JP2002247412A - 映像信号ノイズ低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 映像信号のノイズ低減方法において、信号補
正後の信号レベルとして、ノイズ成分の影響を極力除く
ようにする。 【解決手段】 ノイズ低減の対象画素に関して、周囲の
画素との関連性から、信号成分かノイズ成分かを判断
し、対象画素と、一定方向の隣接する画素とで信号レベ
ル比較を行い、信号レベル差が判定基準値未満であれ
ば、対象画素の信号レベルが信号成分であると判定し、
信号レベル差が所定の値以上では、ノイズ成分と判定す
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、映像信号処理装置
における映像信号中のノイズを低減する方法に係わり、
映像信号がノイズ成分かあるいは信号成分かを判定し、
信号成分をできるだけ保存してノイズ成分をより低減す
るようにした映像信号ノイズ低減方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、映像信号に存するノイズ成分を低
減するための技術としては、空間周波数領域における信
号フィルタ法があり、特に、理想的な帯域制限手段によ
り高周波成分の信号をノイズ成分として除去する方法
や、周期性雑音を除去する方法、あるいは、特定周波数
領域の信号をノイズ成分として除去する方法等がある。
これらはフィルタなどの帯域制限装置を用いて映像信号
を帯域分割し、それら帯域分割された信号成分のうち、
高周波成分もしくは特定の周波数成分をノイズ成分とみ
なして削除するものである。

【０００３】しかしながら、これらの方法では、削除す
べき帯域成分だけを分割するためには、帯域制限装置の
急峻な特性が必要になった場合、フィルタなど帯域制限
手段の構成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
と同時に信号成分をも削除する恐れが高くなってしま
う。

【０００４】そこで、これらの方法よりもさらに改善し
た方法として、信号レベルに基いてノイズ成分であるか
あるいは信号成分であるかを判断する機能を追加し、特
定の周波数成分であって、かつ、特定の信号レベルの信
号をノイズ成分とみなす方式が従来用いられている。

【０００５】また、外にもフレーム加算によるノイズ成
分除去方法があり、この加算方法では、１フレームごと
に時間軸方向での帯域制限を行なうことで、その時間軸
方向の高周波成分、あるいは特定周波数成分をノイズ成
分とみなし、これを除去する。この方法では、画面中の
空間方向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可能であるが、時間軸成分で
高周波成分を除去した場合は、動きに残像がでるような
映像となるなど、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、フレーム加算方
法では、フレームごとの情報を保持しておく必要がある
ため、フレームメモリ等の記憶装置、遅延装置が必要で
あり、空間周波数軸領域における信号フィルタ法に比較
して構成回路規模が大きくなる。

【０００６】以上に挙げた方法はいずれも構成回路規模
が大きくなってしまうが、これを改善する従来の方法と
して、さらに、空間フィルタ法がある。この空間フィル
タ法のうち最も基本的な方法が移動平均法である。この
移動平均法は、画像を構成する各画素ごとに周辺の画素
との平均値を得る等の演算を行う方法である。そのため
数画素分のフィルタ構成で実現可能である。また、平均
化の演算の他にノイズ検出のための対象画素と周囲画素
とでそれぞれ重み付けを行って、所望のフィルタ特性を
得る手段もある。さらに、そのフィルタ法の改善手段と
してエッジ保存平滑化法がある。これら移動平均化法は
対象画素とその周囲画素、も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法や、対象画
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法などがある。他にも局所統計量フ
ィルタを用いた方法として、対象画素と周囲画素の標本
中央値を演算するメジアンフィルタ方法がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の、従来の技術に
よる空間周波数領域におけるフィルタ法によるノイズ低
減方式では、個々の画素のレベル差によってエッジ成分
を判定するため、ノイズ成分と信号成分との判別ができ
ない。従って、上述の方法では、信号成分のレベルの近
いノイズ成分をも信号補正のための信号として合成して
しまい、そのことにより、信号補正後の信号レベルがノ
イズ成分の影響を受けた演算結果による信号レベルとな
ってしまう問題点がある。

【０００８】本発明の目的は、ノイズ成分の影響を受な
いか、あるいは、よりその影響を減じるようにし、信号
成分のみをより多く保存した信号補正後の信号レベルを
得ることができるようにしたノイズ低減方法を実現する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するため、複数画素からなる映像信号を入力し、上記
入力された映像信号の所定画素を対象画素として該対象
画素の信号レベルを補正し、該補正された映像信号レベ
ルの映像信号を出力するとした映像信号ノイズ低減方法
において、上記入力映像信号の複数画素のうちの各画素
を、所定の順序でもって対象画素とし、該対象画素と周
囲の画素との信号レベルを比較し、前記対象画素と該対
象画素の周囲の画素で水平方向、垂直方向、または斜め
の方向のいずれかの方向に存する複数画素との信号レベ
ル差の絶対値が、該方向の前記複数画素のいずれに対し
ても第１の所定値未満の場合は、前記対象画素と前記複
数画素の信号レベルに応じた映像信号レベルを前記対象
画素の信号レベルとし、前記対象画素と該対象画素の周
囲の画素で水平方向、垂直方向、および斜めの方向のす
べての方向にある複数画素との信号レベル差の絶対値が
いずれも第２の所定値以上の場合は、前記対象画素の信
号レベルによらずに前記周囲の画素の信号レベルに応じ
た映像信号レベルを前記対象画素の信号レベルとし、前
記対象画素と該対象画素の周囲の画素で水平方向、垂直
方向、および斜めの方向のすべての方向にある複数画素
との信号レベル差の絶対値が、該方向の前記複数画素の
うちいずれかに対して前記第１の所定値以上であって、
かつ、前記対象画素と該対象画素の周囲の画素で水平方
向、垂直方向、および斜めの方向のすべての方向にある
複数画素との信号レベル差の絶対値のいずれかが第２の
所定値未満の場合は、前記対象画素の信号レベルによを
そのままとするものである。

【００１０】すなわち、現在処理すべき対象画素に対し
て、周囲の画素との関連性から、信号成分であるかノイ
ズ成分であるかを判断し、現在処理すべき画素が信号成
分である場合とノイズ成分である場合に対し、それぞれ
別処理を行う。画素の判定は、信号成分は、周囲画素と
関連性があり、ノイズ成分は、周囲画素との関連性がな
いことを判定基準とする。すなわち、判定基準値を設定
し、現在処理すべき画素に対して、隣接する上下の画素
と信号レベルを比較し、信号レベル差が判定基準値未満
であれば、現在処理すべき画素に対して、隣接する上下
の画素は連続した信号成分であると判定する。また、信
号レベル差が所定の値以上であれば、隣接する上下の画
素は非連続のノイズ成分であると判定する。判定基準値
は、複数設定することができる。例えば、判定基準値１
及び、判定基準値２を設定した場合、信号レベル差が判
定基準値１未満であれば、現在処理すべき画素に対し
て、隣接する上下の画素は連続した信号成分であると判
定する。また、信号レベル差が判定基準値２以上であれ
ば、隣接する上下の画素は非連続のノイズ成分であると
判定する。さらに、信号レベル差が判定基準値１以上判
定基準値２未満であれば、現在処理すべき画素は、信号
成分ともノイズ成分とも判定しないこととし、信号処理
を行わない様にする。この場合では判定基準値に不感帯
を設けることが出来るため、該信号処理装置の効果の感
度を調節することが出来る。さらに、信号成分とノイズ
成分との判定を行った後のノイズ除去フィルタの係数を
変更することで、ノイズ除去効果の強さを調節すること
が出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。図１は、映像信号を補正して
ノイズを低減した映像信号を得るための、本発明に係わ
るノイズ低減方法の一例を示すフローチャート、図２
は、図１のフローチャートで用いられる空間フィルタ構
成、すなわち、現在処理すべき画素である対象画素およ
びその対象画素映像信号補正に係わる周囲画素の構成例
を示す図である。この図において、記号Ｘを有する対象
画素１０と、１２個の周囲画素Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ
１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３
とからなる画素構成でもってノイズ低減のための演算に
用いられる空間フィルタ構成とされている。

【００１２】次に、図１のフローチャートによって、本
発明の動作を説明する。先ず、映像信号を入力し記録手
段に記録する（ステップ１）。ステップ１で記録された
映像信号のうち所定の１画素信号に関する画素が、処理
すべき対象画素１０として選択される（ステップ２）。
この１画素選択順序としては、例えば、テレビジョン表
示装置における表示画面の水平方向に左から右へ、さら
に、画面の垂直方向に上から下への順でもって、処理す
べき対象画素１０を選択するようにする。次に、現在処
理すべき対象画素１０と、その周囲画素との信号レベル
比較を行う（ステップ３）。この比較の方法としては、
図３、図４、図５、図６、図７、図８に示した画素の組
み合わせでもって、それぞれ行う。

【００１３】ここで、図３に示した画素組み合わせによ
って、対象画素１０と、その周囲画素Ａ１およびＣ３と
を比較することで、斜め左上から対象画素を経て斜め右
下へ至る画素配列の映像信号同士の関連性が検知でき
る。また、図４に示した画素組み合わせによって、対象
画素１０と、その周囲画素Ａ３およびＣ１とを比較する
ことで、斜め左下から対象画素を経て斜め右上へ至る画
素配列の映像信号同士の関連性が検知できる。さらに、
図５に示した画素組み合わせによって、対象画素１０
と、その周囲画素Ｂ３およびＢ４とを比較することで、
対象画素と水平方向に接する画素の映像信号同士の関連
性が検知できる。図６に示した画素組み合わせによっ
て、対象画素１０と、その周囲画素Ａ２およびＣ２とを
比較することで、対象画素と垂直方向に接する画素の映
像信号同士の関連性が検知できる。さらに、図７に示し
た画素組み合わせによって、対象画素１０と、その周囲
画素Ｂ２，Ｂ３およびＢ４，Ｂ５とを比較することで、
対象画素と水平方向に接する画素およびその隣の画素の
映像信号同士の関連性が検知できる。さらに、図８に示
した画素組み合わせによって、対象画素１０と、その周
囲画素Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３およびＢ４，Ｂ５，Ｂ６とを比
較することで、対象画素と水平方向に接する画素及びそ
の隣の隣までの画素の映像信号同士の関連性が検知でき
る。

【００１４】次に、上記ステップ３の比較結果により、
それら比較された映像信号の関連性の度合いに応じて、
対象画素１０が信号成分を判定する（ステップ４）。

【００１５】このステップ４の信号成分か否かの判定の
動作についてさらに詳しく説明する。図１０は、２つの
しきい値Ｚ１、Ｚ２によりレベル差が３つの範囲に分け
られている様子を示した模式図である。

【００１６】対象画素１０の信号レベルと、図３ないし
図８のいずれかの画素組み合わせにおける周囲画素の信
号レベルの平均値とのレベル差、あるいは、図３ないし
図８のうちの所定の画素組み合わせにおける周囲画素の
信号レベルの平均値との各レベル差が、図１０に示す対
象画素の信号を信号成分であると判定する信号成分判定
範囲１４、すなわち、レベル差０からレベル差Ｚ１の範
囲内にある場合、対象画素１０は信号成分であると判定
する。

【００１７】一方、対象画素１０の信号レベルと、図３
ないし図８のすべての画素組み合わせにおける周囲画素
の信号レベルの平均値とのレベル差、あるいは、図３な
いし図８のうちの所定の画素組み合わせにおける周囲画
素の信号レベルの平均値との各レベル差が、図１０に示
す対象画素の信号をノイズ成分であると判定するノイズ
成分判定範囲１２、すなわち、レベル差Ｚ２以上である
場合、対象画素１０はノイズ成分であると判定する。

【００１８】また、対象画素１０の信号レベルと、図３
ないし図８のすべての画素組み合わせにおける周囲画素
の信号レベルの平均値とのレベル差、あるいは、図３な
いし図８のうちの所定の画素組み合わせにおける周囲画
素の信号レベルの平均値との各レベル差が、図１０に示
す対象画素の信号がノイズ成分であるかあるいは信号成
分であるか不確定であると判定する不確定範囲１３、す
なわち、レベル差Ｚ１からレベル差Ｚ２の範囲内の場
合、対象画素１０はノイズ成分かあるいは信号成分かは
不確定であると判定する。

【００１９】そして次に、ステップ４で信号成分である
と判定された場合は、画素１０とその画素に接した画素
の平均レベルを新たに画素１０の信号レベルとする。す
なわち、その対象画素の信号レベルと、既に信号成分で
あることが判定済みの周囲画素の信号レベルとを平均処
理または、所定係数を乗算した加重平均処理を行ない、
その処理により得られた信号レベルを対象画素１０の信
号レベルとする。（ステップ５）。

【００２０】一方、ステップ４で信号成分でないと判定
された場合は、ステップ４と同様に上記比較された映像
信号の関連性の度合いに応じて、対象画素１０がノイズ
成分か否かを判定する（ステップ６）。

【００２１】上記ステップ６で、ノイズ成分であると判
定された場合は、対象画素１０の信号レベルを除いた周
囲画素だけを平均化した平均レベルを新たに画素１０の
信号レベルとする（ステップ７）。

【００２２】一方、ノイズ成分でないと判定された場合
は、対象画素１０の信号レベルをそのまま対象画素１０
の信号レベルとしておく（ステップ８）。

【００２３】そして、それらステップ５、７、８のいず
れかにより得られた画素信号レベルを記録手段に記録す
る（ステップ９）。この記録された信号は、映像信号出
力として出力される。

【００２４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、信号
成分かあるいはノイズ成分かの判定を行った後、ノイズ
成分だけを除去する処理を行うため、補正後の信号成分
に対するノイズ成分の影響をより少なくしたノイズ除去
処理を行うことが可能である。さらに、信号成分同士で
の平均化信号処理をも行うことにより、信号成分と判定
された画素におけるより低レベルなノイズ成分の除去も
可能となる。また、信号成分とノイズ成分との判定値を
複数設定することにより、ノイズ除去効果の感度を調節
することが出来る。さらに、信号成分とノイズ成分との
判定を行った後のノイズ除去フィルタの係数を調節する
ことで、ノイズ除去効果の強さを適宜調整することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わるノイズ低減方法の一例を示す
フローチャート。

【図２】 図１のフローチャートで用いられる空間フィ
ルタを構成する画素の組み合わせを説明する図。

【図３】 ノイズ成分か否か判定のための比較を行う画
素の組み合わせを説明する図。

【図４】 ノイズ成分か否か判定のための比較を行う画
素の組み合わせを説明する図。

【図５】 ノイズ成分か否か判定のための比較を行う画
素の組み合わせを説明する図。

【図６】 ノイズ成分か否か判定のための比較を行う画
素の組み合わせを説明する図。

【図７】 ノイズ成分か否か判定のための比較を行う画
素の組み合わせを説明する図。

【図８】 ノイズ成分か否か判定のための比較を行う画
素の組み合わせを説明する図。

【図９】 ノイズ成分か否か判定のための比較を行う画
素の組み合わせを説明する図。

【図１０】 ２つのしきい値Ｚ１、Ｚ２によりレベル差
が３つの範囲に分けられている様子を示した模式図。

【符号の説明】

１０：対象画素、 Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ
３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３：周囲画素、
１２：ノイズ成分判定範囲、 １３：不確定範囲、
１４：信号成分判定範囲。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数画素からなる映像信号を入力し、上
   記入力された映像信号の所定画素を対象画素として該対
   象画素の信号レベルを補正し、該補正された映像信号レ
   ベルの映像信号を出力するとした映像信号ノイズ低減方
   法において、上記入力映像信号の複数画素のうちの各画
   素を、所定の順序でもって対象画素とし、該対象画素と
   周囲の画素との信号レベルを比較し、前記対象画素と該
   対象画素の周囲の画素で水平方向、垂直方向、または斜
   めの方向のいずれかの方向に存する複数画素との信号レ
   ベル差の絶対値が、該方向の前記複数画素のいずれに対
   しても第１の所定値未満の場合は、前記対象画素と前記
   複数画素の信号レベルに応じた映像信号レベルを前記対
   象画素の信号レベルとし、前記対象画素と該対象画素の
   周囲の画素で水平方向、垂直方向、および斜めの方向の
   すべての方向にある複数画素との信号レベル差の絶対値
   がいずれも第２の所定値以上の場合は、前記対象画素の
   信号レベルによらずに前記周囲の画素の信号レベルに応
   じた映像信号レベルを前記対象画素の信号レベルとし、
   前記対象画素と該対象画素の周囲の画素で水平方向、垂
   直方向、および斜めの方向のすべての方向にある複数画
   素との信号レベル差の絶対値が、該方向の前記複数画素
   のうちいずれかに対して前記第１の所定値以上であっ
   て、かつ、前記対象画素と該対象画素の周囲の画素で水
   平方向、垂直方向、および斜めの方向のすべての方向に
   ある複数画素との信号レベル差の絶対値のいずれかが第
   ２の所定値未満の場合は、前記対象画素の信号レベルに
   よをそのままとすることを特徴とする映像信号ノイズ低
   減方法。