JP2816071B2 - Ｃｃｄビデオカメラの雑音除去用信号処理回路 - Google Patents
Ｃｃｄビデオカメラの雑音除去用信号処理回路Info
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- JP2816071B2 JP2816071B2 JP4331625A JP33162592A JP2816071B2 JP 2816071 B2 JP2816071 B2 JP 2816071B2 JP 4331625 A JP4331625 A JP 4331625A JP 33162592 A JP33162592 A JP 33162592A JP 2816071 B2 JP2816071 B2 JP 2816071B2
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、家庭用ビデオムービや
監視用カメラで用いられる単板式ＣＣＤカメラの画質改
善に好適な雑音除去用の信号処理回路に係る。
監視用カメラで用いられる単板式ＣＣＤカメラの画質改
善に好適な雑音除去用の信号処理回路に係る。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤビデオカメラの信号雑音比を決定
するのはＣＣＤエリアセンサの雑音成分である。この雑
音成分は、光電変換時に発生するショット雑音、電荷検
出部で発生するリセット雑音および出力回路のアンプ雑
音からなっている。
するのはＣＣＤエリアセンサの雑音成分である。この雑
音成分は、光電変換時に発生するショット雑音、電荷検
出部で発生するリセット雑音および出力回路のアンプ雑
音からなっている。
【０００３】これらの雑音のうちショット雑音は信号に
依存しており、その大きさを電子数で示すと信号電子数
の平方根となる。このため信号電子数が充分大きいとこ
の雑音成分は問題とならず、信号が小さくなると一定の
値をもつリセット雑音やアンプ雑音より小さくなり無視
できた。
依存しており、その大きさを電子数で示すと信号電子数
の平方根となる。このため信号電子数が充分大きいとこ
の雑音成分は問題とならず、信号が小さくなると一定の
値をもつリセット雑音やアンプ雑音より小さくなり無視
できた。
【０００４】よって、従来のビデオカメラではリセット
雑音およびアンプ雑音の低域の検討がなされ、相関２重
サンプリング法などが実施されてきた。
雑音およびアンプ雑音の低域の検討がなされ、相関２重
サンプリング法などが実施されてきた。
【０００５】ところが、近年半導体の微細加工技術の進
展につれＣＣＤの小型化も進み、１つの画素で取り扱え
る信号電子数が減少してきた。このため出力信号に含ま
れる雑音成分のうち、ショット雑音を無視することがで
きなくなり、ショット雑音の低減を目的として、従来の
雑音低減の手法である巡回型フィルタやメディアンフィ
ルタの適用が検討されている。
展につれＣＣＤの小型化も進み、１つの画素で取り扱え
る信号電子数が減少してきた。このため出力信号に含ま
れる雑音成分のうち、ショット雑音を無視することがで
きなくなり、ショット雑音の低減を目的として、従来の
雑音低減の手法である巡回型フィルタやメディアンフィ
ルタの適用が検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、巡回型
フィルタは、注目画素に対してそれ以前のフィールドの
画素信号との加算平均化処理を行うものなので、静止画
に対して効果はあるが、動画の場合、平均化により偽の
信号が生じる。これを防止するためには通常動画部分で
はこのフィルタ処理を用いることができない。
フィルタは、注目画素に対してそれ以前のフィールドの
画素信号との加算平均化処理を行うものなので、静止画
に対して効果はあるが、動画の場合、平均化により偽の
信号が生じる。これを防止するためには通常動画部分で
はこのフィルタ処理を用いることができない。
【０００７】また、メディアンフィルタでは空間的な統
計処理であるので、ランダムな雑音低減には効果がある
が高周波な画像に対してはボケを生じる。さらに取り扱
う領域を越える雑音に対しては効果がない。つまり、従
来より提案されていた手法ではショット雑音の低減は困
難であった。
計処理であるので、ランダムな雑音低減には効果がある
が高周波な画像に対してはボケを生じる。さらに取り扱
う領域を越える雑音に対しては効果がない。つまり、従
来より提案されていた手法ではショット雑音の低減は困
難であった。
【０００８】一般に、画像信号は時間的あるいは空間的
に近傍画素に対して高い相関性を有している。そこで、
本発明はこの高い相関性に着目して処理を行い、信号に
含まれている雑音低減を図ることを目的とする。
に近傍画素に対して高い相関性を有している。そこで、
本発明はこの高い相関性に着目して処理を行い、信号に
含まれている雑音低減を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために、２次元に画素を配置した固体撮像素子を
用いたビデオカメラにおいて、画素に対応した固体撮像
素子の出力信号に関し、水平方向および垂直方向および
時間軸方向の遅延信号との差信号を求め、それらの差信
号の中間値の信号により、該画素信号に混入した雑音成
分を除去することを特徴とする。
決するために、２次元に画素を配置した固体撮像素子を
用いたビデオカメラにおいて、画素に対応した固体撮像
素子の出力信号に関し、水平方向および垂直方向および
時間軸方向の遅延信号との差信号を求め、それらの差信
号の中間値の信号により、該画素信号に混入した雑音成
分を除去することを特徴とする。
【００１０】また、上記の信号処理回路において、雑音
除去の信号を該画素信号により制御することを特徴とす
る。
除去の信号を該画素信号により制御することを特徴とす
る。
【００１１】さらには、上記の信号処理回路において、
特に白黒ビデオカメラ用信号処理回路では遅延信号を水
平１画素、垂直１ライン、時間軸１フィールド遅延信号
とすること、もしくは、カラービデオカメラ用信号処理
回路では遅延信号を水平２画素、垂直２ライン、時間軸
１フィールド遅延信号とすること、さらには白黒および
カラー用の両者において、時間軸の遅延信号を１フレー
ム遅延信号とすることを特徴とする。
特に白黒ビデオカメラ用信号処理回路では遅延信号を水
平１画素、垂直１ライン、時間軸１フィールド遅延信号
とすること、もしくは、カラービデオカメラ用信号処理
回路では遅延信号を水平２画素、垂直２ライン、時間軸
１フィールド遅延信号とすること、さらには白黒および
カラー用の両者において、時間軸の遅延信号を１フレー
ム遅延信号とすることを特徴とする。
【００１２】
【作用】画像情報は時間方向あるいは空間方向に変化し
ているが、同時に複数の方向に対して変化している場合
は稀である。通常、ある方向に対して信号が変化してい
るとき、それ以外の方向への変化は小さく信号間の相関
性が高い。そこで、水平方向、垂直方向および時間軸方
向の３方向に対する信号の変化を調べると、少なくとも
２方向に対しては変化が小さい。よって、注目画素につ
いて３方向の差分を求め、その値を調べることにより相
関性の高い方向を求めることが出来る。
ているが、同時に複数の方向に対して変化している場合
は稀である。通常、ある方向に対して信号が変化してい
るとき、それ以外の方向への変化は小さく信号間の相関
性が高い。そこで、水平方向、垂直方向および時間軸方
向の３方向に対する信号の変化を調べると、少なくとも
２方向に対しては変化が小さい。よって、注目画素につ
いて３方向の差分を求め、その値を調べることにより相
関性の高い方向を求めることが出来る。
【００１３】次に、注目画素に雑音が混入した場合を考
える。近傍画素はすべて以前の信号であり、雑音は既に
除去されている。そこで、注目画素と近傍画素の差信号
をとれば、差信号には注目画素の雑音が混入する。特に
相関性の高い画素間の差信号では、信号変化が少ないた
め差信号が雑音となる。それにより注目画素信号に混入
した雑音を取り除くことが可能となる。
える。近傍画素はすべて以前の信号であり、雑音は既に
除去されている。そこで、注目画素と近傍画素の差信号
をとれば、差信号には注目画素の雑音が混入する。特に
相関性の高い画素間の差信号では、信号変化が少ないた
め差信号が雑音となる。それにより注目画素信号に混入
した雑音を取り除くことが可能となる。
【００１４】本発明は、画像信号の高い相関性を用いて
注目画素とその近傍画素を比較することによって、注目
画素に含まれる雑音成分を除去するものである。また、
雑音除去には相関性の高い画素間の処理しか用いていな
いため解像度劣化もない。
注目画素とその近傍画素を比較することによって、注目
画素に含まれる雑音成分を除去するものである。また、
雑音除去には相関性の高い画素間の処理しか用いていな
いため解像度劣化もない。
【００１５】ただし、空間方向に関して、テレビの視覚
特性より斜め方向の解像度はあまり重要視されていない
ので、画像信号では、空間方向として水平方向および垂
直方の２方向が重要となる。したがって、本発明でも、
水平方向、垂直方向および時間軸方向の３方向に関する
相関性を取り扱えば良い。
特性より斜め方向の解像度はあまり重要視されていない
ので、画像信号では、空間方向として水平方向および垂
直方の２方向が重要となる。したがって、本発明でも、
水平方向、垂直方向および時間軸方向の３方向に関する
相関性を取り扱えば良い。
【００１６】
【実施例】図１に本発明の実施例としてＣＣＤ白黒ビデ
オカメラに適用した信号処理回路を示す。図２にＣＣＤ
エリアイメージャの画素配置、図３に画像信号の空間周
波数領域を示し、以下、これらの図をもとに実施例を説
明する。
オカメラに適用した信号処理回路を示す。図２にＣＣＤ
エリアイメージャの画素配置、図３に画像信号の空間周
波数領域を示し、以下、これらの図をもとに実施例を説
明する。
【００１７】注目画素およびその近傍の画素Ｓnn、Ｓ
n-1n、Ｓnn-1、Ｓnn′を図２のごとく定義し、注目画素
に雑音が混入した場合について考える。このとき以下の
式で示すように、注目画素と近傍画素の差分を取れば、
結果は雑音とその方向に対する信号変化になる。
n-1n、Ｓnn-1、Ｓnn′を図２のごとく定義し、注目画素
に雑音が混入した場合について考える。このとき以下の
式で示すように、注目画素と近傍画素の差分を取れば、
結果は雑音とその方向に対する信号変化になる。
【００１８】 Ｓnn−Ｓn-1n＝△Ｓx＋Ｎ Ｓnn−Ｓnn-1＝△Ｓy＋Ｎ Ｓnn−Ｓnn′＝△Ｓt＋Ｎ △Ｓx：水平方向の信号変化 △Ｓy：垂直方向の信号変化 △Ｓt：時間軸方向の信号変化 Ｎ ：注目画素に混入した雑音 ここで式について検討する。式は水平方向の演算で
あり、水平方向の信号変化の少ない領域では差信号は小
さくなる。その信号周波数は２つの画素配置で決定され
るサンプリング周波数の１／２より小さければよい。こ
れは、図３に示す周波数空間において、図中１３で示し
た領域である。よって、この領域内での演算の結果は雑
音と考えられる。
あり、水平方向の信号変化の少ない領域では差信号は小
さくなる。その信号周波数は２つの画素配置で決定され
るサンプリング周波数の１／２より小さければよい。こ
れは、図３に示す周波数空間において、図中１３で示し
た領域である。よって、この領域内での演算の結果は雑
音と考えられる。
【００１９】また式、式についても同様に、相関性
の高い領域において雑音が求められる。画像信号の性質
より、少なくとも２つの方向に対しては信号の相関性は
高い。つまり、上の３つの式の２つ以上の演算結果の相
関性は雑音である。このため、３つの演算を実施し例え
ばその中間値を選べば雑音となる。この得られた雑音を
注目画素信号より減算すれば正しい信号となる。したが
って、図１に示す回路により、画像信号に混入した雑音
を除去することができる。
の高い領域において雑音が求められる。画像信号の性質
より、少なくとも２つの方向に対しては信号の相関性は
高い。つまり、上の３つの式の２つ以上の演算結果の相
関性は雑音である。このため、３つの演算を実施し例え
ばその中間値を選べば雑音となる。この得られた雑音を
注目画素信号より減算すれば正しい信号となる。したが
って、図１に示す回路により、画像信号に混入した雑音
を除去することができる。
【００２０】また、信号変化が２つ以上の方向に対して
起こった場合、信号に混入した雑音がショット雑音とす
ると信号量に依存するので、雑音量が予測できる。この
ため、先の演算で求めた雑音がその値より大きい場合、
それは２方向の信号変化が起こったとして雑音除去を中
止すればよい。
起こった場合、信号に混入した雑音がショット雑音とす
ると信号量に依存するので、雑音量が予測できる。この
ため、先の演算で求めた雑音がその値より大きい場合、
それは２方向の信号変化が起こったとして雑音除去を中
止すればよい。
【００２１】この回路例を図４に示し、動作を説明す
る。白黒用固体撮像素子１ａの出力信号に対し、２ａ、
３ａ、４で示した遅延回路により得られた３つの遅延信
号との差信号を求める。その差信号をさらに図中６のメ
ディアン値決定回路で選択し、雑音信号を求める。その
雑音信号が元の出力信号の値で決定される閾値より小さ
いときは雑音であるので、ゲイン可変回路９のゲインを
１とするが、閾値より大きいときは信号に変化が起こっ
ているためゲインを０とする。これにより、先に述べた
ような２方向への変化が起こった場合の雑音除去を中止
することになり、信号劣化を阻止することができる。
る。白黒用固体撮像素子１ａの出力信号に対し、２ａ、
３ａ、４で示した遅延回路により得られた３つの遅延信
号との差信号を求める。その差信号をさらに図中６のメ
ディアン値決定回路で選択し、雑音信号を求める。その
雑音信号が元の出力信号の値で決定される閾値より小さ
いときは雑音であるので、ゲイン可変回路９のゲインを
１とするが、閾値より大きいときは信号に変化が起こっ
ているためゲインを０とする。これにより、先に述べた
ような２方向への変化が起こった場合の雑音除去を中止
することになり、信号劣化を阻止することができる。
【００２２】また、ＣＣＤ単板カラービデオカメラにつ
いて、フィールド蓄積方式への適用を図５により説明す
る。フィールド蓄積モードのＣＣＤでは、フォトダイオ
ードに蓄えられた信号を垂直方向での隣接２画素の加算
を行い、かつテレビのインターレース動作に適合させる
ため、２つのフィールド間で加算の画素をずらし加算し
ている。その様子を図５（ａ）に示す。
いて、フィールド蓄積方式への適用を図５により説明す
る。フィールド蓄積モードのＣＣＤでは、フォトダイオ
ードに蓄えられた信号を垂直方向での隣接２画素の加算
を行い、かつテレビのインターレース動作に適合させる
ため、２つのフィールド間で加算の画素をずらし加算し
ている。その様子を図５（ａ）に示す。
【００２３】その結果、ＣＣＤの出力信号は、例えば第
１フィールドのｎラインでは、 （Ｍａ＋Ｙｅ）、（Ｇ＋Ｃｙ）、・・・ と垂直２画素の加算信号が水平２画素毎の繰返しで出力
される。
１フィールドのｎラインでは、 （Ｍａ＋Ｙｅ）、（Ｇ＋Ｃｙ）、・・・ と垂直２画素の加算信号が水平２画素毎の繰返しで出力
される。
【００２４】また、ｎライン以降の信号は、図５（ｂ）
のようになる。このため、同一信号となる画素の繰り返
し単位は白黒の場合と異なり、遅延信号として水平２画
素、垂直２ライン、時間軸１フィールドとなる。この方
式の回路例を図６に示す。なお、これらは、時間軸の遅
延信号を１フィールド遅延信号としたが、テレビに入力
する場合画像信号がインターレース走査のため、１フィ
ールド遅延信号では垂直軸方向の座標がわずかに移動し
誤差が生じる。座標上の位置を等しくするために、１フ
レーム遅延信号を用いても良い。
のようになる。このため、同一信号となる画素の繰り返
し単位は白黒の場合と異なり、遅延信号として水平２画
素、垂直２ライン、時間軸１フィールドとなる。この方
式の回路例を図６に示す。なお、これらは、時間軸の遅
延信号を１フィールド遅延信号としたが、テレビに入力
する場合画像信号がインターレース走査のため、１フィ
ールド遅延信号では垂直軸方向の座標がわずかに移動し
誤差が生じる。座標上の位置を等しくするために、１フ
レーム遅延信号を用いても良い。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、雑音処理を信号の相関
性の高い画素間で行うので、解像度を劣化させることな
く雑音除去が可能となり、小型ＣＣＤエリアイメージャ
を用いたビデオカメラの画質向上が図れる。
性の高い画素間で行うので、解像度を劣化させることな
く雑音除去が可能となり、小型ＣＣＤエリアイメージャ
を用いたビデオカメラの画質向上が図れる。
【図１】ＣＣＤ白黒ビデオカメラの信号処理回路の原理
的な構成を示す図である。
的な構成を示す図である。
【図２】ＣＣＤの画素配置を示す図である。
【図３】ＣＣＤの解像できる周波数空間を示す図であ
る。
る。
【図４】原信号により雑音量を予測し、雑音抑制による
信号劣化を抑える信号処理回路の原理的な構成を示す図
である。
信号劣化を抑える信号処理回路の原理的な構成を示す図
である。
【図５】ＣＣＤのカラーフィルタ配置および出力信号を
示す図である。
示す図である。
【図６】ＣＣＤカラービデオカメラの信号処理回路の原
理的な構成を示す図である。
理的な構成を示す図である。
１ａ 白黒用固体撮像素子 １ｂ カラー用固体撮像素子 ２ａ １画素遅延素子 ２ｂ ２画素遅延素子 ３ａ １ライン遅延素子 ３ｂ ２ライン遅延素子 ４ １フィールド遅延素子 ５ 減算回路 ６ メディアン値決定回路 ８ 白黒カメラプロセス回路 ９ ゲイン可変回路 １０ 輝度信号色差信号分離回路 １１ カラーカメラプロセス回路 １２ 画素 １３ 水平方向解像領域 １４ 垂直方向解像領域 １５ 時間軸方向解像領域
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04N 5/14 - 5/217
Claims (5)
- 【請求項１】 ２次元に画素を配置した固体撮像素子を
用いたビデオカメラにおいて、 画素に対応した固体撮像素子の出力信号に関し、水平方
向および垂直方向および時間軸方向の遅延信号との差信
号を求め、それらの差信号の中間値の信号により、該画
素信号に混入した雑音成分を除去することを特徴とする
信号処理回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の信号処理回路において、 雑音除去の信号を該画素信号により制御することを特徴
とする信号処理回路。 - 【請求項３】 請求項１記載の信号処理回路において、 遅延信号を水平１画素、垂直１ライン、時間軸１フィー
ルド遅延信号とすることを特徴とする白黒ビデオカメラ
用信号処理回路。 - 【請求項４】 請求項１記載の信号処理回路において、 遅延信号を水平２画素、垂直２ライン、時間軸１フィー
ルド遅延信号とすることを特徴とするカラービデオカメ
ラ用信号処理回路。 - 【請求項５】 請求項３及び請求項４記載の信号処理回
路において、 時間軸の遅延信号を１フレーム遅延信号とすることを特
徴とする信号処理回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4331625A JP2816071B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | Ｃｃｄビデオカメラの雑音除去用信号処理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4331625A JP2816071B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | Ｃｃｄビデオカメラの雑音除去用信号処理回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06178166A JPH06178166A (ja) | 1994-06-24 |
| JP2816071B2 true JP2816071B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=18245753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4331625A Expired - Fee Related JP2816071B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | Ｃｃｄビデオカメラの雑音除去用信号処理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2816071B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5052189B2 (ja) * | 2007-04-13 | 2012-10-17 | オリンパス株式会社 | 映像処理装置及び映像処理プログラム |
-
1992
- 1992-12-11 JP JP4331625A patent/JP2816071B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06178166A (ja) | 1994-06-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |