JP5123756B2 - 撮像システム、画像処理方法および画像処理プログラム - Google Patents
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Description
このようなノイズ低減処理には、例えば、特許文献1に示されるように、時間方向、空間方向に入力画素データと相関をもつデータを探してノイズを低減する例が開示されている。この特許文献1においては、入力画素データに近い値を持つ画素には大きい荷重を、入力画素データから遠い値を持つ画素には小さな過重を付けて平均化する非線形フィルタが用いられている。これにより被写体の動きに応じたノイズ低減処理を行っている。
また、他の例として、特許文献5に示されるに、フレーム間の差分から動き比較を行い、この比較結果を多数決処理回路においてチェックし、比較結果のバラツキを補正し、これを動き信号としてノイズの巡回係数を決定することで、良好に動き検出を行い、ノイズ低減を行う装置の例もある。
しかしながら、一方では、差分信号には画像間の動き成分による差分と、画像信号に含まれるノイズ成分による差分が含まれている。そのため、動き成分の検出感度を上げると、ノイズ成分による差分の検出感度が下がり、ノイズ成分による差分を動き成分と誤検出して、良好なノイズ低減効果が得られない。一方、動き検出の感度を下げると、動き成分をノイズ成分と誤検出して、本来の動き部分に残像成分が生じるという不都合がある。
本発明のある態様は、撮像系を介して時系列に取り込まれた画像信号に対しノイズ低減処理を行う撮像システムであって、処理対象の画像信号から注目画素を包含する局所領域を抽出する第1の抽出部と、前記処理対象の画像信号に対して異なる時刻に取得された他の画像信号から前記局所領域と略同位置の局所領域を抽出する第2の抽出部と、前記第1の抽出部により抽出された局所領域に対し、前記第2の抽出部により抽出された局所領域を用いてノイズ低減処理を行う第1のノイズ低減部と、該第1のノイズ低減部によりノイズ低減処理を施された局所領域に基づき前記注目画素に含まれるノイズ量を推定するノイズ推定部と、該ノイズ推定部により推定されたノイズ量に基づき前記第1のノイズ低減部から出力されたノイズ低減処理を施された局所領域に含まれる残像成分を検出する残像検出部と、該残像検出部により検出された残像成分に基づき前記注目画素のノイズ低減処理を行う第2のノイズ低減部とを有する撮像システムを提供する。
本発明の第1の実施形態に係る撮像システムについて、図1〜図8を参照して以下に説明する。
図1は本実施形態に係る撮像システムの全体構成を示す概略構成図、図2は色差線順次補色フィルタの配列と局所領域抽出に関する説明図、図3は図1の撮像システムのノイズ低減部のブロック構成図、図4は信号レベルに対するノイズ量の関係、図5は図1の撮像システムの残像検出部のブロック構成図、図6は図1の撮像システムの第2のノイズ低減部のブロック構成図、図7は図1の撮像システムの処理全体の流れを示すフローチャート、図8は図1の撮像システムのノイズ低減処理の流れを示すフローチャートをそれぞれ示している。
ノイズ低減部104は、例えば、図3に示されるように、第1の領域抽出部(第1の抽出部)201と、第2の領域抽出部(第2の抽出部)202と、第1のノイズ低減部203と、ノイズ推定部204と、残像検出部205と、第2のノイズ低減部206と、フレームメモリ(記憶部)207とを有している。
図3は図1の撮像システムのノイズ低減部のブロック構成図である。
出力部106は、信号処理部105から出力される映像信号を、例えば、メモリーカードなどの記録媒体へ記録して保存するものである。
また、制御部107は、第1の領域抽出部201、第2の領域抽出部202、第1のノイズ低減部203、ノイズ推定部204、残像検出部205および第2のノイズ低減部206と双方向に接続されていて、これらを制御するようになっている。
なお、時刻Tに取得された画像信号を記憶しておき、その後の異なる時刻に取得された他の画像信号に基づいて、記憶されている時刻Tに取得された画像信号にノイズ低減処理を施してもよい。
演算部301は、制御部107の制御に基づき、第1の領域抽出部201から転送されてきた局所領域中の注目画素の輝度信号値Yおよび色差信号値Cb,Crと第1のノイズ低減処理を行った輝度信号値NRyおよび色差信号値NRcb,NRcrのそれぞれの絶対差分値信号Ss(s=y,cb,cr)を求め、判定部303に出力する。絶対差分値信号Ssは、注目画素信号値のノイズ成分または、ノイズ低減処理信号値の残像成分を含んだ信号である。
切り替え部401は、制御部107の制御に基づき、第1の領域抽出部201から転送されてきた注目画素の輝度信号Yおよび色差信号Cb,Crを、第1のノイズ低減部204から転送されてきた注目画素の3次元ノイズ低減後の信号値NRsに切り替える処理を行う。
この処理を開始すると、まず、映像信号と、ゲインなどのヘッダ情報とが読み込まれる(Step1)。
続いて、後で図8を参照して詳細に説明するように、輝度信号および色差信号にノイズ低減処理が行われる(Step3)。
そして、ノイズ低減処理後の画像信号に、公知の階調変換処理、強調処理、圧縮処理などの信号処理が行われる(Step5)。
次に、信号処理が行われた画像信号が出力される(Step6)。
その後、映像信号に含まれる全画像信号の処理が完了したか否かが判定され(Step7)、完了していないと判定された場合にはStep2へ戻って次の画像信号について上述したような処理が繰り返して行われる。
一方、全画像信号の処理が完了していると判定された場合には、この処理が終了される。
この処理を開始すると、ノイズ低減処理の対象となる画像信号中の、注目画素を含む局所領域が、図2に示したように抽出される(Step11)。
続いて、ノイズ低減処理がなされた過去の画像信号が入力される(Step12)。
さらに、過去の画像信号から、注目画素と同一空間位置の画素を含む局所領域が抽出される(Step13)。
続いて、3次元ノイズ低減処理後の注目画素の信号値に基づいてノイズ量が数2に示したように推定される(Step15)。
その後、近傍画素の判定結果に基づいて、ノイズ量の補正が行われる(Step17)。
次に、Step2において分離された注目画素の信号値と、Step14で算出された3次元ノイズ低減済み画像信号の差分絶対値が算出される(Step18)。
ここで、注目画素の差分絶対値がノイズ推定量より小さいか否かが判定される(Step19)。
次に、注目画素を含む局所領域に基づいて、2次元ノイズ低減処理が行われる(Step21)。
一方、Step22において、画像信号から抽出し得る全ての局所領域について処理が終了したと判定された場合には、図7に示した処理にリターンされる。
このとき、処理対象の画像信号のノイズ量を、ノイズ成分が除去された過去の画像信号に基づいて推定するようにしているために、ノイズ量の推定精度を向上することができる。
また、ノイズ量に基づいてノイズ範囲を設定しノイズ低減処理を行うようにしたために、原信号と全く異なる信号値になってしまうことはなく、原信号の保存性に優れるという利点がある。このとき、ノイズ範囲に属すると判定された注目画素については3次元ノイズ低減処理後の画素値を適用し、ノイズ範囲に属さないと判定された注目画素についてはノイズ量に基づく補正処理を行うようにしたために、ノイズ低減処理に伴う不連続性の発生を防止して高品位な信号を得ることができる。
また、色差線順次型の色フィルタ配置に合わせて輝度信号と色差信号とを求めるようにしたために、高速な処理が可能となる。
本発明の第2の実施形態に係る撮像システムついて、図9〜図14を参照して以下に説明する。
この第2の実施形態において、上述の第1の実施形態と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
この図9に示す撮像システムは、図1に示された第1の実施形態に係る撮像システムを一部変更したものとなっている。
この図10に示すノイズ低減部504は、上述した第1の実施形態の図3に示したノイズ低減部104を一部変更したものとなっている。すなわち、このノイズ低減部504は、図3に示したY/C分離部103をA/D変換部102に、図3に示した第1の領域抽出部201を第1の領域抽出部601に、図3に示した第2の領域抽出部202を第2の領域抽出部602に、図3に示した残像検出部205を残像検出部605に、図3に示した第2のノイズ低減部206を第2のノイズ低減部606に、それぞれ置換した構成になっている。その他の基本的な構成は第1の実施形態と同様であって、同一の構成には同一の名称と符号を付している。
この図12に示す残像検出部605は、上述した第1の実施形態の図5に示した残像検出部205を一部変更したものとなっている。すなわち、この残像検出部605は、図5に示した判定部303を判定部703に置換した構成になっている。その他の基本的な構成は第1の実施形態と同様であって、同一の構成には同一の名称と符号を付している。
2次元ノイズ低減部801は、制御部107の制御に基づき、第1の領域抽出部601から転送された注目画素を含む局所領域に基づき、2次元ノイズ低減処理を行う。
ここで、注目画素の算出値が正の値の場合は、重み係数Ksを大きく設定する。一方、注目画素の算出値が負の値の場合は、重み係数Ksを小さく設定する。算出値と重み係数Ksとの関係を表す例を図14(a)〜(c)に示す。
さらに、上述ではハードウェアによる処理を前提としていたが、このような構成に限定されるものでもない。例えば、撮像素子101からの信号を未処理のままの生(Raw)データとして、制御部107からの撮影時の撮影モード、ゲイン、輝度レベルの変化量などのヘッダ情報と共に出力し、コンピュータにおいて、別途のソフトウェアである映像信号処理プログラムにより処理するように構成することも可能である。
201 第1の領域抽出部(第1の抽出部)
202,602 第2の領域抽出部(第2の抽出部)
203 第1のノイズ低減部
204 ノイズ推定部
205,605 残像検出部
206,606 第2のノイズ低減部
207 フレームメモリ(記憶部)
301 演算部
302 調整部
303,703 判定部
304 判定結果記憶部
401 切り替え部(置き換え部)
402,801 2次元ノイズ低減部
802 係数算出部
803 合成部
Claims (8)
- 撮像系を介して時系列に取り込まれた画像信号に対しノイズ低減処理を行う撮像システムであって、
処理対象の画像信号から注目画素を包含する局所領域を抽出する第1の抽出部と、
前記処理対象の画像信号に対して異なる時刻に取得された他の画像信号から前記局所領域と略同位置の局所領域を抽出する第2の抽出部と、
前記第1の抽出部により抽出された局所領域に対し、前記第2の抽出部により抽出された局所領域を用いてノイズ低減処理を行う第1のノイズ低減部と、
該第1のノイズ低減部によりノイズ低減処理を施された局所領域に基づき前記注目画素に含まれるノイズ量を推定するノイズ推定部と、
該ノイズ推定部により推定されたノイズ量に基づき前記第1のノイズ低減部から出力されたノイズ低減処理を施された局所領域に含まれる残像成分を検出する残像検出部と、
該残像検出部により検出された残像成分に基づき前記注目画素のノイズ低減処理を行う第2のノイズ低減部とを有することを特徴とする撮像システム。 - 前記残像検出部は、前記注目画素と前記第1のノイズ低減部によりノイズ低減処理を施された局所領域との差分の絶対値を算出する演算部と、該演算部により算出された差分の絶対値と前記ノイズ推定部により推定されたノイズ量とを比較し、前記注目画素に残像成分が含まれるか否かを判定する判定部とを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。
- 前記残像検出部は、前記注目画素近傍の判定結果に基づき前記ノイズ量を調整する調整部を有することを特徴とする請求項2に記載の撮像システム。
- 前記調整部は、前記注目画素近傍に残像成分が含まれる場合には、前記推定されたノイズ量が小さくなるように調整することを特徴とする請求項3に記載の撮像システム。
- 前記第2のノイズ低減部は、前記残像検出部による検出結果に基づき前記処理対象の画像信号の注目画素を前記第1のノイズ低減部から出力される局所領域に置き換える置き換え部と、該置き換え部により置き換えられた画像信号に対して、前記判定部の判定結果に基づき、注目画素を含む局所領域内でノイズ低減処理を行う2次元ノイズ低減部とを有することを特徴とする請求項2に記載の撮像システム。
- 前記第2のノイズ低減部は、前記第1の抽出部により抽出された局所領域に対して、注目画素を含む局所領域内でノイズ低減処理を行う2次元ノイズ低減部と、前記残像検出部により検出された残像成分に基づき前記処理対象の画像信号および前記第1のノイズ低減部によりノイズ低減処理を施された局所領域の重み係数を算出する係数算出部と、該係数算出部により算出された係数を前記2次元ノイズ低減部によりノイズ低減処理を施された局所領域と前記第1のノイズ低減部によりノイズ低減処理を施された局所領域にそれぞれ乗算して合成する合成部とを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。
- 撮像系から時系列に取り込まれた画像信号に対しノイズ低減処理を行う画像処理において、
処理対象の画像信号から注目画素を包含する局所領域を抽出する第1のステップと、
画像信号を所定量記憶する第2のステップと、
前記処理対象の画像信号に対して異なる時刻に取得された他の画像信号から前記局所領域と略同位置の局所領域を抽出する第3のステップと、
前記第1のステップにより抽出された局所領域に対し、前記第3のステップにより抽出された局所領域を用いてノイズ低減処理を行う第4のステップと、
該第4のステップによりノイズ低減処理を施された局所領域に基づき前記注目画素に含まれるノイズ量を推定する第5のステップと、
該第5のステップにより推定されたノイズ量に基づき前記第4のステップによりノイズ低減処理を施された局所領域に含まれる残像成分を検出する第6のステップと、
該第6のステップにより検出された残像成分に基づき前記注目画素のノイズ低減処理を行う第7のステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。 - 撮像系から時系列に取り込まれた画像信号に対しノイズ低減処理をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムにおいて、
処理対象の画像信号から注目画素を包含する局所領域を抽出する第1の処理と、
画像信号を所定量記憶する第2の処理と、
前記処理対象の画像信号に対して異なる時刻に取得された他の画像信号から前記局所領域と略同位置の局所領域を抽出する第3の処理と、
前記第1の処理により抽出された局所領域に対し、前記第3の処理により抽出された局所領域を用いてノイズ低減処理を行う第4の処理と、
該第4の処理によりノイズ低減処理を施された局所領域に基づき前記注目画素に含まれるノイズ量を推定する第5の処理と、
該第5の処理により推定されたノイズ量に基づき前記第4の処理によりノイズ低減処理を施された局所領域に含まれる残像成分を検出する第6の処理と、
該第6の処理により検出された残像成分に基づき前記注目画素のノイズ低減処理を行う第7の処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
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