CN103338337A - 光学指示装置中的图像噪声消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种光学指示装置中的图像噪声消除方法，该光学指示装置设有一图像传感器阵列，该图像传感器阵列采样外部一帧图像并输出一与图像传感器阵列对应的像素矩阵，该方法包括如下步骤：（1）根据预先设定的窗口宽度W，以像素矩阵的任一像素为中心，沿行或列方向向二侧延伸（W-1）/2个像素后形成该像素对应的行像素组与列像素组；（2）计算每一像素Y0的行像素组与列像素组的加权平均值L与C；（3）获得每一像素对应的行与列所有像素的像素值的加权平均值M，其中:M=a*L+b*C，其中a、b为加权系数；（4）取得每一像素去噪声后的像素值，形成一个新的像素矩其中。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种图像噪声消除的方法，特别涉及一种光学指示装置中图像噪声消除方法。
【背景技术】
在当今的CMOS图像传感器中，如何消除图像像素的FPN（Fixed PatternNoise：固定模式噪声）噪声始终是设计者需要解决的一道难关。其中图像像素的FPN既包括像素阵列的列FPN，也包括像素阵列的行FPN。而形成FPN的主要因素则包括：像素电路和相关的读取放大电路存在不匹配的情形，供电电源的扰动而引入的噪声等。
为了消除图像传感器中的FPN，现有技术中已经有三类解决方案。其一是CDS（correlated Double Sampling：相关双取样）方法。代表该CDS方法的美国专利文献US6,538,695B1揭示了一种用于CMOS图像传感器中校准片上固定模式噪声的方法。该方法首先从每一位线中读取两个数据值以计算一像素列的偏移和增益误差，该偏移为第一数据值和该增益误差为所读取的第一和第二数据值的斜率；然后，通过从取样的偏移和增益误差数值中计算平均偏移和平均增益误差来生成参考偏移和参考增益误差数值；该位线的校准数据包罗偏移的误差和增益误差的差值，其中偏移的差值包括偏移数值和参考偏移之差，增益误差的差值包括增益误差和参考增益误差之差。将该位线的校准数据储存于片上的非易失性存储器中以正常工作状态下补偿FPN效应。然而，在该方法中只是储存了像素列中的偏移差值和增益误差的差值以消除列FPN对于CMOS图像传感器的影响，却对于行FPN无能为力。
其二是记录CMOS图像传感器中每一像素的偏移量，并将采集的FPN数据经压缩后存至片上的非易失性存储器中。该方案以美国专利文献US6,995,346B2为代表，该专利文献公开了一种补偿数字图像的FPN的方法，基于所提供的非易失性存储器、处理设备、校准结构和图像传感器，该方法使用该校准结构来获取每个传感器的FPN数据以储存测得的FPN数据；为所拍摄的照片找回该FPN数据；以及利用上述处理设备将该FPN数据用于所拍摄的照片上以补偿固定模式噪声。由此可见，储存每个传感器的FPN数据需要占用非易失存储器的大量储存空间，即使所获得的FPN数据经过压缩，其储存空间仍然很大。此外，该方法对基于电源扰动所引起的噪声的FPN不能进行实时处理。
其三是使用哑像素消除FPN的方法。专利文档CN200810043533.2提供了这种使用哑像素消除FPN的方法。该方法使用与每一像素单元具有相同行的第一哑像素数值和与该像素单元具有相同列的第二哑像素数值来补偿该像素单元。该方法可以消除像素的行FPN和列FPN，但也需要储存空间来存储行哑像素单元和列哑像素单元数值，同时对距离行哑像素单元或列哑像素单元位置较远的像素单元的行FPN和列FPN的消除不是很彻底。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种光学指示装置中的图像噪声消除方法，用以解决现有技术中噪声消除不彻底的问题。
为实现上述目的，实施本发明的光学指示装置中的图像噪声消除方法应用于光学指示装置上，该光学指示装置设有一图像传感器阵列，该图像传感器阵列采样外部一帧图像并输出一与图像传感器阵列对应的像素矩阵，该方法包括如下步骤：
（1）根据预先设定的窗口宽度W，以像素矩阵的任一像素为中心，沿行或列向二侧延伸（W-1）/2个像素后形成该像素对应的行像素组与列像素组；
（2）计算每一像素Y0的行像素组与列像素组的加权平均值L与C，其中：L或C=A1*Y-（W-1）/2+…+An*Y0+…+AW*Y（W-1）/2
其中Y0表示选择像素的像素值，而Y-（W-1）/2是以Y0像素为起点，向一侧计算的第（W-1）/2个像素的像素值，同时Y（W-1）/2为以Y0像素为起点，向另一侧计算的第（W-1）/2个像素的像素值，A1为加权系数，其中A1+…+An+…+AW=1；
（3）获得每一像素对应的行与列所有像素的像素值的加权平均值M，其中:M=a*L+b*C,其中a、b为加权系数，其中a+b=1，并且a>=0,b>=0；
（4）取得每一像素去噪声后的像素值
，形成一个新的像素矩阵，其中
其中Y0表示所选择像素的像素值。
与现有技术相比较，本发明根据CMOS图像传感器的FPN噪声形成原因，充分利用FPN行噪声与该像素所在行的邻近的像素关联紧密以及FPN列噪声与该像素所在列的邻近的像素关联紧密的特性来对该像素进行噪声处理，即距离该像素越近的相邻行像素与该像素的FPN行噪声关系越大，距离该像素越远的相邻像素的与该像素的FPN行噪声关系越小；距离该像素越近的相邻列像素与该像素的FPN列噪声关系越大，距离该像素越远的相邻列像素的与该像素的FPN列噪声关系越小，如此根据该像素邻近的像素与该像素的距离不同而采用不同的加权系数来进行噪声消除，可以最大限度地消除像素的行列FPN噪声，此方法实现方法简单、所用资源很少、对FPN噪声的消除效率与性能很高。
【附图说明】
图1为实施本发明的光学指示装置中的图像噪声消除方法的流程图。
【具体实施方式】
请参阅图1所示，为实施本发明的光学指示装置中的图像噪声消除方法的流程图，该方法应用于光学指示装置上，该光学指示装置设有一图像传感器阵列，该图像传感器阵列采样外部一帧图像并输出一与图像传感器阵列对应的像素矩阵，该方法包括如下步骤：
（1）根据预先设定的窗口宽度W，W为大于1的奇数，以像素矩阵的任一像素为中心，沿行或列向二侧延伸（W-1）/2个像素后形成该像素对应的行像素组与列像素组；举例说明，假如W=5，则以一选定的像素为中心，在行方向上向右选择二个像素，向左选择二个像素，如此共有5个像素，将此5个像素称为该像素的行像素组。同理，对于列像素组，则以选择的一像素为中心，在列方向上向上选择二个像素，向下选择二个像素，如此共有5个像素，将此5个像素称为该像素的列像素组。
（2）计算每一像素Y0的行像素组与列像素组的加权平均值L与C，其中：L或C=A1*Y-（W-1）/2+…+An*Y0+…+AW*Y（W-1）/2
其中Y0表示选择像素的像素值，而Y-（W-1）/2是以Y0像素为起点，向一侧（如在计算行像素组时如左侧或右侧，而算列像素组时则为上侧或下侧）计算的第（W-1）/2个像素的像素值，同时Y（W-1）/2为以Y0像素为起点，向另一侧（如在计算行像素组时如左侧或右侧，而算列像素组时则为上侧或下侧）计算的第（W-1）/2个像素的像素值，如此像素Y0的行像素组与列像素组所包括的W个像素的像素值均参与计算，A1为加权系数，其中A1+…+An+…+AW=1,在具体实施时，可令与Y0相对应的系数An等于零，而其他的系数相等（即为1/(W-1)，如W=5时，则而其他的系数均为0.25），或者也可根据实际的效果进行调整。
依上例进行说明，如选择Y0为选定的像素并且W=5，则以Y0为中心，在行方向上在其左侧选择二个像素，分别为Y-2、Y-1，而其右则的二个像素则为Y1、Y2，如此Y-2、Y-1、Y0、Y1、Y2共5个像素形成像素Y0的行像素组，对于列像素组的选择原理相同。
（3）获得每一像素对应的行与列所有像素的像素值的加权平均值M，其中:M=a*L+b*C,其中a、b为加权系数，其中a+b=1，并且a>=0,b>=0，在具体实施时a、b可均为0.5，也有可能变化，根据列噪声或行噪声值进行调整。
（4）取得每一像素去噪声后的像素值
，如此形成一个新的像素矩阵，其中
其中Y0表示所选择像素的像素值。
对于N*N的像素矩阵，对于像素矩阵边界行列的像素，如第1行、第2行，或第N-1行、第N行，或者第第1列、第2列，或第N-1列、第N列的像素，在形成行像素组与列像素组时，因其一侧或者无对应的像素值（如W=5时，第一行或第一列像素的一侧没有像素），或者数量不够（如W=5时，第二行或第二列像素的一侧的像素数量不够），对于此种情况，则将选择的像素一侧缺失的像素值以该像素另一侧对称的像素值代替。例如，当M=5时，Y0的行像素组或列像素组为Y-2、Y-1、Y0、Y1、Y2共5个像素，如果Y-2、Y-1缺失，则令Y-1=Y1，Y-2=Y2。如果仅是Y-2缺失，则令Y-2=Y2。或者也可采用该像素矩阵的所有像素的平均值代替缺失的像素值。
与现有技术相比较，本发明根据CMOS图像传感器的FPN噪声形成原因，充分利用FPN行噪声与该像素所在行的邻近的像素关联紧密以及FPN列噪声与该像素所在列的邻近的像素关联紧密的特性来对该像素进行噪声处理。即距离该像素越近的相邻行像素与该像素的FPN行噪声关系越大，距离该像素越远的相邻像素的与该像素的FPN行噪声关系越小；距离该像素越近的相邻列像素与该像素的FPN列噪声关系越大，距离该像素越远的相邻列像素的与该像素的FPN列噪声关系越小，如此根据该像素邻近的像素与该像素的距离不同而采用不同的加权系数来进行噪声消除，可以最大限度地消除像素的行列FPN噪声，此方法实现方法简单、所用资源很少、对FPN噪声的消除效率与性能很高。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种光学指示装置中的图像噪声消除方法，应用于光学指示装置上，该光学指示装置设有一图像传感器阵列，该图像传感器阵列采样外部一帧图像并输出一与图像传感器阵列对应的像素矩阵，该方法包括如下步骤：
（1）根据预先设定的窗口宽度W，以像素矩阵的任一像素为中心，沿行或列向二侧延伸（W-1）/2个像素后形成该像素对应的行像素组与列像素组；
（2）计算每一像素Y0的行像素组与列像素组的加权平均值L与C，其中：L或C=A1*Y-（W-1）/2+…+An*Y0+…+AW*Y（W-1）/2
其中Y0表示所选择像素的像素值，而Y-（W-1）/2是以Y0像素为起点，向一侧计算的第（W-1）/2个像素的像素值，同时Y（W-1）/2为以Y0像素为起点，向另一侧计算的第（W-1）/2个像素的像素值，A1为加权系数，Y0相对应的系数为An，并且A1+…+An+…+AW=1；
（3）获得每一像素对应的行与列所有像素的像素值的加权平均值M，其中:M=a*L+b*C,其中a、b为加权系数，其中a+b=1，并且a>=0,b>=0；
（4）取得每一像素去噪声后的像素值
，形成一个新的像素矩阵，其中。
2.如权利要求1所述的光学指示装置中的图像噪声消除方法，其特征在于：所选择像素Y0相对应的系数An等于零，而其他的系数相等。
3.如权利要求2所述的光学指示装置中的图像噪声消除方法，其特征在于：如所选择的像素的行或列像素组的像素值缺失时，则将选择的像素一侧缺失的像素值以该像素另一侧对称的像素值代替。
4.如权利要求2所述的光学指示装置中的图像噪声消除方法，其特征在于：如所选择的像素的行或列像素组的像素值缺失时，采用该像素矩阵的所有像素的平均值代替缺失的像素值。
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| CN2013102133588A CN103338337A (zh) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | 光学指示装置中的图像噪声消除方法 |
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- 2013-05-30 CN CN2013102133588A patent/CN103338337A/zh active Pending
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