JP3928605B2 - 雑音除去装置、雑音除去方法及びプログラム - Google Patents
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Description
しかし、エッジの強調の仕方によっては、ノイズも同時に強調されてしまう。このため、従来から各種の手法が試みられている。
本発明の一態様であるエッジ検出装置を図1に示す。このエッジ検出装置は主に2つの機能部を有する。
機能部の一つは、画像信号を矩形単位で直交変換して得られる周波数成分S1から低域交流成分S2を検出する低域交流成分検出部1である。
もう一つの機能部は、低域交流成分S2から、対応する矩形単位の画像に現れるエッジ成分S3を検出するエッジ成分検出部2である。
またここで、矩形単位とは、全体画面(フィルード又はフレーム)を構成する部分画像を意味する。この矩形単位には、一般に、画面の縦方向への画素数‘m(自然数)’と横方向への画素数‘n(自然数)’を用いて表される。以下、m×nサイズの画像ブロックとして表す。例えば、8×8サイズや4×8サイズが用いられる。
ここでの直交変換には、離散コサイン変換(DCT:Discrete Cosine Transform)を始め、ウォルシュ・アダマール変換(WHM:Walsh-Hadamar
Transform )、離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transform )、離散サイン変換(DST:Discrete Sine Transform )、ハール変換、スラント変換、カルーネン/レーベ変換(KLT:Karhunen-Loeve
transform)その他の直交変換を用い得る。
従って、これらの座標値を検出することでエッジの有無が分かると共に、どの座標位置にエッジが検出されたかによりエッジの方向も分かる。なお、ここでの基準値には、一般に経験や実験に応じて定めた適切な値が用いられる。
すなわち、検出しようとする方向に応じて異なる個数の低域交流成分を検出しても良い。このようにすることで、方向間の検出精度をほぼ同等とできる。
また、本発明の他の一態様である雑音除去装置を図3に示す。この雑音削除装置は主に3つの機能部を有する。このうち2つの機能部は、前述のエッジ検出装置と同様である。すなわち、低域交流成分検出部1とエッジ成分検出部2の2つの機能部を使用する。
他の機能部は、検出されたエッジ成分が含まれる方向の周波数成分に作用させる制御量S4を、それ以外の方向の周波数成分に作用させる制御量S4に比べ小さくなるように制御する制御部3である。
なお、雑音が含まれないと判断される場合にはコアリング処理は行われないか、雑音打ち消し成分は実質上ゼロとなるように制御量が調整される。すなわち、雑音が含まれないと判断された場合には、雑音除去装置の出力として、入力画像信号がそのまま出力される。
制御量は、ルックアップテーブルを用いて与えても良いし、演算(例えば加算、減算)処理により与えても良い。なお制御量を決定する関数は、線形関数でも良いし、非線型(曲線)でも良い。
機能の一つは、コアリング関数に基づいて、画像信号を矩形単位で直交変換して得られる周波数成分S1から雑音成分S6を検出する雑音検出部4である。
もう一つの機能は、検出された雑音成分S6に制御量S4を作用させ、制御量に応じて変換された雑音成分を、雑音打ち消し成分S7として出力する打消成分生成部5である。
本発明は、前述した各エッジ検出装置及び雑音除去装置に限らず、これらに対応する処理方法やプログラムも考えられる。また本発明は、前述の形態に限らず、後述する発明の効果、最良な実施の形態、添付の特許請求の範囲及び図面から理解される範囲で各種の態様を含むものである。
また、このエッジ検出装置は、矩形単位で直交変換された周波数成分を用いてエッジ成分を検出するため、専用のエッジ検出回路を設ける必要がなく、従来に比して回路規模の小型化を実現できる。
以下の説明では、好適な実施の形態をハードウェアとして実現する場合について説明するが、かかるハードウェアと等価なコンピュータプログラムによっても実現できる。
この記憶媒体には、例えば、磁気ディスク(フレキシブルディスク又はハードディスク)又は磁気テープのような磁気記憶媒体、光ディスク、光テープ又はマシン読取り可能なバーコードのような光記憶媒体、ランダムアクセスメモリ(RAM)又はリードオンリメモリ(ROM)のような半導体記憶装置の他、コンピュータプログラムを記憶するために使用される他の物理装置又は媒体が含まれる。
雑音除去装置は、図6と図7の2種類に大別することができる。図6は、直交変換された入力から雑音成分を削除し、これを直交逆変換することで雑音除去を行う方式の雑音除去装置を表している。この方式の雑音除去装置は、換言すると、周波数座標平面上で雑音を除去する方式の装置ということができる。
図6の雑音除去装置は、直交変換回路11と、雑音削除回路12と、直交逆変換回路13と、制御値検出回路14とを有する。各回路の詳細は後述する。
図7の雑音除去装置は、換言すると、空間座標平面上で雑音を除去する方式の装置ということができる。図7の雑音除去装置は、直交変換回路21と、雑音抽出回路22と、直交逆変換回路23と、制御値検出回路24と、遅延回路25と、減算回路26とを有する。各回路の詳細は後述する。
まず、第1の実施形態例である図6の雑音除去装置について説明する。
(1)各部の構成
なお他の実施形態として、直交変換回路11に入力されるビデオ信号S11が輝度信号であってもかまわない。この場合、雑音除去処理は輝度信号に対して行われ、制御値検出も輝度信号に対して行われる。
ここで、絶対値検出回路31は、入力された各周波数成分から信号レベルの絶対値を検出する。絶対値検出回路31は、周波数成分のうち直流成分からは輝度レベル又は各チャネル信号レベルを検出する。また、絶対値検出回路31は、水平交流成分からは垂直に走るエッジ成分を検出し、垂直交流成分からは水平に走るエッジ成分を検出し、斜め方向の交流成分からは斜めに走るエッジ成分を検出する。
図10の矢印は、この関係を表している。これにより、垂直方向と斜め方向についてより多くの成分が雑音成分(雑音打ち消し成分)として抽出されることになる。なお図示していないが、図示した矢印とは逆向きの方向にコアリング関数の形状を可変制御することもできる。この場合には、垂直方向と斜め方向について抽出される雑音成分をより低下させることができる。
なお、他方向の検出結果に応じてコアリング関数を変形する制御は、垂直方向及び斜め方向のうち、それぞれのエッジ量がゼロであった方向に限定しても良い。すなわち、自身についてエッジが検出されなかった場合に限り、他方向で検出されたエッジ量に応じてコアリング関数を大きくするように制御しても良い。
次に、第1の実施形態に係る雑音除去回路において実行される処理動作を説明する。この実施形態では、3チャネルのビデオ信号(R、G、B)S11が、直交変換回路11に入力される。直交変換回路11では、ラインメモリを用いてビデオ信号がブロック化され、それぞれ周波数軸の値へと変換される。
ここで、制御値の検出を輝度レベルで行う場合には、RGBの各チャネルの直流成分(図11の(00)成分)から演算により輝度を生成し、制御値を求める。
図9の制御値変換は、高輝度レベル(高信号レベル)での雑音削除量を抑制するように働かせる場合のもので、グラフの傾きを負から正に変えることで、逆に低輝度レベル(低信号レベル)での雑音削除量を抑制するように働かせることもできる。
この際、雑音打ち消し成分の抽出を弱める対象となる周波数成分は(01)〜(07)とする。一方、制御値変換回路32は、他の成分、例えば垂直方向成分に対する制御値は大きくなるように制御するなどして、エッジを保存しながら雑音を打ち消すように制御する。
この際、抽出量が弱められる周波数成分は垂直方向の交流成分((10)〜(30)成分)である。また同時に、他の成分、例えば水平方向成分に対する雑音打ち消し成分の抽出を強めるなどして、エッジを保存しながらも雑音は有効に削除できるように動作する。
この際、弱める対象となる周波数成分は斜め方向の交流成分((11)〜(17),(21)〜(27),(31)〜(37))である。また同時に、他の成分、例えば水平方向と垂直方向については雑音打ち消し成分の抽出を強めるなどして、エッジの保存と雑音の除去を達成する。
本実施形態においては、直交変換のブロック単位で、輝度レベル又は各チャネル信号のレベルに応じて、低輝度レベル(低信号レベル)では雑音成分(雑音打ち消し成分)の抽出量を大きくし、高輝度レベル(高信号レベル)では雑音成分(雑音打ち消し成分)の抽出量を少なくなるように制御することにより、低輝度レベル(低信号レベル)で目立っていたノイズを抑圧し、さらに高輝度レベル(高信号レベル)でのエッジ保存が行われ、見た目のノイズ感が改善できるようになるとともに、画像のぼやけを改善できるようになった。
続いて、第2の実施形態例である図7の雑音除去装置について説明する。
(1)各部の構成
この実施形態は、検出された雑音成分(雑音打ち消し成分)の打ち消しを直交逆変換後に行うものである。
また、減算回路26は、空間座標平面上の成分に変換された雑音打ち消し成分S24を、遅延回路25で遅延されたビデオ信号S21から減算するために使用される。これにより、減算回路26からは雑音成分が除去されたビデオ信号S26が出力される。
次に、第2の実施形態に係る雑音除去回路において実行される処理動作を説明する。この実施形態の場合も、3チャネルのビデオ信号(R、G、B)S21が、直交変換回路21に入力される。直交変換回路21は、ラインメモリを用いてビデオ信号をブロック化し、それぞれ周波数軸の値へと変換する。
同様に、各チャネル(RGB)の信号レベルに基づく制御であれば、高信号レベルで雑音抽出量を抑えるように制御し、低信号レベルでより多くの雑音を抽出するように制御する。勿論、この場合も制御関係を前述の逆とすることも可能である。
図9の制御値変換は、高輝度レベル(高信号レベル)での雑音抽出量を抑制するように働かせる場合のものである。勿論、グラフの傾きを負から正に変えることで、逆に低輝度レベル(低信号レベル)での雑音削除量を抑制するように働かせることもできる。
この際、雑音打ち消し成分の抽出を弱める対象となる周波数成分は(01)〜(07)とする。一方、制御値変換回路32は、他の成分、例えば垂直方向成分に対する制御値は大きくなるように制御するなどして、エッジを保存しながら雑音を打ち消すように制御する。
この際、抽出量が弱められる周波数成分は垂直方向の交流成分((10)〜(30)成分)である。また同時に、他の成分、例えば水平方向成分に対する雑音打ち消し成分の抽出を強めるなどして、エッジを保存しながらも雑音は有効に削除できるように動作する。
この実施形態の場合にも第1の実施形態と同様の効果を実現できる。すなわち、直交変換のブロック単位で、輝度レベル又は各チャネル信号のレベルに応じて、低輝度レベル(低信号レベル)では雑音成分(雑音打ち消し成分)の抽出量を大きくし、高輝度レベル(高信号レベル)では雑音成分(雑音打ち消し成分)の抽出量を少なくなるように制御することにより、低輝度レベル(低信号レベル)で目立っていたノイズを抑圧し、さらに高輝度レベル(高信号レベル)でのエッジ保存が行われ、見た目のノイズ感が改善できるようになるとともに、画像のぼやけを改善できるようになった。
上述の2つの実施形態例においては、画像ブロックを4×8サイズとして説明したが、ブロックサイズはこれに限らない。また上述の実施形態においては、制御値の検出を、(00),(01),(02),(10),(11)の各成分について行ったが、検出対象の周波数成分は他の周波数成分を用いても良い。さらに、検出対象の周波数成分については、複数の成分間の演算結果を用いても良い。
2 エッジ成分検出部
3 制御部
4 雑音検出部
5 打消成分生成部
12 雑音削除回路
14、24 制御値検出回路
22 雑音抽出回路
31 絶対値回路
32 制御値変換回路
33 雑音検出回路
Claims (5)
- 画像信号を矩形単位で直交変換して得られる周波数成分から低域交流成分を検出する手段と、
前記低域交流成分から、対応する矩形単位の画像に現れるエッジ成分を検出する手段と、
前記直交変換により得られる周波数座標上での雑音打消し成分の抽出用に、エッジ成分が検出された方向の周波数成分に作用させる制御量をそれ以外の方向の周波数成分に作用させる制御量よりも小さい値に制御する手段と、
前記制御量を適用して求めた周波数成分上の雑音打消し成分を適用し、画像信号から雑音を除去する手段と
を有することを特徴とする雑音除去装置。 - 請求項1に記載の雑音除去装置は、
前記制御量に応じて変形したコアリング関数を用いて、画像信号を矩形単位で直交変換して得られる前記周波数成分から雑音成分を抽出し、雑音打ち消し成分として出力する手段
を更に備えることを特徴とする雑音除去装置。 - 請求項1に記載の雑音除去装置は、
コアリング関数に基づいて、画像信号を矩形単位で直交変換して得られる前記周波数成分から雑音成分を検出する手段と、
検出された前記雑音成分に前記制御量を作用させ、前記制御量に応じて変換された雑音成分を、雑音打ち消し成分として出力する手段と
を更に備えることを特徴とする雑音除去装置。 - 画像信号を矩形単位で直交変換して得られる周波数成分から低域交流成分を検出するステップと、
前記低域交流成分から、対応する矩形単位の画像に現れるエッジ成分を検出するステップと、
前記直交変換により得られる周波数座標上での雑音打消し成分の抽出用に、エッジ成分が検出された方向の周波数成分に作用させる制御量をそれ以外の方向の周波数成分に作用させる制御量よりも小さい値に制御するステップと、
前記制御量を適用して求めた周波数成分上の雑音打消し成分を適用し、画像信号から雑音を除去するステップと
を有することを特徴とする雑音除去方法。 - コンピュータに、
画像信号を矩形単位で直交変換して得られる周波数成分から低域交流成分を検出する機能と、
前記低域交流成分から、対応する矩形単位の画像に現れるエッジ成分を検出する機能と
前記直交変換により得られる周波数座標上での雑音打消し成分の抽出用に、エッジ成分が検出された方向の周波数成分に作用させる制御量をそれ以外の方向の周波数成分に作用させる制御量よりも小さい値に制御する機能と、
前記制御量を適用して求めた周波数成分上の雑音打消し成分を適用し、画像信号から雑音を除去する機能と
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