JPH08272960A - 画像のフィルタリング処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速な画像のフィルタリング処理方法を提供
する。 【構成】 フィルタ領域内に、注目画素を含む互いの略
中央部を共有するような複数の正方領域Ｄ１〜Ｄ３を設
定する。そして、複数の正方領域Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれ
に含まれる各画素に対する画像データの総計値をそれぞ
れ求める。さらに、各正方領域のそれぞれに対する総計
値にそれぞれ異なる係数Ｋ1 ・Ｗ，Ｋ2 ・Ｗ，Ｋ3 ・Ｗ
を乗じ、これらを合計することによってフィルタ処理済
みの信号値Ｆを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、画像のフィルタリン
グ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像のフィルタリング処理は、注目画素
を含むフィルタ領域内の各画素の画像データに荷重平均
演算を施す処理である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のフィルタリング
処理方法では、フィルタ領域が大きくなると荷重平均に
多大の演算時間を要するという問題があった。

【０００４】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、高速な画像のフ
ィルタリング処理方法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および作用】上述の課題を
解決するため、この発明の請求項１に記載された方法
は、矩形のフィルタ領域内の各画素の画像データにそれ
ぞれの係数を乗じて加算することによって、前記フィル
タ領域内の注目画素に対するフィルタ済み信号を求める
画像のフィルタリング処理方法であって、（ａ）前記フ
ィルタ領域の形状を規定する境界線の他に、前記フィル
タ領域の内部に少なくとも１つの矩形の境界線を設定す
ることによって、同心状の複数の境界線を設定し、前記
複数の境界線のそれぞれで囲まれた領域として、前記注
目画素を含む互いの略中央部を共有する複数の矩形領域
を設定する工程と、（ｂ）前記複数の矩形領域のそれぞ
れに含まれる各画素に対する画像データの総和である第
１の値を、前記複数の矩形領域のそれぞれについて求め
る工程と、（ｃ）前記複数の矩形領域のそれぞれに対す
る前記第１の値にそれぞれ異なる係数を乗じることによ
って第２の値を求める工程と、（ｄ）前記複数の矩形領
域のそれぞれに対する前記第２の値を合計することによ
って、第３の値を求める工程と、を備えることを特徴と
する。

【０００６】フィルタ領域内に複数の矩形領域を設定
し、各矩形領域内の画像信号の総和を求め、この総和に
それぞれの係数を乗じて加算するので、乗算の回数が少
なくて済む。

【０００７】請求項２に記載された画像のフィルタリン
グ処理方法では、前記工程（ｂ）は、（１）各矩形領域
の列方向の長さを有する１画素幅の画素列領域内の画像
信号を合計した合計値を、画像内における前記画素列領
域の各位置について求める工程と、（２）前記合計値を
各矩形領域の行方向の幅に亘って加算することによっ
て、各矩形領域に対する前記第１の値を求める工程と、
を備え、前記工程（１）は、前記注目画素の列方向座標
を１つ更新する工程と、前記列方向座標の更新によって
前記画素列領域から除外される画素の画像信号を前記合
計値から減算するとともに、前記列方向座標の更新によ
って前記画素列領域に追加される画素の画像信号を前記
合計値に加算することによって、前記合計値を更新する
工程と、を含み、前記工程（２）は、前記注目画素の行
方向座標を１つ更新する工程と、前記行方向座標の更新
によって各矩形領域から除外される前記画素列領域に対
する前記合計値を前記第１の値から減算するとともに、
前記行方向座標の更新によって前記各矩形領域に追加さ
れる前記画素列領域に対する前記合計値を前記第１の値
に加算することによって、前記第１の値を更新する工程
と、を含む。

【０００８】行方向座標や列方向座標の更新の際に、加
減算だけで合計値や第１の値を更新できるので、高速に
処理できる。

【０００９】

【実施例】図１は、この発明の一実施例を適用する画像
のフィルタリング処理の内容を示す説明図である。この
実施例では、フィルタ領域内に第１ないし第３の正方領
域Ｄ１〜Ｄ３を設定している。図２は、３つの正方領域
Ｄ１〜Ｄ３を示す平面図である。最も大きな第１の正方
領域Ｄ１はフィルタ領域と同じであり、注目画素ＣＰを
中心とする１１×１１画素の領域である。また、第２の
正方領域Ｄ２は注目画素ＣＰを中心とする７×７画素の
領域であり、第３の正方領域Ｄ３は注目画素ＣＰを中心
とする３×３画素の領域である。図２に示すように、３
つの正方領域Ｄ１〜Ｄ３の輪郭を規定する境界線ＢＬ１
〜ＢＬ３は同心状に設定されている。また、第３の正方
領域Ｄ３は第２の正方領域Ｄ２に含まれており、第２の
正方領域Ｄ２は第１の正方領域Ｄ１に含まれている。す
なわち、３つの正方領域Ｄ１〜Ｄ３は、注目画素ＣＰを
含む中央部（すなわち、最も小さな正方領域Ｄ３）を共
有している。

【００１０】図１に示すように、３つの正方領域Ｄ１〜
Ｄ３には、第１ないし第３の荷重値Ｋ1 ・Ｗ，Ｋ2 ・
Ｗ，Ｋ3 ・Ｗがそれぞれ適用される。各正方領域Ｄ１〜
Ｄ３に含まれる各画素の画像信号の総和をそれぞれΣ11
X11 ，Σ7X7 ，Σ3X3 とすると、フィルタ済みの信号値
Ｆ（以下、「フィルタ信号」と呼ぶ）は、次の数式１で
与えられる。

【００１１】

【数１】

【００１２】ここで、Ｗは正規化係数であり、次の数式
２で与えられる。

【００１３】

【数２】

【００１４】なお、第１の正方領域Ｄ１から第２の正方
領域Ｄ２を除外した部分に対する荷重値はＫ3 ・Ｗであ
る。同様に、第２の正方領域Ｄ２から第３の正方領域Ｄ
３を除外した部分に対する荷重値は（Ｋ2 ＋Ｋ3 ）・Ｗ
であり、第３の正方領域Ｄ３に対する荷重値は（Ｋ1 ＋
Ｋ2 ＋Ｋ3 ）・Ｗである。従来のフィルタリング処理方
法では、各画素にこれらの荷重値Ｋ3 ・Ｗ，（Ｋ2 ＋Ｋ
3 ）・Ｗ，（Ｋ1 ＋Ｋ2 ＋Ｋ3 ）・Ｗを乗じて加算する
ことによって荷重平均を求めていた。このため、フィル
タ領域内の画素数（＝１２１）と等しい回数の乗算が必
要であった。一方、この実施例では、各正方領域Ｄ１〜
Ｄ３の画像信号の合計値Σ1 〜Σ3 に荷重値Ｋ1 ・Ｗ，
Ｋ2 ・Ｗ，Ｋ3 ・Ｗを乗じて加算することによって荷重
平均を求めるので、３回の乗算で済むという利点があ
る。

【００１５】この実施例では、さらに、数式１における
各正方領域内の画像信号の総計値Σ11X11 ，Σ7X7 ，Σ
3X3 を求める際に、以下のような工夫をしている。図３
は、最も小さな第３の正方領域Ｄ３内の各画素における
画像信号Ｓ（ｐ，ｑ）を示す説明図である。ここで、
（ｐ，ｑ）は画素の座標である。

【００１６】図３において、正方領域Ｄ３の中心画素
（注目画素）を含み、列方向（ｑ方向）の長さ（３画
素）を有する１画素幅の画素列領域の画像信号の合計値
Ｒ1X3（ｐ，ｑ） は、次の数式３で与えられる。

【００１７】

【数３】

【００１８】また、正方領域Ｄ３内の全画素の画像信号
の総計値Σ3X3 は次の数式４で与えられる。

【００１９】

【数４】

【００２０】仮に、位置（ｐ，ｑ）における画素列領域
に対する合計値Ｒ1X3（ｐ，ｑ） が計算済みであれば、
列方向座標ｑが更新された次の位置（ｐ，ｑ＋１）に対
する合計値Ｒ1X3（ｐ，ｑ＋１） は次の数式５に従って
算出することができる。

【００２１】

【数５】

【００２２】すなわち、列方向座標ｑの更新によって画
素列領域から除外される画素の画像信号Ｓ（ｐ，ｑ−
１）を合計値Ｒ1X3 から減算するとともに、列方向座標
ｑの更新によって画素列領域に追加される画素の画像信
号Ｓ（ｐ，ｑ＋２）を合計値Ｒ1X3 に加算することによ
って、合計値Ｒ1X3 を更新することができる。

【００２３】また、位置（ｐ，ｑ）に対する総計値Σ3X
3（ｐ，ｑ） が計算済みであれば、行方向座標ｐが更新
された次の位置（ｐ，ｑ＋１）に対する総計値Σ3X3
（ｐ，ｑ＋１） は次の数式６に従って算出することが
できる。

【００２４】

【数６】

【００２５】すなわち、行方向座標ｐの更新によって第
３の正方領域Ｄ３から除外される画素列領域に対する合
計値Ｒ1X3 （ｐ−１，ｑ）を総計値Σ3X3 から減算する
とともに、行方向座標ｐの更新によって第３の正方領域
Ｄ３に追加される画素列領域に対する合計値Ｒ1X3 （ｐ
＋２，ｑ）を総計値Σ3X3 に加算することによって、総
計値Σ3X3 を更新することができる。

【００２６】このように、既に算出済みの合計値Ｒ1X3
と総計値Σ3X3 を利用して、次の位置の合計値Ｒ1X3 と
総計値Σ3X3 を数式５および６に従って容易に更新する
ことができる。

【００２７】数式３ないし数式６を３つの正方領域Ｄ１
〜Ｄ３のそれぞれについて書き表わすと、次の数式７な
いし数式１０が得られる。

【００２８】

【数７】

【００２９】

【数８】

【００３０】

【数９】

【００３１】

【数１０】

【００３２】なお、１２１個の画素を含む第１の正方領
域Ｄ１の画像信号の総計値Σ11X11を単純な加算で算出
するには、１２０回の加算が必要である。一方、数式９
および１０に従って新たな総計値Σ11X11 を更新するよ
うにすれば、１１個の合計値Ｒ1X11を求めるための加減
算が２回、総計値Σ11X11 の加減算が２回で済む。従っ
て、全体の加減算が４回で済むので、単純に画像信号を
加算する処理に比べて処理時間が１／３０になる。

【００３３】なお、フィルタ領域の中心画素ＣＰが画像
の境界付近に存在する場合には、フィルタ領域内の周辺
部の画素が画像領域外に位置することになる。この場合
には、画像領域の最外周にある画素の画像信号を画像領
域外に拡張する。図４は、画像信号を周辺領域に拡張す
る方法を示す説明図である。画像領域の左上部において
は、図４の下部に示すように、次のように画像信号を拡
張する。

【００３４】 ｐ＜０，０≦ｑのとき：Ｓ（ｐ，ｑ）＝Ｓ（０，ｑ） ０≦ｐ，ｑ＜０のとき：Ｓ（ｐ，ｑ）＝Ｓ（ｑ，０） ｐ＜０，ｑ＜０のとき：Ｓ（ｐ，ｑ）＝Ｓ（０，０）

【００３５】図４の各画素内に記載されたＡ〜Ｇの文字
は、同じ文字が記された画素に対して同じ画像信号がコ
ピーされることを示している。なお、画像領域の他のコ
ーナー部においても同様にして画像信号が拡張される。

【００３６】図５は、実施例を適用する画像処理装置の
構成を示すブロック図である。この画像処理装置は、Ｃ
ＰＵ１０と、画像メモリ２０と、バッファメモリ３０
と、フィルタ信号メモリ４０とを備えている。画像メモ
リ２０は、図６に示すように、（ｍ＋１）×（ｎ＋１）
画素の画像領域の画像信号Ｓ（ｐ，ｑ）を記憶する。フ
ィルタ信号メモリ４０は、前述した数式１に従って得ら
れたフィルタ信号Ｆ（ｐ，ｑ）を記憶するメモリであ
り、（ｍ＋１）×（ｎ＋１）画素の記憶容量を有する。
バッファメモリ３０は、数式７で示される合計値Ｒ１X1
1 ，Ｒ1X7 ，Ｒ1X3をそれぞれ記憶するための３つのメ
モリ領域３１，３２，３３を有している。これらのメモ
リ領域３１〜３３は、画像領域の一行分（（ｍ＋１）画
素分）の記憶容量をそれぞれ有している。

【００３７】図７は、実施例におけるフィルタリング処
理の手順を示すフローチャートである。なお、この実施
例では、図示しないメインメモリ（ＲＡＭまたはＲＯ
Ｍ）に格納されたソフトウェアプログラムをＣＰＵ１０
が実行することによって図７の処理が実現される。

【００３８】ステップＳ１では、座標（ｐ，ｑ）が
（０，０）に初期化される。ステップＳ２では、座標
（ｐ，ｑ）＝（０，０）に対する合計値Ｒ1X11 ，Ｒ1X
7，Ｒ1X3 が数式７に従って算出される。この際、画像
領域外の画素については、図４に示したように画像信号
が拡張される。

【００３９】ステップＳ３では、座標（ｐ，０）に対す
る合計値Ｒ1X11 ，Ｒ1X7，Ｒ1X3 が、バッファメモリ３
０内のそれぞれのメモリ領域３１〜３３のｐ番地に格納
される。ステップＳ４では、行方向座標ｐの値が画像領
域の行方向座標の最大値ｍに等しいか否かが判断され
る。ｐ＝ｍで無ければステップＳ５において座標ｐを１
つ増加させて、ステップＳ２，Ｓ３を再度実行する。こ
の結果、次の座標（ｐ＋１，０）について合計値Ｒ1X11
，Ｒ1X7，Ｒ1X3 が算出されてバッファメモリ３０の
（ｐ＋１）番地に格納される。こうして、ステップＳ２
〜Ｓ５を繰返すことによって、（ｍ＋１）個の座標
（０，０）〜（ｍ，０）のそれぞれに対する合計値Ｒ1X
11 ，Ｒ1X7，Ｒ1X3 が算出されてバッファメモリ３０に
格納される。

【００４０】こうして最初の一行分の合計値Ｒ1X11 ，
Ｒ1X7，Ｒ1X3 が算出されると、ステップＳ８において
行方向座標ｐが再度０に初期化される。ステップＳ９で
は、数式８に従って総計値Σ11X11，Σ7X7，Σ3X3 が算
出される。ステップＳ１０では、数式１に従ってフィル
タ信号Ｆが算出され、フィルタ信号メモリ４０の（ｐ，
ｑ）番地に格納される。

【００４１】ステップＳ１１では、行方向座標ｐが最大
値ｍに等しいか否かが判断される。ｐ＝ｑで無ければス
テップＳ１２において座標ｐを１つ増加させて、ステッ
プＳ３０に移行する。ステップＳ３０では、数式１０に
従って総計値Σ11X11，Σ7X7，Σ3X3 が更新される。な
お、前述したステップＳ２〜Ｓ５の処理では、最初の一
行分の合計値Ｒ1X11 ，Ｒ1X7，Ｒ1X3 が算出されている
ので、ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ３０を繰返
すことによって、最初の一行分のフィルタ信号Ｆ（０，
０）〜Ｆ（ｍ，０）を作成することができる。

【００４２】こうして一行分のフィルタ信号Ｆが得られ
ると、ステップＳ１３において列方向座標ｑが最大値ｎ
に等しいか否かが判断される。ｑ＝ｎでなければ、ステ
ップＳ１４において行方向座標ｐが０に初期化されると
ともに、列方向座標ｑが１つ増加される。そして、ステ
ップＳ２１に移行する。ステップＳ２１では数式９に従
って合計値Ｒ1X11 ，Ｒ1X7，Ｒ1X3 が更新され、ステッ
プＳ２２では合計値Ｒ1X11 ，Ｒ1X7，Ｒ1X3 がバッファ
メモリ３０に格納される。そして、ステップＳ２３で
は、行方向座標ｐの値が最大値ｍに等しいか否かが判断
される。ｐ＝ｍで無ければステップＳ２４において行方
向座標ｐを１つ増加させて、ステップＳ２１，Ｓ２２を
再度実行する。こうして、ステップＳ２１〜Ｓ２４を繰
返すことによって、２番目の行における（ｍ＋１）個の
座標（０，１）〜（ｍ，１）のそれぞれに対する合計値
Ｒ1X11 ，Ｒ1X7，Ｒ1X3 が算出されてバッファメモリ３
０に格納される。

【００４３】この後は、ステップＳ８〜Ｓ１４，Ｓ３
０，Ｓ２１〜２４で構成されるルーチンが繰り返し実行
され、これによって（ｍ＋１）×（ｎ＋１）個の各画素
の対するフィルタ信号Ｆが得られる。

【００４４】以上のように、上記実施例では、フィルタ
信号Ｆを求める際の乗算や加減算の回数を少なくするこ
とができるので、高速にフィルタリング処理を実行する
ことができる。また、フィルタ領域が大きくなるほど処
理の高速化の効果も大きいという利点がある。

【００４５】図８は、この実施例による画像のフィルタ
リング処理を実行する他の装置の構成を示すブロック図
である。図８に示す画像処理システムは、画像信号供給
装置６０と、画像処理装置１００と、画像記録装置７０
とを備えている。画像信号供給装置６０は画像処理装置
１００に画像信号を供給する装置であり、ＣＤ−ＲＯＭ
装置やカラースキャナなどで実現される。画像処理装置
１００は、図５に示したＣＰＵ１０とバッファメモリ３
０の他に、画像信号バッファメモリ５０を備えている。
画像信号バッファメモリ５０は、フィルタ領域の行方向
の幅に相当するライン数（図１の例では１１ライン分）
の画像信号を記憶する容量を有していれば良い。画像記
録装置７０は、画像処理装置１００から与えられたフィ
ルタ信号Ｆに従ってフィルタ済みの画像を記録する装置
であり、記録スキャナやプリンタなどで実現される。

【００４６】画像信号供給装置６０から供給された画像
信号は、画像処理装置１００によってフィルタ信号Ｆに
変換され、直ちに画像記録装置７０に供給されてフィル
タリング処理済みの画像が記録される。図８の構成によ
れば、フィルタリング処理と並行してリアルタイムに画
像を記録するので、図５に示すフィルタ信号メモリ４０
は不要である。

【００４７】なお、この発明は上記実施例に限られるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の
態様において実施することが可能であり、例えば次のよ
うな変形も可能である。

【００４８】（１）フィルタ領域内に設定される各領域
は正方領域でなくてもよく、矩形領域であればよい。複
数の矩形領域を設定する際には、フィルタ領域の形状を
規定する境界線の他に、フィルタ領域の内部に少なくと
も１つの矩形の境界線を設定することによって、同心状
の複数の境界線を設定する。複数の境界線のそれぞれで
囲まれた複数の矩形領域は、互いの略中央部を共有す
る。なお、最も小さい矩形領域は、注目画素のみを含む
１画素の領域でもよい。

【００４９】（２）この発明は、画像信号のボケ信号
（アンシャープ信号）を作成するアンシャープマスキン
グ処理にも適用することができる。この明細書における
「フィルタリング処理」とは、アンシャーブマスキング
処理も含む広い意味を有している。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、従来の方法に比べて乗算の回数が少なくて済むの
で、画像のフィルタリング処理を高速に実行することが
できる。

【００５１】特に、請求項２に記載された発明によれ
ば、行方向座標や列方向座標の更新の際に、加減算だけ
で合計値や第１の値を更新できるので、さらに高速に処
理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を適用する画像のフィルタ
リング処理の内容を示す説明図。

【図２】３つの正方領域Ｄ１〜Ｄ３を示す平面図。

【図３】第３の正方領域Ｄ３内の各画素における画像信
号Ｓ（ｐ，ｑ）を示す説明図。

【図４】画像信号を周辺領域に拡張する方法を示す説明
図。

【図５】実施例を適用する画像処理装置の構成を示すブ
ロック図。

【図６】画像メモリ２０に記憶される画像信号を示す説
明図。

【図７】実施例におけるフィルタリング処理の手順を示
すフローチャート。

【図８】この実施例による画像のフィルタリング処理を
実行する他の装置の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１０…ＣＰＵ ２０…画像メモリ ３０…バッファメモリ ４０…フィルタ信号メモリ ５０…画像信号バッファメモリ ６０…画像信号供給装置 ７０…画像記録装置 １００…画像処理装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形のフィルタ領域内の各画素の画像デ
   ータにそれぞれの係数を乗じて加算することによって、
   前記フィルタ領域内の注目画素に対するフィルタ済み信
   号を求める画像のフィルタリング処理方法であって、
   （ａ）前記フィルタ領域の形状を規定する境界線の他
   に、前記フィルタ領域の内部に少なくとも１つの矩形の
   境界線を設定することによって、同心状の複数の境界線
   を設定し、前記複数の境界線のそれぞれで囲まれた領域
   として、前記注目画素を含む互いの略中央部を共有する
   複数の矩形領域を設定する工程と、（ｂ）前記複数の矩
   形領域のそれぞれに含まれる各画素に対する画像データ
   の総和である第１の値を、前記複数の矩形領域のそれぞ
   れについて求める工程と、（ｃ）前記複数の矩形領域の
   それぞれに対する前記第１の値にそれぞれ異なる係数を
   乗じることによって第２の値を求める工程と、（ｄ）前
   記複数の矩形領域のそれぞれに対する前記第２の値を合
   計することによって、第３の値を求める工程と、を備え
   ることを特徴とする画像のフィルタリング処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像のフィルタリング処
   理方法であって、 前記工程（ｂ）は、（１）各矩形領域の列方向の長さを
   有する１画素幅の画素列領域内の画像信号を合計した合
   計値を、画像内における前記画素列領域の各位置につい
   て求める工程と、（２）前記合計値を各矩形領域の行方
   向の幅に亘って加算することによって、各矩形領域に対
   する前記第１の値を求める工程と、を備え、 前記工程（１）は、 前記注目画素の列方向座標を１つ更新する工程と、 前記列方向座標の更新によって前記画素列領域から除外
   される画素の画像信号を前記合計値から減算するととも
   に、前記列方向座標の更新によって前記画素列領域に追
   加される画素の画像信号を前記合計値に加算することに
   よって、前記合計値を更新する工程と、を含み、 前記工程（２）は、 前記注目画素の行方向座標を１つ更新する工程と、 前記行方向座標の更新によって各矩形領域から除外され
   る前記画素列領域に対する前記合計値を前記第１の値か
   ら減算するとともに、前記行方向座標の更新によって前
   記各矩形領域に追加される前記画素列領域に対する前記
   合計値を前記第１の値に加算することによって、前記第
   １の値を更新する工程と、を含む、画像のフィルタリン
   グ処理方法。