JP2002259962A - 画像ノイズ低減方法及び装置 - Google Patents
画像ノイズ低減方法及び装置Info
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Abstract
れる問題を解消する。 【解決手段】 例えば8個の比較器11にそれぞれ周囲
画素のレベル値a〜hと注目画素のレベル値oとが入力
され、それぞれのレベル値の差の絶対値が基準レベルθ
の値より小さいとき値“1”が出力される。さらに注目
画素oを中心とした点対称の位置の周囲画素が組み合わ
され、組み合わせに従って比較器11からの信号が4個
のアンド回路12に供給される。そしてアンド回路12
からの信号がそれぞれの組み合わせに従って8個のアン
ドゲート13に供給され、アンド回路12からの信号が
値“1”のときに、対応する周囲画素のレベル値a〜h
がアンドゲート13を通じて出力ポート3に出力され
る。またアンド回路12からの信号が加算器14に供給
され、この加算出力が乗算器15で2倍にされ、この乗
算出力に加算器16で値“1”が加算されて出力ポート
4に出力される。
Description
デジタル化して処理する場合に使用して好適な画像ノイ
ズ低減方法及び装置に関する。詳しくは、いわゆるε−
フィルタを用いて画像信号のノイズ成分の低減を行う場
合の不具合を解消するものである。
低減を行う手段としては、従来からいろいろな方法が提
案されている。中でも、最も簡単でノイズ低減効果の大
きな方法の一つにローパスフィルタ(Low Pass Filter
:以下、LPFと略称する)による方法がある。この
LPFは、ある基準周波数より低い成分の信号だけを伝
送する装置である。すなわちこのLPFに周波数の変化
する信号を入力し、出力信号の振幅を観測すれば、周波
数の高い成分ほどレベルが低くなる特性を示す。
ると、注目画素と注目画素の周囲に隣接する画素の平均
値をもって、注目画素の新たな値とするものである。す
なわちこの方法では、周囲画素と相関関係の強い注目画
素の信号レベルは、平均化してもその値に大きな変化は
生じないが、相関のないランダムなノイズ成分は、周囲
画素に含まれるノイズ成分と平均化されることにより、
その値を“0”に近づけて行くものである。
は、周囲画素の探索エリアが広いほどノイズ抑圧効果は
大きくなる。ところがこのようなLPFによる周囲画素
との平均化動作は、例えば画像のエッジ情報もノイズと
同様に低減してしまい、結果的には、ノイズは少なくな
るものの画像全体はぼけたものとなって、画像品位を落
としてしまうデメリットも生じる。このためノイズ低減
手段としてのLPFは、一般的にはあまり使用されてい
ないものである。
して、いわゆるε−フィルタが提唱されている(電子情
報通信学会誌 Vol.77 No.8 pp.844-852 1994年8月、荒
川薫「非線形ディジタルフィルタとその応用」参照)。
すなわちこの文献で提唱されたε−フィルタでは、注目
画素と周囲画素との平均化動作をする際に、まずその該
当周囲画素が注目画素と相関関係を持っているかどうか
を判断するようにしたものである。
注目画素のレベルの±θの範囲内に該当周囲画素のレベ
ルが入っていれば平均化要素に組み入れ、±θの範囲内
に入っていないときは平均化要素とはしない。このよう
にして、周囲画素の全てに対して平均化要素に組み入れ
るか入れないかを探索した上で、平均化要素として組み
入れられた周囲画素だけを演算対象として、注目画素と
の平均化演算により注目画素の新たな値を求める。
入ってきた場合でも、エッジを構成する画素のレベルが
注目画素のレベルの±θの範囲を越えていれば、平均化
の演算対象とはならず、例えばエッジを構成する画素が
平均化に含められることによって画像が鈍ってしまうこ
とがない。すなわちこのε−フィルタによれば、基準レ
ベルθの値を適切に選んでやることで画像エッジはその
ままに、ノイズ成分だけを抑圧することができるもので
ある。
回路構成について説明する。図5において、図形1は画
像エリアのある1点を示しており、注目画素oとその周
囲画素a,b,c,d,e,f,g,hの様子をイメー
ジしたものである。そしてこれらの画素のレベル値をそ
れぞれ符号a〜h及びoと同じ表記で代用すると、これ
らの周囲画素のレベル値a〜hが選択回路2に供給され
る。またこの選択回路2には、上述の基準レベルθの値
と、注目画素のレベル値oが入力される。
ベル値aと注目画素oのレベル値oの差の絶対値(|a
−o|)が計算され、この差の絶対値と基準レベルθと
が比較される。そして上述の差の絶対値が基準レベルθ
の値より小さければ、出力ポート3にレベル値aが出力
される。また、差の絶対値が基準レベルθの値より大き
いときは、出力ポート3にはレベル値aを出力せず、値
“0”を出力する。さらに他の周囲画素b〜hのレベル
値b〜hについても同様の計算が行われる。
と同じ例えば8本の出力ポート3が設けられ、これらの
出力ポート3にはそれぞれ上述の差の絶対値が基準レベ
ルθの値より小さいときはそのレベル値a〜hが出力さ
れ、差の絶対値が基準レベルθの値より大きいときは値
“0”が出力される。また選択回路2には出力ポート4
が設けられ、この出力ポート4には上述のレベル値a〜
hが出力されている出力ポート3の数に値“1”を加算
した値が出力される。
素と周囲画素との差の絶対値が全て基準レベルθの値よ
り小さいときは、それぞれのレベル値a〜hが出力ポー
ト3から出力されると共に、値“9”が出力ポート4に
出力される。また、例えば注目画素と周囲画素との差の
絶対値が全て基準レベルθの値より大きいときは、出力
ポート3からは全て値“0”が出力されると共に、出力
ポート4には値“1”が出力される。
の出力と注目画素oのレベル値oが加算器5に供給さ
れ、この加算器5の出力ポート6に取り出される値が除
算器7に供給される。また上述の選択回路2の出力ポー
ト4からの値が除算器7に供給される。そしてこの除算
器7では、加算器5の出力ポート6からの値が選択回路
2の出力ポート4からの値で割り算され、その演算結果
の値が出力ポート8に取り出される。
準レベルθを設定し、注目画素のレベルの±θの範囲内
に該当周囲画素のレベルが入っていれば平均化要素に組
み入れ、±θの範囲内に入っていないときは平均化要素
とはせず、周囲画素の全てに対して平均化要素に組み入
れるか入れないかを探索した上で、平均化要素として組
み入れられた周囲画素だけを演算対象として、注目画素
との平均化演算により求めた注目画素の新たな値が取り
出される。
体的な回路構成は、例えば図6に示すようなものであ
る。すなわち図6において、上述の周囲画素の数と同じ
例えば8個の比較器20が設けられる。これらの比較器
20には、それぞれ上述の周囲画素のレベル値a〜hと
注目画素のレベル値oと基準レベルθの値とが入力され
る。そしてそれぞれの比較器20からは、周囲画素と注
目画素とのレベル値の差の絶対値が基準レベルθの値よ
り小さいとき値“1”が出力される。
れぞれアンドゲート21に供給される。また、周囲画素
のレベル値a〜hがそれぞれアンドゲート21に供給さ
れ、上述の比較器20からの信号が値“1”のときに、
対応する周囲画素のレベル値a〜hがアンドゲート21
を通じて出力ポート3に出力される。また比較器20か
らの信号が加算器22に供給される。さらにこの加算器
22の加算出力が加算器23に供給され、値“1”が加
算されて出力ポート4に出力される。
ポート3には、レベル値a〜hと注目画素のレベル値o
との差の絶対値が、基準レベルθの値より小さい周囲画
素のレベル値a〜hがアンドゲート21を通じて出力さ
れる。また、差の絶対値が基準レベルθの値より大きい
ときは値“0”が出力される。さらに出力ポート4に
は、上述のアンドゲート21を通じてレベル値a〜hが
出力ポート3に出力されている数に値“1”を加算した
値が出力される。
の差の絶対値が基準レベルθの値より小さいレベル値a
〜hと、このレベル値a〜hが出力されている数に値
“1”を加算した値が出力される。そしてこれらのレベ
ル値a〜hと注目画素のレベル値oとが加算され、この
加算値がレベル値a〜hの出力されている数に値“1”
を加算した値で割られることによって、平均化要素とさ
れた画素だけを演算対象とした平均化演算が行われ、注
目画素の新しい値が取り出される。
ε−フィルタにおいては、映像エッジを保存したまま、
効果的にノイズを低減することができる。ところがこの
場合に、注目画素の平均化のエリアが平均化要素とされ
た画素の位置によって移動され、このため画素の重心と
もいうべき信号位相が注目画素の位置からずれてしまう
という現象が生じる。例えば平均化要素に組み入れられ
る画素に片寄りがあると、平均化された信号位相はそれ
らの画素の中心となり、注目画素の位置からずれてしま
う。
均化要素に組み入れられる画素が右側の画素b,c,
e,g,hだけの場合には、平均化された画素の信号位
相は●で示すように画素oを含めた6画素の中心(画素
eとoの中間点)となり、注目画素oの位置からずれて
しまう。また、図7のB〜Dの場合においても、それぞ
れ平均化された画素の信号位相は●で示すようになり、
本来の注目画素oの位置からずれてしまうものである。
ベルを含む画像エッジに対しては、動作が不安定にな
り、エッジが乱される恐れがある。すなわちこの中間レ
ベルの位置に注目画素がある場合には、この注目画素は
いずれかの近い方のレベルに誘導されるが、この中間レ
ベルとエッジの前後の画素のレベルとの差の絶対値が基
準レベルθの値に近かいときには、中間レベルの僅かな
変動によって誘導される方向が反転され、図8のBに示
すようにエッジが乱される恐れがある。
ベルの位置にある注目画素が黒に近いと判断されると、
例えば図7のAのように黒の画素3個を含む6個の画素
で平均化が行われ、信号位相は0.5画素右に移動され
る。これに対して注目画素が白に近いと判断されると、
上述とは逆に白の画素3個を含む6個の画素で平均化が
行われ、信号位相は0.5画素左に移動される。このよ
うに中間レベルの僅かな変動によって信号位相が左右に
移動される。
が任意の線状の画素の列の中で発生すると、例えば図8
のBに示すように画像エッジが乱され、本来のエッジと
は違ったノイズとして画面に現れてしまうものである。
なお、このような画像エッジの乱れは、図示のような垂
直のエッジに限らず、水平のエッジや斜めのエッジにお
いても発生し、いずれの場合も本来のエッジとは違った
ノイズとして画面に現れてしまうものである。
ものであって、解決しようとする問題点は、従来の装置
では、いわゆるε−フィルタにおいて平均化要素に組み
入れられる画素に片寄りがあると、平均化された信号位
相が本来の注目画素の位置からずれてしまうことがあ
り、これによって発生する画像エッジの乱れ等の問題を
解消することができなかったというものである。
は、注目画素を中心とした点対称の位置の画素を組み合
わせてその両者が共に選択された画素のみを用いて平均
化の演算を行うようにしたものであって、これによれ
ば、平均化された信号位相が本来の注目画素の位置から
ずれてしまうことがなく、発生する画像エッジの乱れ等
の恐れも解消することができる。
の周辺画素とのレベル差を検出し、レベル差が基準値よ
り小さい画素のみを選択して平均化の演算を行うことに
よりノイズ成分を低減させる画像ノイズ低減方法であっ
て、注目画素を中心とした点対称の位置の画素を組み合
わせてその両者が共に選択された画素のみを用いて平均
化の演算を行うものである。
のレベル差を検出する検出手段と、レベル差が基準値よ
り小さい画素のみを選択する選択手段と、選択された画
素を用いて平均化の演算を行う演算手段とを有し、ノイ
ズ成分の低減を行う画像ノイズ低減装置であって、注目
画素を中心とした点対称の位置の画素を組み合わせてそ
の両者が共に選択された画素のみを取り出す手段を設
け、取り出された画素のみを用いて演算手段での平均化
の演算を行うものである。
に、図1は、本発明を適用した画像ノイズ低減方法及び
装置に使用される選択回路2の一実施形態の構成を示す
ブロック図である。すなわち本発明において全体の装置
の構成は、従来の技術の図5で示した構成と同じであ
る。そして本発明においては、図6に示した選択回路2
について改良を加えることにより、上述した従来のε−
フィルタの問題点を解決するものである。
素の数と同じ例えば8個の比較器11が設けられ、これ
らの比較器11には、それぞれ上述の周囲画素のレベル
値a〜hと注目画素のレベル値oと基準レベルθの値と
が入力される。そしてそれぞれの比較器11からは、周
囲画素と注目画素とのレベル値の差の絶対値が基準レベ
ルθの値より小さいとき値“1”が出力される。この構
成は従来の比較器20と同等である。
画素oを中心とした点対称の位置の画素を組み合わせ
る。すなわち周囲画素aとh、bとg、cとf、dとe
を組み合わせる。そしてこれらの組み合わせに従って、
比較器11からの信号が4個のアンド回路12に供給さ
れる。これによってアンド回路12からは、それぞれ組
み合わせの画素が同時に注目画素とのレベル値の差の絶
対値が基準レベルθの値より小さいときに値“1”が出
力される。
が、それぞれ上述の組み合わせに従って8個のアンドゲ
ート13に供給される。また、周囲画素のレベル値a〜
hがそれぞれアンドゲート13に供給され、上述のアン
ド回路12からの信号が値“1”のときに、対応する周
囲画素のレベル値a〜hがアンドゲート13を通じて出
力ポート3に出力される。これらのアンドゲート13の
構成は従来のアンドゲート21と同等である。
4に供給される。さらにこの加算器14の加算出力が乗
算器15に供給されて2倍にされる。そしてこの乗算器
15の乗算出力が加算器16に供給され、値“1”が加
算されて出力ポート4に出力される。すなわちこの場合
に、アンド回路12からの信号はそれぞれ組み合わされ
た2つの周囲画素に対する比較器11からの信号を代表
しているので、乗算器15で2倍することによって本来
の値とされるものである。
ポート3には、注目画素oを中心とした点対称の位置を
組み合わせた周囲画素について、レベル値a〜hと注目
画素のレベル値oとの差の絶対値が共に基準レベルθの
値より小さい周囲画素のレベル値a〜hがアンドゲート
13を通じて出力される。また、出力ポート4には、上
述のアンドゲート13を通じてレベル値a〜hが出力ポ
ート3に出力されている数に値“1”を加算した値が出
力される。
の差の絶対値が基準レベルθの値より小さいレベル値a
〜hと、このレベル値a〜hが出力されている数に値
“1”を加算した値が出力される。そしてこれらのレベ
ル値a〜hと注目画素のレベル値oとが加算され、この
加算値がレベル値a〜hの出力されている数に値“1”
を加算した値で割られることによって、平均化要素とさ
れた画素だけを演算対象とした平均化演算が行われ、注
目画素の新しい値が取り出される。
れる周囲画素のレベル値a〜hは、必ず注目画素oを中
心とした点対称の位置の画素が組み合わされており、従
って平均化演算が行われたときに平均化された信号位相
が本来の注目画素の位置からずれてしまうことがなく、
常に注目画素の位置に一致したものになる。これによっ
て、例えば従来の技術で示した図8のような画像エッジ
においてエッジが乱される恐れを解消することができ
る。
ッジにおいて、中間レベルの位置にある注目画素が白/
黒のいずれに近いと判断されても、点対称の一方の画素
のみが平均化要素に組み入れられることはなく、ここで
は例えば上下の中間レベルの周囲画素のみが平均化要素
に組み入れられることになる。従って中間レベルの僅か
な変動で信号位相が左右に移動されるようなことがな
く、図8のAの画像エッジがそのまま出力されて、図8
のBのような画像エッジの乱れが解消される。
うな注目画素oの一点だけがレベル変動しているような
場合に、この注目画素のレベル値oと周囲画素のレベル
値a〜hとの差の絶対値が基準レベルθの値より小さい
ときに、この注目画素oのレベル値が平均化されて、ノ
イズが低減される。また、注目画素のレベル値oと周囲
画素のレベル値a〜hとの差の絶対値が基準レベルθの
値より大きいときは、正しいレベル値として保存される
ものである。
を中心とした点対称の位置の画素を組み合わせてその両
者が共に選択された画素のみを用いて平均化の演算を行
うようにしたことによって、平均化された信号位相が本
来の注目画素の位置からずれてしまうことがなく、発生
する画像エッジの乱れ等の恐れも解消することができ
る。
ε−フィルタにおいて平均化要素に組み入れられる画素
に片寄りがあると、平均化された信号位相が本来の注目
画素の位置からずれてしまうことがあり、これによって
発生する画像エッジの乱れ等の問題を解消することがで
きなかったものを、本発明によればこれらの問題点を容
易に解消することができるものである。
入れられる画素に片寄りの生じる恐れがなく、それによ
って平均化された信号位相が本来の注目画素の位置から
ずれてしまう問題の生じる恐れもないので、周囲画素の
探索の範囲をより広い範囲とすることができる。すなわ
ち上述の実施形態では3×3画素で探索を行ったが、こ
れを例えば図3に示すような5×5画素や、それ以上の
画素数にすることも可能である。
に対して探索を行う場合には、例えば図4に示すような
選択回路2において、注目画素のレベル値oと周囲画素
のレベル値a〜y(oは除く)と基準レベルθの値とが
24個の比較器41に入力される。そしてそれぞれの比
較器41からは、周囲画素と注目画素とのレベル値の差
の絶対値が基準レベルθの値より小さいとき値“1”が
出力される。この構成は従来の比較器20と同等の構成
を拡大したものである。
について注目画素oを中心とした点対称の位置の画素を
組み合わせる。すなわち周囲画素aとy、bとx、cと
w・・・を組み合わせる。そしてこれらの組み合わせに
従って、比較器41からの信号が12個のアンド回路4
2に供給される。これによってアンド回路42からは、
それぞれ組み合わせの画素が同時に注目画素とのレベル
値の差の絶対値が基準レベルθの値より小さいときに値
“1”が出力される。
が、それぞれ上述の組み合わせに従って24個のアンド
ゲート43に供給される。また、周囲画素のレベル値a
〜y(oは除く)がそれぞれアンドゲート43に供給さ
れ、上述のアンド回路42からの信号が値“1”のとき
に、対応する周囲画素のレベル値a〜y(oは除く)が
アンドゲート43を通じて出力ポート3に出力される。
これらのアンドゲート43の構成は従来のアンドゲート
21と同等の構成を拡大したものである。
信号が加算器に供給され、この加算出力が乗算器で2倍
にされる。そしてこの乗算器の乗算出力が加算器に供給
されて、値“1”が加算されて出力ポート4に出力され
る。すなわちこの場合に、アンド回路42からの信号は
それぞれ組み合わされた2つの周囲画素に対する比較器
41からの信号を代表しているので、乗算器で2倍する
ことによって本来の値とされるものである。
の差の絶対値が基準レベルθの値より小さいレベル値a
〜y(oは除く)と、このレベル値が出力されている数
に値“1”を加算した値が出力される。そしてこれらの
レベル値と注目画素のレベル値oとが加算され、この加
算値がレベル値の出力されている数に値“1”を加算し
た値で割られることによって、平均化要素とされた画素
だけを演算対象とした平均化演算が行われ、注目画素の
新しい値が取り出される。
素を中心とした点対称の位置の画素を組み合わせてその
両者が共に選択された画素のみを用いて平均化の演算を
行うようにしたことによって、平均化された信号位相が
本来の注目画素の位置からずれてしまうことがなく、発
生する画像エッジの乱れ等の恐れも解消することができ
るものである。なおこの構成は、7×7画素以上の探索
範囲とする場合にも、そのまま回路の拡大だけで対応す
ることができるものである。
効果が最大限に発揮されるときは、平坦な画像、つまり
例えば図2における画素a〜hの全ての平均化演算を行
うときであり、図7に示すように平均化要素が少なくな
っている場合には、ノイズ抑圧効果も小さいものであ
る。そこでこのような画像ではε−フィルタの動作その
ものをオフしても画像に対する影響度は小さくなってい
る。
減する方向で処理が行われるが、上述のような画像エッ
ジがエリア内に入り込んでいるときには、元々平均化に
よる効果が低下されているときであり、本発明により画
像の劣化が進むことはなく、自然な形でエッジを保存
し、一方平坦な画像では最大限にノイズ抑圧効果を発揮
させることができるものである。
ば、注目画素とその周辺画素とのレベル差を検出し、レ
ベル差が基準値より小さい画素のみを選択して平均化の
演算を行うことによりノイズ成分を低減させる画像ノイ
ズ低減方法であって、注目画素を中心とした点対称の位
置の画素を組み合わせてその両者が共に選択された画素
のみを用いて平均化の演算を行うことにより、平均化さ
れた信号位相が本来の注目画素の位置からずれてしまう
ことがなく、発生する画像エッジの乱れ等の恐れも解消
することができるものである。
ば、注目画素とその周辺画素とのレベル差を検出する検
出手段と、レベル差が基準値より小さい画素のみを選択
する選択手段と、選択された画素を用いて平均化の演算
を行う演算手段とを有し、ノイズ成分の低減を行う画像
ノイズ低減装置であって、注目画素を中心とした点対称
の位置の画素を組み合わせてその両者が共に選択された
画素のみを取り出す手段を設け、取り出された画素のみ
を用いて演算手段での平均化の演算を行うことにより、
平均化された信号位相が本来の注目画素の位置からずれ
てしまうことがなく、発生する画像エッジの乱れ等の恐
れも解消することができるものである。
に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱するこ
となく種々の変形が可能とされるものである。
素を中心とした点対称の位置の画素を組み合わせてその
両者が共に選択された画素のみを用いて平均化の演算を
行うようにしたことによって、平均化された信号位相が
本来の注目画素の位置からずれてしまうことがなく、発
生する画像エッジの乱れ等の恐れも解消することができ
るものである。
の範囲を3×3、5×5、若しくはそれ以上の範囲とす
ることによって、周囲画素の探索の範囲をより広い範囲
とすることができるものである。
を中心とした点対称の位置の画素を組み合わせてその両
者が共に選択された画素のみを用いて平均化の演算を行
うようにしたことによって、平均化された信号位相が本
来の注目画素の位置からずれてしまうことがなく、発生
する画像エッジの乱れ等の恐れも解消することができる
ものである。
の範囲を3×3、5×5、若しくはそれ以上の範囲とす
ることによって、周囲画素の探索の範囲をより広い範囲
とすることができるものである。
ε−フィルタにおいて平均化要素に組み入れられる画素
に片寄りがあると、平均化された信号位相が本来の注目
画素の位置からずれてしまうことがあり、これによって
発生する画像エッジの乱れ等の問題を解消することがで
きなかったものを、本発明によればこれらの問題点を容
易に解消することができるものである。
に使用される選択回路の一実施形態の構成を示すブロッ
ク図である。
る。
に使用される選択回路の他の実施形態の構成を示すブロ
ック図である。
れる装置の説明のための構成図である。
る選択回路の構成を示すブロック図である。
2…アンド回路、13…アンドゲート、14,16…加
算器、15…乗算器
Claims (4)
- 【請求項1】 注目画素とその周辺画素とのレベル差を
検出し、 前記レベル差が基準値より小さい画素のみを選択して平
均化の演算を行うことによりノイズ成分を低減させる画
像ノイズ低減方法であって、 前記注目画素を中心とした点対称の位置の画素を組み合
わせてその両者が共に前記選択された画素のみを用いて
前記平均化の演算を行うことを特徴とする画像ノイズ低
減方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の画像ノイズ低減方法にお
いて、 前記周辺画素の範囲を3×3、5×5、若しくはそれ以
上の範囲とすることを特徴とする画像ノイズ低減方法。 - 【請求項3】 注目画素とその周辺画素とのレベル差を
検出する検出手段と、 前記レベル差が基準値より小さい画素のみを選択する選
択手段と、 前記選択された画素を用いて平均化の演算を行う演算手
段とを有し、 ノイズ成分の低減を行う画像ノイズ低減装置であって、 前記注目画素を中心とした点対称の位置の画素を組み合
わせてその両者が共に選択された画素のみを取り出す手
段を設け、 前記取り出された画素のみを用いて前記演算手段での平
均化の演算を行うことを特徴とする画像ノイズ低減装
置。 - 【請求項4】 請求項3記載の画像ノイズ低減装置にお
いて、 前記周辺画素の範囲を3×3、5×5、若しくはそれ以
上の範囲とすることを特徴とする画像ノイズ低減装置。
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