JP2011135323A - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】隣接画素のボヤケ等の影響を抑えることができ、ノイズの検出精度を向上させる。
【解決手段】コンパレータ１２１〜１２８は、着目画素からの間隔がｎ画素（ｎは１以上の整数）あり、且つ範囲がｍ画素（ｍは１以上の整数）ある周囲画素群の画素値と、着目画素の画素値とに基づいて、ノイズを検出する。セレクタ１３１は、ノイズが検出された場合、着目画素の画素値を周囲画素群の画素値の平均値に置き換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像中に含まれるノイズ成分を除去するための技術に関するものである。

従来から、デジタルコピーやスキャナ等の画像読取装置においては、画像中に点在する汚れ等の孤立点を画像処理において除去するフィルタ手段が備えられている。このようなノイズを効率的に除去するための方法として、例えば特許文献１では以下に示す画像信号処理方法が開示されている。

特許文献１に開示される画像信号処理方法では、先ず、画像信号上の連続する３つの信号値から中間の信号値とその前後の信号値とのそれぞれの差分値が求められる。次に、中間の信号値に対して前後する２つの信号値の平均値が求められ、各差分絶対値が予め決められている基準値よりも大きく、且つ、中間の信号値とその前後の信号値との各差分値の極性が反転しているとき、中間の信号値が平均値に基づいた信号値に補正される。このような信号処理が全画素に対して行われることで、画像信号の高周波成分に影響を与えることなく孤立点ノイズを除去することができる。

特開平５−４８８９３号公報

しかしながら、ＬＰＦやスケーラ等のフィルタ処理が行われると、孤立点ノイズ近辺に数画素範囲でグラデーションのようなボヤケを伴うケースがある。このような場合、着目画素に隣接した画素値を演算対象とする従来のノイズ検出方法では、上記ボヤケ部分も比較参照範囲に含まれてしまい孤立点ノイズの検出精度が落ちるという問題があった。また、補正画素の演算を行う際に、孤立点ノイズ近辺のボヤケ部分も演算範囲に含めてしまうため、補正画素に孤立点ノイズ成分がふくまれてしまう問題があった。

そこで、本発明の目的は、隣接画素のボヤケ等の影響を抑えることができ、ノイズの検出精度を向上させることにある。

本発明の画像処理装置は、着目画素からの間隔がｎ画素（ｎは１以上の整数）あり、且つ範囲がｍ画素（ｍは１以上の整数）ある周囲画素群の画素値と、前記着目画素の画素値とに基づいて、ノイズを検出する検出手段と、前記検出手段によりノイズが検出された場合、前記着目画素の画素値を前記周囲画素群の画素値の平均値に置き換える置換手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、隣接画素のボヤケ等の影響を抑えることができ、ノイズの検出精度を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る画像信号処理装置の構成を示す図である。 着目画素から１画素間を空けた範囲４画素を周囲画素とした場合の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の概略動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態におけるノイズ除去計算処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る画像信号処理装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の概略動作を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態におけるノイズ除去計算処理を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図２に、着目画素からの間隔が１画素あり、且つ範囲が４画素ある画素群を周囲画素群とした場合の例を示す。図２に示すように、着目画素（Ｐ６）から間隔を空けることで、着目画素周辺のノイズ成分の影響がない周囲画素群（Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ８〜Ｐ１１)を選択することが可能になる。

次に図３を参照しながら本実施形態の概略動作について説明する。着目画素（Ｐ６）の画素値と、着目画素（Ｐ６）からの間隔が１画素あり、且つ範囲が図面上左右４画素の計８画素の周囲画素群（Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ８〜Ｐ１１）の画素値とが各々比較される。そして、比較結果（差分）が全て閾値以上であれば、着目画素の画素値が周囲画素群の画素値の平均値に置換される。一方、比較結果が一つでも閾値以下の場合は、置換処理が行われない。このように、着目画素の画素値と周囲画素群の各画素値とが１画素分ずつ比較されてノイズ検出が行われる。これにより、細かい線が密集した文字やパターンが入力された場合に比較結果がノイズ非検出となる場合が多くなり、元の画像が保持され、高周波部分の画質劣化を防ぐことができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像信号処理装置の構成を示す図である。以下、図１を参照しながら本実施形態に係る画像信号処理装置の構成を説明するとともに、当該画像信号処理装置の動作について説明する。なお、図１に示す画像信号処理装置は、本発明の画像処理装置の適用例となる構成である。

画素からの出力値（入力画素値）をディレイ素子１０１〜１１０に順次入力し、着目画素を中心として同クロック上に並列展開する。この際、中心のディレイ素子１０５の前後のディレイ素子１０４、１０６の出力値を使用しないことで着目画素から間隔をあけた周囲画素を選択することができる。平均値算出回路１２０は、周囲画素群の画素値１００〜１１３、１１５〜１１８の平均値１２９を求める。コンパレータ１２１〜１２８は、周囲画素群の画素値１００〜１１３、１１５〜１１８と着目画素の画素値１１４との差分絶対値の閾値比較を行う。ＡＮＤ素子１３０は、各閾値比較結果の論理積を求めてノイズ判定を行う。判定結果１３２は、各コンパレータ１２１〜１２８の出力結果が全て真である場合、即ち、後述する式３に示す比較演算結果が全て真である場合、ＡＮＤ素子１３０の出力結果が真となり、ノイズであると判定される。一方、各コンパレータ１２１〜１２８の出力結果のうちの何れかが真である場合、ＡＮＤ素子１３０の出力結果が偽となり、ノイズがないと判定される。最後に、判定結果１３２がノイズであるとの判定結果であった場合、セレクタ１３１は周囲画素群の画素値の平均値１２９を出力画素値１３３として選択する。一方、判定結果１３２がノイズでないとの判定結果であった場合、セレクタ１３１は、着目画素の画素値１１４を出力画素値１３３として選択する。なお、コンパレータ１２１〜１２８は、本発明の検出手段の適用例となる構成である。セレクタ１３１は、本発明の置換手段の適用例となる構成である。

図４は、本実施形態におけるノイズ除去計算処理を示すフローチャートである。以下、図４を参照しながら、本実施形態におけるノイズ除去計算処理を詳細に説明する。

着目画素Ｐ６の画素値をｆ（ｉ）とすると、周囲画素群（Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ８〜Ｐ１１)の画素値は以下のように表すことができる。
Ｐ１＝ｆ(ｉ−５)、Ｐ２＝ｆ（ｉ−４）、Ｐ３＝ｆ（ｉ−３）、ｐ４＝ｆ（ｉ−２）、Ｐ８＝ｆ（ｉ＋２）、Ｐ９＝ｆ（ｉ＋３）、Ｐ１０＝ｆ（ｉ＋４）、Ｐ１１＝ｆ（ｉ＋５）

先ず、ステップＳ１０１において、平均値算出回路１２０は着目画素の画素値ｆ（ｉ）を中心とした周囲画素群の画素値の平均値Ａｖｅを次の式１で求める。
Ａｖｅ＝（ｆ（ｉ−５）＋ｆ（ｉ−４）＋ｆ（ｉ−３）＋ｆ（ｉ−２）＋ｆ（ｉ＋２）＋ｆ（ｉ＋３）＋ｆ（ｉ＋４）＋ｆ（ｉ＋５））／８・・・式１

次に、ステップＳ１０２において、コンパレータ１２１〜１２８は、周囲画素群の画素値と着目画素の画素値との差分絶対値ｄ１〜ｄ８を式２で求める。
ｄ１＝|ｆ（ｉ−５）−ｆ（ｉ）|、ｄ２＝|ｆ（ｉ−４）−ｆ（ｉ）|、ｄ３＝|ｆ（ｉ−３）−ｆ（ｉ）|、ｄ４＝|ｆ（ｉ−２）−ｆ（ｉ）|、ｄ５＝|ｆ（ｉ＋２）−ｆ（ｉ）|、ｄ６＝|ｆ（ｉ＋３）−ｆ（ｉ）|、ｄ７＝|ｆ（ｉ＋４）−ｆ（ｉ）|、ｄ８＝|ｆ（ｉ＋５）−ｆ（ｉ）|・・・式２

式２では、差分ｄ１〜ｄ８を絶対値として算出しているため、周囲画素群の画素値よりも低い値を持つ孤立点ノイズ（例えば黒い孤立点ノイズ）と、高い値を持つ孤立点ノイズ（例えば白い孤立点ノイズ）との両方を検出対象とすることができる。

次に、ステップＳ１０３において、コンパレータ１２１〜１２８は式３のように上記差分絶対値と閾値Ｋ（Ｋ≧０）との比較演算を行い、ＡＮＤ素子１３０は、全ての比較結果が真である場合にノイズがあると判定する。ノイズがあると判定された場合、処理はステップＳ１０４に移行する。一方、全ての比較結果が真ではなく、ノイズなしと判定された場合、ステップＳ１０４を実行せずに処理はステップＳ１０５に移行する。
ｄ１＞Ｋ、ｄ２＞Ｋ、ｄ３＞Ｋ、ｄ４＞Ｋ、ｄ５＞Ｋ、ｄ６＞Ｋ、ｄ７＞Ｋ、ｄ８＞Ｋ・・・式３

ステップＳ１０４において、セレクタ１３１は、出力画素値１３３として着目画素の画素値ｆ（ｉ）１１４から周囲画素群の画素値の平均値Ａｖｅ１２９に置き換えて選択する。ステップＳ１０５において、画像信号処理装置は着目画素の更新を行う。次に、ステップＳ１０６において、画像信号処理装置は現在の着目画素が最終画素であったか否かを判定する。現在の着目画素が最終画素である場合、処理は終了し、現在の着目画素が最終画素ではない場合、処理はステップＳ１０１に戻る。

ところで、黒い孤立点ノイズ又は白い孤立点ノイズのうちのどちらか一方のみを補正対象とする場合、式２の差分絶対値ではなく差分値を使用する。例えば、周囲画素群の画素値よりも低い値の孤立点ノイズのみを検出する場合、式４が用いられる。
ｄ１＝ｆ（ｉ−５）−ｆ（ｉ）、ｄ２＝ｆ（ｉ−４）−ｆ（ｉ）、ｄ３＝ｆ（ｉ−３）−ｆ（ｉ）、ｄ４＝ｆ（ｉ−２）−ｆ（ｉ）、ｄ５＝ｆ（ｉ＋２）−ｆ（ｉ）、ｄ６＝ｆ（ｉ＋３）−ｆ（ｉ）、ｄ７＝ｆ（ｉ＋４）−ｆ（ｉ）、ｄ８＝ｆ（ｉ＋５）−ｆ（ｉ）・・・式４
着目画素の画素値が周囲画素群の画素値よりも高い値では、式４の演算結果の何れかは負となるため、ステップＳ１０３での比較結果が偽となり、ノイズ検出は行われない。

また、周囲画素群の画素値よりも高い値の孤立点ノイズのみを検出する場合、式５が用いられる。
ｄ１＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ−５）、ｄ２＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ−４）、ｄ３＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ−３）、ｄ４＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ−２）、ｄ５＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ＋２）、ｄ６＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ＋３）、ｄ７＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ＋４）、ｄ８＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ＋５）・・・式５
着目画素の画素値が周囲画素群の画素値よりも低い値では、式５の演算結果が負となるため、ステップＳ１０３での比較結果が偽となり、ノイズ検出は行われない。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。先ず、図６を参照しながら本実施形態の概略動作について説明する。図６において、着目画素（Ｐ６）の画素値と、着目画素（Ｐ６）からの間隔が１画素あり、且つ範囲が４画素ある計８画素の周辺画素群（Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ８〜Ｐ１１)の画素値の平均値とが比較される。そして、比較結果（差分）が閾値以上であれば、着目画素の画素値が周辺画素群の画素値の平均値に置換される。一方、比較結果が閾値以下の場合、置換処理は行われない。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る画像信号処理装置の構成を示す図である。以下、図５を参照しながら本実施形態に係る画像信号処理装置の構成を説明するとともに、当該画像信号処理装置の動作について説明する。

画素からの出力値（入力画素値）をディレイ素子１０１〜１１０に順次入力し、着目画素を中心として同クロック上に並列展開する。この際、中心のディレイ素子１０５の前後のディレイ素子１０４と１０６の出力値を使用しないことで着目画素から間隔をあけた周囲画素を選択することができる。平均値算出回路１２０は、周囲画素群の画素値１００〜１１３、１１５〜１１８の平均値１２９を求める。コンパレータ１２１は、平均値１２９と着目画素の画素値１１４との閾値比較を行い、ノイズ判定を行う。判定結果１３２は、コンパレータ１２１の出力結果が真である場合、即ち、後述する式８に示す比較演算結果が真である場合にノイズであると判定される。一方、コンパレータ１２１の出力結果が偽である場合、即ち、後述する式８に示す比較演算結果が偽である場合にノイズがないと判定される。最後に、判定結果１３２がノイズであるとの判定結果であった場合、セレクタ１３１は周囲画素群の画素値の平均値１２９を出力画素値１３３として選択する。一方、判定結果１３２がノイズでないとの判定結果であった場合、セレクタ１３１は着目画素の画素値１１４を出力画素値１３３として選択する。

図７は、本実施形態におけるノイズ除去計算処理を示すフローチャートである。以下、図７を参照しながら、本実施形態におけるノイズ除去計算処理を詳細に説明する。

着目画素Ｐ６の画素値をｆ（ｉ）とすると、周囲画素群の画素値（Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ８〜Ｐ１１)は以下のように表すことができる。
Ｐ１＝ｆ（ｉ−５）、Ｐ２＝ｆ（ｉ−４）、Ｐ３＝ｆ（ｉ−３）、Ｐ４＝ｆ（ｉ−２）、Ｐ８＝ｆ（ｉ＋２）、Ｐ９＝ｆ（ｉ＋３）、Ｐ１０＝ｆ（ｉ＋４）、Ｐ１１＝ｆ（ｉ＋５）

先ず、ステップＳ１１１において、平均値算出回路１２０は着目画素の画素値ｆ（ｉ）を中心とした周囲画素群の画素値の平均値Ａｖｅを次の式６で求める。
Ａｖｅ＝（ｆ（ｉ−５）＋ｆ（ｉ−４）＋ｆ（ｉ−３）＋ｆ（ｉ−２）＋ｆ（ｉ＋２）＋ｆ（ｉ＋３）＋ｆ（ｉ＋４）＋ｆ（ｉ＋５））／８・・・式６
次に、ステップＳ１１２において、コンパレータ１２１は、平均値Ａｖｅと着目画素の画素値との差分絶対値ｄを式７で求める。
ｄ＝|Ａｖｅ−ｆ（ｉ）|・・・式７
式７では、差分ｄを絶対値として算出しているため、周囲画素群の画素値よりも低い値を持つ孤立点ノイズ（例えば黒い孤立点ノイズ）と、高い値を持つ孤立点ノイズ（例えば白い孤立点ノイズ）との両方を検出対象とすることができる。

次に、ステップＳ１１３において、コンパレータ１２１は式８のように上記差分絶対値ｄと閾値Ｋ（Ｋ≧０）との比較演算を行う。
ｄ＞Ｋ・・・式８
比較結果が真である場合、コンパレータ１２１はノイズがあると判定する。一方、比較結果が偽である場合、コンパレータ１２１はノイズなしと判定する。ノイズありと判定された場合、処理はステップＳ１１４に移行する。一方、ノイズなしと判定された場合、ステップＳ１１４を実行せずに処理はステップＳ１１５に移行する。

ステップＳ１１４において、セレクタ１３１は、出力画素値１３３として着目画素の画素値ｆ（ｉ）１１４から周囲画素群の画素値の平均値Ａｖｅ１２９に置き換えて選択する。ステップＳ１１５において、画素信号処理装置は着目画素の更新を行う。次に、ステップＳ１１６において、画素信号処理装置は現在の着目画素が最終画素であったか否かを判定する。現在の着目画素が最終画素である場合、処理は終了し、現在の着目画素が最終画素ではない場合、処理はステップＳ１１１に戻る。

第１の実施形態と同様に、黒い孤立点ノイズ又は白い孤立点ノイズのどちらか一方のみを補正対象とする場合、式７の差分絶対値ではなく差分値を使用する。例えば、周囲画素群の画素値よりも低い値の孤立点ノイズのみを検出する場合、次の式９のようになる。
ｄ＝Ａｖｅ−ｆ（ｉ）・・・式９
着目画素の画素値が周囲画素群の画素値よりも高い値では、式９の演算結果が負となるため、ステップＳ１１３の比較結果が偽となり、ノイズ検出は行われない。

また、周囲画素群の画素値よりも高い値の孤立点ノイズのみを検出する場合、式１０のようになる。
ｄ＝ｆ（ｉ）−Ａｖｅ・・・式１０
着目画素の画素値が周囲画素群の画素値よりも低い値では、式１０の演算結果が負となり、ステップＳ１１３の比較結果が偽となり、ノイズ検出は行われない。

なお、上述した実施形態では、着目画素から１画素の間隔を空け、且つ範囲が４画素ある周辺画素群を選択しているが、間隔及び範囲の画素数は１以上の任意の整数値を選択することができる。このように、着目画素からｎ画素(ｎ≧１)間隔を空け、且つ範囲がｍ画素（ｍ≧１）ある周囲画素群を参照範囲とすることにより、孤立点ノイズ近辺におけるボヤケ等の影響を除去することができ、ノイズの検出精度を向上させることができる。また、孤立点ノイズ近辺におけるボヤケの影響が少ない補正値を算出することができる。

閾値比較の方法として、着目画素の画素値と各周囲画素の画素値との差分と、予め定められた閾値とを各々比較する方法では、周囲画素に１画素でも閾値以下の画素値のものが存在した場合にはノイズ判定にならない。そのため、細い文字やエッジ部分等をノイズとして誤判定することを防止し、元画像の劣化を抑えることができる。

また、着目画素の画素値と周囲画素群の画素値の平均値との差分を比較する方法では、周囲画素群に閾値以下の画素値のものが存在した場合でも、着目画素の画素値と周囲画素群の画素値の平均値との比較になるためノイズ判定になりやすい。従って、より多くの孤立点ノイズを除去することが可能になる。また、孤立点ノイズ近辺のノイズの影響を排除した、ノイズ検出及びノイズ補正算出が可能となる。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０１〜１１０：ディレイ素子、１２０：平均値算出回路、１２１〜１２８：コンパレータ、１３１：セレクタ

Claims (7)

1. 着目画素からの間隔がｎ画素（ｎは１以上の整数）あり、且つ範囲がｍ画素（ｍは１以上の整数）ある周囲画素群の画素値と、前記着目画素の画素値とに基づいて、ノイズを検出する検出手段と、
   前記検出手段によりノイズが検出された場合、前記着目画素の画素値を前記周囲画素群の画素値の平均値に置き換える置換手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記検出手段は、前記周囲画素群の各画素値と前記着目画素の画素値との差分絶対値又は差分値と、予め定められた閾値とを比較することにより、ノイズを検出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記検出手段は、前記差分絶対値又は前記差分値の全てが前記予め定められた閾値より大きい場合、ノイズを検出し、前記差分絶対値又は前記差分値のうちの何れか一つでも前記予め定められた閾値以下である場合、ノイズを検出しないことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記検出手段は、前記周囲画素群の各画素値の平均値と前記着目画素の画素値との差分絶対値又は差分値と、予め定められた閾値とを比較することにより、ノイズを検出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 前記検出手段は、前記差分絶対値又は差分値が前記予め定められた閾値より大きい場合、ノイズを検出し、前記差分絶対値又は差分値が前記予め定められた閾値以下である場合、ノイズを検出しないことを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 着目画素からの間隔がｎ画素（ｎは１以上の整数）あり、且つ範囲がｍ画素（ｍは１以上の整数）ある周囲画素群の画素値と、前記着目画素の画素値とに基づいて、ノイズを検出する検出ステップと、
   前記検出ステップによりノイズが検出された場合、前記着目画素の画素値を前記周囲画素群の画素値の平均値に置き換える置換ステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。
7. 着目画素からの間隔がｎ画素（ｎは１以上の整数）あり、且つ範囲がｍ画素（ｍは１以上の整数）ある周囲画素群の画素値と、前記着目画素の画素値とに基づいて、ノイズを検出する検出ステップと、
   前記検出ステップによりノイズが検出された場合、前記着目画素の画素値を前記周囲画素群の画素値の平均値に置き換える置換ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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