圖像處理設備、圖像處理方法、以及電腦程式的製作方法

2023-06-21 14:06:51 1

專利名稱：圖像處理設備、圖像處理方法、以及電腦程式的製作方法
技術領域：
本發明涉及降低圖像數據中的噪聲的圖像處理設備、圖像處理方法、以及電腦程式。
背景技術：
由諸如掃描器以及數字攝像機的圖像捕捉裝置獲取的圖像包含噪聲，諸如暗電流噪聲、熱噪聲、以及拍攝噪聲。該噪聲取決於成像元件以及電路的特性。為了形成高質量圖像，需要降低噪聲的過程。然而，如果以使用低通濾波器的簡單方式降低噪聲，則丟失對於使圖像對於圖像觀察者可識別來說重要的諸如邊緣的元素，最終，降低圖像質量。因此，要求根據圖像不同部分的特性的用於噪聲降低的技術。一個這樣的噪聲降低技術使用ε濾波器(見非專利文件1)。ε濾波器能夠以焦點像素的信號與每個選擇像素的信號之差小於或等於閾值的方式，來用從周圍像素中選擇的像素的平均值代替焦點像素的像素值，從而降低噪聲，同時保持具有大的信號差的諸如邊緣的分量。此外，用使用雙向濾波器的技術(見非專利文件2)，使用焦點像素與周圍像素之間的信號差以及空間距離來為每個周圍像素計算濾波器係數，然後焦點像素的像素值用乘以所有周圍像素的像素值的濾波器係數之和代替。如同ε濾波器，該技術同樣實現噪聲降低以及邊緣保持兩者。已經公開了各種先進的ε濾波器/雙向濾波器技術。在日本專利申請公開號 2008-205737 (專利文件1)中公開的圖像捕捉系統等等中，在濾波器係數中體現焦點像素的RGB值與周圍像素的RGB值之間的距離。這使能彩色圖像中噪聲的有效降低。用日本專利申請公開號2007-288439 (專利文件2)中公開的圖像處理設備等等，檢測焦點像素的色調與周圍像素的色調之差，然後在濾波器係數中體現色調差，其使能平滑，以便防止形成波紋圖形。然而，在與以上專利文件1以及2中公開的圖像處理設備等等相關聯的發明中，因為在濾波器係數中體現各個像素之間的距離，所以如果存在高水平噪聲，則因為不能夠計算像素之間的距離以及適當的濾波器係數，所以計算的值是不正確的，其不利地降低了噪聲降低效果。本發明用傳統技術解決以上問題，本發明的目的是提供一種用於計算適當的濾波器係數以便降低噪聲同時保持對使圖像對於圖像觀察者可識別來說重要的諸如邊緣的元素的圖像處理設備、圖像處理方法、以及電腦程式。

發明內容
根據本發明的圖像處理設備具有實現以上目的的以下配置。一種根據本發明的圖像處理設備，包括距離計算單元，計算第一與第二分布之間的距離，其中第一分布是圖像中包括的焦點像素周圍的像素的像素值的分布，第二分布是在中心包括焦點像素的窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的分布，對於窗口中包括的每個像素而獲得第二分布；係數計算單元，使用第一與第二分布之間的距離為窗口中包括的每個像素計算濾波器係數；以及濾波器處理單元，通過使用濾波器係數對窗口中包括的每個像素執行濾波器處理過程來為焦點像素計算校正值。這使能即使當噪聲水平高時，也提供一種用於計算適當的濾波器係數以便降低噪聲同時保持對使圖像對於圖像觀察者可識別來說重要的諸如邊緣的元素的圖像處理設備、 圖像處理方法、以及電腦程式。能夠將解決以上問題的本發明作為圖像處理設備中使用的圖像處理方法、以及使計算機運行圖像處理方法的電腦程式實施。用根據本發明的圖像處理設備、圖像處理方法、以及電腦程式，提供一種即使當噪聲水平高時也計算適當的濾波器係數以便降低噪聲同時保持對使圖像對於圖像觀察者可識別來說重要的諸如邊緣的元素的圖像處理設備、圖像處理方法、以及電腦程式。


圖1是根據第一實施例的圖像處理設備的示例的功能圖。圖2是根據第一實施例的圖像處理方法的流程圖。圖3是在焦點像素周圍的像素的像素值的分布的示例以及在窗口內側像素周圍的像素的像素值的分布的示例的示意圖。圖4是根據給定函數的濾波器係數相對於分布之間距離而繪製的圖表。圖5說明具有相互最接近的像素值的像素之間的距離。圖6說明每對像素之間的距離。圖7是根據第七實施例的圖像處理設備的示例的功能圖。圖8是根據第七實施例的圖像處理方法的流程圖。
具體實施例方式以下將參考附圖詳細描述本發明的示例性實施例。[本發明的實施例][第一實施例使用平均值計算分布之間的像素值距離(灰階圖像)]在第一實施例中描述的示例中，將要處理的圖像是灰階圖像，分布之間的像素值距離是平均值之間的距離。圖1是根據第一實施例的圖像處理設備的示例的功能圖。圖像處理設備100接收將要處理的圖像11以及輸出噪聲降低的圖像12。圖像處理設備100包括圖像取得單元 101、焦點圖像選擇單元102、窗口內側像素選擇單元103、距離計算單元104、濾波器係數計算單元105、第一確定單元106、濾波器計算單元107、以及第二確定單元108。圖像取得單元101接收將要處理的圖像11。焦點圖像選擇單元102從將要處理的圖像11中選擇焦點像素。窗口內側像素選擇單元103從窗口內側(inside window)的像素中選擇一個窗口內側像素，其中，窗口定義為包圍焦點像素。距離計算單元104計算焦點像素周圍的像素的像素值的分布與由窗口內側像素選擇單元103選擇的像素周圍的像素的像素值的分布之間的距離。
濾波器係數計算單元105使用分布之間像素值距離計算單元104計算的距離，為窗口內側像素選擇單元103選擇的像素計算濾波器係數。第一確定單元106確定窗口內側像素選擇單元103、距離計算單元104、以及濾波器係數計算單元105的每個是否已經完成對於窗口內側的每個像素的處理過程。濾波器計算單元107使用由濾波器係數計算單元 105計算的濾波器係數對窗口內側的像素執行濾波器計算。因此，作為濾波器處理過程的結果，計算用於焦點像素的校正值。第二確定單元108確定將要處理的圖像11的每個像素是否已經由焦點圖像選擇單元102選擇以及是否已經經過濾波器計算。圖2是根據第一實施例的圖像處理方法的流程圖。在圖2所示的圖像處理方法中， 圖像處理設備100的單元處理所接收的將要處理的圖像11以及輸出噪聲降低的圖像12。在圖2的步驟S101，圖像取得單元101獲取將要處理的圖像11。在步驟S102，焦點圖像選擇單元102從將要處理的圖像11中選擇焦點圖像。不限制選擇的次序。例如，能夠用光柵掃描順序地選擇像素。在步驟S103，窗口內側像素選擇單元103從定義為包圍焦點像素的窗口內側的像素中選擇一個像素。不限制窗口的形狀，窗口形狀能夠是矩形或者橢圓形。在步驟S104，距離計算單元104計算焦點像素周圍的像素的像素值的分布與在步驟S103選擇的窗口內側像素周圍的像素的像素值的分布之間的距離。圖3是焦點像素周圍的像素的像素值的分布的示例以及窗口內側像素周圍的像素的像素值的分布的示例的示意圖。圖3所示的每個正方形塊表示一個像素。窗口由9X9 像素組成。把焦點像素周圍的矩形區域之內的5X5像素的像素值的分布以及一個窗口內側像素周圍的另一矩形區域之內的5X5像素的像素值的分布的每個創建為直方圖。在步驟S104，例如，使用圖3所示的分布來計算每個矩形區域的平均值，然後計算平均值之間的距離。在步驟S105，濾波器係數計算單元105使用在步驟S104計算的分布之間的距離來計算濾波器係數。在第一實施例中，提供某一閾值ε，如果分布之間的距離大於或者等於該閾值ε，則將濾波器係數設置為0，而如果確定為否，則將濾波器係數設置為1。這使能濾波器計算排除使用屬於不同於包含焦點像素的部分的部分的任何像素。結果，對使圖像對於圖像觀察者可識別來說重要的諸如邊緣的元素保持未改變。在步驟S106，第一確定單元106確定是否已經選擇窗口內側的每個像素。如果已經選擇每個像素，則過程控制前進到步驟S107，如果確定不是，則過程控制返回到步驟 S103。在過程步驟S107，使用由濾波器計算單元107計算的濾波器係數來執行濾波器計算。更具體地，過程涉及用相對應的濾波器係數與每個像素值相乘以及將窗口內側的所有像素的乘積相加。然後，將該和除以濾波器係數之和，從而執行規則化。商設置為噪聲降低的圖像12的相對應像素的像素值。在過程步驟S108，第二確定單元108確定是否已經選擇將要處理的圖像的每個像素。如果發現未選擇的像素，則過程控制返回到過程步驟S102，如果已經選擇了每個像素， 則輸出噪聲降低的圖像12，然後過程結束。在第一實施例中，通過使用在步驟S104的分布之間的距離，計算對噪聲魯棒的濾波器係數。此外，雖然在本實施例中，濾波器係數是在步驟S105設置為0或者1的二元值， 但是為了執行更精確的過程，濾波器係數能夠是多值。例如，通過圖4所示的單調減小的正函數，使用分布之間的距離X，能夠計算濾波器係數y。圖4說明作為示例的三個函數(a) 至(c)。在圖4的公式(a)至(c)中包括的希臘字母是參數，他們根據例如圖像處理設備的應用來設置。應該注意，在公式(c)表示的函數中，如果ω趨向於無窮大，則它趨向於使用閾值ε的濾波器係數在0與1之間切換的上述方式。[第二實施例使用平均值計算分布之間的像素值距離(彩色圖像)]在描述為第二實施例的示例中，將要處理的圖像是彩色圖像，分布之間的像素值距離是平均值之間的距離。根據第二實施例的圖像處理設備100具有與圖1所示相同的功能配置，除距離計算單元104的操作之外，以與在第一實施例中相同的方式進行操作。因此，在此將描述距離計算單元104。雖然根據第一實施例的處理的灰色圖像只具有一種類型的平均值，但是彩色圖像具有三基色，因此存在三維向量。因此，例如，計算每個R、G、及B的平均值。假定在焦點像素周圍的像素的R、G、以及B的平均值分別設置為R0、GO、以及B0，在窗口內側像素周圍的像素的R、G、以及B的平均值分別設置為Rl、G1、以及Bi。使用這些值，計算分布之間的距離D，如公式(1)以及(2)所示D = α I R0-R11 + β | G0-G11 + γ | B0-B11... (1)
權利要求
1.一種圖像處理設備，包括距離計算單元，計算第一與第二分布之間的距離，其中第一分布是在圖像中包括的焦點像素周圍的像素的像素值的分布，第二分布是在中心包括該焦點像素的窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的分布，對於該窗口中包括的每個像素，獲得該第二分布；係數計算單元，使用該第一與第二分布之間的距離來為該窗口中包括的每個像素計算濾波器係數；以及濾波器處理單元，通過使用該濾波器係數對該窗口中包括的每個像素執行濾波器處理過程，來為該焦點像素計算校正值。
2.根據權利要求1所述的圖像處理設備，其中，該第一與第二分布之間的距離是在該焦點像素周圍的像素的像素值的平均值與在該窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的平均值之間的距離。
3.根據權利要求2所述的圖像處理設備，其中，當該圖像是彩色圖像時，用於計算該第一與第二分布之間的距離的像素值的平均值是三維向量，其中，該三維向量的分量是該像素值中包括的三色分量的平均值。
4.根據權利要求1所述的圖像處理設備，其中，通過將該焦點像素周圍的像素的像素值的平均值與該窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的平均值之間的距離除以該焦點像素周圍的像素的像素值的方差與該窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的方差之和， 來計算該第一與第二分布之間的距離。
5.根據權利要求1所述的圖像處理設備，其中，該第一與第二分布之間的距離是該焦點像素周圍的像素的像素值的分布與該窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的分布之間的 Kullback-Leibler 信息。
6.根據權利要求1所述的圖像處理設備，其中，該第一與第二分布之間的距離是或者 (i)具有相互最接近的像素值的像素之間的距離，其中，從該焦點像素周圍的像素中選擇一個像素，從該窗口中包括的像素周圍的像素中選擇另一像素；或者(ii)最小距離和，其通過以一對一方式使該焦點像素周圍的像素的像素值與該窗口中包括的像素周圍的像素的像素值相關聯而獲得，以便每對像素的每個像素之間的距離之和具有最小值。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的圖像處理設備，其中，當該第一與第二分布之間的距離大於或者等於預定值時，該係數計算單元設置該濾波器係數為0。
8.根據權利要求1至6中任意一項所述的圖像處理設備，其中，該係數計算單元使用因變量的值作為計算該濾波器係數的權重，其中，所述因變量是包含作為自變量的該第一與第二分布之間的距離的單調減小函數的變量。
9.一種圖像處理方法，包括計算第一與第二分布之間的距離，其中，第一分布是圖像中包括的焦點像素周圍的像素的像素值的分布，第二分布是在中心包括該焦點像素的窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的分布，對於該窗口中包括的每個像素，獲得該第二分布；使用該第一與第二分布之間的距離為該窗口中包括的每個像素計算濾波器係數；以及通過使用該濾波器係數對該窗口中包括的每個像素執行濾波器處理過程，來為該焦點像素計算校正值。
10.一種電腦程式，使計算機執行圖像處理方法，該方法包括計算第一與第二分布之間的距離，其中，第一分布是圖像中包括的焦點像素周圍的像素的像素值的分布，第二分布是在中心包括該焦點像素的窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的分布，對於該窗口中包括的每個像素，獲得該第二分布；使用該第一與第二分布之間的距離來為該窗口中包括的每個像素計算濾波器係數；以及通過使用該濾波器係數對該窗口中包括的每個像素執行濾波器處理過程，來為該焦點像素計算校正值。
全文摘要
一種圖像處理設備，包括距離計算單元，計算第一與第二分布之間的距離，其中第一分布是在圖像中包括的焦點像素周圍的像素的像素值的分布，第二分布是在中心包括焦點像素的窗口中包括的像素周圍的像素的像素值的分布，以及對於窗口中包括的每個像素而獲得第二分布；係數計算單元，使用第一與第二分布之間的距離為窗口中包括的每個像素計算濾波器係數；以及濾波器處理單元，通過使用濾波器係數對窗口中包括的每個像素執行濾波器處理過程，來為焦點像素計算校正值。
文檔編號H04N1/409GK102473293SQ20108003427
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月22日 優先權日2009年8月7日
發明者原崇之 申請人:株式會社理光