(57)【要約】【課題】ＪＰＥＧ等で画像を圧縮する場合、記録データを少なくするために、画像情報が捨てられており、復元画像は原画像よりも、画質が落ちるという問題がある。また、圧縮方式として、画像をブロック単位で変換して符号化しているので、圧縮データが少なくなるほど、ブロックノイズが目だってくるという問題があった。【解決手段】そこで、本発明では、原画像と特定のパターンを変形してマッチングを取ることによって、画像を符号化しており、変形した画像の座標とパターン及び、パターンを変形するのに用いた係数のみを、画像データとして記録しておけば良いので、圧縮データが少なくできる。また、符号化において、ブロック単位で符号化処理をしていないので、ブロックノイズが発生することもなく、原画像に近い復元を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定範囲内のデジタルカラー静止画像情報Ｉを符号化する方法であり、
デジタルカラー静止画像情報Ｉの所定の座標Ｍの輝度値ＹにパターンＰＴを近似させ、該輝度値Ｙから前記パターンＰＴを減算又は加算し、減算又は加算後のデジタルカラー静止画像情報Ｉを更新すると共に、前記座標Ｍ及び該座標Ｍの輝度値ＹにパターンＰＴを近似させるときに使用したパラメータＰＭ並びに使用したパターンＰＴを圧縮画像情報ＩＲとして記録し、これを予め定めた回数繰り返すことによって、圧縮画像情報ＩＲを得ることができることを特徴とする、デジタルカラー静止画像の符号化方法。
【請求項２】
一定範囲内のデジタルカラー静止画像情報Ｉを符号化する方法であり、
（１）  ＲＧＢごとに分離した各デジタルカラー静止画像情報Ｉから所定の周波数成分のみを抽出して各圧縮基礎画像Ａに変形するステップａと、
（２）  それぞれの圧縮基礎画像Ａを合成し、該合成画像から明度成分ｆを抽出し、パターンマッチング画像Ｂに変形するステップｂと、
（３）  パターンＰＬをもちいて前記パターンマッチング画像Ｂと予め定めたパターンＰＴとの類似ポイントＬを検索し、該類似ポイントＰの座標Ｍ、及びパターンＰＴをパターンマッチング画像Ｂに類似させるために変形するために使用したパラメータＰＭ、及びパターンＰＴを変更する場合には使用したパターンＰＴを保存し、使用しない場合にはパターンＰＴの保存を省略するステップｃと、
（４）  パターンＰＬを用いて前記座標Ｍに対応する各圧縮基礎画像Ａの輝度値Ｙを検索し、該輝度値Ｙが正ならば前記パターンＰＴを前記パラメータＰＭで変形したパターンＰＲを減算し又は輝度値Ｙが負ならば前記パターンＰＲを加算し、各圧縮基礎画像Ａを更新するステップｄと、
（５）  前記（２）〜（４）を任意の設定回数Ｔ又は、輝度値Ｙの値が予め決められた閾値より小さくなるまで繰り返し、各座標Ｍ及びパターンＰＴ及びパラメータＰＭを保存して圧縮画像情報ＩＣを作成するステップｅとを含んでなり、少ない情報量できわめて原画像に近いカラー静止画像を得ることができることを特徴とする、デジタルカラー静止画像の符号化方法。
【請求項３】
請求項２に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、
ステップａは、前記デジタル処理画像ＩＤから輪郭部分を取出すための演算処理であり、少なくとも、
（１）  前記各デジタルカラー静止画像情報Ｉの明度値Ｋの平均値ＫＡを計算し、各デジタルカラー静止画像情報Ｉから減算するステップと、
（２）  前記各デジタルカラー静止画像情報Ｉから予め定めた周波数帯域の周波数成分を取出すステップと、
を含むことを特徴とする、デジタルカラー静止画像の符号化方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、
ステップｂは、デジタルカラー画像情報Ｉの色の比率が変わらないように符号化するために行う処理であり、少なくとも、
（１）  前記各圧縮基礎画像Ａを合成するステップと、
（２）  前記合成画像Ｅから、明度成分ｆを取出すステップと、
を含むことを特徴とする、デジタルカラー静止画像の符号化方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、
類似ポイントＬは、パターンＰＬを用いて、前記パターンマッチング画像Ｂの所定のポイントＰとパラメータＰＭを用いて変形したパターンＰＲとの相互相関を計算し、最も近似した点であることを特徴とする、デジタルカラー静止画像の符号化方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、
予め定めた周波数成分のみを抽出するとは、所定のパターンＰＴを用いて、前記圧縮基礎画像Ａから少なくとも所定の低周波数成分を含む画像に変形し、該変形画像を前記圧縮基礎画像から減算することによって、予め定めた周波数成分のみを含む画像を抽出するステップであることを特徴とする、デジタルカラー静止画像の符号化方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、
パターンＰＴは、ガウシアン関数、点広がり関数、確率密度関数、多次元関数、その他それに近似した関数を使用することを特徴とする、デジタルカラー静止画像の符号化方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、
パターンＰＬは、自己相関関数、相互相関関数、その他相関の計算が可能な関数を使用することを特徴とする、デジタルカラー静止画像の符号化方法。
【請求項９】
請求項１〜８に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法によって符号化された圧縮画像情報ＩＣを復号化する方法であって、
（１）  前記圧縮画像情報ＩＣとして記録された座標Ｍ及び、保存したパターンＰＴ、並びにそのときのパラメータＰＭを読込むステップと、
（２）  前記座標Ｍにおいて、パラメータＰＭを用いてパターンＰＴを変形したパターンＰＲを加算して復元デジタルカラー画像ＩＲとして更新するステップと、
（３）  前記（１）及び（２）の手順を任意の設定回数Ｔ又は輝度値Ｙがあらかじめ決められた閾値よりも大きくなるまで繰返し、復元デジタルカラー画像ＩＲを作成するステップと、
（４）  前記パターンＰＴを前記パラメータＰＭにより変形したパターンＰＲを、前記復元デジタルカラー画像ＩＲに加算することによって、デジタルカラー静止画像情報Ｉに限りなく近い復元デジタルカラー画像ＩＲを作成することができることを特徴とする、デジタルカラー静止画像の復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の圧縮方式に係り、さらに詳しくは、画像圧縮の効率化及び圧縮における画像の劣化を極力抑え、原画像にきわめて近い復元画像を得ることを可能とするパターン関数を用いたデジタルカラー静止画像の符号化及び復号化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの急速な普及と共に情報のデジタル化が進んでおり、その中でも音楽情報や画像情報はデジタル化が最も進んでいる分野の一つである。特に画像情報は、フルカラー対応のデジタルカメラやデジタルビデオカメラの登場で、そのデータ量は飛躍的に増大している。数年前までは、一般的な３０万画素程度のデジタル画像で一枚当たり数百キロバイト程度のデータ量であったものが、今日では、３００万画素を遥かに超えるものが普及してきており、データ量も一枚で数メガバイト以上になってきている。
【０００３】
また、超音波診断装置などの医療用画像機器は、得られた画像をデジタル情報化して、それにコンピュータ処理を施して早期診断ができるようになると共に、診断画像もカラー化及び高解像度化したことで、より鮮明で詳細な情報が得られるようになり、一層正確な診断が可能となった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、画像関連機器がカラー化及び高画質化すると共に、そのデータ量は膨大となり、超音波診断装置では、一枚の診断画像データで約１００ＫＢにもなり、数百人分の診断画像データを長期間に亘って保存しておくことは、経済的、物理的に非効率である。
そこで、データの大容量化の問題を解決する為に、様々なデータ圧縮方式が考え出されている。現在、一般的に広く使用されている静止画の圧縮方式としては、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）、ＧＩＦ（Ｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ  Ｆｏｒｍａｔ）やＰＮＧ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）等がある。特に写真や自然画の圧縮には圧縮の程度が選択でき、フルカラーの圧縮が可能であるＪＰＥＧ方式が広く普及している。
【０００５】
しかし、ＪＰＥＧ方式は、原画像を８×８画素のブロックに分け、そのブロック毎にＤＣＴ圧縮（離散コサイン変換）、量子化、エントロピー符号化の処理を順次経る非可逆変換であり、一度圧縮が行なわれると、量子化された色データが失われてしまい復元画像は原画像よりも鮮鋭さがなくなり、輪郭がはっきりしなくなる。また、圧縮率を大きくすると、８×８画素単位のブロックノイズも顕著に現れるようになるという問題があった。
【０００６】
特許文献１に記載の発明は、そのようなＪＰＥＧ方式での問題を解決するものであり、ＪＰＥＧ方式とは異なる数値と座標からなる画像情報をパターンを用いて圧縮画像として表すことで、重要な情報を損なうことなく、きわめて効果的に原画像情報を圧縮する画像の符号化方式及び複号化方式が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３１４４３１号（第１頁〜第３頁、第２図及び第３図）
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の発明は、白黒の２値の画像の圧縮を目的としているものであるため、カラー画像の圧縮には対応しておらず、近年のフルカラー静止画像の圧縮の要請には対応できないものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では、以上の問題を解決するものであり、カラー静止画像やカラー動画像に対して、そのデータ量を上記方式よりも削減でき、データ量削減に伴う画像の劣化を最小限に抑えることのできるデジタルカラー画像の符号化及び復号化方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一定範囲内のデジタルカラー静止画像情報Ｉを符号化する方法であり、デジタルカラー静止画像情報Ｉの所定の座標Ｍの輝度値ＹにパターンＰＴを近似させ、輝度値Ｙから前記パターンＰＴを減算又は加算し、減算又は加算後のデジタルカラー静止画像情報Ｉを更新すると共に、座標Ｍ及び座標Ｍの輝度値ＹにパターンＰＴを近似させるときに使用したパラメータＰＭ並びに使用したパターンＰＴを圧縮画像情報ＩＲとして記録し、これを予め定めた回数繰り返すことによって、圧縮画像情報ＩＲを得ることができることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、一定範囲内のデジタルカラー静止画像情報Ｉを符号化する方法であり、（１）  ＲＧＢごとに分離した各デジタルカラー静止画像情報Ｉから所定の周波数成分のみを抽出して各圧縮基礎画像Ａに変形するステップａと、（２）  それぞれの圧縮基礎画像Ａを合成し、合成画像から明度成分ｆを抽出し、パターンマッチング画像Ｂに変形するステップｂと、（３）  パターンＰＬをもちいてパターンマッチング画像Ｂと予め定めたパターンＰＴとの類似ポイントＬを検索し、類似ポイントＰの座標Ｍ、及びパターンＰＴをパターンマッチング画像Ｂに類似させるために変形するために使用したパラメータＰＭ、及びパターンＰＴを変更する場合には使用したパターンＰＴを保存し、使用しない場合にはパターンＰＴの保存を省略するステップｃと、（４）  パターンＰＬを用いて座標Ｍに対応する各圧縮基礎画像Ａの輝度値Ｙを検索し、輝度値Ｙが正ならばパターンＰＴをパラメータＰＭで変形したパターンＰＲを減算し又は輝度値Ｙが負ならばパターンＰＲを加算し、各圧縮基礎画像Ａを更新するステップｄと、（５）  （２）〜（４）を任意の設定回数Ｔ又は、輝度値Ｙの値が予め決められた閾値より小さくなるまで繰り返し、各座標Ｍ及びパターンＰＴ及びパラメータＰＭを保存して圧縮画像情報ＩＣを作成するステップｅとを含んでなり、少ない情報量できわめて原画像に近いカラー静止画像を得ることができることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、ステップａは、デジタル処理画像ＩＤから輪郭部分を取出すための演算処理であり、少なくとも、（１）  各デジタルカラー静止画像情報Ｉの明度値Ｋの平均値ＫＡを計算するステップと、（２）各デジタルカラー静止画像情報Ｉから予め定めた周波数帯域の周波数成分を取出すステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、ステップｂは、デジタルカラー画像情報Ｉの色の比率が変わらないように符号化するために行う処理であり、少なくとも、（１）  各圧縮基礎画像Ａを合成するステップと、（２）  合成画像Ｅから、明度成分ｆを取出すステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、類似ポイントＬは、パターンＰＬを用いて、パターンマッチング画像Ｂの所定のポイントＰとパラメータＰＭを用いて変形したパターンＰＲとの相互相関を計算し、最も近似した点であることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、予め定めた周波数成分のみを抽出するとは、所定のパターンＰＴを用いて、圧縮基礎画像Ａから少なくとも所定の低周波数成分を含む画像に変形し、変形画像を圧縮基礎画像から減算することによって、予め定めた周波数成分のみを含む画像を抽出するステップであることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、パターンＰＴは、ガウシアン関数、点広がり関数、確率密度関数、多次元関数、その他それに近似した関数を使用することを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法において、パターンＰＬは、自己相関関数、相互相関関数、その他相関の計算が可能な関数を使用することを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項９に記載の発明は、請求項１〜８に記載のデジタルカラー静止画像の符号化方法によって符号化された圧縮画像情報ＩＣを復号化する方法であって、（１）  圧縮画像情報ＩＣとして記録された座標Ｍ及び、保存したパターンＰＴ、並びにそのときのパラメータＰＭを読込むステップと、（２）  座標Ｍにおいて、パラメータＰＭを用いてパターンＰＴを変形したパターンＰＲを加算して復元デジタルカラー画像ＩＲとして更新するステップと、（３）  （１）及び（２）の手順を任意の設定回数Ｔ又は輝度値Ｙがあらかじめ決められた閾値よりも大きくなるまで繰返し、復元デジタルカラー画像ＩＲを作成するステップと、（４）  パターンＰＴをパラメータＰＭにより変形したパターンＰＲを、復元デジタルカラー画像ＩＲに加算することによって、デジタルカラー静止画像情報Ｉに限りなく近い復元デジタルカラー画像ＩＲを作成することができることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るパターンを利用したデジタルカラー静止画像の符号化及び復号化方法の一実施形態について図１を用いて詳細に説明する。
【００２０】
【デジタルカラー静止画像の符号化方法】
【カラー画像のデジタル変換】
まずカラー画像を圧縮するための前段階として、カラー原画像をデジタル変換をしてデジタルカラー静止画像情報Ｉを作成する、具体的には５１２画素×５１２画素の画素数で標本化すると共にその各画素について所定の階調で量子化する。その後、色光の三原色であるＲＧＢ（赤色、緑色、青色）ごとに分離をする。
本実施例では、標本化の画素数を５１２画素×５１２画素としたが、使用するコンピュータの能力及び対象画像により他の画素数で標本化しても本発明の方法を適用できる。また、色光の三原色で原画像を分離する手法の他にもＣＭＹ（シアン、マゼンタ、黄色）等で分離して処理することも可能である。
【００２１】
【圧縮基礎画像Ａへの変形ステップ】
（１）  各デジタルカラー静止画像情報Ｉから、それぞれの明度値Ｋを抽出し、各デジタルカラー静止画像情報Ｉごとの明度値Ｋの明度平均値ＫＡを算出する。明度値の具体的な算出式の１つとして、輝度変換関数（数式１）を用いる。
【数１】
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（２）  各デジタルカラー静止画像情報Ｉの各明度値Ｋからそれぞれの明度平均値ＫＡを減算し、さらにその減算した各デジタルカラー静止画像情報ＩにパターンＰＴとしてガウシアン関数（数式２）を用いて変形した各変形画像を作成する。
【数２】
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また、本実施例では、パターンＰＴとしてガウシアン関数を用いてデジタルカラー静止画像情報Ｉを変形したが、この他に点広がり関数、確率密度関数、多次元関数、その他それに近似した関数も用いることができる。
（３）  ＲＧＢごとに分離した各デジタルカラー静止画像情報Ｉから、（２）で作成したＲＧＢに対応する各変形画像を減算し、ＲＧＢごとに圧縮基礎画像Ａを作成する。
【００２２】
【パターンマッチング画像Ｃ作成ステップ】
（１）  各圧縮基礎画像Ａを合成し、合成画像Ｅを作成する。
（２）  合成画像Ｅから明度成分ｆを抽出したパターンマッチング画像Ｂを作成する。
【００２３】
【デジタルカラー静止画像情報の符号化】
（１）  パターンＰＴとしてガウシアン関数（数式２）を使用し、先に作成したパターンマッチング画像Ｂの輝度値Ｙが最大となる所定のポイントＬをパターンＰＬ（数式３）により検索し、その座標Ｍ、輝度の最大値を求め、ガウシアン関数（数式２）の極大値が輝度の最大値と等しくなるように、パラメータＰＭを乗じて変形した後、輝度が極大値となるポイントＬにおける輝度値Ｙが正の値ならばパラメータＰＭを用いてパターンＰＴを変形したパターンＰＲをＲＧＢそれぞれに対応する各圧縮基礎画像Ａから減算し、ポイントＬにおける輝度値Ｙが負の値ならばパラメータＰＭを用いてパターンＰＴを変形したパターンＰＲをＲＧＢそれぞれに対応する各圧縮基礎画像Ａに加算し、座標Ｍと変形に使用したパラメータＰＭと輝度値Ｙに近似するのに使用したパターンＰＴとを圧縮画像情報ＩＣとして記録し、パターンＰＴは１回前の記録パターンＰＴと同一のときには保存しないで、座標Ｍ及びパラメータＰＭのみを記録する。
【数３】
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（２）  変形したパターンＰＲを減算した圧縮基礎画像Ａを更新して保存する。
（３）  この動作を、圧縮基礎画像Ａの輝度値Ｙが予め設定した値よりも小さくなるか又は予め設定した所定の回数（本実施例では、２５００回又は５０００回）に達するまで繰り返して行うことで、圧縮画像情報ＩＣが得られる。また、より正確な圧縮画像を得たい場合には、予め設定する輝度値の幅を広げるか又は繰返し計算を５０００回以上に増やせばよい。
【００２４】
【デジタルカラー静止画像情報の復号化方法】
（１）  符号化され、記録された圧縮画像情報ＩＣに記録されている座標Ｍ及び、使用したパターンＰＴ、並びにその座標Ｍにおける輝度値Ｙに近似させるため、変形するのに使用したパラメータＰＭをＲＧＢの各圧縮画像情報ＩＣごとに読込む。
（２）  （１）で読み込んだパターンＰＴにパラメータＰＭを乗じたものを、ＲＧＢの各圧縮画像情報ＩＣにおける座標Ｍを中心に和算する。
（３）  以上の手順を符号化の時と同じ回数繰り返して行い、各復元デジタルカラー画像ＩＲを作成する。
（４）  デジタルカラー静止画像の符号化において作成したＲＧＢの各変形画像を、上記（３）で作成したＲＧＢの対応する各復元デジタルカラー画像ＩＲに加算することによって、最終的に復元デジタルカラー画像ＩＲが得られる。
図２に示すように、上記手順により作成した復元デジタルカラー画像ＩＲは、デジタルカラー原画像情報Ｉより情報量が少なくなっているものの、デジタルカラー原画像情報Ｉに近い画像が得られ、図３に示すＪＰＥＧ方式で見られるような、ブロックノイズも発生していない。また、上記手順を５０００回繰り返した、復元デジタルカラー画像ＩＲはデジタルカラー原画像情報Ｉに極めて近いという結果が得られた。
【００２５】
【発明の効果】
デジタルカラー原画像情報Ｉと本方式で得られた復元デジタルカラー画像ＩＲとの比較のために、相関係数を求めた。相関関数はパターンＰＬ（数３）で定義されるもので、０〜１までの数値でデジタルカラー原画像情報Ｉと復元デジタルカラー画像ＩＲがどれだけ似ているかを評価することができるものである。二枚の画像間で全く一致していない場合は０、全てが一致している場合は１となる。その結果、圧縮する画像にもよるが、データ量を同じにした場合、本方式では、０．９４７１となり、ＪＰＥＧ方式では、０．９２５９となり、本方式の方がデジタルカラー原画像情報Ｉに近い状態で復元できる。
【００２６】
本発明に係る、パターンを用いた、デジタルカラー原画像情報の符号化及び復号化方法によれば、従来方式よりも、少ないデータ量で符号化でき、かつ原画像に近い状態で復元画像を得ることができるという効果がある。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像圧縮処理の流れを示すブロック図である。
【図２】本発明による符号化方法により圧縮した後、復号化して復元した画像である。
【図３】ＪＰＥＧ方式による圧縮後、復元した画像である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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