CN1251146C - 减少图像噪音的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少图像噪音的方法和设备，优选用于通过数字化而处理例如图像信号。因此在本发明的情况下，模式1的周围像素的电平值a到h、被观看像素的电平值o和基准电平θ的值被输入，并且电平值a到h被输出到输出端口3，其中在电平值a到h中，在周围像素和被观看像素的电平值之间的差的绝对值小于基准电平θ的值。而且，被输出电平值a到h的输出端口3的数量的值被输出到输出端口4。并且，上述被观看像素的电平值o被提供到乘法器9，并且被乘以一个可选增益设置值α，相乘值被提供到加法器5并被加上由选择电路2的输出端口3输出的电平值a到h，并且，所述相加值被提供到除法器7。此外，上述的增益设置值α被提供到加法器11并被加上从选择电路2的输出端口4输出的一个值，相加值被提供到除法器7。于是，从加法器5的输出端口6输出的值被除以从加法器11输出的值。因此，通过所谓的ε滤波器有选择地设置信号处理的程度并且控制与平均运算相关的被观看像素的比率，因此有可能有选择地设置信号处理的程度和进行最佳图像处理。

Description

减少图像噪音的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种减少图像噪音的方法和设备，优选用于通过数字化而处理例如图像信号。具体而言，本发明涉及一种减少图像噪音的方法和设备，用于解决当利用所谓的ε滤波器减少图像信号的噪音分量的时候遇到的问题。

背景技术

例如，为了减少包括在图像信号中的噪音分量，迄今为止已经提出了各种方法。具体而言，具有大的噪音减少作用的最简单的方法之一是利用低通滤波器(以下称为LPF)的方法。LPF是用于发送仅仅具有低于基准频率的分量的信号的装置。即，通过输入频率改变到LPF的信号和观测输出信号的幅度，可以获得高频分量的电平降低的特性。

但是，当从另一个角度看的时候，LPF使用被观看像素和围绕所述被观看像素的周围像素的平均值作为所述被观看像素的新值。即，在这种方法的情况下，与周围像素紧密相关的被观看像素的信号电平在值上不大大改变——即使电平被平均。但是，没有相关的随机噪音与包括在周围像素中的噪音分量被平均，因此分量的值接近“0”。

因此，当利用上述LPF的时候，噪音抑制效果随着周围像素的搜索区域的扩大而提高。但是，在由LPF进行与周围像素的平均操作的情况下，图像边缘信息与噪音类似地被减少，结果，虽然减少了噪音但整个图像变得模糊，存在图像质量恶化的缺陷。因此，一般不使用LPF作为减少噪音的装置。

为了解决LPF的缺陷，公开了所谓的ε滤波器(参见电子、信息和通信工程学院期刊，第77卷、第8号、844-852页，1994年4月，Kaoru Arakawa，“非线性滤波器及其应用”(Journal of Institute of Electronics，Information，andCommunication Engineers Vol.77 No.8，pp 844-852，April，1994，Kaoru Arakawa“Nonlinear Digital Filter and Its Application”))。即，在这个文件中公开的ε滤波器的情况下，当平均被观看的像素和周围像素的时候，首先确定是否周围像素与被观看像素相关。

具体而言，通过设置特定的基准值θ，当周围像素的电平被包括在被观看像素的电平的±θ的范围内的时候这些电平被并入平均因素，但是如果它们未被包括在±θ的范围内则不被并入平均因素。于是，搜索是否将所有的周围因素并入平均因素，并且通过对于被当作运算对象的被观看像素和周围像素的平均运算获得被观看像素的一个新值。

因此，即使一个图像边缘进入了搜索区域，当构成边缘的像素的电平超过被观看像素的电平的±θ的范围的时候，这个边缘不被当作运算对象，例如从不出现因为构成边缘的像素被包括到平均中而导致图像模糊。即，利用ε滤波器，通过适当地选择基准电平θ的值有可能抑制仅仅噪音分量而保持图像边缘原样。

进一步，下面利用图5说明ε滤波器的实际电路配置。在图5中，图形1示出了在图像区域中一个特定点和被观看像素o的成像状态及其周围像素a、b、c、d、e、f、g和h。并且，当将这些像素的电平值替换为相同的符号a到h和o的时候，这些周围像素的电平值a到h被提供到选择电路2。并且，上述基准电平θ的值和被观看像素的电平值o被输入到选择电路2。

在选择电路2中，在周围像素a的电平值a和被观看像素o的电平值o之间的差的绝对值(|a-o|)被首先计算，并且这个差的绝对值被与基准电平θ相比较。然后，当上述差的绝对值小于基准电平θ的值的时候，电平值a被输出到输出端口3。并且，当所述差的绝对值大于基准电平θ的值的时候，电平值不输出到输出端口3但值“0”被输出。而且，对于其他周围像素b到h的电平值b到h进行相同的计算。

因此，例如，数量等于周围像素的数量8个输出端口3被提供到选择电路2，并且当上述差的绝对值小于基准电平θ的值的时候电平值a到h被输出到输出端口3，当上述差的绝对值大于基准电平θ的值的时候值“0”被输出到输出端口3。并且，在选择电路2提供了输出端口4，并且通过向输出端口3的数量加“1”而获得的值被输出到输出端口4，其中上述电平值a到h被输出到输出端口3。

即，当在一个被观看像素和多个周围像素之间的多个差的绝对值都小于基准电平θ的值的时候，电平值a到h被从选择电路2的多个输出端口3输出，并且值“9”被输出到输出端口4。而且，当在一个被观看像素和多个周围像素之间的多个差的绝对值都大于基准电平θ的值的时候，值“0”被从选择电路2的所有输出端口3输出，并且值“1”被从输出端口4输出。

选择电路2的输出端口3的输出和被观看像素o的电平值o被提供到加法器5，由加法器5的输出端口6选择的值被提供到减法器7。并且，从选择电路2的输出端口4输出的值被提供到除法器7。然后，在除法器7中，从加法器5的输出端口6输出的值被除以从选择电路2的输出端口4输出的值，上述运算的结果由输出端口8输出。

特定的基准电平θ被设置，并且当周围像素的电平被包括在被观看像素的电平的±θ的范围内的时候这些电平被并入平均因素，但是如果它们未被包括在±θ的范围内则不被并入平均因素，然后，搜索是否将所有的周围因素并入平均因素，仅仅要并入为平均因素的周围像素被当作运算对象，结果通过被观看像素的平均运算获得的被观看像素的一个新值被输出到输出端口8。

上述设备的选择电路2的具体电路配置与图6所示的配置类似。即，在图6中，例如，获得数量等于上述周围像素的数量的8个比较器20。上述周围像素的电平值a到h、被观看像素的电平值o和基准电平θ的值被输入到多个比较器20中。然后，当周围像素和被观看像素之间的差的绝对值小于基准电平θ的值的时候每个比较器20输出值“1”。

而且，从每个比较器20输出的信号被提供到一个与门21。并且，当从每个上述比较器20输出的信号等于“1”的时候，周围像素的电平值a到h被提供到与门21而且周围像素的电平值a到h的对应的一个被通过与门21输出到输出端口3。并且，从比较器20输出的信号被提供到加法器22。并且，加法器22的加法输出被提供到加法器23并被加“1”和输出到输出端口4。

因此，在这种电路配置的情况下，当在电平值a到h和被观看像素的电平值o之间的差的绝对值小于基准电平θ的时候，周围像素的电平值a到h被通过与门21输出。并且，当上述差的绝对值大于基准电平θ的值的时候输出值“0”。并且，经由上述与门21输出到输出端口3的电平值a到h加“1”获得的值被输出到输出端口4。

于是，当上述多个差的绝对值小于基准电平θ的值和向输出电平值a到h的数量加“1”获得的值的时候选择电路2输出电平值a到h。而且，电平值a到h和被观看像素的电平值o被相加，这个相加值除以通过向输出电平值a到h的数量加“1”获得的值。因此，平均运算被施加到仅仅作为平均因素的像素，得到被观看像素的一个新值。

于是，在上述的ε滤波器的情况下，有可能有效地减少噪音同时保护图像边缘。但是，即使当利用ε滤波器的时候，因为由LPF进行基本的处理，具有高频分量和小幅度的图像细节消失。同时，当对象平的时候噪音容易变得显著并且ε滤波器具有大的作用。但是，当存在许多高频分量的时候，ε滤波器的作用较小，并且噪音不容易变得显著。

因此，当对象具有许多高频分量的时候，ε滤波器被关闭。但是，是否执行由ε滤波器的信号处理是一个选择。在这种情况下，出现这样的一种情况，即是否执行处理的状态不必然是最佳图像处理。即，当不执行操作的时候噪音增加，或当根据对象的内容而执行操作的时候图像细节消失。

发明内容

本发明使得有可能通过控制与由所谓的ε滤波器进行的平均运算相关的被观看像素的比率而有选择地设置信号处理的程度。因此，在本发明的情况下，通过加权被观看像素的电平值和有选择地控制加权的比率而执行平均运算。本发明的减少图像噪音方法和设备对应于上述内容而公开。

附图说明

图1是用于应用了本发明的减少图像噪音方法和装置的选择电路的一个实施例的配置的方框图。

图2是用于应用了本发明的减少图像噪音方法和装置的选择电路的另一个实施例的配置的方框图。

图3是用于说明图2的配置的必要部分的方框图。

图4是说明图2的配置的操作的图。

图5是用于说明传统的减少图像噪音设备的方框图。

图6是示出用于传统的减少图像噪音方法和设备的选择电路的配置的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明。图1是用于应用了本发明的减少图像噪音方法和装置的选择电路的一个实施例的配置的方框图。在图1中，对应于图5的部分具有相同的符号。

在图1中，模式1示出了在与图5相同的图像区域中的特定点，所述图像区域成像被观看像素o及其周围像素a、b、c、d、e、f、g和h的状态。而且，当将这些像素的电平值替换为相同的符号a到h和o的时候，这些周围像素的电平值a到h被提供到选择电路2。并且，上述基准电平θ的值和被观看像素的电平值o被输入到选择电路2。

在选择电路2中，在周围像素a的电平值a和被观看像素o的电平值o之间的差的绝对值(|a-o|)被首先计算，并且这个差的绝对值被与基准电平θ相比较。然后，当上述差的绝对值小于基准电平θ的值的时候，电平值a被输出到输出端口3。并且，当所述差的绝对值大于基准电平θ的值的时候，电平值不输出到输出端口3但值“0”被输出。而且，对于其他周围像素b到h的电平值b到h进一步进行相同的计算。

因此，例如，数量等于周围像素的数量的8个输出端口3被提供到选择电路2，并且当上述差的绝对值小于基准电平θ的值的时候电平值a到h被输出到输出端口3，当上述差的绝对值大于基准电平θ的值的时候值“0”被输出到输出端口3。而且，在选择电路2提供了输出端口4，并且输出端口3的数量值被输出到输出端口4，其中上述电平值a到h被输出到输出端口3。这一点不同于图5的情况。

即，当在一个被观看像素和多个周围像素之间的多个差的绝对值都小于基准电平θ的值的时候，电平值a到h被输出到多个输出端口3，并且值“8”被输出到输出端口4。而且，当在一个被观看像素和多个周围像素之间的多个差绝对值都大于基准电平θ的值的时候，值“0”被从所有输出端口3输出，并且值“0”被输出到输出端口4。

另外，上述被观看像素的电平值o被提供到乘法器9，并且一个选用的增益设置值α被提供到乘法器9并执行(α×o)的相乘。然后，从乘法器9的输出端口10得到的相乘值“α×o”被提供到加法器5并被加上由选择电路2的输出端口3选择的电平值a到h。并且，从加法器5的输出端口6得到的相加值被提供到除法器7。

并且，上述的增益设置值α被提供到加法器11并被加上从选择电路2的输出端口4输出的一个值。然后，增益设置值α和被输出电平值a到h的输出端口3的数量的值的相加值被提供到除法器7，所述相加值由加法器11的输出端口12获得。于是，在除法器7中，从加法器5的输出端口6输出的值被除以从加法器11的输出端口12输出的值，运算结果被从输出端口8获得。

因此，当增益设置值α等于例如1的时候，传统的平均运算被执行，并且从输出端口8获得通过平均运算获得的被观看像素的新值。但是，当将增益设置值α取值例如8的时候，与平均运算相关的被观看像素的比率增加，从输出端口8得到的被观看像素的新值的改变减少，并且得到接近于原始值的新值。

即，当在一个被观看像素和多个周围像素之间的多个差绝对值都小于基准电平θ的时候，从加法器5的输出端口6得到值[a+b+c+d+e+f+g+h+α×o]。并且从加法器11的输出端口12得到值[8+α]。然后，在除法器7中，[a+b+c+d+e+f+g+h+α×o]/(8+α)被计算并从输出端口8被得到。

于是，例如，当在一个被观看像素和多个周围像素之间的多个差绝对值都小于基准电平θ并且增益设置值α取值为1的时候，从输出端口8得到新值[a+b+c+d+e+f+g+h+α×o]/(8+1)。在这种情况下，在新值中的多个周围像素和一个被观看像素的比率是整体的1/9＝11.1％因此图像细节分量变成1/9。

当在一个被观看像素和多个周围像素之间的多个差绝对值都小于基准电平θ并且增益设置值α取值为8的时候，从输出端口8得到新值[a+b+c+d+e+f+g+h+8×o]/(8+8)。在这种情况下，在新值中的多个周围像素和一个被观看像素的比率是整体的1/16＝6.25％，而被观看像素的比率是8/16＝50％。

即，在这种情况下，通过设置增益设置值为8，被观看像素的比率提高并且噪音减少的效果被降低了相当于所述提高比率的值，但是保护了图像细节分量。于是，通过在上述电路中有选择地设置增益设置值α，有可能通过控制与由所谓的ε滤波器进行的平均运算相关的被观看像素的比率而有选择地设置信号处理的程度，因此可以进行最佳图像处理。

因此，例如，摄影师确定对象的状态并设置增益设置值α为一个选用值以便可以进行最佳图像处理。具体而言，增益设置值α在诸如海滩或沙丘的平坦对象的情况下被设置为1，在诸如街脚的变化对象的情况下被设置为8。当摄影师实际手动设置增益设置值α的时候，将它设置为诸如1或8的两个阶段之一较为合适。

但是，即使当进行上述设置的时候，ε滤波器的操作也继续。因此，即使增益设置值α被设置为8，虽然效果变差但噪音被减少。这一点于上述的传统的ε滤波器不同，在那里不选择是否执行信号处理。而且，当设置不包括由ε滤波器执行的信号处理的时候，有可能将一个合适的信号处理施加到各种类型的对象。

因此，在上述的实施例的情况下，因为通过加权被观看像素的电平值和有选择地控制加权电平值的比率而执行平均运算，因此有可能通过控制与在所谓的ε滤波器进行的平均运算相关的被观看像素的比率而有选择地设置信号处理的程度，因此执行最佳图像处理。

因此，按照本发明，有可能用传统的设备来解决下述问题——在所述设备中是否执行在所谓的ε滤波器中的信号处理是一个选项，虽然在这种情况下执行信号处理的状态或不执行信号处理的状态也不是必须为最佳图像处理。

在上述实施例的情况下，摄影师确定一个对象的状态并手动设置增益设置值α。但是，也有可能通过经由图像处理等而确定对象的图像而自动设置增益设置值α。下面说明使得有可能自动设置增益设置值α的一个实施例。

即，在这种情况下，多个周围像素的电平值a到h和被观看像素的电平值o被提供到图2所示的一个α计算部分13。在α计算部分13中，通过α计算部分13确定由上述的被观看像素和周围像素形成的图像的空间频率，并且通过确定空间频率的分布来计算增益设置值α。然后，由α计算部分13计算的增益设置值α被提供到上述的乘法器10和加法器11。其他部分与图1的情况构成相同。

进一步，下面参照图3来说明上述α计算部分13的具体配置。但是，本发明的实施例不限于这个配置。在图3中，上述周围像素a到h和被观看像素o的电平值被提供到一个空间高通滤波器(HPF)100。高通滤波器100二维地检测当将被观看像素的抽头系数(tap coefficient)取值为“8”并将周围像素a到h的抽头系数取值为“-1”的时候在一个区域中存在多少高频分量。

然后，从高通滤波器100的输出端口101获得的信号被提供到转换为绝对值电路102，从转换为绝对值电路102的输出端口103获得的信号被提供到低通滤波器(LPF)104。而且，从低通滤波器104的输出端口105获得的信号被提供到比较器106，并与有选择地设置的基准值(Reg)比较，比较输出被提供到选择器107的控制端。

因此，在选择器107中，当作为周围像素a到h和被观看像素o的空间频率分量的高频分量的数量提高的时候，比较器106的比较输出变成“H”，并且选择增益设置值α1＝8。但是，当作为周围像素a到h和被观看像素o的空间频率分量的高频分量的数量降低的时候，比较器106的比较输出变成“L”，并且选择增益设置值α2＝1。然后从α计算部分13得到一个选择的增益设置值α。

即，当例如输入在图4A中示出的信号的时候，高通滤波器100的输出示出图4B所示的波形，通过将信号转换为绝对值而获得的转换为绝对值电路102的输出示出了图4C所示的波形。在这种情况下，在图4C的左边信号改变缓和的输入信号的部分，转换为绝对值电路102的输出变成低电平，在图4C的右边输入信号改变激烈的部分转换为绝对值的输出变成高电平。

然后，这些信号被发送到低通滤波器104以获得图4D所示的一个指示整个电平值的包络曲线的信号，通过由比较器106比较这个信号与预设的基准值(Reg)，有可能形成一个选择信号来用于由选择器107按照在输入信号中的改变程度来选择例如增益设置值α1＝8或增益设置值α2＝1。因此，从α计算部分13得到所选择的增益设置值α。

因此，按照本实施例，自动设置了增益设置值α，有可能消除摄影师手动设置值α的复杂性。而且，按照本实施例，有可能总是按照周围像素a到h和被观看像素o的状态来改变增益设置值α。例如，有可能对于一个独立对象的每个部分通过检测在一个屏幕上的所述部分而设置一个最佳的增益设置值α。

而且，在上述的实施例中，增益设置值α被设置到诸如增益设置值α1＝8或增益设置值α2＝1的两个级。但是，也有可能通过更精密地分析在周围像素a到h和被观看像素o的空间频率分量中的高频分量的比率来以多个级设置增益设置值α。而且，虽然未示出，但是有可能通过按照从α计算部分13输出的信号来控制选择电路2而控制是否由ε滤波器进行信号处理。

因此，上述的减少图像噪音方法是检测在被观看像素和它的周围像素之间的电平差、选择仅仅电平差小于基准值的像素和对它们进行平均运算的减少图像噪音方法，其中通过加权被观看像素的电平值和有选择地控制加权的电平值的比率并执行平均运算并因此控制与由所谓的ε滤波器进行的平均运算相关的被观看像素的比率而有选择地设置信号处理的程度，因此可以执行最佳的图像处理。

而且，上述的减少图像噪音设备是这样的减少噪音分量的减少图像噪音设备，它包括：检测装置，用于检测在被观看像素和它的周围像素之间的电平差；选择装置，用于仅仅选择电平差小于基准值的像素；运算装置，用于使用所选择的像素进行平均运算，所述设备使得有可能通过利用用于加权被观看像素的电平值、控制加权电平值的比率并由运算装置执行平均运算并因此控制与由所谓的ε滤波器进行的平均运算相关的被观看像素的比率的装置而有选择地设置信号处理的程度，因此可以执行最佳的图像处理。

本发明不限于上述的实施例，而允许各种改变，只要这些改变不脱离本发明的精神。

即，按照本发明，有可能通过加权被观看像素的电平值、控制加权的电平值的比率、执行平均运算并因此控制与由所谓的ε滤波器进行的平均运算相关的被观看像素的比率而有选择地设置信号处理的程度。

而且，按照本发明，有可能通过根据对象的图像而控制加权来按照对象的图像来进行最佳图像处理。

并且，按照本发明，有可能消除摄影师手动设置增益的复杂性，因为所述增益被通过确定由被观看像素及其周围像素组成的图像的空间频率和按照上述的确定结果控制加权而自动设置。

而且，按照本发明，有可能通过数字化和处理每个像素电平而执行非常优选的处理。

而且，按照本发明，有可能通过加权被观看像素的电平值、有选择地控制加权的电平值的比率、执行平均运算、因此控制与由所谓的ε滤波器进行的平均运算相关的被观看像素的比率并因此能够执行最佳图像处理而有选择地设置信号处理的程度。

而且，按照本发明，有可能通过利用用于按照对象的图像控制加权的装置按照对象的图像执行最佳图像处理。

并且，按照本发明，有可能消除摄影师手动设置增益的复杂性，因为所述增益被通过利用用于确定由被观看像素及其周围像素组成的图像的空间频率的装置和按照上述的确定结果控制加权的控制装置而被自动设置。

而且，按照本发明，有可能通过数字化和处理每个像素电平而执行非常优选的处理。

因此，传统的设备选择是否由所谓的ε滤波器执行信号处理。在这种情况下，发生这样的情况，其中执行或不执行处理的状态不必然是最佳图像处理。但是本发明可以优选地解决这个问题。

Claims (8)

1.一种减少图像噪音方法，包括下列步骤：检测一个被观看像素和它的周围像素之间的电平差；仅仅选择所述电平差小于基准值的像素，其特征在于该方法还包括下列步骤：

用增益设置值加权所述被观看像素的电平值；

有选择地控制所述加权的比率；和

计算加权的被观看像素与所述被选择的周围像素的平均值。

2.按照权利要求1的减少图像噪音方法，其特征在于按照被观看像素及其周围像素组成的图像而控制加权。

3.按照权利要求1的减少图像噪音方法，其特征在于确定由被观看像素及其周围像素组成的图像的空间频率和按照上述的确定结果控制加权。

4.按照权利要求1的减少图像噪音方法，其特征在于数字化处理每个像素电平。

5.一种用于减少噪音分量的减少图像噪音设备，包括：

检测装置，用于检测在一个被观看像素与周围像素之间的电平差；和

选择装置，用于仅仅选择所述电平差小于基准值的像素；

其特征在于还包括：

加权装置；用于用增益设置值加权所述被观看像素的电平值；

控制装置，有选择地控制所述加权的比率；以及

运算装置，用于计算加权的被观看像素与所述被选择的周围像素的平均值。

6.按照权利要求5的减少图像噪音设备，其特征在于所述控制装置按照被观看像素及其周围像素组成的图像来控制加权。

7.按照权利要求5的减少图像噪音设备，其特征在于包括一确定装置，用于确定由被观看像素及其周围像素组成的图像的空间频率；并且所述控制装置按照上述的确定结果控制加权。

8.按照权利要求5的减少图像噪音设备，其特征在于数字化处理每个像素电平。

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