JPH0514731A

JPH0514731A - 画像処理装置

Info

Publication number: JPH0514731A
Application number: JP3158006A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Inoue; 仁司井上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-01-22

Abstract

(57)【要約】【目的】統計的パラメータをもとに、画像信号をサンプ
リングするクロツク位相を最適化する。【構成】ビデオ信号は、水平同期信号を分離するための
同期分離回路３に入力され、位相同期回路（ＰＬＬ）４
は、同期分離回路３で分離された同期信号に基づいて、
１画素毎のタイミングを示すクロツクを再現して、信号
線１３にそのクロツクを出力する。中間タツプ付きのデ
ィレイライン６での総遅延時間は、クロツク周期と略同
一であり、中間タツプは、その間を９等分する。また、
マルチプレクサ１４は、ディレイライン６から出力され
るクロツク群の中から１つのクロツクを選択する。そし
て、アナログ−デイジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５では、
信号線１上のビデオ信号を、マルチプレクサ１４から出
力されるクロツクタイミングに従つてアナログ−デイジ
タル変換する。変換後の信号は、信号線１０に８ビツト
のデイジタル値としてメモリ１１に格納される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像信号をサンプリン
グするクロツク位相を最適化して画像処理を行なう画像
処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アナログビデオ信号をデイジ
タル化し、メモリ上へ格納する画像処理装置が一般化し
ている。これは、画像を伝送する際、ビデオ信号を利用
するのが最も簡便な手段であるからで、医療分野におい
ても、例えば、ＣＴスキヤナ等のデイジタル画像を他の
画像記録装置等の画像処理装置へ転送する際にも、簡便
であるという理由から、ビデオ信号が多用されている。
即ち、デイジタル画像をデイジタル−アナログ（Ｄ／
Ａ）変換によりアナログ信号に変換してビデオ信号の形
態で伝送し、受取り側では、このビデオ信号をアナログ
−デイジタル（Ａ／Ｄ）変換によりデイジタル化し、メ
モリ上に格納した後、画像情報として利用している。

【０００３】図１０の（ａ）は、アナログビデオ信号の
１水平期間を示したものであり、水平同期信号６１、画
像信号６２を表わす。また、同図の（ｂ）は、画像部分
である同図（ａ）の画像信号６２をアナログ−デイジタ
ル変換するために用いるクロツクであり、このクロツク
は、ビデオ信号発生側でデイジタル−アナログ変換タイ
ミングに用いたクロツクを用いるか、あるいは水平同期
信号６１から位相同期回路（ＰＬＬ）を用いて再構築さ
れたクロツクである。そして、このクロツクのタイミン
グでアナログ−デイジタル変換を行なう場合、ビデオ信
号の伝送の遅れ、波形の歪み等を考慮してクロツクの位
相を調整する必要がある。

【０００４】そこで、従来、このクロツク位相の調整
は、ビデオ信号上に特殊なテストパターン（１画素毎に
大きく変化するようなパターン）を出し、波形観測装
置、例えばシンクロスコープにてビデオ信号とクロツク
とを比較しながら、デイジタル化のための最も良好なサ
ンプリングタイミングとなるように、クロツクの位相を
調整している。あるいは、様々な位相で画像を格納し、
その画像の画質を評価することによりクロツク位相の調
整を行なつている。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来のクロツク位相の調整には、特殊なテスト画像が
必要であつたり、多くの煩雑な操作を必要とし、精度良
くかつ手軽に行なえるものではないという問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決することを目的として成されたもので、上述の課題
を解決する手段として、以下の構成を備える。即ち、限
られたレベル数を有する同一画像信号を、複数の異なる
位相を有するクロツクにて所定のデジタル画像信号に変
換する変換手段と、前記デジタル画像信号のヒストグラ
ムを算出する算出手段と、前記レベルへのヒストグラム
の集中度を示す統計的パラメータを演算する演算手段と
を備え、前記パラメータを比較することで、前記クロツ
クの位相を最適化する。

【０００７】

【作用】以上の構成において、得られた統計量をもと
に、画像信号をサンプリングするクロツク位相を最適化
するよう機能する。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明に係る好
適な実施例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施例
に係る画像処理装置（以下、装置という）の構成を示す
ブロツク図である。同図に示す装置では、信号線１上に
は、発生元（不図示）においてデイジタル信号であつた
画像をデイジタル−アナログ変換したビデオ信号が入力
される。また、信号線２からは、発生側において画像を
デイジタル−アナログ変換する際に用いたクロツク信号
が入力され、画像の１画素毎のタイミングを表わす信号
である。

【０００９】信号線１からのビデオ信号は、その信号か
ら水平同期信号を分離するための同期分離回路３に入力
され、位相同期回路（ＰＬＬ）４は、同期分離回路３で
分離された同期信号に基づいて、１画素毎のタイミング
を示すクロツクを再現して、信号線１３にそのクロツク
を出力する。尚、信号線２と信号線１３は本質的に同等
のものであり、入力されたビデオ信号をデイジタル値に
変換する際のクロツクとしては、信号線２，１３にて伝
送されるどちらのクロツクを用いても良い。

【００１０】切換えスイツチ５は、クロツクとして信号
線２，１３の何れを用いるかを選択するスイツチであ
る。また、ディレイライン（遅延線）６は中間タツプ付
きであり、このディレイラインでの総遅延時間は、信号
線２、もしくは１３のクロツクの周期と同じか、あるい
はそれより周期が長いことが望ましい。本実施例では、
このディレイラインでの総遅延時間はクロツク周期と略
同一であり、中間タツプは、その間を９等分する。尚、
信号７は、ディレイラインの出力である複数のクロツク
群である。

【００１１】マルチプレクサ１４は、ディレイライン６
から出力されるクロツク群の中から１つのクロツクを選
択する。従つて、１０入力（ＩＮ端子）に対して１本の
出力（ＯＵＴ端子から出る信号線８）がある。尚、この
クロツクの選択は、後述する制御部１２から、信号線９
を介してマルチプレクサ１４に入力される選択信号によ
り、１〜１０の選択が行なわれる。従つて、選択数をｎ
（ｎ＝１〜１０）とすると、出力８の遅延時間τは、 τ＝（ｎ−１）Ｔ／９（ｎ＝１〜１０） …（３）となる。但し、Ｔはディレイライン６での総遅延時間で
ある。

【００１２】アナログ−デイジタル（Ａ／Ｄ）変換器１
５では、信号線１上のビデオ信号を、信号線８のクロツ
クタイミングに従つてアナログ−デイジタル変換する。
変換後の信号は、信号線１０に８ビツトのデイジタル値
として出力される。また、メモリ１１には、信号線１０
を介して入力される画像データを記憶する。そして、制
御部１２はメモリ１１の内容を読みとり、それに所定の
演算を施したり、信号線群９にマルチプレクサ１４の選
択信号を出力する。尚、制御部１２は、例えば、マイク
ロコンピユータ等で構成され、不図示のメモリに格納さ
れたプログラムに従い、所定の制御を実行する。

【００１３】図２は、本実施例に係る装置で使用するビ
デオ信号波形を模式的に示すものである。同図に示すよ
うに、ビデオ信号発生側（不図示）で、信号をレベルＡ
からＢまで瞬時に立ち上げても、中継ケーブルの容量成
分、伝送路に挿入された増幅器（アンプ）の特性等の影
響により、信号受信側では立ち上がり特性が急峻になら
ない（波形２１参照）、つまり、立ち上がりがなまる。
また、図１に示した信号線２、もしくは信号線１３のク
ロツクの位相は、同期分離回路３の遅れ、伝送系等の影
響により、必ずしも信号線１上のビデオ信号の画素タイ
ミングに合致しているとはいえず、ディレイライン６の
中間タツプのいずれかを選択して位相の調整を行なわな
ければならない。

【００１４】図２の符号２２は、上記各中間タツプに対
応するアナログ−デイジタル変換のタイミングを示すも
のである。尚、本実施例に係るアナログ回路にはランダ
ムに発生するノイズもあり、メモリ１１上には８ビツト
（０〜２５５）で±２以下のランダムな誤差が表われ
る。次に、本実施例における最適なクロツク位相を見い
出す手順について詳細に説明する。ここでは、上記マル
チプレクサ１４における選択数を１〜１０に変化させな
がら、それぞれのクロツク位相で同一のビデオ画像を格
納し、以下に説明する方法にて得られるそれぞれの選択
数に対応するエントロピーＥ（選択数）をもとに、最適
なクロツク位相を求める。

【００１５】具体的には、グレイスケールという限られ
たレベル数を有するテスト画像を用いて、画像に対して
統計的処理を施す。この統計的手法としては、平均情報
量であるエントロピーを用いる。つまり、アナログ−デ
イジタル変換の際のデイジタル値の段階数をＭとし、変
換後の画像のヒストグラムＨ（ｎ）（ｎ＝０〜Ｍ−１）
より、

【数４】を求めれば、Ｐ（ｎ）は各段階の生起確率を示すものに
なる。このＰ（ｎ）を離散的確率密度分布とみなせば、
格納された画像の平均情報量、即ちエントロピーＥは、

【数５】で表わされる。例えば、４レベルのグレイスケールで、
各レベルのヒストグラムが全く同じであれば、エントロ
ピーＥ＝２［ｂｉｔ］という結果が得られる。しかし、
実際には雑音等の影響でヒストグラムの分布が拡がり、
通常はＥ≧２という結果が得られる。即ち、エントロピ
ーはヒストグラムの分布の拡がりを示すパラメータとな
り得る。

【００１６】ここでは、定まつたレベル数をもつビデオ
画像を異なる位相を有するクロツクを用いてデイジタル
化し、その分布の拡がりを示す統計量の内、分布の拡が
りが最小な値をもつて最適なクロツク位相とする。図３
は、最適なクロツク位相を見い出すための手順を示すフ
ローチヤートである。同図において、ステツプＳ１で、
最初に選択数を１に設定し、ステツプＳ２で、その設定
した選択数をマルチプレクサ１４にセツトする。

【００１７】ステツプＳ３では、その選択数に対応する
クロツク位相、つまり、図２に示すようにタツプ数に対
応するクロツク位相にてビデオ画像をアナログ−デイジ
タル変換し、それをメモリ１１に格納する。続くステツ
プＳ４で画像のヒストグラムＨ（ｎ）（ｎ＝０〜２５
５）を求め、ステツプＳ５で、下記式（６）に従つてエ
ントロピーＥ（選択数）を求める。

【００１８】

【数６】

【００１９】ステツプＳ６では、選択数が１０であるか
否かを判定し、それが１０でなければ、ステツプＳ７に
て選択数を１だけインクリメントする。そして、再びス
テツプＳ２に進み、インクリメントされた選択数をマル
チプレクサ１４にセツトする。しかし、ステツプＳ６で
の判定がＹＥＳであれば、ステツプＳ８に進み、ステツ
プＳ５にて求められた選択数１〜１０に対応するエント
ロピーの内、その値が最小となる選択数のクロツク位相
を最適なものとする。

【００２０】図４は、水平方向に３段階に変化するグレ
イスケールである画像に対して上述の処理を施し、得ら
れたエントロピーと選択数との関係をグラフ化した例で
ある。ここでは、水平方向に１ラインのみ、計５１２点
のデータを用いた。図４から明らかなように、選択数が
５のときエントロピーが最小値を示している（但し、理
想的な３レベルのエントロピー１．５８ビツトより１ビ
ツト程度上昇している。これはランダムノイズ及び各レ
ベルのサンプル数の差による）。従つて、選択数として
は５のクロツク位相が選ばれる。尚、選択数５と６とで
は、得られるエントロピーが非常に近い値を示すため、
この差はランダムノイズの影響によるものと考えられ
る。そこで、実際には、選択数５及び６の画像を目視等
により観察し、その内、良好な方を選ぶことになる。

【００２１】また、図５は、画像として４レベルのグレ
イスケールを用いた結果得られるエントロピーと選択数
との関係であり、上記３レベルのグレイスケールによる
結果と同様、選択数５と６とでは、得られるエントロピ
ーが非常に近い値を示すが、選択数が５のときエントロ
ピーが最小となる。さらに、１６レベルのグレイスケー
ルを用いると、図６に示す結果が得られ、上記３レベ
ル、あるいは４レベルのグレイスケールに比べて、選択
数５が最適であることが明確にわかる。尚、画像のレベ
ル数としては、１６程度が適当であり、この値より大き
すぎたり、あるいは小さすぎるとノイズ等の影響を受け
てヒストグラム（各レベルの生起確率密度分布）の集中
度が統計的に見い出しにくくなる。

【００２２】以上説明したように、本実施例によれば、
限られたレベル数を持つ画像を様々な位相を有するクロ
ツクにてデジタル化してメモリ上に格納し、そのヒスト
グラムの各レベルの集中度を１つの値で示す統計的パラ
メータであるエントロピーの大小を比較することによ
り、特殊なテスト画像を用いずに画像をサンプリングす
るための最適なクロツク位相を容易に求めることができ
るという効果がある。

【００２３】尚、上記実施例において、式（６）では対
数の底を２としたが、エントロピーの大小の判断に用い
るのみならば底は２に限定されず、それ以外の値でもよ
い。また、同式において、生起確率Ｐ（ｎ）の代わりに
Ｈ（ｎ）そのものを用いてもよい。さらに、メモリに格
納した画像についても全てを用いる必要はなく、ある範
囲の標本数を選択してもよい。しかし、この場合、式
（６）を適用する上では常に同じ範囲のものを用いる。
また、テスト画像としては、グレイスケールに限らず、
ある確定したレベルしか持たない画像なら他の画像でも
よい。

【００２４】＜変形例＞本発明の実施例に係る変形例に
ついて説明する。本変形例では、上述のエントロピーに
類似したものとして、ヒストグラムの集中度を統計的に
見い出すパラメータである評価値Ｃを用いる。この評価
値Ｃは、以下の式にて示されるものである。即ち、

【数７】但し、Ｈ（ｎ）は画像のヒストグラムである。上記の式
（７）にて得られるものは、各レベルの生起確率密度分
布の対数の総和である。

【００２５】そこで、図７〜図９に、上記実施例で用い
た３レベル，４レベル，１６レベルのグレイスケールに
対して評価値Ｃを求めた結果を示す。同図に示すよう
に、評価値Ｃを用いても、上記実施例におけるエントロ
ピーと略同様の結果、つまり選択数５、もしくは６のク
ロツク位相が最適であるという結果が得られる。このよ
うに評価値Ｃを用いる利点は、演算時にＰ（ｎ）を乗ず
る乗算が不要になり、演算時間が短縮できることにあ
る。

【００２６】尚、式（７）でＰ（ｎ）の代わりにＨ
（ｎ）そのものを用いても、また対数の底としてどのよ
うな値を用いても、大小の比較だけならば問題はない。
本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用し
ても、１つの機器から成る装置に適用しても良い。ま
た、本発明はシステム、あるいは装置にプログラムを供
給することによつて達成される場合にも適用できること
は言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
限られたレベル数を持つ画像信号を様々な位相でデジタ
ル化し、そのヒストグラムの分布の広がりを示す統計的
パラメータのみの比較で、画像信号をサンプリングする
最適なクロツク位相を容易に判別できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る画像処理装置の構成を示
すブロツク図、

【図２】実施例に係る装置で使用するビデオ信号波形を
模式的に示す図、

【図３】最適なクロツク位相を見い出すための手順を示
すフローチヤート、

【図４】３レベルグレイスケールのエントロピーと選択
数との関係をグラフ化した例を示す図、

【図５】４レベルグレイスケールのエントロピーと選択
数との関係をグラフ化した例を示す図、

【図６】１６レベルグレイスケールのエントロピーと選
択数との関係をグラフ化した例を示す図、

【図７】３レベルグレイスケールの評価値と選択数との
関係をグラフ化した例を示す図、

【図８】４レベルグレイスケールの評価値と選択数との
関係をグラフ化した例を示す図、

【図９】１６レベルグレイスケールの評価値と選択数と
の関係をグラフ化した例を示す図、

【図１０】アナログビデオ信号の１水平期間、及びその
画像部分をアナログ−デイジタル変換するために用いる
クロツク波形を示す図である。

【符号の説明】

３同期分離回路５切換えスイツチ１１メモリ１２制御部１５アナログ−デイジタル変換器６１水平同期信号６２画像信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】限られたレベル数を有する同一画像信号
を、複数の異なる位相を有するクロツクにて所定のデジ
タル画像信号に変換する変換手段と、前記デジタル画像信号のヒストグラムを算出する算出手
段と、前記レベルへのヒストグラムの集中度を示す統計的パラ
メータを演算する演算手段とを備え、前記パラメータを比較することで、前記クロツクの位相
を最適化することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】統計的パラメータは、ヒストグラムをＨ
（ｎ）、変換後のデジタル画像信号の段階数をＭとした
とき、【数１】にて定義されるエントロピーＥ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。
【請求項３】統計的パラメータは、ヒストグラムをＨ
（ｎ）、変換後のデジタル画像信号の段階数をＭとした
とき、【数２】にて定義される評価値Ｃ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。