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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Reduzieren von Rauschen, ein Verfahren zum
Reduzieren von Rauschen und dergleichen, die in Videovorrichtungen,
etwa Fernsehanlagen und Videokassettenrekordern Verwendung finden.
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STAND DER
TECHNIK
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Es wird nunmehr eine Vorrichtung
zum Reduzieren von Rauschen beschrieben, um eine hohe Bildqualität in Videovorrichtungen
zu erreichen. Zu Beispielen der Vorrichtung zum Reduzieren von Rauschen
gehört
eine Vorrichtung zum Reduzieren zweidimensionalen Rauschens, wobei
Rauschen auf der Grundlage eines Signals im gleichen Gebiet oder Bildbereich
reduziert wird, und eine Vorrichtung zum Reduzieren dreidimensionalen
Rauschens, wobei eine Signaldifferenz zwischen Feldern oder Bilddatenrahmen
durch Verwendung eines Speichers oder dergleichen erhalten und ein
Rauschen auf der Grundlage dieser Differenz reduziert wird (beispielsweise
japanische Offenlegungsschrift Nr. H03-79168).
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Zunächst wird die Funktion einer
konventionellen Vorrichtung zum Reduzieren dreidimensionalen Rauschens
kurz beschrieben.
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9 zeigt
ein Beispiel des Aufbaus einer Bilderzeugungsvorrichtung mit der
konventionellen Vorrichtung zum Reduzieren dreidimensionalen Rauschens.
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In 9 bezeichnet
Bezugszeichen 101 ein Festkörperbilderfassungselement (das
im Weiteren als CCD bezeichnet wird), das einfallendes Licht in eine
elektrisches Videosignal umwandelt, Bezugszeichen 102 repräsentiert
eine Verstärkerschaltung
mit automatischer Verstärkungssteuerung
(im Weiteren als AGC-Schaltung bezeichnet), die eine Verstärkung so
durchführt,
dass der Ausgangssignalpegel konstant gehalten wird, selbst wenn
das Ausgangssignal aus dem CCD 101 sich ändert, Bezugszeichen 103 repräsentiert
einen Ana log/Digital-Wandler (der im Weiteren als A/D-Wandler bezeichnet
wird), der das analoge Videosignal aus der AGC-Schaltung 102 in
ein digitales Videosignal umwandelt, Bezugszeichen 104 repräsentiert
einen Subtrahierer, der an zwei Eingangssignalen eine Subtraktion
eines Eingangssignals von dem anderen Eingangssignal ausführt, Bezugszeichen 105 repräsentiert
eine nicht lineare Verarbeitungsschaltung, die eine nicht lineare Verarbeitung
an dem Ausgangssignal des Subtrahierers 104 ausführt, Bezugszeichen 106 repräsentiert einen
Subtrahierer, der das Ausgangssignal der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 105 von
dem Ausgangssignal des A/D-Wandlers 103 subtrahiert, um ein
Videosignal SO auszugeben, Bezugszeichen 107 repräsentiert
einen Feld- bzw. Bilddatenrahmenspeicher, der das Ausgangsvideosignal
SO an den Subtrahierer 104 als ein Referenzsignal ausgibt,
das um ein Feld verzögert
ist, und Bezugszeichen 108 repräsentiert eine nicht lineare
Verarbeitungssteuerschaltung, die die Eigenschaft der nicht linearen
Verarbeitungsschaltung 105 entsprechend dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 102 ändert.
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Es wird nun die Funktionsweise der
konventionellen Vorrichtung zum Reduzieren dreidimensionalen Rauschens
mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert.
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Wenn das elektrische Signal von dem
CCD 101 der AGC-Schaltung 102 so eingespeist wird, dass
der Pegel des Eingangssignals nicht kleiner als ein vorbestimmter
Pegel ist, wird das Signal nicht verstärkt und wird mit dem Verstärkungsfaktor 1 ausgegeben.
Wenn der Pegel des Eingangssignals nicht höher als der vorbestimmte Pegel
ist, wird das Signal mit einem erhöhten Verstärkungsfaktor so verstärkt, dass
das Signal dem vorbestimmten Pegel entspricht.
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Anschließend wird das Ausgangssignal
der AGC-Schaltung 102 in ein digitales Videosignal mittels
des A/D-Wandlers 103 umgewandelt.
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Das von dem A/D-Wandler 103 in
ein digitales Signal umgewandelte Videosignal wird dem Subtrahierer 104 eingespeist,
so dass eine Subtraktion mit dem Ausgangssignal des Feldspeichers 107 stattfindet
und das Signal wird als ein Differenzsignal ausgegeben. Da das Ausgangssignal
des Feldspeichers 107 ein Signal ist, das ein bereits im
Rauschen reduziertes Ausgangsvideosignal SO ist, das um ein Feld
verzögert
ist, sind, wenn das Videosignal ein Objekt der Bilderzeugung repräsentiert,
das stationär ist,
die Videosignale der Felder im Wesentlichen die gleichen. Somit
sind fast alle Videosignale in dem Differenzsignal enthalten und
lediglich Rauschenkomponenten werden extrahiert.
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Somit wird durch Subtrahieren des
Ausgangssignals des Subtrahierers 104 von dem Ausgangssignal
des A/D-Wandlers 103 mittels des Subtrahierers 106 ein
im Rauschen reduziertes neues Ausgangsvideosignal ausgegeben. Das
neue Ausgangsvideosignal SO wird dem Feldspeicher 107 als das
Referenzsignal eingespeist und wird zum Unterdrücken von Rauschen des Videosignals
des nächsten
Feldes verwendet.
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In einem Bewegtbild, in dem sich
das Objekt der Bilderzeugung bewegt, sind, da sich die Videosignale
der Felder voneinander unterscheiden, eine große Anzahl von Videosignalen
in dem Differenzsignal enthalten. Wenn daher das Differenzsignal
unverändert
subtrahiert wird, wird – obwohl
ein Rauschen in dem Ausgangsvideosignal SO reduziert wird – das Bildsignal
des unmittelbar vorhergehenden Feldes gleichzeitig addiert, so dass
eine nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung
in der Bildebene bewirkt wird.
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Dieser Defekt wird wie folgt behandelt:
aus statistischen Gründen
sind zeitliche Änderungen
der Amplitude des Rauschens generell kleiner als jene der Videosignale
und wenn ein Teil des Differenzsignals mit großer Amplitude als ein Videosignal
und ein Teil davon mit kleiner Amplitude als Rauschen betrachtet
wird, wird lediglich der Teil mit der kleinen Amplitude durch die
nicht lineare Verarbeitungsschaltung 105 extrahiert. Mit
einem Signal, das der extrahierte Teil mit kleiner Amplitude ist,
als dem Differenzsignal, wird das Differenzsignal von dem A/D-gewandelten
Videosignal mittels dem Subtrahierer 106 subtrahiert, wobei
ein Videosignal SO ausgegeben werden kann, in dem Rauschen ohne
einen nachgeschalteten Bildfehler reduziert wurde.
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10 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel der Eigenschaft der nicht linearen
Verarbeitungsschaltung 105 zeigt. Die horizontale Achse
repräsentiert das
Eingangssignal der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 105 und
die vertikale Achse zeigt das Ausgangssignal davon. a und K sind
charakteristische Parameter, die diese Eigenschaft kennzeichnen.
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Wenn der Absolutwert des Eingangspegels der
nicht linearen Verarbeitungsschaltung, d. h. der Pegel des Ausgangs
des Subtrahierers 104, nicht höher als A ist, wodurch das
Ausgangssignal des Subtrahierers 104 als im Wesentlichen
insgesamt als ein Rauschensignal betrachtet wird, wird ein Signal
mit einer Größe von K·x (K < 1, x ist das Eingangssignal der
nicht linearen Verarbeitungsschaltung und |x| ≤ a), dessen Pegel durch eine
Multiplikation mit dem charakteristischen Parameter K verkleinert
wird, als das Differenzsignal ausgegeben.
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Wenn der Absolutwert des Eingangssignalpegels
der nicht linearen Verarbeitungsschaltung nicht kleiner als a und
kleiner als 2a ist, enthält
das Ausgangssignal des Subtrahierers 105 sowohl Rauschen
als auch Videosignale. Daher wird in Hinblick auf das Verhältnis der
Videosignale, die mit ansteigendem Pegel anwachsen, das Ausgangssignal
um K als der Proportionalitätskonstante
reduziert, wenn der Absolutwert des Eingangssignalpegels sich von
a aus 2a annähert,
und es wird ein Signal des Absolutwertes eines Pegels nahe bei Null
als das Differenzsignal ausgegeben. Wenn der Absolutwert des Eingangspegels
der nicht linearen Verarbeitungsschaltung nicht kleiner als 2a ist,
und das Ausgangssignal des Subtrahierers 104 insgesamt
als ein Videosignal betrachtet wird, wird an dem Subtrahierer 106 kein Ausgangssignal
erzeugt.
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Gemäß dieser nicht linearen Verarbeitungscharakteristik
wird ein Signal, in welchem der Absolutwert des Signalpegels des
Eingangssignals der nicht linearen Verarbeitungsschaltung, d. h.
das Ausgangssignal des Subtrahierers 104, nicht größer als 2a
ist, so bewertet, dass es Rauschen enthält, und ein durch die nicht
lineare Verarbeitung entsprechend mit dem Signalpegel reduziertes
Signal wird an den Subtrahierer 106 als das Differenzsignal
ausgegeben, so dass Rauschen reduziert werden kann, während eine
nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung unterdrückt wird.
Die gesamte Offenbarung der oben beschriebenen japanischen Offenlegungsschrift H03-79168
ist hierin durch Bezugnahme (Referenz) in seiner Gesamtheit mit
eingeschlossen.
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Wenn die auf das CCD 101 einfallende
Lichtmenge abnimmt, um damit den Pegel des Ausgangsvideosignals
von der CCD 101 zu reduzieren, wird das S/R-Verhältnis schlechter,
da der Pegel des Rauschens konstant ist, unabhängig von dem Ausgangssignalpegel.
Wenn der Pegel ferner auf einen Pegel kleiner als ein vorbestimmter
Pegel reduziert wird, verstärkt
die AGC-Schaltung 102 das Eingangssignal so, dass der vorbestimmte
Pegel beibehalten bleibt. Da jedoch das Signal und das Rauschen
mit dem gleichen Verstärkungsfaktor
verstärkt
werden, wobei das S/R-Verhältnis
schlechter ist, steigt der Pegel des Rauschens an.
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Andererseits ändert die nicht lineare Verarbeitungssteuerschaltung 108 die
Eigenschaft der nicht linearen Verarbeitungsschaltung in Übereinstimmung
mit dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 102. Insbesondere durch Festlegen des
Wertes des charakteristischen Parameters a auf einen hohen Wert,
wird der Pegel des Signals, das als Rauschen betrachtet wird, erhöht. Wenn
dies erfolgt, kann, selbst wenn das in dem Videosignal enthaltene
Rauschen durch die Verstärkung
mittels der AGC-Schaltung 102 erhöht wird, dieses reduziert werden.
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Jedoch kann in dem Ausgangssignal
des Subtrahierers 105 durch die Größe der Amplitude nicht zwischen
dem Videosignal, das intrinsisch eine vorbestimmte Amplitude aufweist,
und dem Rauschen, dessen Pegel durch die Verstärkung erhöht wird, unterschieden werden.
Wenn daher der Wert des charakteristischen Parameters a auf einen
hohen Wert in Übereinstimmung
mit dem verstärkten Pegel
des Rauschens festgelegt wird, wird das Videosignal, das an sich
erforderlich ist, zusammen mit dem Rauschen durch die nicht lineare
Verarbeitungsschaltung 105 reduziert. Folglich enthält das Ausgangssignal
der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 105 eine große Anzahl
von Videosignalen in dem Feldspeicher 105, so dass eine
nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung
in dem Videoausgangssignal SO anwächst.
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D. h., wenn es notwendig ist, das
Videosignal durch die AGC-Verstärkerschaltung 102 zu
verstärken,
da der Pegel des Ausgangsvideosignals von dem CCD 101 kleiner
ist, ist es schwierig – da
Rauschen im Vergleich zu dem Videosignal stark verstärkt wird – eine Reduktion
des Rauschens im Hinblick auf eine nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung durch
die nicht lineare Verarbeitungsschaltung 105 auszuführen, derart,
dass zwischen Rauschen und dem Videosignal auf der Grundlage des
statistischen Grundes, dass zeitliche Änderungen der Amplitude des
Rauschens kleiner als jene der Videosignale sind, unterschieden
wird.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung löst das zuvor
genannte konventionelle Problem und es ist eine Aufgabe, eine Vorrichtung
zum Reduzieren des Rauschens, ein Verfahren zum Reduzieren des Rauschens
und dergleichen bereitzustellen, wobei das Rauschen effizient reduziert wird
und das Erzeugen einer nachgeschalteten Bildbeeinträchtigung
klein ist, selbst wenn das S/R-Verhältnis des Videosignals schlechter
wird und es notwendig ist, das Videosignal zu verstärken.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens, mit:
einer Verstärkungseinrichtung
zum Verstärken
eines Videosignals;
einer Videosignalpegelreduziereinrichtung
zum Aufteilen des von der Verstärkungseinrichtung
verstärkten
Videosignals in mehrere Bänder
entsprechend einer räumlichen
Frequenz, zum Reduzieren eines Pegels einer höheren Frequenzkomponente des
Videosignals auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem ersten
charakteristischen Parameter, der auf einen Verstärkungsfaktor
der Verstärkungseinrichtung
beruht, und dem Pegel der höheren
Frequenzkomponente und zum Synthetisieren der reduzierten höheren Frequenzkomponente
und einer Komponente eines weiteren Bandes miteinander;
einer
Differenzsignalextraktionseinrichtung zum Herauslösen eines
Differenzsignals zwischen einem Ausgangssignal der Videosignalreduziereinrichtung und
einem vorbestimmten Referenzsignal;
einer Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
zum Redzuzieren des Differenzsignals auf der Grundlage eines Vergleichs
zwischen dem Pegel des Differenzsignals und einem vorbestimmten
zweiten charakteristischen Parameter; und
einer Subtrahiereinrichtung
zum Subtrahieren eines Ausgangssignals der Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
von dem Videosignal,
wobei ein Ausgangssignal der Subtrahiereinrichtung als
das Videosignal ausgegeben wird, dessen Rauschen reduziert worden
ist, und als ein neues Referenzsignal verwendet wird.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung
betrifft ferner eine Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens, mit:
einer
Verstärkungseinrichtung
zum Verstärken
eines Videosignals;
einer Differenzsignalextrahiereinrichtung
zum Herauslösen
eines Differenzsignals zwischen einem Ausgangssignal der Verstärkungseinrichtung
und einem vorbestimmten Referenzsignal;
einer Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
zum Reduzieren eines Pegels des Differenzsignals; und
einer
Subtrahiereinrichtung zum Subtrahieren eines Ausgangssignals der
Differenzsignalpegelreduziereinrichtung von dem Videosignal,
wobei
ein Ausgangssignal einer Kombiniereinrichtung als das Videosignal
ausgegeben wird, dessen Rauschen reduziert worden ist und das als
ein neues Referenzsignal verwendet wird, und
wobei die Differenzsignalpegelreduziereinrichtung das
Differenzsignal in mehrere Bänder
entsprechend der räumlichen
Frequenz aufteilt, für
jedes der Bänder
einen Pegel eines Signals mit höherer
Frequenz der mehreren Differenzsignale auf der Grundlage eines Vergleichs
zwischen einem Pegel des Differenzsignals und einem vorbestimmten
dritten charakteristischen Parameter, der für jedes der Bänder bestimmt ist,
reduziert und die aufgeteilten Bänder
miteinander kombiniert, um das Ausgangssignal zu erhalten.
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Ferner betrifft ein dritter Aspekt
der Erfindung die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung, wobei der erste charakteristische Parameter
der Videosignalpegelreduziereinrichtung entsprechend dem Verstärkungsfaktor
der Verstärkungseinrichtung
variiert.
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Ferner betrifft in einem vierten
Aspekt der Erfindung die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens
gemäß einem
der ersten bis dritten Aspekte der Erfindung, wobei der zweite oder
der dritte charakteristische Parameter der Differenzsignalreduziereinrichtung
entsprechend dem Verstärkungsfaktor der
Verstärkungseinrichtung
variiert.
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Weiterhin betrifft ein fünfter Aspekt
der Erfindung die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung, wobei, wenn der Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung
nicht höher
als ein vorbestimmter Wert ist, der zweite charakteristische Parameter
der Differenzsignalpegelreduziereinrichtung beibehalten wird, und
der erste charakteristische Parameter der Videosignalpegelreduziereinrichtung
erhöht
wird, und
wobei, wenn der Verstärkungsfaktor größer als
der vorbestimmte Wert ist, der erste charakteristische Parameter
der Videosignalpegelreduziereinrichtung beibehalten wird und der
zweite charakteristische Parameter der Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
erhöht
wird.
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Weiterhin betrifft ein sechster Aspekt
der Erfindung die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung, wobei, wenn der Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung
nicht größer als
ein vorbestimmter Wert ist, der erste charakteristische Parameter
der Videosignalpegelreduziereinrichtung beibehalten wird und der
zweite charakteristische Parameter der Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
erhöht
wird, und
wobei, wenn der Verstärkungsfaktor höher als
der vorbestimmte Wert ist, der zweite charakteristische Parameter
der Differenzsignalpegelreduziereinrichtung beibehalten wird und
der erste charakteristische Parameter der Videosignalpegelreduziereinrichtung erhöht wird.
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Ferner betrifft ein siebter Aspekt
der Erfindung die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens gemäß dem fünften Aspekt
der Erfindung, wobei die Videosignalpegelreduziereinrichtung umfasst:
mehrere
Filter mit einem Tiefpassfilter und einem Hochpassfilter, die eine
Frequenzaufteilung des Videosignals vornehmen;
eine Bewertungsschaltung,
die ein Ausgangssignal des Hochpassfilters empfängt, das Ausgangssignal abschneidet,
wenn ein Pegel des Ausgangssignals nicht höher als der erste charakteristische
Parameter ist, und den Pegel reduziert, wenn der Pegel höher als
der erste Parameter ist; und
eine Synthetisiereinrichtung zum
Synthetisieren eines Ausgangssignals des Tiefpassfilters und eines Ausgangssignals
der Bewertungsschaltung miteinander.
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Ein achter Aspekt der Erfindung betrifft
die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung,
wobei die Videosignalreduziereinrichtung umfasst:
mehrere Bandpassfilter,
die das Videosignal hinsichtlich der Frequenz aufteilen;
eine
Bewertungsschaltung, die ein Ausgangssignal eines der mehreren Bandpassfilter,
dessen Durchlassband ein Hochfrequenzgebiet ist, empfängt, das Ausgangssignal
abschneidet, wenn ein Pegel des Ausgangssignals nicht höher als
der erste charakteristische Parameter ist und den Pegel reduziert,
wenn der Pegel höher
als der erste Parameter ist; und
eine Synthetisiereinrichtung
zum Synthetisieren eines Ausgangssignals eines Bandpassfilters der
mehreren Bandpassfilter, dessen Durchlassband ein Niederfrequenzgebiet
ist, und eines Ausgangssignals der Bewertungsschaltung miteinander.
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Ein neunter Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens
gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung, wobei die Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
umfasst:
mehrere Filter, die das Videosignal hinsichtlich der Frequenzen
aufteilen;
mehrere Pegelreduziereinrichtungen, die einen Pegel
eines Ausgangssignals jedes der mehreren Filter auf der Grundlage
eines Vergleichs mit dem dritten charakteristischen Parameter jeder
Pegelreduziereinrichtung reduzieren; und
eine Synthetisiereinrichtung,
die ein Ausgangssignal der mehreren Pegelreduziereinrichtungen synthetisieren,
wobei
Werte der dritten charakteristischen Parameter der mehreren Pegelreduziereinrichtungen
höher sind,
wenn die Durchlassbänder
der mehreren Filter höher
liegen, mit denen die entsprechenden mehreren Pegelreduziereinrichtungen
verbunden sind.
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Ein zehnter Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens
gemäß dem neunten
Aspekt der Erfindung, wobei die mehreren Filter Bandpassfilter mit unterschiedlichen
Durchlassbändern
sind.
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Ein elfter Aspekt der Erfindung betrifft
die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens des neunten Aspekts
der Erfindung, wobei die mehreren Filter einen Tiefpassfilter und
einen Hochpassfilter aufweisen.
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Ferner betrifft ein zwölfter Aspekt
der Erfindung die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens gemäß dem ersten
oder dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei das Videosignal jedes
n-te Feld oder in jeder n-ten horizontalen Periode (wobei n eine natürliche Zahl
ist) eingespeist wird, und wobei das Differenzsignal, das von einem
m-ten Videosignal, das eingespeist wird, erhalten wird, indem als
das vorbestimmte Referenzsignal ein Signal verwendet wird, das zumindest
auf der Grundlage eines (m–1)-ten
Videosignals, das eingespeist wird, erhalten wird.
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Ein dreizehnter Aspekt der Erfindung
betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung, mit:
der Vorrichtung
zum Reduzieren des Rauschens gemäß einem
Aspekt der ersten bis zwölften
Aspekts der Erfindung; und
einer Bilderzeugungseinrichtung
zum Abbilden eines Objekts und zum Ermitteln eines Videosignals.
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Eine vierzehnter Aspekt der Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Reduzieren des Rauschens, wobei das Verfahren
umfasst:
Verstärken
eines Videosignals;
einen Schritt zum Reduzieren des Videosignalpegels,
wobei das in dem Verstärkungsschritt
verstärkte Videosignal
in mehrere Bänder
entsprechend einer räumlichen
Frequenz des Signals aufgeteilt wird, und wobei ein Pegel einer
höheren
Frequenzkomponente des Videosignals auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen
einem ersten charakteristischen Parameter, der auf einem Verstärkungsfaktor
in dem Verstärkungsschritt
beruht, und dem Pegel der höheren
Frequenzkomponente reduziert wird, und wobei die reduzierte höhere Frequenzkomponente
und eine höhere
Komponente eines weiteren Bandes miteinander synthetisiert werden;
Extrahieren
eines Differenzsignals zwischen einem Ausgangssignal, das in dem
Videosignalreduzierschritt erhalten wird, und einem vorbestimmten
Referenzsignal;
Reduzieren eines Pegels des Differenzsignals
auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Pegel des Differenzsignals
und einem vorbestimmten zweiten charakteristischen Parameter; und
Subtrahieren
eines Ausgangssignals, das im Schritt des Reduzierens der Signaldifferenz
erhalten wird, von dem Videosignal,
wobei ein Ausgangssignal,
das aus dem Schritt des Subtrahierens erhalten wird, als das Videosignal
ausgegeben wird, dessen Rauschen reduziert worden ist, und als ein
neues Referenzsignal verwendet wird.
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Ferner betrifft ein fünfzehnter
Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren des Rauschens,
wobei das Verfahren umfasst:
Verstärken eines Videosignals;
Extrahieren
eines Differenzsignals zwischen einem Ausgangssignal, das aus dem
Verstärkungsschritt erhalten
wird, und einem vorbestimmten Referenzsignal;
Reduzieren eines
Pegels des Referenzsignals; und
Subtrahieren eines Ausgangssignals,
das aus dem Schritt des Reduzierens des Referenzsignals gewonnen
wird, von dem Videosignal, wobei ein Ausgangssignal im Subtrahierschritt
als das Videosignal ausgegeben wird, dessen Rauschen unterdrückt worden ist
und dieses wird als ein neues Referenzsignal verwendet, und
wobei
in dem Schritt zum Reduzieren des Differenzsignalpegels das Differenzsignal
in mehrere Bänder in Übereinstimmung
mit der räumlichen
Frequenz darin aufgespalten wird, wobei ein Pegel eines Signals mit
höherer
Frequenz der mehreren Differenzsignale für jedes der Bänder reduziert
wird auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem Pegel des
Differenzsignals und einem vorbestimmten dritten charakteristischen
Parameter, der für
jedes der Bänder
festgelegt ist, und die aufgeteilten Bändern werden miteinander kombiniert,
um das Ausgangssignal zu erhalten.
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Ferner betrifft ein sechzehnter Aspekt
der Erfindung ein Programm, das einen Computer so ansteuert, dass
er als die folgenden Einrichtungen der Vorrichtung zum Reduzieren
des Rauschens gemäß dem Anspruch
1 dient: die Verstärkungseinrichtung zum
Verstärken
des Videosignals; die Videosignalpegelreduziereinrichtung zum Aufteilen
des von der Verstärkungseinrichtung
verstärkten
Videosignals in mehrere Bändern
entsprechend den räumlichen
Frequenzen, zum Reduzieren des Pegels der höheren Frequenzkomponente des
Videosignals auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem ersten
charakteristischen Parameter, der auf dem Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung
basiert, und dem Pegel der höheren
Frequenzkomponente, und zum Synthetisieren der reduzierten höheren Frequenzkomponente
mit der Komponente eines weiteren Bandes miteinander; die Differenzsignalextrahiereinrichtung
zum Herauslösen
des Differenzsignals zwischen dem Ausgangssignal der Videosignalreduziereinrichtung
und dem vorbestimmten Referenzsignal; die Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
zum Reduzieren des Pegels des Differenzsignals auf der Grundlage
des Vergleichs zwischen dem Pegel des Differenzsignals und dem vorbestimmten zweiten
charakteristischen Parameter; und die Subtrahiereinrichtung zum
Subtrahieren des Ausgangssignals der Differenzsignalreduziereinrichtung
von dem Videosignal.
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Ein siebzehnter Aspekt der Erfindung
betrifft ein Programm, das bewirkt, dass ein Computer als die folgenden
Einrichtungen der Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung funktioniert: als Verstärkungseinrichtung zum Verstärken eines
Videosignals; als Differenzsignalextrahiereinrichtung zum Herauslösen eines
Differenzsignals zwischen einem Ausgangssignal der Verstärkungseinrichtung
und einem vorbestimmten Referenzsignal; als Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
zum Reduzieren eines Pegels des Differenzsignals; und als Subtrahiereinrichtung
zum Subtrahieren eines Ausgangssignals der Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
von dem Videosignal.
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Ferner betrifft ein achtzehnter Aspekt
der Erfindung ein computerbearbeitbares Aufzeichnungsmedium, das
das Programm gemäß dem sechzehnten
oder dem siebzehnten Aspekt der Erfindung enthält.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Blockansicht, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Reduzieren
des Rauschens gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Blockansicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 zeigt,
die in der ersten und in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet ist.
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3(a) ist
eine Frequenzcharakteristik, in der die Frequenzcharakteristik eines
LPF 22 dargestellt ist, der in der ersten und der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet ist.
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3(b) repräsentiert
eine Frequenzcharakteristik, die den Frequenzgang eines HPF 21 zeigt, der
in der ersten und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet ist.
-
4 ist
eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, die ein Beispiel des Eingangs/Ausgangs-Verhaltens der Bewertungsschaltung 14 zeigt,
die in der ersten und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet ist.
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5(a) ist
eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Pegel des CCD-Ausgangssignals und der
einfallenden Lichtmenge in der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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5(b) ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Wert des
charakteristischen Parameters einer Bewertungsschaltung 23 und
dem Verstärkungsfaktor
einer AGC-Schaltung 12 in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
5(c) ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Wert des
charakteristischen Parameters einer nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 und
dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
5(d) ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Wert des
charakteristischen Parameters der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 und
dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
6 ist
eine Blockansicht, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Reduzieren
des Rauschens gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
7(a) ist
ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen dem
Wert eines charakteristischen Parameters m und dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 in der ersten und der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
7(b) ist
ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen dem
Wert eines charakteristischen Parameters a und dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 in der ersten und der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
8 ist
eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, die ein weiteres Beispiel
des Eingangs/Ausgangs-Verhaltens der Bewertungsschaltung 23 zeigt, die
in der ersten und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet ist.
-
9 ist
eine Blockansicht, die den Aufbau der konventionellen Vorrichtung
zum Reduzieren des Rauschens darstellt.
-
10 ist
eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, die das Eingangs/Ausgangs-Verhalten
der nicht linearen Verarbeitungsschaltung in der konventionellen
Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens zeigt.
-
11(a) ist
eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Pegel des CCD-Ausgangssignals und der
einfallenden Lichtmenge in der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
11(b) ist
ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen dem
Wert des charakteristischen Parameters der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 und
dem Verstärkungsfaktor der
AGC-Schaltung 12 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
11(c) ist
ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen dem
Wert des charakteristischen Parameters der Bewertungsschaltung 23 und
dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
-
12(a) ist
eine Frequenzcharakteristik, die das Frequenzverhalten eines BPF 61 in
der Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt;
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12(b) ist
eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, die das Eingangs/Ausgangs-Verhalten eines nicht
linearen Verarbeitungsschaltung 62 in der Vorrichtung zum
Reduzieren des Rauschens der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt.
-
12(c) ist
eine Frequenzcharakteristik, die das Frequenzverhalten des BPF 61 in
der Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
12(d) ist
eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, die das Eingangs/Ausgangs-Verhalten der nicht
linearen Verarbeitungsschaltung 62 in der Vorrichtung zum
Reduzieren des Rauschens der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt.
-
12(e) ist
eine Frequenzcharakteristik, die das Frequenzverhalten des BPF 61 in
der Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt.
-
12(f) ist
eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, die das Eingangs/Ausgangs-Verhalten der nicht
linearen Verarbeitungsschaltung 62 in der Vorrichtung zum
Reduzieren des Rauschens der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt.
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- 11
- CCD
- 12
- AGC-Schaltung
- 13
- A/D-Wandler
- 14
- Hochfrequenzbewertungsschaltung
- 15
- Subtrahierer
- 16
- nicht
lineare Bearbeitungsschaltung
- 17
- Subtrahierer
- 18
- Feldspeicher
- 19
- nicht
lineare Verarbeitungssteuerschaltung
- 21
- HPF
(Hochpassfilter)
- 22
- LPF
(Tiefpassfilter)
- 23
- Bewertungsschaltung
- 24
- Addierer
- 61
- BPF
(Bandpassfilter)
- 62
- nicht
lineare Verarbeitungsschaltung
- 63
- Addierer
-
BESTE ART
UND WEISE ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
-
Im Weiteren werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben.
-
(Erste Ausführungsform)
-
1 ist
eine Blockansicht, die den grundlegenden Aufbau eines relevanten
Teils einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum
Reduzieren des Rauschens gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. In 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 11 ein
CCD, das der Bilderzeugungseinrichtung der vorliegenden Er findung
entspricht und einfallendes Licht in ein elektrisches Videosignal
umwandelt, Bezugszeichen 12 repräsentiert eine AGC-Schaltung,
die die Verstärkung
so durchführt,
dass der Ausgangssignalpegel konstant gehalten wird, selbst wenn
das Ausgangssignal von dem CCD 11 sich ändert, Bezugszeichen 13 repräsentiert
einen A/D-Wandler, der das ausgegebene analoge Signal der AGC-Schaltung 12 in
ein digitales Videosignal umwandelt, Bezugszeichen 14 repräsentiert
eine Hochfrequenzbewertungsschaltung, die eine nicht lineare Verarbeitung nur
auf einem Hochfrequenzsignal des Ausgangssignals des A/D-Wandlers ausführt, Bezugszeichen 18 repräsentiert
einen Feld- bzw. Datenrahmenspeicher, der ein Ausgangsvideosignal
SO dieser Vorrichtung um ein Feld bzw. Bild oder einen Datenrahmen
verzögert
und das Signal als das Referenzsignal der vorliegenden Erfindung
ausgibt, Bezugszeichen 15 repräsentiert einen Subtrahierer,
der die Differenz zwischen dem Ausgangssignal der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 und
dem Ausgangssignal des Feldspeichers 18 ermittelt und die
Differenz ausgibt, Bezugszeichen 16 repräsentiert
eine nicht lineare Verarbeitungsschaltung, die eine nicht lineare
Verarbeitung an dem Ausgangssignal des Substrahierers 15 unter
Anwendung eines charakteristischen Parameters a, der dem zweiten
charakteristischen Parameter der vorliegenden Erfindung entspricht,
und einem charakteristischen Parameter K ausführt, und Bezugszeichen 17 repräsentiert
einen Subtrahierer, der das Ausgangssignal der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 von
dem Ausgangssignal der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 subtrahiert und
das Videosignal SO ausgibt. In diesem Aufbau entspricht die AGC-Schaltung 12 der
Verstärkungseinrichtung
der vorliegenden Erfindung, die Hochfrequenzbewertungsschaltung
entspricht der Videosignalpegelreduziereinrichtung der vorliegenden
Erfindung, der Subtrahierer 15 entspricht der erfindungsgemäßen Differenzsignalextrahiereinrichtung,
die nicht lineare Verarbeitungsschaltung 16 entspricht der
erfindungsgemäßen Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
und der Subtrahierer 17 entspricht der erfindungsgemäßen Subtrahiereinrichtung.
-
Es wird nun die Funktion der Vorrichtung zum
Reduzieren des Rauschens der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die den zuvor beschriebenen Aufbau aufweist, beschrieben
und damit einhergehend wird eine Ausführungsform des Verfahrens zum
Reduzieren des Rauschens der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Der Funktionsablauf von dem CCD 11 zu dem
A/D-Wandler 13 wird hier nicht beschrieben, da dies die
gleiche Arbeitsweise ist, wie bei dem CCD 101 zu dem A/D-Wandler 103 der
konventionellen Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens, die in 9 gezeigt ist.
-
Anschließend wird das von dem A/D-Wandler 13 in
ein digitales Signal umgewandelte Videosignal in die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 eingespeist.
-
2 ist
eine Blockansicht, die ein Beispiel der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 zeigt. Wenn
das Ausgangsvideosignal des A/D-Wandlers 13 in die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 eingespeist
wird, wird dieses zunächst
in Bänder,
etwa in ein Hochfrequenzgebiet und ein Niedrigfrequenzgebiet, mittels
eines HPF (Hochpassfilter) 21 und eines LPF (Tiefpassfilter) 22 aufgeteilt.
Diese Filter besitzen Frequenzcharakteristiken, wie sie beispielsweise
in 3 gezeigt sind.
-
3(a) zeigt
das Frequenzverhalten des LPF und 3(b) zeigt
das Frequenzverhalten des HPF.
-
Von dem Videosignal, das in die Hochfrequenzkomponente
und die Niedrigfrequenzkomponente mittels dieser Filter aufgespalten
wurde, wird das Signal der Hochfrequenzkomponente, die den HPF 21 durchlaufen
hat, in eine Bewertungsschaltung 23 eingespeist, die eine
nicht lineare Verarbeitung durchführt.
-
4 zeigt
ein Beispiel des Eingangs/Ausgangs-Verhaltens der Bewertungsschaltung 23 und m
ist ein charakteristischer Parameter, der dem ersten charakteristischen
Parameter der vorliegenden Erfindung entspricht, der dieses Verhalten
kennzeichnet. Die Signale, die der Bewertungsschaltung 23 mittels
dieser Eingangs/Ausgangs-Charakteristik eingespeist werden, werden
in der Amplitude mit diesen charakteristischen Parametern verglichen
und als Folge davon werden nur jene Komponenten, deren Amplituden
größer als
eine vorbestimmte Amplitude sind, ausgegeben, nachdem diese entsprechend
dem Wert des charakteristischen Parameters reduziert wurden. D.
h., wenn der Pegel des Eingangssignals der Bewertungsschaltung 23 x
ist, wird ein Signal mit |x| ≤ m
unterdrückt,
und ein Signal mit |x| > m
wird ausgegeben, wobei der Absolutwert des Signalpegels auf einen
Wert reduziert wird, der um m kleiner ist.
-
Die Hochfrequenzsignalkomponente,
die die Bewertungsschaltung 23 durchlaufen hat, und die Niedrigfrequenzsignalkomponente,
die von dem LPF 22 ausgegeben wird, werden mittels einem
Addierer 24 addiert, um damit das gesamte Band des Videosignals
wieder herzustellen; das Videosignal mit dem wiederhergestellten
Band wird von den nachfolgenden Subtrahierern 15 und 17 als
das Ausgangssignal der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 ausgegeben.
-
Das Rauschen hat nicht nur die Eigenschaft, wie
zuvor erwähnt
ist, dass zeitliche Änderungen
seiner Amplitude im Allgemeinen kleiner sind als jene der Videosignale,
sondern besitzt auch die Eigenschaft, dass das Rauschen im Hochfrequenzgebiet stärker vertreten
ist als in einem Niedrigfrequenzgebiet im Hinblick auf die räumliche
Frequenz. Wenn das Videosignal ein gewisses Maß an Rauschen durch die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 enthält – insbesondere
das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 13 enthält Rauschen
mit einem Pegel Sn entsprechend dem Absolutwert – wenn Sn ≤ m, wird der Pegel des Rauschens
auf Null reduziert und wenn Sn > m
wird der Pegel auf Sn-m reduziert. Ferner wird in dem Unterdrücken des
Rauschens mittels der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 in
Prinzip kein nachgeschalteter Bildfehler erzeugt.
-
Die Funktionsweise des Subtrahierers 15, des
Subtrahierers 17, der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 und
des Feldspeichers 18, die auf die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 folgen,
ist ähnlich
wie die des Subtrahierers 104, des Substrahierers 106,
der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 105 und des Feldspeichers 107 der
konventionellen Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens. Daher
verarbeitet die nicht lineare Verarbeitungsschaltung 16 das
Ausgangssignal des Subtrahierers 104 entsprechend der in 10 gezeigten Charakteristik,
das Ausgangssignal der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 wird
weiter reduziert im Rauschen und als das Ausgangsvideosignal So
ausgegeben; das Ausgangsvideosignal So wird in dem Feldspeicher 18 gespeichert,
so dass es an den Subtrahierer 15 als das Referenzsignal
der vorliegenden Erfindung für
die Verarbeitung zum Unterdrücken
des Rauschens des Videosignals für
das nächste
Feld bzw. Bild oder den nächsten
Datenrahmen ausgegeben wird.
-
Insbesondere werden von den Rauschanteilen,
deren Absolutwertepegel auf Sn-m in der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 reduziert
werden, diejenigen Rauschanteile, deren Absolutwertpegel nicht größer als
2a sind, weiter auf K·a
entsprechend der in 10 gezeigten
Charakteristik reduziert.
-
Die nicht lineare Verarbeitungssteuerschaltung 19 führt eine
Steuerung, wie sie in 5 gezeigt ist,
an dem charakteristischen Parameter m der Bewertungsschaltung 23 in
der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 und dem charakteristischen
Parameter a der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 entsprechend
dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 durch.
D. h., wenn die auf das CCD 11 einfallende Lichtmenge abnimmt,
so dass der Pegel des Ausgangsvideosignals von dem CCD 11 kleiner
wird, wie in 5(a) gezeigt
ist, erhöht
die AGC-Schaltung 12 den Verstärkungsfaktor so, dass ein vorbestimmter
Pegel beibehalten wird, wie in dem konventionellen Beispiel, und
wenn der Verstärkungsfaktor
nicht höher
als ein vorbestimmter Wert G1 ist, wie in 5(b) gezeigt ist, wird zunächst der charakteristische
Parameter m der Bewertungsschaltung 23 erhöht. Andererseits
wird der charakteristische Parameter a der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 konstant
gehalten. Da in 5(c) a
= 0 als Beispiel konstant gehalten wird, geht das Signal im Wesentlichen
nicht durch die nicht lineare Verarbeitungsschaltung 16.
Der charakteristische Parameter a kann bei einem beliebigen gegebenen
Wert festgehalten werden.
-
Die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 reduziert
das in einem Hochfrequenzgebiet des Signals verteilte Rauschen.
Da jedoch das Hochfrequenzvideosignal, etwa ein gewisses Detail,
in gleicher Weise reduziert wird, wird die Detailbeeinträchtigung
markant, wenn m zu sehr erhöht
wird. Wenn daher der Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 G1 erreicht, wird der charakteristische
Parameter m festgehalten bei einem Wert m1, bei welchem Detailverschlechterungen
akzeptabel sind, selbst wenn der Verstärkungsfaktor weiter ansteigt,
und stattdessen wird der charakteristische Parameter a der nicht
linearen Verarbeitungsschaltung 16 erhöht, wie in 5(c) gezeigt ist.
-
Selbst wenn der Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 ansteigt, um damit den Pegel des Rauschens
Sn des Ausgangssignals des A/D-Wandlers 13 zu vergrößern, wird,
wenn der Verstärkungsfaktor
nicht größer als
G1 ist, durch diese Vorgehensweise das Rauschen reduziert mittels
der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 und eine Reduzierung
des Rauschens durch die nachfolgende Verarbeitung wird nicht ausgeführt. Ersichtlicher
Weise wird in diesem Falle keine nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung
hervorgerufen, selbst wenn das Videosignal diverse Bewegungskomponenten,
beispielsweise Bewegungskom ponenten mit niedrigen räumlichen
Frequenzen enthält,
etwa Bewegungen des Objekt selbst oder Bewegungen der gesamten Bildebene
durch Schwenken der Bilderzeugungsvorrichtung selbst, und selbst
wenn diese Bewegungskomponenten mit hohen räumlichen Frequenzanteilen, etwa
ein Kameraschwenk, enthält.
-
Wenn ferner der Verstärkungsfaktor
nicht kleiner als G1 ist, kann eine nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung
besser als in dem konventionellen Beispiel verringert werden, da
der Wert des charakteristischen Parameters a auf einen Wert kleiner
als im konventionellen Beispiel verringert werden kann, da das Rauschen
um einen gewissen Pegel mittels der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 reduziert wird.
-
Die nicht lineare Verarbeitungssteuerschaltung 19 führt die
Steuerung des charakteristischen Parameters m und des charakteristischen
Parameters a in der folgenden Weise durch: wenn die auf das CCD 11 einfallende
Lichtmenge abnimmt, so dass der Pegel des Ausgangsvideosignals aus
der CCD 11 verringert wird, wie in 11(a) gezeigt ist, erhöht die AGC-Schaltung 12 den
Verstärkungsfaktor
so, dass ein vorbestimmter Pegel beibehalten wird, wie in dem konventionellen
Beispiel, und wenn der Verstärkungsfaktor
nicht größer als
ein vorbestimmter Wert G2 ist, wie in 11(b) gezeigt
ist, wird zunächst
der charakteristische Parameter a der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 erhöht. Andererseits
wird der charakteristische Parameter m der Bewertungsschaltung 23 festgehalten.
Da in 11(c) m = 0 als
Beispiel dargestellt ist, geht das Signal im Wesentlichen durch
die Bewertungsschaltung 14 hindurch. Der charakteristische
Parameter m kann an einem beliebigen gegebenen Wert festgehalten
werden.
-
Die nicht lineare Verarbeitungsschaltung 16 reduziert
das Rauschen, das in einem Hochfrequenzgebiet der räumlichen
Frequenz des Signals angesiedelt ist. Jedoch wird eine nachgeschaltete
Bildbeeinträchtigung
in dem Bild hervorgerufen, wenn der Parameter a übermäßig erhöht wird, wie dies im Kapitel
Stand der Technik beschrieben ist. Daher wird, nachdem der Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 den Wert G2 erreicht, der charakteristische
Parameter a bei einem Wert auf a4 festgehalten, bei welchem eine
nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung
tolerierbar ist, selbst wenn der Verstärkungsfaktor weiter ansteigt,
und stattdessen wird der charakteristische Parameter m der Bewertungsschaltung 23 erhöht, wie
dies in 11(c) gezeigt
ist.
-
Selbst wenn der Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 ansteigt, um damit den Pegel des Rauschens
Sn des Ausgangssignals des A/D-Wandlers 13 zu erhöhen, wird
mit dieser Vorgehensweise, wenn der Verstärkungsfaktor nicht größer als
G2 ist, eine Reduzierung des Rauschens mittels der nicht linearen
Verarbeitungsschaltung 16 ausgeführt, und eine Reduzierung des
Rauschens in anderer Weise wird nicht durchgeführt. Daher kann in diesem Falle das
Rauschen reduziert werden, wobei lediglich eine nachgeschaltete
Bildbeeinträchtigung
in einem zulässigen
Bereich erfolgt.
-
Wenn ferner der Verstärkungsfaktor
nicht kleiner als G2 ist, ist es nicht notwendig, den Wert des charakteristischen
Parameters a der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 16 auf
a4 zu setzen, der kleiner ist als jener in dem konventionellen Beispiel, so
dass eine nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung stärker als in dem konventionellen
Beispiel verringert werden kann, da die dreidimensionale Reduzierung des
Rauschens durchgeführt
wird, nachdem das Rauschen bis zu einem gewissen Punkt auch unter Benutzung
der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 reduziert ist.
-
(zweite Ausführungsform)
-
6 ist
eine Blockansicht, die den grundlegenden Aufbau eines relevanten
Teils einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum
Reduzieren des Rauschens gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Da in 6 die gleichen Bezugszeichen für Funktionsblöcke verwendet
sind, die jenen der ersten Ausführungsform
aus 1 entsprechen, wird
nachfolgend keine Beschreibung dieser Blöcke aufgeführt. In 6 bezeichnen die Bezugszeichen 61-1 bis 62-n BPF's (Bandpassfilter),
die das Ausgangssignal des Subtrahierers 15 in mehrere
Bänder
aufspalten, die Bezugszeichen 62-1 bis 62-n repräsentieren
mehrere nicht lineare Verarbeitungsschaltungen, die eine nicht lineare
Verarbeitung an den Ausgangssignalen der BPF's 61-1 bis 62-n ausführen, und
Bezugszeichen 63 repräsentiert
einen Addierer, der alle Ausgangssignale der nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n aufsummiert
und die Summe dem Subtrahierer 17 zuführt.
-
Die nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n besitzen
unterschiedliche zugeordnete charakteristische Parameter und die
Werte dieser Parameter werden durch die nicht lineare Verarbeitungssteuerschaltung 108 entsprechend
dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 102, wie dies in dem konventionellen
Beispiel und der ersten Ausführungsform
der Fall ist, gesteuert.
-
In diesem Aufbau bilden die BPF's 61-1 bis 61-n,
die nicht lineare Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n und
der Addierer 63 die Differenzsignalpegelreduziereinrichtung
der vorliegenden Erfindung, die BPF's 61-1 bis 61-n entsprechen
den mehreren Filtern der vorliegenden Erfindung, die nicht linearen
Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n entsprechen
der Pegelreduziereinrichtung der vorliegenden Erfindung und der
Addierer 63 entspricht der Synthetisiereinrichtung der
vorliegenden Erfindung.
-
Im Folgenden wird der Betrieb der
Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
mit dem oben beschriebenen Aufbau und zusammen damit eine Ausführungsform
des Verfahrens zum Reduzieren des Rauschens der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Da sich die Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens
der vorliegenden Ausführungsform
von der Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens der ersten Ausführungsform
in Hinblick lediglich auf die BPF's 61-1 bis 61-n, die
nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n und
den Addierer 63 unterscheiden, wird eine Beschreibung im
Folgenden unter Betonung deren Funktionsweise gegeben.
-
Das Ausgangssignal des Subtrahierers 15 wird
in mehrere Bänder
in Bezug auf die räumliche Frequenz
mittels der BPF's 61-1 bis 61-n aufgespalten
und es wird eine nicht lineare Verarbeitung ähnlich zu jener der ersten
Ausführungsform
individuell mittels der nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n ausgeführt. Dann
werden die Ausgangssignale der nicht linearen Verarbeitungsschaltungen
zu einem Ausgangssignal mittels des Addierers 63 zusammengefasst.
-
Es wird nun die Arbeitsweise der
nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n detailliert
beschrieben. 12 zeigt
die Frequenzcharakteristiken der BPF's 61-1 bis 61-3, wenn
n = 3 ist, und die Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken der nicht
linearen Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-3 für deren
Ausgangssignale. 12(a) zeigt
die Frequenzcharakteristik des BPF's 61-1 und 12(b) zeigt die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik
der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 62-1. 12(c) zeigt die Frequenzcharakteristik
des BPF 61-2 und 12(d) zeigt
die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 62-2. 12(e) zeigt die Frequenzcharakteristik
des BPF 61-3 und
-
12(f) zeigt
die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 62-3.
Wie in 12 gezeigt ist,
gilt eine Abhängigkeit a1 < a2 < a3 zwischen den
Größen der
charakteristischen Parameter a1 bis a3. D. h., die Werte der charakteristischen
Parameter, die den mehreren nicht linearen Verarbeitungsschaltungen
zugeordnet sind, sind so festgelegt, dass diese sich voneinander
entsprechend der Lage des räumlichen
Frequenzbandes des Signals, das von der entsprechenden nicht linearen
Verarbeitungsschaltung verarbeitet wird, unterscheiden, und so,
dass diese größer werden, wenn
das Frequenzband höher
liegt. Beispielsweise gilt im Vergleich mit dem charakteristischen
Parameter a in der ersten Ausführungsform
a1 < a, a2 = a, und
a3 > a. Die charakteristischen
Parameter a1 bis a3 entsprechen dem dritten charakteristischen Parameter
der vorliegenden Erfindung.
-
Dies gilt aus den folgenden Grund:
Wie in der ersten Ausführungsform
beschrieben ist, ist das Rauschen, das in dem Videosignal enthalten
ist, stärker im
Hochfrequenzgebiet als in einem Niedrigfrequenzgebiet in der räumlichen
Frequenz enthalten. In der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 62-1,
die niedrige Frequenzkomponenten mit mehr Bewegungskomponenten als
Rauschen empfängt,
wird durch Festlegen des charakteristischen Parameters a1 auf einen
niedrigen Wert eine Reduzierung der Bewegungskomponenten stärker unterdrückt als
die Reduzierung des Rauschens. In der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 62-3,
die Hochfrequenzkomponenten mit einem größeren Anteil an Rauschkomponenten
als Bewegungskomponenten empfängt,
wird mehr Gewicht auf das Reduzieren von Rauschanteilen mit einer
etwas größeren Amplitude
gelegt, indem der charakteristische Parmameter a3 auf einen hohen
Wert festgelegt wird. In der nicht linearen Verarbeitungsschaltung 62-2,
die Frequenzkomponenten im mittleren Bereich mit sowohl Bewegungskomponenten
als auch Komponenten des Rauschens zu einem gewissen Maße empfängt, wird
der charakteristische Parameter a2 so gesteuert, dass dieser einen Wert
irgendwo zwischen a1 und a2 annimmt.
-
Durch Bereitstellen der zuvor beschriebenen Konfiguration
kann das Rauschen reduziert werden, wobei nachgeschaltete Bildbeeinträchtigungen
geringer sind als in der ersten Ausführungsform, selbst wenn der
Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 nicht kleiner als ein vorbestimmter
Wert ist, beispielsweise nicht kleiner als G1 oder G2, um eine nachgeschaltete
Bildbeeinträchtigung
in dem Ausgangsvideosignal SO hervorzurufen.
-
Obwohl ein Aufbau, in welchem die
BPF's 61-1 und 61-n die
nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n und
der Addierer 63 dem Aufbau der ersten Ausführungsform
hinzugefügt
sind, in der obigen Darstellung beschrieben ist, kann die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 weggelassen werden.
D. h., die vorliegende Erfindung kann ausgeführt werden, indem die nicht
lineare Schaltung 105 des konventionellen Beispiels, das
in 9 gezeigt ist, durch
die BPF's 61-1 bis 61-n,
die nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 62-1 bis 62-n und
durch den Addierer 63 ersetzt wird.
-
Während
in der ersten und in der zweiten Ausführungsform der charakteristische
Parameter a so gesteuert wird, um allmählich in Übereinstimmung mit dem Verstärkungsfaktor
anzusteigen, wie dies beispielsweise in 5(c) gezeigt ist, wenn der Verstärkungsfaktor
auf einen Wert nicht kleiner als G1 erhöht wird, ist die vorliegende
Erfindung jedoch nicht darauf eingeschränkt; wie beispielsweise in 5(d) gezeigt ist, kann der
Parameter im Voraus unabhängig
von dem Verstärkungsfaktor
auf einen festen Wert festgelegt werden. Dieser Wert ist ein Pegel derart,
dass obwohl ein nachgeschalteter Bildfehler geringfügig erzeugt
wird, wenn der Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 gering ist, keine Bildqualitätbeeinträchtigung
hervorgerufen wird und keine Probleme auftreten. Wenn ferner der
Verstärkungsfaktor
größer als
G1 wird, wird der nachgeschaltete Bildfehler nicht groß und die
Bildqualität
nimmt nicht ab, da der charakteristische Parameter fixiert ist.
-
Obwohl der charakteristische Parameter
m ebenso graduell in Übereinstimmung
mit dem Verstärkungsfaktor
der AGC-Schaltung 12 in der obigen Beschreibung anwächst, ist
die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Der charakteristische
Parameter m kann auf einen festen Wert, mit welchem eine vorbestimmte
Wirkung erreicht wird, unter Berücksichtigung
des Verstärkungsfaktors
der AGC-Schaltung 12 festgelegt werden.
-
Obwohl ferner die Steuerung der charakteristischen
Parameter a und m schrittweise durchgeführt wird, wie dies in den 5 und 11 in der ersten Ausführungsform gezeigt ist, ist
die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt; wie beispielsweise in 7 gezeigt ist, können die
charakteristischen Parameter m und a gleichzeitig vergrößert werden. Indem
die Steigungen der geraden Linien in 7 auf
geeignete Werte festgelegt werden, die kleiner sind als jene, die
in 5 oder 11 gezeigt sind, kann eine
Detailverschlechterung unterdrückt
werden, wobei die nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung auf einem Niveau gehalten
wird, das zwischen dem konventionellen Beispiel und der ersten Ausführungsform
liegt.
-
Obwohl in der ersten und der zweiten
Ausführungsform
die Charakteristik der nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 16 und 62-1 bis 62-n die gleiche
ist wie in der konventionellen Vorrichtung zum Unterdrücken des
Rauschens, die in 10 gezeigt ist,
ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt; kurz
gesagt, die Charakteristik ist so festgelegt, dass lediglich der
Teil mit einer geringen Amplitude des Ausgangssignals des Subtrahierers 15 auf der
Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Pegel des Ausgangssignals
des Subtrahierers 15 und dem Wert des charakteristischen
Parameters a extrahiert werden kann.
-
Obwohl die Bewertungsschaltung 23 mit
einer Charakteristik, wie sie in 4 gezeigt
ist, als die nicht lineare Verarbeitungsschaltung in der Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 verwendet
wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt; beispielsweise
kann die Charakteristik so sein, wie dies in 8 gezeigt ist. Gemäß dieser Charakteristik können, obwohl
gewisse Komponenten des Rauschens verbleiben, da Hochfrequenzsignale
mit Pegeln kleiner oder gleich dem Absolutwert m nicht vollständig verschwinden,
Detailsignale mit kleiner Amplitude in entsprechender Weise zurückbleiben.
-
Obwohl ferner die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 den
in 2 gezeigten Aufbau aufweist,
ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Kurz
gesagt, die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 besitzt
einen derartigen Aufbau, dass eine nicht lineare Verarbeitung an
dem Hochfrequenzbereich des Videosignals ausgeführt werden kann.
-
Obwohl die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 der
ersten Ausführungsform
zwei Filter – den HPF 21 und
den LPF 22 – aufweist,
kann die Anzahl der HPF's
und die Anzahl der LPS's
jeweils mehr als eins betragen. Ferner kann die Schaltung als mehrere
BPF's mit unterschiedlichen
Durchlassbändern
implementiert sein.
-
Obwohl die zuvor beschriebene zweite
Ausführungsform
mehrere BPF's 61-1, 61-2 bis 62-n aufweist,
kann diese in Form einer Kombination mehrerer HPF's und LPF's ausgeführt sein.
-
Ferner sind die Einrichtung zum Reduzieren des
Videosignalsrauschens und die Einrichtung zum Reduzieren des Differenzsignalrauschens
der vorliegenden Erfindung nicht auf die Hochfrequenzbewertungsschaltung 14 und
die nicht linearen Verarbeitungsschaltungen 16 und 62-1 bis 62-n beschränkt, diese
Einrichtungen können
mittels einer Anordnung ver wirklicht werden, derart, dass der Pegel
des Eingangssignals durch eine vorgegebene Verarbeitung reduziert
wird.
-
Obwohl der Feldspeicher als die Einrichtung zum
Speichern des Ausgangsvideosignals SO als das Referenzsignal der
vorliegenden Erfindung verwendet ist, ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf eingeschränkt.
Selbstverständlich
kann auch beispielsweise ein Bilddatenrahmenspeicher verwendet werden.
-
Obwohl der Feldspeicher 18 das
Ausgangsvideosignal SO des unmittelbar vorhergehenden Feldes bzw.
Bildrahmens dem Subtrahierer 15 in der ersten und in der
zweiten Ausführungsform
als das Referenzsignal der vorliegenden Erfindung einspeist, kann
das Ausgangsvideosignal SO eines Feldes bzw. Rahmens verwendet werden,
der dem unmittelbar vorhergehenden Rahmen vorausgeht. Ferner kann
die vorliegende Erfindung als eine Bilderzeugungseinrichtung implementiert
werden, die mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung zum Reduzieren des
Rauschens gemäß der vorliegenden
Erfindung und einer weiteren Bilderzeugungseinrichtung, die Videosignale
erhalten kann, etwa ein CCD oder CMOS versehen ist; Beispiele derartiger
Bilderzeugungseinrichtungen sind Videokameras für die Freizeit- und professionelle
Nutzung, Digitalkameras mit einer Aufnahmefunktion für Bewegtbilder,
Mobiltelefone, persönliche
Digitalassistenten und Personalcomputer.
-
Des weiteren kann das erfindungsgemäße Programm
ein Programm sein, das einen Computer so ansteuert, um Funktionen
aller oder einiger der Einrichtungen der zuvor beschriebenen Vorrichtung zum
Reduzieren des Rauschens der vorliegenden Erfindung auszuführen, wobei
das Programm im Zusammenwirken mit dem Computer abläuft.
-
Die vorliegende Erfindung kann ein
Aufzeichnungsmedium sein, das ein Programm enthält, um einen Computer in die
Lage zu versetzen, alle oder einige der Funktionen aller oder einiger
Einrichtungen der zuvor beschriebenen Vorrichtung zum Reduzieren
des Rauschens der vorliegenden Erfindung auszuführen, wobei das Aufzeichnungsmedium computerlesbar
ist und das Programm, das ausgelesen wird, die Funktionen im Zusammenwirken
mit dem Computer ausführt.
-
Der zuvor erwähnte Begriff "einige der Einrichtungen" der vorliegenden
Erfindung meint Einrichtungen von mehreren Einrichtungen oder meint die
Funktion oder einiger Funktionen einer einzelnen Einrichtung.
-
Ferner ist ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium,
auf dem das erfindungsgemäße Programm
aufgezeichnet ist, ebenso Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
-
Ferner kann die Anwendung des Programms der
vorliegenden Erfindung so sein, dass das Programm auf einem computerlesbaren
Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist und im Zusammenwirken mit
einem Computer abgearbeitet.
-
Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Programms
kann so sein, dass das Programm über ein Übertragungsmedium übertragen
wird, von einem Computer ausgelesen und im Zusammenwirken mit dem
Computer abgearbeitet wird.
-
Zu Aufzeichnungsmedien gehören ROM's, und zu den Übertragungsmedien
gehören: Übertragungsmedien,
etwa das Internet, Licht, Radiowellen und Schallwellen.
-
Ferner ist der zuvor erwähnte Computer
der vorliegenden Erfindung nicht auf reine Hardwareelemente, etwa
eine CPU, beschränkt,
sondern kann Firmware, ein OS (Betriebssystem) und Peripherieeinrichtungen
umfassen.
-
Wie zuvor beschrieben ist, kann die
erfindungsgemäße Anordnung
durch Software oder durch Hardware implementiert sein.
-
INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
-
Wie zuvor beschrieben ist, können erfindungsgemäß eine Vorrichtung
zum Reduzieren des Rauschens, ein Verfahren zum Reduzieren des Rauschens
und dergleichen bereitgestellt werden, wobei das Rauschen effizient
reduziert wird und nachgeschaltete Bildbeeinträchtigungen gering sind, selbst wenn
das S/R-Verhältnis
des Videosignals verschlechtert wird und es erforderlich ist, das
Videosignal zu verstärken.
-
Zusammenfassung
-
Eine konventionelle dreidimensionale
Vorrichtung zum Reduzieren des Rauschens ist nachteilig dahingehend,
dass eine nachgeschaltete Bildbeeinträchtigung anwächst, wenn
eine effektive Rauschreduktion auf einem Signal durchgeführt wird, dessen
Pegel des Rauschens durch Signalverstärkung erhöht wurde.
-
Es wird bereitgestellt: eine AGC-Schaltung, die
ein Videosignal verstärkt;
eine Hochfrequenzbewertungsschaltung, die das von der AGC-Schaltung verstärkte Videosignal
in mehrere Bänder
entsprechend deren räumlichen
Frequenzen aufteilt, den Pegel einer höheren Frequenzkomponente des
Videosignals auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem ersten
charakteristischen Parameter, der auf dem Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung beruht,
und dem Pegel der höheren
Frequenzkomponente reduziert und die reduzierte höhere Frequenzkomponente
und eine Komponente eines weiteren Bandes miteinander kombiniert;
einen Subtrahierer, der das Differenzsignal zwischen dem Ausgangssignal
der Hochfrequenzbewertungsschaltung und einem vorbestimmten Referenzsignal
extrahiert; eine nicht lineare Verarbeitungsschaltung, die den Pegel des
Differenzsignals auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem
Pegel des Differenzsignals und einem vorbestimmten zweiten charakteristischen Parameter
reduziert; und ein Subtrahierer, der das Ausgangssignal der nicht
linearen Verarbeitungsschaltung von dem Videosignal subtrahiert.