JP2002269556A - デジタル画像からノイズを除去する複数解像度に基づく方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズフィルタの低い空間周波数ノイズ清掃
特性と、小さい局所ノイズ低減フィルタの高い空間周波
数ノイズ清掃特性とを結合するノイズ低減フィルタを提
供する。 【解決手段】 多数のピクセルを含んでいる原作のデジ
タル画像を受け取ること；原作のデジタル画像から、少
なくとも１つの残余のデジタル画像および源座区のデジ
タル画像よりも低い空間解像度を有する少なくとも１つ
のベースデジタル画像を生成すること；およびノイズが
低減されたベースデジタル画像を残余のデジタル画像と
結合してノイズが存在しない再構築されたデジタル画像
を生成するため、ノイズ低減フィルタでベースデジタル
画像からノイズを除去することによってノイズが低減さ
れたベースデジタル画像を生成することを含むデジタル
画像からノイズを除去する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低減されたノイズ
を伴うフィルター処理されたデジタル画像を提供するこ
とに関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル画像からノイズを除去すること
への多くのアプローチがある、しかしながら、大部分の
方法は空間フィルタ技術を利用する。

【０００３】ノイズ低減空間フィルタの１つのクラス
は、デジタル画像に対して非線形のローカライズされた
空間フィルタ技術を直接に使用する。そのようなノイズ
低減フィルタの例は、ジャーナル論文Ｄｉｇｉｔａｌ
Ｉｍａｇｅ Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ Ｓ
ｉｇｍａ Ｆｉｌｔｅｒ、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉ
ｏｎ、ＧｒａｐｈｉｃｓおよびＩｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅ
ｓｓｉｎｇ Ｖｏｌ．２４，ｐ．２５５−２６９，１９
８３においてＪｏｎｇ Ｓｅｎ Ｌｅｅによって記載さ
れたシグマフィルタである。このノイズ低減フィルタ
は、中心のピクセルの周りの矩形のウインドウからサン
プルされる非線形ピクセル平均化技術を使用する。中心
のピクセルの周りの局所近傍のピクセルは、局所ピクセ
ルと中心のピクセルとの間の差に基づいて数値平均化プ
ロセスに含まれ、または締め出される。シグマフィルタ
により使用されるピクセルの小さい局所近傍は、それを
インプリメントしやすくし、ノイズの高い空間周波数要
素の除去を効果的にする。ガウス雑音源は、空間周波数
の大きい範囲にわたるランダムなノイズ変動を呈する。
シグマフィルタがガウス雑音源で働くように設計されて
いたけれども、シグマフィルタは一般にノイズの最も高
い空間周波数要素を除去するだけであり、このようにノ
イズの低い空間周波数要素を除去するのが困難である。
これは、主としてシグマフィルタがピクセルの小さい局
所近所で作用するという事実による。したがって、ノイ
ズの低い空間周波数要素は除去されない。結果として生
じる、シグマフィルタで処理されたデジタル画像は、特
にほとんどイメージ構造を有しないイメージの空領域の
ためのまだらの外観を有することができる。

【０００４】長い履歴としての画像処理のための空間的
解像度の関数として画像を表す手段としての、複数解像
度、すなわちピラミッド方法。ＢｕｒｔおよびＡｄｅｌ
ｓｏｎは、彼らのジャーナル論文"Ｔｈｅ Ｌａｐｌａ
ｃｉａｎ Ｐｙｒａｍｉｄａｓ ａ Ｃｏｍｐａｃｔ
Ｉｍａｇｅ Ｃｏｄｅ" ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔ
ｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖ
ｏｌ．Ｃｏｍ−３１， Ｎｏ．４， Ａｐｒｉｌ １９
８３において、一連の残余の画像およびベースデジタル
画像によりデジタル画像を表す方法を記載した。Ｂｕｒ
ｔおよびＡｄｅｌｓｏｎによって教示された方法が画像
圧縮方法を考慮に入れて設計されたけれども、空間周波
数の表現はノイズ低減フィルタ処理方法のためのアプリ
ケーションを有する。

【０００５】複数解像度、すなわちピラミッドに基づく
ノイズ低減フィルタは、デジタル画像からノイズを除去
するために用いられた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第 ５，７２
９，６３１号においてＷｏｂｅｒ他が、Ｄｉｓｃｒｅｔ
ｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＤＣＴ）で生
成されたピラミッドを使用しているデジタル画像からノ
イズを除去するためのピラミッド空間周波数分解方法を
開示する。この方法は、元のデジタル画像からＤＣＴ係
数およびＤＣ画像の解像度系列を算出すること、Ｗｉｅ
ｎｅｒノイズフィルタでＤＣＴ係数をフィルター処理す
ること、およびノイズが低減されたデジタル画像を再構
築すること、を含む。Ｗｏｂｅｒ他によって教示された
方法は、残余の画像（ＤＣＴ係数）に作用することによ
って異なる空間周波数のためのデジタル画像からノイズ
を除去する。このように、Ｗｏｂｅｒ他によって教示さ
れた方法は、ピラミッド構成物なしでは採用されること
ができない。

【０００７】さざなみ空間周波数分解方法は、また、デ
ジタル画像からノイズを除去する使用のために採用され
た。米国特許第５，５２６，４４６号において、Ａｄｅ
ｌｓｏｎおよびＦｒｅｅｍａｎは、画像を、その値およ
び関連する包囲、位置、またはスケールの係数の値に基
づく各々の係数の変更が続くマルチスケールの画像分解
プロセスにおける係数のセットに変換する方法を記載す
る。一方、ＡｄｅｌｓｏｎおよびＦｒｅｅｍａｎによっ
て開示された方法は、低い、および高い空間周波数のノ
イズを除去することができ、彼らの方法はマルチスケー
ル係数のセットに適用されなければならず、デジタル画
像に直接には適用されることができない。

【０００８】デジタル画像のノイズは、空間周波数の範
囲の全体にわたって一般に示される。シグマフィルタ
は、ノイズの最も高い空間周波数要素だけを除去するた
めに用いることができる。Ｗｏｂｅｒ他およびＡｄｅｌ
ｓｏｎ他によって開示された方法は、ノイズの低い、お
よび高い空間周波数要素を除去するために用いることが
できる。しかしながら、シグマフィルタのような単純な
空間ノイズフィルタのクラスはデジタル画像に直接適用
されることができ、一方、空間周波数ピラミッドベース
の方法は、残余のイメージで働くように設計されたノイ
ズフィルタを使用しなければならない。

【０００９】本発明の目的は、ピラミッドベースのノイ
ズフィルタの低い空間周波数ノイズ清掃特性と、小さい
局所ノイズ低減フィルタの高い空間周波数ノイズ清掃特
性とを結合するノイズ低減フィルタを提供することであ
る。

【００１０】本発明の他の目的は、最初に原作のデジタ
ル画像をピラミッド表現に分解し、それからピラミッド
再構築プロセスの一部として原作のデジタル画像からノ
イズを除去するピラミッドベースのノイズ低減フィルタ
を提供することである。

【００１１】本発明のさらに他の目的は、ピラミッド再
構築プロセスの一部として原作のデジタル画像からノイ
ズを除去し、それからノイズが低減されたデジタル画像
を再構築するピラミッドベースのノイズ低減フィルタを
提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、次のス
テップから成って、デジタル画像からノイズを除去する
方法で達成される： ａ） 多数のピクセルを含んでいる原作のデジタル画像
を受け取ること； ｂ） 前記原作のデジタル画像から、少なくとも１つの
残余のデジタル画像および少なくとも１つの、前記原作
のデジタル画像より低い空間解像度を有するベースデジ
タル画像を生成すること；および ｃ） 前記ノイズが低減されたデジタル画像を前記残余
のデジタル画像と結合させてノイズが存在しない再構築
されたデジタル画像を生成するために、ノイズ低減フィ
ルタで前記ベースデジタル画像からノイズを除去するこ
とによりノイズが低減されたデジタル画像を生成するこ
と。

【００１３】本発明は、ノイズが低減されたベース画像
および対応する残余の画像が原作の画像を再構築するた
めに使用されるときに、複数解像度のデジタル画像表現
の１以上のベース画像をフィルタ処理することによっ
て、全く予想外に、ノイズ低減の非常に高度に効果的な
方法が提供されることを認識した。

【００１４】全く予想外に、例えば、いかなる複数解像
度または、ラプラシアンピラミッド方法、さざなみ変換
およびＤＣＴのみのようなピラミッド・ベースのデジタ
ル画像表現によって効果的ノイズ除去が成し遂げられる
ことが分かる。

【００１５】本発明は、シグマフィルタおよび中間フィ
ルタを使用することのような多くのフィルタ処理技術を
利用することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下の説明において、本発明の好
ましい実施例はソフトウェアプログラムとして説明され
る。当業者は、そのようなソフトウェアの等価物がま
た、ハードウェアで構築されてもよいことを直ちに認識
するであろう。画像操作アルゴリズムおよびシステムが
周知であるので、本説明は、特に、本発明にしたがう方
法の一部を形成し、または直接に協動するアルゴリズム
およびシステムに向けられる。特には示されずまたはこ
こには説明されないそのようなアルゴリズムおよびシス
テムの他の態様、そして、そこに含まれていた画像信号
を生成し、そうでなければ処理するハードウェアおよび
／またはソフトウエアは、その技術において知られてい
るそのようなシステム、アルゴリズム、構成要素、およ
び構成部分から選択されてもよい。以下の明細書にて明
らかにするように、説明が与えられれば、それの全ての
ソフトウェアのインプリメンテーションは、因習的であ
り、そのような技術の分野における通常の知識の範囲内
である。

【００１７】本発明は、コンピュータハードウェアにお
いてインプリメントされてもよい。図１を参照して、以
下の説明は、画像獲得装置１０、デジタル画像プロセッ
サ２０、画像出力装置３０および一般の制御コンピュー
タ４０を含むデジタル画像処理システムに関する。その
システムは、コンピュータコンソールまたは紙プリンタ
のような表示装置５０を含んでもよい。システムは、ま
た、キーボードおよびまたはマウスポインタのようなオ
ペレータのための入力制御装置６０を含んでもよい。本
発明は、デジタル画像を生成する使用された複数の獲得
装置１０であり得る。例えば、図１は、画像獲得装置１
０がシーンをカラーのネガフィルム又はリバーサルフィ
ルム上に獲得するための従来の写真フィルムカメラであ
るところのデジタル写真仕上げシステム、およびフィル
ム上の現像された画像をスキャンしてデジタル画像を生
成するためのフィルムスキャナー装置を表してもよい。
デジタル画像プロセッサ２０は、デジタル画像を処理し
て意図された出力装置またはメディア上に見て心地よい
画像を生成するための手段を提供する。本発明は、デジ
タル写真プリンタおよびソフトコピーディスプレイを含
んでもよいがこれに限定されない種々の出力装置３０で
使用されることができる。デジタル画像プロセッサ２０
は、デジタル画像を処理して、心地よい画像が画像出力
装置３０により生成されるように、全体的な輝度、トー
ンスケール、イメージ構造、その他のための調整をなす
ために使用され得る。当業者は、本発明がちょうどこれ
らの言及された画像処理機能に限定されないことを認識
するであろう。

【００１８】図１に示される一般の制御コンピュータ４
０は、コンピュータ読み込み可能な記憶媒体に格納され
たコンピュータプログラムのように本発明を格納しても
よい。それは、例えば：（フロッピー（登録商標）ディ
スクのような）磁気ディスクまたは磁気テープのような
磁気記憶媒体；光ディスク、光テープまたは機械読み込
み可能なバーコードのような光記憶媒体；ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）または読出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）のようなソリッドステート電子記憶装置を含んでも
よい。本発明の関連するコンピュータプログラムのイン
プリメンテーションはまた、オフラインのメモリ装置７
０によって指示されたコンピュータプログラムを格納す
るための他のいかなる物理的な装置またはメディアに格
納されてもよい。本発明を説明する前に、それは、パソ
コンのようないかなる周知のコンピュータシステムにも
公的に利用される点に注意することを理解するのを容易
にする。

【００１９】ソフトウェアおよび／またはハードウェア
の組合せにインプリメントされる本発明が物理的に接続
されたおよび／または同じ物理的な場所に位置された装
置に限定されないことは、また、強調されなければなら
ない。図１において例示される装置のうちの１台以上
は、遠隔に位置されてもよく、無線接続を経て接続され
てもよい。

【００２０】デジタル画像は、１つ以上のデジタル画像
チャネルから成る。各々のデジタル画像チャネルは、ピ
クセルの二次元アレイから成る。各々のピクセル値は、
ピクセルの物理的な領域に対応して画像獲得装置によっ
て受け取られる光の量に関連する。色画像処理アプリケ
ーションのために、デジタル画像はしばしば赤、緑、お
よび青のデジタル画像チャネルから成る。モノクロアプ
リケーションのために、デジタル画像は１つのデジタル
画像チャネルを含むだけである。動画処理アプリケーシ
ョンは、一連のデジタル画像として考えられることがで
きる。当業者は、本発明が、上述したアプリケーション
のいずれかのためのデジタル画像チャネルに限定されな
いが、適用され得ることを認識するであろう。実際に、
本発明は、ノイズが除かれた出力を得るためにノイズで
壊されたデータのいかなる二次元アレイにも適用され得
る。本発明が、列および行によってアレンジされたピク
セル値の二次元アレイとしてデジタル画像チャネルを記
述するので、当業者は、本発明が等しい効果を伴うモザ
イク（非直線の）アレイに適用され得ることを認識する
であろう。当業者は、また、本発明が元のピクセル値を
処理されたピクセル値で置換することを記載するけれど
も、処理されたピクセル値を伴う新しいデジタル画像を
形成すること、および機転で元のピクセル値を保持する
ことはまたささいなことであることを認識するであろ
う。

【００２１】図１に示されるデジタル画像プロセッサ２
０は、更に詳細に図２に示されている。原作のデジタル
画像１０１は、ノイズが低減されたデジタル画像を生成
するピラミッドノイズ低減モジュール１００によって受
け取られて処理される。本発明は、バランス処理、トー
ンスケール処理、および空間鮮明化処理などのためのデ
ジタル画像処理モジュールに限定されないがこれのよう
なデジタル画像を修正する高揚変換モジュール１０９を
伴って実行され得る。本発明はデジタル画像からノイズ
を除去し、そしてそれなりに、空間鮮明化画像処理モジ
ュールの前に最もよく配置される。

【００２２】それは図２に示されていないけれども、本
発明は、ピラミッドノイズモジュール１００の適用の前
に、デジタル画像を処理している他のデジタル画像処理
モジュールを伴って実行され得る。

【００２３】図２に示されるピラミッドノイズ低減モジ
ュール１００は図３において更に詳細に示されている。
ピラミッド構築モジュール１１０は、原作のデジタル画
像１０１を受け取って、原作のデジタル画像１０１の画
像ピラミッド表現、すなわち少なくとも１つのベースデ
ジタル画像および少なくとも１つの残余のデジタル画像
を含む階層的な複数解像度表現、を生成する。画像再構
築プロセスが進むにつれて、画像ピラミッド表現ピクセ
ルデータのベースデジタル画像からノイズを除去するピ
ラミッド再構築モジュール１２０によって原作のデジタ
ル画像１０１の画像ピラミッド表現が受け取られる。ピ
ラミッド再構築モジュール１２０の出力は、ノイズが低
減されたデジタル画像１０２と呼ばれる再構築されたデ
ジタル画像である。ピラミッド再構築モジュール１２０
によって生成される再構築されたデジタル画像は、原作
のデジタル画像１０１と同じまたはほとんど同じ空間解
像度を有するが、原作のデジタル画像１０１に存在する
ノイズを含まない。

【００２４】図３に示されるピラミッド構築モジュール
１１０は図４において更に詳細に示されている。空間フ
ィルタを原作のデジタル画像１０１に適用し、ピクセル
データをなめらかにするとともに、サンプルをとるベー
スフィルタモジュール１３０によって、原作のデジタル
画像１０１は受け取られる。結果として生じるベースデ
ジタル画像１０３ａは、原作のデジタル画像１０１の低
い空間解像度版である。ベースデジタル画像１０３ａ
は、ベースデジタル画像１０３ａの高い空間解像度版、
すなわち本質的に原作のデジタル画像１０１と同じ空間
解像度、である補間されたデジタル画像を生成する補間
モジュール１４０によって受け取られる。差モジュール
１５０は、補間されたデジタル画像および原作のデジタ
ル画像１０１を受け取り、残余のデジタル画像１０４ａ
を生成する。

【００２５】ベースデジタル画像１０３ａおよび原作の
デジタル画像１０１は、粗く同じ数の範囲のピクセル値
を有する。ベースデジタル画像１０３ａおよび原作のデ
ジタル画像１０１の双方は、表示装置５０に表示される
ときに、ベースデジタル画像１０３ａがより小さいこと
を除いてはほぼ同じに見えるデジタル画像である。補間
されたデジタル画像が補間フィルタでベースデジタル画
像１０３ａから引き出されるので、補間されたデジタル
画像は原作のデジタル画像１０１より少ない空間の細部
を含む。残余のデジタル画像１０４ａは、見つからない
空間の細部を含む。したがって、残余のデジタル画像１
０４ａは、ベースデジタル画像１０３ａから非常に異な
る特性を有する。残余のデジタル画像１０４ａは、表示
装置５０に表示されるときに自然の画像のように見えな
いピクセルデータを含む。その代わりに、残余のデジタ
ル画像１０４ａは、ノイズが多い外観を有し、原作のデ
ジタル画像１０１の若干の構造上の細部を含む。残余の
デジタル画像１０４ａのピクセルデータをコード化する
異なる方法があるけれども、ピクセルデータは本質的
に、平均値の周りの正および負の変動を有する０平均デ
ータ（すなわち、平均ピクセル値は、ほぼ０である）で
ある ピラミッド構築モジュール１１０を通る１つのパスは、
ベースデジタル画像および残余のデジタル画像を生成す
る。本発明は、新しく生成された残余のデジタル画像を
格納するために原作のデジタル画像のコンピュータメモ
リを使用する。どちらも処理を続けるために必要でない
ので、原作のデジタル画像１０１および補間されたデジ
タル画像はコンピュータメモリに捨てられる。図５は、
ピラミッド構築モジュール１１０を通る画像データの複
数のパスを働かせることによって本発明で生成されるデ
ジタル画像の絵で表した図を示す。各々がピラミッド構
築モジュール１１０を通過した後、前のパスのベースデ
ジタル画像は処理サイクルの原作のデジタル画像１０１
と置換される。例えば、第１のパスの後、ベースデジタ
ル画像１０３ａおよび残余のデジタル画像１０４ａは生
成される。第２のパスで、ベースデジタル画像１０３ａ
は受け取られ、ベースフィルタモジュール１３０によっ
て処理される。ピラミッド構築モジュール１１０を通る
第２のパスは、ベースデジタル画像１０３ｂおよび残余
のデジタル画像１０４ｂを生成する。同様に、ピラミッ
ド構造モジュール１１０を通る第３のパスは、ベースデ
ジタル画像１０３ｃおよび発生されている残余のデジタ
ル画像１０４ｂを伴うベースデジタル画像１０３ｂを処
理することによって開始する。ピラミッド構造モジュー
ル１１０を通る３つのパスの後、ベースデジタル画像１
０３ｃおよび残余のデジタル画像１０４ａ、１０４ｂお
よび１０４ｃのみがコンピュータメモリに格納される。
残余のデジタル画像および最も低い解像度のベースデジ
タル画像の収集はデジタル画像ピラミッド表現を構成す
る。生成される最後のベースデジタル画像は最終的なベ
ースデジタル画像と称される。

【００２６】図３に示されるピラミッド再構築モジュー
ル１２０は、更に詳細に図６に示されている。ノイズ低
減フィルタモジュール１７０は、ベースデジタル画像１
０３ｃを受け取って、ノイズが低減されたベースデジタ
ル画像１０７ｃを生成するために処理する。ノイズ低減
フィルタモジュール１７０は、ノイズ低減フィルタを適
用してベースデジタル画像１０３ｃからノイズを除去す
る。補間モジュール１４０は、ノイズが低減されたベー
スデジタル画像１０７ｃを受け取って、補間されノイズ
が低減されたベースデジタル画像を生成する。追加モジ
ュール１６０は、補間されノイズが低減されたベースデ
ジタル画像および残余のデジタル画像１０４ｃを受け取
って、再構築されたデジタル画像１０５ｃを生成する。
追加モジュール１６０および差モジュール１５０は、お
互いの逆の機能を実行する。本発明の差モジュール１５
０は、それが受信する２つのデジタル画像の対応するピ
クセルを数値的に減ずる。本発明の追加モジュール１６
０は、それが受信する２つのデジタル画像を加える。こ
のように、再構築されたデジタル画像１０５ｃは、ノイ
ズが除去されたベースデジタル画像１０３ｂである。本
発明がノイズ低減フィルタの適用なしで実行される場
合、再構築されたデジタル画像１０５ｃがベースデジタ
ル画像１０３ｂと同一であろう点に注意することは有益
である。当業者は、本発明が他の差モジュールおよび追
加モジュールで実行され得ることを認識するであろう。
しかしながら、異なる方法が差モジュール１５０および
追加モジュール１６０のために使われる場合、これらの
２つのモジュールが実行する機能が数学的に互いに逆で
あれば、最高の結果が得られるであろう。

【００２７】このように、ピラミッド再構築モジュール
１２０を通る１つのパスは、デジタル画像ピラミッド表
現の次のピラミッドレベルと同じ解像度の再構築された
画像を生成する。プロセスは、前のピラミッドレベルか
らの再構築されたデジタル画像および次のピラミッドレ
ベルの残余のデジタル画像を処理することによって各々
のピラミッドレベルのために繰り返される。したがっ
て、第２のパスで、ピラミッド再構築モジュール１２０
は、再構築されたデジタル画像１０５ｃおよび残余のデ
ジタル画像１０４ｂを受け取って再構築されたデジタル
画像１０５ｂ（図示せず）を生成する。同様に、第３の
パスで、ピラミッド再構築モジュール１２０は、再構築
されたデジタル画像１０５ｂおよび残余のデジタル画像
１０４ａを受け取って再構築されたデジタル画像１０５
ａ（図示せず）を生成する。第４の最終のパスで、再構
築されたデジタル画像１０５ａは、再構築されたデジタ
ル画像１０５ａからノイズを除去してノイズが低減され
たデジタル画像１２０を生成するピラミッド再構築モジ
ュール１２０内のノイズ低減フィルタモジュール１７０
によって受け取られる。原作のデジタル画像１０１およ
びノイズが低減されたデジタル画像１０２は、同じ空間
解像度である。ノイズが低減されたデジタル画像１０２
は、ノイズが除去された原作のデジタル画像１０１であ
る。

【００２８】本発明のノイズ除去プロセスのいくつかの
態様は留意されなければならない。ノイズ低減フィルタ
モジュール１７０がベースデジタル画像に適用され、お
よびベースデジタル画像が原作のデジタル画像１０１と
同じ機能的形態を有するので、本発明は、原作のデジタ
ル画像１０１を受け取って処理することができるいかな
るノイズ低減フィルタでも、実行されることができる。
さらに、本発明が各々のピラミッドレベルで同じノイズ
低減フィルタを使用し、またはノイズ低減フィルタモジ
ュール１７０を通過するけれども、これは本発明の必要
条件ではない。このように、異なるノイズ低減フィルタ
が、異なるピラミッドレベルのために使われることがで
きる。デジタル画像の特定のソースのためのノイズの特
性が空間の周波数の関数として変化することを解析が示
す場合、これはノイズ除去性能効果を生むことができ
る。

【００２９】本発明の重要な他の態様は、生成されたノ
イズが減少されたデジタル画像の異なる空間解像度の柔
軟性に関する。本発明が連続するより小さい空間解像度
を有するベースデジタル画像１０３ａ、１０３ｂおよび
１０３ｃを生成するので、ピラミッド再構築モジュール
１２０によって生成された、対応するノイズが減少され
たベースデジタル画像の何れも、更なる処理のための他
のデジタル画像処理アプリケーションによって出力され
または受け取られるような用途のためのコンピュータメ
モリに保存されることができる。したがって、原作のデ
ジタル画像１０１より低い解像度のノイズが低減された
デジタル画像を利用するデジタル画像処理アプリケーシ
ョンのために、本発明が使われることができる。最終的
な処理されたデジタル画像が原作の画像１０１と同じ空
間解像度であることは、また、本発明の必要条件でな
い。

【００３０】図４を参照して、ベースフィルタモジュー
ル１３０は、原作のデジタル画像１０１を受け取ってベ
ース・デジタル画像１０３ａを生成する。ベース・デジ
タル画像を生成することにおける第１のステップとし
て、空間フィルタは原作のデジタル画像１０１のピクセ
ル・データによって巻き込まれる。生成されたベースデ
ジタル画像が原作のデジタル画像１０１より低い空間解
像度であるので、空間フィルタを原作のデジタル画像１
０１の全てのピクセルに適用することは必要でない。本
発明の好ましい実施例は互いに直交する方向の２つの一
次元のガウスフィルタを使用する。同じ実際の空間フィ
ルタカーネルデータが両方の空間の方位のために使われ
る。一次元のガウスフィルタの値は、５ピクセルの空間
フィルタにより正規化されたもののために（１）式によ
って与えられる。 ０．０２５ ０．７０７ １．０００ ０．７０７ ０．０２５………（１） ベースフィルタモジュール１３０によって実行される空
間フィルタ処理および空間サンプリングは、２つのパス
の動作において達成される。水平一次元のガウスフィル
タは、第１のパス画像を生成するために原作のデジタル
画像１０１のピクセルデータに巻き込まれる。この動作
において、水平一次元のガウスフィルタは、全ての他の
水平ピクセルに適用される。したがって、第１のパス画
像の水平寸法は原作のデジタル画像１０１のそれの１／
２であり、第１のパス画像の垂直寸法は原作のデジタル
画像１０１のそれと等しい。空間フィルタ動作の第２の
パスで、垂直一次元のガウスフィルタは、ベースデジタ
ル画像１０３ａを生成するために第１のパス画像のピク
セルデータに巻き込まれる。この動作において、垂直一
次元のガウスフィルタは、全ての他の垂直ピクセルに適
用される。したがって、ベースデジタル画像１０３ａの
水平寸法は原作のデジタル画像１０１のそれの１／２で
あり、ベースデジタル画像の垂直寸法は原作のデジタル
画像１０１の１／２である。このように、ベースフィル
タモジュール１３０は、ガウスフィルタを選択されたピ
クセルに適用することによって空間フィルタ動作および
サンプリング動作を実行する。本発明は、５つの要素の
空間フィルタを使用する。当業者は、本発明がより多く
のまたは少ない要素を有するガウスフィルタおよび非ガ
ウスフィルタを伴って使用されることを認識し、本発明
の利点をさらに引き出すであろう。

【００３１】本発明の別の実施例において、二次元の空
間フィルタは、ベース・デジタル画像１０３ａを生成す
るために用いられる。特に、二次元のガウス空間フィル
タカーネルが使われる。この動作において、二次元の空
間フィルタは、全ての他の水平ピクセルおよび全ての他
の垂直ピクセルに適用される。本発明の好ましい実施例
と同様に、ベースデジタル画像１０３ａの水平寸法は原
作のデジタル画像１０１のそれの１／２であり、ベース
デジタル画像の垂直寸法は原作のデジタル画像１０１の
それの１／２である。本発明のこの別の実施例は、使用
する５ ×５の要素の空間フィルタを使用する。当業者
は、本発明がより多くのまたは少ない要素を有するガウ
スフィルタおよび非ガウスローパスフィルタを伴って使
用されることを認識し、本発明の利点をさらに引き出す
であろう。当業者は、また、ベースフィルタモジュール
１３０によって実行される空間サンプリング動作および
空間のフィルタ動作が別の動作に分離され得ることを認
識するであろう。

【００３２】図４を参照して、補間モジュール１４０
は、ベース・デジタル画像１０３ａを受け取って原作の
デジタル画像１０１と同じ空間解像度の補間されたベー
スデジタル画像を生成する。補間モジュール１４０の動
作は、２つのステップの処理である。第１のステップに
おいて、ベースデジタル画像１０３ａからのピクセルデ
ータは、補間されたベースデジタル画像のピクセルを占
めるために上向きにサンプルされる。このステージで、
補間されたベースデジタル画像における全ての偶数の列
の全ての偶数のピクセルは、ベースデジタル画像１０３
ａから取られたピクセル値が割り当てられた。また、補
間されたベースデジタル画像の全ての偶数の列の全ての
奇数のピクセル、および全ての奇数の列の全てのピクセ
ルは割り当てられた値を有していない。本発明は、存在
しないピクセル値を生成するために双線形補間方法を使
用する。補間されたベースデジタル画像の全ての偶数の
列の全ての奇数のピクセルのために、２つの最も近い水
平ピクセル値の平均は、存在しないピクセルに値を割り
当てるために用いられる。同様に、補間されたベースデ
ジタル画像の全ての奇数の列の全ての偶数のピクセルの
ために、２つの最も近い垂直ピクセル値の平均は、存在
しないピクセルに値を割り当てるために用いられる。最
後に、補間されたベースデジタル画像の全ての奇数の列
の全ての奇数のピクセルのために、２つの最も近い水平
ピクセル値の平均は、存在しないピクセルに値を割り当
てるために用いられる。これは、ベースデジタル画像１
０３ａからの最も近い２つの垂直ピクセル値を使用する
こと、または、最も近い４つのサンプルされたピクセル
値を使用することと数学的に等価である。当業者は、補
間モジュール１４０の動作が別々のステップとして実行
される必要はないことを認識するであろう。上向きのサ
ンプリングおよび補間の１つのステップのプロセスに本
発明をインプリメントすることがまた可能である。

【００３３】使用する補間フィルタの基本的態様は、原
作のデジタル画像１０１と同じ解像度の補間されたベー
スデジタル画像を生成することである。現在のものは、
その計算効率および全体的な受け入れ可能な品質のため
に双線形補間フィルタを使用する。本発明は他の補間フ
ィルタで実行されることができる。本発明の別の実施例
において、Ｐｒｅｓｓ他によって、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓによって９８から
１０１頁に作成された彼らの刊行物"Ｎｕｍｅｒｉｃａ
ｌ Ｒｅｃｉｐｅｓ ｔｈｅ Ａｒｔ ｏｆ Ｓｃｉｅ
ｎｔｉｆｉｃＣｏｍｐｕｔｉｎｇ" に記載されている
ように双３次補間フィルタが使用される。双３次補間フ
ィルタが双線形補間フィルタと比較して一般により高い
品質の結果をもたらすけれども、存在しないピクセル値
を生成するために局所の近傍からのより多くのピクセル
が使用されなければならず、このため、より多くの計算
資源を必要とする。

【００３４】上記した補間モジュール１４０は、ピラミ
ッド再構築処理と同様にピラミッド構築処理の双方のた
めに使われる。補間モジュール１４０の動作は、何れの
場合にも同じである。しかしながら、ノイズ低減フィル
タが未だにベースデジタル画像に適用されていないの
で、補間モジュール１４０により生成された結果として
の画像は、ピラミッド構築プロセスのための補間された
ベースデジタル画像と呼ばれるべきである。同様にピラ
ミッド再構築プロセスのために、ノイズ低減フィルタが
ベースデジタル画像に適用されているので、補間モジュ
ール１４０の結果は補間されノイズが低減されたベース
デジタル画像と呼ばれるべきである。

【００３５】図６を参照して、ノイズ低減フィルタ・モ
ジュール１７０は、ベースデジタル画像を受け取り、ノ
イズ低減フィルタをベースデジタル画像のピクセルに適
用することによってノイズが低減されたベースデジタル
画像を生成する。本発明は、デジタル画像に設計され適
用されたいかなるノイズ低減フィルタでも使用され得
る。本発明の好ましい実施例は、ジャーナル論文Ｄｉｇ
ｉｔａｌ ＩｍａｇｅＳｍｏｏｔｈｉｎｇ ａｎｄ ｔ
ｈｅ Ｓｉｇｍａ Ｆｉｌｔｅｒ， Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
Ｖｉｓｉｏｎ， Ｇｒａｐｈｉｃｓ， ａｎｄ Ｉｍ
ａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｖｏｌ ２４， ｐ．
２５５−２６９， １９８３においてＪｏｎｇ−Ｓｅ
ｎ Ｌｅｅによって、処理されたデジタル画像の高揚さ
れた外見のためのノイズ低減フィルタとして記載された
シグマフィルタの修正されたインプリメンテーションを
使用する。 ｎ×ｎピクセル、ここでｎは列または行方
向の何れかのピクセル長を表す、の局所近傍に含まれる
ピクセルの値は、中心ピクセルまたは関心のピクセルの
値と比較される。ピクセルの局所近傍の各々のピクセル
は、対象のピクセルの値と局所ピクセル値との間の絶対
差、すなわち差ピクセル値、に基づいて１または０の重
みファクターが与えられる。ピクセル値差の絶対値が閾
値ε以下である場合に、重みファクターは１にセットさ
れる。そうでなければ、重みファクターは０にセットさ
れる。定数εは、予想されるノイズの標準偏差の２倍に
セットされる。数学的に、ノイズが低減されたピクセル
値の計算のための式は、（２）式として与えられる。 ｑ_ｍｍ＝Σ_ｉｊ ａ_ｉｊ ｐ_ｉｊ ／Σ_ｉｊ ａ_ｉｊ および、 ａ_ｉｊ＝１ ｉｆ ｜ｐ_ｉｊ−ｐ_ｍｍ｜＜＝ε ａ_ｉｊ＝０ ｉｆ ｜ｐ_ｉｊ−ｐ_ｍｍ｜＞ε…………（２） ここで、ｐ_ｉｊはピクセルの局所近傍に含まれるｉｊ
^ｔｈピクセルを表し、Ｐ_{ｍ ｎ}は列ｍおよび行ｎに位置す
る対象のピクセルの値を表し、ａ_ｉｊは重みファクター
を表し、ｑ_ｍｎはノイズが低減されたピクセル値を表
す。一般的に、中心のピクセルのまわりに集中されたピ
クセルの局所近傍は、シグマフィルタアプリケーション
のための局所ピクセル値のサンプルのために変化される
インデックスｉおよびｊで使われる。本発明の好ましい
実施例は、図７に示されるように、ピクセルのｎ×ｎの
局所近傍内でピクセルの放射パターンを使用する。関心
のピクセル２０１は、関心２０１のピクセルの周りの放
射パターンにおいて示される局所ピクセル２０２で中心
に示される。文字の割り当てなしで示されるピクセル位
置２０３は、ノイズが低減されたピクセル値の計算にお
いて使用されない。

【００３６】本発明も、（３）式によって与えられる閾
値εのための式の変更を通して信号に依存する特性を組
み込む。 ．ε＝Ｓｆａｃσｎ（ｐ_ｍｎ）…………（３） ここで、σ_ｎは上記の通りに中心のピクセル値Ｐ_ｍｎで
評価されるベースデジタル画像のノイズの標準偏差を表
す。閾値εが関心のピクセルで評価されることは、必要
条件でない。しかしながら、閾値εが局所近傍のピクセ
ルの値の関数であることは重要である。パラメータＳｆ
ａｃは、ノイズ低減の程度を変化させるために用いられ
得るスケールファクターまたは制御パラメータである。
Ｓｆａｃパラメータのための最適の値が１．５であるこ
とが実験と通して見出された。しかしながら、１．０か
ら３．０までの範囲の値も受け入れ可能な結果を生成で
きる。ノイズが低減されたピクセル値ｑ_ｍｎは、２つの
合計の除算として算出される。プロセスは、デジタルイ
メージチャネルに含まれるいくつかまたは全てのピクセ
ルのために、およびデジタルイメージに含まれるいくつ
かまたは全てのデジタルイメージチャネルのために完了
される。本発明によって使用される修正されたシグマフ
ィルタは、それがデジタル画像のピクセル値の信号の内
容に応答して変わった時から適応可能であるノイズ低減
フィルタの例である。シグマフィルタの修正されたイン
プリメンテーションは、また、ノイズ特性テーブルを使
用するノイズ低減フィルタの例である。すなわち、σ_ｎ
の値は、デジタル画像チャネルおよび数値のピクセル値
の関数としてのノイズ標準偏差値のテーブルにおいて表
に作られる。σ_ｎのためのノイズ特性テーブルの例は、
赤、緑、青のデジタル画像チャネルを有するデジタル画
像のための表１に与えられる。殆どのデジタル画像のノ
イズ特性が空間解像度の関数であるから、本発明は、異
なるピラミッドレベルを処理するために異なるノイズ特
性テーブルを使用する。

【００３７】

【表１】 Ｌｅｅによって記載されたシグマフィルタは、ピクセル
差フィルタの一例である。ピクセル差フィルタの中心態
様は、関心のピクセルの周りのピクセルの局所近傍にお
けるピクセル値に基づいてノイズが低減されたピクセル
値を計算する空間フィルタである。ここで、各々の局所
ピクセルの影響は、局所ピクセル値と、局所近傍におけ
るピクセルから引き出された参照数値（差ピクセル値）
との差に基づいている。本発明において使用されるピク
セル差フィルタの好ましい実施例は、参照数値として関
心のピクセルを使用する。局所近傍におけるピクセルの
平均のような他の値は、また、参照数値として使用され
得る。

【００３８】ピクセル差フィルタの他の例は、Ｄ．Ｃ．
Ｃ． Ｗａｎｇ他によって彼らの発行ペーパーＧｒａｄ
ｉｅｎｔ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｓｍｏ
ｏｔｈｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｔｈｅ Ｅｖａ
ｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃ
ｅ， Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｎｄＩ
ｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｖｏｌ １５，
ｐ． １６７−１８１， １９８１において記載された
Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｆｉｌｔｅｒであ
る。このアルゴリズムは、中心ピクセルの周りの矩形サ
ンプリング領域からの局所ピクセル値の非線形重み付け
を採用することによってノイズが低減された画像を生成
した。重みファクターは、中心ピクセルと周囲のピクセ
ル値との間の差の大きさに基づいた。

【００３９】本発明の別の実施例は、ノイズ低減ロジッ
クがノイズが低減されたピクセル値を形成するにつれて
中間フィルタを使用する。このように、中間フィルタ実
施例のために、原作のデジタル画像１０１と関連するノ
イズの演繹的な知識は必要ではない。

【００４０】本発明がピラミッド構築モジュール１１０
およびピラミッド再構築モジュール１２０を通る１より
多いパスを実行するので、異なるピラミッドレベルのた
めにノイズ低減フィルタモジュール１７０によって異な
るノイズ低減フィルタが採用されるモードで本発明を実
行することが可能である。例えば、中間フィルタが第１
のパスのために使われることができ、一方シグマフィル
タが他のパスのために使われることができる。本発明の
この特徴は、デジタル画像処理アプリケーションのシス
テムデザイナーに本発明をデジタル画像の特定のソース
に適合させる能力を与える。上記した例のために、中間
フィルタは、疑似ノイズによって損なわれたデジタル画
像のためによく動く。このように、ノイズの最も高い空
間周波数要素のために中間フィルタを使用することは、
疑似ノイズを低減するためにより効果的である。同じデ
ジタル画像のより低い空間周波数要素のために、ガウス
付加ノイズは支配してもよい。したがって、他のピラミ
ッドレベルのためにシグマフィルタを採用することは、
全てのピラミッドレベルのために中間フィルタを使用す
ることも効果的であろう。

【００４１】本発明の好ましい実施例は、処理のピラミ
ッド再構築フェーズの間、ノイズ低減フィルタを使用す
る。別の実施例において、ノイズ低減フィルタは、処理
のピラミッド構築フェーズの間、使用される。この別の
実施例において、処理ステップは、ピラミッド構築モジ
ュール１１０内のベースフィルタモジュール１３０の使
用より前のノイズ低減フィルタモジュール１７０の配置
を除いて、好ましい実施例のためと本質的に同じであ
る。同様に、処理ステップは、ピラミッド再構築モジュ
ール１２０の範囲内のノイズ低減フィルタモジュール１
７０の省略を除いて、好ましい実施例のためと本質的に
同じである。

【００４２】図８を参照して、図３に示されるピラミッ
ド構築モジュール１１０は、更に詳細に示されている。
原作のデジタル画像１０１は、ノイズ低減フィルタ１７
０によって受け取られて処理され、ノイズが低減された
原作のデジタル画像１０６を生成する。ノイズが低減さ
れた原作のデジタル画像１０６は、空間フィルタをノイ
ズが低減された原作のデジタル画像１０６に適用し、ピ
クセルデータを平滑化するとともにサンプルするベース
フィルタモジュール１３０によって受け取られる。結果
として生じるベースデジタル画像１０３ａは、ノイズが
低減された原作のデジタル画像１０６のより低い空間解
像度版である。ベースデジタル画像１０３ａは、補間モ
ジュール１４０によって受け取られて、ベースデジタル
画像１０３ａ（すなわち本質的にノイズが原作のデジタ
ル画像１０６を減らしたのと、同じ空間解像度）ベース
デジタル画像１０３ａのより高い空間解像度版、すなわ
ち、ノイズが低減された原作のデジタル画像１０６と同
じ空間解像度、である補間されたベースデジタル画像を
生成する。差モジュール１５０は、補間されたベースデ
ジタル画像およびノイズが低減された原作のデジタル画
像１０６を受け取り、そして、残余のデジタル画像１０
４ａを生成する。

【００４３】図８に示されるピラミッド構築モジュール
１１０を通る各々のパスの後、前のパスのベースデジタ
ル画像は、処理サイクルの原作のデジタル画像１０１と
置換される。例えば、第１のパスの後、ベースデジタル
画像１０３ａ、残余のデジタル画像１０４ａおよびノイ
ズが低減された原作のデジタル画像１０６が生成され
る。第２のパスで、ベースデジタル画像１０３ａは、受
け取られて処理される。ピラミッド構築モジュール１１
０を通る第２のパスは、ベースデジタル画像１０３ｂ、
残余のデジタル画像１０４ｂ、およびノイズが低減され
たベースデジタル画像１０７ａを生成する。同様に、ピ
ラミッド構造モジュール１１０を通る第３のパスは、ベ
ースデジタル画像１０３ｃ、残余のデジタル画像１０４
ｃ、および生成されているノイズが低減されたベースデ
ジタル画像１０７ｂ（図示せず）を有するベースデジタ
ル画像１０３ｂの処理によって開始する。ピラミッド構
築プロセスの終わりに、この例におけるベースデジタル
画像１０３ｃは、ノイズが低減されたベースデジタル画
像１０７ｂ（図示せず）をもたらすノイズ低減フィルタ
モジュール１７０を伴って処理される。したがって、ノ
イズフィルタ処理およびピラミッド構築処理が完了され
た後、ノイズが低減された原作のデジタル画像１０６
ａ、およびノイズが低減されたベースデジタル画像１０
７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、原作のデジタル画像１０
１のノイズが低減された画像のピラミッド表現を形成す
る。

【００４４】図９を参照して、ピラミッド再構築モジュ
ール１２０の対応する別の実施例は、更に詳細に示され
ている。補間モジュール１４０は、ノイズが低減された
ベースデジタル画像１０７ｃを受け取って、補間されノ
イズが低減されたベースデジタル画像を生成する。追加
モジュール１６０は、補間されノイズが低減されたベー
スデジタル画像および残余のデジタル画像１０４ｃを受
け取って、再構築されたデジタル画像１０５ｃを生成す
る。プロセスは、前のピラミッドレベルからの再構築さ
れたデジタル画像および次のピラミッドレベルの残余の
デジタル画像を処理することによって、各々のピラミッ
ドレベルのために繰り返される。したがって、第２のパ
スで、ピラミッド再構築モジュール１２０は、再構築さ
れたデジタル画像１０５ｃおよび残余のデジタル画像１
０４ｂを受け取って、再構築されたデジタル画像１０５
ｂ（図示せず）を生成する。同様に、第３のパスで、ピ
ラミッド再構築モジュール１２０は、再構築されたデジ
タル画像１０５ｂおよび残余のデジタル画像１０４ａを
受け取って、ノイズが低減されたデジタル画像１０２を
生成する。

【００４５】本発明の重要な態様は、様々な異なるデジ
タル画像ピラミッド表現を使用する能力である。米国特
許第５，５２６，４４６号においてＡｄｅｌｓｏｎ他に
よって記載されているように、本発明の別の実施例は、
さざなみ変換に基づくデジタル画像ピラミッド表現を使
用する。図１０は、この別の実施例のためのピラミッド
構築モジュール１１０の詳細を示す。ノイズ低減フィル
タモジュール１７０は、ノイズが低減された原作のデジ
タル画像１０６をもたらす原作のデジタル画像１０１を
受け取って処理する。さざなみ変換のアプリケーション
によって生成される低解像度さざなみ係数を含んでいる
ベースデジタル画像１０３ａを生成するベースフィルタ
モジュール１３０によって、ノイズ低減する原作のデジ
タル画像１０６は受け取られる。さざなみ変換のアプリ
ケーションによって生成される高周波さざなみ係数を含
んでいる残余のデジタル画像１０４ａを生成する残余の
フィルタモジュール１３２によって、ノイズが低減され
た原作のデジタル画像１０６は、また、受け取られる。
さざなみ変換は、さざなみフィルタ、すなわち画像ピク
セルデータに適用される空間フィルタ、のアプリケーシ
ョンを通して達成される。残余のデジタル画像１０４ａ
は、実際に３つの高周波さざなみ係数要素、１つは水平
にフィルターをかけられた画像に対応し、１つは垂直に
フィルターをかけられた画像に対応し、そして、１つは
垂直および水平にフィルターをかけられたイメージに対
応する、を含む。各々の高周波さざなみ係数要素は、ノ
イズが低減された原作のデジタル画像１０６の半分の線
形空間解像度を有するデジタル画像である。

【００４６】ピラミッド構造モジュール１１０の第２の
パスで、ベースデジタル画像１０３ａは、原作のデジタ
ル画像１０１と置換されて、類似した方法で処理され
る。さざなみ変換の第２のパスは、ベースデジタル画像
１０３ｂ、残余のデジタル画像１０４ｂおよびノイズが
低減されたベースデジタル画像１０７ａをもたらす。本
発明は、３レベルデジタル画像ピラミッド表現を使用す
る。このように、ベースデジタル画像１０３ｂ、１０３
ｃ、残余のデジタル画像１０４ｂ、１０４ｃおよびノイ
ズが低減されたベースデジタル画像１０７ａ、１０７ｂ
は生成される。ピラミッド構築処理の終わりに、最後の
ベースデジタル画像１０３ｃはノイズ低減フィルタモジ
ュール１７０で処理され、ノイズが低減されたベースデ
ジタル画像１０７ｃをもたらす。したがって、ノイズフ
ィルタ処理およびピラミッド構築処理が完了した後、ノ
イズが低減された原作のデジタル画像１０６およびノイ
ズが低減されたベースデジタル画像１０７ａ、１０７
ｂ、１０７ｃは、原作のデジタル画像１０１のさざなみ
ノイズが低減されたイメージピラミッド表現を形成す
る。当業者は、本発明がより少ないまたはより多い数の
ピラミッドレベルを生成するために用いられることがで
きることを認識するであろう。このさざなみベースの別
の実施例で生成されるベースデジタル画像および残余の
デジタル画像は、絵によって図１１に示されている。

【００４７】このさざなみベースの別の実施例のための
ピラミッド再構築モジュール１２０の詳細は、図１２に
示されている。ノイズが低減されたベースデジタル画像
１０７ｃは、補間されノイズが低減されたベースデジタ
ル画像を生成するために低解像度さざなみ係数を使用す
る補間モジュール１４０によって受け取られる。再構築
された残余のデジタル画像を生成するために高周波さざ
なみ係数要素を使用する残余の補間モジュール１４４に
よって、残余のデジタル画像１０４ｃは、受け取られ
る。補間されノイズが低減されたデジタル画像および再
構築された残余のデジタル画像は、補間されノイズが低
減されたデジタル画像および再構築された残余のデジタ
ル画像の３つの要素を追加して再構築されたデジタル画
像１０５ｃを形成する追加モジュール１６０によって受
け取られる。ピラミッド再構築モジュール１２０の動作
は、再構築されたデジタル画像１０５ｂ（図示せず）に
結果としてなり、ノイズが低減されたベースデジタル画
像１０２（図示せず）を再び生成するノイズが低減され
たベースデジタル画像１０７ｃと置換される再構築され
たデジタル画像１０５ｃで繰り返される。

【００４８】本発明の他の別の実施例は、米国特許第
５，７２０，６３１号においてＷｏｂｅｒ他によって記
載されたように、Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａ
ｎｓｆｏｒｍ（ＤＣＴ）に基づくデジタル画像ピラミッ
ドを使用する。図１０は、この別の実施例のためのピラ
ミッド構築モジュール１１０の詳細を示す。ノイズ低減
フィルタモジュール１７０は、ノイズが低減された原作
のデジタル画像１０６をもたらす原作のデジタル画像１
０１を受け取って、処理する。ノイズが低減された原作
のデジタル画像１０６は、Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｓｉｎｅ
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍのアプリケーションによって生成
されたＤＣ低周波要素を含んでいるベースデジタル画像
１０３ａを生成するベースフィルタモジュール１３０に
よって受け取られる。ノイズが低減された原作のデジタ
ル画像１０６は、また、Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｓｉｎｅ
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、すなわちＤｉｒｅｃｔ Ｃｏｓｉ
ｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍフィルタのセット、のアプリ
ケーションによって生成されるＤＣＴ高周波係数を含ん
でいる残余のデジタル画像１０４ａを生成する残余のフ
ィルタモジュール１３２によって受け取られる。残余の
デジタル画像１０４ａは、ノイズが低減された原作のデ
ジタル画像１０６と本質的に同じ空間解像度を有する。
ベースデジタル画像１０３ａは、ノイズが低減された原
作のデジタル画像１０６の各々の寸法の１／８の空間解
像度であり、したがって、ノイズが低減された原作のデ
ジタル画像１０６の１／６４のピクセルを含む。ピラミ
ッド構築モジュール１１０の第２のパスで、ベースデジ
タル画像１０３ａは、原作のデジタル画像１０１と置換
されて、類似したやりかたで処理される。本発明は、Ｄ
ＣＴの８対１の空間解像度低減に起因してこの別の実施
例のための２レベルデジタル画像ピラミッド表現を使用
する。このように、ベースデジタル画像１０３ａ、１０
３ｂ、残余のイメージ１０４ａ、１０４ｂおよびノイズ
が低減されたベースデジタル画像１０７ａは生成され
る。ベースデジタル画像１０３ｂは、ノイズが低減され
たベースデジタル画像１０７ｂを生成するためにノイズ
低減フィルタモジュール１７０で処理される。当業者
は、本発明がより小さいかまたはより大きい数のピラミ
ッドレベルを使うことができることを認識する。この別
の実施例は、本発明が、それを例示する。そして、異な
るピラミッドレベルが２以外の線形空間解像度ファクタ
ーで異なるデジタル画像ピラミッド表現で実行され得る
ことを示す。

【００４９】この別の実施例のためのピラミッド再構築
モジュール１２０の詳細は図１３に示されている。補間
されノイズが低減されたベースデジタル画像を形成する
ためにＤＣ低周波要素値を使用する補間モジュール１４
０によって、ノイズが低減されたベースデジタル画像１
０７ｂは受け取られる。再構築された残余のイメージを
生成するためにＤＣＴ高周波係数値を使用する残余の補
間モジュール１４４によって、残余のデジタル画像１０
４ｂは受け取られる。再構築されたデジタル画像１０５
ｂを形成するためにこれらの２つの入力デジタル画像を
加える追加モジュール１６０によって、補間されノイズ
が低減されたベースデジタル画像および再構築された残
余のデジタル画像は受け取られる。ピラミッド再構築モ
ジュール１２０の動作は、ノイズが低減されたデジタル
画像１０２に結果としてなるノイズが低減されたベース
デジタル画像１０７ｂと置換される再構築されたデジタ
ル画像１０５ｂで繰り返される。

【００５０】本発明は、種々の色表現のデジタル画像に
適用されることができる。一方、本発明の好ましい実施
例は、赤、緑、青色表現のデジタル画像を処理し、別の
実施例は、輝度デジタル画像チャネルおよび２つのクロ
ミナンスデジタル画像チャネルを含む、すなわち、輝度
要素および２つのクロミナンス要素を有する、輝度−ク
ロミナンス色表現のカラーデジタル画像を受け取る。３
要素マトリックス変換による３つの要素は、ＲＧＢカラ
ーデジタル画像の赤、緑、青ピクセル値を輝度およびク
ロミナンスのピクセル値に変換するために使用され得
る。Ｒｉｊ、ＧｉｊおよびＢｉｊに、ｉ番目の列および
ｊ番目の行に位置する赤、緑、青のデジタル画像チャネ
ルに対応するピクセル値を参照させる。Ｌｉｊ、Ｃ１ｉ
ｊおよびＣ２ｉｊに、ＬＣＣの原作のデジタル画像の変
換された輝度、第１のクロミナンスおよび第２のクロミ
ナンスのピクセル値のそれぞれを参照させる。３要素マ
トリックス変換による３つの要素は、（４）式によって
記載される。 Ｌｉｊ ＝ ０．３３３ Ｒｉｊ ＋ ０．３３３ Ｇｉｊ ＋ ０．３３３ Ｂｉｊ Ｃ１ｉｊ ＝ −０．２５ Ｒｉｊ ＋ ０．５０ Ｇｉｊ ＋ −０．２５ Ｂｉｊ Ｃ２ｉｊ ＝ −０．５０ Ｒｉｊ ＋ ０．５０ Ｂｉｊ…………（４） 当業者は、輝度／クロミナンスのマトリックス変換の係
数のために使用される正確な値が変化されてもよく、依
然として実質的に同じ効果を引き出すことを認識するで
あろう。本技術においてまた、使用される選択肢は、
（５）式によって記載される。 Ｌｉｊ ＝ ０．３７５ Ｒｉｊ ＋ ０．５００ Ｇｉｊ ＋ ０．１２５ Ｂｉｊ Ｃ１ｉｊ ＝ −０．２５ Ｒｉｊ ＋ ０．５０ Ｇｉｊ ＋ −０．２５ Ｂｉｊ Ｃ２ｉｊ ＝ −０．５０ Ｒｉｊ ＋ ０．５０ Ｂｉｊ…………（５） この別の実施例において、Ｌｉｊ、Ｃ１ｉｊおよびＣ２
ｉｊのピクセル値の各々は、異なるデジタル画像チャネ
ルのピクセル値を表す。本発明は、クロミナンスデジタ
ル画像チャネルのピクセルデータＣ１およびＣ２と別
に、輝度デジタル画像チャネルのピクセルデータＬを処
理する。ＲＧＢ色表示のケースと同様に、このＬＣＣ色
表示のケースは、Ｌ、Ｃ１およびＣ２のデジタル画像チ
ャネルのために別々に画像ピラミッド表現を生成する。
ノイズ低減フィルタは、いずれのピラミッド再構築また
はピラミッド再構築処理の何れかの一部であるベースデ
ジタル画像に適用される。本発明は、Ｌ、Ｃ１およびＣ
２のデジタル画像チャネルにおけるノイズと対応する修
正されたシグマフィルタのためのノイズ特性テーブルを
使用する。この別の実施例は、ＬＣＣカラー表現デジタ
ル画像を受け取るのを予想する他の画像処理モジュール
を有するデジタル画像処理システムに役立ってもよい。
本発明のこのインプリメンテーションを用いることによ
って、異なる色表現からの不必要な変換が避けられ得
る。

【００５１】ＬＣＣ色表現方法は、特にデジタルカメラ
で生成されたデジタル画像からノイズを除去するために
有用である。デジタル画像の殆どのソースと違って、デ
ジタルカメラによって生成されるデジタル画像は、しば
しば輝度信号におけるよりも多くのクロミナンス信号に
おけるノイズを有する。本発明のなお更なる別の実施例
において、ＬＣＣ色表現の原作のデジタル画像は処理さ
れる。同様に、Ｌ、Ｃ１およびＣ２のデジタル画像チャ
ネルにおけるノイズと対応する修正されたシグマフィル
タのために、ノイズ特性テーブルが使われる。この別の
実施例において、（３）式のスケールファクターパラメ
ータｓｆａｃのために、およびＣ１およびＣ２のクロミ
ナンスデジタル画像チャネルのために４．０の値が使わ
れ、１．５の値がＬの輝度デジタル画像チャネルのため
に使われる。これらのパラメータ設定は、効果的にクロ
ミナンスデジタル画像チャネルから輝度デジタル画像チ
ャネルより多くのノイズを除去する。３つのデジタル画
像チャネルの全てのためにスケールファクターパラメー
タｓｆａｃ値を使用することによって良い結果が得られ
るけれども、より良い結果がクロミナンスデジタル画像
チャネルのためのスケールファクターパラメータのより
大きい値を使用することによって、デジタルカメラのデ
ジタル画像のためにより良い結果が得られる。これは、
多分、画像のクロミナンス信号を過度に滑らかにするこ
とが、人間の視覚の見方から、輝度信号を過度に滑らか
にすることよりも、不愉快でないという事実に起因する
だろう。あるいは、本発明は、クロミナンスデジタル画
像チャネルを処理し、輝度デジタル画像チャネルからノ
イズを除去しないことによって、使用され得る。

【００５２】本発明は、ピラミッドレベルのいかなる数
でも使用されることができる。画像のノイズは、一般に
空間解像度の関数であり、また、より高い空間解像度の
ピラミッドレベルのためにはより不愉快である。本発明
で使われるピラミッドレベルの最適の数は、デジタル画
像処理システムデザイナーのノイズ除去目的および処理
されているデジタル画像のサイズに依存する。本発明の
好ましい実施例は、１０２４×１５３６のピクセルサイ
ズのデジタル画像のための効果的なノイズ除去のための
４つのピラミッドレベルを使用する。２０４８×３０７
２のピクセルのようなより大きい空間解像度のデジタル
画像を処理するために、５つのピラミッドレベルが使わ
れる。５１２×７６８のピクセルのような低い空間解像
度のデジタル画像を処理するために、３つのピラミッド
レベルが、使われる。

【００５３】当業者は、本発明が、上述の全体または、
依然として実質的に本発明の利点を達成する部分のどち
らにおいても使われることができることを認識するであ
ろう。例えば、ノイズ低減フィルタは、ベースデジタル
画像または原作のデジタル画像の選択されたピクセルだ
けに適用されることができる。同様に、ノイズ低減フィ
ルタは、画像ピラミッド表現のベースデジタル画像の全
てに適用される必要はない。本発明の別の実施例におい
て、ノイズ低減フィルタは、処理されたデジタル画像に
ノイズの最も高い空間周波数要素を残す再構築されたデ
ジタル画像１０５ａには適用されない。この別の実施例
のために、ノイズが低減されたデジタル画像１０２は、
再構築されたデジタル画像１０５ａであり、より低い空
間周波数だけが除去されたノイズが低減されたデジタル
画像をもたらす。

【００５４】本発明をレビューして、原作のデジタル画
像１０１の画像ピラミッド表現が作られる。この表現
は、原作のデジタル画像１０１からノイズが除去され、
原作のデジタル画像１０１よりも低い空間解像度を有す
る少なくとも１つのノイズが低減されたベースデジタル
画像を含む。上述されたように、少なくとも１つの残余
のデジタル画像が形成されなければならないが、本発明
はまた、２つ以上の残余のデジタル画像で機能すること
ができる。いずれの場合にも、ノイズが低減されたベー
スデジタル画像（達）および残余のデジタル画像（達）
が結合されるときに、それらは、原作のデジタル画像に
おいて見出されるノイズが存在しない再構築されたデジ
タル画像を形成する。

【００５５】原作のデジタル画像１０１からノイズを除
去する方法は、イメージピラミッド表現を作成して、使
用するステップを含む。多数のピクセルを含んでいる原
作のデジタル画像を受け取った後に、残余のデジタル画
像（達）が生成され、そして、ベースデジタル画像
（達）が原作の画像から生成される。全ての場合におい
て、ベースデジタル画像（達）は、原作のデジタル画像
より低い空間解像度を有する。ノイズが低減されたベー
スデジタル画像（達）は、ベースデジタル画像（達）か
らノイズを除去することによって提供される。ノイズが
低減されたベースデジタル画像（達）が残余のデジタル
画像（達）と結合される時、ノイズが存在しない再構築
されたデジタル画像が生成されるように、これはノイズ
低減フィルタを伴って成し遂げられる。

【００５６】画像ピラミッド表現を生成し、上述のよう
な再構築されたデジタル画像を作るためにそのような表
現を使用する、コンピュータ読み込み可能な記憶媒体に
格納されるコンピュータプログラムに、本発明は提供さ
れることができる。そのような媒体は、例えば、（フロ
ッピーディスクのような）磁気ディスク、磁気テープ、
コードバー、（ランダムアクセスメモリまたは読出し専
用メモリのような）ソリッドステート電子記憶装置、ま
たはコンピュータプログラムを格納するために採用され
得る他のいかなる物理的な装置または媒体でも含むこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実行するために適しているコンピュ
ータシステムの機能ブロック図である。

【図２】 図１のデジタル画像プロセッサの機能ブロッ
ク図である。

【図３】 本発明において使われることができるピラミ
ッドノイズ低減モジュールの機能ブロック図である。

【図４】 図３のピラミッド構築モジュールを更に詳細
に示す機能ブロック図である。

【図５】 本発明にしたがって、原作のデジタル画像、
残余のデジタル画像およびベースデジタル画像の相対的
なサイズを示す図である。

【図６】 図３のピラミッド構築モジュールを更に詳細
に示す機能ブロック図である。

【図７】 ノイズ低減フィルタによって採用されるピク
セル幾何学の図である。

【図８】 図３で示されるピラミッド構築モジュールの
他の実施例の機能ブロック図である。

【図９】 図３で示されるピラミッド再構築モジュール
の他の実施例の機能ブロック図である。

【図１０】 図３で示されるピラミッド構造モジュール
の他の実施例の機能ブロック図である。

【図１１】 本発明にしたがう別の実施例における、原
作のデジタル画像、残余のデジタル画像およびベースデ
ジタル画像の相対的なサイズを示している図である。

【図１２】 図３で示されるピラミッド構造モジュール
の他の実施例の機能ブロック図である。

【図１３】 図３で示されるピラミッド構造モジュール
の他の実施例の機能ブロック図である。

【符号の説明】

１０…画像獲得装置、２０…デジタル画像プロセッサ、
３０…画像出力装置、４０…一般的な制御コンピュー
タ、５０…表示装置、６０…入力制御装置、７０…オフ
ラインメモリ装置、１００…ピラミッドノイズ低減モジ
ュール、１０１…原作のデジタル画像、１０２…ノイズ
が低減されたデジタル画像、１０３ａ…ベースデジタル
画像、１０３ｂ…ベースデジタル画像、１０３ｃ…ベー
スデジタル画像、１０４ａ…残余のデジタル画像、１０
４ｂ…残余のデジタル画像、１０４ｃ…残余のデジタル
画像、１０５ａ…再構築されたデジタル画像、１０５ｂ
…再構築されたデジタル画像、１０５ｃ…再構築された
デジタル画像、１０６…ノイズが低減された原作デジタ
ル画像、１０７ａ…ノイズが低減されたベースデジタル
画像、１０７ｂ…ノイズが低減されたベースデジタル画
像、１０７ｃ…ノイズが低減されたベースデジタル画
像、１０９…高揚変換モジュール、１１０…ピラミッド
構築モジュール、１２０…ピラミッド再構築モジュー
ル、１３０…ベースフィルタモジュール、１３２…残余
のフィルタモジュール、１４０…補間モジュール、１４
４…残余の補間モジュール、１５０…差モジュール、１
６０…追加モジュール、１７０…ノイズ低減フィルタモ
ジュール、２０１…対象ピクセル、２０２…ピクセル位
置、２０３…ピクセル位置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B057 AA20 BA02 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC01 CD05 CE02 CE06 CE08 5C021 PA38 PA66 PA74 RC03 YA01 YC00 5C077 LL05 MP08 PP01 PP02 PP32 PQ12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ａ） 多数のピクセルを含んでいる原作
   のデジタル画像を受け取るステップ； ｂ） 前記原作のデジタル画像から、少なくとも１つの
   残余のデジタル画像および少なくとも１つの、前記原作
   のデジタル画像より低い空間解像度を有するベースデジ
   タル画像を生成するステップ；および ｃ） 前記ノイズが低減されたデジタル画像を前記残余
   のデジタル画像と結合させてノイズが存在しない再構築
   されたデジタル画像を生成するために、ノイズ低減フィ
   ルタで前記ベースデジタル画像からノイズを除去するこ
   とによりノイズが低減されたデジタル画像を生成するス
   テップを含むことを特徴とするデジタル画像からノイズ
   を除去する方法。
2. 【請求項２】 ａ） 多数のピクセルを含んでいる原作
   のデジタル画像を受け取るステップ； ｂ） さざ波フィルタまたはディスクリートコサイン変
   換フィルタを用いて、前記原作のデジタル画像から、少
   なくとも１つの残余のデジタル画像および少なくとも１
   つの、前記原作のデジタル画像より低い空間解像度を有
   するベースデジタル画像を生成するステップ；および ｃ） 前記ノイズが低減されたデジタル画像を前記残余
   のデジタル画像と結合させてノイズが存在しない再構築
   されたデジタル画像を生成するために、ノイズ低減フィ
   ルタで前記ベースデジタル画像からノイズを除去するこ
   とによりノイズが低減されたデジタル画像を生成するス
   テップを含むことを特徴とするデジタル画像からノイズ
   を除去する方法。
3. 【請求項３】 ａ） 多数のピクセルを含んでいる原作
   のデジタル画像を受け取るステップ； ｂ） 前記原作のデジタル画像から始めて、多数の残余
   のデジタル画像および各々がそれが引き出された先行す
   るデジタル画像より低い空間解像度を有する多数の対応
   するベースデジタル画像を、それぞれ順番に生成するス
   テップ；および ｃ） 前記ノイズが低減されたデジタル画像を前記残余
   のデジタル画像と結合させてノイズが存在しない再構築
   されたデジタル画像を生成するために、ノイズ低減フィ
   ルタで少なくとも１つの前記ベースデジタル画像からノ
   イズを除去することによりノイズが低減されたデジタル
   画像を生成するステップを含むことを特徴とするデジタ
   ル画像からノイズを除去する方法。