JP4131355B2 - データ処理装置およびデータ処理方法、媒体、並びにノイズ除去装置およびノイズ除去方法 - Google Patents
データ処理装置およびデータ処理方法、媒体、並びにノイズ除去装置およびノイズ除去方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ処理装置およびデータ処理方法、媒体、並びにノイズ除去装置およびノイズ除去方法に関し、特に、例えば、データに含まれるノイズの効果的な除去を、容易に行うことができるようにするデータ処理装置およびデータ処理方法、媒体、並びにノイズ除去装置およびノイズ除去方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、伝送や再生等された画像データや音声データなどのデータには、一般に、時間的に変動するノイズが含まれているが、データに含まれるノイズを除去する方法としては、従来より、入力データ全体の平均(以下、適宜、全平均という)や、入力データの局所的な平均である移動平均を求めるもの、さらには、注目しているデータを、その近傍にあるデータのメディアン(中央値)に置き換えるものなどが知られている。また、画像については、例えば、ある1のフレームを参照フレームとして、他の1のフレームの動きベクトルを求め、その動きベクトルによって、他の1フレームの動き補償を行い、その動き補償後のフレームと、参照フレームとの加重平均を求めることにより、ノイズを除去する方法が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、全平均を計算する方法は、データに含まれるノイズの度合い、即ち、データのS/N(Signal/Noise)が一定である場合は有効であるが、データのS/Nが変動する場合には、S/Nの悪いデータが、S/Nの良いデータに影響し、効果的にノイズを除去することが困難となることがある。
【0004】
また、移動平均を計算する方法では、入力されたデータから時間的に近い位置にあるデータの平均が求められるため、その処理結果は、データのS/Nの変動の影響を受ける。即ち、データのS/Nの良い部分については、処理結果のS/Nも良くなるが、S/Nの悪い部分については、処理結果のS/Nも悪くなる。さらに、全平均や移動平均を計算する方法によれば、データが平滑化されるから、画像に適用すると、データが急激に変化する部分、即ち、急峻なエッジ等が失われることになる。
【0005】
また、メディアンに置き換える方法では、データの時間的な順序が無視されるため、元の波形の特徴が大きく損なわれることがある。
【0006】
さらに、動きベクトルを用いる方法では、動きベクトルの検出を誤ると、処理後の画像の画質が大きく劣化する。
【0007】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、データに含まれるノイズを、容易かつ効果的に除去することができるようにするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のデータ処理装置は、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、入力データから、注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出手段と、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが抽出手段により類似入力データとして抽出されているとき、または、注目連続入力データの値、注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定手段と、抽出手段により類似入力データとして抽出され、かつ判定手段により連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定手段と、決定手段において決定された処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、注目入力データに対する出力データを求める処理手段とを含むことを特徴とする。
【0011】
入力データが時間方向および空間方向に並んでいる場合においては、判定手段には、時間方向および空間方向それぞれについて、類似入力データのそれぞれを、順次、注目連続入力データとさせて、その注目連続入力データの連続性の有無を判定させることができる。
【0012】
入力データは、画像データとすることができる。
【0013】
抽出手段には、注目入力データと空間的または時間的に近い位置にある入力データのうち、注目入力データの値との差が所定値より小さいものを抽出させることができる。
また、処理手段には、処理入力データが所定数以上ない場合、注目入力データと空間的または時間的に周辺位置にある入力データのみを重み付け加算することにより、出力データを求めさせることができる。
【0014】
本発明のデータ処理方法は、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、入力データから、注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出ステップと、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが抽出ステップの処理により類似入力データとして抽出されているとき、または、注目連続入力データの値、注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定ステップと、抽出ステップにより類似入力データとして抽出され、かつ判定ステップにより連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定ステップと、決定ステップにおいて決定された処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、注目入力データに対する出力データを求める処理ステップとを含むことを特徴とする。
【0015】
本発明の媒体がコンピュータに実行させるプログラムは、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、入力データから、注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出ステップと、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが抽出ステップの処理により類似入力データとして抽出されているとき、または、注目連続入力データの値、注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定ステップと、抽出ステップにより類似入力データとして抽出され、かつ判定ステップにより連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定ステップと、決定ステップにおいて決定された処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、注目入力データに対する出力データを求める処理ステップとを含むことを特徴とする。
【0016】
本発明のノイズ除去装置は、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、入力データから、注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出手段と、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが抽出手段により類似入力データとして抽出されているとき、または、注目連続入力データの値、注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定手段と、抽出手段により類似入力データとして抽出され、かつ判定手段により連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定手段と、決定手段において決定された処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、注目入力データに対する出力データを求める処理手段とを含むことを特徴とする。
【0019】
入力データが時間方向および空間方向に並んでいる場合においては、判定手段には、時間方向および空間方向それぞれについて、類似入力データのそれぞれを、順次、注目連続入力データとして、その注目連続入力データの連続性の有無を判定させることができる。
【0020】
入力データは、画像データとすることができる。
【0021】
抽出手段には、注目入力データと空間的または時間的に近い位置にある入力データのうち、注目入力データの値との差が所定値より小さいものを抽出させることができる。
また、処理手段には、処理入力データが所定数以上ない場合、注目入力データと空間的または時間的に周辺位置にある入力データのみを重み付け加算することにより、出力データを求めさせることができる。
【0022】
本発明のノイズ除去方法は、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、入力データから、注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出ステップと、入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが抽出ステップの処理により類似入力データとして抽出されているとき、または、注目連続入力データの値、注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定ステップと、抽出ステップにより類似入力データとして抽出され、かつ判定ステップにより連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定ステップと、決定ステップにおいて決定された処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、注目入力データに対する出力データを求める処理ステップとを含むことを特徴とする。
【0023】
本発明のデータ処理装置およびデータ処理方法、媒体、並びにノイズ除去装置およびノイズ除去方法においては、入力データのそれぞれが、順次、注目している注目入力データとされて、入力データから、注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データが抽出され、入力データのそれぞれが、順次、注目している注目連続入力データとされて、注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが類似入力データとして抽出されているとき、または、注目連続入力データの値、注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、注目連続入力データの連続性が有ると判定される。そして、類似入力データとして抽出され、かつ連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データが、処理に用いる処理入力データとして決定され、その決定された処理入力データが、同一の重み付けがされるか、または、注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算されることにより、注目入力データに対する出力データが求められる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明するが、その前の前段階の準備として、本発明によるノイズ除去の原理について説明する。
【0025】
例えば、いま、図1に示すように、時系列の入力データがあった場合において、ある時刻nの入力データに注目したとき、その注目入力データと値が近い入力データ、即ち、注目入力データとの差分の絶対値がε(>0)の範囲にある入力データを抽出し、その抽出したデータおよび注目入力データを対象として、重み付け加算を行うことで、注目入力データからノイズを除去(低減)したデータを得ることができる。
【0026】
このような重み付け加算により、ノイズの除去を行うことができるのは、次のような原理による。なお、ここでは、説明を簡単にするため、重み付け加算として、最も単純な相加平均(いわゆる平均値)を考える。
【0027】
例えば、いま、入力データが画像であるとして、その画素の画素値の観測値と真値との間の誤差、即ち、ノイズが正規分布となると仮定すると(このような仮定をしても、基本的に問題はない)、画素値の観測値(真値が同一の画素に、正規分布するノイズを重畳し、その画素値を観測して得られる観測値)も、図2に示すように、正規分布になる。
【0028】
いま、ある注目画素の画素値の観測値が、Cであったとすると、そのような観測値Cとの等分の絶対値がεとなる画素は、図2においてDで示す斜線部分に分布する。そして、観測値Cに近い画素の相加平均を、C’とすると、その相加平均値C’は、図2の正規分布のうちの、Dで示す斜線部分の面積を2等分するような値となる。従って、画素値の観測値が正規分布であれば、観測値Cに近い画素値の相加平均値C’は、図2に示すように、真値に近づくから、観測値Cに近い画素の相加平均をとることにより、ノイズが低減されることになる。
【0029】
また、図3は、ある画像を構成する各画素の画素値の観測値と真値との間の誤差の分布を示している。注目画素と画素値の近い画素の相加平均を計算し、その結果得られる平均値を、注目画素の画素値とすることで、この分布は、図4に示すようになる。
【0030】
即ち、相加平均を演算することで、誤差Eを有していた画素の誤差の分布は、図4においてFで示すようになる。この場合、誤差が、元の誤差Eよりも増加する画素も多少は存在するが、ほとんどの画素の誤差は、元の誤差Eよりも減少する。その結果、誤差の分布は、図4に実線で示すように、元の分布(図3)(図4において点線で示す)に比較して、急峻なもの(従って、誤差の小さい画素が増加したもの)となる。
【0031】
なお、以上のようなノイズ除去(低減)の原理から明らかなように、重み付け加算によってノイズを低減した画像を対象に、再び、重み付け加算を計算することによって、さらなるノイズの低減を図ることができる。
【0032】
次に、上述の原理に基づき、第nフレームのある位置にある画素Pnを注目画素として、この注目画素Pnに含まれるノイズを、注目画素Pnと空間的に同一の位置にある他のフレームの画素を用いた加算(以下、適宜、足し込みともいう)によって除去することを考える。
【0033】
この場合、注目画素Pnと空間的に同一の位置にある画素の画素値(の観測値)の時間方向の並びが、例えば、図5に示すようなものであったとすると、まず最初に、注目画素Pnの画素値を中心とした±εの範囲(以下、適宜、ゲートという)が想定され、画素値が、そのゲート内にある画素が、足し込みの対象とする画素(以下、適宜、足し込み画素という)として抽出される。従って、図5においては、画素Pn-12乃至Pn-9,Pn-7,Pn-4,Pn-2乃至Pn+8が、足し込み画素として抽出され(画素Pn-8,Pn-6,Pn-5,Pn-3は、ゲートの外にあるので、足し込み画素値して抽出されない)、それらの足し込み結果が、注目画素Pnのノイズ除去結果とされる。
【0034】
ここで、上述のような足し込みによるノイズ除去を行う場合には、図1乃至図4で説明したことから、注目画素Pnの真値と同一の真値を、画素値として有する画素のみを対象として足し込みを行うのが理想的である。
【0035】
しかしながら、そのような画素を、正確に見つけ出すのは困難であり、そのため、ここでは、ゲート内にある画素を、注目画素Pnの真値と同一の真値を有する画素であるとみなして、足し込みの対象としてる。
【0036】
ところで、ゲート内にある画素であっても、真値に大きなノイズがのることによって、ゲート内に位置するようになっているものがあり、そのような画素は、真値が、注目画素Pnの真値と大きく異なっていると予想されるから、足し込みの対象とすべきでない。即ち、より効果的にノイズ除去を行うためには、ゲート内にある画素のうち、ノイズのより少ないもののみを、足し込みの対象とすべきである。
【0037】
そこで、ノイズの少ない画素の検出が問題となるが、確率的には(経験上)、画素値の連続性がある画素(ここでは、例えば、画素値が連続的にゲート内にある画素)は、ノイズが少ない。従って、ゲート内にある画素のうち、連続性のないものは足し込みの対象から除外し、連続性のある画素のみを、足し込みの対象とすることで、より効果的にノイズの除去を行うことができることになる。
【0038】
一方、画素の連続性の判断は、その画素値だけを観察しただけでは困難であり、その画素付近の領域全体を観察して行う必要がある。
【0039】
即ち、例えば、図5において、足し込み画素として抽出される画素Pn-12乃至Pn-9,Pn-7,Pn-4,Pn-2乃至Pn+8のうち、例えば、画素Pn-7は、その画素値だけを観察する限りは、ゲート内にあるが、その画素Pn-7付近の領域(図5では、画素Pn-7付近の時間方向の領域)を観察した場合には、その領域には、足し込み画素とされる画素もあれば、足し込み画素とされない画素もある。具体的には、画素Pn-7付近の領域では、画素Pn-7はゲート内にあるが、その両隣(ここでは、前後のフレーム)の画素Pn-8およびPn-6はゲート内にない。
【0040】
この場合、ゲート内にある画素Pn-7は、連続性があるとはいえない。同様の観点から、ゲート内にある画素Pn-4も連続性があるとはいえない。従って、図5では、ゲート内にある画素Pn-12乃至Pn-9,Pn-7,Pn-4,Pn-2乃至Pn+8のうち、連続性のない画素Pn-7およびPn-4を除いた画素、即ち、連続性のある画素Pn-12乃至Pn-9,Pn-2乃至Pn+8を足し込むことにより、注目画素Pnについて、より効果的なノイズ除去結果を得ることができることになる。
【0041】
図6は、以上のようにして、画像からノイズを除去するノイズ除去装置の一実施の形態の構成例を示している。
【0042】
ノイズ除去の対象となる画像データは、足し込み範囲決定部1に供給されるようになっており、足し込み範囲決定部1は、注目画素について、そのノイズ除去のための足し込みを行う場合に、その足し込みの対象とする画素を選択する範囲(足し込み範囲)を決定するようになっている。
【0043】
即ち、足し込み範囲決定部1は、例えば、時間軸方向に注目した場合に、注目画素を中心とする、所定のフレーム数の範囲を、足し込み範囲と決定するようになっている。さらに、足し込み範囲決定部1は、そこに供給される画像データから、足し込み範囲内にある画素を抽出し、足し込み画素決定部2に供給するようにもなっている。
【0044】
足し込み画素決定部2は、足し込み範囲決定部1から供給される足し込み範囲内にある画素の中から、足し込みの対象である足し込み画素とするものを決定するようになっている。即ち、足し込み画素決定部2は、画素値比較部3とやりとりすることで、足し込み範囲内にある画素の中から、足し込み画素の候補とするもの(足し込み画素候補)を抽出する。さらに、足し込み画素決定部2は、連続性判定部4とやりとりすることで、足し込み画素候補の中から、最終的に足し込み画素とするものを抽出し、足し込み処理部5に出力する。
【0045】
画素値比較部3は、足し込み画素決定部2の制御に基づいて、足し込み画素決定部2から供給される足し込み範囲内にある画素の画素値を比較し、その比較結果を、足し込み画素決定部2に供給するようになっている。即ち、足し込み画素決定部2は、足し込み範囲内にある画素を、画素値比較部3に供給するようになっており、画素値比較部3は、足し込み範囲内にある画素のうちの注目画素と、その足し込み範囲内にある画素それぞれとの画素値を比較し、その比較結果を、足し込み画素決定部2に供給するようになっている。ここで、足し込み画素決定部2は、上述したような画素値比較部3からの比較結果に基づいて、足し込み範囲内にある画素の中から、ゲート内にあるものを検出し、それを、足し込み画素候補とするようになっている。
【0046】
連続性判定部4は、足し込み画素決定部2の制御に基づいて、足し込み画素決定部2から供給される足し込み画素候補の連続性を判定し、その判定結果を、足し込み画素決定部2に供給するようになっている。即ち、足し込み画素決定部2は、足し込み画素候補を、連続性判定部4に供給するようになっており、連続性判定部4は、例えば、足し込み画素決定部2からの足し込み画素候補を、順次、注目候補として、その注目候補の両隣の画素が、足し込み画素候補となっているかどうかを判定する。そして、連続性判定部4は、注目候補の両隣の画素のうちの少なくとも一方が、足し込み画素候補となっている場合には、その注目候補には連続性があると判定し、また、注目候補の両隣の画素のうちの両方が、足し込み画素候補となっていない場合には、その注目候補には連続性がないと判定し、その判定結果を、足し込み画素決定部2に供給するようになっている。ここで、足し込み画素決定部2は、上述したような連続性判定部4からの連続性の判定結果に基づいて、足し込み画素候補の中から、最終的に足し込み画素とするものを決定するようになっている。
【0047】
足し込み処理部5は、足し込み画素決定部2からの足し込み画素を足し込み、即ち、例えば、相加平均値等の重み付け加算値を演算し、その演算結果を、注目画素のノイズ除去結果として出力するようになっている。
【0048】
次に、図7のフローチャートを参照して、図6のノイズ除去装置によるノイズ除去処理について説明する。
【0049】
足し込み範囲決定部1は、まず最初に、ステップS1において、足し込み範囲を決定し、ステップS2に進み、そこに供給される画素の中から、足し込み範囲内にある画素を抽出する。即ち、ここでは、例えば、時間方向のみを考えるとすると、ステップS1では、注目画素のフレームを基準として、所定フレーム数だけ前のフレーム(時間的に先行するフレーム)から、所定フレーム数だけ後のフレーム(時間的に後行するフレーム)までの範囲が、足し込み範囲として決定される。さらに、ステップS2では、注目画素と空間的に同一位置にある画素のうち、足し込み範囲内にあるものが抽出される。この足し込み範囲内にある画素は、足し込み範囲決定部1から足し込み画素決定部2に供給される。
【0050】
足し込み画素決定部2は、足し込み範囲決定部1から足し込み範囲内にある画素を受信すると、ステップS3において、その画素の中から、足し込み画素候補を抽出する。
【0051】
即ち、足し込み画素決定部2は、足し込み範囲内にある画素を、画素値比較部3に供給し、画素値比較部3に、足し込み範囲内にある画素のうちの注目画素と、その足し込み範囲内にある画素それぞれ(従って、注目画素自身も含まれる)との画素値を比較させる。足し込み画素決定部2は、注目画素と、足し込み範囲内にある画素それぞれとの比較結果を受信すると、足し込み範囲内にある画素の中から、注目画素との差分の絶対値がε以下のもの、即ち、画素値が、注目画素についてのゲート内にある画素のみを、足し込み画素候補として抽出する。
【0052】
その後、足し込み画素決定部2は、ステップS4において、足し込み画素候補を、連続性判定部4に供給し、その連続性を判定させる。即ち、連続性判定部4は、足し込み画素候補を、順次、注目候補として、その注目候補の両隣の画素が、足し込み画素候補となっているかどうかを判定し、注目候補の両隣の画素のうちの少なくとも一方が、足し込み画素候補となっている場合には、その注目候補には連続性があると判定し、また、注目候補の両隣の画素のいずれも、足し込み画素候補となっていない場合には、その注目候補には連続性がないと判定する。そして、連続性判定部4は、各足し込み画素候補についての連続性の判定結果を、足し込み画素決定部2に供給する。
【0053】
足し込み画素決定部2では、ステップS5において、連続性判定部4からの連続性の判定結果に基づいて、足し込み画素候補の中から、最終的に足し込み画素とするものが決定される。即ち、足し込み画素決定部2は、足し込み画素候補のうち、連続性があるもののみを、足し込み画素として決定する。この足し込み画素は、足し込み処理部5に供給される。
【0054】
足し込み処理部5では、ステップS6において、足し込み画素決定部2からの足し込み画素の、例えば、相加平均値が演算され、その相加平均値が、注目画素についてのノイズ除去結果として出力される。
【0055】
そして、ステップ7に進み、次に処理すべき画素があるかどうかが判定され、あると判定された場合、その画素が、新たに注目画素とされる。さらに、ステップS2に戻り、以下、上述の場合と同様の処理が繰り返される。
【0056】
一方、ステップS7において、次に処理すべき画素がないと判定された場合、ノイズ除去処理を終了する。
【0057】
以上のように、ゲート内にある画素の中の、連続性のあるもののみを抽出し、そのような画素のみを対象に、足し込みを行うようにしたので、より効果的にノイズの除去を行うことができる。また、連続性のあるもののみを抽出することによって、確率的に、注目画素の真値とほぼ一致する真値を有する画素のみを対象に足し込みが行われるので、足し込みによる画素値の平滑化、即ち、例えば、エッジがぼやけること等を防止(低減)することができる。
【0058】
なお、上述の場合には、注目候補の両隣の画素のうちの少なくとも一方が、足し込み画素候補となっている場合には、その注目候補には連続性があると判定し、また、注目候補の両隣の画素の両方が、足し込み画素候補となっていない場合には、その注目候補には連続性がないと判定するようにしたが、注目候補の連続性は、その他、例えば、次のように判定することも可能である。
【0059】
即ち、注目候補の微分値(例えば、注目候補と、そのクレーム前の、同一位置にある画素との差分値)を演算し、その微分値が、前の画素の微分値の符号と一致する場合(従って、画素値が、連続して増加または減少している場合)に、連続性があると判定し、一致しない場合に、連続性がないと判定するようにすることが可能である。なお、この場合、例えば、図5においては、ゲート内にある画素Pn-12乃至Pn-9,Pn-7,Pn-4,Pn-2乃至Pn+8のうち、画素Pn-7およびPn-4の他、画素Pn-2も連続性がないと判定されることになる。
【0060】
また、上述の場合においては、ゲート内にある画素(足し込み画素候補)を抽出し、その後、その画素の連続性に基づいて、足し込み画素とする画素を抽出するようにしたが、足し込み画素とする画素は、ここでは、ゲート内にあり、かつ連続性があれば良いから、連続性のある画素を先に抽出し、その後に、その連続性のある画素の中から、ゲート内にあるものを、足し込み画素として抽出しても良い。
【0061】
次に、注目画素Pnと空間的に同一の位置にある画素の画素値の時間方向の並びが、例えば、図8に示すような場合を考えると、図8においては、注目画素Pnについてのゲート内に、他の画素が存在しないため、図7で説明したノイズ除去処理では、対処することが困難である。
【0062】
ここで、注目画素Pnについてのゲート内に、他の画素が存在しないことが生じる場合としては、次の2つのケースがある。
【0063】
即ち、第1のケースは、例えば、画像に比較的高速で動いている物体が存在する場合で、この場合は、画素を、他の方向から観測することで、ゲート内に、他の画素を観察することができる。具体的には、画像(動画像)については、時間方向だけでなく、空間方向にも、画素が並んでいる。そして、画像に比較的高速で動いている物体が存在する場合には、物体が表示されているフレームと表示されていないフレームとで、物体が表示される画素の画素値は大きく変化するが、物体が表示されているフレームでは、物体が表示されている部分の画素の、画素値はそれほど大きく変化しない。従って、この場合、時間方向ではなく、空間方向(例えば、垂直方向や水平方向、斜め方向)に並ぶ画素を観察することによって、注目画素Pnについてのゲート内に、他の画素を観察することができる。その結果、第1のケースでは、そのように、ゲート内に他の画素を観察することができる方向に注目すれば、図7で説明した場合と同様にして、ノイズ除去を行うことができる。
【0064】
一方、第2のケースは、注目画素Pnに大きなノイズがのっている場合で、この場合には、どのような方向に注目しても、ゲート内に、他の画素を観察することはできない。従って、第2のケースには、図7で説明したノイズ除去処理では対処することができないため、ここでは、例えば、注目画素Pnの時間的、空間的に周辺にある、注目画素Pnを除く画素の相加平均値を、注目画素Pnのノイズ除去結果とすることで、第2のケースに対処することとする。
【0065】
そこで、図9のフローチャートを参照して、上述のようにして、第1および第2のケースに対処可能なノイズ除去処理について説明する。
【0066】
この場合、足し込み範囲決定部1は、ステップS11において、画素が並んでいる方向のうちのある方向に注目し、その注目方向について、足し込み範囲を決定する。即ち、足し込み範囲決定部1は、例えば、時間方向に注目した場合には、図7のステップS1における場合と同様に、注目画素のフレームを基準として、所定フレーム数だけ前のフレームから、所定フレーム数だけ後のフレームまでの範囲を、足し込み範囲として決定する。また、足し込み範囲決定部1は、例えば、空間方向に注目した場合には、注目画素のフレーム内の、注目画素から所定の画素数の範囲を、足し込み範囲として決定する。
【0067】
足し込み範囲決定部1は、注目方向について足し込み範囲を決定すると、ステップS12に進み、その注目方向に並ぶ(配置された)画素のうち、足し込み範囲内にある画素を抽出し、足し込み画素決定部2に供給する。
【0068】
足し込み画素決定部2では、ステップS13において、足し込み画素決定処理が行われる。即ち、足し込み画素決定部2は、ステップS13において、足し込み範囲決定部1からの画素を対象に、図7のステップS3乃至S5における場合と同様の処理を行うことで、足し込み画素を決定する。
【0069】
そして、ステップS14に進み、足し込み範囲決定部1において、画素が並んでいる方向で、まだ、注目方向としていない方向があるかどうかが判定される。ステップS14において、まだ、注目方向としていない方向があると判定された場合、その方向を新たに注目方向として、ステップS11に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
【0070】
また、ステップS14において、まだ、注目方向としていない方向がないと判定された場合、即ち、例えば、画像については、時間方向および空間方向を、注目方向として処理を行った場合、ステップS15に進み、足し込み画素決定部2において、注目画素について、足し込み画素として決定された画素が所定数(1以上の整数)以上あるかどうかが判定される。
【0071】
ステップS15において、注目画素について、足し込み画素として決定された画素が所定数以上あると判定された場合、足し込み画素決定部2は、その足し込み画素を、足し込み処理部5に供給し、ステップS16に進む。ステップS16では、足し込み処理部5において、図7のステップS6における場合と同様に、足し込み画素決定部2からの足し込み画素の、例えば、相加平均値が演算され、その相加平均値が、注目画素についてのノイズ除去結果として出力される。
【0072】
一方、ステップS15において、注目画素について、足し込み画素として決定された画素が所定数以上ないと判定された場合、即ち、時間方向と、空間方向のそれぞれに注目した結果得られた足し込み画素の合計が、所定数以上とならず、従って、注目画素が、非常に大きなノイズがのっているものであると推定される場合、足し込み画素決定部2は、足し込み範囲決定部1から供給された画素のうち、注目画素の空間的、時間的に周辺にあるもののみ(注目画素自身を除く)を、足し込み処理部5に供給し、ステップS17に進む。ステップS17では、足し込み処理部5において、足し込み画素決定部2からの画素の相加平均値が演算され、その相加平均値が、注目画素についてのノイズ除去結果として出力される。
【0073】
以上のように、複数の方向それぞれについて注目して、足し込み画素を決定することで、ある方向だけに注目した場合に、ゲート内に他の画素が存在しないような画素に関しても、より効果的にノイズ除去を行うことが可能となる。
【0074】
なお、上述の場合には、時間方向と空間方向に注目するようにしたが、その他、例えば、時間方向および空間方向に対して、斜めの方向に注目するようにすることも可能である。
【0075】
次に、上述した一連の処理は、ハードウェアにより行うこともできるし、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアとしてのノイズ除去装置に組み込まれているコンピュータ、または各種のプログラムをインストールすることで各種の処理を行う汎用のコンピュータ等にインストールされる。
【0076】
そこで、図10を参照して、上述した一連の処理を実行するプログラムをコンピュータにインストールし、コンピュータによって実行可能な状態とするために用いられる媒体について説明する。
【0077】
プログラムは、図10(A)に示すように、コンピュータ101に内蔵されている記録媒体としてのハードディスク102に予めインストールした状態でユーザに提供することができる。
【0078】
あるいはまた、プログラムは、図10(B)に示すように、フロッピーディスク111、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)112,MO(Magneto optical)ディスク113,DVD(Digital Versatile Disc)114、磁気ディスク115、半導体メモリ116などの記録媒体に、一時的あるいは永続的に格納し、パッケージソフトウエアとして提供することができる。
【0079】
さらに、プログラムは、図10(C)に示すように、ダウンロードサイト121から、ディジタル衛星放送用の人工衛星122を介して、コンピュータ123に無線で転送したり、LAN(Local Area Network)、インターネットといったネットワーク131を介して、コンピュータ123に有線で転送し、コンピュータ123において、内蔵するハードディスクなどに格納させるようにすることができる。
【0080】
本明細書における媒体とは、これら全ての媒体を含む広義の概念を意味するものである。
【0081】
また、本明細書において、媒体により提供されるプログラムを記述するステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理(例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理)も含むものである。
【0082】
なお、本実施の形態では、足し込み処理部5において、足し込み画素を対象とした足し込みとして、その相加平均値、即ち、同一の重み付けを行った加算値を演算することとしたが、足し込み画素を対象とした足し込みは、画素ごとに異なる重みを用いて行うことが可能である。即ち、足し込み画素を対象とした足し込みは、例えば、注目画素から、時間的、空間的に近い画素ほど、大きな重みを付けて行うことが可能である。
【0083】
また、本実施の形態では、画像を処理の対象としたが、本発明は、その他、例えば、音声等を処理の対象とすることも可能である。
【0084】
さらに、本実施の形態では、本発明について、ノイズの除去という観点から説明を行ったが、本発明によれば、入力データの波形整形(波形等化)などを行うことも可能である。
【0085】
【発明の効果】
以上の如く、本発明のデータ処理装置およびデータ処理方法、媒体、並びにノイズ除去装置およびノイズ除去方法によれば、入力データのそれぞれが、順次、注目している注目入力データとされて、入力データから、注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データが抽出され、入力データのそれぞれが、順次、注目している注目連続入力データとされて、注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが類似入力データとして抽出されているとき、または、注目連続入力データの値、注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、注目連続入力データの連続性が有ると判定される。そして、類似入力データとして抽出され、かつ連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データが、処理に用いる処理入力データとして決定され、その決定された処理入力データが、同一の重み付けがされるか、または、注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算されることにより、注目入力データに対する出力データが求められる。従って、例えば、入力データに含まれるノイズを効果的に除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】注目画素Pnについてのゲートを示す図である。
【図2】注目画素と画素値の近い画素の足し込みによってノイズが除去される原理を説明するための図である。
【図3】観測値と真値との間の誤差の分布を示す図である。
【図4】観測値と真値との間の誤差の分布を示す図である。
【図5】画素の連続性を考慮したノイズ除去を説明するための図である。
【図6】本発明を適用したノイズ除去装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図7】図6のノイズ除去装置によるノイズ除去処理を説明するためのフローチャートである。
【図8】図7のノイズ除去処理では、対処が困難な場合を説明するための図である。
【図9】図8における場合であっても対処が可能なノイズ除去処理を説明するためのフローチャートである。
【図10】本発明を適用した媒体を説明するための図である。
【符号の説明】
1 足し込み範囲決定部, 2 足し込み画素決定部, 3 画素値比較部,4 連続性判定部, 5 足し込み処理部, 101 コンピュータ, 102 ハードディスク, 103 半導体メモリ, 111 フロッピーディスク, 112 CD-ROM, 113 MOディスク, 114 DVD, 115 磁気ディスク, 116 半導体メモリ, 121 ダウンロードサイト, 122衛星, 123 コンピュータ, 131 ネットワーク
Claims (13)
- 入力データを処理し、その処理結果としての出力データを出力するデータ処理装置であって、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、前記入力データから、前記注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出手段と、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、前記注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが前記抽出手段により前記類似入力データとして抽出されているとき、または、前記注目連続入力データの値、前記注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに前記特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、前記注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定手段と、
前記抽出手段により類似入力データとして抽出され、かつ前記判定手段により連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定手段と、
前記決定手段において決定された前記処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、前記注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、前記注目入力データに対する出力データを求める処理手段と
を含むことを特徴とするデータ処理装置。 - 前記入力データが時間方向および空間方向に並んでいる場合において、
前記判定手段は、前記時間方向および前記空間方向それぞれについて、前記類似入力データのそれぞれを、順次、前記注目連続入力データとして、その注目連続入力データの連続性の有無を判定する
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ処理装置。 - 前記入力データは、画像データである
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ処理装置。 - 前記抽出手段は、前記注目入力データと空間的または時間的に近い位置にある入力データのうち、前記注目入力データの値との差が前記所定値より小さいものを抽出する
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ処理装置。 - 前記処理手段は、前記処理入力データが所定数以上ない場合、前記注目入力データと空間的または時間的に周辺位置にある入力データのみを重み付け加算することにより、前記出力データを求める
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ処理装置。 - 入力データを処理し、その処理結果としての出力データを出力するデータ処理方法であって、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、前記入力データから、前記注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出ステップと、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、前記注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが前記抽出ステップの処理により前記類似入力データとして抽出されているとき、または、前記注目連続入力データの値、前記注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに前記特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、前記注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定ステップと、
前記抽出ステップにより類似入力データとして抽出され、かつ前記判定ステップにより連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定ステップと、
前記決定ステップにおいて決定された前記処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、前記注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、前記注目入力データに対する出力データを求める処理ステップと
を含むことを特徴とするデータ処理方法。 - 入力データを処理し、その処理結果としての出力データを出力するデータ処理を行うためのプログラムを、コンピュータに実行させる媒体であって、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、前記入力データから、前記注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出ステップと、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、前記注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが前記抽出ステップの処理により前記類似入力データとして抽出されているとき、または、前記注目連続入力データの値、前記注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに前記特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、前記注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定ステップと、
前記抽出ステップにより類似入力データとして抽出され、かつ前記判定ステップにより連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定ステップと、
前記決定ステップにおいて決定された前記処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、前記注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、前記注目入力データに対する出力データを求める処理ステップと
を含むことを特徴とするプログラムを、前記コンピュータに実行させる媒体。 - 入力データを処理し、そこに含まれるノイズを除去した出力データを出力するノイズ除去装置であって、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、前記入力データから、前記注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出手段と、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、前記注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが前記抽出手段により前記類似入力データとして抽出されているとき、または、前記注目連続入力データの値、前記注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに前記特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、前記注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定手段と、
前記抽出手段により類似入力データとして抽出され、かつ前記判定手段により連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定手段と、
前記決定手段において決定された前記処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、前記注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、前記注目入力データに対する出力データを求める処理手段と
を含むことを特徴とするノイズ除去装置。 - 前記入力データが時間方向および空間方向に並んでいる場合において、
前記判定手段は、前記時間方向および前記空間方向それぞれについて、前記類似入力データのそれぞれを、順次、前記注目連続入力データとして、その注目連続入力データの連続性の有無を判定する
ことを特徴とする請求項8に記載のノイズ除去装置。 - 前記入力データは、画像データである
ことを特徴とする請求項8に記載のノイズ除去装置。 - 前記抽出手段は、前記注目入力データと空間的または時間的に近い位置にある入力データのうち、前記注目入力データの値との差が前記所定値より小さいものを抽出する
ことを特徴とする請求項8に記載のノイズ除去装置。 - 前記処理手段は、前記処理入力データが所定数以上ない場合、前記注目入力データと空間的または時間的に周辺位置にある入力データのみを重み付け加算することにより、前記出力データを求める
ことを特徴とする請求項8に記載のノイズ除去装置。 - 入力データを処理し、そこに含まれるノイズを除去した出力データを出力するノイズ除去方法であって、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目入力データとして、前記入力データから、前記注目入力データの値との差が予め設定されている所定値より小さい値となる類似入力データを抽出する抽出ステップと、
入力データのそれぞれを、順次、注目している注目連続入力データとして、前記注目連続入力データに対して特定の方向に隣接する入力データである隣接入力データが前記抽出ステップの処理により前記類似入力データとして抽出されているとき、または、前記注目連続入力データの値、前記注目連続入力データに対して特定の一方向に隣接する入力データである隣接入力データの値、およびその隣接入力データに前記特定の一方向に隣接する隣接入力データの値が連続的に増加若しくは減少しているとき、前記注目連続入力データの連続性が有ると判定する判定ステップと、
前記抽出ステップにより類似入力データとして抽出され、かつ前記判定ステップにより連続性がある注目連続入力データとして判定された入力データを、処理に用いる処理入力データとして決定する決定ステップと、
前記決定ステップにおいて決定された前記処理入力データを、同一の重み付けがされるか、または、前記注目入力データからの時間的距離若しくは空間的距離が近いほど大きな重み付けがされるように重み付け加算することにより、前記注目入力データに対する出力データを求める処理ステップと
を含むことを特徴とするノイズ除去方法。
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