JP2000295497A

JP2000295497A - 信号保存性のある画像中の微小信号成分低減方式

Info

Publication number: JP2000295497A
Application number: JP11134621A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Fukinuki; 敬彦吹抜
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】テレビジョン画像信号中の顔のシワなど，美
的に不要な成分を低減して美しい画像信号に修正する．
ただし，輪郭などは保持してボケた画像にならないよう
にする．【構成】画像信号を空間的な低域濾波器に通してボカ
し，このバカした出力信号と，もとの画像信号の差分に
より，差分が小さいときは，ボカした低域濾波器出力が
得られるように，逆に大きな時はこれを有用な信号と見
なしてもとの画像信号の値を保持するように，両成分を
適応的に出力する．【効果】同様の目的を持つ従来の公知の方法に較べ
て，非線形回路要素の数が極めて少なく，実用性が高ま
る．

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】テレビジョン画像をより見やすい
ものにするため，信号に含まれる雑音を低減しようとす
る試みは古くからあった．最近，これをさらに進めて，
美的観点からは不要な信号，例えば顔のシワを低減しよ
うとする試みがある．本発明は，この後者に関する．

【０００２】

【従来の技術】前記の目的のために，いわゆる ε−フ
ィルタにより，積極的に画像を修正して顔のシワを取る
方法が公知である．例えば，近藤宏行，羽成賢治，清水
克英，荒川薫，”ベクトルε−フィルタによるカラー顔
画像処理−皺成分の除去−”，１９９８年電子情報通信
学会総合大会論文集，Ｄ−１１−１４３（平成１０年３
月）がある．

【０００３】一般に，信号中の雑音などを低減するに
は，入力信号系列ｘ_ｎを低域濾波器を通す方法がある．
例えば，非巡回型低域濾波器を通したときのの出力ｙ_ｎ
は，ｙ_ｎ＝Σａ_ｋｘ_ｎ−ｋ（１）となる．式（１）では，ｋを−ＫからＫまで変えて（Ｋ
＋１）個の画素について総和を求める．ａ_ｋは低域濾波
器のための係数であり，通常はすべて正であり，その総
和はΣａ_ｋ＝１である．

【０００４】これによって，信号中の雑音などが低減さ
れる．しかし，これによって，信号の高域成分が消滅す
るため，ボケた信号になる．そこで，ある程度大きな信
号は，実効的に低域濾波器を通さないようにする必要が
ある．

【０００５】このため，公知のε−フィルタでは，ｙ_ｎ＝ｘ_ｎ−Σａ_ｋＦ（ｘ_ｎ−ｘ_ｎ−ｋ）（２）のように演算する．ここで，Ｆ（ｅ）は，図２に示すように，ｅ≒０のとき，Ｆ（ｅ）＝ｅ，（３）ｅの絶対値が大きいとき，Ｆ（ｅ）＝０，（４）となる関数である．

【０００６】したがって，信号がほぼ平坦な場合，即
ち，標本値ｘ_ｎと，その周辺の標本値ｘ_ｎ−ｋにおいて
ｘ_ｎ−ｘ_ｎ−ｋ≒０の場合，Ｆ（ｘ_ｎ−ｘ_ｎ−ｋ）＝
ｘ_ｎ−ｘ_ｎ−ｋであるので，ｙ_ｎ＝ｘ_ｎ−Σａ_ｋＦ（ｘ_ｎ−ｘ_ｎ−ｋ）＝ｘ_ｎ−Σａ_ｋ（ｘ_ｎ−ｘ_ｎ−ｋ）＝ｘ_ｎ−ｘ_ｎΣａ_ｋ＋Σａ_ｋｘ_ｎ−ｋ＝Σａ_ｋｘ_ｎ−ｋ（５）となり，式（１）と同様の，低域濾波器を通った出力，
即ち，ボカした信号が得られる．

【０００７】一方，ｘ_ｎの値が周囲の画素の値ｘ_ｎ−ｋ
と大きく異なる場合，Ｆ（ｘ_ｎ−ｘ_ｎ−ｋ）＝０である
から，ｙ_ｎ＝ｘ_ｎ（６）となる．

【０００８】このように，テレビジョン画像信号をε−
フィルタに通すと，平坦な領域では低域濾波器を通った
ボカした画像が得られ，しわは低減される．一方，周囲
の平均的な値からずれた値の画素の値はそのまま保存さ
れるので，輪郭などは保存される．なお，ここでは，画
素をｘ_ｎ−ｋのように１次元表記しているが，テレビジ
ョン信号のような２次元信号の場合，実際には，画素ｘ
_ｎの上下や左右の多くの周辺画素であるのが普通であ
る．

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の公知例の方法で
は，非線形要素が，低域濾波器を構成する画素の数に対
応する数だけ必要になる．例えば，ある画素の上下左右
各３個の画素からなる場合，（３＋１＋３）^２＝４９
個，各５個の場合，１２１個，の非線形要素Ｆ（ｅ）が
必要になる．これでは，特殊なＬＳＩを開発しないとな
かなか実用化は困難である．

【００１０】本発明は，ε−フィルタを用いず，上記よ
り遥かに少なく，かつ簡単な，１個の非線形要素で構成
する方法を提供するものである．さらに，僅かではある
が，部分的に性能の向上を図るものである．

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明とε−フィルタに
よる方法とに共通する考え方は，「小さな変化はシワと
見なし，信号を空間的低域濾波器に通しボカしてシワを
低減する．一方，大きな変化は信号と見なし極力そのま
ま残す」である．ただし，後述のように，構成方法が異
なるため，回路構成は，大きな差となる．

【００１２】テレビジョン画像信号の，第ｋ走査線の左
からｌ（エル）番目の画素の値をｘ_ｋ．ｌ，これに対応
する低域濾波器出力をｘ_ｋ．ｌ’と表す．

【００１３】本発明では，ほぼ平坦な（以下，平坦と略
記する）領域では，テレビジョン信号出力ｘ_ｋ．ｌを低
域濾波器に通したｘ_ｋ．ｌ’となるようにする．一方，
変化の大きな領域では，その値ｘ_ｋ．ｌそのものとなる
ようにする．この目的のため，ｙ_ｋ．ｌ＝（１−Ｋ）・ｘ_ｋ．ｌ＋Ｋ・ｘ_ｋ．ｌ’ （７）とする．ここで，Ｋは画像の平坦度を表すパラメータで
あり，（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）の関数である．そし
て，ｆ（ｅ）は，ｅ≒０のとき，即ち，平坦な領域で
は，Ｋ＝１．０，ｅの絶対値が大きいとき，突出した信
号である場合，Ｋ＝０．０，となり，さらに，その間，
連続的に０．０と１．０の間をほぼ連続的に変化する方
が望ましい．

【００１４】画像信号の場合，空間的低域濾波器には，
非巡回型構成が望ましい．具体的には，ｘ_ｋ．ｌの周辺
の多くの画素の和であり，ｘ_ｋ．ｌ’−ΣΣａ_ｉｊｘ_{ｋ＋ｉ．１＋ｊ} （８）とする．ここに，係数ａ_ｉｊは上下左右対称であり，そ
の総和はΣΣａ_ｉｊ＝１．０である．そして，ｉは−Ｉ
から＋Ｉまで，また，ｊは−Ｊから＋ｊまでの値を変え
て総和を求める．

【００１５】式（７）は単なる順序変更により次のよう
に書き直せる．ｙ_ｋ，ｌ＝ｘ_ｋ．ｌ−Ｋ・（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）（９）ここで，Ｋもまた，（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）の関数であるから，まとめて，ｙ_ｋ．ｌ＝ｘ_ｋ．ｌ−ｇ（ｘ_ｋ，ｌ−ｘ_ｋ，ｌ’）（１０）と書ける．

【００１６】ここで，（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）の値に
対して，Ｋや，Ｋ・（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ，ｌ’），即ち，
ｇ（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）の値の例を第３図に示す．
ここで，ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’≒０の場合，ｇ（ｘ
_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ，ｌ’）≒ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’，ｘ
_ｋ，ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’の絶対値が大きいとき，ｇ（ｘ
_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ，ｌ’）＝０である．

【００１７】したがって，画像の平坦な領域では，ｘ
_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’≒０であるから，ｙ_ｋ．ｌ＝ｘ_ｋ．ｌ−Ｋ・（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）＝ｘ_ｋ．ｌ−ｇ（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’） ≒ｘ_ｋ．ｌ −（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）＝ｘ_ｋ．ｌ’ （１１）となり，低域濾波器出力が得られる．また，ｘ_ｋ．ｌ−
ｘ_ｋ．ｌ’の絶対値が大きい時，ｇ（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ
_ｋ．ｌ’）＝０であるから，ｙ_ｋ．ｌ＝ｘ_ｋ．ｌ（１２）即ち，その信号そのものが得られる．

【００１８】これにより，平坦に近い領域においては，
シワのような画像は消滅する．一方，輪郭やこれに準ず
る信号は保存される．

【００１９】

【作用】ここでは，フィルタの構成など，ディジタル信
号処理を前提に述べてが，最近では，テレビジョン信号
はディジタルで扱うことが多く，ハードウェア的な障害
とはならない．

【００２０】

【実施例】図１に示す実施例に従って動作を説明する．
構成法としては，式（７）による方法もあるが，これで
は，２個の乗算回路を要する．ここでは，式（９）によ
る方法を実施例として述べる．

【００２１】図１は，式（９）をそのまま示したもので
ある．テレビジョン映像信号ｘ_ａ入力１は，水平画素数
に相当する複数（ここでは３個）の遅延手段２，３，４
を通る．これは，走査されたテレビジョン信号をもとに
２次元濾波器を構成するための周知の一般的な手法であ
る．そして，点線枠５に該当する各画素ｘ
_{ｋ＋ｉ，ｉ＋ｊ}の値は信号路６，７，８を経て荷重加算
回路９に加えられる．ここでは予め決められた固定の係
数ａ_ｉｊが掛けられ，加算される．これらの係数は，公
知例の場合とほぼ同様でよい．このようにして，低域濾
波出力ｘ_ｋ．ｌ’が得られる．

【００２２】一方，直接の値ｘ_ｋ．ｌも信号路７を経て
取出され，以下，式（７）に従って演算される．即ち，
引算回路１０で，ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’を算出し，これ
をアドレスとして読出専用メモリＲＯＭ１１に記憶され
たｇ（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）を読出す．これを引算回
路１２でｘ_ｋ．ｌから引くことにより，所望の出力ｙ
_ｋ．ｌ１３を得ることができる．

【００２３】

【発明の効果】発明の効果は，回路構成と画像処理効果
に分類できる．公知のε−フィルタによる方法と本発明
の方法を較すると，２次元画像配列から係数を掛けて総
和を求める機構は両方とも同様である．しかし，前者で
は，非線形回路が式（２）や式（８）で定まる係数の
数，即ち，数１０個から３００個程度必要になる．これ
に対し，本発明の実施例では，回路的に大きなものは，
公知例でも必要な通常のトランスバーサルフィルタであ
り，その他，特殊な非線形回路はＲＯＭ１個で済む．こ
のため，実用性が高まる．

【００２４】画像処理効果は，本発明の原理が，公知の
ε−フィルタによる方法と類似であるため，特性は大差
はないものと思われる．ただし，図４に示すように，明
から暗に（あるいは逆に）一様に傾斜して変化している
領域では，（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）が大きくなる．こ
のため，ε−フィルタでは低域濾波器が働く画像領域が
狭くなる等の現象が起きる．本発明では，低域濾波器出
力ｘ_ｋ．ｌ’はｘ_ｋ，ｌに近く，（ｘ_ｋ．ｌ−ｘ_ｋ．ｌ’）≒０であり，低域濾波器は所定の画像領域で動作するので，
上記の問題はない．

【００２５】なお，本発明の構成上，次のような変形も
あり得る．（１）低域濾波器は，式（８）に示す上下左右対称な非
巡回型が望ましいが，簡易形式としては，水平走査線に
対応するメモリを節約するため，同一走査線左画素の
み，上画素のみ，あるいは垂直方向のみ巡回型濾波器に
よる方法等があろう．（２）カラー顔画像の美顔化に適用するときには，肌色
成分を抽出して，その領域にのみ本発明を適用すれば，
効果がある．具体的には，顔領域以外では，読出専用メ
モリ１１の出力をゲートして除外すればよい．（３）式（２）や式（８）における２次元低域濾波器の
構成方法は，既に多くの教科書に記載されているよう
に，多くの変形や簡単形がある．例えば，ｘ_ｋ．ｌ’＝Σａ_ｉ（Σａ_ｉｘ_{ｋ＋ｉ．ｌ＋ｊ}）のように積の形式にすれば，係数は減り，回路数も減少
する．（４）テレビジョン信号には水平や垂直の同期信号があ
る．一方，式（２）や式（８）から分るように，そのま
ま演算すれば，画面はこれらの影響を受ける．したがっ
て，本発明の処理は画面周辺を除くことも考えられる．
具休的には，周辺部では，読出専用メモリ１１の出力を
ゲートして除外すればよい．

【００２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における構成図

【図２】公知のε−フィルタにおける入出力の関係を
示す説明図

【図３】本発明の非線形回路の説明図

【図４】本発明と公知のε−フィルタにおける動作を
比較する説明図

【符号の説明】

１．．入力テレビジョン画像信号，９．．低域濾波器，
１０．．原画像信号と低域濾波器出力との差分回路，１
１．．非線形回路ＲＯＭ，１２．．原画像信号とＲＯＭ
出力の差分回路，１３．．シワ低減された画像出力．

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項】ある画像信号出力と，該信号の空間的低域濾
波器出力を，ほぼ平坦な領域においては後者の比率を大
きく，また，変化量の大きな箇所では前者の比率を大き
くなるように適応的に加算することを特徴とする信号保
存性のある画像中の微小信号成分低減方式．