CN100446026C - 利用区块处理侦测移动及滤除噪声的方法及应用方法 - Google Patents

Abstract

一种利用区块处理侦测物体移动及滤除影像噪声的方法，包含将一输入影像分割成数个区块(block)；分别比较这些区块与相对应的参考影像区块，并储存这些比较结果于所宣告的数据结构中；标记超出第一预设阈值(threshold)的比较结果；合并这些被标记的比较结果于与其相邻接的区域(region)；计算各区域的偏差值并与第二预设阈值做比较，藉此侦测影像中的物体移动并滤除因水波纹(moire)所导致的噪声及区域亮度变化所产生的干扰。此外，由于利用区块处理代替像素(pixel)处理，影像比较的运算量也会相对的减少。

Description

利用区块处理侦测移动及滤除噪声的方法及应用方法

技术领域

本发明涉及一种影像处理的方法，特别是有关于一种利用区块处理来侦测物体移动、滤除影像噪声以及减少影像比较时的运算量的方法及应用于计算机的记录移动侦测及滤除噪声之控制程序的方法。

背景技术

在许多的报告、文献资料以及专利说明书中都曾介绍过物体移动侦测的方法。大多数的移动侦测技术是以比较所接收到的影像与所储存的参考影像两者之间的差异为基本原则，而一般常用的方法是将所接收到影像中的像素值(pixel value)减去参考影像中相对应位置的像素值，继而加总这些差值，而当这些差值的总和超越某预设的阈值时，则产生物体移动的指示。然而，此方法的问题在于所接收到影像的所有像素值均需与参考影像中所对应位置的像素值做减法运算，也就是说每一个像素的差值运算及加总运算都需被执行，也因此它的运算量非常大而且需要一个具有强大功能的浮点运算(f1oating-point operation)单元及高速计算机化的运算速度支持。

此外，噪声有时也会造成移动侦测的误判。例如：所接收到的影像与所储存参考的影像间由于物体的范围亮度(area brightness)变化或由感应器本身所引起的水波纹现象等，这些因素都有可能导致像素差值的总和突然地超越预设的阈值而产生一移动指示的认定，但事实上两影像间并无物体移动的情形发生。因此，此类的噪声需被滤除以提高移动侦测的准确度及精准度。

所以，如何减少影像处理时的运算量而又能保持移动侦测的准确性，以及如何有效及快速的滤除足以导致移动侦测误判的噪声干扰，是此技术领域必然会遭遇的问题，也是本发明所要去克服的问题。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，现有技术中的移动侦测会有运算量过高及噪声干扰等问题。本发明的目的在于提供一种利用区块处理来侦测物体移动、滤除影像噪声干扰以及减少影像比较时之运算量的方法及应用于计算机的记录移动侦测及滤除噪声之控制程序的方法，藉此改进现有技术中的诸项缺点。

本发明的目的之一为，提供一种利用区块处理的移动侦测方法。

本发明的另一目的为，提供一种滤除因感应器所产生的水波纹噪声或因物体区域亮度变化所产生的噪声干扰的方法。

本发明的又另一目的为，提供一种减少影像比较时之运算量的方法，用以加速影像处理时的速度。

本发明的再一目的为，提供一种记录利用区块处理侦测移动及滤除噪声的控制程序的应用方法，其记录使计算机执行侦测影像中的物体移动，并滤除因感应器所产生的水波纹噪声或因物体区域亮度变化所产生的噪声干扰。

根据以上所述之目的，本发明提供了一种利用区块处理侦测移动及滤除噪声的方法。此方法包含(A)将一输入影像及一参考影像分割成数个区块，其中，所分割区块的理想值大小为所输入影像之原始分辨率的百分之一至百分之四；(B)分别比较这些输入影像的区块与相对应的参考影像区块，以获得代表一影像区块改变的平均程度，同时储存这些比较结果于所宣告的数据结构中，其中，此参考影像可以是输入影像的前序影像或后序影像，且所宣告的数据结构可以是一数组或串行(linked list)或指针结构等；(C)标记超出第一预设阈值的比较结果，其中，第一预设阈值的理想值于本发明的实施例中为1，藉此，指示出相对应于超出第一预设阈值比较结果的影像改变区块；(D)合并这些被标记的比较结果于与其相邻接的区域，其中，本发明之实施例是利用双向链串行(double linked list)来合并这些被标记的比较结果，藉此，依影像改变区块的位置合并成影像改变区域；(E)计算各区域的偏差值并与第二预设阈值做比较，其中，第二预设阈值的理想值于本发明的实施例中为0.35，藉此侦测影像中的物体移动并滤除因水波纹所导致的噪声及区域亮度变化所产生的干扰。此外，由于利用区块处理代替像素处理，影像比较的运算量也相对的减少。

再者，前述所提及的步骤(B)比较输入影像的区块与相对应的参考影像区块包含下列所述之步骤：

$\left(\sqrt{\left(\mathrm{\Σ}{(a_i-b_i)}^2\right)}\right)/(m*m),$

其中，i＝0～m*m，m表示所分割区块一边的像素个数，a_i及b_i分别表示输入影像及参考影像相对应区块内的像素值。

并且，前述所提及的步骤(E)计算各区域的偏差值包含下列所述之计算步骤：

(∑|x_i-x_avg|)/(n*x_avg)，

其中，i＝0～n，n为一合并区域内超出第一预设阈值的比较结果的个数，x_i为一比较结果的值，x_avg则为此区域比较结果的平均值。

本发明更揭露一种应用于计算机的记录利用区块处理侦测移动及滤除噪声的控制程序的方法，此该应用方法使计算机执行的程序包含上述所提及的(A)、(B)、(C)、(D)及(E)等步骤(前已叙述，不在此重复累述)，并且能更进一步执行包含步骤(B)的比较输入影像的区块与相对应参考影像的区块的程序及步骤(E)的计算各区域的偏差值的程序。藉此应用方法使计算机执行达到上述步骤来侦测影像中的物体移动，并滤除因水波纹所导致的噪声及区域亮度变化所产生的干扰。

附图说明

图1为本发明的移动侦测及滤除噪声干扰的概要步骤流程图；

图2为本发明的实施例用以储存比较结果的数组结构示意图；

图3为本发明的实施例用以合并比较结果的双向链串行结构示意图；

图4A、4C、4E、4G及4I为本发明的实施例以图2为例的数组合并步骤示意图；以及

图4B、4D、4F、4H及4J为本发明的实施例以图2为例的双向链串行合并步骤示意图。

图中符号说明：

110～150本发明的处理步骤

200本发明的实施例，用以储存比较结果的数组结构

300本发明的实施例，用以合并比较结果的双向链串行结构

401第一影像改变区域

402第二影像改变区域

403第三影像改变区域

404第四影像改变区域

405第五影像改变区域

406第六影像改变区域

407第七影像改变区域

408第八影像改变区域

409第九影像改变区域

具体实施方式

本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行，且本发明的范围不受限定，其以所述的专利范围为准。

如图1所示，为本发明的侦测移动、滤除噪声干扰及减少影像比较运算量方法的概要步骤流程图。在步骤110，将一输入影像及一参考影像分割成数个区块。此输入影像与参考影像大小相同且分辨率亦相同，并且可为参考影像之前序或后序的影像，因此两影像可以做相互对应的比较。一般而言，在两影像中的像素都经由适当的编/译码程序处理(例如：离散余弦转换(Discrete Cosine Transform，DCT))而得到相对应的灰阶值，且此时的影像已为原来的1/8。在本发明中，分割区块大小的理想值约为所输入影像之原始分辨率的百分之一至百分之四，即影像先经DCT只取DC值后(此时影像已为原来的1/8)，再依分辨率决定区块分割比例，如：640×480时，区块分割m＝8；352×288时，区块分割m＝6；320×244时，区块分割m＝5以及176×144时，区块分割m＝4。所以当原始分辨率为640×480时，以8×8为一分割区块；原始分辨率为352×288时，以6×6为一分割区块；原始分辨率为320×240时，以5×5为一分割区块；以及原始分辨率为176×144时，以4×4为一分割区块。在步骤120，分别比较这些输入影像的区块与相对应的参考影像区块，并储存这些比较结果于所宣告的数据结构中。其中，参考影像可以是输入影像的前序影像或后序影像，且所宣告的数据结构可以是一数组或串行或指针结构等。在步骤130，标记超出第一预设阈值的比较结果。此第一预设阈值的理想值于本发明的实施例中为1且可依实际需求做适当的调整。经此步骤，指示出相对应于超出第一预设阈值比较结果的影像改变区块。在步骤140，合并这些被标记的比较结果于与其相邻接的区域。其中，本发明的实施例是利用双向链串行来合并这些被标记的比较结果，藉此步骤，将影像改变区块依其相邻接位置合并成影像改变区域。在步骤150，计算各区域的偏差值并与第二预设阈值做比较。此第二预设阈值的理想值于本发明的实施例中为0.35且可依实际需求做适当的调整。

经上述的步骤处理，不仅影像中的移动可被侦测出来，并且因水波纹所导致的噪声及区域亮度变化所产生的干扰亦可被滤除掉。此外，由于利用区块处理代替像素处理，影像比较时的运算量也会相对的减少，而此特性更特别适用于没有浮点运算单元或浮点运算能力不强的内嵌式系统(embedded system)。

再者，前述所提及的步骤120分别比较输入影像的区块与相对应的参考影像区块包含下列所述之步骤：

$\left(\sqrt{\left(\mathrm{\Σ}{(a_i-b_i)}^2\right)}\right)/(m*m),$

其中，i＝0～m*m，m表示所分割区块一边的像素个数，a_i及b_i分别表示输入影像及参考影像相对应区块内的像素值。经此步骤所得到的比较值代表一影像区块改变的平均程度。于本发明中，m值会依输入影像之原始分辨率而改变(约为其百分之一至百分之四)，在本发明之实施例中，当输入影像分辨率为640*480时，m值为8。

并且，前述所提及的步骤150计算区域的偏差值包含下列所述之计算步骤：

(∑|x_i-x_avg|)/(n*x_avg)，

其中，i＝0～n，n表示一合并区域内超出第一预设阈值的比较结果的个数，x_i为一比较结果的值，x_avg则为此区域比较结果的平均值。

如图2所示，为本发明实施例中用以储存输入影像及参考影像比较结果的数组结构200示意图。本实施例以分辨率640*480为例，且两影像经适当的编/译码程序(DCT，1/8scale只取DC值)及区块分割(m＝8)，因此，此数组的大小为10*7单位。此数组结构200内的黑点(例如存1)表示相对应位置的比较结果超出第一预设阈值(例如：(0，0)、(0，1)、(0，4)、(0，7)、(1，1)、(1，2)、…等)，这也代表着这些位置所对应的影像区块有所改变。而未标示黑点的数组位置(例如存0)则表示其所储存的比较结果并未超出第一预设阈值，也就是说所对应的影像区块没有改变。此储存及标记方式可经由多样的标记方法及数据结构所达成，因此，本实施例仅举出此一种可能的组合以方便说明。

如图3所示，为本实施例用于合并超出第一预设阈值比较结果的双向链串行300示意图。此双向链串行300包含八个字段(field)。字段301用来当成旗标(flag)指示新的区块列(block row)与已插入此双向链中之区域间的关系，若为1，则表示此区域与新列没有相邻；若为0，则有相邻的关系。字段302用来记录此区域的大小，即其所包含的区块数。字段303用来记录此区域最底层左边的区块位置。字段304用来区别以一个区块列隔开的独立区域。字段305为一数组指针，其指向存放着构成此区域的区块位置。字段306用来储存此区域的偏差值。字段307、308均为指针，分别指向前一个串行及后一个串行。然而，字段的定义并非仅局限于此种方式及顺序，在此所揭露的仅为本发明的一较佳实施例。

如图4A及图4B所示，存在第一区块列超出预设阈值的比较结果被依其位置合并成三个区域。如图4A所示，位置(0，0)及位置(0，1)因相邻接而被合并成为第一区域401；位置(0，4)及位置(0，7)则分别以第二区域402及第三区域403表示。如图4B所示，三个双向链串行分别代表三个区域。字段301A、301B及301C的值均为0，表示第一区域401、第二区域402及第三区域403与下一区块列仍有相邻关系。字段302A则因第一区域401内有两个区块所以其值为2；而字段302B、302C的值分别为1，因为第二区域402、第三区域403内分别仅有一个区块。字段303A、303B及303C分别储存第一区域401、第二区域402及第三区域403之最底层左边的区块位置。字段304A、304B及304C的值均为0，表示第一区域401、第二区域402及第三区域403仍未是独立区域。字段305A、305B及305C分别储存数组指针指向存放着构成第一区域401、第二区域402及第三区域403的区块位置。字段306A、306B及306C的值均为0，因为第一区域401、第二区域402及第三区域403并非是独立区域，所以偏差值还未计算。字段307A存零值(null)，因为此双向链串行为第一个顺序，而字段308A则指向下一个代表第二区域402的双向链串行；同理，字段307B及308B则分别指向前一个代表第一区域401及后一个代表第三区域403的双向串行；字段307C则指向前一个代表第二区域402的双向串行，而字段308C则存零值，因为此双向链串行为最后一个顺序。

如图4C及图4D所示，存在前二区块列超出预设阈值的比较结果被依其位置合并成两个区域。如图4C所示，第一区域401合并位置(1，1)、(1，2)、(1，3)及第二区域402成为第四区域404；而第三区域合并位置(1，6)、(1，7)及(1，8)成为第五区域405。如图4D所示，三个双向链串行被合并成为两个区域。因此，字段301A及301C均存0，表示第四区域404及第五区域405与下一区块列仍有相邻关系。字段302A则因第四区域404内有六个区块所以存6；而字段302C则因第五区域405内有四个区块所以存4。字段303A及303C分别储存第四区域404及第五区域405之最新底层左边的区块位置。字段304A及304C均存0，表示第四区域404及第五区域405仍未是独立区域。字段305A及305C分别储存数组指针指向存放着构成第四区域404及第五区域405的区块位置。字段306A及306C均存0，因为第四区域404及第五区域405并非是独立区域，所以偏差值还未计算。字段307A依旧存零值，而字段308A则指向下一个代表第五区域405的双向链串行；同理，字段307C则指向前一个代表第四区域404的双向串行，而字段308C则依旧存零值。

如图4E及图4F所示，存在前三区块列超出预设阈值的比较结果被依其位置合并成两个区域。如图4E所示，由于第四区域404并无与其相接的新区块，因此其合并状态并无改变；而第五区域405则合并位置(2，8)的区块成为第六区域406。如图4F所示，两个双向链串行分别代表两个区域。字段301A的值由0变成1，表示此第四区域404与下一区块列已无相邻的关系，而此双向串行的其余字段302A至308A的值均没有改变。而字段302C的值由4变成5且字段303C储存第六区域406之最新底层左边的区块位置，同时，位置(2，8)也被存入构成第六区域406的区块位置中。至于其它字段的值也都没有改变。

如图4G及图4H所示，存在前四区块列超出预设阈值的比较结果被依其位置合并成两个区域。如图4G所示，第四区域404的合并状态依旧没有改变；而第六区域406则合并位置(3，8)的区块成为第七区域407。如图4H所示，两个双向链串行分别代表两个区域。字段301A至308A的值维持与上个步骤相同，也就是说，区域404的状态在此步骤均没有改变。而字段302C的值由5变成6且字段303C储存第七区域407之最新底层左边的区块位置，同时，位置(3，8)也被存入构成第七区域407的区块位置中。

再次参考图4G及图4H，存在前五区块列超出预设阈值的比较结果被依其位置合并成两个区域。如图4G所示，第四区域404及第七区域407的合并状态依旧维持与上个步骤相同。然而，字段301C的值已由0变成1，表示此第七区域407与下一区块列已无相邻的关系而是为一独立区域。在继续合并下一区块列前，此两独立区域404及407的偏差值也分别被加以计算而存入相对应的字段306A及306C。

同理，本实施例的最后两列合并步骤与上述的方法及程序相似，因此合并的最后结果如图4I及图4J所示。待计算出所有区域的偏差值后，便分别与第二预设阈值做比较，以侦测物体移动及判断是否为噪声干扰。

综合上述，本发明所揭露的一种记录利用区块处理侦测移动及滤除噪声的控制程序的应用方法，其利用区块处理侦测移动及滤除噪声的控制程序使计算机执行的程序包含图1所提及的步骤110～150(前已详述，不在此重复阐述)。例如：分割影像程序(步骤110)、比较影像区块程序(步骤120)、与第一阈值比较程序(步骤130)、合并影像区块程序(步骤140)及计算区域偏差值和与第二阈值比较程序(步骤150)。并且更进一步包含执行步骤120的比较输入影像的区块与相对应的参考影像区块、步骤150的计算各区域的偏差值及达到图4B、4D、4F、4H、4J(或图4A、4C、4E、4G、4I)所示意的合并步骤的程序。因而，通过此应用方法使计算机执行达到上述步骤的程序来侦测影像中的物体移动，并滤除因水波纹所导致的噪声及区域亮度变化所产生的干扰。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它为脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种利用区块处理侦测移动及滤除噪声的方法，其特征在于，包含：

(A)将一输入影像分割成复数个输入影像区块；

(B)分别比较该复数个输入影像区块与相对应复数个参考影像区块，以获得代表一影像区块改变的平均程度，同时储存复数个比较结果于一宣告的数据结构中；

(C)标记超出第一预设阈值的比较结果，用以指示出相对应于该比较结果的影像改变区块；

(D)合并被标记的该比较结果于与其相邻接的区域，藉此，将该影像改变区块依其位置合并于影像改变区域；以及

(E)计算该影像改变区域的偏差值并与第二预设阈值做比较，藉此，侦测物体移动及滤除因水波纹所产生的噪声及范围亮度变化所产生的干扰。

2.如权利要求1所述的利用区块处理侦测移动及滤除噪声的方法，其中上述复数个输入影像区块的大小为该输入影像之原始分辨率的百分之一至百分之四。

3.如权利要求1所述的利用区块处理侦测移动及滤除噪声的方法，其中上述的步骤(B)包含下列的比较步骤：

$\left(\sqrt{\left(\mathrm{\Σ}{(a_i-b_i)}^2\right)}\right)/(m*m),$

其中，i＝0～m*m，m表示一输入影像区块一边的像素个数，a_i及b_i分别表示该输入影像及该参考影像之相对应区块内的一像素值。

4.如权利要求1所述的利用区块处理侦测移动及滤除噪声的方法，其中上述的步骤(D)更包含运用一双向链串行来合并被标记的该比较结果。

5.如权利要求1所述的利用区块处理侦测移动及滤除噪声的方法，其中上述之步骤(E)包含下列的计算步骤：

(∑|x_i-x_avg|)/(n*x_avg)，

其中，i＝0～n，n表示一影像改变区域内超出第一预设阈值之比较结果的个数，x_i为一比较结果的值，x_avg则为该影像改变区域比较结果的平均值。

6.一种用于计算机的记录移动侦测及滤除噪声之控制程序的方法，其特征在于，该记录使计算机执行的步骤至少包含：

(A)执行将一输入的影像分割成复数个输入影像区块；

(B)执行分别比较该复数个输入影像区块与相对应复数个参考影像区块，以获得代表一影像区块改变的平均程度，同时储存复数个比较结果于一宣告的数据结构中；

(C)执行标记超出第一预设阈值的比较结果，用以指示出相对应于该比较结果的影像改变区块；

(D)执行合并被标记的该比较结果于与其相邻接的区域，藉此，将该影像改变区块依其位置合并于影像改变区域；以及

(E)执行计算该影像改变区域的偏差值并与第二预设阈值做比较，藉此，侦测物体移动及滤除因水波纹所产生的噪声及范围亮度变化所产生的干扰。

7.如权利要求6所述的移动侦测及滤除噪声之控制程序的方法，其中上述复数个输入影像区块的大小为该输入影像原始分辨率的百分之一至百分之四。

8.如权利要求6所述的移动侦测及滤除噪声之控制程序的方法，其中上述的步骤(B)包含下列的比较步骤：

$\left(\sqrt{\left(\mathrm{\Σ}{(a_i-b_i)}^2\right)}\right)/(m*m),$

其中，i＝0～m*m，m表示一输入影像区块一边的像素个数，a_i及b_i分别表示该输入影像及该参考影像之相对应区块内的一像素值。

9.如权利要求6所述的移动侦测及滤除噪声之控制程序的方法，其中上述之步骤(D)更包含运用一双向链串行来合并被标记的该比较结果。

10.如权利要求6所述的移动侦测及滤除噪声之控制程序的方法，其中上述之步骤(E)包含下列的计算步骤：

(∑|x_i-x_avg|)/(n*x_avg)，

其中，i＝0～n，n表示一影像改变区域内超出第一预设阈值之比较结果的个数，x_i为一比较结果的值，x_avg则为该影像改变区域比较结果的平均值。

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