JP5939893B2 - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る画像処理装置の第1実施形態として、前面投射型の液晶プロジェクタに内蔵される画像処理装置を例に挙げて以下に説明する。
図1は、第1実施形態に係る画像処理装置100の構成を示す図である。画像処理装置100は、パラメータ算出部101と画像変形処理部102とを含む。なお、第1実施形態においては、パラメータ算出部101は、ソフトウェアにより実装し、処理速度が要求される画像変形処理部102は、ハードウェア(例えばDSPなど)により実装することを想定する。また、図2は、入力画像とキーストーン変換処理後の出力画像の形状を例示的に示す図である。なお、図2ではキーストーン変換処理後の出力画像として台形形状として示しているが、任意の四辺形であり得る。
(0,1),(1,1)・・・(1919,1),
・・・
(0,1079),(1,1079)・・・(1919,1079)
座標変換処理部104では、パラメータ算出部101から入力された変形パラメータに基づいて、画素座標生成部103から入力された座標値(x,y)に対して射影変換を行い、出力画像における各画素の座標値(X,Y)を算出する。なお、上述のように画像変形処理部102は、単精度の固定小数点数の数値を取り扱うよう構成されている。つまり、パラメータ算出部101から入力された変形パラメータは単精度の固定小数点数の数値として入力される。そして、座標変換処理部104は、算出した座標値(X,Y)を画素補間処理部105に出力する。なお、座標変換処理部104における射影変換の詳細については後述する。
以下では、画像変形処理部102の座標変換処理部104での射影変換について説明する。射影変換のための変形パラメータは3×3の行列に含まれる9個の値として表される。座標変換処理部104で取り扱う、単精度の固定小数点数の変形パラメータをm11〜m33とする。このとき、以下の演算を行うことにより入力画像の各画素の座標値(x,y)に対する出力画像における各画素の座標値(X,Y)を求める。
Y=Y0/Z0 ・・・ (2)
ここで、
X0=m11・x+m12・y+m13 ・・・ (3)
Y0=m21・x+m22・y+m23 ・・・ (4)
Z0=m31・x+m32・y+m33 ・・・ (5)
数式(1)及び(2)に示されるように、X及びYの導出においては除算が存在する。ところで、ハードウェアによる実装であってもソフトウェアによる実装であっても、演算を行う際には演算のビット幅が規定される。そして、除算の演算を含む場合、回路量の削減又は処理サイクル数の低減のため、より少ないビット幅で実装することが望ましい。
上述のように、第1実施形態において、画像変形処理部102の座標変換処理部104では単精度の固定小数点数で演算を行う。一方、パラメータ算出部101の高精度変形パラメータ算出部111では倍精度の固定小数点数で演算を行い、倍精度の固定小数点数の高精度変形パラメータを導出している。そのため、高精度変形パラメータは、単精度の固定小数点数に丸められた後、座標変換処理部104で利用されることになる。すなわち、ビット幅の制限により、座標変換処理部104で利用される変形パラメータには丸め誤差が生じることになる。
・・・
m33=m’33+e33
つまり、数式(1)(2)の除数(分母の値)であるZ0は、数式(5)の関係から以下のように書き下すことが出来る。
+(m’32+e32)・y
+(m’33+e33)
= m’31・x+m’32・y+m’33
+(e31・x+e32・y+e33) ・・・ (6)
すなわち、Z0には(e31・x+e32・y+e33)の誤差が発生しうることが分かる。つまり、除算処理の除数部で利用される3つの変形パラメータ(1以上の初期パラメータ)が誤差に関係することになる。ここで、x,yの範囲を考える。例えば、入力画像がHD解像度(1920×1080)の画像である場合、xの範囲は0〜1919、yの範囲は0〜1079である。すなわち、xの最大値はyの最大値よりもほぼ2倍大きい。
=k・(m11・x+m12・y+m13)/k・(m31・x+m32・y+m33)
=(k・m11・x+k・m12・y+k・m13)/(k・m31・x+k・m32・y+k・m33) ・・・ (1’)
同様に、
Y=k・Y0/k・Z0
=k・(m21・x+m22・y+m23)/k・(m31・x+m32・y+m33)
=(k・m21・x+k・m22・y+k・m23)/(k・m31・x+k・m32・y+k・m33) ・・・ (2’)
つまり、m11〜m33の代わりに、倍率係数kを乗じたk・m11〜k・m33を画像変形処理部102に渡すことにより、画像変形処理部102における除算の誤差を制御可能であることが理解できる。
そこで、第1実施形態では、e31がほぼ0となる様な倍率係数kを求め、倍率係数kを乗じたk・m11〜k・m33を画像変形処理部102に渡す。これにより、座標変換処理部104を含む画像変形処理部102に何ら変更を加えることなく、望ましくない演算精度低下を低減する。
その後、変形パラメータ調整部113は、高精度変形パラメータ算出部111で算出された高精度変形パラメータd11〜d33のそれぞれに倍率係数kを乗ずる。そして、倍精度の固定小数点数であるk・d11〜k・d33それぞれを単精度の固定小数点数に変換し変形パラメータm11〜m33として導出する。つまり、m31は、k・d31を単精度の固定小数点数に変換したものとして導出される。ここで、
k・d31=(d’31/d31)・d31
=d’31
である。つまり、m31は、d’31を単精度の固定小数点数に変換したものである。ところで、上述の通り、d’31はd31に対し4ビット左シフトし、四捨五入により整数値としたものである。そのため、d’31からm31への変換において丸め誤差は発生せず、数式(6)の誤差の項において”e31・x”の部分は0になる。
図5は、第1実施形態における変形パラメータ算出のフローチャートである。以下の処理は、例えば、画像処理装置100が内蔵される液晶プロジェクタを使用開始あるいは設置する際に実行される。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (9)
- 入力画像に対する画像変形処理を行う画像処理装置であって、
それぞれがnビット長の固定小数点数で表される複数の変形パラメータを算出するパラメータ算出手段と、
前記パラメータ算出手段により算出された前記複数の変形パラメータを用いて前記画像変形処理における座標変換処理のための演算を行う演算手段と、
を備え、
前記パラメータ算出手段は、
それぞれがmビット長(m>n)の固定小数点数で表される複数の初期パラメータを決定する初期パラメータ決定手段と、
前記複数の初期パラメータのうち、前記座標変換処理での演算誤差に対する影響が最も大きい初期パラメータに倍率係数を乗じた後にnビット長の固定小数点数に変換した際の丸め誤差が、0に近づくような前記倍率係数を決定する倍率係数決定手段と、
前記倍率係数決定手段により決定された前記倍率係数を前記複数の初期パラメータの各々に乗じた後、nビット長の固定小数点数に変換して得られる複数のパラメータを、前記複数の変形パラメータとして算出する調整手段と、
を含むことを特徴とする画像処理装置。 - 前記倍率係数決定手段は、乗じた際に前記座標変換処理での演算誤差に対する影響が最も大きい初期パラメータの小数部が全てゼロとなる値の最小値を前記倍率係数として決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記演算手段は、前記座標変換処理の結果と前記入力画像の各画素の画素値とに基づいて、前記画像変形処理の後の画像における各画素の画素値を決定する画素値決定手段を更に含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。 - 前記画素値決定手段は、前記座標変換処理により得られた座標値の整数部に基づいて、前記画像変形処理の後の画像の画素値の決定に用いる1以上の入力画素を決定し、前記座標変換処理により得られた座標値の小数部に基づいて、前記画像変形処理の後の画像の画素値を決定するための前記1以上の入力画素の重みを決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記倍率係数決定手段は、前記座標変換処理での演算誤差に対する影響が最も大きい初期パラメータを、前記複数の初期パラメータのうち前記座標変換処理に含まれる除算処理において使用される1以上の初期パラメータから選択する
ことを特徴とする請求項1乃至4のうち何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記倍率係数決定手段は、前記座標変換処理での演算誤差に対する影響が最も大きい初期パラメータを、前記入力画像のX方向の画素数及びY方向の画素数に基づいて選択する
ことを特徴とする請求項1乃至5のうち何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記倍率係数決定手段は、前記複数の初期パラメータのうち、前記座標変換処理での演算誤差に対する影響が最も大きい初期パラメータに倍率係数を乗じた後にnビット長の固定小数点数に変換した際の丸め誤差が、0となるような前記倍率係数を決定する
ことを特徴とする請求項1乃至6のうち何れか1項に記載の画像処理装置。 - 入力画像に対する画像変形処理を行う画像処理方法であって、
パラメータ算出手段が、それぞれがnビット長の固定小数点数で表される複数の変形パラメータを算出するパラメータ算出工程と、
演算手段が、前記パラメータ算出工程により算出された前記複数の変形パラメータを用いて前記画像変形処理における座標変換処理のための演算を行う演算工程と、
を含み、
前記パラメータ算出工程は、
それぞれがmビット長(m>n)の固定小数点数で表される複数の初期パラメータを決定する初期パラメータ決定工程と、
前記複数の初期パラメータのうち、前記座標変換処理での演算誤差に対する影響が最も大きい初期パラメータに倍率係数を乗じた後にnビット長の固定小数点数に変換した際の丸め誤差が、0に近づくような前記倍率係数を決定する倍率係数決定工程と、
前記倍率係数決定工程により決定された前記倍率係数を前記複数の初期パラメータの各々に乗じた後、nビット長の固定小数点数に変換して得られる複数のパラメータを、前記複数の変形パラメータとして算出する調整工程と、
を含むことを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータを、請求項1乃至7の何れか一項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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