CN101562692A - 噪声降低装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种噪声降低装置及方法。首先检测像素亮度成分的噪声及边缘，并检测像素色度成分的噪声。接着，根据该检测噪声及检测边缘，用以将噪声从亮度成分及色度成分中去除。

Description

噪声降低装置及方法
技术领域
本发明涉及噪声的降低，特别是沿着检测边缘降低噪声。
背景技术
由于大部分图像传感器总会存在各种噪声源，因此，降低噪声就成为数字图像处理的一个重要操作。然而，噪声的降低往往会伴随造成图像的模糊(blurring)，特别是位于图像的边缘(edge)或细节信息中。因此，噪声降低的目的在于在尽可能不降低图像质量的前提下，尽可能地去除更多的噪声。
传统作法中有一种称为线性方法，其将原始图像与一掩模(mask)作卷积运算(convolution)。虽然该方法被普遍使用，然而其会造成图像的模糊，特别位于边缘处的图像模糊。
因此亟需提出一种快速且有效的噪声降低方法，并能用以维持其边缘(edge-preserving)。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的之一在于提供一种快速且有效的噪声降低方法，并能用以维持其边缘及细节信息。
根据本发明实施例，首先检测像素亮度(luma)成分的噪声及边缘，并检测像素色度(chroma)成分的噪声。接着，根据所述检测噪声及检测边缘，用以将噪声从亮度成分及色度成分中去除。
附图说明
图1示出本发明实施例的噪声降低装置；
图2示出本发明实施例的噪声降低方法的流程；
图3示出具有3×3像素矩阵的简化图像例子，其中的像素X5将进行噪声的降低。
【主要元件符号说明】
100           噪声降低装置
10            转换单元
11            噪声/边缘检测单元
12            噪声检测单元
13            噪声降低单元
14            噪声降低单元
200           噪声降低方法
20-222B       噪声降低方法的流程步骤
具体实施方式
图1示出本发明实施例的噪声降低装置100，而图2示出本发明实施例的噪声降低方法200的流程。在本实施例中，装置100及方法200用以有效地降低或去除噪声，特别是脉冲(impulse)噪声。
在本实施例中，首先输入一掺杂有噪声的图像至装置100(步骤20)。图3示出具有3×3像素矩阵的简化图像例子，其中的像素X5将进行噪声的降低。输入图像接着被分离/转换单元10(在步骤21)转换或分离为亮度成分及色度成分。在本说明书中，“单元”一词可用以指电路、程序片段或其组合。如果输入的图像本身已经为亮度-色度格式，则转换步骤21就不需要了。在本实施例中，输入图像为RGB格式，其被分离或转换至YCbCr色彩空间。虽然本实施例以YCbCr色彩空间作为例子，然而也可以使用其它的色彩空间。例如，本发明实施例可以使用YUV或YIQ色彩空间。
对于亮度部分，以噪声/边缘检测单元11(图1)对亮度成分(例如Y)进行噪声检测(步骤22A)及边缘检测(步骤23)。在噪声及边缘被检测之后，则以噪声降低单元13来对所需降低噪声的像素(例如X5)进行处理，以降低其噪声。上述检测可以使用(但不限于)下式来表示：
V＝|X5-X2|+|X5-X8|              (1a)
H＝|X5-X4|+|X5-X6|              (1b)
NE＝|X5-X3|+|X5-X7|             (1c)
NW＝|X5-X1|+|X5-X9|                (1d)
噪声总和＝V+H+NE+NW                (1e)
如果噪声总和(NoiseValue)＞噪声临界值(threshold)，则
Figure A20091012889500061
否则
X′5＝X5
在本实施例中，在步骤220A，以式(1a)得到垂直噪声值V，以式(1b)得到水平噪声值H，以式(1c)得到东北方向(也即，X3-X5-X7方向)噪声值NE，以式(1d)得到西北方向(也即，X1-X5-X9方向)噪声值NW。噪声总和由式(1e)将V、H、NE、NW相加得到。虽然本实施例以3×3像素矩阵为例，然而其它尺寸的矩阵(例如5×5)也可适用于本发明。另外，上述东北方向(45°)及西北方向(-45°)也可以替换或额外使用其它的角度。
接着，在步骤222A中将噪声总和与预设的噪声临界值进行比较。如果噪声总和大于噪声临界值，表示检测到噪声存在于像素X5周围；此时则以式(1f)的条件来检测其边缘(步骤23)。如果检测发现到边缘，则沿着检测边缘对像素进行内插校正(步骤24A)；如果未检测到边缘，则根据其相邻像素求得中间数(median)(步骤24B)。如果步骤23未检测到噪声，则保持而不改变像素X5的值(步骤25A)。以垂直方向的边缘检测(步骤23)为例，如果符合V＜H、V＜NE、V＜NW等条件，则以内插方法将像素X5校正为其垂直方向邻近像素(X2与X8)的平均值。至于其它方向的边缘检测及像素校正，也是按照类似原理进行处理。
另一方面，对于色度部分，以噪声检测单元12(图2)对色度成分(例如Cb及Cr)进行噪声检测(步骤22B)。由于色度成分中存在极少的边缘信息，因此不需使用类似步骤23的边缘检测。上述亮度处理及色度处理的顺序可以改变，甚至同时进行。在噪声被检测之后，则以噪声降低单元14对所需降低噪声的像素(例如X5)进行处理，以降低其噪声。上述检测可以使用(但不限于)下式来表示：
V＝|X5-X2|+|X5-X8|            (2a)
H＝|X5-X4|+|X5-X6|            (2b)
NE＝|X5-X3|+|X5-X7|           (2c)
NW＝|X5-X1|+|X5-X9|           (2d)
噪声总和＝V+H+NE+NW           (2e)
如果噪声总和＞噪声临界值
Figure A20091012889500071
在本实施例中，在步骤220B，以式(2a)得到垂直噪声值V，以式(2b)得到水平噪声值H，以式(2c)得到东北方向(也即，X3-X5-X7方向)噪声值NE，以式(2d)得到西北方向(也即，X1-X5-X9方向)噪声值NW。噪声总和由式(2e)将V、H、NE、NW相加得到。在本实施例中，条件(1a)-(1e)与条件(2a)-(2e)是相同的。虽然本实施例使用3×3矩阵的去噪声窗口(denoising window)，然而其它尺寸的窗口(例如5×5)也可适用于本发明。另外，上述东北方向(45°)及西北方向(-45°)也可以替换或额外使用其它的角度。
接着，在步骤222B中将噪声总和与预设的噪声临界值进行比较。此处的噪声临界值可以等于或不等于步骤222A中的噪声临界值。如果噪声总和大于噪声临界值，表示检测到噪声存在于像素X5周围，因此接着对像素进行校正(步骤24B)；否则，保持而不改变像素X5的值(步骤25B)。在本实施例中，如果噪声总和大于噪声临界值，则根据其相邻像素(例如X1、X2、X3、X4、X6、X7、X8、X9)求得中间数(步骤24B)。
经噪声校正的亮度成分及色度成分可以进一步将其转换为其它适当色彩空间，也可以将其显示、储存或传输以便于进一步的图像处理。
鉴于上述，本发明实施例提供一种非线性方法，其可以快速且有效地降低噪声，并能同时维持其边缘及细节信息。本实施例可以硬件、软件或组合方式制作为一种去噪声滤波器，用以有效去除噪声且不会造成图像边缘及细节信息的模糊。
以上所述仅为本发明的优选实施例，其并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效修变或变型，均应包括在所附权利要求的范围内。

Claims (14)

1、一种噪声降低装置，包括：
检测器，用以检测像素亮度成分的噪声及边缘，并检测像素色度成分的噪声；以及
噪声降低单元，根据所述检测噪声及检测边缘，用以将噪声从所述亮度成分及色度成分中去除。
2、根据权利要求1所述的噪声降低装置，还包括转换单元，用以将输入图像的像素值分离为所述亮度成分及色度成分。
3、根据权利要求1所述的噪声降低装置，其中所述像素的亮度成分及色度成分为YCbCr色彩空间。
4、根据权利要求1所述的噪声降低装置，其中所述检测器在垂直、水平、东北、西北等方向产生噪声总和。
5、根据权利要求4所述的噪声降低装置，其中所述噪声降低单元在所述噪声总和大于预设的噪声临界值时，进行噪声的去除，否则不改变像素值。
6、根据权利要求5所述的噪声降低装置，其中所述噪声降低单元在检测到边缘时，沿着所述检测边缘并根据相邻像素，进行内插校正以去除噪声；在未检测到边缘时，则根据相邻像素求得中间数。
7、根据权利要求5所述的噪声降低装置，其中所述噪声降低单元根据相邻像素以求得中间数，用以去除所述色度成分的噪声。
8、一种噪声降低方法，包括：
检测像素亮度成分的噪声及边缘，并检测像素色度成分的噪声；以及
根据所述检测噪声及检测边缘，将噪声从所述亮度成分及色度成分中去除。
9、根据权利要求8所述的噪声降低方法，还包括转换步骤，用以将输入图像的像素值分离为所述亮度成分及色度成分。
10、根据权利要求8所述的噪声降低方法，其中所述述像素的亮度成分及色度成分为YCbCr色彩空间。
11、根据权利要求8所述的噪声降低方法，其中所述的检测步骤在垂直、水平、东北、西北等方向产生噪声总和。
12、根据权利要求11所述的噪声降低方法，其中所述噪声去除步骤在所述噪声总和大于预设的噪声临界值时，进行噪声的去除，否则不改变像素值。
13、根据权利要求12所述的噪声降低方法，其中所述噪声去除步骤中，当检测到边缘时，沿着所述检测边缘并根据相邻像素，进行内插校正以去除噪声；当未检测到边缘时，则根据相邻像素求得中间数。
14、根据权利要求12所述的噪声降低方法，其中所述噪声去除步骤根据相邻像素以求得中间数，用以去除所述色度成分的噪声。
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