KR19990039993A - Adaptive 3D Median Filter and Its Noise Reduction Method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적응적 3차원 미디언 필터와 그의 잡음 제거 방법에 관한 것으로 특히, 프레임의 손상 여부 및 그때 손상된 프레임 내의 픽셀수를 산출함에 의해 비선형 랭크 필터의 선택 여부를 결정함으로써 임펄스 잡음 제거에 소요되는 계산량을 줄여 실시간 영상 처리를 가능하게 하고 손상되지 않은 픽셀을 보존할 수 있도록 창안한 것이다. 이러한 본 발명은 현재 영상의 잡음 지수가 소정값보다 작을 때 임펄스 잡음을 제거하는 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220)과, 현재 영상의 잡음 지수가 소정값보다 클 때 임펄스 잡음을 제거하는 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230)과, 상기 제1,제2 비선형 랭크 필터(220)(230)에서 산출한 손상된 픽셀의 수를 계산하여 소정치보다 작을 때 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220)을 선택하고 소정치보다 클 때 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230)을 선택하도록 스위칭부(250)를 제어하는 픽셀 선택 블럭(240)과, 이전 프레임의 신호, 다음 프레임의 신호의 각각의 값과 상기 현재 프레임의 신호값을 비교하여 그 차값들이 소정값보다 작으면 현재 프레임의 신호를 선택하고 그 차값이 소정값보다 크면 상기 스위칭부(250)의 출력신호를 선택하도록 스위칭부(270)를 제어하는 프레임 선택 블럭(260)으로 구성함을 특징으로 한다.The present invention relates to an adaptive three-dimensional median filter and a noise canceling method thereof, and more particularly, to determine whether a nonlinear rank filter is selected by calculating whether a frame is damaged and the number of pixels in the damaged frame. It is designed to reduce the amount of computation to enable real-time image processing and to preserve intact pixels. The present invention includes a first nonlinear rank filter block 220 that removes impulse noise when the noise figure of the current image is less than a predetermined value, and a second nonlinear that removes impulse noise when the noise figure of the current image is greater than a predetermined value. The first nonlinear rank filter block 220 is selected when the number of damaged pixels calculated by the rank filter block 230 and the first and second nonlinear rank filters 220 and 230 is smaller than a predetermined value. A pixel selection block 240 for controlling the switching unit 250 to select the second non-linear rank filter block 230 when it is larger than a predetermined value, a value of a signal of a previous frame, a signal of a next frame, and the current frame; Selects a signal of the current frame if the difference values are smaller than a predetermined value, and selects a frame controlling the switching unit 270 to select an output signal of the switching unit 250 if the difference is greater than a predetermined value.Characterized in block 260.

Description

적응적 3차원 미디언 필터와 그의 잡음 제거 방법Adaptive 3D Median Filter and Its Noise Reduction Method

본 발명은 영상 복원에 관한 것으로 특히, 임펄스 잡음 제거를 위한 적응적 3차원 미디언 필터와 그의 잡음 제거 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to image reconstruction, and more particularly, to an adaptive three-dimensional median filter for impulse noise cancellation and a method for removing the noise thereof.

현재 영상 전송 및 압축 기술의 발전으로 영상 전송의 고속화와 대용량의 영상 저장이 가능하게 되었으나 영상 전송동안 잡음 등에 의하여 영상의 손상이 심각한 문제로 제기되었다.The development of image transmission and compression technology has made it possible to speed up image transmission and store large amounts of images. However, image damage has been a serious problem due to noise during image transmission.

이러한 영상의 손상을 방지하기 위하여 종래에는 미디언 핀터, 가중 미디언 필터 및 FMH 필터 등을 사용한 방법이 제시되었다.In order to prevent such image damage, a method using a median filter, a weighted median filter, an FMH filter, and the like has been conventionally proposed.

상기 미디언 필터를 사용하는 방법은 가장 일반적인 방법으로 현재 픽셀 주위에 일정한 윈도우를 취하여 해당하는 값들의 중간값으로 현재 픽셀값을 대체함으로써 잡음에 의해 손상된 픽셀을 복원한다.The method using the median filter is the most common method to restore a pixel damaged by noise by taking a constant window around the current pixel and replacing the current pixel value with the median of the corresponding values.

상기 가중 미디언 필터를 사용하는 방법은 현재 픽셀 주위에 일정한 윈도우를 취하여 해당하는 값에 가중치를 주어서 중간값을 찾음으로써 잡음에 의해 손상된 픽셀을 복원한다.The method using the weighted median filter recovers pixels damaged by noise by taking a constant window around the current pixel and weighting the corresponding value to find the intermediate value.

상기 FMH(FIR median hybrid) 필터를 사용하는 방법은 현재 픽셀 주위에 일정한 윈도우를 여러 개로 세분하여 각각에 FIR 필터를 취하고 이 값에 대하여 미디언 처리를 하여 잡음에 의해 손상된 픽셀을 복원한다.The method using the FIR median hybrid (FMH) filter subdivides a constant window around the current pixel into several pieces, takes an FIR filter on each of them, and mediates the value to restore pixels damaged by noise.

그러나, 종래의 기술은 많은 계산량에 의해 처리 속도가 저하됨은 물론 잡음에 의해 손상되지 않은 픽셀에도 영향을 미쳐 영상이 흐리게 되는 문제점이 있었다.However, the conventional technology has a problem in that the processing speed is reduced by a large amount of computation, and the image is blurred by affecting pixels that are not damaged by noise.

즉, 일반적인 미디언 필터를 사용하는 방법은 잡음이 많을 경우에는 효과가 없고 계산량도 많으며 손상되지 않은 픽셀도 다른 값으로 대체시켜 영상이 흐려지는 문제점이 있다.In other words, the method of using a general median filter is not effective when there is a lot of noise, there is a large amount of calculation, and there is a problem that the image is blurred by replacing intact pixels with other values.

또한, 가중 미디언 필터를 사용하는 방법은 영상이 흐려지는 현상은 줄어드나 계산량이 가중치에 따라 상대적으로 급격하게 늘어나서 처리 속도가 저하되는 문제점이 있다.In addition, the method of using a weighted median filter reduces the blurring of the image but increases the amount of calculation relatively sharply according to the weight, thereby lowering the processing speed.

그리고, FMH 필터를 사용하는 방법은 계산량이 많고 최적의 FIR 필터를 찾기가 어려운 문제점이 있다.In addition, the method using the FMH filter has a large amount of calculation and it is difficult to find an optimal FIR filter.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 프레임의 손상 여부 및 그때 손상된 프레임 내의 픽셀수를 산출함에 의해 비선형 랭크 필터의 선택 여부를 결정함으로써 임펄스 잡음 제거에 소요되는 계산량을 줄여 실시간 영상 처리를 가능하게 하고 손상되지 않은 픽셀을 보존할 수 있도록 창안한 적응적 3차원 미디언 필터와 그의 잡음 제거 방법을 제공함에 목적이 있다.Accordingly, the present invention can reduce the amount of computation required to remove the impulse noise by real-time image processing by determining whether a nonlinear rank filter is selected by calculating whether the frame is damaged and the number of pixels in the damaged frame in order to improve the conventional problem. The purpose of the present invention is to provide an adaptive three-dimensional median filter and its noise canceling method, which are designed to preserve the undamaged pixels.

도 1은 본 발명의 입력 픽셀을 보인 예시도.1 is an exemplary view showing an input pixel of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예를 보인 블럭도.2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에서 각 프레임당 잡음 지수를 산출한 예시도.3 is an exemplary view calculating a noise figure for each frame in the present invention.

도 4는 본 발명과 종래 기술을 비교한 신호대 잡음비를 보인 파형도.Figure 4 is a waveform diagram showing a signal-to-noise ratio comparing the present invention and the prior art.

도 5는 본 발명에서 영상 복원을 보인 예시도.5 is an exemplary view showing image restoration in the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

210,280 : 프레임 메모리 220,230 : 비선형 랭크 필터 블럭210,280: frame memory 220,230: nonlinear rank filter block

240 : 픽셀 선택 블럭 250,270 : 스위칭부240: pixel selection block 250, 270: switching unit

260 : 프레임 선택 블럭260 frame selection block

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 현재 영상의 잡음 지수가 소정치보다 작을 때 선택되어 영상내의 임펄스 잡음을 제거하는 제1 비선형 랭크 블럭과, 현재 영상의 잡음 지수가 소정치보다 많을 때 선택되어 영상내의 임펄스 잡음을 제거하는 제2 비선형 랭크 블럭과, 영상내에서 손상된 픽셀의 수를 계산하여 상기 제1,제2 비선형 랭크 블럭중 하나를 선택하는 픽셀 선택 블럭과, 영상 프레임의 변화량이 주어진 문턱값보다 작을 때 현재 프레임을 선택하는 프레임 선택 블럭으로 구성함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a first non-linear rank block that is selected when the noise figure of the current image is smaller than a predetermined value to remove impulse noise in the image, and is selected when the noise figure of the current image is larger than a predetermined value. A second nonlinear rank block for removing impulse noise in the image, a pixel selection block for selecting one of the first and second nonlinear rank blocks by calculating the number of damaged pixels in the image, and a threshold for a given amount of change in the image frame It is characterized by consisting of a frame selection block that selects the current frame when smaller than the value.

상기 제2 비선형 랭크 필터 블럭은 2개의 비선형 랭크 필터를 직렬 접속하여 구성함을 특징으로 한다.The second nonlinear rank filter block is configured by connecting two nonlinear rank filters in series.

또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 현재 영상의 프레임내에 손상된 픽셀이 있는지 판단하는 단계와, 상기에서 프레임내에 손상된 픽셀이 있는 경우 현재 영상의 잡음 지수를 판단하는 단계와, 상기에서 현재 영상의 잡음 지수에 따라 임펄스성 잡음을 제거하는 단계를 수행함을 특징으로 한다.In addition, the present invention is to determine whether there is a damaged pixel in the frame of the current image in order to achieve the above object, the step of determining the noise figure of the current image when there is a damaged pixel in the frame, and the current image And removing the impulsive noise according to the noise figure of.

상기에서 손상된 픽셀의 판단 단계는 이전 프레임과 다음 프레임의 각각 결과값과 현재 프레임의 값의 변화량이 문턱값보다 큰 경우 손상된 픽셀이 존재한다고 판단함을 특징으로 한다.The determining of the damaged pixel may include determining that the damaged pixel exists when the change amount of the result value of the previous frame and the next frame and the value of the current frame are larger than the threshold value.

상기에서 잡음 지수 판단 단계는 이전 프레임에 존재하는 손상된 픽셀의 갯수를 계산하여 판단하는 것을 특징으로 한다.The noise figure determination step is characterized by determining by counting the number of damaged pixels present in the previous frame.

상기 임펄스성 잡음 제거 단계는 잡음 지수가 문턱값보다 큰 경우 제2 비선형 랭크 필터 블럭을 실행하고 작은 경우 제1 비선형 랭크 필터 블럭을 실행하는 것을 특징으로 한다.The impulsive noise removing step is characterized in that when the noise figure is greater than the threshold, the second nonlinear rank filter block is executed, and when the noise figure is smaller, the first nonlinear rank filter block is executed.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도2 는 본 발명의 실시예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 영상신호(x(u,v,t+1)를 저장하는 프레임 메모리(210)와, 이전 프레임의 신호(y(u,v,t-1)), 다음 프레임의 신호(x(u,v,t+1)) 및 상기 프레임 메모리(210)의 출력 신호(x(u,v,t))를 입력받아 현재 영상의 잡음 지수가 소정값보다 작을 때 임펄스 잡음을 제거하는 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220)과, 이전 프레임의 신호(y(u,v,t-1)), 다음 프레임의 신호(x(u,v,t+1)) 및 상기 현재 프레임의 출력 신호(x(u,v,t))를 입력받아 현재 영상의 잡음 지수가 소정값보다 클 때 임펄스 잡음을 제거하도록 2개의 비선형 랭크 필터(231)(232)로 구성한 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230)과, 상기 제1,제2 비선형 랭크 필터(220)(230)중 하나를 선택하는 스위칭부(250)와, 상기 제1,제2 비선형 랭크 필터(220)(230)에서 산출한 손상된 픽셀의 수를 계산하여 소정치보다 작을 때 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220)을 선택하고 소정치보다 클 때 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230)을 선택하도록 상기 스위칭부(250)를 제어하는 픽셀 선택 블럭(240)과, 상기 프레임 메모리(210)의 출력신호(x(u,v,t))와 스위칭부(250)의 출력신호(xm(u,v,t))중 하나를 선택하는 스위칭부(270)와, 이 스위칭부(270)의 출력신호(y(u,v,t))를 저장하는 프레임 메모리(280)와, 이전 프레임의 신호(y(u,v,t-1)), 다음 프레임의 신호(x(u,v,t+1))의 각각의 값과 상기 현재 프레임의 신호(x(u,v,t))값을 비교하여 그 차값들이 소정값보다 작으면 상기 프레임 메모리(210)의 출력신호(x(u,v,t))를 선택하고 그 차값이 소정값보다 크면 상기 스위칭부(250)의 출력신호(xm(u,v,t))를 선택하도록 스위칭부(270)를 제어하는 프레임 선택 블럭(260)으로 구성한다.2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, as shown therein, a frame memory 210 storing an image signal x (u, v, t + 1), and a signal of a previous frame y (u , v, t-1)), the signal of the next frame (x (u, v, t + 1)) and the output signal (x (u, v, t)) of the frame memory 210 are received. The first nonlinear rank filter block 220 removes impulse noise when the noise figure is less than a predetermined value, the signal of the previous frame (y (u, v, t-1)), and the signal of the next frame (x (u). (v, t + 1)) and the output signal (x (u, v, t)) of the current frame to receive two non-linear rank filters (i) to remove impulse noise when the noise figure of the current image is greater than a predetermined value. 231 and 232, a second nonlinear rank filter block 230, a switching unit 250 for selecting one of the first and second nonlinear rank filters 220, 230, and the first, second Calculate the number of corrupted pixels calculated by the two nonlinear rank filters 220, 230 To select the first non-linear rank filter block 220 when smaller than the predetermined value, and to select the second non-linear rank filter block 230 when larger than the predetermined value. And a switching unit 270 which selects one of an output signal x (u, v, t) of the frame memory 210 and an output signal xm (u, v, t) of the switching unit 250. ), The frame memory 280 for storing the output signal y (u, v, t) of the switching unit 270, the signal (y (u, v, t-1) of the previous frame), and the next Compare each value of the signal x (u, v, t + 1) of the frame with the signal x (u, v, t) of the current frame and if the difference values are smaller than a predetermined value, the frame memory. Select the output signal x (u, v, t) of 210 and switch to select the output signal xm (u, v, t) of the switching unit 250 when the difference value is greater than a predetermined value; The frame selection block 260 controls the unit 270.

이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

본 발명의 장치에 프레임 단위의 영상 신호가 입력되면 프레임 메모리(210)에 일시 저장되어 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220), 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230) 및 프레임 선택 블럭(260)에 직접 입력됨과 아울러 프레임 메모리(210)에 일시 저장되어 상기 블럭(220)(230)(260)에 입력된다.When the image signal of the frame unit is input to the apparatus of the present invention, it is temporarily stored in the frame memory 210 and directly to the first nonlinear rank filter block 220, the second nonlinear rank filter block 230, and the frame selection block 260. In addition, the data is temporarily stored in the frame memory 210 and input to the blocks 220, 230, and 260.

그리고, 프레임 메모리(280)는 이전 프레임의 출력신호(y(u,v,t-1))를 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220), 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230) 및 프레임 선택 블럭(260)에 출력한다.The frame memory 280 may output the output signal y (u, v, t-1) of the previous frame to the first nonlinear rank filter block 220, the second nonlinear rank filter block 230, and the frame selection block ( 260).

즉, 본 발명은 도1 과 같이 현재 프레임의 9개 신호, 이전 프레임의 신호, 다음 프레임의 신호를 필요로 하며 현재 프레임의 결과를 계산하기 위하여 11개로 구성된 윈도우를 필요로 한다.That is, the present invention requires 9 signals of the current frame, a signal of the previous frame, and a signal of the next frame as shown in FIG. 1, and needs 11 windows to calculate the result of the current frame.

이는 아래의 식(1)과 같이 표시된다.This is expressed as in Equation (1) below.

---식(1) --- Equation (1)

이때, 프레임 선택 블럭(260)은 현재 프레임의 신호(x(u,v,t)), 다음 프레임의 신호(x(u,v,t+1)) 및 이전 프레임의 신호(y(u,v,t-1))를 입력받아 현재 프레임과 이전 프레임의 차의 절대값backward_difference = abs(x(u,v,t) - y(u,v,t)) 및 현재 프레임과 다음 프레임의 차의 절대값forward_difference = abs(x(u,v,t) - x(u,v,t+1))이 문턱값(Th)보다 작은지를 비교하여 현재 프레임의 손상 여부를 계산한다.At this time, the frame selection block 260 is a signal of the current frame (x (u, v, t)), a signal of the next frame (x (u, v, t + 1)) and a signal of the previous frame (y (u, v, t-1)), the absolute value of the difference between the current frame and the previous frame.backward_difference = abs (x (u, v, t)-y (u, v, t)) and the difference between the current frame and the next frame. Calculate whether the current frame is damaged by comparing whether the absolute value of forward_difference = abs (x (u, v, t)-x (u, v, t + 1)) is smaller than the threshold Th.

이에 따라, 차값들이 문턱값(Th)보다 모두 작은 경우 현재 프레임은 잡음에 의해 손상되지 않았다고 판단하여 프레임 메모리(210)에서 출력되는 현재 프레임의 신호(x(u,v,t))를 선택하도록 스위칭부(270)를 제어하고 반대로, 차값중 하나라도 문턱값(Th)보다 큰 경우 현재 프레임이 잡음에 의해 손상되었다고 판단하여 스위칭부(250)의 출력신호(xm(u,v,t))를 선택하도록 상기 스위칭부(270)를 제어한다.Accordingly, when the difference values are all smaller than the threshold value Th, it is determined that the current frame is not damaged by noise and selects the signal x (u, v, t) of the current frame output from the frame memory 210. On the contrary, if any one of the difference values is larger than the threshold Th, the switching unit 270 determines that the current frame is damaged by noise, and thus the output signal of the switching unit 250 (x m (u, v, t)). The switching unit 270 is controlled to select.

여기서, 프레임 상관성을 이용하여 이전 프레임(y(u,v,t-1)) 및 다음 프레임(x(u,v,t+1)의 각각의 값과 현재 프레임의 값의 변화량이 주어진 문턱값(Th)보다 작다고 판단한 경우 현재 프레임의 값은 잡음에 의해 손상되지 않았다고 볼 수 있으므로 스위칭부(270)이 현재 프레임의 신호를 선택하도록 함으로써 전체적인 필터의 계산량을 줄이게 된다.Here, using the frame correlation, the threshold value given the amount of change of each value of the previous frame (y (u, v, t-1)) and the next frame (x (u, v, t + 1) and the value of the current frame If it is determined to be smaller than (Th) it can be seen that the value of the current frame is not damaged by the noise, so that the switching unit 270 selects the signal of the current frame to reduce the amount of calculation of the overall filter.

실험적으로 상기 주어진 문턱값(Th)는 '10'이다.Experimentally the given threshold Th is '10'.

즉, 상기와 같은 프레임 선택 블럭(260)의 동작은 아래의 프로그램과 동일한 과정으로 수행된다.That is, the operation of the frame selection block 260 as described above is performed by the same process as the following program.

backward_difference = abs(x(u,v,t) - y(u,v,t));backward_difference = abs (x (u, v, t) -y (u, v, t));

forward_difference = abs(x(u,v,t) - x(u,v,t+1));forward_difference = abs (x (u, v, t) -x (u, v, t + 1));

if(backward_difference < Th && forward_difference < Th)if (backward_difference <Th && forward_difference <Th)

y(u,v,t) = x(u,v,t);y (u, v, t) = x (u, v, t);

elseelse

y(u,v,t) = xm(u,v,t);y (u, v, t) = x m (u, v, t);

만일, 현재 프레임이 잡음에 의해 손상되었다고 판단하여 스위칭부(270)를 스위칭부(250)로 절환시킨 경우 이전 프레임의 잡음 지수를 문턱값과 비교하여 비선형 랭크 필터 블럭(220)(230)중 하나를 선택시키게 된다.If it is determined that the current frame is damaged by noise and the switching unit 270 is switched to the switching unit 250, one of the nonlinear rank filter blocks 220 and 230 is compared with the threshold of the noise figure of the previous frame. Will be selected.

상기 제1,제2 비선형 랭크 필터 블럭(220)(230)은 픽셀이 손상된 경우 필터링된 신호를 출력하기 위하여 롬(ROM)을 구비한다.The first and second non-linear rank filter blocks 220 and 230 include a ROM to output the filtered signal when the pixel is damaged.

상기 롬(ROM)은 상기 식(1)과 같이 입력된 11개의 픽셀중 자기 자신값인 x(u,v,t)를 제외한 10개의 픽셀을 순차적으로 나열하여 아래 식(2)를 얻고 그 값을 이용하여 식(3)과 같은 롬(ROM)의 값(m(u,v,t))을 결정한다.The ROM (ROM) sequentially lists 10 pixels excluding its own value of x (u, v, t) among 11 pixels inputted as in Equation (1) to obtain Equation (2) below. Determine the value of the ROM (m (u, v, t)) as shown in equation (3).

---- 식(2) ---- Formula (2)

----- 식(3) ----- Formula (3)

먼저, 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220)은 이전 프레임의 잡음 지수가 주어진 문턱값(TL)보다 작을 때 수행되며 그 동작은 아래의 식(4)와 같다.First, the first nonlinear rank filter block 220 is performed when the noise figure of the previous frame is smaller than the given threshold TL, and the operation thereof is given by Equation 4 below.

------ 식(4) ------ Formula (4)

이때, 상수(a)의 값을 구하기 위해서는 아래의 식(5)와 같은 연산을 수행하여 차를 구한다.At this time, in order to obtain the value of the constant (a), the difference is calculated by performing the same operation as in Equation (5) below.

--- 식(5) --- Equation (5)

여기서, k = 1,...,5 이다.Where k = 1, ..., 5.

이에 따라, 상기 식(5)에 의해 구해진 5개의 값과 주어진 5개의 'TLk'값을 비교하여 어느 하나라도 크면 'a'는 '0'이 된다.Accordingly, by comparing the five values obtained by the above equation (5) with the given five 'TL k ' values, if any one is large, 'a' becomes '0'.

이때, 문턱값(TL)은 실험적으로 구해지며 그 값은 'TL1'=2, 'TL2'=10, 'TL3'=18, 'TL4'=40, 'TL5'=50 이다.At this time, the threshold value TL is experimentally obtained and the value is 'TL 1 ' = 2, 'TL 2 ' = 10, 'TL 3 ' = 18, 'TL 4 ' = 40, 'TL 5 ' = 50 .

따라서, 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220)의 출력신호()는 상수(a)의 값이 '0'인 경우 롬(ROM) 필터의 출력신호()가 되고 '1'인 경우는 프레임 메모리(210)의 출력신호()가 된다.Accordingly, the output signal of the first nonlinear rank filter block 220 ( ) Is the output signal of the ROM filter when the value of the constant (a) is '0'. ) And '1', the output signal of the frame memory 210 ( )

여기서, '1'인 경우는 잡음에 의하여 픽셀이 손상되지 않았음을 의미한다.In this case, '1' means that the pixel is not damaged by noise.

그리고, 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230)은 2개의 비선형 랭크 필터(231)(232)로 구성되어 이전 프레임의 잡음 지수가 주어진 문턱값(TH)보다 클 때 수행되며 그 동작은 아래 식(6)과 같다.Then, the second nonlinear rank filter block 230 is composed of two nonlinear rank filters 231 and 232, and is performed when the noise figure of the previous frame is larger than a given threshold TH. )

이 경우는 11개의 픽셀중 여러 픽셀이 임펄스 잡음에 의해 손상될 가능성이 높으므로 최대값과 최소값은 버린다.In this case, many of the eleven pixels are more likely to be damaged by impulse noise, so the maximum and minimum values are discarded.

------ 식(6) ------ Formula (6)

이때, 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230)은 출력 신호(xh(u,v,t))를 선택하기 위하여 아래 식(7)과 같은 연산을 통해 상수(b)의 값을 결정한다.In this case, the second nonlinear rank filter block 230 determines the value of the constant b through the operation as shown in Equation (7) below to select the output signal (x h (u, v, t)).

--- 식(7) --- Equation (7)

여기서, k = 2,...,5 이다.Where k = 2, ..., 5.

이에 따라, 상기 식(7)에 의해 구해진 4개의 값과 주어진 4개의 문턱값(THk)을 비교하여 어느 하나라도 크면 상수(b)는 '0'이 된다.Accordingly, by comparing the four values obtained by the above equation (7) with the given four thresholds TH k , if any one is large, the constant b becomes '0'.

이때, 문턱값(TH)은 실험적으로 구해졌고 그 값은 'TH2'=2, 'TH3'=10, 'TH4'=30, 'TH5'=40 이다.At this time, the threshold value TH was experimentally obtained, and the values are 'TH 2 ' = 2, 'TH 3 ' = 10, 'TH 4 ' = 30, and 'TH 5 ' = 40.

따라서, 비선형 랭크 필터 블럭(230)의 출력신호()는 'b'값이 '0'일 경우에는 롬(ROM) 필터의 출력신호(m(u,v,t))가 되고 '1'인 경우에는 프레임 메모리(210)의 출력신호(x(u,v,t))가 된다.Therefore, the output signal of the nonlinear rank filter block 230 ) Is the output signal m (u, v, t) of the ROM filter when the value of 'b' is '0', and the output signal x (of the frame memory 210 when it is '1'). u, v, t)).

이때, 상기와 같이 제1,제2 비선형 램크 필터 블럭(220)(230)에서 잡음에 의한 픽셀의 손상 여부를 판단하면 픽셀 선택 블럭(240)은 이전 프레임에서 손상된 픽셀 갯수를 계산하여 현재 프레임의 잡음 정도를 예측한다.In this case, when the first and second nonlinear Ram filter blocks 220 and 230 determine whether the pixels are damaged by noise, the pixel selection block 240 calculates the number of damaged pixels in the previous frame to determine the current frame. Predict the noise level.

즉, 픽셀 선택 블럭(240)은 제1,제2 비선형 랭크 필터 블럭(220)(230)에서 상수(a 또는 b)가 '0'으로 선택된 픽셀은 임펄스에 의해 손상된 픽셀이므로 이 갯수를 계산하고 그 계산된 수에 의해 프레임 내에서 손상된 픽셀의 비율을 백분율로 나타낸다.That is, the pixel selection block 240 calculates this number because the pixels selected by the constant (a or b) as '0' in the first and second nonlinear rank filter blocks 220 and 230 are pixels damaged by impulses. The calculated number indicates the percentage of corrupted pixels in the frame as a percentage.

따라서, 픽셀 선택 블럭(240)은 백분율이 소정치 이하일 경우 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220)의 출력신호(xl(u,v,t))를 선택하고 백분율이 소정치 이상일 경우 제2 비선형 랭크 필터 블럭(230)의 출력신호(xh(u,v,t))를 선택하도록 스위칭부(250)를 제어한다.Accordingly, the pixel selection block 240 selects the output signal x l (u, v, t) of the first nonlinear rank filter block 220 when the percentage is less than or equal to the predetermined value, and the second nonlinearity when the percentage is greater than or equal to the predetermined value. The switching unit 250 is controlled to select the output signal x h (u, v, t) of the rank filter block 230.

예를 들어, 백분율이 12% 이하일 경우 제1 비선형 랭크 필터 블럭(220)의 출력 신호(xl(u,v,t))가 선택되고 12% 이상일 경우 비선형 랭크 필터 블럭(230)의 출력 신호(xh(u,v,t))가 선택되어 스위칭부(270)를 통해 출력된다.For example, if the percentage is 12% or less, the output signal x l (u, v, t) of the first non-linear rank filter block 220 is selected and if it is 12% or more, the output signal of the non-linear rank filter block 230 is greater than 12%. (x h (u, v, t)) is selected and output through the switching unit 270.

즉, 본 발명은 도5 (a)와 같은 원래 영상이 잡음에 의해 도5 (b)와 같이 손상된 경우 그 프레임 내의 픽셀의 손상 여부를 판단하여 제1,제2 비선형 랭크 필터 블럭(220)(230)의 출력신호(xh(u,v,t))(xl(u,v,t))중 하나를 선택하도록 함으로써 최종적으로 도5 (c)와 같이 복원된 영상을 출력한다.That is, when the original image as shown in FIG. 5 (a) is damaged by noise as shown in FIG. 5 (b), the present invention determines whether the pixels in the frame are damaged or not, and thus, the first and second non-linear rank filter blocks 220 ( By selecting one of the output signals x h (u, v, t) and (x l (u, v, t)) of 230, a reconstructed image is finally output as shown in FIG.

그리고, 스위칭부(270)의 출력신호(y(u,v,t))는 다음 프레임의 손상 여부 판단을 위하여 프레임 메모리(280)에 저장되어 비선형 랭크 필터 블럭(220)(230) 및 프레임 선택 블럭(260)으로 출력된다.The output signal y (u, v, t) of the switching unit 270 is stored in the frame memory 280 to determine whether the next frame is damaged, thereby selecting the nonlinear rank filter blocks 220 and 230 and selecting the frame. Output is made to block 260.

한편, 상기와 같은 동작을 수행하는 본 발명은 176*144 규격의 QCIF 영상을 300개 프레임에 대해 성능 평가를 수행한 경우 각 프레임당 잡음 지수는 도3 과 같이 나타나고 종래 기술과 비교한 피크치 신호대 잡음비(PSNR ; Peak Signal to Noise Ratio)는 도4 와 같이 나타난다.Meanwhile, according to the present invention performing the above operation, when performing a performance evaluation on 300 frames of a 176 * 144 standard QCIF image, the noise figure per frame is shown in FIG. 3 and the peak value signal-to-noise ratio compared to the prior art. (PSNR; Peak Signal to Noise Ratio) is shown in FIG.

이러한 본 발명의 계산량은 일반적인 미디언 필터의 25% 정도이다.This calculation amount of the present invention is about 25% of the general median filter.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 영상 전송이나 저장에 의해 잡음에 손상된 영상을 빠른 방법으로 복원할 수 있으므로 실시간 영상 처리를 가능하게 하고 간단한 하드웨어 구성으로 잡음을 제거하여 영상이 흐려지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention can restore a video damaged or corrupted by image transmission or storage in a fast manner, thereby enabling real-time image processing and removing the noise by a simple hardware configuration to prevent the image from being blurred. It has an effect.

Claims (17)

현재 영상의 잡음 지수가 소정치보다 작을 때 선택되어 영상내의 임펄스 잡음을 제거하는 제1 비선형 랭크 블럭과, 현재 영상의 잡음 지수가 소정치보다 많을 때 선택되어 영상내의 임펄스 잡음을 제거하는 제2 비선형 랭크 블럭과, 영상내에서 손상된 픽셀의 수를 계산하여 상기 제1,제2 비선형 랭크 블럭중 하나를 선택하는 픽셀 선택 수단과, 영상 프레임의 변화량이 주어진 문턱값보다 작을 때 현재 프레임을 선택하는 프레임 선택 수단으로 구성함을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.A first nonlinear rank block that is selected when the noise figure of the current image is less than a predetermined value to remove impulse noise in the image, and a second nonlinear that is selected when the noise figure of the current image is more than the predetermined value to remove impulse noise in the image A pixel selecting means for selecting one of the first and second nonlinear rank blocks by calculating a rank block, the number of damaged pixels in the image, and a frame for selecting a current frame when the amount of change in the image frame is smaller than a given threshold. Adaptive three-dimensional median filter characterized in that the selection means. 제1항에 있어서, 프레임 선택 수단은 현재 프레임과 이전 프레임의 차의 절대값 및 현재 프레임과 다음 프레임의 차의 절대값이 문턱값(Th)보다 작은 경우 현재 프레임 신호를 선택 출력하고 큰 경우 픽셀 선택 수단에 의한 출력신호를 선택 출력하는 적응적 3차원 미디언 필터.The method of claim 1, wherein the frame selecting means selects and outputs the current frame signal when the absolute value of the difference between the current frame and the previous frame and the absolute value of the difference between the current frame and the next frame are smaller than the threshold Th and the pixel when the frame is larger. Adaptive three-dimensional median filter for selectively outputting the output signal by the selection means. 여기서, 문턱값(Th)은 실험적으로 구해지며 그 값은 '10'이다.Here, the threshold Th is experimentally obtained and the value is '10'. 제1항에 있어서, 제1,제2 비선형 랭크 필터 블럭은 아래의 식과 같은 값을 출력하는 롬(ROM)을 각기 구비하여 구성한 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.The adaptive three-dimensional median filter according to claim 1, wherein the first and second non-linear rank filter blocks are each provided with ROMs for outputting values such as the following equations. 제1항에 있어서, 제1 비선형 랭크 필터 블럭은 아래 식과 같은 동작을 수행하도록 구성한 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.The adaptive three-dimensional median filter according to claim 1, wherein the first nonlinear rank filter block is configured to perform an operation as in the following equation. 제4항에 있어서, 상수(a)는 아래 식에 의해 주어진 5개의 값을 실험적으로 구한 문턱값(TLk)과 비교하여 어느 하나라도 크면 '0'으로 결정하는 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.The adaptive three-dimensional method as claimed in claim 4, wherein the constant (a) is determined to be '0' if any one is larger than the experimentally obtained threshold value (TL k ) of the five values given by the following equation. Median filter. 여기서, k = 1,...,5 이고 'TL1'=2, 'TL2'=10, 'TL3'=18, 'TL4'=40, 'TL5'=50 이다.Where k = 1, ..., 5 and 'TL 1 ' = 2, 'TL 2 ' = 10, 'TL 3 ' = 18, 'TL 4 ' = 40 and 'TL 5 ' = 50. 제1항에 있어서, 제2 비선형 랭크 필터 블럭은 2개의 비선형 랭크 필터를 직렬 접속하여 구성함을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.The adaptive three-dimensional median filter according to claim 1, wherein the second nonlinear rank filter block is formed by connecting two nonlinear rank filters in series. 제1항 또는 제6항에 있어서, 제2 비선형 랭크 필터 블럭은 아래 식과 같은 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.7. The adaptive three-dimensional median filter according to claim 1 or 6, wherein the second nonlinear rank filter block performs an operation as in the following equation. 제7항에 있어서, 상수(b)값은 아래 식에 의해 주어진 4개의 값을 실험적으로 구한 문턱값(THk)을 비교하여 어느 하나라도 크면 '0'으로 결정하는 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.The adaptive value 3 according to claim 7, wherein the constant (b) is determined to be '0' if any one is larger by comparing the threshold value TH k obtained experimentally with the four values given by the following equations. Dimensional median filter. 여기서, k = 2,...,5 이고 'TH2'=2, 'TH3'=10, 'TH4'=30, 'TH5'=40 이다.Where k = 2, ..., 5 and 'TH 2 ' = 2, 'TH 3 ' = 10, 'TH 4 ' = 30 and 'TH 5 ' = 40. 제1항에 있어서, 픽셀 선택 블럭은 제1,제2 비선형 랭크 필터 블럭에서 상수(a 또는 b)가 '0'으로 선택된 픽셀의 갯수를 계산하여 소정치 이하일 경우 제1 비선형 랭크 필터 블럭을 선택하고 소정치 이상일 경우 제2 비선형 랭크 필터 블럭을 선택하도록 구성한 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.The pixel selection block of claim 1, wherein the pixel selection block selects the first nonlinear rank filter block when the constant (a or b) is less than or equal to a predetermined value by calculating the number of pixels selected as '0' in the first and second nonlinear rank filter blocks. And the second nonlinear rank filter block is selected if more than a predetermined value. 제9항에 있어서, 손상된 픽셀의 갯수와 비교하는 소정치는 백분율로서 12% 임을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터.10. The adaptive three-dimensional median filter of claim 9, wherein the predetermined value compared to the number of damaged pixels is 12% as a percentage. 현재 영상의 프레임내에 손상된 픽셀이 있는지 판단하는 제1 단계와, 상기에서 프레임내에 손상된 픽셀이 있는 경우 현재 영상의 잡음 지수를 판단하는 제2 단계와, 상기에서 현재 영상의 잡음 지수에 따라 임펄스성 잡음을 제거하는 제3 단계를 수행함을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터의 잡음 제거 방법.A first step of determining whether there is a damaged pixel in a frame of the current image; a second step of determining a noise figure of the current image when there is a damaged pixel in the frame; and an impulsive noise according to the noise figure of the current image And a third step of removing the noise of the adaptive three-dimensional median filter. 제11항에 있어서, 제1 단계는 이전 프레임과 다음 프레임의 각각 결과값과 현재 프레임의 값의 변화량이 소정 문턱값보다 큰 경우 손상된 픽셀이 존재한다고 판단함을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터의 잡음 제거 방법.12. The adaptive three-dimensional median of claim 11, wherein the first step determines that there is a damaged pixel when a change amount of the result value of the previous frame and the next frame and the value of the current frame is larger than a predetermined threshold value. How to filter out noise. 제12항에 있어서, 손상된 픽셀이 없다고 판단한 경우 현재 프레임의 신호를 선택 출력하는 단계를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터의 잡음 제거 방법.The method of claim 12, further comprising selectively outputting a signal of a current frame when it is determined that there are no damaged pixels. 제11항에 있어서, 제2 단계는 이전 프레임에 존재하는 손상된 픽셀의 갯수를 산출하여 판단하는 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터의 잡음 제거 방법.12. The method of claim 11, wherein the second step is to calculate and determine the number of damaged pixels present in the previous frame. 제11항에 있어서, 제3 단계는 잡음 지수가 문턱값보다 큰 경우 아래 식(2)와 같은 연산을 수행하고 작은 경우 아래 식(1)과 같은 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터의 잡음 제거 방법.12. The adaptive three-dimensional method as claimed in claim 11, wherein the third step is to perform an operation as shown in Equation (2) below when the noise figure is greater than the threshold value and perform an operation as shown in Equation (1) as below. How to remove noise from median filter. ---- (1) ---- (One) ---- (2) ---- (2) 제15항에 있어서, 상수(a)는 아래 식에 의해 주어진 5개의 값을 실험적으로 구한 문턱값(TLk)과 비교하여 어느 하나라도 크면 '0'으로 결정하는 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터의 잡음 제거 방법.16. The adaptive three-dimensional method as claimed in claim 15, wherein the constant (a) is determined to be '0' if any one is larger than the experimentally obtained threshold value (TL k ) of the five values given by the following equation. How to remove noise from median filter. 여기서, k = 1,...,5 이고 'TL1'=2, 'TL2'=10, 'TL3'=18, 'TL4'=40, 'TL5'=50 이다.Where k = 1, ..., 5 and 'TL 1 ' = 2, 'TL 2 ' = 10, 'TL 3 ' = 18, 'TL 4 ' = 40 and 'TL 5 ' = 50. 제15항에 있어서, 상수(b)값은 아래 식에 의해 주어진 4개의 값을 실험적으로 구한 문턱값(THk)을 비교하여 어느 하나라도 크면 '0'으로 결정하는 것을 특징으로 하는 적응적 3차원 미디언 필터의 잡음 제거 방법.16. The adaptive value 3 according to claim 15, wherein the constant (b) is determined to be '0' if any one is larger by comparing the threshold value TH k obtained experimentally with the four values given by the following equation. Noise Reduction Method of Dimensional Median Filter. 여기서, k = 2,...,5 이고 'TH2'=2, 'TH3'=10, 'TH4'=30, 'TH5'=40 이다.Where k = 2, ..., 5 and 'TH 2 ' = 2, 'TH 3 ' = 10, 'TH 4 ' = 30 and 'TH 5 ' = 40.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100644571B1 (en) * 1999-10-02 2006-11-13 삼성전자주식회사 Impulse Noise Removing Apparatus

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