JP5157895B2 - 信号処理方法、信号処理システム、係数生成装置、およびデジタルカメラ - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様は、請求項1に記載の信号処理方法において、前記校正用信号の所定範囲内の信号値の平均的な値を算出することによって、前記推定ノイズ形状を算出する。
本発明の第3の態様は、補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号、前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記補正対象信号に含まれることが推定される推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、ノイズ形状補正値を生成し、生成した前記ノイズ形状補正値を用いて前記補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報は、前記補正対象信号とノイズ特性が等しい擬似補正対象信号と、前記校正用信号とノイズ特性が等しい擬似校正用信号とに基づいて生成されることを特徴とする。
本発明の第4の態様は、補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号に基づいて、前記補正対象信号のノイズ形状を推定して推定ノイズ形状を求め、前記推定ノイズ形状に基づいて、前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報を生成し、前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、前記推定ノイズ形状を修正してノイズ形状補正値を生成し、前記ノイズ形状補正値を用いて補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報は、前記補正対象信号とノイズ特性が等しい擬似補正対象信号と、前記校正用信号とノイズ特性が等しい擬似校正用信号とに基づいて生成されることを特徴とする。
本発明の第5の態様は、補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号に基づいて、前記補正対象信号に含まれることが推定される推定ノイズ形状を算出し、前記推定ノイズ形状の振幅を減衰してノイズ形状補正値を生成し、生成した前記ノイズ形状補正値を用いて前記補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、前記ノイズ形状補正値は、前記推定ノイズ形状を高周波帯域と低周波帯域とに分離し、前記高周波帯域の推定ノイズ形状の振幅を減衰し、振幅を減衰した前記高周波帯域の推定ノイズ形状と、前記低周波帯域の推定ノイズ形状とを合成することによって生成することを特徴とする。
本発明の第6の態様は、請求項5に記載の信号処理方法において、前記校正用信号の所定範囲内の信号値の平均的な値を算出することによって、前記推定ノイズ形状を算出する。
本発明の第7の態様は、請求項5または6に記載の信号処理方法において、前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、前記推定ノイズ形状の振幅を減衰する。
本発明の第8の態様は、補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号、前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記補正対象信号に含まれることが推定される推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいてノイズ形状補正値を生成し、生成した前記ノイズ形状補正値を用いて前記補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、前記ノイズ形状補正値は、前記推定ノイズ形状を高周波帯域と低周波帯域とに分離し、前記高周波帯域の推定ノイズ形状の振幅を減衰し、振幅を減衰した前記高周波帯域の推定ノイズ形状と、前記低周波帯域の推定ノイズ形状とを合成することによって生成することを特徴とする。
本発明の第9の態様は、補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号に基づいて、前記補正対象信号のノイズ形状を推定して推定ノイズ形状を求め、前記推定ノイズ形状に基づいて、前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報を生成し、前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、前記推定ノイズ形状を修正してノイズ形状補正値を生成し、前記ノイズ形状補正値を用いて補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、前記ノイズ形状補正値は、前記推定ノイズ形状を高周波帯域と低周波帯域とに分離し、前記高周波帯域の推定ノイズ形状の振幅を減衰し、振幅を減衰した前記高周波帯域の推定ノイズ形状と、前記低周波帯域の推定ノイズ形状とを合成することによって生成することを特徴とする。
本発明の第10の態様は、請求項7〜9のいずれか一項に記載の信号処理方法において、前記補正対象信号とノイズ特性が等しい擬似補正対象信号と、前記校正用信号とノイズ特性が等しい擬似校正用信号とに基づいて、前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報を生成する。
本発明の第11の態様は、補正対象画像のノイズを補正するための信号処理システムであって、係数生成装置と、デジタルカメラとから構成され、前記係数生成装置は、前記デジタルカメラで撮像される補正対象画像に含まれることが推定される推定ノイズ形状の振幅を減衰するための係数を算出する係数算出部と、前記係数算出部で算出した前記係数を前記デジタルカメラへ出力する出力部とを備え、前記デジタルカメラは、前記係数生成装置から入力される前記係数を記録する記録部と、前記補正対象画像のノイズと相関するノイズを含む校正用画像に基づいて、前記補正対象画像に含まれることが推定される推定ノイズ形状を算出する算出部と、前記算出部で算出した前記推定ノイズ形状の振幅を、前記記録部に記録した係数を用いて減衰してノイズ形状補正値を生成する生成部と、前記生成部で生成した前記ノイズ形状補正値を用いて、前記補正対象画像のノイズを補正するノイズ補正部とを備える。
本発明の第12の態様は、請求項11に記載の信号処理システムにおいて、前記補正対象信号の取得とともに、前記校正用信号の取得が行なわれる。
本発明の第13の態様は、請求項11または12に記載の信号処理システムで用いる。
本発明の第14の態様は、請求項11または12に記載の信号処理システムで用いる。
図1は、第1の実施の形態における信号処理方法を実行するための信号処理システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。信号処理システム100は、デジタルカメラ200と、係数生成装置300とで構成される。
nl” = k × nl’ ・・・(1)
なお、FPN減衰係数kは係数生成装置300で生成され、デジタルカメラ200が出荷される前にあらかじめFPN減衰係数記憶メモリ205cに記憶されている。このFPN減衰係数kを生成する処理については後述するが、生成されるFPN減衰係数kの値は通常0.8〜0.9程度である。
nl’ = nl + ne ・・・(2)
nl”’ = nl − k × nl’ = (1−k) × nl − k × ne ・・・(3)
ただし、右辺への移項には式(2)を用いた。
σ2 = (1−k) 2 × σl2 + k2 × σe2 ・・・(4)
式(4)において、σl2 はFPNの真値nlの分散であり、σe2はFPN推定誤差neの分散である。
∂σ2/∂k = 2(k−1))σl 2 + 2kσe 2=0 ・・・(5)
k = σl2 / ( σl2 + σe2 ) ・・・(6)
<nl’ × ne>=<(nl + ne) × ne>=<ne2>=σe2 ・・・(7)
<ne>= nl’ × (nl’とneの共分散) / (nl’の分散)
= nl’ × σe2 / (σl2 + σe2) ・・・(8)
nl” = nl’ − nl’ × σe2 / (σl2 + σe2)
= nl’ × σl2 / (σl2 + σe2) ・・・(9)
ne = nl’ − nl ・・・(10)
そして、全ての縦ラインについてFPN推定誤差neを求めた後、それらの分散σe2を算出する。
第1の実施の形態によるFPN補正では、回路規模が従来方法に比べてわずかに増加した。これに対して第2の実施の形態では上記回路規模の増加を抑制し、従来方法に対して回路規模を増加させずにFPN補正精度を向上させる方法を説明する。
2 × k_best − 1 < k < 1 ・・・(11)
ただし、式(11)において、k_best =σl2 / ( σl2 + σe2 )
である。
従って、kをある値に設定したもとでは、k_bestが次の不等式(12)の範囲内にあれば、本実施形態のFPN補正精度は従来よりも改善する。
k_best <(k+1)/ 2 ・・・(12)
多くの撮像素子については、第1または第2の実施の形態により適切なFPN補正処理が行える。しかし、撮像素子の中には低周波成分に大きなFPNを生じるものもあり、そのような撮像素子の画像に対して、第1の実施の形態によるFPN補正を施すと、低周波成分に対するFPN補正効果が従来よりも少し低下してしまう。そこで、第3の実施の形態では上記の不具合を改善したFPN補正方法を説明する。
第1から第3の実施の形態では、オフセット性FPNの補正について説明した。しかし、本発明はオフセット性FPNの補正に限定されず、ゲイン性FPNの補正に対しても適用できる。そこで、第4の実施の形態では、本発明をデジタルカメラのゲイン性FPNの補正に適用した場合の具体的な処理を説明する。本実施の形態による信号処理システムは、第1の実施の形態と同様に、図1に記載の構成と、図2と図3に記載の処理手順により実現される。ただし、各処理内容は第1の実施形態とは異なる。まず、デジタルカメラ200の具体的な動作について、図1と図2を用いて説明する。
nl” = nl’k ・・・(13)
なお、FPN減衰係数kは係数生成装置300で生成され、デジタルカメラ200が出荷される前にあらかじめFPN減衰係数記憶メモリ205cに記憶されている。ただし、FPN減衰係数kを生成する処理は後述する。
nl’ = nl × ne ・・・(14)
nl”’ = nl / nl’k = nl1−k / nek ・・・(15)
ただし、右辺への移項には式(14)を用いた。
log(nl”’)=(1−k)×log(nl)−k×log(ne) ・・・(16)
ここで、log(ne)はFPN以外のノイズに起因する値であり、log(nl)とは無相関な確率変数である。従って、log(nl”’)の分散σ2は次式(17)で与えられる。
σ2=(1−k) 2×σl2+k 2×σe2 ・・・(17)
ここで、σl2 はlog(nl)の分散であり、σe2はlog(ne)の分散である。
∂σ2/∂k = 2(k − 1)σl2 + 2kσe2 =0 ・・・(18)
k = σl2 / (σl2 + σe2 ) ・・・(19)
log(ne) = log(nl’) − log(nl) ・・・(20)
そして、全ての縦ラインについてFPN推定誤差の対数log(ne)を求めた後、それらの分散σe2を算出する。
なお、上述した実施の形態の信号処理装置は、以下のように変形することもできる。
(1)上述した第1の実施の形態では、FPNがホワイトノイズ的に発生している場合の処理を説明した。しかし、実際のFPNには、それよりも低周波のノイズ成分が多く含まれる場合がある。その場合、係数生成装置300において、FPN推定値とFPN測定値の低周波成分を除去する処理を、上記実施形態に対して追加する必要がある。この処理は以下のようになされる。FPN推定部302が各縦ライン毎に算出したFPN推定値を横座標の順に1列に並べた配列に対して、例えば幅7のガウシアン型平滑化フィルタを演算することにより低周波成分を抽出する。このときフィルタ演算の加重係数は、例えば(1/64,6/64,15/64,20/64,15/64,6/64,1/64)とすればよい。そして、平滑化する前のFPN推定値の配列から前記低周波成分を減算する。FPN測定値についても同様に低周波成分を除去する。これ以外の処理は、FPNに低周波ノイズ成分が多く含まれない場合と同様である。
日本国特許出願2006年第083237号(2006年3月24日出願)
Claims (14)
- 補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号に基づいて、前記補正対象信号に含まれることが推定される推定ノイズ形状を算出し、
前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、前記推定ノイズ形状の振幅を減衰してノイズ形状補正値を生成し、
生成した前記ノイズ形状補正値を用いて前記補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、
前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報は、前記補正対象信号とノイズ特性が等しい擬似補正対象信号と、前記校正用信号とノイズ特性が等しい擬似校正用信号とに基づいて生成されることを特徴とする信号処理方法。 - 請求項1に記載の信号処理方法において、
前記校正用信号の所定範囲内の信号値の平均的な値を算出することによって、前記推定ノイズ形状を算出する信号処理方法。 - 補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号、前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記補正対象信号に含まれることが推定される推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、ノイズ形状補正値を生成し、
生成した前記ノイズ形状補正値を用いて前記補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、
前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報は、前記補正対象信号とノイズ特性が等しい擬似補正対象信号と、前記校正用信号とノイズ特性が等しい擬似校正用信号とに基づいて生成されることを特徴とする信号処理方法。 - 補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号に基づいて、前記補正対象信号のノイズ形状を推定して推定ノイズ形状を求め、
前記推定ノイズ形状に基づいて、前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報を生成し、
前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、前記推定ノイズ形状を修正してノイズ形状補正値を生成し、
前記ノイズ形状補正値を用いて補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、
前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報は、前記補正対象信号とノイズ特性が等しい擬似補正対象信号と、前記校正用信号とノイズ特性が等しい擬似校正用信号とに基づいて生成されることを特徴とする信号処理方法。 - 補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号に基づいて、前記補正対象信号に含まれることが推定される推定ノイズ形状を算出し、
前記推定ノイズ形状の振幅を減衰してノイズ形状補正値を生成し、
生成した前記ノイズ形状補正値を用いて前記補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、
前記ノイズ形状補正値は、前記推定ノイズ形状を高周波帯域と低周波帯域とに分離し、前記高周波帯域の推定ノイズ形状の振幅を減衰し、振幅を減衰した前記高周波帯域の推定ノイズ形状と、前記低周波帯域の推定ノイズ形状とを合成することによって生成することを特徴とする信号処理方法。 - 請求項5に記載の信号処理方法において、
前記校正用信号の所定範囲内の信号値の平均的な値を算出することによって、前記推定ノイズ形状を算出する信号処理方法。 - 請求項5または6に記載の信号処理方法において、
前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、前記推定ノイズ形状の振幅を減衰する信号処理方法。 - 補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号、前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記補正対象信号に含まれることが推定される推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいてノイズ形状補正値を生成し、
生成した前記ノイズ形状補正値を用いて前記補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、
前記ノイズ形状補正値は、前記推定ノイズ形状を高周波帯域と低周波帯域とに分離し、前記高周波帯域の推定ノイズ形状の振幅を減衰し、振幅を減衰した前記高周波帯域の推定ノイズ形状と、前記低周波帯域の推定ノイズ形状とを合成することによって生成することを特徴とする信号処理方法。 - 補正対象信号のノイズと相関するノイズを含む校正用信号に基づいて、前記補正対象信号のノイズ形状を推定して推定ノイズ形状を求め、
前記推定ノイズ形状に基づいて、前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報を生成し、
前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報に基づいて、前記推定ノイズ形状を修正してノイズ形状補正値を生成し、
前記ノイズ形状補正値を用いて補正対象信号のノイズを補正する信号処理方法であって、
前記ノイズ形状補正値は、前記推定ノイズ形状を高周波帯域と低周波帯域とに分離し、前記高周波帯域の推定ノイズ形状の振幅を減衰し、振幅を減衰した前記高周波帯域の推定ノイズ形状と、前記低周波帯域の推定ノイズ形状とを合成することによって生成することを特徴とする信号処理方法。 - 請求項7〜9のいずれか一項に記載の信号処理方法において、
前記補正対象信号とノイズ特性が等しい擬似補正対象信号と、前記校正用信号とノイズ特性が等しい擬似校正用信号とに基づいて、前記補正対象信号と前記校正用信号に相関して含まれるノイズ形状の平均的な振幅、および前記推定ノイズ形状の推定誤差に関する情報を生成する信号処理方法。 - 補正対象画像のノイズを補正するための信号処理システムであって、
係数生成装置と、
デジタルカメラとから構成され、
前記係数生成装置は、
前記デジタルカメラで撮像される補正対象画像に含まれることが推定される推定ノイズ形状の振幅を減衰するための係数を算出する係数算出部と、
前記係数算出部で算出した前記係数を前記デジタルカメラへ出力する出力部とを備え、
前記デジタルカメラは、
前記係数生成装置から入力される前記係数を記録する記録部と、
前記補正対象画像のノイズと相関するノイズを含む校正用画像に基づいて、前記補正対象画像に含まれることが推定される推定ノイズ形状を算出する算出部と、
前記算出部で算出した前記推定ノイズ形状の振幅を、前記記録部に記録した係数を用いて減衰してノイズ形状補正値を生成する生成部と、
前記生成部で生成した前記ノイズ形状補正値を用いて、前記補正対象画像のノイズを補正するノイズ補正部とを備える信号処理システム。 - 請求項11に記載の信号処理システムにおいて、
前記補正対象信号の取得とともに、前記校正用信号の取得が行なわれる信号処理システム。 - 請求項11または12に記載の信号処理システムで用いるための係数生成装置。
- 請求項11または12に記載の信号処理システムで用いるためのデジタルカメラ。
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