JPH03504652A - デジタルデータのフィルター処理のための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 デジタルデータのフィルター処理のための方法および装置 発明の背景 この発明はデジタルデータ信号をフィルター処理するための方法および装置に関 し、かつ、より特定的には、そのような信号のアレイによって形成されるタイプ の像をフィルター処理するための方法および装置に関する。

先行技術において、可視像は画素とよばれるデジタルデータ信号のアレイに変換 されてきた。先行技術においてはまた、これらの画素のアレイは像の質を高める ために様々な方法でフィルター処理されてきた。しかしながら、像は通常膨大な 数の画素を含み従来の像のフィルター処理過程では各画素に関して多数の乗算お よび加算が行なわれる必要がある。その結果、従来の像フィルター処理過程は処 理時間が長くかかりかつ大変複雑である。

シャブリーエ（Ｃｈａｂｒｉｅｓ）およびクリスチャンセン（Ｃｈｒｉｓｔｉａ ｎｓｅｎ）による、「予め重畳された量子化されたベクトルを用いてレーダ内に 可視像を形成する方法Ｊ　　（Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｖｉｓｕ ｓｌ　Ｉｍａｇｅｓ　ｉｎ　Ｒｏｄａｔ　ｂ７　Ｕｊｉｋｉｚｉｎｇ　Ｐｒｅｃ ｏｎｖｏｌｖｅｄ　Ｑ＋＋ａｎｔｉｚｅｄ　Ｖｅｃｔｏｒｓ）　　と題された米 国特許出願１５７，１９９には、より簡単で素早い方法で像をフィルター処理す る試みが開示されている。

この出願において、重畳による像のフィルター処理方法では、従来の高速フーリ エ変換演算および重畳演算は排除されている。その代わり、多くの時間を浪費す るこれらの動作に代わってシフトと加算の反復的な連続が行なわれてそれによっ てシェブリーエークリスチャンセンのフィルター処理は比較的素早く行なわれる 。

しかしながら、シャブリーエークリスチャンセン方法の主な限界はそれが重畳型 のフィルター処理に限られるということである。これは重畳型演算が線形であり それゆえ重ね合わせの理が用いられるという事実から明らかである。

重ね合わせは反復的なシフトおよび加算の連続において発生する。それゆえ、シ ャブリーエークリスチャンセンの方法は非線形なフィルター処理に対しては全く 機能しない。

このような非線形フィルター処理は、たとえば画素において行なわれるべき演算 の１つが二乗することまたは平方根を含むような多くの場合発生する。

また、シャプリーエークリスチャンセンフィルター処理の別の限界は、多数のシ フトおよび加算動作のためにいくつかの回路を動かすことを必要としまたフィル ターの費用がかさむということである。さらに、多数のシフトおよび加算動作を 行なうことは本質的にい（らかの時間がかかりそれがフィルター処理の最大速度 を制限する。

図面の簡単な説明 ここに、この発明の様々な特徴と利点が、添付図面に関して述べられる。

第１図は本発明に従う、像のフィルター処理ステップを示す。

第２図は像の端縁の質が向上される、第１図のフィルター処理ステップの具体的 な一例を表わす。

第３図は第２図の端縁向上過程によってフィルター処理された実際の像を表わす 。

第４図は第１図の過程によって得られる一般的なフィルター処理の１分類を示す 。

第５図は第１図の過程によって得られる第２の一般的なフィルター処理の分類を 表わす。

第６図は第１図の過程によって達成される第３の一般的なフィルター処理の分類 を示す。

第７図は第１図の過程において演算される画素のグループを順次形成する電子回 路を示す。

第８図は第１図の過程において演算される画素のグループを順次形成する別の回 路を示す。

発明の詳細な説明 第１図に戻って、第１図は本発明に従う、像のフィルター処理ステップを示す。

第１図において、フィルター処理されていない元の像は参照番号１０によって示 される。この像は行と列のアレイとして配列された複数の画素からなる。第１図 において、像１０の各画素はアレイの１正方形によって表わされる。このアレイ は１行につきいくつの画素でも１列につきいくつの画素でも有してよい。

第１図のフィルター処理過程の１ステツプとして、像１０にある特定の各画素に つき、９個の画素からなる各グループがその像から読出される。９個の画素から なる各グループはある特定の画素そのものに加えて８つの他の画素をそのまわり に含む。たとえば、第１図において、１つの特定の画素はＰｌと分類されかつそ れに対応する画素のグループはＧ１と分類される。第１図において、グループＧ １の全画素は点で示される。同様に、像１０の他の特定な画素はＰ２と分類され その対応の画素のグループはＧ２と分類される。グループＧ２の全画素は線形で 表わされる。

以上のことから、各画素グループは互いに重なり合うことが明らかである。すな わち、各画素はいくつかの異なるグループに含まれる。一般に画素グループＧ１ は、画素Ｐ１の位置の単一画素の、フィルター処理された出力を生成するために 演算されるべき全画素からなる。同様に、画素グループＧ２は画素Ｐ２の位置の 単一画素の、フィルター処理された出力を生成するべき全画素からなる。これら の演算およびいつそれが起こるかは第２図ないし第６図に関してさらに詳細に説 明される。

第１図のフィルター処理過程の他のステップとして、画素グループＧｌ、Ｇ２そ の他の各々は量子化され符号化される。このステップは量子化エンコーダ２０に よって第１図において行なわれる。このステップの間、画素グループＧｌ、Ｇ２ その他の各々は、実際の画素グループに最もびったりとマツチする標準画素グル ープの１つを識別するために、いくつかの標準画素グループ２１と比較される。

第１図において、実際の画素グループＧ１に最もぴったりマツチする標準画素グ ループの識別は１１と示され、実際の画素グループＧ２と最もぴったりマツチす る標準画素グループの識別はＩ２と示される。

第１図のフィルター処理過程におけるさらにべつのステップとして、量子化エン コーダ２０からの各画素グループ識別子はメモリ３０から単一画素を検索するた めに用いられる。第１図において、参照番号３１ａ、３１ｂ・・・はメモリ３０ 内の各画素を表わす。メモリ３０内の画素３１ａは標準画素グループの１つに関 して予め定められた演算を行なうことによって得られた結果であり、メモリ３０ 内の画素３１ｂは他の標準画素グループに関して同様の演算を行なうことによっ て得られた結果である。

第１図のフィルター処理過程を完成するために、画素グループ識別子ＩＩ、１２ ・・・によってメモリ３０から検索された全画素は元の像１０内の画素と同じ順 序で単純につなぎ合わされる。第１ｖ！Ｊおいて、これらのつなぎ合わされた画 素は、フィルター処理された像である画素４０のアレイを形成する。画素４０− １は識別子１１によってメモリ３０から検索され、画素４０−２は識別子Ｉ２に よってメモリ３０から検索された。

上に述べた過程を利用して、元の像１０は様々な異なる方法でフィルター処理可 能である。そして、異なるタイプの像フィルター処理の各々にとっては、変化す るのはメモリ３０に記憶された画素の値である。たとえば第２図は像１０におい て端縁の質を向上するために、第１図のフィルター処理過程がどのように用いら れるかを示す。第２ｒＩｌｉにおいて、記号Ｐｒｃは像１０の行ｒと列Ｃにある １つの特定な画素Ｐを表わし、記号Ｐ０ないしＰ８は対応する画素グループＧｒ ｃにおける画素を表わす。画素ＰｏないしＰ８はそれぞれ、（ｒ−１，ｃ−１） ＋　　（ｒ−１，ｃ）。

（ｒ−１，ｃ＋１）、　　（ｒ、　　ｃ−１）、　　（ｒ、　　ｃ）、　　（ｒ 。

ｃ＋ｌ）、ｒ＋１．Ｃ−１）、（ｒ＋ｌ、ｃ）および（ｒ＋１．ｃ＋１）の行− 列の対である。

グループＧｒｃ内の全画素は単一画素Ｐｒｃの端縁向上のために演算される必要 があり、第２図の等式５１．５２および５３はこれらの演算がどのように行なわ れなければならないかを表わす。しかし、像１０内の画素グループＧｒｃは等式 ５１ないし５３の演算が行なわれる前に第１図の過程によって量子化されるので 、これらの演算は元の像１０からの画素グループよりも標準画素グループに関し て“オフライン”で行なわれ得る。

このように、第１図のフィルター処理過程は像１０そのものからの画素グループ に関して、等式５１−５３のどんな演算も完全に排除するので、非常に迅速に行 なわれ得る。

その代り、標準画素グループは予め処理され、結果とじて生じるフィルター処理 された画素はメモリ３０に記憶される。その後、メモリ３０から識別子１１．Ｉ ２その他によって読出されたフィルター処理された画素は単純につなぎ合わされ る。

第１図および第２図のフィルター処理過程がどのように像に影響するかの一例が 第３図に示される。ここで、参照番号５４は平面の像を表わし、それは第１図の 像１０に対応する。像５４が第１図および第２図のステップによってフィルター 処理された後、その結果は参照番号５５によって示されるように端縁の質が増大 された像になる。

第２図のこの特定的なフィルター処理過程は第４図に示されるより一般化された フィルター処理過程の一例にすぎない。ここで、参照番号６０は３×３の定数の マトリックスを示し、参照番号６１は別の３×３の定数のマトリックスを示しか つ参照番号６２ないし６４は、メモリ３０内の予めフィルター処理された画素を 得るためにマトリックス６０および６１が各標準画素グループをどのように演算 するべきかを示す等式の組を示す。このフィルター処理は第２図と同じになり、 マトリックス６０および６１内の項目および等式６２ないし６４のパラメータが 第４図の例＃１によって示されるようにセットされるときフィルター処理が行な われる。

一方、マトリックス６０および６１内の項目および等式６２ないし６４のパラメ ータか第４図の例＃２によって示されるようにセットされると、第１図の過程に よって像１０に違いが出てくる。このような区別的なフィルター処理は明るいか ら暗いへまたはその反対に素早く変化する、像のどの部分でも強調する効果を有 する。

さらに、マトリックス６０および６１の項目および等式６２ないし６４のパラメ ータが第４図の例＃３において示されるようにセットされると、第１図の過程に よって、斑点または明るい点が像１０から取除かれるように像がフィルター処理 される。このような斑点は、たとえば、像が伝送されるときの雑音によって像の 中に入り込むことがある。

第１図のフィルター処理過程の他の形が第５図に示される。ここで、各標準画素 グループの画素は１マトリツクス７０および１等式７１によって示されるように 予め変形される。この変形は重畳フィルターに像１０を通過させるという効果を 有する。ローパス重畳フィルターの一例によって、像は滑らかにまたは和らげら れこれは第５図の例＃１によって示されるように、マトリックス７０内の項目お よび等式７１のパラメータを設定することによって達成される。逆に、バイパス 重畳フィルター処理は第５図の例＃２において示されるように、マトリックス７ ０の項目および等式７１のパラメータを設定することによって達成される。

第１図のフィルター処理過程のさらに別の例が第６図に示される。ここで、標準 画素グループは２つのマトリックス８０および８１および４つの等式８２ないし ８５を経て予め変形される。この結果、像１０は車間形フィルターを通過させら れる。マトリックス８０および８１の項目および等式８２ないし８５のパラメー タが設定される１つの特定的な方法は第６図の例＃１によって示され、像１０に 与えるそのフィルター処理の効果は影になっている像の特徴を強調するというこ とである。

ここで第７図は、第１図の過程を実行するために動作する電子回路を示す。この 回路は入力端子９０を有し、その端子はテレビのスクリーンに送られる信号とち ょうど同じような、像をアナログの形で表わす信号ｉ　　（ｔ）を受ける。

信号ｉ　（ｔ）は、その大きさが、像がテレビのスクリーンに左から右へ現われ るのに従い、像の１行に比例し、それから像がテレビのスクリーンの左から右に 現われるのに従い、像の次の１行に比例するように時間とともに変化する。

このアナログ信号はサンプルおよび保持回路９１によってデジタル画素のシーケ ンスに変換されその結果として生じる画素はシフト回路９２に順次送られる。

回路９２は４つの直列−並列シフトレジスタ９２ａ、９２ｂ、９２ｃおよび９２ ｄを含む。レジスタ９２ａはその右側に直列入力を有しそれはサンプルおよび保 持回路９１から画素を受取る。これらの画素は順次左にシフトされ、レジスタ９ ２ａが完全な画素の行を保持するときその行はレジスタ９２ｂに並列に転送され る。

レジスタ９２ａないし９２ｄはまた、レジスタ９２ａと同期して右から左に順次 シフトする。さらにレジスタ９２ｂおよび９２ｃはシフトごとに、それらの最も 左の段にある画素が最も右の段に戻されるように、循環的な態様でシフトする。

その結果、像１０内の各画素グループＧｒｃの９個の画素は順次レジスタ９２ｂ 、９２ｃおよび９２ｄの３つの最も左の段に順次転送される。これらの段から、 画素グループＧｒｃは１組のコンダクタ９２ｅを経て量子化エンコーダ２０に順 次送られる。量子化エンコーダ２０からの出力信号１１．Ｉ２その他はそれから 、前に述べたように、メモリ３０をアドレスするために用いられる。

より少ないハードウェアを用いるシフタ回路９２の別の代替実施例が第８図に示 される。この実施例は１つの直列シフトレジスタ１００のみからなり、レジスタ は（Ｎ／２＋３）段のみを有しそこではＮはシフトレジスタ９２内の段の数であ る。また、レジスタ１００は直列態様のみでシフトするので、レジスタ１００の 各段はレジスタ１００の段より単純である。レジスタ１００からの出力ライン１ ００ａはその最初の第３段、最後の第３段およびその真中の３段からくる。出力 ラインをそのように配置することによおける画素グループとちょうど同じように 、その上に順次現われる。

いくつかの好ましい像フィルター処理過程およびこれらの過程を実行するための 回路について詳細に述べられた。

しかしながら、この発明の本質および精神から逸脱することなく、多くの変更お よび修正をこれらの詳細に加えることができる。

たとえば、画素グループＧｒｃの大きさは変更可能である。また、一般的に第１ 図のフィルター処理の忠実度は画素グループの大きさが大きくなるに従い増す。

好ましくは各画素グループＧｒｃは２から２０の間の各整数をとるｍとｎのマト リックスである。また、画素グループＧｒｃの大きさは変更可能なので、第４図 、第５図および第６図の他のマトリックスＨおよびＧは同じ方式で変化しなけれ ばならない。

別の修正として、第１図の過程は画素以外のデータアレイをフィルター処理する ために使用可能である。たとえば、グループＧｒｃがそこから形成される、第１ 図のアレイの各正方形はその位置での地質のエコーを与えるデータ点。

またはその位置でのＸ線伝送を与えるデータ点であり得る。

このような場合、第１図および第４図ないし第６図のあらゆるステップは同じで ある。

さらに別の修正として、第１図の過程は二次元以外のデータアレイに用いられる 。たとえば各画素の色である三次元は、グループＧｒｃがそこから形成される第 １図のアレイに追加可能である。代替的に、グループＧｒｃがそこから形成され る第１図のアレイは単に一次元を有してもよい。

これは、たとえばアレイ内のデータ点が、ラジオ信号または音声信号のような単 一時変電圧信号の周期的なサンプルであるとき起こり得る。

さらに別の修正として、第１図の過程は、それが用いる、すでに開示された、個 別なコンポーネントの多くの物理的な実施とともに実行され得る。たとえば、量 子化エンコーダ２０の適切な１つの実施は本件譲受人に譲渡された、米国特許４ ，７２７，３５４に開示されている。同様に、メモリ３０は従来の読出し書込み 半導体メモリであってもよしたがって、本発明は上に詳細に述べられた例に限定 されず添付のクレームによって規定されることが理解されなければならない。

ＦＩＧ、Ｉ Ｘｒｃ　・　（ＰＯ）”２　　（Ｐ３）”　［Ｐｓ：ｌ　−（Ｐ２）二２　（Ｐ ｓ）−［Ｐａ］Ｙｒｃｍ（Ｐｏ）”２（Ｐｔｌ　＋（Ｐ２）−（Ｐ６）−２［Ｐ Ｆ３−（ＰＥＡ）−ｆで、Ｊ ＦＩＧ、５ ８５／−Ｚ・Ｆ’４［Ｗ］ ＦＩＧ、７ 国際調査報告 ｍ−Ｐ１１ｓ＋ｎ＊ａ＋ａｓｓｔｃａ＋＋ｅ＋＋＋ａＰＣＴ／υ５９０１０１１ ５９国際調査報告

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．画素のアレイを備えるタイプの像をフィルター処理する方法であって、前記 方法は、 アレイ内の各個別の画素に対して、前記アレイから画素の各グループを読出し、 各画素グループは他の画素グループと重なり合い、かつ個別な画素と隣接する画 素からなり、前記各画素グループの各々を量子化し、各量子化された画素グルー プに対し単一画素をメモリから検索し、前記単一画素は、量子化された画素グル ープに関して予め行なわれた変換の結果であり、かつ検索した画素をつなぎ合わ せ、フィルター処理された像を形成する方法。
2. ２．前記アレイは２つの次元を有する、請求項１に記載の方法。
3. ３．前記予め行なわれた変換はＺ＝ｆ（ｘ，ｙ），▲数式、化学式、表等があり ます▼，▲数式、化学式、表等があります▼の形で行なわれ、そこではｐｉは量 子化されたｎ画素のグループ内の画素でありかつｋ１，ｋ２，ｈｉ，およびｇｉ は定数である、請求項２に記載の方法。
4. ４．前記予め行なわれた変換はＺ＝ｋΣｈｉＰｉの形で行なわれ、そこではＰｉ は量子化されたｎ画素グループ内の画素でありかつｋおよびｈｉは定数である。
5. ５．前記予め行なわれた変換は、Ｚ＝ｆ４（Ｗ），Ｗ＝ｆ２（ｘ，ｙ），Ｘ＝ｋ １Σｈｉｆ１（ｐｉ），Ｙ＝Ｋ２Σｇｉｆ２（ｐｉ）の形で行なわれ、そこでは 、ｐｉは量子化されたｎ画素グループの画素でありかつｋ１，ｋ２，ｈｉおよび ｇｉは定数である請求項２に記載の方法。
6. ６．サンプリングされたデータ信号のアレイ（１０）をフィルター処理する方法 でありて、 アレイ内の各個別サンプル（Ｐ１，Ｐ２，・・・）に関し、前記アレイから各重 なり合うデータサンプルのグループ（Ｇ１，Ｇ２，・・・）を読出し、サンプル の各グループは個別なサンプルと隣接し、 前記各サンプルのグループ（Ｇ１，Ｇ２，・・・）の各々を量子化し（２０を経 て）、 各量子化されたサンプルのグループ（１１，１２，・・・）に関し、単一な予め 処理されたサンプル（４０−１，４２−２，・・・）をメモリ３０から検索し、 前記単一な予め処理されたサンプルは量子化されたサンプルのグループに関し予 め行なわれた変換の結果であり、かつ検索された予め処理されたサンプルをつな ぎ合わせ（４０を経て）フィルター処理されたアレイを形成する方法。
7. ７．前記アレイは１次元である、請求項６に記載の方法。
8. ８．前記予め行なわれた変換は、Ｚ＝Ｋ■ｈｉｄｉの形で行なわれ、そこにおい てｄｉは量子化されたｎサンプルのグループにおけるデータサンプルでありかつ ｋおよびｈｉは定数である、請求項７に記載の方法。
9. ９．前記アレイは２つの次元である、請求項６に記載の方法。
10. １０．前記データサンプルは像画素である、請求項９に記載の方法。
11. １１．前記アレイは三次元である、請求項６に記載の方法。
12. １２．前記データサンプルは色づきの像画素である、請求項１１に記載の方法。
13. １３．サンプリングされたデータ信号のアレイをフィルター処理するための装置 であって、 アレイ内の各個別のサンプルについて、前記アレイから各データサンプルの各グ ループを形成するための手段を含み、各サンプルのグループは個別のサンプルと 隣接し、形成のための前記手段に結合され、前記各サンプルのグループの各々を 量子化し、その識別子を発生するための量子化手段と、さらに 前記量子化手段に結合され、量子化されたサンプルのグループの各々につき、単 一な予め処理されたサンプルを記憶しかつ前記識別子に応答してそれを検索する ための記憶手段とを含み、前記単一な予め処理されたサンプルは、量子化された サンプルのグループに対して予め行なわれた変形の結果である、装置。
14. １４．前記形成手段は多段な連続シフトレジスタであり、一方向のみにシフトし かつ、そのある間隔があいた段のみに出力端子を有し前記ある段はシフトごとに 、異なる各グループのサンプルすべてを保持する、請求項１３に記載の装置。
15. １５．前記形成手段は行に配置されたいくつかの直列−並列レジスタを含み、各 レジスタはその内容を次の行のレジスタに並列に転送しかつ真中の行のレジスタ はその内容を循環した態様でシフトし、前記レジスタの行はまたそのある隣接す る段に出力端子を有し、それはシフトごとに、異なる各サンプルのグループを保 持する、請求項１３に記載の装置。