JP2002288651A - コモンノイズ特性を利用した複数のデジタル画像からの雑音を計算する方法 - Google Patents

コモンノイズ特性を利用した複数のデジタル画像からの雑音を計算する方法

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JP2002288651A JP2001394771A JP2001394771A JP2002288651A JP 2002288651 A JP2002288651 A JP 2002288651A JP 2001394771 A JP2001394771 A JP 2001394771A JP 2001394771 A JP2001394771 A JP 2001394771A JP 2002288651 A JP2002288651 A JP 2002288651A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コモンノイズ源により影響を受けたと思われ
るデジタル画像をエンハンスするための改善された方法
を提供する。 【解決手段】 コモンノイズ源により影響を受けたと思
われる複数のデジタル画像から1つ又は複数のデジタル
画像をエンハンスする方法である。本方法は、コモンノ
イズ源により影響を受けたと思われる2つ以上のソース
デジタル画像を受信するステップ、受信されたソースデ
ジタル画像の画素を使用して、受信されたソースデジタ
ル画像に存在する雑音に関連する雑音特性値を計算する
ステップ、及び雑音特性値及び受信されたソースデジタ
ル画像を使用して、1つ又は複数の受信されたソースデ
ジタル画像について、エンハンスされたデジタル画像を
それぞれ計算するステップを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、かかる雑音特性に
共通の雑音特性を使用して、デジタル画像をエンハンス
するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】処理されたデジタル画像の外観をエンハ
ンスするために設計されたデジタル画像処理アプリケー
ションには、ソースデジタル画像に関連する雑音特性の
明確な利点を利用するものがある。
【0003】たとえば、Keyes等による米国特許第6,11
8,906号には、デジタル画像を鮮鋭化する方法が記載さ
れている。この方法は、雑音推定システムによりデジタ
ル画像における雑音成分を測定するステップ、及び雑音
推定を使用する画像鮮鋭化システムによりデジタル画像
を鮮鋭化するステップを含んでいる。
【0004】同様に、デジタル画像アプリケーション
は、Anderson等による米国特許第5,809,178号において
記載されている方法のように、処理されたデジタル画像
における雑音を低減するために、自動雑音推定方法と組
み合わされる。
【0005】Snyder等による米国特許第5,923,775号で
は、デジタル画像の雑音特性を推定するステップ、及び
雑音特性の推定値を使用し、雑音除去システムと組み合
わせてデジタル画像における雑音量を低減するステップ
を含んだ画像処理方法が記載されている。Snyder等によ
る記載された方法は、個々のデジタル画像について機能
するために設計されており、雑音特性の推定手順につい
て複数の処理ステップを含んでいる。
【0006】はじめに、空間フィルタをデジタル画像に
適用することにより得られたデジタル画像から残差信号
が形成される。この第1の残差信号は分析されて、マス
ク信号が形成される。このマスク信号は、デジタル画像
信号のどの領域が画像構造の内容を含んでいる可能性が
あるかを判定する。最後のステップは、第2の残差信号
を形成して、画像構造の内容を含んでいる可能性のある
画像領域における残差をサンプル採取して、雑音特性値
を形成するステップを含んでいる。
【0007】米国特許第6,069,982号では、Reumanは、
デジタル画像取得装置の雑音特性を推定する方法を記載
している。この方法は、デジタル画像取得装置の空間雑
音特性について所定のデフォルト値を提供するステッ
プ、デジタル画像取得装置の空間雑音特性に関する情報
を収集するステップ、該収集された情報に応答して、置
換データを生成するステップ、及びデジタル画像取得装
置に関連付けされた所定のデフォルトの空間雑音特性を
置換データにより更新するステップを含んでいる。
【0008】特に、Reumanにより開示されるこの方法
は、グレイレベル(画素値)の関数として(分散から導
出される)標準偏差、及び雑音の空間周波特性を推定す
る。グレイレベルの関数としての標準偏差値のテーブル
のような雑音特性は、デフォルト値として提供される。
処理されるそれぞれのデジタル画像は、情報の収集ステ
ップにおける統計量の計算を含めて分析される。これら
統計量及びデフォルト値は結合されて、更新された置換
雑音特性値が計算される。
【0009】さらに、Reumanにより教示される方法で
は、デフォルト雑音値の有無に関して、yes/no判定がな
される。ここでは、デフォルト雑音値が存在する場合
に、該雑音値が使用される。デフォルト雑音値が存在し
ない場合い、該雑音値は、このシステムのオペレータに
より処理されるデジタル画像から生成される。
【0010】Reumanにより教示されるこの方法では、推
定される雑音特性値はデジタル画像取得装置に対して固
有のものである。Reumanは、フィルムスキャナ、デジタ
ルカメラ又は画像処理モジュールのようなデジタル画像
取得装置の例を与えている。
【0011】フィルムスキャナは、それが生成するデジ
タル画像に雑音を加えるが、出力されるデジタル画像に
存在する雑音の多くは、写真式フィルムタイプによるも
のと考えることができる。したがって、走査された写真
式フィルムから導出されたデジタル画像に関連する雑音
特性値は、デジタル画像を生成するために使用されるフ
ィルムスキャナ装置に独立な写真式フィルムのタイプの
ものであると考えることができる。
【0012】Kwon等による米国特許第5,959,720号で
は、写真式フィルムオーダの複数の画像フレームを利用
するカラーコピー装置により使用される色バランス判定
方法が記載されている。複数の個々のデジタル画像は、
フィルムスキャナにより生成され、これらデジタル画像
の画素データは、集合的に分析されて、デジタル画像の
セットに関連する色バランス点が計算される。
【0013】次いで、この色バランス点が使用されて、
改善された色バランスについてそれぞれのデジタル画像
が生成される。Kwon等により開示される方法は、複数の
デジタル画像からの画素データの分析を結合して、それ
ぞれのデジタル画像について画素データの処理が改善さ
れるデジタル画像形成の分析方法の例である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、コモ
ンノイズ源により影響を受けたと思われるデジタル画像
をエンハンスするための改善された方法を提供すること
にある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的は、コモンノイ
ズ源により影響を受けたと思われる複数のデジタル画像
から1つ又は複数のデジタル画像をエンハンスする方法
により解決される。本方法は、以下のステップを備えて
いる。 a)コモンノイズ源により影響を受けたと思われる2つ
以上のソースデジタル画像を受信するステップ。 b)受信されたソースデジタル画像の画素を使用して、
受信されたソースデジタル画像に存在する雑音に関連す
る雑音特性値を計算するステップ。 c)雑音特性値及び受信されたソースデジタル画像を使
用して、1つ又は複数の受信されたソースデジタル画像
について、エンハンスされたデジタル画像をそれぞれ計
算するステップ。
【0016】本発明の特徴は、デジタル画像の特定のグ
ループについて、同じ量の雑音を含んでいるという事実
を利用することにより、改善された画像エンハンスメン
トを提供することにある。本発明は、一般的な写真式フ
ィルムのタイプに関して撮影された画像をエンハンスす
るために特に有効である。これらの画像は全て、写真式
フィルムにより実質的に影響されるコモンノイズ特性を
共有している。しかし、本発明は、コモンノイズを生成
するスキャナ又はデジタルカメラにより、デジタル画像
が提供される場合にも有効である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下の記載では、本発明の好適な
実施の形態がソフトウェアプログラムとして記載され
る。当業者であれば、かかるソフトウェアと等価にハー
ドウェアが構築されてもよいことを認識されるであろ
う。
【0018】画像処理アルゴリズム及びシステムが知ら
れているが、本発明による開示は、本発明による方法の
一部分を構成するアルゴリズム及びシステム、又はより
直接一体となるアルゴリズム及びシステムに特に注目し
ている。
【0019】かかるアルゴリズム及びシステムの他の態
様、及び本明細書では特に図示してない関連する画像信
号を生成又は処理するためのハードウェア及び/又はソ
フトウェアは、従来知られているかかるシステム、アル
ゴリズム、構成部品及び要素から選択されて構成されて
もよい。以下の詳細な説明において示される所与の記載
について、全てをソフトウェアで実現することは典型的
なことであり、当該技術分野における通常技術の範囲で
ある。
【0020】本発明は、コンピュータハードウェアで実
現してもよい。図2を参照して、以下の記載は、画像取
得装置10a〜10c、デジタルイメージプロセッサ2
0、画像出力装置30a〜30b、及び汎用的な制御コ
ンピュータ40を含んだデジタル画像形成システムに関
連している。
【0021】本システムは、コンピュータコンソール又
はペーパプリンタのようなモニタ装置50を含んでいて
もよい。また、本システムは、キーボード及び/又はマ
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を含んでいてもよい。複数の画像取得装置10a〜
10cは、本発明が様々な画像形成装置から形成される
デジタル画像を使用する場合があることを例示してい
る。
【0022】たとえば、図2がデジタル写真システムを
表していてもよい。そこでは、画像取得装置10aは、
カラーネガ又はカラースライドに関するシーンを取得す
るための典型的な写真式フィルムカメラ、及びフィルム
現像された画像を走査してデジタル画像を生成するため
の写真式フィルムスキャナである。
【0023】用語「スキャナ」は、写真式フィルムサン
プルに対して検出素子を物理的に走査又は移動して通過
させるデジタル画像形成装置を言及することができる
が、本発明では、静止画像検出装置を使用してデジタル
画像を生成する写真式フィルムスキャナ及びプリントス
キャナも含まれる。
【0024】デジタルイメージプロセッサ20は、デジ
タル画像の1セットを受け、これらデジタル画像を処理
し、意図される出力装置又は記録媒体に備えて、1つ又
は複数のデジタル画像についてエンハンスされたデジタ
ル画像を生成する。デジタルイメージプロセッサ20
は、デジタル画像の1セットの雑音特性を分析し、雑音
低減フィルタ及び空間鮮鋭化フィルタを使用することに
より、これらデジタル画像の空間特性を修正する。
【0025】加えて、デジタルイメージプロセッサ20
は、デジタル画像のセットを処理して、喜んでいるよう
に見える画像が画像出力装置30aにより生成されるよ
うに、色、濃度及びトーンスケールについて調節を行っ
てもよい。当業者であれば、本発明がちょうどこれら記
載されたモジュールのみに限定されないことを認識され
るであろう。
【0026】複数の画像出力装置30a〜30bは、本
発明がデジタル写真プリンタ及びソフトコピーディスプ
レイを含んでいる場合がある様々な出力装置と共に使用
される場合があることを例示している。本発明では、デ
ジタル写真プリンタを使用して、写真プリントを作成す
るためにエンハンスされたデジタル画像のプリントを作
成する。
【0027】図2において示される汎用的な制御コンピ
ュータ40は、本発明のコンピュータプログラムをコン
ピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶する。この媒体
とは、たとえば、(フロッピー(登録商標)ディスクの
ような)磁気ディスク又は磁気テープのような磁気記録
媒体、光ディスク、光テープ又はマシン読み取り可能な
バーコードのような光記録媒体、ランダムアクセスメモ
リ(RAM)又はリードオンリメモリ(ROM)のよう
な固体電子記憶装置、を備えていてもよい。
【0028】また、本発明の関連するコンピュータプロ
グラムの実現は、オフラインのコンピュータメモリ装置
70により示されるコンピュータプログラムを記憶する
ために使用されるいずれか他の物理装置に記憶されても
よい。本発明の記載の前に、理解を容易にするために、
本発明は、パーソナルコンピュータのようないずれか公
知のコンピュータシステムで利用されることが好ましい
ことを示しておく。
【0029】なお、ソフトウェア及び/又はハードウェ
アの組み合わせにより本発明を実現することは、同じ物
理的な場所内に物理的に接続及び/又は配置される装置
を限定しない。図1において例示される1つ又は複数の
装置は、遠隔的に配置されてもよいし、無線接続を介し
て接続されてもよい。
【0030】デジタル画像は、1つ又は複数のデジタル
画像チャネルからなる。それぞれのデジタル画像チャネ
ルは、2次元の画素アレイからなる。それぞれの画素値
は、画素の幾何学的な領域に対応する画像取得装置によ
り受信された光の量に関連している。
【0031】カラー画像形成の用途について、デジタル
画像は、赤、緑及び青のデジタル画像チャネルから典型
的に構成されている。また、他の構成、たとえばシア
ン、マゼンダ及び黄のデジタル画像チャネルを実施する
こともできる。単色画の用途について、デジタル画像
は、1つのデジタル画像チャネルからなる。動画像の用
途では、デジタル画像の時間系列として考えることがで
きる。
【0032】当業者であれば、限定するものではない
が、本発明を上記用途のいずれかについてのデジタル画
像チャネルに適用することができることを認識されるで
あろう。本発明は、デジタル画像を行及び列により配列
される2次元の画素アレイの値として記載される。当業
者であれば、本発明を同じ作用の(直線でない)モザイ
クアレイに適用することができることを認識されるであ
ろう。
【0033】本発明の以下の記載は、デジタル画像の処
理を記載するものであるが、デジタル画像の処理は、デ
ジタル画像全体が処理されなければならないことを必ず
しも必要としていない。たとえば、全体のデジタル画像
を処理することなしに、デジタル画像内の選択された領
域を処理することもできる。
【0034】同様に、デジタル画像に含まれているデジ
タル画像チャネルのうちの幾つかのみを使用して処理す
ることにより、本発明を実施することもできる。なお、
本発明は、複数の異なる画像表現からなるデジタル画像
により実施することができる。たとえば、赤、緑及び青
の色画素を有するデジタル画像により、本発明を実施す
ることができる。また、輝度−色度で画像表現されたデ
ジタル画像により、本発明を実施することもできる。
【0035】図2において示されるデジタルイメージプ
ロセッサ20は、図3においてより詳細に例示されてい
る。本発明により使用されるデジタルイメージプロセッ
サ20の一般的な構成は、画像処理モジュールのカスケ
ード接続である。雑音推定モジュール110は、ソース
デジタル画像101を受け、ソースデジタル画像101
からの画素値を使用して、ローカル(局所的)な雑音特
性のテーブル105、すなわち雑音特性値のテーブルを
計算する。
【0036】デジタルイメージプロセッサ20内に含ま
れるそれぞれの画像処理モジュールは、デジタル画像を
受けて修正し、処理されたデジタル画像を生成して、次
の画像処理モジュールに送出する。図3において、デジ
タルイメージプロセッサ20内に示されている2つのエ
ンハンスメント変換モジュールは、雑音低減モジュール
22及び空間鮮鋭化モジュール23である。
【0037】これら2つのモジュールは、雑音推定モジ
ュール110により生成されたローカル雑音特性テーブ
ル105を使用して、エンハンスされたデジタル画像1
02を生成する。当業者であれば、雑音特性モジュール
を利用するいずれか他の画像処理モジュールを本発明に
使用することができることを認識されるであろう。
【0038】図1において示される雑音推定モジュール
110は、処理が詳細に例示されている。ソースデジタ
ル画像101は、デジタル画像索引付け部115により
受けられる。この索引付け部は、それぞれのソースデジ
タル画像101を処理のために残差変換モジュール12
0に発送する。
【0039】残差変換モジュール120は、ソースデジ
タル画像101を受け、ソースデジタル画像10の画素
データに関して空間フィルタリング処理を実行し、結果
的に残差のデジタル画像を得る。それぞれのソースデジ
タル画像101について生成された残差のデジタル画像
は、残差統計量アキュムレータ130により受けられ、
このアキュムレータは、ローカルな残差ヒストグラムの
セットを計算する。
【0040】デジタル画像索引付け部115が発送され
た全てのソースデジタル画像101を有する場合、この
索引付け部は、全てのソースデジタル画像101が処理
されたことを示すメッセージを雑音テーブル計算部14
0に送出する。この計算部は、ローカルな残差ヒストグ
ラムのセットを受け、ローカル雑音特性テーブル105
を生成する。
【0041】残差変換モジュール120は、残差空間フ
ィルタを使用して、デジタル画像の画素に関する空間フ
ィルタ処理を実行する。残差の画素値は、残差空間フィ
ルタにより、ソースデジタル画像101におけるそれぞ
れの原画素値について生成される。それぞれの画素につ
いて、画素のローカル領域からサンプル採取された画素
値の結合が使用されて残差画素値が形成される。
【0042】ソースデジタル画像101がカラーデジタ
ル画像である場合、残差変換モジュール120は、それ
ぞれのカラーデジタル画像チャネルに関して空間フィル
タリング処理を実行し、それぞれのカラーデジタル画像
チャネルのそれぞれの画素について残差画素値を形成す
る。
【0043】本発明の好適な実施の形態では、空間フィ
ルタとして2次元のラプラシアン演算子が使用されて、
残差画素値が形成される。ラプラシアン演算子は、注目
する画素についてローカル領域からサンプル採取された
画素の値から、ローカルの算術平均値を計算して、注目
する画素の値をローカルの算術平均値から減算する。こ
こでは、3×3画素のローカル領域が使用される。
【0044】ラプラシアン演算子は、以下の付随する畳
み込みカーネルを有する畳み込み空間フィルタである。
【0045】
【数1】 本発明の好適な実施の形態では、残差空間フィルタに基
づく2次元のラプラシアンが使用される。当業者であれ
ば、限定するものではないが、1次元のラプラシアン空
間フィルタのような他の空間フィルタを使用して本発明
を実施することができることを認識されるであろう。
【0046】本発明の代替的な実施の形態では、Snyder
等により米国特許第5,923,775号において開示される方
法が使用される。この代替的な実施の形態では、残差画
素値を形成する同様な技法が実行される。次に、空間フ
ィルタを使用して勾配信号が計算される。この勾配信号
は分析されて、後の考慮から残差画素値の幾つかを阻止
するために、マスキング信号が形成される。この代替的
な実施の形態は、より正確な雑音推定を可能にするが、
好適な実施の形態に比較してより計算量が多くなる。
【0047】ソースデジタル画像101の画素データ
は、2つの成分、写真撮影された物体の成分及び雑音成
分を有するデータとして概念化することができる。結果
的に得られる残差画素値は、信号成分よりもソースデジ
タル画像101の画素データの雑音成分に対してより密
接な関係を有する統計的特性を有する。雑音成分は、サ
ブ成分を含むことができるが、雑音成分のうちの確率的
なサブ成分は、ゼロ平均ガウス確率分布関数により良好
にモデル化されている。
【0048】第1に、ソースデジタル画像101の画素
データの雑音成分は、標準偏差及びゼロ平均値により特
徴付けることができる。第2に、信号及び色チャネルに
依存するように、雑音成分の標準偏差をモデル化するこ
とができる。
【0049】残差変換モジュール120は、残差画素値
を分析して、画素の色及び数値の画素値の関数として、
ローカルの残差ヒストグラムのセットの構成でこれらの
値を記録する。したがって、所与のローカルの残差ヒス
トグラムHikは、i番目のカラーデジタル画像チャネ
ル、及びk番目の画素値サブレンジに関連している。
【0050】処理されたカラーデジタルチャネルにおけ
る(m番目の行及びn番目の列に対応する)pmnにより
示されるそれぞれの画素について、ヒストグラム ビン
インデックスkが計算される。たとえば、画素値の数値
レンジが0〜255である場合、256の有効なヒスト
グラムが存在することになる。すなわち、それぞれ可能
な数値的な画素値について、1つのヒストグラムが存在
する。
【0051】一般に、殆どの雑音源は、画素値の緩やか
な関数である雑音の標準偏差を有することで特徴付ける
ことができる。したがって、本発明の好適な実施の形態
では、8つのヒストグラムを使用して、0〜255の数
値的な画素値のレンジをカバーする。したがって、計算
されたヒストグラムインデックスビン及び対応するサブ
レンジの画素値は、以下の表1により与えられる。
【0052】
【表1】 当業者であれば、いずれかの数値的なレンジを有するデ
ジタル画像の画素データにより本発明を実施することが
できることを認識されるであろう。それぞれのカラーデ
ジタル画像チャネルについて使用されるローカルな残差
ヒストグラムの数は、特定の画像形成の用途について必
要とされる正確な結果に依存する。
【0053】それぞれのローカルな残差ヒストグラム
は、所与のカラーデジタル画像チャネルについての画素
値のレンジについて統計的な情報を記録するが、ローカ
ルな残差ヒストグラムは、それぞれの画素に関連する残
差画素値の頻度pmnを記録する。期待される残差画素値
の分散の平均はゼロであるので、残差画素値は、正及び
負の値の両者を示す。したがって、ローカルな残差ヒス
トグラムは、頻度、すなわち残差画素値の全ての可能な
場合の残差画素値の場合の数を記録しなければならな
い。
【0054】上記の例について、残差画素値は、−25
5〜+255のレンジとすることができる。ローカルな
残差ヒストグラムを、残差画素値の可能な場合があるの
と同じ記録ビンにより構築することは可能であるが、一
般には必要ではない。殆どのデジタル画像について、残
差画素値の小さなパーセンテージのみが可能なレンジの
極値に近い値を示す。
【0055】本発明は、それぞれのローカルな残差ヒス
トグラムについて、101の全記録ビンを使用してい
る。記録ビンのうちの1つは、50以上の残差画素値に
対応する。同様に、他の記録ビンのうちの1つは、−5
0以下の残差画素値に対応する。他の99の記録ビン
は、−49〜+49の数値的レンジについて、1つの残
差画素値にそれぞれ対応する。
【0056】図2を参照して、雑音テーブル計算部14
0は、ローカルな残差ヒストグラムのセットを受け、標
準偏差値のテーブル構成でローカルな雑音特性テーブル
105を計算する。特定のカラーデジタル画像チャネル
及び画素値のレンジに関連するそれぞれのローカルな残
差ヒストグラムについて、雑音テーブル計算部140
は、ローカルな残差ヒストグラムの記録セルの値から、
雑音の標準偏差値を導出する。
【0057】本発明の好適な実施の形態では、式(2)
を使用して、以下の標準偏差値σnを計算する。
【0058】
【数2】 ここで、変数xは、表1により与えられたようなk番目
の記憶セルにおいて累積された残差画素値の平均画素値
を表している。RCv(k)はk番目の記録セルにより累積
された残差画素値の数を表している。
【0059】
【数3】 変数xmは、式(4)により与えられる残差画素値に対
応する算術的平均値を表している。
【0060】
【数4】 変数Nは、式(5)により与えられる更新された残差ヒ
ストグラムにより記録された残差画素値の総数を表して
いる。
【0061】
【数5】 本発明の代替的な実施の形態は、アルファトリムされた
標準偏差の計算を実行する。この実施の形態では、上述
した方法を使用して、標準偏差σeに対する第1近似が
計算される。次いで、対応するゼロ制限された範囲内の
残差画素値を有する記録セルのみを使用して、σnの計
算が実行される。標準偏差σnの計算についての公式
は、式(6)により与えられる。
【0062】
【数6】 ここで、変数γは式(7)を使用して与えられる。
【0063】
【数7】 ここで、変数αは3.0に設定される。本発明のこの代
替的な実施の形態では、好適な実施の形態に比べて計算
量が多くなるが、費やす残差画素値を標準偏差値σn
計算に悪影響を及ぼすことから阻止することを通して、
より正確な結果となる。
【0064】以下の表2は、本発明により生成される雑
音特性テーブルの例である。
【0065】
【表2】 当業者であれば、デジタル画像に存在する雑音に関連す
る標準偏差以外の計算量により、本発明を実施すること
ができることを認識されるであろう。たとえば、統計的
な分散値(標準偏差の二乗関数)又は統計的なメディア
ン値を残差ヒストグラムから導出することができ、雑音
特性値のテーブルを形成することができる。
【0066】本発明は、残差ヒストグラムのセットを使
用して、計算された統計量を記憶するものである。ヒス
トグラムのセットは、雑音特性を導出することができる
統計的なテーブルの1例である。したがって、ローカル
な残差ヒストグラムのセットは、統計的なテーブル、す
なわちローカルな統計的テーブルを構成している。
【0067】当業者であれば、他の形式の統計的テーブ
ルにより本発明を実施することができることを認識され
るであろう。たとえば、残差デジタル画像を記憶して、
統計的テーブルとして役立たせることができる。なお、
本発明は、固有の計算、記憶及び経済性により、残差ヒ
ストグラムのセットを統計的テーブルのための構成とし
て使用している。
【0068】本発明は、複数のデジタル画像の残差統計
値を結合することの特徴を通して、より正確な雑音特性
テーブルを生成している。複数のデジタル画像から考慮
されるより多くの画素データにより、計算された雑音特
性テーブルの標準偏差値は、記録媒体にある固有の雑音
特性に収束する。多くのデジタル画像形成の用途につい
て、共通の画像源から導出される複数のデジタル画像
は、コモンノイズのソース(源)により影響を受けてい
る。
【0069】上記の議論は、一般的なタイプのデジタル
画像について、本発明の実施の詳細を含んでいる。しか
し、殆どのデジタル画像形成システムは、様々な雑音発
生源を介してデジタル画像を受ける。たとえば、図2に
おいて示される画像取得装置10a及び10bは、写真
式フィルムスキャナとすることができ、一方、画像取得
装置10cは、デジタルカメラ、デジタルカムコーダ又
はプリントスキャナとすることができる。
【0070】画像取得装置は、該装置が生成するデジタ
ル画像に雑音を与える可能性がある。しかし、取得媒体
における固有の雑音は、残差デジタル画像の雑音特性全
体を支配する。たとえば、写真フィルムスキャナがいず
れかの写真フィルムのタイプからのデジタル画像を生成
することができるが、一般に、写真フィルムには、他よ
りも固有に雑音を含んでいる。写真フィルムのサンプル
は、写真画像の1例である。写真画像の他の例は、限定
するものではないが、CCD画像形成電子装置及び写真
プリントを含むことができる。
【0071】本発明の代替的な実施の形態では、図2に
おいて示されている画像取得装置10a、10b及び1
0cは、図1において示されているように、ソースタイ
プを識別するタグ103を生成することができる。上述
された例では、ソースデジタル画像101のセット及び
ソースタイプ識別タグ103を生成する画像取得装置1
0aにより、写真フィルムサンプルであるKodak Genera
tion 6 Gold 200 filmが走査される。
【0072】デジタル画像形成システムは、複数の記憶
されているソースタイプ識別タグを保持する。このタグ
は、異なるタイプの写真フィルム、プリントスキャナ及
びデジタルスキャナ等に対応する複数の記憶されている
デフォルトの雑音特性テーブルに対応している。デジタ
ル画像形成システムは、ソースタイプ識別タグを使用し
て、適切なデフォルトの雑音特性テーブルを選択する。
【0073】図1を参照して、ソースタイプ識別タグ1
03は、雑音推定モジュール110のデジタル画像索引
付け部115により受信される。ソースタイプ識別タグ
103は、Kodak Generation 6 Gold 200 filmがソース
であるとしてソースデジタル画像101を識別する。特
定のモデルデジタルカメラのような他の画像取得装置に
より生成されたデジタル画像は、対応する唯一のソース
タイプ識別タグを有している。
【0074】同様にして、このソースタイプ識別タグに
より記録されたデジタル画像のセットは処理されて、ロ
ーカルな雑音特性テーブル105が生成される。このテ
ーブルは、エンハンスされたデジタル画像102を生成
するために使用される。ソースタイプ識別タグ103
は、特定の利用者に属するデジタル画像のセットをさら
に識別することができる。
【0075】この代替的な実施の形態について、特定の
利用者のソースタイプ識別タグ103により記録された
デジタル画像はセットとして処理される。勿論、特定の
利用者が、処理のために写真式画像の1セット以上を与
えてもよい。
【0076】上述した本発明の代替的な実施の形態は、
画像のソース(源)に基づいてデジタル画像のグループ
化を利用する。計算された雑音特性テーブルの統計的な
精度は、画像の同じソースから導出されるソースデジタ
ル画像のうちで、予め処理されたセットからの統計量が
結合された場合にさらに改善される。
【0077】本発明の更なる実施の形態では、(図4に
おいて図示されるような)デフォルトの統計的テーブル
106は、すなわちデジタル画像形成システムにより保
持され提供されており、ソースデジタル画像101から
の画素と共に使用され、ソースデジタル画像101につ
いて、ローカルな雑音特性テーブル105が計算され
る。
【0078】しかし、図1において示されるようなデジ
タル画像形成システムは、それぞれ唯一のソースタイプ
識別タグ103に対応するデフォルトの統計的テーブル
106を記憶する。したがって、Kodak Generation 6 G
old 200 filmに対応するデフォルトの統計的テーブル1
06が使用され、画像取得装置10aによりサンプルで
あるKodak Generation 6 Gold 200 filmの走査から導出
されたソースデジタル画像101が処理される。
【0079】なお、画像取得装置10bによりサンプル
であるKodak Generation 6 Gold 200 filmが走査される
場合、Kodak Generation 6 Gold 200 filmに対応する同
じデフォルトの統計的テーブルが使用されることを示す
ことは重要である。したがって、デフォルトの統計的テ
ーブル106は、写真フィルムのタイプに基づいて選択
され、画像形成装置のタイプ又は個々のユニットに関し
ては必要ではない。本発明の特徴により、デフォルトの
統計的テーブル106、及び結果的に得られる計算され
たローカルの雑音特性テーブル105により、製造され
る写真フィルムのタイプを追跡又は関連することができ
る。
【0080】本発明はデフォルトの統計的テーブル10
6を自動的に更新して、デジタル画像の画素値からデフ
ォルトの統計的テーブル106を導出することができる
ので、統計的テーブル又は雑音特性テーブルのいずれか
の普及しているデータベースを必要とせずに、新たなタ
イプの製造された写真フィルムを使用して、本発明を利
用することができる。
【0081】当業者であれば、本発明のこの特徴を容易
に拡張して、他のソースのデジタル画像を含めることが
できることを認識されるであろう。たとえば、画像取得
装置10cは、Kodak DCS290のようなデジタルスチルカ
メラとすることができる。たとえば、画像取得装置10
cは、唯一のソースタイプ識別タグ103を生成する。
このようにして、本発明により、新しく、唯一のソース
タイプ識別タグを生成するような、デジタルカメラのい
ずれか新たに生成される処理を効率的に実行することが
できる。
【0082】図2において示されるデジタル画像形成シ
ステムが予め知られたソースタイプを受信する場合、新
たなデフォルトの統計的テーブル106が作成される。
本発明の別の代替的な実施の形態では、図2において示
されるデジタル画像形成システムは、それぞれの画像取
得装置10a及び10bについて、デフォルトの統計的
テーブル106を個別のデータベースにおいて、それぞ
れのソース識別タグ103のうちの1つを保持してい
る。
【0083】画像取得装置は、該装置が生成するデジタ
ル画像に対してある雑音を与えるので、それぞれの画像
取得装置について、デフォルトの統計的テーブルの個別
のデータベースを保持することにより、より正確な雑音
特性テーブルを得ることができる。
【0084】図4において示されるように、残差統計量
アキュムレータ130は、デフォルトの残差ヒストグラ
ムにより、デフォルトの統計的テーブル106をローカ
ルな残差ヒストグラムに結合する。ローカルな残差ヒス
トグラムが、ソースデジタル画像101の現在処理され
たセットから導出されるように、残差画素値を記録する
場合、デフォルトの残差ヒストグラムは、予め処理され
たデジタル画像から導出されたように、残差画素値を記
録する。
【0085】したがって、デフォルトの残差ヒストグラ
ムは、ローカルな残差ヒストグラム、すなわち、それぞ
れのカラーデジタル画像チャネルのそれぞれの画素値の
サブレンジについて1つのローカルな残差ヒストグラム
と同じ形式を正確に有している。
【0086】本発明は、ローカルな残差ヒストグラムと
デフォルトの残差ヒストグラムに結合する1つ以上の方
法を使用している。しかし、それぞれの方法は、1つの
ローカルな残差ヒストグラムが対応するデフォルトの残
差ヒストグラムに結合している。したがって、それぞれ
の結合する方法が全てのヒストグラムのペアについて繰
り返されるという仮定により、2つのヒストグラムの結
合に関する方法のみを議論することが適切である。
【0087】本発明のこの代替的な実施の形態は、ロー
カルな残差ヒストグラム及びデフォルトの残差ヒストグ
ラムにおいて含まれているデータを結合する直接の方法
を採用している。すなわち、ローカルな残差ヒストグラ
ムのそれぞれの記録セルにおいて含まれている数は、デ
フォルトの残差ヒストグラムの対応する記録セルに直接
加算される。したがって、結合ステップが実行された
後、それぞれの記録セルの更新された値は、記録セルの
前の値と、ローカルな残差ヒストグラムの対応する記録
セルに含まれている値との総和により与えられる。
【0088】デフォルトの残差ヒストグラムの記録セル
は、前に処理されたデジタル画像と同様にソースデジタ
ル画像のセットから導出された残差画素値の全総和を含
んでいるので、コンピュータによる実現において数値的
なレンジを超える可能性がある。このオーバフロー条件
を回避するために、デフォルトの残差ヒストグラムを再
度正規化することができる。再正規化の処理は、記録セ
ルの値を走査して、最大値と所定の閾値とを比較して最
大値を決定することを含んでいる。
【0089】最大値が所定の許容閾値よりも大きい場
合、全ての記録セルの値が一定の数値的要素により割り
算される。デフォルトの残差ヒストグラムの再正規化の
この処理は、ローカルな残差ヒストグラムとデフォルト
の残差ヒストグラムの結合処理の前又は後のいずれかで
実行することができる。本発明の好適な実施の形態で
は、上記結合処理の前に再正規化処理が実行される。
【0090】本発明の代替的な実施の形態は、デフォル
トの残差ヒストグラムとローカルな残差ヒストグラムの
間の重み付け平均を計算することにより、更新された残
差ヒストグラムを生成する。デフォルトヒストグラムR
dのそれぞれの記録セルと、ローカルな残差ヒストグ
ラムRC1のその対応する記録セルについて、更新され
た記録セル値RCvは、以下の式を使用して計算され
る。
【0091】
【数8】 ここで、変数βは数値的な重み付け要素である。本発明
は、デフォルトの残差ヒストグラムへの寄与に大きくウ
ェイトをかけるために、0.99のβの値を使用してい
る。本発明のこの代替的な実施の形態では、ローカルな
残差ヒストグラムとデフォルトの残差ヒストグラムの線
形結合を採用している。
【0092】本発明は、残差ヒストグラムを記録する代
わりに、すなわちデジタル画像形成システムにより保持
され提供されるデフォルトの雑音特性テーブルを記録す
ることにより実施することができる。図5は、雑音推定
モジュール110の代替的な実施の形態の詳細を示して
いる。上述した代替的な実施の形態において記載された
ように、ローカルな残差ヒストグラムのセットは、ソー
スデジタル画像101から計算される。
【0093】雑音テーブル計算部140は、ローカルな
残差ヒストグラムを受け、ローカルの雑音特性テーブル
105を生成する。雑音テーブルジェネレータ150
は、ローカルの雑音特性テーブル及びデフォルトの雑音
特性テーブル107を受け、更新された雑音特性テーブ
ル108を生成する。
【0094】この更新された雑音特性テーブル108
は、処理される次のソースデジタル画像101につい
て、デフォルトの雑音特性テーブル107を置換する。
ローカルの雑音特性テーブル105及びデフォルトの雑
音特性テーブル107は、要素についてこれら2つのテ
ーブル要素の線形結合を計算することにより結合され
る。この線形結合の良好な値は、デフォルトの雑音特性
テーブルの値について0.09の寄与であり、ローカル
の雑音特性テーブルの値について0.01の寄与であ
る。
【0095】本発明のこの代替的な実施の形態では、ロ
バストな雑音特性テーブルを生成するために使用するこ
とができる。残差ヒストグラムを結合する代替的な実施
の形態により、より正確な結果が生成される。
【0096】計算された雑音特性テーブルは、空間フィ
ルタと共に使用され、ソースデジタル画像101からエ
ンハンスされたデジタル画像102が生成される。空間
フィルタは、注目する画素についてローカル領域からサ
ンプル採取された画素値を使用して、注目する画素を置
き換えるエンハンスされた画素値を計算するいずれかの
方法である。
【0097】処理されたデジタル画像から雑音を除去す
るために少なくとも幾つかの画素について、空間的な変
調を低減するそれらのフィルタは、雑音低減フィルタを
考慮することができる。処理されたデジタル画像におけ
る空間的な詳細の雑音を強調するために少なくとも幾つ
かの画素について、空間変調を増加するそれらのフィル
タは、空間鮮鋭化フィルタを考慮することができる。
【0098】なお、空間鮮鋭化フィルタと共に雑音低減
フィルタの両者を1つのフィルタについて考慮すること
ができる。本発明は、雑音特性テーブルを使用して、エ
ンハンスされたデジタル画像102を生成するいずれの
画像処理方法により使用することができる。画素の色又
は数値的な値のいずれかの関数としての処理制御パラメ
ータを調整する空間フィルタは、適応空間フィルタであ
る。本発明は、雑音特性テーブルに応答する雑音低減フ
ィルタ及び空間鮮鋭化フィルタを使用している。
【0099】図2を参照して、本発明の好適な実施の形
態は、画像処理方法の部分として雑音低減モジュール2
2を使用し、エンハンスされたデジタル画像102を生
成している。このため、ソースデジタル画像101及び
ローカルの雑音特性テーブル105は、雑音低減モジュ
ール22により受信され、該モジュールは、雑音低減さ
れたデジタル画像を出力に関して生成する。
【0100】多くの実際の画像形成システムについて、
他の画像処理プロセッサが含まれることが必要であるこ
とを示しておくことは重要である。これら他の画像処理
プロセッサがデジタル画像を入力として受信し、デジタ
ル画像を出力として生成する限り、より多くのこれらの
タイプのデジタル画像処理モジュールは、雑音低減モジ
ュール22と空間鮮鋭化モジュール23の間の画像処理
チェーンに挿入することができる。
【0101】本発明は、Jong-Sen Leeによる論文“Digi
tal Image Smoothing and the Sigma Filter”Computer
Vision, Graphics, and Image Processing Vol 24, p2
55-269, 1983に記載されている、処理されたデジタル画
像の外観をエンハンスする雑音低減フィルタとして、シ
グマフィルタの修正された実現を使用している。
【0102】n×n画素のサンプル採取されたローカル
領域に含まれている画素の値は、中央の画素又は注目す
る画素の値と比較される。ここで、nは行又は列方向の
いずれかにおける画素長を示している。サンプル採取さ
れたローカル領域におけるそれぞれの画素は、注目する
画素の値とローカル領域の画素の値の間の絶対誤差に基
づいた1又は0の重み付け要素により与えられる。画素
値の差の絶対値が閾値εに等しいか、又は該閾値より小
さい場合、重み付け要素は1に設定される。さもなけれ
ば、重み付け要素は0に設定される。
【0103】数値的な定数εは、期待される雑音の標準
偏差の2倍に設定される。雑音低減された画素の値の計
算についての数学的な表現は、以下のように与えられ
る。
【0104】
【数9】 ここで、pijは、サンプル採取されるローカル領域に含
まれるij番目の画素を表している。pmnは、m行n列
に配置される注目する画素の値を表している。a ijは、
重み付け要素を表している。qmnは、雑音低減された画
素値を表している。典型的に、中央の画素についてセン
タリングされる方形のサンプル採取領域は、ローカルの
画素値をサンプル採取するために変動する添字i及びj
により使用される。
【0105】信号に依存する雑音特性は、式(10)に
より与えられるεについての表現に組込まれる。
【0106】
【数10】 ここで、σnは、上記式(3)及び(8)により記載さ
れたような中央の画素値pmnで評価されるソースデジタ
ル画像101の雑音の標準偏差を表している。スケーリ
ングファクタと呼ばれるパラメータSfacを使用して、
雑音低減の程度を変化させることができる。Sfacパラ
メータについての最適値は、実験を通して1.5である
ことがわかっているが、1.0〜3.0の値のレンジ
は、許容可能な結果を生成することができる。
【0107】次いで、2つの総和の割り算として、雑音
が低減された画素値qmnの計算が行われる。このプロセ
スは、デジタル画像チャネルに含まれている幾つかの画
素又は全ての画素について、及びデジタル画像に含まれ
ているデジタル画像チャネルの幾つか又は全てについて
完了される。
【0108】雑音低減された画素値は、雑音が低減され
たでデジタル画像を構成する。シグマフィルタの修正さ
れた実現は、雑音特性テーブルを使用する雑音低減フィ
ルタ、及び画素の色及び数値的な値の関数として除去さ
れる雑音の量を変化させる適応的な雑音低減フィルタの
1例である。
【0109】図1を参照して、本発明の好適な実施の形
態は、画像処理方法の一部として空間鮮鋭化フィルタを
使用して、エンハンスされたデジタル画像102を生成
する。このために、雑音が低減されたデジタル画像及び
ローカルの雑音特性テーブル105は、エンハンスされ
たデジタル画像105である出力を生成する空間鮮鋭化
モジュール23により受信される。
【0110】本発明は、雑音特性の統計的な情報を利用
する空間鮮鋭化フィルタにより使用することができる
が、好適な実施の形態では、Kwon等による米国特許第5,
081,692号により記載されている方法の修正された実現
を使用している。この空間鮮鋭方法は、入力デジタル画
像を(2.0画素の標準偏差により特徴付けられる)空
間平均−2次元ガウシャンフィルタでフィルタリングす
ることにより、鮮鋭化されていないマスキング処理を実
行し、結果的にぼけたデジタル画像が得られる。
【0111】このぼけたデジタル画像は、入力デジタル
画像から減算されて、高域通過の残差が形成される。Kw
on等により開示されている方法では、注目する画素につ
いてのローカルの分散は、高域通過の残差からの画素デ
ータを使用することにより計算される。ローカル分散の
値に基づいて、小さな振幅信号以上の大きな信号を増幅
するように、鮮鋭化要素が調節される。したがって、増
幅要素φは、ローカル分散νからなる要素、すなわちφ
(ν)である。
【0112】本発明は、Kwon等により教示された方法を
修正して、増幅要素φ(ν)を推定される雑音の関数、す
なわちφ(ν,σn)にしている。増幅関数fは、以下の
式(11)に示されるような、ガンマ関数又はガウシャ
ン確率関数の積分により与えられている。
【0113】
【数11】 ここで、y0は、最小増幅要素である。ymaxは、最大増
幅要素である。νmaxは、変数νの最大の横座標値であ
る。ν0は、伝送パラメータである。sは、伝送レート
パラメータである。変数ν0は、式(12)当りの雑音
の標準偏差値σnの関数である。
【0114】
【数12】 ここで、スケーリングファクタSfac2は、雑音に対する
鮮鋭感度の感度を決定する。雑音の標準偏差σnは、式
(3)及び(8)において記載されたような値である。
【0115】式(12)において使用される変数につい
ての最適値は、デジタル画像形成の用途に依存する。本
発明は、y0について1.0の値を使用して、結果的に
雑音が重畳された領域について空間的な鮮鋭さがなくな
る。ymaxについて3.0の値が使用されるが、この変
数は、許容可能な結果を生成する2.0〜4.0のレン
ジをとる値を有するユーザの好みに感度が高い。
【0116】Sfac2の値は、1.5を最適として1.0
〜2.0の間に設定されるべきである。この変数は、適
度な結果のために、ν0/2〜ν0/10のレンジにおけ
る値に設定される。変数νmaxは、期待される雑音、た
とえばσnの値の20倍よりも非常に高い値に設定され
る。
【0117】本発明の好適な実施の形態は、雑音特性テ
ーブルを計算し、この雑音特性テーブルを実質的に使用
してエンハンスされたデジタル画像を生成しているが、
デジタル画像システムは、エンハンスメントの段階から
計算の段階を分離する構成としてもよい。
【0118】本発明の代替的な実施の形態では、計算さ
れた雑音特性テーブルは、メタデータ、すなわち非画素
の情報としてソースデジタル画像101と記憶される。
メタデータを有するソースデジタル画像101を遠隔地
に転送、或いは後に又は別の場所での使用のために記憶
することができる。
【0119】上述されたいずれかの雑音特性テーブルを
メタデータとして記憶することができる。一般に、雑音
特性テーブルは、残差ヒストグラムのセットよりも少な
い記憶容量を必要とする。しかし、残差ヒストグラムの
セットをメタデータとしてソースデジタル画像101と
記憶することができる。
【0120】コンピュータプログラムプロダクトは、1
つ又は複数の記憶媒体を含んでいてもよい。たとえば、
(フロッピーディスクのような)磁気ディスク又は磁気
テープのような磁気記憶媒体、光ディスク、光テープ又
はマシン読み取り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)又はリードオン
リメモリ(ROM)のような固体電子記憶装置、1つ又
は複数のコンピュータに本発明による方法を実行させる
ための命令を有するコンピュータプログラムを記憶する
ために使用されるいずれか他の物理的装置又は媒体であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な実施の形態により使用される、
図3において示される雑音推定モジュールの機能ブロッ
ク図である。
【図2】本発明のデジタル画像システムの実現の構成要
素を示す機能ブロック図である。
【図3】本発明の好適な実施の形態により使用される、
図2において示されるデジタル画像処理プロセッサモジ
ュールの機能ブロック図である。
【図4】本発明の代替の実施の形態により使用される、
雑音推定モジュールの機能ブロック図である。
【図5】本発明の別の代替の実施の形態により使用され
る、雑音推定モジュールの機能ブロック図である。
【符号の説明】
10a〜10c 画像取得装置 20 デジタルイメージプロセッサ 30a〜30c 画像出力装置 40 汎用的な制御コンピュータ 50 モニタ装置 60 入力制御装置 70 コンピュータメモリ装置 101 ソースデジタル画像 102 エンハンスされたデジタル画像 103 ソースタイプ識別タグ 105 ローカルの雑音特性テーブル 106 デフォルトの雑音特性テーブル 108 更新された雑音特性テーブル 115 デジタル画像索引付け部 120 残差変換モジュール 130 残差統計量アキュムレータ 140 雑音テーブル計算部 150 雑音テーブルジェネレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ネイヴィッド セラノ アメリカ合衆国 ニューヨーク 14623 ロチェスター ウエスト・スクワイア・ド ライヴ 369 (72)発明者 アンドルー ギャラガー アメリカ合衆国 ニューヨーク 14420 ブロックポート キャンベル・ロード 353 (72)発明者 ロバート ティー グレイ アメリカ合衆国 ニューヨーク 14617 ロチェスター フランクランド・ロード 225 Fターム(参考) 5B057 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC02 CE02 CE03 CE16 CH07 DB02 DB06 DB09 DC23 DC30 5C077 LL08 LL09 MP01 MP08 PP01 PP03 PP47 PP48 PQ12 PQ19 PQ23

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コモンノイズ源により影響を受けたと思
    われる複数のデジタル画像から1つ又は複数のデジタル
    画像をエンハンスする方法であって、 a)前記コモンノイズ源により影響を受けたと思われる
    2つ以上のソースデジタル画像を受信するステップと、 b)前記受信されたソースデジタル画像の画素を使用し
    て、前記受信されたソースデジタル画像に存在する雑音
    に関連する雑音特性値を計算するステップと、 c)前記雑音特性値及び前記受信されたソースデジタル
    画像を使用して、1つ又は複数の前記受信されたソース
    デジタル画像について、エンハンスされたデジタル画像
    をそれぞれ計算するステップと、を備える方法。
  2. 【請求項2】 コモンノイズ源により影響を受けたと思
    われる複数のデジタル画像のうちの1つ又は複数のデジ
    タル画像をエンハンスする方法であって、 a)前記コモンノイズ源により影響を受けたと思われる
    2つ以上の受信されたソースデジタル画像を受信するス
    テップと、 b)前記受信されたソースデジタル画像の画素を使用し
    て、前記受信されたソースデジタル画像に存在する雑音
    に関連する雑音特性値を計算するステップと、 c)前記雑音特性値及び前記受信されたソースデジタル
    画像を続いて使用して、1つ又は複数のエンハンスされ
    たデジタル画像を生成することができるように、前記雑
    音特性値を前記受信されたソースデジタル画像と記憶す
    るステップと、を備える方法。
  3. 【請求項3】 コモンノイズ源により影響を受けたと思
    われる複数のソースデジタル画像について、更新された
    雑音特性値を計算する方法であって、 a)前記コモンノイズ源により影響を受けたと思われる
    2つ以上のソースデジタル画像を受信するステップと、 b)前記受信されたソースデジタル画像に対応するソー
    スタイプを識別するタグを受信するステップと、 c)前記ソースタイプ識別タグを使用して、複数の記憶
    されているデフォルト雑音の特性値から適切なデフォル
    ト雑音の特性値を選択するステップと、 d)前記受信されたソースデジタル画像の画素を使用し
    て、ローカル雑音の特性値を計算するステップと、 e)前記選択されたデフォルト雑音の特性値と前記ロー
    カル雑音の特性値とを結合して、前記更新された雑音特
    性値を計算するステップと、を備える方法。
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