(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
市松状に要素が配列されてなる画像データを圧縮して圧縮データを得る画像圧縮方法において、
前記画像データに対して、該画像データを高周波成分および低周波成分に分解する分解処理を施し、該低周波成分に対して前記分解処理を施して該低周波成分より１段階低周波数帯域の高周波成分および低周波成分を得、該１段階低周波数帯域の低周波成分に対する前記分解処理を、所望とする周波数帯域の高周波成分および低周波成分が得られるまで繰り返し行うことにより、前記画像データを複数の周波数帯域の高周波成分および低周波成分に変換する画像変換処理であって、前記分解処理が、前記画像データまたは前記低周波成分を市松状に第１成分および第２成分に分離し、該第１成分の空孔位置の周囲における複数の第１成分のうちの、信号変化が小さい方向に存在する第１成分の重みを大きくすることにより該複数の第１成分を重み付け加算して、前記空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得、前記第２成分と前記仮設定成分との差分成分を前記高周波成分として算出し、該高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得、該加算仮設定成分を前記第１成分に加算して前記低周波成分を得る処理である画像変換処理により、前記画像データを変換して複数の周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得、
全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分とともに、前記画像データと同一の要素配列を有し、かつ全要素の値が０の成分に対して圧縮処理を施して前記圧縮データを得ることを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項２】
請求項１記載の画像圧縮方法により得られた圧縮データを解凍して前記全要素の値が０の成分、前記全周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分を得、
前記画像変換処理により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分のうち、最低周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分に対して１段階高周波数帯域の低周波成分を得る合成処理を施し、該１段階高周波数帯域の低周波成分および該１段階高周波数帯域の高周波成分に対する前記合成処理を、前記画像データが得られるまで繰り返し行うことにより前記画像データを再構成する画像合成処理であって、前記合成処理が、該合成処理を施す周波数帯域の高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得、前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分と前記加算仮設定成分との差分成分を第１成分として算出し、該第１成分の空孔位置の周囲における複数の第１成分のうちの、信号変化が小さい方向に存在する第１成分の重みを大きくすることにより該複数の第１成分を重み付け加算して、前記空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得、該仮設定成分を前記合成処理を施す周波数帯域の高周波成分に加算して第２成分を得、前記第１成分および前記第２成分を正方状に配列して前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分よりも１段階高周波数帯域の低周波数成分を得る処理である画像合成処理により、前記全要素の値が０の成分、該全周波数帯域の高周波成分および該最低周波数帯域の低周波成分を合成して前記画像データの再構成データを取得することを特徴とする画像解凍方法。
【請求項３】
市松状に要素が配列されてなる画像データを圧縮して圧縮データを得る画像圧縮装置において、
前記画像データに対して、該画像データを高周波成分および低周波成分に分解する分解処理を施す分解処理手段を備え、該分解処理手段により前記低周波成分に対して前記分解処理を施して該低周波成分より１段階低周波数帯域の高周波成分および低周波成分を得、前記分解処理手段による該１段階低周波数帯域の低周波成分に対する前記分解処理を、所望とする周波数帯域の高周波成分および低周波成分が得られるまで繰り返し行うことにより、前記画像データを複数の周波数帯域の高周波成分および低周波成分に変換する画像変換装置であって、前記分解処理手段が、前記画像データまたは前記低周波成分を市松状に第１成分および第２成分に分離する市松分離手段と、前記第１成分の空孔位置の周囲における複数の第１成分のうちの、信号変化が小さい方向に存在する第１成分の重みを大きくすることにより該複数の第１成分を重み付け加算して、前記空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得る仮設定手段と、前記第２成分と前記仮設定成分との差分成分を前記高周波成分として算出する差分手段と、該高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得る重み付け加算手段と、該加算仮設定成分を前記第１成分に加算して前記低周波成分を得る加算手段とを備えた画像変換装置と、
該画像変換装置により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分とともに、前記画像データと同一の要素配列を有し、かつ全要素の値が０の成分に対して圧縮処理を施して前記圧縮データを得る圧縮手段とを備えたことを特徴とする画像圧縮装置。
【請求項４】
請求項３記載の画像圧縮装置により得られた圧縮データを解凍して前記全要素の値が０の成分、前記全周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分を得る解凍手段と、
前記画像変換装置により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分のうち、最低周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分に対して１段階高周波数帯域の低周波成分を得る合成処理を施す合成処理手段を備え、該合成処理手段により前記１段階高周波数帯域の低周波成分および該１段階高周波数帯域の高周波成分に対する前記合成処理を、前記画像データが得られるまで繰り返し行うことにより、前記画像データを再構成する画像合成装置であって、前記合成処理手段が、該合成処理を施す周波数帯域の高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得る重み付け加算手段と、前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分と前記加算仮設定成分との差分成分を第１成分として算出する差分手段と、該第１成分の空孔位置の周囲における複数の第１成分のうちの、信号変化が小さい方向に存在する第１成分の重みを大きくすることにより該複数の第１成分を重み付け加算して、前記空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得る仮設定手段と、該仮設定成分を前記合成処理を施す周波数帯域の高周波成分に加算して第２成分を得る加算手段と、前記第１成分および前記第２成分を正方状に配列して前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分よりも１段階高周波数帯域の低周波数成分を得る合成手段とを備えた画像合成装置とを備え、
前記全要素の値が０の成分、前記全周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分を前記画像合成装置により合成して前記画像データの再構成データを取得することを特徴とする画像解凍装置。
【請求項５】
市松状に要素が配列されてなる画像データを圧縮して圧縮データを得る画像圧縮方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体において、
前記プログラムは、前記画像データに対して、該画像データを高周波成分および低周波成分に分解する分解処理を施し、該低周波成分に対して前記分解処理を施して該低周波成分より１段階低周波数帯域の高周波成分および低周波成分を得、該１段階低周波数帯域の低周波成分に対する前記分解処理を、所望とする周波数帯域の高周波成分および低周波成分が得られるまで繰り返し行うことにより、前記画像データを複数の周波数帯域の高周波成分および低周波成分に変換する画像変換処理であって、前記分解処理が、前記画像データまたは前記低周波成分を市松状に第１成分および第２成分に分離し、該第１成分の空孔位置の周囲における複数の第１成分のうちの、信号変化が小さい方向に存在する第１成分の重みを大きくすることにより該複数の第１成分を重み付け加算して、前記空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得、前記第２成分と前記仮設定成分との差分成分を前記高周波成分として算出し、該高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得、該加算仮設定成分を前記第１成分に加算して前記低周波成分を得る処理である画像変換処理により、前記画像データを変換して複数の周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得る手順と、
全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分とともに、前記画像データと同一の要素配列を有し、かつ全要素の値が０の成分に対して圧縮処理を施して前記圧縮データを得る手順とを有することを特徴とするコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【請求項６】
請求項１記載の画像圧縮方法により得られた圧縮データを解凍して前記全要素の値が０の成分、前記全周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分を得る手順と、
前記画像変換処理により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分のうち、最低周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分に対して１段階高周波数帯域の低周波成分を得る合成処理を施し、該１段階高周波数帯域の低周波成分および該１段階高周波数帯域の高周波成分に対する前記合成処理を、前記画像データが得られるまで繰り返し行うことにより前記画像データを再構成する画像合成処理であって、前記合成処理が、該合成処理を施す周波数帯域の高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得、前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分と前記加算仮設定成分との差分成分を第１成分として算出し、該第１成分の空孔位置の周囲における複数の第１成分のうちの、信号変化が小さい方向に存在する第１成分の重みを大きくすることにより該複数の第１成分を重み付け加算して、前記空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得、該仮設定成分を前記合成処理を施す周波数帯域の高周波成分に加算して第２成分を得、前記第１成分および前記第２成分を正方状に配列して前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分よりも１段階高周波数帯域の低周波数成分を得る処理である画像合成処理により、前記全要素の値が０の成分、該全周波数帯域の高周波成分および該最低周波数帯域の低周波成分を合成して前記画像データの再構成データを取得する手順とを有する画像解凍方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データを複数の周波数帯域の高周波成分および低周波成分に変換する画像変換方法および装置、高周波成分および低周波成分から画像データを再構成するする画像合成方法および装置、高周波成分および低周波成分を圧縮して圧縮データを得る画像圧縮方法および装置、圧縮データを解凍する画像解凍方法および装置、画像変換方法および装置並びに画像合成方法および装置を用いて画像処理を行う画像処理方法および装置、並びに画像変換方法、画像合成方法、画像圧縮方法、画像解凍方法および画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像を表す画像データを得、この画像データに適切な画像処理を施した後、画像を再生することが種々の分野で行われている。このように画像データを処理するための方法として、画像を複数の周波数帯域の多重解像度画像に変換し、各周波数帯域の画像に対して所定の処理を行って、再度これを逆多重解像度変換することにより最終的な処理済み画像を得る、多重解像度変換を用いた方法が提案されている。この場合の所定の処理としては、具体的には、ノイズ除去のための高周波の分離、さらにはノイズの多い周波数帯域のデータを削減することによる圧縮処理等が挙げられる。
【０００３】
また、多重解像度変換の方法としてはウェーブレット変換、ラプラシアンピラミッドあるいはフーリエ変換等の方法が知られている。とくに、ウェーブレット変換は、信号の周波数解析方法の１つであるが、同じく周波数解析方法として広く用いられているフーリエ変換に比べ、信号の局所的な変化情報を検出しやすいという点で優れていることから、近年あらゆる信号処理の分野で脚光を浴びている（OLIVIER RIOUL and MARTIN VETTERLI;Wavelets and Signal Processing,IEEE SP MAGAZINE,P.14-38,OCTOBER 1991、Stephane Mallat;Zero-Crossings of a   Wavelet Transform,IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY,VOL.37,NO.4,P.1019-1033,JULY 1991 、特開平6-274614号、同6-350989号、同6-350990号、同7-23228号、同7-23229号、同7-79350号等）。
【０００４】
上記特開平6-274614号等に記載されたウェーブレット変換は、画像を縦横にサブサンプリングしながら１次元のウェーブレット変換を繰り返し行うことにより図１８に示すような多重解像度画像を得るものであり、テンソル積型の２次元ウェーブレット変換と称される。一方、画像を市松状にサブサンプリングしながらウェーブレット変換を行う方法が提案されている（The Red-Black Wavelet Transform, Greet Uytterhoeven, Adhemar Bultheel,Katholieke Universiteit Leuven, Report TW271, December 1997）。この方法はリフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換と称され、図１９に示すように縦横等間隔に画素が配列されている場合（以下これを正方状の配列と称する）に、画像を○印および×印の位置の画素のみからなる画像に分離しつつウェーブレット変換を繰り返し行うものである。以下、このリフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換について説明する。なお、図１９の○印または×印の位置にのみ画素が配列されている場合、これを市松状の配列と称する。
【０００５】
図２０はリフティングによるウェーブレット変換を説明するための図である。なお、ここでは簡便のため１次元のデータに対してウェーブレット変換を施す場合について説明する。まず、１次元のデータλj,i（ここでｊは周波数帯域の高低を表し大きいほど低周波数帯域となる。ｉは要素の番号を示す）を、奇数番目の要素からなる奇数成分λj,2i+1と偶数番目の要素からなる偶数成分λj,2iに分離する。そして、偶数成分λj,2iに対してローパスフィルタＬＰ１による処理を施し、これを奇数成分λj,2i+1から減算する。そして減算により得られた成分を高周波成分γj+1とする。一方、高周波成分γj+1に対してローパスフィルタＬＰ２による処理を施して、これを偶数成分λj,2iに加算し、加算により得られた成分を低周波成分λj+1とする。そして、得られた低周波成分λj+1に対して同様の処理を繰り返し行うことにより、データλj,iをウェーブレット変換することができる。
【０００６】
一方、リフティングによるウェーブレット変換により得られたデータの逆変換は下記のようにして行う。図２１はリフティングによるウェーブレット変換の逆変換を説明するための図である。なお、ここでは、高周波成分γj+1および低周波成分λj+1からデータλjを得る場合について説明する。逆変換は上記図２０に示すウェーブレット変換と全く逆の処理を行うものであり、高周波成分γj+1に対してローパスフィルタＬＰ２による処理を施し、これを低周波成分λj+1から減算して偶数成分λj,2iを得る。一方、偶数成分λj,2iに対してローパスフィルタＬＰ１による処理を施し、これを高周波成分γj+1に加算して奇数成分λj,2i+1を得る。そして、偶数成分λj,2iおよび奇数成分λj,2i+1を合成してデータλｉを得る。
【０００７】
このようなリフティングによるウェーブレット変換を２次元の画像に対して繰り返し施して、図２２に示すように多重解像度画像を得る。なお、図２２においてはウェーブレット変換を４回繰り返しており、低周波成分をＬｉ、高周波成分をＨｉと示す（ｉ＝１〜４）。なお、リフティングによるウェーブレット変換を２次元データに施してデータのサブサンプリングを市松状に行うことにより、非分離型のウェーブレット変換を実現でき、この非分離型のウェーブレット変換により、ウェーブレット変換の各段階において得られる高周波成分Ｈｉおよび低周波成分Ｌｉは市松状に要素（画像データではなく画素とはいえないため以降要素と称する）が配列された状態となる。図２２においては、ウェーブレット変換の各段階において得られる高周波成分Ｈｉおよび低周波成分Ｌｉを、正方状に要素が配列されたものとして表すために、高周波成分Ｈ１，Ｈ３および低周波成分Ｌｉ，Ｌ３を４５度傾斜させて示している。
【０００８】
このリフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換においては、最終段階の低周波成分Ｌ４および全周波数帯域の高周波成分Ｈｉを保存しておき、これらに逆ウェーブレット変換を施すことにより、元の画像を完全に再構成することができる。
【０００９】
一方、ウェーブレット変換を行う目的は、画像を多重解像度変換することによって画像を互いに相関の低い成分に分解し、各成分のパワーを小さくすることにある。このため、ウェーブレット変換において得られる高周波成分については、成分を構成する要素の値が０に集中していることが好ましい。例えば、ウェーブレット変換を画像圧縮に用いた場合、０となるまたは０に近い値を有する要素が多いほど圧縮率が向上し、また同じ圧縮率であれば画質の劣化が少なくなる。
【００１０】
ここで、上記テンソル積型のウェーブレット変換およびリフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換について高周波成分の比較結果を下記の表１に示す。なお、ここでは、双方とも低周波成分が原画像の１／１６サイズとなったときの高周波成分の絶対値が所定値（０，１，２）以下となる要素の比率を求め、この比率の比較結果を示す。
【００１１】
【表１】
0004104043.tif 000002
表１に示すように、画像１ではリフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換の方が０となるまたは０に近い値を有する要素が多く、好ましい結果が得られるが、画像２ではテンソル積型のウェーブレット変換の方が好ましい結果が得られる。これは、画像１が自然物が多く、画像の水平および垂直方向への異方性のない画像であるのに対し、画像２が建物等の人工物が多く、水平および垂直方向への異方性が大きい画像であり、画像２のように画像そのものが異方性を持っている場合には同じ方向に異方性を持つテンソル積型のウェーブレット変換を行った方が、エッジに沿った方向の高周波成分が０に近い値となりやすいためである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、リフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換は異方性がないため、画像の異方性がない場合には、０または０に近い値を多く有する高周波成分を得ることができる。しかしながら、上記画像２のように異方性が大きい画像についてはテンソル積型のウェーブレット変換の方が０または０に近い値を多く有する高周波成分が得られる場合があることから、画像の異方性が大きい場合についても高周波成分において０または０に近い値を多くすることが望まれている。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、画像の異方性の有無に拘わらず０または０に近い値を多く有する高周波成分を得ることができる画像変換方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
また、本発明は、本発明による画像変換方法および装置により得られた全周波数帯域の成分から画像データを合成する画像合成方法および装置を提供することをも目的とするものである。
【００１５】
さらに、本発明は、本発明による画像変換方法および装置により得られた複数の周波数帯域の成分を圧縮する画像圧縮方法および装置、並びに圧縮された画像を解凍する画像解凍方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
また、本発明は、本発明による画像変換方法および装置並びに画像合成方法および装置を用いて画像データに対して画像処理を施す画像処理方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
さらに、本発明は本発明による画像変換方法、画像合成方法、画像圧縮方法、画像解凍方法および画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして、コンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像変換方法は、画像データに対して、該画像データを高周波成分および低周波成分に分解する分解処理を施し、該低周波成分に対して前記分解処理を施して該低周波成分より１段階低周波数帯域の高周波成分および低周波成分を得、該１段階低周波数帯域の低周波成分に対する前記分解処理を、所望とする周波数帯域の高周波成分および低周波成分が得られるまで繰り返し行うことにより、前記画像データを複数の周波数帯域の高周波成分および低周波成分に変換する画像変換方法において、
前記分解処理は、前記画像データまたは前記低周波成分を市松状に第１成分および第２成分に分離し、
前記第１成分の信号変化の方向に応じて、該第１成分の空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得、
前記第２成分と前記仮設定成分との差分成分を前記高周波成分として算出し、該高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得、
該加算仮設定成分を前記第１成分に加算して前記低周波成分を得る処理であることを特徴とするものである。
【００１９】
「市松状に第１成分および第２成分に分離する」とは、図１９に示すように画像データまたは低周波成分を構成する要素が正方状に配列されている場合に、画像データまたは低周波成分を○印の位置の要素からなる成分および×印の位置の要素からなる成分に分離することをいう。なお、本発明の分解処理により、低周波成分は市松状の要素を有するものとして得られるが、ここからさらに市松状に第１および第２成分を分離するには、市松状の要素を有する低周波成分を４５度回転させるまたはサンプリングの方向を４５度回転させることにより、低周波成分を構成する要素が正方状に配列されているものと見なして行えばよい。また、画像データを構成する要素が市松状に配列されている場合には、市松状の要素を有する画像データを４５度回転させるまたはサンプリングの方向を４５度回転させることにより、画像データを構成する要素が正方状に配列されているものと見なして、第１および第２成分を分離すればよい。
【００２０】
「第１成分の空孔位置」とは、図１９に示すように○印の位置の要素からなる成分を第１成分とした場合、×印の位置のことをいう。
【００２１】
「第２成分の空孔位置」とは、図１９に示すように×印の位置の要素からなる成分を第２成分とした場合、○印の位置のことをいう。
【００２２】
「仮設定成分」とは、第１成分の空孔位置における信号値は本来は第２成分そのものであり、第２成分の空孔位置における信号値は本来は第１成分そのものであるが、第２成分を全く使用することなく求められた第１成分の空孔位置における信号値をいう。なお、仮設定成分と第２成分とが異なる値となる場合がある。このため、本発明においては、第２成分と仮設定成分との差分成分を求めることにより、本来の値により近い成分を高周波成分として得るようにしたものである。
【００２３】
「加算仮設定成分」とは、第２成分の空孔位置における信号値の高周波成分は、第１成分の高周波成分であるが、第１成分を全く使用することなく求められた高周波成分の空孔位置（すなわち第２成分の空孔位置）における高周波成分の信号値をいう。
【００２４】
本発明による画像合成方法は、本発明による画像変換方法により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分のうち、最低周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分に対して１段階高周波数帯域の低周波成分を得る合成処理を施し、該１段階高周波数帯域の低周波成分および該１段階高周波数帯域の高周波成分に対する前記合成処理を、前記画像データが得られるまで繰り返し行うことにより、前記画像データを再構成する画像合成方法であって、
前記合成処理は、該合成処理を施す周波数帯域の高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得、
前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分と前記加算仮設定成分との差分成分を第１成分として算出し、
該第１成分の信号変化の方向に応じて該第１成分の空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得、
該仮設定成分を前記合成処理を施す周波数帯域の高周波成分に加算して第２成分を得、
前記第１成分および前記第２成分を正方状に配列して前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分よりも１段階高周波数帯域の低周波数成分を得る処理であることを特徴とするものである。
【００２５】
ここで、低周波成分および高周波成分は市松状の要素を有するものとして得られているため、第１および第２成分も市松状の要素を有するものとなっている。したがって、「第１および第２成分を正方状に配列する」とは、市松状の要素を有する第１および第２成分の要素をそれぞれの空孔位置の要素とすることにより、図１９の○印の位置および×印の位置の双方に要素を有する低周波成分を得ることをいう。なお、本発明の合成処理により、低周波成分は正方状の要素を有するものとして得られるが、これをさらに市松状の高周波成分と合成するには、正方状の要素からなる低周波成分を４５度回転させるまたはサンプリングの方向を４５度回転させることにより、低周波成分を構成する要素が市松状に配列されているものと見なして行えばよい。
【００２６】
本発明による第１の画像圧縮方法は、画像データを圧縮して圧縮データを得る画像圧縮方法において、
本発明による画像変換方法により前記画像データを変換して複数の周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得、
全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分に対して圧縮処理を施して前記圧縮データを得ることを特徴とするものである。
【００２７】
ここで圧縮処理としては、非可逆圧縮および可逆圧縮のいずれをも行うことができる。非可逆圧縮処理は、全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を量子化した後に、ハフマン符号化、算術符号化等によりエントロピー符号化する処理であり、可逆圧縮処理は、量子化を行うことなく全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分をエントロピー符号化する処理である。
【００２８】
本発明による第１の画像解凍方法は、本発明による第１の画像圧縮方法により得られた圧縮データを解凍して全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得、
該全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を本発明による画像合成方法により合成して前記画像データを再構成することを特徴とするものである。
【００２９】
解凍処理としては、非可逆圧縮されている場合は、圧縮データをエントロピー復号化し、さらに逆量子化することにより全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得る処理である。この場合、得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分は、圧縮前の全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分よりも、量子化の程度に応じて劣化していることとなる。一方、可逆圧縮されている場合には、圧縮データをエントロピー復号化して全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得る処理である。
【００３０】
本発明による第２の画像圧縮方法は、市松状に要素が配列されてなる画像データを圧縮して圧縮データを得る画像圧縮方法において、
本発明による画像変換方法により前記画像データを変換して複数の周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得、
全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分とともに、前記画像データと同一の要素配列を有し、かつ全要素の値が０の成分に対して圧縮処理を施して前記圧縮データを得ることを特徴とするものである。
【００３１】
「全要素の値が０の成分」は画像データと同一の要素配列を有することから、市松状に値が０の要素が配列されてなるものである。
【００３２】
本発明による第２の画像解凍方法は、本発明による第２の画像圧縮方法により得られた圧縮データを解凍して前記全要素の値が０の成分、前記全周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分を得、
該全要素の値が０の成分、該全周波数帯域の高周波成分および該最低周波数帯域の低周波成分を本発明による画像合成方法により合成して前記画像データの再構成データを取得することを特徴とするものである。
【００３３】
なお、本発明による第２の画像解凍方法において、全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を本発明による画像合成方法によって合成することにより、市松状に要素が配列されてなる画像データが再構成される。そして、市松状に要素が配列されてなる画像データと全要素の値が０の成分（これも市松状に要素が配列されてなる）とを本発明による画像合成方法によってさらに合成することにより、正方状に要素が配列されてなる成分が最終的に得られる。ここで、最終的に得られる成分は正方状に要素が配列されてなることから、画像データとは同一ではない。本発明においてはこの正方状に要素が配列された成分を画像データの再構成データと称するものとする。
【００３４】
ここで、プリンタやモニタのような画像出力装置においては、画像を構成する要素は正方状に配列されてなる。このため、市松状に要素が配列されてなる画像データを画像出力装置に入力する場合、その要素配列を正方状に変換する必要がある。一方、本発明による第２の画像圧縮方法のように市松状に要素が配列されてなる画像データを圧縮する際に、画像データと同一の要素配列を有し、かつ全要素の値が０の成分を全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分とともに圧縮しておくことにより、圧縮された画像データを本発明による第２の画像解凍方法により解凍すれば、正方状に要素が配列された、画像データの再構成データを得ることができる。このため、画像出力装置において市松状に要素が配列されてなる画像データを正方状に要素が配列されてなる画像データに変換する必要がなくなる。また、画像出力装置においては、出力時に圧縮前の画像データの要素の配列を考慮しなくてもよくなるため、要素配列に応じた処理を行う必要がなくなり、これにより画像出力装置の構成を簡易なものとすることができる。
【００３５】
本発明による画像処理方法は、画像データに対して画像処理を施して処理済み画像データを得る画像処理方法において、
本発明による画像変換方法により前記画像データを変換して複数の周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得、
全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分のうち、少なくとも１つの周波数帯域の高周波成分および／または前記最低周波数帯域の低周波成分に対して前記画像処理を施し、
該画像処理が施された成分および他の成分を本発明による画像合成方法により合成して前記処理済み画像データを再構成することを特徴とするものである。
【００３６】
「所定の画像処理」としては、ボケマスク処理、階調処理、強調処理、成分の要素の値を変化させる処理等種々の処理を行うことができる。
【００３７】
本発明による画像変換装置は、画像データに対して、該画像データを高周波成分および低周波成分に分解する分解処理を施す分解処理手段を備え、該分解処理手段により前記低周波成分に対して前記分解処理を施して該低周波成分より１段階低周波数帯域の高周波成分および低周波成分を得、前記分解処理手段による該１段階低周波数帯域の低周波成分に対する前記分解処理を、所望とする周波数帯域の高周波成分および低周波成分が得られるまで繰り返し行うことにより、前記画像データを複数の周波数帯域の高周波成分および低周波成分に変換する画像変換装置において、
前記分解処理手段は、前記画像データまたは前記低周波成分を市松状に第１成分および第２成分に分離する市松分離手段と、
前記第１成分の信号変化の方向に応じて、該第１成分の空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得る仮設定手段と、
前記第２成分と前記仮設定成分との差分成分を前記高周波成分として算出する差分手段と、
該高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得る重み付け加算手段と、
該加算仮設定成分を前記第１成分に加算して前記低周波成分を得る加算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３８】
本発明による画像合成装置は、本発明による画像変換装置により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分のうち、最低周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分に対して１段階高周波数帯域の低周波成分を得る合成処理を施す合成処理手段を備え、該合成処理手段により前記１段階高周波数帯域の低周波成分および該１段階高周波数帯域の高周波成分に対する前記合成処理を、前記画像データが得られるまで繰り返し行うことにより、前記画像データを再構成する画像合成装置であって、
前記合成処理手段は、該合成処理を施す周波数帯域の高周波成分の空孔位置における信号値を、該空孔位置周囲の信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分を得る重み付け加算手段と、
前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分と前記加算仮設定成分との差分成分を第１成分として算出する差分手段と、
該第１成分の信号変化の方向に応じて該第１成分の空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得る仮設定手段と、
該仮設定成分を前記合成処理を施す周波数帯域の高周波成分に加算して第２成分を得る加算手段と、
前記第１成分および前記第２成分を正方状に配列して前記合成処理を施す周波数帯域の低周波成分よりも１段階高周波数帯域の低周波数成分を得る合成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３９】
本発明による第１の画像圧縮装置は、画像データを圧縮して圧縮データを得る画像圧縮装置において、
本発明による画像変換装置と、
該画像変換装置により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分に対して圧縮処理を施して前記圧縮データを得る圧縮手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００４０】
本発明による第１の画像解凍装置は、本発明による第１の画像圧縮装置により得られた圧縮データを解凍して全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得る解凍手段と、
本発明による画像合成装置とを備え、
前記全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を前記画像合成装置により合成して前記画像データを再構成することを特徴とするものである。
【００４１】
本発明による第２の画像圧縮装置は、市松状に要素が配列されてなる画像データを圧縮して圧縮データを得る画像圧縮装置において、
本発明による画像変換装置と、
該画像変換装置により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分とともに、前記画像データと同一の要素配列を有し、かつ全要素の値が０の成分に対して圧縮処理を施して前記圧縮データを得る圧縮手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００４２】
本発明による第２の画像解凍装置は、本発明による第２の画像圧縮装置により得られた圧縮データを解凍して全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を得る解凍手段と、
本発明による画像合成装置とを備え、
前記全要素の値が０の成分、前記全周波数帯域の高周波成分および前記最低周波数帯域の低周波成分を前記画像合成装置により合成して前記画像データの再構成データを取得することを特徴とするものである。
【００４３】
本発明による画像処理装置は、画像データに対して画像処理を施して処理済み画像データを得る画像処理装置において、
本発明による画像変換装置と、
該画像変換装置により得られた全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分のうち、少なくとも１つの周波数帯域の高周波成分および／または前記最低周波数帯域の低周波成分に対して前記画像処理を施す処理手段と、
本発明による画像合成装置とを備え、
前記画像処理が施された成分および他の成分を前記画像合成装置により合成して前記処理済み画像データを再構成することを特徴とするものである。
【００４４】
なお、本発明による画像変換方法、画像合成方法、第１および第２の画像圧縮方法、第１および第２の画像解凍方法並びに画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明による画像変換方法および装置によれば、第１成分の信号変化の方向に応じて、この第１成分の空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得るようにしたため、画像の異方性が大きくても仮設定成分を第２成分と近い値を有するものとすることができる。このため、仮設定成分と第２成分との差分成分を高周波成分として得るようにすれば、高周波成分は０に近い値を有する要素が多く含まれることとなる。したがって、画像データにより表される画像の異方性の有無に拘わらず、０に近い値を多く有する高周波成分を得ることができる。
【００４６】
また、これにより、本発明による画像変換方法および装置により得られた高周波成分には０または０に近い値を有する要素が多く含まれるため、全周波数帯域の高周波成分および最低周波数帯域の低周波成分を圧縮すれば、高圧縮率の圧縮データを得ることができる。
【００４７】
また、ある画像を多重解像度変換した際に、画像中に比較的強いエッジが存在すると、このエッジの情報が多くの周波数帯域の高周波成分および低周波成分に亘って含まれてしまうことから、各周波成分間の相関が高くなる。このように、各周波成分間の相関が高くなると、例えばある周波数帯域の高周波成分にのみ画像処理を施した場合、同一の情報が含まれているにもかかわらず他の周波数帯域の周波数成分には画像処理が施されないため、後で各周波数帯域の成分を合成したときに各周波数帯域の成分の整合性がなくなり、再構成された画像にアーチファクトが発生するおそれがある。また、同一の情報が複数の周波数帯域の高周波成分に亘って含まれるため、圧縮効率が悪くなる。
【００４８】
これに対して、本発明においては、第１成分の信号変化の方向に応じて、この第１成分の空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分を得るようにしているため、画像中に比較的強いエッジが含まれている場合、仮設定成分を第２成分と同様にエッジの情報を含むように得ることができ、その結果、画像中に比較的強いエッジが含まれていてもエッジの情報は高周波成分には含まれにくくなる。一方、低周波成分にはエッジの情報が含まれるが、この低周波成分から得られる高周波成分も同様にエッジの情報が含まれにくいものとなる。したがって、同一の情報が複数の周波数帯域の高周波成分に亘って含まれることがなくなり、各周波数帯域の高周波成分間の相関および各周波数帯域の高周波成分と低周波成分との相関は低くなる。これにより、特定の周波数帯域の高周波成分に施した処理が他の周波数帯域の高周波成分に影響を及ぼすことがなくなり、本発明による画像変換方法および装置を画像処理方法に適用した場合に、アーチファクト等の悪影響を低減することができる。また、本発明による画像変換方法および装置を画像圧縮方法に適用した場合、高い圧縮率の圧縮データを得ることができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００５０】
図１は本発明の実施形態による画像変換装置の構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、本発明の実施形態による画像変換装置１は、正方状に要素が配列された画像データＳ０または低周波成分Ｌｉを市松状の要素からなる第１および第２成分Ｂ１，Ｂ２に分離する市松分離手段２と、第１成分Ｂ１の空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分Ｃ１を得る仮設定手段３と、第２成分Ｂ２と仮設定成分Ｃ１との差分成分Ｃ２を高周波成分Ｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）として算出する差分手段４と、高周波成分Ｈｉの空孔位置における信号値を後述するように重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分Ｃ３を得る重み付け加算手段５と、加算仮設定成分Ｃ３を第１成分Ｂ１に加算して低周波成分Ｌｉを得る加算手段６とを備える。
【００５１】
市松分離手段２は、正方状に要素が配列された画像データＳ０または低周波成分Ｌｉを、図２の実線矢印に示すように市松状に白丸位置と黒丸位置の要素に分離し、白丸位置の要素のみからなる第１成分Ｂ１と、黒丸位置の要素のみからなる第２成分Ｂ２とを得る。
【００５２】
仮設定手段３は以下のようにして仮設定成分Ｃ１を取得する。図３は仮設定成分Ｃ１の算出を説明するための図である。なお、図３において白丸は第１成分Ｂ１において信号値を有する要素位置、黒丸は第２成分Ｂ２に対応する空孔位置を示す。図３に示すように、仮設定手段３は、第１成分Ｂ１の空孔位置すなわち第２成分Ｂ２の要素位置に対応する要素位置ｘの信号値Ｓｘを、その周囲の４つの要素位置ａ，ｂ，ｃ，ｄの信号値Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄから仮設定するものである。具体的には、下記の式（１）に示すように信号値Ｓｘを求める。
【００５３】
｜Ｓａ−Ｓｄ｜＜｜Ｓｂ−Ｓｃ｜のとき、Ｓｘ＝（Ｓａ＋Ｓｄ）／２
｜Ｓａ−Ｓｄ｜≧｜Ｓｂ−Ｓｃ｜のとき、Ｓｘ＝（Ｓｂ＋Ｓｃ）／２  （１）
ここで、信号値Ｓｘを求める要素位置ｘが画像中のエッジ上にある場合、エッジに沿った方向においては信号値の差分値の絶対値｜Ｓａ−Ｓｄ｜，｜Ｓｂ−Ｓｃ｜は小さい値となる。したがって、エッジに沿った方向の信号値を用いた方が、第２成分Ｂ２により近い値を有する信号値Ｓｘを得ることができる。したがって、差分値の絶対値が小さい方向の信号値を用いて信号値Ｓｘを求めるようにしたものである。そして、全ての空孔位置についての信号値Ｓｘを求め、これを仮設定成分Ｃ１として取得する。
【００５４】
また、閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２を用いて、下記の式（２）に示すように信号値Ｓｘを求めてもよい。
【００５５】
｜Ｓａ−Ｓｄ｜＜Ｔｈ１のとき、Ｓｘ＝（Ｓａ＋Ｓｄ）／２
｜Ｓｂ−Ｓｃ｜＜Ｔｈ２のとき、Ｓｘ＝（Ｓｂ＋Ｓｃ）／２
これら以外のときＳｘ＝（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ）／４      （２）
ここで、画像データＳ０が８ビットのデータである場合、閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２＝５０程度の値を設定すればよい。
【００５６】
さらに、信号値Ｓｘを求める要素位置ｘの信号値の変化の方向および変化の大きさを表すベクトル（以下方向ベクトルと称する）を求め、この方向ベクトルに基づいて信号値Ｓｘを求めてもよい。ここで、方向ベクトルは下記の式（３）に示すように求める。
【００５７】
(u,v)=((Sc+Sd)-(Sa+Sb),(Sa+Sc)-(Sb+Sd))      （３）
したがって、方向ベクトルの大きさＰおよび方向θは、下記の式（４）、（５）に示すように求めることができる。
【００５８】
Ｐ＝√（ｕ２＋ｖ２）                （４）
θ＝ｔａｎ−１（ｕ／ｖ）−π／４    （５）
そして、この方向ベクトルの大きさＰを閾値Ｔｈと比較し、その比較結果に応じて下記の式（６）に示すように信号値Ｓｘを求める。
【００５９】
0004104043.tif 000003
ここで、Ｐ≧Ｔｈの場合は、方向ベクトルと信号値Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄを有する要素位置ａ，ｂ，ｃ，ｄとの距離に応じて重み付け加算を行って信号値Ｓｘを求めているものである。
【００６０】
なお、ここでは信号値Ｓｘを求める要素位置ｘの周囲４つの要素位置ａ，ｂ，ｃ，ｄの信号値Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄを用いて信号値Ｓｘを求めているが、要素位置ｘの周囲のさらに複数の要素位置の信号値を用いて信号値Ｓｘを求めるようにしてもよい。
【００６１】
差分手段４は第２成分Ｂ２と仮設定成分Ｃ１との差分成分Ｃ２を下記の式（７）に示すように求める。
【００６２】
Ｃ２＝Ｂ２−Ｃ１      （７）
そしてこの差分成分Ｃ２が高周波成分Ｈｉとして得られる。
【００６３】
一方、重み付け加算手段５は、以下のようにして加算仮設定成分Ｃ３を取得する。図４は加算仮設定成分Ｃ３の算出を説明するための図である。なお、図４において黒丸は加算仮設定成分Ｃ３において信号値を有する要素位置、白丸は第１成分Ｂ１に対応する空孔位置を示す。重み付け加算手段５は、加算仮設定成分Ｃ３の空孔位置すなわち第１成分Ｂ１を構成する要素位置ｙの信号値Ｓｙを、その周囲の４つの要素位置ｅ，ｆ，ｇ，ｈの信号値Ｓｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈから仮設定するものである。具体的には、上記Greetらの文献に記載されている下記の式（８）に示すように、信号値Ｓｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈを１／８ずつ重み付けして加算することにより求める。
【００６４】
Ｓｙ＝１／８（Ｓｅ＋Ｓｆ＋Ｓｇ＋Ｓｈ）      （８）
ここで、式（８）においては信号値Ｓｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈの重みの総和は１／２となるが、このように設定することにより、加算仮設定成分Ｃ３からエリアジングを良好に除去できるものである。そして、全ての空孔位置についての信号値Ｓｙを求め、これを加算仮設定成分Ｃ３として取得する。
【００６５】
なお、重み付け加算手段５においては、仮設定手段３と同様に差分成分Ｃ２の信号値の変化に応じて要素位置ｙの信号値Ｓｙを求めることも考えられるが、差分成分Ｃ２からは画像中のエッジの方向を知ることができないため、信号値の変化に依存しない重み付けにより信号値Ｓｙを求めているものである。
【００６６】
加算手段６は、第１成分Ｂ１と加算仮設定成分Ｃ３とを下記の式（９）に示すように加算して低周波成分Ｌｉを得る。
【００６７】
Ｌｉ＝Ｂ１＋Ｃ３      （９）
以上の処理をまず画像データＳ０に対して施すことにより、画像データＳ０の低周波成分Ｌ１および高周波成分Ｈ１が得られる。そしてこのようにして得られた低周波成分Ｌ１に対して、さらに市松分離手段２、仮設定手段３、差分手段４、重み付け加算手段５および加算手段６において上記と同様の処理を施すことにより、１段階低周波帯域の低周波成分Ｌ２および高周波成分Ｈ２が得られる。さらにこの処理を各周波数帯域において得られる低周波成分Ｌｉに対して繰り返すことにより、図５に示すように、画像データＳ０を複数の周波数帯域の低周波成分Ｌｉおよび高周波成分Ｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）に変換することができる。なお、得られた低周波成分Ｌｉおよび高周波成分Ｈｉのうち保存されるのは、最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉである。
【００６８】
なお、低周波成分Ｌｉは市松状に要素が配列されているため、ここからさらに市松状に第１および第２成分Ｂ１，Ｂ２を分離するには、低周波成分Ｌｉを４５度回転させるまたはサンプリングの方向を４５度回転させることにより、低周波成分Ｌｉを構成する要素が正方状に配列されているものと見なして行えばよい。
【００６９】
次いで、本実施形態による画像変換装置１の動作について説明する。図６は本実施形態による画像変換装置１の動作を示すフローチャートである。まず、画像データＳ０が市松分離手段２において、第１および第２成分Ｂ１，Ｂ２に分離される（ステップＳ１）。そして、仮設定手段３において第１成分Ｂ１の空孔位置の信号値が仮設定され、仮設定成分Ｃ１が取得される（ステップＳ２）。仮設定成分Ｃ１は差分手段４において第２成分Ｂ２から減算され、差分成分Ｃ２すなわち高周波成分Ｈｉが取得される（ステップＳ３）。差分成分Ｃ２は重み付け加算手段５に入力され、ここで差分成分Ｃ２の空孔位置の信号値が重み付け加算により仮設定され、加算仮設定成分Ｃ３が取得される（ステップＳ４）。加算仮設定成分Ｃ３は加算手段６において第１成分Ｂ１と加算されて低周波成分Ｌｉが取得される（ステップＳ５）。そして、所望とする周波数帯域までの低周波成分Ｌｉおよび高周波成分Ｈｉが得られたか否かが判断され（ステップＳ６）、ステップＳ６が否定された場合はステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ６の処理を繰り返す。ステップＳ６が肯定された場合は、所望とする周波数帯域までの低周波成分Ｌｉおよび高周波成分Ｈｉが得られたものとして処理を終了する。
【００７０】
このように、本実施形態による画像変換装置１においては、第１成分Ｂ１の信号変化の方向に応じて、この第１成分Ｂ１の空孔位置における信号値Ｓｘを仮設定して仮設定成分Ｃ１を得るようにしたため、画像データＳ０により表される画像の異方性が大きくても、仮設定成分Ｃ１を第２成分Ｂ２と近い値を有するものとすることができる。このため、仮設定成分Ｃ１と第２成分Ｂ２との差分を高周波成分Ｈｉとして得るようにすれば、高周波成分Ｈｉは０に近い値を有する要素が多く含まれることとなる。したがって、画像データＳ０により表される画像の異方性の有無に拘わらず、０に近い値を多く有する高周波成分Ｈｉを得ることができる。
【００７１】
ここで、上記テンソル積型のウェーブレット変換およびリフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換により得られた高周波成分と、本実施形態による画像変換装置により得られた高周波成分との比較結果を下記の表２に示す。なお、ここでは、表１と同様に双方とも低周波成分が原画像の１／１６サイズとなったときの高周波成分の絶対値が所定値以下となる要素の比率を求め、この比率の比較結果を示す。また、画像１，２は表１と同様のものを用いた。
【００７２】
【表２】
0004104043.tif 000004
表２に示すように、画像１，２のいずれについても、本実施形態の画像変換装置が、テンソル積型のウェーブレット変換およびリフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換よりも０となるまたは０に近い値を有する要素が多く、好ましい結果が得られる。したがって、本実施形態により得られる高周波成分および低周波成分は、テンソル積型およびリフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換により得られる成分よりも高い圧縮率により圧縮を行うことができる。
【００７３】
また、ある画像を多重解像度変換した際に、画像中に比較的強いエッジが存在すると、このエッジの情報が多くの周波数帯域の高周波成分および低周波成分に亘って含まれてしまうことから、各周波成分間の相関が高くなる。このように、各周波成分間の相関が高くなると、例えばある周波数帯域の高周波成分にのみ画像処理を施した場合、同一の情報が含まれているにもかかわらず他の周波数帯域の周波数成分には画像処理が施されないため、後で各周波数帯域の成分を合成したときに各周波数帯域の成分の整合性がなくなり、再構成された画像にアーチファクトが発生するおそれがある。また、同一の情報が複数の周波数帯域の高周波成分に亘って含まれるため、圧縮効率が悪くなる。
【００７４】
これに対して、本実施形態によれば、第１成分Ｂ１の信号変化の方向に応じて、この第１成分Ｂ１の空孔位置における信号値Ｓｘを仮設定して仮設定成分Ｃ１を得るようにしているため、画像中に比較的強いエッジが含まれる場合、仮設定成分Ｃ１を第２成分Ｂ２と同様にエッジの情報を含むように得ることができ、その結果、画像中に比較的強いエッジが含まれていてもエッジの情報は高周波成分には含まれにくくなる。一方、低周波成分Ｌｉにはエッジの情報が含まれるが、この低周波成分Ｌｉから得られる高周波成分Ｈｉも同様にエッジの情報が含まれにくいものとなる。したがって、同一の情報が複数の周波数帯域の高周波成分Ｈｉに亘って含まれることがなくなり、各周波数帯域の高周波成分Ｈｉ間の相関および各周波数帯域の高周波成分Ｈｉと低周波成分Ｌｉとの相関は低くなる。これにより、後述するように、高周波成分Ｈｉおよび低周波成分Ｌｉに画像処理を施す場合、特定の周波数帯域の高周波成分Ｈｉに施した処理が他の周波数帯域の高周波成分に影響を及ぼすことがなくなり、アーチファクト等の悪影響を低減することができる。また、本実施形態により得られる低周波成分Ｌｉおよび高周波成分Ｈｉを用いて圧縮処理を行った場合に、圧縮率を向上させることができる。
【００７５】
なお、上記実施形態においては、正方状に要素が配列された画像データＳ０に対して処理を行っているが、市松状に要素が配列された画像データＳ０に対しても同様に処理を行うことができる。この場合、上記実施形態における低周波成分Ｌｉに対する場合と同様に、市松状の要素を有する画像データＳ０を４５度回転させるまたはサンプリングの方向を４５度回転させることにより、画像データＳ０を構成する要素が正方状に配列されているものと見なして、第１および第２成分を分離すればよい。なお、画像データＳ０を一度分離した後は、第１および第２成分は市松状に要素が配列されてなるため、それ以降の処理は上記実施形態と同様に行うことができる。
【００７６】
次いで、画像合成装置の実施形態について説明する。図７は本発明の実施形態による画像合成装置の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態による画像合成装置１０は、本実施形態による画像変換装置１により画像データＳ０を変換することにより得られた最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎおよび全周波数帯域の高周波成分Ｈｉを合成して画像データＳ０再構成するためのものであり、合成を行う周波数帯域の高周波成分Ｈｉの空孔位置における信号値を重み付け加算することにより仮設定して加算仮設定成分Ｃ３を取得する本実施形態による画像変換装置と同様の重み付け加算手段５と、合成を行う周波数帯域の低周波成分Ｌｉと加算仮設定成分Ｃ３との差分成分Ｃ４を第１成分Ｂ１として得る差分手段７と、差分成分Ｃ４すなわち第１成分Ｂ１の空孔位置における信号値を仮設定して仮設定成分Ｃ１を取得する本実施形態による画像変換装置と同様の仮設定手段３と、仮設定成分Ｃ１を高周波成分Ｈｉに加算して加算成分Ｃ５を第２成分Ｂ２として得る加算手段８と、第１および第２成分Ｂ１，Ｂ２を合成して１段階高周波数帯域の低周波成分Ｌｉ−１を得る市松合成手段９とを備える。
【００７７】
差分手段７は、下記の式（１０）に示すように低周波成分Ｌｉから加算仮設定成分Ｃ３を減算して差分成分Ｃ４すなわち第１成分Ｂ１を得る。
【００７８】
Ｃ４＝Ｌｉ−Ｃ３      （１０）
加算手段８は、下記の式（１１）に示すように高周波成分Ｈｉに仮設定成分Ｃ１を加算して加算成分Ｃ５すなわち第２成分Ｂ２を得る。
【００７９】
Ｃ５＝Ｈｉ＋Ｃ１      （１１）
ここで、第１および第２成分Ｂ１，Ｂ２は、市松状に要素が配列されている。このため、市松合成手段９は、図２の破線矢印に示すように白丸位置の要素のみからなる第１成分Ｂ１と、黒丸位置の要素のみからなる第２成分Ｂ２とを合成して、正方状に要素が配列された１段階高周波数帯域の低周波成分Ｌｉ−１を得る。なお、この合成処理により、１段階高周波数帯域の低周波成分Ｌｉ−１は正方状の要素を有するものとして得られるが、これを１段階高周波数帯域の高周波成分Ｈｉ−１と整合させるために市松状にするには、低周波成分Ｌｉ−１を４５度回転させるまたはサンプリングの方向を４５度回転させることにより、低周波成分Ｌｉ−１を構成する要素が市松状に配列されているものと見なせばよい。
【００８０】
そしてこのようにして得られた低周波成分Ｌｉ−１および保存されている高周波成分Ｈｉ−１に対して、さらに差分手段７、重み付け加算手段５、仮設定手段３、加算手段８および市松合成手段９において上記と同様の処理を施すことにより、１段階高周波数帯域の低周波成分Ｌｉ−２が得られる。そして、この処理を最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｎの合成から最高周波数帯域の低周波成分すなわち画像データＳ０が合成されるまで繰り返すことにより、図８に示すように低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉから画像データＳ０を再構成することができる。
【００８１】
次いで、本実施形態による画像合成装置１０の動作について説明する。図９は本実施形態による画像合成装置１０の動作を示すフローチャートである。まず、最低周波数帯域の高周波成分Ｈｎが重み付け加算手段５に入力され、ここで高周波成分Ｈｎの空孔位置の信号値が重み付け加算により仮設定され、加算仮設定成分Ｃ３が取得される（ステップＳ１１）。そして、差分手段７において、最低周波数帯域の低周波数帯域Ｌｎから加算仮設定成分Ｃ３が減算されて差分成分Ｃ４すなわち第１成分Ｂ１が取得される（ステップＳ１２）。第１成分Ｂ１は仮設定手段３に入力され、ここで第１成分Ｂ１の空孔位置の信号値が仮設定され、仮設定成分Ｃ１が取得される（ステップＳ１３）。仮設定成分Ｃ１は加算手段８において高周波成分Ｈｎと加算され、加算成分Ｃ５すなわち第２成分Ｂ２が取得される（ステップＳ１４）。第１および第２成分Ｂ１，Ｂ２は市松合成手段９において合成され、正方状に要素が配列された１段階高周波数帯域の低周波成分Ｌｎ−１が得られる（ステップＳ１５）。そして、最高周波数帯域の低周波成分すなわち画像データＳ０が得られたか否かが判断され（ステップＳ１６）、ステップＳ１６が否定された場合はステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１からステップＳ１６の処理を繰り返す。ステップＳ１６が肯定された場合は画像データＳ０が再構成されたものとして処理を終了する。
【００８２】
次いで、本実施形態による画像変換装置を用いた画像圧縮装置の実施形態について説明する。
【００８３】
図１０は本実施形態による画像圧縮装置の構成を示す概略ブロック図である。図１０に示すように、本実施形態による画像圧縮装置２０は、本実施形態による画像変換装置１と、画像変換装置１において画像データＳ０を変換することにより得られた最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎおよび全周波数帯域の高周波成分Ｈｉを量子化して量子化信号Ｒ０を得る量子化手段２１と、量子化信号Ｒ０をエントロピー符号化して圧縮データＳ１を得るエントロピー符号化手段２２とを備える。
【００８４】
量子化手段２１は、低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉの各要素を所定値で除算する等することにより、各成分の精度を低下させる手段であり、低周波数帯域ほど精度を低下させないようにする任意の手段を用いることができる。なお、量子化手段２１は非可逆圧縮を行う場合にのみ必要なものであり、可逆圧縮を行う場合には不要なものである。
【００８５】
エントロピー符号化手段２２は、出現確率の高いものには少ないビット数を割り当てることにより、データ全体の容量を低減させるものであり、ハフマン符号化や算術符号化等の任意の符号化方法を行う手段を用いることができる。
【００８６】
次いで、本実施形態による画像圧縮装置の動作について説明する。図１１は本実施形態による画像圧縮装置の動作を示すフローチャートである。まず、画像データＳ０が画像変換装置１に入力され、ここで上記と同様に変換されて低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉが得られる（ステップＳ２１）。低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉは量子化手段２１において量子化されて量子化信号Ｒ０が得られる（ステップＳ２２）。量子化信号Ｒ０はエントロピー符号化手段２２において符号化されて圧縮データＳ１が得られ（ステップＳ２３）、処理を終了する。
【００８７】
このように、本実施形態による画像圧縮装置は、本実施形態による画像変換装置により得られた低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉを圧縮しているものである。ここで、高周波成分Ｈｉは０となるまたは０に近い値を有する要素が多いため、高い圧縮率により画像データＳ０を圧縮して圧縮データＳ１を得ることができる。
【００８８】
次いで、本実施形態による画像合成装置を用いた画像解凍装置の実施形態について説明する。
【００８９】
図１２は本実施形態による画像解凍装置の構成を示す概略ブロック図である。図１０に示すように、本実施形態による画像解凍装置２５は、本実施形態による画像圧縮装置２０において得られた圧縮データＳ１をエントロピー復号化して復号化データＦ０を得るエントロピー復号化手段２６と、復号化データＦ０を逆量子化して、最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎ′および全周波数帯域の高周波成分Ｈｉ′を得る逆量子化手段２７と、本実施形態による画像合成装置１０とを備える。なお、本実施形態においては、圧縮データＳ１は非可逆圧縮されているため、逆量子化手段２７において得られる低周波成分および高周波成分は、低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉよりも劣化したものとなっている。このため、Ｌｎ、Ｈｉおよび画像データＳ０に「′」を付与するものとする。
【００９０】
エントロピー復号化手段２６は、エントロピー符号化手段２２と逆の処理を行って、圧縮データＳ１を復号化して復号化データＦ０を得る。なお、復号化データＦ０は量子化データＲ０と同一のものとなる。
【００９１】
逆量子化手段２７は、量子化手段２１と逆の処理を行って、低周波成分Ｌｎ′および高周波成分Ｈｉ′を得るものである。
【００９２】
次いで、本実施形態による画像解凍装置２５の動作について説明する。図１３は本実施形態による画像解凍装置２５の動作を示すフローチャートである。まず、圧縮データＳ１がエントロピー復号化手段２６に入力され、ここでエントロピー復号化されて復号化データＦ０が得られる（ステップＳ３１）。復号化データＦ０は逆量子化手段２７において逆量子化されて低周波成分Ｌｎ′および高周波成分Ｈｉ′が得られる（ステップＳ３２）。低周波成分Ｌｎ′および高周波成分Ｈｉは画像合成装置１０に入力され、ここで合成されて画像データＳ０′が得られ（ステップＳ３３）、処理を終了する。
【００９３】
なお、画像データＳ０が市松状に要素が配列されてなる場合は、図１４に示す他の実施形態による画像圧縮装置２０′のように、画像データＳ０と同一の要素配列（すなわち市松状の要素配列）を有し、かつ全要素の値が０の成分（以下単に成分Ｍとする）を、画像変換装置１において画像データＳ０を変換することにより得られた最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎおよび全周波数帯域の高周波成分Ｈｉとともに量子化して量子化信号Ｒ１を得、量子化信号Ｒ１をエントロピー符号化して圧縮データＳ２を得るようにしてもよい。
【００９４】
このようにして得られた圧縮データＳ２は、図１５に示す本発明の他の実施形態による画像解凍装置２５′において以下のように解凍される。
【００９５】
まず、上記他の実施形態による画像圧縮装置２０′において得られた圧縮データＳ２をエントロピー復号化手段２６においてエントロピー復号化して復号化データＦ１を得る。なお、復号化データＦ１は量子化データＲ１と同一のものとなる。そして、逆量子化手段２７において、復号化データＦ１を逆量子化して、最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎ′、全周波数帯域の高周波成分Ｈｉ′および成分Ｍ′を得る。
【００９６】
なお、本実施形態においては、圧縮データＳ１は非可逆圧縮されているため、逆量子化手段２７において得られる全要素の値が０の成分、低周波成分および高周波成分は、成分Ｍ、低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉよりも劣化したものとなっている。このため、Ｍ、ＬｎおよびＨｉに「′」を付与するものとする。
【００９７】
さらに、成分Ｍ′、低周波成分Ｌｎ′および高周波成分Ｈｉ′は画像合成装置１０に入力され、ここで合成される。この際、まず低周波成分Ｌｎ′および高周波成分Ｈｉ′が合成されて、市松状に要素が配列されてなる画像データＳ０′（非可逆圧縮のため「′」を付与する。）が得られる。そして、市松状に要素が配列されてなる画像データＳ０′と全要素の値が０の成分Ｍ′（これも市松状に要素が配列されてなる）とがさらに合成されて、正方状に要素が配列されてなる再構成データＳ３が最終的に得られる。
【００９８】
ここで、プリンタやモニタのような画像出力装置においては、画像を構成する要素は正方状に配列されてなる。このため、市松状に要素が配列されてなる画像データＳ０を画像出力装置に入力する場合、その要素配列を正方状に変換する必要がある。一方、上記他の実施形態による画像圧縮装置のように市松状に要素が配列されてなる画像データＳ０を圧縮する際に、画像データＳ０と同一の要素配列を有し、かつ全要素の値が０の成分Ｍを高周波成分Ｈｉおよび低周波成分Ｌｎとともに圧縮しておくことにより、上記他の実施形態による画像解凍装置により圧縮データＳ２を解凍すれば、正方状に要素が配列された再構成データＳ３を得ることができる。このため、画像出力装置において市松状に要素が配列されてなる画像データＳ０を正方状に要素が配列されてなる画像データに変換する必要がなくなる。また、画像出力装置においては、圧縮前の画像データＳ０の要素の配列を考慮しなくてもよくなるため、要素配列に応じた処理を行う必要がなくなり、これにより画像出力装置の構成を簡易なものとすることができる。
【００９９】
次いで、本実施形態による画像変換装置および画像合成装置を用いた画像処理装置の実施形態について説明する。
【０１００】
図１６は本実施形態による画像処理装置の構成を示す概略ブロック図である。図１６に示すように、本実施形態による画像処理装置３０は、本実施形態による画像変換装置１と、画像変換装置１において画像データＳ０を変換することにより得られた最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎおよび複数の周波数帯域の高周波成分Ｈｉに対して画像処理を施して、処理済みの低周波成分Ｌｎ１および高周波成分Ｈｉ１を得る処理手段３１と、処理済みの低周波成分Ｌｎ１および高周波成分Ｈｉ１を合成して処理済み画像データＳ１を得る本実施形態による画像合成装置１０とを備える。
【０１０１】
処理手段３１は、画像変換装置１において得られた最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎおよび全周波数帯域の高周波成分Ｈｉのうち、所望とする周波数帯域の高周波成分Ｈｉおよび／または最低周波数帯域の低周波成分Ｌｎに対して、例えば特開平６−２７４６１４号に記載されたようなボケマスク処理、階調処理、ゲインを調節する処理等の画像処理を施して、処理済みの低周波成分Ｌｎ１および高周波成分Ｈｉ１を得るものである。なお、本実施形態では所望とする周波数帯域の成分に対して画像処理が施されているものであるが、画像処理が施された成分および画像処理が施されなかった成分を含めて処理済みの低周波成分Ｌｎ１および高周波成分Ｈｉ１と称するものとする。
【０１０２】
次いで、本実施形態による画像処理装置の動作について説明する。図１７は本実施形態による画像処理装置の動作を示すフローチャートである。まず、画像データＳ０が画像変換装置１に入力され、ここで上記と同様に変換されて低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉが得られる（ステップＳ４１）。低周波成分Ｌｎおよび高周波成分Ｈｉは処理手段３１に入力され、ここで所望とする周波数帯域の成分に対して画像処理が施されて、処理済みの低周波成分Ｌｎ１および高周波成分Ｈｉ１が得られる（ステップＳ４２）。処理済みの低周波成分Ｌｎ１および高周波成分Ｈｉ１は画像合成装置１０に入力され、ここで合成されて処理済み画像データＳ１が得られ（ステップＳ４３）、処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による画像変換装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】市松分離および合成を説明するための図
【図３】仮設定成分の算出を説明するための図
【図４】加算仮設定成分の算出を説明するための図
【図５】画像データが変換される状態を示す図
【図６】本発明の実施形態による画像変換装置の動作を示すフローチャート
【図７】本発明の実施形態による画像合成装置の構成を示す概略ブロック図
【図８】画像データが再構成される状態を示す図
【図９】本発明の実施形態による画像合成装置の動作を示すフローチャート
【図１０】本発明の実施形態による画像圧縮装置の構成を示す概略ブロック図
【図１１】本発明の実施形態による画像圧縮装置の動作を示すフローチャート
【図１２】本発明の実施形態による画像解凍装置の構成を示す概略ブロック図
【図１３】本発明の実施形態による画像解凍装置の動作を示すフローチャート
【図１４】本発明の他の実施形態による画像圧縮装置の構成を示す概略ブロック図
【図１５】本発明の他の実施形態による画像解凍装置の構成を示す概略ブロック図
【図１６】本発明の実施形態による画像処理装置の構成を示す概略ブロック図
【図１７】本発明の実施形態による画像処理装置の動作を示すフローチャート
【図１８】テンソル積型のウェーブレット変換を説明するための図
【図１９】要素の配列を示す図
【図２０】リフティングによるウェーブレット変換を説明するための図
【図２１】リフティングによるウェーブレット変換の逆変換を説明するための図
【図２２】リフティングを用いた非分離型のウェーブレット変換により得られる多重解像度画像を示す図
【符号の説明】
１    画像変換装置
２    市松分離手段
３    仮設定手段
４，７    差分手段
５    重み付け加算手段
６，８    加算手段
９    市松合成手段
１０    画像合成装置
２０，２０′    画像圧縮装置
２１    量子化手段
２２    エントロピー符号化手段
２５，２５′    画像解凍装置
２６    エントロピー復号化手段
２７    逆量子化手段
３０    画像処理装置
３１    処理手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004104043.tif 000020
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0004104043.tif 000023
【図２０】
0004104043.tif 000024
【図２１】
0004104043.tif 000025
【図２２】
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