[發明專利]一種自適應的視頻圖像降噪方法及降噪系統

在審

• 申請號: 201310312409.2
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103414845A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 周津;王可;朱天成;鄭煒;魯毅;李巖
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第三研究院第八三五七研究所
• 主分類號: H04N5/21
• 分類號: H04N5/21;H04N5/213
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 符彥慈

技術領域

本發明屬于圖像處理技術。具體涉及一種自適應的視頻圖像降噪方法及降噪系統。

背景技術

視頻圖像的生成過程中，光信號需要經過圖像傳感器感光像素采樣轉換為模擬電學信號，而后通過放大器以及模數轉換器單元得到數字圖像信號最終輸出，如附圖1所示。在一系列的信號處理過程中，不可避免的會引入各種噪聲（如高斯、椒鹽、均值、伽瑪和指數等噪聲類型）從而導致視頻圖像質量的下降，其中以高斯噪聲和椒鹽噪聲最為常見，因此有必要在該過程中有針對性的加入數字降噪處理算法101，以改善圖像質量。

數字降噪是指經過模數轉換器得到數字信號之后，利用數字后處理電路消除圖像噪聲的方法。數字降噪處理已經有了一些較為成熟的方法，按原理可分為線性技術和非線性技術。均值濾波屬于常見線性處理技術，其對象主要是高斯噪聲，但會造成噪聲的誤擴散。中值濾波是一種非線性濾波方法，該方法對濾除椒鹽噪聲尤其有效，但是對于圖像中的細節信息會產生一定的損失。此外基于圖像空間域，降噪方法又分為幀內降噪和幀間降噪兩類。對于包含噪聲的靜止圖像，幀內降噪易造成處理后的圖像邊緣模糊，而幀間降噪（如多幀平均法或時間遞歸濾波法）能較好的避免這一問題；對于存在運動的噪聲圖像，幀間降噪可能引起運動邊界的模糊以及拖影，幀內降噪則占有一定優勢。

上述各種方法針對特定噪聲可以得到較高質量的圖像，但對復雜的視頻場景和噪聲處理時采用單一方法則受到一定限制。

發明內容

本發明的目的是，針對視頻圖像常見的高斯噪聲和椒鹽噪聲問題，根據噪聲分類，實現具有選擇性自適應機制的圖像降噪方法。

實現本發明的技術方案：

一種自適應的視頻圖像降噪方法，包括如下步驟：

1）對比前一幅已處理圖像與當前待處理圖像，獲得當前待處理圖像的噪聲特征信息；

2）根據噪聲特征信息和運動判定采用自適應算法進行椒鹽降噪或高斯降噪圖像處理。

所述噪聲特征信息為噪聲標志和噪聲類型，通過噪聲功率估計值進行計算分析得到。

具有噪聲標志表示圖像有噪聲，需要進行降噪處理。

噪聲類型包括椒鹽噪聲、高斯噪聲和混疊噪聲。

所述噪聲功率估計值的計算方法為：

A、隨機選取當前待處理圖像的一個統計區域，在該統計區域中劃分出多個基本統計窗口；

B、利用邊緣偵測技術判斷基本統計窗口的有效性；

C、計算有效基本統計窗口中所有像素的方差獲得有效基本統計窗口的噪聲功率估計值；

D、將所有有效基本統計窗口的噪聲功率估計值匯總得到當前待處理圖像的噪聲功率估計值。

所述邊緣偵測技術是將基本統計窗口進行水平和垂直方向的濾波，再計算各位置點之間的正交梯度值和對角線梯度值，如果正交梯度值和對角線梯度值都小于或等于設定閾值，該基本統計窗口為有效基本統計窗口。

當噪聲功率估計值大于設定值的有效基本統計窗口的個數超過設定個數時，當前待處理圖像具有噪聲標志。

噪聲類型的確定方法為：

根據噪聲功率估計值計算噪聲曲線的峰態系數；

將峰態系數與大小兩個閾值進行比較，當峰態系數低于小閾值，確定噪聲為高斯噪聲；當峰態系數高于大閾值，確定噪聲為椒鹽噪聲；當峰態系數在大小閾值之間，確定噪聲為混疊噪聲。

根據得到的噪聲標志判斷和噪聲類型分析，并以此為判定依據，自適應算法對待處理圖像進行分類，從而選擇不同的流程分支和合適的降噪方法進行有針對性的計算。

根據噪聲類型和運動判定采用自適應算法進行椒鹽降噪或高斯降噪圖像處理的方法為：

A、如果噪聲類型是椒鹽噪聲則采用幀內中值濾波的椒鹽降噪處理；

B、如果噪聲類型是高斯噪聲則采用結合運動判定技術的高斯降噪處理；

C、如果噪聲類型是混疊噪聲則順序采用幀內中值濾波的椒鹽降噪處理和采用結合運動判定技術的高斯降噪處理。

所述結合運動判定技術的高斯降噪處理包括如下步驟：

a、計算運動權值，計算與當前待處理圖像相鄰的圖像對應位置像素的差值，而后對差值進行低通濾波處理，統計整個當前待處理圖像獲得運動權值；

b、采用運動權值對幀內均值濾波降噪處理和幀間濾波降噪處理進行加權平均。

本發明還提供一種自適應的視頻圖像降噪系統，包括噪聲分析單元、圖像緩存單元和噪聲處理單元，噪聲分析單位從圖像緩存單元提取已處理的前一幅圖像與當前待處理圖像進行對比獲得當前待處理圖像的噪聲特征信息，噪聲處理單元根據噪聲特征信息進行噪聲處理。