JP2001036769A

JP2001036769A - ノイズ低減装置

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Publication number: JP2001036769A
Application number: JP11209172A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ikeda; 志郎池田
Original assignee: Hitachi Denshi KK
Current assignee: Hitachi Denshi KK
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】回路の小規模化とフィルタ減衰特性の両立の
ためにＩＩＲフィルタを用いたにもかかわらず位相劣化
が軽減され、自然なノイズ低減による高画質が得られる
ようにしたノイズ低減装置を提供すること。【解決手段】Ｓ３でノイズ低減処理を行った後、画像
のエッジ部の画素については、これ以上、ノイズ低減処
理をしないようにする(Ｓ４、Ｓ５)。一方、エッジ部以
外の画素については、Ｓ２で検出した所定画素後に処理
する画素の映像信号レベルのレベル変化ΔＦ₁ が、補正
処理判定値ＴＨ₂ 未満のときは、レベル変化ΔＦ₁ か補
正処理判定値ＴＨ₂ 未満のときは、Ｓ７０で各画素に対
するノイズ補正の強さが、各画素毎に増加し、所定値Ｌ
で一定になるようにする。これにより、エッジ部に接近
するとノイズ補正の強さが減少し、エッジ部から離れる
とノイズ補正の強さが増加するようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像信号のノイズ
低減装置に係り、特に画像のエッジ成分の保存が充分に
得られるようにしたノイズ低減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】映像信号のノイズ低減技法については、
従来から種々の方法が知られており、まず、その１とし
ては、空間周波数領域での帯域制限による方法があり、
この方法は、具体的には、さらに次の手段によるものに
分けられる。高周波成分の除去手段によるもの。周期性
雑音の除去手段によるもの。特定周波数領域の除去手段
によるもの。

【０００３】そして、これらは、何れもフィルタなどの
帯域制限手段を用い、これにより映像信号を帯域分割
し、これら分割した帯域の高周波成分、若しくは特定の
周波数成分をノイズと見做して削除する方式である。

【０００４】しかし、この方式では、希望する削除すべ
き帯域成分の分割に急峻な特性の帯域制限手段が必要で
あり、このため、フィルタなど帯域制限手段の回路規模
が大きくなってしまう。また、映像信号成分中の周波数
成分を削除する場合は、ノイズ成分と同時に信号成分も
削除してしまう。

【０００５】そこで、その２のノイズ低減技法として、
ノイズ成分と信号成分の判断に信号レベルによる判断を
追加し、特定の周波数成分で、且つ、特定のレベルの信
号の場合をノイズ成分と見做す方式があり、さらには、
その３として、フレーム加算によるノイズ成分除去方式
がある。

【０００６】ここで、その３のフレーム加算によるノイ
ズ成分除去方式は、映像信号を１フレーム毎に、時間軸
方向、すなわち動きの成分により帯域制限を行い、高周
波成分、或いは特定周波数成分をノイズ成分と見做し、
これを除去する方式であり、この方式によれば、画面中
の周波数成分にあまり影響を与えることなくノイズ成分
を除去することができる。

【０００７】しかし、その反面、時間軸成分から高周波
成分が除去されたことにより、動きに残像がでるなど、
空間軸と同様に時間軸信号成分も削除してしまうという
問題点がある。更に、このフレーム加算によるノイズ成
分除去方式では、フレーム毎の情報を保持しておく必要
があるため、フレームメモリなどの記憶手段、遅延手段
が必要であり、空間周波数軸方式に比較して回路規模は
更に大きくなる。

【０００８】ところで、以上に挙げた方式は、何れも回
路規模が大きくなってしまうが、これを改善する方法と
して空間フィルタ法がある。そして、この空間フィルタ
法の中で最も基本的な方法が移動平均法で、この方法
は、画像を構成する各画素ごとに周辺の画素との平均化
等の演算を行う方法であり、このため数画素分のフィル
タ構成で実現可能である。また、この移動平均化法によ
る演算の他に、該当画素と周辺画素とで重み付けを行っ
て所望のフィルタ特性を得る方法も知られている。

【０００９】一方、これら移動平均法としては、さら
に、エッジ保存平滑化法があり、この保存平均化法は、
当該画素とその周辺画素、若しくはそれぞれの画素のレ
ベル差によってエッジ成分を判定し、エッジ成分を構成
する画素を含まないように平均化を行う方式や、当該画
素近傍に９個程度の領域を設け、分散が最小となる領域
の平均値を用いる方式である。

【００１０】従来の空間周波数領域におけるフィルタ法
による方式では、フィルタの減衰特性が不充分な場合
は、残すべき信号成分も減衰されてしまうため、フィル
タの減衰特性を充分に急峻にする必要があり、フィルタ
の次数が大きくなってしまう問題点がある。同様に、フ
レーム加算方式においては、時間軸方向のフィルタ特性
を充分とる必要がある。

【００１１】一方、空間フィルタ法による方式では、当
該画素と周辺画素との演算でフィルタ次数が限られるた
め、特に低域成分のノイズ除去効果は困難である。さら
に以上の他にも、局所統計量フィルタを用いた方法とし
て、当該画素と周辺画素の標本中央値を演算するメジア
ンフィルタ方式があるが、何れも一長一短があるので、
従来から適当に選択して用いられている。

【００１２】そこで、上記した回路規模増大の問題とフ
ィルタ減衰特性の問題を解決する方式として、特願平９
−２１６４６６号の出願に係る発明では、ＩＩＲ(無限
長インパルス応答)フィルタを用いたノイズ低減装置に
ついて提案しており、以下、この出願に係るノイズ低減
装置を従来技術として、図７により説明する。

【００１３】この図７は、この従来技術における処理手
順を示したもので、Ｓ１〜Ｓ１０は各処理ステップを表
わす。まず、Ｓ１では、ノイズ補正処理を施すべき映像
信号を、所定の単位、例えばフレーム単位でメモリに用
意する。従って、例えば一般的なテレビジョン方式の映
像信号の場合には、フレーム周期で映像信号が取り込ま
れ、メモリに用意されることになる。以後、Ｓ２以降の
処理は、所定の基準動作クロックＣ(後述)毎に開始さ
れ、１クロック期間でＳ１０までの処理を実行し終える
ようになっている。

【００１４】そこで、まず、Ｓ２では、メモリに用意さ
れた１フレーム分の映像信号から、所定の順序で処理す
べき画素の選択を行ない、その信号レベルを取り込んで
対象画素Ｐとする。ここで、所定の順序とは、例えば一
般的なテレビジョン方式の映像信号の場合には、画面の
左から右、上から下の順序になる。

【００１５】次に、Ｓ３では、空間フィルタ法によるノ
イズ低減処理を施し、ノイズ低減された画素データＦを
出力する。従って、この従来技術では、処理対象となっ
た画素については、その全てに、前処理として空間フィ
ルタ法によるノイズ低減処理が施されることになる。こ
こで、空間フィルタ法とは、画面の縦方向と横方向の平
均化による２次元フィルタ、又は、更に時間軸方向も含
めた３次元フィルタなどの有限長フィルタによる処理の
ことであり、詳しくは後述する。

【００１６】次に、Ｓ４では、対象画素Ｐが画像のエッ
ジ部に対応する画素か否かを判定する。このため、画素
データＦと１画素前の対象画素Ｂ'の輝度レベルの変化
分ΔＦを求め、これを別途設定されている対象画素判定
値ＴＨ₁ と比較し、変化分ΔＦが対象画素判定値ＴＨ₁
以上であったらＹ(肯定)と判定し、未満のときはＮ(否
定)と判定する。

【００１７】ここで、対象画素判定値ＴＨ₁ とは、画像
のエッジ部を識別する閾値となるもので、画素間での輝
度レベルの変化が対象画素判定値ＴＨ₁ 以上のときは、
画像のエッジ部であると見做すのである。そして、ま
ず、このＳ４での結果がＹ(肯定)となったときは、この
ときの対象画素Ｐはエッジ部であると見做してＳ５に進
み、対象画素Ｐをそのまま画素Ｂのデータとする。つま
り、画像のエッジ部では何もノイズ処理がされないこと
になる。

【００１８】他方、Ｓ４での判定結果がＮ(否定)のとき
は、このときの対象画素Ｐは、エッジ部以外のノイズ補
正処理対象画素であると見做し、Ｓ６に進む。

【００１９】このＳ６では、画素データＦのレベル変
化、すなわち、いまの画素データＦと１画素前の画素デ
ータＢ'との差ΔＦが補正処理判定値ＴＨ₂ と比較さ
れ、さらにノイズ補正を適用するか否かを判定する。

【００２０】ここで、この補正処理判定値ＴＨ₂ は、上
記した対象画素判定値ＴＨ₁ に対して、ＴＨ₁ ＞ＴＨ₂
の関係があることは、いうまでもないが、さらに具体的
な値については、後で詳しく説明する。

【００２１】このＳ６では、画素データＦのレベル変化
分ΔＦが補正処理判定値ＴＨ₂ 以下のとき、判定結果が
Ｙになり、そうでなければＮになる。そして、まず、こ
のＳ６での判定結果がＮのときにはＳ７に進み、画素デ
ータＦをそのまま画素データＢとして出力する。しかし
て、Ｓ６での判定結果がＹのときにはＳ８に進み、画素
データＦのレベルと、画素データＢの１画素前のデータ
である画素データＢ'のレベルに応じたノイズ補正を行
い、ノイズ補正された画素データＡを得る。

【００２２】このＳ８におけるノイズ補正処理は、この
従来技術の特徴の１であり、具体的には、次の演算式に
よる処理となっている。画素データＡ＝(画素データＦのレベル)／(２exp(Ｇ−１))＋ (画素データＢ'の補正レベル)×(２exp(Ｇ−１)−１)／(２exp(Ｇ−１) なお、この処理の詳細は後述する。

【００２３】このあと、Ｓ９では、この画素データＡを
画素データＢとして出力する。そして、最後に、Ｓ１０
で、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ９の夫々から出力されてくる画素デ
ータＢを所定の順序でメモリに格納し、所定の単位、例
えば上記したフレーム単位からなる映像信号に戻し、こ
れによりノイズ補正処理が施された映像信号を得るので
ある。

【００２４】図８は、この従来技術によるノイズ低減装
置の一例で、以下、上記した図７のノイズ補正処理と共
に、この図８の例について説明する。まず、空間フィル
タ法によるノイズ低減手段１１は、上記したように、画
面の縦方向と横方向の平均化による２次元フィルタ、又
は、更に時間軸方向も含めた３次元フィルタなどの有限
長フィルタからなり、対象画素Ｐに対して空間フィルタ
法によるノイズ低減処理を施し、ノイズ低減された画素
データＦを出力する働きをする。

【００２５】図９は、空間フィルタ処理の一例で、対象
画素Ｐを３３としたとき、その上下左右に隣接する画素
３４のレベルと、斜め及び１画素離れて隣接する画素３
２のレベルを、それぞれ図示の係数により加算し、平均
化することによりノイズの低減が得られるようにしてい
る。

【００２６】このとき、斜め方向の画素のレベルを考慮
し、係数のレベルが円形分布になるようにするのが一般
的であり、且つ、処理による信号レベルの変化が生じな
いように、各係数の加算値が１になるようにする。従っ
て、この空間フィルタ法によるノイズ低減手段１１は、
図７のＳ５での処理に対応する。

【００２７】次に、第１の映像信号比較手段１５は、対
象画素Ｐと１画素前の画素データＦの各輝度レベルを取
り込み、それらの差分ΔＦ(＝|Ｆ−Ｂ'|)を求め、これ
を別途設定されている対象画素判定値ＴＨ₁ と比較し、
ΔＦ＜ＴＨ₁ のときはレベル０を保ち、ΔＦ≧ＴＨ₁ の
ときレベル１になる切換信号Ｓ₁ を出力し、それを第１
のデータセレクタ１４に供給する。

【００２８】そして、第１のデータセレクタ１４は、切
換信号Ｓ₁ のレベルが０のときは第２のデータセレクタ
１３の出力を選択し、切換信号Ｓ₁ のレベルが１になっ
たときだけ対象画素Ｐを選択するように動作する。

【００２９】次に、第２の映像信号比較手段１６は、ノ
イズ低減された画素データＦをノイズ低減手段１１から
入力し、そのレベル変化分、すなわち、現在の画素デー
タＦと、１画素前の画素データＢ’との差分ΔＦ(＝|Ｆ
−Ｂ'|)を、予め設定されている補正処理判定値ＴＨ₂
と比較し、ΔＦ＜ＴＨ₂ のときはレベル０を保つが、Δ
Ｆ≧ＴＨ₂ のときはレベル１になる切換信号Ｓ₂ を出力
し、それを第２のデータセレクタ１３に供給する。

【００３０】そこで、第２のデータセレクタ１３は、切
換信号Ｓ₂ のレベルが０のときは映像信号補正処理手段
１２の出力を選択し、切換信号Ｓ₂ のレベルが１になっ
たときだけ画素データＦを選択するように動作する。

【００３１】従って、これら第１のデータセレクタ１４
と第１の映像信号比較手段１５、それに第２のデータセ
レクタ１３と第２の映像信号比較手段１６が、それぞれ
図７のＳ３、Ｓ４とＳ６、Ｓ７の処理に対応する。

【００３２】次に、映像信号補正処理手段１２は、図７
のＳ８におけるノイズ補正処理を実行するもので、図１
０に示すように、カウンタ１２０とデータリミッタ１２
１、それに補正演算部１２２で構成されている。まず、
カウンタ１２０は、基準動作クロックＣによりカウント
アップされ、第２の映像信号比較手段１６から出力され
る切換信号Ｓ₂ がレベル１になるとリセットされる。

【００３３】そして、これにより、画素データＦの変化
分ΔＦが補正処理判定値ＴＨ₂ 未満になっている期間
中、すなわち、ΔＦ＜ＴＨ₂ になっている期間中、この
期間の開始時点から対象画素Ｐが選択される毎にカウン
トアップされてゆき、画素データＦの変化分ΔＦが補正
処理判定値ＴＨ₂ を越えた終了時点でリセットされるカ
ウントデータＣＧを出力する働きをする。

【００３４】次に、データリミッタ１２１は、カウンタ
１２０から出力されるカウントデータＣＧと、予め設定
してある所定の効果最大値Ｌとを入力とし、カウントデ
ータＣＧが効果最大値Ｌ以下のときは、カウントデータ
ＣＧをそのままデータＧとして出力し、カウントデータ
ＣＧが効果最大値Ｌを越えたときは、この効果最大値Ｌ
をデータＧとして出力する働きをする。

【００３５】従って、画素データＦの変化分ΔＦが補正
処理判定値ＴＨ₂ 未満になっていてリセットされないま
まになっているときに、データリミッタ１２１から出力
されるデータＧの値は、順次、次に示すように変化して
ゆく。ここで、各数値の発生間隔は、基準動作クロック
Ｃの周期となる。０１２３３３３……

【００３６】そして、画素データＦの変化分ΔＦが補正
処理判定値ＴＨ₂ を越えた状態が現われると、その都
度、０にリセットされるので、このときのデータＧの値
は、次の(表１)のようになる。ここで、↑はリセット時
点を表わす。

【００３７】

【表１】

【００３８】次に、補正演算部１２２は、画素データＦ
と、画素データＢの１画素前のデータである画素データ
Ｂ'を用い、それらのレベルに応じた平均化処理を、デ
ータＧの数値を指数関数として実行し、ノイズ補正され
た画素データＡを出力するもので、得られた画素データ
Ａは、第２のデータセレクタ１３に供給される。

【００３９】従って、映像信号補正処理手段１２と第２
のデータセレクタ１３、それに第１のデータセレクタ１
４が、図７のＳ８、Ｓ９、Ｓ１０の処理に対応するもの
となる。

【００４０】次に、この従来技術の動作について、図１
１に示す動作説明用のサンプル画像を用いて説明する。
この図１１は、理解を容易にするため、輝度レベルを高
さ方向にとった３次元表示にしてあり、従って、この図
１１においては、画像の水平方向と垂直方向が画素の位
置座標であるのに対して、輝度方向は信号の輝度レベル
で、高くなるほど明るい信号であることを示している。

【００４１】そして、このサンプル画像は、上からみる
と、画像の背景部分２１の右下に４角形の明るい部分２
２があり、この明るい部分２２の左下には、中間の明る
さの４角形の部分２３がある画像になっており、これら
の部分全体に波状にノイズ成分２４が乗っている状態を
表わしている。

【００４２】従って、信号部分は、一部の角が欠けてい
る立方体で表わされ、立方体の境界部分では輝度が大き
く変化していて、崖(がけ)のようになっており、この部
分に画像のエッジが存在していることになる。

【００４３】ここで、部分２２の輝度を最大輝度Ｈ、部
分２３の輝度を下側中間輝度Ｄ、部分２３から部分２２
までの輝度を上側中間輝度Ｍ、ノイズ成分２４の大きさ
(振幅)をノイズレベルＮと定義すると、これらと、上記
した対象画素判定値ＴＨ₁及び補正処理判定値ＴＨ₂ の
関係は、以下の〜の通りにしてある。なお、これら
対象画素判定値ＴＨ₁ 及び補正処理判定値ＴＨ₂ には、
ＴＨ₁ ＞ＴＨ₂ の関係があることは、既に説明した通り
である。対象画素判定値ＴＨ₁ ＜最大輝度Ｈ対象画素判定値ＴＨ₁ ＞下側中間輝度Ｄ対象画素判定値ＴＨ₁ ＞上側中間輝度Ｍ補正処理判定値ＴＨ₂ ＞ノイズレベルＮ補正処理判定値ＴＨ₂ ＜下側中間輝度Ｄ補正処理判定値ＴＨ₂ ＜上側中間輝度Ｍ

【００４４】次に、図１２は、図１１に示したサンプル
画像に上記従来技術による信号処理を施し、その結果を
３次元の画像で示したもので、以下、この図１２によ
り、上記信号処理を施した結果について説明する。な
お、この図１２では、理解を容易にするため、画面の上
下の端部と左右の端部は、エッジ部としては見做さない
で説明する。

【００４５】まず、ノイズ成分２４については、上記
の関係から、映像信号補正処理手段１２によるノイズ補
正処理が働き、この結果、大きなノイズ除去作用が与え
らえることになり、図６に示すように、画像の背景部分
２１と、明るい部分２２及び中間の明るさの部分２３で
は、そのエッジ部を除いて、ノイズ成分２４がきれいに
除かれることになる。

【００４６】次に、下側中間輝度Ｄになっている部分
と、上側中間輝度Ｍになっている部分では、上記と
の関係から、第２のデータセレクタ１３が働き、この結
果、映像信号補正処理手段１２によるノイズ補正処理は
機能せず、上記との関係から、空間フィルタ法によ
るノイズ低減手段１１によるノイズ低減だけが働くこと
になる。

【００４７】なお、このように構成した理由は、以下の
通りである。まず、第１には、この下側中間輝度Ｄと、
上側中間輝度Ｍになっている部分では、信号レベルの変
化範囲が、ノイズレベルＮと信号の中間にあるので、信
号成分とノイズ成分が同等のレベルで存在している確率
が高いからである。

【００４８】次に、第２として、ノイズ低減処理がなさ
れる領域と、そうでない領域とのつながりを滑らかにす
るため、この部分でも軽いノイズ低減処理を施して置く
のである。そして、第３としては、この部分には、信号
成分が含まれる確率が高いので、ノイズ低減処理を充分
に利かすと、画像の重心ずれ(位相の悪化)が生じてしま
う虞れがあるからである。

【００４９】この結果、図１２に示すように、エッジ部
が保存されることになる。ここで、明るい部分２２のエ
ッジ部Ｅ２２では、上記の関係から、ノイズ処理が全
く与えられないので、図示のように、この部分Ｅ２２で
は、ノイズ成分２４がそのまま残ってしまうが、エッジ
部の保存は充分に得られることになる。

【００５０】一方、中間の明るさの部分２３のエッジ部
では、上記、、及び上記、の関係から、ノイズ
低減手段１１によるノイズ低減が与えらるので、図示の
ように、この部分Ｅ２３では、多少レベルが抑えられた
ノイズ成分となっており、エッジ部は多少損なわれる
が、ノイズの除去とつながりの滑らかさがバランス良く
得られていることが判る。

【００５１】次に、図１３により、映像信号補正処理手
段１２の動作について説明する。この図１３は、図１１
のサンプル画像にほぼ対応させた映像信号の画素を大ま
かに平面座標として示したもので、背景部分２１と明る
い部分２２、それに中間の明るさの部分２３が、図１１
と図１２に対応して示してあり、各画素内に記載してあ
る数字が、図１０で説明したデータＧを表わす。

【００５２】既に図１０で説明したように、この映像信
号補正処理手段１２を構成する補正演算部１２２でのノ
イズ補正の強さは、カウンタ１２０からデータリミッタ
１２１を介して出力されるデータＧの数値によって決ま
り、データＧが０のときはノイズ補正量も０で、このと
きは画素データＦがそのまま画素データＡになり、デー
タＧが１、２、３と変るにつれ、指数関数的にノイズ補
正の強さが増してゆくようになっている。

【００５３】一方、この補正演算部１２２でのノイズ補
正は、基本的には、画素の配列方向での平均化処理(単
純な平均化処理ではないが)であり、従って、画素の輝
度レベルが変化したところでは、その変化を抑える処理
となって、解像度を低下させ、多くの画素を対象にして
連続して実行すると、画像に重心ずれが現われ、これら
が相俟って、大きな画質の劣化を招いてしまう。

【００５４】しかしながら、この従来技術によれば、画
素間での輝度レベルの変化量に応じてデータＧの値が変
化し、図１３に示すように、画像のエッジ部ではデータ
Ｇが０にされ、その後、１、２、３と増加され、最大値
が予め設定してある効果最大値Ｌで抑えられるようにな
っている。

【００５５】従って、この従来技術によれば、画像のエ
ッジ部の画素にはノイズ補正がされず、その後、順次、
ノイズ補正量が増してゆくので、解像度の低下が抑えら
れ、さらに、ノイズ補正の強さに限度が与えられるの
で、画像に現われる重心ずれにも限度が与えられること
になり、この結果、ノイズ補正に伴う画質の劣化を充分
に抑えることができ、ノイズの大きな低減と、高画質の
保持の両立を容易に得ることができる。

【００５６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ＩＩ
Ｒフィルタがフィードバックを利用している点について
充分な配慮がされているとは言えず、充分な高画質保持
に問題があった。すなわち、ＩＩＲフィルタはフィード
バックを要するため、位相特性が劣化し易い。

【００５７】しかして、これを抑えるため、映像信号レ
ベル判定やＩＩＲフィルタフィードバックゲインの制限
などを適用すると、信号処理後の映像信号では信号レベ
ルの変化点で位相劣化がおきてしまう。

【００５８】また、回路の小規模化とフィルタ減衰特性
の両立のためＩＩＲフィルタを用いると、位相劣化によ
る非対象特性で横引きノイズが発生し、不自然な画像と
なる問題がある。この問題は映像信号レベル判定及び、
ＩＩＲフィルタフィードバックゲインの制限等の方式に
より改善することが可能であるが、映像信号レベル判定
以内の信号レベルについては、位相劣化による非対象特
性で横引きノイズが発生し、不自然な画像となってしま
う虞れがある。

【００５９】本発明の目的は、回路の小規模化とフィル
タ減衰特性の両立のためにＩＩＲフィルタを用いたにも
かかわらず位相劣化が軽減され、自然なノイズ低減によ
る高画質が得られるようにしたノイズ低減装置を提供す
ることにある。

【００６０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の画素
からなる映像信号の各画素を逐次所定の順序で対象画素
として選択し、該対象画素の輝度値と、該対象画素の前
記所定の順序の１画素前の対象画素の輝度値との差から
なる輝度変化分を所定の補正処理判定値と比較し、この
比較結果に応じて対象画素毎のノイズ補正処理の内容を
切換えるようにしたノイズ低減装置において、前記各画
素に対するノイズ補正の強さが、各画素間での輝度値の
変化分が前記所定値を越える毎に、その前後で最小化さ
れ、越えない場合は前記ノイズ補正の強さが各画素毎に
増加し、前記ノイズ補正の強さが一定になるようにした
映像信号補正手段を設け、前記輝度変化分が前記補正処
理判定値未満のときのノイズ補正処理が、前記映像信号
補正手段により実行されるようにして達成される。

【００６１】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるノイズ低減装
置について、図示の実施の形態の一例により詳細に説明
する。図１は、本発明の一実施形態による処理手順を示
したもので、図７に示した従来技術と異なる点は、Ｓ３
０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０が付加され、且つＳ８につ
いては、処理内容が異なっているＳ８'に置き換えられ
ている点だけであり、その他の点については同じであ
る。

【００６２】まず、Ｓ１では、ノイズ補正処理を施すべ
き映像信号を、例えばフレーム単位など、所定の単位づ
つメモリに用意する。従って、例えば一般的なテレビジ
ョン方式の映像信号の場合には、フレーム周期で映像信
号が取り込まれ、メモリに用意されることになる。以
後、Ｓ２以降の処理は、所定の基準クロックＣ毎に開始
され、１クロック期間でＳ１０までの処理を実行し終え
るようになっている。

【００６３】そこで、まず、Ｓ２では、メモリに用意さ
れた１フレーム分の映像信号から所定の順序で処理すべ
き画素の選択を行い、その信号レベルを取り込んで対象
画素Ｐとする。ここで所定の順序とは、これも図７の従
来技術と同じで、例えば一般的なテレビジョン方式の映
像信号の場合には、画面の左から右、上から下の順序と
なる。

【００６４】次に、Ｓ３０では、選択された対象画素Ｐ
の信号レベルを取り込んで、所定画素分遅延させ、映像
検出レベルＳＥとして出力する。このように所定画素分
遅延することにより、後の処理の画素に対して、所定基
準クロック分先行する画素のレベルを検出することにな
る。そして、このときの所定画素分遅延は、例えば、後
述するループゲイン最大値Ｌと同じ値にすることによ
り、後の処理でエッジ処理前後を対象化することができ
る。

【００６５】次に、Ｓ３では、空間フィルタ法によるノ
イズ低減処理を施し、ノイズ低減された画素データＦを
出力する。従って、この実施形態でも、処理対象となっ
た画素については、その全てに前処理として空間フィル
タ法によるノイズ低減処理が施されることになるが、こ
こで、空間フィルタ法とは、画面の縦方向と横方向の平
均化による２次元フィルタ又は、さらに時間軸方向も含
めた３次元フィルタ等の有限長フィルタによる処理であ
り、詳しくは図７の従来技術で説明した通りである。

【００６６】次に、Ｓ４では、対象画素Ｐが画素のエッ
ジ部に対応する画素か否かを、次のようにして判定す
る。まず画素データＦと１画素前の対象画素Ｂ'の輝度
レベルとの変化分ΔＦ₁ を求め、この変化分ΔＦ₁ を別
途設定されている対象画素判定値ＴＨ₁ と比較し、変化
分ΔＦ₁ が対象画素判定値ＴＨ₁ 以上のときＹ(肯定)と
判定し、未満のときＮ(否定)と判定するのである。

【００６７】従って、変化分ΔＦが変化分ΔＦ₁ になっ
ている点を除けは、図７の従来技術と同じである。ここ
で、対象画素判定値ＴＨ₁ とは画像のエッジ部を識別す
るための閾値であり、画素間での輝度レベルの変化が対
象画素判定値ＴＨ₁ 以上のとき、画素のエッジ部である
とみなすようになっている。

【００６８】そして、まず、このＳ５での結果がＹ(肯
定)のときは、このとき対象としている画素Ｐはエッジ
部であると見做してＳ５に進み、対象画素Ｐをそのまま
画素Ｂのデータとする。つまり、画素のエッジ部では何
もノイズ処理がされないことになる。なお、これも、変
化分ΔＦが変化分ΔＦ₁ になっている点を除けは、図７
の従来技術と同じである。

【００６９】他方、Ｓ４の判定結果がＮ(否定)のとき
は、このときの対象画素Ｐは、エッジ部以外のノイズ補
正対象画素であると見做し、Ｓ５０に進む。このＳ５０
では、画素データＦが、後に対象画素Ｐとなる画素のレ
ベルＳＥとのレベル変化、すなわちΔＦ₂ が別途設定さ
れている補正処理判定値ＴＨ₃ と比較され、ノイズ補正
量の増減割合が決定される。

【００７０】ここでのノイズ補正量の増減割合の判定結
果は、画素データＦと、後に対象画素Ｐとなる画素のレ
ベルＳＥとのレベル変化ΔＦ₂ が、補正処理判定値ＴＨ
₃ 以上のときＹになり、そうでないときはＮになる。Ｓ
５０での判定結果がＹのときはＳ８０に進み、画素デー
タＦに対する１画素前の画素データＢ'の比率を少く
し、ノイズ低減効果が減少されるようにする。

【００７１】一方、判定結果がＮのときは、Ｓ６に進
む。このＳ６では、画素データＦと１画素前の画素デー
タＢ'が比較され、レベル変化分ΔＦ₁ が補正処理判定
値ＴＨ₂ 以下のとき、判定結果がＹになり、そうでなけ
ればＮになる。

【００７２】そして、まず、このＳ６での判定結果がＮ
のときにはＳ７に進み、画素データＦをそのまま画素デ
ータＢとして出力する。しかして、Ｓ６での判定結果が
ＹのときはＳ７０に進み、ここで、画素データＦに対す
る１画素前の画素データＢ'の比率を多くし、ノイズ低
減効果が増加されるようにする。

【００７３】Ｓ７０とＳ８０の後は、何れの場合もＳ
８'に進む。このＳ８'では、図７の従来技術におけるＳ
８とＳ９と同じノイズ補正処理が行われ、最後に、Ｓ１
０で、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８'の夫々から出力されてくる画
素データＢを所定の順序でメモリに格納し、所定の単
位、例えばフレーム単位からなる映像信号に戻し、これ
によりノイズ補正処理が施された映像信号を得るのであ
る。

【００７４】図２は、本発明の実施形態によるノイズ低
減装置の一例で、以下、図１のノイズ補正処理と共に、
この図２の実施形態について説明する。なお、この図２
の実施形態も、図８の従来技術に所定量遅延処理１７と
映像レベル検出手段１８、それに第３の映像信号比較手
段１９を付加し、且つ図８の従来技術における映像信号
処理１２に代えて、処理内容を一部変えた映像信号処理
１２'を設けたものに相当する。

【００７５】まず、入力された対象画素Ｐは、所定量遅
延処理１７により遅延処理されると共に、映像レベル検
出手段１８により映像信号レベルＳＥが出力される。こ
の処理は図１のＳ３０に相当し、この結果、これ以降の
信号処理での検出レベルＳＥは、１画素分先行した画素
のデータから検出されたものとなる。

【００７６】次に、空間フィルタ法によるノイズ低減手
段１１は、上記したように、画面の縦方向と横方向の平
均化による２次元フィルタ、又は更に時間軸方向も含め
た３次元フィルタなどの有限長フィルタからなり、対象
画素Ｐに対して空間フィルタ法によるノイズ低減処理を
施し、ノイズ低減された画素データＦを出力する働きを
する。

【００７７】ここでの空間フィルタ処理は、図７の従来
技術において、図９により説明した通りで、対象画素Ｐ
を画素３０としたとき、その上下左右に隣接する画素３
１のレベルと、斜め及び１画素はなれて隣接する画素２
９のレベルを、それぞれ図示の係数により加算し、平均
化することによりノイズの低減が得られるようにしてい
る。

【００７８】このとき、斜め方向の画素のレベルを考慮
し、係数のレベルが円形分布になるようにするのが一般
的であり、且つ処理による信号レベルの変化が生じない
ように、各係数の加算値が１になるようにする。従っ
て、この空間フィルタ法によるノイズ低減手段１１は、
図１のＳ３に対応する。

【００７９】次に、第１の映像信号比較手段１５は、対
象画素Ｆの輝度レベルと１画素前の画素データＢ'の輝
度レベルの差分ΔＦ₁(＝｜Ｆ−Ｂ'｜)を求め、これを別
途設定されている対象画素判定値ＴＨ₁ と比較し、比較
結果がΔＦ₁＜ＴＨ₁ のときレベル０で、ΔＦ₁≧ＴＨ₁
のときはレベルが１になる切替信号Ｓ₁ を発生し、それ
を第１のデータセレクタ１４に供給する働きをする。

【００８０】そこで、この第１のデータセレクタ１４
は、切替信号Ｓ₁ がレベル０のときは第２のデータセレ
クタ１３の出力を選択し、切替信号Ｓ₁ がレベル１にな
ったときは対象画素Ｐを選択するように動作する。

【００８１】次に、第２の映像信号比較手段１６は、ノ
イズ低減された画素データＦをノイズ低減手段１１から
入力し、そのレベル変化分、つまり現在の画素データＦ
と１画素前の画素データＢ'との差分ΔＦ₁ (＝｜Ｆ−
Ｂ'｜)を求め、これを予め設定されている補正処理判定
値ＴＨ₂ と比較し、ΔＦ₁ ＜ＴＨ₂ のときはレベル０に
なり、ΔＦ₁ ≧ＴＨ₂ のときはレベルが１になる切替信
号Ｓ₂ を発生し、それを映像信号補正処理１２'に供給
する働きをする。

【００８２】次に、第３の映像信号比較手段１９は、ノ
イズ低減された画素データＦをノイズ低減手段１１から
入力し、これと、所定画素前の画素レベルＳＥとのレベ
ル変化分ΔＦ₂ (＝｜Ｆ−ＳＥ｜)を求め、これを予め設
定されている補正処理判定値ＴＨ₃ と比較し、ΔＦ₂ ＜
ＴＨ₃ のときはレベル１になり、ΔＦ₂ ≧ＴＨ₃ のとき
はレベル０になる切替信号Ｓ₃ を発生し、これを映像信
号補正処理１２'に供給する働きをする。

【００８３】次に、映像信号補正処理１２'について、
図３により説明する。この映像信号補正処理１２'は、
図３に示すように、補正演算部１２２とカウンタ１２３
で構成されている。ここで補正演算部１２２は、図１０
で説明した従来技術と同じである。

【００８４】カウンタ１２３は、切替信号Ｓ₂ と切替信
号Ｓ₃ に応じて基準クロックＣをカウントし、補正演算
部１２２のフィードバックゲインＧとなるカウント値を
発生する働きをし、ここで、切替信号Ｓ₂ がレベル０の
とき基準クロックＣによりカウントアップされ、切替信
号Ｓ₃ がレベル０のときはカウントダウンされるように
なっている。

【００８５】そして、カウントアップされたときの最大
カウント値は効果最大値Ｌで抑えられ、カウントダウン
されたときのカウント値の最小値は０であり、従って、
効果最大値Ｌを３とすれば、フィードバックゲインＧ
は、基準クロックＣが入力される毎に、順次、例えば次
のように変化する。０１２３３３３３３２１０００００１２３３３３……

【００８６】補正演算部１２２については、図１０の従
来技術で説明した通りで、画素データＦと、画素データ
Ｂの１画素前のデータＢ'を入力し、それらのレベルに
応じた平均化処理を、フィードバックゲインＧの数値を
指数関数として実行し、ノイズ補正された画素データＡ
を出力し、第２のデータセレクタ１３に供給する働きを
する。

【００８７】従って、図２の映像信号補正処理手段１
２'と第２のデータセレクタ１３が、図１のＳ５０、Ｓ
６、Ｓ７０、Ｓ８０、それにＳ８'の処理に対応し、第
１のデータセレクタ１４が、Ｓ４とＳ５の処理に対応す
るものになる。

【００８８】次に、この実施形態の動作について、図４
に示す動作説明用のサンプル画像を用いて説明する。こ
の図４でも、従来技術の説明に用いた図１１と同じく、
理解を容易にするため、輝度レベルを高さ方向にとった
３次元表示にしてあり、従って、この図４においては、
画像の水平方向Ｘと垂直方向Ｙが画素の位置座標である
のに対して、高さ方向Ｚは信号の輝度レベルで、高くな
るほど明るい信号であることを示している。

【００８９】そして、この図４のサンプル画像は、上か
ら見て画像の背景部分２５の右下に四角形の明るい部分
２６があり、この明るい部分２６の左下には、中間の明
るさの四角形の部分２７が存在した画像になっており、
これらの部分全体に波状にノイズ成分２８が重畳されて
いる状態を表しており、従って、信号部分は、一部の角
が欠けている立方体で表わされ、その立方体の境界部分
では輝度が大きく変化していて、崖のようになってお
り、この部分に画像のエッジが存在していることにな
る。

【００９０】そこでいま、部分２６の輝度を最大輝度
Ｈ、部分２５から部分２７までの輝度を下側中間輝度
Ｄ、部分２７から部分２６までの輝度を上側中間輝度
Ｍ、ノイズ成分２８の波の高さ(振幅)をノイズレベルＮ
と定義する。そして、これらと、上記した対象画素判定
値ＴＨ₁ と補正処理対象画素判定値ＴＨ₂、ＴＨ₃ の関
係を、以下の〜の通りに設定する。

【００９１】対象画素判定値ＴＨ₁ ＜最大輝度Ｈ対象画素判定値ＴＨ₁ ＞下側中間輝度Ｄ対象画素判定値ＴＨ₁ ＞上側中間輝度Ｍ補正処理判定値ＴＨ₂ ＞ノイズレベルＮ補正処理判定値ＴＨ₂ ＜下側中間輝度Ｄ補正処理判定値ＴＨ₂ ＜上側中間輝度Ｍ補正処理判定値ＴＨ₃ ＞ノイズレベルＮ補正処理判定値ＴＨ₃ ＜下側中間輝度Ｄ補正処理判定値ＴＨ₃ ＜上側中間輝度Ｍここで、からまでは、上記した従来技術の場合と同
じである。

【００９２】なお、これらの対象画素判定値ＴＨ₁ と補
正処理対象画素判定値ＴＨ₂、それにＴＨ₃ には、ＴＨ₁
＞ＴＨ₂、ＴＨ₁＞ＴＨ₃ の関係があるが、エッジ信号の
左右のノイズ低減処理を対象にする場合では、ＴＨ₂ ＝
ＴＨ₃ とする。また、扱う信号によっては、ＴＨ₂＋１
＝ＴＨ₃ 、又はＴＨ₂−１＝ＴＨ₃ にするなど、これら
の比(ＴＨ₂／ＴＨ₃)を変えた方が、位相ずれが少なくな
る場合もある。

【００９３】次に、図５は、図４に示したサンプル画像
に上記従来技術による信号処理を施し、その結果を３次
元の画像で示したもので、以下、この図５の本発明の実
施形態による場合の結果を、図１１の従来技術の場合と
比較しながら説明する。なお、この図５でも、図１１と
同じく、理解を容易にするため、画面の上下の端部と左
右の端部は、エッジ部としては見做さないものとして説
明する。

【００９４】まず、ノイズ成分２６については、上記
、の関係から、映像信号補正処理手段１２'による
ノイズ補正処理が働き、この結果、大きなノイズ除去効
果が与えられることになり、図５に示すように、画像の
背景部分２５と、明るい部分２６及び中間の明るさ部分
２７では、そのエッジ部分を除いて、ノイズ成分２８が
きれいに除かれることが判る。

【００９５】次に、下側中間輝度Ｄになっている部分
と、上側中間輝度Ｍになっている部分では、上記、
、、の関係から、第２のデータセレクタ１３が働
き、この結果、映像信号補正処理手段１２'によるノイ
ズ補正処理は機能せず、上記との関係から、空間フ
ィルタ法によるノイズ低減手段１１によるノイズ低減だ
けが働くことになる。以上は、本発明の実施形態による
場合の図5と従来技術の場合の図１１共に同じ処理であ
る。

【００９６】次に、エッジ周辺に注目すると、従来技術
による図１１では、エッジ成分Ｅ２２、Ｅ２３の左側で
はノイズが除かれ、右側にだけノイズ成分が残ってい
る。これは、フィードバックを用いた補正処理で、エッ
ジ信号直後のノイズ成分の影響を軽減するために補正量
を低下させているためである。

【００９７】一方、図５の本発明の実施形態の場合に
は、エッジ成分Ｅ２６Ｆ、Ｅ２７Ｆで示すように、エッ
ジ成分Ｅ２６、Ｅ２７の両側にノイズ成分が残される。
これは、映像レベル検出手段１８を用いて、左側にも同
等のノイズ成分が残されるようにした結果であり、これ
により、図１１の従来技術のように、ノイズ成分が右側
だけに残っていることから発生する位相ずれをキャンセ
ルすることができる。

【００９８】ここで、このように、エッジ成分の両側に
ノイズ成分を残すように構成した理由は、以下の通りで
ある。まず、第１に、下側中間輝度Ｄと、上側中間輝度
Ｍになっている部分では、信号レベルの変化範囲がノイ
ズレベルＮと信号の中間にあるので、信号成分とノイズ
成分が同等のレベルで存在している確率が高いからであ
り、ノイズ成分を残さないと、信号成分も残らなくなっ
てしまうからである。

【００９９】次に、第２に、ノイズ低減処理がなされて
いる領域と、そうでない領域とのつながりを滑らかにす
るためであり、この部分でも軽くノイズ低減処理を施し
ておけば、つながり部分を目立たなくできるからであ
る。そして、第３には、この部分には、上記したよに、
信号成分が含まれている確率が高いので、ノイズ低減処
理を十分に利かすと、画像の重心ずれ(位相特性の悪化)
が生じてしまう虞れがあるからである。この結果、図５
に示すように、エッジ成分が充分に保存されることにな
る。

【０１００】ここで、上記の関係から、明るい部分２
６のエッジ部Ｅ２６ではノイズ処理が全く与えられない
ので、図示のように、この部分Ｅ２６にはノイズ成分２
８がそのまま残ってしまうが、反面、その分、エッジ成
分の保存が充分に得られることになる。

【０１０１】一方、中間の明るさの部分２７のエッジ部
では、上記、、、、、の関係から、ノイズ
低減手段１１によるノイズ低減が与えられているので、
図示のように、この部分Ｅ２７では、多少レベルが抑え
られたノイズ成分となっており、エッジ部は多少損なわ
れるが、ノイズの除去とつながりの滑らかさがバランス
良く得られていることが判る。

【０１０２】次に、図６により、映像信号補正処理手段
１２'の動作について説明する。この図６は、図４のサ
ンプル画像にほぼ対応させた映像信号の画素を大まかに
平面座標として示したもので、背景部分２５と中間の明
るさの部分２７が、図４と図５に対応して示してあり、
ここで、各画素内に記載してある数字が、図３で説明し
たフィードバックゲインＧを表わす。

【０１０３】既に、図２と図３で説明したように、この
映像信号補正処理手段１２'を構成する補正演算部１２
２によるノイズ補正の強さは、カウンタ１２３から出力
されるカウントデータ、つまりフィードバックゲインＧ
の数値によって決まり、データＧが０のときはノイズ補
正量も０で、このときは画素データＦがそのまま画素デ
ータＡになるが、データＧが１、２、３と増加するつ
れ、指数関数的にノイズ補正の強さが増してゆき、３、
２、１と減少した場合には、それにつれて指数関数的に
ノイズ補正の強さが減少していくようになっている。

【０１０４】一方、この補正演算部１２２でのノイズ補
正は、基本的には、画素の配列方向での平均化処理(単
純な平均か処理ではないが)であり、従って、画素の輝
度レベルが変化したところでは、その変化を抑える処理
となるので解像度を低下させ、更に多くの画素を対象に
して連続して実行すると画像に重心ずれが現れ、これら
によって大きな画質劣化を招いてしまう虞れがある。

【０１０５】しかしながら、この実施形態によれば、画
素間での輝度レベルの変化量に応じてデータＧの値が変
化し、図６に示すように、画像のエッジ部に接近すると
データＧは３、２、１と減少し、エッジ部では０にさ
れ、その後、１、２、３と増加されるが、最大値は予め
設定されている効果最大値Ｌで抑えられるようになって
いる。

【０１０６】従って、この実施形態によれば、画像のエ
ッジ部の画素にはノイズ補正がされず、エッジ周辺に向
かって徐々にノイズ補正量が増加していくので、解像度
の低下が抑えられ、さらに、ノイズ補正の強さに制限が
与えられるので、画像に現れる重心ずれにも限度が与え
られるだけではなく、ノイズとエッジ信号成分とのつな
がり部分も対称的に滑らかに処理されるため、ノイズ補
正に伴う画質の劣化が最小限に抑えられ、ノイズの大き
な低減効果と、高画質の保持の両立を容易に得ることが
できる。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、平均移動法よりも数十
倍の回路規模が必要な空間周波数領域におけるフィルタ
法でなければ、除去することのできなかった周波数成分
を、平均移動法と同程度の回路規模の装置により除去す
ることができる。

【０１０８】また、本発明によれば、解像度の劣化と位
相特性の劣化を伴うことなく充分にノイズ低減を図るこ
とができるので、高画質で高いノイズ低減性能をもった
ノイズ低減装置を低価格で提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるノイズ低減装置の一実施形態によ
る動作を説明するためのフローチャートである。

【図２】本発明によるノイズ低減装置の一実施形態を示
すブロック図である。

【図３】本発明によるノイズ低減装置の一実施形態にお
ける映像信号処理手段の一例を示すブロック図である。

【図４】本発明によるノイズ低減装置の一実施形態の動
作を説明するためのサンプル画像の説明図である。

【図５】本発明によるノイズ低減装置の一実施形態によ
りノイズが低減されたサンプル画像の説明図である。

【図６】本発明によるノイズ低減装置の一実施形態にお
けるノイズ補正用データの説明図である。

【図７】従来技術によるノイズ低減装置の動作を説明す
るためのフローチャートである。

【図８】従来技術によるノイズ低減装置の一例を示すブ
ロック図である。

【図９】ノイズ低減に使用される空間フィルタの動作説
明図である。

【図１０】従来技術によるノイズ低減装置の一例におけ
る映像信号処理手段のブロック図である。

【図１１】従来技術によるノイズ低減装置の一例の動作
を説明するためのサンプル画像の説明図である。

【図１２】従来技術によるノイズ低減装置の一例により
ノイズが低減されたサンプル画像の説明図である。

【図１３】従来技術によるノイズ低減装置の一例におけ
るノイズ補正用データの説明図である。

【符号の説明】

Ｓ１〜Ｓ１０、Ｓ５０、Ｓ７０、Ｓ８０処理ステップ１１空間フィルタ法によるノイズ低減手段１２' 映像信号補正処理１３第２のデータセレクタ１４第１のデータセレクタ１５第１の映像信号比較手段１６第２の映像信号比較手段１７所定量遅延処理１８映像レベル検出手段１９第３の映像信号比較手段Ｄ下側中間輝度Ｈ最大輝度Ｍ上側中間輝度ＮノイズレベルＴＨ₁ 対象画素判定値ＴＨ₂ 補正処理判定値ＴＨ₃ 補正処理判定値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素からなる映像信号の各画素を
逐次所定の順序で対象画素として選択し、該対象画素の
輝度値と、該対象画素の前記所定の順序の１画素前の対
象画素の輝度値との差からなる輝度変化分を所定の補正
処理判定値と比較し、この比較結果に応じて対象画素毎
のノイズ補正処理の内容を切換えるようにしたノイズ低
減装置において、前記各画素に対するノイズ補正の強さが、各画素間での
輝度値の変化分が前記所定値を越える毎に、その前後で
最小化され、越えない場合は前記ノイズ補正の強さが各
画素毎に増加し、前記ノイズ補正の強さが一定になるよ
うにした映像信号補正手段を設け、前記輝度変化分が前記補正処理判定値未満のときのノイ
ズ補正処理が、前記映像信号補正手段により実行される
ように構成したことを特長とするノイズ低減装置。
【請求項２】請求項１に記載の発明において、前記映像信号に、空間フィルタ法によるノイズ低減装置
処理を施す手段が設けられていることを特長とするノイ
ズ低減装置。