專利名稱：圖像處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理裝置和方法，尤其涉及一種其中在低照度(low-illuminance)環(huán)境中提供高清晰圖像的圖像處理裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種圖像處理裝置和方法，其中噪聲被有選擇地從在低照度環(huán)境中捕捉的低照度圖像中消除，以提供一種更清晰的低照度圖像。
背景技術(shù)：
近來(lái)，隨著對(duì)數(shù)碼圖像處理裝置，包括數(shù)碼便攜攝像機(jī)、拍照電話等的需求的快速增加，其功能變得多樣和智能。同時(shí)，鑒于當(dāng)靜止圖像或移動(dòng)圖像被圖像處理裝置捕捉時(shí)支持的分辨率逐漸升級(jí)，使用者在一定程度上滿足于在普通環(huán)境中，即在比如日光或熒光燈照明的高照度(high-illuminance)環(huán)境，捕捉的圖像。
然而，使用者日益希望甚至在低照度環(huán)境中，比如劇場(chǎng)內(nèi)、暗室和晚上，和在普通環(huán)境中一樣捕捉圖片質(zhì)量得到保證的圖像。例如，當(dāng)要捕捉在音樂(lè)會(huì)熱愛(ài)的明星或晚上的海洋背景的圖像時(shí)，就拍取到具有不同于普通圖像的低亮度的低照度圖像。
在傳統(tǒng)圖像處理裝置中，在低照度環(huán)境中設(shè)置閃光燈，以通過(guò)利用瞬時(shí)光將低照度環(huán)境改變?yōu)楦哒斩拳h(huán)境，然后就可捕捉理想的圖像。然而，傳統(tǒng)的圖像處理裝置的缺點(diǎn)在于，如果不設(shè)置閃光燈，就不能在低照度環(huán)境中捕捉圖像，但是由于擔(dān)心瞬時(shí)光在公共場(chǎng)所，比如劇場(chǎng)內(nèi)對(duì)其他人的干擾，閃光燈不能被使用。
于是，傳統(tǒng)圖像處理裝置具有的缺點(diǎn)在于，在低照度環(huán)境中不易捕捉圖像。
另外，傳統(tǒng)圖像處理裝置具有的缺點(diǎn)在于，盡管捕捉了圖像，也由于其大量的混合噪聲而不能獲得清晰的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明旨在提供一種圖像處理裝置和方法，其基本消除因背景技術(shù)的局限和缺點(diǎn)造成的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種圖像處理裝置和方法，其中在低照度環(huán)境中捕捉的圖像被校正和消除噪聲，以提供高清晰的圖像。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種圖像處理裝置和方法，其中噪聲根據(jù)圖像亮度被有差別地消除，從而噪聲可以根據(jù)照度環(huán)境被最佳地消除。
本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將部分地在隨后的說(shuō)明書中提出，并且對(duì)于在本領(lǐng)域具有普通技術(shù)的人員來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行隨后的驗(yàn)證后，將部分地變得明顯或可以從本發(fā)明的實(shí)踐中獲知。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)說(shuō)明書及其權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)和獲得。
為了達(dá)成這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，如這里所體現(xiàn)和廣泛描述的一樣，提供一種圖像處理裝置，包括信噪比計(jì)算裝置，用于按照低照度圖像的直方圖分布的低照度圖像的亮度計(jì)算信噪比；局部圖像離散計(jì)算裝置，用于計(jì)算選自低照度圖像的特定局部圖像的離散值；以及圖像校正裝置，用于依據(jù)信噪比和局部圖像離散值有差別地校正相應(yīng)的局部圖像。
在本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案中，提供一種圖像處理方法，包括步驟從低照度圖像的直方圖分布中獲得低照度圖像的亮度；以及依據(jù)亮度，有差別地選擇各局部圖像的像素狀態(tài)。
在本發(fā)明的再一個(gè)技術(shù)方案中，提供一種圖像處理方法，包括步驟從低照度圖像的直方圖分布中獲得低照度圖像的亮度；以及依據(jù)亮度，有差別地消除各局部圖像的噪聲。
本發(fā)明可以具有低照度圖像可以更清楚地顯示的效果。
應(yīng)該理解，無(wú)論本發(fā)明的前面的一般描述還是隨后的詳細(xì)描述都是示范性和解釋性的，并用于提供對(duì)所要求的發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


附圖，包括其中用于提供發(fā)明的進(jìn)一步理解，并作為和構(gòu)成這一申請(qǐng)的一部分，表示發(fā)明的具體實(shí)施方式
，并與說(shuō)明書一起用于解釋發(fā)明的原理。圖中圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖像處理裝置的示意結(jié)構(gòu)的框圖；圖2和3為直方圖(histogram)平滑處理前和后的直方圖；圖4和5為直方圖平滑處理前和后的圖像；
圖6為表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖像處理裝置的示意結(jié)構(gòu)的框圖；圖7為表示圖6的圖像噪聲消除裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例從低照度圖像消除噪聲的圖片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中表示。只要可能，相同的附圖標(biāo)記將在整個(gè)圖中表示相同或相似部分。
圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖像處理裝置的示意結(jié)構(gòu)的框圖。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的圖像處理裝置包括用于捕捉低照度圖像的圖像捕捉裝置1、用于校正低照度圖像的圖像校正裝置2、用于顯示去噪(noise-eliminated)圖像的圖像顯示裝置3。這里，低照度圖像表示在低照度環(huán)境中捕捉和輸入的圖像。
用于捕捉特定目標(biāo)和背景的圖像的圖像捕捉裝置1優(yōu)選地包括透鏡、濾光器和圖像拍攝傳感器(image pickup sensor)，比如電荷耦合器件(CCD)傳感器、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器等。
當(dāng)在無(wú)照明的低照度環(huán)境中捕捉圖像時(shí)，甚至無(wú)需附加照明裝置，比如閃光燈等，圖像校正裝置2可基于軟件將低照度圖像校正為高照度圖像，達(dá)到適合肉眼觀看的水平。例如，圖像校正裝置2通過(guò)利用直方圖平滑處理(histogram smoothing)將輸入的低照度圖像校正為高照度圖像。
這里，直方圖平滑處理是一種技術(shù)，其中當(dāng)圖像的灰度級(jí)分布局限于預(yù)定的灰度級(jí)時(shí)，就平滑處理直方圖，以改善圖像亮度。
下面說(shuō)明直方圖平滑處理技術(shù)。如圖2所示，在低照度圖像的直方圖中，頻率分布主要出現(xiàn)在低灰度級(jí)范圍。這時(shí)，如果進(jìn)行直方圖平滑處理，那么其中頻率較多地分布在低灰度級(jí)范圍的低照度圖像就重排并鋪展地分布在0至255的整個(gè)灰度級(jí)范圍。因而，如果進(jìn)行直方圖平滑處理，那么低照度圖像，比如暗的背景和物像就被校正并轉(zhuǎn)變?yōu)榭煞直鎴D像。
圖4和5為直方圖平滑處理前和后的圖像。
如圖4所示，在低照度環(huán)境中捕捉的圖像很暗，因而，對(duì)象及其周圍背景的邊界不清楚，不能辨別對(duì)象及其周圍背景。相反，如圖5所示，如果利用直方圖平滑處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行校正，那么圖像就獲得更高的照度，與圖4的原始圖像相比，具有大的分辨力。
同時(shí)，低照度圖像通常具有原始噪聲，其在圖像捕捉時(shí)被附加。如果這種低照度圖像通過(guò)直方圖平滑處理被轉(zhuǎn)變?yōu)楦哒斩葓D像，那么原始附加到低照度圖像的噪聲也被放大。
結(jié)果，圖像校正裝置2可提供更清晰的圖像，但缺點(diǎn)在于，由噪聲造成的圖像惡化比圖像校正前更嚴(yán)重。為此，本發(fā)明提出一種根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖像處理裝置。
圖6為表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖像處理裝置的示意結(jié)構(gòu)的框圖。
參見(jiàn)圖6，該圖像處理裝置包括用于捕捉低照度圖像的圖像捕捉裝置1、用于計(jì)算捕捉圖像亮度的亮度計(jì)算裝置6、用于根據(jù)圖像亮度區(qū)別消除噪聲的圖像噪聲消除裝置10以及用于向使用者提供去噪圖像的圖像顯示裝置3。
以與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同的方式，用于捕捉特定對(duì)象和背景的圖像的圖像捕捉裝置1優(yōu)選地包括透鏡、濾光器和圖像拍攝傳感器，比如電荷耦合器件(CCD)傳感器、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器等。
亮度計(jì)算裝置6基于直方圖分布計(jì)算亮度，即，基于各灰度級(jí)的亮度分布。
詳細(xì)地說(shuō)，在圖像捕捉裝置1中捕捉的低照度圖像中，依據(jù)直方圖分布，其亮度從低灰度級(jí)分布到高灰度級(jí)。這時(shí)，在低照度圖像中，亮度主要分布在低灰度級(jí)范圍。
此時(shí)，低照度圖像的亮度可以從直方圖分布的較高灰度級(jí)，從按照整個(gè)直方圖分布的預(yù)定比率提供的最小亮度計(jì)算。這時(shí)，低照度圖像的亮度可以依據(jù)預(yù)定比率設(shè)定為多少來(lái)計(jì)算。當(dāng)然，低照度圖像的亮度可以以不同的方式計(jì)算，但可以容易地假定，不管采用何種方式，低照度圖像的亮度都低于高照度圖像的亮度。
或者，計(jì)算的低照度圖像的亮度提供到圖像噪聲消除裝置10。
如圖7所示，圖像噪聲消除裝置10包括信噪(SN)比計(jì)算裝置12、局部圖像平均值計(jì)算裝置14、局部圖像離散計(jì)算裝置16和圖像校正裝置18。
詳細(xì)地說(shuō)，SN比計(jì)算裝置12基于低照度圖像的亮度計(jì)算SN比。這時(shí)，SN比可以表示為下面的等式1。
〔等式1〕SN＝(10000-α*I)/β其中，SN信噪比I低照度圖像亮度α和β圖像捕捉裝置1的噪聲特征值噪聲特征值(α，β)隨圖像捕捉裝置的噪聲特征變化，并可通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得。在本實(shí)施例的圖像捕捉裝置中，噪聲特征值(α和β)分別為100和21。
如等式1中所示，SN比表示對(duì)于一個(gè)信號(hào)噪聲是多少。
因而，假定圖像捕捉裝置1的噪聲特征(α和β)固定，隨著低照度圖像的亮度(I)變大，信噪比變小。相反，隨著低照度圖像的亮度(I)變小，信噪比變大。
或者，局部圖像平均值計(jì)算裝置14計(jì)算圖像將被還原具有預(yù)定尺寸的像素(X，Y)的大塊單元(macro block unit)的，比如矩陣3*3的局部圖像平均值。局部圖像平均值(Mlocal)可表示為下面的等式2。
〔等式2〕
Mlocal=Σ0nkn]]>其中，k第Ith像素亮度n像素?cái)?shù)目M局部圖像平均值。
例如，假定在3*3的大塊單元中像素?cái)?shù)目(n)為9，且各像素具有亮度，可以計(jì)算局部圖像平均值(M)為通過(guò)將所有九個(gè)像素的亮度相加并除以像素?cái)?shù)目9獲得的值。
接下來(lái)，局部圖像離散計(jì)算裝置16通過(guò)利用計(jì)算的局部圖像平均值計(jì)算相應(yīng)局部圖像的離散值。這時(shí)，局部圖像離散值(Vlocal)可以表示為下面的等式3。
〔等式3〕Vlocal=Σ0n(k-Mlocal)2n]]>通過(guò)比較等式3計(jì)算的局部圖像離散值與等式1計(jì)算的信噪比，就可以確定當(dāng)前還原的局部圖像是否為對(duì)象或背景，或者其是否與邊界區(qū)域相對(duì)應(yīng)。
詳細(xì)地說(shuō)，在信噪比(SN)大于局部圖像離散值(Vlocal)(SN＞Vlocal)的情況下，相應(yīng)局部圖像對(duì)應(yīng)于對(duì)象或背景。再者，在信噪比(SN)小于局部圖像離散值(Vlocal)(SN＜Vlocal)的情況下，相應(yīng)局部圖像對(duì)應(yīng)于邊界區(qū)域。SN比同樣地應(yīng)用到單幀(single frame)的全部像素，但局部圖像離散值卻是特定局部圖像亮度的離散值。因此，可以假定，在局部圖像具有高亮度的情況下，局部圖像與像素間亮度差大的邊界區(qū)域?qū)?yīng)。
如果相應(yīng)局部圖像通過(guò)比較結(jié)果確定其狀態(tài)，那么相應(yīng)局部圖像就相應(yīng)地被校正。
詳細(xì)地說(shuō)，在相應(yīng)局部圖像對(duì)應(yīng)對(duì)象或背景的情況下，相應(yīng)局部圖像具有等式2提供的局部圖像平均值(Mlocal)。再有，在相應(yīng)局部圖像對(duì)應(yīng)于邊界區(qū)域的情況下，相應(yīng)局部圖像實(shí)際上具有圖像捕捉裝置1捕捉的低照度圖像的亮度(k)。
這時(shí)，相應(yīng)局部圖像的所有像素，例如，3*3矩陣中的九個(gè)像素都具有局部圖像平均值。因此，像素可以具有對(duì)應(yīng)于背景或目標(biāo)的局部圖像的平均值，噪聲影響接近忽略。當(dāng)然，由于局部圖像在邊界區(qū)域具有本來(lái)的原始亮度，所以沒(méi)有產(chǎn)生邊界區(qū)域模糊的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的描述為選擇和校正一個(gè)局部圖像。然而，通過(guò)對(duì)選自圖像捕捉裝置1捕捉的所有圖像的多個(gè)局部圖像計(jì)算等式2和3，本發(fā)明可以確實(shí)地校正多個(gè)局部圖像。
如上所述，如圖8所示，依據(jù)低照度圖像的亮度，可以有差別地消除噪聲，以提供比圖4和5更清晰的圖像。特別地，可以理解，在邊界區(qū)域可看到更清晰的邊界輪廓。
同時(shí)，如上所述，噪聲消除后，去噪圖像經(jīng)由圖像顯示裝置3顯示給使用者。圖像顯示裝置3可以為圖像捕捉前的預(yù)覽顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明，檢測(cè)與利用信噪比捕捉的低照度圖像混合的噪聲水平，并選擇要還原的預(yù)定局部圖像，以分別計(jì)算局部圖像平均值和局部圖像離散值，并將信噪比與局部圖像離散值進(jìn)行比較，以依據(jù)比較結(jié)果有差別地校正選擇的局部圖像。
同時(shí)，在對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行直方圖平滑處理的情況下，可望獲得更清晰和明亮的圖像。
根據(jù)本發(fā)明，在低照度環(huán)境中捕捉的圖像可以被校正和去噪，以獲得高清晰圖像。
另外，按照?qǐng)D像的亮度有差別地消除噪聲，以依據(jù)照明環(huán)境最佳地消除。因此，甚至在低照度環(huán)境中，也能提供更清晰的圖像。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很明顯，本發(fā)明中可做出各種改進(jìn)和變化。因而，只要它們落入所附權(quán)利要求書及其等同的范圍內(nèi)，本發(fā)明就覆蓋本發(fā)明的這些改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種圖像處理方法，其特征在于，其包括以下步驟從低照度圖像的直方圖分布獲得低照度圖像的亮度；以及依據(jù)亮度，從各局部圖像有差別地消除噪聲。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，噪聲消除包括步驟由亮度計(jì)算信噪比；對(duì)于選自低照度圖像的多個(gè)局部圖像，計(jì)算各局部圖像平均值和各局部圖像離散值；以及依據(jù)信噪比和局部圖像離散值的比較結(jié)果，有差別地選擇相應(yīng)局部圖像的像素值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在信噪比大于局部圖像離散值的情況下，相應(yīng)局部圖像具有局部圖像平均值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該相應(yīng)局部圖像對(duì)應(yīng)于對(duì)象或背景。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該相應(yīng)局部圖像具有完全相同的值。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在信噪比小于局部圖像離散值的情況下，相應(yīng)局部圖像是對(duì)應(yīng)于低照度圖像本身的局部圖像。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該相應(yīng)局部圖像對(duì)應(yīng)于邊界區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，亮度從直方圖分布的較高灰度級(jí)，由按照整個(gè)直方圖分布的預(yù)定比率提供的最小亮度計(jì)算。
9.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括將去噪圖像作為預(yù)覽向使用者提供的步驟。
10.一種圖像處理裝置，其特征在于，其包括信噪比計(jì)算裝置，用于根據(jù)低照度圖像的直方圖分布的低照度圖像的亮度計(jì)算信噪比；局部圖像離散計(jì)算裝置，用于計(jì)算選自低照度圖像的特定局部圖像的離散值；以及圖像校正裝置，用于依據(jù)信噪比和局部圖像離散值有差別地校正相應(yīng)的局部圖像。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，其進(jìn)一步包括圖像捕捉裝置，用于捕捉低照度圖像；以及亮度計(jì)算裝置，用于從低照度圖像的直方圖分布計(jì)算低照度圖像的亮度。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，其進(jìn)一步包括圖像顯示裝置，用于將校正的低照度圖像作為預(yù)覽顯示。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，圖像校正裝置校正低照度圖像，以使相應(yīng)局部圖像在信噪比大于局部圖像離散值時(shí)具有局部圖像平均值，而使相應(yīng)局部圖像在信噪比小于局部圖像離散值時(shí)為對(duì)應(yīng)于低照度圖像本身的局部圖像。
全文摘要
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種圖像處理方法，包括步驟從低照度圖像的直方圖分布獲得低照度圖像的亮度；以及依據(jù)亮度有差別地選擇各局部圖像的像素狀態(tài)，從而在獲得低照度環(huán)境中清晰度改善的圖像的同時(shí)消除噪聲。
文檔編號(hào)G06T5/40GK1649395SQ200510002778
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2005年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月26日
發(fā)明者李賢培, 金有南 申請(qǐng)人:Lg電子有限公司