CN101132477B - 数字图像处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种数字图像处理方法，包含下述步骤：(A)提取一数字图像；(B)以一预定原则选取该数字图像内至少一目标像素；(C)在该数字图像内对包含该目标像素及其邻近像素的一图像块进行第一滤波处理，并产生一第一滤波处理值集合；及(D)对该第一滤波处理值集合进行第二滤波处理，并产生一第二滤波处理值集合，依据所得到的该第二滤波处理值集合对该数字图像进行一数字图像调整处理。

Description

数字图像处理方法及其装置

技术领域

本发明有关于一种数字图像处理方法及其装置，特别是指一种用以提升图像锐利度且结合抑制噪声的数字图像处理方法及其装置。

背景技术

要提升显示装置的显像质量，常是以调整显示图像的对比度(Contrast)、亮度(Brightness)、色相(Hue)或锐利度(Sharpness)等值以得到最佳的观赏效果。

其中，图像锐利度的优劣，主要是取决于图像中所显示的明暗交界边缘处是否分明，由于图像中明暗交界的边缘多属于高频部分，又在处理传感的图像信号于高频部分有损耗时，最后显示出来的显像画面往往在图像明暗交界处显得模糊且难以清楚地辨识。

一般图像锐化的处理方式是使用图像边缘增强(Edge enhancement)的方式，例如以Laplacian或Sobel等高通滤波器进行图像边缘检测运算(Edgedetection operation)，并对于检测到的边缘进行增强，而硬件的作法已有多种关于图像边缘增强的图像处理方式被提出，例如：美国第6,404,460号及第6,441,866号专利案等。

然而，以图像边缘增强的方式而言，由于明暗交界边缘与噪声均属于图像信号的高频部分，因此直接使用高通滤波值而没有考虑图像边缘的信息，将在提高图像边缘锐利度的同时，亦增强了图像中的噪声信号。

发明内容

因此，本发明的目的，即在提供一种提升图像锐利度的同时兼具抑制噪声功效的数字图像处理方法及其装置。

于是，本发明的数字图像处理方法包含下述步骤：(A)提取一数字图像；(B)以一预定原则选取该数字图像内至少一目标像素；(C)在该数字图像内对包含该目标像素及其邻近像素的一图像块进行第一滤波处理，并产生一第一滤波处理值集合；及(D)对该第一滤波处理值集合进行第二滤波处理，并产生一第二滤波处理值集合，依据所得到的该第二滤波处理值集合对该数字图像进行一数字图像调整处理。

本发明的电子装置具有一图像锐化及噪声抑制处理模块，该电子装置用以取得一数字图像并对该数字图像的各像素进行处理，该图像锐化及噪声抑制处理模块包含一第一滤波单元、一存储单元、一前处理单元、一锐化控制单元、一噪声抑制控制单元、一比较器、一选择单元及一后处理单元。

该第一滤波单元用以对该数字图像的包含一目标像素的图像块进行第一滤波；该存储单元用以寄存经第一滤波的该图像块的第一滤波处理值；该前处理单元耦接该存储单元，用以计算经第一滤波处理后的该图像块中的该目标像素与相邻的各像素的滤波值的第二滤波值，并根据该多个第二滤波值产生一加总值；该锐化控制单元耦接该前处理单元，用以接收该加总值，并对该加总值进行调整以得到一锐化值；该噪声抑制控制单元耦接该存储单元，以根据该目标像素亮度值与相对位置的第一滤波处理值产生一噪声抑制值。

该选择单元耦接该锐化控制单元及该噪声抑制控制单元，用以选择由该锐化控制单元输出的锐化值或由该噪声抑制单元输出的噪声抑制值；该比较器设定有一锐化阈值，并耦接该选择单元及该锐化控制单元，当判断该锐化值大于该锐化阈值时，令该选择单元选择输出该锐化控制单元的锐化值，当该锐化值不大于该锐化阈值时，令该选择单元选择输出该噪声抑制控制单元的该噪声抑制值；该后处理单元耦接该选择单元，用以根据该选择单元输出的该锐化值或噪声抑制值对该目标像素进行图像锐化或噪声抑制的补偿。

附图说明

图1是一电路方块图，说明应用本发明数字图像处理方法的电子装置的较佳实施例；

图2是一电路方块图，说明该较佳实施例的图像锐化及噪声抑制处理模块具有的各元件；

图3是一流程图，说明本发明数字图像处理方法的各步骤；

图4是一流程图，说明图3中的步骤202具有的子步骤；

图5是一示意图，说明该较佳实施例在一数字图像取出一原始图像块对其进行处理；

图6是一示意图，说明对图5的原始图像块进行第一滤波；

图7是一示意图，说明对图6的第一滤波结果进行八方向滤波；及

图8是一调整曲线图，说明加总值与锐化值之间的对应关系。

主要元件符号说明

100数字图像

201-207步骤

210-218步骤

301原始图像块

302第一滤波阵列

303第一滤波结果

500电子装置

501第二滤波器

502比较器

503累加器

51图像传感器

53图像处理器

54图像锐化及噪声抑制处理模块

541第一滤波单元

542存储单元

543前处理单元

544锐化控制单元

545噪声抑制控制单元

546比较器

547选择单元

548后处理单元

55输出接口

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

如图1所示，说明本发明电子装置的图像锐化及噪声抑制处理模块的较佳实施例，该电子装置500是如数字相机、数字摄影机等图像提取装置，其包含一图像传感器(Image sensor)51、一图像处理器(Image processor)53、一图像锐化及噪声抑制处理模块54及一输出接口55。

电子装置500的图像传感器51是CCD或CMOS元件制成，具有多个行列式传感像素，用以传感拍摄物(图未示)反射的光线而输出一数字图像；图像处理器53是对于该数字图像以一预定原则选取数字图像内的目标像素进行处理，在本较佳实施例中，该预定原则是逐列地读取该数字图像中的至少一目标像素并加以运算，例如各像素之间的亮度插补点计算后输出至图像锐化及噪声抑制处理模块54处理进行图像锐化及噪声抑制处理；而输出接口55则是用以将经过图像锐化及噪声抑制处理模块54处理后的图像信息通过例如USB等传输接口输出，以提供例如计算机主机作后续的使用。

如图2所示，图像锐化及噪声抑制处理模块54用以读取经图像处理的该多个像素值以对于数字图像进行图像锐化及噪声抑制处理，该图像锐化及噪声抑制处理模块54具有一第一滤波单元541、一存储单元542、一前处理单元543、一锐化控制单元544、一噪声抑制控制单元545、一比较器546、一选择单元547及一后处理单元548。

各元件负责处理的工作说明如下：

第一滤波单元541用以对一数字图像进行第一滤波处理，以此产生一第一滤波处理值集合，第一滤波处理在本较佳实施例中为低通滤波处理，并将数字图像的第一滤波处理值集合供存储单元542寄存。

存储单元542用以寄存第一滤波处理值集合，用以提供前处理单元543及噪声抑制控制单元545后续的应用。

前处理单元543具有多个第二滤波器501、多个比较器502及一累加器503，该多个第二滤波器501及该多个比较器502的数量为各8组(必须说明的是，第二滤波器501及比较器502的数量不以8组为限)，且第二滤波器501各自连接一比较器502，该多个比较器502并连接至该累加器503。

本较佳实施例中，前处理单元543是用以对于前述的目标像素的第一滤波处理值与邻近的各像素滤波值进行第二滤波处理以得到一第二滤波处理值集合，第二滤波处理在本较佳实施例中为高通滤波处理，且该第二滤波处理值集合是该目标像素与邻近像素的一第一滤波处理值的差值集合。

必须说明的是，邻近像素指该目标像素周围的邻近像素，且第二滤波处理值集合在此是计算该目标像素与邻近像素的第一滤波处理值的方向差值，但不以此为限，依据所得到的该第二滤波处理值集合可对于该目标像素进行后续的数字图像调整处理，所述的数字图像调整处理可以是锐化处理及抑制噪声处理择一进行。

各比较器502是判断前述的方向差值是否大于一预定阈值，若判断不大于该预定阈值则舍弃该值不提供累加器503进行累加，若大于该预定阈值则输出至累加器503进行累加并产生一加总值。

锐化处理及抑制噪声处理的原理，是由锐化控制单元544对前处理单元543输出的加总值输出进行限制及调整，并产生一调整后的锐化值，该锐化值分别输出给比较器546及选择单元547，其中，锐化控制单元544输出的锐化值可提供给比较器546作为是否进行锐化图像或抑制噪声的处理依据。

例如：比较器546设有一锐化阈值，当锐化值大于该锐化阈值即输出1，若不大于该锐化阈值即输出0，而选择单元547通过比较器546的输出值(1或0)来决定输出锐化值或噪声抑制值给后处理单元548进行锐化图像或抑制噪声的处理，由后处理单元548以锐化值或噪声抑制值对每一目标像素进行补偿。

而噪声抑制控制单元545所执行的处理，将该多个第一滤波处理值及像素亮度值的差值乘以一调整值后产生一噪声抑制值。

后处理单元548执行的图像锐化处理程序，将该锐化值当成一补偿值，并以该补偿值加上该目标像素的原始亮度值以完成图像锐化的处理程序。

类似于图像锐化处理程序，后处理单元548执行的抑制噪声处理程序，将由噪声抑制控制单元545输出的一噪声抑制值当成一用以抑制噪声的补偿值，本较佳实施例中，噪声抑制控制单元545是将该目标像素的第一滤波处理值及该目标像素亮度值的差值乘以一调整值后产生该噪声抑制值，并以该补偿值加上该目标像素的原始亮度值以完成抑制噪声的处理程序。

必须说明的是，不限于硬件的处理方式，本发明提升数字图像锐利度且结合抑制噪声方法的执行，亦可以是一种计算机可读取的记录装置，该记录装置包含一可供一计算机载入以执行的程序软件，该程序软件配合该电子装置内其他特定软硬件自动执行，可供读取一数字图像并对该数字图像的各像素进行运算处理。

如图3所示，说明本发明提升数字图像锐利度且结合抑制噪声方法的较佳实施例，其对于该数字图像的各像素进行运算处理的步骤：

先提取一数字图像并以一预定原则选取该数字图像内至少一目标像素，如以逐列逐个选取目标像素进行处理，接着，对数字图像进行第一滤波(步骤201)，再计算第一滤波处理后的目标像素的像素滤波值与邻近的各像素滤波值的差值，并根据该差值产生一锐化值(步骤202)，步骤202又可以用多个子步骤说明如何产生该锐化值(参考图4，作用容后再述)。

在求得锐化值之后，接着判断该锐化值的绝对值是否大于一预设的锐化阈值(步骤203)？当判断该锐化值大于该锐化阈值，则对该目标像素进行图像锐化处理(步骤204)；当判断该锐化值不大于该锐化阈值，则对该目标像素进行抑制噪声处理(步骤205)。

最后，判断是否已处理完所有像素(步骤206)？若判断为未处理完成，则令数字图像100中未处理的下一像素为目标像素(步骤207)，如此依序对该数字图像100的各目标像素重复步骤201-205的处理程序，直到完成全部目标像素的图像处理工作。

如图5至图7所示，说明如何对一数字图像100进行第一滤波处理及第二滤波处理。

如图5所示，本较佳实施例是每次自该数字图像100取出含有该目标像素P5的一原始图像块301进行处理，该原始图像块301必须包含目标像素P5及其相邻的八个像素P1-P4、P6-P9，由于整张数字图像100的周围像素缺乏完整的八个相邻像素，因此整张数字图像100四周边缘不列入图像锐化及噪声抑制的处理程序。

如图5、6所示，产生第一滤波处理值的方式，是自该数字图像100取出含有该目标像素P5的原始图像块301，其中所欲处理的像素为该目标像素P5，且目标像素P5周围具有八个相邻像素P1-P4、P6-P9，经过第一滤波后可得到一第一滤波处理值S5；同理，分别以P1-P4、P6-P9为目标像素分别结合其八个相邻像素进行第一滤波，即可分别得到S1-S4、S6-S9，即原始图像块301经过第一滤波后得到一对应位置的第一滤波结果303。

在本较佳实施例中，第一滤波的方式是采用3x3的高斯低通滤波(Gaussian low-pass filter)阵列302，并使用阵列302中的各数值与原始图像块301中该多个像素P1-P9的原始亮度值相运算以得到以P5为目标像素，给八个相邻像素经第一滤波处理后的像素滤波值S5，如公式1所示，可计算出第一滤波处理后的像素滤波值S5。

$S_5=\frac{P_1+{2P}_2+P_3+{2P}_4+{4P}_5+{2P}_6+P_7+{2P}_8+P_9}{16}$ 公式1

必须说明的是，在本较佳实施例中，第一滤波的方式是采用高斯低通滤波，然而，在其他实施例中，亦可应用不同的低通滤波技术达到对图像进行第一滤波的目的，在后续处理中，利用第一滤波处理值的八个方向的高通滤波值比直接使用像素亮度差值可以有效地估测具有方向性的图像边缘。

如图6、7所示，本较佳实施例的第二滤波处理，主要是计算第一滤波处理后的目标像素滤波值S5与邻近的各像素滤波值S1-S4、S6-S9的差值，并依据公式2计算目标像素滤波值S5与各相邻像素滤波值Si的强度差值Δxi的绝对值：

|Δxi|＝x    if x≥0

|Δxi|＝-x   if x＜0       公式2

接着，可根据该差值产生一锐化值，该锐化值的产生步骤可参考图4的说明。

如图4所示，说明本发明数字图像处理方法所需的锐化值的产生步骤：

假设数字图像的待处理的所有像素为Si(i＝1-9)，则开始处理第一个像素S1，即i＝1(步骤210)，接着，取得依据前述公式2计算目标像素滤波值S5与各相邻像素滤波值Si的强度差值Δxi的绝对值(步骤211)，并判断差值Δxi的绝对值是否大于一预定阈值EdgeThd(步骤212)？

若判断不大于该预定阈值则舍弃该值不进行累加(步骤213)，若大于该预定阈值则输出至累加器503进行累加并产生一加总值∑((|Δxi|-EdgeThd)*Sign(Δxi))(步骤214)。其中Sign(Δxi)的计算如公式3：

Sign(Δxi)＝1     if x≥0

Sign(Δxi)＝-1    if x＜0公式3

接着，判断是否处理完所有的像素，即判断i＝9？(步骤215)，若未处理完则令i＝i+1且i≠5(步骤216)，对下一像素重复进行步骤211-215，若判断已处理完所有的像素，即i＝9时，则由锐化控制单元544依据一调整曲线对该加总值∑((|Δxi|-EdgeThd)*Sign(Δxi))进行调整，以产生一调整后的锐化值(步骤217)，最后再输出该锐化值(步骤218)供后续使用。

如图8所示，说明作为调整依据的调整曲线，该调整曲线所对应的X轴代表加总值(DIFF)，Y轴代表不同加总值所对应的锐化值(EnhanceValue)，其加总值和锐化值的关为一线性比例关系y＝wx，举例而言，当斜率w大时(y＝Wlx)，则锐化程度增强，当斜率w小时(y＝W2x)，则锐化程度变弱。

而为了防止过度锐化不自然，需对该锐化值进行极大值限制(EnhanceValueUB)与极小值限制(EnhanceValueLB)，其调整方式如下：

IF(EnhanceValue＞EnhanceValueUB)

EnhanceValue＝EnhanceValueUB；

IF(EnhanceValue＜EnhanceValueLB)

EnhanceValue＝EnhanceValueLB；

/*EnhanceValueUB为一极大值限制；EnhanceValueLB为一极小值限制*/

归纳上述，本实施例提升数字图像锐利度且结合抑制噪声方法及其装置相较于以往的技术具有二个优势：

第一、本实施例的提升数字图像锐利度且结合抑制噪声方法是先对目标像素进行第一滤波，并计算出目标像素滤波值及相邻像素滤波值的第二滤波值且经过加总、调整以得到锐化值，并对该锐化值设定一锐化阈值，可有效判断出是否需对目标像素进行图像锐化或噪声抑制的处理程序，不但有效地检测具有方向性的图像边缘，亦克服了以往由于无法区分何者为噪声、何者为图像边缘而一并在提高图像边缘对比的同时，使得图像中的噪声的对比亦被增强而造成图像质量不佳的缺点。

第二、相较于以往锐化图像与抑制噪声是分别设置不同的硬件元件来处理，本实施例的图像锐化及噪声抑制处理模块是以共用后处理器548的方式，先利用比较器546来判断锐化值是否大于锐化阈值，若大于锐化阈值则进行图像锐化处理，若不大于锐化阈值则进行噪声抑制处理，由后处理器548根据锐化控制单元544求得的锐化值，或者噪声抑制控制单元545求得的噪声抑制值，来对于原来的像素亮度值进行补偿，且噪声抑制值可利用存储单元542所寄存的第一滤波处理值求得，无需额外的抑制噪声电路，因此可节省硬件元件用料。

本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行更动与修改，因此本发明的保护范围以所提出的权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种数字图像处理方法，包含下述步骤：

(A)提取一数字图像；

(B)以一预定原则选取该数字图像内至少一目标像素，其中所述目标像素不包括该数字图像四周边缘的像素；

(C)在该数字图像内对包含该目标像素及其邻近像素的一图像块进行第一滤波处理，并产生一第一滤波处理值集合；

(D)对该第一滤波处理值集合进行第二滤波处理，并产生一第二滤波处理值集合，依据所得到的该第二滤波处理值集合对该数字图像进行一数字图像调整处理；

(E)根据该多个第二滤波值产生一锐化值，并判断该锐化值是否大于一预设的锐化阈值；

(F)当该锐化值大于该锐化阈值，则使用该锐化值对该目标像素进行图像锐化处理；及

(G)当该锐化值不大于该锐化阈值，则对该目标像素进行抑制噪声处理，

其中，在步骤(E)中，判断各第二滤波值是否大于一预定阈值，并累加大于该预定阈值的该多个第二滤波值以产生一加总值，并依据一调整曲线调整该加总值使成为该锐化值。

2.依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该第一滤波处理为低通滤波处理。

3.依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该第二滤波处理为高通滤波处理。

4.依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该数字图像调整处理为锐化处理及抑制噪声处理择一进行。

5.依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该第二滤波处理值集合是该目标像素与邻近像素的一第一滤波处理差值集合。

6.依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，在步骤(C)中，邻近像素指该目标像素周围的邻近像素。

7.依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该调整曲线的调整方式是依y＝wx的线性比例关系调整，x代表加总值，w为一可控制的参数，代表斜率，反映锐化的程度，y代表不同加总值所对应的锐化值。

8.依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，在步骤(F)中，将该锐化值加上该目标像素的原始亮度值以作为图像锐化处理。

9.依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，在步骤(G)中，通过将该第一滤波处理值集合与像素亮度值的差值乘以一调整值而产生一噪声抑制值，并将该噪声抑制值加上该目标像素的原始亮度值以完成噪声抑制处理。

10.一种电子装置，该电子装置用以取得一数字图像并对该数字图像的各像素进行处理，该电子装置具有一图像锐化及噪声抑制处理模块，该图像锐化及噪声抑制处理模块包含：

一第一滤波单元，用以对该数字图像的包含一目标像素的图像块进行第一滤波，其中所述目标像素不包括该数字图像四周边缘的像素；

一存储单元，用以寄存经第一滤波的该图像块的第一滤波处理值；

一前处理单元，耦接该存储单元，用以计算经第一滤波处理后的该图像块中的该目标像素与相邻的各像素的滤波值的第二滤波值，并根据该多个第二滤波值差值产生一加总值；

一锐化控制单元，耦接该前处理单元，用以接收该加总值，并对该加总值进行调整以得到一锐化值；

一噪声抑制控制单元，耦接该存储单元，以根据该目标像素亮度值与其相对位置的第一滤波处理值产生一噪声抑制值；

一选择单元，耦接该锐化控制单元及该噪声抑制控制单元，用以选择由该锐化控制单元输出的锐化值或由该噪声抑制控制单元输出的噪声抑制值；

一比较器，设定有一锐化阈值，并耦接该选择单元及该锐化控制单元，当判断该锐化值大于该锐化阈值时，令该选择单元选择输出该锐化控制单元的锐化值，当该锐化值不大于该锐化阈值时，令该选择单元选择输出该噪声抑制控制单元的该噪声抑制值；及

一后处理单元，耦接该选择单元，用以根据该选择单元输出的该锐化值或噪声抑制值对该目标像素进行图像锐化或噪声抑制的补偿。

11.依据权利要求10所述的电子装置，其中，该前处理单元具有：

多个第二滤波器，各第二滤波器用以求得目标像素滤波值与邻近的各像素滤波值的差值；

多个比较器，该多个比较器与该多个第二滤波器的数量相同，且各第二滤波器各自连接各该比较器，各该比较器则依据一预定阈值决定是否将各滤波值差值输出；及

一累加器，与该多个比较器连接，用以加总该多个比较器输出的各滤波值差值，以产生该加总值。

12.依据权利要求11所述的电子装置，其中，当各比较器判断各滤波值差值大于该预定阈值才累加各滤波值差值为该加总值，当各滤波值差值不大于该预定阈值则舍弃该值不进行累加。

13.依据权利要求10所述的电子装置，其中，该锐化控制单元依据一调整曲线调整该加总值以产生该锐化值，该调整曲线的调整方式是依y＝wx的线性比例关系调整，x代表加总值，w为一可控制的参数，代表斜率，反映锐化的程度，y代表不同加总值所对应的锐化值。

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