TWI491266B

TWI491266B - 降低圖框內像素之雜訊的方法與裝置

Info

Publication number: TWI491266B
Application number: TW099115084A
Authority: TW
Inventors: Miaohong Shi; Amit Mittra
Original assignee: Himax Imagimg Inc
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2015-07-01
Also published as: TW201141241A

Description

降低圖框內像素之雜訊的方法與裝置

本發明係有關於一種降低雜訊的方法以及裝置，尤指一種自適性降低雜訊而不對像素之亮度值進行雜訊去除的方法以及相關裝置。

隨著顯示技術的演進，所使用的像素尺寸也漸漸變得愈來愈小，然而，像素尺寸的縮小化卻導致了雜訊的增加。雜訊不僅僅存在於亮度頻道中，在色度頻道中亦有著雜訊的存在。而對人類的視覺來說，色度頻道中的雜訊可見度比較高且更加地不自然，而亮度頻道中的訊號可以使輸出的影像保持銳利，是故色度頻道中的雜訊較亮度頻道中的雜訊要來得嚴重。於是，如何在去除色度雜訊的同時保持影像邊緣銳利度，在影像處理的領域之中仍然是一個重要的研究課題。

本發明係有關於一種用以降低色度雜訊同時保留影像銳利度的自適性方法以及相關裝置。

依據本發明之一實施例，其揭露了一種自適性降低雜訊方法。該方法用於降低一圖框(frame)內複數個像素之雜訊，其中每個像素均有一色度值以及一亮度值。該方法包含有：對該些像素之色度值進行雜訊的去除，而不對該些像素之亮度值進行雜訊的去除。

依據本發明之另一實施例，其提供了一種用於降低一圖框內複數個像素之雜訊的裝置，其中每個像素均有一色度值以及一亮度值。該裝置包含有：一處理電路以及一降低雜訊電路。該處理電路用以決定一降色度雜訊參數。該降低雜訊電路耦接於該處理電路，用以將該些像素之色度值乘上該降色度雜訊參數。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

本發明的目的之一在於降低色度雜訊而不影響影像的銳利度。為了達到上述目標，本發明揭露了多種在不同層級(像素層級、圖框層級等層級)的色度雜訊去除方法以及色度資訊模糊化方法。

第1圖為依據本發明之一第一實施例所實現的一自適性降雜訊裝置100的方塊圖。此一範例中的自適性降雜訊裝置100包含有一處理電路110以及一降雜訊電路(noise reducing circuit)120。在這個實施例當中，每個圖框均包含有複數個像素，而該些像素在一色彩空間(例如：一個YUV色彩空間或是一Lab色彩空間等)中有著複數個相對應的色度值以及複數個相對應的亮度值。此外，每個圖框皆會因應其光強度而經由一整體增益(global gain)來加以調整，當該圖框的光強度變暗的時候，其相對應的整體增益也會跟著增加以提高該圖框的亮度；而當該圖框的光強度變亮的時候，其相對應的整體增益亦跟著減少以降低該圖框的亮度。然而，當該圖框的光強度經由該整體增益調整而增加的同時，雜訊的強度亦會無可避免地增加，於是，這個實施例使用了處理電路110來讀取該圖框的整體增益Gain_T並決定出與整體增益Gain_T成反比的一降色度雜訊參數(croma noise reduction coefficient)α。降雜訊電路120接著將該圖框內的所有像素的色度值乘上已決定之降色度雜訊參數α。舉例來說，降色度雜訊參數α可依據整體增益Gain_T而經由一對照表或是一片段線性曲線(piecewise linear curve)來決定。請參照第2圖，其為降色度雜訊參數α與整體增益Gain_T之間的對照關係示意圖。假設該圖框內的一像素在YUV色彩空間中包括有色度值U與V(或著是在Lab色彩空間中的色度值a與b)，該像素在經過處理之後會包括有在YUV色彩空間中的色度值U’=U*α與V’=V*α(或著是在Lab色彩空間中的色度值a’=a*α與b’=b*α)。如此一來，便可加以降低該圖框的色度雜訊而不影響到亮度頻道中的訊號，影像的銳利度也可因此保留下來。

本發明之一第二實施例提供了在像素層級的一種降色度雜訊裝置以及相關方法。請參照第3圖，其為依據本發明之一第二實施例所實現的一自適性降雜訊裝置300的方塊圖。此一範例中的自適性降雜訊裝置300包含有一處理電路310以及一降雜訊電路320。假設一目標像素在一色彩空間(例如：一YUV色彩空間或是一Lab色彩空間等)中具有至少一色度值以及至少一亮度值，由於色度雜訊在較暗的區域中較為明顯，因而在較暗的區域應使用較多的色度雜訊抑制而在較亮的區域則應使用較少的色度雜訊抑制。此實施例應用了處理電路310來讀取該目標像素的一亮度值LV並決定正比於亮度值LV的一降色度雜訊參數α，而降雜訊電路320接著將該目標像素的色度值乘上降色度雜訊參數α。舉例來說，在一個YUV色彩空間當中，該目標像素具有色度值U、V以及一亮度值Y(即等同於前述的亮度值LV)。當亮度值Y降低時，色度值U、V會依據亮度值Y而被適應性地減少。降色度雜訊參數α可依據亮度值Y而經由一對照表或是一片段線性曲線來加以決定。請參照第4圖，其為降色度雜訊參數α與該目標像素之亮度值L之間的對照關係示意圖。在第4圖當中，降色度雜訊參數α與該目標像素之亮度值LV的關係為具有四個門檻值T1~T4的一片段線性曲線，因此，降色度雜訊參數α可經由下列的式子來決定：

如同第4圖所示，在最亮區域的像素，也就是其亮度值大於或等於門檻值T4的該些像素，由於降色度雜訊參數α為1，該些經過色度雜訊抑制的像素會具有與原來相同的色度值，而在此同時，在最暗區域的像素，也就是其亮度值小於門檻值T1的該些像素，由於降色度雜訊參數α為0，該些經過色度雜訊抑制的像素之色度值會是零。如此一來，該目標像素的色度雜訊可以依據其亮度值而隨之減少，而同時保持其影像的銳利度。最後，處理電路310重覆上述步驟以對該圖框內的所有像素決定其降色度雜訊參數，而降雜訊電路320亦會重覆上述步驟以將該圖框中的每個像素分別乘上其相對應的降色度雜訊參數。

在本發明之一第三實施例中，其揭露了一種模糊化色度資料以降低色度雜訊的方法與相關裝置。請參照第5圖，其為依據本發明之一第三實施例的一自適性降雜訊裝置500的方塊圖。自適性降雜訊裝置500包含有一比較電路510、一檢查電路520、一更新電路530以及一門檻設定電路540。在這個實施例中，自適性降雜訊裝置500降低了一圖框中一目標像素的色度雜訊，其中該圖框內的每個像素在一色彩空間(例如：一YUV色彩空間或是一Lab色彩空間)中具有至少一色度值與至少一亮度值。比較電路510將該目標像素的色度值與其複數個鄰近像素的色度值加以比較。在此實施例中，鄰近像素指的是與該目標像素僅距離一個像素的像素，然而，此僅作為範例說明之用，並非用來限定本發明的範疇。在其他的設計當中，鄰近像素亦可為與該目標像素距離超過一個像素的像素，這一些設計上的變化亦落在本發明的範疇之內。檢查電路520對每個鄰近像素進行檢查，以檢查該目標像素的色度值與一鄰近像素的色度值的差值是否超過一雜訊門檻TH_N，其中門檻設定電路540依據因應一光強度的整體增益來跟著調整雜訊門檻TH_N；此外，當該目標像素的色度值與一鄰近像素的色度值的差小於雜訊門檻TH_N時，檢查電路520便設定該鄰近像素為一相似鄰近像素。接著，更新電路530會依據該目標像素之色度值以及所有由檢查電路520所檢查出的相似鄰近像素之色度值來更新該目標像素之色度值。

請參照第6圖，其為一目標像素P0及其鄰近像素P1~P8的示意圖。假設僅有像素P4與P8的色度值與目標像素P0的色度值差距小於雜訊門檻TH_N，也就是說，像素P4與P8被歸類為相似鄰近像素。在這個範例之中，更新電路530將目標像素P0原本的色度值CV₀ 與相似鄰近像素P4、P8的色度值CV₄ 、CV₈ 進行平均來得到一個模糊化色度值(blurred chroma value)CV’(其中CV’=(CV₀ +CV₄ +CV₈ )/3)，而後以這個模糊化色度值CV’來更新目標像素P0原本的色度值CV₀ 。如此一來，目標像素P0的色度雜訊便可有效地被抑制而不會影響到影像的銳利度。

綜上所述，本發明提供了一種在圖框層級以及像素層級的降雜訊方法及其相關裝置，而藉由上述的方法與裝置，影像內的色度雜訊便可被有效地抑制而不會影響到影像的銳利度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、300、500．．．自適性降色度雜訊裝置

110、310．．．處理電路

120、320．．．降色度雜訊電路

510．．．比較電路

520．．．檢查電路

530．．．更新電路

540．．．門檻設定電路

α．．．降色度雜訊參數

Gain_T．．．整體增益

LV．．．亮度值

T1~T4．．．門檻值

TH_N．．．雜訊門檻

P0~P8．．．像素

第1圖為依據本發明之第一實施例所實現的自適性降雜訊裝置的方塊圖。

第2圖為降色度雜訊參數與整體增益之間的對照關係示意圖。

第3圖為依據本發明之第二實施例所實現的自適性降雜訊裝置的方塊圖。

第4圖為降色度雜訊參數與目標像素之亮度值之間的對照關係示意圖。

第5圖為依據本發明之第三實施例所實現的自適性降雜訊裝置的方塊圖。

第6圖為目標像素及其鄰近像素的示意圖。

100．．．自適性降色度雜訊裝置

110．．．處理電路

120．．．降色度雜訊電路

α．．．降色度雜訊參數

Gain_T．．．整體增益

Claims

一種用於降低一圖框(frame)內複數個像素之雜訊的方法，其中每一像素均有一色度值以及一亮度值，該方法包含有：對該些像素之複數個色度值進行雜訊的去除，而不對該些像素之複數個亮度值進行雜訊的去除；其中該些色度值與該些亮度值係經由應用一整體增益所產生，以及對該些像素之該些色度值進行雜訊的去除之步驟包含有：依據該整體增益來決定一降色度雜訊參數；以及將該些像素之該些色度值乘上該降色度雜訊參數。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該降色度雜訊參數與該整體增益之間具有一反比關係。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中當該整體增益等於一第一增益時，應用一第一參數來設定該降色度雜訊參數；以及當該整體增益等於一第二增益時，應用小於該第一參數之一第二參數來設定該降色度雜訊參數。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中對該些像素之該些色度值進行雜訊的去除之步驟包含有：依據該些像素中之一目標像素的亮度值來決定一降色度雜訊參數；以及將該目標像素之該色度值乘上該降色度雜訊參數。
如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該降色度雜訊參數係正比於該目標像素之該亮度值。
如申請專利範圍第4項所述之方法，其中對該些像素之該些色度值進行雜訊的去除之步驟另包含有：設定至少一門檻；當該亮度值小於該門檻時，以一第一數值來設定該降色度雜訊參數；以及當該亮度值不小於該門檻時，以大於該第一數值之一第二數值來設定該降色度雜訊參數。
如申請專利範圍第4項所述之方法，其中對該些像素之該些色度值進行雜訊的去除之步驟、依據該些像素中之該目標像素的亮度值來決定該降色度雜訊參數的步驟以及將該目標像素之該色度值乘上該降色度雜訊參數的步驟係重覆應用於該圖框中的每一像素。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些色度值與該些亮度值係經由應用一整體增益所產生；以及對該些像素之該些色度值進行雜訊的去除之步驟包含有：依據該整體增益來決定一雜訊門檻；比較該圖框內之一目標像素之色度值與該目標像素周圍之鄰近像素的色度值；針對位於該目標像素周圍之每一鄰近像素：依據該雜訊門檻來決定該目標像素的色度值與該鄰近像素之色度值兩者是否相似；以及當決定該目標像素之色度值與該鄰近像素之色度值為相似時，設定該鄰近像素為一相似鄰近像素；以及依據該目標像素之色度值以及所有相似鄰近像素之色度值來更新該目標像素之色度值。
如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該整體增益係因應一光強度而決定之。
一種用於降低一圖框(frame)內複數個像素之雜訊的裝置，其中每一像素均有一色度值以及一亮度值，該裝置包含有：一處理電路，用以依據一整體增益來決定一降色度雜訊參數；以及一降低雜訊電路，耦接於該處理電路，用以將該些像素之複數個色度值乘上該降色度雜訊參數。
如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中該些色度值以及該些像素之複數個亮度值係應用該整體增益所產生，而該降色度雜訊參數係基於該整體增益所產生。
如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該降色度雜訊參數與該整體增益之間具有一反比關係。
如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中當該整體增益等於一第一增益時，該處理電路應用一第一參數來設定該降色度雜訊參數；以及當該整體增益等於一第二增益時，該處理電路應用小於該第一參數之一第二參數來設定該降色度雜訊參數。
一種用於降低一圖框(frame)內複數個像素之雜訊的裝置，其中每一像素均有一色度值以及一亮度值，該些像素之複數個色度值與複數個亮度值係經由應用一整體增益所產生，該裝置包含有：一門檻設定電路，用以依據該整體增益來決定一雜訊門檻；一比較電路，用以比較該圖框內之一目標像素之色度值與該目標像素周圍之鄰近像素的色度值；一檢查電路，耦接於該比較電路與該門檻設定電路，用以藉由以下步驟來檢查該目標像素周圍之各個鄰近像素：檢查該目標像素之色度值與該鄰近像素之色度值之間的差值是否小於該雜訊門檻；以及當該目標像素之色度值與該鄰近像素之色度值之間的差值小於該雜訊門檻時，設定該鄰近像素為一相似鄰近像素；以及一更新電路，耦接於該檢查電路，用以依據該目標像素之色度值以及所有相似鄰近像素之色度值來更新該目標像素之色度值。
如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該整體增益係因應一光強度而決定之。