(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られたデジタル画像データに対し、フィルタの覆う領域内の全画素の画素値と前記フィルタの該全画素に対応するフィルタ係数とを用いた所定の演算に基づいて求められる値を内挿して前記デジタル画像データのデータ数を増加せしめる内挿処理を行う画像フィルタリング方法であって、
前記フィルタの覆う領域にエッジ部が存在する場合には、該エッジ部の画素値を、前記値が内挿される位置に近い側の、前記エッジ部に隣接する画素の画素値と置き換える補正をした後に前記所定の演算を行うことを特徴とする画像フィルタリング方法。
【請求項２】
前記エッジ部の存在の有無を検出する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の画像フィルタリング方法。
【請求項３】
前記エッジ部の存在の有無が、前記フィルタの覆う領域内の互いに隣接する画素の画素値の差分の絶対値を所定の閾値と比較することによって検出されるものであること特徴とする請求項２記載の画像フィルタリング方法。
【請求項４】
前記エッジ部の存在の有無が、前記原画像全体に対しエッジ検出フィルタを用いてエッジマップ画像を作成することにより検出されるものであることを特徴とする請求項２記載の画像フィルタリング方法。
【請求項５】
原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られたデジタル画像データに対し、フィルタの覆う領域内の全画素の画素値と前記フィルタの該全画素に対応するフィルタ係数とを用いた所定の演算に基づいて求められる値を内挿して前記デジタル画像データのデータ数を増加せしめる内挿処理手段を備えた画像フィルタリング装置であって、
前記内挿処理手段が、前記フィルタの覆う領域にエッジ部が存在する場合には、該エッジ部の画素値を、前記値が内挿される位置に近い側の、前記エッジ部に隣接する画素の画素値と置き換える補正した後に前記所定の演算を行うものであることを特徴とする画像フィルタリング装置。
【請求項６】
前記エッジ部の存在の有無を検出する検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の画像フィルタリング装置。
【請求項７】
前記検出手段が、前記フィルタの覆う領域内の互いに隣接する画素の画素値の差分の絶対値を所定の閾値と比較することによってエッジ部を検出するものであることを特徴とする請求項６記載の画像フィルタリング装置。
【請求項８】
前記検出手段が、前記原画像全体に対しエッジ検出フィルタを用いてエッジマップ画像を作成することによりエッジ部を検出するものであること特徴とする請求項６記載の画像フィルタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像のフィルタリング方法および装置に関し、詳しくは画像のデジタルデータのデータ数を増加せしめる内挿処理を行う画像フィルタリング方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタル画像をそのままの大きさ、あるいは拡大縮小して記録する、レーザプリンタやサーマルプリンタなどの画像記録装置が知られている。このような画像記録装置において、アナログ信号をサンプリングすることにより得られたデジタル画像データは、必要に応じて所定の、例えば拡大の際の補間処理などの画像処理を施されてから記録される。
【０００３】
サンプリングされた画像データを基に、より原画像に近い画像を復元するため、画像データの画素密度を変換したり（特開平２-13910号，特願平７-337570号，８-65601号等参照）画像のレスポンスを調整（特開平８−76302号参照）する場合には、一般に画像データにフィルタリング処理が施される。
【０００４】
これらのフィルタリング処理においては、しばしば、画像の補間拡大処理のためや画素密度の変換処理等のためにフィルタサイズ内（フィルタが覆う領域内）の全画素の画素値と各画素に対応するフィルタ係数とを用いた畳み込み積分を用いて求めた値を内挿することにより、データ数を増加させる場合がある。
【０００５】
従来この畳み込み積分として、
【０００６】
【数１】
0003706206.tif 000002
【０００７】
なる演算式を用いている。この演算式（１）は各画素のつながりを滑らかにするように内挿点の値を定める傾向を有するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、アナログ画像をスキャナ等で読み取った場合、帯域制限されているので画像の連続性は高い。しかしながら、デジタル画像上で文字やパターンを挿入した場合は帯域制限がなく画像に不連続な部分、即ちエッジが存在することとなる。フィルタサイズ内にこのエッジを含む場合、上述の傾向を有する畳み込み積分により内挿点の値を定めるとエッジ近傍でリンギングアーチファクトが発生する。
【０００９】
例えば、１次元方向に図６（ａ）に示すような画素値（信号値、黒丸で示す）を持つ画素（原画像のサンプル点）間にデータを内挿する場合、理想的には図中の点線上に信号値を有する内挿点が設けられることが望ましい。しかし、上述の演算式によって内挿すると同図（ｂ）白丸で示す画素値を持つ内挿点となり、原画像に対し、波打ったような出力となり、いわゆるリンギングを生じることとなる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて、フィルタサイズ内にエッジ部を含む場合にも、リンギングを生じないでデータを内挿することができるフィルタリング方法および装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像フィルタリング方法は、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られたデジタル画像データに対し、フィルタの覆う領域内の全画素の画素値と前記フィルタの該全画素に対応するフィルタ係数とを用いた所定の演算に基づいて求められる値を内挿して前記デジタルデータのデータ数を増加せしめる内挿処理を行う画像フィルタリング方法であって、
前記フィルタの覆う領域にエッジ部が存在する場合には該エッジ部の画素値を補正した後に前記所定の演算を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
上記フィルタリング方法において、エッジ部の存在の有無を検出する段階を備えてもよく、この検出方法としては、例えば、前記フィルタの覆う領域内の互いに隣接する画素の画素値の差分の絶対値を所定の閾値と比較することによって検出する方法、あるいは、前記原画像全体に対しエッジ検出フィルタを用いてエッジマップ画像を作成することにより検出する方法等が挙げられる。
【００１３】
前記補正として、前記エッジ部の画素値を、前記値が内挿される位置に近い側の、該エッジ部に隣接する画素の画素値と置き換えるものであることが望ましい。
【００１４】
本発明の画像フィルタリング装置は、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られたデジタル画像データに対し、フィルタの覆う領域内の全画素の画素値と前記フィルタの該全画素に対応するフィルタ係数とを用いた所定の演算に基づいて求められる値を内挿して前記デジタルデータのデータ数を増加せしめる内挿処理手段を備えた画像フィルタリング装置であって、
前記内挿処理手段が、前記フィルタの覆う領域にエッジ部が存在する場合には該エッジ部の画素値を補正した後に前記所定の演算を行うものであることを特徴とするものである。
【００１５】
前記画像フィルタリング装置において、エッジ部の存在の有無を検出する検出手段を備えることが望ましく、特に、前記フィルタの覆う領域内の互いに隣接する画素の画素値の差分の絶対値を所定の閾値と比較することによって検出する検出手段、若しくは、前記原画像全体に対しエッジ検出フィルタを用いてエッジマップ画像を作成することにより検出する検出手段を備えることが望ましい。
【００１６】
前記内挿処理手段が、前記補正として、前記エッジ部の画素値を、前記値が内挿される位置に近い側の、該エッジ部に隣接する画素の画素値と置き換えるものであることが望ましい。
【００１７】
すなわち、本発明の画像フィルタリング方法および装置は、フィルタサイズ内（フィルタの覆う領域）に画像の不連続な部分、即ち、エッジ部を含む場合に、このエッジ部に影響されない演算を用いて求めた値を内挿してデータ数を増加せしめるものである。
【００１８】
本発明においては、デジタル画像データにもとから存在する画素（サンプル点）に対応する値を求める通常のフィルタリング処理に加え、それらの画素間に内挿する値も同様のフィルタリングにより求め、その値を内挿する処理をも含めてフィルタリング処理という。
【００１９】
なお、前記「所定の演算」とは、例えば、フィルタ係数とサンプル点の値との畳み込み積分による演算である。
【００２０】
また「内挿処理」とは、例えばデジタル画像データに対し、１画素、１ラインおきに所定の演算を用いて求められた値を挿入することを意味し、デジタル画像データのデータ数を増量せしめる処理をいう。
【００２１】
また「エッジ」とは、隣接画素の画素値の差が所定値以上あるような位置をいい、このエッジを含む単数又は複数の画素からなる、内挿位置からエッジ部以遠の領域をエッジ部という。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の画像フィルタリング方法および装置によれば、フィルタサイズ内にエッジ部が存在する場合に、そのエッジ部の画素値を補正した上で所定の演算を行い内挿処理を行うため、エッジ部の画素値を用いた畳み込み演算によりリンギングを生じていた従来の方法と比較して、リンギングの発生を抑制することができる。
【００２３】
このようにして、リンギングの発生を抑制した内挿処理を行うことにより、画素密度変換やレスポンス補正等の画像処理において、アーチファクトのない高画質な画像処理が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明のフィルタリング方法および装置の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２５】
図１に第一実施の形態であるフィルタリング装置の概略を示す。本フィルタリング装置２は、原画像を表す画像信号を所定の密度でサンプリングして得られたデジタル画像データＳが画像入力装置１から入力され、該デジタル画像データＳに対して所定のフィルタと畳み込み演算を用いてデータを内挿してデータ数を増加せしめる内挿処理を施して再生画像データＳ’として画像出力装置３に出力するものである。
【００２６】
本フィルタリング装置２におけるフィルタリング方法を以下に説明する。
【００２７】
内挿点の画素値をフィルタ範囲内の画素の画素値および各画素に対応するフィルタ係数の畳み込み積分により求めるが、ここでは、簡単のために一次元の画素点（サンプル点）および１次元フィルタ（サイズ10）を例に挙げて説明する。
【００２８】
画素値の範囲（値域）を0-1024とし、フィルタの係数をK0−K9とする。原画素A0−A9の画素値をa0−a9とするとき、求める内挿点（A4とA5の間）の画素値ｂは、以下の演算で求められる。
【００２９】
【数２】
0003706206.tif 000003
【００３０】
ここで、
【００３１】
【数３】
0003706206.tif 000004
【００３２】
【数４】
0003706206.tif 000005
【００３３】
とする。
【００３４】
値域が0-1024のときに、その1/4 にあたる256 を閾値として設定し、隣接する画素の差分がその閾値256 以上の場合にその画素間は不連続であるとみなす。不連続とは、すなわちここにエッジが存在することを意味する。
【００３５】
図２は、画素A4とA5との間の位置Ｂにデータを内挿する場合にフィルタサイズ内に存在する画素位置及びそれらの画素値を示している。同図（ａ）は、A6とA7の画素値の差分|A7−A6|が閾値256 以上でA6とA7との間にエッジが存在する場合である。ここで、このエッジを境にして内挿位置Ｂを含まない側、即ちA7,A8,A9・・側をエッジ部と称する。また、同図（ｂ）は、画像中に文字や線を後から挿入した場合等に生じる１画素のみの特異点A7（エッジ）が存在する場合である。
【００３６】
図２（ａ）のような場合、（３），（４）式より、<a0>から<a6>については、ｆ(ｘ)＝ｘとなるため、<ai>＝aiである。A7−A6＞256であるから、ｆ(ｘ)＝０となり、<a7>＝<a6>＝a6となる。以下エッジ部であるA8, A9についても、それぞれ<a8>＝a6，<a9>＝a6となり、仮想的にエッジ部A7, A8, A9の画素値a7, a8, a9を該エッジ部に隣接した内挿点側の画素A6の画素値a6に置き換えたことに等しい。これらの<a0>〜<a9>を用いて（２）式による畳み込み積分を行い内挿点の画素値ｂを求める。このようにして（３），（４）式により、畳み込み積分（２）式においてエッジ部の画素値を用いることなく画素値ｂを求めることができる。
【００３７】
また、図２（ｂ）のような場合、<a0>から<a7>については同図（ａ）の場合と同様で<ai>＝ai（i=0,1,・・,6）<a7>＝a6となる。<a8>については、a8-<a7>（＝a8-a6）＜256 となるので、<a8>＝a8となり、同様にして<a9>＝a9である。このようにしてｂは、特異点（挿入した線）の画素値を無視した形で求められる。
【００３８】
なお、フィルタサイズ内にエッジがない場合（３）式において<ai> ＝ai(ｉ＝0,1,2,・・・,9）となり、従来の演算（１）式と同様の計算となる。
【００３９】
このフィルタリング処理により、エッジ近傍におけるリンギングによるアーチファクトの発生を抑えることができる。
【００４０】
一般には、上述の処理による畳込みを図３に示すように主走査方向、副走査方向に順次行う。図３の例では、Amn （但しmおよびnは位置を示す整数）で示される原画像のサンプル点（デジタル画像データ画素点）に対して、フィルタＦを用いてフィルタリングを施して内挿点Bmn,Cmn,Dmn の値を求めている。但し、同図では、理解を容易にするため、Bmn,Cmn,Dmn の一部のみを示している。図に示すBm4,C44,D44は、それぞれ式(a),(b),(c)なる演算を行って求められる。
【００４１】
図４は、図３に示されるフィルタＦを用いた内挿処理を行うフィルタリング装置２の具体的処理を示した図である。処理されるデジタル画像データＳは、フィルタリング装置２に対し、画素ごとに走査線単位でA01〜A09、A10〜A19の順に入力される。フィルタリング装置２は、順次入力されるデジタル画像情報の中から、最後に入力された１０画素の情報をもとにBmn を計算して求め、順次バッファに出力する。このバッファはラインごとに１つ割り当てられるものであり、その大きさは入力単位となる横画素数の２倍、すなわちこの場合は２０個の画素情報を格納できるものとする。上記のように計算により順次求められバッファに出力される値は、この例の場合、もとの画素の情報、すなわちAmn のそのままの値と、計算により求められた値Bmn が交互に並ぶことになる。
【００４２】
１０ライン分のバッファが満杯になると、フィルタリング装置２は次に各バッファ内の同じ位置に格納されている情報、すなわち図３の縦に並ぶ画素の情報をもとにCmn およびDmn を求める。このようにして求められたAmn,Bmn,Cmn,Dmn の画素値は走査線方向に順次出力される。以降、フィルタリング装置２は、１０ラインのバッファのうち、最初に情報が格納されたバッファ（最も古い情報が格納されているバッファ）の情報をクリアし、次に入力された情報をそのバッファに格納し、上記処理を繰り返す。
【００４３】
以上、１次元のフィルタを用いて説明したが、フィルタは必ずしも１次元のフィルタである必要はなく、またフィルタサイズおよびフィルタ係数は所望の画像に適する値を適宜設定することが可能である。
【００４４】
なお、上記実施の形態においては畳み込み演算の際に、関数ｆ(ｘ)を用いることにより隣接する画素の差分からエッジの有無を検出する、エッジの検出と畳み込み演算を同時に行う方法について説明したが、図５に示すように、フィルタリング装置２内に、畳み込み演算の前に画像中のエッジおよびエッジ部を検出するエッジ検出手段２ａを設け、該エッジ検出手段２ａにより予め画像全体に対してエッジ検出フィルタをかけてエッジマップ画像を作っておき、フィルタリング処理手段２ｂにおいてはこのエッジマップ画像を参照し、エッジを越えてフィルタがなされる場合には、エッジ部に隣接する、内挿位置側の画素の画素値が無限に続いていると仮想して畳み込み積分するものとしてもよい。
【００４５】
本発明のフィルタリング装置は、ＣＴ，ＭＲＩ等により撮影された医療画像等をレーザプリンタに出力する場合、若しくは写真フィルムのネガまたはプリントをスキャナで読み取り、加工してプリンタに出力する場合等における補間拡大処理（特願平７-337570号等）、画素密度変換処理（特開平２-13910号、特願平８-65601号等）およびレスポンスの補正処理（特開平８-76302号）等におけるフィルタリング時に適用することができる。本フィルタリング装置を適用することにより、画像のエッジ近傍にリンギングを発生させることなく、高画質に画素密度変換やレスポンス補正をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の概略を示す図
【図２】本発明のフィルタリング方法による、フィルタサイズ内にエッジ部を含む場合の内挿処理を説明する図
【図３】本発明のフィルタリング方法による内挿処理を説明する図
【図４】本発明のフィルタリング装置の処理を示す図
【図５】本発明の他の実施の形態の概略を示す図
【図６】従来のフィルタリング処理による内挿処理を説明する図
【符号の説明】
１    画像入力装置
２    画像出力装置
３    フィルタリング装置
Ｆ    フィルタ
【図１】
0003706206.tif 000006
【図２】
0003706206.tif 000007
【図３】
0003706206.tif 000008
【図４】
0003706206.tif 000009
【図５】
0003706206.tif 000010
【図６】
0003706206.tif 000011