JP4601623B2 - ノイズ除去装置 - Google Patents
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Description
暗電流ノイズ成分は高周波成分を多く含むので、この高周波成分の情報をカットしてしまうと、暗電流ノイズ成分を正しく復号することができない。したがって、直交変換及び量子化によって暗電流ノイズ成分を圧縮する場合、この高周波成分の情報をカットすることができず、圧縮率を高くすることができない、という問題があった。
暗電流ノイズ成分は、撮像した時点での撮像素子の温度や露光時間、および撮像素子の出力から画像信号をアナログ信号として取り出す際に乗ずるゲインなどによって、大きく変化するため、予め撮像した暗電流ノイズ成分の大きさと、実際の撮像状態で撮像した画像成分に含まれる暗電流ノイズ成分の大きさは、異なったものになる。しかしながら、特許文献1で開示された暗電流ノイズ除去装置は、圧縮・伸張の処理が入るものの、予め記憶しておいた暗電流ノイズ成分をそのまま画像信号から差し引くので、画像信号から正しく暗電流ノイズ成分を除去できない、といった問題があった。
デジタルカメラや携帯電話機に用いられているCCDやCMOSセンサなどの撮像素子から出力される信号は、画像信号の他に、暗電流成分による固定パターンノイズ、強烈な入射光によって発生するスミアノイズ、CCDの製造時の欠陥による固定欠陥ノイズ、デバイスの熱的な揺らぎに起因するランダムノイズを含んでいる。したがって、撮像素子の出力された信号からこれらのノイズ成分を除去することが必要である。特開2004−172925号公報には、撮像素子にて撮像された信号から、先にスミアノイズを除去した後、暗電流による固定パターンノイズを除去する装置が開示されている。
第1の手段における本発明のある態様は、ノイズ除去装置に関する。この装置は、光を遮断した状態で撮像素子によって撮像された第1の画像信号に対し、前記撮像素子を構成する一部もしくは全部の画素の前記第1の画像信号の大きさの分布を求め、この分布から前記第1の画像信号の取る大きさのピークを含む範囲を特定し、この範囲の中で閾値を設定するノイズ分布分析部と、光を遮断した状態で前記撮像素子によって撮像された第2の画像信号に対し、前記閾値を基に量子化を行う量子化部と、前記量子化された第2の画像信号を逆量子化する逆量子化部と、光を入射した状態で撮像素子にて撮像された第3の画像信号から前記逆量子化された第2の画像信号を減算する減算部と、を具備する。ここで、「光を遮断した状態」は、撮像素子の前面に設けられたシャッターを閉じる等して、撮像素子に光が届かないようにした状態を指し、完全に遮断されずに漏れた光が撮像素子に入射されるような「実質的に光を遮断した状態」をも含む。
第2の手段における本発明のある態様は、ノイズ除去装置に関する。この装置は、光を遮断した状態で撮像素子によって得られた第1の画像信号を圧縮する圧縮部と、前記圧縮された第1の画像信号を伸張する伸張部と、前記圧縮部によって圧縮される前の第1の画像信号の状態と、光を入射した状態で撮像素子によって得られた第2の画像信号の状態との比較に基づいて、前記伸張された第1の画像信号から前記第2の画像信号に含まれるノイズ成分を予測するノイズ成分予測部と、前記第2の画像信号から、前記予測されたノイズ成分を減算する減算部と、を備える。
第3の手段における本発明のある態様は、ノイズ除去装置に関する。この装置は、撮像素子から出力された画像信号から、撮像素子の暗電流に起因する固定パターンノイズを除去する固定パターンノイズ除去部と、前記固定パターンノイズが除去された画像信号から、入射光に起因するスミアノイズを除去するスミアノイズ除去部と、を備える。
(実施の形態1)
図1は、本発明の好適な実施の形態1に係る暗電流ノイズ除去装置1を具備したデジタルカメラ100の構成を示した図である。この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた符号化機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
暗電流ノイズ成分が0〜7の値を持つことができる場合、ノイズ分布分析部10は、それぞれの値の出現画素数を次のように求める。
値5:2画素、値6:0画素、値7:0画素。
Vn=DA+2n・(DB−DA)/(2・(N−1))・・・(2)
ここで、DA、DBは下限A及び上限Bにおける暗電流ノイズ成分の値を表す。これらの値のうち、閾値THnは量子化部12に送られる一方、代表値Vnは逆量子化部16に送られる。
ていないため、撮像素子4から出力される信号は暗電流ノイズ成分である。
図4は、本発明の好適な実施の形態2に係る暗電流ノイズ除去装置7を具備したデジタルカメラ110の構成を示した図である。このデジタルカメラ110は、実施の形態1に係るデジタルカメラ100のノイズ分布分析部10とは機能の異なるノイズ分布分析部20を配置し、さらにラインメモリ22を付加した構成である。実施の形態1と同じ構成については同符号を付し、説明を省略する。
図6は、本発明の好適な実施の形態3に係る暗電流ノイズ除去装置8を具備したデジタルカメラ120の構成を示した図である。このデジタルカメラ120は、実施の形態1に係るデジタルカメラ100に帯域分離部24、圧縮部28、メモリ30、伸張部32及び加算部34を付加した構成である。実施の形態1と同じ構成については同符号を付し、説明を省略する。
(実施の形態4)
図7は、本発明の好適な実施の形態4に係る暗電流ノイズ除去装置1001を具備したデジタルカメラ1100の構成を示した図である。この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた符号化機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
暗電流ノイズ成分が0〜7の値を持つことができる場合、ノイズ分布分析部1010は、それぞれの値の出現画素数を次のように求める。
値5:2画素、値6:0画素、値7:0画素。
Vn=DA+2n・(DB−DA)/(2・(N−1))・・・(4)
ここで、DA、DBは下限A及び上限Bにおける暗電流ノイズ成分の値を表す。閾値THnは量子化部1012に送られる。また、閾値THn、代表値Vn及び下限Aにおける暗電流ノイズ成分DAは第1逆量子化部1018及び第2逆量子化部1020に送られる
Hx=Qx−Lx ・・・(6)
ここでQx+1〜Qx+15は、画素Xの左横に隣接して存在する15画素それぞれの量子化された暗電流ノイズ成分の大きさを表す。また、関数min2は括弧内に列挙された値のうち、2番目に小さな値を出力する関数である。すなわち、(5)式、(6)式による低周波・高周波分離方法は、分離対象の画素とその画素の左横に隣接して存在する15画素の計16画素が持つ暗電流ノイズ成分の中で、2番目に小さい値を低周波成分とし、分離対象の画素の暗電流ノイズ成分から低周波成分を差し引いたものを高周波成分とする。ここで、低周波成分を16画素の暗電流ノイズ成分の中の最小値としないのは、欠陥画素によって出力された低レベル信号を低周波成分としないようにするためである。
ここで、IHxは逆量子化された暗電流ノイズの高周波成分であり、このIHxが乗算部1026に送られる。
ここで、ILxは逆量子化された暗電流ノイズの低周波成分である。第2逆量子化部1020は、このILxにノイズ分布分析部1010から入力された下限Aにおける暗電流ノイズ成分の値DAを加算した値を、加算部1028に送る。
(実施の形態5)
図10は、本発明の好適な実施の形態5に係るノイズ除去装置2001を具備したデジタルカメラ2100の構成を示した図である。この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた符号化機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
図15は、本発明の好適な実施の形態6に係るノイズ除去装置2006を具備したデジタルカメラ2110の構成を示した図である。このノイズ除去装置2006は、図10のノイズ除去装置2001に対し、ランダムノイズ除去部2013の後段にオフセット除去部2014が付加された構成となっている。実施の形態5と同じ構成については同符号を付し、説明を省略する。
Claims (6)
- 光を遮断した状態で撮像素子によって撮像された第1の画像信号に対し、前記撮像素子を構成する一部もしくは全部の画素の前記第1の画像信号の大きさの分布を求め、この分布から前記第1の画像信号の取る大きさの分布のピークの位置を含む範囲を特定し、この範囲の中で閾値を設定するノイズ分布分析部と、
光を遮断した状態で前記撮像素子によって撮像された第2の画像信号に対し、前記閾値を基に量子化を行う量子化部と、
前記量子化された第2の画像信号を逆量子化する逆量子化部と、
光を入射した状態で撮像素子にて撮像された第3の画像信号から前記逆量子化された第2の画像信号を減算する減算部と、
を備えることを特徴とするノイズ除去装置。 - 前記第1の画像信号と前記第2の画像信号は、異なる時刻に撮像されたものであることを特徴とする請求項1に記載のノイズ除去装置。
- 前記第1の画像信号と前記第2の画像信号は、同じ画像信号であり、前記ノイズ分布分析部は、前記第1の画像信号を複数の領域に分割し、この分割した領域毎に前記第1の画像信号の大きさの分布を求め、この分布から前記第1の画像成分の取る大きさのピークを含む範囲を特定し、この範囲の中で閾値を設定することを特徴とする請求項1に記載のノイズ除去装置。
- 前記第1の画像信号及び前記第2の画像信号を低周波成分と高周波成分とに分割する帯域分離部を更に備え、
前記高周波成分に対して前記ノイズ分布分析部、前記量子化部及び前記逆量子化部を備えるとともに、
前記低周波成分と前記逆量子化部で逆量子化された前記高周波成分を加算した上で、これを前記減算部に入力することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のノイズ除去装置。 - 前記低周波成分を前記高周波成分とは独立した方法で圧縮する圧縮部と、
前記圧縮された低周波成分を伸張する伸張部と、
を更に備え、
前記伸張された低周波成分と前記逆量子化部で逆量子化された前記高周波成分を加算した上で、これを前記減算部に入力することを特徴とする請求項4に記載のノイズ除去装置。 - 光を遮断した状態で撮像素子によって撮像された画像信号に関して暗電流ノイズ成分の大きさの分布を求めるステップと、
前記暗電流ノイズ成分の大きさの分布のピークの位置を含む範囲を特定するステップと、
前記範囲の中で量子化のための閾値を設定するステップと、
前記暗電流成分を前記閾値に基づいて量子化するステップと、
前記量子化された暗電流ノイズ成分を逆量子化するステップと、
実際に被写体を撮像したときの画像信号から、前記逆量子化された暗電流ノイズ成分を減算するステップと、
を備えることを特徴とするノイズ除去方法。
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