JP2012114735A - Image processing device, imaging device, and image processing program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像処理装置、撮像装置および画像処理プログラムに関する。 The present invention relates to an image processing device, an imaging device, and an image processing program.
従来、動画などに対するノイズ除去処理について様々な技術が開発されている。例えば、動画のフレーム間の画素値の差分に基づいて被写体の動き部分を検出して、ノイズ除去のフィルタ係数を被写体の動き部分の検出結果に基づいて決定し、フレームの中から動きとノイズを正確に判定してノイズ除去する技術がある(特許文献1など参照)。 Conventionally, various techniques have been developed for noise removal processing for moving images and the like. For example, a moving part of a subject is detected based on a pixel value difference between frames of a moving image, a filter coefficient for noise removal is determined based on a detection result of the moving part of the subject, and motion and noise are detected from the frame. There is a technique for accurately determining and removing noise (see Patent Document 1).
しかしながら、従来技術では、フィルタ係数をフレーム間の画素値の差分のみに基づいて決定することから、例えば、被写体の暗い部分のようなノイズレベルの高い画素値を有する画素に対してノイズを正確に除去できない場合がある。 However, in the prior art, the filter coefficient is determined based only on the difference in pixel values between frames, so that noise is accurately applied to pixels having pixel values with high noise levels, such as dark portions of a subject. It may not be removed.
上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の目的は、ノイズレベルの高い画素に対してもノイズ除去を確度高く高速に行うことができる技術を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a technique that can perform noise removal with high accuracy and high speed even for a pixel having a high noise level.
上記課題を解決するために、本実施形態の画像処理装置は、ノイズ除去対象の対象画像とノイズ除去処理の参照となる参照画像との差分に基づいて第1係数の値を決定する第1係数決定部と、対象画像および/または参照画像の輝度情報に基づいて第2係数の値を決定する第2係数決定部と、第1係数および第2係数の値を用いて対象画像と参照画像とを重み付け加算し、対象画像に重畳するノイズを除去するノイズ除去部と、を備える。 In order to solve the above-described problem, the image processing apparatus according to the present embodiment determines a first coefficient value based on a difference between a target image to be denoised and a reference image that is a reference for noise removal processing. A determination unit; a second coefficient determination unit that determines a value of the second coefficient based on luminance information of the target image and / or the reference image; and a target image and a reference image using the values of the first coefficient and the second coefficient And a noise removing unit that removes noise superimposed on the target image.
また、輝度情報は、対象画像と参照画像との輝度値の平均値、または対象画像と参照画像との輝度値を第1係数の値のみを用いた重み付け加算した値であってもよい。 In addition, the luminance information may be an average value of luminance values of the target image and the reference image, or a value obtained by weighting and adding the luminance values of the target image and the reference image using only the value of the first coefficient.
また、第1係数決定部は、対象画像が有する色成分毎に第1係数の値を決定してもよい。 Further, the first coefficient determination unit may determine the value of the first coefficient for each color component included in the target image.
また、第1係数決定部は、対象画像が有する輝度成分および色差成分毎に第1係数の値を決定してもよい。 In addition, the first coefficient determination unit may determine the value of the first coefficient for each luminance component and color difference component of the target image.
本発明の画像処理装置は、ノイズ除去対象の対象画像を縮小した第1縮小画像と、ノイズ除去処理の参照となる参照画像を第1縮小画像と同じ縮小率で縮小した第2縮小画像との組を少なくとも1つの縮小率で生成する縮小画像生成部と、第1縮小画像と第2縮小画像との差分に基づいて第1係数の値を決定する第1係数決定部と、第1縮小画像および/または第2縮小画像の輝度レベルに基づいて第2係数の値を決定する第2係数決定部と、第1係数および第2係数の値を用いて第1縮小画像と第2縮小画像とを重み付け加算し、縮小率に応じた周波数帯域のノイズを抽出し、対象画像の画素値から周波数帯域のノイズを除去するノイズ除去部と、を備える。 The image processing apparatus of the present invention includes a first reduced image obtained by reducing a target image to be subjected to noise removal, and a second reduced image obtained by reducing a reference image used as a reference for noise removal processing at the same reduction ratio as the first reduced image. A reduced image generation unit that generates a set at at least one reduction ratio, a first coefficient determination unit that determines a value of a first coefficient based on a difference between the first reduced image and the second reduced image, and a first reduced image And / or a second coefficient determination unit that determines the value of the second coefficient based on the luminance level of the second reduced image, and the first reduced image and the second reduced image using the first coefficient and the second coefficient value, And a noise removing unit that extracts noise in the frequency band corresponding to the reduction ratio and removes noise in the frequency band from the pixel value of the target image.
また、ノイズ除去部は、複数の縮小率で複数の第1縮小画像および第2縮小画像の組が生成された場合、最小の縮小率に対応した組から周波数帯域のノイズを順次抽出してもよい。 In addition, when a plurality of first reduced image and second reduced image sets are generated at a plurality of reduction ratios, the noise removal unit may sequentially extract frequency band noise from a set corresponding to the minimum reduction ratio. Good.
また、第1係数決定部は、参照画像と周波数帯域のノイズが除去された対象画像との差分に基づいて第3係数の値を決定し、第2係数決定部は、参照画像および/または周波数帯域のノイズが除去された対象画像の輝度情報に基づいて第4係数の値を決定し、ノイズ除去部は、第3係数および第4係数の値を用いて参照画像と周波数帯域のノイズが除去された対象画像とを重み付け加算し、対象画像に重畳した高周波帯域のノイズを除去してもよい。 The first coefficient determination unit determines a value of the third coefficient based on a difference between the reference image and the target image from which noise in the frequency band is removed, and the second coefficient determination unit includes the reference image and / or the frequency. The value of the fourth coefficient is determined based on the luminance information of the target image from which the band noise has been removed, and the noise removing unit removes the noise of the reference image and the frequency band using the third coefficient and the value of the fourth coefficient. The high frequency band noise superimposed on the target image may be removed by weighted addition with the target image.
また、周波数帯域のノイズが除去された対象画像に対する画像圧縮を行い、対象画像に重畳した高周波帯域のノイズを除去する圧縮処理部を備えてもよい。 Moreover, you may provide the compression process part which performs the image compression with respect to the target image from which the noise of the frequency band was removed, and removes the noise of the high frequency band superimposed on the target image.
また、対象画像は、連続的に撮像された画像の1つであり、参照画像は、連続的に撮像された画像で、対象画像よりも前に撮像されノイズが除去された画像であってもよい。 In addition, the target image is one of continuously captured images, and the reference image is a continuously captured image that is captured before the target image and noise is removed. Good.
本発明の撮像装置は、被写体像を撮像して画像を生成する撮像部と、本発明の画像処理装置と、を備える。 An imaging apparatus of the present invention includes an imaging unit that captures a subject image and generates an image, and the image processing apparatus of the present invention.
本発明の画像処理プログラムは、ノイズ除去対象の対象画像およびノイズ除去処理の参照となる参照画像を読み込む入力手順、対象画像と参照画像との差分に基づいて第1係数の値を決定する第1係数決定手順、対象画像および/または参照画像の輝度情報に基づいて第2係数の値を決定する第2係数決定手順、第1係数および第2係数の値を用いて対象画像と参照画像とを重み付け加算し、対象画像に重畳するノイズを除去するノイズ除去手順、をコンピュータに実行させる。 An image processing program according to the present invention is a first step of determining a value of a first coefficient based on an input procedure for reading a target image to be subjected to noise removal and a reference image to be referred to for noise removal processing, and a difference between the target image and the reference image A coefficient determination procedure, a second coefficient determination procedure for determining the value of the second coefficient based on the luminance information of the target image and / or the reference image, and the target image and the reference image using the values of the first coefficient and the second coefficient The computer executes a noise removal procedure for performing weighted addition and removing noise superimposed on the target image.
本発明の画像処理プログラムは、ノイズ除去対象の対象画像およびノイズ除去処理の参照となる参照画像を読み込む入力手順、対象画像を縮小した第1縮小画像と、参照画像を第1縮小画像と同じ縮小率で縮小した第2縮小画像との組を少なくとも1つの縮小率で生成する縮小画像生成手順、第1縮小画像と第2縮小画像との差分に基づいて第1係数の値を決定する第1係数決定手順、第1縮小画像および/または第2縮小画像の輝度情報に基づいて第2係数の値を決定する第2係数決定手順、第1係数および第2係数の値を用いて第1縮小画像と第2縮小画像とを重み付け加算し、縮小率に応じた周波数帯域のノイズを抽出し、対象画像から周波数帯域のノイズを除去するノイズ除去手順、をコンピュータに実行させる。 The image processing program of the present invention includes an input procedure for reading a target image to be denoised and a reference image to be used as a reference for the denoising process, a first reduced image obtained by reducing the target image, and a reference image that is the same reduced as the first reduced image. A reduced image generation procedure for generating a pair with a second reduced image reduced at a rate at at least one reduction rate, and a first coefficient value determined based on a difference between the first reduced image and the second reduced image Coefficient determination procedure, second coefficient determination procedure for determining the value of the second coefficient based on the luminance information of the first reduced image and / or the second reduced image, the first reduction using the values of the first coefficient and the second coefficient A computer performs a noise removal procedure for weighting and adding the image and the second reduced image, extracting noise in the frequency band according to the reduction ratio, and removing the noise in the frequency band from the target image.
本発明によれば、ノイズレベルの高い画素に対してもノイズ除去を確度高く高速に行うことができる。 According to the present invention, noise removal can be performed with high accuracy and at high speed even for a pixel having a high noise level.
《一の実施形態》
図1は、本発明の一の実施形態に係るデジタルカメラ1の構成の一例を示すブロック図である。
<< One Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a
本実施形態のデジタルカメラ1は、撮像光学系11、撮像素子12、DFE13、CPU14、メモリ15、操作部16、モニタ17、メディアインタフェース(メディアI/F)18を有する。ここで、DFE13、メモリ15、操作部16、モニタ17、メディアI/F18は、それぞれCPU14に接続される。
The
撮像素子12は、撮像光学系11を通過した光束によって結像される被写体像を撮像するデバイスである。この撮像素子12の出力はDFE13に入力される。なお、本実施形態の撮像素子12は、順次走査方式の固体撮像素子(CCDなど)であっても、XYアドレス方式の固体撮像素子(CMOSなど)であってもよい。
The
また、撮像素子12の受光面には、複数の受光素子がマトリックス状に配列されている。撮像素子12の各受光素子には、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のカラーフィルタが公知のベイヤ配列にしたがって配置されている。そのため、撮像素子12の各受光素子は、カラーフィルタでの色分解によってそれぞれの色に対応する画像信号を出力する。これにより、撮像素子12は、撮像時にカラーの画像を取得できる。
A plurality of light receiving elements are arranged in a matrix on the light receiving surface of the
DFE13は、撮像素子12から入力される画像信号のA/D変換や、欠陥画素補正などの信号処理を行うデジタルフロントエンド回路である。このDFE13は、本実施形態において撮像素子12とともに撮像部を構成し、撮像素子12より入力される画像信号を画像データとしてCPU14に出力する。
The DFE 13 is a digital front-end circuit that performs signal processing such as A / D conversion of image signals input from the
CPU14は、デジタルカメラ1の各部を統括的に制御するプロセッサである。例えば、CPU14は、撮像素子12の出力に基づいて、公知のコントラスト検出によるオートフォーカス(AF)制御や公知の自動露出(AE)演算などをそれぞれ実行する。また、CPU14は、DEF13からの画像データに対して、補間処理、ホワイトバランス処理、階調変換処理、輪郭強調処理、色変換処理などのデジタル処理を施す。なお、本実施形態では、このデジタル処理により、画像データの各画素は、RGB全ての色成分の画素値を有するものとする。
The
さらに、本実施形態のCPU14は、画像処理プログラムの実行により、第1係数決定部20、第2係数決定部21、ノイズ除去部22、圧縮処理部23として動作する。
Furthermore, the
ノイズ除去部22は、次式(1)に示すような変形したリカーシブフィルタを用いて、ノイズ除去対象の対象画像とノイズ除去処理の参照となる参照画像とを重み付け加算する合成処理を行い、対象画像からノイズを除去する。
The
Zk=α・βXk+(1−α・β)Zk−1 … (1)
ここで、Xkは、対象画像の画素iにおけるRGBのいずれかの色成分の画素値で、Zk−1は、参照画像の画素iにおける同じ色成分の画素値である。Zkは、式(1)により画素値Xkからノイズ除去された対象画像の画素値である。kは各画像が撮像された順番(または時系列)を示し、本実施形態において、k−1の参照画像は、kの対象画像の撮像よりも1つ前に撮像されノイズが除去された画像とする。
Z k = α · βX k + (1−α · β) Z k−1 (1)
Here, X k is a pixel value of any of the RGB color components in the pixel i of the target image, and Z k−1 is a pixel value of the same color component in the pixel i of the reference image. Z k is the pixel value of the target image from which noise has been removed from the pixel value X k by Equation (1). k indicates the order (or time series) in which each image was captured, and in this embodiment, the k-1 reference image is an image that has been captured one noise prior to the capturing of the k target image and from which noise has been removed. And
式(1)の係数αは、画素値Xkと画素値Zk−1との合成処理において、それぞれの画素値の重み付けを決める係数である。本実施形態では、第1係数決定部20が、係数αの値を、図2(1)に示すようなメモリ15に記憶された関数fと、画素値の差分(Xk−Zk−1)とに基づいて決定する。すなわち、係数αは、色成分毎に異なる値に決定される。
The coefficient α in Expression (1) is a coefficient that determines the weighting of each pixel value in the synthesis process of the pixel value X k and the pixel value Z k−1 . In the present embodiment, the first
なお、図2(1)に示す関数fは、画素値の差分(Xk−Zk−1)が0から閾値Th1までの間で単調増加し、閾値Th1以上で1になる関数である。ただし、図2(1)では、0から閾値Th1までの間、関数fは直線的に単調増加するが、2次関数や指数関数などのように単調増加させてもよい。また、閾値Th1は、例えば、ISO感度が3200で、画像の階調が0〜255の場合、Th1=2〜4などと設定されているものとする。ただし、閾値Th1は、撮像される被写体やISO感度などに応じて決定されることが好ましい。さらに、本実施形態の閾値Th1は、RGBの色成分では同じ値に設定されるが、色成分毎に異なる値に設定されてもよい。 The function f shown in FIG. 2A is a function in which the pixel value difference (X k −Z k−1 ) increases monotonically between 0 and the threshold Th1, and becomes 1 when the threshold Th1 is equal to or greater. However, in FIG. 2A, the function f increases monotonically linearly from 0 to the threshold Th1, but may be monotonously increased like a quadratic function or an exponential function. Further, for example, when the ISO sensitivity is 3200 and the gradation of the image is 0 to 255, the threshold Th1 is set as Th1 = 2 to 4 and the like. However, the threshold Th1 is preferably determined according to the subject to be imaged, ISO sensitivity, and the like. Furthermore, the threshold value Th1 of the present embodiment is set to the same value for the RGB color components, but may be set to a different value for each color component.
一方、係数βは、式(1)の係数αによる重み付けの効果を、画素iの画素位置における輝度値(輝度情報)に応じて調整する係数である。本実施形態では、第2係数決定部21が、係数βの値を、図2(2)に示すようなメモリ15に記憶された関数Gと、画素iにおける輝度値YBkに基づいて決定する。すなわち、第2係数決定部21は、係数βを決定するために、画素iのRGBの画素値から対象画像の輝度値YXkおよび参照画像の輝度値YZk−1を、例えば、式(2)に示すような公知の変換手法を用いて算出する。
On the other hand, the coefficient β is a coefficient for adjusting the effect of weighting by the coefficient α in the equation (1) according to the luminance value (luminance information) at the pixel position of the pixel i. In the present embodiment, the second
Y=0.299×R+0.587×G+0.114×B
Cr=0.701×R−0.587×G−0.114×B … (2)
Cb=−0.299×R−0.587×G+0.886×B
そして、第2係数決定部21は、次式(3)を用い、輝度値YXkと輝度値YZk−1との平均値を算出し、画素iにおける輝度値YBkとする。
Y = 0.299 × R + 0.587 × G + 0.114 × B
Cr = 0.701 × R−0.587 × G−0.114 × B (2)
Cb = −0.299 × R−0.587 × G + 0.886 × B
Then, the second
YBk=(YXk+YZk−1)/2 … (3)
なお、輝度値YBkは、式(3)に示す輝度値YXkと輝度値YZk−1との平均値以外にも、従来のリカーシブフィルタを用いて算出されるYBk=αYXk+(1−α)YZk−1や、対象画像および/または参照画像の画素iの画素位置を中心とする3画素×3画素や5画素×5画素などの領域にある輝度値の平均値であってもよい。
YB k = (YX k + YZ k−1 ) / 2 (3)
The luminance value YB k is YB k = αYX k + (calculated using a conventional recursive filter, in addition to the average value of the luminance value YX k and the luminance value YZ k−1 shown in Equation (3). 1−α) YZ k−1 or an average value of luminance values in a region of 3 pixels × 3 pixels or 5 pixels × 5 pixels centered on the pixel position of the pixel i of the target image and / or the reference image. May be.
また、図2(2)に示す関数Gは、輝度値YBkが0から閾値Th2までの間で単調増加し、閾値Th2以上で1になる関数であり、輝度値が小さい暗部におけるノイズ除去を強めに行う。ただし、図2(2)では、0から閾値Th2までの間、関数Gが直線的に単調増加するが、2次関数や指数関数などのように単調増加させてもよい。また、閾値Th2は、例えば、画像の階調が0〜255の場合、ISO感度によらずTh2=20などと設定されているものとする。 The function G shown in FIG. 2 (2), the brightness value YB k is monotonically increasing between 0 and the threshold value Th2, a function which becomes 1 at the threshold Th2 or more, the noise removal in the dark portion luminance value is small Do it stronger. However, in FIG. 2 (2), the function G increases linearly and monotonically from 0 to the threshold Th2, but it may be monotonically increased like a quadratic function or an exponential function. Further, for example, when the gradation of the image is 0 to 255, the threshold Th2 is set to Th2 = 20 or the like regardless of the ISO sensitivity.
圧縮処理部23は、H.264やMotion JPEGなどの動画形式に応じて、ノイズが除去された対象画像を動画圧縮し、動画データを生成する。
The
メモリ15は、画像データや図2に示す関数fおよび関数Gなどとともに、CPU14によって実行される画像処理プログラムなどの各種プログラムを記憶する不揮発性の半導体メモリである。
The
操作部16は、例えば、撮像モードの切換設定の入力や、静止画、連写または動画の撮像指示などをユーザから受け付ける。
The
モニタ17は、液晶モニタなどのモニタであり、CPU14の制御指示によって各種画像を表示する。例えば、動画の撮像後において、CPU14の制御指示に応じて、モニタ17は、撮像した動画を再生表示する。
The
メディアI/F18には、不揮発性の記憶媒体19を着脱可能に接続できる。そして、メディアI/F18は、記憶媒体19に対してデータの書き込み/読み込みを実行する。上記の記憶媒体19は、ハードディスクや、半導体メモリを内蔵したメモリカードなどで構成される。なお、図1では記憶媒体19の一例としてメモリカードを図示する。
A
次に、図3のフローチャートを参照しつつ、本実施形態に係るデジタルカメラ1による処理動作について説明する。
Next, processing operations by the
CPU14は、ユーザから動画の撮像指示(例えば、操作部16に含まれるレリーズ釦の全押し操作など)を受け付けると、撮像素子12に被写体の動画撮像を開始させる。CPU14は、ステップS101からの処理を開始する。
When the
ステップS101:CPU14は、DEF13を介して、撮像素子12から出力された第1フレーム(k=1)を対象画像として読み込む。同時に、CPU14は、対象画像をノイズ除去処理の参照画像として設定する。なお、第2フレーム(k≧2)以降の対象画像に対する参照画像は、本実施形態のノイズ除去が施された1つ前のフレームとする。
Step S101: The
ステップS102:第1係数決定部20は、色成分毎に、読み込んだ対象画像および参照画像の画素iにおける画素値の差分Z1−Z0を算出し、図2(1)の関数fに基づいて係数α(第1係数)の値を決定する。同時に、第2係数決定部21は、式(2)および(3)を用い、画素iにおける輝度値YB1を算出し、図2(2)の関数Gに基づいて係数β(第2係数)の値を決定する。
Step S102: The first
ステップS103:ノイズ除去部22は、ステップS102において決定された係数α、βの値を式(1)に適用し、対象画像の画素iにおける各色成分の画素値からノイズを除去する。
Step S103: The
ステップS104:ノイズ除去部22は、対象画像の全ての画素についてノイズ除去したか否かを判定する。ノイズ除去部22は、全ての画素についてノイズ除去していない場合、ステップS102(NO側)へ移行し、全ての画素に対してステップS102およびステップS103の処理を行い、対象画像からノイズを除去する。一方、ノイズ除去部22は、全ての画素についてノイズを除去した場合、ステップS105へ移行する。
Step S104: The
ステップS105:圧縮処理部24は、H.264やMotion JPEGなどの動画形式に応じて、ノイズ除去された対象画像を動画圧縮し、動画データを生成する。CPU14は、その動画データをメモリ15に一時的に記録する。同時に、CPU14は、ノイズ除去された対象画像を、次のフレームの対象画像に対する参照画像としてメモリ15に記録設定する。
Step S105: The
ステップS106:CPU14は、例えば、ユーザによる操作部16のレリーズ釦の全押しが解除されたことにより、動画撮像の終了指示を受け付けたか否かを判定する。CPU14は、動画撮像の終了指示を受け付けた場合(YES側)、メモリ15に一時的に記録された動画データから動画ファイルを生成し、メモリ15や記憶媒体19に記録する。CPU14は、一連の処理を終了する。一方、CPU14は、動画撮像の終了指示を受け付けていない場合、ステップS101(NO側)へ移行する。CPU14は、第2フレーム以降の対象画像に対するステップS101〜ステップS105の処理を、終了指示を受け付けるまで行う。
Step S106: The
このように、本実施形態では、対象画像および参照画像の各画素における画素値の差分から係数αを決定すると同時に、各画素における輝度値、すなわち被写体における輝度状態を考慮して係数βを決定することにより、ノイズレベルの高い画素に対してもノイズ除去を確度高く高速に行うことができる。
《他の実施形態》
図4は、本発明の他の実施形態に係るデジタルカメラ1’の構成の一例を示すブロック図である。図4において、本実施形態のデジタルカメラ1’の構成要素のうち、一の実施形態のデジタルカメラ1と同じものについては同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
As described above, in the present embodiment, the coefficient α is determined from the difference between the pixel values in each pixel of the target image and the reference image, and at the same time, the coefficient β is determined in consideration of the luminance value in each pixel, that is, the luminance state in the subject. As a result, noise removal can be performed with high accuracy and at high speed even for pixels with high noise levels.
<< Other embodiments >>
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a
本実施形態のデジタルカメラ1’と一の実施形態のデジタルカメラ1との相違点は、次のとおりである。
Differences between the
1)CPU14は、画像処理プログラムの実行により、縮小画像生成部24としても動作する。縮小画像生成部24は、公知の手法を用い、撮像素子12によって撮像された動画の各フレームの縮小画像を生成する。本実施形態の縮小画像生成部24は、対象画像のフレームに対して縮小率1/4の縮小画像(第1縮小画像)を生成する。また、縮小画像生成部24は、参照画像に対しても縮小率1/4の縮小画像(第2縮小画像)を生成する。なお、本実施形態における公知の手法とは、例えば、多重解像度解析やNearest Neighbor法であるとする。
1) The
2)ノイズ除去部22’は、対象画像のノイズ除去するにあたり、まず式(1)の変形したリカーシブフィルタを、対象画像の縮小画像と参照画像の縮小画像とに適用する。そして、ノイズ除去部22’は、ノイズ除去の前と後との対象画像の縮小画像による差分を求め、縮小率1/4に対応した周波数帯域(以下、低周波帯域という)のノイズのノイズデータを抽出する。ノイズ除去部22’は、その低周波帯域のノイズデータを用い、元の対象画像に重畳する低周波帯域のノイズを除去し、対象画像に式(1)を適用することにより、対象画像自身に重畳する高周波帯域のノイズを除去する。
2) When removing noise from the target image, the noise removing unit 22 'first applies the deformed recursive filter of Expression (1) to the reduced image of the target image and the reduced image of the reference image. Then, the
次に、図5のフローチャートおよび図6の画像データの流れ図を参照しつつ、本実施形態に係るデジタルカメラ1’による処理動作について説明する。
Next, processing operations performed by the
CPU14は、ユーザから動画の撮像指示(例えば、操作部16に含まれるレリーズ釦の全押し操作など)を受け付けると、撮像素子12に被写体の動画撮像を開始させる。CPU14は、ステップS201からの処理を開始する。
When the
ステップS201:CPU14は、DEF13を介して、撮像素子12から出力された第1フレーム(k=1)を対象画像30aとして読み込む。同時に、CPU14は、対象画像30aをノイズ除去処理の参照画像30bと設定する。なお、第2フレーム(k≧2)以降の対象画像30aに対する参照画像30bは、本実施形態のノイズ除去が施された1つ前のフレームとする。
Step S201: The
ステップS202:縮小画像生成部24は、読み込んだ対象画像30aおよび参照画像30bそれぞれについて、縮小率が1/4の縮小画像を生成する。図6において、対象画像30aに対する縮小率1/4の縮小画像を31aと符号を付し、参照画像30bに対する縮小率1/4の縮小画像を31bと符号を付す。
Step S202: The reduced
ステップS203:第1係数決定部21は、色成分毎に、対象画像30aおよび参照画像30bの縮小画像31aおよび縮小画像31bの画素iにおける画素値の差分X1−Z0を算出し、図2(1)の関数fに基づいて係数α(第1係数)の値を決定する。同時に、第2係数決定部21は、式(2)および(3)を用い、画素iにおける輝度値YB1を算出し、図2(2)の関数Gに基づいて係数β(第2係数)の値を決定する。
Step S203: The first
ステップS204:ノイズ除去部22’は、ステップS203において決定された係数α、βの値を式(1)に適用し、縮小画像31aの画素iにおける各色成分の画素値からノイズを除去する。
Step S204: The noise removing unit 22 'applies the values of the coefficients α and β determined in Step S203 to Expression (1), and removes noise from the pixel values of the respective color components in the pixel i of the reduced
ステップS205:ノイズ除去部22’は、縮小画像31aの全ての画素についてノイズを除去したか否かを判定する。ノイズ除去部22’は、全ての画素についてノイズ除去していない場合、ステップS203(NO側)へ移行し、全ての画素に対してステップS203およびステップS204の処理を行い、縮小画像31aからノイズを除去する。一方、ノイズ除去部22’は、全ての画素についてノイズを除去した場合、縮小率1/4に対応した低周波帯域のノイズが除去された縮小画像32を生成する。ノイズ除去部22’は、縮小画像31aと縮小画像32との差分を求め、縮小画像31aに重畳した低周波帯域のノイズデータ33を抽出する。ノイズ除去部22’は、ステップS206(YES側)へ移行する。
Step S205: The noise removing unit 22 'determines whether or not noise has been removed from all the pixels of the reduced
ステップS206:ノイズ除去部22’は、抽出されたノイズデータ33を、元の対象画像30aの各画素における低周波帯域のノイズデータ34に変換する。ノイズ除去部22’は、対象画像30aの各画素の画素値からノイズデータ34のノイズを減算し、低周波帯域のノイズが除去された対象画像35を生成する。ただし、対象画像35は、縮小率1/1に対応した周波数帯域(以下、高周波帯域という)のノイズを有する。
Step S206: The noise removing unit 22 'converts the extracted
ステップS207:第1係数決定部20は、色成分毎に、対象画像35および参照画像30bの画素iにおける画素値の差分X1−Z0を算出し、図2(1)の関数fに基づいて係数α(第3係数)の値を決定する。同時に、第2係数決定部21は、式(2)および(3)を用い、画素iにおける輝度値YB1を算出し、図2(2)の関数Gに基づいて係数β(第4係数)の値を決定する。
Step S207: The first
ステップS208:ノイズ除去部22’は、ステップS207において決定された係数α、βの値を式(1)に適用し、対象画像35の画素iにおける各色成分の画素値から高周波帯域のノイズを除去する。
Step S208: The
ステップS209:ノイズ除去部22’は、対象画像35の全ての画素について高周波帯域のノイズを除去したか否かを判定する。ノイズ除去部22’は、全ての画素についてノイズ除去していない場合、ステップS207(NO側)へ移行し、全ての画素に対してステップS207およびステップS208の処理を行い、対象画像35から高周波帯域のノイズを除去する。一方、CPU14は、全ての画素について高周波帯域のノイズを除去した場合、低周波帯域および高周波帯域のノイズが除去された対象画像36を生成し、ステップS210(YES側)へ移行する。
Step S209: The noise removing unit 22 'determines whether or not high frequency band noise has been removed for all the pixels of the
ステップS210:圧縮処理部23は、H.264やMotion JPEGなどの動画形式に応じて、低周波帯域および高周波帯域のノイズが除去された対象画像36を動画圧縮し、動画データを生成する。CPU14は、その動画データをメモリ15に一時的に記録する。同時に、CPU14は、対象画像36を、次のフレームの対象画像30aに対する参照画像30bとしてメモリ15に記録設定する。
Step S210: The
ステップS211:CPU14は、例えば、ユーザによる操作部16のレリーズ釦の全押しが解除されたことにより、動画撮像の終了指示を受け付けたか否かを判定する。CPU14は、動画撮像の終了指示を受け付けた場合(YES側)、メモリ15に一時的に記録された動画データから動画ファイルを生成し、メモリ15や記憶媒体19に記録する。CPU14は、一連の処理を終了する。一方、CPU14は、動画撮像の終了指示を受け付けていない場合、ステップS201(NO側)へ移行する。CPU14は、第2フレーム以降の対象画像30aに対するステップS201〜ステップS209の処理を、終了指示を受け付けるまで行う。
Step S211: The
このように、本実施形態では、対象画像30aおよび参照画像30bとともに、それらの縮小画像31a、31bの各画素における画素値の差分から係数αを決定すると同時に、各画素における輝度値、すなわち被写体における輝度状態を考慮して係数βを決定することにより、ノイズレベルの高い画素に対してもノイズ除去を確度高く高速に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the coefficient α is determined from the difference between the pixel values in each pixel of the reduced
また、対象画像30aおよび参照画像30bから縮小画像31a、31bをそれぞれ生成し、縮小率に対応する周波数帯域のノイズを順次抽出することから、より効率的にノイズ除去が行える。
《他の実施形態の変形例》
本発明の他の実施形態の変形例に係るデジタルカメラは、図4に示す他の実施形態に係るデジタルカメラ1’と同じである。したがって、本実施形態のデジタルカメラ1’を構成する各構成要素についての詳細な説明は省略する。
Further, the reduced
<< Modifications of Other Embodiments >>
A digital camera according to a modification of the other embodiment of the present invention is the same as the
図7は、本実施形態のデジタルカメラ1’による処理動作のフローチャートを示す。図7において、図5に示す他の実施形態における処理と同一の処理については、下2桁が同一のステップ番号を付し詳細な説明は省略する。
FIG. 7 shows a flowchart of processing operations by the
図8は、図7に示す処理における画像データの流れを示す。図8において、図6に示す他の実施形態における画像データと同一のものについては、同一の符号を付し詳細な説明は省略する。 FIG. 8 shows the flow of image data in the processing shown in FIG. In FIG. 8, the same reference numerals are assigned to the same image data as in the other embodiments shown in FIG. 6, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態に係るデジタルカメラ1’による処理動作と他の実施形態に係るものとの相違点は、ステップS207からステップS209の高周波帯域のノイズ除去処理が省略される点にある。これは、ステップS310(ステップS210に対応)において行われる、圧縮処理部23による対象画像35を動画データに変換する動画圧縮処理が、高周波帯域のノイズを除去するのと同様の効果を有するからである。
The difference between the processing operation performed by the
また、ステップS207からステップS209の処理が省略されることにより、本実施形態では、対象画像36が算出されず、縮小画像生成部24は、ステップS302において、第2フレーム以降の参照画像30bの縮小画像31bを生成しない。その代わり、本実施形態のCPU14は、ステップS310において、縮小画像32を、参照画像30bの縮小率1/4の縮小画像31bとして、メモリ15に記録設定する。CPU14は、ステップS301において、縮小画像31bをメモリ15から読み込む。
Further, by omitting the processing from step S207 to step S209, in this embodiment, the
このように、本実施形態では、対象画像30aおよび参照画像30bとともに、それらの縮小画像31a、31bの各画素における画素値の差分から係数αを決定すると同時に、画素iにおける輝度値、すなわち被写体における輝度状態を考慮して係数βを決定することにより、ノイズレベルの高い画素に対してもノイズ除去を確度高く高速に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the coefficient α is determined from the difference between the pixel values of the pixels of the reduced
また、対象画像30aおよび参照画像30bから縮小画像31a、31bをそれぞれ生成し、縮小率に対応する周波数帯域のノイズを順次抽出することから、より効率的にノイズ除去が行える。
Further, the reduced
さらに、高周波帯域のノイズ除去を動画圧縮処理で代用することにより、デジタルカメラ1’によるノイズ除去処理の処理時間の短縮および処理負荷の軽減を実現することができ、デジタルカメラ1’の回路規模を小さくすることができる。
Furthermore, by replacing the noise removal in the high frequency band with the video compression process, the processing time of the noise removal process by the
また、第2フレーム以降の縮小画像生成部20による参照画像30bの縮小画像の生成処理を省略することにより、ノイズ除去処理の処理時間の短縮および処理負荷の軽減をさらに図ることができ、デジタルカメラ1’の回路規模をさらに小さくすることができる。
《実施形態の補足事項》
(1)上記実施形態では、第1係数決定部21、第2係数決定部22、ノイズ除去部22、圧縮処理部23、縮小画像生成部24の各処理を、CPU14がソフトウエア的に実現する例を説明したが、ASICを用いてこれらの各処理をハードウエア的に実現してもよい。
Further, by omitting the generation process of the reduced image of the
<< Additional items of embodiment >>
(1) In the above embodiment, the
(2)本発明の画像処理装置は、上記実施形態のデジタルカメラ1、1’の例に限定されない。例えば、動画または連写によって撮像された複数の画像をコンピュータに読み込ませ、コンピュータにノイズ除去処理のプログラムを実行させることにより、コンピュータを本発明の画像処理装置として機能させてもよい。
(2) The image processing apparatus of the present invention is not limited to the examples of the
(3)上記実施形態では、閾値Th1の値は、RGBの色成分毎に同じ値に設定したが、本発明はこれに限定されない。成分毎に異なる閾値Th1の値を設定してもよい。また、式(2)に基づいて、RGBからYCrCbに変換し、閾値Th1を輝度成分および色差成分毎に設定してもよい。例えば、色差成分Cr、Cbの閾値の値を、輝度成分Yの閾値よりも1.5倍などと大きく設定し、色差成分Cr、Cbに対するノイズ除去を強めにすることで、色ノイズが目立ちにくくすることができる。 (3) In the above embodiment, the value of the threshold Th1 is set to the same value for each RGB color component, but the present invention is not limited to this. A different threshold value Th1 may be set for each component. Further, RGB may be converted to YCrCb based on the formula (2), and the threshold value Th1 may be set for each luminance component and color difference component. For example, by setting the threshold values of the color difference components Cr and Cb to be 1.5 times larger than the threshold value of the luminance component Y and increasing noise removal for the color difference components Cr and Cb, the color noise is less noticeable. can do.
また、閾値Th2の値についても、色成分または輝度成分および色差成分毎に異なる値に設定されてもよい。 Also, the value of the threshold Th2 may be set to a different value for each color component, luminance component, and color difference component.
(4)上記実施形態では、第1フレームの対象画像に対する参照画像として、対象画像を用いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、対象画像に公知のノイズ除去処理を施した画像を参照画像としてもよい。 (4) In the above embodiment, the target image is used as the reference image for the target image of the first frame. However, the present invention is not limited to this. For example, an image obtained by performing known noise removal processing on the target image is used. It may be a reference image.
(5)上記一の実施形態では、画素iが有する画素値がRGBの成分である場合、画素iにおける輝度値を式(2)の公知の手法を用いて算出するとしたが、本発明はこれに限定されず、G成分などのRGBのいずれかの色成分の画素値を輝度値として用いてもよい。 (5) In the above one embodiment, when the pixel value of the pixel i is an RGB component, the luminance value at the pixel i is calculated using the known method of the equation (2). However, the pixel value of any one of RGB color components such as the G component may be used as the luminance value.
(6)上記他の実施形態では、縮小画像生成部24は、対象画像30aおよび参照画像30bそれぞれの縮小率1/4の縮小画像を多重解像度解析により生成したが、本発明はこれに限定されない。縮小画像生成部24は、2以上の縮小率が異なる縮小画像を生成してもよい。
(6) In the other embodiments described above, the reduced
なお、2以上の縮小率が異なる縮小画像を生成した場合、縮小画像は、自身の縮小率に対応した周波数帯域のノイズとともに、より小さな縮小画像が有するより低周波帯域のノイズも重畳して有する。そこで、ノイズ除去部22’は、各縮小画像から自身の縮小率に対応した周波数帯域のノイズを効率的に抽出するために、最小の縮小率の縮小画像から開始するのが好ましい。
When reduced images having different reduction ratios of 2 or more are generated, the reduced image has noise in a frequency band corresponding to its own reduction ratio and noise in a lower frequency band than that of a smaller reduced image. . Therefore, it is preferable that the
(7)上記他の実施形態では、CPU14は、撮像素子12から出力される対象画像30aとともに、参照画像30bを読み込み、縮小画像生成部24は、対象画像30aおよび参照画像30bの縮小画像を生成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、CPU14は、対象画像36を参照画像30bとしてメモリ15に記憶設定するとともに、縮小画像32を縮小率1/4の参照画像31bとしてメモリ15に記録設定してもよい。これにより、縮小画像生成部24による参照画像30bの縮小画像の生成処理を省略でき、ノイズ除去処理の処理時間の短縮および処理負荷の軽減を実現することができる。さらに、デジタルカメラ1’の回路規模を小さくすることができる。
(7) In the other embodiments described above, the
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点及び利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神及び権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点及び利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良及び変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物及び均等物によることも可能である。 From the above detailed description, features and advantages of the embodiment will become apparent. It is intended that the scope of the claims extend to the features and advantages of the embodiments described above without departing from the spirit and scope of the right. Further, any person having ordinary knowledge in the technical field should be able to easily come up with any improvements and changes, and there is no intention to limit the scope of the embodiments having the invention to those described above. It is also possible to use appropriate improvements and equivalents included in the scope disclosed in.
1、1’…デジタルカメラ、11…撮像光学系、12…撮像素子、13…DEF、14…CPU、15…メモリ、16…操作部、17…モニタ、18…メディアI/F、19…記憶媒体、20…第1係数決定部、21…第2係数決定部、22、22’…ノイズ除去部、23…圧縮処理部、24…縮小画像生成部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記対象画像および/または前記参照画像の輝度情報に基づいて第2係数の値を決定する第2係数決定部と、
前記第1係数および前記第2係数の値を用いて前記対象画像と前記参照画像とを重み付け加算し、前記対象画像に重畳するノイズを除去するノイズ除去部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。 A first coefficient determination unit that determines a value of the first coefficient based on a difference between a target image to be denoised and a reference image that is a reference for noise removal processing;
A second coefficient determination unit that determines a value of a second coefficient based on luminance information of the target image and / or the reference image;
A noise removing unit that weights and adds the target image and the reference image using values of the first coefficient and the second coefficient, and removes noise superimposed on the target image;
An image processing apparatus comprising:
前記輝度情報は、前記対象画像と前記参照画像との輝度値の平均値、または前記対象画像と前記参照画像との輝度値を前記第1係数の値のみを用いた重み付け加算した値であることを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1.
The luminance information is an average value of luminance values of the target image and the reference image, or a value obtained by weighting and adding the luminance values of the target image and the reference image using only the value of the first coefficient. An image processing apparatus.
前記第1係数決定部は、前記対象画像が有する色成分毎に前記第1係数の値を決定することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1 or 2,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the first coefficient determination unit determines a value of the first coefficient for each color component of the target image.
前記第1係数決定部は、前記対象画像が有する輝度成分および色差成分毎に前記第1係数の値を決定することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1 or 2,
The image processing apparatus, wherein the first coefficient determination unit determines a value of the first coefficient for each luminance component and color difference component of the target image.
前記第1縮小画像と前記第2縮小画像との差分に基づいて第1係数の値を決定する第1係数決定部と、
前記第1縮小画像および/または前記第2縮小画像の輝度レベルに基づいて第2係数の値を決定する第2係数決定部と、
前記第1係数および前記第2係数の値を用いて前記第1縮小画像と前記第2縮小画像とを重み付け加算し、前記縮小率に応じた周波数帯域のノイズを抽出し、前記対象画像の画素値から前記周波数帯域のノイズを除去するノイズ除去部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。 At least one reduction ratio is a set of a first reduced image obtained by reducing a target image to be subjected to noise removal and a second reduced image obtained by reducing a reference image used as a reference for noise removal processing at the same reduction ratio as the first reduced image. A reduced image generation unit to generate in
A first coefficient determination unit that determines a value of a first coefficient based on a difference between the first reduced image and the second reduced image;
A second coefficient determination unit that determines a value of a second coefficient based on a luminance level of the first reduced image and / or the second reduced image;
Using the values of the first coefficient and the second coefficient, the first reduced image and the second reduced image are weighted and added, noise in a frequency band corresponding to the reduction ratio is extracted, and pixels of the target image A noise removing unit for removing noise in the frequency band from the value;
An image processing apparatus comprising:
前記ノイズ除去部は、複数の縮小率で複数の前記第1縮小画像および前記第2縮小画像の組が生成された場合、最小の縮小率に対応した組から前記周波数帯域のノイズを順次抽出することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 5.
The noise removing unit sequentially extracts noise in the frequency band from a set corresponding to a minimum reduction ratio when a plurality of sets of the first reduced image and the second reduced image are generated at a plurality of reduction ratios. An image processing apparatus.
前記第1係数決定部は、前記参照画像と前記周波数帯域のノイズが除去された前記対象画像との差分に基づいて第3係数の値を決定し、
前記第2係数決定部は、前記参照画像および/または前記周波数帯域のノイズが除去された対象画像の輝度情報に基づいて第4係数の値を決定し、
前記ノイズ除去部は、前記第3係数および前記第4係数の値を用いて前記参照画像と前記周波数帯域のノイズが除去された前記対象画像とを重み付け加算し、前記対象画像に重畳した高周波帯域のノイズを除去する
ことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 5 or 6,
The first coefficient determination unit determines a value of a third coefficient based on a difference between the reference image and the target image from which noise in the frequency band has been removed,
The second coefficient determination unit determines a value of a fourth coefficient based on luminance information of the reference image and / or a target image from which noise in the frequency band has been removed,
The noise removing unit weights and adds the reference image and the target image from which noise in the frequency band is removed using the values of the third coefficient and the fourth coefficient, and superimposes the high frequency band on the target image. An image processing apparatus characterized by removing noise.
前記周波数帯域のノイズが除去された前記対象画像に対する画像圧縮を行い、前記対象画像に重畳した高周波帯域のノイズを除去する圧縮処理部を備える
ことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 5 or 6,
An image processing apparatus comprising: a compression processing unit that performs image compression on the target image from which noise in the frequency band has been removed, and removes noise in a high frequency band superimposed on the target image.
前記対象画像は、連続的に撮像された画像の1つであり、
前記参照画像は、前記連続的に撮像された画像で、前記対象画像よりも前に撮像されノイズが除去された画像である
ことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The target image is one of continuously captured images,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the reference image is an image that is continuously captured and is an image that is captured before the target image and from which noise is removed.
請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 An imaging unit that captures a subject image and generates an image;
An image processing apparatus according to any one of claims 1 to 9,
An imaging apparatus comprising:
前記対象画像と前記参照画像との差分に基づいて第1係数の値を決定する第1係数決定手順、
前記対象画像および/または前記参照画像の輝度情報に基づいて第2係数の値を決定する第2係数決定手順、
前記第1係数および前記第2係数の値を用いて前記対象画像と前記参照画像とを重み付け加算し、前記対象画像に重畳するノイズを除去するノイズ除去手順、
をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。 Input procedure for reading the target image for noise removal and the reference image for noise removal processing,
A first coefficient determination procedure for determining a value of a first coefficient based on a difference between the target image and the reference image;
A second coefficient determination procedure for determining a value of a second coefficient based on luminance information of the target image and / or the reference image;
A noise removal procedure for performing weighted addition of the target image and the reference image using values of the first coefficient and the second coefficient, and removing noise superimposed on the target image;
An image processing program for causing a computer to execute.
前記対象画像を縮小した第1縮小画像と、前記参照画像を前記第1縮小画像と同じ縮小率で縮小した第2縮小画像との組を少なくとも1つの縮小率で生成する縮小画像生成手順、
前記第1縮小画像と前記第2縮小画像との差分に基づいて第1係数の値を決定する第1係数決定手順、
前記第1縮小画像および/または前記第2縮小画像の輝度情報に基づいて第2係数の値を決定する第2係数決定手順、
前記第1係数および前記第2係数の値を用いて前記第1縮小画像と前記第2縮小画像とを重み付け加算し、前記縮小率に応じた周波数帯域のノイズを抽出し、前記対象画像から前記周波数帯域のノイズを除去するノイズ除去手順、
をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。 Input procedure for reading the target image for noise removal and the reference image for noise removal processing,
A reduced image generation procedure for generating a set of a first reduced image obtained by reducing the target image and a second reduced image obtained by reducing the reference image at the same reduction rate as the first reduced image, at least one reduction rate;
A first coefficient determination procedure for determining a value of a first coefficient based on a difference between the first reduced image and the second reduced image;
A second coefficient determination procedure for determining a value of a second coefficient based on luminance information of the first reduced image and / or the second reduced image;
The first reduced image and the second reduced image are weighted and added using the values of the first coefficient and the second coefficient, noise in a frequency band corresponding to the reduction ratio is extracted, and the target image is extracted from the target image. Noise removal procedure to remove noise in the frequency band,
An image processing program for causing a computer to execute.
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