JP5022400B2 - Moving image noise removing device, moving region image noise removing device, moving image noise removing program, and moving region image noise removing program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動画像信号から雑音を除去する動画像雑音除去装置、動領域画像雑音除去装置、動画像雑音除去プログラム、動領域画像雑音除去プログラムに関する。 The present invention relates to a moving image noise removing device, a moving region image noise removing device, a moving image noise removing program, and a moving region image noise removing program for removing noise from a moving image signal.
一般に、静止画像から雑音(ノイズ)を除去する雑音除去法として、メディアンフィルタ(Median Filter)、TV(Total Variation)法、ウェーブレット縮退(Wavelet shrinkage)法等の非線形処理を利用する手法が知られている。
例えば、ウェーブレット縮退法は、画像信号を離散ウェーブレット変換(DWT:Discrete Wavelet Transform)により分解(ウェーブレット分解)して求めたDWT展開係数について、閾値関数(Threshold Function)により雑音の信号レベルを“0”に向けて減衰させてから、ウェーブレット逆変換(IDWT:Inverse Discrete Wavelet Transform)を行う非線形な手法である(非特許文献1参照)。この手法を用いると、画像信号が特定のDWT展開係数に集中し、画像信号の展開係数の絶対値が雑音の展開係数の絶対値よりも大きい場合、ほぼ原画像信号の特徴を損なわずに雑音除去を行うことができる。
In general, as a noise removal method for removing noise from a still image, a method using nonlinear processing such as a median filter, a TV (Total Variation) method, a wavelet shrinkage method, or the like is known. Yes.
For example, in the wavelet degeneration method, a noise signal level is set to “0” by a threshold function (Threshold Function) for a DWT expansion coefficient obtained by decomposing (wavelet decomposition) an image signal by a discrete wavelet transform (DWT). This is a non-linear method that performs inverse discrete wavelet transform (IDWT) after attenuation toward (see Non-Patent Document 1). When this method is used, when the image signal is concentrated on a specific DWT expansion coefficient and the absolute value of the expansion coefficient of the image signal is larger than the absolute value of the noise expansion coefficient, the noise is almost eliminated without impairing the characteristics of the original image signal. Removal can be performed.
一方、動画像における雑音除去法としては、動き補償とフィルタ処理とにより雑音を除去する手法が一般的である(特許文献1,2参照)。
例えば、特許文献1には、動画像において、現画像と1フレーム画像前の画像との差分により、現画像からノイズを減算する値を求め、ノイズを除去する技術が開示されている。また、特許文献1には、ノイズを減算する値を求める際に、現画像と1フレーム画像前の画像との前後画素から画像の形状判定を行い、フレーム画像間で形状について相関がある場合には、現画像に対するノイズ除去の割合を小さくするように制御する技術が開示されている。
On the other hand, as a noise removal method for moving images, a method of removing noise by motion compensation and filter processing is generally used (see
For example,
また例えば、特許文献2には、動画像において、フレーム画像間の局所的な動きベクトルにより、前に入力されたフレーム画像に対して動き補正を行う際に、フレーム画像間の低域通過フィルタの係数を制御し、動画像におけるボケを最小限に抑えて雑音を低減させる技術が開示されている。
Further, for example, in
このような不要な雑音成分は、動画像の主観画質の劣化のみならず、符号化効率の低下をも招くことになるため、精度良く除去することができる手法の確立が望まれている。
しかし、従来の動画像における雑音除去法は、信号対雑音比が低い場合、動き検出精度が低下するため、自ずと雑音除去性能も低下してしまうという問題がある。
また、近年の動画像はスーパーハイビジョン(SHV)のように高精細化しており、このような高精細動画像は、撮像素子1画素あたりの受光面積が小さいため、撮影条件によって信号対雑音比が低下してしまう。よって、従来の雑音除去法では、動画像から精度良く雑音を除去することができないという問題がある。
Such unnecessary noise components not only deteriorate the subjective image quality of moving images but also reduce the coding efficiency. Therefore, it is desired to establish a technique that can be removed with high accuracy.
However, the conventional noise removal method for moving images has a problem in that, when the signal-to-noise ratio is low, the motion detection accuracy is lowered, so that the noise removal performance is naturally lowered.
In recent years, moving images have become high definition like Super Hi-Vision (SHV), and such high-definition moving images have a small light receiving area per pixel of the image sensor, so that the signal-to-noise ratio depends on the shooting conditions. It will decline. Therefore, the conventional noise removal method has a problem that noise cannot be accurately removed from a moving image.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、信号対雑音比が低い動画像信号であっても、精度良く雑音を除去することが可能な動画像雑音除去装置、動領域画像雑音除去装置、動画像雑音除去プログラム及び動領域画像雑音除去プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and a moving image noise removing apparatus capable of accurately removing noise even with a moving image signal having a low signal-to-noise ratio, It is an object of the present invention to provide a moving area image noise removing apparatus, a moving image noise removing program, and a moving area image noise removing program.
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項1に記載の動画像雑音除去装置は、時系列で連続する複数の原フレーム画像により構成される動画像信号に含まれる雑音を除去する動画像雑音除去装置であって、時間軸方向周波数成分分解手段と、フレーム画像列動領域抽出手段と、フレーム画像内動領域抽出手段と、フレーム画像内静領域抽出手段と、動領域画像生成手段と、静領域画像生成手段と、空間周波数方向平滑化手段と、時間軸方向平滑化手段と、合成手段とを備え、空間周波数方向平滑化手段は、空間周波数分解手段と、動きベクトル検出手段と、空間高周波成分低減手段と、ウェーブレット再構成手段と、を備える構成とした。
The present invention was devised to achieve the above object. First, the moving image denoising device according to
かかる構成において、動画像雑音除去装置は、時間軸方向分解手段によって、動画像信号を原フレーム画像で構成される所定数の原フレーム画像列ごとに、順次1フレーム画像ずつずらして時間方向にウェーブレット分解し、動画像信号を所定数の原フレーム画像列ごとに時間軸方向における高周波成分と時間軸方向における低周波成分とに分解する。これは、フレーム画像列ごとに、1次元1階離散ウェーブレット変換を行うことで、時間高周波成分と時間低周波成分とに分解することができる。 In such a configuration, the moving image noise removing device shifts the moving image signal in the time direction by sequentially shifting the moving image signal by one frame image for each predetermined number of original frame image sequences composed of the original frame images by the time axis direction decomposing means. The moving image signal is decomposed into a high frequency component in the time axis direction and a low frequency component in the time axis direction for each predetermined number of original frame image sequences. This can be decomposed into temporal high-frequency components and temporal low-frequency components by performing one-dimensional first-order discrete wavelet transform for each frame image sequence.
また、動画像雑音除去装置は、フレーム画像列動領域抽出手段によって、時間軸方向における高周波成分を予め定めた閾値により2値化し、所定数の原フレーム画像列における動領域であるフレーム画像列動領域を示すフレーム画像列動領域2値化画像を生成する。時間高周波成分は、フレーム画像列における動きがある部分にあらわれると考えられるので、この時間高周波成分をさらに閾値で2値化することで、時間高周波成分のうち閾値より大きい部分をフレーム画像列の動領域として抽出することができる。 Further, the moving image noise removing device binarizes a high frequency component in the time axis direction with a predetermined threshold by the frame image sequence moving region extraction unit, and performs frame image sequence moving as a moving region in a predetermined number of original frame image sequences. A frame image sequence moving region binarized image indicating the region is generated. Since the temporal high-frequency component is considered to appear in a portion where there is movement in the frame image sequence, the temporal high-frequency component is further binarized with a threshold value so that the portion of the temporal high-frequency component that is larger than the threshold value is moved in the frame image sequence. It can be extracted as a region.
さらに、動画像雑音除去装置は、フレーム画像内動領域抽出手段によって、フレーム画像列動領域抽出手段で生成されたフレーム画像列動領域2値化画像について、予め定めた連続したフレーム画像数ごとに、フレーム画像列動領域の共通領域を抽出し、1フレーム画像分の動領域であるフレーム画像内動領域を示す動領域2値化画像を生成する。これによって、1フレーム画像分の動領域を抽出することができる。 Further, the moving image noise removing apparatus performs, for each predetermined number of consecutive frame images, the frame image sequence moving region binarized image generated by the frame image sequence moving region extracting unit by the frame image moving region extracting unit. Then, a common area of the frame image sequence moving area is extracted, and a moving area binarized image indicating a moving area within the frame image which is a moving area for one frame image is generated. Thus, a moving area for one frame image can be extracted.
そして、動画像雑音除去装置は、フレーム画像内静領域抽出手段によって、動領域2値化画像の画素値を反転することで、1フレーム画像分の静領域であるフレーム画像内静領域を示す静領域2値化画像を生成する。これによって、1フレーム画像分の静領域を抽出することができる。
このようにして、動画像信号から静領域と動領域とを個別に抽出することで、信号対雑音比が低い場合にも、静領域と動領域にそれぞれ含まれる雑音の特徴を精度良く抽出することができ、静領域と動領域のそれぞれの雑音との関係に応じて個別に雑音を除去することが可能となるため、雑音除去性能を向上させることができる。
Then, the moving image noise removing apparatus inverts the pixel value of the moving region binarized image by the frame image inner region extracting means, thereby indicating a still region in the frame image that is a still region for one frame image. A region binarized image is generated. Thereby, a static area for one frame image can be extracted.
In this way, by extracting the static region and the moving region separately from the moving image signal, even when the signal-to-noise ratio is low, the characteristics of noise included in the static region and the moving region can be accurately extracted. In addition, noise can be individually removed according to the relationship between the noise in the static region and the dynamic region, so that the noise removal performance can be improved.
また、動画像雑音除去装置は、動領域画像生成手段によって、フレーム画像内動領域抽出手段で生成された動領域2値化画像に基づいて、当該動領域2値化画像と時間軸方向に対応する前記原フレーム画像から動領域を抽出して動領域画像を生成する。 In addition, the moving image noise removing apparatus corresponds to the moving region binarized image and the time axis direction based on the moving region binarized image generated by the moving region image generating unit by the moving region image generating unit. A moving area is extracted from the original frame image to generate a moving area image.
またさらに、動画像雑音除去装置は、静領域画像生成手段によって、フレーム画像内静領域抽出手段で生成された静領域2値化画像に基づいて、当該静領域2値化画像と時間軸方向に対応する原フレーム画像から静領域を抽出して静領域画像を生成する。 Still further, the moving image noise removing device is configured to generate a static region binarized image and a temporal axis direction based on the static region binarized image generated by the static region image generating unit by the static region image generating unit. A static region image is generated by extracting a static region from the corresponding original frame image.
そして、動画像雑音除去装置は、空間周波数方向平滑化手段によって、動領域画像生成手段で生成された動領域画像において空間周波数方向の平滑化処理を行うことで、動領域画像から雑音を除去した動領域雑音除去画像を生成する。
ここで、空間周波数方向平滑化手段は、空間周波数分解手段と、動きベクトル検出手段と、空間高周波成分低減手段と、ウェーブレット再構成手段と、を備える。
The moving image noise removing apparatus removes noise from the moving region image by performing a smoothing process in the spatial frequency direction on the moving region image generated by the moving region image generating unit by the spatial frequency direction smoothing unit. A moving area noise-removed image is generated.
Here, the spatial frequency direction smoothing means includes spatial frequency decomposition means, motion vector detection means, spatial high frequency component reduction means, and wavelet reconstruction means.
動画像雑音除去装置は、空間周波数方向平滑化手段の空間周波数分解手段によって、動領域画像生成手段で生成された動領域画像を空間方向にウェーブレット分解することで、当該動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解する。この空間方向のウェーブレット分解は、動領域画像に対して2次元1階離散ウェーブレット変換を行うことで、動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解することができる。 The moving image noise removing device performs wavelet decomposition on the moving region image generated by the moving region image generating unit in the spatial direction by the spatial frequency decomposing unit of the spatial frequency direction smoothing unit, thereby converting the moving region image into a spatial low frequency. Breaks down into components and spatial high frequency components. In the spatial wavelet decomposition, the moving area image can be decomposed into a spatial low frequency component and a spatial high frequency component by performing a two-dimensional first-order discrete wavelet transform on the moving area image.
また、動画像雑音除去装置は、空間周波数方向平滑化手段の動きベクトル検出手段によって、空間周波数分解手段で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、一の動領域画像と時間軸方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、一の動領域画像の動きベクトルを検出する。それぞれの空間低周波成分は、それぞれの動領域画像に比べて水平及び垂直方向に1/2の低域通過フィルタ処理と間引き処理とが加えられているため、雑音が低減されている。このように雑音が低減されることにより、動き検出精度を向上させることができるので、空間低周波成分間でブロックマッチングを行うことで、動きベクトルを良好に検出することができる。 In addition, the moving image noise removing device includes a spatial low frequency component of one moving region image obtained by the spatial frequency decomposing unit, a single moving region image and a time axis by the motion vector detecting unit of the spatial frequency direction smoothing unit. Block matching is performed between the spatial low-frequency components of moving region images adjacent in the direction, and a motion vector of one moving region image is detected. Each spatial low-frequency component is reduced in noise because a low-pass filter process and a thinning process that are ½ in the horizontal and vertical directions are added to each moving area image. Since noise is reduced in this way, motion detection accuracy can be improved, and therefore, motion vectors can be detected well by performing block matching between spatial low-frequency components.
さらに、動画像雑音除去装置は、空間周波数方向平滑化手段の空間高周波成分低減手段によって、動きベクトル検出手段で検出された一の動領域画像の動きベクトルを、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減する。カメラで撮影された画像は、被写体が動いた方向に蓄積ボケを有するため、空間高周波成分低減手段によって動き方向に応じて個別に空間高周波成分を低減することで、精度良く雑音を除去することができる。 Furthermore, the moving image noise removing apparatus converts the motion vector of one moving area image detected by the motion vector detecting unit by the spatial high frequency component reducing unit of the spatial frequency direction smoothing unit in the horizontal direction, the vertical direction, and the diagonal direction. The three directions are classified, and the spatial high-frequency component is reduced according to the classified directions. Since the image taken with the camera has accumulated blur in the direction in which the subject moved, noise can be accurately removed by reducing the spatial high-frequency component individually according to the direction of movement by the spatial high-frequency component reducing means. it can.
またさらに、動画像雑音除去装置は、空間周波数方向平滑化手段のウェーブレット再構成手段によって、空間高周波成分低減手段で空間高周波成分が低減された前記一の動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット再構成することで、動領域の雑音除去動画像信号を生成する。この空間方向のウェーブレット再構成としては、空間高周波成分及び空間低周波成分に対して2次元1階離散ウェーブレット逆変換を行うことで、空間高周波成分及び空間低周波成分の各周波数成分を動画像信号に再構成することができる。
動領域は、雑音とともに時間方向の信号相関が低いので、このように空間方向の平滑化処理を行うことで、雑音を除去する。
Still further, the moving image noise removing apparatus reconstructs the one moving region image in which the spatial high frequency component is reduced by the spatial high frequency component reducing unit in the spatial frequency direction by the wavelet reconstructing unit of the spatial frequency direction smoothing unit. As a result, a moving image noise-removed moving image signal is generated. As the wavelet reconstruction in the spatial direction, two-dimensional first-order discrete wavelet inverse transformation is performed on the spatial high-frequency component and the spatial low-frequency component, so that each frequency component of the spatial high-frequency component and the spatial low-frequency component is converted into a video signal. Can be reconfigured.
Since the moving region has low signal correlation in the time direction along with noise, noise is removed by performing smoothing processing in the spatial direction in this way.
さらに、動画像雑音除去装置は、時間軸方向平滑化手段によって、静領域画像生成手段で生成された静領域画像において時間軸方向の平滑化処理を行うことで、静領域画像から雑音を除去した静領域雑音除去画像を生成する。静領域は、時間軸方向の信号相関が高く、雑音は、時間軸方向の信号相関が低いので、時間軸方向平滑化手段によって時間軸方向の平滑化処理を行うことで、雑音を除去する。 Furthermore, the moving image noise removing apparatus removes noise from the static region image by performing the time axis direction smoothing process on the static region image generated by the static region image generating unit by the time axis direction smoothing unit. A static area noise-removed image is generated. The static region has a high signal correlation in the time axis direction, and the noise has a low signal correlation in the time axis direction. Therefore, the noise is removed by performing the time axis direction smoothing process by the time axis direction smoothing means.
そして、動画像雑音除去装置は、合成手段によって、動領域雑音除去画像と静領域雑音除去画像と、を合成することで、1フレーム画像分の雑音除去動画像信号を生成する。これによって、動領域と静領域のそれぞれの雑音との関係に応じて個別に雑音を除去した雑音除去動画像信号を得ることができる。 Then, the moving image noise removing device generates a noise-removed moving image signal for one frame image by combining the moving region noise-removed image and the static region noise-removed image by the combining unit. Thus, it is possible to obtain a noise-removed moving image signal from which noise is individually removed according to the relationship between the noise in the moving area and the static area.
また、請求項2に記載の動領域画像雑音除去装置は、時系列で連続する複数の原フレーム画像により構成される動画像信号から予め抽出された動きのある領域を示す動領域情報に基づいて、前記動画像信号の雑音を除去した雑音除去動画像信号を生成する動領域雑音除去装置であって、動領域画像生成手段と、空間周波数方向平滑化手段と、を備え、空間周波数方向平滑化手段は、空間周波数分解手段と、動きベクトル検出手段と、空間高周波成分低減手段と、ウェーブレット再構成手段と、を備える構成とした。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the moving area image noise removing device based on moving area information indicating a moving area extracted in advance from a moving image signal composed of a plurality of original frame images continuous in time series. A moving area noise removing apparatus for generating a noise-removed moving image signal from which noise of the moving image signal has been removed, comprising moving area image generating means and spatial frequency direction smoothing means, and spatial frequency direction smoothing The means includes a spatial frequency resolving means, a motion vector detecting means, a spatial high frequency component reducing means, and a wavelet reconstruction means.
動領域画像雑音除去装置は、動領域画像生成手段によって、動領域情報に基づいて、原フレーム画像から動領域を抽出して動領域画像を生成する。
また、動領域雑音除去装置は、空間周波数方向平滑化手段によって、動領域画像生成手段で生成された動領域画像において空間周波数方向の平滑化処理を行うことで、動領域画像から雑音を除去した動領域雑音除去画像を生成する。
The moving area image noise removing device generates a moving area image by extracting a moving area from an original frame image based on moving area information by moving area image generation means.
In addition, the moving region noise removing device removes noise from the moving region image by performing a smoothing process in the spatial frequency direction on the moving region image generated by the moving region image generating unit by the spatial frequency direction smoothing unit. A moving area noise-removed image is generated.
すなわち、動領域画像雑音除去装置は、空間周波数分解手段によって、動領域画像生成手段で生成された動領域画像を空間方向にウェーブレット分解することで、当該動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解する。また、動領域雑音除去装置は、動きベクトル検出手段によって、空間周波数方向分解手段で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、一の動領域画像と時間軸方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、一の動領域画像の動きベクトルを検出する。さらに、動領域雑音除去装置は、空間高周波成分低減手段によって、この動きベクトル検出手段で検出された一の動領域画像の動きベクトルを、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減する。そして、動領域雑音除去装置は、ウェーブレット再構成手段によって、空間高周波成分低減手段で空間高周波成分が低減された一の動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット再構成することで、動領域の雑音除去動画像信号を生成する。 That is, the moving area image noise removing device performs wavelet decomposition on the moving area image generated by the moving area image generating means in the spatial direction by the spatial frequency decomposing means, thereby converting the moving area image into a spatial low frequency component and a spatial high frequency. Decomposes into ingredients. In addition, the moving area noise removing device includes a moving low frequency component of one moving area image obtained by the spatial frequency direction decomposing means and a moving area adjacent to the one moving area image in the time axis direction by the motion vector detecting means. Block matching is performed with the spatial low-frequency component of the image, and a motion vector of one moving area image is detected. Furthermore, the moving area noise removing device classifies the motion vector of one moving area image detected by the motion vector detecting means into three directions of a horizontal direction, a vertical direction, and an oblique direction by the spatial high frequency component reducing means, The spatial high frequency component is reduced according to the classified direction. Then, the moving area noise removing device performs wavelet reconstruction in the spatial frequency direction of one moving area image in which the spatial high frequency component is reduced by the spatial high frequency component reducing means by the wavelet reconstruction means, thereby removing noise in the moving area. A moving image signal is generated.
また、請求項3に記載の動画像雑音除去プログラムは、時系列で連続する複数の原フレーム画像により構成される動画像信号に含まれる雑音を除去するために、コンピュータを、時間軸方向周波数成分分解手段、フレーム画像列動領域抽出手段、フレーム画像内動領域抽出手段、フレーム画像内静領域抽出手段、動領域画像生成手段、静領域画像生成手段、空間周波数方向平滑化手段、時間軸方向平滑化手段、合成手段として機能させることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a moving image noise removal program that performs a time-axis direction frequency component in order to remove noise included in a moving image signal composed of a plurality of time-series continuous original frame images. Decomposing means, frame image sequence moving area extracting means, frame image moving area extracting means, frame image still area extracting means, moving area image generating means, still area image generating means, spatial frequency direction smoothing means, time axis direction smoothing And functioning as a synthesizing means and a synthesizing means.
かかる構成において、動画像雑音除去プログラムは、時間軸方向周波数成分分解手段によって、動画像信号を原フレーム画像で構成される所定数の原フレーム画像列ごとに、順次1フレーム画像ずつずらして時間軸方向にウェーブレット分解することで、当該フレーム画像列を時間高周波成分と時間低周波成分とに分解する。 In such a configuration, the moving image noise removal program shifts the moving image signal by one frame image sequentially for each of a predetermined number of original frame image sequences composed of original frame images by the time axis direction frequency component decomposition means. By performing wavelet decomposition in the direction, the frame image sequence is decomposed into a temporal high frequency component and a temporal low frequency component.
また、動画像雑音除去プログラムは、フレーム画像列動領域抽出手段によって、時間軸方向分解手段で得られたフレーム画像列の時間高周波成分を予め定めた閾値により2値化することで、フレーム画像列における動領域であるフレーム画像列動領域を示すフレーム画像列動領域2値化画像を生成する。 Further, the moving image noise removal program binarizes the time high-frequency component of the frame image sequence obtained by the time axis direction decomposition unit by the frame image sequence moving region extraction unit with a predetermined threshold value, thereby obtaining a frame image sequence. A frame image sequence moving region binarized image indicating a frame image sequence moving region which is a moving region in is generated.
またさらに、動画像雑音除去プログラムは、フレーム画像内動領域抽出手段によって、フレーム画像列動領域抽出手段で逐次生成された予め定めた連続した数のフレーム画像列動領域2値化画像ごとに、フレーム画像列動領域の共通領域を抽出することで、1フレーム画像分の動領域であるフレーム画像内動領域を示す動領域2値化画像を生成する。 Still further, the moving image noise removal program performs the predetermined continuous number of frame image sequence moving region binarized images sequentially generated by the frame image sequence moving region extracting unit by the frame image moving region extracting unit. By extracting a common area of the frame image sequence moving area, a moving area binarized image indicating a moving area within the frame image which is a moving area for one frame image is generated.
またさらに、動画像雑音除去プログラムは、フレーム画像内静領域抽出手段によって、フレーム画像内動領域抽出手段で生成された動領域2値化画像の画素値を反転することで、1フレーム画像分の静領域であるフレーム画像内静領域を示す静領域2値化画像を生成する。 Still further, the moving image noise removal program reverses the pixel value of the moving region binarized image generated by the frame image moving region extracting unit by the frame image still region extracting unit, thereby obtaining one frame image worth. A static region binarized image indicating a static region in the frame image that is a static region is generated.
加えて、動画像雑音除去プログラムは、動領域画像生成手段によって、フレーム画像内動領域抽出手段で生成された動領域2値化画像に基づいて、当該動領域2値化画像と時間軸方向に対応する原フレーム画像から動領域を抽出して動領域画像を生成する。 In addition, the moving image denoising program, in accordance with the moving region binarized image generated by the moving region image generating unit and the moving region binarized image generated by the in-frame moving region extracting unit, in the time axis direction. A moving area is extracted from a corresponding original frame image to generate a moving area image.
さらに加えて、動画像雑音除去プログラムは、静領域画像生成手段によって、フレーム画像内静領域抽出手段で生成された静領域2値化画像に基づいて、当該静領域2値化画像と時間軸方向に対応する原フレーム画像から静領域を抽出して静領域画像を生成する。 In addition, the moving image noise removal program is further configured to generate a static region binarized image and a time axis direction based on the static region binarized image generated by the static region image generating unit by the static region image generating unit. A static region image is generated by extracting a static region from the original frame image corresponding to.
また、動画像雑音除去プログラムは、空間周波数分解手段によって、動領域画像生成手段で生成された動領域画像を空間方向にウェーブレット分解することで、当該動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解する。
また、動画像雑音除去プログラムは、動きベクトル検出手段によって、空間周波数分解手段で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、一の動領域画像と時間軸方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、一の動領域画像の動きベクトルを検出する。
さらに、動画像雑音除去プログラムは、空間高周波成分低減手段によって、動きベクトル検出手段で検出された一の動領域画像の動きベクトルを、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減する。
またさらに、動画像雑音除去プログラムは、ウェーブレット再構成手段によって、空間高周波成分低減手段で空間高周波成分が低減された前記一の動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット再構成することで、動領域の雑音除去動画像信号を生成する。
Further, the moving image noise removing program performs wavelet decomposition on the moving region image generated by the moving region image generating unit in the spatial direction by the spatial frequency decomposing unit, thereby converting the moving region image into a spatial low frequency component and a spatial high frequency component. And decompose.
In addition, the moving image noise removal program uses the motion vector detection means to obtain a spatial low frequency component of one moving area image obtained by the spatial frequency decomposition means, and a moving area image adjacent to the one moving area image in the time axis direction. Block matching is performed with the spatial low-frequency component of, and a motion vector of one moving area image is detected.
Further, the moving image noise removal program classifies the motion vector of one moving area image detected by the motion vector detecting means into three directions of a horizontal direction, a vertical direction, and an oblique direction by the spatial high frequency component reducing means. The spatial high frequency component is reduced according to the direction.
Still further, the moving image noise removal program reconstructs the moving region of the moving region by reconstructing the one moving region image in which the spatial high frequency component is reduced by the spatial high frequency component reducing unit by the wavelet reconstructing unit in the spatial frequency direction. A noise-removed moving image signal is generated.
さらに、動画像雑音除去プログラムは、時間軸方向平滑化手段によって、静領域画像生成手段で生成された静領域画像において時間軸方向の平滑化処理を行うことで、静領域画像から雑音を除去した静領域雑音除去画像を生成する。
そして、動画像雑音除去プログラムは、合成手段によって、動領域雑音除去画像と静領域雑音除去画像とを合成することで、1フレーム画像分の雑音除去動画像信号を生成する。
Furthermore, the moving image noise removal program removes noise from the static region image by performing the smoothing process in the time axis direction on the static region image generated by the static region image generating unit by the temporal axis direction smoothing unit. A static area noise-removed image is generated.
Then, the moving image noise removal program generates a noise-removed moving image signal for one frame image by combining the moving region noise-removed image and the static region noise-removed image by the combining unit.
また、請求項4に記載の動領域画像雑音除去プログラムは、時系列で連続する複数の原フレーム画像により構成される動画像信号から予め抽出された動きのある領域を示す動領域情報に基づいて、前記動画像信号の雑音を除去した雑音除去動画像信号を生成するために、コンピュータを、動領域画像生成手段、空間周波数分解手段、動きベクトル検出手段、空間高周波成分低減手段、ウェーブレット再構成手段として機能させる構成とした。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a moving region image denoising program based on moving region information indicating a region having a motion extracted in advance from a moving image signal composed of a plurality of original frame images continuous in time series. In order to generate a noise-removed moving image signal from which the noise of the moving image signal has been removed, a computer is converted into a moving region image generating means, a spatial frequency decomposing means, a motion vector detecting means, a spatial high frequency component reducing means, and a wavelet reconstruction means. It was set as the structure made to function as.
動領域画像雑音除去プログラムは、動領域画像生成手段によって、動領域情報に基づいて、原フレーム画像から動領域を抽出して動領域画像を生成する。
また、動画像雑音除去画像生成プログラムは、空間周波数分解手段によって、動領域画像生成手段で生成された動領域画像を空間方向にウェーブレット分解することで、当該動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解する。
The moving area image noise removal program generates a moving area image by extracting a moving area from an original frame image based on moving area information by moving area image generation means.
Further, the moving image noise removal image generating program performs wavelet decomposition on the moving region image generated by the moving region image generating unit in the spatial direction by the spatial frequency decomposing unit, thereby converting the moving region image into a spatial low-frequency component and a space. Decomposes into high frequency components.
さらに、動領域画像雑音除去画像生成プログラムは、動きベクトル検出手段によって、空間周波数分解手段で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、一の動領域画像と時間軸方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、一の動領域画像の動きベクトルを検出する。 Further, the moving area image denoising image generation program is adjacent to the spatial low frequency component of one moving area image obtained by the spatial frequency decomposition means and the one moving area image in the time axis direction by the motion vector detecting means. Block matching is performed with the spatial low-frequency component of the moving area image, and a motion vector of one moving area image is detected.
またさらに、動領域画像雑音除去画像生成プログラムは、空間高周波成分低減手段によって、動きベクトル検出手段で検出された一の動領域画像の動きベクトルを、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減する。
そして、動領域画像雑音除去画像生成プログラムは、ウェーブレット再構成手段によって、空間高周波成分低減手段で空間高周波成分が低減された一の動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット再構成することで、動領域の雑音除去動画像信号を生成する。
Still further, the moving area image denoising image generation program generates a motion vector of one moving area image detected by the motion vector detecting means in three directions, ie, a horizontal direction, a vertical direction, and an oblique direction, by the spatial high frequency component reducing means. Classify and reduce spatial high frequency components according to the classified direction.
Then, the moving region image noise removal image generation program performs wavelet reconstruction in the spatial frequency direction by using the wavelet reconstruction unit to reconstruct one moving region image in which the spatial high frequency component is reduced by the spatial high frequency component reduction unit. The denoising video signal is generated.
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
請求項1〜4に記載の発明によれば、動画像信号から動領域と静領域とを抽出し、動領域と静領域のそれぞれの雑音との関係に応じて個別に雑音を除去するため、信号対雑音比が低い動画像信号であっても、精度良く雑音を除去することができる。したがって、例えば、スーパーハイビジョン(SHV)のように高精細な動画像についても、精度良く雑音を除去することができる。
また、請求項1〜4に記載の発明によれば、動領域画像の動きベクトルの方向に応じて個別に空間高周波成分を低減するため、精度良く雑音を除去することができる。
The present invention has the following excellent effects.
According to the inventions described in
In addition, according to the first to fourth aspects of the present invention, since the spatial high-frequency component is individually reduced according to the direction of the motion vector of the moving area image, noise can be accurately removed.
以下、図面を参照して本発明に係る動画像雑音除去装置について説明する。なお、はじめに動画像雑音除去装置の処理の概要について説明し、次にその構成について説明する。
[動画像雑音除去処理の概要]
まず、本発明の動画像雑音除去装置で行われる動画像雑音除去処理の概要について説明する。
動画像信号を構成するフレーム画像において、xy座標系の時刻tにおける原画像をs(x,y,t)、雑音成分をn(x,y,t)としたとき、雑音を含んだ動画像信号F(x,y,t)は、以下の(1)式で表すことができる。
Hereinafter, a moving image noise removing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, the outline of the processing of the moving image noise removal apparatus will be described, and then the configuration will be described.
[Overview of video noise removal processing]
First, an outline of a moving image noise removal process performed by the moving image noise removal device of the present invention will be described.
In a frame image constituting a moving image signal, when the original image at time t in the xy coordinate system is s (x, y, t) and the noise component is n (x, y, t), a moving image including noise The signal F (x, y, t) can be expressed by the following equation (1).
(数1)
F(x,y,t)=s(x,y,t)+n(x,y,t) …(1)式
(Equation 1)
F (x, y, t) = s (x, y, t) + n (x, y, t) (1)
この雑音成分n(x,y,t)は、動画像を撮影したカメラの熱雑音成分であるため、白色性及びガウス性を持つ。すなわち、雑音成分n(x,y,t)は、生起確率が正規分布に従い、かつ、全周波数帯で略等しいエネルギー分布を持ち、時間方向及び空間方向の相関が低いという特徴を有している。 Since the noise component n (x, y, t) is a thermal noise component of the camera that has captured the moving image, it has whiteness and Gaussianity. That is, the noise component n (x, y, t) has the characteristics that the occurrence probability follows a normal distribution, has substantially the same energy distribution in all frequency bands, and has a low correlation in the time direction and the spatial direction. .
そこで、本発明の動画像雑音除去装置では、動画像信号を時間方向にウェーブレット分解して静・動領域判定を行った後、各領域に有効な時空間フィルタ処理を施すことで動画像雑音除去を行うものである。 Therefore, in the moving image noise removal apparatus of the present invention, after moving image signal wavelet decomposition in the time direction to perform static / moving region determination, moving image noise removal is performed by applying effective spatio-temporal filtering processing to each region. Is to do.
[動画像雑音除去装置の構成]
図1を参照して、本発明の実施形態に係る動画像雑音除去装置の構成について説明する。ここでは、動画像雑音除去装置1は、フレーム画像内静・動領域成分抽出手段10と、動領域画像雑音除去手段20と、静領域画像雑音除去手段30と、合成手段40と、を備えている。
[Configuration of moving image noise elimination device]
With reference to FIG. 1, the structure of the moving image noise removal apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. Here, the moving image
フレーム画像内静・動領域成分抽出手段10は、動画像信号から1フレーム画像分の動領域成分と静領域成分とを抽出するものである。フレーム画像内静・動領域成分抽出手段10は、時間軸方向周波数成分分解手段11と、フレーム画像列動領域抽出手段12と、フレーム画像内動領域抽出手段13と、フレーム画像内静領域抽出手段14と、動領域格納メモリ15と、静領域格納メモリ16と、を備えている。
The frame image still / moving region component extraction means 10 extracts moving region components and still region components for one frame image from the moving image signal. The frame image still / moving area
時間軸方向周波数成分分解手段11は、動画像信号を時間方向にウェーブレット分解するものである。この時間軸方向周波数成分分解手段11は、図示を省略したクロック回路から出力されるクロックに同期して、ウェーブレット係数長分のフレーム画像単位(フレーム画像列)で動画像信号を入力し、フレーム画像列のすべての水平、垂直座標において、1次元1階離散ウェーブレット変換(DWT)を行うことで、時間軸方向における低周波成分である時間低周波展開係数(時間低周波成分)Ltと、時間軸方向における高周波成分である時間高周波展開係数(時間高周波成分)Htと、にウェーブレット分解する。 The time axis direction frequency component decomposition means 11 performs wavelet decomposition on the moving image signal in the time direction. This time-axis direction frequency component decomposition means 11 inputs a moving image signal in units of frame images (frame image sequence) corresponding to the length of the wavelet coefficient in synchronization with a clock output from a clock circuit (not shown). By performing one-dimensional first-order discrete wavelet transform (DWT) on all horizontal and vertical coordinates of the column, a time-low frequency expansion coefficient (temporal low-frequency component) Lt, which is a low-frequency component in the time-axis direction, and a time axis Wavelet decomposition is performed on a time high frequency expansion coefficient (time high frequency component) Ht which is a high frequency component in the direction.
すなわち、時間軸方向周波数成分分解手段11は、図2に示すように、任意の基準時間位置(t=0)をt、その時間位置フレーム画像F(t)とし、F(t)から時間方向のウェーブレット係数長分のフレーム画像F(t)、F(t+1)、F(t+2)、F(t+3)、・・・を、すべての(x,y)の画素値について時間方向にウェーブレット変換することで、時間低周波成分Ltと、時間高周波成分Htとに分解(ウェーブレット分解)する。 That is, as shown in FIG. 2, the time-axis direction frequency component decomposition means 11 sets an arbitrary reference time position (t = 0) to t, and its time position frame image F (t), and from F (t) to the time direction. Wavelet transform of the frame images F (t), F (t + 1), F (t + 2), F (t + 3),... For the wavelet coefficient lengths of all (x, y) pixel values in the time direction. Thus, the time low frequency component Lt and the time high frequency component Ht are decomposed (wavelet decomposition).
また、時間軸方向周波数成分分解手段11は、フレーム画像列ごとに、順次1フレーム画像ずつずらして時間方向にウェーブレット分解する。
例えば、時間高周波成分EvenHt(t)の次の時間高周波成分OddHt(t)は、図3に示すように、フレーム画像F(t)から時間軸方向に1フレーム画像ずらしたF(t+1)からF(t+4)で構成されるフレーム画像列を、時間軸方向周波数成分分解手段11によって時間方向にウェーブレット分解することで得られる。図3では、説明の便宜上、時間方向にボールがフレーム画像の左側から右側へと移動する様子を撮影した動画像を一例として用いている。
同様にして、フレーム画像列ごとに、順次1フレーム画像ずつずらして時間方向にウェーブレット分解することで、時間高周波成分OddHt(t+1)、時間高周波成分EvenHt(t+1)…を得ることができる。
Further, the time-axis direction frequency component decomposition means 11 performs wavelet decomposition in the time direction by sequentially shifting one frame image for each frame image sequence.
For example, the temporal high-frequency component OddH t (t) next to the temporal high-frequency component EvenH t (t) is F (t + 1) shifted by one frame image in the time axis direction from the frame image F (t), as shown in FIG. To F (t + 4) is obtained by performing the wavelet decomposition in the time direction by the time-axis direction frequency component decomposition means 11. In FIG. 3, for convenience of explanation, a moving image is used as an example in which the ball moves in the time direction from the left side to the right side of the frame image.
Similarly, temporal high-frequency components OddH t (t + 1), temporal high-frequency components EvenH t (t + 1)... Can be obtained by performing wavelet decomposition in the time direction by sequentially shifting one frame image for each frame image sequence.
なお、ウェーブレット係数長及びその長さは、使用するウェーブレットによって異なる。例えば、Daubechiesの2次のウェーブレットを用いた場合、ウェーブレット係数として[−0.1294 0.2241 0.8365 0.4830]の4つの係数(ウェーブレット係数長=“4”)を用いることができる。このウェーブレット係数長が、時間方向のフレーム画像数となる。すなわち、時間軸方向周波数成分分解手段11によって得られた時間高周波成分EvenHt(t)、OddHt(t)…は、それぞれ4フレーム画像分の動領域の変化を含むこととなる。
時間軸方向周波数成分分解手段11は、ウェーブレット分解したフレーム画像列の時間高周波成分EvenHt(t)、OddHt(t)…を、フレーム画像列動領域抽出手段12に出力する。
The wavelet coefficient length and its length vary depending on the wavelet used. For example, when a Daubechies secondary wavelet is used, four coefficients (wavelet coefficient length = “4”) of [−0.1294 0.2241 0.8365 0.4830] can be used as wavelet coefficients. This wavelet coefficient length is the number of frame images in the time direction. That is, the time high-frequency components EvenH t (t), OddH t (t)... Obtained by the time-axis direction frequency component decomposing means 11 each include a change in the moving area for four frame images.
The time axis direction frequency component decomposition means 11 outputs the time high frequency components EvenH t (t), OddH t (t)... Of the frame image sequence subjected to wavelet decomposition to the frame image sequence moving region extraction means 12.
フレーム画像列動領域抽出手段12は、時間軸方向周波数成分分解手段11で分解されたフレーム画像列の時間高周波成分からフレーム画像列における動領域であるフレーム画像列動領域を抽出するものである。
すなわち、フレーム画像列動領域抽出手段12は、フレーム画像列の時間高周波成分EvenHt(t)、OddHt(t)…を、予め定めた閾値により2値化し、閾値より大きい部分をフレーム画像列動領域として抽出する。つまり、フレーム画像列動領域抽出手段12は、図3の紙面上側に示すような、フレーム画像列動領域2値化画像B1、B2・・・を生成する。この生成されたフレーム画像列動領域2値化画像B1、B2…は、フレーム画像内動領域抽出手段13に出力される。
The frame image sequence moving
That is, the frame image sequence moving
フレーム画像内動領域抽出手段13は、フレーム画像列動領域抽出手段12で生成されたフレーム画像列動領域2値化画像について、予め定めた連続した数ごとに共通領域を抽出することで、1フレーム画像分の動領域であるフレーム画像内動領域を示す動領域2値化画像を生成するものである。ここで、予め定めた連続した数は、ウェーブレット係数長によって決まる。
すなわち、フレーム画像内動領域抽出手段13は、ここでは、フレーム画像列動領域2値化画像B1、B2、B3、B4の共通集合B1∩B2∩B3∩B4を計算することで、フレーム画像列動領域2値化画像B1、B2、B3、B4にそれぞれ含まれるF(t+3)の動領域の共通領域を抽出し、図4(a)に示すような、1フレーム画像分の動領域2値化画像であるMovArea(t+3)を生成することができる。
この生成された動領域2値化画像MovArea(t+3)、MovArea(t+4)・・・は、フレーム画像内静領域抽出手段14と、動領域格納メモリ15とにそれぞれ出力される。
The frame image moving
That is, the frame image moving area extracting means 13 calculates the frame image sequence by calculating a common set B1∩B2∩B3∩B4 of the frame image sequence moving region binarized images B1, B2, B3, and B4. A common area of F (t + 3) moving areas included in each of the moving area binarized images B1, B2, B3, and B4 is extracted, and a moving area binary for one frame image as shown in FIG. MovArea (t + 3) that is a converted image can be generated.
The generated moving area binarized images MovArea (t + 3), MovArea (t + 4),... Are output to the frame image still area extracting means 14 and the moving
フレーム画像内静領域抽出手段14は、フレーム画像内動領域抽出手段13で生成された1フレーム画像分の動領域であるフレーム画像内動領域を示す動領域2値化画像から原画像1フレーム画像分の静領域2値化画像を生成するものである。すなわち、フレーム画像内静領域抽出手段14は、動領域2値化画像MovArea(t+3)、MovArea(t+4)・・・の画素値を反転させることで、図4(b)に示すような、1フレーム画像分の静領域2値化画像であるStaArea(t+3)、StaArea(t+4)・・・を生成することができる。この生成された静領域2値化画像であるStaArea(t+3)、StaArea(t+4)・・・は、静領域格納メモリ16に出力される。
The frame image still
動領域格納メモリ15は、フレーム画像内動領域抽出手段13で生成された動領域2値化画像を記憶するものである。動領域格納メモリ15に記憶された動領域2値化画像MovArea(t+3)、MovArea(t+4)・・・は、後記する動領域画像雑音除去手段20の動領域画像生成手段21によって適宜読み出される。
The moving
静領域格納メモリ16は、フレーム画像内静領域抽出手段14で生成された静領域2値化画像を記憶するものである。静領域格納メモリ16に記憶された静領域2値化画像StaArea(t+3)、StaArea(t+4)・・・は、後記する静領域画像雑音除去手段30の静領域画像生成手段31によって適宜読み出される。
なお、図1では、説明のために、動領域格納メモリ15と、静領域格納メモリ16とを別々に図示したが、これらを1個の記憶手段(不図示)で構成しても良い。
The static area storage memory 16 stores the static area binarized image generated by the static area extracting means 14 in the frame image. The static area binarized images StaArea (t + 3), StaArea (t + 4)... Stored in the static area storage memory 16 are appropriately read out by the static area image generating means 31 of the static area image
In FIG. 1, the moving
動領域画像雑音除去手段20(動領域画像雑音除去装置)は、1フレーム画像分の動領域画像の雑音を除去するものであり、動領域画像生成手段21と、空間周波数方向平滑化手段22と、を備えている。
動領域画像生成手段21は、動領域格納メモリ15に格納された1フレーム画像分の動領域2値化画像に基づいて、当該動領域2値化画像と時間方向に対応する原フレーム画像から動領域を抽出して、動領域画像を生成するものである。
The moving area image noise removing means 20 (moving area image noise removing apparatus) removes noise of moving area images for one frame image, and includes moving area image generating means 21, spatial frequency direction smoothing means 22, and so on. It is equipped with.
Based on the moving area binarized image for one frame image stored in the moving
すなわち、動領域画像生成手段21は、例えば、動領域2値化画像MovArea(t+3)と、この動領域2値化画像MovArea(t+3)と時間方向に対応する原フレーム画像F(t+3)との論理積演算(AND)を行うことで、原フレーム画像F(t+3)内の動領域のみを抽出した動領域画像MovF(t+3)を生成する。このようにして生成された動領域画像MovF(t+3)、MovF(t+4)・・・は、空間周波数方向平滑化手段22に出力される。動領域画像生成手段21は、動領域2値化画像MovArea(t+4)以降についても同様の処理を行う。 That is, the moving area image generation means 21 includes, for example, a moving area binarized image MovArea (t + 3), and the moving area binarized image MovArea (t + 3) and the original frame image F (t + 3) corresponding to the time direction. By performing an AND operation (AND), a moving area image MovF (t + 3) is generated by extracting only the moving area in the original frame image F (t + 3). The moving region images MovF (t + 3), MovF (t + 4)... Generated in this way are output to the spatial frequency direction smoothing means 22. The moving area image generation means 21 performs the same processing for moving area binarized images MovArea (t + 4) and later.
空間周波数方向平滑化手段22は、動領域画像生成手段21で生成された動領域画像において、空間方向の平滑化処理を行うことで、動領域画像から雑音を除去した動領域雑音除去画像を生成するものである。空間周波数方向平滑化手段22は、空間周波数分解手段221と、動きベクトル検出手段222と、空間高周波成分低減手段223と、ウェーブレット再構成手段224と、を備えている。
The spatial frequency
空間周波数分解手段221は、動領域画像生成手段21で生成された動領域画像を空間方向の周波数成分にウェーブレット分解するものである。すなわち、空間周波数分解手段221は、図5に示すように、例えば、動領域画像MovF(t+3)を、2次元1階離散ウェーブレット変換することで、空間方向における低周波成分である空間低周波展開係数(空間低周波成分)LL_F(t+3)と、空間方向における高周波成分である空間高周波展開係数(空間高周波成分)LH_F(t+3)、HL_F(t+3)、HH_F(t+3)とに、ウェーブレット分解する。なお、このときHaarウェーブレットを用いて、これを水平方向と垂直方向にそれぞれ適用する。ここで、Haarウェーブレットを使用する理由は、線形位相性を満たす最小のフィルタであるためである。
このようにして生成された空間低周波展開係数(空間低周波成分)と、空間高周波展開係数(空間高周波成分)は、順次、動きベクトル検出手段222に出力される。
The spatial frequency decomposition means 221 performs wavelet decomposition on the moving area image generated by the moving area image generation means 21 into frequency components in the spatial direction. That is, as shown in FIG. 5, the spatial frequency decomposition means 221 performs, for example, a spatial low-frequency expansion that is a low-frequency component in the spatial direction by performing a two-dimensional first-order discrete wavelet transform on the moving region image MovF (t + 3). Wavelet decomposition is performed into a coefficient (spatial low-frequency component) LL_F (t + 3) and a spatial high-frequency expansion coefficient (spatial high-frequency component) LH_F (t + 3), HL_F (t + 3), and HH_F (t + 3) that are high-frequency components in the spatial direction. At this time, the Haar wavelet is used and applied to the horizontal direction and the vertical direction, respectively. Here, the reason for using the Haar wavelet is that it is the smallest filter that satisfies the linear phase characteristics.
The spatial low frequency expansion coefficient (spatial low frequency component) and the spatial high frequency expansion coefficient (spatial high frequency component) generated in this manner are sequentially output to the motion vector detection means 222.
動きベクトル検出手段222は、空間周波数分解手段221で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、一の動領域画像と時間方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、一の動領域画像の動きベクトルを検出するものである。以下では、一の動領域画像をMovF(t+3)とし、一の動領域画像に隣り合う動領域画像をMovF(t+4)として説明する。 The motion vector detection means 222 is between the spatial low frequency component of one moving area image obtained by the spatial frequency decomposition means 221 and the spatial low frequency component of one moving area image and a moving area image adjacent in the time direction. Block matching is performed to detect a motion vector of one moving area image. In the following description, it is assumed that one moving area image is MovF (t + 3), and a moving area image adjacent to one moving area image is MovF (t + 4).
動きベクトル検出手段222は、図6に示すように、動領域画像MovF(t+3)の空間低周波成分LL_F(t+3)と、動領域画像MovF(t+3)に隣り合う動領域画像MovF(t+4)の空間低周波成分LL_F(t+4)とを取得し、空間低周波成分LL_F(t+3)と空間低周波成分LL_F(t+4)との間でn×nサイズのブロックを用いてブロックマッチングを行うことで、各ブロックの動きベクトルを検出する。
As illustrated in FIG. 6, the motion
ここで、動領域画像MovF(t+3)、Mov(t+4)に比べて動き検出精度が劣る空間低周波成分であるLL_F(t+3)とLL_F(t+4)との間でブロックマッチングを行うのは、雑音を含む動領域画像MovF(t+3)の動きベクトルの方向を検出する際に有利であるからである。すなわち、空間低周波成分LL_F(t+3)、LL_F(t+4)は、動領域画像MovF(t+3)、MovF(t+4)に比べて水平及び垂直方向に1/2の低域通過フィルタ処理と間引き処理とが加えられているため、雑音が低減されている。よって、空間低周波成分LL_F(t+3)と空間低周波成分LL_F(t+4)の間でブロックマッチングを行うことで動き検出確度を高めることができる。 Here, block matching is performed between LL_F (t + 3) and LL_F (t + 4), which are spatial low-frequency components that have inferior motion detection accuracy compared to the moving region images MovF (t + 3) and Mov (t + 4). This is because it is advantageous in detecting the direction of the motion vector of the moving region image MovF (t + 3) including That is, the spatial low-frequency components LL_F (t + 3) and LL_F (t + 4) are halved by a low-pass filter process and a thinning process that are ½ in the horizontal and vertical directions compared to the moving area images MovF (t + 3) and MovF (t + 4) Is added, noise is reduced. Therefore, the motion detection accuracy can be increased by performing block matching between the spatial low frequency component LL_F (t + 3) and the spatial low frequency component LL_F (t + 4).
このようにして検出された動きベクトル情報MovMem(i,j)は、空間高周波成分低減手段223に出力される。また、空間低周波成分LL_F(t+3)は、ウェーブレット再構成手段224に出力される。
なお、動きベクトル情報を、図示を省略した動きベクトル検出メモリに動きベクトル情報MovMem(i,j)を記憶させることとしても良い。動きベクトル情報MovMem(i,j)の水平と垂直の最大標本化周波数I,Jは、原画像の解像度が水平X画素、垂直Yラインとすると、I=(1/2)・X、J=(1/2)・Yとなる。動きベクトル検出メモリを設ける場合、空間高周波成分低減手段223によって、この動きベクトル検出メモリから、適宜動きベクトル情報MovMem(i,j)が読み出される。
The motion vector information MovMem (i, j) detected in this way is output to the spatial high-frequency component reduction means 223. The spatial low frequency component LL_F (t + 3) is output to the
The motion vector information may be stored as motion vector information MovMem (i, j) in a motion vector detection memory (not shown). The maximum horizontal and vertical sampling frequencies I and J of the motion vector information MovMem (i, j) are I = (1/2) · X, J = when the resolution of the original image is horizontal X pixels and vertical Y lines. (1/2) · Y. When a motion vector detection memory is provided, the motion vector information MovMem (i, j) is appropriately read out from the motion vector detection memory by the spatial high frequency component reduction means 223.
空間高周波成分低減手段223は、動きベクトル検出手段222で検出された一の動領域画像の動きベクトル情報を、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減するものである。
空間高周波成分低減手段223は、まず、動きベクトル情報であるMovMem(i,j)の任意の∀(i,j)について、その動き方向を計算する。カメラの撮像における蓄積ボケは動き方向におこるためである。
The spatial high-frequency
First, the spatial high-frequency component reduction means 223 calculates the motion direction of an arbitrary ∀ (i, j) of MovMem (i, j) that is motion vector information. This is because accumulation blur in camera imaging occurs in the direction of movement.
空間高周波成分低減手段223は、次に、動きベクトルの方向を第1象限で見て0度(水平方向)、45度(斜め方向)、90度(垂直方向)の3方向に分類する。この分類では、例えば0〜20度を水平方向、21〜70度を斜め方向、71〜90度を垂直方向とする。斜め方向を広くとっているのは、人間の視覚では、斜め方向の解像度低下は、水平や垂直方向に比べて知覚されにくいためである。 Next, the spatial high-frequency component reducing means 223 classifies the direction of the motion vector into three directions of 0 degree (horizontal direction), 45 degrees (oblique direction), and 90 degrees (vertical direction) when viewed in the first quadrant. In this classification, for example, 0 to 20 degrees is a horizontal direction, 21 to 70 degrees is an oblique direction, and 71 to 90 degrees is a vertical direction. The reason why the diagonal direction is wide is that in human vision, a decrease in resolution in the diagonal direction is less perceivable than in the horizontal and vertical directions.
空間高周波成分低減手段223は、図7に示すように、さらに、画素位置(i,j)の動きベクトルの方向が例えば0度(水平方向)の場合、空間低周波成分LL_F(t+3)に対し水平方向に位置する空間高周波成分LH_F(t+3)における画素位置(i,j)の周波数成分を1/2に低減する。ここで、MovF(t+3)を空間方向に2次元1階離散ウェーブレット分解する際にHaarウェーブレットを用いたため、LH_F(t+3)の画素位置(i,j)の周波数成分を1/2に低減する処理は、原画像の画素位置(x,y)の周波数成分と水平方向に隣り合う画素位置(x+1,y)の周波数成分の差分(微分に相当)を1/2に低減する処理に相当する。
As shown in FIG. 7, the spatial high frequency
また、画素位置(i,j)の動きベクトルの方向が例えば45度(斜め方向)の場合、空間低周波成分LL_F(t+3)に対し斜め方向に位置する空間高周波成分HH_F(t+3)の画素位置(i,j)の周波数成分を1/2に低減する。すなわち、原画像の画素位置(x,y)の周波数成分と、この原画像の画素位置(x,y)に対し斜め方向に位置する画素位置(x+1,y+1)の周波数成分との差分を1/2に低減する。
さらに、画素位置(i,j)の動きベクトルの方向が例えば90度(垂直方向)の場合、空間低周波成分LL_F(t+3)に対し垂直方向に位置する空間高周波成分HL_F(t+3)の画素位置(i,j)の周波数成分を1/2に低減する。すなわち、原画像の画素位置(x,y)の周波数成分と、原画像の画素位置(x,y)に対し垂直方向に位置する画素位置(x,y+1)周波数成分との差分を1/2に低減する。
Further, when the direction of the motion vector at the pixel position (i, j) is 45 degrees (diagonal direction), for example, the pixel position of the spatial high frequency component HH_F (t + 3) located in an oblique direction with respect to the spatial low frequency component LL_F (t + 3) The frequency component of (i, j) is reduced to ½. That is, the difference between the frequency component at the pixel position (x, y) of the original image and the frequency component at the pixel position (x + 1, y + 1) located obliquely with respect to the pixel position (x, y) of the original image is 1 Reduce to / 2.
Further, when the direction of the motion vector at the pixel position (i, j) is 90 degrees (vertical direction), for example, the pixel position of the spatial high-frequency component HL_F (t + 3) positioned in the vertical direction with respect to the spatial low-frequency component LL_F (t + 3). The frequency component of (i, j) is reduced to ½. That is, the difference between the frequency component of the pixel position (x, y) of the original image and the frequency component of the pixel position (x, y + 1) positioned in the direction perpendicular to the pixel position (x, y) of the original image is halved. To reduce.
このようにして、空間高周波成分低減手段223により、動きベクトル情報MovMem(i,j)のすべての画素位置の空間高周波成分を低減する処理が行われ、その結果が、ウェーブレット再構成手段224に出力される。
In this way, the spatial high-frequency
ウェーブレット再構成手段224は、空間高周波成分低減手段223によって雑音の信号レベルを低減させた空間高周波成分を、空間方向及び時間方向にそれぞれウェーブレット再構成することで動領域の雑音除去動画像信号を生成するものである。
すなわち、ウェーブレット再構成手段224は、まず、空間低周波成分LL_F(t+3)と、空間高周波成分LH_F(t+3)、HH_F(t+3)、HL_F(t+3)とに対して2次元1階離散ウェーブレット逆変換(IDWT)を行う。これによって各周波数成分が、時間高周波成分と時間低周波成分とに再構成されることになる。
この生成された動領域の雑音除去画像は、合成手段40に出力される。
The
That is, the
The generated noise-removed image of the moving area is output to the synthesizing
静領域画像雑音除去手段30は、1フレーム画像分の静領域画像の雑音を除去するものであり、静領域画像生成手段31と、時間軸方向平滑化手段32と、を備えている。
静領域画像生成手段31は、静領域格納メモリ16に格納された静領域2値化画像に基づいて、当該静領域2値化画像と時間方向に対応する原フレーム画像から静領域を抽出して静領域画像を生成するものである。
The static region image
Based on the static region binarized image stored in the static region storage memory 16, the static region image generation means 31 extracts a static region from the static region binarized image and the original frame image corresponding to the time direction. A static region image is generated.
すなわち、静領域画像生成手段31は、例えば、静領域2値化画像StaArea(t+3)と、この静領域2値化画像StaArea(t+3)と時間方向に対応する、原フレーム画像F(t+3)とのAND演算を行うことで、原フレーム画像F(t+3)内の静領域のみを抽出した静領域画像StaF(t+3)を生成する。このようにして生成された静領域画像StaF(t+3)、StaF(t+4)・・・は、時間軸方向平滑化手段32に出力される。 That is, the static region image generation unit 31 includes, for example, a static region binarized image StaArea (t + 3), and the static frame binarized image StaArea (t + 3) and an original frame image F (t + 3) corresponding to the time direction. The static region image StaF (t + 3) is generated by extracting only the static region in the original frame image F (t + 3). The static region images StaF (t + 3), StaF (t + 4)... Generated in this way are output to the time axis direction smoothing means 32.
時間軸方向平滑化手段32は、静領域画像生成手段31で生成された静領域画像において時間方向の平滑化処理を行うことで、静領域画像から雑音を除去した静領域雑音除去画像を生成するものである。前記したように、熱雑音は白色ガウス性を持ち、時間方向の信号相関が低いという特性を有するので、時間軸方向平滑化手段32では、この特性を利用して、静領域画像StaF(t+3)、StaF(t+4)・・・の雑音を除去する。 The time axis direction smoothing unit 32 performs a smoothing process in the time direction on the static region image generated by the static region image generating unit 31, thereby generating a static region noise-removed image from which noise has been removed from the static region image. Is. As described above, the thermal noise has the characteristics that it has white Gaussian characteristics and the signal correlation in the time direction is low. Therefore, the time axis direction smoothing means 32 uses this characteristic to make a static region image StaF (t + 3). , StaF (t + 4)...
すなわち、時間軸方向平滑化手段32は、図8に示すように、StaF(t+3)と、このStaF(t+3)の時間方向に前後のフレーム画像であるStaF(t+2)、StaF(t+4)とを用いて、画素位置(x,y)に対し、[1/4 1/2 1/4]の低域通過フィルタを適用することで、画素位置(x,y)の雑音を除去する。このようにして、すべての画素位置について低域通過フィルタを適用し、静領域の雑音除去画像を生成する。このようにして生成された静領域の雑音除去画像は、合成手段40に出力される。 That is, as shown in FIG. 8, the time axis direction smoothing means 32 obtains StaF (t + 3) and STAF (t + 2) and StaF (t + 4) which are frame images before and after the time direction of this StaF (t + 3). By using a low-pass filter of [1/4 1/2 1/4] to the pixel position (x, y), noise at the pixel position (x, y) is removed. In this way, the low-pass filter is applied to all pixel positions, and a noise-removed image in the static region is generated. The static area noise-removed image generated in this way is output to the synthesis means 40.
合成手段40は、動領域画像雑音除去手段20で生成された動領域の雑音除去画像と、静領域画像雑音除去手段30で生成された静領域の雑音除去画像とを合成し、雑音除去動画像信号を生成するものである。
すなわち、合成手段40は、動領域の雑音除去画像と、静領域の雑音除去画像との論理和演算ORを計算することにより、原画像の雑音除去画像NR(t+3)を生成する。
The synthesizing
That is, the synthesizing
以上説明したように動画像雑音除去装置1を構成することで、静領域と動領域のそれぞれの周波数成分の特性に応じて個別に雑音を除去することが可能となる。すなわち、熱雑音は時間方向の信号相関が低いという特性を有するので、時間方向に低域通過フィルタを適用することで、静領域の雑音を除去することができる。また、動領域は、時間方向の信号相関が低いという特性を有するので、空間方向に低域通過フィルタを適用することで、動領域の雑音を除去することができる。さらに、動き方向への蓄積ボケを考慮して動領域の雑音を除去することができる。
By configuring the moving image
なお、動画像雑音除去装置1は、図示を省略したCPUやメモリを搭載した一般的なコンピュータで実現することができる。このとき、動画像雑音除去装置1は、コンピュータを、前記した各手段として機能させる動画像雑音除去プログラムにより動作させることができる。この動画像雑音除去プログラムは、ネットワークを介して配信することも可能であるし、CD−ROM等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。フレーム画像内静・動領域成分抽出装置、動画像雑音除去装置についても同様である。
The moving image
[動画像雑音除去装置の動作]
次に図9及び図10を参照(構成については適宜図1参照)して、本発明の実施形態に係る動画像雑音除去装置の動作について説明する。
[Operation of moving image noise elimination device]
Next, referring to FIGS. 9 and 10 (refer to FIG. 1 as appropriate for the configuration), the operation of the moving image noise removal apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
〔時間軸方向周波数成分分解処理〕
図9に示すように、まず、動画像雑音除去装置1は、フレーム画像内静・動領域成分抽出手段10の時間軸方向周波数成分分解手段11によって、クロック(CLK)に同期して動画像信号をフレーム単位で入力し、フレーム画像列ごとに、1次元1階離散ウェーブレット変換(DWT)を行う(ステップS1)。これによって、動画像信号は、時間方向にウェーブレット分解され、フレーム画像列ごとに、時間高周波成分と時間低周波成分とに分解される。
[Time-axis direction frequency component decomposition processing]
As shown in FIG. 9, first, the moving image
〔フレーム画像列動領域抽出処理〕
次に、動画像雑音除去装置1は、フレーム画像列動領域抽出手段12によって、ステップS1で分解されたフレーム画像列の時間高周波成分EvenHt(t)、OddHt(t)…を、予め定めた閾値により2値化することで、フレーム画像列における動領域であるフレーム画像列動領域を示すフレーム画像列動領域2値化画像B1、B2・・・を生成する(ステップS2)。
[Frame image sequence moving area extraction processing]
Next, the moving image
〔フレーム画像内動領域抽出処理〕
さらに、動画像雑音除去装置1は、フレーム画像内動領域抽出手段13によって、ステップS2で生成されたフレーム画像列動領域2値化画像B1、B2・・・の共通領域を抽出することで、1フレーム画像分の動領域であるフレーム画像内動領域を示す動領域2値化画像MovArea(t+3)・・・を生成する(ステップS3)。
[Frame image moving area extraction processing]
Furthermore, the moving image
〔フレーム画像内静領域抽出処理〕
またさらに、動画像雑音除去装置1は、フレーム画像内静領域抽出手段14によって、ステップS3で生成された動領域2値化画像の画素値を反転させることで、1フレーム画像分の静領域であるフレーム画像内静領域を示す静領域2値化画像StaArea(t+3)・・・を生成する(ステップS4)。
[Static region extraction processing in frame image]
Still further, the moving image
〔動領域画像雑音除去処理〕
続いて、動画像雑音除去装置1は、動領域画像雑音除去手段20によって、ステップS3で生成された動領域2値化画像MovArea(t+3)・・・から動領域画像を生成し、この動領域画像の雑音を除去する。
図10に示すように、ここでは、まず、動画像雑音除去装置1は、動領域画像生成手段21によって、ステップS3で生成された動領域2値化画像MovArea(t+3)・・・と時間方向に対応する原フレーム画像F(t+3)・・・との論理積演算(AND)を行うことで、原フレーム画像F(t+3)・・・内の動領域のみを抽出した動領域画像MovF(t+3)・・・を生成する(ステップS5)。
[Dynamic image noise removal processing]
Subsequently, the moving image
As shown in FIG. 10, first, the moving image
次に、動画像雑音除去装置1は、空間周波数方向平滑化手段22の空間周波数分解手段221によって、ステップS5で生成された動領域画像MovF(t+3)・・・を2次元1階離散ウェーブレット分解(DWT)することで、動領域画像MovF(t+3)・・・を、空間方向の低周波成分である空間低周波展開係数(空間低周波成分)LL_F(t+3)と、空間方向の高周波成分である空間高周波展開係数(空間高周波成分)LH_F(t+3)、HL_F(t+3)、HH_F(t+3)とにウェーブレット分解する(ステップS6)。
Next, the moving image
さらに、動画像雑音除去装置1は、空間周波数方向平滑化手段22の動きベクトル検出手段222によって、ステップS6でウェーブレット分解された動領域画像MovF(t+3)の空間低周波成分LL_F(t+3)と、この動領域画像MovF(t+3)に隣り合う動領域画像Mov(t+4)の空間低周波成分LL_F(t+4)との間でブロックマッチングを行い、空間低周波成分LL_F(t+3)の画素位置(i,j)における動きベクトルを検出するとともに、ウェーブレット再構成手段224に空間低周波成分LL_F(t+3)を出力する(ステップS7)。
Further, the moving image
またさらに、動画像雑音除去装置1は、空間周波数方向平滑化手段22の空間高周波成分低減手段223によって、ステップS7で検出された動きベクトル情報を、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した動き方向に応じて、空間高周波成分LH_F(t+3)、HH(t+3)、HL(t+3)を低減する(ステップS8)。
Furthermore, the moving image
〔時間・空間方向再構成処理〕
そして、動画像雑音除去装置1は、空間周波数方向平滑化手段22のウェーブレット再構成手段224によって、ステップS8で雑音の信号レベルを低減させた空間高周波成分LH_F(t+3)、HH_F(t+3)、HL_F(t+3)と、空間低周波成分LL_F(t+3)とに対して2次元1階離散ウェーブレット逆変換(IDWT)を行う(ステップS9)。
[Time / space reconstruction]
Then, the moving image
〔静領域画像生成処理〕
次に、動画像雑音除去装置1は、静領域画像雑音除去手段30の静領域画像生成手段31によって、静領域2値化画像StaArea(t+3)と、この静領域2値化画像StaArea(t+3)と時間方向に対応する、原フレーム画像F(t+3)との論理積演算(AND)を行うことで、原フレーム画像F(t+3)内の静領域のみを抽出した静領域画像StaF(t+3)を生成する(ステップS10)。
[Static region image generation processing]
Next, in the moving image
〔時間軸方向平滑化処理〕
さらに、動画像雑音除去装置1は、静領域画像雑音除去手段30の時間軸方向平滑化手段32によって、静領域画像StaF(t+3)と、静領域画像StaF(t+3)の時間方向に前後のフレーム画像である静領域画像StaF(t+2)、StaF(t+4)とを用いて、すべての画素位置に対し、[1/4 1/2 1/4]の低域通過フィルタを適用することで、すべての画素位置の雑音を除去することで、静領域の雑音除去画像を生成する(ステップS11)。なお、ステップS10、S11は、ステップS4に連続して行っても良いし、ステップS5〜S9と並行して動作させることとしても良い。
[Time axis direction smoothing]
Further, the moving image
〔合成処理〕
そして、動画像雑音除去装置1は、合成手段40によって、動領域の雑音除去画像と、静領域の雑音除去画像との論理和演算ORを計算することにより、原画像の雑音除去画像NR(t+3)を生成する(ステップS12)。
(Composition process)
Then, the moving image
そして、動画像雑音除去装置1は、動画像信号のフレーム画像を入力するごとに、ステップS1〜S12の動作を順次行うことで、時系列に雑音除去画像を生成し、雑音を除去した雑音除去動画像信号を生成する。
Then, each time a frame image of a moving image signal is input, the moving image
以上説明したように、動画像雑音除去装置1は、動画像信号を時間方向にウェーブレット分解して静・動領域判定を行った後、静・動領域のそれぞれと雑音との関係に応じて有効な時空間フィルタ処理を施すことで、動画像信号から精度良く雑音を除去することができる。
As described above, the moving image
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記した実施形態では、空間高周波成分低減手段223は、動きベクトルの方向を、0〜20度を水平方向、21〜70度を斜め方向、71〜90度を垂直方向と分類しているが、これに限られるものではなく、この数値範囲は、適宜変更することができる。なお、人間の視覚では、斜め方向の解像度低下は、水平や垂直方向に比べて知覚されにくいことを考慮し、数値範囲を変更する場合にも斜め方向を広くとるようにする。
これによれば、処理対象となる動画像ごとに、動きベクトルの方向の分類の数値範囲を調整することができるので、雑音除去の精度をより向上させることができる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the spatial high frequency
According to this, since the numerical range of the classification of the direction of the motion vector can be adjusted for each moving image to be processed, the accuracy of noise removal can be further improved.
また例えば、前記した実施形態では、空間高周波成分低減手段223によって空間高周波成分を低減する際に、画素位置(i,j)の動きベクトルに応じたそれぞれの空間高周波成分における画素位置(i,j)の周波数成分をそれぞれ1/2に低減しているが、これに限られるものではない。動きベクトルの大きさによって、低減値を変化させても良い。例えば、動きベクトルの値が大きければ、これに応じて低減値を小さくし、一方、動きベクトルの値が小さければ、これに応じて低減値を大きく設定する。動きベクトルの値と低減値との関係は、例えば線形な関係を満たせば良い。これによれば、処理対象となる動画像ごとの動きベクトルの値に対応させて低減値を調整することができるので、雑音除去の精度をより向上させることができる。
Further, for example, in the above-described embodiment, when the spatial high-frequency component is reduced by the spatial high-frequency
1 動画像雑音除去装置
10 フレーム画像内静・動領域抽出手段
11 時間軸方向周波数成分分解手段
12 フレーム画像列動領域抽出手段
13 フレーム画像内動領域抽出手段
14 フレーム画像列静領域抽出手段
15 動領域格納メモリ
16 静領域格納メモリ
20 動領域画像雑音除去手段
21 動領域画像生成手段
22 空間周波数方向平滑化手段
221 空間周波数分解手段
222 動きベクトル検出手段
223 空間高周波成分低減手段
224 ウェーブレット再構成手段
30 静領域画像雑音除去手段
31 動領域画像生成手段
32 時間軸方向平滑化手段
40 合成手段
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記動画像信号を前記原フレーム画像で構成される所定数の前記原フレーム画像列ごとに、順次1フレーム画像ずつずらして時間方向にウェーブレット分解し、前記動画像信号を前記所定数の原フレーム画像列ごとに時間軸方向における高周波成分と時間軸方向における低周波成分とに分解する時間軸方向周波数成分分解手段と、
前記時間軸方向における高周波成分を予め定めた閾値により2値化し、所定数の前記原フレーム画像列における動領域であるフレーム画像列動領域を示すフレーム画像列動領域2値化画像を生成するフレーム画像列動領域抽出手段と、
このフレーム画像列動領域抽出手段で生成された前記フレーム画像列動領域2値化画像について、予め定めた連続したフレーム画像数ごとに、前記フレーム画像列動領域の共通領域を抽出し、1フレーム画像分の動領域であるフレーム画像内動領域を示す動領域2値化画像を生成するフレーム画像内動領域抽出手段と、
前記動領域2値化画像の画素値を反転することで、1フレーム画像分の静領域であるフレーム画像内静領域を示す静領域2値化画像を生成するフレーム画像内静領域抽出手段と、
前記動領域2値化画像に基づいて、当該動領域2値化画像と時間軸方向に対応する前記原フレーム画像から動領域を抽出して動領域画像を生成する動領域画像生成手段と、
前記静領域2値化画像に基づいて、当該静領域2値化画像と時間軸方向に対応する前記原フレーム画像から静領域を抽出して静領域画像を生成する静領域画像生成手段と、
前記動領域画像において空間方向の平滑化処理を行うことで、前記動領域画像から雑音を除去した動領域雑音除去画像を生成する空間周波数方向平滑化手段と、
前記静領域画像において時間軸方向の平滑化処理を行うことで、前記静領域画像から雑音を除去した静領域雑音除去画像を生成する時間軸方向平滑化手段と、
前記動領域雑音除去画像と前記静領域雑音除去画像とを合成することで、1フレーム画像分の雑音除去動画像信号を生成する合成手段と、を備え、
前記空間周波数方向平滑化手段は、
前記動領域画像生成手段で生成された動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット分解することで、当該動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解する空間周波数分解手段と、
この空間周波数分解手段で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、前記一の動領域画像と時間軸方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、前記一の動領域画像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
この動きベクトル検出手段で検出された一の動領域画像の動きベクトルを、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減する空間高周波成分低減手段と、
この空間高周波成分低減手段で空間高周波成分が低減された前記一の動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット再構成することで、動領域の雑音除去動画像信号を生成するウェーブレット再構成手段と、を備えることを特徴とする動画像雑音除去装置。 A moving image noise removing apparatus for removing noise included in a moving image signal composed of a plurality of original frame images continuous in time series,
The moving image signal is wavelet-decomposed in the time direction by sequentially shifting one frame image for each of a predetermined number of the original frame image sequences constituted by the original frame images, and the moving image signal is converted into the predetermined number of original frame images. Time axis direction frequency component decomposition means for decomposing into a high frequency component in the time axis direction and a low frequency component in the time axis direction for each column;
A frame for binarizing the high-frequency component in the time axis direction with a predetermined threshold value and generating a frame image sequence moving region binarized image indicating a frame image sequence moving region that is a moving region in a predetermined number of the original frame image sequences Image sequence moving region extraction means;
For the frame image sequence moving region binarized image generated by the frame image sequence moving region extracting means, a common region of the frame image sequence moving region is extracted for each predetermined number of consecutive frame images, and one frame A frame image in-motion area extracting means for generating a motion area binarized image indicating an in-frame area in the frame image, which is a motion area for the image;
A frame image static area extraction means for generating a static area binary image indicating a static area in a frame image that is a static area for one frame image by inverting the pixel value of the moving area binarized image;
A moving area image generating means for generating a moving area image by extracting a moving area from the original frame image corresponding to the moving area binarized image and the time axis direction based on the moving area binarized image;
Based on the static region binarized image, a static region image generation means for generating a static region image by extracting a static region from the original frame image corresponding to the static region binarized image and the time axis direction;
Spatial frequency direction smoothing means for generating a moving area noise-removed image obtained by removing noise from the moving area image by performing a smoothing process in the spatial direction on the moving area image;
Time axis direction smoothing means for generating a static area noise-removed image obtained by removing noise from the static area image by performing a smoothing process in the time axis direction on the static area image;
A synthesis means for generating a noise-removed moving image signal for one frame image by synthesizing the moving-region noise-removed image and the static-region noise-removed image;
The spatial frequency direction smoothing means includes:
Spatial frequency decomposition means for decomposing the dynamic region image into a spatial low frequency component and a spatial high frequency component by performing wavelet decomposition in the spatial frequency direction on the dynamic region image generated by the dynamic region image generation unit;
Block matching is performed between the spatial low-frequency component of one moving region image obtained by the spatial frequency decomposition means and the spatial low-frequency component of the moving region image adjacent to the one moving region image in the time axis direction. Motion vector detecting means for detecting a motion vector of the one moving area image;
Spatial high-frequency component reduction that classifies the motion vector of one moving area image detected by this motion vector detection means into three directions of horizontal, vertical, and diagonal directions, and reduces the spatial high-frequency component according to the classified direction Means,
Wavelet reconstruction means for generating a noise-removed moving image signal in a moving area by reconstructing the one moving area image in which the spatial high frequency component is reduced by the spatial high frequency component reducing means in the spatial frequency direction. A moving image noise removing apparatus comprising:
前記動領域情報に基づいて、前記原フレーム画像から動領域を抽出して動領域画像を生成する動領域画像生成手段と、
この動領域画像生成手段で生成された動領域画像において空間方向の平滑化処理を行うことで、前記動領域画像から雑音を除去した動領域雑音除去画像を生成する空間周波数方向平滑化手段と、を備え、
前記空間周波数方向平滑化手段は、
前記動領域画像生成手段で生成された動領域画像を空間方向にウェーブレット分解することで、当該動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解する空間周波数分解手段と、
この空間周波数分解手段で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、前記一の動領域画像と時間軸方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、前記一の動領域画像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
この動きベクトル検出手段で検出された一の動領域画像の動きベクトルを、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減する空間高周波成分低減手段と、
この空間高周波成分低減手段で前記空間高周波成分が低減された前記一の動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット再構成することで、動領域の雑音除去動画像信号を生成するウェーブレット再構成手段と、を備えることを特徴とする動領域画像雑音除去装置。 A noise-removed moving image signal obtained by removing noise from the moving image signal based on moving region information indicating a moving region extracted in advance from a moving image signal composed of a plurality of original frame images continuous in time series. A moving region image denoising device to generate,
Based on the moving area information, moving area image generating means for generating a moving area image by extracting a moving area from the original frame image;
A spatial frequency direction smoothing unit that generates a moving region noise-removed image obtained by removing noise from the moving region image by performing a spatial direction smoothing process on the moving region image generated by the moving region image generating unit; With
The spatial frequency direction smoothing means includes:
A spatial frequency decomposition means for decomposing the dynamic area image into a spatial low frequency component and a spatial high frequency component by performing wavelet decomposition on the dynamic area image generated by the dynamic area image generation means in a spatial direction;
Block matching is performed between the spatial low-frequency component of one moving region image obtained by the spatial frequency decomposition means and the spatial low-frequency component of the moving region image adjacent to the one moving region image in the time axis direction. Motion vector detecting means for detecting a motion vector of the one moving area image;
Spatial high-frequency component reduction that classifies the motion vector of one moving area image detected by this motion vector detection means into three directions of horizontal, vertical, and diagonal directions, and reduces the spatial high-frequency component according to the classified direction Means,
Wavelet reconstruction means for generating a noise-removed moving image signal of a moving area by reconstructing the one moving area image in which the spatial high frequency component is reduced by the spatial high frequency component reducing means in a spatial frequency direction; A moving area image denoising device comprising:
前記動画像信号を前記原フレーム画像で構成される所定数の前記原フレーム画像列ごとに、順次1フレーム画像ずつずらして時間方向にウェーブレット分解し、前記動画像信号を前記所定数の原フレーム画像列ごとに時間軸方向における高周波成分と時間軸方向における低周波成分とに分解する時間軸方向周波数成分分解手段、
前記時間軸方向における高周波成分を予め定めた閾値により2値化し、所定数の前記原フレーム画像列における動領域であるフレーム画像列動領域を示すフレーム画像列動領域2値化画像を生成するフレーム画像列動領域抽出手段、
このフレーム画像列動領域抽出手段で生成された前記フレーム画像列動領域2値化画像について、予め定めた連続したフレーム画像数ごとに、前記フレーム画像列動領域の共通領域を抽出し、1フレーム画像分の動領域であるフレーム画像内動領域を示す動領域2値化画像を生成するフレーム画像内動領域抽出手段、
前記動領域2値化画像の画素値を反転することで、1フレーム画像分の静領域であるフレーム画像内静領域を示す静領域2値化画像を生成するフレーム画像内静領域抽出手段、
前記動領域2値化画像に基づいて、当該動領域2値化画像と時間軸方向に対応する前記原フレーム画像から動領域を抽出して動領域画像を生成する動領域画像生成手段、
前記静領域2値化画像に基づいて、当該静領域2値化画像と時間軸方向に対応する前記原フレーム画像から静領域を抽出して静領域画像を生成する静領域画像生成手段、
前記動領域画像生成手段で生成された動領域画像を空間方向にウェーブレット分解することで、当該動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解する空間周波数分解手段、
この空間周波数分解手段で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、前記一の動領域画像と時間軸方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、前記一の動領域画像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段、
この動きベクトル検出手段で検出された一の動領域画像の動きベクトルを、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減する空間高周波成分低減手段、
この空間高周波成分低減手段で空間高周波成分が低減された前記一の動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット再構成することで、動領域の雑音除去動画像信号を生成するウェーブレット再構成手段、
前記静領域画像において時間軸方向の平滑化処理を行うことで、前記静領域画像から雑音を除去した静領域雑音除去画像を生成する時間軸方向平滑化手段、
前記動領域雑音除去画像と前記静領域雑音除去画像とを合成することで、1フレーム画像分の雑音除去動画像信号を生成する合成手段として機能させること特徴とする動画像雑音除去プログラム。 In order to remove noise included in a moving image signal composed of a plurality of original frame images continuous in time series, a computer is provided.
The moving image signal is wavelet-decomposed in the time direction by sequentially shifting one frame image for each of a predetermined number of the original frame image sequences constituted by the original frame images, and the moving image signal is converted into the predetermined number of original frame images. Time axis direction frequency component decomposition means for decomposing into a high frequency component in the time axis direction and a low frequency component in the time axis direction for each column,
A frame for binarizing the high-frequency component in the time axis direction with a predetermined threshold value and generating a frame image sequence moving region binarized image indicating a frame image sequence moving region that is a moving region in a predetermined number of the original frame image sequences Image sequence moving region extraction means,
For the frame image sequence moving region binarized image generated by the frame image sequence moving region extracting means, a common region of the frame image sequence moving region is extracted for each predetermined number of consecutive frame images, and one frame A frame image in-motion area extracting means for generating a motion area binarized image indicating an in-frame area in the frame image, which is a motion area for the image;
A frame image static region extraction means for generating a static region binary image indicating a static region in a frame image that is a static region for one frame image by inverting the pixel value of the moving region binary image;
A moving area image generating means for generating a moving area image by extracting a moving area from the moving frame binarized image and the original frame image corresponding to the time axis direction based on the moving area binarized image;
A static region image generating means for generating a static region image by extracting a static region from the original frame image corresponding to the static region binarized image and the time axis direction based on the static region binarized image;
Spatial frequency decomposition means for decomposing the dynamic region image into a spatial low frequency component and a spatial high frequency component by performing wavelet decomposition in the spatial direction on the dynamic region image generated by the dynamic region image generation unit;
Block matching is performed between the spatial low-frequency component of one moving region image obtained by the spatial frequency decomposition means and the spatial low-frequency component of the moving region image adjacent to the one moving region image in the time axis direction. , Motion vector detection means for detecting a motion vector of the one moving area image,
Spatial high-frequency component reduction that classifies the motion vector of one moving area image detected by this motion vector detection means into three directions of horizontal, vertical, and diagonal directions, and reduces the spatial high-frequency component according to the classified direction means,
Wavelet reconstruction means for generating a noise-removed moving image signal of a moving area by reconstructing the one moving area image in which the spatial high frequency component is reduced by the spatial high frequency component reducing means in the spatial frequency direction;
Time axis direction smoothing means for generating a static area noise-removed image obtained by removing noise from the static area image by performing a smoothing process in the time axis direction on the static area image,
A moving image denoising program that functions as a synthesizing unit that generates a denoised moving image signal for one frame image by synthesizing the moving region noise-removed image and the static region noise-removed image.
前記動領域情報に基づいて、前記原フレーム画像から動領域を抽出して動領域画像を生成する動領域画像生成手段、
この動領域画像生成手段で生成された動領域画像を空間方向にウェーブレット分解することで、当該動領域画像を空間低周波成分と空間高周波成分とに分解する空間周波数方向分解手段、
この空間周波数方向分解手段で得られた一の動領域画像の空間低周波成分と、前記一の動領域画像と時間軸方向に隣り合う動領域画像の空間低周波成分との間でブロックマッチングを行い、前記一の動領域画像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段、
この動きベクトル検出手段で検出された一の動領域画像の動きベクトルを、水平方向、垂直方向、斜め方向の3方向に分類し、分類した方向に応じて空間高周波成分を低減する空間高周波成分低減手段、
この空間高周波成分低減手段で空間高周波成分が低減された前記一の動領域画像を空間周波数方向にウェーブレット再構成することで、動領域の雑音除去動画像信号を生成するウェーブレット再構成手段として機能させることを特徴とする動領域画像雑音除去プログラム。 A noise-removed moving image signal obtained by removing noise from the moving image signal based on moving region information indicating a moving region extracted in advance from a moving image signal composed of a plurality of original frame images continuous in time series. To generate a computer,
A moving area image generating means for generating a moving area image by extracting a moving area from the original frame image based on the moving area information;
A spatial frequency direction decomposition unit that decomposes the dynamic region image into a spatial low frequency component and a spatial high frequency component by performing wavelet decomposition on the dynamic region image generated by the dynamic region image generation unit in the spatial direction;
Block matching is performed between the spatial low-frequency component of one moving region image obtained by the spatial frequency direction decomposition means and the spatial low-frequency component of the moving region image adjacent to the one moving region image in the time axis direction. Performing motion vector detection means for detecting a motion vector of the one moving area image;
Spatial high-frequency component reduction that classifies the motion vector of one moving area image detected by this motion vector detection means into three directions of horizontal, vertical, and diagonal directions, and reduces the spatial high-frequency component according to the classified direction means,
The one moving region image in which the spatial high-frequency component is reduced by the spatial high-frequency component reducing unit is reconstructed into a wavelet in the spatial frequency direction, thereby functioning as a wavelet reconstructing unit that generates a moving-region noise-removed moving image signal. A moving area image denoising program characterized by the above.
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