CN102663696B - 放大图像的去噪方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种放大图像的去噪方法，其特征在于，包括如下步骤：将放大图像分割为设定数目的区域，计算所述区域内像素点的像素值的标准偏差，利用预设的阀值判断所述标准偏差获取噪点区域，对所述噪点区域的图像进行去噪。本发明还提供一种放大图像的去噪系统，本发明的放大图像的去噪技术，利用放大图像的噪点在放大后，所形成的噪点区域内呈现的颜色基本一致的特性，首先将放大图像分割为多个区域，然后计算区域内像素点的像素值的标准偏差，并通过阀值判断标准偏差确定噪点区域，实现对图像的噪点位置的获取，对噪点区域进行去噪处理即能够有效去除放大图像中的噪点，从而增强了放大图像的显示效果，提高了大屏幕的显示质量，提升了观看者的视觉感受。
Description
技术领域
本发明涉及图像降噪处理技术，特别是涉及一种放大图像的去噪方法及系统。
背景技术
在对图像(包括视频图像、照片等)信号进行处理、传输的过程中，噪声都可以通过各种途径(如环境EMI，编辑，分配，传输及接口阻抗等)混入到图像信号中，这些噪声在屏幕上显示时会形成各种各样的噪点，严重影响了图像的显示效果。
在正常情况下显示时，有些噪点是很小的，对于观看者的视觉不会造成太多影响，但目前在图像处理领域，随着显示屏幕越来越大，往往需要将一些图像进行放大显示，例如，在大屏幕拼接墙上显示视频图像，由于图像本身分辨率是固定的，所以经过放大处理后的图像中，原来一些很小的噪点就被放大，这些噪点严重影响了图像的显示效果，观看者的视觉造成极大的冲击，特别是在大屏幕拼墙上显示视频图像时，噪点的影响就更加明显。
发明内容
基于此，有必要针对经过放大处理后的图像中噪点严重影响图像显示效果的问题，提供一种放大图像的去噪方法及系统。
一种放大图像的去噪方法，包括如下步骤：
将放大图像分割为设定数目的区域；
计算所述区域内像素点的像素值的标准偏差；
利用预设的阈值判断所述标准偏差获取噪点区域；
对所述噪点区域的图像进行去噪。
一种放大图像的去噪系统，包括：
噪点模型设置单元，用于将放大图像分割为设定数目的区域；
标准偏差计算单元，用于计算所述区域内像素点的像素值的标准偏差；
噪点区域判断单元，用于利用预设的阈值判断所述标准偏差获取噪点区域；
图像去噪单元，用于对所述噪点区域的图像进行去噪。
上述放大图像的去噪方法和系统，利用放大图像的噪点在放大后，所形成的噪点区域内呈现的颜色基本一致的特性，首先将放大图像分割为多个区域，然后计算区域内像素点的像素值的标准偏差，并通过阈值判断标准偏差确定噪点区域，实现对图像的噪点位置的获取，对噪点区域进行去噪处理即能够有效去除放大图像中的噪点，从而增强了放大图像的显示效果，提高了大屏幕的显示质量，提升了观看者的视觉感受。
附图说明
图1为本发明的放大图像的去噪方法的实施例流程图；
图2为将放大图像分割为正方形区域的示意图；
图3为计算区域内像素点的像素值的标准偏差的流程图；
图4为排除背景图像的影响处理过程的流程图；
图5为对所选取的区域进行扩充的示意图；
图6为对噪点区域的图像进行去噪过程的一个实施例的流程图；
图7为本发明的放大图像的去噪系统的实施例的结构示意图；
图8是采用本发明的放大图像的去噪技术处理图像的效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的放大图像的去噪方法的具体实施方式作详细描述。
如图1所示，图1是本发明的放大图像的去噪方法的实施例流程图，包括如下步骤：
S1：将放大图像分割为设定数目的区域；
在一个实施例中，可以将放大图像分割为圆形、多边形等，优选地，将放大图像平均分割为正方形区域，其中，正方形的边长与放大图像的放大系数成正比；
例如，如图2所示，图2是将放大图像分割为正方形区域的示意图，黑色点代表像素点，正方形区域A的边长取为个像素点，其中为设定的常数，k为图像的放大系数，由于图像的噪点经过放大处理后，其面积也进行了放大，所以根据k的大小设置合适的噪点模型，该噪点模型的面积与噪点面积相对应，如图2中所示每个虚线内的正方形区域对应了一个噪点模型；
通过设置正方形区域作为噪点的模型，易于覆盖图像所有的像素点，降低遍历噪点过程的运算量。
S2：计算区域内像素点的像素值的标准偏差；
在一个实施例中，如图3所示，图3为计算区域内像素点的像素值的标准偏差的流程图，下面以计算区域A的具体过程来进行描述，包括如下步骤：
S201：读取所选取的区域A内像素点的像素值(Y，Cb，Cr)；
S202：分别计算所选取的区域A中像素点的亮度分量Y的标准偏差和色度分量Cb、Cr的标准偏差；
S203：计算所述亮度分量Y的标准偏差与色度分量标准偏差Cb、Cr三者的平均值，获得区域A的像素点的像素值的标准偏差S1；
图像显示时可以由YCbCr方式构成一个像素的值，通过分别计算每个区域像素点的亮度分量Y和色度分量Cb、Cr的标准偏差，再取平均值，得到区域内像素点的像素值偏离像素算术平均值的程度。
S3：利用预设的阈值判断所述标准偏差获取噪点区域；
在一个实施例中，判断的过程具体包括：判断所选取的区域A内像素点像素值的标准偏差S1是否小于预设的阈值D，若是，则判定所选取的区域A为包含噪点的噪点区域，若否，则判定区域A不是噪点区域，选取下一个区域继续进行标准偏差计算和判断，直至遍历所有区域；
对于阈值D，可以根据经验数据来设定其大小，具体实施中，设置一个可读写寄存器，在初始化时进行赋值，使用过程中可以根据需要对其进行更新；
由于在放大的图像中，噪点也同时被放大，此时噪点的颜色在一个区域内基本趋于一致，所以，通过计算区域内像素点的像素值的标准偏差，获得像素点的像素值偏离算术平均值程度的量化值，如果该区域是噪点区域，则标准偏差不会高于一个阈值，所以利用该阈值判断标准偏差即可判断出噪点区域。
作为一种优选的实施方式，在判定所选取的区域为噪点区域后，还可以进一步排除背景图像的影响，判定所选取的区域为包含噪点的噪点区域而非背景区域，如图4所示，图4为排除背景图像的影响处理过程的流程图，具体包括如下步骤：
S301：读取所选取的区域内的像素点的像素值、以及与该所选取的区域相邻的设定范围内的像素点的像素值；
S302：重新计算所读取像素点的像素值的标准偏差；
S303：计算所选取的区域的像素点的像素值的标准偏差与所述阈值的和值，并判断所述重新计算的标准偏差是否大于该和值；
S304：若是，则判定所选取的区域为噪点区域。
如图5所示，图5为对所选取的区域进行扩充的示意图，在判断区域A内像素点像素值的标准偏差S1小于预设的阈值D后，以区域A的中心为中心，正方形区域A的边长由个像素点变成边长为个像素点的B区域，此时，提取边长为个像素点区域B(包括A及其相邻区域)内像素点的像素值并计算标准偏差S2，若S2>S1+D，则判定所选取的区域A为噪点区域；需要说明的是，对于相邻区域的选取、及其选取的面积大小及方式，可以根据本专利使用者而定，不限于上述正方形形式。
由于背景区域内像素点的颜色在一个区域内也是基本趋于一致，此时，通过进一步判断所选择的区域是否为背景区域的一部分，结合背景区域相对于噪点区域面积大得多的特性，通过扩大所选取区域的计算范围方式，进而区分噪点区域与背景区域，可以排除背景图像的影响，避免将背景图像误判为噪点区域，提高了判断噪点区域的准确性。
S4：对所述噪点区域的图像进行去噪；
在一个实施例中，利用条件中值滤波降噪法对噪点区域的进行去噪处理；具体地，在噪点区域填入一个新的像素点值，即条件中值，以噪点区域中一个像素点为中心设置一个中值滤波器的模板，将模板内所有像素点的像素值按有大到小的顺序排序，计算模板内的最大值Ymax，最小值Ymin和中间值Ymid，判断输入像素点的像素值是否在最大值Ymax，最小值Ymin之间，若是，则直接输出该值；若否，则输出条件中值来代替原来像素点。
在一个实施例中，考虑到放大的视频图像噪声的固有特点，即放大视频图像噪点颜色基本趋于一致，在对放大的视频图像进行去噪时，可以利用视频图像的噪点像素之间的相关性信息来对视频图像进行去噪，具体方法可以包括如下步骤：
首先缓存3帧视频图像，分别设为上一帧、当前帧和下一帧图像；
然后计算上一帧、当前帧和下一帧图像的噪点区域的像素点的像素平均值；
分别将当前帧图像的像素平均值与上一帧图像、下一帧图像的像素平均值进行比较；
根据比较的结果来对当前帧图像的噪点进行去除；
在上述将噪点去除后，将当前帧图像进行显示即可获得清晰的视频图像。
如图6所示，图6为对噪点区域的图像进行去噪过程的一个实施例的流程图，具体地，包括如下步骤：
S401：缓存3帧视频图像，分别设为上一帧、当前帧和下一帧图像；
S402：提取当前帧图像和前一帧图像的噪点区域的像素点的像素值，并计算像素平均值；
S403：判断当前帧图像与前一帧图像的像素平均值是否相等；
S404：若否，则采用上一帧图像的视频数据取填充当前帧图像的视频数据，达到去除噪点的效果；
S405：若是，则提取下一帧图像的噪点区域的像素点的像素值，并计算像素平均值；
S406：判断当前帧图像和下一帧图像的像素平均值是否相等；
S407：若是，则通过背景差值处理对噪点进行去除，具体地，分别提取背景图像和图像的运动区域，在运动区域进行像素域的自适应滤波，去除运动区域的噪点，然后将背景区域和去除噪点的运动区域合并；
S408：若否，则采用下一帧图像的视频数据填充当前帧图像的视频数据，达到去除噪点的效果；
上述视频图像的噪点去除方法，利用视频图像的噪点像素之间的相关性信息的特性，然后根据像素平均值比较的结果选择通过背景差值处理或相邻帧图像填充的方式对图像的噪点进行去除，与常用的去噪技术相比，该方案是针对整个噪点区域进行去噪处理的，无需对噪点区域的每个像素点进行处理，可以有效的去除视频图像中的噪点，处理过程的运算量大大减少，采用的滤波算法简单，执行效率高，特别是应用于放大的视频图像的噪点去除处理时，能明显加快视频图像处理的速度，给观看者带来视觉上的清晰效果。
下面结合附图对本发明的放大图像的去噪方法对应系统的具体实施方式作详细描述。
如图7所示，图7是本发明的放大图像的去噪系统的实施例的结构示意图，包括：噪点模型设置单元、标准偏差计算单元、噪点区域判断单元以及图像去噪单元，优选地，还可以包括背景区域判断单元。
噪点模型设置单元，用于将放大图像分割为设定数目的区域；
在一个实施例中，噪点模型设置单元将放大图像平均分割为设定数目的正方形区域，其中，正方形的边长与放大图像的放大系数成正比。
由于图像的噪点经过放大处理后，其面积也进行了放大，所以根据放大系数的大小设置合适的噪点模型，该噪点模型的面积与噪点面积相对应，相当于屏幕上的一个噪点；通过设置正方形区域作为噪点的模型，易于覆盖图像所有的像素点，降低遍历噪点过程的运算量。
标准偏差计算单元，用于计算所述区域内像素点的像素值的标准偏差；
在一个实施例中，标准偏差计算单元选取一个区域并读取该区域内像素点的像素值，计算所选取的区域中像素点的亮度分量标准偏差和色度分量的标准偏差，计算所述亮度分量标准偏差与色度分量标准偏差的平均值，获得所选取的区域的像素点的像素值的标准偏差。
图像显示时可以由YCbCr方式构成一个像素的值，通过分别计算每个区域像素点的亮度分量Y和色度分量Cb、Cr的标准偏差，再取平均值，得到区域内像素点的像素值偏离像素算术平均值的程度。
噪点区域判断单元，用于利用预设的阈值判断所述标准偏差获取噪点区域；
在一个实施例中，噪点区域判断单元判断所选取的区域内像素点像素值的标准偏差是否小于所述预设的阈值，若是，则判定所选取的区域为包含噪点的噪点区域。
由于在放大的图像中，噪点也同时被放大，此时噪点的颜色在一个区域内基本趋于一致，所以，通过计算区域内像素点的像素值的标准偏差，获得像素点的像素值偏离算术平均值程度的量化值，如果该区域是噪点区域，则标准偏差不会高于一个阈值，所以利用该阈值判断标准偏差即可判断出噪点区域。
图像去噪单元，用于对所述噪点区域的图像进行去噪；
在一个实施例中，图像去噪单元具体包括：图像缓存模块、像素平均值计算模块、像素平均值比较模块和噪点去除模块；
其中，图像缓存模块用于缓存3帧视频图像，分别设为上一帧、当前帧和下一帧图像；
像素平均值计算模块用于计算所述上一帧、当前帧和下一帧图像的噪点区域的像素点的像素平均值；
像素平均值比较模块用于分别将所述当前帧图像的像素平均值与所述上一帧图像、下一帧图像的像素平均值进行比较；
噪点去除模块用于根据所述比较的结果来对当前帧图像的噪点进行去除。
背景区域判断单元设置在噪点区域判断单元后，其主要执行如下功能：
读取噪点区域判断单元获取的噪点区域内的、以及与该区域相邻的设定范围内的像素点的像素值；
重新计算所读取像素点的像素值的标准偏差，计算所选取的区域的像素点的像素值的标准偏差与所述阈值的和值；
判断所述重新计算的标准偏差是否大于该和值，若是，则判定所选取的区域为包括噪点的噪点区域。
由于背景区域内像素点的颜色在一个区域内也是基本趋于一致，此时，通过背景区域判断单元进一步判断所选择的区域是否为背景区域的一部分，结合背景区域相对于噪点区域面积大得多的特性，通过扩大所选取区域的计算范围方式，进而区分噪点区域与背景区域，可以排除背景图像的影响，避免将背景图像误判为噪点区域，提高了判断噪点区域的准确性。
本发明的放大图像的去噪技术，针对放大的图像噪点问题，提出了对放大图像处理环节加入降噪处理，进一步根据视频处理器的特点，提出了一种适合于放大视频图像的噪点去除方法，可以极大地提高视频图像(如标清模拟视频图像)的显示质量，特别适用于在拼墙显示系统显示放大的模拟视频图像，如图8所示，图8是采用本发明的放大图像的去噪技术处理图像的效果图，图中(a)是去噪前的显示效果图，图中(b)是去噪后的显示效果图，从图中可以看出本发明的技术能够很好地去除放大图像中的噪点。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种放大图像的去噪方法，其特征在于，包括如下步骤：
将放大图像分割为设定数目的区域；
计算所述区域内像素点的像素值的标准偏差；具体包括：选取一个区域并读取该区域内像素点的像素值；计算所选取的区域中像素点的亮度分量标准偏差和色度分量的标准偏差；计算所述亮度分量标准偏差与色度分量标准偏差的平均值获得所选取的区域的像素点的像素值的标准偏差；
利用预设的阈值判断所述标准偏差获取噪点区域；具体包括：判断所选取的区域内像素点像素值的标准偏差是否小于所述预设的阈值，若是，则判定所选取的区域为噪点区域；
读取噪点区域内的像素点的像素值、以及与该噪点区域相邻的设定范围内的像素点的像素值；重新计算所读取像素点的像素值的标准偏差；计算噪点区域的像素点的像素值的标准偏差与所述阈值的和值，并判断所述重新计算的标准偏差是否大于该和值；若是，则判定所述噪点区域为包含噪点的噪点区域；
对所述噪点区域的图像进行去噪。
2.根据权利要求1所述的放大图像的去噪方法，其特征在于，将放大图像平均分割为设定数目的正方形区域；
其中，所述正方形的边长与放大图像的放大系数成正比。
3.根据权利要求1所述的放大图像的去噪方法，其特征在于，所述对所述噪点区域的图像进行降噪步骤包括：
利用条件中值滤波降噪法对所述噪点区域的噪点进行去除。
4.根据权利要求1所述的放大图像的去噪方法，其特征在于，所述对所述噪点区域的图像进行降噪步骤包括：
缓存3帧视频图像，分别设为上一帧、当前帧和下一帧图像；
计算所述上一帧、当前帧和下一帧图像的噪点区域的像素点的像素平均值；
分别将所述当前帧图像的像素平均值与所述上一帧图像、下一帧图像的像素平均值进行比较；
根据所述比较的结果来对当前帧图像的噪点进行去除。
5.一种放大图像的去噪系统，其特征在于，包括：
噪点模型设置单元，用于将放大图像分割为设定数目的区域；
标准偏差计算单元，用于计算所述区域内像素点的像素值的标准偏差；具体包括：选取一个区域并读取该区域内像素点的像素值；计算所选取的区域中像素点的亮度分量标准偏差和色度分量的标准偏差；计算所述亮度分量标准偏差与色度分量标准偏差的平均值获得所选取的区域的像素点的像素值的标准偏差；
噪点区域判断单元，用于利用预设的阈值判断所述标准偏差获取噪点区域；具体包括：判断所选取的区域内像素点像素值的标准偏差是否小于所述预设的阈值，若是，则判定所选取的区域为噪点区域；
背景区域判断单元，用于读取判断单元获取的噪点区域内的、以及与该区域相邻的设定范围内的像素点的像素值，重新计算所读取像素点的像素值的标准偏差，计算噪点区域的像素点的像素值的标准偏差与所述阈值的和值，并判断所述重新计算的标准偏差是否大于该和值，若是，则判定所选取的区域为包含噪点的噪点区域；
图像去噪单元，用于对所述噪点区域的图像进行去噪。
6.根据权利要求5所述的放大图像的去噪系统，其特征在于，所述图像去噪单元包括：
图像缓存模块，用于缓存3帧视频图像，分别设为上一帧、当前帧和下一帧图像；
像素平均值计算模块，用于计算所述上一帧、当前帧和下一帧图像的噪点区域的像素点的像素平均值；
像素平均值比较模块，用于分别将所述当前帧图像的像素平均值与所述上一帧图像、下一帧图像的像素平均值进行比较；
噪点去除模块，用于根据所述比较的结果来对当前帧图像的噪点进行去除。
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