[發明專利]一種固定場景下低信噪比視頻的自適應3D降噪方法

有效

• 申請號: 201310099769.9
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103179325A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 徐超;任君;金偉其;宋博;秦姍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04N5/21
• 分類號: H04N5/21
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;李愛英

技術領域

本發明涉及視頻降噪研究領域，具體涉及一種基于背景差分和分塊判決的時-空域聯合的自適應3D降噪方法。

背景技術

以往的視頻圖像降噪方法主要有空域濾波、時域濾波和時空域聯合濾波。空域濾波雖然能濾除一些噪聲，但不利用視頻幀間關系，易造成圖像細節損失。時域濾波利用視頻的幀間相關性，非常適于視頻降噪，但更適用于靜止的視頻處理，否則會產生嚴重的“拖尾”模糊。

時空域聯合濾波（即3D濾波）是目前視頻降噪的研究熱點。有學者采用先時域濾波、后空域濾波的方法，雖然比單獨采用時域濾波的降噪效果更明顯，但損失了一定的細節，同時沒有解決時域濾波的缺陷，即運動目標會產生“拖尾”模糊；有學者提出一種基于運動檢測的智能視頻序列降噪算法，通過比較當前幀和參考幀對應塊的灰度平均值來判斷是否有運動出現，若當前幀與參考幀中對應塊有超過80%的塊滿足條件時，才判定為靜止區域，進行時域濾波，否則進行空域濾波，但這會使較多的靜止像素誤判為運動像素，降低去噪效果；有學者提出基于背景提取的時域濾波和像素域自適應濾波的視頻降噪方法，通過背景差分法提取運動區域，并自適應地對運動區域使用不同的空域濾波方法，但這種方法存在以下缺點：a、隨時間的推移，背景中會出現新的物體或原有物體消失，背景也會隨著外界光線不斷變化，參與差分的背景卻一沉不變，這就會導致一段時間后便不能有效提取運動區域，造成運動目標的誤判，處理后的視頻嚴重失真；b、抗干擾性差，對光線敏感，若圖像的局部光線強度發生變化，容易產生嚴重的“塊閃爍”效應。有學者提出基于運動補償的3D降噪算法，通過運動估計找到前向和后向匹配塊，對運動強度小的宏塊采用時域濾波，對運動強度大的宏塊采用空域的雙邊濾波，但當鏡頭不運動時，對每個宏塊進行運動估計要耗費大量的時間，處理速度慢，不適于鏡頭固定場合視頻的實時處理。

綜上，現有的時空域聯合視頻降噪方法，往往存在易產生“拖尾”模糊、降噪效果差、對光線敏感、易產生“塊閃爍”效應、計算量大、不適合實時視頻系統等缺點。所以，如何快速、準確的判斷出低信噪比視頻中的運動區域，提高算法的抗干擾性，最大程度地提高視頻的信噪比，避免“拖尾”模糊和“塊閃爍”效應，是視頻降噪的關鍵。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種固定場景下低信噪比視頻的自適應3D降噪方法，能夠準確判斷運動像素，同時減少運算量，提高背景差分法獲得運動像素的抗干擾性；視頻的信噪比明顯提高，運動物體的邊緣和細節得到保留，適合固定場景下數字視頻的實時降噪。

本發明的一種固定場景下低信噪比視頻的自適應3D降噪方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、采集用于初始背景估計的N幀視頻圖像序列F₁~F_N，將第k幀F_k與后一幀F_k+1的灰度值進行差分，得到N-1個差分圖像，令D_k表示第k個幀間差分圖像，其中k=1,2,...,N-1，N取30～150；

步驟2、根據視頻序列噪聲標準差估計二值化閾值T_k：針對每個幀間差分圖像，將其劃分成大小為M×M的方形區域，其中M為正整數，計算每個方形區域的平均灰度值和標準差，取所有標準差中最小值作為該幀間差分圖像噪聲標準差的估計，則第k個幀間差分圖像D_k對應的二值化閾值為T_k=alpha₁×δ_k；其中δ_k表示第k個幀間差分圖像D_k對應的噪聲標準差的估計，alpha₁取3～4；

步驟3、將幀間差分圖像D_k以T_k為閾值進行二值化，得到二值圖像O_k；針對視頻圖像中的某一個位置的像素點，找到二值圖中該位置的像素點值為0的所有二值圖，將找到的二值圖對應的視頻圖像中該像素點的灰度值累加求和值，再將該和值除以累加次數，得到該像素點的背景估計值；按照上述方法遍歷視頻圖像的所有像素點，求出所有像素點的背景估計值組成初始背景圖像back_orig；

步驟4、實時采集視頻序列，將當前幀f_n與當前背景圖像back的灰度值進行差分，得到當前背景差分圖像DB_n；其中，當n=1時，back為步驟3得到的初始背景圖像back_orig；