JP3796844B2 - Image processing apparatus, image processing method, parameter generation apparatus, and parameter generation method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置、画像処理方法、パラメータ生成装置およびパラメータ生成方法に関し、特に、例えば、標準解像度の画像を、高解像度の画像に変換する場合などに用いて好適な画像処理装置、画像処理方法、パラメータ生成装置およびパラメータ生成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、標準解像度または低解像度の画像(以下、適宜、SD画像という)を、高解像度の画像(以下、適宜、HD画像という)に変換したり、また、画像を拡大したりする場合においては、いわゆる補間フィルタなどによって、不足している画素の画素値の補間(補償)が行われるようになされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補間フィルタによって画素の補間を行っても、SD画像に含まれていない、HD画像の成分(高周波成分)を復元することはできないため、高解像度の画像を得ることは困難であった。
【0004】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、容易に、高解像度の画像を得ることができるようにするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の画像処理装置は、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロック手段と、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類手段と、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段と、第1のクラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素を予測する予測演算手段とを備え、予測パラメータ記憶手段には、第1の画素のうちの予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と第2の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、第2の注目画素が属する第2のブロックであって、第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの第2のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出された予測パラメータが記憶されることを特徴とする。
請求項5に記載の画像処理装置は、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロック手段と、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類手段と、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段と、第1のクラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素を予測する予測演算手段と、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータを算出する学習手段とを備えることを特徴とする。
【0006】
請求項6に記載の画像処理方法は、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類ステップと、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段より、第1のクラス情報に応じて読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素を予測する予測演算ステップとを含み、予測パラメータ記憶手段には、第1の画素のうちの予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と第2の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、第2の注目画素が属する第2のブロックであって、第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの第2のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出された予測パラメータが記憶されることを特徴とする。
請求項7に記載のパラメータ生成装置は、第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロック手段と、注目画素が属するブロックであって、注目画素の位置を含む所定の大きさのブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類手段と、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータを算出する学習手段とを備えることを特徴とする。
請求項13に記載のパラメータ生成方法は、第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、注目画素が属するブロックであって、注目画素の位置を含む所定の大きさのブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類ステップと、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータを算出する学習ステップとを含むことを特徴とする。
請求項14に記載の画像処理装置は、第1の画像信号の画素のうちの注目している画素である注目画素を中心とする縦横それぞれ所定の数の画素であって、第1の画像信号の画素からなるブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロック手段と、注目画素が属するブロックを構成する画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類手段と、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段と、クラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと注目画素の位置の周辺にある第1の画像信号の画素との積和演算により、第2の画像信号を生成する予測演算手段とを備え、予測パラメータ記憶手段には、積和演算に用いられる第1の画像信号の画素と、第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたクラスごとの予測パラメータが記憶されることを特徴とする。
請求項15に記載の画像処理方法は、第1の画像信号の画素のうちの注目している画素である注目画素を中心とする縦横それぞれ所定の数の画素であって、第1の画像信号の画素からなるブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、注目画素が属するブロックを構成する画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類ステップと、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段より、クラス情報に応じて読み出される予測パラメータと注目画素の位置の周辺にある第1の画像信号の画素との積和演算により、第2の画像信号を生成する予測演算ステップとを含み、予測パラメータ記憶手段には、積和演算に用いられる第1の画像信号の画素と、第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたクラスごとの予測パラメータが記憶されることを特徴とする。
【0007】
請求項1に記載の画像処理装置においては、ブロック手段が、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、クラス分類手段が、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成する。また、予測パラメータ記憶手段は、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する。そして、予測演算手段が、第1のクラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素を予測する。さらに、予測パラメータ記憶手段は、第1の画素のうちの予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と第2の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、第2の注目画素が属する第2のブロックであって、第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの第2のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出された予測パラメータを記憶するようになされている。
請求項5に記載の画像処理装置においては、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号がブロック化され、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報が生成され、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータが記憶され、第1のクラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素が予測され、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータが算出される。
【0008】
請求項6に記載の画像処理方法においては、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号がブロック化され、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報が生成される。そして、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段より、第1のクラス情報に応じて読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素を予測する。さらに、予測パラメータ記憶手段には、第1の画素のうちの予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と第2の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、第2の注目画素が属する第2のブロックであって、第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの第2のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出された予測パラメータが記憶されるようになされている。
請求項7に記載のパラメータ生成装置においては、ブロック手段が、第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、クラス分類手段が、注目画素が属するブロックであって、注目画素の位置を含む所定の大きさのブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成する。そして、学習手段が、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータを算出するようになされている。
請求項13に記載のパラメータ生成方法においては、第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、第1の画像信号がブロック化され、注目画素が属するブロックであって、注目画素の位置を含む所定の大きさのブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報が生成される。そして、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータが算出されるようになされている。
請求項14に記載の画像処理装置においては、ブロック手段が、第1の画像信号の画素のうちの注目している画素である注目画素を中心とする縦横それぞれ所定の数の画素であって、第1の画像信号の画素からなるブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、クラス分類手段が、注目画素が属するブロックを構成する画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成する。また、予測パラメータ記憶手段は、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測演算するための予測パラメータを記憶する。そして、予測演算手段が、クラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと注目画素の位置の周辺にある第1の画像信号の画素との積和演算により、第2の画像信号を生成する。さらに、予測パラメータ記憶手段は、積和演算に用いられる第1の画像信号の画素と、第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたクラスごとの予測パラメータを記憶するようになされている。
請求項15に記載の画像処理方法においては、第1の画像信号の画素のうちの注目している画素である注目画素を中心とする縦横それぞれ所定の数の画素であって、第1の画像信号の画素からなるブロックを構成するように、第1の画像信号がブロック化され、注目画素が属するブロックを構成する画素に基づき、クラスを表すクラス情報が生成される。そして、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測演算するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段より、クラス情報に応じて読み出される予測パラメータと注目画素の位置の周辺にある第1の画像信号の画素との積和演算により、第2の画像信号が生成される。さらに、予測パラメータ記憶手段には、積和演算に用いられる第1の画像信号の画素と、第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたクラスごとの予測パラメータが記憶されるようになされている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明するが、その前に、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の実施の形態との対応関係を明らかにするために、各手段の後の括弧内に、対応する実施の形態(但し、一例)を付加して、本発明の特徴を記述すると、次のようになる。
【0010】
即ち、請求項1に記載の画像処理装置は、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロック手段(例えば、図1に示すクラス分類用ブロック化回路1など)と、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類手段(例えば、図1に示すクラス分類回路4など)と、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測演算するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段(例えば、図8に示す係数ROM61など)と、第1のクラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素を予測する予測演算手段(例えば、図8に示す積和演算器62など)とを備え、予測パラメータ記憶手段には、第1の画素のうちの予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と第2の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、第2の注目画素が属する第2のブロックであって、第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの第2のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出された予測パラメータが記憶されることを特徴とする。
請求項4に記載の画像処理装置は、ブロックを構成する画素を一定間隔で間引くことにより第3の画像信号を生成し、クラス分類手段に供給する間引き回路(例えば、図1に示す間引き回路2など)と、ブロックを構成する画素のうちの、外側の画素を取り除くことにより第4の画像信号を生成し、クラス分類手段に供給する縮小回路(例えば、図1に示す縮小回路3など)とをさらに備えることを特徴とする。
請求項5に記載の画像処理装置は、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロック手段(例えば、図1に示すクラス分類用ブロック化回路1など)と、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類手段(例えば、図1に示すクラス分類回路4など)と、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段(例えば、図8に示す係数ROM61など)と、第1のクラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素を予測する予測演算手段(例えば、図8に示す積和演算器62など)と、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータを算出する学習手段(例えば、図9に示す学習回路77など)とを備えることを特徴とする。
【0011】
請求項6に記載の画像処理方法は、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類ステップと、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段(例えば、図8に示す係数ROM61など)より、第1のクラス情報に応じて読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素を予測する予測演算ステップとを含み、予測パラメータ記憶手段には、第1の画素のうちの予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と第2の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、第2の注目画素が属する第2のブロックであって、第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの第2のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出された予測パラメータが記憶されることを特徴とする。
【0012】
請求項7に記載のパラメータ生成装置は、第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロック手段(例えば、図13に示すクラス分類用ブロック化回路1など)と、注目画素が属するブロックであって、注目画素の位置を含む所定の大きさのブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類手段(例えば、図13に示すクラス分類回路4など)と、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータを算出する学習手段(例えば、図13に示す学習回路94など)とを備えることを特徴とする。
請求項12に記載のパラメータ生成装置は、ブロックを構成する画素を一定間隔で間引くことにより第3の画像信号を生成し、クラス分類手段に供給する間引き回路(例えば、図13に示す間引き回路2など)と、ブロックを構成する画素のうちの、外側の画素を取り除くことにより第4の画像信号を生成し、クラス分類手段に供給する縮小回路(例えば、図13に示す縮小回路3など)とをさらに備えることを特徴とする。
請求項13に記載のパラメータ生成方法は、第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、注目画素が属するブロックであって、注目画素の位置を含む所定の大きさのブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類ステップと、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータを算出する学習ステップとを含むことを特徴とする。
【0013】
請求項14に記載の画像処理装置は、第1の画像信号の画素のうちの注目している画素である注目画素を中心とする縦横それぞれ所定の数の画素であって、第1の画像信号の画素からなるブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロック手段(例えば、図1に示すクラス分類用ブロック化回路1など)と、注目画素が属するブロックを構成する画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類手段(例えば、図1に示すクラス分類回路4など)と、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段(例えば、図8に示す係数ROM61など)と、クラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと注目画素の位置の周辺にある第1の画像信号の画素との積和演算により、第2の画像信号を生成する予測演算手段(例えば、図8に示す積和演算器62など)とを備え、予測パラメータ記憶手段には、積和演算に用いられる第1の画像信号の画素と、第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたクラスごとの予測パラメータが記憶されることを特徴とする。
請求項15に記載の画像処理方法は、第1の画像信号の画素のうちの注目している画素である注目画素を中心とする縦横それぞれ所定の数の画素であって、第1の画像信号の画素からなるブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、注目画素が属するブロックを構成する画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類ステップと、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段(例えば、図8に示す係数ROM61など)より、クラス情報に応じて読み出される予測パラメータと注目画素の位置の周辺にある第1の画像信号の画素との積和演算により、第2の画像信号を生成する予測演算ステップとを含み、予測パラメータ記憶手段には、積和演算に用いられる第1の画像信号の画素と、第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたクラスごとの予測パラメータが記憶されることを特徴とする。
【0014】
なお、勿論この記載は、各手段を上記したものに限定することを意味するものではない。
【0015】
図1は、本発明を適用した画像変換装置の一実施の形態の構成を示している。なお、この画像変換装置は、SD画像(第1の画像)をHD画像(第2の画像)に変換するようになされている。即ち、例えば、いま、図2において・印で示す部分を、HD画像を構成する画素(以下、適宜、HD画素という)とするとともに、同図において○印で示す部分を、SD画像を構成する画素(以下、適宜、SD画素という)とするとき、図1の画像変換装置は、同図に○印で示すSD画像を、同図に・印で示すHD画像に変換するようになされている。
【0016】
例えば、地上回線や、衛星回線、CATV(CAble TeleVision)網などの伝送路を介して伝送され、または、例えば、光ディスクや、光磁気ディスク、磁気テープなどの記録媒体から再生されたSD画像の画像信号は、クラス分類用ブロック化回路1および予測値計算用ブロック化回路5に供給される。
【0017】
クラス分類用ブロック化回路1は、そこに供給されるSD画像から、所定の注目画素を含むクラス分類用ブロックを構成する。即ち、クラス分類用ブロック化回路1は、例えば、図2において実線で囲んで示すような、注目画素を中心とする5×5(横×縦)のSD画素で構成されるクラス分類用ブロックを構成する。
【0018】
ここで、クラス分類用ブロックを構成する5×5のSD画素(図2において○印で示す部分)を、以下、適宜、次のように表記する。即ち、クラス分類用ブロックの中の左からi番目の、上からj番目に位置するSD画素を、Bijと表記する。従って、図2の実施の形態では、クラス分類用ブロックは、SD画素B33を注目画素として構成されることになる。また、クラス分類用ブロックを構成するSD画素から生成されるHD画素(図2において・印で示す部分)を、以下、適宜、SD画素と同様に、Aijと表記する。
【0019】
クラス分類用ブロック化回路1は、クラス分類用ブロックを構成すると、それを、間引き回路2および縮小回路3に出力する。
【0020】
間引き回路2は、クラス分類用ブロックを受信すると、そのクラス分類用ブロックを構成するSD画素を、例えば、間引くことなどにより、その画素数を少なくし、これにより、間引きブロックを構成する。即ち、間引き回路2は、クラス分類用ブロックを、例えば、水平方向および垂直方向とも1/2に間引くことにより、間引きブロック(圧縮画像)を構成する。この間引きブロックは、クラス分類回路4に供給される。
【0021】
ここで、間引き回路2による間引き処理の結果残った、クラス分類用ブロック内の画素(図2において、点線の○印で示す部分)、即ち、間引きブロックを構成する画素を、以下、適宜、間引きSD画素といい、また、この間引きSD画素を、SD画素およびHD画素と同様に、Cijと表記する。
【0022】
一方、縮小回路3では、クラス分類用ブロックを、注目画素を中心として縮小した縮小ブロックが構成される。即ち、縮小回路3では、5×5画素のクラス分類用ブロックから、その周辺の画素が取り除かれ、例えば、注目画素B33を中心とする3×3画素でなる縮小ブロック(圧縮画像)が構成される。この縮小ブロックも、間引きブロックと同様に、クラス分類回路4に供給される。
【0023】
ここで、間引きブロックおよび縮小ブロックは、いずれもクラス分類用ブロックの画素数を少なくすることにより生成されるものであり、また、画素数を少なくするということは、情報量が減少するので、この意味で、間引きブロックおよび縮小ブロックは圧縮画像ということができる。
【0024】
クラス分類回路4は、間引きブロックおよび縮小ブロックを受信すると、その2つのブロックを用いてクラス分類を行い、その結果得られるクラスを表すインデックスを、後述する予測値計算用ブロック化回路5が出力する予測値計算用ブロックのクラスに対するものとして、予測回路6に供給する。
【0025】
予測回路6には、また、予測値計算用ブロック化回路5から予測値計算用ブロックが供給される。予測値計算用ブロック化回路5では、例えば、図2において点線の四角形で囲むような、注目画素B33を中心とする3×3画素の予測値計算用ブロックが構成され、予測回路6に供給される。
【0026】
従って、本実施の形態では、予測値計算用ブロックと縮小ブロックとは、同一のSD画素で構成されることとなるが、両者を構成するSD画素は、同一にする必要はない。即ち、縮小ブロックは、上述したように、クラス分類用ブロックを、注目画素を中心として縮小したものであれば良く、予測値計算用ブロックは、その特徴がクラス分類用ブロックに含まれるように構成すれば良い(正確には、予測値計算用ブロックは、どのように構成しても良く、クラス分類用ブロックは、予測値計算用ブロックの特徴が含まれるように構成する必要がある)。
【0027】
予測回路6は、予測値計算用ブロックと、そのクラスに対応するインデックスを受信すると、後述するような予測係数であって、受信したインデックスに対応するものと、予測値計算用ブロックを構成するSD画素の画素値との線形結合により、HD画素の画素値の予測値を求める適応処理を行う。即ち、予測回路6は、インデックスに対応する予測係数と、予測値計算用ブロックを構成するSD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44とから、例えば、注目画素B33を中心とする3×3の範囲のHD画素A43,A44,A45,A53,A54,A55,A63,A64,A65の予測値を求める。
【0028】
予測回路6では、以下同様の処理が、画素B33以外のSD画素も、順次、注目画素として行われ、HD画像を構成するすべてのHD画素の予測値が求められると、その予測値はモニタ7に供給される。モニタ7は、例えば、D/A変換器を内蔵しており、予測回路6からのディジタル信号としての画素値をD/A変換し、そのD/A変換の結果得られる画像を表示する。
【0029】
次に、図3は、図1のクラス分類回路4の構成例を示している。
【0030】
間引き回路2からの間引きブロックは、第1クラス生成回路11に供給され、縮小回路3からの縮小ブロック(上述したように、ここでは、図2に点線の四角で囲んだ予測値計算用ブロックと同一)は、第1クラス生成回路11および第2クラス生成回路12の両方に供給される。
【0031】
第1クラス生成回路11では、縮小ブロックと、間引きブロックとに基づいて、クラス分類用ブロックの自己相似性(縮小ブロックと間引きブロックとの間の相似性)が算出され、その自己相似性に基づいて、予測値計算用ブロックをクラス分類するための第1クラス情報が出力される。
【0032】
この自己相似性に基づいて得られた第1クラス情報は、第2クラス生成回路12および最終クラス決定回路13に供給される。
【0033】
第2クラス生成回路12は、第1クラス情報生成回路11からの第1クラス情報に基づいて、自己相似性が最も高い方向を認識する。さらに、第2クラス生成回路12は、縮小ブロックを構成する画素のうち、自己相似性が最も高い方向に並んだものの画素値のパターンを検出し、そのパターンに対応する第2クラス情報を、最終クラス決定回路13に出力する。最終クラス決定回路13では、第1クラス生成回路11または第2クラス生成回路12それぞれからの第1クラス情報または第2クラス情報に基づいて、予測値計算用ブロックがクラス分類され、そのクラスに対応するインデックスが、予測回路6(図1)に出力される。
【0034】
次に、図4は、図3の第1クラス生成回路11の構成例を示している。
【0035】
間引きブロックおよび縮小ブロックは、相似性算出部211乃至214に供給される。相似性算出部211は、画素抽出部26Bおよび26C、並びにノルム計算部27から構成されており、縮小ブロックまたは間引きブロックは、画素抽出部26Bまたは26Cにそれぞれ供給される。
【0036】
画素抽出部26Bは、縮小ブロックを構成するSD画素(図2)B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44のうちの、注目画素B33を通る所定の方向の直線上にあるものを抽出する。即ち、画素抽出部26Bは、注目画素B33を通る、例えば、垂直方向の直線上にあるSD画素B23,B33,B43を抽出する。この抽出されたSD画素B23,B33,B43は、ノルム計算部27に出力される。
【0037】
一方、画素抽出部26Cは、間引きブロックを構成する間引きSD画素(図2)C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33のうちの、注目画素B33に対応する間引きSD画素C22を通る、画素抽出部26Bにおける場合と同一方向の直線上にあるものを抽出する。従って、この場合、画素抽出部26Bでは、間引きSD画素C12,C22,C32が抽出される。この抽出された間引きSD画素C12,C22,C32は、やはり、ノルム計算部27に出力される。
【0038】
ノルム計算部27は、画素抽出部26Bまたは26Cそれぞれの出力を成分とするベクトルどうしのノルムを計算し、その計算結果を、上述の垂直方向における自己相似性として、最大相似性方向判定部22に出力する。
【0039】
相似性算出部212乃至224においても、相似性算出部211における場合と同様にして、注目画素を通る、その他の方向の直線上にある画素を用いてベクトルのノルムが計算され、その方向における自己相似性として、最大相似性方向判定部22に出力される。即ち、相似性算出部212乃至224では、例えば、水平方向、左斜め上方向(右斜め下方向)、または右斜め上方向(左斜め下方向)それぞれにおける自己相似性が求められ、最大相似性方向判定部22に出力される。
【0040】
最大相似性方向判定部22は、相似性算出部211乃至214の出力に基づいて、自己相似性の最も高い方向を判定する。即ち、いまの場合、自己相似性は、ベクトルのノルムで与えられているから、最大相似性方向判定部22は、その値の最も小さいものを検出し、そのノルムが得られた方向を、自己相似性の最も高い方向として判定する。最大相似性方向判定部22は、このようにして自己相似性の最も高い方向を得ると、その方向に対応する、例えば、2ビットのコードなどを第1クラス情報として出力する。即ち、最大相似性方向判定部22は、最も自己相似性の高い方向が、水平方向、垂直方向、左斜め上方向、または右斜め上方向である場合、第1クラス情報として、例えば、「00」、「01」、「10」、または「11」などをそれぞれ出力する。
【0041】
なお、上述の場合においては、各方向の自己相似性の評価量として、画素値を成分とするベクトルのノルムを用いるようにしたが、その他の値を自己相似性(以下、適宜、単に、相似性ともいう)の評価量として用いることも可能である。
【0042】
即ち、例えば、縮小ブロックを構成するSD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44から、その縮小ブロック内に存在しない、間引きブロックの間引きSD画素C11,C12,C13,C21,C23,C31,C32,C33を外挿により求め、その外挿結果と、真の間引きSD画素C11,C12,C13,C21,C23,C31,C32,C33の画素値との誤差を算出する。そして、この誤差を相似性の評価量とし、誤差の最も少ない方向を、最も高い相似性の方向とすることができる。
【0043】
また、例えば、間引きブロックを構成する間引きSD画素(図2)C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33から、その間引きブロック内に存在しない、縮小ブロックのSC画素B22,B23,B24,B32,B34,B42,B43,B44を内挿により求め、その内挿結果と、真のSD画素B22,B23,B24,B32,B34,B42,B43,B44の画素値との誤差を算出する。そして、この誤差を相似性の評価量とし、誤差の最も少ない方向を、最も高い相似性の方向とすることなどもできる。
【0044】
次に、図5は、図3の第2クラス生成回路12の構成例を示している。
【0045】
縮小回路3からの縮小ブロックおよび第1クラス生成回路11からの第1クラス情報は、最大相似方向画素抽出部31に供給される。最大相似方向画素抽出部31では、第1クラス情報に基づいて、相似性が最大の方向が認識され、縮小ブロックから、注目画素B33を通る、その方向の直線上に並んでいるSD画素(以下、適宜、最大相似性画素という)(本実施の形態では、縮小ブロックを構成するSD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44の中の、水平方向、垂直方向、左斜め上方向、または右斜め上方向のうちのいずれかの方向に並ぶ3画素)が抽出される。この3つの最大相似性画素は、ADRC処理部32を介して、パターン分類部33に供給される。パターン分類部33では、ADRC処理部32を介して供給される3つの最大相似性画素の画素値のパターンが検出され、そのパターンに対応する第2クラス情報が出力される。
【0046】
ここで、通常、各画素には、その画素値を表現するために、例えば8ビット程度が割り当てられる。また、本実施の形態においては、上述したように、最大相似性画素は3画素得られる。従って、8ビットでそれぞれ表される3画素を対象に、その画素値のパターン分けを行ったのでは、(28)3という膨大な数のパターンが生じることになる。従って、クラス数も膨大となり、そのような膨大な数のクラスに対応して処理を行うのでは、処理が繁雑となる。
【0047】
そこで、本実施の形態においては、ADRC処理部32において、3つの最大相似性画素に対して、ADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)処理が施されるようになされており、これにより、最大相似性画素のビット数を少なくすることで、その画素値のパターンの数を低減するようになされている。
【0048】
即ち、ADRC処理では、図6(A)に示すように、ある直線上に並んだ3つの最大相似性画素の中から、その画素値の最大値MAXと最小値MINが検出される。そして、DR=MAX−MINを、最大相似性画素の局所的なダイナミックレンジとし、このダイナミックレンジDRに基づいて、3つの最大相似性画素それぞれの画素値がKビットに再量子化される。
【0049】
具体的には、3つの最大相似性画素の各画素値から、最小値MINを減算し、その減算値をDR/2Kで除算する。そして、その結果得られる除算値に対応するコード(ADRCコード)に変換される。即ち、例えば、K=2とした場合、図6(B)に示すように、除算値が、ダイナミックレンジDRを4(=22)等分して得られるいずれの範囲に属するかが判定され、除算値が、最も下のレベルの範囲、下から2番目のレベルの範囲、下から3番目のレベルの範囲、または最も上のレベルの範囲に属する場合には、それぞれ、例えば、00B,01B,10B、または11Bなどの2ビットにコード化される(Bは2進数であることを表す)。
【0050】
なお、画素値を元に復号する場合においては、ADRCコード00B,01B,10B、または11Bは、ダイナミックレンジDRを4等分して得られる最も下のレベルの範囲の中心値L00、下から2番目のレベルの範囲の中心値L01、下から3番目のレベルの範囲の中心値L10、または最も上のレベルの範囲の中心値L11に変換され、その値に、最小値MINが加算される。
【0051】
ここで、以上のようなADRC処理については、本件出願人が先に出願した、例えば、特開平3−53778号公報などに、その詳細が開示されている。
【0052】
SD画素に割り当てられているビット数より少ないビット数で再量子化を行うADRC処理を施すことにより、上述したように、パターンの数を低減することができ、このようなADRC処理が、ADRC処理部32において行われるようになされている。
【0053】
即ち、最大相似方向画素抽出部31が出力する3つの最大相似性画素は、ADRC処理部32の最大値検出部41、最小値検出部42、および遅延部43に供給される。最大値検出部41または最小値検出部42では、3つの最大相似性画素から、その画素値の最大値MAXまたは最小値MINがそれぞれ検出され、いずれも演算器44に供給される。演算器44では、最大値MAXと最小値MINとの差分、即ち、ダイナミックレンジDR(=MAX−MIN)が演算され、ADRCコード決定部45に供給される。また、最小値検出部42が出力する最小値MINは、ADRCコード決定部45にも供給される。
【0054】
一方、遅延部43では、最大相似性画素が、最大値検出部41(または最小値検出部42)と演算器45における処理に要する時間だけ遅延され、ADRCコード決定部45に供給される。ADRCコード決定部45では、3つの最大相似性画素の画素値それぞれから最小値MINが減算され、それぞれの減算値が、ダイナミックレンジDRに基づいて、例えば1ビットに再量子化される。そして、その結果得られる3つの最大相似性画素それぞれについての1ビットのADRCコード、即ち、合計で3ビットのADRCコードが、第2クラス情報として出力される。
【0055】
次に、図7は、図3の最終クラス決定回路13の構成例を示すブロック図である。
【0056】
第1クラス情報および第2クラス情報は、ROM51のアドレス端子ADに供給されるようになされている。ROM51は、例えば、第1クラス情報および第2クラス情報の両方で示されるアドレスに、第1クラス情報を上位ビットとし、第2クラス情報を下位ビットとする値を記憶している。そして、ROM51は、第1クラス情報および第2クラス情報が、そのアドレス端子ADに与えられると、その第1クラス情報および第2クラス情報の両方で示されるアドレスの記憶値を読み出し、その記憶値を、予測値計算用ブロック化回路5のクラスを示すインデックスとして出力する。従って、この場合、2ビットの第1クラス情報の後に3ビットの第2クラス情報を付加した5ビットのデータが、インデックスとして出力される。
【0057】
以上のように、画素値のレベルのパターンだけでなく、画像の自己相似性にも対応してクラス分類を行うようにしたので、画像を、その性質に応じて、より適切に処理することが可能となる。
【0058】
なお、インデックスは、上述の5ビットに、処理の単位がフレームか、またはフィールドかを示す1ビットを加え、合計6ビットとすることも可能である。
【0059】
また、ROM51には、異なるアドレスの幾つかに、同一のインデックスを記憶させておくようにし、これにより、インデックスのビット数を少なくするようにすることが可能である。即ち、2ビットの第1クラス情報および3ビットの第2クラス情報によれば、5ビット、つまり、32(=25)とおりにクラス分けが行われるが、そのような32のクラスの中には、予測回路6において、同一の予測係数を用いて画素値の予測値を求めても問題ないものがある場合がある。そこで、このように同一の予測係数を用いることが可能な複数のクラスは、1つのクラスとして扱うこととし、このようにすることでクラス数を減らすことができる。
【0060】
さらに、上述の場合には、図5のパターン分類部33において、ADRCコードに基づいて、パターン分類を行うようにしたが、パターン分類は、その他、例えば、DPCM(予測符号化)や、BTC(Block Truncation Coding)、VQ(ベクトル量子化)、DCT(離散コサイン変換)、アダマール変換などを施したデータを対象に行うようにすることも可能である。
【0061】
次に、図8は、図1の予測回路6の構成例を示している。
【0062】
係数ROM(Read Only Memory)61は、あらかじめ学習(後述する)により求められたクラスごとの予測係数を記憶しており、クラス分類回路4が出力するインデックスを受信し、そのインデックスに対応するアドレスに記憶されている予測係数、即ち、予測値計算用ブロック化回路5が出力する予測値計算用ブロックのクラスに対応する予測係数を読み出して、積和演算器62に出力する。
【0063】
積和演算器62には、予測係数の他、予測値計算用ブロック化回路5から予測値計算用ブロックが供給されるようになされており、積和演算器62は、その予測値計算用ブロックと、そのクラスに対応する予測係数とを用いて、後述する式(1)(具体的には、例えば、式(8))に示す線形1次式を計算し(積和演算を行い)、これにより、HD画素の画素値の予測値を算出する適応処理を行う。即ち、例えば、上述の図2に示したように、予測値計算用ブロックを構成するSD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44と予測係数との線形一次結合により、注目画素B33を中心とする3×3の範囲のHD画素A43,A44,A45,A53,A54,A55,A63,A64,A65の予測値が求められる。積和演算器62において求められたHD画素の予測値は、リミッタ63に供給され、そこで、モニタ7が内蔵するD/A変換器におけるダイナミックレンジを越えないように、その値が制限された後、モニタ7に供給される。
【0064】
ここで、適応処理について詳述する。
【0065】
例えば、いま、HD画素の画素値yの予測値E[y]を、幾つかのSD画素の画素値(以下、適宜、学習データという)x1,x2,・・・と、所定の予測係数w1,w2,・・・の線形結合により規定される線形1次結合モデルにより求めることを考える。この場合、予測値E[y]は、次式で表すことができる。
【0066】
【0067】
そこで、一般化するために、予測係数wの集合でなる行列W、学習データの集合でなる行列X、および予測値E[y]の集合でなる行列Y’を、
【数1】
で定義すると、次のような観測方程式が成立する。
【0068】
【0069】
そして、この観測方程式に最小自乗法を適用して、HD画素の画素値yに近い予測値E[y]を求めることを考える。この場合、HD画素の画素値(以下、適宜、教師データという)yの集合でなる行列Y、およびHD画素の画素値yに対する予測値E[y]の残差eの集合でなる行列Eを、
【数2】
で定義すると、式(2)から、次のような残差方程式が成立する。
【0070】
【0071】
この場合、HD画素の画素値yに近い予測値E[y]を求めるための予測係数wiは、自乗誤差
【数3】
を最小にすることで求めることができる。
【0072】
従って、上述の自乗誤差を予測係数wiで微分したものが0になる場合、即ち、次式を満たす予測係数wiが、HD画素の画素値yに近い予測値E[y]を求めるため最適値ということになる。
【0073】
【数4】
【0074】
そこで、まず、式(3)を、予測係数wiで微分することにより、次式が成立する。
【0075】
【数5】
【0076】
式(4)および(5)より、式(6)が得られる。
【0077】
【数6】
【0078】
さらに、式(3)の残差方程式における学習データx、予測係数w、教師データy、および残差eの関係を考慮すると、式(6)から、次のような正規方程式を得ることができる。
【0079】
【数7】
【0080】
式(7)の正規方程式は、求めるべき予測係数wの数と同じ数だけたてることができ、従って、式(7)を解くことで(但し、式(7)を解くには、式(7)において、予測係数wにかかる係数で構成される行列が正則である必要がある)、最適な予測係数wを求めることができる。なお、式(7)を解くにあたっては、例えば、掃き出し法(Gauss-Jordanの消去法)などを適用することが可能である。
【0081】
以上のようにして、最適な予測係数wを求めておき、さらに、その予測係数wを用い、式(1)により、HD画素の画素値yに近い予測値E[y]を求めるのが適応処理であり、この適応処理が、積和演算器62において行われるようになされている。
【0082】
なお、適応処理は、SD画像には含まれていない、HD画像に含まれる成分が再現される点で、補間処理とは異なる。即ち、適応処理では、式(1)だけを見る限りは、いわゆる補間フィルタを用いての補間処理と同一であるが、その補間フィルタのタップ係数に相当する予測係数wが、教師データyを用いての、いわば学習により求められるため、HD画像に含まれる成分を再現することができる。即ち、容易に、高解像度の画像を得ることができる。このことから、適応処理は、いわば画像の創造作用がある処理ということができる。
【0083】
以上説明した適応処理は、HD画素の画素値yを教師データとして学習を行うことにより得られる予測係数w1,w2,・・・を用いて行うものであり、このような適応処理(以下、適宜、第1の適応処理という)は、本件出願人が先に提案している。
【0084】
ところで、第1の適応処理によれば、予測係数w1,w2,・・・を求めるのに際し、即ち、学習に際し、HD画像が教師データとして必要となる。即ち、例えば、図2において、SD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44から、HD画素A43,A44,A45,A53,A54,A55,A63,A64,A65の予測値を第1の適応処理により求める場合、そのための予測係数w1,w2,・・・の算出には、HD画素A43,A44,A45,A53,A54,A55,A63,A64,A65の画素値が必要となる。
【0085】
しかしながら、HD画像がなくても、予測係数w1,w2,・・・が求められれば便利である。
【0086】
そこで、画像の自己相似性を利用し、例えば、次のように、SD画素のみから予測係数w1,w2,・・・を求め、予測回路6では、これを用いて適応処理(このような適応処理を、以下、適宜、第2の適応処理という)を行うようにすることが可能である。
【0087】
即ち、図2において、予測値計算用ブロックを構成するSD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44と、HD画素A43,A44,A45,A53,A54,A55,A63,A64,A65との間の位置関係に注目した場合、その位置関係は、間引きSD画素C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33と、SD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44との間の位置関係と、いわば相似である。
【0088】
従って、画像の自己相似性から、間引きSD画素C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33を学習データとするとともに、SD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44を教師データとして学習を行い、これにより、予測係数w1,w2,・・・を求め、その予測係数w1,w2,・・・を、予測値計算用ブロックを構成するSD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44から、HD画素A43,A44,A45,A53,A54,A55,A63,A64,A65の予測値を予測するのに用いることができる。
【0089】
図9は、第2の適応処理を行うための予測係数を求める学習処理を行う画像処理装置の構成例を示している。
【0090】
クラス分類用ブロック化回路71、学習用ブロック化回路75、および教師用ブロック化回路76には、SD画像が供給される。
【0091】
クラス分類用ブロック化回路71、間引き回路72、縮小回路73、またはクラス分類回路74では、図1のクラス分類用ブロック化回路1、間引き回路2、縮小回路3、またはクラス分類回路4における場合とそれぞれ同様の処理が行われ、これにより、後述する学習用ブロック化回路75が出力する学習用ブロックのクラスに対応するインデックスが、学習回路77に供給される。
【0092】
一方、学習用ブロック化回路75は、SD画像から、上述したように、学習データとするSD画素(間引きSD画素)C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33で構成される、予測値計算用ブロックより大きいブロックを構成し、これを学習用ブロックとして、学習回路77に出力する。また、同時に、教師用ブロック化回路76では、SD画像から、教師データとするSD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44で構成されるブロックが構成され、これが教師用ブロックとして、やはり、学習回路77に出力される。
【0093】
学習回路77では、学習用ブロックを構成するSD画素を学習データとするとともに、教師用ブロックを構成するSD画素を教師データとして、例えば、最小自乗法により、誤差を最小とする予測係数が算出される。
【0094】
即ち、例えば、いま、学習用ブロックを構成するSD画素(間引きSD画素)の画素値を、x1,x2,x3,・・・とし、求めるべき予測係数をw1,w2,w3,・・・とするとき、これらの線形1次結合により、教師用ブロックを構成する、あるSD画素の画素値yを求めるには、予測係数w1,w2,w3,・・・は、次式を満たす必要がある。
【0095】
y=w1x1+w2x2+w3x3+・・・
【0096】
そこで、学習回路77では、学習用ブロックと教師用ブロックとから、真値yに対する、予測値w1x1+w2x2+w3x3+・・・の自乗誤差を最小とする予測係数w1,w2,w3,・・・が、上述した式(7)に示す正規方程式をたてて解くことにより求められる。
【0097】
学習回路77において求められた予測係数は、クラス分類回路74からのインデックスに対応するクラスの予測係数として出力される。
【0098】
即ち、本実施の形態においては、学習ブロックを構成するSD画素(間引きSD画素)C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33から、教師用ブロックを構成する9個のSD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44を求めるための予測係数を算出する必要がある。
【0099】
このため、学習回路77では、クラス分類回路74が出力するインデックスに対応するクラスCLについて、SD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44それぞれを教師データとするとともに、SD画素(間引きSD画素)C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33を学習データとして、式(7)に示した正規方程式がたてられる。
【0100】
さらに、学習回路77では、クラスCLにクラス分類される、他の学習用ブロックについても同様にして、正規方程式がたてられ、SD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44それぞれの予測値E[B22],E[B23],E[B24],E[B32],E[B33],E[B34],E[B42],E[B43],E[B44]を求めるための予測係数w1(B22)乃至w9(B22),w1(B23)乃至w9(B23),w1(B24)乃至w9(B24),w1(B32)乃至w9(B32),w1(B33)乃至w9(B33),w1(B34)乃至w9(B34),w1(B42)乃至9(B42),w1(B43)乃至w9(B43),w1(B44)乃至w9(B44)(本実施の形態では、1つの予測値を求めるのに学習データが9個用いられるので、それに対応して、予測係数wも9個必要となる)を算出することができるだけの数の正規方程式が得られると(従って、そのような数の正規方程式が得られるまでは、学習回路77では、正規方程式が繰り返したてられる)、その正規方程式を解くことで、クラスCLについて、SD画素B3+m,3+nの予測値E[B3+m,3+n]を求めるのに最適な予測係数w1(B3+m,3+n)乃至w9(B3+m,3+n)が算出される(但し、ここでは、m=−1,0,+1、n=−1,0,+1)。
【0101】
図1の予測回路6を構成する係数ROM61(図8)には、以上のようにして学習回路77から出力される予測係数を記憶させておくことができ、この場合、積和演算器62では、式(1)に対応する次式にしたがって、予測値計算用ブロック内におけるHD画素A43,A44,A45,A53,A54,A55,A63,A64,A65それぞれの予測値E[A43],E[A44],E[A45],E[A53],E[A54],E[A55],E[A63],E[A64],E[A65]が求められる。
【0102】
【0103】
以上のように、SD画素B22,B23,B24,B32,B33,B34,B42,B43,B44それぞれの画素値(予測値)を、間引きSD画素C11,C12,C13,C21,C22,C23,C31,C32,C33で構成される所定の学習用ブロック(所定のブロック)から算出することができるように、学習を行うことで予測係数を求め、その予測係数を用いて、学習用ブロックより小さい(注目画素B33を中心として学習ブロックを、いわば縮小した)予測値計算用ブロック(小ブロック)に対して適応処理を施した場合によれば、画像の自己相似性によって、HD画素A43,A44,A45,A53,A54,A55,A63,A64,A65についての適正な予測値を得ることができる。
【0104】
次に、図10は、図9の学習回路77の構成例を示している。
【0105】
乗算回路81には、学習用ブロックを構成する学習データx1,x2,・・・,xmと、教師用ブロックを構成する教師データyとが入力されるようになされており、そこでは、式(7)の正規方程式におけるサメーション(Σ)の対象となる学習データx1,x2,・・・,xmどうしの積、および学習データx1,x2,・・・,xmそれぞれと教師データyとの積が求められ、加算回路82に供給される。
【0106】
加算回路82には、乗算回路81の出力の他、デコーダ83の出力も供給されるようになされている。デコーダ83には、クラス分類回路74(図9)からインデックスが供給されるようになされており、デコーダ83は、そのインデックスに基づいて、学習データx1,x2,・・・,xmのクラス(学習用ブロックのクラス)を認識し、その認識結果を、加算回路82に出力する。
【0107】
加算回路82は、乗算回路81の出力を用いて、式(7)の正規方程式におけるサメーションに相当する演算を、デコーダ83からのクラスごとに独立して行い、その演算結果を、演算回路84に供給する。演算回路84では、加算回路82の出力を用い、掃き出し法による演算が行われ、これにより、予測係数が算出されて出力される。
【0108】
次に、図11は、図10の乗算回路81の構成例を示している。
【0109】
乗算回路81は、同図に示すように、乗算器アレイで構成されている(乗算器が所定形状に配列されて構成されている)。即ち、乗算回路81は、式(7)の正規方程式の左辺における予測係数wの係数(サメーションの部分)、およびその右辺における各項に対応する乗算器から構成されている。
【0110】
なお、式(7)の正規方程式の左辺における予測係数wにかかる係数で構成される行列(以下、適宜、係数行列という)と、その転置行列とは等しいため、図11の実施の形態では、乗算器は、係数行列の対角成分を含む右上部分の成分と、式(7)の右辺の項に対応する乗算器だけが設けられている。
【0111】
以上のように構成される乗算回路81では、各乗算器において、上述したように、式(7)の正規方程式におけるサメーション(Σ)の対象となる学習データx1,x2,・・・,xmどうしの積、および学習データx1,x2,・・・,xmそれぞれと教師データyとの積が求められ、加算回路82に供給される。
【0112】
次に、図12は、図10の加算回路82の構成例を示している。
【0113】
加算回路82は、図11の乗算回路81を構成する乗算器と同様に加算器またはメモリセルがそれぞれ配置された加算器アレイまたはメモリアレイ(レジスタアレイ)から構成されている。なお、加算器アレイは、乗算器アレイと同様に1つだけ設けられているが、メモリアレイは、クラスに対応する数だけ設けられている。
【0114】
以上のように構成される加算回路82では、加算器アレイを構成する各加算器に、乗算器アレイの、対応する乗算器の出力が供給される。さらに、各加算器には、デコーダ83からのクラスに対応するメモリアレイを構成する、対応するメモリセルの記憶値が供給される。各加算器では、乗算器とメモリセルの出力どうしが加算され、その加算結果が、元のメモリセルに供給される。そして、各メモリセルでは、加算器から供給される加算結果が記憶され、加算回路82は、以下、同様の処理を繰り返すことで、式(7)の正規方程式におけるサメーションに相当する演算を行う。
【0115】
これにより、各メモリアレイには、対応するクラスについての、正規方程式の各項の係数が記憶されることになる。
【0116】
そして、図10の演算回路84では、メモリアレイの各メモリセルの記憶値を用いて、掃き出し法により、各クラスごとの予測係数が求められる。
【0117】
ところで、例えば、NTSC方式などに準拠したSD画像を受信する受信装置などに、図1の画像変換装置を内蔵させ、その予測回路6において第1の適応処理によりHD画素の予測値を求めるようにした場合においては、上述したように、学習に際し、教師データとしてHD画素が必要となるため、受信装置において、予測係数の更新をすることは困難である。
【0118】
その一方、第2の適応処理によりHD画素の予測値を求めるようにした場合においては、教師データとしてHD画素は必要でなく、SD画素(間引きSD画素を含む)だけで学習を行うことができ、従って、受信装置において、予測係数を更新することができる。
【0119】
そこで、図13は、予測係数を更新しながら、SD画像をHD画像に変換する画像変換装置の一実施の形態の構成を示している。なお、図中、図1における場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。即ち、この画像変換装置は、フレームメモリ91、学習用ブロック化回路92、教師用ブロック化回路93、学習回路94、および係数RAM(例えば、SRAM(Static Read Only Memory)など)95が新たに設けられているとともに、予測回路6に代えて予測回路96が設けられている他は、図1の画像変換装置と同様に構成されている。
【0120】
フレームメモリ91には、伝送路を介して伝送され、または、記録媒体から再生されたSD画像が、例えば、フレーム(またはフィールド)単位で記憶される。フレームメモリ91に記憶されたSD画像は、クラス分類用ブロック化回路1に供給され、以下、図1における場合と同様にして、クラス分類回路4からは、後述する学習用ブロック92が出力する学習用ブロックのクラスに対応するインデックスが出力される。
【0121】
また、フレームメモリ91に記憶されたSD画像は、同時に、学習用ブロック化回路92および教師用ブロック化回路93にも供給される。
【0122】
学習用ブロック化回路92、教師用ブロック化回路93、または学習回路94は、図9における学習用ブロック化回路75、教師用ブロック化回路76、または学習回路77と同様に構成されており、また、学習回路94には、クラス分類回路74(図9)に対応するクラス分類回路4からインデックスが供給されるようになされている。従って、学習回路94では、図9で説明したような学習が行われ、その結果得られる予測係数が、係数RAM95に供給される。
【0123】
係数RAM95には、学習回路94から予測係数が供給される他、クラス分類回路4からインデックスが供給されるようになされており、係数RAM95では、そのインデックスに対応するアドレスに、学習回路94からの予測係数が記憶(上書き)される。
【0124】
以上の学習処理が、フレームメモリ91に記憶されたSD画像を構成する、例えば、すべての画素を注目画素として行われると、予測値計算用ブロック化回路5は、フレームメモリ91に記憶されたSD画像から予測値計算用ブロックを順次構成し、予測回路96に出力する。
【0125】
また、このとき、フレームメモリ91に記憶されたSD画像は、クラス分類用ブロック化回路1にも、再び供給され、以下、上述した場合と同様にして、予測値計算用ブロック化回路5が構成する予測値計算用ブロックのクラスに対応するインデックスが、クラス分類回路4から出力される。
【0126】
このインデックスは、係数RAM95にアドレスとして与えられ、そのアドレスに記憶された予測係数が、係数RAM95から読み出されて予測回路96に供給される。
【0127】
予測回路96は、図8に示した予測回路6を構成するブロックのうちの、係数ROM61を除く、積和演算器62およびリミッタ63で構成され、そこでは、係数RAM95からの予測係数を用い、式(8)で説明したようにしてHD画素の予測値が求められる。
【0128】
以上のように、HD画像に変換しようとするSD画像から予測係数を求め、その予測係数を用いて、SD画像をHD画像に変換する場合によれば、より精度の高いHD画像を得ることが可能となる。
【0129】
以上、本発明を、SD画像をHD画像に変換する画像変換装置に適用した場合について説明したが、本発明は、その他、例えば、画像の拡大処理などを行う場合にも適用可能である。
【0130】
なお、本実施の形態においては、係数ROM61(図8)には(図13における係数RAM95についても同様)、各クラスに対応するアドレスに、予測係数を記憶させるようにしたが、係数ROM61には、その他、例えば、教師用ブロックを構成する画素値の平均値などを記憶させるようにすることが可能である。この場合、クラスについてのインデックスが与えられると、そのクラスに対応する画素値が出力されることになり、予測値計算用ブロック化回路5および予測回路6(または予測回路96)を設けずに済むようになる。
【0131】
さらに、本実施の形態においては、第1クラス情報および第2クラス情報の両方から、最終的なクラスを決定するようにしたが、第1クラス情報または第2クラス情報のうちのいずれか一方から最終的なクラスを決定するようにすることも可能である。
【0132】
また、本実施の形態では、間引き回路2において、画素を単純に間引くことにより、間引きブロックを構成するようにしたが、間引きブロックは、その他、例えば、幾つかの画素の平均値などを1の画素に割り当てることなどによって生成するようにすることなども可能である。
【0133】
さらに、本実施の形態では、各ブロックの形状を正方形としたが、ブロックの形状は正方形に限定されるものではない。即ち、本明細書中におけるブロックとは、幾つかの画素の集合を意味し、その形状は、正方形の他、例えば、長方形や、十字形、円形その他の任意の形状とすることができる。
【0134】
また、本実施の形態においては、画像の自己相似性を考慮してクラス分類を行うようにしたが、クラス分類は、画像の自己相似性を考慮せず、単純に、画素値のパターンにのみ基づいて行うようにすることも可能である。即ち、例えば、いま、図14(A)に示すように、ある注目画素と、それに隣接する3つの画素により、2×2画素でなるブロックを構成し、また、各画素は、1ビットで表現される(0または1のうちのいずれかのレベルをとる)ものとする。この場合、2×2の4画素のブロックは、各画素のレベル分布により、図14(B)に示すように、16(=(21)4)パターンに分類することができる。クラス分類は、このようなパターン分けのみによって行うようにすることも可能である。
【0135】
さらに、本発明は、ハードウェアおよびソフトウェアのいずれによっても実現可能である。
【0136】
【発明の効果】
請求項1に記載の画像処理装置および請求項6に記載の画像処理方法によれば、予測パラメータは、第1の画素のうちの予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と第2の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、第1の画像信号をブロック化し、第2の注目画素が属する第2のブロックであって、第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの第2のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出されたものであり、その予測パラメータを用いて適応処理を施すことにより、第2の画像の画素値が求められる。従って、第2の画像として、高解像度の画像を、容易に得ることが可能となる。
請求項5に記載の画像処理装置によれば、第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と第1の注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、第1の画像信号がブロック化され、第1の注目画素が属する第1のブロックであって、第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの第1のブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報が生成され、第1の画像信号を用いて第2の画像信号を予測するための予測パラメータが記憶され、第1のクラス情報に応じて予測パラメータ記憶手段より読み出される予測パラメータと第1の注目画素の周辺に位置する第1の画素との積和演算により、第2の画像信号の第2の画素であって、第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の第2の画素が予測され、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの予測パラメータが算出されるようにしたので、第2の画像として、高解像度の画像を、容易に得ることが可能となる。
また、請求項7に記載のパラメータ生成装置および請求項13に記載のパラメータ生成方法によれば、予測パラメータは、第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と注目画素の周辺の第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、第1の画像信号がブロック化され、注目画素が属するブロックであって、注目画素の位置を含む所定の大きさのブロックを構成する第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報が生成される。そして、予測される第2の画素の位置に対応する位置であって、第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その第2の画素の予測のために積和演算される第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとに算出されたものであり、即ち、第1の画像信号の画素のみを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、予測パラメータを得ることが可能となる。
また、請求項14に記載の画像処理装置および請求項15に記載の画像処理方法によれば、予測パラメータは、積和演算に用いられる第1の画像信号の画素と、第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたものであり、その予測パラメータ、即ち、第1の画像信号の画素のみを用いて生成された予測パラメータを用いて適応処理を施すことにより、第2の画像の画素値が求められる。従って、第2の画像として、高解像度の画像を、容易に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した画像変換装置の第1の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の画像変換装置の処理を説明するための図である。
【図3】図1のクラス分類回路4の構成例を示すブロック図である。
【図4】図3の第1クラス生成回路11の構成例を示すブロック図である。
【図5】図3の第2クラス生成回路12の構成例を示すブロック図である。
【図6】ADRC処理を説明するための図である。
【図7】図3の最終クラス決定回路13の構成例を示すブロック図である。
【図8】図1の予測回路6の構成例を示すブロック図である。
【図9】予測係数を求める学習処理を行う画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図10】図9の学習回路77の構成例を示すブロック図である。
【図11】図10の乗算回路81の構成例を示すブロック図である。
【図12】図10の加算回路82の構成例を示すブロック図である。
【図13】本発明を適用した画像変換装置の第2の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図14】画素値のレベルのパターンにのみ基づいて行うクラス分類を説明するための図である。
【符号の説明】
1 クラス分類用ブロック化回路, 2 間引き回路, 3 縮小回路, 4クラス分類回路, 5 予測値計算用ブロック化回路, 6 予測回路, 7モニタ, 11 第1クラス生成回路, 12 第2クラス生成回路, 13最終クラス決定回路, 211乃至214 相似性算出部, 22 最大相似性方向判定部, 26B,26C 画素抽出部, 27 ノルム計算部, 31 最大相似性方向画素抽出部, 32 ADRC処理部, 33 パターン分類部, 41 最大値検出部, 42 最小値検出部, 43 遅延部, 44 演算器, 45 ADRCコード決定部, 51 ROM, 61 係数ROM,62 積和演算器, 63 リミッタ, 71 クラス分類用ブロック化回路, 72 間引き回路, 73 縮小回路, 74 クラス分類回路, 75 学習ブロック化回路, 76 教師用ブロック化回路, 77 学習回路, 81 乗算回路, 82 加算回路, 83 デコーダ, 84 演算回路, 91 フレームメモリ, 92 学習用ブロック化回路, 93 教師用ブロック化回路, 94 学習回路, 95 係数RAM, 96 予測回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image processing apparatus.,Image processing method, Parameter generation apparatus and parameter generation methodIn particular, for example, an image processing apparatus suitable for use in, for example, converting a standard resolution image into a high resolution image.,Image processing method, Parameter generation apparatus and parameter generation methodAbout.
[0002]
[Prior art]
For example, when converting a standard resolution or low resolution image (hereinafter referred to as an SD image as appropriate) to a high resolution image (hereinafter referred to as an HD image as appropriate) or enlarging the image, Interpolation (compensation) of the pixel values of the missing pixels is performed by a so-called interpolation filter or the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if pixel interpolation is performed using an interpolation filter, it is difficult to obtain a high-resolution image because the HD image component (high-frequency component) that is not included in the SD image cannot be restored.
[0004]
The present invention has been made in view of such a situation, and makes it possible to easily obtain a high-resolution image.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The image processing apparatus according to claim 1,To form a first block of a predetermined size composed of a first pixel of interest that is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest,Blocking means for blocking the first image signal;First pixel of interestBelongs toFirst blockBecauseFirst pixel of interestOf a predetermined size including the position ofFirst blockRepresents a class based on the first pixel comprisingFirst class informationClassifying means for generating a prediction parameter storage means for storing a prediction parameter for predicting a second image signal using the first image signal;First class informationA prediction parameter read from the prediction parameter storage means according toFirst pixel of interestThe second pixel of the second image signal by the product-sum operation with the first pixel located aroundThe second pixel in the vicinity of the same position or corresponding position with respect to the position corresponding to the position of the first target pixel.Prediction prediction means for predicting, and the prediction parameter storage means,A second block having a predetermined size including a second target pixel that is a pixel of interest in calculation of a prediction parameter among the first pixels and a first pixel around the second target pixel. As described above, the first image signal is blocked, and a second block to which the second pixel of interest belongs and which is a second block having a predetermined size including the position of the second pixel of interest is formed. Based on the first pixel, the second class information representing the class is generated, and is a position corresponding to the predicted position of the second pixel, from the same position as the first pixel or a position in between, A second direction that is proportional to the first distance in the same direction with respect to the direction to each position of the first pixel that is sum-of-products calculated for the prediction of the second pixel and the first distance therebetween. The first pixel in the similar positional relationship that is the position of the distance of There are, of predicted values of the pixel values, by performing learning to minimize differences between true values, the prediction parameter calculated for each class indicated by the second class informationIs stored.
The image processing apparatus according to claim 5, wherein the image processing apparatus has a predetermined size including a first pixel of interest which is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest. Block means for blocking the first image signal so as to constitute the first block, and a first block to which the first pixel of interest belongs, and includes a predetermined block including the position of the first pixel of interest In order to predict the second image signal using the first image signal and the class classification means for generating the first class information representing the class based on the first pixel constituting the first block of the size By a sum-of-products operation of a prediction parameter storage unit that stores the prediction parameter, a prediction parameter read from the prediction parameter storage unit according to the first class information, and a first pixel located around the first pixel of interest , Second of the second image signal Prediction operation means for predicting a second pixel in the vicinity of the same or corresponding position with respect to a position corresponding to the position of the first target pixel, and a predicted second pixel A position corresponding to the position, from a position that is the same as or between the first pixel to a position of each of the first pixels that is summed for prediction of the second pixel, and The first pixel in the same direction and the position of the second distance that is proportional to the first distance with respect to the first distance in the meantime using the first pixel having a similar positional relationship, And learning means for calculating a prediction parameter for each class by performing learning that minimizes an error with respect to a true value.
[0006]
The image processing method according to claim 6 comprises:To form a first block of a predetermined size composed of a first pixel of interest that is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest,A block step of blocking the first image signal;First pixel of interestBelongs toFirst blockBecauseFirst pixel of interestOf a predetermined size including the position ofFirst blockRepresents a class based on the first pixel comprisingFirst class informationA classifying step for generating a prediction parameter storage means for storing a prediction parameter for predicting a second image signal using the first image signal,First class informationPrediction parameters read out according toFirst pixel of interestThe second pixel of the second image signal by the product-sum operation with the first pixel located aroundThe second pixel in the vicinity of the same position or corresponding position with respect to the position corresponding to the position of the first target pixel.Predictive calculation step for predicting the prediction parameter storage means,A second block having a predetermined size including a second target pixel that is a pixel of interest in calculation of a prediction parameter among the first pixels and a first pixel around the second target pixel. As described above, the first image signal is blocked, and a second block to which the second pixel of interest belongs and which is a second block having a predetermined size including the position of the second pixel of interest is formed. Based on the first pixel, the second class information representing the class is generated, and is a position corresponding to the predicted position of the second pixel, from the same position as the first pixel or a position in between, A second direction that is proportional to the first distance in the same direction with respect to the direction to each position of the first pixel that is sum-of-products calculated for the prediction of the second pixel and the first distance therebetween. The first pixel in the similar positional relationship that is the position of the distance of There are, of predicted values of the pixel values, by performing learning to minimize differences between true values, the prediction parameter calculated for each class indicated by the second class informationIs stored.
The parameter generation device according to claim 7,In order to form a block of a predetermined size composed of a target pixel that is a target pixel of the first pixels and a first pixel around the target pixel,Block means for blocking the first image signal, and class information representing a class based on a first pixel constituting a block having a predetermined size including a position of the target pixel, to which the target pixel belongs. Class classification means to be generated and predicted second pixel positionIs the same position as the first pixel or a position in betweenTo the direction from the first pixel to the position where the first pixel is summed for prediction of the second pixel and the first distance therebetween, the same direction and proportional to the first distance Prediction parameters for each class are calculated by performing learning to minimize the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value using the first pixel having a similar positional relationship that is the position of the second distance. And learning means for performing.
The parameter generation method according to
An image processing apparatus according to claim 14 is provided.A predetermined number of pixels centered on a pixel of interest that is a pixel of interest among pixels of the first image signal, each of which is a predetermined number of pixels, and configured as a block composed of pixels of the first image signal.Block means for blocking the first image signal, class classification means for generating class information representing a class based on the pixels constituting the block to which the pixel of interest belongs, and the second image using the first image signal A prediction parameter storage unit that stores a prediction parameter for predicting a signal; a product of the prediction parameter read from the prediction parameter storage unit according to the class information and a pixel of the first image signal around the position of the target pixel A prediction calculation unit that generates a second image signal by sum calculation, and the prediction parameter storage unit reduces the resolution of the pixel of the first image signal used for the product-sum calculation and the first image signal. The prediction parameter for each class generated so as to minimize the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value is stored using the pixel of the third image signal that has been set. And wherein the door.
The image processing method according to claim 15 comprises:A predetermined number of pixels centered on a pixel of interest that is a pixel of interest among pixels of the first image signal, each of which is a predetermined number of pixels, and configured as a block composed of pixels of the first image signal.A block step for blocking the first image signal, a class classification step for generating class information representing a class based on the pixels constituting the block to which the pixel of interest belongs, and a second image using the first image signal From a prediction parameter storage unit that stores a prediction parameter for predicting a signal, a product-sum operation is performed on the prediction parameter read according to the class information and the pixel of the first image signal around the position of the target pixel. A prediction calculation step for generating the second image signal, and the prediction parameter storage means includes a pixel of the first image signal used for the product-sum operation and a third resolution obtained by reducing the resolution of the first image signal. A prediction parameter for each class generated so as to minimize an error of a predicted value of a pixel value with respect to a true value using a pixel of an image signal is stored. That.
[0007]
In the image processing apparatus according to claim 1, the block means includes:To form a first block of a predetermined size composed of a first pixel of interest that is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest,The first image signal is blocked, and the class classification means isFirst pixel of interestBelongs toFirst blockBecauseFirst pixel of interestOf a predetermined size including the position ofFirst blockRepresents a class based on the first pixel comprisingFirst class informationIs generated. The prediction parameter storage means stores a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal. And the prediction calculation means isFirst class informationA prediction parameter read from the prediction parameter storage means according toFirst pixel of interestThe second pixel of the second image signal by the product-sum operation with the first pixel located aroundThe second pixel in the vicinity of the same position or corresponding position with respect to the position corresponding to the position of the first target pixel.Predict. Furthermore, the prediction parameter storage meansA second block having a predetermined size including a second target pixel that is a pixel of interest in calculation of a prediction parameter among the first pixels and a first pixel around the second target pixel. As described above, the first image signal is blocked, and a second block to which the second pixel of interest belongs and which is a second block having a predetermined size including the position of the second pixel of interest is formed. Based on the first pixel, the second class information representing the class is generated, and is a position corresponding to the predicted position of the second pixel, from the same position as the first pixel or a position in between, A second direction that is proportional to the first distance in the same direction with respect to the direction to each position of the first pixel that is sum-of-products calculated for the prediction of the second pixel and the first distance therebetween. The first pixel in the similar positional relationship that is the position of the distance of There are, of predicted values of the pixel values, by performing learning to minimize differences between true values, the prediction parameter calculated for each class indicated by the second class informationIt is made to memorize.
In the image processing device according to claim 5, a predetermined size including a first pixel of interest which is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest. The first image signal is blocked to form the first block, and the first block to which the first pixel of interest belongs has a predetermined size including the position of the first pixel of interest. First class information representing a class is generated based on the first pixel constituting the first block of the first block, and a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal is stored. The second pixel of the second image signal by the product-sum operation of the prediction parameter read from the prediction parameter storage unit according to the first class information and the first pixel located around the first target pixel And corresponding to the position of the first pixel of interest. A second pixel in the vicinity of the same or corresponding position with respect to the position is predicted and corresponds to the predicted position of the second pixel, and is the same position as or in between the first pixel The same direction and proportional to the first distance with respect to the direction from the position to the respective positions of the first pixels to be summed for prediction of the second pixel and the first distance therebetween By performing learning that minimizes the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value using the first pixel having a similar positional relationship that is the position of the second distance to be predicted, the prediction parameter for each class Calculated.
[0008]
In the image processing method according to claim 6,To form a first block of a predetermined size composed of a first pixel of interest that is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest,The first image signal is blocked,First pixel of interestBelongs toFirst blockBecauseFirst pixel of interestOf a predetermined size including the position ofFirst blockRepresents a class based on the first pixel comprisingFirst class informationIs generated. And from the prediction parameter memory | storage means which memorize | stores the prediction parameter for predicting a 2nd image signal using a 1st image signal,First class informationPrediction parameters read out according toFirst pixel of interestThe second pixel of the second image signal by the product-sum operation with the first pixel located aroundThe second pixel in the vicinity of the same position or corresponding position with respect to the position corresponding to the position of the first target pixel.Predict. Further, the prediction parameter storage means includesA second block having a predetermined size including a second target pixel that is a pixel of interest in calculation of a prediction parameter among the first pixels and a first pixel around the second target pixel. As described above, the first image signal is blocked, and a second block to which the second pixel of interest belongs and which is a second block having a predetermined size including the position of the second pixel of interest is formed. Based on the first pixel, the second class information representing the class is generated, and is a position corresponding to the predicted position of the second pixel, from the same position as the first pixel or a position in between, A second direction that is proportional to the first distance in the same direction with respect to the direction to each position of the first pixel that is sum-of-products calculated for the prediction of the second pixel and the first distance therebetween. The first pixel in the similar positional relationship that is the position of the distance of There are, of predicted values of the pixel values, by performing learning to minimize differences between true values, the prediction parameter calculated for each class indicated by the second class informationIs memorized.
In the parameter generation device according to claim 7, the block means includesIn order to form a block of a predetermined size composed of a target pixel that is a target pixel of the first pixels and a first pixel around the target pixel,Class information representing a class based on a first pixel which blocks the first image signal and the class classification means is a block to which the pixel of interest belongs and which constitutes a block of a predetermined size including the position of the pixel of interest Is generated. The learning means then predicts the position of the second pixelIs the same position as the first pixel or a position in betweenTo the direction from the first pixel to the position where the first pixel is summed for prediction of the second pixel and the first distance therebetween, the same direction and proportional to the first distance Prediction parameters for each class are calculated by performing learning to minimize the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value using the first pixel having a similar positional relationship that is the position of the second distance. It is made to do.
In the parameter generation method according to
In the image processing device according to claim 14, the block means includes:A predetermined number of pixels centered on a pixel of interest that is a pixel of interest among pixels of the first image signal, each of which is a predetermined number of pixels, and configured as a block composed of pixels of the first image signal.The first image signal is blocked, and the class classification unit generates class information representing the class based on the pixels constituting the block to which the target pixel belongs. Further, the prediction parameter storage means stores a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal. Then, the prediction calculation means calculates the second image signal by the product-sum calculation between the prediction parameter read from the prediction parameter storage means according to the class information and the pixel of the first image signal around the position of the target pixel. Generate. Further, the prediction parameter storage means predicts a pixel value using a pixel of the first image signal used for the product-sum operation and a pixel of the third image signal obtained by reducing the resolution of the first image signal. The prediction parameter for each class generated so as to minimize the error of the value with respect to the true value is stored.
In the image processing method according to claim 15,A predetermined number of pixels centered on a pixel of interest that is a pixel of interest among pixels of the first image signal, each of which is a predetermined number of pixels, and configured as a block composed of pixels of the first image signal.The first image signal is blocked, and class information representing a class is generated based on the pixels constituting the block to which the target pixel belongs. Then, the prediction parameter storage means for storing the prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal is located around the position of the prediction parameter and the target pixel read according to the class information. A second image signal is generated by a product-sum operation with the pixels of the first image signal. Further, the prediction parameter storage means uses the pixel of the first image signal used for the product-sum operation and the pixel of the third image signal obtained by reducing the resolution of the first image signal, A prediction parameter for each class generated so as to minimize an error of the predicted value with respect to the true value is stored.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below, but before that, in order to clarify the correspondence between the respective means of the invention described in the claims and the following embodiments, after each means, A corresponding embodiment (however, an example) is added in parentheses to describe the characteristics of the present invention, and the following is obtained.
[0010]
That is, the image processing apparatus according to claim 1To form a first block of a predetermined size composed of a first pixel of interest that is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest,Block means for blocking the first image signal (for example, the class classification blocking circuit 1 shown in FIG. 1),First pixel of interestBelongs toFirst blockBecauseFirst pixel of interestOf a predetermined size including the position ofFirst blockRepresents a class based on the first pixel comprisingFirst class informationClass classification means (for example, the class classification circuit 4 shown in FIG. 1) and prediction parameter storage means for storing prediction parameters for predicting the second image signal using the first image signal ( For example, the coefficient ROM 61 shown in FIG.First class informationA prediction parameter read from the prediction parameter storage means according toFirst pixel of interestThe second pixel of the second image signal by the product-sum operation with the first pixel located aroundThe second pixel in the vicinity of the same position or corresponding position with respect to the position corresponding to the position of the first target pixel.Prediction calculation means (for example, a product-sum operation unit 62 shown in FIG. 8), and the prediction parameter storage means includes:A second block having a predetermined size including a second target pixel that is a pixel of interest in calculation of a prediction parameter among the first pixels and a first pixel around the second target pixel. As described above, the first image signal is blocked, and a second block to which the second pixel of interest belongs and which is a second block having a predetermined size including the position of the second pixel of interest is formed. Based on the first pixel, the second class information representing the class is generated, and is a position corresponding to the predicted position of the second pixel, from the same position as the first pixel or a position in between, A second direction that is proportional to the first distance in the same direction with respect to the direction to each position of the first pixel that is sum-of-products calculated for the prediction of the second pixel and the first distance therebetween. The first pixel in the similar positional relationship that is the position of the distance of There are, of predicted values of the pixel values, by performing learning to minimize differences between true values, the prediction parameter calculated for each class indicated by the second class informationIs stored.
The image processing apparatus according to claim 4 generates a third image signal by thinning out pixels constituting the block at regular intervals, and supplies the third image signal to the class classification unit (for example, the thinning circuit 2 shown in FIG. 1). Etc.) and a reduction circuit (for example,
An image processing apparatus according to claim 5 is provided.To form a first block of a predetermined size composed of a first pixel of interest that is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest, Block means for blocking the first image signal (for example, the class classification blocking circuit 1 shown in FIG. 1) and the first block to which the first pixel of interest belongs, Class classification means (for example, a class classification circuit 4 shown in FIG. 1) that generates first class information representing a class based on a first pixel constituting a first block having a predetermined size including a position; Prediction parameter storage means for storing a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal (for example, coefficient ROM 61 shown in FIG. 8) and prediction according to the first class information Read from parameter storage The second pixel of the second image signal corresponding to the position of the first target pixel is obtained by multiplying the prediction parameters that are output and the first pixel located around the first target pixel. Prediction calculation means (for example, a product-
[0011]
The image processing method according to claim 6 comprises:To form a first block of a predetermined size composed of a first pixel of interest that is a pixel of interest among the first pixels and a first pixel around the first pixel of interest,A block step of blocking the first image signal;First pixel of interestBelongs toFirst blockBecauseFirst pixel of interestOf a predetermined size including the position ofFirst blockRepresents a class based on the first pixel comprisingFirst class informationFrom a classification step for generating a prediction parameter storage means (for example, a coefficient ROM 61 shown in FIG. 8) for storing a prediction parameter for predicting a second image signal using the first image signal,First class informationPrediction parameters read out according toFirst pixel of interestThe second pixel of the second image signal by the product-sum operation with the first pixel located aroundThe second pixel in the vicinity of the same position or corresponding position with respect to the position corresponding to the position of the first target pixel.Predictive calculation step for predicting the prediction parameter storage means,A second block having a predetermined size including a second target pixel that is a pixel of interest in calculation of a prediction parameter among the first pixels and a first pixel around the second target pixel. As described above, the first image signal is blocked, and a second block to which the second pixel of interest belongs and which is a second block having a predetermined size including the position of the second pixel of interest is formed. Based on the first pixel, the second class information representing the class is generated, and is a position corresponding to the predicted position of the second pixel, from the same position as the first pixel or a position in between, A second direction that is proportional to the first distance in the same direction with respect to the direction to each position of the first pixel that is sum-of-products calculated for the prediction of the second pixel and the first distance therebetween. The first pixel in the similar positional relationship that is the position of the distance of There are, of predicted values of the pixel values, by performing learning to minimize differences between true values, the prediction parameter calculated for each class indicated by the second class informationIs stored.
[0012]
The parameter generation device according to claim 7,In order to form a block of a predetermined size composed of a target pixel that is a target pixel of the first pixels and a first pixel around the target pixel,Block means for blocking the first image signal (for example, the class classification blocking circuit 1 shown in FIG. 13) and a block to which the pixel of interest belongs and having a predetermined size including the position of the pixel of interest Class classifying means (for example, class classifying circuit 4 shown in FIG. 13) that generates class information representing a class based on the first pixel that constitutes the position of the second pixel to be predictedIs the same position as the first pixel or a position in betweenTo the direction from the first pixel to the position where the first pixel is summed for prediction of the second pixel and the first distance therebetween, the same direction and proportional to the first distance Prediction parameters for each class are calculated by performing learning to minimize the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value using the first pixel having a similar positional relationship that is the position of the second distance. Learning means (for example, a
The parameter generation device according to
The parameter generation method according to
[0013]
An image processing apparatus according to claim 14 is provided.A predetermined number of pixels centered on a pixel of interest that is a pixel of interest among pixels of the first image signal, each of which is a predetermined number of pixels, and configured as a block composed of pixels of the first image signal.A class for generating class information representing a class based on block means for blocking the first image signal (for example, the class classification blocking circuit 1 shown in FIG. 1) and the pixels constituting the block to which the target pixel belongs. A classification unit (for example, the class classification circuit 4 shown in FIG. 1) and a prediction parameter storage unit (for example, FIG. 8) that stores a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal. The second image signal is obtained by multiplying the prediction parameter read out from the prediction parameter storage unit according to the class information and the pixel of the first image signal around the position of the target pixel. For example, a product-
The image processing method according to claim 15 comprises:A predetermined number of pixels centered on a pixel of interest that is a pixel of interest among pixels of the first image signal, each of which is a predetermined number of pixels, and configured as a block composed of pixels of the first image signal.A block step for blocking the first image signal, a class classification step for generating class information representing a class based on the pixels constituting the block to which the pixel of interest belongs, and a second image using the first image signal The first image in the vicinity of the position of the prediction parameter and the target pixel read out according to the class information from the prediction parameter storage means (for example, the coefficient ROM 61 shown in FIG. 8) that stores the prediction parameter for predicting the signal A prediction calculation step of generating a second image signal by a product-sum operation with the pixel of the signal, and the prediction parameter storage means includes a first image signal pixel used for the product-sum operation, For each class generated so as to minimize the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value using the pixel of the third image signal whose image signal is reduced in resolution Wherein the prediction parameters are stored.
[0014]
Of course, this description does not mean that the respective means are limited to those described above.
[0015]
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of an image conversion apparatus to which the present invention is applied. This image conversion apparatus converts an SD image (first image) into an HD image (second image). That is, for example, in FIG. 2, the portion indicated by the symbol • is a pixel constituting the HD image (hereinafter referred to as “HD pixel” as appropriate), and the portion indicated by a circle in FIG. When a pixel (hereinafter, appropriately referred to as an SD pixel) is used, the image conversion apparatus in FIG. 1 converts an SD image indicated by a circle in FIG. 1 to an HD image indicated by a mark in FIG. .
[0016]
For example, an image of an SD image transmitted through a transmission line such as a ground line, a satellite line, or a CATV (CAble TeleVision) network, or reproduced from a recording medium such as an optical disk, a magneto-optical disk, or a magnetic tape. The signal is supplied to the class classification blocking circuit 1 and the prediction value calculation blocking circuit 5.
[0017]
The class classification blocking circuit 1 configures a class classification block including a predetermined target pixel from the SD image supplied thereto. That is, the class classification blocking circuit 1 includes, for example, a class classification block composed of 5 × 5 (horizontal × vertical) SD pixels centered on the target pixel, as shown by a solid line in FIG. Constitute.
[0018]
Here, 5 × 5 SD pixels (portions indicated by ◯ in FIG. 2) constituting the class classification block will be appropriately expressed as follows. That is, the SD pixel located at the i-th position from the left and the j-th position from the top in the class classification block is represented by BijIs written. Therefore, in the embodiment of FIG. 2, the classification block is the SD pixel B.33Is configured as a pixel of interest. In addition, HD pixels generated from the SD pixels constituting the class classification block (portions indicated by marks in FIG. 2) are hereinafter referred to as “A” as appropriate.ijIs written.
[0019]
When the class classification block forming circuit 1 forms a class classification block, it outputs it to the thinning circuit 2 and the
[0020]
When receiving the class classification block, the thinning circuit 2 reduces the number of pixels by, for example, thinning out the SD pixels constituting the class classification block, thereby forming a thinning block. That is, the thinning circuit 2 constitutes a thinning block (compressed image) by thinning out the class classification block by, for example, 1/2 in both the horizontal direction and the vertical direction. This thinning block is supplied to the class classification circuit 4.
[0021]
Here, the pixels in the class classification block remaining as a result of the thinning process by the thinning circuit 2 (portions indicated by the dotted circles in FIG. 2), that is, the pixels constituting the thinning block are appropriately thinned out as follows. The SD pixel is referred to as an SD pixel.ijIs written.
[0022]
On the other hand, in the
[0023]
Here, both the thinning block and the reduced block are generated by reducing the number of pixels of the class classification block, and reducing the number of pixels reduces the amount of information. In a sense, the thinned block and the reduced block can be referred to as a compressed image.
[0024]
When the class classification circuit 4 receives the thinned block and the reduced block, the class classification circuit 4 performs class classification using the two blocks, and the prediction value calculation blocking circuit 5 described later outputs an index representing the resulting class. The prediction value calculation block 6 is supplied to the prediction circuit 6 as being for the predicted value calculation block class.
[0025]
The prediction circuit 6 is also supplied with a prediction value calculation block from the prediction value calculation blocking circuit 5. In the predicted value calculation blocking circuit 5, for example, the target pixel B as surrounded by a dotted-line rectangle in FIG. 2.33A prediction value calculation block of 3 × 3 pixels centering on is configured and supplied to the prediction circuit 6.
[0026]
Therefore, in the present embodiment, the prediction value calculation block and the reduced block are configured by the same SD pixel, but the SD pixels configuring both are not necessarily the same. That is, as described above, the reduced block only needs to be obtained by reducing the class classification block around the pixel of interest, and the predicted value calculation block is configured so that the feature is included in the class classification block. (To be precise, the prediction value calculation block may be configured in any way, and the class classification block needs to be configured to include the characteristics of the prediction value calculation block).
[0027]
When the prediction circuit 6 receives a prediction value calculation block and an index corresponding to the class, the prediction circuit 6 has a prediction coefficient as will be described later, which corresponds to the received index, and the SD constituting the prediction value calculation block. An adaptive process for obtaining a predicted value of the pixel value of the HD pixel is performed by linear combination with the pixel value of the pixel. That is, the prediction circuit 6 includes the prediction coefficient corresponding to the index and the SD pixel B constituting the prediction value calculation block.twenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44For example, the target pixel B33HD pixel A in a 3 × 3 range centered on43, A44, A45, A53, A54, A55, A63, A64, A65Find the predicted value of.
[0028]
In the prediction circuit 6, the same processing is performed for the pixel B below.33SD pixels other than are sequentially performed as the target pixel, and when the predicted values of all HD pixels constituting the HD image are obtained, the predicted values are supplied to the monitor 7. The monitor 7 includes, for example, a D / A converter, D / A converts the pixel value as a digital signal from the prediction circuit 6, and displays an image obtained as a result of the D / A conversion.
[0029]
Next, FIG. 3 shows a configuration example of the class classification circuit 4 of FIG.
[0030]
The decimation block from the decimation circuit 2 is supplied to the first
[0031]
The first
[0032]
The first class information obtained based on this self-similarity is supplied to the second
[0033]
The second
[0034]
Next, FIG. 4 shows a configuration example of the first
[0035]
The thinning block and the reduced block are similarities calculating unit 21.1Thru 21FourTo be supplied.
[0036]
The pixel extraction unit 26 </ b> B is an SD pixel (FIG. 2) B that forms a reduced block.twenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44Of the pixel of interest B33Those that are on a straight line in a predetermined direction passing through are extracted. In other words, the
[0037]
On the other hand, the
[0038]
The
[0039]
[0040]
The maximum similarity
[0041]
In the above-described case, the norm of the vector having the pixel value as a component is used as the evaluation amount of the self-similarity in each direction. It is also possible to use it as an evaluation amount.
[0042]
That is, for example, the SD pixel B constituting the reduced blocktwenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44To the thinned-out SD pixel C that does not exist in the reduced block.11, C12, C13, Ctwenty one, Ctwenty three, C31, C32, C33Is obtained by extrapolation, and the extrapolation result and true decimation SD pixel C11, C12, C13, Ctwenty one, Ctwenty three, C31, C32, C33The error from the pixel value of is calculated. Then, this error can be used as the evaluation amount of similarity, and the direction with the smallest error can be set as the direction of the highest similarity.
[0043]
In addition, for example, the thinned SD pixels constituting the thinned block (FIG. 2) C11, C12, C13, Ctwenty one, Ctwenty two, Ctwenty three, C31, C32, C33SC pixel B of the reduced block that does not exist in the thinned blocktwenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B34, B42, B43, B44Is obtained by interpolation, and the interpolation result and the true SD pixel Btwenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B34, B42, B43, B44The error from the pixel value of is calculated. Then, this error can be used as an evaluation amount of similarity, and the direction with the smallest error can be set as the direction of the highest similarity.
[0044]
Next, FIG. 5 shows a configuration example of the second
[0045]
The reduced block from the
[0046]
Here, normally, for example, about 8 bits are assigned to each pixel in order to express the pixel value. Further, in the present embodiment, as described above, three maximum similarity pixels are obtained. Therefore, if the pixel value pattern is divided into 3 pixels each represented by 8 bits, (28)ThreeThis results in a huge number of patterns. Therefore, the number of classes is enormous, and processing is complicated when processing is performed in correspondence with such an enormous number of classes.
[0047]
Therefore, in the present embodiment, the ADRC processing unit 32 performs ADRC (Adaptive Dynamic Range Coding) processing on the three maximum similarity pixels, whereby the maximum similarity pixel. By reducing the number of bits, the number of pixel value patterns is reduced.
[0048]
That is, in the ADRC process, as shown in FIG. 6A, the maximum value MAX and the minimum value MIN of the pixel value are detected from the three maximum similarity pixels arranged on a certain straight line. Then, DR = MAX−MIN is set as the local dynamic range of the maximum similarity pixel, and based on the dynamic range DR, the pixel values of the three maximum similarity pixels are requantized to K bits.
[0049]
Specifically, the minimum value MIN is subtracted from each pixel value of the three maximum similarity pixels, and the subtraction value is DR / 2.KDivide by. Then, it is converted into a code (ADRC code) corresponding to the division value obtained as a result. That is, for example, when K = 2, as shown in FIG. 6B, the division value has a dynamic range DR of 4 (= 22) It is determined which range is obtained by equally dividing, and the division value is the range of the lowest level, the range of the second level from the bottom, the range of the third level from the bottom, or the top In the case of belonging to the level range, for example, each bit is encoded into 2 bits such as 00B, 01B, 10B, or 11B (B represents a binary number).
[0050]
When decoding based on pixel values, the ADRC code 00B, 01B, 10B, or 11B is the center value L of the lowest level range obtained by dividing the dynamic range DR into four equal parts.00, Center value L of the second level range from the bottom01, Center value L of the third level range from the bottomTenOr the center value L of the range of the highest level11And the minimum value MIN is added to the value.
[0051]
Here, the details of the ADRC processing as described above are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-53778 filed by the applicant of the present application.
[0052]
As described above, the number of patterns can be reduced by performing ADRC processing that performs requantization with a smaller number of bits than the number of bits allocated to the SD pixel. This is performed in the section 32.
[0053]
That is, the three maximum similarity pixels output from the maximum similarity direction
[0054]
On the other hand, in the
[0055]
Next, FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the final
[0056]
The first class information and the second class information are supplied to the address terminal AD of the
[0057]
As described above, since classification is performed not only for pixel value level patterns but also for self-similarity of images, images can be processed more appropriately according to their properties. It becomes possible.
[0058]
The index may be 6 bits in total by adding 1 bit indicating whether the unit of processing is a frame or a field to the above 5 bits.
[0059]
Further, the
[0060]
Further, in the above-described case, the
[0061]
Next, FIG. 8 shows a configuration example of the prediction circuit 6 of FIG.
[0062]
A coefficient ROM (Read Only Memory) 61 stores prediction coefficients for each class obtained in advance by learning (described later), receives an index output from the class classification circuit 4, and sets an address corresponding to the index. The stored prediction coefficient, that is, the prediction coefficient corresponding to the class of the prediction value calculation block output by the prediction value calculation block forming circuit 5 is read and output to the product-
[0063]
The product-
[0064]
Here, the adaptive processing will be described in detail.
[0065]
For example, now, the predicted value E [y] of the pixel value y of the HD pixel is converted into a pixel value of some SD pixels (hereinafter referred to as learning data as appropriate) x.1, X2, ... and a predetermined prediction coefficient w1, W2Consider a linear primary combination model defined by the linear combination of. In this case, the predicted value E [y] can be expressed by the following equation.
[0066]
[0067]
Therefore, in order to generalize, a matrix W composed of a set of prediction coefficients w, a matrix X composed of a set of learning data, and a matrix Y ′ composed of a set of predicted values E [y],
[Expression 1]
Then, the following observation equation holds.
[0068]
[0069]
Then, it is considered to apply the least square method to this observation equation to obtain a predicted value E [y] close to the pixel value y of the HD pixel. In this case, a matrix Y composed of a set of pixel values of HD pixels (hereinafter referred to as teacher data as appropriate) y and a matrix E composed of a set of residuals e of predicted values E [y] for the pixel values y of HD pixels. ,
[Expression 2]
From the equation (2), the following residual equation is established.
[0070]
[0071]
In this case, the prediction coefficient w for obtaining the predicted value E [y] close to the pixel value y of the HD pixeliIs the square error
[Equation 3]
Can be obtained by minimizing.
[0072]
Therefore, the above square error is converted into the prediction coefficient w.iWhen the value differentiated by 0 is 0, that is, the prediction coefficient w satisfying the following equation:iHowever, this is the optimum value for obtaining the predicted value E [y] close to the pixel value y of the HD pixel.
[0073]
[Expression 4]
[0074]
Therefore, first, Equation (3) is converted into the prediction coefficient w.iIs differentiated by the following equation.
[0075]
[Equation 5]
[0076]
From equations (4) and (5), equation (6) is obtained.
[0077]
[Formula 6]
[0078]
Further, considering the relationship among the learning data x, the prediction coefficient w, the teacher data y, and the residual e in the residual equation of Equation (3), the following normal equation can be obtained from Equation (6). .
[0079]
[Expression 7]
[0080]
The normal equation of the equation (7) can be formed by the same number as the number of prediction coefficients w to be obtained. Therefore, by solving the equation (7) (however, to solve the equation (7), the equation (7) 7), the matrix composed of the coefficients related to the prediction coefficient w needs to be regular), and the optimal prediction coefficient w can be obtained. In solving equation (7), for example, a sweep-out method (Gauss-Jordan elimination method) or the like can be applied.
[0081]
As described above, the optimum prediction coefficient w is obtained, and further, using the prediction coefficient w, it is adaptive to obtain the prediction value E [y] close to the pixel value y of the HD pixel by the equation (1). This adaptive processing is performed in the product-
[0082]
Note that the adaptive processing is different from the interpolation processing in that a component included in the HD image that is not included in the SD image is reproduced. In other words, the adaptive process is the same as the interpolation process using a so-called interpolation filter as long as only Expression (1) is seen, but the prediction coefficient w corresponding to the tap coefficient of the interpolation filter uses the teacher data y. In other words, since it is obtained by learning, the components included in the HD image can be reproduced. That is, a high-resolution image can be easily obtained. From this, it can be said that the adaptive process is a process having an image creating action.
[0083]
The adaptive processing described above is based on the prediction coefficient w obtained by learning using the pixel value y of the HD pixel as teacher data.1, W2,..., And such an adaptive process (hereinafter referred to as a first adaptive process as appropriate) has been proposed by the present applicant.
[0084]
By the way, according to the first adaptive processing, the prediction coefficient w1, W2,..., That is, in learning, HD images are required as teacher data. That is, for example, in FIG.twenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44To HD pixel A43, A44, A45, A53, A54, A55, A63, A64, A65When the predicted value of is determined by the first adaptive processing, the prediction coefficient w for that1, W2,... Are calculated using HD pixel A43, A44, A45, A53, A54, A55, A63, A64, A65Are required.
[0085]
However, even if there is no HD image, the prediction coefficient w1, W2If it is required, it is convenient.
[0086]
Therefore, using the self-similarity of the image, for example, the prediction coefficient w is calculated from only the SD pixel as follows.1, W2,... Can be used by the prediction circuit 6 to perform adaptive processing (this adaptive processing is hereinafter referred to as second adaptive processing as appropriate).
[0087]
That is, in FIG. 2, the SD pixel B constituting the prediction value calculation blocktwenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44HD pixel A43, A44, A45, A53, A54, A55, A63, A64, A65When attention is paid to the positional relationship between and the SD pixel C11, C12, C13, Ctwenty one, Ctwenty two, Ctwenty three, C31, C32, C33SD pixel Btwenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44It is similar to the positional relationship between the two.
[0088]
Therefore, from the self-similarity of the image, the thinned SD pixel C11, C12, C13, Ctwenty one, Ctwenty two, Ctwenty three, C31, C32, C33As learning data and SD pixel Btwenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44Is used as teacher data, so that the prediction coefficient w1, W2, ..., and the prediction coefficient w1, W2,... Are SD pixels B constituting the prediction value calculation block.twenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44To HD pixel A43, A44, A45, A53, A54, A55, A63, A64, A65Can be used to predict the predicted value.
[0089]
FIG. 9 shows a configuration example of an image processing apparatus that performs a learning process for obtaining a prediction coefficient for performing the second adaptive process.
[0090]
An SD image is supplied to the class
[0091]
In the class
[0092]
On the other hand, as described above, the
[0093]
In the
[0094]
That is, for example, the pixel value of the SD pixel (decimation SD pixel) constituting the learning block is set to x1, X2, XThree, ..., and the prediction coefficient to be obtained is w1, W2, WThree,..., In order to obtain the pixel value y of a certain SD pixel constituting the teacher block by these linear linear combinations, the prediction coefficient w1, W2, WThree,... Must satisfy the following equation.
[0095]
y = w1x1+ W2x2+ WThreexThree+ ...
[0096]
Therefore, in the
[0097]
The prediction coefficient obtained by the
[0098]
That is, in the present embodiment, SD pixels (decimated SD pixels) C constituting the learning block11, C12, C13, Ctwenty one, Ctwenty two, Ctwenty three, C31, C32, C33To 9 SD pixels B constituting the teacher blocktwenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44It is necessary to calculate a prediction coefficient for obtaining.
[0099]
For this reason, in the
[0100]
Further, in the
[0101]
The coefficient ROM 61 (FIG. 8) constituting the prediction circuit 6 of FIG. 1 can store the prediction coefficient output from the
[0102]
[0103]
As described above, the SD pixel Btwenty two, Btwenty three, Btwenty four, B32, B33, B34, B42, B43, B44Each pixel value (predicted value) is reduced to the thinned SD pixel C.11, C12, C13, Ctwenty one, Ctwenty two, Ctwenty three, C31, C32, C33The prediction coefficient is obtained by performing learning so that the prediction coefficient can be calculated from a predetermined learning block (predetermined block) configured by using the prediction coefficient and smaller than the learning block (the target pixel B33According to the case where adaptive processing is applied to a prediction value calculation block (small block), which is a reduced learning block centered on the image, the HD pixel A is determined by the self-similarity of the image.43, A44, A45, A53, A54, A55, A63, A64, A65An appropriate prediction value for can be obtained.
[0104]
Next, FIG. 10 shows a configuration example of the
[0105]
The
[0106]
The
[0107]
The
[0108]
Next, FIG. 11 shows a configuration example of the
[0109]
As shown in the figure, the
[0110]
In addition, in the embodiment of FIG. 11, since a matrix composed of coefficients related to the prediction coefficient w on the left side of the normal equation of Expression (7) (hereinafter referred to as a coefficient matrix as appropriate) and its transpose matrix are equal. Only the multiplier corresponding to the right-hand side term of Equation (7) and the right upper part component including the diagonal component of the coefficient matrix are provided.
[0111]
In the
[0112]
Next, FIG. 12 shows a configuration example of the
[0113]
The
[0114]
In the
[0115]
As a result, each memory array stores the coefficient of each term of the normal equation for the corresponding class.
[0116]
Then, in the
[0117]
By the way, for example, a receiving apparatus that receives an SD image conforming to the NTSC system or the like is incorporated with the image conversion apparatus of FIG. 1, and the prediction circuit 6 obtains a predicted value of the HD pixel by the first adaptive processing. In this case, as described above, since HD pixels are necessary as teacher data in learning, it is difficult to update the prediction coefficient in the receiving device.
[0118]
On the other hand, when the predicted value of the HD pixel is obtained by the second adaptive processing, the HD pixel is not necessary as the teacher data, and learning can be performed using only the SD pixel (including the thinned SD pixel). Therefore, the prediction coefficient can be updated in the receiving apparatus.
[0119]
Therefore, FIG. 13 shows a configuration of an embodiment of an image conversion apparatus that converts an SD image into an HD image while updating a prediction coefficient. In the figure, portions corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted below as appropriate. That is, this image conversion apparatus is newly provided with a
[0120]
In the
[0121]
The SD image stored in the
[0122]
The
[0123]
The
[0124]
When the above learning process is performed on the SD image stored in the
[0125]
At this time, the SD image stored in the
[0126]
This index is given to the
[0127]
The
[0128]
As described above, according to the case where a prediction coefficient is obtained from an SD image to be converted into an HD image and the SD image is converted into an HD image using the prediction coefficient, a more accurate HD image can be obtained. It becomes possible.
[0129]
As described above, the case where the present invention is applied to an image conversion apparatus that converts an SD image into an HD image has been described. However, the present invention can also be applied to, for example, an image enlargement process.
[0130]
In this embodiment, the coefficient ROM 61 (FIG. 8) (the same applies to the
[0131]
Furthermore, in the present embodiment, the final class is determined from both the first class information and the second class information, but from either one of the first class information or the second class information. It is also possible to determine the final class.
[0132]
In the present embodiment, the thinning circuit 2 is configured by simply thinning out the pixels to form a thinning block. However, the thinning block is configured such that, for example, an average value of several pixels is 1 or the like. It is also possible to generate the image by assigning it to a pixel.
[0133]
Furthermore, in the present embodiment, the shape of each block is a square, but the shape of the block is not limited to a square. That is, the block in this specification means a set of several pixels, and the shape thereof can be, for example, a rectangle, a cross, a circle, or any other shape besides a square.
[0134]
In this embodiment, class classification is performed in consideration of image self-similarity. However, class classification does not consider image self-similarity, and is simply a pattern of pixel values. It is also possible to perform based on this. That is, for example, as shown in FIG. 14A, a block of 2 × 2 pixels is formed by a certain pixel of interest and three pixels adjacent thereto, and each pixel is expressed by 1 bit. (Takes a level of either 0 or 1). In this case, as shown in FIG. 14B, the block of 2 × 2 4 pixels is 16 (= (21)Four) Can be classified into patterns. The classification can be performed only by such pattern division.
[0135]
Furthermore, the present invention can be realized by both hardware and software.
[0136]
【The invention's effect】
According to the image processing device according to claim 1 and the image processing method according to claim 6, the prediction parameter is:A second block having a predetermined size including a second target pixel that is a pixel of interest in calculation of a prediction parameter among the first pixels and a first pixel around the second target pixel. As described above, the first image signal is blocked, and a second block to which the second pixel of interest belongs and which is a second block having a predetermined size including the position of the second pixel of interest is formed. Based on the first pixel, the second class information representing the class is generated, and is a position corresponding to the predicted position of the second pixel, from the same position as the first pixel or a position in between, A second direction that is proportional to the first distance in the same direction with respect to the direction to each position of the first pixel that is sum-of-products calculated for the prediction of the second pixel and the first distance therebetween. The first pixel in the similar positional relationship that is the position of the distance of There are, of predicted values of the pixel values, by performing learning to minimize differences between true values were calculated for each class indicated by the second class informationThe pixel value of the second image is obtained by performing an adaptive process using the prediction parameter. Therefore, a high-resolution image can be easily obtained as the second image.
According to the image processing device of claim 5, the predetermined pixel composed of the first pixel of interest that is the pixel of interest among the first pixels and the first pixel around the first pixel of interest. The first image signal is blocked so as to constitute the first block having the size, and is a first block to which the first target pixel belongs, and has a predetermined size including the position of the first target pixel. Based on the first pixels constituting the first block, first class information representing a class is generated, and a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal is stored. The second sum of the second image signal is calculated by multiplying the prediction parameter read from the prediction parameter storage unit according to the first class information and the first pixel located around the first target pixel. A pixel corresponding to the position of the first pixel of interest A second pixel around the same or corresponding position is predicted and corresponds to the predicted second pixel position, and is the same position as or in between the first pixel The same direction and proportional to the first distance with respect to the direction from the position to the respective positions of the first pixels to be summed for prediction of the second pixel and the first distance therebetween By performing learning that minimizes the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value using the first pixel having a similar positional relationship that is the position of the second distance to be calculated, the prediction parameter for each class is determined. Since it is calculated, a high-resolution image can be easily obtained as the second image.
According to the parameter generation device according to claim 7 and the parameter generation method according to
Further, according to the image processing device according to claim 14 and the image processing method according to claim 15, the prediction parameter includes a pixel of the first image signal used for the product-sum operation, and the first image signal. The pixel of the third image signal whose resolution has been reduced is generated so as to minimize the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value. By performing an adaptive process using a prediction parameter generated using only pixels of the image signal, the pixel value of the second image is obtained. Therefore, a high-resolution image can be easily obtained as the second image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of an image conversion apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram for explaining processing of the image conversion apparatus in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a class classification circuit 4 in FIG. 1;
4 is a block diagram illustrating a configuration example of a first
5 is a block diagram illustrating a configuration example of a second
FIG. 6 is a diagram for explaining ADRC processing;
7 is a block diagram illustrating a configuration example of a final
8 is a block diagram illustrating a configuration example of a prediction circuit 6 in FIG.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of an image processing apparatus that performs a learning process for obtaining a prediction coefficient.
10 is a block diagram illustrating a configuration example of a
11 is a block diagram illustrating a configuration example of a
12 is a block diagram illustrating a configuration example of an
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of an image conversion apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 14 is a diagram for explaining class classification performed based only on a pattern of pixel value levels.
[Explanation of symbols]
1 block classification circuit, 2 decimation circuit, 3 reduction circuit, 4 class classification circuit, 5 block calculation circuit, 6 prediction circuit, 7 monitor, 11 first class generation circuit, 12 second class generation circuit , 13 Final class decision circuit, 211Thru 21Four Similarity calculation unit, 22 maximum similarity direction determination unit, 26B and 26C pixel extraction unit, 27 norm calculation unit, 31 maximum similarity direction pixel extraction unit, 32 ADRC processing unit, 33 pattern classification unit, 41 maximum value detection unit, 42 Minimum value detection unit, 43 delay unit, 44 arithmetic unit, 45 ADRC code determination unit, 51 ROM, 61 coefficient ROM, 62 multiply-add arithmetic unit, 63 limiter, 71 class classification blocking circuit, 72 decimation circuit, 73 reduction Circuit, 74 class classification circuit, 75 learning block circuit, 76 teacher block circuit, 77 learning circuit, 81 multiplier circuit, 82 adder circuit, 83 decoder, 84 arithmetic circuit, 91 frame memory, 92 learning block circuit, 93 teacher blocking circuit, 94 learning circuit, 5 coefficient RAM, 96 prediction circuit
Claims (15)
上記第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と上記第1の注目画素の周辺の上記第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化するブロック手段と、
上記第1の注目画素が属する上記第1のブロックであって、上記第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの上記第1のブロックを構成する上記第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類手段と、
上記第1の画像信号を用いて上記第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段と、
上記第1のクラス情報に応じて上記予測パラメータ記憶手段より読み出される上記予測パラメータと上記第1の注目画素の周辺に位置する上記第1の画素との積和演算により、上記第2の画像信号の上記第2の画素であって、上記第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の上記第2の画素を予測する予測演算手段と
を備え、
上記予測パラメータ記憶手段には、上記第1の画素のうちの上記予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と上記第2の注目画素の周辺の上記第1の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化し、上記第2の注目画素が属する上記第2のブロックであって、上記第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの上記第2のブロックを構成する上記第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される上記第2の画素の位置に対応する位置であって、上記第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その上記第2の画素の予測のために積和演算される上記第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の上記第1の距離に対し、同じ方向であって上記第1の距離に比例する上記第2の距離の位置である相似の位置関係にある上記第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、上記第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出された上記予測パラメータが記憶される
ことを特徴とする画像処理装置。The first image signal composed of the first pixels is a second image signal having a higher resolution than the first image signal, and is the same as or in the position between the positions of the first pixels. In the image processing apparatus for converting to a second image signal composed of the second pixels arranged,
A first block having a predetermined size is formed by a first pixel of interest which is a pixel of interest among the first pixels and the first pixel around the first pixel of interest. as such, the blocking means for blocking said first image signal,
The first block to which the first pixel of interest belongs, and a class is determined based on the first pixel constituting the first block of a predetermined size including the position of the first pixel of interest. Class classification means for generating first class information to be represented;
Prediction parameter storage means for storing a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal;
The second image signal is obtained by a product-sum operation between the prediction parameter read from the prediction parameter storage unit according to the first class information and the first pixel located around the first pixel of interest. Prediction calculation means for predicting the second pixel in the vicinity of the same or corresponding position with respect to the position corresponding to the position of the first target pixel .
The prediction parameter storage means includes a second pixel of interest that is a pixel of interest in calculation of the prediction parameter of the first pixel, and the first pixel around the second pixel of interest. The first image signal is blocked so as to form a second block of a predetermined size, and the second target pixel to which the second target pixel belongs, Second class information representing a class is generated based on the first pixel constituting the second block having a predetermined size including the position corresponding to the position of the predicted second pixel. A position from the same position as the first pixel or a position between them to a position of each of the first pixels that is summed for prediction of the second pixel, and between them For the first distance of Using the first pixels in the same direction and having a similar positional relationship that is the position of the second distance proportional to the first distance, the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value is minimized. The image processing apparatus is characterized in that the prediction parameter calculated for each class indicated by the second class information is stored by performing learning .
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。Positional relationship similar to the positional relationship between the first pixel of the first image signal used for the product-sum operation and the second pixel of the second image signal predicted by the product-sum operation The first pixel of the first image signal is the first pixel of the first image signal, with an interval between the first pixels adjacent to the first image signal being a sampling interval. The first pixels arranged at a wider interval than the sampling interval, and the first pixels adjacent to each other at the same interval as the sampling interval. Image processing apparatus.
上記ブロックを構成する上記第1の画素のうちの、上記サンプリング間隔よりも広い間隔で存在する上記第1の画素でなる第3の画像信号と、上記サンプリング間隔と同一の間隔で存在する、上記第1の注目画素に近い上記第1の画素でなる第4の画像信号とを基に、上記第3の画像信号を構成する上記第1の画素のうち、上記第1の注目画素を通る所定の方向の直線上の上記第1の画素の画素値を要素とする第1のベクトルと、上記第4の画像信号を構成する上記第1の画素のうち、上記第1のベクトルの要素を決める直線と同じ方向の直線であって、上記第1の注目画素を通る直線上の上記第1の画素の画素値を要素とする第2のベクトルとの、方向毎に計算されたノルムのうち、最も値の小さいノルムが得られた直線の方向を示す第3のクラス情報と、
上記第1の注目画素と、上記第3のクラス情報で示される方向の直線であって、上記 第1の注目画素を通る直線上の上記第4の画像信号の画素から選択された画素との画素値のパターンを示す第4のクラス情報と
から、上記第1のクラス情報を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。The class classification means uses the interval between the first pixels adjacent to the first image signal as a sampling interval,
Of the first pixel constituting the block, and the third image signal to be in the first pixel that exists in a wider interval than the sampling interval, is present at the same interval as the sampling interval, the Based on the fourth image signal composed of the first pixel close to the first pixel of interest, the predetermined pixel that passes through the first pixel of interest among the first pixels constituting the third image signal. Among the first vector having the pixel value of the first pixel on the straight line in the direction of the element and the first pixel constituting the fourth image signal, the element of the first vector is determined. A norm calculated for each direction with a second vector that is a straight line in the same direction as the straight line and that has the pixel value of the first pixel on the straight line passing through the first target pixel as an element, The third direction indicating the direction of the straight line from which the lowest norm is obtained And class information,
The first target pixel and a pixel selected from the pixels of the fourth image signal on a straight line in the direction indicated by the third class information and passing through the first target pixel The image processing apparatus according to claim 1, wherein the first class information is generated from fourth class information indicating a pattern of pixel values .
上記ブロックを構成する画素のうちの、外側の画素を取り除くことにより上記第4の画像信号を生成し、上記クラス分類手段に供給する縮小回路と
をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。A thinning circuit that generates the third image signal by thinning out the pixels constituting the block at regular intervals, and supplies the third image signal to the class classification unit;
4. The reduction circuit according to claim 3, further comprising: a reduction circuit that generates the fourth image signal by removing an outer pixel of the pixels constituting the block and supplies the fourth image signal to the class classification unit. Image processing apparatus.
上記第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と上記第1の注目画素の周辺の上記第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化するブロック手段と、A first block having a predetermined size is formed by a first pixel of interest, which is a pixel of interest among the first pixels, and the first pixel around the first pixel of interest. Block means for blocking the first image signal,
上記第1の注目画素が属する上記第1のブロックであって、上記第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの上記第1のブロックを構成する上記第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類手段と、The first block to which the first pixel of interest belongs, which is based on the first pixel constituting the first block having a predetermined size including the position of the first pixel of interest. Class classification means for generating first class information to be represented;
上記第1の画像信号を用いて上記第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段と、Prediction parameter storage means for storing a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal;
上記第1のクラス情報に応じて上記予測パラメータ記憶手段より読み出される上記予測パラメータと上記第1の注目画素の周辺に位置する上記第1の画素との積和演算により、上記第2の画像信号の上記第2の画素であって、上記第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の上記第2の画素を予測する予測演算手段と、The second image signal is obtained by a product-sum operation between the prediction parameter read from the prediction parameter storage unit according to the first class information and the first pixel located around the first pixel of interest. Prediction operation means for predicting the second pixel in the vicinity of the same or corresponding position with respect to the position corresponding to the position of the first target pixel,
予測される上記第2の画素の位置に対応する位置であって、上記第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その上記第2の画素の予測のために積和演算される上記第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって上記第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある上記第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの上記予測パラメータを算出する学習手段とThe position corresponding to the position of the second pixel to be predicted, and the product-sum operation is performed for the prediction of the second pixel from the same position as the first pixel or a position therebetween. The first position in the same direction and the position of the second distance proportional to the first distance with respect to the direction to the respective positions of the first pixels and the first distance therebetween are similar to each other. Learning means for calculating the prediction parameter for each class by performing learning to minimize an error of a predicted value of a pixel value with respect to a true value using one pixel;
を備えることを特徴とする画像処理装置。An image processing apparatus comprising:
上記第1の画素のうちの注目している画素である第1の注目画素と上記第1の注目画素の周辺の上記第1の画素とからなる所定の大きさの第1のブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、
上記第1の注目画素が属する上記第1のブロックであって、上記第1の注目画素の位置を含む所定の大きさの上記第1のブロックを構成する上記第1の画素に基づき、クラスを表す第1のクラス情報を生成するクラス分類ステップと、
上記第1の画像信号を用いて上記第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段より、上記第1のクラス情報に応じて読み出される上記予測パラメータと上記第1の注目画素の周辺に位置する上記第1の画素との積和演算により、上記第2の画像信号の上記第2の画素であって、上記第1の注目画素の位置と対応する位置に対して、同じかまたは対応する位置の周辺の上記第2の画素を予測する予測演算ステップと
を含み、
上記予測パラメータ記憶手段には、上記第1の画素のうちの上記予測パラメータの算出において注目している画素である第2の注目画素と上記第2の注目画素の周辺の上記第1 の画素とからなる所定の大きさの第2のブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化し、上記第2の注目画素が属する上記第2のブロックであって、上記第2の注目画素の位置を含む所定の大きさの上記第2のブロックを構成する上記第1の画素に基づき、クラスを表す第2のクラス情報を生成し、予測される上記第2の画素の位置に対応する位置であって、上記第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その上記第2の画素の予測のために積和演算される上記第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の上記第1の距離に対し、同じ方向であって上記第1の距離に比例する上記第2の距離の位置である相似の位置関係にある上記第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、上記第2のクラス情報で示されるクラスごとに算出された上記予測パラメータが記憶される
ことを特徴とする画像処理方法。The first image signal composed of the first pixels is a second image signal having a higher resolution than the first image signal, and is the same as or in the position between the positions of the first pixels. In an image processing method for converting to a second image signal composed of second pixels arranged,
A first block having a predetermined size is formed by a first pixel of interest which is a pixel of interest among the first pixels and the first pixel around the first pixel of interest. as such, the block step of blocking said first image signal,
The first block to which the first pixel of interest belongs, and a class is determined based on the first pixel constituting the first block of a predetermined size including the position of the first pixel of interest. A classifying step for generating first class information representing;
The prediction parameter read out in accordance with the first class information and the first parameter from a prediction parameter storage unit that stores a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal . the product-sum operation between the first pixel located around the pixel of interest, a said second pixel of the second image signal, with respect to a position corresponding to the position of the first pixel of interest Predicting the second pixel around the same or corresponding position , and
The prediction parameter storage means includes a second pixel of interest that is a pixel of interest in calculation of the prediction parameter of the first pixel, and the first pixel around the second pixel of interest. The first image signal is blocked to form a second block having a predetermined size, and the second block to which the second pixel of interest belongs is the second block of pixels to which the second pixel of interest belongs. Second class information representing a class is generated based on the first pixel constituting the second block having a predetermined size including the position corresponding to the position of the predicted second pixel. A position from the same position as the first pixel or a position between them to a position of each of the first pixels to be multiplied and summed for prediction of the second pixel, and between them For the first distance of Using the first pixels in the same direction and having a similar positional relationship that is the position of the second distance proportional to the first distance, the error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value is minimized. By performing the learning, the prediction parameter calculated for each class indicated by the second class information is stored.
上記第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と上記注目画素の周辺の上記第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化するブロック手段と、
上記注目画素が属する上記ブロックであって、上記注目画素の位置を含む所定の大きさの上記ブロックを構成する上記第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類手段と、
予測される上記第2の画素の位置に対応する位置であって、上記第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その上記第2の画素の予測のために積和演算される上記第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって上記第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある上記第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの上記予測パラメータを算出する学習手段と
を備えることを特徴とするパラメータ生成装置。The first image signal composed of the first pixels is a second image signal having a higher resolution than the first image signal, and is the same as or in the position between the positions of the first pixels. In a parameter generation device that generates a prediction parameter used for a product-sum operation when converting to a second image signal composed of second pixels to be arranged,
The first image signal so as to form a block of a predetermined size including a target pixel that is a target pixel of the first pixels and the first pixel around the target pixel. Blocking means for blocking
A said block in which the pixel of interest belongs, a predetermined on the basis of the first pixels constituting the block size, classification means for generating class information indicating a class including the position of the pixel of interest,
The position corresponding to the position of the second pixel to be predicted, and the product-sum operation is performed for the prediction of the second pixel from the same position as the first pixel or a position therebetween. The first position in the similar direction, which is the position of the second distance in the same direction and proportional to the first distance, with respect to the direction to each position of the first pixel and the first distance therebetween. And a learning unit that calculates the prediction parameter for each class by performing learning that minimizes an error of the predicted value of the pixel value with respect to the true value using one pixel. .
ことを特徴とする請求項7に記載のパラメータ生成装置。Positional relationship similar to the positional relationship between the first pixel of the first image signal used for the product-sum operation and the second pixel of the second image signal predicted by the product-sum operation The first pixel of the first image signal is the first pixel of the first image signal, with an interval between the first pixels adjacent to the first image signal being a sampling interval. The first pixels arranged at an interval wider than the sampling interval, and the first pixels adjacent to each other at the same interval as the sampling interval. Parameter generator.
ことを特徴とする請求項8に記載のパラメータ生成装置。The learning means obtains the first pixels adjacent to each other at the same interval as the sampling interval, which is obtained by a product-sum operation of the first pixels arranged at intervals wider than the sampling interval and the prediction parameter. The parameter generation device according to claim 8, wherein the prediction parameter that minimizes an error of a predicted value of a pixel value with respect to a true value is calculated.
ことを特徴とする請求項8に記載のパラメータ生成装置。The first pixels adjacent to each other at the same interval as the sampling interval are pixels within a range in which the first pixels existing at intervals wider than the sampling interval are distributed. The parameter generation device described.
上記ブロックを構成する上記第1の画素のうちの、上記サンプリング間隔よりも広い間隔で存在する上記第1の画素でなる第3の画像信号と、上記サンプリング間隔と同一の間隔で存在する、上記注目画素に近い上記第1の画素でなる第4の画像信号とを基に、上記第3の画像信号を構成する上記第1の画素のうち、上記注目画素を通る所定の方向の直 線上の上記第1の画素の画素値を要素とする第1のベクトルと、上記第4の画像信号を構成する上記第1の画素のうち、上記第1のベクトルの要素を決める直線と同じ方向の直線であって、上記注目画素を通る直線上の上記第1の画素の画素値を要素とする第2のベクトルとの、方向毎に計算されたノルムのうち、最も値の小さいノルムが得られた直線の方向を示す第1のクラス情報と、
上記注目画素と、上記第3のクラス情報で示される方向の直線であって、上記注目画素を通る直線上の上記第4の画像信号の画素から選択された画素との画素値のパターンを示す第2のクラス情報と
から、上記クラス情報を生成する
ことを特徴とする請求項7に記載のパラメータ生成装置。The class classification means uses the interval between the first pixels adjacent to the first image signal as a sampling interval,
Of the first pixels constituting the block, a third image signal composed of the first pixels existing at a wider interval than the sampling interval, and the same as the sampling interval, based on the fourth image signal consisting of the first pixel near the target pixel, among the first pixels constituting the third image signal, the predetermined direction through the target pixel in the straight line A first vector having the pixel value of the first pixel as an element and a straight line in the same direction as a straight line that determines an element of the first vector among the first pixels constituting the fourth image signal The norm having the smallest value among the norms calculated for each direction with the second vector having the pixel value of the first pixel on the straight line passing through the target pixel as an element was obtained. First class information indicating the direction of the straight line ;
A pattern of pixel values of the target pixel and a pixel selected from the pixels of the fourth image signal on the straight line in the direction indicated by the third class information and passing through the target pixel. The parameter generation device according to claim 7, wherein the class information is generated from second class information .
上記ブロックを構成する画素のうちの、外側の画素を取り除くことにより上記第4の画像信号を生成し、上記クラス分類手段に供給する縮小回路と
をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載のパラメータ生成装置。A thinning circuit that generates the third image signal by thinning out the pixels constituting the block at regular intervals, and supplies the third image signal to the class classification unit;
12. The reduction circuit according to claim 11, further comprising: a reduction circuit that generates the fourth image signal by removing an outer pixel of the pixels constituting the block and supplies the fourth image signal to the class classification unit. Parameter generator.
上記第1の画素のうちの注目している画素である注目画素と上記注目画素の周辺の上記第1の画素とからなる所定の大きさのブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、
上記注目画素が属する上記ブロックであって、上記注目画素の位置を含む所定の大きさの上記ブロックを構成する上記第1の画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類ステップと、
予測される上記第2の画素の位置に対応する位置であって、上記第1の画素と同じ位置かまたはその間の位置から、その上記第2の画素の予測のために積和演算される上記第1の画素のそれぞれの位置までの方向およびその間の第1の距離に対し、同じ方向であって上記第1の距離に比例する第2の距離の位置である相似の位置関係にある上記第1の画素を用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にする学習を行うことにより、クラスごとの上記予測パラメータを算出する学習ステップと
を含むことを特徴とするパラメータ生成方法。The first image signal composed of the first pixels is a second image signal having a higher resolution than the first image signal, and is the same as or in the position between the positions of the first pixels. In a parameter generation method for generating a prediction parameter used for a prediction calculation when converting to a second image signal composed of second pixels to be arranged,
The first image signal so as to form a block of a predetermined size including a target pixel that is a target pixel of the first pixels and the first pixel around the target pixel. A block step for blocking
A said block in which the pixel of interest belongs, a class classification step of generating the basis of the first pixel, the class information representing the class that constitutes the predetermined size of the block including the position of the pixel of interest,
The position corresponding to the position of the second pixel to be predicted, and the product-sum operation is performed for the prediction of the second pixel from the same position as the first pixel or a position therebetween. The first position in the similar direction, which is the position of the second distance in the same direction and proportional to the first distance, with respect to the direction to each position of the first pixel and the first distance therebetween. And a learning step of calculating the prediction parameter for each class by performing learning that minimizes an error of a predicted value of a pixel value with respect to a true value using one pixel. .
上記第1の画像信号の画素のうちの注目している画素である注目画素を中心とする縦横それぞれ所定の数の画素であって、上記第1の画像信号の画素からなるブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化するブロック手段と、
上記注目画素が属する上記ブロックを構成する画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類手段と、
上記第1の画像信号を用いて上記第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段と、
上記クラス情報に応じて上記予測パラメータ記憶手段より読み出される上記予測パラメータと上記注目画素の位置の周辺にある上記第1の画像信号の画素との積和演算により、上記第2の画像信号を生成する予測演算手段と
を備え、
上記予測パラメータ記憶手段には、積和演算に用いられる上記第1の画像信号の画素と、上記第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたクラスごとの上記予測パラメータが記憶される
ことを特徴とする画像処理装置。In an image processing apparatus for converting a first image signal into a second image signal having a higher resolution than the first image signal,
A predetermined number of pixels centered on a pixel of interest which is a pixel of interest among the pixels of the first image signal, each of which has a predetermined number of pixels, and includes a block of pixels of the first image signal to a blocking means for blocking said first image signal,
Based on the pixels constituting the block in which the pixel of interest belongs, and class classification means for generating class information representing the class,
Prediction parameter storage means for storing a prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal;
The second image signal is generated by a product-sum operation between the prediction parameter read from the prediction parameter storage unit according to the class information and the pixel of the first image signal around the position of the target pixel. And a predictive calculation means for
The prediction parameter storage means uses a pixel value of the first image signal used for the product-sum operation and a pixel value of the third image signal obtained by lowering the resolution of the first image signal. An image processing apparatus, wherein the prediction parameter for each class generated so as to minimize an error of a predicted value of the true value with respect to a true value is stored.
上記第1の画像信号の画素のうちの注目している画素である注目画素を中心とする縦横それぞれ所定の数の画素であって、上記第1の画像信号の画素からなるブロックを構成するように、上記第1の画像信号をブロック化するブロックステップと、
上記注目画素が属する上記ブロックを構成する画素に基づき、クラスを表すクラス情報を生成するクラス分類ステップと、
上記第1の画像信号を用いて上記第2の画像信号を予測するための予測パラメータを記憶する予測パラメータ記憶手段より、上記クラス情報に応じて読み出される上記予測パラメータと上記注目画素の位置の周辺にある上記第1の画像信号の画素との積和演算により、上記第2の画像信号を生成する予測演算ステップと
を含み、
上記予測パラメータ記憶手段には、積和演算に用いられる上記第1の画像信号の画素と、上記第1の画像信号を低解像度化させた第3の画像信号の画素とを用いて、画素値の予測値の、真値に対する誤差を最小にするように生成されたクラスごとの上記予測パラメータが記憶される
ことを特徴とする画像処理方法。In an image processing method for converting a first image signal into a second image signal having a higher resolution than the first image signal,
A predetermined number of pixels centered on a pixel of interest which is a pixel of interest among the pixels of the first image signal, each of which has a predetermined number of pixels, and includes a block of pixels of the first image signal in the block step of blocking said first image signal,
Based on the pixels constituting the block in which the pixel of interest belongs, a class classification step of generating class information representing the class,
The prediction parameter read out in accordance with the class information from the prediction parameter storage means for storing the prediction parameter for predicting the second image signal using the first image signal, and the vicinity of the position of the target pixel A predictive operation step of generating the second image signal by a product-sum operation with the pixels of the first image signal in
The prediction parameter storage means uses a pixel value of the first image signal used for the product-sum operation and a pixel value of the third image signal obtained by lowering the resolution of the first image signal. An image processing method, wherein the prediction parameter for each class generated so as to minimize an error of the predicted value of the true value with respect to the true value is stored.
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