方向に２倍密度の画素が生成されるときの画素Pｂtの中央位置の傾き）、画素Pinの位置、画素値、および、定常性の動き（動きベクトル）の情報が入力される。
【１３８２】
ステップＳ３４２２において、傾き取得部３４１１は、入力された実世界推定情報のうち、対応する注目画素の情報を選択し、外挿補間部３４１２に出力する。
【１３８３】
ステップＳ３４２３において、外挿補間部３４１２は、入力された画素の位置情報と定常性の方向の傾きからシフト量を求める。
【１３８４】
ここで、シフト量Ct(ty)は、定常性の動き（フレーム方向と空間方向からなる面に対する傾き）がＶ_fで示されるとき、Ct(ty)＝ty／Ｖ_fで定義される。このシフト量Ct(ty)は、空間方向Ｙ＝0の位置上で定義される近似関数f(t)が、空間方向Ｙ=tyの位置における、フレーム方向Ｔに対するずれ幅を示すものである。従って、例えば、空間方向Ｙ＝0の位置上で近似関数がf(t)として定義されている場合、この近似関数f(t)は、空間方向Ｙ=tyにおいては、空間方向ＴについてCt(ty)だけずれた関数となるので、近似関数は、f(t−Ct(ty))（＝f(t−ty／Ｖ_f)）で定義されることになる。
【１３８５】
例えば、図１７９で示されるような画素Ｐinの場合、図中の１画素（図中の1画素の大きさは、フレーム方向、および、空間方向ともに１であるものとする）を空間方向に２分割するとき（空間方向に倍密度の画素を生成するとき）、外挿補間部３４１２は、求めようとする画素Pat，Pbｔのシフト量を求める。すなわち、今の場合、画素Pat，Pbtは、画素Pinからみて、空間方向Ｙについて、それぞれ−0.25，0.25だけシフトしているので、画素Pat，Pbtのシフト量は、それぞれCt（−0.25），Ct（0.25）となる。尚、図１７９中において、画素Pinは、（Xin，Yin）を略重心位置とする正方形であり、画素Pat，Pbtは、（Xin，Yin+0.25）、（Xin，Yin−0.25）をそれぞれ略重心位置とする図中水平方向に長い長方形である。
【１３８６】
ステップＳ３４２４において、外挿補間部３４１２は、ステップＳ３４２３の処理で求められたシフト量、実世界推定情報として取得された画素Pinの近似関数f(t)上の注目画素上での傾きf(Tin)'、および、画素Pinの画素値に基づいて、外挿補間により以下の式（１４３），式（１４４）により画素Pat，Pbtの画素値を求める。
【１３８７】
Pat＝Pin−f(Tin)'×Ct(−0.25）・・・（１４３）
【１３８８】
Pbt＝Pin−f(Xin)'×Ct(0.25）・・・（１４４）
【１３８９】
以上の式（１４３），式（１４４）において、Pat，Pbt，Ｐinは、画素Pat，Pbt，Ｐinの画素値を示す。
【１３９０】
すなわち、図１８０で示されるように、注目画素Pinにおける傾きf(Xin)'に、X方向の移動距離、すなわち、シフト量を乗じることにより画素値の変化量を設定し、注目画素の画素値を基準として、新たに生成する画素の画素値を設定する。
【１３９１】
ステップＳ３４２５において、外挿補間部３４１２は、所定の解像度の画素が得られたか否かを判定する。例えば、所定の解像度が入力画像の画素に対して、空間方向に２倍の密度の画素であれば、以上の処理により、外挿補間部３４０２は、所定の解像度の画像が得られたと判定することになるが、例えば、入力画像の画素に対して、４倍の密度（フレーム方向に２倍×空間方向に２倍）の画素が所望とされていた場合、以上の処理では、所定の解像度の画素が得られていないことになる。そこで、４倍の密度の画像が所望とされていた画像である場合、外挿補間部３４１２は、所定の解像度の画素が得られていないと判定し、その処理は、ステップＳ３４２３に戻る。
【１３９２】
ステップＳ３４２３において、外挿補間部３４１２は、２回目の処理で、求めようとする画素Ｐ０１ｔ，Ｐ０２ｔ，Ｐ０３ｔ，およびＰ０４ｔ（注目画素Pinに対して４倍となる密度の画素）を生成しようとする画素の中心位置からのシフト量をそれぞれ求める。すなわち、今の場合、画素Ｐ０１ｔ，Ｐ０２ｔは、画素Patから得られるものなので、画素Patからのシフト量がそれぞれ求められることになる。ここで、画素Ｐ０１ｔ，０２ｔは、画素Patからみてフレーム方向Ｔについて、それぞれ−0.25，0.25だけシフトしているので、その値そのものがシフト量となる（空間方向Ｘについてシフトしているため）。同様にして、画素Ｐ０３ｔ，Ｐ０４ｔは、画素Pbtからみてフレーム方向Ｔについて、それぞれ−0.25，0.25だけシフトしているので、その値そのものがシフト量となる。尚、図１７９において、画素Ｐ０１ｔ，Ｐ０２ｔ，Ｐ０３ｔ，Ｐ０４ｔは、図中の４個のバツ印の位置を重心位置とする正方形であり、各辺の長さは、画素Pinが、それぞれ１であるので、画素Ｐ０１ｔ，Ｐ０２ｔ，Ｐ０３ｔ，Ｐ０４ｔは、それぞれ略０．５となる。
【１３９３】
ステップＳ３４２４において、外挿補間部３４１２は、ステップＳ３４２３の処理で求められたシフト量Ct、実世界推定情報として取得された画素Pａｔ，Pbtの近似関数f(t)上の所定の位置での傾きf(Tin−Ct(−0.25))'，f(Tin−Ct(0.25))'、および、上述の処理で求められた画素Pat，Pbtの画素値に基づいて、外挿補間により以下の式（１４５）乃至式（１４８）により画素Ｐ０１ｔ，Ｐ０２ｔ，Ｐ０３ｔ，Ｐ０４ｔの画素値を求め、図示せぬメモリに記憶させる。
【１３９４】
Ｐ０１ｔ＝Pat＋f(Tin−Ct(−0.25))'×(−0.25）・・・（１４５）
【１３９５】
Ｐ０２ｔ＝Pat＋f(Tin−Ct(−0.25))'×(0.25）・・・（１４６）
【１３９６】
Ｐ０３ｔ＝Pbt＋f(Tin−Ct(0.25))'×(−0.25）・・・（１４７）
【１３９７】
Ｐ０４ｔ＝Pbt＋f(Tin−Ct(0.25))'×(0.25）・・・（１４８）
【１３９８】
上述の式（１３９）乃至式（１４２）において、Ｐ０１ｔ乃至Ｐ０４ｔは、画素Ｐ０１ｔ乃至Ｐ０４ｔのそれぞれの画素値を示す。
【１３９９】
ステップＳ３４２５において、外挿補間部３４１２は、所定の解像度の画素が得られたか否かを判定し、今の場合、所望とされていた４倍密度の画素が得られたことになるので、外挿補間部３４１２は、所定の解像度の画素が得られたと判定し、その処理は、ステップＳ３４２６に進む。
【１４００】
ステップＳ３４２６において、傾き取得部３４１１は、全ての画素で処理がなされたか否かを判定し、まだ、全ての画素について処理がなされていないと判定した場合、その処理は、ステップＳ３４２２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。
【１４０１】
ステップＳ３４２６において、傾き取得部３４１１は、全ての画素について処理がなされたと判定された場合、ステップＳ３４２７において、外挿補間部３４１２は、図示せぬメモリに記憶されている、生成された画素からなる画像を出力する。
【１４０２】
すなわち、図１８０で示されるように、近似関数f(t)上の傾きf(t)'を用いて、その傾きを求めた注目画素からフレーム方向Ｔに離れたフレーム数に応じて、新たな画素の画素値が外挿補間により求められる。
【１４０３】
尚、以上の例においては、４倍密度の画素を演算する際の傾き（微分値）を例として説明してきたが、さらに多くの位置における、傾きの情報が、実世界推定情報として得られれば、上述と同様の手法で、それ以上のフレーム方向の密度の画素を演算する事も可能である。
【１４０４】
また、以上の例については、倍密度の画素値を求める例について説明してきたが、近似関数f(t)は連続関数であるので、倍密度以外の画素値についても必要な傾き（微分値）の情報が得られれば、さらに高密度の画素からなる画像を生成することが可能となる。
【１４０５】
以上の処理により、実世界推定情報として供給される入力画像の各画素の実世界をフレーム方向に近似する近似関数f(t)の傾き（または、微分値）f(t)'の情報に基づいて、入力画像よりも高解像度の画像の画素をフレーム方向にも生成することが可能となる。
【１４０６】
以上によれば、それぞれ時空間積分効果を有する、センサの複数の検出素子により現実世界の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した、検出素子により射影された画素値を有する複数の画素からなる画像データにおけるデータの定常性を検出し、検出された定常性に対応して、画像データ内の注目画素に対して時空間方向のうち１次元方向にシフトした位置の複数画素の画素値の傾きを、現実世界の光信号に対応する関数として推定し、注目画素の中心位置から１次元方向にシフトした位置を中心とする傾きを有する直線の前記注目画素内に配される両端の値を注目画素よりも高解像度の画素の画素値として生成するようにしたので、入力画像よりも時空間方向に高解像度の画素を生成することが可能となる。
【１４０７】
次に、図１８１乃至図２０６を参照して、画像生成部１０３（図３）の実施の形態のさらに他の例について説明する。
【１４０８】
図１８１は、この例の実施の形態が適用される画像生成部１０３の構成例を表している。
【１４０９】
図１８１で示される画像生成部１０３には、従来のクラス分類適応処理を実行するクラス分類適応処理部３５０１、クラス分類適応処理に対する補正の処理（処理の詳細については後述する）を実行するクラス分類適応処理補正部３５０２、および、クラス分類適応処理部３５０１より出力された画像と、クラス分類適応処理補正部３５０２より出力された画像を加算し、加算した画像を出力画像として外部に出力する加算部３５０３が設けられている。
【１４１０】
なお、以下、クラス分類適応処理部３５０１より出力される画像を、予測画像と称し、クラス分類適応処理補正部３５０２より出力される画像を、補正画像、または、差分予測画像と称する。ただし、予測画像と差分予測画像の名称の由来についてはそれぞれ後述する。
【１４１１】
また、この例の実施の形態においては、クラス分類適応処理は、例えば、入力画像の空間解像度を向上する処理であるとする。即ち、標準解像度の画像である入力画像を、高解像度の画像である予測画像に変換する処理であるとする。
【１４１２】
なお、以下、標準解像度の画像を、適宜、ＳＤ(Standard Definition)画像と称する。また、ＳＤ画像を構成する画素を、適宜、ＳＤ画素と称する。
【１４１３】
これに対して、以下、高解像度の画像を、適宜、ＨＤ(High Definition)画像と称する。また、ＨＤ画像を構成する画素を、適宜、ＨＤ画素と称する。
【１４１４】
具体的には、この例の実施の形態においては、クラス分類適応処理とは、次のような処理である。
【１４１５】
即ち、はじめに、入力画像（ＳＤ画像）の注目画素（ＳＤ画素）における、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を求めるために、注目画素を含めた、その付近に配置されるＳＤ画素（以下、このようなＳＤ画素を、クラスタップと称する）の特徴量のそれぞれを求めて、その特徴量毎に予め分類されたクラスを特定する（クラスタップ群のクラスコードを特定する）
【１４１６】
そして、予め設定された複数の係数群（各係数群のそれぞれは、所定の１つのクラスコードに対応している）のうちの、特定されたクラスコードに対応する係数群を構成する各係数と、注目画素を含めた、その付近のＳＤ画素（以下、このような入力画像のＳＤ画素を、予測タップと称する。なお、予測タップは、クラスタップと同じこともある）とを用いて積和演算を実行することで、入力画像（ＳＤ画像）の注目画素（ＳＤ画素）における、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を求めるものである。
【１４１７】
従って、この例の実施の形態においては、入力画像（ＳＤ画像）は、クラス分類適応処理部３５０１において、従来のクラス分類適応処理が施されて予測画像（ＨＤ画像）となり、さらに、加算部３５０３において、その予測画像が、クラス分類適応処理補正部３５０２からの補正画像で補正されて（補正画像が加算されて）出力画像（ＨＤ画像）となる。
【１４１８】
即ち、この例の実施の形態は、定常性の観点からは、定常性を用いて処理を行う画像処理装置（図３）のうちの画像生成部１０３の１つの実施の形態であると言える。これに対して、クラス分類適応処理の観点からは、センサ２とクラス分類適応処理部３５０１から構成される従来の画像処理装置に対して、クラス分類適応処理の補正を行うために、データ定常性検出部１０１、実世界推定部１０２、クラス分類適応処理補正部３５０２、および加算部３５０３をさらに付加した画像処理装置の実施の形態であるとも言える。
【１４１９】
従って、以下、この例の実施の形態を、上述した再積分手法に対して、クラス分類適応処理補正手法と称する。
【１４２０】
クラス分類適応処理補正手法を利用する画像生成部１０３についてさらに詳しく説明する。
【１４２１】
図１８１において、画像である、実世界１の信号（光の強度の分布）がセンサ２に入射されると、センサ２からは入力画像が出力される。この入力画像は、データ定常性検出部１０１に入力されるとともに、画像生成部１０３のクラス分類適応処理部３５０１に入力される。
【１４２２】
クラス分類適応処理部３５０１は、入力画像に対して、従来のクラス分類適応処理を施して予測画像を生成し、加算部３５０３に出力する。
【１４２３】
このように、クラス分類適応処理部３５０１は、センサ２からの入力画像（画像データ）を基準とするとともに、入力画像そのものを処理の対象としている。即ち、センサ２からの入力画像は、上述した積分効果により実世界１の信号とは異なるもの（歪んだもの）となっているにも関わらず、クラス分類適応処理部３５０１は、その実世界１の信号とは異なる入力画像を正として処理を行っている。
【１４２４】
その結果、センサ２から出力された段階で実世界１のディテールがつぶれてしまった入力画像（ＳＤ画像）は、クラス分類適応処理によりたとえＨＤ画像とされても、元のディテールが完全に復元されないことがあるという課題が発生してしまう。
【１４２５】
そこで、この課題を解決するために、クラス分類適応処理補正手法においては、画像生成部１０３のクラス分類適応処理補正部３５０２が、センサ２からの入力画像ではなく、センサ２に入射される前の元の画像（所定の定常性を有する実世界１の信号）を推定する情報（実世界推定情報）を基準とするとともに、その実世界推定情報を処理の対象として、クラス分類適応処理部３５０１より出力された予測画像を補正するための補正画像を生成する。
【１４２６】
この実世界推定情報は、データ定常性検出部１０１と実世界推定部１０２により生成される。
【１４２７】
即ち、データ定常性検出部１０１は、センサ２からの入力画像に含まれるデータの定常性（センサ２に入射された実世界１の信号が有する定常性に対応するデータの定常性）を検出し、その検出結果をデータ定常性情報として実世界推定部１０２に出力する。
【１４２８】
なお、データ定常性情報は、図１８１の例では角度とされているが、角度に限定されず、上述した様々な情報が使用可能である。
【１４２９】
実世界推定部１０２は、入力された角度（データ定常性情報）に基づいて、実世界推定情報を生成し、画像生成部１０３のクラス分類適応処理補正部３５０２に出力する。
【１４３０】
なお、実世界推定情報は、図１８１の例では特徴量画像（その詳細は後述する）とされているが、特徴量画像に限定されず、上述した様々な情報が使用可能である。
【１４３１】
クラス分類適応処理補正部３５０２は、入力された特徴量画像（実世界推定情報）に基づいて補正画像を生成し、加算部３５０３に出力する。
【１４３２】
加算部３５０３は、クラス分類適応処理部３５０１より出力された予測画像と、クラス分類適応処理補正部３５０２より出力された補正画像を加算し、加算した画像（ＨＤ画像）を出力画像として外部に出力する。
【１４３３】
このようにして出力された出力画像は、予測画像よりもより実世界１の信号（画像）に近い画像となる。即ち、クラス分類適応処理補正手法は、上述した課題を解決することが可能な手法である。
【１４３４】
さらに、図１８１のように信号処理装置（画像処理装置）４を構成することで、１フレームの全体的に処理をアプライすることが可能になる。即ち、後述する併用手法を利用する信号処理装置（例えば、後述する図２０７）等では、画素の領域特定をした上で出力画像を生成する必要があるが、図１８１の信号処理装置４は、この領域特定が不要になるという効果を奏することが可能になる。
【１４３５】
次に、画像生成部１０３のうちのクラス分類適応処理部３５０１の詳細について説明する。
【１４３６】
図１８２は、クラス分類適応処理部３５０１の構成例を表している。
【１４３７】
図１８２において、センサ２より入力された入力画像（ＳＤ画像）は、領域抽出部３５１１と領域抽出部３５１５にそれぞれ供給される。領域抽出部３５１１は、供給された入力画像から、クラス分類を行うために必要なクラスタップ（注目画素（ＳＤ画素）を含む予め設定された位置に存在するＳＤ画素）を抽出し、パターン検出部３５１２に出力する。パターン検出部３５１２は、入力されたクラスタップに基づいて入力画像のパターンを検出する。
【１４３８】
クラスコード決定部３５１３は、パターン検出部３５１２で検出されたパターンに基づいてクラスコードを決定し、係数メモリ３５１４、および、領域抽出部３５１５に出力する。係数メモリ３５１４は、学習により予め求められたクラスコード毎の係数を記憶しており、クラスコード決定部３５１３より入力されたクラスコードに対応する係数を読み出し、予測演算部３５１６に出力する。
【１４３９】
なお、係数メモリ３５１４の係数の学習処理については、図１８４のクラス分類適応処理用学習部のブロック図を参照して後述する。
【１４４０】
また、係数メモリ３５１４に記憶される係数は、後述するように、予測画像（ＨＤ画像）を生成するときに使用される係数である。従って、以下、係数メモリ３５１４に記憶される係数を、他の係数と区別するために、予測係数と称する。
【１４４１】
領域抽出部３５１５は、クラスコード決定部３５１３より入力されたクラスコードに基づいて、センサ２より入力された入力画像（ＳＤ画像）から、予測画像（ＨＤ画像）を予測生成するのに必要な予測タップ（注目画素を含む予め設定された位置に存在するＳＤ画素）をクラスコードに対応して抽出し、予測演算部３５１６に出力する。
【１４４２】
予測演算部３５１６は、領域抽出部３５１５より入力された予測タップと、係数メモリ３５１４より入力された予測係数とを用いて積和演算を実行し、入力画像（ＳＤ画像）の注目画素（ＳＤ画素）における、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を生成し、加算部３５０３に出力する。
【１４４３】
より詳細には、係数メモリ３５１４は、クラスコード決定部３５１３より供給されるクラスコードに対応する予測係数を、予測演算部３５１６に出力する。予測演算部３５１６は、領域抽出部３５１５より供給される入力画像の所定の画素位置の画素値から抽出された予測タップと、係数メモリ３５１４より供給された予測係数とを用いて、次の式（１４９）で示される積和演算を実行することにより、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を求める（予測推定する）。
【１４４４】
【数１１９】

【１４４５】
式（１４９）において、q'は、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を表している。c_i（iは、１乃至ｎの整数値）のそれぞれは、予測タップ（ＳＤ画素）のそれぞれを表している。また、d _iのそれぞれは、予測係数のそれぞれを表している。
【１４４６】
このように、クラス分類適応処理部３５０１は、ＳＤ画像（入力画像）から、それに対するＨＤ画像を予測推定するので、ここでは、クラス分類適応処理部３５０１から出力されるＨＤ画像を、予測画像と称している。
【１４４７】
図１８３は、このようなクラス分類適応処理部３５０１の係数メモリ３５１４に記憶される予測係数（式（１４９）におけるd _i）を決定するための学習装置（予測係数の算出装置）を表している。
【１４４８】
なお、クラス分類適応処理補正手法においては、係数メモリ３５１４の他に、クラス分類適応処理補正部３５０２の係数メモリ（後述する図１９１で示される補正係数メモリ３５５４）が設けられている。従って、図１８３で示されるように、クラス分類適応処理手法における学習装置３５０４には、クラス分類適応処理部３５０１の係数メモリ３５１４に記憶される予測係数（式（１４９）におけるd _i）を決定するための学習部３５２１（以下、クラス分類適応処理用学習部３５２１と称する）の他に、クラス分類適応処理補正部３５０２の補正係数メモリ３５５４に記憶される係数を決定するための学習部３５６１（以下、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１と称する）が設けられている。
【１４４９】
従って、以下、クラス分類適応処理用学習部３５２１における教師画像を第１の教師画像と称するのに対して、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１における教師画像を第２の教師画像と称する。同様に、以下、クラス分類適応処理用学習部３５２１における生徒画像を第１の生徒画像と称するのに対して、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１における生徒画像を第２の生徒画像と称する。
【１４５０】
なお、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１については後述する。
【１４５１】
図１８４は、クラス分類適応処理用学習部３５２１の詳細な構成例を表している。
【１４５２】
図１８４において、所定の画像が、第１の教師画像（ＨＤ画像）としてダウンコンバート部３５３１と正規方程式生成部３５３６のそれぞれに入力されるとともに、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１（図１８３）に入力される。
【１４５３】
ダウンコンバート部３５３１は、入力された第１の教師画像（ＨＤ画像）から、第１の教師画像よりも解像度の低い第１の生徒画像（ＳＤ画像）を生成し（第１の教師画像をダウンコンバートしたものを第１の生徒画像とし）、領域抽出部３５３２、領域抽出部３５３５、およびクラス分類適応処理補正用学習部３５６１（図１８３）のそれぞれに出力する。
【１４５４】
このように、クラス分類適応処理用学習部３５２１には、ダウンコンバート部３５３１が設けられているので、第１の教師画像（ＨＤ画像）は、上述したセンサ２（図１８１）からの入力画像よりも高解像度の画像である必要は無い。なぜならば、第１の教師画像がダウンコンバートされた（解像度が下げられた）第１の生徒画像をＳＤ画像とすれば、第１の生徒画像に対する第１の教師画像がＨＤ画像になるからである。従って、第１の教師画像は、例えば、センサ２からの入力画像そのものとされてもよい。
【１４５５】
領域抽出部３５３２は、供給された第１の生徒画像（ＳＤ画像）から、クラス分類を行うために必要なクラスタップ（ＳＤ画素）を抽出し、パターン検出部３５３３に出力する。パターン検出部３５３３は、入力されたクラスタップのパターンを検出し、その検出結果をクラスコード決定部３５３４に出力する。クラスコード決定部３５３４は、入力されたパターンに対応するクラスコードを決定し、そのクラスコードを領域抽出部３５３５、および、正規方程式生成部３５３６のそれぞれに出力する。
【１４５６】
領域抽出部３５３５は、クラスコード決定部３５３４より入力されたクラスコードに基づいて、ダウンコンバート部３５３１より入力された第１の生徒画像（ＳＤ画像）から予測タップ（ＳＤ画素）を抽出し、正規方程式生成部３５３６と予測演算部３５５８のそれぞれに出力する。
【１４５７】
なお、以上の領域抽出部３５３２、パターン検出部３５３３、クラスコード決定部３５３４、および領域抽出部３５３５のそれぞれは、図１８２のクラス分類適応処理部３５０１の領域抽出部３５１１、パターン検出部３５１２、クラスコード決定部３５１３、および、領域抽出部３５１５のそれぞれと、基本的に同様の構成と機能を有するものである。
【１４５８】
正規方程式生成部３５３６は、クラスコード決定部３５３４より入力された全てのクラスコードに対して、クラスコード毎に、領域抽出部３５３５より入力される第１の生徒画像（ＳＤ画像）の予測タップ（ＳＤ画素）と、第１の教師画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素とから正規方程式を生成し、係数決定部３５３７に供給する。係数決定部３５３７は、正規方程式生成部３５３７より所定のクラスコードに対応する正規方程式が供給されてきたとき、その正規方程式より予測係数のそれぞれを演算し、係数メモリ３５１４にクラスコードと関連付けて記憶させるとともに、予測演算部３５３８に供給する。
【１４５９】
正規方程式生成部３５３６と、係数決定部３５３７についてさらに詳しく説明する。
【１４６０】
上述した式（１４９）において、学習前は予測係数d_iのそれぞれが未定係数である。学習は、クラスコード毎に複数の教師画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を入力することによって行う。所定のクラスコードに対応するＨＤ画素がｍ個存在し、ｍ個のＨＤ画素のそれぞれを、q_k（ｋは、１乃至ｍの整数値）と記述する場合、式（１４９）から、次の式（１５０）が設定される。
【１４６１】
【数１２０】

【１４６２】
即ち、式（１５０）は、右辺の演算をすることで、所定のＨＤ画素q_kを予測推定することができることを表している。なお、式（１５０）において、e_kは誤差を表している。即ち、右辺の演算結果である予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素q_k'が、実際のＨＤ画素q_kと厳密には一致せず、所定の誤差e_kを含む。
【１４６３】
そこで、式（１５０）において、例えば、誤差e_kの自乗和を最小にするような予測係数d_iが、学習により求まればよい。
【１４６４】
具体的には、例えば、ｍ＞ｎとなるように、ＨＤ画素q_kを学習により集めることができれば、最小自乗法によって予測係数d_iが一意に決定される。
【１４６５】
即ち、式（１５０）の右辺の予測係数d_iを最小自乗法で求める場合の正規方程式は、次の式（１５１）で表される。
【１４６６】
【数１２１】

【１４６７】
従って、式（１５１）で示される正規方程式が生成されれば、その正規方程式を解くことで予測係数d_iが一意に決定されることになる。
【１４６８】
具体的には、式（１５１）で示される正規方程式の各行列のそれぞれを、次の式（１５２）乃至（１５４）のように定義すると、正規方程式は、次の式（１５５）のように表される。
【１４６９】
【数１２２】

【１４７０】
【数１２３】

【１４７１】
【数１２４】

【１４７２】
【数１２５】

【１４７３】
式（１５３）で示されるように、行列Ｄ_MATの各成分は、求めたい予測係数d_iである。従って、式（１５５）において、左辺の行列Ｃ_MATと右辺の行列Ｑ_MATが決定されれば、行列解法によって行列Ｄ_MAT（即ち、予測係数d_i）の算出が可能である。
【１４７４】
より具体的には、式（１５２）で示されるように、行列Ｃ_MATの各成分は、予測タップc_ikが既知であれば演算可能である。予測タップc_ikは、領域抽出部３５３５により抽出されるので、正規方程式生成部３５３６は、領域抽出部３５３５より供給されてくる予測タップc_ikのそれぞれを利用して行列Ｃ_MATの各成分を演算することができる。
【１４７５】
また、式（１５４）で示されるように、行列Ｑ_MATの各成分は、予測タップc_ikとＨＤ画素q_kが既知であれば演算可能である。予測タップc_ikは、行列Ｃ_MATの各成分に含まれるものと同一のものであり、また、ＨＤ画素q_kは、予測タップc_ikに含まれる注目画素（第１の生徒画像のＳＤ画素）に対する第１の教師画像のＨＤ画素である。従って、正規方程式生成部３５３６は、領域抽出部３５３５より供給された予測タップc_ikと、第１の教師画像を利用して行列Ｑ_MATの各成分を演算することができる。
【１４７６】
このようにして、正規方程式生成部３５３６は、クラスコード毎に、行列Ｃ_MATと行列Ｑ_MATの各成分を演算し、その演算結果をクラスコードに対応付けて係数決定部３５３７に供給する。
【１４７７】
係数決定部３５３７は、供給された所定のクラスコードに対応する正規方程式に基づいて、上述した式（１５５）の行列Ｄ_MATの各成分である予測係数d_iを演算する。
【１４７８】
具体的には、上述した式（１５５）の正規方程式は、次の式（１５６）のように変形できる。
【１４７９】
【数１２６】

【１４８０】
式（１５６）において、左辺の行列Ｄ_MATの各成分が、求めたい予測係数d_iである。また、行列Ｃ_MATと行列Ｑ_MATのそれぞれの各成分は、正規方程式生成部３５３６より供給されるものである。従って、係数決定部３５３７は、正規方程式生成部３５３６より所定のクラスコードに対応する行列Ｃ_MATと行列Ｑ_MATのそれぞれの各成分が供給されてきたとき、式（１５６）の右辺の行列演算を行うことで行列Ｄ_MATを演算し、その演算結果（予測係数d_i）をクラスコードに対応付けて係数メモリ３５１４に記憶させるとともに、予測演算部３５３８に供給する。
【１４８１】
予測演算部３５３８は、領域抽出部３５３５より入力された予測タップと、係数決定部３５３７により決定された予測係数とを用いて積和演算を実行し、第１の生徒画像（ＳＤ画像）の注目画素（ＳＤ画素）における、予測画像（第１の教師画像を予測する画像）のＨＤ画素を生成し、それを学習用予測画像としてクラス分類適応処理補正用学習部３５６１（図１８３）に出力する。
【１４８２】
より詳細には、予測演算部３５３８は、領域抽出部３５３５より供給される第１の生徒画像の所定の画素位置の画素値から抽出された予測タップを、c_i（iは、１乃至ｎの整数値）とし、係数決定部３５３７より供給された予測係数を、d _iとして、上述した式（１４９）で示される積和演算を実行することにより、学習用予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素q'を求める（第１の教師画像を予測推定する）。
【１４８３】
ここで、図１８５乃至図１９０を参照して、上述した従来のクラス分類適応処理（クラス分類適応処理部３５０１）が有する課題、即ち、図１８１において、センサ２から出力された段階で実世界１のディテールがつぶれてしまった入力画像（ＳＤ画像）は、クラス分類適応処理部３５０１によりたとえＨＤ画像（実世界１の信号を予測する予測画像）とされても、元のディテールが完全に復元されないことがあるという課題について説明する。
【１４８４】
図１８５は、クラス分類適応処理部３５０１の処理結果の例を表している。
【１４８５】
図１８５において、ＨＤ画像３５４１は、図中上下方向から、ほぼ５度時計方向に傾いた細線の画像が含まれる画像である。また、ＳＤ画像３５４２は、ＨＤ画像３５４１の２×２の画素（HD画素）からなるブロックに属する画素（HD画素）の画素値の平均値を、１つの画素（ＳＤ画素）の画素値として生成された画像である。即ち、ＳＤ画像３５４２は、ＨＤ画像３５４１がダウンコンバートされた（解像度が落とされた）画像である。
【１４８６】
換言すると、ＨＤ画像３５４１は、センサ２（図１８１）に入射される前の画像（実世界１（図１８１）の信号）を模した画像であるとする。この場合、ＳＤ画像３５４２は、ＨＤ画像３５４１に、センサ２の積分特性を模した、空間方向の積分を適用することにより得られた画像に相当することなる。即ち、ＳＤ画像３５４２は、センサ２からの入力画像を模した画像となる。
【１４８７】
また、ＳＤ画像３５４２をクラス分類適応処理部３５０１（図１８１）に入力させ、クラス分類適応処理部３５０１より出力された予測画像が、予測画像３５４３である。即ち、予測画像３５４３は、従来のクラス分類適応処理により生成されたＨＤ画像（元のＨＤ画像３５４１と同一解像度の画像）である。ただし、クラス分類適応処理部３５０１が予測演算に使用した予測係数（係数メモリ３５１４（図１８２）に記憶された予測係数）は、ＨＤ画像３５４１を第１の教師画像とし、かつＳＤ画像３５４２を第１の生徒画像として、クラス分類適応処理用学習部３５６１（図１８４）に学習演算させたものである。
【１４８８】
ＨＤ画像３５４１、ＳＤ画像３５４２、および予測画像３５４３のそれぞれを比較するに、予測画像３５４３は、ＳＤ画像３５４２よりも、ＨＤ画像３５４１により近い画像となっていることがわかる。
【１４８９】
この比較結果は、クラス分類適応処理部３５０１が、ＨＤ画像３５４１のディテールがつぶれてしまったＳＤ画像３５４２に対して、従来のクラス分類適応処理を施すことで、元のディテールが復元された予測画像３５４３を生成することができるということを意味している。
【１４９０】
しかしながら、予測画像３５４３とＨＤ画像３５４１を比較するに、予測画像３５４３は、ＨＤ画像３５４１を完全に復元した画像であるとは言い難い。
【１４９１】
そこで、本願出願人は、予測画像３５４３がＨＤ画像３５４１を完全に復元できていない理由を調査するために、所定の加算器３５４６により、ＨＤ画像３５４１と、予測画像３５４３の反転入力との加算画像、即ち、ＨＤ画像３５４１と予測画像３５４３の差分画像（画素の差分が大の場合、白に近い画素とし、画素の差分が小の場合、黒に近い画素とした画像）３５４４を生成した。
【１４９２】
同様に、本願出願人は、所定の加算器３５４７により、ＨＤ画像３５４１と、ＳＤ画像３５４２の反転入力との加算画像、即ち、ＨＤ画像３５４１とＳＤ画像３５４２の差分画像（画素の差分が大の場合、白に近い画素とし、画素の差分が小の場合、黒に近い画素とした画像）３５４５を生成した。
【１４９３】
そして、本願出願人は、このようにして生成された差分画像３５４４と差分画像３５４５を比較することによって、次のような調査結果を得た。
【１４９４】
即ち、ＨＤ画像３５４１とＳＤ画像３５４２の差分の大きい領域（差分画像３５４５の白に近い領域）と、ＨＤ画像３５４１と予測画像３５４３の差分の大きい領域（差分画像３５４４の白に近い領域）はほぼ対応している。
【１４９５】
換言すると、予測画像３５４３がＨＤ画像３５４１を完全に復元できていない領域は、予測画像３５４３のうちの、ＨＤ画像３５４１とＳＤ画像３５４２の差分の大きい領域（差分画像３５４５の白に近い領域）にほぼ一致する。
【１４９６】
そこで、本願出願人は、この調査結果の要因を解明するために、さらに次のような調査を行った。
【１４９７】
即ち、本願出願人は、まず、ＨＤ画像３５４１と予測画像３５４３の差分の小さい領域（差分画像３５４４の黒に近い領域）において、ＨＤ画像３５４１の具体的な画素値、ＳＤ画像３５４２の具体的な画素値、およびＨＤ画像３５４１に対応する実際の波形（実世界１の信号）を調査した。その調査結果が、図１８６と図１８７に示されている。
【１４９８】
図１８６は、調査した領域のうちの１例を示している。なお、図１８６において、図中、水平方向は、空間方向の１方向であるＸ方向とされており、また、垂直方向は、空間方向の他方向であるＹ方向とされている。
【１４９９】
即ち、本願出願人は、ＨＤ画像３５４１と予測画像３５４３の差分の小さい領域の１例として、図１８６で示される、差分画像３５４４の領域３５４４−１について調査した。
【１５００】
図１８７は、図１８６で示される領域３５４４−１に含まれるＸ方向に連続した６個のＨＤ画素のうちの、図中左から４個分のＨＤ画素に対応する、ＨＤ画像３５４１の具体的な画素値、ＳＤ画像３５４２の具体的な画素値、および、実際の波形（実世界１の信号）のそれぞれをプロットしたものを表している。
【１５０１】
図１８７において、縦軸は画素値を、横軸は空間方向Ｘに平行なx軸を、それぞれ表している。x軸において、原点は、差分画像３５４４の６個のＨＤ画素のうちの図中左から３番目のＨＤ画素の左端の位置とされており、その原点を基準として座標値が付されている。ただし、ｘ軸の座標値は、差分画像３５４４のＨＤ画素の画素幅を0.5として付されている。即ち、差分画像３５４４はＨＤ画像であるので、ＨＤ画像３５４１の画素幅L_t（以下、ＨＤ画素幅L_tと称する）も0.5になる。従って、いまの場合、ＳＤ画像３５４２の画素幅（以下、ＳＤ画素幅L_sと称する）は、ＨＤ画素幅L_tの２倍になるので、ＳＤ画素幅L_sは１になる。
【１５０２】
また、図１８７において、実線は、ＨＤ画像３５４１の画素値を、点線は、ＳＤ画像３５４２の画素値を、一点鎖線は、実世界１の信号のＸ断面波形を、それぞれ表している。ただし、実世界１の信号の波形を実際に描写することは困難であるので、図１８７で示される一点鎖線は、上述した１次元多項式近似手法（図１８１の実世界推定部１０２の１実施形態）によりＸ断面波形が近似された近似関数f(x)が示されている。
【１５０３】
次に、本願出願人は、上述した差分の小さい領域の調査と同様に、ＨＤ画像３５４１と予測画像３５４３の差分の大きい領域（差分画像３５４４の白に近い領域）においても、ＨＤ画像３５４１の具体的な画素値、ＳＤ画像３５４２の具体的な画素値、およびＨＤ画像３５４１に対応する実際の波形（実世界１の信号）を調査した。その調査結果が、図１８８と図１８９に示されている。
【１５０４】
図１８８は、調査した領域のうちの１例を示している。なお、図１８８において、図中、水平方向は、空間方向の１方向であるＸ方向とされており、また、垂直方向は、空間方向の他方向であるＹ方向とされている。
【１５０５】
即ち、本願出願人は、ＨＤ画像３５４１と予測画像３５４３の差分の大きい領域の１例として、図１８８で示される、差分画像３５４４の領域３５４４−２について調査した。
【１５０６】
図１８９は、図１８８で示される領域３５４４−２に含まれるＸ方向に連続した６個のＨＤ画素のうちの、図中左から４個分のＨＤ画素に対応する、ＨＤ画像３５４１の具体的な画素値、ＳＤ画像３５４２の具体的な画素値、および実際の波形（実世界１の信号）のそれぞれをプロットしたものを表している。
【１５０７】
図１８９において、縦軸は画素値を、横軸は空間方向Ｘに平行なx軸を、それぞれ表している。x軸において、原点は、差分画像３５４４の６個のＨＤ画素のうちの図中左から３番目のＨＤ画素の左端の位置とされており、その原点を基準として座標値が付されている。ただし、ｘ軸の座標値は、ＳＤ画素幅L_sを１として付されている。
【１５０８】
図１８９において、実線は、ＨＤ画像３５４１の画素値を、点線は、ＳＤ画像３５４２の画素値を、一点鎖線は、実世界１の信号のＸ断面波形を、それぞれ表している。ただし、図１８９で示される一点鎖線は、図１８７で示される一点鎖線と同様に、Ｘ断面波形が近似された近似関数f(x)が示されている。
【１５０９】
図１８７と図１８９を比較するに、両者の近似関数f(x)の波形の形状より、いずれの領域も細線の領域を含んでいることがわかる。
【１５１０】
しかしながら、図１８７においては、細線の領域は、ほぼx=0からx=1の範囲に存在するのに対して、図１８９においては、細線の領域は、ほぼx=-0.5からx=0.5の範囲に存在する。即ち、図１８７においては、x=0からx=1の範囲に存在するＳＤ画像３５４２の１つのＳＤ画素内に細線の領域がほぼ含まれることになる。これに対して、図１８９においては、x=0からx=1の範囲に存在するＳＤ画像３５４２の１つのＳＤ画素内に、細線の領域が一部だけ含まれる（細線と背景の境目が含まれる）ことになる。
【１５１１】
従って、図１８７で示される状態の場合、x=0からx=1.0の範囲に存在するＨＤ画像３５４１の２つのＨＤ画素の画素値（図中、実線）の差は小さくなる。その結果、当然ながら、これら２つのＨＤ画素の画素値の平均値である、ＳＤ画像３５４２の１つのＳＤ画素の画素値（図中、点線）と、ＨＤ画像３５４１の２つのＨＤ画素の画素値のそれぞれとの差分は小さいものになる。
【１５１２】
このような状態で（図１８７で示される状態で）、x=0からx=1.0の範囲に存在するＳＤ画像３５４２の１つのＳＤ画素が注目画素とされて、従来のクラス分類適応処理によりx=0からx=1.0の範囲に２つのＨＤ画素（予測画像３５４３の画素）が生成された場合について考える。この場合、図１８６で示されるように、生成された予測画像３５４３のＨＤ画素は、ＨＤ画像３５４１のＨＤ画素をほぼ正確に予測したものになる。即ち、図１８６で示されるように、領域３５４４−１においては、予測画像３５４３のＨＤ画素と、ＨＤ画像３５４１のＨＤ画素の差分も小さくなるので、黒に近い画像が表示される。
【１５１３】
これに対して、図１８９で示される状態の場合、x=0からx=1.0の範囲に存在するＨＤ画像３５４１の２つのＨＤ画素の画素値（図中、実線）の差は大きくなる。その結果、当然ながら、これら２つのＨＤ画素の画素値の平均値である、ＳＤ画像３５４２の１つのＳＤ画素の画素値（図中、点線）と、ＨＤ画像３５４１の２つのＨＤ画素の画素値のそれぞれとの差分は、図１８７の対応する差分に対して大きなものになる。
【１５１４】
このような状態で（図１８９で示される状態で）、x=0からx=1.0の範囲に存在するＳＤ画像３５４２の１つのＳＤ画素が注目画素とされて、従来のクラス分類適応処理によりx=0からx=1.0の範囲にＨＤ画素（予測画像３５４３の画素）が生成された場合について考える。この場合、図１８８で示されるように、生成された予測画像３５４３のＨＤ画素は、ＨＤ画像３５４１のＨＤ画素を正確に予測したものとはならない。即ち、図１８８で示されるように、領域３５４４−２においては、予測画像３５４３のＨＤ画素と、ＨＤ画像３５４１のＨＤ画素の差分も大きなものになってしまうので、白に近い画像が表示される。
【１５１５】
ところで、図１８７と図１８９の実世界１の信号の近似関数f(x)（図中、一点鎖線）のそれぞれを比較するに、図１８７においては、x=0からx=1の範囲での近似関数f(x)の変化量は小さいのに対して、図１８９においては、x=0からx=1の範囲での近似関数f(x)の変化量は大きいことがわかる。
【１５１６】
従って、図１８７で示されるx=0からx=1.0の範囲に存在するＳＤ画像３５４２の１つのＳＤ画素は、ＳＤ画素内での近似関数f(x)の変化量が小さい（即ち、実世界１の信号の変化量が小さい）ＳＤ画素と言える。
【１５１７】
このような観点から、上述した調査結果を言いなおすと、例えば、図１８７で示されるx=0からx=1.0の範囲に存在するＳＤ画素のような、ＳＤ画素内での近似関数f(x)の変化が少ない（即ち、実世界１の信号の変化が少ない）ＳＤ画素から、従来のクラス分類適応処理によりＨＤ画素が生成されると、生成されたＨＤ画素は、実世界１の信号（いまの場合、細線の画像）をほぼ正確に予測したものとなる。
【１５１８】
これに対して、図１８９で示されるx=0からx=1.0の範囲に存在するＳＤ画像３５４２の１つのＳＤ画素は、ＳＤ画素内での近似関数f(x)の変化量が大きい（即ち、実世界１の信号の変化量が大きい）ＳＤ画素と言える。
【１５１９】
このような観点から、上述した調査結果を言いなおすと、例えば、図１８９で示されるx=0からx=1.0の範囲に存在するＳＤ画素のような、ＳＤ画素内での近似関数f(x)の変化が大きい（即ち、実世界１の信号の変化が大きい）ＳＤ画素から、従来のクラス分類適応処理によりＨＤ画素が生成されると、生成されたＨＤ画素は、実世界１の信号（いまの場合、細線の画像）を正確に予測したものとはならない。
【１５２０】
以上の調査結果をまとめると、図１９０で示されるような状態の場合、従来の画素間の信号処理（例えば、クラス分類適応処理）では、画素内のディテールを復元することは困難であるということである。
【１５２１】
即ち、図１９０は、本願出願人が上述したような調査を行った結果として、得られた知見を説明する図である。
【１５２２】
図１９０において、図中水平方向は、センサ２（図１８１）の検出素子が並んでいる方向（空間方向）のうちの１方向であるＸ方向を表しており、図中垂直方向は、光のレベルまたは画素値を表している。点線は、画像である、実世界１（図１８１）の信号のＸ断面波形F(x)を表しており、実線は、Ｘ断面波形F(x)で表される実世界１の信号（画像）がセンサ２に入射された場合、センサ２から出力される画素値Ｐを表している。また、センサ２の１つの検出素子の幅（Ｘ方向の長さ）は、L_cと記述されており、△Ｐは、センサ２の１つの検出素子の幅L_c、即ち、センサ２の画素幅L_c内におけるＸ断面波形F(x)の変化量を表している。
【１５２３】
ところで、上述したＳＤ画像３５４２（図１８５）は、センサ２からの入力画像（図１８１）を模したものであるので、ＳＤ画像３５４２のＳＤ画素幅L_s（図１８７と図１８９）は、センサ２の画素幅（検出素子の幅）L_cとして考えることができる。
【１５２４】
また、上述した調査においては、細線に対応する実世界１の信号（近似関数f(x)）に対する調査であったが、細線に限らず、実世界１の信号のレベルの変化は存在する。
【１５２５】
従って、上述した調査結果を、図１９０で示される状態に当てはめると、次の通りになる。
【１５２６】
即ち、図１９０で示されるような、画素内において実世界１の信号の変化量（Ｘ断面波形F(x)の変化量）△Ｐが大きいＳＤ画素（センサ２からの出力画素）が注目画素とされて、従来のクラス分類適応処理によりＨＤ画素（例えば、図１８１のクラス分類適応処理部３５０１から出力される予測画像の画素）が生成された場合、生成されたＨＤ画素は、実世界１の信号（図１９０の例では、Ｘ断面波形F(x)）を正確に予測したものとはならない。
【１５２７】
具体的には、クラス分類適応処理をはじめとする従来の手法においては、センサ２の画素の画素間の画像処理が行われている。
【１５２８】
即ち、図１９０で示されるように、実世界１では、１画素内の領域でＸ断面波形F(x)の変化量△Ｐが大きい状態であっても、センサ２からは、Ｘ断面波形F(x)が積分された（厳密には、実世界１の信号が、時空間方向に積分された）１つの画素値Ｐ（１画素内で均一の値Ｐ）のみが出力される。
【１５２９】
従来の手法においては、その画素値Ｐが基準とされるとともに、画素値Ｐが処理の対象とされて画像処理が行われている。換言すると、従来の手法においては、画素内における実世界１の信号（Ｘ断面波形F(x)）の変化、即ち、画素内のディテールを無視して、画像処理が行われている。
【１５３０】
このように、画素を最小の単位として処理する限り、例えどのような画像処理（クラス分類適応処理でも）を施したとしても、画素内における実世界１の信号の変化を正確に再現することは困難である。特に、実世界１の信号の変化量△Ｐが大きい場合、その困難さはより顕著なものとなる。
【１５３１】
換言すると、上述したクラス分類適応処理が有する課題、即ち、図１８１において、センサ２から出力された段階で実世界１のディテールがつぶれてしまった入力画像（ＳＤ画像）は、クラス分類適応処理によりたとえＨＤ画像とされても、元のディテールが完全に復元されないことがあるという課題が発生する原因は、画素内における実世界１の信号の変化量△Ｐを考慮せずに、画素（１つの画素値しか有しない画素）を最小の単位としてクラス分類適応処理が行われているからである。
【１５３２】
この課題は、クラス分類適応処理に限らず従来の画像処理手法の全てが有する課題であり、課題が発生する原因も全く同じである。
【１５３３】
以上、従来の画像処理手法が有する課題と、その発生要因について説明した。
【１５３４】
ところで、上述したように、本発明のデータ定常性検出部１０１と実世界推定部１０２（図３）は、実世界１の信号が有する定常性を利用して、センサ２からの入力画像（即ち、画素内における、実世界１の信号の変化が無視された画像）から、実世界１の信号を推定することができる。即ち、実世界推定部１０２は、実世界１の信号を推定することが可能な実世界推定情報を出力することができる。
【１５３５】
従って、この実世界推定情報から、画素内における、実世界１の信号の変化量の推定も可能である。
【１５３６】
そこで、本願出願人は、従来のクラス分類適応処理により生成された予測画像（画素内における、実世界１の信号の変化を考慮せずに、実世界１を予測した画像）を、実世界推定情報に基づいて生成される所定の補正画像（画素内における、実世界１の信号の変化に起因する予測画像の誤差を推定した画像）で補正することで、上述した課題の解決が可能になるという思想に基づいて、例えば、図１８１で示されるような、クラス分類適応処理補正手法を発明した。
【１５３７】
即ち、図１８１において、データ定常性検出部１０１と実世界推定部１０２が、実世界推定情報を生成し、クラス分類適応処理補正部３５０２が、生成された実世界推定情報に基づいて所定の補正画像を生成する。そして、加算部３５０３が、クラス分類適応処理部３５０１より出力された予測画像を、クラス分類適応処理補正部３５０２より出力された補正画像で補正する（具体的には、予測画像に補正画像を加算した画像を出力画像として出力する）。
【１５３８】
クラス分類適応処理補正手法を利用する画像生成部１０３のうちの、クラス分類適応処理部３５０１の詳細については既に説明した。また、加算部３５０３は、予測画像と補正画像を加算することができるものであれば、その形態は特に限定されず、例えば、従来より存在する、様々な加算器やプログラム等を適用することが可能である。
【１５３９】
そこで、以下、残りのクラス分類適応処理補正部３５０２の詳細について説明する。
【１５４０】
はじめに、クラス分類適応処理補正部３５０２の原理について説明する。
【１５４１】
上述したように、図１８５において、ＨＤ画像３５４１を、センサ２（図１８１）に入射される前の元の画像（実世界１の信号）とみなし、かつ、ＳＤ画像３５４２を、センサ２からの入力画像とみなすと、予測画像３５４３が、クラス分類適応処理部３５０１より出力される予測画像（元の画像（ＨＤ画像３５４１）を予測した予測画像）となる。
【１５４２】
また、ＨＤ画像３５４１から、その予測画像３５４３を減算した画像が、差分画像３５４４である。
【１５４３】
従って、クラス分類適応処理補正部３５０２が、差分画像３５４４を生成し、その差分画像３５４４を補正画像として出力することができれば、加算部３５０３が、クラス分類適応処理部３５０１より出力された予測画像３５４３と、クラス分類適応処理補正部３５０２より出力された差分画像３５４４（補正画像）を加算することで、ＨＤ画像３５４１を復元することができる。
【１５４４】
即ち、クラス分類適応処理補正部３５０２が、画像である、実世界１の信号（センサ２に入射される前の元の画像）と、クラス分類適応処理部３５０１から出力される予測画像との差分画像（ただし、クラス分類適応処理部３５０１から出力される予測画像と同一解像度の画像）を適切に予測し、予測した差分画像（以下、差分予測画像と称する。これが、上述した差分予測画像の名称の由来である）を補正画像として出力することができれば、実世界１の信号（元の画像）をほぼ復元することができる。
【１５４５】
ところで、上述したように、実世界１の信号（センサ２に入射される前の元の画像）と、クラス分類適応処理部３５０１から出力される予測画像との差分（誤差）の度合いと、入力画像の１画素内における、実世界１の信号の変化量の度合いは対応している。また、実世界推定部１０２は、実世界１の信号自身を推定することができるので、当然ながら、入力画像の１画素内における、実世界１の信号の変化量の度合いを表す所定の特徴量を画素毎に算出することも可能である。
【１５４６】
従って、クラス分類適応処理補正部３５０２は、入力画像の各画素のそれぞれに対する特徴量を取得することで、差分予測画像を生成する（差分画像を予測する）ことができる。
【１５４７】
そこで、例えば、クラス分類適応処理補正部３５０２は、実世界推定部１０２より、特徴量を画素値とする画像（以下、このような画像を、特徴量画像と称する）を実世界推定情報として実世界推定部１０２より入力する。
【１５４８】
このとき、特徴量画像の解像度は、センサ２からの入力画像と同一の解像度である。また、補正画像（差分予測画像）は、クラス分類適応処理部３５０１より出力される予測画像と同一の解像度である。
【１５４９】
従って、クラス分類適応処理補正部３５０２が、特徴量画像をＳＤ画像とし、補正画像（差分予測画像）をＨＤ画像とし、従来のクラス分類適応処理を利用して、特徴量画像から差分画像を予測演算すれば、その予測演算の結果が、適切な差分予測画像となる。
【１５５０】
以上、クラス分類適応処理補正部３５０２の原理について説明した。
【１５５１】
図１９１は、このような原理で動作するクラス分類適応処理補正部３５０２の構成例を表している。
【１５５２】
図１９１において、実世界推定部１０２より入力された特徴量画像（ＳＤ画像）は、領域抽出部３５５１と領域抽出部３５５５にそれぞれ供給される。領域抽出部３５５１は、供給された特徴量画像から、クラス分類を行うために必要なクラスタップ（注目画素を含む予め設定された位置に存在するＳＤ画素）を抽出し、パターン検出部３５５２に出力する。パターン検出部３５５２は、入力されたクラスタップに基づいて特徴量画像のパターンを検出する。
【１５５３】
クラスコード決定部３５５３は、パターン検出部３５５２で検出されたパターンに基づいてクラスコードを決定し、補正係数メモリ３５５４、および、領域抽出部３５５５に出力する。補正係数メモリ３５５４は、学習により予め求められたクラスコード毎の係数を記憶しており、クラスコード決定部３５５３より入力されたクラスコードに対応する係数を読み出し、補正演算部３５５６に出力する。
【１５５４】
なお、補正係数メモリ３５５４の係数の学習処理については、図１９２のクラス分類適応処理補正用学習部のブロック図を参照して後述する。
【１５５５】
また、補正係数メモリ３５５４に記憶される係数は、後述するように、差分画像を予測する（ＨＤ画像である差分予測画像を生成する）ときに使用される予測係数である。しかしながら、ここでは、クラス分類適応処理部３５０１の係数メモリ３５１４（図１８２）に記憶されている係数を、予測係数と称している。従って、以下、補正係数メモリ３５５４に記憶される予測係数を、係数メモリ３５１４に記憶される予測係数と区別するために、補正係数と称する。
【１５５６】
領域抽出部３５５５は、クラスコード決定部３５５３より入力されたクラスコードに基づいて、実世界推定部１０２より入力された特徴量画像（ＳＤ画像）から、差分画像（ＨＤ画像）を予測する（ＨＤ画像である差分予測画像を生成する）のに必要な予測タップ（注目画素を含む予め設定された位置に存在するＳＤ画素）をクラスコードに対応して抽出し、補正演算部３５５６に出力する。補正演算部３５５６は、領域抽出部３５５５より入力された予測タップと、補正係数メモリ３５５４より入力された補正係数とを用いて積和演算を実行し、特徴量画像（ＳＤ画像）の注目画素（ＳＤ画素）における、差分予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を生成する。
【１５５７】
より詳細には、補正係数メモリ３５５４は、クラスコード決定部３５５３より供給されるクラスコードに対応する補正係数を、補正演算部３５５６に出力する。補正演算部３５５６は、領域抽出部３５５５より供給される入力画像の所定の画素位置の画素値から抽出された予測タップ（ＳＤ画素）と、補正係数メモリ３５５４より供給された補正係数とを用いて、次の式（１５７）で示される積和演算を実行することにより、差分予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を求める（差分画像を予測推定する）。
【１５５８】
【数１２７】

【１５５９】
式（１５７）において、u'は、差分予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を表している。a_i（iは、１乃至ｎの整数値）のそれぞれは、予測タップ（ＳＤ画素）のそれぞれを表している。また、g _iのそれぞれは、補正係数のそれぞれを表している。
【１５６０】
従って、図１８１において、クラス分類適応処理部３５０１からは、上述した式（１４９）で示される予測画像のＨＤ画素q'が出力されるのに対して、クラス分類適応処理補正部３５０２からは、式（１５７）で示される差分予測画像のＨＤ画素u'が出力される。そして、加算部３５０３が、予測画像のＨＤ画素q'と、差分予測画像のＨＤ画素u'とを加算した画素（以下、o'と記述する）を、出力画像のＨＤ画素として外部に出力する。
【１５６１】
即ち、画像生成部１０３より最終的に出力される出力画像のＨＤ画素o'は、次の式（１５８）で示されるようになる。
【１５６２】
【数１２８】

【１５６３】
図１９２は、このようなクラス分類適応処理補正部３５０２の補正係数メモリ３５５４に記憶される補正係数（上述した式（１５６）におけるg _i）を決定するための学習部、即ち、上述した図１８３の学習装置３５０４のクラス分類適応処理補正用学習部３５６１の詳細な構成例を表している。
【１５６４】
図１８３において、上述したように、クラス分類適応処理用学習部３５２１は、その学習処理を終了すると、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１に対して、学習に利用した第１の教師画像（ＨＤ画像）と第１の生徒画像（ＳＤ画像）のそれぞれを出力するともに、学習により求められた予測係数を用いて第１の生徒画像から第１の教師画像を予測した画像である、学習用予測画像を出力してくる。
【１５６５】
図１９２に戻り、これらのうちの第１の生徒画像は、データ定常性検出部３５７２に入力される。
【１５６６】
一方、これらのうちの第１の教師画像と学習用予測画像は、加算部３５７１に入力される。ただし、学習用予測画像は、反転入力される。
【１５６７】
加算部３５７１は、入力された第１の教師画像と、反転入力された学習用予測画像を加算し、即ち、第１の教師画像と学習用予測画像の差分画像を生成し、それをクラス分類適応処理補正用学習部３５６１における教師画像（この教師画像を、上述したように、第１の教師画像と区別するために、第２の教師画像と称する）として正規方程式生成部３５７８に出力する。
【１５６８】
データ定常性検出部３５７２は、入力された第１の生徒画像に含まれるデータの定常性を検出し、その検出結果をデータ定常性情報として実世界推定部３５７３に出力する。
【１５６９】
実世界推定部３５７３は、入力されたデータ定常性情報に基づいて、特徴量画像を生成し、それをクラス分類適応処理補正用学習部３５６１における生徒画像（この生徒画像を、上述したように、第１の生徒画像と区別するために、第２の生徒画像と称する）として領域抽出部３５７４と領域抽出部３５７７のそれぞれに出力する。
【１５７０】
領域抽出部３５７４は、供給された第２の生徒画像（ＳＤ画像）から、クラス分類を行うために必要なＳＤ画素（クラスタップ）を抽出し、パターン検出部３５７５に出力する。パターン検出部３５７５は、入力されたクラスタップのパターンを検出し、検出結果をクラスコード決定部３５７６に出力する。クラスコード決定部３５７６は、入力されたパターンに対応するクラスコードを決定し、そのクラスコードを領域抽出部３５７７、および、正規方程式生成部３５７８のそれぞれに出力する。
【１５７１】
領域抽出部３５７７は、クラスコード決定部３５７６より入力されたクラスコードに基づいて、実世界推定部３５７３より入力された第２の生徒画像（ＳＤ画像）から予測タップ（ＳＤ画素）を抽出し、正規方程式生成部３５７８に出力する。
【１５７２】
なお、以上の領域抽出部３５７４、パターン検出部３５７５、クラスコード決定部３５７６、および領域抽出部３５７７のそれぞれは、図１９１のクラス分類適応処理補正部３５０２の領域抽出部３５５１、パターン検出部３５５２、クラスコード決定部３５５３、および、領域抽出部３５５５のそれぞれと、基本的に同様の構成と機能を有するものである。また、以上のデータ定常性検出部３５７２、および実世界推定部３５７３のそれぞれは、図１８１のデータ定常性検出部１０１、および実世界推定部１０２のそれぞれと、基本的に同様の構成と機能を有するものである。
【１５７３】
正規方程式生成部３５７８は、クラスコード決定部３５７６より入力された全てのクラスコードに対して、クラスコード毎に、領域抽出部３５７７より入力される第２の生徒画像（ＳＤ画像）の予測タップ（ＳＤ画素）と、第２の教師画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素とから正規方程式を生成し、補正係数決定部３５７９に供給する。補正係数決定部３５７９は、正規方程式生成部３５７８より所定のクラスコードに対応する正規方程式が供給されてきたとき、その正規方程式より補正係数のそれぞれを演算し、補正係数メモリ３５５４にクラスコードと関連付けて記憶させる。
【１５７４】
正規方程式生成部３５７８と、補正係数決定部３５７９についてさらに詳しく説明する。
【１５７５】
上述した式（１５７）において、学習前は補正係数g_iのそれぞれが未定係数である。学習は、クラスコード毎に複数の教師画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を入力することによって行う。所定のクラスコードに対応するＨＤ画素がｍ個存在し、ｍ個のＨＤ画素のそれぞれを、u_k（ｋは、１乃至ｍの整数値）と記述する場合、式（１５７）から、次の式（１５９）が設定される。
【１５７６】
【数１２９】

【１５７７】
即ち、式（１５９）は、右辺の演算をすることで、所定のＨＤ画素を予測推定することができることを表している。なお、式（１５９）において、e_kは誤差を表している。即ち、右辺の演算結果である差分予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素u_k'が、実際の差分画像のＨＤ画素u_kと厳密には一致せず、所定の誤差e_kを含む。
【１５７８】
そこで、式（１５９）において、例えば、誤差e_kの自乗和を最小にするような補正係数a_iが、学習により求まればよい。
【１５７９】
例えば、ｍ＞ｎとなるように、差分画像のＨＤ画素u_kを学習により集めることができれば、最小自乗法によって補正係数a_iが一意に決定される。
【１５８０】
即ち、式（１５９）の右辺の補正係数a_iを最小自乗法で求める場合の正規方程式は、次の式（１６０）で示される通りになる。
【１５８１】
【数１３０】

【１５８２】
式（１６０）で示される正規方程式の各行列のそれぞれを、次の式（１６１）乃至（１６３）のように定義すると、正規方程式は、次の式（１６４）のように表される。
【１５８３】
【数１３１】

【１５８４】
【数１３２】

【１５８５】
【数１３３】

【１５８６】
【数１３４】

【１５８７】
式（１６２）で示されるように、行列Ｇ_MATの各成分は、求めたい補正係数g_iである。従って、式（１６４）において、左辺の行列Ａ_MATと右辺の行列Ｕ_MATが決定されれば、行列解法によって行列Ｇ_MAT（即ち、補正係数g_i）の算出が可能である。
【１５８８】
具体的には、式（１６１）で示されるように、行列Ａ_MATの各成分は、予測タップa_ikが既知であれば演算可能である。予測タップa_ikは、領域抽出部３５７７により抽出されるので、正規方程式生成部３５７８は、領域抽出部３５７７より供給されてくる予測タップa_ikのそれぞれを利用して行列Ａ_MATの各成分を演算することができる。
【１５８９】
また、式（１６３）で示されるように、行列Ｕ_MATの各成分は、予測タップa_ikと差分画像のＨＤ画素u_kが既知であれば演算可能である。予測タップa_ikは、行列Ａ_MATの各成分に含まれるものと同一のものであり、また、差分画像のＨＤ画素u_kは、加算部３５７１より出力される第２の教師画像のＨＤ画素である。従って、正規方程式生成部３５７８は、領域抽出部３５７７より供給された予測タップa_ikと、第２の教師画像（第１の教師画像と、学習用予測画像の差分画像）を利用して行列Ｕ_MATの各成分を演算することができる。
【１５９０】
このようにして、正規方程式生成部３５７８は、クラスコード毎に、行列Ａ_MATと行列Ｕ_MATの各成分を演算し、その演算結果をクラスコードに対応付けて補正係数決定部３５７９に供給する。
【１５９１】
補正係数決定部３５７９は、供給された所定のクラスコードに対応する正規方程式に基づいて、上述した式（１６４）の行列Ｇ_MATの各成分である補正係数g_iを演算する。
【１５９２】
具体的には、上述した式（１６４）の正規方程式は、次の式（１６５）のように変形できる。
【１５９３】
【数１３５】

【１５９４】
式（１６５）において、左辺の行列Ｇ_MATの各成分が、求めたい補正係数g_iである。また、行列Ａ_MATと行列Ｕ_MATのそれぞれの各成分は、正規方程式生成部３５７８より供給されるものである。従って、補正係数決定部３５７９は、正規方程式生成部３５７８より所定のクラスコードに対応する行列Ａ_MATと行列Ｕ_MATのそれぞれの各成分が供給されてきたとき、式（１６５）の右辺の行列演算を行うことで行列Ｇ_MATを演算し、その演算結果（補正係数g_i）をクラスコードに対応付けて補正係数メモリ３５５４に記憶させる。
【１５９５】
以上、クラス分類適応処理補正部３５０２と、それに付随する学習部である、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１の詳細について説明した。
【１５９６】
ところで、上述した特徴量画像は、クラス分類適応処理補正部３５０２がそれに基づいて補正画像（差分予測画像）を生成することが可能なものであれば、その形態は特に限定されない。換言すると、特徴量画像の各画素の画素値、即ち、特徴量は、上述したように、画素（センサ２（図１８１）の画素）内における実世界１（図１８１）の信号の変化量の度合いを表すことができるものであれば、特に、限定されない。
【１５９７】
例えば、特徴量として、画素内傾斜を適用することが可能である。
【１５９８】
画素内傾斜とは、ここで新しく定義した言葉である。そこで、以下、画素内傾斜について説明する。
【１５９９】
上述したように、図１８１において、画像である、実世界１の信号は、３次元の空間上の位置x,y、およびｚ、並びに時刻tを変数とする関数F(x,y,t)で表される。
【１６００】
また、例えば、画像である、実世界１の信号が、空間方向の所定の方向に定常性を有する場合、関数F(x,y,t)を、空間方向であるX方向、Y方向、およびZ方向のうちの所定の１方向（例えば、X方向）に射影した１次元の波形（ここでも、このような波形のうちのX方向に射影した波形を、X断面波形F(x)と称することにする）と同一形状の波形が、定常性の方向に連なっていると考えることができる。
【１６０１】
従って、実世界推定部１０２は、例えば、データ定常性検出部１０１より出力される、実世界１の信号が有する定常性に対応するデータ定常性情報（例えば、角度）に基づいて、Ｘ断面波形F(x)を、n次（nは、任意の整数）の多項式である近似関数f(x)で近似することができる。
【１６０２】
図１９３は、このような近似関数f(x)の一例として、次の式（１６６）で示されるf₄(x)（５次の多項式であるf₄(x)）と、次の式（１６７）で示されるf₅(x)（１次の多項式であるf₅(x)）をプロットしたものを表している。
【１６０３】
【数１３６】

【１６０４】
【数１３７】

【１６０５】
なお、式（１６６）のw₀乃至w₅、並びに、式（１６７）のw₀'およびw₁'のそれぞれは、実世界推定部１０２が演算した各次の係数を表している。
【１６０６】
また、図１９３において、図中水平方向のx軸は、注目画素の左端を原点（x=0）とした場合における、注目画素からの空間方向Ｘの相対位置を表している。ただし、x軸においては、センサ２の検出素子の幅L_cが１とされている。また、図中垂直方向の軸は、画素値を表している。
【１６０７】
図１９３で示されるように、１次の近似関数f₅(x)（式（１６６）で示される近似関数f₅(x)）は、注目画素におけるX断面波形F(x)を直線近似したものである。この近似直線の傾きを、ここでは、画素内傾斜と称している。即ち、画素内傾斜とは、式（１６７）におけるxの係数w₁'である。
【１６０８】
画素内傾斜が急な場合、それは、注目画素における、Ｘ断面波形F(x)の変化量が大きいことを表している。これに対して、画素内傾斜が緩やかな場合、それは、注目画素における、Ｘ断面波形F(x)の変化量が小さいことを表している。
【１６０９】
このように、画素内傾斜は、画素（センサ２の画素）内における実世界１の信号の変化量の度合いを適切に表すことができる。従って、特徴量として、画素内傾斜を適用することができる。
【１６１０】
例えば、図１９４には、画素内傾斜を特徴量として実際に生成された特徴量画像が示されている。
【１６１１】
即ち、図１９４において、図中左側の画像は、上述した図１８５で示されるＳＤ画像３５４２と同一の画像を表している。また、図中右側の画像は、左側のＳＤ画像３５４２を構成する各画素のそれぞれに対して画素内傾斜を求め、画素内傾斜に対応する値を画素値としてプロットした特徴量画像３５９１を表している。ただし、特徴量画像３５９１は、画素内傾斜がない場合（近似直線が、Ｘ方向に平行な場合）、黒となり、これに対して、画素内傾斜が直角の場合（近似直線が、Ｙ方向に平行な場合）、白となるように生成されている。
【１６１２】
ＳＤ画像３５４２の領域３５４２−１は、上述した図１８６の差分画像３５４４の領域３５４４−１（上述した図１８７を参照して、画素内における実世界１の信号の変化量が小さい領域の１例として説明した領域）に対応する領域である。このＳＤ画像３５４２の領域３５４２−１に対応する特徴量画像３５９１の領域が、領域３５９１−１である。
【１６１３】
また、ＳＤ画像３５４２の領域３５４２−２は、上述した図１８８の差分画像３５４４の領域３５４４−２（上述した図１８９を参照して、画素内における実世界１の信号の変化量が大きい領域の1例として説明した領域）に対応する領域である。このＳＤ画像３５４２の領域３５４２−２に対応する特徴量画像３５９１の領域が、領域３５９１−２である。
【１６１４】
ＳＤ画像３５４２の領域３５４２−１と特徴量画像３５９１の領域３５９１−１とを比較するに、実世界１の信号の変化量が小さい領域は、特徴量画像３５９１においては、黒に近い領域（画素内傾斜が緩い領域）となっていることがわかる。
【１６１５】
これに対して、ＳＤ画像３５４２の領域３５４２−２と特徴量画像３５９１の領域３５９１−２とを比較するに、実世界１の信号の変化量が大きい領域は、特徴量画像３５９１においては、白に近い領域（画素内傾斜が急な領域）となっていることがわかる。
【１６１６】
このように、画素内傾斜に対応する値を画素として生成された特徴量画像は、各画素内のそれぞれにおける実世界１の信号の変化量の度合いを適切に表すことができる。
【１６１７】
次に、画素内傾斜の具体的な算出方法について説明する。
【１６１８】
即ち、注目画素における画素内傾斜を、gradと記述すると、画素内傾斜gradは、次の式（１６８）で表される。
【１６１９】
【数１３８】

【１６２０】
式（１６８）において、P_nは、注目画素の画素値を表している。P_cは、中心画素の画素値を表している。
【１６２１】
具体的には、例えば、図１９５で示されるように、センサ２からの入力画像のうちの、５×５の画素（図中５×５＝２５個の正方形）からなる領域であって、所定のデータの定常性を有する領域３６０１（以下、定常領域３６０１と称する）が存在した場合、この定常領域３６０１の中心の画素３６０２が中心画素とされる。従って、P_cは、中心画素３６０２の画素値となる。そして、例えば、画素３６０３が注目画素とされた場合、P_nは、注目画素３６０３の画素値となる。
【１６２２】
また、式（１６８）において、x_n'は、注目画素の中心点における断面方向距離を表している。なお、ここでは、中心画素（図１９５の例では、画素３６０２）の中心を空間方向の原点(0,0)とし、その原点を通るデータの定常性の方向と平行な直線（図１９５の例では、直線３６０４）を引いたとすると、その直線に対するＸ方向の相対的な距離を、断面方向距離と称している。
【１６２３】
図１９６は、図１９５の定常領域３６０１内の各画素の断面方向距離を表した図である。即ち、図１９６において、定常領域３６０１の各画素（図中５×５＝２５個の正方形）内のそれぞれに記載されている値が、対応する画素の断面方向距離である。例えば、注目画素３６０３の断面距離x_n'は、−２βである。
【１６２４】
ただし、各画素幅は、Ｘ方向もＹ方向も１とされている。Ｘ方向の正方向は、図中右方向とされている。また、βは、中心画素３６０２のＹ方向に対して１つ隣（図中１つ下）の画素３６０５の断面方向距離を表している。このβは、図１９６で示されるような角度θ（直線３６０４の方向と、Ｘ方向のなす角度θ）が、データ定常性検出部１０１よりデータ定常性情報として出力されている場合、次の式（１６９）を利用して簡単に演算することが可能である。
【１６２５】
【数１３９】

【１６２６】
このように、画素内傾斜は、中心画素（図１９６の例では画素３６０２）と注目画素（図１９６の例では画素３６０３）の２つの入力画素値と、角度θを利用する簡単な演算で算出可能である。従って、実世界推定部１０２は、画素内傾斜に対応する値を画素値とする画像を、特徴量画像として生成すれば、その処理量を大幅に低減することが可能になる。
【１６２７】
なお、さらに精度のよい画素内傾斜を求めたい場合、実世界推定部１０２は、注目画素の周辺画素を用いて最小自乗法により演算すればよい。具体的には、実世界推定部１０２は、注目画素を含むｍ個（ｍは２以上の整数）の画素に対して番号i（iは、１乃至ｍ）を付与し、番号iの画素のそれぞれの入力画素値P_iと断面方向距離x_i'を、次の式（１７０）の右辺に代入して注目画素における画素内傾斜gradを演算すればよい。即ち、式（１７０）は、上述した１変数を最小自乗法で求める式と同様の式である。
【１６２８】
【数１４０】

【１６２９】
次に、図１９７を参照して、クラス分類適応処理補正手法を利用する画像生成部１０３（図１８１）の画像の生成の処理（図４０のステップＳ１０３の処理）について説明する。
【１６３０】
図１８１において、画像である、実世界１の信号がセンサ２に入射されると、センサ２からは入力画像が出力される。この入力画像は、データ定常性検出部１０１に入力されるとともに、画像生成部１０３のクラス分類適応処理部３５０１に入力される。
【１６３１】
そこで、図１９７のステップＳ３５０１において、クラス分類適応処理部３５０１は、入力された入力画像（ＳＤ画像）に対してクラス分類適応処理を施して、予測画像（ＨＤ画像）を生成し、加算部３５０３に出力する。
【１６３２】
なお、以下、このようなクラス分類適応処理部３５０１が実行するステップＳ３５０１の処理を、「入力画像クラス分類適応処理」と称する。この例の「入力画像クラス分類適応処理」の詳細については、図１９８のフローチャートを参照して後述する。
【１６３３】
ステップＳ３５０１の処理とほぼ同時に、データ定常性検出部１０１は、入力画像に含まれるデータの定常性を検出し、その検出結果（いまの場合、角度）をデータ定常性情報として実世界推定部１０２に出力する（図４０のステップＳ１０１の処理）。
【１６３４】
実世界推定部１０２は、入力した角度（データ定常性情報）に基づいて、実世界推定情報（いまの場合、ＳＤ画像である特徴量画像）を生成し、画像生成部１０３のクラス分類適応処理補正部３５０２に供給する（図４０のステップＳ１０２の処理）。
【１６３５】
そこで、ステップＳ３５０２において、クラス分類適応処理補正部３５０２は、供給された特徴量画像（ＳＤ画像）に対してクラス分類適応処理を施して、差分予測画像（ＨＤ画像）を生成し（実際の画像（実世界１の信号）と、クラス分類適応処理部３５０１から出力された予測画像との差分画像（ただし、ＨＤ画像）を予測演算し）、それを補正画像として加算部３５０３に出力する。
【１６３６】
なお、以下、このようなクラス分類適応処理補正部３５０２が実行するステップＳ３５０２の処理を、「クラス分類適応処理の補正処理」と称する。この例の「クラス分類適応処理の補正処理」の詳細については、図１９９のフローチャートを参照して後述する。
【１６３７】
そして、ステップＳ３５０３において、加算部３５０３が、ステップＳ３５０１の処理でクラス分類適応処理部３５０１により生成された予測画像（ＨＤ画像）の注目画素（ＨＤ画素）と、その注目画素に対応する、ステップＳ３５０２の処理でクラス分類適応処理補正部３５０２により生成された補正画像（ＨＤ画像）の画素（ＨＤ画素）を加算し、出力画像（ＨＤ画像）の画素（ＨＤ画素）を生成する。
【１６３８】
ステップＳ３５０４において、加算部３５０３は、全画素の処理を終了したか否かを判定する。
【１６３９】
ステップＳ３５０４において、全画素の処理がまだ終了されていないと判定された場合、処理はステップＳ３５０１に戻り、それ以降の処理が繰り返される。即ち、まだ注目画素とされない画素が、順次注目画素とされて、ステップＳ３５０１乃至Ｓ３５０３の処理が繰り返される。
【１６４０】
そして、全画素の処理が終了すると（ステップＳ３５０４において、全画素の処理が終了されたと判定すると）、加算部３５０４は、ステップＳ３５０５において、出力画像（ＨＤ画像）を外部に出力する。その後、画像の生成の処理は終了となる。
【１６４１】
次に、図面を参照して、この例における「入力画像クラス分類適応処理（ステップＳ３５０１の処理）」、および、「クラス分類適応処理の補正処理（ステップＳ３５０２の処理）」のそれぞれの詳細について、その順番で個別に説明する。
【１６４２】
はじめに、図１９８のフローチャートを参照して、クラス分類適応処理部３５０１（図１８２）が実行する「入力画像クラス分類適応処理」の詳細について説明する。
【１６４３】
入力画像（ＳＤ画像）がクラス分類適応処理部３５０１に入力されると、ステップＳ３５２１において、領域抽出部３５１１と領域抽出部３５１５のそれぞれは、入力画像を入力する。
【１６４４】
ステップＳ３５２２において、領域抽出部３５１１は、入力画像の中から、注目画素（ＳＤ画素）、および、予め設定された注目画素からの相対位置（１以上の位置）のそれぞれに位置する画素（ＳＤ画素）を、クラスタップとして抽出し、パターン検出部３５１２に供給する。
【１６４５】
ステップＳ３５２３において、パターン検出部３５１２は、供給されたクラスタップのパターンを検出し、クラスコード決定部３５１３に供給する。
【１６４６】
ステップＳ３５２４において、クラスコード決定部３５１３は、予め設定されている複数のクラスコードの中から、供給されたクラスタップのパターンに適合するクラスコードを決定し、係数メモリ３５１４と領域抽出部３５１５のそれぞれに供給する。
【１６４７】
ステップＳ３５２５において、係数メモリ３５１４は、予め学習処理により決定された複数の予測係数（群）の中から、供給されたクラスコードに基づいてこれから使用する予測係数（群）を読み出し、予測演算部３５１６に供給する。
【１６４８】
なお、学習処理については、図２０３のフローチャートを参照して後述する。
【１６４９】
ステップＳ３５２６において、領域抽出部３５１５は、供給されたクラスコードに対応して、入力画像の中から、注目画素（ＳＤ画素）、および、予め設定された注目画素からの相対位置（１以上の位置であって、クラスタップの位置とは独立して設定された位置。ただし、クラスタップの位置と同一の位置でもよい）のそれぞれに位置する画素（ＳＤ画素）を、予測タップとして抽出し、予測演算部３５１６に供給する。
【１６５０】
ステップＳ３５２７において、予測演算部３５１６は、領域抽出部３５１５より供給された予測タップを、係数メモリ３５１４より供給された予測係数を用いて演算し、予測画像（ＨＤ画像）を生成して加算部３５０３に出力する。
【１６５１】
具体的には、予測演算部３５１６は、領域抽出部３５１５より供給された予測タップのそれぞれをc_i（iは、１乃至ｎのうちのいずれかの整数）とし、かつ、係数メモリ３５１４より供給された予測係数のそれぞれをd_iとして、上述した式（１４９）の右辺を演算することにより、注目画素（ＳＤ画素）におけるＨＤ画素q'を算出し、それを予測画像（ＨＤ画像）を構成する１つの画素として加算部３５０３に出力する。これにより、入力画像クラス分類適応処理が終了となる。
【１６５２】
次に、図１９９のフローチャートを参照して、クラス分類適応処理補正部３５０２（図１９１）が実行する「クラス分類適応処理の補正処理」の詳細について説明する。
【１６５３】
実世界推定部１０２より実世界推定情報として特徴量画像（ＳＤ画像）がクラス分類適応処理補正部３５０２に入力されると、ステップＳ３５４１において、領域抽出部３５５１と領域抽出部３５５５のそれぞれは、特徴量画像を入力する。
【１６５４】
ステップＳ３５４２において、領域抽出部３５５１は、特徴量画像の中から、注目画素（ＳＤ画素）、および、予め設定された注目画素からの相対位置（１以上の位置）のそれぞれに位置する画素（ＳＤ画素）を、クラスタップとして抽出し、パターン検出部３５５２に供給する。
【１６５５】
具体的には、この例においては、例えば、図２００で示されるようなクラスタップ（群）３６２１が抽出されるとする。即ち、図２００は、クラスタップ配置の１例を表している。
【１６５６】
図２００において、図中水平方向は、空間方向の１方向であるＸ方向とされており、図中垂直方向は、空間方向の他方向であるＹ方向とされている。また、注目画素は、画素３６２１−２とされている。
【１６５７】
この場合、図２００の例では、注目画素３６２１−２、Ｙ方向に対して注目画素３６２１−２の隣の画素３６２１−０および画素３６２１−４、並びに、Ｘ方向に対して注目画素３６２１−２の隣の画素３６２１−１および画素３６２１−３の総計５個の画素からなる画素群３６２１が、クラスタップとして抽出されることになる。
【１６５８】
勿論、クラスタップ配置は、注目画素３６２１−２を含む配置であれば、図２００の例に限定されず、様々な配置が可能である。
【１６５９】
図１９９に戻り、ステップＳ３５４３において、パターン検出部３５５２は、供給されたクラスタップのパターンを検出し、クラスコード決定部３５５３に供給する。
【１６６０】
具体的には、この例においては、例えば、パターン検出部３５５２は、図２００で示される５個のクラスタップ３６２１−０乃至３６２１−４のそれぞれの画素値、即ち、特徴量の値（例えば、画素内傾斜）のそれぞれが、予め設定された複数のクラスのうちのいずれのクラスに属するのかを検出し、それらの検出結果を１つにまとめたものをパターンとして出力する。
【１６６１】
例えば、いま、図２０１で示されるようなパターンが検出されたとする。即ち、図２０１は、クラスタップのパターンの１例を表している。
【１６６２】
図２０１において、図中水平方向の軸は、クラスタップを表しており、図中垂直方向の軸は、画素内傾斜を表している。また、画素内傾斜により、クラス
３６３１、クラス３６３２、およびクラス３６３３の３つのクラスが予め設定されているとする。
【１６６３】
この場合、図２０１で示されるパターンは、クラスタップ３６２１−０はクラス３６３１に、クラスタップ３６２１−１はクラス３６３１に、クラスタップ３６２１−２はクラス３６３３に、クラスタップ３６２１−３はクラス３６３１に、クラスタップ３６２１−４はクラス３６３２に、それぞれ属するパターンを表している。
【１６６４】
このように、５個のクラスタップ３６２１−０乃至３６２１−４のそれぞれは、３つのクラス３６３１乃至３６３３のうちのいずれかに属することになる。従って、この例においては、図２０１で示されるパターンを含めて総計２７３（＝３＾５）個のパターンが存在することになる。
【１６６５】
図１９９に戻り、ステップＳ３５４４において、クラスコード決定部３５５３は、予め設定されている複数のクラスコードの中から、供給されたクラスタップのパターンに適合するクラスコードを決定し、補正係数メモリ３５５４と領域抽出部３５５５のそれぞれに供給する。いまの場合、２７３個のパターンが存在するので、予め設定されているクラスコードの数も２７３個（または、それ以上）となる。
【１６６６】
ステップＳ３５４５において、補正係数メモリ３５５４は、予め学習処理により決定された複数の補正係数（群）の中から、供給されたクラスコードに基づいてこれから使用する補正係数（群）を読み出し、補正演算部３５５６に供給する。補正係数メモリ３５５４に記憶されている補正係数（群）のそれぞれは、予め設定されたクラスコードのうちのいずれかに対応付けられているので、いまの場合、補正係数（群）の数は、予め設定されているクラスコードの数と同数（２７３個以上）となる。
【１６６７】
なお、学習処理については、図２０３のフローチャートを参照して後述する。
【１６６８】
ステップＳ３５４６において、領域抽出部３５５５は、供給されたクラスコードに対応して、入力画像の中から、注目画素（ＳＤ画素）、および、予め設定された注目画素からの相対位置（１以上の位置であって、クラスタップの位置とは独立して設定された位置。ただし、クラスタップの位置と同一の位置でもよい）のそれぞれに位置する画素（ＳＤ画素）を、予測タップとして抽出し、補正演算部３５５６に供給する。
【１６６９】
具体的には、この例においては、例えば、図２０２で示されるような予測タップ（群）３６４１が抽出されるとする。即ち、図２０２は、予測タップ配置の１例を表している。
【１６７０】
図２０２において、図中水平方向は、空間方向の１方向であるＸ方向とされており、図中垂直方向は、空間方向の他方向であるＹ方向とされている。また、注目画素は、画素３６４１−１とされている。即ち、画素３６４１−１は、クラスタップ３６２１−２（図２００）に対応する画素である。
【１６７１】
この場合、図２０２の例では、注目画素３６４１−１を中心とする５×５の画素群（総計２５個の画素からなる画素群）３６４１が、予測タップ（群）として抽出されることになる。
【１６７２】
勿論、予測タップ配置は、注目画素３６４１−１を含む配置であれば、図２０２の例に限定されず、様々な配置が可能である。
【１６７３】
図１９９に戻り、ステップＳ３５４７において、補正演算部３５５６は、領域抽出部３５５５より供給された予測タップを、補正係数メモリ３５５４より供給された補正係数を用いて演算し、差分予測画像（ＨＤ画像）を生成し、補正画像として加算部３５０３に出力する。
【１６７４】
より詳細には、補正演算部３５５６は、領域抽出部３５５５より供給された予測タップのそれぞれをa_i（iは、１乃至ｎのうちのいずれかの整数）とし、かつ、補正係数メモリ３５５４より供給された補正係数のそれぞれをg_iとして、上述した式（１５７）の右辺を演算することにより、注目画素（ＳＤ画素）におけるＨＤ画素u'を算出し、それを補正画像（ＨＤ画像）を構成する１つの画素として加算部３５０３に出力する。これにより、クラス分類適応処理の補正処理は終了となる。
【１６７５】
次に、図２０３のフローチャートを参照して、学習装置（図１８３）の学習処理、即ち、クラス分類適応処理部３５０１（図１８２）が使用する予測係数と、クラス分類適応処理補正部３５０２（図１９１）が使用する補正係数のそれぞれを学習により生成する学習処理について説明する。
【１６７６】
ステップＳ３５６１において、クラス分類適応処理用学習部３５２１は、クラス分類適応処理部３５０１が使用する予測係数を生成する。
【１６７７】
即ち、クラス分類適応処理用学習部３５２１は、所定の画像を第１の教師画像（ＨＤ画像）として入力し、その第１の教師画像の解像度を下げて第１の生徒画像（ＳＤ画像）を生成する。
【１６７８】
そして、クラス分類適応処理用学習部３５２１は、クラス分類適応処理により第１の生徒画像（ＳＤ画像）から第１の教師画像（ＨＤ画像）を適切に予測することが可能な予測係数を生成し、クラス分類適応処理部３５０１の係数メモリ３５１４（図１８２）に記憶させる。
【１６７９】
なお、以下、このようなクラス分類適応処理用学習部３５２１が実行するステップＳ３５６１の処理を、「クラス分類適応処理用学習処理」と称する。この例の「クラス分類適応処理用学習処理」の詳細については、図２０４のフローチャートを参照して後述する。
【１６８０】
クラス分類適応処理部３５０１が使用する予測係数が生成されると、ステップＳ３５６２において、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１は、クラス分類適応処理補正部３５０２が使用する補正係数を生成する。
【１６８１】
即ち、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１は、クラス分類適応処理用学習部３５２１より、第１の教師画像、第１の生徒画像、および学習用予測画像（クラス分類適応処理用学習部３５２１により生成された予測係数を用いて、第１の教師画像を予測した画像）のそれぞれを入力する。
【１６８２】
次に、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１は、第２の教師画像として、第１の教師画像と学習用予測画像の差分画像を生成するとともに、第２の生徒画像として、第１の生徒画像から特徴量画像を生成する。
【１６８３】
そして、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１は、クラス分類適応処理により第２の生徒画像（ＳＤ画像）から第２の教師画像（ＨＤ画像）を適切に予測することが可能な予測係数を生成し、それを補正係数としてクラス分類適応処理補正部３５０２の補正係数メモリ３５５４に記憶させる。これにより、学習処理は終了となる。
【１６８４】
なお、以下、このようなクラス分類適応処理補正用学習部３５６１が実行するステップＳ３５６２の処理を、「クラス分類適応処理補正用学習処理」と称する。この例の「クラス分類適応処理補正用学習処理」の詳細については、図２０５のフローチャートを参照して後述する。
【１６８５】
次に、図面を参照して、この例における「クラス分類適応処理用学習処理（ステップＳ３５６１の処理）」、および、「クラス分類適応処理補正用学習処理（ステップＳ３５６２の処理）」のそれぞれの詳細について、その順番で個別に説明する。
【１６８６】
はじめに、図２０４のフローチャートを参照して、クラス分類適応処理用学習部３５２１（図１８４）が実行する「クラス分類適応処理用学習処理」の詳細について説明する。
【１６８７】
ステップＳ３５８１において、ダウンコンバート部３５３１と正規方程式生成部３５３６のそれぞれは、供給された所定の画像を、第１の教師画像（ＨＤ画像）として入力する。なお、第１の教師画像は、上述したように、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１にも入力される。
【１６８８】
ステップＳ３５８２において、ダウンコンバート部３５３１は、入力された第１の教師画像をダウンコンバートして（解像度を落として）第１の生徒画像（ＳＤ画像）を生成し、領域抽出部３５３２と領域抽出部３５３５のそれぞれに供給するとともに、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１にも出力する。
【１６８９】
ステップＳ３５８３において、領域抽出部３５３２は、供給された第１の生徒画像からクラスタップを抽出してパターン検出部３５３３に出力する。なお、ステップＳ３５８３の処理は、ブロックに入力される情報と、ブロックから出力される情報は厳密には違う情報であるが（以下、このような違いを、単に、入出力の違いと称する）、上述したステップＳ３５２２（図１９８）の処理と基本的に同様の処理である。
【１６９０】
ステップＳ３５８４において、パターン検出部３５３３は、供給されたクラスタップよりクラスコードを決定するためのパターンを検出し、クラスコード決定部３５３４に供給する。なお、ステップＳ３５８４の処理は、入出力の違いはあるが、上述したステップＳ３５２３（図１９８）の処理と基本的に同様の処理である。
【１６９１】
ステップＳ３５８５において、クラスコード決定部３５３４は、供給されたクラスタップのパターンに基づいてクラスコードを決定し、領域抽出部３５３５と正規方程式生成部３５３６のそれぞれに供給する。なお、ステップＳ３５８５の処理は、入出力の違いはあるが、上述したステップＳ３５２４（図１９８）の処理と基本的に同様の処理である。
【１６９２】
ステップＳ３５８６において、領域抽出部３５３５は、供給されたクラスコードに対応して、第１の生徒画像の中から予測タップを抽出し、正規方程式生成部３５３６と予測演算部３５３８のそれぞれに供給する。なお、ステップＳ３５８６の処理は、入出力の違いはあるが、上述したステップＳ３５２６（図１９８）の処理と基本的に同様の処理である。
【１６９３】
ステップＳ３５８７において、正規方程式生成部３５３６は、領域抽出部３５３５より供給された予測タップ（ＳＤ画素）、および、第１の教師画像（ＨＤ画像）を構成するＨＤ画素のうちの所定のＨＤ画素から、上述した式（１５１）（即ち、式（１５５））で示される正規方程式を生成し、クラスコード決定部３５３４より供給されたクラスコードとともに係数決定部３５３７に供給する。
【１６９４】
ステップＳ３５８８において、係数決定部３５３７は、供給された正規方程式を解いて予測係数を決定し、即ち、上述した式（１５６）の右辺を演算することで予測係数を算出し、供給されたクラスコードに対応付けて係数メモリ３５１４に記憶させるとともに、予測演算部３５３８に供給する。
【１６９５】
ステップＳ３５８９において、予測演算部３５３８は、領域抽出部３５３５より供給された予測タップを、係数決定部３５３７より供給された予測係数を用いて演算し、学習用予測画像（ＨＤ画素）を生成する。
【１６９６】
具体的には、予測演算部３５３８は、領域抽出部３５３５より供給された予測タップのそれぞれをc_i（iは、１乃至ｎのうちのいずれかの整数）とし、かつ、係数決定部３５３７より供給された予測係数のそれぞれをd_iとして、上述した式（１４９）の右辺を演算することにより、第１の教師画像の所定のＨＤ画素qを予測したＨＤ画素q'を算出し、たＨＤ画素q'を学習用予測画像の１つの画素とする。
【１６９７】
ステップＳ３５９０において、全ての画素について処理が施されたか否かが判定され、全ての画素について処理が施されていないと判定された場合、その処理は、ステップＳ３５８３に戻る。即ち、全ての画素の処理が終了されるまで、ステップＳ３５８３乃至Ｓ３５９０の処理が繰り返される。
【１６９８】
そして、ステップＳ３５９０において、全ての画素について処理が施されたと判定された場合、ステップＳ３５９１において、予測演算部３５３８は、学習予測画像（ステップＳ３５８９の処理毎に生成された各ＨＤ画素q'から構成されるＨＤ画像）を、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１に出力する。これにより、クラス分類適応処理用学習処理は終了となる。
【１６９９】
このように、この例においては、全ての画素の処理が終了された後、第１の教師画像を予測したＨＤ画像である学習用予測画像がクラス分類適応処理補正用学習部３５６１に出力される。即ち、全てのＨＤ画素（予測画素）が一括して出力される。
【１７００】
しかしながら、全ての画素が一括して出力されることは必須ではなく、ステップＳ３５８９の処理でＨＤ画素（予測画素）が生成される毎に、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１に出力されてもよい。この場合、ステップＳ３５９１の処理は省略される。
【１７０１】
次に、図２０５のフローチャートを参照して、クラス分類適応処理補正用学習部３５６１（図１９２）が実行する「クラス分類適応処理補正用学習処理」の詳細について説明する。
【１７０２】
クラス分類適応処理用学習部３５２１より第１の教師画像（ＨＤ画像）と学習用予測画像（ＨＤ画像）が入力されると、ステップＳ３６０１において、加算部３５７１は、第１の教師画像から学習用予測画像を減算し、差分画像（ＨＤ画像）を生成し、それを第２の教師画像として正規方程式生成部３５７８に供給する。
【１７０３】
また、クラス分類適応処理用学習部３５２１より第１の生徒画像（ＳＤ画像）が入力されると、ステップＳ３６０２において、データ定常性検出部３５７２と実世界推定部３５７３は、入力された第１の生徒画像（ＳＤ画像）から特徴量画像を生成し、それを第２の生徒画像として領域抽出部３５７４と領域抽出部３５７７のそれぞれに供給する。
【１７０４】
即ち、データ定常性検出部３５７２は、第１の生徒画像に含まれるデータの定常性を検出し、その検出結果（いまの場合、角度）をデータ定常性情報として実世界推定部３５７３に出力する。なお、ステップＳ３６０２のデータ定常性検出部３５７２の処理は、入出力の違いはあるが、上述した図４０のステップＳ１０１の処理と基本的に同様の処理である。
【１７０５】
実世界推定部３５７３は、入力した角度（データ定常性情報）に基づいて、実世界推定情報（いまの場合、ＳＤ画像である特徴量画像）を生成し、それを第２の生徒画像として領域抽出部３５７４と領域抽出部３５７７のそれぞれに供給する。なお、ステップＳ３６０２の実世界推定部３５７３の処理は、入出力の違いはあるが、上述した図４０のステップＳ１０２の処理と基本的に同様の処理である。
【１７０６】
また、ステップＳ３６０１とＳ３６０２の処理の順番は、図２０５の例に限定されない。即ち、ステップＳ３６０２の処理が先に実行されてもよいし、ステップＳ３６０１とＳ３６０２の処理が同時に実行されてもよい。
【１７０７】
ステップＳ３６０３において、領域抽出部３５７４は、供給された第２の生徒画像（特徴量画像）からクラスタップを抽出してパターン検出部３５７５に出力する。なお、ステップＳ３６０３の処理は、入出力の違いはあるが、上述したステップＳ３５４２（図１９９）の処理と基本的に同様の処理である。即ち、いまの場合、図２００で示される配置の画素群３６２１がクラスタップとして抽出される。
【１７０８】
ステップＳ３６０４において、パターン検出部３５７５は、供給されたクラスタップよりクラスコードを決定するためのパターンを検出し、クラスコード決定部３５７６に供給する。なお、ステップＳ３６０４の処理は、入出力の違いはあるが、上述したステップＳ３５４３（図１９９）の処理と基本的に同様の処理である。即ち、いまの場合、学習処理が終了されるときには、少なくとも２７３個のパターンが検出されることになる。
【１７０９】
ステップＳ３６０５において、クラスコード決定部３５７６は、供給されたクラスタップのパターンに基づいてクラスコードを決定し、領域抽出部３５７７と正規方程式生成部３５７８のそれぞれに供給する。なお、ステップＳ３６０５の処理は、入出力の違いはあるが、上述したステップＳ３５４４（図１９９）の処理と基本的に同様の処理である。即ち、いまの場合、学習処理が終了されるときには、少なくとも２７３個のクラスコードが決定されることになる。
【１７１０】
ステップＳ３６０６において、領域抽出部３５７７は、供給されたクラスコードに対応して、第２の生徒画像（特徴量画像）の中から予測タップを抽出し、正規方程式生成部３５７８に供給する。なお、ステップＳ３６０６の処理は、入出力の違いはあるが、上述したステップＳ３５４６（図１９９）の処理と基本的に同様の処理である。即ち、いまの場合、図２０２で示される配置の画素群３６４１が予測タップとして抽出される。
【１７１１】
ステップＳ３６０７において、正規方程式生成部３５７８は、領域抽出部３５７７より供給された予測タップ（ＳＤ画素）、および、第２の教師画像（ＨＤ画像である、第１の教師画像と学習用予測画像の差分画像）を構成するＨＤ画素のうちの所定のＨＤ画素から、上述した式（１６０）（即ち、式（１６４））で示される正規方程式を生成し、クラスコード決定部３５７６より供給されたクラスコードとともに補正係数決定部３５７９に供給する。
【１７１２】
ステップＳ３６０８において、補正係数決定部３５７９は、供給された正規方程式を解いて補正係数を決定し、即ち、上述した式（１６５）の右辺を演算することで補正係数を算出し、供給されたクラスコードに対応付けて補正係数メモリ３５５４に記憶させる。
【１７１３】
ステップＳ３６０９において、全ての画素について処理が施されたか否かが判定され、全ての画素について処理が施されていないと判定された場合、その処理は、ステップＳ３６０３に戻る。即ち、全ての画素の処理が終了されるまで、ステップＳ３６０３乃至Ｓ３６０９の処理が繰り返される。
【１７１４】
そして、ステップＳ３６０９において、全ての画素について処理が施されたと判定された場合、クラス分類適応処理補正用学習処理は終了となる。
【１７１５】
以上、説明したように、クラス分類適応補正処理手法においては、クラス分類適応処理部３５０１より出力された予測画像に対して、クラス分類適応処理補正部３５０２より出力された補正画像（差分予測画像）が加算されて出力される。
【１７１６】
例えば、上述した図１８５で示されるＨＤ画像３５４１の解像度を落とした画像であるＳＤ画像３５４２が入力画像とされた場合、クラス分類適応処理部３５０１からは、図２０６で示される予測画像３５４３が出力される。そして、この予測画像３５４３に、クラス分類適応処理補正部３５０２より出力された補正画像（図示せず）が加算されると（補正画像により補正されると）、図１８６で示される出力画像３６５１となる。
【１７１７】
出力画像３６５１、予測画像３５４３、および、元の画像であるＨＤ画像３５４１（図１８５）のそれぞれを比較するに、出力画像３６５１は、予測画像３５４３よりもＨＤ画像３５４１により近い画像になっていることがわかる。
【１７１８】
このように、クラス分類適応処理補正手法においては、クラス分類適応処理を含む従来の他の手法に比較して、元の画像（センサ２に入射される前の実世界１の信号）により近い画像の出力が可能になる。
【１７１９】
換言すると、クラス分類適応処理補正手法においては、例えば、図１８１のデータ定常性検出部１０１が、それぞれ時空間積分効果を有する、センサ（例えば、図１８１のセンサ２）の複数の検出素子により図１８１の実世界１の光信号が射影され、現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した、検出素子により射影された画素値を有する複数の画素からなる入力画像（図１８１）におけるデータの定常性を検出する。
【１７２０】
例えば、図１８１の実世界推定部１０２は、検出されたデータの定常性に対応して、実世界１の光信号を表す光信号関数Ｆ（ｘ）（図１９０）が有する実世界特徴（例えば、図１８１の特徴量画像を構成する画素に対応する特徴量）を検出することで、実世界１の光信号を推定する。
【１７２１】
詳細には、例えば、実世界推定部１０２は、出されたデータの定常性に対応する線（例えば、図１９５の線３６０４）からの少なくとも１次元方向に沿った距離（例えば、図１９５の断面方向距離Xn'）に対応する画素の画素値が、少なくとも１次元方向の積分効果により取得された画素値であるとして、光信号関数Ｆ（ｘ）を、例えば、図１９３の近似関数f₅（ｘ）で近似し、所定画素（例えば、図１９５の画素３６０３）内における近似関数f5（ｘ）の傾斜である画素内傾斜（例えば、上述した式（１６８）のgradであり、式（１６７）のｘの係数ｗ１‘）を、実世界特徴として検出することで、実世界１の光信号を推定する。
【１７２２】
そして、例えば、図１８１の画像生成部１０３が、実世界推定手段により検出された実世界特徴に基いて、入力画像よりも高質な出力画像（図１８１）を予測し生成する。
【１７２３】
詳細には、例えば、画像生成部１０３において、例えば、図１８１のクラス分類適応処理部３５０１が、出力画像における注目画素の周辺に位置する、実世界１の光信号の定常性が欠落した入力画像内の複数の画素の画素値から注目画素の画素値（例えば、図１８１の予測画像の画素であり、上述した式（１５８）のq'）を予測する。
【１７２４】
一方、例えば、図１８１のクラス分類適応処理補正部３５０２は、例えば、図１８１の実世界推定部１０２より供給された特徴量画像（実世界推定情報）から、クラス分類適応処理部３５０１により予測された予測画像の注目画素の画素値を補正する補正項（例えば、図１８１の補正画像（差分予測画像）の画素であり、式（１５８）のｕ‘）を予測する。
【１７２５】
そして、例えば、図１８１の加算部３５０３は、クラス分類適応処理部３５０１により予測された予測画像の注目画素の画素値を、クラス分類適応処理部３５０１により予測された補正項で補正する（例えば、式（１５８）のように演算する）。
【１７２６】
また、クラス分類適応処理補正手法においては、例えば、図１８２の係数メモリ３５１４に記憶される予測係数を学習により決定する図１８３のクラス分類適応処理学習部３５２１と、例えば、図１９１の補正係数メモリ３５５４に記憶される補正係数を学習により決定する図１８３のクラス分類適応処理補正用学習部３５６１を有する図１８３の学習装置３５０４が設けられている。
【１７２７】
詳細には、例えば、図１８４のクラス分類適応処理学習部３５２１には、学習用画像データをダウンコンバートするダウンコンバート部３５３１、並びに、学習用画像データを第１の教師画像とし、ダウンコンバート部３５３１によりダウンコンバートされた学習用画像データを第１の生徒画像とし、第１の教師画像と第１の生徒画像の関係を学習することにより、予測係数を生成する係数決定部３５３７、および、領域抽出部３５３２乃至正規方程式生成部３５３６が設けられている。
【１７２８】
クラス分類適応処理学習部３５２１にはさらに、例えば、係数決定部３５３７により生成（決定）された予測係数を使用して、第１の生徒画像から第１の教師画像を予測する画像データとして、学習用予測画像を生成する予測演算部３５３８が設けられている。
【１７２９】
また、例えば、図１９２のクラス分類適応処理補正用学習部３５６１には、第１の生徒画像におけるデータの定常性を検出し、検出したデータの定常性に基づいて、第１の生徒画像を構成する各画素のそれぞれに対応する実世界特徴を検出し、検出した実世界特徴に対応する値を画素値とする特徴量画像（具体的には、例えば、図１９４の特徴量画像３５９１）を、第２の生徒画像（例えば、図１９２の第２の生徒画像）として生成するデータ定常性検出部３５７２および実世界推定部３５７３、第１の教師画像と、学習用予測画像の差分からなる画像データ（差分画像）を、第２教師画像として生成する加算部３５７１、並びに、第２の教師画像と、第２の生徒画像の関係を学習することにより、補正係数を生成する補正係数決定部３５７９、および領域抽出部３５７４乃至正規方程式生成部３５７８が設けられている。
【１７３０】
従って、クラス分類適応処理補正手法においては、クラス分類適応処理を含む従来の他の手法に比較して、元の画像（センサ２に入射される前の実世界１の信号）により近い画像の出力が可能になる。
【１７３１】
なお、クラス分類適応処理は、上述したように、ＳＤ画像には含まれていないが、ＨＤ画像に含まれる成分が再現される点で、例えば、単なる補間処理とは異なる。即ち、上述した式（１４９）や式（１５７）だけを見る限りは、いわゆる補間フィルタを用いての補間処理と同一に見えるが、クラス分類適応処理では、その補間フィルタの係数に相当する予測係数d_iまたは補足係数g_iが、教師データと生徒データ（第１の教師画像と第１の生徒画像、または、第２の教師画像と第２の生徒画像）を用いての学習により求められるため、ＨＤ画像に含まれる成分を再現することができる。このことから、上述したようなクラス分類適応処理は、いわば画像の創造（解像度創造）作用がある処理と称することができる。
【１７３２】
さらに、上述した例では、空間解像度を向上させる場合を例にして説明したが、クラス分類適応処理によれば、教師データおよび生徒データを変えて学習を行うことにより得られる種々の係数を用いることで、例えば、Ｓ／Ｎ(Signal to Noise Ratio) の向上や、ぼけの改善、その他の各種の処理を行うことが可能である。
【１７３３】
即ち、例えば、Ｓ／Ｎの向上やぼけの改善を、クラス分類適応処理によって行うには、Ｓ／Ｎの高い画像データを教師データとするとともに、その教師データのＳ／Ｎを低下させた画像（あるいは、ぼかした画像）を生徒データとして、係数を求めればよい。
【１７３４】
以上、本発明の実施の形態として、図３の構成の信号処理装置について説明したが、本発明の実施の形態は、図３の例に限定されず、様々な形態を取ることが可能である。即ち、図１の信号処理装置４の実施の形態は、図３の例に限定されず、様々な形態を取ることが可能である。
【１７３５】
例えば、図３の構成の信号処理装置は、画像である、実世界１の信号が有する定常性に基づいて信号処理を行う。このため、図３の構成の信号処理装置は、実世界１の信号のうちの定常性が存在する部分に対しては、他の信号処理装置の信号処理に比べて、精度のよい信号処理を実行することができ、その結果、より実世界１の信号に近い画像データを出力することが可能になる。
【１７３６】
しかしながら、図３の構成の信号処理装置は、定常性に基づいて信号処理を実行する以上、実世界１の信号のうちの明確な定常性が存在しない部分に対しては、定常性が存在する部分に対する処理と同等の精度で、信号処理を実行することができず、その結果、実世界１の信号に対して誤差を含む画像データを出力することになる。
【１７３７】
そこで、図３の構成の信号処理装置に対してさらに、定常性を利用しない他の信号処理を行う装置（または、プログラム等）を付加することができる。この場合、実世界１の信号のうちの定常性が存在する部分については、図３の構成の信号処理装置が信号処理を実行し、実世界１の信号のうちの明確な定常性が存在しない部分については、付加した他の装置（または、プログラム等）が信号処理を実行することになる。なお、以下、このような実施形態を併用手法と称する。
【１７３８】
以下、図２０７乃至図２２０を参照して、具体的な５つの併用手法（以下、それぞれの併用手法を、第１乃至第５の併用手法と称する）について説明する。
【１７３９】
なお、各併用手法が適用される信号処理装置の各機能をハードウェアで実現するか、ソフトウェアで実現するかは問わない。つまり、後述する図２０７乃至図２０９、図２１３、図２１５、図２１７、および図２１９のそれぞれのブロック図は、ハードウェアのブロック図と考えても、ソフトウェアによる機能ブロック図と考えても良い。
【１７４０】
図２０７は、第１の併用手法が適用される信号処理装置の構成例を表している。
【１７４１】
図２０７の信号処理装置においては、データ３（図１）の一例である画像データが入力され、入力された画像データ（入力画像）に基づいて、後述する画像処理が施されて画像が生成され、生成された画像（出力画像）が出力される。即ち、図２０７は、画像処理装置である信号処理装置４（図１）の構成を示す図である。
【１７４２】
信号処理装置４に入力された入力画像（データ３の一例である画像データ）は、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、および画像生成部４１０４のそれぞれに供給される。
【１７４３】
データ定常性検出部４１０１は、入力画像からデータの定常性を検出して、検出した定常性を示すデータ定常性情報を実世界推定部４１０２および画像生成部４１０３に供給する。
【１７４４】
このように、データ定常性検出部４１０１は、図３のデータ定常性検出部１０１と基本的に同様の構成と機能を有するものである。従って、データ定常性検出部４１０１は、上述した様々な実施の形態を取ることが可能である。
【１７４５】
ただし、データ定常性検出部４１０１はさらに、注目画素の領域を特定するための情報（以下、領域特定情報と称する）を生成し、領域検出部４１１１に供給する。
【１７４６】
この領域特定情報は、特に限定されず、データ定常性情報が生成された後に新たに生成された情報でもよいし、データ定常性情報が生成される場合に付帯して生成される情報でもよい。
【１７４７】
具体的には、例えば、領域特定情報として、推定誤差が使用可能である。即ち、例えば、データ定常性検出部４１０１が、データ定常性情報として角度を算出し、かつ、その角度を最小自乗法により演算する場合、最小自乗法の演算で推定誤差が付帯的に算出される。この推定誤差が、領域特定情報として使用可能である。
【１７４８】
実世界推定部４１０２は、入力画像、およびデータ定常性検出部４１０１から供給されたデータ定常性情報に基づいて、実世界１（図１）の信号を推定する。即ち、実世界推定部４１０２は、入力画像が取得されたときセンサ２（図１）に入射された、実世界１の信号である画像を推定する。実世界推定部４１０２は、実世界１の信号の推定の結果を示す実世界推定情報を画像生成部４１０３に供給する。
【１７４９】
このように、実世界推定部４１０２は、図３の実世界推定部１０２と基本的に同様の構成と機能を有するものである。従って、実世界推定部４１０２は、上述した様々な実施の形態を取ることが可能である。
【１７５０】
画像生成部４１０３は、実世界推定部４１０２から供給された、推定された実世界１の信号を示す実世界推定情報に基づいて、実世界１の信号により近似した信号を生成して、生成した信号をセレクタ４１１２に供給する。または、画像生成部４１０３は、データ定常性検出部４１０１から供給されたデータ定常性情報、および実世界推定部４１０２から供給された、推定された実世界１の信号を示す実世界推定情報に基づいて、実世界１の信号により近似した信号を生成して、生成した信号をセレクタ４１１２に供給する。
【１７５１】
即ち、画像生成部４１０３は、実世界推定情報に基づいて、実世界１の画像により近似した画像を生成し、セレクタ４１１２に供給する。または、画像生成部４１０３は、データ定常性情報、および実世界推定情報に基づいて、実世界１の画像により近似した画像を生成し、セレクタ４１１２に供給する。
【１７５２】
このように、画像生成部４１０３は、図３の画像生成部１０３と基本的に同様の構成と機能を有するものである。従って、画像生成部４１０３は、上述した様々な実施の形態を取ることが可能である。
【１７５３】
画像生成部４１０４は、入力画像に対して所定の画像処理を施して、画像を生成し、セレクタ４１１２に供給する。
【１７５４】
なお、画像生成部４１０４が実行する画像処理は、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、および画像生成部４１０３が実行する画像処理とは異なる画像処理であれば、特に限定されない。
【１７５５】
例えば、画像生成部４１０４は、従来のクラス分類適応処理を行うことができる。このクラス分類適応処理を実行する画像生成部４１０４の構成例が、図２０８に示されている。なお、図２０８の説明、即ち、クラス分類適応処理を実行する画像生成部４１０４の詳細の説明については後述する。また、クラス分類適応処理についても、図２０８の説明をするときに併せて説明する。
【１７５６】
定常領域検出部４１０５には、領域検出部４１１１、およびセレクタ４１１２が設けられている。
【１７５７】
領域検出部４１１１は、データ定常性検出部４１０１より供給された領域特定情報に基づいて、セレクタ４１１２に供給された画像（注目画素）が、定常領域であるか、或いは非定常領域であるかを検出し、その検出結果をセレクタ４１１２に供給する。
【１７５８】
なお、領域検出部４１１１が実行する領域検出の処理は、特に限定されず、例えば、上述した推定誤差が領域特定情報として供給される場合、領域検出部４１１１は、供給された推定誤差が所定の閾値よりも小さいとき、入力画像の注目画素は定常領域であると検出し、一方、供給された推定誤差が所定の閾値以上であるとき、入力画像の注目画素は非定常領域であると検出する。
【１７５９】
セレクタ４１１２は、領域検出部４１１１より供給された検出結果に基づいて、画像生成部４１０３より供給された画像、または、画像生成部４１０４より供給された画像のうちのいずれか一方を選択し、選択した画像を出力画像として外部に出力する。
【１７６０】
即ち、領域検出部４１１１により注目画素が定常領域であると検出された場合、セレクタ４１１２は、画像生成部４１０３より供給された画像（入力画像の注目画素における、画像生成部４１０３により生成された画素）を出力画像として選択する。
【１７６１】
これに対して、領域検出部４１１１により注目画素が非定常領域であると検出された場合、セレクタ４１１２は、画像生成部４１０４より供給された画像（入力画像の注目画素における、画像生成部４１０４により生成された画素）を出力画像として選択する。
【１７６２】
なお、外部の出力先に応じて、セレクタ４１１２は、画素単位で、出力画像を出力する（選択した画素毎に出力する）こともできるし、全ての画素の処理が終了するまで処理済みの画素を格納しておき、全ての画素の処理が終了したとき、全ての画素を一括して（出力画像全体を１単位として）出力することもできる。
【１７６３】
次に、図２０８を参照して、画像処理の１例であるクラス分類適応処理を実行する画像生成部４１０４の詳細について説明する。
【１７６４】
図２０８において、画像生成部４１０４が実行するクラス分類適応処理は、例えば、入力画像の空間解像度を向上する処理であるとする。即ち、標準解像度の画像である入力画像を、高解像度の画像である予測画像に変換する処理であるとする。
【１７６５】
なお、以下の説明においても、標準解像度の画像を、適宜、ＳＤ(Standard Definition)画像と称するとともに、ＳＤ画像を構成する画素を、適宜、ＳＤ画素と称することにする。
【１７６６】
また、以下の説明においても、高解像度の画像を、適宜、ＨＤ(High Definition)画像と称するとともに、ＨＤ画像を構成する画素を、適宜、ＨＤ画素と称することにする。
【１７６７】
具体的には、画像生成部４１０４が実行するクラス分類適応処理とは、次のようなものである。
【１７６８】
即ち、はじめに、入力画像（ＳＤ画像）の注目画素（ＳＤ画素）における、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を求めるために、注目画素を含めた、その付近に配置されるＳＤ画素（以下の説明においても、このようなＳＤ画素を、クラスタップと称することにする）の特徴量のそれぞれを求めて、その特徴量毎に予め分類されたクラスを特定する（クラスタップ群のクラスコードを特定する）。
【１７６９】
そして、予め設定された複数の係数群（各係数群のそれぞれは、所定の１つのクラスコードに対応している）のうちの、特定されたクラスコードに対応する係数群を構成する各係数と、注目画素を含めた、その付近のＳＤ画素（以下の説明においても、このような入力画像のＳＤ画素を、予測タップと称することにする。なお、予測タップは、クラスタップと同じこともある）とを用いて積和演算を実行することで、入力画像（ＳＤ画像）の注目画素（ＳＤ画素）における、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を求めるものである。
【１７７０】
より詳細には、図１において、画像である、実世界１の信号（光の強度の分布）がセンサ２に入射されると、センサ２からは入力画像が出力される。
【１７７１】
図２０８において、この入力画像（ＳＤ画像）は、画像生成部４１０４のうちの領域抽出部４１２１と領域抽出部４１２５にそれぞれ供給される。領域抽出部４１２５は、供給された入力画像から、クラス分類を行うために必要なクラスタップ（注目画素（ＳＤ画素）を含む予め設定された位置に存在するＳＤ画素）を抽出し、パターン検出部４１２２に出力する。パターン検出部４１２２は、入力されたクラスタップに基づいて入力画像のパターンを検出する。
【１７７２】
クラスコード決定部４１２３は、パターン検出部４１２２で検出されたパターンに基づいてクラスコードを決定し、係数メモリ４１２４、および、領域抽出部４１２５に出力する。係数メモリ４１２４は、学習により予め求められたクラスコード毎の係数を記憶しており、クラスコード決定部４１２３より入力されたクラスコードに対応する係数を読み出し、予測演算部４１２６に出力する。
【１７７３】
なお、係数メモリ４１２４の係数の学習処理については、図２０９の学習装置のブロック図を参照して後述する。
【１７７４】
また、係数メモリ４１２４に記憶される係数は、後述するように、予測画像（ＨＤ画像）を生成するときに使用される係数である。従って、以下、係数メモリ４１２４に記憶される係数を予測係数と称する。
【１７７５】
領域抽出部４１２５は、クラスコード決定部４１２３より入力されたクラスコードに基づいて、センサ２より入力された入力画像（ＳＤ画像）から、予測画像（ＨＤ画像）を予測生成するのに必要な予測タップ（注目画素を含む予め設定された位置に存在するＳＤ画素）をクラスコードに対応して抽出し、予測演算部４１２６に出力する。
【１７７６】
予測演算部４１２６は、領域抽出部４１２５より入力された予測タップと、係数メモリ４１２４より入力された予測係数とを用いて積和演算を実行し、入力画像（ＳＤ画像）の注目画素（ＳＤ画素）における、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を生成し、セレクタ４１１２に出力する。
【１７７７】
より詳細には、係数メモリ４１２４は、クラスコード決定部４１２３より供給されるクラスコードに対応する予測係数を、予測演算部４１２６に出力する。予測演算部４１２６は、領域抽出部４１２５より供給される入力画像の所定の画素位置の画素値から抽出された予測タップと、係数メモリ４１２４より供給された予測係数とを用いて、次の式（１７１）で示される積和演算を実行することにより、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を求める（予測推定する）。
【１７７８】
【数１４１】

【１７７９】
式（１７１）において、q'は、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を表している。c_i（iは、１乃至ｎの整数値）のそれぞれは、予測タップ（ＳＤ画素）のそれぞれを表している。また、d _iのそれぞれは、予測係数のそれぞれを表している。
【１７８０】
このように、画像生成部４１０４は、ＳＤ画像（入力画像）から、それに対するＨＤ画像を予測推定するので、ここでは、画像生成部４１０４から出力されるＨＤ画像を、予測画像と称している。
【１７８１】
図２０９は、このような画像生成部４１０４の係数メモリ４１２４に記憶される予測係数（式（１７１）におけるd _i）を決定するための学習装置（予測係数の算出装置）を表している。
【１７８２】
図２０９において、所定の画像が、教師画像（ＨＤ画像）としてダウンコンバート部４１４１と正規方程式生成部４１４６のそれぞれに入力される。
【１７８３】
ダウンコンバート部４１４６は、入力された教師画像（ＨＤ画像）から、教師画像よりも解像度の低い生徒画像（ＳＤ画像）を生成し（教師画像をダウンコンバートしたものを生徒画像とし）、領域抽出部４１４２と領域抽出部４１４５のそれぞれに出力する。
【１７８４】
このように、学習装置４１３１には、ダウンコンバート部４１４１が設けられているので、教師画像（ＨＤ画像）は、センサ２（図１）からの入力画像よりも高解像度の画像である必要は無い。なぜならば、教師画像がダウンコンバートされた（解像度が下げられた）生徒画像をＳＤ画像とすれば、生徒画像に対する教師画像がＨＤ画像になるからである。従って、教師画像は、例えば、センサ２からの入力画像そのものとされてもよい。
【１７８５】
領域抽出部４１４２は、ダウンコンバート部４１４１より供給された生徒画像（ＳＤ画像）から、クラス分類を行うために必要なクラスタップ（ＳＤ画素）を抽出し、パターン検出部４１４３に出力する。パターン検出部４１４３は、入力されたクラスタップのパターンを検出し、その検出結果をクラスコード決定部４１４４に出力する。クラスコード決定部４１４４は、入力されたパターンに対応するクラスコードを決定し、そのクラスコードを領域抽出部４１４５、および、正規方程式生成部４１４６のそれぞれに出力する。
【１７８６】
領域抽出部４１４５は、クラスコード決定部４１４４より入力されたクラスコードに基づいて、ダウンコンバート部４１４１より入力された生徒画像（ＳＤ画像）から予測タップ（ＳＤ画素）を抽出し、正規方程式生成部４１４６に出力する。
【１７８７】
なお、以上の領域抽出部４１４２、パターン検出部４１４３、クラスコード決定部４１４４、および領域抽出部４１４５のそれぞれは、図２０８の画像生成部４１０４の領域抽出部４１２１、パターン検出部４１２２、クラスコード決定部４１２３、および、領域抽出部４１２５のそれぞれと、基本的に同様の構成と機能を有するものである。
【１７８８】
正規方程式生成部４１４６は、クラスコード決定部４１４４より入力された全てのクラスコードに対して、クラスコード毎に、領域抽出部４１４５より入力される生徒画像（ＳＤ画像）の予測タップ（ＳＤ画素）と、教師画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素とから正規方程式を生成し、係数決定部４１４７に供給する。
【１７８９】
係数決定部４１４７は、正規方程式生成部４１４６より所定のクラスコードに対応する正規方程式が供給されてきたとき、その正規方程式より予測係数のそれぞれを演算し、係数メモリ４１２４にクラスコードと関連付けて記憶させる。
【１７９０】
正規方程式生成部４１４６と、係数決定部４１４７についてさらに詳しく説明する。
【１７９１】
上述した式（１７１）において、学習前は予測係数d_iのそれぞれが未定係数である。学習は、クラスコード毎に複数の教師画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素を入力することによって行う。所定のクラスコードに対応するＨＤ画素がｍ個存在し、ｍ個のＨＤ画素のそれぞれを、q_k（ｋは、１乃至ｍの整数値）と記述する場合、式（１７１）から、次の式（１７２）が設定される。
【１７９２】
【数１４２】

【１７９３】
即ち、式（１７２）は、右辺の演算をすることで、所定のＨＤ画素q_kを予測推定することができることを表している。なお、式（１７２）において、e_kは、誤差を表している。即ち、右辺の演算結果である予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素q_k'が、実際のＨＤ画素q_kと厳密には一致せず、所定の誤差e_kを含む。
【１７９４】
そこで、式（１７２）において、誤差e_kの自乗和を最小にする予測係数d_iが学習により求まれば、その予測係数d_iは、実際のＨＤ画素q_kを予測するのに最適な係数であると言える。
【１７９５】
従って、例えば、学習により集められたｍ個（ただし、ｍは、ｎより大きい整数）のＨＤ画素q_kを用いて、最小自乗法により最適な予測係数d_iを一意に決定することができる。
【１７９６】
即ち、式（１７２）の右辺の予測係数d_iを最小自乗法で求める場合の正規方程式は、次の式（１７３）で表される。
【１７９７】
【数１４３】

【１７９８】
従って、式（１７３）で示される正規方程式が生成されれば、その正規方程式を解くことで予測係数d_iが一意に決定されることになる。
【１７９９】
具体的には、式（１７３）で示される正規方程式の各行列のそれぞれを、次の式（１７４）乃至（１７６）のように定義すると、正規方程式は、次の式（１７７）のように表される。
【１８００】
【数１４４】

【１８０１】
【数１４５】

【１８０２】
【数１４６】

【１８０３】
【数１４７】

【１８０４】
式（１７５）で示されるように、行列Ｄ_MATの各成分は、求めたい予測係数d_iである。従って、式（１７７）において、左辺の行列Ｃ_MATと右辺の行列Ｑ_MATが決定されれば、行列解法によって行列Ｄ_MAT（即ち、予測係数d_i）の算出が可能である。
【１８０５】
より具体的には、式（１７４）で示されるように、行列Ｃ_MATの各成分は、予測タップc_ikが既知であれば演算可能である。予測タップc_ikは、領域抽出部４１４５により抽出されるので、正規方程式生成部４１４６は、領域抽出部４１４５より供給されてくる予測タップc_ikのそれぞれを利用して行列Ｃ_MATの各成分を演算することができる。
【１８０６】
また、式（１７６）で示されるように、行列Ｑ_MATの各成分は、予測タップc_ikとＨＤ画素q_kが既知であれば演算可能である。予測タップc_ikは、行列Ｃ_MATの各成分に含まれるものと同一のものであり、また、ＨＤ画素q_kは、予測タップc_ikに含まれる注目画素（生徒画像のＳＤ画素）に対する教師画像のＨＤ画素である。従って、正規方程式生成部４１４６は、領域抽出部４１４５より供給された予測タップc_ikと、教師画像を利用して行列Ｑ_MATの各成分を演算することができる。
【１８０７】
このようにして、正規方程式生成部４１４６は、クラスコード毎に、行列Ｃ_MATと行列Ｑ_MATの各成分を演算し、その演算結果をクラスコードに対応付けて係数決定部４１４７に供給する。
【１８０８】
係数決定部４１４７は、供給された所定のクラスコードに対応する正規方程式に基づいて、上述した式（１７７）の行列Ｄ_MATの各成分である予測係数d_iを演算する。
【１８０９】
具体的には、上述した式（１７７）の正規方程式は、次の式（１７８）のように変形できる。
【１８１０】
【数１４８】

・・・（１７８）
【１８１１】
式（１７８）において、左辺の行列Ｄ_MATの各成分が、求めたい予測係数d_iである。また、行列Ｃ_MATと行列Ｑ_MATのそれぞれの各成分は、正規方程式生成部４１４６より供給されるものである。従って、係数決定部４１４７は、正規方程式生成部４１４６より所定のクラスコードに対応する行列Ｃ_MATと行列Ｑ_MATのそれぞれの各成分が供給されてきたとき、式（１７８）の右辺の行列演算を行うことで行列Ｄ_MATを演算し、その演算結果（予測係数d_i）をクラスコードに対応付けて係数メモリ４１２４に記憶させる。
【１８１２】
なお、クラス分類適応処理は、上述したように、ＳＤ画像には含まれていないが、ＨＤ画像に含まれる成分が再現される点で、例えば、単なる補間処理とは異なる。即ち、適応処理では、上述した式（１７１）だけを見る限りは、いわゆる補間フィルタを用いての補間処理と同一に見えるが、その補間フィルタの係数に相当する予測係数d_iが、教師データと生徒データを用いての学習により求められるため、ＨＤ画像に含まれる成分を再現することができる。このことから、上述したようなクラス分類適応処理は、いわば画像の創造（解像度創造）作用がある処理と称することができる。
【１８１３】
さらに、上述した例では、空間解像度を向上させる場合を例にして説明したが、クラス分類適応処理によれば、教師データおよび生徒データを変えて学習を行うことにより得られる種々の係数を用いることで、例えば、Ｓ／Ｎ(Signal to Noise Ratio) の向上や、ぼけの改善、その他の各種の処理を行うことが可能である。
【１８１４】
即ち、例えば、Ｓ／Ｎの向上やぼけの改善を、クラス分類適応処理によって行うには、Ｓ／Ｎの高い画像データを教師データとするとともに、その教師データのＳ／Ｎを低下させた画像（あるいは、ぼかした画像）を生徒データとして、係数を求めればよい。
【１８１５】
以上、クラス分類適応処理を実行する画像生成部４１０４と、その学習装置４１３１のそれぞれの構成について説明した。
【１８１６】
なお、上述したように、画像生成部４１０４は、クラス分類適応処理以外の画像処理を実行する構成とすることも可能であるが、説明の簡略上、以下の説明においては、画像生成部４１０４の構成は、上述した図２０８の構成とされる。即ち、以下、画像生成部４１０４は、クラス分類適応処理を実行することで、入力画像より空間解像度の高い画像を生成し、セレクタ４１１２に供給するとする。
【１８１７】
次に、図２１０を参照して、第１の併用手法が適用される信号処理装置（図２０７）の信号の処理について説明する。
【１８１８】
なお、ここでは、データ定常性検出部４１０１は、角度（画像である、実世界１（図１）の信号の注目位置における、定常性の方向（空間方向）と、空間方向の１方向であるＸ方向（センサ２（図１）の検出素子の所定の一辺と平行な方向）とのなす角度）を最小自乗法により演算し、演算した角度をデータ定常性情報として出力するとする。
【１８１９】
データ定常性検出部４１０１はまた、角度を演算するときに併せて算出される推定誤差（最小自乗法の誤差）を、領域特定情報として出力するとする。
【１８２０】
図１において、画像である、実世界１の信号がセンサ２に入射されると、センサ２からは入力画像が出力される。
【１８２１】
図２０７において、この入力画像は、データ定常性検出部４１０１、および実世界推定部４１０２に入力されるとともに、画像生成部４１０４に入力される。
【１８２２】
そこで、図２１０のステップＳ４１０１において、画像生成部４１０４は、入力画像（ＳＤ画像）の所定のＳＤ画素を注目画素として、上述したクラス分類適応処理を実行し、予測画像（ＨＤ画像）のＨＤ画素（注目画素におけるＨＤ画素）を生成し、セレクタ４１１２に供給する。
【１８２３】
なお、以下、画像生成部４１０４より出力される画素と、画像生成部４１０３より出力される画素のそれぞれを区別する場合、画像生成部４１０４より出力される画素を第１の画素と称し、画像生成部４１０３より出力される画素を第２の画素と称する。
【１８２４】
また、以下、このような画像生成部４１０４が実行する処理（いまの場合、ステップＳ４１０１の処理）を、「クラス分類適応処理の実行処理」と称する。この例の「クラス分類適応処理の実行処理」の詳細については、図２１１のフローチャートを参照して後述する。
【１８２５】
一方、ステップＳ４１０２において、データ定常性検出部４１０１は、定常性の方向に対応する角度を検出するとともに、その推定誤差を演算する。検出された角度は、データ定常性情報として実世界推定部４１０２と画像生成部４１０３のそれぞれに供給される。また、演算された推定誤差は、領域特定情報として領域検出部４１１１に供給される。
【１８２６】
ステップＳ４１０３において、実世界推定部４１０２は、データ定常性検出部４１０１により検出された角度と、入力画像に基づいて、実世界１の信号を推定する。
【１８２７】
なお、上述したように、実世界推定部４１０２が実行する推定の処理は、特に限定されず、上述した様々な手法を利用することができる。ここでは、例えば、実世界推定部４１０２は、実世界１の信号を表す関数Ｆ（以下の説明においても、関数Ｆを光信号関数Ｆと称することにする）を、所定の関数ｆ（以下の説明においても、関数ｆを近似関数ｆと称することにする）で近似することで、実世界１の信号（光信号関数Ｆ）を推定するとする。
【１８２８】
また、ここでは、例えば、実世界推定部４１０２は、近似関数ｆの特徴量（係数）を、実世界推定情報として画像生成部４１０３に供給するとする。
【１８２９】
ステップＳ４１０４において、画像生成部４１０３は、実世界推定部４１０２により推定された実世界１の信号に基づいて、画像生成部４１０４のクラス分類適応処理により生成された第１の画素（ＨＤ画素）に対応する第２の画素（ＨＤ画素）を生成し、セレクタ４１１２に供給する。
【１８３０】
いまの場合、実世界推定部４１０２より近似関数ｆの特徴量（係数）が供給されてくるので、画像生成部４１０３は、例えば、供給された近似関数ｆの特徴量に基づいて、近似関数ｆを所定の積分範囲で積分することで、第２の画素（ＨＤ画素）を生成する。
【１８３１】
ただし、積分範囲は、画像生成部４１０４より出力される第１の画素（ＨＤ画素）と同一の大きさ（同一の解像度）の第２の画素が生成可能な範囲とされる。即ち、空間方向においては、積分範囲は、これから生成される第２の画素の画素幅となる。
【１８３２】
なお、ステップＳ４１０１の「クラス分類適応処理の実行処理」と、ステップＳ４１０２乃至Ｓ４１０４の一連の処理の順番は、図２１０の例に限定されず、ステップＳ４１０２乃至Ｓ４１０４の一連の処理が先に実行されても構わないし、ステップＳ４１０１の「クラス分類適応処理の実行処理」と、ステップＳ４１０２乃至Ｓ４１０４の一連の処理が同時に実行されても構わない。
【１８３３】
ステップＳ４１０５において、領域検出部４１１１は、ステップＳ４１０２の処理でデータ定常性検出部４１０１により演算された推定誤差（領域特定情報）に基づいて、ステップＳ４１０４の処理で画像生成部４１０３により生成された第２の画素（ＨＤ画素）の領域を検出する。
【１８３４】
即ち、第２の画素は、データ定常性検出部４１０１が注目画素として使用した入力画像のＳＤ画素におけるＨＤ画素である。従って、注目画素（入力画像のＳＤ画素）と第２の画素（ＨＤ画素）の領域の種類（定常領域、または非定常領域）は同一である。
【１８３５】
また、データ定常性検出部４１０１が出力する領域特定情報は、注目画素における角度が最小自乗法により算出された場合の推定誤差である。
【１８３６】
そこで、領域検出部４１１１は、データ定常性検出部４１０１より供給された注目画素（入力画像のＳＤ画素）に対する推定誤差と、予め設定された閾値を比較し、その比較の結果が、推定誤差が閾値よりも小さい場合、第２の画素は定常領域であると検出し、一方、推定誤差が閾値以上である場合、第２の画素は非定常領域であると検出する。そして、検出結果は、セレクタ４１１２に供給される。
【１８３７】
この領域検出部４１１１の検出結果がセレクタ４１１２に供給されると、ステップＳ４１０６において、セレクタ４１１２は、検出された領域が、定常領域であるか否かを判定する。
【１８３８】
ステップＳ４１０６において、検出された領域が、定常領域であると判定した場合、セレクタ４１１２は、ステップＳ４１０７において、画像生成部４１０３より供給された第２の画素を、出力画像として外部に出力する。
【１８３９】
これに対して、ステップＳ４１０６において、検出された領域が、定常領域ではない（非定常領域である）と判定した場合、セレクタ４１１２は、ステップＳ４１０８において、画像生成部４１０４より供給された第１の画素を、出力画像として外部に出力する。
【１８４０】
その後、ステップＳ４１０９において、全画素の処理を終了したか否かが判定され、全画素の処理がまだ終了していないと判定された場合、その処理は、ステップＳ４１０１に戻る。即ち、全ての画素の処理が終了されるまで、ステップＳ４１０１乃至Ｓ４１０９の処理が繰り返される。
【１８４１】
そして、ステップＳ４１０９において、全画素の処理を終了したと判定された場合、その処理は終了となる。
【１８４２】
このように、図２１０のフローチャートの例においては、第１の画素（ＨＤ画素）と第２の画素（ＨＤ画素）が生成される毎に、出力画像として第１の画素または第２の画素が画素単位で出力される。
【１８４３】
しかしながら、上述したように、画素単位で出力されることは必須ではなく、全ての画素の処理が終了された後、出力画像として、全ての画素が一括して出力されてもよい。この場合、ステップＳ４１０７とステップＳ４１０８のそれぞれの処理においては、画素（第１の画素または第２の画素）は出力されずに、セレクタ４１１２に一次格納され、ステップＳ４１０９の処理の後、全ての画素を出力する処理が追加される。
【１８４４】
次に、図２１１のフローチャートを参照して、図２０８の構成の画像生成部４１０４が実行する「クラス分類適応処理の実行処理」（例えば、上述した図２１０のステップＳ４１０１の処理）の詳細について説明する。
【１８４５】
センサ２からの入力画像（ＳＤ画像）が画像生成部４１０４に入力されると、ステップＳ４１２１において、領域抽出部４１２１と領域抽出部４１２５のそれぞれは、入力画像を入力する。
【１８４６】
ステップＳ４１２２において、領域抽出部４１２１は、入力画像の中から、注目画素（ＳＤ画素）、および、予め設定された注目画素からの相対位置（１以上の位置）のそれぞれに位置する画素（ＳＤ画素）を、クラスタップとして抽出し、パターン検出部４１２２に供給する。
【１８４７】
ステップＳ４１２３において、パターン検出部４１２２は、供給されたクラスタップのパターンを検出し、クラスコード決定部４１２３に供給する。
【１８４８】
ステップＳ４１２４において、クラスコード決定部４１２３は、予め設定されている複数のクラスコードの中から、供給されたクラスタップのパターンに適合するクラスコードを決定し、係数メモリ４１２４と領域抽出部４１２５のそれぞれに供給する。
【１８４９】
ステップＳ４１２５において、係数メモリ４１２４は、供給されたクラスコードに基づいて、予め学習処理により決定された複数の予測係数（群）の中から、これから使用する予測係数（群）を読み出し、予測演算部４１２６に供給する。
【１８５０】
なお、学習処理については、図２１２のフローチャートを参照して後述する。
【１８５１】
ステップＳ４１２６において、領域抽出部４１２５は、供給されたクラスコードに対応して、入力画像の中から、注目画素（ＳＤ画素）、および、予め設定された注目画素からの相対位置（１以上の位置であって、クラスタップの位置とは独立して設定された位置。ただし、クラスタップの位置と同一の位置でもよい）のそれぞれに位置する画素（ＳＤ画素）を、予測タップとして抽出し、予測演算部４１２６に供給する。
【１８５２】
ステップＳ４１２７において、予測演算部４１２６は、領域抽出部４１２５より供給された予測タップを、係数メモリ４１２４より供給された予測係数を用いて演算し、予測画像（第１の画素）を生成して外部（図２０７の例では、セレクタ４１１２）に出力する。
【１８５３】
具体的には、予測演算部４１２６は、領域抽出部４１２５より供給された予測タップのそれぞれをc_i（iは、１乃至ｎのうちのいずれかの整数）とし、かつ、係数メモリ４１２４より供給された予測係数のそれぞれをd_iとして、上述した式（１７１）の右辺を演算することにより、注目画素（ＳＤ画素）におけるＨＤ画素q'を算出し、それを予測画像（ＨＤ画像）の所定の１つの画素（第１の画素）として外部に出力する。その後、処理は終了となる。
【１８５４】
次に、図２１２のフローチャートを参照して、画像生成部４１０４に対する学習装置４１３１（図２０９）が実行する学習処理（画像生成部４１０４が使用する予測係数を学習により生成する処理）について説明する。
【１８５５】
ステップＳ４１４１において、ダウンコンバート部４１４１と正規方程式生成部４１４６のそれぞれは、供給された所定の画像を、教師画像（ＨＤ画像）として入力する。
【１８５６】
ステップＳ４１４２において、ダウンコンバート部４１４１は、入力された教師画像をダウンコンバートして（解像度を落として）生徒画像（ＳＤ画像）を生成し、領域抽出部４１４２と領域抽出部４１４５のそれぞれに供給する。
【１８５７】
ステップＳ４１４３において、領域抽出部４１４２は、供給された生徒画像からクラスタップを抽出してパターン検出部４１４３に出力する。なお、ステップＳ４１４３の処理は、上述したステップＳ４１２２（図２１１）の処理と基本的に同様の処理である。
【１８５８】
ステップＳ４１４４において、パターン検出部４１４３は、供給されたクラスタップよりクラスコードを決定するためのパターンを検出し、クラスコード決定部４１４４に供給する。なお、ステップＳ４１４４の処理は、上述したステップＳ４１２３（図２１１）の処理と基本的に同様の処理である。
【１８５９】
ステップＳ４１４５において、クラスコード決定部４１４４は、供給されたクラスタップのパターンに基づいてクラスコードを決定し、領域抽出部４１４５と正規方程式生成部４１４６のそれぞれに供給する。なお、ステップＳ４１４５の処理は、上述したステップＳ４１２４（図２１１）の処理と基本的に同様の処理である。
【１８６０】
ステップＳ４１４６において、領域抽出部４１４５は、供給されたクラスコードに対応して、生徒画像の中から予測タップを抽出し、正規方程式生成部４１４６に供給する。なお、ステップＳ４１４６の処理は、上述したステップＳ４１２６（図２１１）の処理と基本的に同様の処理である。
【１８６１】
ステップＳ４１４７において、正規方程式生成部４１４６は、領域抽出部４１４５より供給された予測タップ（ＳＤ画素）、および、教師画像（ＨＤ画像）の所定のＨＤ画素から、上述した式（１７３）（即ち、式（１７７））で示される正規方程式を生成し、生成した正規方程式と、クラスコード決定部４１４４より供給されたクラスコードを関連付けて係数決定部４１４７に供給する。
【１８６２】
ステップＳ４１４８において、係数決定部４１４７は、供給された正規方程式を解いて予測係数を決定し、即ち、上述した式（１７８）の右辺を演算することで予測係数を算出し、供給されたクラスコードに対応付けて係数メモリ４１２４に記憶させる。
【１８６３】
その後、ステップＳ４１４９において、全ての画素について処理が施されたか否かが判定され、全ての画素について処理が施されていないと判定された場合、その処理は、ステップＳ４１４３に戻る。即ち、全ての画素の処理が終了されるまで、ステップＳ４１４３乃至Ｓ４１４９の処理が繰り返される。
【１８６４】
そして、ステップＳ４１４９において、全ての画素について処理が施されたと判定された場合、処理は終了となる。
【１８６５】
次に、図２１３と図２１４を参照して、第２の併用手法について説明する。
【１８６６】
図２１３は、第２の併用手法が適用される信号処理装置の構成例を表している。
【１８６７】
図２１３において、第１の併用手法が適用される信号処理装置（図２０７）と対応する部分には、対応する符号が付してある。
【１８６８】
図２０７の構成例（第１の併用手法）においては、領域特定情報は、データ定常性検出部４１０１より出力され、領域検出部４１１１に入力されていたが、図２１３の構成例（第２の併用手法）においては、領域特定情報は、実世界推定部４１０２より出力され、領域検出部４１１１に入力される。
【１８６９】
この領域特定情報は、特に限定されず、実世界推定部４１０２が実世界１（図１）の信号を推定した後に新たに生成された情報でもよいし、実世界１の信号が推定される場合に付帯して生成される情報でもよい。
【１８７０】
具体的には、例えば、領域特定情報として、推定誤差が使用可能である。
【１８７１】
ここで、推定誤差について説明する。
【１８７２】
上述したように、データ定常性検出部４１０１より出力される推定誤差（図２０７の領域特定情報）は、例えば、データ定常性検出部４１０１より出力されるデータ定常性情報が角度であり、かつ、その角度が最小自乗法により演算される場合、その最小自乗法の演算で付帯的に算出される推定誤差である。
【１８７３】
これに対して、実世界推定部４１０２より出力される推定誤差（図２１３の領域特定情報）は、例えば、マッピング誤差である。
【１８７４】
即ち、実世界推定部４１０２により実世界１の信号が推定されているので、推定された実世界１の信号から任意の大きさの画素を生成する（画素値を演算する）ことが可能である。ここでは、このように、新たな画素を生成することを、マッピングと称している。
【１８７５】
従って、実世界推定部４１０２は、実世界１の信号を推定した後、その推定した実世界１の信号から、入力画像の注目画素（実世界１が推定される場合に注目画素として使用された画素）が配置されていた位置における新たな画素を生成する（マッピングする）。即ち、実世界推定部４１０２は、推定した実世界１の信号から、入力画像の注目画素の画素値を予測演算する。
【１８７６】
そして、実世界推定部４１０２は、マッピングした新たな画素の画素値（予測した入力画像の注目画素の画素値）と、実際の入力画像の注目画素の画素値との差分を演算する。この差分を、ここでは、マッピング誤差と称している。
【１８７７】
このようにして実世界推定部４１０２は、マッピング誤差（推定誤差）を演算することで、演算したマッピング誤差（推定誤差）を、領域特定情報として領域検出部４１１１に供給することができる。
【１８７８】
なお、領域検出部４１１１が実行する領域検出の処理は、上述したように、特に限定されないが、例えば、実世界推定部４１０２が、上述したマッピング誤差（推定誤差）を領域特定情報として領域検出部４１１１に供給する場合、領域検出部４１１１は、供給されたマッピング誤差（推定誤差）が所定の閾値よりも小さいとき、入力画像の注目画素は定常領域であると検出し、一方、供給されたマッピング誤差（推定誤差）が所定の閾値以上であるとき、入力画像の注目画素は非定常領域であると検出する。
【１８７９】
その他の構成は、図２０７のそれと基本的に同様である。即ち、第２の併用手法が適用される信号処理装置（図２１３）においても、第１の併用手法が適用される信号処理装置（図２０７）と基本的に同様の構成と機能を有する、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、画像生成部４１０３、画像生成部４１０４、並びに定常領域検出部４１０５（領域検出部４１１１およびセレクタ４１１２）が設けられている。
【１８８０】
図２１４は、図２１３の構成の信号処理装置の信号の処理（第２の併用手法の信号の処理）を説明するフローチャートである。
【１８８１】
第２の併用手法の信号の処理は、第１の併用手法の信号の処理（図２１０のフローチャートで示される処理）と類似している。そこで、ここでは、第１の併用手法において説明した処理については、その説明を適宜省略し、以下、図２１４のフローチャートを参照して、第１の併用手法とは異なる第２の併用手法の信号の処理を中心に説明する。
【１８８２】
なお、ここでは、データ定常性検出部４１０１は、第１の併用手法と同様に、角度（実世界１（図１）の信号の注目位置における、定常性の方向（空間方向）と、空間方向の１方向であるＸ方向（センサ２（図１）の検出素子の所定の一辺と平行な方向）とのなす角度）を最小自乗法により演算し、演算した角度をデータ定常性情報として出力するとする。
【１８８３】
ただし、上述したように、第１の併用手法においては、データ定常性検出部４１０１が領域特定情報（例えば、推定誤差）を領域検出部４１１１に供給していたのに対して、第２の併用手法においては、実世界推定部４１０２が領域特定情報（例えば、推定誤差（マッピング誤差））を領域検出部４１１１に供給する。
【１８８４】
従って、第２の併用手法においては、データ定常性検出部４１０１の処理として、ステップＳ４１６２の処理が実行される。この処理は、第１の併用手法における、図２１０のステップＳ４１０２の処理に相当する。即ち、ステップＳ４１６２において、データ定常性検出部４１０１は、入力画像に基づいて、定常性の方向に対応する角度を検出し、検出した角度をデータ定常性情報として、実世界推定部４１０２と画像生成部４１０３のそれぞれに供給する。
【１８８５】
また、第２の併用手法においては、実世界推定部４１０２の処理として、ステップＳ４１６３の処理が実行される。この処理は、第１の併用手法における、図２１０のステップＳ４１０３の処理に相当する。即ち、ステップＳ４１６３において、実世界推定部４１０２は、ステップＳ４１６２の処理でデータ定常性検出部４１０１により検出された角度に基づいて、実世界１（図１）の信号を推定するとともに、推定された実世界１の信号の推定誤差、即ち、マッピング誤差を演算し、それを領域特定情報として領域検出部４１１１に供給する。
【１８８６】
その他の処理は、第１の併用手法の対応する処理（図２１０のフローチャートで示される処理のうちの対応する処理）と基本的に同様であるので、その説明は省略する。
【１８８７】
次に、図２１５と図２１６を参照して、第３の併用手法について説明する。
【１８８８】
図２１５は、第３の併用手法が適用される信号処理装置の構成例を表している。
【１８８９】
図２１５において、第１の併用手法が適用される信号処理装置（図２０７）と対応する部分には、対応する符号が付してある。
【１８９０】
図２０７の構成例（第１の併用手法）においては、定常領域検出部４１０５は、画像生成部４１０３と画像生成部４１０４の後段に配設されていたが、図２１５の構成例（第３の併用手法）においては、それに対応する定常領域検出部４１６１が、データ定常性検出部４１０１の後段であって、実世界推定部４１０２と画像生成部４１０４の前段に配設されている。
【１８９１】
このような配設位置の違いにより、第１の併用手法における定常領域検出部４１０５と、第３の併用手法における定常領域検出部４１６１は若干差異がある。そこで、この差異を中心に、定常領域検出部４１６１について説明する。
【１８９２】
定常領域検出部４１６１には、領域検出部４１７１と実行指令生成部４１７２が設けられている。このうちの領域検出部４１７１は、定常領域検出部４１０５の領域検出部４１１１（図２０７）と基本的に同様の構成と機能を有している。一方、実行指令生成部４１７２の機能は、定常領域検出部４１０５のセレクタ４１１２（図２０７）のそれと若干差異がある。
【１８９３】
即ち、上述したように、第１の併用手法におけるセレクタ４１１２は、領域検出部４１１１の検出結果に基づいて、画像生成部４１０３からの画像と、画像生成部４１０４からの画像のうちのいずれか一方を選択し、選択した画像を出力画像として出力する。このように、セレクタ４１１２は、領域検出部４１１１の検出結果の他に、画像生成部４１０３からの画像と、画像生成部４１０４からの画像を入力し、出力画像を出力する。
【１８９４】
一方、第３の併用手法における実行指令生成部４１７２は、領域検出部４１７１の検出結果に基づいて、入力画像の注目画素（データ定常性検出部４１０１が注目画素とした画素）における新たな画素の生成の処理を実行するのは、画像生成部４１０３であるのか画像生成部４１０４であるのかを選択する。
【１８９５】
即ち、領域検出部４１７１が、入力画像の注目画素は定常領域であるという検出結果を実行指令生成部４１７２に供給した場合、実行指令生成部４１７２は、画像生成部４１０３を選択し、実世界推定部４１０２に対して、その処理の実行を開始させる指令（このような指令を、以下、実行指令と称する）を供給する。すると、実世界推定部４１０２が、その処理を開始し、実世界推定情報を生成し、画像生成部４１０３に供給する。画像生成部４１０３は、供給された実世界推定情報（必要に応じて、それに加えてデータ定常性検出部４１０１より供給されたデータ定常性情報）に基づいて新たな画像を生成し、それを出力画像として外部に出力する。
【１８９６】
これに対して、領域検出部４１７１が、入力画像の注目画素は非定常領域であるという検出結果を実行指令生成部４１７２に供給した場合、実行指令生成部４１７２は、画像生成部４１０４を選択し、画像生成部４１０４に対して実行指令を供給する。すると、画像生成部４１０４が、その処理を開始し、入力画像に対して所定の画像処理（いまの場合、クラス分類適応処理）を施して、新たな画像を生成し、それを出力画像として外部に出力する。
【１８９７】
このように、第３の併用手法における実行指令生成部４１７２は、領域検出部４１７１の検出結果を入力し、実行指令を出力する。即ち、実行指令生成部４１７２は、画像を入出力しない。
【１８９８】
なお、定常領域検出部４１６１以外の構成は、図２０７のそれと基本的に同様である。即ち、第３の併用手法が適用される信号処理装置（図２１５の信号処理装置）においても、第１の併用手法が適用される信号処理装置（図２０７）と基本的に同様の構成と機能を有する、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、画像生成部４１０３、および、画像生成部４１０４が設けられている。
【１８９９】
ただし、第３の併用手法においては、実世界推定部４１０２と画像生成部４１０４のそれぞれは、実行指令生成部４１７２からの実行指令が入力されない限り、その処理を実行しない。
【１９００】
ところで、図２１５の例では、画像の出力単位は画素単位とされている。そこで、図示はしないが、出力単位を１フレームの画像全体とするために（全ての画素を一括して出力するために）、例えば、画像生成部４１０３と画像生成部４１０４の後段に、画像合成部をさらに設けることもできる。
【１９０１】
この画像合成部は、画像生成部４１０３から出力された画素値と、画像生成部４１０４より出力された画素値を加算し（合成し）、加算した値を対応する画素の画素値とする。この場合、画像生成部４１０３と画像生成部４１０４のうちの、実行指令が供給されていない方は、その処理を実行せず、所定の一定値（例えば、０）を画像合成部に常時供給する。
【１９０２】
画像合成部は、このような処理を全ての画素について繰り返し実行し、全ての画素の処理を終了すると、全ての画素を一括して（１フレームの画像データとして）外部に出力する。
【１９０３】
次に、図２１６のフローチャートを参照して、第３の併用手法が適用される信号処理装置（図２１５）の信号の処理について説明する。
【１９０４】
なお、ここでは、第１の併用手法のときと同様に、データ定常性検出部４１０１は、角度（実世界１（図１）の信号の注目位置における、定常性の方向（空間方向）と、空間方向の１方向であるＸ方向（センサ２（図１）の検出素子の所定の一辺と平行な方向）とのなす角度）を最小自乗法により演算し、演算した角度をデータ定常性情報として出力するとする。
【１９０５】
データ定常性検出部４１０１はまた、角度を演算するときに併せて算出される推定誤差（最小自乗法の誤差）を、領域特定情報として出力するとする。
【１９０６】
図１において、実世界１の信号がセンサ２に入射されると、センサ２からは入力画像が出力される。
【１９０７】
図２１５において、この入力画像は、画像生成部４１０４に入力されるとともに、データ定常性検出部４１０１、および実世界推定部４１０２にも入力される。
【１９０８】
そこで、図２１６のステップＳ４１８１において、データ定常性検出部４１０１は、入力画像に基づいて、定常性の方向に対応する角度を検出するとともに、その推定誤差を演算する。検出された角度は、データ定常性情報として実世界推定部４１０２と画像生成部４１０３のそれぞれに供給される。また、演算された推定誤差は、領域特定情報として領域検出部４１７１に供給される。
【１９０９】
なお、ステップＳ４１８１の処理は、上述したステップＳ４１０２（図２１０）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９１０】
また、上述したように、いまの時点においては（実行指令生成部４１７２から実行指令が供給されない限り）、実世界推定部４１０２も画像生成部４１０４もその処理を実行しない。
【１９１１】
ステップＳ４１８２において、領域検出部４１７１は、データ定常性検出部４１０１により演算された推定誤差（供給された領域特定情報）に基づいて、入力画像の注目画素（データ定常性検出部４１０１が角度を検出する場合に注目画素とした画素）の領域を検出し、その検出結果を実行指令生成部４１７２に供給する。なお、ステップＳ４１８２の処理は、上述したステップＳ４１０５（図２１０）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９１２】
領域検出部４１７１の検出結果が実行指令生成部４１７２に供給されると、ステップＳ４１８３において、実行指令生成部４１７２は、検出された領域が、定常領域であるか否かを判定する。なお、ステップＳ４１８３の処理は、上述したステップＳ４１０６（図２１０）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９１３】
ステップＳ４１８３において、検出された領域が定常領域ではないと判定した場合、実行指令生成部４１７２は、実行指令を画像生成部４１０４に供給する。すると、画像生成部４１０４は、ステップＳ４１８４において、「クラス分類適応処理の実行処理」を実行して、第１の画素（注目画素（入力画像のＳＤ画素）におけるＨＤ画素）を生成し、ステップＳ４１８５において、クラス分類適応処理により生成された第１の画素を、出力画像として外部に出力する。
【１９１４】
なお、ステップＳ４１８４の処理は、上述したステップＳ４１０１（図２１０）の処理と基本的に同様の処理である。即ち、図２１１のフローチャートは、ステップＳ４１８４の処理の詳細を説明するフローチャートでもある。
【１９１５】
これに対して、ステップＳ４１８３において、検出された領域が定常領域であると判定した場合、実行指令生成部４１７２は、実行指令を実世界推定部４１０２に供給する。すると、ステップＳ４１８６において、実世界推定部４１０２は、データ定常性検出部４１０１により検出された角度と、入力画像に基づいて、実世界１の信号を推定する。なお、ステップＳ４１８６の処理は、上述したステップＳ４１０３（図２１０）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９１６】
そして、画像生成部４１０３は、ステップＳ４１８７において、実世界推定部４１０２により推定された実世界１の信号に基づいて、検出された領域（即ち、入力画像の注目画素（ＳＤ画素））における第２の画素（ＨＤ画素）を生成し、ステップＳ４１８８において、その第２の画素を出力画像として出力する。なお、ステップＳ４１８７の処理は、上述したステップＳ４１０４（図２１０）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９１７】
第１の画素または第２の画素が出力画像として出力されると（ステップＳ４１８５、またはステップＳ４１８８の処理の後）、ステップＳ４１８９において、全画素の処理を終了したか否かが判定され、全画素の処理がまだ終了していないと判定された場合、その処理は、ステップＳ４１８１に戻る。即ち、全ての画素の処理が終了されるまで、ステップＳ４１８１乃至Ｓ４１８９の処理が繰り返される。
【１９１８】
そして、ステップＳ４１８９において、全画素の処理を終了したと判定された場合、その処理は終了となる。
【１９１９】
このように、図２１６のフローチャートの例においては、第１の画素（ＨＤ画素）または第２の画素（ＨＤ画素）が生成される毎に、出力画像として第１の画素または第２の画素が画素単位で出力される。
【１９２０】
しかしながら、上述したように、図２１５の構成の信号処理装置の最終段（画像生成部４１０３と画像生成部４１０４の後段）に画像合成部（図示せず）をさらに設ければ、全ての画素の処理が終了された後、出力画像として、全ての画素を一括して出力することが可能になる。この場合、ステップＳ４１８５とステップＳ４１８８のそれぞれに処理においては、画素（第１の画素または第２の画素）は外部ではなく画像合成部に出力される。そして、ステップＳ４１８９の処理の前に、画像合成部が、画像生成部４１０３から供給される画素の画素値と、画像生成部４１０４から供給される画素の画素値を合成して、出力画像の画素を生成する処理と、ステップＳ４１８９の処理の後に、画像合成部が、全ての画素を出力する処理が追加される。
【１９２１】
次に、図２１７と図２１８を参照して、第４の併用手法について説明する。
【１９２２】
図２１７は、第４の併用手法が適用される信号処理装置の構成例を表している。
【１９２３】
図２１７において、第３の併用手法が適用される信号処理装置（図２１５）と対応する部分には、対応する符号が付してある。
【１９２４】
図２１５の構成例（第３の併用手法）においては、領域特定情報は、データ定常性検出部４１０１より出力され領域検出部４１７１に入力されていたが、図２１７の構成例（第４の併用手法）においては、領域特定情報は、実世界推定部４１０２より出力され領域検出部４１７１に入力される。
【１９２５】
その他の構成は、図２１５のそれと基本的に同様である。即ち、第４の併用手法が適用される信号処理装置（図２１７）においても、第３の併用手法が適用される信号処理装置（図２１５）と基本的に同様の構成と機能を有する、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、画像生成部４１０３、画像生成部４１０４、並びに定常領域検出部４１６１（領域検出部４１７１および実行指令生成部４１７２）が設けられている。
【１９２６】
なお、第３の併用方法と同様に、図示はしないが、全ての画素を一括して出力するために、例えば、画像生成部４１０３と画像生成部４１０４の後段に、画像合成部をさらに設けることもできる。
【１９２７】
図２１８は、図２１７の構成の信号処理装置の信号の処理（第４の併用手法の信号の処理）を説明するフローチャートである。
【１９２８】
第４の併用手法の信号の処理は、第３の併用手法の信号の処理（図２１６のフローチャートで示される処理）と類似している。そこで、ここでは、第３の併用手法において説明した処理については、その説明を適宜省略し、以下、図２１８のフローチャートを参照して、第３の併用手法とは異なる第４の併用手法の信号の処理を中心に説明する。
【１９２９】
なお、ここでは、データ定常性検出部４１０１は、第３の併用手法と同様に、角度（実世界１（図１）の信号の注目位置における、定常性の方向（空間方向）と、空間方向の１方向であるＸ方向（センサ２（図１）の検出素子の所定の一辺と平行な方向）とのなす角度）を最小自乗法により演算し、演算した角度をデータ定常性情報として出力するとする。
【１９３０】
ただし、上述したように、第３の併用手法においては、データ定常性検出部４１０１が領域特定情報（例えば、推定誤差）を領域検出部４１７１に供給していたのに対して、第４の併用手法においては、実世界推定部４１０２が領域特定情報（例えば、推定誤差（マッピング誤差））を領域検出部４１７１に供給する。
【１９３１】
従って、第４の併用手法においては、データ定常性検出部４１０１の処理として、ステップＳ４２０１の処理が実行される。この処理は、第３の併用手法における、図２１６のステップＳ４１８１の処理に相当する。即ち、ステップＳ４２０１において、データ定常性検出部４１０１は、入力画像に基づいて、定常性の方向に対応する角度を検出し、検出した角度をデータ定常性情報として、実世界推定部４１０２と画像生成部４１０３のそれぞれに供給する。
【１９３２】
また、第４の併用手法においては、実世界推定部４１０２の処理として、ステップＳ４２０２の処理が実行される。この処理は、第３の併用手法における、図２１０のステップＳ４１８２の処理に相当する。即ち、実世界推定部４１０２は、ステップＳ４２０２の処理でデータ定常性検出部４１０１により検出された角度に基づいて、実世界１（図１）の信号を推定するとともに、推定された実世界１の信号の推定誤差、即ち、マッピング誤差を演算し、それを領域特定情報として領域検出部４１７１に供給する。
【１９３３】
その他の処理は、第３の併用手法の対応する処理（図２１６のフローチャートで示される処理のうちの対応する処理）と基本的に同様であるので、その説明は省略する。
【１９３４】
次に、図２１９と図２２０を参照して、第５の併用手法について説明する。
【１９３５】
図２１９は、第５の併用手法が適用される信号処理装置の構成例を表している。
【１９３６】
図２１９において、第３と第４の併用手法が適用される信号処理装置（図２１５と図２１７）と対応する部分には、対応する符号が付してある。
【１９３７】
図２１５の構成例（第３の併用手法）においては、データ定常性検出部４１０１の後段であって、実世界推定部４１０２と画像生成部４１０４の前段に、１つの定常領域検出部４１６１が配設されている。
【１９３８】
また、図２１７の構成例（第４の併用手法）においては、実世界推定部４１０２の後段であって、画像生成部４１０３と画像生成部４１０４の前段に、１つの定常領域検出部４１６１が配設されている。
【１９３９】
これらに対して、図２１９の構成例（第５の併用手法）においては、第３の併用方法と同様に、データ定常性検出部４１０１の後段であって、実世界推定部４１０２と画像生成部４１０４の前段に、定常領域検出部４１８１が配設されている。さらに、第４の併用方法と同様に、実世界推定部４１０２の後段であって、画像生成部４１０３と画像生成部４１０４の前段に、定常領域検出部４１８２が配設されている。
【１９４０】
定常領域検出部４１８１と定常領域検出部４１８２のそれぞれは、定常領域検出部４１６１（図２１５または図２１７）と基本的に同様の構成と機能を有している。即ち、領域検出部４１９１と領域検出部４２０１はいずれも、領域検出部４１７１と基本的に同様の構成と機能を有している。また、実行指令生成部４１９２と実行指令生成部４２０２はいずれも、実行指令生成部４１７２と基本的に同様の構成と機能を有している。
【１９４１】
換言すると、第５の併用手法は、第３の併用手法と第４の併用手法を組み合わせたものである。
【１９４２】
即ち、第３の併用手法や第４の併用手法においては、１つの領域特定情報（第３の併用手法においては、データ定常性検出部４１０１からの領域特定情報であり、第４の併用手法においては、実世界推定部４１０２からの領域特定情報である）に基づいて、入力画像の注目画素が定常領域であるか非定常領域であるかが検出される。従って、第３の併用手法や第４の併用手法では、本来、非定常領域であるにも関わらず、定常領域であると検出される恐れもある。
【１９４３】
そこで、第５の併用手法においては、はじめにデータ定常性検出部４１０１からの領域特定情報（第５の併用手法の説明においては、第１の領域特定情報と称する）に基づいて、入力画像の注目画素が定常領域であるか非定常領域であるかが検出された後、さらに、実世界推定部４１０２からの領域特定情報（第５の併用手法の説明においては、第２の領域特定情報と称する）に基づいて、入力画像の注目画素が定常領域であるか非定常領域であるかが検出される。
【１９４４】
このように、第５の併用手法においては、領域の検出の処理が２回行われるので、第３の併用手法や第４の併用手法に比較して、定常領域の検出精度が上がることになる。さらに、第１の併用手法や第２の併用手法においても、第３の併用手法や第４の併用手法と同様に、１つの定常領域検出部４１０５（図２０７または図２１３）しか設けられていない。従って、第１の併用手法や第２の併用手法と比較しても、定常領域の検出精度が上がることになる。その結果、第１乃至第４の併用手法のいずれよりも実世界１（図１）の信号に近い画像データを出力することが可能になる。
【１９４５】
ただし、第１乃至第４の併用手法でも、従来の画像処理を行う画像生成部４１０４と、本発明が適用されるデータの定常性を利用して画像を生成する装置またはプログラム等（即ち、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、および、画像生成部４１０３）を併用していることに変わりはない。
【１９４６】
従って、第１乃至第４の併用手法でも、従来の信号処理装置や、図３の構成の本発明の信号処理のいずれよりも実世界１（図１）の信号に近い画像データを出力することが可能になる。
【１９４７】
一方、処理速度の観点からは、第１乃至第４の併用手法においては、領域の検出の処理が１回だけで済むので、領域の検出の処理を２回行う第５の併用手法よりも優れていることになる。
【１９４８】
従って、ユーザ（または製造者）等は、必要とされる出力画像の品質と、必要とされる処理時間（出力画像が出力されるまでの時間）に合致した併用手法を選択的に利用することができる。
【１９４９】
なお、図２１９におけるその他の構成は、図２１５、または、図２１７のそれと基本的に同様である。即ち、第５の併用手法が適用される信号処理装置（図２１９）においても、第３または第４の併用手法が適用される信号処理装置（図２１５、または図２１７）と基本的に同様の構成と機能を有する、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、画像生成部４１０３、および画像生成部４１０４が設けられている。
【１９５０】
ただし、第５の併用手法においては、実世界推定部４１０２は、実行指令生成部４１９２からの実行指令が入力されない限り、画像生成部４１０３は、実行指令生成部４２０２からの実行指令が入力されない限り、画像生成部４１０４は、実行指令生成部４１９２、または実行指令生成部４２０２からの実行指令が入力されない限り、その処理を実行しない。
【１９５１】
また、第５の併用手法においても、第３や第４の併用方法と同様に、図示はしないが、全ての画素を一括して出力するために、例えば、画像生成部４１０３と画像生成部４１０４の後段に、画像合成部をさらに設けることもできる。
【１９５２】
次に、図２２０のフローチャートを参照して、第５の併用手法が適用される信号処理装置（図２１９）の信号の処理について説明する。
【１９５３】
なお、ここでは、第３や第４の併用手法のときと同様に、データ定常性検出部４１０１は、角度（実世界１（図１）の信号の注目位置における、定常性の方向（空間方向）と、空間方向の１方向であるＸ方向（センサ２（図１）の検出素子の所定の一辺と平行な方向）とのなす角度）を最小自乗法により演算し、演算した角度をデータ定常性情報として出力するとする。
【１９５４】
また、ここでは、第３の併用手法のときと同様に、データ定常性検出部４１０１はまた、角度を演算するときに併せて算出される推定誤差（最小自乗法の誤差）を、第１の領域特定情報として出力するとする。
【１９５５】
さらに、ここでは、第４の併用手法のときと同様に、実世界推定部４１０２は、マッピング誤差（推定誤差）を、第２の領域特定情報として出力するとする。
【１９５６】
図１において、実世界１の信号がセンサ２に入射されると、センサ２からは入力画像が出力される。
【１９５７】
図２１９において、この入力画像は、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、および、画像生成部４１０４のそれぞれに入力される。
【１９５８】
そこで、図２２０のステップＳ４２２１において、データ定常性検出部４１０１は、入力画像に基づいて、定常性の方向に対応する角度を検出するとともに、その推定誤差を演算する。検出された角度は、データ定常性情報として実世界推定部４１０２と画像生成部４１０３のそれぞれに供給される。また、演算された推定誤差は、第１の領域特定情報として領域検出部４１９１に供給される。
【１９５９】
なお、ステップＳ４２２１の処理は、上述したステップＳ４１８１（図２１６）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９６０】
また、上述したように、いまの時点においては（実行指令生成部４１９２から実行指令が供給されない限り）、実世界推定部４１０２も画像生成部４１０４もその処理を実行しない。
【１９６１】
ステップＳ４２２２において、領域検出部４１９１は、データ定常性検出部４１０１により演算された推定誤差（供給された第１の領域特定情報）に基づいて、入力画像の注目画素（データ定常性検出部４１０１が角度を検出する場合に注目画素とした画素）の領域を検出し、その検出結果を実行指令生成部４１９２に供給する。なお、ステップＳ４２２２の処理は、上述したステップＳ４１８２（図２１６）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９６２】
領域検出部４１８１の検出結果が実行指令生成部４１９２に供給されると、ステップＳ４２２３において、実行指令生成部４１９２は、検出された領域が、定常領域であるか否かを判定する。なお、ステップＳ４２２３の処理は、上述したステップＳ４１８３（図２１６）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９６３】
ステップＳ４２２３において、検出された領域が定常領域ではない（非定常領域である）と判定した場合、実行指令生成部４１９２は、実行指令を画像生成部４１０４に供給する。すると、画像生成部４１０４は、ステップＳ４２２４において、「クラス分類適応処理の実行処理」を実行して、第１の画素（注目画素（入力画像のＳＤ画素）におけるＨＤ画素）を生成し、ステップＳ４２２５において、クラス分類適応処理により生成された第１の画素を、出力画像として外部に出力する。
【１９６４】
なお、ステップＳ４２２４の処理は、上述したステップＳ４１８４（図２１６）の処理と基本的に同様の処理である。即ち、図２１１のフローチャートは、ステップＳ４１８６の処理の詳細を説明するフローチャートでもある。また、ステップＳ４２２５の処理は、上述したステップＳ４１８５（図２１６）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９６５】
これに対して、ステップＳ４２２３において、検出された領域が定常領域であると判定した場合、実行指令生成部４１９２は、実行指令を実世界推定部４１０２に供給する。すると、ステップＳ４２２６において、実世界推定部４１０２は、ステップＳ４２２１の処理でデータ定常性検出部４１０１により検出された角度に基づいて、実世界１の信号を推定するとともに、その推定誤差（マッピング誤差）を演算する。推定された実世界１の信号は、実世界推定情報として画像生成部４１０３に供給される。また、演算された推定誤差は、第２の領域特定情報として領域検出部４２０１に供給される。
【１９６６】
なお、ステップＳ４２２６の処理は、上述したステップＳ４２０２（図２１８）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９６７】
また、上述したように、いまの時点においては（実行指令生成部４１９２、または実行指令生成部４２０２から実行指令が供給されない限り）、画像生成部４１０３も画像生成部４１０４もその処理を実行しない。
【１９６８】
ステップＳ４２２７において、領域検出部４２０１は、実世界推定部４１０２により演算された推定誤差（供給された第２の領域特定情報）に基づいて、入力画像の注目画素（データ定常性検出部４１０１が角度を検出する場合に注目画素とした画素）の領域を検出し、その検出結果を実行指令生成部４２０２に供給する。なお、ステップＳ４２２７の処理は、上述したステップＳ４２０３（図２１８）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９６９】
領域検出部４２０１の検出結果が実行指令生成部４２０２に供給されると、ステップＳ４２２８において、実行指令生成部４２０２は、検出された領域が、定常領域であるか否かを判定する。なお、ステップＳ４２２８の処理は、上述したステップＳ４２０４（図２１８）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９７０】
ステップＳ４２２８において、検出された領域が定常領域ではない（非定常領域である）と判定した場合、実行指令生成部４２０２は、実行指令を画像生成部４１０４に供給する。すると、画像生成部４１０４は、ステップＳ４２２４において、「クラス分類適応処理の実行処理」を実行して、第１の画素（注目画素（入力画像のＳＤ画素）におけるＨＤ画素）を生成し、ステップＳ４２２５において、クラス分類適応処理により生成された第１の画素を、出力画像として外部に出力する。
【１９７１】
なお、いまの場合のステップＳ４２２４の処理は、上述したステップＳ４２０５（図２１８）の処理と基本的に同様の処理である。また、いまの場合のステップＳ４２２５の処理は、上述したステップＳ４２０６（図２１８）の処理と基本的に同様の処理である。
【１９７２】
これに対して、ステップＳ４２２８において、検出された領域が定常領域であると判定した場合、実行指令生成部４２０２は、実行指令を画像生成部４１０３に供給する。すると、ステップＳ４２２９において、画像生成部４１０３は、実世界推定部４１０２により推定された実世界１の信号（および、必要に応じてデータ定常性検出部４１０１からのデータ定常性情報）に基づいて、領域検出部４２０１により検出された領域（即ち、入力画像の注目画素（ＳＤ画素））における、第２の画素（ＨＤ画素）を生成する。そして、ステップＳ４２３０において、画像生成部４１０３は、生成された第２の画素を、出力画像として外部に出力する。
【１９７３】
なお、ステップＳ４２２９とＳ４２３０のそれぞれの処理は、上述したステップＳ４２０７とＳ４２０８（図２１８）のそれぞれの処理と基本的に同様の処理である。
【１９７４】
第１の画素または第２の画素が出力画像として出力されると（ステップＳ４２２５、またはステップＳ４２３０の処理の後）、ステップＳ４２３１において、全画素の処理を終了したか否かが判定され、全画素の処理がまだ終了していないと判定された場合、その処理は、ステップＳ４２２１に戻る。即ち、全ての画素の処理が終了されるまで、ステップＳ４２２１乃至Ｓ４２３１の処理が繰り返される。
【１９７５】
そして、ステップＳ４２３１において、全画素の処理を終了したと判定された場合、その処理は終了となる。
【１９７６】
以上、図２０７乃至図２２０を参照して、本発明の信号処理装置４（図１）の実施の形態の１例として、併用手法について説明した。
【１９７７】
上述したように、併用手法においては、図３の構成の本発明の信号処理装置に対してさらに、定常性を利用しない他の信号処理を行う装置（または、プログラム等）が付加されている。
【１９７８】
換言すると、併用手法においては、従来の信号処理装置（または、プログラム等）に対して、図３の構成の本発明の信号処理装置（または、プログラム等）が付加されている。
【１９７９】
即ち、併用手法においては、例えば、図２０７や図２１３の定常領域検出部４１０５が、実世界１の光信号が射影され、実世界１の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ（例えば、図２０７や図２１３の入力画像）内において、画像データのデータの定常性を有する領域（例えば、図２１０のステップＳ４１０６や図２１４のステップＳ４１６６に記載の定常領域）を検出する。
【１９８０】
また、図２０７や図２１３の実世界推定部４１０２が、実世界１の光信号の定常性の一部が欠落した画像データのデータの定常性に基づいて、欠落した実世界１の光信号の定常性を推定することにより光信号を推定する。
【１９８１】
さらに、例えば、図２０７や図２１３のデータ定常性検出部４１０１が、実世界１の光信号が射影され、実世界１の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内において、画像データのデータの定常性の基準軸に対する角度（例えば、図２１０のステップＳ４１０２や図２１４のステップＳ４１６２に記載の角度）を検出する。この場合、例えば、図２０７や図２１３の定常領域検出部４１０５は、角度に基いて画像データのデータの定常性を有する領域を検出し、実世界推定部４１０２は、その領域に対して、欠落した実世界１の光信号の定常性を推定することにより光信号を推定する。
【１９８２】
ただし、図２０７においては、定常領域検出部４１０５は、角度に沿って定常であるモデルと入力画像との誤差（即ち、例えば、図中の領域特定情報であって、図２１０のステップＳ４１０２の処理で演算される推定誤差）に基づいて入力画像のデータの定常性を有する領域を検出する。
【１９８３】
これに対して、図２１３においては、定常領域検出部４１０５は、実世界推定部４１０２の後段に配され、実世界推定部４１０２により演算される、入力画像に対応する実世界１の光信号を表す実世界モデルと、入力画像との誤差（即ち、例えば、図中の領域特定情報であって、図２１０のステップＳ４１６３の処理で演算される実世界の信号の推定誤差（マッピング誤差））に基いて、実世界推定部４１０２により推定された実世界モデル、即ち、画像生成部４１０３から出力される画像を選択的に出力する（例えば、図２１３のセレクタ４１１２が、図２１４のステップＳ４１６６乃至Ｓ４１６８の処理を実行する）。
【１９８４】
以上、図２０７と図２１３の例で説明したが、以上のことは、図２１５、図２１７、および図２１９においても同様である。
【１９８５】
従って、併用手法においては、実世界１の信号のうちの定常性が存在する部分(画像データのデータの定常性を有する領域)については、図３の構成の信号処理装置に相当する装置（またはプログラム等）が信号処理を実行し、実世界１の信号のうちの明確な定常性が存在しない部分については、従来の信号処理装置（または、プログラム等）が信号処理を実行することが可能になる。その結果、従来の信号処理装置や、図３の構成の本発明の信号処理のいずれよりも実世界１（図１）の信号に近い画像データを出力することが可能になる。
【１９８６】
次に、図２２１，図２２２を参照して、データ定常性検出部１０１より直接画像を生成する例について説明する。
【１９８７】
図２２１のデータ定常性検出部１０１は、図１６５のデータ定常性検出部１０１に画像生成部４５０１を付加したものである。画像生成部４５０１は、実世界推定部８０２より出力される実世界の近似関数f(x)の係数を実世界推定情報として取得し、この係数に基づいて、各画素を再積分することにより画像を生成して出力する。
【１９８８】
次に、図２２２のフローチャートを参照して、図２２１のデータの定常性の検出の処理について説明する。尚、図２２２のフローチャートのステップＳ４５０１乃至Ｓ４５０４、および、ステップＳ４５０６乃至Ｓ４５１１の処理に付いては、図１６６のフローチャートのステップＳ８０１乃至Ｓ８１０の処理と同様であるのでその説明は省略する。
【１９８９】
ステップＳ４５０４において、画像生成部４５０１は、実世界推定部８０２より入力された係数に基づいて各画素を再積分して、画像を生成し出力する。
【１９９０】
以上の処理により、データ定常性検出部１０１は、領域情報のみならず、その領域判定に用いた（実世界推定情報に基づいて生成された画素からなる）画像を出力することができる。
【１９９１】
このように、図２２１のデータ定常性検出部１０１においては、画像生成部４５０１が設けられている。即ち、図２２１のデータ定常性検出部１０１は、入力画像のデータの定常性に基づいて出力画像を生成することができる。従って、図２２１で示される構成を有する装置を、データ定常性検出部１０１の実施の形態と捉えるのではなく、図１の信号処理装置（画像処理装置）４の他の実施の形態と捉えることもできる。
【１９９２】
さらに、上述した併用手法が適用される信号処理装置において、実世界１の信号のうちの定常性が存在する部分に対して信号処理を施す信号処理部として、図２２１で示される構成を有する装置（即ち、図２２１のデータ定常性検出部１０１と同様の機能と構成を有する信号処理装置）を適用することも可能である。
【１９９３】
具体的には、例えば、第１の併用手法が適用される図２０７の信号処理装置においては、実世界１の信号のうちの定常性が存在する部分に対して信号処理を施す信号処理部は、データ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、および画像生成部４１０３とされている。図示はしないが、これらのデータ定常性検出部４１０１、実世界推定部４１０２、および画像生成部４１０３の代わりに、図２２１の構成の信号処理装置（画像処理装置）を適用することも可能である。この場合、図２２１の比較部８０４が、その出力を領域特定情報をとして領域検出部４１１１に供給し、また、画像生成部４５０１が、出力画像（第２の画素）をセレクタ４１１２に供給することになる。
【１９９４】
なお、センサ２は、固体撮像素子である、例えば、BBD（Bucket Brigade Device）、CID（Charge Injection Device）、またはCPD（Charge Priming Device）などのセンサでもよい。
【１９９５】
本発明の信号処理を行うプログラムを記録した記録媒体は、図２で示されるように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク５１（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク５２（CD-ROM(Compaut Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク５３（ＭＤ（Mini-Disk）（商標）を含む）、もしくは半導体メモリ５４などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM２２や、記憶部２８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【１９９６】
なお、上述した一連の処理を実行させるプログラムは、必要に応じてルータ、モデムなどのインタフェースを介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の通信媒体を介してコンピュータにインストールされるようにしてもよい。
【１９９７】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【１９９８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、正確で、精度の高い処理結果を得ることができるようになる。
【１９９９】
また、本発明によれば、現実世界の事象に対して、より正確で、より精度の高い処理結果を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す図である。
【図２】信号処理装置４の構成の例を示すブロック図である。
【図３】信号処理装置４を示すブロック図である。
【図４】従来の信号処理装置１２１の処理の原理を説明する図である。
【図５】信号処理装置４の処理の原理を説明する図である。
【図６】本発明の原理をより具体的に説明する図である。
【図７】本発明の原理をより具体的に説明する図である。
【図８】イメージセンサ上の画素の配置の例を説明する図である。
【図９】 CCDである検出素子の動作を説明する図である。
【図１０】画素Ｄ乃至画素Ｆに対応する検出素子に入射される光と、画素値との関係を説明する図である。
【図１１】時間の経過と、１つの画素に対応する検出素子に入射される光と、画素値との関係を説明する図である。
【図１２】実世界１の線状の物の画像の例を示す図である。
【図１３】実際の撮像により得られた画像データの画素値の例を示す図である。
【図１４】画像データの模式図である。
【図１５】背景とは異なる色であって、単色の、直線状の縁を有する物の実世界１の画像の例を示す図である。
【図１６】実際の撮像により得られた画像データの画素値の例を示す図である。
【図１７】画像データの模式図である。
【図１８】本発明の原理を説明する図である。
【図１９】本発明の原理を説明する図である。
【図２０】高解像度データ１８１の生成の例を説明する図である。
【図２１】モデル１６１による近似を説明する図である。
【図２２】Ｍ個のデータ１６２によるモデル１６１の推定を説明する図である。
【図２３】実世界１の信号とデータ３との関係を説明する図である。
【図２４】式を立てるときに注目するデータ３の例を示す図である。
【図２５】式を立てる場合における、実世界１における２つの物体に対する信号および混合領域に属する値を説明する図である。
【図２６】式（１８）、式（１９）、および式（２２）で表される定常性を説明する図である。
【図２７】データ３から抽出される、Ｍ個のデータ１６２の例を示す図である。
【図２８】データ３である画素値が取得された領域を説明する図である。
【図２９】画素の時空間方向の位置の近似を説明する図である。
【図３０】データ３における、時間方向および２次元の空間方向の実世界１の信号の積分を説明する図である。
【図３１】空間方向により解像度の高い高解像度データ１８１を生成するときの、積分の領域を説明する図である。
【図３２】時間方向により解像度の高い高解像度データ１８１を生成するときの、積分の領域を説明する図である。
【図３３】動きボケを除去した高解像度データ１８１を生成するときの、積分の領域を説明する図である。
【図３４】時間空間方向により解像度の高い高解像度データ１８１を生成するときの、積分の領域を説明する図である。
【図３５】入力画像の元の画像を示す図である。
【図３６】入力画像の例を示す図である。
【図３７】従来のクラス分類適応処理を適用して得られた画像を示す図である。
【図３８】細線の領域を検出した結果を示す図である。
【図３９】信号処理装置４から出力された出力画像の例を示す図である。
【図４０】信号処理装置４による、信号の処理を説明するフローチャートである。
【図４１】データ定常性検出部１０１の構成を示すブロック図である。
【図４２】背景の前に細線がある実世界１の画像を示す図である。
【図４３】平面による背景の近似を説明する図である。
【図４４】細線の画像が射影された画像データの断面形状を示す図である。
【図４５】細線の画像が射影された画像データの断面形状を示す図である。
【図４６】細線の画像が射影された画像データの断面形状を示す図である。
【図４７】頂点の検出および単調増減領域の検出の処理を説明する図である。
【図４８】頂点の画素値が閾値を超え、隣接する画素の画素値が閾値以下である細線領域を検出する処理を説明する図である。
【図４９】図４８の点線AA'で示す方向に並ぶ画素の画素値を表す図である。
【図５０】単調増減領域の連続性の検出の処理を説明する図である。
【図５１】平面での近似により定常成分を抽出した画像の例を示す図である。
【図５２】単調減少している領域を検出した結果を示す図である。
【図５３】連続性が検出された領域を示す図である。
【図５４】連続性が検出された領域の画素値を示す図である。
【図５５】細線の画像が射影された領域の検出の他の処理の例を示す図である。
【図５６】定常性検出の処理を説明するフローチャートである。
【図５７】時間方向のデータの定常性を検出の処理を説明する図である。
【図５８】非定常成分抽出部２０１の構成を示すブロック図である。
【図５９】棄却される回数を説明する図である。
【図６０】入力画像の例を示す図である。
【図６１】棄却をしないで平面で近似した結果得られる標準誤差を画素値とした画像を示す図である。
【図６２】棄却をして平面で近似した結果得られる標準誤差を画素値とした画像を示す図である。
【図６３】棄却された回数を画素値とした画像を示す図である。
【図６４】平面の空間方向Ｘの傾きを画素値とした画像を示す図である。
【図６５】平面の空間方向Ｙの傾きを画素値とした画像を示す図である。
【図６６】平面で示される近似値からなる画像を示す図である。
【図６７】平面で示される近似値と画素値との差分からなる画像を示す図である。
【図６８】非定常成分の抽出の処理を説明するフローチャートである。
【図６９】定常成分の抽出の処理を説明するフローチャートである。
【図７０】定常成分の抽出の他の処理を説明するフローチャートである。
【図７１】定常成分の抽出のさらに他の処理を説明するフローチャートである。
【図７２】データ定常性検出部１０１の他の構成を示すブロック図である。
【図７３】データ定常性方向検出部３０１の構成を示すブロック図である。
【図７４】モアレが含まれている入力画像の例を示す図である。
【図７５】モアレが含まれている入力画像の例を示す図である。
【図７６】細線の画像が射影されたデータ３の画素を示す図である。
【図７７】細線の画像が射影されたデータ３における、３列の画素の画素値を示す図である。
【図７８】細線の画像が射影されたデータ３の画素を示す図である。
【図７９】細線の画像が射影されたデータ３における、３列の画素の画素値を示す図である。
【図８０】細線の画像が射影されたデータ３の画素を示す図である。
【図８１】細線の画像が射影されたデータ３における、３列の画素の画素値を示す図である。
【図８２】入力された画像の例を示す図である。
【図８３】誤った方向を採用して画像を処理した場合の、処理の結果の例を示す図である。
【図８４】正しい定常性の方向を検出した場合の、処理の結果の例を示す図である。
【図８５】データの定常性の検出の処理を説明するフローチャートである。
【図８６】データの定常性の方向の検出の処理を説明するフローチャートである。
【図８７】データ定常性検出部１０１の他の構成を示すブロック図である。
【図８８】実世界推定部１０２の構成を示すブロック図である。
【図８９】実世界１の信号における、細線の幅を検出する処理を説明する図である。
【図９０】実世界１の信号における、細線の幅を検出する処理を説明する図である。
【図９１】実世界１の信号における、細線の信号のレベルを推定する処理を説明する図である。
【図９２】実世界の推定の処理を説明するフローチャートである。
【図９３】実世界推定部１０２の他の構成を示すブロック図である。
【図９４】境界検出部２１２１の構成を示すブロック図である。
【図９５】分配比の算出の処理を説明する図である。
【図９６】分配比の算出の処理を説明する図である。
【図９７】分配比の算出の処理を説明する図である。
【図９８】単調増減領域の境界を示す回帰直線の算出の処理を説明する図である。
【図９９】単調増減領域の境界を示す回帰直線の算出の処理を説明する図である。
【図１００】実世界の推定の処理を説明するフローチャートである。
【図１０１】境界検出の処理を説明するフローチャートである。
【図１０２】空間方向の微分値を実世界推定情報として推定する実世界推定部の構成を示すブロック図である。
【図１０３】図１０２の実世界推定部による実世界推定の処理を説明するフローチャートである。
【図１０４】参照画素を説明する図である。
【図１０５】空間方向の微分値を求める位置を説明する図である。
【図１０６】空間方向の微分値とシフト量の関係を説明する図である。
【図１０７】空間方向の傾きを実世界推定情報として推定する実世界推定部の構成を示すブロック図である。
【図１０８】図１０７の実世界推定部による実世界推定の処理を説明するフローチャートである。
【図１０９】空間方向の傾きを求める処理を説明する図である。
【図１１０】空間方向の傾きを求める処理を説明する図である。
【図１１１】フレーム方向の微分値を実世界推定情報として推定する実世界推定部の構成を示すブロック図である。
【図１１２】図１１１の実世界推定部による実世界推定の処理を説明するフローチャートである。
【図１１３】参照画素を説明する図である。
【図１１４】フレーム方向の微分値を求める位置を説明する図である。
【図１１５】フレーム方向の微分値とシフト量の関係を説明する図である。
【図１１６】フレーム方向の傾きを実世界推定情報として推定する実世界推定部の構成を示すブロック図である。
【図１１７】図１１６の実世界推定部による実世界推定の処理を説明するフローチャートである。
【図１１８】フレーム方向の傾きを求める処理を説明する図である。
【図１１９】フレーム方向の傾きを求める処理を説明する図である。
【図１２０】図３の実世界推定部の実施の形態の1例である、関数近似手法の原理を説明する図である。
【図１２１】センサがＣＣＤとされる場合の積分効果を説明する図である。
【図１２２】図１２１のセンサの積分効果の具体的な例を説明する図である。
【図１２３】図１２１のセンサの積分効果の具体的な他の例を説明する図である。
【図１２４】図１２２で示される細線含有実世界領域を表した図である。
【図１２５】図３の実世界推定部の実施の形態の１例の原理を、図１２０の例と対比させて説明する図である。
【図１２６】図１２２で示される細線含有データ領域を表した図である。
【図１２７】図１２６の細線含有データ領域に含まれる各画素値のそれぞれをグラフ化した図である。
【図１２８】図１２７の細線含有データ領域に含まれる各画素値を近似した近似関数をグラフ化した図である。
【図１２９】図１２２で示される細線含有実世界領域が有する空間方向の定常性を説明する図である。
【図１３０】図１２６の細線含有データ領域に含まれる各画素値のそれぞれをグラフ化した図である。
【図１３１】図１３０で示される入力画素値のそれぞれを、所定のシフト量だけシフトさせた状態を説明する図である。
【図１３２】空間方向の定常性を考慮して、図１２７の細線含有データ領域に含まれる各画素値を近似した近似関数をグラフ化した図である。
【図１３３】空間混合領域を説明する図である。
【図１３４】空間混合領域における、実世界の信号を近似した近似関数を説明する図である。
【図１３５】センサの積分特性と空間方向の定常性の両方を考慮して、図１２７の細線含有データ領域に対応する実世界の信号を近似した近似関数をグラフ化した図である。
【図１３６】図１２０で示される原理を有する関数近似手法のうちの、１次多項式近似手法を利用する実世界推定部の構成例を説明するブロック図である。
【図１３７】図１３６の構成の実世界推定部が実行する実世界の推定処理を説明するフローチャートである。
【図１３８】タップ範囲を説明する図である。
【図１３９】空間方向の定常性を有する実世界の信号を説明する図である。
【図１４０】センサがＣＣＤとされる場合の積分効果を説明する図である。
【図１４１】断面方向距離を説明する図である。
【図１４２】図１２０で示される原理を有する関数近似手法のうちの、２次多項式近似手法を利用する実世界推定部の構成例を説明するブロック図である。
【図１４３】図１４２の構成の実世界推定部が実行する実世界の推定処理を説明するフローチャートである。
【図１４４】タップ範囲を説明する図である。
【図１４５】時空間方向の定常性の方向を説明する図である。
【図１４６】センサがＣＣＤとされる場合の積分効果を説明する図である。
【図１４７】空間方向の定常性を有する実世界の信号を説明する図である。
【図１４８】時空間方向の定常性を有する実世界の信号を説明する図である。
【図１４９】図１２０で示される原理を有する関数近似手法のうちの、３次元関数近似手法を利用する実世界推定部の構成例を説明するブロック図である。
【図１５０】図１４９の構成の実世界推定部が実行する実世界の推定処理を説明するフローチャートである。
【図１５１】図３の画像生成部の実施の形態の1例である、再積分手法の原理を説明する図である。
【図１５２】入力画素と、その入力画素に対応する、実世界の信号を近似する近似関数の例を説明する図である。
【図１５３】図１５２で示される近似関数から、図１５２で示される１つの入力画素における、高解像度の４つの画素を創造する例を説明する図である。
【図１５４】図１５１で示される原理を有する再積分手法のうちの、１次元再積分手法を利用する画像生成部の構成例を説明するブロック図である。
【図１５５】図１５４の構成の画像生成部が実行する画像の生成処理を説明するフローチャートである。
【図１５６】入力画像の元の画像の例を表す図である。
【図１５７】図１５６の画像に対応する画像データの例を表す図である。
【図１５８】入力画像の例を表す図である。
【図１５９】図１５８の画像に対応する画像データの例を表す図である。
【図１６０】入力画像に対して従来のクラス分類適応処理を施して得られる画像の例を表す図である。
【図１６１】図１６０の画像に対応する画像データの例を表す図である。
【図１６２】入力画像に対して本発明の１次元再積分手法の処理を施して得られる画像の例を表す図である。
【図１６３】図１６２の画像に対応する画像データの例を表す図である。
【図１６４】空間方向の定常性を有する実世界の信号を説明する図である。
【図１６５】図１５１で示される原理を有する再積分手法のうちの、２次元再積分手法を利用する画像生成部の構成例を説明するブロック図である。
【図１６６】断面方向距離を説明する図である。
【図１６７】図１６５の構成の画像生成部が実行する画像の生成処理を説明するフローチャートである。
【図１６８】入力画素の１例を説明する図である。
【図１６９】２次元再積分手法により、図１６８で示される１つの入力画素における、高解像度の４つの画素を創造する例を説明する図である。
【図１７０】時空間方向の定常性の方向を説明する図である。
【図１７１】図１５１で示される原理を有する再積分手法のうちの、３次元再積分手法を利用する画像生成部の構成例を説明するブロック図である。
【図１７２】図１７１の構成の画像生成部が実行する画像の生成処理を説明するフローチャートである。
【図１７３】本発明を適用した画像生成部のその他の構成を示すブロック図である。
【図１７４】図１７３の画像生成部による画像の生成の処理を説明するフローチャートである。
【図１７５】入力画素から４倍密度の画素を生成する処理を説明する図である。
【図１７６】画素値を示す近似関数とシフト量との関係を示す図である。
【図１７７】本発明を適用した画像生成部のその他の構成を示すブロック図である。
【図１７８】図１７７の画像生成部による画像の生成の処理を説明するフローチャートである。
【図１７９】入力画素から４倍密度の画素を生成する処理を説明する図である。
【図１８０】画素値を示す近似関数とシフト量との関係を示す図である。
【図１８１】図３の画像生成部の実施の形態の1例である、クラス分類適応処理補正手法の１次元再積分手法を利用する画像生成部の構成例を説明するブロック図である。
【図１８２】図１８１の画像生成部のクラス分類適応処理部の構成例を説明するブロック図である。
【図１８３】図１８１のクラス分類適応処理部と、クラス分類適応処理補正部が使用する係数を学習により決定する学習装置の構成例を示すブロック図である。
【図１８４】図１８３のクラス分類適応処理用学習部の詳細な構成例を説明するブロック図である。
【図１８５】図１８２のクラス分類適応処理部の処理結果の例を示す図である。
【図１８６】図１８５の予測画像とHD画像の差分画像を示す図である。
【図１８７】図１８６で示される領域に含まれるＸ方向に連続した６個のＨＤ画素のうちの、図中左から４個のＨＤ画素に対応する、図１８５のＨＤ画像の具体的な画素値、ＳＤ画像の具体的な画素値、および、実際の波形（実世界の信号）のそれぞれをプロットしたものを示す図である。
【図１８８】図１８５の予測画像とHD画像の差分画像を示す図である。
【図１８９】図１８８で示される領域に含まれるＸ方向に連続した６個のＨＤ画素のうちの、図中左から４個のＨＤ画素に対応する、図１８５のＨＤ画像の具体的な画素値、ＳＤ画像の具体的な画素値、および、実際の波形（実世界の信号）のそれぞれをプロットしたものを示す図である。
【図１９０】図１８７乃至図１８９に示される内容に基づいて得られた知見を説明する図である。
【図１９１】図１８１の画像生成部のクラス分類適応処理補正部の構成例を説明するブロック図である。
【図１９２】図１８３のクラス分類適応処理補正用学習部の詳細な構成例を説明するブロック図である。
【図１９３】画素内傾斜を説明する図である。
【図１９４】図１８５のSD画像と、そのSD画像の各画素の画素内傾斜を画素値とする特徴量画像を示す図である。
【図１９５】画素内傾斜の算出方法を説明する図である。
【図１９６】画素内傾斜の算出方法を説明する図である。
【図１９７】図１８１の構成の画像生成部が実行する画像の生成処理を説明するフローチャートである。
【図１９８】図１９７の画像の生成処理の入力画像クラス分類適応処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図１９９】図１９７の画像の生成処理のクラス分類適応処理の補正処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図２００】クラスタップの配置例を説明する図である。
【図２０１】クラス分類の１例を説明する図である。
【図２０２】予測タップ配置例を説明する図である。
【図２０３】図１８３の学習装置の学習処理を説明するフローチャートである。
【図２０４】図２０３の学習処理のクラス分類適応処理用学習処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図２０５】図２０３の学習処理のクラス分類適応処理補正用学習処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図２０６】図１８５の予測画像と、その予測画像に補正画像を加算した画像（図１８１の画像生成部により生成される画像）を表した図である。
【図２０７】図１の信号処理装置の実施の形態の他の例である、併用手法を利用する信号処理装置の第１の構成例を説明するブロック図である。
【図２０８】図２０７の信号処理装置の、クラス分類適応処理を実行する画像生成部の構成例を説明するブロック図である。
【図２０９】図２０８の画像生成部に対する学習装置の構成例を説明するブロック図である。
【図２１０】図２０７の構成の信号処理装置が実行する信号の処理を説明するフローチャートである。
【図２１１】図２１０の信号の処理のクラス分類適応処理の実行処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図２１２】図２０９の学習装置の学習処理を説明するフローチャートである。
【図２１３】図１の信号処理装置の実施の形態の他の例である、併用手法を利用する信号処理装置の第２の構成例を説明するブロック図である。
【図２１４】図２１１の構成の信号処理装置が実行する信号の処理を説明するフローチャートである。
【図２１５】図１の信号処理装置の実施の形態の他の例である、併用手法を利用する信号処理装置の第３の構成例を説明するブロック図である。
【図２１６】図２１３の構成の信号処理装置が実行する信号の処理を説明するフローチャートである。
【図２１７】図１の信号処理装置の実施の形態の他の例である、併用手法を利用する信号処理装置の第４の構成例を説明するブロック図である。
【図２１８】図２１５の構成の信号処理装置が実行する信号の処理を説明するフローチャートである。
【図２１９】図１の信号処理装置の実施の形態の他の例である、併用手法を利用する信号処理装置の第５の構成例を説明するブロック図である。
【図２２０】図２１７の構成の信号処理装置が実行する信号の処理を説明するフローチャートである。
【図２２１】データ定常性検出部の他の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２２２】図２２１のデータ定常性検出部によるデータの定常性の検出処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
４ 信号処理装置， ２１ ＣＰＵ， ２２ ＲＯＭ， ２３ ＲＡＭ， ２８ 記憶部， ５１ 磁気ディスク， ５２ 光ディスク， ５３ 光磁気ディスク， ５４ 半導体メモリ， １０１ データ定常性検出部， １０２ 実世界推定部， １０３ 画像生成部， ２０１ 非定常成分抽出部， ２０２ 頂点検出部， ２０３ 単調増減検出部， ２０４ 連続性検出部， ２２１ ブロック抽出部， ２２２ 平面近似部， ２２３ 繰り返し判定部， ３０１ データ定常性方向検出部， ３２１ 画素値変化検出部， ３２２ 方向検出部， ２１０１ 線幅検出部， ２１０２ 信号レベル推定部， ２１２１ 境界検出部， ２１３１ 分配比算出部， ２１３２ 回帰直線算出部， ２２０１実世界推定部， ２２０２ 近似関数推定部， ２２０３ 微分処理部， ２２１１ 参照画素抽出部， ２２１２ 傾き推定部， ２２３１ 実世界推定部， ２２３２ 近似関数推定部， ２２３３ 微分処理部， ２２５１ 参照画素抽出部， ２２５２ 傾き推定部， ２３３１ 条件設定部, ２３３２ 入力画像記憶部, ２３３３ 入力画素値取得部, ２３３４ 積分成分演算部, ２３３５ 正規方程式生成部, ２３３６ 近似関数生成部, ２３４１ 入力画素値テーブル, ２３４２ 積分成分テーブル, ２３４３ 正規方程式テーブル， ２４２１ 条件設定部, ２４２２ 入力画像記憶部, ２４２３ 入力画素値取得部, ２４２４ 積分成分演算部, ２４２５ 正規方程式生成部, ２４２６ 近似関数生成部, ２４３１ 入力画素値テーブル, ２４３２ 積分成分テーブル, ２４３３ 正規方程式テーブル， ２５２１ 条件設定部, ２５２２ 入力画像記憶部, ２５２３ 入力画素値取得部, ２５２４ 積分成分演算部, ２５２５ 正規方程式生成部, ２５２６ 近似関数生成部, ２５３１ 入力画素値テーブル, ２５３２ 積分成分テーブル, ２５３３ 正規方程式テーブル， ３１２１ 条件設定部, ３１２２ 特徴量記憶部, ３１２３ 積分成分演算部, ３１２４ 出力画素値演算部, ３１３１ 特徴量テーブル, ３１３２ 積分成分テーブル， ３２０１ 条件設定部, ３２０２ 特徴量記憶部, ３２０３ 積分成分演算部, ３２０４ 出力画素値演算部, ３２１１ 特徴量テーブル, ３２１２ 積分成分テーブル， ３３０１ 条件設定部, ３３０２ 特徴量記憶部, ３３０３ 積分成分演算部, ３３０４ 出力画素値演算部, ３３１１ 特徴量テーブル, ３３１２ 積分成分テーブル， ３２０１傾き取得部， ３２０２ 外挿補間部， ３２１１ 傾き取得部， ３２１２外挿補間部， ３５０１ クラス分類適応処理部， ３５０２ クラス分類適応処理補正部， ３５０３ 加算部， ３５０４ 学習装置， ３５２１ クラス分類適応処理用学習部， ３５６１ クラス分類適応処理補正用学習部， ４１０１ データ定常性検出部４１０１ 実世界推定部， ４１０３ 画像生成部， ４１０４ 画像生成部， ４１０５ 定常領域検出部， ４１１１ 領域検出部， ４１１２ セレクタ， ４１６１ 定常領域検出部， ４１７１ 領域検出部， ４１７２ 実行指令生成部， ４１８１，４１８２ 定常領域検出部， ４１９１ 領域検出部， ４１９２ 実行指令生成部， ４２０１ 領域検出部， ４２０２ 実行指令生成部， ４５０１ 画像生成部

Claims (7)

1. 現実世界の光信号は、物からの光の強度の分布における当該物の長さ方向の任意の位置において、当該長さ方向に直交する方向の位置の変化に対応するレベルの変化としての断面形状が同じであるという現実世界の光信号の定常性を有し、現実世界の光信号が射影され、前記現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出する不連続部検出手段と、
   前記不連続部から前記画素値の変化の頂点を検出する頂点検出手段と、
   前記頂点から単調に前記画素値が増加または減少している単調増減領域を検出する単調増減領域検出手段と、
   前記単調増減領域検出手段により検出された前記単調増減領域の中の、他の前記単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する前記単調増減領域を、前記現実世界の光信号の定常性から変化した所定の次元の方向に一定の特徴を有しているという前記画像データの定常性を有する画素の領域である定常領域として検出する連続性検出手段と、
   前記定常領域の連続性の方向を検出する方向検出手段と、
   前記連続性検出手段により検出された前記定常領域および前記方向検出手段により検出された前記定常領域の前記連続性の方向に基づいて、前記現実世界の光信号の定常性を推定することにより前記現実世界の光信号を推定する実世界推定手段と
   を含むことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記方向検出手段は、
   前記連続性検出手段により検出された前記単調増減領域の中の、第１の単調増減領域に配される複数の第１の画素の画素値の変化と、前記第１の単調増減領域に隣接する第２の単調増減領域に配される、前記複数の第１の画素に隣接する複数の第２の画素の画素値の変化とに基づいて、前記定常領域の前記連続性の方向を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記方向検出手段は、
   前記第１の単調増減領域に配される前記複数の第１の画素の画素値の増分と、前記第２の単調増減領域に配される前記複数の第２の画素の画素値の減分とが一致するとき、前記第１の単調増減領域と前記第２の単調増減領域とから定まる方向を、前記定常領域の前記連続性の方向として検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記不連続部検出手段は、
   前記画像データの複数の画素の画素値に対応する回帰平面を求めて、前記回帰平面との距離が閾値以上である前記画素値を有する前記画素からなる領域を前記不連続部として検出し、前記不連続部の前記画素の前記画素値から、前記回帰平面で近似される値を減算した差分値を演算し、
   前記頂点検出手段は、
   前記差分値に基づいて、前記頂点を検出し、
   前記単調増減領域検出手段は、
   前記差分値に基づいて、前記単調増減領域を検出し、
   前記方向検出手段は、
   前記差分値に基づいて、前記定常領域の前記連続性の方向を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 現実世界の光信号は、物からの光の強度の分布における当該物の長さ方向の任意の位置において、当該長さ方向に直交する方向の位置の変化に対応するレベルの変化としての断面形状が同じであるという現実世界の光信号の定常性を有し、現実世界の光信号が射影され、前記現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出する不連続部検出ステップと、
   前記不連続部から前記画素値の変化の頂点を検出する頂点検出ステップと、
   前記頂点から単調に前記画素値が増加または減少している単調増減領域を検出する単調増減領域検出ステップと、
   前記単調増減領域検出ステップにおいて検出された前記単調増減領域の中の、他の前記単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する前記単調増減領域を、前記現実世界の光信号の定常性から変化した所定の次元の方向に一定の特徴を有しているという前記画像データの定常性を有する画素の領域である定常領域として検出する連続性検出ステップと、
   前記定常領域の連続性の方向を検出する方向検出ステップと、
   前記連続性検出ステップにおいて検出された前記定常領域および前記方向検出ステップにおいて検出された前記定常領域の前記連続性の方向に基づいて、前記現実世界の光信号の定常性を推定することにより前記現実世界の光信号を推定する実世界推定ステップと
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
6. 現実世界の光信号は、物からの光の強度の分布における当該物の長さ方向の任意の位置において、当該長さ方向に直交する方向の位置の変化に対応するレベルの変化としての断面形状が同じであるという現実世界の光信号の定常性を有し、現実世界の光信号が射影され、前記現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出する不連続部検出ステップと、
   前記不連続部から前記画素値の変化の頂点を検出する頂点検出ステップと、
   前記頂点から単調に前記画素値が増加または減少している単調増減領域を検出する単調増減領域検出ステップと、
   前記単調増減領域検出ステップにおいて検出された前記単調増減領域の中の、他の前記単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する前記単調増減領域を、前記現実世界の光信号の定常性から変化した所定の次元の方向に一定の特徴を有しているという前記画像データの定常性を有する画素の領域である定常領域として検出する連続性検出ステップと、
   前記定常領域の連続性の方向を検出する方向検出ステップと、
   前記連続性検出ステップにおいて検出された前記定常領域および前記方向検出ステップにおいて検出された前記定常領域の前記連続性の方向に基づいて、前記現実世界の光信号の定常性を推定することにより前記現実世界の光信号を推定する実世界推定ステップと
   を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
7. 現実世界の光信号は、物からの光の強度の分布における当該物の長さ方向の任意の位置において、当該長さ方向に直交する方向の位置の変化に対応するレベルの変化としての断面形状が同じであるという現実世界の光信号の定常性を有し、現実世界の光信号が射影され、前記現実世界の光信号の定常性の一部が欠落した画像データ内の複数の画素の画素値の不連続部を検出する不連続部検出ステップと、
   前記不連続部から前記画素値の変化の頂点を検出する頂点検出ステップと、
   前記頂点から単調に前記画素値が増加または減少している単調増減領域を検出する単調増減領域検出ステップと、
   前記単調増減領域検出ステップにおいて検出された前記単調増減領域の中の、他の前記単調増減領域が画面上の隣接する位置に存在する前記単調増減領域を、前記現実世界の光信号の定常性から変化した所定の次元の方向に一定の特徴を有しているという前記画像データの定常性を有する画素の領域である定常領域として検出する連続性検出ステップと、
   前記定常領域の連続性の方向を検出する方向検出ステップと、
   前記連続性検出ステップにおいて検出された前記定常領域および前記方向検出ステップにおいて検出された前記定常領域の前記連続性の方向に基づいて、前記現実世界の光信号の定常性を推定することにより前記現実世界の光信号を推定する実世界推定ステップと
   を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラム。

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