JP2942460B2 - 画像処理装置 - Google Patents

画像処理装置

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JP2942460B2
JP2942460B2 JP6148816A JP14881694A JP2942460B2 JP 2942460 B2 JP2942460 B2 JP 2942460B2 JP 6148816 A JP6148816 A JP 6148816A JP 14881694 A JP14881694 A JP 14881694A JP 2942460 B2 JP2942460 B2 JP 2942460B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像のエッジのボケを
抑えてノイズを除去する画像処理方法及び画像処理装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の画像のノイズを除去するのに使わ
れている画像処理方法について以下に説明する。 [1]平滑化方法 原画像の着目画素の輝度を、それを中心とするウィンド
ウの中の画素の輝度の平均で置き換える。いま、原画像
をf(i,j)、ウィンドウを一辺(2n+1)の正方形と
し、出力画像をg(i,j)、平均のための重み係数をh(k,l)
とすれば、
【0003】
【数1】
【0004】となる。
【0005】重み係数h(k,l)は、次式を満たす。
【0006】
【数2】
【0007】図5は一辺3(n=1)のときの例であ
る。○は画素を、その中の数字は輝度を表す。原画像に
おいてウィンドウ内の中心の画素が着目画素で、それに
対応する出力画素の輝度はウィンドウ内の原画素の輝度
に重み係数を掛けたものの和を四捨五入したものになっ
ている。
【0008】[2]エッジ保存平滑化方法 原画像f(i,j)において、図6のような9つのウィンドウ
内の画素の分散を求め、この分散が最も小さいウィンド
ウ内の原画素の平均値を出力画素g(i,j)とする。 この
フィルタのアルゴリズムは次のような考えに基づいてい
る。エッジがウィンドウ内に含まれているとすると、分
散は大きくなり、逆に最も分散の小さいウィンドウには
エッジが含まれていないと考えられる。そこで、最も分
散の小さいウィンドウ内の画素を平滑化することによ
り、エッジのぼけを防ぐ。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のノイズ除去のた
めの画像処理方法は、中間調画像の性質を生かしていな
いため、画像情報として重要なエッジの処理が十分では
なかった。このことを数式と実験例を用いて説明する。
中間調画像の性質を見るために、図7にSIDBA(標
準画像データベース、Standard Image Data-Base)のgi
rl(512×512ドット、一画素8ビット)の横軸をある直
線上の画素位置(上から351番目の画素列)、縦軸に輝
度をとったグラフを示す。図7を見ると判るように1画
素の単位で輝度が変化している。しかし、画像情報とし
て重要なのは数画素単位の大きな変化であり、細かい変
化は返って目障りなもので、ノイズとみなされる。そこ
で、画像の大きな変化を残し、細かい変化を取り除くこ
とを考える。
【0010】着目画素を原点とした座標軸をrとし、画
素の位置をri、輝度をfiとすれば、次式が成り立つ。 fi = a+bri+c(ri) (3) 図8はrとfの関係のグラフである。画像の階調数をRと
している。ここで、c(r)を次式が成り立つようにしても
一般性は失わない。 E[c(ri)]= 0 (4) ただし、E[x]はxの平均を表す。輝度変化を(3)式のよ
うに表すと、c(r)をノイズと見なせ、理想的にはノイズ
をとった輝度は次式のようになる。 fi = a+bri (5) 以上の議論に従えば、画像処理によりノイズを除去する
ことはa+briの推定値を求めることに帰着される。統計
学において、aとbの値の推定値α、βを回帰係数と言
い、 f=α+βr (6) をfのrへの回帰直線と言う。回帰係数の求めかたにはい
ろいろあるが、c(ri)が正規分布に従うとしたとき、最
も信頼性のある求めかたは最小2乗法と言われる次式を
最小にするα、βを求めることである。 Se = Σc(ri)2 = Σ[f-α-βri]2 (7) 従って、
【0011】
【数8】
【0012】
【数9】
【0013】より、 β = Σ(fi-fc)・(ri-rc)/Σ(ri-rc)2 (10) α = fc-β・rc (11) ここで、 fc = E[fi] (12) rc = E[ri] (13) 以上より、着目画素r=0でのノイズを除去した輝度は f0 = E[fi] - E[ri]Σ(fi-fc)・(ri-rc)/Σ(ri-rc)2 (14) となる。
【0014】ところが、従来の技術である平滑化、エッ
ジ保存平滑化方法においては、出力画素f0は原画像の平
均値であるので、 f0 = E[fi] (15) 上式と(11)、(12)式より、 α = fc (16) β = 0 (17) となる。つまり輝度の傾きを考慮にいれていない。その
ためにノイズ除去と同時に、エッジなどの輝度の大きな
変化を保存できない。このことを図9の一次元画像を使
って示す。図9において、(a)は回帰直線を用いた方
法、(b)は平滑化、(c)はエッジ保存平滑化を表
す。エッジは輝度の傾斜が変化するところであるので、
(a)の様にそこにちょうど着目画素がきても、2つの
回帰直線によって原画像が近似されるので、出力画素の
輝度を(α1+α2)/2とすれば、エッジが保存でき
る。これに対して(b)の平滑化では、着目画素の輝度
α3は原画像より小さくなっており、このことはエッジ
がぼけたことに対応する。(c)のエッジ保存平滑化で
は、ウィンドウが複数あり場所によって使われるウィン
ドウが不連続に変わるので、出力画像が安定しない。
(c)では分散の小さい方のα5が出力画素の輝度にな
る。では、実際の画像に従来の方法を適用したらどうな
るかをみてみる。
【0015】SIDBAの標準画像girl(512×512ドッ
ト、一画素8ビット)を原画像として、平滑化(3×3
ウィンドウ、重み係数(a))とエッジ保存平滑化を行っ
た。
【0016】画像の性質を示すために、図10、図11
にそれぞれ平滑化よる画像、エッジ保存平滑化による画
像の横軸をある直線上の画素位置(上から351番目の画
素列)、縦軸に輝度をとったものを示す。図を見てわか
るように、平滑化による画像は原画像に比べてノイズが
小さくなっているが、画素位置に対する輝度の変化がな
だらかになっており、エッジがぼけている。また、エッ
ジ保存平滑化による画像はノイズが小さくなっている
が、エッジが逆に強調され、画素位置に対する輝度変化
が階段状になっており、原画像と性質の異なる画像にな
ってしまっている。本発明は以上の点を鑑みなされたも
のであり、画像の輝度の傾きを考慮に入れ、回帰直線を
用いることにより、エッジをぼかさず、強調せず、原画
像の性質を保って、ノイズを除去することができる画像
処理方法および画像処理装置を提供することを目的とす
る。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の画像処理装置
は、画像のエッジをぼかさず、強調せずにノイズを除去
する装置であって、原画像の画像データを格納するため
の記憶手段と、該記憶手段から抽出した着目画素を原点
とした該着目画素を含む直線上の画素を用いて輝度の回
帰係数を求める回帰係数演算手段と、該回帰係数演算手
段から出力された複数の回帰係数の平均値を求める平均
値演算手段とを備え、該平均値演算手段において、前記
直線上の画素から求められた輝度の回帰係数の平均値に
基づいて画像のノイズ除去処理を行うものである。
【0018】
【作用】上記画像処理方法では、画像の輝度の回帰分析
に基づいて輝度の回帰係数が求められ、この回帰係数に
基づいて画像のノイズが除去される。また、上記画像処
理装置では、回帰係数演算手段が原画像から回帰係数を
求め、これに基づいて画像処理が行われて画像のノイズ
が除去される。また、平均値演算手段は前記回帰係数演
算手段により求められた複数の回帰係数の平均値を求
め、これを出力し、これに基づいて画像のノイズが除去
される。上記のように、本発明の画像処理方法及び画像
処理装置では、エッジをぼかさず、強調せず、原画像の
性質を保って、ノイズを除去する。
【0019】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図1に本発明による画像処理装置の一実
施例を示す。図1に示す本発明の一実施例である画像処
理装置は、ライン単位で入力される画像データを格納す
るためのラインバッファ1、ラインバッファ1に接続さ
れており、ラインバッファ1より抽出した着目画素を原
点とした直線rk(k=1,2,‥8)上の標本画素rk=rk,i(i=
0,1,‥‥m-1、mは正の整数)から回帰係数を求める回帰
係数演算部2のk(k=1,2,‥8)と、回帰係数演算部2の
k(k=1,2,‥8)より出力された複数の回帰係数の平均値
を求める平均値演算部3、平均値演算部3に接続されて
おり、平均値演算部3から出力される画素を格納するラ
インバッファ4から構成される。
【0020】次に、この画像処理装置の各部の動作を説
明する。先ず、回帰係数演算部2のk(k=1,2,‥8)につ
いて説明する。 <回帰係数演算部2のk(k=1,2,‥8)>図2の様に画像
のxy平面上の点(x,y)を原点とした8方向の座標軸rk
(k=1,2,‥8)をとる。rk軸とx軸とのなす角度θkは θk = kπ/4 (18) とする。回帰係数演算部はラインバッファ1に格納され
ている画像データから、8方向ともそれぞれm個の標本
画素rk=rk,i(i=0,1,‥‥m-1、mは正の整数)の輝度fk,i
から回帰直線を求め、8つの回帰係数αk(k=1,2,‥8)
を出力する。ここで、回帰直線fkkkrkの傾きβk
と切片αkは次の式で与えられる。
【0021】
【数19】
【0022】 αk=fk,c-βk・rk,c (20) ここで、
【0023】
【数21】
【0024】
【数22】
【0025】ただし、位置の単位は勝手に決められるの
で、標本画素の位置rk=rk,iを rk,i=i (i=0,1,‥‥m-1) (23) とすれば、標本画素数mが決まれば画素位置rk,iに関す
る演算は一意的に決まる。そこで、(24)式の様にCkを定
義する。
【0026】
【数24】
【0027】すると(20)式は次の様に変形できる。
【0028】
【数25】
【0029】従って、αkは輝度fk,i(i=0,1,‥,m-1)の
みの関数となるので、回帰係数演算部は入力がfk,i(i=
0,1,‥,m-1)のみで構成できる。(25)式をもとに構成し
た回帰係数演算部の一例を図3に示す。図3の回帰係数
演算部2のkは、ラインバッファ1に接続されており、
ラインバッファ1より抽出した着目画素を原点とした直
線rk上の標本画素rk=rk,i(i=0,1,‥m-1)の輝度fk,i(i=
0,1,‥m-1)の平均を求める平均値演算部5、ラインバッ
ファ1と平均値演算部5に接続されており輝度fk,i(i=
0,1,‥m-1)と平均値演算部5から出力された平均輝度
fk,cの差を計算し出力する減算部6、減算部6とメモリ
8に接続されておりメモリに格納されている重み係数Ci
と輝度と平均輝度との差fk,i-fk,cの内積を計算し出力
する内積演算部7、内積演算部7に接続され重み係数Ci
を格納しており内積演算部に供給するメモリ8、平均値
演算部5と内積演算部7に接続されており輝度から内積
を引いた値を回帰係数αiとして出力する減算部9から
構成される。
【0030】次に、平均値演算部3について説明する。 <平均値演算部3>平均値演算部3は回帰係数演算部2
のk(k=1,2,‥8)から出力されたαk(k=1,2,‥8)を使
って出力画素g(x,y)を計算し、出力してラインバッファ
4に蓄える。式で表すと、
【0031】
【数26】
【0032】となる。本実施例の画像処理装置による処
理画像(標本画素数m=4のとき)の輝度のグラフを図4
に示す。平滑化やエッジ保存平滑化による画像にくらべ
て、エッジなど、原画像の性質を保存し、かつノイズが
除去されていることが判る。
【0033】
【発明の効果】本発明の画像処理装置は、原画像の画像
データを格納するための記憶手段と、該記憶手段から抽
出した着目画素を原点とした該着目画素を含む直線上の
画素を用いて輝度の回帰係数を求める回帰係数演算手段
と、該回帰係数演算手段から出力された複数の回帰係数
の平均値を求める平均値演算手段とを備え、該平均値演
算手段によって求められた輝度の回帰係数の平均値に基
づいて画像のノイズを除去するものであるため、画像処
理の際、エッジがぼかされず、しかもエッジが強調され
ることなく、また、高い精度のノイズ除去が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である画像処理装置のブロッ
ク図である。
【図2】図1の画像処理装置の動作を説明するための座
標軸rk上の着目画素と標本画素の関係を示した説明図で
ある。
【図3】図1に示した画像処理装置における回帰係数演
算部のブロック図である。
【図4】本発明による画像処理画像の輝度と画素位置の
関係を示したグラフである。
【図5】従来の平滑化方法を説明するための説明図であ
る。
【図6】従来のエッジ保存平滑化方法を説明するための
ウィンドウの説明図である。
【図7】原画像の画素位置と輝度の関係を示したグラフ
である。
【図8】画像を直線で近似したときの数式とグラフの対
応を関係を示した図である。
【図9】本発明と従来の方法の原理の数式とグラフの対
応を示した図である。
【図10】従来の平滑化方法による画像の輝度と画素位
置の関係を示したグラフである。
【図11】従来のエッジ保存平滑化方法による画像の輝
度と画素の位置の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
1、4 ラインバッファ 2の1〜2の8 回帰係数演算部 3、5 平均値演算部 6、9 減算部 7 内積演算部 8 メモリ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像のノイズを除去する画像処理装置で
    あって、原画像の画像データを格納するための記憶手段
    と、該記憶手段から抽出した着目画素を原点とした該着
    目画素を含む直線上の画素を用いて輝度の回帰係数を求
    める回帰係数演算手段と、該回帰係数演算手段から出力
    された複数の回帰係数の平均値を求める平均値演算手段
    とを備え、 該平均値演算手段において、前記直線上の画素から求め
    られた輝度の回帰係数の平均値に基づいて画像のノイズ
    除去処理を行うことを特徴とした画像処理装置
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