一种数字图像降噪方法技术

本发明专利技术公开一种数字图像降噪方法及装置，降噪方法包括：对输入图像进行噪声分析，计算输入图像帧间或相隔一场的两个场间的差值帧／场图像，基于差值帧图像分析本帧／场噪声统计特性；进行噪声分析，计算噪声功率、确定噪声标志和确定噪声分类；自适应选择帧／场内降噪或／和帧／场间降噪方法。用于数字图像降噪装置包括：帧存储器、噪声分析单元和帧／场降噪单元。由于本发明专利技术通过对差值帧／场图像进行噪声特性分析，来选择采用帧／场内和／或帧／场间降噪方法，并且根据噪声和图像信息的特征选取适当的权值，降噪后获得了具有更好视觉效果的图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理技术，尤其涉及一种用于数字电视图像降噪的方法及装置。
技术介绍
在图像获取、传输和存储的过程中总是不可避免地受到各种噪声源的干扰。当干 扰来自于系统外部，如外界电磁波经过电源进入系统内部而引起的外部噪声；也有来 自于系统内部的干扰，如摄像机的热噪声或电器机械运动而产生的抖动噪声等内部噪 声。图像中比较典型的噪声是白噪声和脉冲噪声，降噪对提高电视画面质量是至关重 要的。现有技术中，降噪可以在图像变换域或空间域完成。在图像变换域去噪的方法是 先对图像进行某种变换，将图像从空间域转换到变换域，再对变换系数进行处理，最 后反变换到空域来达到去除图像噪声的目的。在空间域去噪的方法是可分为帧内降 噪和帧间降噪，两者各有利弊。对于受噪的静止图像序列，帧间降噪方法优于帧内降 噪，尤其是在静止图像的边缘区域，帧内降噪容易造成滤波后的图像边缘模糊，而帧 间降噪能很好地克服这一缺点；对于受噪图像序列的运动部分，帧内降噪则优于帧间 降噪。帧内降噪包括一维滤波和二维滤波， 一维滤波，如一维中值滤波器，它在受噪 声比较严重的情况下通常不能满足要求。二维滤波的降噪效果一般有明显改善，且去 噪程度随窗口尺寸的增加有所提高，常用的二维滤波方法有(1)中值滤波，它是一 种空间域非线性滤波方法，由于它在实际运算过程中并不需要图像的统计特性，所以 比较方便。并且对滤除椒盐噪声等尤其有效。同时对图像的边缘也有较好的保护，但 是它对于图像中的点线等细节的模糊却是不可忽视的。且随着窗口的扩大，滤波作用 越强，但有效信号的损失也将明显增加。(2)均值滤波及加权均值滤波这类属于线 性滤波技术，其处理对象主要是高斯白噪声。在噪声图像的预处理中，均值滤波因实 现极其简单而对高斯噪声有较好的平滑能力，至今仍是一种常用的方法，但是由于(a) 在图像边缘区域存在两类不同的像素值，采用相同权值的均值滤波会造成滤波后图像 的边缘模糊；(b)均值滤波对椒盐噪声十分敏感，其根本原因在于在均值运算中，各 个像素的权值都一样，当滤波窗内存在椒盐噪声时，噪声点在很大程度上减弱滤波效 果，同时存在椒盐噪声点的区域在均值滤波后影响扩散到了周围像素；(C)均值滤波 没有充分利用图像的像素之间相关性和像素的位置等信息。帧间视频降噪帧间滤波能很好地去除静止帧图像上各种类型的噪声，缺点是采 用帧间降噪算法通常会引入运动边界模糊；滤波深度越深，则运动物体越模糊。为此， 出现了一些改进的帧间滤波方法，结合运动检测和边缘检测进行帧间滤波，当然其代 价是增加硬件实现的复杂度。帧间滤波方法主要有多帧平均法，以及基于运动自适 应的一阶时间递归(IIR)滤波，即帧间低通滤波。在后者方法中，用以下公式(l)计算 出降噪后图像的像素亮度值(帧间降噪输出值)，V。'=V,*() + &2—0, (1)其中A是控制滤波深度的参数(通过噪声分析得到)，；rF()—M是当前场图像中待降噪像素亮度值，。w是向前隔一场图像中对应像素位置的亮度值，A:是控制滤波深度的参 数。通常由信号的噪声电平决定，这个参数决定了滤波器特性的好坏。确定A:的方法 通常有两种第一种是利用场消隐期间，测量出信号中的噪声电平，再根据噪声电平 来确定滤波系数k。第二种是通过帧内的噪声分析确定滤波系数k。但现有的帧间降噪 方法中仍存在对运动图像的误判和漏判的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种通过噪声分析选择相 应数字图像降噪的方法及装置，以获得更好的主观图像质量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是本专利技术公开了一种数字图像降噪方 法，包括以下步骤(1) 对输入图像进行噪声分析，计算输入图像帧间或相隔一场的两个场间的差值帧/ 场图像，获得一帧/场差值图像；(2) 基于差值帧图像分析本帧/场噪声统计特性，判定本帧/场是否为噪声帧/场，如 果噪声分析表明本帧/场为噪声污染的图像，则进行降噪处理，否则不做任何处理，对 表明本帧/场为噪声污染的图像，采用基于基本块划分计算出本帧/场的噪声类型和噪声 功率；(3)结合每个像素的运动值选用帧/场内降噪或/和帧/场间降噪，如果图像内含有椒 盐噪声，则要对噪声图像进行帧/场内降噪，当图像内含有高斯噪声时，根据当前图像 帧/场中待降噪像素的运动值判定是否大于设置的门限，若是则采用帧/场内降噪，否则 采用帧/场间降噪，如果同时含有以上两类噪声，则采用帧/场内和帧/场间联合降噪。当输入图像为逐行视频格式时，采用两个相邻帧相减，当输入格式为隔行视频时， 采用相隔一场的，即具有帧周期的两个场图像相减，对所得的差值帧/场进行低通滤波 或绝对值预处理，获得一帧/场差值图像。本专利技术公开了一种用于数字图像降噪装置，包括帧存储器、噪声分析单元和帧/ 场降噪单元。帧存储器，用于保存帧/场图像，与噪声分析单元相连；噪声分析单元， 用于接收输入当前帧/场图像，对差值帧/场图像进行噪声特征分析，与帧/场降噪单元 相连接，向其提供控制信息；帧/场降噪单元，包括帧/场内降噪单元和帧/场间降噪单 元，二者相连，用于完成图像帧/场内降噪后的图像继续通过帧/场间降噪；接收的输入 当前帧/场图像，通过上述单元的组合处理，输出降噪后的图像。本专利技术的有益效果是，由于本专利技术通过对两帧/场图像相减，去除图像中的一些静 止物体及边缘，使得差值帧/场图像中有更多被噪声污染的背景区域，便于更准确地进 行噪声特性分析。而且本专利技术是基于噪声分析结果选择釆用帧/场内和/或帧/场间降噪 方法，能有效地降噪并获得更清晰的图像。另外，在确定帧/场间降噪中IIR滤波系数 k时，采用边缘检测出水平边缘和垂直边缘，以此作为当前帧的边缘信号，再和前一帧 的边缘信号进行异或操作，得到活动图像的边缘信号，从而减少了对运动图像的误判 和漏判。因本专利技术采取了上述技术措施，降噪后获得了具有更好视觉效果的图像。 附图说明图1为本专利技术一种数字图像降噪方法的原理框图。图2为本专利技术方法中降噪步骤的流程框图。图3为一帧/场图像中矩形区域选取的示意图。图4为一个矩形区域的基本块划分方法的示意图。图5为有效基本块的分析结构示意图。图6为场间降噪的基本结构框图。图7为计算运动值的方框图。 图8为k-d关系图。图9为本专利技术一种用于数字图像降噪装置的框图。具体实施方式下面参照附图并结合实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术降噪方法的基本原理是，首先对输入图像进行噪声分析，计算输入图像帧间或相隔一场的两个场间的差值帧/场图像；然后通过对差值帧/场进行噪 声分析，给出诸如帧/场噪声标志、噪声类型和场噪声功率的控制信息，用于自适应选 择帧/场内或/和帧/场间降噪；最后输出降噪后的图像。图2是本专利技术方法中降噪步骤的流程框图。降噪过程如下1) 开始启动系统工作；2) 通过逐行扫描或隔行扫描输入一帧/场图像；3) 进行噪声分析(l)，计算噪声功率首先对连续两帧或相隔一场的两场间对应像 素相减，计算出差值帧/场，对差值取绝对值作为像素的绝对差值，构造出最终的差值 帧/场；然后对差值帧/场图像随机选取的矩形区域和划分的基本块，计算其中每个有效 基本块的噪声功率，计算公式为最后对本帧/场所有的有效基本块噪声功率平均，得到本帧/场瞬时噪声功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字图像降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）对输入图像进行噪声分析，计算输入图像帧间或相隔一场的两个场间的差值帧／场图像，获得一帧／场差值图像；（２）基于差值帧图像分析本帧／场噪声统计特性，判定本帧／场是否为噪声帧 ／场，如果噪声分析表明本帧／场为噪声污染的图像，则进行降噪处理，否则不做任何处理，对表明本帧／场为噪声污染的图像，采用基于基本块划分计算出本帧／场的噪声类型和噪声功率；（３）结合每个像素的运动值选用帧／场内降噪或／和帧／场间降噪，如 果图像内含有椒盐噪声，则要对噪声图像进行帧／场内降噪，当图像内含有高斯噪声时，根据当前图像帧／场中待降噪像素的运动值判定是否大于设置的门限，若是则采用帧／场内降噪，否则采用帧／场间降噪，如果同时含有以上两类噪声，则采用帧／场内和帧／场间联合降噪。

【技术特征摘要】
1、 一种数字图像降噪方法，其特征在于，包括以下步骤(1) 对输入图像进行噪声分析，计算输入图像帧间或相隔一场的两个场间的差值帧/ 场图像，获得一帧/场差值图像；(2) 基于差值帧图像分析本帧/场噪声统计特性，判定本帧/场是否为噪声帧/场，如 果噪声分析表明本帧/场为噪声污染的图像，则进行降噪处理，否则不做任何处理，对 表明本帧/场为噪声污染的图像，采用基于基本块划分计算出本帧/场的噪声类型和噪声 功率；(3) 结合每个像素的运动值选用帧/场内降噪或/和帧/场间降噪，如果图像内含有椒 盐噪声，则要对噪声图像进行帧/场内降噪，当图像内含有高斯噪声时，根据当前图像 帧/场中待降噪像素的运动值判定是否大于设置的门限，若是则采用帧/场内降噪，否则 采用帧/场间降噪，如果同时含有以上两类噪声，则采用帧/场内和帧/场间联合降噪。2、 根据权利要求1所述的一种数字图像降噪方法，其特征在于，步骤(l)中所述的 输入图像帧间或相隔一场的两个场间的差值帧/场图像是指，当输入图像为逐行视频格 式时，采用两个相邻帧相减，当输入格式为隔行视频时，采用相隔一场的，即具有帧 周期的两个场图像相减，对所得的差值帧/场进行低通滤波或绝对值预处理，获得一帧/ 场差值图像。3、 根据权利要求1所述的一种数字图像降噪方法，其特征在于，步骤(2)中所述的 噪声图像统计特性分析，包括以下步骤(1) 对差值帧/场图像随机选取一个或多个矩形区域，并将每个矩形区域划分成一个 或多个基本块，然后计算其中每个有效基本块的噪声功率，得出本场噪声功率，再对 连续的场噪声功率进行平滑处理，获得比较稳定的场噪声功率的估计值，基于此噪声 功率估计值设置一组降噪门限，计算出帧内IIR滤波系数k;(2) 根据基本块噪声功率，判定本帧/场是否为噪声帧/场；(3) 根据每个基本块的噪声功率及其分布特性，判定本帧/场的噪声类型。4、 根据权利要求3所述的一种数字图像降噪方法，其特征在于，步骤(l)中所述的矩形区域是用于噪声功率分析的图像矩形区域，其宽度为一个分析块宽度，高度为小 于等于整个图像的高度。5、 根据权利要求3所述的一种数字图像降噪方法，其特征在于，步骤(l)中所述的 有效基本块是指，此基本块中不含有边缘信息，能够表示出本区域的噪声功率，并能 够用于本帧/场噪声功率的计算。6、 根据权利要求3所述的一种数字图像降噪方法，其特征在于，步骤(l)中所述的 本场噪声功率是指，通过对几个矩形区域所计算的各个基本块的噪声功率进行平均、 或取最小噪声功率、或取最大噪声功率。7、 根据权利要求3所述的一种数字图像降噪方法，其特征在于，步骤(l)中所述的 IIR的滤波系数k是通过本帧/场中待降噪像素的运动值以及曲线或分段曲线函数计算 得出。8、 根据权利要求3所述的一种数字图像降噪方法，其特征在于，步骤(l)中所述的 对场噪声功率平滑处理是对场噪声功率沿时间方向进行平滑，以消除联系帧/场噪声功 率出现剧变。9、 根据权利要求1所述的一种数字图像降噪方法，其特征在于，步骤(3)中所述的 帧/场内降噪采用区域中值滤波或均值滤波方法，以减少椒...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫建新，邓宇，董旭，柳崎峰，
申请(专利权)人：宝利微电子系统控股公司，
类型：发明
国别省市：KY[开曼群岛]