(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記ノイズレベル推定部は、
前記画像パッチ集合に基づき、前記画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、
前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、
前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備えることを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項２】
前記分散共分散行列算出部では、次の数式に基づき、分散共分散行列算出処理を行うことにより、前記分散共分散行列を算出し、
0005757565.tif 000090
0005757565.tif 000091
0005757565.tif 000092
0005757565.tif 000093
ここで、
0005757565.tif 000094
は前記画像パッチ集合を表し、
0005757565.tif 000095
は前記画像におけるｉ番目の画像パッチを表し、Ｎは前記画像パッチ集合の要素数を表し、
0005757565.tif 000096
は平均補正済み画像パッチ集合を表し、
0005757565.tif 000097
は画像パッチの平均を表し、
0005757565.tif 000098
は前記分散共分散行列を表し、
前記最小固有値算出部では、最小固有値算出処理を行うことにより、前記分散共分散行列の前記最小固有値
0005757565.tif 000099
を算出し、
前記ノイズレベル算出部では、
0005757565.tif 000100
に基づき、ノイズレベル算出処理を行うことにより、前記ノイズレベルを算出し、
ここで、
0005757565.tif 000101
は前記ノイズレベルを表す請求項１に記載のノイズレベル推定装置。
【請求項３】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記ノイズレベル推定部は、
前記画像パッチ集合に基づき、平均補正済み画像パッチ集合を生成する、画像パッチ平均補正部と、
前記画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、
前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備えることを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項４】
前記画像パッチ平均補正部では、次の数式に基づき、平均補正済み画像パッチ集合生成処理を行うことにより、前記平均補正済み画像パッチ集合を算出し、
0005757565.tif 000102
0005757565.tif 000103
0005757565.tif 000104
ここで、
0005757565.tif 000105
は前記平均補正済み画像パッチ集合を表し、
0005757565.tif 000106
は前記画像パッチ集合を表し、
0005757565.tif 000107
は前記画像におけるｉ番目の画像パッチを表し、Ｎは前記画像パッチ集合の要素数を表し、
0005757565.tif 000108
は画像パッチの平均を表し、
前記最小特異値算出部が、最小特異値算出処理を行うことにより、前記平均補正済み画像パッチ集合の前記最小特異値
0005757565.tif 000109
を算出し、
前記ノイズレベル算出部が、
0005757565.tif 000110
に基づき、ノイズレベル算出処理を行うことにより、前記ノイズレベルを算出し、
ここで、
0005757565.tif 000111
は前記ノイズレベルを表す請求項３に記載のノイズレベル推定装置。
【請求項５】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から高周波成分画像を抽出する、高周波成分抽出部と、
前記高周波成分抽出部で抽出された高周波成分画像から、高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ集合生成部と、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記ノイズレベル推定部は、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、
前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、
前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備えることを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項６】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、高周波成分画像パッチ集合を抽出する、高周波成分画像パッチ抽出部と、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記ノイズレベル推定部は、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、
前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、
前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備えることを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項７】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から高周波成分画像を抽出する、高周波成分抽出部と、
前記高周波成分抽出部で抽出された高周波成分画像から、高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ集合生成部と、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記ノイズレベル推定部は、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ平均補正部と、
前記高周波成分画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、
前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備えることを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項８】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、高周波成分画像パッチ集合を抽出する、高周波成分画像パッチ抽出部と、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記ノイズレベル推定部は、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ平均補正部と、
前記高周波成分画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、
前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備えることを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項９】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、
前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記画像パッチ選択部は、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出部で算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択部と、
を備え、
前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、
前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、微分行列生成部と、最大固有値算出部とを備え、
前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大固有値算出部が、前記画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標として出力することを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項１０】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、
前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記画像パッチ選択部は、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、
前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出部で算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出部で算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択部と、
を備え、
前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、微分行列生成部と、最大固有値算出部とを備え、
前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大固有値算出部が、前記画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標として出力することを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項１１】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、
前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記画像パッチ選択部は、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出部で算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択部と、
を備え、
前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、
前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、ｘｙ微分行列生成部と、最大特異値算出部とを備え、
前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記ｘｙ微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大特異値算出部が、前記画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標として出力することを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項１２】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、
前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記画像パッチ選択部は、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、
前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出部で算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出部で算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択部と、
を備え、
前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、ｘｙ微分行列生成部と、最大特異値算出部とを備え、
前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記ｘｙ微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大特異値算出部が、前記画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標として出力することを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項１３】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、
前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記画像パッチ選択部は、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出部で算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択部と、
を備え、
前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、
前記指標算出部が、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、次の数式に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標として出力し、
0005757565.tif 000112
0005757565.tif 000113
ただし、
0005757565.tif 000114
は画像パッチ
0005757565.tif 000115
の分散を表し、Ｍは画像パッチ
0005757565.tif 000116
の画素数を表し、
0005757565.tif 000117
は画像パッチ
0005757565.tif 000118
のｋ番目の画素の画素値を表すことを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項１４】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、
前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、
前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、
前記画像パッチ選択部は、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、
前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出部で算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出部で算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択部と、
を備え、
前記指標算出部が、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、次の数式に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標として出力し、
0005757565.tif 000119
0005757565.tif 000120
ただし、
0005757565.tif 000121
は画像パッチ
0005757565.tif 000122
の分散を表し、Ｍは画像パッチ
0005757565.tif 000123
の画素数を表し、
0005757565.tif 000124
は画像パッチ
0005757565.tif 000125
のｋ番目の画素の画素値を表すことを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項１５】
前記ノイズレベル推定部は、
前記選択画像パッチ集合に基づき、前記選択画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、
前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、
前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備える請求項９乃至請求項１４の何れかに記載のノイズレベル推定装置。
【請求項１６】
前記ノイズレベル推定部は、
前記選択画像パッチ集合に基づき、平均補正済み選択画像パッチ集合を生成する、選択画像パッチ平均補正部と、
前記選択画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み選択画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、
前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備える請求項９乃至請求項１４の何れかに記載のノイズレベル推定装置。
【請求項１７】
ノイズを含む一枚の画像から、ノイズレベル推定を繰り返すことにより、当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
画像パッチ集合生成部と、指標算出部と、指標閾値に基づく画像パッチ選択部と、ノイズレベル推定部と、閾値変換部と、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部とを備え、
前記画像パッチ集合生成部は、前記画像から画像パッチ集合を生成し、
前記指標算出部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出し、
前記指標閾値に基づく画像パッチ選択部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出部で算出された指標、及び、前記閾値変換部からの閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とし、
前記ノイズレベル推定部は、前記画像パッチ集合又は前記選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定し、推定したノイズレベルを前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定部に出力し、
前記閾値変換部は、前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定部からの前記ノイズレベルを前記閾値に変換し、変換した閾値を前記指標閾値に基づく画像パッチ選択部に出力し、
前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定部は、所定の判定条件に基づき、ノイズレベル推定繰り返し終了を判定し、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定しない場合に、前記ノイズレベル推定部からの前記ノイズレベルを前記閾値変換部に出力し、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定した場合に、前記ノイズレベル推定部からの前記ノイズレベルを、前記ノイズレベル推定装置が推定したノイズレベルとすることを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項１８】
前記所定の判定条件は、第１の判定条件と第２の判定条件であり、
前記第１の判定条件は、ｋ＞０（ただし、ｋはノイズレベル推定処理の繰り返し回数である。）であり、
前記第２の判定条件は、
0005757565.tif 000126
である（ただし、
0005757565.tif 000127
は前記ノイズレベル推定部により推定されたノイズレベルである。）。
前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定部では、前記第１の判定条件及び前記第２の判定条件を満たした場合に、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定する請求項１７に記載のノイズレベル推定装置。
【請求項１９】
前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、微分行列生成部と、最大固有値算出部とを備え、
前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大固有値算出部が、前記画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標として出力する請求項１７又は請求項１８に記載のノイズレベル推定装置。
【請求項２０】
前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、ｘｙ微分行列生成部と、最大特異値算出部とを備え、
前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記ｘｙ微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大特異値算出部が、前記画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標として出力する請求項１７又は請求項１８に記載のノイズレベル推定装置。
【請求項２１】
前記指標算出部が、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、次の数式に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標として出力し、
0005757565.tif 000128
0005757565.tif 000129
ただし、
0005757565.tif 000130
は画像パッチ
0005757565.tif 000131
の分散を表し、Ｍは画像パッチ
0005757565.tif 000132
の画素数を表し、
0005757565.tif 000133
は画像パッチ
0005757565.tif 000134
のｋ番目の画素の画素値を表す請求項１７又は請求項１８に記載のノイズレベル推定装置。
【請求項２２】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、
高周波成分抽出部と、高周波成分画像パッチ集合生成部と、低周波成分抽出部と、低周波成分画像パッチ集合生成部と、低周波成分画像パッチ選択部と、対応高周波成分画像パッチ抽出部と、ノイズレベル推定部とを備え、
前記高周波成分抽出部が、前記画像に対し、高周波成分抽出処理を行うことにより、前記画像の高周波成分画像を抽出し、
前記高周波成分画像パッチ集合生成部が、前記高周波成分画像に対して、高周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、高周波成分画像パッチ集合を生成し、
前記低周波成分抽出部が、前記画像に対し、低周波成分抽出処理を行うことにより、前記画像の低周波成分画像を抽出し、
前記低周波成分画像パッチ集合生成部が、前記低周波成分画像に対して、低周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、低周波成分画像パッチ集合を生成し、
前記低周波成分画像パッチ選択部が、前記低周波成分画像パッチ集合の中から、所定の画像パッチ選択方法に基づき、複数の低周波成分画像パッチを選択し、選択した複数の低周波成分画像パッチを選択低周波成分画像パッチ集合とし、
前記対応高周波成分画像パッチ抽出部が、前記選択低周波成分画像パッチ集合に属する全ての低周波成分画像パッチに対し、対応高周波成分画像パッチ抽出処理を行うことにより、これら全ての低周波成分画像パッチに対応する高周波成分画像パッチを、対応高周波成分画像パッチとして抽出し、抽出したこれらの対応高周波成分画像パッチを対応高周波成分画像パッチ集合とし、
前記ノイズレベル推定部が、前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定し、
前記対応高周波成分画像パッチ抽出処理は、低周波成分画像パッチと同じ画素位置を有する高周波成分画像パッチを、対応高周波成分画像パッチとして抽出する処理であることを特徴とするノイズレベル推定装置。
【請求項２３】
前記ノイズレベル推定部は、
前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記対応高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、
前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、
前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備える請求項２２に記載のノイズレベル推定装置。
【請求項２４】
前記ノイズレベル推定部は、
前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み対応高周波成分画像パッチ集合を生成する、対応高周波成分画像パッチ平均補正部と、
前記対応高周波成分画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み対応高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、
前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部と、
を備える請求項２２に記載のノイズレベル推定装置。
【請求項２５】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記画像パッチ集合に基づき、前記画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出ステップと、
前記分散共分散行列算出ステップで算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出ステップと、
前記最小固有値算出ステップで算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有することを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項２６】
前記分散共分散行列算出ステップでは、次の数式に基づき、分散共分散行列算出処理を行うことにより、前記分散共分散行列を算出し、
0005757565.tif 000135
0005757565.tif 000136
0005757565.tif 000137
0005757565.tif 000138
ここで、
0005757565.tif 000139
は前記画像パッチ集合を表し、
0005757565.tif 000140
は前記画像におけるｉ番目の画像パッチを表し、Ｎは前記画像パッチ集合の要素数を表し、
0005757565.tif 000141
は平均補正済み画像パッチ集合を表し、
0005757565.tif 000142
は画像パッチの平均を表し、
0005757565.tif 000143
は前記分散共分散行列を表し、
前記最小固有値算出ステップでは、最小固有値算出処理を行うことにより、前記分散共分散行列の前記最小固有値
0005757565.tif 000144
を算出し、
前記ノイズレベル算出ステップでは、
0005757565.tif 000145
に基づき、ノイズレベル算出処理を行うことにより、前記ノイズレベルを算出し、
ここで、
0005757565.tif 000146
は前記ノイズレベルを表す請求項２５に記載のノイズレベル推定方法。
【請求項２７】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記画像パッチ集合に基づき、平均補正済み画像パッチ集合を生成する、画像パッチ平均補正ステップと、
前記画像パッチ平均補正ステップで生成された平均補正済み画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出ステップと、
前記最小特異値算出ステップで算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有することを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項２８】
前記画像パッチ平均補正ステップでは、次の数式に基づき、平均補正済み画像パッチ集合生成処理を行うことにより、前記平均補正済み画像パッチ集合を算出し、
0005757565.tif 000147
0005757565.tif 000148
0005757565.tif 000149
ここで、
0005757565.tif 000150
は前記平均補正済み画像パッチ集合を表し、
0005757565.tif 000151
は前記画像パッチ集合を表し、
0005757565.tif 000152
は前記画像におけるｉ番目の画像パッチを表し、Ｎは前記画像パッチ集合の要素数を表し、
0005757565.tif 000153
は画像パッチの平均を表し、
前記最小特異値算出ステップが、最小特異値算出処理を行うことにより、前記平均補正済み画像パッチ集合の前記最小特異値
0005757565.tif 000154
を算出し、
前記ノイズレベル算出ステップが、
0005757565.tif 000155
に基づき、ノイズレベル算出処理を行うことにより、前記ノイズレベルを算出し、
ここで、
0005757565.tif 000156
は前記ノイズレベルを表す請求項２７に記載のノイズレベル推定方法。
【請求項２９】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から高周波成分画像を抽出する、高周波成分抽出ステップと、
前記高周波成分抽出ステップで抽出された高周波成分画像から、高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ集合生成ステップと、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出ステップと、
前記分散共分散行列算出ステップで算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出ステップと、
前記最小固有値算出ステップで算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有することを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３０】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合から、高周波成分画像パッチ集合を抽出する、高周波成分画像パッチ抽出ステップと、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出ステップと、
前記分散共分散行列算出ステップで算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出ステップと、
前記最小固有値算出ステップで算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有することを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３１】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から高周波成分画像を抽出する、高周波成分抽出ステップと、
前記高周波成分抽出ステップで抽出された高周波成分画像から、高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ集合生成ステップと、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ平均補正ステップと、
前記高周波成分画像パッチ平均補正ステップで生成された平均補正済み高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出ステップと、
前記最小特異値算出ステップで算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有することを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３２】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合から、高周波成分画像パッチ集合を抽出する、高周波成分画像パッチ抽出ステップと、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ平均補正ステップと、
前記高周波成分画像パッチ平均補正ステップで生成された平均補正済み高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出ステップと、
前記最小特異値算出ステップで算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有することを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３３】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択ステップと、
前記画像パッチ選択ステップで得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記画像パッチ選択ステップは、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出ステップと、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出ステップで算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択ステップと、
を有し、
前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、
前記指標算出ステップは、ｘ微分算出ステップと、ｙ微分算出ステップと、微分行列生成ステップと、最大固有値算出ステップとを有し、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出ステップが、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出ステップが、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記微分行列生成ステップが、前記ｘ微分算出ステップで算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出ステップで算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大固有値算出ステップが、前記画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標とすることを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３４】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択ステップと、
前記画像パッチ選択ステップで得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記画像パッチ選択ステップは、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出ステップと、
前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出ステップで算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出ステップで算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択ステップと、
を有し、
前記指標算出ステップは、ｘ微分算出ステップと、ｙ微分算出ステップと、微分行列生成ステップと、最大固有値算出ステップとを有し、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出ステップが、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出ステップが、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記微分行列生成ステップが、前記ｘ微分算出ステップで算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出ステップで算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大固有値算出ステップが、前記画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標とすることを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３５】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択ステップと、
前記画像パッチ選択ステップで得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記画像パッチ選択ステップは、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出ステップと、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出ステップで算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択ステップと、
を有し、
前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、
前記指標算出ステップは、ｘ微分算出ステップと、ｙ微分算出ステップと、ｘｙ微分行列生成ステップと、最大特異値算出ステップとを有し、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出ステップが、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出ステップが、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記ｘｙ微分行列生成ステップが、前記ｘ微分算出ステップで算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出ステップで算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大特異値算出ステップが、前記画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標とすることを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３６】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択ステップと、
前記画像パッチ選択ステップで得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記画像パッチ選択ステップは、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出ステップと、
前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出ステップで算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出ステップで算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択ステップと、
を有し、
前記指標算出ステップは、ｘ微分算出ステップと、ｙ微分算出ステップと、ｘｙ微分行列生成ステップと、最大特異値算出ステップとを有し、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出ステップが、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出ステップが、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記ｘｙ微分行列生成ステップが、前記ｘ微分算出ステップで算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出ステップで算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大特異値算出ステップが、前記画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標とすることを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３７】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択ステップと、
前記画像パッチ選択ステップで得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記画像パッチ選択ステップは、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出ステップと、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出ステップで算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択ステップと、
を有し、
前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、
前記指標算出ステップが、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、次の数式に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標とし、
0005757565.tif 000157
0005757565.tif 000158
ただし、
0005757565.tif 000159
は画像パッチ
0005757565.tif 000160
の分散を表し、Ｍは画像パッチ
0005757565.tif 000161
の画素数を表し、
0005757565.tif 000162
は画像パッチ
0005757565.tif 000163
のｋ番目の画素の画素値を表すことを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３８】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成ステップと、
前記画像パッチ集合生成ステップで生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択ステップと、
前記画像パッチ選択ステップで得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定ステップと、
を有し、
前記画像パッチ選択ステップは、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出ステップと、
前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出ステップで算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出ステップで算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択ステップと、
を有し、
前記指標算出ステップが、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、次の数式に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標とし、
0005757565.tif 000164
0005757565.tif 000165
ただし、
0005757565.tif 000166
は画像パッチ
0005757565.tif 000167
の分散を表し、Ｍは画像パッチ
0005757565.tif 000168
の画素数を表し、
0005757565.tif 000169
は画像パッチ
0005757565.tif 000170
のｋ番目の画素の画素値を表すことを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項３９】
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記選択画像パッチ集合に基づき、前記選択画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出ステップと、
前記分散共分散行列算出ステップで算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出ステップと、
前記最小固有値算出ステップで算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有する請求項３３乃至請求項３８の何れかに記載のノイズレベル推定方法。
【請求項４０】
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記選択画像パッチ集合に基づき、平均補正済み選択画像パッチ集合を生成する、選択画像パッチ平均補正ステップと、
前記選択画像パッチ平均補正ステップで生成された平均補正済み選択画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出ステップと、
前記最小特異値算出ステップで算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有する請求項３３乃至請求項３８の何れかに記載のノイズレベル推定方法。
【請求項４１】
ノイズを含む一枚の画像から、ノイズレベル推定を繰り返すことにより、当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
画像パッチ集合生成ステップと、指標算出ステップと、指標閾値に基づく画像パッチ選択ステップと、ノイズレベル推定ステップと、閾値変換ステップと、ノイズレベル推定繰り返し終了判定ステップとを有し、
前記画像パッチ集合生成ステップは、前記画像から画像パッチ集合を生成し、
前記指標算出ステップは、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出し、
前記指標閾値に基づく画像パッチ選択ステップは、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出ステップで算出された指標、及び、前記閾値変換ステップで変換された閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とし、
前記ノイズレベル推定ステップは、前記画像パッチ集合又は前記選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定し、
前記閾値変換ステップは、前記ノイズレベル推定ステップで推定された前記ノイズレベルを前記閾値に変換し、
前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定ステップは、所定の判定条件に基づき、ノイズレベル推定繰り返し終了を判定し、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定した場合に、前記ノイズレベル推定ステップで推定された前記ノイズレベルを、前記ノイズレベル推定方法により推定されたノイズレベルとすることを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項４２】
前記所定の判定条件は、第１の判定条件と第２の判定条件であり、
前記第１の判定条件は、ｋ＞０（ただし、ｋはノイズレベル推定処理の繰り返し回数である。）であり、
前記第２の判定条件は、
0005757565.tif 000171
である（ただし、
0005757565.tif 000172
は前記ノイズレベル推定ステップで推定されたノイズレベルである。）。
前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定ステップでは、前記第１の判定条件及び前記第２の判定条件を満たした場合に、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定する請求項４１に記載のノイズレベル推定方法。
【請求項４３】
前記指標算出ステップは、ｘ微分算出ステップと、ｙ微分算出ステップと、微分行列生成ステップと、最大固有値算出ステップとを有し、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出ステップが、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出ステップが、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記微分行列生成ステップが、前記ｘ微分算出ステップで算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出ステップで算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大固有値算出ステップが、前記画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標とする請求項４１又は請求項４２に記載のノイズレベル推定方法。
【請求項４４】
前記指標算出ステップは、ｘ微分算出ステップと、ｙ微分算出ステップと、ｘｙ微分行列生成ステップと、最大特異値算出ステップとを有し、
前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出ステップが、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出ステップが、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、
前記ｘｙ微分行列生成ステップが、前記ｘ微分算出ステップで算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出ステップで算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成し、
前記最大特異値算出ステップが、前記画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標とする請求項４１又は請求項４２に記載のノイズレベル推定方法。
【請求項４５】
前記指標算出ステップが、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、次の数式に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標とし、
0005757565.tif 000173
0005757565.tif 000174
ただし、
0005757565.tif 000175
は画像パッチ
0005757565.tif 000176
の分散を表し、Ｍは画像パッチ
0005757565.tif 000177
の画素数を表し、
0005757565.tif 000178
は画像パッチ
0005757565.tif 000179
のｋ番目の画素の画素値を表す請求項４１又は請求項４２に記載のノイズレベル推定方法。
【請求項４６】
ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定方法であって、
高周波成分抽出ステップと、高周波成分画像パッチ集合生成ステップと、低周波成分抽出ステップと、低周波成分画像パッチ集合生成ステップと、低周波成分画像パッチ選択ステップと、対応高周波成分画像パッチ抽出ステップと、ノイズレベル推定ステップとを有し、
前記高周波成分抽出ステップが、前記画像に対し、高周波成分抽出処理を行うことにより、前記画像の高周波成分画像を抽出し、
前記高周波成分画像パッチ集合生成ステップが、前記高周波成分画像に対して、高周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、高周波成分画像パッチ集合を生成し、
前記低周波成分抽出ステップが、前記画像に対し、低周波成分抽出処理を行うことにより、前記画像の低周波成分画像を抽出し、
前記低周波成分画像パッチ集合生成ステップが、前記低周波成分画像に対して、低周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、低周波成分画像パッチ集合を生成し、
前記低周波成分画像パッチ選択ステップが、前記低周波成分画像パッチ集合の中から、所定の画像パッチ選択方法に基づき、複数の低周波成分画像パッチを選択し、選択した複数の低周波成分画像パッチを選択低周波成分画像パッチ集合とし、
前記対応高周波成分画像パッチ抽出ステップが、前記選択低周波成分画像パッチ集合に属する全ての低周波成分画像パッチに対し、対応高周波成分画像パッチ抽出処理を行うことにより、これら全ての低周波成分画像パッチに対応する高周波成分画像パッチを、対応高周波成分画像パッチとして抽出し、抽出したこれらの対応高周波成分画像パッチを対応高周波成分画像パッチ集合とし、
前記ノイズレベル推定ステップが、前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定し、
前記対応高周波成分画像パッチ抽出処理は、低周波成分画像パッチと同じ画素位置を有する高周波成分画像パッチを、対応高周波成分画像パッチとして抽出する処理であることを特徴とするノイズレベル推定方法。
【請求項４７】
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記対応高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出ステップと、
前記分散共分散行列算出ステップで算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出ステップと、
前記最小固有値算出ステップで算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有する請求項４６に記載のノイズレベル推定方法。
【請求項４８】
前記ノイズレベル推定ステップは、
前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み対応高周波成分画像パッチ集合を生成する、対応高周波成分画像パッチ平均補正ステップと、
前記対応高周波成分画像パッチ平均補正ステップで生成された平均補正済み対応高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出ステップと、
前記最小特異値算出ステップで算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出ステップと、
を有する請求項４６に記載のノイズレベル推定方法。
【請求項４９】
請求項２５乃至請求項４８の何れかに記載のノイズレベル推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル画像処理技術に関し、特に、デジタル画像から当該デジタル画像のノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定装置、ノイズレベル推定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像取得装置の一つとして、デジタルカメラは急速に普及している。高品位な画質を得るために、デジタルカメラで撮影されたデジタル画像に対し、様々なデジタル画像処理が施される。数多くのデジタル画像処理（以下、単に、「画像処理」と言う。）の中で、ノイズ低減処理が画質に大きな影響を与えるため、大変重要な画像処理の一つであることが広く知られている。
【０００３】
ところで、多くのノイズ低減処理では、例えば、非特許文献１にも非特許文献２にも開示されたように、ノイズレベルが既知であることをノイズ低減処理の前提としているため、実際に、ノイズ低減処理を行う際に、入力としてのデジタル画像（以下、単に、「画像」とも言う。）の他に、その画像のノイズレベルを設定する必要がある。
【０００４】
一般に、ノイズ低減処理では、ノイズ低減の効果を強くすると、ノイズ低減は行われるものの、同時に画像のエッジも劣化してしまうという問題点も存在する。よって、ノイズレベルに応じて、ノイズ低減の効果を調整する必要がある。このため、多くのノイズ低減処理では、ノイズレベルを推定する必要がある。このため、デジタル画像からノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定技術が強く望まれている。
【０００５】
既存のノイズレベル推定技術として、例えば、特許文献２に、ビデオシーケンスに対してフレーム間の相関を利用した、ビデオシーケンスのノイズレベルの推定方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献１では、カラーのデジタル画像（以下、単に、「カラー画像」とも言う。）に対して、色差画像を生成し、帯域毎に分割し、更にエッジ部分を取り除いた結果に対して、標準偏差を算出することにより、当該カラー画像のノイズレベルを推定する、画像処理方法が開示されている。
【０００７】
更に、非特許文献３では、デジタル画像に対して、離散コサイン変換（ＤＣＴ変換）の基底と同じフィルタをかけ、その統計的性質からノイズレベルを推定する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２７７５０３号公報
【特許文献２】特開２０００−６９４８７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ジェー.  ポーティラ（J.  Portilla）、ブィ.  ストレラ（V.  Strela）、エム.  ジェー.  ウェインライト（M.  J.  Wainwright）、イー.  ピー.  シモンセリ（E.  P.  Simoncelli）共著,「イメージ  デノイジング  ユージング  スケール  ミックスチャー  オフ  ガウシアン  イン  ザ  ウェーブレット  ドメイン  （Image  Denoising  using  Scale  Mixture  of  Gaussians  in  the  Wavelet  Domain）」,ＩＥＥＥ  トランスアクションズ  オン  イメージ  プロセシング（IEEE  Transactions  on  Image  Processing）,第12巻,第12号,p.1338-1351,2003年
【非特許文献２】ケイ.  ダボブィ（K.  Dabov）、エイ.  フォイ（A.  Foi）、ブィ.  カトコニック（V.  Katkovnik）、ケイ.  イギアザリアン（K.  Egiazarian）共著,「イメージ  デノイジング  バイ  スパース  ３Ｄ  トランスフォーム  ドメイン  コラボレイティブ  フィルタリング  （Image denoising by sparse 3Dtransform-domain collaborative filtering）」,ＩＥＥＥ  トランスアクションズ  オン  イメージ  プロセシング（IEEE  Transactions  on  Image  Processing）,第16巻,第8号,p.2080-2095,2007年
【非特許文献３】ディー.  ゾラン（D.  Zoran）、ワイ.  ワイス（Y.  Weiss）共著,「スケール  インバリアンス  アンド  ノイズ  イン  ナチュラル  イメージズ  （Scale  Invariance  and  Noise  in  Natural  Images）」,インターナショナル  カンファレンス  オン  コンピュータ  ビジョン  （International  conference  on  computer  vision）,2009年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された画像処理方法は、複数のカラーチャネルを持つカラー画像（以下、単に「複数チャネル画像」とも言う。）を処理対象としており、グレースケール画像のような単一のカラーチャネルを持つ画像（以下、単に「単一チャネル画像」とも言う。）を処理対象としていないため、特許文献１に開示された画像処理方法を、単一チャネル画像に適用することができない。
【００１１】
換言すれば、特許文献１に開示された画像処理方法で、グレースケール画像のような単一チャネル画像のノイズレベルを推定することができない。
【００１２】
本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、複数チャネル画像・単一チャネル画像を問わず、ノイズを含んでいる一枚の画像から、当該画像のノイズレベルを簡単かつ正確に推定できるようにした、ノイズレベル推定装置、ノイズレベル推定方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置に関し、本発明の上記目的は、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記ノイズレベル推定部は、前記画像パッチ集合に基づき、前記画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることにより、或いは、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記ノイズレベル推定部は、前記画像パッチ集合に基づき、平均補正済み画像パッチ集合を生成する、画像パッチ平均補正部と、前記画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることによって効果的に達成される。
【００１４】
また、本発明の上記目的は、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から高周波成分画像を抽出する高周波成分抽出部と、前記高周波成分抽出部で抽出された高周波成分画像から高周波成分画像パッチ集合を生成する高周波成分画像パッチ集合生成部と、前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定するノイズレベル推定部とを備え、前記ノイズレベル推定部は、前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることにより、或いは、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から画像パッチ集合を生成する画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、高周波成分画像パッチ集合を抽出する高周波成分画像パッチ抽出部と、前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定するノイズレベル推定部とを備え、前記ノイズレベル推定部は、前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることにより、或いは、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から高周波成分画像を抽出する、高周波成分抽出部と、前記高周波成分抽出部で抽出された高周波成分画像から、高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ集合生成部と、前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部と、
を備え、前記ノイズレベル推定部は、前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ平均補正部と、前記高周波成分画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることにより、或いは、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、高周波成分画像パッチ集合を抽出する、高周波成分画像パッチ抽出部と、前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記ノイズレベル推定部は、前記高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み高周波成分画像パッチ集合を生成する、高周波成分画像パッチ平均補正部と、前記高周波成分画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることによって効果的に達成される。
【００１６】
また、本発明の上記目的は、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記画像パッチ選択部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出部で算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択部とを備え、前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、微分行列生成部と、最大固有値算出部とを備え、前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、前記微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成し、前記最大固有値算出部が、前記画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標として出力することにより、或いは、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記画像パッチ選択部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出部で算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出部で算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択部とを備え、前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、微分行列生成部と、最大固有値算出部とを備え、前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、前記微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成し、前記最大固有値算出部が、前記画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標として出力することにより、或いは、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記画像パッチ選択部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出部で算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択部とを備え、前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、ｘｙ微分行列生成部と、最大特異値算出部とを備え、前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、前記ｘｙ微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成し、前記最大特異値算出部が、前記画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標として出力することにより、或いは、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記画像パッチ選択部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出部で算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出部で算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択部とを備え、前記指標算出部は、ｘ微分算出部と、ｙ微分算出部と、ｘｙ微分行列生成部と、最大特異値算出部とを備え、前記指標算出部では、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記ｘ微分算出部が、画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、前記ｙ微分算出部が、画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出し、前記ｘｙ微分行列生成部が、前記ｘ微分算出部で算出された画像パッチのｘ微分、及び、前記ｙ微分算出部で算出された画像パッチのｙ微分を用い、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成し、前記最大特異値算出部が、前記画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標として出力することにより、或いは、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記画像パッチ選択部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出部で算出された指標及び所定の閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、指標閾値に基づく画像パッチ選択部とを備え、前記指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、前記指標と前記所定の閾値を比較し、前記指標が前記所定の閾値以下である場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択し、前記指標が前記所定の閾値より大きい場合に、前記指標に対応する画像パッチを選択しないようにしており、前記指標算出部が、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、次の数式に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標として出力し、
0005757565.tif 000002
0005757565.tif 000003
ただし、
0005757565.tif 000004
は画像パッチ
0005757565.tif 000005
の分散を表し、Ｍは画像パッチ
0005757565.tif 000006
の画素数を表し、
0005757565.tif 000007
は画像パッチ
0005757565.tif 000008
のｋ番目の画素の画素値を表すことにより、或いは、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、前記画像から画像パッチ集合を生成する、画像パッチ集合生成部と、前記画像パッチ集合生成部で生成された画像パッチ集合から、複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする、画像パッチ選択部と、前記画像パッチ選択部で得られた選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定する、ノイズレベル推定部とを備え、前記画像パッチ選択部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出する、指標算出部と、前記画像パッチ集合の中から、前記指標算出部で算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、前記指標算出部で算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする、上位指標に基づく画像パッチ選択部とを備え、前記指標算出部が、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、次の数式に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標として出力し、
0005757565.tif 000009
0005757565.tif 000010
ただし、
0005757565.tif 000011
は画像パッチ
0005757565.tif 000012
の分散を表し、Ｍは画像パッチ
0005757565.tif 000013
の画素数を表し、
0005757565.tif 000014
は画像パッチ
0005757565.tif 000015
のｋ番目の画素の画素値を表すことによって効果的に達成される。
【００１７】
また、本発明の上記目的は、前記ノイズレベル推定部は、前記選択画像パッチ集合に基づき、前記選択画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることにより、或いは、前記ノイズレベル推定部は、前記選択画像パッチ集合に基づき、平均補正済み選択画像パッチ集合を生成する、選択画像パッチ平均補正部と、前記選択画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み選択画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることによって効果的に達成される。
【００１８】
また、本発明の上記目的は、ノイズを含む一枚の画像から、ノイズレベル推定を繰り返すことにより、当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、画像パッチ集合生成部と、指標算出部と、指標閾値に基づく画像パッチ選択部と、ノイズレベル推定部と、閾値変換部と、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部とを備え、前記画像パッチ集合生成部は、前記画像から画像パッチ集合を生成し、前記指標算出部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、画像パッチの指標を算出し、前記指標閾値に基づく画像パッチ選択部は、前記画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、前記指標算出部で算出された指標、及び、前記閾値変換部からの閾値に基づき、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とし、前記ノイズレベル推定部は、前記画像パッチ集合又は前記選択画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定し、推定したノイズレベルを前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定部に出力し、前記閾値変換部は、前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定部からの前記ノイズレベルを前記閾値に変換し、変換した閾値を前記指標閾値に基づく画像パッチ選択部に出力し、前記ノイズレベル推定繰り返し終了判定部は、所定の判定条件に基づき、ノイズレベル推定繰り返し終了を判定し、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定しない場合に、前記ノイズレベル推定部からの前記ノイズレベルを前記閾値変換部に出力し、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定した場合に、前記ノイズレベル推定部からの前記ノイズレベルを、前記ノイズレベル推定装置が推定したノイズレベルとすることによって効果的に達成される。
【００１９】
また、本発明の上記目的は、ノイズを含む一枚の画像から当該画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定装置であって、高周波成分抽出部と、高周波成分画像パッチ集合生成部と、低周波成分抽出部と、低周波成分画像パッチ集合生成部と、低周波成分画像パッチ選択部と、対応高周波成分画像パッチ抽出部と、ノイズレベル推定部とを備え、前記高周波成分抽出部が、前記画像に対し、高周波成分抽出処理を行うことにより、前記画像の高周波成分画像を抽出し、前記高周波成分画像パッチ集合生成部が、前記高周波成分画像に対して、高周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、高周波成分画像パッチ集合を生成し、前記低周波成分抽出部が、前記画像に対し、低周波成分抽出処理を行うことにより、前記画像の低周波成分画像を抽出し、前記低周波成分画像パッチ集合生成部が、前記低周波成分画像に対して、低周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、低周波成分画像パッチ集合を生成し、前記低周波成分画像パッチ選択部が、前記低周波成分画像パッチ集合の中から、所定の画像パッチ選択方法に基づき、複数の低周波成分画像パッチを選択し、選択した複数の低周波成分画像パッチを選択低周波成分画像パッチ集合とし、前記対応高周波成分画像パッチ抽出部が、前記選択低周波成分画像パッチ集合に属する全ての低周波成分画像パッチに対し、対応高周波成分画像パッチ抽出処理を行うことにより、これら全ての低周波成分画像パッチに対応する高周波成分画像パッチを、対応高周波成分画像パッチとして抽出し、抽出したこれらの対応高周波成分画像パッチを対応高周波成分画像パッチ集合とし、前記ノイズレベル推定部が、前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記ノイズレベルを推定し、前記対応高周波成分画像パッチ抽出処理は、低周波成分画像パッチと同じ画素位置を有する高周波成分画像パッチを、対応高周波成分画像パッチとして抽出する処理であることにより、或いは、前記ノイズレベル推定部は、前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、前記対応高周波成分画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する、分散共分散行列算出部と、前記分散共分散行列算出部で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する、最小固有値算出部と、前記最小固有値算出部で算出された最小固有値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることにより、或いは、前記ノイズレベル推定部は、前記対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、平均補正済み対応高周波成分画像パッチ集合を生成する、対応高周波成分画像パッチ平均補正部と、前記対応高周波成分画像パッチ平均補正部で生成された平均補正済み対応高周波成分画像パッチ集合の最小特異値を算出する、最小特異値算出部と、前記最小特異値算出部で算出された最小特異値に基づき、前記ノイズレベルを算出する、ノイズレベル算出部とを備えることによって効果的に達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るノイズレベル推定装置によれば、ノイズを含んでいる一枚の画像から、当該画像のノイズレベルを簡単かつ正確に推定できる。
【００２１】
本発明の発明者らは、異なるレベルのノイズを付加した１００枚のデジタル画像に対し、非特許文献３に記載された従来のノイズ推定方法を用いてノイズレベルを推定したノイズレベル推定結果と、本発明を用いてノイズレベルを推定したノイズレベル推定結果を比較することにより、本発明の効果を検証した。
【００２２】
表１は、１００枚のデジタル画像に対して、従来のノイズ推定方法による推定されたノイズレベルの平均値と、本発明による推定されたノイズレベルの平均値を示している。
【００２３】
【表１】
0005757565.tif 000016
【００２４】
表１から分かるように、特に、ノイズレベルが大きい範囲、具体的には、ノイズレベルが１５以上の場合に、本発明が非特許文献３に記載された従来のノイズ推定方法よりも正確にノイズレベルを推定できていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るノイズレベル推定装置の第１実施形態（ノイズレベル推定装置１）を示すブロック構成図である。
【図２】本発明に係るノイズレベル推定装置の画像パッチ集合生成部で行われる画像パッチ集合生成処理を説明するための模式図である。
【図３】本発明に係るノイズレベル推定装置のノイズレベル推定部４０の第１実施形態を示すブロック構成図である。
【図４】本発明に係るノイズレベル推定装置のノイズレベル推定部４０の第２実施形態を示すブロック構成図である。
【図５】本発明に係るノイズレベル推定装置の第２実施形態（ノイズレベル推定装置２）を示すブロック構成図である。
【図６】本発明に係るノイズレベル推定装置の第３実施形態（ノイズレベル推定装置３）を示すブロック構成図である。
【図７】本発明に係るノイズレベル推定装置の第４実施形態（ノイズレベル推定装置４）を示すブロック構成図である。
【図８】本発明に係るノイズレベル推定装置の画像パッチ選択部３０の第１実施形態を示すブロック構成図である。
【図９】本発明に係るノイズレベル推定装置の画像パッチ選択部３０の第２実施形態を示すブロック構成図である。
【図１０】本発明に係るノイズレベル推定装置の第５実施形態（ノイズレベル推定装置５）を示すブロック構成図である。
【図１１】図１０に示す本発明のノイズレベル推定装置５の処理流れを示すフロー図である。
【図１２】本発明に係るノイズレベル推定装置の指標算出部３１０の一実施形態を示すブロック構成図である。
【図１３】本発明に係るノイズレベル推定装置の第６実施形態（ノイズレベル推定装置６）を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、複数チャネル画像・単一チャネル画像を問わず、ノイズを含んでいる一枚のデジタル画像から、当該画像のノイズレベルを簡単かつ正確に推定できるようにした、ノイズレベル推定装置、ノイズレベル推定方法及びプログラムに関する。
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係るノイズレベル推定装置の第１実施形態（以下、単に「ノイズレベル推定装置１」とも言う。）を示すブロック構成図である。以下、図１を用いて、ノイズレベル推定装置１を詳細に説明する。
【００２９】
図１に示すように、ノイズレベル推定装置１は、ノイズを含む一枚のデジタル静止画像（以下、単に、「入力画像」又は「画像」とも言う。）から、その画像のノイズレベルを推定するための装置であり、入力画像から画像パッチ集合を生成する画像パッチ集合生成部１０と、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定部４０とから構成される。
【００３０】
前述したように、デジタル静止画像であれば、複数チャネル画像・単一チャネル画像を問わず、本発明に係るノイズレベル推定技術を適用し、その画像のノイズレベルを簡単かつ正確に推定することができる。
【００３１】
また、デジタル静止画像に限らず、動画像のフレームに、本発明に係るノイズレベル推定技術を適用し、そのフレームのノイズレベルを簡単かつ正確に推定することが可能であり、本発明を動画像のノイズレベル推定にも適用することができると言える。
【００３２】
以下、説明上の便宜から、本発明のノイズレベル推定装置に入力されるデジタル画像は、例えば、グレースケール画像のような単一チャネル画像（即ち、単一のカラーチャネルを持つ画像）であることを前提とする。
【００３３】
また、本発明に係るノイズレベル推定技術を複数チャネル画像（複数のカラーチャネルを持つカラー画像）に適用する場合に、各カラーチャネルに対して、後述のような、単一チャネル画像を入力画像とする本発明に係るノイズレベル推定装置で行われる処理を繰り返せばよい。
【００３４】
図１に示すように、ノイズレベル推定装置１では、まず、画像パッチ集合生成部１０が、入力画像から、当該入力画像の画像パッチ集合を生成する。
【００３５】
具体的に、画像パッチ集合生成部１０は、入力画像から画像パッチ集合を得るために、入力画像に対して、画像パッチ集合生成処理を行うことにより、画像パッチ集合を生成する。画像パッチ集合生成処理は、図２に示すように、入力画像に対して、画素位置をずらしながら、複数の画像パッチを生成する処理である。
【００３６】
本発明では、画像パッチ集合生成処理において、画素位置のずらし量を任意に設定することができるが、ずらし量の一具体例として、１画素であり、つまり、画素位置を１画素ずらしながら、複数の画像パッチを生成する。
【００３７】
本発明では、画像パッチ集合生成処理により得られた複数の画像パッチを一つの集合（即ち、画像パッチ集合）としている。画像パッチは、その画像パッチに属する全ての画素の画素値を一列に並べることにより、列ベクトルに変換することができる。つまり、一つの画像パッチは、一つの列ベクトルに対応する。
【００３８】
以下、画像パッチの一具体例として、画像内のｍ画素×ｎ画素の矩形領域を画像パッチとする（図２を参照する。）。説明上の便宜から、以下の説明では、画像パッチを矩形領域（ｍ画素×ｎ画素）としているが、本発明において、画像パッチは矩形領域に限定されることがなく、任意の形状（例えば、多角形）を有する領域を画像パッチとすることができる。
【００３９】
次に、ノイズレベル推定装置１では、図１に示すように、ノイズレベル推定部４０が、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定する。
【００４０】
このようにして、本発明のノイズレベル推定装置１によれば、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定することができる。
【００４１】
次に、本発明に係るノイズレベル推定装置のノイズレベル推定部４０の実施形態について、図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。ノイズレベル推定部４０は、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定する。
【００４２】
図３は、本発明に係るノイズレベル推定装置のノイズレベル推定部４０の第１実施形態を示すブロック構成図である。また、図４は、本発明に係るノイズレベル推定装置のノイズレベル推定部４０の第２実施形態を示すブロック構成図である。
【００４３】
図３のノイズレベル推定部４０の第１実施形態に示されたように、ノイズレベル推定部４０は、画像パッチ集合に対応する分散共分散行列の最小固有値に基づいてノイズレベルを推定するようにしており、分散共分散行列算出部４１０と、最小固有値算出部４２０と、ノイズレベル算出部４３０とから構成される。
【００４４】
図３に示すように、ノイズレベル推定部４０では、まず、分散共分散行列算出部４１０が、画像パッチ集合に基づき、その画像パッチ集合に対応する分散共分散行列を算出する。次に、最小固有値算出部４２０が、分散共分散行列算出部４１０で算出された分散共分散行列の最小固有値を算出する。そして、ノイズレベル算出部４３０が、最小固有値算出部４２０で算出された最小固有値に基づき、入力画像のノイズレベルを算出する。
【００４５】
ここで、数式を参照しながら、分散共分散行列算出部４１０、最小固有値算出部４２０、及びノイズレベル算出部４３０で行われる処理を具体的に説明する。
【００４６】
既述したように、一つの画像パッチは、一つの列ベクトルに対応する。よって、画像パッチ集合を列ベクトルの集合とすることが可能になり、画像パッチ集合を意味する列ベクトル並べた行列
0005757565.tif 000017
は、下記数１によって表すことができる。以下、この行列
0005757565.tif 000018
を単に「画像パッチ集合」とも言う。
【００４７】
【数１】
0005757565.tif 000019
ここで、
0005757565.tif 000020
は入力画像におけるｉ番目の画像パッチに対応する列ベクトルを表す。以下、この列ベクトル
0005757565.tif 000021
を単に「ｉ番目の画像パッチ」とも言う。また、Ｎは画像パッチ集合の要素数を表す。つまり、Ｎは入力画像から得られた複数の画像パッチの個数である。
【００４８】
次に、各画像パッチから画像パッチの平均を引いて得られた行列
0005757565.tif 000022
（即ち、各画像パッチに対し、画像パッチの平均を補正して得られた、画像パッチ集合）は、下記数２によって表すことができる。以下、この行列
0005757565.tif 000023
を単に「平均補正済み画像パッチ集合」とも言う。
【００４９】
【数２】
0005757565.tif 000024
ここで、
0005757565.tif 000025
は画像パッチの平均であり、下記数３に基づいて算出される。
【００５０】
【数３】
0005757565.tif 000026
そして、画像パッチ集合
0005757565.tif 000027
に対応する分散共分散行列
0005757565.tif 000028
は、下記数４に基づいて算出される。
【００５１】
【数４】
0005757565.tif 000029
分散共分散行列算出部４１０が、上記数１、数２、数３及び数４に基づき、画像パッチ集合
0005757565.tif 000030
から画像パッチ集合
0005757565.tif 000031
に対応する分散共分散行列
0005757565.tif 000032
を算出するための分散共分散行列算出処理を行うことにより、画像パッチ集合
0005757565.tif 000033
に対応する分散共分散行列
0005757565.tif 000034
を算出する。
【００５２】
次に、最小固有値算出部４２０が、最小固有値算出処理を行うことにより、画像パッチ集合
0005757565.tif 000035
に対応する分散共分散行列
0005757565.tif 000036
の最小固有値
0005757565.tif 000037
を算出する。
【００５３】
最後に、ノイズレベル算出部４３０が、下記数５に基づき、ノイズレベル算出処理を行うことにより、入力画像のノイズレベル
0005757565.tif 000038
を算出する。
【００５４】
【数５】
0005757565.tif 000039
ここで、
0005757565.tif 000040
は入力画像のノイズレベルであり、即ち、入力画像のノイズの標準偏差に対応する値でもある。
【００５５】
本発明に係るノイズレベル推定装置のノイズレベル推定部４０の第１実施形態について、上述のように説明したが、以下、本発明に係るノイズレベル推定装置のノイズレベル推定部４０の第２実施形態について説明する。
【００５６】
本発明のノイズレベル推定部４０の第１実施形態では、画像パッチ集合に対応する分散共分散行列の最小固有値に基づいてノイズレベルを推定することを特徴としているのに対し、本発明のノイズレベル推定部４０の第２実施形態では、平均補正済み画像パッチ集合の最小特異値に基づいてノイズレベルを推定することを特徴としている。
【００５７】
ここで、本発明のノイズレベル推定部４０の第２実施形態に係るノイズレベル推定の原理について説明する。
【００５８】
一般的に、行列
0005757565.tif 000041
の間に、
0005757565.tif 000042
の関係が成立する。本発明では、この関係に着目し、入力画像のノイズレベルを推定する際に、画像パッチ集合に対応する分散共分散行列の最小固有値を算出し、算出した最小固有値に基づき、入力画像のノイズレベルを算出する（即ち、本発明のノイズレベル推定部４０の第１実施形態）かわりに、平均補正済み画像パッチ集合の最小特異値を算出し、算出した最小特異値に基づき、入力画像のノイズレベルを算出する（即ち、本発明のノイズレベル推定部４０の第２実施形態）ようにしても良い。
【００５９】
図４のノイズレベル推定部４０の第２実施形態に示されたように、ノイズレベル推定部４０は、平均補正済み画像パッチ集合の最小特異値に基づいてノイズレベルを推定するようにしており、画像パッチ平均補正部４１１と、最小特異値算出部４２１と、ノイズレベル算出部４３１とから構成される。
【００６０】
図４に示すように、ノイズレベル推定部４０では、まず、画像パッチ平均補正部４１１が、画像パッチ集合に基づき、平均補正済み画像パッチ集合を生成する。次に、最小特異値算出部４２１が、画像パッチ平均補正部４１１で生成された平均補正済み画像パッチ集合の最小特異値を算出する。そして、ノイズレベル算出部４３１が、最小特異値算出部４２１で算出された最小特異値に基づき、入力画像のノイズレベルを算出する。
【００６１】
ここで、数式を参照しながら、画像パッチ平均補正部４１１、最小特異値算出部４２１、及びノイズレベル算出部４３１で行われる処理を具体的に説明する。
【００６２】
まず、画像パッチ平均補正部４１１が、上記数１、数２及び数３に基づき、画像パッチ集合
0005757565.tif 000043
から平均補正済み画像パッチ集合
0005757565.tif 000044
を生成するための平均補正済み画像パッチ集合生成処理を行うことにより、平均補正済み画像パッチ集合
0005757565.tif 000045
を算出する。
【００６３】
次に、最小特異値算出部４２１が、最小特異値算出処理を行うことにより、平均補正済み画像パッチ集合
0005757565.tif 000046
の最小特異値
0005757565.tif 000047
を算出する。
【００６４】
最後に、ノイズレベル算出部４３１が、下記数６に基づき、ノイズレベル算出処理を行うことにより、入力画像のノイズレベル
0005757565.tif 000048
を算出する。
【００６５】
【数６】
0005757565.tif 000049
ここで、
0005757565.tif 000050
は入力画像のノイズレベルであり、即ち、入力画像のノイズの標準偏差に対応する値でもある。
【００６６】
図５は、本発明に係るノイズレベル推定装置の第２実施形態（以下、単に「ノイズレベル推定装置２」とも言う。）を示すブロック構成図である。以下、図５を用いて、ノイズレベル推定装置２を詳細に説明する。
【００６７】
図５に示すように、ノイズレベル推定装置２は、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定するための装置であり、入力画像から高周波成分画像を抽出する高周波成分抽出部２０と、高周波成分抽出部２０で抽出された高周波成分画像から高周波成分画像パッチ集合を生成する高周波成分画像パッチ集合生成部１１と、高周波成分画像パッチ集合生成部１１で生成された高周波成分画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定部４０とから構成される。
【００６８】
図５に示すように、ノイズレベル推定装置２では、まず、高周波成分抽出部２０が、入力画像に対し、高周波成分抽出処理を行うことにより、当該入力画像の高周波成分画像を抽出する。
【００６９】
ここで、高周波成分抽出処理の一具体例として、入力画像に対し、ハイパスフィルタをかけることにより、入力画像の高周波成分画像を抽出するようにしても良い。
【００７０】
また、高周波成分抽出処理の他の具体例として、まず、入力画像に対し、ローパスフィルタ（例えば、ガウシアンフィルタやバイラテラルフィルタなどのローパスフィルタ）をかけることにより、入力画像の低周波成分画像を生成し、次に、入力画像から、生成された低周波成分画像を減算することによって、入力画像の高周波成分画像を抽出するようにしても良い。
【００７１】
つまり、本発明で言う「高周波成分抽出処理」は、入力画像の高周波成分画像を抽出するための処理であり、上述した２つの具体例に限定されることがなく、入力画像の高周波成分画像を抽出できる処理であれば、その処理を本発明の「高周波成分抽出処理」とすることができる。
【００７２】
次に、ノイズレベル推定装置２では、図５に示すように、高周波成分画像パッチ集合生成部１１が、高周波成分抽出部２０で抽出された高周波成分画像から、高周波成分画像パッチ集合を生成する。
【００７３】
具体的に、高周波成分画像パッチ集合生成部１１は、高周波成分画像から高周波成分画像パッチ集合を得るために、高周波成分画像に対して、高周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、高周波成分画像パッチ集合を生成する。
【００７４】
高周波成分画像パッチ集合生成処理は、基本的に、前述した画像パッチ集合生成処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７５】
ただし、画像パッチ集合生成処理は、入力画像に対して、画素位置をずらしながら、複数の画像パッチを生成する処理であるのに対し、高周波成分画像パッチ集合生成処理は、高周波成分画像に対して、画素位置をずらしながら、複数の高周波成分画像パッチを生成する処理である。
【００７６】
本発明では、高周波成分画像パッチ集合生成処理により得られた複数の高周波成分画像パッチを一つの集合（即ち、高周波成分画像パッチ集合）とする。
【００７７】
次に、ノイズレベル推定装置２では、図５に示すように、ノイズレベル推定部４０が、高周波成分画像パッチ集合生成部１１で生成された高周波成分画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定する。
【００７８】
ここで、ノイズレベル推定装置２のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、基本的に、前述したノイズレベル推定装置１のノイズレベル推定部４０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
ただし、ノイズレベル推定装置１のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、画像パッチ集合に対して行われる処理であるのに対し、ノイズレベル推定装置２のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、高周波成分画像パッチ集合に対して行われる処理である。
【００８０】
つまり、前述したノイズレベル推定部４０の第１実施形態（図３参照）及び第２実施形態（図４参照）を、ノイズレベル推定装置２のノイズレベル推定部４０に適用することができる。ただし、ノイズレベル推定部４０の第１実施形態及び第２実施形態では、画像パッチ集合を入力としているのに対し、ノイズレベル推定装置２のノイズレベル推定部４０では、高周波成分画像パッチ集合を入力としている。
【００８１】
このようにして、本発明のノイズレベル推定装置２によれば、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定することができる。
【００８２】
図６は、本発明に係るノイズレベル推定装置の第３実施形態（以下、単に「ノイズレベル推定装置３」とも言う。）を示すブロック構成図である。以下、図６を用いて、ノイズレベル推定装置３を詳細に説明する。
【００８３】
図６に示すように、ノイズレベル推定装置３は、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定するための装置であり、入力画像から画像パッチ集合を生成する画像パッチ集合生成部１０と、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合から高周波成分画像パッチ集合を抽出する高周波成分画像パッチ抽出部２１と、高周波成分画像パッチ抽出部２１で抽出された高周波成分画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定部４０とから構成される。
【００８４】
図６に示すように、ノイズレベル推定装置３では、まず、画像パッチ集合生成部１０が、入力画像から、当該入力画像の画像パッチ集合を生成する。
【００８５】
ここで、ノイズレベル推定装置３の画像パッチ集合生成部１０にて行われる処理は、前述したノイズレベル推定装置１の画像パッチ集合生成部１０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００８６】
次に、ノイズレベル推定装置３では、図６に示すように、高周波成分画像パッチ抽出部２１が、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対し、高周波成分画像パッチ抽出処理を行うことにより、これら全ての画像パッチの高周波成分画像パッチを抽出し、抽出したこれらの高周波成分画像パッチを高周波成分画像パッチ集合とする。
【００８７】
ここで、高周波成分画像パッチ抽出処理の具体例について説明する。例えば、高周波成分画像パッチ抽出処理では、画像パッチに対し、まず、その画像パッチの一次関数で近似した結果を、その画像パッチの低周波成分画像パッチとし、次に、その画像パッチから低周波成分画像パッチを減算することにより、その画像パッチの高周波成分画像パッチを抽出する。
【００８８】
つまり、本発明で言う「高周波成分画像パッチ抽出処理」は、画像パッチ集合から高周波成分画像パッチ集合を抽出するための処理であり、本発明は上述した具体例に限定されることがなく、画像パッチ集合から高周波成分画像パッチ集合を抽出できる処理であれば、その処理を本発明の「高周波成分画像パッチ抽出処理」とすることができる。
【００８９】
次に、ノイズレベル推定装置３では、図６に示すように、ノイズレベル推定部４０が、高周波成分画像パッチ抽出部２１で抽出された高周波成分画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定する。
【００９０】
ここで、ノイズレベル推定装置３のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、前述したノイズレベル推定装置２のノイズレベル推定部４０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００９１】
このようにして、本発明のノイズレベル推定装置３によれば、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定することができる。
【００９２】
図７は、本発明に係るノイズレベル推定装置の第４実施形態（以下、単に「ノイズレベル推定装置４」とも言う。）を示すブロック構成図である。以下、図７を用いて、ノイズレベル推定装置４を詳細に説明する。
【００９３】
図７に示すように、ノイズレベル推定装置４は、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定するための装置であり、入力画像から画像パッチ集合を生成する画像パッチ集合生成部１０と、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合の中から複数の画像パッチを選択し、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする画像パッチ選択部３０と、画像パッチ選択部３０で得られた選択画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定するノイズレベル推定部４０とから構成される。
【００９４】
図７に示すように、ノイズレベル推定装置４では、まず、画像パッチ集合生成部１０が、入力画像から、当該入力画像の画像パッチ集合を生成する。
【００９５】
ここで、ノイズレベル推定装置４の画像パッチ集合生成部１０にて行われる処理は、前述したノイズレベル推定装置１の画像パッチ集合生成部１０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００９６】
次に、ノイズレベル推定装置４では、図７に示すように、画像パッチ選択部３０が、まず、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合の中から、所定の画像パッチ選択方法に基づき、複数の画像パッチを選択し、次に、選択した複数の画像パッチを選択画像パッチ集合とする。
【００９７】
次に、ノイズレベル推定装置４では、図７に示すように、ノイズレベル推定部４０が、画像パッチ選択部３０で得られた選択画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定する。
【００９８】
ここで、ノイズレベル推定装置４のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、基本的に、前述したノイズレベル推定装置１のノイズレベル推定部４０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００９９】
ただし、ノイズレベル推定装置１のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、画像パッチ集合に対して行われる処理であるのに対し、ノイズレベル推定装置４のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、選択画像パッチ集合に対して行われる処理である。
【０１００】
つまり、前述したノイズレベル推定部４０の第１実施形態（図３参照）及び第２実施形態（図４参照）を、ノイズレベル推定装置４のノイズレベル推定部４０に適用することができる。ただし、ノイズレベル推定部４０の第１実施形態及び第２実施形態では、画像パッチ集合を入力としているのに対し、ノイズレベル推定装置４のノイズレベル推定部４０では、選択画像パッチ集合を入力としている。
【０１０１】
このようにして、本発明のノイズレベル推定装置４によれば、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定することができる。
【０１０２】
ここで、本発明に係るノイズレベル推定装置の画像パッチ選択部３０の実施形態について、図８及び図９を参照しながら詳細に説明する。画像パッチ選択部３０は、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に基づき、選択画像パッチ集合を生成する。
【０１０３】
図８は、本発明に係るノイズレベル推定装置の画像パッチ選択部３０の第１実施形態を示すブロック構成図である。また、図９は、本発明に係るノイズレベル推定装置の画像パッチ選択部３０の第２実施形態を示すブロック構成図である。
【０１０４】
図８の画像パッチ選択部３０の第１実施形態に示されたように、画像パッチ選択部３０は、指標算出部３１０と、指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０とから構成される。
【０１０５】
画像パッチ選択部３０の第１実施形態では、図８に示すように、まず、指標算出部３１０が、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、これら画像パッチの指標を算出する。ここで、一つの画像パッチに基づいて、一つの指標が算出されるため、以下、この指標を「画像パッチの指標」とも言う。
【０１０６】
次に、画像パッチ選択部３０の第１実施形態では、指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０が、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合の中から、指標算出部３１０で算出された指標及び所定の閾値に基づき、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする。なお、所定の閾値は、予め設定された値である。
【０１０７】
具体的に、指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０では、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理を行うことにより、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする。
【０１０８】
ここで、指標閾値に基づく画像パッチ選択処理では、画像パッチの指標と所定の閾値を比較し、その指標が所定の閾値以下である場合に、当該指標に対応する画像パッチを選択し、また、その指標が所定の閾値より大きい場合に、当該指標に対応する画像パッチを選択しない。
【０１０９】
本発明に係るノイズレベル推定装置の画像パッチ選択部３０の第１実施形態について、上述のように説明したが、以下、本発明に係るノイズレベル推定装置の画像パッチ選択部３０の第２実施形態について説明する。
【０１１０】
図９の画像パッチ選択部３０の第２実施形態に示されたように、画像パッチ選択部３０は、指標算出部３１０と、上位指標に基づく画像パッチ選択部３２１とから構成される。
【０１１１】
画像パッチ選択部３０の第２実施形態では、図９に示すように、まず、指標算出部３１０が、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、これら画像パッチの指標を算出する。
【０１１２】
次に、画像パッチ選択部３０の第２実施形態では、上位指標に基づく画像パッチ選択部３２１が、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合の中から、所定個数の上位指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする。
【０１１３】
ここで、所定個数とは、例えば、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に属する全ての画像パッチの総数の何パーセント（一例として、例えば、２５％）に相当する個数である。勿論、本発明では、所定個数が全ての画像パッチの総数の何パーセントに相当する個数であることに限定されることはなく、所定個数を他の方法で決定するようにしても良い。
【０１１４】
また、「所定個数の上位指標に対応する画像パッチ」とは、指標算出部３１０で算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、指標算出部３１０で算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを意味する。
【０１１５】
つまり、上位指標に基づく画像パッチ選択部３２１が、画像パッチ集合の中から、指標算出部３１０で算出された指標の中で一番小さい指標から昇順に、又は、指標算出部３１０で算出された指標の中で一番大きい指標から降順に、所定個数の指標に対応する画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする。
【０１１６】
図１０は、本発明に係るノイズレベル推定装置の第５実施形態（以下、単に「ノイズレベル推定装置５」とも言う。）を示すブロック構成図である。図１１は、図１０に示す本発明のノイズレベル推定装置５の処理流れを示すフロー図である。以下、図１０と図１１を用いて、ノイズレベル推定装置５を詳細に説明する。
【０１１７】
図１０に示すように、ノイズレベル推定装置５は、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定するための装置であり、画像パッチ集合生成部１２と、指標算出部３１０と、指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０と、ノイズレベル推定部４１と、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０と、閾値変換部６０とから構成される。
【０１１８】
ノイズレベル推定装置５の一番大きな特徴は、ノイズレベル推定処理を繰り返すことにより、ノイズレベルを推定することであり、具体的に、ノイズレベル推定部４１で推定されたノイズレベルを、画像パッチを選択する際に必要な閾値に変換し、次に、変換された閾値、画像パッチ集合及び指標に基づき、選択画像パッチ集合を生成し、更に、生成した選択画像パッチ集合に基づき、ノイズレベル推定部４１によりノイズレベルを推定することであり、即ち、ノイズレベル推定部４１で推定されたノイズレベルに基づき、画像パッチを選択する際に必要な閾値を変換しながら、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０でノイズレベル推定繰り返し終了と判定されるまでに、入力画像のノイズレベルを繰り返し推定することである。
【０１１９】
ここで、入力画像からその画像のノイズレベルを推定するために、図１０と図１１を参照しながら、ノイズレベル推定装置５にて行われる処理の流れについて説明する。
【０１２０】
まず、ノイズレベル推定装置５では、画像パッチ集合生成部１２が、入力画像から、当該入力画像の画像パッチ集合を生成するとともに、ノイズレベル推定処理の繰り返し回数ｋを０と設定する（図１１のステップＳ１００を参照）。
【０１２１】
ここで、ノイズレベル推定装置５の画像パッチ集合生成部１２にて行われる、繰り返し回数ｋを０と設定する処理を除いた処理は、前述したノイズレベル推定装置１の画像パッチ集合生成部１０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１２２】
次に、ノイズレベル推定装置５では、指標算出部３１０が、画像パッチ集合生成部１２で生成された画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、これら画像パッチの指標を算出する（図１１のステップＳ１１０を参照）。
【０１２３】
ここで、ノイズレベル推定装置５の指標算出部３１０にて行われる処理は、前述した画像パッチ選択部３０の第１実施形態（図８参照）における指標算出部３１０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１２４】
次に、ノイズレベル推定装置５では、ノイズレベル推定部４１が、画像パッチ集合生成部１２で得られた画像パッチ集合に基づき、ノイズレベル
0005757565.tif 000051
を推定する（図１１のステップＳ１２０を参照）。ノイズレベル推定部４１で推定されたノイズレベル
0005757565.tif 000052
は、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０に入力される。ここで、繰り返し回数ｋの値が０であるため、画像パッチ集合に基づいて推定されたノイズレベル
0005757565.tif 000053
となる。
【０１２５】
なお、ノイズレベル推定装置５のノイズレベル推定部４１にて行われる処理は、前述したノイズレベル推定装置１のノイズレベル推定部４０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１２６】
次に、ノイズレベル推定装置５では、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０が、ノイズレベル推定部４１から入力されたノイズレベル
0005757565.tif 000054
に基づき、ノイズレベル推定繰り返し終了に関する第１の判定条件、即ち、ｋ＞０を満たすか否かを判定する（図１１のステップＳ１３０を参照）。
【０１２７】
このとき、ノイズレベル推定部４１からノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０に入力されたノイズレベルは、
0005757565.tif 000055
であるため、ｋの値は０となり、第１の判定条件（ｋ＞０）を満たさない。よって、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０が、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定せず、ノイズレベル
0005757565.tif 000056
を閾値変換部６０に出力するようにする。
【０１２８】
次に、ノイズレベル推定装置５では、閾値変換部６０が、閾値変換処理を行うことにより、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０からのノイズレベル
0005757565.tif 000057
を閾値τに変換し、変換した閾値τを指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０に出力する（図１１のステップＳ１５０を参照）。
【０１２９】
具体的に、閾値変換処理では、単調増加関数
0005757565.tif 000058
を利用することにより、ノイズレベル
0005757565.tif 000059
を閾値τに変換する。ここで言う「単調増加関数」とは、ｘ＜ｙであれば、ｆ(ｘ)＜ｆ(ｙ)を満足する関数である。
【０１３０】
具体的な単調増加関数の一例として、例えば、
0005757565.tif 000060
である。つまり、下記数７に基づき、閾値変換処理を行うことにより、ノイズレベル
0005757565.tif 000061
を閾値τに変換する。
【０１３１】
【数７】
0005757565.tif 000062
ただし、γは実験的に設定する所定のパラメータである。γの一例としては、例えば、３である。
【０１３２】
次に、ノイズレベル推定装置５では、指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０が、画像パッチ集合生成部１２で生成された画像パッチ集合の中から、指標算出部３１０で算出された指標、及び、閾値変換部６０で変換された閾値τに基づき、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする（図１１のステップＳ１６０を参照）。
【０１３３】
ここで、ノイズレベル推定装置５の指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０にて行われる処理は、前述した画像パッチ選択部３０の第１実施形態（図８参照）における指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。ちなみに、閾値変換部６０で変換された閾値τは、所定の閾値として利用される。
【０１３４】
次に、ノイズレベル推定装置５では、繰り返し回数ｋの値を１増加させるようにする（図１１のステップＳ１７０を参照）。
【０１３５】
次に、ノイズレベル推定装置５では、ノイズレベル推定部４１が、指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０で得られた選択画像パッチ集合に基づき、ノイズレベル
0005757565.tif 000063
を推定する（図１１のステップＳ１８０を参照）。ノイズレベル推定部４１で推定されたノイズレベル
0005757565.tif 000064
は、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０に入力される。
【０１３６】
このときに、ノイズレベル推定装置５のノイズレベル推定部４１にて行われる処理（即ち、ステップＳ１８０での処理）は、前述したノイズレベル推定装置４のノイズレベル推定部４０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１３７】
次に、ノイズレベル推定装置５では、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０が、ノイズレベル推定部４１から入力されたノイズレベル
0005757565.tif 000065
に基づき、ノイズレベル推定繰り返し終了に関する第２の判定条件、即ち、
0005757565.tif 000066
が十分小さくなっていること（その一例として、
0005757565.tif 000067
ここで、所定の値は、例えば、０.０１である。）を満たすか否かを判定する（図１１のステップＳ１４０を参照）。
【０１３８】
ステップＳ１４０において、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０が、上記第２の判定条件を満たさないと判定した場合に、即ち、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定しない場合に、ノイズレベル
0005757565.tif 000068
を閾値変換部６０に出力する。
【０１３９】
そして、ノイズレベル推定装置５では、閾値変換部６０が、閾値変換処理を行うことにより、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０からのノイズレベル
0005757565.tif 000069
を閾値τに変換し、変換した閾値τを指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０に出力する（図１１のステップＳ１５０を参照）。なお、図１１のステップＳ１５０での処理は既述したため、その説明は省略する。
【０１４０】
次に、ノイズレベル推定装置５では、指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０が、画像パッチ集合生成部１２で生成された画像パッチ集合の中から、指標算出部３１０で算出された指標、及び、閾値変換部６０で変換された閾値τに基づき、画像パッチを選択し、選択した画像パッチを選択画像パッチ集合とする（図１１のステップＳ１６０を参照）。なお、図１１のステップＳ１６０での処理は既述したため、その説明は省略する。
【０１４１】
次に、ノイズレベル推定装置５では、繰り返し回数ｋの値を１増加させるようにする（図１１のステップＳ１７０を参照）。
【０１４２】
次に、ノイズレベル推定装置５では、ノイズレベル推定部４１が、指標閾値に基づく画像パッチ選択部３２０で得られた選択画像パッチ集合に基づき、ノイズレベル
0005757565.tif 000070
を推定する（図１１のステップＳ１８０を参照）。ノイズレベル推定部４１で推定されたノイズレベル
0005757565.tif 000071
は、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０に入力される。
【０１４３】
そして、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０が、ノイズレベル推定部４１から入力されたノイズレベル
0005757565.tif 000072
に基づき、ノイズレベル推定繰り返し終了に関する第２の判定条件を満たすか否かを判定する（図１１のステップＳ１４０を参照）。
【０１４４】
このように、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０が、上記第２の判定条件を満たしたと判定するまでに、ノイズレベル推定装置５では、ステップＳ１４０での処理、ステップＳ１５０での処理、ステップＳ１６０での処理、ステップＳ１７０での処理、及びステップＳ１８０での処理を繰り返すようにしている。
【０１４５】
一方、ステップＳ１４０において、ノイズレベル推定繰り返し終了判定部５０が、上記第２の判定条件を満たしたと判定した場合に、即ち、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定した場合に、ノイズレベル
0005757565.tif 000073
を、ノイズレベル推定装置５が推定したノイズレベルとして外部に出力する（図１１のステップＳ１９０を参照）。これで、ノイズレベル推定装置５での処理が終了する。
【０１４６】
つまり、本発明のノイズレベル推定装置５では、上記第１の判定条件を満たした上で、更に、上記第２の判定条件も満たした場合に（つまり、上記第１の判定条件及び上記第２の判定条件を満たした場合に）、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定し、ノイズレベル推定繰り返し終了と判定されたときのノイズレベル
0005757565.tif 000074
を、入力画像のノイズレベルとして出力する。
【０１４７】
ここで、本発明のノイズレベル推定装置において、画像パッチ集合から、画像パッチを選択し、選択した画像パッチのみで構成される、選択画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定する理由について説明する。
【０１４８】
画像パッチを選択しない本発明のノイズレベル推定装置（前述したノイズレベル推定装置１、ノイズレベル推定装置２、及びノイズレベル推定装置３）を用いて、ノイズを含む画像のノイズレベルを推定する場合に、そのノイズを含む画像から生成された画像パッチ集合が、画像テクスチャやエッジを含まないフラットな領域のみの画像パッチ集合であれば、画像のノイズレベルを正確に推定することが出来る。
【０１４９】
ところで、ノイズの信号エネルギーと、ノイズのない画像の信号エネルギーを分離することが困難であるため、ノイズを含む画像から生成された画像パッチ集合が、テクスチャやエッジなどの画像の信号エネルギーを含む画像パッチ集合であれば、画像パッチを選択しない本発明のノイズレベル推定装置を用いて、ノイズを含む画像のノイズレベルを推定する場合に、そのノイズを含む画像の真のノイズレベルと比較して、大きい値のノイズレベルが推定される可能性がある。
【０１５０】
そこで、本発明の発明者らは、このような可能性を解消するために、画像パッチ集合から、ノイズレベルの推定に用いる画像パッチを選択するノイズレベル推定装置（前述したノイズレベル推定装置４、ノイズレベル推定装置５、及び後述するノイズレベル推定装置６）を発明した。
【０１５１】
つまり、本発明では、画像パッチ集合から画像パッチを選択する際に、フラットな領域の画像パッチのみを選択するため、後述する本発明の指標算出部３１０の実施形態に示されるように、画像パッチの微分行列の最大固有値、画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値、又は、画像パッチの分散を画像パッチの指標として、画像パッチを選択するようにする。
【０１５２】
画像パッチの微分行列の最大固有値、画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値、又は、画像パッチの分散を画像パッチの指標として選択した画像パッチは、フラットな領域の画像パッチとなり、このように選択した画像パッチのみで構成される、選択画像パッチ集合に基づき、画像のノイズレベルを推定する場合に、画像のノイズレベルを正確に推定することが出来る。
【０１５３】
このように、本発明のノイズレベル推定装置を用いて、ノイズを含む画像のノイズレベルを推定する際に、ノイズを含む画像から生成される画像パッチ集合から、画像パッチを選択する必要がある。
【０１５４】
しかしながら、フラットな領域の画像パッチのみを選択するために適する閾値は、画像パッチに含まれるノイズレベルに依存する。そのため、予め適切な閾値を設定することが、困難になる可能性がある。
【０１５５】
そこで、本発明の発明者らは、このような状況に鑑みて、適切な閾値でフラットな領域の画像パッチのみを選択するために、推定されたノイズレベルに基づいて、フラットな領域の画像パッチのみを選択するための閾値を再設定（変換）しながら、繰り返し処理により、画像のノイズレベルをするといった技術的思想を、前述したノイズレベル推定装置５に適用した。
【０１５６】
本発明のノイズレベル推定装置５によれば、テクスチャやエッジなどの画像の信号エネルギーを含む画像パッチ集合であっても、ノイズレベルを正確に推定することができる。
【０１５７】
次に、本発明に係るノイズレベル推定装置の指標算出部３１０の実施形態について、説明する。指標算出部３１０は、画像パッチ集合生成部１０で生成された画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、所定の指標算出方法に基づき、これら画像パッチの指標を算出する。
【０１５８】
図１２は、本発明に係るノイズレベル推定装置の指標算出部３１０の一実施形態を示すブロック構成図である。
【０１５９】
図１２に示されたように、指標算出部３１０は、画像パッチ毎に、画像パッチの微分で構成される微分行列の最大固有値をその画像パッチの指標として算出するようにしており、ｘ微分算出部３１１と、ｙ微分算出部３１２と、微分行列生成部３１３と、最大固有値算出部３１４とから構成される。
【０１６０】
図１２に示すように、指標算出部３１０では、まず、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、ｘ微分算出部３１１が画像パッチのｘ微分を画像パッチ毎に算出するとともに、ｙ微分算出部３１２が画像パッチのｙ微分を画像パッチ毎に算出する。
【０１６１】
次に、指標算出部３１０では、微分行列生成部３１３が、ｘ微分算出部３１１で算出された画像パッチのｘ微分、及び、ｙ微分算出部３１２で算出された画像パッチのｙ微分を用い、下記数８及び数９に基づき、画像パッチの微分行列を画像パッチ毎に生成する。
【０１６２】
【数８】
0005757565.tif 000075
【０１６３】
【数９】
0005757565.tif 000076
ただし、
0005757565.tif 000077
は入力画像におけるｉ番目の画像パッチの微分行列である。
0005757565.tif 000078
はｘ微分算出部３１１で算出された、入力画像におけるｉ番目の画像パッチのｘ微分に対応する列ベクトルを表す。また、
0005757565.tif 000079
はｙ微分算出部３１２で算出された、入力画像におけるｉ番目の画像パッチのｙ微分に対応する列ベクトルを表す。さらに、以下、行列
0005757565.tif 000080
を単に、「入力画像におけるｉ番目の画像パッチのｘｙ微分行列」とも言う。
【０１６４】
そして、指標算出部３１０では、最大固有値算出部３１４が、画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大固有値を画像パッチの指標として出力する。
【０１６５】
このように、図１２に示された本発明に係るノイズレベル推定装置の指標算出部３１０によれば、画像パッチ集合から、その画像パッチ集合に属する全ての画像パッチの指標（即ち、画像パッチの微分行列の最大固有値）を算出することができる。
【０１６６】
なお、前述したように、
0005757565.tif 000081
の関係が成立するので、本発明の指標算出部３１０では、画像パッチの微分行列の最大固有値を画像パッチの指標として算出するかわりに、画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチの指標として算出するようにしても良い。
【０１６７】
その場合に、指標算出部３１０では、ｘ微分算出部３１１で算出された画像パッチのｘ微分、及び、ｙ微分算出部３１２で算出された画像パッチのｙ微分を用い、上記数９に基づき、画像パッチのｘｙ微分行列
0005757565.tif 000082
を画像パッチ毎に生成し、そして、画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標として出力する。
【０１６８】
つまり、微分行列生成部３１３の代わりに、図１２の指標算出部３１０は、ｘ微分算出部３１１で算出された画像パッチのｘ微分、及び、ｙ微分算出部３１２で算出された画像パッチのｙ微分を用い、上記数９に基づき、画像パッチのｘｙ微分行列を画像パッチ毎に生成する、ｘｙ微分行列生成部を備えれば良い。
【０１６９】
また、最大固有値算出部３１４の代わりに、図１２の指標算出部３１０は、ｘｙ微分行列生成部で生成された画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値を画像パッチ毎に算出し、算出した最大特異値を画像パッチの指標として出力する、最大特異値算出部を備えれば良い。
【０１７０】
以上では、画像パッチの微分に基づいたパラメーター（即ち、画像パッチの微分行列の最大固有値、又は、画像パッチのｘｙ微分行列の最大特異値）を画像パッチの指標として算出する、指標算出部３１０の実施形態について説明したが、次に、画像パッチの分散を画像パッチの指標として算出する指標算出部３１０の実施形態について、説明する。
【０１７１】
この実施形態では、指標算出部３１０が、まず、画像パッチ集合に属する全ての画像パッチに対して、下記数１０及び数１１に基づき、画像パッチの分散を画像パッチ毎に算出し、次に、算出した画像パッチの分散を画像パッチの指標として出力する。
【０１７２】
【数１０】
0005757565.tif 000083
【０１７３】
【数１１】
0005757565.tif 000084
ただし、
0005757565.tif 000085
は入力画像におけるｉ番目の画像パッチ（以下、単に
0005757565.tif 000086
とも言う。）の分散である。また、
0005757565.tif 000087
の画素数をＭとする。さらに、
0005757565.tif 000088
のｋ番目の画素の画素値を
0005757565.tif 000089
とする。
【０１７４】
図１３は、本発明に係るノイズレベル推定装置の第６実施形態（以下、単に「ノイズレベル推定装置６」とも言う。）を示すブロック構成図である。以下、図１３を用いて、ノイズレベル推定装置６を詳細に説明する。
【０１７５】
図１３に示すように、ノイズレベル推定装置６は、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定するための装置であり、高周波成分抽出部２０と、高周波成分画像パッチ集合生成部１１と、低周波成分抽出部２５と、低周波成分画像パッチ集合生成部１６と、低周波成分画像パッチ選択部３５と、対応高周波成分画像パッチ抽出部２２と、ノイズレベル推定部４０とから構成される。
【０１７６】
図１３に示すように、ノイズレベル推定装置６では、高周波成分抽出部２０が、入力画像に対し、高周波成分抽出処理を行うことにより、当該入力画像の高周波成分画像を抽出する。高周波成分画像パッチ集合生成部１１が、高周波成分抽出部２０で抽出された高周波成分画像から高周波成分画像パッチ集合を得るために、高周波成分画像に対して、高周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、高周波成分画像パッチ集合を生成する。
【０１７７】
ここで、ノイズレベル推定装置６の高周波成分抽出部２０にて行われる処理は、前述したノイズレベル推定装置２の高周波成分抽出部２０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。また、ノイズレベル推定装置６の高周波成分画像パッチ集合生成部１１にて行われる処理は、前述したノイズレベル推定装置２の高周波成分画像パッチ集合生成部１１にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１７８】
また、低周波成分抽出部２５が、入力画像に対し、低周波成分抽出処理を行うことにより、当該入力画像の低周波成分画像を抽出する。低周波成分画像パッチ集合生成部１６が、低周波成分抽出部２５で抽出された低周波成分画像から低周波成分画像パッチ集合を得るために、低周波成分画像に対して、低周波成分画像パッチ集合生成処理を行うことにより、低周波成分画像パッチ集合を生成する。
【０１７９】
ここで、低周波成分抽出処理の一具体例として、入力画像に対し、ローパスフィルタをかけることにより、入力画像の低周波成分画像を抽出するようにしても良い。
【０１８０】
また、低周波成分抽出処理の他の具体例として、入力画像から、高周波成分抽出部２０で抽出された高周波成分画像を減算することによって、入力画像の低周波成分画像を抽出するようにしても良い。
【０１８１】
つまり、本発明で言う「低周波成分抽出処理」は、入力画像の低周波成分画像を抽出するための処理であり、上述した２つの具体例に限定されることがなく、入力画像の低周波成分画像を抽出できる処理であれば、その処理を本発明の「低周波成分抽出処理」とすることができる。
【０１８２】
また、低周波成分画像パッチ集合生成処理は、基本的に、前述した画像パッチ集合生成処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１８３】
ただし、画像パッチ集合生成処理は、入力画像に対して、画素位置をずらしながら、複数の画像パッチを生成する処理であるのに対し、低周波成分画像パッチ集合生成処理は、低周波成分画像に対して、画素位置をずらしながら、複数の低周波成分画像パッチを生成する処理である。
【０１８４】
本発明では、低周波成分画像パッチ集合生成処理により得られた複数の低周波成分画像パッチを一つの集合（即ち、低周波成分画像パッチ集合）とする。
【０１８５】
次に、低周波成分画像パッチ選択部３５が、まず、低周波成分画像パッチ集合生成部１６で生成された低周波成分画像パッチ集合の中から、所定の画像パッチ選択方法に基づき、複数の低周波成分画像パッチを選択し、次に、選択した複数の低周波成分画像パッチを選択低周波成分画像パッチ集合とする。
【０１８６】
ここで、ノイズレベル推定装置６の低周波成分画像パッチ選択部３５にて行われる処理は、基本的に、前述したノイズレベル推定装置４の画像パッチ選択部３０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１８７】
ただし、画像パッチ選択部３０にて行われる処理は、画像パッチ集合から選択画像パッチ集合を得るための処理であるのに対し、低周波成分画像パッチ選択部３５にて行われる処理は、低周波成分画像パッチ集合から選択低周波成分画像パッチ集合を得るための処理である。
【０１８８】
次に、対応高周波成分画像パッチ抽出部２２が、低周波成分画像パッチ選択部３５で得られた選択低周波成分画像パッチ集合に属する全ての低周波成分画像パッチに対し、対応高周波成分画像パッチ抽出処理を行うことにより、これら全ての低周波成分画像パッチ（即ち、選択された低周波成分画像パッチ）に対応する高周波成分画像パッチを、対応高周波成分画像パッチとして抽出し、抽出したこれらの対応高周波成分画像パッチを対応高周波成分画像パッチ集合とする。
【０１８９】
ここで、対応高周波成分画像パッチ抽出処理とは、選択された低周波成分画像パッチと同じ画素位置を有する高周波成分画像パッチを、選択された低周波成分画像パッチに対応する高周波成分画像パッチ（即ち、対応高周波成分画像パッチ）として抽出する処理である。
【０１９０】
そして、ノイズレベル推定部４０が、対応高周波成分画像パッチ抽出部２２で得られた対応高周波成分画像パッチ集合に基づき、入力画像のノイズレベルを推定する。
【０１９１】
ここで、ノイズレベル推定装置６のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、基本的に、前述したノイズレベル推定装置１のノイズレベル推定部４０にて行われる処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１９２】
ただし、ノイズレベル推定装置１のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、画像パッチ集合に対して行われる処理であるのに対し、ノイズレベル推定装置６のノイズレベル推定部４０にて行われる処理は、対応高周波成分画像パッチ集合に対して行われる処理である。
【０１９３】
つまり、前述したノイズレベル推定部４０の第１実施形態（図３参照）及び第２実施形態（図４参照）を、ノイズレベル推定装置６のノイズレベル推定部４０に適用することができる。ただし、ノイズレベル推定部４０の第１実施形態及び第２実施形態では、画像パッチ集合を入力としているのに対し、ノイズレベル推定装置６のノイズレベル推定部４０では、対応高周波成分画像パッチ集合を入力としている。
【０１９４】
このようにして、本発明のノイズレベル推定装置６によれば、入力画像から、その画像のノイズレベルを推定することができる。
【０１９５】
なお、図１３に示すように、ノイズレベル推定装置６では、高周波成分画像が高周波成分抽出部２０により抽出され、低周波成分画像が低周波成分抽出部２５により抽出されるといった実施形態になっているが、高周波成分画像と低周波成分画像を一つの抽出処理部により抽出するようにしても良い。また、ノイズレベル推定装置６では、高周波成分画像パッチ集合が高周波成分画像パッチ集合生成部１１により生成され、低周波成分画像パッチ集合が低周波成分画像パッチ集合生成部１６により生成されるといった実施形態になっているが、高周波成分画像パッチ集合と低周波成分画像パッチ集合を一つの画像パッチ集合生成部により生成するようにしても良い。
【０１９６】
なお、本発明に係るノイズレベル推定装置は、コンピュータシステムを利用し、ソフトウェア（コンピュータプログラム）により実装されることができ、そして、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などのハードウェアにより実装されることも勿論できる。
【符号の説明】
【０１９７】
ノイズレベル推定装置    １,２,３,４,５,６
画像パッチ集合生成部    １０,１２
高周波成分画像パッチ集合生成部    １１
低周波成分画像パッチ集合生成部    １６
高周波成分抽出部    ２０
高周波成分画像パッチ抽出部    ２１
対応高周波成分画像パッチ抽出部    ２２
低周波成分抽出部    ２５
画像パッチ選択部    ３０
低周波成分画像パッチ選択部    ３５
ノイズレベル推定部    ４０,４１
ノイズレベル推定繰り返し終了判定部    ５０
閾値変換部    ６０
指標算出部    ３１０
ｘ微分算出部    ３１１
ｙ微分算出部    ３１２
微分行列生成部    ３１３
最大固有値算出部    ３１４
指標閾値に基づく画像パッチ選択部  ３２０
上位指標に基づく画像パッチ選択部  ３２１
分散共分散行列算出部    ４１０
画像パッチ平均補正部    ４１１
最小固有値算出部    ４２０
最小特異値算出部    ４２１
ノイズ算出部    ４３０,４３１
【図１】
0005757565.tif 000180
【図２】
0005757565.tif 000181
【図３】
0005757565.tif 000182
【図４】
0005757565.tif 000183
【図５】
0005757565.tif 000184
【図６】
0005757565.tif 000185
【図７】
0005757565.tif 000186
【図８】
0005757565.tif 000187
【図９】
0005757565.tif 000188
【図１０】
0005757565.tif 000189
【図１１】
0005757565.tif 000190
【図１２】
0005757565.tif 000191
【図１３】
0005757565.tif 000192