JPH05176179A - 圧縮・伸張処理された画像データの評価方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、人間の主観によらずに自動的、定量
的に圧縮・伸張画像の品質を評価できる方法及びその装
置を提供することを目的とする。 【構成】第１の入力手段ａには原画像の画像データが入
力され、第２の入力手段ｂからは原画像を圧縮・伸張処
理を施した後の画像データが入力される。入力された各
画像データに対して、空間周波数スペクトル演算手段ｃ
は空間周波数スペクトルを求める。得られた２画像の空
間周波数スペクトルから、空間周波数スペクトル抽出手
段ｆが人間の視覚特性に影響のある特定の空間周波数領
域の空間周波数スペクトルのみを抽出し、空間周波数ス
ペクトル比較手段ｄで比較を行い、得られた比較結果に
基づいて評価結果出力手段ｅは画像劣化の評価を下し結
果を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮・伸張画像処理を
施した画像の評価方法に関し、特に階調を有するいわゆ
る多値画像の評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の画像処理の分野においては画像デ
ータをコンピュータを用いて処理するため、入力された
アナログデータをＡ／Ｄ変換してデジタルデータとして
扱うことが多い。しかしながら、画像を細かい画素（ピ
クセル）単位で扱うためにデータ量が膨大となり、例え
ばＡ４サイズの画像を４色の成分で１５本／ｍｍ程度の
解像度で表現するとすると５６ＭＢｙｔｅものデータ量
が必要となる。そのため、通常画像データの記憶、送信
等の際には画像データの圧縮を行うことが行われてい
る。画像の圧縮は、画像データの空間周波数成分につい
て、出現率が多い周波数成分については大きなビット数
を、出現率の少ない周波数成分については小さなビット
数を割り当てて量子化することにより情報量を小さくす
るものである。

【０００３】しかしながら、画像の劣化の程度は圧縮・
伸張処理前の画像との相対的な比較によって行われるも
のであるが、データ圧縮の際に小さなビット数が割り当
てられた周波数部分ほど再現性が悪化することになるた
め、同じ圧縮方式（装置）・同じ圧縮率で圧縮を行って
も、対象となる画像毎に空間周波数の分布が異なると、
原画像に対する劣化の程度も異なることになる。また，
こうした劣化は同じ画像の中でも現れる領域と現れない
領域とが生じる場合がある。このように対象とする画像
毎に品質劣化の度合いが変わってしまうため、圧縮・伸
張画像の評価に特定のチャート等を利用することができ
ず、これらの評価はもっぱら目視によって行われること
が一般的であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような圧縮・伸張画像の評価は、人間の主観による評
価であるため個人差があるため、人によって評価基準が
異なってしまう恐れがある。また、定量的に評価結果を
捉えられないため、例えば圧縮・伸張を行った結果基準
以上の劣化があった場合に、圧縮率を変えて（落とし
て）再度圧縮し直す必要があっても、どの程度圧縮率を
変えてやれば劣化を基準以内に収めることができるかの
目安を求めることができなかった。そこで本発明は、人
間の主観によらずに自動的、定量的に圧縮・伸張画像の
品質を評価できる方法及びその装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するためになされたものであり、請求項１に係る発
明は、圧縮・伸張処理された画像データの評価方法にお
いて、圧縮前の原画像の画像データの空間周波数スペク
トルを求め、一方圧縮・伸張処理後の画像の画像データ
の空間周波数スペクトルを求め、前記２つの空間スペク
トルを比較することにより画像データの評価を行うこと
を特徴とする圧縮・伸張処理された画像データの評価方
法である。

【０００６】請求項２に係る発明は、圧縮・伸張処理さ
れた画像データの評価方法において、圧縮前の原画像の
画像データの空間周波数スペクトルを求め、一方圧縮・
伸張処理後の画像の画像データの空間周波数スペクトル
を求め、前記２つの空間周波数スペクトルから人間の視
覚特性に影響のある周波数領域の空間周波数スペクトル
を抽出し、前記抽出された空間周波数スペクトルの比較
を行うことを特徴とする圧縮・伸張処理された画像デー
タの評価方法である。

【０００７】請求項３に係る発明は、原画像の画像デー
タが入力される第１の入力手段ａと、圧縮・伸張処理さ
れた画像データが入力される第２の入力手段ｂと、前記
２つの入力手段から入力された画像データの空間周波数
スペクトルを求める空間周波数スペクトル演算手段ｃ
と、前記２つの空間周波数スペクトルどうしを比較する
空間周波数スペクトル比較手段ｄと、前記空間周波数ス
ペクトル比較手段により得られた比較結果を基に画像劣
化の評価を下し評価結果を出力する評価結果出力手段ｅ
とを具備したことを特徴とする圧縮・伸張処理された画
像データの評価装置である。

【０００８】請求項４に係る発明は、原画像の画像デー
タが入力される第１の入力手段ａと、圧縮・伸張処理さ
れた画像データが入力される第２の入力手段ｂと、前記
２つの入力手段から入力された画像データの空間周波数
スペクトルを求める空間周波数スペクトル演算手段ｃ
と、前記２つの空間周波数スペクトルから所定周波数領
域の空間周波数スペクトルを抽出する空間周波数スペク
トル抽出手段ｆと、前記得られた２つの所定周波数領域
の空間周波数スペクトルどうしを比較する空間周波数ス
ペクトル比較手段ｄと、前記空間周波数スペクトル比較
手段により得られた比較結果を基に画像劣化の評価を下
し評価結果を出力する評価結果出力手段ｅとを具備した
ことを特徴とする圧縮・伸張処理された画像データの評
価装置である。

【０００９】

【作用】本発明の圧縮・伸張画像の評価方法によれば、
原画像（圧縮前の画像）の画像データと原画像に圧縮・
伸張画像を施した後の伸張画像データから２次元フーリ
エ変換等により空間周波数スペクトルを求める。そし
て、両者の空間周波数スペクトルを比較することで画像
の評価を行う。この際に、人間の視覚特性に影響のある
周波数領域の空間周波数スペクトルの成分を抽出し、こ
の成分の空間周波数スペクトルのみを比較すれば、人間
の視覚に対して問題となる画像劣化のみを見つけだすこ
とが可能となる。

【００１０】また、本発明の圧縮・伸張処理された画像
データの評価装置においては、第１の入力手段ａには原
画像の画像データが入力され、一方第２の入力手段ｂか
らは原画像を圧縮・伸張処理を施した後の画像データが
入力される。こうして入力された画像データに対して、
空間周波数スペクトル演算手段ｃは２次元フーリエ変換
等の手法を用いて空間周波数スペクトルを求める。得ら
れた２つの画像の空間周波数スペクトルから、空間周波
数スペクトル抽出手段ｆが人間の視覚特性に影響のある
特定の空間周波数領域の空間周波数スペクトルのみを抽
出する。こうして抽出された特定周波数領域の空間周波
数スペクトルを空間周波数スペクトル比較手段ｄで比較
を行い、得られた比較結果に基づいて評価結果出力手段
ｅは画像劣化の評価を下し結果を出力する。

【００１１】尚、前記「課題を解決するための手段」と
「作用」の項では、図１に示す符号を用いて説明した
が、この発明が図１に示す構成に限定される趣旨でない
ことは勿論である。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明
する。図２は、本発明による生産計画作成装置の構成例
を示すブロック図である。１はスキャナー等の画像入力
装置であり、フィルム等の原画像を読み込むためのもの
である。原画像の種類はこれに限られるものではなく、
コンピュータグラフィックス等で生成した画像を入力し
たり、光ディスク等からの画像を取り込むようにしても
よい。２はワークステーション等のコンピュータであ
り、画像の圧縮・伸張を行うものである。

【００１３】また、画像データに対して２次元フーリエ
変換等を行い空間周波数スペクトルを求める機能、空間
周波数スペクトルのうち特定の空間周波数領域のスペク
トルのみを抽出する機能、２つの空間周波数スペクトル
の比較を行う機能及び比較結果から画像劣化の評価を下
す機能を備えている。３はキーボード等からなる指示装
置でありコンピュータ２の各種処理の指示や空間周波数
スペクトルの周波数領域の設定等を指示するものであ
る。４はＣＲＴモニター等からなる表示装置であり、入
力された画像及び圧縮・伸張処理の施された画像や評価
結果の表示等を行うものである。５はカラープリンター
等からなる画像出力装置であり、入力された画像及び圧
縮・伸張処理の施された画像をハードコピーとして出力
するものである。６はハードディスク、光ディスク等か
らなる記憶装置である。記憶装置６内には、原画像デー
タ及び圧縮・伸張処理の施された画像データが入力され
る。また、記憶装置６には、空間周波数スペクトルの比
較された結果に対して所定の評価を下すためのデータが
記憶されている。

【００１４】次に本発明の作用を図４に示すフローチャ
ート及び図５を参照して説明する。 画像の圧縮・伸張画像 先ず、画像入力手段１から原画像１１の画像データを取
り込む（ステップＳＰ１）。写真やフィルム等から取り
込まれた画像はコンピュータ２でＡ／Ｄ変換され画像デ
ータ１２として記憶装置６に記憶される。内容を確認し
たい場合は表示装置４又は画像出力手段５からモニター
画像又はハードコピーとして出力させることができる。

【００１５】次に入力された画像データに対してコンピ
ュータ２において圧縮・伸張処理を施す（ステップＳＰ
２）。画像圧縮のアルゴリズムは多くの手法が提案され
ているが、ＤＣＴ（離散コサイン変換）を利用する手法
等が一般的である。例としてＤＣＴを利用した画像圧縮
の標準規格であるＪＰＥＧ方式を図３を用いて説明す
る。まず画像を８×８画素のブロックに分割し、分割さ
れたブロック毎にＤＣＴを施して直交符号化を行い、周
波数特性を求める。つぎに、符号化された画像を所定の
量子化テーブルで量子化する。量子化されたデータをハ
フマン符号化を用いてエントロピ符号化を行うことでデ
ータ圧縮を行う。圧縮されたデータを伸張するにはこれ
と逆の処理を圧縮データに施してやればよい。以上のよ
うにして圧縮・伸張処理の施された画像データ１３は記
憶装置６に記憶される。また、表示装置４又は画像出力
手段５に表示又はハードコピー出力させることができ
る。

【００１６】空間周波数スペクトルの演算 原画像と圧縮・伸張処理の施されてれた２つの画像デー
タに対して空間周波数スペクトルを求める（ステップＳ
Ｐ３）。２次元に分布した信号の空間周波数分布を求め
る手法はいくつかあるが、処理の容易さからしばしばフ
ーリエ変換が用いられる。離散的にサンプリングされた
画像データＬ（ｘ、ｙ）に対する２次元フーリエ変換Ｆ
（ｕ、ｖ）は、次式で表される。

【００１７】

【数１】 従ってｕ、ｖのスペクトル（パワー成分）は、次式で表
される。

【００１８】

【数２】 以上のようにして原画像と圧縮・伸張を施した２つの画
像についての空間周波数スペクトル１４、１５が求めら
れる。

【００１９】空間周波数スペクトルの比較 次に、上記求めた２つの空間周波数スペクトル１４、１
５の中から、空間周波数６ｃｙｃｌｅｓ／ｄｅｇｒｅｅ
近傍領域の空間周波数スペクトルを抽出する（ステップ
ＳＰ４）。例えば５〜１０ｃｙｃｌｅｓ／ｄｅｇｒｅｅ
の範囲の周波数領域の空間周波数スペクトルを抽出す
る。画像の圧縮・伸張は視覚的に重要でない部分（通常
高周波成分）の情報量を低減することで実現されている
ため、空間周波数スペクトルが変化することは充分予想
できる。従って、上記のように求めた空間周波数スペク
トルをそのまま比較することで、画像の有する全ての空
間周波数領域に対する画像の劣化を調べることができる
が、人間にとって視覚的に影響がない部分の劣化につい
ても抽出してしまう可能性がある。本実施例では、空間
周波数スペクトルの変化の中で視覚的に意味のある部分
に着目する。

【００２０】画像の圧縮・伸張における代表的な画質劣
化原因には本来滑らかであるべき絵柄部分（低周波領
域）に不連続部分が現れるブロック歪と、絵柄のエッジ
部にあってはならないゴーストが現れる偽輪郭がある。
ブロック歪は低周波領域におけるスペクトルの変化とな
る。また偽輪郭は画像中の輝度分布の変化量の大きな部
分の近傍に線状に現れるものであり、空間周波数領域で
は高周波成分の変化となる。一方人間の視覚特性は空間
周波数６ｃｙｃｌｅｓ／ｄｅｇｒｅｅ前後にレスポンス
のピークを持つことが知られており（「ＴＷＯ−ＤＩＭ
ＥＮＳＩＯＮＡＬＳＩＧＮＡＬ ＡＮＤ ＩＭＡＧＥ
ＰＲＯＣＥＳＩＮＧ」＜ＪＡＥＳ．ＬＩＭ著 １９８９
年 ＰＲＥＮＴＩＣＥ ＨＡＬＬ発行＞のＰ４３３、
「ＦＵＮＤＡＭＥＮＴＡＬＳ ＯＦ ＤＩＧＩＴＡＬ
ＩＭＡＧＥ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」＜ＡＮＩＬ Ｋ．
ＪＡＩＮ著 １９８９年 ＰＲＥＮＴＩＣＥ ＨＡＬＬ
発行＞のＰ５５参照）、この空間周波数領域で画像の劣
化が発生すると人間にとって特に目立つものとなる。

【００２１】図６に原画像と原画像に圧縮・伸張処理を
施した画像の空間周波数スペクトルの例を示す。原画像
の空間周波数スペクトル２１と圧縮・伸張処理を施した
画像の空間周波数スペクトル２２を比較すると空間周波
数領域２３は、ブロック歪の影響を表し、空間周波数ス
ペクトル２４は偽輪郭の影響を表しているが、この例で
の画像劣化はいずれも人間の視覚に影響の強い空間周波
数領域２５（空間周波数６ｃｙｃｌｅｓ／ｄｅｇｒｅｅ
の近傍）に現れているため、人間が見た場合に特に問題
となる。逆に、空間周波数領域２５以外でこれらの劣化
が生じた場合は、人間にとってあまり影響がない（劣化
を人間が判断し難い）ため、品質的には問題ないといえ
る。

【００２２】本発明はこの点に着目し、原画像と圧縮・
伸張処理の施された画像からそれぞれ特定領域２５の空
間周波数スペクトルを抽出し、この２つの画像の空間周
波数スペクトルを重視した比較を行う（ステップＳＰ
５）。

【００２３】２つの空間周波数スペクトルの比較の方法
は、例えば空間周波数スペクトルを所定周波数領域２５
又は全周波数領域に亘って積分することにより、空間周
波数スペクトルによって形成される面積を求めて両者の
差分をとればよい。また、他の方法としては、２つの空
間周波数スペクトルの相関係数を求めるようにしてもよ
い。

【００２４】画像の評価上記のようにして得られた、
比較結果をもとに画像の評価を行う（ステップＳＰ
６）。具体的には、原画像と圧縮・伸張処理を施した画
像の各スペクトルの積分値を差分した値（又は相関係数
の値）に応じた評価係数（評価点）を予め定めて記憶装
置６に記憶しておき、差分値（又は相関係数）に対応す
る評価係数を呼び出して表示装置４に表示する（ステッ
プＳＰ７）。従ってオペレーターは、評価係数の値によ
って、今回の画像圧縮・伸張による画像の劣化がある一
定の基準以内であるか否かを定量的に判断することがで
きる。

【００２５】本実施例では、比較に用いる空間周波数ス
ペクトルとして、空間周波数領域２５のスペクトルのみ
を用いたが、画像の持つ全周波数領域の空間周波数スペ
クトルについて比較を行ってもよく、また他の方法とし
ては抽出した周波数領域２５に対して所定の重み付け補
正を行った後、２つの空間周波数スペクトルを全周波数
領域で比較する等の方法も考えられる。

【００２６】また、本実施例においては原画像と圧縮・
伸張画像の比較を同一のコンピュータ２内で行うように
したが、これに限られるものではない。通信回線によっ
て画像の転送を行うような場合であれば、送信側が画像
データとともに基画像の空間周波数スペクトルデータを
送り、受信側で伸張後の画像の空間周波数スペクトルを
求めることで両者を比較し、劣化が基準以上の場合は再
度の送信を要求したり、または、受信側の伸張画像の空
間周波数スペクトルデータを送信側にフィードバックし
て送信側が評価を行い、劣化が基準以上の場合は再度の
送信を行うようにすることもできる。また、再度の圧縮
を行う際に評価係数の値に応じて圧縮率を決定すること
もできる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、原画像
と原画像を圧縮・伸張処理した画像の空間周波数スペク
トルを比較することにより、圧縮・伸張画像の画質の評
価を人間の評価によらずに自動的におこなえ、しかも結
果を定量的に表すことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧縮・伸張処理された画像データの評
価装置の概略構成を示すブロック図

【図２】本発明の一実施例の圧縮・伸張処理された画像
データの評価装置の概略構成を示すブ ロック図

【図３】ＪＰＥＧ方式の説明図

【図４】本実施例の作用を示すフローチャート

【図５】本実施例の作用を示す説明図

【図６】本実施例の原画像と原画像に圧縮・伸張処理を
施した画像データの空間周波数スペクトルの説明図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮・伸張処理された画像データの評価方
   法において、圧縮前の原画像の画像データの空間周波数
   スペクトルを求め、一方圧縮・伸張処理後の画像の画像
   データの空間周波数スペクトルを求め、前記２つの空間
   スペクトルを比較することにより画像データの評価を行
   うことを特徴とする圧縮・伸張処理された画像データの
   評価方法。
2. 【請求項２】圧縮・伸張処理された画像データの評価方
   法において、圧縮前の原画像の画像データの空間周波数
   スペクトルを求め、一方圧縮・伸張処理後の画像の画像
   データの空間周波数スペクトルを求め、前記２つの空間
   周波数スペクトルから人間の視覚特性に影響のある周波
   数領域の空間周波数スペクトルを抽出し、前記抽出され
   た空間周波数スペクトルの比較を行うことを特徴とする
   圧縮・伸張処理された画像データの評価方法。
3. 【請求項３】原画像の画像データが入力される第１の入
   力手段と、圧縮・伸張処理された画像データが入力され
   る第２の入力手段と、前記２つの入力手段から入力され
   た画像データの空間周波数スペクトルを求める空間周波
   数スペクトル演算手段と、前記２つの空間周波数スペク
   トルどうしを比較する空間周波数スペクトル比較手段
   と、前記空間周波数スペクトル比較手段により得られた
   比較結果を基に画像劣化の評価を下し評価結果を出力す
   る評価結果出力手段と、を具備したことを特徴とする圧
   縮・伸張処理された画像データの評価装置。
4. 【請求項４】原画像の画像データが入力される第１の入
   力手段と、圧縮・伸張処理された画像データが入力され
   る第２の入力手段と、前記２つの入力手段から入力され
   た画像データの空間周波数スペクトルを求める空間周波
   数スペクトル演算手段と、前記２つの空間周波数スペク
   トルから所定周波数領域の空間周波数スペクトルを抽出
   する空間周波数スペクトル抽出手段と、前記得られた２
   つの所定周波数領域の空間周波数スペクトルどうしを比
   較する空間周波数スペクトル比較手段と、前記空間周波
   数スペクトル比較手段により得られた比較結果を基に画
   像劣化の評価を下し評価結果を出力する評価結果出力手
   段と、を具備したことを特徴とする圧縮・伸張処理され
   た画像データの評価装置。