CN1365568A - N－维滤波原始图象像素的n－维滤波器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及公知N－维滤波器(100)和方法,用于N－维滤波以对原始图象像素进行降噪。但是当需要良好的图象质量时,对图象像素仅执行降噪经常是不够的。因此,还要执行附加清晰度增强(峰化)。但是,降噪和峰化有对应的频谱特性,当连续进行降噪和峰化时不能得到最佳结果。从上述现有技术出发,本发明的一个目的是以更简单和更低廉的方式提供对原始像素的降噪和清晰度增强。根据本发明,通过定义所述传输函数的系数α(p,n)或β(p,n),从而该传输函数能够对上述N－维滤波器(100)的输入信号进行降噪和清晰度增强,该目的得以解决。

Description

N-维滤波原始图象像素的N-维滤波器和方法

发明的领域

本发明涉及具有对原始图象像素进行降噪的传输函数的N-维滤波器，该像素由接收的输入信号提供给N-维滤波器，其中所述的传输函数包括至少一个滤波系数。

本发明还涉及按照传输函数N-维滤波原始图象像素p从而对所述像素p进行降噪的方法。

发明的背景

这样的N-维滤波器或滤波方法在本技术领域公知，比如EP0682841B1。在上述的欧洲专利说明书中，传输函数F_f(p)按如下定义公开： $F_f\left(p\right)=G\left(p\right)\·[F\left(p\right)+\mathrm{\γ}\underset{n\∈N_1}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\α}(p,n)\·F(p+n)+\mathrm{\δ}\underset{n\∈N_2}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\β}(p,n)\·F_f(p+n)]---\left(1\right)$

其中

N₁，N₂：是定义一个原始图象像素一维、二维或三维邻域的向量组；

n：确定实际像素在上述邻域N₁，N₂中的位置；

G(p)：是标准化因数；

α(p，n)，β(p，n)：是上述N-维滤波器，特别是上述传输函数F_f(p)的滤波系数；

γ，δ：是预先定义的常数；

而且，在上述欧洲专利说明书中，滤波系数被如下定义： 其中参数Δ和Δ_f按如下定义：

Δ(p，n)＝|F(p+n)-F(p)|                                   (4)

Δ_f(p，n)＝|F_f(p+n)-F(p)|                               (5)

并且其中

Th₁，Th₂：是预定阈值；而且

w1，w2：是正整数值。

图4示出了一个滤波系数α(p，n)或β(p，n)幅度的典型分布的例子。

应当注意，按照EP0682841B1，滤波系数α和β被如此定义，从而传输函数对输入信号，即特别是原始图象像素，仅执行降噪。在按照公式(1)的传输函数的情况中，这通过定义滤波系数α和β在公式(2)和(3)中始终为正而实现的。

但是，为了改善图象质量，只进行降噪经常是不够的。在图象信号接收机中，图象并且特别是图象像素的清晰度增强(峰化)通常也被额外要求。传统上这两个操作连续执行。在这些情况中，噪声滤波器具有比如传输函数(1)，而清晰度增强功能由另一个具有另一传输函数的分离的滤波器实现。

但是这种串行排列在频谱上不能产生最佳的效果。这是因为降噪通常是低通滤波操作，而峰化是高通操作。所以，对两个滤波器存在矛盾的频谱要求，通常一方的优化导致另一方的劣化。如果降噪在峰化后进行，则噪声滤波器会消除峰化滤波器产生的清晰度增强。通常峰化在降噪滤波后进行，因为这样会得到较可接受的性能。但是，这也需要一些妥协，因为峰化会增强剩余的图象噪声。

发明的简述

从上述现有技术出发，本发明的目的是以更简单和更低廉的方式提供对原始像素的降噪和清晰度增强。

按照权利要求1通过定义传输函数的至少一个滤波系数，从而N-维滤波器能够对输入给N-维滤波器的信号进行降噪和清晰度增强，对于公知的N-维滤波器的上述目的得以解决。

两个操作，降噪和清晰度增强，被数学结合并在上述一个N-维滤波器的传输函数中执行；结果，当对信号应用传输函数时，两个操作同时应用于信号。

从而无须将分离的清晰度增强滤波器与降噪滤波器串联。因此解决方案可以简单并低廉地执行。

有利的是，当对原始像素使用传输函数时，原始像素邻域中的每个像素都有助于原始像素的降噪或清晰度增强，但不是同时对两者都有帮助。

根据优选实施例，传输函数按照权利要求3被定义。该传输函数F_f(p)由于循环的特性而具有非常普遍的优点。它使得已滤波像素能够用于计算新像素的传输函数F_f(p)。

为了使按照权利要求2的传输函数能够执行降噪和清晰度增强，上述传输函数的滤波系数α(p，n)或β(p，n)最好如权利要求4提出的那样来设计。该系数如此定义，从而它们根据预定参数Δ或Δ_f是否介于预定阈值Th3和Th4之间而具有第一或第二符号。参数Δ或Δ_f最好表示上述预定的原始像素N-维邻域内相邻像素的灰度值和原始像素本身的灰度值之间的差。滤波系数不同的符号有利地保证降噪和清晰度增强操作由同样的传输函数实现但分别对原始像素的不同相邻像素执行。以这种相互专用的方式，两种操作的矛盾的频谱特性至少被部分克服。

由上述N-维滤波器仅过滤输入信号的选定频谱分量是有利的。此时，上述输入信号的其余部分，通常是视频信号，由上述N-维滤波器不经滤波而通过。

本发明更多的有利的实施例是其余的从属权利要求的主题。

以上确定的本发明的目的进一步由权利要求11中描述的方法解决。上述方法的优点与N-维滤波器的上述优点相对应。

最后，上述目的由权利要求12中要求的显示装置解决。

附图的简要说明

随描述共有四个附图，其中

图1示出了按照本发明的空间噪声滤波的二维窗口；

图2示出了按照本发明的滤波系数α(p，n)、β(p，n)的幅度的例子；

图3示出了按照本发明的显示装置；和

图4示出了按照现有技术的滤波系数α(p，n)、β(p，n)的幅度的例子。

实施例的详细说明

下面将参照图1和2描述本发明的优选实施例。

本发明最好但不只涉及非线性空间、循环空间或空间-时间滤波器。因此，本发明可以，比如，基于具有如公式1定义的传输函数F_f(p)的非线性循环空间-时间滤波器。上述传输函数为输入上述滤波器的原始图象像素确定滤波器的输出。根据常数γ或δ之一是否为零，传输函数包括不同数量的滤波器系数组α、β。通常为了确定上述滤波器输出，上述传输函数执行分别属于滤波系数组α和β的滤波系数α(p，n)、β(p，n)的算术合并，按照本发明，上述系数如下定义：

其中变量和参数p、n、Δ_f、Th₁-Th₄、w1和w2按上面描述的定义。阈值Th₁-Th₄可以自由选择。

但是，在参数Δ或Δ_f分别介于Th₃和Th₄之间时，即相邻像素灰度值和原始像素灰度值间的差介于阈值Th₃和Th₄之间时，系数α(p，n)和β(p，n)的定义与现有技术中的定义不同。

图1示出了图象的原始即实际考虑的像素周围的相邻像素的典型2-维排列。

如果参数Δ或Δ_f分别介于Th₃和Th₄之间，系数α(p，n)和β(p，n)具有负号并且是可以自由设计为预定值的P≠0的数值。此时峰化允许应用于所有那些不参与加权平均的，即不是旨在降噪的相邻像素。降噪应用于其系数为正的相邻像素。这样，当确定原始像素的滤波输出F_f(p)时，以相互专用的方式可以在同一滤波器中实现滤波和峰化。

图2示出了按照本发明滤波系数的典型分布的例子。应当注意，按照本发明，这些滤波系数可以不仅用w1和w2表示的为正值，也可以用P表示的为负值。这样，按照本发明，根据公式(1)的传输函数能够对原始图象像素不仅进行降噪，还能进行清晰度增强。

在一个横向空间滤波器的实验修正实施例中，使用下列邻域N₁达到了很好的效果： $N_1=\{\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-2\\ 0\\ 0\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-4\\ 0\\ 0\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}2\\ 0\\ 0\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}4\\ 0\\ 0\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-2\\ -2\\ 0\end{array}\right]\}$ $\left[\begin{array}{c}2\\ -2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}6\\ -2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-6\\ -2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}10\\ -2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}0\\ -4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-4\\ -4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}4\\ -4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}8\\ -4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-8\\ -4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-2\\ 2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}2\\ 2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}6\\ 2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-6\\ 2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}10\\ 2\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}0\\ 4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-4\\ 4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}4\\ 4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}8\\ 4\\ 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-8\\ 4\\ 0\end{array}\right]\}$ 同时选择w1＝1，w2＝1/4，Th₂＝4·Th₁，Th₃＝5·Th₁，Th₄＝8·Th₁，γ＝1，和β＝0。Th₁与噪声级别相适应。P可以设计并具有-1/16和0之间的数值。

应当注意，一些其它的结构，比如基于块、场或帧，是可能的。

图3示出了用于显示图象的显示装置200，比如电视机或计算机监视器。上述显示装置包括如权利要求1中要求的用于在上述显示装置显示输入图象之前对其进行处理的N-维滤波器100。

Claims (12)

1.具有对原始图象像素p进行降噪的传输函数的N-维滤波器(100)，该像素由接收的输入信号提供给N-维滤波器(100)；

其特征在于传输函数的至少一个滤波系数被如此定义，从而传输函数能够对输入给上述N-维滤波器(100)的信号进行降噪和清晰度增强。

2.按照权利要求1的N-维滤波器(100)，

其特征在于上述传输函数的每个滤波系数分别指定给包括在所述原始像素N-维邻域中的相邻像素中不同的一个，并且定义指定的相邻像素是否有助于原始像素的降噪或清晰度增强。

3.按照权利要求1的N-维滤波器(100)，

其特征在于传输函数按如下定义： $F_f\left(p\right)=G\left(p\right)\·[F\left(p\right)+\mathrm{\γ}\underset{n\∈N_1}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\α}(p,n)\·F(p+n)+\mathrm{\δ}\underset{n\∈N_2}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\β}(p,n)\·F_f(p+n)]$ 其中p(x，y，t)：表示原始或相邻像素的空间和时间位置；N₁，N₂：是定义原始像素一维、二维或三维邻域的向量；n：表示当前相邻像素在邻域N₁，N₂中的位置；G(p)：是标准化因数；α，β：是传输函数的滤波系数组α(p，n)和β(p，n)；γ，δ：是常数；并且F(p)：是输入到上述N-维滤波器(100)的输入亮度信号。

4.按照权利要求3的N-维滤波器(100)，其特征在于α(p，n)表示滤波系数中的第一组α的滤波系数，并定义为：

β(p，n)表示滤波系数中的第二组β的滤波系数，并定义为：

其中：

Th₁-Th₄：是阈值

P：是负的可设计参数

w1，w2：是正的可设计参数；并且

其中参数Δ和Δ_f按如下定义：

Δ(p，n)＝|F(p+n)-F(p)|

Δf(p，n)＝|F_f(p+n)-F(p)|

5.按照权利要求1的N-维滤波器(100)，

其特征在于原始像素和具有时间分量t的相邻像素p(x，y，t)^T都用于降噪或去除运动模糊。

6.按照权利要求5的N-维滤波器(100)，

其特征在于像素p(x，y，t)^T被运动补偿或不被运动补偿。

7.按照权利要求1的N-维滤波器(100)，

其特征在于输入信号是视频信号的选定频谱分量。

8.按照权利要求2的N-维滤波器(100)，

其特征在于滤波系数α(p，n)或β(p，n)被实时调节。

9.按照权利要求1的N-维滤波器(100)，

其特征在于第一符号是+号，而第二符号是-号。

10.按照权利要求1的N-维滤波器(100)，

其特征在于N-维滤波器(100)包含在应用专用集成电路ASIC中。

11.按照传输函数对原始图象像素就降噪进行N-维滤波的方法，其特征在于该方法包括步骤：

定义传输函数的至少一个滤波系数，从而传输函数能够对输入给上述N-维滤波器(100)的原始图象像素进行降噪和清晰度增强。

12.用于显示图象的显示装置(200)，包括权利要求1中所述的N-维滤波器(100)。

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