JP2006245694A - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】動画像に含まれるノイズを精度良く検出する。
【解決手段】フレーム間差分生成回路13は、現在のフレームと1フレーム期間だけ以前のフレームとの間の画像の差分レベルを画素単位で生成する。ヒストグラム生成回路19は、生成された個々の差分レベルのうち、一定以上の画像変化が生じた画素に対応する差分を除いた状態で、前記フレーム間の差分レベルの頻度分布を示す差分ヒストグラムを生成する。誤検出ヒストグラム除外判定部25は、前記ヒストグラム生成回路19により生成されるヒストグラムのうち、ノイズ量判定に用いるヒストグラムとして不適切なヒストグラムを前記ヒストグラム生成回路19により生成されるヒストグラムから除外する。ノイズ量判定部26は、前記誤検出ヒストグラム除外判定部25により除外されずに残ったヒストグラムに基づきノイズの量を判定する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、動画像に含まれるノイズを検出し、除去することが可能な画像処理装置及び画像処理方法に関する。
デジタルテレビ受像機などの機器において、動画像に含まれるノイズを検出する手法には、様々なものがある。
例えば、特許文献1には、ビデオ信号中の連続したフィールド又はフレーム間で互いに対応する画素の画素値間の差の絶対値(即ち、絶対差)を各々計算し、計算した絶対差を所定の個数だけ累積することにより、ノイズに対応する値を抽出する技術が開示されている。
また、特許文献2には、映像信号の差を求め、その差を二乗し、平均して平方根を求めることにより、固定パターンノイズを含まないランダムノイズだけを求める技術が開示されている。
特開2001−346228公報 特開平2−233089号公報
しかしながら、従来の技術によるノイズ検出においては、フレーム間における画像の変化(絵柄の変化)などの影響をも受けてしまうため、ノイズを精度良く検出することができないという問題がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、動画像に含まれるノイズを精度良く検出することができる画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。
本発明に係る画像処理装置は、複数のフレームが連続する動画像の現信号と、この現信号に対してノイズ除去処理および1フレーム分の遅延処理を行った後のノイズ除去済みフレーム遅延信号とから、フレーム間の画像の差分レベルを画素単位で生成する差分生成手段と、前記差分生成手段により生成される個々の差分レベルのうち、一定以上の画像変化が生じた画素に対応する差分を除いた状態で、前記フレーム間の差分レベルの頻度分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、前記ヒストグラム生成手段により生成されるヒストグラムのうち、ノイズ量判定に用いるヒストグラムとして不適切なヒストグラムを前記ヒストグラム生成手段により生成されるヒストグラムから除外し、この除外したヒストグラムを生成するヒストグラム除外手段と、前記ヒストグラム除外手段により生成されるヒストグラムに基づきノイズの量を判定するノイズ量判定手段とを具備する。
本発明によれば、動画像に含まれるノイズを精度良く検出することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図1は、本発明の第1実施例に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。
当該画像処理装置は、例えばデジタルテレビ受像機や記録再生機などに搭載され、LSIなどの形で実現できるものとなっている。また、この画像処理装置は、伝送されるデジタル動画像データの有効画像範囲(垂直及び水平ブランキング期間を除く画像範囲)の信号に含まれるノイズを検出する機能を有する。
この画像処理装置の第1実施例においては、複数のフレームが連続する動画像の現信号と、この現信号に対してノイズ除去処理および1フレーム分の遅延処理を行った後のノイズ除去済みフレーム遅延信号とから、フレーム間で対応する画素の差分を生成する。そして、生成された個々の差分のうち、一定値以上の画像変化(絵柄の変化)が生じた画素に対応する差分を除いた上で、個々の差分の頻度分布を示すヒストグラムを生成し、生成されたヒストグラムに基づき、ノイズの量を判定する。
上記画像処理装置は、ノイズ除去回路11、フレームメモリ12、フレーム間差分生成回路13、バンドパスフィルタ14、セレクタ15、絶対値生成回路16、リミッタ17、スイッチ18、ヒストグラム生成回路19、動き検出回路20、エッジ検出回路21、検出領域指定回路22、カウントSW制御回路23、ヒストグラムカウンタリセット回路24、及びノイズ量判定部26を備えている。
ノイズ除去回路11は、フレーム巡回型と呼ばれる形式を採用したノイズ除去回路であり、フレーム間差分信号及び後述のノイズ除去回路パラメータを入力しながら、動画像の現信号に対してノイズ除去処理を行い、ノイズ除去済み現信号を生成する。生成されたノイズ除去済み現信号は、フレームメモリ12へ送られる。
フレームメモリ12は、ノイズ除去回路11により生成されたノイズ除去済み現信号を入力して一時的に記憶するものであり、1フレーム分の遅延時間後に、ノイズ除去済みフレーム遅延信号を出力する。このノイズ除去済みフレーム遅延信号は、フレーム間差分生成回路13、動き検出回路20、及びエッジ検出回路21へ送られる。
フレーム間差分生成回路13は、動画像の現信号とノイズ除去済みフレーム遅延信号とから、フレーム間で対応する画素の画素値差分(画素毎の差分信号レベル)を示すフレーム間差分信号を生成する。例えば、フレーム間で絵柄に一定値以上の変化(信号レベルの変化)が生じた画素においては、上記フレーム間差分信号は、ノイズ成分のほかに、絵柄の変化に起因する成分をも含んでいることになる。生成されたフレーム間差分信号は、ノイズ除去回路11、バンドパスフィルタ14、及びセレクタ15へ送られる。
バンドパスフィルタ14は、フレーム間差分生成回路13により生成されたフレーム間差分信号に対してDC成分を除去する。DC成分を除去することにより、後述する動き検出でも検出できない微小な絵柄の変化に起因する成分を排除することができる。
セレクタ15は、フレーム間差分信号をバンドパスフィルタ14に処理させる場合と、させない場合とに切り替えて、絶対値生成回路15へ送り出すものである。なお、このセレクタ15を設けずに、常にバンドパスフィルタ14を使用する形態としてもよいし、セレクタ15もバンドパスフィルタ14も設けない形態としてもよい。
絶対値生成回路16は、フレーム間差分信号に示される差分の絶対値(差分の大きさ)を示すフレーム間差分絶対値信号を生成する。
リミッタ17は、絶対値生成回路16により生成されたフレーム間差分絶対値信号に対して、後述するヒストグラムの生成に必要のない一定値以上のレベルの信号の通過を制限し、フレーム間差分ヒストグラム入力信号を生成する。このフレーム間差分ヒストグラム入力信号には、画素毎の差分信号レベルが示されている。なお、上記リミッタ17は必ずしも必要とされるものではない。
スイッチ18は、カウントSW制御回路23により制御され、フレーム間差分ヒストグラム入力信号のヒストグラム生成回路19への入力を、画素単位でオン/オフする切り替え処理を行うものである。
ヒストグラム生成回路19は、差分信号レベル別に画素の数をそれぞれカウントするための複数のカウンタを備えている。このヒストグラム生成回路19は、スイッチ18がオンとなっているときにフレーム間差分ヒストグラム入力信号を入力して、当該信号に示されている各画素に対応する個々の差分信号レベルを取得し、差分信号レベル別に画素の数をそれぞれカウントすることにより、差分信号レベルの頻度分布を示すフレーム間差分ヒストグラムを生成する。尚、1つのカウンタで複数個のレベルを包含する所定のレベル範囲に対応した画素の数をカウントする構成とすることも可能である。各カウンタのカウント結果は、複数本(複数ビット)の信号線を介して誤検出ヒストグラム除外判定部25へ、フレーム間差分ヒストグラムDHIとして送られる。この際、カウント結果の情報を圧縮もしくは減少させる処理を行ってから誤検出ヒストグラム除外判定部25へ送るようにしてもよい。
動き検出回路20は、画像中のノイズ成分を除外した低周波成分のフレーム間の信号レベル変化が一定値(所定閾値)以上となる画素を検出し、検出結果を動き検出信号として出力する。この結果、動き検出回路20は、画像中の絵柄の動きを検出する。
エッジ検出回路21は、フレーム間の信号レベル変化が高周波数成分を含む画素を検出し、検出結果をエッジ検出信号として出力する。この結果、エッジ検出回路21は、隣接する画素との信号レベルの差が一定値(所定閾値)以上となる画素を検出する。
検出領域指定回路22は、垂直同期信号及び水平同期信号を入力し、ヒストグラム生成の対象となる範囲(例えば有効画像範囲)を指定する範囲指定信号を出力する。なお、この検出領域指定回路22により、ヒストグラム生成の対象となる画素を空間的に間引くこともできる。
カウントSW制御回路23は、ヒストグラム生成の対象となる範囲を検出領域指定回路22により指定された範囲に設定し、動き検出回路20により検出された画素に対応する差分、及びエッジ検出回路21により検出された画素に対応する差分が、ヒストグラム生成の対象から外れるようにスイッチ18を制御する。すなわち、カウントSW制御回路23は、検出領域指定回路22により指定された範囲のうち、動き検出信号もエッジ検出信号も入力していない間は、スイッチ18をオンの状態にしているが、動き検出信号とエッジ検出信号の少なくとも一方の信号を入力している間は、スイッチ18をオフの状態にし、該当する画素についてのカウントが行われないようにする。この結果、フレーム間での絵柄の変化が少なく、フレーム内で絵柄が平坦な領域の画素に関する差分情報が得られる。
ヒストグラムカウンタリセット回路24は、垂直同期信号及び水平同期信号を入力し、ヒストグラム生成回路19の各カウンタからヒストグラムを示す信号が出力されるタイミングで、ヒストグラム生成回路19の各カウンタの値をリセットする。ここでは1フレーム毎にリセットを行うようにしているが、複数フレーム毎にリセットを行うようにしてもよい。この場合、ヒストグラム生成回路19の各カウンタは、複数のフレーム間にわたってカウントを行うため、複数のフレーム間にわたって積分されたヒストグラムが生成されることになる。
誤検出ヒストグラム除外判定部25は、フレーム間差分ヒストグラムDHIを入力し、当該ヒストグラムを後段のノイズ量判定部26でノイズ量判定に用いるか否かを判定する。
ノイズ量判定部26は、誤検出ヒストグラム除外判定部25でノイズ量判定に用いると判定されたヒストグラムのみについて、動画像におけるノイズの量を判定する。ノイズの量は、ヒストグラムに示される頻度分布の標準偏差、分散、及び平均値の少なくとも一つを用いて判定することができる。この判定結果は、動画像の制御に関わる各種のパラメータ(画像の輪郭強調の度合いを決めるパラメータなど)の調整に利用することができる。なお、上記ヒストグラムの積分処理を当該ノイズ量判定部26の側で行ってからノイズ量の判定を行うようにしてもよい。
このように構成された画像処理装置においては、動画像の現信号に対してノイズ除去処理および1フレーム分の遅延処理を行った後のノイズ除去済みフレーム遅延信号が生成され、現信号とこのノイズ除去済みフレーム遅延信号とに基づいてフレーム間差分信号が生成される。このフレーム間差分信号は、各種の必要な処理が施された後、フレーム間差分ヒストグラム入力信号としてヒストグラム生成回路19へ供給される。一方、現信号とノイズ除去済みフレーム遅延信号とに基づいて、動き検出やエッジ検出が行われ、検出された画像に対応する信号の上記ヒストグラム生成回路19への供給が阻止される。これにより、フレーム間や画素間での絵柄の変化などに起因する不要な成分が除去された状態でヒストグラムが生成されるため、動画像におけるノイズの量が判定されることになる。
図2は、図1中に示される動き検出回路20の構成を示すブロック図である。
動き検出回路20は、例えば、フレーム間差分生成回路31、ローパスフィルタ32、絶対値生成回路33、レベル比較回路34、及び動き検出信号エリアフィルタ35を備えている。
フレーム間差分生成回路31は、動画像の現信号とノイズ除去済みフレーム遅延信号とに基づき、フレーム間で対応する画素の画素値差分(画素毎の差分信号レベル)を示すフレーム間差分信号を生成する。なお、このフレーム間差分生成回路31を設けず、代わりに、同じ機能を有する前述の図1中のフレーム間差分生成回路13の出力信号をローパスフィルタ32へ供給する構成としてもよい。
ローパスフィルタ32は、フレーム間差分生成回路31により生成されたフレーム間差分信号に対して、高域成分すなわちノイズ成分を除去し、低帯域フレーム間差分信号を生成する。この低帯域フレーム間差分信号は、フレーム間の絵柄の動きによる変化を示し、ノイズではない。
絶対値生成回路33は、ローパスフィルタ32により生成された低帯域フレーム間差分信号に示される差分の絶対値(差分の大きさ)を示す低帯域フレーム間差分絶対値信号を生成する。
レベル比較回路34は、絶対値生成回路33により生成された低帯域フレーム間差分絶対値信号のレベルが、動き検出レベル閾値以上となる画素を検出し、検出結果を示す信号を生成する。
動き検出信号エリアフィルタ35は、レベル比較回路34により生成された信号に対し、動き検出レベル閾値以上となる画素に関する情報を空間的に拡大し、動き検出信号として出力する。ここでの拡大処理は、水平方向のみに対して行うようにしてもよいし、水平方向及び垂直方向の両方に対して行うようにしてもよい。
このような構成により、低帯域フレーム間差分絶対値信号が一定値(所定閾値)以上となる画素に対応する検出結果を動き検出信号として得ることができる。
図3は、図1中に示されるエッジ検出回路21の構成を示すブロック図である。
エッジ検出回路21は、例えば、フレーム間差分生成回路41、バンドパスフィルタ42、絶対値生成回路43、レベル比較回路44、及びエッジ検出信号エリアフィルタ45を備えている。
フレーム間差分生成回路41は、動画像の現信号とノイズ除去済みフレーム遅延信号とに基づき、フレーム間の画像の差分を示すフレーム間差分信号を生成する。なお、このフレーム間差分生成回路41は必ずしも設ける必要はない。
バンドパスフィルタ42は、フレーム間差分生成回路41により生成されたフレーム間差分信号に対して、低域成分を除去し、高帯域フレーム間差分信号を生成する。この高帯域フレーム間差分信号は、絵柄のエッジ部分を示す。なお、ここでの処理は、水平方向のみに対して行うようにしてもよいし、水平方向及び垂直方向の両方に対して行うようにしてもよい。
絶対値生成回路43は、バンドパスフィルタ42により生成された画素間差分信号に示される差分の絶対値(差分の大きさ)を示す高帯域フレーム間差分絶対値信号を生成する。
レベル比較回路44は、絶対値生成回路43により生成された高帯域フレーム間差分絶対値信号のレベルがエッジ検出レベル閾値以上となる画素を検出し、検出結果を示す信号を生成する。
エッジ検出信号エリアフィルタ45は、レベル比較回路44により生成された信号に対し、エッジ検出レベル閾値以上となる画素に関する情報を空間的に拡大し、エッジ検出信号として出力する。ここでの拡大処理は、水平方向のみに対して行うようにしてもよいし、水平方向及び垂直方向の両方に対して行うようにしてもよい。
こうした構成により、隣接する画素との信号レベルの差が一定以上(閾値以上)となる画素に対応する検出結果をエッジ検出信号として得ることができる。
図4〜図6は、図1中に示されるヒストグラム生成回路19により生成されるヒストグラムの例を示す図である。図4〜図6のヒストグラムの例においては、横軸がフレーム間差分レベルを示し、縦軸は正規化したカウント値(即ち、カウント数/全カウント数)即ち頻度を示している。図4はノイズが大きい場合の一例を示しており、図5はノイズが中程度の場合の一例を示しており、図6はノイズが小さい場合の一例を示している。
図4のヒストグラム(ノイズ大)は、図5のヒストグラム(ノイズ中)に比べ、頻度分布の標準偏差、分散、もしくは平均値が比較的大きいものとなっている。一方、図6のヒストグラム(ノイズ小)は、図5のヒストグラム(ノイズ中)に比べ、頻度分布の標準偏差、分散、もしくは平均値が比較的小さいものとなっている。
例えば、前述のノイズ量判定部26は、ヒストグラムに示される頻度分布の標準偏差、分散、もしくは平均値が大きいほど、ノイズの量が多いものと判定する。あるいは、各フレーム間差分における個々のカウント値のうち、閾値を超えるものを合計して得られた値が大きいほど、ノイズの量が多いものと判定する。
図7は図1で示した画像処理装置を用いた本発明に係る動画像ノイズ除去を行う画像処理装置の第1実施例を示す。
この画像処理装置は、図1の構成に対し、パラメータ決定部27及びパラメータ設定部28を加えたものとなっている。 この画像処理装置は、図1の構成で得られたノイズ量に基づいて、ノイズ除去回路11のパラメータを調整できるように構成されている。なお、図1と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。
パラメータ決定部27は、ノイズ量判定部26により判定されたノイズ量に基づき、ノイズ除去回路11における所定のパラメータ(フレーム巡回係数など)の値を決定する。
パラメータ設定部28は、ノイズ除去回路11で使用される上記パラメータの値を、パラメータ決定部27により決定された値に設定する。
こうした構成により、ノイズ除去回路11におけるパラメータの値が、ノイズ量判定部26により判定されたノイズ量に応じて適切に調整されることになる。
動画像ノイズ検出を行う画像処理装置及び動画像ノイズ除去を行う画像処理装置の第1実施例によれば、デジタル動画像信号の有効画像範囲に対するノイズ検出において、絵柄の変化よる影響を極力抑えた検出結果を得ることができる。また、この検出結果を用いてノイズ除去回路のパラメータを調整することにより、最適なノイズ除去を行うことができる。
以下、上記画像処理装置における本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部25について詳細に説明する。
誤検出ヒストグラム除外判定部25は、ヒストグラム生成回路19により生成されるフレーム間差分ヒストグラムのうち、ノイズ量判定部26のノイズ量判定に用いるヒストグラムとして不適切なヒストグラムを、ノイズ量判定から除外する。例えば誤検出ヒストグラム除外判定部25は、フレーム間差分ヒストグラムとして特異な形状(特徴)を有するヒストグラムを、信頼性の低いヒストグラムとして判断し、該ヒストグラムがノイズ量判定部26によりノイズ量判定に使用されることを防止する。これにより、ノイズ量判定部26は更に信頼性の高い判定処理を行うことができる。上記の特異な形状を有するヒストグラムは、例えば動き検出回路20で検出できなかった動き成分あるはエッジ検出回路21で検出できなかったエッジ成分を有するヒストグラムを含む。
図8は本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部25の第1実施例として、誤検出ヒストグラム除外判定部25aを示す。
カウント値総和算出部101は、入力されたフレーム間差分ヒストグラムの各カウント数の総和CSLを求める。比較回路102は、カウント値総和算出部101により算出された総和CSLと所定閾値TH1とを比較し、総和CSLが所定閾値TH1以下の場合、比較結果DET1として例えば”1(ハイレベル)”を提供する。この結果、ノイズ量判定部26は、現在の差分ヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いない(以前の差分ヒストグラムを更新しない)。
つまり誤検出ヒストグラム除外判定部25aは、前記総和CSLが所定閾値TH1以下の場合は、当該フレーム間差分ヒストグラムをノイズ量判定に用いないと判定する。このように構成することにより、フレーム間差分ヒストグラムを構成する画素の数が少なく、大きな検出誤差を生じる可能性があるヒストグラムをノイズ量判定から除外することができ、より信頼性の高いノイズ量判定が行える。
図9は上記動画像ノイズ検出装置及び動画像ノイズ除去装置における、本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部25の第2実施例として、誤検出ヒストグラム除外判定部25bを示す。
微分回路111は、フレーム間差分ヒストグラムDHIの各カウント数を基に、該ヒストグラムDHIの微分値DIFを算出する。符号変化検出部112は、微分値DIFの符号変化点SIGを検出する。カウンタ113は符号変化点SIGに基づいて、前記ヒストグラムの極大点の数CSIを計数する。比較器114は極大点の数CSIと所定閾値TH2とを比較し、極大値の数CSIが所定閾値TH2以上の場合、比較結果DET2として例えば”1(ハイレベル)”を提供する。この結果、ノイズ量判定部26は、現在の差分ヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いない。
図10はフレーム間差分ヒストグラムの極大点について説明する図である。図10(a)は極大点がない場合、図10(b)は極大点が1つある場合、図10(c)は極大点が2つある場合である。
誤検出ヒストグラム除外判定部25bは、極大値の数CSIが所定閾値TH2(本実施例では2)以上の場合は、当該フレーム間差分ヒストグラムをノイズ量判定に用いないと判定する。このように構成することにより、ランダムノイズ以外の動き成分等の成分が、誤って混入したフレーム間差分ヒストグラムを、ノイズ量判定から除外することができ、より安定したノイズ量判定が行える。
図11は本発明の動画像ノイズ検出装置及び動画像ノイズ除去装置における、誤検出ヒストグラム除外判定部25の第3実施例として、誤検出ヒストグラム除外判定部25cを示す。
正規化部121は、入力されたフレーム間差分ヒストグラムDHIの各カウント数をカウント数の総和で正規化し、正規化ヒストグラムREHを提供する。メモリ122は、正規化ヒストグラムREHを1フレーム期間遅延して、遅延ヒストグラムRGMを提供する。減算器123は正規化部121が出力する現在の正規化ヒストグラムREHと、メモリ122が出力する遅延ヒストグラムRGMの差分を算出し、差分正規化ヒストグラムRGDを提供する。絶対値回路124は、差分正規化ヒストグラムRGDの絶対値である絶対値ヒストグラムRGAを生成し、比較回路125はヒストグラムRGAと所定閾値TH3とを比較する。比較回路125は、絶対値ヒストグラムRGAを構成する各カウント数の中で、所定閾値TH3以上のカウント数が存在する場合、比較結果DET3として例えば”1”を提供する。この結果、ノイズ量判定部26は、現在の差分ヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いない。
図12は誤検出ヒストグラム除外判定部25cの動作を説明するための図である。図12(a)は直前に取得したヒストグラムつまり遅延正規化ヒストグラムRGMの一例を示し、図12(b)は現在の正規化ヒストグラムREHの一例を示し、図12(c)は差分正規化ヒストグラムRGDの絶対値RGAを示す。尚、図12(a)〜12(c)の縦軸に示される正規化カウント数は、カウント数をカウント数の総和で除算した(カウント数/カウント数の総和)値である。
つまり誤検出ヒストグラム除外判定部25cは、現在の差分ヒストグラムDHIと以前の差分ヒストグラムRGMの差分を算出し、該差分の絶対値を示す絶対値ヒストグラムRGA(図12(c)参照)を作成する。絶対値ヒストグラムRGAにおいて、所定閾値TH3以上のカウント数が存在する場合、前記現在のヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いないと判定する。
このように構成することにより、動き検出回路20及びエッジ検出回路21等の誤検出により形状が特異形状になってしまったフレーム間差分ヒストグラムを、ノイズ量判定から除外することができ、より安定したノイズ量判定が行える。
図13は本発明の動画像ノイズ検出装置及び動画像ノイズ除去装置における、誤検出ヒストグラム除外判定部25の第4実施例として、誤検出ヒストグラム除外判定部25dを示す。
正規化部131は、フレーム間差分ヒストグラムDHIの各カウント数をカウント数の総和で正規化し、正規化ヒストグラムREHを生成する。標準偏差算出部132は、正規化ヒストグラムREHを基に、その標準偏差STA(もしくは分散)を算出する。平均値算出部134は、正規化ヒストグラムREHを基に、その平均値AVEを算出する。メモリ135は、標準偏差STA及び平均値AVEをそれぞれ1フレーム期間遅延して遅延標準偏差STM及び遅延平均値AVMを提供する。
減算器136は、標準偏差STAと遅延標準偏差STMの差分を算出し、差分標準偏差STDを提供する。減算器137は、平均値AVEと遅延平均値AVMの差分を算出し、差分平均値AVDを提供する。絶対値回路138は、差分標準偏差STDの絶対値STDAを算出し、絶対値回路139は、差分平均値AVDの絶対値AVDAを算出する。比較回路140は、絶対値STDAと所定閾値TH4とを比較し、絶対値STDAが所定閾値TH4以上の場合、比較結果STCとして例えば”1”を提供する。比較回路141は、絶対値AVDAと所定閾値TH5とを比較し、絶対値AVDAが所定閾値TH5以上の場合、比較結果AVCとして”1” を提供する。OR回路142は比較結果STCと比較結果AVCをOR演算し、演算結果DET4を提供する。演算結果DET4が”1”の場合、ノイズ量判定部26は、現在の差分ヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いない。 つまり検出ヒストグラム除外判定部25dは、現在のフレーム間差分ヒストグラムとそれより以前に取得した時間的に最も近いフレーム間差分ヒストグラムとを共に正規化し、それぞれ標準偏差(もしくは分散)及び平均値を算出する。現在及び以前のヒストグラム間で平均値の差の絶対値AVDAが所定閾値TH5以上となった場合、あるいは、ヒストグラム間で標準偏差(もしくは分散)の差の絶対値STDAが所定閾値TH4以上となった場合は、現在のフレーム間差分ヒストグラムをノイズ量判定に用いないと判定する。
このように構成することにより、動き検出回路20及びエッジ検出回路21等の誤検出により形状が特異形状になってしまったフレーム間差分ヒストグラムをノイズ量判定から除外することができ、より安定したノイズ量判定が行える。
図14は本発明の画像処理装置の第2実施例を示す。図1と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。
前述の第1実施例に係る画像処理装置(図1)においては、フレームメモリ12は、ノイズ除去回路11により生成されたノイズ除去済み現信号を入力して一時的に記憶し、1フレーム分の遅延時間後に、ノイズ除去済みフレーム遅延信号を出力する構成であった。
これに対し、画像処理装置の第2実施例(図14)においては、フレームメモリ12は、上記ノイズ除去済み現信号を入力するのではなく、現信号を入力して一時的に記憶し、1フレーム分の遅延時間後に、フレーム遅延信号を出力する構成となっている。このため、フレーム間差分生成回路13は、動画像の現信号とフレーム遅延信号とに基づき、フレーム間で対応する画素の画素値差分(画素毎の差分信号レベル)を示すフレーム間差分信号を生成することになる。このように画像処理装置は、上記フレーム巡回型ノイズ除去回路11と組み合わせなくても構成できる。
このように構成された画像処理装置においては、動画像の現信号に対して1フレーム分の遅延処理を行った後のフレーム遅延信号が生成され、現信号とこのフレーム遅延信号とからフレーム間差分信号が生成される。このフレーム間差分信号は、各種の必要な処理が施された後、フレーム間差分ヒストグラム入力信号としてヒストグラム生成回路19へ供給される。一方、現信号とフレーム遅延信号とに基づいて、動き検出やエッジ検出が行われ、検出された画像に対応する信号の上記ヒストグラム生成回路19への供給が阻止される。これにより、フレーム間や画素間での絵柄の変化などに起因する不要な成分が除去された状態でヒストグラムが生成されるため、動画像におけるノイズの量が精度良く判定されることになる。
なお、図14の構成に対し、図7にて説明したパラメータ決定部27、パラメータ設定部28、ノイズ除去回路を更に加えてもよい。この画像処理装置の第2実施例によれば、前述の第1実施例と同様な効果を得ることができる。
図15、図16は本発明の画像処理装置の第3、第4実施例を示す。図17は本発明の動画像ノイズ除去を行う画像処理装置の第2実施例を示す。図1、図7、図14で示した例との相違点は、カウントSW制御回路23a…及びフレーム間差分ヒストグラム19a…のように、1画面内でN個の領域におけるフレーム間差分ヒストグラムを生成できる構成となっている点である。
図18はフレーム間差分ヒストグラムが検出される領域の設定例を示す。図18(a)は1画面(フレーム)を4分割した例を示す。通常、差分ヒストグラムは、1画面中のどの領域においても同様な特性(形状)を有している。従って、例えば2つの領域の差分ヒストグラムにおいて、対応する差分レベルのカウント値はほぼ等しい。誤検出ヒストグラム除外判定部25は、1画面内の互いに異なる領域の差分ヒストグラムを比較し、互いに対応する差分レベルのカウント値の差において、所定閾値より大きいものがある場合、当該フレーム間差分ヒストグラムをノイズ量判定に用いるヒストグラムから除外する。
図18(b)は、画面周辺のエリアを除く領域において、複数領域を設定した例を示す。このように画面周辺のエリアを除いて設定すれば、サイドパネルやレターボックスが挿入された動画像に対しても、その影響を受けずに済む。
以下、図15、図16の画像処理装置及び図17の画像処理装置における誤検出ヒストグラム除外判定部25の実施例を説明する。図19は誤検出ヒストグラム除外判定部25の第5実施例を誤検出ヒストグラム除外判定部25eとして示す。
フレーム間差分ヒストグラムカウンタ29aは、領域1におけるヒストグラムHIA1を作成する。正規化部153は、ヒストグラムHIA1の各カウント数をカウント数の総和で正規化し、正規化ヒストグラムREA1を提供する。フレーム間差分ヒストグラムカウンタ29bは、領域2におけるヒストグラムHIA2を作成する。正規化部154は、ヒストグラムHIA2の各カウント数をカウント数の総和で正規化し、正規化ヒストグラムREA2を提供する。減算器156は、正規化ヒストグラムREA1と正規化ヒストグラムREA2の差分を算出し、差分正規化ヒストグラムDRE1を生成する。
同様にフレーム間差分ヒストグラムカウンタ29cは、領域3におけるヒストグラムHIA3を作成し、正規化部155は正規化ヒストグラムREA3を提供する。また、減算器157は正規化ヒストグラムREA1と正規化ヒストグラムREA3の差分を算出し、差分正規化ヒストグラムDRE2を生成する。
このように、正規化部は図18に示すような領域毎に設けられ、各減算器はN個の正規化ヒストグラムのうち2つのヒストグラムの差を算出する。比較器158は、差分正規化ヒストグラムDRE1、DRE2、…の各カウント値の絶対値と所定閾値TH6とを比較し、各カウント値の絶対値の中で所定閾値TH6以上のものがある場合、比較結果DET5として例えば”1”を提供する。この結果、ノイズ量判定部26は、現在の差分ヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いない。
つまり誤検出ヒストグラム除外判定部25eは、入力された現在のフレームにおけるN個の領域のフレーム間差分ヒストグラムのうちの2つのヒストグラム間で、対応する正規化カウント数(カウント数/カウント数の総和)の差の絶対値をそれぞれ求める。差の絶対値のうち所定閾値TH6以上となるものが1つ以上ある、ヒストグラムの組み合わせが存在する場合、入力された現在のフレーム間差分ヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いないと判定する。
このように構成することにより、誤検出により1画面内で形状が特異となってしまったフレーム間差分ヒストグラムをノイズ量判定から除外することができ、より安定したノイズ量判定が行える。
次に、図15、図16の画像処理装置及び図17の画像処理装置における誤検出ヒストグラム除外判定部25の第6実施例を説明する。図20は誤検出ヒストグラム除外判定部25の第6実施例を誤検出ヒストグラム除外判定部25fとして示す。
フレーム間差分ヒストグラムカウンタ29aは、領域1におけるヒストグラムHIA1を作成する。正規化部163は、ヒストグラムHIA1の各カウント数をカウント数の総和で正規化し、正規化ヒストグラムREA1を生成する。標準偏差算出部165は、正規化ヒストグラムREA1を基に、その標準偏差STA1を算出する。平均値算出部166は、正規化ヒストグラムREA1を基に、その平均値AVE1を算出する。
同様に、フレーム間差分ヒストグラムカウンタ29bは領域2におけるヒストグラムHIA2を作成し、正規化部164は正規化ヒストグラムREA2を提供し、標準偏差算出部167は標準偏差STA2を算出し、平均値算出部168は平均値AVE2を算出する。このように、ヒストグラムカウンタ、正規化部、標準偏差算出部、平均値算出部は、図18に示すような領域毎に設けられる。尚、標準偏差算出部の代わりに、分散を算出する分散算出部を設けても良い。
比較器169は、複数の領域について算出された複数の標準偏差STA1、STA2、…のうち2つを組み合わせ、それぞれの標準偏差の差分絶対値を算出する。該差分絶対値を所定閾値TH7とそれぞれ比較し、その比較結果STC1、STC2、…を提供する。例えば比較器169は、標準偏差STA1と標準偏差STA2との差分絶対値を算出し、その差分絶対値が所定閾値TH7以上であければ、比較結果STC1として例えば”1”を出力する。OR回路171は比較器169から出力される複数の比較結果に基づいてOR演算を行い、その演算結果DET6を生成する。
比較器170は、複数の領域について算出された複数の平均値AVE1、AVE2、…のうち2つを組み合わせ、組み合わせた平均値の差分絶対値を算出する。該差分絶対値を所定閾値TH8とそれぞれ比較し、その比較結果AVC1、AVC2、…を生成する。例えば比較器170は、平均値AVE1と平均値AVE2との差分絶対値を算出し、その差分絶対値が所定閾値TH8以上であれば、比較結果AVC1として例えば”1”を出力する。
OR回路172は比較器170から出力される複数の比較結果に基づいてOR演算を行い、その演算結果DET7を提供する。OR回路173は比較結果DET6及びDET7に基づいてOR演算を行い、その演算結果DET8を提供する。
つまり誤検出ヒストグラム除外判定部25fは、入力された現在のフレーム内のN個の領域における標準偏差(もしくは分散)のうち2つを組み合わせ、それら標準偏差の差の絶対値と所定閾値TH7とを比較する。標準偏差の差の絶対値が所定閾値TH7以上となる組み合わせが存在する場合、誤検出ヒストグラム除外判定部25fは、入力された現在のフレーム間差分ヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いないと判定する。
更に誤検出ヒストグラム除外判定部25fは、入力された現在のフレーム内のN個の領域について算出された平均値のうち2つを組み合わせ、それら平均値の差の絶対値と所定閾値TH8とを比較する。平均値の差の絶対値が該所定閾値8以上となる組み合わせが存在する場合、誤検出ヒストグラム除外判定部25fは、入力された現在のフレーム間差分ヒストグラムDHIをノイズ量判定に用いないと判定する。
このように構成することにより、動き検出回路20及びエッジ検出回路21等の誤検出により形状が特異形状になってしまったフレーム間差分ヒストグラムをノイズ量判定から除外することができ、より安定したノイズ量判定が行える。
以上説明したように本発明によれば、有効画像範囲内の信号からのフレーム間差分絶対値ヒストグラムを用いたノイズ検出において、誤検出により特異となったフレーム間差分絶対値ヒストグラムをノイズ量判定から除外することができ、ノイズに応じた最適なノイズ除去を行うことができる。即ち、動画像に含まれるノイズを精度良く検出することができる。
なお、本発明は上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の第1実施例に係る画像処理装置の構成を示すブロック図。 図1中に示される動き検出回路の構成を示すブロック図。 図1中に示されるエッジ検出回路の構成を示すブロック図。 ノイズが大きい場合のヒストグラムの例を示す図。 ノイズが中程度の場合のヒストグラムの例を示す図。 ノイズが小さい場合のヒストグラムの例を示す図。 図1の構成で得られたノイズ量に基づいてノイズ除去回路のパラメータを調整できるようにした構成例を示すブロック図。 本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部の第1実施例の構成を示す図。 本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部の第2実施例の構成を示す図。 フレーム間差分ヒストグラムの極大点について説明する図。 本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部の第3実施例の構成を示す図。 誤検出ヒストグラム除外判定部25cの動作を説明するための図。 本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部の第4実施例の構成を示す図。 本発明の第2実施例に係る画像処理装置の構成を示すブロック図。 本発明の第3実施例に係る画像処理装置の構成を示すブロック図。 本発明の第4実施例に係る画像処理装置の構成を示すブロック図。 図15の構成で得られたノイズ量に基づいてノイズ除去回路のパラメータを調整できるようにした構成例を示すブロック図。 フレーム間差分ヒストグラムが検出される領域の設定例を示す図。 本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部の第5実施例の構成を示す図。 本発明による誤検出ヒストグラム除外判定部の第6実施例の構成を示す図。
符号の説明
11…ノイズ除去回路、12…フレームメモリ、13…フレーム間差分生成回路、14…バンドパスフィルタ、15…セレクタ、16…絶対値生成回路、17…リミッタ、18…スイッチ、19…ヒストグラム生成回路、20…動き検出回路、21…エッジ検出回路、22…検出領域指定回路、23…カウントSW制御回路、24…ヒストグラムカウンタリセット回路、25…誤検出ヒストグラム除外判定部、26…ノイズ量判定部、27…パラメータ決定部、28…パラメータ設定部。

Claims (13)

  1. 複数のフレームが連続する動画像の現信号と、この現信号に対してノイズ除去処理および1フレーム分の遅延処理を行った後のノイズ除去済みフレーム遅延信号とから、フレーム間の画像の差分レベルを画素単位で生成する差分生成手段と、
    前記差分生成手段により生成される個々の差分レベルのうち、一定以上の画像変化が生じた画素に対応する差分を除いた差分レベルを用いて、前記フレーム間の差分レベルの頻度分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
    前記ヒストグラム生成手段により生成されるヒストグラムの信頼度をヒストグラムの特性または過去に得られたヒストグラムとの比較により判定する判定手段と、
    前記判定手段により信頼度が所定の値以上の場合に前記ヒストグラムから
    ノイズの量を判定し、前記判定手段により信頼度が所定の値未満の場合には前記ヒストグラムからノイズの量を判定しないノイズ量判定手段と、
    を具備することを特徴とする画像処理装置。
  2. 複数のフレームが連続する動画像の現信号と、この現信号に対して1フレーム分の遅延処理を行った後のフレーム遅延信号とから、フレーム間の画像の差分を画素単位で生成する差分生成手段と、
    前記差分生成手段により生成される個々の差分レベルのうち、一定以上の画像変化が生じた画素に対応する差分を除いた差分レベルを用いて、前記フレーム間の差分レベルの頻度分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
    前記ヒストグラム生成手段により生成されるヒストグラムのうち、ノイズ量判定に用いるヒストグラムとして不適切なヒストグラムを前記ヒストグラム生成手段により生成されるヒストグラムから除外し、この除外したヒストグラムを生成するヒストグラム除外手段と、
    前記ヒストグラム除外手段により生成されるヒストグラムに基づきノイズの量を判定するノイズ量判定手段と、
    を具備することを特徴とする画像処理装置。
  3. 前記ヒストグラム除外手段は、前記ヒストグラム生成手段により生成されたヒストグラムの各カウント数の総和を求める総和算出手段と、前記算出された総和と所定閾値とを比較する比較手段とを具備し、
    前記総和が所定閾値より小さい場合、前記ヒストグラムを前記ノイズ量判定に用いるヒストグラムから除外することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
  4. 前記ヒストグラム除外手段は、
    前記ヒストグラム生成手段により生成されたヒストグラムの各カウント数を基に、該ヒストグラムの微分値を算出する微分手段と、
    前記微分値の符号変化点を検出する符号変化検出手段と、
    前記符号変化点に基づいて前記ヒストグラムの極大点の数を計数するカウンタと、
    前記極大点の数と所定閾値とを比較する比較手段とを具備し、
    前記極大値の数が所定閾値以上の場合、前記ヒストグラムを前記ノイズ量判定に用いるヒストグラムから除外することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
  5. 前記ヒストグラム除外手段は、
    前記ヒストグラム生成手段により生成されたヒストグラムの各カウント数をカウント数の総和で正規化した正規化ヒストグラムを提供する正規化手段と、
    前記正規化ヒストグラムを1フレーム期間遅延してた遅延ヒストグラムを提供する遅延手段と、
    前記正規化部が出力する現在の正規化ヒストグラムと、前記遅延手段が出力する遅延ヒストグラムの差分を算出した差分正規化ヒストグラムを生成する減算器と、
    前記差分正規化ヒストグラムの絶対値を示す絶対値ヒストグラムを生成する絶対値算出部と、
    前記絶対値ヒストグラムと所定閾値とを比較する比較手段とを具備し、
    前記絶対値ヒストグラムにおいて、所定閾値以上のカウント値を有する差分レベルが存在する場合、前記ヒストグラム生成手段により生成されたヒストグラムを前記ノイズ量判定に用いるヒストグラムから除外することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
  6. 前記ヒストグラム除外手段は、
    前記ヒストグラム生成手段により生成されたヒストグラムの各カウント数をカウント数の総和で正規化し、正規化ヒストグラムを提供する正規化手段と、
    前記正規化ヒストグラムを基に、その標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、その平均値を算出する平均値算出手段と、
    前記標準偏差および平均値を1フレーム期間遅延して、遅延標準偏差および遅延平均値を提供する遅延手段と、
    前記標準偏差と遅延標準偏差の差分を算出した差分標準偏差を生成する減算手段と、前記平均値と遅延平均値の差分を算出した差分平均値を生成する減算手段と、
    前記差分標準偏差の絶対値を算出する標準偏差差分絶対値算出手段と、前記差分平均値の絶対値を算出する平均値差分絶対値算出手段と、
    前記標準偏差差分絶対値と所定閾値とを比較する比較手段と、
    前記平均値差分絶対値と所定閾値とを比較する比較手段とを具備し、
    前記標準偏差差分絶対値が所定閾値以上であった場合、あるいは、前記平均値差分絶対値が所定閾値以上であった場合、前記ヒストグラム生成手段により生成された前記ヒストグラムを前記ノイズ量判定に用いるヒストグラムから除外することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
  7. 前記差分生成手段により生成される差分レベル信号の高域成分を除去することにより得られる低域差分信号から、所定レベル以上のレベルを有する差分信号に対応する画素を検出する動き検出手段と、
    前記差分生成手段により生成された個々の差分のうち、前記動き検出手段により検出された画素に対応する差分が除かれるように制御する制御手段と
    を更に具備することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
  8. 前記差分生成手段により生成される差分レベル信号の低域成分を除去することにより得られる高帯域フレーム間差分信号から、所定レベル以上のレベルを有する差分信号に対応する画素を検出するエッジ検出手段と、
    前記差分生成手段により生成された個々の差分のうち、前記エッジ検出手段により検出された画素に対応する差分が除かれるように制御する制御手段と
    を更に具備することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
  9. 1フレーム内の複数個の領域における個々の差分レベルの頻度分布を示す複数個のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
    前記各ヒストグラムの各カウント数を該ヒストグラムのカウント数の総和で正規化した正規化ヒストグラムを生成する正規化手段と、
    前記複数個の正規化ヒストグラムのうち任意の2つのヒストグラムの差分を算出した差分正規化ヒストグラムを生成する減算手段と、
    前記複数個の差分正規化ヒストグラムの各カウント値の絶対値と所定閾値とを比較する比較手段とを具備し、
    前記複数個の差分正規化ヒストグラムの各カウント値の絶対値のうち、前記所定閾値以上のものが存在する場合、前記1フレームに対応する前記ヒストグラム生成手段により生成されたヒストグラムを、前記ノイズ量判定に用いるヒストグラムから除外することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
  10. 1フレーム内の複数個の領域における個々の差分レベルの頻度分布を示す複数個のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
    前記各ヒストグラムの各カウント数を、該ヒストグラムのカウント数の総和で正規化した正規化ヒストグラムを生成する正規化手段と、
    前記複数個の正規化ヒストグラムを基に、該ヒストグラムの標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、該ヒストグラムの平均値を算出する平均値算出手段と、
    前記複数個の標準偏差のうち任意の2つの標準偏差の差を算出し、該標準偏差の差と所定閾値とを比較する比較手段と、
    前記複数個の平均値のうち任意の2つの平均値の差を算出し、該平均値の差と所定閾値とを比較する比較手段とを具備し、
    前記標準偏差の差が前記所定閾値より大きくなるものが1つ以上ある場合、あるいは、前記平均値の差が前記所定閾値より大きくなるものが1つ以上ある場合、前記1フレームに対応する前記ヒストグラム生成手段により生成されたヒストグラムを、前記ノイズ量判定に用いるヒストグラムから除外することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
  11. 前記ノイズ量判定手段は、前記ヒストグラムに示される頻度分布の標準偏差、分散、及び平均値の少なくとも一つを用いて前記ノイズの量を判定することを特徴とする請求項1から10記載の画像処理装置。
  12. 前記ノイズ量判定手段により判定されたノイズの量に基づき、前記ノイズ除去処理に使用するパラメータを設定する手段を更に具備することを特徴とする請求項1から11記載の画像処理装置。
  13. 複数のフレームが連続する動画像の現信号と、この現信号に対してノイズ除去処理および1フレーム分の遅延処理を行った後のノイズ除去済みフレーム遅延信号とから、フレーム間の画像の差分を画素単位で生成し、
    前記生成した個々の差分のうち、一定以上の画像変化が生じた画素に対応する差分を除いた状態で、前記フレーム間の差分レベルの頻度分布を示すヒストグラムを生成し、
    前記ヒストグラム生成手段により生成されるヒストグラムのうち、ノイズ量判定に用いるヒストグラムとして不適切なヒストグラムを前記ヒストグラム生成手段により生成されるヒストグラムから除外し、この除外したヒストグラムに基づきノイズの量を判定すること
    を特徴とする画像処理方法。
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