JP2014154141A - ノイズを含む画素からなる入力画像のノイズを除去する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力画像から画素単位のノイズ分散マップをまず構築することにより、入力画像のノイズが除去される。ノイズは、空間的に一様でない分散を有する。ノイズ分散マップを用いて入力画像を複数のパッチへと分割する。それらのパッチから中間画像を求める。ノイズ分散マップを用いて協調フィルタリングを中間画像内の各パッチに適用して、フィルタ済みパッチを作り出す。次いで、フィルタ済みパッチを出力画像に投影する。
【選択図】図1
Description
図1は、空間的に一様でない分散のノイズ、すなわち、非定常ノイズによって損なわれる入力画像101のノイズを除去するための方法を示す。ノイズの確率分布のとがりの程度である尖度のスケール不変な特性に基づく目的関数105を使って最適化問題を解くことにより、非定常ノイズの分散マップ111を入力画像から構築する(110)。入力画像を、重複するパッチを含む複数の領域113へと分割する(112)。パッチとの間に1対1対応があるように、分散マップも同様に分割する。
画像のノイズを除去するための本発明の実施の形態は、以下のノイズモデル
In(i、j)=I(i、j)+η(i、j) (1)
を使用し、ここで、I(i、j)は、位置(i、j)における画像画素pの輝度であり、η(i、j)は、分散σ2(i、j)を有するノイズである。
η(i、j):N(0、σ2(i、j))
を使用する。
尖度に基づく分散マップの推定
ノイズの多い単一の画像から正確な分散マップを構築することは、空間的に変化する分散を有するノイズを成功裏に除去するための重要なステップである。従来技術では、尖度に基づくノイズ分散の推定手順は、画像の切り貼りや偽造検出など、一般に完全に異なる用途で使用される。
等式(1)にあるような信号モデルでは、ノイズの多い入力画像Inがまず周波数領域に変換される。Kチャネルの帯域通過フィルタリングされた領域、すなわちKの異なる帯域通過フィルタで畳み込まれる画像の応答では、k番目のチャネル内の元の(ノイズのない)画像およびノイズの多い画像の尖度は、それぞれκkおよび
発明者らの目標は、等式(4)の閉形式解を用いて、各画素位置におけるノイズ分散σ2=(i、j)を推定することであり、統計は、画素の矩形パッチの周囲にある全ての画素から集められる。非中心モーメントμl=Ex[xl]を用いた分散および尖度は、下式となる。
尖度に基づく手法を使って分散マップを構築した後、次のステップでは、ノイズの多い入力画像のノイズを除去する。分散マップおよび入力画像を用いて、入力画像101を複数の領域113へと分割することから始める。領域ごとにノイズの多い画像からサイズP×Pの重複パッチを抽出し、前置フィルタ114を使用して中間画像115を求め、各パッチに対して協調フィルタリングを実行する。特に、ノイズの多い全てのパッチ
対数輝度領域内で演算して乗法性ノイズ除去を相加性ノイズ除去に変換することにより、本発明者らのMINDは、レーダー撮像およびレーザー撮像によく見られる乗法性ノイズに適用することができる。協調フィルタリングの間、クラスタは、どんなサイズでもよく、クラスタデータ内の同じ画素位置におけるコヒーレント変動を最もよく表すように設計される、対応する一意の辞書によって表すことができる。
Claims (20)
- ノイズを含む画素からなる入力画像のノイズを除去する方法であって、
前記入力画像からノイズ分散マップを構築するステップであって、前記ノイズは、空間的に一様でない分散を有し、前記ノイズ分散マップは、画素単位である、構築するステップと、
前記ノイズ分散マップを使用し、前記入力画像を複数の領域へと分割するステップであって、各領域は、重複するパッチを含む、分割するステップと、
前記パッチから中間画像を求めるステップと、
前記ノイズ分散マップを用いて前記中間画像内の各パッチに対して協調フィルタリングを適用し、フィルタ済みパッチをもたらすステップと、
前記フィルタ済みパッチを出力画像に投影するステップと
を含み、
前記ステップがプロセッサ内で実行される、方法。 - 前記構築するステップが、前記ノイズ分散マップを得るために、前記ノイズの確率分布のとがりの程度に基づく目的関数を使って最適化問題を解くステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記とがりの程度が尖度である、請求項2に記載の方法。
- 前記ノイズのモデルが、
In(i、j)=I(i、j)+η(i、j)
であり、ここで、I(i、j)は、前記入力画像内の位置(i、j)における前記画素pの輝度であり、η(i、j)は、分散σ2(i、j)を有する前記ノイズである、請求項1に記載の方法。 - 前記ノイズ分散マップが、前記入力画像内の全画素について構築される、請求項1に記載の方法。
- いずれか1つのパッチ内の前記画素が、同様のノイズ分散を有する、請求項1に記載の方法。
- 同じ領域の前記パッチに対して変換領域フィルタリングを適用するステップ
をさらに含み、前記パッチの類似性の測度が、変換領域内の正規化相互相関である、請求項1に記載の方法。 - 変換領域パッチを得るために各パッチに対して二次元(2D)周波数変換を適用するステップと、
ハード閾値処理された変換領域パッチを得るために、前記変換領域パッチの第1の閾値を上回る周波数係数をゼロに設定するステップと、
前記ノイズ分散マップを用いて、前記ハード閾値処理された変換領域パッチ間の正規化相互相関を求めるステップと、
前記正規化相互相関を用いて1組の類似するパッチを求めるステップと、
第2の3Dデータ構造を得るために、類似するパッチを三次元(3D)データ構造内に配置し、前記3Dデータ構造の各行に対して一次元(1D)変換を適用するステップであって、行は前記パッチの中心画素の周りの画素位置に対応する、一次元(1D)変換を適用するステップと、
第2のハード閾値処理された3Dデータを得るために、前記第2の3Dデータの第1の閾値を上回る周波数係数をゼロに設定するステップと、
前記フィルタ済みパッチを得るために、前記第2のハード閾値処理された3Dデータに対して逆1D変換を適用するステップと
をさらに含み、前記投影するステップがパッチごとに加重平均を使用する、請求項1に記載の方法。 - 前記画素単位のノイズ分散マップを用いて、前記中間画像のパッチ間の正規化相互相関を求めるステップと、
前記正規化相互相関を用いて、1組の類似するパッチの位置を求めるステップと、
1組の類似するパッチの位置を用いて、前記パッチから三次元(3D)データを構築するステップと、
前記出力画像を得るために、3Dデータに対して前記協調フィルタリングを適用するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記協調フィルタリングが、ウィーナフィルタを使用する、請求項10に記載の方法。
- 前記協調フィルタリングが、辞書学習によるスパースコーディングを使用する、請求項10に記載の方法。
- 前記協調フィルタリングが、各パッチの前記分散を使用する、請求項10に記載の方法。
- 各パッチの前記分散が、前記パッチ内の全画素における前記ノイズ分散の加重平均である、請求項13に記載の方法。
- 前記ノイズの前記分散が、前記パッチ内の全ての前記画素の最大分散である、請求項13に記載の方法。
- 前記入力画像が、積分画像に変換される、請求項2に記載の方法。
- 前記入力画像を1組の周波数サブバンド画像へと分解するステップと、
前記積分画像および空間的平均化を用いて、前記周波数サブバンド画像のパッチごとに1組の非中心モーメントを求めるステップと、
各画素の周りの局所的分散を、その画素における前記ノイズ分散マップの値として推定するステップと
をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 前記入力画像が色彩画像であり、各色のチャネルが、別々にノイズ除去される、請求項1に記載の方法。
- 前記ノイズが、乗法性ノイズであり、
前記入力画像を対数輝度領域に変換するステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記2D変換が、離散フーリエ変換、ウェーブレット変換、主成分分析、独立成分分析、部分空間マッピング、およびそれらのものの組合せからなるグループから選択される、請求項9に記載の方法。
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