横引きノイズ補正方法
【課題】デジタル処理により横引きノイズ補正を行う。
【解決手段】映像入力からライン平均値算出回路により１ライン平均値を計算し、この信号から補正ゲイン制御回路により補正ゲインを算出し、一方で映像入力を、映像クリップ回路で所定のクリップレベルでクリップし、これからライン平均値算出回路により１ライン平均値を計算し、この信号をフレーム巡回型フィルタに通すことで横引きノイズ成分を除去した信号を得て、フレーム巡回型フィルタの入力と出力信号から横引きノイズ成分を求め、これに補正ゲインを乗じたものを横引きノイズ補正信号とし、映像入力からこれを減算することで横引きノイズを補正する。
【解決手段】映像入力からライン平均値算出回路により１ライン平均値を計算し、この信号から補正ゲイン制御回路により補正ゲインを算出し、一方で映像入力を、映像クリップ回路で所定のクリップレベルでクリップし、これからライン平均値算出回路により１ライン平均値を計算し、この信号をフレーム巡回型フィルタに通すことで横引きノイズ成分を除去した信号を得て、フレーム巡回型フィルタの入力と出力信号から横引きノイズ成分を求め、これに補正ゲインを乗じたものを横引きノイズ補正信号とし、映像入力からこれを減算することで横引きノイズを補正する。
【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に関し、特にテレビジョンカメラの映像信号に発生する横引き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。図１は、従来のテレビジョンカメラの構成を示すブロック図である。１１はテレビジョンカメラ、１２はレンズ部である。テレビジョンカメラにおいて、１０１は撮像素子、１０２はＣＤＳ（ Correlated Double Sampling 、相関２重サンプリング）部、１０３はＶＧＡ（ Variable Gain Amplifier ）部、１０４はＡ／Ｄ（ Analog to Digital ）変換部、１０５は映像信号処理部、１０６は映像信号出力部、１０７はＣＰＵ（ Central Processing Unit ）である。
【０００３】
図１において、被写体像は、レンズ部１２を通り、テレビジョンカメラ１１の撮像素子１０１に入射する。撮像素子１０１は、入射された被写体像を電気信号に変換して、ＣＤＳ部１０２に出力する。ＣＤＳ部１０２は、入力された電気信号から雑音を除去し、ＶＧＡ部１０３に出力する。ＶＧＡ部１０３は、入力された信号のレベルを調整して、Ａ／Ｄ変換部１０４に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０４は、入力された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して映像信号処理部１０５に出力する。映像信号処理部１０５は、入力された信号に対して、色分離、レベル補正、輪郭強調、等の様々な処理を施した後、映像信号出力部１０６を介してテレビジョンカメラ１１の映像信号として出力する。
ＣＰＵ１０７は、システムコントローラとして、テレビジョンカメラ１１内の各部の回路を制御している。
【０００４】
ノイズの影響により、ライン毎に黒レベルが変化する。これによって映像に横線が発生する。この現象を横引きノイズという。横引きノイズは、撮像素子１０１で発生するノイズで、従来は、ＣＤＳ部１０２で補正を行っていた。なお、横引きノイズとは、周波数が数ｋＨｚ程度の低周波ノイズにより、表示画面上において横引き状のノイズが見える現象である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−２１０７７４号公報
【特許文献２】特開２００２−７７７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では、撮像素子１０１で発生する低周波ノイズを、ＣＤＳ部１０２等により低減している。しかし、ＣＤＳ部１０２、以降で発生する横引きノイズについては低減していなかった。
特許文献１には、テレビジョン信号の同期部分におけるノイズの大きさを１つのしきい値によって複数種類に分類し、制御回路は複数値の制御信号を作成し、ノイズの大きさに応じて補正係数を変化させる発明が開示されている。しかし、アナログ信号処理でノイズ補正されるため、上記の問題は解決していない。
特許文献２には、映像信号をフィールド間で信号処理し、被写体の動き検出結果に応じて、ノイズ抑制量を可変するテレビジョン回路技術が開示されている。そして、映像信号処理から出力されるデジタル信号についてノイズ補正処理を行っている。しかし、ノイズ補正に関して、被写体に動きがあるときには補正せず、動きが無い時に補正するとする発明であり、本願発明の課題を解決できるような技術の開示は無い。
本発明は、上記の問題に鑑み、ＣＤＳ部１０２、ＶＧＡ部１０３、及びＡ／Ｄ変換部１０４で発生する横引きノイズの補正を行う横引きノイズ補正方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、ＣＤＳ部、ＶＧＡ部、及びＡ／Ｄ変換部の後段の、映像信号処理部内でデジタル信号処理を行い、横引きノイズを含む映像信号から、横引きノイズ成分だけを抽出し、元の信号から、横引きノイズ成分を減算することにより、横引きノイズの無い映像信号を得るものであり、横引きノイズ補正方法及び横引きノイズ補正回路並びにそれを用いたテレビジョン回路として適用される。
好ましくは、本発明の横引きノイズ補正方法は、１ライン分の映像データの輝度信号レベルの画素毎の平均値データを算出し、前記算出された平均値データにフレーム巡回型フィルタによって前記１ライン分の映像データの１フレーム前の輝度信号レベルとの差分データから横引ノイズ成分を除去したデータを算出し、前記平均値データから前記横引ノイズ成分を除去したデータを減算した減算データを算出し、前記算出された減算データを前記１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＣＤＳ部、ＶＧＡ部、及びＡ／Ｄ変換部で発生する横引きノイズを、それら後段（ノイズが発生した後の段階）で補正することができ、しかもデジタル信号処理によって補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のテレビジョンカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のテレビジョンカメラの一実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の横引きノイズ補正回路の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の補正ゲイン算出回路の入出力特性の一実施例を示す図である。
【図５】本発明のフレーム巡回型フィルタの一実施例の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の横引きノイズ補正回路の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の横引きノイズ補正方法及び横引きノイズ補正回路並びにそれを用いたテレビジョン回路は、１ライン分の映像データの輝度信号レベルの画素毎の平均値データを算出し、算出された平均値データにフレーム巡回型フィルタによって１ライン分の映像データの１フレーム前の輝度信号レベルとの差分データから横引ノイズ成分を除去したデータを算出し、平均値データから横引ノイズ成分を除去したデータを減算した減算データを算出し、算出された減算データを１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去する。
好ましくは、上記本発明は、１ライン分の映像データの画素毎の輝度信号レベルが所定のレベルを超えた場合に、所定のレベルにクリップし、クリップ後の映像データについて、１ライン分の映像データの画素毎の輝度信号レベルの平均値データａを算出する。
また好ましくは、上記本発明は、横引ノイズ成分を除去したデータに基づいて、少なくとも１つのパラメータによる補正係数を算出し、算出された補正係数で補正することによって減算データから補正減算データを算出し、算出された補正減算データを１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去する。
さらに好ましくは、上記発明は、横引きノイズ補正は、１水平ライン毎に実行する。
またさらに好ましくは、上記発明は、パラメータは、横引ノイズ成分を除去したデータのレベルが所定のレベル以上の場合には、横引ノイズ成分を除去したデータのレベルを漸減して出力する。
【００１１】
本発明の一実施例を、図２を用いて説明する。図２は、本発明のテレビジョンカメラの構成を示すブロック図である。２０５は映像信号処理部、２０７はＣＰＵである。図２のテレビジョンカメラは、図１のテレビジョンカメラの構成に対して、映像信号処理部１０５の替わりに映像信号処理部２０５を用い、このため制御プログラムが変更されるため、ＣＰＵ１０７の替わりにＣＰＵ２０７を用いる構成としている。
従って、図２の実施例では、図１のテレビジョンカメラに比べて、ＣＤＳ部１０２でのノイズ補正の他、映像信号処理部２０５内で横引きノイズ補正処理を行う。即ち、アナログの映像信号ではなく、デジタルの映像信号に対して、横引きノイズ補正処理がなされる。
【００１２】
なお、図２のテレビジョンカメラは、例えば、１０８０／６０ｉ、１０８０／５０ｉ、１０８０／２４ｐ、７２０／６０ｐ、７２０／５０ｐ、７２０／２４ｐ等のＨＤ（ High Definition ）方式のテレビジョンカメラである。
また、撮像素子１０１は、例えばＣＣＤ（ Charge Couppled Device ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（ Complementary Metal Oxide Semiconductor ）イメージセンサ、等の固体撮像素子である。
ただし、以降では、横（水平）１９２０画素×縦１０８０画素のＨＤ方式のテレビジョンカメラとして説明する。
【００１３】
図３を用いて、図２のテレビジョンカメラにおける横引きノイズ補正処理を実行する横引きノイズ補正回路について説明する。図３は、本発明の横引きノイズ補正回路の一実施例の構成を示すブロック図である。図３の横引きノイズ補正回路は、図２のテレビジョンカメラにおける映像信号処理回路２０５の構成の一部である。３００は横引きノイズ補正回路、３０１はライン平均値算出回路、３０２はフレーム巡回型フィルタ、３０３は減算器、３０４は補正ゲイン算出回路、３０５は乗算器、３０６はラインメモリ、３０７は減算器である。小文字のａ〜ｆ，ｇｉ，ｇｏは出力信号データである。また、必要構成部に入力される係数やパラメータについては角が丸みをおびた枠で囲んだ。
【００１４】
図３において、映像信号処理部２０５内の横引きノイズ補正回路３００に、デジタルの映像信号データｇｉが画素毎に入力される。この１水平ライン分の映像信号データｇｉは、ラインメモリ３０６とライン平均値算出回路３０１とに入力される。なお、映像信号データｇｉは、例えば、画素毎の輝度信号レベルを１４ｂｉｔで表す。
ライン平均値算出回路３０１は、式（１）のように、水平ラインの映像信号の平均値ａを算出する。即ち、ライン平均値算出回路３０１は、画素毎にその輝度値が入力される都度、入力される輝度値を加算する。１水平ライン分の輝度値を加算した後、加算された値を水平画素数で除算する。除算結果（商）をその水平ラインの映像信号の平均値ａ、映像信号データｇｉの水平１ライン分ずつ算出し、１ライン平均値データａとして算出した順（通常は、画面上側のラインから下側のラインの順）にフレーム巡回型フィルタ３０２と減算器３０３の一方の入力端に出力する。
【００１５】
【数１】
ｎは、１水平ライン分の画素数で、例えば、フルハイビジョンカメラでは、１９２０である（ｎは自然数）。
なお、平均値ではなく、中央値等、他の代表値を算出し、算出した代表値によって処理を行っても良い。
【００１６】
フレーム巡回型フィルタ３０２は、横引きノイズ成分が除去された信号データｂを算出し、減算器３０３の他方の入力端と補正ゲイン算出回路３０４に出力する。なお、フレーム巡回型フィルタの詳細の説明は、後述する（図５参照）。
【００１７】
減算器３０３は、１ライン平均値データａから横引きノイズ成分が除去された信号ｂを減算して横引きノイズ成分データｃを算出し、乗算器３０５に出力する（ｃ＝ａ−ｂ）。
補正ゲイン算出回路３０４は、横引きノイズ成分が除去された信号データｂのレベルから、別途入力されるパラメータ（例えば、後述の図４参照）に基づいてゲイン係数データｄを算出し、乗算器３０５に出力する。
【００１８】
補正ゲイン算出回路３０４に別途入力されるパラメータは、例えば、ＣＰＵ２０７が設定し、補正ゲイン算出回路３０４に出力する。例えばパラメータは、Ｌｅｖｅｌ値、Ｇａｉｎ値、Ｓｌｏｐｅ値の３個のパラメータである。また、ＣＰＵ２０７は、パラメータではなく、このパラメータに基づく演算式を補正ゲイン算出回路３０４に出力し、補正ゲイン算出回路３０４はこの演算式に基づいて、入力される信号データｂから信号データｃを演算しても良い。
【００１９】
補正ゲイン算出回路３０４のゲイン特性（若しくは演算式）の、一実施例を図４に示す。図４は、本発明の補正ゲイン算出回路の入出力特性の一実施例を示す図である。横軸は入力される信号データｂ、縦軸は出力信号データｄであり、この特性若しくは演算式を決定するパラメータは、Ｇａｉｎ値、Ｌｅｖｅｌ値、及びＳｌｏｐｅ値である。
図４において、入力信号データｂがＬｅｖｅｌ値以下のときは、ゲイン係数データｄ＝Ｇａｉｎ値となり、入力信号データｂがＬｅｖｅｌ値を超えるときは、Ｓｌｏｐｅ値で設定された傾きにより、徐々にゲイン係数データｄが下がるようになっている。
【００２０】
次に、乗算器３０５は、横引きノイズ成分データｃにゲイン係数データｄを乗じ、その積値を横引きノイズ補正信号データｅとして算出し、減算器７０７の一方の入力端に出力する（ｅ＝ｃ×ｄ）。
【００２１】
一方、ラインメモリ３０６は、入力される映像信号データを１ライン分遅延することによって、補正信号と映像入力のタイミングを合わせた映像信号のデータｆを減算器３０７の他方の入力端に出力する。
なお、ラインメモリ３０６は、垂直エンハンサと共用しても良い。
【００２２】
減算器３０７は、１フレーム分遅延された同じラインの画素毎の遅延映像信号データｆから、横引きノイズ補正信号データｅを減算し、横引きノイズが補正された信号データｇｏを出力する。
なお、上述のように、横引きノイズ補正信号データｅは、１水平ラインについて同一の値である。
【００２３】
横引きノイズは、表示画面上では、暗い画面において、視聴者が見て目立つことが多い。そこで、補正ゲイン算出回路３０４と乗算器３０５では、図４において、入力信号のレベルが低い（映像が暗い：入力信号データｂ≦Ｌｅｖｅｌ値）時には補正を強く行い（出力ゲイン係数データｄ＝Ｇａｉｎ値）、入力信号のレベルが高い（映像が明るい：入力信号データｂ＞Ｌｅｖｅｌ値）時には、補正を徐々に弱くし（出力ゲイン係数データｄをＧａｉｎ値からＳｌｏｐｅ値の傾斜に沿って徐々に下げる）、そして最終的に、入力信号のレベルが所定の値ＬＭを超える（入力信号データｂ＞ＬＭ）時には、補正を切る（出力ゲイン係数データｄ＝０）処理を行う。
なお、Ｓｌｏｐｅ値の傾斜特性は、画質に合わせた漸減線であれば良く、図４に示すような１つの直線で表わされる特性でも良いし、複数の直線で成りたっても良く、さらに、２次曲線、多項式等でも良くそれらの組み合わせでも良い。
【００２４】
ここで、本発明のフレーム巡回型フィルタ３０２の動作を、図５によって説明する。図５は、図２と図３で説明した横引きノイズ補正回路のフレーム巡回型フィルタ３０２の一実施例の構成を示すブロック図である。５０１は減算器、５０２は乗算器、５０３は加算器、５０４は１ライン毎の映像データの平均値が１フレーム分格納されるメモリである。また，ａは、図３で説明したように、入力信号（１ライン平均値）データであり、Ｋはフィルタの重み付け係数、メモリ５０４の出力データをａ’である。
【００２５】
このとき、図５のフレーム巡回型フィルタ３０２においては、式（２）の演算を行う。
ｂ＝（ａ−ａ’）×Ｋ＋ａ’・・・式（２）
【００２６】
即ち、まず減算器５０１の一方の入力端には、１ライン平均値データａが入力される。減算器５０１の他方の入力端には、前回のフレームの同じラインのデータで演算されたメモリ５０４の出力信号ａ’が入力される。
減算器５０１は、１ライン平均値データａからメモリ５０４の出力信号ａ’を減算（ｐ＝ａ−ａ’）し、その差分結果（データｐ）を乗算器５０２の一方の入力端に出力する。乗算器５０２の他方の入力端には、フィルタの重み付け係数Ｋ（０≦Ｋ≦１）が入力される。係数Ｋは、ＣＰＵ２０７から任意の値を設定できる。
【００２７】
乗算器５０２は、データｐにフィルタの重み付け係数Ｋを乗算し、積（データｑ＝ｐ×Ｋ＝（ａ−ａ’）×Ｋ）を加算器５０３の他方の入力端に出力する。
加算器５０３は、データａ’とデータｑを加算し、その和（データｂ）をメモリ５０４に出力すると共に、フレーム巡回型フィルタ３０２の出力データｂとして出力する。
【００２８】
メモリ５０４は、１ライン毎の横引きノイズ成分が除去された信号データｂが１フレーム（水平ラインの数）分格納されるメモリである。例えば、フルハイビジョンカメラでは、１０８０個のデータが格納される。
即ち、メモリ５０４は、入力されたデータｂを、１フレーム分遅延したデータａ’として、減算器５０１及び加算器５０３に出力する。従って、減算器５０１には、水平ラインの輝度レベルの平均値ａが入力されるが、その入力に同期して、同時に当該入力水平ラインの１フレーム前の同じ水平ラインの、横引きノイズ成分が除去された信号データｂが、データａ’として入力される。
【００２９】
横引きノイズ成分は、フレーム間で相関性の無い信号である。このため、上記の演算により、フレーム巡回型フィルタ３０２の出力データｂは、横引きノイズ成分が除去された信号になっている。
以上のようにして横引きノイズを補正する。
【００３０】
図２、図３の実施例によれば、テレビジョンカメラのデジタル信号を映像信号処理する映像信号処理部内において、映像信号データの１ライン分の平均値を算出する手段と、フレーム巡回型フィルタを備え、前記１ライン分の平均値を算出する手段により得た１ライン平均値と、フレーム巡回型フィルタを通過した１ライン平均値との差分を計算し、横引きノイズ成分とする、横引きノイズ補正回路を実現した。
【００３１】
上述の図２、図３の実施例では、横引きノイズ補正回路がハードウエア構成であった。しかし、本発明のテレビジョンカメラにおいて、横引きノイズ補正回路を含む映像信号処理回路が、ＤＳＰ（ Digtal Signal Processor ）やＦＰＧＡ（ Field Programmable Gate Array ）等で構成され、ソフトウエア構成であっても良いことは勿論である。
【００３２】
以下、図３の実施例に相当するソフトウエアプログラムによる実行処理動作について、図７を用いて説明する。図７のステップ７０１〜７１１は、ＤＳＰ若しくはＦＰＧＡで構成されたテレビジョンの映像信号処理部における、本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【００３３】
ステップ７０１では、１ライン分の映像信号データｇｉを画素毎に入力し、１水平ラインの平均値ａを算出する。例えば、ステップ７０１では、画素毎にその輝度値が入力される都度、入力される輝度値を加算する。そして、１水平ライン分の輝度値を加算した後、加算された値を水平画素数で除算し、除算結果（商）をその水平ラインの映像信号の平均値ａとする。
次に、ステップ７０２では、遅延処理を行い、入力される映像信号データを１ライン分遅延する。これによって、補正信号と映像入力のタイミングを合わせた映像信号のデータｆが算出される。
【００３４】
次に、ステップ７０３では、算出された１水平ラインの平均値のデータａを使って、ＣＰＵ２０７等の外部から入力された係数Ｋに基づいて、フレーム巡回型フィルタ処理による処理を実行する。そして、１水平ラインの映像データの横引きノイズ成分が除去されたデータｂを出力し、ステップ７０４に処理を移行する。
ステップ７０４では、ステップ７０２で算出されたデータａから、ステップ７０３が出力したデータｂを減算し、データｃとして出力し、ステップ７０５に処理を移行する。
ステップ７０５では、ステップ７０３から出力されたデータｂについて、ＣＰＵ２０７等の外部から入力されたパラメータ（例えば、Ｌｅｖｅｌ値、Ｇａｉｎ値、Ｓｌｏｐｅ値）に基づいて、ゲイン係数データを算出し、ゲイン補正係数データｄとして出力し、ステップ７０６に処理を移行する。
なお、ステップ７０４とステップ７０５の処理は、どちらを先に処理しても良く、同時処理でも良い。
【００３５】
ステップ７０６では、ステップ７０４から出力された映像データｃに、ステップ７０５が出力したゲイン補正係数データｄを乗算し、その積をその水平１ラインの横引きノイズ成分の平均値データｅとして出力し、ステップ７０７に処理を移行する。
ステップ７０７では、ステップ７０２で１ライン分遅延処理された画素毎のデータｆにデータｅを減算し、その差分を映像データｇｏとして出力する。この出力された映像信号データｇｏが、画素毎に、横引きノイズ補正処理された１ライン分の映像データである。
【００３６】
上記図２、図７の実施例によれば、入力された映像信号の１ライン分の代表値（例えば、平均値）を算出し、フレーム巡回型フィルタにより算出された前回のフレームの同じ１ライン分の差分データを算出し、上記１ライン平均値から上記差分を減算することによって、デジタル信号処理によって横引きノイズを補正可能な、横引きノイズ補正回路及び横引きノイズ補正方法、並びにそれを用いたテレビジョンカメラを実現した。
なお、ステップ７０２の処理は、減算処理ステップ７０７の前であれば、どこでも良い。例えば、図８に示すように、ステップ７０２の処理をステップ７０１、ステップ７０３〜ステップ７０６と並行処理しても良い。
また、図２〜図５、図７、及び図８の実施例によれば、ＣＤＳ部、ＶＧＡ部、及びＡ／Ｄ変換部で発生する横引きノイズを、それら後段（ノイズが発生した後の段階）で補正することができ、しかもデジタル信号処理によって補正することができる。
【００３７】
本発明の、別の実施例を図６を用いて説明する。図６は、本発明の横引きノイズ補正回路の一実施例の構成を示すブロック図である。６００は横引きノイズ補正回路、３０４’は補正ゲイン算出回路、６０１は映像クリップ回路、６０２はライン平均値算出回路、６０３はメモリ、６０４は減算器、６０５は比較器である。小文字のａ〜ｆ，ｇｉ，ｇｏ，ｊ，ｍは出力信号データであり、必要構成部に入力される、係数やパラメータについては角が丸みをおびた枠で囲んだ。
図６の横引きノイズ補正回路６００は、図３の横引きノイズ補正回路３００に対して、補正ゲイン算出回路３０４を補正ゲイン算出回路３０４’に替えた。その他、映像クリップ回路６０１、ライン平均値算出回路６０２、メモリ６０３、減算器６０４、及び比較器６０５を追加したものである。
以下、変更した回路について説明し、他は図３と同様なので、説明を省略する。
【００３８】
図６において、映像クリップ回路６０１は、入力される映像信号ｇｉが所定の映像レベルＣＬを超えた場合に、出力信号を所定の映像レベルＣＬに抑える機能を備えている。所定の映像レベルＣＬの値は、ＣＰＵ２０７から任意の値を設定できるようになっており、本実施例では、まず、映像信号ｇｉを映像クリップ回路６０１に入力し、１画素毎に所定の映像レベルＣＬを超える信号をクリップし、クリップした信号ｇｉ’をライン平均値算出回路３０１に出力する。
【００３９】
通常、減算器３０３の出力データｃには、横引きノイズ成分のみが現れる。このため、図３で説明した横引きノイズ補正回路３００に入力される映像信号が急激に変化した場合には、この映像信号の変化分までが減算器３０３の出力データｃの中に現れ、その結果、過剰な補正が行われてしまう場合がある。本実施例では、入力信号の変化量に応じて補正ゲインを制御する回路を追加している。
図６の実施例では、映像クリップ回路６０１により、この過剰補正を防いでいる。しかし、一方で、映像クリップ回路６０１の追加により、補正ゲイン算出回路３０４は所定の映像レベルＣＬを超えた領域での入力信号の明暗の判定が行えなくなる。このため、図６の実施例の補正ゲイン算出回路３０４’は、処理系統を別系統にしている。
【００４０】
まず、横引きノイズ補正回路６００に入力される映像信号は、ラインメモリ３０６及び映像クリップ回路６０１に入力されると共に、ライン平均値算出回路６０２にも入力される。ライン平均値算出回路６０２は、入力された映像信号の水平１ライン分の映像信号の平均レベルを算出し、１水平ラインの画素毎の輝度値の平均値のデータｈとして補正ゲイン算出回路３０４’、減算器６０４の一方の入力端、及びメモリ６０３に出力する。
メモリ６０３は、前のフレームの１ライン平均値データをライン毎に格納しており、１フレーム前の同じラインの平均値データｉを減算器３０４の他方の入力端に出力する。
減算器３０４は、１ライン平均値データｈと前のフレームの１ライン平均値データｉの差分を計算し、信号変化量データｊとして比較器３０５に出力する。
比較器３０５は、信号変化量データｊと、ＣＰＵ２０７から設定されるしきい値Ｔｈとを比較して、比較結果データｍを補正ゲイン算出回路３０４’に出力する。即ち、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈ以下（ｊ≦Ｔｈ）である場合にはｍ＝１とし、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈを超える（ｊ＞Ｔｈ）の場合にはｍ＝０とする。
【００４１】
補正ゲイン算出回路３０４’は、比較結果データｍを入力されるデータｈに乗算してから、その積について、図３と同様の処理を行うか、若しくは図３と同様の処理後のデータｄにｍを乗算して出力する。
即ち、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈ以下（ｊ≦Ｔｈ）である場合には、１ライン平均値データｈについて、別途入力されるパラメータ（Ｌｅｖｅｌ値、Ｇａｉｎ値、Ｓｌｏｐｅ値）に基づいてゲイン係数データｄを算出し、乗算器３０５に出力する。補正ゲイン算出回路３０４’に別途入力されるパラメータについては、図３で説明したので省略する。
また補正ゲイン算出回路３０４’は、比較結果データｍが、しきい値Ｔｈを超える（ｊ＞Ｔｈ）の場合には、ゲイン係数データｄを所定の値にして、乗算器３０５に出力する。例えば、ｍ＝０とすると、乗算器３０５の出力である横引きノイズ補正信号データｅは０（ゼロ）となり、補正が行われない。また例えば、ｍ＝０．３とすると、弱い補正ができる。
【００４２】
図２、図６の実施例によれば、図３の実施例に加えて、さらに、１ライン平均値計算をする前に、所定の映像レベルを超えたレベルをクリップする回路を備えた横引きノイズ補正回路及びそれを備えテレビジョンカメラを提供し、映像信号レベルが急激に変化し、所定の値を超えた場合にも、過剰な補正が行われないようにした横引きノイズ補正回路及びそれを用いたテレビジョンカメラを提供することができる。
またさらに、上記図２、図６の実施例の横引きノイズ補正回路及びそれを用いたテレビジョンカメラにおいて、前回のフレームの１ライン平均値を格納しておくメモリを備え、このメモリに格納された、１フレーム前の平均値と現在の平均値との差から、映像入力が変化量を判定する回路を備え、映像信号レベルが急激に変化し、所定の値を超えた場合にも、さらに過剰な補正が行われないようにした横引きノイズ補正回路及びそれを用いたテレビジョンカメラを提供することができる。
【００４３】
上述の図６の実施例では、横引きノイズ補正回路がハードウエア構成であった。しかし、本発明のテレビジョンカメラにおいて、横引きノイズ補正回路を含む映像信号処理回路が、ＤＳＰやＦＰＧＡ等で構成され、ソフトウエア構成であっても良いことは勿論である。
【００４４】
以下、図６の実施例に相当するソフトウエアプログラムによる実行処理動作について、図９を用いて説明する。図９は、ＤＳＰ若しくはＦＰＧＡで構成されたテレビジョンの映像信号処理部における、本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。図７若しくは図８と同一の処理には同一のステップ番号を付し、処理動作説明を省略する。
【００４５】
図９において、まず、ステップ７０２、ステップ９０１、及びステップ９０２の処理を並行して実行する。
即ち、ステップ７０２では、図７と同様に、１ライン分の映像信号データｇｉを画素毎に入力し、遅延処理を行う。これによって、補正信号と映像入力のタイミングを合わせた映像信号のデータｆが算出され、ステップ７０７に処理を移行る。
また、ステップ９０２では、１ライン分の映像信号データｇｉを画素毎に入力し、図７のステップ７０１と同様に、１水平ラインの画素の輝度値の平均値ｈを算出し、ステップ９０３に処理を移行する。
【００４６】
またさらに、１ライン分の映像信号データｇｉを画素毎に入力し、入力される映像信号ｇｉが所定の映像レベルＣＬを超えた場合に、出力信号を所定の映像レベルＣＬにクリップした信号ｇｉ’を出力し、ステップ７０１に処理を移行する。
ステップ７０１、ステップ７０３、及びステップ７０４の処理は、図７で説明した通りである。
【００４７】
ステップ９０３では、ステップ９０２から出力されたデータｈについて、ＣＰＵ２０７等の外部から入力されたパラメータ（例えば、Ｌｅｖｅｌ値、Ｇａｉｎ値、Ｓｌｏｐｅ値）に基づいて、かつ、入力信号ｇｉの変化量に応じて補正ゲインを制御し、ゲイン係数データを算出し、ゲイン補正係数データｄとして出力し、ステップ７０６に処理を移行する。
【００４８】
ステップ７０６では、ステップ７０４から出力された映像データｃに、ステップ９０３が出力したゲイン補正係数データｄを乗算し、その積をその水平１ラインの横引きノイズ成分の平均値データｅとして出力し、ステップ７０７に処理を移行する。
ステップ７０７では、ステップ７０２で１ライン分遅延処理された画素毎のデータｆにデータｅを減算し、その差分を映像データｇｏとして出力する。この出力された映像信号データｇｏが、画素毎に、横引きノイズ補正処理された１ライン分の映像データである。
【００４９】
次に、図９のステップ９０３の処理動作についてさらに説明する。図１０は、ステップ９０３の補正ゲインｄ算出ステップの一実施例を説明するためのフローチャートである。
まず、図９のフローチャートのステップ９０２の処理に続いて、ステップ１００１が実行される。ステップ１００１では、ライン平均値データｈとデータｉの差分ｊを算出（ｊ＝ｈ−ｉ）し、ステップ１００２に処理を移行する。
【００５０】
ステップ１００２では、差分データｊと所定のしきい値Ｔｈとを比較し、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈ以下（ｊ≦Ｔｈ）である場合には、比較結果データｍを“１”とし（ｍ＝１）、ステップ１００３に処理を移行する。
また、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈ以下（ｊ＞Ｔｈ）である場合には、比較結果データｍを所定の値とし、ステップ１００３に処理を移行する。例えば、所定の値ｍは“０”とし（ｍ＝０）である。
ただし、ｍは、０≦ｍ≦１の自然数である。
【００５１】
ステップ１００３では、データｈに所定の値ｍを乗算し、図７若しくは図８で説明したステップ７０５の処理を実行し、図１０の処理を終了し、図９のステップ７０６の処理に移行する。
【００５２】
図９、図１０の実施例によれば、図６の実施例のハードウエア構成に対し、ソフトウエアでも同様に、横引ノイズ補正を実行可能な横引ノイズ補正方法及びそれを用いたテレビジョンカメラを実現できる。
また、図２、図６、図９、及び図１０の実施例によれば、ＣＤＳ部、ＶＧＡ部、及びＡ／Ｄ変換部で発生する横引きノイズを、それら後段（ノイズが発生した後の段階）で補正することができ、しかもデジタル信号処理によって補正することができる。
【００５３】
以上、図２〜図１０によって本発明の一実施例を示したが、これらはいずれもフレーム毎に処理を行っているが、フィールド毎に処理しても同様の結果が得られる。
また、平均値計算以外の計算処理は、全てブランキング期間内で行っている。
【符号の説明】
【００５４】
１１：テレビジョンカメラ、 １２：レンズ部、 ２１：テレビジョンカメラ、 １０１：撮像素子、 １０２：ＣＤＳ部、 １０３：ＶＧＡ部、 １０４：Ａ／Ｄ変換部、 １０５：映像信号処理部、 １０６：映像信号出力部、 １０７：ＣＰＵ、 ２０５：映像信号処理部、 ２０７：ＣＰＵ、 ３００：横引きノイズ補正回路、 ３０１：ライン平均値算出回路、 ３０２：フレーム巡回型フィルタ、 ３０３：減算器、 ３０４，３０４’：補正ゲイン算出回路、 ３０５：乗算器、 ３０６：ラインメモリ、 ３０７：減算器、 ５０１：減算器、 ５０２：乗算器、 ５０３：加算器、 ５０４：メモリ、 ６００：横引きノイズ補正回路、 ６０１：映像クリップ回路、 ６０２：ライン平均値算出回路、 ６０３：メモリ、 ６０４：減算器、 ６０５：比較器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビジョンカメラに関し、特にテレビジョンカメラの映像信号に発生する横引き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。図１は、従来のテレビジョンカメラの構成を示すブロック図である。１１はテレビジョンカメラ、１２はレンズ部である。テレビジョンカメラにおいて、１０１は撮像素子、１０２はＣＤＳ（ Correlated Double Sampling 、相関２重サンプリング）部、１０３はＶＧＡ（ Variable Gain Amplifier ）部、１０４はＡ／Ｄ（ Analog to Digital ）変換部、１０５は映像信号処理部、１０６は映像信号出力部、１０７はＣＰＵ（ Central Processing Unit ）である。
【０００３】
図１において、被写体像は、レンズ部１２を通り、テレビジョンカメラ１１の撮像素子１０１に入射する。撮像素子１０１は、入射された被写体像を電気信号に変換して、ＣＤＳ部１０２に出力する。ＣＤＳ部１０２は、入力された電気信号から雑音を除去し、ＶＧＡ部１０３に出力する。ＶＧＡ部１０３は、入力された信号のレベルを調整して、Ａ／Ｄ変換部１０４に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０４は、入力された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して映像信号処理部１０５に出力する。映像信号処理部１０５は、入力された信号に対して、色分離、レベル補正、輪郭強調、等の様々な処理を施した後、映像信号出力部１０６を介してテレビジョンカメラ１１の映像信号として出力する。
ＣＰＵ１０７は、システムコントローラとして、テレビジョンカメラ１１内の各部の回路を制御している。
【０００４】
ノイズの影響により、ライン毎に黒レベルが変化する。これによって映像に横線が発生する。この現象を横引きノイズという。横引きノイズは、撮像素子１０１で発生するノイズで、従来は、ＣＤＳ部１０２で補正を行っていた。なお、横引きノイズとは、周波数が数ｋＨｚ程度の低周波ノイズにより、表示画面上において横引き状のノイズが見える現象である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−２１０７７４号公報
【特許文献２】特開２００２−７７７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では、撮像素子１０１で発生する低周波ノイズを、ＣＤＳ部１０２等により低減している。しかし、ＣＤＳ部１０２、以降で発生する横引きノイズについては低減していなかった。
特許文献１には、テレビジョン信号の同期部分におけるノイズの大きさを１つのしきい値によって複数種類に分類し、制御回路は複数値の制御信号を作成し、ノイズの大きさに応じて補正係数を変化させる発明が開示されている。しかし、アナログ信号処理でノイズ補正されるため、上記の問題は解決していない。
特許文献２には、映像信号をフィールド間で信号処理し、被写体の動き検出結果に応じて、ノイズ抑制量を可変するテレビジョン回路技術が開示されている。そして、映像信号処理から出力されるデジタル信号についてノイズ補正処理を行っている。しかし、ノイズ補正に関して、被写体に動きがあるときには補正せず、動きが無い時に補正するとする発明であり、本願発明の課題を解決できるような技術の開示は無い。
本発明は、上記の問題に鑑み、ＣＤＳ部１０２、ＶＧＡ部１０３、及びＡ／Ｄ変換部１０４で発生する横引きノイズの補正を行う横引きノイズ補正方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、ＣＤＳ部、ＶＧＡ部、及びＡ／Ｄ変換部の後段の、映像信号処理部内でデジタル信号処理を行い、横引きノイズを含む映像信号から、横引きノイズ成分だけを抽出し、元の信号から、横引きノイズ成分を減算することにより、横引きノイズの無い映像信号を得るものであり、横引きノイズ補正方法及び横引きノイズ補正回路並びにそれを用いたテレビジョン回路として適用される。
好ましくは、本発明の横引きノイズ補正方法は、１ライン分の映像データの輝度信号レベルの画素毎の平均値データを算出し、前記算出された平均値データにフレーム巡回型フィルタによって前記１ライン分の映像データの１フレーム前の輝度信号レベルとの差分データから横引ノイズ成分を除去したデータを算出し、前記平均値データから前記横引ノイズ成分を除去したデータを減算した減算データを算出し、前記算出された減算データを前記１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＣＤＳ部、ＶＧＡ部、及びＡ／Ｄ変換部で発生する横引きノイズを、それら後段（ノイズが発生した後の段階）で補正することができ、しかもデジタル信号処理によって補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のテレビジョンカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のテレビジョンカメラの一実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の横引きノイズ補正回路の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の補正ゲイン算出回路の入出力特性の一実施例を示す図である。
【図５】本発明のフレーム巡回型フィルタの一実施例の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の横引きノイズ補正回路の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の横引きノイズ補正方法及び横引きノイズ補正回路並びにそれを用いたテレビジョン回路は、１ライン分の映像データの輝度信号レベルの画素毎の平均値データを算出し、算出された平均値データにフレーム巡回型フィルタによって１ライン分の映像データの１フレーム前の輝度信号レベルとの差分データから横引ノイズ成分を除去したデータを算出し、平均値データから横引ノイズ成分を除去したデータを減算した減算データを算出し、算出された減算データを１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去する。
好ましくは、上記本発明は、１ライン分の映像データの画素毎の輝度信号レベルが所定のレベルを超えた場合に、所定のレベルにクリップし、クリップ後の映像データについて、１ライン分の映像データの画素毎の輝度信号レベルの平均値データａを算出する。
また好ましくは、上記本発明は、横引ノイズ成分を除去したデータに基づいて、少なくとも１つのパラメータによる補正係数を算出し、算出された補正係数で補正することによって減算データから補正減算データを算出し、算出された補正減算データを１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去する。
さらに好ましくは、上記発明は、横引きノイズ補正は、１水平ライン毎に実行する。
またさらに好ましくは、上記発明は、パラメータは、横引ノイズ成分を除去したデータのレベルが所定のレベル以上の場合には、横引ノイズ成分を除去したデータのレベルを漸減して出力する。
【００１１】
本発明の一実施例を、図２を用いて説明する。図２は、本発明のテレビジョンカメラの構成を示すブロック図である。２０５は映像信号処理部、２０７はＣＰＵである。図２のテレビジョンカメラは、図１のテレビジョンカメラの構成に対して、映像信号処理部１０５の替わりに映像信号処理部２０５を用い、このため制御プログラムが変更されるため、ＣＰＵ１０７の替わりにＣＰＵ２０７を用いる構成としている。
従って、図２の実施例では、図１のテレビジョンカメラに比べて、ＣＤＳ部１０２でのノイズ補正の他、映像信号処理部２０５内で横引きノイズ補正処理を行う。即ち、アナログの映像信号ではなく、デジタルの映像信号に対して、横引きノイズ補正処理がなされる。
【００１２】
なお、図２のテレビジョンカメラは、例えば、１０８０／６０ｉ、１０８０／５０ｉ、１０８０／２４ｐ、７２０／６０ｐ、７２０／５０ｐ、７２０／２４ｐ等のＨＤ（ High Definition ）方式のテレビジョンカメラである。
また、撮像素子１０１は、例えばＣＣＤ（ Charge Couppled Device ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（ Complementary Metal Oxide Semiconductor ）イメージセンサ、等の固体撮像素子である。
ただし、以降では、横（水平）１９２０画素×縦１０８０画素のＨＤ方式のテレビジョンカメラとして説明する。
【００１３】
図３を用いて、図２のテレビジョンカメラにおける横引きノイズ補正処理を実行する横引きノイズ補正回路について説明する。図３は、本発明の横引きノイズ補正回路の一実施例の構成を示すブロック図である。図３の横引きノイズ補正回路は、図２のテレビジョンカメラにおける映像信号処理回路２０５の構成の一部である。３００は横引きノイズ補正回路、３０１はライン平均値算出回路、３０２はフレーム巡回型フィルタ、３０３は減算器、３０４は補正ゲイン算出回路、３０５は乗算器、３０６はラインメモリ、３０７は減算器である。小文字のａ〜ｆ，ｇｉ，ｇｏは出力信号データである。また、必要構成部に入力される係数やパラメータについては角が丸みをおびた枠で囲んだ。
【００１４】
図３において、映像信号処理部２０５内の横引きノイズ補正回路３００に、デジタルの映像信号データｇｉが画素毎に入力される。この１水平ライン分の映像信号データｇｉは、ラインメモリ３０６とライン平均値算出回路３０１とに入力される。なお、映像信号データｇｉは、例えば、画素毎の輝度信号レベルを１４ｂｉｔで表す。
ライン平均値算出回路３０１は、式（１）のように、水平ラインの映像信号の平均値ａを算出する。即ち、ライン平均値算出回路３０１は、画素毎にその輝度値が入力される都度、入力される輝度値を加算する。１水平ライン分の輝度値を加算した後、加算された値を水平画素数で除算する。除算結果（商）をその水平ラインの映像信号の平均値ａ、映像信号データｇｉの水平１ライン分ずつ算出し、１ライン平均値データａとして算出した順（通常は、画面上側のラインから下側のラインの順）にフレーム巡回型フィルタ３０２と減算器３０３の一方の入力端に出力する。
【００１５】
【数１】
ｎは、１水平ライン分の画素数で、例えば、フルハイビジョンカメラでは、１９２０である（ｎは自然数）。
なお、平均値ではなく、中央値等、他の代表値を算出し、算出した代表値によって処理を行っても良い。
【００１６】
フレーム巡回型フィルタ３０２は、横引きノイズ成分が除去された信号データｂを算出し、減算器３０３の他方の入力端と補正ゲイン算出回路３０４に出力する。なお、フレーム巡回型フィルタの詳細の説明は、後述する（図５参照）。
【００１７】
減算器３０３は、１ライン平均値データａから横引きノイズ成分が除去された信号ｂを減算して横引きノイズ成分データｃを算出し、乗算器３０５に出力する（ｃ＝ａ−ｂ）。
補正ゲイン算出回路３０４は、横引きノイズ成分が除去された信号データｂのレベルから、別途入力されるパラメータ（例えば、後述の図４参照）に基づいてゲイン係数データｄを算出し、乗算器３０５に出力する。
【００１８】
補正ゲイン算出回路３０４に別途入力されるパラメータは、例えば、ＣＰＵ２０７が設定し、補正ゲイン算出回路３０４に出力する。例えばパラメータは、Ｌｅｖｅｌ値、Ｇａｉｎ値、Ｓｌｏｐｅ値の３個のパラメータである。また、ＣＰＵ２０７は、パラメータではなく、このパラメータに基づく演算式を補正ゲイン算出回路３０４に出力し、補正ゲイン算出回路３０４はこの演算式に基づいて、入力される信号データｂから信号データｃを演算しても良い。
【００１９】
補正ゲイン算出回路３０４のゲイン特性（若しくは演算式）の、一実施例を図４に示す。図４は、本発明の補正ゲイン算出回路の入出力特性の一実施例を示す図である。横軸は入力される信号データｂ、縦軸は出力信号データｄであり、この特性若しくは演算式を決定するパラメータは、Ｇａｉｎ値、Ｌｅｖｅｌ値、及びＳｌｏｐｅ値である。
図４において、入力信号データｂがＬｅｖｅｌ値以下のときは、ゲイン係数データｄ＝Ｇａｉｎ値となり、入力信号データｂがＬｅｖｅｌ値を超えるときは、Ｓｌｏｐｅ値で設定された傾きにより、徐々にゲイン係数データｄが下がるようになっている。
【００２０】
次に、乗算器３０５は、横引きノイズ成分データｃにゲイン係数データｄを乗じ、その積値を横引きノイズ補正信号データｅとして算出し、減算器７０７の一方の入力端に出力する（ｅ＝ｃ×ｄ）。
【００２１】
一方、ラインメモリ３０６は、入力される映像信号データを１ライン分遅延することによって、補正信号と映像入力のタイミングを合わせた映像信号のデータｆを減算器３０７の他方の入力端に出力する。
なお、ラインメモリ３０６は、垂直エンハンサと共用しても良い。
【００２２】
減算器３０７は、１フレーム分遅延された同じラインの画素毎の遅延映像信号データｆから、横引きノイズ補正信号データｅを減算し、横引きノイズが補正された信号データｇｏを出力する。
なお、上述のように、横引きノイズ補正信号データｅは、１水平ラインについて同一の値である。
【００２３】
横引きノイズは、表示画面上では、暗い画面において、視聴者が見て目立つことが多い。そこで、補正ゲイン算出回路３０４と乗算器３０５では、図４において、入力信号のレベルが低い（映像が暗い：入力信号データｂ≦Ｌｅｖｅｌ値）時には補正を強く行い（出力ゲイン係数データｄ＝Ｇａｉｎ値）、入力信号のレベルが高い（映像が明るい：入力信号データｂ＞Ｌｅｖｅｌ値）時には、補正を徐々に弱くし（出力ゲイン係数データｄをＧａｉｎ値からＳｌｏｐｅ値の傾斜に沿って徐々に下げる）、そして最終的に、入力信号のレベルが所定の値ＬＭを超える（入力信号データｂ＞ＬＭ）時には、補正を切る（出力ゲイン係数データｄ＝０）処理を行う。
なお、Ｓｌｏｐｅ値の傾斜特性は、画質に合わせた漸減線であれば良く、図４に示すような１つの直線で表わされる特性でも良いし、複数の直線で成りたっても良く、さらに、２次曲線、多項式等でも良くそれらの組み合わせでも良い。
【００２４】
ここで、本発明のフレーム巡回型フィルタ３０２の動作を、図５によって説明する。図５は、図２と図３で説明した横引きノイズ補正回路のフレーム巡回型フィルタ３０２の一実施例の構成を示すブロック図である。５０１は減算器、５０２は乗算器、５０３は加算器、５０４は１ライン毎の映像データの平均値が１フレーム分格納されるメモリである。また，ａは、図３で説明したように、入力信号（１ライン平均値）データであり、Ｋはフィルタの重み付け係数、メモリ５０４の出力データをａ’である。
【００２５】
このとき、図５のフレーム巡回型フィルタ３０２においては、式（２）の演算を行う。
ｂ＝（ａ−ａ’）×Ｋ＋ａ’・・・式（２）
【００２６】
即ち、まず減算器５０１の一方の入力端には、１ライン平均値データａが入力される。減算器５０１の他方の入力端には、前回のフレームの同じラインのデータで演算されたメモリ５０４の出力信号ａ’が入力される。
減算器５０１は、１ライン平均値データａからメモリ５０４の出力信号ａ’を減算（ｐ＝ａ−ａ’）し、その差分結果（データｐ）を乗算器５０２の一方の入力端に出力する。乗算器５０２の他方の入力端には、フィルタの重み付け係数Ｋ（０≦Ｋ≦１）が入力される。係数Ｋは、ＣＰＵ２０７から任意の値を設定できる。
【００２７】
乗算器５０２は、データｐにフィルタの重み付け係数Ｋを乗算し、積（データｑ＝ｐ×Ｋ＝（ａ−ａ’）×Ｋ）を加算器５０３の他方の入力端に出力する。
加算器５０３は、データａ’とデータｑを加算し、その和（データｂ）をメモリ５０４に出力すると共に、フレーム巡回型フィルタ３０２の出力データｂとして出力する。
【００２８】
メモリ５０４は、１ライン毎の横引きノイズ成分が除去された信号データｂが１フレーム（水平ラインの数）分格納されるメモリである。例えば、フルハイビジョンカメラでは、１０８０個のデータが格納される。
即ち、メモリ５０４は、入力されたデータｂを、１フレーム分遅延したデータａ’として、減算器５０１及び加算器５０３に出力する。従って、減算器５０１には、水平ラインの輝度レベルの平均値ａが入力されるが、その入力に同期して、同時に当該入力水平ラインの１フレーム前の同じ水平ラインの、横引きノイズ成分が除去された信号データｂが、データａ’として入力される。
【００２９】
横引きノイズ成分は、フレーム間で相関性の無い信号である。このため、上記の演算により、フレーム巡回型フィルタ３０２の出力データｂは、横引きノイズ成分が除去された信号になっている。
以上のようにして横引きノイズを補正する。
【００３０】
図２、図３の実施例によれば、テレビジョンカメラのデジタル信号を映像信号処理する映像信号処理部内において、映像信号データの１ライン分の平均値を算出する手段と、フレーム巡回型フィルタを備え、前記１ライン分の平均値を算出する手段により得た１ライン平均値と、フレーム巡回型フィルタを通過した１ライン平均値との差分を計算し、横引きノイズ成分とする、横引きノイズ補正回路を実現した。
【００３１】
上述の図２、図３の実施例では、横引きノイズ補正回路がハードウエア構成であった。しかし、本発明のテレビジョンカメラにおいて、横引きノイズ補正回路を含む映像信号処理回路が、ＤＳＰ（ Digtal Signal Processor ）やＦＰＧＡ（ Field Programmable Gate Array ）等で構成され、ソフトウエア構成であっても良いことは勿論である。
【００３２】
以下、図３の実施例に相当するソフトウエアプログラムによる実行処理動作について、図７を用いて説明する。図７のステップ７０１〜７１１は、ＤＳＰ若しくはＦＰＧＡで構成されたテレビジョンの映像信号処理部における、本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。
【００３３】
ステップ７０１では、１ライン分の映像信号データｇｉを画素毎に入力し、１水平ラインの平均値ａを算出する。例えば、ステップ７０１では、画素毎にその輝度値が入力される都度、入力される輝度値を加算する。そして、１水平ライン分の輝度値を加算した後、加算された値を水平画素数で除算し、除算結果（商）をその水平ラインの映像信号の平均値ａとする。
次に、ステップ７０２では、遅延処理を行い、入力される映像信号データを１ライン分遅延する。これによって、補正信号と映像入力のタイミングを合わせた映像信号のデータｆが算出される。
【００３４】
次に、ステップ７０３では、算出された１水平ラインの平均値のデータａを使って、ＣＰＵ２０７等の外部から入力された係数Ｋに基づいて、フレーム巡回型フィルタ処理による処理を実行する。そして、１水平ラインの映像データの横引きノイズ成分が除去されたデータｂを出力し、ステップ７０４に処理を移行する。
ステップ７０４では、ステップ７０２で算出されたデータａから、ステップ７０３が出力したデータｂを減算し、データｃとして出力し、ステップ７０５に処理を移行する。
ステップ７０５では、ステップ７０３から出力されたデータｂについて、ＣＰＵ２０７等の外部から入力されたパラメータ（例えば、Ｌｅｖｅｌ値、Ｇａｉｎ値、Ｓｌｏｐｅ値）に基づいて、ゲイン係数データを算出し、ゲイン補正係数データｄとして出力し、ステップ７０６に処理を移行する。
なお、ステップ７０４とステップ７０５の処理は、どちらを先に処理しても良く、同時処理でも良い。
【００３５】
ステップ７０６では、ステップ７０４から出力された映像データｃに、ステップ７０５が出力したゲイン補正係数データｄを乗算し、その積をその水平１ラインの横引きノイズ成分の平均値データｅとして出力し、ステップ７０７に処理を移行する。
ステップ７０７では、ステップ７０２で１ライン分遅延処理された画素毎のデータｆにデータｅを減算し、その差分を映像データｇｏとして出力する。この出力された映像信号データｇｏが、画素毎に、横引きノイズ補正処理された１ライン分の映像データである。
【００３６】
上記図２、図７の実施例によれば、入力された映像信号の１ライン分の代表値（例えば、平均値）を算出し、フレーム巡回型フィルタにより算出された前回のフレームの同じ１ライン分の差分データを算出し、上記１ライン平均値から上記差分を減算することによって、デジタル信号処理によって横引きノイズを補正可能な、横引きノイズ補正回路及び横引きノイズ補正方法、並びにそれを用いたテレビジョンカメラを実現した。
なお、ステップ７０２の処理は、減算処理ステップ７０７の前であれば、どこでも良い。例えば、図８に示すように、ステップ７０２の処理をステップ７０１、ステップ７０３〜ステップ７０６と並行処理しても良い。
また、図２〜図５、図７、及び図８の実施例によれば、ＣＤＳ部、ＶＧＡ部、及びＡ／Ｄ変換部で発生する横引きノイズを、それら後段（ノイズが発生した後の段階）で補正することができ、しかもデジタル信号処理によって補正することができる。
【００３７】
本発明の、別の実施例を図６を用いて説明する。図６は、本発明の横引きノイズ補正回路の一実施例の構成を示すブロック図である。６００は横引きノイズ補正回路、３０４’は補正ゲイン算出回路、６０１は映像クリップ回路、６０２はライン平均値算出回路、６０３はメモリ、６０４は減算器、６０５は比較器である。小文字のａ〜ｆ，ｇｉ，ｇｏ，ｊ，ｍは出力信号データであり、必要構成部に入力される、係数やパラメータについては角が丸みをおびた枠で囲んだ。
図６の横引きノイズ補正回路６００は、図３の横引きノイズ補正回路３００に対して、補正ゲイン算出回路３０４を補正ゲイン算出回路３０４’に替えた。その他、映像クリップ回路６０１、ライン平均値算出回路６０２、メモリ６０３、減算器６０４、及び比較器６０５を追加したものである。
以下、変更した回路について説明し、他は図３と同様なので、説明を省略する。
【００３８】
図６において、映像クリップ回路６０１は、入力される映像信号ｇｉが所定の映像レベルＣＬを超えた場合に、出力信号を所定の映像レベルＣＬに抑える機能を備えている。所定の映像レベルＣＬの値は、ＣＰＵ２０７から任意の値を設定できるようになっており、本実施例では、まず、映像信号ｇｉを映像クリップ回路６０１に入力し、１画素毎に所定の映像レベルＣＬを超える信号をクリップし、クリップした信号ｇｉ’をライン平均値算出回路３０１に出力する。
【００３９】
通常、減算器３０３の出力データｃには、横引きノイズ成分のみが現れる。このため、図３で説明した横引きノイズ補正回路３００に入力される映像信号が急激に変化した場合には、この映像信号の変化分までが減算器３０３の出力データｃの中に現れ、その結果、過剰な補正が行われてしまう場合がある。本実施例では、入力信号の変化量に応じて補正ゲインを制御する回路を追加している。
図６の実施例では、映像クリップ回路６０１により、この過剰補正を防いでいる。しかし、一方で、映像クリップ回路６０１の追加により、補正ゲイン算出回路３０４は所定の映像レベルＣＬを超えた領域での入力信号の明暗の判定が行えなくなる。このため、図６の実施例の補正ゲイン算出回路３０４’は、処理系統を別系統にしている。
【００４０】
まず、横引きノイズ補正回路６００に入力される映像信号は、ラインメモリ３０６及び映像クリップ回路６０１に入力されると共に、ライン平均値算出回路６０２にも入力される。ライン平均値算出回路６０２は、入力された映像信号の水平１ライン分の映像信号の平均レベルを算出し、１水平ラインの画素毎の輝度値の平均値のデータｈとして補正ゲイン算出回路３０４’、減算器６０４の一方の入力端、及びメモリ６０３に出力する。
メモリ６０３は、前のフレームの１ライン平均値データをライン毎に格納しており、１フレーム前の同じラインの平均値データｉを減算器３０４の他方の入力端に出力する。
減算器３０４は、１ライン平均値データｈと前のフレームの１ライン平均値データｉの差分を計算し、信号変化量データｊとして比較器３０５に出力する。
比較器３０５は、信号変化量データｊと、ＣＰＵ２０７から設定されるしきい値Ｔｈとを比較して、比較結果データｍを補正ゲイン算出回路３０４’に出力する。即ち、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈ以下（ｊ≦Ｔｈ）である場合にはｍ＝１とし、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈを超える（ｊ＞Ｔｈ）の場合にはｍ＝０とする。
【００４１】
補正ゲイン算出回路３０４’は、比較結果データｍを入力されるデータｈに乗算してから、その積について、図３と同様の処理を行うか、若しくは図３と同様の処理後のデータｄにｍを乗算して出力する。
即ち、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈ以下（ｊ≦Ｔｈ）である場合には、１ライン平均値データｈについて、別途入力されるパラメータ（Ｌｅｖｅｌ値、Ｇａｉｎ値、Ｓｌｏｐｅ値）に基づいてゲイン係数データｄを算出し、乗算器３０５に出力する。補正ゲイン算出回路３０４’に別途入力されるパラメータについては、図３で説明したので省略する。
また補正ゲイン算出回路３０４’は、比較結果データｍが、しきい値Ｔｈを超える（ｊ＞Ｔｈ）の場合には、ゲイン係数データｄを所定の値にして、乗算器３０５に出力する。例えば、ｍ＝０とすると、乗算器３０５の出力である横引きノイズ補正信号データｅは０（ゼロ）となり、補正が行われない。また例えば、ｍ＝０．３とすると、弱い補正ができる。
【００４２】
図２、図６の実施例によれば、図３の実施例に加えて、さらに、１ライン平均値計算をする前に、所定の映像レベルを超えたレベルをクリップする回路を備えた横引きノイズ補正回路及びそれを備えテレビジョンカメラを提供し、映像信号レベルが急激に変化し、所定の値を超えた場合にも、過剰な補正が行われないようにした横引きノイズ補正回路及びそれを用いたテレビジョンカメラを提供することができる。
またさらに、上記図２、図６の実施例の横引きノイズ補正回路及びそれを用いたテレビジョンカメラにおいて、前回のフレームの１ライン平均値を格納しておくメモリを備え、このメモリに格納された、１フレーム前の平均値と現在の平均値との差から、映像入力が変化量を判定する回路を備え、映像信号レベルが急激に変化し、所定の値を超えた場合にも、さらに過剰な補正が行われないようにした横引きノイズ補正回路及びそれを用いたテレビジョンカメラを提供することができる。
【００４３】
上述の図６の実施例では、横引きノイズ補正回路がハードウエア構成であった。しかし、本発明のテレビジョンカメラにおいて、横引きノイズ補正回路を含む映像信号処理回路が、ＤＳＰやＦＰＧＡ等で構成され、ソフトウエア構成であっても良いことは勿論である。
【００４４】
以下、図６の実施例に相当するソフトウエアプログラムによる実行処理動作について、図９を用いて説明する。図９は、ＤＳＰ若しくはＦＰＧＡで構成されたテレビジョンの映像信号処理部における、本発明の横引きノイズ補正処理動作の一実施例を説明するためのフローチャートである。図７若しくは図８と同一の処理には同一のステップ番号を付し、処理動作説明を省略する。
【００４５】
図９において、まず、ステップ７０２、ステップ９０１、及びステップ９０２の処理を並行して実行する。
即ち、ステップ７０２では、図７と同様に、１ライン分の映像信号データｇｉを画素毎に入力し、遅延処理を行う。これによって、補正信号と映像入力のタイミングを合わせた映像信号のデータｆが算出され、ステップ７０７に処理を移行る。
また、ステップ９０２では、１ライン分の映像信号データｇｉを画素毎に入力し、図７のステップ７０１と同様に、１水平ラインの画素の輝度値の平均値ｈを算出し、ステップ９０３に処理を移行する。
【００４６】
またさらに、１ライン分の映像信号データｇｉを画素毎に入力し、入力される映像信号ｇｉが所定の映像レベルＣＬを超えた場合に、出力信号を所定の映像レベルＣＬにクリップした信号ｇｉ’を出力し、ステップ７０１に処理を移行する。
ステップ７０１、ステップ７０３、及びステップ７０４の処理は、図７で説明した通りである。
【００４７】
ステップ９０３では、ステップ９０２から出力されたデータｈについて、ＣＰＵ２０７等の外部から入力されたパラメータ（例えば、Ｌｅｖｅｌ値、Ｇａｉｎ値、Ｓｌｏｐｅ値）に基づいて、かつ、入力信号ｇｉの変化量に応じて補正ゲインを制御し、ゲイン係数データを算出し、ゲイン補正係数データｄとして出力し、ステップ７０６に処理を移行する。
【００４８】
ステップ７０６では、ステップ７０４から出力された映像データｃに、ステップ９０３が出力したゲイン補正係数データｄを乗算し、その積をその水平１ラインの横引きノイズ成分の平均値データｅとして出力し、ステップ７０７に処理を移行する。
ステップ７０７では、ステップ７０２で１ライン分遅延処理された画素毎のデータｆにデータｅを減算し、その差分を映像データｇｏとして出力する。この出力された映像信号データｇｏが、画素毎に、横引きノイズ補正処理された１ライン分の映像データである。
【００４９】
次に、図９のステップ９０３の処理動作についてさらに説明する。図１０は、ステップ９０３の補正ゲインｄ算出ステップの一実施例を説明するためのフローチャートである。
まず、図９のフローチャートのステップ９０２の処理に続いて、ステップ１００１が実行される。ステップ１００１では、ライン平均値データｈとデータｉの差分ｊを算出（ｊ＝ｈ−ｉ）し、ステップ１００２に処理を移行する。
【００５０】
ステップ１００２では、差分データｊと所定のしきい値Ｔｈとを比較し、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈ以下（ｊ≦Ｔｈ）である場合には、比較結果データｍを“１”とし（ｍ＝１）、ステップ１００３に処理を移行する。
また、信号変化量データｊがしきい値Ｔｈ以下（ｊ＞Ｔｈ）である場合には、比較結果データｍを所定の値とし、ステップ１００３に処理を移行する。例えば、所定の値ｍは“０”とし（ｍ＝０）である。
ただし、ｍは、０≦ｍ≦１の自然数である。
【００５１】
ステップ１００３では、データｈに所定の値ｍを乗算し、図７若しくは図８で説明したステップ７０５の処理を実行し、図１０の処理を終了し、図９のステップ７０６の処理に移行する。
【００５２】
図９、図１０の実施例によれば、図６の実施例のハードウエア構成に対し、ソフトウエアでも同様に、横引ノイズ補正を実行可能な横引ノイズ補正方法及びそれを用いたテレビジョンカメラを実現できる。
また、図２、図６、図９、及び図１０の実施例によれば、ＣＤＳ部、ＶＧＡ部、及びＡ／Ｄ変換部で発生する横引きノイズを、それら後段（ノイズが発生した後の段階）で補正することができ、しかもデジタル信号処理によって補正することができる。
【００５３】
以上、図２〜図１０によって本発明の一実施例を示したが、これらはいずれもフレーム毎に処理を行っているが、フィールド毎に処理しても同様の結果が得られる。
また、平均値計算以外の計算処理は、全てブランキング期間内で行っている。
【符号の説明】
【００５４】
１１：テレビジョンカメラ、 １２：レンズ部、 ２１：テレビジョンカメラ、 １０１：撮像素子、 １０２：ＣＤＳ部、 １０３：ＶＧＡ部、 １０４：Ａ／Ｄ変換部、 １０５：映像信号処理部、 １０６：映像信号出力部、 １０７：ＣＰＵ、 ２０５：映像信号処理部、 ２０７：ＣＰＵ、 ３００：横引きノイズ補正回路、 ３０１：ライン平均値算出回路、 ３０２：フレーム巡回型フィルタ、 ３０３：減算器、 ３０４，３０４’：補正ゲイン算出回路、 ３０５：乗算器、 ３０６：ラインメモリ、 ３０７：減算器、 ５０１：減算器、 ５０２：乗算器、 ５０３：加算器、 ５０４：メモリ、 ６００：横引きノイズ補正回路、 ６０１：映像クリップ回路、 ６０２：ライン平均値算出回路、 ６０３：メモリ、 ６０４：減算器、 ６０５：比較器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ライン分の映像データの輝度信号レベルの画素毎の平均値データを算出し、
前記算出された平均値データにフレーム巡回型フィルタによって前記１ライン分の映像データの１フレーム前の輝度信号レベルとの差分データから横引ノイズ成分を除去したデータを算出し、
前記平均値データから前記横引ノイズ成分を除去したデータを減算した減算データを算出し、前記算出された減算データを前記１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去することを特徴とする横引きノイズ補正方法。
【請求項２】
請求項１記載の横引きノイズ補正方法において、前記１ライン分の映像データの画素毎の輝度信号レベルが所定のレベルを超えた場合に前記所定のレベルにクリップし、前記クリップ後の映像データについて、前記１ライン分の映像データの画素毎の輝度信号レベルの平均値データａを算出することを特徴とする横引きノイズ補正方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の横引きノイズ補正方法において、前記横引ノイズ成分を除去したデータに基づいて、少なくとも１つのパラメータによる補正係数を算出し、前記算出された補正係数で補正することによって前記減算データから補正減算データを算出し、前記算出された補正減算データを前記１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去することを特徴とする横引きノイズ補正方法。
【請求項１】
１ライン分の映像データの輝度信号レベルの画素毎の平均値データを算出し、
前記算出された平均値データにフレーム巡回型フィルタによって前記１ライン分の映像データの１フレーム前の輝度信号レベルとの差分データから横引ノイズ成分を除去したデータを算出し、
前記平均値データから前記横引ノイズ成分を除去したデータを減算した減算データを算出し、前記算出された減算データを前記１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去することを特徴とする横引きノイズ補正方法。
【請求項２】
請求項１記載の横引きノイズ補正方法において、前記１ライン分の映像データの画素毎の輝度信号レベルが所定のレベルを超えた場合に前記所定のレベルにクリップし、前記クリップ後の映像データについて、前記１ライン分の映像データの画素毎の輝度信号レベルの平均値データａを算出することを特徴とする横引きノイズ補正方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の横引きノイズ補正方法において、前記横引ノイズ成分を除去したデータに基づいて、少なくとも１つのパラメータによる補正係数を算出し、前記算出された補正係数で補正することによって前記減算データから補正減算データを算出し、前記算出された補正減算データを前記１ライン分の映像データの画素毎に減算することによって、横引きノイズ成分を除去することを特徴とする横引きノイズ補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２００２３６（Ｐ２０１０−２００２３６Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４５６２４（Ｐ２００９−４５６２４）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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