JPWO2010035492A1 - 立体画像処理装置および立体画像処理装置のノイズ低減方法 - Google Patents

立体画像処理装置および立体画像処理装置のノイズ低減方法 Download PDF

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Abstract

第1の視差調整部の出力の視差調整右目用信号、視差調整左目用信号のそれぞれの相関性または第1の視差調整部で算出された視差に基づいて、第1の乗算部、第2の乗算部において掛け合わせる係数K1、K2の値を制御する。これにより、フレームメモリを用いず、かつ、シーンチェンジの影響を受けずに、立体映像信号のノイズを効率よく低減する立体画像処理装置を提供する。

Description

本発明は、立体映像信号中のノイズを低減する立体画像処理装置および立体画像処理装置のノイズ低減方法に関するものである。
一般に、2次元映像中のランダムノイズを主に対象としたノイズ低減装置は、図2に示すように、フレームメモリを持ち合わせ、入力信号レベルと出力信号レベルのフレーム差分をとり、入力信号レベルからフレーム差分のK倍を差し引くという巡回ノイズ低減装置が知られている(特許文献1)。
ところが、この装置で立体映像信号として、左目用と右目用の2系統が並列に伝送される信号に対応しようとすると、左目用、右目用、それぞれについてノイズ低減装置が必要となり、特に、ノイズ低減を行う際に必要となるフレーム数の増加が見込まれる。
また、立体映像信号に限らず、この種の装置では、シーンチェンジなどのフレームの前後で変化の大きい映像信号に対しては、フレーム差分が大きくなり、精度良いノイズ低減が実現できないことがある。
つまり、従来の巡回型ノイズ低減装置では、立体映像信号に対応しようとすると、フレーム数の増加が見込まれる。また、シーンチェンジなどにフレーム差分が大きくなる場合では、精度良いノイズ低減が実現できないという課題があった。
特許第3611773号公報
本発明の立体画像処理装置は、立体映像信号の左目用信号を入力するための第1の入力端子と、右目用信号を入力するための第2の入力端子と、第1の入力端子および第2の入力端子から入力された左目用信号および右目信号の視差を調整し映像位置をずらす第1の視差調整部と、第1の視差調整部から出力された視差調整左目用信号および視差調整右目用信号のノイズを低減するノイズ低減部と、第1の視差調整部から出力される視差調整情報を受け取り、ノイズ低減部によりノイズ低減された視差調整左目用信号および視差調整右目用信号の視差を調整し映像位置をずらす第2の視差調整部と、を備え、ノイズ低減部は、第1の視差調整部による視差をなくした視差調整左目用信号と視差調整右目用信号との信号レベルの差からノイズレベルを算出し、左目用信号と右目用信号の信号レベルからそれぞれノイズレベルを差し引いて立体映像信号中のノイズを低減させることを特徴とする。
このような構成により、左目用と右目用の2系統が並列に伝送される立体映像中のノイズ除去は、フレームメモリを用いず実現可能である。また、左目用と右目用の映像信号は、時間軸方向に同じタイミングで入力されるため、シーンチェンジなどの影響は受けにくい。これにより、効果的にノイズ低減を行うことが可能となる。
本発明の立体画像処理装置のノイズ低減方法は、立体映像信号の左目用信号および右目用信号の視差を調整し映像位置をずらす第1の視差調整ステップと、第1の視差調整ステップで得られた視差調整左目用信号および視差調整右目用信号を用いてノイズ低減量を設定するノイズ低減量設定ステップと、ノイズ低減量に基づいて、視差調整左目用信号および視差調整右目用信号のノイズを低減するノイズ低減ステップと、第1の視差調整ステップで得られた視差調整情報を受け取り、ノイズ低減ステップにおいてノイズ低減された視差調整左目用信号および視差調整右目用信号の視差を調整し映像位置をずらす第2の視差調整ステップと、を備え、ノイズ低減ステップは、第1の視差調整ステップで得られた視差をなくした視差調整左目用信号と視差調整右目用信号との信号レベルの差からノイズレベルを算出し、左目用信号と右目用信号の信号レベルからそれぞれノイズレベルを差し引いて立体映像信号中のノイズを低減させることを特徴とする。
図1は本発明の実施に形態における立体画像処理装置のノイズ低減に係わる部分のブロック図である。 図2は従来のノイズ低減装置のブロック図である。 図3は本発明の実施に形態における立体画像処理装置の視差量を補正する補正部のブロック図である。 図4は本発明の実施に形態における注目画素と周辺画素を示す図である。 図5は本発明の実施に形態における立体画像処理装置の補正係数を示す図である。 図6は本発明の実施に形態における立体画像処理装置のノイズ低減の動作を説明するための図である。 図7Aは本発明の実施の形態における飛び出し領域を含む立体映像の左目用画像または右目用画像の例を示した図である。 図7Bは本発明の実施の形態における画面の水平位置と立体映像の飛び出し量(視差)の関係を示した図である。 図7Cは本発明の実施の形態における画面の水平位置と係数K1の関係を示した図である。 図8は本発明の実施の形態における立体画像処理装置のノイズ低減の手順を示すフローチャートである。
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
(実施の形態)
図1に本発明の実施の形態における立体画像処理装置のノイズ低減に係わる部分のブロック図の一例を示す。この装置は、立体映像が左目用、右目用の2系統で入力されることを想定とする。本実施の形態における立体画像処理装置は、左目用信号と右目用信号の2つの映像信号をそれぞれ第1の入力端子である入力端子1と第2の入力端子である入力端子2の入力として、左目用信号と右目用信号の視差を調整する第1の視差調整部である視差調整部101と、視差調整部101から出力された視差の調整された視差調整左目用信号と視差調整右目用信号を入力とし、ノイズを低減するノイズ低減部109と、ノイズ低減部109でノイズが低減された視差調整左目用信号と視差調整右目用信号を入力とし、視差調整左目用信号と視差調整右目用信号の視差を調整する第2の視差調整部である視差調整部108とにより構成されている。またノイズ低減部109は、減算処理を行う減算部102、103と、減算部に接続され、入力された信号に所定の係数を乗算する乗算部104、105と、視差調整部101から出力された信号及び上述した乗算部104、105からの信号を入力として減算処理を行う減算部106、107と、減算部106、107とから構成されている。以下各構成について具体的に説明する。
まず、第1の視差調整部である視差調整部101について説明する。視差調整部101にて、左目用信号と右目用信号の映像位置を合わせるために、視差による右目用信号と左目信号との位置ずれを減少させ、ノイズがない場合に左目用と右目用との信号差分が0に限りなく近くなるようにする。
位置ずれを減少させる具体的な構成について図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態における立体画像処理装置の視差量を補正する補正部のブロック図である。ラインメモリ301とラインメモリ302に、入力された左目用信号と右目用信号の信号データをそれぞれ格納する。左目用信号の格納された信号データを画面位置の左からL(1),L(2),…,L(n)、右目用信号の格納された信号データを画面位置の右からR(1),R(2),…,R(n)とすると(nは1ラインの画素数を表す)、右目用信号と左目用信号との位置ずれ量(視差)を求めるため、演算部303にて下記の相関性Spを求める式において最小となるpを算出する。このpは、上記位置ずれ量(画素)を意味する。
Sp = Σ|L(i) − R(i+p)| (i=0,1,…,n; p=−i,−i+1,…,n−i)
ラインメモリ304、305を用い、左目用信号に対して右目用信号の水平方向の位置をp画素ずらすことにより、視差調整が可能である。なお、上記で述べた視差調整部101は一例であり、例えば、ラインメモリ301、302を複数用いて相関性Spを算出することなどが考えられる。
次に、減算部102、103、106、107及び乗算部104、105の構成について説明する。視差調整左目用信号と、視差調整右目用信号について、それぞれ減算部102と減算部103で差分を算出し、乗算部104と乗算部105にて、所定の手段で算出された係数(Kファクター)K1,K2を上記差分に掛け合わせ、減算部106、107にて差し引くことにより、ノイズ低減を行う。ただし、減算部106,107の出力信号は、それぞれ視差調整部101の処理により位置が本来の立体映像の位置よりずれているため、視差調整部108にて位置を元に戻す。
ここで撮像系などに生じたランダムノイズは、左目用信号と右目用信号に相関がないため、差分を算出することによりノイズ成分を抽出することが可能となる。また、この差分、すなわちノイズレベルをそれぞれK1,K2倍し、左目用信号と右目用信号の信号レベルからそれぞれ差し引くことでノイズ低減が可能となる。
なお、この係数K1とK2は、処理画素ごとに変更可能であり、算出する方法の一例を以下に示す。図4は、本実施の形態における注目画素と周辺画素を示す図である。まず、左目用画素の注目画素Vl(x,y)における係数K1を算出するために、図4に示す注目画素Vl(x,y)の周囲8画素との相関性Svlを例として以下の式から算出する。
Svl = Σ|Vl(x,y)−Vl(x+s,y+t)| (s=1,−1 t=1,−1)
相関性がないと(Svlが大きいと)、注目画素Vl(x,y)はノイズである可能性が高いため、例えば図5に示すようなルックアップテーブル変換を用いてK1を算出する。図5は、本実施の形態における立体画像処理装置の補正係数を示す図である。また、同様にして、右目用画素についてK2を算出する。以上により、ノイズである可能性が高い画素については、K1およびK2の値を大きくすることで、効果的にノイズを低減することが可能となる。
また、さらにノイズ低減の精度をあげるには、上記空間方向の相関性のみならず、別途フレームメモリを用意し、時間方向の相関性を用いても良い。
なお、図1では視差調整部101は左目用信号、右目用信号それぞれに対して処理を行ったが、例えば左目用信号のみ、または、右目用信号のみに対して処理を行ってもよい。また、図1の構成は一例であり、例えば減算部102、103を一つにし、減算部107を加算部に替えても実現は可能である。
次に、本実施の形態における立体画像処理装置のノイズ低減動作について、図6を用いて詳細に説明する。左目用画像601とノイズが含まれた右目用画像602が入力されたとすると、図1の視差調整部101で視差調整が行われ、左目用画像と右目用画像の位置が合わさった、左目用画像603および右目用画像604がそれぞれ得られる。さらに、減算部102、103でそれぞれ差分画像605,606が得られ、前述の周囲画素との相関性算出とルックアップテーブル変換により求められた係数K1と係数K2を差分画像605と差分画像606にそれぞれ乗じて差分画像607と差分画像608が得られる。その際、画素位置612における左目用画像603の画素と周囲画素との相関性は大きいため(Svlが小さいため)ノイズの可能性が低く、K1は小さい値をとる。逆に、画素位置613における右目用画像604の画素と周囲画素は相関性が小さいため(Sv1が大きいため)、K2は大きい値をとる。したがって、差分画像607と差分画像608はノイズ成分を抽出した画像となり、左目用画像603,右目用画像604からそれぞれ差し引くことで、ノイズを低減した左目用画像610と右目用画像609が得られる。なお、右目用画像609については、視差を調整した状態であるため、視差調整部108にて元の視差状態に戻し、右目用画像611を得る。
次に、乗算部104と乗算部105の係数K1、K2の算出方法の他の例について説明する。以下、係数K1について説明するが、係数K2についても同様である。上述した係数K1の算出方法は、注目画素Vl(x,y)の周囲8画素との相関性Svlを算出し、相関性が低い(Sv1が大きい)場合には、注目画素Vl(x,y)はノイズである可能性が高いと判断して、係数K1の値を大きくして、ノイズ低減量を大きくしている。しかしながら、相関性の判断が正しく行われなかった場合には、ノイズ低減処理により返って違和感のある映像になる場合もある。
ところで、立体映像の場合、背景よりも画面の前面に飛び出した映像領域に視聴者の視線は集中し、ノイズがより目立つことになる。そこで、この飛び出した映像領域に対してノイズの低減量を大きくし、ノイズがあまり目立たない背景領域ではノイズ低減量を小さくすることでより効率的なノイズ低減が可能となる。この映像の飛び出し量は、左右両眼の視差により計算することができる。すなわち、図1において、入力端子1から入力される左目用信号と入力端子2から入力される右目用信号との視差が視差調整部101において算出されるので、この算出された視差を元に上記係数K1を決定する。図3ではライン毎に視差を計算する方法を示したが、画素毎に視差を計算することにより、画素毎の飛び出し量が推定できるので、視差の大きさに応じて、映像領域毎にノイズ低減量、すなわち乗算部105の係数K1の値を制御することができる。
図7は、本実施の形態における立体画像処理装置において視差により係数K1の値を変える例を示した図である。図7Aは、飛び出し領域を含む立体映像の左目用画像または右目用画像の例を示した図、図7Bは画面の水平位置と立体映像の飛び出し量(視差)の関係を示した図、図7Cは画面の水平位置と係数K1の関係を示した図である。
図7Aにおいて画面701の映像領域702が背景領域703の前面に飛び出しているとすると、画面701の所定のライン703での映像の飛び出し量の変化は図7Bに示すようになる。そこで、係数K1を図7Cのように変化させる。すなわち、ノイズが目立つ飛び出し量の大きい映像領域702(前面)ではK1の値を大きくしてノイズ低減量を増加させ、逆にノイズが目立たない背景領域703ではK1の値を小さくしてノイズ低減量を減少させている。これにより、効率的なノイズの低減が可能となる。
次に、本実施の形態における立体画像処理装置のノイズ低減方法について説明する。図8は、立体画像処理装置のノイズ低減の手順を示すフローチャートである。図8において、まず視差調整部101において立体映像信号の左目用信号および右目信号の視差を調整し映像位置をずらす第1の視差調整を行う(ステップS101)。次にステップS101で得られた視差調整左目用信号および視差調整右目用信号を用いてノイズ低減量を設定する(ステップS102)。このノイズ低減量の設定は、前述したように、例えば視差調整左目用信号、視差調整右目用信号の空間方向または時間方向の相関性を算出し、相関性が大きい場合には、ノイズ低減量を小さくし設定し、相関性が小さい場合にはノイズ低減量を大きく設定してもよい。または、ステップS101で得られた左目用信号および右目用信号の視差量が大きい場合には、ノイズ低減量を大きく設定し、視差量が小さい場合には、ノイズ低減量を小さく設定してもよい。
次に、ステップS102で得られたノイズ低減量に基づいて、視差調整左目用信号および視差調整右目用信号のノイズを低減する(ステップS103)。すなわち、ステップS101で得られた視差をなくした視差調整左目用信号と視差調整右目用信号との信号レベルの差からノイズレベルを算出し、左目用信号と右目用信号の信号レベルからそれぞれノイズレベルを差し引いて立体映像信号中のノイズを低減させる。最後に、ステップS101で得られた視差調整情報を受け取り、ステップS103でノイズ低減された視差調整左目用信号および視差調整右目用信号の視差を調整し映像位置をずらしてもとの視差を伴った左目用信号と右目用信号を得る(ステップS104)。
以上説明したように、本実施の形態によれば、注目画素の周囲画素との相関性を算出して、注目画素がノイズか否かを判定してノイズ低減量を制御する。また、それに加えて、映像領域の飛び出し量(視差)に応じてもノイズ低減量を制御する。これにより、立体画像処理装置のノイズ低減効果を高めることができる。
本発明は、立体映像信号中のノイズを低減する立体画像処理装置に関するものであり、左目用と右目用の2系統が並列に伝送される立体映像中のノイズ除去に有用である。
1 第1の入力端子
2 第2の入力端子
101 視差調整部(第1の視差調整部)
102 減算部(第3の減算部)
103 減算部(第1の減算部)
104 乗算部(第2の乗算部)
105 乗算部(第1の乗算部)
106 減算部(第4の減算部)
107 減算部(第2の減算部)
108 視差調整部(第2の視差調整部)
109 ノイズ低減部
301,302,304,305 ラインメモリ
303 演算部
601,603,610 左目用画像
602,604,609,611 右目用画像
605,606,607,608 差分画像
612,613 画素位置
701 画面
702 映像領域
703 背景領域
704 ライン
(実施の形態)
図1に本発明の実施の形態における立体画像処理装置のノイズ低減に係わる部分のブロック図の一例を示す。この装置は、立体映像が左目用、右目用の2系統で入力されることを想定とする。本実施の形態における立体画像処理装置は、左目用信号と右目用信号の2つの映像信号をそれぞれ第1の入力端子である入力端子1と第2の入力端子である入力端子2の入力として、左目用信号と右目用信号の視差を調整する第1の視差調整部である視差調整部101と、視差調整部101から出力された視差の調整された視差調整左目用信号と視差調整右目用信号を入力とし、ノイズを低減するノイズ低減部109と、ノイズ低減部109でノイズが低減された視差調整左目用信号と視差調整右目用信号を入力とし、視差調整左目用信号と視差調整右目用信号の視差を調整する第2の視差調整部である視差調整部108とにより構成されている。またノイズ低減部109は、減算処理を行う減算部102、103と、減算部に接続され、入力された信号に所定の係数を乗算する乗算部104、105と、視差調整部101から出力された信号及び上述した乗算部104、105からの信号を入力として減算処理を行う減算部106、107とから構成されている。以下各構成について具体的に説明する。
位置ずれを減少させる具体的な構成について図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態における立体画像処理装置の視差量を補正する補正部のブロック図である。ラインメモリ301とラインメモリ302に、入力された左目用信号と右目用信号の信号データをそれぞれ格納する。左目用信号の格納された信号データを画面位置の左からL(1),L(2),…,L(n)、右目用信号の格納された信号データを画面位置の左からR(1),R(2),…,R(n)とすると(nは1ラインの画素数を表す)、右目用信号と左目用信号との位置ずれ量(視差)を求めるため、演算部303にて下記の相関性Spを求める式において最小となるpを算出する。このpは、上記位置ずれ量(画素)を意味する。
図7A、7B、7Cは、本実施の形態における立体画像処理装置において視差により係数K1の値を変える例を示した図である。図7Aは、飛び出し領域を含む立体映像の左目用画像または右目用画像の例を示した図、図7Bは画面の水平位置と立体映像の飛び出し量(視差)の関係を示した図、図7Cは画面の水平位置と係数K1の関係を示した図である。
図7Aにおいて画面701の映像領域702が背景領域703の前面に飛び出しているとすると、画面701の所定のライン704での映像の飛び出し量の変化は図7Bに示すようになる。そこで、係数K1を図7Cのように変化させる。すなわち、ノイズが目立つ飛び出し量の大きい映像領域702(前面)ではK1の値を大きくしてノイズ低減量を増加させ、逆にノイズが目立たない背景領域703ではK1の値を小さくしてノイズ低減量を減少させている。これにより、効率的なノイズの低減が可能となる。

Claims (9)

  1. 立体映像信号の左目用信号を入力するための第1の入力端子と、
    右目用信号を入力するための第2の入力端子と、
    前記第1の入力端子および第2の入力端子から入力された左目用信号および右目信号の視差を調整し映像位置をずらす第1の視差調整部と、
    前記第1の視差調整部から出力された視差調整左目用信号および視差調整右目用信号のノイズを低減するノイズ低減部と、
    前記第1の視差調整部から出力される視差調整情報を受け取り、前記ノイズ低減部によりノイズ低減された前記視差調整左目用信号および前記視差調整右目用信号の視差を調整し映像位置をずらす第2の視差調整部と、を備え、
    前記ノイズ低減部は、前記第1の視差調整部による視差をなくした前記視差調整左目用信号と前記視差調整右目用信号との信号レベルの差からノイズレベルを算出し、前記左目用信号と前記右目用信号の信号レベルからそれぞれ前記ノイズレベルを差し引いて立体映像信号中のノイズを低減させることを特徴とする立体画像処理装置。
  2. 前記ノイズ低減部は、前記視差調整左目用信号、前記視差調整右目用信号の空間方向または時間方向の相関性を算出し、前記相関性が大きい場合には、ノイズ低減量を小さくし、前記相関性が小さい場合にはノイズ低減量を大きくすることを特徴とする請求項1に記載の立体画像処理装置。
  3. 前記ノイズ低減部は、前記第1の視差調整部により算出される前記左目用信号および前記右目用信号の視差量が大きい場合には、ノイズ低減量を大きくし、前記視差量が小さい場合には、ノイズ低減量を小さくすることを特徴とする請求項1に記載の立体画像処理装置。
  4. 前記ノイズ低減部は、
    前記第1の視差調整部から出力された視差調整左目用信号の信号レベルから、前記第1の視差調整部から出力された視差調整右目用信号の信号レベルを差し引く第1の減算部と、
    前記第1の減算部から出力された第1の減算信号に対して第1の係数を乗じる第1の乗算部と、
    前記視差調整左目用信号の信号レベルから前記第1の乗算部から出力された第1の乗算信号の信号レベルを差し引く第2の減算部と、
    前記視差調整右目用信号の信号レベルから前記視差調整左目用信号の信号レベルを差し引く第3の減算部と、
    前記第3の減算部から出力された第2の減算信号に対して第2の係数を乗じる第2の乗算部と、
    前記視差調整右目用信号の信号レベルから前記第2の乗算部から出力された第2の乗算信号の信号レベルを差し引く第4の減算部と、を備え、
    前記第2の視差調整部は、前記第2の減算部の出力と前記第4の減算部の出力を入力とすることを特徴とする立体画像処理装置。
  5. 前記第1の乗算部、第2の乗算部において掛け合わせる係数を、それぞれ前記視差調整左目用信号、前記視差調整右目用信号の空間方向または時間方向の相関性が大きい場合には小さな値に設定し、前記相関性が小さい場合には大きな値に設定することを特徴とする請求項4に記載の立体画像処理装置。
  6. 前記第1の乗算部、第2の乗算部において掛け合わせる係数を、前記第1の視差調整部により算出される前記右目用信号および前記左目信号の視差量が大きい場合には大きな値に設定し、前記視差量が小さい場合には小さな値に設定することを特徴とする請求項4に記載の立体画像処理装置。
  7. 立体映像信号の左目用信号および右目用信号の視差を調整し映像位置をずらす第1の視差調整ステップと、
    前記第1の視差調整ステップで得られた視差調整左目用信号および視差調整右目用信号を用いてノイズ低減量を設定するノイズ低減量設定ステップと、
    前記ノイズ低減量に基づいて、前記視差調整左目用信号および前記視差調整右目用信号のノイズを低減するノイズ低減ステップと、
    前記第1の視差調整ステップで得られた視差調整情報を受け取り、前記ノイズ低減ステップにおいてノイズ低減された前記視差調整左目用信号および前記視差調整右目用信号の視差を調整し映像位置をずらす第2の視差調整ステップと、を備え、
    前記ノイズ低減ステップは、前記第1の視差調整ステップで得られた視差をなくした前記視差調整左目用信号と前記視差調整右目用信号との信号レベルの差からノイズレベルを算出し、前記左目用信号と前記右目用信号の信号レベルからそれぞれ前記ノイズレベルを差し引いて立体映像信号中のノイズを低減させることを特徴とする立体画像処理装置のノイズ低減方法。
  8. 前記ノイズ低減量設定ステップは、前記視差調整左目用信号、前記視差調整右目用信号の空間方向または時間方向の相関性を算出し、前記相関性が大きい場合には、ノイズ低減量を小さく設定し、前記相関性が小さい場合にはノイズ低減量を大きく設定することを特徴とする請求項7に記載の立体画像処理装置のノイズ低減方法。
  9. 前記ノイズ低減量設定ステップは、前記第1の視差調整ステップで得られた前記左目用信号および前記右目用信号の視差量が大きい場合には、ノイズ低減量を大きく設定し、前記視差量が小さい場合には、ノイズ低減量を小さく設定することを特徴とする請求項7に記載の立体画像処理装置のノイズ低減方法。
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