JP5448983B2 - 解像度変換装置及び方法、走査線補間装置及び方法、並びに映像表示装置及び方法 - Google Patents
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Description
解像度変換の従来技術としては動き補償による解像度変換が知られている。この方法では、時間軸上で隣接する複数枚の画像間における画素の動きを推定し、この動き情報を基に異なる画像から画素情報を取得し補間画素を生成する。このとき、動き推定の精度により、出力結果として得られる高解像度画像の画質が変わる。
連続する複数枚の画像において、高解像度化の対象となる基準画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ後に位置する未来画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ前に位置する過去画像を入力画像とし、
動きベクトルの探索範囲を決定する探索範囲決定部と、
前記探索範囲決定部で決定された探索範囲内の動きベクトル候補と基準画像上の補間すべき画素の座標を基に、未来画像から複数の画素で構成されるブロックを該探索範囲の広さ以上に設定された所定のサイズで切り出す未来画像切り出し部と、
基準画像上の補間すべき画素に関して前記未来画像切り出し部によって切り出されたブロックと点対称の位置にあるブロックを過去画像から切り出す過去画像切り出し部と、
前記未来画像切り出し部と前記過去画像切り出し部によって切り出された2つのブロック間の非類似度を算出する非類似度算出部と、
前記非類似度算出部で算出された非類似度に基づいて求めた動きベクトル評価値を最小とする動きベクトルを出力する動き推定部と、
前記動き推定部から出力される動きベクトルに基づいて未来画像と過去画像から画素情報を取得し、該画素情報から補間画素を生成することで補間画像を生成する動き補償補間処理部と、
基準画像と前記動き補償補間処理部で生成される補間画像又はこれに基づいて生成される合成補間画像を統合して出力画像を得る統合処理部とを備え、
前記探索範囲決定部は、各画像を基準画像としたときの前記動き推定部から出力される動きベクトルに基づいて次の画像を基準画像とするときの高解像度化処理における探索範囲を決定する
ことを特徴とする。
図1はこの発明の実施の形態1の解像度変換装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の解像度変換装置100は、解像度変換の対象となる基準画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ後に位置する未来画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ前に位置する過去画像の3枚の画像を入力とし、未来画像と過去画像から取得した画素情報を基に基準画像に対して縦・横におよそ2倍のサイズの高解像度画像を出力する装置であり、未来画像切り出し部101、過去画像切り出し部102、非類似度算出部103、動き推定部104、探索範囲決定部105、動き補償補間処理部106、及び組合せ部107を備える。
この装置はテレビやモニターなどの映像表示装置、さらには、パーソナルコンピュータ上での画像処理への適用等が考えられる。
注目画素のx座標がxb、探索範囲が横方向に±n画素である場合(ただしnは正の整数)、探索範囲の左端の座標はxb−n、右端の座標はxb+nであり、探索範囲の広さは2n+1画素となる。このとき、ブロックの要求サイズは4n+1画素である。また、ブロックの左端は中心から−2n画素、右端は中心から+2n画素に位置する。動きベクトル候補のx成分がnのとき、未来画像において切り出されるブロックの中心は探索範囲の右端、すなわちxb+nである。このとき、ブロックの左端はxb−n、すなわち探索範囲の左端に位置する。過去画像において切り出されるブロックは、注目画素に関して点対称の位置にあるため、ブロックの中心がxb−n、ブロックの右端がxb+nとなる。このように、動きベクトル候補を探索範囲の端に設定した場合でも、探索範囲の両端がブロック内に収まることが分かる。
探索範囲は中心位置に対して±n画素の範囲とするため、探索範囲の広さは2n+1のように奇数となる。前述した探索範囲の広さの縦・横のサイズH、Wを奇数としたのは、このためである。
図9にサブピクセルの動き推定の場合の探索範囲の設定について例を示す。図中の白丸は画素、黒丸はサブピクセル、三角は補間すべき位置にあるサブピクセルである。これらの画素から構成される画像は過去画像、または未来画像であるとする。画素のカウントは、白丸間が1画素であり、白丸と黒丸の間(すなわち画素とサブピクセル間)が0.5画素とする。図において、探索範囲は補間すべき位置を中心として±1画素として設定され、破線で示されている。このとき、探索範囲内にある画素は6つであり、動きベクトル候補はこの6つの画素と補間すべき位置からベクトル(−0.5,−1)、(0.5,−1)、(−0.5,0)、(0.5,0)、(−0.5,1)、(0.5,1)となる。
本実施の形態では、対応づけられた2ブロックにおける画像の平坦度を算出し、その値に応じたペナルティを動き推定時に考慮する。これにより、実施の形態1の解像度変換装置よりもブロック対応誤りを低減し、更に高画質な高解像度画像を得る。
本実施の形態の解像度変換装置200は、解像度変換の対象となる基準画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ後に位置する未来画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ前に位置する過去画像の3枚の画像を入力とし、未来画像と過去画像から取得した画素情報を基に基準画像に対して縦・横におよそ2倍のサイズの高解像度画像を出力する装置であり、未来画像切り出し部101、過去画像切り出し部102、非類似度算出部103、平坦度算出部201a、平坦度算出部201b、動き推定部202、探索範囲決定部105、動き補償補間処理部106、及び組合せ部107を備える。
この装置はテレビやモニターなどの映像表示装置、さらには、パーソナルコンピュータ上での画像処理への適用等が考えられる。
平坦度Fは、例えば、式(4)により算出する。ただし、MAXは輝度値が取り得る最大値(正の値)、σはブロック内の画素の輝度値の標準偏差である。
本実施の形態では、動き補償による補間処理に加え、画像内の画素を用いた補間処理を行う。2つの補間処理によって生成された補間画素から適切な補間値を決定することによって、より高画質な高解像度画像が生成できる。
本実施の形態の解像度変換装置300は、解像度変換の対象となる基準画像、基準画像に対して時間軸上で1つ後に位置する未来画像、及び基準画像に対して時間軸上で1つ前に位置する過去画像の3枚の画像と、パラメータ信号を入力とし、未来画像と過去画像から取得した画素情報を基に基準画像に対して縦・横におよそ2倍のサイズの高解像度画像を出力する装置であり、未来画像切り出し部101、過去画像切り出し部102、非類似度算出部103、平坦度算出部201a、平坦度算出部201b、動き推定部202、探索範囲決定部105、動き補償補間処理部106、画像内補間処理部301、補間値合成部302、及び組合せ部107を備える。
この装置はテレビやモニターなどの映像表示装置、さらには、パーソナルコンピュータ上での画像処理への適用等が考えられる。
未来画像切り出し部101、過去画像切り出し部102、非類似度算出部103、平坦度算出部201a、平坦度算出部201b、動き推定部202、探索範囲決定部105、動き補償補間処理部106、及び組合せ部107の動作については実施の形態2と同様であるため、説明を省略する。
パラメータth2、th3で決められる合成条件は、パラメータth2、th3を境界値とするそれぞれの範囲における合成方法乃至は合成割合を決めるものであるとも言える。
図14はこの発明の実施の形態4の走査線補間装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の走査線補間装置500は、走査線補間を縦2倍の解像度変換と見なし、インターレース画像をプログレッシブ画像に変換する。本走査線補間装置は、基準画像、未来画像、過去画像がインターレース画像であることを除けば、実施の形態1の解像度変換装置と同じ構成であり、本実施の形態の走査線補間装置500は、解像度変換装置の一種であるとみることもできる。
以上、実施の形態1で説明した解像度変換を走査線補間に利用する例について説明したが、同様に、実施の形態2及び3で説明した解像度変換を走査線補間に利用することもできる。
図17はこの発明の実施の形態5の映像表示装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の映像表示装置400は、ユーザ指定信号と低解像度映像を入力とし、ユーザの好みに応じた画質の高解像度映像を表示する装置であり、シーン検出部401、パラメータ設定部402、解像度変換装置403、表示部404から構成される。
このように、解像度変換装置403の補間値合成部302は、パラメータ設定部402によって設定されたパラメータに基づいて、動き補償補間画像と画像内補間画像の合成条件を定める。
Claims (22)
- 連続する複数枚の画像において、高解像度化の対象となる基準画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ後に位置する未来画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ前に位置する過去画像を入力画像とし、
動きベクトルの探索範囲を決定する探索範囲決定部と、
前記探索範囲決定部で決定された探索範囲内の動きベクトル候補と基準画像上の補間すべき画素の座標を基に、未来画像から複数の画素で構成されるブロックを該探索範囲の広さ以上に設定された所定のサイズで切り出す未来画像切り出し部と、
基準画像上の補間すべき画素に関して前記未来画像切り出し部によって切り出されたブロックと点対称の位置にあるブロックを過去画像から切り出す過去画像切り出し部と、
前記未来画像切り出し部と前記過去画像切り出し部によって切り出された2つのブロック間の非類似度を算出する非類似度算出部と、
前記非類似度算出部で算出された非類似度に基づいて求めた動きベクトル評価値を最小とする動きベクトルを出力する動き推定部と、
前記動き推定部から出力される動きベクトルに基づいて未来画像と過去画像から画素情報を取得し、該画素情報から補間画素を生成することで補間画像を生成する動き補償補間処理部と、
基準画像と前記動き補償補間処理部で生成される補間画像又はこれに基づいて生成される合成補間画像を統合して出力画像を得る統合処理部とを備え、
前記探索範囲決定部は、各画像を基準画像としたときの前記動き推定部から出力される動きベクトルに基づいて次の画像を基準画像とするときの高解像度化処理における探索範囲を決定する
ことを特徴とする解像度変換装置。 - 前記探索範囲決定部は、前記動き推定部から出力される動きベクトルを中心とする所定の範囲を探索範囲とすることを特徴とする請求項1に記載の解像度変換装置。
- 前記探索範囲決定部は、基準画像上の補間すべき画素を中心とした所定の範囲を有効範囲とし、前記探索範囲から該有効範囲外の範囲を除外する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の解像度変換装置。 - 前記未来画像切り出し部は、ブロックの中心が移動する探索範囲の広さが縦h画素(ただし、hは正の整数)、横w画素(ただし、wは正の整数)の場合には、未来画像から複数の画素で構成されるブロックを縦(2×h−1)画素以上、横(2×w−1)画素以上に設定された所定のサイズで切り出すことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の解像度変換装置。
- 前記未来画像切り出し部によって切り出されたブロックの画像の平坦度を算出し、平坦度算出結果を出力する第1の平坦度算出部と、
前記過去画像切り出し部によって切り出されたブロックの画像の平坦度を算出し、平坦度算出結果を出力する第2の平坦度算出部とをさらに備え、
前記動き推定部は、前記第1の平坦度算出部と前記第2の平坦度算出部から出力される平坦度算出結果を基に決定する平坦領域ペナルティを、前記非類似度に加算することで前記動きベクトル評価値を求める
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の解像度変換装置。 - 前記動き推定部は、動きベクトルの大きさに応じた動き量ペナルティを前記非類似度に加算することで、前記動きベクトル評価値を求める
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の解像度変換装置。 - 統合処理部は、
基準画像に対して画像内の情報を基に補間画像を生成する画像内補間処理部と、
前記動き補償補間処理部で生成される補間画像と前記画像内補間処理部で生成される補間画像とを合成して、合成補間画像を生成する補間値合成部とを備え、
前記補間値合成部は、前記動き補償補間処理部で生成される補間画像と前記画像内補間処理部で生成される補間画像の、各画素の値を比較して、該比較結果に応じて、前記合成における合成割合を定める
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の解像度変換装置。 - 前記補間値合成部は、前記動き補償補間処理部で生成される補間画像と前記画像内補間処理部で生成される補間画像の、各画素の値の差分の絶対値に応じて、前記合成における合成割合を定める
ことを特徴とする請求項7に記載の解像度変換装置。 - 連続する複数枚の画像において、走査線補間の対象となる基準画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ後に位置する未来画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ前に位置する過去画像を入力画像とし、
動きベクトルの探索範囲を決定する探索範囲決定部と、
前記探索範囲決定部で決定された探索範囲内の動きベクトル候補と基準画像上の補間すべき画素の座標を基に、未来画像から複数の画素で構成されるブロックを該探索範囲の広さ以上に設定された所定のサイズで切り出す未来画像切り出し部と、
基準画像上の補間すべき画素に関して前記未来画像切り出し部によって切り出されたブロックと点対称の位置にあるブロックを過去画像から切り出す過去画像切り出し部と、
前記未来画像切り出し部と前記過去画像切り出し部によって切り出された2つのブロック間の非類似度を算出する非類似度算出部と、
前記非類似度算出部で算出された非類似度に基づいて求めた動きベクトル評価値を最小とする動きベクトルを出力する動き推定部と、
前記動き推定部から出力される動きベクトルに基づいて未来画像と過去画像から画素情報を取得し、該画素情報から補間画素を生成することで補間画像を生成する動き補償補間処理部と、
基準画像と前記動き補償補間処理部で生成される補間画像又はこれに基づいて生成される合成補間画像を統合して出力画像を得る統合処理部とを備え、
前記探索範囲決定部は、各画像を基準画像としたときの前記動き推定部から出力される動きベクトルに基づいて次の画像を基準画像とするときの走査線補間処理における探索範囲を決定する
ことを特徴とする走査線補間装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の解像度変換装置、もしくは請求項9に記載の走査線補間装置を備えた映像表示装置。
- 請求項7又は8に記載の解像度変換装置と、
入力された低解像度映像のシーンの切り替わりを検出するシーン検出部と、
ユーザ指定信号と前記シーン検出部で得られるシーン切り替わりの検出結果に基づいて解像度変換のパラメータを設定するパラメータ設定部とを備え、
前記解像度変換装置の前記補間値合成部は、前記パラメータ設定部によって設定されたパラメータに基づいて、前記動き補償補間処理部で生成される補間画像と前記画像内補間処理部で生成される補間画像の合成条件を定める
ことを特徴とする画像表示装置。 - 連続する複数枚の画像において、高解像度化の対象となる基準画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ後に位置する未来画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ前に位置する過去画像を入力画像とし、
動きベクトルの探索範囲を決定する探索範囲決定ステップと、
前記探索範囲決定ステップで決定された探索範囲内の動きベクトル候補と基準画像上の補間すべき画素の座標を基に、未来画像から複数の画素で構成されるブロックを該探索範囲の広さ以上に設定された所定のサイズで切り出す未来画像切り出しステップと、
基準画像上の補間すべき画素に関して前記未来画像切り出しステップによって切り出されたブロックと点対称の位置にあるブロックを過去画像から切り出す過去画像切り出しステップと、
前記未来画像切り出しステップと前記過去画像切り出しステップによって切り出された2つのブロック間の非類似度を算出する非類似度算出ステップと、
前記非類似度算出ステップで算出された非類似度に基づいて求めた動きベクトル評価値を最小とする動きベクトルを出力する動き推定ステップと、
前記動き推定ステップから出力される動きベクトルに基づいて未来画像と過去画像から画素情報を取得し、該画素情報から補間画素を生成することで補間画像を生成する動き補償補間処理ステップと、
基準画像と前記動き補償補間処理ステップで生成される補間画像又はこれに基づいて生成される合成補間画像を統合して出力画像を得る統合処理ステップとを備え、
前記探索範囲決定ステップは、各画像を基準画像としたときの前記動き推定ステップから出力される動きベクトルに基づいて次の画像を基準画像とするときの高解像度化処理における探索範囲を決定する
ことを特徴とする解像度変換方法。 - 前記探索範囲決定ステップは、前記動き推定ステップから出力される動きベクトルを中心とする所定の範囲を探索範囲とすることを特徴とする請求項12に記載の解像度変換方法。
- 前記探索範囲決定ステップは、基準画像上の補間すべき画素を中心とした所定の範囲を有効範囲とし、前記探索範囲から該有効範囲外の範囲を除外する
ことを特徴とする請求項12又は13に記載の解像度変換方法。 - 前記未来画像切り出しステップは、ブロックの中心が移動する探索範囲の広さが縦h画素(ただし、hは正の整数)、横w画素(ただし、wは正の整数)の場合には、未来画像から複数の画素で構成されるブロックを縦(2×h−1)画素以上、横(2×w−1)画素以上に設定された所定のサイズで切り出すことを特徴とする請求項12から14のいずれか1項に記載の解像度変換方法。
- 前記未来画像切り出しステップによって切り出されたブロックの画像の平坦度を算出し、平坦度算出結果を出力する第1の平坦度算出ステップと、
前記過去画像切り出しステップによって切り出されたブロックの画像の平坦度を算出し、平坦度算出結果を出力する第2の平坦度算出ステップとをさらに備え、
前記動き推定ステップは、前記第1の平坦度算出ステップと前記第2の平坦度算出ステップから出力される平坦度算出結果を基に決定する平坦領域ペナルティを、前記非類似度に加算することで前記動きベクトル評価値を求める
ことを特徴とする請求項12から15のいずれか1項に記載の解像度変換方法。 - 前記動き推定ステップは、動きベクトルの大きさに応じた動き量ペナルティを前記非類似度に加算することで、前記動きベクトル評価値を求める
ことを特徴とする請求項12から16のいずれか1項に記載の解像度変換方法。 - 統合処理ステップは、
基準画像に対して画像内の情報を基に補間画像を生成する画像内補間処理ステップと、
前記動き補償補間処理ステップで生成される補間画像と前記画像内補間処理ステップで生成される補間画像とを合成して、合成補間画像を生成する補間値合成ステップとを備え、
前記補間値合成ステップは、前記動き補償補間処理ステップで生成される補間画像と前記画像内補間処理ステップで生成される補間画像の、各画素の値を比較して、該比較結果に応じて、前記合成における合成割合を定める
ことを特徴とする請求項12から17のいずれか1項に記載の解像度変換方法。 - 前記補間値合成ステップは、前記動き補償補間処理ステップで生成される補間画像と前記画像内補間処理ステップで生成される補間画像の、各画素の値の差分の絶対値に応じて、前記合成における合成割合を定める
ことを特徴とする請求項18に記載の解像度変換方法。 - 連続する複数枚の画像において、走査線補間の対象となる基準画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ後に位置する未来画像と、基準画像に対して時間軸上で1つ前に位置する過去画像を入力画像とし、
動きベクトルの探索範囲を決定する探索範囲決定ステップと、
前記探索範囲決定ステップで決定された探索範囲内の動きベクトル候補と基準画像上の補間すべき画素の座標を基に、未来画像から複数の画素で構成されるブロックを該探索範囲の広さ以上に設定された所定のサイズで切り出す未来画像切り出しステップと、
基準画像上の補間すべき画素に関して前記未来画像切り出しステップによって切り出されたブロックと点対称の位置にあるブロックを過去画像から切り出す過去画像切り出しステップと、
前記未来画像切り出しステップと前記過去画像切り出しステップによって切り出された2つのブロック間の非類似度を算出する非類似度算出ステップと、
前記非類似度算出ステップで算出された非類似度に基づいて求めた動きベクトル評価値を最小とする動きベクトルを出力する動き推定ステップと、
前記動き推定ステップから出力される動きベクトルに基づいて未来画像と過去画像から画素情報を取得し、該画素情報から補間画素を生成することで補間画像を生成する動き補償補間処理ステップと、
基準画像と前記動き補償補間処理ステップで生成される補間画像又はこれに基づいて生成される合成補間画像を統合して出力画像を得る統合処理ステップとを備え、
前記探索範囲決定ステップは、各画像を基準画像としたときの前記動き推定ステップから出力される動きベクトルに基づいて次の画像を基準画像とするときの走査線補間処理における探索範囲を決定する
ことを特徴とする走査線補間方法。 - 請求項12から19のいずれか1項に記載の解像度変換方法、もしくは請求項20に記載の走査線補間方法を備えた映像表示方法。
- 請求項18又は19に記載の解像度変換方法と、
入力された低解像度映像のシーンの切り替わりを検出するシーン検出ステップと、
ユーザ指定信号と前記シーン検出ステップで得られるシーン切り替わりの検出結果に基づいて解像度変換のパラメータを設定するパラメータ設定ステップとを備え、
前記解像度変換方法の前記補間値合成ステップは、前記パラメータ設定ステップによって設定されたパラメータに基づいて、前記動き補償補間処理ステップで生成される補間画像と前記画像内補間処理ステップで生成される補間画像の合成条件を定める
ことを特徴とする画像表示方法。
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