JP2001148797A - 画像信号処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像素子の出力信号レベルに応じたノイ
ズ低減を行うことにより、画像信号中の必要な成分を失
わずに効果的に固体撮像素子のノイズを除去することが
できる画像信号処理装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明の画像信号処理装置は、光電変換
により画像信号を生成する光電変換手段を含む固体撮像
素子（１）と、固体撮像素子が生成する画像信号レベル
の大きさを判定する判定手段（４）と、画像信号レベル
の大きさに応じて固体撮像素子が生成する画像信号に対
してローパスフィルタリングする度合いを変化させてフ
ィルタリングするフィルタ（２，３，６）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号処理技術
に関し、特に画像信号をフィルタリングする画像信号処
理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】スキャナは、原稿をスキャンして画像を
取得することができる。スキャナの多くは、電荷結合素
子（ＣＣＤ）を有する固体撮像素子を用いている。スキ
ャナは、スキャニングの形態によって、ラインＣＣＤ又
はエリアＣＣＤの種類を有する。高品質な画像を得るた
めには、固体撮像素子から出力される画像信号中のノイ
ズの低減化が不可欠である。

【０００３】図５は、遅延差ノイズ除去回路の構成を示
すブロック図である。固体撮像素子５１は、画像信号を
出力する。１画素遅延素子５２ａ、１ライン遅延素子５
２ｂ及び１フィールド遅延素子５２ｃは、それぞれ減算
器５５から出力される画像信号を１画素、１ライン及び
１フィールド遅延し、減算器５３ａ，５３ｂ，５３ｃに
出力する。減算器５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、それぞれ
固体撮像素子５１が出力する画像信号から遅延素子５２
ａ，５２ｂ，５２ｃが出力する画像信号を減算し、メデ
ィアンフィルタ５４に出力する。すなわち、減算器５３
ａ，５３ｂ，５３ｃは、それぞれ対象画素に対して、水
平方向、垂直方向及び時間方向の画素との間の差をノイ
ズ成分として出力する。メディアンフィルタ５４は、そ
の３つのノイズ成分を基にメディアン値を減算器５５に
出力する。減算器５５は、固体撮像素子５１が出力する
画像信号からメディアンフィルタ５４が出力するノイズ
成分のメディアン値を減算して出力する。この出力値
は、ノイズ成分が除去された画像信号になる。また、固
体撮像素子の出力信号に含まれるノイズを除去する回路
として、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路が知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の遅延差
ノイズ除去回路及び相関二重サンプリング回路は、固体
撮像素子のランダムノイズのみを低減するものであり、
固体撮像素子の光ショットノイズを除去するものではな
い。ランダムノイズは、固体撮像素子の出力電圧に依存
せず、画素毎にある一定量存在するものである。光ショ
ットノイズは、固体撮像素子の出力信号レベルに依存す
るノイズである。これら２つの回路は、固体撮像素子の
出力信号レベルに応じたノイズ低減を行うものではな
い。

【０００５】また、Ａ／Ｄ変換後のデジタル画像信号に
対して画一的なフィルタリングを行うと、画像信号中の
必要な周波数成分を失ってしまい、画像がボケてしまう
ことがある。これは、固体撮像素子の出力信号レベルに
応じて、発生するノイズのレベルが異なるにも拘わら
ず、同じ処理によりノイズを低減しようとするためであ
る。

【０００６】本発明の目的は、固体撮像素子の出力信号
レベルに応じたノイズ低減を行うことにより、画像信号
中の必要な成分を失わずに効果的に固体撮像素子のノイ
ズを除去することができる画像信号処理装置及び方法を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、光電変換により画像信号を生成する光電変換手段を
含む固体撮像素子と、前記固体撮像素子が生成する画像
信号レベルの大きさを判定する判定手段と、前記画像信
号レベルの大きさに応じて前記固体撮像素子が生成する
画像信号に対してローパスフィルタリングする度合いを
変化させてフィルタリングするフィルタとを有する画像
信号処理装置が提供される。

【０００８】本発明の他の観点によれば、（ａ）固体撮
像素子により画像信号を生成するステップと、（ｂ）前
記生成された画像信号レベルの大きさを判定するステッ
プと、（ｃ）前記画像信号レベルの大きさに応じて固体
撮像素子が生成する画像信号に対してローパスフィルタ
リングする度合いを変化させてフィルタリングするステ
ップとを有する画像信号処理方法が提供される。

【０００９】本発明のさらに他の観点によれば、（ａ）
原稿を第１のスキャニングすることにより固体撮像素子
に第１の画像信号を生成させるステップと、（ｂ）前記
第１の画像信号レベルの大きさを判定するステップと、
（ｃ）原稿を第２のスキャニングすることにより固体撮
像素子に第２の画像信号を生成させるステップと、
（ｄ）前記第１の画像信号レベルの大きさに応じて前記
第２の画像信号に対してローパスフィルタリングする度
合いを変化させてフィルタリングするステップとを有す
る画像信号処理方法が提供される。

【００１０】画像信号レベルの大きさに応じて、固体撮
像素子が生成する画像信号に対するローパスフィルタリ
ングする度合いを変化させることにより、効果的に光シ
ョットノイズを除去することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、実施
例に沿って図面に基づいて説明する。図１は、本発明の
実施例による画像信号処理装置（例えばスキャナ）の構
成を示すブロック図である。スキャナは、固体撮像素子
１と信号処理部７を有する。信号処理部７は、オールパ
スフィルタ２とローパスフィルタ３とフィルタ制御部６
と判定回路４を有する。

【００１２】固体撮像素子１は、光電変換手段（フォト
ダイオード）１ａと電荷結合素子（ＣＣＤ）１ｂを有す
る。光電変換手段１ａは、光電変換により、入射した光
像を電気信号に変換して画像信号を生成する。電荷結合
素子１ｂは、光電変換手段１ａにより生成された画像信
号を転送し、外部に出力する。

【００１３】固体撮像素子１に発生するノイズとして、
ランダムノイズと光ショットノイズがある。ランダムノ
イズは、固体撮像素子１の出力信号レベルに関係なく発
生する。図２は、出力信号レベルと光ショットノイズの
関係を示すグラフであり、横軸が固体撮像素子１の出力
信号レベルであり、縦軸が光ショットノイズのレベルで
ある。光ショットノイズのレベルは、固体撮像素子１の
出力信号レベルの平方根に比例する。高品質な出力画像
を得るためには、ランダムノイズの低減だけでなく、光
ショットノイズの低減化が不可欠である。

【００１４】オールパスフィルタ２は、固体撮像素子１
からの入力信号の全周波数の成分を一定の割合で通過さ
せるフィルタである。ローパスフィルタ３は、固体撮像
素子１からの入力信号の低周波数成分のみを通過させる
フィルタであり、画像信号の平滑化を行う。すなわち、
ローパスフィルタ３は、高周波数帯域のノイズ成分を除
去するものである。

【００１５】フィルタ制御部６は、オールパスフィルタ
２の出力とローパスフィルタ３の出力との割合（混合
比）を制御して、両者のフィルタ２，３の出力信号を所
定の割合で混合して出力する。判定回路４は、固体撮像
素子１が出力する１フレームの画像の平均画像信号レベ
ルを求める。なお、１フレームの画像の平均画像信号レ
ベルの代わりに、各フィールド、各ライン又は各所定領
域の平均画像信号レベルを求めたり、各画素の画像信号
レベルを求めてもよい。なお、この各画素の画素信号レ
ベルも、説明の便宜上、以下平均画像信号レベルとい
う。

【００１６】判定回路４は、その平均画像信号レベルに
応じて、フィルタ制御部６に上記のフィルタの混合比を
指示する。平均画像信号レベルが大きいときには、オー
ルパスフィルタ２よりもローパスフィルタ３の出力の割
合を多くする。逆に、平均画像信号レベルが小さいとき
には、ローパスフィルタ３よりもオールパスフィルタ２
の出力の割合を多くする。これにより、画像の暗部では
画像信号レベルが小さいために、ローパスフィルタ３の
出力の割合が小さくなり、明暗の境界付近で高解像度を
維持し、画像のボケを防止することができる。判定回路
４及びフィルタ制御部６は、２種類のフィルタであるオ
ールパスフィルタ２とローパスフィルタ３の出力の混合
比を連続的に変化させることができる。

【００１７】図３は、本実施例による画像信号処理装置
の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１で
は、判定回路４が、オールパスフィルタ２の出力を１０
０％にしてローパスフィルタ３の出力を０％にして、両
出力を混合するようにフィルタ制御部６に指示する。フ
ィルタ制御部６は、上記の混合比で出力信号５を出力す
る。

【００１８】次に、ステップＳ２では、原稿を本実施例
によるスキャナで低解像度でプリスキャン（第１のスキ
ャニング）する。このプリスキャンは、後に行う本スキ
ャンの前処理として行われ、固体撮像素子１は第１の画
像信号を生成する。判定回路４は、固体撮像素子１が出
力する第１の画像信号の平均画像信号レベルを求めて記
憶する。平均画像信号レベルは、画像の各フレーム、各
フィールド、各ライン、各所定領域の画素信号を平均化
することにより求められ、記憶される。また、各画素の
画素信号を記憶するようにしてもよい。この平均画像信
号レベルは、読み取る原稿の種類に応じて変化するもの
である。

【００１９】次に、ステップＳ３では、判定回路４が、
上記の平均画像信号レベルを基に判定し、オールパスフ
ィルタ２の出力とローパスフィルタ３の出力との混合比
を決定する。

【００２０】次に、ステップＳ４では、上記と同じ原稿
を当該スキャナで高解像度で本スキャン（第２のスキャ
ニング）する。本スキャンにより、高解像度の第２の画
像信号が固体撮像素子１から出力される。この第２の画
像信号は、オールパスフィルタ２及びローパスフィルタ
３に入力される。フィルタ制御部６は、判定回路４から
上記の混合比の指示を受け、その混合比でオールパスフ
ィルタ２の出力とローパスフィルタ３の出力を混合し、
出力信号５として出力する。この出力信号５は、固体撮
像素子１の出力画像信号から光ショットノイズを除去し
た信号として得られる。

【００２１】光ショットノイズのレベルは、固体撮像素
子１の出力信号レベルの平方根に比例するものである。
そこで、平均画像信号レベルに応じてフィルタの混合比
（ローパスフィルタリングの度合い）を制御（変化）し
てフィルタリングすることにより、効率的に光ショット
ノイズを除去することができる。具体的には、平均画像
信号レベルが大きいときには、オールパスフィルタ２よ
りもローパスフィルタ３の出力の割合を多くする。逆
に、平均画像信号レベルが小さいときには、ローパスフ
ィルタ３よりもオールパスフィルタ２の出力の割合を多
くする。これにより、画像の暗部では画像信号レベルが
小さいために、ローパスフィルタ３の出力の割合が小さ
くなり、明暗の境界付近で高解像度を維持し、画像のボ
ケを防止することができる。画像信号中の光ショットノ
イズを低減させることにより、高品質な画像信号を得る
ことができる。

【００２２】図４（Ａ）、（Ｂ）は、他の２種類の信号
処理部７の構成を示す。図４（Ａ）は、デジタルフィル
タを用いた信号処理部７を示し、図４（Ｂ）はアナログ
フィルタを用いた信号処理部７を示す。

【００２３】図４（Ａ）に示すように、信号処理部７
は、Ａ／Ｄ変換器１３とデジタルフィルタ１１とバッフ
ァ１２を有する。Ａ／Ｄ変換器１３は、固体撮像素子１
（図１）が出力する画像信号をアナログ形式からデジタ
ル形式に変換し、デジタルフィルタ１１及びバッファ１
２に出力する。デジタルフィルタ１１は、図１に示すオ
ールパスフィルタ２とローパスフィルタ３とフィルタ制
御部６に相当する。バッファ１２は、図１に示す判定回
路４に相当する。デジタルフィルタ１１は、水平方向、
垂直方向及び／又は時間方向に画素信号を平均化処理す
ることによりローパスフィルタの機能を実現することが
できる。その平均化する画素数を変化させることによ
り、ローパスフィルタとオールパスフィルタの混合比を
制御することができる。平均化する画素数を多くすれば
ローパスフィルタの混合比を多くすることができ、平均
化する画素数を少なくすればローパスフィルタの混合比
を少なくすることができる。

【００２４】図４（Ｂ）に示すように、信号処理部７
は、アナログフィルタ２１とバッファ２２を有する。固
体撮像素子１（図１）が出力するアナログ形式の画像信
号は、アナログフィルタ２１及びバッファ２２に入力さ
れる。アナログフィルタ２１は、図１に示すオールパス
フィルタ２とローパスフィルタ３とフィルタ制御部６に
相当する。バッファ２２は、図１に示す判定回路４に相
当する。アナログフィルタ２１は、水平方向、垂直方向
及び／又は時間方向に画素信号を平均化処理することに
よりローパスフィルタの機能を実現することができる。
アナログフィルタ２１の時定数（例えば時定数ＣＲ）を
変化させることにより、ローパスフィルタとオールパス
フィルタの混合比を制御することができる。時定数を大
きくすればローパスフィルタの混合比を多くすることが
でき、時定数を小さくすればローパスフィルタの混合比
を少なくすることができる。

【００２５】上記のデジタルフィルタ１１及びアナログ
フィルタ２１は、いずれも公知の回路で実施可能であ
る。

【００２６】従来技術による遅延差ノイズ除去回路及び
相関二重サンプリング回路は、固体撮像素子のランダム
ノイズのみを低減するものであり、固体撮像素子の光シ
ョットノイズを除去することができない。また、画像信
号レベルとは無関係に全ての画像信号について同じフィ
ルタリング処理を行うと、画像信号中の必要な周波数成
分を失ってしまい、画像がボケてしまう。

【００２７】本実施例によれば、固体撮像素子１の出力
画像信号レベルが大きいときは、ローパスフィルタ３の
混合比を多くしてフィルタリング処理し、逆に固体撮像
素子１の出力画像信号レベルが小さいときは、オールパ
スフィルタ２の混合比を大きくしてフィルタリング処理
する。これにより、固体撮像素子１の出力画像信号中の
光ショットノイズを効果的に低減でき、かつ中間濃度の
読み取り画像に対して不要なフィルタリング処理を回避
することができる。例えば、明暗のコントラストのはっ
きりした被写体において、全ての同一のフィルタリング
処理を行うと、解像度を落としてしまう場合があるが、
本実施例によるフィルタリング処理では暗部においてロ
ーパスフィルタの混合比が極く小さくなるために白黒領
域の境界付近でボケ等を生じることなく、固体撮像素子
１の持つ性能を十分に引き出すことで高解像度が保持さ
れる。

【００２８】すなわち、画像にとって必要なハイコント
ラスト部を構成する周波数成分及び中間濃度での必要な
周波数成分を損なうことなく、固体撮像素子１で発生す
る光ショットノイズを効果的に低減することができる。

【００２９】なお、上述した実施例の機能を実現するべ
く、画像信号処理装置をコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰ
Ｕ）で実現することができる。そのコンピュータに上記
実施例の機能を実現するためのソフトウェアのプログラ
ムコードを記憶させ、そのコンピュータに格納されたプ
ログラムに従って動作させることによって実施すること
ができる。

【００３０】この場合、上記ソフトウェアのプログラム
コード自体が上述した実施例の機能を実現することにな
り、そのプログラムコード自体、およびそのプログラム
コードをコンピュータに供給するための手段、例えばか
かるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構
成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体と
しては、例えばフロッピーディスク、ハードディスク、
光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テー
プ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることが
できる。

【００３１】上記実施例は、何れも本発明を実施するに
あたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、
これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈され
てはならないものである。すなわち、本発明はその精
神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々
な形で実施することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画
像信号レベルの大きさに応じて、固体撮像素子が生成す
る画像信号に対するローパスフィルタリングする度合い
を変化させることにより、効果的に光ショットノイズを
除去することができる。例えば、明暗のコントラストの
はっきりした被写体において、白黒の境界付近でボケが
生じることなく、高解像度が保持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による画像信号処理装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】出力信号レベルと光ショットノイズレベルの関
係を示すグラフである。

【図３】本実施例による画像信号処理装置の処理を示す
フローチャートである。

【図４】図４（Ａ）はデジタルフィルタを用いた信号処
理部の構成を示すブロック図であり、図４（Ｂ）はアナ
ログフィルタを用いた信号処理部の構成を示すブロック
図である。

【図５】従来技術による遅延差ノイズ除去回路の構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 固体撮像素子 １ａ 光電変換手段 １ｂ 電荷結合素子（ＣＣＤ） ２ オールパスフィルタ ３ ローパスフィルタ ４ 判定回路 ５ 出力信号 ６ フィルタ制御部 ７ 信号処理部 １１ デジタルフィルタ １２ バッファ １３ Ａ／Ｄ変換器 ２１ アナログフィルタ ２２ バッファ ５１ 固体撮像素子 ５２ａ １画素遅延素子 ５２ｂ １ライン遅延素子 ５２ｃ １フィールド遅延素子 ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５５ 減算器 ５４ メディアンフィルタ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C021 PA34 PA42 PA53 PA62 PA95 RA07 RB07 RC06 SA22 SA23 SA25 YA01 5C024 AX01 CX03 GY01 HX05 HX21 HX29 HX45 5C072 AA01 BA11 EA05 FB11 FB18 FB30 UA20 5C077 LL02 LL19 MM03 MP01 PP01 PP42 PP43 PQ08

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光電変換により画像信号を生成する光電
   変換手段を含む固体撮像素子と、 前記固体撮像素子が生成する画像信号レベルの大きさを
   判定する判定手段と、 前記画像信号レベルの大きさに応じて前記固体撮像素子
   が生成する画像信号に対してローパスフィルタリングす
   る度合いを変化させてフィルタリングするフィルタとを
   有する画像信号処理装置。
2. 【請求項２】 前記固体撮像素子はＣＣＤを有する請求
   項１記載の画像信号処理装置。
3. 【請求項３】 前記フィルタは、前記固体撮像素子が生
   成する画像信号に対してフィルタリングを行うオールパ
   スフィルタ及びローパスフィルタを有し、前記画像信号
   レベルの大きさに応じて該オールパスフィルタの出力と
   該ローパスフィルタの出力との混合比を変化させて出力
   する請求項１又は２記載の画像信号処理装置。
4. 【請求項４】 前記フィルタはデジタルフィルタである
   請求項１又は２記載の画像信号処理装置。
5. 【請求項５】 前記デジタルフィルタは、画像信号を平
   均化することによりローパスフィルタリングを行い、前
   記画像信号レベルの大きさに応じて平均化する画素数を
   変化させる請求項４記載の画像信号処理装置。
6. 【請求項６】 前記フィルタはアナログフィルタである
   請求項１又は２記載の画像信号処理装置。
7. 【請求項７】 前記アナログフィルタは、前記画像信号
   レベルの大きさに応じて時定数を変化させる請求項６記
   載の画像信号処理装置。
8. 【請求項８】 前記判定手段は、前記固体撮像素子が生
   成する１フレーム、１フィールド、１ライン又は所定領
   域の画像信号の平均化レベルの大きさを判定する請求項
   １〜７のいずれかに記載の画像信号処理装置。
9. 【請求項９】 前記判定手段は、前記固体撮像素子の第
   １の画像信号生成により生成された第１の画像信号を基
   に画像信号レベルの判定を行い、前記フィルタは、該判
   定結果に応じて前記固体撮像素子の第２の画像信号生成
   により生成された第２の画像信号に対してフィルタリン
   グを行う請求項１〜８のいずれかに記載の画像信号処理
   装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の画像信号は原稿を第１のス
    キャニングすることにより生成され、前記第２の画像信
    号は原稿を第２のスキャニングすることにより生成され
    る請求項９記載の画像信号処理装置。
11. 【請求項１１】 前記第１のスキャニングは低解像度で
    スキャニングし、前記第２のスキャニングは高解像度で
    スキャニングする請求項１０記載の画像信号処理装置。
12. 【請求項１２】 （ａ）固体撮像素子により画像信号を
    生成するステップと、 （ｂ）前記生成された画像信号レベルの大きさを判定す
    るステップと、 （ｃ）前記画像信号レベルの大きさに応じて固体撮像素
    子が生成する画像信号に対してローパスフィルタリング
    する度合いを変化させてフィルタリングするステップと
    を有する画像信号処理方法。
13. 【請求項１３】 （ａ）原稿を第１のスキャニングする
    ことにより固体撮像素子に第１の画像信号を生成させる
    ステップと、 （ｂ）前記第１の画像信号レベルの大きさを判定するス
    テップと、 （ｃ）原稿を第２のスキャニングすることにより固体撮
    像素子に第２の画像信号を生成させるステップと、 （ｄ）前記第１の画像信号レベルの大きさに応じて前記
    第２の画像信号に対してローパスフィルタリングする度
    合いを変化させてフィルタリングするステップとを有す
    る画像信号処理方法。