JP5582920B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、上記のように画像の画素数から画像の解像度を検出すると、画像によっては解像度を正しく検出できない場合がある。すなわち、入力画像として、ある低解像度の画像が拡大された画像が入力される場合、入力画像の解像度は、その画素数から考えられる解像度より低いと考える方が妥当である。よって入力画像の画素数をもとに画像補正を行うと、入力画像によっては適切に処理できない。
本発明の別の画像処理装置は、動画を入力とする、入力画像で所定の間隔に位置する複数の画素の画素値の変化に基づいて、所定の間隔から決まる所定の周波数以上の信号成分が入力画像にどのくらい含まれるかを示す解像度判別信号を求める画像分析部を備えた画像処理装置であって、画像分析部は、入力画像の所定の領域内に存在する画素ごとに、その画素を基準として所定の間隔で位置する複数の画素の画素値から代表差分値を求めて出力する特徴量検出部と、所定の領域内に存在する画素ごとに求めた代表差分値から特徴量合成値を求めて出力する特徴量合成部と、特徴量合成値に対して単調非減少の関係を持つ解像度判別信号を特徴量合成値から求めて出力する解像度判別信号生成部を備え、動画を構成する画像ごとに画像分析部が求めた解像度判別信号が時系列に入力され、時系列処理後解像度判別信号を生成する時系列分析部を備えることを特徴とするものである。
図1は本発明の実施の形態1による画像処理装置の構成図である。実施の形態1による画像処理装置は入力画像D0の解像度を求める画像分析部1、求めた解像度に応じて入力画像D0を処理して出力画像D2を得る画像処理演算部2を有する。
詳細は後述するが、画像分析部1は、入力画像D0で所定の間隔に位置する複数の画素の画素値の変化に基づいて、所定の間隔から決まる所定の周波数以上の信号成分が入力画像D0にどのくらい含まれるかを示す解像度を求めるものである。
S(1)=d(u+1,v)−d(u,v)
S(2)=d(u+2,v)−d(u+1,v)
S(3)=d(u+3,v)−d(u+2,v)
水平座標1で与えられる画素に対して設定される注目画素群
水平座標2で与えられる画素に対して設定される注目画素群
水平座標3で与えられる画素に対して設定される注目画素群
水平座標4で与えられる画素に対して設定される注目画素群
水平座標5で与えられる画素に対して設定される注目画素群
水平座標8で与えられる画素に対して設定される注目画素群
水平座標9で与えられる画素に対して設定される注目画素群
水平座標10で与えられる画素に対して設定される注目画素群
水平座標9で与えられる画素に対して設定される注目画素群
以上の例では、入力画像D0の画素値の変化に、周波数の絶対値がFn程度となる正弦波で近似できる成分が多く含まれている場合、特徴量合成データD12の値は大きくなり、入力画像D0の画素値の変化に、周波数の絶対値がFnよりも低い値、例えばFn/2程度となる正弦波で近似できる成分が多く含まれている場合はあまり大きな値とならないことが示されたが、以下の考察によって、入力画像D0の画素値の変化に周波数の絶対値がFn/2程度よりも大きな値となる正弦波で近似できる成分が多く含まれるほど、特徴量合成データD12の値が大きくなることが分かる。
−π<−πβ+α<0<α<π<πβ+α<2π (1)
(1)式から、以下の(2)式が得られる。
1/2<β≦1 かつ π(1−β)<α<πβ (2)
S(x)=sin(πβ*x+α)+b*sin(πγ*x+δ) (3)
ここに、xは画素位置である。xが1違う画素は、互いに隣接する。γが十分に小さく、注目周波数の1周期ではほとんど変化しないとして、(3)式の右辺第2項を変数(−c)に置き換えると、以下のようになる。
S(x)+c=sin(πβ*x+α) (4)
なお、(3)式では1個の周波数γFnだけを示したが、低周波成分(βの数分の1程度以下の周波数すべて)の影響を変数cとして表すことができる。なお、差分量Sは画素値の1次微分に相当する量なので、低周波数であるほど、同じ振幅でも差分量Sの値は小さくなる。図6に示すようなスペクトル分布を前提としているので、βが大きくなるほど、より大きな周波数が低周波成分に含まれるようになり、変数cも大きな値を取りうることになる。
π(1−β)/2<α≦π/2で、sin(πβ+α)<c<sin(α) (5A)
π/2≦α<π(1+β)/2で、sin(−πβ+α)<c<sin(α) (5B)
代表差分値D11の値は、0に近いβに対応する周波数の影響も入るが、βが1/2よりも十分に大きい周波数の影響と比較すると、0に近いβに対応する周波数の影響の大きさはかなり小さくなる。
さらに解像度判別信号D1は特徴量合成データD12に対し単調非減少の関係があるので、解像度判別信号D1も、入力画像D0の画素値の変化に周波数の絶対値がFn/2程度以上の周波数の正弦波で近似できる成分が多く含まれるほど大きな値になる。また、入力画像D0の画素値の変化に周波数の絶対値がFn/2程度以上の周波数の正弦波で近似できる成分が多く含まれる場合、入力画像D0の周波数スペクトルは、周波数の絶対値がFn/2以上の値となる帯域まで広がっている。したがって解像度判別信号D1の値によって、入力画像D0の周波数スペクトルがどの程度の周波数帯域まで広がっているか見積もることができる。
また、注目画素群画素値データDAは4個の画素値d(u,v)、d(u+2,v)、d(u+4,v)、d(u+6,v)を有する。
さらに、差分データDBは以下の式で表される3個の差分量S(1)、S(2)、S(3)を有する。
S(1)=d(u+2,v)−d(u,v)
S(2)=d(u+4,v)−d(u+2,v)
S(3)=d(u+6,v)−d(u+4,v)
水平座標1
水平座標2
水平座標4
水平座標6
さらに、注目画素群を水平方向に並ぶ画素で構成したが、垂直方向に並べてもよく、水平方向にP画素で垂直方向にQ画素というような斜め方向に所定の間隔で配置された画素により注目画素群を構成するようにしてもよい。
また、注目画素群画素値データDAを構成するN個の画素値を注目画素に近い画素の画素値から順に1からNの整数値をとる変数jを用いてD(j)と表した場合(つまり注目画素の画素値がD(1)となり、注目画素から最も遠い画素の画素値がD(N)となる)、差分データDBはN−1個の差分量からなり、この差分量を1からN−1の整数値をとる変数kを用いてS(k)で表した場合、S(k)は以下の式で表される。
S(k)=D(k+1)−D(k)
さらに、代表差分計算部113が出力する代表差分値D11は、差分量S(k)をkの順(kが小さいまたは大きい順)に並べた場合に、所定のパターン(例えば、正の値と負の値が交互に現れる)である場合は正の値、例えば差分量S(k)の絶対値の最小値であり、それ以外の場合はゼロであればよい。
通常、自然の風景などを撮像して得られた自然画像では画素値が局所的に激しく変化することは少ないため、代表差分値D11も、画素値の上限値と下限値の差に比べればそれよりはかなり小さい値をとることの方が多い。一方、人為的に後から追加される情報、例えば文字列などは、識字性をよくするために、該当箇所では画素値の上限値と下限値の間の大きな範囲で画素値を変化させるため、画素値が局所的に激しく変化する。よって、代表差分値D11も極端に大きな値を取りやすい。
この時、入力画像D0によってその周波数スペクトルが変化しうるので、入力画像D0の周波数スペクトルの広がりを解像度判別信号D1によって推定し、その結果に応じて低周波数成分通過フィルタの周波数応答を適宜変化させることで、入力画像D0の周波数スペクトルの形状に適したノイズ処理が可能になる。
また、差分量S(k)がゼロもとりうる場合に、正またはゼロの値と負またはゼロの値が交互に並ぶことを条件に、ゼロでない代表差分値を出力するようにしてもよい。差分量Sがゼロで条件を満足する場合は、所定値の所定倍(例えば、0.5倍)を代表差分値とする。
以上のことは、他の実施の形態でも適用できる。以下の実施の形態で説明することは、その実施の形態だけでなく、他の実施の形態にも適用できる。
本発明の実施の形態2による画像処理装置が有する画像分析部の構成図を図13に示す。実施の形態1による画像処理装置と比較した場合、画像分析部1Aは、異なる特徴量計算部11Aと特徴量合成部12Aを有する。
代表輝度計算部114は、差分計算部112が出力する差分量S(k)の絶対値が、差分量S(T)において最小値をとるとすると、画素値D(T+1)と画素値D(T)のうち大きい方の値を代表輝度値DCとして出力する。なお、注目画素群画素値データDAを変更するごとに、代表輝度値DCも変更することになる。
特徴量計算部11Aからは、代表差分値D11と代表輝度値DCが出力される。
特徴量合成部12Aは代表差分値D11を重み付け加算することで特徴量合成データD12Aを求める。代表差分値D11に対する重みは、代表輝度値DCに基づいて決められる。より具体的に書くと、代表輝度値DCに対して単調非増加である関係で求められる重み係数KAを、代表差分値D11に乗じた値を加算することで、特徴量合成データD12Aを求める。
d(u,v)=DU0*DU1(u,v)*DU2 (7)
D11=DU0*(DU1(2)−DU1(3))*DU2 (8)
なお、DU1(2)は図17(A)で水平座標が2で表される点の反射率、DU1(3)は図17(A)で水平座標が3で表される点の反射率とする。
DC=DU0*DU1(2)*DU2 (9)
同じ被写体を同じ撮像装置で撮像して得た入力画像であっても、被写体を撮像した際の照明光が明るくなる場合、代表差分値D11(u,v)の値は大きな値となる。一方で、重み係数KA(u,v)は小さな値となる。
よって、代表差分値D11(u,v)と重み係数KA(u,v)の積を考えると、被写体を撮像した際の照明光が明るくなり、代表差分値D11(u,v)が大きくなったとしても、それに合わせ重み係数KA(u,v)の値は小さくなるので、両者の積は被写体を撮像した際の照明光の明るさの影響を受けにくいと考えられる。
したがって、実施の形態2で説明した方法で計算される特徴量合成データD12では、被写体を撮像した際の照明光が明るさに関係なく、同じ被写体を同じ撮像装置で撮像して得た入力画像に対しては、ほぼ同じ値を出力すると期待できる。被写体を撮像した際の照明光の明るさに関係なく、特徴量合成データD12からから入力画像D0の周波数スペクトルの広がりを判断することが可能になる。
図18は実施の形態3による画像処理装置の構成を表す図である。一般に動画はフレームに相当する複数の画像に分解できるが、実施の形態3による画像処理装置へは、入力画像D0として、上記のフレームに相当する画像が入力される。したがって、図18に示された入力画像D0は、動画の1フレーム分に相当する画像であって、入力画像D0は時間の経過によって変化する。
累積加算解像度D3を増加または減少させる場合に1フレームで変化させる量は、上限値と下限値の差分を変化するのに要する時間が視聴者にとって自然に感じられるように設定する。
動画再生装置U100はDVD−Videoフォーマットで記録された動画(以下DVD映像)とBDMVフォーマットで記録された動画(以下BD映像)を再生できる。また、動画D100の画素数は、水平方向に1920画素で垂直方向に1080画素に固定されている。
まず、解像度判別信号D1の値は時刻T2までは第1の閾値th31Aより高い値を維持しながら推移するので、累積加算解像度D3もその値を増加させていき、時刻T2よりも前の時刻T1で上限値に達する。
一方、解像度判別信号D1の値は時刻T2以降、第2の閾値th31Bより小さい値を維持しながら推移するので、時刻T2以降は累積加算解像度D3もその値を減少させていき、時刻T3で下限値に達する。
以下、画像処理演算部2は実施の形態1で説明した内容と同様の強調処理を行うとして、説明する。
水平座標がP0003で表される画素からP0004で表される画素の間は周囲の画素が持つおおよその画素値より大きく、水平座標がP0003となる点で画素値は局所的な最大値D0003を取っている。
アンダーシュートの強さとは、アンダーシュートが発生している区間の画素値の最大値とその周辺の画素値の差であり、図22の例ではD0002とD0001の差になる。アンダーシュートの幅とは、アンダーシュートが発生している区間に含まれる画素数であり、図22の例ではP0002とP0001の差になる。
実施の形態4による画像処理装置は実施の形態3による画像処理装置と同様の構成で実現する。ただし、時系列分析部3の代わりに時系列分析部3Aを用いる点が、実施の形態3による画像処理装置と異なる。図23は、実施の形態4による画像処理装置における時系列分析部3Aの構成を表す図である。
まず、履歴補正部32は、一旦、累積加算解像度D3の値が第3の閾値th41Aを上回ると累積加算解像度D3の値が第4の閾値th41Bを下回るまで履歴補正解像度D3Aの値を所定量だけ増加させる。
また、履歴補正部32は、一旦、累積加算解像度D3の値が第4の閾値th41Bを下まわると累積加算解像度D3の値が第3の閾値th41Aを上回るまで履歴補正解像度D3Aの値を所定量だけ減少させる。
なお、図24に示すように、累積加算解像度D3に関する閾値などに関して、上限値>第3の閾値th41A>第4の閾値th41B>下限値の関係がある。
ただし、図25に示す例では時刻T12(T2よりも前)で、動画再生装置U100からBD映像が出力されているにも関わらず、解像度判別信号D1の値が第2の閾値th31Bより低い値を出力したとする。このような現象は、画像分析部の性能が十分でないために誤検出が起きた場合や、BD映像中に高周波数成分の少ない画像が現れた場合(たとえば画像が徐々にフェードアウトし、画面全体が白色になった場合)などに起きる。
言い換えれば、累積加算解像度D3は、解像度判別信号D1の出力値が一時的に減少するとその影響を受け、値が減少してしまうが、履歴補正解像度D3Aは解像度判別信号D1の出力値の一時的な変化の影響を受けにくい。
11、11A 特徴量検出部
12、12A 特徴量合成部
13 解像度判別信号生成部
111 画素選択部
112 差分計算部
113 代表差分計算部
114 代表輝度計算部
2 画像処理演算部
3、3A 時系列分析部
D0 入力画像
D1 解像度判別信号
D2 出力画像
D3 累積加算解像度(時系列処理後解像度判別信号、累積加算解像度判別信号)
D3A 履歴補正解像度(時系列処理後解像度判別信号)
DA 注目画素群画素値データ
DB 差分データ
D11 代表差分値
DC 代表輝度値
D12、D12A 特徴量合成データ(特徴量合成値)
Claims (14)
- 入力画像で所定の間隔に位置する複数の画素の画素値の変化に基づいて、前記所定の間隔から決まる所定の周波数以上の信号成分が前記入力画像にどのくらい含まれるかを示す解像度判別信号を求める画像分析部を備えた画像処理装置であって、
前記画像分析部は、
前記入力画像の所定の領域内に存在する画素ごとに、その画素を基準として前記所定の間隔で位置する複数の画素の画素値から代表差分値を求めて出力する特徴量検出部と、
前記所定の領域内に存在する前記画素ごとに求めた前記代表差分値から特徴量合成値を求めて出力する特徴量合成部と、
前記特徴量合成値に対して単調非減少の関係を持つ解像度判別信号を前記特徴量合成値から求めて出力する解像度判別信号生成部を備え、
前記特徴量検出部は、
前入力画像の所定の領域内に存在する所定の画素ごとに、その画素を注目画素とし、前記注目画素を基準にして所定の方向に所定の間隔で並ぶN個の画素を注目画素群として設定し、前記注目画素群を構成するN個の画素によって与えられるN個の画素値を注目画素群画素値データとして出力する画素選択部と、
前記注目画素群画素値データを構成するN個の画素値から、隣接する2個の画素値の差であるN−1個の差分量を計算する差分計算部と、
N−1個の前記差分量の符号が所定のパターンである場合にN−1個の前記差分量の絶対値の最小値を代表差分値として出力し、それ以外の場合にゼロを代表差分値として出力する代表差分計算部を有する
ことを特徴とする画像処理装置。 - N−1個の前記差分量の符号に対する前記所定のパターンは、正の値と負の値が交互に並ぶものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記代表差分計算部は
N−1個の前記差分量の絶対値の最小値が所定のゼロ同等閾値より小さい場合は、前記代表差分値としてゼロを出力する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記代表差分計算部は
N−1個の前記差分量の絶対値の最小値が所定の上限差分値より大きい場合は、前記代表差分値として前記上限差分値を出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記特徴量検出部は、
前記注目画素群ごとに、前記注目画素群画素値データを代表する代表輝度値を求めて出力する代表輝度計算部を備え、
前記特徴量合成部は、
前記代表輝度値に対して単調非増加の関係を持つ重み係数を求め、前記代表差分値にこの重み係数を掛けて和をとって前記特徴量合成値を求めて出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記代表輝度計算部は、
前記注目画素群画素値データのうち、絶対値が最小となる前記差分量を求めた2個の画素値のうち大きい方の値を前記代表輝度として出力する
ことを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。 - 前記代表差分計算部は
N−1個の前記差分量の符号が所定のパターンである場合に、固定値を前記代表差分値として出力し、それ以外の場合にゼロを前記代表差分値として出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記差分量の絶対値が所定値よりも小さい場合に前記差分量をゼロとする
ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記解像度判別信号は、
前記入力画像の画素値の変化に、前記所定の周波数以上の信号成分が多く含まれるほど大きな値をとる
ことを特徴とする請求項1から請求項8の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記解像度判別信号に応じて処理内容を変化させて前記入力画像を処理する画像処理演算部を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項9の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 動画を入力とする、入力画像で所定の間隔に位置する複数の画素の画素値の変化に基づいて、前記所定の間隔から決まる所定の周波数以上の信号成分が前記入力画像にどのくらい含まれるかを示す解像度判別信号を求める画像分析部を備えた画像処理装置であって、
前記画像分析部は、
前記入力画像の所定の領域内に存在する画素ごとに、その画素を基準として前記所定の間隔で位置する複数の画素の画素値から代表差分値を求めて出力する特徴量検出部と、
前記所定の領域内に存在する前記画素ごとに求めた前記代表差分値から特徴量合成値を求めて出力する特徴量合成部と、
前記特徴量合成値に対して単調非減少の関係を持つ解像度判別信号を前記特徴量合成値から求めて出力する解像度判別信号生成部を備え、
前記動画を構成する画像ごとに前記画像分析部が求めた前記解像度判別信号が時系列に入力され、時系列処理後解像度判別信号を生成する時系列分析部を備える
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記時系列分析部は、所定の上限値と下限値の範囲の前記時系列処理後解像度判別信号を出力し、
第1の閾値より大きい前記解像度判別信号が入力された場合に、前記時系列処理後解像度判別信号が前記上限値よりも小さければ、前記時系列分析部は前記時系列処理後解像度判別信号を増加させ、
前記第1の閾値より小さく設定された第2の閾値より小さい前記解像度判別信号が入力された場合に、前記時系列処理後解像度判別信号が前記下限値よりも大きければ、前記時系列分析部は前記時系列処理後解像度判別信号を減少させる
ことを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。 - 前記時系列分析部は、
前記解像度判別信号が入力されて累積加算解像度判別信号を出力する累積加算部と、
前記累積加算解像度判別信号が入力され前記時系列処理後解像度判別信号を出力する履歴補正部とを備え、
前記累積加算部は、所定の第1の上限値と第1の下限値の範囲の前記累積加算解像度判別信号を出力し、
第1の閾値より大きい前記解像度判別信号が入力された場合に、前記累積加算解像度判別信号が前記第1の上限値よりも小さければ、前記累積加算部は前記累積加算解像度判別信号を増加させ、
前記第1の閾値より小さく設定された第2の閾値より小さい前記解像度判別信号が入力された場合に、前記累積加算解像度判別信号が前記第1の下限値よりも大きければ、前記累積加算部は前記累積加算解像度判別信号を減少させ、
前記履歴補正部は、所定の第2の上限値と第2の下限値の範囲の前記時系列処理後解像度判別信号を出力し、
前記第1の上限値より小さく設定された第3の閾値より大きい前記累積加算解像度判別信号が入力されてから、前記第3の閾値より小さくかつ前記第1の下限値より大きく設定された第4の閾値より小さい前記累積加算解像度判別信号が入力されるまでは、前記時系列処理後解像度判別信号が前記第2の上限値よりも小さければ、前記履歴補正部は前記時系列処理後解像度判別信号を増加させ、
前記第4の閾値より小さい前記累積加算解像度判別信号が入力されてから、前記第3の閾値より大きい前記累積加算解像度判別信号が入力されるまでは、前記時系列処理後解像度判別信号が前記第2の下限値よりも大きければ、前記履歴補正部は前記時系列処理後解像度判別信号を減少させる
ことを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。 - 前記時系列処理後解像度判別信号に応じて処理内容を変化させて前記入力画像を処理する画像処理演算部を備える
ことを特徴とする請求項11から請求項13の何れか1項に記載の画像処理装置。
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