JP4886663B2 - Moving image noise reduction apparatus and moving image noise reduction program - Google Patents
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Description
本発明は、動画像のノイズを低減する動画像用ノイズ低減装置及び動画像用ノイズ低減プログラムに関する。 The present invention relates to a moving image noise reduction device and a moving image noise reduction program for reducing moving image noise.
従来、動画像のノイズを低減するものには、連続するフレーム間の画素値の違いに着目した一般的な動画像用ノイズ低減技術があり、また、例えば、デジタルフィルタを使用して、当該動画像のノイズ(例えば、ランダムノイズ)を除去する方法がある(非特許文献1参照)。
この方法は、プログラムを変更することでデジタルフィルタの特性を変更することができ、様々なタイプのノイズに対応させることができるものである。
Conventionally, there is a general moving image noise reduction technique that focuses on differences in pixel values between successive frames to reduce moving image noise. For example, a digital filter is used to reduce the moving image noise. There is a method for removing image noise (for example, random noise) (see Non-Patent Document 1).
In this method, the characteristics of the digital filter can be changed by changing the program, and it is possible to cope with various types of noise.
また、近年、静止画像のノイズを低減するものとして、TV(Total Variation)法(例えば、非特許文献2参照)が開示されている。このTV法は、画像の輝度値の全変動(Total Variation)が最小になるように、数値近似による漸化式の計算を繰り返し行うことで、ノイズの低減を図るものである。ちなみに、静止画像のノイズの低減を図る場合、漸化式の計算を繰り返す回数は、100回程度である。そして、静止画像に対して、TV法を用いると、従来のノイズ低減方法に比べて鮮明な画像が得られることが知られている。
しかしながら、動画像のノイズを低減することに、TV法を用いようとすると、当該TV法がそもそも静止画像に適用する方法であったので、画像の数(フレーム数)の増加に伴って、計算量が飛躍的に増加してしまうという問題がある。
また、一般的な動画像用ノイズ低減技術では、例えば、フレーム間の画素値を平均化しようとすると、動き部分にボケが発生してしまうという問題がある。
However, if the TV method is to be used to reduce the noise of moving images, the TV method was originally applied to a still image, and therefore, as the number of images (number of frames) increased There is a problem that the amount increases dramatically.
Further, in a general moving image noise reduction technique, for example, when pixel values between frames are averaged, there is a problem that blur occurs in a moving portion.
さらに、TV法では、繰り返し計算する漸化式のパラメータの違いによって、鮮明な画像が得られないことがあり、当該漸化式中のパラメータを設定することが困難である場合が多いという問題がある。 Furthermore, in the TV method, there is a problem that a clear image may not be obtained due to a difference in parameters of the recurrence formula that is repeatedly calculated, and it is often difficult to set parameters in the recurrence formula. is there.
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、計算に用いる式のパラメータ設定を容易にすると共に、計算量の増加を抑えて、動き部分にボケが発生することなく動画像のノイズを低減することができる動画像用ノイズ低減装置及び動画像用ノイズ低減プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described problem, facilitates parameter setting of equations used for calculation, suppresses increase in the amount of calculation, and reduces noise in moving images without causing blur in the moving portion. It is an object of the present invention to provide a moving image noise reduction apparatus and a moving image noise reduction program.
前記課題を解決するため、請求項1に記載の動画像用ノイズ低減装置は、入力された入力動画像のノイズを低減したノイズ低減動画像を出力する動画像用ノイズ低減装置であって、領域決定手段と、変化量決定手段と、トータルバリエーション法適用手段と、を備え、前記簡略化トータルバリエーション法が、uを画素値、kを適用回数、i及びjをフレーム内の画素のx座標及びy座標、hを1/√(横解像度×縦解像度)、Δx +を水平方向における画素値の後方向差分、Δx −を水平方向における画素値の前方向差分、Δy +を垂直方向における画素値の後方向差分、Δy −を垂直方向における画素値の前方向差分、mをminmod関数とした際に以下に示す式によって画素値を求めることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the moving image noise reduction device according to claim 1 is a moving image noise reduction device that outputs a noise-reduced moving image in which noise of an input moving image that has been input is reduced. Determining means, change amount determining means, and total variation method applying means, wherein the simplified total variation method is such that u is a pixel value, k is the number of times of application, i and j are x coordinates of pixels in the frame, and y coordinate, h is 1 / √ (horizontal resolution × vertical resolution), Δ x + is the backward difference of the pixel value in the horizontal direction, Δ x − is the forward difference of the pixel value in the horizontal direction, and Δ y + is the vertical direction The pixel value is obtained by the following expression when the backward difference of the pixel value at Δ, Δ y − is the forward difference of the pixel value in the vertical direction, and m is the minmod function.
かかる構成によれば、動画像用ノイズ低減装置は、領域決定手段によって、入力動画像の連続するフレーム内における画素の輝度値の変化を検出し、この輝度値の変化を合計した合計値が最小となる所定数の画素からなる領域を、ノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出する領域として決定する。動画像用ノイズ低減装置は、変化量決定手段によって、領域決定手段で決定された領域に対し、簡略化したトータルバリエーション法を、予め設定したn回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に所定係数(0より大きく1より小さい)を乗算した値以上になると共に、n−1回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に前記所定係数を乗算した値よりも小さくなるように、前記簡略化したトータルバリエーション法における前記ノイズの減少幅を規定する変化量のパラメータΔtを決定する。そして、動画像用ノイズ低減装置は、トータルバリエーション法適用手段によって、変化量決定手段で決定されたパラメータΔtを用いて、簡略化したトータルバリエーション法を、領域決定手段で領域を抽出したフレームそれぞれの画素値に適用し、ノイズを当初のノイズよりも低減したノイズ低減動画像を出力する。 According to such a configuration, the moving image noise reduction device detects the change in the luminance value of the pixel in the continuous frame of the input moving image by the region determination means, and the total value obtained by summing the change in the luminance value is the minimum. Is determined as a region for extracting the value of the noise dispersion parameter σ 2 . The noise reduction device for moving image uses a change amount determining unit to calculate a pixel value before applying a simplified total variation method from a pixel value that has been applied n times in advance to the region determined by the region determining unit. When the subtracted variance value is equal to or greater than the value obtained by multiplying the parameter σ 2 by a predetermined coefficient (greater than 0 and less than 1), and the pixel value before application is subtracted from the pixel value applied n-1 times. Is set to be smaller than a value obtained by multiplying the parameter σ 2 by the predetermined coefficient, a change amount parameter Δt that defines the noise reduction width in the simplified total variation method is determined. Then, the moving image noise reduction apparatus uses the total variation method applying unit to calculate the simplified total variation method using the parameter Δt determined by the change amount determining unit, and to extract each region from which the region is extracted by the region determining unit. Applying it to the pixel value, a noise-reduced moving image in which noise is reduced from the initial noise is output.
請求項2に記載の動画像用ノイズ低減装置は、入力された入力動画像のノイズを低減したノイズ低減動画像を出力する動画像用ノイズ低減装置であって、入力手段と、フレーム差分取得手段と、エッジ抽出手段と、輝度平均最小ブロック抽出手段と、変化量決定手段と、トータルバリエーション法適用手段と、を備え、前記簡略化トータルバリエーション法が、uを画素値、kを適用回数、i及びjをフレーム内の画素のx座標及びy座標、hを1/√(横解像度×縦解像度)、Δx +を水平方向における画素値の後方向差分、Δx −を水平方向における画素値の前方向差分、Δy +を垂直方向における画素値の後方向差分、Δy −を垂直方向における画素値の前方向差分、mをminmod関数とした際に以下に示す式によって画素値を求めることを特徴とする。
The moving image noise reduction device according to
かかる構成によれば、動画像用ノイズ低減装置は、入力手段によって、入力動画像の連続するフレームのフレーム番号を入力する。そして、動画像用ノイズ低減装置は、フレーム差分取得手段によって、入力手段によって入力されたフレーム番号に従って、当該フレーム番号に該当する2つのフレーム内の画素の輝度値について差分を取得する。そして、動画像用ノイズ低減装置は、エッジ抽出手段によって、入力手段によって入力されたフレーム番号に従って、当該フレーム番号に該当する2つフレームそれぞれについて、エッジを抽出する。そして、動画像用ノイズ低減装置は、輝度平均最小ブロック抽出手段によって、フレーム差分取得手段で取得された差分と、エッジ抽出手段で抽出されたエッジとを足し合わせることで、輝度値の平均が最小となるブロックを、ノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出する領域とする。そして、動画像用ノイズ低減装置は、変化量決定手段によって、輝度平均最小ブロック抽出手段で決定された領域に対し、簡略化した簡略化トータルバリエーション法を、予め設定したn回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に所定係数を乗算した値以上になると共に、n−1回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に前記所定係数を乗算した値よりも小さくなるように、前記簡略化バリエーション法における前記ノイズの減少幅を規定する変化量のパラメータΔtを決定する。そして、動画像用ノイズ低減装置は、トータルバリエーション法適用手段によって、変化量決定手段で決定されたパラメータΔtを用いて、前記簡略化トータルバリエーション法を、領域決定手段で領域を抽出したフレームそれぞれの画素値に適用し、ノイズ低減動画像を出力する。 According to this configuration, the moving image noise reduction device inputs the frame numbers of consecutive frames of the input moving image by the input unit. Then, the moving image noise reduction device acquires the difference between the luminance values of the pixels in the two frames corresponding to the frame number according to the frame number input by the input unit by the frame difference acquisition unit. Then, the moving image noise reduction device extracts edges for each of the two frames corresponding to the frame number by the edge extraction unit according to the frame number input by the input unit. Then, the moving image noise reduction device adds the difference acquired by the frame difference acquisition unit and the edge extracted by the edge extraction unit by the luminance average minimum block extraction unit, so that the average luminance value is minimized. Is a region in which the value of the noise variance parameter σ 2 is extracted. Then, the moving image noise reduction device uses a simplified total variation method applied to a region determined by the luminance average minimum block extraction unit by the change amount determination unit, from a pixel value obtained by applying n times in advance. The variance value when the pixel value before application is subtracted is equal to or larger than the value obtained by multiplying the parameter σ 2 by a predetermined coefficient, and the pixel value before application is subtracted from the pixel value applied n-1 times. A change amount parameter Δt that defines a reduction width of the noise in the simplified variation method is determined so that a variance value becomes smaller than a value obtained by multiplying the parameter σ 2 by the predetermined coefficient. Then, the moving image noise reduction apparatus uses the parameter Δt determined by the change amount determining means by the total variation method applying means, and uses the simplified total variation method for each frame from which the area is extracted by the area determining means. Apply to pixel values and output a noise-reduced moving image.
請求項3に記載の動画像用ノイズ低減装置は、請求項1又は2に記載の動画像用ノイズ低減装置において、前記変化量決定手段が、調整手段を備えることを特徴とする。 A moving image noise reducing device according to a third aspect is the moving image noise reducing device according to the first or second aspect, wherein the change amount determining means includes an adjusting means.
かかる構成によれば、動画像用ノイズ低減装置は、変化量決定手段の調整手段によって、領域に対し、簡略化トータルバリエーション法を、前記n回未満のi回適用した際に、前記i回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した値が前記パラメータσ2に所定係数を乗算した値以上になった場合に、前記i回数目の前記簡略化トータルバリエーション法に用いた変化量のパラメータΔtよりも小さな値の変化量のパラメータΔtにすると共に、前記n回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した値が前記パラメータσ2に所定係数を乗算した値よりも小さくなった場合に、前記n回数目の前記簡略化トータルバリエーション法に用いた変化量のパラメータΔtよりも大きな値の変化量のパラメータΔtにする。 According to such a configuration, the moving image noise reduction device applies the i times when the simplified total variation method is applied to the region i times less than n times by the adjusting means of the change amount determining means. When the value obtained by subtracting the pixel value before application from the applied pixel value is equal to or greater than the value obtained by multiplying the parameter σ 2 by a predetermined coefficient, the change amount used in the simplified total variation method for the i-th time is calculated. The value obtained by subtracting the pixel value before application from the pixel value applied n times is smaller than the value obtained by multiplying the parameter σ 2 by a predetermined coefficient, while changing the parameter Δt to the amount of change smaller than the parameter Δt. In this case, the change amount parameter Δt is larger than the change amount parameter Δt used in the n-th simplified total variation method.
請求項4に記載の動画像用ノイズ低減装置は、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の動画像用ノイズ低減装置において、前記トータルバリエーション法適用手段が、複数の演算手段を備え、この演算手段が直列に接続されていることを特徴とする。 The moving image noise reducing device according to claim 4 is the moving image noise reducing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the total variation method applying means includes a plurality of arithmetic means. This computing means is connected in series.
かかる構成によれば、動画像用ノイズ低減装置は、トータルバリエーション法適用手段の演算手段によって、簡略化したトータルバリエーション法による演算を行う。 According to this configuration, the moving image noise reduction device performs the calculation by the simplified total variation method by the calculation means of the total variation method application means.
請求項5に記載の動画像用ノイズ低減プログラムは、入力された入力動画像のノイズを低減したノイズ低減動画像を出力するために、コンピュータを、領域決定手段、変化量決定手段、トータルバリエーション法適用手段、として機能させ、前記簡略化トータルバリエーション法が、uを画素値、kを適用回数、i及びjをフレーム内の画素のx座標及びy座標、hを1/√(横解像度×縦解像度)、Δx +を水平方向における画素値の後方向差分、Δx −を水平方向における画素値の前方向差分、Δy +を垂直方向における画素値の後方向差分、Δy −を垂直方向における画素値の前方向差分、mをminmod関数とした際に以下に示す式によって画素値を求めることを特徴とする。 6. The moving image noise reduction program according to claim 5, wherein a computer is used to output a noise-reduced moving image in which the noise of the input moving image is reduced, the region determining means, the change amount determining means, and the total variation method. In the simplified total variation method, u is a pixel value, k is the number of times of application, i and j are x and y coordinates of pixels in the frame, and h is 1 / √ (horizontal resolution × vertical) Resolution), Δ x + is the backward difference of pixel values in the horizontal direction, Δ x − is the forward difference of pixel values in the horizontal direction, Δ y + is the backward difference of pixel values in the vertical direction, and Δ y − is vertical. It is characterized in that the pixel value is obtained by the following equation when the forward difference of the pixel value in the direction, m is a minmod function.
かかる構成によれば、動画像用ノイズ低減プログラムは、領域決定手段によって、入力動画像の連続するフレーム内における画素の輝度値の変化を検出し、この輝度値の変化を合計した合計値が最小となる所定数の画素からなる領域を、ノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出する領域として決定し、変化量決定手段によって、領域決定手段で決定された領域に対し、簡略化したトータルバリエーション法を、予め設定したn回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に所定係数を乗算した値以上になると共に、n−1回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に前記所定係数を乗算した値よりも小さくなるように、前記簡略化バリエーション法における前記ノイズの減少幅を規定する変化量のパラメータΔtを決定する。そして、動画像用ノイズ低減プログラムは、トータルバリエーション法適用手段によって、変化量決定手段で決定されたパラメータΔtを用いて、簡略化したトータルバリエーション法を、領域決定手段で領域を抽出したフレームそれぞれの画素値に適用し、ノイズを当初のノイズよりも低減したノイズ低減動画像を出力する。 According to this configuration, the moving image noise reduction program detects the change in the luminance value of the pixel in the continuous frame of the input moving image by the region determination unit, and the total value obtained by summing the change in the luminance value is the minimum. A region consisting of a predetermined number of pixels is determined as a region from which the value of the noise dispersion parameter σ 2 is extracted, and the total variation is simplified by the variation determination means with respect to the region determined by the region determination means. A pixel obtained by subtracting a pixel value before being applied from a pixel value to which the method is applied n times in advance is equal to or greater than a value obtained by multiplying the parameter σ 2 by a predetermined coefficient, and a pixel having been applied n-1 times as the dispersion values at the time of subtracting the pixel value before applying the value is smaller than the value obtained by multiplying the predetermined coefficient to the parameter sigma 2, the simplified variation method Determining the parameters Δt of variation defining a reduced width of definitive the noise. Then, the moving image noise reduction program uses the total variation method applying unit to calculate a simplified total variation method using the parameter Δt determined by the change amount determining unit, and to extract each region from which the region is extracted by the region determining unit. Applying it to the pixel value, a noise-reduced moving image in which noise is reduced from the initial noise is output.
請求項1、5に記載の発明によれば、簡略化したトータルバリエーション法を適用することで、パラメータ設定を容易に行うことができ、初期フレームの画像値を繰り返し用いることがないので、計算量の増加を抑えて、動画像のノイズを低減することができる。 According to the first and fifth aspects of the present invention, by applying the simplified total variation method, the parameter setting can be easily performed, and the image value of the initial frame is not repeatedly used. It is possible to reduce the noise of the moving image while suppressing the increase of.
請求項2に記載の発明によれば、フレーム番号のみを指定するだけで、フレーム内の画素の座標を指定することなく、ノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出する領域を決定することができ、さらに、簡略化したトータルバリエーション法を適用することで、パラメータ設定を容易に行うことができ、初期フレームの画像値を繰り返し用いることがないので、計算量の増加を抑えて、動画像のノイズを低減することができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to determine a region for extracting the value of the parameter σ 2 of the noise variance by designating only the frame number and not designating the coordinates of the pixels in the frame. In addition, by applying the simplified total variation method, parameter setting can be easily performed, and the image value of the initial frame is not used repeatedly. Noise can be reduced.
請求項3に記載の発明によれば、変化量のパラメータΔtを、簡略化したトータルバリエーション法を適用する回数に応じて変化させることで、適切に簡略化したトータルバリエーション法を用いることができ、ノイズを低減した動画像を出力することができる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明によれば、簡略化したトータルバリエーション法による演算を複数回行うことで、計算量の増加を抑えて、ノイズを低減した動画像を出力することができる。 According to the fourth aspect of the invention, by performing the calculation by the simplified total variation method a plurality of times, it is possible to output a moving image with reduced noise while suppressing an increase in calculation amount.
次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
(動画像用ノイズ低減装置の構成)
図1は、動画像用ノイズ低減装置のブロック図である。この図1に示すように、動画像用ノイズ低減装置1は、入力動画像を入力することで、ノイズを低減した出力動画像(ノイズ低減動画像)を出力するもので、領域決定手段3と、バッファ5と、変化量決定手段7と、TV法適用手段9と、制御手段11とを備えている。また、この動画像用ノイズ低減装置1は、当該装置1のユーザが用いて、フレーム番号やフレーム内の座標、簡略化したトータルバリエーション法(以下、簡略化TV法という)の適用回数等を入力するインターフェースであるユーザ入力手段(入力手段)2が備えられている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
(Configuration of noise reduction device for moving images)
FIG. 1 is a block diagram of a moving image noise reduction apparatus. As shown in FIG. 1, the moving image noise reduction device 1 outputs an output moving image (noise reduced moving image) with reduced noise by inputting an input moving image. , A buffer 5, a change amount determination unit 7, a TV
動画像用ノイズ低減装置1は、動画像の各フレームに対し、簡略化TV法を適用することで、計算量の増加を抑えつつ、当該動画像のノイズ低減を図ったものであり、動画像のノイズを低減する際に、当該動画像にぼけが生じることなく、且つ、確実にノイズ低減できるように、後記する変化量のパラメータΔtを適宜変更しながら簡略化TV法を適用するものである。 The moving image noise reduction apparatus 1 applies a simplified TV method to each frame of a moving image to reduce noise of the moving image while suppressing an increase in the amount of calculation. When the noise is reduced, the simplified TV method is applied while appropriately changing a change amount parameter Δt, which will be described later, so that the moving image is not blurred and the noise can be surely reduced. .
動画像用ノイズ低減装置1の入力動画像が、輝度成分y、色差成分u,vからなるカラー動画像である場合には、輝度成分yに対してのみ簡略化TV法を適用すれば十分なノイズ低減効果が得られる。もちろん、色差成分u,vに対しても同様に簡略化TV法を適用しても、動画像用ノイズ低減装置1において、ノイズ低減効果が得られる。 When the input moving image of the moving image noise reduction apparatus 1 is a color moving image including the luminance component y and the color difference components u and v, it is sufficient to apply the simplified TV method only to the luminance component y. Noise reduction effect can be obtained. Of course, even if the simplified TV method is applied to the color difference components u and v, the noise reduction effect can be obtained in the moving image noise reduction device 1.
なお、ここで、輝度値(つまり、輝度成分の画素値)と画素値との差を明確にしておくと、白黒の動画像の場合、画素値が輝度成分のみからなるので、輝度値と画素値とが同義(同じ値)となる。カラーの動画像の場合、画素値が輝度成分及び色差成分からなるので、画素値といった場合、輝度成分の画素値又は色差成分の画素値であることを意味し、厳密に言えば、輝度値は輝度成分の画素値である。 Here, if the difference between the luminance value (that is, the pixel value of the luminance component) and the pixel value is clarified, in the case of a black and white moving image, the pixel value is composed only of the luminance component. Value is synonymous (same value). In the case of a color moving image, since the pixel value is composed of a luminance component and a color difference component, the pixel value means a pixel value of the luminance component or a pixel value of the color difference component, and strictly speaking, the luminance value is This is the pixel value of the luminance component.
領域決定手段3は、入力動画像のフレーム内の所定数の画素からなる領域を決定するものである。所定数の画素からなる領域とは、最小で4画素からなる領域である。そして、この領域は、入力動画像のノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出するのに用いるものであり、この領域の画素値の分散がノイズの分散のパラメータσ2となる。なお、一般に画像に付加されているノイズの分散のパラメータσ2の値は未知である。この領域決定手段3の構成例について、図2を参照して説明する。
The
図2(a)に示すように、領域決定手段3は、領域抽出手段31を備える構成としている。この領域抽出手段31は、ユーザ入力手段2から入力されたフレーム番号及びフレーム内座標(x座標、y座標で表され、少なくとも1つの座標)に従って、入力動画像のフレームの領域sを抽出するものである。
As shown in FIG. 2A, the
つまり、この領域抽出手段31は、フレーム番号と、フレーム内座標との双方が入力された場合に、いわゆる手動で領域sを特定するものである。すなわち、この領域sは、ユーザが入力動画像のフレームを実際にみた結果、ユーザによって選択された、平坦な領域(ノイズが付加されていない状態では、輝度値の変化がほぼないと推定できる領域)又は平坦にしたい領域(ノイズを少なくし、できるだけ輝度値の変化を少なくしたい領域)である。
That is, the
領域抽出手段31は、フレーム番号で入力動画像のフレームを特定し、この特定したフレームのフレーム内座標が1つ指定されている場合には、この指定されたフレーム内座標を中心に、画素数が所定数の範囲で領域sを抽出する。また、フレーム内座標が複数指定されている場合、指定された複数のフレーム内座標を含むように領域sを抽出する。なお、3つ以上のフレーム内座標が指定されている場合には、フレーム内座標で囲める範囲を領域sとして抽出する。
The
また、図2(b)は、領域決定手段3の他の実施形態を示した図である。この図2(b)に示すように、領域決定手段3は、フレーム差分取得手段32と、エッジ抽出手段33と、加算手段34と、輝度平均最小ブロック抽出手段35とを備えている。
FIG. 2B is a diagram showing another embodiment of the
そして、この図2(b)に示したように、この領域決定手段3の構成例は、ユーザ入力手段2からフレーム番号のみが入力された場合に、いわゆる自動で領域sを決定することができるものである。すなわち、この領域sは、少なくとも1フレーム前又は後の連続したフレームで変化が少なく、フレーム内でも変化がほぼない領域が自動抽出された結果であり、平坦な領域である。
As shown in FIG. 2B, the configuration example of the
フレーム差分取得手段32は、入力動画像の連続するフレームについて、当該フレーム間の画素の輝度値の変化(輝度値の差分)を取得するものである。このフレーム差分取得手段32では、指定された番号のフレームと連続するフレーム(例えば、フレーム番号5及びフレーム番号6)について、フレーム内の全画素について、フレーム間の輝度値の差分を取得する。なお、フレーム差分取得手段32によって輝度値の差分を取得する仕方は既存の方法でよい。また、輝度値の差分は、例えば、絶対値差分である。そして、フレーム差分取得手段32は、輝度値の差分を加算手段34に出力する。
The frame
エッジ抽出手段33は、入力動画像の指定された番号のフレームのエッジを抽出するものである。なお、エッジの抽出の仕方は既存の方法でよい。例えば、ラプラシアンフィルタを用いてエッジを抽出してもよい。そして、エッジ抽出手段33は、抽出したエッジ(エッジ部分の座標、画素値)を加算手段34に出力する。
The edge extracting means 33 extracts an edge of a frame having a designated number in the input moving image. Note that an existing method may be used as an edge extraction method. For example, an edge may be extracted using a Laplacian filter. Then, the
加算手段34は、フレーム差分取得手段32で取得された輝度値の差分と、エッジ抽出手段33で抽出されたエッジとを加算するものである。この加算手段34は、一般的な加算器で構成されている。そして、この加算手段34は、加算した結果を輝度平均最小ブロック抽出手段35に出力する。
The adding
輝度平均最小ブロック抽出手段35は、加算手段34で加算された結果である1フレーム分の領域から、画素の輝度値の平均が最小になるような領域s(ブロック領域)を抽出するものである。つまり、このブロック領域は、フレーム内において、最も平坦であると推定された平坦な領域である箇所といえる。図1に戻る。
The luminance average minimum
なお、この実施形態では、領域決定手段3において、少なくとも当該装置1のユーザがフレーム番号を入力することを前提としているが、常に、入力動画像の所定のフレーム(例えば、最初のフレームや、シーンチェンジが検出されたフレーム)から領域を決定する構成としてもよい。
In this embodiment, it is assumed that at least the user of the apparatus 1 inputs a frame number in the
バッファ5は、入力動画像の各フレームを一時的にストックすると共に、領域決定手段3で決定された各フレーム内の領域sを、該当するフレーム共にストックすることで対応付けて、TV法適用手段9に出力するものである。
The buffer 5 temporarily stocks each frame of the input moving image, and associates the region s in each frame determined by the
変化量決定手段7は、領域決定手段3で決定された領域sに対し、簡略化TV法を、予め設定したn回数適用したときに、ノイズの分散のパラメータσ2を用いた条件式を満たすような変化量のパラメータΔtを決定するものである。 The change amount determining means 7 satisfies the conditional expression using the noise dispersion parameter σ 2 when the simplified TV method is applied to the area s determined by the area determining means 3 n times in advance. A parameter Δt of such a change amount is determined.
この変化量のパラメータΔtは、領域sにおけるノイズの減少量を規定したものであるといえる。そして、この変化量のパラメータΔtを大きくすると、入力動画像が平坦になりやすくなる(輝度値の変化が小さくなるため、ノイズが少なく見える)という性質を持ち、その反面、同時に当該画像にぼけが発生してしまうという性質を持っている。それゆえ、この変化量決定手段7では、ノイズの分散のパラメータσ2を用いた条件式を満たす、できるだけ小さい値となる変化量のパラメータΔtを決定することとしている。この変化量のパラメータΔtは、ノイズを除去する前の動画像と、ノイズを除去した後の動画像とが、ノイズの分散のパラメータσ2を所定の範囲に保てるように求めたものである。 It can be said that the change parameter Δt defines the amount of noise reduction in the region s. When the change amount parameter Δt is increased, the input moving image is likely to be flat (the change in luminance value is small, so that noise appears to be small). On the other hand, the image is blurred at the same time. It has the property of occurring. Therefore, the change amount determining means 7 determines a change amount parameter Δt that is as small as possible and satisfies the conditional expression using the noise dispersion parameter σ 2 . The change amount parameter Δt is obtained so that the moving image before removing the noise and the moving image after removing the noise can maintain the noise dispersion parameter σ 2 within a predetermined range.
簡略化TV法は、通常のトータルバリエーション法が入力動画像の当初のフレームである初期フレームの画素値とn回数トータルバリエーション法を適用した画素値とを用いて、n+1回目にトータルバリエーション法を適用した画素値を計算するのに対し、初期フレームの画素値の代わりにn回数トータルバリエーション法を適用した画素値を用いて、n+1回目にトータルバリエーション法を適用した画素値を計算する方法である。 The simplified TV method applies the total variation method to the (n + 1) th time using the pixel value of the initial frame, which is the initial frame of the input moving image as the normal total variation method, and the pixel value to which the n times total variation method is applied. This is a method of calculating the pixel value to which the total variation method is applied n + 1 times by using the pixel value to which the total variation method is applied n times instead of the pixel value of the initial frame.
予め設定したn回数は、領域sに含まれる画素の画素値に対し、簡略化TV法を適用する回数、つまり、反復計算回数である。この実施形態では、nを30以下としており、実験結果等から、実際には10回程度で十分に入力動画像のノイズを低減することができる。 The preset number of times n is the number of times that the simplified TV method is applied to the pixel values of the pixels included in the region s, that is, the number of iterations. In this embodiment, n is set to 30 or less. From the experimental results and the like, the noise of the input moving image can be sufficiently reduced in about 10 times in practice.
そして、この簡略化TV法で用いる数式について、次に示す数式(1)と数式(2)とを用いて説明する。 The mathematical formula used in the simplified TV method will be described using the following mathematical formula (1) and mathematical formula (2).
数式(1)が通常のTV法に用いる漸化式である。この数式(1)において、uij n+1は座標(i,j)の画素値について、n+1回TV法を適用した結果を示しており、uij nなら、n回TV法を適用したことを示し、n+1が0なら0回、つまり、TV法を適用していない初期フレームの画素値(ノイズがある原画像の画素値)を示している。 Formula (1) is a recurrence formula used in the normal TV method. In Equation (1), u ij n + 1 indicates the result of applying the TV method n + 1 times for the pixel value of the coordinates (i, j), and if u ij n, it indicates that the TV method has been applied n times. , N + 1 is 0, that is, the pixel value of the initial frame to which the TV method is not applied (pixel value of the original image with noise).
また、数式(1)において、hは、TV法を適用するフレームの解像度を示すパラメータである。数式(1)において、横解像度(水平画素数)=縦解像度(垂直画素数)=Nであるときにh=1/Nで表される。なお、多くの動画像のフレームは、横解像度と縦解像度は異なっており、この結果、h=1/√(横解像度×縦解像度)で与えられるものとする。例えば、SD解像度の場合、h=1/√(720×480)≒0.0017となる。 In Equation (1), h is a parameter indicating the resolution of a frame to which the TV method is applied. In Formula (1), when horizontal resolution (number of horizontal pixels) = vertical resolution (number of vertical pixels) = N, h = 1 / N. Many moving image frames have different horizontal and vertical resolutions. As a result, it is assumed that h = 1 / √ (horizontal resolution × vertical resolution). For example, in the case of SD resolution, h = 1 / √ (720 × 480) ≈0.0017.
さらに、数式(1)において、Δx +は水平方向における画素値の後方向差分、Δx −は水平方向における画素値の前方向差分、Δy +は垂直方向における画素値の後方向差分、Δy −は垂直方向における画素値の前方向差分を示している。 Further, in Equation (1), Δ x + is a backward difference in pixel values in the horizontal direction, Δ x − is a forward difference in pixel values in the horizontal direction, Δ y + is a backward difference in pixel values in the vertical direction, Δ y − indicates the forward difference of the pixel value in the vertical direction.
またさらに、数式(1)において、mは制限関数minmodである。また、この制限関数minmodにおいて、sgnxは、引数をxとするsgn関数と、sgnyは、引数をyとするsgn関数である。また、数式(1)において、λを含む項は、画像に付加されているノイズの分散がパラメータσ2であることの拘束条件を示している。そして、λを含む項を除去する代わりに、前記したように変化量のパラメータΔtを求めている。 Furthermore, in Equation (1), m is a limiting function minmod. In this limiting function minmod, sgnx is an sgn function with an argument x, and sgny is an sgn function with an argument y. In Equation (1), the term including λ represents a constraint condition that the variance of noise added to the image is the parameter σ 2 . Then, instead of removing the term including λ, the change amount parameter Δt is obtained as described above.
また、数式(2)は、簡略化TV法に用いる漸化式である。この数式(2)において、nの代わりにk(簡略化TV法を適用する回数)が用いられており、座標(i,j)における画素値について、簡略化TV法をk+1回適用した画素値uij k+1を計算する際には、ノイズの分散のパラメータσ2が不要となる。 Equation (2) is a recurrence formula used in the simplified TV method. In Equation (2), k (number of times the simplified TV method is applied) is used instead of n, and the pixel value obtained by applying the simplified TV method k + 1 times for the pixel value at the coordinates (i, j). When u ij k + 1 is calculated, the noise dispersion parameter σ 2 is not necessary.
さらに、λを含む項の計算が不要となり、従来のTV法の漸化式の計算に比べ、計算量を抑えることできる(計算を簡略化することができる)。このことは、実際にノイズを付加した入力動画像に対し、当該ノイズを低減する実験を行った結果から得られたことである。すなわち、λの項の影響よりも、変化量のパラメータΔtの影響の方が大きく、簡略化TV法では、従来のTV法におけるλの項を無視(省略)しても、十分にノイズの低減が図れる。 Furthermore, calculation of a term including λ becomes unnecessary, and the amount of calculation can be reduced as compared with the calculation of the recurrence formula of the conventional TV method (calculation can be simplified). This is obtained from a result of an experiment for reducing noise on an input moving image to which noise is actually added. That is, the influence of the change amount parameter Δt is larger than the influence of the λ term, and the simplified TV method can sufficiently reduce noise even if the λ term in the conventional TV method is ignored (omitted). Can be planned.
ただし、簡略化TV法を用いた場合であっても、ノイズの分散のパラメータσ2を完全に無視することができず、変化量決定手段7では、この簡略化TV法を領域sに対してn回数適用した画素値unから初期フレームの画素値u0を減算した分散がσ2になる拘束条件(条件式)を満たすように、変化量のパラメータΔtを決定する。 However, even if the simplified TV method is used, the noise dispersion parameter σ 2 cannot be completely ignored, and the change amount determining means 7 applies this simplified TV method to the region s. The change amount parameter Δt is determined so as to satisfy a constraint condition (conditional expression) in which the variance obtained by subtracting the pixel value u 0 of the initial frame from the pixel value u n applied n times satisfies σ 2 .
変化量決定手段7では、領域sにおける変化量のパラメータΔtを、予め設定した反復計算回数nを用いて、以下に示す計算で求めている。なお、この実施形態では、n=15としている。
条件式は、変化量のパラメータΔt=Δt0としたきに、次に示す数式(3)で表される。
In the change amount determination means 7, the change amount parameter Δt in the region s is obtained by the following calculation using a preset number of iterations n. In this embodiment, n = 15.
The conditional expression is expressed by the following expression (3) when the change amount parameter Δt = Δt 0 is set.
この数式(3)において、αは、変化量のパラメータΔtを現在の値よりも大きくするか小さくするのかを決める閾値を決定するための0<α<1の定数値であり、この実施形態では0.9としている。このαの値を0.9としたのは、画像が平坦(付加されていたノイズが低減されて輝度値の変化がほぼない状態)になった際に以下に示す数式(4)を満たすこと(つまり、α=1)となることが理想であるが、実際には画像が平坦な状態に収束することが期待できないためである。なお、αの値を小さくすると、ぼけの少ない画像(出力動画像)が得られる傾向にあるが、同時にノイズの低減が不十分となる可能性もある。 In Equation (3), α is a constant value of 0 <α <1 for determining a threshold value for determining whether the change amount parameter Δt is larger or smaller than the current value. 0.9. The value of α is set to 0.9 so that the following equation (4) is satisfied when the image becomes flat (a state in which the added noise is reduced and there is almost no change in luminance value). (In other words, α = 1) is ideal, but in reality, the image cannot be expected to converge to a flat state. If the value of α is decreased, an image with less blur (output moving image) tends to be obtained, but at the same time, noise may be insufficiently reduced.
この変化量決定手段7では、変化量のパラメータΔtの初期値として、前記した数式(1)のhを採用するとよい。なお、この初期値は任意の値を与えることが可能である。 In the change amount determining means 7, h in the above-described equation (1) may be adopted as the initial value of the change amount parameter Δt. The initial value can be given an arbitrary value.
そして、変化量決定手段7は、数式(3)に示した条件式が満たされている場合には、変化量のパラメータΔt=Δt0である。また、i<nで次に示す数式(5)となった場合には、変化量のパラメータΔtを現在よりも小さい値にする。例えば、Δt=a*Δt(0<a<1)とする。 Then, the change amount determining means 7 is the change amount parameter Δt = Δt 0 when the conditional expression shown in Equation (3) is satisfied. When i <n and the following formula (5) is satisfied, the change amount parameter Δt is set to a value smaller than the current value. For example, Δt = a * Δt (0 <a <1).
そして、変化量決定手段7は、次に示す数式(6)となった場合に、変化量のパラメータΔtを現在よりも大きい値にする。例えば、Δt=b*Δt(b>1、b*a≠1)とする。 Then, the change amount determining means 7 sets the change amount parameter Δt to a value larger than the current value when the following formula (6) is obtained. For example, Δt = b * Δt (b> 1, b * a ≠ 1).
TV法適用手段9は、変化量決定手段7で決定された変化量のパラメータΔtを用いて、簡略化TV法を、領域決定手段3で決定された領域sを抽出したフレーム及び一連のフレームの画素値に適用し、当初よりもノイズが低減された出力動画像(ノイズ低減動画像)を出力するものである。
The TV method applying means 9 uses the change amount parameter Δt determined by the change amount determining means 7 to perform the simplified TV method using a frame and a series of frames extracted from the area s determined by the
ここで、図3を参照して、変化量決定手段7及びTV法適用手段9の詳細な構成について説明する。
この図3(a)、図3(b)に示すように、変化量決定手段7はΔt調整手段71を備えており、TV法適用手段9は、簡略TV法実行手段91、92、93、・・・、9nを備えている。
Here, with reference to FIG. 3, the detailed structure of the variation | change_quantity determination means 7 and the TV method application means 9 is demonstrated.
As shown in FIGS. 3A and 3B, the change amount determining means 7 includes a Δt adjusting means 71, and the TV method applying means 9 includes simplified TV method executing means 9 1 , 9 2 , 9 3,..., has a 9 n.
なお、図3(a)は、変化量決定手段7において、変化量のパラメータΔtを決定する際の動作を詳細な構成と共に示しており、図3(b)は、TV法適用手段9において、簡略化TV法を適用する際の動作を詳細な構成と共に示している。すなわち、図3(a)における変化量のパラメータΔtがTV法適用手段9で試行される際に用いられるのに対し、図3(b)における変化量のパラメータΔt0が試行された結果求められたもので、TV法適用手段9において、入力動画像μ0から出力動画像μnを算出する際に用いられる。
3A shows the operation when determining the change amount parameter Δt in the change amount determining means 7 together with the detailed configuration. FIG. 3B shows the operation in the TV
図3(a)は、変化量のパラメータΔtをΔt調整手段71で微調整をしながら、領域sに対し、簡略TV法実行手段91〜9nにて簡略化TV法を繰り返し適用(試行)することで、実際にノイズを低減したい入力動画像μ0(図3(b)参照)に簡略化TV法を適用する際の変化量のパラメータΔt0(図3(b)参照)を求める際の流れについて示したものである。 In FIG. 3A, the simplified TV method is repeatedly applied to the region s by the simplified TV method executing means 9 1 to 9 n while performing the fine adjustment of the change amount parameter Δt by the Δt adjusting means 71 (trial). ) To obtain the parameter Δt 0 (see FIG. 3B) of the amount of change when the simplified TV method is applied to the input moving image μ 0 (see FIG. 3B) for which noise is actually desired to be reduced. It shows the flow at the time.
すなわち、変化量のパラメータΔt0は、各簡略TV法実行手段91〜9nで簡略化TV法が適用された結果がすべてΔt調整手段71に入力された後に、別の変化量のパラメータΔtに設定され、この繰り返しにより求められる。
That is, the change amount parameter Δt 0 is set to another change amount parameter Δt after all the results of applying the simplified TV method by the simplified TV
Δt調整手段71は、前記した数式(3)から数式(6)までの条件式を記憶していると共に、領域sに対し、簡略TV法実行手段9で簡略化TV法を適用した画素値を得て、変化量のパラメータΔtを出力するものである。
The
すなわち、Δt調整手段71では、簡略TV法実行手段91、92、93、・・・、9nが出力する画素値に応じ、領域sにおいて条件式を満たすか満たさないかを判定した結果、変化量のパラメータΔtを調整し、調整したΔtを、簡略TV法実行手段91、92、93、・・・、9nのそれぞれに出力している。
That is, in the Δt adjustment means 71, simplified TV
簡略TV法実行手段91、92、93、・・・、9nは、これらが直列に接続されたパイプラインで構成されており、数式(2)で表される簡略化TV法の1回分を適用するものである。そして、パイプラインの段数nが反復計算回数nと同値になるように構成されている。従って、パイプラインのn段目の出力は、簡略化TV法をn回分適用したものとなる。図1に戻る。
The simplified TV method execution means 9 1 , 9 2 , 9 3 ,..., 9 n are configured by pipelines connected in series, and the simplified TV
制御手段11は、動画像用ノイズ低減装置1の制御を司るもので、各手段3〜9に対して、各手段3〜9を制御するための制御信号を出力すると共に、各手段3〜9における処理状態を表す出力信号を受信するものである。
The
この動画像用ノイズ低減装置1によれば、TV法適用手段9の簡略TV法実行手段91、92、93、・・・、9nによって、簡略化TV法を適用することで、初期フレームの画像値を繰り返し用いることがないので、計算量の増加を抑えて、動画像のノイズを低減することができる。 According to the moving image noise reduction device 1, TV method simplified TV method execution unit 9 first application means 9, 9 2, 9 3,..., The 9 n, by applying the simplified TV method, Since the image value of the initial frame is not used repeatedly, it is possible to suppress an increase in the amount of calculation and reduce the noise of the moving image.
また、動画像用ノイズ低減装置1は、領域決定手段3によって、フレーム番号のみを指定するだけで、フレーム内の画素の座標を指定することなく、ノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出する領域を決定することができる。 Further, the moving image noise reduction device 1 extracts the value of the noise dispersion parameter σ 2 by designating only the frame number by the region determination means 3 and not designating the coordinates of the pixels in the frame. An area can be determined.
さらに、動画像用ノイズ低減装置1は、変化量決定手段7によって、変化量のパラメータΔtを、簡略化TV法を適用する回数に応じて変化させることで、適切に簡略化TV法を用いることができ、ノイズを低減した動画像を出力することができる。 Furthermore, the moving image noise reduction apparatus 1 uses the simplified TV method appropriately by changing the change amount parameter Δt according to the number of times the simplified TV method is applied by the change amount determining means 7. It is possible to output a moving image with reduced noise.
(動画像用ノイズ低減装置の動作)
次に、図4、図5に示すフローチャートを参照して、動画像用ノイズ低減装置1の動作について説明する(適宜、図1参照)。図4は動画像用ノイズ低減装置1の全体動作を、図5は変化量のパラメータΔtを決定する際の動作を示したフローチャートである。
(Operation of noise reduction device for moving images)
Next, the operation of the moving image noise reduction apparatus 1 will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. 4 and 5 (see FIG. 1 as appropriate). FIG. 4 is a flowchart showing the overall operation of the moving image noise reduction apparatus 1, and FIG. 5 is a flowchart showing the operation when determining the change amount parameter Δt.
図4に示したように、まず、動画像用ノイズ低減装置1は、領域決定手段3によって、入力動画像のフレーム内の領域sを決定する(ステップS1)。続いて、動画像用ノイズ低減装置1は、決定した領域sにおけるノイズの分散のパラメータ(領域sにおける画素値の分散)σ2を算出する(ステップS2)。 As shown in FIG. 4, first, the moving image noise reduction apparatus 1 determines the region s in the frame of the input moving image by the region determining means 3 (step S1). Subsequently, the moving image noise reduction device 1 calculates a noise dispersion parameter (dispersion of pixel values in the area s) σ 2 in the determined area s (step S2).
そして、動画像用ノイズ低減装置1は、領域sに対し、変化量決定手段7によって、簡略化TV法を適用しながら、変化量のパラメータΔtを決定する(ステップS3)。そして、動画像用ノイズ低減装置1は、図3(b)に示すように、TV法適用手段9によって、各フレームに対して、簡略化TV法を適用し、出力動画像を出力する(ステップS4)。 Then, the moving image noise reduction device 1 determines the change amount parameter Δt for the region s by the change amount determination means 7 while applying the simplified TV method (step S3). Then, as shown in FIG. 3B, the moving image noise reduction apparatus 1 applies the simplified TV method to each frame by the TV method applying means 9, and outputs an output moving image (step). S4).
なお、入力動画像のノイズは、例えば、シーンチェンジが検出されるまでなどの一連のフレームでは同様の性質となることが想定される。従って、当該一連のフレームにおいては、同じ値の変化量のパラメータΔtを用いてもよい。そして、この変化量のパラメータΔtは、例えば、最初のフレームから導出する。 Note that the noise of the input moving image is assumed to have the same property in a series of frames, for example, until a scene change is detected. Therefore, in the series of frames, the parameter Δt having the same value of change may be used. The change parameter Δt is derived from, for example, the first frame.
図5に示したように、動画像用ノイズ低減装置1は、図3(a)に示す変化量決定手段7によって、変化量のパラメータΔtで、簡略化TV法をTV法適用手段9でk回数適用したときに、(数式(3)において、n=kを代入した)条件式を満たすようなkを求める(ステップS11)。なお、この条件式は、次に示す数式(7)で表される。
As shown in FIG. 5, the moving image noise reduction apparatus 1 uses the change amount determining means 7 shown in FIG. 3A to change the simplified TV method with the TV
そうすると、動画像用ノイズ低減装置1は、回数kが予め設定した回数nよりも大きいか否かを判定し(ステップS12)、大きいと判定された場合(ステップS12でYes)、変化量のパラメータΔtを現在の値よりも大きい値にして(ステップS13)、ステップS11に戻る。 Then, the moving image noise reduction apparatus 1 determines whether or not the number of times k is larger than the preset number of times n (step S12). If it is determined that the number is larger (Yes in step S12), the change amount parameter Δt is set to a value larger than the current value (step S13), and the process returns to step S11.
また、動画像用ノイズ低減装置1は、ステップS12にて、回数kが予め設定した回数nよりも大きいと判定されなかった場合(ステップS12でNo)、回数kが予め設定した回数nよりも小さいか否かを判定し(ステップS14)、小さいと判定された場合(ステップS14でYes)、変化量のパラメータΔtを現在の値よりも小さい値にして(ステップS15)、ステップS11に戻る。 In addition, when it is not determined in step S12 that the number of times k is greater than the preset number n (No in step S12), the moving image noise reduction device 1 has the number of times k greater than the preset number n. It is determined whether or not the value is small (step S14). If it is determined that the value is small (Yes in step S14), the change amount parameter Δt is set to a value smaller than the current value (step S15), and the process returns to step S11.
そして、動画像用ノイズ低減装置1は、ステップS14にて、回数kが予め設定した回数nよりも小さいと判定されなかった場合(ステップS14でNo)、k==n(kがnと等しくなった)となり、変化量のパラメータΔtを決定する(ステップS16)。 If it is not determined in step S14 that the number of times k is smaller than the preset number n (No in step S14), k == n (k is equal to n). The change amount parameter Δt is determined (step S16).
なお、動画像用ノイズ低減装置1の動作において、実際には、回数kが予め設定した回数nよりも大きいという判定(ステップS12でYes)は、前記した数式(6)の条件を満たすことによってなされ、回数kが予め設定した回数nよりも小さいという判定(ステップS14でYes)は、前記した数式(5)の条件を満たすことによってなされる。 In the operation of the moving image noise reduction apparatus 1, the determination that the number k is actually larger than the preset number n (Yes in step S <b> 12) is satisfied by satisfying the condition of the above-described equation (6). The determination that the number of times k is smaller than the number of times n set in advance (Yes in step S14) is made by satisfying the condition of Equation (5) described above.
(動画像用ノイズ低減装置の適用例)
本発明の動画像用ノイズ低減装置1の適用例について説明する。
例えば、動画像用ノイズ低減装置1は、映像符号化器のプリフィルタとして用いることに適している。この理由は、映像符号化の前処理としてノイズを低減することにより、符号化効率が向上することが従来から知られているからである。
(Application example of noise reduction device for moving images)
An application example of the moving image noise reduction device 1 of the present invention will be described.
For example, the moving image noise reduction device 1 is suitable for use as a pre-filter of a video encoder. This is because it has been conventionally known that encoding efficiency is improved by reducing noise as preprocessing for video encoding.
また、本発明の動画像適用ノイズ低減装置1は、高感度カメラで撮影した動画像に用いることに適している。この理由は、高感度カメラで撮影した動画像(高感度カメラ映像)には、ガウスノイズである熱雑音と、高感度カメラで撮影する際に当該高感度カメラ内の受光体に取り込まれる光子数のゆらぎによって発生するショットノイズという異なる性質のランダムノイズが含まれるからである。そして、本発明の動画像適用ノイズ低減装置1は、熱雑音及びショットノイズを低減できることが、実験によって確かめられている。 Further, the moving image applied noise reduction device 1 of the present invention is suitable for use in moving images taken with a high sensitivity camera. The reason for this is that for moving images (high-sensitivity camera images) shot with a high-sensitivity camera, thermal noise, which is Gaussian noise, and the number of photons captured by the photoreceptor in the high-sensitivity camera when shooting with the high-sensitivity camera This is because it includes random noise having different properties such as shot noise generated by fluctuations in the frequency. And it has been confirmed by experiments that the moving image applied noise reduction device 1 of the present invention can reduce thermal noise and shot noise.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、動画像用ノイズ低減装置1として説明したが、各手段の動作を実行可能に記述した動画像用ノイズ低減プログラムとして構成することも可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, although the present embodiment has been described as the moving image noise reduction device 1, it may be configured as a moving image noise reduction program in which the operation of each unit is described to be executable.
1 動画像用ノイズ低減装置
3 領域決定手段
5 バッファ
7 変化量決定手段
9 TV法適用手段
11 制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Moving image
Claims (5)
前記入力動画像の連続する2つのフレーム内における画素の輝度値の差を得て、この輝度値の差を合計した合計値が最小となる所定数の画素からなる領域を、前記ノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出する領域として決定する領域決定手段と、
この領域決定手段で決定された領域に対し、簡略化した簡略化トータルバリエーション法を、予め設定したn回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に所定係数を乗算した値以上になると共に、n−1回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に前記所定係数を乗算した値よりも小さくなるように、前記簡略化バリエーション法における前記ノイズの減少幅を規定する変化量のパラメータΔtを決定する変化量決定手段と、
この変化量決定手段で決定されたパラメータΔtを用いて、前記簡略化トータルバリエーション法を、前記領域決定手段で領域を抽出したフレームそれぞれの画素値に適用し、前記ノイズ低減動画像を出力するトータルバリエーション法適用手段と、を備え、
前記簡略化トータルバリエーション法が、uを画素値、kを適用回数、i及びjをフレーム内の画素のx座標及びy座標、hを1/√(横解像度×縦解像度)、Δx +を水平方向における画素値の後方向差分、Δx −を水平方向における画素値の前方向差分、Δy +を垂直方向における画素値の後方向差分、Δy −を垂直方向における画素値の前方向差分、mをminmod関数とした際に以下に示す式によって画素値を求めることを特徴とする動画像用ノイズ低減装置。
A difference between the luminance values of pixels in two consecutive frames of the input moving image is obtained, and an area composed of a predetermined number of pixels having a minimum total value of the luminance value differences is defined as the variance of the noise. An area determining means for determining the value of the parameter σ 2 as an area to be extracted;
A variance value obtained by subtracting a pixel value before application of a simplified total variation method, which has been applied to the region determined by the region determination unit, from a preset pixel value n times is the parameter σ 2. And a variance value obtained by subtracting the pixel value before application from the pixel value applied n-1 times is smaller than the value obtained by multiplying the parameter σ 2 by the predetermined coefficient. As described above, a change amount determining means for determining a change amount parameter Δt that defines a reduction range of the noise in the simplified variation method,
Using the parameter Δt determined by the change amount determining means, the simplified total variation method is applied to the pixel value of each frame from which the area is extracted by the area determining means, and the total noise output video is output. Variation method application means,
In the simplified total variation method, u is a pixel value, k is the number of application times, i and j are x and y coordinates of a pixel in the frame, h is 1 / √ (horizontal resolution × vertical resolution), and Δ x + is The backward difference of pixel values in the horizontal direction, Δ x − is the forward difference of pixel values in the horizontal direction, Δ y + is the backward difference of the pixel values in the vertical direction, and Δ y − is the forward direction of the pixel value in the vertical direction. A moving image noise reduction apparatus characterized in that a pixel value is obtained by an expression shown below when a difference, m is a minmod function.
前記入力動画像の連続するフレームのフレーム番号を入力する入力手段と、
この入力手段によって入力されたフレーム番号に従って、当該フレーム番号に該当する2つのフレーム内の画素の輝度値について差分を取得するフレーム差分取得手段と、
前記入力手段によって入力されたフレーム番号に従って、当該フレーム番号に該当する2つフレームそれぞれについて、エッジを抽出するエッジ抽出手段と、
前記フレーム差分取得手段で取得された差分と、前記エッジ抽出手段で抽出されたエッジとを足し合わせることで、輝度値の平均が最小となるブロックを、前記ノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出する領域とする輝度平均最小ブロック抽出手段と、
この輝度平均最小ブロック抽出手段で決定された領域に対し、簡略化した簡略化トータルバリエーション法を、予め設定したn回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に所定係数を乗算した値以上になると共に、n−1回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に前記所定係数を乗算した値よりも小さくなるように、前記簡略化バリエーション法における前記ノイズの減少幅を規定する変化量のパラメータΔtを決定する変化量決定手段と、
この変化量決定手段で決定されたパラメータΔtを用いて、前記簡略化トータルバリエーション法を、前記領域決定手段で領域を抽出したフレームそれぞれの画素値に適用し、前記ノイズ低減動画像を出力するトータルバリエーション法適用手段と、を備え、
前記簡略化トータルバリエーション法が、uを画素値、kを適用回数、i及びjをフレーム内の画素のx座標及びy座標、hを1/√(横解像度×縦解像度)、Δx +を水平方向における画素値の後方向差分、Δx −を水平方向における画素値の前方向差分、Δy +を垂直方向における画素値の後方向差分、Δy −を垂直方向における画素値の前方向差分、mをminmod関数とした際に以下に示す式によって画素値を求めることを特徴とする動画像用ノイズ低減装置。
Input means for inputting frame numbers of consecutive frames of the input moving image;
In accordance with the frame number input by the input means, frame difference acquisition means for acquiring a difference between the luminance values of the pixels in the two frames corresponding to the frame number;
Edge extraction means for extracting an edge for each of two frames corresponding to the frame number in accordance with the frame number input by the input means;
By adding the difference acquired by the frame difference acquisition means and the edge extracted by the edge extraction means, the block having the smallest average luminance value is determined as the value of the noise dispersion parameter σ 2 . Luminance average minimum block extraction means as an area to be extracted;
A variance value obtained by subtracting the pixel value before applying the simplified total variation method, which has been simplified, for the region determined by the luminance average minimum block extracting unit from the preset pixel value n times the parameter sigma 2 with greater than or equal to a value obtained by multiplying a predetermined coefficient, the value variance at the time of subtracting the pixel value before applying the n-1 times the applied pixel value is multiplied by the predetermined coefficient to the parameter sigma 2 Change amount determining means for determining a change amount parameter Δt that defines a reduction width of the noise in the simplified variation method,
Using the parameter Δt determined by the change amount determining means, the simplified total variation method is applied to the pixel value of each frame from which the area is extracted by the area determining means, and the total noise output video is output. Variation method application means,
In the simplified total variation method, u is a pixel value, k is the number of application times, i and j are x and y coordinates of a pixel in the frame, h is 1 / √ (horizontal resolution × vertical resolution), and Δ x + is The backward difference of pixel values in the horizontal direction, Δ x − is the forward difference of pixel values in the horizontal direction, Δ y + is the backward difference of the pixel values in the vertical direction, and Δ y − is the forward direction of the pixel value in the vertical direction. A moving image noise reduction apparatus characterized in that a pixel value is obtained by an expression shown below when a difference, m is a minmod function.
前記入力動画像の連続する2つのフレーム内における画素の輝度値の差を得て、この輝度値の差を合計した合計値が最小となる所定数の画素からなる領域を、前記ノイズの分散のパラメータσ2の値を抽出する領域として決定する領域決定手段、
この領域決定手段で決定された領域に対し、簡略化した簡略化トータルバリエーション法を、予め設定したn回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に所定係数を乗算した値以上になると共に、n−1回数適用した画素値から適用する前の画素値を減算した際の分散値が前記パラメータσ2に前記所定係数を乗算した値よりも小さくなるように、前記簡略化バリエーション法における前記ノイズの減少幅を規定する変化量のパラメータΔtを決定する変化量決定手段、
この変化量決定手段で決定されたパラメータΔtを用いて、前記簡略化トータルバリエーション法を、前記領域決定手段で領域を抽出したフレームそれぞれの画素値に適用し、前記ノイズ低減動画像を出力するトータルバリエーション法適用手段、として機能させ、
前記簡略化トータルバリエーション法が、uを画素値、kを適用回数、i及びjをフレーム内の画素のx座標及びy座標、hを1/√(横解像度×縦解像度)、Δx +を水平方向における画素値の後方向差分、Δx −を水平方向における画素値の前方向差分、Δy +を垂直方向における画素値の後方向差分、Δy −を垂直方向における画素値の前方向差分、mをminmod関数とした際に以下に示す式によって画素値を求めることを特徴とする動画像用ノイズ低減プログラム。
A difference between the luminance values of pixels in two consecutive frames of the input moving image is obtained, and an area composed of a predetermined number of pixels having a minimum total value of the luminance value differences is defined as the variance of the noise. Area determination means for determining the value of parameter σ 2 as an area to be extracted;
A variance value obtained by subtracting a pixel value before application of a simplified total variation method, which has been applied to the region determined by the region determination unit, from a preset pixel value n times is the parameter σ 2. And a variance value obtained by subtracting the pixel value before application from the pixel value applied n-1 times is smaller than the value obtained by multiplying the parameter σ 2 by the predetermined coefficient. A change amount determining means for determining a change amount parameter Δt that defines the noise reduction width in the simplified variation method,
Using the parameter Δt determined by the change amount determining means, the simplified total variation method is applied to the pixel value of each frame from which the area is extracted by the area determining means, and the total noise output video is output. Function as a variation method application means,
In the simplified total variation method, u is a pixel value, k is the number of application times, i and j are x and y coordinates of a pixel in the frame, h is 1 / √ (horizontal resolution × vertical resolution), and Δ x + is The backward difference of pixel values in the horizontal direction, Δ x − is the forward difference of pixel values in the horizontal direction, Δ y + is the backward difference of the pixel values in the vertical direction, and Δ y − is the forward direction of the pixel value in the vertical direction. A moving image noise reduction program characterized in that a pixel value is obtained by the following equation when the difference, m is a minmod function.
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