一種圖像噪聲抑制裝置和方法
2023-10-09 01:05:09
專利名稱：一種圖像噪聲抑制裝置和方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理領域，尤其涉及圖像噪聲抑制技術。
背景技術：
現在攝像頭、攝像機、照相機等數字圖像攝取設備正在逐漸的進入了千家萬戶，越來越深的影響著我們的生活。在這些數字圖像攝取設備中需要對圖像進行各種各樣的處理，比如圖像傳感器在獲取了圖像信號之後需要經過模數轉換以獲得數字圖像數據，再比如可能需要將RGB格式圖像轉換為YUV格式圖像，再比如可能需要對圖像的大小進行縮放，等等。幾乎每次對圖像數據的處理都會引入一些隨機噪聲，降低圖像的信噪比。
現有技術中的圖像噪聲抑制的方法可請參看圖1所示，將一幀圖像輸入一濾波器從而得到輸出圖像，其可以用如下公式表示out＝hin其中，in表示輸入的圖像，h表示濾波器，out表示輸出的圖像，表示濾波操作。具體請參看圖2A、2B、2C，圖2A示出了輸入圖像的像素陣列示意圖，其具有m行n列個像素，通常被表示為n*m的圖像，其中，P(i，j)表示輸入圖像的第i行第j列像素的像素值，圖2B示出了濾波器的一個實施例的示意圖，其中該濾波器為3*3的濾波器，h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33為濾波器係數，這些濾波器係數的和為1，通常它們都被設定為1/9，圖2C示出了輸出圖像的像素陣列示意圖，其與輸入圖像一樣都是n*m的圖像，其中P』(i，j)表示輸出圖像的第i行第j列像素的像素值，那麼P』(i，j)＝h11*P(i-1，j-1)+h12*P(i-1，j)+h13*P(i-1，j+1)+H21*P(i，j-1)+h22*P(i，j)+h23*P(i，j+1)+H31*P(i+1，j-1)+h32*P(i+1，j)+h23*P(i+1，j+1)公式(1)
在依次求出輸出圖像的每一個像素點的像素值後，就可以得到完整的濾波後的圖像。
然而對圖像進行的此種濾波，雖然能去處噪聲，但同時也會使圖像中的內容邊緣產生模糊，使得圖像細節不清楚，整體感覺圖像模糊不清。
發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種圖像噪聲抑制方法，其可以在抑制圖像噪聲的同時也能保證圖像細節部分的清晰程度。
本發明提供了一種圖像噪聲抑制裝置，其可以在抑制圖像噪聲的同時也能保證圖像細節部分的清晰程度。
為了達到上述目的，根據本發明的一方面，本發明提供的圖像噪聲抑制方法，其包括提取輸入圖像的水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y；根據水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y求取權重因子圖像w；根據權重因子圖像w設定濾波器係數；和利用設定的濾波器係數對輸入圖像進行噪聲濾波以得到輸出圖像。
進一步的，提取輸入圖像的水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y的步驟具體為對輸入圖像進行水平高通濾波得到水平邊緣圖像edge_x；對輸入圖像進行垂直高通濾波得到垂直邊緣圖像edge_y。
進一步的，根據水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y求取權重因子圖像W的步驟根據以下公式進行w＝sqrt(1+edge_x2+edge_y2)或者w＝sqrt(1+k1*edge_x2+k2*edge_y2)或者w＝(1+edge_x2+edge_y2)或者w＝(1+k1*edge_x2+k2*edge_y2)其中，k1，k2為控制保留細節強弱的因子。
進一步的，將輸出圖像作為輸入圖像再次進行圖像噪聲抑制處理。
根據本發明的另一方面，本發明提供的圖像噪聲抑制裝置，其包括噪聲濾波器、水平高通濾波器、垂直高通濾波器、權重計算單元及濾波係數計算單元。水平高通濾波器對輸入圖像進行水平高通濾波以得到水平邊緣圖像edge_x。垂直高通濾波器對輸入圖像進行垂直高通濾波以得到垂直邊緣圖像edge_y。權重計算單元根據垂直邊緣圖像edge_y、水平邊緣圖像edge_x進行權重計算得到權重因子圖像w。濾波係數計算單元根據權重因子圖像w設定濾波器係數。所述噪聲濾波器根據設定的濾波器係數對輸入圖像進行濾波。
本發明中提出的圖像噪聲抑制方法和裝置與現有技術相比，濾波器的係數不再是固定不變的，而是為每個像素點自適應的計算最合適濾波係數。並且，該濾波器以邊為權重，在邊豐富的地方，濾波器係數小，平滑的程度就輕， 可以保留細節；而在沒有邊的地方，濾波器係數大，平滑的程度強，在有效去除噪聲的同時保證圖像細節部分的清晰程度。
圖1是現有技術的圖像噪聲抑制結構圖；圖2A是輸入圖像的像素陣列示意圖；圖2B是濾波器的結構示意圖；圖2C是輸出圖像的像素陣列示意圖；圖3是本發明圖像噪聲抑制方法的一個實施例的流程示意圖；圖4是本發明圖像噪聲抑制裝置的一個實施例的功能結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合說明書附圖來說明本發明的具體實施方式
。
經過對現有技術中濾波方法的分析可以發現，在整個濾波過程中濾波器的係數都是固定不變的，也就是說，在濾波過程中對圖像中的每一個像素採用完全一樣的方式進行濾波，這也是使圖像細節部分產生模糊的癥結所在。因此總體來講，在本發明中，針對圖像內不同的像素點自適應的採用不同的濾波係數對其進行濾波，這樣可以更有針對性地對圖像的每個象素點進行濾波，從而在保證抑制噪聲的同時保證圖像細節部分的清晰度。
根據本發明的一方面，本發明提供了一種圖像噪聲抑制方法，其可以在抑制圖像噪聲的同時也能保證圖像細節部分的清晰程度。
請參考圖3所示，其示出了本發明圖像噪聲抑制方法的一個實施例的流程示意圖，所述圖像噪聲抑制方法包括如下步驟。
步驟100、提取圖像的水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y。
所述水平邊緣和垂直邊緣是指圖像中像素值水平變化或垂直變化比較劇烈的部分，也就是指圖像中內容的細節部分，比如說圖像中有一朵花，那麼花的邊緣輪廓就是指圖像的邊緣。在一個具體的實施例中，圖像中的高頻部分代表了圖像的細節，也就是圖像內容的邊緣，因此可以分別通過水平高通濾波器和垂直高通濾波器來提取圖像的水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y。
所述水平高通濾波器和垂直高通濾波器可以是3*3的濾波器，也都有9個濾波器係數，這9個濾波器係數之和為零。當然，在其他的實施例中，也可以採用比如4*4或5*5的濾波器，那濾波器的係數就可以變為16或25，濾波器的選擇根據需要而定。將一幀圖像輸入水平高通濾波器，根據公式(1)中的類似方式，依次得到水平高通濾波後每個像素點的值從而得到水平邊緣圖像edge_x，一般不是水平邊緣像素點的值為0，就是水平邊緣像素點的值不為0。同樣，將該幀圖像輸入垂直高通濾波器，根據公式(1)中的類似方式，依次得到垂直高通濾波後每個像素點的值從而得到垂直邊緣圖像edge_y，一般不是垂直邊緣像素點的值為0，就是垂直邊緣像素點的值不為0。
步驟200、根據水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y求取權重因子圖像w。
可以根據以下公式計算權重因子圖像ww＝sqrt(1+edge_x2+edge_y2)公式(2)所述權重因子圖像w代表了圖像中每個像素點的權重，而公式(2)意味著水平邊緣或垂直邊緣越豐富的區域的像素點的權重越高，水平邊緣或垂直邊緣越少的區域的像素點的權重越低。
基於上述原理，在其他實施例中，計算權重因子圖像w還可以採用如下公式w＝sqrt(1+k1*edge_x2+k2*edge_y2)或者w＝(1+edge_x2+edge_y2)或者w＝(1+k1*edge_x2+k2*edge_y2)其中，k1，k2為控制保留細節強弱的因子，它們的值可以根據經驗設定。
步驟300、根據權重因子圖像w設定濾波器係數。
如果依然採用2B中的3*3濾波器，假設當前的像素點坐標為(i，j)h11=18*w(i-1,j-1)]]>h12=18*w(i-1,j)]]>h13=18*w(i-1,j+1)]]>h21=18*w(i,j-1)]]>h23=18*w(i,j+1)]]>h31=18*w(i+1,j-1)]]>h32=18*w(i+1,j)]]>h33=18*w(i+1,j+1)]]>h22＝1-(h11+h12+h13+h21+h23+h31+h32+h33)這樣，權重越高的像素點其對應的濾波係數越低，平滑的程度就輕，可以保留細節，權重越低的像素點其對應的濾波係數越高，平滑的程度就中，可以濾去噪聲。
當然在其他實施例中，還可以採用4*4、5*5或其他形式的濾波器，這可以根據用戶的需要而定。
步驟400、利用設定的濾波器係數對輸入圖像進行濾波得到輸出圖像。
圖2C示出了輸出圖像的像素陣列示意圖，其與輸入圖像一樣都是n*m的圖像，其中P』(i，)表示輸出圖像的第i行第j列像素的像素值，那麼P』(i，j)＝h11*P(i-1，j-1)+h12*P(i-1，j)+h13*P(i-1，j+1)+H21*P(i，j-1)+h22*P(i，j)+h23*P(i，j+1)+H31*P(i+1，j-1)+h32*P(i+1，j)+h23*P(i+1，j+1)公式(1)在依次求出輸出圖像的每一個像素點的像素值後，就可以得到完整的濾波後的圖像。
從以上可以看出，濾波器的係數不再是固定不變的，而是為每個像素點自適應的計算最合適濾波係數。並且，該濾波器以邊為權重，在邊豐富的地方，濾波器係數小，平滑的程度就輕， 可以保留細節；而在沒有邊的地方，濾波器係數大，平滑的程度強，在有效去除噪聲的同時保證圖像細節部分的清晰程度。
另外，由於在消除噪聲的過程中有效的保護了邊緣細節信息，利用本發明提出的圖像噪聲抑制方法可以對一幅圖像進行多次噪聲消除處理，以得到更好的圖像噪聲抑制效果，同時又能保持圖像的清晰度。而如果利用現有技術中的圖像噪聲抑制方法對一幅圖像進行多次噪聲消除處理，那麼圖像會變得越來越模糊。
根據本發明的一方面，本發明提供了一種圖像噪聲抑制裝置，其可以在抑制圖像噪聲的同時也能保證圖像細節部分的清晰程度。
請參考圖4所示，其示出了本發明圖像噪聲抑制裝置的一個實施例的功能結構示意圖。所述圖像噪聲抑制裝置包括噪聲濾波器10、水平高通濾波器20、垂直高通濾波器30、權重計算單元40及濾波係數計算單元50。
其中水平高通濾波器20對輸入圖像進行水平高通濾波以得到水平邊緣圖像edge_x；垂直高通濾波器30對輸入圖像進行垂直高通濾波以得到垂直邊緣圖像edge_y；權重計算單元40根據垂直邊緣圖像edge_y、水平邊緣圖像edge_x進行權重計算得到權重因子圖像w；濾波係數計算單元50根據權重因子圖像w設定濾波器係數；所述噪聲濾波器10根據設定的濾波器係數對輸入圖像進行濾波。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種圖像噪聲抑制方法，其特徵在於，其包括提取輸入圖像的水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y；根據水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y求取權重因子圖像w；根據權重因子圖像w設定濾波器係數；和利用設定的濾波器係數對輸入圖像進行噪聲濾波以得到輸出圖像。
2.如權利要求1所述的圖像噪聲抑制方法，其特徵在於，提取輸入圖像的水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y的步驟具體為對輸入圖像進行水平高通濾波得到水平邊緣圖像edge_x；對輸入圖像進行垂直高通濾波得到垂直邊緣圖像edge_y。
3.如權利要求1所述的圖像噪聲抑制方法，其特徵在於，根據水平邊緣圖像edge_x和垂直邊緣圖像edge_y求取權重因子圖像W的步驟根據以下公式進行w＝sqrt(1+edge_x2+edge_y2)或者w＝sqrt(1+k1*edge_x2+k2*edge_y2)或者w＝(1+edge_x2+edge_y2)或者w＝(1+k1*edge_x2+k2*edge_y2)其中，k1，k2為控制保留細節強弱的因子。
4.如權利要求1所述的圖像噪聲抑制方法，其特徵在於，根據權重因子圖像w設定濾波器係數的步驟具體為假設輸入圖像中當前需要濾波的像素點的坐標為(i，j)，h11=18*w(i-1,j-1)]]>h12=18*w(i-1,j)]]>h13=18*w(i-1,j+1)]]>h21=18*w(i,j-1)]]>h23=18*w(i,j+1)]]>h31=18*w(i+1,j-1)]]>h32=18*w(i+1,j)]]>h33=18*w(i+1,j+1)]]>h22＝1-(h11+h12+h13+h21+h23+h31+h32+h33)，其中h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33分別為濾波器係數。
5.如權利要求1所述的圖像噪聲抑制方法，其特徵在於，利用設定的濾波器係數對輸入圖像進行濾波得到輸出圖像的步驟具體為P』(i，j)＝h11*P(i-1，j-1)+h12*P(i-1，j)+h13*P(i-1，j+1)+h21*P(i，j-1)+h22*P(i，j)+h23*P(i，j+1)+h31*P(i+1，j-1)+h32*P(i+1，j)+h23*P(i+1，j+1)，其中P(i，j)表示輸入圖像的第i行第j列像素的像素值，P』(i，j)表示輸出圖像的第i行第j列像素的像素值，輸入圖像及輸入圖像均為n*m的圖像。
6.如權利要求1所述的圖像噪聲抑制方法，其特徵在於，將輸出圖像作為輸入圖像再次進行圖像噪聲抑制處理。
7.一種圖像噪聲抑制裝置，其特徵在於，其包括噪聲濾波器、水平高通濾波器、垂直高通濾波器、權重計算單元及濾波係數計算單元，水平高通濾波器對輸入圖像進行水平高通濾波以得到水平邊緣圖像edge_x；垂直高通濾波器對輸入圖像進行垂直高通濾波以得到垂直邊緣圖像edge_y；權重計算單元根據垂直邊緣圖像edge_y、水平邊緣圖像edge_x進行權重計算得到權重因子圖像w；濾波係數計算單元根據權重因子圖像w設定濾波器係數；所述噪聲濾波器根據設定的濾波器係數對輸入圖像進行濾波。
8.如權利要求7所述的圖像噪聲抑制裝置，其特徵在於，權重計算單元具體根據以下公式計算因子圖像ww＝sqrt(1+edge_x2+edge_y2)或者w＝sqrt(1+k1*edge_x2+k2*edge_y2)或者w＝(1+edge_x2+edge_y2)或者w＝(1+k1*edge_x2+k2*edge_y2)其中，k1，k2為控制保留細節強弱的因子。
9.如權利要求7所述的圖像噪聲抑制裝置，其特徵在於，所述噪聲濾波器的係數分別為h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33，其中設定濾波器係數具體根據以下公式設定假設輸入圖像中當前需要濾波的像素點坐標為(i，j)，h11=18*w(i-1,j-1)]]>h12=18*w(i-1,j)]]>h13=18*w(i-1,j+1)]]>h21=18*w(i,j-1)]]>h23=18*w(i,j+1)]]>h31=18*w(i+1,j-1)]]>h32=18*w(i+1,j)]]>h33=18*w(i+1,j+1)]]>h22＝1-(h11+h12+h13+h21+h23+h31+h32+h33)。
10.如權利要求7所述的圖像噪聲抑制裝置，其特徵在於，根據設定的濾波器係數對輸入圖像進行濾波具體為P』(i，j)＝h11*P(i-1，j-1)+h12*P(i-1，j)+h13*P(i-1，j+1)+h21*P(i，j-1)+h22*P(i，j)+h23*P(i，j+1)+h31*P(i+1，j-1)+h32*P(i+1，j)+h23*P(i+1，j+1)，其中P(i，j)表示輸入圖像的第i行第j列像素的像素值，P』(i，j)表示輸出圖像的第i行第j列像素的像素值，輸入圖像及輸入圖像均為n*m的圖像。
全文摘要
本發明公開了一種圖像噪聲抑制裝置，其包括噪聲濾波器、水平高通濾波器、垂直高通濾波器、權重計算單元及濾波係數計算單元。水平高通濾波器對輸入圖像進行水平高通濾波以得到水平邊緣圖像edge_x。垂直高通濾波器對輸入圖像進行垂直高通濾波以得到垂直邊緣圖像edge_y。權重計算單元根據垂直邊緣圖像edge_y、水平邊緣圖像edge_x進行權重計算得到權重因子圖像w。濾波係數計算單元根據權重因子圖像w設定濾波器係數。所述噪聲濾波器根據設定的濾波器係數對輸入圖像進行濾波。這樣，其可以在抑制圖像噪聲的同時也能保證圖像細節部分的清晰程度。
文檔編號H04N5/21GK101094313SQ20071011950
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月25日 優先權日2007年7月25日
發明者沈操 申請人:北京中星微電子有限公司