專利名稱：尋找像素中值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，特別涉及二維圖像中值濾波方法。
背景技術(shù)：
一幅數(shù)字圖像由有限大小的像素組成，像素反映了圖像特定位置處的色彩和亮度信息。 為了能夠通過硬件電路(如計算機(jī)等)進(jìn)行處理，圖像心須用像矩陣或序列這樣的離散數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)來表達(dá)。我們可以用二維矩陣來表示一幅數(shù)字圖像，在像素矩陣或序列中由一些彼此鄰 接的像素組成的重要集合，我們稱之為鄰域。
圖像數(shù)據(jù)受獲取、存儲、處理電路等硬件的影響，以及傳輸過程中各種信號干擾等因素 的影響而遭受污染，表現(xiàn)在圖像上就是畫面上出現(xiàn)了噪聲。為了減少這些破壞和隨之導(dǎo)致的 圖像變差，需要用數(shù)字濾波器對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
濾波處理的方法有多種，二維中值濾波就是其中的一種。所謂中值濾波就是對一個滑動 的圖像鄰域內(nèi)的像素值進(jìn)行排序，然后用該鄰域內(nèi)所有像素的像素值的中間值——像素中值 (所有像素按像素值大小排序，處于中間位置的像素的像素值)代替鄰域中心像素的像素值 ，從而達(dá)到濾除噪聲的作用。上述像素值可以是像素的灰度值、發(fā)光值、亮度值或YUV空間 的Y通道數(shù)據(jù)等。上述像素可以是構(gòu)成靜止圖像或運動圖像單一圖像幀的像素。
中值濾波技術(shù)的關(guān)鍵在于能否準(zhǔn)確、實時地找出每一個像素鄰域的中間值。要對像素時 鐘頻率達(dá)到150腿z左右的標(biāo)準(zhǔn)清晰度或高清晰度視頻信號進(jìn)行實時處理，如何設(shè)計一個高效 高速的硬件電路，在此頻率范圍內(nèi)能快速實現(xiàn)像素的排序，就是問題的關(guān)鍵所在。
現(xiàn)有的中值濾波器電路，通常實現(xiàn)的機(jī)理是采用直接排序或冒泡排序的方法找出序列的 中間值。比如對于一個3X3的像素灰度值矩陣中的9個數(shù)據(jù)，記為Y[i]， i = l 9。首先令 Y[l]自成一個有序區(qū)，剩余的數(shù)據(jù)為無序區(qū)。然后從1 = 2起直至1 = 9為止，依次將Y[i]按大 小順序插入當(dāng)前的有序區(qū)Y[l，...，i-l]中，從而生成一個含9個記錄的有序區(qū)。最后取有序 區(qū)的中間值Y[5]為中心像素所需的替代值。
上述方法的缺點在于首先需要完成所有像素的排序，速度慢，效率低。從輸入矩陣數(shù)據(jù) 到輸出此矩陣的中間值，共需延時9拍。如果是對于7X7的矩陣鄰域，要找出中間值則需延 時49拍。所以這類方法只適用于領(lǐng)域范圍小、矩陣規(guī)模不大，圖像信號分辨率不高、像素時 鐘較低的情況。而一旦圖像信號達(dá)到高清晰度標(biāo)準(zhǔn)，這種排序求中值的方法就無法滿足時序要求了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是針對現(xiàn)有濾波方法速度慢，效率低的缺點，提供一種 根據(jù)中間值的特征，以流水的方式來確定其位置的中值濾波方法。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，尋找像素中值的方法，其特征在于，包 括以下步驟
a. 比較鄰域內(nèi)fi與f j的大小，若fi〈f j，則寄存器fi—large—fj置"0"，寄存器
fi—small—fj置"1";若fi〉fj，則寄存器fi—large—fj置"1"，寄存器fi—small—fj置"0 ";若fi二f j，則寄存器fi—large—fj及寄存器fi—small—fj保持初始值"0"不變；其中
fi為像素i的像素值；fj為像素j的像素值；i， j = l， 2…，n; i^j; n為所述鄰域內(nèi)像 素總數(shù)；
b. 將各個寄存器fi—large—fj的值相加作為寄存器fi—num—left的值； 將各個寄存器fi—small—fj的值相加作為寄存器fi—num—right的值；
c. 比較寄存器fi—num—left的值及寄存器fi—num—right的值與數(shù)字m的大??；若寄存器 fi—num—left的值《m，寄存器fi—num—right的值《m，則像素i的像素值fi即為所述鄰域的像 素中值；其中m=(n-l)/2。
本發(fā)明的有益效果是，摒棄了現(xiàn)有的從最小到最大"全排序求中值"的方式，而是采用 流水線設(shè)計，通過多個中間比較寄存器及標(biāo)志寄存器，對鄰域內(nèi)的所有像素同時進(jìn)行相對比 較，根據(jù)中間值的特征以流水的方式來確定它的位置。不論是3X3的還是7X7的矩陣鄰域， 或者其它類型的鄰域，從輸入矩陣數(shù)據(jù)到輸出此矩陣的中間值，都只需最多8拍即可完成。 從而有效提高電路工作的頻率范圍，滿足目前視頻圖像標(biāo)準(zhǔn)中所有標(biāo)準(zhǔn)清晰度、高清晰度分 辨率格式下的像素時鐘的頻率要求。具有效率高，速度快的特點。


圖l是實施例的示意圖2是幾種鄰域結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
本發(fā)明充分利用了能夠有效提高電路運行速度的流水線設(shè)計方法。由于整個數(shù)據(jù)處理是 "單流向"的，沒有數(shù)據(jù)的迭代或循環(huán)，前一個步驟的輸出是下一個步驟的輸入，所以可 以采用流水線的設(shè)計方法來提高系統(tǒng)的工作頻率。首先將尋找鄰域內(nèi)像素中值的處理過程分為并行的若干步驟，每一步驟對應(yīng)一些狀態(tài)標(biāo) 志寄存器或中間寄存器，由此搭建一個有著若干節(jié)拍的流水結(jié)構(gòu)，最后在總的延遲拍數(shù)后實 現(xiàn)實時的(即按圖像像素時鐘頻率來輸出)中值濾波數(shù)據(jù)輸出。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，尋找像素中值的方法，其特征在于，包括以下步驟
a. 比較鄰域內(nèi)fi與f j的大小，若fi〈f j，則寄存器fi—large—fj置"0"，寄存器
fi—small—fj置"1";若fi〉fj，則寄存器fi—large—fj置"1"，寄存器fi—small—fj置"0 ";若fi二f j，則寄存器fi—large—fj及寄存器fi—small—fj保持初始值"0"不變；其中
fi為像素i的像素值；fj為像素j的像素值；i， j = l， 2…，n; i^j; n為所述鄰域內(nèi)像 素總數(shù)；
b. 將各個寄存器fi—large—fj的值相加作為寄存器fi—num—left的值；g卩若以
fi—large—fj代表寄存器fi—large—fj的值，以fi—num—left代表寄存器fi—num—left的值，則 有
f i—num—left = fi—large—fl + fi—large—f2H-----hfi—large—fn;
將各個寄存器fi—small—fj的值相加作為寄存器fi—num—right的值；g卩若以 fi—small—fj代表寄存器fi—small—fj的值，以fi—num—right代表寄存器fi—num—right的值則 有
f i—num—right = fi—small—fl + fi—small—f2H-----hf i—small—fn;
c. 比較寄存器fi—num—left的值及寄存器fi—num—right的值與數(shù)字m的大小；若寄存器 fi—num—left的值《m，寄存器fi—num—right的值《m，則像素i的像素值fi即為所述鄰域的像 素中值；其中m=(n-l)/2。
具體的，所述像素為靜止圖像或運動圖像單一圖像幀的像素。
具體的，所述像素值為像素的灰度值、發(fā)光值、亮度值或YUV空間的Y通道數(shù)據(jù)。
具體的，所述鄰域為以像素x為中心的pXq的矩形鄰域，其中p、 q為大于等于3的奇數(shù)。
具體的，所述鄰域為以像素x為中心的，對稱十字形、 一字形或X形鄰域。
實施例
圖1是一個3X3的像素矩陣，共有9個像素，其序號分別為l， 2，…，9。求取該鄰域中 像素中值的過程如下
1)比較某像素i的像素值fi與其它所有像素的像素值的大小，得出對應(yīng)的狀態(tài)寄存器的 值(fi—large—fj和fi—small—fj)。每一個像素對應(yīng)有兩個大小狀態(tài)比較寄存器，它們的求 取可以并行完成，全部通過一拍的時鐘延遲即可得出。
例如
若fl小于f2，則寄存器fl—large—f2置"0"，寄存器fl—small—f2置"1";若fl小于f3 ，則寄存器fl—large—f3置"0"，寄存器fl—small—f3置"1"…；
若f5小于fl，則寄存器f5—large—fl置"0"，寄存器f5—small—fl置"1"…； 若f5小于f2，則寄存器f5—large—f2置"0"，寄存器f5—small—f2置"1"…；
若f9小于fl，則寄存器f9—large—fl置"0"，寄存器f9—small—fl置"1"…； 若f9小于f2，則寄存器f9—large—f2置"0"，寄存器f9—small—f2置"1"…。 如果兩個像素的像素值相等，則其對應(yīng)的兩個狀態(tài)寄存器的值(fi—large—fj和 fi—small—fj)保持初始值"0"不變。
2) 將上面得到的各個狀態(tài)寄存器的值相加得到序列狀態(tài)寄存器的值(fi—num—left和 fi—num—right)， 如
fl—num—left = fl—large—f2 + fl—large—f3H-----hf 1—large—f9;
f 1—誦—ri ght = f 1—smal 1—f 2 + f 1—smal 1—f 3 H-----h f 1—smal 1—f 9;
3) 根據(jù)上述序列狀態(tài)寄存器的值，與數(shù)字m的比較結(jié)果得即可得到該鄰域內(nèi)像素中值； 若fi—num—left和fi—num—right均小于或等于m，則像素i的像素值fi即為該鄰域的像素中值 ;這里m二 (9 — 1) /2 = 4。
例如
若fl—皿m—left小于或等于4， fl—皿m—right小于或等于4，則像素l的像素值fl即為該鄰 域的像素中值。
由于鄰域內(nèi)的像素值之間有相等的情況，所以找出的符合條件的中間值可能不止一個， 不過只要是符合"fi—num—left《4， fi—num—right《4"這個條件的像素，它們的值必定相 等，所以任選一個作為像素5的值，就可以完成中值濾波的處理了。
4) 重復(fù)上述步驟，直到掃描處理完像素矩陣中的所有像素。
圖2示出了幾種鄰域示意圖。與上述文字描述不同的是，如果選擇一個5X5的十字形而 非矩形鄰域進(jìn)行中間值的尋找，相應(yīng)的像素鄰域中心像素也是像素5 (圖2中的實心圓)，數(shù) 字m的取值仍為4。同樣，也可以選擇5X5及更大的矩形或其它形狀的鄰域來進(jìn)行中值濾波。 若是5X5的矩形鄰域，則中心像素為像素13 (圖2中的實心圓)，數(shù)字m的取值為(25 — 1) /2 = 12。
以上描述的僅是本發(fā)明的一些常用的實施方式。凡本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀了以上說明 后，在沒有偏離上述公開的基本概念和步驟的前提下，完全可以進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改變 、改進(jìn)或組合。所以本發(fā)明保護(hù)范圍僅由其權(quán)利要求書所限定，而不受此處具體實施方式
的 限制。
權(quán)利要求
1.尋找像素中值的方法，其特征在于，包括以下步驟a.比較鄰域內(nèi)fi與fj的大小，若fi＜fj，則寄存器fi_large_fj置“0”，寄存器fi_small_fj置“1”；若fi＞fj，則寄存器fi_large_fj置“1”，寄存器fi_small_fj置“0”；若fi＝fj，則寄存器fi_large_fj及寄存器fi_small_fj保持初始值“0”不變；其中fi為像素i的像素值；fj為像素j的像素值；i，j＝1，2…，n；i≠j；n為所述鄰域內(nèi)像素總數(shù)；b.將各個寄存器fi_large_fj的值相加作為寄存器fi_num_left的值；將各個寄存器fi_small_fj的值相加作為寄存器fi_num_right的值；c.比較寄存器fi_num_left的值及寄存器fi_num_right的值與數(shù)字m的大??；若寄存器fi_num_left的值≤m，寄存器fi_num_right的值≤m，則像素i的像素值fi即為所述鄰域的像素中值；其中m＝(n-1)/2。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的尋找像素中值的方法，其特征在于，所述像 素為靜止圖像或運動圖像單一圖像幀的像素。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的尋找像素中值的方法，其特征在于，所述像 素值為像素的灰度值、發(fā)光值、亮度值或YUV空間的Y通道數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的尋找像素中值的方法，其特征在于，所述鄰 域為以像素X為中心的pXq的矩形鄰域，其中p、 q為大于等于3的奇數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的尋找像素中值的方法，其特征在于，所述鄰 域為以像素x為中心的，對稱十字形、 一字形或X形鄰域。
全文摘要
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，特別涉及二維圖像中值濾波方法。本發(fā)明針對現(xiàn)有濾波方法速度慢，效率低的缺點，公開了一種根據(jù)中間值的特征，以流水的方式來確定像素中值位置的中值濾波方法。本發(fā)明的技術(shù)方案，采用流水線設(shè)計，通過多個中間比較寄存器及標(biāo)志寄存器，對鄰域內(nèi)的所有像素同時進(jìn)行相對比較，根據(jù)中間值的特征以流水的方式來確定它的位置。本發(fā)明的有益效果是，有效提高電路工作的頻率范圍，滿足目前視頻圖像標(biāo)準(zhǔn)中所有標(biāo)準(zhǔn)清晰度、高清晰度分辨率格式下的像素時鐘的頻率要求。具有速度快，效率高的特點。
文檔編號H04N5/21GK101184158SQ20071020318
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者珣 李 申請人:四川長虹電器股份有限公司