JP2015076676A - Image processing apparatus, image processing method, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a noise reduction method from varying in noise reduction effect in each area of an image.SOLUTION: An image processing apparatus comprises: estimation means which generates the histogram of similarity between a target pixel subjected to noise reduction processing and plural reference pixels corresponding to the target pixel and estimates the characteristics of the neighboring area of the target pixel on the basis of the generated similarity histogram; and noise reduction processing means which determines a weight relating to the reference pixels on the basis of the characteristics of the neighboring area of the target pixel estimated by the estimation means and performs the noise reduction processing on the target pixel.

Description

本発明は、画像データに含まれるノイズを低減する画像処理技術に関する。   The present invention relates to an image processing technique for reducing noise included in image data.

デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどのデジタル撮像装置が広く普及して一般に利用されている。これらのデジタル撮像装置は、CCDやCMOSセンサなどの光電荷変換素子(撮像素子)で受光した光をデジタル信号に変換することでデジタル画像データを生成する。   Digital imaging devices such as digital still cameras and digital video cameras are widely spread and are generally used. These digital imaging devices generate digital image data by converting light received by a photoelectric charge conversion device (imaging device) such as a CCD or CMOS sensor into a digital signal.

デジタル画像データを生成する過程では、撮像素子や回路の特性により暗電流ノイズ、熱雑音、ショットノイズなどが発生し、デジタル画像データにノイズが混入する。近年の撮像素子の小型化、高画素化に伴い画素ピッチが極小化しているため、ノイズが目立ちやすくなっており、特に撮影感度を高くした場合などはノイズが顕著に発生し、画質劣化の大きな要因になっている。従って、高画質な画像を得るためには混入したノイズを低減する必要がある。   In the process of generating digital image data, dark current noise, thermal noise, shot noise, and the like are generated due to the characteristics of the imaging device and circuit, and the noise is mixed into the digital image data. With recent miniaturization of image sensors and higher pixel counts, the pixel pitch has been minimized, making noise more conspicuous, especially when shooting sensitivity is increased, resulting in noticeable noise and significant deterioration in image quality. It is a factor. Therefore, in order to obtain a high-quality image, it is necessary to reduce mixed noise.

従来、ノイズ周波数以下の信号成分を通すローパスフィルタを適用してノイズを低減する手法が知られている。しかしながら、このローパスフィルタを適用してノイズを低減する手法では、エッジ部分がぼけてしまうため高画質な画像を得ることが難しい。そこで、ノイズとエッジに関する情報を何らかの方法で判断し、適応的にノイズ低減を行う方法が数多く提案されている。   Conventionally, a technique for reducing noise by applying a low-pass filter that passes a signal component below a noise frequency is known. However, in the technique of reducing noise by applying this low-pass filter, it is difficult to obtain a high-quality image because the edge portion is blurred. Therefore, many methods have been proposed for determining noise and edge information by some method and adaptively reducing noise.

一般に、適応的なノイズ低減では、着目画素のノイズを低減するために、着目画素近傍の複数の画素を参照画素として選択し、当該選択した参照画素の適当な加重平均値により着目画素を置き換えている。また、適応的なノイズ低減方法の一つとして、着目画素を含む領域(着目領域)を定め、その領域単位で着目画素と参照画素の類似度を求め、この類似度に応じた加重平均値を用いてノイズ低減を実現する方法が提案されている(特許文献1、特許文献2)。   In general, in adaptive noise reduction, in order to reduce noise of a target pixel, a plurality of pixels near the target pixel are selected as reference pixels, and the target pixel is replaced with an appropriate weighted average value of the selected reference pixels. Yes. As one of adaptive noise reduction methods, a region including a target pixel (target region) is determined, the similarity between the target pixel and the reference pixel is obtained for each region, and a weighted average value corresponding to the similarity is obtained. A method for realizing noise reduction by using these has been proposed (Patent Documents 1 and 2).

特表2007−536662号公報Special table 2007-536662 gazette 特開2011−39675号公報JP 2011-39675 A

しかしながら、特許文献1及び特許文献2の方法では、画像の領域毎にノイズ低減効果にばらつきが生じるという問題がある。例えば、着目画素の近傍に類似画素が多ければノイズ低減効果は高くなるが、少なければ低くなる。また、格子など繰り返しパターンのある領域には効果的であるが、樹木などランダムなテクスチャを持つ領域はぼけやすいという問題がある。これは、ランダムなテクスチャを持つ領域では、着目画素と参照画素との類似度が高い参照画素が減少する一方、類似度が中程度の参照画素が増加し、加重平均処理において小さい重みで多くの画素が加算されるためである。   However, the methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 have a problem that the noise reduction effect varies for each image area. For example, if there are many similar pixels in the vicinity of the pixel of interest, the noise reduction effect will be high, but it will be low if there are few. In addition, it is effective for a region having a repetitive pattern such as a lattice, but there is a problem that a region having a random texture such as a tree is easily blurred. This is because, in an area having a random texture, reference pixels having a high similarity between the target pixel and the reference pixel are decreased, while reference pixels having a medium similarity are increased, and a large weight is obtained with a small weight in the weighted average process. This is because the pixels are added.

本発明に係る画像処理装置は、ノイズ低減処理の対象とする着目画素と当該着目画素に対応する複数の参照画素との類似度のヒストグラムを生成し、当該生成された類似度ヒストグラムに基づいて前記着目画素の近傍領域の特性を推定する推定手段と、前記推定手段で推定された前記着目画素の近傍領域の特性に基づいて前記複数の参照画素についての重みを決定し、前記着目画素に対してノイズ低減処理を行うノイズ低減処理手段と、を備えることを特徴とする。   The image processing apparatus according to the present invention generates a histogram of similarity between a target pixel to be subjected to noise reduction processing and a plurality of reference pixels corresponding to the target pixel, and based on the generated similarity histogram Estimating means for estimating the characteristics of the neighboring area of the target pixel; and determining weights for the plurality of reference pixels based on the characteristics of the neighboring area of the target pixel estimated by the estimating means; Noise reduction processing means for performing noise reduction processing.

本発明によれば、ノイズ低減処理を適用する着目画素の近傍領域の特性を推定し、推定結果に基づいてノイズ低減処理の内容を決定することによって、好適なノイズ低減画像を得ることが可能になる。   According to the present invention, it is possible to obtain a suitable noise-reduced image by estimating the characteristics of the neighborhood region of the target pixel to which the noise reduction process is applied and determining the content of the noise reduction process based on the estimation result. Become.

実施例1に係る、画像処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an image processing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 参照画素の重みの算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of the weight of a reference pixel. 参照画素の重みの算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of the weight of a reference pixel. 実施例1に係る、画像処理装置の論理構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a logical configuration of an image processing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施例1における、ノイズ低減画像を生成する処理の流れを示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a flow of processing for generating a noise reduced image in the first embodiment. リファレンスヒストグラムの分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of distribution of a reference histogram. 実施例1に係る、着目画素近傍領域の特性を推定する処理の詳細を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating details of processing for estimating characteristics of a pixel-of-interest neighborhood area according to the first embodiment. 実施例1に係る、ノイズ低減処理の詳細を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating details of noise reduction processing according to the first embodiment. 実施例2に係る、画像処理装置の論理構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a logical configuration of an image processing apparatus according to a second embodiment. 類似度ヒストグラムの特徴がどのようにして判定されるのかを示す図である。It is a figure which shows how the characteristic of a similarity histogram is determined. 実施例2におけるノイズ低減画像を生成するメイン処理の流れを示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating a flow of main processing for generating a noise-reduced image according to the second embodiment. 実施例2に係る、着目画素近傍領域の特性を推定する処理の詳細を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating details of processing for estimating characteristics of a pixel-of-interest neighborhood according to a second embodiment. 実施例2に係る、ノイズ低減処理の詳細を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating details of noise reduction processing according to the second embodiment.

(実施例1)
図1は、本実施例に係る、画像処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
(Example 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the image processing apparatus according to the present embodiment.

図1において、画像処理装置100は、CPU101、RAM102、HDD103、汎用インターフェース(I/F)104、モニタ105、メインバス106を備える。汎用I/F104は、カメラなどの撮像装置111や、マウス、キーボードなどの入力装置112、メモリーカードなどの外部メモリ113をメインバス106に接続する。   In FIG. 1, the image processing apparatus 100 includes a CPU 101, a RAM 102, an HDD 103, a general-purpose interface (I / F) 104, a monitor 105, and a main bus 106. The general-purpose I / F 104 connects an imaging device 111 such as a camera, an input device 112 such as a mouse and a keyboard, and an external memory 113 such as a memory card to the main bus 106.

まず、CPU101はHDD103に格納されている画像処理アプリケーションを起動し、RAM102に展開するとともに、モニタ105にユーザインターフェース画面(以下、UI画面)を表示する。続いて、HDD103や外部メモリ113に格納されている各種データ、撮像装置111で撮影された画像データ、入力装置112からの指示などがRAM102に転送される。さらに、画像処理アプリケーション内の処理に従って、RAM102に格納されているデータはCPU101からの指令に基づき各種演算を行う。演算結果はモニタ105に表示したり、HDD103、外部メモリ113に格納したりする。   First, the CPU 101 activates an image processing application stored in the HDD 103, expands it in the RAM 102, and displays a user interface screen (hereinafter referred to as UI screen) on the monitor 105. Subsequently, various data stored in the HDD 103 and the external memory 113, image data captured by the imaging device 111, instructions from the input device 112, and the like are transferred to the RAM 102. Furthermore, according to the processing in the image processing application, the data stored in the RAM 102 performs various calculations based on commands from the CPU 101. The calculation result is displayed on the monitor 105 or stored in the HDD 103 or the external memory 113.

上記の構成に於いて、CPU101からの指令に基づき、画像処理アプリケーションに画像データを入力してノイズ低減処理の効果が高い領域と低い領域とを判定し、判定結果に基づいてノイズ低減処理で用いる重みを変更する方法について説明する。   In the above configuration, based on a command from the CPU 101, image data is input to the image processing application to determine a region where the effect of the noise reduction processing is high and a region where the effect is low, and the noise reduction processing is used based on the determination result. A method for changing the weight will be described.

まず、本実施例におけるノイズ低減処理の手法である、Non-Local Means法(以下、NLM法)について説明しておく。この手法は、ノイズ低減対象となる着目画素を中心とするブロックと、その周辺の参照画素を中心とするブロックとの類似度に基づいて重みを掛け、参照画素の加重平均で注目画素の値を置き換えることでノイズを低減する技術である。いま、加重平均に用いられる参照画素の画素数をN、参照画素の画素値をI(j=1〜N)、参照画素の重みをw(j=1〜N)とすると、ノイズ低減処理後の着目画素の画素値Inewは次の式(1)で求められる。 First, the Non-Local Means method (hereinafter, NLM method), which is a noise reduction processing method in the present embodiment, will be described. In this method, weighting is performed based on the similarity between a block centered on a pixel of interest targeted for noise reduction and a block centered on a reference pixel around it, and the value of the pixel of interest is calculated by a weighted average of the reference pixels. It is a technology that reduces noise by replacing it. Now, assuming that the number of reference pixels used for the weighted average is N S , the pixel value of the reference pixel is I j (j = 1 to N S ), and the weight of the reference pixel is w j (j = 1 to N S ). The pixel value I new of the pixel of interest after the noise reduction process is obtained by the following equation (1).

Figure 2015076676
Figure 2015076676

次に、参照画素の重みwの算出方法について、図2及び図3を参照して説明する。   Next, a method for calculating the weight w of the reference pixel will be described with reference to FIGS.

図2の(a)において、画像200は、左上の画素を原点として各画素の画素値をI(x、y)で表すものとする。ここで、黒の矩形は着目画素201を示し、その画素値はI(4、4)であるとする。着目画素201を中心とした3×3画素(N=9)の矩形領域は着目領域202を示している。着目画素201を含む5×5画素(N=25)の矩形領域内にあるグレーの各矩形は参照画素203を示している。破線で示す矩形領域は参照画素203の参照領域204であり、画素値I(2,2)の参照画素を中心とする3×3画素の領域である。尚、参照領域はすべての参照画素(図2の(a)の例では、25個の参照画素)について存在するが、ここでは画素値がI(2,2)の参照画素203の参照領域だけを示している。 In FIG. 2A, an image 200 represents the pixel value of each pixel as I (x, y) with the upper left pixel as the origin. Here, the black rectangle indicates the target pixel 201, and the pixel value thereof is I (4, 4). A rectangular area of 3 × 3 pixels (N b = 9) centering on the pixel of interest 201 indicates the region of interest 202. Each gray rectangle in a 5 × 5 pixel (N b = 25) rectangular area including the pixel of interest 201 indicates a reference pixel 203. A rectangular area indicated by a broken line is a reference area 204 of the reference pixel 203, and is a 3 × 3 pixel area centered on the reference pixel having the pixel value I (2, 2). The reference area exists for all reference pixels (25 reference pixels in the example of FIG. 2A), but here, only the reference area of the reference pixel 203 having a pixel value of I (2, 2). Is shown.

いま、画素値I(2、2)の参照画素203の重みwを求めるために、まず、着目領域202と参照領域204とを比較して類似度を算出する。尚、類似度は任意の方法で求めてよい。例えば、図2の(b)に示すように、着目領域202内の画素をb(p,q)、参照領域204内の画素をb(p,q)(j=1〜N)とする。そして、着目領域202と参照領域204の空間的に対応する画素の差を類似度とすると、類似度Cjは次の式(2)で求められる。 Now, in order to obtain the weight w of the reference pixel 203 with the pixel value I (2, 2), first, the attention area 202 and the reference area 204 are compared to calculate the similarity. The similarity may be obtained by any method. For example, as shown in FIG. 2B, the pixels in the region of interest 202 are b s (p, q), and the pixels in the reference region 204 are b j (p, q) (j = 1 to N b ). And Then, assuming that the difference between the spatially corresponding pixels of the attention area 202 and the reference area 204 is the similarity, the similarity C j is obtained by the following equation (2).

Figure 2015076676
Figure 2015076676

類似度Cは値が小さいほど着目領域と参照領域との類似度が高くなる。そこで、類似度に応じて、重みwを決定する。重みwは、図3に示す関数のようにCの値が小さいほど重みが大きく、Cの値が大きいほど重みが小さくなるように決定すればよく、例えば次の式(3)で定まる。 The smaller the value of the similarity C j, the higher the similarity between the attention area and the reference area. Therefore, the weight w is determined according to the similarity. Weight w has a large weight as the value of C j is small, such as the function shown in FIG. 3, may be determined as the weight as the value of C j is greater is reduced, for example, determined by the following equation (3) .

Figure 2015076676
Figure 2015076676

ここで、hは重みwの大きさを制御するパラメータであり、hを大きくするとノイズ低減効果が高くなるが、エッジがぼけることになる。   Here, h is a parameter for controlling the magnitude of the weight w. When h is increased, the noise reduction effect is enhanced, but the edge is blurred.

そして、着目領域202と各参照画素の参照領域204とを順次比較していくことで、参照画素毎の重みwが得られる。   Then, the weight w for each reference pixel is obtained by sequentially comparing the attention area 202 and the reference area 204 of each reference pixel.

尚、本実施例におけるノイズ低減処理は、参照画素の重みが着目領域と参照領域の類似度に基づいて決まる処理であればよく、類似度や重みの算出方法などはここで説明した方法に限られるものではない。   The noise reduction processing in the present embodiment may be processing in which the weight of the reference pixel is determined based on the similarity between the focus area and the reference area, and the similarity and weight calculation methods are limited to the methods described here. It is not something that can be done.

(画像処理装置の論理構成)
図4は、本実施例に係る、画像処理装置100の論理構成を示す模式図であり、リファレンスヒストグラム生成部401、推定部402、ノイズ低減処理部405から構成される。
(Logical configuration of image processing device)
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a logical configuration of the image processing apparatus 100 according to the present embodiment, and includes a reference histogram generation unit 401, an estimation unit 402, and a noise reduction processing unit 405.

リファレンスヒストグラム生成部401は、ブロックマッチングパラメータを取得し、ブロックマッチングパラメータに応じた統計的分布に従ってリファレンスヒストグラムを生成する。   The reference histogram generation unit 401 acquires a block matching parameter, and generates a reference histogram according to a statistical distribution corresponding to the block matching parameter.

推定部402は、類似度ヒストグラム生成部403とヒストグラム間近似度導出部404で構成される。推定部402は、CPU101からの指示に基づいて、着目画素の近傍領域の特性をブロックマッチングパラメータと類似度ヒストグラムを用いて推定する。   The estimation unit 402 includes a similarity histogram generation unit 403 and an inter-histogram approximation derivation unit 404. Based on an instruction from the CPU 101, the estimation unit 402 estimates the characteristics of the neighborhood region of the target pixel using a block matching parameter and a similarity histogram.

類似度ヒストグラム生成部403は、入力された画像データ及びブロックマッチングパラメータを用いて、着目画素と当該着目画素に対応する複数の参照画素との類似度を導出し、類似度ヒストグラムを生成する。ここで、画像データはCPU101からの指示に基づき、撮像装置111或いはHDD103や外部メモリ113から入力される。勿論、撮像装置111で撮影した画像データをHDD103などの記憶装置に一旦記憶した後で入力しても構わない。ブロックマッチングパラメータは、CPU101からの指示に基づき、HDD103や外部メモリ113から入力される。また、モニタ105上のUI画面を介し、キーボードやマウスなどの入力装置112で直接指定して入力してもかまわない。   The similarity histogram generation unit 403 derives the similarity between the target pixel and a plurality of reference pixels corresponding to the target pixel using the input image data and block matching parameters, and generates a similarity histogram. Here, the image data is input from the imaging device 111, the HDD 103, or the external memory 113 based on an instruction from the CPU 101. Of course, the image data captured by the imaging device 111 may be input after being temporarily stored in a storage device such as the HDD 103. The block matching parameter is input from the HDD 103 or the external memory 113 based on an instruction from the CPU 101. Further, it may be specified and input directly by the input device 112 such as a keyboard or a mouse via the UI screen on the monitor 105.

ヒストグラム間近似度導出部404は、類似度ヒストグラム生成部403で生成した類似度ヒストグラムと、リファレンスヒストグラム生成部401で生成したリファレンスヒストグラムを取得し、2つのヒストグラム間の近似度を導出する。   An inter-histogram approximation derivation unit 404 acquires the similarity histogram generated by the similarity histogram generation unit 403 and the reference histogram generated by the reference histogram generation unit 401, and derives the approximation between the two histograms.

ノイズ低減処理部405は、重み制御パラメータ設定部406とNLM適用部407で構成される。   The noise reduction processing unit 405 includes a weight control parameter setting unit 406 and an NLM application unit 407.

重み制御パラメータ設定部406は、推定部402で推定した着目画素近傍領域の特性の推定結果に基づいて、着目画素に適用するノイズ低減処理で用いる重みwを制御するパラメータhの値を設定する。   The weight control parameter setting unit 406 sets the value of the parameter h that controls the weight w used in the noise reduction process applied to the pixel of interest, based on the estimation result of the characteristics of the region near the pixel of interest estimated by the estimation unit 402.

NLM適用部407は、重み制御パラメータ設定部407で設定・更新された重み制御パラメータhを取得して、NLM法によるノイズ低減処理を入力画像データに対して適用し、出力画像データを生成する。生成された出力画像データは、HDD103に出力される。尚、出力先はHDD103に限られるものではなく、例えば、汎用I/F104に接続した外部メモリ113に出力してもよい。   The NLM application unit 407 acquires the weight control parameter h set / updated by the weight control parameter setting unit 407, applies noise reduction processing by the NLM method to the input image data, and generates output image data. The generated output image data is output to the HDD 103. Note that the output destination is not limited to the HDD 103 and may be output to the external memory 113 connected to the general-purpose I / F 104, for example.

次に、図4で説明した画像処理装置100の論理構成に従ってなされる処理について説明する。図5は、本実施例における、ノイズ低減画像を生成する処理の流れを示すフローチャートである。なお、この一連の処理は、以下に示す手順を記述したコンピュータ実行可能なプログラムをHDD103からRAM102上に読み込んだ後、CPU101によって該プログラムを実行することによって実施される。   Next, processing performed according to the logical configuration of the image processing apparatus 100 described with reference to FIG. 4 will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing for generating a noise reduced image in the present embodiment. This series of processing is implemented by reading a computer-executable program describing the following procedure from the HDD 103 onto the RAM 102 and then executing the program by the CPU 101.

ステップ501において、画像処理装置100は、入力画像データを取得する。取得した入力画像データは、推定部402及びノイズ低減処理部405に送られる。   In step 501, the image processing apparatus 100 acquires input image data. The acquired input image data is sent to the estimation unit 402 and the noise reduction processing unit 405.

ステップ502において、画像処理装置100は、ブロックマッチングパラメータを取得する。取得したブロックマッチングパラメータは、リファレンスヒストグラム生成部401及び推定部402に送られる。ここで、入力されるブロックマッチングパラメータは、前述のNLM法における着目領域の画素数N及び参照画素数Nである。以下では、3×3画素の矩形領域で画素数N=9を着目領域とし、参照画素数は5×5画素の矩形領域に含まれる画素数N=25であるものとして説明する。 In step 502, the image processing apparatus 100 acquires block matching parameters. The acquired block matching parameters are sent to the reference histogram generation unit 401 and the estimation unit 402. Here, the block matching parameters input is the number of pixels N b and the reference pixel number N S of the target region in the previous NLM method. In the following description, it is assumed that the number of pixels N b = 9 is a region of interest in a 3 × 3 pixel rectangular region, and the number of reference pixels is the number of pixels N S = 25 included in the 5 × 5 pixel rectangular region.

ステップ503において、リファレンスヒストグラム生成部401は、取得したブロックマッチングパラメータに基づいてリファレンスヒストグラムを生成する。尚、リファレンスヒストグラムは類似度Cが取り得る値の統計的分布として決定すればよい。例えば、上述の式(2)が、分散1、自由度p×qのカイ二乗分布であるとする。この場合、類似度Cが取り得る値の統計的分布は、自由度p×qのカイ二乗分布の確率密度関数として決定することが可能である。図6は、リファレンスヒストグラムの分布の一例を示す図である。図6の(a)は自由度9の場合のカイ二乗分布の確率密度関数、同(b)は自由度25の場合のカイ二乗分布の確率密度関数である。ここで、自由度p×qは、ステップ502で取得した着目領域の画素数Nと一致する。つまり、着目画素と、N個の参照画素それぞれとの類似度Cが取り得る値の統計的分布からなるリファレンスヒストグラムは、Nを自由度とするカイ二乗分布の確率密度関数に基づいて決まる。尚、リファレンスヒストグラムは類似度Cが取り得る値の統計的分布として決定すればよく、これに限られるものではない。 In step 503, the reference histogram generation unit 401 generates a reference histogram based on the acquired block matching parameter. Note that the reference histogram may be determined as a statistical distribution of values that the similarity Cj can take. For example, it is assumed that the above equation (2) is a chi-square distribution with variance 1 and p × q degrees of freedom. In this case, the statistical distribution of values that the similarity C j can take can be determined as a probability density function of a chi-square distribution with p × q degrees of freedom. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the distribution of the reference histogram. 6A shows the probability density function of the chi-square distribution with 9 degrees of freedom, and FIG. 6B shows the probability density function of the chi-square distribution with 25 degrees of freedom. Here, the degree of freedom p × q matches the number of pixels N b of the target area acquired in step 502. That is, the target pixel, the reference histogram consisting of statistical distribution of the similarity C j can take values of each the N S reference pixels based on the probability density function of the chi-square distribution for the N b and freedom Determined. The reference histogram may be determined as a statistical distribution of values that the similarity C j can take, and is not limited to this.

ステップ504において、推定部402は、着目画素近傍領域の特性を推定する処理を行なう。図7は、本実施例に係る、着目画素近傍領域の特性を推定する処理の詳細を示すフローチャートである。   In step 504, the estimation unit 402 performs processing for estimating the characteristics of the pixel-of-interest neighborhood region. FIG. 7 is a flowchart illustrating details of the process for estimating the characteristics of the region near the target pixel according to the present embodiment.

ステップ701において、推定部402は、ステップ501で取得した入力画像データからノイズ低減処理の対象とする画素(着目画素)を選択する。   In step 701, the estimation unit 402 selects a pixel (target pixel) that is subject to noise reduction processing from the input image data acquired in step 501.

ステップ702において、類似度ヒストグラム生成部403は、選択した着目画素を中心とする3×3画素の着目領域を用いて、5×5画素の各参照画素に対して、ブロックマッチングにより類似度Cを導出し、類似度ヒストグラムを生成する。仮に、入力画像データのノイズの分散が1であれば、類似度ヒストグラムは上述した図6の(a)に近い形状になる。 In step 702, the similarity histogram generation unit 403 uses a 3 × 3 pixel region of interest centered on the selected pixel of interest, and performs similarity C j for each reference pixel of 5 × 5 pixels by block matching. And a similarity histogram is generated. If the noise variance of the input image data is 1, the similarity histogram has a shape close to the above-described FIG.

ステップ703において、推定部402は、ステップ503で生成したリファレンスヒストグラムを取得する。   In step 703, the estimation unit 402 acquires the reference histogram generated in step 503.

ステップ704において、ヒストグラム間近似度導出部404は、ステップ703で取得したリファレンスヒストグラムと、ステップ702で求めた類似度ヒストグラムとの間の近似度を求める。例えば、ヒストグラムがn個の区間に分割されている場合、ヒストグラム間の近似度dは、次の式(4)で求めることができる。   In step 704, the inter-histogram approximation degree deriving unit 404 obtains an approximation degree between the reference histogram obtained in step 703 and the similarity histogram obtained in step 702. For example, when the histogram is divided into n sections, the approximation d between the histograms can be obtained by the following equation (4).

Figure 2015076676
Figure 2015076676

ここで、Href[i]はリファレンスヒストグラムのi番目の頻度、Hcalc[i]はステップ702で求めた類似度ヒストグラムのi番目の頻度であり、minは2つの要素のうち小さい値を返す関数である。そして、このdの値が最大(dmax)となるときに2つのヒストグラムが一致することになる。いま、参照画素が5×5画素であるのでdmax=25である。すなわち、ヒストグラムが一致する場合(例えば、n=2, Href[1]=5, Href[2]=20, Hcalc[1]=5, Hcalc[2]=20の場合)の近似度dは、以下のようになる。 Here, H ref [i] is the i-th frequency of the reference histogram, H calc [i] is the i-th frequency of the similarity histogram obtained in step 702, and min returns a smaller value of the two elements. It is a function. Then, when the value of d becomes the maximum (d max ), the two histograms match. Since the reference pixel is 5 × 5 pixels, d max = 25. That is, approximation when the histograms match (for example, n = 2, H ref [1] = 5, H ref [2] = 20, H calc [1] = 5, H calc [2] = 20) The degree d is as follows.

Figure 2015076676
Figure 2015076676

また、ヒストグラムが一致しない場合(例えば、n=2, Href[1]=5, Href[2]=20, Hcalc[1]=20, Hcalc[2]=5の場合)の近似度dは、以下のようになる。 Also, approximation when histograms do not match (for example, n = 2, H ref [1] = 5, H ref [2] = 20, H calc [1] = 20, H calc [2] = 5) The degree d is as follows.

Figure 2015076676
Figure 2015076676

このように、ヒストグラムが一致しない場合の近似度dの値は、dmaxより小さくなる。尚、ヒストグラム間の近似度の導出方法は上記式(4)を用いる方法に限られるものではなく、相関を求める方法や差分に基づく方法など、任意の方法を用いることが可能である。ヒストグラム間の近似度をどのように導出するのかによって導出結果の評価の仕方は変わり得る(例えば、導出された値が小さいほど近似度が高いと評価される場合もある)が、以下では、上記式(4)を用いて近似度dを求める方法を前提に説明を続ける。本実施例の場合、ヒストグラム間の近似度dの値が大きいほど、例えば着目画素近傍領域が平坦領域であるなど、その特性は着目画素に類似している可能性が高くなる。一方、ヒストグラム間の近似度dの値が小さいほど、例えば着目画素近傍領域に着目画素とは異なるエッジ領域などが含まれるなど、その特性は着目画素と異なる可能性が高くなる。そこで、本実施例では、このようにして導出されたヒストグラム間の近似度dを、選択されている着目画素の近傍領域の特性を推定する指標として利用することとする。 Thus, the value of the approximation d when the histograms do not match is smaller than d max . The method for deriving the degree of approximation between histograms is not limited to the method using the above formula (4), and any method such as a method for obtaining a correlation or a method based on a difference can be used. Depending on how the degree of approximation between histograms is derived, the way of evaluating the derived result may vary (for example, the smaller the derived value, the higher the degree of approximation may be evaluated). The description will be continued on the assumption that the degree of approximation d is obtained using equation (4). In the case of the present embodiment, as the value of the approximation d between histograms increases, the possibility that the characteristic is similar to the pixel of interest increases, for example, the region near the pixel of interest is a flat region. On the other hand, the smaller the value of the approximation d between histograms, the higher the possibility that the characteristics are different from the target pixel, for example, an edge region different from the target pixel is included in the region near the target pixel. Therefore, in this embodiment, the degree of approximation d between the histograms derived in this way is used as an index for estimating the characteristics of the neighborhood region of the selected target pixel.

ステップ705において、推定部402は、画像データ内の全画素について処理が終了したかどうかを判定する。未処理の画素があればステップ701に戻って処理を継続する。一方、全画素の処理が終了していれば、本処理を抜ける。   In step 705, the estimation unit 402 determines whether or not the processing has been completed for all pixels in the image data. If there is an unprocessed pixel, the process returns to step 701 to continue the process. On the other hand, if the processing for all the pixels has been completed, the present processing is exited.

以上が、本実施例に係る、着目画素近傍領域の特性を推定する処理の内容である。   The above is the content of the process for estimating the characteristics of the region near the target pixel according to the present embodiment.

図5のフローチャートの説明に戻る。   Returning to the flowchart of FIG.

ステップ505において、ノイズ低減処理部405は、ステップ504で推定された着目画素近傍領域の特性に応じて更新した重み制御パラメータに基づいて、入力画像データに対してNLM法によるノイズ低減処理を適用する。図8は、本実施例に係る、ノイズ低減処理の詳細を示すフローチャートである。   In step 505, the noise reduction processing unit 405 applies noise reduction processing by the NLM method to the input image data based on the weight control parameter updated in accordance with the characteristics of the pixel-of-interest neighborhood estimated in step 504. . FIG. 8 is a flowchart showing details of the noise reduction processing according to the present embodiment.

ステップ801において、ノイズ低減処理部405は、基準となる重み制御パラメータhbaseを設定する。重み制御パラメータhbaseの値としては、例えば、標準的なノイズ低減効果が得られるような所定の値とすればよい。 In step 801, the noise reduction processing unit 405 sets a reference weight control parameter hbase . The value of the weight control parameter h base may be a predetermined value that provides a standard noise reduction effect, for example.

ステップ802において、ノイズ低減処理部405は、ステップ501で取得した入力画像データから、ノイズ低減処理の対象となる画素(着目画素)を選択する。   In step 802, the noise reduction processing unit 405 selects a pixel (target pixel) that is a target of noise reduction processing from the input image data acquired in step 501.

ステップ803において、ノイズ低減処理部405は、ステップ504で導出した着目画素近傍の領域の推定結果(本実施例では、近似度d)を取得する。   In step 803, the noise reduction processing unit 405 obtains the estimation result (in the present embodiment, the degree of approximation d) of the area near the target pixel derived in step 504.

ステップ804において、重み制御パラメータ設定部406は、取得した推定結果としての近似度dに基づいて、NLM法によるノイズ低減処理で用いる重み制御パラメータhの値を更新する。ここで、推定結果(近似度d)の値が大きい場合は、上述のとおり着目画素近傍領域が平坦領域である可能性が高い。そのため、重み制御パラメータhには高いノイズ低減効果が得られるような値が新たに設定されるようにする。一方、推定結果(近似度d)の値が小さい場合は、上述のとおり着目画素近傍領域にエッジ領域などが含まれる可能性が高い。そのため、重み制御パラメータhには、より小さな値を設定することでノイズ低減効果を弱めてエッジを保存するようにする。具体的には、基準となるパラメータをhbase、変更後のパラメータをhnew、推定結果の最大値をdmaxとすると、設定すべき重み制御パラメータhは、次の式(5)によって求めることができる。 In step 804, the weight control parameter setting unit 406 updates the value of the weight control parameter h used in the noise reduction processing by the NLM method, based on the degree of approximation d as the obtained estimation result. Here, when the value of the estimation result (approximation d) is large, it is highly possible that the region near the target pixel is a flat region as described above. Therefore, a new value is set for the weight control parameter h so as to obtain a high noise reduction effect. On the other hand, when the value of the estimation result (approximation d) is small, there is a high possibility that an edge region or the like is included in the pixel vicinity region as described above. Therefore, by setting a smaller value for the weight control parameter h, the noise reduction effect is weakened and the edge is stored. Specifically, when the reference parameter is h base , the changed parameter is h new , and the maximum value of the estimation result is d max , the weight control parameter h to be set is obtained by the following equation (5). Can do.

Figure 2015076676
Figure 2015076676

ここで、参照画素が5×5画素(dmax=25)、hbase=5、推定結果(近似度d)が大きい場合をd=25、小さい場合をd=10とする。上記式(5)に基づいて導出されるhnewは、近似度dが大きい場合はhnew=5、近似度dが小さい場合はhnew=2となる。このように、推定結果としての近似度dが大きい場合はhnewの値も大きくなり、推定結果としての近似度dが小さい場合はhnewの値も小さくなる。尚、重み制御パラメータhの値を決定する方法は上述の例に限られるものではない。例えば、1つ以上の閾値を予め設けておき、当該閾値との大小関係から推定結果としての近似度dを分類して、重み制御パラメータhの値を決定するようにしてもよい。 Here, it is assumed that the reference pixel is 5 × 5 pixels (d max = 25), h base = 5, d = 25 when the estimation result (approximation d) is large, and d = 10 when the estimation result is small. H new derived based on the above equation (5) is h new = 5 when the degree of approximation d is large, and h new = 2 when the degree of approximation d is small. Thus, when the degree of approximation d as the estimation result is large, the value of h new is also large, and when the degree of approximation d as the estimation result is small, the value of h new is also small. The method for determining the value of the weight control parameter h is not limited to the above example. For example, one or more threshold values may be provided in advance, and the degree of approximation d as an estimation result may be classified based on the magnitude relationship with the threshold value, and the value of the weight control parameter h may be determined.

ステップ805において、NLM適用部407は、ステップ804で更新された新たな重み制御パラメータhnewに従って上記式(3)によって重みwを導出し、ステップ802で選択された着目画素の置き換え後の画素値Inewを、上記式(1)を用いて求める。 In step 805, the NLM application unit 407 derives the weight w by the above equation (3) according to the new weight control parameter h new updated in step 804, and the pixel value after replacement of the pixel of interest selected in step 802 I new is obtained using the above equation (1).

ステップ806において、ノイズ低減処理部405は、入力画像データの全画素についてのNLM法によるノイズ低減処理が終了したかどうかを判定する。未処理の画素があればステップ802に戻り、処理を継続する。一方、全画素について処理が終了していれば本処理を抜ける。   In step 806, the noise reduction processing unit 405 determines whether the noise reduction processing by the NLM method has been completed for all the pixels of the input image data. If there is an unprocessed pixel, the process returns to step 802 to continue the process. On the other hand, if the process has been completed for all pixels, the process is exited.

以上が、本実施例に係る、ノイズ低減処理の内容である。   The above is the content of the noise reduction processing according to the present embodiment.

図5のフローチャートの説明に戻る。   Returning to the flowchart of FIG.

ステップ506において、画像処理装置100は、ステップ505で生成した画像データ(ノイズ低減処理が施された画像データ)を出力する。   In step 506, the image processing apparatus 100 outputs the image data generated in step 505 (image data on which noise reduction processing has been performed).

なお、本実施例で説明した図5のフローチャートでは、着目画素近傍領域の特性推定処理を入力画像データ内の全画素について行なった後に、ノイズ低減処理を実行しているが、このような方法に限定されるものではない。例えば、着目画素近傍領域の特性推定処理で選択された着目画素についての近傍領域の特性推定が完了した段階で、当該着目画素を対象としたノイズ低減処理を続けて行い、その後、次の着目画素についての近傍領域の特性推定処理に移行するようにしてもよい。   In the flowchart of FIG. 5 described in the present embodiment, the noise reduction processing is performed after performing the characteristic estimation processing of the region near the target pixel for all the pixels in the input image data. It is not limited. For example, when the characteristic estimation of the neighboring area for the target pixel selected in the characteristic estimation process of the target pixel neighboring area is completed, the noise reduction process for the target pixel is continuously performed, and then the next target pixel You may make it transfer to the characteristic estimation process of the near region about.

本実施例によれば、着目画素の近傍領域の特性を推定し、当該推定結果に基づいてノイズ低減処理に用いる重み制御パラメータが設定される。これにより好適なノイズ低減効果を得ることが可能になる。   According to the present embodiment, the characteristics of the vicinity region of the target pixel are estimated, and the weight control parameter used for the noise reduction process is set based on the estimation result. This makes it possible to obtain a suitable noise reduction effect.

(実施例2)
実施例1は、リファレンスヒストグラムと類似度ヒストグラムの間の近似度を、着目画素近傍領域の特性として推定する態様であった。実施例1の方法では、着目画素とすべての参照画素が類似している場合は精度よく着目画素近傍領域の特性を推定することができる。しかしながら、入力画像データ内に例えば格子などの周期的なパターンが存在する場合は類似度ヒストグラムの形状が変化し、推定可能な着目画素近傍領域の特性が限定される。そこで、類似度ヒストグラムの特徴を判定し、これを利用することで、より詳細に着目画素近傍領域の特性を推定する態様について、実施例2として説明する。なお、実施例1と共通する部分については説明を省略ないしは簡略化し、以下では差異点を中心に説明するものとする。
(Example 2)
In the first embodiment, the degree of approximation between the reference histogram and the similarity histogram is estimated as the characteristic of the pixel-of-interest neighborhood region. In the method according to the first embodiment, when the target pixel is similar to all the reference pixels, the characteristics of the region near the target pixel can be accurately estimated. However, when a periodic pattern such as a lattice exists in the input image data, the shape of the similarity histogram changes, and the characteristics of the pixel-of-interest neighborhood that can be estimated are limited. Therefore, an embodiment in which the characteristics of the vicinity pixel of interest are estimated in more detail by determining the characteristics of the similarity histogram and using this will be described as a second embodiment. The description of the parts common to the first embodiment will be omitted or simplified, and the differences will be mainly described below.

図9は、本実施例に係る、画像処理装置100の論理構成を示す模式図であり、リファレンスヒストグラム生成部401、推定部402、ノイズ低減処理部405から構成される点は実施例1と同じである。ただし、本実施例に係る推定部402にはヒストグラム特徴判定部901が追加され、特徴判定情報が入力されるようになっている。特徴判定情報は、CPU101からの指示に基づき、HDD103や外部メモリ107から読み込まれる。また、UI画面を介して、キーボードやマウスなどの入力装置112からユーザが直接入力してもよい。   FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a logical configuration of the image processing apparatus 100 according to the present embodiment, which is the same as the first embodiment in that the reference histogram generation unit 401, the estimation unit 402, and the noise reduction processing unit 405 are configured. It is. However, a histogram feature determination unit 901 is added to the estimation unit 402 according to the present embodiment, and feature determination information is input. The feature determination information is read from the HDD 103 or the external memory 107 based on an instruction from the CPU 101. Further, the user may directly input from the input device 112 such as a keyboard or a mouse via the UI screen.

ヒストグラム特徴判定部901は、類似度ヒストグラム生成部403で着目画素毎に生成される類似度ヒストグラムの特徴を特徴判定情報に従って判定する。ここで、類似度ヒストグラムの特徴としては、前述の類似度Cが取り得る値の統計的分布におけるピークの位置、ピークの大きさ、ピークの数のいずれか、又はこれらの組み合わせが挙げられる。図10の(a)及び(b)は、類似度ヒストグラムの特徴がどのようにして判定されるのかを示す図であり、実線はリファレンスヒストグラムの分布、点線は類似度ヒストグラムの分布を示している。 The histogram feature determination unit 901 determines the feature of the similarity histogram generated for each pixel of interest by the similarity histogram generation unit 403 according to the feature determination information. Here, the feature of the similarity histogram includes any one of a peak position, a peak size, and a peak number in a statistical distribution of values that can be taken by the similarity C j described above, or a combination thereof. FIGS. 10A and 10B are diagrams showing how the characteristics of the similarity histogram are determined. The solid line indicates the distribution of the reference histogram, and the dotted line indicates the distribution of the similarity histogram. .

図10の(a)は、着目画素の近傍領域が格子パターンである場合の、類似度Cが取り得る値の分布の一例である。格子パターンのような周期的なパターンが着目画素近傍領域にある場合、類似度ヒストグラムは周期パターンの数に応じて複数のピークを持ち、その内1つのピーク位置がリファレンスヒストグラムにおけるピーク位置と一致するという特徴を持つ。これは、着目画素との類似度が高い画素と低い画素に分かれるためである。従って、類似度ヒストグラムのピークの数を特徴判定情報として与えることで、着目画素の近傍領域が周期パターンであるかどうかを推定することが可能となる。 FIG. 10A is an example of a distribution of values that can be taken by the similarity C j when the vicinity region of the target pixel is a lattice pattern. When a periodic pattern such as a lattice pattern is in the region near the target pixel, the similarity histogram has a plurality of peaks according to the number of periodic patterns, and one of the peak positions matches the peak position in the reference histogram. It has the characteristics. This is because the pixel is divided into a pixel having high similarity and a pixel having low similarity to the target pixel. Therefore, by giving the number of peaks in the similarity histogram as feature determination information, it is possible to estimate whether or not the region near the pixel of interest is a periodic pattern.

図10の(b)は、着目画素の近傍領域がランダムテクスチャである場合の、類似度Cが取り得る値の分布の一例である。ランダムテクスチャのように特定のパターンを持たない場合、類似度ヒストグラムとリファレンスヒストグラムとではピークの位置が異なり、類似度ヒストグラムの方がピークの大きさも大きくなるという特徴をもつ。これは、着目画素との類似度の高い参照画素が減少するためである。従って、リファレンスヒストグラムのピーク位置及びピークの大きさを特徴判定情報として与えることで、着目画素の近傍領域がランダムテクスチャであるかどうかを推定することが可能となる。 FIG. 10B is an example of a distribution of values that can be taken by the similarity C j when the vicinity region of the pixel of interest has a random texture. When there is no specific pattern as in a random texture, the similarity histogram and the reference histogram have different peak positions, and the similarity histogram has a feature that the peak size is larger. This is because reference pixels having a high degree of similarity with the target pixel are reduced. Therefore, it is possible to estimate whether or not the neighborhood region of the pixel of interest is a random texture by giving the peak position and peak size of the reference histogram as feature determination information.

以上のようにして、特徴判定情報を用いて類似度ヒストグラムの特徴を判定し利用することで、着目画素近傍領域の特性をより詳細に推定することが可能になる。尚、類似度ヒストグラムからどのような特徴を導出するかは上述の例に限られるものではなく任意に設定可能である。   As described above, by determining and using the feature of the similarity histogram using the feature determination information, it is possible to estimate the characteristics of the region near the target pixel in more detail. Note that what features are derived from the similarity histogram is not limited to the above-described example, and can be arbitrarily set.

次に、図9で説明した画像処理装置100の論理構成に従ってなされる処理について説明する。図11は、本実施例におけるノイズ低減画像を生成するメイン処理の流れを示すフローチャートである。実施例1に係る図5のフローチャートとの大きな違いは、特徴判定情報を取得する処理(ステップ1104)が追加されている点である。本実施例では、リファレンスヒストグラムが生成された後に、上述の特徴判定情報が取得される。その余の点は実施例1と同じである。すなわち、ステップ1101〜1103は図5のステップ501〜503に相当し、ステップ1105〜1107は図5のステップ504〜506にそれぞれ対応している。ただし、以下に述べるとおり、着目画素近傍領域の特性推定処理とノイズ低減処理の中身は実施例1と異なっている。   Next, processing performed according to the logical configuration of the image processing apparatus 100 described with reference to FIG. 9 will be described. FIG. 11 is a flowchart showing the flow of main processing for generating a noise-reduced image in the present embodiment. A major difference from the flowchart of FIG. 5 according to the first embodiment is that a process (step 1104) for acquiring feature determination information is added. In this embodiment, after the reference histogram is generated, the above-described feature determination information is acquired. The other points are the same as in the first embodiment. That is, steps 1101 to 1103 correspond to steps 501 to 503 in FIG. 5, and steps 1105 to 1107 correspond to steps 504 to 506 in FIG. However, as described below, the contents of the characteristic estimation process and the noise reduction process in the vicinity region of the target pixel are different from those in the first embodiment.

(着目画素近傍領域の特性推定処理)
図12は、本実施例に係る、着目画素近傍領域の特性を推定する処理の詳細を示すフローチャートである。
(Characteristic estimation process for the area near the target pixel)
FIG. 12 is a flowchart illustrating details of the process for estimating the characteristics of the region near the target pixel according to the present embodiment.

ステップ1201において、推定部402は、ステップ1101で取得した入力画像データからノイズ低減処理の対象とする画素(着目画素)を選択する。   In step 1201, the estimation unit 402 selects a pixel (target pixel) to be subjected to noise reduction processing from the input image data acquired in step 1101.

ステップ1202において、類似度ヒストグラム生成部403は、選択した着目画素を中心とする着目領域を用いて、各参照画素に対して、ブロックマッチングにより類似度Cを導出し、類似度ヒストグラムを生成する。 In step 1202, the similarity histogram generating unit 403, by using a region of interest centered on the target pixel selected for each reference pixel to derive a similarity C j by block matching, to generate a similarity histogram .

ステップ1203において、推定部402は、ステップ1103で生成したリファレンスヒストグラムを取得する。   In step 1203, the estimation unit 402 acquires the reference histogram generated in step 1103.

ステップ1204において、ヒストグラム間近似度導出部404は、ステップ1203で取得したリファレンスヒストグラムと、ステップ1202で生成された類似度ヒストグラムとの間の近似度を求める。   In step 1204, the inter-histogram approximation degree deriving unit 404 obtains an approximation degree between the reference histogram acquired in step 1203 and the similarity histogram generated in step 1202.

ステップ1205において、ヒストグラム特徴判定部901は、ステップ1202で求めた類似度ヒストグラムの特徴を、ステップ1104で取得した特徴判定情報に従って判定する。   In step 1205, the histogram feature determination unit 901 determines the feature of the similarity histogram obtained in step 1202 according to the feature determination information acquired in step 1104.

このような処理によって本実施例においては、ステップ1204で求めたヒストグラム間の近似度d及びステップ1205で判定した類似度ヒストグラムの特徴が、選択中の着目画素の近傍領域の特性と推定されることになる。   With this processing, in this embodiment, the degree of approximation d between the histograms obtained in step 1204 and the characteristics of the similarity histogram determined in step 1205 are estimated as the characteristics of the neighborhood region of the pixel of interest being selected. become.

ステップ1206において、推定部402は、入力画像データ内の全画素について処理が終了したかどうかを判定する。未処理の画素があればステップ1201に戻って処理を継続する。一方、全画素の処理が終了していれば、本処理を抜ける。   In step 1206, the estimation unit 402 determines whether or not the processing has been completed for all pixels in the input image data. If there is an unprocessed pixel, the process returns to step 1201 to continue the process. On the other hand, if the processing for all the pixels has been completed, the present processing is exited.

以上が、本実施例に係る、着目画素近傍領域の特性推定処理の内容である。   The above is the content of the characteristic estimation process of the region near the target pixel according to the present embodiment.

(ノイズ低減処理)
図13は、本実施例に係る、ノイズ低減処理の詳細を示すフローチャートである。
(Noise reduction processing)
FIG. 13 is a flowchart illustrating details of noise reduction processing according to the present embodiment.

ステップ1301において、ノイズ低減処理部405は、基準となる重み制御パラメータhbaseを設定する。 In step 1301, the noise reduction processing unit 405 sets a weight control parameter h base as a reference.

ステップ1302において、ノイズ低減処理部405は、ステップ1101で取得した入力画像データからノイズ低減処理の対象となる画素(着目画素)を選択する。   In step 1302, the noise reduction processing unit 405 selects a pixel (target pixel) that is a target of noise reduction processing from the input image data acquired in step 1101.

ステップ1303において、ノイズ低減処理部405は、ステップ1105で導出した着目画素近傍の領域の推定結果(本実施例では、近似度d及び類似度ヒストグラムの特徴)を取得する。   In step 1303, the noise reduction processing unit 405 acquires the estimation result of the region near the target pixel derived in step 1105 (in this embodiment, the feature of the approximation d and the similarity histogram).

ステップ1304において、重み制御パラメータ設定部406は、選択中の着目画素についての近傍領域がランダムテクスチャ領域であるかどうかを、取得した類似度ヒストグラムの特徴に基づいて判定する。具体的には、リファレンスヒストグラムと比較してピーク位置のずれが存在していたり、類似度ヒストグラムのピークの方が大きい場合に、ランダムテクスチャ領域であると判定する。着目画素近傍領域がランダムテクスチャ領域であると判定されれば、ステップ1305に進む。一方、ランダムテクスチャ領域ではないと判定されれば、ステップ1306に進む。   In step 1304, the weight control parameter setting unit 406 determines whether or not the neighborhood area for the selected pixel of interest is a random texture area based on the acquired feature of the similarity histogram. Specifically, it is determined that the region is a random texture region when there is a shift in peak position compared to the reference histogram or when the peak of the similarity histogram is larger. If it is determined that the region near the target pixel is a random texture region, the process proceeds to step 1305. On the other hand, if it is determined that the region is not a random texture region, the process proceeds to step 1306.

ステップ1305において、重み制御パラメータ設定部406は、重み制御パラメータhに、ノイズ低減効果が小さくなるような所定の値(後述のステップ1307で設定され得る値よりも小さな値)の重み制御パラメータhsを設定する。これは、ランダムテクスチャ領域では着目画素との類似度が高い参照画素が少ないために画像がぼけるのを軽減するためである。例えば、上述のステップ1301で設定される基準となる重み制御パラメータhbaseの値が3であれば、その半分の値(3*0.5)である1.5をhsとして設定する。 In step 1305, the weight control parameter setting unit 406 sets the weight control parameter h s to a weight control parameter h s having a predetermined value (a value smaller than a value that can be set in step 1307, which will be described later). Set. This is to reduce blurring of the image because there are few reference pixels having high similarity to the target pixel in the random texture region. For example, if the value of the reference weight control parameter h base set in step 1301 is 3, 1.5 which is a half value (3 * 0.5) is set as h s .

ステップ1306において、重み制御パラメータ設定部406は、選択中の着目画素についての近傍領域が周期パターン領域であるかどうかを、取得した類似度ヒストグラムの特徴に基づいて判定する。具体的には、リファレンスヒストグラムと類似度ヒストグラムとでピーク位置が一致していたり、類似度ヒストグラムのピークの数が複数であった場合に、周期パターン領域であると判定する。周期パターン領域であると判定されればステップ1308に進み、基準となる重み制御パラメータhbaseの下でNLM法によるノイズ低減処理を行なう。これは、周期パターン領域では着目画素と参照画素との類似度の差が大きくなるため、パラメータhを更新しなくても好適なノイズ低減結果が得られるためである。一方、周期パターン領域でないと判定されれば、ステップ1307に進む。 In step 1306, the weight control parameter setting unit 406 determines whether or not the neighboring region for the selected pixel of interest is a periodic pattern region based on the acquired feature histogram feature. Specifically, if the reference histogram and the similarity histogram have the same peak position or the number of peaks in the similarity histogram is plural, it is determined that the region is a periodic pattern region. If it is determined that the periodic pattern area proceeds to step 1308 and performs the noise reduction process by the NLM method under standards become weighting control parameter h base. This is because in the periodic pattern region, the difference in similarity between the target pixel and the reference pixel becomes large, and therefore a preferable noise reduction result can be obtained without updating the parameter h. On the other hand, if it is determined that the region is not a periodic pattern region, the process proceeds to step 1307.

ステップ1307において、重み制御パラメータ設定部406は、取得した推定結果としての近似度dに基づいて、新たな重み制御パラメータhnewの値を前述の式(5)を用いて求め、更新する。前述のとおり、推定結果としての近似度dが大きい場合はhnewの値も大きくなり、推定結果としての近似度dが小さい場合はhnewの値も小さくなる。 In step 1307, the weight control parameter setting unit 406 obtains and updates a new value of the weight control parameter h new using the above-described equation (5) based on the degree of approximation d as the obtained estimation result. As described above, when the degree of approximation d as the estimation result is large, the value of h new is also large, and when the degree of approximation d as the estimation result is small, the value of h new is also small.

ステップ1308において、NLM適用部407は、更新された新たな重み制御パラメータhnew(又はhbase)に従って、前述の式(3)によって重みwを導出し、選択中の着目画素の置き換え後の画素値Inewを前述の式(1)を用いて求める。 In step 1308, the NLM application unit 407 derives the weight w by the above-described equation (3) according to the updated new weight control parameter h new (or h base ), and the pixel after replacement of the pixel of interest being selected The value I new is obtained using the above-described equation (1).

ステップ1309において、ノイズ低減処理部405は、入力画像データの全画素についてのNLM法によるノイズ低減処理が終了したかどうかを判定する。未処理の画素があればステップ1301に戻り、処理を継続する。一方、全画素について処理が終了していれば本処理を抜ける。   In step 1309, the noise reduction processing unit 405 determines whether or not noise reduction processing by the NLM method has been completed for all pixels of the input image data. If there is an unprocessed pixel, the process returns to step 1301 to continue the process. On the other hand, if the process has been completed for all pixels, the process is exited.

以上が、本実施例に係る、ノイズ低減処理の内容である。
本実施例によれば、着目画素毎に生成される類似度ヒストグラムの特徴を判定し利用することで、着目画素近傍領域の特性をより詳細に推定することが可能になる。そして、推定結果に基づいてノイズ低減パラメータを更新することによって好適なノイズ低減効果を得ることが可能になる。
The above is the content of the noise reduction processing according to the present embodiment.
According to the present embodiment, it is possible to estimate the characteristics of the region near the target pixel in more detail by determining and using the feature of the similarity histogram generated for each target pixel. And it becomes possible to acquire a suitable noise reduction effect by updating a noise reduction parameter based on an estimation result.

(実施例3)
実施例1及び実施例2では、推定結果に応じてNLM法によるノイズ低減処理の重み制御パラメータの値を適宜変更していた。このような重み制御パラメータの値を変更する手法に代えて、推定結果に応じて異なる手法のノイズ低減処理(例えばガウシアンフィルタやメディアンフィルタを用いたノイズ低減処理)を適用するように構成しても構わない。さらには、実施例2で説明したランダムテクスチャ領域などぼけやすい領域などは、ノイズ低減処理自体を適用しない構成とすることも可能である。
(Example 3)
In the first and second embodiments, the value of the weight control parameter for the noise reduction processing by the NLM method is appropriately changed according to the estimation result. Instead of such a method of changing the value of the weight control parameter, it may be configured to apply noise reduction processing (for example, noise reduction processing using a Gaussian filter or a median filter) of a different method depending on the estimation result. I do not care. Furthermore, it is possible to adopt a configuration in which the noise reduction process itself is not applied to a region that is easily blurred, such as the random texture region described in the second embodiment.

(その他の実施例)
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施例の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
(Other examples)
The present invention is also realized by executing the following processing. That is, software (program) for realizing the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.

Claims (13)

ノイズ低減処理の対象とする着目画素と当該着目画素に対応する複数の参照画素との類似度のヒストグラムを生成し、当該生成された類似度ヒストグラムに基づいて前記着目画素の近傍領域の特性を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定された前記着目画素の近傍領域の特性に基づいて前記複数の参照画素についての重みを決定し、前記着目画素に対してノイズ低減処理を行うノイズ低減処理手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
Generate a histogram of the similarity between the target pixel for noise reduction processing and a plurality of reference pixels corresponding to the target pixel, and estimate the characteristics of the neighborhood region of the target pixel based on the generated similarity histogram An estimation means to
Noise reduction processing means for determining weights for the plurality of reference pixels based on characteristics of the vicinity region of the target pixel estimated by the estimation means, and performing noise reduction processing on the target pixel;
An image processing apparatus comprising:
前記ノイズ低減処理手段は、
前記推定手段で推定された前記着目画素の近傍領域の特性に応じて、前記重みを制御する制御パラメータを設定するパラメータ設定手段を含み、
前記パラメータ設定手段で設定された制御パラメータに基づいて前記重みを決定して、前記着目画素に対してノイズ低減処理を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The noise reduction processing means includes
Parameter setting means for setting a control parameter for controlling the weight according to the characteristics of the neighborhood region of the target pixel estimated by the estimation means;
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the weight is determined based on a control parameter set by the parameter setting unit, and noise reduction processing is performed on the pixel of interest.
ブロックマッチングパラメータに応じた統計的分布に従ってリファレンスとなるヒストグラムを生成するリファレンスヒストグラム生成手段をさらに備え、
前記推定手段は、
前記類似度ヒストグラムと前記リファレンスヒストグラムとの間の近似度を導出するヒストグラム間近似度導出手段を含み、当該導出されたヒストグラム間の近似度を、前記着目画素の近傍領域の特性として推定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。
Reference histogram generation means for generating a histogram serving as a reference according to a statistical distribution according to the block matching parameter,
The estimation means includes
Including inter-histogram approximation derivation means for deriving an approximation between the similarity histogram and the reference histogram, and estimating the approximation between the derived histograms as a characteristic of a neighborhood region of the target pixel. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is characterized.
前記パラメータ設定手段は、前記ヒストグラム間近似度導出手段で導出した近似度が高いほどノイズ低減効果が強くなるように、近似度が低いほどノイズ低減効果が弱くなるように、前記制御パラメータを設定することを特徴とする請求項3記載の画像処理装置。   The parameter setting means sets the control parameter such that the higher the degree of approximation derived by the inter-histogram approximation degree derivation means, the stronger the noise reduction effect, and the lower the degree of approximation, the weaker the noise reduction effect. The image processing apparatus according to claim 3. 前記推定手段は、
前記類似度ヒストグラムの特徴を判定する特徴判定手段をさらに備え、
前記特徴判定手段で判定された類似度ヒストグラムの特徴と、前記ヒストグラム間近似度導出手段で導出されたヒストグラム間の近似度を、前記着目画素の近傍領域の特性として推定する
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の画像処理装置。
The estimation means includes
Further comprising a feature determination means for determining a feature of the similarity histogram,
The feature of the similarity histogram determined by the feature determination unit and the degree of approximation between the histograms derived by the inter-histogram approximation deriving unit are estimated as characteristics of the neighborhood region of the target pixel. Item 5. The image processing apparatus according to Item 3 or 4.
前記特徴判定手段で判定される前記類似度ヒストグラムの特徴は、ピークの位置、ピークの大きさ、ピークの数のいずれか或いはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。   The image processing according to claim 5, wherein the feature of the similarity histogram determined by the feature determination unit is any one of a peak position, a peak size, a peak number, or a combination thereof. apparatus. 前記ノイズ低減処理手段は、前記類似度ヒストグラムの特徴に基づいて前記注目画素の近傍領域が周期的なパターンの領域であるかどうかを判定し、周期的なパターンの領域であると判定された場合に、前記推定手段で推定された前記着目画素の近傍領域の特性に基づいて前記複数の参照画素についての重みを決定することなく所定の重みを用いて、前記着目画素に対してノイズ低減処理を行なうことを特徴とする5又は6に記載の画像処理装置。   When the noise reduction processing unit determines whether or not a region near the target pixel is a periodic pattern region based on the feature of the similarity histogram, and determines that the region is a periodic pattern region In addition, a noise reduction process is performed on the target pixel using a predetermined weight without determining a weight for the plurality of reference pixels based on the characteristics of the vicinity region of the target pixel estimated by the estimation unit. The image processing apparatus according to 5 or 6, wherein the image processing apparatus is performed. 前記ノイズ低減処理手段は、前記類似度ヒストグラムの特徴に基づいて前記注目画素の近傍領域がランダムテクスチャの領域であるかどうかを判定し、ランダムテクスチャの領域であると判定された場合に、前記推定手段で推定された前記着目画素の近傍領域の特性に基づいて前記複数の参照画素についての重みを決定するときよりもノイズ低減効果が弱くなるような所定の重みを用いて、前記着目画素に対してノイズ低減処理を行なうことを特徴とする5又は6に記載の画像処理装置。   The noise reduction processing means determines whether or not the neighborhood region of the target pixel is a random texture region based on the feature of the similarity histogram, and when it is determined that the region is a random texture region, the estimation The predetermined pixel is used for the target pixel by using a predetermined weight such that the noise reduction effect is weaker than when the weight for the plurality of reference pixels is determined based on the characteristics of the vicinity region of the target pixel estimated by the means. The image processing apparatus according to 5 or 6, wherein noise reduction processing is performed. 前記ノイズ低減処理は、Non-Local Means法によるノイズ低減処理であることを特徴とする1乃至8のいずれか1項に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to any one of 1 to 8, wherein the noise reduction processing is noise reduction processing by a Non-Local Means method. ノイズ低減処理の対象とする着目画素と当該着目画素に対応する複数の参照画素との類似度のヒストグラムを生成し、当該生成された類似度ヒストグラムに基づいて前記着目画素の近傍領域の特性を推定する推定手段と、
前記着目画素に対しノイズ低減処理を行なう手段であって、前記推定手段で推定された前記着目画素の近傍領域の特性に応じて異なる内容のノイズ低減処理を行なう、ノイズ低減処理手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
Generate a histogram of the similarity between the target pixel for noise reduction processing and a plurality of reference pixels corresponding to the target pixel, and estimate the characteristics of the neighborhood region of the target pixel based on the generated similarity histogram An estimation means to
Noise reduction processing means for performing noise reduction processing on the target pixel, wherein the noise reduction processing means performs noise reduction processing of different contents according to the characteristics of the vicinity region of the target pixel estimated by the estimation means;
An image processing apparatus comprising:
ノイズ低減処理の対象とする着目画素と当該着目画素に対応する複数の参照画素との類似度のヒストグラムを生成し、当該生成された類似度ヒストグラムに基づいて前記着目画素の近傍領域の特性を推定する推定手段と、
前記着目画素に対しノイズ低減処理を行なう手段であって、前記推定手段で推定された前記着目画素の近傍領域の特性に応じてノイズ低減処理を行なうかどうかを切り替える、ノイズ低減処理手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
Generate a histogram of the similarity between the target pixel for noise reduction processing and a plurality of reference pixels corresponding to the target pixel, and estimate the characteristics of the neighborhood region of the target pixel based on the generated similarity histogram An estimation means to
Means for performing noise reduction processing on the target pixel, wherein the noise reduction processing unit switches whether to perform noise reduction processing according to the characteristics of the neighborhood region of the target pixel estimated by the estimation unit;
An image processing apparatus comprising:
ノイズ低減処理の対象とする着目画素と当該着目画素に対応する複数の参照画素との類似度のヒストグラムを生成し、当該生成された類似度ヒストグラムに基づいて前記着目画素の近傍領域の特性を推定する推定ステップと、
前記推定ステップで推定された前記着目画素の近傍領域の特性に基づいて前記複数の参照画素についての重みを決定し、前記着目画素に対してノイズ低減処理を行うノイズ低減処理ステップと、
を含むことを特徴とする画像処理方法。
Generate a histogram of the similarity between the target pixel for noise reduction processing and a plurality of reference pixels corresponding to the target pixel, and estimate the characteristics of the neighborhood region of the target pixel based on the generated similarity histogram An estimation step to
A noise reduction processing step of determining a weight for the plurality of reference pixels based on characteristics of a neighborhood region of the target pixel estimated in the estimation step, and performing a noise reduction process on the target pixel;
An image processing method comprising:
コンピュータを請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。   A program for causing a computer to function as the image processing apparatus according to any one of claims 1 to 11.
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