TWI390961B - 影像處理裝置及影像處理方法 - Google Patents

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Description

影像處理裝置及影像處理方法
本發明係關於一種影像處理裝置及影像處理方法，特別關於一種能夠濾除影像雜訊的影像處理裝置及影像處理方法。
隨著具有多媒體顯示介面的顯示系統蓬勃發展，影像傳輸技術及影像播放技術也隨之有長足的進步。在影像傳輸技術方面，即時影像為當今流行的一種顯示模式，其一般係利用網路攝影機(web camera)將所擷取的影像即時於顯示系統上播放出來。
然而，當網路攝影機或顯示系統(例如液晶顯示器)，使用於戶外、或背光不足、或光源不足的狀況下，影像常會被雜訊所嚴重影響，使得顯示系統所顯示的影像嚴重失真，而造成視訊品質不佳。
一般而言，為了改善視訊品質，業者需要投入大量時間及金錢來開發硬體元件(例如積體電路)，並將額外開發的積體電路設置於網路攝影機或顯示系統中設置以對擷取或要顯示的影像進行運算。此積體電路需要一針對雜訊濾除之目的而進行運算處理之特殊用途積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、記憶體單元(Memory Unit)以及記憶體控制電路(Memory Control Circuit)以暫存運算處理中的圖形。
特殊用途積體電路之研發設計以及生產過程相當耗時並且耗費成本，特別是此影像處理用途之積體電路更包括記憶體單元以及記憶體控制電路，其生產成本遠高於單一的特殊用途積體電路。另外，積體電路亦具有相當高之耗電性。
通常對於影像雜訊濾除的運算，是利用欲顯示之影像與其前一影像而進行非線性運算，以分析出影像中的雜訊，再將雜訊濾除。然而利用多個影像進行運算處理，除了提高運算複雜度之外，對於硬體也造成相當沈重的負荷，而可能降低系統的效能。
有鑑於此，本發明提供一種能夠取代複雜的硬體運算方式，而以線性運算來濾除彩色影像中的雜訊的影像處理裝置及影像處理方法。
根據本發明之一特色，一種影像處理方法包括下列步驟：將一第一影像經由雜訊濾除並轉換而得到一亮度訊號，其中第一影像係為一第一色彩空間類型；將第一影像暫存並輸出；將第一影像依據亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第二影像，其中第二影像係為一第二色彩空間類型；將第二影像進行線性運算，而得到一第三影像；依據第三影像及亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到並輸出一第四影像，其中第四影像係為第一色彩空間類型；以及將第一影像及第四影像進行一誤差運算，並輸出第四影像。
根據本發明之一特色，一種影像處理裝置包括一雜訊濾除暨轉換模組、一暫存模組、一第一色彩空間轉換模組、一線性處理模組、一第二色彩空間轉換模組以及一誤差運算模組。雜訊濾除暨轉換模組係將第一影像經由雜訊濾除並轉換而得到一亮度訊號，其中第一影像係為一第一色彩空間類型。暫存模組係暫存第一影像並輸出第一影像。第一色彩空間轉換模組係將第一影像依據亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第二影像，其中第二影像係為一第二色彩空間類型。線性處理模組係將第二影像進行線性運算，而得到一第三影像，其中第三影像係為第二色彩空間類型。第二色彩空間轉換模組係依據第三影像及亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第四影像，其中第四影像係為一第一色彩空間類型。誤差運算模組係將第一影像及第四影像進行一誤差運算，並輸出第四影像。
在本發明之一實施例中，其中誤差運算模組係依據運算結果而將第四影像輸出至一顯示系統。
在本發明之一實施例中，其中誤差運算模組係依據運算結果而將第四影像輸出至暫存模組，以將暫存模組中的第一影像更新為第四影像。
在本發明之一實施例中，其中誤差運算係為平均平方誤差(mean squared error,MSE)運算。
在本發明之一實施例中，其中線性運算係包括利用線性低通濾波器對第二影像進行處理，而得到第三影像。
在本發明之一實施例中，其中第一色彩空間類型為RGB色彩空間，第二色彩空間類型為色差色彩空間。
承上所述，依據本發明之影像處理裝置及影像處理方法係利用影像處理單元針對單一影像進行線性運算以及誤差運算，並利用遞迴的方式來濾除影像中的雜訊。與習知技術相較，本發明之影像處理裝置及影像處理方法不需要額外開發硬體元件，亦不需要利用兩個以上的影像進行非線性的運算處理，因此可降低系統負荷而提高系統效能，且亦可節省硬體元件的成本。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之影像處理裝置及影像處理方法。
請參照圖1所示，本發明較佳實施例之一種影像處理裝置1係配置於一電腦中，其中電腦係包括一主機及一顯示系統。影像處理裝置1包括一擷取模組11、一雜訊濾除暨轉換模組12、一暫存模組13、一第一色彩空間轉換模組14、一線性處理模組15、一第二色彩空間轉換模組16以及一誤差運算模組17。
擷取模組11例如為一網路攝影機，其擷取一第一影像I1 並將第一影像I1 傳送至中央處理單元(central processing unit,CPU)或是圖形處理單元(graphics processing unit,GPU)以進行後續處理。在本實施例中，第一影像I1 不限定為網路攝影機所擷取，其亦可儲存於硬碟中再由擷取模組11讀取出來。
雜訊濾除暨轉換模組12係接收第一影像I1 ，並將第一影像I1 經由雜訊濾除及轉換後得到一亮度訊號SY ，並分別輸出第一影像I1 及亮度訊號SY ，其中第一影像I1 係為一第一色彩空間類型。在本實施例中，第一色彩空間類型例如係為RGB色彩空間或CMYK色彩空間。
另外，在本實施例中，亮度訊號SY 係包括第一影像I1 中各像素(pixel)所對應的亮度值(luminance value)所代表的亮度平面(domain)。更進一步說明，雜訊濾除暨轉換模組12在接收第一影像I1 之後可先將其進行雜訊濾除運算之後再轉換為亮度訊號SY ，亦可在接收第一影像I1 之後將其轉換為亮度訊號SY 之後再對亮度訊號SY 進行雜訊濾除運算，於此並不加以限制，其主要目的為得到經過雜訊濾除運算的亮度訊號SY 。
暫存模組13係暫存第一影像I1 並輸出第一影像I1 。在本實施例中，雜訊濾除暨轉換模組12係將第一影像I1 輸出至暫存模組13，再由暫存模組13將第一影像I1 暫存後並輸出。
第一色彩空間轉換模組14係將第一影像I1 依據亮度訊號SY 進行色彩空間轉換處理，而得到一第二影像I2 ，其中第二影像I2 係為一第二色彩空間類型。為在本實施例中，第二色彩空間類型係為色差色彩空間，其例如為YCrCb色彩空間、YUV色彩空間、YPbPr色彩空間或(R-Y)(G-Y)(B-Y)色彩空間。
線性處理模組15係將第二影像I2 進行線性運算，而得到一第三影像I3 ，其中第三影像I3 係為第二色彩空間類型。由於在影像中，大部分的雜訊屬於高頻訊號，因此在本實施例中，線性處理模組15例如係為線性低通濾波處理模組，其係濾除第二影像I2 中的高頻雜訊，而得到具有低頻資訊的第三影像I3 。
第二色彩空間轉換模組16依據第三影像I3 及亮度訊號SY 進行色彩空間轉換處理，而得到一第四影像I4 ，其中第四影像I4 係為一第一色彩空間類型。
需注意者，上述之色彩空間轉換模組係對影像中代表各像素的影像資料分別進行轉換。
誤差運算模組17係將第一影像I1 及第四影像I4 進行一誤差運算，並輸出第四影像I4 。在本實施例中，誤差運算例如係為平均平方誤差(mean squared error,MSE)運算。
上述由暫存模組13至誤差運算模組17運作一次的過程稱為一次遞迴運算。誤差運算模組17具有一預設遞迴值、一目前遞迴值及一預設誤差值。另外，本實施例之影像處理裝置1更包括一設定模組10，其係設定誤差運算模組17中的預設遞迴值及預設誤差值。
其中，誤差運算模組17更包括一遞迴次數判斷模組171，當誤差運算模組17在作動之前會先由遞迴次數判斷模組比較目前遞迴值與預設遞迴值的內容，當目前遞迴值的內容大於(或等於)預設遞迴值的內容時，則終止遞迴運算的流程，而將第四影像I4 輸出至一顯示系統20。當目前遞迴值的內容小於預設遞迴值的內容時，則誤差運算模組17會接著進行誤差運算，而得到一運算結果，並由誤差運算模組17將運算結果與預設誤差值進行比較。當運算結果小於(或等於)預設誤差值時，則終止遞迴運算的流程，而將第四影像I4 輸出至顯示系統20，而當運算結果大於預設誤差值時，誤差運算模組17會更新目前遞迴值的內容(例如+1)，並將第四影像I4 輸出至暫存模組13以更新暫存模組13所暫存的第一影像I1 。之後則以第四影像I4 取代第一影像I1 而進行遞迴運算。
請參照圖2所示，本發明較佳實施例之一種影像處理方法包括步驟S01至步驟S06。在本實施例中，影像處理方法係由一網路攝影機以及一包括有一主機及一顯示系統的電腦配合使用。其中，本實施例之影像處理方法可運作於主機中的中央處理單元或是運作於處理影像的圖形處理單元，而本實施例係以運作於中央處理單元為例說明。
首先，中央處理單元必須取得一第一影像以對其進行處理。第一影像係可由網路攝影機所擷取之影像，或是儲存於電腦之儲存單元(例如硬碟)中之影像。
步驟S01係將第一影像經由雜訊濾除並轉換而得到一亮度訊號，其中第一影像係為一第一色彩空間類型。在本實施例中，第一色彩空間類型係為RGB色彩空間或CMYK色彩空間。
步驟S02係將第一影像暫存並輸出。在本實施例中，第一影像係暫存於一影像暫存器中。
步驟S03係將第一影像依據亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第二影像，第二影像係為一第二色彩空間類型。在本實施例中，第二色彩空間類型係為色差色彩空間，其例如為YUV色彩空間、或YCbCr色彩空間、或YPbPr色彩空間、或(R-Y)(G-Y)(B-Y)色彩空間。值得一提的是，步驟S03中可先將第一影像進行雜訊濾除運算之後在轉換為亮度訊號，亦可先將第一影像轉換為亮度訊號之後再對亮度訊號進行雜訊濾除運算，於此並不加以限制，其主要目的為得到經過雜訊濾除運算的亮度訊號。
步驟S04係將第二影像進行線性運算，而得到一第三影像。其中線性運算例如係為線性低通濾波器運算，其係將第二影像中的高頻雜訊濾除後而得到第三影像。
步驟S05係依據第三影像及亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第四影像，其中第四影像係為第一色彩空間類型。
步驟S06係將第一影像及第四影像進行誤差運算，並輸出第四影像。其中誤差運算例如係為平均平方誤差運算。在本實施例中，若運算結果小於(或等於)預設誤差值，則可將第四影像輸出至顯示系統，然而若運算結果大於預設誤差值，則可將第四影像輸出至暫存器以更新其中的影像後，以第四影像取代第一影像繼續步驟S03。
以下請參照圖3所示並配合上述實施例之敘述，以更進一步說明本發明較佳實施例之影像處理方法。
步驟S101係擷取第一影像並將第一影像傳送至中央處理單元或是圖形處理單元以進行後續處理。
步驟S102係將第一影像進行雜訊濾除運算。步驟S103係將經由雜訊濾除運算後的第一影像進行亮度平面轉換，而得到亮度訊號。步驟S104係輸出第一影像及亮度訊號，並暫存第一影像。
步驟S105係將第一影像依據亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到第二影像。步驟S106係將第二影像進行線性低通濾波運算，而得到第三影像。步驟S107係依據第三影像及亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到第四影像。
步驟S108係設定預設遞迴值及預設誤差值。步驟S109係判斷目前遞迴值是否小於預設遞迴值。當目前遞迴值小於預設遞迴值時，則進行步驟S111，而當目前遞迴值大於(或等於)預設遞迴值時，則進行步驟S110。
其中步驟S110係終止遞迴運算，並將第四影像輸出至顯示系統。步驟S111係將第一影像及第四影像進行誤差運算，而得到一運算結果。步驟S112係判斷運算結果是否小於預設誤差值。當運算結果小於(或等於)預設誤差值時，則進行步驟S110，而當運算結果大於預設誤差值時，則進行步驟S113。
步驟S113係將目前遞迴值+1，並將第四影像輸出以更新暫存的第一影像。之後則以第四影像取代第一影像而進行步驟S105。
需注意者，上述判斷式的判斷方式(小於、等於、大於)係可依據實際需要所設計，而非為上述所限制。
綜上所述，依據本發明之影像處理裝置及影像處理方法係利用影像處理單元(例如中央處理單元或圖形處理單元)針對單一影像進行線性運算(例如線性低通濾波運算)以及誤差運算(例如平均平方誤差運算)，並利用遞迴的方式來濾除影像中的雜訊。與習知技術相較，本發明之影像處理裝置及影像處理方法不需要額外開發硬體元件(例如積體電路)，亦不需要利用兩個以上的影像進行非線性的運算處理，因此可降低系統負荷而提高系統效能，且亦可節省硬體元件的成本。
藉由以上較佳具體實施例的詳述，希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
1．．．影像處理裝置
10．．．設定模組
11．．．擷取模組
12．．．雜訊濾除暨轉換模組
13．．．暫存模組
14．．．第一色彩空間轉換模組
15．．．線性處理模組
16．．．第二色彩空間轉換模組
17．．．誤差運算模組
171．．．遞迴次數判斷模組
20．．．顯示系統
I1 ．．．第一影像
I2 ．．．第二影像
I3 ．．．第三影像
I4 ．．．第四影像
SY ．．．亮度訊號
S01～S06、S101～S113．．．影像處理方法的步驟
圖1是本發明一較佳實施例之影像處理裝置的方塊示意圖；
圖2是本發明一較佳實施例之影像處理方法的流程圖；以及
圖3是本發明一較佳實施例之影像處理方法的詳細流程圖。
S01~S06．．．影像處理方法之步驟

Claims (20)

  1. 一種影像處理方法，包括下列步驟：將一第一影像經由雜訊濾除並轉換而得到一亮度訊號，其中該第一影像係為一第一色彩空間類型；將該第一影像暫存並輸出；將該第一影像依據該亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第二影像，其中該第二影像係為一第二色彩空間類型；將該第二影像進行線性運算，而得到一第三影像，其中該第三影像係為該第二色彩空間類型；依據該第三影像及該亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第四影像，其中該第四影像係為該第一色彩空間類型；以及將該第一影像及該第四影像進行一誤差運算，並輸出該第四影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中該亮度訊號係先將該第一影像進行彩色影像雜訊濾除運算後，再進行影像亮度平面轉換而得。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中該亮度訊號係先將該第一影像進行影像亮度平面轉換，再經雜訊濾除運算而得。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中該線性運算係包括利用一線性低通濾波器對該第二影像進行處理，而得到該第三影像。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中該誤差運算係為平均平方誤差運算。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中當該誤差運算之運算結果為小於或等於一預設誤差時，則該第四影像係輸出至一顯示系統。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中當該誤差運算之運算結果為大於一預設誤差時，則該第四影像係輸出以更新暫存之該第一影像。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中該第一色彩空間類型係為RGB色彩空間、或CMYK色彩空間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中該第二色彩空間類型係為色差色彩空間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之影像處理方法，其中該色差色彩空間係為YUV色彩空間、或YCbCr色彩空間、或YPbPr色彩空間、或(R-Y)(G-Y)(B-Y)色彩空間。
  11. 一種影像處理裝置，包括：一雜訊濾除暨轉換模組，將一第一影像經由雜訊濾除並轉換而得到一亮度訊號，其中該第一影像係為一第一色彩空間類型；一暫存模組，與該雜訊濾除暨轉換模組電性連接，該暫存模組暫存並輸出該第一影像；一第一色彩空間轉換模組，與該暫存模組電性連接，該第一色彩空間轉換模組將該第一影像依據該亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第二影像，其中該第二影像係為一第二色彩空間類型；一線性處理模組，與該第一色彩空間轉換模組電性連接，該線性處理模組將該第二影像進行線性運算，而得到一第三影像，其中該第三影像係為該第二色彩空間類型；一第二色彩空間轉換模組，與該線性處理模組電性連接，該第二色彩空間轉換模組依據該第三影像及該亮度訊號進行色彩空間轉換處理，而得到一第四影像；以及一誤差運算模組，與該第二色彩空間轉換模組電性連接，將該第一影像及該第四影像進行一誤差運算，並輸出該第四影像。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之影像處理裝置，更包括：一擷取模組，與該雜訊濾除暨轉換模組電性連接，該擷取模組擷取該第一影像，並將該第一影像輸出至該雜訊濾除暨轉換模組。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之影像處理裝置，其中該誤差運算模組具有一預設遞迴值、一目前遞迴值及一預設誤差值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像處理裝置，其中該誤差運算模組包括一遞迴次數判斷模組，該遞迴次數判斷模組係比較該預設遞迴值與該目前遞迴值。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之影像處理裝置，其中該誤差運算模組係比較該誤差運算所得之一運算結果與該預設誤差值，並依據比較結果而將該第四影像輸出至一顯示系統或輸出至該暫存模組。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之影像處理裝置，其中該線性處理模組係為一線性低通濾波處理模組。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之影像處理裝置，其中該誤差運算模組係為一平均平方誤差運算模組。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之影像處理裝置，其中該第一色彩空間類型係為RGB色彩空間、或CMYK色彩空間。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之影像處理裝置，其中該第二色彩空間類型係為色差色彩空間。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之影像處理裝置，其中該色差色彩空間係為YUV色彩空間、或YCbCr色彩空間、或YPbPr色彩空間、或(R-Y)(G-Y)(B-Y)色彩空間。
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