JP2006217332A - ノイズ軽減回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 デジタルカメラの信号処理におけるノイズ軽減回路を提供する。
【解決手段】 温度センサ１の出力レベルによって、リミット回路１１に入力するリミットレベルの振幅を変動させることにより、温度によって変化するノイズレベルに対応することができ、最適なしきい値でノイズとエッジの分離ができ、かつ一定のしきい値でノイズを除去する回路と比較し、ノイズの取り残しやエッジの除去の発生を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ノイズ軽減回路に関し、特に、デジタルカメラの信号処理におけるノイズ軽減回路に関する。

デジタルカメラにおけるノイズ軽減処理は、信号処理回路の周囲に設けられた温度センサや気温などの温度条件とは無関係に実行されている。図４は、信号処理回路におけるノイズ軽減回路の構成を示す図である。図４に示すノイズ軽減回路は、入力端子（３、６、１９）、出力端子７、ノイズ成分抽出フィルタ９、２の補数を絶対値と符号に変換する全波整流回路（絶対値回路）１７、リミット回路１１、符号と絶対値とを２の補数に変換する全波整流回路（絶対値回路）１６、乗算器１５、及び減算器１８を有して構成される。

入力端子３は、ノイズ成分抽出フィルタ９の入力と減算器１８の非減数入力に接続されている。ノイズ成分抽出フィルタ９の出力は、絶対値回路１７の入力に接続されている。絶対値回路１７からの絶対値は、リミット回路１１の入力に接続され、符号出力は絶対値回路１６の符号入力に接続される。リミット回路１１の出力は、絶対値回路１６の絶対値入力に接続される。絶対値回路１６の出力は、乗算器１５の一方の入力に接続される。乗算器１５の出力は、減算器１８の減数入力に接続される。入力端子１９は、リミット回路１１のリミットレベル入力に接続される。入力端子６は、乗算器１５の他方の入力に接続される。減算器１８の出力は、出力端子７に接続されている。

図５は、図４に示した従来のノイズ軽減回路の動作を示すタイミングチャートである。

入力端子３からは、熱によるノイズを有した映像信号Ｓ１３が入力される。映像信号Ｓ１３は、ノイズ成分抽出フィルタ９により演算されノイズ信号Ｓ１４になる。ノイズ信号Ｓ１４には、ノイズ成分とエッジ成分が含まれる。ノイズ信号Ｓ１４は、絶対値回路１７により絶対値信号Ｓ１６になる。

入力端子１９からは、ノイズ信号Ｓ１４の振幅を予め設定された振幅に制御するリミットレベルＳ１５がリミット回路１１に入力される。絶対値回路１７から出力された絶対値信号Ｓ１６は、リミット回路１１に入力され、リミットレベルＳ１５によりその振幅が所定の振幅以下に制限された信号Ｓ１７となる。

絶対値回路１６は、信号Ｓ１７と絶対値回路１７から出力された符号信号とから２の補数に変換した信号Ｓ１８を生成する。乗算器１５には、信号Ｓ１８、及び入力端子６から入力されるノイズ除去の強度を決める信号が入力され、乗算される。乗算器１５における乗算結果は減算器１８の減数入力に入力される。減算器１８には、入力端子３から入力された映像信号Ｓ１３が非減数入力され、演算される。減算器１８から出力される信号Ｓ１９は、出力端子７に供給される。

特許文献１では、ノイズとエッジ成分を区別するしきい値をシェーディング係数で制御することにより、シェーディング補正により画像の部分によって異なる大きさになったノイズ成分に対し画素毎に最適なスライスレベルを適用し、ノイズとエッジ成分を区別するためのしきい値を一定にしてスライスした時に起こるノイズ残りによるむらや部分的なエッジのなまりを防止することができるシェーディング補正回路及び方法が提案されている。

特許文献２では、暗電流によって撮影画像に生じるノイズの影響を低減し、撮影画像の画質の低下を防止することができる露光時間制御装置が提案されている。

特許文献３では、蓄積効果型光電変換素子の信号処理系において、光電変換素子の蓄積時間及び環境温度に対応して光電変換素子から出力された信号の処理回路の入力のしきい値を変化することにより、光電変換素子の有するノイズを抑制することができる信号処理方式が提案されている。
特開２００２−３２００８８号公報 特開２００１−７８０８３号公報 特開昭５７−７２１１３号公報

しかし、上記の発明は以下の問題を有している。

従来、デジタルカメラの信号処理回路は、温度に無関係な構成をとっていた。そのため、信号処理回路の周囲の温度が上昇することによって発生する暗電流によるノイズに対応することができなかった。また、特殊なカメラでは、ペルチェ素子等を用いてセンサを冷却して熱を抑制してノイズの少ない画像を出力している。しかし、ペルチェ素子を用いてセンサの冷却を行った場合、ペルチェ素子自体に発生した熱を放熱する手段が必要となり、低価格化や小型化には問題を抱えている。

また、現在の携帯電話には、外形サイズの小型化、さらには画像センサの多画素化が要求されている。それに伴い、要求される画素サイズが小さくなり、熱によるノイズがもたらす信号レベルの低下は無視することができない問題となっている。

また、図５に示すように、従来のノイズ軽減回路（図４に示す）から出力される信号Ｓ１９は、信号処理回路周辺の温度が上昇し、ノイズ信号のレベルが高くなったとき、リミットレベルＳ１５が一定値であると、レベルが上昇したノイズを完全に除去することができなくなり、かつエッジをなまらせてしまう。一方、ノイズを完全に除去するために、リミットレベルＳ１５を高くすると、ノイズ成分は除去できるが、エッジをなまらせることになる。また、エッジをなまらせないため、リミットレベルＳ１５を低くすると、ノイズを除去できなくなる。

そこで、本発明は、携帯電話等が搭載している温度センサの出力を用いて、信号の振幅を制限するレベルを制御することにより、低コストかつ効率的に熱によるノイズを削減することができるノイズ軽減回路を提案することを目的としている。

請求項１記載のノイズ軽減回路は、撮像素子の温度を検出する温度センサと、前記撮像素子から入力された映像信号からノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出回路と、前記温度センサで検出した温度に対応して制御されたしきい値により、前記ノイズ成分抽出回路で抽出された前記ノイズ成分からエッジ成分を除去するリミット回路とを有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のノイズ軽減回路において、基準温度に対して前記温度センサで検出された温度が低いか否かを判別する少なくとも１つのコンパレータと、前記コンパレータによる判別結果に応じて少なくとも２つの前記しきい値のうち、一方を前記リミット回路に入力するスイッチとを有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のノイズ軽減回路において、第１の基準温度に対して前記温度センサで検出された温度が低いか否かを判別する第１のコンパレータと、前記リミット回路に第１のしきい値、又は前記第１のしきい値よりも高い第２のしきい値を入力する第１のスイッチとを有し、前記第１のスイッチは、前記第１のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第１の基準温度より高いと判別されたとき、前記第２のしきい値を前記リミット回路に入力し、前記第１のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第１の基準温度以下と判別されたとき、前記第１のしきい値を前記リミット回路に入力することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載のノイズ軽減回路において、第２の基準温度に対して前記温度センサで検出された温度が低いか否かを判別する第２のコンパレータと、前記第２の基準温度より高い第３の基準温度に対して前記温度センサで検出された温度が低いか否かを判別する第３のコンパレータと、前記リミット回路に第３のしきい値、前記第３のしきい値より高い第４のしきい値、又は前記第４のしきい値より高い第５のしきい値を入力する第２のスイッチとを有し、前記第２のスイッチは、前記第２のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第２の基準温度以下であると判別されたとき、前記第３のしきい値を前記リミット回路に入力し、前記第２のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第２の基準温度より高く、かつ前記第３のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第３の基準温度以下であると判別されたとき、前記第４のしきい値を前記リミット回路に入力し、前記第３のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第３の基準温度より高いと判別されたとき、前記第５のしきい値を前記リミット回路に入力することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のノイズ軽減回路において、前記ノイズ成分抽出回路によって抽出された２の補数によって表現される前記ノイズ成分を絶対値と符号に分離し、前記絶対値を前記リミット回路に入力する第１の絶対値回路と、前記リミット回路によって前記エッジ成分が除去された前記ノイズ信号と前記符号とを２の補数に変換する第２の絶対値回路とを有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載のノイズ軽減回路において、前記第２の絶対値回路によって２の補数に変換された信号と所定の信号とを乗算する乗算回路を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載のノイズ軽減回路において、前記乗算回路から出力された信号を減数入力し、前記映像信号を非減数入力する減算回路を有することを特徴とする。

本発明は、携帯電話等が搭載している温度センサの出力を用いて、信号の振幅を制限するレベルを制御することにより、温度によって変化するノイズのレベルに対応することができ、かつ最適なしきい値でノイズとエッジの分離ができる。また、一定のしきい値でリミットする回路に対してノイズの取り残しやエッジまで取ってしまう現象を防止できる。

以下、本発明の一実施形態に係るノイズ軽減回路の構成及び処理について説明する。

図１は、本実施形態に係るノイズ軽減回路の構成を示す図である。

本実施形態に係るノイズ軽減回路は、温度センサ１、入力端子（２、３、４、５、６）、出力端子７、ノイズ成分抽出フィルタ９、リミット回路１１、コンパレータ８、スイッチ１０、２の補数を絶対値と符号に変換する全波整流回路（絶対値回路）１７、符号と絶対値から２の補数に変換する全波整流回路（絶対値回路）１６、乗算器１５、及び減算器１８を有して構成される。

入力端子３は、ノイズ成分抽出フィルタ９及び減算器１８の非減数入力に接続されている。ノイズ成分抽出フィルタ９の出力は、絶対値回路１７の入力に接続されている。絶対値回路１７の絶対値出力はリミット回路１１に入力され、絶対値回路１７の符号出力は絶対値回路１６の符号入力に接続されている。リミット回路１１の出力は、絶対値回路１６の絶対値入力に接続されている。絶対値回路１６の出力は、乗算器１５の一方に入力される。入力端子６は、乗算器１５の他方の入力に接続されている。乗算器１５の出力は、減算器１８の減数入力に入力されている。減算器１８の出力は出力端子７に接続されている。温度センサ１は、コンパレータ８の一方の入力に接続されている。さらに、コンパレータ８の他方の入力には、入力端子２が接続されている。コンパレータ８の出力は、スイッチ１０の制御信号入力に接続されている。さらに、スイッチ１０には、入力端子（４、５）が接続されている。スイッチ１０の出力は、リミット回路１１に接続されている。

次に、本実施形態に係るノイズ軽減回路におけるノイズ軽減処理について図２を用いて説明する。

図２は、図１に示すノイズ軽減回路における信号の変化を示すタイミングチャートである。

コンパレータ８には、温度センサ１からの信号Ｓ１、及び入力端子２からのしきい値Ｓ２が入力される。コンパレータ８は、信号Ｓ１がしきい値Ｓ２を越えたときＯＮし、信号Ｓ１がしきい値Ｓ２を下回っているときＯＦＦする信号Ｓ３をスイッチ１０へ出力する。

入力端子３からは暗電流（熱雑音）を含む映像信号Ｓ４が入力され、ノイズ軽減回路において映像信号Ｓ４はノイズ成分抽出フィルタ９及び減算器１８へ入力される。

ノイズ成分抽出フィルタ９では、映像信号Ｓ４からノイズ成分が抽出されたノイズ信号Ｓ５が生成される。ノイズ信号Ｓ５は、絶対値回路１７に入力され、２の補数から絶対値Ｓ６と符号に変換される。

スイッチ１０には、入力端子４から信号Ｓ７、入力端子５からの信号Ｓ８、及びコンパレータ８から出力された信号Ｓ３が入力される。そして、スイッチ１０は、信号Ｓ３がＯＮのとき信号Ｓ８をリミット回路１１に入力し、信号Ｓ３がＯＦＦのとき信号Ｓ７をリミット回路１１に入力する。

信号Ｓ８が入力されたとき、リミット回路１１は信号Ｓ９で示すリミットレベルで絶対値Ｓ６の振幅を制限し、信号Ｓ１０を出力信号として絶対値回路１６に入力する。

絶対値回路１６では、リミット回路１１からの信号Ｓ１０と、絶対値回路１７から出力された符号とを用い２の補数に変換し、乗算器１８に出力する。

乗算器１５には、２の補数、及び入力端子６から入力されるノイズ除去の強度を決める信号が入力・乗算され、信号Ｓ１１が生成される。乗算器１５における乗算結果である信号Ｓ１１は、減算器１８の減数入力に入力される。減算器１８には、入力端子３から入力された映像信号Ｓ１３が非減数入力され、演算される。減算器１８から出力される信号Ｓ１２は、出力端子７に供給される。

このように、温度センサ１の出力レベルによって、リミット回路１１に入力するリミットレベルの振幅を変動させることにより、温度によって変化するノイズレベルに対応することができ、最適なしきい値でノイズとエッジの分離ができ、かつ一定のしきい値でノイズを除去する回路と比較し、ノイズの取り残しやエッジの除去の発生を防止することができる。

次に、リミット回路１１へ入力できるリミットレベルの数を増やした場合のノイズ軽減回路の構成及び動作について、図３を用いて説明する。

図３に示すノイズ軽減回路は、温度センサ１、入力端子（２、３、４、５、６、１３）、出力端子７、ノイズ成分抽出フィルタ９、リミット回路１１、コンパレータ（８、１２）、スイッチ１４、２の補数を絶対値と符号に変換する全波整流回路（絶対値回路）１７、符号と絶対値から２の補数に変換する全波整流回路（絶対値回路）１６、乗算器１５、及び減算器１９を有して構成される。

入力端子３は、ノイズ成分抽出フィルタ９及び減算器１８の非減数入力に接続されている。ノイズ成分抽出フィルタ９の出力は、絶対値回路１７の入力に接続されている。絶対値回路１７の絶対値出力はリミット回路１１に入力され、絶対値回路１７の符号出力は絶対値回路１６の符号入力に接続されている。リミット回路１１の出力は、絶対値回路１６の絶対値入力に接続されている。絶対値回路１６の出力は、乗算器１５の一方に入力される。入力端子６は、乗算器１５の他方の入力に接続されている。乗算器１５の出力は、減算器１８の減数入力に入力されている。減算器１８の出力は出力端子７に接続されている。温度センサ１は、コンパレータ（８、１２）の一方の入力に接続されている。さらに、コンパレータ８の他方の入力には入力端子２が接続されている。また、コンパレータ１２の他方の入力には入力端子１３が接続されている。コンパレータ（８、１２）の出力は、スイッチ１４の制御信号入力に接続されている。さらに、スイッチ１４には、入力端子（４、５、１９）が接続されている。スイッチ１４の出力は、リミット回路１１へリミットレベルとして入力される。

次に、図３に示すノイズ軽減回路のノイズ軽減処理について説明する。なお、スイッチ１４における処理以外は、図１に示すノイズ軽減回路における処理と同様であるため、ここでは説明を省略する。

スイッチ１４は、温度センサ１からの信号≦入力端子２からの入力信号の場合、入力端子４から入力された信号をリミットレベルとしてリミット回路１１へ出力する。一方、入力端子２からの入力信号＜温度センサ１からの信号≦入力端子１３からの入力信号の場合、入力端子５から入力された信号をリミットレベルとしてリミット回路１１へ出力する。また、入力端子１３から入力信号＜温度センサ１からの信号の場合、入力端子１９から入力された信号をリミットレベルとしてリミット回路１１へ出力する。

本構成によれば、より精密にリミット回路１１におけるノイズ除去処理を実行することができる。なお、本実施形態においては、リミット回路１１へ入力できるリミットレベルを３種類にしたが、これに限定されるものではなく３以上であってもよい。

本実施形態に係るノイズ軽減回路の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るノイズ軽減回路におけるノイズ除去処理過程における信号の変化を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係るノイズ軽減回路の構成を示すブロック図である。 従来のノイズ軽減回路の構成を示すブロック図である。 従来のノイズ軽減回路におけるノイズ除去処理過程における信号の変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 温度センサ
２、３、４、５、６、１３ 入力端子
７ 出力端子
８、１２ コンパレータ
９ ノイズ成分抽出フィルタ
１０、１４ スイッチ
１１ リミット回路
１５ 乗算器
１６、１７ 全波整流回路
１８ 減算器

Claims (7)

1. 撮像素子の温度を検出する温度センサと、
   前記撮像素子から入力された映像信号からノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出回路と、
   前記温度センサで検出した温度に対応して制御されたしきい値により、前記ノイズ成分抽出回路で抽出された前記ノイズ成分からエッジ成分を除去するリミット回路とを有することを特徴とするノイズ軽減回路。
2. 基準温度に対して前記温度センサで検出された温度が低いか否かを判別する少なくとも１つのコンパレータと、
   前記コンパレータによる判別結果に応じて少なくとも２つの前記しきい値のうち、一方を前記リミット回路に入力するスイッチとを有することを特徴とする請求項１記載のノイズ軽減回路。
3. 第１の基準温度に対して前記温度センサで検出された温度が低いか否かを判別する第１のコンパレータと、
   前記リミット回路に第１のしきい値、又は前記第１のしきい値よりも高い第２のしきい値を入力する第１のスイッチとを有し、
   前記第１のスイッチは、
   前記第１のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第１の基準温度より高いと判別されたとき、前記第２のしきい値を前記リミット回路に入力し、
   前記第１のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第１の基準温度以下と判別されたとき、前記第１のしきい値を前記リミット回路に入力することを特徴とする請求項１記載のノイズ軽減回路。
4. 第２の基準温度に対して前記温度センサで検出された温度が低いか否かを判別する第２のコンパレータと、
   前記第２の基準温度より高い第３の基準温度に対して前記温度センサで検出された温度が低いか否かを判別する第３のコンパレータと、
   前記リミット回路に第３のしきい値、前記第３のしきい値より高い第４のしきい値、又は前記第４のしきい値より高い第５のしきい値を入力する第２のスイッチとを有し、
   前記第２のスイッチは、
   前記第２のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第２の基準温度以下であると判別されたとき、前記第３のしきい値を前記リミット回路に入力し、
   前記第２のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第２の基準温度より高く、かつ前記第３のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第３の基準温度以下であると判別されたとき、前記第４のしきい値を前記リミット回路に入力し、
   前記第３のコンパレータによって前記温度センサで検出された温度が前記第３の基準温度より高いと判別されたとき、前記第５のしきい値を前記リミット回路に入力することを特徴とする請求項１記載のノイズ軽減回路。
5. 前記ノイズ成分抽出回路によって抽出された２の補数によって表現される前記ノイズ成分を絶対値と符号に分離し、前記絶対値を前記リミット回路に入力する第１の絶対値回路と、
   前記リミット回路によって前記エッジ成分が除去された前記ノイズ信号と前記符号とを２の補数に変換する第２の絶対値回路とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のノイズ軽減回路。
6. 前記第２の絶対値回路によって２の補数に変換された信号と所定の信号とを乗算する乗算回路を有することを特徴とする請求項５記載のノイズ軽減回路。
7. 前記乗算回路から出力された信号を減数入力し、前記映像信号を非減数入力する減算回路を有することを特徴とする請求項６記載のノイズ軽減回路。

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