(57)【要約】デジタル処理によりノイズ補正を行うために、入力映像信号とローパス映像信号とを輪郭信号に対応した所定の比率で混合した混合映像信号を出力映像信号とし、輪郭信号からローパス映像信号（映像信号レベル）が大きくなるほど大きくなるオフセットを減算し、輪郭信号が小さい部分（画像が平坦な部分）では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を高く、輪郭信号が大きい部分（輪郭部分）では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を低くなるように、混合比率を制御する。
2015064234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号のローパスフィルタと、映像信号の輪郭信号を抽出する輪郭抽出回路と、映像信号を所定の比率で混合する混合回路とを有し、
前記入力映像信号と前記ローパスフィルタを通したローパス映像信号とを輪郭信号に対応した所定の比率で混合した混合映像信号を出力映像信号とし、
前記輪郭抽出回路は、前記抽出した輪郭信号から前記ローパス映像信号が大きくなるほど大きくなるオフセットを減算する手段を有し、前記抽出した輪郭信号から前記ローパス映像信号が大きくなるほど大きくなるオフセットを減算し、
前記輪郭信号が小さい部分では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を高く、前記輪郭信号が大きい部分では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を低くなるように、混合比率を制御することを特徴とする映像信号のノイズ除去回路。
【請求項２】
請求項１の映像信号のノイズ除去回路において、
前記輪郭抽出回路は、５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計５箇所から、それぞれ輪郭を算出し、その輪郭成分のうちの最大値を輪郭信号として選択する回路を備え、
前記輪郭抽出回路は、５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計５箇所から、それぞれ輪郭を算出し、その輪郭成分のうちの最大値を輪郭信号として選択することを特徴とする映像信号のノイズ除去回路。
【請求項３】
請求項１の映像信号のノイズ除去回路において、
前記輪郭抽出回路は、５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計5箇所の３×３画素にそれぞれにおいて、中心画素を除く８画素の平均値と、中心画素を除く８画素それぞれの差分の絶対値を算出し、８画素それぞれの差分の絶対値を全て加算して前記輪郭信号とする回路を備え、
前記輪郭抽出回路は、５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計5箇所の３×３画素にそれぞれにおいて、中心画素を除く８画素の平均値と、中心画素を除く８画素それぞれの差分の絶対値を算出し、８画素それぞれの差分の絶対値を全て加算して前記輪郭信号とすることを特徴とする映像信号のノイズ除去回路。
【請求項４】
入力映像信号とローパス映像信号とを輪郭信号に対応した所定の比率で混合した混合映像信号を出力映像信号とし、
前記輪郭信号から前記ローパス映像信号が大きくなるほど大きくなるオフセットを減算し、
前記輪郭信号が小さい部分では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を高く、前記輪郭信号が大きい部分では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を低くなるように、混合比率を制御することを特徴とする映像信号のノイズ除去方法。
【請求項５】
請求項４の映像信号のノイズ除去方法において、
前記輪郭信号として、前記映像信号の５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計５箇所から、それぞれ輪郭を算出し、その輪郭成分のうちの最大値を選択することを特徴とする映像信号のノイズ除去方法。
【請求項６】
請求項４の映像信号のノイズ除去方法において、
前記輪郭信号として、前記映像信号の５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計５箇所の３×３画素にそれぞれにおいて、中心画素を除く８画素の平均値と、中心画素を除く８画素それぞれの差分の絶対値を算出し、８画素それぞれの差分の絶対値を全て加算して前記輪郭信号とすることを特徴とする映像信号のノイズ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビジョンカメラの映像信号に発生するノイズの低減方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
はじめにテレビジョンカメラの信号処理について、図１を用いて説明する。
まず被写体像はテレビジョンカメラ１のレンズ２を通り、プリズム３でＲ，Ｇ，Ｂの３色に分解され、撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４ＢでＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ電気信号に変換される。その後ＣＤＳ（Correlated Double Sampling、相関２重サンプリング）回路５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを通り、ＶＧＡ（Variable Gain Amplifier）回路６Ｒ，６Ｇ，６Ｂで信号増幅後、Ａ／Ｄ（ Analog to Digital ）変換器７Ｒ，７Ｇ，７Ｂでデジタル信号に変換され、映像信号処理部８で様々な処理を施した後、映像信号出力部９からテレビジョン信号を出力する。ＴＧ（Timing Generator）１０は、撮像素子４およびＣＤＳ回路５を駆動するためのタイミング信号生成部である。ＣＰＵ（ Central Processing Unit ）１１は、システムコントローラとして、各部の回路を制御している。【０００３】
ノイズ除去回路は映像信号処理部に含まれている。図２に従来のノイズ除去回路を示す。入力映像信号は、ＬＰＦ１２と減算器１３に入力される。ＬＰＦ１２で高周波成分（ランダムノイズ）が抑圧され、減算器１３に入力される。減算器１３では、入力映像信号からＬＰＦ１２の出力が減算される。ＬＰＦ１２の出力はレベル判定回路１４に入力され、係数Ａが算出される。乗算器１５で減算器１３の出力とレベル判定回路１４の出力Ａが乗算される。乗算器１５の出力とＬＰＦ１２の出力が加算器１６で加算され、出力信号となる。【０００４】
以上の動作を式で表すと出力信号＝入力映像信号・Ａ＋ＬＰＦ・（１−Ａ）  但し０≦Ａ≦１．０となる。出力信号は、入力映像信号とＬＰＦ出力が係数Ａにより決定する比率で混合したものである。図３に混合係数Ａの特性を示す。Ａ＝０のとき出力信号＝ＬＰＦとなりノイズ除去効果が最大、Ａ＝１のとき出力信号＝入力映像信号となりノイズ除去機能がＯＦＦになる。傾きとポイントを適宜設定することにより、ノイズ除去機能が動作する輝度レベルとノイズ除去効果を制御できる。【０００５】
従来のノイズ除去機能は、図３に示すように、輝度レベルが、あるポイントから低くなると、徐々にノイズ除去効果が高くなるものであるが、通常カメラで撮像する映像は輝度レベルが高い部分も含んでおり、輝度レベルが高い部分でもノイズ除去効果を得ようとすると、輪郭情報が失われ、ぼやけた映像になってしまう。よって、従来は輪郭情報が元々少ない、輝度レベルが低い部分でしか適用できなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２００２３６号公報  （河野）横引きノイズ補正方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、輝度レベルが高い映像信号でも、映像信号の輪郭部分をぼかすことなく、ノイズを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、
映像信号のローパスフィルタと、映像信号の輪郭信号を抽出する輪郭抽出回路と、映像信号を所定の比率で混合する混合回路とを有し、
前記入力映像信号と前記ローパスフィルタを通したローパス映像信号とを輪郭信号に対応した所定の比率で混合した混合映像信号を出力映像信号とし、
前記輪郭抽出回路は、前記抽出した輪郭信号から前記ローパス映像信号（前記ローパスフィルタで検出した映像信号レベル）が大きくなるほど大きくなるオフセットを減算する手段を有し、前記抽出した輪郭信号から前記ローパス映像信号（前記ローパスフィルタで検出した映像信号レベル）が大きくなるほど大きくなるオフセットを減算し、
前記輪郭信号が小さい部分（画像が平坦な部分）では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を高く、前記輪郭信号が大きい部分（輪郭部分）では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を低くなるように、混合比率を制御することを特徴とする映像信号のノイズ除去回路である。【０００９】
上記の映像信号のノイズ除去回路において、
前記輪郭抽出回路は、５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計５箇所から、それぞれ輪郭を算出し、その輪郭成分のうちの最大値を輪郭信号として選択する回路を備え、
前記輪郭抽出回路は、５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計５箇所から、それぞれ輪郭を算出し、その輪郭成分のうちの最大値を輪郭信号として選択することを特徴とする映像信号のノイズ除去回路である。【００１０】
また、上記の映像信号のノイズ除去回路において、
前記輪郭抽出回路は、５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計５箇所の３×３画素にそれぞれにおいて、中心画素を除く８画素の平均値と、中心画素を除く８画素それぞれの差分の絶対値を算出し、８画素それぞれの差分の絶対値を全て加算して前記輪郭信号とする回路を備え、
前記輪郭抽出回路は、５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計５箇所の３×３画素にそれぞれにおいて、中心画素を除く８画素の平均値と、中心画素を除く８画素それぞれの差分の絶対値を算出し、８画素それぞれの差分の絶対値を全て加算して前記輪郭信号とすることを特徴とする映像信号のノイズ除去回路である。【００１１】
入力映像信号とローパス映像信号とを輪郭信号に対応した所定の比率で混合した混合映像信号を出力映像信号とし、
輪郭信号から前記ローパス映像信号（映像信号レベル）が大きくなるほど大きくなるオフセットを減算し、
前記輪郭信号が小さい部分（画像が平坦な部分）では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を高く、前記輪郭信号が大きい部分（輪郭部分）では前記混合映像信号に含まれる前記ローパス映像信号の比率を低くなるように、混合比率を制御することを特徴とする映像信号のノイズ除去方法である。【００１２】
上記の映像信号のノイズ除去方法において、
前記輪郭信号として、前記映像信号の５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計5箇所から、それぞれ輪郭を算出し、その輪郭成分のうちの最大値を選択することを特徴とする映像信号のノイズ除去方法である。【００１３】
また、上記の映像信号のノイズ除去方法において、
前記輪郭信号として、前記映像信号の５×５画素の画素配列から、中央部の３×３画素と、中央部に対して上方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して下方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して左方向に１画素ずらした３×３画素と、中央部に対して右方向に１画素ずらした３×３画素の計5箇所の３×３画素にそれぞれにおいて、中心画素を除く８画素の平均値と、中心画素を除く８画素それぞれの差分の絶対値を算出し、８画素それぞれの差分の絶対値を全て加算して前記輪郭信号とすることを特徴とする映像信号のノイズ除去方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、輝度レベルが高い映像信号でも、映像信号の輪郭部分をぼかすことなく、高いノイズ除去効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】テレビジョンカメラの構成を示すブロック図
【図２】従来の動作を説明する模式図
【図３】従来方式の係数Ａの特性を示す模式図
【図４】本発明の１実施例の動作を示す模式図
【図５】本発明の１実施例の係数Ｂの特性を示す模式図
【図６】本発明の１実施例の輪郭抽出回路を示すブロック図
【図７】本発明の１実施例の映像信号の画素構成を示す模式図（５×５）
【図８】本発明の他の１実施例の輪郭抽出回路を示すブロック図
【図９】本発明の他の１実施例の映像信号の画素構成を示す模式図（５×５から３×３抽出）
【図１０】本発明の他の１実施例の輪郭抽出回路を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
はじめにテレビジョンカメラの信号処理について、図１を用いて説明する。
まず被写体像はテレビジョンカメラ１のレンズ２を通り、プリズム３でＲ，Ｇ，Ｂの３色に分解され、撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４ＢでＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ電気信号に変換される。その後ＣＤＳ（Correlated Double Sampling、相関２重サンプリング）回路５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを通り、ＶＧＡ（Variable Gain Amplifier）回路６Ｒ，６Ｇ，６Ｂで信号増幅後、Ａ／Ｄ（ Analog to Digital ）変換器７Ｒ，７Ｇ，７Ｂでデジタル信号に変換され、映像信号処理部８で様々な処理を施した後、映像信号出力部９からテレビジョン信号を出力する。ＴＧ（Timing Generator）１０は、撮像素子４およびＣＤＳ回路５を駆動するためのタイミング信号生成部である。ＣＰＵ（ Central Processing Unit ）１１は、システムコントローラとして、各部の回路を制御している。
【実施例１】
【００１７】
本発明の１実施例を本発明の１実施例の動作を示す模式図の図４を用いて説明する。【００１８】
入力映像信号は、ＬＰＦ１７と減算器１９と輪郭抽出回路１８に入力される。ＬＰＦ１７で高周波成分（ランダムノイズ）が抑圧され、減算器１９に入力される。減算器１９では、入力映像信号からＬＰＦ１７の出力が減算される。輪郭抽出回路１８では、入力映像信号の輪郭成分が抽出される。輪郭成分は入力映像信号とＬＰＦ出力を混合する混合係数Ｂとなる。乗算器２０で減算器１９の出力と輪郭抽出回路１８の出力Ｂが乗算される。乗算器２０の出力とＬＰＦ１７の出力が加算器２１で加算され、出力信号となる。【００１９】
以上の動作を式で表すと出力信号＝入力映像信号・Ｂ＋ＬＰＦ・（１−Ｂ）  但し０≦Ｂ≦１．０となる。出力信号は、入力映像信号とＬＰＦ出力が係数Ｂにより決定する比率で混合したものである。
本発明の１実施例の係数Ｂの特性を示す模式図の図５を用いて混合係数Ｂの特性を説明する。Ｂ＝０のとき出力信号＝ＬＰＦとなりノイズ除去効果が最大、Ｂ＝１のとき出力信号＝入力映像信号となりノイズ除去機能がＯＦＦになる。この混合係数Ｂの特性によって、入力映像信号の輪郭成分が大きいときはＢが１．０に近づき、ＬＰＦ成分が小さくなるのでノイズ除去効果が低く、輪郭が無い平坦な部分では、輪郭成分が小さいときはＢが０に近づき、ＬＰＦ成分が大きくなるのでノイズ除去効果が高くなる。【００２０】
以下、本発明の実施例を本発明の１実施例の輪郭抽出回路を示すブロック図の図６、本発明の１実施例の映像信号の画素構成を示す模式図（５×５）の図７、本発明の他の１実施例の輪郭抽出回路を示すブロック図の図８、本発明の他の１実施例の映像信号の画素構成を示す模式図（５×５から３×３抽出）の図９、本発明の他の１実施例の輪郭抽出回路を示すブロック図の図１０を用いて説明する。【００２１】
本発明の１実施例の輪郭抽出回路を示すブロック図の図６において、入力映像信号からラインメモリとフリップフロップにより５×５画素の２次元データを構成する。【００２２】
本発明の１実施例の映像信号の画素構成を示す模式図（５×５）の図７において、この２５画素にそれぞれｄ１１〜ｄ５５の符号を付け、以下この符号を用いて説明する。まず、ｄ２２、ｄ３２、ｄ４２、ｄ２３、ｄ３３、ｄ４３、ｄ２４、ｄ３４、ｄ４４の、３×３画素のデータがＬＰＦ２２入力される。減算器２３には中央のｄ３３が入力される。ＬＰＦ２２では３×３画素の平均値を算出する。ここでは平均値としたが、ガウシアンフィルタ等、各画素の重みづけを変えたフィルタを使用しても良い。減算器２３では、ｄ３３からＬＰＦ２２出力が減算される。オフセット回路２４では、ＬＰＦ２２の出力（映像信号レベル）から輪郭信号に含まれるノイズを低減するためのオフセット信号を算出する。入力映像信号には光依存性のノイズがあるため、輪郭信号を抽出した際にも入力映像信号が大きい部分はノイズが多くなる。オフセット信号は、このノイズを低減する。オフセット信号は次式によって求める。
オフセット＝−ＬＰＦ１２×ｇａｉｎ【００２３】
ここで、ｇａｉｎは入力映像信号に対するゲインを決めるパラメータであり、固定値を与えても良いし、外部から可変パラメータとして与えても良い。これにより、入力映像信号が大きくなるとＬＰＦ２２の出力が大きくなり、オフセット信号は入力映像信号の増加とともに負の方向に増加する。
輪郭抽出回路２５にはｄ１１〜ｄ５５の５×５画素のデータと、平均値（ＬＰＦ２２の出力）が入力される。本実施例ではこの平均値はＬＰＦ２２の出力信号を用いており、これは９画素のデータから算出した平均値であるが、精度を上げるためさらに多画素のデータから算出した平均値を用いても良い。【００２４】
図８に輪郭抽出回路２５のブロック図を示す。輪郭抽出回路は、輪郭算出回路３０〜３４と最大値選択回路３５で構成される。輪郭算出回路には、輪郭抽出回路に入力された５×５画素のうち、対応する中央部、上部、下部、左部、右部の５箇所の３×３画素データ（ただし中央の画素を除く）のうちのひとつと、周辺画素の平均値が入力される。【００２５】
図９に５×５画素の構成と、中央部、上部、下部、左部、右部の５箇所の３×３画素の配置を示す。図１０に輪郭算出回路のブロック図を示す。輪郭算出回路は、減算器３６〜４３と絶対値回路４４〜５１と加算器５２で構成される。輪郭算出回路には、３×３画素データのうち、中心の画素を除いた８画素のデータが入力され、減算器３６でｘ１と平均値の差分を計算し、絶対値回路４４で絶対値を計算して、減算器３７でｘ２と平均値の差分を計算し、絶対値回路４５で絶対値を計算して、減算器３８でｘ３と平均値の差分を計算し、絶対値回路４６で絶対値を計算して、減算器３９でｘ４と平均値の差分を計算し、絶対値回路４７で絶対値を計算して、減算器４０でｘ６と平均値の差分を計算し、絶対値回路４８で絶対値を計算して、減算器４１でｘ７と平均値の差分を計算し、絶対値回路４９で絶対値を計算して、減算器４２でｘ８と平均値の差分を計算し、絶対値回路５０で絶対値を計算して、減算器４３でｘ９と平均値の差分を計算し、絶対値回路５１で絶対値を計算して、加算器５２でこれら全てを加算したものを輪郭成分として出力する。【００２６】
図８に戻り説明を続ける。輪郭算出回路３０から中央部の輪郭、輪郭算出回路３１から上部の輪郭、輪郭算出回路３２から下部の輪郭、輪郭算出回路３３から左部の輪郭、輪郭算出回路３４から右部の輪郭、計５箇所の輪郭成分が出力される。最大値選択回路３５で、これら５箇所のうち、最大である輪郭成分が選択され、輪郭信号として出力される。【００２７】
図６に戻り説明を続ける。加算器２６で、輪郭抽出回路２５とオフセット回路２４の出力が加算される。乗算器２７で所定のゲインを乗じて混合係数Ｂとなる。ゲインは固定値を与えても良いし、外部から可変パラメータとして与えても良い。乗算器２８で減算器２３の出力と混合係数Ｂが乗算される。乗算器２８の出力とＬＰＦ２２の出力が加算器２９で加算され、出力信号となる。【００２８】
以上により、輪郭部分では入力映像信号がそのまま出力され、輪郭の無い平坦な部分ではノイズが除去された信号が出力される。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
輝度レベルに相関してノイズノレベルが高くなるＣＭＯＳ撮像素子を用いても、映像信号の輪郭部分をぼかすことなく、ノイズを低減することができるため、ＣＭＯＳ撮像素子を用いても、放送用のテレビジョンカメラを実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１：テレビジョンカメラ、２：レンズ、３：プリズム、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ：撮像素子、５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ：ＣＤＳ部、６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ：ＶＧＡ回路、７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ：Ａ／Ｄ変換器、８：映像信号処理部、９：映像信号出力部、１０：ＴＧ、１１：ＣＰＵ、１２：ＬＰＦ、１３：減算器、１４；レベル判定回路、１５：乗算器、１６：加算器、
【図１】
2015064234.tif 000003
【図２】
2015064234.tif 000004
【図３】
2015064234.tif 000005
【図４】
2015064234.tif 000006
【図５】
2015064234.tif 000007
【図６】
2015064234.tif 000008
【図７】
2015064234.tif 000009
【図８】
2015064234.tif 000010
【図９】
2015064234.tif 000011
【図１０】
2015064234.tif 000012
【国際調査報告】
2015064234.tif 000013
2015064234.tif 000014