JP4611212B2 - 画像データ処理方法および画像データ処理装置 - Google Patents
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Description
画像データにはノイズが重畳していることが多い。たとえば、夜間、暗場所などを撮像すると、撮像手段、たとえば、CCD、CMOSセンサの利得を高くする必要があり、ノイズを増加させる。また、データズーム処理を行ったときも、ノイズが拡大されて画像が劣化する場合がある。さらに、撮像装置の内部または撮像装置の外部から撮像信号に電気的なノイズが重畳することがある。さらに、CCD、CMOSセンサなどの撮像信号をディジタルに変換するときの、アナログ/ディジタル変換器の変換のバラツキによる誤差の影響を受けることもある。
したがって、エッジ検出に際して、ノイズの影響を排除することが必要となる。
注目ピクセルのメディアン・フィルタのオン・オフの判断を9ピクセルの画像データのみで行うため、ランダムノイズ、固定パターンのノイズの多い画像データでは、平坦箇所内のピクセルの画像データの処理結果の順序が、「メディアン値」、「メディアン値」、「元の画像データ」、「メディアン値」といったように、メディアン値の中に元の画像データがあるなど、不連続性か起き、画像の不自然さが目立つことがある。
特に、デジタル・ズーム処理を行った時に、画像の不自然さが目立つ。
算出したピクセルの平均値が、仮想的なエッジであるか否かを判定する工程と、
算出したピクセルの画像データに、ノイズが含まれているか否かを判定する工程と、
上記判定した結果が、仮想的なエッジであり、かつ、ノイズが含まれていない場合は、注目ピクセルの画像データをその注目ピクセルの画像データとする工程と、
上記判定した結果が、仮想的なエッジでありノイズが含まれている場合、仮想的なエッジではなくノイズが含まれていない場合、または、仮想的なエッジではなくノイズが含まれている場合は、対応するメディアン値を注目ピクセルの画像データとする工程と
を含む、画像データ処理方法が提供される。
すなわち、本発明によれば、2次元状に配置された複数のピクセルの各ピクセルについて、各ピクセルを中心とする周囲のピクセルについて平均値と、メディアン値を算出する手段と、
算出したピクセルの平均値が、仮想的なエッジであるか否かを判定する手段と、
算出したピクセルの画像データに、ノイズが含まれているか否かを判定する手段と、
上記判定した結果が、仮想的なエッジであり、かつ、ノイズが含まれていない場合は、注目ピクセルの画像データをその注目ピクセルの画像データとする手段と、
上記判定した結果が、仮想的なエッジでありノイズが含まれている場合、仮想的なエッジではなくノイズが含まれていない場合、または、仮想的なエッジではなくノイズが含まれている場合は、対応するメディアン値を注目ピクセルの画像データとする手段と
を含む、画像データ処理装置が提供される。
また本発明の画像データ処理装置の構成は簡単であり、迅速に処理を行うことができる。
図1は、本発明の実施の形態の画像のエッジを検出する部分を含む画像処理装置の構成図である。
図2は1フレーム分の画像データの配列の概要を図解した図である。
図3は図1に図解した画像のエッジを検出する装置における画像処理、特に、エッジ処理を説明するフローチャートである。
本発明の実施の形態の画像処理装置1は、撮像手段10と、信号処理手段20と、フレームメモリ30と、表示装置50とを有する。
撮像手段10として、たとえば、CCD(チャージ・カップルド・デバイス)、C−MOSセンサなどの種々の撮像手段を用いることができる。以下、撮像手段10として、CCD100を用いた場合について述べる。
信号処理手段20は、以下に述べる画像信号処理を行う手段てあり、たとえば、コンピュータなどの信号処理プロセッサを用いることができる。以下、信号処理手段20として、信号処理プロセッサを用いた場合について例示する。
これら、ROM202、RAM203、I/F部204、A/D変換部205、ワークメモリ206、I/F部207がバス208を介してCPU201に接続されている。
RAM203は、後述する信号処理におけるデータの一時的な保存などに使用する。
たとえば、仮想的なエッジであると判断された仮想的なエッジを示すピクセルの位置のワークメモリ206のメモリ部分には、論理「1」がセットされ、仮想的なエッジではないと判断された場合は、論理「0」がセットされる。
同様に、注目ピクセルPijの画像データにノイズが含まれている判断されたときは、ピクセルの位置のワークメモリ206の該当する部分には、論理「1」がセットされ、ノイズが含まれていないと判断された場合は、論理「0」がセットされる。
また、最終的にエッジが検出されたと判断されたエッジ検出を示すピクセルの位置のワークメモリ206のメモリ部分には、論理「1」がセットされ、最終的にエッジがないないと判断された場合は、論理「0」がセットされる。
このように、ワークメモリ206をみると、各ピクセルの状態が、たとえば、仮想的なエッジがあるか否か、ノイズが含まれていないか否か、あるいは、最終的にエッジが検出されたか否かを一覧できる。
本実施の形態においてはRAM203とワークメモリ206とを独立に設けた場合について述べたが、RAM203をワークメモリ206として使用することも可能である。
本実施の形態においては、フレームメモリ30には、各ピクセルごと、赤(R)、緑(G)、青(B)ごとの3種の信号を記憶される場合について述べる。以下の記述においては、CCD100から読み取った赤(R)、緑(G)、青(B)についてそれぞれエッジ処理を行う場合について述べる。
もちろん、フレームメモリ30には、赤(R)、緑(G)、青(B)の信号に代えて、輝度データと、2種の色差データを格納することもできる。その場合、エッジ処理は、輝度信号についてのみ行えばよい。
図3を参照して画像処理装置1の動作を述べる。
CPU201は、I/F部204を介してCCD100を駆動する。
CPU201は、I/F部204を介して、CCD100の撮像結果を入力し、A/D変換部205でアナログの撮像信号をデジタル値に変換し、変換したデジタル撮像信号を順次、フレームメモリ30に記憶していく。
フレームメモリ30には、1フレーム分の画像データ、たとえば、RGB成分の3種の画像データをフレームメモリ30に格納する。
フレームメモリ30に格納される画像データは、たとえば、図2に例示したように、1フレーム分が水平方向と垂直方向の2次元的に(マトリクス状に)配列されている。1フレームの画像データは、RGB成分の3種の画像データごとにそれぞれ、水平方向にm個、垂直方向にn個の画素(ピクセル)で構成されている。
CPU201は、フレームメモリ30に格納された画像データを、表示装置50の表示方式に応じて読みだして表示装置50に出力する。
これにより、表示装置50に、撮像手段10で撮像した画像が表示される。
CPU201は、エッジ判定処理が必要なタイミングか否かをチェックし、エッジ判定が必要な場合は、エッジ判定処理を行う。
エッジ判定処理は、撮像の度、たとえば、1秒に30回、毎回行うこともできるし、所定の周期、たとえば、1秒に一度、間欠的に行うこともできる。
あるいは、ユーザーあるいは他の装置から指示または要求があった場合など、デマンド的に行うこともできる。
CPU201は、エッジ判定処理が必要な場合、図4(第1実施の形態)および図7(第2実施の形態)を参照して述べるエッジ判定処理を行う。
図4を参照して第1実施の形態のエッジ判定処理を述べる。
CPU201は、エッジ判定処理の前処理として、平均画像データ値AVと、メディアン値MDとを計算する。
フレームメモリ30に格納されている画像データは、たとえば、図2に例示したように、1フレーム分のRGB成分の画像データそれぞれが、水平方向にm個、垂直方向にn個の画素(ピクセル)で構成されている。以下、代表してR成分の画像データについて述べる。
平均画像データ値AVは仮想的なエッジの判定に用いる。
本実施の形態において、図5(A)に図解したように、注目ピクセル(特定ピクセル、または特定画素)Pijを中心として、その周囲の1ピクセルの分、合計9ピクセルの画像データPi-1,j 〜Pi+1,j+1 について合計し、加算個数=9で割って注目ピクセルPijの平均画像データ値AVPijを求める。
これを1フレーム分の全てのピクセルの画像データについて計算する。
具体的には、CPU201は、注目ピクセルPijと、その周囲の8個のピクセルの画像データ、たとえば、R成分の画像データをフレームメモリ30から読み出し、RAM203に保存し、これら9個のピクセルの画像を加算し、9で割って注目ピクセルPijの平均値AVPijを求める。CPU201は、求めた平均値AVPijをワークメモリ206の対応するピクセルPijの平均画像データ値記憶部分に記憶する。
そこで、CPU201は、4隅の注目ピクセルについては、たとえば、左隅の注目ピクセルについては、たとえば、図5(B)に図解したように、その周囲の3個のピクセルの画像データを用いて平均値を求める。上記同様、単純平均値を求めるか、重み付け平均値を求めるかは、適宜決定する。
CPU201は、このようにして求めた平均画像データ平均値AVPijをワークメモリ206の注目ピクセルPijの平均画像データ値記憶部分に記憶する。
なお、4隅の注目ピクセルについては、その外部にはエッジは存在しないから、CPU201は、これら4隅の注目ピクセルの外部のエッジ判定処理は行わない。
CPU201は、このようにして求めた平均画像データ値AVPijをワークメモリ206の注目ピクセルPijの平均画像データ値記憶部分に記憶する。
この場合も、辺の外側にはエッジは存在しないから、CPU201は、これら辺のピクセルの外側のエッジ判定処理は行わない。
メディアン値MDは最終的な注目ピクセルの値を決定するときに使用する。
CPU201は、上記平均画像データ値AVの計算と並行して、メディアン値MD、すなわち、中央値を求める。
メディアン値MDの求め方は、たとえば、上述した特許文献1〜5に記載のメディアン値の計算と同様である。
CPU201は、求めたメディアン値MDを、ワークメモリ206の各ピクセルPijのメディアン値記憶領域に記憶する。
各ピクセルについて平均画像データ値が得られたら、CPU201は、各注目ピクセルについての平均画像データ値が、隣接するピクセルの画像データとの関係において、エッジであるか否かを仮想的に判断する。
仮想的なエッジとは、後述する最終的なエッジの判断に対して、この処理において、一時的にエッジとして判断されたことを言う。
第1実施の形態のエッジ判定処理は、注目ピクセルの平均画像データ値と、該注目ピクセルを中心とする周囲のピクセルの平均画像データ値とについて、マクリスク状に配置されたこれらのピクセルの斜め方向において、ほぼ左半分のピクセル領域の平均画像データ値の最大値と最小値との差を求め、ほぼ右半分のピクセル領域の平均画像データ値の最大値と最小値との差を求めて行う。
図6(A)は、注目ピクセルPijの画像データ、たとえば、R成分の平均画像データ値AVPijと、その周辺のピクセルの平均画像データ値AVを図解した図である。
CPU201は、図6(A)に図解した2次元状に配置された平均画像データ値AVを、図6(B)に図解したように、1列に並べて、たとえば、RAM203に記憶する。
CPU201は、注目ピクセルPijの平均画像データ値AVPijを基準として、その左側の差分Lδと、右側の差分Rδとを求める。
すなわち、CPU201は、左側の差分Lδとして、図6(B)における、5個の平均画像データ値AVPi-1,j-1 (A0 )〜AVPi,j (A4 )の最大値(MAX)と、最小値(MIN)との差を求める。
同様に、CPU201は、右側の差分Rδとして、図6(B)における、5個の平均画像データ値AVPi,j (A4 )〜AVPi+1,j+1 (A8 )の最大値(MAX)と、最小値(MIN)との差を求める。
さらに、左側の差分Lδと右側の差分Rδの演算に使用するRAM203の使用メモリが9個ですむため、メモリ使用の削減の面で利点がある。
CPU201は、左側の差分Lδが所定のしきい値以上の場合、または、右側の差分Rδが所定のしきい以上の場合、注目ピクセルPijが仮想的にエッジ部分であると仮定して、仮想エッジフラグEFLG=1とする。
他方、左側の差分Lδが所定のしきい値以下、かつ、右側の差分Rδが所定のしきい値以下の場合、CPU201は、注目ピクセルPijが仮想的にエッジ部分ではないと仮定して、仮想エッジフラグEFLG=0とする。
CPU201は、図5(A)に図解した、注目ピクセルPijの画像データと、その周辺のピクセルの画像データとの偏差を求める。
注目ピクセルPijの画像データとその周辺の画像データとは一般に連続しているから、瞬時的に大きなノイズが含まれている場合以外は、ある程度の偏差内にあると仮定してよい。
そこで、CPU201は、上記偏差の絶対値が所定のレベルを越えている場合、注目ピクセルPijの画像データにはノイズが含まれていると判定する。ノイズが含まれていると判定した場合、CPU201はノイズフラグNFLG=1として、ノイズが含まれていないと判定した場合、ノイズフラグNFLG=0とする。
CPU201は、仮想エッジフラグEFLG=1、すなわち、注目ピクセルPijの画像データが仮想的なエッジであり、ノイズフラグNFLG=0、すなわち、注目ピクセルPijの画像データにはノイズが含まれていない場合、最終的にエッジであるとして、注目ピクセルPijの画像データをそのまま使用する。
このように、ノイズが含まれていず、エッジであると判定された場合は、注目ピクセルPijの本来の画像データを用いるので、エッジがぼけることはない。特に、ランダムノイズや、固定パターンノイズが多い場合でも、画像のエッジのデータを保存したまま、ノイズ低減を行うことができる。
その他の場合は全て、注目ピクセルPijの画像データとして、ワークメモリ206に記憶したメディアン値MDとする。
以上の処理を図2に図解した画像データの全てについて行う。
CPU201は、上述した仮想エッジフラグEFLGの値をワークメモリ206の注目ピクセルPijの仮想的なエッジを示すメモリ部分に記憶しておくことができる。また、CPU201は、ノイズフラグNFLGの値をワークメモリ206の注目ピクセルPijの対応するメモリ部分に記憶しておくことができる。これにより、1フレームの画像データについて、ワークメモリ206を観察すると、仮想的エッジの状態、および、ノイズが含まれているか否かの状態が一覧することができる。
通常、1ピクセルだけ突出してエッジであることはない。エッジは通常、複数ピクセルに渡って連続している。したがって、CPU201は、ワークメモリ206内の最終エッジの結果の連続性をチェックして、複数のピクセルに渡ってエッジと判定された部分のみ、正式なエッジとしてワークメモリ206に記憶する。
あるいは、処理の簡便化のため、映像にとって主要な成分、たとえば、G成分についてのみ処理を行えばよい場合には、そのような成分についてのみ上述した処理を行うことができる。
図4を参照して述べたエッジ判定処理の第1実施の形態は、1度の処理でエッジ判定を行った場合について述べたが、図2に例示した画像データの配列に従って、水平方向と垂直方向とに分離して、エッジ判定を行うこともできる。
本発明の第2実施の形態のエッジ判定処理について、図7を参照して、そのような例を述べる。
CPU201は、エッジ処理の前処理として、平均画像データ値AVと、メディアン値MDとを計算する。
平均画像データ値AVの計算処理と、メディアン値MDの計算処理は、図4を参照して述べた、ステップ11の処理と同様である。
CPU201は、第1実施の形態のステップ16〜18において述べたように、図5(A)に図解した、注目ピクセルPijの画像データと、その周辺のピクセルの画像データとの偏差を求める。
注目ピクセルPijの画像データとその周辺のピクセルの画像データとは一般に連続しているから、これらの画像データに瞬時的に過大なノイズが重畳された場合以外はある程度の偏差内にあると仮定してよい。
CPU201は、上記偏差の絶対値が所定のレベルを越えている場合、注目ピクセルPijの画像データにノイズが含まれていると判定する。
ノイズが含まれていると判定した場合、CPU201はノイズフラグNFLG=1として、ノイズが含まれていないと判定した場合、ノイズフラグNFLG=0とし、さらに注目ピクセルPijの画像データをメディアン値MDとする。
したがって、第2実施の形態においても、ノイズフラグNFLG=0の場合のみ下記の処理を行い、ノイズフラグNFLG=1の場合は、注目ピクセルPijの画像データをメディアン値MDの値に置き換えて、以下の処理は行わない。
CPU201は、ステップ35において、図6(A)に図解した注目ピクセルPijの水平方向の前後の平均画像データとの偏差を求める。
δ1H =AVPi-1,J 〜AVPi,J ,
δ2H =AVPi,J 〜AVPi+1,J
他方、δ1H またはδ2H のいずれかが、所定の判定レベルを越えているときは、注目ピクセルPijは垂直方向にエッジがあると判定し、CPU201は、垂直方向の仮想エッジフラグEFLGH =1とする。この場合、CPU201は、注目ピクセルPijの画像データを対応するメディアン値MDとする。
CPU201は、ステップ39において、図6(A)に図解した注目ピクセルPijの垂直方向の前後の平均画像データとの偏差を求める。
δ1V =AVPi,J-1 〜AVPi,J ,
δ2V =AVPi,J 〜AVPi,J+1
さらにCPU201は、水平方向の仮想エッジフラグEFLGH =1の場合は水平方向にエッジがあると判定されている場合は、注目ピクセルPijの画像データをそのままそのピクセルの画像データとして保存しておく。
他方、水平方向の仮想エッジフラグEFLGH =0の場合は水平方向および垂直方向の両方向にエッジがないと判定されたので、注目ピクセルPijの画像データをメディアン値MDとする。
以上により、注目ピクセルPijの水平方向および垂直方向にエッジがあるか否かが判定された。
CPU201は、水平方向の仮想エッジフラグEFLGH および垂直方向の仮想エッジフラグEFLGV をそれぞれ、ワークメモリ206内の対応する部分に記憶することができる。また上述したように、ワークメモリ206の対応する画像データ記憶部分には、注目ピクセルPijの画像データまたはメディアン値MDが記憶されている。
その他の場合は全て、注目ピクセルPijの画像データとして、ワークメモリ206に記憶したメディアン値MDを用いる。これにより、ノイズが低減される。
第2実施の形態では、特に、水平方向、および/または、垂直方向の方向性を考慮したエッジが検出できる。
さらに斜め方向のエッジを判定したい場合は、CPU201は、図6(A)における、注目ピクセルPijの対角方向の前後のピクセルの平均値画像データと、上述した水平方向および垂直方向の処理と同様の処理を行うことができる。
たとえば、図5(A)を参照してノイズ処理に際して、注目ピクセルPijの外周1ピクセル分について、画像データの偏差を算出する例を述べたが、外周1ピクセル分に限らず、外周2ピクセル分まで拡大することもできる。もちろん、外周2ピクセルまでに限定されない。
同様に、図6(A)、(B)を参照して述べた仮想的なエッジ判定処理に際しても、注目ピクセルPijの平均画像データ値AVを中心とする9個のピクセルの平均画像データ値AVを用いる場合を例示したが、さらに外周2ピクセル分の平均画像データ値AVを参照して仮想的なエッジ判定を行うこともできる。もちろん、外周2ピクセルまでに限定されない。
同様に、図1に図解した信号処理プロセッサ200(信号処理手段20)、特に、CPU201とワークメモリ206、および、フレームメモリ30の動作処理が、本発明の画像データ処理方法の種々の工程の処理を実施していることが理解されよう。
10…撮像手段、
20…信号処理手段、
201…CPU、202…ROM、203…RAM、204…I/F部、
205…A/D変換部、206…ワークメモリ、207…I/F部、
208…バス、
30…フレームメモリ、
50…表示装置
Claims (6)
- 2次元状に配置された複数のピクセルの各ピクセルについて、各ピクセルを中心とする周囲のピクセルについて平均値と、メディアン値を算出する工程と、
算出したピクセルの平均値が、仮想的なエッジであるか否かを判定する工程と、
算出したピクセルの画像データに、ノイズが含まれているか否かを判定する工程と、
上記判定した結果が、仮想的なエッジであり、かつ、ノイズが含まれていない場合は、注目ピクセルの画像データをその注目ピクセルの画像データとする工程と、
上記判定した結果が、仮想的なエッジでありノイズが含まれている場合、仮想的なエッジではなくノイズが含まれていない場合、または、仮想的なエッジではなくノイズが含まれている場合は、対応するメディアン値を注目ピクセルの画像データとする工程と
を含む、画像データ処理方法。 - 前記仮想的なエッジを判定する工程において、
注目ピクセルの平均画像データ値と、該注目ピクセルを中心とする周囲のピクセルの平均画像データ値とについて、マクリスク状に配置されたこれらのピクセルの斜め方向において、ほぼ左半分のピクセル領域の平均画像データ値の最大値と最小値との差を求め、および、ほぼ右半分のピクセル領域の平均画像データ値の最大値と最小値との差を求め、
両者の差のいずれかが所定のしきい値を越えている場合、仮想的なエッジであると判定する、
請求項1に記載の画像データ処理方法。 - 前記仮想的なエッジを判定する工程において、
注目ピクセルの平均画像データ値と、該注目ピクセルを中心とする周囲のピクセルの平均画像データ値とについて、
マクリスク状に配置されたこれらのピクセルの水平方向において、注目ピクセルの平均画像データ値と、該注目ピクセルの前後のピクセルの平均画像データ値との差が所定のしきい値を越えている場合、水平方向にエッジがあると判定し、
マクリスク状に配置されたこれらのピクセルの垂直方向において、注目ピクセルの平均画像データ値と、該注目ピクセルの前後のピクセルの平均画像データ値との差が所定のしきい値を越えている場合、垂直方向にエッジがあると判定する、
請求項1に記載の画像データ処理方法。 - 前記仮想的なエッジを判定する工程において、
注目ピクセルの平均画像データ値と、該注目ピクセルを中心とする周囲のピクセルの平均画像データ値とについて、
マクリスク状に配置されたこれらのピクセルの第1の対角方向において、注目ピクセルの平均画像データ値と、該注目ピクセルの前後のピクセルの平均画像データ値との差が所定のしきい値を越えている場合、第1の対角方向にエッジがあると判定し、
マクリスク状に配置されたこれらのピクセルの第2の対角方向において、注目ピクセルの平均画像データ値と、該注目ピクセルの前後のピクセルの平均画像データ値との差が所定のしきい値を越えている場合、第2の対角方向にエッジがあると判定する、
請求項3に記載の画像データ処理方法。 - 前記ノイズの判定工程において、
注目ピクセルの画像データと、該注目ピクセルの周囲の画像データとの差が所定のレベルを越えている場合、該注目ピクセルの画像データにノイズが含まれているとする、
請求項1〜4のいずれかに記載の画像データ処理方法。 - 2次元状に配置された複数のピクセルの各ピクセルについて、各ピクセルを中心とする周囲のピクセルについて平均値と、メディアン値を算出する手段と、
算出したピクセルの平均値が、仮想的なエッジであるか否かを判定する手段と、
算出したピクセルの画像データに、ノイズが含まれているか否かを判定する手段と、
上記判定した結果が、仮想的なエッジであり、かつ、ノイズが含まれていない場合は、注目ピクセルの画像データをその注目ピクセルの画像データとする手段と、
上記判定した結果が、仮想的なエッジでありノイズが含まれている場合、仮想的なエッジではなくノイズが含まれていない場合、または、仮想的なエッジではなくノイズが含まれている場合は、対応するメディアン値を注目ピクセルの画像データとする手段と
を含む、画像データ処理装置。
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