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(In Japanese)画像フィルタリング装置、画像フィルタリング方法及び画像フィルタリングプログラム

Patent code P160012790
File No. (S2012-0801-N0)
Posted date Feb 18, 2016
Application number P2014-519887
Patent number P6172641
Date of filing May 2, 2013
Date of registration Jul 14, 2017
International application number JP2013062769
International publication number WO2013183391
Date of international filing May 2, 2013
Date of international publication Dec 12, 2013
Priority data
  • P2012-128012 (Jun 5, 2012) JP
Inventor
  • (In Japanese)下平 美文
  • (In Japanese)天野 雄介
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人静岡大学
Title (In Japanese)画像フィルタリング装置、画像フィルタリング方法及び画像フィルタリングプログラム
Abstract (In Japanese)入力する画像信号に依存しない安定的なフィルタリングを行う。
画像フィルタリング装置10は、画像信号を入力する入力部11と、入力部11により入力された画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング部13と、フィルタリング部13によって算出されたフィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力部12と、を備える。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

高画質な画像の撮像(撮影)を実現する上で、エッジやテクスチャ等の本来の信号情報の保存性に優れたノイズ低減手法の重要性が高まっている。このような本来の信号情報の保存性に優れたノイズ低減手法として、バイラテラルフィルタ(Bilateral filter)を用いたノイズ低減手法が知られている。(例えば非特許文献1参照)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、画像フィルタリング装置、画像フィルタリング方法及び画像フィルタリングプログラムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング装置であって、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出手段と、
前記ノイズ分散上限値算出手段が算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定手段と、
前記算出画素決定手段により、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ2total(c)を推定するノイズ分散推定手段と、
を備え、
前記フィルタリング手段は、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリング手段は、
【数1】
 
(省略)

と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
So´()はフィルタリング後の信号強度、
Si´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σd2は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σr2は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
であり、
前記フィルタリング手段は、前記σr2として前記ノイズ分散値σ2total(c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリング装置。

【請求項2】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング装置であって、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出手段と、
前記ノイズ分散上限値算出手段が算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定手段と、
前記算出画素決定手段により、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ2total(c)を推定するノイズ分散推定手段と、
を備え、
前記フィルタリング手段は、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリング手段は、
【数2】
 
(省略)

と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
So´()はフィルタリング後の信号強度、
Si´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σd2は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σr2は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
δV(Si´(p))は画像信号の領域を分割した複数領域のうちpを含む領域の信号強度と着目画素の信号強度との差、
であり、
前記フィルタリング手段は、前記σr2として前記ノイズ分散値σ2total(c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリング装置。

【請求項3】
 
前記算出画素決定手段は、
【数3】
 
(省略)
と定義される式を満たす場合に、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定し、
σ2max(Si´(c))は前記着目画素のノイズ分散上限値、
Kは予め設定された判定係数、
である、請求項1又は2に記載の画像フィルタリング装置。

【請求項4】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング装置であって、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
前記係数γを算出する係数算出手段と、
を備え、
前記係数算出手段は、フィルタリング前後の画像信号のノイズの分散値に基づく値を入力して入力した値から、前記係数γを算出する画像フィルタリング装置。

【請求項5】
 
前記係数算出手段は、
【数4】
 
(省略)
と定義される式により前記係数γを算出し、
σiはフィルタリング前の画像信号のノイズの分散値に基づくノイズ標準偏差、
σtはフィルタリング後の画像信号のノイズの分散値に基づく残留ノイズ標準偏差、
である、請求項4に記載の画像フィルタリング装置。

【請求項6】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング方法であって、
画像信号を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにおいて入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにおいて算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力ステップと、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出ステップと、
前記ノイズ分散上限値算出ステップにおいて算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定ステップと、
前記算出画素決定ステップにおいて、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ2total(c)を推定するノイズ分散推定ステップと、
を含み、
前記フィルタリングステップにおいて、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリングステップにおいて、
【数5】
 
(省略)

と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
So´()はフィルタリング後の信号強度、
Si´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σd2は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σr2は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
であり、
前記フィルタリングステップにおいて、前記σr2として前記ノイズ分散値σ2total(c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリング方法。

【請求項7】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング方法であって、
画像信号を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにおいて入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにおいて算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力ステップと、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出ステップと、
前記ノイズ分散上限値算出ステップにおいて算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定ステップと、
前記算出画素決定ステップにおいて、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ2total(c)を推定するノイズ分散推定ステップと、
を含み、
前記フィルタリングステップにおいて、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリングステップにおいて、
【数6】
 
(省略)

と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
So´()はフィルタリング後の信号強度、
Si´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σd2は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σr2は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
δV(Si´(p))は画像信号の領域を分割した複数領域のうちpを含む領域の信号強度と着目画素の信号強度との差、
であり、
前記フィルタリングステップにおいて、前記σr2として前記ノイズ分散値σ2total(c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリング方法。

【請求項8】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリング方法であって、
画像信号を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにおいて入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリングステップと、
前記フィルタリングステップにおいて算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力ステップと、
前記係数γを算出する係数算出ステップと、
を含み、
前記係数算出ステップにおいて、フィルタリング前後の画像信号のノイズの分散値に基づく値を入力して入力した値から、前記係数γを算出する画像フィルタリング方法。

【請求項9】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリングプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出手段と、
前記ノイズ分散上限値算出手段が算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定手段と、
前記算出画素決定手段により、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ2total(c)を推定するノイズ分散推定手段、
として動作させ、
前記フィルタリング手段は、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリング手段は、
【数7】
 
(省略)

と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
So´()はフィルタリング後の信号強度、
Si´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σd2は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σr2は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
であり、
前記フィルタリング手段は、前記σr2として前記ノイズ分散値σ2total(c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリングプログラム。

【請求項10】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリングプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
同一の対象を撮像した複数の参照用画像信号を入力して、該参照用画像信号を構成する画素に含まれるノイズの、該画素の信号強度に応じた分散値を複数算出し、該ノイズの分散値から、画像信号の画素に含まれる信号強度に応じたノイズの上限値であるノイズ分散上限値を算出するノイズ分散上限値算出手段と、
前記ノイズ分散上限値算出手段が算出した前記ノイズ分散上限値を用いて、前記周囲の画素が、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素か否かを判定する算出画素決定手段と、
前記算出画素決定手段により、前記着目画素のノイズの分散値を算出するために用いることができる画素であると判定された前記周囲の画素を用いて、前記着目画素のノイズ分散値σ2total(c)を推定するノイズ分散推定手段、
として動作させ、
前記フィルタリング手段は、前記重みづけを行う際は、前記周囲の画素の画素位置と前記着目画素の画素位置との距離が近いほど重みづけを重くし、前記周囲の画素の信号強度と前記着目画素の信号強度との差が小さいほど重みづけを重くし、
前記フィルタリング手段は、
【数8】
 
(省略)

と定義される式によりフィルタリング後の信号強度を算出し、
So´()はフィルタリング後の信号強度、
Si´()はフィルタリング前の信号強度、
cは着目画素の画素位置、
pは着目画素の前記周囲の画素の画素位置、
Ωは前記周囲の画素が位置する領域、
γは前記係数、
σd2は着目画素からの距離に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
σr2は着目画素の信号強度との差に応じた重みづけを行う際のパラメータ、
δV(Si´(p))は画像信号の領域を分割した複数領域のうちpを含む領域の信号強度と着目画素の信号強度との差、
であり、
前記フィルタリング手段は、前記σr2として前記ノイズ分散値σ2total(c)を用いてフィルタリング後の信号強度を算出する、画像フィルタリングプログラム。

【請求項11】
 
画像信号に対してフィルタリングを行う画像フィルタリングプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記画像信号を構成する画素のうち着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差に重みづけを行い、重みづけを行った着目画素の信号強度と該着目画素の周囲の画素の信号強度との差を足しあわせた値に設定された係数γを掛け合わせた値と該着目画素の信号強度とを足し合わすことで、該着目画素のフィルタリング後の信号強度を算出するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によって算出された前記フィルタリング後の信号強度の画素で構成される画像信号を出力する出力手段と、
前記係数γを算出する係数算出手段、
として動作させ、
前記係数算出手段は、フィルタリング前後の画像信号のノイズの分散値に基づく値を入力して入力した値から、前記係数γを算出する画像フィルタリングプログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014519887thum.jpg
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