JP2741528B2 - 映像信号評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えばテレビジョンカメラから出力され
る映像信号に含まれるランダムノイズの量を計測し、テ
レビジョンカメラの良否を判定する映像信号評価装置に
関する。

「従来の技術」 従来よりテレビジョンカメラの良否を評価する一つの
方法として白色画面を撮像したテレビジョンカメラの信
号を二乗し、その二乗した信号を累積加算し、この累積
加算した結果を平均し、この平均値を開平することによ
って映像信号に含まれるノイズ成分を実効値として算出
するようにした映像信号評価装置が実用されている。

「発明が解決しようとする課題」 テレビジョンカメラから出力された映像信号には固定
パターンノイズ成分とランダムノイズ成分とが含まれて
いる。

固定パターンノイズとは固体撮像素子を用いたテレビ
ジョンカメラにおいて顕著に発生するノイズ成分で画面
上に固定パターンとして現れる。

これに対しランダムノイズは画像上の位置に関係なく
発生する雑音を指す。ランダムノイズ成分には映像には
全く相関しない白色ノイズの他に、他の機器またはカメ
ラの内部でかぶり込むビート縞状のある程度映像と相関
のあるランダムノイズ成分とがある。

これらのノイズ成分の量を測定し映像信号の質を評価
する場合、固定パターンノイズ成分とランダムノイズ成
分を分けて評価できると都合がよい。

従来の映像信号評価装置、例えば本発明者らによる特
願昭62−157973では固定パターンノイズ成分とランダム
ノイズ成分を分離評価できるものの、それぞれの総和を
求め、その総和の値を用いて映像信号の評価を行ってい
る。

しかしながら、固定パターンノイズを十分除去するた
めには積分効果を十分に得るため数百フレームの演算時
間を要し、測定系の時間的な変動、例えば温度誤差を含
む欠点がある。

また、ランダムノイズ成分のうち、前述したある程度
相関のあるランダムノイズ成分を分けて映像信号の質を
評価することができない欠点がある。

この発明の目的は特にランダムノイズ成分を２フレー
ム期間という短い時間で固定パターンノイズ成分と分離
して抽出し、ランダムノイズ成分だけを測定できると同
時に前述したある程度映像信号に相関のあるランダムノ
イズ成分の評価を可能にする映像信号評価装置を提供す
るにある。

「課題を解決するための手段」 この発明においては映像信号の１フレーム分を記憶す
ることができるフレームメモリと、このフレームメモリ
に記憶した映像信号と任意のフレーム後に入力される映
像信号の画素ごとの差を求める減算器と、画素ごとの差
のデータを二乗する二乗化回路と、二乗したデータを累
積加算する累積加算器と、この累積加算器の加算結果を
開平し、加算回数で除去し、映像信号に含まれるランダ
ムノイズの量を算出する演算器と、によって映像信号評
価装置を構成したものである。

この発明の構成によればフレームメモリと減算器の構
成によって、減算器の出力側には固定パターンノイズ成
分が除去された、つまりランダムノイズ成分だけを得る
ことができる。

この結果、このランダムノイズ成分を二乗して１画面
の画素数だけ累積加算し、その累積加算値の平均値を開
平することによってランダムノイズ成分の実効値を求め
ることができる。

この出願の第２発明では更にフレームメモリに記憶し
た映像信号と差をとる映像信号を、フレームメモリに記
憶した映像信号の次のフレームの映像信号とした映像信
号評価装置を提案する。

この映像信号評価装置によればフレームメモリに取込
んだ映像信号とその次のフレームの映像信号に含まれる
ランダムノイズの実効値を求めることができる。

この出願の第３発明では更にフレームメモリに記憶す
る映像信号を１フレームごとに更新し、連続したフレー
ム間のランダムノイズの実効値を求める映像信号評価装
置を提案する。

この第３発明による映像信号評価装置によれば、例え
ば固定パターンノイズの実効値が温度変動等によって時
間の経過と共に変動したとしても、測定にかかる時間が
短いためにその変動に影響されないランダムノイズの実
効値を測定することができる。

この出願の第４発明ではフレームメモリに記憶した映
像信号に対し、差を求める映像信号のフレームは任意の
フレーム数だけ後のフレームの映像信号とした映像信号
評価装置を提案する。

この第４発明の映像信号評価装置によれば初期画面か
ら任意のフレーム数経過した時点の画面に含まれるラン
ダムノイズの実効値を測定することができる。

この出願の第５発明ではフレームメモリに記憶した映
像信号に対し、差を求める映像信号のフレーム数を１〜
ｎまで順次変化させ、フレーム間隔を変数としたランダ
ムノイズの実効値を算出するようにした映像信号信号評
価装置を提案する。

この第５発明によれば初期画面から順次１フレームず
つ離れた画面に含まれるランダムノイズの実効値を求め
ることができる。よって、ある程度映像に相関のあるラ
ンダムノイズのうち、画面上をゆっくり移動するような
ビート縞状のノイズ成分については、前述のフレーム数
ｎの関数としたノイズ量の関数に周期性が出てくるた
め、ビート縞状のノイズ成分の値を知ることができる。

更に、この出願の第６発明によれば演算手段が算出し
たランダムノイズをフーリエ変換するフーリエ変換手段
を設け、ランダムノイズに含まれる周期性成分を検出す
るようにした映像信号評価装置を提案する。

この第６発明の映像信号評価装置によればランダムノ
イズに重畳する周期性成分を検出することができる。こ
の結果、例えば電源から発生するノイズとか、発振器か
ら発生するノイズとか各種のノイズを判定することがで
きる。よって、ノイズの根源を判定できる利点が得られ
る。

この第７発明によれば、１フレームもしくは２フレー
ムの映像信号から従来法によるノイズの合計の実効値の
設定と合わせ、固定パターンノイズの実効値を求めるこ
とができる。よって従来のように数多いフレーム数の平
均を求めなくても固定パターンノイズの実効値が求まる
利点がある。

「実施例」 第１図にこの発明の実施例を示す。図中１は入力端
子、２はAD変換器、３はフレームメモリ、4A,4Bはフレ
ームメモリ３に書き込む映像信号と減算回路５に与える
映像信号を選択するゲート回路、５は減算回路、６は二
乗回路、７は有効映像信号部分を取り出すためのゲート
回路、８は累積加算回路、９は演算装置、11は表示器を
それぞれ示す。

演算装置９はマイクロコンピュータによって構成する
ことができ、この演算装置９を構成するマイクロコンピ
ュータによってゲート回路4Aを開閉制御し、フレームメ
モリ３に書き込む映像信号を選択する。

入力端子１には評価すべき映像信号を入力し、この映
像信号をAD変換器２によってAD変換する。AD変換された
映像信号はゲート回路4Aと4Bによって選択されて減算回
路５とフレームメモリ３に与えられる。

フレームメモリ３は例えば映像信号を１画面分記憶す
ることができるRAMまたはシフトレジスタによって構成
することができる。

減算器５ではフレームメモリ３に記憶された映像信号
と、この映像信号より任意のフレーム経過した時点に入
力される映像信号を対応する画素ごとに減算する。

減算された各画素データは二乗回路６で二乗され、そ
の二乗された画素データは累積加算回路８に入力され
る。なお、累積加算回路８の入力側に設けたゲート回路
７は映像信号に含まれる同期信号部分を除去し、有効画
面部分を抽出するためのブランキング処理を施すための
ゲート回路を示す。

累積加算回路８は加算器8Aと、レジスタ8Bとによって
構成することができ、減算処理された画素データを累積
加算する。

演算装置９は累積加算回路８の累積加算結果を取り込
んでその平均値を算出し、その平均値を開平処理する。
この開平処理によって映像信号に含まれるランダムノイ
ズの実効値が算出される。

一般にランダムノイズの実効値（Vrms）は二乗平均の
平方根で表現される。二乗平均値は で与えられる。

二乗平均値は一般に分散によって記述され、 ここでＮ個の標本点に対して記述すると、 Ｎが小さい場合、不偏分散を適用することにより求めら
れ、 で定義される。

この定義をこの発明による映像信号評価装置に応用す
ると、 二乗平均値 X:映像の水平方向サンプル数 Y:映像の垂直方向サンプル数 T:映像のフレーム方向サンプル数 Ｖ（x,y,t）：各画素のサンプルデータ これをフレーム方向の不偏分散として求めると、 ここでＴ＝２とすれば となる。この測定値は異なるフレーム間の差から求めて
いるため、固定パターンノイズ成分が自動的に除去され
る。また、従来の数多くのフレームの映像信号を平均し
て固定パターンノイズ成分を計算して求め、その計算結
果により固定パターンノイズ成分を除去する方法に比
べ、近接した２フレームの映像信号より求めるため、測
定時間が短く、温度ドリフトなどによる影響が少ない。
更に、画面上ほとんど動かないビート縞状のノイズも同
時に除去される。

この発明の装置によれば が累積加算回路８のレジスタ8Bに積算され、レジスタ8B
に積算された累積加算値を演算装置９に取り込み、この
累積加算値を2XYで除すことによって平均値を算出し、
この平均値の平方根を求めることによって映像信号に含
まれるランダムノイズの実効値が求められる。

演算装置９で算出されたランダムノイズの実効値は表
示器11に出力され、例えば数字表示される。

この出願の第１発明では減算器５で減算する映像信号
の相互の離フレーム数を任意の数に選定できる点を特徴
とするものである。

離フレーム数の設定及び以下に説明する動作モードの
設定は演算装置９に付設した入力装置12から入力するこ
とによって行うことができる。

この出願の第２発明では減算器５で減算する映像信号
はフレームメモリ３に記憶した映像信号の次のフレーム
の映像信号として動作する映像信号評価装置を提案する
ものである。

つまり、第２発明では離フレーム数を１とした場合の
映像信号評価装置を提案するものである。

この第２発明による映像信号評価装置によればフレー
ムメモリ３に記憶した映像信号とその直後のフレームの
映像信号の差を求めることによって固定パターンノイズ
を除去し、この二つのフレームの映像信号に含まれるラ
ンダムノイズの実効値を求めることができる。

この結果、第２発明によれば任意の時点の映像信号に
含まれるランダムノイズ成分を測定することができる。

この出願の第３発明ではフレームメモリ３に記憶する
映像信号をフレームごとに更新し、連続した１フレーム
時間差ごとのランダムノイズの実効値を求める映像信号
評価装置を提案する。

このため、第３発明ではゲート回路4A,4Bを常時開い
た状態に制御し、入力端子１に入力される映像信号を順
次フレームメモリ３に取り込む。フレームメモリ３では
各フレームごとに読み出しと書き込みが同時に行われ、
フレームメモリ３には常に最新の映像信号を記憶する。

減算器５ではフレームメモリ３から読み出される１フ
レーム前の映像信号と、入力端子１に入力される映像信
号との差を求め、この差のデータを二乗回路６で二乗
し、累積加算回路８で累積加算し、平均値及び平方根を
求めてランダムノイズの実効値を算出する。

この第３発明によれば連続した１フレーム差の映像信
号に含まれるランダムノイズを測定することができる。
この結果、例えばテレビジョンカメラが起動した時点か
ら温度特性等によって変化したとしても、短い時間に測
定されるためその変化に影響されることが少なく常に１
フレーム時間差の映像信号に含まれるランダムノイズ成
分の実効値を測定することができる。また、画面上ほと
んど動かないビート縞状のノイズも同時に除去される。

この出願の第４発明ではフレームメモリに記憶した映
像信号に対し、差を求める映像信号のフレームを任意の
フレーム数だけ後のフレームの映像信号とした映像信号
評価装置を提案する。

この第４発明によれば任意時点でフレームメモリ３に
映像信号を取り込むと共に、その映像信号から任意のフ
レーム後の映像信号との差を求めてランダムノイズの実
効値を求める。この場合の離フレーム数は入力装置12か
ら入力して設定する。

この第４発明の映像信号評価装置によれば任意の数だ
け離れたフレームの映像信号に含まれるランダムノイズ
を測定することができる。

この出願の第５発明ではフレームメモリ３に記憶した
映像信号に対し、差を求める映像信号の離フレーム数を
１〜ｎまで順次変化させ、フレーム間隔を変数としたラ
ンダムノイズの実効値を測定する映像信号評価装置を提
案する。

この第５発明によれば画面上をわずかに動くビート縞
状のノイズ成分がある場合は、前述のフレーム間隔を変
数としたランダムノイズの実効値の関数が第３図のごと
く周期変数となる。この関数の極小値をA,極大値をＢと
すればホワイトノイズ成分W,ビート縞成分Ｓとの関係は W²＝A²,W²＋B²＝S² となり、ビート縞成分を求めることができる。

更に、この出願の第６発明によれば演算装置９の内部
に第２図に示すように演算装置９が算出したランダムノ
イズをフーリエ変換するフーリエ変換器13を設け、この
フーリエ変換器13によってランダムノイズを周波数分析
する映像信号評価装置を提案する。

つまり、第６発明では第３発明または第５発明で提案
した映像信号評価装置のように時間の経過に伴って連続
してランダムノイズの実効値が得られるモードにおい
て、時間の経過に従って得られるランダムノイズの実効
値を順次記憶器に記憶し、その記憶したランダムノイズ
の実効値を読み出してフーリエ変換し周波数分析を行
う。

このように時間の経過に従って得られるランダムノイ
ズの実効値を周波数分析することによりランダムノイズ
の周期性を抽出することができる。

例えば、第３図に示すように時間Ｔの経過またはフレ
ーム間隔Ｎの経過に従ってランダムノイズの実効値V_rms
が変動し、その周波数分析結果が第４図に示すように直
流分A₀と周波数f₁,f₂,f₃を持つ周期性の成分A₁,A₂,A₃が
検出されたとすると、その周期性成分A₁,A₂,A₃の周波数
f₁,f₂,f₃によってノイズの発生源を特定することができ
る。

この第７発明では、２フレームの測定でランダムノイ
ズの実効値が正確に測定できることを利用し、固定パタ
ーンノイズを短い測定時間で知ることができる。固定パ
ターンノイズも含む全ノイズの実効値は式もしくは
式等による従来法により求め、本発明によるランダムノ
イズの実効値を求め、それぞれの２乗の差の平方根を求
めることにより、固定パターンノイズの実効値を短い時
間で求めることができる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば映像信号の差
を求め、その差の値を二乗し、平均して平方根を求める
ように構成したから、固定パターンノイズを含まないラ
ンダムノイズだけを求めることができる。

よって、固定パターンノイズを含まない真のランダム
ノイズ成分だけを求めることができるから正確に映像信
号の評価を行うことができる。

また、第３発明のように１フレーム差または数フレー
ム差の映像信号のランダムノイズを連続して測定するこ
とによって映像特性等に影響されないランダムノイズの
変化を測定することができる。

また、第５発明のように特定した映像信号に対し、差
を求める映像信号の離フレーム数を漸次変化させること
によってビート縞状のある程度映像と相関のあるランダ
ムノイズ成分を解析することができる。

更に、第６発明によればランダムノイズの変動を周波
数分析することによって、ランダムノイズの発生源を特
定することができる。

従来法によれば固定パターンノイズを求めるには数多
くのフレーム数の平均をとっていた。これに比べこの第
７発明によれば、２フレームという少ないフレーム数の
測定で固定パターンノイズの実効値を求めることができ
る。

等の優れた効果が得られ、その効果は実用に供して頗
る大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの出願の第６発明の実施例を示すブロック図、第３
図及び第４図は第６発明の動作を説明するためのグラフ
である。 1:入力端子、2:AD変換器、3:フレームメモリ、5:減算
器、6:二乗回路、8:累積加算回路、9:演算装置、11:表
示器、12:入力装置、13:フーリエ変換手段。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】A.1画面分の映像信号を画素単位で記憶す
   ることができるフレームメモリと、 B.このフレームメモリに記憶した映像信号と任意フレー
   ム後に入力される映像信号の画素ごとの差を求める減算
   器と、 C.画素ごとの差のデータを二乗する二乗回路と、 D.二乗したデータを累積加算する累積加算器と、 E.この累積加算器の加算結果を平均し、その平均値を開
   平することによって、映像信号に含まれるランダムノイ
   ズの実効値を算出する演算器と、 を具備して成る映像信号評価装置。
2. 【請求項２】上記減算器で減算する映像信号は上記フレ
   ームメモリに記憶した映像信号の次のフレームの映像信
   号としたことを特徴とする請求項１記載の映像信号評価
   装置。
3. 【請求項３】上記フレームメモリに記憶する映像信号を
   フレームごとに更新し、連続した１フレーム時間差ごと
   のランダムノイズの実効値を求めることを特徴とする請
   求項１記載の映像信号評価装置。
4. 【請求項４】上記フレームメモリに記憶した映像信号に
   対し、差を求める映像信号のフレームを任意のフレーム
   数だけ後のフレームの映像信号としたことを特徴とした
   請求項１記載の映像信号評価装置。
5. 【請求項５】上記フレームメモリに記憶した映像信号に
   対し、差を求める映像信号の離フレーム数を１〜ｎまで
   を順次変化させ、フレーム間隔を変数としたランダムノ
   イズの実効値を算出するようにしたことを特徴とする請
   求項１記載の映像信号評価装置。
6. 【請求項６】上記演算装置が算出したランダムノイズを
   フーリエ変換するフリーエ変換器を設け、ランダムノイ
   ズに含まれる周期性成分を検出するようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の映像信号評価装置。
7. 【請求項７】上記ランダムノイズの実効値と全ノイズの
   実効値とから固定パターンノイズの実効値を求めること
   を特徴とする請求項１記載の映像信号評価装置。