JP4539027B2 - 信号処理装置および信号処理方法、並びにプログラム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号処理装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、例えば、画像におけるエッジ部とテクスチャ部とを精度良く区別し、テクスチャ部の画質を損なわずに、エッジ部に発生する圧縮ノイズ(モスキートノイズ)を効果的に十分に除去できるようにした信号処理装置および方法、並びにプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、MPEG(Moving Picture Experts Group)などにおいては、画像信号をブロック化し、各ブロックをDCT(Discrete Cosine Transform)処理する。このため、MPEGエンコードされた画像信号をデコードすると、そのデコード画像においては、原理的に、エッジ周辺部に、モスキートノイズが発生する。モスキートノイズは、画像のエッジ周辺部に現れるため、モスキートノイズを除去するには、画像からエッジ部を検出する必要がある。
【0003】
このため、モスキートノイズを除去する、従来のノイズ除去装置では、例えば、単なる一次微分や二次微分によるエッジ検出や、ソーベルオペレータを用いたソーベルフィルタなどによるエッジ検出が行われている(例えば、特許文献1)。
【0004】
図1は、ある画像51のある水平ラインの画素値を、横軸を画素の位置とするとともに、縦軸を画素値として示している。なお、図1(後述する図8においても同様)では、各画素の水平方向の中心位置に、各画素の画素値をプロットし、さらに、画素値の変化を明確にするため、隣接する画素の画素値(を表す点)を直線で結んである。また、図1では、その左側の画素から、1からのシーケンシャルな番号を付して、各画素を表してある。
【0005】
画像51は、画素♯1乃至画素♯10からなる信号レベル(画素値)がほとんど変化しない平坦部b、画素♯11および♯12からなる信号レベルが急に変化するエッジ本体部a、並びに画素♯13乃至画素♯21からなる有意なテクスチャ部(例えば、模様があるなどして、信号レベルの変化がある程度存在する部分)cを有している。
【0006】
ここで有意なテクスチャ部cでは、平坦部bよりも信号レベルが大きく変化しているが、エッジ本体部aにおける場合ほどは変化していない。
【0007】
例えば、二次微分によるエッジ検出では、画像51の二次微分が演算され、その結果得られる二次微分値を閾値処理することにより、エッジが検出される。
【0008】
即ち、二次微分によるエッジ検出では、二次微分値の大きさ(絶対値)が、ある閾値より大の部分が検出され、その部分がエッジ部として検出される。
【0009】
モスキートノイズは、エッジ本体部aを含むその周辺であるエッジ部53に生じるので、そのエッジ部53をフィルタリングすることにより、モスキートノイズを除去(低減)することができる。
【0010】
【特許文献1】
特開平7−231450号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図1において波形52は、画像51の二次微分値を示している。平坦部bでは、信号レベルの変化がほとんどないため、二次微分値52の大きさは、小さくなる。これに対して、エッジ本体部aや有意なテクスチャ部cでは、信号レベルの変化がある程度以上であるため、二次微分値52の大きさは、大きくなる。
【0012】
このため、二次微分値52を閾値処理することによりエッジ検出を行う場合には、エッジ本体部aのみならず有意なテクスチャ部cも、エッジとして検出され、エッジ本体部aと有意なテクスチャ部cとを精度良く区別することができないことがあった。
【0013】
さらに、その結果、モスキートノイズを除去するためのフィルタリング時に、エッジ本体部aの他に、有意なテクスチャ部cもフィルタリングされ、有意なテクスチャ部cの画質の劣化が生じ、また、エッジ部53に発生するモスキートノイズを効率的に除去することができないことがあった。
【0014】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、エッジ部と有意なテクスチャ部とを精度良く区別して、エッジ部を検出し、さらには、例えば、エッジ部に発生するモスキートノイズを効果的に十分に除去するようにすること等ができるようにするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の信号処理装置は、画像信号を微分して、微分結果の絶対値を求めることで画像信号からエッジを検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号を出力するエッジ検出手段と、エッジ検出信号を平滑化する平滑化手段と、平滑化手段において平滑化されたエッジ検出信号の分散値を、エッジ検出信号の変化量として求め、その変化量を、画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として出力する変化量算出手段と、エッジ信号に基づいて、画像信号からノイズを除去するノイズ除去手段とを備えることを特徴とする。
【0016】
本発明の信号処理方法は、画像信号を微分して、微分結果の絶対値を求めることで画像信号からエッジを検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号を出力するエッジ検出ステップと、エッジ検出信号を平滑化する平滑化ステップと、平滑化ステップにおいて平滑化されたエッジ検出信号の分散値を、エッジ検出信号の変化量として求め、その変化量を、画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として出力する変化量算出ステップとを含むこと、エッジ信号に基づいて、画像信号からノイズを除去するノイズ除去ステップとを含むことを特徴とする。
【0017】
本発明のプログラムは、画像信号を微分して、微分結果の絶対値を求めることで画像信号からエッジを検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号を出力するエッジ検出ステップと、エッジ検出信号を平滑化する平滑化ステップと、平滑化ステップにおいて平滑化されたエッジ検出信号の分散値を、エッジ検出信号の変化量として求め、その変化量を、画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として出力する変化量算出ステップと、エッジ信号に基づいて、画像信号からノイズを除去するノイズ除去ステップとを含むことを特徴とする。
【0018】
本発明の信号処理装置、信号処理方法、およびプログラムにおいては、画像信号を微分して、微分結果の絶対値を求めることで画像信号からエッジを検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号を出力し、エッジ検出信号を平滑化し、平滑化されたエッジ検出信号の分散値を、エッジ検出信号の変化量として求め、その変化量を、画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として出力し、エッジ信号に基づいて、画像信号からノイズを除去する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、請求項に記載の構成要件と、発明の実施の形態における具体例との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、請求項に記載されている発明をサポートする具体例が、発明の実施の形態に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、構成要件に対応するものとして、ここには記載されていない具体例があったとしても、そのことは、その具体例が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、具体例が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その具体例が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
【0020】
さらに、この記載は、発明の実施の形態に記載されている具体例に対応する発明が、請求項に全て記載されていることを意味するものではない。換言すれば、この記載は、発明の実施の形態に記載されている具体例に対応する発明であって、この出願の請求項には記載されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により追加される発明の存在を否定するものではない。
【0021】
請求項1に記載の信号処理装置は、画像信号を微分して、微分結果の絶対値を求めることで画像信号からエッジを検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号を出力するエッジ検出手段(例えば、図2のエッジ検出部1)と、エッジ検出信号を平滑化する平滑化手段(例えば、図2のフィルタ部2)と、平滑化手段において平滑化されたエッジ検出信号の分散値を、エッジ検出信号の変化量として求め、その変化量を、画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として出力する変化量算出手段(例えば、図2の変化検出部3)と、エッジ信号に基づいて、画像信号からノイズを除去するノイズ除去手段(例えば、図2のノイズ除去フィルタ部4)とを備えることを特徴とする。
【0023】
図2は、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。ノイズ除去装置は、エッジ検出部1、フィルタ部2、変化検出部3、およびノイズ除去フィルタ部4から構成される。
【0024】
エッジ検出部1には、入力信号としての、例えばMPEGデコードされた画像信号が入力され、エッジ検出部1は、入力信号としての画像信号からエッジを検出し、フィルタ部2に、そのエッジの検出結果を表すエッジ検出信号を出力するようになされている。なお、エッジ検出部1としては、例えば、一次微分や二次微分、ソーベルオペレータによるエッジ検出を行う従来のエッジ検出装置その他を利用することができる。
【0025】
フィルタ部2は、エッジ検出部1から出力されるエッジ検出信号を平滑化し、その平滑化結果としての平滑化信号を変化検出部3に出力するようになされている。なお、フィルタ部2は、例えば、LPF(Low Pass Filter)で構成することができる。
【0026】
変化検出部3は、フィルタ部2から出力される平滑化信号の変化量を検出し、その変化量を、入力信号としての画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として、ノイズ除去フィルタ部4に出力するようになされている。
【0027】
ノイズ除去フィルタ部4には、変化検出部3から出力されるエッジ信号の他、入力信号としての画像信号が入力される。ノイズ除去フィルタ部4は、変化検出部3からのエッジ信号に基づいて所定の演算を行い、これにより、画像信号からモスキートノイズを除去し、出力信号としての画像信号を出力するようになされている。
【0028】
図3は、図2のノイズ除去装置の処理(画像処理)を説明するフローチャートである。
【0029】
図2のノイズ除去装置には、例えば、MPEGデコードされた画像信号が入力信号として供給され、その画像信号は、エッジ検出部1とノイズ除去フィルタ部4に供給される。図3の画像処理は、入力信号としての画像信号が、エッジ検出部1とノイズ除去フィルタ部4に供給されると開始される。
【0030】
ステップS1において、エッジ検出部1は、そこに供給される画像信号からエッジ検出を行い、そのエッジ検出結果としてのエッジ検出信号を、フィルタ部2に出力し、ステップS2に進む。
【0031】
ステップS2において、フィルタ部2は、エッジ検出部1から供給されるエッジ検出信号を、例えばLPFによってフィルタリングすることにより平滑化し、その結果得られる平滑化信号を変化検出器3に出力して、ステップS3に進む。
【0032】
ステップS3において、変化検出部3は、フィルタ部2から供給される平滑化信号の変化量を算出し、その変化量をエッジ信号として、ノイズ除去フィルタ部6に出力して、ステップS4に進む。ここで、平滑化信号の変化量としては、例えば、その平滑化信号の分散を採用することができる。変化検出部3は、入力信号である画像信号を構成する各画素について、その画素に対応する平滑化信号の分散を求め、エッジ信号として出力する。
【0033】
ステップS4において、ノイズ除去フィルタ部4は、そこに供給される入力信号としての画像信号と変化検出部3により出力されたエッジ信号に基づいて所定の演算を行い、その演算結果をモスキートノイズを除去した画像信号として出力する。そして、ステップS4からS1に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
【0034】
なお、図3の処理は、ノイズ除去装置に供給される画像信号を構成する各画素を、例えばラスタスキャン順に、順次、注目画素として、その注目画素を対象に行われ、ノイズ除去装置に画像信号が供給されなくなると、終了する。
【0035】
図4は、図2のノイズ除去装置で処理される信号の波形を模式的に示している。
【0036】
波形(画像信号)T1は、入力信号としての画像信号におけるある水平ラインの信号波形(各画素の画素値)を示している。図4において波形T1は、aで示されるエッジ本体部、bで示される平坦部、cで示される有意なテクスチャ部、およびdで示されるエッジ周辺部(エッジ本体部aの境界周辺)を有している。
モスキートノイズは、エッジ部、特に、エッジ周辺部dに発生する。
【0037】
波形T2およびT3は、エッジ検出部1による画像信号T1を対象としたエッジ検出結果としての信号波形を示している。即ち、いま、エッジ検出部1が、画像信号T1を一次微分し、その一次微分結果の絶対値を、エッジ検出信号として出力するものとすると、波形T2は、波形T1の一次微分結果を示し、波形T3は、波形T2の絶対値であるエッジ検出信号を示す。エッジ検出信号T3は、平坦部bでは小さな振幅となるが、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部d、さらには有意なテクスチャ部cでも大きな振幅となる。このため、例えば、エッジ検出信号T3だけによってエッジ部を検出するとすれば、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dの他、有意なテクスチャ部cも、エッジ部として検出されるおそれがある。
【0038】
波形T4は、フィルタ部2においてエッジ検出信号T3を平滑化することにより得られる平滑化信号の波形を示している。フィルタ部2では、エッジ検出信号T3から高周波成分が除去される。従って、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dでは、エッジ検出信号T3の振幅が大であるため、平滑化信号T4は、ある程度大きな変化を有するものとなる。また、有意なテクスチャ部cでは、エッジ検出信号T3の振幅は、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dほど大ではないため、平滑化信号T4は、それほど大きく変化しないものとなる。なお、平坦部bでは、平滑化信号T4は、ほとんど変化がないものとなる。
【0039】
波形T5は、変化検出部3において求められる平滑化信号T4の変化量としての、例えば分散の波形、即ち、エッジ信号を示している。エッジ信号T5は、平滑化信号T4の変化量であるから、平滑化信号T4がほとんど変化しない平坦部bや、それほど大きく変化しない有意なテクスチャ部cでは、0あるいは0に近い値となるが、平滑化信号T4がある程度大きく変化するエッジ本体部aおよびエッジ周辺部d、即ち、エッジ部では、大きな値となる。
【0040】
エッジ検出信号T3は、上述したように、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dだけでなく、テクスチャ部cでも、ある程度大きな値となるため、エッジ検出信号T3によって、画像信号T1におけるエッジ部を判断したのでは、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dだけでなく、テクスチャ部cも、誤って、エッジと判断されることになる。
【0041】
これに対して、エッジ信号T5では、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dでのみ大きな値となり、テクスチャ部cでは小さな値となる。従って、エッジ信号T5に基づき、画像信号T1におけるエッジ部を判断することにより、エッジ部であるエッジ本体部aおよびエッジ周辺部dを、テクスチャ部cと明確に区別して、エッジ部を検出することができる。
【0042】
図5は、図2のエッジ検出部1の構成例を示すブロック図である。エッジ検出部1は、例えば、水平エッジ検出部11、比較部12、および垂直エッジ検出部13から構成されている。
【0043】
水平エッジ検出部11と垂直エッジ検出部13には、入力信号としての画像信号が入力される。そして、水平エッジ検出部11は、そこに入力される画像信号の水平方向のエッジ(水平エッジ)を検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号(以下、適宜、水平エッジ検出信号という)を比較部12に出力する。
【0044】
一方、垂直エッジ検出部13は、そこに入力される画像信号の垂直方向のエッジ(垂直エッジ)を検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号(以下、適宜、垂直エッジ検出信号という)を比較部12に出力する。
【0045】
なお、水平エッジ検出部11と垂直エッジ検出部13は、画像信号を構成する各画素について、エッジ検出信号を出力する。
【0046】
比較部12は、画像信号を構成する各画素ごとに、水平エッジ検出部11から供給される水平エッジ検出信号と、垂直エッジ検出部13から供給される垂直エッジ検出信号を比較し、値の大きい方を、最終的なエッジ検出信号としてフィルタ部2に出力する。
【0047】
なお、エッジ検出部1では、エッジを水平方向と垂直方向に分けずに、二次元フィルタ等によって検出することが可能である。
【0048】
また、エッジ検出部1では、水平エッジ検出信号と垂直エッジ検出信号との合成値(例えば、平均値)などを、最終的なエッジ検出信号として採用することが可能である。
【0049】
図6は、図5の水平エッジ検出部11の構成例を示すブロック図である。水平エッジ検出部11は、微分部21と絶対値化部22とから構成されている。
【0050】
微分部21は、そこに供給される画像信号を構成する画素を、例えばラスタスキャン順に、順次、注目画素とし、その注目画素における画素値の水平方向の微分値を求める。即ち、微分部21は、例えば、注目画素とその左または右隣の画素との画素値の差分を演算し、その差分を、注目画素における水平方向の微分値として、絶対値化部22に出力する。
【0051】
絶対値化部22は、微分部21から出力される微分値の絶対値をとり、その絶対値を、水平エッジ検出信号として、図5の比較部12に供給する。
【0052】
なお、図5の垂直エッジ検出部13も、図6の水平エッジ検出部11と同様に構成される。但し、垂直エッジ検出部13を構成する微分部21は、注目画素における画素値の垂直方向の微分値を求め、絶対値化部22に供給する。
【0053】
また、図6の実施の形態では、一次微分によって、エッジ検出を行うようにしたが、エッジ検出は、その他、例えば、二次微分などによって行うことも可能である。
【0054】
図7は、図2のフィルタ部2の構成例を示すブロック図である。フィルタ部2は、例えば、水平ローパスフィルタ部31と垂直ローパスフィルタ部32とから構成されている。
【0055】
水平ローパスフィルタ部31は、エッジ検出部1から供給されるエッジ検出信号の水平方向の高周波数成分をカットし、垂直ローパスフィルタ部32に出力する。
【0056】
垂直ローパスフィルタ部32は、水平ローパスフィルタ部31から出力された信号の垂直方向の高周波数成分をカットし、その結果得られる信号を、平滑化信号として変化検出部3に出力する。
【0057】
以上のようにして、フィルタ部2では、エッジ検出信号を平滑化した平滑化信号が出力される。
【0058】
なお、フィルタ部2は、例えば、水平方向と垂直方向の高周波数成分を同時にカットする二次元のローパスフィルタで構成することも可能である。
【0059】
ここで、フィルタ部2において、エッジ検出信号の高周波数成分がカットされることにより、図4で説明した平滑化信号T4が得られる。
【0060】
即ち、エッジ検出信号T3(図4)は、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dにおいて、振幅が大きく変動し、テクスチャ部cでは、振幅が小さく変動するものとなる。このようなエッジ検出信号T3が、フィルタ部2に供給され、その高周波数成分がカットされると、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dはAC(Alternating Current)成分を有し、テクスチャ部cは、ほぼDC(Direct Current)成分からなる平滑化信号T4が得られる。
【0061】
エッジ検出信号T3は、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dでもテクスチャ部cでも、ある程度の大きな値となる。一方、平滑化信号T4は、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dでは、変化量の大きなものとなるが、テクスチャ部cでは、ほとんど変化のないものとなる。従って、平滑化信号T4の変化量によれば、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dとテクスチャ部cとを精度良く区別することができる。
【0062】
そこで、変化検出部3は、フィルタ部2により入力される平滑化信号の変化量としての、例えば、分散を計算し、その分散値Vをエッジ信号として、ノイズ除去フィルタ部4に出力する。変化検出部3において得られるエッジ信号としての分散値Vは、フィルタ部2から出力される平滑化信号の信号レベルの変化が大きい場合は大となり、信号レベルの変化が小さい場合は小となる。即ち、エッジ信号は、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dでは、値が大になり、テクスチャ部cでは(平坦部bでも)、値が小となる。
【0063】
よって、エッジ信号によれば、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dとテクスチャ部cとを確実に区別することができる。ここで、エッジ信号は、その値が大であるほど、エッジ部である可能性(程度)が高いことを表す。
【0064】
なお、変化検出部3では、分散の他、画像信号を構成する各画素について、その画素に近傍する画素との平滑化信号の差分絶対値の平均値や、各画素における平滑化信号の微分値などを、平滑化信号の変化量として、求めることが可能である。
【0065】
ここで、本件発明者による実験によれば、変化検出部3において分散を求め
る場合には、フィルタ部2を設けずにノイズ除去装置を構成しても、フィルタ部2を設けた場合に近い精度で、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dとエッジ本体部aでないその他の画素とを区別することができた。一方、変化検出部3において微分値を求める場合には、フィルタ部2を設けずにノイズ除去装置を構成すると、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dとエッジ本体部aでないその他の画素とを区別する精度が劣化する実験結果が得られた。
【0066】
図8は、ある画像51について、図2のノイズ除去装置で得られるエッジ信号54を示している。なお、図8における画像51の波形は、図1における場合と同一であるため、その説明は省略する。また、図8においては、図1における場合と同様に、画像51の二次微分値52を図示してある。
【0067】
画像51からは、波形54で示すエッジ信号が得られる。
【0068】
エッジ信号54は、エッジ本体部aおよびエッジ周辺部dであるエッジ部53において大きな値となっている。即ち、エッジ信号54は、エッジ本体部aである画素♯11および♯12を中心として大きな値をとり、その左または右方向では次第に値が小さくなっている。そして、エッジ信号54は、有意なテクスチャ部cおよび平坦部bでは限りなく0に近い値となっている。従って、エッジ信号54によれば、エッジ部53と平坦部bおよびテクスチャ部cとを精度良く区別して検出することができる。
【0069】
図9は、図1のノイズ除去フィルタ部4の第1の構成例を示すブロック図である。図9では、ノイズ除去フィルタ部4は、例えば、LPF部41と混合部42とから構成されている。
【0070】
LPF部41と混合部42には、入力信号としての画像信号が供給される。LPF部41は、そこに供給される画像信号を構成する画素を、例えばラスタスキャン順に、順次、注目画素として、その注目画素(の画素値)を、LPFでフィルタリングし、そのフィルタリング信号を混合部42に出力する。
【0071】
ここで、LPF部41において画像信号がフィルタリングされることにより、その画像信号に生じているモスキートノイズが除去(低減)される。
【0072】
混合部42には、入力信号としての画像信号の他、変化検出部3から出力されたエッジ信号Vと、LPF部41の出力が入力される。混合部42は、変化検出器3から出力されたエッジ信号Vに対応して無次元量であるパラメータαを設定し、そのパラメータαに基づき、入力信号としての画像信号を構成する画素のうちの注目画素の画素値と、その注目画素に対応するLPF部41の出力とを用いて演算を行い、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。
【0073】
即ち、混合部42は、パラメータαを、注目画素の元の画素値と、注目画素に対応するLPF部41の出力との混合比として、両者を混合し、その結果得られる混合値を、注目画素の新たな画素値(ノイズ除去結果)として出力する。
【0074】
具体的には、注目画素の元の画素値をXnと表すとともに、注目画素に対応するLPF部41の出力(注目画素のフィルタリング結果)をXn´と表すこととすると、混合部42は、式Zn=αXn´+(1−α)Xnにしたがって、注目画素の新たな画素値Znを求める。
【0075】
図10は、図9のLPF部41でのフィルタリングに用いられるタップ係数の例を示している。
【0076】
図10のタップ係数によれば、注目画素の画素値に4/16が乗算され、注目画素の上下左右それぞれに隣接する画素の画素値に2/16が乗算され、注目画素の左上、左下、右上、右下それぞれに隣接する画素の画素値に1/16が乗算され、それらの乗算結果の総和が、フィルタリング結果として出力される。
【0077】
図11は、図9の混合部42において、エッジ信号Vに基づいて設定されるパラメータαを示している。
【0078】
図11によれば、パラメータαは、エッジ信号Vが大であるほど、つまり、エッジである程度が大であるほど、0乃至1の範囲で大になっている。
【0079】
図9の混合部42では、上述したように、式Zn=αXn´+(1−α)Xnにしたがって、注目画素の画素値Xnと、注目画素のフィルタリング結果Xn´とが混合され、注目画素の新たな画素値Znが求められる。
【0080】
従って、パラメータαが大である画素、即ち、エッジ信号Vが大きく、エッジである程度が大である画素については、その画素のフィルタリング結果Xn´の重み大きくして、その画素の元の画素値Xnとフィルタリング結果Xn´とが混合される。その結果、モスキートノイズが生じるエッジ部の画素については、フィルタリング結果Xn´の割合が高い画素値、即ち、モスキートノイズが除去された画素値が、新たな画素値Znとして得られる。
【0081】
一方、パラメータが小である画素、即ち、エッジ信号Vが小さい、平坦部や有意なテクスチャ部の画素については、その画素の元の画素値Xnの重みを大きくして、その画素値Xnと、フィルタリング結果Xn´とが混合される。その結果、平坦部や有意なテクスチャ部の画素については、元の画素値の割合が高い画素値、即ち、特に、有意なテクスチャ部のディテール(detail)を維持した画素値が、新たな画素値Znとして得られる。
【0082】
従って、有意なテクスチャ部の画質を損なわずに、モスキートノイズを効果的に除去することができる。
【0083】
図12は、図2のノイズ除去フィルタ部4の第2の構成例を示す図である。図12では、ノイズ除去フィルタ部4は、ε利得供給部61とεフィルタ部62とから構成されている。
【0084】
ε利得供給部61は、変化検出部3から出力されるエッジ信号Vに応じてεフィルタ部62のパラメータであるεを設定し、そのパラメータεをεフィルタ部62に出力する。
【0085】
ここで、図13は、ε利得供給部61において、エッジ信号Vに基づいて設定されるパラメータεを示す図である。ε利得供給部61は、エッジ信号Vに応じて図12の曲線L1またはL2で示すようにパラメータεを設定する。曲線L1またはL2のいずれによっても、エッジ信号Vが大きければ、それに応じて大きいパラメータεの値が設定される。なお、曲線L1では、パラメータεは、図11のパラメータαと同様に、エッジ信号Vが増加すると増加する。一方、曲線L2では、パラメータεは、エッジ信号Vが0からある値までの範囲内の値であるときは0であり、エッジ信号Vがある値を越えると増加する。
【0086】
図12に戻り、εフィルタ部62には、ε利得供給部61から出力されたパラメータεと入力信号としての画像信号が入力される。εフィルタ部62は、入力された画像信号に対してパラメータεの値に基づき所定の演算処理を実行し、その結果を注目画素の新しい画素値として出力する。即ち、εフィルタ部62は、そこに供給される画像信号を構成する各画素を、例えばラスタスキャン順に、順次、注目画素とし、その注目画素を、その注目画素に対応するパラメータεに応じてフィルタリングする。
【0087】
εフィルタ部62は、パラメータεの値が大きい値であるほど、平滑化される度合いが高く(即ち、鈍りが生じやすく)、パラメータεの値が小さい値であるほど、平滑化される度合いが低く(即ち、鈍りが生じにくく)なるように信号を平滑化するフィルタリング処理を実行する。
【0088】
図14は、εフィルタ部62のフィルタリング処理を説明する図である。εフィルタ部62では、例えば、図14Aに示される急峻なエッジを有する入力信号としての画像信号が、図14Bに示されるような信号に平滑化される。
【0089】
以下に、εフィルタ部62が実行する平滑化処理(フィルタリング処理)の詳細について説明する。εフィルタ部62は、注目画素を、その注目画素の近傍にある近傍画素を用いてローパスフィルタリングするが、その際に近傍画素の画素値がパラメータεに応じて設定される。即ち、注目画素Pnの画素値Xnを中心とするεの範囲内に近傍画素Pmの画素値Xmがない場合、近傍画素Pmの画素値Xmを注目画素Pnの画素値Xnに置き換えてローパスフィルタリングが行われ、近傍画素Pmの画素値Xmがεの範囲内にある場合、その近傍画素Pmの画素値Xmをそのまま用いてローパスフィルタリングが行われる。
【0090】
即ち、εフィルタ部62は、注目画素Pnの画素値Xnと注目画素Pnの近傍画素Pmの画素値Xmとの差の絶対値|Xn−Xm|をε/2と比較する。そして、εフィルタ部62は、絶対値|Xn−Xm|がε/2よりも大きい(または以上である)と判断した場合には、近傍画素Pmの画素値Xmを注目画素Pnの画素値Xnに置き換え、注目画素Pnについてローパスフィルタ処理(ローパスフィルタリング)を行う。
【0091】
一方、εフィルタ部62は、絶対値|Xn−Xm|がε/2以下(または未満)と判断した場合には、近傍画素の画素値Xmをそのまま用いて、注目画素Pnについてローパスフィルタ処理を行う。
【0092】
従って、εフィルタ部62によれば、注目画素の画素値に近い値の画素値のみを用いて、注目画素がローパスフィルタリングされる。その結果、εフィルタ部62においては、例えば、入力信号としての画像信号に微少なノイズが含まれる場合には、そのノイズが除去されたフィルタリング結果が得られる。さらに、εフィルタ部62においては、例えば、入力信号としての画像信号に、急峻なエッジが含まれている場合には、そのエッジの形状を維持したフィルタリング結果が得られる。
【0093】
図12のノイズ除去フィルタ部4では、上述したように、注目画素がエッジである程度が大であるとパラメータεも大とされ、エッジである程度が小であると、パラメータεも小とされる。
【0094】
従って、図12のεフィルタ部62では、エッジ部の画素については、パラメータεが大となり、その画素周辺の画素の画素値をそのまま用いてローパスフィルタリングが行われ易くるので、そのエッジ部に生じるモスキートノイズを除去することができる。また、図12のεフィルタ部62では、平坦部や有意なテクスチャ部の画素については、パラメータεが小となり、その画素周辺の画素の画素値を、注目画素の画素値に置き換えてローパスフィルタリングが行われ易くなるので、特に、有意なテクスチャ部のディテールを維持したフィルタリング結果を得ることができる。
【0095】
なお、εフィルタ部62で実行されるフィルタリング処理のタップ数は、特に限定されるのもではなく、また、ユーザの要求に応じた任意の値とすることが可能である。
【0096】
以上のように、エッジ検出信号を平滑化した平滑化信号の変化量であるエッジ信号に応じてフィルタリング処理を行うことにより、有意なテクスチャ部のディテールを損なわずに、モスキートノイズを効果的に十分に除去することができる。
【0097】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。
【0098】
上述した一連の処理をソフトウェアで実行させる場合、信号処理装置は、例えば、図15に示されるようなパーソナルコンピュータなどとして構成することが可能である。
【0099】
図15において、CPU(Central Processing Unit)71は、ROM(Read Only Memory)72に記憶されているプログラム、または記憶部78からRAM(Random Access Memory)73にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。
【0100】
RAM73にはまた、CPU71が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【0101】
CPU71、ROM72、およびRAM73は、バス74を介して相互に接続されている。このバス74にはまた、入出力インタフェース75も接続されている。
【0102】
入出力インタフェース75には、キーボード、マウスなどよりなる入力部76、ディスプレイなどよりなる出力部77、ハードディスクなどより構成される記憶部78、および通信部79が接続されている。
【0103】
入出力インタフェース75にはまた、必要に応じてドライブ80が接続され、磁気ディスク81、光ディスク82、光磁気ディスク83、或いは半導体メモリ84が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部78にインストールされる。
【0104】
一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエア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機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム格納媒体からインストールされる。
【0105】
コンピュータにインストールされ、コンピュータによって実行可能な状態とされるプログラムを格納するプログラム格納媒体は、図15に示すように、磁気ディスク81(フロッピディスクを含む)、光ディスク82(CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)を含む)、光磁気ディスク83、もしくは半導体メモリ84などよりなるパッケージメディア、または、プログラムが一時的もしくは永続的に格納されるROM72や、記憶部78を構成するハードディスクなどにより構成される。プログラム格納媒体へのプログラムの格納は、必要に応じてルータ、モデムなどのインタフェースを介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の通信媒体を利用して行われる。
【0106】
なお、本明細書において、プログラム格納媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【0107】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【0108】
なお、本実施の形態では、エッジ信号に基づいて、モスキートノイズを除去するようにしたが、エッジ信号は、モスキートノイズの除去の他、例えば、画像をオブジェクト符号化する場合のオブジェクトの抽出などに利用することが可能である。
【0109】
また、本実施の形態では、MPEGデコードされた画像信号を処理するようにしたが、その他の画像信号を対象として処理を行うことも可能である。
【0110】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、エッジ部とテクスチャ部とを明確に区別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の画像信号とその二次微分の信号レベルを説明する図である。
【図2】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を示すブロック図である。
【図3】ノイズ除去装置の動作を説明するフローチャートである。
【図4】ノイズ除去装置で得られる信号の波形を示す図である。
【図5】エッジ検出部1の構成例を示すブロック図である。
【図6】水平エッジ検出部11(垂直エッジ検出部13)の構成例を示すブロック図である。
【図7】フィルタ部2の構成例を示すブロック図である。
【図8】変化検出部3において得られる信号の波形を説明する図である。
【図9】ノイズ除去フィルタ部4の第1の構成例を示すブロック図である。
【図10】LPF部41のタップ係数の一実施の形態を示す図である。
【図11】エッジ信号Vとパラメータαとの関係を示す図である。
【図12】ノイズ除去フィルタ部4の第2の構成例を示すブロック図である。
【図13】エッジ信号Vとパラメータεとの関係を示す図である。
【図14】εフィルタ部62の処理を説明する図である。
【図15】本発明を適用したノイズ除去装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 エッジ検出部, 2 フィルタ部, 3 変化検出部, 4 ノイズ除去フィルタ部, 11 水平エッジ検出部, 12 比較部, 13 垂直エッジ検出部, 21 微分部, 22 絶対値化部, 31 水平ローパスフィルタ部, 32 垂直ローパスフィルタ部, 41 LPF部, 42 混合部, 61 ε利得供給部, 62 εフィルタ部, 71 CPU, 72 ROM, 73 RAM, 74 バス, 75 入出力インターフェース, 76 入力部, 77 出力部, 78 記憶部, 79 通信部, 80 ドライブ, 81 磁器ディスク, 82 光ディスク, 83 光磁器ディスク, 84 半導体メモリ
Claims (3)
- 画像信号を処理する信号処理装置において、
前記画像信号を微分して、微分結果の絶対値を求めることで前記画像信号からエッジを検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号を出力するエッジ検出手段と、
前記エッジ検出信号を平滑化する平滑化手段と、
前記平滑化手段において平滑化された前記エッジ検出信号の分散値を、前記エッジ検出信号の変化量として求め、その変化量を、前記画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として出力する変化量算出手段と、
前記エッジ信号に基づいて、前記画像信号からノイズを除去するノイズ除去手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。 - 画像信号を処理する信号処理方法において、
前記画像信号を微分して、微分結果の絶対値を求めることで前記画像信号からエッジを検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号を出力するエッジ検出ステップと、
前記エッジ検出信号を平滑化する平滑化ステップと、
前記平滑化ステップにおいて平滑化された前記エッジ検出信号の分散値を、前記エッジ検出信号の変化量として求め、その変化量を、前記画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として出力する変化量算出ステップと、
前記エッジ信号に基づいて、前記画像信号からノイズを除去するノイズ除去ステップと
を含むことを特徴とする信号処理方法。 - 画像信号を、コンピュータに処理させるプログラムにおいて、
前記画像信号を微分して、微分結果の絶対値を求めることで前記画像信号からエッジを検出し、その検出結果を表すエッジ検出信号を出力するエッジ検出ステップと、
前記エッジ検出信号を平滑化する平滑化ステップと、
前記平滑化ステップにおいて平滑化された前記エッジ検出信号の分散値を、前記エッジ検出信号の変化量として求め、その変化量を、前記画像信号におけるエッジの程度を表すエッジ信号として出力する変化量算出ステップと、
前記エッジ信号に基づいて、前記画像信号からノイズを除去するノイズ除去ステップと
を含むことを特徴とするプログラム。
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