CN100388758C - 图像处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种提供更清晰高照度图像的图像处理装置及方法，将低照度图像变换为高照度图像，同时，提取低照度图像的低照度等级并根据所提取的低照度等级区分消除的噪声级。

Description

图像处理装置及方法

技术领域

本发明涉及图像处理装置及方法，具体涉及可在低照度环境提供数字高清晰图像的图像处理装置及方法。更具体地说，本发明涉及根据低照度图像的低照度等级有选择地消除噪声以提供最佳图像的图像处理装置及方法。

背景技术

近来，对数字图像处理装置，包括数字摄像机、拍照手机等的需求在快速增长。同时，随着图像处理装置所拍摄的静止图像或移动图像的分辨率的逐渐升级，用户对在普通环境，也就是，在高照度环境如白天或目光灯照射下所拍摄的图像在一定程度上满意。

然而，用户对即使在低照明度环境下如剧院内、黑暗的室内以及夜间拍摄具有可靠的图像质量的图像的需求在不断增加，希望与在普通环境下拍摄的图像同样好的质量。例如，当想要拍摄在舞台上所喜爱的明星或夜间海洋背景的图像时，与一般的图像不同，所拍摄的是具有低亮度的低照度图像。然而，用户用肉眼几乎不能看清这种低照度的图像，低照度的图像是不合意的。

在传统的图像处理装置中，在低照度环境中设置闪光灯，以利用瞬间的光将低照度环境变成高照度环境，然后拍摄到所需要的图像。然而，传统的图像处理装置的缺点是若没有设置闪光灯，则在低照度环境下不能拍摄图像。由于担心在公共场合如剧院内瞬间的闪光妨碍其它人而不能使用闪光灯。因此，传统的图像处理装置有在低照明度环境下不易拍摄图像的缺点，即使拍摄了图像，由于低照度环境也不可能得到清晰的图像。

另外，有人提出了均匀增加利用图像摄像传感器摄取的图像的亮度以将所摄取的图像变换为高照度图像的方法。但是，该方法存在增加低照度图像噪声的缺点，由于噪声放大，该高照度图像会导致另外的问题。

发明内容

因此，本发明提出一种图像处理装置及方法，可充分解决由于现有技术的限制和缺点所导致的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种图像处理装置及方法，可将在低照度环境下拍摄的图像修正和消除噪声，以提供高清晰图像。

本发明的又一个目的是提供一种图像处理装置及方法，可根据照度等级以自适应法自动选择和应用噪声消除方式，以根据照度环境最理想地消除噪声。

本发明的还有一个目的是提供一种图像处理装置及方法，可以用软件处理图像而不用闪光灯等，以提供高清晰图像而不妨碍其它人。

本发明另外的优点，目的和特性，一部分将在下面的说明书中得到阐明，而另一部分对于本领域的普通技术人员通过对下面的说明的考察将是明显的或从本发明的实施中学到。通过在文字的说明书和权利要求书及附图中特别地指出的结构可实现和获得本发明目的和优点。

为实现和获得所述目的和其他优点并根据本发明的目的，在此予以具体实施和广泛描述，所提供的图像处理装置包括：图像修正单元，利用直方图平滑法(histogram smoothing)修正低照度等级；和图像噪声消除单元，根据低照度图像的照度等级有选择地消除已修正的图像的噪声。

本发明的另一方面，所提供的图像处理方法包括步骤：利用直方图平滑法修正低照度等级；以及根据低照度图像的低照度等级有选择地消除已修正图像的噪声。

本发明的优点在于可根据照度等级适应性地消除噪声以进一步提高低照度图像的清晰度。

可以理解，前述对本发明的一般说明和下面的详细描述是示范性的和解释性的，并对权利要求所确定的本发明提供进一步的说明。

附图说明

附图用来提供本发明的进一步理解，其被结合在本说明书中并构成说明书的一部分，其示出了本发明的实施例并与文字描述一起用来解释本发明的原理。附图中：

图1为根据本发明的优选实施例的图像处理装置的框图；

图2为图1中的图像噪声消除单元的结构的详细框图；

图3为根据本发明的优选实施例的图像处理方法的流程图；

图4为图3中步骤S24的流程图；

图5为低照度图像的直方图分布的曲线图；

图6为直方图平滑处理之后高清晰图像的直方图分布图；

图7为直方图平滑处理之前的图像样图；

图8为直方图平滑处理之后的图像样图。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施方式进行详细描述，其范例在附图中进行说明。尽可能地在整个附图中使用相同的附图标记代表相同或相似部件。

图1是表示根据本发明的优选实施方式的图像处理装置的方框图，图2是表示图1的图像噪声消除单元的构造的详细方框图。

参照图1和图2，本发明的图像处理装置包括：对低照度的图像进行修正的图像修正单元1；对修正图像的噪声进行消除的图像噪声消除单元3；存储消除了噪声的图像的图像存储单元4；及显示消除噪声的图像的图像显示单元5。这里，低照度的图像意思是在照度低的环境中拍摄和输入的图像。

此时，可使用譬如电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)等等摄像传感器拍摄低照度图像。

此外，当在没有照明的低照度环境中拍摄图像时，即使没有譬如闪光灯等附加照明设备的情况下，图像修正单元1也能在软件的基础上将低照度图像修正为高照度图像，直到适合肉眼观看的水平。也就是，图像修正单元1通过使用直方图平滑法(histogram smoothing)将输入的低照度图像修正为高照度图像。

这里，直方图平滑法是一种当图像的灰度级分布限制在一个预定的灰度级时，平滑直方图以改善图像的亮度的技术。

下面介绍直方图平滑法。如图5所示，低照度图像的直方图分布主要分布在低灰度级的范围。此时，如果实行直方图平滑法，相对多地分布在低灰度级范围内的低照度图像重新排列并扩张分布在0到255的整个灰度级范围内。因此，如果实行直方图平滑法，譬如黑色背景和物象(object image)等低照度图像被修正并被转换成可识别图像。

图6是表示在平滑直方图之后高照度图像的直方图分布的图。

图7是在平滑直方图之前图像的范例，图8是在平滑直方图之后图像的范例。

如图7和8所示，平滑直方图后的图像比原始低照度图像更清晰。

因而，低照度图像通过图像修正单元1修正为高照度图像以提供更加清晰的图像。

同时，低照度图像通常具有原始加性噪声(added noise)。如果这种低照度图像通过直方图平滑法转换成高照度图像，原来加在低照度图像的噪声也被放大了。

结果，通过图像修正单元1能够提供更清晰的图像，但是却存在噪声比图像修正前更加恶化的缺点。由于这个原因，本发明还包括图像噪声消除单元3。

图像噪声消除单元3按照低照度图像的低照度等级消除噪声。此外，低照度等级是在图像修正单元1内计算的。图像修正单元1还可以包括一个用于计算低照度图像的低照度等级的低照度等级计算单元2。因此，图像修正单元1修正低照度图像，同时计算低照度图像的低照度等级。然而，低照度等级计算单元2也可以在图像修正单元1之前和之后作为一个单独的部件(block)而不在图像修正单元1之内。

这里，低照度等级是指预定的低照度图像亮度的评估值。即，低照度等级指表示光和影的量化信息。

此时，使用下列三种方法之一计算低照度等级。当然，也可以提出不同的方法。

首先，可以以作为所有图像信息之一的亮度的直方图分布的平均值计算低照度等级。

第二，当从亮度的直方图分布的较高亮度考虑时，可以以整个直方图分布的预定比率提供的最低亮度计算低照度等级。

第三，当从亮度的直方图分布的较低照度考虑时，可以以整个直方图分布的预定比率提供的最大亮度计算低照度等级。

低照度等级与修正的图像一起输入到图像噪声消除单元3。

如图2所示，图像噪声消除单元3包括：比较器11，第一噪声消除器13和第二噪声消除器15。

详细地，比较器11将输入的低照度等级与预置的临界值进行比较，将比较结果提供给第一噪声消除器13或第二噪声消除器15，从而有差别地消除噪声。

此时，当低照度等级根据第一种方法计算时，临界值设定在120；或者当低照度等级根据第二种方法计算时，临界值设定在80；或者当低照度等级根据第三种方法计算时，临界值设定在150。当然，临界值是根据实验设定的以提供最优良的性能，并且临界值也可以设定在除了120，80，150之外的值。

作为比较器11的比较结果，如果确定低照度等级小于临界值，将比较结果值提供给第二噪声消除器15。相反，如果确定低照度等级高于临界值，将比较结果值提供给第一噪声消除器13。

因此，第一噪声消除器13接收低照度等级高于临界值的图像，并且相对少地消除了修正图像的噪声。相反，第二噪声消除器15接收低照度等级低于临界值的图像，并相对多地消除修正图像的噪声。

执行这种过程是因为具有大的低照度等级的图像的噪声在实行直方图平滑法时相对小地放大，相反，具有小的低照度等级的图像的噪声在实行直方图平滑法时被更多地放大。结果，修正图像的放大的噪声的量级可以从比较低照度等级和临界值的比较结果中了解。

为了使噪声消除器13和15执行适当的操作，第一噪声消除器13可以使用一个中值滤波器，第二噪声消除器15可以使用一个均值滤波器。因此，第一噪声消除器13能相对少地消除修正图像的噪声，第二噪声消除器15能较多地消除修正图像的噪声。同时，通过使用分离屏蔽(separate mask)的方法，第一和第二噪声消除器13和15的噪声消除度可以不同。

通过图像噪声消除单元3的这样一种功能，相对多地从具有大大放大了的噪声的图像中消除噪声，以大大减少噪声，尽管作为对象(object)的边缘成分的高频成分具有小的损失。然而，从具有较少放大的噪声的图像中相对少地消除噪声，以保持对象的边缘信息不变。

消除噪声的图像根据用户的存储请求存储在图像存储单元4中。

当用户不提出存储请求时，图像显示单元5在屏幕上为用户显示消除了噪声的图像。

根据该图像处理装置，能够根据低照度图像的低照度等级选择性地消除噪声。因此，能获得更清晰的图像。

该图像处理装置能容易地应用到譬如拍照手机、数码相机、数字便携式摄像机、个人便携式终端或智能电话等便携式显示装置上以提供更清晰的图像。特别是，至少图像噪声消除单元3被应用到显示装置上以更加改善图像的清晰度。

图3是表示根据本发明的优选实施例的图像处理方法的流程图，图4是表示图3的步骤S24的流程图。

参照图3和图4，输入在低照明环境中使用譬如CCD或CMOS的摄像传感器拍摄的低照度图像(S21)。

对输入的低照度图像实行直方图平滑以修正成高照度图像(S22)。低照度图像被修正，并同时在输入的低照度图像的基础上通过前述三种方法之一计算低照度图像的低照度等级(S23)。

使用低照度等级选择性地消除修正图像的噪声(S24)。

参照图4详细地描述选择性噪声消除步骤(S24)，首先，输入修正图像和计算的低照度等级(S31)。

确定输入的低照度等级是否小于预定临界值(S33)。

另外，如果比较结果确定为低照度等级小于临界值，那么均值滤波器用于相对多地消除修正图像的噪声(S35)。然而，如果比较结果确定为低照度等级大于临界值，那么中值滤波器用于相对少地消除修正图像的噪声(S37)。

如此，噪声的放大程度，即，低照度图像的低照度等级被检测以有区别地消除噪声，从而更好地消除噪声，同时获得清晰的图像。

再参照图3，根据用户的存储请求(S25)，消除了噪声的图像以存储方式存储在存储器中(S27)。相反，在没有用户的存储请求时，消除了噪声的图像以预览方式在屏幕上显示(S26)。

如上所述，在本发明的图像处理装置和方法中，在低照度环境中拍摄的图像被修正为高照度图像，然后根据噪声的放大程度有区别地消除放大的噪声以提供更清晰的图像。

此外，在本发明的图像处理装置和方法中，根据照度等级选择性地应用噪声消除方式以更佳地消除噪声，从而提供优化的清晰图像。

对于本领域的技术人员来说显然可以对本发明作出各种修改和改变。因而本发明旨在覆盖落在所附权利要求的范围和它们的等价范围内的对本发明作出的修改和改变。

Claims (14)

1.一种图像处理装置，其特征在于，包括：

图像修正单元，利用直方图平滑法修正低照度图像；和

图像噪声消除单元，根据低照度图像的照度等级有选择地应用具有不同噪声消除度的两个消除器中的一个来消除修正的图像的噪声。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低照度图像是在低照度环境拍摄并输入的。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，直方图平滑法使较多地分布在低灰度级范围的低照度图像被重新排列并分布在所有灰度级范围。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，图像噪声消除单元包括：

比较器，用于比较低照度等级与临界值；

第一噪声消除器，当低照度等级大于临界值时，相对少地消除噪声；以及

第二噪声消除器，当低照度等级小于临界值时，相对多地消除噪声。

5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，第一噪声消除器是中值滤波器，而第二噪声消除器是均值滤波器。

6.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括图像显示单元，用于以预览模式显示已消除噪声的图像。

7.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括图像存储单元，用于以存储模式存储已消除噪声的图像。

8.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，图像修正单元具有计算低照度等级的低照度等级计算单元。

9.一种图像处理方法，包括步骤：

利用直方图平滑法修正低照度图像；以及

根据低照度图像的低照度等级有选择地应用具有不同噪声消除度的两个消除器中的一个来消除修正的图像的噪声。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用作为所有图像信息之一的照度的直方图分布的平均值计算低照度等级。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，当考虑到作为所有图像信息之一的照度的直方图分布的较高的照度时，用整个直方图分布的预定的比率提供的最小照明度计算低照度等级。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，当考虑到作为所有图像信息之一的照度的直方图分布的较低的照度时，用整个直方图分布的预定的比率提供的最大照度计算低照度等级。

13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，图像噪声消除包括以下步骤：

比较低照度等级与临界值；

当低照度等级大于临界值时，相对少地消除噪声；以及

当低照度等级小于临界值时，相对多地消除噪声。

14.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，在修正步骤中计算低照度等级。

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