CN101753799B - 中值滤波方法和采用该方法的中值滤波电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中值滤波方法和采用该方法的中值滤波电路。该中值滤波方法包括选取图像相邻三行的一个3×5邻域对应的像素矩阵；将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在垂直方向进行排序；将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在水平方向进行排序；将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在45度角的方向进行排序；将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在22度角的方向进行排序；选取经过垂直、水平、45度角、22度角方向排序后的3×5像素矩阵中间位置的像素数据；将该3×5的像素矩阵中间位置的像素数据取代该邻域中间位置的像素对应的像素值。本发明的中值滤波方法对隔行视频信号的滤波效果更好，采用该中值滤波方法的中值滤波电路结构更加简单。

Description

中值滤波方法和采用该方法的中值滤波电路

技术领域

本发明涉及一种中值滤波方法和采用该方法的中值滤波电路。

背景技术

一幅数字图像由有限大小的像素组成，像素反映了图像特定位置处的色彩和亮度信息。为了能够通过硬件电路进行处理，图像必须用像矩阵或者序列这样的离散数据结构表达，通常可以用二维矩阵来表示一幅数字图像。在像素矩阵或者序列中由一些彼此邻接的像素组成的重要集合，称之为领域。

图像数据受获取、存储、处理电路等硬件的影响，以及传输过程中各种信号干扰等因素的影响而遭受污染，表现在图像上就是画面上出现了噪声。为了减少这些破坏和随之导致的图像变差，需要用数字滤波器对图像数据进行处理。

滤波处理的方法有多种，二维中值滤波就是其中的一种。所谓中值滤波就是对一个滑动的图像邻域内的像素进行排序，然后用该邻域内所有像素的像素值的中间值——像素中值(所有像素按像素值大小排列，处于中间位置的像素的像素值)代替邻域中心像素的像素值，从而达到滤除噪声的作用。上述像素值可以是像素的灰度值、发光值、亮度值或者YUV空间的Y通道数据等。上述像素可以是构成静止图像或者运动图像单一图像帧的像素。

中值滤波技术的关键在于能否准确、实时地找出每个像素邻域的中间值。现有的中值滤波方法主要是通过对一个3×3的像素灰度值矩阵中的9个数据进行排序来找中间值。然而，采用这种方法进行滤波处理，噪声滤除的效果不佳。

为了获得较好的噪声滤除效果，现有技术中的另一种中值滤波方法通过对一个5×5的像素灰度值矩阵中的25个数据进行排序。然而，采用这种方法进行滤波处理，对应的滤波电路需要较多的比较器，结构复杂。

发明内容

为了解决现有技术中的中值滤波方法的滤波效果差和采用该滤波方法的中值滤波电路结构复杂的问题，有必要提供一种滤波效果好且对应的滤波器电路结构简单的中值滤波方法。

本发明还提供一种采用该中值滤波方法的中值滤波电路。

一种中值滤波方法，包括选取图像相邻三行的一个3×5邻域对应的像素矩阵；将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在垂直方向进行排序；将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在水平方向进行排序；将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在45度角的方向进行排序；将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在22度角的方向进行排序；选取经过垂直、水平、45度角、22度角方向排序后的3×5像素矩阵中间位置的像素数据；将该3×5的像素矩阵中间位置的像素数据取代该邻域中间位置的像素对应的像素值。

一种中值滤波电路包括一第一排序电路、一第二排序电路、一第一比较器、一第二比较器、一第三比较器和一中值器。该第一排序电路用于接收图像相邻三行的一个3×5邻域的像素矩阵对应的3×5个像素数据，并将这15个像素数据在垂直方向进行3值排序；该第二排序电路用于接收该第一排序电路输出的3×5个像素数据，并将该3×5像素数据分别在水平方向进行5值排序；该第一、第二、第三比较器用于接收该第二排序电路输出的3×5个像素数据中的45度方向上的9个数据，并分别将这9个像素数据进行3值排序，该第一、第二、第三比较器分别输出各自排序的最大、中间、最小值；该中值器用于接收该第一、第二、第三比较器输出的最大、中间、最小值，并将这三个数值进行比较，输出中间值。

与现有技术相比，本发明的中值滤波方法选取一幅数字图像相邻三行的一个3×5邻域的像素矩阵进行排序，该15个像素数据经过将垂直、水平、45度角、22度角方向的排序后，该15个像素数据的中间值即处于该3×5像素矩阵的中间位置。由于本发明对15个像素数据进行排序，本发明的中值滤波方法消除噪声的能力更强。

与现有技术相比，采用该中值滤波方法的该中值滤波电路比采用3×3像素矩阵的中值滤波器的滤波效果更好，且该中值滤波电路不用增加相应的行缓冲。采用该中值滤波方法的该中值滤波电路同采用5×5像素矩阵的中值滤波器的滤波效果相当，但对于常见的隔行输入的电视视频信号滤除噪声的能力更优，且该中值滤波电路节约了两行行缓冲和大量的比较器，因此，该中值滤波电路结构更加简单，成本也相应的降低。

附图说明

图1至图5是本发明中值滤波方法的第一实施方式的示意图。

图6是本发明中值滤波方法的第一实施方式的流程图。

图7是采用本发明第一实施方式的中值滤波方法的中值滤波电路的示意图。

图8至图12是本发明中值滤波方法的第二实施方式的示意图。

图13至图17是本发明中值滤波方法的第三实施方式的示意图。

图18至图22是本发明中值滤波方法的第四实施方式的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

请一并参阅图1和图6，其中，图1是一个3×5的像素矩阵，共有15个像素数据，图6是本发明中值滤波方法的第一实施方式的流程图。该中值滤波方法的步骤如下：

步骤S61：选取一幅数字图像相邻三行的一个邻域，该邻域对应一个3×5的像素矩阵，共有15个像素数据。为了更加清楚的表示该第一实施方式的中值滤波方法，设这15个像素数据分别为10、20、30、40、……、140、150。

步骤S62：将选取的3×5的像素矩阵的像素数据在垂直方向进行排序。如图1箭头所示，该排序是3值排序且按照从小到大的顺序进行，大的数值在最后一行，小的数值在第一行。该像素数据的排序结果如图2所示，经过垂直排序后，每一列的最大像素数据都集中在最后一行，每一列的最小的像素数据都集中在第一行。

步骤S63：将垂直排序后的像素数据在水平方向进行排序。如图2箭头所示，该排序是5值排序且按照从小到大的顺序进行，大的数值在最后一列，小的数值在第一列。该像素数据的排序结果如图3所示，经过水平排序后，该15个像素数据中的最大值处在最后一列最后一行的位置，该15个像素数据中的最小值处在第一列第一行的位置。

步骤S64：将垂直、水平排序后的像素数据分别在45度角方向进行排序。如图3箭头所示，该排序是3值排序且按照从大到小的顺序进行，大的数值在左下方，小的数值在右上方。该像素数据的排序结果如图4所示，45度方向上的9个像素数据经过排序后最小的数据在第三列第一行的位置，最大的像素数据在第三列最后一行的位置。

步骤S65：将垂直、水平、45度角排序后的像素数据在22度角方向进行排序。如图4箭头所示，该排序是3值排序且按照从大到小的顺序进行，大的数值在左下方，小的数值在右上方。

步骤S66：选取15个像素数据中的中值像素数据。如图5所示，该15个像素数据依次经过垂直、水平、45度角、22度角的排序后，中值像素数据即处在该3×5像素矩阵的中间位置。

步骤S67：将经过上述步骤获得的中值像素数据替代该3×5邻域中心像素的像素值。

请参阅图7，是本发明第一实施方式的中值滤波方法对应的中值滤波电路的示意图。该中值滤波电路10包括一第一排序电路11、一第二排序电路13、一第一比较器15、一第二比较器16、一第三比较器17和一中值器18。

该第一排序电路11用于接收一幅数字图像相邻三行的一个邻域对应的3×5个像素数据，并将这15个像素数据在垂直方向进行排序。该排序是3值排序且按照从大到小的顺序进行，大的数值在最后一行，小的数值在第一行。

该第二排序电路13用于接收该第一排序电路11输出的3×5个像素数据，并将该3×5像素数据分别进行水平排序。该第二排序电路13包括一第一排序单元131、一第二排序单元133和一第三排序单元135。该第一排序单元131用于将垂直排序后的第一行像素数据进行水平排序，该第二排序单元133用于将垂直排序后的第二行像素数据进行水平排序，该第三排序单元135用于将垂直排序后的第三行像素数据进行水平排序。该第一、第二、第三排序单元131、133、135分别按照从小到大的顺序进行5值排序。

该第一、第二、第三比较器15、16、17用于接受该第二排序电路13输出的45度方向的9个像素数据，并将该9个像素数据分别进行排序。其中，该第一比较器15用于接受该第一排序单元131输出的5个像素数据中的中间像素数据(例如图3中的30)、该第二排序单元133输出的5个像素数据中的第二小像素数据(例如图3中的60)、该第三排序单元135输出的5个像素数据中的最小像素数据(例如图3中的80)，并将接收到的3个像素数据进行比较，输出一最大的像素数据(例如图3中的80)。

该第二比较器16用于接受该第一排序单元131输出的5个像素数据中的第二大像素数据(例如图3中的40)、该第二排序单元133输出的5个像素数据中的中间像素数据(例如图3中的90)、该第三排序单元135输出的5个像素数据中的第二小像素数据(例如图3中的120)，并将接收到的3个像素数据进行比较，输出一中间的像素数据(例如图3中的90)。

该第三比较器17用于接受该第一排序单元131输出的5个像素数据中的最大像素数据(例如图3中的70)、该第二排序单元133输出的5个像素数据中的第二大像素数据(例如图3中的100)、该第三排序单元135输出的5个像素数据中的中间像素数据(例如图3中的130)，并将接收到的3个像素数据进行比较，输出最小的像素数据(例如图3中的70)。

该中值器18用于接收该第一、第二、第三比较器15、16、17输出的像素数据，并将该三个像素数据进行比较，输出中间的像素数据(例如图4中的80)。该中间值像素数据用于替代该3×5邻域中心像素的像素值。

与现有技术相比，本发明的中值滤波方法选取一幅数字图像相邻三行的一个3×5邻域的像素矩阵进行排序，该15个像素数据经过将垂直、水平、45度角、22度角方向的排序后，该15个像素数据的中间值即处于该3×5像素矩阵的中间位置。由于本发明对15个像素数据进行排序，本发明的中值滤波方法消除噪声的能力更强，特别是对于隔行输入的视频信号对应的画面。

与现有技术相比，本发明的中值滤波方法对3×5的像素矩阵进行排序，采用该中值滤波方法的该中值滤波电路10比采用3×3像素矩阵的中值滤波器的滤波效果更好，特别是对于常见的隔行输入的电视视频信号，且该中值滤波电路10不用增加相应的行缓冲。采用该中值滤波方法的该中值滤波电路10跟采用5×5像素矩阵的中值滤波器的滤波效果相当，但对于常见的隔行输入的电视视频信号滤除噪声的能力更优，且该中值滤波电路10节约了两行行缓冲和大量的比较器，因此，该中值滤波电路10结构更加简单，成本也相应的降低。

请一并参阅图8至图12，是本发明中值滤波方法的第二实施方式的示意图。本实施方式的中值滤波方法与第一实施方式的中值滤波方法的区别在于：

在上一实施方式步骤S62中，将选取的3×5的像素矩阵的像素数据在垂直方向进行排序。如图8箭头所示，该排序是3值排序且按照从大到小的顺序进行，大的数值在第一行，小的数值在最后一行。该像素数据的排序结果如图9所示，经过垂直排序后，每一列的最大像素数据都集中在第一行，每一列的最小的像素数据都集中在最后一行。

在上一实施方式步骤S63中，将垂直排序后的像素数据在水平方向进行排序。如图9箭头所示，该排序是5值排序且按照从大到小的顺序进行，大的数值在第一列，小的数值在最后一列。该像素数据的排序结果如图10所示，经过水平排序后，该15个像素数据中的最大值处在第一列第一行的位置，该15个像素数据中的最小值处在最后一列最后一行的位置。

在上一实施方式步骤S64中，将垂直、水平排序后的像素数据分别在45度角方向进行排序。如图10箭头所示，该排序是3值排序且按照从大到小的顺序进行，大的数值在右上方，小的数值在左下方。该像素数据的排序结果如图11所示，45度方向上的9个像素数据经过排序后最小的数据在第三列第三行的位置，最大的像素数据在第三列第一行的位置，

在上一实施方式步骤S65中，将垂直、水平、45度角排序后的像素数据在22度角方向进行排序。如图11箭头所示，该排序是3值排序且按照从大到小的顺序进行，大的数值在右上方，小的数值在左下方。

如图12所示，该3×5的像素矩阵的15个像素数据依次经过垂直、水平、45度角、22度角方向的排序后，中值像素数据即处在该3×5像素矩阵的中间位置。

请一并参阅图13至图17，是本发明中值滤波方法的第三实施方式的示意图。本实施方式的中值滤波方法与第一实施方式的中值滤波方法的区别在于：

该3×5像素矩阵对应的15个像素数据在垂直方向上按照从大到小的顺序排序，在水平方向上按照从小到大的顺序排序，然后在45度方向上按照从大到小的顺序排序，大的数值在左上方，小的数值在右下方。最后在22度方向上按照从大到小的顺序排序，大的数据在左上方，小的数值在右下方。如图17所示，该3×5的像素矩阵的15个像素数据依次经过垂直、水平、45度角、22度角方向的排序后，中值像素数据即处在该3×5像素矩阵的中间位置。

请一并参阅图18至图22，是本发明中值滤波方法的第四实施方式的示意图。本实施方式的中值滤波方法与第一实施方式的中值滤波方法的区别在于：

该3×5像素矩阵对应的15个像素数据在垂直方向上按照从小到大的顺序排序，在水平方向上按照从大到小的顺序排序，然后在45度方向上按照从小到大的顺序排序，大的数值在右下方，小的数值在左上方。最后在22度方向上按照从小到大的顺序排序，大的数据在右下方，小的数值在左上方。如图22所示，该3×5的像素矩阵的15个像素数据依次经过垂直、水平、45度角、22度角方向的排序后，中值像素数据即处在该3×5像素矩阵的中间位置。

本发明的中值滤波方法排序过程中，也可以先进行水平排序再进行垂直排序，并不限于上述实施方式所示。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (14)

1.一种中值滤波方法，包括：

选取图像相邻三行的一个3×5邻域对应的像素矩阵；

将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在垂直方向进行排序；

将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在水平方向进行排序；

将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在45度角的方向进行排序；

将该3×5的像素矩阵对应的像素数据在22度角的方向进行排序；

选取经过垂直、水平、45度角、22度角方向排序后的3×5像素矩阵中间位置的像素数据；

将该3×5的像素矩阵中间位置的像素数据取代该邻域中间位置的像素对应的像素值。

2.如权利要求1所述的中值滤波方法，其特征在于：该3×5的像素矩阵对应的像素数据在垂直方向上按照从大到小的顺序进行排序，在水平方向上按照从大到小的顺序进行排序，在45度角方向按照从大到小的顺序进行排序，在22度角方向按照从大到小的顺序进行排序。

3.如权利要求2所述的中值滤波方法，其特征在于：在45度角和22度角方向上进行排序，大的数值在右上方，小的数值在左下方。

4.如权利要求1所述的中值滤波方法，其特征在于：该3×5的像素矩阵对应的像素数据在垂直方向上按照从小到大的顺序进行排序，在水平方向上按照从小到大的顺序进行排序，在45度角方向按照从小到大的顺序进行排序，在22度角方向按照从小到大的顺序进行排序。

5.如权利要求4所述的中值滤波方法，其特征在于：在45度角和22度角方向上进行排序，大的数值在左下方，小的数值在右上方。

6.如权利要求1所述的中值滤波方法，其特征在于：该3×5的像素矩阵对应的像素数据在垂直方向上按照从小到大的顺序进行排序，在水平方向上按照从大到小的顺序进行排序，在45度角方向按照从小到大的顺序进行排序，在22度角方向按照从小到大的顺序进行排序。

7.如权利要求6所述的中值滤波方法，其特征在于：在45度角和22度角方向上进行排序，大的数值在右下方，小的数值在左上方。

8.如权利要求1所述的中值滤波方法，其特征在于：该3×5的像素矩阵对应的像素数据在垂直方向上按照从大到小的顺序进行排序，在水平方向上按照从小到大的顺序进行排序，在45度角方向按照从小到大的顺序进行排序，在22度角方向按照从小到大的顺序进行排序。

9.如权利要求8所述的中值滤波方法，其特征在于：在45度角和22度角方向上进行排序，大的数值在左上方，小的数值在右下方。

10.一种中值滤波电路，其特征在于：该中值滤波电路包括：

一第一排序电路，该第一排序电路用于接收图像相邻三行的一个3×5邻域的像素矩阵对应的3×5个像素数据，并将这15个像素数据在垂直方向进行3值排序；

一第二排序电路，该第二排序电路用于接收该第一排序电路输出的3×5个像素数据，并将该3×5像素数据分别在水平方向进行5值排序；

一第一比较器、一第二比较器和一第三比较器，该第一、第二、第三比较器用于接收该第二排序电路输出的3×5个像素数据中的45度方向上的9个数据，并分别将这9个像素数据进行3值排序，该第一、第二、第三比较器分别输出各自排序的最大、中间、最小值；

一中值器，该中值器用于接收该第一、第二、第三比较器输出的最大、中间、最小值，并将这三个数值进行比较，输出中间值。

11.如权利要求10所述的中值滤波电路，其特征在于：该第二排序电路包括：

一第一排序单元，该第一排序单元用于将该第一排序电路输出的第一行像素数据进行水平5值排序；

一第二排序单元，该第二排序单元用于将该第一排序电路输出的第二行像素数据进行水平5值排序；

一第三排序单元，该第三排序单元用于将该第一排序电路输出的第三行像素数据进行水平5值排序。

12.如权利要求11所述的中值滤波电路，其特征在于：该第一比较器用于接受该第一排序单元输出的5个像素数据中的中间像素数据、该第二排序单元输出的5个像素数据中的第二小像素数据、该第三排序单元输出的5个像素数据中的最小像素数据，并将接收到的3个像素数据进行比较，输出一最大的像素数据。

13.如权利要求11所述的中值滤波电路，其特征在于：该第二比较器用于接受该第一排序单元输出的5个像素数据中的第二大像素数据、该第二排序单元输出的5个像素数据中的中间像素数据、该第三排序单元输出的5个像素数据中的第二小像素数据，并将接收到的3个像素数据进行比较，输出一中间的像素数据。

14.如权利要求11所述的中值滤波电路，其特征在于：该第三比较器用于接受该第一排序单元输出的5个像素数据中的最大像素数据、该第二排序单元输出的5个像素数据中的第二大像素数据、该第三排序单元输出的5个像素数据中的中间像素数据，并将接收到的3个像素数据进行比较，输出最小的像素数据。

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