JPH05251998A

JPH05251998A - フィルタ演算方式及びフィルタ演算回路

Info

Publication number: JPH05251998A
Application number: JP8327492A
Authority: JP
Inventors: Moriji Izumida; 守司泉田; Kazuhiro Hiraide; 和弘平出; Yasuhiko Hoshi; 恭彦星; Hideyuki Aoki; 英幸青木
Original assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd
Current assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】画像信号の高周波成分を残しつつそのインパ
ルス性ノイズやごま塩状ノイズを抑制する。これによ
り、画像処理システム等の演算速度を高速化し高周波特
性を改善して、その高性能化を推進する。【構成】中央値抽出回路ＭＥＤを、連続する３個のサ
ンプル値ＳＩｎ−１，ＳＩｎ及びＳＩｎ＋１の中からそ
れぞれ異なる２個を組み合わせて比較し大きい方を選択
する第１ないし第３の最大値抽出回路と、第１及び第２
の最大値抽出回路により抽出されたサンプル値の小さい
方を選択する第１の最小値抽出回路と、第３の最大値抽
出回路及び第１の最小値抽出回路により抽出されたサン
プル値の小さい方を選択する第２の最小値抽出回路とを
もとに構成するとともに、中央値抽出回路ＭＥＤにより
抽出された中央値Ｓｍｅｄと入力信号ＳＩの第ｎ次のサ
ンプル値ＳＩｎとを加算して出力信号ＳＯの第ｎ次のサ
ンプル値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フィルタ演算方式及
びフィルタ演算回路に関し、例えば、画像処理システム
に含まれる非線形のフィルタ演算回路ならびにそのフィ
ルタ演算方式に利用して特に有効な技術に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】画像処理システム等において、画像信号
に重畳されたインパルス性ノイズやごま塩状ノイズを除
去するための非線形フィルタがある。また、このような
非線形フィルタを構成するためのフィルタ演算方式とし
て、平均値（平滑化）フィルタ方式及び中央値（メディ
アン）フィルタ方式がある。

【０００３】平均値フィルタ方式及び中央値フィルタ方
式等の非線形フィルタについては、例えば、１９８９年
１月３０日、日刊工業新聞社発行の『画像処理装置とそ
の使い方』第６１頁〜第６２頁に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記に記載される平均
値フィルタにおいて、所定の時系列でサンプルされた画
像信号等の入力信号ＳＩは、例えば、連続する３個のサ
ンプル値の平均値をもって出力信号ＳＯの対応するサン
プル値とされる。このため、図１５（Ａ）に例示される
ように、サンプル時間ＴＥ及びＴＧにおいて入力信号Ｓ
Ｉにインパルス性ノイズが重畳される場合、信号の平均
化によって出力信号ＳＯの上記サンプル時間ＴＥ及びＴ
Ｇにおけるノイズ成分は小さくされるが、サンプル時間
ＴＦにおけるステップ状の正規な信号変化までもが影響
を受け、これによって出力信号ＳＯの信号波形がなまっ
てしまう。

【０００５】一方、中央値フィルタにおいて、所定の時
系列でサンプルされた入力信号ＳＩは、例えば、連続す
る３個のサンプル値の中央値をもって出力信号ＳＯの対
応するサンプル値とされる。このため、上記サンプル時
間ＴＥ及びＴＧにおいて入力信号ＳＩに重畳されるイン
パルス性ノイズは、図１５（Ｂ）に示されるように、い
ずれのサンプル時間においても対応する中央値がその前
後のサンプル値と等しくなるために除去される。また、
サンプル時間ＴＦにおけるステップ状の正規な信号変化
は、対応する中央値が入力信号ＳＩのサンプル値とほぼ
等しくなるために問題なく残される。ところが、図１５
（Ｃ）に例示されるように、入力信号ＳＩにサンプル時
間ＴＡ及びＴＤにおいてインパルス性ノイズが重畳され
しかもサンプル時間ＴＢ及びＴＣにおいて高周波成分の
多い対称的な正規の信号変化が含まれる場合、サンプル
時間ＴＡ及びＴＤのインパルス性ノイズが除去されるの
は無論のこと、サンプル時間ＴＢ及びＴＣにおいても対
応する中央値がその前後のサンプル値と等しくなるため
に正規な信号変化が除去され、画像信号の高周波成分が
劣化する。さらに、中央値の抽出処理をソフトウエアで
行う従来の画像処理システムでは、サンプル値を大きさ
の順に並び換えるための演算処理が必要となって処理速
度が低下し、この抽出処理をハードウエア的に高速裏に
行う方法も実現されていない。これらの結果、非線形フ
ィルタひいては画像処理システムとしての処理能力が低
下し、その高性能化が制限される。

【０００６】この発明の目的は、画像信号の高周波成分
を残しつつそのインパルス性ノイズやごま塩状ノイズを
抑制しうるフィルタ演算方式及びフィルタ演算回路を提
供することにある。この発明の他の目的は、画像処理シ
ステム等の演算速度を高速化し高周波特性を改善して、
その高性能化を推進することにある。

【０００７】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
の通りである。すなわち、中央値抽出回路を、例えば連
続する３個のサンプル値の中からそれぞれ異なる２個を
組み合わせて比較し大きい方を選択する第１ないし第３
の最大値抽出回路と、第１及び第２の最大値抽出回路に
よって抽出されたサンプル値の小さい方を選択する第１
の最小値抽出回路と、第３の最大値抽出回路及び第１の
最小値抽出回路によって抽出されたサンプル値の小さい
方を選択する第２の最小値抽出回路とをもとに構成する
とともに、中央値抽出回路によって抽出された中央値と
入力信号の第ｎ次のサンプル値あるいは入力信号の第ｎ
次のサンプル値ならびにその前後２個のサンプル値の平
均値とを加算した結果を、出力信号の第ｎ次のサンプル
値とする。

【０００９】

【作用】上記手段によれば、３個の最大値抽出回路の並
列動作により中央値抽出回路の中央値抽出処理を高速化
できるとともに、抽出された中央値と入力信号又は３個
のサンプル値の平均値とを所定の割合で加算して、その
高周波成分を残しながら入力信号に重畳されたインパル
ス性ノイズやごま塩状ノイズを抑制することができる。
これらの結果、画像処理システム等の演算速度を高速化
し高周波特性を改善して、その高性能化を推進すること
ができる。

【００１０】

【実施例】図１には、この発明が適用されたフィルタ演
算回路の一実施例の基本構成図が示され、図２には、そ
の一実施例の信号波形図が示されている。これらの図を
もとに、まずこの実施例のフィルタ演算回路の基本構成
及び動作の概要とその特徴について説明する。なお、こ
の実施例のフィルタ演算回路は、画像処理システムに含
まれる。図１の各ブロックを構成する回路素子は、特に
制限されないが、画像処理システムを構成する他の所定
の回路素子とともに、単結晶シリコンのような１個の半
導体基板上に形成される。

【００１１】図１において、この実施例のフィルタ演算
回路は、入力信号ＳＩを受ける遅延回路ＤＬ１と、この
遅延回路ＤＬ１の出力信号を受けるもう一つの遅延回路
ＤＬ２とを含む。遅延回路ＤＬ１の出力信号は、入力信
号ＳＩの第ｎ次のサンプル値ＳＩｎとして中央値抽出回
路ＭＥＤの第２の入力端子に供給されるとともに、信号
加算回路ＡＤＤの一方の入力端子に供給される。また、
遅延回路ＤＬ２の出力信号は、第ｎ−１次すなわちサン
プル値ＳＩｎの直前のサンプル値ＳＩｎ−１として中央
値抽出回路ＭＥＤの第３の入力端子に供給され、入力信
号ＳＩは、そのまま第ｎ＋１次すなわちサンプル値ＳＩ
ｎの直後のサンプル値ＳＩｎ＋１として中央値抽出回路
ＭＥＤの第１の入力端子に供給される。

【００１２】ここで、入力信号ＳＩは、特に制限されな
いが、画像信号であって、サンプル値ＳＩｎ−１，ＳＩ
ｎ及びＳＩｎ＋１は、同一画像の同一行つまり同一走査
線上の隣接する三つの列にある３個の画素に対応し、又
は同一画像の隣接する三つの行の同一列にある３個の画
素に対応し、あるいは隣接する三つの画像の同一行及び
列にある３個の画素に対応するものとされ、これらのサ
ンプル値と画素の対応に応じて遅延回路ＤＬ１及びＤＬ
２による遅延時間が設定される。

【００１３】中央値抽出回路ＭＥＤは、その第１ないし
第３の入力端子に供給される３個のサンプル値ＳＩｎ−
１，ＳＩｎ及びＳＩｎ＋１の大きさを比較し、中間の大
きさにあるサンプル値を抽出して、その出力信号すなわ
ち中央値Ｓｍｅｄとして信号加算回路ＡＤＤの第２の入
力端子に供給する。なお、中央値抽出回路ＭＥＤの具体
的な構成及び動作については、後で詳細に説明する。

【００１４】一方、信号加算回路ＡＤＤは、中央値抽出
回路ＭＥＤからその第２の入力端子に供給される中央値
Ｓｍｅｄに所定の係数ｋを乗じ、その第１の入力端子に
供給される入力信号すなわちサンプル値ＳＩｎに係数１
−ｋを乗じた後加算して、出力信号ＳＯの第ｎ次のサン
プル値とする。この実施例において、係数ｋの値は、０
≦ｋ≦１なる範囲の実数とされ、例えば０．７５に固定
される。しかるに、図２に例示されるように、入力信号
ＳＩにサンプル時間ＴＡ及びＴＤにおいてインパルス性
ノイズが重畳されかつサンプル時間ＴＢ及びＴＣにおい
て高周波成分を含む対称的な正規の信号変化が含まれる
場合には、まず中央値抽出回路ＭＥＤの出力端子すなわ
ち中央値Ｓｍｅｄにおいてサンプル時間ＴＡ及びＴＤの
インパルス性ノイズが除去された後、信号加算回路ＡＤ
Ｄによって入力信号ＳＩに０．２５倍した信号が加算さ
れる。このため、出力信号ＳＯは、サンプル時間ＴＢ及
びＴＣにおける入力信号ＳＩの正規な信号変化を残しつ
つサンプル時間ＴＡ及びＴＤにおけるインパルス性ノイ
ズを抑制したものとなり、これによってフィルタ演算回
路を含む画像処理システムの高周波特性が改善される。

【００１５】なお、上記係数ｋの値は、入力信号ＳＩに
含まれる高周波成分の大きさに応じて選択的に設定する
ことができる。すなわち、入力信号ＳＩに含まれる高周
波成分が小さい場合には、係数ｋの値を１に近づけてイ
ンパルス性ノイズを除去しやし、入力信号ＳＩに含まれ
る高周波成分が大きい場合には、係数ｋの値を０に近づ
けて高周波成分を伝達しやすくすればよい。言うまでも
なく、この実施例のフィルタ演算回路は、係数ｋの値が
１とされるとき、いわゆる中央値フィルタとして機能
し、係数ｋの値が０とされるとき、入力信号ＳＩをその
まま出力信号ＳＯとして伝達する。さらに、入力信号Ｓ
Ｉが第ｎ次サンプル時点の近傍において平坦である場合
には、係数ｋの値を１に近づけてインパルス性ノイズを
除去しやすくし、その近傍において信号が大きく変化す
る場合には、係数ｋの値を０に近づけて高周波成分を伝
達しやすくする方法を採ることもできる。

【００１６】図３には、図１のフィルタ演算回路に含ま
れる中央値抽出回路ＭＥＤの第１の実施例のブロック図
が示され、図４には、その一実施例の真理値図が示され
ている。また、図５には、図１のフィルタ演算回路に含
まれる中央値抽出回路ＭＥＤの第２の実施例のブロック
図が示され、図６には、その一実施例の真理値図が示さ
れている。さらに、図７及び図８には、図３及び図５の
中央値抽出回路ＭＥＤに含まれる最大値抽出回路ＭＡＸ
１及び最小値抽出回路ＭＩＮ１をアナログ回路によって
構成した場合の一実施例の回路図がそれぞれ示され、図
９及び図１０には、これらの最大値抽出回路ＭＡＸ１及
び最小値抽出回路ＭＩＮ１をディジタル回路によって構
成した場合の一実施例の回路ブロック図が示されてい
る。これらの図をもとに、この実施例のフィルタ演算回
路に含まれる中央値抽出回路ＭＥＤの具体的構成及び動
作ならびにその特徴について説明する。

【００１７】図３において、この実施例の中央値抽出回
路ＭＥＤは、特に制限されないが、３個の最大値抽出回
路ＭＡＸ１（第１の最大値抽出回路），ＭＡＸ２（第２
の最大値抽出回路）及びＭＡＸ３（第３の最大値抽出回
路）を含む。このうち、最大値抽出回路ＭＡＸ１の第１
の入力端子には、前記入力信号ＳＩの第ｎ＋１次のサン
プル値ＳＩｎ＋１が供給され、その第２の入力端子に
は、第ｎ次のサンプル値ＳＩｎが供給される。また、最
大値抽出回路ＭＡＸ２の第１及び第２の入力端子には、
入力信号ＳＩの第ｎ＋１次のサンプル値ＳＩｎ＋１及び
第ｎ−１次のサンプル値ＳＩｎ−１がそれぞれ供給さ
れ、最大値抽出回路ＭＡＸ３の第１及び第２の入力端子
には、入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル値ＳＩｎ及び第
ｎ−１次のサンプル値ＳＩｎ−１がそれぞれ供給され
る。これにより、最大値抽出回路ＭＡＸ１ないしＭＡＸ
３には、入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル値ＳＩｎなら
びにその前後２個のサンプル値ＳＩｎ−１及びＳＩｎ＋
１がそれぞれ異なる組み合わせで２個ずつ供給されるも
のとなる。

【００１８】最大値抽出回路ＭＡＸ１ないしＭＡＸ３
は、その第１及び第２の入力端子に供給される２個のサ
ンプル値の大きさを比較し大きい方を選択して、その出
力信号ｍａｘ１ないしｍａｘ３として出力する。すなわ
ち、例えば図４（Ａ）に示されるように、サンプル値Ｓ
Ｉｎがサンプル値ＳＩｎ＋１より大きくサンプル値ＳＩ
ｎ−１より小さい場合、最大値抽出回路ＭＡＸ１は、そ
の出力信号ｍａｘ１としてサンプル値ＳＩｎを選択し、
最大値抽出回路ＭＡＸ２及びＭＡＸ３は、その出力信号
ｍａｘ２及びｍａｘ３としてサンプル値ＳＩｎ−１を選
択する。また、例えば図４（Ｂ）に示されるように、サ
ンプル値ＳＩｎ−１がサンプル値ＳＩｎ＋１より大きく
サンプル値ＳＩｎより小さい場合、最大値抽出回路ＭＡ
Ｘ２は、その出力信号ｍａｘ２としてサンプル値ＳＩｎ
−１を選択し、最大値抽出回路ＭＡＸ１及びＭＡＸ３
は、その出力信号ｍａｘ１及びｍａｘ３としてサンプル
値ＳＩｎを選択する。以下、他の組み合わせについて
は、類推されたい。

【００１９】ここで、最大値抽出回路ＭＡＸ１ないしＭ
ＡＸ３は、図７の最大値抽出回路ＭＡＸ１に代表して示
されるように、そのベースに対応するサンプル値ＳＩｎ
＋１及びＳＬｎをそれぞれ受ける一対のＮＰＮ型バイポ
ーラトランジスタ（以後、バイポーラトランジスタのこ
とを単にトランジスタと略称する）Ｔ１及びＴ２を含
む。以下、この最大値抽出回路ＭＡＸ１を例に、説明を
進める。

【００２０】最大値抽出回路ＭＡＸ１を構成するトラン
ジスタＴ１及びＴ２のコレクタは、電源電圧ＶＣＣに結
合される。また、そのエミッタは共通結合された後、抵
抗Ｒ１を介して回路の接地電位に結合され、その電位
は、最大値抽出回路ＭＡＸ１の出力信号ｍａｘ１とされ
る。なお、電源電圧ＶＣＣは、特に制限されないが、＋
５Ｖのような正の電源電圧とされる。

【００２１】これにより、トランジスタＴ１及びＴ２
は、差動回路を構成し、２個のサンプル値ＳＩｎ＋１及
びＳＬｎの電位を比較してその大きいつまりは高い方を
選択的に伝達する抽出回路として作用する。すなわち、
サンプル値ＳＩｎ＋１の電位がサンプル値ＳＩｎに比較
して高いとき、最大値抽出回路ＭＡＸ１ではトランジス
タＴ１がオン状態とされ、トランジスタＴ２はオフ状態
とされる。このため、トランジスタＴ１及びＴ２の共通
結合されたエミッタすなわち最大値抽出回路ＭＡＸ１の
出力端子ｍａｘ１には、サンプル値ＳＩｎ＋１よりトラ
ンジスタＴ１のベース・エミッタ電圧分だけ低い電位つ
まりは実質的なサンプル値ＳＩｎ＋１が伝達される。一
方、サンプル値ＳＩｎ＋１の電位がサンプル値ＳＩｎに
比較して低いとき、最大値抽出回路ＭＡＸ１ではトラン
ジスタＴ２がオフ状態とされ、代わってトランジスタＴ
２がオン状態とされる。このため、トランジスタＴ１及
びＴ２の共通結合されたエミッタすなわち最大値抽出回
路ＭＡＸ１の出力端子ｍａｘ１には、サンプル値ＳＩｎ
よりトランジスタＴ２のベース・エミッタ電圧分だけ低
い電位つまりは実質的なサンプル値ＳＩｎが伝達され
る。

【００２２】図３に戻ろう。最大値抽出回路ＭＡＸ１の
出力信号ｍａｘ１は、最小値抽出回路ＭＩＮ１（第１の
最小値抽出回路）の第１の入力端子に供給される。ま
た、最大値抽出回路ＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ２は、最
小値抽出回路ＭＩＮ１の第２の入力端子に供給され、最
大値抽出回路ＭＡＸ３の出力信号ｍａｘ３は、最小値抽
出回路ＭＩＮ２（第２の最小値抽出回路）の第２の入力
端子に供給される。最小値抽出回路ＭＩＮ１の出力信号
ｍｉｎ１は、最小値抽出回路ＭＩＮ２の第１の入力端子
に供給され、最小値抽出回路ＭＩＮ２の出力信号は、中
央値抽出回路ＭＥＤの出力信号すなわち中央値Ｓｍｅｄ
となる。

【００２３】最小値抽出回路ＭＩＮ１は、その第１及び
第２の入力端子に供給される２個の最大値抽出回路ＭＡ
Ｘ１及びＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ１及びｍａｘ２の大
きさを比較し小さい方を選択して、その出力信号ｍｉｎ
１とする。すなわち、例えば図４（Ａ）に示されるよう
に、最大値抽出回路ＭＡＸ１の出力信号ｍａｘ１つまり
はサンプル値ＳＩｎが最大値抽出回路ＭＡＸ２の出力信
号ｍａｘ２つまりはサンプル値ＳＩｎ−１より小さい場
合、最小値抽出回路ＭＩＮ１は、その出力信号ｍｉｎ１
としてサンプル値ＳＩｎを選択する。また、例えば図４
（Ｂ）に示されるように、最大値抽出回路ＭＡＸ１の出
力信号ｍａｘ１つまりはサンプル値ＳＩｎが最大値抽出
回路ＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ２つまりはサンプル値Ｓ
Ｉｎ−１より大きい場合、最小値抽出回路ＭＩＮ１は、
その出力信号ｍｉｎ１としてサンプル値ＳＩｎ−１を選
択する。

【００２４】同様に、最小値抽出回路ＭＩＮ２は、その
第１の入力端子に供給される最小値抽出回路ＭＩＮ１の
出力信号ｍｉｎ１と第２の入力端子に供給される最大値
抽出回路ＭＡＸ３の出力信号ｍａｘ３の大きさを比較し
小さい方を選択して、その出力信号つまり中央値Ｓｍｅ
ｄとする。すなわち、例えば図４（Ａ）に示されるよう
に、最小値抽出回路ＭＩＮ１の出力信号ｍｉｎ１つまり
はサンプル値ＳＩｎが最大値抽出回路ＭＡＸ３の出力信
号ｍａｘ３つまりはサンプル値ＳＩｎ−１より小さい場
合、最小値抽出回路ＭＩＮ２は、中央値Ｓｍｅｄとして
サンプル値ＳＩｎを選択する。また、例えば図４（Ｅ）
に示されるように、最小値抽出回路ＭＩＮ１の出力信号
ｍｉｎ１つまりはサンプル値ＳＩｎ＋１が最大値抽出回
路ＭＡＸ３の出力信号ｍａｘ３つまりはサンプル値ＳＩ
ｎ−１より大きい場合、最小値抽出回路ＭＩＮ２は、中
央値Ｓｍｅｄとしてサンプル値ＳＩｎ−１を選択する。
以下、他の組み合わせについては、図４をもとに類推さ
れたい。

【００２５】ここで、最小値抽出回路ＭＩＮ１及びＭＩ
Ｎ２は、図８の最小値抽出回路ＭＩＮ１に代表して示さ
れるように、そのベースに対応する最大値抽出回路ＭＡ
Ｘ１及びＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ１及びｍａｘ２をそ
れぞれ受ける一対のＰＮＰ型トランジスタＴ３及びＴ４
を含む。以下、この最小値抽出回路ＭＩＮ１を例に、説
明を進める。

【００２６】最小値抽出回路ＭＩＮ１を構成するトラン
ジスタＴ３及びＴ４のコレクタは、回路の接地電位に共
通結合される。また、これらのトランジスタのエミッタ
は、共通結合された後、抵抗Ｒ２を介して電源電圧ＶＣ
Ｃに結合され、その電位は、最小値抽出回路ＭＩＮ１の
出力信号ｍｉｎ１とされる。

【００２７】これにより、トランジスタＴ３及びＴ４
は、差動回路を構成し、最大値抽出回路ＭＡＸ１及びＭ
ＡＸ２の出力信号ｍａｘ１及びｍａｘ２の電位を比較し
てその小さいつまりは低い方を選択する抽出回路として
作用する。すなわち、最大値抽出回路ＭＡＸ１の出力信
号ｍａｘ１が最大値抽出回路ＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ
２に比較して高いとき、最小値抽出回路ＭＩＮ１ではト
ランジスタＴ４がオン状態とされ、トランジスタＴ３は
オフ状態とされる。このため、トランジスタＴ３及びＴ
４の共通結合されたエミッタすなわち最小値抽出回路Ｍ
ＩＮ１の出力端子ｍｉｎ１には、最大値抽出回路ＭＡＸ
２の出力信号ｍａｘ２よりトランジスタＴ４のベース・
エミッタ電圧分だけ高い電位つまりは実質的な出力信号
ｍａｘ２が伝達される。一方、最大値抽出回路ＭＡＸ１
の出力信号ｍａｘ１が最大値抽出回路ＭＡＸ２の出力信
号ｍａｘ２に比較して低いとき、最小値抽出回路ＭＩＮ
１ではトランジスタＴ４がオフ状態とされ、代わってト
ランジスタＴ３がオン状態とされる。このため、トラン
ジスタＴ３及びＴ４の共通結合されたエミッタすなわち
最小値抽出回路ＭＩＮ１の出力端子ｍｉｎ１には、最大
値抽出回路ＭＡＸ１の出力信号ｍａｘ１よりトランジス
タＴ３のベース・エミッタ電圧分だけ高い電位つまりは
実質的な出力信号ｍａｘ１が伝達される。

【００２８】以上のように、この実施例の中央値抽出回
路ＭＥＤは、入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル値ＳＩｎ
とその前後２個のサンプル値ＳＩｎ−１及びＳＩｎ＋１
をそれぞれ異なる組み合わせで２個ずつ受けてその大き
い方を選択的に伝達する３個の最大値抽出回路ＭＡＸ１
ないしＭＡＸ３と、最大値抽出回路ＭＡＸ１及び最大値
抽出回路ＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ１及びｍａｘ２ある
いは最小値抽出回路ＭＩＮ１及び最大値抽出回路ＭＡＸ
３の出力信号ｍｉｎ１及びｍａｘ３を受けてその小さい
方を選択的に伝達する２個の最小値抽出回路ＭＩＮ１及
びＭＩＮ２とからなる。中央値抽出回路ＭＥＤは、まず
最大値抽出回路ＭＡＸ１ないしＭＡＸ３により３個のサ
ンプル値ＳＩｎ−１，ＳＩｎ及びＳＩｎ＋１の中から順
に小さい２個のサンプル値を選択した後、最小値抽出回
路ＭＩＮ１及びＭＩＮ２により選択された２個のサンプ
ル値の中から最小値を選択して中央値Ｓｍｅｄとする。
このとき、最大値抽出回路ＭＡＸ１ないしＭＡＸ３は、
並行してその抽出動作を実行する。これらの結果、この
実施例の中央値抽出回路ＭＥＤでは、その回路構成が簡
素化されるとともに、中央値抽出動作が高速化され、こ
れによってフィルタ演算回路としての処理速度が高速化
されるものとなる。

【００２９】ところで、中央値抽出回路ＭＥＤを構成す
る最大値抽出回路ＭＡＸ１ないしＭＡＸ３は、図９に例
示されるように、ディジタル回路からなる信号比較回路
ＭＸＣＯＭ及びＭＸＳＬによって構成することもでき
る。この場合、サンプル値ＳＩｎ＋１及びＳＩｎは、信
号比較回路ＭＸＣＯＭの第１及び第２の入力端子にそれ
ぞれ供給されるとともに、信号選択回路ＭＸＳＬの第１
及び第２の入力端子にそれぞれ供給される。信号比較回
路ＭＸＣＯＭは、減算回路によりサンプル値ＳＩ＋１及
びＳＩｎを比較し、第１の入力端子に供給されるサンプ
ル値ＳＩｎ＋１が第２の入力端子に供給されるサンプル
値ＳＩｎより大きいことを条件に、その出力信号ＸＣ１
を選択的にハイレベルとする。そして、信号選択回路Ｍ
ＸＳＬは、信号比較回路ＭＸＣＯＭの出力信号ＸＣ１が
ハイレベルとされるとき、第１の入力端子に供給される
サンプル値ＳＩｎ＋１を出力信号ｍａｘ１として選択
し、信号比較回路ＭＸＣＯＭの出力信号ＸＣ１がロウレ
ベルとされるとき、第２の入力端子に供給されるサンプ
ル値ＳＩｎを出力信号ｍａｘ１として選択する。

【００３０】同様に、中央値抽出回路ＭＥＤの最小値抽
出回路ＭＩＮ１及びＭＩＮ２は、図１０に例示されるよ
うに、ディジタル回路からなる信号比較回路ＭＮＣＯＭ
及びＭＮＳＬにより構成できる。この場合、例えば、最
大値抽出回路ＭＡＸ１及びＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ１
及びｍａｘ２は、信号比較回路ＭＮＣＯＭの第１及び第
２の入力端子にそれぞれ供給されるとともに、信号選択
回路ＭＮＳＬの第１及び第２の入力端子にそれぞれ供給
される。信号比較回路ＭＮＣＯＭは、減算回路によって
最大値抽出回路ＭＡＸ１及びＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ
１及びｍａｘ２を比較し、第１の入力端子に供給される
最大値抽出回路ＭＡＸ１の出力信号ｍａｘ１が第２の入
力端子に供給される最大値抽出回路ＭＡＸ２の出力信号
ｍａｘ２より大きいことを条件に、その出力信号ＮＣ１
を選択的にハイレベルとする。信号選択回路ＭＮＳＬ
は、信号比較回路ＭＮＣＯＭの出力信号ＮＣ１がハイレ
ベルとされるとき、第１の入力端子に供給される最大値
抽出回路ＭＡＸ１の出力信号ｍａｘ１を出力信号ｍｉｎ
１として選択し、信号比較回路ＭＮＣＯＭの出力信号Ｎ
Ｃ１がロウレベルとされるとき、第２の入力端子に供給
される最大値抽出回路ＭＡＸ２の出力信号ｍａｘ２を出
力信号ｍｉｎ１として選択する。

【００３１】一方、中央値抽出回路ＭＥＤは、図５に例
示されるように、最大値抽出回路と最小値抽出回路を入
れ換えて構成することができるし、図１１に例示される
ように、そのすべての回路をディジタル回路によって構
成することもできる。すなわち、図５の場合、中央値抽
出回路ＭＥＤは、入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル値Ｓ
Ｉｎならびにその前後２個のサンプル値ＳＩｎ−１及び
ＳＩｎ＋１をそれぞれ異なる組み合わせで２個ずつ受け
る３個の最小値抽出回路ＭＩＮ１ないしＭＩＮ３と、最
小値抽出回路ＭＩＮ１及びＭＩＮ２の出力信号ｍｉｎ１
及びｍｉｎ２を受ける最大値抽出回路ＭＡＸ１と、この
最大値抽出回路ＭＡＸ１の出力信号ｍａｘ１及び最小値
抽出回路ＭＩＮ３の出力信号ｍｉｎ３を受ける最大値抽
出回路ＭＡＸ２とからなる。そして、図６に示されるよ
うに、まず最小値抽出回路ＭＩＮ１ないしＭＩＮ３によ
り３個のサンプル値ＳＩｎ−１，ＳＩｎ及びＳＩｎ＋１
の中から順に小さい２個のサンプル値を選択した後、こ
れらのサンプル値の中から大きい方を選択してその出力
信号すなわち中央値Ｓｍｅｄとする。これにより、この
実施例の中央値抽出回路ＭＥＤにおいても、図３の中央
値抽出回路ＭＥＤと同様な効果を得ることができる。

【００３２】次に、図１１の場合、中央値抽出回路ＭＥ
Ｄは、入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル値ＳＩｎならび
にその前後２個のサンプル値ＳＩｎ−１及びＳＩｎ＋１
をそれぞれ異なる組み合わせで２個ずつ受ける３個の信
号比較回路ＭＥＣＯＭ１ないしＭＥＣＯＭ３と、これら
の信号比較回路の出力信号ＥＣ１ないしＥＣ３を受ける
デコーダＤＥＣと、デコーダＤＥＣの出力信号ＥＳ１〜
ＥＳ３に従って３個のサンプル値ＳＩｎ−１，ＳＩｎ及
びＳＩｎ＋１を選択的に伝達してその出力信号すなわち
中央値Ｓｍｅｄとする信号選択回路ＭＥＳＬとからな
る。このうち、信号比較回路ＭＥＣＯＭ１ないしＭＥＣ
ＯＭ３は、減算回路によって対応する２個のサンプル値
の大きさを比較し、図１２に例示されるように、第１の
入力端子に供給されるサンプル値が第２の入力端子に供
給されるサンプル値より大きいことを条件に、その出力
信号ＥＣ１ないしＥＣ３を選択的にハイレベルとする。
デコーダＤＥＣは、信号比較回路ＭＥＣＯＭ１ないしＭ
ＥＣＯＭ３の出力信号ＥＣ１ないＥＣ３を予め定められ
たアルゴリズムに従ってデコードし、その出力信号ＥＳ
１〜ＥＳ３を択一的にハイレベルとする。その結果、信
号選択回路ＭＥＳＬによって３個のサンプル値ＳＩｎ−
１，ＳＩｎ及びＳＩｎ＋１の中から中間の大きさにある
サンプル値が択一的に選択され、中央値Ｓｍｅｄとな
る。

【００３３】図１３には、この発明が適用されたフィル
タ演算回路の第２の実施例の基本構成図が示されてい
る。なお、この実施例のフィルタ演算回路は、前記図１
のフィルタ演算回路を基本的に踏襲するものであるた
め、これと異なる部分についてのみ説明を追加する。

【００３４】図１３において、この実施例のフィルタ演
算回路は、その第１の入力端子に入力信号ＳＩの第ｎ次
のサンプル値ＳＩｎを受けその第２の入力端子に中央値
抽出回路ＭＥＤの出力信号つまりは中央値Ｓｍｅｄを受
ける信号比較回路ＡＣＯＭを備える。この信号比較回路
ＡＣＯＭの出力信号は、前記係数ｋとして信号加算回路
ＡＤＤに供給される。この実施例において、信号比較回
路ＡＣＯＭは、入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル値ＳＩ
ｎと中央値抽出回路ＭＥＤによって選択された中央値Ｓ
ｍｅｄとを比較し、その差分つまりは入力信号ＳＩに含
まれる高周波成分の大きさに応じて係数ｋの値を０≦ｋ
≦１の範囲で選択的に設定する。なお、信号比較回路Ａ
ＣＯＭによる差分の判定レベルは、例えば入力信号ＳＩ
に含まれるインパルス性ノイズの分散σの３倍すなわち
３σとされる。

【００３５】しかるに、サンプル値ＳＩｎと中央値Ｓｍ
ｅｄとの差分が判定レベルを超える場合、入力信号ＳＩ
の高周波成分は有効成分として見なされ、係数ｋの値は
大きくされるが、差分が判定レベルに達しない場合に
は、入力信号ＳＩの高周波成分はインパルス性ノイズと
見なされ、係数ｋの値は小さくされる。これにより、こ
の実施例のフィルタ演算回路は、そのフィルタ特性が入
力信号ＳＩつまり画像信号の高周波成分に応じて最適化
され、より高性能化されるものとなる。

【００３６】図１４には、この発明が適用されたフィル
タ演算回路の第３の実施例の基本構成図が示されてい
る。なお、この実施例のフィルタ演算回路は、前記図１
のフィルタ演算回路を基本的に踏襲するものであるた
め、これと異なる部分についてのみ説明を追加する。

【００３７】図１４において、この実施例のフィルタ演
算回路は、入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル値ＳＩｎな
らびにその前後２個のサンプル値ＳＩｎ−１及びＳＩｎ
＋１を受ける平均値演算回路ＡＶＥを備える。この平均
値演算回路ＡＶＥの出力信号すなわち平均値Ｓａｖｅ
は、サンプル値ＳＩｎに代えて信号加算回路ＡＤＤの第
１の入力端子に供給される。信号加算回路ＡＤＤの第２
の入力端子には、中央値抽出回路ＭＥＤの出力信号すな
わち中央値Ｓｍｅｄが供給される。なお、係数ｋの値
は、特に制限されないが、例えば０．７５に固定され
る。

【００３８】平均値演算回路ＡＶＥは、３個のサンプル
値ＳＩｎ−１，ＳＩｎ及びＳＩｎ＋１の値を例えば所定
の重み付けをしながら平均化して、平均値Ｓａｖｅを形
成する。信号加算回路ＡＤＤは、中央値Ｓｍｅｄに係数
ｋを乗じ平均値Ｓａｖｅに係数１−ｋを乗じた後加算し
て、出力信号ＳＯとする。これにより、この実施例のフ
ィルタ演算回路は、係数ｋが１とされるときいわゆる中
央値フィルタとして機能し、係数ｋが０とされるときい
わゆる平均値フィルタとして機能する。係数ｋの値が０
ないし１の中間にある場合、フィルタ演算回路は、中央
値フィルタと平均値フィルタの中間的特性を持ち、入力
信号ＳＩの高周波成分を残しつつインパルス性ノイズや
ごま塩状ノイズ等を抑制しうるものとなる。

【００３９】以上の複数の実施例に示されるように、こ
の発明を画像処理システムに含まれる非線形のフィルタ
演算回路及びそのフィルタ演算方式に適用することで、
次のような作用効果が得られる。すなわち、（１）中央値抽出回路を、例えば連続する３個のサンプ
ル値の中からそれぞれ異なる２個を組み合わせて比較し
大きい方を選択する第１ないし第３の最大値抽出回路
と、第１及び第２の最大値抽出回路によって抽出された
サンプル値の小さい方を選択する第１の最小値抽出回路
と、第３の最大値抽出回路及び第１の最小値抽出回路に
よって抽出されたサンプル値の小さい方を選択する第２
の最小値抽出回路とをもとに構成することで、３個の最
大値抽出回路を並列動作させ、中央値抽出回路の中央値
抽出処理を高速化できるという効果が得られる。（２）上記（１）項において、中央値抽出回路によって
抽出された中央値と入力信号の第ｎ次のサンプル値ある
いは入力信号の第ｎ次のサンプル値ならびにその前後２
個のサンプル値の平均値とを所定の割合で加算し、出力
信号の第ｎ次のサンプル値とすることで、その高周波成
分を残しながら入力信号に重畳されたインパルス性ノイ
ズやごま塩状ノイズを抑制できるという効果が得られ
る。（３）上記（１）項及び（２）項により、画像処理シス
テム等の演算速度を高速化し、その高周波特性を改善し
て、画像処理システム等の高性能化を推進することがで
きるという効果が得られる。

【００４０】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、上記実施例では、入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル
値ＳＩｎとその前後２個のサンプル値ＳＩｎ−１及びＳ
Ｉｎ＋１をもとにフィルタ演算を行っているが、例えば
入力信号ＳＩの第ｎ次のサンプル値ＳＩｎとその前後４
個のサンプル値ＳＩｎ−２，ＳＩｎ−１，ＳＩｎ＋１及
びＳＩｎ＋２をもとにフィルタ演算を行うこともでき
る。この場合、最大値抽出回路及び最小値抽出回路は、
これらのサンプル値の組み合わせの数に応じて増設する
必要がある。信号加算回路ＡＤＤに供給される係数ｋの
値を設定するためのアルゴリズムは、上記実施例による
制約を受けないし、係数ｋの値を保持するリードオンリ
ーメモリ等をフィルタ演算回路に設けることもよい。図
１４のフィルタ演算回路において、係数ｋの値は、図１
３の実施例を踏襲して、動的に変化させることができ
る。さらに、中央値抽出回路ＭＥＤ及び最大値抽出回路
ＭＡＸ１ないしＭＡＸ３ならびに最小値抽出回路ＭＩＮ
１ないしＭＩＮ３の具体的構成や電源電圧の極性及び絶
対値等、種々の実施形態を採りうる。

【００４１】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である画像
処理システムに含まれるフィルタ演算回路及びそのフィ
ルタ演算方式に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではなく、例えば、画像通信システム
や同様なアナログ信号を処理する各種のディジタル制御
システム等にも適用できるし、フィルタ演算方式につい
ては、ソフトウエア的に同様なフィルタ演算処理を行う
ディジタル信号処理装置等にも適用できる。この発明
は、少なくとも中央値抽出処理を含むフィルタ演算方式
又は中央値抽出回路を含むフィルタ演算回路ならびにこ
のようなフィルタ演算方式を採りこのようなフィルタ演
算回路を含むシステムに広く適用できる。

【００４２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、中央値抽出回路を、例えば
連続する３個のサンプル値の中からそれぞれ異なる２個
を組み合わせて比較し大きい方を選択する第１ないし第
３の最大値抽出回路と、第１及び第２の最大値抽出回路
によって抽出されたサンプル値の小さい方を選択する第
１の最小値抽出回路と、第３の最大値抽出回路及び第１
の最小値抽出回路によって抽出されたサンプル値の小さ
い方を選択する第２の最小値抽出回路とをもとに構成す
るとともに、中央値抽出回路によって抽出された中央値
と入力信号の第ｎ次のサンプル値あるいは入力信号の第
ｎ次のサンプル値ならびにその前後２個のサンプル値の
平均値とを加算した結果を、出力信号の第ｎ次のサンプ
ル値とすることで、中央値抽出回路の中央値抽出処理を
高速化できるとともに、その高周波成分を残しながら入
力信号に重畳されたインパルス性ノイズやごま塩状ノイ
ズを抑制することができる。これにより、画像処理シス
テム等の演算速度を高速化し高周波特性を改善して、そ
の高性能化を推進することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用されたフィルタ演算回路の第１
の実施例を示す基本構成図である。

【図２】図１のフィルタ演算回路の一実施例を示す信号
波形図である。

【図３】図１のフィルタ演算回路に含まれる中央値抽出
回路の第１の実施例を示すブロック図である。

【図４】図３の中央値抽出回路の一実施例を示す真理値
図である。

【図５】図１のフィルタ演算回路に含まれる中央値抽出
回路の第２の実施例を示すブロック図である。

【図６】図５の中央値抽出回路の一実施例を示す真理値
図である。

【図７】図３及び図５の中央値抽出回路に含まれる最大
値抽出回路の第１の実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図８】図３及び図５の中央値抽出回路に含まれる最小
値抽出回路の第１の実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図９】図３及び図５の中央値抽出回路に含まれる最大
値抽出回路の第２の実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図１０】図３及び図５の中央値抽出回路に含まれる最
小値抽出回路の第２の実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図１１】図１のフィルタ演算回路に含まれる中央値抽
出回路の第３の実施例を示すブロック図である。

【図１２】図１１の中央値抽出回路の一実施例を示す真
理値図である。

【図１３】この発明が適用されたフィルタ演算回路の第
２の実施例を示す基本構成図である。

【図１４】この発明が適用されたフィルタ演算回路の第
３の実施例を示す基本構成図である。

【図１５】平均値フィルタ方式又は中央値フィルタ方式
を採る従来のフィルタ演算回路の一例を示す信号波形図
である。

【符号の説明】

ＤＬ１〜ＤＬ２・・・遅延回路、ＭＥＤ・・・中央値抽
出回路、ＡＤＤ・・・信号加算回路。ＭＡＸ１〜ＭＡＸ
３・・・最大値抽出回路、ＭＩＮ１〜ＭＩＮ３・・・最
小値抽出回路。Ｔ１〜Ｔ２・・・ＮＰＮ型バイポーラト
ランジスタ、Ｔ３〜Ｔ４・・・ＰＮＰ型バイポーラトラ
ンジスタ、Ｒ１〜Ｒ２・・・抵抗。ＭＸＣＯＭ，ＭＮＣ
ＯＭ，ＭＥＣＯＭ１〜ＭＥＣＯＭ３，ＡＣＯＭ・・・信
号比較回路、ＭＸＳＬ，ＭＮＳＬ，ＭＥＳＬ・・・信号
選択回路、ＤＥＣ・・・デコーダ、ＡＶＥ・・・平均値
演算回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木英幸東京都小平市上水本町５丁目22番１号株式会社日立マイコンシステム内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号の第ｎ次のサンプル値ならびに
その前後所定数個のサンプル値の中から中央値を抽出
し、抽出された中央値と上記第ｎ次のサンプル値あるい
は上記第ｎ次のサンプル値ならびにその前後所定数個の
サンプル値の平均値とを加算した結果を出力信号の第ｎ
次のサンプル値とすることを特徴とするフィルタ演算方
式。
【請求項２】上記加算処理は、上記中央値に０≦ｋ≦
１なる所定の係数ｋを乗じ入力信号の第ｎ次のサンプル
値又は上記平均値に係数１−ｋを乗じた後行われるもの
であることを特徴とする請求項１のフィルタ演算方式。
【請求項３】上記係数ｋの値は、入力信号の周波数成
分の分布状態に応じて設定されるものであることを特徴
とする請求項２のフィルタ演算方式。
【請求項４】上記係数ｋの値は、上記中央値と上記入
力信号の第ｎ次のサンプル値又は上記平均値との差分に
応じて設定されるものであることを特徴とする請求項２
又は請求項３のフィルタ演算方式。
【請求項５】上記入力信号は、画像信号であって、上
記入力信号の第ｎ次のサンプル値ならびにその前後所定
数個のサンプル値は、同一画像の同一行の隣接する所定
数の列にあり、又は同一画像の隣接する所定数の行の同
一列にあり、あるいは隣接する所定数の画像の同一行及
び列にある画素のそれぞれに対応するものであることを
特徴とする請求項１，請求項２，請求項３又は請求項４
のフィルタ演算方式。
【請求項６】ｐ−１個からなる奇数個のサンプル値の
中から順に大きなｐ／２個を選択しこれらのサンプル値
の中から最小の１個を選択して中央値とし、あるいはｐ
−１個からなる奇数個のサンプル値の中から順に小さな
ｐ／２個を選択しこれらのサンプル値の中から最大の１
個を選択して中央値とする中央値抽出回路を具備するこ
とを特徴とするフィルタ演算回路。
【請求項７】上記ｐは、４であって、上記中央値抽出
回路は、３個のサンプル値の中からそれぞれ異なる２個
を組み合わせて比較し大きい方を選択する第１ないし第
３の最大値抽出回路と、上記第１及び第２の最大値抽出
回路によって選択されたサンプル値の中から小さい方を
選択する第１の最小値抽出回路と、上記第３の最大値値
抽出回路及び第１の最小値抽出回路によって選択された
サンプル値の中から大きい方を選択し上記中央値とする
第２の最小値抽出回路とを含むものであることを特徴と
する請求項６のフィルタ演算回路。
【請求項８】上記中央値抽出回路は、上記入力信号の
第ｎ次のサンプル値ならびにその前後２個のサンプル値
の中から中央値を抽出するためのものであって、上記フ
ィルタ演算回路は、上記中央値抽出回路によって抽出さ
れた中央値と第ｎ次のサンプル値あるいは第ｎ次のサン
プル値ならびにその前後２個のサンプル値の平均値とを
加算した結果を出力信号の第ｎ次のサンプル値とするも
のであることを特徴とする請求項６又は請求項７のフィ
ルタ演算回路。
【請求項９】上記加算処理は、上記中央値に０≦ｋ≦
１なる所定の係数ｋを乗じ上記入力信号の第ｎ次のサン
プル値又は上記平均値に係数１−ｋを乗じた後行われる
ものであることを特徴とする請求項８のフィルタ演算回
路。
【請求項１０】上記入力信号は、画像信号であって、
上記入力信号の第ｎ次のサンプル値ならびにその前後２
個のサンプル値は、同一画像の同一行の隣接する三つの
列にあり、又は同一画像の隣接する三つの行の同一列に
あり、あるいは隣接する三つの画像の同一行及び列にあ
る画素のそれぞれに対応するものであることを特徴とす
る請求項８又は請求項９のフィルタ演算回路。