JP6172641B2 - 画像フィルタリング装置、画像フィルタリング方法及び画像フィルタリングプログラム - Google Patents
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Description
So´()はフィルタリング後の信号強度、
Si´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域(着目画素を中心としたH×W画素の局所領域)、
γは前記係数、
σd 2は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σr 2は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
であってもよい。当該定義式を用いることによって、バイラテラルフィルタをもとにして確実に本発明の一実施形態を実施することができる。
So´()はフィルタリング後の信号強度、
Si´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域(着目画素を中心としたH×W画素の局所領域)、
γは前記係数、
σd 2は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ(ドメインフィルタ分散値)、
σr 2は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ(レンジフィルタ分散値)、
δV(Si´(p))は画像信号の領域を分割した複数領域のうちpを含む領域の信号強度と着目画素の信号強度との差、
であってもよい。当該定義式を用いることによって、ノンローカルミーンフィルタをもとにして確実に本発明の一実施形態を実施することができる。
σ2 max(Si´(c))は着目画素のノイズ分散上限値、
Kは予め設定された判定係数、
であってもよい。条件式を満たす画素で構成される信号集合の分散値を着目画素のノイズの分散値と見なすことで、より確実にノイズの分散値を算出することができる。
σiはフィルタリング前の画像信号のノイズの分散値に基づくノイズ標準偏差、
σtはフィルタリング後の画像信号のノイズの分散値に基づく残留ノイズ標準偏差、
であってもよい。当該定義式を用いることで、より確実に係数γを算出することができる。
実施例1は、種々のフィルタリング装置毎のフィルタリング効果を比較するものである。比較対象となるフィルタリング装置は、上記式(1)によりフィルタリングを行うフィルタリング装置であって係数γ=1.0とするNABF、上記式(1)によりフィルタリングを行うフィルタリング装置であって係数γ=2.2とするCNABF、非特許文献1に記載されたフィルタリング装置であるDBF、非特許文献4に記載されたフィルタリング装置であるSNABF、の四種類である。NABF及びCNABFは、σr 2としてノイズ分散値σ2 total(c)を用いてフィルタリングを行っているが、DBF及びSNABFではノイズ分散値σ2 total(c)を用いていない。また、画像信号をフィルタリングする範囲は21×21画素の範囲であり、着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ(ドメインフィルタ分散値)σd 2=9とする。
実施例2は、カラーチャートに基づく評価画像を10枚作成し、σ2 totalを用いてかつ係数γ=1.0とするNABF、σ2 totalを用いてかつ係数γ=2.2とするCNABF、σ2 totalではなく固定値σr 2(σr1=0.5Smax、σr2=0.125Smax)を用いた2つのフィルタリング装置、の計四種類のフィルタリング装置で、画像信号に対してノイズ低減を実施し、処理後の画像信号に対し、処理前の画像信号に対するSNR利得を求めた。なお、各フィルタリング装置の共通条件として、着目画素を中心とした局所領域は21×21画素のサイズに固定し、ドメインフィルタ分散値σd 2は固定値9とした。また、Smaxとは画像が取りうる最大階調値であり、例えば、本実施例では14bitの出力の撮像装置1を用いているため、Smax =(2^14)−1=16383となる。
Claims (11)
- 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング装置であって、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出手段と、
前記ノイズ分散上限値算出手段が算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定手段と、
前記算出画素決定手段により、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ 2 total (c)を推定するノイズ分散推定手段と、
を備え、
前記フィルタリング手段は、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリング手段は、
と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
S o ´()はフィルタリング後の信号強度、
S i ´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σ d 2 は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σ r 2 は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
であり、
前記フィルタリング手段は、前記σ r 2 として前記ノイズ分散値σ 2 total (c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリング装置。 - 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング装置であって、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出手段と、
前記ノイズ分散上限値算出手段が算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定手段と、
前記算出画素決定手段により、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ 2 total (c)を推定するノイズ分散推定手段と、
を備え、
前記フィルタリング手段は、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリング手段は、
と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
S o ´()はフィルタリング後の信号強度、
S i ´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σ d 2 は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σ r 2 は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
δV(S i ´(p))は画像信号の領域を分割した複数領域のうちpを含む領域の信号強度と着目画素の信号強度との差、
であり、
前記フィルタリング手段は、前記σ r 2 として前記ノイズ分散値σ 2 total (c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリング装置。 - 前記算出画素決定手段は、
と定義される式を満たす場合に、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定し、
σ2 max(Si´(c))は前記着目画素のノイズ分散上限値、
Kは予め設定された判定係数、
である、請求項1又は2に記載の画像フィルタリング装置。 - 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング装置であって、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
前記係数γを算出する係数算出手段と、
を備え、
前記係数算出手段は、フィルタリング前後の画像信号のノイズの分散値に基づく値を入力して入力した値から、前記係数γを算出する画像フィルタリング装置。 - 前記係数算出手段は、
と定義される式により前記係数γを算出し、
σiはフィルタリング前の画像信号のノイズの分散値に基づくノイズ標準偏差、
σtはフィルタリング後の画像信号のノイズの分散値に基づく残留ノイズ標準偏差、
である、請求項4に記載の画像フィルタリング装置。 - 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング方法であって、
画像信号を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにおいて入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにおいて算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力ステップと、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出ステップと、
前記ノイズ分散上限値算出ステップにおいて算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定ステップと、
前記算出画素決定ステップにおいて、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ 2 total (c)を推定するノイズ分散推定ステップと、
を含み、
前記フィルタリングステップにおいて、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリングステップにおいて、
と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
S o ´()はフィルタリング後の信号強度、
S i ´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σ d 2 は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σ r 2 は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
であり、
前記フィルタリングステップにおいて、前記σ r 2 として前記ノイズ分散値σ 2 total (c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリング方法。 - 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング方法であって、
画像信号を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにおいて入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにおいて算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力ステップと、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出ステップと、
前記ノイズ分散上限値算出ステップにおいて算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定ステップと、
前記算出画素決定ステップにおいて、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ 2 total (c)を推定するノイズ分散推定ステップと、
を含み、
前記フィルタリングステップにおいて、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリングステップにおいて、
と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
S o ´()はフィルタリング後の信号強度、
S i ´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σ d 2 は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σ r 2 は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
δV(S i ´(p))は画像信号の領域を分割した複数領域のうちpを含む領域の信号強度と着目画素の信号強度との差、
であり、
前記フィルタリングステップにおいて、前記σ r 2 として前記ノイズ分散値σ 2 total (c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリング方法。 - 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング方法であって、
画像信号を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにおいて入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにおいて算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力ステップと、
前記係数γを算出する係数算出ステップと、
を含み、
前記係数算出ステップにおいて、フィルタリング前後の画像信号のノイズの分散値に基づく値を入力して入力した値から、前記係数γを算出する画像フィルタリング方法。 - 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリングプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出手段と、
前記ノイズ分散上限値算出手段が算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定手段と、
前記算出画素決定手段により、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ 2 total (c)を推定するノイズ分散推定手段、
として動作させ、
前記フィルタリング手段は、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリング手段は、
と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
S o ´()はフィルタリング後の信号強度、
S i ´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σ d 2 は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σ r 2 は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
であり、
前記フィルタリング手段は、前記σ r 2 として前記ノイズ分散値σ 2 total (c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリングプログラム。 - 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリングプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出手段と、
前記ノイズ分散上限値算出手段が算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定手段と、
前記算出画素決定手段により、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ 2 total (c)を推定するノイズ分散推定手段、
として動作させ、
前記フィルタリング手段は、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリング手段は、
と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
S o ´()はフィルタリング後の信号強度、
S i ´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σ d 2 は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σ r 2 は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
δV(S i ´(p))は画像信号の領域を分割した複数領域のうちpを含む領域の信号強度と着目画素の信号強度との差、
であり、
前記フィルタリング手段は、前記σ r 2 として前記ノイズ分散値σ 2 total (c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリングプログラム。 - 画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリングプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
前記係数γを算出する係数算出手段、
として動作させ、
前記係数算出手段は、フィルタリング前後の画像信号のノイズの分散値に基づく値を入力して入力した値から、前記係数γを算出する画像フィルタリングプログラム。
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