TWI386868B - 使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法 - Google Patents

Description

使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法

本發明是有關於一種移動偵測方法，且特別是有關於一種使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法。

隨著多媒體技術日新月異地發展，對於影像的品質要求亦趨提升，而影像品質卻常因取像過程、訊號轉換以及訊號傳送時所產生的雜訊所影響。因此，必須倚賴影像處理技術(Image Processing Technique)消弭這些可能被人眼所感知的雜訊。影像處理去雜訊的方法通常包括空間去雜訊處理(Spatial Noise-Reduction Process)與時間去雜訊處理(Temporal Noise-Reduction Process)。

空間去雜訊處理是透過一個濾波器，將圖場(Field)上的像素(Pixel)施予空間濾波處理法(Spatial Filtering Process)，以得到更平滑柔化的圖場，並且降低人眼對雜訊的視覺感知(Visual Perception)。然而，此方法往往導致影像過於模糊，以致影響了影像中諸如邊緣、紋理…等等的細節呈現狀況。

時間去雜訊處理則是以前一圖場為參考值，對圖場上的像素施予時間濾波處理法(Temporal Filtering Process)。由於當下的圖場與前一圖場高度相關，於是透過時間去雜訊處理可以保存圖場的細部資訊。然而，當時間濾波處理法實施在圖場中的一個移動物體時，此一移動物體的邊緣即有可能產生移動模糊(Blur)。因此，可使用移動偵測演算法(Motion Detection Algorithm)來偵測圖場中的移動像素，並得以調整時間濾波器的強度進而減少移動模糊的產生。

大致而言，移動偵測利用目標像素在同一奇偶場(The Same Parity Field)中的差值來判定這些目標像素是否在移動。當差值大於一個預先所設定好的閥值(Threshold)時，表示有影片中的內容有變異量(Variation)產生，於是可判定所對應的像素為移動像素。換句話說，當差值小於閥值時，表示沒有變異量的產生，因此則判定所對應的像素為靜止像素。

透過上述的移動偵測法，可獲得移動物體中的移動資訊以提供參考，看是否使用空間內插法(Spatial Interpolation)或是時間內插法(Temporal Interpolation)來求得所需的圖場資料。其中所不同的是時間內插法是用來計算沒有移動物體區域的像素值；而空間內插法則是用來計算有移動物體區域的像素值。

總而言之，移動偵測運算法十分地複雜，並且需要大量的運算。倘若一個移動物體被誤判成靜止物體時，將錯用時間內插法來計算像素，進而產生嚴重的雜訊。是故，有一需求儼然而生，以冀能抵抗雜訊的干擾和增強移動物體的差值，來提高移動偵測的正確率。

基於上述，本發明提供一種使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法，適於適應性地加權圖場間的差值，以提升移動偵測的準確性。

為了達成上述目標，本發明提出一種使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法，適於適應性地判定圖場中的目標像素是否為移動像素。此方法包括下列步驟：首先，依據目標像素之多個鄰近像素之特徵決定懲罰函數。之後，計算相鄰圖場間此目標像素之相對應的鄰近像素的多個差值；於是，依據各個差值的大小，以懲罰函數加權此些差值，並且計算加權後此些差值的總和。最後，將此總和與一個總和閥值比較，以判定此目標像素是否為移動像素。

在本發明之一實施例中，其中懲罰函數包括對應於差值大小之多個區間的多個權重，其中差值大小是由一組差異閥值區分為上述的多個區間。

在本發明之一實施例中，其中依據目標像素之鄰近像素之特徵判定懲罰函數的步驟包括當目標像素之鄰近像素位於一平滑區域時，使用一第一組差異閥值作為懲罰函數之邊界值；以及當目標像素之鄰近像素位於一複雜區域時，使用一第二組差異閥值作為懲罰函數之邊界值，其中第一組差異閥值小於第二組差異閥值。

在本發明之一實施例中，其中差異閥值包括一上差異閥值與一下差異閥值。

在本發明之一實施例中，其中依據各差值的大小，以懲罰函數加權差值之步驟包括在差值小於下差異閥值時，將差值乘以一第一權重；在差值介於上差異閥值與下差異閥值之間時，將差值乘以一第二權重；以及，在差值大於上差異閥值時，將差值乘以一第三權重。

在本發明之一實施例中，其中計算相鄰圖場間目標像素之相對應鄰近像素的差值的步驟包括計算相鄰奇圖場或相鄰偶圖場中，在目標像素之同一掃描線、前一掃描線或次一掃描線上之相對應鄰近像素的差值。

在本發明之一實施例中，其中將總和與總和閥值比較以判定目標像素是否為移動像素的步驟包括在總和大於總和閥值時，判定目標像素為移動像素；以及在總和不大於總和閥值時，則判定目標像素為靜止像素。

基於上述，本發明使用懲罰函數來加權相鄰圖場間目標像素之相對應的鄰近像素的差值，因此可以適應性地偵測移動物體的運動。如果差值相對地小時，此差值即被認定是來自雜訊，遂可忽略；相反地，當差值相對地大時，則此差值即被認定為導因於移動物體某邊緣的運動結果，因此即可更凸顯出此一移動物體。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下將配合圖式詳細地說明本發明之較佳實施例，而這些圖式中相同的標號將代表相同或相似的部分。

為了壓縮影像檔的檔案大小，在一般影像壓縮演算法(Video Compression Algorithm)中，影像檔會透過交錯式掃描法(Interlacing Method)來編碼，使得奇圖場(Odd Field)與偶圖場(Even Field)的掃描線內容彼此互補。據此，在移動偵測過程中，當要判定一個目標像素是否為移動像素時，將以諸同奇圖場或同偶圖場中的差值來偵測圖場間的變異量(Variation)。

圖1是依據本發明之一實施例所繪示之計算同一奇偶場間差值之方法示意圖。請參照圖1。當對一個偶圖場的目標像素P實行移動偵測時，藉由計算前奇圖場與後奇圖場之間掃描線上像素的差值總和，可得到圖場間的差值。而上述的掃描線包括在時間上相鄰於目標像素P的掃描線L2與L5、在空間上相鄰於前奇圖場掃描線L2的掃描線L1、L3，以及在空間上相鄰於後奇圖場掃描線L5的掃描線L4、L6。此外，前奇圖場與後奇圖場的長方形區塊所包圍的像素則可以用來計算圖場間的差值。

計算出上述差值後，再將這些差值的絕對值相加。值得注意的是，上述相加過程並非每個差值都乘以相同的權重(Weight)。具體而言，在本實施例中，將用一個懲罰函數來加權此些差值，而此一懲罰函數包括多個區間之差值大小所對應的多個權重。同時，這些差值大小是由一組差異閥值來區分為這些區間。舉例來說，此懲罰函數可以被定義成如下所示：

其中，i表示所選定的目標像素，AD表示差值的絕對值，Tn表示一個下差異閥值，而Te表示一個上差異閥值。根據上述的懲罰函數，以下將以一實施例，詳細地說明如何利用此懲罰函數實現本發明所提供的移動偵測方法。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法之流程圖。請參照圖2。本實施例適於適應性判定圖場中的目標像素是否為移動像素，此方法包括下列步驟：首先，依據目標像素之多個鄰近像素之特徵決定一懲罰函數(步驟S202)。具體而言，當目標像素之鄰近像素位於平滑區域時，則使用第一組差異閥值作為懲罰函數之邊界值。相反地，當目標像素之鄰近像素位於複雜區域時，則使用第二組差異閥值作為懲罰函數之邊界值，其中的第一組差異閥值小於第二組差異閥值。由於在平滑區域中移動物體運動所造成圖場間的差值往往小於在複雜區域中所造成的差值，因此，在懲罰函數中採用的差異閥值也相對地較小。如此一來，本實施例之懲罰函數即可視為一種使用內容調適的懲罰函數。

之後，計算相鄰圖場間目標像素之相對應鄰近像素的多個差值(步驟S204)。承上實施例所述，用來計算差值的鄰近像素可以是前圖場與後圖場的掃描線所包含的像素當中，在時間上相鄰於目標像素的像素。同時，掃描線中的像素數量在此並不設限。而此些鄰近像素亦可以是相鄰奇圖場或偶圖場中目前掃描線、前一掃描線或後一掃描線上的像素。

接著，依據各個差值的大小，以此懲罰函數加權這些差值，並且計算這些加權後差值之總和(步驟S206)。特別的是，經由計算所得到的差值大小會先藉由與不同差異閥值(Difference Thresholds)比較來決定此一差值將落在哪一區間中。於是，這些差值將再根據懲罰函數所定義的區域乘以所對應的權重，藉以降低或加強差值對移動偵測的影響。

最後，將此總和與一個總和閥值比較，以判定此目標像素是否為移動像素(步驟S208)。具體而言，當此總和大於此一總和閥值時，則判定目標像素為移動像素；反之，當總和不大於總和閥值時，則判定此目標像素為靜止像素。

根據上述移動偵測方法，來自移動物體邊緣運動的差值即會被放大，而來自雜訊的差值則會被減小。是故，可得到一個較佳的移動偵測結果。值得注意的是，此處的懲罰函數中，差異閥值與所對應之權重的數目與數值可依據使用的需求自行設定，本實施例並不限制於此。為了更清楚闡釋差值與懲罰函數之間的關係，以下再以另一實施例更進一步地說明。

圖3是依照本發明另一實施例所繪示之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法之流程圖。請參照圖3。本實施例適於適應性判定圖場中的目標像素是否為移動像素，並且給定上差異閥值與下差異閥值。此外，懲罰函數係根據不同區間的不同差值定義出所相對應的權重來放大差值，此方法的步驟如下：當移動偵測開始時(步驟S302)，將先判斷目標像素的鄰近像素是否位在平滑區域(步驟S304)。當判斷出目標像素的鄰近像素位在平滑區域時，則使用第一組差異閥值作為懲罰函數之邊界值(步驟S306)。相似地，當判斷出目標像素的鄰近像素是位於複雜區域時，則使用第二組差異閥值作為懲罰函數之邊界值(步驟S308)，其中第一組差異閥值小於第二組差異閥值。據此，即可依據目標像素附近的鄰近像素所對應的變異值，適應性地選擇出適當的懲罰函數。

當定義出懲罰函數之後，將會計算相鄰圖場間目標像素所相對應的鄰近像素之多個差值(步驟S310)，其中若這些差值中有負值時，將取此差值的絕對值為其差值(以下將所得到的差值結果定義為AD)。同上一實施例所述，鄰近像素可以是相鄰奇圖場或相鄰偶圖場中，與目標像素在同一掃描線、前一掃描線或次一掃描線上所相對應的像素。鄰近像素的相關定義已於上一實施例中描述，此處將省略之。

依據差值的大小，將這些差值乘以懲罰函數的權重(步驟S312)。而此懲罰函數同時包含下差異閥值Tn與上差異閥值Tp，使得差值AD可以被分為三組，而分別乘以三個不同的權重。具體而言，當差值AD小於下差異閥值Tn時，將差值AD乘以0(步驟S314)。類似地，當差值AD介於下差異閥值Tn與上差異閥值Tp之間時，將差值AD乘以1(步驟S316)；而當差值AD大於上差異閥值Tp時，則把差值AD乘以2(步驟S318)。

在上述差值的加權完成後，再將所有加權後的差值相加(步驟S320)，並以此總和來判定此目標像素是否為移動像素。具體而言，即判斷此總和是否大於一總和閥值(步驟S322)。當此總和大於總和閥值時，則判定目標像素為移動像素(步驟S324)；當此總和不大於總和閥值時，判定目標像素為靜止像素(步驟S326)。

綜上所述，本發明提供了一種移動偵測方法，並且定義了一個內容調適之懲罰函數，而用來增強圖場中的差值，藉以消除雜訊的干擾，同時放大來自移動物體運動所產生的差值。因此，可提高移動偵測的正確率雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

P．．．目標像素

L1~L6．．．掃描線

S202~S208．．．本發明一實施例之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法之各步驟

S302~S324．．．本發明一實施例之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法之各步驟

圖1是依照本發明一實施例所繪示之計算同一奇偶場差值的方法之示意圖。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法之流程圖。

圖3是依照本發明另一實施例所繪示之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法之流程圖。

S202~S208．．．本發明一實施例之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法之各步驟

Claims (5)

1. 一種使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法，適於適應性判定一圖場中的一目標像素是否為一移動像素，該方法包括下列步驟：依據該目標像素之多個鄰近像素之特徵決定一懲罰函數，其中該懲罰函數包括對應於一差值大小之多個區間的多個權重，其中該差值大小是由一組差異閥值區分為該些區間，且該差異閥值包括一上差異閥值與一下差異閥值；計算相鄰圖場間該目標像素之相對應鄰近像素的多個差值；依據各該些差值的大小，以該懲罰函數加權該差值，並且計算加權後該些差值之一總和，包括：當該差值小於該下差異閥值時，將該差值乘以一第一權重；當該差值介於該上差異閥值與該下差異閥值之間時，將該差值乘以一第二權重；以及當該差值大於該上差異閥值時，將該差值乘以一第三權重；以及將該總和與一總和閥值比較以判定該目標像素是否為該移動像素。
2. 如申請專利範圍第1項所述之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法，其中依據該目標像素之該些鄰近像素之特徵判定該懲罰函數的步驟包括：當該目標像素之該些鄰近像素位於一平滑區域時，使 用一第一組差異閥值作為該懲罰函數之邊界值；以及當該目標像素之該些鄰近像素位於一複雜區域時，使用一第二組差異閥值作為該懲罰函數之邊界值，其中該第一組差異閥值小於該第二組差異閥值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法，其中該第一權重、該第二權重與該第三權重分別是0、1與2。
4. 如申請專利範圍第1項所述之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法，其中計算相鄰圖場間該目標像素之相對應鄰近像素的該些差值的步驟包括：計算相鄰奇圖場或相鄰偶圖場中，在該目標像素之同一掃描線、前一掃描線或次一掃描線上之相對應鄰近像素的該些差值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之使用內容調適懲罰函數的移動偵測方法，其中將該總和與該總和閥值比較以判定該目標像素是否為該移動像素的步驟包括：當該總和大於該總和閥值時，判定該目標像素為該移動像素；以及當該總和不大於該總和閥值時，判定該目標像素為一靜止像素。