JP5441535B2 - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像の変倍に起因する画質劣化に対する補正を行なう画像処理装置及び画像処理方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴って、プリンタ等の画像出力装置でデジタル画像データを出力する機会が増えている。この時、デジタル画像データの解像度（画像解像度）と、画像出力装置の入力解像度が異なる場合、画像解像度に対して変換を施す必要がある。例えば、画像出力装置に対し、その入力解像度よりも低解像度な画像データが入力された場合、画像解像度の変換（拡大処理）を行い、変換後の画像データを画像出力装置より出力する。画像解像度の一般的な拡大処理としては、拡大時に不足する画素を、以下のような方法により補間する。まず、最近傍の画素で補間するニアレストネイバー、または周囲４近傍の画素を利用して補間するバイリニア、または周囲１６近傍の画素を利用して３次関数を用いて補間するバイキュービック、等がある。

また、一般に画像出力装置においては、その周波数特性であるＭＴＦ（Modulation Transfer Function）によって画像の周波数特性に変調が生じ、画質が劣化してしまう。したがって、画像出力装置に対しては上記解像度変換とは別の処理として、ＭＴＦ補正処理（エッジ強調処理）が施される（例えば、特許文献１参照）。

ここで図１０に、ＭＴＦ特性の一例を示す。画像出力装置に対する一般的なＭＴＦ補正処理としては、画像出力装置のＭＴＦ特性の逆関数である逆フィルタを算出し、入力画像に対して逆フィルタ処理をかけ、逆フィルタ処理後の画像を画像出力装置に入力することによって行われる。図１１に、画像出力装置に対する一般的なＭＴＦ補正処理の一例を示す。図１１によればすなわち、画像出力装置のＭＴＦ特性Ｐ(u,v)の逆関数として逆フィルタＩ(u,v)を算出し、これを入力画像Ｆ(u,v)に乗じた画像Ｇ(u,v)を、画像出力装置へ入力する。その結果、画像処理装置から出力された画像Ｈ(u,v)には、画像出力装置のＭＴＦ特性Ｐ(u,v)による劣化が生じるが、該劣化分は逆フィルタＩ(u,v)によって予め上乗せされているため、結果として入力画像Ｆ(u,v)と同等の画像が得られる。

特開平１１−１１２７９５号公報

しかしながら、画像出力装置における拡大処理として、上述したニアレストネイバーやバイキュービック等の補間処理を行った場合、入力画像に含まれない高周波成分が生じてしまう場合がある。すると、拡大後の画像においてジャギーが発生したり画像がぼやける等、画質が劣化してしまう。

また、拡大に伴う補間処理と、ＭＴＦ補正処理とはそれぞれ別処理として実行されるため、相応の処理時間がかかってしまう。

本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、以下の機能を実現する画像処理装置および画像処理方法を提供することを目的とする。すなわち、画像拡大時に発生する不要な高周波成分を除去し、画質劣化を抑制する。さらに、画像拡大に伴う不要な高周波成分の除去とＭＴＦ補正とを一括処理することによって、処理時間を短縮する。

上記目的を達成するための一手段として、本発明の画像処理装置は以下の構成を備える。

すなわち、画像出力装置の出力解像度よりも低解像度である画像データを拡大して、該画像出力装置へ出力する画像処理装置であって、
前記画像データを前記出力解像度に応じて拡大し、拡大画像データを得る画像拡大手段と、
前記画像データ及び前記拡大画像データそれぞれを周波数変換することで、それぞれについて周波数を示す各解像度に対するパワー値を表す周波数特性値を導出し、前記画像データから得られた前記周波数特性値を前記拡大画像データから得られた前記周波数特性値で除算することで得られた各解像度毎の除算値を、各解像度の補正値として有する解像度補正フィルタを算出する解像度補正フィルタ算出手段と、
前記解像度補正フィルタに基づいて前記拡大画像データを補正して、補正画像データを得る解像度補正手段と、を有し、
前記補正画像データを前記画像出力装置へ出力することを特徴とする。

さらに、前記画像出力装置のＭＴＦ特性に基づくＭＴＦ補正フィルタを取得するＭＴＦ補正フィルタ取得手段と、前記解像度補正フィルタに前記ＭＴＦ補正フィルタを合成するフィルタ合成手段と、を有し、前記解像度補正手段は、前記ＭＴＦ補正フィルタが合成された前記解像度補正フィルタに基づいて前記拡大画像データを補正することを特徴とする。

上記構成からなる本発明によれば、画像拡大時に発生する不要な高周波成分を除去し、画質劣化を抑制することができる。さらに、画像拡大に伴う不要な高周波成分の除去とＭＴＦ補正とを一括処理することによって、処理時間を短縮することができる。

第１実施形態における画像処理システムの構成を示すブロック図、 第１実施形態における画像出力処理を示すフローチャート、 第１実施形態における解像度補正フィルタ算出処理を示すフローチャート、 第１実施形態における入力画像と拡大画像の周波数特性例を示す図、 第１実施形態における解像度補正フィルタ例を示す図、 第１実施形態におけるＭＴＦ補正フィルタ例を示す図、 第１実施形態における合成フィルタ例を示す図、 第２実施形態における画像処理システムの構成を示すブロック図、 第２実施形態における画像出力処理を示すフローチャート、 画像出力装置のＭＴＦ特性例を示す図、 画像出力装置に対するＭＴＦ補正例を示す図、である。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
●システム構成
図１は本実施形態が適用される画像処理システムの構成を示すブロック図である。同図において、１が画像処理装置、２は画像データを記憶する画像記憶部、３はプリンタ等の画像出力装置である。画像記憶部２および画像出力装置３は、例えばＵＳＢ(Universal Serial Bus)やＩＥＥＥ1394等のシリアルバスインタフェイスによって画像処理装置１に接続されている。

画像処理装置１において、１０は画像出力装置３の出力解像度を取得し、該出力解像度に基づいて画像記憶部２から入力された入力画像データを拡大する画像拡大部である。１１は、拡大前後の入力画像データを取得し、解像度補正フィルタを算出する解像度補正フィルタ算出部である。１２は、画像出力装置３のＭＴＦ特性を取得し、ＭＴＦ補正フィルタを算出するＭＴＦ補正フィルタ算出部である。１３は、解像度補正フィルタ算出部１１で算出された解像度補正フィルタと、ＭＴＦ補正フィルタ算出部１２で算出されたＭＴＦ補正フィルタを合成するフィルタ合成部である。１４は、フィルタ合成部１３で合成されたフィルタを用いて、拡大された入力画像データを補正する補正フィルタ処理部である。

●画像出力処理
本実施形態の画像処理装置１においては、画像出力装置３の出力解像度よりも低解像度である画像データを入力し、これを拡大して、画像出力装置３へ出力する。以下、本実施形態の画像処理装置１における画像出力処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。

まずＳ１〜Ｓ４で画像拡大部１０において、入力画像データの拡大処理を行う。すなわち、まずＳ１で画像記憶部２より出力対象となる入力画像データを取得し、次にＳ２で該取得した入力画像データより入力画像解像度を取得する。そしてＳ３で画像出力装置３の出力解像度を取得する。そしてＳ４で、入力画像解像度と出力解像度に基づいて、入力画像データに対してニアレストネイバー補間処理による画像拡大を実行する。なお、本発明における拡大処理はニアレストネイバー補間処理に限定されず、バイリニア、バイキュービック補間処理等を適用することも可能である。

次にＳ５で解像度補正フィルタ算出部１１において、上記Ｓ１，Ｓ４でそれぞれ取得した拡大前後の画像データに基づいて、解像度補正フィルタを算出する。なお、この解像度補正フィルタの算出処理の詳細については後述する。

次にＳ６でＭＴＦ補正フィルタ算出部１２において、画像出力装置３のＭＴＦ特性を取得し、Ｓ７で該ＭＴＦ特性に基づいてＭＴＦ補正フィルタを算出する。なお、このＭＴＦ補正フィルタ算出処理の詳細については後述する。

次にＳ８でフィルタ合成部１３において、Ｓ５で算出した解像度補正フィルタと、Ｓ７で算出したＭＴＦ補正フィルタを合成して、合成フィルタを算出する。なお、このフィルタ合成処理の詳細については後述する。

次にＳ９で補正フィルタ処理部１４において、Ｓ４で作成された拡大画像データに対し、Ｓ８で算出した合成フィルタを用いた補正フィルタ処理を実行し、画像を補正する。詳細には、まず拡大画像データに対してフーリエ変換等の処理を施すことにより、実空間上の画像データから周波数空間データへと変換した後、合成フィルタによる補正処理を実行する。その後、逆フーリエ変換等によって補正後の周波数空間データを実空間上の補正画像データに変換する。そしてＳ１０において、Ｓ９で補正された補正画像データを、画像出力装置３に供給する。

●解像度補正フィルタ算出処理
以下、上記Ｓ５における解像度補正フィルタの算出処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は解像度補正フィルタ算出部１１において行われる。

まずＳ３１で、入力画像データと、該入力画像データに対して画像拡大部１０で拡大処理が施された画像（以下、拡大画像データ）を、取得する。

そしてＳ３２で、入力画像データ及び拡大画像データに対してフーリエ変換を施すことにより、実空間上の画像データを周波数空間上の周波数データに変換する。ここで図４に、入力画像データ及び拡大画像データの周波数特性の例を示す。同図において、実線が入力画像データの周波数特性を示し、点線が拡大画像データの周波数特性を示すが、拡大画像データにおいて高周波成分が強調され、ジャギーが発生していることが分かる。

次にＳ３３において、入力画像データの周波数特性を、拡大画像データの周波数特性で除算することにより、解像度補正フィルタを算出する。図５に、解像度補正フィルタの例を示す。本実施形態では、例えば図４に示す拡大画像データに対し、図５に示す解像度補正フィルタ処理を施すことによって、拡大処理後に発生する不要な高周波成分（ジャギー）を除去することができる。これにより、オリジナル画像の入力解像度までの周波数特性を忠実に再現することができる。

●ＭＴＦ補正フィルタ算出処理
以下、上記Ｓ６およびＳ７におけるＭＴＦ補正フィルタの算出処理について説明する。なお、この処理はＭＴＦ補正フィルタ算出部１２において行われる。

まず、Ｓ６で画像出力装置３のＭＴＦ特性を取得するが、画像出力装置３のＭＴＦ特性は出力媒体に応じて異なるため、画像出力装置３における出力媒体ごとのＭＴＦ特性を予め求めておく必要がある。したがって、例えば出力媒体ごとに求められたＭＴＦ特性を記述したプロファイルを記憶しておき、使用する出力媒体に応じて、対応するプロファイルを使用するようにすれば良い。

次にＳ７において、Ｓ６で取得した画像出力装置３のＭＴＦ特性から、その逆関数を算出し、これをＭＴＦ補正フィルタとする。図６に、ＭＴＦ補正フィルタの例を示す。同図において、点線が画像出力装置３のＭＴＦ特性を示し、実線がＭＴＦ補正フィルタを示す。本実施形態では、画像出力装置３に出力される画像データに対し、予めＭＴＦ補正フィルタによるフィルタ処理を施しておくことで、画像出力装置３での出力時にそのＭＴＦによって発生する画質劣化を低減することができる。

●フィルタ合成処理
以下、上記Ｓ８におけるフィルタ合成処理について説明する。なお、この処理はフィルタ合成部１３において行われる。

まず、解像度補正フィルタ算出部１１で算出された解像度補正フィルタと、ＭＴＦ補正フィルタ算出部１２で算出されたＭＴＦ補正フィルタを取得する。そして次に、解像度補正フィルタにＭＴＦ補正フィルタを乗じることによって、解像度補正とＭＴＦ補正を一括して行なう合成フィルタを算出する。図７に、合成フィルタの一例を示す。同図において、点線は解像度補正フィルタを示し、一点破線はＭＴＦ補正フィルタを示す。そして実線が、解像度補正フィルタとＭＴＦ補正フィルタを乗じた合成フィルタを示す。同図によれば合成フィルタは、解像度補正とＭＴＦ補正の両方を満たしつつ、不要な高周波成分を除去するように算出されていることが分かる。

本実施形態の補正フィルタ処理部１４では、以上のように作成された合成フィルタを用いて、拡大画像データに対する補正フィルタ処理を施す。該補正により得られた補正画像データにおいては、余分な高周波成分が除去されているため、その周波数特性は入力画像データの周波数特性に略一致する。

以上説明したように本実施形態によれば、画像出力時に拡大した画像データに対し、解像度補正フィルタとして拡大前の画像データの周波数特性を保存するような周波数フィルタを適用する。これにより、オリジナル画像の入力解像度までの周波数特性を忠実に再現し、画像拡大時に発生する不要な高周波成分（ジャギー）を除去することが可能である。

さらに、解像度補正フィルタに対し、画像出力装置のＭＴＦ特性の逆関数であるＭＴＦ補正フィルタを乗じることにより、画像拡大時に発生する不要な高周波成分の除去と、画像出力時のＭＴＦによる画質劣化の低減と、の一括処理が可能である。したがって、入力画像に忠実な画像を、より高速に出力することが可能となる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明に係る第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態においては、画像出力装置のＭＴＦ特性を該画像出力装置から直接取得し、ＭＴＦ補正フィルタを逐次算出する例を示した。第２実施形態においては、画像出力装置の種類ごとにＭＴＦ補正フィルタを予め保持しておき、画像出力装置の種類を指定することによって、ＭＴＦ特性を選択可能とすることを特徴とする。

●システム構成
図８は第２実施形態が適用される画像処理システムの構成を示すブロック図である。同図において、８１が画像処理装置、８２は画像データを記憶する画像記憶部、８３はプリンタ等の画像出力装置である。画像記憶部８２および画像出力装置８３は、例えばＵＳＢ(Universal Serial Bus)やＩＥＥＥ1394等のシリアルバスインタフェイスによって画像処理装置８１に接続されている。

画像処理装置８１において、８００は画像出力装置８３の出力解像度を取得し、該出力解像度に基づいて画像記憶部８２から入力された入力画像データを拡大する画像拡大部である。８０１は、拡大前後の入力画像データを取得し、解像度補正フィルタを算出する解像度補正フィルタ算出部である。８０２は、画像出力装置８３の種類に応じてＭＴＦ補正フィルタを選択するＭＴＦ補正フィルタ選択部である。８０３は、解像度補正フィルタ算出部８０１で算出された解像度補正フィルタと、ＭＴＦ補正フィルタ選択部８０２で選択されたＭＴＦ補正フィルタを合成するフィルタ合成部である。８０４は、フィルタ合成部８０３で合成されたフィルタを用いて、拡大された入力画像データを補正する補正フィルタ処理部である。

８０５は、画像出力装置８３の種類や出力解像度等の装置情報を、例えばユーザ指示に基づいて取得する画像出力装置情報取得部である。そして８０６は、画像出力装置８３の種類に応じて予め算出されたＭＴＦ補正フィルタを保持する、ＭＴＦ補正フィルタ保持部である。

●画像出力処理
以下、第２実施形態の画像処理装置８１における画像出力処理について、図９のフローチャートを用いて説明する。

まずＳ９０１〜Ｓ９０５で画像拡大部８００において、入力画像データの拡大処理を行う。すなわち、まずＳ９０１で画像記憶部８２より出力対象となる入力画像データを取得し、次にＳ８２で該取得した入力画像データより入力画像解像度を取得する。そしてＳ９０３で画像出力装置情報取得部８０５において、画像出力装置８３の種類を取得し、Ｓ９０４で同じく画像出力装置情報取得部８０５において、画像出力装置８３の出力解像度を取得する。画像出力装置情報取得部８０５における画像出力装置８３の情報取得処理としては、ＵＩ等を介してユーザにより選択させても良いし、画像出力装置８３から直接検出するようにしても良い。そしてＳ９０５で、入力画像解像度と出力解像度に基づいて、入力画像データに対してニアレストネイバー補間処理による画像拡大を実行する。なお、本発明における拡大処理は二アレストネイバー補間処理に限定されず、バイリニア、バイキュービック補間処理等を適用することも可能である。

次にＳ９０６で解像度補正フィルタ算出部８０１において、上記Ｓ９０１，Ｓ９０５でそれぞれ取得した拡大前後の画像データに基づいて、上述した第１実施形態のＳ５と同様に、解像度補正フィルタを算出する。

次にＳ９０７でＭＴＦ補正フィルタ選択部８０２において、Ｓ９０３で取得した画像出力装置８３の種類に応じたＭＴＦ補正フィルタを、ＭＴＦ補正フィルタ保持部８０６から選択する。なお、ＭＴＦ補正フィルタ保持部８０６に保持されているＭＴＦ補正フィルタは、画像出力装置８３の種類ごとに予め算出されているが、さらにその出力解像度ごとにＭＴＦ補正フィルタを算出し、保持しておくことも可能である。さらに、出力媒体ごとにＭＴＦ補正フィルタを算出し、保持しておくことも可能である。この場合、Ｓ９０３で画像出力装置８３の種類に加えて、使用される出力媒体の種類も取得する必要がある。

次にＳ９０８でフィルタ合成部８０３において、Ｓ９０６で算出した解像度補正フィルタと、Ｓ９０７で選択されたＭＴＦ補正フィルタを、上述した第１実施形態のＳ８と同様に合成して、合成フィルタを算出する。

次にＳ９０９で補正フィルタ処理部８０４において、Ｓ９０５で作成された拡大画像データに対し、Ｓ９０８で算出した合成フィルタを用いた補正フィルタ処理を実行し、画像データを補正する。そしてＳ９１０において、Ｓ９０９で補正された補正画像データを、画像出力装置８３に供給する。

以上説明したように第２実施形態によれば、画像出力装置の種類に応じたＭＴＦ補正フィルタを予め保持し、これを適宜選択して利用する。したがって、画像出力処理の最中にＭＴＦ補正フィルタを算出する必要がないため、上述した第１実施形態に対してさらに処理時間が短縮される。

＜その他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (7)

1. 画像出力装置の出力解像度よりも低解像度である画像データを拡大して、該画像出力装置へ出力する画像処理装置であって、
   前記画像データを前記出力解像度に応じて拡大し、拡大画像データを得る画像拡大手段と、
   前記画像データ及び前記拡大画像データそれぞれを周波数変換することで、それぞれについて周波数を示す各解像度に対するパワー値を表す周波数特性値を導出し、前記画像データから得られた前記周波数特性値を前記拡大画像データから得られた前記周波数特性値で除算することで得られた各解像度毎の除算値を、各解像度の補正値として有する解像度補正フィルタを算出する解像度補正フィルタ算出手段と、
   前記解像度補正フィルタに基づいて前記拡大画像データを補正して、補正画像データを得る解像度補正手段と、を有し、
   前記補正画像データを前記画像出力装置へ出力することを特徴とする画像処理装置。
2. さらに、前記画像出力装置のＭＴＦ特性に基づくＭＴＦ補正フィルタを取得するＭＴＦ補正フィルタの取得手段と、
   前記解像度補正フィルタに前記ＭＴＦ補正フィルタを合成するフィルタ合成手段と、を有し、
   前記解像度補正手段は、前記ＭＴＦ補正フィルタが合成された前記解像度補正フィルタに基づいて前記拡大画像データを補正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. 前記フィルタ合成手段は、前記解像度補正フィルタに前記ＭＴＦ補正フィルタを乗じることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. さらに、前記画像出力装置の種類に応じたＭＴＦ補正フィルタを保持する保持手段と、
   前記画像出力装置の種類を取得する出力装置情報取得手段と、を有し、
   前記ＭＴＦ補正フィルタの取得手段は、前記出力装置情報取得手段で取得された前記画像出力装置の種類に応じて、前記保持手段からＭＴＦ補正フィルタを選択することを特徴とする請求項２または３に記載の画像処理装置。
5. 画像出力装置の出力解像度よりも低解像度である画像データを拡大して、該画像出力装置へ出力する画像処理方法であって、
   前記画像データを前記出力解像度に応じて拡大し、拡大画像データを得る画像拡大ステップと、
   前記画像データ及び前記拡大画像データそれぞれを周波数変換することで、それぞれについて周波数を示す各解像度に対するパワー値を表す周波数特性値を導出し、前記画像データから得られた前記周波数特性値を前記拡大画像データから得られた前記周波数特性値で除算することで得られた各解像度毎の除算値を、各解像度の補正値として有する解像度補正フィルタを算出する解像度補正フィルタ算出ステップと、
   前記解像度補正フィルタに基づいて前記拡大画像データを補正して、補正画像データを得る解像度補正ステップと、を有し、
   前記補正画像データを前記画像出力装置へ出力することを特徴とする画像処理方法。
6. さらに、前記画像出力装置のＭＴＦ特性に基づくＭＴＦ補正フィルタを取得するＭＴＦ補正フィルタの取得ステップと、
   前記解像度補正フィルタに前記ＭＴＦ補正フィルタを合成するフィルタ合成ステップと、を有し、
   前記解像度補正ステップにおいては、前記ＭＴＦ補正フィルタが合成された前記解像度補正フィルタに基づいて前記拡大画像データを補正することを特徴とする請求項５に記載の画像処理方法。
7. コンピュータで実行されることにより、該コンピュータを請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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