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JP7437249B2 - Noise removal device and its program - Google Patents
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Description

本発明は、動画像の雑音を除去する雑音除去装置及びそのプログラムに関する。 The present invention relates to a noise removal device for removing noise from moving images and a program thereof.

従来、動画像の雑音を除去する雑音除去方法として、動画像の連続したフレーム画像間における類似画像信号を3次元(3D)形状のブロックマッチングで足し合わせることで雑音除去を行うBM3D(Block Matching and 3D Collaborative Filtering)と称される方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, as a noise removal method for removing noise from moving images, BM3D (Block Matching and A method called 3D Collaborative Filtering is known (for example, see Non-Patent Document 1).

BM3Dでは、ノイズ除去空間として、ブロックを重ねた3次元配列に対する離散コサイン変換基底や離散ウェーブレッド変換基底により張られる空間を用い、固定の閾値により雑音の縮退処理を行う。 In BM3D, a space defined by a discrete cosine transform base or a discrete wave red transform base for a three-dimensional array of overlapping blocks is used as a noise removal space, and noise reduction processing is performed using a fixed threshold value.

K. Dabov, A, Foi, and V. Katkovnik,“Image denoising by sparse 3-D transform-domain collaborative filtering,” IEEE Transactions on Image processing, vol.16, no.8, pp.2080-2095, 2007K. Dabov, A, Foi, and V. Katkovnik, “Image denoising by sparse 3-D transform-domain collaborative filtering,” IEEE Transactions on Image processing, vol.16, no.8, pp.2080-2095, 2007

一般に、動画像(特に、自然画像)の信号成分が持つパワーは、空間低周波数帯域側に偏っている。一方で、熱雑音や十分に画素数が多い画像におけるショット雑音は白色性を持つため、雑音成分が持つパワーは全ての空間周波数帯域でほぼ一定である。 In general, the power of signal components of moving images (particularly natural images) is biased towards the spatial low frequency band side. On the other hand, thermal noise and shot noise in images with a sufficiently large number of pixels have whiteness, so the power of the noise component is almost constant in all spatial frequency bands.

このため、動画像の空間低周波数帯域では信号対雑音比が高く、空間高周波数帯域では信号対雑音比が低い。空間周波数帯域毎の信号対雑音比を考慮しないBM3Dなどの従来法では、信号対雑音比が低い空間高周波数帯域内の要素において、十分な雑音除去性能が得られないことがある。 Therefore, the signal-to-noise ratio is high in the spatial low frequency band of moving images, and the signal-to-noise ratio is low in the spatial high frequency band. In conventional methods such as BM3D that do not take into account the signal-to-noise ratio for each spatial frequency band, sufficient noise removal performance may not be obtained for elements in the spatial high-frequency band where the signal-to-noise ratio is low.

このため、動画像における空間周波数帯域毎の信号対雑音比の違いを考慮した雑音除去処理の実現が望まれる。 Therefore, it is desired to implement noise removal processing that takes into account the difference in signal-to-noise ratio for each spatial frequency band in a moving image.

そこで、本発明の目的は、動画像における空間周波数帯域毎の信号対雑音比の違いを考慮して、動画像の雑音を除去する雑音除去装置及びそのプログラムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a noise removal device and a program therefor that removes noise from a moving image by taking into consideration the difference in signal-to-noise ratio for each spatial frequency band in the moving image.

本発明の雑音除去装置は、動画像の雑音を除去する雑音除去装置であって、動画像におけるフレーム画像の所定分解階数の空間周波数帯域分解し、帯域分解要素からなる各帯域の分解要素画像を生成する空間周波数帯域分解部と、動画像の雑音除去対象のフレーム画像を対象フレーム、類似要素の探索のために参照するフレーム画像を参照フレームとして、前記対象フレームの各分解要素画像の分解要素画像をブロック分割し、前記対象フレームの帯域分解要素の各ブロック領域について、予め定められた雑音除去モードにより指定され類似度制御量で制御される類似度を基に、同一帯域における当該参照フレームの帯域分解要素内から類似する画素値を有するブロック領域を探索する類似要素探索部と、前記対象フレーム内の各帯域の全てのブロック領域についての類似ブロック領域の探索結果を基に、前記類似度が所定の閾値を超える前記参照フレームの帯域分解要素内のブロック領域を、前記対象フレームの帯域分解要素のブロック領域に足し合わせるように処理する足し合わせ処理部と、前記対象フレーム内の各帯域の全てのブロック領域に対する類似ブロック領域に関する足し合わせ処理後の対象フレームについて前記所定分解階数の離散ウェーブレット再構成を施すことにより、雑音除去したフレーム画像を生成し、雑音除去後の動画像を外部出力する再構成部と、を備えることを特徴とする。 The noise removal device of the present invention is a noise removal device that removes noise from a moving image, and decomposes a frame image in a moving image into a spatial frequency band of a predetermined decomposition rank, and generates a decomposed element image of each band consisting of band decomposed elements. A spatial frequency band decomposition unit generates a decomposed element image of each decomposed element image of the target frame, using a frame image from which noise is to be removed from a moving image as a target frame, and a frame image to be referred to for searching for similar elements as a reference frame. is divided into blocks, and for each block area of the band decomposition element of the target frame, the band of the reference frame in the same band is calculated based on the similarity specified by a predetermined noise removal mode and controlled by the similarity control amount. The degree of similarity is determined based on a similar element search unit that searches for block areas having similar pixel values from within the decomposition elements, and the search results for similar block areas for all block areas in each band in the target frame. a summing processing unit that processes to add the block area in the band decomposition element of the reference frame that exceeds a threshold value to the block area of the band decomposition element of the target frame; Reconstruction in which a noise-removed frame image is generated by performing discrete wavelet reconstruction of the predetermined decomposition rank on the target frame after addition processing for similar block areas to the block area, and the noise-removed moving image is output to the outside. It is characterized by comprising: and.

また、本発明の雑音除去装置において、前記類似要素探索部は、前記雑音除去モードとして、信号対雑音比が異なる帯域毎に、異なる類似度制御量を設定することを特徴とする。 Further, in the noise removal device of the present invention, the similar element search unit is characterized in that, as the noise removal mode, a different similarity control amount is set for each band having a different signal-to-noise ratio.

また、本発明の雑音除去装置において、前記類似要素探索部は、前記雑音除去モードとして、前記所定分解階数の空間周波数帯域毎に、異なる類似度制御量を設定することを特徴とする。 Further, in the noise removal device of the present invention, the similar element search unit sets a different similarity control amount for each spatial frequency band of the predetermined decomposition rank as the noise removal mode.

また、本発明の雑音除去装置において、前記雑音除去モードは、空間周波数が高いほど前記所定の閾値に対する類似度を相対的に高くし、且つ空間周波数が高いか否かに関わらずブロック領域のサイズを一定とする第1のモードと、空間周波数が高いほど前記所定の閾値に対する類似度を相対的に高くし、且つ空間周波数が高いほどブロック領域のサイズを大きくする第2のモードと、を含むことを特徴とする。 Further, in the noise removal device of the present invention, the noise removal mode relatively increases the degree of similarity to the predetermined threshold as the spatial frequency becomes higher, and the size of the block region increases regardless of whether the spatial frequency is high or not. and a second mode in which the higher the spatial frequency is, the higher the degree of similarity to the predetermined threshold value is, and the higher the spatial frequency is, the larger the size of the block region is. It is characterized by

更に、本発明によるプログラムは、コンピューターを、本発明の雑音除去装置として機能させるためのプログラムとして構成される。 Further, the program according to the present invention is configured as a program for causing a computer to function as the noise removal device according to the present invention.

本発明によれば、動画像における空間周波数帯域毎の信号対雑音比の違いを考慮してn階空間周波数帯域分解要素における類似要素を同一帯域内で探索し、その探索した要素を足し合わせてn階離散ウェーブレット再構成を行うので、従来のBM3Dよりも動画像の雑音除去性能を高めることができる。 According to the present invention, similar elements in n-th order spatial frequency band decomposition elements are searched within the same band, taking into account differences in signal-to-noise ratio for each spatial frequency band in a moving image, and the searched elements are added together. Since n-th order discrete wavelet reconstruction is performed, the noise removal performance of moving images can be improved compared to conventional BM3D.

本発明による一実施形態の雑音除去装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a noise removal device according to an embodiment of the present invention. 本発明による一実施形態の雑音除去装置における雑音除去処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing noise removal processing in a noise removal device according to an embodiment of the present invention. 本発明による一実施形態の雑音除去装置における空間周波数帯域分解処理の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of spatial frequency band decomposition processing in the noise removal device of one embodiment according to the present invention. 本発明による一実施形態の雑音除去装置における類似要素の探索例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of searching for similar elements in a noise removal device according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明による一実施形態の雑音除去装置1について詳細に説明する。 Hereinafter, a noise removal device 1 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

(装置構成)
図1は本発明による一実施形態の雑音除去装置1の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の雑音除去装置1は、動画像における空間周波数帯域毎の信号対雑音比の違いを考慮して雑音除去を行う装置であり、空間周波数帯域分解部11、類似要素探索部12、足し合わせ処理部13、及び再構成部14を備える。
(Device configuration)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a noise removal device 1 according to an embodiment of the present invention. The noise removal device 1 of this embodiment is a device that performs noise removal by taking into consideration the difference in signal-to-noise ratio for each spatial frequency band in a moving image, and includes a spatial frequency band decomposition unit 11, a similar element search unit 12, It includes a combination processing section 13 and a reconstruction section 14.

空間周波数帯域分解部11は、時間位置tの動画像のフレーム画像I(t)と空間周波数帯域分解階数nを入力し、入力したフレーム画像I(t)のn階空間周波数帯域分解し、空間低周波帯域L、水平高周波領域H、垂直高周波領域V、及び対角高周波領域Dの各帯域に分解し、それぞれ空間低周波I (t),水平高周波I (t),垂直高周波I (t),対角高周波I (t)の帯域分解要素からなる各帯域の分解要素画像を生成し、類似要素探索部12に出力する。尚、空間周波数帯域分解階数nは、外部から随意指定できる。 The spatial frequency band decomposition unit 11 inputs a frame image I(t) of a moving image at a time position t and a spatial frequency band decomposition rank n, decomposes the input frame image I(t) into an n-th spatial frequency band, and performs spatial frequency band decomposition. It is decomposed into each band of low frequency band L, horizontal high frequency area H, vertical high frequency area V, and diagonal high frequency area D, and respectively spatial low frequency I L n (t), horizontal high frequency I H n (t), and vertical high frequency A decomposed element image of each band consisting of the band decomposed elements of I V n (t) and diagonal high frequency I D n (t) is generated and output to the similar element search unit 12 . Note that the spatial frequency band decomposition rank n can be arbitrarily specified from the outside.

まず、類似要素探索部12は、雑音除去対象のフレーム画像を対象フレームとして、対象フレームと同一又は予め定めた異なるフレーム画像(好適には隣接フレーム画像)であって類似要素の探索のために参照するフレーム画像を参照フレームとして予め定める。そして、類似要素探索部12は、空間低周波I (t),水平高周波I (t),垂直高周波I (t),対角高周波I (t)の帯域分解要素からなる各帯域の分解要素画像を入力し、類似要素の探索(より正確には、類似ブロック領域の探索)を行う。 First, the similar element search unit 12 uses a frame image from which noise is to be removed as a target frame, and refers to a frame image that is the same as the target frame or a predetermined different frame image (preferably an adjacent frame image) in order to search for similar elements. A frame image to be used is predetermined as a reference frame. Then, the similar element search unit 12 extracts the band decomposition elements of the spatial low frequency I L n (t), the horizontal high frequency I H n (t), the vertical high frequency I V n (t), and the diagonal high frequency I D n (t). The decomposed element images of each band consisting of are input, and a search for similar elements (more precisely, a search for similar block regions) is performed.

より具体的には、類似要素探索部12は、帯域分解されたいずれかの帯域分解要素からなる当該対象フレームの各分解要素画像の帯域分解要素C をブロック分割する。そして、類似要素探索部12は、当該対象フレームの帯域分解要素C の各ブロック領域について、予め定められた雑音除去モードdにより指定され類似度制御量で制御される類似度s(i,j,t)を基に、同一帯域における当該参照フレームの帯域分解要素R 内から類似する画素値を有するブロック領域を探索する。 More specifically, the similar element search unit 12 divides into blocks the band decomposition element C m n of each decomposition element image of the target frame, which is made up of any band decomposition element that has been subjected to band decomposition. Then , the similar element search unit 12 calculates the degree of similarity s(i, j, t), a block region having similar pixel values is searched from within the band decomposition element R m n of the reference frame in the same band.

そして、類似要素探索部12は、各帯域の全てのブロック領域について類似ブロック領域の探索し、その探索結果を足し合わせ処理部13に出力する。ここで、詳細は後述するが、類似要素探索部12には、雑音除去モードdによって空間周波数帯域分解階数nの空間周波数帯域毎に、異なる類似度制御量α,b,bが設定され、更に、少なくとも2種類の雑音除去モードd=1,2を選択可能とするのが好適である。 Then, the similar element search unit 12 searches for similar block areas in all block areas of each band, and outputs the search results to the addition processing unit 13. Here, although the details will be described later, different similarity control amounts α, b x , b y are set in the similar element search unit 12 for each spatial frequency band of the spatial frequency band decomposition rank n by the noise removal mode d. Furthermore, it is preferable that at least two types of noise removal modes d=1 and 2 can be selected.

足し合わせ処理部13は、対象フレーム内の各帯域の全てのブロック領域についての類似ブロック領域の探索結果を基に、類似度s(i,j,t)が所定の閾値tを超える当該参照フレームの帯域分解要素R 内のブロック領域を、当該対象フレームの帯域分解要素C のブロック領域に足し合わせる処理(足し合わせ処理)を行い、再構成部14に出力する。 Based on the search results for similar block regions for all block regions of each band in the target frame, the addition processing unit 13 selects the relevant reference whose similarity s(i, j, t) exceeds a predetermined threshold th . A process (addition process) is performed to add the block area in the band decomposition element R m n of the frame to the block area of the band decomposition element C m n of the target frame, and the result is output to the reconstruction unit 14 .

再構成部14は、対象フレーム内の各帯域の全てのブロック領域に対する類似ブロック領域に関する足し合わせ処理後の対象フレームについてn階離散ウェーブレット再構成を施すことにより、雑音除去したフレーム画像RI(t)を生成し、雑音除去後の動画像を外部出力する。尚、再構成部14に対して外部指定する空間周波数帯域分解階数nは、空間周波数帯域分解部11に対するものと同じ値とする。 The reconstruction unit 14 generates a frame image RI(t) from which noise has been removed by performing n-th order discrete wavelet reconstruction on the target frame after addition processing of similar block regions for all block regions of each band in the target frame. is generated, and the moving image after noise removal is output to the outside. Note that the spatial frequency band decomposition rank n specified externally for the reconstruction unit 14 is the same value as that for the spatial frequency band decomposition unit 11.

(雑音除去処理)
図2を参照して、より具体的に、本発明による一実施形態の雑音除去装置1における雑音除去処理を説明する。図2は、本実施形態の雑音除去装置1における雑音除去処理を示すフローチャートである。
(Noise removal processing)
With reference to FIG. 2, the noise removal process in the noise removal device 1 according to one embodiment of the present invention will be described in more detail. FIG. 2 is a flowchart showing the noise removal process in the noise removal device 1 of this embodiment.

まず、雑音除去装置1は、空間周波数帯域分解部11により、時間位置tの動画像のフレーム画像I(t)と空間周波数帯域分解階数nを入力し、入力したフレーム画像I(t)のn階空間周波数帯域分解し、空間低周波帯域L、水平高周波領域H、垂直高周波領域V、及び対角高周波領域Dの各帯域に分解し、それぞれ空間低周波I (t),水平高周波I (t),垂直高周波I (t),対角高周波I (t)の帯域分解要素からなる各帯域の分解要素画像を生成する(ステップS1)。 First, the noise removal device 1 inputs a frame image I(t) of a moving image at a time position t and a spatial frequency band decomposition rank n through the spatial frequency band decomposition unit 11, and inputs the n of the input frame image I(t). The spatial frequency band is decomposed into spatial low frequency band L, horizontal high frequency area H, vertical high frequency area V, and diagonal high frequency area D. Spatial low frequency I L n (t) and horizontal high frequency I are respectively A decomposed element image of each band consisting of band decomposed elements of H n (t), vertical high frequency I V n (t), and diagonal high frequency I D n (t) is generated (step S1).

図3は、本実施形態の雑音除去装置1における空間周波数帯域分解処理の説明図である。フレーム画像I(t)のn階空間周波数帯域分解を行うことで、空間低周波帯域L、水平高周波領域H、垂直高周波領域V、及び対角高周波領域Dの各帯域の分解要素画像が得られ、それぞれ空間低周波I (t),水平高周波I (t),垂直高周波I (t),対角高周波I (t)の帯域分解要素が各帯域の画素値として表される。 FIG. 3 is an explanatory diagram of spatial frequency band decomposition processing in the noise removal device 1 of this embodiment. By performing n-th order spatial frequency band decomposition of frame image I(t), decomposed element images of each band of spatial low frequency band L, horizontal high frequency area H, vertical high frequency area V, and diagonal high frequency area D are obtained. , the band decomposition elements of spatial low frequency I L n (t), horizontal high frequency I H n (t), vertical high frequency I V n (t), and diagonal high frequency I D n (t) are expressed as pixel values of each band. expressed.

続いて、雑音除去装置1は、雑音除去対象のフレーム画像を対象フレームとし、類似要素探索部12により対象フレームと同一又は予め定めた異なるフレーム画像(好適には隣接フレーム画像)であって類似要素の探索のために参照するフレーム画像を参照フレームとして予め定める。そして、空間低周波I (t),水平高周波I (t),垂直高周波I (t),対角高周波I (t)の帯域分解要素からなる各帯域の分解要素画像を入力し、類似ブロック領域の探索を行う。 Next, the noise removal device 1 takes the frame image to be noise removed as the target frame, and uses the similar element search unit 12 to search for similar elements that are the same as the target frame or a predetermined different frame image (preferably an adjacent frame image). A frame image to be referred to for the search is predetermined as a reference frame. Then, the decomposition elements of each band are composed of the spatial low frequency I L n (t), the horizontal high frequency I H n (t), the vertical high frequency I V n (t), and the diagonal high frequency I D n (t). Input an image and search for similar block areas.

より具体的には、類似要素探索部12は、帯域分解されたいずれかの帯域分解要素からなる当該対象フレームの帯域分解要素C の分解要素画像をブロック分割し、当該対象フレームの帯域分解要素C の各ブロック領域について、予め定められた雑音除去モードdにより指定され類似度制御量で制御される類似度s(i,j,t)を基に、同一帯域における当該参照フレームの帯域分解要素R 内から類似する画素値を有するブロック領域を探索する。そして、類似要素探索部12は、各帯域の全てのブロック領域について類似ブロック領域の探索し、その探索結果を足し合わせ処理部13に出力する(ステップS2)。 More specifically, the similar element search unit 12 divides the decomposed element image of the band decomposed elements C m n of the target frame consisting of any of the band decomposed elements into blocks, and performs the band decomposition of the target frame. For each block region of the element C m n , the reference frame in the same band is calculated based on the similarity s(i, j, t) specified by the predetermined noise removal mode d and controlled by the similarity control amount. A block region having similar pixel values is searched within the band decomposition element R m n . Then, the similar element search unit 12 searches for similar block areas in all block areas of each band, and outputs the search results to the addition processing unit 13 (step S2).

類似要素探索部12における類似ブロック領域の探索で用いる類似度s(i,j,t)は、式(1)のように定義される。 The degree of similarity s(i, j, t) used in the search for similar block regions in the similar element search unit 12 is defined as in equation (1).

Figure 0007437249000001
Figure 0007437249000001

式(1)において、対象フレーム内の帯域分解要素C と参照フレーム内の帯域分解要素R は、それぞれ対象フレーム内及び参照フレーム内の空間低周波I (t),水平高周波I (t),垂直高周波I (t),対角高周波I (t)の帯域分解要素のいずれかであり、tは同一フレーム画像の時間位置でもよいし、予め定めた異なるフレーム画像(好適には隣接フレーム画像)の時間位置でもよい。mは、空間低周波帯域L、水平高周波領域H、垂直高周波領域V、及び対角高周波領域Dのいずれかの帯域を表すものであり、C が示すm及びnと、R が示すm及びnとは、同じ値である。即ち、類似ブロック領域の探索は同一フレーム画像内でも異なるフレーム画像間でもよいが、同一の空間周波数帯域分解階数、且つ同一の空間周波数帯域方向で行う。 In equation (1), the band decomposition element C m n in the target frame and the band decomposition element R m n in the reference frame are spatial low frequency I L n (t) and horizontal high frequency in the target frame and reference frame, respectively. I H n (t), vertical high frequency I V n (t), and diagonal high frequency I D n (t), where t may be the time position of the same frame image or a predetermined time position. The time positions of different frame images (preferably adjacent frame images) may be used. m represents any one of the spatial low frequency band L, the horizontal high frequency area H, the vertical high frequency area V, and the diagonal high frequency area D, and m and n indicated by C m n and R m n are m and n shown are the same value. In other words, similar block regions may be searched within the same frame image or between different frame images, but are performed at the same spatial frequency band decomposition rank and in the same spatial frequency band direction.

iはC 内の画素位置、jはR 内の画素位置であり、設定する類似度制御量は、式(1)における類似度の重みを制御する正の係数αと、「iとjの画素位置から水平±b、垂直±b画素のブロック領域内の全画素値の二乗誤差和の算出項」における「b,b」である。尚、係数αの値が小さいほど所定の閾値tに対し類似度が相対的に高くなる。 i is a pixel position in C m n , j is a pixel position in R m n , and the similarity control amount to be set is a positive coefficient α that controls the similarity weight in equation (1) and “i and "b x , b y " in "Calculation term for the sum of squared errors of all pixel values in a block area of horizontal ± b x and vertical ± b y pixels from the pixel position of j". Note that the smaller the value of the coefficient α, the higher the degree of similarity relative to the predetermined threshold th .

図4は、本実施形態の雑音除去装置1における類似ブロック領域の探索例を示す図である。図4は、2階空間周波数帯域分解時の対象フレームの水平高周波帯域と、参照フレームの水平高周波帯域とを示す。対象フレームのブロック領域、及び参照フレームのブロック領域は、iとjの画素位置から±bと±b画素の領域として表す。そして、類似要素探索部12は、jを中心とした参照フレームの水平高周波帯域R (t)のブロック領域を、そのR (t)内でずらして、対象フレームの或るブロック領域に最も類似するものを探索して選出する。 FIG. 4 is a diagram showing an example of searching for similar block regions in the noise removal device 1 of this embodiment. FIG. 4 shows the horizontal high frequency band of the target frame and the horizontal high frequency band of the reference frame during second-order spatial frequency band decomposition. The block area of the target frame and the block area of the reference frame are expressed as areas of ±b x and ±b y pixels from the pixel positions i and j. Then, the similar element search unit 12 shifts the block area of the horizontal high frequency band R H 2 (t) of the reference frame centered on j within that R H 2 (t), and searches for a certain block area of the target frame. Search and select the one most similar to.

また、以下に説明するように、類似要素探索部12には、雑音除去モードdによって空間周波数帯域分解階数nの空間周波数帯域毎に、異なる類似度制御量α,b,bが設定される。尚、類似要素探索部12は、少なくとも2種類の雑音除去モードd=1,2を選択可能とするのが好適である。 Further, as explained below, different similarity control amounts α, b x , b y are set in the similar element search unit 12 for each spatial frequency band of the spatial frequency band decomposition rank n by the noise removal mode d. Ru. Note that it is preferable that the similar element search unit 12 be able to select at least two types of noise removal modes d=1 and 2.

〔雑音除去モードd=1(第1のモード)〕
雑音除去モードd=1(第1のモード)は、信号成分をなるべく保持しながら雑音成分を減衰させるモードである。空間周波数が高いほど信号対雑音比が低くなるため、空間周波数が高いほどαを小さくすることで信号対雑音比が低く類似ブロック領域の探索時の誤差量が大きくなっても類似度を高く保つようにする。ただし、空間周波数が高い信号成分を保持するため、空間周波数が高くともブロック領域のサイズb,bを一定とする。表1に(第1のモード)におけるα,b,bの一例を示す。
[Noise removal mode d=1 (first mode)]
The noise removal mode d=1 (first mode) is a mode in which the noise component is attenuated while maintaining the signal component as much as possible. The higher the spatial frequency, the lower the signal-to-noise ratio, so by decreasing α as the spatial frequency increases, the signal-to-noise ratio is low and the similarity is maintained high even if the error amount when searching for similar block regions is large. Do it like this. However, in order to retain signal components with high spatial frequencies, the sizes b x and b y of the block regions are kept constant even if the spatial frequencies are high. Table 1 shows an example of α, b x , and b y in (first mode).

Figure 0007437249000002
Figure 0007437249000002

〔雑音除去モードd=2(第2のモード)〕
雑音除去モードd=2(第2のモード)は、信号成分が劣化するが雑音成分を大きく減衰させるモードである。空間周波数が高いほど信号対雑音比が低くなるため、空間周波数が高いほどαを小さくすることで信号対雑音比が低く類似ブロック領域の探索時の誤差量が大きくなっても類似度を高く保つようにする点で(第1のモード)と同様であるが、信号対雑音比が低くても雑音除去性能を高くするために、空間周波数が高いほどブロック領域のサイズb,bを大きくする。表2に(第2のモード)におけるα,b,bの一例を示す。
[Noise removal mode d=2 (second mode)]
The noise removal mode d=2 (second mode) is a mode in which the signal component is degraded but the noise component is greatly attenuated. The higher the spatial frequency, the lower the signal-to-noise ratio, so by decreasing α as the spatial frequency increases, the signal-to-noise ratio is low and the degree of similarity is maintained high even if the error amount when searching for similar block regions is large. However, in order to improve the noise removal performance even if the signal-to-noise ratio is low, the higher the spatial frequency is, the larger the block area sizes b x and b y are. do. Table 2 shows an example of α, b x , and b y in (second mode).

Figure 0007437249000003
Figure 0007437249000003

このように、雑音除去装置1は、動画像における空間周波数帯域毎の信号対雑音比の違いを考慮して、類似要素探索部12に対して、空間周波数帯域分解階数nの空間周波数帯域毎に、異なる類似度制御量α,b,bを外部から指定できるものとし、少なくとも2種類の雑音除去モードd=1,2として選択可能とするのが好適である。 In this way, the noise removal device 1 takes into account the difference in the signal-to-noise ratio for each spatial frequency band in a moving image, and instructs the similar element search unit 12 to , different similarity control amounts α, b x , b y can be specified from the outside, and it is preferable that at least two types of noise removal modes d=1 and 2 can be selected.

続いて、雑音除去装置1は、足し合わせ処理部13により、対象フレーム内の各帯域の全てのブロック領域についての類似ブロック領域の探索結果を基に、類似度s(i,j,t)が所定の閾値tを超える当該参照フレームの帯域分解要素R 内のブロック領域を、当該対象フレームの帯域分解要素C のブロック領域に足し合わせる処理(足し合わせ処理)を行う(ステップS3)。尚、この足し合わせ処理は、類似度s(i,j,t)が当該所定の閾値tを超えないときは、最も類似するとして探索した当該参照フレームの帯域分解要素R 内のブロック領域であっても、対象フレーム内のブロック領域に足し合わせないように処理する。 Next, the noise removal device 1 uses the addition processing unit 13 to calculate the similarity degree s(i, j, t) based on the search results for similar block regions for all block regions in each band in the target frame. The block area in the band decomposition element R m n of the reference frame that exceeds a predetermined threshold th h is added to the block area of the band decomposition element C m n of the target frame (addition process) (step S3 ). Note that in this addition process, when the similarity s (i, j, t) does not exceed the predetermined threshold th , the block in the band decomposition element R m n of the reference frame searched as the most similar is Even if it is a region, it is processed so as not to be added to the block region in the target frame.

最終的に、雑音除去装置1は、再構成部14により、対象フレーム内の各帯域の全てのブロック領域に対する類似ブロック領域に関する足し合わせ処理後の対象フレームについてn階離散ウェーブレット再構成を施すことにより、雑音除去したフレーム画像RI(t)を生成し、雑音除去後の動画像を外部出力する(ステップS4)。 Finally, the noise removal device 1 causes the reconstruction unit 14 to perform n-th order discrete wavelet reconstruction on the target frame after the addition processing of similar block regions to all block regions of each band in the target frame. , generates a noise-removed frame image RI(t), and outputs the noise-removed moving image to the outside (step S4).

以上のように、本発明に係る雑音除去装置1は、動画像のフレーム画像において空間周波数帯域分解を行い、空間周波数帯域分解階数nの空間周波数帯域毎に、異なる類似度制御量を設定して類似要素を探索し、探索した要素を足し合わせた後に再構成を行うことで雑音除去を行う。そして、類似度の制御量は、空間周波数帯域毎の信号対雑音比を考慮して設定する。これにより、従来のBM3Dよりも動画像の雑音除去性能を高めることができる。 As described above, the noise removal device 1 according to the present invention performs spatial frequency band decomposition on a frame image of a moving image, and sets a different similarity control amount for each spatial frequency band of the spatial frequency band decomposition rank n. Noise is removed by searching for similar elements, adding up the searched elements, and then performing reconstruction. The similarity control amount is set in consideration of the signal-to-noise ratio for each spatial frequency band. As a result, noise removal performance for moving images can be improved compared to conventional BM3D.

上記の一実施形態における雑音除去装置1は、コンピューターにより構成することができ、雑音除去装置1の各処理部を機能させるためのプログラムを好適に用いることができる。具体的には、雑音除去装置1の各処理部を制御するための制御部をコンピューター内の中央演算処理装置(CPU)で構成でき、且つ、各処理部を動作させるのに必要となるプログラムを適宜記憶する記憶部を少なくとも1つのメモリで構成させることができる。即ち、そのようなコンピューターに、CPUによって該プログラムを実行させることにより、雑音除去装置1の各処理部の有する機能を実現させることができる。更に、雑音除去装置1の各処理部の有する機能を実現させるためのプログラムを、前述の記憶部(メモリ)の所定の領域に格納させることができる。そのような記憶部は、装置内部のRAM又はROMなどで構成させることができ、或いは又、外部記憶装置(例えば、ハードディスク)で構成させることもできる。また、そのようなプログラムは、コンピューターで利用されるOS上のソフトウェア(ROM又は外部記憶装置に格納される)の一部で構成させることができる。更に、そのようなコンピューターに、雑音除去装置1の各処理部として機能させるためのプログラムは、コンピューター読取り可能な記録媒体に記録することができる。また、雑音除去装置1の各処理部をハードウェア又はソフトウェアの一部として構成させ、各々を組み合わせて実現させることもできる。 The noise removal device 1 in the above embodiment can be configured by a computer, and a program for making each processing section of the noise removal device 1 function can be suitably used. Specifically, the control unit for controlling each processing unit of the noise removal device 1 can be configured with a central processing unit (CPU) in a computer, and the programs necessary to operate each processing unit can be configured. The storage section for storing appropriate information can be configured with at least one memory. That is, by causing such a computer to execute the program using the CPU, the functions of each processing section of the noise removal device 1 can be realized. Furthermore, a program for realizing the functions of each processing section of the noise removal device 1 can be stored in a predetermined area of the storage section (memory) described above. Such a storage unit can be configured with a RAM or ROM inside the device, or can also be configured with an external storage device (for example, a hard disk). Moreover, such a program can be configured as a part of software (stored in ROM or external storage device) on the OS used in the computer. Further, a program for causing such a computer to function as each processing section of the noise removal device 1 can be recorded on a computer-readable recording medium. Further, each processing unit of the noise removal device 1 can be configured as a part of hardware or software, and each can be realized by combining them.

以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施形態の例では、主として、表1及び表2において空間周波数帯域分解階数nの空間周波数帯域毎に、異なる類似度制御量を設定する例を説明したが、或るn階の空間低周波I (t),水平高周波I (t),垂直高周波I (t),対角高周波I (t)の各帯域間でも異なる類似度制御量を設定することも有効であり、即ち、信号対雑音比が異なる帯域毎に、異なる類似度制御量とするものであれば有効である。従って、本発明に係る雑音除去装置1は、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。 Although the present invention has been described above with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways without departing from the technical idea thereof. For example, in the above-described embodiment, an example was mainly explained in which different similarity control amounts are set for each spatial frequency band of spatial frequency band decomposition rank n in Tables 1 and 2. Different similarity control amounts are set for each band of spatial low frequency I L n (t), horizontal high frequency I H n (t), vertical high frequency I V n (t), and diagonal high frequency I D n (t). In other words, it is effective if the similarity control amount is set to be different for each band with a different signal-to-noise ratio. Therefore, the noise removal device 1 according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, but is limited only by the claims.

本発明によれば、従来のBM3Dよりも動画像の雑音除去性能を高めることができるので、動画像を伝送する用途に有用である。 According to the present invention, noise removal performance for moving images can be improved compared to conventional BM3D, and therefore it is useful for applications that transmit moving images.

1 雑音除去装置
11 空間周波数帯域分解部
12 類似要素探索部
13 足し合わせ処理部
14 再構成部
1 Noise removal device 11 Spatial frequency band decomposition unit 12 Similar element search unit 13 Addition processing unit 14 Reconstruction unit

Claims (5)

動画像の雑音を除去する雑音除去装置であって、
動画像におけるフレーム画像の所定分解階数の空間周波数帯域分解し、帯域分解要素からなる各帯域の分解要素画像を生成する空間周波数帯域分解部と、
動画像の雑音除去対象のフレーム画像を対象フレーム、類似要素の探索のために参照するフレーム画像を参照フレームとして、前記対象フレームの各分解要素画像の分解要素画像をブロック分割し、前記対象フレームの帯域分解要素の各ブロック領域について、予め定められた雑音除去モードにより指定され類似度制御量で制御される類似度を基に、同一帯域における当該参照フレームの帯域分解要素内から類似する画素値を有するブロック領域を探索する類似要素探索部と、
前記対象フレーム内の各帯域の全てのブロック領域についての類似ブロック領域の探索結果を基に、前記類似度が所定の閾値を超える前記参照フレームの帯域分解要素内のブロック領域を、前記対象フレームの帯域分解要素のブロック領域に足し合わせるように処理する足し合わせ処理部と、
前記対象フレーム内の各帯域の全てのブロック領域に対する類似ブロック領域に関する足し合わせ処理後の対象フレームについて前記所定分解階数の離散ウェーブレット再構成を施すことにより、雑音除去したフレーム画像を生成し、雑音除去後の動画像を外部出力する再構成部と、
を備えることを特徴とする雑音除去装置。
A noise removal device that removes noise from moving images,
a spatial frequency band decomposition unit that decomposes a frame image in a moving image into a spatial frequency band of a predetermined decomposition rank and generates a decomposed element image of each band consisting of band decomposed elements;
The decomposed element images of each decomposed element image of the target frame are divided into blocks, and the decomposed element images of the decomposed element images of the target frame are divided into blocks, with the frame image from which noise is to be removed in the moving image as the target frame, and the frame image to be referred to for searching for similar elements as the reference frame. For each block area of the band decomposition element, similar pixel values are extracted from within the band decomposition element of the reference frame in the same band based on the similarity specified by a predetermined noise removal mode and controlled by the similarity control amount. a similar element search unit that searches for a block area having
Based on the search results for similar block regions for all block regions of each band in the target frame, block regions in the band decomposition elements of the reference frame for which the degree of similarity exceeds a predetermined threshold are selected from the target frame. an addition processing unit that performs processing to add the block area of the band decomposition element;
Generate a noise-removed frame image by performing discrete wavelet reconstruction of the predetermined decomposition rank on the object frame after addition processing of similar block regions for all block regions of each band in the object frame, and perform noise removal. a reconstruction unit that outputs the subsequent moving image to the outside;
A noise removal device characterized by comprising:
前記類似要素探索部は、前記雑音除去モードとして、信号対雑音比が異なる帯域毎に、異なる類似度制御量を設定することを特徴とする、請求項1に記載の雑音除去装置。 2. The noise removal apparatus according to claim 1, wherein the similar element search unit sets a different similarity control amount for each band having a different signal-to-noise ratio as the noise removal mode. 前記類似要素探索部は、前記雑音除去モードとして、前記所定分解階数の空間周波数帯域毎に、異なる類似度制御量を設定することを特徴とする、請求項1又は2に記載の雑音除去装置。 3. The noise removal device according to claim 1, wherein the similar element search unit sets a different similarity control amount for each spatial frequency band of the predetermined decomposition rank as the noise removal mode. 前記雑音除去モードは、
空間周波数が高いほど前記所定の閾値に対する類似度を相対的に高くし、且つ空間周波数が高いか否かに関わらずブロック領域のサイズを一定とする第1のモードと、
空間周波数が高いほど前記所定の閾値に対する類似度を相対的に高くし、且つ空間周波数が高いほどブロック領域のサイズを大きくする第2のモードと、
を含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の雑音除去装置。
The noise removal mode is
a first mode in which the higher the spatial frequency, the higher the degree of similarity to the predetermined threshold value, and the size of the block region is constant regardless of whether the spatial frequency is high;
a second mode in which the higher the spatial frequency, the higher the similarity to the predetermined threshold value, and the higher the spatial frequency, the larger the size of the block area;
The noise removal device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it includes:
コンピューターを、請求項1から4のいずれか一項に記載の雑音除去装置として機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the noise removal device according to any one of claims 1 to 4.
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