(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像の注目画素と前記注目画素に隣接する画素とを用いて生成した置換レベルで前記注目画素のレベルを置き換える映像信号処理方法であって、
前記注目画素のレベルと前記注目画素の上部または下部に隣接する隣接画素のレベルとを平滑化処理して第１の置換レベルを生成する平滑化ステップと、
前記注目画素のレベルに対する前記隣接画素のレベルとのレベル差による相関から、０から１の範囲で変化する内分比を求める内分比決定ステップと、
前記注目画素のレベルと前記第１の置換レベルとを、前記内分比で内分した値を第２の置換レベルとする置換レベル生成ステップと、
前記注目画素のレベルを前記第２の置換レベルで置き換える置換ステップと、
を備えることを特徴とする映像信号処理方法。
【請求項２】
画像の注目画素と前記注目画素に隣接する複数の画素とを用いて生成した置換レベルで前記注目画素のレベルを置き換える映像信号処理方法であって、
前記注目画素のレベルと前記注目画素に隣接する複数の隣接画素のレベルとを用いて各隣接方向毎に平滑化処理を行って各隣接方向毎の第１の置換レベルをそれぞれ生成する方向別平滑化ステップと、
前記注目画素のレベルと前記各隣接画素のレベルとの相関から各隣接方向毎の内分比をそれぞれ求める方向別内分比決定ステップと、
前記注目画素のレベルと前記各隣接方向毎の第１の置換レベルとを、前記各隣接方向毎の内分比でそれぞれ内分して各隣接方向毎の第２の置換レベルをそれぞれ生成する方向別置換レベル生成ステップと、
前記各隣接方向毎の第２の置換レベルを合成した合成置換レベルで前記注目画素のレベルを置き換える合成置換ステップと、
を備えることを特徴とする映像信号処理方法。
【請求項３】
前記合成置換ステップでは、前記各隣接方向毎の第２の置換レベルを、各隣接方向毎に所定の重みで重み付けして合成して合成置換レベルとする前記請求項第２項記載の映像信号処理方法。
【請求項４】
前記平滑化処理が、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとの平均を求める処理である前記請求項第１項ないし第３項のいずれかに記載の映像信号処理方法。
【請求項５】
画像の注目画素のレベルと前記注目画素の上部または下部に隣接する隣接画素のレベルとを平滑化処理して第１の置換レベルを出力する平滑化手段と、
前記第１の置換レベルを、前記注目画素のレベルに対する前記隣接画素のレベルとのレベル差による相関を用いて修正することにより、前記注目画素のレベルとして置き換えるべき第２の置換レベルを生成する信号修正手段とを備え、
前記信号修正手段は、前記注目画素のレベルと前記第１の置換レベルとを、前
記相関から求めた０から１の範囲で変化する内分比で内分した値の前記第２の置換レベルを生成するものであることを特徴とする映像信号処理装置。
【請求項６】
画像の注目画素のレベルと前記注目画素に隣接する隣接画素のレベルとを平滑化処理して第１の置換レベルを出力する平滑化手段と、前記第１の置換レベルを、前記注目画素のレベルと前記隣接画素のレベルとの相関を用いて修正して第２の置換レベルを生成する信号修正手段とを、前記隣接方向毎に個別的に対応させてそれぞれ複数備えるとともに、
前記複数の信号修正手段で生成された各隣接方向毎の前記第２の置換レベルを合成して前記注目画素のレベルとして置き換えるべき合成置換レベルを生成する置換信号合成手段を備え、
前記信号修正手段は、前記注目画素のレベルと前記第１の置換レベルとを、前記相関から求めた内分比で内分した値の前記第２の置換レベルを生成するものであることを特徴とする映像信号処理装置。
【請求項７】
前記置換信号合成手段は、前記各隣接方向毎の第２の置換レベルを、隣接方向毎に所定の重みで重み付けして合成して合成置換レベルとする前記請求項第６項記載の映像信号処理装置。
【請求項８】
前記平滑化手段は、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとの平均を求めるものである前記請求項第５項ないし第７項のいずれかに記載の映像信号処理装置。
【請求項９】
前記信号修正手段は、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとのレベル差を所定の関数で変換して修正信号を生成し、第１の置換レベルに前記修正信号を加算して前記第２の置換レベルを生成するものである前記請求項第５項ないし第８項のいずれかに記載の映像信号処理装置。
【請求項１０】
前記所定の関数は、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとのレベル差が小さいほど第２の置換レベルを第１の置換レベルに近くし、前記レベル差が大きいほど前記第２の置換レベルを注目画素のレベルに近くするような連続関数である前記請求項第９項記載の映像信号処理装置。
【請求項１１】
前記信号修正手段が、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとのレベル差を内分比決定関数で変換して得られた０から１の範囲で変化する内分比で、注目画素のレベルと平滑化手段から出力される第１の置換レベルとを内分することにより得られた値を、第２の置換レベルとするものである前記請求項第５項ないし第８項のいずれかに記載の映像信号処理装置。
【請求項１２】
前記内分比決定関数は、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとのレベル差が小さいほど第２の置換レベルが第１の置換レベルに近くなるような内分比となり、前記レベル差が大きいほど前記第２の置換レベルが注目画素のレベルに近くなるような内分比となる前記請求項第１１項記載の映像信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、階調画像を扱うテレビ、ビデオ、プリンタ、複写機等の映像および情報分野において、画像のノイズ等を低減する映像信号処理方法および映像信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードコピー技術、特にフルカラーのハードコピー技術の発展にともない、昇華型熱転写方式などの印写技術を用いて高忠実な画像の再現が可能になってきている。色再現においては、記録材料や画像処理により銀塩写真と同等の再現能力を備えるに至り、また解像度の点でも、ハイビジョンなどの高精細な映像信号を用いることにより銀塩写真に迫りつつある。
【０００３】
ところが、現行方式のテレビ信号を記録するビデオプリンタにおいては、ＮＴＳＣ等の映像信号の帯域制限から解像度が制限されるためプリンタの分解能に対して十分な解像度を得ることができないのが現状であり、またビデオムービー等でビデオプリンタに画像を入力する場合にはノイズの混入は避けられない状況である。特に、ＮＴＳＣ等の映像信号を昇華型熱転写方式プリンタに出力する場合、ホワイトノイズやフィールド間の濃淡ノイズにより画質は著しく劣化する。
【０００４】
このようなノイズを低減する方法として、従来、静止画の画像処理では、例えば、図１４（ａ），（ｂ）に示すような３×３の平滑化フィルタを用いる方法がある。すなわち、図１４（ａ），（ｂ）に示す平滑化フィルタを用いて各画素について演算することにより、ノイズを低減できる。
【０００５】
例えば図１５（ａ）に示す例に図１４（ａ）の平滑化フィルタをかける、すなわち、注目画素である中心画素およびその上下左右の画素の値を１／５して加算した値を、注目画素の値とする平滑化処理を順次行うと、図６（ｂ）のようになる。なお、ここで画像データ中の各画素は０〜２５５に正規化されているものとし、例えば０を最低レベル、２５５を最高レベルとする。（特に断らないかぎり以後の例でも同様である。）
また、従来の他の画像処理として、局所領域中のレベルの中央値を出力レベルとするメディアンフィルタがある。例えば図１６（ａ）に示す例に１×３のメディアンフィルタをかける、すなわち、３画素の内の中央値（３画素のレベルの中央のレベル）を、注目画素である中心画素の値とする処理、例えば、図１６（ａ）の左上の３画素のレベル４３，４２，４５について考えると、中央値である４３を、注目画素である中心の画素のレベル４２と置き換えるという処理を順次行うと、図１６（ｂ）のようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例に示す構成では画像のエッジや細線等を保護しつつノイズを低減することが困難であるという課題を有していた。
【０００７】
例えば、上述の図１４（ａ）に示す平滑化フィルタを用いてノイズを低減すると、図１７（ａ）の画像は図１７（ｂ）に示すようになり、画像がぼけて（エッジの振幅が小さくなる）、かえって画質を劣化させる。例えば、図１７（ａ）の左から２列目の画素のレベルをみると、８０，１２０，１０３であったものが、平滑化フィルタをかけることによって、図１７（ｂ）のように、８１，１０９，１０２となり、レベルの変化がなだらかとなって画像がぼけることになる。
【０００８】
この画像のぼけを抑制するためには、図１４（ｂ）に示すように、荷重マトリクスの中央の重みを周囲の重みよりも大きくして平滑化する方法があるが、この方法でもぼけを十分に抑えることはできない。
【０００９】
また、メディアンフィルタを用いた場合、図１４（ａ），（ｂ）に示した平滑化フィルタに比べてかなりエッジがぼけるのを防ぐことができるが、図１８（ａ）に示すような細線（値「１２０」ぐらいの十字線）があった場合、メディアンフィルタをかけると、図１８（ｂ）のようになり、縦方向の細線等を消失させてしまう場合がある。
【００１０】
ＮＴＳＣ等の映像信号は水平解像度が垂直解像度に比べて低く、水平方向にフィルタ処理すると画質の劣化が大きい。そこで、従来にない垂直方向にフィルタ処理を施す方法が考えられるが、メディアンフィルタを用いて、垂直方向にフィルタリングを行っても同様に細線の消失が起こる。
【００１１】
また、縦方向の輝度のレベル差を、単純なしきい値と比較し、しきい値を越えたときには、フィルタをかけず、しきい値を越えないときには、例えば図１９に示される縦方向のフィルタをかけるというように、フィルタの使用の有無を切り換える方法が考えられるが、しきい値の設定が難しく、例えばしきい値をレベル差「２０」としたとき、図２０（ａ）の画像が図２０（ｂ）のようになり、エッジが鮮鋭化されたり疑似輪郭が発生したりする。（隣接する画素間のレベル差が原画よりも大きくなって、連続性が不自然になっている。）
本発明は上記課題に鑑み、画像のぼけを防ぎ、細線等を保存し、さらに疑似輪郭を発生させることなくノイズを低減する映像信号処理方法および映像信号処理装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の第１発明に係る映像信号処理方法は、画像の注目画素と前記注目画素に隣接する画素とを用いて生成した置換レベルで前記注目画素のレベルを置き換える映像信号処理方法であって、前記注目画素のレベルと前記注目画素の上部または下部に隣接する隣接画素のレベルとを平滑化処理して第１の置換レベルを生成する平滑化ステップと、前記注目画素のレベルに対する前記隣接画素のレベルとのレベル差による相関から、０から１の範囲で変化する内分比を求める内分比決定ステップと、前記注目画素のレベルと前記第１の置換レベルとを、前記内分比で内分した値を第２の置換レベルとする置換レベル生成ステップと、前記注目画素のレベルを前記第２の置換レベルで置き換える置換ステップとを備えている。
【００１３】
また、本発明の第２発明に係る映像信号処理方法は、画像の注目画素と前記注目画素に隣接する複数の画素とを用いて生成した置換レベルで前記注目画素のレベルを置き換える映像信号処理方法であって、前記注目画素のレベルと前記注目画素に隣接する複数の隣接画素のレベルとを用いて各隣接方向毎に平滑化処理を行って各隣接方向毎の第１の置換レベルをそれぞれ生成する方向別平滑化ステップと、前記注目画素のレベルと前記各隣接画素のレベルとの相関から各隣接方向毎の内分比をそれぞれ求める方向別内分比決定ステップと、前記注目画素のレベルと前記各隣接方向毎の第１の置換レベルとを、前記各隣接方向毎の内分比でそれぞれ内分して各隣接方向毎の第２の置換レベルをそれぞれ生成する方向別置換レベル生成ステップと、前記各隣接方向毎の第２の置換レベルを合成した合成置換レベルで前記注目画素のレベルを置き換える合成置換ステップとを備えている。
【００１４】
前記合成置換ステップでは、前記各隣接方向毎の第２の置換レベルを、各隣接方向毎に所定の重みで重み付けして合成して合成置換レベルとする。
【００１５】
また、本発明の第３発明に係る映像信号処理装置は、画像の注目画素のレベルと前記注目画素の上部または下部に隣接する隣接画素のレベルとを平滑化処理して第１の置換レベルを出力する平滑化手段と、前記第１の置換レベルを、前記注目画素のレベルに対する前記隣接画素のレベルとのレベル差による相関を用いて修正することにより、前記注目画素のレベルとして置き換えるべき第２の置換レベルを生成する信号修正手段とを備え、前記信号修正手段は、前記注目画素のレベルと前記第１の置換レベルとを、前記相関から求めた０から１の範囲で変化する内分比で内分した値の前記第２の置換レベルを生成するものである。
【００１６】
また、本発明の第４発明に係る映像信号処理装置は、画像の注目画素のレベルと前記注目画素に隣接する隣接画素のレベルとを平滑化処理して第１の置換レベルを出力する平滑化手段と、前記第１の置換レベルを、前記注目画素のレベルと前記隣接画素のレベルとの相関を用いて修正して第２の置換レベルを生成する信号修正手段とを、前記隣接方向毎に個別的に対応させてそれぞれ複数備えるとともに、前記複数の信号修正手段で生成された各隣接方向毎の前記第２の置換レベルを合成して前記注目画素のレベルとして置き換えるべき合成置換レベルを生成する置換信号合成手段を備え、前記信号修正手段は、前記注目画素のレベルと前記第１の置換レベルとを、前記相関から求めた内分比で内分した値の前記第２の置換レベルを生成するものである。
【００１７】
前記前記置換信号合成手段は、前記各隣接方向毎の第２の置換レベルを、隣接方向毎に所定の重みで重み付けして合成して合成置換レベルとする。
【００１８】
【作用】
本発明は、上記構成によって、次のような作用を奏する。
【００１９】
すなわち、本発明の第１発明に係る映像信号処理方法では、注目画素のレベルと、その上部または下部に隣接する隣接画素のレベルとを用いて平滑化処理を行って第１の置換レベルを生成し、注目画素のレベルに対する隣接画素のレベルとのレベル差による相関から、０から１の範囲で変化する内分比を求め、この内分比を用いて注目画素のレベルと第１の置換レベルとを内分した値を第２の置換レベルとして注目画素のレベルと置換する、すなわち、平滑化処理によって生成された第１の置換レベルを、画素間の相関から求めた内分比によって修正して第２の置換レベルとする構成になっているので、画像の連続性が保たれ、これによって、疑似輪郭も発生しにくく、画像のエッジや細線等を保存しながらノイズを低減することができる。
【００２０】
また、本発明の第２発明に係る映像信号処理方法では、注目画素のレベルと複数の隣接画素のレベルとを用いて各隣接方向毎に平滑化処理を行って各隣接方向毎の第１の置換レベルを生成し、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとの相関から各隣接方向毎の内分比を求め、注目画素のレベルと各隣接方向毎の第１の置換レベルとを各内分比で内分して各隣接方法毎の第２の置換レベルを生成し、各隣接方法毎の第２の置換レベルを合成して合成置換レベルとして注目画素のレベルと置換するので、一方向だけではなく多方向の要素が加味されたノイズ低減方法となり、バランスのとれた信号処理となる。
【００２１】
さらに、前記各隣接方向毎の第２の置換レベルを、各隣接方向毎に所定の重みで重み付けして合成して合成置換レベルとするので、例えば垂直向の重みを重くすると、フィールド間の濃淡ノイズが軽減されやすくなる。
【００２２】
本発明の第３発明に係る映像信号処理装置は、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとを平滑化処理して第１の置換レベルを出力する平滑化手段と、前記第１の置換レベルを、前記注目画素のレベルに対する前記隣接画素のレベルとのレベル差による相関を用いて修正することにより注目画素のレベルとして置換すべき第２の置換レベルを生成する信号修正手段とを備え、前記信号修正手段は、前記注目画素のレベルと前記第１の置換レベルとを、前記相関から求めた０から１の範囲で変化する内分比で内分した値の前記第２の置換レベルを生成するので、画像の連続性が保たれ、これによって、疑似輪郭も発生しにくく、画像のエッジや細線等を保存しながらノイズを低減することができる。
【００２３】
また、本発明の第４発明に係る映像信号処理装置は、平滑化手段と信号修正手段とを、隣接方向毎に個別的に対応させてそれぞれ複数備えるとともに、前記複数の信号修正手段で生成された各隣接方向毎の第２の置換レベルを合成して注目画素のレベルとして置き換えるべき合成置換レベルを生成する置換信号合成手段を備えているので、一方向だけではなく多方向の要素が加味されたノイズ低減方法となり、バランスのとれた信号処理となる。
【００２４】
さらに、置換信号合成手段は、各隣接方向毎の第２の置換レベルを、隣接方向毎に所定の重みで重み付けして合成して合成置換レベルとするので、例えば垂直方向の重みを重くすると、フィールド間の濃淡ノイズが軽減されやすくなる。
【００２５】
【実施例】
以下、図面によって本発明の実施例について、詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１発明に係る映像信号処理方法のフローチャートである。
【００２７】
この第１発明に係る映像信号処理方法は、画像の注目画素と、この注目画素に隣接する画素とを用いて生成した置換レベルで前記注目画素のレベルを置き換えることによってノイズを低減する映像信号処理方法であって、注目画素のレベルと注目画素の上部または下部に隣接する隣接画素のレベルとを平滑化処理して第１の置換レベルを生成する平滑化ステップｎ１と、注目画素のレベルと前記隣接画素のレベルとの相関から内分比を求める内分比決定ステップｎ２と、前記注目画素のレベルと前記第１の置換レベルとを、前記内分比で内分した値を第２の置換レベルとする置換レベル生成ステップｎ３と、前記注目画素のレベルを前記第２の置換レベルで置き換える置換ステップｎ４とを備えている。
【００２８】
以下、各ステップについて詳細に説明する。
【００２９】
図２は、注目画素と隣接画素の位置関係の説明図である。例えば、フレームメモリなどに格納された画像データ５５の垂直方向に連続する画素集合５６において注目画素５８のレベルをＹ（ｂ）、この注目画素５８の上部に隣接する画素５７のレベルをＹ（ａ）、下部に隣接する画素５９のレベルをＹ（ｃ）とする。
【００３０】
以後、この実施例では隣接画素を上部の画素（上画素）５７として説明するが、本発明の他の実施例として、隣接画素を下部の画素５９としてもよい。
【００３１】
まず、平滑化ステップｎ１で注目画素５８のレベルＹ（ｂ）と注目画素５８の上部に隣接する隣接画素５７のレベルＹ（ａ）とを用いて平滑化処理を行い、第１の置換レベルＳ１を生成する。この実施例では第１の置換レベルＳ１として、平均レベルを求める、すなわち、Ｓ１＝｛Ｙ（ａ）＋Ｙ（ｂ）｝／２となる。
【００３２】
なお、平滑化処理の方法としては、平均レベルを求める方法に限られるものではなく、注目画素の重みを大きくして合成する等、様々な方法がある。
【００３３】
次に、内分比決定ステップｎ２で注目画素５８のレベルＹ（ｂ）と隣接画素５７のレベルＹ（ａ）との相関、この実施例ではレベル差から内分比を求める。
【００３４】
この実施例では、図３に示した内分比決定関数で内分比Ｋ（０．０≦Ｋ≦１．０）を決定する。この図３においては、横軸は、注目画素のレベルと隣接画素のレベルとのレベル差（の絶対値）を表し、縦軸は、内分比Ｋを表している。
【００３５】
この実施例の内分比決定関数では、レベル差がＬ１以下の場合は、内分比Ｋは値「０．０」となり、レベル差がＬ２以上の場合は、内分比Ｋは値「１．０」となり、レベル差がＬ１とＬ２との間にあった場合は、対応する内分比Ｋの値（０．０＜Ｋ＜１．０）となる。
【００３６】
このようにして注目画素５８のレベルＹ（ｂ）と隣接画素５７のレベルＹ（ａ）とのレベル差から内分比Ｋが決定されると、置換レベル生成ステップｎ３では内分比Ｋを用いて、注目画素５８のレベルＹ（ｂ）と、上述の平滑化処理で得られた第１の置換レベルＳ１とを内分し、第２の置換レベルＳ２を生成する。
【００３７】
図４は、置換レベル生成ステップｎ３における内分の説明図である。注目画素５８のレベルＹ（ｂ）と、第１の置換レベルＳ１とを内分比Ｋで内分した値が第２の置換レベルＳ２である。
【００３８】
この図４から明らかなように、内分比Ｋの値が、「０．０」のときには、第１の置換レベルＳ１がそのまま第２の置換レベルＳ２となり、内分比Ｋの値が、「１．０」のときには、注目画素５８のレベルＹ（ｂ）が第２の置換レベルＳ２（この場合は、注目画素５８のレベルは、処理によっても変化しないこと）になり、内分比Ｋが、０．０＜Ｋ＜１．０のときには、対応する内分比で、第１の置換レベルＳ１と注目画素５８のレベルＹ（ｂ）とを内分した値が第２の置換レベルＳ２となる。
【００３９】
次に、置換ステップｎ４では、注目画素５８のレベルＹ（ｂ）を、第２の置換レベルＳ２に置換して終了する。
【００４０】
図３に示される内分比決定関数において、レベル差Ｌ１の値を「１０」、レベル差Ｌ２の値を「３０」とし、隣接画素を上部の画素として、この実施例の映像信号処理方法を、上述した図１８（ａ）の例に適用すると、図１８（ｃ）に示されるようになる。
【００４１】
この図１８（ｃ）では、従来例のメディアンフィルタでは図１８（ｂ）のように消失していた細線が、保存されていることがわかる。
【００４２】
また、この実施例の映像信号処理方法を、上述の図２０（ａ）の例に同様に適用すると、図２０（ｃ）のようになり、エッジの鮮鋭化や疑似輪郭（隣接する画素間のレベル差が不自然に大きくなる）を生じていないことがわかる。
【００４３】
このように、本発明の映像信号処理方法では、単純に所定のしきい値によって平滑化処理（ノイズ除去処理）の有無を決定するのではなく、画素間の相関から求めた内分比Ｋによって第１の置換レベルＳ１を修正する構成になっているので、画像の連続性が保たれる。したがって、疑似輪郭も発生しにくく、画像のエッジや細線等を保存しながらノイズを低減することができる。
【００４４】
図５は、本発明の第２発明に係る映像信号処理方法のフローチャートである。この第２発明の映像信号処理方法は、画像の注目画素とこの注目画素に隣接する複数の画素とを用いて生成した置換レベルで前記注目画素のレベルを置き換えることによってノイズを低減する映像信号処理方法であって、前記注目画素のレベルとこの注目画素に隣接する複数の隣接画素のレベルとを用いて各隣接方向毎に平滑化処理を行って各隣接方向毎の第１の置換レベルをそれぞれ生成する方向別平滑化ステップｎ１０と、前記注目画素のレベルと前記隣接画素のレベルとの相関から各隣接方向毎の内分比をそれぞれ求める方向別内分比決定ステップｎ１１と、前記注目画素のレベルと前記各隣接方向毎の第１の置換レベルとを、前記各隣接方向毎の内分比でそれぞれ内分して各隣接方向毎の第２の置換レベルをそれぞれ生成する方向別置換レベル生成ステップｎ１２と、前記各隣接方向毎の第２の置換レベルを合成した合成置換レベルを前記注目画素のレベルと置き換える合成置換ステップｎ１３とを備えている。
【００４５】
まず、方向別平滑化ステップｎ１０で、各隣接方向毎の第１の置換レベルを平滑化処理により求める。上述の第１発明の映像信号処理方法では、上部もしくは下部に隣接する隣接画素と注目画素との一方向だけで第１の置換レベルＳ１を求めたが、この第２発明の映像信号処理方法では、複数方向（例えば、上下左右）で各隣接方向毎に第１の置換レベルＳ１をそれぞれ求める。
【００４６】
次に、方向別内分比決定ステップｎ１１で各隣接方向毎の内分比Ｋをそれぞれ決定する。内分比Ｋを決定する方法は、上述の第１発明の映像信号処理方法と同様でよく、それぞれの隣接方向毎に求める。
【００４７】
次に、方向別置換レベル生成ステップｎ１２で、各隣接方向毎の内分比Ｋを用いて、各隣接方向毎の第２の置換レベルをそれぞれ求める。第２の置換レベルを求める方法は、上述の第１発明の映像信号処理方法と同じでよい。
【００４８】
そして、合成置換ステップｎ１３では、方向別置換レベル生成ステップｎ１２で求めた各隣接方向毎の第２の置換レベルを合成し、注目画素のレベルと置き換える。
【００４９】
この合成のときに、各隣接方向別に重みをつけることによって、ノイズ低減特性を変えることができる。例えば、垂直方向の重みを大きくするとフィールド間の濃淡ノイズが除去されやすくなる。
【００５０】
上記のように、多方向の隣接画素を用いてノイズを低減することによって、一方向だけの上述の第１発明の映像信号処理方法に比べて、バランスのとれた処理となる。
【００５１】
例えば、上部の隣接画素のみとで上述の第１発明の映像信号処理方法を施した場合、上部の隣接画素の影響が注目画素の方向（下方向）に影響を及ぼすため、全体的に下方向にレベルがずれる（拡散する）傾向がある。それに対し、垂直方向の両方の隣接画素に対して、この実施例の映像信号処理方法を適用するだけでもレベルのずれを抑制でき、バランスのとれたノイズ低減処理となる。
【００５２】
図６は、本発明の第３発明に係る映像信号処理装置のブロック図であり、この第３発明は、上述の第１発明の映像信号処理方法を適用した映像信号処理装置に係るものである。
【００５３】
この第３発明の映像信号処理装置は、画像の注目画素のレベルＹ（ｂ）と前記注目画素の上部または下部（この実施例では上部）に隣接する隣接画素のレベルＹ（ａ）とを平滑化処理して第１の置換レベルＳ１を出力する平滑化手段１と、前記第１の置換レベルＳ１を、前記注目画素のレベルＹ（ｂ）と前記隣接画素のレベルＹ（ａ）との相関を用いて修正することにより、前記注目画素のレベルとして置き換えるべき第２の置換レベルＳ２を生成する信号修正手段２とを備えている。
【００５４】
まず、平滑化手段１で注目画素のレベルＹ（ｂ）と、注目画素の上部に隣接する隣接画素のレベルＹ（ａ）とを用いて平滑化処理を行い、第１の置換レベルＳ１を生成する。なお、第１の置換レベルＳ１は平均レベルとしてもよい。
【００５５】
信号修正手段２は注目画素のレベルＹ（ｂ）と隣接画素のレベルＹ（ａ）とのレベル差を用いて、平滑化手段１から出力される第１の置換レベルＳ１を修正し、第２の置換レベルＳ２を生成する。第２の置換レベルＳ２が、注目画素と置換すべきノイズが低減された信号である。
【００５６】
この信号修正手段２では、最終的には、注目画素のレベルＹ（ｂ）と第１の置換レベルＳ１とを、注目画素のレベルＹ（ｂ）と隣接画素のレベルＹ（ａ）とのレベル差から求めた内分比で内分した値の第２の置換レベルＳ２を生成するものである。
【００５７】
この信号修正手段２による第１の置換レベルＳ１の修正について説明する。
【００５８】
注目画素のレベルをＹ（ｂ）、注目画素の上部の隣接画素のレベルをＹ（ａ）、レベルＹ（ａ），Ｙ（ｂ）から求められた内分比をＫ（上述の第１実施例の映像信号処理方法と同様）、第１の置換レベルＳ１を平均レベルとすると、ノイズが低減された第２の置換レベルＳ２、すなわち、注目画素のレベルとして置換されるべきレベルＹ’（ｂ）は、次式▲１▼によって求められる。
【００５９】
Ｙ’（ｂ）＝
（１−Ｋ）＊｛Ｙ（ａ）＋Ｙ（ｂ）｝／２＋Ｋ＊Ｙ（ｂ）    ……▲１▼
ここで、内分比Ｋは、値「０．０」から値「１．０」の範囲をとる。
【００６０】
▲１▼式を変形すると、次式▲２▼のようになる。
【００６１】
Ｙ’（ｂ）＝
｛Ｙ（ａ）＋Ｙ（ｂ）｝／２＋Ｋ＊｛Ｙ（ｂ）−Ｙ（ａ）｝／２    ……▲２▼
この▲２▼式において、第１項目は第１の置換レベルＳ１を表している。従って、第２項目を用いて第１の置換レベルＳ１を修正することにより、第２の置換レベルＳ２を生成することができる。ここで内分比Ｋは、上述のように、内分比決定関数によって注目画素のレベルＹ（ｂ）と隣接画素のレベルＹ（ａ）とのレベル差によって求められる。
【００６２】
図７は、図６における平滑化手段１と信号修正手段２の詳細構成を示すブロック図である。
【００６３】
平滑化手段１は、加算手段７０と除算手段７１からなる。注目画素のレベルＹ（ｂ）と隣接画素のレベルＹ（ａ）は加算手段７０で加算され、除算手段７１で１／２される。除算手段７１から出力される信号が第１の置換レベルＳ１（平均レベル）である。
【００６４】
信号修正手段２は、減算手段７２、ルックアップテーブル７３、乗算手段７４及び除算手段７５からなる。減算手段７２では、注目画素のレベルＹ（ｂ）から隣接画素のレベルＹ（ａ）が減算され、レベル差Ｌが出力される。なお、本実施例では、レベル差Ｌは正負の符号を持つ。レベル差Ｌはルックアップテーブル７３に入力される。ルックアップテーブル７３は、レベル差Ｌに応じた内分比Ｋを出力する。ルックアップテーブル７３の内容は、図３に示した内分比変換関数を参考にして生成できる。図３はレベル差の絶対値の関数なので、縦軸に線対称の関数をルックアップテーブル７３で実現するとよい。
【００６５】
乗算手段７４は、レベル差Ｌと内分比Ｋを乗算する。得られた乗算結果Ｋ・Ｌは除算手段７５で１／２されて、修正信号Ｋ・Ｌ／２となる。修正信号Ｋ・Ｌ／２は正負の符号をもち、▲２▼式の第２項に相当する。
【００６６】
加算手段７６は第１の置換レベルＳ１と修正信号Ｋ・Ｌ／２を加算し、第２の置換レベルＳ２を生成する。
【００６７】
なお、除算手段７１，７５はまとめて加算手段７６の後に設けてもよい。また、除算手段７１，７５は実際の回路においては１ビットシフトによって構成できるので、１ビットシフトして信号線を接続するだけで実現可能である。
【００６８】
図８は、図６に示した平滑化手段１および信号修正手段２の他の実施例の詳細構成を示すブロック図である。
【００６９】
図７の実施例との違いは、信号修正手段２の構成が異なる点である。この実施例の信号修正手段２は、減算手段７２とルックアップテーブル８５と加算手段７６とからなる。この実施例では、図７におけるルックアップテーブル７３と乗算手段７４と除算手段７５とが１つのルックアップテーブル８５で置き換えられている。これは、ルックアップテーブル７３と乗算手段７４と除算手段７５とがレベル差Ｌの所定の関数として実現できることによる。この所定の関数は、内分比決定関数にレベル差Ｌを乗算し、１／２した関数であり、具体例を図９に示す。
【００７０】
図９において、横軸はレベル差を表し、縦軸は修正値（修正信号）を表す。関数ｆが、所定の関数である。レベル差がしきい値Ｌ５以上でしきい値Ｌ３以下の場合、修正値は値「０」となる。つまり、第１の置換レベルＳ１がそのまま第２の置換レベルＳ２となる。また、レベル差がしきい値Ｌ４以上あるいはしきい値Ｌ６以下の場合、修正値はレベル差を１／２した値となり、第２の置換レベルＳ２は注目画素のレベルとなる。また、レベル差がしきい値Ｌ６からしきい値Ｌ５の間あるいはしきい値Ｌ３からしきい値Ｌ４の間にある場合は、注目画素と第１の置換レベルＳ１の間のレベルが第２の置換レベルＳ２となる。
【００７１】
図１０は、図６における平滑化手段１および信号修正手段２のさらに他の実施例の詳細構成を示すブロック図である。
【００７２】
この実施例の平滑化手段１は、図７に示した実施例の平滑化手段１と同じ構成である。
【００７３】
この実施例の信号修正手段２は、平滑化手段１からの第１の置換レベルＳ１に対して、注目画素のレベルＹ（ｂ）と隣接画素のレベルＹ（ａ）のレベル差に応じて選択される５通りの内分比によって第２の置換レベルＳ２を生成するものである。
【００７４】
この実施例の信号修正手段２は、注目画素のレベルＹ（ｂ）と隣接画素のレベルＹ（ａ）のレベル差の絶対値を求める演算手段１００、ルックアップテーブル１０１、乗算手段１０２，１０６、多入力の加算手段１０３〜１０５、セレクタ１０７、除算手段１０８からなる。
【００７５】
まず、演算手段１００で、注目画素のレベルＹ（ｂ）と隣接画素のレベルＹ（ａ）とのレベル差の絶対値Ｌ’が求められる。また、注目画素のレベルＹ（ｂ）は、多入力の加算手段１０３〜１０５及び乗算手段１０６にも入力される。乗算手段１０２，１０６及び多入力の加算手段１０３〜１０５によって、５通りの内分比による第２の置換レベルの４倍の値が生成される。
【００７６】
すなわち、信号線１１２には値「４」が入力され、乗算手段１０２では第１の置換レベルＳ１を４倍する。これは、後に除算手段１０８で１／４にされるので、内分比Ｋが値「０．０」をとる場合に等しい。また、多入力の加算手段１０３では第１の置換レベルＳ１と注目画素のレベルＹ（ｂ）の比が３：１で加算される。これは内分比Ｋが値「０．２５」をとる場合に等しい。同様に、多入力の加算手段１０４は、内分比Ｋが値「０．５」をとる場合に等しく、多入力加算手段１０５は、内分比Ｋが値「０．７５」をとる場合に等しい。また、信号線１１３には値「４」が入力され、乗算手段１０６では注目画素のレベルＹ（ｂ）が４倍され、これは内分比Ｋが値「１．０」をとることに等しい。乗算手段１０２，１０６および多入力の加算手段１０３〜１０５の出力はセレクタ１０７に入力される。
【００７７】
演算手段１００から出力されたレベル差（の絶対値）Ｌ’はルックアップテーブル１０１に入力される。ルックアップテーブル１０１では、レベル差Ｌ’に応じて、５通りの内分比Ｋ（＝０．０，０．２５，０．５，０．７５，１．０）に相当するセレクト信号ＳＳ１〜５を出力する。
【００７８】
図１１にルックアップテーブル１０１に格納する関数を示す。横軸はレベル差を表し、縦軸は出力されるセレクト信号ＳＳを表す。レベル差Ｌ’がしきい値Ｌ７以下の場合、ルックアップテーブル１０１は内分比Ｋの値「０．０」の場合を選択するセレクト信号ＳＳ１を出力する。また、レベル差Ｌ’がしきい値Ｌ７より大きく、しきい値Ｌ８以下の場合、内分比Ｋの値「０．２５」の場合を選択するセレクト信号ＳＳ２を出力する。また、レベル差Ｌ’がしきい値Ｌ８より大きく、しきい値Ｌ９以下の場合は内分比Ｋの値「０．５」の場合を選択するセレクト信号ＳＳ３を出力する。同様に、レベル差Ｌ’がしきい値Ｌ９より大きく、しきい値Ｌ１０以下の場合は内分比Ｋの値「０．７５」の場合を選択するセレクト信号ＳＳ４を出力し、レベル差Ｌ’がしきい値Ｌ１０より大きい場合は、内分比Ｋの値「１．０」の場合を選択するセレクト信号ＳＳ５を出力する。
【００７９】
セレクタ１０７はルックアップテーブル１０１から出力されるセレクト信号ＳＳ１〜５により、それぞれの内分比で第２の置換レベルを生成した信号の４倍の信号４・Ｓ２を出力する。除算手段１０８では、セレクタ１０７から出力される信号４・Ｓ２を１／４にして正規化する。除算手段１０８から出力される信号が第２の置換レベルＳ２である。
【００８０】
なお、乗算手段１０２，１０６では乗算によってレベルを４倍にしたが、実際は２ビットシフトすればよいので、信号線の接続を２ビットシフトすることによって実現できる。また、除算手段１０８も同様にビットシフトによって、実現できる。
【００８１】
なお、この実施例では、第２の置換レベルＳ２を５通りの内分比のパターンで生成したが、５通りに限るものではないのは勿論である。
【００８２】
図１２は、本発明の第４発明に係る映像信号処理装置のブロック図であり、この第４発明は、上述の第２発明の映像信号処理方法を適用した映像信号処理装置に係るものである。
【００８３】
この第４発明の映像信号処理装置は、一走査線期間の遅延を行なう垂直遅延手段１０，１１、１画素分の遅延を行う遅延手段１２〜１５、ノイズ低減手段１６〜１９及び置換信号合成手段２０からなる。
【００８４】
この実施例では、注目画素と注目画素の上下左右に隣接する隣接画素を用いてノイズの低減を行う。
【００８５】
画像の入力信号Ｙは、垂直遅延手段１０，１１と遅延手段１２〜１５によって、注目画素のレベルＹ（ｂ）、注目画素の上部に隣接する上画素のレベルＹ（ｂｕ）、注目画素の右に隣接する右画素のレベルＹ（ｂｒ）、注目画素の左に隣接する左画素のレベルＹ（ｂｌ）、そして注目画素の下に隣接する下画素のレベルＹ（ｂｄ）を同時に扱えるようになる。
【００８６】
各ノイズ低減手段１６〜１９は、図６に示された実施例と同様の構成を有しており、ノイズ低減手段１６では注目画素のレベルＹ（ｂ）と下画素のレベルＹ（ｂｄ）を用いて、注目画素と下画素の隣接方向で第２の置換レベルＳ２ｄを生成する。同様に、ノイズ低減手段１７では注目画素のレベルＹ（ｂ）と右画素のレベルＹ（ｂｒ）を用いて、注目画素と右画素の隣接方向で第２の置換レベルＳ２ｒを生成する。また、ノイズ低減手段１８では注目画素のレベルＹ（ｂ）と左画素のレベルＹ（ｂｌ）を用いて、注目画素と左画素の隣接方向で第２の置換レベルＳ２ｌを生成する。また、ノイズ低減手段１９では注目画素のレベルＹ（ｂ）と上画素のレベルＹ（ｂｕ）を用いて、注目画素と上画素の隣接方向で第２の置換レベルＳ２ｕを生成する。
【００８７】
置換信号合成手段２０は、各隣接方向毎の第２の置換レベルＳ２ｕ，Ｓ２ｄ，Ｓ２ｒ，Ｓ２ｌを合成し、合成置換レベルＳ２ｓを生成する。合成置換レベルＳ２ｓを注目画素のレベルと置き換えることにより、バランスのとれたノイズの低減を行える。
【００８８】
ノイズ低減手段１６〜１９は、上述の図６、したがって、図７、図８、図１０に示したいづれかの映像信号処理装置の実施例と同様の回路で実現できる。
【００８９】
図１３は、置換信号合成手段２０のブロック図であり、この置換信号合成手段２０は、乗算手段１４０〜１４３、多入力の加算手段１４４、正規化手段１４５からなる。乗算手段１４０〜１４３で、各隣接方向の第２の置換レベルに重み係数１４６〜１４９を乗ずることによって、隣接方向別の重み付けを行う。多入力加算手段１４４では、重み付けが行われた第２の置換レベルを加算する。多入力加算手段１４４から出力された合成信号を正規化手段１４５で正規化（除算）することにより、合成置換レベルＳ２が生成される。
【００９０】
この重み係数として、例えば、上下方向（１４６，１４９）をそれぞれ「２」、左右方向（１４７，１４８）をそれぞれ「１」にし、正規化手段１４５では、加算手段１４４からの合成信号を「６」で除算する。
【００９１】
なお、本実施例では乗算手段１４０〜１４３を設けたが、重み付けを行わない場合は必要なく、また、単にビットシフトで構成できる場合もある。また、正規化手段１４５も重み付け係数の和で除算する構成としてもよく、係数の和によってはビットシフトで構成できる場合がある。
【００９２】
また、本実施例では隣接画素として上下左右の４方向の画素を用いたが、４方向に限られるものではない。（例えば、上下２方向だけの構成にしてもよい。）上述の各実施例では、モノクロ情報を例にとり説明したが、カラー情報についてはＲ、Ｇ、Ｂ独立して適用する方法は適切でなく、レベルとして輝度信号あるいはＧ信号を用いて処理を行う方が適切である。
【００９３】
また、遅延手段として、ラッチやフリップフロップ等を用いて、所定のクロックで同期した同期回路で構成してもよい。
【００９４】
また、垂直遅延手段としてはラインメモリやバッファ等がある。
【００９５】
また、上述の各実施例ではハードウエア構成で説明したが、命令を実行するＣＰＵ（もしくはＤＳＰ）、ＣＰＵに与える命令やテーブルを格納するＲＯＭ、ＣＰＵが命令を実行するためのワークエリアおよびＣＰＵが本発明の処理を行うために用いる走査線２本分のラインバッファのためのＲＡＭ、映像信号を取り込んだり出力するためのＩＯポートとでＣＰＵシステムを構成し（図示していない）、実質的同一なソフトウエアルーチンを用いて実現してもよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように本発明の映像信号処理方法および映像信号処理装置では、単純なしきい値処理により平滑化処理の有無を決定するのではなく、注目画素と隣接画素との相関によって内分比を決定して、平滑化レベル（第１の置換レベル）を修正する構成を取っているので、疑似輪郭が発生しにくく、画像のエッジや細線を保存してノイズの低減を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１発明に係る映像信号処理方法のフローチャートである。
【図２】注目画素と隣接画素の位置関係の説明図である。
【図３】内分比決定関数の説明図である。
【図４】内分の説明図である。
【図５】本発明の第２発明に係る映像信号処理方法のフローチャートである。
【図６】本発明の第３発明に係る映像信号処理装置のブロック図である。
【図７】図６の平滑化手段１および信号修正手段２の詳細構成を示すブロック図である。
【図８】平滑化手段１および信号修正手段２の他の実施例を示すブロック図である。
【図９】所定の関数の説明図である。
【図１０】平滑化手段１および信号修正手段２のさらに他の実施例を示すブロック図である。
【図１１】ルックアップテーブル１０１に格納する関数の説明図である。
【図１２】本発明の第４発明に係る映像信号処理装置のブロック図である。
【図１３】図１２における置換信号合成手段２０の詳細構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の平滑フィルタの説明図である。
【図１５】平滑化フィルタを用いたノイズ低減の説明図である。
【図１６】メディアンフィルタを用いたノイズ低減の説明図である。
【図１７】平滑化フィルタを用いた場合の課題を示した説明図である。
【図１８】メディアンフィルタを用いた場合の課題を示した説明図である。
【図１９】しきい値処理による平滑化フィルタの説明図である。
【図２０】しきい値処理で平滑フィルタを切り換えた場合の課題を示した説明図である。
【符号の説明】
１  平滑化手段
２  信号修正手段
１０，１１  垂直遅延手段
１２〜１５  遅延手段
１６〜１９  ノイズ低減手段
２０  置換信号合成手段
ｎ１  平滑化ステップ
ｎ２  内分比決定ステップ
ｎ３  置換レベル生成ステップ
ｎ４  置換ステップ
ｎ１０  方向別平滑化ステップ
ｎ１１  方向別内分比決定ステップ
ｎ１２  方向別置換レベル生成ステップ
ｎ１３  合成置換ステップ
Ｙ（ｂ）  注目画素レベル
Ｓ１  第１の置換レベル
Ｓ２  第２の置換レベル
７０，７６  加算手段
７１，７５，１０８  除算手段
７２  減算手段
７３，８５，１０１  ルックアップテーブル
７４，１０２，１０６，１４０〜１４３  乗算手段
ｆ  所定の関数
１００  レベル差（の絶対値）を求める演算手段
１０３〜１０５，１４４  多入力の加算手段
１０７  セレクタ
１４５  正規化手段
【図１】
0003547481.tif 000002
【図２】
0003547481.tif 000003
【図３】
0003547481.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003547481.tif 000007
【図７】
0003547481.tif 000008
【図８】
0003547481.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003547481.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003547481.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
0003547481.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0003547481.tif 000017
【図１７】
0003547481.tif 000018
【図１８】
0003547481.tif 000019
【図１９】
0003547481.tif 000020
【図２０】
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