JP6642570B2 - Image processing apparatus, image processing method, and image processing program - Google Patents
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Description
本発明は、画像に含まれるノイズを低減する技術に関する。 The present invention relates to a technique for reducing noise included in an image.
画像に含まれるノイズを低減する技術は、撮影した画像をより鮮明に再現するためだけでなく、様々な画像処理におけるノイズ強調を防ぐためにも、欠かせない技術である。なお、以下では、ノイズとは、加法性白色ガウシアンノイズを指すものとする。 A technique for reducing noise included in an image is an indispensable technique not only for reproducing a captured image more clearly but also for preventing noise enhancement in various image processing. In the following, noise refers to additive white Gaussian noise.
効果的なノイズ除去を実現するためには、ノイズ除去技術の高性能化に加えて、処理対象画像に含まれるノイズの強度(分散や標準偏差)の情報が必要である。処理対象画像に含まれるノイズの強度を小さく見積もると、ノイズ除去結果の画像にノイズが残存する。一方、ノイズ強度を大きく見積もると、ノイズ除去結果の画像にボケが生じ、テクスチャやエッジが不明瞭になる。つまり、処理対象画像に含まれるノイズの強度をより正確に推定する技術が求められている。 In order to realize effective noise removal, information on the intensity (variance and standard deviation) of the noise included in the image to be processed is required in addition to improving the performance of the noise removal technology. When the intensity of the noise included in the processing target image is estimated to be small, the noise remains in the image resulting from the noise removal. On the other hand, if the noise intensity is largely estimated, the image resulting from the noise removal becomes blurred, and the texture and edges become unclear. That is, there is a need for a technique for more accurately estimating the intensity of noise included in an image to be processed.
画像に含まれるノイズの強度を見積もる技術として、一般的に以下の手法が考えられる。1つ目は、カメラのセンサが既知である場合に、カメラゲインのパラメータおよびセンサノイズの関係を事前に測定してテーブル化しておく手法である。この手法は、実際の運用時にテーブルを参照することにより、撮影画像におけるノイズの強度を推定する。また、2つ目は、画像からエッジやテクスチャが存在しない領域を抽出し、抽出した領域における画素値の揺らぎをノイズ由来とみなす手法である。この手法は、当該領域の画素値の分散を対象画像のノイズの強度とみなす。また、3つ目は、カメラが固定されている状況において、短い時間間隔で時間的に連続した2枚の画像を用いる手法である。この手法は、2枚の画像の差分画像の画素値の分散を2で割ったものをノイズの強度とみなす。 As a technique for estimating the intensity of noise included in an image, the following method is generally considered. The first method is to measure the relationship between the parameters of the camera gain and the sensor noise in advance when the camera sensor is known, and make a table. This method estimates the noise intensity in a captured image by referring to a table during actual operation. The second is a method of extracting a region where no edge or texture exists from an image, and regarding the fluctuation of the pixel value in the extracted region as being derived from noise. In this method, the variance of the pixel values in the area is regarded as the noise intensity of the target image. A third method is to use two images that are temporally continuous at short time intervals in a situation where the camera is fixed. In this method, a value obtained by dividing a variance of pixel values of a difference image between two images by two is regarded as a noise intensity.
また、画像に含まれるノイズの強度を見積もる関連技術が、特許文献1に記載されている。この関連技術は、第1の画像および第1の画像に連続する第2の画像の間で、対応する画素同士の差分を算出する。そして、この関連技術は、第1の画像における平坦領域を構成する各画素に対応する差分の分散に基づいて、第1の画像におけるノイズレベルを検出する。そして、この関連技術は、第1の画像を構成する全画素に対応する差分の分散と、検出したノイズレベルとに基づいて、第1の画像における動き領域を検出する。 A related technique for estimating the intensity of noise included in an image is described in Patent Document 1. This related technique calculates a difference between corresponding pixels between a first image and a second image that is continuous with the first image. Then, the related technique detects a noise level in the first image based on a variance of a difference corresponding to each pixel forming a flat region in the first image. Then, the related technique detects a motion region in the first image based on the variance of the difference corresponding to all pixels forming the first image and the detected noise level.
また、画像に含まれるノイズの強度を見積もる他の関連技術が、特許文献2に記載されている。この関連技術は、フレーム内でのノイズレベルと、フレーム間でのノイズレベルとを算出する。そして、この関連技術は、画像内の動き部に対しては、フレーム内でのノイズレベルを選択する。また、この関連技術は、画像内の静止部に対しては、フレーム間でのノイズレベルを選択する。
Another related technique for estimating the intensity of noise included in an image is described in
しかしながら、上述した一般的な技術および関連技術には、以下の課題がある。 However, the above-mentioned general technology and related technologies have the following problems.
一般的な1つ目の手法は、ノイズ分散のテーブルをカメラごとに計測する必要がある。このため、この手法は、カメラセンサの情報が得られない場合には適用できないという問題がある。加えて、この手法は、センサの個体差を考慮してカメラのセンサごとにテーブルを生成すると、事前に膨大な作業コストが必要であるという問題がある。 In the first general method, it is necessary to measure a noise variance table for each camera. For this reason, there is a problem that this method cannot be applied when the information of the camera sensor cannot be obtained. In addition, this method has a problem in that if a table is generated for each sensor of a camera in consideration of individual differences between sensors, an enormous work cost is required in advance.
また、一般的な2つ目の手法は、対象画像の全面がテクスチャで覆われているような画像に対しては、テクスチャの画素値分散をノイズの分散に加算してしまう。このような場合、この手法は、分散値を真値より大きく見積もってしまい、正確なノイズの強度推定ができないという問題がある。 Further, the second general method adds the variance of the pixel value of the texture to the variance of the noise for an image in which the entire surface of the target image is covered with the texture. In such a case, this method has a problem that the variance value is estimated to be larger than the true value, and accurate noise intensity estimation cannot be performed.
また、一般的な3つ目の手法は、カメラが動く場合には適用できない。また、この手法は、カメラが固定されている場合であっても、画像中に動体が存在する場合や、シーンチェンジ、撮影環境の照明変動、カメラゲインの変動などにより映像が大きく変動する場合には、分散値を真値より大きく見積もってしまう。このような場合、この手法は、正確なノイズの強度推定ができないという問題がある。 Further, the third general method cannot be applied when the camera moves. In addition, this method is used even when the camera is fixed, when there is a moving object in the image, or when the image fluctuates greatly due to scene change, illumination fluctuation of the shooting environment, fluctuation of camera gain, etc. Estimates the variance value larger than the true value. In such a case, this method has a problem that accurate noise intensity estimation cannot be performed.
また、特許文献1に記載された関連技術は、テクスチャやエッジの影響を除外した平坦領域を用いてノイズレベルを算出しているが、動き領域を検出するためにノイズレベルを算出するので、ノイズレベルの算出の際には動きのある領域の影響を考慮していない。このため、この関連技術は、画像に動きのある領域が含まれる場合に、正確なノイズの強度推定ができないという問題がある。 In the related art described in Patent Document 1, the noise level is calculated using a flat area excluding the influence of texture and edges. However, since the noise level is calculated to detect a moving area, the noise level is calculated. In calculating the level, the influence of a moving area is not taken into account. For this reason, this related art has a problem that when a moving area is included in an image, accurate noise intensity estimation cannot be performed.
また、特許文献2に記載された関連技術は、静止部に適用するフレーム間ノイズレベルを算出する際に、動きのある領域の影響を考慮することについては記載されていない。このため、この関連技術は、画像に動きのある領域が含まれる場合に、静止部に対する正確なノイズレベルの推定ができないという問題がある。
Further, the related art described in
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、テクスチャまたは動きの多い領域を含む映像であっても、ノイズの強度をより正確に推定する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a technique for more accurately estimating the intensity of noise even in an image including a texture or a region with a lot of motion.
上記目的を達成するために、本発明の画像処理装置は、映像に含まれるフレーム画像において、画素値の変化が平坦な平坦領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの分散であるフレーム内ノイズ分散を推定するフレーム内ノイズ分散推定手段と、前記フレーム画像および前記フレーム画像に時間的に近接する近接フレーム画像間の差分を表す差分画像において、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間で動きのない領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間におけるノイズの分散であるフレーム間ノイズ分散を推定するフレーム間ノイズ分散推定手段と、前記フレーム内ノイズ分散および前記フレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの強度を決定するノイズ強度決定手段と、を備える。 In order to achieve the above object, an image processing apparatus according to the present invention is configured such that, in a frame image included in a video, a change in pixel value is a variance of noise in the frame image based on a pixel value belonging to a flat area. An intra-frame noise variance estimating unit for estimating an intra-frame noise variance, and a difference image representing a difference between the frame image and a neighboring frame image temporally close to the frame image, wherein the difference between the frame image and the neighboring frame image is An inter-frame noise variance estimating means for estimating an inter-frame noise variance, which is a variance of noise between the frame image and the adjacent frame image, based on a pixel value belonging to a non-moving area, and the intra-frame noise variance and the frame The frame image based on the smaller of the inter-noise variances. Comprising a noise intensity determination means for determining the intensity of that noise, the.
また、本発明の画像処理方法は、コンピュータ装置が、映像に含まれるフレーム画像において、画素値の変化が平坦な平坦領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの分散であるフレーム内ノイズ分散を推定し、前記フレーム画像および前記フレーム画像に時間的に近接する近接フレーム画像間の差分を表す差分画像において、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間で動きのない領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間におけるノイズの分散であるフレーム間ノイズ分散を推定し、前記フレーム内ノイズ分散および前記フレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの強度を決定する。 Further, in the image processing method of the present invention, in the frame image included in the video, based on the pixel value belonging to a flat area where the change of the pixel value is a flat area, the intra-frame image is a variance of noise in the frame image. Estimating the noise variance, in the difference image representing the difference between the frame image and the adjacent frame image temporally adjacent to the frame image, the pixel value belonging to an area where there is no motion between the frame image and the adjacent frame image The inter-frame noise variance, which is the variance of noise between the frame image and the adjacent frame image, based on the smaller of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance. Determine the intensity of the
また、本発明の画像処理プログラムは、映像に含まれるフレーム画像において、画素値の変化が平坦な平坦領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの分散であるフレーム内ノイズ分散を推定するフレーム内ノイズ分散推定ステップと、前記フレーム画像および前記フレーム画像に時間的に近接する近接フレーム画像間の差分を表す差分画像において、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間で動きのない領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間におけるノイズの分散であるフレーム間ノイズ分散を推定するフレーム間ノイズ分散推定ステップと、前記フレーム内ノイズ分散および前記フレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの強度を決定するノイズ強度決定ステップと、をコンピュータ装置に実行させる。 Further, the image processing program according to the present invention estimates an intra-frame noise variance, which is a variance of noise in the frame image, based on a pixel value belonging to a flat region where a change in pixel value is flat in a frame image included in the video. In a noise variance estimating step, and a difference image representing a difference between the frame image and a nearby frame image temporally adjacent to the frame image, wherein the difference image belongs to a region where there is no motion between the frame image and the nearby frame image. An inter-frame noise variance estimating step of estimating an inter-frame noise variance, which is a variance of noise between the frame image and the adjacent frame image, based on a pixel value; and a small one of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance. Of the frame image based on the A noise intensity determining step of determining the intensity of the figure, Ru cause the computer to execute an apparatus.
本発明は、テクスチャまたは動きの多い領域を含む映像であっても、ノイズの強度をより正確に推定する技術を提供することができる。 The present invention can provide a technique for more accurately estimating the intensity of noise even in an image including a texture or an area with a lot of motion.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態としての画像処理装置1の機能ブロック構成を図1に示す。図1において、画像処理装置1は、フレーム内ノイズ分散推定部11と、フレーム間ノイズ分散推定部12と、ノイズ強度決定部13とを備える。画像処理装置1は、映像に含まれるフレーム番号tの画像(フレーム画像ut)と、フレーム番号tのフレームに近接するフレーム番号t−1の画像(近接フレーム画像ut−1)とを入力として取得する。また、画像処理装置1は、これらの2枚の画像を用いて、フレーム画像utに含まれるノイズ強度σ2 tの推定を行い出力する。(First Embodiment)
FIG. 1 shows a functional block configuration of an image processing apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. 1, the image processing apparatus 1 includes an intra-frame noise variance estimating unit 11, an inter-frame noise
なお、フレーム画像ut−1は、映像においてフレーム画像utに対して時間的に前または後に連続していることが好ましいが、必ずしも連続していなくてもよい。近接フレーム画像ut−1は、フレーム画像utに対して所定の時間的近接条件を満たしていればよい。The frame image u t-1 is preferably that are continuous in time before or after the frame image u t in the video may not be contiguous. Proximity frame image u t-1 has only to satisfy the predetermined temporal proximity to the frame image u t.
ここで、画像処理装置1は、図2に示すようなハードウェア要素によって構成可能である。図2において、画像処理装置1は、CPU(Central Processing Unit)1001およびメモリ1002を含むコンピュータ装置によって構成される。メモリ1002は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、補助記憶装置(ハードディスク等)等によって構成される。CPU1001は、メモリ1002に格納されるコンピュータ・プログラムを読み込んで実行する。この場合、画像処理装置1の各機能ブロックは、メモリ1002に格納されるコンピュータ・プログラムを読み込んで実行するCPU1001によって構成される。なお、画像処理装置1およびその各機能ブロックのハードウェア構成は、上述の構成に限定されない。
Here, the image processing apparatus 1 can be configured by hardware elements as shown in FIG. 2, the image processing apparatus 1 is configured by a computer device including a CPU (Central Processing Unit) 1001 and a
また、画像処理装置1は、画像入力装置901に接続される。例えば、画像入力装置901は、カメラやスキャナなどの撮像機器、または、それらにより撮影されて画像データが蓄積される画像データベース等によって構成される。画像処理装置1および画像入力装置901は、周辺機器接続インタフェースによって接続されていてもよいし、ネットワークを介して接続されていてもよい。画像処理装置1には、画像入力装置901から、上述のフレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1が入力される。The image processing device 1 is connected to the
また、画像処理装置1は、出力装置902に接続される。例えば、出力装置902は、ディスプレイ、プリンタ、または、出力情報を格納するハードディスクやメモリカードなどの記憶媒体によって構成される。画像処理装置1および出力装置902は、周辺機器接続インタフェースによって接続されていてもよいし、ネットワークを介して接続されていてもよい。画像処理装置1は、出力装置902に対して、上述のノイズ強度σ2 tを出力する。The image processing device 1 is connected to the
フレーム内ノイズ分散推定部11は、フレーム画像utから、画素値の変化が平坦な平坦領域を抽出する。そして、フレーム内ノイズ分散推定部11は、抽出した平坦領域に属する画素値に基づいて、フレーム画像utにおけるノイズの分散(フレーム内ノイズ分散)を推定する。Frame noise variance estimation unit 11, from the frame image u t, change in pixel value is extracted flat planar region. Then, the intra-frame noise variance estimation unit 11 based on the extracted pixel values belonging to a flat area, estimates the variance of the noise in the frame image u t (frame in the noise variance).
フレーム間ノイズ分散推定部12は、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1間の差分を表す差分画像に基づいて、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1間で動きのない領域を抽出する。そして、フレーム間ノイズ分散推定部12は、抽出した動きのない領域に属する差分画像の画素値に基づいて、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1間におけるノイズの分散(フレーム間ノイズ分散)を推定する。Interframe noise
ノイズ強度決定部13は、フレーム内ノイズ分散およびフレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、フレーム画像utにおけるノイズ強度σ2 tを決定する。そして、ノイズ強度決定部13は、決定したノイズ強度σ2 tを出力する。Noise
以上のように構成された画像処理装置1の動作について、図3を参照して説明する。 The operation of the image processing apparatus 1 configured as described above will be described with reference to FIG.
まず、画像処理装置1は、映像に含まれるフレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1を取得する(ステップS1)。First, the image processing apparatus 1 acquires the frame image u t and close the frame image u t-1 included in the image (step S1).
次に、フレーム内ノイズ分散推定部11は、フレーム画像utから、画素値の変化が平坦な平坦領域を抽出する。そして、フレーム内ノイズ分散推定部11は、抽出した平坦領域に属する画素値に基づいて、フレーム画像utにおけるフレーム内ノイズ分散を推定する(ステップS2)。Next, the intra-frame noise variance estimation unit 11, from the frame image u t, change in pixel value is extracted flat planar region. Then, the intra-frame noise variance estimation unit 11 based on the extracted pixel values belonging to a flat area, estimates the frame noise variance in the frame image u t (Step S2).
次に、フレーム間ノイズ分散推定部12は、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1間の差分を表す差分画像に基づいて、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1間で動きのない領域を抽出する。そして、フレーム間ノイズ分散推定部12は、抽出した動きのない領域に属する差分画像の画素値に基づいて、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1間におけるフレーム間ノイズ分散を推定する(ステップS3)。Then, the interframe noise
次に、ノイズ強度決定部13は、フレーム内ノイズ分散およびフレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、フレーム画像におけるノイズ強度σ2 tを決定し、出力する(ステップS4)。Next, the noise
以上で、画像処理装置1は、動作を終了する。 Thus, the operation of the image processing apparatus 1 ends.
次に、本発明の第1の実施の形態の効果について述べる。 Next, effects of the first exemplary embodiment of the present invention will be described.
本発明の第1の実施の形態としての画像処理装置は、テクスチャまたは動きの多い領域を含む映像であっても、ノイズの強度をより正確に推定することができる。 The image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention can more accurately estimate the noise intensity even for an image including a texture or an area with a lot of motion.
その理由について説明する。本実施の形態では、フレーム内ノイズ分散推定部が、フレーム画像における平坦領域の画素値を用いて、フレーム内ノイズ分散を推定する。また、フレーム間ノイズ分散推定部が、フレーム画像および近接フレーム画像間の差分画像の動きのない領域における画素値を用いて、フレーム間ノイズ分散を推定する。そして、ノイズ強度決定部が、フレーム内ノイズ分散およびフレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、フレーム画像のノイズ強度を決定するからである。 The reason will be described. In the present embodiment, the intra-frame noise variance estimating unit estimates the intra-frame noise variance using the pixel values of the flat region in the frame image. Further, the inter-frame noise variance estimating unit estimates the inter-frame noise variance by using the pixel values of the difference image between the frame image and the adjacent frame image in the area where there is no motion. Then, the noise intensity determination unit determines the noise intensity of the frame image based on the smaller of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance.
ここで、テクスチャが多く含まれるフレーム画像の場合、フレーム内ノイズ分散は真値より大きくなる。この場合、本実施の形態は、映像中に動きのない領域が存在すれば、フレーム内ノイズ分散よりも小さく真値に近い値となるフレーム間ノイズ分散に基づくことで、フレーム画像のノイズ強度を高精度に推定可能となる。また、動体を含むフレーム画像間や、シーンチェンジ・照明変動・カメラゲイン変動など画面全体が大きく変動するフレーム画像間では、フレーム間ノイズ分散が真値より大きくなる。この場合、本実施の形態は、画像中に平坦な領域が存在すれば、フレーム間ノイズ分散よりも小さく真値に近い値となるフレーム内ノイズ分散に基づくことで、フレーム画像のノイズ強度を高精度に推定可能となる。 Here, in the case of a frame image containing many textures, the noise variance in the frame becomes larger than the true value. In this case, in the present embodiment, if there is no motion in the video, the noise intensity of the frame image is reduced based on the inter-frame noise variance that is smaller than the intra-frame noise variance and is close to the true value. It can be estimated with high accuracy. Further, between frame images including moving objects, and between frame images in which the entire screen greatly fluctuates due to scene changes, illumination fluctuations, camera gain fluctuations, the inter-frame noise variance becomes larger than the true value. In this case, in the present embodiment, if a flat region exists in the image, the noise intensity of the frame image is increased based on the intra-frame noise variance that is smaller than the inter-frame noise variance and is close to the true value. It can be estimated with high accuracy.
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の説明において参照する各図面において、本発明の第1の実施の形態と同一の構成および同様に動作するステップには同一の符号を付して本実施の形態における詳細な説明を省略する。(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the drawings referred to in the description of the present embodiment, steps having the same configuration and the same operation as those in the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description in the present embodiment will be given. Description is omitted.
まず、本発明の第2の実施の形態としての画像処理装置2の構成を図4に示す。図4において、画像処理装置2は、フレーム内ノイズ分散推定部21と、フレーム間ノイズ分散推定部22と、ノイズ強度決定部23とを備える。画像処理装置2は、本発明の第1の実施の形態と同様に、映像に含まれるフレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1を入力として取得する。また、画像処理装置2は、本発明の第1の実施の形態と同様に、これらの2枚の画像を用いて、フレーム画像utに含まれるノイズ強度σ2 tの推定を行い出力するが、その詳細が異なる。First, FIG. 4 shows a configuration of an
ここで、画像処理装置2およびその各機能ブロックは、図2を参照して説明した本発明の第1の実施の形態としての画像処理装置1と同様のハードウェア要素によって構成可能である。ただし、画像処理装置2およびその各機能ブロックのハードウェア構成は、上述の構成に限定されない。
Here, the
次に、画像処理装置2の各機能ブロックの構成について説明する。
Next, the configuration of each functional block of the
まず、フレーム内ノイズ分散推定部21の構成の詳細について説明する。フレーム内ノイズ分散推定部21は、図5に示すように、ブロック分割部211と、ブロック内分散算出部212と、分散ヒストグラム生成部213と、フレーム内ノイズ分散算出部214とを含む。フレーム内ノイズ分散推定部21は、これらの機能ブロックを用いて、フレーム画像utのフレーム内ノイズ分散σ2 t,intraを推定する。First, the configuration of the intra-frame noise
具体的には、ブロック分割部211は、フレーム画像utを所定のサイズのブロックに分割する。例えば、フレーム画像utの幅が640画素であり、高さが480画素であるとする。また、分割するブロックのサイズとして、高さ8画素および幅8画素が定められているとする。この場合、ブロック分割部211は、フレーム画像utを(640×480)/(8×8)=4800個のブロックに分割する。ここで、“/”は、除算を表す。Specifically, the
ブロック内分散算出部212は、フレーム画像utが分割されたブロック位置(i,j)の各ブロックについて、その画素値の分散vintra(i,j)を算出する。ここで、iは、1以上n以下の整数であり、jは、1以上m以下の整数である。なお、nは、フレーム画像utの幅方向に並ぶブロック数である。また、mは、フレーム画像utの高さ方向に並ぶブロック数である。Block
分散ヒストグラム生成部213は、各ブロックの分散vintra(i,j)から、ヒストグラムを生成する。The variance
フレーム内ノイズ分散算出部214は、分散ヒストグラム生成部213によって生成されたヒストグラムの下位γsmoothパーセントが、画素値の変化が平坦な領域に属するブロックで算出された分散であるみなす。ここで、γsmoothは、あらかじめ定められた100以下の正数である。そして、フレーム内ノイズ分散算出部214は、ヒストグラムの下位γsmoothパーセントのヒストグラムのビンの値を、平坦判定閾値τsmoothとする。例えば、フレーム内ノイズ分散算出部214は、ヒストグラムのビンの度数の下位からの合計が、γsmoothパーセントを超える最も小さいビンの幅に含まれる値を、平坦判定閾値τsmoothとしてもよい。あるいは、フレーム内ノイズ分散算出部214は、ヒストグラムのビンの度数の下位からの合計が、γsmoothパーセントを超えない最も大きいビンの幅に含まれる値を、平坦判定閾値τsmoothとしてもよい。なお、ビンの幅に含まれる値とは、そのビンの幅の中央値、最小値、または、最大値等であってもよい。そして、フレーム内ノイズ分散算出部214は、vintra(i,j)<τsmoothである分散値vintra(i,j)の統計量(例えば、平均値や中央値等)に基づいて、フレーム画像utのフレーム内ノイズ分散σ2 t,intraを算出する。The in-frame noise
次に、フレーム間ノイズ分散推定部22の構成の詳細について説明する。フレーム間ノイズ分散推定部22は、図6に示すように、差分画像生成部221と、差分画像ブロック分割部222と、差分画像ブロック内分散算出部223と、動き判定部224と、フレーム間ノイズ分散算出部225とを含む。フレーム間ノイズ分散推定部22は、これらの機能ブロックを用いて、差分画像のブロック毎の画素値分散が、フレーム内ノイズ分散に基づく動き判定閾値τnomvよりも小さい領域を動きのない領域として、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interを推定する。Next, the configuration of the inter-frame noise
具体的には、差分画像生成部221は、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1から、差分画像dを生成する。例えば、差分画像生成部221は、フレーム画像utを構成する各画素(x,y)について、d(x,y)=ut(x,y)−ut−1(x,y)を算出すればよい。Specifically, the difference
差分画像ブロック分割部222は、差分画像dを、所定のサイズのブロックに分割する。分割処理は、フレーム内ノイズ分散推定部21におけるブロック分割部211と同様である。なお、ブロックのサイズは、ブロック分割部211によって分割されるブロックと同じでも良いし、異なっていてもよい。
The difference image
差分画像ブロック内分散算出部223は、差分画像dが分割されたブロック位置(i,j)の各ブロックについて、その画素値の分散vinter(i,j)を算出する。ここで、iは、1以上n’以下の整数であり、jは、1以上m’以下の整数である。なお、n’は、差分画像dの幅方向に並ぶブロック数である。また、m’は、差分画像dの高さ方向に並ぶブロック数である。The difference image intra-block
動き判定部224は、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraに基づいて、動き判定閾値τnomvを求める。例えば、動き判定部224は、次式(1)を用いて、動き判定閾値τnomvを求めてもよい。
The
ここで、αは、動き判定の厳密さを調整するパラメータである。原理的には、α=1.0でよい。ただし、動き判定の厳密さを下げる(多少の動きを許容する)場合、αには、1.0より大きい値が設定される。また、動き判定の厳密さを上げる場合、αには、1.0より小さい値が設定される。 Here, α is a parameter for adjusting the strictness of the motion determination. In principle, α = 1.0. However, when the strictness of the motion determination is reduced (a slight motion is allowed), a value larger than 1.0 is set to α. To increase the strictness of the motion determination, a value smaller than 1.0 is set for α.
そして、動き判定部224は、vinter(i,j)<τnomvであるブロックを、動きのない領域と判定する。また、動き判定部224は、vinter(i,j)<τnomvでないブロックを、動きのある領域と判定する。例えば、動き判定部224は、vinter(i,j)<τnomvであるブロックについて、動き判定結果m(i,j)=1としてもよい。また、動き判定部224は、vinter(i,j)<τnomvでないブロックについて、動き判定結果m(i,j)=0としてもよい。この場合、動き判定結果が1であることは、動きがない領域であることを示す。また、動き判定結果が0であることは、動きがある領域であることを示す。Then, the
フレーム間ノイズ分散算出部225は、差分画像dの各ブロックのノイズ分散vinter(i,j)および動き判定結果m(i,j)に基づいて、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interを算出する。The inter-frame noise
具体的には、フレーム間ノイズ分散算出部225は、動きのないブロックの総数nnomvを、次式(2)を用いて算出する。
Specifically, the inter-frame noise
ここで、nnomv=0である場合、フレーム間ノイズ分散算出部225は、画面全体が大きく変動したとみなし、σ2 t,inter=σ2 t,intraとする。また、nnomv≠0である場合、フレーム間ノイズ分散算出部225は、次式(3)を用いてσ2 t,interを算出する。
Here, if n nomv = 0, the inter -frame noise
なお、フレーム間ノイズ分散推定部22は、フレーム画像utに対する近接フレーム画像ut−1が存在しない場合には、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interを推定することができない。この場合、フレーム間ノイズ分散推定部22は、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraを用いて、σ2 t,inter=σ2 t,intraとしてもよい。Incidentally, the inter-frame noise
次に、ノイズ強度決定部23の構成の詳細について説明する。
Next, the configuration of the noise
ノイズ強度決定部23は、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraと、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interとのうち小さい方を、フレーム画像utのノイズ強度として決定する。すなわち、ノイズ強度決定部23は、フレーム画像utのノイズ強度として、σ2 t=min(σ2 t,inter,σ2 t,intra)を算出する。Noise
以上のように構成された画像処理装置2の動作について説明する。ここで、画像処理装置2の動作の概略は、図3を参照して説明した本発明の第1の実施の形態としての画像処理装置1の動作と略同様である。ただし、ステップS2〜S4における動作の詳細が異なる。
The operation of the
まず、ステップS2におけるフレーム内ノイズ分散推定処理について、本実施の形態における詳細な動作を、図7を参照して説明する。 First, a detailed operation in the present embodiment of the intra-frame noise variance estimation processing in step S2 will be described with reference to FIG.
図7では、まず、ブロック分割部211は、フレーム画像utを、所定のサイズのブロックに分割する(ステップS21)。In Figure 7, first, the
次に、ブロック内分散算出部212は、分割された各ブロックについて、画素値の分散vintra(i,j)を算出する(ステップS22)。Next, the intra-block
次に、ヒストグラム生成部213は、ステップS12で算出された各ブロックの分散vintra(i,j)からヒストグラムを生成する(ステップS23)。Next, the
次に、フレーム内ノイズ分散算出部214は、ヒストグラムの下位γsmoothパーセントのビンの値に基づいて、平坦判定閾値τsmoothを算出する(ステップS24)。Next, the noise
次に、フレーム内ノイズ分散算出部214は、分散vintra(i,j)が平坦判定閾値τsmoothより小さなブロックを平坦領域に属するとみなす。そして、フレーム内ノイズ分散算出部214は、それらのブロックの分散の統計量(例えば平均値や中央値など)を、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraとして算出する(ステップS25)。Next, the intra- frame noise
次に、ステップS3におけるフレーム間ノイズ分散推定処理について、本実施の形態における詳細な動作を、図8を参照して説明する。 Next, a detailed operation in the present embodiment of the inter-frame noise variance estimation processing in step S3 will be described with reference to FIG.
図8では、まず、差分画像生成部221は、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1から、差分画像dを生成する(ステップS31)。In Figure 8, first, the difference
次に、差分画像ブロック分割部222は、差分画像dを、所定のサイズのブロックに分割する(ステップS32)。
Next, the difference image
次に、差分画像ブロック内分散算出部223は、分割された各ブロックについて、その画素値の分散vinter(i,j)を算出する(ステップS33)。Next, the intra-difference-image-block
次に、動き判定部224は、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraに基づいて、動き判定閾値τnomvを算出する。そして、動き判定部224は、差分画像の各ブロックについて、その分散vinter(i,j)が動き判定閾値τnomvより小さいか否かに基づいて、動き判定結果m(i,j)を求める(ステップS34)。Next, the
例えば、前述のように、動き判定部224は、式(1)を用いて、動き判定閾値τnomvを算出してもよい。For example, as described above, the
次に、フレーム間ノイズ分散算出部225は、動き判定結果m(i,j)に基づいて、動きのない領域のブロックの分散vinter(i,j)の統計量(平均値や中央値など)を、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interとして算出する(ステップS35)。Next, based on the motion determination result m (i, j), the inter- frame noise
例えば、前述のように、フレーム間ノイズ分散算出部225は、式(3)を用いて、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interを算出してもよい。For example, as described above, the inter-frame noise
なお、前述のように、動きのない領域(m(i,j)=1)と判定されたブロックの個数nnomvが0である場合、フレーム間ノイズ分散算出部225は、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraを、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interとしてもよい。As described above, when the number n nomv of blocks determined to be a region without motion (m (i, j) = 1) is 0, the inter-frame noise
次に、ステップS4におけるノイズ強度決定部23の処理について説明する。本実施の形態では、ノイズ強度決定部23は、ステップS1およびS2で算出されたσ2 t,intraおよびσ2 t,interのうち小さい方を、フレーム画像utのノイズ強度σ2 tとして決定し出力する。Next, the processing of the noise
以上で、画像処理装置2の動作の説明を終了する。
This is the end of the description of the operation of the
次に、本発明の第2の実施の形態の効果について述べる。 Next, effects of the second exemplary embodiment of the present invention will be described.
本発明の第2の実施の形態としての画像処理装置は、テクスチャまたは動きの多い領域を含む映像であっても、ノイズの強度をさらに正確に推定することができる。 The image processing apparatus according to the second embodiment of the present invention can more accurately estimate the noise intensity even for an image including a texture or an area with a lot of motion.
その理由について説明する。本実施の形態では、フレーム内ノイズ分散推定部が、フレーム画像を分割した各ブロックにおける画素値の分散についてヒストグラムを生成し、ヒストグラムに基づいて定めた平坦判定閾値を用いて、平坦領域を抽出する。そして、フレーム内ノイズ分散推定部が、平坦領域の画素値の分散の統計量を、フレーム内ノイズ分散として推定するからである。また、フレーム間ノイズ分散推定部が、フレーム画像および近接フレーム画像間の差分画像を分割した各ブロックにおける画素値の分散を算出し、算出した分散を、フレーム内ノイズ分散に基づく動き判定閾値と比較することにより、動きのない領域を抽出する。そして、フレーム間ノイズ分散推定部が、動きのない領域における画素値の分散の統計量を、フレーム間ノイズ分散として推定するからである。そして、ノイズ強度決定部が、フレーム内ノイズ分散およびフレーム間ノイズ分散のうち小さい方を、フレーム画像のノイズ強度として決定するからである。 The reason will be described. In the present embodiment, the intra-frame noise variance estimating unit generates a histogram for the variance of pixel values in each block obtained by dividing the frame image, and extracts a flat region using a flatness determination threshold determined based on the histogram. . Then, the intra-frame noise variance estimating unit estimates the statistic of the variance of the pixel values in the flat region as the intra-frame noise variance. Further, the inter-frame noise variance estimating unit calculates the variance of the pixel value in each block obtained by dividing the difference image between the frame image and the adjacent frame image, and compares the calculated variance with a motion determination threshold based on the intra-frame noise variance. By doing so, an area without motion is extracted. Then, the inter-frame noise variance estimating unit estimates the statistic of the variance of the pixel values in the area without motion as the inter-frame noise variance. Then, the noise intensity determination unit determines the smaller one of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance as the noise intensity of the frame image.
このように、本実施の形態は、テクスチャが多い画像の場合に真値より大きくなるフレーム内ノイズ分散と、動きが多い画像の場合に真値より大きくなるフレーム間ノイズ分散とのうち、小さいものを選択してフレーム画像のノイズ強度として決定する。これにより、本実施の形態は、動きが多いがテクスチャが少ない画像や、テクスチャが多いが動きが少ない画像に対して、より真値に近いノイズ強度を決定することができ、ノイズ強度推定の精度を向上させる。 As described above, in the present embodiment, the smaller one of the intra-frame noise variance that becomes larger than the true value in the case of an image with many textures and the inter-frame noise variance that becomes larger than the true value in the case of an image with many motions Is selected as the noise intensity of the frame image. As a result, the present embodiment can determine a noise intensity closer to a true value for an image having a large amount of motion but a small amount of texture, or an image having a large amount of texture but a small amount of movement, and thus the accuracy of the noise intensity estimation can be determined. Improve.
また、本実施の形態は、フレーム間ノイズ分散を算出する際に、フレーム内ノイズ分散を用いて動き判定閾値を算出する。このため、画像ごとに動き判定閾値をユーザが調整する必要がない。また、本実施の形態は、フレーム間ノイズ分散を、ブロックごとのノイズ分散がフレーム内ノイズ分散より小さなブロックだけを用いて算出することになる。このため、本実施の形態は、動きのない領域があると判定できる場合には、フレーム内分散よりも真値に近いノイズ分散の推定結果を得ることができる。 Further, in the present embodiment, when calculating the inter-frame noise variance, the motion determination threshold is calculated using the intra-frame noise variance. Therefore, there is no need for the user to adjust the motion determination threshold for each image. Further, in the present embodiment, the inter-frame noise variance is calculated using only blocks in which the noise variance of each block is smaller than the intra-frame noise variance. For this reason, in the present embodiment, when it can be determined that there is an area without motion, it is possible to obtain a noise variance estimation result closer to the true value than the intra-frame variance.
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の説明において参照する各図面において、本発明の第2の実施の形態と同一の構成および同様に動作するステップには同一の符号を付して本実施の形態における詳細な説明を省略する。(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the drawings referred to in the description of the present embodiment, steps having the same configuration and the same operation as those in the second embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions in the present embodiment will be given. Description is omitted.
まず、本発明の第3の実施の形態としての画像処理装置3の構成を図9に示す。図9において、画像処理装置3は、本発明の第2の実施の形態としての画像処理装置2に対して、フレーム間ノイズ分散推定部22に替えて、フレーム間ノイズ分散推定部32を備える点が異なる。フレーム間ノイズ分散推定部32は、図10に示すように、本発明の第2の実施の形態におけるフレーム間ノイズ分散推定部22に対して、動き判定部224に替えて動き判定部324を含み、さらに、分散ヒストグラム生成部326および動き判定閾値算出部327を含む点が異なる。フレーム間ノイズ分散推定部32は、これらの機能ブロックを用いて、フレーム内ノイズ分散に基づく第1の閾値と、差分画像のブロック毎の画素値の分散に基づく第2の閾値とに基づいて、動き判定閾値を決定する。そして、フレーム間ノイズ分散推定部32は、差分画像のブロック毎の画素値の分散が、動き判定閾値よりも小さい領域を動きのない領域として、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interを推定する。First, FIG. 9 shows a configuration of an
具体的には、分散ヒストグラム生成部326は、差分画像dにおける各ブロックの分散値vinter(i,j)のヒストグラムを生成する。Specifically, the variance
動き判定閾値算出部327は、差分画像dの各ブロックの分散値vinter(i,j)のヒストグラムと、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraとに基づいて、動き判定閾値τnomvを算出する。具体的には、動き判定閾値算出部327は、動き判定閾値τnomvの1つ目の候補として、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraに基づく第1の閾値τnomv1を算出する。第1の閾値τnomv1の算出には、式(1)を用いればよい。The motion
また、動き判定閾値算出部327は、動き判定閾値τnomvの2つ目の候補として、差分画像dの各ブロックの分散値vinter(i,j)に基づく第2の閾値τnomv2を算出する。具体的には、動き判定閾値算出部327は、分散値vinter(i,j)のヒストグラムの下位γnomvパーセントを、動きのない領域で算出された分散であるとみなし、そのビンの値を第2の閾値τnomv2としてもよい。ここで、γnomvは、あらかじめ定められた100以下の正数である。例えば、動き判定閾値算出部327は、ヒストグラムの度数の下位からの合計がγnomvパーセントを超える最も小さいビンの幅に含まれる値を第2の閾値τnomv2としてもよい。また、動き判定閾値算出部327は、ヒストグラムの度数の下位からの合計がγnomvパーセントを超えない最も大きいビンの幅に含まれる値を第2の閾値τnomv2としてもよい。なお、ビンの幅に含まれる値とは、そのビンの幅の中央値、最小値、または、最大値等であってもよい。そして、動き判定閾値算出部327は、第1の閾値τnomv1および第2の閾値τnomv2のうち小さい方を、動き判定閾値τnomvとする。すなわち、動き判定閾値算出部327は、次式(4)を用いて動き判定閾値τnomvを算出する。
The motion determination threshold
動き判定部324は、本発明の第2の実施の形態における動き判定部224と略同様に構成されるが、動き判定閾値τnomvとして、動き判定閾値算出部327により算出された閾値を用いる点が異なる。具体的には、動き判定部324は、差分画像dのブロックのうち、その分散vinter(i,j)が、動き判定閾値算出部327により算出された動き判定閾値τnomvより小さいブロックを、動きのない領域と判定する。そして、動き判定部324は、本発明の第2の実施の形態と同様に、ブロック位置(i,j)における動き判定結果m(i,j)として、1(動きがない)または0(動きがある)を設定する。The
以上のように構成された画像処理装置3の動作について説明する。画像処理装置3の動作は、本発明の第2の実施の形態としての画像処理装置2の動作と略同様であるが、図8を参照して説明したフレーム間ノイズ分散推定処理の詳細が異なる。
The operation of the
本実施の形態におけるフレーム間ノイズ分散推定処理の動作を、図11に示す。 FIG. 11 shows the operation of the inter-frame noise variance estimation processing in the present embodiment.
図11では、まず、フレーム間ノイズ分散推定部32は、ステップS31〜S33まで、本発明の第2の実施の形態と同様に動作して、差分画像dの各ブロックについて分散vinter(i,j)を算出する。In FIG. 11, first, the inter-frame noise
次に、動き判定閾値算出部327は、フレーム内ノイズ分散σ2 t,intraに基づいて、第1の閾値τnomv1を算出する(ステップS44)。Next, the motion
前述のように、動き判定閾値算出部327は、式(1)を用いて第1の閾値τnomv1を算出してもよい。As described above, the motion determination threshold
次に、分散ヒストグラム生成部326は、各ブロックの分散vinter(i,j)についてヒストグラムを生成する。そして、動き判定閾値算出部327は、ヒストグラムの下位γnomvパーセントのビンの値に基づいて、第2の閾値τnomv2を算出する(ステップS45)。Next, the variance
次に、動き判定閾値算出部327は、第1の閾値τnomv1および第2の閾値τnomv2を比較し、小さい方を動き判定閾値τnomvとする(ステップS46)。Next, the motion determination
次に、フレーム間ノイズ分散推定部32は、本発明の第2の実施の形態と同様にステップS35を実行し、フレーム間ノイズ分散σ2 t,interを推定する。Next, the inter-frame noise
以上で、フレーム間ノイズ分散推定部32は、フレーム間ノイズ分散推定処理の動作を終了する。
Thus, the inter-frame noise
次に、本発明の第3の実施の形態の効果について述べる。 Next, effects of the third exemplary embodiment of the present invention will be described.
本発明の第3の実施の形態としての画像処理装置は、画像にテクスチャが多い画像に対して、ノイズの強度をさらに正確に推定することができる。 The image processing apparatus according to the third embodiment of the present invention can more accurately estimate the noise intensity for an image having many textures.
その理由について説明する。本実施の形態では、本発明の第2の実施の形態と同様の構成に加えて、フレーム間ノイズ分散推定部が、次のように構成されるからである。すなわち、フレーム間ノイズ分散推定部が、フレーム内ノイズ分散に基づく第1の閾値と、差分画像のブロックごとの分散値に基づいて算出される第2の閾値との小さい方を動き判定閾値とする。そして、フレーム間ノイズ分散推定部が、この動き判定閾値を用いて、フレーム画像において動きのない領域を推定し、動きのない領域の画素値に基づいて、フレーム間ノイズ分散を算出するからである。 The reason will be described. This is because, in the present embodiment, in addition to the same configuration as the second embodiment of the present invention, the inter-frame noise variance estimating unit is configured as follows. That is, the inter-frame noise variance estimating unit sets a smaller one of the first threshold based on the intra-frame noise variance and the second threshold calculated based on the variance of each block of the difference image as the motion determination threshold. . Then, the inter-frame noise variance estimating unit estimates an area without motion in the frame image using the motion determination threshold, and calculates an inter-frame noise variance based on the pixel value of the area without motion. .
このため、本実施の形態は、より厳密に動き判定を行うことが可能になり、フレーム間ノイズ分散をより正確に推定することになる。その結果、本実施の形態は、画像にテクスチャが多い場合でも、フレーム間ノイズ分散をより正確に推定可能となる。 For this reason, in the present embodiment, it is possible to make a more precise motion determination, and to more accurately estimate the inter-frame noise variance. As a result, the present embodiment can more accurately estimate the inter-frame noise variance even when the image has many textures.
(第4の実施の形態)
次に、本発明の第4の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の説明において参照する各図面において、本発明の第3の実施の形態と同一の構成および同様に動作するステップには同一の符号を付して本実施の形態における詳細な説明を省略する。(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the drawings referred to in the description of the present embodiment, steps having the same configuration and the same operation as those in the third embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description in the present embodiment will be given. Description is omitted.
まず、本発明の第4の実施の形態としての画像処理装置4の構成を図12に示す。図12において、画像処理装置4は、本発明の第3の実施の形態としての画像処理装置3と同様の構成に加えて、さらに、ノイズ抑圧部44を備える。
First, FIG. 12 shows a configuration of an
ノイズ抑圧部44は、フレーム画像utに対して、ノイズ強度決定部23によって決定されるノイズ強度σ2 tを用いてノイズ抑圧処理を適用し、ノイズが抑圧された画像ztを生成する。そして、ノイズ抑圧部44は、画像ztを出力する。
ここで、ノイズ抑圧処理には、様々な公知の手法を適用可能である。一例として、適応ウィナーフィルタによるノイズ抑圧(ノイズ除去)の例を示す。 Here, various known methods can be applied to the noise suppression processing. As an example, an example of noise suppression (noise removal) by an adaptive Wiener filter will be described.
適応ウィナーフィルタについて説明する。ここでは、uを入力画像とし、uに含まれるノイズの分散をσ2 nとする。また、局所領域として画素位置(x,y)を中心とする5画素×5画素の領域を用いるものとする。この場合、この局所領域の画素値の局所平均値μ(x,y)は、次式(5)で表される。
The adaptive Wiener filter will be described. Here, u is an input image, and the variance of noise included in u is σ 2 n . Also, a region of 5 pixels × 5 pixels centering on the pixel position (x, y) is used as a local region. In this case, the local average value μ (x, y) of the pixel values in this local area is represented by the following equation (5).
また、この領域の画素値の局所分散σ2 v(x,y)は、次式(6)で表される。
Further, the local variance σ 2 v (x, y) of the pixel values in this area is represented by the following equation (6).
このとき、適応ウィナーフィルタによる処理結果z(x,y)は、次式(7)で表される。
At this time, the processing result z (x, y) by the adaptive Wiener filter is expressed by the following equation (7).
適応ウィナーフィルタでは、注目画素における局所分散σ2 v(x,y)がノイズ分散σ2 nと同程度である場合、すなわち注目画素が平坦領域にある場合は、z(x,y)は、局所平均値μ(x,y)に近づく。一方、注目画素がエッジである場合のように、局所分散σ2 v(x,y)が大きな領域にある場合、z(x,y)は、入力信号であるu(x,y)に近づく。In the adaptive Wiener filter, when the local variance σ 2 v (x, y) at the pixel of interest is approximately equal to the noise variance σ 2 n , that is, when the pixel of interest is in a flat region, z (x, y) is It approaches the local average value μ (x, y). On the other hand, when the local variance σ 2 v (x, y) is in a large area, such as when the target pixel is an edge, z (x, y) approaches u (x, y) as the input signal. .
ノイズ抑圧部44は、このような適応ウィナーフィルタの入力画像uとしてフレーム画像utを適用し、ノイズの分散σ2 nとして、ノイズ強度決定部23で算出されたノイズ強度σ2 tを適用することにより、ノイズが抑圧された画像ztを生成する。なお、ノイズ抑圧部44が適応ウィナーフィルタを採用する場合、上述の局所領域は5画素×5画素に限定されるものではない。
以上のように構成された画像処理装置4の動作について、図13を参照して説明する。
The operation of the
図13では、まず、フレーム内ノイズ分散推定部21、フレーム間ノイズ分散推定部32およびノイズ強度決定部23は、フレーム画像utおよび近接フレーム画像ut−1を入力として、フレーム画像utのノイズ強度σ2 tを推定する(ステップS51)。In Figure 13, first, the intra-frame noise
なお、ステップS51のノイズ強度推定動作は、図3、図7、図11を参照して説明した本発明の第3の実施の形態としての画像処理装置3の動作と同様である。
The noise intensity estimation operation in step S51 is the same as the operation of the
次に、ノイズ抑圧部44は、注目画素位置(x,y)においてフレーム画像utの局所平均μ(x,y)および局所分散σ2 v(x,y)を算出する(ステップS52)。Next, the
次に、ノイズ抑圧部44は、例えば適応ウィナーフィルタを用いて、注目画素位置(x,y)におけるノイズ除去画像z(x,y)を算出する(ステップS53)。
Next, the
ここで、フレーム画像utの全画素うち処理の完了していない画素がある場合(ステップS54でNo)、ノイズ抑圧部44は、ステップS52に戻って処理を継続する。Here, if there is a pixel that is not completed for all pixels out process of a frame image u t (No in step S54), the
一方、フレーム画像utの全画素についてステップS52〜S53を完了したならば(ステップS54でYes)、ノイズ抑圧部44は、動作を終了する。On the other hand, if completed the steps S52~S53 for all pixels of the frame image u t (Yes in step S54), the
以上で、画像処理装置4は、動作を終了する。
Thus, the operation of the
次に、本発明の第4の実施の形態の効果について述べる。 Next, effects of the fourth embodiment of the present invention will be described.
本発明の第4の実施の形態としての画像処理装置は、テクスチャまたは動きの多い領域を含む映像に対して、フレーム画像ごとにより適切なノイズ強度を用いて、より適切なノイズ抑圧処理を実行することができる。 The image processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention executes more appropriate noise suppression processing on an image including a texture or an area with a lot of motion by using a more appropriate noise intensity for each frame image. be able to.
その理由について説明する。本実施の形態では、ノイズ抑圧部が、フレーム画像毎に、本発明の第3の実施の形態と同様の構成により決定されたノイズ強度を用いて、ノイズ抑圧処理を施すからである。 The reason will be described. This is because, in the present embodiment, the noise suppression unit performs the noise suppression process for each frame image using the noise intensity determined by the same configuration as in the third embodiment of the present invention.
なお、本実施の形態として、本発明の第3の実施の形態の構成に、ノイズ抑圧部を加えた画像処理装置について説明した。これに限らず、本発明の第1または第2の実施の形態の構成に、本実施の形態のノイズ抑圧部を加えた画像処理装置も、本実施の形態と同様の効果を奏する。 Note that, as the present embodiment, an image processing apparatus in which a noise suppression unit is added to the configuration of the third embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited thereto, and an image processing apparatus in which the noise suppression unit of the present embodiment is added to the configuration of the first or second embodiment of the present invention also has the same effect as that of the present embodiment.
また、上述した本発明の第2から第4の実施の形態において、ノイズ強度決定部は、フレーム内ノイズ分散およびフレーム間ノイズ分散のうち小さい方を、フレーム画像におけるノイズ強度として決定するものとして説明した。ただし、各実施の形態のノイズ強度決定部は、必ずしも小さい方そのものをノイズ強度として適用しなくてもよい。例えば、ノイズ強度決定部は、フレーム内ノイズ分散およびフレーム間ノイズ分散のうち小さい方を用いて所定の演算を行うことにより、ノイズ強度を決定してもよい。 Further, in the above-described second to fourth embodiments of the present invention, the noise intensity determination unit determines that the smaller of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance is determined as the noise intensity in the frame image. did. However, the noise intensity determination unit of each embodiment does not necessarily have to apply the smaller noise intensity itself. For example, the noise intensity determination unit may determine the noise intensity by performing a predetermined operation using the smaller of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance.
また、上述した本発明の各実施の形態において、画像処理装置の各機能ブロックが、記憶装置またはROMに記憶されたコンピュータ・プログラムを実行するCPUによって実現される例を中心に説明した。これに限らず、各機能ブロックの一部、全部、または、それらの組み合わせが専用のハードウェアにより実現されていてもよい。 Also, in each of the embodiments of the present invention described above, each functional block of the image processing apparatus has been described mainly with respect to an example in which the functional blocks are realized by a CPU that executes a computer program stored in a storage device or a ROM. However, the present invention is not limited to this, and some, all, or a combination of the functional blocks may be realized by dedicated hardware.
また、上述した本発明の各実施の形態において、画像処理装置の機能ブロックは、複数の装置に分散されて実現されてもよい。 Further, in each of the embodiments of the present invention described above, the functional blocks of the image processing device may be implemented by being distributed to a plurality of devices.
また、上述した本発明の各実施の形態において、各フローチャートを参照して説明した画像処理装置の動作を、本発明のコンピュータ・プログラムとしてコンピュータ装置の記憶装置(記憶媒体)に格納しておく。そして、係るコンピュータ・プログラムを当該CPUが読み出して実行するようにしてもよい。そして、このような場合において、本発明は、係るコンピュータ・プログラムのコードあるいは記憶媒体によって構成される。 In each of the embodiments of the present invention described above, the operation of the image processing apparatus described with reference to each flowchart is stored in a storage device (storage medium) of a computer device as a computer program of the present invention. Then, the CPU may read and execute the computer program. In such a case, the present invention is configured by the code of the computer program or the storage medium.
また、上述した各実施の形態は、適宜組み合わせて実施されることが可能である。 In addition, the above-described embodiments can be implemented in appropriate combinations.
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。 The present invention has been described above using the above-described embodiment as a typical example. However, the invention is not limited to the embodiments described above. That is, the present invention can apply various aspects that can be understood by those skilled in the art within the scope of the present invention.
この出願は、2015年5月18日に出願された日本出願特願2015−101272を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-101272 filed on May 18, 2015, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety.
1、2、3、4 画像処理装置
11、21 フレーム内ノイズ分散推定部
12、22、32 フレーム間ノイズ分散推定部
13、23 ノイズ強度決定部
44 ノイズ抑圧部
211 ブロック分割部
212 ブロック内分散算出部
213 分散ヒストグラム生成部
214 フレーム内ノイズ分散算出部
221 差分画像生成部
222 差分画像ブロック分割部
223 差分画像ブロック内分散算出部
224、324 動き判定部
225 フレーム間ノイズ分散算出部
326 分散ヒストグラム生成部
327 動き判定閾値算出部
901 画像入力装置
902 出力装置
1001 CPU
1002 メモリ1, 2, 3, 4
1002 memory
Claims (6)
前記フレーム画像および前記フレーム画像に時間的に近接する近接フレーム画像間の差分を表す差分画像において、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間で動きのない領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間におけるノイズの分散であるフレーム間ノイズ分散を推定するフレーム間ノイズ分散推定手段と、
前記フレーム内ノイズ分散および前記フレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの強度を決定するノイズ強度決定手段と、
を備えた画像処理装置。 In a frame image included in the video, an intra-frame noise variance estimating unit that estimates an intra-frame noise variance, which is a variance of noise in the frame image, based on a pixel value belonging to a flat region where a change in pixel value is flat,
In a difference image representing a difference between the frame image and a neighboring frame image temporally close to the frame image, the frame image is based on a pixel value belonging to an area where there is no movement between the frame image and the neighboring frame image. And an inter-frame noise variance estimating means for estimating an inter-frame noise variance that is a variance of noise between the adjacent frame images,
A noise intensity determining unit that determines a noise intensity in the frame image based on a smaller one of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance,
An image processing device comprising:
映像に含まれるフレーム画像において、画素値の変化が平坦な平坦領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの分散であるフレーム内ノイズ分散を推定し、
前記フレーム画像および前記フレーム画像に時間的に近接する近接フレーム画像間の差分を表す差分画像において、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間で動きのない領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間におけるノイズの分散であるフレーム間ノイズ分散を推定し、
前記フレーム内ノイズ分散および前記フレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの強度を決定する画像処理方法。 Computer equipment
In a frame image included in a video, a change in pixel value is based on a pixel value belonging to a flat area, and an intra-frame noise variance that is a variance of noise in the frame image is estimated.
In a difference image representing a difference between the frame image and a neighboring frame image temporally close to the frame image, the frame image is based on a pixel value belonging to an area where there is no movement between the frame image and the neighboring frame image. Estimating the inter-frame noise variance, which is the variance of noise between the adjacent frame images,
An image processing method for determining a noise intensity in the frame image based on a smaller one of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance.
前記フレーム画像および前記フレーム画像に時間的に近接する近接フレーム画像間の差分を表す差分画像において、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間で動きのない領域に属する画素値に基づいて、前記フレーム画像および前記近接フレーム画像間におけるノイズの分散であるフレーム間ノイズ分散を推定するフレーム間ノイズ分散推定ステップと、
前記フレーム内ノイズ分散および前記フレーム間ノイズ分散のうち小さい方に基づいて、前記フレーム画像におけるノイズの強度を決定するノイズ強度決定ステップと、
をコンピュータ装置に実行させる画像処理プログラム。 In a frame image included in the video, an intra-frame noise variance estimating step of estimating an intra-frame noise variance that is a variance of noise in the frame image based on a pixel value belonging to a flat region where a change in pixel value is flat,
In a difference image representing a difference between the frame image and a neighboring frame image temporally close to the frame image, the frame image is based on a pixel value belonging to an area where there is no movement between the frame image and the neighboring frame image. And an inter-frame noise variance estimating step of estimating an inter-frame noise variance that is a variance of noise between the adjacent frame images,
A noise intensity determining step of determining an intensity of noise in the frame image based on a smaller one of the intra-frame noise variance and the inter-frame noise variance;
The image processing program causing a computer to execute the device.
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