CN101352030B - 用于消除图像数据中噪声的装置 - Google Patents

Abstract

一种通过使用可调阈值来消除噪声的装置。根据本发明的一种实施方式的用于消除噪声的装置确定所输入的图像数据的元素的最大值和最小值之间的差值，根据所述差值来确定消除图像数据的噪声的方法；以及根据所述方法来消除噪声。通过本发明，由于可以按照用户的意愿来消除噪声，因而能够实现改善的图片质量。

Description

用于消除图像数据中噪声的装置

相关申请的交叉引用

按照35U.S.C..sctn 119(a)-(d)，本申请要求于2006年9月15日提交的PCT/KR2006/003695的外国优先权，以参引的方式将其全部内容结合于此。

技术领域

本发明涉及通过使用可调阈值来消除噪声的装置，特别是用于例如在图像处理***中通过使用可调阈值来消除噪声的装置。

背景技术

通常，图像处理***中的颜色插值指的是：当根据标准方法转换图像信号时从已有的颜色信息中生成新的颜色信息。

由于颜色差值包括使用像素周围的其它元素来生成未在当前位置出现的元素，所以在高频位置处(例如边缘或边界处)经常产生拉链噪声(zipper noise)。

图1为示出在相关的图像处理步骤中如何产生拉链噪声的示例。

如图1中红色框所示，在常规图像处理过程中，拉链噪声出现于边缘或边界处。

虽然已公开了几种消除这类噪声的方法，然而由于在构建***后这些方法被同等地应用于每个图像，所以这些方法不能根据图像来执行处理，换句话说，这些方法不考虑噪声的属性、通过对图像应用相同的噪声处理方法来处理噪声。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于消除噪声的装置，该装置通过根据图像掩模(mask)中的特征值来调节阈值，从而根据图像来应用噪声消除方法。

通过下述说明，本发明的其他目的将更加清晰。

为了解决上述问题和其他问题，本发明的一个实施方式中的一种用于消除噪声的装置特征在于，该装置具有第一运算单元，其确定所输入的图像数据的元素的最大值和最小值之间的差值；第一确定单元，其根据从所述第一运算单元接收的差值来确定消除图像数据的噪声的方法；以及噪声消除单元，其根据所述第一确定单元确定的方法来消除噪声。

所述第一运算单元具有：第二确定单元，其确定构成图像数据的元素的最大值；第三确定单元，其确定构成图像数据的元素的最小值；以及第四确定单元，其确定所述最大值和所述最小值之间的差值。所述噪声消除单元具有第一滤波器单元，其对图像数据进行滤波；以及第二滤波器单元，其对图像数据进行滤波以消除拉链噪声。

如果所述差值小于根据图像的亮度级别确定的第一阈值，则所述第一确定单元确定将图像数据输入到所述第一滤波器单元而执行滤波。优选的是所述第一滤波器单元为高斯滤波器。

如果所述差值基本上大于或等于第一阈值并且小于根据图像的边缘级别(edge level)确定的第二阈值，则所述第一确定单元确定输出为图像数据的中间元素的值；以及如果所述差值基本上大于或等于所述第二阈值，则所述第一确定单元确定将图像数据输入到所述第二滤波器单元而执行滤波。优选的是，所述第二滤波器单元具有：第一滤波器，其确定图像数据的水平边缘；第二滤波器，其确定图像数据的垂直边缘；第一计算单元，其计算从所述第一滤波器输出的元素的总和的绝对值(abs_S1)；第二计算单元，其计算从所述第二滤波器输出的元素的总和的绝对值(abs_S2)；第二运算单元，其求得所述第一计算单元和第二计算单元的输出的总和(abs_S)；以及控制单元，其根据所述第二运算单元的输出来确定输出数据。

如果abs_S小于第三阈值，则所述控制单元确定输出数据是图像数据的中间元素的值；如果abs_S大于所述第三阈值，并且abs_S1大于abs_S2与第四阈值之和，则所述控制单元确定输出数据是中心进行了加权的水平中间行的均值；以及如果abs_S大于所述第三阈值，并且abs_S2大于abs_S1与第四阈值之和，则所述控制单元确定输出数据是中心进行了加权的垂直中间列的均值。此外，如果abs_S大于所述第三阈值，并且abs_S1小于abs_S2与第四阈值之和或者abs_S2小于abs_S1与第四阈值之和，则所述控制单元确定输出数据是中心进行了加权的水平/垂直中间行/列的均值。

附图说明

图1示出了在相关的图像处理步骤中如何产生拉链噪声的示例；

图2示出了根据本发明一个实施方式的使用可调阈值的噪声消除装置的结构；

图3示出了说明图2所示的差值运算单元的操作的概念图；

图4示出了说明图2所示的差值运算单元的一个实施方式的结构的框图；

图5示出了高斯滤波器单元的示例；

图6示出了说明图2所示的拉链噪声消除单元的结构的框图；

图7和图8分别示出了图6所示的第一滤波器和第二滤波器的示例；

图9示出了如何向第一滤波器和第二滤波器输入Y数据的示例；以及

图10示出了描述根据本发明的使用可调阈值的噪声消除装置的简化图。

具体实施方式

参考附图，通过下面的描述，上述目的、特征和优点将更加清晰。

由于可以存在各种本发明的变形和实施方式，参考附图将说明和描述特定的实施方式。然而，这无论如何也不是要将本发明限制于特定的实施方式，而应当解释为包括本发明精神和范围所覆盖的所有变形、等同物和替代物。在附图中，相同的元素被赋予相同的附图标记。在本发明的整个说明书中，当对特定的技术进行说明会被认为脱离本发明的发明点时，相关的详细说明将被省略。

诸如“第一”和“第二”的用语被用于说明各种元件，但是上述元件不应被限制为上述用语。上述用语仅用于将一个元件与其他元件进行区分。例如，第一元件可被命名为第二元件，并且反之亦然，而不背离本发明权利要求的范围。用语“和/或”应包括多个所列项目或多个所列项目中任何一个的组合。

当一个元件被描述为被“连接”或“接入”到另一元件时，其应被解释为直接地被连接或接入到另一元件或者在其之间也可具有另一元件。在另一方面，如果一个元件被描述为被“直接连接”或“直接接入”到另一元件时，其应被解释为在其之间不具有其他元件。

说明书中所使用的用语目的只是说明特定的实施方式，而不是要对本发明进行限制。除非另有清楚地使用，单数的表达包括复数的用意。在本说明书中，诸如“包括”或“由......组成”的措辞意欲指明其特征、数量、步骤、操作、元件、部件或者其组合，而不应被解释为排除其一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、元件、部件或者其组合的任何存在或可能性。

除非另有定义，在此所使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，都具有如与本发明相关的领域的普通技术人员通常所理解的意义相同的意义。通用字典中定义的任何术语应被理解为在现有技术的语境中具有相同的含义，并且，除非另有明确定义，其不应被解释为具有理想主义的或者过分***的含义。

在下文中，参考附图将详细地描述优选的实施方式。相同的或相应的元件将被赋予相同的附图标记，而与附图编号无关，并且相同的或相应的元件的任何多余描述将不再重复。

图2为示出了根据本发明一个实施方式的使用可调阈值的噪声消除装置的结构的框图。

如图所示，本发明的消除装置包括差值运算单元210、噪声消除方法确定单元220、拉链噪声消除单元230和高斯滤波器(Gaussian filter)单元240。

在下面的说明中，将说明输入到噪声消除装置中的亮度(Y)数据。然而，也可使用红(R)/绿(G)/蓝(L)数据，因为RGB数据和Y数据可通过数学公式容易地转换。

图2的差值运算单元210计算具有3×3结构的输入Y数据的元素的最大值和最小值。参考图3，接下来为差值运算单元210的操作。

图3为示出了说明图2中所示的差值运算单元的操作的概念图。

如图所示，在构成具有3×3结构的输入Y数据310的元素中，差值运算单元210将具有最小值的元素确定为min_Y 320，即1个像素的最小值，并将具有最大值的元素确定为max_Y 330，即1个像素的最大值。利用上面所确定的最小值和最大值，确定这两个值的差值diff_Y 340。同时，具有3×3结构的Y数据350被传递下去以消除噪声。

图4为示出了图2中所示的差值运算单元的一个实施方式的结构的框图。

如图所示，本发明的差值运算单元210包括最大值确定单元211，最小值确定单元212和差值确定单元213。

最大值确定单元211确定max_Y，其为具有3×3结构的Y数据的元素中的最大值；最小值确定单元212确定min_Y，其为具有3×3结构的Y数据的元素中的最小值。差值确定单元213确定diff_Y，其为分别从最大值确定单元211和最小值确定单元212接收的最大值和最小值之间的差值。

噪声消除方法确定单元220预先设定第一阈值(thr1)和第二阈值(thr2)，其在***中作为预先确定而被输入。随***而变化，根据图像的平坦度来确定第一阈值，并且根据边缘级别来确定第二阈值。

如果diff_Y小于第一阈值，则噪声消除方法确定单元220确定图像是平坦的(例如墙)并且执行普通滤波。即，噪声消除方法确定单元220确定应用高斯滤波器单元240来消除噪声，所述高斯滤波器单元240对具有3×3结构的Y数据执行高斯滤波。图5是高斯滤波器的示例。

虽然特别地说明了高斯滤波，但本发明并不限于高斯滤波，而是可应用于任何能够用于消除噪声的滤波。

如果diff_Y等于或者大于第一阈值并且小于第二阈值时，噪声消除方法确定单元220确定图像既没有边缘也不平坦，即具有诸如轮廓的特征的图像(即，通常的图像)。然后，噪声消除方法确定单元220将输出(Y_out)确定为Y5并且将该输出传递下去。换句话说，将对应于该区域的图像确定为不需要消除噪声。

此外，如果diff_Y等于或者大于第二阈值时，噪声消除方法确定单元220确定存在边缘，并且决定消除拉链噪声。拉链噪声消除单元230消除拉链噪声。参考附图接下来将对其进行说明。

图6为示出了图2中所示的拉链噪声消除单元的结构的框图。

如图所示，本发明的拉链噪声消除单元230包括第一滤波器231、第二滤波器232、第一绝对值计算单元233、第二绝对值计算单元234、加法单元235和控制单元236。

第一滤波器231和第二滤波器232确定有多少输入Y分量的边缘分量在水平和垂直方向，并且第一滤波器231和第二滤波器232优选为3×3滤波器。对此，优选的是，输入Y分量数据也是3×3。在本发明的一个实施方式中，输入诸如图3中示出的标记350的数据。然而，本发明不限于此，明显的是可根据输入到差值运算单元210的数据来使用任何N×N结构的滤波器。

图7和图8分别示出了图6中所示的第一滤波器和第二滤波器的示例，并且图9为如何向第一滤波器和第二滤波器输入Y数据的示例。

如上所述，分别在图7和图8所示的第一滤波器和第二滤波器分别用于确定输入Y分量数据的水平和垂直边缘。如图9所示，一旦输入了Y分量数据，就将各分量与同一位置的元素相乘。图9中所示的“.X”表示同一位置的元素的乘法运算。

图6中所示的第一绝对值计算单元233由第一滤波器231的输出求得元素的总和并计算绝对值。第一绝对值计算单元233的输出如下：

[式1]

abs_S1＝abs(Y7-2×Y8+Y9-Y1-2×Y2-Y3)

在此，“abs”表示绝对值。图6中所示的第二绝对值计算单元234由第二滤波器232的输出求得元素的总和并计算绝对值。第二绝对值计算单元234的输出如下：

[式2]

abs_S2＝abs(Y3+2×Y6+Y9-Y1-2×Y4-Y7)

加法单元235计算第一绝对值计算单元233的输出和第二绝对值计算单元234的输出的总和(abs_S)。所述总和可表示如下：

[式3]

abs_S＝abs_S1+abs_S2

控制单元236输出根据加法单元235的输出(abs_S)而滤波后的Y数据。如果abs_S大于第三阈值，则控制单元236确定其为边缘，并且确定其是水平边缘还是垂直边缘。

如果abs_S1大于abs_S2与第四阈值之和，则所述控制单元236确定输出(Y_out)是水平中间行(其中心进行了加权)的均值。换句话说，所述输出如下：

[式4]

$Y\_\mathrm{out}=\frac{Y4+2\×Y5+Y6}{4}$

如果abs_S2大于abs_S1与第四阈值之和，则所述控制单元236确定输出(Y_out)是垂直中间列(其中心进行了加权)的均值。换句话说，所述输出如下：

[式5]

$Y\_\mathrm{out}=\frac{Y2+2\×Y5+Y8}{4}$

如果abs_S大于第三阈值但却不属于上述两种情况中的任何一个，则所述控制单元236确定输出(Y_out)是水平/垂直中间行/列(其中心进行了加权)的均值。换句话说，所述输出如下：

[式6]

$Y\_\mathrm{out}=\frac{4\×Y5+Y2+Y4+Y6+Y8}{8}$

如果abs_S小于第三阈值，则控制单元236确定图像不具有边缘并且确定输出(Y_out)是Y5，其为图像的中心值。

在此，第三阈值是可调的，并且第四阈值可确定为50。然而，本发明并不限于该阈值。

这样，控制单元236能够控制作为拉链噪声消除单元230的输出的Y_out。

常规的噪声消除方法仅使用一个噪声消除滤波器，而本发明通过根据特定图像的属性来选择消除噪声的方法可实现改善的图像质量。

图10为描述根据本发明的使用可调阈值的噪声消除装置的简化图。

如图所示，如果所计算的diff_Y小于第一阈值，则本发明的装置执行普通滤波操作，如高斯滤波；如果diff_Y小于第二阈值并大于或等于第一阈值，则直接将所述数据传递下去。如果diff_Y大于或等于第二阈值，则消除拉链噪声。

如上所述，本发明能够通过根据单个图像的掩模中的像素的特定值(最大值和最小值之间的差)来调节阈值，从而应用适当的噪声消除方法。结果，通过使用户能够如所期望地来消除噪声，可实现改善的图像质量。

附图和详细的说明仅为本发明的示例，其仅用于说明本发明而无论如何都不是要限制或约束本发明的精神和范围。由此，本领域的任何普通技术人员可理解的是，可能存在大量的变形和其他等同实施方式。本发明的真实范围仅通过所附权利要求的精神来限定。

Claims (13)

1.一种用于消除噪声的装置，该装置包括：

第一运算单元，其确定所输入的图像数据的元素的最大值和最小值之间的差值；

第一确定单元，其根据从所述第一运算单元接收的差值来确定消除所述图像数据的噪声的方法；以及

噪声消除单元，其根据所述第一确定单元确定的方法来消除噪声，其中，

当所述差值大于或等于根据图像的亮度级别确定的第一阈值并且小于根据图像的边缘级别确定的第二阈值时，所述第一确定单元确定输出为所述图像数据的中心值。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一运算单元包括：

第二确定单元，其确定构成所述图像数据的元素的最大值；

第三确定单元，其确定构成所述图像数据的元素的最小值；以及

第四确定单元，其确定所述最大值和最小值之间的差值。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述噪声消除单元包括：

第一滤波器单元，其在所述差值小于所述第一阈值时对所述图像数据进行滤波；以及

第二滤波器单元，其对所述图像数据进行滤波以消除拉链噪声。

4.如权利要求3所述的装置，其中，当所述差值小于根据图像的亮度级别确定的第一阈值时，所述第一确定单元确定将所述图像数据输入到所述第一滤波器单元而执行滤波。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述第一滤波器单元是高斯滤波器。

6.如权利要求3所述的装置，其中，当所述差值大于或等于根据图像的边缘级别确定的第二阈值时，所述第一确定单元确定将所述图像数据输入到所述第二滤波器单元而执行滤波。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述第二滤波器单元包括：

第一滤波器，其确定所述图像数据的水平边缘；

第二滤波器，其确定所述图像数据的垂直边缘；

第一计算单元，其计算从所述第一滤波器输出的元素的总和的绝对值abs_S1；

第二计算单元，其计算从所述第二滤波器输出的元素的总和的绝对值abs_S2；

第二运算单元，其求得所述第一计算单元和第二计算单元的输出的总和abs_S；以及

控制单元，其根据所述第二运算单元的输出来确定输出数据。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述第一滤波器的滤波系数如下：

  -1   -2   -1   0   0   0   1   2   1

9.如权利要求7所述的装置，其中所述第二滤波器的滤波系数如下：

  -1   0   1   -2   0   2

  -1   0   1   -1   0   1

10.如权利要求7所述的装置，其中，当abs_S小于第三阈值时，所述控制单元确定输出数据为所述图像数据的中心值。

11.如权利要求7所述的装置，其中，当abs_S大于第三阈值并且abs_S1大于abs_S2与第四阈值之和时，所述控制单元确定输出数据为中心进行了加权的水平中间行的均值。

12.如权利要求7所述的装置，其中，当abs_S大于第三阈值且abs_S2大于abs_S1与第四阈值之和时，所述控制单元确定输出数据是中心进行了加权的垂直中间列的均值。

13.如权利要求7所述的装置，其中，当abs_S大于第三阈值且abs_S1小于abs_S2与第四阈值之和时，或者当abs_S大于第三阈值且abs_S2小于abs_S1与第四阈值之和时，所述控制单元确定输出数据为中心进行了加权的水平中间行或垂直中间列的均值。

Images