(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現在の映像の１フレーム前の映像をフレーム単位に保持し遅延させて出力する遅延部と、
前記現在の映像のフレームと前記遅延部より出力された１フレーム前の映像のフレームとの差をとり残差信号を生成する第１引き算器と、
前記第１引き算器により生成された残差信号のレベルを、与えられた帰還係数に従って調整する乗算器と、
前記乗算器によりレベルが調整された残差信号を前記現在の映像から差し引いた映像を出力する第２引き算器と、
信号レベルが所定のリミット値を超えた前記残差信号を前記リミット値に制限して出力するリミット回路と、
前記リミット回路に入力される残差信号のレベルが所定のリミット値を超えた後、リミット値以下に低下した場合、前記帰還係数を急減させて前記乗算器に与える制御部と
を具備するノイズ低減回路。
【請求項２】
前記制御部は、
前記帰還係数を急減後、時間の経過と共に徐々に本来の値まで戻すような制御特性で前記帰還係数を前記乗算器に与える請求項１記載のノイズ低減回路。
【請求項３】
前記制御特性を、ノイズの特性、残像のレベルおよび時間の優先度の関係で決定する請求項２記載のノイズ低減回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ノイズ低減回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ビデオカメラなどは、被写体が暗くなると、カメラに内蔵されるＡＧＣ回路が映像の利得を自動的に調整することで、暗所での撮影が可能となっている。
【０００３】
ところで、ＡＧＣ回路の利得を上げると、映像にノイズも多くのるようになり、見苦しい映像になる。
【０００４】
このため、ビデオカメラには、さまざまな技法のノイズ低減装置を搭載し、ノイズ低減を図っている。
【０００５】
例えばフレーム循環型のノイズ低減装置などは、前後のフレーム間の映像差からノイズ成分を抽出し、抽出したノイズ成分を元の映像から差し引くことで、ノイズ低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１９６９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のフレーム循環型のノイズ低減装置の場合、動きのある映像に対するノイズ低減効果を高めると、前後の映像フレームの差分を利用するため、動画の動きによる残像が大きくなり、映像品質が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、映像のノイズを低減しつつ残像の発生を抑えることで映像品質を向上することができるノイズ低減回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のノイズ低減回路は、遅延部、第１引き算器、乗算器、第２引き算器、リミット回路、制御部を具備する。遅延部は現在の映像の１フレーム前の映像をフレーム単位に保持し遅延させて出力する。第１引き算器は現在の映像のフレームと遅延部より出力された１フレーム前の映像のフレームとの差をとり残差信号を生成する。乗算器は第１引き算器により生成された残差信号のレベルを、与えられた帰還係数に従って調整する。第２引き算器は乗算器によりレベルが調整された残差信号を現在の映像から差し引いた映像を出力する。リミット回路は信号レベルが所定のリミット値を超えた残差信号をリミット値に制限して出力する。制御部はリミット回路に入力される残差信号のレベルが所定のリミット値を超えた後、リミット値以下に低下した場合、帰還係数を急減させて乗算器に与える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態のビデオカメラの構成を示す図である。
【図２】図１のビデオカメラのノイズ低減回路の構成を示す図である。
【図３】テーブルの一例を示す図である。
【図４】リミッタの入出力特性を示す図である。
【図５】ノイズ低減回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】時間経過に伴うＫＮＲの出力特性の一例を示す図である。
【図７】入力信号に対する残像低減効果（比較例）を示す図である。
【図８】入力信号に対する残像低減効果（実施形態）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。  
（実施形態）  
図１は一つの実施の形態のビデオカメラの構成を示す図である。  
図１に示すように、実施形態のビデオカメラは、撮像素子１、サンプル・ホールド回路（以下Ｓ／Ｈ回路）２、Ａ／Ｄ変換器３、ＡＧＣ回路５、信号処理回路６、出力フォーマット変換回路７などを備える。
【００１２】
撮像素子１は被写体を撮像し映像信号（電気信号）に変換（光電変換）してＳ／Ｈ回路２に出力する。
【００１３】
Ｓ／Ｈ回路２は撮像素子１で光電変換によって生じた画素ごとの電気信号からクランプパルスを用いてサンプル・ホールドして、信号部分を抽出する。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換器３はＳ／Ｈ回路２によりサンプル・ホールドされた信号部分をデジタルの映像信号に変換する。
【００１５】
ノイズ低減回路４はＡ／Ｄ変換器３により変換されたデジタルの映像信号からノイズを除去または低減した映像信号を生成しＡＧＣ回路５へ出力する。
【００１６】
ＡＧＣ回路５はノイズ低減回路４から入力されたデジタル信号を所定の利得で増幅して信号処理回路６に出力する。
【００１７】
信号処理回路６はＡＧＣ回路５により所定の利得で増幅されたデジタル信号にガンマ補正およびディテール処理等の信号処理を施して映像信号として出力フォーマット変換回路７へ出力する。
【００１８】
出力フォーマット変換回路７は信号処理回路６から入力された映像信号を例えばＵＳＢ、ＤＶＩ、ＨＤＭＩ等の規格化された信号に変換して外部出力端子に出力する。（なお、ＨＤＭＩは登録商標である。）
【００１９】
図２に示すように、ノイズ低減回路４は、第１引き算器としての減算器１１、リミット回路としてのリミッタ１２、カウンタ１３、カウンタ用のフレームメモリ１４、制御部１５、乗算器１６、第２引き算器としての加算器１７、遅延部としてのフレームメモリ１８、１／６４乗算器１９などを備える。
【００２０】
減算器１１は現在の映像信号と１フレーム前の映像信号（即ちフレームメモリ１８により１フレーム遅延された映像信号）とを減算し（差し引く）、映像信号に含まれるノイズ成分である残差信号を生成しリミッタ１２に出力する。つまり減算器１１は現在の映像のフレームとフレームメモリ１８により遅延して出力された１フレーム前の映像のフレームとの差をとり残差信号を生成する。
【００２１】
図３に示すように、リミッタ１２は入力信号対出力信号の入出力特性を有している。
【００２２】
すなわちリミッタ１２は信号レベルが所定のリミット値maxを超えた残差信号をリミット値に制限して出力し、信号レベルがリミット値max以下では残差信号をそのレベルのまま出力する。
【００２３】
詳細に説明すると、リミッタ１２は減算器１１からの入力信号である残差信号が、あるレベル以上では残差信号をある所定のレベル（リミット値max）に制限して出力、つまり動きのある映像（このときは減算器１１の出力が大きくなる）に対しては帰還量を制限することでノイズ低減の弊害である残像が多くなるのを防止する。
【００２４】
完全に静止した被写体を撮像している場合は減算器１１の出力にはノイズ成分のみが出てくるが、動きのあるものを撮像している場合は１フレーム前の映像信号と現在の映像信号との映像成分の差分も含まれてくるので、映像差分を含んだ信号を現在の映像信号に加算するために残像が発生する。
【００２５】
カウンタ１３は、制御部１５から制御で、予め設定された所定の数値（例えば「１５」などの数値）を所定時間毎（１／６０ｓｅｃ毎）に減数する。
【００２６】
カウンタ用のフレームメモリ１４には１フレーム分の各画素にカウンタ１３によりカウントされた減数値が設定される。
【００２７】
図４に示すように、テーブル１０には、カウンタ１３の数値（タイマの制限時間）に対する係数ＫＮＲの値が設定されている。
【００２８】
制御部１５はカウンタ１３を制御してカウントを開始させ、そのカウント値に応じた係数ＫＮＲの値をテーブル１０から読み出して１／６４を掛けて帰還系数Ｋとして乗算器１６に与える。掛ける値は１／６４の他、例えば１／１２８や１／２５６などでもよい。掛ける値の分母が大きくなるほど分解能が上がる。
【００２９】
制御部１５はリミッタ１２に入力される残差信号のレベルが所定のリミット値を超えた後、リミット値以下に低下した場合、係数ＫＮＲを急減させて１／６４を掛けた帰還系数Ｋを乗算器１６に与える。すなわち制御部１５は係数ＫＮＲの値を、急減後、時間の経過と共に徐々に本来の値まで戻すような制御特性にして帰還系数Ｋを乗算器１６に与える。なお制御特性（上昇カーブ）はノイズの特性、残像のレベルおよび時間の優先度の関係で決定するものとする。
【００３０】
１／６４乗算器１９は制御部１５から入力された係数ＫＮＲに１／６４を乗じた帰還系数Ｋの値を乗算器１６に出力する。
乗算器１６はリミッタ１２を通じた残差信号に、制御部１５から１／６４乗算器１９を通じて与えられた帰還係数Ｋを乗じて加算器１７へ出力する。つまり乗算器１６は減算器１１により生成された残差信号のレベルを、与えられた帰還係数Ｋに従って調整する。帰還係数Ｋは０以上１までの間の値（０≦Ｋ＜１）とする。
【００３１】
帰還係数Ｋの元となる係数ＫＮＲの一例としては、リミッタ１２の既定のリミット値として「５３」、急激に低下させるときの下限値として「５」とする。
【００３２】
加算器１７は入力された映像信号から残差信号を減算した映像信号を出力する。つまり加算器１７は乗算器１６によりレベルが調整された残差信号を現在の映像から差し引いた映像を出力する。
【００３３】
フレームメモリ１８は１フレーム前に入力された映像信号を保持し、次のフレームの映像信号が入力されたタイミングで減算器１１に出力する。つまりフレームメモリ１８は現在の映像の１フレーム前の映像をフレーム単位に保持し遅延させて出力する。
【００３４】
このノイズ低減回路４は、映像信号がフレーム間で相関を有しており、ノイズ成分がフレーム間の相関を有していないことを利用して映像信号のノイズ成分を低減する回路である。
【００３５】
続いて、このビデオカメラにおける処理および各部の動作を説明する。  
（信号の流れ）  
撮像素子１が撮像した映像信号は撮像素子１により電気信号に変換されてＳ／Ｈ回路２を経てＡＧＣ回路５に入力される。Ｓ／Ｈ回路２では、撮像素子１で光電変換によって生じた画素毎の電気信号からクランプパルスを用いてサンプル・ホールドして信号部分を抽出する。
【００３６】
Ｓ／Ｈ回路２により抽出された信号成分は、ＡＧＣ回路５で所定の利得で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３でデジタル信号に変換されて信号処理回路６に入力され、信号処理回路６でガンマ、ディテール処理等の信号処理を施されて映像信号として外部端子から出力される。
【００３７】
（ノイズ低減回路４の動き）  
減算器１１は入力された現在の映像信号とフレームメモリ１８により１フレーム分遅延された映像信号（１フレーム前の映像信号）とを減算して互いの差分信号、つまり残差信号を生成し、生成した残差信号を、リミッタ１２を通じて乗算器１６に入力する。
【００３８】
乗算器１６は入力された残差信号に帰還係数Ｋ（０≦Ｋ＜１）を乗じて加算器１７へ出力する。なお帰還係数Ｋが１に近づくほどノイズ低減の効果は大きくなるが、動きのある映像での残像が大きくなるため、帰還係数Ｋはリミッタ１２のリミット値とともにカメラの性能、使用条件に合わせて設定するものとする。
【００３９】
加算器１７は乗算器１６から入力された残差信号を現在の映像信号から差し引くことで、ノイズ成分を低減した映像信号を出力する。
【００４０】
このようにビデオカメラのノイズ低減回路４では、映像信号のノイズ成分を低減し、次のＡＧＣ回路５での利得上昇に伴うノイズの拡大を防ぐようにしている。
【００４１】
（制御部１５の動作）  
図５に示すように、制御部１５は、残差信号のレベルとリミット値とを比較した結果、残差信号のレベルがリミット値を超えた場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、テーブル１０を参照して係数ＫＮＲに値Ａ、カウンタ１３のカウント値ＴＭＲに値Ｔをそれぞれ設定し（ステップＳ１０２）、設定した係数ＫＮＲを１／６４乗算器１９を通じて乗算器１６へ出力し（ステップＳ１０３）、元のステップＳ１０１の比較処理に戻る。
【００４２】
その後、リミッタ値超えが続き、あるタイミングで、残差信号のレベルがリミット値以下になった場合（ステップＳ１０１のＮｏ）、制御部１５は、カウント値ＴＭＲが０か否かを判定し（ステップＳ１０４）、カウント値ＴＭＲが０でない場合（ステップＳ１０４のＮｏ）、カウント値ＴＭＲを減数し（ステップＳ１０５）、そのカウント値ＴＭＲに応じたテーブル１０の係数ＫＮＲを１／６４乗算器１９を通じて乗算器１６へ出力する（ステップＳ１０６）。
【００４３】
例えば図６に示す制御特性図では、初めは残差信号のレベルがリミット値を超えており、タイミングＰ１〜Ｐ４に、残差信号のレベルがリミット値を超えて直ちにリミット値以下になったものとする。
【００４４】
この場合、時刻Ｔ１のタイミングＰ１では、係数ＫＮＲは、ｍａｘ値「５３」から値Ａ「５」（図４のテーブル１０参照）に急減され、この値「５」に１／６４を乗じた値（５／６４≒０．０７８）が乗算器１６へ出力される。またカウント値ＴＭＲは、値Ｔとして「１５」（図４のテーブル１０参照）などが設定される。
【００４５】
その後、１／６０ｓｅｃ毎にカウンタ１３のカウント値ＴＭＲが減数されていくと、テーブル１０の係数ＫＮＲが徐々に上昇し、カウンタ１３のカウント値ＴＭＲが０に達した時点で、係数ＫＮＲが元のｍａｘ値「５３」に戻る。
【００４６】
その後もリミッタ値超えが続き、時刻Ｔ２のタイミングＰ２で、残差信号のレベルがリミット値以下になると、係数ＫＮＲは、ｍａｘ値「５３」から値Ａ「５」に急減され、この値に１／６４を乗じた値（５／６４≒０．０７８）が乗算器１６へ出力される。
【００４７】
なお係数ＫＮＲのｍａｘ値や急減する値Ａ、カウント値ＴＭＲについては、映像信号の種類（動画か静止画か、また動画でも早い動きのものか遅い動きのものかなど）、ノイズの量などを考慮してテーブル１０に設定するものとする。
【００４８】
係数ＫＮＲを値Ａ「５」に急減させた後、係数ＫＮＲが徐々に上昇する中で、カウント値ＴＭＲが０になる前の時刻Ｔ３のタイミングＰ３で、残差信号のレベルがリミット値を超えて直ぐにリミット値以下になると、その時点で上昇途中の係数ＫＮＲは「５」に急減される。
【００４９】
それから残差信号のレベルがリミット値以下の状態が続き（時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の期間Ｓ）、時刻Ｔ４のタイミングＰ４で、残差信号のレベルがリミット値を超えてリミット値以下になると、カウンタ１３のカウントが開始される。
【００５０】
そして、カウンタ１３のカウント値ＴＭＲが０に達したタイミングＰ５で、係数ＫＮＲが元のｍａｘ値「５３」に戻る。
【００５１】
ここで、係数ＫＮＲを調整しない場合の例（比較例）と本実施形態との残像低減効果の違いについて説明する。図７は係数ＫＮＲを制御（調整）しない場合（比較例）の映像信号（残像成分）の入出力特性、図８は本実施形態の入出力特性を示す図である。
【００５２】
図７の比較例では、入力信号に対して出力信号が遅れる時間が長く、入力信号と出力信号との差分の残像成分の領域Ｓ１が多く、残像が多く映像として見難くなることが判る。これに対して、図８の本実施形態では、入力信号に対し出力信号が遅れる時間が短く、入力信号と出力信号との差分の残像成分の領域Ｓ２が狭く、残像が見え難く映像が見やすくなっていることが判る。
【００５３】
このようにこの実施形態のビデオカメラによれば、前後の映像信号の差分である残差信号がリミット値を超えた後に再びリミット値の範囲内に戻ったときに係数ＫＮＲ（または帰還係数Ｋ）を一時的に小さい値に制御することで、映像のノイズ成分を低減しつつ残像を少なくすることができる。すなわち映像のノイズを低減しつつ残像の発生を抑えることで映像品質を向上することができる。
【００５４】
リミッタ１２の設定を固定したまま、つまり調整するのではなく、乗算器１６の帰還係数Ｋを可変することで、映像の変化に対する追従性を向上することができる。
【００５５】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５６】
上記実施形態では、映像信号をフレーム単位に保持したが、フィールド単位であってもよい。また上記実施形態では、カウンタ用のフレームメモリ１４と映像遅延用のフレームメモリ１８とを別個に設けたが、一つにしてもよい。
【００５７】
また上記実施形態では、テーブル１０に時間と係数の関係を一つだけ設定したが、テーブル１０に撮影モード毎に複数の設定を記憶しておき、撮影モードに応じて帰還系数Ｋを変化させる特性を変えてもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態では、制御部１５と１／６４乗算器１９とを別個に設けた例を説明したが、制御部１５に１／６４乗算器１９の機能を包含し、制御部１５から帰還係数Ｋを乗算器１６へ直接入力するようにしてもよい。
【００５９】
上記実施形態に示した各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…撮像素子、２…サンプル・ホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）、３…Ａ／Ｄ変換器、４…ノイズ低減回路、５…ＡＧＣ回路、６…信号処理回路、７…出力フォーマット変換回路、１０…テーブル、１１…減算器、１２…リミッタ、１３…カウンタ、１４…フレームメモリ（カウンタ用）、１５…制御部、１６…乗算器、１７…加算器、１８…フレームメモリ（遅延用）、１９…１／６４乗算器。
【図１】
0006407686.tif 000002
【図２】
0006407686.tif 000003
【図３】
0006407686.tif 000004
【図４】
0006407686.tif 000005
【図５】
0006407686.tif 000006
【図６】
0006407686.tif 000007
【図７】
0006407686.tif 000008
【図８】
0006407686.tif 000009