(57)【要約】【課題】動き量に応じて適応的にノイズを除去するノイズ除去装置において、動きのある部分から動きのない部分まで滑らかなＳ／Ｎ改善を図るとともに、かつ、入力映像信号のノイズの振幅が大きく、動きの誤検出や検出漏れが発生しうる場合にも、動きのない部分では十分にＳ／Ｎを改善し、動きのある部分では残像を十分に小さく抑えることができるノイズ除去装置を提供する。【解決手段】動き検出手段（６）において、入力映像信号（Ｄｉｎ）と１画面前の映像信号（Ｄ５）を用いて動き量（Ｍ）を求める。係数生成手段２は、動き量（Ｍ）に応じて、下に凸で減少する特性に基づいて減衰係数（Ｋ）を生成する。入力映像信号（Ｄｉｎ）と１画面前の映像信号（Ｄ５）の差分信号（Ｄ１）に減衰係数（Ｋ）を乗算した信号を、入力映像信号（Ｄｉｎ）から差し引いた信号（Ｄ４）を出力映像信号（Ｄｏｕｔ）として出力する。【選択図】図１
2011029826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１画面の映像信号と、前記１画面の映像信号の１画面前の映像信号との差を求める第１の減算手段と、
前記１画面の映像信号と、前記１画面の映像信号の１画面前の映像信号から１画面内の画像の動き量を検出する動き検出手段と、
前記動き量の大きさに応じて可変の減衰係数を生成する係数生成手段と、
前記第１の減算手段の出力信号に対して、前記減衰係数を乗ずる乗算手段と、
前記減衰係数を乗じた出力信号を、前記１画像面の映像信号から差し引く第２の減算手段とを具備し、
前記係数生成手段において、前記減衰係数は、前記動き検出手段によって検出された動き量が大きくなるほど小さくなるように定められ、かつ、
前記動き量の変化量に対する前記減衰係数の変化量の比の絶対値は、前記動き量の一部または全ての区間において、前記動き量が大きくなるほど小さくなるように定められる
ことを特徴とするノイズ除去装置。
【請求項２】
前記係数生成手段は、
映像信号の輝度信号を対象とする輝度信号用減衰係数を出力する輝度信号用係数生成手段と、
映像信号の色差信号を対象とする色差信号用減衰係数を出力する色差信号用係数生成手段とを有し、
前記色差信号用減衰係数は前記輝度信号用減衰係数より大きくなるように定められる
ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項３】
輝度信号と色差信号を含む映像信号のノイズを除去するノイズ除去装置であって、
１画面の輝度信号と、前記１画面の輝度信号の１画面前の輝度信号との差を求める第１の輝度信号減算手段と、
前記１画面の輝度信号と、前記１画面の輝度信号の１画面前の輝度信号から１画面内の画像の動き量を検出する動き検出手段と、
前記動き量の大きさに応じて可変の輝度信号用減衰係数を生成する輝度信号用係数生成手段と、
前記第１の輝度信号減算手段の出力信号に対して、前記輝度信号用減衰係数を乗ずる輝度信号乗算手段と、
前記輝度信号用減衰係数を乗じた出力信号を、前記１画像面の輝度信号から差し引く第２の輝度信号減算手段と、
前記１画面の輝度信号と同じ１画面の色差信号と、前記１画面の色差信号の１画面前の色差信号との差を求める第１の色差信号減算手段と、
前記動き検出手段で検出された動き量の大きさに応じて可変の色差信号用減衰係数を生成する色差信号用係数生成手段と、
前記第１の色差信号減算手段の出力信号に対して、前記色差信号用減衰係数を乗ずる色差信号乗算手段と、
前記色差信号用減衰係数を乗じた出力信号を、前記１画像面の色差信号から差し引く第２の色差信号減算手段を具備し、
前記輝度信号用係数生成手段において、前記輝度信号用減衰係数は、前記動き検出手段によって検出された動き量が大きくなるほど小さくなるように定められ、かつ、
前記動き量の変化量に対する前記輝度信号用減衰係数の変化量の比の絶対値は、前記動き量の一部または全ての区間において、前記動き量が大きくなるほど小さくなるように定められ、
前記色差信号用係数生成手段において、前記色差信号用減衰係数は、前記動き検出手段によって検出された動き量が大きくなるほど小さくなるように定められ、かつ、
前記動き量の変化量に対する前記色差信号用減衰係数の変化量の比の絶対値は、前記動き量の一部または全ての区間において、前記動き量が大きくなるほど小さくなるように定められる
ことを特徴とするノイズ除去装置。
【請求項４】
前記色差信号用係数生成手段が生成する色差信号用減衰係数は、
前記輝度信号用係数生成手段が同じ動き量に対して生成する輝度信号用減衰係数よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載のノイズ除去装置。
【請求項５】
前記動き検出手段は、
前記１画面の映像信号について、動き検出の対象となる画素を、その中心又は該中心の近傍に含む領域内の画素の平均値を求める第１の周辺画素平均値算出手段と、
前記１画面の映像信号の１画面前の映像信号について、動き検出の対象となる画素を、その中心又は該中心の近傍に含む領域内の画素の平均値を求める第２の周辺画素平均値算出手段と、
前記第１の周辺画素平均値算出手段の出力と前記第２の周辺画素平均値算出手段の出力の差分を求める第３の減算手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のノイズ除去装置。
【請求項６】
前記動き検出の対象となる画素を、その中心又は該中心の近傍に含む領域が、Ｎ×Ｎ画素（Ｎは２以上の整数）から成る領域であることを特徴とする請求項５に記載のノイズ除去装置。
【請求項７】
前記動き量をＭとし、
前記減衰係数をＫとし、
前記減衰係数の最大値をＫｍａｘとし、
前記減衰係数の最小値をＫｍｉｎとし、
静止画領域と判断する前記動き量の閾値をＡとし、
動画領域と判断する前記動き量の閾値をＢとしたときに、次式
【数３】
2011029826.tif 000005
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のノイズ除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像信号のノイズを除去するノイズ除去装置に関するものであり、特に、画像中の動きを検出し、動き量に応じて適応的にノイズを除去するノイズ除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、映像信号のノイズを除去するため、フレーム巡回型のノイズ低減装置が広く用いられている。
【０００３】
従来のノイズ除去装置は、入力映像信号と１画面前の映像信号との差分信号を求め、これに減衰係数（「巡回係数」とも呼び得る）を乗算した信号をノイズ成分として、入力映像信号から差し引くことによってノイズ成分を除去するものである。１画面ごとに順次入力される入力映像信号に対して、上記の処理を繰り返すことで、数画面にわたってノイズ成分を時間方向に平滑化することになり、ノイズを除去することができる。
【０００４】
減衰係数は０より大きく１より小さい範囲で変化させ、入力映像信号からノイズ成分として差し引く差分信号の割合を決定する。すなわち、減衰係数が大きいほどノイズ除去効果は高くなる。しかし、差分信号にはノイズ成分だけでなく動き成分も含まれるため、減衰係数を大きくするとノイズ成分とともに動き成分まで時間方向に平滑化され、残像が発生するというトレードオフの関係がある。
【０００５】
ここで、残像とは、過去の画面の映像信号が数画面にわたって重ね合わせられることにより、画像中の動きのある部分がボケたり、尾を引いたように見える現象のことである。出力映像信号には、ｎ画面前の映像信号が減衰係数のｎ乗の割合で重ね合わせられることになるため、減衰係数が大きくなるほど残像は大きくなる。
【０００６】
そこで、従来のノイズ除去装置では、差分信号の大きさに応じて減衰係数を制御することで、ノイズ除去効果を維持しつつ、残像の発生をできるだけ抑えるようにしている。すなわち、差分信号が小さい場合はノイズである確率が高いと判断して減衰係数を大きくし、差分信号が大きい場合は動きである確率が高いと判断して減衰係数を小さくするように制御する。減衰係数Ｋは、例えば、差分の絶対値の増加とともに、直線的に減少するように制御することができる。
【０００７】
減衰係数Ｋは差分信号の絶対値（｜Ｄ｜とする）の関数として、次式(１)により求められる（特許文献１参照）。
【数１】
2011029826.tif 000003
【０００８】
しかしながら、画面間の単純な差分信号のみに基づいて減衰係数を決定する上記のフレーム巡回型ノイズ除去装置では、入力映像信号のノイズの振幅がきわめて大きい場合、ノイズ成分と動き成分の分離が困難となり有効に働かないことがある。例えば、ノイズ成分を動き成分として検出してしまい（誤検出）、動きのない部分でＳ／Ｎの改善度が低下したり、動き成分がノイズに埋もれて検出されず（検出漏れ）、動きのある部分で残像が発生しやすくなったりする。
【０００９】
こうした問題を解決するため、動き検出手段をさらに設け、入力映像信号と１画面前の映像信号から高精度に動画像の動きを検出して、その動き検出の結果に応じて減衰係数を適応制御するようにしたものがある（特許文献２参照）。
【００１０】
特許文献２に記載のノイズ除去装置では、入力映像信号と１画面前の映像信号との差分信号に対して、非線形回路において、例えば式(１)により求められた係数Ｋを乗算した信号（出力信号）を出力する。ここで、動き検出回路において検出された動き判定結果に応じて式(１)における係数Ｋの最大値Ｋｍａｘを変化させることで、動きのない部分では係数Ｋを大きくし、動きのある部分では係数Ｋを小さくする制御を行っている。さらに、動き検出回路は、入力映像信号と１画面前の映像信号との単純な差分信号だけでなく、動き検出の対象となる画素を中心とした領域の画素の差分信号を利用して動き検出を行うことで、動きの誤検出や検出漏れを減らし、残像の発生を抑えた効果的なノイズ除去を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３３９４２号公報（段落００３５、図２）
【特許文献２】特開平４−２８０１７１号公報（段落００３２〜００５４、図１、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２に記載の従来のノイズ除去装置では、動き検出回路による動きの判定結果を３値としており、各判定結果に対する減衰係数Ｋが大きく異なると、その境界部にＳ／Ｎ改善度が異なることによる段差が生じる場合がある。
【００１３】
また、特許文献２に記載の従来のノイズ除去装置では、非線形回路は動き検出回路の動き判定結果に応じて入出力特性を変えているものの、減衰係数Ｋの最大値を変えるのみであり、差分信号と減衰係数Ｋの関係については式（１）と同様の関係を用いた例が示されているのみである。
【００１４】
式（１）に示した関係により減衰係数Ｋを決定する従来のノイズ除去装置では、画面間差分信号｜Ｄ｜が一定の閾値以上のときは減衰係数Ｋがゼロとなる特性であるため、動きの誤検出が発生した場合、画面間差分信号｜Ｄ｜が閾値Ｔｈを超えた画素についてはＳ／Ｎが改善されない。また、画面間差分信号｜Ｄ｜が一定の閾値Ｔｈ以下のときは減衰係数Ｋが急激に高くなる特性であるため、動きの検出漏れが発生した場合、画面間差分信号が閾値Ｔｈを下回った画素については残像が大きくなりやすい。よって、式（１）に示した特性では、ノイズによる動きの誤検出や検出漏れが起きうる場合に、ノイズ除去効果が十分に得られない、あるいは残像を十分に抑えることができないという問題があった。
【００１５】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、入力映像信号の動きを検出し、動きのある部分から動きのない部分まで滑らかなＳ／Ｎ改善を図るとともに、かつ、入力映像信号のノイズの振幅が大きく、動きの誤検出や検出漏れが発生しうる場合にも、動きのない部分では十分にＳ／Ｎを改善し、動きのある部分では残像を十分に小さく抑えることができるノイズ除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のノイズ除去装置は、
１画面の映像信号と、前記１画面の映像信号の１画面前の映像信号との差を求める第１の減算手段と、
前記１画面の映像信号と、前記１画面の映像信号の１画面前の映像信号から１画面内の画像の動き量を検出する動き検出手段と、
前記動き量の大きさに応じて可変の減衰係数を生成する係数生成手段と、
前記第１の減算手段の出力信号に対して、前記減衰係数を乗ずる乗算手段と、
前記減衰係数を乗じた出力信号を、前記１画像面の映像信号から差し引く第２の減算手段とを具備し、
前記係数生成手段において、前記減衰係数は、前記動き検出手段によって検出された動き量が大きくなるほど小さくなるように定められ、かつ、
前記動き量の変化量に対する前記減衰係数の変化量の比の絶対値は、前記動き量の一部または全ての区間において、前記動き量が大きくなるほど小さくなるように定められる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、動き検出手段において動き量を求め、係数生成手段において動き量が大きくなるほど小さくなる減衰係数を生成することにより、動きのある部分から動きのない部分まで滑らかなＳ／Ｎ改善を図ることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、係数生成手段において、動き量が小さい場合は減衰係数の変化量が大きく、動き量が大きい場合は減衰係数の変化量が小さくなる特性により減衰係数を生成することにより、入力映像信号のノイズの振幅が大きく、動きの誤検出や検出漏れが発生しうる場合にも、動きのない部分では十分にＳ／Ｎを改善し、動きのある部分では残像を十分に小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１のノイズ除去装置の全体的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の動き検出手段６の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図１の係数生成手段２の入出力特性の一例を示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、係数生成手段２の入出力特性の例を、従来技術における係数生成手段の入出力特性とともに示す図である。
【図５】係数Ｋと時定数Ｔの関係を表す図である。
【図６】係数生成手段２の入出力特性の他の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２のノイズ除去装置の全体的構成を示すブロック図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度信号用係数生成手段３０２Ａ及び色差信号用係数生成手段３０２Ｂの入出力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１のノイズ除去装置の全体的構成を示すブロック図である。図示のノイズ除去装置は、減算手段１、係数生成手段２、乗算手段３、減算手段４、画面遅延手段５、及び動き検出手段６を有する。
【００２１】
入力映像信号Ｄｉｎは、輝度信号又は色差信号、あるいは３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂなどのコンポーネント信号である。減算手段１は、入力映像信号Ｄｉｎと、画面遅延手段５から出力される１画面前の映像信号Ｄ５の差分を求め、画面間差分信号Ｄ１を出力する。ここで上記差分は、画素毎に求める。即ち、各画素についての入力映像信号（入力映像信号の各画素の画素値）Ｄｉｎと同じ画素についての１画面前の映像信号（１画面前の映像信号の当該画素の画素値）Ｄ５との差分を求める。
【００２２】
係数生成手段２は、動き検出手段６により後述のようにして求められた動き量Ｍに応じて、乗算手段３で乗算する減衰係数Ｋを生成する。減衰係数Ｋは各画素について求められる。係数生成手段２における動き量Ｍに対する減衰係数Ｋの定め方の特性については後述する。
【００２３】
乗算手段３は、係数生成手段２により生成された減衰係数Ｋを、差分信号Ｄ１に対して乗算して信号Ｄ３を出力する。
【００２４】
減算手段４は、入力映像信号Ｄｉｎから信号Ｄ３を減算して、信号Ｄ４を出力する。信号Ｄ４は、ノイズ除去された出力映像信号Ｄｏｕｔとして出力される。
【００２５】
画面遅延手段５は、ノイズ除去された信号Ｄ４に対し、１画面分の遅延処理を行って、次の画面における減算手段１、動き検出手段６での処理で使用される１画面遅延映像信号Ｄ５を出力する。
【００２６】
動き検出手段６は、入力映像信号Ｄｉｎと１画面遅延映像信号Ｄ５とから、動き量Ｍを求めて出力する。本発明のノイズ除去装置による動き検出手段６は、入力映像信号Ｄｉｎと１画面遅延映像信号Ｄ５の単純な差分信号ではなく、これらの信号に空間的なフィルタを作用させることによってノイズを低減した信号の差分信号を求めることによって、ノイズの影響を受けにくい動き検出を行う。動き検出手段６の構成例を図２に示す。
【００２７】
図２に示した動き検出手段６は、周辺画素平均値算出手段６１Ａ、および６１Ｂ、減算手段６２、絶対値算出手段６３を有する。
周辺画素平均値算出手段(第１の周辺画素平均値算出手段）６１Ａは、入力映像信号Ｄｉｎについて、動き検出の対象となる画素を、その中心又は該中心の近傍に含む領域内の画素、例えば、Ｎ×Ｎ画素（Ｎは２以上の整数）から成る領域の画素の信号の平均値を求めて信号Ｄ６１Ａとして出力する。
【００２８】
周辺画素平均値算出手段(第２の周辺画素平均値算出手段）６１Ｂは、１画面遅延映像信号Ｄ５について、動き検出の対象となる画素を、その中心又は該中心の近傍に含む領域内の画素、例えば、Ｎ×Ｎ画素から成る領域の画素の信号の平均値を求めて信号Ｄ６１Ｂとして出力する。
減算手段６２は、信号Ｄ６１Ａと信号Ｄ６１Ｂの差を表す差分信号Ｄ６２を出力する。
絶対値算出手段６３は、差分信号Ｄ６２の絶対値を求めて信号Ｄ６３を出力する。動き検出手段６は、信号Ｄ６３を動き量Ｍとして出力する。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態１によるノイズ除去装置の動作について詳しく説明する。
まず、動き検出手段６において、入力映像信号Ｄｉｎと１画面前の映像信号Ｄ５を用いて、各画素の動き量Ｍを求める。
【００３０】
ここで、１画面前の映像信号とは、プログレッシブ方式の映像信号システムの場合、１フレーム前のノイズ除去された出力映像信号Ｄ４（Ｄｏｕｔ）のことである。一方、インターレース方式の映像信号システムの場合、１画面前の映像信号は、１フレーム前（同一フィールド）の出力映像信号Ｄ４（Ｄｏｕｔ）のことであってもよいし、１フィールド前（異なるフィールド）の出力映像信号Ｄ４（Ｄｏｕｔ）のことであってもよい。
【００３１】
動き検出手段６では、まず、周辺画素平均値算出手段６１Ａ、６１Ｂにおいて、入力映像信号Ｄｉｎおよび１画面前の映像信号Ｄ５について、動き検出の対象となる画素を、その中心又は該中心の近傍に含む領域内の画素、例えば、Ｎ×Ｎ画素から成る領域の画素の信号の平均値を求めた信号Ｄ６１Ａ、Ｄ６１Ｂを生成する。次に減算手段６２において信号Ｄ６１Ａと信号Ｄ６１Ｂの差分Ｄ６２を計算し、その絶対値Ｄ６３を絶対値算出手段６３により計算して、これを動き量Ｍとして出力する。減算手段６２と絶対値算出手段６３とにより、差分絶対値算出手段が構成される。
【００３２】
ここで、動き検出におけるノイズの影響を取り除くため、周辺画素平均値算出手段６１Ａ、６１Ｂは、周辺１６×１６画素や周辺３２×３２画素など、比較的大きな領域の平均値を求める。この処理により近傍画素間で相関のないノイズ成分は取り除かれ、したがって動き量Ｍは真の動き成分をより正確に反映したものとなる。
【００３３】
次に、係数生成手段２において、動き量Ｍから、図３に示した関係により減衰係数Ｋを生成する。
【００３４】
図３に示した関係は、減衰係数Ｋは動き量Ｍの関数として、次式（２）により表現される。
【数２】
2011029826.tif 000004
【００３５】
ここで、Ｋは減衰係数、Ｋｍａｘは減衰係数の最大値、Ｋｍｉｎは減衰係数の最小値、Ｍは動き量、Ａは静止画領域と判断する動き量の閾値、Ｂは動画領域と判断する動き量の閾値（Ａ＜Ｂ）である。
【００３６】
動き量Ｍが閾値Ａ以下である画素は静止画領域内の画素と判断し、減衰係数Ｋを最大値Ｋｍａｘとする。また、動き量Ｍが閾値Ｂ以上である画素は動画領域内の画素と判断し、減衰係数Ｋを最小値Ｋｍｉｎとする。さらに、動き量Ｍが閾値Ａと閾値Ｂの間にあり、静止画領域とも動画領域とも判断されない領域は中間領域とし、この区間では動き量Ｍに応じて下に凸で減少する特性に基づいて係数Ｋを決定する。ここで、下に凸で減少する特性とは、動き量Ｍが大きくなるほど係数Ｋが減少し、かつ、動き量が小さい場合は減衰係数の変化量が比較的大きく、動き量が大きい場合は減衰係数の変化量が比較的小さくなる特性のことである。
【００３７】
なお、ノイズの振幅がきわめて大きく、ノイズと動きの分離が難しい場合には、動きの誤検出や検出漏れの程度が大きくなり、静止画領域と動画領域を閾値Ａ、Ｂにて明確に判別することが妥当でない場合もある。このような場合、閾値Ａを０、閾値Ｂを動き量Ｍの最大値（Ｍが取り得る値の範囲の上限値）に設定し、全ての区間で下に凸で減少する特性に基づいて係数Ｋを決定することとしてもよい。
【００３８】
係数生成手段２は、動き検出手段６で求められた各画素の動き量Ｍに応じて、以上で説明した特性により、各画素に対する減衰係数Ｋを生成する。
【００３９】
なお、係数生成手段２として、式（２）による演算を実行して減衰係数Ｋを得てもよいが、予め動き量Ｍに対応する減衰係数Ｋをルックアップテーブル（ＬＵＴ）の形で保持しておくこともできる。このようなＬＵＴを用いた場合には、式（２）の演算を行う必要がなくなるので、係数生成手段２における処理の簡単化を図ることができる。
【００４０】
次に、減算手段１において、入力映像信号Ｄｉｎの現在の１画面と、１画面前の映像信号Ｄ５の差分信号Ｄ１を各画素について計算する。即ち、減算は、入力映像信号Ｄｉｎと１画面前の映像信号Ｄ５の同じ位置又は対応する位置の画素について行われる。ここで、１画面前の映像信号が異なるフィールドの映像信号である場合には、空間的に１ライン分ずれた位置に存在する画素を上記「対応する位置の画素」として扱い、これらの差分を求める。
【００４１】
次に、乗算手段３において、係数生成手段２により生成された減衰係数Ｋを、差分信号Ｄ１に対して乗算し、信号Ｄ３を生成する。乗算手段３では、差分信号Ｄ１の各画素に対して、同じ画素について求められた減衰係数Ｋの乗算が行われる。
【００４２】
次に、減算手段４において、入力映像信号Ｄｉｎから信号Ｄ３を減算し、ノイズ除去された信号Ｄ４を生成する。減算は、入力映像信号Ｄｉｎと信号Ｄ３の同じ画素について行われる。さらに、信号Ｄ４を、現在の画面のノイズ除去された信号Ｄｏｕｔとして出力する。
【００４３】
最後に、画面遅延手段５において、ノイズ除去された信号Ｄ４に対して、１画面分の遅延処理を行う。画面遅延手段５は、ノイズ除去された信号Ｄ４をフレームメモリ等に蓄積し、現在の画面の１画面後の処理が行われるタイミングで、１画面前の映像信号Ｄ５として出力される。画面遅延手段５による遅延量は、プログレッシブ方式の場合は１フレーム遅延であり、インターレース方式の場合はフレーム遅延又はフィールド遅延のどちらでもよい。
【００４４】
上記の一連の処理を、１画面毎に順次入力される入力映像信号Ｄｉｎに対して実行し、ノイズ除去された出力映像信号Ｄｏｕｔを順次出力する。
以上が、本発明の実施の形態１によるノイズ除去装置の動作の説明である。
【００４５】
次に、本発明におけるノイズ除去装置の作用、効果について説明する。
本発明の実施の形態１によるノイズ除去装置は、動き検出手段６において、入力映像信号Ｄｉｎとノイズ除去された１画面前の映像信号Ｄ５の各画素に対して、周辺Ｎ×Ｎ画素の平均値を求めることによって、近隣画素間で相関のないノイズ成分を取り除いている。この処理により、単純に各画素の画面間差分を求めるだけの場合に比べて、ノイズによる動きの誤検出や検出漏れを減らすことができる。
【００４６】
しかしながら、ノイズの振幅がきわめて大きい場合には、上記動き検出手段６を用いても、誤検出や検出漏れを完全に防ぐことはできない。そこで、本発明の実施の形態１によるノイズ除去装置では、係数生成手段２において、動き量Ｍに応じて下に凸で減少する特性に基づいて減衰係数Ｋを生成することにより、入力映像信号のノイズの振幅が大きく、動きの誤検出や検出漏れが発生しうる場合にも、動きのない部分では十分にＳ／Ｎを改善し、動きのある部分では残像を十分に小さく抑えることができる。
【００４７】
以下、係数生成手段２における特性が従来例に比べて有利である理由について説明する。
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の直線で表される特性と、本発明の係数生成手段２による特性とを比較するための図である。
【００４８】
図４（Ａ）は、式（２）で表される係数生成手段２の特性（実線）と、式（１）で表される従来の特性（点線）を比較するための図である。ここで、式（２）における閾値Ｂと、式（１）における閾値Ｔｈとの間には、Ｔｈ＜Ｂの関係が成り立つものとした。
【００４９】
図４（Ａ）に示した係数生成手段２の特性（実線）では、動き量が小さい領域（ＭＡ１）と、動き量が多い領域（ＭＡ３）において、従来の特性（点線）よりも係数が大きく設定され、中間の領域（ＭＡ２）では、従来の特性（点線）よりも係数が小さく設定されている。動き量が最大値に近い領域（ＭＡ４）では、従来の特性（点線）と同様、係数がゼロに設定されている。即ち、式（２）において、Ｋｍｉｎ＝０と設定されている。
【００５０】
領域ＭＡ１では、動き量はほぼゼロに近く、静止画領域である確率がきわめて高い。この領域では、従来の特性（点線）よりも係数Ｋを大きく設定して巡回量を大きくすることで、ノイズ除去効果を高め、静止画領域のＳ／Ｎを改善することができる。
【００５１】
領域ＭＡ２では、動き成分がある程度含まれる確率が高く、係数Ｋを大きく設定しすぎると動きのある部分の残像が目立つようになる。この領域では、従来の特性（点線）よりも低い係数を設定することで、残像の発生を抑えることができる。また、下に凸の特性であるため、領域ＭＡ２の境界部では従来の特性（点線）と同じレベルになり、境界部付近でのＳ／Ｎ改善度は従来の特性（点線）のレベルをできるだけ維持できる。
【００５２】
領域ＭＡ３では、動き量が大きいため動画領域である確率が高いが、ノイズの振幅が大きい場合には、ノイズを動きとして検出することによる誤検出が動き量に与える割合も無視できない。従来の特性（点線）では、動き量が閾値Ｔｈを超えると係数がゼロとなってしまい、誤検出の場合にＳ／Ｎ改善度が低下してしまっていた。係数生成手段２の特性（実線）では、動き量が閾値Ｔｈを超えてからも係数Ｋはゼロ以上の値をもつため、誤検出があってもゼロ以上の係数Ｋを作用させることができる。したがって、動きの誤検出によるＳ／Ｎ改善効果の低下を防止することができる。
【００５３】
領域ＭＡ４では、動き量はほぼ最大値に近く、動画領域である確率がきわめて高い。この領域では、閾値Ｂ以上で係数Ｋをゼロにした特性（実線）により、残像を発生させないようにすることができる。
【００５４】
以上、図４（Ａ）を用いて説明したように、本発明の実施の形態１によるノイズ除去装置は、動き量に応じた係数を下に凸で減少する特性に基づいて生成することによって、入力映像信号のノイズの振幅が大きく、動きの誤検出や検出漏れが発生しうる場合にも、ノイズ除去効果を損なうことなく、動きのある部分では残像を小さく抑えることができる。
【００５５】
また、図４（Ｂ）は、式（２）で表される係数生成手段２の特性（実線）と、線形な関係により定義される特性（点線Ｌ１、Ｌ２）を比較するための図である。特性Ｌ１は、係数Ｋの最大値と最小値を係数生成手段２の特性（実線）と一致させたもの、特性Ｌ２は、係数Ｋを動き量Ｍについて積分した値が、係数生成手段２の特性（実線）のそれと略等しくなるようにしたものをそれぞれ表している。ここで、係数生成手段２の特性（実線）では、式（２）における閾値Ａ、Ｂによる切り替えは設けず、Ａ＝０、Ｂ＝（動き量Ｍの最大値）とした。
【００５６】
特性Ｌ１は、係数生成手段２の特性（実線）と比べると係数Ｋが全範囲において大きいため、Ｓ／Ｎ改善度が大きい。しかし、動き成分がある程度含まれると考えられる領域（ＭＢ２）においても比較的高い係数をもつため、残像が大きくなりやすい。一方、係数生成手段２の特性（実線）では、領域ＭＢ２において係数を小さく設定することにより、残像の発生を抑えることができる。かつ、係数Ｋの最大値Ｋｍａｘ、最小値Ｋｍｉｎは同じであることから、動きのない部分でのＳ／Ｎ改善度は同等であることが期待できる。
【００５７】
また、係数Ｋの総和（動き量Ｍについて積分した値）が同じになるようにした特性Ｌ２と比較すると、係数生成手段２の特性（実線）では、動き量が小さい領域（ＭＢ１）と、動き量が大きい領域（ＭＢ３）において、特性Ｌ２よりも係数を大きく設定でき、中間の領域（ＭＢ２）では、特性Ｌ２よりも係数を小さく設定できる。
【００５８】
領域ＭＢ１では、動き量Ｍはほぼゼロに近く、静止画領域である確率がきわめて高い。この領域では、特性Ｌ２よりも係数Ｋを大きく設定することで、静止画領域のＳ／Ｎを改善することができる。
【００５９】
領域ＭＢ２では、動き成分がある程度含まれる確率が高く、係数Ｋを大きく設定しすぎると動きのある部分の残像が目立つようになる。この領域では、特性Ｌ２よりも低い係数を設定することで、残像の発生を抑えることができる。また、下に凸の特性であるため、領域ＭＢ２の境界部では従来の特性Ｌ２と同じレベルとすることができ、境界部付近でのＳ／Ｎ改善度は従来の特性Ｌ２のレベルをできるだけ維持している。
【００６０】
領域ＭＢ３では、動き量が大きいため動画領域である確率が高いが、ノイズの振幅が大きい場合には、ノイズを動きとして検出することによる誤検出が動き量に与える割合も無視できない。特性Ｌ２によれば、この領域では係数Ｋの値は線形に減少するため、動きの誤検出の場合にＳ／Ｎ改善度の低下が大きくなっていた。しかし、係数生成手段２の特性（実線）では、係数Ｋの最小値に漸近するように緩やかに減少するので、動きがあるところでも一定のノイズ除去を行うことができ、動きの誤検出があってもＳ／Ｎ改善度の低下が少ない。したがって、動きの誤検出によるＳ／Ｎ改善効果の低下を防止することができる。
【００６１】
以上、図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明したように、本発明の実施の形態１によるノイズ除去装置は、係数生成手段２において、動き量Ｍが小さい領域では係数Ｋの変化量が比較的大きくなる特性により係数Ｋを決定することで、動き量Ｍが小さい領域でのＳ／Ｎを効果的に改善し、さらに、動き量Ｍが大きい領域では係数Ｋの変化量が比較的小さくなる特性により係数Ｋを決定することで、動き量Ｍが大きい領域での係数の低下を防ぎ、動きの誤検出によるＳ／Ｎ改善度の低下を防止することができる。
【００６２】
また、上記特性により動き量Ｍを係数Ｋに変換することで、動きのある部分と動きのない部分の係数Ｋの値に差をつけ、動き量Ｍに応じたＳ／Ｎ改善度の強弱にメリハリをつける作用がある。上記特性は係数Ｋの変化がほとんどの領域において滑らかであるから、Ｓ／Ｎ改善度について急激な段差ができることなく、違和感のない自然な表示が可能である。
【００６３】
次に、別の観点から図３および式（２）に示した特性を用いることの意味を述べる。
一般に、フレーム巡回型のノイズ除去装置において、係数Ｋを作用させたときの残像の減衰の時定数Ｔは、次式（３）で表される。
Ｔ＝−１／ｌｎＫ×１／ＦＲ［ｓｅｃ］      （３）
ここで、ＦＲは１［ｓｅｃ］あたりの画面数である。
【００６４】
図５は、ＦＲ＝３０の場合の時定数Ｔ［ｓｅｃ］のグラフを示している。時定数Ｔは、Ｋ＝１に近い値で急激に増加することがわかる。
【００６５】
上記の残像特性を考慮すると、残像を目立たないようにするためには、Ｋ＝１に近い値に設定する領域を極力小さくしたほうがよい。そこで、動き量Ｍが小さい領域では係数Ｋの変化量が大きくなる特性により係数Ｋを設定する（即ち、動き量Ｍの増加に伴い、Ｋを急激に小さくする）ことは理に適っている。
【００６６】
また、図５の残像特性によれば、略Ｋ＝０．６以下の係数を設定しても残像の増加は目立たないということを示している。したがって、動き量Ｍが大きい領域においても、ゼロ以上の係数Ｋを設定することで、残像を目立たせずにＳ／Ｎの改善を図ることができる。したがって、動き量Ｍが大きい領域では係数Ｋの変化量が小さくなり、ゼロ以上の最小値に漸近する特性に基づいて係数Ｋを設定することは理に適っている。
【００６７】
以上で説明したように、動き量Ｍが小さい領域では係数Ｋの変化量が大きくなる特性により係数Ｋを決定し、動き量が大きい領域では係数Ｋの変化量が小さくなる特性により係数Ｋを決定することで、残像を目立たないようにしつつ、できるだけ大きなＳ／Ｎ改善効果を得ることができる。
【００６８】
以上で説明したように、本発明によるノイズ除去装置では、周辺Ｎ×Ｎ画素で平均化した画面間の差分を用いて動き量を検出し、動き量に応じた係数を下に凸で減少する特性に基づいて生成することによって、動きのある部分から動きのない部分まで滑らかなＳ／Ｎ改善を図るとともに、かつ、入力映像信号のノイズの振幅が大きく、動きの誤検出や検出漏れが発生しうる場合にも、動きのない部分では十分にＳ／Ｎを改善し、動きのある部分では残像を十分に小さく抑えることができる。
【００６９】
なお、上記効果を期待できるものであれば、図３あるいは式（２）で示した関係のみによらず、同様の特性をもつあらゆる関係により係数Ｋを求めてもよい。例えば、図６に示したような特性を用いることができる。図６に示した特性による係数Ｋは、動き量Ｍが０からｍ１までの区間では傾きｋ１で減少し、動き量Ｍがｍ１からｍ２までの区間では傾きｋ２で減少し、動き量Ｍがｍ２からｍ３までの区間では傾きｋ３で減少し、動き量Ｍがｍ３からの区間では傾きｋ４で減少し、これらの傾きの大小関係は｜ｋ１｜≧｜ｋ２｜≧｜ｋ３｜≧｜ｋ４｜となっている。この特性は、下に凸で減少する特性の近似特性であるから、上記で説明したのと同様の効果を得ることができる。また、各区間において線形演算のみで係数Ｋを求めることができるので、係数生成手段２における演算処理の簡単化を図ることができる。
【００７０】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２のノイズ除去装置の全体的構成を示すブロック図である。図示のノイズ除去装置は、輝度信号減算手段３０１Ａ、輝度信号用係数生成手段３０２Ａ、輝度信号乗算手段３０３Ａ、輝度信号減算手段３０４Ａ、輝度信号画面遅延手段３０５Ａ、動き検出手段３０６、色差信号減算手段３０１Ｂ、色差信号用係数生成手段３０２Ｂ、色差信号乗算手段３０３Ｂ、色差信号減算手段３０４Ｂ、及び色差信号画面遅延手段３０５Ｂを有する。このうち、輝度信号減算手段３０１Ａ、輝度信号用係数生成手段３０２Ａ、輝度信号乗算手段３０３Ａ、輝度信号減算手段３０４Ａ、輝度信号画面遅延手段３０５Ａ、及び動き検出手段３０６は、入力映像信号の輝度信号Ｙｉｎに対するノイズ除去装置を構成し、色差信号減算手段３０１Ｂ、色差信号用係数生成手段３０２Ｂ、色差信号乗算手段３０３Ｂ、色差信号減算手段３０４Ｂ、及び色差信号画面遅延手段３０５Ｂは、入力映像信号の色差信号Ｃｉｎに対するノイズ除去装置を構成する。
【００７１】
本発明の実施の形態２のノイズ除去装置に対する入力映像信号は、輝度信号と色差信号を含む。なお、他の形態のカラー映像信号が供給される場合、輝度信号及び色差信号への変換を行う手段を付加しても良い。
【００７２】
輝度信号減算手段３０１Ａ、輝度信号用係数生成手段３０２Ａ、輝度信号乗算手段３０３Ａ、輝度信号減算手段３０４Ａ、輝度信号画面遅延手段３０５Ａ、及び動き検出手段３０６で構成される入力映像信号の輝度信号Ｙｉｎに対するノイズ除去装置の構成および動作は、入力映像信号Ｄｉｎを輝度信号Ｙｉｎとした本発明の実施の形態１のノイズ除去装置と同じであるのでその説明を省略する。
【００７３】
一方、入力映像信号の色差信号Ｃｉｎに対するノイズ除去装置の構成は、色差信号に対する動き検出手段を持たず、輝度信号用の動き検出手段３０６で求められた動き量Ｍに基づいて色差信号用の係数を生成する点のみが異なり、その他の構成は同様である。
【００７４】
ここで、色差信号用係数生成手段３０２Ｂが出力する色差信号用減衰係数Ｋｃは、輝度信号用係数生成手段３０２Ａが出力する輝度信号用減衰係数Ｋｙより大きくなるように定められる。
【００７５】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度信号用係数生成手段３０２Ａおよび色差信号用係数生成手段３０２Ｂによる係数生成の特性の一例を示す図である。図８（Ａ）は輝度信号用係数生成手段３０２Ａの特性、図８（Ｂ）は色差信号用係数生成手段３０２Ｂの特性を示している。
【００７６】
図８（Ａ）に示す輝度信号用の特性は、式（２）において、Ｋｍａｘ＝Ｋｙｍａｘ、Ｋｍｉｎ＝Ｋｙｍｉｎ、Ａ＝０、Ｂ＝（動き量Ｍの最大値）としたものである。図８（Ｂ）に示す色差信号用の特性は、式（２）において、Ｋｍａｘ＝Ｋｃｍａｘ、Ｋｍｉｎ＝Ｋｃｍｉｎ、Ａ＝０、Ｂ＝（動き量Ｍの最大値）としたものである。ここで、Ｋｙｍａｘ≦Ｋｃｍａｘ、Ｋｙｍｉｎ＜Ｋｃｍｉｎとする。
【００７７】
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、輝度信号用の減衰係数Ｋｙに比べて、色差信号用の減衰係数Ｋｃが大きくなるように設定されている。
【００７８】
以下、本発明の実施の形態２によるノイズ除去装置の作用、効果について説明する。
いま、入力映像信号のノイズの振幅がきわめて大きい場合を考える。例えば、ＥＭＣＣＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた高感度撮像装置で暗所撮影された映像は、通常、色差信号の信号量が少なく、色ノイズの振幅はきわめて大きくなっている。また、色ノイズを抑えるため、クロマサプレス処理等が施される場合もあり、色差信号の信号量はかなり小さくなる。
【００７９】
このような映像信号の色差信号が入力された場合、ノイズ成分に対して動き成分自身が小さいため、周辺Ｎ×Ｎ画素の影響を考慮したとしても、動きを正しく検出するのは困難である。そこで、本実施の形態２のノイズ除去装置では、輝度信号を用いて求めた動き量Ｍに基づき、色差信号用の減衰係数Ｋｃを生成することで、色ノイズの振幅が大きい映像信号が入力される場合においても、動きを適切に検出し、その動きに応じたノイズ除去を行うことができる。
【００８０】
また、上記のような入力映像信号の色差信号ではもともと動き成分が弱いため、高い係数を用いて強力にノイズを除去しても残像が目立ちにくい。そこで、本実施の形態２のノイズ除去装置では、輝度信号用の減衰係数Ｋｙに比べて、色差信号用の減衰係数Ｋｃを大きな値に設定することで、色ノイズを効果的に減らし、かつ残像を目立たないようにすることができる。
【００８１】
さらに、本発明による実施の形態２のノイズ除去装置は、輝度信号用の動き検出手段３０６で求められた動き量Ｍに基づいて色差信号用の係数を生成する点のみが異なり、その他の構成は同様であるので、本発明による実施の形態１の撮像装置と同様の効果を有する。
【００８２】
なお、本実施の形態２では、色差信号用係数生成手段３０２Ｂは輝度信号から求めた動き量Ｍに応じて係数を生成するものとしたが、別途、色差信号から動き量を求める色差信号用の動き検出手段を設け、色差信号から求めた動き量に応じて色差信号用の係数を生成するように構成してもよい。色ノイズの振幅がさほど大きくない場合には、色差信号から動き信号を取り出すことが可能であり、色差信号のノイズを除去する際に、色差信号から検出した動きに応じて係数の制御を行うことで、より正確な係数設定が行える。
【符号の説明】
【００８３】
１  減算手段、  ２  係数生成手段、  ３  乗算手段、  ４  減算手段、  ５  画面遅延手段、  ６  動き検出手段、  ３０１Ａ  輝度信号減算手段、  ３０２Ａ  輝度信号用係数生成手段、  ３０３Ａ  輝度信号乗算手段、  ３０４Ａ  輝度信号減算手段、  ３０５Ａ  輝度信号画面遅延手段、  ３０６  動き検出手段、  ３０１Ｂ  色差信号減算手段、  ３０２Ｂ  色差信号用係数生成手段、  ３０３Ａ  色差信号乗算手段、  ３０４Ｂ  色差信号減算手段、  ３０５Ｂ  色差信号画面遅延手段、  Ｍ  動き量。
【図１】
2011029826.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011029826.tif 000011
【図７】
2011029826.tif 000012
【図８】
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