WO1999064989A1 - Image processor - Google Patents

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WO1999064989A1
WO1999064989A1 PCT/JP1999/003045 JP9903045W WO9964989A1 WO 1999064989 A1 WO1999064989 A1 WO 1999064989A1 JP 9903045 W JP9903045 W JP 9903045W WO 9964989 A1 WO9964989 A1 WO 9964989A1
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WO
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pixel
image
image processing
sampling function
pixels
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Application number
PCT/JP1999/003045
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Toraichi
Kouichi Wada
Original Assignee
Fluency Research & Development Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fluency Research & Development Co., Ltd. filed Critical Fluency Research & Development Co., Ltd.
Publication of WO1999064989A1 publication Critical patent/WO1999064989A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4007Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting based on interpolation, e.g. bilinear interpolation
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/80Geometric correction

Definitions

  • the present invention relates to an image processing device that performs enlargement or reduction processing of an image composed of a plurality of pixels.
  • a case where the value of a function has a limited value other than 0 in a local region and becomes 0 in other regions is referred to as a “finite base” and described.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventionally known sampling function called a sinc function.
  • the interpolation by the sinc function is performed by the function sin ⁇ 7T f (t-k T) ⁇ /; rf (t _ k T) It can be seen that this is realized by performing a so-called convolution operation, which shifts by kT in the time axis direction and multiplies the sample value.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus capable of reducing image distortion due to an error and reducing the amount of calculation.
  • the image processing apparatus calculates the pixel positions of a plurality of pixels constituting the image after the image processing when a predetermined magnification for performing the enlargement processing or the reduction processing on the original image is specified. Later, interpolation processing for obtaining the pixel value of each of these pixels is performed by a convolution operation using a sampling function that is finitely differentiable and has a finite number of values. By using a sampling function having a finite number of values, only the pixel data corresponding to this finite number of sections is subject to interpolation calculation, so that the amount of calculation is small and no truncation error is generated. Interpolation accuracy can be obtained, and distortion of an image obtained by image processing can be reduced.
  • the pixel position calculation performed for each pixel of the image after the image processing be performed in a relative relationship to the pixel position of each pixel of the original image.
  • the relative positional relationship of each pixel becomes important. That is, the pixel position of each pixel of the image after image processing is calculated based on the relative relationship to the pixel position of each pixel of the original image, and the subsequent interpolation processing becomes possible by using the calculation result.
  • the sampling function H (t) to which the present invention is applied is represented by one F (t + 1/2) / 4 + F (, where F (t) is a third-order B-spline function. t)-F (t-1/2) / 4.
  • the third-order B-spline function F (t) described above is (4 t 2 + 1 2 t + 9) / 4 for one 3 / 2 ⁇ t ⁇ -1/2, and one l / 2 ⁇ t ⁇ l / 2 can be expressed as 1 2 t 2 + 3/2, and l / 2 ⁇ t ⁇ 3/2 as (4 t 2 _ 12 t + 9) / 4. Since the above-described sampling function operation can be performed by the piecewise polynomial according to, the operation content is relatively simple and the amount of operation can be reduced. Also, instead of using the B-spline function to represent the sampling function as described above, it can be represented by a quadratic piecewise polynomial.
  • the pixel value calculating means for performing the pixel value interpolation operation includes an interpolation target pixel extracting means, a sampling function operation means, and a convolution operation means for performing the above-described interpolation operation.
  • the interpolation target pixel extracting means extracts a plurality of pixels which are present in a predetermined range around the target pixel and which are to be subjected to the interpolation calculation.
  • the sampling function calculation means calculates the value of the sampling function H (t) for each of the plurality of pixels extracted in this way, where t is the distance between the pixel of interest and the convolution calculation means.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to an embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of an image enlargement process performed by the image processing apparatus shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the pixel value calculation unit
  • FIG. 4 is a diagram showing a range of constituent pixels of an original image extracted around a pixel of interest.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a sampling function used in the operation in the sampling function operation unit.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a distance calculation between the target pixel p and each interpolation target pixel performed by the sampling function operation unit.
  • FIG. 7 is a diagram showing a specific example of calculating the value of the sampling function at the pixel of interest corresponding to each interpolation target pixel
  • FIG. 8 is a diagram showing an outline of a modification of the image enlarging process performed by the image processing device shown in FIG. 1,
  • FIG. 9 is an explanatory diagram when the interval at which the value of the sampling function becomes 0 is changed according to the relative direction between each interpolation target pixel and the pixel of interest.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of the sinc function.
  • Enlarging or reducing an image composed of a plurality of pixels means increasing or decreasing the number of constituent pixels according to a predetermined magnification while maintaining the contour shape of the original image.
  • the feature of the present embodiment lies in that the process of increasing or decreasing is performed by an interpolation operation using a predetermined sampling function.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image processing apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied.
  • the image processing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a pixel data storage unit 10, a pixel position calculation unit 20, a pixel value calculation unit 30, and a pixel data storage unit 40.
  • the pixel data storage unit 10 stores the pixel data of each pixel constituting the original image.
  • C The pixel data includes the pixel position and the pixel value of each pixel.
  • the pixel position is address information of each pixel constituting the original image, and includes an X address along the horizontal direction and a Y address along the vertical direction.
  • the X address and the Y address may be implicitly indicated by an array of pixel values or the like in addition to the case where the X address and the Y address are explicitly specified as part of the pixel data.
  • the pixel value is a data that indicates the characteristics of each pixel, and for example, grayscale data, color data, luminance data, and the like of each pixel correspond thereto.
  • the pixel position calculation unit 20 calculates the scaling factor a when the image scaling factor a is specified. Then, the pixel positions of the pixels constituting the image obtained by the image processing are calculated based on the relative relationship with respect to the pixel positions of the pixels constituting the original image before the image processing. For example, (1) After virtually shifting the pixel position of each pixel constituting the original image so that the pixel interval becomes a times as large as the pixel interval, the image is adjusted so that the pixel interval becomes the same as the original pixel interval of the original image.
  • the pixel position of each pixel that constitutes the image after processing It is possible to calculate each pixel position by changing the interval to 1 / a times.
  • the pixel value calculation unit 30 calculates a pixel value of each pixel forming the image after the image processing by performing a predetermined interpolation process based on the pixel value of each pixel forming the original image.
  • the pixel data storage unit 40 stores the pixel value of each pixel calculated by the interpolation process and the pixel value of each pixel as pixel data after image processing.
  • the image processing device 1 of the present embodiment has such a configuration, and the operation will be described next. As described above, since a specific procedure of calculating the pixel position performed prior to the interpolation processing can be implemented in a number of modifications, each case will be described separately.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of an image enlargement process performed by the image processing apparatus 1 illustrated in FIG. FIG. 2 (a) partially shows constituent pixels of an original image in which pixel data is stored in the pixel data storage unit 10, and asterisks indicate each pixel.
  • L be the pixel interval along each of the X and Y directions.
  • the pixel position calculation unit 20 performs a process of changing the pixel position of each pixel constituting the original image according to the specified scaling factor a. For example, when the magnification ratio a is greater than 1 (in the case of the enlargement process), as shown in FIG. 2 (b), the pixel position of each pixel constituting the original image is set to a predetermined enlargement center position (see FIG. 2 In (b), the pixel located at the upper left is set as the enlargement center position), and the distance from each pixel position is changed to a times.
  • each of the constituents of the original image is After changing the pixel position of the pixel, the pixel position calculation unit 20 determines each pixel position having the same pixel interval L as the original pixel interval L as indicated by a mark in FIG. It is set as each pixel position constituting the image.
  • the pixel positions that make up the image after image processing are set with reference to the upper left pixel as in the original image, but this reference position can be set arbitrarily and is not necessarily There is no need to match any pixel location in the image.
  • the pixel value calculation unit 30 calculates the pixel value of each pixel constituting the image after the image processing by a predetermined interpolation process.
  • the pixel values of the pixels arranged at the pixel interval L are calculated by interpolation based on the pixel values of the pixels arranged at the pixel interval aL.
  • the pixel position and pixel value of each pixel calculated by the interpolation processing in this manner are stored in the pixel data storage unit 40 as pixel data of each pixel constituting the image after the image processing.
  • FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the pixel value calculation unit 30.
  • the pixel value calculation unit 30 is configured to include an interpolation target pixel extraction unit 32, a sampling function calculation unit 34, and a convolution calculation unit 36.
  • the interpolation target pixel extraction unit 32 includes, from among a plurality of pixels constituting the original image, a pixel included in a predetermined range around a pixel whose pixel value is to be calculated by the interpolation processing (hereinafter, referred to as a “pixel of interest”). Is extracted and held.
  • a pixel of interest a pixel included in a predetermined range around a pixel whose pixel value is to be calculated by the interpolation processing
  • pixel of interest one of the pixels (marked with ⁇ ) constituting the image after image processing shown in FIG. 2 (c) is set as a target pixel, and a plurality of pixels (( Those included in a predetermined range centered on the pixel of interest are selected from ( ⁇ ).
  • Figure 4 shows the range of constituent pixels of the original image extracted around the pixel of interest c .
  • the interpolation target pixel extraction unit 32 extracts pixels included in a range of two pixels before and after each pixel in the X direction and the Y direction around the pixel of interest p. Since the pixel interval of each pixel constituting the original image is set to a L by the pixel position calculating unit 20, the address in the X direction and the Y back from the pixel of interest p is from ⁇ 2 a L. The constituent pixels of the original image included in the range of 2 a L are extracted.
  • the sampling function calculation unit 34 calculates the distance between each interpolation target pixel extracted by the interpolation target pixel extraction unit 32 and the pixel of interest p, and calculates the value of the sampling function based on the calculated distance. I do.
  • the value of the sampling function is calculated for each of the 16 interpolation target pixels extracted by the interpolation target pixel extraction unit 32.
  • the convolution operation unit 36 multiplies the values of the 16 standardization functions calculated by the sampling function operation unit 34 by the pixel values of the corresponding pixels to be interpolated, and adds the results. Performs a convolution operation.
  • the interpolation value obtained by this convolution operation is the pixel value of the pixel of interest p.
  • the above-described pixel data storage unit 10 is a first data storage unit
  • a pixel position calculation unit 20 is a pixel position calculation unit
  • a pixel value calculation unit 30 is a pixel value calculation unit
  • a pixel data storage unit. 40 corresponds to the second pixel data storage means.
  • the interpolation target pixel extraction unit 32 corresponds to the interpolation target pixel extraction unit
  • the sampling function operation unit 34 corresponds to the sampling function operation unit
  • the convolution operation unit 36 corresponds to the convolution operation unit.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a sampling function used in the calculation in the sampling function calculation unit 34.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the distance calculation between the pixel of interest p and each pixel to be interpolated performed by the sampling function calculation unit 34.
  • the pixel of interest p and some of the pixels to be interpolated are shown.
  • Pi indicates the pixel value of the pixel to be interpolated arranged at coordinates, Yj).
  • the sampling function calculator 34 calculates the value at the position of the pixel of interest p for the sampling function H (t) corresponding to each pixel to be interpolated. Is calculated.
  • the convolution operation unit 30 calculates the value of each of the obtained sampling functions as the pixel of each interpolation target pixel.
  • the values ⁇ and ⁇ are multiplied, and a convolution operation is performed by adding the result of the multiplication for all of the 16 interpolation target pixels to output a pixel value ⁇ ⁇ which is an interpolation value corresponding to the target pixel ⁇ .
  • the pixel values of all the pixels constituting the image after the image processing are calculated by the interpolation calculation.
  • the image processing apparatus 1 of the present embodiment uses a finite number of functions that can be differentiated only once over the entire area as the sampling function, the pixel of each pixel constituting the image obtained by the image processing is used. The amount of calculation required to calculate the value by interpolation can be greatly reduced.
  • the sampling function used in the present embodiment is of a finite scale, there is no truncation error that occurs when the number of pixels to be subjected to the interpolation operation is reduced to a finite number in the related art.
  • an interpolation result with a small error can be obtained. For this reason, it is possible to reduce distortion generated in the shape, color, and the like of an image obtained by image processing.
  • the interval between the pixels constituting the original image is virtually widened according to the magnification of the image processing, and the image after the image processing is processed based on the pixel value of each pixel having the widened interval.
  • the pixel values of the constituent pixels were obtained by interpolation processing, the pixel values of the constituent pixels of the image after image processing may be obtained without virtually widening the intervals between the constituent pixels of the original image. Good.
  • the number of pixels in the X direction and the Y direction of the enlarged image becomes a times.
  • the interval L between pixels constituting the original image is 1 / a
  • the multiplied pixel positions may be obtained by calculation, and then the pixel values corresponding to these pixel positions may be obtained by interpolation processing.
  • FIG. 8 is a diagram showing an outline of a modification of the image enlarging process performed by the image processing apparatus 1 shown in FIG. FIG. 8 (a) partially shows constituent pixels of an original image in which pixel data is stored in the pixel data storage unit 10, and a symbol indicates each pixel. Let the pixel spacing be along each of the X and Y directions.
  • the interpolation position calculation unit 20 calculates the pixel position of each pixel constituting the image obtained by the image processing based on the pixel data of each pixel stored in the pixel data storage unit 10 .
  • the position where the dotted line in FIG. 8B intersects is the pixel position to be calculated, and the pixel position is calculated such that the adjacent intervals in the X and Y directions are L / a.
  • the pixel value calculation unit 30 calculates the pixel value of each pixel corresponding to the pixel position calculated by the interpolation position calculation unit 20 (indicated by ⁇ in FIG. 8 (c)) into each pixel constituting the original image. 'Calculate by interpolation processing using the pixel value of ((in Fig. 8 (c)).
  • the pixel The interpolation processing itself performed by the value calculation unit 30 is basically the same as the interpolation processing outlined in FIG. 2, and is realized by the configuration shown in FIG.
  • any pixel for which a pixel value is to be obtained by an interpolation operation is defined as a pixel of interest p, and a plurality of pixels included in the original image in each of the X direction and the Y direction centering on the pixel of interest P , 16 pixels included in the range of two pixels before and after are extracted as interpolation target pixels.
  • the relationship shown in Fig. 4 is applied as it is to the relationship between the pixel of interest p and the 16 interpolation target pixels, and the pixel value of the pixel of interest p is calculated by a convolution operation using the sampling function shown in Fig. 5. Is done.
  • the pixel position of each pixel constituting the image obtained by the image processing is directly calculated, and the pixel value corresponding to this pixel position is calculated by the interpolation process. Accordingly, image processing at a predetermined magnification can be performed. Since this interpolation process is performed using a finite number of functions that can be differentiated only once in the entire area as a sampling function, the amount of computation required to calculate the pixel value of each pixel can be significantly reduced. In addition, since no truncation error occurs, it is possible to prevent an image obtained by the image processing from being distorted or changed in color.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
  • a case where the original image is enlarged at a predetermined magnification is described as a specific example of the image processing.
  • a case where the original image is reduced at a predetermined magnification can be similarly considered.
  • the sampling function is a finite-level function that can be differentiated only once in the entire region.
  • the number of differentiable times may be set to two or more.
  • the interval t O at which the value of the sampling function H (t) becomes 0 is set to the same value 1 (normalized as the interval in the X and Y directions of each pixel constituting the original image). ), But may be set to the interval 2 between each of the pixels adjacent in a diagonal direction of 45 °.
  • the above sampling function can be used as it is by calculating H (t / 2).
  • the above-described interval to ′ may be set to a value b that satisfies 1 ⁇ b ⁇ 2.
  • H (t By calculating / b) the above-mentioned sampling function can be used as it is.
  • the interval t 0 at which the value of the sampling function H (t) becomes 0 may be changed according to the relative direction between each pixel constituting the original image and the interpolation target image.
  • the interval t0 is set according to the direction connecting the pixel of interest p ( ⁇ ) and each pixel to be interpolated (image). Specifically, when the angle between the direction connecting the pixel of interest p and each pixel to be interpolated and the horizontal or vertical direction is 0 ( ⁇ 45 °), the above-described interval t 0 is 1 / cos ⁇ Set to.
  • c can be used as a sampling function described above also, in the above embodiment, a sampling function with a B-spline function F (t) H (t) is defined, and the sampling function H (t) is calculated using a quadratic piecewise polynomial.
  • the pixel value of each of these pixels is obtained.
  • the interpolation process is performed by convolution using a sampling function that is finitely differentiable and has finite values.
  • a sampling function having a finite number of values only the pixel data corresponding to this finite number of sections is subjected to the interpolation calculation, so that the amount of calculation is small and no truncation error is generated. It is possible to obtain high interpolation accuracy and reduce distortion of an image obtained by image processing.

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Abstract

An image processor capable of reducing the distortion of an image due to an error and processing an image with a reduced amount of calculation. When the magnification/reduction ratio of an image is specified, a pixel position calculating unit (20) calculates, according to the specified magnification/reduction ratio, the relative position of each of the pixels constituting the image formed by image processing. A pixel value calculating unit (30) calculates the pixel values of the pixels corresponding to the respective calculated pixel positions by performing predetermined interpolation using the pixel values of the pixels of the original image contained in a predetermined area around it. The pixel value calculating unit (30) uses a sampling function differentiatable finite times and having finite values for the interpolation.

Description

明 細 書 画像処理装置 技術分野  Description Image processing equipment Technical field
本発明は、 複数の画素からなる画像の拡大あるいは縮小処理を行う画像処理装 置に関する。 なお、 本明細書においては、 関数の値が局所的な領域で 0以外の有 限の値を有し、 それ以外の領域で 0となる場合を 「有限台」 と称して説明を行う ものとする。 冃 技術  The present invention relates to an image processing device that performs enlargement or reduction processing of an image composed of a plurality of pixels. In this specification, a case where the value of a function has a limited value other than 0 in a local region and becomes 0 in other regions is referred to as a “finite base” and described. I do.冃 Technology
従来から、 画像の拡大あるいは縮小を簡単な処理によって行う方法として、 所 定間隔で同じ画素を繰り返したり間引いたりする手法が知られている。 例えば、 Conventionally, as a method of performing enlargement or reduction of an image by simple processing, a method of repeating or thinning out the same pixel at a predetermined interval has been known. For example,
X方向および Y方向のそれぞれについて、 5画素毎にこの 5画素目と同じ画素値 を有する画素を挿入することにより、 簡易的に 2 0 %の拡大画像が得られる。 反 対に、 5画素毎に 1画素を削除することにより、 簡易的に 2 5 %の縮小画像が得 られる。 しかし、 このように一定間隔で画素を挿入したり、 間引いたりした場合 には、 拡大後あるいは縮小後の画像が歪むという欠点があり、 画像の拡大や縮小 を高精度に行う場合には、 このような欠点のない補間処理を用いた手法が汎用さ れている。 By inserting a pixel having the same pixel value as the fifth pixel every 5 pixels in each of the X direction and the Y direction, a 20% enlarged image can be easily obtained. On the other hand, by deleting one pixel for every five pixels, a reduced image of 25% can be easily obtained. However, when pixels are inserted or thinned out at regular intervals in this way, there is a disadvantage that the image after enlargement or reduction is distorted. Techniques that use interpolation processing that does not have such disadvantages are widely used.
ところで、 従来から、 予め与えられた離散値間の値を求めるデータ補間方法と して、 標本化関数を用いてデータ補間を行う手法が知られている。 図 1 0は、 従 来から知られている s i n c関数と称される標本化関数の説明図である。 この s i n c関数は、 デイラックのデルタ関数を逆フーリエ変換したときに現れるもの であり、 t = 0の標本点のみで 1になり、 他の全ての標本点では 0となる。 具体 的には、 s i n e関数は、 標本化周波数を f としたときに、 ぶ (0 = ί ( … によって表される。 この ( 1 ) 式によれば、 s i n c関数による補間は、 sin { 7T f ( t - k T ) } /;r f ( t _ k T ) という関数を時間軸方向に k Tづつず らし、 標本値と掛け合わせて加える、 いわゆる畳み込み演算を行うことにより実 現されることが分かる。 By the way, conventionally, as a data interpolation method for obtaining a value between predetermined discrete values, a method of performing data interpolation using a sampling function is known. FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventionally known sampling function called a sinc function. This sinc function appears when the Fourier transform of the Dirac delta function is performed, and becomes 1 only at the sample point at t = 0, and becomes 0 at all other sample points. Specifically, when the sampling frequency is f, the sine function is (0 = ί (…. According to this equation (1), the interpolation by the sinc function is performed by the function sin {7T f (t-k T)} /; rf (t _ k T) It can be seen that this is realized by performing a so-called convolution operation, which shifts by kT in the time axis direction and multiplies the sample value.
ところで、 上述した s i n c関数を標本化関数として用いる場合には、 理論的 には—∞から +∞までの画素値に対応した各標本化関数の値を畳み込みによって 加算することにより、 正確な補間値を得ることができる。 しかし、 実際に各種の プロセッサ等によって上述した補間演算を行おうとすると、 演算量を少なくする ために所定の有限区間で処理を打ち切ることになるために、 打ち切りによる誤差 が生じ、 しかも、 少ない画素値を用いて補間演算を行った場合には充分な精度が 得られず、 拡大あるいは縮小した後の画像に歪みが生じるという問題があった。  By the way, when the above-mentioned sinc function is used as a sampling function, the value of each sampling function corresponding to the pixel value from -∞ to + ∞ is theoretically added by convolution to obtain an accurate interpolation value. Can be obtained. However, when the above-described interpolation calculation is actually performed by various processors, the processing is terminated in a predetermined finite interval in order to reduce the amount of calculation, so that an error due to the truncation occurs, and furthermore, a small number of pixel values is generated. When the interpolation operation is performed by using, there is a problem that sufficient accuracy cannot be obtained, and distortion occurs in an image after being enlarged or reduced.
発明の開示 Disclosure of the invention
本発明は、 このような点に鑑みて創作されたものであり、 その目的は、 誤差に よる画像の歪みが少なく、 しかも演算量を低減することができる画像処理装置を 提供することにある。  The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus capable of reducing image distortion due to an error and reducing the amount of calculation.
本発明の画像処理装置は、 原画像に対して拡大処理あるいは縮小処理を行う場 合の所定の倍率が指定されたときに、 画像処理後の画像を構成する複数の画素の 画素位置を算出した後に、 これらの各画素の画素値を求める補間処理を、 有限回 微分可能であって有限台の値を有する標本化関数を用いた畳み込み演算によって 行っている。 有限台の値を有する標本化関数を用いることにより、 この有限台の 区間に対応する画素データのみが補間演算の対象となるため、 演算量が少なく、 しかも打ち切り誤差が全く生じないため、 良好な補間精度を得ることができ、 画 像処理によって得られる画像の歪みを少なくすることができる。  The image processing apparatus according to the present invention calculates the pixel positions of a plurality of pixels constituting the image after the image processing when a predetermined magnification for performing the enlargement processing or the reduction processing on the original image is specified. Later, interpolation processing for obtaining the pixel value of each of these pixels is performed by a convolution operation using a sampling function that is finitely differentiable and has a finite number of values. By using a sampling function having a finite number of values, only the pixel data corresponding to this finite number of sections is subject to interpolation calculation, so that the amount of calculation is small and no truncation error is generated. Interpolation accuracy can be obtained, and distortion of an image obtained by image processing can be reduced.
また、 画像処理後の画像の各画素について行われる画素位置算出は、 原画像の 各画素の画素位置に対する相対的な関係において行うことが望ましい。 一般に、 原画像の各画素の画素値を用いて、 画像処理後の画像の各画素の画素値を補間演 算によって求めようとすると、 各画素の相対的な位置関係が重要となる。 すなわ ち、 原画像の各画素の画素位置に対する相対的な関係において画像処理後の画像 の各画素の画素位置を算出し、 この算出結果を用いることによってその後の補間 処理が可能になる。 Further, it is desirable that the pixel position calculation performed for each pixel of the image after the image processing be performed in a relative relationship to the pixel position of each pixel of the original image. In general, If an attempt is made to obtain the pixel value of each pixel of the image after image processing by interpolation using the pixel value of each pixel of the original image, the relative positional relationship of each pixel becomes important. That is, the pixel position of each pixel of the image after image processing is calculated based on the relative relationship to the pixel position of each pixel of the original image, and the subsequent interpolation processing becomes possible by using the calculation result.
また、 上述した標本化関数としては、 有限台の区間の全域にわたって 1回だけ 微分可能な関数を用いることが好ましい。 自然界に存在する各種の信号は、 滑ら かに変化しているため微分可能性が必要であると考えられるが、 その微分可能回 数は必ずしも無限回である必要はなく、 むしろ 1回だけ微分可能であれば充分に 自然現象を近似できると考えられる。  As the above-mentioned sampling function, it is preferable to use a function that can be differentiated only once over the entire area of a finite range. Various signals existing in the natural world are considered to need to be differentiable because they change smoothly, but the number of differentiable times does not have to be infinite, but rather only once. Then, it is thought that natural phenomena can be sufficiently approximated.
このように、 有限回微分可能であって有限台な標本関数を用いることにより数 々の利点があるが、 従来はこのような条件を満たす標本化関数が存在しないと考 えられていた。 ところが、 本発明者の研究によって、 上述した条件を満たす関数 が見いだされた。  As described above, there are many advantages to using a sampling function that is finitely differentiable and finite, but it has conventionally been thought that there is no sampling function that satisfies such a condition. However, the present inventor's research has found a function satisfying the above conditions.
具体的には、 本発明が適用される標本化関数 H (t ) は、 3階 Bスプライン関 数を F ( t ) としたときに、 一 F (t + 1/2) /4 + F (t) - F ( t - 1/ 2) /4で求めることができる。 この標本化関数 H (t ) は、 全域で 1回だけ微 分可能であって、 t =± 2において値が 0に収束する有限台の関数であり、 上述 した 2つの条件を満たす。 このような関数 H (t) を用いて、 各画素の中間位置 に対応した画素の画素値を求める補間演算を行うことにより、 演算量が少なく、 しかも精度の高い補間演算を行うことができる。 したがって、 画像処理を高速化 することができ、 しかも画像処理によって得られる画像の歪みを低減することが できる。  Specifically, the sampling function H (t) to which the present invention is applied is represented by one F (t + 1/2) / 4 + F (, where F (t) is a third-order B-spline function. t)-F (t-1/2) / 4. This sampling function H (t) is a finite function that can be differentiated only once in the entire region and whose value converges to 0 at t = ± 2, and satisfies the above two conditions. By using such a function H (t) to perform an interpolation operation for obtaining a pixel value of a pixel corresponding to an intermediate position of each pixel, an interpolation operation with a small amount of operation and high accuracy can be performed. Therefore, the speed of the image processing can be increased, and the distortion of the image obtained by the image processing can be reduced.
また、 上述した 3階 Bスプライン関数 F ( t ) は、 一 3/2≤t <— 1/2に ついては (4 t 2 + 1 2 t + 9) /4で、 一 l/2≤t < l/2については一 2 t 2 + 3/2で、 l/2≤t < 3/2については (4 t 2 _ 12 t + 9) /4で 表すことができ、 このような二次関数による区分多項式によって上述した標本化 関数の演算を行うことができるため、 その演算内容が比較的簡単で演算量を少な くすることができる。 また、 上述したように Bスプライン関数を用いて標本化関数を表すのではなく、 二次の区分多項式で表現することもできる。 具体的には、 一 2≤t <— 3/2に ついては (一 t 2 _ 4 t— 4) /4で、 一 3/2≤t <— 1については (3 t 2 + 8 t + 5) /4で、 一 l≤t <— l/2については ( 5 t 2 + 1 2 t + 7 ) / 4で、 一 l/2≤t < l/2については (— 7 t 2 + 4) /4で、 l/2≤t < 1については (5 t 2 - 1 2 t + 7 ) /4で、 l≤tく 3/2については (3 t 2 - 8 t + 5 ) /4で、 3/2≤t ^ 2については (― t 2 + 4 t - 4 ) /4で 定義される標本化関数を用いることにより、 上述した補間処理を行うことができ る。 The third-order B-spline function F (t) described above is (4 t 2 + 1 2 t + 9) / 4 for one 3 / 2≤t <-1/2, and one l / 2≤t < l / 2 can be expressed as 1 2 t 2 + 3/2, and l / 2≤t <3/2 as (4 t 2 _ 12 t + 9) / 4. Since the above-described sampling function operation can be performed by the piecewise polynomial according to, the operation content is relatively simple and the amount of operation can be reduced. Also, instead of using the B-spline function to represent the sampling function as described above, it can be represented by a quadratic piecewise polynomial. Specifically, (1 t 2 _ 4 t— 4) / 4 for one 2≤t <— 3/2 and (3 t 2 +8 t +5 for one 3 / 2≤t <—1 ) / 4, for one l≤t <— l / 2, (5 t 2 +12 t + 7) / 4, and for one l / 2≤t <l / 2, (— 7 t 2 +4 ) / in 4, l / 2≤t <for 1 (5 t 2 - in 1 2 t + 7) / 4 , for l≤t rather 3/2 (3 t 2 - 8 t + 5) / 4 in, for 3 / 2≤t ^ 2 is (- t 2 + 4 t - 4) / by using a sampling function is defined by 4, Ru can be performed above interpolation process.
また、 本発明において画素値の補間演算を行う画素値算出手段は、 上述した補 間演算を行うために、 補間対象画素抽出手段、 標本化関数演算手段、 畳み込み演 算手段を備えている。 補間対象画素抽出手段によって、 着目画素の周辺の所定範 囲に存在する補間演算の対象となる複数の画素が抽出される。 標本化関数演算手 段は、 このようにして抽出された複数の画素のそれそれについて、 着目画素との 間の距離を tとして標本化関数 H (t) の値を計算し、 畳み込み演算手段は、 計 算によって求められた複数の画素のそれそれに対応した各標本化関数の値と、 こ れら複数の画素の各画素値とに基づいて畳み込み演算を行って着目画素の画素値 を算出する。 このように、 抽出された複数の画素に対応して標本化関数の値を計 算し、 この結果に対して畳み込み演算を行うだけで、 着目画素の画素値を求める ことができ、 補間処理に必要な処理量を大幅に減らすことができる。 しかも上述 したように有限台の標本化関数を用いることにより打ち切り誤差がなくなるため、 画像処理された画像の歪みを防止することができる。 図面の簡単な説明  Further, in the present invention, the pixel value calculating means for performing the pixel value interpolation operation includes an interpolation target pixel extracting means, a sampling function operation means, and a convolution operation means for performing the above-described interpolation operation. The interpolation target pixel extracting means extracts a plurality of pixels which are present in a predetermined range around the target pixel and which are to be subjected to the interpolation calculation. The sampling function calculation means calculates the value of the sampling function H (t) for each of the plurality of pixels extracted in this way, where t is the distance between the pixel of interest and the convolution calculation means. Calculates the pixel value of the pixel of interest by performing a convolution operation based on the values of each sampling function corresponding to that of the plurality of pixels obtained by the calculation and each pixel value of the plurality of pixels . In this way, the pixel value of the target pixel can be obtained simply by calculating the value of the sampling function corresponding to the plurality of extracted pixels and performing a convolution operation on the result. The required processing amount can be greatly reduced. Moreover, as described above, since a truncation error is eliminated by using a finite number of sampling functions, it is possible to prevent distortion of an image that has been subjected to image processing. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 一実施形態の画像処理装置の構成を示す図、  FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to an embodiment;
図 2は、 図 1に示した画像処理装置によって行われる画像の拡大処理の概要を 示す図、  FIG. 2 is a diagram showing an outline of an image enlargement process performed by the image processing apparatus shown in FIG. 1,
図 3は、 画素値算出部の詳細な構成を示す図、  FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the pixel value calculation unit,
図 4は、 着目画素の周辺で抽出される原画像の構成画素の範囲を示す図、 図 5は、 標本化関数演算部における演算で用いられる標本化関数の説明図、 図 6は、 標本化関数演算部によって行われる着目画素 pと各補間対象画素との 距離算出の説明図、 FIG. 4 is a diagram showing a range of constituent pixels of an original image extracted around a pixel of interest. FIG. 5 is an explanatory diagram of a sampling function used in the operation in the sampling function operation unit. FIG. 6 is an explanatory diagram of a distance calculation between the target pixel p and each interpolation target pixel performed by the sampling function operation unit.
図 7は、 各補間対象画素に対応させて着目画素における標本化関数の値を計算 する具体例を示す図、  FIG. 7 is a diagram showing a specific example of calculating the value of the sampling function at the pixel of interest corresponding to each interpolation target pixel,
図 8は、 図 1に示した画像処理装置によって行われる画像の拡大処理の変形例 の概要を示す図、  FIG. 8 is a diagram showing an outline of a modification of the image enlarging process performed by the image processing device shown in FIG. 1,
図 9は、 標本化関数の値が 0となる間隔を各補間対象画素と着目画素との相対 的な方向に応じて変化させる場合の説明図、  FIG. 9 is an explanatory diagram when the interval at which the value of the sampling function becomes 0 is changed according to the relative direction between each interpolation target pixel and the pixel of interest.
図 1 0は、 s i n c関数の説明図である。  FIG. 10 is an explanatory diagram of the sinc function.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
複数の画素によって構成された画像を拡大あるいは縮小するということは、 原 画像の輪郭形状を維持した状態で構成画素数を所定の倍率にしたがって増加ある いは減少させることであり、 この画素数を増減する処理を所定の標本化関数を用 いた補間演算によって行うことに本実施形態の特徴がある。 以下、 一実施形態の 画像処理装置について、 図面を参照しながら詳細に説明する。  Enlarging or reducing an image composed of a plurality of pixels means increasing or decreasing the number of constituent pixels according to a predetermined magnification while maintaining the contour shape of the original image. The feature of the present embodiment lies in that the process of increasing or decreasing is performed by an interpolation operation using a predetermined sampling function. Hereinafter, an image processing apparatus according to an embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図 1は、 本発明を適用した一実施形態の画像処理装置の構成を示す図である。 図 1に示す画像処理装置 1は、 画素データ格納部 1 0、 画素位置算出部 2 0、 画 素値算出部 3 0、 画素データ格納部 4 0を含んで構成されている。  FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image processing apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied. The image processing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a pixel data storage unit 10, a pixel position calculation unit 20, a pixel value calculation unit 30, and a pixel data storage unit 40.
画素データ格納部 1 0は、 原画像を構成する各画素毎の画素データを格納する c 画素データには、 各画素の画素位置と画素値が含まれている。 画素位置は、 原画 像を構成する各画素のァドレス情報であり、 水平方向に沿った Xァドレスと垂直 方向に沿った Yアドレスとを含んでいる。 なお、 これらの Xアドレスと Yァドレ スは、 画素データの一部として明示的に指定される場合の他に、 画素値の配列等 によって暗示的に示される場合がある。 また、 画素値は、 各画素の特徴を示すデ 一夕であり、 例えば各画素の濃淡データ、 色データ、 輝度データ等がこれに相当 する。  The pixel data storage unit 10 stores the pixel data of each pixel constituting the original image. C The pixel data includes the pixel position and the pixel value of each pixel. The pixel position is address information of each pixel constituting the original image, and includes an X address along the horizontal direction and a Y address along the vertical direction. The X address and the Y address may be implicitly indicated by an array of pixel values or the like in addition to the case where the X address and the Y address are explicitly specified as part of the pixel data. In addition, the pixel value is a data that indicates the characteristics of each pixel, and for example, grayscale data, color data, luminance data, and the like of each pixel correspond thereto.
画素位置算出部 2 0は、 画像の拡大縮小倍率 aが指定されたときに、 この倍率 に基づいて、 画像処理前の原画像を構成する各画素の画素位置に対する相対的な 関係において、 画像処理によって得られる画像を構成する各画素の画素位置を算 出する。 例えば、 ( 1 ) 原画像を構成する各画素の画素位置を画素間隔が a倍と なるように仮想的に移動させた後に、 原画像の本来の画素間隔と同じ画素間隔と なるように、 画像処理後の画像を構成する各画素の画素位置を算出する場合や、 ( 2 ) 原画像を構成する各画素の画素位置は変更せずに、 画像処理後の画像を構 成する各画素の画素間隔を 1 / a倍に変更して各画素位置を算出する場合等が考 えられる。 The pixel position calculation unit 20 calculates the scaling factor a when the image scaling factor a is specified. Then, the pixel positions of the pixels constituting the image obtained by the image processing are calculated based on the relative relationship with respect to the pixel positions of the pixels constituting the original image before the image processing. For example, (1) After virtually shifting the pixel position of each pixel constituting the original image so that the pixel interval becomes a times as large as the pixel interval, the image is adjusted so that the pixel interval becomes the same as the original pixel interval of the original image. When calculating the pixel position of each pixel that constitutes the image after processing, or (2) without changing the pixel position of each pixel that constitutes the original image, the pixel position of each pixel that constitutes the image after image processing It is possible to calculate each pixel position by changing the interval to 1 / a times.
画素値算出部 3 0は、 原画像を構成する各画素の画素値に基づいた所定の補間 処理を行うことによって、 画像処理後の画像を構成する各画素の画素値を算出す る。 画素データ格納部 4 0は、 補間処理によって算出された各画素の画素値と、 これらの各画素の画素値とを画像処理後の画素データとして格納する。  The pixel value calculation unit 30 calculates a pixel value of each pixel forming the image after the image processing by performing a predetermined interpolation process based on the pixel value of each pixel forming the original image. The pixel data storage unit 40 stores the pixel value of each pixel calculated by the interpolation process and the pixel value of each pixel as pixel data after image processing.
本実施形態の画像処理装置 1はこのような構成を有しており、 次にその動作を 説明する。 上述したように、 補間処理に先だって行われる画素位置算出の具体的 な手順には何通りかの変形実施が考えられるため、 それぞれについて場合を分け て説明する。  The image processing device 1 of the present embodiment has such a configuration, and the operation will be described next. As described above, since a specific procedure of calculating the pixel position performed prior to the interpolation processing can be implemented in a number of modifications, each case will be described separately.
( 1 ) 原画像を構成する各画素の画素位置を画素間隔が a倍となるように仮想 的に移動させた後に、 原画像の本来の画素間隔と同じ画素間隔となるように、 画 像処理後の画像を構成する各画素の画素位置を算出する場合  (1) After virtually shifting the pixel position of each pixel constituting the original image so that the pixel interval becomes a times, the image processing is performed so that the pixel interval becomes the same as the original pixel interval of the original image. When calculating the pixel position of each pixel constituting the subsequent image
図 2は、 図 1に示した画像処理装置 1によって行われる画像の拡大処理の概要 を示す図である。 図 2 ( a ) は、 画素データ格納部 1 0に画素データが格納され た原画像の構成画素を部分的に示しており、 *印が各画素を示している。 X方向 および Y方向のそれぞれに沿った画素間隔を Lとする。  FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of an image enlargement process performed by the image processing apparatus 1 illustrated in FIG. FIG. 2 (a) partially shows constituent pixels of an original image in which pixel data is stored in the pixel data storage unit 10, and asterisks indicate each pixel. Let L be the pixel interval along each of the X and Y directions.
まず、 画素位置算出部 2 0は、 指定された拡大縮小倍率 aに応じて、 原画像を 構成する各画素の画素位置を変更する処理を行う。 例えば拡大縮小倍率 aが 1よ り大きい場合 (拡大処理の場合) を考えると、 図 2 ( b ) に示すように、 原画像 を構成する各画素の画素位置を、 所定の拡大中心位置 (図 2 ( b ) では左上に位 置する画素を拡大中心位置としている) から各画素位置までの距離が a倍になる ように変更される。 このように、 拡大縮小倍率 aに応じて、 原画像を構成する各 画素の画素位置を変更した後に、 画素位置算出部 2 0は、 図 2 ( c ) に〇印で示 したような本来の画素間隔 Lと同じ画素間隔を有する各画素位置を、 画像処理後 の画像を構成する各画素位置として設定する。 なお、 図 2 ( c ) では、 画像処理 後の画像を構成する画素位置を、 原画像と同様に、 左上の画素を基準として設定 したが、 この基準位置は任意に設定可能であり、 必ずしも原画像に含まれるいず れかの画素位置に一致させる必要はない。 First, the pixel position calculation unit 20 performs a process of changing the pixel position of each pixel constituting the original image according to the specified scaling factor a. For example, when the magnification ratio a is greater than 1 (in the case of the enlargement process), as shown in FIG. 2 (b), the pixel position of each pixel constituting the original image is set to a predetermined enlargement center position (see FIG. 2 In (b), the pixel located at the upper left is set as the enlargement center position), and the distance from each pixel position is changed to a times. In this way, each of the constituents of the original image is After changing the pixel position of the pixel, the pixel position calculation unit 20 determines each pixel position having the same pixel interval L as the original pixel interval L as indicated by a mark in FIG. It is set as each pixel position constituting the image. In Fig. 2 (c), the pixel positions that make up the image after image processing are set with reference to the upper left pixel as in the original image, but this reference position can be set arbitrarily and is not necessarily There is no need to match any pixel location in the image.
画素値算出部 3 0は、 画像処理後の画像を構成する各画素の画素値を所定の補 間処理によって算出する。 図 2 ( c ) において、 画素間隔 a Lで配置された各画 素の画素値に基づいて、 画素間隔 Lで配置された各画素の画素値が補間処理によ つて算出される。 このようにして補間処理によって算出された各画素の画素位置 と画素値が、 画像処理後の画像を構成する各画素の画素データとして画素データ 格納部 4 0に格納される。  The pixel value calculation unit 30 calculates the pixel value of each pixel constituting the image after the image processing by a predetermined interpolation process. In FIG. 2 (c), the pixel values of the pixels arranged at the pixel interval L are calculated by interpolation based on the pixel values of the pixels arranged at the pixel interval aL. The pixel position and pixel value of each pixel calculated by the interpolation processing in this manner are stored in the pixel data storage unit 40 as pixel data of each pixel constituting the image after the image processing.
次に、 上述した画像処理装置 1に含まれる画素値算出部 3 0の詳細な構成を説 明する。 図 3は、 画素値算出部 3 0の詳細な構成を示す図である。 図 3に示すよ うに、 画素値算出部 3 0は、 補間対象画素抽出部 3 2、 標本化関数演算部 3 4、 畳み込み演算部 3 6を含んで構成されている。  Next, a detailed configuration of the pixel value calculation unit 30 included in the above-described image processing apparatus 1 will be described. FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the pixel value calculation unit 30. As shown in FIG. 3, the pixel value calculation unit 30 is configured to include an interpolation target pixel extraction unit 32, a sampling function calculation unit 34, and a convolution calculation unit 36.
補間対象画素抽出部 3 2は、 原画像を構成する複数の画素の中から、 補間処理 によって画素値を算出する画素 (以後、 「着目画素」 と称する) の周辺の所定範 囲に含まれるものを抽出して保持する。 この抽出処理においては、 図 2 ( c ) に 示した画像処理後の画像を構成する各画素 (〇印) の中からいずれか一つが着目 画素に設定され、 原画像を構成する複数の画素 (誊印) の中からこの着目画素を 中心にした所定範囲に含まれるものが選択される。  The interpolation target pixel extraction unit 32 includes, from among a plurality of pixels constituting the original image, a pixel included in a predetermined range around a pixel whose pixel value is to be calculated by the interpolation processing (hereinafter, referred to as a “pixel of interest”). Is extracted and held. In this extraction process, one of the pixels (marked with 〇) constituting the image after image processing shown in FIG. 2 (c) is set as a target pixel, and a plurality of pixels (( Those included in a predetermined range centered on the pixel of interest are selected from (誊).
図 4は、 着目画素の周辺で抽出される原画像の構成画素の範囲を示す図である c 図 4に示すように、 1つの着目画素を p、 その座標を (x, y ) とすると、 補間 対象画素抽出部 3 2は、 この着目画素 pを中心にして X方向および Y方向のそれ それについて、 前後 2画素分ずつの範囲に含まれる画素を抽出する。 画素位置算 出部 2 0によって、 原画像を構成する各画素の画素間隔が a Lに設定されている ため、 着目画素 pを中心にして X方向および Y後方のァドレスが— 2 a Lから干 2 a Lの範囲に含まれる原画像の構成画素が抽出される。 したがって、 図 4の点 線の矩形領域に含まれる合計 1 6個の原画像の構成画素が補間対象画素抽出部 3 2によって抽出される。 以後、 このようにして抽出された 1 6個の画素のそれぞ れを 「補間対象画素」 を称する。 Figure 4 shows the range of constituent pixels of the original image extracted around the pixel of interest c . As shown in Figure 4, if one pixel of interest is p and its coordinates are (x, y), then The interpolation target pixel extraction unit 32 extracts pixels included in a range of two pixels before and after each pixel in the X direction and the Y direction around the pixel of interest p. Since the pixel interval of each pixel constituting the original image is set to a L by the pixel position calculating unit 20, the address in the X direction and the Y back from the pixel of interest p is from −2 a L. The constituent pixels of the original image included in the range of 2 a L are extracted. Therefore, the points in Figure 4 A total of 16 constituent pixels of the original image included in the rectangular area of the line are extracted by the interpolation target pixel extracting unit 32. Hereinafter, each of the 16 pixels extracted in this manner is referred to as an “interpolation target pixel”.
標本化関数演算部 3 4は、 補間対象画素抽出部 3 2によって抽出された各補間 対象画素と着目画素 pとの距離を計算するとともに、 この計算した距離に基づい て標本化関数の値を計算する。 補間対象画素抽出部 3 2によって抽出された 1 6 個の補間対象画素のそれぞれについて標本化関数の値が計算される。  The sampling function calculation unit 34 calculates the distance between each interpolation target pixel extracted by the interpolation target pixel extraction unit 32 and the pixel of interest p, and calculates the value of the sampling function based on the calculated distance. I do. The value of the sampling function is calculated for each of the 16 interpolation target pixels extracted by the interpolation target pixel extraction unit 32.
畳み込み演算部 3 6は、 標本化関数演算部 3 4によって演算された 1 6個の標 本化関数の値に、 それそれに対応する補間対象画素の画素値を乗算し、 その結果 を加算することにより畳み込み演算を行う。 この畳み込み演算によって得られる 補間値が、 着目画素 pの画素値となる。  The convolution operation unit 36 multiplies the values of the 16 standardization functions calculated by the sampling function operation unit 34 by the pixel values of the corresponding pixels to be interpolated, and adds the results. Performs a convolution operation. The interpolation value obtained by this convolution operation is the pixel value of the pixel of interest p.
上述した画素データ格納部 1 0が第 1のデータ格納手段に、 画素位置算出部 2 0が画素位置算出手段に、 画素値算出部 3 0が画素値算出手段に、 画素デ一夕格 納部 4 0が第 2の画素データ格納手段にそれぞれ対応する。 また、 補間対象画素 抽出部 3 2が補間対象画素抽出手段に、 標本化関数演算部 3 4が標本化関数演算 手段に、 畳み込み演算部 3 6が畳み込み演算手段にそれぞれ対応する。  The above-described pixel data storage unit 10 is a first data storage unit, a pixel position calculation unit 20 is a pixel position calculation unit, a pixel value calculation unit 30 is a pixel value calculation unit, and a pixel data storage unit. 40 corresponds to the second pixel data storage means. The interpolation target pixel extraction unit 32 corresponds to the interpolation target pixel extraction unit, the sampling function operation unit 34 corresponds to the sampling function operation unit, and the convolution operation unit 36 corresponds to the convolution operation unit.
次に、 上述した画素値算出部 3 0によって行われる補間処理の詳細を説明する c 図 5は、 標本化関数演算部 3 4における演算で用いられる標本化関数の説明図で ある。 図 5に示す標本化関数 H ( t ) は、 微分可能性に着目した有限台の関数で あり、 例えば全域において 1回だけ微分可能であって、 横軸に沿った標本位置 t が— 2から + 2のときに 0以外の有限な値を有する有限台の関数である。 また、 H ( t ) は標本化関数であるため、 t = 0の標本点でのみ 1になり、 t = ± l, ± 2の標本点において 0になるという特徴を有する。  Next, details of the interpolation processing performed by the above-described pixel value calculation unit 30 will be described. C FIG. 5 is an explanatory diagram of a sampling function used in the calculation in the sampling function calculation unit 34. The sampling function H (t) shown in Fig. 5 is a finite function focusing on differentiability.For example, it is differentiable only once in the entire region, and the sampling position t along the horizontal axis is It is a finite function with a finite non-zero value when +2. Since H (t) is a sampling function, it has the characteristic that it becomes 1 only at the sample point of t = 0, and becomes 0 at the sample points of t = ± l, ± 2.
上述した各種の条件 (標本化関数、 1回だけ微分可能、 有限台) を満たす関数 H ( t ) が存在することが本発明者の研究により確かめられている。 具体的には、 このような標本化関数 H ( t ) は、 3階 Bスプライン関数を F ( t ) としたとき に、  It has been confirmed by the inventor's research that there exists a function H (t) that satisfies the above-described various conditions (sampling function, one-time differentiable, finite table). Specifically, such a sampling function H (t) is expressed as follows, where F (t) is the third-order B-spline function.
H ( t ) = - F ( t + 1 / 2 ) / 4 + F ( t ) - F ( t - 1  H (t) =-F (t + 1/2) / 4 + F (t)-F (t-1
で定義することができる。 ここで、 3階 Bスプライン関数 F ( t ) は、 Can be defined as Where the third-order B-spline function F (t) is
( 4 t 2 + 12 t + 9 ) /4 — 3/2≤t<— 1/ (4 t 2 + 12 t + 9) / 4 — 3 / 2≤t <— 1 /
- 2 t 2 +3/2 - l/2≤t< l/2 -2 t 2 +3/2-l / 2≤t <l / 2
( 4 t 2 - 12 t + 9 ) /4 1 /2≤ t < (4 t 2 - 12 t + 9) / 4 1 / 2≤ t <
で表される。 It is represented by
上述した標本化関数 H ( t ) は、 二次の区分多項式であり、 3階 Bスプライン 関数 F ( t ) を用いているため、 全域で 1回だけの微分可能性が保証される有限 台の関数となっている。 また、 t=± l, ±2において 0となる。  The sampling function H (t) described above is a quadratic piecewise polynomial and uses the third-order B-spline function F (t). Function. Also, it becomes 0 at t = ± l, ± 2.
このように、 上述した関数 H (t ) は、 標本化関数であって、 全域において 1 回だけ微分可能であり、 しかも t = ± 2において 0に収束する有限台の関数であ る。 したがって、 この標本化関数 H (t ) を用いて各補間対象画素の画素値に基 づく重ね合わせを行うことにより、 原画像の各画素の間に存在する着目画素の画 素値を 1回だけ微分可能な関数を用いて補間することができる。  Thus, the above-mentioned function H (t) is a sampling function, which is differentiable only once in the whole range, and is a finite function converging to 0 at t = ± 2. Therefore, by performing superimposition based on the pixel value of each interpolation target pixel using this sampling function H (t), the pixel value of the pixel of interest existing between each pixel of the original image is obtained only once. Interpolation can be performed using a differentiable function.
図 6は、 標本化関数演算部 34によって行われる着目画素 pと各補間対象画素 との距離算出の説明図であり、 着目画素 pと一部の補間対象画素が示されている 図 6において、 Pi, は座標 , Yj ) に配置された補間対象画素の画素値 を示している。 例えば、 補間対象画素 pの画素位置の座標を X = X i + 2 + 0. 5、 Y = Y.j + 2 + 0. 2とする。 FIG. 6 is an explanatory diagram of the distance calculation between the pixel of interest p and each pixel to be interpolated performed by the sampling function calculation unit 34. In FIG. 6, the pixel of interest p and some of the pixels to be interpolated are shown. Pi, indicates the pixel value of the pixel to be interpolated arranged at coordinates, Yj). For example, the coordinates of the pixel position of the pixel p to be interpolated are X = Xi + 2 + 0.5, and Y = Y.j + 2 + 0.2.
座標 (Xi + 2 , Yj + . ) にある補間対象画素と着目画素 pとの距離 t 1を計算 する場合には、 標本化関数演算部 34は、 これら 2つの画素位置の X座標の差△ Xと Y座標の差 ΔΥを求めてこれらの値に基づいて距離 t 1を計算する。 座標 (Xi + 2 , Υο + ι ) にある補間対象画素の場合には、 ΔΧ =— 0. 5、 Δ Υ = - 1. 2となるため、 距離 t 1は、 When calculating the distance t1 between the pixel to be interpolated at the coordinates (Xi + 2 , Yj + .) And the pixel of interest p, the sampling function calculator 34 calculates the difference between the X coordinates of these two pixel positions. Δ The difference between X and Y coordinates ΔΥ is obtained, and the distance t 1 is calculated based on these values. In the case of the pixel to be interpolated at the coordinates (Xi + 2 , Υο + ι), ΔΧ = — 0.5, Δ 1. = -1.2, so the distance t 1 is
t 1= (0. 5) 2 + (1. 2) 2 } t 1 = (0.5) 2 + (1.2) 2 }
= 1. 3  = 1.3
となる。 なお、 補間対象画素の X方向と Y方向の間隔 aLをともに正規化して 1 とした。 Becomes Note that the distance aL between the X and Y directions of the pixel to be interpolated was both normalized and set to 1.
同様に、 座標 (Xi + 2 , Yj + 2 ) にある補間対象画素と着目画素 pとの距離 t 2を計算する場合には、 標本化関数演算部 34は、 これら 2つの画素位置の X座 標の差 ΔΧ ( =— 0. 5) と Y座標の差 ΔΥ ( =— 0. 2 ) を求める。 これらの 値に基づいて、 距離 t 2は、 Similarly, when calculating the distance t2 between the pixel to be interpolated at the coordinates (Xi + 2 , Yj + 2 ) and the pixel of interest p, the sampling function calculation unit 34 calculates the X seat Find the difference Δ 標 (= — 0.5) of the target and the difference ΔΥ (= — 0.2) of the Y coordinate. Based on these values, the distance t 2 is
t 2 { (― 0. 5 ) 2 + (- 0. 2 ) 2 } t 2 {(― 0.5) 2 + (-0.2) 2 }
= 0. 539  = 0.539
となる。 Becomes
各補間対象画素と着目画素 pとの間の距離が求まると、 次に標本化関数演算部 34は、 各補間対象画素に対応する標本化関数 H (t ) について、 着目画素 pの 位置における値を計算する。 図 7に示すように、 上述した座標 (Xi + 2 , Yj + i ) にある補間対象画素については、 着目画素 pまでの距離 t = t 1 (= 1. 3) を代入して標本化関数の値 H ( 1. 3) を計算する。 同様に、 上述した座標 (X 1 + 2 , Yj + 2 ) にある補間対象画素については、 着目画素 pまでの距離 t = t 2 (= 0. 539 ) を代入して標本化関するの値 H ( 0. 539 ) を計算する。 各補間対象画素に対応する標本化関数 H (t ) について、 着目画素 pの位置に おける値が求まると、 畳み込み演算部 30は、 求まったそれぞれの標本化関数の 値に各補間対象画素の画素値 Ρχ,γ を乗算し、 この乗算結果を 1 6個の補間対象 画素の全てについて加算することにより畳み込み演算を行って、 着目画素 ρに対 応する補間値である画素値 Ρを出力する。 同様にして、 画像処理後の画像を構成 する全ての画素の画素値が補間演算によって算出される。 Once the distance between each pixel to be interpolated and the pixel of interest p is determined, the sampling function calculator 34 calculates the value at the position of the pixel of interest p for the sampling function H (t) corresponding to each pixel to be interpolated. Is calculated. As shown in Fig. 7, the interpolation target pixel at the coordinates (Xi + 2 , Yj + i) described above is sampled by substituting the distance t = t1 (= 1.3) to the target pixel p. Calculate the function value H (1.3). Similarly, for the pixel to be interpolated at the coordinates (X 1 +2 , Yj + 2 ) described above, the distance t to the pixel of interest t = t 2 (= 0.539) is substituted into the value H for sampling. (0.539) is calculated. When the value at the position of the pixel of interest p is determined for the sampling function H (t) corresponding to each interpolation target pixel, the convolution operation unit 30 calculates the value of each of the obtained sampling functions as the pixel of each interpolation target pixel. The values Ρχ and γ are multiplied, and a convolution operation is performed by adding the result of the multiplication for all of the 16 interpolation target pixels to output a pixel value あ る which is an interpolation value corresponding to the target pixel ρ. Similarly, the pixel values of all the pixels constituting the image after the image processing are calculated by the interpolation calculation.
このように、 本実施形態の画像処理装置 1は、 標本化関数として全域で 1回だ け微分可能な有限台の関数を用いているため、 画像処理によって得られる画像を 構成する各画素の画素値を補間処理によって算出する際に必要な演算量を大幅に 減らすことができる。  As described above, since the image processing apparatus 1 of the present embodiment uses a finite number of functions that can be differentiated only once over the entire area as the sampling function, the pixel of each pixel constituting the image obtained by the image processing is used. The amount of calculation required to calculate the value by interpolation can be greatly reduced.
特に、 画像処理後の各画素の画素値を算出する際に、 合計 1 6個の補間対象画 素の画素値のみを考慮すればよいために演算量を減らすことができることに加え、 標本化関数が簡単な二次の区分多項式によって表現されているため、 簡単な積和 演算により標本化関数の値を求めることができ、 この点からもさらに演算量を減 らすことができる。  In particular, when calculating the pixel value of each pixel after image processing, only the pixel values of a total of 16 pixels to be interpolated need to be considered, so that the amount of calculation can be reduced. Since is represented by a simple quadratic piecewise polynomial, the value of the sampling function can be obtained by a simple multiply-accumulate operation, and the amount of operation can be further reduced from this point.
また、 本実施形態で用いた標本化関数は有限台であるため、 従来であれば補間 演算の対象とする画素の数を有限個に減らしたときに生じる打ち切り誤差がなく、 折り返し歪みの発生を防止して、 誤差の少ない補間結果を得ることができる。 こ のため、 画像処理によって得られる画像の形状や色合い等に生じる歪みを低減す ることができる。 In addition, since the sampling function used in the present embodiment is of a finite scale, there is no truncation error that occurs when the number of pixels to be subjected to the interpolation operation is reduced to a finite number in the related art. By preventing the occurrence of aliasing, an interpolation result with a small error can be obtained. For this reason, it is possible to reduce distortion generated in the shape, color, and the like of an image obtained by image processing.
( 2 ) 原画像を構成する各画素の画素位置は変更せずに、 画像処理後の画像を 構成する各画素の画素間隔を 1 / a倍に変更して各画素位置を算出する場合  (2) When calculating the pixel position by changing the pixel interval of each pixel constituting the image after image processing to 1 / a times without changing the pixel position of each pixel constituting the original image
上述した実施形態の説明では、 画像処理の倍率に応じて原画像を構成する各画 素の間隔を仮想的に広げ、 この間隔を広げた各画素の画素値に基づいて画像処理 後の画像を構成する各画素の画素値を補間処理によって求めたが、 原画像を構成 する各画素の間隔を仮想的に広げることなく画像処理後の画像を構成する各画素 の画素値を求めるようにしてもよい。  In the description of the above-described embodiment, the interval between the pixels constituting the original image is virtually widened according to the magnification of the image processing, and the image after the image processing is processed based on the pixel value of each pixel having the widened interval. Although the pixel values of the constituent pixels were obtained by interpolation processing, the pixel values of the constituent pixels of the image after image processing may be obtained without virtually widening the intervals between the constituent pixels of the original image. Good.
例えば、 原画像を a倍に拡大する場合には、 拡大画像の X方向および Y方向の それぞれの画素数が a倍になる。 ある原画像を a倍に拡大して X方向および Y方 向のそれぞれの画素数が a倍となった拡大画像を得るには、 まず原画像を構成す る各画素の間隔 Lを 1 / a倍した画素位置を計算によって求め、 次にこれらの画 素位置に対応する画素値を補間処理によって求めればよい。  For example, when the original image is enlarged by a times, the number of pixels in the X direction and the Y direction of the enlarged image becomes a times. To obtain a magnified image in which the number of pixels in each of the X and Y directions is a times larger by enlarging a certain original image by a times, first, the interval L between pixels constituting the original image is 1 / a The multiplied pixel positions may be obtained by calculation, and then the pixel values corresponding to these pixel positions may be obtained by interpolation processing.
以下、 画像処理によって得られる画像を構成する各画素の画素値を補間処理に よって算出する変形例について説明する。 図 8は、 図 1に示した画像処理装置 1 によって行われる画像の拡大処理の変形例の概要を示す図である。 図 8 ( a ) は、 画素データ格納部 1 0に画素データが格納された原画像の構成画素を部分的に示 しており、 ·印が各画素を示している。 X方向および Y方向のそれぞれに沿った 画素間隔をしとする。  Hereinafter, a description will be given of a modification in which the pixel value of each pixel constituting the image obtained by the image processing is calculated by the interpolation processing. FIG. 8 is a diagram showing an outline of a modification of the image enlarging process performed by the image processing apparatus 1 shown in FIG. FIG. 8 (a) partially shows constituent pixels of an original image in which pixel data is stored in the pixel data storage unit 10, and a symbol indicates each pixel. Let the pixel spacing be along each of the X and Y directions.
まず、 補間位置算出部 2 0は、 画素データ格納部 1 0に格納された各画素の画 素デ一夕に基づいて、 画像処理によって得られる画像を構成する各画素の画素位 置を算出する。 図 8 ( b ) の点線が交差する位置が算出対象となる画素位置であ り、 X方向および Y方向のそれぞれの隣接間隔が L / aとなるような画素位置が 算出される。  First, the interpolation position calculation unit 20 calculates the pixel position of each pixel constituting the image obtained by the image processing based on the pixel data of each pixel stored in the pixel data storage unit 10 . The position where the dotted line in FIG. 8B intersects is the pixel position to be calculated, and the pixel position is calculated such that the adjacent intervals in the X and Y directions are L / a.
次に、 画素値算出部 3 0は、 補間位置算出部 2 0によって算出された画素位置 に対応する各画素の画素値 (図 8 ( c ) の〇印) を、 原画像を構成する各画素' (図 8 ( c ) の ·印) の画素値を用いて補間処理によって算出する。 なお、 画素 値算出部 3 0によって行われる補間処理自体は、 図 2に概要を示した補間処理と 基本的に同じであり、 図 3に示した構成によって実現される。 すなわち、 補間演 算によって画素値を求めようとするいずれかの画素を着目画素 pとし、 この着目 画素 Pを中心にして X方向および Y方向のそれぞれについて、 原画像に含まれる 複数の画素の中から前後 2画素分ずつの範囲に含まれる 1 6個の画素が補間対象 画素として抽出される。 これらの着目画素 pと 1 6個の補間対象画素の関係は、 図 4に示した関係がそのまま適用され、 着目画素 pの画素値が図 5に示した標本 化関数を用いた畳み込み演算によって算出される。 Next, the pixel value calculation unit 30 calculates the pixel value of each pixel corresponding to the pixel position calculated by the interpolation position calculation unit 20 (indicated by 〇 in FIG. 8 (c)) into each pixel constituting the original image. 'Calculate by interpolation processing using the pixel value of ((in Fig. 8 (c)). The pixel The interpolation processing itself performed by the value calculation unit 30 is basically the same as the interpolation processing outlined in FIG. 2, and is realized by the configuration shown in FIG. That is, any pixel for which a pixel value is to be obtained by an interpolation operation is defined as a pixel of interest p, and a plurality of pixels included in the original image in each of the X direction and the Y direction centering on the pixel of interest P , 16 pixels included in the range of two pixels before and after are extracted as interpolation target pixels. The relationship shown in Fig. 4 is applied as it is to the relationship between the pixel of interest p and the 16 interpolation target pixels, and the pixel value of the pixel of interest p is calculated by a convolution operation using the sampling function shown in Fig. 5. Is done.
このように、 原画像の画素間隔を変えずに、 画像処理によって得られる画像を 構成する各画素の画素位置を直接計算によって求め、 この画素位置に対応する画 素値を補間処理によって算出することによつても所定倍率の画像処理を行うこと ができる。 この補間処理は、 標本化関数として全域で 1回だけ微分可能な有限台 の関数を用いて行われるため、 各画素の画素値を算出する際に必要な演算量を大 幅に減らすことができ、 しかも打ち切り誤差が生じないため画像処理によって得 られる画像に歪みや色の変化等が生じることを防止することができる。  Thus, without changing the pixel interval of the original image, the pixel position of each pixel constituting the image obtained by the image processing is directly calculated, and the pixel value corresponding to this pixel position is calculated by the interpolation process. Accordingly, image processing at a predetermined magnification can be performed. Since this interpolation process is performed using a finite number of functions that can be differentiated only once in the entire area as a sampling function, the amount of computation required to calculate the pixel value of each pixel can be significantly reduced. In addition, since no truncation error occurs, it is possible to prevent an image obtained by the image processing from being distorted or changed in color.
なお、 本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、 本発明の要旨の範囲 内で種々の変形実施が可能である。 例えば、 上述した実施形態では、 画像処理の 具体例として原画像を所定の倍率で拡大する場合を説明したが、 原画像を所定の 倍率で縮小する場合も同様に考えることができる。  Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a case where the original image is enlarged at a predetermined magnification is described as a specific example of the image processing. However, a case where the original image is reduced at a predetermined magnification can be similarly considered.
また、 上述した実施形態では、 標本化関数を全域で 1回だけ微分可能な有限台 の関数としたが、 微分可能回数を 2回以上に設定してもよい。 また、 図 5に示す ように、 本実施形態の標本化関数は、 t = ± 2で 0に収束するようにしたが、 t = ± 3以上で 0に収束するようにしてもよい。  Further, in the above-described embodiment, the sampling function is a finite-level function that can be differentiated only once in the entire region. However, the number of differentiable times may be set to two or more. Further, as shown in FIG. 5, the sampling function of the present embodiment converges to 0 at t = ± 2, but may converge to 0 at t = ± 3 or more.
また、 上述した各実施形態では、 標本化関数 H ( t ) の値が 0になる間隔 t O を、 原画像を構成する各画素の X方向および Y方向の間隔と同じ値 1 (正規化し た場合) に設定したが、 4 5 ° 斜め方向に隣接する各画素の間隔 2に設定する ようにしてもよい。 この場合には、 H ( t / 2 ) を計算することにより、 上述 した標本化関数をそのまま用いることができる。 あるいは、 上述した間隔 t o'を、 1く b < 2を満たす値 bに設定するようにしてもよい。 この場合には、 H ( t /b) を計算することにより、 上述した標本化関数をそのまま用いることができ る。 In each of the above-described embodiments, the interval t O at which the value of the sampling function H (t) becomes 0 is set to the same value 1 (normalized as the interval in the X and Y directions of each pixel constituting the original image). ), But may be set to the interval 2 between each of the pixels adjacent in a diagonal direction of 45 °. In this case, the above sampling function can be used as it is by calculating H (t / 2). Alternatively, the above-described interval to ′ may be set to a value b that satisfies 1 <b <2. In this case, H (t By calculating / b), the above-mentioned sampling function can be used as it is.
また、 標本化関数 H ( t ) の値が 0となる間隔 t 0を、 原画像を構成する各画 素と補間対象画との相対的な方向に応じて変化させるようにしてもよい。 例えば、 図 9に示すように、 着目画素 p (〇印) と各補間対象画素 (像印) とを結んだ方 向に応じて間隔 t 0を設定する。 具体的には、 着目画素 pと各補間対象画素とを 結んだ方向と水平方向あるいは垂直方向とのなす角を 0 (^45 ° ) としたとき に、 上述した間隔 t 0を 1 /cos Θに設定する。 この場合には、 H (t xcos Θ) を計算することにより、 上述した標本化関数をそのまま用いることができる c また、 上述した実施形態では、 Bスプライン関数 F (t ) を用いて標本化関数 H (t ) を定義したが、 二次の区分多項式を用いて標本化関数 H ( t ) を、 Further, the interval t 0 at which the value of the sampling function H (t) becomes 0 may be changed according to the relative direction between each pixel constituting the original image and the interpolation target image. For example, as shown in FIG. 9, the interval t0 is set according to the direction connecting the pixel of interest p (〇) and each pixel to be interpolated (image). Specifically, when the angle between the direction connecting the pixel of interest p and each pixel to be interpolated and the horizontal or vertical direction is 0 (^ 45 °), the above-described interval t 0 is 1 / cos Θ Set to. In this case, by calculating H (t xcos Θ), c can be used as a sampling function described above also, in the above embodiment, a sampling function with a B-spline function F (t) H (t) is defined, and the sampling function H (t) is calculated using a quadratic piecewise polynomial.
(- t 2 - 4 t - 4 ) /4 - 2≤t <- 3/2 (-t 2-4 t-4) / 4-2≤t <-3/2
( 3 t 2 + 8 t + 5 ) /4 — 3/2≤ t <— 1 (3 t 2 + 8 t + 5) / 4 — 3 / 2≤ t <— 1
( 5 t 2 + 1 2 t + 7) /4 - 1≤ t <- 1/2 (5 t 2 + 1 2 t + 7) / 4-1≤ t <-1/2
(- 7 t 2 + 4 ) /4 - 1/2≤ t < 1/2 (-7 t 2 + 4) / 4-1 / 2≤ t <1/2
( 5 t 2 - 1 2 t + 7 ) 1 /2≤ t < 1 (5 t 2 - 1 2 t + 7) 1 / 2≤ t <1
( 3 t 2 - 8 t + 5 ) /4 1≤ t < 3/2 (3 t 2 - 8 t + 5) / 4 1≤ t <3/2
(- t 2 + 4 t - 4 ) /4 ≤ t≤ 2 (-t 2 + 4 t-4) / 4 ≤ t≤ 2
と等価的に表すこともできる。 産業上の利用可能性 Can be equivalently expressed as Industrial applicability
上述したように、 本発明によれば、 所定の倍率が指定されたときに、 画像処理 後の画像を構成する複数の画素の画素位置を算出した後に、 これらの各画素の画 素値を求める補間処理を、 有限回微分可能であって有限台の値を有する標本化関 数を用いた畳み込み演算によって行っている。 有限台の値を有する標本化関数を 用いることにより、 この有限台の区間に対応する画素データのみが補間演算の対 象となるため、 演算量が少なく、 しかも打ち切り誤差が全く生じないため、 良好 な補間精度を得ることができ、 画像処理によって得られる画像の歪みを少なくす ることができる。  As described above, according to the present invention, when a predetermined magnification is designated, after calculating the pixel positions of a plurality of pixels constituting an image after image processing, the pixel value of each of these pixels is obtained. The interpolation process is performed by convolution using a sampling function that is finitely differentiable and has finite values. By using a sampling function having a finite number of values, only the pixel data corresponding to this finite number of sections is subjected to the interpolation calculation, so that the amount of calculation is small and no truncation error is generated. It is possible to obtain high interpolation accuracy and reduce distortion of an image obtained by image processing.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1. 画像処理の対象となる原画像を構成する複数の画素の画素位置と画素値を含 む第 1の画素データを格納する第 1の画素データ格納手段と、  1. first pixel data storage means for storing first pixel data including pixel positions and pixel values of a plurality of pixels constituting an original image to be subjected to image processing;
所定の倍率が指定されたときに、 この倍率に基づいて、 前記画像処理によって 得られる画像を構成する各画素の画素位置を算出する画素位置算出手段と、 前記画像処理によって得られる画像の各画素の画素値を、 前記画素位置算出手 段によって算出された画素位置と前記第 1の画素データ格納手段に格納された前 記第 1の画素データとに基づいて、 有限回微分可能であって有限台の値を有する 標本化関数を用いた畳み込み演算を行うことによって算出する画素値算出手段と、 前記画素値算出手段によって算出された各画素の画素値を、 それそれの画素位 置とともに第 2の画素データとして格納する第 2の画素データ格納手段と、 を備えることを特徴とする画像処理装置。  When a predetermined magnification is designated, based on the magnification, a pixel position calculation means for calculating a pixel position of each pixel constituting the image obtained by the image processing; and each pixel of the image obtained by the image processing The pixel value of is finitely differentiable and finite based on the pixel position calculated by the pixel position calculation means and the first pixel data stored in the first pixel data storage means. A pixel value calculating unit that calculates by performing a convolution operation using a sampling function having a plurality of values, and a pixel value of each pixel calculated by the pixel value calculating unit, together with a pixel position of the pixel value. An image processing apparatus, comprising: second pixel data storage means for storing as pixel data.
2. 前記画素位置算出手段は、 前記原画像を構成する各画素の画素位置に対する 相対的な関係において、 前記画像処理によって得られる画像を構成する各画素の 画素位置を算出することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画像処理装置。  2. The pixel position calculating means calculates a pixel position of each pixel forming an image obtained by the image processing in a relative relationship with respect to a pixel position of each pixel forming the original image. The image processing device according to claim 1.
3. 前記標本化関数は、 全域が 1回だけ微分可能な関数であることを特徴とする 請求の範囲第 1項記載の画像処理装置。  3. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the sampling function is a function whose entire region can be differentiated only once.
4. 前記標本化関数は、 3階 Bスプライン関数を F (t ) としたときに、  4. The sampling function is defined as F (t), where the third-order B-spline function is
H ( t ) =— F ( t + 1/2 ) /4 + F (t ) — F (t— 1/2 ) /4  H (t) = — F (t + 1/2) / 4 + F (t) — F (t— 1/2) / 4
で定義されることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画像処理装置。 2. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is defined by:
5. 前記 3階 Bスプライン関数 F (t) は、  5. The third-order B-spline function F (t) is
— 3/2 ^tく一 1/2については (4 t 2 + 1 2 t + 9 ) /4で、 — For 3/2 ^ t 1/2 1/2, (4 t 2 + 12 t + 9) / 4
— 1/2≤ t < 1/2については一 2 t 2 + 3/2で、 — For 1 / 2≤ t <1/2, one 2 t 2 + 3/2,
l/2 ^tく 3/2については (4 t 2 — 1 2 t + 9) /4で表されること を特徴とする請求の範囲第 4項記載の画像処理装置。 l / 2 ^ for t rather 3/2 (4 t 2 - 1 2 t + 9) / 4 by being represented by the image processing apparatus of the fourth Claims claims, wherein.
6. 前記標本化関数は、  6. The sampling function is:
— 2≤ t <— 3/2については (一 t 2 - 4 t - 4 ) /4で、 — 2≤ t <— 3/2 is (one t 2-4 t-4) / 4,
— 3/2 ^ tく一 1については ( 3 t 2 + 8 t + 5 ) /4で、 — (3 t 2 + 8 t + 5) / 4 for 3/2 ^ t
一 l ^tく一 1/2については (5 t 2 + 1 2 t + 7) /4で、 lb For one l ^ t ku 1/2, (5 t 2 + 12 t + 7) / 4, lb
— 1/2 ^ tく 1 /2については (一 7 t 2 +4) /4で、 — For 1/2 ^ t 1/2, (1 7 t 2 +4) / 4,
l/2≤t < lについては (5 t 2 - 1 2 t + 7 ) /4で、 For l / 2≤t <l - at (5 t 2 1 2 t + 7) / 4,
1≤ tく 3/2については ( 3 t 2 - 8 t + 5 ) /4で、 For 1≤ t rather 3/2 - at (3 t 2 8 t + 5 ) / 4,
3/2 ^t≤ 2については (一 t 2 + 4 t - 4 ) /4で定義されることを特 徴とする請求の範囲第 1項記載の画像処理装置。 2. The image processing apparatus according to claim 1, wherein 3/2 ^ t≤2 is defined as (1 t 2 +4 t −4) / 4.
7. 前記画素値算出手段は、  7. The pixel value calculation means,
前記画像処理によって得られる画像を構成する複数の画素のいずれかを着目画 素として、 前記原画像を構成する複数の画素の中から前記着目画素の周辺の所定 範囲に存在する複数の画素を抽出する補間対象画素抽出手段と、  Using any one of a plurality of pixels constituting the image obtained by the image processing as a target pixel, extracting a plurality of pixels existing in a predetermined range around the target pixel from among the plurality of pixels constituting the original image Interpolation target pixel extraction means,
前記補間対象画素抽出手段によって抽出された複数の画素のそれそれについて、 前記着目画素との間の距離を tとして、 前記標本化関数 H (t) を計算する標本 化関数演算手段と、  For each of the plurality of pixels extracted by the interpolation target pixel extracting unit, a distance between the pixel of interest and t is a sampling function calculating unit for calculating the sampling function H (t),
前記補間対象画素抽出手段によって抽出された複数の画素のそれそれの画素値 と、 前記標本化関数演算手段によって計算された前記標本化関数の値とに基づい て畳み込み演算を行うことにより、 前記着目画素の画素値を求める畳み込み演算 手段と、  By performing a convolution operation based on the pixel values of a plurality of pixels extracted by the interpolation target pixel extraction unit and the value of the sampling function calculated by the sampling function operation unit, Convolution operation means for obtaining a pixel value of a pixel;
を備えることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の画像処理装置。  5. The image processing device according to claim 4, comprising:
8. 前記画素値算出手段は、  8. The pixel value calculating means includes:
前記画像処理によって得られる画像を構成する複数の画素のいずれかを着目画 素として、 前記原画像を構成する複数の画素の中から前記着目画素の周辺の所定 範囲に存在する複数の画素を抽出する補間対象画素抽出手段と、  Using any one of a plurality of pixels constituting the image obtained by the image processing as a target pixel, extracting a plurality of pixels existing in a predetermined range around the target pixel from among the plurality of pixels constituting the original image Interpolation target pixel extraction means,
前記補間対象画素抽出手段によって抽出された複数の画素のそれぞれについて、 前記着目画素との間の距離を tとして、 前記標本化関数 H (t) を計算する標本 化関数演算手段と、  For each of the plurality of pixels extracted by the interpolation target pixel extracting unit, a distance between the pixel of interest and t is a sampling function calculating unit that calculates the sampling function H (t),
前記補間対象画素抽出手段によって抽出された複数の画素のそれそれの画素値 と、 前記標本化関数演算手段によつて計算された前記標本化関数の値とに基づい て畳み込み演算を行うことにより、 前記着目画素の画素値を求める畳み込み演算 手段と、  By performing a convolution operation based on the respective pixel values of a plurality of pixels extracted by the interpolation target pixel extraction unit and the value of the sampling function calculated by the sampling function operation unit, Convolution operation means for obtaining a pixel value of the pixel of interest;
を備えることを特徴とする請求の範囲第 6項記載の画像処理装置。  7. The image processing device according to claim 6, comprising:
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