JPS62231509A - 適応型メジアン・フイルタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、適応型メツアン・フィルタ装置に関する。

発明の背景 画像処理技術の発達により、種々の形式で画像の処理を
することが可能になった。例えば、写真は２次元のサン
プル・アレイとして処理され、テレビジョン・カメラな
どからのビデオ信号は三次元のサンプル・アレイとして
処理される。すなわち、３番目の次元は時間の次元であ
り、画像の動きを表わす。このような画像の処理に適用
される！波層アルゴリズムがメジアン・フィルタである
。

メツアン・フィルタは、任意の信号中におけるインノイ
ル型の雑音を減少させるが、特に、写真の引っかきある
いはビデオ信号が伝送される通信路におけるドロップア
ウトによって引き起こされるような画像中の雑音を減少
させるのに有効である。

しかしながら、メジアン・フィルタは、画像に存在する
エツジや角に悪影響を及ぼさない。従来のメジアン・フ
ィルタにおいては、現サンプル（濾波されているサング
ル）は、そのサンプルおよびそのサンプルを囲んでいる
幾つかのサングルの値の中央値を有するサンプルで置き
換えられる。

先に述べたメツアン濾波アルゴリズムの強調は、現サン
プルの値が予め定められる闇値の範囲外にある場合のみ
、現サンプルの代りに中央値を有するサンプルが選択的
に使われる。例えば、１９８４年発行の［コンピュータ
ビジョン、グラフィクノスおよび画像処理Ｊ　（Ｃｏｍ
ｐｕｔｅｒ　Ｖｉｓｉｏｎ、　Ｇｒａｐｈｉｃａａｎｄ
　Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）の第２５巻の第
２３６頁−第２５１頁に掲載された、スコラー（５ｃｏ
ｌｌａｒ）代地による“中央値と四分位数間の距離を使
用した画像強調″という論文において、現サンプルと中
央値の差は、サングルの上位と下位の四分位数間の差（
四分位数間の距離）に定数金掛けたものと比較される。

現サンプルと中央値との差が四分位数間の距離の関数よ
り大きいと、中央値を有するサンプルが現サンプルの代
りに用いられる。スコラー（５ｃｏｌｌａｒ　）代地は
、゛このアルゴリズムがデータ中の局部コントラストに
適応し、かつ鋭い二ノソがほとんどぼやけない・・・・
・・”という理由で、このアルゴリズムに利点があるこ
とを認識した。

本発明の原理によると、非画像に関連する基準が、前記
のスコラー氏の論文に記載されているコントラストに関
連する基準に加えてメジアン・フィルタのアルゴリズム
を適応させるために使用されるならば、別の改良が達成
できる。なぜなら、メツアン・フィルタの主要な利点の
１つは、インパルス雑音を減衰できることであるから、
適応型メジアン・フィルタの動作が、濾波されている信
号中のインパルス雑音の相対密度に応答して変更される
ならば、改良された動作が達成される。

発明の概要 本発明の原理による装置は、雑音を含んでいる可能性が
ある入力信号源と該入力信号を表わす複数のサンプルを
発生する手段を含んでいる。適応型メジアン・フィルタ
は、制御信号に応答し、これらのサンプルを濾波する。

雑音概算器は、サンプルされている信号中の雑音の相対
密度全概算する。制御信号発生器は、概算された雑音密
度に応答して適応型メジアン・フィルタに供給される制
御信号を発生する。

実施例 第１図において、メジアン濾波されている入力信号、例
えば、テレビジョン受像機（図示せず）の前部からのビ
デオ信号は入力端子５に供給される。入力端子５は、サ
ンプル発生器ｌＯおよび雑音概算器３０に結合される。

サンプル発生器１０は、処理されている画像における所
定の点を表わす現サンプル（現在、濾波されているサン
グル）、およびその点を囲んでいる点を表わす他のサン
プルを含む複数のサンプル全発生する。これらのサンプ
ルは、適応型メジアン・フィルタ２０の各々のデータ入
力端子に結合される。適応型メジアン・フィルタ２０は
、メツアン濾波された出力信号を出力信号を出力端子に
発生する。雑音概算器３０の出力端子は、適応型メジア
ン・フィルタ２００制御入力端子に結合される出力端子
に制御信号を発生する制御信号発生器４００Å力端子に
結合される。

動作を説明すると、サンプル発生器１０は、現在点およ
び現在点を囲んでいる点を表わす端子５からの入力信号
の変形サンプル全発生する。入力信号がビデオ信号であ
るシステムにおいて、サンプル発生器１０は、現サンプ
ル、および垂直方向、水平方向、時間的に、もしくは、
これらの組み合わせで現サンプルを囲んでいるサンプル
全発生するタップ付き遅延線を含んでいる。適応型メジ
アン・フィルタ２０は、現サンプルもしくは現サンプル
および囲んでいるサンプルの中央値を有するサンプルの
いずれかをフィルタ出力端子に選択的に結合する。現サ
ンプルを中央値サンプルで置き換える決定は、入力サン
プルの値および適応型メジアン・フィルタ２０に供給さ
れる制御信号に基ぢいて行なわれる。

雑音概算器３０は、入力信号中の雑音の相対密度を決定
するために、入力端子５に供給される入力信号の数値を
求める。適応型メツアン・フィルタは、インパルス雑音
を減衰させるのに特に有効なので、例えば、雑音概算器
３０は、入力信号中のイン・ぐルス雑音の相対密度を検
出する。雑音概算器３０は、入力信号が閾値ヲ趣えると
、雑音インノ９ルスを示すＪ４’ルスを発生する閾値検
出器、および、所定の時間間隔に亘ってパルス数を計数
するり七ット可能なカウンタを含んでいる。

制御信号は、信号において伝送される情報に悪影響を及
ぼすことなく、インパルス雑音をより完全に減衰させる
ために、インパルス雑音の密度に応答する制御信号発生
器４０によって発生される。

制御信号発生器４０は、例えば、概算された雑音密度の
異なる範囲に対応して異なる値を有する制御信号を発生
するためのデコーダである。ディジタル的に構成する場
合・、このデコーダは、予めプログラムされるディジタ
ル・メモリである。

第２図は、第１図に示す装置に使用される適応型メジア
ン・フィルタ２０を示す。第２図において、第１図のサ
ンダル発生器１０からのサンプルは、Ｍ分位数発生器２
１のデータ入力端子に結合される。制御信号発生器４０
からの制御信号は、Ｍ分位数発生器２１の制御入力端子
に結合される。

Ｍ分位数発生器２１は、上位のＭ分位数サンプル、中央
値サンプル、および下位のＭ分位数すンプル全３つのデ
ータ出力端子に発生する。上位および下位のＭ分位数サ
ンプルは、減算器２３の各入力端子て結合される。減算
器２３の出力端子は、関数発生器２６を介して比較器２
７の第１の入力端子に結合される。現サンプル（Ｍ分位
数発生器２１の入力における）および中央値出力サンプ
ルは、減算器２５の各入力端子に結合される。減算器２
５の出力端子は、絶対値発生回路２８を介して比較器２
７の第２の入力端子に結合される。比較器２７の出力端
子は、マルチプレクサ２９の制御入力端子に結合される
。マルチプレクサ２９の第１のデータ入力端子は、Ｍ分
位数発生器２１から中央値サンプル全受は取るように結
合される。マルチプレクサ２９の第２のデータ入力端子
は、Ｍ分位数発生器２１の入力から現すンプル全受は取
るようニ結合される。マルチプレクサ２９のデータ出力
端子は、メツアン濾波された出力サンプルを発生する。

Ｍ分位数は、サンプルの値に従って分類されたサンプル
のリストにおける相対位置に関する一般的用語である。

中央値および上位と下位の四分位数は、大きさの順に並
べたリストにおいて、それぞれ１／２．３／４．１／４
の値を示す特定の場合である。

動作を説明すると、Ｍ分位数発生器２１は、サンプルの
大きさの順に並べたリスｔｔ−発生するために入力サン
プル全分類する。大きさの順に並べたリストにおいて、
真中のサンプルは中央値をとシ、中央値出力端子に発生
される。大きさの順に並べたリストの他の２つの位置か
らのサンプルは、上位および下位のＭ分位数発生出力端
子に発生される。大きさの順に並べたリストにおいて、
どの特定の位置が、上位および下位のＭ分位数に対して
選択されるかは制御信号によって制御される。

１９８５年に発行された、音響、言語および信号処理に
関するＩＥＥＥ国際会議のグロシーディングの第３巻の
第１００１頁−第１００４頁に掲載されているデマスイ
ノクス（Ｄｅｍａｓｓｉｅｘ）代地による６ワンチツプ
のビデオ用メツアン・フィルタのためのＬＳＩアーキテ
クチャ−”（Ｔｈｅ　ＬＳＩ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒ
ｅ　ｆｏｒａ　Ｏｎｅ　−ｃｈｉｐ　Ｖｉｄｅｏ　Ｍｅ
ｄｉａｎ　Ｆｉｌｔｅｒ　）という論文にはメツアン・
フィルタのディジタル的な構成例が記載されている。こ
のフィルタは、８ビツト構成の５つのシンプルを分類し
、大きさの順に並べたリストを作成する８ビツト構成の
１０個の比較器のアレイから成る分類要素を含んでいる
。この大きさの順に並べたリストから、１個の中央値お
よび上位と下位のＭ分位数の値がクロック・サイクル毎
に抽出される。

減算器２３は、上位のＭ分位数の値から下位のＭ分位数
の値を減算する。その差は、Ｍ分位数間の距離である。

Ｍ分位数間の距離の関数は関数発生器２６で計算される
。例えば、スコラー代地による前記の論文においては、
四分位数間の距離に定数が掛けられる。

Ｍ分位数間の距離の他の関数もまた有用である。

例えば、固定値を発生させてもよいし、Ｍ分位数間の距
離の一次関数を発生させてもよい。このような関数の１
例は、Ｍ分位数間の距離と定数の和の１７２倍である。

ディソタル構成の場合、この関数は、減算器２３の出力
に結合゛されるアドレス入力端子および比較器２７に結
合されるデータ出力端子を有するプログラム可能な読出
し専用メモリ（以下、ＰＲＯＭという。）に予めプログ
ラムされる。

また、Ｍ分位数間の距離の関数は、第２図において破線
で示されるように、制御信号に応答して適応型になる。

選択されるＭ分位数間の距離の何個の関数は、制御信号
の値による。ＦＲＯＭを含んでいるディジタル構成の場
合、制御信号は、すべての可能な関数がプログラムされ
ているＦＲＯＭの他のアドレス入力端子に供給される。

減算器２５の出力は、メジアンと現サンプル間の差であ
る。絶対値発生回路２８は、現サンプルと中央値間の距
離と呼ばれる差の大きさを発生する。この距離は、比較
器２７によってＭ分位数間の距離の関数の値と比較され
る。現サンプルと中央値間の距離が処理済みのＭ分位数
間の距離を越えると、比較器２７は第一の状態を有する
信号Ｃ。

を発生し、さもなければ、信号Ｃｏは第二の状態をとる
。信号Ｃｏが第一の状態にあると、マルチプレクサ２９
は、Ｍ分位数発生器２１から中央値のサンプルを濾波済
み出力端子に結合し、信号Ｃｏが第二の状態にあると、
マルチプレクサ２９は、現サンプルを濾波済み出力端子
に結合する。

この装置は、各サンプルが、対応する中央値を有するサ
ンプルによって置き換えられる標準メジアン・フィルタ
として構成される。関数発生器２６の出力が非常に小さ
い値であるため、現サンプルと中央値間の各々の差が、
常に出力値（例えば、０）を越えるならば、中央値のサ
ンプルが常に現サンプルの代りに用いられる。反対に、
関数発生器２６が非常に大きな値を発生するため、現サ
ンプルと中央値間のどの差も出力値を越えなければ、メ
ジアン濾波処理は行なわれない。この場合、現サンプル
が常にマルチプレクサ２９を通過する。

Ｍ分位数間の距離は、現サンプルの近辺にある画像のコ
ントラストの尺度である。コントラストが大ならば、Ｍ
分位数間の距離が大きくなるし、逆もまた同様である。

大きなコントラストが現サンプルの近辺にあると、現サ
ンプルは、中央値によって詮き換えられる前に、中央値
から比較的大きく外れるに違いない。一方、コントラス
トが現サンプルの近辺で比較的小さければ、現サンプル
は、中央値によって置き換えられる前に、比較的少量だ
け中央値から変わる必要がある。従って、このようなメ
ツアン・フィルタは、現サンプルの領域における画像の
局部コントラストに適応して応答する。本願において、
第１図の制御信号発生器４０からの制御信号により、Ｍ
分位数発生器２１は上位および下位の異なるＭ分位数の
値を発生する。例えば、雑音密度が比較的大きければ、
上位および下位のＭ分位数は、中央値に比較的近くなる
よう選択される。従って、Ｍ分位数間の距離がより小さ
く、かつ、現サンプルが、中央値のサンプルによって置
き換えられる前に、比較的少量だけ中央値から外れるこ
とが必要である。これは、より大きな雑音密度に応答し
て、より多くのサンプルを中央値で行き換えさせる傾向
にある。一方、雑音密度が比較的小さいならば、上位お
よび下位のＭ分位数は、中央値から比較的離れるよう選
択される。この場合、Ｍ分位数間の距離はより大きくな
す、かつ、現サンプルは、中央値のサングルによって置
き換えられる前に、比較的大きく中央値から外れる必要
がある。これは、より小さい雑音密度に応答して、よシ
少ないサンプルを中央値で置き換えさせる傾向にある。

更に、雑音密度が非常に小さいと、前記のように関数発
生器２６によって使用される関数の適当な選択によりメ
ジアン・フィルタを完全に作動させないことが有利であ
る。

第３図は、第２図に示すＭ分位数発生器２１の考えられ
る一実施例を示す。第３図において、入力サンプルは、
分類器２２の各入力端子に結合される。分類器２２は、
前記のディマシイエックス代地の論文で説明されている
ようなものでよい。

分類器２２は、入力サンプルの値についての大きさの順
に並べたリストを各出力端子に発生する。

例えば、入力サンゾルの最大値を有するサンプルは一番
上の出力端子に発生し、入力サンプルの最小値を有する
サンプルは一番下の出力端子に発生する。マルチプレク
シング回路（■■）２４は、分類器２２の出力端子に結
合される各データ入力端子を有する。マルチプレクシン
グ回路２４では、分類器２２からの中央のサンプル出力
は、マルチプレクシング回路２４（破線で示されるよう
に）の中央値出力端子に結合される。マルチグレクシン
グ回路２４の上位のＭ分位数出力端子は、制御信号に応
答してマルチプレクシング回路２４の入力端子の選択さ
れた１つに結合される。マルチゾレクシング回路２４の
下位のＭ分位数出力端子は、また、制御信号によって決
まるマルチプレクシング回路２４の入力端子の中の別の
１つに結合される。

マルチゾレクシング回路２４は、例えば、中央値入力端
子からマルチプレクシング回路２４の中央値出力端子へ
の直接結線および各々が制御入力端子から制御信号を受
は取り、上位のＭ分位数と下位のＭ分位数の出力端子を
マルチグレクシング回路２４の中の選択された入力端子
にそれぞれ結合する２つのマルチプレクサを含んでいる
。

再び第２図を参照すると、比較器２７は、現サンプルが
中央値サンプルによって置き換えられなければならない
時は常に論理“１＃のＣｏ信号全発生する。従って、比
較器２７の出力Ｃｏは、置き換えられなければならない
雑音イン・やルスを現サンプルが表わしていることを示
している。この信号は時間間隔におけるインパルス雑音
の発生数を確認することによって、入力信号中のイン・
ぐルス雑音の相対密度を概算するために使用される。Ｃ
ｏ信号は、第２図の出力端子に結合される破線で示され
る。

第４図は、本発明の原理による適応型メジアン・フィル
タのもう１つの実施例である。第１図中の要素々類似の
要素は同じ番号で示され、同様に動作する。第４図にお
いて、入力端子５からの入力信号はサンプル発生器ＩＯ
に結合される。サンプル発生器１０は適応型メジアン・
フィルタ２０’　Ｋ複数のサンプル金供給する。適応型
メジアン・フィルタ２０′は、各出力端子にメツアン濾
波済み出力信号および前記のように雑音イン・そルスが
検出されたことを示す信号Ｃｏ　ｆ発生する。Ｃｏ信号
は、雑音概算器５０の入力端子に結合される。雑音概算
器５０の第２の入力端子は、同期信号入力端子に結合さ
れる。雑音検出器５０は入力信号において検出される相
対インパルス雑音密度の概算値を出力端子に発生する。

この概算信号は、適応型メジアン・フィルタ２０′の制
御入力端子に結合される制御信号全発生する制御信号発
生器４０の入力端子に結合される。

入力端子５の信号が、例えば、複合ビデオ信号全表わす
と、信号が所定のレベルである時は垂直同期期間中にビ
デオ信号における時間間隔がある。

雑音概算器５０に供給される同期信号は、例えば、複合
ビデオ信号の垂直同期成分でもよい。時間間隔中に。信
号が所定のレベルにあることが分っている場合、信号Ｃ
Ｏで示される如何なるインｉ４ルスも雑音によって引き
起こされるものと仮定される。

垂直同期の時間間隔中に、適応型メジアン・フィルタ２
０′からのＣｏ信号によって表されるインノＪ？ルスの
故は雑音概算器５０で計数される。計数値が太きければ
大きいほぼ雑音の相対密度は大きい。

雑音概算器５０は、例えば、ダート制御されるディジタ
ルのカウンタから成る。垂直同期期間の始まシにカウン
タがリセットされ計数が開始される。

垂直同期期間の終わりに計数は停止され、その結果化じ
る計数値は、雑音概算器５０の出力端子に保持される。

垂直同期期間中のインパルス計数の結果は、制御信号発
生器４０に入力信号として供給される。

制御信号発生器４０は、適応型メジアン・フィルタで使
用される閾値全決定するために使用される上位および下
位のＭ分位数の値上制御する制御信号を発生する。前記
のように、高い雑音密度については、Ｍ分位数が中央値
に比較的近くなるように選択され、低い雑音密度につい
ては、中央値から比較的離れて選択されるように制御信
号は発生される。

第４図に示す構成は、どんなフィルタリング処理′も実
行せずに、イン・ぐルス雑音密度全概算するのに使用さ
れていることに注目すべきである。このような装置は、
第４図に破線で示すように、雑音概算器５０からの概算
されたイン・母ルス雑音密度を出力として含んでいる。

常にインパルス雑音密度全概算することが望ましい。こ
のような場合、いかなる同期信号入力も雑音概算器５０
は必要としない。イン・ぐルスがあること金示す信号を
発生することは更に望ましい。この場合、適応型メジア
ン・フィルタ２０′からのＣｏ信号は破線で示される出
力端子に発生される。

前記の実施例は、複合ビデオ信号に関連して説明されて
いる。しかしながら、イン・ぐルス雑音が生じ易い如何
なる信号も、前記の適応型メジアン・フィルタ装置を使
用することにより有効に濾波されることに注目すべきで
ある。また本発明は、連続的なデータ・７ステムもしく
はサングルされたデータのシステムで実施することがで
き、かつ、サンプルされたデータのシステムは、アナロ
グ形式もしくはディジタル形式のいずれでも実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理による適応型メツアン・フィル
タ装置のブロック図である。 第２図は、第１図に示す装置に使用される適応型メツア
ン・フィルタのブロック図である。 第３図は、第２図に示すメソアン・フィルタに使用され
るＭ分位数発生器のブロック図である。 第４図は、本発明の原理による適応型メツアン・フィル
タ装置の別の実施例のブロック図である。 ５・・・入力端子、１０・・・サンプル発生器、２０・
・・適応型メツアン・フィルタ、３０・・・雑音概算器
、４０・・・制御信号発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）雑音を含んでいる可能性のある入力信号源と、前
   記入力信号に応答し、前記入力信号を表わす一連の複数
   組のサンプルを発生する手段と、制御信号に応答し、前
   記サンプルを適応的にメジアン濾波する手段と、 前記入力信号に応答し、前記雑音の相対密度を概算する
   手段と、 前記概算された雑音の相対密度に応答し、前記制御信号
   を発生する手段とを含んでいる適応型メジアン・フィル
   タ装置。