WO2003107659A1

WO2003107659A1 - ノイズ低減装置、ノイズ低減方法

Info

Publication number: WO2003107659A1
Application number: PCT/JP2003/007387
Authority: WO
Inventors: 矢野　修志; 浜崎　岳史
Original assignee: 松下電器産業株式会社
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2003-12-24
Also published as: US20050068430A1; GB2397963A; DE10392150T5; GB0406399D0; JP2004023217A; GB2397963B; JP3838163B2; US7499087B2

Abstract

従来の3次元ノイズ低減装置においては、信号増幅によりノイズレベルが大きくなった信号に対し効果的なノイズ低減を行うと、残像劣化が大きくなってしまうという問題があった。映像信号を増幅するAGC回路12と、AGC回路12により増幅された映像信号を、その空間周波数に応じて複数の帯域に分割し、前記増幅手段の増幅量に基づく第1の特性パラメータと、前記映像信号の、より高域成分のレベルとの比較に基づき、前記高域成分のレベルを低減し、前記低減された高域成分と他の帯域成分とを合成する高域コアリング回路14と、高域コアリング回路14の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す減算器15と、前記差分信号のレベルと所定の第2の特性パラメータとの比較に基づき前記差分信号のレベルを低減する非線形処理回路16と、映像信号から非線形処理回路16の出力を減算する減算器17とを備えた。

Description

明細書ノイズ低減装置、ノイズ低減方法技術分野

本発明は、テレビやビデォなどの映像機器に用いられるノイズ低減装置、ノイズ低減方法等に関する。背景技術

ビデオ機器における高画質のためのノイズ低減装置について説明するノイズ低減装置には、同一フィールドまたはフレーム内の信号を元にノィズ低減を図る 2次元ノイズ低減装置と、メモリなどを用いて信号のフィールドまたはフレーム差分を求め、それを元にノイズ低減を図る 3次元ノイズ低減装置がある（例えば特開平 0 3— 7 9 1 6 8号公報を参照

) o

まず従来の 3次元ノィズ低減装置の動作を簡単に説明する。

図 9は従来の 3次元ノィズ低減装置を備えた撮像装置の構成例を示すものである。

図 9において、 1 0 1は入射する光を電気映像信号に変換する固体撮像素子（以下 C C D ) 、 1 0 2は C C D 1 0 1からの出力信号が変化しても出力信号レベルを一定に保つように増幅を行う自動利得制御増幅回路.（以下 A G C回路）、 1 0 3は A G C回路 1 0 2からのアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換するアナログ ·デジタル変換器（以下 A ZD変換器）である。 1 0 4は 2つの入力信号に対し、一方の入力信号から他方の入力信号を減算する減算器、 1 0 5は減算器 1 0 4の出力に 2

対し、非線形の処理を行う非線形処理回路、 1 0 6は 0変換器1 0 3の出力信号から、非線形処理回路 1 0 5の出力を減算し、映像信号 S Oを出力する減算器、 1 0 7は出力映像信号 S Oを 1フィールド遅延させた参照用信号として減算器 1 0 4へ出力するフィールドメモリ、 1 0 8は A G C回路 1 0 2の増幅量に応じて非線形処理回路 1 0 5の特性を変更する非線形処理制御回路である。

以下、以上のような構成を有する従来の 3次元ノイズ低減装置の動作について説明する。

C C D 1 0 1からの電気信号が A G C回路 1 0 2に入力されると、 A G C回路は入力信号がある一定レベル以上であれば増幅を行わず増幅量 1倍で出力する。もしも入力信号がある一定レベル以下であれば、その一定レベルになるように増幅量を上げて信号の増幅を行う。

そして、 A G C回路 1 0 2の出力信号は AZ D変換器 1 0 3によってデジタル映像信号に変換される。

さらに AZ D変換器 1 0 3でデジタル信号に変換された映像信号は減算器 1 0 4に入力され、フィールドメモリ 1 0 7の出力信号との減算が行われ、差分信号として出力される。フィールドメモリ 1 0 7の出力信号は、既にノイズ低減された出力映像信号 S Oが 1フィールド遅延した信号であるため、映像信号が静止状態の撮像対象を表示するものであれば、各フィールドの映像信号は実質上同一であるため、上記差分信号中には映像信号はほとんど含まれず、ノイズ成分だけが抽出される。

従,つて、減算器 1 0 6において A/ D変換器 1 0 3の出力信号から減算器 1 0 4の出力信号を差し引けば、ノイズが低減された、新たな出力映像信号 S Oが出力される。なお、この新たな出力映像信号 S Oは参照用信号としてフィールドメモリ 1 0 7へ入力し、次のフィールドの映像信号のノイズ低減に用いられることになる。 3

一方、撮像対象が動く動画においては、各フィールドの映像信号は互いに異なるため、差分信号中に映像信号が多く含まれるようになってくる。したがって、上記差分信号をそのまま差し引くと、出力映像信号 S

Oにおいてはノイズは低減されるが 1フィールド前の画像信号も同時に加算され、画面に残像劣化を引き起こすことになる。

このような不具合に対しては、以下のように対処していた。すなわち、一般的にノイズは映像信号に比べて振幅の時間変化量が小さい、という統計的理由に基づき、上記差分信号のうち、振幅の大きい部分を映像信号、振幅の小さい部分をノイズとみなして、この振幅の小さい部分だけを非線形処理回路 1 0 5において抜き出す。この振幅の小さい部分が抜き出された信号を差分信号として、減算器 1 0 6において AZD変換された映像信号から差し引くことにより、ほとんど残像なくノイズが低減された映像信号 S Oを出力することができる。

図 1 0は非線形処理回路 1 0 5の特性の一例を表す図であり、横軸が非線形処理回路 1 0 5の入力、縦軸が出力を表す。 a及び Kはこの特性を特徴付ける特性パラメータである。

減算器 1 0 4の出力のレベルである非線形処理回路入力レベルの絶対値が a以下であれば、減算器 1 0 4の出力をほぼ全てノイズ信号とみなし、特性パラメータ Kを乗じてレベルを低減した K · X (K < 1、 Xは非線形処理回路入力で I X I ≤ a ) の大きさの信号を差分信号として出力する。

また、非線形処理回路入力信号レベルの絶対値が a以上 2 a未満であれば、減算器 1 0 4の出力にはノイズと映像信号の両方が含まれており、レベルが大きくなるほど映像信号の比率が大きくなるとみなし、入力信号レベルの絶对値が aから 2 aに近づくほど、 Kを比例定数として出力を低減して、 0に近いレベルの絶対値の信号を差分信号として出力す JP03/07387

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る特性となっている。なお、非線形処理回路入力レベルの絶対値が 2 a 以上であれば、演算器 1 04の出力は全て映像信号と見なし、減算器 1 06への出力を行わない。

このような非線形処理特性によれば、非線形処理回路入力、すなわち減算器 1 04の出力の信号レベルの絶対値が 2 a以下の信号にはノイズが含まれているとみなされ、この信号レベルに応じて非線形処理にて低減された信号が差分信号として減算器 1 06へ出力されるので、残像劣化を押さえながらノイズを低減することができる。なお、上述した特開平 03— 7 9 1 6 8号公報の文献の全ての開示は、そつくりそのまま引用する（参照する）ことにより、ここに一体化する。

ところで、 C CD 1 0 1に入射する光量が減り、 CCD 1 0 1からの出力映像信号レベルが減少した場合、ノイズレベルは出力信号レベルによらず一定であるため、 SZN比は悪くなる。そして、さらにレベルが減少してある一定レベルより下がった場合、 AGC回路 1 0 2は一定レベルを保つように入力信号の増幅を行うが、 S/N比が悪い状態で信号もノイズも同じ増幅量で増幅するため、ノイズレベルが大きくなる。これに対し、非線形処理制御回路 1 08は AG C回路 1 0 2の増幅量に応じて、非線形処理回路の特性を変更する。具体的には特性パラメ一タ aの値を大きくさせることにより、ノイズと見なす信号のレベルを大きくとるようにする。これにより、映像信号に含まれているノイズが、 AGC回路 1 0 2の増幅により大きくなった場合でも、これを低減できるようにする。

しかしながら、減算器 1 05の出力において、本来所定の振幅を有する映像信号と、増幅されてレベルが大きくなつたノイズとを、振幅の大小で区別することはできない。したがって、增幅されたノイズレベルに応じて特性パラメータ aの値を大きくとると、非線形処理回路 1 0 5において、ノイズと共に本来必要な映像信号も低減されてしまい、非線形処理回路 1 0 5の出力には、フィールドメモリ 1 0 7内の映像信号が映像信号が多く含まれるようになり、出力映像信号 S Oにおける残像劣化が大きくなってしまう。

すなわち、 C C D 1 0 1からの出力映像信号のレベルの減少により A G C増幅回路 1 0 2によって映像信号を増幅する必要がある場合は、映像信号に対してノイズが大きく増幅されてしまうため、ノイズは映像信号に比べて振幅の時間変化量が小さい、という統計的理由に基づきノィズと映像信号との区別を行う非線形処理回路 1 0 5では、残像劣化を考慮したノイズの除去が困難になっていた。発明の開示

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、映像信号の S ZN比が悪く、増幅する必要がある場合でも、効果的にノイズを低減し、かつ、残像劣化の少ないノイズ低減装置、ノイズ低減方法等を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第 1の本発明は、映像信号を増幅する増幅手段と、

前記増幅手段により増幅された前記映像信号を、その空間周波数に応じて複数の帯域に分割し、前記増幅手段の増幅量に基づく第 1の特性パラメータと、前記映像信号の、より高域成分のレベルとの比較に基づき、前記高域成分のレベルを低減し、前記低減された高域成分と他の帯域成分とを合成する映像信号レベル低減手段と、

前記映像信号低減手段の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す差分信号抽出手段と、 PC蘭細 87

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前記差分信号のレベルと所定の第 2の特性パラメータとの比較に基づき前記差分信号のレベルを低減する差分信号レベル低減手段と、

前記映像信号から前記差分信号レベル低減手段の出力を減算する減算手段とを備え、

前記減算手段の出力を、ノイズが低減された前記映像信号として出力するとともに、新たな参照用信号として用いるノイズ低減装置である。

また、第 2の本発明は、映像信号を増幅する増幅手段と、

前記増幅手段の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す差分信号抽出手段と、

前記差分信号のレベルを低減する差分信号レベル低減手段と、前記映像信号から前記差分信号レベル低減手段の出力を減算する減算手段とを備え、

前記合成手段の出力を、ノイズが低減された前記映像信号として出力するとともに、新たな参照用信号として用いるノイズ低減装置であって前記差分信号レベル低減手段は、

前記差分信号を、その空間周波数に応じて複数の帯域に分割し、各帯域毎に、前記差分信号のレベルと、前記各帯域毎に定められた所定の第 3の特性パラメータとの比較に基づき、複数の前記差分信号のうち、より高域の信号のレベルを低減し、前記分割された帯域を合成して前記出力を得るノィズ低減装置である。

また、第 3の本発明は、前記映像信号レベル低減手段の前記第 1の特性パラメータは、前記増幅手段の増幅量に応じて可変する第 1の本発明のノイズ低減装置である。

また、第 4の本発明は、前記差分信号レベル低減手段の前記第 2または第 3の特性パラメータは、前記増幅手段の増幅量に応じて可変する第 1力ら第 3のいずれかの本発明のノィズ低減装置である。

また、第 5の本発明は、前記增幅手段の増幅量が所定値以下である場合は、前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメータを一定に保つとともに前記映像信号レベル低減手段の第 1の特性パラメータを増加させ、

前記増幅量が前記所定値より大きい場合は前記映像信号レベル低減手段の第 1の特性パラメータを一定に保つとともに前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメータを増加させる第 4の本発明のノィズ低減装置である。 '

また、第 6の本発明は、前記増幅手段の増幅量が所定値以下である場合は前記映像信号レベル低減手段の前記第 1の特性パラメータを一定に保つとともに前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメータを増加させ、

前記増幅量が前記所定値より大きい場合は、前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメータを一定に保つとともに前記映像信号レベル低減手段の第 1の特性パラメータを増加させる第 4の本発明のノィズ低減装置である。

また、第 7の本発明は、前記映像信号レベル低減手段は、

前記映像信号を周波数分割する、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを含む複数のフィルタと、

前記ハイパスフィルタからの出力をうけ、この出力のレベルの大きさが前記第 1の特性パラメータ以下である場合はその出力をカツトし、前記第 1のパラメータより大きい場合はそのレベルを低減するコアリング回路と、

前記ローパスフィルタの出力と前記コアリング回路との出力を合成する合成手段とを備えた第 1の本発明のノイズ低減装置である。また、第 8の本発明は、前記映像信号レベル低滅手段は、

前記映像信号を周波数分割する、複数のバンドパスフィルタと、前記複数のパンドパスフィルタのうち、高域を通過域とするものの出力をうけ、この出力のレベルの大きさが前記第 1の特性パラメータ以下である場合はその出力をカツトし、前記第 1のパラメータより大きい場合はそのレベルを低減するコアリング回路と、

前記複数のバンドパスフィルタのうち、低域を通過域とするものの出力と前記コアリング回路との出力を合成する合成手段とを備えた第 1の本発明のノイズ低減装置である。

また、第 9の本発明は、前記差分信号レベル低減手段は、

前記映像信号を周波数分割する複数のフィルタと、

前記複数のフィルタのそれぞれの出力を、それぞれの前記第 3の特性パラメータとの比較に基づきレベルを低減する複数のレベル低減手段と前記複数のレベル低減手段の出力を合成する合成手段とを備え、前記複数のレベル低減手段のそれぞれの前記第 3の特性パラメータの値は、対応する前記複数のレベル低減手段が接続された複数のフィルタのうち、通過帯域が高域にあるものほど大きい第 2の本発明のノイズ低減装置である。

また、第 1 0の本発明は、前記複数のフィルタは互いに通過帯域が異なるバンドパスフィルタである第 9の本発明のノイズ低減装置である。また、第 1 1の本発明は、前記複数のフィルタはローパスフィルタおょぴハイパスフィルタを含む第 9の本発明のノィズ低減装置である。また、第 1 2の本発明は、前記映像信号は nフィールドまたは n水平期間毎に入力し（nは自然数）、 m番目に入力した映像信号に対応する前記差分信号は、少なくとも m— 1番目に入力した映像信号に基づき PC蘭應 87

9 得られた信号が前記所定の参照用信号として用いられることにより得られる第 1または第 2の本発明のノィズ低減装置である。

また、第 1 3の本発明は、第 1から第 1 2のいずれかの本発明のノィズ低減装置と、

対象を撮像して前記映像信号を得る撮像手段とを備えた撮像装置である。

また、第 1 4の本発明は、映像信号を増幅する増幅工程と、

前記増幅工程により増幅された前記映像信号を、その空間周波数に応じて複数の帯域に分割し、前記增幅工程の増幅量に基づく第 1の特性パラメータと、前記映像信号の、より高域成分のレベルとの比較に基づき、前記高域成分のレベルを低減し、前記低減された高域成分と他の帯域成分とを合成する映像信号レベル低減工程と、

前記映像信号低減工程の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す差分信号抽出工程と、

前記差分信号のレベルと所定の第 2の特性パラメータとの比較に基づき前記差分信号のレベルを低減する差分信号レベル低減工程と、

前記映像信号から前記差分信号低減工程の出力とを減算する減算工程とを備え、

前記減算工程の出力を、ノイズが低減された前記映像信号として出力するとともに、新たな参照用信号として用いるノイズ低減方法である。

また、第 1 5の本発明は、映像信号を増幅する増幅工程と、前記増幅工程の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す差分信号抽出工程と、

前記差分信号のレベルを低減する差分信号レベル低減工程と、前記映像信号から前記差分信号低減工程の出力を減算する減算工程とを備え、 03 07387

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前記減算工程の出力を、ノイズが低減された前記映像信号として出力するとともに、新たな参照用信号として用いるノイズ低減方法であって前記差分信号レベル低減工程は、

前記差分信号を、その空間周波数に応じて複数の帯域に分割し、各帯域毎に、前記差分信号のレベルと、前記各帯域毎に定められた所定の第

3の特性パラメータどの比較に基づき、複数の前記差分信号のうち、より高域の信号のレベルを低減し、前記分割された帯域を合成して前記出力を得るノィズ低減方法である。

また、第 1 6の本発明は、第 1の本発明のノイズ低減装置の、映像信号を増幅する增幅手段と、前記增幅手段により増幅された前記映像信号を、その空間周波数に応じて複数の带域に分割し、前記増幅手段の増幅量に基づく第 1の特性パラメータと、前記映像信号の、より高域成分のレベルとの比較に基づき、前記髙域成分のレベルを低減し、前記低減された高域成分と他の帯域成分とを合成する映像信号レベル低減手段と、前記映像信号低減手段の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す差分信号抽出手段と、前記差分信号のレベルと所定の第 2の特性パラメータとの比較に基づき前記差分信号のレベルを低減する差分信号レべル低減手段と、前記映像信号から前記差分信号低減手段の出力を減算する減算手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。また、第 1 7の本発明は、第 1の本発明のノイズ低減装置の、映像信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す差分信号抽出手段と、前記差分信号のレベルを低減する差分信号レベル低減手段と、前記映像信号から前己差分信号低減手段の出力を減算する減算手段としてコンピュータを機能させるためのプ口グラムである。 7

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また、第 1 8の本発明は、第 1 6または第 1 7の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態によるノイズ低減装置の構成を示すプロック図である。

図 2は、本発明の第 1及び第 2の実施の形態に用いられる高域コアリング回路 1 4の構成例を示すプロック図である。

図 3は、

(a) 本発明の第 1及ぴ第 2の実施の形態に用いられる L P F 2 2の周波数特性を示す周波数特性図である。

(b) 本発明の第 1及び第 2の実施の形態に用いられる HP F 2 1の周波数特性を示す周波数特性図である。

図 4は、本発明の第 1及ぴ第 2の実施の形態に用いられるコアリング回路 1 4の入出力特性例を示す入出力特性図である。

図 5は、

(a) "本発明の第 1の実施の形態における CCD出力信号レベルと入射光量との関係を示す図である。

(b) 本発明の第 1の実施の形態におけるコアリング回路 2 3の特性パラメータの値と AG C回路 1 2の増幅量との関係の一例を示す関係図である。

( c) 本発明の第 1の実施の形態における非線形処理回路 1 6の特性パラメータの値と AGC回路 1 2の増幅量との関係の一例を示す関係図である。 ' (d) 本発明の第 1の実施の形態における非線形処理回路 1 6の特性パラメータの値と AG C回路 1 2の増幅量との関係の一例を示す関係図である。

図 6は、本発明の第 2の実施の形態によるノィズ低減装置の構成を示すプロック図である。

図 7は、

(a) 本発明の第 1及び第 2の実施の形態における特性パラメータ m の値と AG C回路 1 2の增幅量との関係の他の一例を示す関係図である。

(b) 本発明の第 1及び第 2の実施の形態における特性パラメータ a の値と AG C回路 1 2の増幅量との関係の他の一例を示す関係図である。図 8は、本発明の第 1及び第 2の実施の形態に用いられるコアリング回路 2 3の入出力特性の他の例を示す入出力特性図である。

図 9は、従来のノイズ低減装置の構成を示すプロック図である。

図 1 0は、従来のノイズ低減装置における非線形処理回路の入出力特性を示す入出力特性図である。

図 1 1は、

(a) 本発明の第 1の実施の形態における C CD出力信号レベルと入射光量との関係を示す図である。

(b) 本発明の第 1の実施の形態における非線形処理回路 1 6の特性パラメータの値と AG C回路 1 2の増幅量との関係の他の一例を示す関係図である。

(c) 本発明の第 1の実施の形態におけるコアリング回路 2 3の特性パラメータの値と AG C回路 1 2の増幅量との関係の他の一例を示す関係図である。

図 1 2は、

( a ) 本発明の第 2の実施の形態のノィズ低減装置における B P F 6 1の周波数特性を示す周波数特性図である。

(b) 本発明の第 2の実施の形態のノィズ低減装置における非線形処理回路 6 2の入出力特性を示す入出力特性図である。

(c) 本発明の第 2の実施の形態のノイズ低減装置における B P F 6 1の周波数特性を示す周波数特性図である。

(d) 本発明の第 2の実施の形態のノィズ低減装置における非線形処理回路 6 2の入出力特性を示す入出力特性図である。

( e ) 本発明の第 2の実施の形態のノィズ低減装置における B P F 6 1の周波数特性を示す周波数特性図である。

( f ) 本発明の第 2の実施の形態のノィズ低減装置における非線形処理回路 6 2の入出力特性を示す入出力特性図である。

(符号の説明）

1 1 CCD

1 2 AGC回路

1 3 AZD変換器

1 4 高域コアリング回路

1 5

1 6 非線形処理回路

1 7

1 8 フィ一ノレドメモリ

1 9 非線形処理制御回路

2 1 HP F

2 2 L P F

23 コアリング回路

24 加算器 6 1 B P F

6 2 非線形処理回路

6 3 加算器発明を実施するための最良の形態

以下、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は本発明の第 1の実施の形態にかかるノイズ低減装置を備えた撮像装置の基本的な要部構成を例示するプロック図である。図 1において 1 1は入射する光を電気映像信号に変換する、本発明の撮像手段に相当する C C D、 1 2は C C D 1 1からの出力信号が変化しても出力信号レベルを一定に保つように増幅を行う A G C回路、 1 3は A G C回路 1 2 からの出力アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換する A/ D変換器、 1 4は A/ D変換器の出力に対し高域信号にのみ非線形処理を行う高域コアリング回路、 1 8は本装置の出力映像信号 S Oを、本発明の参照用信号として 1フィールド遅延させて出力するフィールドメモリ、 1 5は高域コアリング回路 1 4の出力信号とフィールドメモリ 1 8の出力信号との差分を求めて出力する減算器、 1 6は減算器 1 5の出力に対し、本発明の第 2の特性パラメータに相当する特性パラメータ aと、特性パラメータ Kとを用いて非線形の処理を行う非線形処理回路、 1 7は高域コアリング回路 1 4の出力信号から、非線形処理回路 1 6の出力を減算して映像信号 S Oを出力する減算器である。なお、上記の構成において、 A G C回路 1 2は本発明の增幅手段に相当し、高域コアリング回路 1 4は本発明の映像信号レベル低減手段に相当し、減算器 1 5は本発明の差分信号抽出手段に相当し、非線形処理回路 1 6は本発明の差分信号レベル低減手段に相当し、減算器 1 7は本発明の減算手段に相当する。以上のような構成を有する本発明の第 1の実施の形態のノイズ低減装置の動作について説明するとともに、これにより、本発明のノイズ低減方法の一実施の形態について説明を行う。

CCD 1 1から AZD変換器 1 3までの動作は、図 9に示した従来のノイズ低減装置の CCD 101から A/D変換器 1 03までと同一であるので説明を省略する。

次に、 A/D変換器 1 3でデジタル信号に変換された映像信号は次に高域コアリング回路 14に入力される。 ·

図 2は高域コアリング回路 14の一例を示すプロック図である。 AZ D変換器 13の出力映像信号が高域コアリング回路 14に入力されると、まず H P F (ハイパスフィルタ： H i g h P a s s F i l t e r ) 21と L P F (ローパスフィノレタ： L ow P a s s F i l t e r ) 22によって高域と低域に帯域分割される。これらのフィルタは例えば図 3のような周波数特性を持つ。ただし図 3 (a) は LPFの、図 3 (b) は HP Fの周波数特性図をそれぞれ表す。

これらのフィルタによって高域成分と低域成分に分けられた映像信号のうち、 HP F 21を通過した高域成分の信号が非線形処理を行うコアリング回路 23に入力される。

図 4はコアリング回路 23の入出力特性の一例を表すものであり、 m はこの特性を特徴付ける、本発明の第 1の特性パラメータに相当する特性パラメータである。この入出力特性によりコアリング回路 23に入力される信号は、その振幅のレベルがこの特性パラメータと比較され、その結果、一定振幅より大きいものだけが、特性パラメータの値に応じて低減して出力される。すなわちコアリング回路 23の入力信号レベルを Xとすると、 I X I≤mとなる信号は出力されず、 I X I >mとなる信号についても信号レベルの絶対値は mだけ小さくなった値に低減されて出力されることになる。

コアリング回路 2 3を通った高域信号成分と L P F 2 2の出力である低域信号成分が加算器 2 4で加算されることで、映像信号は全帯域が復元され、高域コアリング回路 1 4の出力として後段の減算器 1 5および 1 7へ出力される。

ノイズには、前述のような一般的に映像信号の時間変化量に比べて振幅の時間変化量が小さいという特徴だけでなく、空間周波数において低域よりも高域により多く分布するという特徴がある。この高域コアリング回路 1 4により映像信号のノイズがある程度、具体的には AZ D変換器 1 3の出力信号に絶対値で S nというレベルのノイズがのっている場合、 S n≤mであればノイズレべノレは 0に、 S n > mであれば S n— m に低減されることになる。しかも、この高域コアリング回路 1 4によるノイズ低減では原理的に残像が発生しない。

そして高域コアリング回路 1 4以降、減算器 1 5，減算器 1 7、非線形処理回路 1 6、そしてフィールドメモリ 1 8の動作は従来のノイズ低減装置における、減算器 1 0 4，減算器 1 0 6、非線形処理回路 1 0 5 、フィールドメモリ 1 0 7と同様に動作する。従って、非線形処理回路 1 6は図 1 0に示す特性に従って減算器 1 0 4の出力に処理を行い、高域コアリング回路 1 4の出力に対してさらにノイズ低減が行われ、出力映像信号 S Oとして出力される一方、この出力映像信号 S Oが、本発明の参照用信号として次のフィールドの映像信号のノイズ低減処理において減算器 1 5へ出力されるためにフィールドメモリ 1 8に蓄積される。具体的には高域コアリング回路 1 4によってその絶対値レベルが S n 一 mまで低減されたノイズのうち、絶対値レベルが 2 a以下のものは、図 1 0に示す特性に応じてさらに最大 K · aまで低減されることになる _c 0307387

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ここで、非線形処理制御回路 1 9は AG C回路 1 2の増幅量に応じて、高域コアリング回路 1 4中のコアリング回路 23の特性パラメータ m と非線形処理回路 1 6の特性パラメータ aに対して図 5に示すような制御を行う。すなわち、図 5 (a) に示すように CCD 1 1に入射する光量が減り、 C CD 1 1からの出力映像信号レベルが減少した場合、 AG C回路 1 2は従来と同様に一定レベルを保つように増幅量を上げていく力図 5 (b) に示すようにその増幅量が一定値 G 1以下であればまずコアリング回路 2 3の特性パラメータ mを増加させるようにする。一方、非線形処理回路 1 6の特性パラメータ aは一定に保つ。図 5 (c ) には一例として a = 0を保つようにしたので、実質上信号は非線形処理回路 1 6を全く通過しないことになる。なお、特性パラメータ aは任意の値で一定に保ってもよい。

高域コアリング回路 1 4では信号の高域に分布するノイズを低減する力ディテールのような高域の映像信号も同様に低減してしまうため、 mを增加させ過ぎるとディテール劣化が目立つことになる。そこで、 A GC回路 1 2の増幅量が G 1に達すると、以降は增幅量がさらに増加しても特性パラメータ mはディテール劣化が許容できる値で固定し、図 5 (c) に示すように、代わりに非線形処理回路 1 6の特性パラメータ aを增加させる。

このような動作により、 AGC回路 1 2の増幅量が増加し、 A/D変換器 1 3の出力信号のノイズレベル S nが大きくなつた場合でも、増幅量が以下であれば高域コアリング回路 1 4によってノイズ低減が行われ、それ以降の動作によるノイズ低減は行われない。そのため、その場合は映像信号がさまざまな動き成分、例えば被写体自体の動きや、撮像装置自体をパン-ングさせたことによる画面全体の動きといった低い空間周波数の動き成分、そして手ぶれのような高い空間周波数の動き成分などを持っていたとしても、残像劣化は発生しない。

また増幅量が以上となった場合でも、高域コアリング回路 1 4である程度ノイズが低減されている分、特性パラメータ aの値は従来よりも小さい値に抑えることができるので、従来よりも残像劣化を低減できる。

また、非線形処理制御回路 1 9は、特性パラメータ mと特性パラメ一タ aの制御を以下のように行ってもよい。すなわち、図 1 1 (a) に示すように CCD 1 1に入射する光量が減り、 C CD 1 1からの出力映像信号レベルが減少した場合、 AGC回路 1 2は従来と同様に一定レベルを保つように増幅量を上げていくが、図 1 1 (b) に示すようにその増幅量が一定値 G₂以下であればまず非線形処理回路 1 6の特性パラメータ aを增加させるようにする。一方、コアリング回路 2 3の特性パラメ一タ mは一定に保つ。図 1 1 (c ) には一例として m二 0を保つようにしたので、実質上信号はコアリング回路 1 4をスルーすることになる。なお、特性パラメータ mは任意の値で一定に保ってもよい。

非線形処理回路 1 6は信号の空間周波数において高域に分布するノィズを低減するが、従来例で説明したように aを増加させ過ぎると画像に残像劣化を引き起こすこととなる。そこで、 AGC回路 1 2の増幅量が G₂に達すると、以降は増幅量がさらに増加しても特性パラメータ aは残像劣化が許容できる値 a ₄で固定し、図 1 1 (c) に示すように、代わりにコアリング回路 2 3の特性パラメータ mを増加させる。

この動作の場合は、 AGC回路 1 2の増幅量が増加し、 AZD変換器 1 3の出力信号のノイズレベル S nが大きくなった場合でも、増幅量が G ₂以下であれば非線形処理回路 1 6によってノイズ低減が行われ、それ以外のノイズ低減は行われない。そのため、その場合は許容範囲の残像劣化のみでノイズを低減できる。

さらに増幅量が G₂以上となった場合は、高域コアリング回路 1 4を併 0307387

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せて用いることで程度ノイズを低減した後に、三次元ノイズリダクションを行うことになるので、非線形処理回路 1 6の特性パラメータ aの値は従来よりも小さレ、 a ₄以上にする必要が無く,、従来よりも残像劣化を低減できる。

(実施の形態 2) ' 図 6は本発明の第 2の実施の形態にかかるノィズ低減装置を備えた撮像装置の基本的な要部構成を例示するプロック図である。図 6において第 1の実施の形態の図 1と同じまたは相当する機能プロックについては同じ符号を記載しているので、そのプロックに対する説明は省略する。また、図 6において 6 1— 1〜6 1— nは減算器 1 5の出力に対して複数の帯域に分割する B P F (パンドパスフィルタ： B a n d P a s s

F i 1 t e r ) 、 6 2— 1〜 6 2— nは B P F 6 1— 1〜6 1— nの出力に対し、それぞれ非線形処理を行う複数の非線形処理回路、 6 3は非線形処理回路 6 2— 1〜6 2— nからの出力をすベて加算して減算器 1 7へ出力する加算器である。

非線形処理回路 6 2— 1〜6 2— nにはそれぞれ異なる特性パラメ一タが割り当てられており、これらパラメータの値は、従来例や第 1の実施の形態と同様、 AGC回路 1 0 2の増幅量に応じて非線形処理制御回路 1 08が増加させるものとする。

なお、上記の構成において、 B P F 6 1— l〜 6 1—n、非線形処理回路 6 2— 1〜 6 2— 11および加算器 6 3は本発明の差分信号レベル低減手段を構成し、 B P F 6 1— ：！〜 6 1— nは本発明の複数のフィルタに相当し、非線形処理回路 6 2— 1〜6 2— nは本発明のレベル低減手段に相当し、加算器 6 3は本発明の合成手段に相当する。

以上のような構成を有する本発明の第 2の実施の形態のノィズ低減装置の動作について説明するとともに、これにより、本発明のノイズ低減 7387

.20

方法の一実施の形態について説明を行う。ただし、本実施の形態のノィズ低減装置が第 1の実施の形態のノイズ低減装置と異なる点は、 B P F 6 1— 1〜6 1— n、非線形処理回路 6 2— 1〜6 2— nと加算器 6 3 であるので、この動作を中心に以下に説明する。

減算器 1 5の出力信号は B P F 6 1— 1〜6 1— nによって空間周波数において複数の帯域に分割され、それぞれ独立に非線形処理回路 6 2 一 1〜6 2— ηによって第 1の実施の形態と同様の非線形処理を施される。そして、各非線形処理回路の出力を加算器 6 3で 1つに合成する。非線形処理回路 6 2— 1〜6 2— ηの動作を詳細に説明する。図 1 2 は η = 3とした場合の B P F 6 1—：！〜 6 1— 3の周波数特性と、その出力に対する非線形処理回路 6 2—：！〜 6 2— 3の入出力特性を表したものであり、図 1 2 (a ) は B P F 6 1— 1の周波数特性、図, 1 2 (b ) は非線形処理回路 6 2— 1の入出力特性をそれぞれ表し、図 1 2 ( c ) は B P F 6 1— 2の周波数特性、図 1 2 (d) は非線形処理回路 6 2 一 2の入出力特性をそれぞれ表し、図 1 2 (e ) は B P F 6 1— 3の周波数特性、図 1 2 ( f ) は非線形処理回路 6 2 _ 3の入出力特性をそれぞれ表している。図 1 2に示すように、特性パラメータ a 〜 a ₃の大きさの間には、 a a ₂< a ₃の関係を持たせている。すなわち、複数の非線形処理回路に割り当てられた特性パラメータの値は、対応する非線形処理回路が処理する信号の空間周波数帯域の高低に応じて互いに異なり、高域のものほどより大きくなるように設定されている。一例としては、第 1の実施の形態 1における特性パラメータ aと比較すると、 _{a i}< a 、 a 2 = a , a ₃>.aとなるようにする。なおここで特性パラメータ a丄〜 a ₃は本発明の第 3の特性パラメータに相当する。

これは以下の理由による。すなわち、第 1の実施の形態にて説明したように、映像信号に含まれるノイズは空間周波数において低域よりも髙域に多く分布するため、ノイズより動き成分がより多く含まれる低城成分が入力される非線形処理回路 6 2- 1においては、特性パラメータ a 1を小さくとることで、ノイズ低減よりも動き部分が低減されるのを抑えるようにする。次に、動き成分よりノイズ成分が多く含まれる高城成分が入力される非線形処理回路 6 2 - 3においては、特性パラメータの値 a ₃を大きくとることで、ある程度振幅が大きなノイズも低減することを優先する。そして動き成分もノイズ成分も同程度含まれる中域成分が入力される非線形処理回路 6 2 - 2においては、特性パラメータ a ₂の値は a iと a 2の間の値となるように制御する。

以上のような構成とすることにより、 AGC回路 1 2の増幅量が所定量、例えば G l， G 2以上となって、出力映像信号 S Oに残像劣化が発生したとしても、第 1の実施の形態よりもさらに残像劣化を改善しつつノイズ低減を行うことができる。

なお、上記の説明においては、第 1の実施の形態の構成に B P F 6 1 一 1〜6 1— n、非線形処理回路 6 2 1〜6 2— nと加算器 6 3を力 P えた構成として説明を行ったが、高域コアリング回路 1 4は省いてもよい。すなわち、本発明は、図 9に示す従来例の非線形回路 1 0 5を B P F 6 1— 1〜6 1— n、非線形処理回路 6 2—：！〜 6 2— nと加算器 6 3に置き換えて実施してもよい。

また、第 1及び第 2の実施の形態において、例えば図 5 ( c) に示すように、増幅量が以上に増加する場合は増幅量に応じて特性パラメ一タ aを徐々に増加させるように制御するものとして説明を行ったが、これに限る必要はなく、例えば図 5 (d) のように増幅量に関わらず特性パラメータ aは予め一定の値にしてもよい。この値は、 AGC回路 1 2 による増幅量が小さい時に、残像が若千発生するものの、それは画質低下につながるようなものではなく、問題がないレベルとなるようにする。さらに、増幅量がよりも大きくなつても、特性パラメータが一定のため、残像が大きくなることはなく画質は低下しない。

また、特性パラメータ mも、 A G C回路 1 2の増幅量に応じて徐々に増加するものとして説明を行ったが、これに限る必要はなく、 A G C回路 1 2の増幅量を考慮して、所定の効果が得られるような一定の値に定めておいてもよい。

さらに、第 1の実施の形態において、特性パラメータ aと mの制御を図 5や図 1 1のように段階的に行うとしたがこれに限る必要はなく、例えば図 7のように特性パラメータ mと aを同時に増加させるようにしてもよい。図 7に示す直線の傾きを図 5または図 1 1に示すものより小さな適当な値にすることで、残像劣化は従来例と前記第 1の実施の形態との間のレベルに保ちつつ、ディテールの劣化を抑えることが出来る。また、第 1及び第 2の実施の形態において、非線形処理回路 1 6， 6 2— 1〜6 2— ηの特性を図 1 0のような従来のノイズ低減装置と同じ特性としたがこれに限る必要はなく、要は、減算器 1 5の出力信号のレベルと特性パラメータ aの値との比較に基づき減算器 1 5の出力信号のうち、振幅の小さい部分だけを抜き出せるような特性にすればよい。また、高域コアリング回路 1 4中の非線形処理回路として図 4のような特性をもつコアリング回路 2 3を用いたがこれに限る必要はなく、例えば図 8のような特性にしてもよい。このような特性によれば絶対値 m 以下のレベルの高域信号は完全になくならないため、ノイズ成分が若干残留するが、その分だけ小振幅のディテール信号も残すことができる。

また、高域コアリング回路 1 4を図 2に示す構成としたが、これに限る必要はなく、要は映像信号の高域に非線形処理が施せるような構成であればよい。

また、上記第 1の実施の形態の高域コアリング回路 1 4は、 H P F 2 0307387

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1および L P F 22の 2つのフィルタを備えた構成としたが、 HP F、 L P Fはそれぞれ 2つ以上であってもよい。また、互いに通過帯域の異なる複数の B P Fにて実現してもよい。

また、上記第 2の実施の形態は、複数の B P F 6 1— 1， 6 1— 2〜 6 1— nを備えた構成としたが、複数の HP Fおよび L P Fの組み合わせとして実現してもよい。

さらに、本発明の映像信号ノイズ低減手段および差分信号ノイズ低減手段は、上述した高域コアリング回路 1 4や非線形処理回路 1 6, 6 2 一 :！〜 6 2— nの非線形処理に限定されず、入力した信号のレベルを任意の処理によって低減する構成として実現してもよい。

また、出力映像信号 S〇を本発明の参照用信号として蓄積する手段としてフィールドメモリを用いたが、これに限る必要はなく、例えばフレームメモリを用いてもよいことはいうまでもない。

また、上記の第 1及び第 2の実施の形態において、フィールドメモリ 1 8は一つフィールド前の出力映像信号 S Oを減算器 1 5へ入力させるものとしたが、本発明の参照用信号は、これより以前のフィールドの出力映像信号 S Oを用いるものであってもよい。

また、本発明は、上述した本発明のノイズ低減装置と、 CCDや CM O Sなど映像信号を取得可能な他の撮像手段を搭載した撮像装置として実現してもよく、そのような撮像装置としては、家庭用、業務用ビデオカメラ、動画撮影機能を有するデジタルカメラ、携帯電話、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ等が挙げられる。

また、本発明にかかるプログラムは、上述した本発明のノイズ低減装置の全部または一部の手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムであってもよい。また、本発明は、上述した本発明のノイズ低減装置の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、 .コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する記録媒体であってもよい。

なお、本発明の上記「一部の手段」とは、それらの複数の手段の内の、幾つかの手段を意味し、あるいは、一つの手段の内の、一部の機能の動作を意味するものである。

また、本発明のプログラムを記録した、コンピュータに読みとり可能な記録媒体も本発明に含まれる。

また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。

また、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。

また、記録媒体としては、 R O M等が含まれ、伝送媒体としては、ィンターネット等の伝送機構、光 '電波 '音波等が含まれる。

また、上述した本発明のコンピュータは、 C P U等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、 O S、更に周辺機器を含むものであっても良い。

なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。

産業上の利用可能性以上述べたように、本発明によれば、映像信号の S ZN比が悪く、增幅する必要がある場合でも、効果的にノイズを低減し、かつ、残像劣化の少ないノィズ低減装置、ノィズ低減方法等を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 映像信号を増幅する増幅手段と、

前記映像信号低減手段の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す差分信号抽出手段と、

前記減算手段の出力を、ノイズが低減された前記映像信号として出力するとともに、新たな参照用信号として用いるノイズ低減装置。

2 . 前記映像信号レベル低減手段の前記第 1の特性パラメータは、前記増幅手段の増幅量に応じて可変する請求項 1に記載のノィズ低減装置。

3 . 前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメータは、前記増幅手段の増幅量に応じて可変する請求項 1または 2に記載のノィズ低減装置。

4 . 前記増幅手段の増幅量が所定値以下である場合は、前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメ一タを一定に保つとともに前記映像信号レベル低減手段の第 1の特性パラメータを増加させ、前記増幅量が前記所定値より大きい場合は前記映像信号レベル低減手段の第 1の特性パラメータを一定に保つとともに前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメ一タを增加させる請求項 3に記載のノィズ低減装置。

5 . 前記増幅手段の増幅量が所定値以下である場合は前記映像信号レベル低減手段の前記第 1の特性パラメータを一定に保つとともに前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメータを増加させ、前記増幅量が前記所定値より大きい場合は、前記差分信号レベル低減手段の前記第 2の特性パラメータを一定に保つとともに前記映像信号レベル低減手段の第 1の特性パラメータを増加させる請求項 3に記載のノィズ低減装置。 ·

6 . 前記映像信号レベル低減手段は、

前記ハイパスフィルタからの出力をうけ、この出力のレベルの大きさが前記第 1の特性パラメータ以下である場合はその出力を力ットし、前記第 1のパラメータより大きい場合はそのレベルを低減するコアリング回路と、

前記ローパスフィルタの出力と前記コアリング回路との出力を合成する合成手段とを備えた請求項 1に記載のノイズ低減装置。

7 . 前記映像信号レベル低減手段は、

前記映像信号を周波数分割する、複数のバンドバスフィルタと、前記複数のパンドパスフィルタのうち、高域を通過域とするものの出力をうけ、この出力のレベルの大きさが前記第 1の特性パラメータ以下である場合はその出力をカツトし、前記第 1のパラメータより大きい場合はそのレベルを低減するコアリング回路と、前記複数のバンドパスフィルタのうち、低域を通過域とするものの出力と前記コアリング回路との出力を合成する合成手段とを備えた請求項 1に記載のノィズ低減装置。

8 . 前記映像信号は nフィールドまたは n水平期間毎に入力し（n は自然数）、 m番目に入力した映像信号に対応する前記差分信号は、少なくとも m— 1番目に入力した映像信号に基づき得られた信号が前記所定の参照用信号として用いられることにより得られる請求項 1に記載のノィズ低減装置。

9 . 請求項 1から 8のいずれかに記載のノィズ低減装置と、対象を撮像して前記映像信号を得る撮像手段とを備えた撮像装置。

1 0 . 映像信号を増幅する増幅工程と、

前記増幅工程により増幅された前記映像信号を、その空間周波数に応じて複数の帯域に分割し、前記増幅工程の増幅量に基づく第 1の特性パラメータと、前記映像信号の、より高域成分のレベルとの比較に基づき、前記高域成分のレベルを低減し、前記低減された高域成分と他の帯域成分とを合成する映像信号レベル低減工程と、

前記減算工程の出力を、ノイズが低減された前記映像信号として出力するとともに、新たな参照用信号として用いるノイズ低減方法。

1 1 . 請求項 1に記載のノイズ低減装置の、映像信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された前記映像信号を、その空間周波数に応じて複数の帯域に分割し、前記増幅手段の増幅量に基づく第 1の特性パラメータと、前記映像信号の、より高域成分のレベルとの比較に基づき、前記高域成分のレベルを低減し、前記低減された高域成分と他の帯域成分とを合成する映像信号レベル低減手段と、前記映像信号低減手段の出力と所定の参照用信号との差分信号を取り出す差分信号抽出手段と、前記差分信号のレベルと所定の第 2の特性パラメータとの比較に基づき前記差分信号のレベルを低減する差分信号レベル低減手段と、前記映像信号から前記差分信号低減手段の出力を減算する減算手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

1 2 . 請求項 1 1に記載のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体。