KR100192777B1 - Median filter having multiple window size - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입력영상을 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리(10); 프레임 메모리(10)에서 저장된 영상신호를 입력한 후, 3×3 윈도우 사이즈로 영역화하는 제1영역화부(40); 프레임 메모리(10)에 저장된 영상신호를 입력한 후, 5×5 윈도우 사이즈로 영역화하는 제2영역화부(60); 제1영역화부(40)의 출력을 입력한 후 중앙값으로 필터링하는 제1메디안 필터링부(50); 제2영역부(60)의 출력을 입력한 후 중앙값으로 필터링하는 제2메디안 필터링부(70); 프레임 메모리(10)로부터 입력된 영상신호의 국부분산값을 계산하는 국부분산값 계산부(20); 국부분산값 계산부(20)의 출력을 기준치와 비교하여 메디안 필터 선택신호를 출력하는 비교기(30); 비교기(30)의 메디안 필터 선택신호에 따라 제1메디안 필터링부(50)의 출력이나 제2메디안 필터링부(6)의 출력중 하나를 선택하여 출력하는 선택기(80)로 구성되어 입력영상의 국부분산값에 따라 다양한 윈도우 사이즈로 필터링된 값중 하나를 선택할 수 있으므로 전체적으로 화질을 개선하면서 처리속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a frame memory for storing an input image on a frame basis; A first localization unit 40 for inputting a video signal stored in the frame memory 10 and then localizing the image signal into a 3 × 3 window size; A second localization unit 60 for inputting an image signal stored in the frame memory 10 and then localizing the image signal into a 5 × 5 window size; A first median filtering unit 50 for inputting the output of the first localization unit 40 and filtering the median value; A second median filtering unit 70 for inputting the output of the second region unit 60 and filtering the median value; A local partial value calculation unit 20 for calculating a local partial value of the video signal input from the frame memory 10; A comparator 30 for outputting a median filter selection signal by comparing the output of the local partial calculation unit 20 with a reference value; A selector 80 configured to select and output one of the output of the first median filtering unit 50 and the output of the second median filtering unit 6 according to the median filter selection signal of the comparator 30. According to the variance value, one of the values filtered by various window sizes can be selected, thereby improving the overall image quality and improving the processing speed.
Description
제1도(a)는 일반적인 메디안 필터링을 설명하기 위하여 도시한 도면.FIG. 1 (a) is a diagram for explaining general median filtering.
제1도(b)는 3×3 윈도우 크기를 갖는 화면 블럭의 예.1B is an example of a screen block having a 3 × 3 window size.
제2도는 본 발명에 따른 메디안 필터를 도시한 블럭도이다.2 is a block diagram illustrating a median filter according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 프레임 메모리 20 : 국부분산값 계산부10: frame memory 20: local partial calculation unit
30 : 비교기 40 : 제1영역화부30: comparator 40: first regionization unit
50 : 제1메디안 필터링부 60 : 제2영역화부50: first median filtering unit 60: second regionization unit
70 : 제2메디안 필터링부 80 : 선택기70: second median filtering unit 80: selector
본 발명은 디지털 영상신호에 포함되는 잡음(Noise)을 제거하여 화질을 개선시키는 메디안 필터링(Median filtering)에 관한 것으로, 특히 국부 분산값을 이용하여 윈도우 사이즈(window size)를 선택할 수 있도록 된 메디안 필터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to median filtering which improves image quality by removing noise included in a digital video signal. In particular, a median filter capable of selecting a window size using a local dispersion value It is about.
디지털 영상신호처리분야에서 영상신호에 포함되는 잡음을 감소시키는 것을 영상 평활화(Image smoothing)라 하는데, 영상을 평활화하는 방법은 공간 영역적 방법과 주파수 영역적 방법으로 나눌 수 있으며, 공간 영역적 방법은 인근 평균 방법(Neighborhood averaging), 중위수 선택방법(Median filtering) 등이 있고, 주파수 영역적 방법은 고주파 차단(low pass filtering) 등의 방법이 있다.In the field of digital image signal processing, reducing the noise included in an image signal is called image smoothing. An image smoothing method can be divided into a spatial domain method and a frequency domain method. The neighborhood averaging method, the median filtering method, and the like, and the frequency domain method include the low pass filtering method.
인근 평균 방법은 제1도에 도시된 바와 같이 N×N 크기의 영상 f(x,y)가 주어졌을 때, 모든 픽셀 (x,y)를 중심으로 이웃의 국소적 부분 n×m 픽셀들을 평균하여 평균값을 구한 후, 이 평균값을 픽셀 (x,y)의 명암도로 대체하는 것으로서, 이렇게 평활화된 영상을 g(x,y)라 한다면, 다음과 같이 식1로 나타낼 수 있다.The neighborhood averaging method averages the neighboring local partial n × m pixels around all the pixels (x, y) given a N × N size f (x, y) as shown in FIG. After the average value is obtained, the average value is replaced with the intensity of the pixel (x, y). If the smoothed image is g (x, y), it can be expressed by Equation 1 as follows.
여기서, M은 국소부분 n×m 픽셀의 개수이며, S는 이 국소영역 픽셀의 집합을 의미한다. 영상화면 전체의 픽셀들은 x=0, 1, 2, ..., N-1, y=1, 2, ..., n-1과 같이 (x,y)를 변환시키면서 지칭할 수 있다.Here, M is the number of local part n × m pixels, and S means the set of local area pixels. Pixels of the entire image screen may be referred to as (x, y) converted, such as x = 0, 1, 2, ..., N-1, y = 1, 2, ..., n-1.
예를 들어, f(x,y) 주위의 국소영역 픽셀집합이 제1도(b)에 도시된 바와 같이 3×3 행렬이라면, 인근평균방법에 의해 평활화된 영상(g(x,y)은For example, if the local pixel set around f (x, y) is a 3x3 matrix as shown in Figure 1 (b), then the image g (x, y) smoothed by the neighborhood averaging method
와 같이 구해지므로 픽셀 (x,y) 지점의 명암도는 '78'로부터 '35'로 바뀌게 된다. 이와 같이 주변의 명암도에 비해 뚜렷이 다르다면 어느 정도 수정을 받게 된다.Since the brightness of the pixel (x, y) point is changed from '78' to '35', In this way, if the contrast is significantly different from that of the surrounding, the correction is to some extent.
한편, 국소영역 픽셀 집합의 크기는 3×3, 5×5, 9×9 등으로 선택할 수 있는데, 픽셀집합의 크기(즉, 윈도우 사이즈)가 커지면 커질수록 평활화 효과는 증대하나 반면에 영상의 선명도가 흐려지는데, 선명도의 감소를 억제하는 것은 물체의 테두리(Edge) 부분을 살리기 위하여 필요하다. 통상, 물체의 테두리 부분에서는 명암도의 변화가 심하게 일어나기 때문에 단순한 인근평균 방법을 사용하면 오히려 에지부분의 선명도가 저하되므로, 이러한 부분에 대한 명암도의 변화를 보존하기 위하여 평균치값이 원래의 명암도 f(x,y)와 비교하여 어떤 기준치(threshold value) T보다 작으면 평균치를 f(x,y)로 대체하고, T보다 크면 원래의 명암도 f(x,y)를 그대로 보조하는 방법을 사용하기도 한다.On the other hand, the size of the local area pixel set can be selected as 3x3, 5x5, 9x9, etc .. As the size of the pixel set (ie, the window size) increases, the smoothing effect increases, while the sharpness of the image is increased. Is blurred, and suppressing the decrease in sharpness is necessary to save the edge of the object. In general, the sharpness of the edge portion of the object is severely changed, so the sharpness of the edge portion is deteriorated by using the simple neighboring average method. Compared with, y, if the threshold value is smaller than T, the average value is replaced with f (x, y), and if it is larger than T, the original contrast value f (x, y) is also supported.
이와 같이 인근평균방법을 개선한다 해도 일반적으로, 인근평균방법에 의한 평활화는 물체의 테두리부분과 같이 명암도가 날카롭게 변화하는 부분의 선명도를 흐리게 하므로, 이러한 경우에는 메디안 필터링방법이 더욱 효과적이다.Even if the neighborhood averaging method is improved in this way, the smoothing by the neighborhood averaging method generally blurs the sharpness of the sharply changing part such as the edge of the object, so in this case, the median filtering method is more effective.
메디안 필터링이란 픽셀 (x,y) 주위의 국소영역 픽셀 집합에 대한 명암도 수치의 중위수를 선택하는 것으로서, 국소영역 픽셀들의 명암도를 크기순으로 나열하였을 때, 그 중앙에 위치한 명암도를 취하여 픽셀 (x,y)의 명암도로 대체하는 것이다.Median filtering selects the median of the intensity values for the set of local area pixels around the pixel (x, y). When the intensity of the local area pixels is arranged in size order, the median filtering is performed by taking the central intensity of the pixel (x, y). is replaced by the contrast of y).
예를 들어, 제1도 (b)도와 같이 3×3 크기의 국소영역 픽셀 집합의 명암도를 크기 순으로 나열하면 (15,18,25,26,30,31,41,46,78)와 같고, 이것의 중위수는 30이므로, 이 국소영역의 중앙 (x,y) 픽셀의 명암도를 '30'으로 대체한다.For example, as shown in (b) of FIG. 1, when the intensity of a set of 3 × 3 local area pixels is arranged in size order, it is equal to (15,18,25,26,30,31,41,46,78). Since the median of this is 30, replace the contrast of the center (x, y) pixel of this local area with '30'.
이 방법은 급격한 증감을 나타내는 잡음제거와 물체의 테두리에서 관측되는 명암도변화의 보존에 매우 효과적이다.This method is very effective for noise reduction which shows rapid increase and decrease and preservation of the change of contrast observed in the edge of the object.
즉, 메디안 필터는 순서 통계학(order statistics)에 기초를 하고 있는데 이는 비선형적인 특성을 가지고 있으며, 임펄스(impulse) 및 페퍼/솔트(pepper and salt) 잡음의 제거에 탁월한 성능을 가지고 있으며, 실제 계산량이 적어서 처리시간이 절약되고, 인간의 시각체계에 있어서 정보영역으로서 영상의 변화가 급격한 에지 영역정보도 잘 보존하는 장점이 있다.In other words, the median filter is based on order statistics, which is nonlinear, has excellent performance in eliminating impulse and pepper / salt noise, It has a merit that it saves processing time because it is small, and also preserves edge region information which is suddenly changed in image as an information region in human visual system.
그런데, 종래에는 메디안 필터링의 기술에 있어서, 윈도우 사이즈가 3×3, 5×5 등으로 고정되었기 때문에 영상의 특성을 충분히 살리지 못하는 문제점이 있었다.However, in the conventional median filtering technique, since the window size is fixed to 3 × 3, 5 × 5, etc., there is a problem that the characteristics of the image are not sufficiently utilized.
즉, 인간의 눈은 에지(Edge) 등이 있어 국부분산값이 높은 곳에서 삽입되는 노이즈는 잘 발견하지 못하고, 평탄부와 같이 국부분산값이 낮은 곳에서 삽입되는 노이즈는 눈에 잘 띄이게 된다. 따라서, 국부분산값이 높은 곳에서는 윈도우 사이즈를 작게 하여 계산량을 줄이고, 국부분산값이 낮은 영역에서는 윈도우 사이즈를 크게 하여 노이즈 제거 능력을 향상시킬 필요가 있다.That is, the human eye has edges, etc., so it is difficult to detect noise inserted at a high local partial value, and noise inserted at a low local partial value such as a flat part is more prominent. . Therefore, it is necessary to reduce the calculation amount by reducing the window size in the high local partial value, and to increase the noise removing ability by increasing the window size in the low local partial value.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고 필요성을 충족시키기 위하여 안출한 것으로, 입력영상의 국부분산값에 따라 메디안 필터링의 윈도우 사이즈를 조절하여 영상신호를 효과적으로 평활화할 수 있는 메디안 필터를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems and to meet the necessity, and provides a median filter that can smoothly smooth the video signal by adjusting the window size of median filtering according to the local partial value of the input image. Its purpose is to.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 메디안 필터는, 입력 영상을 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리; 상기 프레임 메모리로부터 읽혀지는 영상신호에 대하여 3×3 윈도우 사이즈로 영역화하는 제1 영역화부; 상기 프레임 메모리로부터 읽혀지는 영상신호에 대하여 5×5 윈도우 사이즈로 영역화하는 제2영역화부; 상기 제1영역화부에서 영역화된 영상신호에 대하여 해당 윈도우 사이즈내의 중앙값으로 필터링하는 제1메디안 필터링부; 상기 제2영역화부에서 영역화된 영상신호에 대하여 해당 윈도우 사이즈내의 중앙값으로 필터링하는 제2메디안 필터링부; 상기 프레임 메모리로부터 읽혀지는 영상신호의 국부분산값을 계산하는 국부분산값 계산부; 상기 국부분산값 계산부의 출력을 기준치와 비교하고, 비교결과에 따른 메디안 필터 선택신호를 발생시키는 비교기; 및 상기 비교기에서 발생되는 메디안 필터 선택신호에 따라 상기 제1메디안 필터링부의 출력이나 상기 제2메디안 필터링부의 출력중 하나를 선택하여 출력하는 선택기로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a median filter including a frame memory configured to store an input image in frame units; A first localization unit for localizing the video signal read from the frame memory into a 3 × 3 window size; A second localization unit which localizes the video signal read from the frame memory into a 5 × 5 window size; A first median filtering unit for filtering the image signal localized by the first localization unit by a median value within a corresponding window size; A second median filtering unit for filtering the image signal localized by the second localization unit by a median value within a corresponding window size; A local partial value calculation unit for calculating a local partial value of the video signal read from the frame memory; A comparator for comparing the output of the local partial calculation unit with a reference value and generating a median filter selection signal according to the comparison result; And a selector configured to select and output one of an output of the first median filtering unit and an output of the second median filtering unit according to the median filter selection signal generated by the comparator.
즉, 입력영상신호를 3×3, 5×5 등과 같이 다양한 윈도우 사이즈로 영역화한 후, 상기 각각의 영역화된 영상신호에 대해 메디안 필터링을 실행하고, 상기 입력영상신호에 대해 국부분산값을 계산한 후, 상기 계산된 국부분산값을 설정된 기준치와 비교하여 상기 각각의 윈도우 사이즈로 메디안 필터링된 영상신호중 하나를 선택하도록 되어 있다. 즉, 국부분산값이 높은 곳에서는 윈도우 사이즈를 작게 하여 계산량을 줄이고, 국부분산값이 낮은 영역에서는 윈도우 사이즈를 크게 하여 노이즈 제거 능력을 향상시킬 수 있다.That is, after the input video signal is localized into various window sizes such as 3 × 3, 5 × 5, etc., median filtering is performed on each of the localized video signals, and a local partial value is calculated for the input video signal. After the calculation, the calculated local partial value is compared with the set reference value to select one of the median filtered image signals for each window size. That is, the calculation amount can be reduced by reducing the window size where the local partial value is high, and the noise reduction ability can be improved by increasing the window size in a region where the local partial value is low.
따라서, 본 발명에 따라 입력 영상신호의 국부분산값에 따라 적당한 윈도우 사이즈를 갖는 메디안 필터를 구현함으로써, 전체적으로 화질을 개선하면서 처리속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, by implementing a median filter having an appropriate window size according to the local partial value of the input video signal, there is an effect that the processing speed can be improved while improving the overall image quality.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 메디안 필터는 제2도에 도시된 바와 같이 입력영상을 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리(10); 상기 프레임 메모리(10)에 저장된 영상신호를 입력한 후, 3×3 윈도우 사이즈로 영역화하는 제1영역화부(40; 상기 프레임 메모리(10)에 저장된 영상신호를 입력한 후, 5×5 윈도우 사이즈로 영역화하는 제2영역화부(60); 상기 제1영역화부(40)의 출력을 입력한 후 중앙값으로 필터링하는 제1메디안 필터링부(50); 상기 제2영역부(60)의 출력을 입력한 후 중앙값으로 필터링하는 제2메디안 필터링부(70); 상기 프레임 메모리(10)로부터 입력된 영상신호의 국부분산값을 계산하는 국부분산값 계산부(20); 상기 국부분산값 계산부(20)의 출력을 기준치와 비교하여 메디안 필터 선택신호를 출력하는 비교기(30); 상기 비교기(30)의 메디안 필터 선택신호에 따라 상기 제1메디안 필터링부(50)의 출력이나 상기 제2메디안 필터링부(60)의 출력중 하나를 선택하여 출력하는 선택기(80)로 구성되어 있다.The median filter according to the present invention includes a frame memory 10 for storing an input image in units of frames as shown in FIG. A first localization unit 40 for inputting an image signal stored in the frame memory 10 and then segmenting the image into a 3 × 3 window size; and inputting an image signal stored in the frame memory 10 and then 5 × 5 window. A second localization unit 60 for localizing the size, a first median filtering unit 50 for inputting the output of the first localization unit 40 and filtering by a median value; an output of the second region 60 A second median filtering unit 70 for filtering a median value after inputting a second value, a local partial value calculation unit 20 for calculating a local partial value of an image signal input from the frame memory 10, and the local partial value calculating unit A comparator 30 for outputting a median filter selection signal by comparing the output of the output with a reference value, the output of the first median filtering unit 50 or the second median according to the median filter selection signal of the comparator 30; Selector 80 for selecting and outputting one of the output of the filtering unit 60 Consists of
본 발명의 프레임 메모리(10)는 입력 영상신호를 프레임 단위로 저장하고, 국부분산값 계산부(20)는 프레임 메모리(10)에 저장된 입력영상의 국부분산값(σ)을 다음 식 3에 따라 계산한다.The frame memory 10 of the present invention stores the input image signal in units of frames, and the local partial value calculation unit 20 calculates the local partial value σ of the input image stored in the frame memory 10 according to Equation 3 below. Calculate
여기서,는 N×N 화면 블록의 픽셀들의 평균값이고,는 N×N 화면 블록의 픽셀을 나타낸다.here, Is the average of the pixels in the N × N screen block, Represents pixels of an N × N screen block.
국부분산값(σ)은 에지 등과 같이 화면의 변화가 심한 곳에서는 높은 값을 가지고, 변동이 적은 화면의 평탄부에서는 비교적 낮은 값을 갖는다. 그런데 인간의 시각특성(HVS)상 화면의 변화가 심한 곳에서는 노이즈가 있어도 쉽게 인지하지 못하고, 화면의 변화가 적은 부분에서는 노이즈가 쉽게 눈에 띄이게 된다. 따라서, 국부분산값의 크기에 따라 화면의 변화가 심한 곳에서는 메디안 필터링의 윈도우 사이즈를 작게 하여 계산량을 줄이고, 화면의 변화가 적은 부분에서는 메디안 필터링의 윈도우 사이즈를 크게 하여 노이즈를 제거시키는 성능을 향상시킨다.The local partial value sigma has a high value at the place where the screen change is severe, such as an edge, and has a relatively low value at the flat part of the screen where the change is small. However, the human visual characteristics (HVS) where the change of the screen is severe, even if the noise is not easily recognized, the noise is easily noticeable in the part where the change of the screen is small. Therefore, when the screen change is severe according to the size of the local partial value, the median filtering window size is reduced to reduce the calculation amount. In the case where the screen change is small, the median filtering window size is increased to remove the noise. Let's do it.
본 발명에 따른 비교기(30)는 상기 국부분산값 계산부(20)로부터 입력되는 현재 화면 블록의 국부분산값을 미리 설정된 기준치(threshold)와 비교하여 국부분산값이 기준치보다 크면 3×3 윈도우 사이즈의 메디안 필터링값을 선택하고, 국부분산값이 기준치보다 작으면 5×5 윈도우 사이즈의 메디안 필터링값을 선택하도록 메디안 필터링 선택신호를 출력한다.The comparator 30 according to the present invention compares the local partial value of the current screen block input from the local partial value calculation unit 20 with a predetermined threshold value, and if the local partial value is larger than the reference value, the 3 × 3 window size. The median filtering value is selected, and if the local partial value is smaller than the reference value, the median filtering selection signal is output to select the median filtering value having a 5 × 5 window size.
또한, 본 발명에 따른 제1영역화부(40)는 프레임 메모리(10)로부터 입력된 영상신호에서 현재 픽셀을 중심으로 3×3 윈도우 영역을 형성하고, 제2영역화부(60)는 프레임 메모리(10)로부터 입력된 영상신호에서 현재 픽셀을 중심으로 5×5 윈도우 영역을 형성한다.In addition, the first regioner 40 according to the present invention forms a 3x3 window area around the current pixel in the image signal input from the frame memory 10, and the second regioner 60 forms a frame memory ( A 5x5 window area is formed around the current pixel in the video signal input from 10).
제1메디안 필터링부(50)는 제1영역화부(40)에 의해 영역화된 3×3 영상 데이터를 크기 순으로 나열하여 중앙값을 구한 후 현재 픽셀의 값을 중앙값으로 바꿔 출력하고, 제2메디안 필터링부(70)는 제2영역화부(60)에 의해 영역화된 5×5 영상데이터를 크기 순으로 나열하여 중앙값을 구한 후 현재 픽셀의 값을 중앙값으로 바꿔 출력한다.The first median filtering unit 50 obtains the median value by arranging the 3 × 3 image data areaized by the first localization unit 40 in order of size, and then outputs the median value by converting the current pixel value to the median value. The filtering unit 70 obtains the median value by arranging the 5 × 5 image data areaized by the second localization unit 60 in the order of size, and then outputs the current pixel value by changing the median value.
이러한 메디안 필터링의 예는 앞서 설명한 바와 같이 제1도 (b)도의 경우에 3×3 크기의 국소영역 픽셀 집합의 명암도를 크기순으로 나열하면 (15,18,25,26,30,31,41,46,78)와 같고, 이것의 중위수는 30이므로, 이 국소영역의 중앙 (x,y) 픽셀의 명암도를 '78'에서 '30'으로 대체하는 동작이다.An example of such median filtering is that, in the case of FIG. 1 (b), if the intensity of the 3 × 3 local region pixel set is arranged in the order of size as described above (15,18,25,26,30,31,41) (46,78), and its median is 30, which replaces the contrast of the center (x, y) pixel of this local area from '78' to '30'.
선택기(80)는 상기 비교기(30)의 선택신호에 따라 3×3 윈도우 사이즈로 메디안 필터링된 신호나 5×5 윈도우 사이즈로 메디안 필터링된 신호 중 하나를 선택하여 출력한다.The selector 80 selects and outputs one of median filtered signals having a 3 × 3 window size or a median filtered signal having a 5 × 5 window size according to the selection signal of the comparator 30.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 메디안 필터는 입력영상의 국부분산값에 따라 다양한 윈도우 사이즈로 필터링된 값중 하나를 선택할 수 있으므로 전체적으로 화질을 개선하면서 처리속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the median filter according to the present invention can select one of the values filtered by various window sizes according to the local partial value of the input image, thereby improving the overall image quality and improving the processing speed.
Claims (1)
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| KR1019950005800A KR100192777B1 (en) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | Median filter having multiple window size |
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