CN1217623A - 脉冲噪声消除装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用中值滤波器消除脉冲噪声的装置和方法,该方法包含如下步骤:从多个象素中选择中值象素;将通过使中值增加或减少偏移而确定参考范围与多个象素中的中间象素比较,以确定输入图象信号是否有脉冲噪声,并根据脉冲噪声的出现产生噪声系数;根据噪声系数计算象素的亮度分量和其颜色分量之间的相关性;根据相关***叉衰落中值象素和中间象素。

Description

脉冲噪声消除装置和方法

本发明涉及一种用于消除脉冲噪声的装置，尤其涉及一种使用中值滤波器(median filter)消除脉冲噪声的装置及其方法。

通常，图象信号含有脉冲噪声，该脉冲噪声的幅值依据外部或内部条件而不规则地变化。因而，必须采用图象再现装置来去除该脉冲噪声以获得高质量的图象。

图1是表示典型的脉冲噪声消除装置的框图。

图象信号由许多象素组成。该图象信号的平均值是通过确定窗口内的几个象素，例如在图1中的五个象素a1、a2、a3、a4和a5而获得的。这里，a5是中间值(mid-value)。减法器120从平均值112中减去中间值114，并且将所得值传送给比较器130。比较器130将从减法器120获得的值与参考值相比较。如果该值大于参考值，则输出指示噪声的第一电平，例如逻辑高电平；否则，输出指示正常象素数据的第二电平，例如逻辑低电平。多路复用器140根据由比较器130施加的电平信号，或者选择中间值114，或者选择平均值112，并且输出所选择的值。如果所施加的是第一电平，平均值112被选择和输出。

然而，图1的装置将图象信号的高频分量210当作脉冲噪声，因而选择如图2A所示的与其相应的诸象素的平均值，输出包含如图2B所示的劣化的高频分量220的图象信号。因此，通过图1的装置获得的图象信号的高频特性劣化了，因而分辨率更低。

本发明的一个目的是提供一种用于选择中值(median-value)象素以消除噪声脉冲同时又不去除高频分量的方法。

本发明的另一个目的是提供一种用于选择中值象素以消除噪声脉冲同时又不去除高频分量的装置。

相应地，为了实现第一个目的，本发明提供了一种消除由亮度和色彩分量组成的图象信号的脉冲噪声的方法，其包括如下步骤：从多个象素中选择中值象素；将通过使该中值增加或减少偏移而确定的参考范围与多个象素中的中间象素比较，以确定输入图象信号的是否有脉冲噪声，并根据脉冲噪声的出现来产生噪声系数；由此根据噪声系数，计算象素的亮度分量和色彩分量之间的相关性；和根据所述相关性，交叉衰落(cross-fading)中值象素和中间象素。

为了实现第二个目的，本发明提供了一种用于消除由亮度分量和色彩分量组成的图象信号的脉冲噪声的装置，其包括：中值滤波器，用于从多个象素中选择中值象素；比较器，用于将通过使选出的中间值增加或减少偏移而确定的参考范围与该中间象相比较，以确定是否存在脉冲噪声，并根据脉冲噪声的出现来产生噪声系数；相关性计算器，用于根据由比较器产生的噪声系数来计算象素的亮度分量和色彩分量之间的相关性；和交叉衰落单元，用于根据相关性计算器计算出的相关性来交叉衰落中值象素和中间象素。

通过参考附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是表示典型的脉冲噪声消除装置的方框图；

图2A是具有高频分量的图象信号的波形；

图2B是当图象信号的脉冲噪声经过图1的装置消除后的波形；

图3是表示本发明的脉冲噪声消除装置的方框图；

图4示出在图3的中值滤波器340中排列的窗口化图象数据；和

图5示出被图3的比较器370比较的信号。

参见图3，脉冲噪声消除装置包括：缓冲器310，用于排列图象数据；第一行存储器320，用于延迟由缓冲器310输出的图象数据；第二行存储器330，用于延迟由第一行存储器320延迟的图象数据；中值滤波器340，用于接收来自缓冲器310和第一行存储器320及第二行存储器330的图象数据，以选择中值象素；比较器370，用于将中间值与通过使中值加上或减去偏移量而确定的值进行比较，以产生噪声系数‘Ka’；相关性计算器360，用于根据该噪声系数来产生第一相关值“Kxfade 1”和第二相关值“Kxfade2”；和交叉衰落单元350，用于根据第一和第二相关值‘Kxfade 1’和‘Kxfade 2’来产生其中中间象素和中值象素被交叉衰落的图象数据。

在图4中，‘U’表示R-Y色度分量，“V”表示B-Y色度分量，而‘Y’表示亮度。

下面将参考图3至图5叙述本发明的操作和效果。

图象数据包含多个象素，每个象素由亮度分量“Y”和色彩成分‘C’来组成。如图4所示，缓冲器310排列输入图象数据。中值滤波器340包括D触发器(未示出)、多路复用器(未示出)、和比较器(未示出)，其从图象数据中选择中值象素。也就是说，中值滤波器340接收第(n-1)行象素、第n行象素和第(n+1)行象素，将例如从图4所示的在n、n-1、和n+1三个行的U1、U3、U5、U7和U95个象素构成一个窗口。这里，第n-1行的象素P1、P2、P3是当前输入的图象数据，而第n行的象素P4、P5、P6是通过第一行存储器320的图象数据，而第n+1行的象素P7、P8、P9是通过第二行存储器330的图象数据。这里，从第一行存储器320输出的象素是中间象素。在图4中，中间象素是U5、Y9、V5和Y10。

在中值滤波器340中，为了去除中间象素的脉冲噪声，五个象素被窗口化了。也就是说，窗口化的中间象素U5、Y9、V5和Y10限定如下：

U5的窗口：U1    U3

          U5

          U7    U9

V5的窗口：V1    V3

          V5

          V7    V9

Y9的窗口：Y2    Y4

          Y9

          Y14    U18

Y10的窗口：Y3    Y5

           Y10

           Y15   Y17

在中值滤波器340中，从U5的窗口中选择中值而不是平均值。例如，如果U1=0、U3=100、U5=100、U7=150、U8=200，则中值为U5。因而，高频分量并未从中值滤波器340中去除。这里，根据比较器370中的偏移来确定中值彖素和中间样本(mid-sample)是否有噪声。比较器370将中间象素与由中值和偏移而确定的参考范围进行比较，以确定噪声。比较器370将当中间象素存在于相应于(中值±偏移)的参考范围内时指示正常象素数据、否则指示噪声的噪声系数“Ka”输出到相关性计算器360。也就是说，如果中间象素大于(中值+偏移量)，则输出的噪声系数“Ka”是{中间象素-(中值+偏移)}；如果中间象素小于(中值-偏移)，则所输出的噪声系数“Ka”是{(中值偏移)-中间象素}；如果中间象素在(中值+偏移)和(中值-偏移)之间，则所输出的噪声系数是0。这是，其值为0的噪声系数Ka指示正常数据，而较高的噪声系数Ka说明较高的脉冲噪声。

相关性计算器360接收噪声系数‘Ka’，并计算Y和C(U,V)之间的相关性，以将第一和第二相关值Kxfade 1和Kxfade 2输出到交叉衰落单元350。也就是说，Y9和U的噪声系数的乘积与Y9和V的噪声系数的乘积中较大的一个值就是第一相关值Kxfade 1,Y10和U的噪声系数的乘积与Y10和V的噪声系数的乘积中较大的一个值就是第二相关值Kxfade 2。例如，当中间象素是U5、Y9、V5和Y10时，U5、Y9、V5、Y10的噪声系数Ka分别是K2、K、K3和K1，并且Y和C的第一相关值Kxfade 1和第二相关值Kxfade 2如下。如果Kxfade 1=(K×K2)/256且(K×K3)/256＞Kxfade1，则Kxfade 1=(K×k3)/256，否则，Kxfade 1=(K×k2)/256。同样，如果(K1×k2)/256和(K1×k3)/256＞Kxfade 2，则Kxfade 2=(K1×k3)/256，否则，Kxfade 2=(K1×k2)/256。也就是说，第一相关值Kxfade 1是通过计算Y9、V5和U5的噪声系数来得到的，而第二相关值Kxfade 2是通过计算Y10、V5和U5的噪声系数来得到的。交叉衰落单元350用第一和第二相关值Kxfade 1和Kxfade 2来交叉衰落接收到的中间象素和中值象素，以输出交叉衰落后的象素。因而，在交叉衰落单元350中，由数据U5给定的输出等于(中间象素(1-Kxfade 1)+Kxfade×中值)，数据Y9给定的输出等于(中间象素(1-Kxfade 1)+Kxfade 1×中值)，数据V5给定的输出等于(中间象素(1-Kxfade 1)+Kxfade 1×中值)，而数据Y10给定的输出等于(中间象素(1-Kxfade 2)+Kxfade 2×中值)。例如，如果没有脉冲噪声存在，则亮度和色彩的噪声系数是零，因而Kxfade 1是零，从而数据U5被作为中间象素而输出。而如果脉冲噪声存在，则Kxfade 1是整数，因而输出其中中间象素和中值象素被交叉衰落的数据。

依据本发明，图象信号的脉冲噪声被去除，而高频分量仍然保留。从而得到较高的分辨率，而图象质量没有劣化。

Claims (7)

1．一种消除含有亮度和颜色分量的图象信号的脉冲噪声的方法，包含如下步骤：

从多个象素中选择中值象素；

将通过使该中值增加或减少偏移而确定的参考范围与多个象素中的中间象素比较，以确定输入图象信号是否有脉冲噪声，以根据脉冲噪声的出现产生噪声系数；

根据噪声系数计算象素的亮度分量和其颜色分量之间的相关性；和

根据该相关***叉衰落中值象素和中间象素。

2．一种消除含有亮度和颜色分量的图象信号的脉冲噪声的装置，包括：

中值滤波器，用于从多个象素中选择中值象素；

比较器，用于将多个象素中的中间象素与通过使所选择的中值增加或减少偏移而确定的参考范围进行比较，以是确定是否存在脉冲噪声，并根据脉冲噪声的出现来产生噪声系数；

相关性计算器，用于根据由该比较器产生的噪声系数来计算象素的亮度分量和其颜色分量之间的相关性。

交叉衰落单元，用于根据由该相关性计算器计算出的相关性来交叉衰落中值象素和中间象素。

3．如权利要求2所述的装置，其中该中值滤波器是比较器。

4．如权利要求2所述的装置，其中如果该中间象素存在于(中值+偏移)和(中值-偏移)之间，则该比较器将该中间象素确定为正常象素数据，否则，该比较器将该中间象素确定为脉冲噪声。

5．如权利要求2所述的装置，其中如果该中间象素大于(中值+偏移)，则该比较器输出噪声系数，其等于{中间象素-(中值+偏移)}；如果该中间象素小于(中值-偏移)，则该比较器输出噪声系数，其等于{(中值偏移)-中间象素；而如果该中间象素在(中值+偏移)和(中值-偏移)之间，则所述比较器输出其值为0的噪声系数。

6．如权利要求2所述的装置，其中由该相关性计算器计算出的相关性是亮度分量Y的噪声系数与色彩分量R-Y的噪声系数的乘积和亮度分量Y的噪声系数与颜色分量B-Y的噪声系数的乘积中的较大的一个值。

7．如权利要求2所述的装置，其中该交叉衰落单元的数据输出等于中间象素(1-相关值)+相关值×中值。

Images