JP3943762B2 - ノイズ低減装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば画像信号などのノイズを低減させるためのノイズ低減装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデジタル信号処理技術の進歩は、映像分野に大きな発展をもたらしている。デジタルビデオカメラや、デジタルスチルカメラなどでは、デジタル記録媒体の出現で、パソコンなどに画像データを記録し、編集し、加工することが容易にかつ高画質にできるような環境となってきた。
【０００３】
一方、ＣＣＤの製造技術も確実に進歩しており、静止画用途では民生用のものでも１００万画素を越えるものが出てきた。さらに、ＣＣＤ自体の小型化も進んでおり、ビデオカメラではほとんどのものが４分の１インチのＣＣＤを採用している。
【０００４】
こういった状況の中では、ＣＣＤの感度の低下を改善するためにノイズの低減を信号処理で行うことが重要な技術となってきている。特に、非線形処理を用いたフィルタリングによる特異点除去は、簡単な回路構成でノイズの低減が実現できる点で非常に有利である。
【０００５】
図３は、従来の特異点除去型ノイズ低減装置の例を示した図である。この例では、特異点除去に水平方向のメディアンフィルタを用いている。
【０００６】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓは、メディアンフィルタ５０１に入力される。メディアンフィルタ５０１では、遅延手段５１１，５１２，５１３，５１４によって水平５画素分の原信号を参照し、比較手段５１５によって５画素のうちの中央値を取るものを検出し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【０００７】
メディアンフィルタを通したノイズ除去後の信号Ｓ’は、図４Ｂに示すように特異点が除去されることによりノイズ成分が低減され、且つエッジ成分は保存されて出力されるので、このフィルタはノイズの多い画像に対するノイズ低減に有効な手段である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例では、ノイズの低減は実現できるものの、画像をモニタなどに映してみると、本来画像が持ち合わせていた高周波成分も必要以上に低減されてしまい、のっペりとして質感が失われたり、解像感が損なわれてしまうという問題点があった。
【０００９】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な回路構成で、撮影状況に合わせたノイズ低減と解像感の確保された高画質な画像を提供することができるノイズ低減装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記合成比制御信号ｋは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、倍率が高いほど前記参照画像信号Ｓ２の混合比を増すように制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特性制御信号ｐは、低照度下で撮影する時にＣＣＤの出力を増幅するように動作する自動利得制御（ＡＧＣ）回路に送られる利得制御信号に応じて、利得が高いほど前記参照画素範囲を広げるように制御することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特性制御信号ｐは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、倍率が高いほど前記参照画素範囲を広げるように制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特性制御信号ｐは、画像信号の各色毎に独立に制御可能であり、ホワイトバランス処理で利得を高くする色には前記参照画素範囲を広げるように、低くする色には前記参照画素範囲を狭めるように制御することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、前記特性制御信号ｐは、低照度下で撮影する時にＣＣＤの出力を増幅するように動作する自動利得制御（ＡＧＣ）回路に送られる利得制御信号に応じて、利得が高いほどコアリング範囲を広げるように制御することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、前記特性制御信号ｐは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、倍率が高いほどコアリング範囲を広げるように制御することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、前記特性制御信号ｐは、画像信号の各色毎に独立に制御可能であり、ホワイトバランス処理で利得を高くする色にはコアリング範囲を広げるように、低くする色にはコアリング範囲を狭めるように制御することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のノイズ低減装置の第１の実施形態の構成を示す図である。これは特異点除去手段に水平５タップのフィルタを用いた例である。
【００３９】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓ１は、フィルタ１に入力される。フィルタ１では、遅延手段１１，１２，１３，１４によって水平５画素分の原信号を参照し、フィルタ回路１５によって、メディアンであれば５画素のうちの中央値を取るものを検出し、平均値であれば５画素の平均値を取り、図４Ｅに示すようなノイズ除去後の参照信号Ｓ２として出力する。
【００４０】
原信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２は、合成回路２に入力される。合成回路２は減算器２１、乗算器２２、加算器２３からなっており、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝Ｓ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）
を一つの乗算器で実現できるように変形した
Ｓ’＝（Ｓ１−Ｓ２）・ｋ＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【００４１】
なお、この合成回路２については、上記式に縛られるものではなく、例えば図２４に示すような減算器２１、図２３のような作用をするコアリング回路２２、加算器２３を利用したものに置き換えることも当然可能である。
【００４２】
この場合、原信号Ｓ１と参照信号Ｓ２は、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝ｆ｛（Ｓ１−Ｓ２），ｋ｝＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。ここでｆ｛ａ，ｂ｝はコアリング関数を示す。
【００４３】
合成制御係数ｋは、係数発生器３によって発生する。係数発生器３の例を図１５及び図１６に示す。
【００４４】
図１５は、ある一つの撮影条件を元に合成制御係数ｋを発生する回路である。
ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００４５】
係数発生回路３００は、図５，図６，図７，図８，図９に示すように、各撮影状況に合せてｋの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００４６】
図１６は、複数の撮影条件を元に合成制御係数ｋを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００４７】
係数発生回路３００，３０１，３０２，３０３，３０４は、図５，図６，図７，図８，図９に示すように、各撮影状況に併せてそれぞれの条件によるｋの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００４８】
また、係数発生回路３０５は、色判別信号により、広帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分を多く含んでいると判断してｋの値を大きくし、狭帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分はノイズにあたると判断してｋの値を小さくする。
【００４９】
各撮影条件の抽出は、図２１に示すようなカメラの構成でその例を示す。
【００５０】
レンズ５１、アイリス５２を通過してＣＣＤ５３上で結像した被写体像は光電変換されて画像信号となり、ＣＤＳ回路５４、ＡＧＣ回路５５、Ａ／Ｄ変換器５６を通り、デジタル信号に変換されて、カメラ信号処理回路５７に入力される。
【００５１】
カメラ信号処理回路５７の内部では、色分離、ホワイトバランス、輪郭強調、ガンマ補正などの処理が施される。
【００５２】
そして、カメラ信号処理回路５７の出力信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、ノイズ低減回路５８に入力される。
【００５３】
このとき、カメラ信号処理回路５７では、輪郭強調用のフィルタを利用して画像の高周波成分解析を行い、その値Ｒｑをノイズ低減回路５８に入力する。
【００５４】
また、カメラ信号処理回路５７では、ホワイトバランスを取った時に利用した各色信号のホワイトバランス係数Ｒｗｂをノイズ低減回路５８に入力する。
【００５５】
また、カメラ信号処理回路５７からの輝度信号出力が入力される特徴抽出回路６０では、テクスチャマッチングや近隣画素の相関値を利用して画像の平坦さを数値で表し、その値Ｒｃｖをノイズ低減回路５８に入力する。
【００５６】
また、輝度レベル抽出回路５９は、画像の輝度レベルを監視してアイリス５２の調整を行う他に、アイリス５２が開放となっても輝度レベルが下がっていくような低照度の撮影時にＡＧＣ５５を制御して明るさを確保する。この時の利得係数Ｒａｇｃをノイズ低減回路５８に入力する。
【００５７】
また、ズームレバー６１などの操作によって画像に電子的な補間操作によるズーミングがなされた時に、その時の拡大率Ｒｚがノイズ低減回路５８に入力される。
【００５８】
このようにして、ノイズ低減回路に撮影状況が常に送られている。
【００５９】
これら複数の条件からそれぞれ得られたｋhq，ｋwb，ｋq，ｋz，ｋcv，ｋcdは、ｋ決定回路３０６に入力される。
【００６０】
ｋ決定回路３０６は、複数のｋに重み付けを施し、最終的なｋを出力する。ここでの重み付け処理は、例えば
ｋ＝ａ・ｋhq＋ｂ・ｋwb＋ｃ・ｋq＋ｄ・ｋz＋ｅ・ｋcv＋ｆ・ｋcd
のようなものである。
【００６１】
こうして合成された信号は、ノイズ除去後の信号Ｓ２と、高周波成分をもつ原信号Ｓ１とを撮影状況に応じて好適に混合しているため、図４Ｃに示すようにノイズ成分を低減し且つ高周波成分は保存されるので、ノイズの多い画像に対して好適にノイズ低減が図られる。
【００６２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を以下に記述する。
【００６３】
図１９は、第２の実施形態のノイズ低減装置の構成を示す図である。これは特異点除去手段に水平３タップ、水平５タップの２種類のフィルタを用いた例である。
【００６４】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓ１は、フィルタ１０１に入力される。フィルタ１０１では、遅延手段１１１，１１２，１１３，１１４によって水平５画素分の原信号を参照し、フィルタ回路１１５によって、メディアンであれば５画素のうちの中央値を取るものを検出し、平均値であれば５画素の平均値を取り、フィルタ回路１１６によって、メディアンであれば３画素のうちの中央値を取るものを検出し、平均値であれば３画素の平均値を取り、それぞれ図４Ｅ、図４Ｂに示すようなノイズ除去後の参照信号を出力する。
【００６５】
選択回路１１７には、２つの参照信号及び選択制御信号ｐが入力され、選択制御信号ｐに従って２つの参照信号のいずれかを選択し、Ｓ２として出力する。
【００６６】
原信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２は、合成回路１０２に入力される。合成回路１０２は減算器１２１、乗算器１２２、加算器１２３からなっており、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝Ｓ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）
を一つの乗算器で実現できるように変形した
Ｓ’＝（Ｓ１−Ｓ２）・ｋ＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【００６７】
なお、この合成回路１０２については、上記式に縛られるものではなく、例えば図２４に示すような減算器２１、図２３のような作用をするコアリング回路２２、加算器２３を利用したものに置き換えることも当然可能である。
【００６８】
この場合、原信号Ｓ１と参照信号Ｓ２は、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝ｆ｛（Ｓ１−Ｓ２），ｋ｝＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。ここでｆ｛ａ，ｂ｝はコアリング関数を示す。
【００６９】
選択制御係数ｐは、係数発生器１０４によって発生する。係数発生器１０４の例を図１７及び図１８に示す。
【００７０】
図１７は、ある一つの撮影条件を元に選択制御係数ｐを発生する回路である。
ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００７１】
係数発生回路４００は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に併せてｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００７２】
図１８は、複数の撮影条件を元に選択制御係数ｐを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００７３】
係数発生回路４００，４０１，４０２，４０３，４０４は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に併せてそれぞれの条件によるｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００７４】
また、係数発生回路４０５は、色信号判別信号により、広帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分を多く含んでいると判断してｐの値を小さく（参照画素の少ない方の参照信号を選択）し、狭帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分はノイズにあたると判断してｐの値を大きく（参照画素の多い方の参照信号を選択）する。
【００７５】
各撮影条件の抽出は、図２１に示すようなカメラの構成でその例を示す。詳細については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【００７６】
これら複数の条件からそれぞれ得られたｐhq，ｐwb，ｐq，ｐz，ｐcv，ｐcdは、ｐ決定回路４０６に入力される。
【００７７】
ｐ決定回路４０６は、複数のｐに重み付けを施し、最終的なｐを出力する。ここでの重み付け処理は、例えば
ｐ＝ａ・ｐhq＋ｂ・ｐwb＋ｃ・ｐq＋ｄ・ｐz＋ｅ・ｐcv＋ｆ・ｐcd
のようなものである。
【００７８】
合成制御係数ｋは、係数発生器３によって発生する。係数発生器３の例を図１５及び図１６に示す。
【００７９】
係数発生回路３の動作、撮影条件の組成については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【００８０】
こうして合成された信号は、ノイズ除去後の信号Ｓ２と、高周波成分をもつ原信号Ｓ１とを撮影状況に応じて好適に混合しているため、図４Ｃに示すようにノイズ成分を低減し且つ高周波成分は保存されるので、ノイズの多い画像に対して好適にノイズ低減が図られる。
【００８１】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を以下に記述する。図２は、第３の実施形態のノイズ低減装置の構成を示す図である。これは特異点除去手段に水平・垂直に各５タップ計２５タップの空間フィルタを用いた例である。
【００８２】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓ１は、フィルタ２０１に入力される。フィルタ２０１には、水平・垂直方向の遅延手段が用意されており、空間フィルタの構成となっている。
【００８３】
遅延手段６１０，６２０，６３０，６４０は垂直４走査線分の原信号を遅延し、遅延手段６１１〜６１４、６２１〜６２４、６３１〜６３４、６４１〜６４４はそれぞれ水平５画素分の原信号を参照し、遅延手段６０１〜６０４による原信号の水平５画素分の参照画素を加えて、計２５画素分の参照画素を抽出して、比較回路２１５に入力する。
【００８４】
比較回路２１５は、参照範囲制御信号ｐによって示される参照範囲内にある画素データのみを選択し、メディアンであればそのうちの中央値を取るものを検出し、平均値であれば平均値を取り、図４Ｅに示すようなノイズ除去後の参照信号Ｓ２として出力する。
【００８５】
原信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２は、合成回路２０２に入力される。合成回路２０２は減算器２２１、乗算器２２２、加算器２２３からなっており、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝Ｓ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）
を一つの乗算器で実現できるように変形した
Ｓ’＝（Ｓ１−Ｓ２）・ｋ＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【００８６】
なお、この合成回路２０２については、上記式に縛られるものではなく、例えば図２４に示すような減算器２１、図２３のような作用をするコアリング回路２２、加算器２３を利用したものに置き換えることも当然可能である。
【００８７】
この場合、原信号Ｓ１と参照信号Ｓ２は、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝ｆ｛（Ｓ１−Ｓ２），ｋ｝＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。ここでｆ｛ａ，ｂ｝はコアリング関数を示す。
【００８８】
選択範囲制御係数ｐは、係数発生器２０４によって発生する。係数発生器２０４の例を図１７及び図１８に示す。
【００８９】
図１７は、ある一つの撮影条件を元に選択範囲制御係数ｐを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００９０】
係数発生回路４００は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に併せてｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００９１】
図１８は、複数の撮影条件を元に選択範囲制御係数ｐを発生する回路である。
ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００９２】
係数発生回路４００，４０１，４０２，４０３，４０４は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に合せてそれぞれの条件によるｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００９３】
また、係数発生回路４０５は、色信号判別信号により、広帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分を多く含んでいると判断してｐの値を小さくし、狭帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分はノイズにあたると判断してｐの値を大きくする。
【００９４】
各撮影条件の抽出は、図２１に示すようなカメラの構成でその例を示す。詳細については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【００９５】
これら複数の条件からそれぞれ得られたｐhq，ｐwb，ｐq，ｐz，ｐcv，ｐcdは、ｐ決定回路４０６に入力される。
【００９６】
ｐ決定回路４０６は、複数のｐに重み付けを施し、最終的なｐを出力する。ここでの重み付け処理は、例えば
ｐ＝ａ・Ｐhq＋ｂ・Ｐwb＋ｃ・Ｐq＋ｄ・Ｐz＋ｅ・Ｐcv＋ｆ・Ｐcd
のようなものである。
【００９７】
合成制御係数ｋは、係数発生器３によって発生する。係数発生器３の例を図１５及び図１６に示す。
【００９８】
係数発生回路３の動作、撮影条件の組成については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【００９９】
こうして合成された信号は、空間フィルタを通したノイズ除去後の信号Ｓ２と、高周波成分をもつ原信号Ｓ１とを撮影状況に応じて好適に混合しているため、図４Ｃに示すようにノイズ成分を低減し且つ高周波成分は保存されるので、ノイズの多い画像に対して好適にノイズ低減が図られる。
【０１００】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を以下に記述する。図２０は、第４の実施形態のノイズ低減装置の構成を示す図である。これは特異点除去手段に平均値フィルタとコアリング回路を用いた例である。
【０１０１】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓ１は、フィルタ７０１に入力される。フィルタ７０１では、遅延手段７１１，７１２，７１３，７１４によって水平５画素分の原信号を参照し、フィルタ回路７１５によって、５画素の平均値とコアリング処理により、図４Ｄに示すようなノイズ除去後の参照信号Ｓ２として出力する。
【０１０２】
原信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２は、合成回路７０２に入力される。合成回路７０２は減算器７２１、乗算器７２２、加算器７２３からなっており、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝Ｓ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）
を一つの乗算器で実現できるように変形した
Ｓ’＝（Ｓ１−Ｓ２）・ｋ＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【０１０３】
なお、この合成回路７０２については、上記式に縛られるものではなく、例えば図２４に示すような減算器２１、図２３のような作用をするコアリング回路２２、加算器２３を利用したものに置き換えることも当然可能である。
【０１０４】
この場合、原信号Ｓ１と参照信号Ｓ２は、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝ｆ｛（Ｓ１−Ｓ２），ｋ｝＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。ここでｆ｛ａ，ｂ｝はコアリング関数を示す。
【０１０５】
図２２は、本実施形態のフィルタ回路７１５の例である。参照画素信号Ｄ１〜Ｄ５はまず平均値算出器８５１に入力され、その平均値が出力される。
【０１０６】
減算器８５２は、参照画素のうち中心に位置するＤ３と平均値との差分を取り、その結果をコアリング回路８５３に入力する。
【０１０７】
コアリング回路８５３では、コアリング範囲制御係数ｐに従って、図２３のような特性のコアリング処理を行い、その結果を加算器８５４にて平均値と加算することによって、特異点除去を行う。
【０１０８】
コアリング範囲制御係数ｐは、係数発生器７０４によって発生する。係数発生器７０４の例を図１７及び図１８に示す。
【０１０９】
図１７は、ある一つの撮影条件を元にコアリング範囲制御係数ｐを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【０１１０】
係数発生回路４００は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に合せてｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【０１１１】
図１８は、複数の撮影条件を元にコアリング範囲制御係数ｐを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【０１１２】
係数発生回路４００，４０１，４０２，４０３，４０４は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に合せてそれぞれの条件によるｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【０１１３】
また、係数発生回路４０５は、色信号判別信号により、広帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分を多く含んでいると判断してｐの値を小さくし、狭帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分はノイズにあたると判断してｐの値を大きくする。
【０１１４】
これら複数の条件からそれぞれ得られたｐhq，ｐwb，ｐq，ｐz，ｐcv，ｐcdは、ｐ決定回路４０６に入力される。
【０１１５】
ｐ決定回路４０６は、複数のｐに重み付けを施し、最終的なｐを出力する。ここでの重み付け処理は、例えば
ｐ＝ａ・ｐhq＋ｂ・ｐwb＋ｃ・ｐq＋ｄ・ｐz＋ｅ・ｐcv＋ｆ・ｐcd
のようなものである。
【０１１６】
合成制御係数ｋは、係数発生器３によって発生する。係数発生器３の例を図１５及び図１６に示す。
【０１１７】
係数発生器３の動作、撮影条件の組成については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【０１１８】
こうして合成された信号は、ノイズ除去後の信号Ｓ２と、高周波成分をもつ原信号Ｓ１とを撮影状況に応じて好適に混合しているため、図４Ｃに示すようにノイズ成分を低減し且つ高周波成分は保存されるので、ノイズの多い画像に対して好適にノイズ低減がはかられる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、簡単な回路の追加によって、小規模なハードウェアで画像の撮影状況に好適なノイズ低減と高解像度との両立をはかることができる。
【０１２０】
また、撮影状況に応じたノイズ低減フィルタの特性制御を行うことで、より好適な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図３】従来例を示す図である。
【図４Ａ】ノイズを含んだ画像信号の例を示す図である。
【図４Ｂ】狭い参照画素範囲のメディアンフィルタで特異点除去された画像信号の例を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の各実施形態によりノイズ低減された画像信号の例を示す図である。
【図４Ｄ】平均値フィルタで特異点除去された画像信号の例を示す図である。
【図４Ｅ】広い参照画素範囲のメディアンフィルタで特異点除去された画像信号の例を示す図である。
【図５】高域信号量による合成比制御の例を示す図である。
【図６】特徴値による合成比制御の例を示す図である。
【図７】ＡＧＣ利得による合成比制御の例を示す図である。
【図８】電子ズーム倍率による合成比制御の例を示す図である。
【図９】ホワイトバランス利得による合成比制御の例を示す図である。
【図１０】高域信号量による特性制御の例を示す図である。
【図１１】特徴値による特性制御の例を示す図である。
【図１２】ＡＧＣ利得による特性制御の例を示す図である。
【図１３】電子ズーム倍率による特性制御の例を示す図である。
【図１４】ホワイトバランス利得による特性制御の例を示す図である。
【図１５】第１の合成比制御係数発生部の概念図を示す図である。
【図１６】第２の合成比制御係数発生部の概念図を示す図である。
【図１７】第１の特性制御係数発生部の概念図を示す図である。
【図１８】第２の特性制御係数発生部の概念図を示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図２１】カメラ全体の回路の例を示す図である。
【図２２】平均値フィルタとコアリングによる特異点抽出回路の例を示す図である。
【図２３】コアリングの特性を示す図である。
【図２４】コアリング回路を用いた合成回路の例を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば画像信号などのノイズを低減させるためのノイズ低減装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデジタル信号処理技術の進歩は、映像分野に大きな発展をもたらしている。デジタルビデオカメラや、デジタルスチルカメラなどでは、デジタル記録媒体の出現で、パソコンなどに画像データを記録し、編集し、加工することが容易にかつ高画質にできるような環境となってきた。
【０００３】
一方、ＣＣＤの製造技術も確実に進歩しており、静止画用途では民生用のものでも１００万画素を越えるものが出てきた。さらに、ＣＣＤ自体の小型化も進んでおり、ビデオカメラではほとんどのものが４分の１インチのＣＣＤを採用している。
【０００４】
こういった状況の中では、ＣＣＤの感度の低下を改善するためにノイズの低減を信号処理で行うことが重要な技術となってきている。特に、非線形処理を用いたフィルタリングによる特異点除去は、簡単な回路構成でノイズの低減が実現できる点で非常に有利である。
【０００５】
図３は、従来の特異点除去型ノイズ低減装置の例を示した図である。この例では、特異点除去に水平方向のメディアンフィルタを用いている。
【０００６】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓは、メディアンフィルタ５０１に入力される。メディアンフィルタ５０１では、遅延手段５１１，５１２，５１３，５１４によって水平５画素分の原信号を参照し、比較手段５１５によって５画素のうちの中央値を取るものを検出し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【０００７】
メディアンフィルタを通したノイズ除去後の信号Ｓ’は、図４Ｂに示すように特異点が除去されることによりノイズ成分が低減され、且つエッジ成分は保存されて出力されるので、このフィルタはノイズの多い画像に対するノイズ低減に有効な手段である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例では、ノイズの低減は実現できるものの、画像をモニタなどに映してみると、本来画像が持ち合わせていた高周波成分も必要以上に低減されてしまい、のっペりとして質感が失われたり、解像感が損なわれてしまうという問題点があった。
【０００９】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な回路構成で、撮影状況に合わせたノイズ低減と解像感の確保された高画質な画像を提供することができるノイズ低減装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記合成比制御信号ｋは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、倍率が高いほど前記参照画像信号Ｓ２の混合比を増すように制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特性制御信号ｐは、低照度下で撮影する時にＣＣＤの出力を増幅するように動作する自動利得制御（ＡＧＣ）回路に送られる利得制御信号に応じて、利得が高いほど前記参照画素範囲を広げるように制御することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特性制御信号ｐは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、倍率が高いほど前記参照画素範囲を広げるように制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特性制御信号ｐは、画像信号の各色毎に独立に制御可能であり、ホワイトバランス処理で利得を高くする色には前記参照画素範囲を広げるように、低くする色には前記参照画素範囲を狭めるように制御することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、前記特性制御信号ｐは、低照度下で撮影する時にＣＣＤの出力を増幅するように動作する自動利得制御（ＡＧＣ）回路に送られる利得制御信号に応じて、利得が高いほどコアリング範囲を広げるように制御することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、前記特性制御信号ｐは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、倍率が高いほどコアリング範囲を広げるように制御することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係わるノイズ低減装置は、入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、前記特性制御信号ｐは、画像信号の各色毎に独立に制御可能であり、ホワイトバランス処理で利得を高くする色にはコアリング範囲を広げるように、低くする色にはコアリング範囲を狭めるように制御することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のノイズ低減装置の第１の実施形態の構成を示す図である。これは特異点除去手段に水平５タップのフィルタを用いた例である。
【００３９】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓ１は、フィルタ１に入力される。フィルタ１では、遅延手段１１，１２，１３，１４によって水平５画素分の原信号を参照し、フィルタ回路１５によって、メディアンであれば５画素のうちの中央値を取るものを検出し、平均値であれば５画素の平均値を取り、図４Ｅに示すようなノイズ除去後の参照信号Ｓ２として出力する。
【００４０】
原信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２は、合成回路２に入力される。合成回路２は減算器２１、乗算器２２、加算器２３からなっており、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝Ｓ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）
を一つの乗算器で実現できるように変形した
Ｓ’＝（Ｓ１−Ｓ２）・ｋ＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【００４１】
なお、この合成回路２については、上記式に縛られるものではなく、例えば図２４に示すような減算器２１、図２３のような作用をするコアリング回路２２、加算器２３を利用したものに置き換えることも当然可能である。
【００４２】
この場合、原信号Ｓ１と参照信号Ｓ２は、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝ｆ｛（Ｓ１−Ｓ２），ｋ｝＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。ここでｆ｛ａ，ｂ｝はコアリング関数を示す。
【００４３】
合成制御係数ｋは、係数発生器３によって発生する。係数発生器３の例を図１５及び図１６に示す。
【００４４】
図１５は、ある一つの撮影条件を元に合成制御係数ｋを発生する回路である。
ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００４５】
係数発生回路３００は、図５，図６，図７，図８，図９に示すように、各撮影状況に合せてｋの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００４６】
図１６は、複数の撮影条件を元に合成制御係数ｋを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００４７】
係数発生回路３００，３０１，３０２，３０３，３０４は、図５，図６，図７，図８，図９に示すように、各撮影状況に併せてそれぞれの条件によるｋの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００４８】
また、係数発生回路３０５は、色判別信号により、広帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分を多く含んでいると判断してｋの値を大きくし、狭帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分はノイズにあたると判断してｋの値を小さくする。
【００４９】
各撮影条件の抽出は、図２１に示すようなカメラの構成でその例を示す。
【００５０】
レンズ５１、アイリス５２を通過してＣＣＤ５３上で結像した被写体像は光電変換されて画像信号となり、ＣＤＳ回路５４、ＡＧＣ回路５５、Ａ／Ｄ変換器５６を通り、デジタル信号に変換されて、カメラ信号処理回路５７に入力される。
【００５１】
カメラ信号処理回路５７の内部では、色分離、ホワイトバランス、輪郭強調、ガンマ補正などの処理が施される。
【００５２】
そして、カメラ信号処理回路５７の出力信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、ノイズ低減回路５８に入力される。
【００５３】
このとき、カメラ信号処理回路５７では、輪郭強調用のフィルタを利用して画像の高周波成分解析を行い、その値Ｒｑをノイズ低減回路５８に入力する。
【００５４】
また、カメラ信号処理回路５７では、ホワイトバランスを取った時に利用した各色信号のホワイトバランス係数Ｒｗｂをノイズ低減回路５８に入力する。
【００５５】
また、カメラ信号処理回路５７からの輝度信号出力が入力される特徴抽出回路６０では、テクスチャマッチングや近隣画素の相関値を利用して画像の平坦さを数値で表し、その値Ｒｃｖをノイズ低減回路５８に入力する。
【００５６】
また、輝度レベル抽出回路５９は、画像の輝度レベルを監視してアイリス５２の調整を行う他に、アイリス５２が開放となっても輝度レベルが下がっていくような低照度の撮影時にＡＧＣ５５を制御して明るさを確保する。この時の利得係数Ｒａｇｃをノイズ低減回路５８に入力する。
【００５７】
また、ズームレバー６１などの操作によって画像に電子的な補間操作によるズーミングがなされた時に、その時の拡大率Ｒｚがノイズ低減回路５８に入力される。
【００５８】
このようにして、ノイズ低減回路に撮影状況が常に送られている。
【００５９】
これら複数の条件からそれぞれ得られたｋhq，ｋwb，ｋq，ｋz，ｋcv，ｋcdは、ｋ決定回路３０６に入力される。
【００６０】
ｋ決定回路３０６は、複数のｋに重み付けを施し、最終的なｋを出力する。ここでの重み付け処理は、例えば
ｋ＝ａ・ｋhq＋ｂ・ｋwb＋ｃ・ｋq＋ｄ・ｋz＋ｅ・ｋcv＋ｆ・ｋcd
のようなものである。
【００６１】
こうして合成された信号は、ノイズ除去後の信号Ｓ２と、高周波成分をもつ原信号Ｓ１とを撮影状況に応じて好適に混合しているため、図４Ｃに示すようにノイズ成分を低減し且つ高周波成分は保存されるので、ノイズの多い画像に対して好適にノイズ低減が図られる。
【００６２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を以下に記述する。
【００６３】
図１９は、第２の実施形態のノイズ低減装置の構成を示す図である。これは特異点除去手段に水平３タップ、水平５タップの２種類のフィルタを用いた例である。
【００６４】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓ１は、フィルタ１０１に入力される。フィルタ１０１では、遅延手段１１１，１１２，１１３，１１４によって水平５画素分の原信号を参照し、フィルタ回路１１５によって、メディアンであれば５画素のうちの中央値を取るものを検出し、平均値であれば５画素の平均値を取り、フィルタ回路１１６によって、メディアンであれば３画素のうちの中央値を取るものを検出し、平均値であれば３画素の平均値を取り、それぞれ図４Ｅ、図４Ｂに示すようなノイズ除去後の参照信号を出力する。
【００６５】
選択回路１１７には、２つの参照信号及び選択制御信号ｐが入力され、選択制御信号ｐに従って２つの参照信号のいずれかを選択し、Ｓ２として出力する。
【００６６】
原信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２は、合成回路１０２に入力される。合成回路１０２は減算器１２１、乗算器１２２、加算器１２３からなっており、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝Ｓ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）
を一つの乗算器で実現できるように変形した
Ｓ’＝（Ｓ１−Ｓ２）・ｋ＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【００６７】
なお、この合成回路１０２については、上記式に縛られるものではなく、例えば図２４に示すような減算器２１、図２３のような作用をするコアリング回路２２、加算器２３を利用したものに置き換えることも当然可能である。
【００６８】
この場合、原信号Ｓ１と参照信号Ｓ２は、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝ｆ｛（Ｓ１−Ｓ２），ｋ｝＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。ここでｆ｛ａ，ｂ｝はコアリング関数を示す。
【００６９】
選択制御係数ｐは、係数発生器１０４によって発生する。係数発生器１０４の例を図１７及び図１８に示す。
【００７０】
図１７は、ある一つの撮影条件を元に選択制御係数ｐを発生する回路である。
ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００７１】
係数発生回路４００は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に併せてｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００７２】
図１８は、複数の撮影条件を元に選択制御係数ｐを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００７３】
係数発生回路４００，４０１，４０２，４０３，４０４は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に併せてそれぞれの条件によるｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００７４】
また、係数発生回路４０５は、色信号判別信号により、広帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分を多く含んでいると判断してｐの値を小さく（参照画素の少ない方の参照信号を選択）し、狭帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分はノイズにあたると判断してｐの値を大きく（参照画素の多い方の参照信号を選択）する。
【００７５】
各撮影条件の抽出は、図２１に示すようなカメラの構成でその例を示す。詳細については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【００７６】
これら複数の条件からそれぞれ得られたｐhq，ｐwb，ｐq，ｐz，ｐcv，ｐcdは、ｐ決定回路４０６に入力される。
【００７７】
ｐ決定回路４０６は、複数のｐに重み付けを施し、最終的なｐを出力する。ここでの重み付け処理は、例えば
ｐ＝ａ・ｐhq＋ｂ・ｐwb＋ｃ・ｐq＋ｄ・ｐz＋ｅ・ｐcv＋ｆ・ｐcd
のようなものである。
【００７８】
合成制御係数ｋは、係数発生器３によって発生する。係数発生器３の例を図１５及び図１６に示す。
【００７９】
係数発生回路３の動作、撮影条件の組成については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【００８０】
こうして合成された信号は、ノイズ除去後の信号Ｓ２と、高周波成分をもつ原信号Ｓ１とを撮影状況に応じて好適に混合しているため、図４Ｃに示すようにノイズ成分を低減し且つ高周波成分は保存されるので、ノイズの多い画像に対して好適にノイズ低減が図られる。
【００８１】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を以下に記述する。図２は、第３の実施形態のノイズ低減装置の構成を示す図である。これは特異点除去手段に水平・垂直に各５タップ計２５タップの空間フィルタを用いた例である。
【００８２】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓ１は、フィルタ２０１に入力される。フィルタ２０１には、水平・垂直方向の遅延手段が用意されており、空間フィルタの構成となっている。
【００８３】
遅延手段６１０，６２０，６３０，６４０は垂直４走査線分の原信号を遅延し、遅延手段６１１〜６１４、６２１〜６２４、６３１〜６３４、６４１〜６４４はそれぞれ水平５画素分の原信号を参照し、遅延手段６０１〜６０４による原信号の水平５画素分の参照画素を加えて、計２５画素分の参照画素を抽出して、比較回路２１５に入力する。
【００８４】
比較回路２１５は、参照範囲制御信号ｐによって示される参照範囲内にある画素データのみを選択し、メディアンであればそのうちの中央値を取るものを検出し、平均値であれば平均値を取り、図４Ｅに示すようなノイズ除去後の参照信号Ｓ２として出力する。
【００８５】
原信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２は、合成回路２０２に入力される。合成回路２０２は減算器２２１、乗算器２２２、加算器２２３からなっており、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝Ｓ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）
を一つの乗算器で実現できるように変形した
Ｓ’＝（Ｓ１−Ｓ２）・ｋ＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【００８６】
なお、この合成回路２０２については、上記式に縛られるものではなく、例えば図２４に示すような減算器２１、図２３のような作用をするコアリング回路２２、加算器２３を利用したものに置き換えることも当然可能である。
【００８７】
この場合、原信号Ｓ１と参照信号Ｓ２は、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝ｆ｛（Ｓ１−Ｓ２），ｋ｝＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。ここでｆ｛ａ，ｂ｝はコアリング関数を示す。
【００８８】
選択範囲制御係数ｐは、係数発生器２０４によって発生する。係数発生器２０４の例を図１７及び図１８に示す。
【００８９】
図１７は、ある一つの撮影条件を元に選択範囲制御係数ｐを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００９０】
係数発生回路４００は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に併せてｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００９１】
図１８は、複数の撮影条件を元に選択範囲制御係数ｐを発生する回路である。
ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【００９２】
係数発生回路４００，４０１，４０２，４０３，４０４は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に合せてそれぞれの条件によるｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【００９３】
また、係数発生回路４０５は、色信号判別信号により、広帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分を多く含んでいると判断してｐの値を小さくし、狭帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分はノイズにあたると判断してｐの値を大きくする。
【００９４】
各撮影条件の抽出は、図２１に示すようなカメラの構成でその例を示す。詳細については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【００９５】
これら複数の条件からそれぞれ得られたｐhq，ｐwb，ｐq，ｐz，ｐcv，ｐcdは、ｐ決定回路４０６に入力される。
【００９６】
ｐ決定回路４０６は、複数のｐに重み付けを施し、最終的なｐを出力する。ここでの重み付け処理は、例えば
ｐ＝ａ・Ｐhq＋ｂ・Ｐwb＋ｃ・Ｐq＋ｄ・Ｐz＋ｅ・Ｐcv＋ｆ・Ｐcd
のようなものである。
【００９７】
合成制御係数ｋは、係数発生器３によって発生する。係数発生器３の例を図１５及び図１６に示す。
【００９８】
係数発生回路３の動作、撮影条件の組成については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【００９９】
こうして合成された信号は、空間フィルタを通したノイズ除去後の信号Ｓ２と、高周波成分をもつ原信号Ｓ１とを撮影状況に応じて好適に混合しているため、図４Ｃに示すようにノイズ成分を低減し且つ高周波成分は保存されるので、ノイズの多い画像に対して好適にノイズ低減が図られる。
【０１００】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を以下に記述する。図２０は、第４の実施形態のノイズ低減装置の構成を示す図である。これは特異点除去手段に平均値フィルタとコアリング回路を用いた例である。
【０１０１】
図４Ａに示すようなノイズを含む原信号Ｓ１は、フィルタ７０１に入力される。フィルタ７０１では、遅延手段７１１，７１２，７１３，７１４によって水平５画素分の原信号を参照し、フィルタ回路７１５によって、５画素の平均値とコアリング処理により、図４Ｄに示すようなノイズ除去後の参照信号Ｓ２として出力する。
【０１０２】
原信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２は、合成回路７０２に入力される。合成回路７０２は減算器７２１、乗算器７２２、加算器７２３からなっており、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝Ｓ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）
を一つの乗算器で実現できるように変形した
Ｓ’＝（Ｓ１−Ｓ２）・ｋ＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。
【０１０３】
なお、この合成回路７０２については、上記式に縛られるものではなく、例えば図２４に示すような減算器２１、図２３のような作用をするコアリング回路２２、加算器２３を利用したものに置き換えることも当然可能である。
【０１０４】
この場合、原信号Ｓ１と参照信号Ｓ２は、合成制御係数ｋによって
Ｓ’＝ｆ｛（Ｓ１−Ｓ２），ｋ｝＋Ｓ２
の式に則って信号を合成し、ノイズ除去後の信号Ｓ’として出力する。ここでｆ｛ａ，ｂ｝はコアリング関数を示す。
【０１０５】
図２２は、本実施形態のフィルタ回路７１５の例である。参照画素信号Ｄ１〜Ｄ５はまず平均値算出器８５１に入力され、その平均値が出力される。
【０１０６】
減算器８５２は、参照画素のうち中心に位置するＤ３と平均値との差分を取り、その結果をコアリング回路８５３に入力する。
【０１０７】
コアリング回路８５３では、コアリング範囲制御係数ｐに従って、図２３のような特性のコアリング処理を行い、その結果を加算器８５４にて平均値と加算することによって、特異点除去を行う。
【０１０８】
コアリング範囲制御係数ｐは、係数発生器７０４によって発生する。係数発生器７０４の例を図１７及び図１８に示す。
【０１０９】
図１７は、ある一つの撮影条件を元にコアリング範囲制御係数ｐを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【０１１０】
係数発生回路４００は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に合せてｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【０１１１】
図１８は、複数の撮影条件を元にコアリング範囲制御係数ｐを発生する回路である。ここで挙げる条件とは、例えば高周波成分解析、テクスチャマッチングなどによる平坦画像としての特徴値、ＡＧＣ係数、電子ズーム倍率、ホワイトバランス利得、ＣＣＤの各色信号の判別信号などである。
【０１１２】
係数発生回路４００，４０１，４０２，４０３，４０４は、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４に示すように、各撮影状況に合せてそれぞれの条件によるｐの値を決定する。この部分の構成としては、テーブルによる参照或いは関数器など、ハードウェア規模の制約に従い決定付ければ良い。
【０１１３】
また、係数発生回路４０５は、色信号判別信号により、広帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分を多く含んでいると判断してｐの値を小さくし、狭帯域の輝度信号を生成する画素に対しては、高周波成分はノイズにあたると判断してｐの値を大きくする。
【０１１４】
これら複数の条件からそれぞれ得られたｐhq，ｐwb，ｐq，ｐz，ｐcv，ｐcdは、ｐ決定回路４０６に入力される。
【０１１５】
ｐ決定回路４０６は、複数のｐに重み付けを施し、最終的なｐを出力する。ここでの重み付け処理は、例えば
ｐ＝ａ・ｐhq＋ｂ・ｐwb＋ｃ・ｐq＋ｄ・ｐz＋ｅ・ｐcv＋ｆ・ｐcd
のようなものである。
【０１１６】
合成制御係数ｋは、係数発生器３によって発生する。係数発生器３の例を図１５及び図１６に示す。
【０１１７】
係数発生器３の動作、撮影条件の組成については、本発明の第１の実施形態と全く同一であるので省略する。
【０１１８】
こうして合成された信号は、ノイズ除去後の信号Ｓ２と、高周波成分をもつ原信号Ｓ１とを撮影状況に応じて好適に混合しているため、図４Ｃに示すようにノイズ成分を低減し且つ高周波成分は保存されるので、ノイズの多い画像に対して好適にノイズ低減がはかられる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、簡単な回路の追加によって、小規模なハードウェアで画像の撮影状況に好適なノイズ低減と高解像度との両立をはかることができる。
【０１２０】
また、撮影状況に応じたノイズ低減フィルタの特性制御を行うことで、より好適な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図３】従来例を示す図である。
【図４Ａ】ノイズを含んだ画像信号の例を示す図である。
【図４Ｂ】狭い参照画素範囲のメディアンフィルタで特異点除去された画像信号の例を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の各実施形態によりノイズ低減された画像信号の例を示す図である。
【図４Ｄ】平均値フィルタで特異点除去された画像信号の例を示す図である。
【図４Ｅ】広い参照画素範囲のメディアンフィルタで特異点除去された画像信号の例を示す図である。
【図５】高域信号量による合成比制御の例を示す図である。
【図６】特徴値による合成比制御の例を示す図である。
【図７】ＡＧＣ利得による合成比制御の例を示す図である。
【図８】電子ズーム倍率による合成比制御の例を示す図である。
【図９】ホワイトバランス利得による合成比制御の例を示す図である。
【図１０】高域信号量による特性制御の例を示す図である。
【図１１】特徴値による特性制御の例を示す図である。
【図１２】ＡＧＣ利得による特性制御の例を示す図である。
【図１３】電子ズーム倍率による特性制御の例を示す図である。
【図１４】ホワイトバランス利得による特性制御の例を示す図である。
【図１５】第１の合成比制御係数発生部の概念図を示す図である。
【図１６】第２の合成比制御係数発生部の概念図を示す図である。
【図１７】第１の特性制御係数発生部の概念図を示す図である。
【図１８】第２の特性制御係数発生部の概念図を示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図２１】カメラ全体の回路の例を示す図である。
【図２２】平均値フィルタとコアリングによる特異点抽出回路の例を示す図である。
【図２３】コアリングの特性を示す図である。
【図２４】コアリング回路を用いた合成回路の例を示す図である。
Claims (9)
- 入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、
原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、
前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、
前記合成比制御信号ｋは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、
倍率が高いほど前記参照画像信号Ｓ２の混合比を増すように制御することを特徴とするノイズ低減装置。 - 前記合成手段は、前記合成比制御信号ｋに基づいて前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２との合成信号Ｓ’をＳ１・ｋ＋Ｓ２・（１−ｋ）で表わされる式から合成して出力することを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
- 前記合成手段は、合成比制御信号ｋに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２との差分に対してｋの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することで合成信号Ｓ’を出力することを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
- 入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、
原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、
前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、
前記特性制御信号ｐは、低照度下で撮影する時にＣＣＤの出力を増幅するように動作する自動利得制御（ＡＧＣ）回路に送られる利得制御信号に応じて、利得が高いほど前記参照画素範囲を広げるように制御することを特徴とするノイズ低減装置。 - 入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、
原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、
前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、
前記特性制御信号ｐは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、倍率が高いほど前記参照画素範囲を広げるように制御することを特徴とするノイズ低減装置。 - 入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、
原画像信号Ｓ１とフィルタの参照画素範囲を設定する特性制御信号ｐが入力され、その設定された参照画素範囲に基づいて特異点を除去して参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、
前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、
前記特性制御信号ｐは、画像信号の各色毎に独立に制御可能であり、ホワイトバランス処理で利得を高くする色には前記参照画素範囲を広げるように、低くする色には前記参照画素範囲を狭めるように制御することを特徴とするノイズ低減装置。 - 入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、
原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、
前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、
前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、
前記特性制御信号ｐは、低照度下で撮影する時にＣＣＤの出力を増幅するように動作する自動利得制御（ＡＧＣ）回路に送られる利得制御信号に応じて、利得が高いほどコアリング範囲を広げるように制御することを特徴とするノイズ低減装置。 - 入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、
原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、
前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、
前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、
前記特性制御信号ｐは、電子ズーム制御手段によって出力される倍率係数に応じて、倍率が高いほどコアリング範囲を広げるように制御することを特徴とするノイズ低減装置。 - 入力信号に対して周辺画素を含めた複数の画素内の特異点を検出し、それを除去することでノイズの低減を図るノイズ低減装置において、
原画像信号Ｓ１が入力され、特異点の除去された参照画像信号Ｓ２を出力する特異点除去手段と、
前記原画像信号Ｓ１と前記参照画像信号Ｓ２と合成比制御信号ｋとに基づいて、前記原画像信号Ｓ１と参照画像信号Ｓ２とを合成して出力する合成手段とを具備し、
前記特異点除去手段は、特性制御信号ｐに基づいて、平均値フィルタで求められた参照画素の平均値と前記原画像信号Ｓ１との差分に対してｐの幅でコアリングを施した後、前記原画像信号Ｓ１を加算することでノイズを低減し、
前記特性制御信号ｐは、画像信号の各色毎に独立に制御可能であり、ホワイトバランス処理で利得を高くする色にはコアリング範囲を広げるように、低くする色にはコアリング範囲を狭めるように制御することを特徴とするノイズ低減装置。
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