(57)【要約】【課題】  低輝度レベルの画像であってもノイズの比率が増加するのを抑制することができるとともに、トーンジャンプや擬似輪郭等が発生するのを防止して、画質の向上が可能な画像入力装置を提供することを課題とする。【解決手段】  画像を光学的に読み取り画像データに変換する画像入力方法において、前記画像データの各画素ごとに含まれるノイズ率を画素の輝度レベルに対する依存度を低減するように補正するように構成して課題を解決した。【選択図】  図１
2006279162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を光学的に読み取り画像データに変換する画像入力方法において、
前記画像データの各画素ごとに含まれるノイズ率を画素の輝度レベルに対する依存度を低減するように補正することを特徴とした画像入力方法。
【請求項２】
画像を光学的に読み取り画像データに変換する画像入力装置において、
前記画像データの各画素ごとに含まれるノイズ率を画素の輝度レベルに対する依存度を低減するように補正する画像補正手段を具備することを特徴とした画像入力装置。
【請求項３】
前記画像補正手段は、注目画素を含む画素の平均輝度レベルに応じて形状を連続的に変化させたフィルターを重畳することで補正することを特徴とした請求項２記載の画像入力装置。
【請求項４】
前記画像補正手段は、注目画素を含む周辺画素の輝度値を考慮してフィルターの形状を決定することを特徴とした請求項２又は３に記載の画像入力装置。
【請求項５】
画像を光学的に読み取り画像データに変換する画像入力装置において、
前記画像データの注目画素を含む画素の平均輝度レベルを求める輝度レベル算出手段と、
前記輝度レベル算出手段によって算出された平均輝度レベルに応じて、平滑化フィルターの形状を演算する演算手段と、
前記演算手段によって演算された平滑化フィルターを重畳して平滑化処理を行うことを特徴とする画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次元的な画像を光電変換して離散的な画像データに変換するための画像入力方法及びこれを用いた画像入力装置に関し、具体的にはデジタルカメラやイメージスキャナー等に適用される画像入力方法及びこれを用いた画像入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−１５９０８７号公報
【０００３】
従来、上記デジタルカメラ等の画像入力装置においては、２次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の光電変換素子上に画像を結像させて、光の強度に応じた離散的な画像信号を得るように構成されている。また、イメージスキャナーでは、１次元ＣＣＤを画像の副走査方向に沿って移動させることにより、２次元の画像データを得るように構成されている。
【０００４】
これらデジタルカメラやイメージスキャナー等の画像入力装置では、暗い低明度の画像を画像信号に変換して入力する際に発生する、所謂“暗部のノイズ" があると、画像品質が低下することになる。この暗部ノイズは、１次元や２次元のＣＣＤにおける熱雑音や信号処理回路における電気的ノイズに起因しており、特に夜景などの画像のように、絶対光量が欠如している画像の場合には、シャッタースピードが遅くなることにより、ＣＣＤに蓄積されるノイズ量が増えるため、顕著に目立つことになる。
【０００５】
また、上記１次元や２次元ＣＣＤ等の光電変換素子によって入力された画像のノイズ量は、画素の輝度レベルに依存することなくほぼ一定であるが、低輝度レベルでは、相対的に画素に含まれるノイズの比率が増加し、観る者に及ぼす主観的な印象において画質を劣化させるという性質を有している。
【０００６】
そこで、かかる画質の劣化という問題点を解決し得る技術としては、例えば、特開２００４−１５９０８７号公報に開示されているように、輝度レベルに応じて平滑化フィルターのサイズを変えることにより、ノイズの低減を図るように構成した技術が、既に提案されている。
【０００７】
この特開２００４−１５９０８７号公報に係るスキャナシステムは、現像済のフィルムを撮像素子により撮像してフィルム上の画像に係る映像信号を取り込むスキャナシステムであって、上記映像信号から所定サイズの領域毎に輝度情報を検出する輝度検出手段と、上記輝度検出手段により検出された輝度情報に基づいて上記領域毎にフィルムの粒状度ノイズ量を推定するフィルムノイズ推定手段と、上記フィルムノイズ推定手段により推定された粒状度ノイズ量に基づいて上記映像信号のノイズを低減するノイズ低減手段と、を具備するように構成したものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特開２００４−１５９０８７号公報に係るスキャナシステムは、映像信号から所定サイズの領域毎に輝度情報を検出する輝度検出手段と、上記輝度検出手段により検出された輝度情報に基づいて上記領域毎にフィルムの粒状度ノイズ量を推定するフィルムノイズ推定手段と、上記フィルムノイズ推定手段により推定された粒状度ノイズ量に基づいて上記映像信号のノイズを低減するノイズ低減手段と、を具備するように構成したものであるが、ノイズ低減手段は、粒状度ノイズ量に基づいて平滑化フィルターのサイズを変えることにより、ノイズを低減するように構成されている。
【０００９】
そのため、上記特開２００４−１５９０８７号公報に係るスキャナシステムの場合には、離散的な画像データでは、平滑化フィルターのサイズが離散的となり、サイズが異なる平滑化フィルターの間で不連続が生じるという問題点を有している。
【００１０】
更に説明すると、この特開２００４−１５９０８７号公報に係るスキャナシステムの場合には、例えば、注目画素を含む周辺の平均輝度に応じて、平滑化フィルターのサイズを、３×３、５×５、７×７等のように変化させていくと、平滑化フィルターが切り替わる周辺では、不連続が生じてしまい、特にグラデーション画像などのように、連続的に階調が変化している画像では、トーンジャンプや擬似輪郭等が発生する可能性があり、画質を低下させるという大きな問題点を有していた。
【００１１】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、低輝度レベルの画像であってもノイズの比率が増加するのを抑制することができるとともに、トーンジャンプや擬似輪郭等が発生するのを防止して、画質の向上が可能な画像入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、注目画素を含む周辺画素の平均輝度レベルに応じて、異なる形状のフィルターを重畳するという手段を採用することにより、画像を構成する各画素に含まれるノイズ率を略一定にする画像入力方法及びこれを用いた画像入力装置を提供するという目的を達成するものである。
【００１３】
この発明では、画像データの信号値をＳ、信号値Ｓの標準偏差をσｓとしたとき、画像データに含まれるノイズ量を、σｓ／Ｓで定義し、低輝度から高輝度領域までのすべての信号値Ｓでノイズ量が一定となるように、ノイズ量を低減することにより、ノイズの少ない画質を実現することが可能となる。
【００１４】
ノイズの低減に関しては、例えば、画像データの信号値に応じて、重みの異なるガウシアンフィルターを重畳することによって実現される。このとき、下記の式１においてガウシアンフィルターの広がりを表す係数ａは、画像データの信号値Ｓと反比例するように設定することにより、ガウシアンフィルターの形状を、信号値Ｓに応じて連続的に滑らかに変化させることができる。しかも、低輝度部では、幅の広い形状のフィルターが重畳されるので、よりノイズが低減されることになり、高輝度部では、フィルターの幅が狭くなって、元の画像に近くなる。
【００１５】
なお、一般的に、画像データに幅の広い形状のフィルターを重畳すると、解像性が劣化して画質が悪化することが懸念されるが、人の目の特性として、低輝度の周波数特性の感度は、高輝度の周波数特性の感度と比較して感度が鈍く、解像性の悪化が知覚されにくく、それ程問題となることはない。
【００１６】
このように、本発明を適用することによって、低輝度から高輝度領域までのすべての信号値Ｓにおいて、ノイズ量を一定にすることが実現でき、ノイズの低減が可能であり、しかも解像性の劣化を感じることのない高画質な画像を得ることができる。
【００１７】
【数１】
2006279162.tif 000003
【００１８】
ただし、ｒはフィルター中心からの距離、Ｓは画像信号値、Ａは定数をそれぞれ示している。
【００１９】
具体的には、請求項１に記載された発明は、画像を光学的に読み取り画像データに変換する画像入力方法において、前記画像データの各画素ごとに含まれるノイズ率を画素の輝度レベルに対する依存度を低減するように補正することを特徴とした画像入力方法である。
【００２０】
また、請求項２に記載された発明は、画像を光学的に読み取り画像データに変換する画像入力装置において、前記画像データの各画素ごとに含まれるノイズ率を画素の輝度レベルに対する依存度を低減するように補正する画像補正手段を具備することを特徴とした画像入力装置である。
【００２１】
さらに、請求項３に記載された発明は、前記画像補正手段は、注目画素を含む画素の平均輝度レベルに応じて形状を連続的に変化させたフィルターを重畳することで補正することを特徴とした請求項２記載の画像入力装置である。
【００２２】
又、請求項４に記載された発明は、前記画像補正手段は、注目画素を含む周辺画素の輝度値を考慮してフィルターの形状を決定することを特徴とした請求項２又は３に記載の画像入力装置である。ここで、注目画素を含む周辺画素の輝度値を考慮してとは、例えば、注目画素を含む周辺画素の輝度値を用いて、フィルターの形状を決定する場合を意味している。
【００２３】
更に、請求項５に記載された発明は、画像を光学的に読み取り画像データに変換する画像入力装置において、前記画像データの注目画素を含む画素の平均輝度レベルを求める輝度レベル算出手段と、前記輝度レベル算出手段によって算出された平均輝度レベルに応じて、平滑化フィルターの形状を演算する演算手段と、前記演算手段によって演算された平滑化フィルターを重畳して平滑化処理を行うことを特徴とする画像入力装置である。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、低輝度レベルの画像であってもノイズの比率が増加するのを抑制することができるとともに、トーンジャンプや擬似輪郭等が発生するのを防止して、画質の向上が可能な画像入力装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
第１の実施形態
図１はこの発明の第１の実施形態に係る画像入力方法を適用した画像入力装置を示すブロック図である。
【００２７】
この画像入力装置１では、図１に示すように、カラーや白黒の画像を記録した文書の画像等が、図示しない一次元ＣＣＤ等の光電変換素子を副走査方向に沿って走査させるスキャナーによって光学的に読み取られて、二次元の離散的な画像データに変換され、当該離散的な画像データ１０１は、画像データ記憶部１０２に格納される。なお、上記画像入力装置１では、風景や人物像の画像等が、デジタルカメラ等を用いて、図示しない二次元ＣＣＤ等の光電変換素子により光学的に読み取られて、離散的な画像データに変換され、当該離散的な画像データを、画像データ記憶部１０２に格納するようにしても勿論よい。
【００２８】
上記画像データ記憶部１０２に格納された補正前の画像データ１０１は、フィルター形状決定部１０３の平均輝度レベル算出部１０４に送られて、当該平均輝度レベル算出部１０４によって、画像データ１０１の注目画素１０５を含む周辺の複数画素の平均輝度レベルが算出される。
【００２９】
この実施の形態では、図２に示すように、平均輝度レベルを３×３の領域の画像における輝度値を平均化して、当該平均化された値を中央の画素の平均輝度値とするように構成されている。フィルター形状決定部１０３の形状決定部１０６は、上記の如く平均輝度レベル算出部１０４によって求められた平均輝度値を用いて、画像データ１０１を平滑化するフィルターの形状を決定するように構成されている。
【００３０】
上記フィルター形状決定部１０６で形状が決定されるフィルターとしては、例えば、次の数１に示す式で表されるガウシアン型のフィルターが用いられる。このガウシアン型フィルターの形状を決定する形状パラメータａは、次のように決定される。まず、グレースケールからなる画像をスキャナーによって読み取って入力し、画像の輝度値とノイズ量の関係が求められる。
【００３１】
【数１】
2006279162.tif 000004
【００３２】
具体的には、グレースケールからなる画像の測定値から、平均輝度値Ｓ１のときの輝度値の標準偏差をσ１、平均輝度値Ｓ２のときの輝度値の標準偏差をσ２とし、それぞれのフィルター形状決定係数ａ１，ａ２としたとき、ノイズ量が一定となるように、次の数２の式を満たすようになっている。
【００３３】
【数２】
2006279162.tif 000005
【００３４】
このとき、本実施の形態では、グレースケールの濃度が０．０８という高輝度（低濃度）のときのフィルター形状係数ａを実験的に求めて、フィルター形状係数ａとしてａ＝０．１という値を採用している。フィルター形状係数ａは、ａ＝Ａ／Ｓという関係によって規定されており、スキャナーの出力信号値Ｓとフィルター形状決定係数ａの関係を示したものが図３である。
【００３５】
また、フィルター形状決定係数ａが０．５、１．０、１．５、２．０のときのフィルター形状を図示すると、図４に示すようになる。この図４から明らかなように、フィルター形状決定係数ａが０．５と小さいと、ガウシアンフィルターの形状が立ったシャープな形状となるのに対して、フィルター形状決定係数ａが２．０と大きいと、ガウシアンフィルターの形状が幅広く広がったブロードな形状となる。
【００３６】
このようにして求めたフィルターを９×９のデジタルフィルターとして係数を決定する。このデジタルフィルターの係数の決定方法は、公知のものを用いることができる。
【００３７】
図５はａ＝１．０とａ＝２．０において、９×９のデジタルフィルターとして係数を決定した場合の係数を具体的に示したものである。
【００３８】
また、フィルター重畳部１０７では、図１に示すように、上記の如くして求めた形状決定係数ａを用いて作成したデジタルフィルターを画像データ１０１に重畳して、変換後の画像は、補正後の画像データ１０８として画像データ記憶部１０２に格納される。
【００３９】
本実施の形態による効果を確認するために、実際にグレースケールチャートを読み込んだ画像に対して、フィルターを重畳してノイズ量を算出した結果を図６に示す。
【００４０】
この図６から明らかなように、ノイズ量は、出力信号値が高い高輝度領域から、出力信号値が低い低輝度領域まで、略一定となっており、低輝度レベルの画像であってもノイズの比率が増加するのを抑制することができることがわかる。
【００４１】
また、上記実施の形態では、画像の輝度レベルに応じて、使用するフィルターの形状を連続的に変化させるように構成されているため、フィルターが不連続となる従来のようなトーンジャンプや擬似輪郭等が発生するのを防止することができ、画質の向上が可能となっている。
【００４２】
第２の実施形態
図７はこの発明の第２の実施形態を示すものであり、前記第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この第２の実施形態では、画像補正手段は、注目画素の輝度値と周辺画素との微分値を考慮してフィルターの形状を決定するように構成したものである。
【００４３】
すなわち、この第２の実施形態では、図７に示すように、ガウシアンフィルターを用いることによるエッジ部でのボケを考慮してフィルター形状を決定している。微分値算出部１１０における微分値の算出には、３×３のソーベルフィルターを用いている。微分値を考慮したフィルターの形状決定係数ａ' は、実験的に求めた以下の式を使用している。
【００４４】
ａ' ＝ａ−０．２４８｜Ｓｏｂ｜
ここで、ａ' は補正後の形状決定係数、ａは補正前の形状決定係数、Ｓｏｂはソーベルフィルターを重畳して求めた微分値である。
【００４５】
このように、上記第２の実施形態では、画像データ１０１の微分値を用いて、当該微分値が大きい場合、つまりエッジ部がはっきりした画像では、本来の形状決定係数ａよりも、所定値０．２４８｜Ｓｏｂ｜だけ小さい形状決定係数ａ' を用いることで、エッジ部でのボケを抑制するように構成されている。
【００４６】
そのため、上記第２の実施形態では、出力信号値が高い高輝度領域から、出力信号値が低い低輝度領域まで、ノイズ量を略一定にすることができ、低輝度レベルの画像であってもノイズの比率が増加するのを抑制することができるとともに、ガウシアンフィルターを用いることによるエッジ部でのボケを抑制することが可能となっている。
【００４７】
その他の構成及び作用は、前記第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００４８】
実験例
本発明による効果を確認するための主観評価実験を実施した。評価には、デジタルカメラで撮影した夜景および女性ポートレート画像を用いた。それぞれの画像に対して、補正なし、本発明による補正を施した場合、本発明におけるエッジ部でのボケを考慮した係数で補正した場合の３種の絵柄に対して、良い、ふつう、悪いの三段階の評点をそれぞれの画像につけてもらい、被験者の評価値の平均値をその画像の評点とした。被験者は１２名であった。結果を図９に示す。
【００４９】
この図８から明らかなように、夜景、人物画像共に、本発明による処理の結果、主観評価値が向上しており、本発明の効果が確認された。
【００５０】
本発明によれば、画像を光学的に読み取り離散的な画像データに変換する画像入力装置において、離散的画像データの各画素ごとに含まれるノイズ率を画素の輝度レベルに依存することなく一定になるように補正する画像補正手段を具備することにより、暗部ノイズを低減することに成功した。本発明では、ガウシアンフィルターの形状を画像のローカルな平均輝度値に依存して変えることにより、ハイライトからシャドー部までノイズのない画像を得る事ができる。また、ガウシアンフィルターを用いることにより、エッジ部でのボケの影響を考慮してフィルターの形状を決定しているので、ボケの影響を最小限にとどめた画像を実現している。主観評価実験の結果でも、本発明による処理の効果は確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１はこの発明の実施の形態１に係る画像入力装置を示すブロック図である。
【図２】図２は注目画素の輝度値の求め方を示す説明図である。
【図３】図３は出力信号値とフィルター形状決定係数との関係を示すグラフである。
【図４】図４はフィルターのそれぞれ異なった形状を示すグラフである。
【図５】図５はフィルターの係数を示す図表である。
【図６】図６は出力信号値とノイズ量との関係を示すグラフである。とフィルター形状決定係数の関係
【図７】図７はこの発明の実施の形態２に係る画像入力装置を示すブロック図である。
【図８】図８はこの発明による効果を確認するための主観評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１：画像入力装置、１０１：画像データ、１０２：画像データ記憶部、１０３：フィルター形状決定部、１０４：平均輝度レベル算出部、１０６：形状決定部。
【図１】
2006279162.tif 000006
【図２】
2006279162.tif 000007
【図３】
2006279162.tif 000008
【図４】
2006279162.tif 000009
【図５】
2006279162.tif 000010
【図６】
2006279162.tif 000011
【図７】
2006279162.tif 000012
【図８】
2006279162.tif 000013