專利名稱：數(shù)碼圖像噪聲凈化和銳化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像銳化及其噪聲凈化方法，特別是，涉及一種對(duì)圖像進(jìn)行去噪聲和銳化同步處理的方法。
在圖像被攝取的過程中，其像素值總會(huì)受到來自各種噪聲源不規(guī)則噪聲的影響，事實(shí)上，每幅圖像都包含一定程度的噪聲，譬如傳統(tǒng)膠卷上攝取的圖像包含由于化學(xué)反應(yīng)過程產(chǎn)生的膠卷顆粒；同樣，數(shù)碼照相機(jī)直接捕獲的圖像中也包含噪聲，如散粒噪聲、暗流噪聲和固定的感光器噪聲等等。
噪聲影響圖像質(zhì)量，因此適當(dāng)?shù)貏h除或減少噪聲往往是必須的。光的自然性質(zhì)決定了要實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全無噪聲的系統(tǒng)是不可能的，但是可以通過一定的技術(shù)來提高信號(hào)和噪聲的比例，使其高到觀察者相對(duì)可以忽視噪聲的存在。
眾所周知，增強(qiáng)來自光檢測(cè)裝置的圖像數(shù)據(jù)不僅可以促進(jìn)噪聲的減少，同時(shí)也可以使圖像銳化。圖像銳化提高了數(shù)字圖角邊緣的銳度，因此通常可以提高圖像的質(zhì)量。美國5,038,388號(hào)專利，詳述了圖像銳化的技術(shù)。在許多增強(qiáng)操作中，去噪聲和圖像銳化是兩個(gè)重要的并時(shí)常采用的操作。通過抑制噪聲提高銳度，來加強(qiáng)圖像質(zhì)量。但是去噪聲和圖像銳化在內(nèi)在上是矛盾的，實(shí)際上所有捕獲圖像的裝置有低通濾波的特性，就意味著削弱了圖像的高頻分量。不理想的低通濾波將會(huì)降低圖像清晰度。使情況更糟的是，幾乎所有的噪聲凈化操作都傾向抑制圖像的高頻分量，從而增加清晰度的損失。因此，也非常必要采用銳化圖像操作。
照慣例，對(duì)一幅數(shù)碼圖像先后進(jìn)行去噪聲和銳化，通常去噪聲先于銳化，因?yàn)樵阡J化過程中噪聲也會(huì)被放大。到目前為止，噪聲消除和銳化一般是分開設(shè)計(jì)的。這種方法主要的不利之處是銳化在操作時(shí)不知道噪聲凈化已運(yùn)行的情況，從而無法選擇最佳的銳化方法。此外，所選銳化方法的參數(shù)設(shè)定也往往不是最佳的。
因此需要提供一種可應(yīng)用于數(shù)碼圖像去噪聲和銳化的方法，此方法使去噪聲和銳化在相互了解彼此操作的情況下同步進(jìn)行以產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題就是提供一種方法，該方法可以同時(shí)對(duì)數(shù)碼圖像進(jìn)行去噪聲和銳化操作。該方法包括以下幾個(gè)步驟首先，從數(shù)碼圖像中計(jì)算亮度圖，其包含圖像像素的亮度值；其次，再從亮度圖中計(jì)算活動(dòng)圖，其圖中的每個(gè)像素的活動(dòng)值符合該像素周圍的活動(dòng)。
然后，用該像素的活動(dòng)量級(jí)與預(yù)先決定的三個(gè)閾值進(jìn)行比較，并進(jìn)行比較和調(diào)整，把修正過的活動(dòng)圖加回?cái)?shù)碼圖像的亮度通道。
如果該像素的活動(dòng)量級(jí)是小于第一個(gè)預(yù)先決定的閾值，該活動(dòng)則判斷為噪聲，先用第一個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整對(duì)其進(jìn)行修正，然后增加到該像素的亮度值；如果該像素的活動(dòng)量級(jí)是大于第一個(gè)預(yù)先決定的閾值，小于第二個(gè)預(yù)先確定的閾值，該活動(dòng)則判斷為基于噪聲和邊緣之間，對(duì)該像素將不做任何處理；如果該像素的活動(dòng)量級(jí)是大于第二個(gè)預(yù)先決定的閾值，小于第三個(gè)預(yù)先決定的閾值，該活動(dòng)則判斷為是弱邊緣，先用第二個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整對(duì)其進(jìn)行修正，然后增加到該像素的亮度值；如果該像素的活動(dòng)量級(jí)是大于第三個(gè)預(yù)先決定的閾值，該活動(dòng)則判斷為是強(qiáng)邊緣，先用第三個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整對(duì)其進(jìn)行修正，然后增加到該像素的亮度值。
第一個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整是去噪聲功能。
第二個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整是適度的銳化功能。
第三個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整是高度的銳化功能。
一幅單色數(shù)碼圖像包含一個(gè)通道，也就是，亮度或強(qiáng)度通道。一幅彩色數(shù)碼圖像由紅色的，綠色的，藍(lán)色的三個(gè)通道所組成。大體上，圖像的銳度通過圖像亮度通道的邊緣反映出來的。因此，亮度通道，定義為Y通道，將首先被導(dǎo)出。一個(gè)合理的導(dǎo)出Y通道的公式如下Y＝(red+2*green+blue)/4
一般來說，噪聲和邊緣都視為圖像地方性的小范圍的活動(dòng)。舉例來說，在圖像m排和n列的黑體Y標(biāo)記的像素在5像素x5像素范圍里顯示，見附圖一。
為了衡量黑體Y標(biāo)記的像素附近的活動(dòng)，下列矩陣被用于Y通道來推導(dǎo)一幅活動(dòng)圖(AM)-10-10-100000-1080-100000-10-10-1×18]]>即AM=(8Ym,n-Ym-2,n-2-Ym-2,n-Ym-2,n+2-Ym,n-2-Ym,n+2-Ym+2,n-2-Ym+2,n-Ym+2,n+2)8]]>活動(dòng)圖通過一張查找表來進(jìn)一步修正(AMLUT)。這個(gè)查找表在圖三中圖形化地表示出來。
AMLUT由下列各項(xiàng)組成 其中x是像素的活動(dòng)量級(jí)，x1，x2，x3分別是預(yù)先確定的閾值，m1，m2是給定的參數(shù)。
當(dāng)-x1＜x≤x1時(shí)，x被認(rèn)為是噪聲，不同于圖像結(jié)構(gòu)如邊緣。在這種情況下，下列運(yùn)算將用來計(jì)算Avg值。
首先，四個(gè)方向性平均值依照下列各列等式進(jìn)行計(jì)算AvgH=(Ym,n+Ym,n-2+Ym,n-1+Ym,n+1+Ym,n+2)5;]]>AvgV=Ym,n+Ym-2,n+Ym-1,n+Ym+1,n+Ym+2,n5;]]>AvgL=Ym,n+Ym-2,n-2+Ym-1,n-1+Ym+1,n+1+Ym+2,n+25;]]>AvgR=Ym,n+Ym-2,n+2+Ym-1,n+1+Ym+1,n-1+Ym+2,n-25;]]>然后，在水平的方向中，定義DHm，n＝|Ym，n-AvgH|和DDH＝Dm，n+DHm，n-2+DHm，n-1+DHm，n+1+DHm，n+2類似的，在垂直方向、對(duì)角線方向和反對(duì)角線方向中定義DDV＝DVm，n+DVm-2，n+DVm-1，n+DVm+1，n+DVm+2，nDDL＝DLm，n+DLm-2，n-2+DLm-1，n-1+DLm+1，n+1+DLm+2，n+2DDR＝DRm，n+DRm+2，n-2+DRm+1，n-1+DRm-1，n+1+DRm-2，n+2如果一個(gè)像素是在邊緣上，噪聲凈化只可沿邊緣進(jìn)行以保證邊緣不被弄模糊。為此，(DDH，DDV，DDL，DDR)中最小值需要被識(shí)別，然后對(duì)應(yīng)的方向性平均值被選擇為Avg，也就是，Avg＝(AvgP|DDP＜＝DDQ，for all Q?。絇，Pin{H，V，L，R}，Qin{H，V，L，R})最后，經(jīng)修正過的Y通道(經(jīng)過噪聲凈化和銳化)為Y’＝Y(jié)+AMLUT(AM)在上述的發(fā)明中，能夠同時(shí)進(jìn)行去噪聲和銳化操作，從而使銳化操作完全知道噪聲消除的操作。
對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明所提出的方法可以同時(shí)對(duì)數(shù)碼圖像進(jìn)行凈化噪聲和銳化操作。這種去噪聲和銳化以相互關(guān)聯(lián)的方式進(jìn)行操作的方法，可以最大程度地提高圖像的質(zhì)量。除此之外，凈化和銳化使用查找表也保證了處理的高速度。


圖一是5像素×5像素的排列表。
圖二是本發(fā)明實(shí)施例的圖形說明。
圖三是本發(fā)明適用的查找表的圖形說明。
以下是圖二和圖三中各部分的附圖標(biāo)記10計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20主機(jī)30顯示器40鍵盤50鼠標(biāo)52光標(biāo)55光盤驅(qū)動(dòng)器(CD-ROM)56打印機(jī)57(只讀)光盤61磁盤62個(gè)人計(jì)算機(jī)卡(PC card)80 LUT
圖1顯示一個(gè)實(shí)施本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10包括以微處理器為基礎(chǔ)的主機(jī)20，用于接受和處理軟件程序，和運(yùn)行其它處理功能。一臺(tái)顯示器30與主機(jī)20相連，顯示與軟件相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。一個(gè)鍵盤40也與主機(jī)20相連，可使用戶對(duì)軟件輸入信息。另外，一個(gè)鼠標(biāo)50可替代鍵盤40輸入，它可用于移動(dòng)顯示器30上的光標(biāo)52并進(jìn)行選項(xiàng)。
光盤只讀存儲(chǔ)器(只讀光盤)55與主機(jī)相連，通過只讀光盤57接受軟件程序并提供輸入軟件程序和其他信息到主機(jī)20的方法。只讀光盤57通常包含一個(gè)軟件程序。除此之外，磁盤61也包括一個(gè)軟件程序，可插入主機(jī)用于輸入軟件程序。進(jìn)一步，基于微處理器的主機(jī)20可編程，工藝中熟知，用于內(nèi)部存儲(chǔ)軟件程序。一臺(tái)打印機(jī)56與以微處理器為基的主機(jī)20相連，用于印刷計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10的輸出的硬拷貝。
圖像通過一張個(gè)人計(jì)算機(jī)卡片(PC卡)可在顯示器30上顯示。如同以前知道的，一張包含數(shù)字化圖像的個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)國際協(xié)會(huì)卡(PCMCIA卡)電子化個(gè)人計(jì)算機(jī)卡62。個(gè)人計(jì)算機(jī)卡62最后插入在以微處理器為基礎(chǔ)的主機(jī)20內(nèi)，用于在顯示器30上顯示圖像。
雖然計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10作為特定的具體描述，但是本發(fā)明并非限定為顯示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10，也可在任何電子處理系統(tǒng)上使用。更進(jìn)一步，以此為例，計(jì)算機(jī)刻度存儲(chǔ)媒介可包括很多，舉例來說，磁性存儲(chǔ)介質(zhì)，如磁盤(軟磁盤)或磁帶；光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)，如光盤、光學(xué)磁帶或機(jī)器可讀條形碼；固態(tài)電子儲(chǔ)藏裝置，如隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，只讀存儲(chǔ)器(ROM)；或者任何其他用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的實(shí)際裝置或介質(zhì)。
雖然此發(fā)明通過上面特定描述來闡述，但對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言可容易地實(shí)現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)和進(jìn)行修改。因此在其最廣泛的方面本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)、代表性的設(shè)備和這里示出與描述的圖示示例，因此在不背離附權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般的概念的精神和范圍的情況下可進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種可同時(shí)對(duì)數(shù)碼圖像進(jìn)行去噪聲和銳化的方法，特別是，涉及一種對(duì)圖像進(jìn)行去噪聲和銳化同步處理的方法，其特征在于，包含以下步驟(a)從數(shù)碼圖像的亮度通道計(jì)算活動(dòng)圖；(b)應(yīng)用一張表格查找修正活動(dòng)圖；(c)把修正過的活動(dòng)圖加回?cái)?shù)碼圖像的亮度通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包含具體步驟(a)從數(shù)碼圖像中計(jì)算亮度圖，其包含數(shù)碼圖像像素的亮度值；(b)從亮度圖中計(jì)算活動(dòng)圖，其圖中的每個(gè)像素的活動(dòng)值符合該像素周圍的活動(dòng)；(c)如果該像素的活動(dòng)量級(jí)是小于第一個(gè)預(yù)先決定的閾值，該活動(dòng)則判斷為噪聲，先用第一個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整進(jìn)行修正，然后增加到該像素的亮度值；(d)如果該像素的活動(dòng)量級(jí)是大于第一個(gè)預(yù)先決定的閾值，小于第二個(gè)預(yù)先決定的閾值，該活動(dòng)則判斷為基于噪聲和邊緣之間，對(duì)該像素將不做任何處理；(e)如果該像素的活動(dòng)量級(jí)是大于第二個(gè)預(yù)先決定的閾值，小于第三個(gè)預(yù)先決定的極限，該活動(dòng)則判斷為是弱邊緣，先用第二個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整進(jìn)行修正，然后增加到該像素的亮度值；(f)如果該像素的活動(dòng)量級(jí)是大于第三個(gè)預(yù)先決定的閾值，該活動(dòng)則判斷為是強(qiáng)邊緣，先用第三個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整進(jìn)行修正，然后增加到該像素的亮度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第一個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整是去噪聲功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第二個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整是適度的銳化功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第三個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整是高度的銳化功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所有的活動(dòng)圖(AM)的調(diào)整都通過查找表格(LUT)來實(shí)現(xiàn)，如下
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，x是像素的活動(dòng)量級(jí)，x1，x2，x3分別是預(yù)先確定的三個(gè)閾值。
全文摘要
本發(fā)明是一種可以同時(shí)對(duì)數(shù)碼圖像進(jìn)行去噪聲和銳化的方法。特別是，涉及一種對(duì)圖像進(jìn)行去噪聲和銳化同步處理的方法，包括幾個(gè)步驟首先，從數(shù)碼圖像中計(jì)算亮度圖，其包含圖像像素的亮度值；其次，再從亮度圖中計(jì)算活動(dòng)圖，其圖中的每個(gè)像素的活動(dòng)值符合該像素周圍的活動(dòng)。然后，用該像素的活動(dòng)量級(jí)與預(yù)先決定的三個(gè)閾值進(jìn)行比較，并用三個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整進(jìn)行修正，把修正過的活動(dòng)圖加回?cái)?shù)碼圖像的亮度通道。三個(gè)預(yù)先確定的調(diào)整分別是去噪聲功能、適度的銳化功能和高度的銳化功能。
文檔編號(hào)G06K9/40GK1462978SQ02120708
公開日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2002年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月29日
發(fā)明者俞青, 周芬 申請(qǐng)人:北京中星微電子有限公司