JP6929185B2 - Image processing equipment and image processing methods, programs, storage media - Google Patents
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Description
本発明は、画像信号のノイズ補正を行う技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for performing noise correction of an image signal.
近年、撮像素子の多画素化が進んでおり、画素が微小化する傾向がある。この画素の微小化に起因して、撮像素子から得られる画像信号のノイズが増加する。そこで、このノイズを信号処理により抑圧する方法として、マルチレート信号処理を利用する方法が知られている。 In recent years, the number of pixels of an image sensor has been increasing, and the pixels tend to be miniaturized. Due to the miniaturization of the pixels, the noise of the image signal obtained from the image sensor increases. Therefore, as a method of suppressing this noise by signal processing, a method of using multi-rate signal processing is known.
例えば、画像信号を複数の周波数に分割し、それぞれの分割画像のノイズを抑圧してから再合成する方法が知られている(特許文献1参照)。特許文献1では、画像信号が周波数帯域毎に分割され、それぞれの分割画像にノイズ抑圧処理が行われる。周波数成分の分割方法は様々な方法があるが、例えば、低域画像を生成するには、元画像にプレフィルタをかけてからサイズを半分に間引くことにより得られる。また、高域画像を生成するには、低域画像を元画像と同じサイズになるように拡大処理した後、元画像から拡大処理した画像を減算することにより得られる。
For example, there is known a method of dividing an image signal into a plurality of frequencies, suppressing noise in each divided image, and then resynthesizing the image signal (see Patent Document 1). In
このように周波数成分に分割することによって、それぞれの分割画像に対して、その周波数成分に適したノイズ抑圧の適用量を設定することが可能である。また、各画像のサイズを小さくすることにより、少ないフィルタ長でノイズを低減させることが可能となる。なお、高域のノイズはノイズの粒状感が細かいため視覚的に目立ちにくい。一方、低域のノイズは大きい粒状感となり視覚的に目立ちやすい。そのため、高域のノイズよりも低域のノイズを強めに除去することが望ましい。 By dividing into frequency components in this way, it is possible to set an application amount of noise suppression suitable for the frequency components for each divided image. Further, by reducing the size of each image, it is possible to reduce noise with a small filter length. It should be noted that the high-frequency noise is not visually noticeable because the graininess of the noise is fine. On the other hand, low-frequency noise has a large graininess and is easily visually noticeable. Therefore, it is desirable to remove low-frequency noise more strongly than high-frequency noise.
また、周波数成分に分割された分割画像を合成する処理では、低域画像を拡大して高域画像に加算するといった単純な演算で行うことが可能である。しかしながら、合成処理の演算方法から明らかなように、分割された画像がノイズ抑圧処理によってぼやけてしまった場合、合成処理後の画像も対応する周波数帯域のボケがそのまま残留してしまう。そのため、周波数帯域に分割してノイズを抑圧する方法では、周波数帯域毎に異なるノイズ抑圧を行うことが可能であるが、それぞれの周波数帯域において、ボケが許容できる程度にノイズ抑圧効果を抑える必要があるという課題がある。 Further, in the process of synthesizing the divided image divided into frequency components, it is possible to perform a simple calculation such as enlarging the low frequency image and adding it to the high frequency image. However, as is clear from the calculation method of the compositing process, when the divided image is blurred by the noise suppression process, the blurred image of the corresponding frequency band remains as it is in the image after the compositing process. Therefore, in the method of suppressing noise by dividing it into frequency bands, it is possible to suppress noise differently for each frequency band, but it is necessary to suppress the noise suppression effect to the extent that blurring is acceptable in each frequency band. There is a problem that there is.
そこで、他のノイズ抑圧方法として、まず、画像信号から複数の縮小画像を生成し、複数の縮小画像に対してノイズ抑圧処理を行うと共に、エッジ信号を抽出してエッジ信号に基づいて各画像の合成比率を求める。そして、合成比率に基づいて複数の画像信号を合成する方法が知られている(特許文献2参照)。 Therefore, as another noise suppression method, first, a plurality of reduced images are generated from the image signal, noise suppression processing is performed on the plurality of reduced images, and an edge signal is extracted and each image is based on the edge signal. Find the composition ratio. Then, a method of synthesizing a plurality of image signals based on the composition ratio is known (see Patent Document 2).
例えば、水平および垂直方向のサイズをそれぞれ1/2にした画像と1/4にした画像とを生成する。そして、各画像に対してノイズ抑圧処理を行うととともに、縮小画像からエッジ信号を抽出する。画像を合成する際は、エッジ信号を元サイズまで拡大処理し、拡大されたエッジ信号に基づいて合成割合を決定する。つまり、エッジ信号の強い部分はより大きなサイズの画像を用い、エッジ信号の弱い部分は縮小された画像を元のサイズまで拡大したものを用いるように構成する。 For example, an image in which the sizes in the horizontal and vertical directions are halved and an image in which the sizes are halved are generated. Then, noise suppression processing is performed on each image, and an edge signal is extracted from the reduced image. When compositing images, the edge signal is enlarged to the original size, and the compositing ratio is determined based on the magnified edge signal. That is, the portion where the edge signal is strong is configured to use a larger size image, and the portion where the edge signal is weak is configured to use a reduced image enlarged to the original size.
このように構成することによって、合成後の画像のエッジ部分は元サイズの画像が多く使用され、逆に縮小画像はあまり使用されない。このため、ノイズ抑圧処理を縮小画像に適用してエッジ部分がぼやけていても最終画像には影響しない。したがって、縮小画像に対して強いノイズ抑圧処理をかけることが可能となり、合成後の画像としてはエッジをぼかすことなく低域成分のノイズ抑圧効果を高めた画像を得ることが可能となる。 With this configuration, the original size image is often used for the edge portion of the composited image, and conversely, the reduced image is not often used. Therefore, even if the noise suppression process is applied to the reduced image and the edge portion is blurred, the final image is not affected. Therefore, it is possible to apply a strong noise suppression process to the reduced image, and it is possible to obtain an image after composition in which the noise suppression effect of the low frequency component is enhanced without blurring the edges.
しかしながら、特許文献2に開示された方法は、入力画像と縮小画像を合成することが前提である。そのため、複数画像の合成をしないノイズ抑圧処理に比べて、ノイズの抑圧効果は高いが、エッジの解像度が低下しやすいという課題がある。 However, the method disclosed in Patent Document 2 is premised on synthesizing an input image and a reduced image. Therefore, as compared with the noise suppression process in which a plurality of images are not combined, the noise suppression effect is high, but there is a problem that the edge resolution tends to decrease.
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、階層に分けてノイズ抑圧処理を行い、合成してノイズ抑圧画像を得る場合に、より解像感の高いノイズ抑圧画像を得ることができる画像処理装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a noise suppression image having a higher resolution when the noise suppression processing is performed in layers and combined to obtain a noise suppression image. It is to provide an image processing apparatus which can be obtained.
本発明に係わる画像処理装置は、入力画像に対して、階層分けを行わずにノイズ抑圧処理を行う第1のノイズ抑圧処理手段と、前記入力画像に対して、縮小画像を使用して階層分けを行いながらノイズ抑圧処理を行う第2のノイズ抑圧処理手段と、前記入力画像のエッジ信号に応じて、前記第1のノイズ抑圧処理手段の出力画像と前記第2のノイズ抑圧処理手段の出力画像とを合成するための第1の合成比率を算出する第1の算出処理手段と、前記第1の合成比率に基づいて、前記第1のノイズ抑圧処理手段の出力画像と、前記第2のノイズ抑圧処理手段の出力画像とを合成する第1の合成処理手段と、を備え、前記第2のノイズ抑圧処理手段は、前記入力画像を縮小せずに前記第1のノイズ抑圧処理手段が行うノイズ抑圧処理とは異なるノイズ抑圧処理を行う第3のノイズ抑圧処理手段と、前記入力画像を縮小してノイズ抑圧処理を行う第4のノイズ抑圧処理手段と、前記第3のノイズ抑圧処理手段の出力画像と前記第4のノイズ抑圧処理手段の出力画像に対して拡大処理を行って得られた出力画像とを合成する第2の合成処理手段と、を備えることを特徴とする。 The image processing apparatus according to the present invention includes a first noise suppression processing means that performs noise suppression processing on an input image without performing layer division, and layer division of the input image using a reduced image. The output image of the first noise suppression processing means and the output image of the second noise suppression processing means according to the edge signal of the second noise suppression processing means that performs the noise suppression processing while performing the above. The output image of the first noise suppression processing means and the second noise based on the first calculation processing means for calculating the first synthesis ratio for synthesizing and the first synthesis ratio. The second noise suppression processing means includes a first synthesis processing means for synthesizing the output image of the suppression processing means, and the second noise suppression processing means performs noise performed by the first noise suppression processing means without reducing the input image. Outputs of a third noise suppression processing means that performs noise suppression processing different from the suppression processing, a fourth noise suppression processing means that performs noise suppression processing by reducing the input image, and the third noise suppression processing means. It is characterized by comprising a second synthesis processing means for synthesizing an image and an output image obtained by performing enlargement processing on the output image of the fourth noise suppression processing means.
本発明によれば、階層に分けてノイズ抑圧処理を行い、合成してノイズ抑圧画像を得る場合に、より解像感の高いノイズ抑圧画像を得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a noise suppression image having a higher resolution when the noise suppression processing is performed in layers and combined to obtain a noise suppression image.
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態であるデジタルカメラ100の概略構成を示すブロック図である。なお、本発明は、デジタルカメラに限らず、画像信号に対して画像処理を施すことができる装置であれば、デジタルビデオカメラやパーソナルコンピュータなどでも実現可能である。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital camera 100 according to an embodiment of the present invention. The present invention is not limited to digital cameras, but can be realized by digital video cameras, personal computers, and the like as long as they are devices capable of performing image processing on image signals.
図1において、光学系101は、ズームレンズやフォーカスレンズから構成されるレンズ群、絞り装置、シャッター装置を備えている。この光学系101は、撮像素子102に到達する被写体像の倍率やピント位置、あるいは光量を調整している。撮像素子102は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の光電変換素子であり、被写体像を電気信号に変換して画像信号を生成する。
In FIG. 1, the
前置処理回路103は、CDS(Correllated Double Sampling)回路および増幅回路を備えている。CDS回路は、撮像素子102で生成された画像信号に含まれている暗電流を抑圧し、増幅回路はCDS回路から出力された画像信号を増幅する。A/D変換器104は、前置処理回路103から出力された画像信号をデジタルの画像信号に変換する。
The
画像処理回路105は、画像信号に対して、ホワイトバランス処理、ノイズ抑圧処理、階調変換処理、エッジ強調補正処理などを行い、画像信号を輝度信号Yおよび色差信号U,Vとして出力する。また、画像処理回路105は、画像信号から被写体の輝度値や被写体のピント状態を示す合焦値も算出する。なお、画像処理回路105は、A/D変換器104から出力された画像信号のみでなく、記録媒体109から読み出した画像信号に対しても同様の画像処理を行うことが出来る。
The
制御回路106は、本実施形態のデジタルカメラ100を構成する各回路を制御して、デジタルカメラ100の動作を統括する。制御回路106は、画像処理回路105で処理された画像信号から得られる輝度値や操作部材110から入力された指示に基づいて、光学系101や撮像素子102の駆動制御も行う。
The
表示メモリ107は、表示装置108に表示する画像の元になる画像信号を一時的に記憶するメモリである。表示装置108は、液晶ディスプレイや有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイで構成され、撮像素子102で生成された画像信号や、記録媒体109から読み出した画像信号に係る画像を表示する。撮像素子102から読み出される連続した画像信号を、随時更新して表示することにより、電子的なビューファインダーとして機能することが可能である。また、表示装置108は、デジタルカメラ100の状態表示、ユーザー側またはデジタルカメラ100側で決定したシャッター速度、絞り値、感度情報などの文字情報、画像処理回路105において測定した輝度分布を示すグラフ等も表示することが可能である。
The
記録媒体109は、このデジタルカメラ100に着脱可能に構成されたものであっても、デジタルカメラ100に内蔵されたものであってもよい。操作部材110は、ユーザーがデジタルカメラ100に指示を入力するために操作する部材である。バス111は、画像処理回路105、制御回路106、表示メモリ107、および記録媒体109の間で画像信号や指示信号などをやり取りするために用いられる。
The
次に、本実施形態におけるデジタルカメラ100の撮影時の動作について説明する。ユーザーによって操作部材110が操作され、撮影準備を開始する指示が入力されると、制御回路106がそれぞれの回路の動作の制御を開始する。
Next, the operation of the digital camera 100 at the time of shooting in the present embodiment will be described. When the
まず、撮像素子102は、光学系101を透過した被写体像を光電変換してアナログの画像信号を生成し、A/D変換器104が前置処理回路103によって処理されたアナログの画像信号をデジタル化する。画像処理回路105は、A/D変換器104から出力された画像信号に対して、ホワイトバランス処理、ノイズ抑圧処理、階調変換処理、輪郭補正処理などを行う。
First, the
画像処理回路105で処理された画像信号は、表示メモリ107を介して、表示装置108に画像として表示される。上述したように、撮像素子102で連続的に画像信号を生成し、読み出される連続した画像信号をリアルタイムに更新して表示装置108に表示することにより、表示装置108は電子的なビューファインダーとして機能する。
The image signal processed by the
そして、ユーザーが操作部材110に含まれるシャッターボタンを操作するまで、これらの処理を繰り返す。ユーザーがシャッターボタンを操作すると、制御回路106は画像処理回路105で得られた輝度値や合焦値に基づいて光学系101の動作を再調整して静止画の撮影を行う。画像処理回路105が、この静止画の画像信号に対してノイズ抑圧処理を含む種々の画像処理を施す。そして、記録媒体109には画像処理回路105から出力された画像信号が記録される。
Then, these processes are repeated until the user operates the shutter button included in the
ここで、画像処理回路105におけるノイズ抑圧処理について詳細に説明する。図2は、画像処理回路105に含まれるノイズ抑圧処理回路230の詳細な構成を示すブロック図である。
Here, the noise suppression processing in the
本実施形態のノイズ抑圧処理回路230は、帯域別ノイズ抑圧処理部200、単階層ノイズ抑圧処理部221、合成比率算出処理部222、画像合成処理部223を備える。さらに、帯域別ノイズ抑圧処理部200は、縮小処理部201、ノイズ抑圧処理部202、エッジ信号検出処理部203、ノイズ抑圧処理部204、エッジ信号検出処理部205、拡大処理部206、拡大処理部207を備える。さらに、帯域別ノイズ抑圧処理部200は、縮小処理部208、ノイズ抑圧処理部209、エッジ信号検出処理部210、拡大処理部211、拡大処理部212を備える。さらに、帯域別ノイズ抑圧処理部200は、縮小処理部213、ノイズ抑圧処理部214、拡大処理部215、合成比率算出処理部216、画像合成処理部217を備える。単階層ノイズ抑圧処理部221は、入力画像に対して、階層分けを行わずにノイズ抑圧処理を行う処理部であり、帯域別ノイズ抑圧処理部200は、入力画像に対して、縮小画像を使用して階層分けを行いながらノイズ抑圧処理を行う処理部である。
The noise
図3は、ノイズ抑圧処理回路230による処理手順を示すフローチャートである。画像処理回路105は、A/D変換器104から出力された画像信号を受け取ると、画素の色補間処理を行った後、ノイズ抑圧処理回路230において、色ごとに図3に示す処理を行う。なお、ホワイトバランス処理や色変換処理、階調変換処理などは公知の技術を適用すればよく、また本実施形態の主旨と関係しないため、説明を省略する。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure by the noise
まず、ステップS301において、縮小処理部201は、入力画像信号に対してプレフィルタをかけてから水平および垂直方向にそれぞれ1/2のサイズに画素を間引きして、縮小画像を生成する。プレフィルタとしては、水平、垂直ともに[1 2 1]の係数を適用する。これは着目画素に対する重み付けと、着目画素の両隣に隣接する各画素に対する重み付けを2対1の割合に平均化するための係数である。同様に、縮小処理部208および縮小処理部213は、それぞれ入力画像に対して1/4、1/8のサイズとなる縮小画像を生成する。
First, in step S301, the
次に、ステップS302において、ノイズ抑圧処理部202は、入力画像に対してノイズ抑圧処理を行う。ノイズ抑圧処理では、図4に示すように、着目画素の周辺に例えば7×7画素の参照領域を設定し、参照領域の各画素の値について、着目画素の値との差分を算出する。そして、差分が閾値以内の画素のみの値で平均値を算出し、その平均値を着目画素の値として出力する。画素ごとに上記の処理を行うことによって、画像全体に対してノイズの抑圧された出力画像を得ることができる。閾値は各画像で変更することが望ましく、さらにはセンサーの光ショットノイズを考慮して、信号レベルに応じて閾値を変更してもよい。
Next, in step S302, the noise
次に、ステップS303において、エッジ信号検出処理部203は、入力信号に対してエッジ信号の検出を行う。エッジ信号の検出は、入力画像に対して式(1)に示すラプラシアンフィルタを適用し、エッジ信号を検出する。ここでは3×3画素の参照領域を設定する例をあげるが、参照領域の広さは5×5画素でも7×7画素でも構わない。
Next, in step S303, the edge signal
次に、ステップS304において、ノイズ抑圧処理部204、ノイズ抑圧処理部209およびノイズ抑圧処理部214は、それぞれのサイズに縮小された入力画像に対して、ノイズ抑圧処理を行う。ノイズ抑圧処理の方法は、ノイズ抑圧処理部202の処理内容と同様である。
Next, in step S304, the noise
次に、ステップS305において、エッジ信号検出処理部205およびエッジ信号検出処理部210は、それぞれのサイズに縮小された入力画像に対して、エッジ信号の検出を行う。エッジ信号の検出方法は、エッジ信号検出処理部203の処理内容と同様である。
Next, in step S305, the edge signal
次に、ステップS306において、拡大処理部206、拡大処理部211および拡大処理部215は、ノイズが抑圧された縮小画像に対して、入力画像と同じサイズになるようにバイリニア補間により拡大処理を行う。
Next, in step S306, the
次に、ステップS307において、拡大処理部207および拡大処理部212は、算出された縮小画像のエッジ信号に対して、入力画像と同じサイズになるようにバイリニア補間により拡大処理を行う。 Next, in step S307, the enlargement processing unit 207 and the enlargement processing unit 212 perform enlargement processing on the calculated edge signal of the reduced image by bilinear interpolation so as to have the same size as the input image.
次に、ステップS308において、合成比率算出処理部216は、入力画像からエッジ信号を検出したエッジ信号検出処理部203の出力と、縮小画像から検出したエッジ信号に対して拡大処理を行った拡大処理部207および拡大処理部212のそれぞれの出力信号とから、画像合成処理部217で使用する画像合成のための合成比率の算出処理を行う。合成比率算出処理部216は、図5(a)に示すように、拡大処理部212で得られたエッジ信号が大きいほど、拡大処理部215の出力信号よりも拡大処理部211の出力信号の合成比率を大きく設定する。具体的には、拡大処理部215の出力信号と拡大処理部211の出力信号の間において、拡大処理部212で得られたエッジ信号と、閾値TH1、TH2とを比較する。そして、エッジ信号が閾値TH1より小さければ、拡大処理部211の出力信号の合成比率を0とし、閾値TH2よりも大きければ1とする。閾値TH1、TH2の間は、線形的に合成比率を算出する。つまり、エッジ信号の値が大きいほど、高周波帯域を多く含む拡大処理部211の出力信号を優先して合成比率を大きくする。同様に、合成比率算出処理部216は、拡大処理部207で得られたエッジ信号が大きいほど、拡大処理部211の出力信号よりも拡大処理部206の合成比率を大きく設定する。
Next, in step S308, the synthesis ratio
さらに、合成比率算出処理部216は、エッジ信号検出処理部203で得られたエッジ信号の大きさに応じて、拡大処理部211の出力信号とノイズ抑圧処理部202の出力信号の比率を設定する。ただし、ここでは図5(b)に示すように、エッジ信号検出処理部203で得られたエッジ信号が閾値TH3より小さければ、ノイズ抑圧処理部202の出力信号の合成比率を0とする。エッジ信号検出処理部203で得られたエッジ信号が閾値TH3以上かつ閾値TH4未満であれば、エッジ信号が大きいほどノイズ抑圧処理部202の出力信号の合成比率を大きく設定する。そして、エッジ信号検出処理部203で得られたエッジ信号が閾値TH4以上であれば、エッジ信号が大きいほどノイズ抑圧処理部202の出力信号の合成比率を小さく設定する。あるいは、合成比率算出処理部216は、拡大処理部207とエッジ信号検出処理部203のそれぞれで得られたエッジ信号を加算し、その加算後のエッジ信号を閾値TH3、TH4と比較する。入力画像におけるエッジ信号が大きければ、プレフィルタを適用してから縮小した画像においてもある程度のエッジ信号は残る。そこで、加算により得られたエッジ信号が閾値TH4より小さければ、エッジ信号が大きくなるほどノイズ抑圧処理部202の出力信号の合成比率を大きくし、エッジ信号がTH4以上であれば、エッジ信号が大きくなるほどノイズ抑圧処理部202の出力信号の合成比率を小さくする。
Further, the synthesis ratio
そして、拡大処理部212、拡大処理部207、および、エッジ信号検出処理部203のそれぞれで得られたエッジ信号に基づいて設定した各合成比率を統合して、画素ごとに各画像の最終的な合成比率を設定する。
Then, each composition ratio set based on the edge signal obtained by each of the enlargement processing unit 212, the enlargement processing unit 207, and the edge signal
ここで、エッジ信号が閾値TH4以上である場合に、エッジ信号が大きくなるほどノイズ抑圧処理部202の出力信号の合成比率を小さくする理由について説明する。
Here, when the edge signal is the threshold value TH4 or more, the reason why the synthesis ratio of the output signal of the noise
エッジ信号を検出するためには、ステップS303で説明したように、エッジ信号を求める対象の画素の周辺画素の値も参照する。そのため、周辺画素にエッジが含まれていると、対象の画素にエッジが含まれていなくとも、対象の画素のエッジ信号として求めた値が大きくなることがある。そのため、エッジの近傍の画素では、エッジが存在しないにも関わらず、エッジが存在する場合と同様に、解像度の高い画像の合成比率が高くなってしまうことがある。ゆえに、エッジの近傍であるか否かによって、同じ平坦部であるにも関わらず、ノイズ感に差が生じてしまう。 In order to detect the edge signal, as described in step S303, the values of the peripheral pixels of the target pixel for which the edge signal is obtained are also referred to. Therefore, if the peripheral pixels include edges, the value obtained as the edge signal of the target pixels may become large even if the target pixels do not include the edges. Therefore, in the pixels in the vicinity of the edges, the composition ratio of the high-resolution image may be high as in the case where the edges are present even though the edges are not present. Therefore, depending on whether or not it is near the edge, there is a difference in the sense of noise even though the flat portion is the same.
そこで、本実施形態の帯域別ノイズ抑圧処理部200は、エッジ信号が予め定めた閾値より大きい画素や領域では、敢えて解像度の高い画像の合成比率を低くすることにより、エッジの近傍でノイズが多く残存してしまうことを抑制している。ただし、これだけではエッジもぼけてしまうため、後述するように、画像合成処理部223が、帯域別ノイズ抑圧処理部200で生成された画像と単階層ノイズ抑圧処理部221で生成された画像とを合成する。
Therefore, the band-specific noise
次に、ステップS309において、画像合成処理部217は、ノイズ抑圧処理部202、拡大処理部206、拡大処理部211、および、拡大処理部215の出力信号を、合成比率算出処理部216の出力信号に応じて合成し、帯域別ノイズ抑圧処理部200の出力信号を生成する。画像合成処理では、ノイズ抑圧処理部202、拡大処理部206、拡大処理部211、および、拡大処理部215の出力信号を、合成比率算出処理部216の出力信号である合成比率に応じて、画素ごとに加重加算することによって出力画像を生成する。上記合成比率によって、エッジ量の少ないところは拡大処理部206の出力信号の使用比率が高いためノイズ抑圧効果が高い合成画像を取得することが出来る。
Next, in step S309, the image
次に、ステップS310において、単階層ノイズ抑圧処理部221は、入力画像に対してノイズ抑圧処理を行う。単階層ノイズ抑圧処理部221の入力画像と、帯域別ノイズ抑圧処理部200の入力画像は同じ画像であり、その解像度と画像サイズは等しい。単階層ノイズ抑圧処理部221では、入力画像からエッジの方向およびエッジの強度を検出し、ノイズ抑圧の結果画像と、エッジ強度を出力する。この単階層ノイズ抑圧処理部221が行うノイズ抑圧処理は、帯域別ノイズ抑圧処理部200のノイズ抑圧処理部202が行うノイズ抑圧処理よりも、エッジの解像度を高く維持できる。
Next, in step S310, the single-layer noise suppression processing unit 221 performs noise suppression processing on the input image. The input image of the single-layer noise suppression processing unit 221 and the input image of the band-specific noise
エッジの方向判定およびエッジの強度検出は、例えば着目画素ごとに図6に示すパターン(7tap)を用いたパターンマッチングで行う。図6(a)〜図6(h)で示す各参照領域に対して、着目画素とサーチ領域に含まれる各画素の差分絶対値和を算出する。次に算出した8つの差分絶対値和が最小となるパターンをその着目画素のエッジ方向とし、エッジ方向のパターンに直交するパターンの差分絶対値和をエッジ信号として出力する。例えば、図6(a)のパターンでの差分絶対値和が最小となる場合は、水平方向にエッジがのびていると判断して水平方向をエッジ方向とし、これに直交する垂直方向(図6(b))のパターンを用いた差分絶対値和を、着目画素のエッジ信号とする。この検出されたエッジ方向に従って、ノイズ抑圧処理を行う。ノイズ抑圧処理では、検出されたエッジ方向の参照領域の各画素について、着目画素との差分を取る。そして、差分が閾値以内の画素のみで平均値を演算し、平均値を着目画素の値として出力する。画素ごとに上記処理を行うことによって、画像全体に対してエッジの解像感の高いノイズの抑圧された出力画像を得ることができる。閾値は各画素で変更することが望ましく、さらにはセンサーの光ショットノイズを考慮して、信号レベルに応じて閾値を変更してもよい。 Edge direction determination and edge strength detection are performed, for example, by pattern matching using the pattern (7 taps) shown in FIG. 6 for each pixel of interest. For each reference region shown in FIGS. 6 (a) to 6 (h), the sum of the absolute values of the differences between the pixel of interest and each pixel included in the search region is calculated. Next, the pattern in which the calculated sum of the absolute values of the eight differences is minimized is set as the edge direction of the pixel of interest, and the sum of the absolute values of the differences of the patterns orthogonal to the pattern in the edge direction is output as an edge signal. For example, when the sum of the absolute values of the differences in the pattern of FIG. 6A is the minimum, it is determined that the edge extends in the horizontal direction, the horizontal direction is set as the edge direction, and the vertical direction orthogonal to this (FIG. 6 (A). b) The sum of the absolute values of the differences using the pattern of)) is used as the edge signal of the pixel of interest. Noise suppression processing is performed according to the detected edge direction. In the noise suppression process, the difference between each pixel in the detected reference region in the edge direction and the pixel of interest is taken. Then, the average value is calculated only for the pixels whose difference is within the threshold value, and the average value is output as the value of the pixel of interest. By performing the above processing for each pixel, it is possible to obtain a noise-suppressed output image having a high edge resolution with respect to the entire image. It is desirable to change the threshold value for each pixel, and further, the threshold value may be changed according to the signal level in consideration of the optical shot noise of the sensor.
あるいは、単階層ノイズ抑圧処理部221は、次に説明するノイズ抑圧処理を行うようにしてもよい。図7は、単階層ノイズ抑圧処理部221による別のノイズ抑圧処理を説明するための図である。図7(a)は、入力画像701を示す。入力画像701において左上の画素を(0,0)として、各画素の画素の値をI(x,y)と表す。ここでは、画素702を着目画素とすると、着目画素の画素の値はI(4,4)である。着目画素は、参照画素と参照画素に対応する重みとの重み付き平均により、ノイズ低減処理後の画素の値が決定される。重み付き平均に用いられる参照画素の画素数をNS、参照画素の画素値をIj(j=1〜NS)、参照画素に対応する重みをwj(j=1〜NS)とすると、ノイズ低減処理後の着目画素の画素の値Inewは次式になる。
Alternatively, the single-layer noise suppression processing unit 221 may perform the noise suppression processing described below. FIG. 7 is a diagram for explaining another noise suppression process by the single layer noise suppression process unit 221. FIG. 7A shows an
参照画素に対応する重みは、着目画素に対する参照画素の類似度によって算出される。着目画素と参照画素との類似度を、着目画素を含む領域と参照画素を含む領域とを用いて決定する。なお類似度を決定するために用いられる領域をマッチング領域とする。図7(a)が示す入力画像701を例に説明する。着目画素702を含む5画素×5画素の矩形範囲704を参照画素群とし、参照画素群に含まれる25画素それぞれを参照画素として設定するとする。また、マッチング領域には3×3の領域が設定されているとする。設定されたマッチング領域により、着目画素と参照画素との類似度を算出する。ここで画素706を参照画素とすると、着目画素702と参照画素706との類似度は、着目画素702を含む画素群703(以下、着目領域703)と参照画素706を含む画素群705(以下、参照領域705)とを比較することにより決定される。具体的には、着目領域703に含まれる各画素と参照領域705に含まれる各画素とについて、対応する画素の画素値の差分の二乗の総和に基づいて類似度とする。図7(b)が示すように、着目領域703における画素をbs(p,q)、参照領域705における画素をbj(p,q)(j=1〜NS)とすると、類似度Cjは式(3)になる。
The weight corresponding to the reference pixel is calculated by the similarity of the reference pixel with respect to the pixel of interest. The degree of similarity between the pixel of interest and the reference pixel is determined using the region including the pixel of interest and the region including the reference pixel. The area used to determine the degree of similarity is defined as the matching area. The
類似度Cjは値が小さいほど着目画素と参照画素とが類似していることを示す。なおここでは、着目領域と参照領域において対応する画素間の値の差分二乗和を類似度Cjとして算出している。しかしながら、差分二乗和以外にも差分の絶対値の合計や評価関数を用いてもよい。 The smaller the value of the similarity Cj, the more similar the pixel of interest and the reference pixel are. Here, the sum of the squared differences of the values between the corresponding pixels in the region of interest and the reference region is calculated as the degree of similarity Cj. However, in addition to the sum of squared differences, the sum of the absolute values of the differences and the evaluation function may be used.
次に、類似度に応じて参照画素に対する重みが導出される。類似度Cjが小さいほど重みが大きく、類似度Cjが大きいほど重みが小さくなるように決定すればよく、例えば式(4)により定まる。 Next, the weight for the reference pixel is derived according to the similarity. It may be determined that the smaller the similarity Cj is, the larger the weight is, and the larger the similarity Cj is, the smaller the weight is determined. For example, it is determined by the equation (4).
Wj=exp(−Cj/h2) (4)
ここで、hは重みの大きさを制御するための変数である。変数hを大きくするとノイズ低減効果が高くなるが、画像データのエッジがぼける。以上のように、参照画素群704に含まれる全ての画素を参照画素として設定し、各参照画素に対する重みを決定する。なお、着目画素自身も参照画素として設定する。
Wj = exp (-Cj / h 2 ) (4)
Here, h is a variable for controlling the magnitude of the weight. Increasing the variable h enhances the noise reduction effect, but blurs the edges of the image data. As described above, all the pixels included in the
次に、ステップS311において、合成比率算出処理部222は、単階層ノイズ抑圧処理部221で検出されたエッジ信号から、画像合成処理部223で使用する画像合成のための合成比率の算出処理を行う。合成比率算出処理部222では、入力されたエッジ強度信号から図8に示す関係に従って、合成比率を算出する。すなわち、エッジ信号と、閾値TH5、TH6とを比較する。そして、エッジ信号が閾値TH5より小さければ、合成の対象とする2つの画像のうち、単階層ノイズ抑圧処理部221の出力信号の合成比率を0とし、閾値TH6よりも大きければ1とする。閾値TH5、TH6の間は、線形的に合成比率を算出する。なお、図8における閾値TH5、TH6は、それぞれ図5における閾値TH1、TH2と同じ値にしてもよいし、異なる値にしてもよい。つまり、エッジ信号の値が大きいほど、高周波帯域を多く含む単階層ノイズ抑圧処理部221の出力信号を優先して合成比率を大きくする。
Next, in step S311, the composition ratio
次に、ステップS312において、画像合成処理部223は、単階層ノイズ抑圧処理部221の出力信号と、帯域別ノイズ抑圧処理部200の出力信号とを、合成比率算出処理部222の出力信号に応じて合成し、最終的なノイズ抑圧結果画像を出力する。画像合成処理では、単階層ノイズ抑圧処理部221の出力信号と帯域別ノイズ抑圧処理部200の出力信号とを、合成比率算出処理部222の出力信号である合成比率に応じて、画素ごとに加重加算することによって出力画像を生成する。上記合成比率によって、エッジ量の多いところは単階層ノイズ抑圧処理部221の出力信号の使用比率が高いため解像感が維持され、エッジ量の少ないところは帯域別ノイズ抑圧処理部200の出力信号の使用比率が高いためノイズ抑圧効果が高い合成画像を取得することが出来る。
Next, in step S312, the image
以上説明したように、本実施形態によれば、帯域別ノイズ抑圧処理の出力結果と、単階層ノイズ抑圧処理の出力結果をエッジ強度に応じて合成処理することにより、より解像感の高いノイズ低減処理を実現することが可能となる。
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
As described above, according to the present embodiment, the output result of the noise suppression processing for each band and the output result of the single layer noise suppression processing are combined according to the edge strength, so that the noise has a higher resolution. It becomes possible to realize the reduction processing.
(Other embodiments)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
100:デジタルカメラ、101:光学系、102:撮像素子、103:前置処理回路、104:A/D変換器、105:画像処理回路、106:制御回路、107:表示メモリ、108:表示装置、109:記録媒体、110:操作部材、111:バス 100: Digital camera, 101: Optical system, 102: Image sensor, 103: Pre-processing circuit, 104: A / D converter, 105: Image processing circuit, 106: Control circuit, 107: Display memory, 108: Display device , 109: Recording medium, 110: Operating member, 111: Bus
Claims (11)
前記入力画像に対して、縮小画像を使用して階層分けを行いながらノイズ抑圧処理を行う第2のノイズ抑圧処理手段と、
前記入力画像のエッジ信号に応じて、前記第1のノイズ抑圧処理手段の出力画像と前記第2のノイズ抑圧処理手段の出力画像とを合成するための第1の合成比率を算出する第1の算出処理手段と、
前記第1の合成比率に基づいて、前記第1のノイズ抑圧処理手段の出力画像と、前記第2のノイズ抑圧処理手段の出力画像とを合成する第1の合成処理手段と、
を備え、
前記第2のノイズ抑圧処理手段は、前記入力画像を縮小せずに前記第1のノイズ抑圧処理手段が行うノイズ抑圧処理とは異なるノイズ抑圧処理を行う第3のノイズ抑圧処理手段と、前記入力画像を縮小してノイズ抑圧処理を行う第4のノイズ抑圧処理手段と、前記第3のノイズ抑圧処理手段の出力画像と前記第4のノイズ抑圧処理手段の出力画像に対して拡大処理を行って得られた出力画像とを合成する第2の合成処理手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置。 A first noise suppression processing means for performing noise suppression processing on an input image without performing layering, and
A second noise suppression processing means that performs noise suppression processing while classifying the input image into layers using a reduced image.
A first to calculate a first synthesis ratio for synthesizing the output image of the first noise suppression processing means and the output image of the second noise suppression processing means according to the edge signal of the input image. Calculation processing means and
A first synthesis processing means for synthesizing the output image of the first noise suppression processing means and the output image of the second noise suppression processing means based on the first synthesis ratio.
With
The second noise suppression processing means includes a third noise suppression processing means that performs noise suppression processing different from the noise suppression processing performed by the first noise suppression processing means without reducing the input image, and the input. The fourth noise suppression processing means that reduces the image to perform noise suppression processing, the output image of the third noise suppression processing means, and the output image of the fourth noise suppression processing means are enlarged. An image processing apparatus comprising: a second compositing processing means for compositing the obtained output image.
前記入力画像に対して、縮小画像を使用して階層分けを行いながらノイズ抑圧処理を行う第2のノイズ抑圧処理工程と、
前記入力画像のエッジ信号に応じて、前記第1のノイズ抑圧処理工程の出力画像と前記第2のノイズ抑圧処理工程の出力画像とを合成するための第1の合成比率を算出する第1の算出処理工程と、
前記第1の合成比率に基づいて、前記第1のノイズ抑圧処理工程の出力画像と、前記第2のノイズ抑圧処理工程の出力画像とを合成する第1の合成処理工程と、
を有し、
前記第2のノイズ抑圧処理工程は、
前記入力画像を縮小せずに前記第1のノイズ抑圧処理工程で行うノイズ抑圧処理とは異なるノイズ抑圧処理を行う第3のノイズ抑圧処理工程と、前記入力画像を縮小してノイズ抑圧処理を行う第4のノイズ抑圧処理工程と、前記第3のノイズ抑圧処理工程の出力画像と前記第4のノイズ抑圧処理工程の出力画像に対して拡大処理を行って得られた出力画像とを合成する第2の合成処理工程と、を有することを特徴とする画像処理方法。 The first noise suppression processing step of performing noise suppression processing on the input image without performing layering, and
A second noise suppression processing step of performing noise suppression processing while dividing the input image into layers using a reduced image, and
A first combination ratio for synthesizing the output image of the first noise suppression processing step and the output image of the second noise suppression processing step according to the edge signal of the input image is calculated. Calculation process and
A first synthesis processing step of synthesizing the output image of the first noise suppression processing step and the output image of the second noise suppression processing step based on the first synthesis ratio.
Have,
The second noise suppression processing step is
A third noise suppression processing step that performs noise suppression processing different from the noise suppression processing performed in the first noise suppression processing step without reducing the input image, and a noise suppression processing that reduces the input image to perform noise suppression processing. The fourth noise suppression processing step, the output image of the third noise suppression processing step, and the output image obtained by enlarging the output image of the fourth noise suppression processing step are combined. An image processing method comprising two synthetic processing steps.
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