一种针对光纤监控视频序列的降噪方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种针对光纤监控视频序列的降噪方法及系统，本降噪方法包括获得间隔帧图像的差分图像，提取该差分图像中包含的噪点区域，并生成相应的掩膜图像；以及将所述掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充，以获得降噪图像。本发明专利技术能有效提取光纤监控视频图像几乎所有颗粒状噪点目标，并且能很好的保持原始视频中运动信息不丢失，具有较高的可靠性和实时性，以及本发明专利技术在降噪后图像不会引入新的噪声且不会降低原始图像锐度。

【技术实现步骤摘要】
一种针对光纤监控视频序列的降噪方法及系统
本专利技术专利涉及光纤监控视频信号处理
，尤其是针对视频序列降噪及增强的

技术介绍
视频监控具有直观、方便、可靠、信息内容丰富等优点，因此被广泛应用于金融、商业、交通、住宅、社区等场合，为这些领域的环境监控和安全防范起到了不可忽略的作用。光纤传输系统具有传输距离远、信息容量大、抗干扰能力强、保密性好等优势，目前已成为通信的重要手段。利用光纤技术传输图像能够有效保证图像数据不会被窃取，同时具有高灵敏度、高分辨率等特点。人们对其需求集中体现在优质的画面和高质量的视觉等方面。然而，监控视频在获取、传输、存储和复制过程中，会不可避免受到噪声污染，噪声的存在不仅会影响视频图像的感官感受，也会降低其信息含量。另外，视频图像降噪也是视频图像后期处理如压缩、编码、目标识别等的预处理阶段。因此，视频降噪算法的研究具有非常重要的意义。现行的视频图像降噪算法主要有以下分类方法：(1)按照视频图像降噪的处理区域可以分为像素域降噪算法和转换域降噪算法两类：像素域视频图像降噪算法是直接在视频图像构成的空时三维(3D)空间中处理噪声，此类算法出现较早，发展比较成熟，其优点是计算量小、降噪效果较好；转换域视频图像降噪算法是先将视频图像的内容进行转换，在转换域(如小波域)中进行降噪处理，然后通过反变换得到最终的降噪视频图像，这类算法比像素域算法的降噪效果好，但是计算量较大，往往满足不了视频处理的实时性需求。(2)按照滤波器支持的滤波范围可以分为时域滤波(1D滤波)、空域滤波(2D滤波)、空时滤波(3D滤波)三类。相比于二维图像，视频图像信息的相关性同时存在于一维时间域(1D)和二维空间域(2D)，1D滤波只利用了视频序列在时间域上的相关性，2D滤波只利用了视频图像在空间域上的相关性，而3D滤波同时利用了视频图像在时间域和空间域上的相关性来进行降噪，因此，3D滤波的降噪效果要优于其它两类滤波器。在空时滤波中，时域滤波器和空域滤波器主要有两种组合方式：第一种，先进行空域滤波再进行时域滤波；第二种，根据图像的分析结果在时域滤波和空域滤波上切换，并结合图像分析结果和噪声估计大小设置滤波强度来控制时域和空域滤波。(3)根据运动估计方式可以分为基于运动估计和运动自适应两种滤波方法：基于运动估计的滤波方法是为了充分利用视频图像序列在时域上的相关性，在滤波前先进行运动估计，在不造成运动“拖影”的情况下尽可能使用时域滤波器，经证明此方法在大多数情况下能够提高降噪效果；运动自适应的滤波方法则是在时域上进行滤波，但会采用某种自适应机制来减少运动引起的时域非平稳。该算法使降噪后的视觉效果得到显著提高，但由于引入了运动估计部分而导致降噪算法计算量变大，且视频图像降噪后的效果在一定程度上取决于运动估计的准确度。由此可见，上述现有的光纤监控视频序列降噪技术，当前还没有针对性的高性能算法。传统的滤波容易造成图像锐度的降低，而最新的降噪技术运算量巨大，不具有很好的实时性。因此，针对这类问题，急需具有高鲁棒性、高实时性的降噪方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种针对光纤监控视频序列的降噪方法及系统，以使其能够在保证视频信息完整和锐度的上，维持视频传输的流畅性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种针对光纤监控视频序列的降噪方法，包括：获得间隔帧图像的差分图像，提取该差分图像中包含的噪点区域，并生成相应的掩膜图像；以及将所述掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充，以获得降噪图像。进一步，所述差分图像的获得方法包括：使用帧差法获得相邻帧差的绝对值，，以得到所述差分图像；即g(x,y)＝|gn(x,y)-gn+2(x,y)|；式中，gn(x,y)和gn+2(x,y)分别为连续的第Fn帧和第Fn+2帧图像位置(x,y)处的灰度值，n为正整数；其中，第Fn帧设为首帧，第Fn+1帧设为中间帧，第Fn+2帧设为末帧。进一步，所述噪点区域的提取方法包括：对所述差分图像进行滤波，动态提取离散度超出范围的像素，作为疑似噪点；以及将所述疑似噪点通过形态学获得疑似噪点区域后，再通过分类器滤除虚假噪点，以获得所述噪点区域。进一步，对所述差分图像进行滤波，动态提取离散度超出范围的像素的方法包括：构造邻域窗W，计算邻域窗内像素均值m(x,y)和标准差d(x,y)，经过加权后计算得到该邻域窗内像素离散容忍阈值e(x,y)；以及计算邻域窗内像素灰度分布允许范围，并将邻域窗内中心像素灰度g(x,y)与其进行比较，超出范围的判断为疑似噪点；即计算得到的像素灰度分布允许范围为m(x,y)-e(x,y)≤g(x,y)≤m(x,y)+e(x,y)；其中，e(x,y)＝max(s×d(x,y),T),s≥0；上式中N表示邻域窗内像素数目，(u,v)表示邻域窗内的坐标，s为标准差的权值，T为最小方差。进一步，所述掩膜图像为互补掩膜图像，即将所述互补掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充，以获得降噪图像。进一步，所述互补掩膜图像的生成方法包括：将噪点区域通过二值化处理转换为实数型图像；即构造一幅与原视频帧同等大小的图像，将对应原视频帧中属于噪点位置的像素填充实数1.0，不属于噪点位置的像素填充0.0，即式中，F和B分别表示噪点区域和非噪点区域，I为实数型二值化噪点区域图像；为防止填充过程引入新噪声，消除噪点附近的光晕效果，将得到的由1.0和0.0组成的实数型图像使用高斯低通滤波器平滑，使掩膜图像0和1之间进行平滑过渡，得到掩膜图像M；用同等大小的由1.0构成的图像与掩膜图像M求差得到取反的掩膜图像进一步，将所述互补掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充的方法包括：在得到互补掩膜图像后，将用第Fn帧图像乘以取反的掩膜图像第Fn+1帧图像乘以掩膜图像M，且将两次计算结果图像求和即得到降噪图像。又一方面，本专利技术还提供了一种针对光纤监控视频序列的降噪系统，包括：差分图像获取单元，获得间隔帧图像的差分图像；掩膜生成单元，与差分图像获取单元相连，以提取的该差分图像中包含的噪点区域，并生成相应的掩膜图像；以及与掩膜生成单元相连的像素填充单元，其适于将该掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充，以获得降噪图像。进一步，所述降噪系统还包括：所述掩膜图像为互补掩膜图像，所述掩膜生成单元还适于将噪点区域通过二值化处理转换为实数型图像，并将所述实数型图像经高斯低通滤波器掩膜图像，以及求差得到取反的掩膜图像；所述像素填充单元适于将所述互补掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充。本专利技术的有益效果是，本专利技术能有效提取视频图像几乎所有噪点目标，并且能很好的保持原始视频中运动信息不丢失，具有较高的可靠性和实时性，以及本专利技术在降噪后图像不会引入新的噪声且不会降低原始图像锐度。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1示出了本专利技术的降噪方法的算法框图；图2示出了噪点提取方法示意图；图3示出了构造噪点填充掩膜图像流程；图4(a)示出了处理前的示意图；图4(b)示出了降噪后的示意图；图5示出了降噪系统的原理框图；具体实施方式现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对光纤监控视频序列的降噪方法，包括：获得间隔帧图像的差分图像，提取该差分图像中包含的噪点区域，并生成相应的掩膜图像；以及将所述掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充，以获得降噪图像。

【技术特征摘要】
1.一种针对光纤监控视频序列的降噪方法，包括：获得间隔帧图像的差分图像，提取该差分图像中包含的噪点区域，并生成相应的掩膜图像；以及将所述掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充，以获得降噪图像；所述差分图像的获得方法包括：使用帧差法获得相邻帧差的绝对值，以得到所述差分图像；即g(x,y)＝|gn(x,y)-gn+2(x,y)|；式中，gn(x,y)和gn+2(x,y)分别为连续的第Fn帧和第Fn+2帧图像位置(x,y)处的灰度值，n为正整数；其中，第Fn帧设为首帧，第Fn+1帧设为中间帧，第Fn+2帧设为末帧；所述噪点区域的提取方法包括：对所述差分图像进行滤波，动态提取离散度超出范围的像素，作为疑似噪点；以及将所述疑似噪点通过形态学获得疑似噪点区域后，再通过分类器滤除虚假噪点，以获得所述噪点区域；对所述差分图像进行滤波，动态提取离散度超出范围的像素的方法包括：构造邻域窗W，计算邻域窗内像素均值m(x,y)和标准差d(x,y)，经过加权后计算得到该邻域窗内像素离散容忍阈值e(x,y)；以及计算邻域窗内像素灰度分布允许范围，并将邻域窗内中心像素灰度g(x,y)与其进行比较，超出范围的判断为疑似噪点；即计算得到的像素灰度分布允许范围为m(x,y)-e(x,y)≤g(x,y)≤m(x,y)+e(x,y)；其中，e(x,y)＝max(s×d(x,y),T),s≥0；上式中N表示邻域窗内像素数目，(u,v)表示邻域窗内的坐标，s为标准差的权值，T为最小方差。2.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述掩膜图像为互补掩膜图像，即将所述互补掩膜图像的噪点像...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海燕，周卓赟，张学武，张卓，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32