JP2012235442A - Technique for reducing noise for machine vision system - Google Patents

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ジェイ エル ヴァン ビーク ペトラス
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for preferably reducing noise of an image captured by an imaging device.SOLUTION: A method for reducing noise of an image captured by an imaging device includes: a first step of acquiring an image from the imaging device; a second step of reducing offset components of fixed pattern noise from the image; a third step of reducing gain components of the fixed pattern noise from the image; and a fourth step of reducing residual components of the fixed pattern noise from the image using a filter which reduces impulsive noise included in the image after the second step and the third step.

Description

本発明は、カメラによって撮像した画像のノイズを低減する技術に関する。   The present invention relates to a technique for reducing noise in an image captured by a camera.

デジタルカメラは、CCDセンサまたはCMOSセンサを用いて画像を撮像する。CCDセンサまたはCMOSセンサは、センサエレメントの二次元的な配列を備えている。CCDまたはCMOSのエレメントは、光を電子に変換する(光電変換)。その後、電子は、(デジタル)信号へと変換される。このようなエレメントの各々は、カメラによって撮像された画像またはフレームの画素に対応する。ここで、センサまたはカメラから出力される画素データまたは画像には、目的の信号に加えて、望ましくないノイズが必ず含まれている。センサまたはカメラに由来するノイズには様々なタイプが存在する。例えば、固定パターンノイズ、読み出しノイズ、およびショットノイズである。画像コンテンツの真の姿を正確に特定するためには、ノイズを抑制するか、または除去しなくてはならない。   A digital camera captures an image using a CCD sensor or a CMOS sensor. A CCD sensor or a CMOS sensor has a two-dimensional array of sensor elements. CCD or CMOS elements convert light into electrons (photoelectric conversion). The electrons are then converted into (digital) signals. Each such element corresponds to a pixel of an image or frame imaged by the camera. Here, the pixel data or image output from the sensor or camera always includes undesirable noise in addition to the target signal. There are various types of noise originating from sensors or cameras. For example, fixed pattern noise, readout noise, and shot noise. In order to accurately identify the true appearance of the image content, noise must be suppressed or eliminated.

暗電流は、固定パターンノイズ(FPN:Fixed-Pattern Noise)の一因である。暗電流は、主に、光がない状態においてもCCDセンサまたはCMOSセンサの各エレメントに蓄積される偽の電荷に由来する。異なるエレメントには、異なる量の偽の電荷が蓄積する。それゆえ、固定パターンノイズは、撮像画像において空間的に不均一な(むらのある)パターンをもたらす。但し、空間的な分布は、実質的に、時間的に不変である。ゆえに、暗電流ノイズの一部は、固定パターンノイズとして分類することができる。このタイプの固定パターンノイズは、暗時出力不均一性(DSNU:Dark Signal Non-Uniformity、黒むら)と称することができる。このようなDSNUノイズに加えて、暗電流ショットノイズも存在する。暗電流ショットノイズは、上記暗電流ノイズに加わる空間的および時間的にランダムなノイズである。また、暗電流ノイズは、温度依存的である。このことは、温度が変化する場合において起こり得る現象の予測をやや困難にする。一般に、暗電流ノイズは、温度の上昇に伴って増大する。   The dark current is a cause of fixed pattern noise (FPN). The dark current is mainly derived from a false charge accumulated in each element of the CCD sensor or the CMOS sensor even in the absence of light. Different elements accumulate different amounts of false charge. Therefore, fixed pattern noise results in a spatially nonuniform (unevenness) pattern in the captured image. However, the spatial distribution is substantially unchanged in time. Therefore, some of the dark current noise can be classified as fixed pattern noise. This type of fixed pattern noise can be referred to as dark signal non-uniformity (DSNU). In addition to such DSNU noise, there is also dark current shot noise. The dark current shot noise is a spatially and temporally random noise added to the dark current noise. The dark current noise is temperature dependent. This makes it somewhat difficult to predict what can happen when the temperature changes. In general, dark current noise increases with increasing temperature.

また、ショットノイズは、基本的には、光子が検知用エレメントに到達する経路に関連している。光ショットノイズは、空間的および時間的にランダムな事象である。光ショットノイズの分散は、一般に信号強度に依存する。また、読み出しノイズは、一般に信号強度に依存せず、付加的なホワイトガウシアンノイズに類似するその他のランダムノイズ源を包括するものであるとみなし得る。そのようなランダムノイズ源としては、増幅器ノイズ、アナログ−デジタル変換(ADC)ノイズ、およびいくつかの他のタイプのノイズが挙げられる。   Further, shot noise is basically related to a path through which photons reach the detection element. Light shot noise is a spatially and temporally random event. The dispersion of light shot noise generally depends on the signal intensity. Also, readout noise is generally independent of signal strength and can be considered to encompass other random noise sources similar to additional white Gaussian noise. Such random noise sources include amplifier noise, analog-to-digital conversion (ADC) noise, and some other types of noise.

特開2006−020354号公報(2006年1月19日公開)JP 2006-020354 A (published January 19, 2006) 特開2011−159178号公報(2011年8月18日公開)JP2011-159178A (released on August 18, 2011)

以上のように、画像の真の姿を正確に特定するため、固定パターンノイズ、読み出しノイズ、および/またはショットノイズのような、センサおよびカメラに由来する様々なタイプのノイズを低減することは望ましい。   As described above, it is desirable to reduce various types of noise originating from sensors and cameras, such as fixed pattern noise, readout noise, and / or shot noise, in order to accurately identify the true appearance of the image. .

上述した本発明の目的、特徴および利点、ならびにその他の本発明の目的、特徴および利点は、発明の詳細な説明および図面を参照すれば、より容易に理解されるだろう。   The above objects, features and advantages of the present invention, as well as other objects, features and advantages of the present invention will be more readily understood with reference to the detailed description of the invention and the drawings.

本発明に係る撮像装置が撮像した画像のノイズを低減する方法は、上記課題を解決するために、該撮像装置から該画像を取得する第1の工程と、該画像から固定パターンノイズのオフセット成分を低減する第2の工程と、該画像から固定パターンノイズのゲイン成分を低減する第3の工程と、第2の工程および第3の工程の後に、該画像に含まれるインパルス性ノイズを低減するフィルタを用いて、該画像から固定パターンノイズの残存成分を低減する第4の工程と、を包含することを特徴としている。   In order to solve the above problem, a method for reducing noise in an image captured by an imaging apparatus according to the present invention includes a first step of acquiring the image from the imaging apparatus, and an offset component of fixed pattern noise from the image. A second step of reducing the gain component of the fixed pattern noise from the image, and impulsive noise included in the image after the second step and the third step. And a fourth step of reducing a residual component of the fixed pattern noise from the image by using a filter.

撮像画像から固定パターンノイズのオフセット成分およびゲイン成分を除去した後でも、インパルス性の残存成分が残存する場合がある。上記構成によれば、当該残存成分を除去することができるため、より好適に撮像画像の固定パターンノイズを低減することができる。   Even after the offset component and the gain component of the fixed pattern noise are removed from the captured image, an impulsive residual component may remain. According to the above configuration, since the remaining component can be removed, the fixed pattern noise of the captured image can be more preferably reduced.

また、上記方法では、上記フィルタは、上記画像内に設定されたウィンドウにおいて、ウィンドウ内における各画素について、画素値に基づくランク付けを行うことが好ましい。また、上記ウィンドウが、3×3画素のウィンドウであることが好ましい。また、上記ランク付けが、上記ウィンドウ内における画素値の順位付けであることが好ましい。また、上記フィルタは、上記ウィンドウの中央の画素の画素値を改変対象とすることが好ましい。また、上記中央の画素の画素値の改変の条件は、上記中央の画素の画素値が、上記ウィンドウ内の各画素における最小値または最大値であることを含むことが好ましい。また、上記中央の画素の画素値の改変の条件は、上記ウィンドウ内の画素間の差分に基づく条件を含むことが好ましい。また、上記方法では、上記中央の画素の画素値の改変の条件は、上記中央の画素の画素値と、上記ウィンドウ内の上記中央の画素以外の各画素の画素値との差分が、予め特定された閾値以上であることを含むことが好ましい。これにより、上記中央の画素の画素値が、それ以外の画素よりも大きく異なる場合に中央の画素の画素値を改変するようにすることができる。また、上記中央の画素の画素値の改変の条件は、上記ウィンドウ内の上記中央の画素以外の各画素の画素値同士の差分が、予め特定された閾値よりも小さいことを含むことが好ましい。これにより、上記中央の画素以外の画素値同士が十分に近い場合に中央の画素の画素値を改変するようにすることができる。また、上記フィルタは、下記式に基づいて画像処理を行うことが好ましい。   In the above method, it is preferable that the filter ranks each pixel in the window based on a pixel value in the window set in the image. The window is preferably a 3 × 3 pixel window. The ranking is preferably ranking of pixel values in the window. Further, it is preferable that the filter sets the pixel value of the center pixel of the window as a modification target. The condition for modifying the pixel value of the central pixel preferably includes that the pixel value of the central pixel is the minimum value or the maximum value of each pixel in the window. Further, the condition for modifying the pixel value of the central pixel preferably includes a condition based on a difference between the pixels in the window. In the above method, the condition for modifying the pixel value of the central pixel is that the difference between the pixel value of the central pixel and the pixel value of each pixel other than the central pixel in the window is specified in advance. It is preferable that it is more than the set threshold value. As a result, the pixel value of the central pixel can be modified when the pixel value of the central pixel differs greatly from the other pixels. The condition for modifying the pixel value of the central pixel preferably includes that the difference between the pixel values of the pixels other than the central pixel in the window is smaller than a predetermined threshold value. Thereby, the pixel value of the center pixel can be modified when the pixel values other than the center pixel are sufficiently close to each other. Moreover, it is preferable that the filter performs image processing based on the following formula.

(但し、f1〜9は、上記ウィンドウ内の各位置(fが中央を示す)に対応する各画素値を示し、r1〜9は、画素値に基づいて並べ替えられた(rが最小値を示し、rが最大値を示す)各画素値を示し、TRDおよびTRVは、予め特定された閾値を示し、otherwiseは、上2式が成立しない場合を示し、左矢印は、代入を示す。)
上記の構成によれば、上記フィルタを好適に実現することができる。特に、例えばLCDパネルの欠陥絵素のような、画像の特徴部分を除去することなしに、固定パターンノイズの残存成分を好適に低減させることができる。
(However, f 1 to 9 represents each pixel value corresponding to each position in the window (f 5 represents a central), r 1 to 9 were sorted on the basis of the pixel value (r 1 Indicates a minimum value, r 9 indicates a maximum value), T RD and T RV indicate pre-specified threshold values, otherwise indicates a case where the above two expressions do not hold, and a left arrow Indicates assignment.)
According to said structure, the said filter can be implement | achieved suitably. In particular, the residual component of the fixed pattern noise can be suitably reduced without removing image features such as defective picture elements of an LCD panel.

本発明によれば、センサおよびカメラに由来するノイズを好適に低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the noise originating in a sensor and a camera can be reduced suitably.

ノイズ特性の解析、およびノイズ低減のためのシステムの概略構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of the system for analysis of noise characteristics and noise reduction. ノイズ低減のサブステージを説明する図である。It is a figure explaining the sub stage of noise reduction. 固定パターンノイズのゲイン成分の測定を説明する図である。It is a figure explaining the measurement of the gain component of fixed pattern noise. 固定パターンノイズのオフセット成分の測定を説明する図である。It is a figure explaining the measurement of the offset component of fixed pattern noise. ランダムノイズのパラメータの推定を説明する図である。It is a figure explaining estimation of the parameter of random noise. 「オンライン」ステージにおけるノイズ低減を説明する図である。It is a figure explaining the noise reduction in an "online" stage. 固定パターンノイズの残存成分のフィルタを説明する図である。It is a figure explaining the filter of the residual component of fixed pattern noise. 固定パターンノイズの残存成分のその他のフィルタを説明する図である。It is a figure explaining the other filter of the residual component of fixed pattern noise. M−ANDノイズのフィルタを説明する図である。It is a figure explaining the filter of M-AND noise. コンピュータシステムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a computer system.

以下、本発明のノイズ低減技術を、LCDパネルの欠陥絵素の検査のための撮像画像の画像処理に適用した場合について説明する。本発明は、欠陥絵素に起因する画像の特徴部分のような検出すべき信号とノイズとを峻別することができるため、このような用途に好適に適用することができる。但し、本発明が、撮像画像からノイズを除去するための画像処理一般に適用することができることはいうまでもない。   Hereinafter, a case where the noise reduction technique of the present invention is applied to image processing of a captured image for inspection of defective picture elements of an LCD panel will be described. Since the present invention can distinguish a signal to be detected, such as a characteristic portion of an image caused by a defective picture element, from noise, it can be suitably applied to such a use. However, it goes without saying that the present invention can be applied to general image processing for removing noise from a captured image.

図1は、本発明の一実施形態に係る、ノイズ特性の解析、およびノイズ低減のためのシステム(以下、本システムとも称する)の概略構成を説明する図である。本システムは、「オフライン」ステージと、「オンライン」ステージとを含んでいる。「オフライン」ステージは、「オンライン」(実稼働)ステージにおいて用いられるものと同一のカメラ(または類似したカメラ)を用いた、ノイズの測定および特性解析からなる。「オフライン」ステージは、典型的には、特定のカメラおよび/または特定のカメラ配置および/または特定のカメラ設定ごとに、不定期に実施される(一回のみでもよい)。そのため、「オフライン」ステージは、リアルタイム制約下で実行する必要はない。「オフライン」ステージにおいて、試験対象物(試験ターゲット)は、カメラを用いて撮像される場所に配置される。そして、一連の画像が撮像され、処理され、解析されて、該当するノイズ特性が抽出される。得られたノイズ特性は、適切な記録媒体(例えば、コンピュータのハードディスク)に蓄積される。記録媒体は、カメラ自身とは分離されているホストコンピュータシステムに接続されているか、または当該ホストコンピュータシステムの一部であり得る。   FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a system for noise characteristic analysis and noise reduction (hereinafter also referred to as the present system) according to an embodiment of the present invention. The system includes an “offline” stage and an “online” stage. The “offline” stage consists of noise measurement and characterization using the same camera (or similar camera) used in the “online” (production) stage. The “offline” stage is typically performed irregularly (or only once) for each specific camera and / or specific camera placement and / or specific camera setting. As such, the “offline” stage need not be executed under real-time constraints. In the “offline” stage, the test object (test target) is placed at a location where it is imaged using a camera. A series of images are then captured, processed and analyzed to extract the relevant noise characteristics. The obtained noise characteristics are stored in an appropriate recording medium (for example, a hard disk of a computer). The recording medium may be connected to or part of a host computer system that is separate from the camera itself.

「オンライン」ステージは、実稼働環境におけるカメラおよび画像処理システムの実際の使用を指す。ノイズ低減ステージでは、解析対象物の画像を処理して、当該画像が、実解析ステージ(例えば、検査ステージ)に供される前に、各画像におけるノイズを低減する。「オンライン」ノイズ低減ステージでは、記録媒体に蓄積されたノイズ特性が繰り返し使用される。「オンライン」ステージでは、典型的には、動作上リアルタイム制約を受ける。そのため、ノイズ低減のための画像処理ステージは、典型的には、制限された処理時間内に実行することが必要となる。このステージは、ハードウェアとソフトウェアとの適切な組み合わせによって実現することができる。例えば、ノイズ低減のための適切な画像処理ソフトウェアが実行されているパーソナルコンピュータによって実現され得る。   The “online” stage refers to the actual use of cameras and image processing systems in a production environment. In the noise reduction stage, an image of the analysis target is processed, and noise in each image is reduced before the image is subjected to an actual analysis stage (for example, an inspection stage). In the “online” noise reduction stage, the noise characteristics stored in the recording medium are repeatedly used. The “online” stage is typically subject to real-time constraints on operation. Therefore, an image processing stage for noise reduction typically needs to be executed within a limited processing time. This stage can be realized by an appropriate combination of hardware and software. For example, it can be realized by a personal computer running appropriate image processing software for noise reduction.

図2は、ノイズ低減のサブステージの概要を説明する図である。サブステージとしては、固定パターンノイズのオフセット成分(オフセット固定パターンノイズ(offset fixed-pattern noise))を低減するサブステージ、および固定パターンノイズのゲイン成分(ゲイン固定パターンノイズ(gain fixed-pattern noise))を低減するサブステージが含まれる。これらの二つのサブステージは、分離したステージとしてもよいが、結合して単一のサブステージとしてもよい。これらのサブステージは、固定パターンノイズを実質的に低減することができるが、残念ながら、いくらかのノイズが残存する。例えば、固定パターンノイズが、これら初期のステージを実行した後に残存し得る。この残存した固定パターンノイズを、本明細書では、概して、固定パターンノイズの残存成分(残存固定パターンノイズ(remnant fixed-pattern noise))と称する。いくつかの場合、この固定パターンノイズの残存成分は、暗電流ショットノイズに起因し得る。この固定パターンノイズの残存成分はまた、固定パターンノイズの較正のための測定時と比べたときの、動作温度の違いにも起因し得る。いくつかの実施態様では、動作温度を十分に管理することは困難であり、動作温度を測定することすら困難な場合もある。よって、上記固定パターンノイズは、過剰に補償されたり、不十分に補償されたりすることがある。それゆえ、固定パターンノイズの残存成分を除去するための追加的な処理を提供することは有用である。追加的なサブステージは、固定パターンノイズの残存成分を除去するか、または低減するために用いることができる。固定パターンノイズの残存成分に対しては、任意の適切なフィルタを適用することができる。例えば、拡張されたランク条件付きメディアンフィルタ(extended rank-conditioned median filter)を用いることができる。最後のサブステージでは、読み出しノイズおよびショットノイズを抑制する。読み出しノイズおよびショットノイズに対しては、任意の適切なフィルタを適用することができる。例えば、拡張された適応型ノイズ平滑化フィルタ(extended adaptive noise smoothing filter)を用いることができる。   FIG. 2 is a diagram for explaining an outline of a substage for noise reduction. The substage includes a substage that reduces the offset component of fixed pattern noise (offset fixed-pattern noise), and the gain component of fixed pattern noise (gain fixed-pattern noise). A sub-stage is included to reduce. These two substages may be separate stages, or may be combined into a single substage. These substages can substantially reduce fixed pattern noise, but unfortunately some noise remains. For example, fixed pattern noise may remain after performing these initial stages. This remaining fixed pattern noise is generally referred to herein as a residual component of fixed pattern noise (remnant fixed-pattern noise). In some cases, the residual component of this fixed pattern noise may be due to dark current shot noise. This residual component of fixed pattern noise can also be attributed to differences in operating temperature when compared to measurements for fixed pattern noise calibration. In some implementations, it is difficult to adequately manage the operating temperature, and even measuring the operating temperature can be difficult. Therefore, the fixed pattern noise may be compensated excessively or insufficiently. It is therefore useful to provide additional processing to remove the residual component of fixed pattern noise. Additional substages can be used to remove or reduce residual components of fixed pattern noise. Any appropriate filter can be applied to the residual component of the fixed pattern noise. For example, an extended rank-conditioned median filter can be used. In the last substage, read noise and shot noise are suppressed. Any appropriate filter can be applied to read noise and shot noise. For example, an extended adaptive noise smoothing filter can be used.

ノイズの数学的モデルを以下に説明する。本モデルでは、各画像は、M×N画素のサイズの二次元(2D)配列と見なし得る。二次元画像における画素の位置は、(i、j)という記法により示す。また、本システムが一連の画像群を扱う場合、k番目の画像における各位置の画素値は、(i,j,k)という記法により示し得る。画像およびノイズについてのモデルは、以下の通りである。   A mathematical model of noise is described below. In this model, each image can be considered as a two-dimensional (2D) array with a size of M × N pixels. The position of the pixel in the two-dimensional image is indicated by the notation (i, j). When the system handles a series of images, the pixel value at each position in the kth image can be indicated by the notation (i, j, k). The model for images and noise is as follows.

但し、f(i,j,k)は、本システムが測定しようとする「真の」画像(「望ましい信号」)を示し;g(i,j,k)は、カメラによって撮像された「実画像」(すなわちデータ)を示し;dFPN(i,j)は、DSNU(Dark Signal Non-Uniformity、暗時出力不均一性)に起因する固定パターンノイズの不均一なオフセット/バイアス成分を示し;cFPN(i,j)は、PRNU(Pixel Responsivity Non-Uniformity:感度不均一性、感度むら)に起因する固定パターンノイズの不均一なゲイン成分を示し;n(i,j,k)は、読み出しノイズ(nREAD(i,j,k))およびショットノイズ(nSHOT(i,j,k))を含む、時間的なランダムノイズを示す。 Where f (i, j, k) represents the “true” image (“desired signal”) that the system is to measure; g (i, j, k) is the “real” image captured by the camera. D FPN (i, j) indicates the non-uniform offset / bias component of the fixed pattern noise due to DSNU (Dark Signal Non-Uniformity). c FPN (i, j) indicates a non-uniform gain component of fixed pattern noise caused by PRNU (Pixel Responsivity Non-Uniformity); n T (i, j, k) is , Random noise in time, including read noise (n READ (i, j, k)) and shot noise (n SHOT (i, j, k)).

読み出しノイズは、主に、信号非依存性のノイズ源からなる。読み出しノイズの平均値は、概ね0であり、主にその分散によって特性が示される。   The readout noise mainly consists of a signal-independent noise source. The average value of the readout noise is approximately 0, and the characteristics are mainly indicated by the dispersion.

読み出しノイズの分散は定数であると仮定される。例えば、全ての画像の各画素において同一である。   The variance of the readout noise is assumed to be a constant. For example, it is the same in each pixel of all images.

ショットノイズは信号依存性であり、個々の画素の信号値に依存する分散によって特性が示される。   Shot noise is signal-dependent, and is characterized by dispersion depending on the signal value of each pixel.

但し、αは、画素における総ゲイン(デジタルナンバー(DN)/電子数)を表す。   Here, α represents the total gain (digital number (DN) / number of electrons) in the pixel.

上記二つのノイズ源の分散が合計されて、時間的なランダムノイズの総体的な分散となる。   The variances of the two noise sources are summed to give a total variance of temporal random noise.

なお、不均一なオフセット成分およびゲイン成分は、空間的にはランダムに現われるが、時間的には実質的に固定されており、ゆえに、全ての画像において実質的に同一である。   Note that the non-uniform offset component and gain component appear randomly in space, but are substantially fixed in time, and are therefore substantially the same in all images.

(「オフライン」ステージ)
図3は、固定パターンノイズのゲイン成分(CFPN)の測定を説明する図である。固定パターンノイズの不均一なゲイン成分の特性は、二次元配列(M×N画素)cFPN(i,j)によって示すことができる。完全に均一な反応を伴うカメラでは、全ての画素においてcFPN(i,j)=1となる。値1からの偏差は、ゲイン成分における不均一性を表す。このゲイン成分は測定することができる。本システムは、空間的に均一な光源を用い、カメラに当該光源を向け、均一なフィールド(「フラットフィールド」)を複数撮像することができる。そのような均一な光源としては、例えば、積分球によって供給することができる。ここで、K1を、カメラによって撮像された画像の数とする。K1は、十分に大きな数にすべきである(例えば、K1>9)。また、各画像について、カメラの設定パラメータおよび撮像条件は、「オンライン」(実稼働)ステージにおいて用いられるパラメータおよび条件と同一(または概ね同一)にすべきである。このとき、カメラに対し、フラットフィールドが提示されているため、実信号は、画像間において定常の値となるべきである。
("Offline" stage)
FIG. 3 is a diagram for explaining the measurement of the gain component (C FPN ) of fixed pattern noise. The characteristic of the non-uniform gain component of the fixed pattern noise can be indicated by a two-dimensional array (M × N pixels) c FPN (i, j). For a camera with a perfectly uniform response, c FPN (i, j) = 1 for all pixels. Deviation from value 1 represents non-uniformity in the gain component. This gain component can be measured. The system uses a spatially uniform light source, directs the light source at the camera, and can image multiple uniform fields (“flat fields”). Such a uniform light source can be supplied by, for example, an integrating sphere. Here, let K1 be the number of images captured by the camera. K1 should be a sufficiently large number (eg, K1> 9). For each image, the camera setting parameters and imaging conditions should be the same (or generally the same) as the parameters and conditions used in the “online” (actual operation) stage. At this time, since a flat field is presented to the camera, the actual signal should be a steady value between images.

また、K1個の撮像画像(「フラットライト」画像とも称する)間において、時間的なノイズを除き、画像は同一になるべきである。ここで、本システムがK1個の撮像画像を平均化した場合、ランダムな時間的ノイズは抑制されよう。よって、式(1)および式(6)を考慮すれば、この平均化された画像(「平均フラットライト画像」とも称する)は、次の式によって規定される。   Also, the images should be the same except for temporal noise between K1 captured images (also referred to as “flat light” images). Here, if the system averages K1 captured images, random temporal noise will be suppressed. Therefore, in consideration of the equations (1) and (6), this averaged image (also referred to as “average flat light image”) is defined by the following equation.

この平均化された画像は、固定パターンノイズのゲイン成分を含んでおり、また、オフセット成分も含んでいる。固定パターンノイズのオフセット成分を除去および/または低減するために、同一のカメラによって、カメラ/センサに対して光を全く供給しないこと以外は同一の条件にて、別の一連の画像群(「フラットダーク」画像とも称する)を撮像することができる。この一連の「ダーク」画像を撮像するために用いる露光時間は、光の下、フラットフィールドに対して撮像を行うときに用いられた露光時間と同一(または実質的に同一)とする。ここで、K2を、撮像されたこのような「ダーク」画像の数とする。K2は、十分に大きな数にすべきである(例えば、K2>9)。光がないため、f(i,j)=0となる。従って、式(1)を考慮すれば、本システムがこれらK2個の画像を平均化した場合、この平均化された画像(「平均フラットダーク画像」とも称する)は、次の式によって規定される。   This averaged image includes a gain component of fixed pattern noise, and also includes an offset component. In order to remove and / or reduce the offset component of fixed pattern noise, another set of images (“flat” with the same conditions except that no light is supplied to the camera / sensor by the same camera. (Also referred to as “dark” images). The exposure time used to capture this series of “dark” images is the same (or substantially the same) as the exposure time used when imaging a flat field under light. Here, let K2 be the number of such “dark” images taken. K2 should be a sufficiently large number (eg, K2> 9). Since there is no light, f (i, j) = 0. Therefore, considering equation (1), when the system averages these K2 images, this averaged image (also referred to as “average flat dark image”) is defined by the following equation: .

なお、ランダムノイズは、平均化によって抑制されよう。   Note that random noise will be suppressed by averaging.

固定パターンノイズのゲイン成分は、式(9)に示すように、「平均フラットダーク画像」を「平均フラットライト画像」から画素ごとに減算することにより算出することができる。   The gain component of the fixed pattern noise can be calculated by subtracting the “average flat dark image” from the “average flat light image” for each pixel, as shown in Expression (9).

本システムは、この「固定パターンノイズゲイン成分画像(FPN gain image)」、または「フラットフィールド画像(flat field image)」に対して、後処理を行うことができる。すなわち、本システムは、その総体的な平均および総体的な標準偏差を算出することができる。そして、本システムは、最終的に推定されたフラットフィールドの画素値が、定常的なパラメータに基づいた最小値と最大値との間に収まるように画像をクリップ処理することができる。例えば、最小値は、全体的な平均値−3.0×全体的な標準偏差とすることができ、最大値は、全体的な平均値+3.0×全体的な標準偏差とすることができる。フラットフィールド画像FF(i,j)は、後の「オンライン」ステージにおける固定パターンノイズのゲイン成分の補正のために蓄積される。   The system can perform post-processing on the “fixed pattern noise gain component image (FPN gain image)” or “flat field image”. That is, the system can calculate its overall average and overall standard deviation. The system can clip the image so that the finally estimated flat field pixel value falls between the minimum value and the maximum value based on the steady parameter. For example, the minimum value may be an overall average value−3.0 × overall standard deviation, and the maximum value may be an overall average value + 3.0 × overall standard deviation. . The flat field image FF (i, j) is stored for correction of the gain component of the fixed pattern noise in the later “online” stage.

固定パターンノイズの不均一なオフセット成分は、二次元配列(M×N画素)dFPN(i,j)によって示すことができる。固定パターンノイズのオフセット成分を伴わないカメラは、0に等しいか、全ての画素において定数であるdFPN(i,j)の値を有し得る。このオフセット成分は、任意の適切な技術を用いて測定することができる。例えば、図4に示す技術を用いることができる。 The non-uniform offset component of the fixed pattern noise can be indicated by a two-dimensional array (M × N pixels) d FPN (i, j). A camera without an offset component of fixed pattern noise may have a value of d FPN (i, j) that is equal to 0 or constant for all pixels. This offset component can be measured using any suitable technique. For example, the technique shown in FIG. 4 can be used.

図4は、本システムによる、固定パターンノイズのオフセット成分dFPNの測定を説明する図である。本システムは、一連の「ダークフレーム」を撮像することができる。すなわち、カメラまたはセンサに対して光を提供しない状態で画像を撮像する(レンズキャップを用いて、またはシャッタを閉じて)。これは、いくつかの露光時間についてなされるべきである。ここで、特定の露光時間をtと記す。例えば、t=100msである。この露光時間に関連づけられた固定パターンノイズのオフセット成分を、dFPN,tm(i,j)(左記において、添え字のtmは、tを表すものとする)と記す。ここで、K3を、露光時間tで撮像されたそのような「ダーク」画像の数とする。K3は、なるべく大きな数にすべきである(例えば、K3>9)。光がないため、f(i,j)=0となる。従って、式(1)を考慮すれば、本システムがこれらK3個の画像を平均化した場合、この平均化された画像は、次の式によって規定される。 FIG. 4 is a diagram for explaining the measurement of the offset component d FPN of fixed pattern noise by this system. The system can capture a series of “dark frames”. That is, an image is taken without providing light to the camera or sensor (using a lens cap or closing the shutter). This should be done for several exposure times. Here, mark the specific exposure time t m. For example, t m = 100 ms. The offset component of the fixed pattern noise associated with the exposure time is denoted as d FPN, tm (i, j) (in the left column, the subscript tm represents t m ). Here, let K3 be the number of such “dark” images taken at the exposure time t m . K3 should be as large as possible (for example, K3> 9). Since there is no light, f (i, j) = 0. Therefore, considering equation (1), if the system averages these K3 images, this averaged image is defined by the following equation:

なお、ランダムノイズは、平均化によって抑制されよう。この画像は、「固定パターンノイズオフセット成分画像(FPN offset image)」、または「平均ダークフレーム(average fark frame)」と称することができる。この平均ダークフレームDFtm(i,j)(左記において、添え字のtmは、tを表すものとする)は、必要とする露光時間の各々について取得すべきである。平均ダークフレームDFtm(i,j)は、後の「オンライン」ステージにおける固定パターンノイズのオフセット成分の補正のために蓄積される。これによって、「オフライン」ステージにおける固定パターンノイズの特性解析に用いる工程が完了する。 Note that random noise will be suppressed by averaging. This image can be referred to as a “fixed pattern noise offset component image (FPN offset image)” or “average fark frame”. This average dark frame DF tm (i, j) (in the left column, the subscript tm represents t m ) should be obtained for each required exposure time. The average dark frame DF tm (i, j) is stored for correction of the offset component of the fixed pattern noise in a later “online” stage. This completes the process used for fixed pattern noise characteristic analysis in the “offline” stage.

また、時間的なランダムノイズ成分n(i,j,k)の特性解析に関連する「オフライン」ステージの他の工程を実施することができる。ランダムノイズの分散は、式(5)に記載されている。読み出しノイズおよびショットノイズの分散の特性を示すパラメータは、読み出しノイズの分散σ READおよびショットノイズのゲインαである。用いられる特定のカメラについて、これらのパラメータを推定するために、信号レベルに対するノイズの分散のデータポイントを取得すべきである。例えば、露光時間を漸増させながら一連をデータフレームを取得することができる。すなわち、本システムは、露光時間を漸増する値(例えば、1、2、3、・・・、100、・・・、200、・・・ms)に設定することができる。本システムは、各露光時間にて、均一な(ブランク)ターゲットについての2つ(またはそれ以上)のデータフレームを撮像することができる。本システムはまた、当該露光時間にて、ダークフレームの組を撮像することができる。そして、データフレームのうち一方を、他方から減算する。本システムは、減算の結果得られた画像において、複数の測定ウィンドウを設定することができる。各測定ウィンドウは、複数の画素からなる正方形領域であり得る。例えば、64×64画素、128×128画素、または256×256画素の領域であり得る。各ウィンドウにおいて、本システムは、分散を算出し、2.0で除算する(減算についての補正)。本システムはまた、各測定ウィンドウについての「真」の信号値を算出することができる。これは、(平均化された)ダークフレームにおける測定ウィンドウの平均値を、対応するデータフレームにおける測定ウィンドウの平均値から減算することによって行うことができる。以上により、システムは、その測定ウィンドウについて、単一の<信号、分散>からなるデータポイントを取得することができる。複数の測定ウィンドウについての全てのデータポイントをまとめることにより、本システムは、様々なレベルの信号(および対応する分散値)におけるデータポイントを集めることができる。これらのデータポイントは、グラフ上にプロットすることができる。その例を図5に示す。図5に示すように、データポイントは線形的な挙動を示す。これは、式(5)において予測されたモデルのとおりである。当該モデルのパラメータは、集められたデータポイントから、それらを線型モデル(直線)に近似することにより容易に推定することができる。例えば、標準線形最小二乗近似法を用いることができる。これにより、カメラについて、σ READおよびαの推定値を得ることができる。 Also, other processes of the “offline” stage related to the characteristic analysis of the temporal random noise component n T (i, j, k) can be performed. The variance of random noise is described in equation (5). The parameters indicating the dispersion characteristics of the readout noise and the shot noise are the readout noise variance σ 2 READ and the shot noise gain α. In order to estimate these parameters for the particular camera used, one should obtain data points of noise variance versus signal level. For example, a series of data frames can be acquired while gradually increasing the exposure time. That is, the present system can set the exposure time to a value that gradually increases (for example, 1, 2, 3,..., 100,..., 200,... Ms). The system can image two (or more) data frames for a uniform (blank) target at each exposure time. The system can also capture a set of dark frames at the exposure time. Then, one of the data frames is subtracted from the other. The system can set a plurality of measurement windows in an image obtained as a result of subtraction. Each measurement window may be a square area composed of a plurality of pixels. For example, it may be an area of 64 × 64 pixels, 128 × 128 pixels, or 256 × 256 pixels. In each window, the system calculates the variance and divides by 2.0 (correction for subtraction). The system can also calculate a “true” signal value for each measurement window. This can be done by subtracting the average value of the measurement window in the (averaged) dark frame from the average value of the measurement window in the corresponding data frame. From the above, the system can acquire a single <signal, variance> data point for the measurement window. By combining all data points for multiple measurement windows, the system can collect data points at various levels of signal (and corresponding variance values). These data points can be plotted on a graph. An example is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the data points exhibit a linear behavior. This is as in the model predicted in Equation (5). The parameters of the model can be easily estimated from the collected data points by approximating them to a linear model (straight line). For example, a standard linear least square approximation method can be used. Thereby, the estimated values of σ 2 READ and α can be obtained for the camera.

(「オンライン」ステージ)
図6に、「オンライン」ステージにおけるノイズ低減処理の概要を示す。「オンライン」ステージにおけるノイズ低減処理では、まず、第1の画像が、望ましい露光時間Tを用いて撮像される。続いて、撮像画像における固定パターンノイズのゲイン成分およびオフセット成分が較正によって除去される。較正には、上述した、適切な露光時間についての「固定パターンノイズゲイン成分画像」および「固定パターンノイズオフセット成分画像」が用いられる。図2に示すように、本システムは、まず、オフセット成分を除去し、次いで、ゲイン成分を除去する。この二つのサブ工程は、同時に実行してもよいし、逆順で実行してもよい。ここで、撮像画像を、gte(i,j,k)(左記において、添え字のteは、tを表すものとする)と記す。「真」の画像f(i,j,k)の第1の推定画像は、以下のように算出することができる。
("Online" stage)
FIG. 6 shows an outline of noise reduction processing in the “online” stage. In the noise reduction processing in the "online" stage, first, the first image is captured using the desired exposure time T e. Subsequently, the gain component and the offset component of the fixed pattern noise in the captured image are removed by calibration. For the calibration, the above-described “fixed pattern noise gain component image” and “fixed pattern noise offset component image” for an appropriate exposure time are used. As shown in FIG. 2, the present system first removes the offset component and then removes the gain component. These two sub-steps may be executed simultaneously or in reverse order. Here, the captured image, g te (i, j, k) ( in the left, the te subscript denote the t e) and referred. The first estimated image of the “true” image f (i, j, k) can be calculated as follows.

フラットフィールドの平均値は、フラットフィールド画像の空間的な平均をとることによって推定することができる。   The average value of the flat field can be estimated by taking the spatial average of the flat field image.

固定パターンノイズの較正工程は、画像における固定パターンノイズを顕著に低減することができる。しかしながら、上述したように、固定パターンノイズ成分は完全には予測することはできない。画像中の固定パターンノイズは、過小に補償されるか、過大に補償され得る。ゆえに、このステージにおいて、画像中には固定パターンノイズが明白に残存し得る。この固定パターンノイズの残存成分は、主に、画像中のスパイク状のノイズまたはインパルス性ノイズとして現われる。すなわち、複数の孤立したスパイクから構成される。スパイクは、周囲の画素よりも顕著に高いか低い値を有し得る。固定パターンノイズ低減工程は、この残存スパイク状のノイズ(インパルス性ノイズ)を除去または低減することを意図するとともに、画像(景色)の特徴を何ら除去しないようにすることを図っている。   The fixed pattern noise calibration step can significantly reduce the fixed pattern noise in the image. However, as described above, the fixed pattern noise component cannot be predicted completely. Fixed pattern noise in the image can be undercompensated or overcompensated. Therefore, fixed pattern noise can clearly remain in the image at this stage. The remaining component of the fixed pattern noise mainly appears as spike noise or impulsive noise in the image. That is, it consists of a plurality of isolated spikes. Spikes can have significantly higher or lower values than surrounding pixels. The fixed pattern noise reduction step intends to remove or reduce the remaining spike-like noise (impulse noise) and to prevent any feature of the image (scenery) from being removed.

インパルス性ノイズを除去する一つのアプローチは、メディアンフィルタを用いることである。これは、例えば、3×3画素のウィンドウを用いて行う。しかし、メディアンフィルタは、インパルス性ノイズと画像の特徴とを峻別しない。それゆえ、画像の小さな特徴を除去するおそれがある。本システムは、いわゆるランク条件付きランク選択フィルタ(rank-conditioned rank-Selection filter family)に属する特定のフィルタを用いることができる。詳細には、画像の小さな特徴をより確実に除去しないように拡張された、ランク条件付きメディアンフィルタ(rank-conditioned median filter)を用いる。   One approach to removing impulsive noise is to use a median filter. This is performed using, for example, a 3 × 3 pixel window. However, the median filter does not distinguish impulsive noise from image characteristics. Therefore, there is a risk of removing small features of the image. The system can use a specific filter belonging to a so-called rank-conditioned rank-selection filter family. Specifically, a rank-conditioned median filter is used that has been expanded to more reliably remove small features of the image.

(拡張されたランク条件付きメディアンフィルタ)
拡張されたランク条件付きメディアンフィルタは、以下のように規定することができる。本システムは、画像の全画素に亘ってスライドする3×3のウィンドウを用い得る。任意の位置において、本システムは、3×3のウィンドウ内の9つの画素値を取得することができる。これを、ベクタ[f,f,f,f,f,f,f,f,f]と記すこともある。なお、fが3×3のウィンドウの中央になるように順序づけられている。これらの画素値は、小さい値から大きい値に向かってランク付けされ得る。結果得られるランク付けされた画素値のベクタは、[r,r,r,r,r,r,r,r,r](但し、r≦r≦r・・・≦r)と与えられる。言い換えれば、rは、ウィンドウにおけるランク1、すなわち最小の画素値であり、rは、ウィンドウにおけるランク9、すなわち最大の画素値であり、rは、ウィンドウにおけるランク5、すなわち画素値の中央値である。本システムでは、孤立したスパイク状のノイズは、まず、ウィンドウの中央の画素値が、ランク1(ウィンドウにおける最小値)またはランク9(ウィンドウにおける最大値)の何れかであるか否かを判定することによって検出される。中央の画素が、ランク1もランク9も有していなかった場合、中央の画素はスパイク状のノイズではなく、何ら処理は行われない。この場合、中央の画素は、置き換えられることなく、元からの値を維持する。中央の画素がランク1を有していた場合、本システムは、中央の画素の画素値(r)と、その次に小さい画素値(r)との差分を算出する。あるいは、中央の画素がランク9を有していた場合、本システムは、中央の画素の画素値(r)と、その次に大きい画素値(r)との差分を算出する。上記差分の絶対値が予め特定した閾値TRCMよりも大きい場合、フィルタは、中央の画素を、固定パターンノイズの残存成分に起因するスパイク状のノイズであると分類する。この場合、中央の画素の画素値は、中央値(r)によって置き換えられる。拡張されたランク条件付きメディアンフィルタは、以下の様に特定することができる。
(Media rank filter with extended rank condition)
The extended rank conditional median filter can be defined as follows. The system may use a 3x3 window that slides across all pixels of the image. At any position, the system can acquire nine pixel values within a 3 × 3 window. This may be described as a vector [f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 5 , f 6 , f 7 , f 8 , f 9 ]. Note that f 5 is ordered so as to be in the center of the 3 × 3 window. These pixel values can be ranked from a smaller value to a larger value. The resulting ranked pixel value vector is [r 1 , r 2 , r 3 , r 4 , r 5 , r 6 , r 7 , r 8 , r 9 ] (where r 1 ≦ r 2 ≦ r 3 ... ≦ r 9 ). In other words, r 1 is rank 1 in the window, that is, the smallest pixel value, r 9 is rank 9 in the window, that is, the maximum pixel value, and r 5 is rank 5 in the window, that is, the pixel value. Median value. In this system, the isolated spike-like noise first determines whether the pixel value at the center of the window is either rank 1 (minimum value in the window) or rank 9 (maximum value in the window). Is detected by If the central pixel has neither rank 1 nor rank 9, the central pixel is not spiked noise and no processing is performed. In this case, the central pixel maintains its original value without being replaced. If the central pixel has rank 1, the system calculates the difference between the pixel value (r 1 ) of the central pixel and the next smaller pixel value (r 2 ). Alternatively, if the central pixel has rank 9, the system calculates the difference between the pixel value (r 9 ) of the central pixel and the next largest pixel value (r 8 ). When the absolute value of the difference is larger than the threshold TRCM specified in advance, the filter classifies the central pixel as spike-like noise caused by the residual component of the fixed pattern noise. In this case, the pixel value of the center pixel is replaced by the center value (r 5 ). The extended rank conditional median filter can be specified as follows.

但し、f(左記において、fの上にはキャレット(^)が付されているものとする。以降、f(キャレット)とも記載する。)は、中央の画素の推定値を示す。閾値の例として、TRCM=8である。なお、閾値は、固定され得る。あるいは、閾値は、固定パターンノイズの残存成分の強さの推定に基づいて、適応的に決定されてもよい。 However, f c (in the left column, it is assumed that a caret (^) is attached on f. Hereinafter, f c (caret) is also indicated) indicates an estimated value of the center pixel. As an example of the threshold, T RCM = 8. Note that the threshold may be fixed. Alternatively, the threshold value may be adaptively determined based on the estimation of the strength of the remaining component of the fixed pattern noise.

拡張されたランク条件付きメディアンフィルタの出力を算出するためのサブステップの流れは、望ましいように改変してもよい。例えば、異なるランク付け(順序づけ)技術を用いてもよい。他の例として、上述したフィルタを実現するためには、完全なランク付けは必ずしも必要ではないという観点から、フィルタを最適化してもよい。さらに他の例として、複数の、近隣のウィンドウの画素値を同時に考慮して処理するように、フィルタをさらに最適化してもよい。   The sub-step flow for calculating the output of the extended rank conditional median filter may be modified as desired. For example, different ranking (ordering) techniques may be used. As another example, in order to realize the above-described filter, the filter may be optimized from the viewpoint that complete ranking is not always necessary. As yet another example, the filter may be further optimized to consider and process multiple neighboring window pixel values simultaneously.

図7に、フィルタの動作の例を示す。図7では、3×3のウィンドウを、画像の一部分に重ねて示している。ウィンドウにおける9つの画素値は、ベクタとして表現されている。中央の画素の画素値は71であり、これは、周囲の全ての画素値と比べれば、ポジティブな単一画素のスパイクと見なすことができる。ランク付けされた画素値もまた、ベクタとして表現されている。フィルタは、スパイク状のノイズを次のように検出する。すなわち、フィルタは、中央の画素の画素値がランク9(最大値)を有しており、中央の画素の画素値と、次に大きい画素値(本例では、47)との差分が、閾値(例えば、8)よりも大きいと判定することにより、中央の画素がスパイク状のノイズであることを検出する。この場合、中央の画素の画素値は、中央値(この例では、46)に置き換えられ得る。なお、もしここで、中央の画素の画素値が48であった場合、依然、中央の画素の画素値はランク9を有しているが、ランク8の画素の画素値との差分が、閾値よりも小さくなり得る。この場合には、顕著なスパイクは存在せず、フィルタは、中央の画素の画素値を、不変のままにし得る。   FIG. 7 shows an example of the operation of the filter. In FIG. 7, a 3 × 3 window is shown superimposed on a portion of the image. Nine pixel values in the window are represented as vectors. The pixel value of the center pixel is 71, which can be regarded as a positive single pixel spike compared to all surrounding pixel values. The ranked pixel values are also expressed as vectors. The filter detects spike noise as follows. That is, in the filter, the pixel value of the center pixel has a rank 9 (maximum value), and the difference between the pixel value of the center pixel and the next largest pixel value (47 in this example) is the threshold value. By determining that it is larger than (for example, 8), it is detected that the central pixel is spike-like noise. In this case, the pixel value of the center pixel can be replaced with the center value (46 in this example). Here, if the pixel value of the center pixel is 48, the pixel value of the center pixel still has rank 9, but the difference from the pixel value of the rank 8 pixel is the threshold value. Can be smaller. In this case, there is no significant spike and the filter can leave the pixel value of the center pixel unchanged.

(ランクベースインパルス除去フィルタ)
ここで、液晶パネルの検査時におけるいくつかの場面において、画像の一部を占める小さな輝度ピークは、小さな欠陥絵素を表していることがある。そのため、固定パターンノイズの残存成分を除去したとしても、このような小さな欠陥絵素を判別できることが望ましい。固定パターンノイズの残存成分を除去したとしても、このような小さな欠陥絵素をより判別するための一つの技術として、ランクベースインパルス除去フィルタ(rank-based impulse removal (RIR) filter)を用いることがある。RIRフィルタは、画像の全画素に亘ってスライドする3×3のウィンドウを用いるものとして特徴付けられ得る。任意の位置において、本システムは、3×3のウィンドウ内の9つの画素値を取得することができる。これを、ベクタ[f,f,f,f,f,f,f,f,f]と記すこともある。なお、fが3×3のウィンドウの中央になるように順序づけられている。他の画素は、周囲の画素である。これらの画素値は、小さい値から大きい値に向かってランク付けされ得る。結果得られるランク付けされた画素値のベクタは、[r,r,r,r,r,r,r,r,r](但し、r≦r≦r・・・≦r)と与えられる。言い換えれば、rは、ウィンドウにおけるランク1、すなわち最小の画素値であり、rは、ウィンドウにおけるランク9、すなわち最大の画素値であり、rは、ウィンドウにおけるランク5、すなわち画素値の中央値である。中央の画素(f5)を、固定パターンノイズの残存成分に起因するスパイク状のノイズとして分類するためには、以下の3つの条件が満たされるべきである。
(Rank-based impulse rejection filter)
Here, in some scenes during the inspection of the liquid crystal panel, a small luminance peak that occupies a part of the image may represent a small defective picture element. Therefore, it is desirable that such a small defective pixel can be discriminated even if the remaining component of the fixed pattern noise is removed. Even if the residual components of fixed pattern noise are removed, a rank-based impulse removal (RIR) filter can be used as one technique for further distinguishing such small defective picture elements. is there. The RIR filter can be characterized as using a 3 × 3 window that slides across all pixels of the image. At any position, the system can acquire nine pixel values within a 3 × 3 window. This may be described as a vector [f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 5 , f 6 , f 7 , f 8 , f 9 ]. Note that f 5 is ordered so as to be in the center of the 3 × 3 window. Other pixels are surrounding pixels. These pixel values can be ranked from a smaller value to a larger value. The resulting ranked pixel value vector is [r 1 , r 2 , r 3 , r 4 , r 5 , r 6 , r 7 , r 8 , r 9 ] (where r 1 ≦ r 2 ≦ r 3 ... ≦ r 9 ). In other words, r 1 is rank 1 in the window, that is, the smallest pixel value, r 9 is rank 9 in the window, that is, the maximum pixel value, and r 5 is rank 5 in the window, that is, the pixel value. Median value. In order to classify the central pixel (f5) as spike-like noise caused by the residual component of the fixed pattern noise, the following three conditions should be satisfied.

第1に、中央の画素をスパイク状のノイズとして分類するため、本システムは、中央の画素値が、ランク1(ウィンドウにおける最小値)またはランク9(ウィンドウにおける最大値)の何れかであるか否かを判定する。中央の画素が、ランク1もランク9も有していなかった場合、中央の画素はスパイク状のノイズではなく、何ら処理は行われない。この場合、中央の画素は、置き換えられることなく、元からの値を維持する。   First, to classify the center pixel as spike noise, the system determines whether the center pixel value is either rank 1 (minimum value in the window) or rank 9 (maximum value in the window). Determine whether or not. If the central pixel has neither rank 1 nor rank 9, the central pixel is not spiked noise and no processing is performed. In this case, the central pixel maintains its original value without being replaced.

第2に、中央の画素をスパイク状のノイズとして分類するため、本システムは、画素値の差について判定を行う。中央の画素がスパイク状のノイズとして分類されるためには、中央の画素は、ウィンドウにおける他の画素の画素値よりも大きく異なる画素値を有しているべきである。つまり、中央の画素がランク1を有していた場合、本システムは、中央の画素の画素値(r)と、その次に小さい画素値(r)との差分を算出する。あるいは、中央の画素がランク9を有していた場合、本システムは、中央の画素の画素値(r)と、その次に大きい画素値(r)との差分を算出する。上記差分の絶対値が予め特定した閾値TRCMよりも大きくない場合、中央の画素はスパイク状のノイズとは分類されず、何ら処理は行われない。 Second, in order to classify the central pixel as spike noise, the system makes a determination on the difference in pixel values. In order for the central pixel to be classified as spiked noise, the central pixel should have a pixel value that is significantly different from the pixel values of the other pixels in the window. That is, when the central pixel has rank 1, the system calculates the difference between the pixel value (r 1 ) of the central pixel and the next smaller pixel value (r 2 ). Alternatively, if the central pixel has rank 9, the system calculates the difference between the pixel value (r 9 ) of the central pixel and the next largest pixel value (r 8 ). If the absolute value of the difference is not greater than the threshold TRCM specified in advance, the central pixel is not classified as spike noise and no processing is performed.

第3に、中央の画素をスパイク状のノイズとして分類するため、本システムは、画素値の差についてさらなる判定を行う。中央の画素以外の画素値は、互いに十分に近くあるべきである。つまり、中央の画素がランク1を有していた場合、本システムは、ランク2の画素の画素値(r)と、ランク8の画素の画素値(r)およびランク9の画素の画素値(r)との差分をそれぞれ算出する。あるいは、中央の画素がランク9を有していた場合、本システムは、ランク8の画素の画素値(r)と、ランク1の画素の画素値(r)およびランク2の画素の画素値(r)との差分をそれぞれ算出する。そして、本システムは、差分の二乗の合計を算出する。差分の二乗の合計が、予め特定した閾値TRVよりも小さくない場合、中央の画素はスパイク状のノイズとは分類されず、何ら処理は行われない。 Third, in order to classify the center pixel as spike noise, the system makes a further determination on the difference in pixel values. Pixel values other than the central pixel should be close enough to each other. In other words, when the central pixel has rank 1, the system uses the pixel value (r 2 ) of the rank 2 pixel, the pixel value (r 8 ) of the rank 8 pixel, and the pixel of the rank 9 pixel. The difference from the value (r 9 ) is calculated. Alternatively, if the central pixel has a rank of 9, the system will calculate the pixel value of the rank 8 pixel (r 8 ), the pixel value of the rank 1 pixel (r 1 ), and the pixel of the rank 2 pixel. The difference from the value (r 2 ) is calculated. The system then calculates the sum of the squares of the differences. When the sum of the squares of the differences is not smaller than the threshold value TRV specified in advance, the central pixel is not classified as spike noise and no processing is performed.

上記3つの条件が全て満たされた場合、中央の画素は、固定パターンノイズの残存成分に起因するスパイク状のノイズとして分類され得、中央の画素の画素値は、ランク2の画素の画素値またはランク8の画素の画素値によって置き換えられ得る。つまり、中央の画素がランク1を有していた場合、中央の画素の画素値は、ランク2の画素の画素値に置き換えられ;中央の画素がランク9を有していた場合、中央の画素の画素値は、ランク8の画素の画素値に置き換えられる。ランクベースインパルス除去フィルタは、以下の様に規定することができる。   When all the above three conditions are satisfied, the center pixel can be classified as spike-like noise caused by the remaining component of the fixed pattern noise, and the pixel value of the center pixel is the pixel value of the rank 2 pixel or It can be replaced by the pixel value of a rank 8 pixel. That is, if the central pixel has a rank 1, the pixel value of the central pixel is replaced with the pixel value of the rank 2 pixel; if the central pixel has a rank 9, the central pixel Is replaced with the pixel value of the rank 8 pixel. The rank-based impulse rejection filter can be defined as follows.

但し、f(キャレット)は、中央の画素の推定値を示す。閾値の例として、TRCM=8かつTRV=20である。なお、閾値は、固定され得る。あるいは、閾値は、固定パターンノイズの残存成分の強さの推定に基づいて、適応的に決定されてもよい。 However, f c (caret) indicates an estimated value of the center pixel. As an example of the threshold, T RCM = 8 and T RV = 20. Note that the threshold may be fixed. Alternatively, the threshold value may be adaptively determined based on the estimation of the strength of the remaining component of the fixed pattern noise.

ランクベースインパルス除去フィルタの出力を算出するためのサブステップの流れは、望ましいように改変してもよい。例えば、異なるランク付け(順序づけ)技術を用いてもよい。他の例として、上述したフィルタを実現するためには、完全なランク付けは必ずしも必要ではないという観点から、フィルタを最適化してもよい。さらに他の例として、複数の、近隣のウィンドウの画素値を同時に考慮して処理するように、フィルタをさらに最適化してもよい。   The sub-step flow for calculating the output of the rank-based impulse rejection filter may be modified as desired. For example, different ranking (ordering) techniques may be used. As another example, in order to realize the above-described filter, the filter may be optimized from the viewpoint that complete ranking is not always necessary. As yet another example, the filter may be further optimized to consider and process multiple neighboring window pixel values simultaneously.

図8に、フィルタの動作の例を示す。図7では、3×3のウィンドウを、画像の一部分に重ねて示している。ウィンドウにおける9つの画素値は、ベクタとして表現されている。中央の画素の画素値は71であり、これは、周囲の全ての画素値と比べれば、ポジティブな単一画素のスパイクと見なすことができる。ランク付けされた画素値もまた、ベクタとして表現されている。フィルタは、スパイク状のノイズを次のように検出する。   FIG. 8 shows an example of the operation of the filter. In FIG. 7, a 3 × 3 window is shown superimposed on a portion of the image. Nine pixel values in the window are represented as vectors. The pixel value of the center pixel is 71, which can be regarded as a positive single pixel spike compared to all surrounding pixel values. The ranked pixel values are also expressed as vectors. The filter detects spike noise as follows.

(1)中央の画素の画素値がランク9を有していることを判定する(条件1)
(2)中央の画素の画素値と、次に大きい画素値(本例では、47)との差分が、閾値よりも大きいことを判定する(条件2)、および
(3)中央の画素以外の画素の画素値が、互いに近いことを判定する(条件3);これは、rとrとの差分、およびrとrとの差分を算出し、差分の二乗の合計が閾値よりも小さいことを判定することによって判定され得る。
(1) It is determined that the pixel value of the center pixel has rank 9 (condition 1)
(2) Determine that the difference between the pixel value of the center pixel and the next largest pixel value (47 in this example) is greater than the threshold (condition 2), and (3) Other than the center pixel It is determined that the pixel values of the pixels are close to each other (condition 3); this is to calculate the difference between r 8 and r 1 and the difference between r 8 and r 2, and the sum of the squares of the differences is calculated from the threshold value Can also be determined by determining that they are smaller.

この場合、中央の画素は、値47によって置き換えられる。   In this case, the central pixel is replaced by the value 47.

(拡張された適応型ノイズ平滑化フィルタ)
「オンライン」ノイズ低減ステージにおける最終工程は、固定パターンノイズの除去の後に、時間的なランダムノイズを抑制することである。時間的なランダムノイズには、読み出しノイズおよびショットノイズが含まれる。残存するランダムノイズは、空間的近傍フィルタ(spacial neighborhood filter)を用いて抑制することができる。この目的のために、本ステージにおいて画像データは、以下のようにモデル化され得る。
(Extended adaptive noise smoothing filter)
The final step in the “online” noise reduction stage is to suppress temporal random noise after removal of fixed pattern noise. The temporal random noise includes read noise and shot noise. Residual random noise can be suppressed using a spatial neighborhood filter. For this purpose, the image data at this stage can be modeled as follows.

但し、f(i,j,k)は、「真の」画像を示し;g(i,j,k)は、与えられたデータを示し;n(i,j)は、時間的なランダムノイズを示す。「真の」画像の特徴は、本ステージにおいて抑制されるべきではなく、処理時間は短く維持するべきである。本システムは、パフォーマンスが向上するように拡張されたいわゆる適応型ノイズ平滑化フィルタ(Adaptive Noise Smoothing filter)を用いることができる。拡張された適応型ノイズ平滑化フィルタは、局所統計量に基づくものであり、以下のように規定され得る。すなわち、フィルタは、処理すべき画素を中心とするスライドするウィンドウ(例えば、5×5の正方形のウィンドウ)を用いる。フィルタのウィンドウのサイズWは、パラメータである。スライドするウィンドウは、位置(i,j)の画素を中心とするものとする。ここで、g(i,j)(左記において、gの上にはバー(−)が付されているものとする。以降、g(バー)とも記載する。)を、与えられた画像g(i,j)の局所平均の推定値とする。本システムは、この値を、(i,j)を囲む局所的なウィンドウにおける平均画素値を算出することにより、決定することができる。推定値は、ウィンドウ内において局所平均を算出するために用いられる画素のセットを限定することにより検証され得る。つまり、中央の画素の画素値からの差分の絶対値が、閾値TANSよりも小さい画素値g(m,n)のみを含めるようにする。すなわち、もし|g(m,n)−g(i,j)|<TANSであれば、g(m,n)は局所平均を推定するために供される。閾値の例としては、TANS=10である。局所平均は、理論的には、ノイズがない画像(「真」の画像f(i,j))の局所平均と一致する。なぜなら、ノイズの平均値は0であるからである。この局所平均g(バー)(i,j)は、それ自身が、ノイズのない画像f(i,j)の推定値として働き得る。しかし、本適応型ノイズ平滑化フィルタは、この局所平均を、入力された画素値g(i,j)を用いて適応的に重み付けすることにより、これを改善する。この重み付け処理は、局所的な画像の特徴の抑制を防ぐように働く。局所的な画像の特徴の抑制は、g(バー)(i,j)が、空間的局所平均化により得られるものであるために起こり得るものである。この重み付け処理において、本適応型ノイズ平滑化フィルタは、局所的なノイズ強度、および、局所的な信号の分散を考慮する。これを以下に示す。 Where f (i, j, k) indicates a “true” image; g (i, j, k) indicates the given data; n T (i, j) is a temporal random Indicates noise. “True” image features should not be suppressed at this stage, and processing time should be kept short. The system can use a so-called adaptive noise smoothing filter that has been extended to improve performance. The extended adaptive noise smoothing filter is based on local statistics and can be defined as follows. That is, the filter uses a sliding window (for example, a 5 × 5 square window) centered on the pixel to be processed. The size W of the filter window is a parameter. The sliding window is assumed to be centered on the pixel at position (i, j). Here, g (i, j) (in the left column, it is assumed that a bar (−) is attached on g. Hereinafter, g (bar) will be also described). Let i, j) be an estimate of the local average. The system can determine this value by calculating the average pixel value in a local window surrounding (i, j). The estimate can be verified by limiting the set of pixels used to calculate the local average within the window. That is, only the pixel value g (m, n) in which the absolute value of the difference from the pixel value of the center pixel is smaller than the threshold value T ANS is included. That is, if | g (m, n) -g (i, j) | <T ANS , g (m, n) serves to estimate the local average. An example of the threshold is T ANS = 10. The local average theoretically matches the local average of an image without noise (a “true” image f (i, j)). This is because the average value of noise is zero. This local average g (bar) (i, j) can itself serve as an estimate of the noise-free image f (i, j). However, this adaptive noise smoothing filter improves this by adaptively weighting this local average using the input pixel value g (i, j). This weighting process works to prevent local image feature suppression. Suppression of local image features can occur because g (bar) (i, j) is obtained by spatial local averaging. In this weighting process, the adaptive noise smoothing filter considers local noise intensity and local signal variance. This is shown below.

ここで、V(i,j)をg(i,j)の局所的な分散の推定値とする。本システムは、この値を、(i,j)を囲う局所ウィンドウにおける画素値の局所的な分散の統計量を算出することにより、決定することができる。本システムは、ウィンドウ内の、この局所的な分散を算出するために用いる画素のセットを再び限定することにより、この推定値を改善することができる。つまり、中央の画素の画素値からの差分の絶対値が、閾値TANSよりも小さい画素値g(m,n)のみを含めるようにする。すなわち、もし|g(m,n)−g(i,j)|<TANSであれば、g(m,n)は局所的な分散を推定するために供される。 Here, V g (i, j) is an estimated value of local variance of g (i, j). The system can determine this value by calculating the local variance statistic of the pixel values in the local window surrounding (i, j). The system can improve this estimate by again limiting the set of pixels used to calculate this local variance within the window. That is, only the pixel value g (m, n) in which the absolute value of the difference from the pixel value of the center pixel is smaller than the threshold value T ANS is included. That is, if | g (m, n) -g (i, j) | <T ANS , g (m, n) serves to estimate the local variance.

ここで、V(i,j)を(i,j)における時間的なノイズの分散の推定値とする。上記ノイズモデルによれば、本システムは、この分散を以下のように捉えることができる。 Here, V n (i, j) is an estimated value of temporal noise variance at (i, j). According to the noise model, the present system can grasp this variance as follows.

ここで、本システムは、「オフライン」ステージにおいて推定されたランダムノイズのパラメータを使用する。これにより、本システムは、ノイズのない画像における局所的な分散V(i,j)を以下のように推定することができる。 Here, the system uses the random noise parameters estimated in the “offline” stage. Thereby, this system can estimate the local dispersion | variation Vf (i, j) in an image without a noise as follows.

すなわち、本システムは、ノイズの分散の推定値を、与えられた画像の分散の推定値から減算し、0値を閾値としてクリップ処理する(負の値を避けるため)。   In other words, the present system subtracts the estimated value of the variance of noise from the estimated value of variance of the given image, and performs clipping processing using a zero value as a threshold (to avoid negative values).

ノイズのない画像の局所的な画素値の最終的な推定値は、以下のように算出される。   The final estimate of the local pixel value of the image without noise is calculated as follows.

式(17)に示されるように、本適応型ノイズ平滑化フィルタは、局所平均g(バー)(i,j)と、ノイズを含む入力値g(i,j)との間のバランスを算出する。この重み付けは、局所的な信号の分散に対する局所的なノイズの強度に基づいて局所的に決定される。画像の特徴部分の近くでは、局所的な信号の分散は大きい。それゆえ、入力値は局所平均よりも重く重み付けられ、特徴が維持される。特徴部分がない画像領域(例えば、平坦領域)では、ノイズ抑制効果を提供する。なお、閾値TANSは、固定され得る。あるいは、閾値は、ノイズの強さの推定に基づいて、適応的に決定されてもよい。例えば、閾値は、複数のノイズの局所的な標準偏差または推定値そのものに設定されてもよい。 As shown in Expression (17), the adaptive noise smoothing filter calculates a balance between the local average g (bar) (i, j) and the input value g (i, j) including noise. To do. This weighting is determined locally based on the local noise intensity relative to the local signal variance. Near the image features, the local signal variance is large. Therefore, the input values are weighted more heavily than the local average and the features are maintained. In an image area (for example, a flat area) having no characteristic portion, a noise suppression effect is provided. Note that the threshold T ANS can be fixed. Alternatively, the threshold value may be adaptively determined based on an estimation of noise intensity. For example, the threshold value may be set to the local standard deviation of multiple noises or the estimated value itself.

(改変適応型ノイズ平滑化フィルタ)
他の好適なフィルタは、改変適応型ノイズ平滑化フィルタ(Modified Adaptive Noise Smoothing、M−ANS)である。このフィルタは、入力画像における小さい輝度ピークを好適に維持する。小さい輝度ピークは、画像中の輝度ピークを表し得るものであり、画像の特徴部分を表すものであり得る。画像の特徴部分は、例えば、LCDパネルにおける欠陥絵素に対応する。フィルタは、改変された局所的な分散を算出することに基づくものであり得る。この改変された局所的な分散は、小さな輝度ピークを検出す貯めに用いることができる。輝度ピークの領域では、改変された局所的な分散は大きくなるため、改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、殆どノイズ平滑化を行わない。背景領域のような、他の領域では、改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、改変されていない適応型ノイズ平滑化フィルタと同等のノイズ平滑化効果を提供する。
(Modified adaptive noise smoothing filter)
Another suitable filter is a modified adaptive noise smoothing filter (M-ANS). This filter suitably maintains a small luminance peak in the input image. A small luminance peak can represent a luminance peak in the image and can represent a feature portion of the image. The characteristic part of the image corresponds to, for example, a defective picture element in the LCD panel. The filter may be based on calculating a modified local variance. This modified local dispersion can be used to store small luminance peaks. In the luminance peak region, the modified local variance becomes large, so the modified adaptive noise smoothing filter hardly performs noise smoothing. In other regions, such as the background region, the modified adaptive noise smoothing filter provides a noise smoothing effect equivalent to an unmodified modified adaptive noise smoothing filter.

改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、局所統計量に基づくものであり、以下のように規定され得る。すなわち、フィルタは、処理すべき画素を中心とするスライドするウィンドウ(例えば、7×7の正方形のウィンドウ)を用いる。フィルタのウィンドウのサイズQ1は、パラメータである。スライドするウィンドウは、位置(i,j)の画素を中心とするものとする。この第1のフィルターウィンドウ内に、第2の、より小さい、ウィンドウが存在する。より小さいフィルターウィンドウW2のサイズはパラメータであり、例えば、3×3の正方形のウィンドウである。これらの局所的なウィンドウは、図9に示される。フィルタは、小さいウィンドウ内の画素群として規定される中央領域(C)を用いることができる。フィルタはまた、大きいウィンドウ内であって、小さいウィンドウ内でない画素群として規定される周囲領域(S)を用いることができる。   The modified adaptive noise smoothing filter is based on local statistics and can be defined as follows. That is, the filter uses a sliding window (for example, a 7 × 7 square window) centered on the pixel to be processed. The size Q1 of the filter window is a parameter. The sliding window is assumed to be centered on the pixel at position (i, j). Within this first filter window is a second, smaller window. The size of the smaller filter window W2 is a parameter, for example, a 3 × 3 square window. These local windows are shown in FIG. The filter can use a central region (C) defined as a group of pixels within a small window. The filter can also use a surrounding area (S) defined as a group of pixels within a large window and not within a small window.

フィルタは、周囲領域の画素値の平均μを以下のように算出することができる。 The filter can calculate the average μs of the pixel values in the surrounding area as follows.

続いて、本システムは、改変された局所的な分散を、中央領域C内の画素値と、周囲領域の画素値の平均値との差分に基づいて、以下のように算出することができる。   Subsequently, the present system can calculate the modified local variance based on the difference between the pixel value in the central region C and the average value of the pixel values in the surrounding region as follows.

この改変された局所的な分散を、「中央−周囲分散」CSVと記すことができる。 This modified local variance can be denoted as “center-ambient variance” CSV g .

ここで、g(バー)(i,j)を、与えられた画像g(i,j)の局所平均の推定値とする。本システムは、この値を、(i,j)を囲む局所的なウィンドウ(例えば、図9に示すようなウィンドウ)における平均画素値を算出することにより、決定することができる。改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、局所平均g(バー)(i,j)を、入力された画素値g(i,j)を用いて適応的に重み付けすることにより、ノイズのない画素値f(i,j)の推定値を算出することができる。この重み付け処理は、局所的な画像の特徴の抑制を防ぐように働く。局所的な画像の特徴の抑制は、g(バー)(i,j)が、空間的局所平均化により得られるものであるために起こり得るものである。この重み付け処理において、改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、局所的なノイズ強度、および、局所的な信号の分散を考慮する。これを以下に示す。   Here, g (bar) (i, j) is an estimated value of the local average of the given image g (i, j). The system can determine this value by calculating an average pixel value in a local window (eg, a window as shown in FIG. 9) surrounding (i, j). The modified adaptive noise smoothing filter adaptively weights the local average g (bar) (i, j) using the input pixel value g (i, j), thereby obtaining a pixel value f having no noise. An estimated value of (i, j) can be calculated. This weighting process works to prevent local image feature suppression. Suppression of local image features can occur because g (bar) (i, j) is obtained by spatial local averaging. In this weighting process, the modified adaptive noise smoothing filter takes into account local noise intensity and local signal variance. This is shown below.

ここで、V(i,j)を(i,j)における時間的なノイズの分散の推定値とする。上記ノイズモデルによれば、本システムは、この分散を以下のように捉えることができる。 Here, V n (i, j) is an estimated value of temporal noise variance at (i, j). According to the noise model, the present system can grasp this variance as follows.

ここで、本システムは、「オフライン」ステージにおいて推定されたランダムノイズのパラメータを使用する。これにより、本システムは、ノイズのない画像における局所的な分散V(i,j)を以下のように推定することができる。 Here, the system uses the random noise parameters estimated in the “offline” stage. Thereby, this system can estimate the local dispersion | variation Vf (i, j) in an image without a noise as follows.

すなわち、本システムは、ノイズの分散の推定値を、与えられた画像の分散の推定値から減算し、0値を閾値としてクリップ処理する(負の値を避けるため)。   In other words, the present system subtracts the estimated value of the variance of noise from the estimated value of variance of the given image, and performs clipping processing using a zero value as a threshold (to avoid negative values).

ノイズのない画像の局所的な画素値の最終的な推定値は、以下のように算出される。   The final estimate of the local pixel value of the image without noise is calculated as follows.

以上のように、改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、局所平均g(バー)(i,j)と、ノイズを含む入力値g(i,j)との間のバランスを算出する。この重み付けは、改変された局所的な信号の分散に対する局所的なノイズの強度に基づいて局所的に決定される。局所的なウィンドウが、輝度ピーク(LCDパネルの欠陥絵素に対応)を中心とし、輝度ピークが小さい場合、このピークは中央領域(小さいウィンドウ)に含まれ、周囲領域は、背景およびノイズのみを含む。μが背景(非ピーク)の平均であるため、改変された局所的な分散(「中央−周囲分散」)は、ピーク領域において大きくなる。この場合、改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、元の入力画素値を使用するようになり;輝度ピークが保存される。基本的な適応型ノイズ平滑化フィルタは、この輝度ピークを検出するためには効率的ではない。 As described above, the modified adaptive noise smoothing filter calculates the balance between the local average g (bar) (i, j) and the input value g (i, j) including noise. This weighting is determined locally based on the local noise intensity relative to the modified local signal variance. If the local window is centered on a luminance peak (corresponding to a defective pixel on the LCD panel) and the luminance peak is small, this peak is included in the central area (small window), and the surrounding area contains only background and noise. Including. Since μ s is the average of the background (non-peak), the modified local variance (“center-ambient variance”) is large in the peak region. In this case, the modified adaptive noise smoothing filter will use the original input pixel value; the luminance peak is preserved. A basic adaptive noise smoothing filter is not efficient for detecting this luminance peak.

局所的なウィンドウが輝度ピークを中心とするものではなく、背景領域を中心とするものであった場合、周囲領域の平均値は、中央領域の平均値と同じになるべきである。そのため、背景領域では、局所的な分散は小さくなり、改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、よりノイズ平滑化を実施する。したがって、改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、改変されていない適応型ノイズ平滑化フィルタと同等のノイズ平滑化効果を提供する;しかしながら、改変適応型ノイズ平滑化フィルタは、改変されていない適応型ノイズ平滑化フィルタよりも、輝度ピークをより良好に保存する。小さいウィンドウ(中央領域)のサイズは、保存されるべき最小の輝度ピークのサイズに適合させることができる。大きいウィンドウのサイズは、数画素分大きくあるべきである。   If the local window is not centered on the luminance peak but centered on the background area, the average value of the surrounding area should be the same as the average value of the central area. Therefore, in the background region, the local variance is small, and the modified adaptive noise smoothing filter performs more noise smoothing. Thus, the modified adaptive noise smoothing filter provides the same noise smoothing effect as the unmodified adaptive noise smoothing filter; however, the modified adaptive noise smoothing filter is not modified adaptive noise. Stores luminance peaks better than smoothing filters. The size of the small window (center area) can be adapted to the size of the smallest luminance peak to be preserved. The size of the large window should be several pixels larger.

画像の特徴部分の近くでは、局所的な信号の分散は大きい。それゆえ、入力値は局所平均よりも重く重み付けられ、特徴が維持される。特徴部分がない画像領域(例えば、平坦領域)では、ノイズ抑制効果を提供する。なお、閾値TANSは、固定され得る。あるいは、閾値は、ノイズの強さの推定に基づいて、適応的に決定されてもよい。例えば、閾値は、複数のノイズの局所的な標準偏差または推定値そのものに設定されてもよい。 Near the image features, the local signal variance is large. Therefore, the input values are weighted more heavily than the local average and the features are maintained. In an image area (for example, a flat area) having no characteristic portion, a noise suppression effect is provided. Note that the threshold T ANS can be fixed. Alternatively, the threshold value may be adaptively determined based on an estimation of noise intensity. For example, the threshold value may be set to the local standard deviation of multiple noises or the estimated value itself.

以上の詳細な説明において用いられた用語および表現は、説明のために用いられたものであり、限定のためではない。また、そのような用語および表現を用いるにあたって、説明および示した特徴の同等物やその部分を除外する意図もない。本発明の範囲は、特許請求の範囲において規定され限定されるべきであることが認識される。   The terms and expressions used in the above detailed description are used for explanation and not for limitation. In addition, use of such terms and expressions is not intended to exclude equivalents or portions of the features described and illustrated. It is recognized that the scope of the invention should be defined and limited in the claims.

(コンピュータシステム)
図10は、上述したコンピュータシステムの一例を示す図である。図10に示すように、コンピュータシステム2は、主制御部3および記録媒体4を備えている。主制御部3は、「オフライン」ステージ実行部5および「オンライン」ステージ実行部6を備えている。「オンライン」ステージ実行部6は、固定パターンノイズオフセット成分補正部7、固定パターンノイズゲイン成分補正部8、固定パターンノイズ残存成分フィルタ部9、およびショットノイズおよび読み出しノイズフィルタ部10を備えている。コンピュータシステム2には、CMOS/CCD検査カメラ1が接続されている。
(Computer system)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the computer system described above. As shown in FIG. 10, the computer system 2 includes a main control unit 3 and a recording medium 4. The main control unit 3 includes an “offline” stage execution unit 5 and an “online” stage execution unit 6. The “online” stage execution unit 6 includes a fixed pattern noise offset component correction unit 7, a fixed pattern noise gain component correction unit 8, a fixed pattern noise residual component filter unit 9, and a shot noise and readout noise filter unit 10. A CMOS / CCD inspection camera 1 is connected to the computer system 2.

「オフライン」ステージ実行部5は、CMOS/CCD検査カメラ1が撮像した画像に基づいて、上述した「オフライン」ステージにおけるノイズの測定および特性解析を実行する。具体的には、上述したとおり、条件を変えて撮像した撮像画像に基づいて、「固定パターンノイズゲイン成分画像」および「固定パターンノイズオフセット成分画像」を算出し、記録媒体4に記録する。   The “offline” stage execution unit 5 performs noise measurement and characteristic analysis in the “offline” stage described above based on the image captured by the CMOS / CCD inspection camera 1. Specifically, as described above, a “fixed pattern noise gain component image” and a “fixed pattern noise offset component image” are calculated based on the captured images captured under different conditions, and recorded on the recording medium 4.

固定パターンノイズオフセット成分補正部7および固定パターンノイズゲイン成分補正部8は、上述したとおり、CMOS/CCD検査カメラ1が撮像した検査対象の撮像画像について、「固定パターンノイズゲイン成分画像」および「固定パターンノイズオフセット成分画像」を用いて較正して、固定パターンノイズのオフセット成分およびゲイン成分を除去する。   As described above, the fixed pattern noise offset component correction unit 7 and the fixed pattern noise gain component correction unit 8 are the “fixed pattern noise gain component image” and “fixed” for the captured image captured by the CMOS / CCD inspection camera 1. Calibration is performed using the “pattern noise offset component image” to remove the offset component and the gain component of the fixed pattern noise.

固定パターンノイズ残存成分フィルタ部9は、固定パターンノイズの残存成分を除去する。固定パターンノイズ残存成分フィルタ部9は、例えば、上述したような、拡張されたランク条件付きメディアンフィルタまたはランクベースインパルス除去フィルタを用いる。   The fixed pattern noise residual component filter unit 9 removes the residual component of the fixed pattern noise. The fixed pattern noise residual component filter unit 9 uses, for example, an extended rank-conditional median filter or rank-based impulse removal filter as described above.

ショットノイズおよび読み出しノイズフィルタ部10は、ショットノイズおよび読み出しノイズを低減する。ショットノイズおよび読み出しノイズフィルタ部10は、例えば、上述したような、拡張された適応型ノイズ平滑化フィルタ、または、改変適応型ノイズ平滑化フィルタを用いる。   The shot noise and readout noise filter unit 10 reduces shot noise and readout noise. The shot noise and readout noise filter unit 10 uses, for example, an extended adaptive noise smoothing filter or a modified adaptive noise smoothing filter as described above.

以上のように、コンピュータシステム2によれば、上述したノイズ低減技術を好適に実施することができる。   As described above, according to the computer system 2, the above-described noise reduction technique can be suitably implemented.

(プログラムおよび記録媒体)
最後に、主制御部3の各ブロックは、集積回路(ICチップ)上に形成された論理回路によってハードウェア的に実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェア的に実現してもよい。
(Program and recording medium)
Finally, each block of the main control unit 3 may be realized by hardware by a logic circuit formed on an integrated circuit (IC chip) or by software using a CPU (Central Processing Unit). May be.

後者の場合、主制御部3は、各機能を実現するプログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムを格納したROM(Read Only Memory)、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである主制御部3の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、主制御部3に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。   In the latter case, the main control unit 3 includes a CPU that executes instructions of a program that realizes each function, a ROM (Read Only Memory) that stores the program, a RAM (Random Access Memory) that expands the program, the program, A storage device (recording medium) such as a memory for storing various data is provided. An object of the present invention is a recording medium on which a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program of the main control unit 3 which is software that realizes the above-described functions is recorded so as to be readable by a computer This can also be achieved by supplying the program to the main control unit 3 and reading and executing the program code recorded on the recording medium by the computer (or CPU or MPU).

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ類、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク類、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード類、マスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ類、あるいはPLD(Programmable logic device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の論理回路類などを用いることができる。   Examples of the recording medium include tapes such as magnetic tapes and cassette tapes, magnetic disks such as floppy (registered trademark) disks / hard disks, and disks including optical disks such as CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. IC cards (including memory cards) / optical cards, semiconductor memories such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM, PLD (Programmable logic device), FPGA (Field Programmable Gate Array), etc. Logic circuits can be used.

また、主制御部3を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークは、プログラムコードを伝送可能であればよく、特に限定されない。例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(Virtual Private Network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、この通信ネットワークを構成する伝送媒体も、プログラムコードを伝送可能な媒体であればよく、特定の構成または種類のものに限定されない。例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、IEEE802.11無線、HDR(High Data Rate)、NFC(Near Field Communication)、DLNA(Digital Living Network Alliance)、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。   The main control unit 3 may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited as long as it can transmit the program code. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network, satellite communication network, and the like can be used. The transmission medium constituting the communication network may be any medium that can transmit the program code, and is not limited to a specific configuration or type. For example, even with wired lines such as IEEE 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) line, infrared rays such as IrDA and remote control, Bluetooth (registered trademark), IEEE 802.11 wireless, HDR ( It can also be used by radio such as High Data Rate (NFC), Near Field Communication (NFC), Digital Living Network Alliance (DLNA), mobile phone network, satellite line, and digital terrestrial network.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、マシンビジョンシステムにおける撮像技術等に好適に利用することができる。   The present invention can be suitably used for an imaging technique or the like in a machine vision system.

1 CMOS/CCD検査カメラ
2 コンピュータシステム
3 主制御部
4 記録媒体
5 「オフライン」ステージ実行部
6 「オンライン」ステージ実行部
7 固定パターンノイズオフセット成分補正部
8 固定パターンノイズゲイン成分補正部
9 固定パターンノイズ残存成分フィルタ部
10 ショットノイズおよび読み出しノイズフィルタ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CMOS / CCD inspection camera 2 Computer system 3 Main control part 4 Recording medium 5 "Offline" stage execution part 6 "Online" stage execution part 7 Fixed pattern noise offset component correction part 8 Fixed pattern noise gain component correction part 9 Fixed pattern noise Residual component filter unit 10 Shot noise and readout noise filter unit

Claims (10)

撮像装置が撮像した画像のノイズを低減する方法であって、
該撮像装置から該画像を取得する第1の工程と、
該画像から固定パターンノイズのオフセット成分を低減する第2の工程と、
該画像から固定パターンノイズのゲイン成分を低減する第3の工程と、
第2の工程および第3の工程の後に、該画像に含まれるインパルス性ノイズを低減するフィルタを用いて、該画像から固定パターンノイズの残存成分を低減する第4の工程と、を包含することを特徴とする方法。
A method for reducing noise in an image captured by an imaging device,
A first step of acquiring the image from the imaging device;
A second step of reducing an offset component of fixed pattern noise from the image;
A third step of reducing the gain component of the fixed pattern noise from the image;
After the second step and the third step, a fourth step of reducing a residual component of the fixed pattern noise from the image using a filter that reduces impulsive noise included in the image is included. A method characterized by.
上記フィルタは、上記画像内に設定されたウィンドウにおいて、ウィンドウ内における各画素について、画素値に基づくランク付けを行うことを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the filter ranks each pixel in the window based on a pixel value in a window set in the image. 上記ウィンドウが、3×3画素のウィンドウであることを特徴とする請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the window is a 3x3 pixel window. 上記ランク付けが、上記ウィンドウ内における画素値の順位付けであることを特徴とする請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the ranking is a ranking of pixel values within the window. 上記フィルタは、上記ウィンドウの中央の画素の画素値を改変対象とすることを特徴とする請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the filter targets a pixel value of a central pixel of the window. 上記中央の画素の画素値の改変の条件は、上記中央の画素の画素値が、上記ウィンドウ内の各画素における最小値または最大値であることを含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。   The condition for modifying the pixel value of the central pixel includes that the pixel value of the central pixel is a minimum value or a maximum value in each pixel in the window. Method. 上記中央の画素の画素値の改変の条件は、上記ウィンドウ内の画素間の差分に基づく条件を含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the condition for modifying the pixel value of the central pixel includes a condition based on a difference between pixels in the window. 上記中央の画素の画素値の改変の条件は、上記中央の画素の画素値と、上記ウィンドウ内の上記中央の画素以外の各画素の画素値との差分が、予め特定された閾値以上であることを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。   The condition for modifying the pixel value of the central pixel is that a difference between the pixel value of the central pixel and the pixel value of each pixel other than the central pixel in the window is equal to or greater than a predetermined threshold value. The method according to claim 7, further comprising: 上記中央の画素の画素値の改変の条件は、上記ウィンドウ内の上記中央の画素以外の各画素の画素値同士の差分が、予め特定された閾値よりも小さいことを含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。   The condition for modifying the pixel value of the central pixel includes that a difference between pixel values of pixels other than the central pixel in the window is smaller than a predetermined threshold value. Item 9. The method according to Item 8. 上記フィルタは、下記式に基づいて画像処理を行うことを特徴とする請求項9に記載の方法。
(但し、f1〜9は、上記ウィンドウ内の各位置(fが中央を示す)に対応する各画素値を示し、r1〜9は、画素値に基づいて並べ替えられた(rが最小値を示し、rが最大値を示す)各画素値を示し、TRDおよびTRVは、予め特定された閾値を示し、otherwiseは、上2式が成立しない場合を示し、左矢印は、代入を示す。)
The method according to claim 9, wherein the filter performs image processing based on the following formula.
(However, f 1 to 9 represents each pixel value corresponding to each position in the window (f 5 represents a central), r 1 to 9 were sorted on the basis of the pixel value (r 1 Indicates a minimum value, r 9 indicates a maximum value), T RD and T RV indicate pre-specified threshold values, otherwise indicates a case where the above two expressions do not hold, and a left arrow Indicates assignment.)
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