JP2003528547A - 元の画像ピクセルをｎ次元的にフィルタ処理するｎ次元フィルタ及び方法 - Google Patents

元の画像ピクセルをｎ次元的にフィルタ処理するｎ次元フィルタ及び方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、元の画像ピクセルに対してノイズ減少を適用する公知のＮ次元フィルタ（１００）及びＮ次元的にフィルタ処理する方法に関わる。しかしながら、画像のピクセルに対してノイズ減少だけを実施することは、質のよいピクチャが要求されるとき十分でない。従って、追加的に鮮明度の向上（ピーキング）が実施される。しかしながら、ノイズ減少及びピーキングは、相反するスペクトル挙動を有し、ノイズ減少及びピーキングの両方の操作が直列に実行されるとき最適でない結果を生ずる。従来技術より、本発明は、元のピクセルに対するノイズ減少及び鮮明度向上をより簡単且つより安価な方法で提供することを目的とする。この目的は、本発明によって、上記Ｎ次元フィルタ（１００）の入力信号に対してノイズ減少並びに鮮明度の向上を伝達関数が適用することができるよう上記伝達関数の係数α（ｐ，ｎ）又はβ（ｐ，ｎ）を定めることで達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、受信した入力信号によってＮ次元フィルタに供給される元の画像ピ
クセルに対してノイズ減少を適用し、少なくとも一つのフィルタ係数を有する伝
達関数を有するＮ次元フィルタに関わる。
【０００２】 本発明は、画像ピクセルｐに対してノイズ減少を適用するために伝達関数に従
ってこの元の画像ピクセルｐをＮ次元的にフィルタ処理する方法に更に関わる。
【０００３】 このようなＮ次元フィルタ又はフィルタ処理方法は、技術において、例えば、
ＥＰ０６８２８４１Ｂ１から公知である。上記欧州特許明細書では、伝達関数Ｆ ｆ （ｐ）は、
【０００４】
【数５】 として定義され、ことのき、 Ｎ１、Ｎ２：一つの元の画像ピクセルの一次、二次、又は、三次元の近傍を定め
るベルクルの組、 ｎ：上記近傍Ｎ１、Ｎ２内の実際のピクセルの位置を識別し、 Ｇ（ｐ）：正規化係数、 α（ｐ，ｎ），β（ｐ，ｎ）：上記Ｎ次元フィルタ、特に、上記伝送係数Ｆｆ（
ｐ）のフィルタ係数、 γ、δ：所定の定数である。
【０００５】 更に、上記欧州特許明細書では、フィルタ係数は、
【０００６】
【数６】 と定義され、このとき、パラメータΔ及びΔｆは、
【０００７】
【数７】 として定義され、 Ｔｈ１、Ｔｈ２：所定の閾値、 ｗ１、ｗ２：正の整数値である。
【０００８】 図４は、フィルタ係数α（ｐ，ｎ）又はβ（ｐ，ｎ）の大きさの典型的な分布
の例を示す。
【０００９】 ＥＰ０６８２８４１Ｂ１によると、フィルタ係数α及びβは、伝達関数が入力
信号に対して、即ち、特に、元の画像ピクセルに対してノイズ減少だけを行うよ
うに定められることに注意する。これは、式（１）による伝送係数の場合、フィ
ルタ係数α及びβを式（２）及び（３）におけるように常に正に定めることによ
って得られる。
【００１０】 しかしながら、画像の質を改善するためにノイズ減少が十分でない場合がしば
しばある。通常、画像、特に、画像ピクセルの鮮明度を高めること（ピーキング
）も画像信号の受信器において追加的に要求される。従来では、これら２つの操
作が直列に実行されてきた。これらの場合、ノイズフィルタは例えば、伝達関数
（１）を有し、鮮明度向上関数は全く別の伝達関数を有する別の分離されたフィ
ルタによって実現される。
【００１１】 しかしながら、スペクトル的にはこの直列配置は最適な結果をもたらさない。
これは、ノイズ減少が一般的に低域通過フィルタ処理操作であり、ピーキングが
高域通過操作であるからである。従って、両方のフィルタに対して相反するスペ
クトル要求があり、一般的に一方を最適化することは他方を劣化させる。ノイズ
減少がピーキングの後に行われた場合、ノイズフィルタはピーキングフィルタに
よって作られた鮮明度向上を除去する。通常、より許容可能な挙動をもたらすた
めピーキングがノイズフィルタ処理の後に行われる。しかしながら、これは、ピ
ーキングが残留する画像のノイズを高めるため幾らかの折り合いをつけることが
必要となる。
【００１２】 この従来技術より、本発明は、より簡単且つより安価な方法で元のピクセルに
対してノイズ減少及び鮮明度向上を提供することを目的とする。
【００１３】 上記目的は、Ｎ次元フィルタへの信号入力に対してノイズ減少並びに鮮明度向
上をＮ次元フィルタが適用でき得るよう伝達関数の少なくとも一つのフィルタ係
数が定められるようにして請求項１記載の公知のＮ次元フィルタに関して達成さ
れる。
【００１４】 ノイズ減少及び鮮明度向上の両方の操作は、算術的に組み合わされ、上記一つ
のＮ次元フィルタの伝達関数内で実行され、結果として、信号に伝達関数を適用
すると両方の操作が信号に同時に適用される。
【００１５】 その結果、ノイズ減少フィルタと直列に別個の鮮明度向上フィルタを適用する
必要がない。従って、この解決策は容易に且つ安価に実行され得る。
【００１６】 有利には、元のピクセルに対して伝達関数を適用するとき、元のピクセルの近
傍の各ピクセルは、元のピクセルのノイズ減少又は鮮明度向上のいずれかに寄与
するが、両方には寄与しない。
【００１７】 好ましい実施例によると、伝達関数は請求項３に記載する。伝達関数Ｆｆ（ｐ
）は、その帰納的特性により非常に一般的であるといった利点を有する。これに
より、新しいピクセルに対する伝達関数Ｆｆ（ｐ）を計算するのに既にフィルタ
処理されたピクセルを使用することを可能にする。
【００１８】 ノイズ減少並びに鮮明度向上を行うために請求項２記載の伝達関数を使用可能
にすることに関して、上記伝達関数のフィルタ係数α（ｐ，ｎ）、β（ｐ，ｎ）
が請求項４記載の通りに設計されることが好ましい。ここでは、係数は、所定の
パラメータΔ又はΔｆが所定の閾値Ｔｈ３とＴｈ４との間にあるか否かに依存し
て第１の又は第２の符号のいずれかを有するように定められる。パラメータΔ及
びΔｆは、元のピクセルの所定のＮ次元の近傍における近傍のピクセルのグレー
値と元のピクセル自体のグレー値との間の差を表わすことが好ましい。フィルタ
係数の異なる符号は、ノイズ減少及び鮮明度向上の操作が同じ伝達関数によって
実現されるが、元のピクセルの異なる近傍のピクセルに夫々適用されることを有
利には確実にする。この相容れない方法では、両方の操作の相反するスペクトル
挙動は少なくとも部分的に克服される。
【００１９】 Ｎ次元フィルタによって入力信号の選択されたスペクトル成分だけをフィルタ
処理することが有利である。この場合、通常ビデオ信号である上記入力信号の残
りは、フィルタ処理されること無くＮ次元フィルタを通される。
【００２０】 本発明の更に有利な実施例は、残りの従属項の技術的内容である。
【００２１】 本発明の上記確認された目的は、請求項１１記載の方法によって更に達成され
る。上記方法の利点は、Ｎ次元フィルタの上記利点に対応する。
【００２２】 最後に、上記目的は、請求項１２記載の表示装置によって達成される。
【００２３】 添付図面は、４つある。
【００２４】 以下では、本発明の好ましい実施例を図１及び図２を参照して説明する。
【００２５】 本発明は、非線形空間、帰納的空間、又は、空間−時間フィルタに好ましくは
関わるが、これらに制限されない。結果として、本発明は、例えば、式（１）で
定義されたような伝達関数Ｆｆ（ｐ）を有する非線形の帰納的空間時間フィルタ
に基づいてもよい。上記伝達関数は、上記フィルタへの元の画像ピクセル入力に
対するフィルタ出力を定義する。定数γ又はδの一方がゼロか否かに依存して、
伝達関数は、フィルタ係数の異なる数の群α、βを含む。一般的に、上記フィル
タ出力を定めるためには、上記伝達関数はフィルタ係数の群α及びβに夫々属し
、本発明によると、
【００２６】
【数８】 と定義されるフィルタ係数α（ｐ，ｎ）、β（ｐ，ｎ）の算術的組合せを行い、
このとき変数及びパラメータｐ、ｎ、Δｆ、Ｔｈ１乃至Ｔｈ４、ｗ１、及び、ｗ
２は、上記の通りである。閾値Ｔｈ１乃至Ｔｈ４は、自由に選択可能である。
【００２７】 しかしながら、係数α（ｐ，ｎ）及びβ（ｐ，ｎ）の定義は、パラメータΔ又
はΔｆが夫々Ｔｈ３とＴｈ４との間にある場合、即ち、近傍のピクセルのグレー
値と元のピクセルのグレー値との間の差が閾値Ｔｈ３とＴｈ４との間にある場合
に対して従来技術における定義と異なる。
【００２８】 図１は、画像の元の、即ち、実際にみなされるピクセルを囲う近傍ピクセルの
典型的な二次元配置を示す。
【００２９】 パラメータΔ又はΔｆがＴｈ３とＴｈ４との間にある場合、係数α（ｐ，ｎ）
及びβ（ｐ，ｎ）は、負の符号及び所定の値に自由にプログラム可能なＰ≠０の
大きさを有する。この場合、ピーキングは重み付け平均に関して役目を担わない
、即ち、ノイズ減少の対象でない近傍のピクセル全てに対して適用されることが
可能となる。ノイズ減少は、係数が正の近傍のピクセルに適用される。このよう
にしてフィルタ処理及びピーキングは元のピクセルに対してフィルタ出力Ｆｆ（
ｐ）を決定するとき相容れない方法で同じフィルタ内で実現される。
【００３０】 図２は、本発明によるフィルタ係数の典型的な分布に対する例を示す。本発明
によると、これらフィルタ係数がｗ１及びｗ２によって示されるように正だけで
なく、Ｐによって示されるように負でもよいことに注意することが重要である。
このようにして、式（１）による、本発明による伝達関数は、元の画像ピクセル
に対してノイズ減少だけでなく鮮明度向上も適用することを可能にする。
【００３１】 横空間フィルタの実験的に確認された実施例では、よい結果が以下の近傍Ｎ１ ：
【００３２】
【数９】 を用いて実現される一方で、ｗ１＝１、ｗ２＝１／４、Ｔｈ２＝４・Ｔｈ１、Ｔ
ｈ３＝5・Ｔｈ１、Ｔｈ４＝８・Ｔｈ１、γ＝１、及び、β＝０と選択される。
Ｔｈ１は、ノイズレベルに適合される。Ｐは、プログラム可能であり、−１／１
６と０との間の値を有する。
【００３３】 例えば、ブロック、フィールド、又は、フレームベースの幾つかの他の構成も
可能であることに注意すべきである。
【００３４】 図３は、画像を表示する表示装置２００、例えば、テレビジョンセット又はコ
ンピュータモニタを示す。上記表示装置は、表示する前に入力画像を処理する請
求項１記載のＮ次元フィルタ１００を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による空間ノイズフィルタ処理のための二次元窓を示す図である。
【図２】 本発明によるフィルタ係数α（ｐ，ｎ）、β（ｐ，ｎ）の大きさに対する例を
示す図である。
【図３】 本発明による表示装置を示す図である。
【図４】 従来技術によるフィルタ係数α（ｐ，ｎ）、β（ｐ，ｎ）の大きさに対する例
を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０１２００５０４．７ (32)優先日 平成13年２月13日(2001．2．13) (33)優先権主張国 欧州特許庁（ＥＰ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＣＮ，Ｊ Ｐ，ＫＲ，ＵＳ (72)発明者 クワーイタール−スパソファ，タティアナ ヘー オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5B057 AA20 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CE02 CE06 CH09 5C021 RB08 XB16 YA01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 受信した入力信号によって供給される元の画像ピクセルｐに
    対してノイズ減少を適用する伝達関数を有するＮ次元フィルタであって、 上記伝達関数の少なくとも一つのフィルタ係数は、上記Ｎ次元フィルタへの上
    記信号入力に対してノイズ減少並びに鮮明度の向上を上記伝達関数が適用するこ
    とができるように定められることを特徴とするＮ次元フィルタ。
  2. 【請求項２】 上記伝達関数の各フィルタ係数は、上記元のピクセルのＮ次
    元の近傍に含まれる近傍のピクセル夫々に割り当てられ、上記元のピクセルに対
    するノイズ減少又は鮮明度の向上に上記割り当てられた近傍のピクセルが寄与す
    るか否かを定めることを特徴とする請求項１記載のＮ次元フィルタ。
  3. 【請求項３】 上記伝達関数は、 【数１】 として定義され、このとき、 ｐ（ｘ，ｙ，ｔ）：元の又は近傍のピクセルの空間的及び時間的位置を表わし
    、 Ｎ１、Ｎ２：上記元の画像ピクセルの一次、二次、又は、三次元の近傍を定める
    ベクトルの組であり、 ｎ：上記近傍Ｎ１、Ｎ２内の現在の近くのピクセルの位置を表わし、 Ｇ（ｐ）：正規化係数であり、 α，β：上記伝達関数のフィルタ係数α（ｐ，ｎ）及びβ（ｐ，ｎ）の群であり
    、 γ、δ：定数であり、 Ｆ（ｐ）：上記Ｎ次元フィルタへの入力輝度信号の入力であることを特徴とする
    請求項１記載のＮ次元フィルタ。
  4. 【請求項４】 上記α（ｐ，ｎ）は、フィルタ係数の第１の群αのフィルタ
    係数を表わし、 【数２】 として定義され、上記β（ｐ，ｎ）はフィルタ係数の第２の群βのフィルタ係数
    を表わし、 【数３】 として定義され、 このとき、 Ｔｈ１乃至Ｔｈ４：閾値、 Ｐ：負のプログラム可能なパラメータ、 ｗ１、ｗ２：正のプログラム可能なパラメータであり、 パラメータΔ及びΔｆは、 【数４】 として定義されることを特徴とする請求項３記載のＮ次元フィルタ。
  5. 【請求項５】 上記元のピクセル並びに時間成分ｔを有する上記近傍のピク
    セルｐ（ｘ，ｙ，ｔ）Ｔは、ノイズ減少又は動きのぶれを除去するためのいずれ
    か一方のために使用されることを特徴とする請求項１記載のＮ次元フィルタ。
  6. 【請求項６】 上記ピクセルｐ（ｘ，ｙ，ｔ）Ｔは、動き補償されているか
    、されていないかのいずれかであることを特徴とする請求項５記載のＮ次元フィ
    ルタ。
  7. 【請求項７】 上記入力信号は、ビデオ信号の選択されたスペクトル成分で
    あることを特徴とする請求項１記載のＮ次元フィルタ。
  8. 【請求項８】 上記フィルタ係数α（ｐ，ｎ）又はβ（ｐ，ｎ）は、実時間
    で調節されることを特徴とする請求項２記載のＮ次元フィルタ。
  9. 【請求項９】 上記第１の符号は＋符号であり、第２の符号は−符号である
    ことを特徴とする請求項１記載のＮ次元フィルタ。
  10. 【請求項１０】 特定用途向け集積回路ＡＳＩＣ中に含まれることを特徴と
    する請求項１記載のＮ次元フィルタ。
  11. 【請求項１１】 伝達関数に従ってノイズ減少に関して元の画像ピクセルを
    Ｎ次元的にフィルタ処理する方法であって、 Ｎ次元フィルタへの上記元の画像ピクセルの入力に対してノイズ減少並びに鮮
    明度の向上を上記伝達関数が適用することができるよう、上記伝達関数の少なく
    とも一つのフィルタ係数を定める段階によって特徴付けられる方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１記載のＮ次元フィルタを有する、画像を表示する
    表示装置。
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