CN1860777A - 用于在图像中降噪的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在本发明的一个具体实施例中，使源图像变平滑以产生平滑图像，并且采用边缘检测器来产生边缘层。采用混合控制器来控制源图像和平滑图像之间的混合。混合目标图像可在消除干扰噪声的同时保持清晰度。

Description

用于在图像中降噪的方法和系统
技术领域
本发明涉及数据处理，特别是涉及图像和视频处理。
背景技术
视频图像尤其是模拟视频信号在图像的获取、传输和记录期间会由于各种类型的时间和空间噪声而被破坏。典型的噪声类型包括热噪声、单频率调制失真噪声和脉冲噪声。将线性或非线性滤波器应用在视频信号上的降噪技术可以降低噪声量。一种这样的技术是将低通滤波器应用在视频信号上。但是，简单的低通滤波容易产生看起来模糊不清的过平滑视频。其它滤波器例如维纳(Wiener)滤波器、卡尔曼(Kalman)滤波器在去除空间噪声或时间噪声中的一个或多个方面更理想，但是在实现和设备成本方面会比较昂贵。
因此，需要一种可以克服上述问题的降噪方法。
附图说明
通过参照附图，本领域技术人员可以更清楚地了解本发明及其特征和优点。
图1以流程图的形式表示本发明的方法。
图2以方框图的形式表示本发明的一个具体实施例的系统。
图3表示本发明的一个具体实施例的布尔(Boolean)边缘数据。
图4表示本发明的一个具体实施例的加权边缘数据。
图5以流程图的形式表示本发明的一个具体实施例的混合方法。
图6和7以流程图的形式表示本发明的具体实施例的方法。
图8以方框图的形式表示本发明的系统；并且
图9表示本发明的一个具体实施例的中间数据。
在不同附图中使用相同的附图标记来指示相同或类似的项目。
具体实施方式
在本发明的一个具体实施例中，使源图像变平滑以产生平滑图像，并且使用边缘检测器来产生边缘层。采用混合控制器来控制源图像和平滑图像之间的混合。混合后的目标图像在消除了干扰噪声的同时保持清晰度。参照图1-8将更好地理解本发明的具体实现。
图1以流程图的形式示出本发明的方法。参照图2的系统来说明图1的方法，图2以方框图的形式示出经过本发明的系统100的数据流。
系统100包括噪声滤波器140、边缘检测器150和混合控制器160。另外，系统100包括用于存储图像信息的存储器(未具体示出)，该图像信息包括源图像112、平滑层120、边缘层130和目标层135。通过噪声滤波器140、边缘检测器150和混合控制器160可到达这些层。
在步骤11中接收第一图像层。参照图2，源层117是该第一图像层的示例。源层117为三个组成层中的一层，它与层115和116一起构成源图像112。组成层115-117的类型的例子包括RGB组成层、YUV组成层和其它任意彩色空间的组成层。系统100通过接收视频流或通过访问存储单元来接收源图像112。
提供源图像的来源可以为头端设备(head end device)、TV接收机、盒式录像机、DVD(数字通用光盘)播放机或其它视频源。
一旦接收到源图像112，就独立地处理每个图像层115-117。为了便于说明，参照图1和2并针对其中一个源层、即源层117来说明数据流。另外，应理解的是，可以根据系统的具体实现而将层信息存储并处理为帧或局部帧、例如行缓冲器。为了便于说明，假设将图像信息存储为完整帧。
在步骤12中，根据第一图像层确定第一边缘层。参照图2，通过边缘检测器150来处理源层117以确定边缘层130。边缘层130包括多个与图像的多个象素相对应的存储单元。边缘层130包含每个象素的象素边缘标识，用来指示象素是否与图像的边缘相关联。在一个实施例中，象素边缘标识为布尔表示，指示边缘的存在或不存在。例如，正布尔象素边缘标识指示具体象素为图像边缘的一部分。
边缘检测器150可以通过确定每个象素位置(pixel location)的梯度来检测出边缘。例如，可以采用以下方程式来计算出象素的水平和垂直梯度：
Grad_x＝p(i+1，j)-p(i-1，j)；以及
Grad_y＝p(i，j+1)-p(i，j-1)。
然后可以进行直角坐标到极坐标的转换，例如M(i，j)＝SQRT(Grad_x2+grad_y2)，以获得边缘的幅度(magnitude)。或者可以去掉平方根运算，将幅度与用于控制将什么视为边缘、并最终控制将在最后的目标层中保留多少细节的预定边缘水平相比较。例如，如果幅度大于预定边缘水平的值，那么对应的象素被称为边缘象素。在其它实施例中，边缘检测器150可以仅根据象素的水平或者垂直边缘分量来确定边缘的存在。
图3表示包含布尔象素边缘标识的布尔边缘层的一部分212。图3的10×10矩阵表示图像层的顶部最左边象素。为了进行图示，“1”值表示处于该位置的象素已经被识别为边缘象素，而“0”值表示处于该位置的象素已经被识别为不是边缘象素。在可选实施例中，边缘层130可以包含加权边缘标识，如图4所示。
图4示出包含加权边缘标识的加权边缘层214的一部分。图4的具体实施例通过确定位于该象素的+/-1个象素范围内的布尔象素边缘标识的数目并将该数值存储在数据字节的低四位中、并且将位于离该象素+/-2个象素处的布尔象素标识的数目存储在该数据字节的高四位中，从而向象素赋予加权值。可以通过确定位于离该象素+/-2个象素范围内的布尔象素边缘标识的数目并且减去位于离该象素+/-1个象素处的布尔象素边缘标识的数目，来计算出位于离该象素+/-2个象素处的层212中的布尔象素边缘标识的数目。
例如，位于象素P(4，4)的+/-个象素范围内的层212中的布尔边缘象素的数量在层114中由数值5表示。该数值在加权边缘层214中被存储在象素P(4，4)的低4位中。在布尔边缘层212的方框203内的边缘象素数量为12。通过从方框212内的边缘象素中减去方框201内的边缘象素数量来确定离开象素位置P(4，4)两个象素的这些象素的数量，从而得到数值7。该数值在层211中被存储在象素P(4，4)的高4位中。因此，象素P(4，4)的加权象素数值为“75”。应当理解的是，也可以有许多其它用于确定和/或存储加权边缘数值的方案。
返回图1，在步骤13中，第一图像层根据第一边缘层与第一其它层混合。在一个实施例中，第一其它层为源层117。
图2的混合控制器160用来实施混合，并且采用边缘层130的信息来使源层117与平滑层120混合，以保留源图像层117中的边缘和细微结构。当边缘层只包含布尔边缘信息时，可以通过混合控制器160在每个象素位置处实施两个混合比中的一个。但是，根据只有两个混合比中的一个来混合象素的能力通常无法提供足够的混合选项以提供具有增强图像的目标图像。
为了提供另外的混合水平，混合控制器160可以使用例如在图4中所示的加权边缘层来针对具体象素的混合而选择两个以上混合比中的一个。图5公开了使用加权边缘数值的具体混合方法。
在步骤302中，确定被标记为WEIGHT1的象素边缘数值是否大于变量T1。WEIGHT1表示位于被定标(scale)的象素的+/-1个象素范围内的边缘象素的数目。参照图4，这将是被存储在象素位置的低四位中的数值。如果WEIGHT1大于阈值T1，则该流程前进至步骤322，在此将源图像象素直接复制到目标层、例如目标层135。否则，该流程前进至步骤303。
在步骤303中，确定象素边缘数值WEIGHT1是否大于T2。如果是，则流程前进至步骤S323，在此将源图像象素以3∶1的比例与平滑图像混合。否则，该流程前进至步骤304。
在步骤304中，确定象素边缘数值WEIGHT1是否大于T3。如果是，则流程前进至步骤3∶1，在此将源图像象素以1∶1的比例与平滑图像混合。否则，该流程前进至步骤305。
在步骤305中，确定被标记为WEIGHT2的象素边缘数值是否大于变量T4。WEIGHT2表示在被定标的象素的+/-2个象素处的边缘象素的数目。参照图4，这将是存储在象素位置的高4位中的数值。如果WEIGHT2大于数值X4，则流程前进至步骤325，在此以1∶3的比例将源图像象素与平滑图像混合。否则，流程前进至步骤326。
在步骤326中，将目标象素设定为等于平滑象素。
在步骤306中，确定是否存在另一个象素。如果是，则流程前进至步骤302，以处理下一个象素，否则该流程结束。
变量T1、T2、T3和T4是预定的，这样可以为预设的或用户定义的变量。在另一个实施例中，变量T1至T4可以根据源图像用统计学方法确定。在一个具体实施例中，将变量T1至T4分别设定为7、3、1和3。
图6示出本发明一个实施例的另一种方法。
在步骤21中，按照与图1的步骤11类似的方式接收图像的第一图像层。
在步骤22中，确定第一其它层。通常，该第一其它层由噪声滤波器140确定，噪声滤波器140对源层进行滤波以提供平滑图像。噪声滤波器140可以为任意类型的噪声滤波器，但是根据系统100的成本-性能比考虑，通常为低通滤波器或中值滤波器。在一个实施例中，采用了由一个5抽头水平滤波器和一个5抽头垂直滤波器构成的低通滤波器。可以根据期望的噪声水平采用不同的系数。在一个实施例中，由噪声滤波器实现的三个噪声水平具有0.7fs、0.5fs和0.3fs的截止频率。可以通过将低通滤波器应用在水平方向上并且将结果存储在存储器中来形成中间平滑层，并且在混合之前形成包括沿着垂直方向进行滤波的最终平滑层。可以采用2维中值滤波器，支持三种尺寸：1×1、3×3和5×5。
在步骤23中，按照与参照图1的步骤12所述方式类似的方式来确定第一边缘层。
在步骤24中，按照与参照图1的步骤13所述方式类似的方式来混合第一图像和第一其它层。
图7示出本发明一个实施例的另一种方法。步骤41、42和43在功能上与前面所述的步骤21、22和23类似。
步骤44与步骤41类似，但是接收第二源图像层而不是第一源图像层。
步骤45与步骤42类似，但是根据第二源图像层来确定第二边缘层。
步骤46与步骤43类似，但是将第二源图像层与第二其它层混合，而不是将第一源图像层与第一层混合。步骤46的结果是第二混合视频层。
在步骤47中，提供了结合了第一和第二混合视频层的合成图像。应理解的是，通常会执行与步骤41-43类似的附加步骤来产生从中形成合成图像的第三混合层。
图8以方框图的形式示出可以代表通用处理系统比如个人计算机或个人数字助理，或专用系统比如媒体服务器、互联网设备、家用联网集线器等的数据处理系统。该系统500图示为包括可以是常规或专有数据处理器的中央处理单元510、包括随机存取存储器512的存储器、只读存储器514、输入输出适配器522、用户接口适配器520、通信接口适配器524和多媒体控制器526。
输入输出(I/O)适配器526可以进一步与各种外设例如盘驱动器547、打印机545、可移动存储设备546以及其它标准和专用I/O设备连接。
用户接口适配器520可以被视为专用I/O适配器。该适配器520图示为与鼠标540和键盘541连接。另外，用户接口适配器520可以与能够提供各种类型的用户控制的设备、例如触摸屏设备连接。
通信接口适配器524与例如与局域或广域网相关联的桥接器550和调制解调器551连接。通过将系统总线502与各种通信设备连接，可以实现对信息的外部访问。
多媒体控制器526通常包括视频图形控制器，该视频图形控制器能够按照在此所述的方式产生可以显示、存储或传送的平滑图像。在图示的具体实施例中，多媒体控制器526可以包括图2的系统，并且可以用硬件或软件实现。软件实现方案可以存储在包括RAM512和ROM514的各种存储单元的任意一种中，另外软件实现方案可以存储在多媒体控制器526中。当用软件实现时，图2的系统可以是控制器526内用于执行指令的数据处理器，或者可以是共享处理器，例如CPU510。
前面的详细说明已经参照形成说明的一部分并且以图示的方式示出其中可以实施本发明的具体实施例的附图。应理解的是，本领域技术人员很容易想到结合了这里的教导的很多其它变化后的实施例。例如，可以使用中间边缘层来导出由混合控制器160使用的最终边缘层。这种中间层一度包含指示水平相邻象素信息的象素信息。例如，图9示出中间表格，其中每个象素将位于+/-1个水平象素范围内的边缘象素的数目存储在字节的低四位中，并且将位于+/-2个水平象素处的边缘象素的数目存储在该字节的高四位中。这样的中间层允许有效计算出最终边缘层。例如，可以通过使象素P(x，y-1)、P(x，y)和P(x，y+1)的低四位相加来确定位于象素P(x，y)的+/-个象素范围内的边缘象素的数目。同样，通过将象素P(x，y-2)、P(x，y-1)、P(x，y)、P(x，y+1)和P(x，y+2)的高四位加到P(x，y-2)和P(x，y+2)的低四位上来确定位于象素P(x，y)的+/-2个象素处的边缘象素的数目。以这样的方式使用中间层减少了通过重复使用水平边缘数据来计算加权边缘数值所需的计算。因此，本发明无意局限于在这里所阐述的具体形式，相反，意在覆盖可以合理地包含在本发明的精神和范围内的替换、修改和等同。因此，前面的详细说明不应该理解为进行限定，本发明的范围只是由所附的权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
接收视频图像的第一视频层；
根据第一视频层确定第一边缘层；并且
将第一视频层与第一其它层混合，其中根据第一边缘层来进行混合的控制。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
接收视频图像的第二视频层；
根据第二视频层确定第二边缘层；并且
将第二视频层与第二其它层混合，其中根据第二边缘层来进行混合的控制。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
提供第一视频层和第二视频层的合成以显示在显示装置上。
4.如权利要求1所述的方法，其中第一其它层是第一视频层的滤波后的表示。
5.如权利要求4所述的方法，其中滤波后的表示是第一视频层的平滑后的表示。
6.如权利要求1所述的方法，其中第一视频层为R、G和B层中的一个。
7.如权利要求1所述的方法，其中第一视频层为Y、U和V层中的一个。
8.如权利要求1所述的方法，其中混合是基于水平边缘分量进行的。
9.如权利要求8所述的方法，其中混合与垂直边缘分量无关。
10.如权利要求1所述的方法，其中混合是基于垂直边缘分量进行的。
11.如权利要求10所述的方法，其中混合与水平边缘分量无关。
12.如权利要求1所述的方法，其中确定第一边缘层的步骤包括确定第一视频层的多个象素的梯度。
13.如权利要求12所述的方法，其中确定第一边缘层的步骤包括确定第一视频层的多个象素的水平梯度。
14.如权利要求13所述的方法，其中确定第一边缘层的步骤包括确定第一视频层的多个象素的垂直梯度。
15.如权利要求12所述的方法，其中确定第一边缘层的步骤包括确定第一视频层的多个象素的垂直梯度。
16.如权利要求15所述的方法，其中当某象素处的梯度大于预定数值时，第一边缘层包括该象素处的边缘标识。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述预定数值是用户可定义的。
18.一种方法，包括：
根据图像层确定边缘层；
根据图像层确定滤波层；
确定混合图像层的每个象素的混合比，其中该混合比用于控制将图像层和滤波层相混合以形成混合图像层，并且该混合比是基于所述边缘层的。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述滤波层表示平滑图像。
20.一种系统，包括：
噪声滤波器，用于接收源图像并且提供平滑图像；
边缘检测器，用于接收源图像并且提供边缘层；
混合控制器，用于接收平滑图像和边缘层并且根据源层和目标层来提供目标层。
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