CN100401749C - 图像处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像处理方法，包括步骤：从低照度图像的直方图分布获得低照度图像的亮度；以及依据亮度有差别地选择各局部图像的像素状态，从而在获得低照度环境中清晰度改善的图像的同时消除噪声。

Description

图像处理装置和方法

技术领域

本发明涉及图像处理装置和方法，尤其涉及一种其中在低照度(low-illuminance)环境中提供高清晰图像的图像处理装置和方法。更具体地，本发明涉及一种图像处理装置和方法，其中噪声被有选择地从在低照度环境中捕捉的低照度图像中消除，以提供一种更清晰的低照度图像。

背景技术

近来，随着对数码图像处理装置，包括数码便携摄像机、拍照电话等的需求的快速增加，其功能变得多样和智能。同时，鉴于当静止图像或移动图像被图像处理装置捕捉时支持的分辨率逐渐升级，使用者在一定程度上满足于在普通环境中，即在比如日光或荧光灯照明的高照度(high-illuminance)环境，捕捉的图像。

然而，使用者日益希望甚至在低照度环境中，比如剧场内、暗室和晚上，和在普通环境中一样捕捉图片质量得到保证的图像。例如，当要捕捉在音乐会热爱的明星或晚上的海洋背景的图像时，就拍取到具有不同于普通图像的低亮度的低照度图像。

在传统图像处理装置中，在低照度环境中设置闪光灯，以通过利用瞬时光将低照度环境改变为高照度环境，然后就可捕捉理想的图像。然而，传统的图像处理装置的缺点在于，如果不设置闪光灯，就不能在低照度环境中捕捉图像，但是由于担心瞬时光在公共场所，比如剧场内对其他人的干扰，闪光灯不能被使用。

于是，传统图像处理装置具有的缺点在于，在低照度环境中不易捕捉图像。

另外，传统图像处理装置具有的缺点在于，尽管捕捉了图像，也由于其大量的混合噪声而不能获得清晰的图像。

发明内容

因而，本发明旨在提供一种图像处理装置和方法，其基本消除因背景技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种图像处理装置和方法，其中在低照度环境中捕捉的图像被校正和消除噪声，以提供高清晰的图像。

本发明的另一个目的是提供一种图像处理装置和方法，其中噪声根据图像亮度被有差别地消除，从而噪声可以根据照度环境被最佳地消除。

本发明的另外的优点、目的和特征将部分地在随后的说明书中提出，并且对于在本领域具有普通技术的人员来说，在进行随后的验证后，将部分地变得明显或可以从本发明的实践中获知。本发明的目的和其它优点可以通过说明书及其权利要求书以及附图中所特别指出的结构实现和获得。

为了达成这些目的和其它优点并根据本发明的目的，如这里所体现和广泛描述的一样，提供一种图像处理装置，包括：信噪比计算装置，用于按照低照度图像的直方图分布的低照度图像的亮度计算信噪比；局部图像离散计算装置，用于计算选自低照度图像的特定局部图像的离散值；以及图像校正装置，用于依据信噪比和局部图像离散值有差别地校正相应的局部图像。

在本发明的另一个技术方案中，提供一种图像处理方法，包括步骤：从低照度图像的直方图分布中获得低照度图像的亮度；以及依据亮度，有差别地选择各局部图像的像素状态。

在本发明的再一个技术方案中，提供一种图像处理方法，包括步骤：从低照度图像的直方图分布中获得低照度图像的亮度；以及依据亮度，有差别地消除各局部图像的噪声。

本发明可以具有低照度图像可以更清楚地显示的效果。

应该理解，无论本发明的前面的一般描述还是随后的详细描述都是示范性和解释性的，并用于提供对所要求的发明的进一步解释。

附图说明

附图，包括其中用于提供发明的进一步理解，并作为和构成这一申请的一部分，表示发明的具体实施方式，并与说明书一起用于解释发明的原理。图中：

图1为表示根据本发明的第一实施例的图像处理装置的示意结构的框图；

图2和3为直方图(histogram)平滑处理前和后的直方图；

图4和5为直方图平滑处理前和后的图像；

图6为表示根据本发明的第二实施例的图像处理装置的示意结构的框图；

图7为表示图6的图像噪声消除装置的详细结构的框图；

图8为根据本发明的第二实施例从低照度图像消除噪声的图片。

具体实施方式

现在将详细说明本发明的优选实施例，其实例在附图中表示。只要可能，相同的附图标记将在整个图中表示相同或相似部分。

图1为表示根据本发明的第一实施例的图像处理装置的示意结构的框图。

参见图1，本发明的图像处理装置包括用于捕捉低照度图像的图像捕捉装置1、用于校正低照度图像的图像校正装置2、用于显示去噪(noise-eliminated)图像的图像显示装置3。这里，低照度图像表示在低照度环境中捕捉和输入的图像。

用于捕捉特定目标和背景的图像的图像捕捉装置1优选地包括透镜、滤光器和图像拍摄传感器(image pickup sensor)，比如电荷耦合器件(CCD)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等。

当在无照明的低照度环境中捕捉图像时，甚至无需附加照明装置，比如闪光灯等，图像校正装置2可基于软件将低照度图像校正为高照度图像，达到适合肉眼观看的水平。例如，图像校正装置2通过利用直方图平滑处理(histogram smoothing)将输入的低照度图像校正为高照度图像。

这里，直方图平滑处理是一种技术，其中当图像的灰度级分布局限于预定的灰度级时，就平滑处理直方图，以改善图像亮度。

下面说明直方图平滑处理技术。如图2所示，在低照度图像的直方图中，频率分布主要出现在低灰度级范围。这时，如果进行直方图平滑处理，那么其中频率较多地分布在低灰度级范围的低照度图像就重排并铺展地分布在0至255的整个灰度级范围。因而，如果进行直方图平滑处理，那么低照度图像，比如暗的背景和物像就被校正并转变为可分辨图像。

图4和5为直方图平滑处理前和后的图像。

如图4所示，在低照度环境中捕捉的图像很暗，因而，对象及其周围背景的边界不清楚，不能辨别对象及其周围背景。相反，如图5所示，如果利用直方图平滑处理技术对图像进行校正，那么图像就获得更高的照度，与图4的原始图像相比，具有大的分辨力。

同时，低照度图像通常具有原始噪声，其在图像捕捉时被附加。如果这种低照度图像通过直方图平滑处理被转变为高照度图像，那么原始附加到低照度图像的噪声也被放大。

结果，图像校正装置2可提供更清晰的图像，但缺点在于，由噪声造成的图像恶化比图像校正前更严重。为此，本发明提出一种根据本发明的第二实施例的图像处理装置。

图6为表示根据本发明的第二实施例的图像处理装置的示意结构的框图。

参见图6，该图像处理装置包括用于捕捉低照度图像的图像捕捉装置1、用于计算捕捉图像亮度的亮度计算装置6、用于根据图像亮度区别消除噪声的图像噪声消除装置10以及用于向使用者提供去噪图像的图像显示装置3。

以与本发明的第一实施例相同的方式，用于捕捉特定对象和背景的图像的图像捕捉装置1优选地包括透镜、滤光器和图像拍摄传感器，比如电荷耦合器件(CCD)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等。

亮度计算装置6基于直方图分布计算亮度，即，基于各灰度级的亮度分布。

详细地说，在图像捕捉装置1中捕捉的低照度图像中，依据直方图分布，其亮度从低灰度级分布到高灰度级。这时，在低照度图像中，亮度主要分布在低灰度级范围。

此时，低照度图像的亮度可以从直方图分布的较高灰度级，从按照整个直方图分布的预定比率提供的最小亮度计算。这时，低照度图像的亮度可以依据预定比率设定为多少来计算。当然，低照度图像的亮度可以以不同的方式计算，但可以容易地假定，不管采用何种方式，低照度图像的亮度都低于高照度图像的亮度。

或者，计算的低照度图像的亮度提供到图像噪声消除装置10。

如图7所示，图像噪声消除装置10包括信噪(SN)比计算装置12、局部图像平均值计算装置14、局部图像离散计算装置16和图像校正装置18。

详细地说，SN比计算装置12基于低照度图像的亮度计算SN比。这时，SN比可以表示为下面的等式1。

〔等式1〕

SN＝(10000-α*I)/β

其中，

SN：信噪比

I：低照度图像亮度

α和β：图像捕捉装置1的噪声特征值

噪声特征值(α，β)随图像捕捉装置的噪声特征变化，并可通过实验获得。在本实施例的图像捕捉装置中，噪声特征值(α和β)分别为100和21。

如等式1中所示，SN比表示对于一个信号噪声是多少。

因而，假定图像捕捉装置1的噪声特征(α和β)固定，随着低照度图像的亮度(I)变大，信噪比变小。相反，随着低照度图像的亮度(I)变小，信噪比变大。

或者，局部图像平均值计算装置14计算图像将被还原具有预定尺寸的像素(X，Y)的大块单元(macro block unit)的，比如矩阵3*3的局部图像平均值。局部图像平均值(M_local)可表示为下面的等式2。

〔等式2〕

$M_{\mathrm{local}}=\frac{\underset{0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}k}{n}$

其中，

k：第I_th像素亮度

n：像素数目

M：局部图像平均值。

例如，假定在3*3的大块单元中像素数目(n)为9，且各像素具有亮度，可以计算局部图像平均值(M)为通过将所有九个像素的亮度相加并除以像素数目9获得的值。

接下来，局部图像离散计算装置16通过利用计算的局部图像平均值计算相应局部图像的离散值。这时，局部图像离散值(V_local)可以表示为下面的等式3。

〔等式3〕

$V_{\mathrm{local}}=\frac{\underset{0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(k-M_{\mathrm{local}})}^2}{n}$

通过比较等式3计算的局部图像离散值与等式1计算的信噪比，就可以确定当前还原的局部图像是否为对象或背景，或者其是否与边界区域相对应。

详细地说，在信噪比(SN)大于局部图像离散值(V_local)(SN＞V_local)的情况下，相应局部图像对应于对象或背景。再者，在信噪比(SN)小于局部图像离散值(V_local)(SN＜V_local)的情况下，相应局部图像对应于边界区域。SN比同样地应用到单帧(single frame)的全部像素，但局部图像离散值却是特定局部图像亮度的离散值。因此，可以假定，在局部图像具有高亮度的情况下，局部图像与像素间亮度差大的边界区域对应。

如果相应局部图像通过比较结果确定其状态，那么相应局部图像就相应地被校正。

详细地说，在相应局部图像对应对象或背景的情况下，相应局部图像具有等式2提供的局部图像平均值(M_local)。再有，在相应局部图像对应于边界区域的情况下，相应局部图像实际上具有图像捕捉装置1捕捉的低照度图像的亮度(k)。

这时，相应局部图像的所有像素，例如，3*3矩阵中的九个像素都具有局部图像平均值。因此，像素可以具有对应于背景或目标的局部图像的平均值，噪声影响接近忽略。当然，由于局部图像在边界区域具有本来的原始亮度，所以没有产生边界区域模糊的缺点。

本发明的描述为选择和校正一个局部图像。然而，通过对选自图像捕捉装置1捕捉的所有图像的多个局部图像计算等式2和3，本发明可以确实地校正多个局部图像。

如上所述，如图8所示，依据低照度图像的亮度，可以有差别地消除噪声，以提供比图4和5更清晰的图像。特别地，可以理解，在边界区域可看到更清晰的边界轮廓。

同时，如上所述，噪声消除后，去噪图像经由图像显示装置3显示给使用者。图像显示装置3可以为图像捕捉前的预览显示装置。

根据本发明，检测与利用信噪比捕捉的低照度图像混合的噪声水平，并选择要还原的预定局部图像，以分别计算局部图像平均值和局部图像离散值，并将信噪比与局部图像离散值进行比较，以依据比较结果有差别地校正选择的局部图像。

同时，在对本发明的第二实施例进行直方图平滑处理的情况下，可望获得更清晰和明亮的图像。

根据本发明，在低照度环境中捕捉的图像可以被校正和去噪，以获得高清晰图像。

另外，按照图像的亮度有差别地消除噪声，以依据照明环境最佳地消除。因此，甚至在低照度环境中，也能提供更清晰的图像。

对本领域技术人员来说，很明显，本发明中可做出各种改进和变化。因而，只要它们落入所附权利要求书及其等同的范围内，本发明就覆盖本发明的这些改进和变化。

Claims (10)

1.一种图像处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：

从低照度图像的直方图分布获得低照度图像的亮度；

由亮度计算信噪比；

对于选自低照度图像的多个局部图像，计算各局部图像平均值和各局部图像离散值；以及

依据信噪比和局部图像离散值的比较结果，有差别地选择相应局部图像的像素值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在信噪比大于局部图像离散值的情况下，相应局部图像具有局部图像平均值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该相应局部图像对应于对象或背景。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在信噪比小于局部图像离散值的情况下，相应局部图像是对应于低照度图像本身的局部图像。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该相应局部图像对应于边界区域。

6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，亮度从直方图分布的较高灰度级，由按照整个直方图分布的预定比率提供的最小亮度计算。

7.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，其进一步包括将去噪图像作为预览向使用者提供的步骤。

8.一种图像处理装置，其特征在于，其包括：

图像捕捉装置，用于捕捉低照度图像；

亮度计算装置，用于从低照度图像的直方图分布计算低照度图像的亮度；

信噪比计算装置，用于根据低照度图像的直方图分布的低照度图像的亮度计算信噪比；

局部图像离散计算装置，用于计算选自低照度图像的特定局部图像的离散值；以及

图像校正装置，用于依据信噪比和局部图像离散值有差别地校正相应的局部图像。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，其进一步包括图像显示装置，用于将校正的低照度图像作为预览显示。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，图像校正装置校正低照度图像，以使相应局部图像在信噪比大于局部图像离散值时具有局部图像平均值，而使相应局部图像在信噪比小于局部图像离散值时为对应于低照度图像本身的局部图像。

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