CN101370081B - 图像处理方法及图像处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像处理方法及图像处理装置。该图像处理方法包括步骤：读取图像各个像素的灰阶值；判断各个像素是否为噪化像素；生成各个噪化像素的去噪灰阶值；及替换各个噪化像素的灰阶值为对应的去噪灰阶值。该生成步骤通过计算噪化像素多个方位上的第一区域的灰阶方差决定采用哪个方位上的第一区域的灰阶平均值作为对应噪化像素的去噪灰阶值，避免采用描述景物边缘的第一区域的灰阶平均值作为去噪灰阶值，从而避免图像的景物边缘经该图像处理方法处理后变模糊。

Description

图像处理方法及图像处理装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术，特别涉及一种图像处理方法及图像处理装置。
背景技术
图像拍摄过程中，总会产生各种各样的噪声(如白噪声或暗电流)，再经过影像感测器后端增益放大器的放大，噪声更为明显，图像质量差。
为消除噪声，改善图像质量，现有的图像处理方法处理图像时，采用平均滤波法或中值滤波法对图像进行滤波处理。其中，平均滤波法采用目标像素邻近多个像素的灰阶(grayscale)平均值取代目标像素的灰阶值，而中值滤波法采用目标像素邻近多个像素的灰阶中间值取代目标像素的灰阶值。如此，虽可消除噪声，但相邻像素间的灰阶差异变小，图像变模糊。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可避免图像模糊化的图像处理方法及图像处理装置。
一种图像处理方法，其包括如下步骤：
读取图像各个像素的灰阶值；
判断各个像素是否为噪化像素；
生成各个噪化像素的去噪灰阶值；生成一个噪化像素的去噪灰阶值包括如下子步骤：计算多个包括该噪化像素的第一区域的灰阶方差，该多个第一区域位于该噪化像素的多个方位上；及计算灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值，并标识灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值为该噪化像素的去噪灰阶值；及
替换各个噪化像素的灰阶值为对应的去噪灰阶值。
一种图像处理装置，其包括：
读取模块，用于读取图像各个像素的灰阶值；
判断模块，用于判断各个像素是否为噪化像素；
第一计算模块，用于计算包括一个噪化像素的多个第一区域的灰阶方差，该多个第一区域位于该噪化像素的多个方位上；
第二计算模块，用于计算对应一个噪化像素，灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值；并标识该灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值为对应噪化像素的去噪灰阶值；及
替换模块，用于替换各个噪化像素的灰阶值为对应的去噪灰阶值。
该图像处理装置通过计算噪化像素多个方位上的第一区域的灰阶方差决定采用哪个方位上的第一区域的灰阶平均值作为对应噪化像素的去噪灰阶值，避免采用描述景物边缘的第一区域的灰阶平均值作为去噪灰阶值，从而避免图像的景物边缘经该图像处理方法处理后变模糊。
附图说明
图1为较佳实施例的图像处理装置的功能模块图；
图2为较佳实施例的图像处理方法的流程图；
图3为图2所示的流程图的一个子流程图；
图4为图2所示的流程图的另一个子流程图；及
图5为较佳实施例的图像处理方法的原理图。
具体实施方式
请参阅图1，作为范例，较佳实施例的图像处理装置100用于摄像装置(图未示)，并设置于摄像装置的影像感测器200后端，用于处理影像感测器200产生的图像。影像感测器200可以是电荷耦合器(Charge Coupled Device，CCD)或补充性半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)装置，本实施例的影像感测器200为CCD。
图像处理装置100包括读取模块10、判断模块20、第一计算模块30、第二计算模块40及替换模块50。读取模块10用于读取影像处理器200产生的图像各像素的灰阶值。判断模块20用于判断各个像素是否为噪化像素。第一计算模块30用于计算包括一个噪化像素的多个第一区域的灰阶方差，多个第一区域位于对应噪化像素的多个方位上(如左、右、左上、右下等)。第二计算模块40用于计算对应一个噪化像素，灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值，并标识灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值为对应噪化像素的去噪灰阶值。替换模块50用于替换各个噪化像素的灰阶值为对应的去噪灰阶值。
具体地，判断模块20包括计算子模块21及判断子模块22。计算子模块21用于计算以一个像素为中心的第二区域的灰阶平均值。判断子模块22用于判断一个像素的灰阶值是否超出对应第二区域的灰阶平均值的预定范围。并标识灰阶值超出对应第二区域的灰阶平均值预定范围的像素为噪化像素。
优选地，图像处理装置100还包括有存储模块60，用于存储读取模块10、判断模块20、第一计算模块30、第二计算模块40及替换模块50的输出数据，并供读取模块10、判断模块20、第一计算模块30、第二计算模块40及替换模块50读取数据。
请参阅图2，较佳实施例的图像处理方法包括如下步骤：
S01：读取图像各个像素的灰阶值；
S02：判断各个像素是否为噪化像素；
S03：生成各个噪化像素的去噪灰阶值；及
S04：替换各个噪化像素的灰阶值为对应的去噪灰阶值。
请参阅图3，作为范例，步骤S02(判断步骤)判断一个像素是否为噪化像素包括如下子步骤：
S021：计算以该像素为中心的第二区域的灰阶平均值；及
S022：判断该像素的灰阶值是否超出该第二区域的灰阶平均值的预定范围，若超出，则标识该像素为噪化像素。
当然，步骤S02(判断步骤)并不限于本实施例，可采用其他方法判断各个像素是否为噪化像素。
请参阅图4，对于步骤S03(生成步骤)，生成一个噪化像素的去噪灰阶值包括如下子步骤：
S031：计算多个包括该噪化像素的第一区域的灰阶方差，该多个第一区域位于该噪化像素的多个方位上；及
S032：计算灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值，并标识灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值为该噪化像素的去噪灰阶值。
以下结合图5，进一步说明较佳实施例的图像处理方法。
图5中，I为影像感测器200产生的图像，amn为图像I第m行，第n列的像素的灰阶值(m，n为自然数，下同)。作为范例，本实施例的图像I包括5×5个像素。
对于步骤S01(读取步骤)，读取模块10从影像感测器200读取图像I各个像素的灰阶值amn。具体地，影像感测器200通常采用红色分量、绿色分量及蓝色分量表征像素，读取模块10从影像感测器200读取各个像素的红色分量、绿色分量及蓝色分量，并进行色相变换(color space transform)，以得到各个像素的灰阶值amn。读取模块10将读取的各个像素的灰阶值amn保存于存储模块60，以供后续各步骤读取、使用。
对于步骤S021(计算步骤)，以像素a33为例，计算子模块21采用公式91计算像素a33对应的第二区域的灰阶平均值v33(公式91中，m0，n0分别为被计算的像素的行数及列数，像素a33的m0＝3，n0＝3)。计算子模块21执行公式91的数学意义为：计算子模块21计算以第m0行，第n0列的像素为中心，向上、向下、向左及向右k(k为自然数)行/列的像素构成的第二区域的灰阶平均值。如，若计算子模块21计算以a33为中心，向上、向下、向左及向右1行/列(k＝1)的第二区域的灰阶平均值v33，即计算像素a22，a23，a24，a32，a33，a34，a42，a43及a44的灰阶平均值。
本实施例的k＝1，如此，可降低公式91的计算复杂度。即本实施例的一个像素对应的第二区域包括该像素及围绕该像素的八个相邻像素。
具体地，计算子模块21从存储模块60读取公式91所涉及的像素的灰阶值，并将计算结果(各像素对应的第二区域的灰阶平均值)保存于存储模块60，以供后续各步骤读取、使用。
应该指出，公式91仅作为范例说明本实施例，计算子模块21可采用其他计算式计算对应一个像素的第二区域的灰阶平均值。如，公式91的各种数学变换式。
对于步骤S022(判断步骤)，预定范围可以依据使用者的喜好或经验预先设置。
优选地，一个像素对应的预定范围取决于对应该像素的第二区域的灰阶方差。依据概率统计原理：绝大部分信息分布于信息均值上下二倍方差或三倍方差内。故，可通过判断一个像素的灰阶值是否超出对应第二区域的灰阶平均值二倍方差或三倍方差，进而判断该像素是否为噪化像素。
因此，计算子模块21在步骤S021(计算步骤)还计算每个像素对应的第二区域的灰阶方差。同样以像素a33为例，计算子模块20在计算出v33后，采用公式92计算像素a33对应的第二区域的灰阶方差q33。
仍然以像素a33为例，具体地，判断模块22采用公式93不等式93判断像素a33的灰阶值是否超出对应的第二区域的灰阶平均值v33的预定范围(取决于对应第二区域的灰阶方差q33，公式93中采用f(q33)表示，f(q33)为q33的函数式)。若不等式成立，则像素a33的灰阶值超出对应的第二区域的灰阶平均值v33的预定范围，标识像素a33为噪化像素，否则，像素a33不包含噪声或噪声可以忽略。
通过步骤S022(判断步骤)对图像各像素是否包含噪声(不可忽略)进行判断，后续步骤仅对噪化像素进行去噪处理。如此，既可降低图像处理装置100的计算复杂度，且在滤掉噪声的同时保留正常像素的灰阶值，避免去噪后图像I信息严重丢失。
更加具体地，判断模块22从存储模块60读取公式93所涉及的像素的灰阶值及第二区域的灰阶平均值，并将判断结果(噪化像素的行数m0及列数n0，作为范例，本实施例的图像I包括一个噪化像素a33)保存于存储模块60，以供后续各步骤读取、使用。
应该指出，公式92，93仅作为范例说明本实施例，计算子模块20及判断模块22可采用其他计算式计算对应一个像素的第二区域的灰阶平均值。如，公式92，93的各种数学变换式。
对于步骤S031(计算步骤)，本实施例的一个噪化像素对应的多个第一区域包括一个以噪化像素为中心的区域及八个以该噪化像素相邻的像素为中心的区域，即包括位于噪化像素各个方位(即中间、左、右、上、下、左上、左下、右上、右下)的九个区域。第一计算模块30采用公式91，92或类似的公式(如变换式)计算多个第一区域的灰阶方差。
具体地，第一计算模块30从存储模块60获取各个噪化像素的行数及列数、所涉及的像素的灰阶值及对应第二区域的灰阶平均值，并将计算结果(多个第一区域的灰阶方差)存储于存储模块60。
优选地，一个噪化像素对应的多个第一区域为该噪化像素及其相邻像素对应的第二区域。以噪化像素a33为例，其对应的多个第一区域为像素a22，a23，a24，a32，a33，a34，a42，a43及a44对应的第二区域。如此，第一计算模块30可从存储模块60直接读取多个第一区域的灰阶方差，降低图像处理装置100的计算复杂度。
通过步骤S031(计算步骤)，图像处理装置100可获知一个噪化像素各个方位的第一区域的灰阶方差。一般地，区域的灰阶方差小，则区域内像素间的灰阶值过渡平滑，区域内不存在反差大的像素(如描述景物边缘的像素)；区域的灰阶方差大，则区域内存在反差大的像素，区域内像素可能用于描述景物的边缘。即，通过步骤S031(计算步骤)，图像处理装置100可获知噪化像素的各个方位是否存在描述景物边缘的区域。
因此，步骤S032(计算步骤)的意义为：通过第二计算模块40计算并标识对应一个噪化像素，最不可能存在描述景物边缘的第一区域(即灰阶方差最小)的灰阶平均值为该噪化像素的去噪灰阶值。如此，避免在去除噪化像素噪声的同时模糊景物边缘，劣化图像质量。
优选地，一个噪化像素对应的多个第一区域为该噪化像素及相邻像素对应的第二区域。如此，第二计算模块40可从储存模块60直接读取方差最小的第一区域的灰阶平均值，降低图像处理装置100的计算复杂度。具体地，第二计算模块40直接标识保存于存储模块60中，对应一个噪化像素，灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值为该噪化像素的去噪灰阶值。
对于步骤S04，替换模块50替换存储于存储模块60中的各个噪化像素的灰阶值为存储于存储模块60中，对应各个噪化像素的去噪灰阶值。
可以理解，在所有噪化像素的去噪灰阶值生成后再替换所有噪化像素的灰阶值为对应的去噪灰阶值，而非生成一个噪化像素的去噪灰阶值即替换掉该去噪像素的灰阶值，避免一个噪化像素去除噪声后影响相邻噪化像素的去噪灰阶值的正确生成。
应该指出，上述实施例的第二区域及第一区域的像素构成仅作为范例给出说明本发明，第二区域及第一区域的像素构成不应限于本实施例，其可依据需求、喜好及经验做变化设置
本发明的图像处理装置通过计算噪化像素多个方位上的第一区域的灰阶方差决定采用哪个方位上的第一区域的灰阶平均值作为对应噪化像素的去噪灰阶值，避免采用描述景物边缘的第一区域的灰阶平均值作为去噪灰阶值，从而避免图像的景物边缘经本发明的图像处理方法处理后变模糊。
应该指出，上述实施例仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种图像处理方法，其包括如下步骤：
读取图像各个像素的灰阶值；
判断各个像素是否为噪化像素；
生成各个噪化像素的去噪灰阶值；生成一个噪化像素的去噪灰阶值包括如下子步骤：计算多个包括该噪化像素的第一区域的灰阶方差，该多个第一区域位于该噪化像素的多个方位上；及计算灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值，并标识灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值为该噪化像素的去噪灰阶值；及
替换各个噪化像素的灰阶值为对应的去噪灰阶值。
2.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，判断一个像素是否为噪化像素包括以下子步骤：
计算以该像素为中心的第二区域的灰阶平均值；及
判断该像素的灰阶值是否超出该第二区域的灰阶平均值的预定范围，若超出，则标识该像素为噪化像素。
3.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，每个像素对应的预定范围取决于对应该像素的第二区域的灰阶方差。
4.如权利要求3所述的图像处理方法，其特征在于，每个像素对应的预定范围为对应该像素的第二区域的灰阶方差的两倍或三倍。
5.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，每个像素对应的第二区域包括该像素及围绕该像素预定行/列数的像素。
6.如权利要求5所述的图像处理方法，其特征在于，每个像素对应的第二区域包括该像素及围绕该像素的八个相邻像素。
7.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，每个噪化像素对应的多个第一区域包括一个以该噪化像素为中心的区域及八个以该噪化像素相邻的像素为中心的区域。
8.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，每个噪化像素对应的多个第一区域为该噪化像素及其相邻像素对应的第二区域。
9.一种图像处理装置，其特征在于，该图像处理装置包括：
读取模块，用于读取图像各个像素的灰阶值；
判断模块，用于判断各个像素是否为噪化像素；
第一计算模块，用于计算包括一个噪化像素的多个第一区域的灰阶方差，该多个第一区域位于该噪化像素的多个方位上；
第二计算模块，用于计算对应一个噪化像素，灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值；并标识该灰阶方差最小的第一区域的灰阶平均值为对应噪化像素的去噪灰阶值；及
替换模块，用于替换各个噪化像素的灰阶值为对应的去噪灰阶值。
10.如权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，该判断模块包括：
计算子模块，用于计算以一个像素为中心的第二区域的灰阶平均值；及
判断子模块，用于判断一个像素的灰阶值是否超出对应第二区域的灰阶平均值的预定范围；并标识灰阶值超出对应第二区域的灰阶平均值预定范围的像素为噪化像素。
11.如权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，该图像处理装置还包括存储模块，用于存储该读取模块、判断模块、第一计算模块、第二计算模块及替换模块的输出数据，并供该判断模块、第一计算模块、第二计算模块及替换模块读取数据。
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Assignor: Hung Fujin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd.|Hon Hai Precision Industry Co

Contract record no.: 2011990000031

Denomination of invention: Image processing method and image processing device

Granted publication date: 20100825

License type: Exclusive License

Open date: 20090218

Record date: 20110110

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Granted publication date: 20100825

Termination date: 20140815

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