JP5027757B2 - Moving image denoising device, method and program thereof - Google Patents
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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、その方法およびそのプログラムに関する。 The present invention relates to a moving image noise removing apparatus, a method thereof, and a program thereof 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 a nonlinear process 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に対して動き補正を行う際に、フレーム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。
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、動画像から精度よく雑音を除去することができないという問題がある。さらに、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。
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. Further, such unnecessary noise components not only deteriorate the subjective image quality of the moving image but also reduce the coding efficiency.
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、精度よく雑音を除去することが可能な動画像雑音除去装置、その方法およびその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 device capable of accurately removing noise even with a moving image signal having a low signal-to-noise ratio, An object is to provide the method and the 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、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、時間方向分解手段と、空間方向分解手段と、縮退手段と、空間方向再構成手段と、時間方向再構成手段と、を備える構成とした。
The present invention has been developed to achieve the above object. First, the moving image noise removing apparatus according to
かかる構成において、動画像雑音除去装置は、時間方向分解手段によって、動画像信号を、時間方向の高周波成分である時間高周波展開係数と時間方向の低周波成分である時間低周波展開係数とにウェーブレット分解する。この各展開係数は、動画像信号の複数のフレームごとに、1次元1階離散ウェーブレット変換を行うことで生成することができる。 In such a configuration, the moving image noise removing apparatus converts the moving image signal into a time high frequency expansion coefficient that is a high frequency component in the time direction and a time low frequency expansion coefficient that is a low frequency component in the time direction by the time direction decomposition means. Decompose. Each expansion coefficient can be generated by performing a one-dimensional first-order discrete wavelet transform for each of a plurality of frames of the moving image signal.
また、動画像雑音除去装置は、空間方向分解手段によって、時間高周波展開係数と時間低周波展開係数とをそれぞれ空間方向の周波数成分にウェーブレット分解する。この各展開係数は、時間高周波展開係数と時間低周波展開係数とに対して2次元1階離散ウェーブレット変換を行うことで生成することができる。 In addition, the moving image noise removing device wavelet decomposes the temporal high frequency expansion coefficient and temporal low frequency expansion coefficient into frequency components in the spatial direction by the spatial direction decomposition means. Each expansion coefficient can be generated by performing a two-dimensional first-order discrete wavelet transform on the time high-frequency expansion coefficient and the time low-frequency expansion coefficient.
これによって、動画像信号は、時間方向および空間方向の各周波数成分に分解されることになる。そして、動画像雑音除去装置は、周波数成分ごとの雑音特性に応じて個別に雑音を除去することが可能になる。 As a result, the moving image signal is decomposed into frequency components in the time direction and the spatial direction. The moving image noise removing apparatus can individually remove noise according to the noise characteristics for each frequency component.
すなわち、動画像雑音除去装置は、縮退手段によって、時間高周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数と、時間低周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数とにおいて、時間高周波・空間高周波展開係数よりも時間低周波・空間展開係数の方に大きい閾値を設定して、ウェーブレット縮退法により、当該閾値以下の周波数成分の信号レベルを減衰させる。これによって、動画像雑音除去装置は、信号対雑音比が大きい時間低周波成分の閾値を大きくして雑音を除去することができる。 That is, the moving image noise removing device uses the degeneration means to perform temporal high frequency expansion coefficient wavelet decomposition in the spatial direction, temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient including a high frequency component in at least one of the horizontal and vertical directions, and temporal low frequency expansion coefficient. In the time low frequency / space expansion coefficient obtained by wavelet decomposition in the spatial direction, a larger threshold is set for the time low frequency / space expansion coefficient than the time high frequency / space high frequency expansion coefficient, and the threshold is calculated by the wavelet degeneration method. The signal levels of the following frequency components are attenuated. As a result, the moving image noise removing device can remove noise by increasing the threshold value of the time low frequency component having a large signal-to-noise ratio.
そして、動画像雑音除去装置は、空間方向再構成手段によって、縮退手段で信号レベルを減衰された時間高周波・空間高周波展開係数および時間低周波・空間展開係数と、空間方向分解手段で時間高周波展開係数をウェーブレット分解した空間方向の低周波成分である時間高周波・空間低周波展開係数とを、空間方向にウェーブレット再構成する。この空間方向のウェーブレット再構成は、各展開係数に対して2次元1階離散ウェーブレット逆変換を行うことで、時間高周波展開係数および時間低周波展開係数の周波数成分に再構成することができる。 Then, the moving image noise removing apparatus is adapted to develop a temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient and a temporal low frequency / spatial expansion coefficient whose signal level is attenuated by the degeneration means by the spatial direction reconstruction means, and temporal high frequency expansion by the spatial direction decomposition means. The time high frequency and spatial low frequency expansion coefficients, which are low frequency components in the spatial direction obtained by wavelet decomposition of the coefficients, are wavelet reconstructed in the spatial direction. This wavelet reconstruction in the spatial direction can be reconfigured into frequency components of a time high frequency expansion coefficient and a time low frequency expansion coefficient by performing a two-dimensional first-order discrete wavelet inverse transform on each expansion coefficient.
そして、動画像雑音除去装置は、時間方向再構成手段によって、空間方向再構成手段で再構成された周波数成分を、時間方向にウェーブレット再構成することで動画像信号を生成する。この時間方向のウェーブレット再構成は、各展開係数に対して1次元1階離散ウェーブレット逆変換を行うことで、周波数成分を動画像信号に再構成することができる。 Then, the moving image noise removal apparatus generates a moving image signal by reconstructing the frequency components reconstructed by the spatial direction reconstructing means in the time direction by the time direction reconstructing means. In this time-direction wavelet reconstruction, a frequency component can be reconstructed into a moving image signal by performing one-dimensional first-order discrete wavelet inverse transformation on each expansion coefficient.
また、請求項2に記載の動画像雑音除去装置は、請求項1に記載の動画像雑音除去装置において、時間高周波・空間高周波孤立点除去手段を備える構成とした。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a moving image noise removing apparatus according to the first aspect, wherein the moving image noise removing apparatus includes temporal high frequency / spatial high frequency isolated point removing means.
かかる構成において、動画像雑音除去装置は、時間高周波・空間高周波孤立点除去手段によって、時間高周波・空間高周波展開係数を2値化処理する。このように、時間高周波・空間高周波展開係数を2値化処理することで、当該係数を2値化画像として扱うことができる。そして、動画像雑音除去装置は、時間高周波・空間高周波孤立点除去手段によって、2値化画像内で周辺画素の値と異なる独立した画素の値を周辺画素の値に置き換える等の処理を行うことで、孤立点を除去する。これによって、動画像雑音除去装置は、縮退手段がウェーブレット縮退を行う前に、時間高周波・空間高周波展開係数における雑音を除去する。 In such a configuration, the moving image noise removing device binarizes the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient by the temporal high frequency / spatial high frequency isolated point removing means. In this way, by binarizing the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient, the coefficient can be handled as a binarized image. Then, the moving image noise removing device performs processing such as replacing the value of an independent pixel different from the value of the surrounding pixel in the binarized image with the value of the surrounding pixel by the temporal high frequency / spatial high frequency isolated point removing means. Then, the isolated points are removed. As a result, the moving image noise removing apparatus removes noise in the temporal high-frequency / spatial high-frequency expansion coefficient before the reduction means performs wavelet reduction.
さらに、請求項3に記載の動画像雑音除去装置は、請求項1または請求項2に記載の動画像雑音除去装置において、時間高周波・空間低周波孤立点除去手段を備える構成とした。
Furthermore, the moving image noise removing device according to
かかる構成において、動画像雑音除去装置は、時間高周波・空間低周波孤立点除去手段によって、時間高周波・空間低周波展開係数を2値化処理する。このように、時間高周波・空間低周波展開係数を2値化処理することで、当該係数を2値化画像として扱うことができる。そして、動画像雑音除去装置は、時間高周波・空間低周波孤立点除去手段によって、2値化画像内で周辺画素の値と異なる独立した画素の値を周辺画素の値に置き換える等の処理を行うことで、孤立点を除去する。これによって、動画像雑音除去装置は、空間方向再構成手段がウェーブレット再構成を行う前に、時間高周波・空間低周波展開係数における雑音を除去する。 In such a configuration, the moving image noise removing apparatus binarizes the temporal high frequency / spatial low frequency expansion coefficient by the temporal high frequency / spatial low frequency isolated point removing means. In this way, by performing binarization processing on the temporal high frequency / space low frequency expansion coefficient, the coefficient can be handled as a binarized image. Then, the moving image noise removal device performs processing such as replacing the independent pixel value different from the peripheral pixel value in the binarized image with the peripheral pixel value by the temporal high frequency / spatial low frequency isolated point removing means. Thus, the isolated points are removed. Thereby, the moving image noise removing apparatus removes noise in the temporal high frequency / spatial low frequency expansion coefficient before the spatial direction reconstruction means performs wavelet reconstruction.
また、請求項4に記載の動画像雑音除去装置は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の動画像雑音除去装置において、最大雑音特性記憶手段を備える構成とした。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a moving image noise removing apparatus according to any one of the first to third aspects, comprising a maximum noise characteristic storage unit.
かかる構成において、動画像雑音除去装置は、最大雑音特性記憶手段に、動画像信号の元の動画像を撮影したカメラにより暗部撮影した暗部動画像信号を時間方向および空間方向にウェーブレット分解した各展開係数の最大値をカメラの雑音特性として予め記憶しておく。そして、動画像雑音除去装置は、縮退手段によって、最大雑音特性記憶手段に記憶されている各展開係数の最大値と、時間低周波・空間展開係数の絶対値との差分により算出した閾値を基準として、時間低周波・空間展開係数の信号レベルを減衰させる。これによって、動画像雑音除去装置は、時間低周波・空間展開係数における雑音を除去する。 In such a configuration, the moving image noise removing device has each expansion obtained by performing wavelet decomposition on the dark portion moving image signal obtained by photographing the dark portion by the camera that has photographed the original moving image of the moving image signal in the maximum noise characteristic storage unit in the time direction and the spatial direction. The maximum value of the coefficient is stored in advance as the noise characteristic of the camera. Then, the moving image noise removing device uses the threshold value calculated by the difference between the maximum value of each expansion coefficient stored in the maximum noise characteristic storage means and the absolute value of the temporal low frequency / space expansion coefficient by the degeneration means. The signal level of the temporal low frequency / space expansion coefficient is attenuated. Thereby, the moving image noise removing apparatus removes noise in the temporal low frequency / space expansion coefficient.
さらに、請求項5に記載の動画像雑音除去装置は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の動画像雑音除去装置において、中央雑音特性記憶手段を備える構成とした。
Furthermore, the moving image noise removing device according to claim 5 is the moving image noise removing device according to any one of
かかる構成において、動画像雑音除去装置は、中央雑音特性記憶手段に、動画像信号の元の動画像を撮影したカメラにより暗部撮影した暗部動画像信号を時間方向および空間方向にウェーブレット分解した各展開係数の中央値をカメラの雑音特性として予め記憶しておく。そして、動画像雑音除去装置は、縮退手段によって、中央雑音特性記憶手段に記憶されている各展開係数の中央値と、時間高周波・空間高周波展開係数の絶対値との差分により算出した閾値を基準として、時間高周波・空間高周波展開係数の信号レベルを減衰させる。これによって、動画像雑音除去装置は、時間高周波・空間高周波展開係数における雑音を除去する。 In such a configuration, the moving image noise removing device has a central noise characteristic storage unit that performs wavelet decomposition on a dark portion moving image signal obtained by capturing a dark portion with a camera that has captured the original moving image of the moving image signal in a time direction and a spatial direction. The median value of the coefficients is stored in advance as camera noise characteristics. Then, the moving image noise removing apparatus uses the degeneration means as a reference based on the threshold value calculated by the difference between the median of each expansion coefficient stored in the central noise characteristic storage means and the absolute value of the time high frequency / space high frequency expansion coefficient. As described above, the signal level of the time high frequency / space high frequency expansion coefficient is attenuated. As a result, the moving image noise removing apparatus removes noise in the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient.
また、請求項6に記載の動画像雑音除去方法は、動画像信号に含まれる雑音を除去する動画像雑音除去方法であって、時間方向分解ステップと、空間方向分解ステップと、縮退ステップと、空間方向再構成ステップと、時間方向再構成ステップと、を含む手順とした。
The moving image noise removing method according to
かかる手順において、動画像雑音除去方法は、時間方向分解ステップで、時間方向分解手段により、動画像信号を、時間方向の高周波成分である時間高周波展開係数と時間方向の低周波成分である時間低周波展開係数とにウェーブレット分解する。続けて、動画像雑音除去方法は、空間方向分解ステップで、空間方向分解手段により、時間高周波展開係数と時間低周波展開係数とをそれぞれ空間方向の周波数成分にウェーブレット分解する。 In this procedure, the moving image noise removing method is a time direction decomposition step in which the time direction decomposition means converts the moving image signal into a time high frequency expansion coefficient that is a high frequency component in the time direction and a time low frequency component that is a low frequency component in the time direction. Wavelet decomposition into frequency expansion coefficients. Subsequently, in the moving image noise removal method, in the spatial direction decomposition step, the temporal high frequency expansion coefficient and the temporal low frequency expansion coefficient are wavelet decomposed into frequency components in the spatial direction by the spatial direction decomposition means.
そして、動画像雑音除去方法は、縮退ステップで、縮退手段により、時間高周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数と、時間低周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数とにおいて、時間高周波・空間高周波展開係数よりも時間低周波・空間展開係数の方に大きい閾値を設定して、ウェーブレット縮退法により、当該閾値以下の周波数成分の信号レベルを減衰させる。 Then, the moving image noise removing method includes a temporal high-frequency / spatial high-frequency expansion coefficient including a high-frequency component in at least one of the horizontal and vertical directions obtained by wavelet decomposition of the temporal high-frequency expansion coefficient in the spatial direction by the degeneration means in the reduction step, Wavelet degeneration method by setting a larger threshold for temporal low frequency and spatial expansion coefficient than temporal high frequency and spatial high frequency expansion coefficient in temporal low frequency and spatial expansion coefficient obtained by wavelet decomposition of low frequency expansion coefficient in spatial direction. Thus, the signal level of the frequency component below the threshold is attenuated.
その後、動画像雑音除去方法は、空間方向再構成ステップで、空間方向再構成手段により、縮退手段で信号レベルを減衰された時間高周波・空間高周波展開係数および時間低周波・空間展開係数と、空間方向分解手段で前記時間高周波展開係数をウェーブレット分解した空間方向の低周波成分である時間高周波・空間低周波展開係数とを、空間方向にウェーブレット再構成する。続けて、動画像雑音除去方法は、時間方向再構成ステップで、時間方向再構成手段により、空間方向再構成手段で再構成された周波数成分を、時間方向にウェーブレット再構成することで動画像信号を生成する。 Thereafter, the moving image noise removing method includes a spatial high frequency / spatial high frequency expansion coefficient and a temporal low frequency / spatial expansion coefficient in which the signal level is attenuated by the degeneration means by the spatial direction reconstruction means in the spatial direction reconstruction step, The time high frequency / spatial low frequency expansion coefficient, which is a low frequency component in the spatial direction obtained by wavelet decomposition of the temporal high frequency expansion coefficient by the direction decomposition means, is reconstructed in the spatial direction. Subsequently, in the moving image noise removing method, in the time direction reconstruction step, the frequency component reconstructed by the spatial direction reconstruction unit is reconstructed by the time direction reconstruction unit in the time direction, thereby moving the moving image signal. Is generated.
さらに、請求項7に記載の動画像雑音除去プログラムは、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、時間方向分解手段、空間方向分解手段、縮退手段、空間方向再構成手段、時間方向再構成手段、として機能させる構成とした。 Furthermore, the moving image noise removal program according to claim 7 is a computer program comprising: a time direction decomposing unit, a spatial direction decomposing unit, a degenerating unit, a spatial direction reconfiguring unit, in order to remove noise included in the moving image signal; It was set as the structure which functions as a time direction reconstruction means.
かかる構成において、動画像雑音除去プログラムは、時間方向分解手段によって、動画像信号を、時間方向の高周波成分である時間高周波展開係数と時間方向の低周波成分である時間低周波展開係数とにウェーブレット分解する。また、動画像雑音除去プログラムは、空間方向分解手段によって、時間高周波展開係数と時間低周波展開係数とをそれぞれ空間方向の周波数成分にウェーブレット分解する。 In this configuration, the moving image noise removal program converts the moving image signal into a time high frequency expansion coefficient that is a high frequency component in the time direction and a time low frequency expansion coefficient that is a low frequency component in the time direction by the time direction decomposition means. Decompose. Also, the moving image noise removal program wavelet decomposes the temporal high frequency expansion coefficient and the temporal low frequency expansion coefficient into frequency components in the spatial direction by the spatial direction decomposition means.
そして、動画像雑音除去プログラムは、縮退手段によって、時間高周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数と、時間低周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数とにおいて、時間高周波・空間高周波展開係数よりも時間低周波・空間展開係数の方に大きい閾値を設定して、ウェーブレット縮退法により、当該閾値以下の周波数成分の信号レベルを減衰させる。 Then, the moving image noise removal program uses the degeneration means to perform temporal high frequency expansion coefficient wavelet decomposition in the spatial direction, temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient including a high frequency component in at least one of the horizontal and vertical directions, and temporal low frequency expansion coefficient. In the time low frequency / space expansion coefficient obtained by wavelet decomposition in the spatial direction, a larger threshold is set for the time low frequency / space expansion coefficient than the time high frequency / space high frequency expansion coefficient, and the threshold is calculated by the wavelet degeneration method. The signal levels of the following frequency components are attenuated.
そして、動画像雑音除去プログラムは、空間方向再構成手段によって、縮退手段で信号レベルを減衰された時間高周波・空間高周波展開係数および時間低周波・空間展開係数と、空間方向分解手段で時間高周波展開係数をウェーブレット分解した空間方向の低周波成分である時間高周波・空間低周波展開係数とを、空間方向にウェーブレット再構成する。また、動画像雑音除去プログラムは、時間方向再構成手段によって、空間方向再構成手段で再構成された周波数成分を、時間方向にウェーブレット再構成することで動画像信号を生成する。 The moving image denoising program uses the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient and the temporal low frequency / spatial expansion coefficient attenuated by the degeneration means by the spatial direction reconstruction means, and the temporal high frequency expansion by the spatial direction decomposition means. The time high frequency and spatial low frequency expansion coefficients, which are low frequency components in the spatial direction obtained by wavelet decomposition of the coefficients, are wavelet reconstructed in the spatial direction. Further, the moving image noise removal program generates a moving image signal by reconstructing the frequency components reconstructed by the spatial direction reconstructing means in the time direction by the time direction reconstructing means.
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1,6,7に記載の発明によれば、動画像信号を時間方向および空間方向にウェーブレット分解した周波数成分ごとに、その特性に応じて雑音を除去することができるため、信号対雑音比が低い動画像であっても、精度よく雑音を除去することができる。また、請求項1,6,7に記載の発明によれば、動画像信号の時間高周波・空間高周波の周波数成分における雑音成分をより大きく除去するため、原信号を劣化させることなく、当該周波数成分の特性であるカメラの熱雑音や撮影時の微小なカメラブレ等を除去することができる。
The present invention has the following excellent effects.
According to the first, sixth, and seventh aspects of the present invention, noise can be removed according to the characteristics of each frequency component obtained by wavelet decomposition of the moving image signal in the time direction and the spatial direction. Even a moving image with a low ratio can accurately remove noise. Further, according to the first, sixth, and seventh aspects of the present invention, the noise component in the frequency component of the temporal high frequency and the spatial high frequency of the moving image signal is further removed, so that the frequency component is not degraded without degrading the original signal. It is possible to remove the thermal noise of the camera and the minute camera shake at the time of shooting.
請求項2,3に記載の発明によれば、動画像信号の時間高周波・空間高周波の周波数成分や時間高周波・空間低周波の周波数成分から雑音成分を除去することができる。さらに、請求項2に記載の発明によれば、縮退手段におけるウェーブレット縮退を行う前に孤立点の雑音成分を除去するため、縮退手段において、効率的に雑音除去を行うことができる。 According to the second and third aspects of the present invention, it is possible to remove noise components from temporal high frequency / spatial high frequency components and temporal high frequency / spatial low frequency components of moving image signals. Further, according to the second aspect of the present invention, since the noise component of the isolated point is removed before the wavelet degeneration in the degeneration means is performed, the degeneration means can efficiently perform noise removal.
請求項4,5に記載の発明によれば、時間低周波成分の信号対雑音比が、元の動画像信号の信号対雑音比よりも大きい方向に偏るという特性に応じて、時間高周波成分よりも時間低周波成分の方により大きい閾値を設定して、ウェーブレット縮退を行うため、精度よく雑音を除去することができる。 According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the temporal low frequency component has a higher signal-to-noise ratio than the temporal high-frequency component, depending on the characteristic that the signal-to-noise ratio of the temporal moving signal is biased in a direction larger than the signal-to-noise ratio of the original moving image signal. In addition, since a larger threshold is set for the time low-frequency component and wavelet degeneration is performed, noise can be accurately removed.
[動画像雑音除去方法の概要]
まず、本発明における動画像雑音除去方法(以下、本手法)の概要について説明する。本手法は、ウェーブレット縮退法を時間方向に拡張するものである。
[Outline of video noise removal method]
First, an outline of a moving image noise removal method (hereinafter, this method) in the present invention will be described. This method extends the wavelet reduction method in the time direction.
動画像信号を時間方向および空間方向に離散ウェーブレット分解した場合、時間低周波成分は、時間方向の信号相関が高いため、信号対雑音比が元の動画像信号よりも大きい方向に偏る。 When the moving image signal is subjected to discrete wavelet decomposition in the time direction and the spatial direction, the temporal low frequency component has a high signal correlation in the time direction, and therefore, the signal-to-noise ratio is biased in a direction larger than that of the original moving image signal.
一方、時間高周波・空間高周波成分は、3次元スペクトルからほぼ雑音成分と考えられる。ここで、動画像信号を構成するフレームにおいて、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。 On the other hand, the temporal and spatial high-frequency components are considered to be almost noise components from the three-dimensional spectrum. Here, in the frame constituting the 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), noise is included. The moving image signal F (x, y, t) can be expressed by the following equation (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、白色性およびガウス性を持つ。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、全周波数帯でほぼ等しいエネルギー分布を持ち、時間方向およ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、本手法は、動画像信号を時間方向および空間方向に離散ウェーブレット分解した時間低周波成分においては、ウェーブレット縮退法における閾値を大きくし、時間高周波・空間高周波成分においては、ウェーブレット縮退法における閾値を小さくすることで動画像信号の雑音を除去する。
以下、本手法を実現するための最良の実施形態について図面を参照して説明する。
Therefore, this method increases the threshold in the wavelet reduction method for temporal low-frequency components obtained by discrete wavelet decomposition of moving image signals in the time direction and the spatial direction, and the threshold for wavelet reduction methods for temporal high-frequency and spatial high-frequency components. The noise of the moving image signal is removed by reducing.
Hereinafter, the best embodiment for realizing the present technique will be described with reference to the drawings.
[動画像雑音除去装置の構成]
まず、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。図1は、本発明の実施形態に係る動画像雑音除去装置の構成を示すブロック構成図である。
[Configuration of moving image noise elimination device]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the moving image noise removal apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a block configuration diagram showing the configuration of a moving image noise removing apparatus according to an embodiment of the present invention.
この動画像雑音除去装置1は、動画像信号を時間方向および空間方向に離散ウェーブレット分解を適用し、時間方向および空間方向においてウェーブレット縮退を行うことで、動画像信号に含まれる雑音を除去するものである。ここでは、動画像雑音除去装置1は、時間・空間ウェーブレット分解手段10と、雑音特性記憶手段20と、時間・空間ウェーブレット縮退手段30と、時間・空間ウェーブレット再構成手段40と、を備えている。
This moving image
時間・空間ウェーブレット分解手段10は、外部から動画像信号を入力し、時間方向ならびに空間方向にウェーブレット分解するものである。この動画像信号は、例えば、スーパーハイビジョン(SHV)のような高精細動画像信号とすることができる。ここでは、時間・空間ウェーブレット分解手段10は、時間方向分解手段11と、空間方向分解手段12と、を備えている。 The time / space wavelet decomposition means 10 inputs a moving image signal from the outside and performs wavelet decomposition in the time direction and the space direction. This moving image signal can be a high-definition moving image signal such as Super Hi-Vision (SHV). Here, the time / space wavelet decomposition means 10 includes a time direction decomposition means 11 and a space direction decomposition means 12.
時間方向分解手段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。この時間方向分解手段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単位で動画像信号を入力し、フレームのすべての水平、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、時間方向の低周波成分である時間低周波展開係数(時間低周波成分)L1 Tと、時間方向の高周波成分である時間高周波展開係数(時間高周波成分)H1 Tと、にウェーブレット分解する。
The time
すなわち、時間方向分解手段11は、図2に示すように、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)の画素値についてウェーブレット変換することで、時間低周波展開係数L1 Tおよび時間高周波展開係数H1 Tの各ウェーブレット展開係数に分解(ウェーブレット分解)する。 That is, as shown in FIG. 2, the time direction decomposing means 11 converts all the frame images F (t), F (t + 1), F (t + 2), F (t + 3),. By performing wavelet transform on the pixel value of (x, y), the wavelet expansion coefficient is decomposed (wavelet decomposition) into the time low frequency expansion coefficient L 1 T and the time high frequency expansion coefficient H 1 T.
なお、ウェーブレット係数およびその長さは、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数となる。
この時間方向分解手段11は、ウェーブレット分解した時間低周波展開係数L1 Tおよび時間高周波展開係数H1 Tを空間方向分解手段12に出力する。
The wavelet coefficient 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 frames in the time direction.
The time direction decomposition means 11 outputs the time low frequency expansion coefficient L 1 T and the time high frequency expansion coefficient H 1 T subjected to wavelet decomposition to the spatial direction decomposition means 12.
空間方向分解手段12は、時間方向分解手段11で分解された時間低周波展開係数L1 Tと時間高周波展開係数H1 Tとをそれぞれ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。ここでは、空間方向分解手段12は、時間低周波分解手段12aと、時間高周波分解手段12bと、を備えている。
The spatial direction decomposition means 12 performs wavelet decomposition on the temporal low frequency expansion coefficient L 1 T and temporal high frequency expansion coefficient H 1 T decomposed by the time direction decomposition means 11 into frequency components in the spatial direction. Here, the spatial
時間低周波分解手段12aは、時間方向分解手段11で分解された時間低周波展開係数L1 Tを、空間方向にウェーブレット分解するものである。この時間低周波分解手段12aは、時間低周波展開係数L1 Tに対して、2次元1階DWTを行うことで、時間低周波成分をさらに空間方向にウェーブレット分解したウェーブレット展開係数(L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S)を生成する。この生成されたウェーブレット展開係数(L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S)は、時間・空間ウェーブレット縮退手段30に出力される。 The temporal low frequency decomposition means 12a performs wavelet decomposition on the temporal low frequency expansion coefficient L 1 T decomposed by the time direction decomposition means 11 in the spatial direction. This time low frequency decomposition means 12a performs two-dimensional first-order DWT on the time low frequency expansion coefficient L 1 T , thereby further performing wavelet decomposition on the time low frequency component in the spatial direction (L 1 T LL 1 S, L 1 T LH 1 S, L 1 T HL 1 S, generates the L 1 T HH 1 S). The generated wavelet expansion coefficients (L 1 T LL 1 S , L 1 T LH 1 S , L 1 T HL 1 S , L 1 T HH 1 S ) are output to the time / space wavelet degeneration means 30.
時間高周波分解手段12bは、時間方向分解手段11で分解された時間高周波展開係数H1 Tを、空間方向にウェーブレット分解するものである。この時間高周波分解手段12bは、時間高周波展開係数H1 Tに対して、2次元1階DWTを行うことで、時間高周波成分をさらに空間方向にウェーブレット分解したウェーブレット展開係数(H1 TLL1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 S)を生成する。この生成されたウェーブレット展開係数(H1 TLL1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 S)は、時間・空間ウェーブレット縮退手段30に出力される。 The temporal high-frequency decomposition means 12b performs wavelet decomposition on the temporal high-frequency expansion coefficient H 1 T decomposed by the time-direction decomposition means 11 in the spatial direction. This time high frequency decomposition means 12b performs a two-dimensional first-order DWT on the time high frequency expansion coefficient H 1 T , thereby further performing wavelet decomposition on the time high frequency component in the spatial direction (H 1 T LL 1 S , H 1 T LH 1 S, H 1 T HL 1 S, generates the H 1 T HH 1 S). The generated wavelet expansion coefficients (H 1 T LL 1 S , H 1 T LH 1 S , H 1 T HL 1 S , H 1 T HH 1 S ) are output to the time / space wavelet degeneration means 30.
すなわち、空間方向分解手段12は、図3(a)に示すように、動画像信号を時間方向にウェーブレット分解した時間低周波展開係数L1 Tを2次元画像としたとき、当該画像を水平および垂直方向の周波数成分に4分割したウェーブレット展開係数(L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S)を生成する。また、空間方向分解手段12は、図3(b)に示すように、動画像信号を時間方向にウェーブレット分解した時間高周波展開係数H1 Tを2次元画像としたとき、当該画像を水平および垂直方向の周波数成分に4分割したウェーブレット展開係数(H1 TLL1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 S)を生成する。 That is, as shown in FIG. 3 (a), the spatial direction decomposition means 12 uses a temporal low frequency expansion coefficient L 1 T obtained by wavelet decomposition of a moving image signal in the time direction as a two-dimensional image, 4 divided wavelet expansion coefficients to the frequency components in the vertical direction (L 1 T LL 1 S, L 1 T LH 1 S, L 1 T HL 1 S, L 1 T HH 1 S) for generating a. Further, as shown in FIG. 3 (b), the spatial direction decomposition means 12 takes the time and high frequency expansion coefficient H 1 T obtained by wavelet decomposition of the moving image signal in the time direction as a two-dimensional image, and horizontally and vertically displays the image. Wavelet expansion coefficients (H 1 T LL 1 S , H 1 T LH 1 S , H 1 T HL 1 S , H 1 T HH 1 S ) divided into four frequency components in the direction are generated.
なお、時間・空間ウェーブレット分解手段10が生成するウェーブレット展開係数は、図4に示すように、3次元スペクトルの領域図として表すことができる。図4は、動画像信号の時間−空間1階DWT領域図であって、空間方向における水平周波数μ(水平最高周波数μmax)、垂直周波数ν(垂直最高周波数νmax)、時間方向の時間周波数f(時間最高周波数fmax)を3軸としている。 The wavelet expansion coefficient generated by the time / space wavelet decomposition means 10 can be represented as a region diagram of a three-dimensional spectrum as shown in FIG. FIG. 4 is a time-space first-order DWT region diagram of a moving image signal, in which a horizontal frequency μ (horizontal maximum frequency μ max ) in the spatial direction, a vertical frequency ν (vertical maximum frequency ν max ), and a time frequency in the time direction. f (time maximum frequency f max ) is taken as three axes.
ここで、図5を参照して、時間方向および空間方向にウェーブレット分解されたウェーブレット展開係数の特性について説明する。図5は、図4の時間−空間1階DWT領域図に動画像信号内における動物体の移動速度のスペクトル平面を対応付けた図である。なお、図5(a)は、フレーム内の画素F(x,y)の動物体のフレーム間水平・垂直移動速度(xv,yv)∈mvにおいて、xv=1、yv=1におけるスペクトル平面、図5(b)は、xv=2、yv=2におけるスペクトル平面を、それぞれ時間−空間1階DWT領域図に対応付けている。 Here, with reference to FIG. 5, the characteristics of the wavelet expansion coefficient subjected to wavelet decomposition in the time direction and the space direction will be described. FIG. 5 is a diagram in which the spectrum plane of the moving speed of the moving object in the moving image signal is associated with the time-space first floor DWT region diagram of FIG. Note that FIG. 5 (a) shows a case in which x v = 1, y v = at the inter-frame horizontal / vertical moving speed (x v , y v ) ∈m v of the moving object of the pixel F (x, y) in the frame. In FIG. 5 (b), the spectrum plane at x v = 2 and y v = 2 is associated with the time-space first-order DWT region diagram.
〔時間低周波成分(時間低周波展開係数L1 T)の特性〕
まず、動画像信号の時間低周波成分である時間低周波展開係数L1 Tの特性について説明する。
[Characteristics of temporal low frequency component (temporal low frequency expansion coefficient L 1 T )]
First, the characteristics of the temporal low frequency expansion coefficient L 1 T , which is the temporal low frequency component of the moving image signal, will be described.
時間低周波展開係数L1 Tを空間方向にウェーブレット分解したウェーブレット展開係数L1 THH1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 Sは、xv≦1,yv≦1の原画像s成分(前記(1)式参照)のうち、水平および垂直最高周波数μmax,νmaxに対し、μmax/2,νmax/2以上の時間低周波・空間高周波成分である。また、ウェーブレット展開係数L1 TLL1 Sは、xv>1,yv>1の原画像s成分(前記(1)式参照)のうち、水平および垂直最高周波数μmax,νmaxに対し、μmax/2,νmax/2未満の時間低周波・空間低周波成分である。 Time low frequency expansion coefficients L 1 wavelet expansion coefficient wavelet decomposed into spatial direction T L 1 T HH 1 S, L 1 T LH 1 S, L 1 T HL 1 S is the x v ≦ 1, y v ≦ 1 Of the original image s component (see the above formula (1)), it is a temporal low-frequency / spatial high-frequency component that is greater than μ max / 2 and v max / 2 with respect to the maximum horizontal and vertical frequencies μ max and v max . The wavelet expansion coefficient L 1 T LL 1 S is the maximum horizontal and vertical frequency μ max , ν max among the original image s components of x v > 1, y v > 1 (see the above equation (1)). , Μ max / 2, less than ν max / 2, a temporal low frequency / spatial low frequency component.
この時間低周波・空間高周波成分(L1 THH1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S)、および、時間低周波・空間低周波成分(L1 TLL1 S)は、原画像s成分の時間方向に対する相関が、雑音成分n(前記(1)式参照)に比べて非常に高い特性を有している。 The time low frequency / spatial high frequency components (L 1 T HH 1 S , L 1 T LH 1 S , L 1 T HL 1 S ), and the time low frequency / spatial low frequency component (L 1 T LL 1 S ) are The correlation of the original image s component with respect to the time direction has a very high characteristic as compared with the noise component n (see the above equation (1)).
つまり、動画像信号Fにおいて、時間低周波・空間高周波成分および時間低周波・空間低周波成分のウェーブレット展開係数の原画像s成分と雑音成分nとの絶対値差は、原画像s成分と雑音成分nとの絶対値差よりも大きい。すなわち、時間低周波成分の信号対雑音比は、元の動画像信号の信号対雑音比よりも大きい方向に偏るという特性を有している。 That is, in the moving image signal F, the absolute value difference between the original image s component and the noise component n of the wavelet expansion coefficient of the temporal low frequency / spatial high frequency component and temporal low frequency / spatial low frequency component is the original image s component and noise. It is larger than the absolute value difference with the component n. That is, the signal-to-noise ratio of the temporal low-frequency component has a characteristic that it is biased in a direction larger than the signal-to-noise ratio of the original moving image signal.
これは、動画像信号から雑音を除去するには、時間高周波成分よりも時間低周波成分の方により大きい閾値を設定して、ウェーブレット縮退法を適用した方が、精度よく雑音を除去することができることを意味している。 In order to remove noise from a moving image signal, it is possible to remove noise more accurately by setting a larger threshold value for temporal low frequency components than for temporal high frequency components and applying the wavelet degeneration method. It means you can do it.
〔時間高周波成分(時間高周波展開係数H1 T)の特性〕
次に、動画像信号の時間高周波成分である時間高周波展開係数H1 Tの特性について説明する。
[Characteristics of time high frequency component (time high frequency expansion coefficient H 1 T )]
Next, the characteristics of the temporal high-frequency expansion coefficient H 1 T , which is the temporal high-frequency component of the moving image signal, will be described.
時間高周波展開係数H1 Tを空間方向にウェーブレット分解したウェーブレット展開係数H1 THH1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 Sは、xv≦2,yv≦2の原画像s成分(前記(1)式参照)のうち、水平および垂直最高周波数μmax,νmaxに対し、μmax/2,νmax/2以上の時間高周波・空間高周波成分である。
この時間高周波・空間高周波成分(H1 THH1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S)は、各方向エッジ成分の微小移動成分以外は、熱雑音や撮影時の微小なカメラぶれ等と考えられる。
Wavelet expansion coefficients H 1 T HH 1 S , H 1 T LH 1 S , and H 1 T HL 1 S obtained by wavelet decomposition of the time high-frequency expansion coefficient H 1 T in the spatial direction are elements of x v ≦ 2, y v ≦ 2. Of the image s component (see the above formula (1)), it is a time high-frequency / spatial high-frequency component of μ max / 2 or v max / 2 or more with respect to the horizontal and vertical maximum frequencies μ max and v max .
These temporal high-frequency and spatial high-frequency components (H 1 T HH 1 S , H 1 T LH 1 S , and H 1 T HL 1 S ) are small in thermal noise and photographing at the time of photographing except for the minute moving component of each direction edge component. Possible camera shake.
また、ウェーブレット展開係数H1 TLL1 Sは、xv>2,yv>2の原画像s成分(前記(1)式参照)のうち、水平および垂直最高周波数μmax,νmaxに対し、μmax/2,νmax/2未満の時間高周波・空間低周波成分である。 The wavelet expansion coefficient H 1 T LL 1 S is the maximum horizontal and vertical frequency μ max and ν max among the original image s components of x v > 2 and y v > 2 (see the above equation (1)). , Μ max / 2, less than ν max / 2, the time high frequency / spatial low frequency component.
この時間高周波・空間低周波成分(H1 TLL1 S)は、前景と背景のテクスチャが大きく異なる移動領域と考えられ、原画像s成分の時間方向に対する相関が低い特性を有している。特に、原画像s成分の動領域の輝度が低く、動領域と背景の輝度差が大きい場合、動画像信号Fにおいて、時間高周波・空間低周波成分のウェーブレット展開係数の原画像s成分と雑音成分nとの絶対値差は小さい。つまり、時間高周波成分は、微小動き成分以外は、ほぼ雑音成分であることから、孤立点雑音除去法により、精度よく雑音を除去することができることを意味している。 This temporal high-frequency / spatial low-frequency component (H 1 T LL 1 S ) is considered to be a moving region in which the foreground and background textures are greatly different, and has a characteristic that the correlation of the original image s component with respect to the time direction is low. In particular, when the luminance of the moving area of the original image s component is low and the luminance difference between the moving area and the background is large, in the moving image signal F, the original image s component and noise component of the wavelet expansion coefficient of the temporal high frequency / spatial low frequency component The absolute value difference from n is small. That is, since the temporal high frequency component is almost a noise component other than the minute motion component, it means that the noise can be accurately removed by the isolated point noise removal method.
以上説明したような時間低周波成分と時間高周波成分の特性に基づいて、動画像雑音除去装置1は、動画像信号から雑音を除去する。図1に戻って、動画像雑音除去装置1が雑音を除去する構成について説明する。
Based on the characteristics of the temporal low-frequency component and temporal high-frequency component as described above, the moving image
雑音特性記憶手段(最大雑音特性記憶手段、中央雑音特性記憶手段)20は、動画像信号の元の動画像を撮影したカメラにより暗部撮影した暗部動画像信号を時間方向および空間方向にウェーブレット分解した各展開係数の最大値および中央値をカメラの雑音特性として予め記憶するものであって、ハードディスク等の一般的な記憶装置である。 The noise characteristic storage means (maximum noise characteristic storage means, central noise characteristic storage means) 20 wavelet-decomposes the dark part moving image signal obtained by photographing the dark part by the camera that has photographed the original moving picture of the moving picture signal in the time direction and the spatial direction. The maximum value and median value of each expansion coefficient are stored in advance as camera noise characteristics, and are general storage devices such as hard disks.
この雑音特性記憶手段20には、図6に示すように、カメラCで撮影した動画像信号N(x,y,t)を時間方向および空間方向にウェーブレット分解(時間−空間DWT)したウェーブレット展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S,H1 TLL1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sのそれぞれについての最大値および中央値を記憶しておく。 In this noise characteristic storage means 20, as shown in FIG. 6, wavelet expansion in which the moving image signal N (x, y, t) photographed by the camera C is subjected to wavelet decomposition (time-space DWT) in the time direction and the space direction. Coefficients L 1 T LL 1 S , L 1 T LH 1 S , L 1 T HL 1 S , L 1 T HH 1 S , H 1 T LL 1 S , H 1 T LH 1 S , H 1 T HL 1 S The maximum value and the median value for each of H 1 T HH 1 S are stored.
なお、この雑音特性記憶手段20に記憶するカメラの雑音特性を求める際に行う時間−空間DWTは、時間・空間ウェーブレット分解手段10で行ってもよく、この時間・空間ウェーブレット分解手段10で分解されたそれぞれのウェーブレット展開係数から、最大値および中央値を求める雑音特性生成手段(図示せず)を介して、雑音特性記憶手段20に最大値および中央値の書き込みを行ってもよい。
この雑音特性記憶手段20に記憶された雑音特性(最大値、中央値)は、時間・空間ウェーブレット縮退手段30によって参照される。
The time-space DWT performed when obtaining the noise characteristics of the camera stored in the noise characteristic storage means 20 may be performed by the time / space wavelet decomposition means 10 or decomposed by the time / space wavelet decomposition means 10. Alternatively, the maximum value and the median value may be written into the noise
The noise characteristic (maximum value, median value) stored in the noise
時間・空間ウェーブレット縮退手段30は、時間・空間ウェーブレット分解手段10で分解された各ウェーブレット展開係数を、ウェーブレット縮退法により、雑音の信号レベルを“0”に向けて減衰させるものである。ここでは、時間・空間ウェーブレット縮退手段30は、時間高周波孤立点除去手段31と、縮退手段32と、を備えている。 The time / space wavelet reduction means 30 attenuates each wavelet expansion coefficient decomposed by the time / space wavelet decomposition means 10 toward the signal level of “0” by the wavelet reduction method. Here, the time / space wavelet reduction means 30 includes a temporal high frequency isolated point removal means 31 and a reduction means 32.
時間高周波孤立点除去手段31は、時間・空間ウェーブレット分解手段10の時間高周波分解手段12bで分解された時間方向の高周波成分であるウェーブレット展開係数(H1 TLL1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 S)について、孤立点を除去するものである。ここでは、時間高周波孤立点除去手段31は、空間高周波孤立点除去手段31aと、空間低周波孤立点除去手段31bと、を備えている。
The temporal high frequency isolated point removing means 31 is a wavelet expansion coefficient (H 1 T LL 1 S , H 1 T LH 1 S) which is a high frequency component in the time direction decomposed by the time high frequency decomposition means 12 b of the time / space wavelet decomposition means 10. , H 1 T HL 1 S, for H 1
空間高周波孤立点除去手段(時間高周波・空間高周波孤立点除去手段)31aは、空間方向分解手段12の時間高周波分解手段12bで分解されたウェーブレット展開係数のうちで、水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数H1 THH1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 Sから孤立点を除去するものである。 Spatial high frequency isolated point removing means (temporal high frequency / spatial high frequency isolated point removing means) 31a is arranged in at least one of the horizontal and vertical directions among the wavelet expansion coefficients decomposed by the temporal high frequency decomposition means 12b of the spatial direction decomposition means 12. The isolated point is removed from the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient H 1 T HH 1 S , H 1 T LH 1 S , and H 1 T HL 1 S including high frequency components.
ここでは、空間高周波孤立点除去手段31aは、時間高周波・空間高周波展開係数H1 THH1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 Sを2次元の画像(例えば、|H1 THH1 S(x,y)|)とみなし、予め定めた閾値により2値化処理し、2値化画像B(x,y)上で孤立する点を除去することとする。
Here, the spatial high-frequency isolated
例えば、空間高周波孤立点除去手段31aは、図7に示すように、時間高周波・空間高周波展開係数のうちのH1 THH1 Sから2値化画像B(x,y)を生成する。そして、空間高周波孤立点除去手段31aは、対象画素(x,y)の周辺画素を含む所定領域(例えば、3×3画素領域)の画素値合計B3×3(x,y)が、予め定めた閾値θH**以下であれば、当該対象画素を孤立点雑音とみなし、|H1 THH1 S(x,y)|=0とする。この閾値θH**は、エッジ成分の消失を防止するため、例えば、θH**=3とする。
For example, as shown in FIG. 7, the spatial high frequency isolated
なお、空間高周波孤立点除去手段31aは、他の時間高周波・空間高周波展開係数H1 TLH1 S,H1 THL1 Sについても、H1 THH1 Sと同様の処理により孤立点を除去する。
この孤立点が除去された時間高周波・空間高周波展開係数H1 THH1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 Sは、縮退手段32に出力される。
Incidentally, the spatial high-frequency isolated
The time isolated point has been removed high-frequency and high spatial frequency expansion coefficient H 1 T HH 1 S, H 1 T LH 1 S, H 1 T HL 1 S is output to the degeneration means 32.
空間低周波孤立点除去手段(時間高周波・空間低周波孤立点除去手段)31bは、空間方向分解手段12の時間高周波分解手段12bで分解されたウェーブレット展開係数のうちで、時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sから孤立点を除去するものである。 The spatial low frequency isolated point removing means (temporal high frequency / spatial low frequency isolated point removing means) 31b is a temporal high frequency / spatial low frequency among the wavelet expansion coefficients decomposed by the temporal high frequency decomposition means 12b of the spatial direction decomposition means 12. An isolated point is removed from the expansion coefficient H 1 T LL 1 S.
この空間低周波孤立点除去手段31bは、空間高周波孤立点除去手段31aの手法と同様、図7で説明したように、時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sを2値化処理し、2値化画像B(x,y)上で孤立する点を除去する。
This spatial low-frequency isolated point removing means 31b binarizes the time high-frequency / spatial low-frequency expansion coefficient H 1 T LL 1 S as described in FIG. 7 in the same manner as the spatial high-frequency isolated
すなわち、空間低周波孤立点除去手段31bは、時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sから2値化画像B(x,y)を生成する。そして、空間低周波孤立点除去手段31bは、対象画素(x,y)の周辺画素を含む所定領域(例えば、3×3画素領域)の画素値合計B3×3(x,y)が、予め定めた閾値θHLL以下であれば、当該対象画素を孤立点雑音とみなし、|H1 TLL1 S(x,y)|=0とする。この閾値θHLLは、H1 TLL1 Sが空間低周波成分であることから、θH**よりも大きな値、例えばθHLL=4とする。
この孤立点が除去された時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sは、時間・空間ウェーブレット再構成手段40に出力される。
That is, the spatial low-frequency isolated
The temporal high-frequency / spatial low-frequency expansion coefficient H 1 T LL 1 S from which the isolated points are removed is output to the temporal / spatial
縮退手段32は、時間低周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 Sと、時間高周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sとにおいて、ウェーブレット縮退法により、時間高周波・空間高周波展開係数よりも時間低周波・空間展開係数の方に大きい閾値を設定して、当該閾値以下の周波数成分の信号レベルを減衰させるものである。ここでは、縮退手段32は、時間低周波縮退手段32aと、時間高周波縮退手段32bと、を備えている。
Degeneration means 32, the time low-frequency time wavelet decomposed expansion coefficients in the spatial direction low-frequency and spatial expansion coefficients L 1 T LL 1 S, L 1 T LH 1 S, L 1 T HL 1 S, L 1
時間低周波縮退手段32aは、空間方向分解手段12の時間低周波分解手段12aで分解されたウェーブレット展開係数(時間低周波・空間展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S)について、閾値関数を設定し、その閾値関数で演算した閾値以下の周波数成分を“0”に減衰させるものである。 The temporal low frequency degeneration means 32a is a wavelet expansion coefficient decomposed by the temporal low frequency decomposition means 12a of the spatial direction decomposition means 12 (temporal low frequency / space expansion coefficients L 1 T LL 1 S , L 1 T LH 1 S , L 1 T HL 1 S, for L 1 T HH 1 S), sets the threshold value function, in which attenuates the "0" to the following frequency components threshold calculated in the threshold function.
この時間低周波縮退手段32aは、雑音特性記憶手段20に記憶されている雑音特性のうち、対応する周波数成分のウェーブレット展開係数の最大値を用いて、ウェーブレット縮退を行う。すなわち、時間低周波縮退手段32aは、図8に示すように、暗部撮影した動画像信号をウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 Sのそれぞれの最大値nN(L1 TLL1 S),nN(L1 TLH1 S),nN(L1 THL1 S),nN(L1 THH1 S)を用いて、ウェーブレット縮退を行う。
This time-low frequency degeneration means 32a performs wavelet degeneration using the maximum value of the wavelet expansion coefficient of the corresponding frequency component among the noise characteristics stored in the noise characteristic storage means 20. That is, as shown in FIG. 8, the temporal low frequency degeneration means 32a performs temporal low frequency / space expansion coefficients L 1 T LL 1 S , L 1 T LH 1 S , L 1 obtained by wavelet decomposition of the moving image signal captured in the dark part. T HL 1 S, L 1 T
具体的には、時間低周波縮退手段32aは、雑音特性記憶手段20に記憶されているウェーブレット展開係数の最大値をnN(*)、離散ウェーブレット分解を行った際のウェーブレット係数長をwlとしたとき、以下の(2)式に示す閾値関数を設定し、当該関数により算出される閾値Th(i,nN(*))によるソフト閾値(Soft-Threshold)処理よって、周波数成分を“0”に減衰させるウェーブレット縮退を実行する。 Specifically, the temporal low frequency degeneration means 32a sets the maximum value of the wavelet expansion coefficient stored in the noise characteristic storage means 20 to n N (*), and sets the wavelet coefficient length when the discrete wavelet decomposition is performed to w l. Then, the threshold function shown in the following equation (2) is set, and the frequency component is expressed by “Soft-Threshold” processing using the threshold Th (i, n N (*)) calculated by the function. Perform wavelet degeneration to attenuate to 0 ".
ただし、sgn(i)は、iの符号を返す関数とする。 Here, sgn (i) is a function that returns the sign of i.
このように、時間低周波縮退手段32aは、前記した時間低周波成分の特性、すなわち、動画像信号Fにおいて、時間低周波・空間高周波成分および時間低周波・空間低周波成分のウェーブレット展開係数の原画像s成分と雑音成分nとの絶対値差は、原画像s成分と雑音成分nとの絶対値差よりも大きいという特性から、雑音成分の最大値を閾値とすることで、雑音成分を精度よく除去することができる。 As described above, the temporal low-frequency degeneration means 32a has the characteristics of the above-described temporal low-frequency component, that is, the wavelet expansion coefficient of the temporal low-frequency / spatial high-frequency component and temporal low-frequency / spatial low-frequency component in the moving image signal F. Since the absolute value difference between the original image s component and the noise component n is larger than the absolute value difference between the original image s component and the noise component n, the noise component is determined by setting the maximum value of the noise component as a threshold value. It can be removed with high accuracy.
時間高周波縮退手段32bは、空間方向分解手段12でウェーブレット分解され、さらに、時間高周波孤立点除去手段31で孤立点が除去された水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含むウェーブレット展開係数(時間高周波・空間高周波展開係数H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 S)について、閾値関数を設定し、その閾値関数で演算した閾値以下の周波数成分を“0”に減衰させるものである。 The time high frequency degeneration means 32b is subjected to wavelet decomposition by the spatial direction decomposition means 12, and further, a wavelet expansion coefficient (time) including a high frequency component in at least one of the horizontal and vertical directions from which the isolated points are removed by the time high frequency isolated point removal means 31. high-frequency and high spatial frequency expansion coefficient H 1 T LH 1 S, H 1 T HL 1 S, for H 1 T HH 1 S), sets the threshold function, a threshold value below the frequency components calculated in the threshold function "0" Is to be attenuated.
この時間高周波縮退手段32bは、時間低周波縮退手段32aと同様、前記(2)式に示す閾値関数を設定し、閾値Th(i,nN(*))によって、周波数成分を“0”に減衰させるウェーブレット縮退を行う。ただし、時間高周波縮退手段32bは、nN(*)として、カメラで暗部撮影した動画像N(x,y,t)を時間方向および空間方向に離散ウェーブレット変換したウェーブレット展開係数の最大値を用いるのではなく、雑音特性記憶手段20に記憶されているウェーブレット展開係数の中央値を用いることとする。すなわち、時間高周波縮退手段32bは、図9に示すように、暗部撮影した動画像信号をウェーブレット分解した時間高周波・空間高周波展開係数H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sのそれぞれの中央値nN(H1 TLH1 S),nN(H1 THL1 S),nN(H1 THH1 S)を用いて、ウェーブレット縮退を行う。 Similar to the time low frequency degeneration means 32a, the time high frequency degeneration means 32b sets the threshold function shown in the equation (2), and sets the frequency component to “0” by the threshold Th (i, n N (*)). Perform wavelet degeneration to attenuate. However, the time high-frequency degeneration means 32b uses, as n N (*), the maximum value of the wavelet expansion coefficient obtained by performing discrete wavelet transform on the moving image N (x, y, t) captured by the camera in the time direction and the space direction. Instead, the median value of the wavelet expansion coefficients stored in the noise characteristic storage means 20 is used. That is, as shown in FIG. 9, the temporal high frequency degeneration means 32b performs temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficients H 1 T LH 1 S , H 1 T HL 1 S , H 1 T obtained by wavelet decomposition of the moving image signal captured in the dark part. HH 1 S of the respective median n n (H 1 T LH 1 S), n n (H 1 T HL 1 S), using n n (H 1 T HH 1 S), performs the wavelet shrinkage.
このように、時間高周波縮退手段32bは、前記した時間高周波成分の特性、すなわち、動画像信号Fにおいて、時間高周波・空間低周波成分のウェーブレット展開係数の原画像s成分と雑音成分nとの絶対値差は小さいという特性から、時間低周波成分に対して設定した閾値(最大値)よりも小さい閾値(中央値)を設定して雑音を除去するため、元信号成分の劣化を抑えつつ雑音を除去することができる。 As described above, the temporal high-frequency degeneration means 32b has the characteristics of the temporal high-frequency component, that is, the absolute value of the original image s component and the noise component n of the wavelet expansion coefficient of the temporal high-frequency and spatial low-frequency components in the moving image signal F. Because of the small value difference, noise is eliminated by setting a threshold value (median value) smaller than the threshold value (maximum value) set for the time low frequency component. Can be removed.
なお、この縮退手段32において、時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sについては、ウェーブレット縮退を行っていない。これは、時間高周波・空間低周波成分に縮退処理を行うと、動領域と背景との境界近傍に画像の乱れ(アーティファクト)が発生しやすくなるからである。 In the degeneration means 32, the wavelet degeneration is not performed for the time high frequency / space low frequency expansion coefficient H 1 T LL 1 S. This is because if the degeneration processing is performed on the temporal high-frequency and spatial low-frequency components, image disturbance (artifact) is likely to occur near the boundary between the moving region and the background.
この縮退手段32でウェーブレット縮退されたウェーブレット展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sは、時間・空間ウェーブレット再構成手段40に出力される。 The degenerate means 32 in wavelet shrinkage wavelet expansion coefficients L 1 T LL 1 S, L 1 T LH 1 S, L 1 T HL 1 S, L 1 T HH 1 S, H 1 T LH 1 S, H 1 T HL 1 S and H 1 T HH 1 S are output to the time / space wavelet reconstruction means 40.
時間・空間ウェーブレット再構成手段40は、時間・空間ウェーブレット縮退手段30で雑音の信号レベルを減衰させたウェーブレット展開係数を、空間方向およ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画像信号を生成するものである。ここでは、時間・空間ウェーブレット再構成手段40は、空間方向再構成手段41と、時間方向再構成手段42と、を備えている。
The temporal / spatial
空間方向再構成手段41は、ウェーブレット展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S,H1 TLL1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sを、空間方向にウェーブレット再構成するものである。
The spatial direction reconstruction means 41 includes wavelet expansion coefficients L 1 T LL 1 S , L 1 T LH 1 S , L 1 T HL 1 S , L 1 T HH 1 S , H 1 T LL 1 S , H 1 T LH 1 S, H 1 T HL 1 S, the H 1
ここでは、空間方向再構成手段41は、時間高周波孤立点除去手段31で孤立点が除去された時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sと、縮退手段32でウェーブレット縮退された時間高周波・空間高周波展開係数H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 S、および、時間低周波・空間展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S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、ウェーブレット展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S,H1 TLL1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sは、時間高周波展開係数H1 Tと、時間低周波展開係数L1 Tとに再構成されることになる。 Here, the spatial direction reconstruction means 41 includes the time high frequency / spatial low frequency expansion coefficient H 1 T LL 1 S from which the isolated points have been removed by the time high frequency isolated point removal means 31, and the time that the wavelet has been degenerated by the reduction means 32. high-frequency and high spatial frequency expansion coefficient H 1 T LH 1 S, H 1 T HL 1 S, H 1 T HH 1 S, and the time the low-frequency and spatial expansion coefficients L 1 T LL 1 S, L 1 T LH 1 S, Two-dimensional first-order discrete wavelet inverse transform (IDWT) is performed on L 1 T HL 1 S and L 1 T HH 1 S. Accordingly, the wavelet expansion coefficients L 1 T LL 1 S , L 1 T LH 1 S , L 1 T HL 1 S , L 1 T HH 1 S , H 1 T LL 1 S , H 1 T LH 1 S , H 1 T HL 1 S and H 1 T HH 1 S are reconfigured into a temporal high frequency expansion coefficient H 1 T and a temporal low frequency expansion coefficient L 1 T.
時間方向再構成手段42は、空間方向再構成手段41で再構成された周波数成分(ウェーブレット展開係数)を、時間方向にウェーブレット再構成するものである。ここでは、時間方向再構成手段42は、空間方向再構成手段41で再構成された時間高周波展開係数H1 Tと、時間低周波展開係数L1 Tとに対して、1次元1階IDWTを行うことで、動画像信号を生成する。
The time
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、動画像雑音除去装置1は、動画像信号の時間低周波成分の信号対雑音比が、元の動画像信号の信号対雑音比よりも大きい方向に偏るという特性を利用してウェーブレット縮退により雑音を除去することができる。さらに、動画像雑音除去装置1は、動画像信号の時間高周波成分が、微小動き成分以外はほぼ雑音成分であるというと特性を利用して、孤立点雑音を適用することで、雑音を除去することができる。
By configuring the moving image
以上、本発明の最良の実施形態について説明したが、動画像雑音除去装置1は、時間高周波孤立点除去手段31を構成から省略した簡易な構成とすることも可能である。この場合、時間高周波分解手段12bは、分解した時間高周波・空間高周波展開係数H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sを、縮退手段32の時間高周波縮退手段32bに出力することとする。また、時間高周波分解手段12bは、分解した時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sを、時間・空間ウェーブレット再構成手段40の空間方向再構成手段41に出力する。これによって、動画像雑音除去装置1は、ウェーブレット縮退を時間方向に適用して効果的に動画像信号の雑音を除去することができる。
Although the best embodiment of the present invention has been described above, 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。
The moving image
[動画像雑音除去装置の動作]
次に、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(動画像雑音除去方法)について説明する。図10は、本発明の実施形態に係る動画像雑音除去装置の動作を示す流れ図である。
[Operation of moving image noise elimination device]
Next, the operation (moving image noise removing method) of the moving image noise removing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the moving image noise removing apparatus according to the embodiment of the present invention.
〔時間方向分解ステップ〕
まず、動画像雑音除去装置1は、時間・空間ウェーブレット分解手段10の時間方向分解手段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、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、時間高周波展開係数H1 Tと時間低周波展開係数L1 Tとに分解される。
[Time direction decomposition step]
First, the moving image
〔空間方向分解ステップ〕
そして、動画像雑音除去装置1は、空間方向分解手段12によって、ステップS1で分解された時間高周波展開係数H1 Tおよび時間低周波展開係数L1 Tに対して、2次元1階ウェーブレット変換を行う。
[Space direction decomposition step]
Then, the moving image
すなわち、動画像雑音除去装置1は、時間高周波分解手段12bによって、ステップS1で分解された時間高周波展開係数H1 Tに対して、2次元1階DWTを行うことで、時間高周波成分をさらに空間方向にウェーブレット分解したウェーブレット展開係数(H1 TLL1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 S)を生成する(ステップS2)。
That is, the moving image
さらに、動画像雑音除去装置1は、時間低周波分解手段12aによって、ステップS1で分解された時間低周波展開係数L1 Tに対して、2次元1階DWTを行うことで、時間低周波成分をさらに空間方向にウェーブレット分解したウェーブレット展開係数(L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S)を生成する(ステップS3)。
なお、このステップS2およびステップS3は、順番を逆にして動作させてもよいし、並行して動作させることとしてもよい。
Further, the moving image
Note that steps S2 and S3 may be operated in the reverse order or may be operated in parallel.
〔縮退ステップ〕
そして、動画像雑音除去装置1は、時間・空間ウェーブレット縮退手段30によって、ステップS2およびステップS3でウェーブレット分解されたウェーブレット展開係数に対して、ウェーブレット縮退法による縮退処理を行う。
[Degeneration step]
Then, the moving image
ここでは、まず、動画像雑音除去装置1は、時間高周波孤立点除去手段31の空間高周波孤立点除去手段31aによって、ステップS2で分解されたウェーブレット展開係数のうちで、水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数H1 THH1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 Sから孤立点を除去する(ステップS4)。また、動画像雑音除去装置1は、時間高周波孤立点除去手段31の空間低周波孤立点除去手段31bによって、ステップS2で分解されたウェーブレット展開係数のうちで、時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sから孤立点を除去する(ステップS5)。なお、このステップS4およびステップS5は、順番を逆にして動作させてもよいし、並行して動作させることとしてもよい。
Here, first, the moving image
そして、動画像雑音除去装置1は、縮退手段32の時間高周波縮退手段32bによって、ステップS4で孤立点が除去された時間高周波・空間高周波展開係数H1 THH1 S,H1 TLH1 S,H1 THL1 Sについて、閾値関数(前記(2)式参照)を設定し、その閾値関数で演算した閾値以下の周波数成分を“0”に減衰させるウェーブレット縮退を行う(ステップS6)。なお、このステップS6で行うウェーブレット縮退において、前記(2)式の閾値Th(i,nN(*))におけるnN(*)には、動画像を撮影したカメラで暗部撮影した動画像信号をウェーブレット分解した時間高周波・空間高周波展開係数H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sのそれぞれの中央値nN(H1 TLH1 S),nN(H1 THL1 S),nN(H1 THH1 S)を用いることとする。
The moving image
また、動画像雑音除去装置1は、縮退手段32の時間低周波縮退手段32aによって、ステップS3で分解されたウェーブレット展開係数(時間低周波空間展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S)について、閾値関数(前記(2)式参照)を設定し、その閾値関数で演算した閾値以下の周波数成分を“0”に減衰させるウェーブレット縮退を行う(ステップS7)。なお、このステップS7で行うウェーブレット縮退において、前記(2)式の閾値Th(i,nN(*))におけるnN(*)には、動画像を撮影したカメラで暗部撮影した動画像信号をウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 Sのそれぞれの最大値nN(L1 TLL1 S),nN(L1 TLH1 S),nN(L1 THL1 S),nN(L1 THH1 S)を用いることとする。
なお、このステップS6およびステップS7の順番を逆にして動作させてもよいし、並行して動作させることとしてもよい。
In addition, the moving image
It should be noted that the order of step S6 and step S7 may be reversed, or may be operated in parallel.
〔空間方向再構成ステップ〕
そして、動画像雑音除去装置1は、時間・空間ウェーブレット再構成手段40の空間方向再構成手段41によって、ステップS5で孤立点が除去された時間高周波・空間低周波展開係数H1 TLL1 Sと、ステップS6でウェーブレット縮退された時間高周波・空間高周波展開係数H1 TLH1 S,H1 THL1 S,H1 THH1 Sと、ステップS7でウェーブレット縮退された時間低周波・空間展開係数L1 TLL1 S,L1 TLH1 S,L1 THL1 S,L1 THH1 S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S8)。これによって、各ウェーブレット展開係数が、時間高周波展開係数H1 Tと、時間低周波展開係数L1 Tとに再構成される。
[Spatial direction reconstruction step]
Then, the moving image
〔時間方向再構成ステップ〕
そして、動画像雑音除去装置1は、時間・空間ウェーブレット再構成手段40の時間方向再構成手段42によって、ステップS8で再構成された時間高周波展開係数H1 Tと、時間低周波展開係数L1 Tとに対して、1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)。これによって、雑音が除去された雑音除去画像が生成されることになる。
[Time direction reconstruction step]
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を入力するごとに、ステップS1〜S9の動作を順次行うことで、時系列に雑音除去画像が生成され、雑音が除去された動画像信号が生成されることになる。
The moving image
以上説明したように、動画像雑音除去装置1は、動画像信号に対して時間方向および空間方向にウェーブレット分解した後に、各ウェーブレット展開係数の特性に応じて雑音を除去するため、動画像信号から精度よく雑音を除去することができる。
As described above, the moving image
1 動画像雑音除去装置
10 時間・空間ウェーブレット分解手段
11 時間方向分解手段
12 空間方向分解手段
12a 時間低周波分解手段
12b 時間高周波分解手段
20 雑音特性記憶手段(最大雑音特性記憶手段、中央雑音特性記憶手段)
30 時間・空間ウェーブレット縮退手段
31 時間高周波孤立点除去手段
31a 空間高周波孤立点除去手段(時間高周波・空間高周波孤立点除去手段)
31b 空間低周波孤立点除去手段(時間高周波・空間低周波孤立点除去手段)
32 縮退手段
32a 時間低周波縮退手段
32b 時間高周波縮退手段
40 時間・空間ウェーブレット再構成手段
41 空間方向再構成手段
42 時間方向再構成手段
DESCRIPTION OF
30 time / space wavelet degeneration means 31 time high frequency isolated point removal means 31a spatial high frequency isolated point removal means (time high frequency / spatial high frequency isolated point removal means)
31b Spatial low frequency isolated point removal means (temporal high frequency / spatial low frequency isolated point removal means)
32 degeneration means 32a time low frequency degeneration means 32b time high frequency degeneration means 40 time / space wavelet reconstruction means 41 spatial direction reconstruction means 42 time direction reconstruction means
Claims (7)
前記動画像信号を、時間方向の高周波成分である時間高周波展開係数と時間方向の低周波成分である時間低周波展開係数とにウェーブレット分解する時間方向分解手段と、
前記時間高周波展開係数と前記時間低周波展開係数とをそれぞれ空間方向の周波数成分にウェーブレット分解する空間方向分解手段と、
前記時間高周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数と、前記時間低周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数とにおいて、前記時間高周波・空間高周波展開係数よりも前記時間低周波・空間展開係数の方に大きい閾値を設定して、ウェーブレット縮退法により、当該閾値以下の周波数成分の信号レベルを減衰させる縮退手段と、
この縮退手段で信号レベルを減衰された時間高周波・空間高周波展開係数および時間低周波・空間展開係数と、前記空間方向分解手段で前記時間高周波展開係数をウェーブレット分解した空間方向の低周波成分である時間高周波・空間低周波展開係数とを、空間方向にウェーブレット再構成する空間方向再構成手段と、
この空間方向再構成手段で再構成された周波数成分を、時間方向にウェーブレット再構成することで動画像信号を生成する時間方向再構成手段と、
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,
Time direction decomposition means for wavelet decomposition of the moving image signal into a time high frequency expansion coefficient that is a high frequency component in the time direction and a time low frequency expansion coefficient that is a low frequency component in the time direction;
Spatial direction decomposition means for wavelet decomposition of the temporal high frequency expansion coefficient and the temporal low frequency expansion coefficient into frequency components in the spatial direction,
A time high frequency / space high frequency expansion coefficient containing a high frequency component in at least one of the horizontal or vertical directions obtained by wavelet decomposition of the time high frequency expansion coefficient in the spatial direction, and a time low frequency / wavelength decomposition in which the time low frequency expansion coefficient is wavelet decomposed in the spatial direction. In the spatial expansion coefficient, a larger threshold is set for the temporal low frequency / spatial expansion coefficient than the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient, and the signal level of frequency components below the threshold is attenuated by the wavelet degeneration method. Degeneration means to cause,
The time high frequency / space high frequency expansion coefficient and the time low frequency / space expansion coefficient whose signal level is attenuated by the degeneration means, and the space direction low frequency component obtained by wavelet decomposition of the time high frequency expansion coefficient by the space direction decomposition means. Spatial direction reconstruction means for reconstructing wavelet in the spatial direction with temporal high frequency and spatial low frequency expansion coefficients,
Time direction reconstruction means for generating a moving image signal by reconstructing the frequency components reconstructed by the spatial direction reconstruction means in the time direction,
A moving image noise removing apparatus comprising:
前記縮退手段が、前記時間高周波・空間高周波孤立点除去手段により孤立点が除去された時間高周波・空間高周波展開係数について、周波数成分の信号レベルを減衰させることを特徴とする請求項1に記載の動画像雑音除去装置。 A temporal high frequency / spatial high frequency isolated point removing means for binarizing the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient and removing isolated points;
2. The degeneration means attenuates the signal level of the frequency component for the time high frequency / spatial high frequency expansion coefficient from which the isolated points have been removed by the time high frequency / spatial high frequency isolated point removal means. Moving image denoising device.
前記空間方向再構成手段が、前記時間高周波・空間低周波孤立点除去手段により孤立点を除去された時間高周波・空間低周波展開係数を用いて、ウェーブレット再構成を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の動画像雑音除去装置。 A temporal high frequency / spatial low frequency isolated point removing means for binarizing the temporal high frequency / spatial low frequency expansion coefficient and removing isolated points;
The spatial direction reconstructing means performs wavelet reconstruction using a temporal high frequency / spatial low frequency expansion coefficient from which isolated points have been removed by the temporal high frequency / spatial low frequency isolated point removing means. The moving image noise removing apparatus according to claim 1 or 2.
前記縮退手段が、前記最大雑音特性記憶手段に記憶されている各展開係数の最大値と、前記時間低周波・空間展開係数の絶対値との差分により算出した閾値により、前記時間低周波・空間展開係数の信号レベルを減衰させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の動画像雑音除去装置。 Maximum noise characteristic for storing in advance the maximum value of each expansion coefficient obtained by wavelet decomposition of a dark part moving image signal captured in the dark part by a camera that has captured the original moving image of the moving image signal as a noise characteristic of the camera A storage means,
The degeneration means uses the threshold value calculated by the difference between the maximum value of each expansion coefficient stored in the maximum noise characteristic storage means and the absolute value of the time low frequency / space expansion coefficient, to reduce the time low frequency / space. 4. The moving image noise removing apparatus according to claim 1, wherein the expansion coefficient signal level is attenuated.
前記縮退手段が、前記中央雑音特性記憶手段に記憶されている各展開係数の中央値と、前記時間高周波・空間高周波展開係数の絶対値との差分により算出した閾値により、前記時間高周波・空間高周波展開係数の信号レベルを減衰させることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の動画像雑音除去装置。 A central noise characteristic in which a median value of each expansion coefficient obtained by wavelet decomposition of a dark part moving image signal obtained by capturing a dark part by a camera that has captured the original moving image of the moving image signal in time direction and spatial direction is stored in advance as a noise characteristic of the camera. A storage means,
The degeneration means uses the threshold value calculated by the difference between the median value of each expansion coefficient stored in the central noise characteristic storage means and the absolute value of the time high frequency / spatial high frequency expansion coefficient to determine the time high frequency / spatial high frequency. 5. The moving image noise removing apparatus according to claim 1, wherein the expansion coefficient signal level is attenuated.
時間方向にウェーブレット分解を行う時間方向分解手段により、前記動画像信号を、時間方向の高周波成分である時間高周波展開係数と時間方向の低周波成分である時間低周波展開係数とにウェーブレット分解する時間方向分解ステップと、
空間方向にウェーブレット分解を行う空間方向分解手段により、前記時間高周波展開係数と前記時間低周波展開係数とをそれぞれ空間方向の周波数成分にウェーブレット分解する空間方向分解ステップと、
前記時間高周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数と、前記時間低周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数とにおいて、ウェーブレット縮退法により雑音を減衰させる縮退手段により、前記時間高周波・空間高周波展開係数よりも前記時間低周波・空間展開係数の方に大きい閾値を設定して、当該閾値以下の周波数成分の信号レベルを減衰させる縮退ステップと、
空間方向にウェーブレット再構成を行う空間方向再構成手段により、前記縮退手段で信号レベルを減衰された時間高周波・空間高周波展開係数および時間低周波・空間展開係数と、前記空間方向分解手段で前記時間高周波展開係数をウェーブレット分解した空間方向の低周波成分である時間高周波・空間低周波展開係数とを、空間方向にウェーブレット再構成する空間方向再構成ステップと、
時間方向にウェーブレット再構成を行う時間方向再構成手段により、前記空間方向再構成手段で再構成された周波数成分を、時間方向にウェーブレット再構成することで動画像信号を生成する時間方向再構成ステップと、
を含むことを特徴とする動画像雑音除去方法。 A moving image denoising method for removing noise contained in a moving image signal,
Time for wavelet decomposition of the moving image signal into a time high frequency expansion coefficient which is a high frequency component in the time direction and a time low frequency expansion coefficient which is a low frequency component in the time direction by time direction decomposition means for performing wavelet decomposition in the time direction. A direction decomposition step;
A spatial direction decomposition step of performing wavelet decomposition of the temporal high frequency expansion coefficient and the temporal low frequency expansion coefficient into frequency components in the spatial direction by a spatial direction decomposition means for performing wavelet decomposition in the spatial direction;
A time high frequency / space high frequency expansion coefficient containing a high frequency component in at least one of the horizontal or vertical directions obtained by wavelet decomposition of the time high frequency expansion coefficient in the spatial direction, and a time low frequency / wavelength decomposition in which the time low frequency expansion coefficient is wavelet decomposed in the spatial direction. In the spatial expansion coefficient, a degeneration means for attenuating noise by the wavelet degeneration method sets a larger threshold value for the temporal low frequency / spatial expansion coefficient than the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient. A degeneration step for attenuating the signal level of the frequency component;
A time high frequency / space high frequency expansion coefficient and a time low frequency / space expansion coefficient whose signal level is attenuated by the degeneration means by the space direction reconstruction means for performing wavelet reconstruction in the spatial direction, and the time by the space direction decomposition means A spatial direction reconstruction step for reconstructing the time high frequency / spatial low frequency expansion coefficient, which is a low frequency component in the spatial direction obtained by wavelet decomposition of the high frequency expansion coefficient, into a wavelet in the spatial direction;
Time direction reconstruction step of generating a moving image signal by reconstructing the frequency components reconstructed by the spatial direction reconstruction unit in the time direction by the time direction reconstruction unit performing wavelet reconstruction in the time direction. When,
A moving image denoising method comprising:
前記動画像信号を、時間方向の高周波成分である時間高周波展開係数と時間方向の低周波成分である時間低周波展開係数とにウェーブレット分解する時間方向分解手段、
前記時間高周波展開係数と前記時間低周波展開係数とをそれぞれ空間方向の周波数成分にウェーブレット分解する空間方向分解手段、
前記時間高周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した水平または垂直方向の少なくとも一方に高周波成分を含む時間高周波・空間高周波展開係数と、前記時間低周波展開係数を空間方向にウェーブレット分解した時間低周波・空間展開係数とにおいて、前記時間高周波・空間高周波展開係数よりも前記時間低周波・空間展開係数の方に大きい閾値を設定して、ウェーブレット縮退法により、当該閾値以下の周波数成分の信号レベルを減衰させる縮退手段、
この縮退手段で信号レベルを減衰された時間高周波・空間高周波展開係数および時間低周波・空間展開係数と、前記空間方向分解手段で前記時間高周波展開係数をウェーブレット分解した空間方向の低周波成分である時間高周波・空間低周波展開係数とを、空間方向にウェーブレット再構成する空間方向再構成手段、
この空間方向再構成手段で再構成された周波数成分を、時間方向にウェーブレット再構成することで動画像信号を生成する時間方向再構成手段、
として機能させることを特徴とする動画像雑音除去プログラム。 In order to remove the noise contained in the video signal,
Time direction decomposition means for wavelet decomposition of the moving image signal into a time high frequency expansion coefficient that is a high frequency component in the time direction and a time low frequency expansion coefficient that is a low frequency component in the time direction;
Spatial direction decomposition means for wavelet decomposition of the temporal high frequency expansion coefficient and the temporal low frequency expansion coefficient into frequency components in the spatial direction,
A time high frequency / space high frequency expansion coefficient containing a high frequency component in at least one of the horizontal or vertical directions obtained by wavelet decomposition of the time high frequency expansion coefficient in the spatial direction, and a time low frequency / wavelength decomposition in which the time low frequency expansion coefficient is wavelet decomposed in the spatial direction. In the spatial expansion coefficient, a larger threshold is set for the temporal low frequency / spatial expansion coefficient than the temporal high frequency / spatial high frequency expansion coefficient, and the signal level of frequency components below the threshold is attenuated by the wavelet degeneration method. Degeneration means,
The time high frequency / space high frequency expansion coefficient and the time low frequency / space expansion coefficient whose signal level is attenuated by the degeneration means, and the space direction low frequency component obtained by wavelet decomposition of the time high frequency expansion coefficient by the space direction decomposition means. Spatial direction reconstruction means for reconstructing wavelet in the spatial direction with temporal high frequency and spatial low frequency expansion coefficients,
Time direction reconstruction means for generating a moving image signal by reconstructing the frequency components reconstructed by the spatial direction reconstruction means in the time direction,
A moving image denoising program characterized by functioning as
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