一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法

2023-05-31 14:58:36 1

專利名稱：一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法
技術領域：
本發明屬於視頻技術領域，尤其涉及一種對圖像或者視頻序列的降噪方法。
背景技術：
在低亮度視頻場景應用中，如晚上或者是室內場景，噪聲嚴重影響所拍攝圖像或視頻的質量。在 CCD (Charge-coupled Device,電荷耦合元件)或者 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器有源像素中，影響電路性能的噪聲主要有熱噪聲、閃爍噪聲、復位噪聲、散粒噪聲、讀出電路熱噪聲，暗電流、固定模式噪聲等。這些噪聲不僅嚴重影響圖像和視頻的質量，並且這些噪聲非常難於壓縮，讓視頻編碼器將寶貴的比特數浪費在這些噪聲上，導致視頻編碼的碼率很高，圖像質量也很低，這對於對帶寬敏感的應用場景是很致命的，譬如視頻會議，視頻監控，視頻電話，視頻聊天等通過無線或者有線進行遠程視頻傳輸的應用。因此對於圖像或者視頻進行去噪是非常必要的。現有技術的去噪方法是在同一幀內進行空間上的降噪。現有空間降噪的方法是判斷局部區域邊緣的邊緣強度，然後再進行自適應的低通濾波。因此，空間降噪的致命缺陷是犧牲了圖像的細節，導致圖像清晰度不高，並且噪聲消除的不乾淨。因此，視頻技術領域急需一種針對CCD或者CMOS所採集的圖像或者視頻序列的降噪方法，使圖像變得乾淨清晰，便於進行後續的視頻壓縮。

發明內容
為彌補現有技術的不足，克服現有降噪方法犧牲圖像的細節、圖像清晰度不高、噪聲消除不乾淨的缺陷，本發明提供了一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，技術方案如下一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，包含如下步驟步驟1:空間降噪；步驟2:運動估計；步驟3 對相鄰塊的運動向量進行中值濾波；步驟4:時間域降噪。如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，該步驟1空間降噪的方法包含如下步驟步驟11 判斷當前區域是否為平坦區域；若是，則執行步驟12 ；步驟12:空間降噪。如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，該步驟11判斷當前區域是否為平坦區域的方法包含如下步驟
步驟111 求當前區域像素點的平均值；步驟112 求當前局部區域的方差；步驟113 根據方差來判斷當前區域的屬性，如果該方差小於設定的閾值，當前區域為平坦區域，否則是複雜區域。如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，該步驟4時間域降噪的方法包含如下步驟步驟41 運動補償；步驟42 運動檢測；步驟43 像素點運動濾波；步驟44:自適應濾波。如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，該步驟111求當前區域像素點的平均值的方法為Pix^g = Pix'19 其中，
window9window為當前像素周圍的3x3窗口，pixi為window中的像素點值。如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，該步驟112求當前局部區域的方差的方法為var= X(PKg)2
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ο如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，該步驟12空間降噪的方法為用空間低通濾波模板對當前3x3窗口進行卷積。如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，該步驟41運動補償的方法為pix_ref (χ, y) = pix_prv (x+mv_x, y+mv_y)，其中，piX_ref根據運動向量求得的參考幀，pix_prv指前一幀，(x, y)為每個點的像素坐標，(mv_x, mv_y)為坐標為(x，y)的點的運動向量。如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，該步驟42運動檢測是對每個點的可靠性進行判斷，判斷方法為mot (x, y) = ABS(pix(x, y) -pix_ref (χ, y))mot表示當前值和參考值的近似程度，越大越不可靠，越小越可靠。如上的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其中，其特徵在於，該步驟44自適應的濾波的方法為P, (χ, y) = α ΦΡ(χ, y) + (l-a )*P_prv(x+mv_x, y+mv_y)P' (χ, y)為當前幀在坐標(X，y)處濾波後的像素值；P (x, y)為當前在坐標(X，y)處濾波前的像素值；P_prv(x, y)為前一幀在坐標(x，y)處得像素值；α為根據每個點的mot計算出的值，mot越大α越大，α為0到1之間的數；(mv_x, mv_y)為當前像素點的運動矢量。本發明的有益效果是基於運動估計對視頻和圖像進行三維降噪，使圖像變得乾淨清晰，便於進行視頻壓縮。


下面結合附圖，通過對本發明的具體實施方式
的詳細描述，將使本發明的技術方案及其他有益效果顯而易見。圖1為本發明基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法的示意圖。圖2為本發明空間降噪方法流程示意圖。圖3為本發明判斷當前區域是否為平坦區域的方法流程示意圖。圖4為本發明時間域降噪方法流程示意圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面進一步闡述本發明。圖1表示了本發明基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法的示意圖。本發明方法包括如下步驟步驟1 空間降噪。即對同一幀內的局部空間進行自適應的低通濾波來消除噪聲。 如圖2所示，空間降噪具體包含如下步驟步驟11:判斷當前區域是否為平坦區域。如果是平坦區域，則執行步驟12。而如果不是平坦區域，則區域內細節豐富或者是有輪廓，則不進行濾波，直接結束。本發明採用局部方差的方法來判斷當前待處理的區域的屬性。用以待處理的點中心的3x3的窗口來判斷當前點所處區域的屬性。判斷當前區域是否為平坦區域的具體方法如圖3所示步驟111 求當前區域像素點的平均值，如公式(1)
權利要求
1.一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，包含如下步驟 步驟1:空間降噪；步驟2 運動估計；步驟3 對相鄰塊的運動向量進行中值濾波； 步驟4:時間域降噪。
2.如權利要求1所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟1空間降噪的方法包含如下步驟步驟11 判斷當前區域是否為平坦區域；若是，則執行步驟12 ； 步驟12:空間降噪。
3.如權利要求2所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟11判斷當前區域是否為平坦區域的方法包含如下步驟步驟111 求當前區域像素點的平均值； 步驟112 求當前局部區域的方差；步驟113 根據方差來判斷當前區域的屬性，如果該方差小於設定的閾值，當前區域為平坦區域，否則是複雜區域。
4.如權利要求1所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟4時間域降噪的方法包含如下步驟步驟41 運動補償； 步驟42 運動檢測； 步驟43 像素點運動濾波； 步驟44:自適應濾波。
5.如權利要求3所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟111求當前區域像素點的平均值的方法為Pixavg = Σ內其中，window,window為當前像素周圍的3x3窗口，pixi為window中的像素點值。
6.如權利要求3所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟112求當前局部區域的方差的方法為var= ^ipixi- Pixavg)2window0
7.如權利要求2所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟12空間降噪的方法為用空間低通濾波模板對當前3x3窗口進行卷積。
8.如權利要求4所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟41運動補償的方法為pix_ref (χ, y) = pix_prv (x+mv_x, y+mv_y)，其中， pix.ref根據運動向量求得的參考幀， pix_prv指前一幀，(x, y)為每個點的像素坐標， (mv_x, mv_y)為坐標為(x，y)的點的運動向量。
9.如權利要求4所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟42運動檢測是對每個點的可靠性進行判斷，判斷方法為 mot (χ, y) = ABS(pix(x, y) -pix_ref (χ, y))，其中， mot表示當前值和參考值的近似程度，越大越不可靠，越小越可靠。
10.如權利要求4所述的一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，其特徵在於，該步驟44自適應的濾波的方法為P' (x, y) = α ΦΡ(χ，y) + (l_a )>l<P_prv(x+mv_x, y+mv_y),其中， P' (x，y)為當前幀在坐標(χ，y)處濾波後的像素值； P (χ, y)為當前在坐標(χ，y)處濾波前的像素值； p_prv(x, y)為前一幀在坐標(X，y)處得像素值；α為根據每個點的mot計算出的值，mot越大α越大，α為0到1之間的數； (mv_x, mv_y):為當前像素點的運動矢量。
全文摘要
本發明屬於視頻技術領域，提供了一種基於運動估計的視頻和圖像的三維降噪方法，包含如下步驟步驟1空間降噪；步驟2運動估計；步驟3對相鄰塊的運動向量進行中值濾波；步驟4時間域降噪。本發明基於運動估計對視頻和圖像進行三維降噪，使圖像變得乾淨清晰，便於進行視頻壓縮，可廣泛應用於各種視頻設備。
文檔編號H04N7/26GK102355556SQ201110340348
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者林江, 王洪劍 申請人:無錫博視芯半導體科技有限公司