JPH09130669A - ノイズ除去装置 - Google Patents

ノイズ除去装置

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JPH09130669A
JPH09130669A JP7285678A JP28567895A JPH09130669A JP H09130669 A JPH09130669 A JP H09130669A JP 7285678 A JP7285678 A JP 7285678A JP 28567895 A JP28567895 A JP 28567895A JP H09130669 A JPH09130669 A JP H09130669A
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JP
Japan
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circuit
noise
filter circuit
pixel
signal
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Application number
JP7285678A
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English (en)
Inventor
Makoto Miyake
真 三宅
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明のノイズ除去装置は、CCDを用いた
ビデオカメラにおいて、高照度時の画質を落とさずに、
低照度時のS/N劣化を防ぐため、照度の段階によっ
て、適応型巡回加算平均回路と、巡回型フィルタ回路と
を使い分けて、画質改善を行うことを目的とする。 【解決手段】 信号処理回路5は、輝度信号情報を出力
し、CPU6は、この輝度信号情報を受け取り、基準値
と比較して、アイリス2、AGC回路4の制御電圧を出
力し、スイッチ回路9を制御する。スイッチ回路9は、
適応型巡回加算平均回路7またはフィールド間巡回型フ
ィルタ回路8の出力をエンコーダ回路10に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CCDを用いたビ
デオカメラにおいて、高照度時の画質を落とさずに、低
照度時のS/N劣化を防ぐため、照度の段階によって、
フィルタ回路を使い分けて、画質改善を行うノイズ除去
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】CCDビデオカメラの信号対雑音比を決
定するのは、CCDセンサの雑音成分である。この雑音
成分は、光電変換時に発生するショット雑音と、電荷検
出時に発生するリセット雑音と、アンプ雑音とから成っ
ている。
【0003】上記雑音のうち、ショット雑音は信号電流
に依存しており、その大きさは、信号電子の数の平方根
に比例する。このため従来の大型撮像素子のように信号
電子の十分多い場合、ショット雑音は問題とならず、一
定の値を持つリセット雑音とアンプ雑音が低照度時に問
題となっていた。このため従来は、リセット雑音とアン
プ雑音の低減の検討がなされ、相関2重サンプリング法
などが実施されてきた。
【0004】ところが、近年の半導体の微細加工技術の
進展に連れ、CCDの小型化も進んできた。このCCD
の小型化によって、1つの画素で取り扱える信号電子数
が減少してきており、画素当たりの信号電子数の減少か
らショット雑音が無視できなくなってきた。
【0005】上記雑音を低減するため、従来、低照度で
は、フィールド間またはフレーム間での同一位置の画素
を加重平均処理する巡回型フィルタ回路を用いて平均化
し、雑音を低減させていた。巡回型フィルタ回路は、静
止画では、大きな改善が得られるが、動画では残像を生
じ、これを改善するために動き画素部分を検出し、この
部分のみ巡回係数を低くすることで残像を押さえてい
た。
【0006】しかし、巡回型フィルタ回路は、照度が高
い領域にて、動き画素部分を検出し、この部分のみ巡回
係数を低くしても残像が残り、雑音対策としてあまり有
効ではなかった。
【0007】一方、適応型巡回加算平均回路は、画像信
号の時間的または空間的に相関の高い画素を選んで加算
平均処理する。すなわち、1フィールド前、1ライン
前、1画素前の3画素から絶対値演算で最も相関の高い
画素を選択し、その画素と注目画素とで加算平均を行
い、S/Nの改善を図る。しかし、適応型巡回加算平均
回路は、照度が低い領域で、CCDからのショット雑音
が増加し、相関関係のある画素との加重平均だけでは対
応できなくなり、十分にS/Nが改善されなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このため本発明は、C
CDを用いたビデオカメラにおいて、高照度時の画質を
落とさずに、低照度時のS/N劣化を防ぐため、照度の
段階によって、画像信号の時間的または空間的に相関の
高い画素を選んで加算平均処理する適応型巡回加算平均
回路と、フィールド間またはフレーム間での同一位置の
画素を加重平均処理する巡回型フィルタ回路とを使い分
けて、画質改善を行うノイズ除去装置を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の請求項1に記載のノイズ除去装置は、C
CDを用いたビデオカメラにおいて、輝度信号のノイズ
を除去する第1のフィルタ回路と、輝度信号のノイズを
除去する第2のフィルタ回路と、この第1のフィルタ回
路の出力と第2のフィルタ回路の出力とを切り換えて出
力する切換手段と、輝度信号の大きさを検出する輝度検
出手段と、この輝度検出手段の検出結果に基づき、前記
切換手段の切り換えを制御する切換制御手段とを具備す
ることを特徴とする。
【0010】本発明の請求項2に記載のノイズ除去装置
は、請求項1に記載のノイズ除去装置を構成する手段に
おいて、第1のフィルタ回路が、輝度信号の1単位時間
前の画素、あるいは水平方向または垂直方向の隣接する
画素の中から相関の高い画素を選んで加算平均処理する
適応型巡回加算平均回路であることを特徴とする。
【0011】本発明の請求項3に記載のノイズ除去装置
は、請求項1または請求項2に記載のノイズ除去装置を
構成する手段において、第2のフィルタ回路が、フィー
ルド間またはフレーム間での同一位置の画素を加重平均
処理する巡回型フィルタ回路であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の実施の形態であ
る、CCDビデオカメラのノイズ除去装置の構成を示
す。レンズ1から入射した光は、アイリス(絞り)2で
光量を調節され、CCD3にて光電変換される。信号処
理回路5は、輝度信号と色信号の分離およびA/D変換
などを行い、さらに輝度信号の最大値に対して、画面内
測定範囲の重み付け、係数補正などの処理を行い、輝度
信号情報を出力する。CPU6は、この輝度信号情報を
受け取り、基準値と比較し、アイリス(絞り)2、AG
C(オートゲインコントロール)回路4の制御電圧を出
力し、スイッチ回路9を制御する。適応型巡回加算平均
回路7とフィールド間巡回型フィルタ回路8とは、信号
処理回路5の出力のデジタル輝度信号のノイズを除去す
る。スイッチ回路9は、適応型巡回加算平均回路7また
はフィールド間巡回型フィルタ回路8の出力をエンコー
ダ回路10に接続する。エンコーダ回路10は、D/A
変換と映像信号への合成などを行う。
【0013】図2は、適応型巡回加算平均回路の概念を
示す。この適応型巡回加算平均回路は、現時刻の画像n
(t)の注目画素と、空間的に最も高い相関性を有する近
傍画素、または1単位時間前の画像n(t-1)の相関性を有
する画素とに着目して加算平均を行い、雑音を低減する
回路である。このためCCDから出力される比較的小さ
なショット雑音を軽減することができる。
【0014】画像情報は、時間方向あるいは空間方向に
変化しているが、同時に複数の方向に対して変化する場
合はまれである。通常、ある方向に対して信号が変化し
ているとき、それ以外の方向への変化は小さく、信号の
相関性が高い。そこで、注目画素について、水平、垂
直、時間軸の3方向の遅延信号との差分を求め、相関性
の高い方向を探る。その結果、注目画素に対し相関が高
い最適の演算方向を決定し、加算平均処理によって雑音
の低減を図る。その際、演算の対象となる画素が遅延方
向の信号であるため、巡回型処理となり、雑音低減効果
が向上する。
【0015】上記の雑音除去は、演算方向を固定してい
る従来の処理と比べ、相関性の高い画素間の処理しか行
わないため解像度劣化は少ない。しかし、信号変化が2
以上の方向に対して起こった場合、得られた方向の画素
にも信号変化が混入しており、雑音除去により解像度劣
化を起こす可能性がある。
【0016】本実施の形態では、雑音の主な要因をショ
ット雑音と考え、信号量に応じた雑音量の予測を行う。
注目画素と最適相関画素との差分量が、予測雑音量より
も大きい場合、注目画素とその画素間にも信号変化が起
こっていると判断し、雑音除去を中止する。このことに
よって、動き部分のフィールド間処理を除外できると共
に、解像度劣化も抑圧する。
【0017】図3に、適応型巡回加算平均回路の機能ブ
ロック図を示す。本回路は、雑音量推定部31と、空間
2方向および時間軸方向の計3方向に対する巡回型フィ
ルタ部33と、最適演算方向を決定する統計処理部32
とから成っている。
【0018】雑音量推定部31は、信号量に応じた雑音
量の予測を行うため、AGC回路4の制御電圧に基づい
て、雑音量推定を行う。
【0019】巡回型フィルタ部33において、加算平均
部33dは、1フィールド遅延部33aにて1フィール
ド遅延された出力信号と入力信号とを加算平均する。加
算平均部33eは、1ライン遅延部33bにて1ライン
遅延された出力信号と入力信号とを加算平均する。加算
平均部33fは、1画素遅延部33cにて1画素遅延さ
れた出力信号と入力信号とを加算平均する。選択回路3
3gは、統計処理部32の処理結果に基づき、これらの
加算平均された信号のうち一つを選択する。
【0020】ここに巡回型フィルタ部33の各演算方向
は、以下の性質を有する。空間内2方向(水平遅延およ
び垂直遅延)の場合、処理後の残留雑音の周波数成分が
低域に偏り目につきやすく、また処理による解像度劣化
が発生するものの、動画部分に対して処理が可能とな
る。また、時間軸方向(フィールド遅延)の場合、処理
による空間解像度劣化も少なく、さらに処理後の残留雑
音の周波数成分が高域に偏り目につきにくいが、動画部
分には適用できない。
【0021】統計処理部32において、絶対値演算部3
2aは、1フィールド遅延部33aにて1フィールド遅
延された出力信号と入力信号との絶対値を演算し、その
差分を求める。絶対値演算部32bは、1ライン遅延部
33bにて1ライン遅延された出力信号と入力信号との
絶対値を演算し、その差分を求める。絶対値演算部32
cは、1画素遅延部33cにて1画素遅延された出力信
号と入力信号との絶対値を演算し、その差分を求める。
最適信号選択部32は、雑音量推定部31の推定雑音量
と上記の各演算方向が持つ性質の組み合わせとに基づ
き、1フィールド前、1ライン前、1画素前の3画素か
ら絶対値演算で最も相関の高い画素を選択し、最適演算
方向を選定する。
【0022】一方、巡回型フィルタ回路は、時間的に近
い画像間の加重平均を行うことによって、相関のある信
号成分を強調し、相関のないノイズ成分を抑制して、S
/Nを改善する回路である。
【0023】図4に、フィールド間巡回型フィルタ回路
の機能ブロック図を示す。加重加算平均部41は、入力
信号に1フィールド遅延部42にて遅延された1フィー
ルド前の出力を加重加算平均して出力信号とする。加重
は、現在の入力が最も高く過去の画像になるほど一定の
割合で低くなる。このフィールド間巡回型フィルタ回路
は、大きな雑音に対して非常に効果的であるが、動画に
対しては残像を残す。動き画素に対して巡回係数を減ら
しても何らかの残像があり、明るい画像では雑音低減効
果に比べ、弊害が大きい。
【0024】図5は、照度とアイリス(絞り)2および
AGC(オートゲインコントロール)回路4の制御電圧
との関係を示す。CPU6は輝度信号情報に応じて、ア
イリス(絞り)2およびAGC(オートゲインコントロ
ール)回路4の制御電圧を出力する。照度が十分高いと
きは、AGC回路4のゲインは低く、アイリス(絞り)
2も小さく絞り込まれている。照度がしだいに低くなる
と、信号レベルを維持するため、まずアイリス(絞り)
2が徐々に開いていって全開となり、次にAGC回路4
のゲインを上げていく。アイリス(絞り)2が全開にな
る付近から雑音が増加し、AGC回路4のゲインを上げ
ていくと雑音も信号成分に伴って増える。
【0025】図6は、CPU6が、スイッチ回路9を制
御する際のフローチャートである。CPU6は、アイリ
ス(絞り)制御電圧が、図5のa点に対応する基準値A
よりも小さい場合、すなわち照度が高い場合は、スイッ
チ回路9の接点c0−c1を接続し、ノイズ除去回路を
使用しない。基準値Aよりも大きい場合、すなわち照度
が低い場合は、次のステップに進む(ステップ1)。次
に、AGC制御電圧が図5のb点に対応する基準値Bよ
りも小さい場合、すなわち照度が中程度の場合は、スイ
ッチ回路9の接点c0−c2を接続し、適応型巡回加算
平均回路7を使用する。基準値Bよりも大きい場合、す
なわち照度が低い場合は、接点c0−c3を接続し、フ
ィールド間巡回型フィルタ回路8を使用する(ステップ
2)。
【0026】以上の動作によって、照度が高い場合は、
ノイズ除去回路を使用せずに、解像度劣化の無い画像を
提供できる。照度が中程度の場合は、適応型巡回加算平
均回路を使用して、動画に対して残像の目立たない、ノ
イズ抑制ができる。照度が低い場合は、フィールド間巡
回型フィルタ回路を使用して、S/Nの改善された画像
を提供できる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
に記載のノイズ除去装置は、二つのフィルタ回路を使い
分けることによって、それぞれの長所を生かして、ノイ
ズ軽減の効果を上げることができる。
【0028】本発明の請求項2に記載のノイズ除去装置
は、第1のフィルタ回路が、適応型巡回加算平均回路で
あるので、動画に対しても適切なノイズの除去ができ
る。
【0029】本発明の請求項3に記載のノイズ除去装置
は、第2のフィルタ回路が、巡回型フィルタ回路である
ので、照度の低い画像に対して、効果的にノイズの除去
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のCCDビデオカメラのノ
イズ除去装置の構成を示す図である。
【図2】適応型巡回加算平均回路の概念を示す図であ
る。
【図3】適応型巡回加算平均回路の機能ブロック図であ
る。
【図4】フィールド間巡回型フィルタ回路の機能ブロッ
ク図である。
【図5】照度とアイリスおよびAGC回路の制御電圧と
の関係を示す図である。
【図6】CPUが、スイッチ回路を制御する際のフロー
チャートである。
【符号の説明】
1 レンズ 2 アイリス(絞り) 3 CCD 4 AGC(オートゲインコントロール)回路 5 信号処理回路 6 CPU 7 適応型巡回加算平均回路 8 フィールド間巡回型フィルタ回路 9 スイッチ回路 10 エンコーダ回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CCDを用いたビデオカメラにおいて、 輝度信号のノイズを除去する第1のフィルタ回路と、 輝度信号のノイズを除去する第2のフィルタ回路と、 この第1のフィルタ回路の出力と第2のフィルタ回路の
    出力とを切り換えて出力する切換手段と、 輝度信号の大きさを検出する輝度検出手段と、 この輝度検出手段の検出結果に基づき、前記切換手段の
    切り換えを制御する切換制御手段とを具備することを特
    徴とするノイズ除去装置。
  2. 【請求項2】 第1のフィルタ回路が、輝度信号の1単
    位時間前の画素、あるいは水平方向または垂直方向の隣
    接する画素の中から相関の高い画素を選んで加算平均処
    理する適応型巡回加算平均回路であることを特徴とする
    請求項1に記載のノイズ除去装置。
  3. 【請求項3】 第2のフィルタ回路が、フィールド間ま
    たはフレーム間での同一位置の画素を加重平均処理する
    巡回型フィルタ回路であることを特徴とする請求項1ま
    たは請求項2に記載のノイズ除去装置。
JP7285678A 1995-11-02 1995-11-02 ノイズ除去装置 Pending JPH09130669A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012005081A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Ricoh Company, Ltd. Image processing unit, image processing method, and image processing program
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