JPH08202871A

JPH08202871A - 画像情報処理装置

Info

Publication number: JPH08202871A
Application number: JP2611795A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Maruo; 和幸丸尾
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1995-01-20
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】デジタル画像情報の処理で、画像情報内のノ
イズ成分を高速に除去する画像情報処理装置。【構成】この発明は画像情報の処理において、初めに
全画素について注目画像と近傍画像とで濃度値の平均値
を算出手段で算出し、次にその平均値と注目画像及び近
傍画像の分散値を算出手段で算出し、その分散値と閾値
とを比較器で比較し、分散値が閾値より大きい画像のみ
メディアンフィルタ手法で処理して出力画像値とし、分
散値が閾値より小さいときは前記平均値を出力画像値と
する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、デジタル画像の情報
を処理する場合に画像情報内のノイズ（雑音）成分を高
速に除去する画像情報処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータの普及により画像をデジタ
ル的に取り扱うデジタル画像が多くなっている。デジタ
ル画像は例えばＣＣＤのような撮像カメラで撮像し、画
素の濃度をＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）して
デジタル化した画像にし、メモリに記憶し、必要な処理
を施し、記憶保存したり、通信伝送したりして、最終的
には表示装置に表示する。画素数は任意に決めてもよい
が、一般的には縦横で約４８０×６４０＝３０７，２０
０ポイント程度である。カラー画像の場合はＲ（赤）Ｇ
（緑）Ｂ（青）の３色を扱うので取り扱うデータ数が３
倍になる。

【０００３】ところで、デジタル画像の取扱いにおい
て、やっかいなものの１つにノイズ（雑音）の問題があ
る。ノイズは光源、イメージセンサ、増幅器などから発
生したり、これらの回路に誘導してきたり、通信伝送時
に挿入されたりして画像に重畳する。パルス状のノイズ
が入ると黒のポイントが白になったり、逆に白が黒にな
ったりして情報の質が低下し、誤判断したりすることも
ある。少なくともパルス状のノイズだけは除きたい。そ
こでデジタル画像処理では、従来よりノイズの低減処理
方法に多くの提案がなされてきた。この処理は画像の変
換過程で行う濃淡画像処理の最初に行う処理である。

【０００４】画像の濃淡情報処理の形態は、注目画素の
濃度値を近傍画素の濃度値の演算結果で置き代えるもの
で、近傍処理ともいわれる。この近傍処理でのノイズ低
減法には算術平均による平均フィルタによる方法、Ｎ個
のデータ値を大きさの順に並べて中央値を選ぶメディア
ンフィルタによる方法等いくつかの方法が提案されてい
る。

【０００５】具体的に説明する。図３に示す升目はメモ
リマップであり、メモリに記憶されている画像を表し、
Ｘ軸方向に画素ｘが６４０ポイント、Ｙ軸方向に画素ｙ
が４８０ポイント配列されているとする。注目画像ｆ
（ｍ，ｎ）をｘ＝ｍ、ｙ＝ｎの場所の画像とし、３
×３の窓で処理する場合は、その注目画像ｆ（ｍ，ｎ）
とそのまわりの８個所の画像の濃度値について処理を行
う。ここで画素とは１画面を構成する各ポイント、つま
り１画面３０万ポイントの１つ１つの要素をいい、画像
とは濃度値を有する画素をいうこととする。

【０００６】平均フィルタによる方法とは、例えば図３
に示す３×３＝９の画素の濃度値の算術平均を求め
て注目画像ｆ（ｍ，ｎ）の濃度値、つまり平均画像ｇ
（ｍ，ｎ）とするものである。数式で表すと次式とな
る。ｇ（ｍ，ｎ）＝（１／９）ΣΣｆ（ｍ＋ｉ，ｎ＋ｊ）、但しｉ及びｊは、−１、０、＋１である。上記演算を
全ての画素について行い、全ての画素の濃度つまり平均
画像を求める。この処理を行うと画像のエッジ付近がぼ
けてくる。このためにこの方法は濃度変化の滑らかな画
像に適用される。

【０００７】メディアンフィルタによる方法とは、画像
の観察窓の中の画素の濃度の中央値（ｍｅｄｉａｎ）で
中央画素の濃度値を置き換える操作をいう。図４に１次
元メディアンフィルタの例を示す。図４（Ａ）は原画像
であり、図４（Ｂ）はフィルタ処理後の画像である。数
字は画像の濃度を表す。原画像図４（Ａ）をみると、左
端より（３）（５）（１０）番目の画素にパルス性のノ
イズ４０、−１０、−３０が重畳している。この原画像
を大きさ５のメディアンフィルタで処理すると図４
（Ｂ）となり、雑音が除去される。ここで濃度値は、０
〜１００の数字で表している。

【０００８】メディアンフィルタの処理を説明する。例
えば図４（Ａ）の原画像の左端から（３）番目の画素を
観察窓の大きさ５で行うと、その配列は２０、２０、６
０、２０、１０となる。これを大きさの順にソーティン
グ（並び換え）すると、１０、２０、２０、２０、６０
となる。この中央値は２０であるので、この（３）番目
の画素の濃度値を６０から２０に置き換える。同様に
（５）番目の画素での大きさ５の配列は６０、２０、１
０、２０、４０となる。ソート（並び換え）すると、１
０、２０、２０、４０、６０となり、この中央値は２０
であるので、１０から２０に置き換える。（７）番目の
画素のソート配列は１０、２０、４０、４０、４０であ
り、中央値は４０であるので濃度値は同じく４０であ
る。このようにして図４（Ｂ）が得られるのである。

【０００９】このように、メディアンフィルタはパルス
状のノイズを除くのに最も有効な方法である。図３の２
次元画素では、一般に近傍画素の大きさ３×３＝９のメ
ディアンフィルタで処理する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述のように画面の画
像処理でパルス状のノイズを除去するには３×３のメデ
ィアンフィルタで処理するのが有効な手段であるが、コ
ンピュータを用いてもソーティングするのにかなりに時
間を要するという欠点がある。例えば算術平均をコンピ
ュータで行うのを１ステップとすると、ソーティングす
るのに最大の場合の時間は画素数の２乗、つまり３×３
の９画素で行うと、９²＝８１ステップの時間を要す
る。全画素を処理した場合にステップ数を平均するとそ
の約１／２倍となるので平均で１処理４０ステップ、つ
まり平均化フィルタ処理の４０倍の時間を要する。

【００１１】一方、計算時間が速い近傍画素の平均化フ
ィルタでは、パルス状のノイズ成分を除去することが出
来ない。例えば、近傍画素９画素の内８画素が濃度１で
１画素のみがパルス状ノイズで濃度１００とすると、注
目画素の変換濃度はメディアンフィルタでは濃度１とな
るが、平均化フィルタでは濃度１２となる。また７画素
が濃度１で２画素が濃度１００とすると、注目画素の変
換濃度はメディアンフィルタでは濃度１であり、平均化
フィルタでは濃度２３と大きくなる。このように平均化
フィルタではパルス状のノイズの影響が大きく、平均化
フィルタのみでは画像情報処理はできない。

【００１２】上述のようにノイズを除去する画像情報処
理において、平均化フィルタではパルス状ノイズを除去
することができず、またメディアンフィルタでは処理時
間が４０倍程度長くなり、いずれにも問題点がある。こ
の発明は、処理時間をなるべく短くし、しかもパルス状
ノイズも除去しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は１画面３０万強の画素の内、パルス状ノ
イズを有する画素は多くても１千画素以下であることに
着眼して、ノイズを有する画素に関連する部分のみメデ
ィアンフィルタを用い、他の画素は平均化フィルタを用
いて画像処理を行なうものである。以下詳細に説明す
る。

【００１４】先ずデジタル化した画像情報を入力する
と、画像メモリに一時記憶する。そして、全ての画素に
ついて近傍画像３×３＝９画像の算術平均値を算出し
て、つまり平均化フィルタを通して別のメモリに記憶し
ておく。そしてこの個々の平均値画像にノイズが重畳し
ているかをチェックする。チェックの方法は注目画像と
近傍画像との分散値を算出して、その分散値を閾値（し
きい値）と比較する閾値処理を行いパルス状ノイズを含
む画像、つまり分散値が閾値より大きいものを取り出
し、その画像のみメディアンフィルタで処理することと
する。よって大部分の画像は平均化フィルタの濃度値を
用いることができる。画面の端の画像については、その
近傍の画素について行うので、角の画素では４画素、他
の端の画素については６画素で処理する。

【００１５】分散値とは注目画素の濃度値の平均値と注
目画素及び近傍画素との濃度値の差の２乗の和の平均を
いう。３×３の９画素での分散値Ｄの数式は次式とな
る。Ｄ＝（１／９）Σ（Ｓ_a−ｆ_i）²、ここでＤは分
散値、Ｓ_aは注目画素と近傍画素の濃度値との注目画像
平均値、ｆ_iは注目画素と近傍画素の個々の濃度値であ
り、Σは注目画素と近傍画素の９画像の計算値の和をい
う。そして分散値の計算は１ステップですむ。

【００１６】閾値Ｔは対象とする物体の画面により異な
るが、例えばＬＣＤ（液晶）の試験装置に用いるときに
は１０から３０程度でよい。画面により変えた方がよい
ので表示画面を見ながら手動により可変できるようにす
る。

【００１７】

【実施例】図１に本発明の一実施例の構成ブロック図
を、図２に処理の流れ図を示す。図１において、例えば
ＣＣＤ撮像装置で撮像した画面をＡ／Ｄ変換したデジタ
ル画像情報を入力端子１１からデジタル画像入力装置１
２を通して入力し、各ポイントの画像ｆ（ｍ，ｎ）毎に
入力画像メモリ１３に記憶する。入力画像メモリ１３で
は概念的には図３に示すように１画面の各画素の濃度デ
ータをＸ軸Ｙ軸の配列通りに記憶する。

【００１８】平均値算出手段１４では、入力画像メモリ
１３の濃度データを用いて、各画像ｆ（ｍ，ｎ）毎に３
×３の近傍画像との算術平均値ｇ（ｍ，ｎ）＝（１／
９）ΣΣｆ（ｍ＋ｉ，ｎ＋ｊ）、但しｉ及びｊは、−
１、０、＋１、を求めて、他のメモリに記憶する。

【００１９】分散値算出手段１５では、上記各注目画像
の算術平均値ｇ（ｍ，ｎ）と入力画像メモリ１３の注目
画像及び近傍画像ｆ（ｍ＋ｉ，ｎ＋ｊ）との分散値Ｄ、
Ｄ＝（１／９）Σ（Ｓ_a−ｆ_i）²、を求め別のメモリ
に記憶する。分散値Ｄが小さいということは、９つの画
像の濃度がほぼ一定であることを意味する。これに対し
て分散値Ｄが大きいということは、９つの画像の中に全
く反対の濃度の画素が含まれていることを意味する。つ
まりノイズを含んでいることを意味する。

【００２０】デジタル値比較手段１６では、分散値算出
手段１５で求めた分散値Ｄと予め設定した閾値Ｔとの大
小が比較される。閾値Ｔの値は画面により換えた方がよ
いので、手動により表示画面を見ながら可変できるよう
にした。前述のようにＬＣＤ試験装置では閾値Ｔが１０
から３０の間が適当であった。最終的には被対象物を用
い、表示画面を見ながら実験で決めるのがよい。

【００２１】分散値Ｄが閾値Ｔと等しいかより小さいと
きは、平均値算出手段１４で算出した平均値、つまり平
均化フィルタを通した平均値をそのまま出力画像メモリ
１８に記憶させる。分散値Ｄが閾値Ｔより大きいとき
は、ノイズが含まれているのでメディアンフィルタ手法
算出手段１７で算出する。つまり入力画像メモリ１３の
濃度値を用い、３×３の近傍画像の濃度値をソーティン
グ（並び換え）してその中央値（メディアン）を選び出
し、出力して出力画像メモリ１８に記憶させる。ここで
分散値Ｄが閾値Ｔと等しいときは、上記では平均値に割
り当てたが、平均値かメディアン値かのどちらかに割り
当てればよい。空きが無ければよい。

【００２２】全ての画素の処理が終わり、出力画像メモ
リ１８の記憶が全て終了すると、デジタル画像情報出力
装置１９を通して出力し、例えば表示器で表示する。以
上の構成において、平均値算出手段１４と分散値算出手
段１５とデジタル値比較手段１６とメディアンフィルタ
手法算出手段１７とはコンピュータ（ＣＰＵ）２５で構
成してもよい。

【００２３】図２はこの画像情報処理装置の処理の流れ
図である。画像情報を入力し３２、各画素毎にメモリに
記憶し３３、全画素について注目画像と近傍画像との平
均値を算出し３４、３５、次に全画素について注目画像
と近傍画像とで分散値を算出し３６、３７、全画素の分
散値を閾値と比較し３８、分散値が閾値より小さいとき
にはその画像の平均値をただちに出力画像メモリに記憶
し４０、分散値が閾値より大きいときはその注目画像と
近傍画像とでメディアンフィルタ手法で処理し３９、そ
の値を画像メモリに記憶し４０、画像情報を出力する４
１。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明は
パルス状のノイズが重畳している画像については、処理
時間はかかるがノイズを除去するメディアンフィルタ手
法で処理し、ノイズの無い画像については処理時間が速
い平均化フィルタ手法で処理したデータをそのまま用い
たので高速に雑音成分を除去できる画像情報処理装置が
得られた。

【００２５】例えば、画素数が３０万画素で、ノイズを
重畳した画素数が１千画素で、メディアンフィルタ手法
の処理時間が平均化フィルタ手法の４０倍かかるとす
る。すると、３×３の近傍画素を用いて処理するのでノ
イズに関連する画素数は９千画素、約１万画素となる。
従来は３０万画素全てをメディアンフィルタで処理して
いたのを１万画素弱のみでよくなったので、処理速度は
約３０万／１万倍、つまり従来の３０倍の速度でノイズ
を除去することができるようになり、その効果は大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】図１の処理の流れ図である。

【図３】画像メモリの各画素の記憶状況の概念図であ
る。

【図４】メディアンフィルタの説明図である。

【符号の説明】

１１入力端子１２デジタル画像情報入力装置１３入力画像メモリ１４平均値算出手段１５分散値算出手段１６デジタル値比較手段１７メディアンフィルタ手法算出手段１８出力画像メモリ１９デジタル画像情報出力装置２０出力端子２５コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デジタル画像情報を入力しノイズ成分を
除去したデジタル画像情報を出力する画像情報処理装置
において、入力したデジタル画像情報を記憶する入力画像メモリ
（１３）と、上記入力画像メモリ（１３）の各画素の濃度データ値を
用いて注目画像と近傍画像とで平均値を求め上記平均値
画像を記憶する平均値算出手段（１４）と、上記平均値算出手段（１４）で得られた各画素の平均値
画像により注目画像と近傍画像との分散値を求め上記分
散値を記憶する分散値算出手段（１５）と、上記分散値算出手段（１５）で得られた各画素の分散値
と予め設定した閾値との大小を比較するデジタル値比較
手段（１６）と、上記分散値が上記閾値より大きい画像についてメディア
ンフィルタ手法で注目画像と近傍画像とで中央値を求め
メディアン画像を記憶するメディアン手法算出手段（１
７）と、上記分散値が上記閾値より小さい画像については上記平
均値画像を、上記分散値が上記閾値より大きい画像につ
いては上記メディアン画像を記憶する出力画像メモリ
（１８）と、を具備することを特徴とする画像情報処理装置。
【請求項２】平均値算出手段（１４）と分散値算出手
段（１５）とデジタル比較手段（１６）とメディアンフ
ィルタ手法算出手段（１７）はコンピュータ（２５）で
構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像情
報処理装置。