JP2008028475A - 画像処理装置、画像処理プログラム、画像処理プログラムを記録する記録媒体、画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】欠陥画素の補正とノイズの低減とをより効率的に行うことができる画像処理装置等を提供する。
【解決手段】注目画素と周辺画素との差分絶対値の総和を算出する差分絶対値算出部3aと、差分絶対値の総和が所定の閾値以上である場合には注目画素が欠陥画素であると判定し、所定の閾値未満である場合には注目画素が欠陥画素ではないと判定する欠陥画素検出部3bと、注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に差分絶対値算出部3aにより求められた差分絶対値を用いて注目画素のノイズ低減を行うNRフィルタ係数算出部3cおよびNR処理部4と、注目画素が欠陥画素であると判定された場合に周辺画素に基づき注目画素を補正する欠陥画素補正部5と、を備えた画像処理装置。
【選択図】図2
【解決手段】注目画素と周辺画素との差分絶対値の総和を算出する差分絶対値算出部3aと、差分絶対値の総和が所定の閾値以上である場合には注目画素が欠陥画素であると判定し、所定の閾値未満である場合には注目画素が欠陥画素ではないと判定する欠陥画素検出部3bと、注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に差分絶対値算出部3aにより求められた差分絶対値を用いて注目画素のノイズ低減を行うNRフィルタ係数算出部3cおよびNR処理部4と、注目画素が欠陥画素であると判定された場合に周辺画素に基づき注目画素を補正する欠陥画素補正部5と、を備えた画像処理装置。
【選択図】図2
Description
本発明は、画像信号に欠陥画素補正とノイズ低減とを行う画像処理装置、画像処理プログラム、画像処理プログラムを記録する記録媒体、画像処理方法に関する。
デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル撮像装置は、一般的に、撮像素子と、この撮像素子から出力されるアナログ信号に各種のアナログ処理を行うアナログ回路と、このアナログ回路の信号をデジタル信号に変換するA/D(アナログ/デジタル)コンバータと、を有して構成されている。
このようなデジタル撮像装置のA/Dコンバータから得られるデジタル信号中には、一般にノイズ成分が含まれており、このノイズは、ランダム性のノイズと、スパイク性のノイズとに大別することができる。
これらの内のランダム性のノイズは、撮像素子およびアナログ回路で発生するものであり、ホワイトノイズ特性に近い特性を有している。
一方、上述したスパイク性のノイズは、主に撮像素子に起因するノイズであり、その代表的な例は、撮像素子の欠陥画素などに起因して発生するものである。
こうしたノイズを低減する提案は、従来より種々のものがなされている。
例えば、特開2003−069901号公報には、上述したような2種類のノイズを効果的に除去するために、欠陥画素を検出した結果に応じて、ノイズリダクション(以下、適宜「NR」などと略記する)処理を変更したり(例えば、検出結果に応じて、ローパスフィルタを用いるか、またはメディアンフィルタを用いるかを変更する)、あるいは、NR処理画像と注目画素との混合比を変更したりするなどの技術が記載されている。
特開2003−069901号公報
上述したような従来の技術では、欠陥画素を検出する工程と、その後に欠陥画素を補正する工程およびノイズを低減する工程と、は独立した工程で行われている。従って、従来の技術には、処理の効率化を図る余地があった。さらに、該従来技術をハードウェアにより実現しようとする場合には、それぞれの工程を実行するための回路やメモリ等が独立して必要となるために、回路規模の大型化を招く要因となっていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、欠陥画素の補正とノイズの低減とをより効率的に行うことができる画像処理装置、画像処理プログラム、画像処理プログラムを記録する記録媒体、画像処理方法を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、第1の発明による画像処理装置は、画像信号を構成する画素の内のある画素を注目画素としてこの注目画素と該注目画素の近傍に位置する周辺画素との相関性に係る指標値を算出する相関指標値算出手段と、上記指標値が相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し該相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定する判定手段と、上記判定手段により上記注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に上記相関指標値算出手段により求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減手段と、上記判定手段により上記注目画素が欠陥画素であると判定された場合に該注目画素を補正する欠陥画素補正手段と、を具備したものである。
また、第2の発明による画像処理装置は、上記第1の発明による画像処理装置において、上記相関指標値算出手段が、上記注目画素と、該注目画素の近傍に位置する周辺画素と、の差分の絶対値を算出する差分絶対値算出手段を有して構成され、該差分絶対値に基づき上記指標値を算出するものである。
さらに、第3の発明による画像処理装置は、上記第2の発明による画像処理装置において、上記注目画素の近傍に位置する周辺画素が複数であって、上記差分絶対値算出手段は上記差分絶対値を複数の周辺画素のそれぞれに対して算出するものであり、上記相関指標値算出手段はさらに上記差分絶対値算出手段により算出された複数の周辺画素に対する差分絶対値の総和を上記指標値として算出する差分絶対値和算出手段を有して構成され、上記判定手段は上記指標値を所定の閾値と比較して該指標値が閾値以上であって相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し該指標値が閾値未満であって相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定するものである。
第4の発明による画像処理装置は、上記第2の発明による画像処理装置において、上記注目画素の近傍に位置する周辺画素が複数であって、上記差分絶対値算出手段は上記差分絶対値を複数の周辺画素のそれぞれに対して算出するものであり、上記相関指標値算出手段は上記差分絶対値を上記指標値とするものであり、上記判定手段は上記指標値を所定の閾値と比較して該指標値が閾値以上となる個数をカウントしカウントされた個数が所定数以上であって相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し該個数が該所定数未満であって相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定するものである。
第5の発明による画像処理装置は、上記第1の発明による画像処理装置において、上記画像信号がモノクロ撮像素子から得られたモノクロ画像信号または2板以上の多板カラー撮像素子の内の一色のみに係る一の撮像素子から得られたカラー画像信号であって、上記判定手段は、欠陥画素であると判定した画素が空間的に隣接する複数の画素に渡って存在する場合には、該判定にかかわらず、該画素群を欠陥画素ではないと判定するものである。
第6の発明による画像処理装置は、上記第1の発明による画像処理装置において、上記画像信号が単板カラー撮像素子または2板以上の多板カラー撮像素子の内の複数色に係る一の撮像素子から得られたカラー画像信号であって、当該画像処理装置は、カラー画像信号を構成する各色別に処理を行うものであり、上記判定手段は、各色別の処理において欠陥画素であると判定した画素が空間的に隣接する複数色の画素に渡って存在する場合には、該判定にかかわらず、該画素群を欠陥画素ではないと判定するものである。
第7の発明による画像処理装置は、上記第1の発明による画像処理装置において、上記判定手段が、欠陥画素であると判定した画素の画素位置を記憶する記憶手段と、同一の撮像素子から異なる時刻に得られた複数の画像に対して欠陥画素であると判定された画素の画素位置が一致する場合に該画素を欠陥画素であると最終判定しそれ以外の場合には該画素は欠陥画素ではないと最終判定する最終判定手段と、をさらに有して構成されたものである。
第8の発明による画像処理装置は、上記第1の発明による画像処理装置において、上記ノイズ低減手段が、上記相関指標値算出手段により求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いてノイズ低減に用いるフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段と、上記フィルタ係数算出手段により算出されたフィルタ係数を用いて注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減処理手段と、を有して構成されたものであ。
第9の発明による画像処理装置は、上記第2の発明による画像処理装置において、上記ノイズ低減手段が、上記差分絶対値算出手段により算出された差分絶対値が大きいほど該差分絶対値に対応する周辺画素の寄与分が小さくなるようにノイズ低減に用いるフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段と、上記フィルタ係数算出手段により算出されたフィルタ係数を用いて注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減処理手段と、を有して構成されたものである。
第10の発明による画像処理装置は、上記第1の発明による画像処理装置において、上記欠陥画素補正手段が、上記周辺画素に基づいて、欠陥画素として判定された上記注目画素を補正するものである。
第11の発明による画像処理プログラムは、コンピュータに、画像信号を構成する画素の内のある画素を注目画素としてこの注目画素と該注目画素の近傍に位置する周辺画素との相関性に係る指標値を算出する相関指標値算出ステップと、上記指標値が相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し該相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定する判定ステップと、上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に上記相関指標値算出ステップにより求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減ステップと、上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素であると判定された場合に該注目画素を補正する欠陥画素補正ステップと、を実行させるためのプログラムである。
第12の発明による画像処理プログラムを記録する記録媒体は、コンピュータに実行させるための画像処理プログラムをコンピュータにより読み取り可能に記録する記録媒体であって、画像信号を構成する画素の内のある画素を注目画素としてこの注目画素と該注目画素の近傍に位置する周辺画素との相関性に係る指標値を算出する相関指標値算出ステップと、上記指標値が相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し該相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定する判定ステップと、上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に上記相関指標値算出ステップにより求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減ステップと、上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素であると判定された場合に該注目画素を補正する欠陥画素補正ステップと、を含む画像処理プログラムを記録する記録媒体である。
第13の発明による画像処理方法は、画像信号を構成する画素の内のある画素を注目画素としてこの注目画素と該注目画素の近傍に位置する周辺画素との相関性に係る指標値を算出する相関指標値算出ステップと、上記指標値が相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し該相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定する判定ステップと、上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に上記相関指標値算出ステップにより求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減ステップと、上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素であると判定された場合に該注目画素を補正する欠陥画素補正ステップと、を含む方法である。
本発明の画像処理装置、画像処理プログラム、画像処理プログラムを記録する記録媒体、画像処理方法によれば、欠陥画素の補正とノイズの低減とをより効率的に行うことが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[実施形態1]
図1から図3は本発明の実施形態1を示したものであり、図1は画像処理装置の構成を示すブロック図、図2はNRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部の構成をより詳細に示した画像処理装置のブロック図、図3は画像処理装置による処理を示すフローチャートである。
図1から図3は本発明の実施形態1を示したものであり、図1は画像処理装置の構成を示すブロック図、図2はNRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部の構成をより詳細に示した画像処理装置のブロック図、図3は画像処理装置による処理を示すフローチャートである。
この画像処理装置は、図1に示すように、画像信号入力部1と、メモリ2と、NR(ノイズリダクション)フィルタ係数算出/欠陥画素検出部3と、NR処理部(フィルタリング実行部)4と、欠陥画素補正部5と、画像信号出力部6と、を有して構成されている。ここに、NR処理部4はノイズ低減手段とノイズ低減処理手段とを兼ねたものであり、欠陥画素補正部5は欠陥画素補正手段である。そして、これらの内の、画像信号入力部1はメモリ2に、メモリ2はNRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3に、NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3はNR処理部4と欠陥画素補正部5とに、NR処理部4と欠陥画素補正部5とは画像信号出力部6に、それぞれ接続されている。
また、NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3は、図2に示すように、差分絶対値算出部3aと、欠陥画素検出部3bと、NRフィルタ係数算出部3cと、を有して構成されている。ここに、差分絶対値算出部3aは相関指標値算出手段と差分絶対値算出手段と差分絶対値和算出手段とを兼ねたものであり、欠陥画素検出部3bは判定手段であり、NRフィルタ係数算出部3cはノイズ低減手段とフィルタ係数算出手段とを兼ねたものである。また、上述したメモリ2が差分絶対値算出部3aに、差分絶対値算出部3aは欠陥画素検出部3bに、欠陥画素検出部3bはNRフィルタ係数算出部3cと上述した欠陥画素補正部5とに、NRフィルタ係数算出部3cはNR処理部4に、それぞれ接続されている。
このような画像処理装置の構成を、信号の流れに沿って説明する。
画像信号入力部1には、撮像素子などから出力された画像信号(なお、ここでは、画像信号として、モノクロ撮像素子から出力されたモノクロ画像信号を想定するものとする。)が入力されるようになっている。ここに、欠陥画素は、上述したように撮像素子に起因するものであるために、ここで用いる画像信号は、撮像素子から出力されたアナログ信号にアナログ処理を施した後にA/D変換部によりデジタル信号化した直後の信号(すなわち、各種のデジタル処理が行われる前の信号であって、いわゆるRAWデータ)を想定している(各種のデジタル処理を行った後の信号は、欠陥画素の判定が困難になるためである)。
画像信号入力部1は、画像信号が入力されると、メモリ2へ出力して順次記憶させる。ここに、メモリ2は、フレームメモリ等として構成しても構わないが、メモリ容量をより削減するためには、後述するような処理対象となる領域(注目領域)を抽出することができるだけのライン数のメモリ容量を少なくとも備えたラインメモリ等として構成すると良い。
NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3は、処理対象となる注目領域の画像信号をメモリ2から読み込む。そして、NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3は、補正対象となる画素(以下、注目画素という。)が欠陥画素であるか否かを判定する。
ここで、NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3は、注目画素が欠陥画素でないと判定した場合には、さらに、NRフィルタ係数を算出して、NR処理部4へ出力する。これに応じて、NR処理部4が、算出されたNRフィルタ係数を用いて注目画素と該注目画素の周辺画素(この周辺画素の定義については後述する)とに対してフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理した補正結果を画像信号出力部6へ出力する。
一方、NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3により注目画素が欠陥画素であると判定された場合には、欠陥画素補正部5によって欠陥画素の補正を行い、この補正結果を画像信号出力部6へ出力する。
こうして、画像信号出力部6からNR処理または欠陥画素補正処理が行われた画像信号が出力される。
次に、図3を参照して、画像処理装置による処理の具体的な流れの一例について説明する。
この処理を開始すると、NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3は、まず、メモリ2に蓄えられた画像信号から、注目画素P(i0,j0)を中心としたI×J画素(横I画素×縦J画素)(ここに、I,Jは、1以上の整数)の注目領域を取得する(ステップS1)。なお、注目領域に含まれる画素の内の、中心に位置する注目画素P(i0,j0)以外の画素P(i,j)(ここに、1≦i≦I、1≦j≦Jであって、かつ同時にはi=i0とj=j0とはならない)を、以下では周辺画素と呼ぶことにする。
以下の説明において、具体例を引き合いに出す場合には、注目画素をP(2,2)(つまり、i0=2かつj0=2)とし、注目領域をこの注目画素P(2,2)を中心とする3×3画素(つまり、I=3,J=3の場合)であるものとする。従って、この具体例の場合には、周辺画素は、P(1,1)、P(1,2)、P(1,3)、P(2,1)、P(2,3)、P(3,1)、P(3,2)、P(3,3)の8画素である。
さらに、差分絶対値算出部3aが、注目画素P(i0,j0)と周辺画素P(i,j)との相関性に係る指標値として、これら(I×J−1)個の差分絶対値D(i,j)の総和である差分絶対値和ΣD(i,j)を、次の数式2に示すように算出する(ステップS2)。
続いて、欠陥画素検出部3bが、所定の閾値THFPNと、ステップS2において算出した差分絶対値和ΣD(i,j)と、を比較して、差分絶対値和ΣD(i,j)が閾値THFPN以上である場合には、注目画素P(i0,j0)が欠陥画素であると判定し、一方、差分絶対値和ΣD(i,j)が閾値THFPN未満である場合には、注目画素P(i0,j0)は欠陥画素ではないと判定する(ステップS3)。
このステップS3において、注目画素P(i0,j0)が欠陥画素であると判定された場合には、欠陥画素補正部5が、周辺画素に対して例えばメディアンフィルタを用いるなどにより欠陥画素である注目画素を補正し、補正後の画素を画像信号出力部6へ出力する(ステップS4)。
一方、ステップS3において、注目画素P(i0,j0)が欠陥画素ではないと判定された場合には、以下に説明するようなノイズ低減処理を行う。このノイズ低減処理においては、次に説明するステップS5〜S7において、NRフィルタ係数算出部3cによるNRフィルタ係数の算出が行われ、続くステップS8〜S11またはS12において、算出されたNRフィルタ係数を用いてNR処理部4によりフィルタリング処理が行われる。
すなわち、NRフィルタ係数算出部3cは、まず、注目画素P(i0,j0)と周辺画素P(i,j)との距離r(i,j)を、次の数式3または数式4(何れの数式により算出された値を距離r(i,j)とするかは、処理系の回路構成、あるいは画像に係る各種の条件(例えば、被写体輝度や画像の平坦度など)等に応じて、適宜決めることが可能である。)に示すように算出する(ステップS5)。
次に、NRフィルタ係数算出部3cは、上述したステップS2の処理において求めた差分絶対値和ΣD(i,j)と、所定の定数Constと、に基づき、中心画素である注目画素P(i0,j0)に対する重みWcenterを次の数式5に示すように算出する(ステップS6)。
続いて、NRフィルタ係数算出部3cは、上述したステップS2の処理において求めた差分絶対値D(i,j)と、上述したステップS5において求めた距離r(i,j)と、を用いて、次の数式6および数式7に示すように、周辺画素P(i,j)に対する重みW(i,j)を算出する(ステップS7)。
ここに、数式6における「tune」は、予め定められた調整用の定数である。また、数式7の右辺におけるΣは、(i=i0かつj=j0)以外のiおよびjについて和をとったものである。
こうして、注目画素P(i0,j0)に対する重みWcenterと、周辺画素P(i,j)に対する重みW(i,j)と、が算出されたら、NRフィルタ係数算出部3cは、これらの重みをNRフィルタ係数としてNR処理部4へ出力する。
NR処理部4は、NRフィルタ係数算出部3cからNRフィルタ係数を受けると、次の数式8に示すような演算を行うことにより、フィルタリング処理を行い、ノイズ補正後の注目画素P’(i0,j0)の画素値を算出する(ステップS8)。
ここに、数式8の右辺におけるΣは、(i=i0かつj=j0)以外のiおよびjについて和をとったものである。
そして、NR処理部4は、ノイズ補正後の注目画素P’(i0,j0)と、原信号の注目画素P(i0,j0)と、の差分を算出することにより、これらを比較して(ステップS9)、これらの差分がノイズモデル以内であるか否かを判定する(ステップS10)。
このステップS10において、差分がノイズモデル以内であると判定された場合には、NR処理部4は、注目画素P(i0,j0)をノイズ補正後の注目画素P’(i0,j0)に置き換える処理を行う(ステップS11)。
また、ステップS10において、差分がノイズモデルの範囲外であると判定された場合には、NR処理部4は、コアリング処理を行う(ステップS12)。ここに、コアリング処理とは、ある基準値から上限値および下限値を設定し、入力値が上限値より大きい場合は入力値から上限値を減算した値を出力値、入力値が下限値より小さい場合は入力値に下限値を加算した値を出力値、入力値が下限値以上かつ上限値以下である場合は入力値を前記基準値に置き換えた値を出力値、とする処理である。本実施形態では、ある基準値がノイズ補正後の注目画素P’(i0,j0)であり、上限値、下限値がノイズモデルである。
こうして、ステップS4,S11,S12の何れかの処理が行われたら、画像信号出力部6がその処理結果を注目画素P(i0,j0)の画素値として出力し(ステップS13)、この処理を終了する。
なお、ここでは、1つの注目領域の処理についてを説明したが、実際には、注目画素の画素位置を1画素ずつずらしながら、全ての画素について上述したような処理を行うことにより、画像信号全体の処理を行うことになる。
また、上述では、ステップS5〜S12において説明したような処理を行うことによりノイズ低減処理を行っているが、その他のノイズ低減処理を行うようにしてももちろん構わない。このときに行うノイズ低減処理が、ステップS2において算出した差分絶対値D(i,j)や差分絶対値和ΣD(i,j)を用いるようなノイズ低減処理であれば、欠陥画素判定処理とノイズ低減処理とにおいて、処理の一部を兼用していることになるために、処理の効率化を図ることが可能となる。
このような実施形態1によれば、ノイズ低減処理を行うためのフィルタ係数を算出する工程の一部を、欠陥画素検出を行う工程に兼用しているために、処理が部分的に共有化され、全体の処理を効率化することが可能となる。従って、特に、これらの処理をハードウェア化する場合には、メモリ2等の資源をノイズ低減処理と欠陥画素検出処理とにおいて共有化することができるために、ハードウェア規模の効率的な縮小化を行うことが可能となる。
[実施形態2]
図4は本発明の実施形態2を示したものであり、画像処理装置による処理を示すフローチャートである。この実施形態2において、上述の実施形態1と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
図4は本発明の実施形態2を示したものであり、画像処理装置による処理を示すフローチャートである。この実施形態2において、上述の実施形態1と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
この実施形態2の画像処理装置の構成は、上述した実施形態1の図1および図2に示したものと同様である。なお、本実施形態においても、画像信号として、モノクロ撮像素子から出力されたモノクロ画像信号を想定するものとする。
この実施形態2においては、注目画素が欠陥画素であるか否かを判定する際の処理が異なるものとなっている。
すなわち、ステップS1において注目領域を取得した後に、差分絶対値算出部3aは、数式1に示したように、差分絶対値D(i,j)を順次算出する(ステップS2A)。なお、このステップS2Aの処理においては、上述した実施形態1のステップS2の処理と異なり、数式2に示したような差分絶対値和ΣD(i,j)を算出する必要はない(もっとも、後で使用することを考慮してここで算出しても構わない)。
続いて、欠陥画素検出部3bが、所定の閾値THFPNと、(I×J−1)個の差分絶対値D(i,j)と、を順次比較して、閾値THFPN以上となる差分絶対値D(i,j)の個数Mをカウントアップし、注目領域内の全ての差分絶対値D(i,j)との比較を行っている最中に個数Mが所定数M0(ここにM0は、1≦M0≦(I×J−1)を満たす整数)以上となった場合には、注目画素(i0,j0)が欠陥画素であると判定し、全ての比較が終了した段階で個数Mが所定数M0未満である場合には欠陥画素ではないと判定する(ステップS3A)。なお、本実施形態の閾値THFPNは、個別の差分絶対値D(i,j)と比較するためのものであるために、実施形態1において説明したような差分絶対値和ΣD(i,j)と比較を行うための閾値THFPNとは値が異なる。
このステップS3Aにおいて、欠陥画素であると判定された場合にはステップS4の処理を行い、欠陥画素ではないと判定されたステップS5の処理を行う。その後の処理については、上述した実施形態1と同様である。
このような実施形態2によれば、上述した実施形態1とほぼ同様の効果を奏するとともに、周辺画素の一画素毎の差分絶対値を閾値と比較して、該比較結果に基づいて注目画素が欠陥画素であるか否かを判定するようにしたために、実施形態1に比して処理がやや複雑になるものの、欠陥画素をより正確に検出することが可能となる。
[実施形態3]
図5から図8は本発明の実施形態3を示したものであり、図5はNRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部の構成をより詳細に示した画像処理装置のブロック図、図6は画像処理装置による処理を示すフローチャート、図7は単板カラー撮像素子からの画像信号における欠陥画素の判別例を示す図、図8は3板カラー撮像素子からの画像信号における欠陥画素の判別例を示す図である。
図5から図8は本発明の実施形態3を示したものであり、図5はNRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部の構成をより詳細に示した画像処理装置のブロック図、図6は画像処理装置による処理を示すフローチャート、図7は単板カラー撮像素子からの画像信号における欠陥画素の判別例を示す図、図8は3板カラー撮像素子からの画像信号における欠陥画素の判別例を示す図である。
この実施形態3において、上述の実施形態1,2と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
本実施形態は、欠陥画素の可能性がある画素(欠陥画素候補)が、欠陥画素であるか、孤立点であるかをさらに判定し、欠陥画素の判定精度を高めるようにしたものとなっている。ここに、孤立点とは、周辺の画素との画素値の相関性が特異的に低い画素(欠陥画素を除く)、もしくは空間的配置が隣接する画素群(欠陥画素群を除く)のことである。より具体的には、孤立点は、周辺の同一色の画素と比べて、画素値が特異的に異なる点となっている。このことは、孤立点が、明度、彩度、色相の少なくとも1つが周辺画素とは特異的に異なる点であることを意味している。
この実施形態3の画像処理装置の構成の概要は、上述した実施形態1の図1に示したものと同様であるが、NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3の構成が、実施形態1の図2に示したものとは異なっている。
すなわち、本実施形態のNRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部3は、図5に示すように、差分絶対値算出部3aおよびNRフィルタ係数算出部3cを備えるとともに、実施形態1の欠陥画素検出部3bに代えて、判定手段たる欠陥画素候補検出部3dおよび判定手段であり記憶手段と最終判定手段とを兼ねた孤立点/欠陥画素判別部3eを備えて構成されたものとなっている。ここに、差分絶対値算出部3aは欠陥画素候補検出部3dに、欠陥画素候補検出部3dはNRフィルタ係数算出部3cおよび孤立点/欠陥画素判別部3eに、孤立点/欠陥画素判別部3eはNRフィルタ係数算出部3cおよび欠陥画素補正部5に、それぞれ接続されている。
次に、図6を参照して、画像処理装置による処理の具体的な流れの一例について説明する。
なお、この図6に示す処理は、撮像素子がモノクロ撮像素子である場合には、ほぼそのまま適用される。
また、この図6に示す処理は、撮像素子がカラー撮像素子である場合には、各色別に行われるようになっている。
例えば、撮像素子が図8に示すような3板カラー撮像素子(図8には、3板で構成される撮像素子の内の、R撮像素子のみを図示している。)である場合には、各撮像素子から得られる画像信号毎に、この図6に示す処理が撮像素子がモノクロ撮像素子である場合と同様に行われる。
また、撮像素子が図7に示すような単板カラー撮像素子である場合にも、この図6に示す処理が、各色別に行われる。従って、ステップS2Aにおいて行われる差分絶対値の算出は、図7に示すようなカラーフィルタ配列に応じたR画素同士、G画素同士、B画素同士において行われる(すなわち、注目画素が例えばR画素である場合には、近傍画素もR画素のみとなる)。このときには、ステップS1において取得する注目領域も、カラーフィルタ配列に応じて必要な周辺画素の画素データを取得することができるだけの大きさの領域となる。
さらに、撮像素子が、図示はしないが2板カラー撮像素子であって、ある1色(例えばG)の色信号のみが得られる第1の撮像素子と、他の2色(例えばRおよびB)の色信号が得られる第2の撮像素子と、を有して構成される場合には、第1の撮像素子についてはモノクロ撮像素子と同様に図6に示す処理が行われ、第2の撮像素子については上述した単板カラー撮像素子に準じて図6に示す処理が各色別に行われる。
2板と3板との多板カラー撮像素子については上述したが、これらに加えて、4板以上の多板カラー撮像素子についても、上述と同様である。
そして、上述したステップS1,S2Aの処理を行った後に、欠陥画素候補検出部3dが、所定の閾値THFPNと、ステップS2Aにおいて算出した(I×J−1)個の差分絶対値D(i,j)と、を順次比較して、閾値THFPN以上となる差分絶対値D(i,j)の個数Mをカウントアップし、注目領域内の全ての差分絶対値D(i,j)との比較を行っている最中に個数Mが所定数M0(ここにM0は、1≦M0≦(I×J−1)を満たす整数)以上となった場合には、注目画素(i0,j0)が欠陥画素候補であると判定し、全ての比較が終了した段階で個数Mが所定数M0未満である場合には欠陥画素候補ではないと判定する(ステップS3B)。すなわち、個数Mが所定数M0以上である場合に、上述した実施形態2においては、直ちに欠陥画素であると判定していたが、この実施形態3においては、この段階では欠陥画素となる可能性がある欠陥画素候補であるとのみ判定するようにしている。
そして、このステップS3Bにおいて、欠陥画素候補であると判定された場合には、さらに、孤立点/欠陥画素判別部3eが、欠陥画素候補が空間的に連続して発生しているか否かを判定する(ステップS21)。
より具体的には、孤立点/欠陥画素判別部3eは、ステップS3Bにおいて注目画素(i0,j0)が欠陥画素候補であると判定された場合には、該注目画素(i0,j0)のアドレス(これを、例えば(x,y)とする。ここに、xは画像(動画の場合にはフレーム画像)における横方向の画素位置、yは同縦方向の画素位置をそれぞれ示している。)を記憶しておく。そして、孤立点/欠陥画素判別部3eは、このアドレス(x,y)の注目画素と隣接する例えば2×2画素の領域内の画素が全て欠陥画素候補であるか否かを判定する。
例えば、この処理を、注目画素位置をラスタ順に変更しながら行う場合には、このステップS21の処理を行う時点でアドレス(x,y)の画素が欠陥画素候補であると判定されているために、さらに、記憶してあるデータに基づき、アドレス(x−1,y−1)の画素、アドレス(x,y−1)の画素、アドレス(x−1,y)の画素が欠陥画素候補であるか否かを判定する。
そして、2×2画素の領域内の画素が全て欠陥画素候補であると判定された場合(単板カラー撮像素子の例を示す図7(B)、または3板カラー撮像素子におけるR(赤)用撮像素子の例を示す図8(B)を参照)には、孤立点/欠陥画素判別部3eは、これら2×2画素の領域内の全画素は欠陥画素ではなく、この領域は孤立点であると判定するようになっている。一方、2×2画素の領域内の画素の内の少なくとも1つが欠陥画素候補でないと判定された場合(単板カラー撮像素子の例を示す図7(A)、または3板カラー撮像素子におけるR(赤)用撮像素子の例を示す図8(A)を参照)には、孤立点/欠陥画素判別部3eは、欠陥画素候補となっている注目画素が欠陥画素であると判定するようになっている。
なお、上述したようにラスタ順に処理を行う場合には、アドレス(x,y)の画素が欠陥画素であるか否かの判定は、アドレス(x+1,y+1)の画素の判定が終了するまでは確定しないために、各処理の段階で適宜の遅延をかけることになる。また、上述したステップS3BおよびS21が、孤立点/欠陥画素判別処理を構成している。
こうして、ステップS21において注目画素が欠陥画素であると判定された場合には、ステップS4へ行って欠陥画素補正処理を行う。また、ステップS21において注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合には、ステップS5へ行って上述したようなノイズ低減処理を行う。その後の処理については、上述した実施形態1,2と同様である。
このような実施形態3によれば、上述した実施形態1,2とほぼ同様の効果を奏するとともに、欠陥画素候補が欠陥画素であるか孤立点であるかをさらに判別するようにしたために、孤立点を欠陥画素であると誤検出する可能性を低減することができ、孤立点を画像中にそのまま残すことが可能となる。
[実施形態4]
図9および図10は本発明の実施形態4を示したものであり、図9は画像処理装置による処理を示すフローチャート、図10は複数フレームの画像信号を用いて欠陥画素を判別する例を示す図である。
図9および図10は本発明の実施形態4を示したものであり、図9は画像処理装置による処理を示すフローチャート、図10は複数フレームの画像信号を用いて欠陥画素を判別する例を示す図である。
この実施形態4において、上述の実施形態1〜3と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
本実施形態は、欠陥画素が、異なる時刻に得られた複数の画像(具体的には、例えば連続する複数のフレーム)において同一位置に発生することを利用して、欠陥画素判別を行うようにしたものとなっている。
この実施形態4の画像処理装置の構成は、上述した実施形態3の図5に示したものと同様である。
次に、図9を参照して、画像処理装置による処理の具体的な流れの一例について説明する。
上述したステップS1,S2A,S3Bの処理を行って、このステップS3Bにおいて、欠陥画素候補であると判定された場合には、さらに、孤立点/欠陥画素判別部3eが、注目画素(i0,j0)のアドレス(これを、例えば(x,y)とする。ここに、xは画像(動画の場合にはフレーム画像)における横方向の画素位置、yは同縦方向の画素位置をそれぞれ示している。)を記憶しておく。そして、孤立点/欠陥画素判別部3eは、現在のフレーム画像と時間的に隣接して撮像された1以上のフレーム画像(以下では、適宜、比較フレーム画像という。)における同一アドレス(x,y)の画素が、全ての比較フレーム画像において欠陥画素候補であるか否かを判定する。そして、孤立点/欠陥画素判別部3eは、全て欠陥画素候補である場合には該アドレス(x,y)の画素が欠陥画素であると判定し、少なくとも1つの比較フレーム画像において欠陥画素候補でない場合には該アドレス(x,y)の画素は欠陥画素ではなく孤立点であると判定する(ステップS31)。
具体的には、着目するフレーム画像(例えば、図10(B)に示す2フレーム目の画像)の、1つ前の比較フレーム画像(例えば、図10(A)に示す1フレーム目の画像)と1つ後の比較フレーム画像(例えば、図10(C)に示す3フレーム目の画像)とを参照して、注目画素が欠陥画素であるか否かを判定することが考えられる。ただし、この場合には、判定が確定するのは1つ後のフレーム画像についての処理を行った後になるために、各処理の段階で必要に応じて1フレーム分の遅延をかける必要がある。なお、本実施形態においては、上述したステップS3BおよびS31が、孤立点/欠陥画素判別処理を構成している。
こうして、ステップS31において注目画素が欠陥画素であると判定された場合には、ステップS4へ行って欠陥画素補正処理を行う。また、ステップS31において注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合には、ステップS5へ行って上述したようなノイズ低減処理を行う。その後の処理については、上述した実施形態1〜3と同様である。
なお、複数のフレーム画像を用いた欠陥画素の判定は、動画に適用することが可能であるのはもちろん、静止画にも適用することが可能である。この場合にも、時間的に隣接する画像を参照して、注目画素が欠陥画素であるか否かを判定するようにすれば良い。
また、上述では、連続する複数のフレームにおいて注目画素が欠陥画素候補である場合に、該注目画素が欠陥画素であると判定するようにしているが、このときさらに、上述した実施形態3に示したような技術も加味して、欠陥画素の判定を行うようにしても良い。すなわち、連続する複数のフレームにおいて、注目画素が、図7(A)や図8(A)に示したような欠陥画素候補である場合(つまり、図7(B)や図8(B)に示したような空間的に複数が密集する欠陥画素候補ではない場合)に、該注目画素が欠陥画素であると判定するようにしても良い。
このような実施形態4によれば、上述した実施形態1〜3とほぼ同様の効果を奏するとともに、欠陥画素候補が欠陥画素であるか孤立点であるかを、フレーム間相関を用いて判別するようにしたために、上述した実施形態3に比して判別精度を高めることができる利点がある。
なお、上述した実施形態1および実施形態2においては、モノクロ撮像素子を想定して説明したが、実施形態3において説明したのと同様に、各色別に処理を行うことにより、カラー撮像素子にも同様に適用することができる。
また、上述では、注目画素と周辺画素との相関性に係る指標値であって、ノイズ低減に用いられる指標値として、注目画素と周辺画素との差分絶対値や、差分絶対値の総和等を用いたが、これらに限るものではない。要は、欠陥画素の判定と、ノイズ低減と、の両方に用いられる値であれば、広く採用することが可能である。
さらに、上述した各実施形態の画像処理装置は、放送用据え置き型カメラ、ENG(Electric News Gathering)カメラ、民生用ハンディカメラ、デジタルカメラ等の製品に広く適用することが可能である。さらに、こうした撮像装置に限らず、デジタル変換された画像を表示する装置や、デジタル変換された画像を入出力する装置(例えば、画像編集装置)にも適用することが可能である。
そして、上述では画像処理装置についてを主として述べたが、同様の処理を行うための画像処理プログラムや、この画像処理プログラムを記録する記録媒体、あるいは上述したような処理を行うための画像処理方法に対しても本発明を同様に適用することが可能である。従って、例えば、動画や静止画を扱う画像信号補正プログラム(CGプログラム)や画像編集プログラムなどにも適用することが可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
本発明は、画像信号に欠陥画素補正とノイズ低減とを行う画像処理装置、画像処理プログラム、画像処理プログラムを記録する記録媒体、画像処理方法に好適に利用することができる。
1…画像信号入力部
2…メモリ
3…NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部
3a…差分絶対値算出部(相関指標値算出手段、差分絶対値算出手段、差分絶対値和算出手段)
3b…欠陥画素検出部(判定手段)
3c…NRフィルタ係数算出部(ノイズ低減手段、フィルタ係数算出手段)
3d…欠陥画素候補検出部(判定手段)
3e…孤立点/欠陥画素判別部(判定手段、記憶手段、最終判定手段)
4…NR処理部(ノイズ低減手段、ノイズ低減処理手段)
5…欠陥画素補正部(欠陥画素補正手段)
6…画像信号出力部
2…メモリ
3…NRフィルタ係数算出/欠陥画素検出部
3a…差分絶対値算出部(相関指標値算出手段、差分絶対値算出手段、差分絶対値和算出手段)
3b…欠陥画素検出部(判定手段)
3c…NRフィルタ係数算出部(ノイズ低減手段、フィルタ係数算出手段)
3d…欠陥画素候補検出部(判定手段)
3e…孤立点/欠陥画素判別部(判定手段、記憶手段、最終判定手段)
4…NR処理部(ノイズ低減手段、ノイズ低減処理手段)
5…欠陥画素補正部(欠陥画素補正手段)
6…画像信号出力部
Claims (13)
- 画像信号を構成する画素の内のある画素を注目画素として、この注目画素と、該注目画素の近傍に位置する周辺画素と、の相関性に係る指標値を算出する相関指標値算出手段と、
上記指標値が、相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し、該相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定する判定手段と、
上記判定手段により上記注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に、上記相関指標値算出手段により求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて、注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減手段と、
上記判定手段により上記注目画素が欠陥画素であると判定された場合に、該注目画素を補正する欠陥画素補正手段と、
を具備したことを特徴とする画像処理装置。 - 上記相関指標値算出手段は、上記注目画素と、該注目画素の近傍に位置する周辺画素と、の差分の絶対値を算出する差分絶対値算出手段を有して構成され、該差分絶対値に基づき上記指標値を算出するものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 上記注目画素の近傍に位置する周辺画素は複数であって、
上記差分絶対値算出手段は、上記差分絶対値を、複数の周辺画素のそれぞれに対して算出するものであり、
上記相関指標値算出手段は、さらに、上記差分絶対値算出手段により算出された複数の周辺画素に対する差分絶対値の総和を上記指標値として算出する差分絶対値和算出手段を有して構成され、
上記判定手段は、上記指標値を所定の閾値と比較して、該指標値が閾値以上であって相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し、該指標値が閾値未満であって相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定するものであることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 上記注目画素の近傍に位置する周辺画素は複数であって、
上記差分絶対値算出手段は、上記差分絶対値を、複数の周辺画素のそれぞれに対して算出するものであり、
上記相関指標値算出手段は、上記差分絶対値を、上記指標値とするものであり、
上記判定手段は、上記指標値を所定の閾値と比較して、該指標値が閾値以上となる個数をカウントし、カウントされた個数が所定数以上であって相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し、該個数が該所定数未満であって相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定するものであることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 上記画像信号は、モノクロ撮像素子から得られたモノクロ画像信号、または2板以上の多板カラー撮像素子の内の一色のみに係る一の撮像素子から得られたカラー画像信号であって、
上記判定手段は、欠陥画素であると判定した画素が、空間的に隣接する複数の画素に渡って存在する場合には、該判定にかかわらず、該画素群を欠陥画素ではないと判定するものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記画像信号は、単板カラー撮像素子または2板以上の多板カラー撮像素子の内の複数色に係る一の撮像素子から得られたカラー画像信号であって、
当該画像処理装置は、カラー画像信号を構成する各色別に処理を行うものであり、
上記判定手段は、各色別の処理において欠陥画素であると判定した画素が、空間的に隣接する複数色の画素に渡って存在する場合には、該判定にかかわらず、該画素群を欠陥画素ではないと判定するものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記判定手段は、
欠陥画素であると判定した画素の画素位置を記憶する記憶手段と、
同一の撮像素子から異なる時刻に得られた複数の画像に対して、欠陥画素であると判定された画素の画素位置が一致する場合に、該画素を欠陥画素であると最終判定し、それ以外の場合には該画素は欠陥画素ではないと最終判定する最終判定手段と、
をさらに有して構成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記ノイズ低減手段は、
上記相関指標値算出手段により求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて、ノイズ低減に用いるフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段と、
上記フィルタ係数算出手段により算出されたフィルタ係数を用いて注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減処理手段と、
を有して構成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記ノイズ低減手段は、
上記差分絶対値算出手段により算出された差分絶対値が大きいほど、該差分絶対値に対応する周辺画素の寄与分が小さくなるように、ノイズ低減に用いるフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段と、
上記フィルタ係数算出手段により算出されたフィルタ係数を用いて注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減処理手段と、
を有して構成されたものであることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 上記欠陥画素補正手段は、上記周辺画素に基づいて、欠陥画素として判定された上記注目画素を補正するものであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- コンピュータに、
画像信号を構成する画素の内のある画素を注目画素として、この注目画素と、該注目画素の近傍に位置する周辺画素と、の相関性に係る指標値を算出する相関指標値算出ステップと、
上記指標値が、相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し、該相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定する判定ステップと、
上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に、上記相関指標値算出ステップにより求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて、注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減ステップと、
上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素であると判定された場合に、該注目画素を補正する欠陥画素補正ステップと、
を実行させるための画像処理プログラム。 - コンピュータに実行させるための画像処理プログラムをコンピュータにより読み取り可能に記録する記録媒体であって、
画像信号を構成する画素の内のある画素を注目画素として、この注目画素と、該注目画素の近傍に位置する周辺画素と、の相関性に係る指標値を算出する相関指標値算出ステップと、
上記指標値が、相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し、該相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定する判定ステップと、
上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に、上記相関指標値算出ステップにより求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて、注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減ステップと、
上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素であると判定された場合に、該注目画素を補正する欠陥画素補正ステップと、
を含む画像処理プログラムを記録する記録媒体。 - 画像信号を構成する画素の内のある画素を注目画素として、この注目画素と、該注目画素の近傍に位置する周辺画素と、の相関性に係る指標値を算出する相関指標値算出ステップと、
上記指標値が、相関性が所定以下であることを示すものである場合には上記注目画素が欠陥画素であると判定し、該相関性が所定よりも大きいことを示すものである場合には該注目画素が欠陥画素ではないと判定する判定ステップと、
上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素ではないと判定された場合に、上記相関指標値算出ステップにより求められた指標値と該指標値を算出する過程で得られた値との少なくとも一方を用いて、注目画素のノイズ低減を行うノイズ低減ステップと、
上記判定ステップにより上記注目画素が欠陥画素であると判定された場合に、該注目画素を補正する欠陥画素補正ステップと、
を含むことを特徴とする画像処理方法。
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JP2010277267A (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | Sony Corp | 画像処理装置、撮像装置及び画像処理方法 |
JP2015007917A (ja) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | オリンパス株式会社 | 画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラム |
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-
2006
- 2006-07-18 JP JP2006196068A patent/JP2008028475A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20091006 |