JPH10262160A - Ｓｎ比検出装置および雑音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像の局所的特徴によってＳＮ比を誤検出す
ることなく、画質劣化の少ない雑音低減を実現するこ
と。 【解決手段】 ローカルＳＮ比検出部２００は、ブロッ
ク化処理回路１００でブロック化した入力画像のブロッ
ク毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、両ＳＮ比の
うちノイズが少ない方の値を該当ブロックのローカルＳ
Ｎ比とする。グローバルＳＮ比検出部４００は、ローカ
ルＳＮ比を入力画像全体について集計し、最頻値をグロ
ーバルＳＮ比とする。閾値設定部５００は、ローカルＳ
Ｎ比とグローバルＳＮ比のうちノイズが少ない方の値に
従って各ブロックの画像に応じた閾値を設定する。雑音
低減部６００は、入力画像中の処理対象画素の近傍画素
のうち、処理対象画素の画素値との差分が処理対象画素
が属するブロックに設定された閾値以下の画素値となる
画素の平均画素値で、処理対象画素の画素値を置き換え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＳＮ比検出装置およ
び雑音低減装置に関し、特に、画像の局所的特徴によっ
てＳＮ比を誤検出することなく画質劣化の少ない雑音低
減を実現できるＳＮ比検出装置および雑音低減装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な画像用雑音低減装置につ
いては、吹抜著「ＴＶ画像の多次元信号処理」ｐｐ．１
８９〜１９０や日本放送協会放送技術研究所編「ディジ
タルテレビ技術」ｐｐ．２６８〜２７０に詳しい。これ
らは、入力画像中の映像成分はフレーム相関があるのに
対して、ノイズは時間的に変化することを利用して時間
方向のＬＰＦによりノイズ低減をする手法であるが、動
画に対しては、この手法行うと動きボケによる画質劣化
が生じるため、通常このようなノイズ低減を行わない。
これに対し、非線形信号処理を用いることにより映像成
分とノイズ成分を分離して、平均化もしくはレベル圧縮
等の手段によりノイズ低減する手法が研究、実用化され
ている。

【０００３】例えば、原島らの「ε−分離非線形ディジ
タルフィルタ」（信学論’８２／４Ｖｏｌ．Ｊ６５−Ａ
Ｎｏ．４ ｐｐ．２９７〜３０４），本出願人らの
「テレビジョン映像信号のノイズ低減方法」（特開平８
−２１４１９２号公報）、「雑音低減回路」（特開平７
−２５０２６４号公報）、「雑音低減装置」（特開平８
−１０２８７１号公報）、およびその改良型（特開平８
−１７２３６８号、特願平７−３２２７３３号、特願平
８−３６２８１号、特願平８−３６３９７号、特願平８
−３６５２０号、特願平８−２３７０９３号、特願平８
−２３７０９４号、特願平８−１２８４７２号）等々が
ある。これらの手法はそれぞれに特徴があるが、基本的
には閾値を外部から与えて、この閾値に従いノイズ（雑
音）と映像成分の分離を行っている。

【０００４】また、本出願人らは、「テレビジョン映像
信号のＳＮ値検出方法」（特開平８−２０１４６４号公
報）を提案し、統計的検定法（カイ二乗検定法）を用い
て閾値制御をかなり最適化できることを報告した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の雑
音低減装置では、人が閾値を設定するものであったり、
または画面一律に設定するものであった。このため、部
分的な絵柄の相違や動きによって、ノイズ低減により局
所的な画質劣化が生じることがあった。さらに、画面か
らＳＮ比を検出するための統計的ＳＮ値検出法では、ブ
ロック毎に局所的な統計的検定を行うにはその演算速度
が現状では間に合わず、実時間処理が困難であった。

【０００６】そこで、本発明は上述の点に鑑みて成され
たもので、簡単な方法により上記の課題を解決したＳＮ
比検出装置および雑音低減装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の装置では、入力画像を複数のブロックに分
割し、前記ブロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を
求め、両ＳＮ比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロ
ックのローカルＳＮ比とするローカルＳＮ比検出手段
と、前記ローカルＳＮ比を前記入力画像全体について集
計し、最頻値をグローバルＳＮ比とするグローバルＳＮ
比検出手段と、前記ローカルＳＮ比と前記グローバルＳ
Ｎ比のうちノイズが少ない方の値を前記ブロック毎に選
択するＳＮ比選択手段とを備えたことを特徴とする。

【０００８】ここで、前記ローカルＳＮ比検出手段によ
り、前記ブロック毎に当該ブロック内画素値の分散をノ
イズとして前記２次元ＳＮ比を求め、当該ブロック内の
各画素の時間差分の二乗平均をノイズとして前記３次元
ＳＮ比を求めることもできる。

【０００９】また、上記目的を達成するために本発明の
装置では、入力画像を複数のブロックに分割し、前記ブ
ロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、両ＳＮ
比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロックのローカ
ルＳＮ比とするローカルＳＮ比検出手段と、前記ローカ
ルＳＮ比を前記入力画像全体について集計し、最頻値を
グローバルＳＮ比とするグローバルＳＮ比検出手段と、
前記ローカルＳＮ比と前記グローバルＳＮ比のうちノイ
ズが少ない方の値に従って各ブロックの画像に応じた閾
値を設定する閾値設定手段と、前記入力画像中の処理対
象画素の近傍画素のうち、該処理対象画素の画素値との
差分が前記処理対象画素が属するブロックに設定された
閾値以下の画素値となる画素の平均画素値で、前記処理
対象画素の画素値を置き換える平均手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００１０】ここで、分割された前記ブロック毎にブロ
ック内画像の輝度を求める手段を備え、前記閾値設定手
段により、前記ブロック内画像の輝度が高いときよりも
低いときの方が前記閾値が大きな値となるよう補正する
こともできる。

【００１１】ここで、前記平均手段は、前記処理対象画
素を含む画像の２次元での傾斜を検出する手段と、前記
処理対象画素の画素値と前記傾斜値とを演算して前記処
理対象画素の傾斜補正された画素値を算出する手段とを
備え、前記近傍画素のうち、前記傾斜補正された画素値
との差分が前記処理対象画素が属するブロックに設定さ
れた閾値以下の画素値となる画素の平均画素値で、前記
傾斜補正された画素値を置き換えることもできる。

【００１２】ここで、前記平均画素値は前記処理対象画
素の３次元における近傍画素より求められ、該近傍画素
は、少なくとも前記処理対象画素が属するフレームと該
フレームよりも前のフレームに属するものとすることも
できる。

【００１３】ここで、前記置き換えられた処理対象画素
値と前記入力画像の処理対象画素値を比較する比較手段
と、前記比較手段により前記入力画像の処理対象画素値
が前記置き換えられた処理対象画素値より大きい場合に
は前記閾値を前記入力画像の処理対象画素値から減算し
た値を出力し、前記入力画像の処理対象画素値が前記置
き換えられた処理対象画素値より小さい場合には前記閾
値を前記入力画像の処理対象画素値に加算した値を出力
し、前記入力画像の処理対象画素値と前記出力画像の処
理対象画素値が等しい場合には前記入力画像の処理対象
画素値を出力する選択加減算手段とを備えることもでき
る。

【００１４】また、上記目的を達成するために本発明の
装置では、入力画像を複数のブロックに分割し、前記ブ
ロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、両ＳＮ
比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロックのローカ
ルＳＮ比とするローカルＳＮ比検出手段と、前記ローカ
ルＳＮ比を前記入力画像全体について集計し、最頻値を
グローバルＳＮ比とするグローバルＳＮ比検出手段と、
前記ローカルＳＮ比と前記グローバルＳＮ比のうちノイ
ズが少ない方の値に従って各ブロックの画像に応じた閾
値を設定する閾値設定手段と、前記入力画像を大局的に
雑音低減して出力する雑音低減手段と、前記雑音低減手
段の出力画像と前記入力画像の処理対象画素値を比較す
る比較手段と、前記比較手段により前記入力画像の処理
対象画素値が前記出力画像の処理対象画素値より大きい
場合には前記閾値を前記入力画像の処理対象画素値から
減算した値を出力し、前記入力画像の処理対象画素値が
前記出力画像の処理対象画素値より小さい場合には前記
閾値を前記入力画像の処理対象画素値に加算した値を出
力し、前記入力画像の処理対象画素値と前記出力画像の
処理対象画素値が等しい場合には前記入力画像の処理対
象画素値を出力する選択加減算手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１５】また、上記目的を達成するために本発明の
装置では、入力画像を複数のブロックに分割し、前記ブ
ロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、両ＳＮ
比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロックのローカ
ルＳＮ比とするローカルＳＮ比検出手段と、前記入力画
像中のノイズを統計的分布則のノイズ分布と比較するこ
とでグローバルＳＮ比を検出するグローバルＳＮ比検出
手段と、前記ローカルＳＮ比と前記グローバルＳＮ比の
うちノイズが少ない方の値に従って各ブロックの画像に
応じた閾値を設定する閾値設定手段と、前記入力画像中
の処理対象画素の近傍画素のうち、該処理対象画素の画
素値との差分が前記処理対象画素が属するブロックに設
定された閾値以下の画素値となる画素の平均画素値で、
前記処理対象画素の画素値を置き換える平均手段とを備
えたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を詳細に説明する。

【００１７】（第１の実施の形態）図１は本発明を適用
した雑音低減装置の第１の実施の形態を示すブロック図
である。

【００１８】本発明装置は、大略して、入力画像を分割
するブロック化処理回路１００と、ブロック化した画像
の画素値の２次元分散およびフレーム間差分を用いたロ
ーカルＳＮ比検出部２００と、ローカルＳＮ比を集計し
て最頻値を求めるグローバルＳＮ比検出部４００と、ロ
ーカルＳＮ比およびグローバルＳＮ比を用いてブロック
毎に画素毎の閾値を設定する閾値設定部５００と、閾値
以下の近傍画素の平均値で処理対象画素を置き換えてノ
イズ低減を行う雑音低減部６００から構成されている。

【００１９】まず、ブロック化処理回路１００で、入力
画像を画面上で一定の大きさを有するブロックに分割し
てブロック化する。ここでは、入力画像は例えばベース
バンドテレビジョン映像信号として与えられ、１ブロッ
クを８画素×８画素の大きさとした。

【００２０】次に、ローカルＳＮ比検出部２００で、ブ
ロック毎に２次元ＳＮ比および３次元ＳＮ比を求める。

【００２１】まず、２次元ＳＮ比は、ブロック毎に全画
素の輝度（画素値）の相加平均を求め、ブロック内の各
画素の画素値との差分の二乗平均すなわち分散を求め、
輝度信号の最大振幅とこの二乗平均との比を求めること
により算出できる。

【００２２】図１では、ブロック平均算出回路２１でブ
ロック毎に８画素×８画素＝６４画素の画素値の相加平
均を求め、ブロック遅延回路２２でブロック平均算出回
路２１での処理に要する時間遅延させて時間合わせを行
った信号とブロック平均算出回路２１の出力信号との差
分を減算器２３により求め、この差分を二乗回路２４で
二乗する。そして、輝度信号の最大振幅は一定なので、
平均化回路２５でブロック内全画素についての差分二乗
和（分散）を計算した後（１／６４）倍して平均し、２
次元ノイズのみを算出している。ここでブロック毎の相
加平均を求める処理は、２次元ＬＰＦによる処理でも良
い。

【００２３】以上の２次元ＳＮ比算出処理を数式で示せ
ば次のようになる。

【００２４】ブロック毎の相加平均をａｖｅ２ｄ，ブロ
ック内の各画素の画素値（輝度信号レベル）をＸ（ｉ，
ｊ）（０≦ｉ＜８，０≦ｊ＜８）とすると、

【００２５】

【数１】

【００２６】これより各画素値についての２次元平均と
の差分の二乗和ｄｉｆｆ２ｄは、

【００２７】

【数２】

【００２８】これよりブロックの２次元平均から求めた
２次元ＳＮ比ＳＮ２ｄは

【００２９】

【数３】

【００３０】となる。ここでＳｐｐは輝度信号の最大振
幅を表わす。

【００３１】次に、３次元ＳＮ比は、現フレームと前フ
レームとの間でブロック毎に８画素×８画素＝６４画素
それぞれの画素値のフレーム間差分の二乗平均を求め、
輝度信号の最大振幅とこの二乗平均との比を求めること
により算出できる。

【００３２】図１では、２次元ＳＮ比算出に用いたブロ
ック遅延回路２２の出力信号（現フレーム信号）を二分
し、一方をフレーム遅延回路（ＦＤＬ）２６に入力して
１フレーム分遅延させ（前フレーム信号）、現フレーム
信号と前フレーム信号を作っている。両信号の差分を減
算器２７により求め、この差分を二乗回路２８で二乗す
る。そして、この場合も輝度信号の最大振幅は一定なの
で、平均化回路２９でブロック内全画素についての差分
二乗和（分散）を計算した後（１／６４）倍して平均
し、３次元ノイズのみを算出している。

【００３３】以上の３次元ＳＮ比算出処理を数式で示せ
ば次のようになる。

【００３４】１フレーム前の画素値との差分の二乗和ｄ
ｉｆｆ３ｄは、

【００３５】

【数４】

【００３６】ここで、Ｘ^-1（ｉ，ｊ）はＸ（ｉ，ｊ）よ
り１フレーム前のブロックの各画素の画素値を表す。

【００３７】フレーム間差分から求めた３次元ＳＮ比Ｓ
Ｎ３ｄは

【００３８】

【数５】

【００３９】となる。

【００４０】ブロック毎の局所的な（ローカルな）ＳＮ
比（以下、ローカルＳＮ比という）は、２次元ＳＮ比と
３次元ＳＮ比のうちの最大値（ノイズが少ない方の値）
とする。定義上、２次元ノイズレベルと３次元ノイズレ
ベルのうち最小値を出力すればよいので、図１では最小
値選択回路３０によりノイズレベルで比較して、両二乗
平均のうちの最小値を選択しローカルノイズとして出力
するように構成した例を示した。

【００４１】ここで、各ブロックのローカルＳＮ比ＳＮ
ｂｌｏｃｋとしては、ＳＮ２ｄとＳＮ３ｄのうちの最大
値（いずれか大きい方の値、同一値のときはいずれか任
意の値）を選択する。

【００４２】

【数６】 ＳＮｂｌｏｃｋ＝ＭＡＸ（ＳＮ２ｄ，ＳＮ３ｄ） ここで、ローカルＳＮ比として両者のうちの最大値をと
る理由は、２次元ＳＮ比ＳＮ２ｄには画像のエッジがブ
ロック内に含まれることによる誤検出があり、画像のエ
ッジ部分ではＳＮ比が低下する一方、３次元ＳＮ比ＳＮ
３ｄには画像の動いた部分で誤検出があり、動き部分で
ＳＮ比が低下するためである。よって２次元ＳＮ比と３
次元ＳＮ比がともに誤検出している部分では正しい検出
ＳＮ比は得られないが、通常は最大値を選択することに
より正しいＳＮ比が期待できる。さらに、両方が誤検出
の場合でも、最大値を選択して誤検出の程度が小さい方
のＳＮ比をローカルＳＮ比とすることにより、一方のみ
の場合より画質劣化の少ない閾値設定を行える。

【００４３】次に、グローバルＳＮ比検出部４００でこ
のブロック毎のローカルＳＮ比ＳＮｂｌｏｃｋを画面全
体に渡って集計し、最頻値を全体のＳＮ比とする。これ
をグローバルＳＮ比と呼ぶ。この多数決論理により求め
たグローバルＳＮ比を用いて設定した閾値に基づきノイ
ズ低減処理すると、画像の部分的な絵柄の相違や動きを
雑音として誤検出することに基づく誤動作は除去され
る。図１ではノイズレベルに注目しているので、フレー
ム内最頻値抽出回路４０でローカルノイズの最頻値を多
数決論理により求め、グローバルノイズを求めている。
輝度信号の最大振幅とグローバルノイズとの比を求める
ことにより、グローバルＳＮ比が求まる。

【００４４】次に、検出したグローバルＳＮ比と先に検
出したローカルＳＮ比を用いる具体的な閾値設定法につ
いて説明する。

【００４５】閾値の設定条件としては、その画素におけ
るノイズ（雑音）を低減するために十分な大きさが必要
である反面、映像成分を損なわないためには必要以上に
大きくしない必要がある。そこで、画質劣化を防いでノ
イズ低減を行うためには、画像の局所的特徴に応じて閾
値を変化させることが必要であり、特に、先の条件のう
ち画質劣化を避けるために後者の条件に重点を置くべき
である。

【００４６】そこで閾値設定部５００では、グローバル
ＳＮ比検出部４００からのグローバルＳＮ比とフレーム
遅延回路（ＦＤＬ）４６によって遅延して時間合わせを
行ったローカルＳＮ比のうちノイズが少ない方の値、す
なわち最大値（または、ノイズレベルのうちの最小値）
を最小ノイズ選択回路５０により選択し、閾値設定回路
５２による閾値設定の判断基準としている。局所的にエ
ッジや動きなどの特徴がある画面ではローカルＳＮ比は
誤検出となることが予測されるが、グローバルＳＮ比は
このローカルＳＮ比よりも大きくなる（ローカルノイズ
よりグローバルノイズの方が少なくなる）ことが期待で
きるので、このように閾値制御すれば、この特徴（エッ
ジなどの部分的な絵柄の相違や動き）を雑音としてロー
カルＳＮ比を誤検出することに基づく誤動作を抑制でき
る。

【００４７】閾値設定回路５２は、例えば両ＳＮ比のう
ちの最大値に反比例、すなわち両ノイズのうち最小ノイ
ズ選択回路５０で選択した最小値（いずれか小さい方の
値）に比例するような値にブロック毎に閾値を設定す
る。このように、ローカルＳＮ比だけを用いて閾値を設
定しただけでは閾値が大きくなり誤検出によりエッジな
どをぼかすことになってしまうような画面に対しても、
上記のようにグローバルＳＮ比と併用すれば閾値は大き
くならず、エッジを保存でき動きボケを防ぐことができ
て画質劣化が少ない。

【００４８】逆に、ローカルＳＮ比がグローバルＳＮ比
より大きくなる場合、すなわち、部分的にＳＮ比が高い
画面では期待されるグローバルＳＮ比より大きなローカ
ルＳＮ比をとるブロックがある。このため、最小ノイズ
選択回路５０によりこのローカルＳＮ比を選択すること
で、閾値はグローバルＳＮ比で期待される値よりも小さ
く設定される。これにより、局所的にノイズの少ないブ
ロックがある画面では、不必要に閾値が大きくなること
を回避でき、グローバルＳＮ比だけを用いて閾値を設定
しただけでは閾値が大きくなって高ＳＮ比の部分がノイ
ズに埋もれて平均化でぼかされてしまうようなモデュレ
ーションの浅いディテールをも保存しつつ、画質劣化の
少ないノイズ低減を可能にしている。

【００４９】このようにローカルＳＮ比とグローバルＳ
Ｎ比の最大値に基づいて閾値を設定するだけで、効果的
にノイズ低減しながら、画質劣化を防ぐことができる。
また、選択したＳＮ比の増大に対して閾値が大きくなる
関係にならなければ、両者の間に非線形な関係を持たせ
るようにしてもよい。

【００５０】次に、閾値設定部５００で設定した閾値に
基づくノイズ低減について説明する。

【００５１】本実施の形態では入力画像の処理対象画素
が属する現フレームを第ｎフレームとした場合、第（ｎ
−１），第ｎ，第（ｎ＋１）の３フレームを用いる。し
かし、第（ｎ＋１）フレームを用いずに第（ｎ−１），
第ｎフレームの２フレームを用いただけでも、また、第
（ｎ−２），第（ｎ−１），第ｎの３フレームを用いて
も、現フレームと前のフレームから同様にノイズ低減す
ることができる。

【００５２】本実施の形態では処理対象画素の雑音を低
減するために、図２に示すとおり、第ｎフレームの処理
対象画素の近傍（平面的近傍だけでなく時間的近傍も含
む３次元の近傍）の所定範囲内の、処理対象画素を中心
とする２７画素を用いてノイズ低減のための画素の置換
を行う。すなわち、入力画像中の第（ｎ−１），第ｎ，
第（ｎ＋１）フレームの画素のうち、第ｎフレームの処
理対象画素とこれに隣接する計９画素＋第（ｎ−１）フ
レームの同じ位置の９画素＋第（ｎ＋１）フレームの同
じ位置の９画素＝合計２７画素を用い、処理対象画素の
近傍画素のうち、該処理対象画素の画素値との差分が処
理対象画素が属するブロックに対して設定された閾値
（ｔｈ）以下の画素値となる画素を選択してその画素値
を加算し、加算した画素総数で割って平均した平均画素
値で、処理対象画素の画素値を置き換えることにより雑
音を低減する。差分が閾値（ｔｈ）を超える画素は処理
対象画素との相関性が低く、画像のエッジや動画像であ
ることが考えられるので、置き換えのための平均値算出
では選択せず無効データとする。これは、局所的な画像
の特徴を損なわないようにするためである。

【００５３】図１に戻って説明すると、雑音低減部６０
０において、入力画像をフレーム遅延回路（ＦＤＬ）６
１により遅延出力した信号から処理対象画素値抽出部６
２により２７画素の中心画素値を抽出する。また、遅延
回路６５，６９は処理対象画素値抽出部６２での処理に
要する時間遅延させる時間合わせのための遅延回路、フ
レーム遅延回路（ＦＤＬ）６６は１フレーム遅延させる
遅延回路であり、これらにより入力画像から第（ｎ−
１），第ｎ，第（ｎ＋１）フレームの画像を作成する。

【００５４】そして、抽出された処理対象画素である第
ｎフレームの中心画素値と第ｎ，第（ｎ−１），第（ｎ
＋１）フレームの各画素値との差分をそれぞれ減算器６
３，６７，７０により求める。これを基にｔｈ以下画素
選択加算回路６４では、第ｎフレームの画素で処理対象
画素値との差分が閾値設定回路５２からの閾値ｔｈ以下
の画素値のみを有効データとして選択加算し、加算結果
と選択した画素数とを出力する。同様にｔｈ以下画素選
択加算回路６８，７１では、第（ｎ−１），第（ｎ＋
１）フレームの画素で処理対象画素値との差分が閾値設
定回路５２からの閾値ｔｈ以下の画素値のみを有効デー
タとして選択加算し、加算結果と選択した画素数とをそ
れぞれ出力する。有効データは、差分が閾値ｔｈ以下の
画素はノイズを含んではいるが処理対象画素と画像とし
て相関性があり、相関性を利用したノイズ低減に有効で
あるとの考えから選択される。

【００５５】そして、Σ／Ｍ処理回路７２では、各ｔｈ
以下画素選択加算回路の加算出力の総和を選択画素総数
Ｍで除して平均値を算出し出力している。つまり、算出
したこの平均値を処理対象画素値に置き換えて出力して
いる。このような画素値の置換を画面全体で行うこと
で、処理対象画素に対して局所的な画像の特徴に従った
平均化、すなわちローパスフィルタ処理を実現し、画質
劣化の少ないノイズ低減を実現することができる。

【００５６】（第２の実施の形態）ところで、単純に処
理対象画素と各近傍画素との差分に閾値処理を施すと、
階調を伴う傾斜画像では正しい処理ができなくなる。文
献（原島らの「ε−分離非線形ディジタルフィルタ」
（信学論’８２／４ Ｖｏｌ．Ｊ６５−Ａ Ｎｏ．４ｐ
ｐ．２９７〜３０４））では、最小二乗誤差を用いた傾
斜補正法が提案されている。しかし、リアルタイムに画
素毎の近似平面を求めるのは困難である。

【００５７】そこで本実施の形態では、より簡単な傾斜
補正法として２次元ＬＰＦ出力を用いた画像の傾斜補正
法を実現した。まず、１次元の場合を例として、ＬＰＦ
を用いた傾斜補正法の原理について図３を参照し説明す
る。

【００５８】図３（Ａ）のようなノイズを含んだ１次元
の傾斜画像に対して処理対象画素と近傍画素との差分を
単純に求めると、差分出力は傾斜分を含んだものとなっ
てしまう。そこで、傾斜画像を図３（Ｂ）のようにＬＰ
Ｆ処理し、処理対象画素値とＬＰＦ出力との差分がゼロ
になるようにＬＰＦ出力をレベルシフトした上で、図３
（Ｃ）のように傾斜画像とレベルシフトしたＬＰＦ出力
との差分を求めれば、傾斜補正された差分出力を得るこ
とができる。

【００５９】図４に２次元の傾斜補正を実施した雑音低
減装置の第２の実施の形態の全体ブロック図を示す。

【００６０】図４では傾斜補正部８０以外は図１の第１
の実施の形態とほぼ同一であり、遅延回路６５，６９は
傾斜補正部８０での処理に要する時間遅延させる時間合
わせのため回路である。

【００６１】図５に傾斜補正部８０の詳細なブロック図
を示す。図５において、処理対象画素値抽出部８５は処
理対象画素値抽出部６２と同一であり、遅延回路８２は
２次元ＬＰＦ８１での処理に要する時間遅延させる時間
合わせのため回路である。

【００６２】ここで、第（ｎ−１），第ｎ，第（ｎ＋
１）の３フレームにおいては画像の傾斜度合は同一と考
え、図５において、第ｎフレームの信号を３画素×３画
素からなる２次元ＬＰＦ８１に入力して画像の低域成分
を検出する。この低域成分出力は画像の２次元平面での
傾斜を表し、これら３フレームの傾斜補正用の出力が得
られる。そして、減算器８３により、２次元ＬＰＦ８１
の出力と遅延した第ｎフレーム画像との差分を３画素×
３画素毎に出力する。

【００６３】レベルシフト回路８４では、入力画像のう
ち処理対象画素である例えば中心画素の座標位置におけ
る上記差分に注目し、この差分がゼロになるように２次
元ＬＰＦ８１の出力を全体的にレベルシフトする。そし
て、処理対象画素値抽出部８５の出力画素値とレベルシ
フト回路８４でレベルシフトした２次元ＬＰＦ処理後の
出力値とを加算器８６により演算する。ここで、傾斜補
正部８０から出力される処理対象画素とその近傍画素と
の差分を減算器６３，６７，７０により求めるときに
（図４参照）、処理対象画素の各近傍画素の座標位置に
相当するレベルシフト出力値と処理対象画素値とを加算
された傾斜補正部８０の出力が各近傍画素と差分演算さ
れることにより、差分に含まれる傾斜分を補正すること
ができる。

【００６４】このように本実施の形態によれば、ローカ
ルＳＮ比とグローバルＳＮ比の最大値に基づいて閾値設
定部５００でブロック毎に閾値を設定し、傾斜補正部８
０で階調画像の傾斜を補正した上で画素値の置換を行う
ことで、雑音低減部６１０により階調画像に対しても効
果的にノイズ低減しながら、画質劣化を防ぐことができ
る。

【００６５】（第３の実施の形態）ところで、ノイズの
視認し易さは画像の輝度（明るさ）でも変化する。一般
にノイズは明部よりも暗部で視認し易いため、輝度が低
い暗部の閾値は大きめに、逆に輝度が高い明部の閾値を
小さくするように補正すれば、視覚特性に応じたより効
果的なノイズ低減が期待できる。そこで本実施の形態で
は、ローカルＳＮ比とグローバルＳＮ比の最大値の他に
画像の局所的な明るさ（輝度）も閾値の設定条件とし
て、輝度が高いときよりも低いときの方が閾値が大きな
値となるように構成した。

【００６６】図６にこのような構成とした雑音低減装置
の第３の実施の形態の全体ブロック図を示す。

【００６７】図６の閾値設定部５１０では、ブロック平
均算出のための２次元ＬＰＦ３１の出力をフレーム遅延
回路（ＦＤＬ）５６により遅延した信号を局所的な明る
さの信号として用い、閾値の補正を行っている。２次元
ＬＰＦを用いるのは、画素値をそのまま用いたのでは、
画素値に含まれるノイズが閾値の補正に影響するので、
平均化によってこれを防ぐためである。閾値設定回路５
３は、例えば局所的な明るさが所定レベル以上のとき
は、ＳＮ比の最大値のみで設定する値よりも小さな値に
閾値を補正して出力する。また、所定レベル未満のとき
は、ＳＮ比の最大値のみで設定する値よりも大きな値に
補正して出力する。補正は２次元ＬＰＦ３１の出力に応
じて連続的に行ってもよい。

【００６８】このように本実施の形態によれば、ＳＮ比
の最大値の他にブロックの画像の明るさもさらに設定条
件として閾値設定部５１０で閾値を設定し、傾斜補正部
８０で階調画像の傾斜を補正した上で画素値の置換を行
うことで、雑音低減部６１０により階調画像に対しても
局所的な明るさに応じ効果的にノイズ低減しながら、画
質劣化を防ぐことができる。

【００６９】（第４の実施の形態）図７はグローバルＳ
Ｎ比検出に統計的手法を用いる構成とした雑音低減装置
の第４の実施の形態の全体ブロック図を示す。

【００７０】図７のローカルＳＮ比検出部２２０により
減算器２３，２７からの差分出力に対する統計的判断に
より２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を検出し、この検出結
果を基にグローバルＳＮ比検出部４１０によりグローバ
ルＳＮ比を検出するようにしたものである。ここで、ロ
ーカルＳＮ比検出は前記実施の形態と同様にブロック毎
の検出で統計的判断の実時間処理は困難であるが、グロ
ーバルＳＮ比はシーケンスでほぼ一定のものであるた
め、時間をかけて検出処理しても時間的に多少のずれを
許容出来るので、統計的判断である例えばカイ二乗検定
法を用いることができる。

【００７１】カイ二乗検定回路３２では、減算器２３か
らの差分出力の分布を予めＳＮ比検出用に用意した統計
的分布則の雑音分布と比較して有意度を求め（この雑音
分布は正規分布とみなし、正規分布の検定としてカイ二
乗検定を用いる）、有意度ありと判定されたブロックの
差分によるＳＮ比はこれを採用し、かかる検討を画面全
体に当たる複数ブロックについて順次継続するととも
に、画面全体で採用された２次元ＳＮ比の発生頻度を求
め、その発生頻度の分布から有効な２次元ＳＮ比を検出
する。このようにして、ブロック中の動きにより差分が
生じる部分および２次元的に何らかの相関の強い映像成
分のために差分が生じる部分での誤検出を排除し、精度
の高い２次元ＳＮ比検出を行うことができる。

【００７２】カイ二乗検定回路３３は、時間方向の差分
出力に対して同様に３次元ＳＮ比検出を行う。フレーム
内最頻値抽出回路４１では、この２次元ＳＮ比と３次元
ＳＮ比の最頻値をグローバルＳＮ比とする。

【００７３】本実施の形態のように、グローバルＳＮ比
の算出のみには時間をかけてでも統計的判断を導入して
精度の高い検出を行えば、画質劣化を防いでノイズ低減
を行うためにさらに効果的である。

【００７４】（第５の実施の形態）第３の実施の形態の
ようにして局所的な明るさ（レベル）も閾値設定条件の
一つとして得られた閾値は、局所的な画像の特徴に従っ
て変化する。そこで、このようにして得た閾値を本出願
人らが提案したｄｃシフト形ＮＲのシフト量の制御に用
いると、画面全体で一律のシフト制御の場合に比べて画
質劣化を低減できる。

【００７５】図８にこのような閾値設定条件の考え方を
ｄｃシフト形ＮＲに適用した雑音低減装置の第５の実施
の形態の全体ブロック図を示す。図８において、雑音低
減部６２０のみが第３の実施の形態と異なる。７３は従
来のノイズリデューサ（たとえばローパスフィルタ処理
やテンポラルフィルタ処理など大局的なノイズ低減を行
うもの）、７４は時間合わせのための遅延回路である。
７５は、本出願人らによる特開平７−２５０２６４号公
報に開示されたものと同一構成のｄｃシフト回路であ
る。

【００７６】この公報によればｄｃシフト回路７５は、
「第１の入力端子に入力された信号と第２の入力端子に
入力された信号の電圧値を比較する比較手段と、前記比
較手段により前記第１の入力端子に入力された信号の電
圧が前記第２の入力端子に入力された信号の電圧より大
きいと判断された場合には第３の入力端子に入力された
直流電圧を前記第１の入力端子に入力された信号から減
算した信号を出力信号とし、前記第１の入力端子に入力
された信号の電圧が前記第２の入力端子に入力された信
号の電圧より小さいと判断された場合には前記第３の入
力端子に入力された直流電圧を前記第１の入力端子に入
力された信号に加算した信号を出力信号とし、前記第１
の入力端子に入力された信号と前記第２の入力端子に入
力された信号の電圧値が等しいと判断された場合には前
記第１の入力端子に入力された信号を出力信号とする選
択加減算手段とを具備した」構成を有するものである。

【００７７】図８の雑音低減部６２０では、従来のノイ
ズリデューサ７３での処理に要する時間遅延させて時間
合わせするための遅延回路７４の出力信号が第１の入力
端子に入力される信号（原信号）に相当し、従来のノイ
ズリデューサ７３の出力信号が第２の入力端子に入力さ
れる信号（リファレンス信号）に相当し、閾値設定回路
５３からの出力信号が第３の入力端子に入力される直流
電圧に相当する。また、電圧比較回路７６が比較手段
に、選択加減算回路７７が選択加減算手段に相当する。

【００７８】ｄｃシフト回路７５によるノイズ低減は以
下の動作による。ノイズ低減したい信号に対し、まず図
８の従来のノイズリデューサ７３により大局的にノイズ
低減した信号を作り、この信号をｄｃシフト回路７５の
リファレンス信号とする。ｄｃシフト回路７５では、時
間合わせしたノイズ低減したい原信号とこのリファレン
ス信号とを比較し、ノイズ低減したい信号のｄｃレベル
を画素毎にシフトしてリファレンスレベルに近づけるこ
とによりノイズ低減効果を得ている。リファレンス信号
が従来のノイズ低減処理の影響により画質劣化（たとえ
ばローパスフィルタでのエッジのボケやメディアンフィ
ルタでの不要エッジの発生やテンポラルフィルタでの動
きの尾引きなど）することがあっても、リファレンス信
号はあくまでｄｃシフトの符号制御に用いられるだけな
ので、リファレンス信号画質劣化の影響によるノイズ低
減信号の画質劣化はｄｃシフト量程度に抑えることが出
来る。

【００７９】したがって、本実施の形態によれば、本発
明により得られるブロック毎の最適閾値によってｄｃシ
フト量を制御する（ＳＮ比が高い時はシフト量を少な
く、ＳＮ比が低い時はシフト量を多くする）ことによ
り、局所的な画像のＳＮ値に依存したｄｃシフトにより
ノイズ低減をより効果的に行うことができる。

【００８０】（第６の実施の形態）従来のノイズリデュ
ーサに本発明の閾値制御を適用した上記ｄｃシフト形Ｎ
Ｒでも十分な雑音低減装置として機能するが、さらに本
発明で得られた図６の第３の実施の形態のノイズ低減処
理画像をリファレンス信号としたｄｃシフト形ＮＲを構
成することも可能である。

【００８１】図９に上記構成の第６の実施の形態の全体
ブロック図を示す。

【００８２】図９は、雑音低減部６３０がｄｃシフト回
路７５のリファレンス信号として第３の実施の形態と同
様にΣ／Ｍ処理回路７２からのノイズ低減出力を用いる
点で図８の雑音低減部と異なっており、その他は図８の
第５の実施の形態と同一である。これにより、本発明の
より画質劣化の少ないノイズ低減出力をリファレンス信
号としてより画質劣化の少ないノイズ低減を行うことが
できる。

【００８３】

【発明の効果】本発明のＳＮ比検出装置により、入力画
像のブロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、
両ＳＮ比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロックの
ローカルＳＮ比とし、このローカルＳＮ比を入力画像全
体について集計し、最頻値をグローバルＳＮ比とするこ
とにより、統計的手法を用いることなくＳＮ比検出精度
が画質に悪影響を及ぼさない実時間処理に向いたグロー
バルＳＮ比およびローカルＳＮ比の検出を実現すること
ができる。

【００８４】また、本発明の雑音低減装置により、上記
と同様にして求めたローカルＳＮ比とグローバルＳＮ比
のうちノイズが少ない方の値に従って各ブロックの画像
に応じた閾値を設定し、入力画像中の処理対象画素の近
傍画素のうち、処理対象画素の画素値との差分が処理対
象画素が属するブロックに設定された閾値以下の画素値
となる画素の平均画素値で処理対象画素の画素値を置き
換えることにより、局所的な適応処理を用いた雑音低減
が実現され、雑音低減による画質劣化を軽減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による雑音低減装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】処理対象画素の近傍画素の例を示す説明図であ
る。

【図３】ＬＰＦを用いた傾斜補正法の原理を説明する説
明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による雑音低減装置
の構成を示すブロック図である。

【図５】傾斜補正部の詳細なブロック図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態による雑音低減装置
の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態による雑音低減装置
の構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の第５の実施の形態による雑音低減装置
の構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第６の実施の形態による雑音低減装置
の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２２ ブロック遅延回路 ２４，２８ 二乗回路 ２５，２９ 平均化回路 ２６，４６，５６，６１，６６ フレーム遅延回路 ３１，８１ ２次元ＬＰＦ ６４，６８，７１ ｔｈ以下画素選択加算回路 ６５，６９，７４，７８ 遅延回路 ７２ Σ／Ｍ処理回路 ７５ ｄｃシフト回路 ８０ 傾斜補正部 １００ ブロック化処理回路 ２００，２１０，２２０ ローカルＳＮ比検出部 ４００，４１０ グローバルＳＮ比検出部 ５００，５１０ 閾値設定部 ６００，６１０，６２０，６３０ 雑音低減部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 肇伸 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像を複数のブロックに分割し、前
   記ブロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、両
   ＳＮ比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロックのロ
   ーカルＳＮ比とするローカルＳＮ比検出手段と、 前記ローカルＳＮ比を前記入力画像全体について集計
   し、最頻値をグローバルＳＮ比とするグローバルＳＮ比
   検出手段と、 前記ローカルＳＮ比と前記グローバルＳＮ比のうちノイ
   ズが少ない方の値を前記ブロック毎に選択するＳＮ比選
   択手段とを備えたことを特徴とするＳＮ比検出装置。
2. 【請求項２】 前記ローカルＳＮ比検出手段により、前
   記ブロック毎に当該ブロック内画素値の分散をノイズと
   して前記２次元ＳＮ比を求め、当該ブロック内の各画素
   の時間差分の二乗平均をノイズとして前記３次元ＳＮ比
   を求めることを特徴とする請求項１に記載のＳＮ比検出
   装置。
3. 【請求項３】 入力画像を複数のブロックに分割し、前
   記ブロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、両
   ＳＮ比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロックのロ
   ーカルＳＮ比とするローカルＳＮ比検出手段と、 前記ローカルＳＮ比を前記入力画像全体について集計
   し、最頻値をグローバルＳＮ比とするグローバルＳＮ比
   検出手段と、 前記ローカルＳＮ比と前記グローバルＳＮ比のうちノイ
   ズが少ない方の値に従って各ブロックの画像に応じた閾
   値を設定する閾値設定手段と、 前記入力画像中の処理対象画素の近傍画素のうち、該処
   理対象画素の画素値との差分が前記処理対象画素が属す
   るブロックに設定された閾値以下の画素値となる画素の
   平均画素値で、前記処理対象画素の画素値を置き換える
   平均手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置。
4. 【請求項４】 分割された前記ブロック毎にブロック内
   画像の輝度を求める手段を備え、 前記閾値設定手段により、前記ブロック内画像の輝度が
   高いときよりも低いときの方が前記閾値が大きな値とな
   るよう補正することを特徴とする請求項３に記載の雑音
   低減装置。
5. 【請求項５】 前記平均手段は、前記処理対象画素を含
   む画像の２次元での傾斜を検出する手段と、前記処理対
   象画素の画素値と前記傾斜値とを演算して前記処理対象
   画素の傾斜補正された画素値を算出する手段とを備え、 前記近傍画素のうち、前記傾斜補正された画素値との差
   分が前記処理対象画素が属するブロックに設定された閾
   値以下の画素値となる画素の平均画素値で、前記傾斜補
   正された画素値を置き換えることを特徴とする請求項３
   または４に記載の雑音低減装置。
6. 【請求項６】 前記平均画素値は前記処理対象画素の３
   次元における近傍画素より求められ、該近傍画素は、少
   なくとも前記処理対象画素が属するフレームと該フレー
   ムよりも前のフレームに属することを特徴とする請求項
   ５に記載の雑音低減装置。
7. 【請求項７】 前記置き換えられた処理対象画素値と前
   記入力画像の処理対象画素値を比較する比較手段と、 前記比較手段により前記入力画像の処理対象画素値が前
   記置き換えられた処理対象画素値より大きい場合には前
   記閾値を前記入力画像の処理対象画素値から減算した値
   を出力し、前記入力画像の処理対象画素値が前記置き換
   えられた処理対象画素値より小さい場合には前記閾値を
   前記入力画像の処理対象画素値に加算した値を出力し、
   前記入力画像の処理対象画素値と前記出力画像の処理対
   象画素値が等しい場合には前記入力画像の処理対象画素
   値を出力する選択加減算手段とを備えたことを特徴とす
   る請求項３または４に記載の雑音低減装置。
8. 【請求項８】 入力画像を複数のブロックに分割し、前
   記ブロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、両
   ＳＮ比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロックのロ
   ーカルＳＮ比とするローカルＳＮ比検出手段と、 前記ローカルＳＮ比を前記入力画像全体について集計
   し、最頻値をグローバルＳＮ比とするグローバルＳＮ比
   検出手段と、 前記ローカルＳＮ比と前記グローバルＳＮ比のうちノイ
   ズが少ない方の値に従って各ブロックの画像に応じた閾
   値を設定する閾値設定手段と、 前記入力画像を大局的に雑音低減して出力する雑音低減
   手段と、 前記雑音低減手段の出力画像と前記入力画像の処理対象
   画素値を比較する比較手段と、 前記比較手段により前記入力画像の処理対象画素値が前
   記出力画像の処理対象画素値より大きい場合には前記閾
   値を前記入力画像の処理対象画素値から減算した値を出
   力し、前記入力画像の処理対象画素値が前記出力画像の
   処理対象画素値より小さい場合には前記閾値を前記入力
   画像の処理対象画素値に加算した値を出力し、前記入力
   画像の処理対象画素値と前記出力画像の処理対象画素値
   が等しい場合には前記入力画像の処理対象画素値を出力
   する選択加減算手段とを備えたことを特徴とする雑音低
   減装置。
9. 【請求項９】 入力画像を複数のブロックに分割し、前
   記ブロック毎に２次元ＳＮ比と３次元ＳＮ比を求め、両
   ＳＮ比のうちノイズが少ない方の値を該当ブロックのロ
   ーカルＳＮ比とするローカルＳＮ比検出手段と、 前記入力画像中のノイズを統計的分布則のノイズ分布と
   比較することでグローバルＳＮ比を検出するグローバル
   ＳＮ比検出手段と、 前記ローカルＳＮ比と前記グローバルＳＮ比のうちノイ
   ズが少ない方の値に従って各ブロックの画像に応じた閾
   値を設定する閾値設定手段と、 前記入力画像中の処理対象画素の近傍画素のうち、該処
   理対象画素の画素値との差分が前記処理対象画素が属す
   るブロックに設定された閾値以下の画素値となる画素の
   平均画素値で、前記処理対象画素の画素値を置き換える
   平均手段とを備えたことを特徴とする雑音低減装置。