JP2011022762A - Image signal processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像に質感を与える画像信号処理装置に関する。 The present invention relates to an image signal processing apparatus that gives a texture to an image.
人間の視覚特性により、画像内の物体表面の明るさが平坦であると、物体に質感がなく、リアリティに欠ける画像として知覚される。そこで、物体表面にノイズ成分を付加して質感を与え、よりリアリティのある画像とする技術が提案されている。例えば特許文献1には、画像にゆらぎを与えるためのランダムノイズを付加することで、階調を有する画像に質感を与える画像処理装置が記載されている。これは、画像をブロック領域に分割し、ブロック単位で直交変換して算出された各周波数成分に対してランダムノイズ(ゆらぎ)を付加し、これを逆直交変換することにより画像にランダムノイズを付加する構成となっている。
If the brightness of the object surface in the image is flat due to human visual characteristics, the object is perceived as an image having no texture and lacking reality. In view of this, a technique has been proposed in which a noise component is added to the object surface to give a texture to make the image more realistic. For example,
特許文献1に記載される技術は、各ブロック領域を単位として周波数成分にランダムノイズ(ゆらぎ)を付加し、逆直交変換によりゆらぎをブロック内の画像全体に撹拌するものである。その場合、ブロック単位での処理となっているため、隣接ブロックの境界ではノイズレベルの差が筋となり、いわゆるブロックノイズが発生する課題がある。また、周波数成分にゆらぎを付加するため、画像内でのゆらぎの付加領域が局在し、縞や斑点が発生しやすいという課題がある。
The technique described in
本発明の目的は、画像信号にランダムノイズを付加する際、ブロックノイズや不要な縞を発生することなく画像に質感を与える画像信号処理装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an image signal processing apparatus that gives a texture to an image without generating block noise or unnecessary stripes when adding random noise to the image signal.
本発明による画像信号処理装置は、画像信号の画素ごとにその画素を囲む所定領域の周囲画素に対して直交変換処理を行う直交変換部と、直交変換部により変換された空間周波数成分の振幅に基づきノイズ付加レベルを決定するノイズ付加レベル決定部と、ノイズ付加レベル決定部により決定されたノイズ付加レベルに従い画像信号にランダムノイズを付加するランダムノイズ付加部とを備える。 The image signal processing apparatus according to the present invention includes an orthogonal transform unit that performs orthogonal transform processing on surrounding pixels of a predetermined region surrounding each pixel of the image signal, and an amplitude of a spatial frequency component converted by the orthogonal transform unit. A noise addition level determination unit that determines a noise addition level based on the noise addition level; and a random noise addition unit that adds random noise to the image signal according to the noise addition level determined by the noise addition level determination unit.
ここにノイズ付加レベル決定部は、直交変換部により変換された各空間周波数成分の振幅に重み係数を乗じて各振幅の総和を算出し、算出した値に基づきノイズ付加レベルを決定する。またノイズ付加レベル決定部は、直交変換部により変換された空間周波数成分の振幅に略S字曲線状のレベル補正を施してノイズ付加レベルを決定する。 Here, the noise addition level determination unit calculates the sum of each amplitude by multiplying the amplitude of each spatial frequency component converted by the orthogonal transform unit by a weighting factor, and determines the noise addition level based on the calculated value. The noise addition level determining unit determines a noise addition level by performing level correction in a substantially S-curve shape on the amplitude of the spatial frequency component converted by the orthogonal transform unit.
本発明によれば、ブロックノイズや不要な縞を発生することなく画像に質感を与えることができる。 According to the present invention, it is possible to give a texture to an image without generating block noise or unnecessary stripes.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施例に係る画像信号処理装置のブロック構成図である。図1において、1は入力端子、2〜5はラインメモリ、6は直交変換部、7はノイズ付加レベル決定部、8はランダムノイズ発生部、9は乗算器、10は加算器、11は出力端子である。本実施例では、入力する画像信号に画素ごとにノイズ付加処理するものであるが、付加するノイズ量を決定するために、処理対象画素を囲む所定領域の周囲画素に対する直交変換処理の結果を利用する。ここでは、直交変換部6は水平方向5画素、垂直方向5ラインの矩形領域を対象に直交変換処理を行う。 FIG. 1 is a block diagram of an image signal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is an input terminal, 2 to 5 are line memories, 6 is an orthogonal transformation unit, 7 is a noise addition level determination unit, 8 is a random noise generation unit, 9 is a multiplier, 10 is an adder, and 11 is an output. Terminal. In this embodiment, noise is added to the input image signal for each pixel. In order to determine the amount of noise to be added, the result of orthogonal transformation processing for surrounding pixels in a predetermined area surrounding the processing target pixel is used. To do. Here, the orthogonal transform unit 6 performs an orthogonal transform process on a rectangular area of 5 pixels in the horizontal direction and 5 lines in the vertical direction.
入力端子1から入力された画像信号101は、直交変換部6に入力されるとともに、ラインメモリ2に入力され1ライン遅延される。この1ライン遅延した信号102は、直交変換部6に入力されるとともに、ラインメモリ3に入力されさらに1ライン遅延される。以下、同様に、ラインメモリ4、5が接続されており、従って直交変換部6には、現ラインの画像信号101、1ライン遅延した画像信号102、2ライン遅延した画像信号103、3ライン遅延した信号104、4ライン遅延した信号105、すなわち画像の垂直方向5ライン分の画像信号が入力される。
The
直交変換部6は、入力される5ライン分の画像信号101〜105からそれぞれ水平方向に5画素を取り出す。そしてこの25画素に対して離散コサイン変換(DCT)等の直交変換処理を施す。直交変換処理により各周波数成分の振幅106を得る。
The orthogonal transform unit 6 extracts five pixels in the horizontal direction from the
ノイズ付加レベル決定部7は、こうして得られた各周波数成分の振幅106に重み係数を乗じて、ノイズを付加する周波数範囲を選択し、選択した範囲の各振幅の総和をとり評価値とする。そしてこの評価値に基づきノイズ付加レベル107を決定する。このノイズ付加レベル107は乗算器9に与えられる。
The noise addition
ランダムノイズ発生部8は、ランダムノイズ108を発生させる。乗算器9は、ランダムノイズ108にノイズ付加レベル107を乗じてノイズ信号109を出力する。加算器10は、処理対象画素であるラインメモリ3からの画像信号103aに乗算器9からのノイズ信号109を加算して、画像信号110を生成し出力端子11から出力する。
The
次に、各部の動作を詳細に説明する。
図2は、直交変換部6が処理対象とする二次元領域を示す図である。入力する5ライン分の画像信号101〜105に対しシリアルパラレル変換を行うことで、それぞれ水平方向に5画素を取り出す。これより、水平方向5画素、垂直方向5ラインの5×5=25画素を含む二次元領域200を設定する。このうち領域中央の画素201が処理対象画素(ノイズを付加する画素)で、ラインメモリ3から出力される画素列の中央画素である。
ここでは、二次元領域200のサイズとして5×5の空間領域を対象としたが、サイズはこれに限定されるものではなく、3×3、7×7など、空間領域を適宜設定すれば良い。
Next, the operation of each unit will be described in detail.
FIG. 2 is a diagram illustrating a two-dimensional region to be processed by the orthogonal transform unit 6. By performing serial / parallel conversion on the
Here, a 5 × 5 spatial region is targeted as the size of the two-
図3は、直交変換部6の直交変換処理で得られる空間周波数成分を示す図である。図2の25画素の画素値分布が、水平方向と垂直方向の各空間周波数成分300の値に変換されている。K00〜K44は各周波数成分の振幅を表し、符号301で示す左上隅の振幅K00は直流成分で、他の交流成分は水平・垂直方向にそれぞれ4次の項まで取り上げている。高周波成分をどこまで考慮するかは、ノイズ(質感)を付加したい画像の空間周波数範囲(絵柄)に応じて適宜設定すればよい。
FIG. 3 is a diagram illustrating the spatial frequency components obtained by the orthogonal transformation process of the orthogonal transformation unit 6. The pixel value distribution of 25 pixels in FIG. 2 is converted into the values of the
ノイズ付加レベル決定部7は、画像信号の空間周波数成分の振幅データKijに重み係数Xijを乗じて、ノイズを付加する周波数範囲を選択する。さらに、選択した周波数範囲の各振幅の総和を算出して処理対象画素の評価値Zとする。
Z=ΣΣKij・Xij
The noise addition
Z = ΣΣKij ・ Xij
図4Aと図4Bは重み係数Xijの例を示す図である。重み係数Xijは、図3の各周波数成分300に対応するように、5×5の行列の値400で記述している。例えば、図4Aの左上の符号401で示す重み係数「0」は、図3の符号301で示す振幅K00に対するものである。
図4Aの例は、破線402で示す中間周波数領域の重み係数を大きくした場合である。中間周波数領域は例えば画像の絵柄のエッジ部分に相当し、これを選択することで、画像のエッジ部分に優先的にノイズを付加し、エッジ部分の質感を向上させることができる。
4A and 4B are diagrams showing examples of the weighting factor Xij. The weighting factor Xij is described by a
The example of FIG. 4A is a case where the weighting coefficient in the intermediate frequency region indicated by the
一方、図4Bの例は、破線403で示す直流及び低周波数領域の重み係数を大きくした場合である。直流及び低周波数領域は画像の絵柄の平坦部分に相当し、これを選択することで、画像の平坦部分に優先的にノイズを付加する。例えば空のような平坦画像の場合、従来のグラデーション画像では階調段差が目立つものが、ランダムノイズにより目立たなくさせて、質感を向上させることができる。
On the other hand, the example of FIG. 4B is a case where the weighting coefficients in the direct current and low frequency regions indicated by the
さらにノイズ付加レベル決定部7は、評価値Zに基づきノイズ付加レベルを決定するのであるが、その際次のレベル補正を行う。
図5は、ノイズ付加レベルのレベル補正の例を示す図である。横軸は入力する評価値Z、縦軸は出力するノイズ付加レベルNを示し、入力に対して単純比例ではなく、略S字曲線状の補正を施して出力する。S字曲線は、ここでは3つの領域の折れ線で近似している。評価値Zが閾値Z1よりも小さい領域501では、曲線の傾きを小さくしてノイズ付加を抑える。閾値Z1と閾値Z2の間の領域502では、傾きを大きくしてノイズ付加を増加する。閾値Z2よりも大きい領域503では、傾きを小さくしてリミットレベルNLで制限する。
Further, the noise addition
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of level correction of a noise addition level. The horizontal axis represents the input evaluation value Z, and the vertical axis represents the noise addition level N to be output. Here, the S-shaped curve is approximated by a broken line of three regions. In the region 501 where the evaluation value Z is smaller than the threshold value Z1, the slope of the curve is reduced to suppress noise addition. In a region 502 between the threshold value Z1 and the threshold value Z2, the inclination is increased to increase noise addition. In the region 503 larger than the threshold value Z2, the inclination is reduced and the limit level NL is used.
付加するノイズのリミットレベルNLは、例えば画素レベルを256階調としたときに、最大±10階調程度に抑えることが望ましい。このような補正を施すことで、質感をより自然に与えることができる。
なお、上記したS字曲線の折れ線近似は一例であり、2つの領域(1個の閾値)、あるいは4つの領域(3個の閾値)などに分割しても良いことは言うまでもない。
本実施例では、ノイズ付加レベル決定部7ではノイズを付加する周波数範囲の選択とノイズ付加レベルのレベル補正の両方を行うものとしたが、いずれか一方のみでも良い。
The limit level NL of the added noise is desirably suppressed to about ± 10 gradations at the maximum when the pixel level is 256 gradations, for example. By performing such correction, the texture can be given more naturally.
It should be noted that the above-described approximation of the broken line of the S-shaped curve is an example, and it is needless to say that it may be divided into two regions (one threshold value) or four regions (three threshold values).
In this embodiment, the noise addition
本実施例によれば、直交変換を画素ごとに順次行い、その結果に応じてランダムノイズの付加レベルを画素ごとに決定するので、ブロックノイズは発生しない。また、周波数成分ではなく画像信号に直接ランダムノイズを付加するので、画像内でのノイズの付加位置が分散され、縞や斑点が発生するのを防止できる。
さらには、逆直交変換処理が不要となり、画像信号処理装置の回路規模を小さくできる効果がある。
According to the present embodiment, orthogonal transformation is sequentially performed for each pixel, and an addition level of random noise is determined for each pixel according to the result, so that block noise does not occur. Further, since random noise is directly added to the image signal instead of the frequency component, the noise addition position in the image is dispersed, and the occurrence of stripes and spots can be prevented.
Furthermore, there is no need for inverse orthogonal transform processing, and the circuit scale of the image signal processing device can be reduced.
図6は、本発明の第2の実施例に係る画像信号処理装置のブロック構成図である。図6において、12はユーザ入力端子、13は制御部である。その他の部分は実施例1(図1)と同様であり、図1と同じ符号を付している。 FIG. 6 is a block diagram of an image signal processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, 12 is a user input terminal, and 13 is a control unit. The other parts are the same as those in the first embodiment (FIG. 1), and the same reference numerals as those in FIG.
ユーザ入力端子12はユーザからの指示信号112を入力する端子であり、図示していない操作パネル、コントローラなどに接続されている。制御部13は入力端子12からのユーザの指示に従って、ノイズ付加レベル決定部7に制御信号113を送り制御する。ここで制御信号113には、前記図4で説明した各周波数成分の振幅に乗ずる重み係数の値と、前記図5に示したS字曲線の値(閾値Z1、Z2、曲線の傾き、リミットレベルNLの値)を含む。これにより、ランダムノイズを与える周波数範囲や、ランダムノイズのレベル補正を設定することができる。その際、指示信号112にて出力端子11に接続される表示装置の種類(CRT、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ)を選択するものとすれば、接続されている表示装置の特性に合わせて好適なランダムノイズを付加させることができる。
The
図7は、本発明の第3の実施例に係る画像信号処理装置のブロック構成図である。図7において14は輝度検出部であり、ラインメモリ3の出力103に接続されている。その他の部分は実施例1(図1)と同様であり、図1と同じ符号を付している。
FIG. 7 is a block diagram of an image signal processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 7,
輝度検出部14は入力される画像信号103aの各画素の輝度レベルYを検出して、検出した輝度レベルYの情報114をノイズ付加レベル決定部7に送る。ノイズ付加レベル決定部7は、輝度レベルYが所定値Y1よりも低い場合、あるいは所定値Y2よりも高い場合には、前記図5に示したS字曲線の値(曲線の傾き、リミットレベルNLの値)を下げて付加ノイズを減少、またはノイズを付加しないようにレベル補正する。これにより、ノイズが目立ちやすい暗い画像部分や明るい画像部分において、ノイズ過剰による画質劣化を避けることができる。
The
図8は、本発明の第4の実施例に係る画像信号処理装置のブロック構成図である。図8において、15はフレームメモリ、16は動き検出部であり、ラインメモリ3の出力103に接続されている。その他の部分は実施例1(図1)と同様であり、図1と同じ符号を付している。
FIG. 8 is a block diagram of an image signal processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 8, 15 is a frame memory, 16 is a motion detection unit, and is connected to the
ラインメモリ3からの画像信号103は、フレームメモリ15にフレーム単位で書き込まれると同時に、動き検出部16に供給される。動き検出部16は、ラインメモリ3から出力される現在のフレームの画像信号103と、フレームメモリ15から読み出した過去のフレームの画像信号115とを比較して、画像の動き量Mを検出する。検出した動き量Mの情報116は、ノイズ付加レベル決定部7に送られる。ノイズ付加レベル決定部7は、動き検出部114からの情報116に応じて、動き量Mが所定量M1よりも少ない場合には、前記図5に示したS字曲線の値(曲線の傾き、リミットレベルNLの値)を下げて付加ノイズを減少するようにレベル補正する。これにより、ノイズが目立ちやすい動きのない画像部分において、ノイズ過剰による画質劣化を避けることができる。
The
以上、本発明によるいくつかの実施例を説明したが、各実施例は単独でも、あるいは組み合わせても有効である。各実施例によれば、直交変換を画素ごとに順次行い、その結果に応じてランダムノイズの付加レベルを画素ごとに決定するので、ブロックノイズが発生することはない。また、周波数成分ではなく画像信号に直接ランダムノイズを付加するので、画像内でのノイズの付加位置が分散され、縞や斑点が発生するのを防止できる。よって、本来の画質を損なわずに質感を与えることができる。
本発明の画像信号処理装置は、ビデオカメラ、画像表示装置、画像印刷装置などに広く適用できる。
While several embodiments according to the present invention have been described above, each embodiment can be used alone or in combination. According to each embodiment, orthogonal transformation is sequentially performed for each pixel, and the addition level of random noise is determined for each pixel according to the result, so that block noise does not occur. Further, since random noise is directly added to the image signal instead of the frequency component, the noise addition position in the image is dispersed, and the occurrence of stripes and spots can be prevented. Therefore, a texture can be given without deteriorating the original image quality.
The image signal processing apparatus of the present invention can be widely applied to video cameras, image display apparatuses, image printing apparatuses, and the like.
1…入力端子、
2〜5…ラインメモリ、
6…直交変換部、
7…ノイズ付加レベル決定部、
8…ランダムノイズ発生部、
9…乗算器、
10…加算器、
11…出力端子、
12…ユーザ入力端子、
13…制御部、
14…輝度検出部、
15…フレームメモリ、
16…動き検出部。
1 ... Input terminal,
2-5 ... line memory,
6 ... Orthogonal transformation unit,
7: Noise addition level determination unit,
8 ... Random noise generator,
9 ... multiplier,
10 ... adder,
11: Output terminal,
12 ... User input terminal,
13 ... control unit,
14: Luminance detection unit,
15 ... Frame memory,
16: Motion detection unit.
Claims (7)
画像信号の画素ごとに該画素を囲む所定領域の周囲画素に対して直交変換処理を行う直交変換部と、
前記直交変換部により変換された空間周波数成分の振幅に基づきノイズ付加レベルを決定するノイズ付加レベル決定部と、
前記ノイズ付加レベル決定部により決定されたノイズ付加レベルに従い前記画像信号にランダムノイズを付加するランダムノイズ付加部と、を備えることを特徴とする画像信号処理装置。 In an image signal processing apparatus for adding random noise to an image signal,
An orthogonal transform unit that performs an orthogonal transform process on surrounding pixels in a predetermined area surrounding each pixel of the image signal;
A noise addition level determination unit that determines a noise addition level based on the amplitude of the spatial frequency component transformed by the orthogonal transformation unit;
An image signal processing apparatus comprising: a random noise adding unit that adds random noise to the image signal according to a noise addition level determined by the noise addition level determination unit.
前記ノイズ付加レベル決定部は、前記直交変換部により変換された各空間周波数成分の振幅に重み係数を乗じて各振幅の総和を算出し、該算出した値に基づき前記ノイズ付加レベルを決定することを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 1,
The noise addition level determination unit calculates a sum of each amplitude by multiplying the amplitude of each spatial frequency component converted by the orthogonal transform unit by a weighting factor, and determines the noise addition level based on the calculated value. An image signal processing apparatus.
前記ノイズ付加レベル決定部は、前記重み係数により、前記ランダムノイズを付加する空間周波数の範囲を選択することを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 2,
The image signal processing apparatus, wherein the noise addition level determination unit selects a spatial frequency range to which the random noise is added, based on the weighting factor.
前記ノイズ付加レベル決定部は、前記直交変換部により変換された空間周波数成分の振幅に略S字曲線状のレベル補正を施して前記ノイズ付加レベルを決定することを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 1,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the noise addition level determination unit determines the noise addition level by performing level correction in a substantially S-curve shape on the amplitude of the spatial frequency component converted by the orthogonal transform unit.
前記ノイズ付加レベル決定部に対しユーザの指示を受けて前記重み係数または前記レベル補正を設定する制御部を有することを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 2 or 4,
An image signal processing apparatus comprising: a control unit configured to set the weighting coefficient or the level correction in response to a user instruction to the noise addition level determination unit.
前記画像信号の輝度レベルを検出する輝度検出部を有し、
前記ノイズ付加レベル決定部は、検出された輝度レベルに応じて前記レベル補正を設定することを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 4,
A luminance detection unit for detecting a luminance level of the image signal;
The image signal processing apparatus, wherein the noise addition level determination unit sets the level correction according to a detected luminance level.
画像信号をフレーム単位で書き込むフレームメモリと、
該フレームメモリから読み出した過去のフレームの画像信号と比較して現在のフレームの画像の動き量を検出する動き検出部を有し、
前記ノイズ付加レベル決定部は、検出された動き量に応じて前記レベル補正を設定することを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 4,
A frame memory for writing image signals in units of frames;
A motion detection unit that detects a motion amount of an image of a current frame in comparison with an image signal of a past frame read from the frame memory;
The image signal processing apparatus, wherein the noise addition level determination unit sets the level correction according to the detected amount of motion.
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WO2015163317A1 (en) * | 2014-04-22 | 2015-10-29 | 日本電信電話株式会社 | Video display device, video projection device, dynamic illusion presentation device, video generation device, method thereof, data construct, and program |
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