WO2002069264A1 - Procede et appareil pour reduire le bruit d'une image - Google Patents

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WO2002069264A1
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pixel
noise reduction
level
image
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PCT/JP2002/001477
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French (fr)
Inventor
Ken Nakajima
Satoshi Mitsui
Original Assignee
Sony Corporation
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/40—Picture signal circuits
    • H04N1/409—Edge or detail enhancement; Noise or error suppression
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/20—Image enhancement or restoration by the use of local operators
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20—Special algorithmic details
    • G06T2207/20172—Image enhancement details
    • G06T2207/20192—Edge enhancement; Edge preservation

Definitions

  • the present invention relates to an image noise reduction method and apparatus suitable for use in, for example, digitizing and processing an image signal.
  • the present invention relates to an image noise reduction method and apparatus which eliminates a problem when a noise component of an image signal is reduced using a so-called ⁇ -filter.
  • LPF low pass filter
  • such an LPF is a new value of the pixel of interest having an average value of the pixel of interest and pixels adjacent to the pixel of interest.
  • the signal level of the pixel of interest that has a strong correlation with the surrounding pixels does not change significantly even if it is averaged, but the random noise components without correlation are noise components contained in the surrounding pixels.
  • the value 'approaches' 0' the value 'approaches' 0'.
  • e-filter has been proposed as a method for overcoming the drawbacks of LP 'F. (IEICE Vol. 77 No. 8 pp. 844-852 August 1994, Arakawa I " Nonlinear Digital Filter and Its Applications ”). That is, in the ⁇ -filter proposed in this document, when averaging the target pixel and surrounding pixels, it is first determined whether or not the surrounding pixel has a correlation with the target pixel. It is like that. 'Specifically, a certain reference level 0 is set, and if the level of the surrounding pixel falls within the range of ⁇ the level of the target pixel, it is included in the averaging factor, and if it does not fall within the range of ⁇ 0. Is not an averaging factor.
  • the ⁇ -filter it is possible to suppress only the noise component while keeping the image edge by appropriately selecting the value of the reference level 0.
  • figure 1 has an image area One point is shown, and the image of the pixel of interest o and its surrounding pixels a, b, c, d, e, f, g, h is imagined. Then, when the level values of these pixels are substituted by the same notation as the symbols a to h and 0, respectively, the level values a to h of these surrounding pixels are supplied to the selection circuit 2. The value of the reference level 0 and the level value 0 of the pixel of interest are input to the selection circuit 2.
  • the absolute value (I a — 0 I) of the difference between the level value a of the surrounding pixel a and the level value 0 of the target pixel o is calculated, and the absolute value of this difference and the reference level 0 are calculated. Be compared. If the absolute value of the difference is smaller than the value of the reference level 0, the level value a is output to the output port 3. If the absolute value of the difference is larger than the value of the reference level 0, the value “0” is output to the output port 3 without outputting the level value a. In addition, other surrounding pixels b ⁇ ! ! Similar calculations are performed for the level values b to h of. '
  • this selection circuit 2 is provided with, for example, eight output ports 3 as many as the number of surrounding pixels, and the absolute value of the above difference is smaller than the value of the reference level 0 at each of these output ports 3.
  • the selection circuit 2 is provided with an output port 4, and the output port 4 is a value obtained by adding a value “1” to the number of output ports 3 from which the level values a to h are output. Is output
  • the output port 3 outputs a value “0” and outputs the output port 4 Is output the value "1".
  • the output from the output port 3 of the selection circuit 2 and the level value 0 of the pixel of interest 0 are supplied to the adder 5, and the value extracted to the output port 6 of the adder 5 is supplied to the divider 7. You. Further, the value from the output port 4 of the selection circuit 2 is supplied to the divider 7. In the divider 7, the value from the output port 6 of the adder 5 is divided by the value from the output port 4 of the selection circuit 2, and the value of the operation result is taken out to the output port 8.
  • a certain reference level 0 is set for the output port 8, and if the level of the surrounding pixel falls within the range of ⁇ 0 of the level of the pixel of interest, it is included in the averaging element. If it is not within the range of>, it is not considered as an averaging element, and it is searched for all surrounding pixels to be included or not included in the averaging element. A new value of the pixel of interest obtained by the averaging operation with the pixel of interest is taken out with only the pixel as a calculation target.
  • the specific circuit configuration of the selection circuit 2 is as shown in FIG. 6, for example. That is, in FIG.6, for example, eight comparators 20, the same as the number of the surrounding pixels described above, are provided. These comparators 20 receive the above-described level values a to h of the surrounding pixels, the level value 0 of the target pixel, and the value of the reference level 0, respectively. Each comparator 20 outputs a value “1” when the absolute value of the difference between the level value of the surrounding pixel and the target pixel is smaller than the value of the reference level 0.
  • the signals from these comparators 20 are supplied to the AND gate 1 respectively.
  • the level values a to h of the surrounding pixels are supplied to the end gate 21, respectively, and when the signal from the comparator 20 is “1”, the level values a to h of the corresponding surrounding pixels are set. h is output to output port 3 through AND gate 2 1.
  • the comparator 20? These signals are supplied to the adder 22. Further, the addition power of the adder 22 is supplied to the adder 23, the value “1” is added, and the result is output to the output port 4.
  • the absolute value of the difference between the level values a to h and the level value 0 of the pixel of interest is smaller than the value of the reference level 0 at the output port 3.
  • Level values a to h are output through AND gate 21. If the absolute value of the difference is greater than the value of reference level 0, the value "0" is output. Further, a value obtained by adding the value “1” to the number of the level values a to h output to the output port 3 through the above-described gate 21 is output to the output port 4.
  • the level values a to h in which the absolute value of the difference is smaller than the value of the reference level 0 and the number in which the level values a to h are output have the values " The value obtained by adding 1 "is output. Then, the level values a to h are added to the level value 0 of the pixel of interest. ! Is divided by the value obtained by adding the value "1" to the output number of, the averaging operation is performed only on the pixels that have been set as the averaging element, and the new value of the target pixel is obtained. Be sent out.
  • the ⁇ -filter when the content of the subject has many high frequency components, the ⁇ -filter is turned off.
  • the ⁇ -filter described above there is a choice between performing and not performing signal processing. That In some cases, the state in which processing is being performed or the state in which processing is not being performed is not always the most suitable image processing. That is, depending on the contents of the object, for example, noise may increase if no operation is performed, or image details may disappear when the operation is performed. Disclosure of the invention
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a selection circuit used in an image noise reduction method and apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of a selection circuit used in an image noise reduction method and apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a configuration diagram for explaining the main part.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation.
  • FIG. 5 is a configuration diagram for explaining a conventional image noise reduction device.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a selection circuit used in a conventional image noise reduction method and apparatus.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of an image noise reduction apparatus to which an image noise reduction method and apparatus according to the present invention are applied.
  • parts corresponding to FIG. 5 described above are given the same reference numerals.
  • figure 1 shows one point in the image area, as in FIG. 5, and the pixel of interest 0 and its surrounding pixels a, b, c, d, e, f, g, h It is an image of the situation. Then, when the level values of these pixels are substituted by the same notation as the signs & to 11 and 0, the level values a to h of these surrounding pixels are supplied to the selection circuit 2. Further, the value of the above-described reference level ⁇ and the level value 0 of the target pixel are input to the selection circuit 2.
  • the absolute value (Ia-0I) of the difference between the level value a of the surrounding pixel .a and the level value 0 of the target pixel o is calculated, and the absolute value of this difference and the reference level 6> and Are compared. If the absolute value of the difference is smaller than the value of the reference level 6>, the level value a is output to the output port 3. If the absolute value of the difference is larger than the value of the reference level 0, the value “0” is output to the output port 3 without outputting the level value a. In addition, the level value b ⁇ of other surrounding pixels b ⁇ h! A similar calculation is performed for 1.
  • this selection circuit 2 is provided with, for example, eight output ports 3 equal in number to the surrounding pixels, and each of these output ports 3 has the absolute value of the difference described above at the value of the reference level 6>. If the difference is smaller than the value of the reference level 0, the level value a to h is output. If the absolute value of the difference is larger than the reference level 0, the value "0" is output. Output port is connected to selection circuit 2.
  • the output port 4 outputs the value of the number of output ports 3 from which the above-mentioned level values a to h are output. This point is different from FIG. That is, from the selection circuit 2, for example, when the absolute values of the differences between the target pixel and the surrounding pixels are all smaller than the value of the reference level 6>, the respective level values a to! ! Is output from output port 3 and the value "8" is output to output port 4. For example, when the absolute value of the difference between the target pixel and the surrounding pixels is all larger than the value of the reference level 0, all the values “0” are output from the output port 3 and the output port 4 Outputs the value "0".
  • the above-mentioned level value 0 of the target pixel is supplied to the multiplier 9, and an arbitrary gain setting value ⁇ is supplied to the multiplier 9 to perform multiplication of [X 0]. Then, the multiplied value “ ⁇ X 0” taken out to the output port 10 of the multiplier 9 is supplied to the adder 5, and the selected level value a taken out to the output port 3 of the selection circuit 2 described above. It is added together with ⁇ h. Further, the addition value extracted at the output port 6 of the adder 5 is supplied to the divider 7.
  • the gain setting value is 1, the same averaging operation as in the past is performed, and a new value of the pixel of interest calculated by the averaging operation is extracted at the output port 8. .
  • the gain setting value a 8
  • the proportion of the pixel of interest involved in the averaging operation increases, and the new value of the pixel of interest extracted to the output port 8 changes accordingly. Is reduced and a new value close to the original value is extracted. That is, for example, when the absolute values of the differences between the target pixel and the surrounding pixels are all smaller than the reference level 0, the value [a + b + c + d + e + f] is output to the output port 6 of the adder 5. + g + h + o; X o] is taken out. c
  • the value [8 + a] is taken out from the output port 12 of the adder 11.
  • divider 7
  • the level value of the pixel of interest is weighted.
  • the averaging operation is performed by arbitrarily controlling the proportion of the child.
  • the degree of signal processing can be arbitrarily set by controlling the ratio of the pixel of interest relating to, so that optimal image processing can be performed.
  • the signal processing in the so-called ⁇ -filter can be performed or not performed.
  • the processing is performed, or the processing is not performed.
  • these problems can be satisfactorily solved, although the state may not always be the optimum image processing.
  • the gain setting value is set manually by the photographer, for example, by judging the situation of the subject. It is also possible to determine and automatically set.
  • an embodiment in which such a gain setting value ⁇ can be automatically set will be described.
  • the level values a to h of the surrounding pixels and the level value 0 of the pixel of interest are supplied to the arithmetic unit 13 as shown in FIG.
  • the ⁇ ; calculation unit 13 for example, the spatial frequency of the image composed of the above-described pixel of interest and peripheral pixels is determined, and the distribution of the spatial frequency is determined to calculate the gain setting value. Then, the gain set value calculated by the operation unit 13 is supplied to the multiplier 10 and the adder 11 described above. Others are the same as FIG.1.
  • FIG. 13 Further, regarding the specific configuration of the above-described arithmetic unit 13, FIG. 13
  • the level values of the surrounding pixels a to h and the pixel of interest 0 are supplied to a spatial high-pass filter (H P 'F) 100.
  • the high-pass filter 100 sets the tap coefficient of the target pixel 0 to the value “8” and the surrounding pixels a to! !
  • the signal obtained at the output port 101 of the high-pass filter 100 is supplied to the absolute value circuit 102, and is obtained at the output port 103 of the absolute value circuit 102.
  • the signal is a one-pass filter (L
  • the signal obtained at the output port 105 of the one-pass filter 104 is supplied to the comparator 106, and is compared with an arbitrarily set (R eg) reference value to be compared and output. Is supplied to the control terminal of the selector 107.
  • the output of the zero- finisher 100 becomes as shown in FIG. 4B.
  • the output of Q 2 is as shown in FIG. 4C.
  • the change of the input signal on the left side of the drawing is gradual.
  • the output of the absolute value circuit 102 is low overall in the gentle part, but the absolute value is in the part of the right side of the drawing where the input signal changes drastically.
  • the output of the optimization circuit 102 is at a high level.
  • these signals are supplied to the mouth-pass filter 104 to extract a signal indicating the envelope of the entire level value as shown in FIG. 4D, and this signal is set by the comparator 106.
  • a selection signal for selection can be formed, whereby the selected gain setting value is extracted from the operation unit 13.
  • the gain setting value ⁇ is automatically set, and it is possible to eliminate the troublesome work of, for example, manually setting by the photographer. Further, according to this embodiment, the gain setting value a is constantly changed according to the situation of the surrounding pixels a to h and the target pixel 0. For example, detection can be performed for each part of an individual subject in one screen, and the optimum gain setting value ⁇ can be set for each part.
  • the level difference between the target pixel and its surrounding pixels is detected, and only the pixels whose level difference is smaller than the reference value are selected to perform the averaging operation.
  • An image noise reduction method for reducing components in which the level value of a pixel of interest is weighted, and the averaging operation is performed by arbitrarily controlling the weighting ratio, so that the so-called ⁇ -
  • the degree of signal processing can be arbitrarily set by controlling the ratio of the pixel of interest involved in the calculation of the image conversion, whereby the optimum image processing can be performed.
  • An image noise reduction device for reducing noise components, comprising: means for performing an averaging operation using pixels, wherein means for weighting the level value of the pixel of interest is provided, and the weighting ratio is reduced.
  • the degree of signal processing can be arbitrarily set by controlling the ratio of the pixel of interest involved in the averaging operation in a so-called ⁇ filter by arbitrarily controlling and performing the averaging operation by the arithmetic means. This allows for optimal image processing Something that can be done.
  • the level value of the pixel of interest is weighted, and the ratio of the weight is arbitrarily controlled to perform the averaging operation.
  • the averaging operation is performed.
  • the degree of signal processing can be arbitrarily set by controlling the ratio of the pixel of interest.
  • the spatial frequency of the image composed of the target pixel and the peripheral pixels is determined, and the weight is controlled based on the determination result, so that the gain is automatically set. This eliminates the hassle of making settings by manual operation.
  • extremely good processing can be performed by digitizing and processing each pixel level.
  • the level value of the pixel of interest is weighted, and the ratio of the weight is arbitrarily controlled to perform the averaging operation.
  • the degree of signal processing can be arbitrarily set by controlling the ratio of the pixel of interest involved in the calculation of image formation, and thereby optimal image processing can be performed.
  • control means for controlling the weight according to the image of the subject by providing control means for controlling the weight according to the image of the subject, it is possible to optimize the weight according to the image of the subject.
  • Image processing can be performed.
  • the gain is automatically set. This can eliminate the hassle of, for example, manual setting by the photographer.
  • the signal processing in the so-called ⁇ -filter can be performed or not performed.
  • the processing is performed, or the processing is not performed.

Description

明 細 書
画像ノィズ低減方法及び装置 技術分野
本発明は、 例えば画像信号をデジタル化して処理する場合に使 用して好適な画像ノイズ低減方法及び装置に関する。 特に、 いわ ゆる ε —フィ ルタを用いて画像信号のノイズ成分の低減を行う場 合の不具合を解消するようにした画像ノィズ低減方法及び装置に 関する。 背景技術
例えば画像信号に含まれるノィズ成分の低減を行う手段として は、 従来からいろいろな方法が提案されている。 中でも、 最も簡 単でノィズ低減効果の大きな方法の一つに口一パスフィルタ （Lo w Pass Filter ： 以下、 L P Fと略称する） による方法がある。 この L P Fは、 ある基準周波数より低い成分の信号だけを伝送す る装置である。 すなわちこの L P Fに周波数の変化する信号を入 力し、 出力信号の振幅を観測すれば、 周波数の高い成分ほどレべ ルが低く なる特性を示す。
一方、 このような L P Fは、 別の見方をすると、 注目画素と注 目画素の周囲に隣接する画素の平均値をもつて、 注目画素の新た な値とするものである。 すなわちこの方法では、 周囲画素と相関 関係の強い注目画素の信号レベルは、 平均化してもその値に大き な変化は生じないが、 相関のないランダムなノイズ成分は、 周囲 画素に含まれるノィズ成分と平均化されることにより、 その値'を " 0 " に近づけて行く ものである。
従ってこのような L P Fを用いた場合には、 周囲画素の探索ェ リ ァが広いほどノィズ抑圧効果は大きく なる。 ところがこのよう な L P Fによる周囲画素との平均化動作は、 例えば画像のエツ ジ 情報もノイズと同様に低減してしまい、 結果的には、 ノイズは少 なく なるものの画像全体はぼけたものとなって、 画像品位を落と してしまうデメ リ ッ ト も生じる。 このためノイズ低減手段として の L P Fは、 一般的にはあまり使用されていないものである。
このような L P' Fの欠点を解消する方法として、 いわゆる e — フィ ルタが提唱されている （電子情報通信学会誌 Vol. 77 No. 8 p p. 844-852 1994年 8月、 荒川薰 「非線形ディ ジタルフィ ルタとそ の応用」 参照） 。 すなわちこの文献で提唱された ε -フィ ルタで は、 注目画素と周囲画素との平均化動作をする際に、 まずその該 当周囲画素が注目画素と相関関係を持っているかどうかを判断す るようにしたものである。 ' 具体的には、 ある基準レベル 0を設定し、 注目画素のレベルの ± の範囲内に該当周囲画素のレベルが入っていれば平均化要素 に組み入れ、 ± 0の範囲内に入っていないときは平均化要素とは しない。 このようにして、 周囲画素の全てに対して平均化要素に 組み入れるか入れないかを探索した上で、 平均化要素として組み 入れられた周囲画素だけを演算対象として、 注目画素との平均化 演算により注目画素の新たな値を求める。
従って、 仮に探索エリ ア内に画像エッジが入ってきた場合でも- ェッジを構成する画素のレベルが注目画素のレベルの士 Θの範囲 を越えていれば、 平均化の演算対象とはならず、 例えばエッジを 構成する画素が平均化に含められることによつて画像が鈍ってし ま う ことがない。 すなわちこの ε —フィルタによれば、 基準レベ ル 0の値を適切に選んでやることで画像エッジはそのままに、 ノ ィズ成分だけを抑圧することができるものである。
さ らに F I G . 5を用いて ε —フィルタの実際の回路構成につ いて説明する。 F I G . 5 において、 図形 1 は画像ェリアのある 1点を示しており、 注目画素 o とその周囲画素 a， b , c , d , e， f ， g , hの様子をイメージしたものである。 そしてこれら の画素のレベル値をそれぞれ符号 a〜 h及び 0 と同じ表記で代用 すると、 これらの周囲画素のレベル値 a〜 hが選択回路 2に供給 される。 またこの選択回路 2 には、 上述の基準レベル 0の値と注 目画素のレベル値 0が入力される。
この選択回路 2 では、 .まず周囲画素 aのレベル値 aと注目画素 oのレベル値 0の差の絶対値 （ I a — 0 I ) が計算され、 この差 の絶対値と基準レベル 0 とが比較される。 そして上述の差の絶対 値が基準レベル 0の値より小さければ、 出力ポー ト 3 にレベル値 aが出力される。 また、 差の絶対値が基準レベル 0の値より大き いときは、 出力ポー ト 3 にはレベル値 aを出力せず、 値 " 0 " を 出力する。 さ らに他の周囲画素 b〜！！のレベル値 b〜hについて も同様の計算が行われる。 '
従ってこの選択回路 2 には、 周囲画素の数と同じ例えば 8本の 出力ポー ト 3が設けられ、 これらの出力ポー ト 3にはそれぞれ上 述の差の絶対値が基準レベル 0の値より小さいときはそのレベル 値 a〜！！が出力され、 差の絶対値が基準レベル 0の値より大きい ときは値 " 0 " が出力される。 また、 選択回路 2 には出力ポー ト 4が設けられ、 この出力ポー ト 4には上述のレベル値 a〜hが出 力されている出力ポー ト 3 の数に値 " 1 " を加算した値が出力さ れ
すなわち選択回路 2 からは、 例えば注目画素と周囲画素との差 の絶対値が全て基準レベル 6>の値より小さいときは、. それぞれの レベル値 a〜！！が出力ポ ト 3から出力されると共に、 値 " 9 " が出力ポー ト 4 に出力される。 また、 例えば注目画素と周囲画素 との差の絶対値が全て基準レベル 0の値より大きいときは、 出力 ポー ト 3力、らは全て値 " 0 " が出力されると共に、 出力ポ一 ト 4 には値 " 1 " が出力される。
そしてこの選択回路 2 の出力ポ一 ト 3からの出力と注目画素 0 のレベル値 0が加算器 5 に供給され、 この加算器 5 の出力ポー ト 6 に取り出される値が除算器 7 に供給される。 また上述の選択回 路 2 の出力ポー ト 4からの値が除算器 7に供給される。 そしてこ の除算器 7では、 加算器 5の出力ポー ト 6からの値が選択回路 2 の出力ポー ト 4からの値で割り算され、 その演算結果の値が出力 ポ一 ト 8 に取り出される。
これによつて、 出力ポー ト 8 には、 ある基準レベル 0を設定し- 注目画素のレベルの ± 0の範囲内に該当周囲画素のレベルが入つ ていれば平均化要素に組み入れ、 士 6>の範囲内に入っていないと きは平均化要素とはせず、 周囲画素の全てに対して平均化要素に 組み入れるか入れないかを探索した上で、 平均化要素として組み 入れられた周囲画素だけを演算対象として、 注目画素との平均化 演算により求めた注目画素の新たな値が取り出される。
なお上述の装置において、 選択回路 2 の具体的な回路構成は、 例えば F I G . 6 に示すようなものである。 すなわち F I G . 6 において、 上述の周囲画素の数と同じ例えば 8個の比較器 2 0が 設けられる。 これらの比較器 2 0には、 それぞれ上述の周囲画素 のレベル値 a〜 h と注目画素のレベル値 0 と基準レベル 0の値と が入力される。 そしてそれぞれの比較器 2 0からは、 周囲画素と 注目画素とのレベル値の差の絶対値が基準レベル 0の値より小さ いとき値 " 1 " が出力される。
さ らにこれらの比較器 2 0からの信号がそれぞれアン ドゲ一 ト 1 に供給される。 また、 周囲画素のレベル値 a〜 hがそれぞれ 了ン ドゲ一 ト 2 1 に供給され、 上述の比較器 2 0からの信号が値 " 1 " のときに、 対応する周囲画素のレベル値 a〜 hがアンドゲ — ト 2 1 を通じて出力ポー ト 3 に出力される。 また比較器 2 0か らの信号が加算器 2 2 に供給される。 さ らにこの加算器 2 2の加 算出力が加算器 2 3 に供給され、 値 " 1 " が加算されて出力ポー ト 4に出力される。
これによつてこの回路構成において、 出力ポー ト 3には、 レべ ル値 a〜 h と注目画素のレベル値 0 との差の絶対値が、 基準レべ ル 0の値より小さい周囲画素のレベル値 a〜 hがアンドゲ一 ト 2 1 を通じて出力される。 また、 差の絶対値が基準レベル 0の値よ り大きいときは値 " 0 " が出力される。 さ らに出力ポー ト 4には- 上述のァン ドゲー ト 2 1を通じてレベル値 a〜 hが出力ポー ト 3 に出力されている数に値 " 1 " を加算した値が出力される。
このようにして、 選択回路 2からは、 上述の差の絶対値が基準 レべゾレ 0の値より小さいレベル値 a〜 hと、 このレベル値 a〜 h が出力されている数に値 " 1 " を加算した値が出力される。 そし てこれらのレベル値 a〜 h と注目画素のレベル値 0 とが加算され. この加算値がレベル値 a〜！！の出力されている数に値 " 1 " を加 算した値で割られるこ とによって、 平均化要素とされた画素だけ を演算対象と した平均化演算が行われ、 注目画素の新しい値が取 り出される。
こう して上述の ε フ ィ ルタにおいては、 映像ェッジを保存し たまま、 効果的にノイズを低減することができる。 ところがこの ような £ —フィ ルタであっても、 基本的な処理動作は L P Fであ り、 高い周波数成分で且つ小振幅の画像ディ テールは消えてしま う。 一方、 被写体の内容が平坦な場合にはノィズが目立ちやすく £ ーフィ ルタの効果は大きいが、 高い周波数成分が多い場合には £ —フィ ルタの効果は小さ く またノイズも目立ち難い。
そこで被写体の内容が高い周波数成分が多い場合には ε —フィ ルタをオフすることが行われている。 しかし上述の ε —フィルタ において、 信号処理は行うか行わないかの二者択一である。 その 場合に、 処理を行っている状態、 若しく は行っていない状態が、 必ずしも最適な画像処理とはいえない場合が生じる。 すなわち被 写体の内容によっては、 例えば動作を行わないとノィズが多く な るカ 、 動作を行う と画像ディテールが消えてしまう という場合が ある。 発明の開示
本発明ほ、 いわゆる ε —フィルタにおいて、 平均化の演算に関 わる注目画素の割合を制御することで信号処理の度合いを任意に 設定することができるようにしたものであり、 このため本発明に おいては、 注目画素のレベル値を加重し、 その加重の割合を任意 に制御して平均化の演算を行うようにしたものであって、 これに 関連して本発明の画像ノィズ低減方法及び装置を開示する。 図面の簡単な説明 - F I G. 1は、 本発明を適用した画像ノィズ低減方法及び装置に 使用される選択回路の一実施形態の構成を示すプロック図である, F I G. 2は、 本発明を適用した画像ノィズ低減方法及び装置に 使用される選択回路の他の実施形態の構成を示すプロック図であ る。
F I G. 3は、 その要部の説明のための構成図である。
F I G. 4は、 その動作の説明のための図である。
F I G. 5は、 従来の画像ノィズ低減装置の説明のための構成図 である。
F I G. 6は、 従来の画像ノィズ低減方法及び装置に使用される 選択回路の構成を示すプロッ ク図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 図面を参照して本発明を説明するに、 F I G . 1 は、 本 発明による画像ノィズ低減方法及び装置を適用した画像ノィズ低 減装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 なお、 F I G . 1において上述の F I G . 5 と対応する部分には同一の符号 を附して示す。
この F I G . 1 において、 F I G . 5 と同様に、 図形 1 は画像 エリアのある 1点を示しており、 注目画素 0 とその周囲画素 a , b， c， d， e , f ， g , hの様子をイメージしたものである。 そしてこれらの画素のレベル値をそれぞれ符号 &〜 11及び 0 と同 じ表記で代用すると、 これらの周囲画素のレベル値 a〜hが選択 回路 2に供給される。 またこの選択回路 2には、 上述の基準レべ ル Θの値と注目画素のレベル値 0が入力される。
この選択回路 2 では、 まず周囲画素. aのレベル値 aと注目画素 oのレベル値 0の差の絶対値 （ I a - 0 I ) が計算され、 この差 の絶対値と基準レベル 6> とが比較される。 そして上述の差の絶対 値が基準レベル 6>の値より小さければ、 出力ポー ト 3にレベル値 aが出力される。 また、 差の絶対値が基準レベル 0の値より大き いときは、 出力ポー ト 3 にはレベル値 aを出力せず、 値 " 0 " を 出力する。 さ らに他の周囲画素 b〜hのレベル値 b〜！ 1について も同様の計算が行われる。
従ってこの選択回路 2 には、 周囲画素の数と同じ例えば 8本の 出力ポ一 ト 3が設けられ、 これらの出力ポー ト 3にはそれぞれ上 述の差の絶対値が基準レベル 6>の値より小さいときはそのレベル 値 a〜hが出力され、 差の絶対値が基準レベル 0の値より大きい ときは値 " 0 " が出力される。 また、 選択回路 2には出力ポー ト
4が設けられ、 この出力ポ一 ト 4には上述のレベル値 a〜 hが出 力されている出力ポー ト 3の数の値が出力される。 なお、 この点 は F I G . 5 と異なっている。 すなわち選択回路 2からは、 例えば注目画素と周囲画素との差 の絶対値が全て基準レベル 6>の値より小さいときは、 それぞれの レベル値 a〜！！が出力ポー ト 3から出力されると共に、 値 " 8 " が出力ポー ト 4に出力される。 また、 例えば注目画素と周囲画素 との差の絶対値が全て基準レベル 0の値より大きいときは、 出力 ポ一 ト 3からは全て値 " 0 " が出力されると共に、 出力ポ一 ト 4 には値 " 0 " が出力される。
さ らに上述の注目画素のレベル値 0が乗算器 9に供給され、 任 意のゲイ ン設定値 αが乗算器 9 に供給されて 〔 X 0〕 の乗算が 行われる。 そしてこの乗算器 9 の出力ポ一 ト 1 0に取り出される 乗算値 " α X 0 " が加算器 5に供給され、 上述の選択回路 2の出 力ポー ト 3 に取り出される選択されたレベル値 a〜 hと一緒に加 算される。 さ らにこの加算器 5 の出力ポー ト 6 に取り出される加 算値が除算器 7に供給される。
また上述のゲイ ン設定値 αが加算器 1 1 に供給され、 選択回路
2 の出力ポ一 ト 4からの値と加算される。 そしてこの加算器 1 1 の出力ポー ト 1 2 に得られるゲイン設定値 と レベル値 a〜 hが 出力されている出力ボ一 ト 3の数の値との加算値が除算器 7に供 給される。 こ う してこの除算器 7では、 加算器 5の出力ポー ト 6 からの値が加算器 1 1 の出力ポー ト 1 2からの値で割り算され、 その演算結果の値が出力ポ一 ト 8に取り出される。
これによつて、 例えばゲイ ン設定値 = 1のときは、 従来と同 様の平均化演算が行われて、 出力ポー ト 8には、 それにより求め られた注目画素の新たな値が取り出される。 これに対して、 例え ばゲイ ン設定値 a = 8 とすると、 平均化演算に関わる注目画素の 割合が大き く なり、 その分、 出力ポー ト 8に取り出される注目画 素の新たな値の変化が小さ く され、 元の値に近い新たな値が取り 出されることになる。 すなわち、 例えば注目画素と周囲画素との差の絶対値が全て基 準レベル 0の値より小さい場合に、 加算器 5の出力ポー ト 6には 値 〔 a + b + c + d + e + f + g + h + o; X o〕 が取り出される c また、 加算器 1 1の出力ボー ト 1 2からは値 〔 8 + a〕 が取、り出 される。 そして除算器 7では、
( a + b -t- c + d + e + f + g + h + a x o ) / ( 8 + ） が演算されて出力ポ一 ト 8 に取り出されるものである。
そして例えば注目画素と周囲.画素との差の絶対値が全て基準レ ベル 0の値より小さい場合に、 ゲイ ン設定値 α = 1 とすると、 出 力ポー ト 8 には
( a + b + c + d + e + f + g + h + o ) / ( 8 + 1 ) の新たな値が取り出されることになる。 このときこの新たな値に 占める周囲画素及び注目画素の割合は、 全体の 1 / 9 = 1 1. 1 %であり、 これにより画像ディ テ一ル成分も 1 / 9になっている ものである。
同様に注目画素と周囲画素との差の絶対値が全て基準レベル 0 の値より小さい場合に、 ゲイ ン設定値 α = 8 とすると、 出力ポ一 ト 8には
( a + b + c + d + e + f + g + h + 8 x o ) / ( 8 + 8 ) の新たな値が取り出されることになる。 このときこの新たな値に 占める各周囲画素の割合は 1 / 1 6 = 6. 2 5 %であり、 これに 対して注目画素の割合は全体の 8 / 1 6 = 5 0 %になる。
すなわちこの場合に、 ゲイ ン設定値 = 8 とすることによって 注目画素の占める割合が増加され、 その分、 ノイズ低減の効果は 低下されるが、 画像ディ テール成分は保存されることになる。 こ う して上述の回路においてゲイ ン設定値 αを任意に設定すること により、 いわゆる ε —フィルタにおける平均化の演算に関わる注 目画素の割合を制御して信号処理の度合いを任意に設定すること ができ、 これによつて最適な画像処理が行われるようにすること ができる ものである。
そこで例えば撮影者は、 被写体の状況を判断してゲイ ン設定値 aを任意に設定して、 最適な画像処理が行われるようにすること ができる。 なお具体的には、 海辺や砂丘などの全体的に平坦な被 写体の場合にはゲイン設定値 = 1 とし、 街角などの変化の多い 被写体の場合にはゲイ ン設定値 α = 8 とする等の設定が行われる ものであり、 現実的に撮影者がマニュ.アルで設定する場合には、 ゲイ ン設定値《 = 1または 8 の 2段階程度が適当である。
ただしこのような設定を行った場合においても、 ε —フィルタ の動作は常に行われているものであり、 仮にゲイ ン設定値 = 8 'と した場合にも効果は低下されるがノィズ低減は行われている。 この点が、 上述した従来の ε —フィルタにおいて信号処理を行う か行わないかを二者択一で決めてしまう ものと大きく異なる点で ある。 また設定には、 ε —フィ ルタでの信号処理を行わないこと も含めれば、 より多種の被写体に対して適切な信号処理を行う こ とができるようになる。 .
従って上述の実施形態において、 注目画素のレベル値を加重し. その加童の割合を任意に制御して平均化の演算を行うようにした ことによって、 いわゆる £ —フィノレ夕において、 平均化の演算に 関わる注目画素の割合を制御することで信号処理の度合いを任意 に設定することができ、 これによつて最適な画像処理が行われる ようにするこ とができる。
これによつて、 従来の装置では、 いわゆる ε —フィルタにおけ る信号処理は行うか行わないかの二者択一であり、 その場合に、 処理を行っている状態、 若しく は行っていない状態が、 必ずしも 最適な画像処理とはいえない場合が生じていたものを、 本発明に よればこれらの問題点を良好に解消することができるものである, ところで上述の実施形態においては、 ゲイ ン設定値 を例えば 撮影者が被写体の状況を判断してマニュアルで設定するものとし たが、 このゲイ ン設定値 αは、 例えば被写体の画像を画像処理等 により判別して自動的に設定できるようにすることもできる。 以 下には、 このようなゲイ ン設定値 αを自動的に設定できるように した場合の一実施形態について説明する。
すなわちその場合には、 例えば F I G . 2 に示すように周囲画 素のレベル値 a〜 h及び注目画素のレベル値 0が 演算部 1 3に 供給される。 この α;演算部 1 3 にて、 例えば上述の注目画素及び 周辺画素からなる画像の空間周波数が判別され、 さらにこの空間 周波数の分布等を判断してゲイ ン設定値 が算出される。 そして この 演算部 1 3 にて算出されたゲイン設定値 が、 上述の乗算 器 1 0及び加算器 1 1 に供給される。 他は F I G . 1 と同様に構 される。
さ らに上述の 演算部 1 3の具体的な構成について、 F I G .
3 を用いて説明する。 ただし本発明の実施形態はこの構成に限定 されるものではない。 F I G . 3 において、 上述の周囲画素 a〜 h及び注目画素 0のレベル値が空間的なハイパスフィルタ （H P' F ) 1 0 0 に供給される。 このハイパスフィ ルタ 1 0 0 は、 例え ば注目画素 0のタ ツプ係数を値 " 8 " 、 周囲画素 a〜！！のタップ 係数を値 "一 1 " として、 エリア内に高周波成分がどの程度存在 するか 2次元的に検出するものである。
' そしてこのハイパスフィ ルタ 1 0 0 の出力ポー ト 1 0 1 に得ら れる信号が絶対値化回路 1 0 2 に供給され、 この絶対値化回路 1 0 2 の出力ポー ト 1 0 3 に得られる信号が口一パスフィ ルタ （ L
P F ) 1 0 4 に供給される。 さ らにこの口一パスフィルタ 1 0 4 の出力ポー ト 1 0 5に得られる信号がコンパレー夕 1 0 6に供給 され、 任意に設定 （R e g ) された基準値と比較されて比較出力 がセレクタ 1 0 7 の制御端子に供給される。
これによりセレクタ 1 0 7では、 例えば周囲画素 a〜 h及び注 目画素 0の空間的な周波数成分で高域成分が多くなると、 コンパ レ一タ 1 0 6 の比較出力が " H " になり、 ゲイン設定値 1 = 8 が選択される。 これに対して周囲画素 a〜 h及び注目画素 0の空 間的な周波数成分で高域成分が少なくなると、 コンパレータ 1 0 6 の比較出力が " L " になり、 ゲイ ン設定値 2 = 1が選択され る。 そしてこの選択されたゲイ ン設定値 が 演算部 1 3から取 り出されるものである。
すなわち、 例えば F I G . 4 Aに示すような信号が入力された 場合に、 0スフイ ノレタ 1 0 0 の出力は F I G . 4 Bに示すよ うになり、 この信号を絶対値化した絶対値化回路 1 Q 2 の出力は F I G . 4 Cに示すようになる。 ここで図面の左側の入力信号の 変化がゆ.るやかな部分では絶対値化回路 1 0 2の出力は全体に低 レベルとなるが、 図面の右側の入力信号の変化が激しい部分では 絶対値化回路 1 0 2 の出力は高レベルになっている。
そこでこれらの信号を.口一パスフィルタ 1 0 4に供給して F I G . 4 Dに示すような全体のレベル値の包辂線を示す信号を取り 出し、 この信号をコンパレータ 1 0 6 で設定された基準値 （R e g ) と比較することにより、 入力信号の変化の度合いに応じて例 えばゲイン設定値 α: 1 = 8、 或いはゲイ ン設定値 α 2 = 1を、 セ レクタ 1 0 7で選択するための選択信号を形成することができる, これにより選択されたゲイ ン設定値 が 演算部 1 3から取り出 されるものである。
従ってこの実施形態によれば、 ゲイ ン設定値 αが自動的に設定 され、 例えば撮影者がマニュアル操作で設定を行うなどの煩わし さを解消することができる。 またこの実施形態によれば、 ゲイン 設定値 aを周囲画素 a〜h及び注目画素 0の状況に応じて常に変 ィヒさせることができ、 例えば 1画面の中の個々の被写体の部分ご とに検出を行って、 それぞれの部分ごとに最適のゲイン設定値 α を設定するこ とができる。
さ らに上述の実施形態では、 ゲイン設定値 α 1 = 8、 或いはゲ ィ ン設定値 α 2 = 1の 2段階の設定としたが、 周囲画素 a〜 h及 び注目画素 0の空間的な周波数成分で高域成分の割合をさ らに細 かく分析して、 ゲイ ン設定値 を多段に設定することも可能であ る。 また図示しないが、 演算部 1 3の信号により選択回路 2そ のものを制御して、 £ ーフィ ル夕での信号処理を行う /行わない の制御をする こ と もできる。
こう して上述の画像ノィズ低減方法によれば、 注目画素とその 周辺画素とのレベル差を検出し、 レベル差が基準値より小さい画 素のみを選択して平均化の演算を行う ことによりノィズ成分を低 減させる画像ノィズ低減方法であって、 注目画素のレベル値を加 重すると共に、 加重の割合を任意に制御して平均化の演算を行う ことにより、 いわゆる ε —フィル夕において、 平均化の演算に関 わる注目画素の割合を制御することで信号処理の度合いを任意に 設定することができ、 これによつて最適な画像処理が行われるよ うにすることができるものである。
また、 上述の画像ノイズ低減装置によれば、 注目画素とその周 辺画素とのレベル差を検出する検出手段と、 レベル差が基準値よ り小さい画素のみを選択する選択手段と、 選択された画素を用い て平均化の演算を行う演算手段とを有し、 ノイズ成分の低減を行 う画像ノィズ低減装置であつて、 注目画-素のレベル値を加重する 手段を設け、 加重の割合を任意に制御して演算手段での平均化の 演算を行う ことにより、 いわゆる £ 一フィルタにおいて、 平均化 の演算に関わる注目画素の割合を制御することで信号処理の度合 いを任意に設定することができ、 これによつて最適な画像処理が 行われるようにすることができるものである。
なお本発明は、 上述の説明した実施の形態 限定されるもので はなく、 本発明の精神を逸脱することなく種々の変形が可能とさ れるものである。
すなわち本発明によれば、 注目画素のレベル値を加重し、 その 加重の割合を任意に制御して平均化の演算を行うようにしたこと によって、 いわゆる ε —フィ ルタにおいて、 平均化の演算に関わ る注目画素の割合を制御することで信号処理の度合いを任意に設 定することができるものである。
また、 本発明によれば、 被写体の画像に応じて加重の制御を行 う ことによって、 被写体の画像に応じて最適な画像処理が行われ るようにすることができるものである。
また、 本発明によれば、 注目画素及び周辺画素からなる画像の 空間周波数を判別し、 その判別結果に基づいて加重の制御を行う ことによって、 .ゲインが自動的に設定され、 例えば撮影者がマ二 ュアル操作で設定を行うなどの煩わしさを解消することができる ものである。
また、 本発明によれば、 各画素レベルをデジタル化して処理す ることによって、 極めて良好な処理を行うことができるものであ る。
さ らに本発明によれば、 注目画素のレベル値を加重し、 その加 重の割合を任意に制御して平均化の演算を行うようにしたことに よって、 いわゆる ε —フィ ルタにおいて、 平均化の演算に関わる 注目画素の割.合を制御することで信号処理の度合いを任意に設定 することができ、 これによつて最適な画像処理が行われるように することができるものである。
ま'た、 本発明によれば、 被写体の画像に応じて加重の制御を行 う制御手段を有することによ'つて、 被写体の画像に応じて最適な 画像処理が行われるようにすることができるものである。
また、 本発明によれば、 注目画素及び周辺画素からなる画像の 空間周波数を判別する手段と、 その判別結果に基づいて加重の制 御を行う制御手段とを有することによって、 ゲイ ンが自動的に設 定され、 例えば撮影者がマニュアル操作で設定を行うなどの煩わ しさを解消することができるものである。
また、 本発明によれば、 各画素レベルをデジタル化して処理す ることによって、 極めて良好な処理を行うことができるものであ る
これによつて、 従来の装置では、 いわゆる ε —フィルタにおけ る信号処理は行うか行わないかの二者択一であり、 その場合に、 処理を行っている状態、 若しく は行っていない状態が、 必ずしも 最適な画像処理とはいえない場合が生じていたものを、 本発明に よればこれらの問題点を良好に解消することができるものである

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 注目画素とその周辺画素とのレベル差を検出し、
前記レベル差が基準値より小さい画素のみを選択して平均化の 演算を行う こ とによりノィズ成分を低減させる画像ノィズ低減方 法であって、
前記注目画素のレベル値を加重すると共に、
前記加重の割合を任意に制御して前記平均化の演算を行う ことを特徴とする画像ノィズ低減方法。
2 . 請求の範囲第 1記載の画像ノィズ低減方法において、
被写体の画像に応じて前記加重の制御を行う
ことを特徵とする画像ノィズ低減方法。
3 . 請求の範囲第 1記載の画像ノイズ低減方法において、 · 前記注目画素及び周辺画素からなる画像の空間周波数を判別し. その判別結果に基づいて前記加重の制御を行う
ことを特徵とする画像ノィズ低減方法。
4 . 請求の範囲第 1記載の画像ノィズ低減方法において、
前記各画素レベルをデジタル化して処理する
ことを特徵とする画像ノィズ低減方法。
5 . 注目画素とその周辺画素とのレベル差を検出する検出手段と 前記レベル差が基準値より小さい画素のみを選択する選択手段 と、 ·
前記選択された画素を用いて平均化の演算を行う演算手段とを 有し、 '
ノィズ成分の低減を行う画像ノィズ低減装置であつて、 前記注目画素のレベル値を加重する手段を設け、
前記加重の割合を任意に制御して前記演算手段での平均化の演 算を行う
ことを特徴とする画像ノィズ低減装置。
6 . 請求の範囲第 5記載の画像ノイズ低減装置において、 被写体の画像に応じて前記加重の制御を行う制御手段を有する ことを特徴とする画像ノィズ低減装置。
7 . 請求の範囲第 5記載の画像ノィズ低減装置において、
前記注目画素及び周辺画素からなる画像の空間周波数を判別す る手段と、
その判別結果に基づいて前記加重の制御を行う制御手段とを有 する
ことを特徵とする画像ノィズ低減装置。
8 . 請求の範囲第 5記載の画像ノィズ低減装置において、
前記各画素レベルをデジタル化して処理する
ことを特徵とする画像ノィズ低減装置。 '
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