本發(fā)明涉及一種數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種2D式的基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法。

背景技術(shù)：

數(shù)字攝像設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使得照相功能已成為移動終端中不可缺少的核心功能，隨著產(chǎn)品消費觀念的更新升級，用戶對移動終端中的照相功能的品質(zhì)參數(shù)要求越來越高，對于電子照片，越來越多的ISP數(shù)字圖像處理技術(shù)相繼而生。

降噪是數(shù)字圖像處理的基本核心技術(shù)，根據(jù)降噪處理的域的差異，一般可以將降噪分為2D降噪和3D降噪。所謂2D降噪也即空域降噪，只在一幀圖像上對噪聲進行空間域上的處理；所述3D降噪即時域降噪，是對一系列連續(xù)的圖像進行時間域上的處理。在ISP技術(shù)中，可根據(jù)2D降噪和3D降噪各自的特點和場景的適用性結(jié)合應(yīng)用。

然而，相關(guān)技術(shù)的數(shù)字圖像處理的2D降噪中，一般使用導(dǎo)向濾波器電路、高斯濾波器及雙邊濾波器等。但該方法在提升降噪強度和邊緣細節(jié)保留上不能做到較好的自適應(yīng)，甚至?xí)霈F(xiàn)過度模糊，且硬件電路實現(xiàn)消耗較大。

或者，將圖像從空域轉(zhuǎn)換到頻域，在頻域中對噪聲進行處理。但該方法無論是小波變換、還是傅里葉變換或是離散余弦變換，都存在實現(xiàn)電路極為復(fù)雜、簡化電路算法時精度又不夠高的問題

因此，有必要提供一種新的基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡單、精確度高且降噪效果好的基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法，該方法包括如下步驟：

計算局部方差：選取待處理圖像，將所述待處理圖像中的待處理的局部矩形框區(qū)域確定為樣本，并計算所述樣本的所有像素點的方差；

設(shè)計查找表：在降噪系統(tǒng)中采用查找表的方式設(shè)定多組強弱不同的查找表，使每個歸一化參數(shù)Eps值分別對應(yīng)一個所述查找表輸出的α函數(shù)值，

其中，0≤α≤1，Eps為所述降噪系統(tǒng)設(shè)置的可調(diào)降噪強度，Eps≥0；

所述降噪系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前場景的照度自動在多組所述查找表之間做線性插值。

優(yōu)選的，在計算局部方差步驟中，

所述樣本為(2M+1)*(2N+1)＝Q的局部矩形框A，其中，M、N和Q為常數(shù)；每個所述像素點標(biāo)注為A_i(i∈(1,Q))，

所述樣本方差VAR_A為：VAR_A＝abs(AVG2_A-AVG1_A²)＝MSD_A²。

優(yōu)選的，所述基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法還包括：

數(shù)字電路設(shè)計：設(shè)計基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪的數(shù)字電路來實現(xiàn)上述步驟的方案以完成所述樣本的降噪處理，并通過提供所述查找表存儲所述α函數(shù)的響應(yīng)曲線。

優(yōu)選的，所述查找表大小為1024x16bit。

優(yōu)選的，所述樣本為256階灰度的像素、7x7模板的局部矩形框區(qū)域。

優(yōu)選的，所述查找表的入口地址是7x7塊的方差值，所述數(shù)字電路的輸出結(jié)果為

其中，α′為查找表輸出的放大65536倍的α。

優(yōu)選的，所述數(shù)字電路設(shè)計步驟包括：判斷當(dāng)前點為中心所處7x7塊的方差值是否小于預(yù)定閾值；若是，則對所述數(shù)字電路的輸出結(jié)果進行精度優(yōu)化處理后再輸出。

優(yōu)選的，所述精度優(yōu)化處理為剔除7x7塊的最大值A(chǔ)_max和最小值A(chǔ)_min，

其中，A_max＝Max(A)

A_min＝Min(A)，

所述樣本的模板記為A_j(j∈(1,Q)，且A_j不等于A_max和A_min，優(yōu)化后的所述數(shù)字電路輸出結(jié)果為

其中，

與相關(guān)技術(shù)相比，本發(fā)明的基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法采用設(shè)計多組查找表(LUT)的方法，通過軟件設(shè)定多組強弱不同的查找表，使系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前場景的照度自動在不同的所述查找表之間做線性插值，有針對性的適應(yīng)不同亮景場景，達到利用有限的硬件資源對圖像的噪聲進行濾除的作用，且能有效的保持細節(jié)，降噪強度根據(jù)局部方差的大小進行控制，精確度高。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1為本發(fā)明基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法的流程框圖；

圖2為本發(fā)明基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法的樣本圖像7x7塊的方差統(tǒng)計分布曲線圖；

圖3為本發(fā)明基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法中LUT對應(yīng)的α函數(shù)響應(yīng)曲線0～1023曲線圖。

圖4為相關(guān)技術(shù)中圖像降噪處理方法的α函數(shù)響應(yīng)曲線0～18000曲線圖；

圖5為相關(guān)技術(shù)中圖像降噪處理方法的α函數(shù)響應(yīng)曲線0～1023曲線圖。

【具體實施方式】

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請同時參閱圖1-2，其中，圖1為本發(fā)基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法的流程框圖；圖2為本發(fā)基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法的樣本圖像7x7塊的方差統(tǒng)計分布曲線圖。本發(fā)明提供了一種基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法，該方法包括如下步驟：

步驟S1、計算局部方差：選取待處理圖像，將所述待處理圖像中的待處理的局部矩形框區(qū)域確定為樣本，并計算所述樣本的所有像素點的方差。

具體的，本實施方式中，以將待處理圖像中的(2M+1)*(2N+1)＝Q的局部矩形框A選取并確定為樣本為例，其中，M、N和Q為常數(shù)；每個所述像素點標(biāo)注為A_i(i∈(1,Q))，則其方差計算如下：

所述樣本方差VAR_A為：

VAR_A＝abs(AVG2_A-AVG1_A²)＝MSD_A²。(2)

由公式(1)和(2)可知，公式(2)較公式(1)相比，去掉了求平方根的操作，數(shù)學(xué)表達式進行了改變，該操作能省掉數(shù)字電路不好實現(xiàn)的求平方根操作，數(shù)學(xué)表達式的改動更有利用數(shù)字電路的實現(xiàn)。

步驟S2、設(shè)計查找表：在降噪系統(tǒng)中采用查找表(LUT)的方式設(shè)定多組強弱不同的查找表，使每個歸一化參數(shù)Eps值分別對應(yīng)一個所述查找表輸出的α函數(shù)值，

其中，0≤α≤1，Eps為所述降噪系統(tǒng)設(shè)置的可調(diào)降噪強度，Eps≥0；

本實施方式中，因樣本的相互點為A，則輸出的α函數(shù)值為

所述降噪系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前場景的照度自動在多組所述查找表之間做線性插值以適應(yīng)不同場景；即不同的所述查找表輸出的α函數(shù)值大小存在差異，α函數(shù)值越小，降噪強度越強。

由圖2可知，在方差較小的區(qū)域，直接是限定的所述α函數(shù)值非常小，即在樣本圖像的平坦區(qū)域給一個很強的濾波器，而在方差較大的區(qū)域，方差值大于1023時的α函數(shù)值等于1，這意味著樣本圖像在方差較大，即細節(jié)較多的區(qū)域，最大限度的保留了圖像細節(jié)不被降噪濾波器破壞。

相關(guān)技術(shù)以Eps值歸一化參數(shù)設(shè)計方法，而在相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準導(dǎo)向濾波器的設(shè)計中，最終當(dāng)前點的輸出結(jié)果為Res_A″＝A_0,0″*α″+AVG1_A″*(1-α”)，其中

其中，Eps″為系統(tǒng)設(shè)置的可調(diào)降噪強度，為大于等于0的實數(shù)，則α″的取值范圍為0～1，即Eps″值越大，則α″越小，相應(yīng)的最終輸出結(jié)果更接近局部的平均值。反之，相應(yīng)的最終輸出結(jié)果更接近當(dāng)前點，即不濾波的結(jié)果。

因此，可知，在相關(guān)技術(shù)中設(shè)計的降噪電路會存在幾個問題：除法器定點化消耗大量邏輯資源、降噪強度Eps″對結(jié)果的影響效果單一，不能自適應(yīng)，提升降噪強度到一定閾值后會嚴重影響清晰度。

而導(dǎo)向濾波器對結(jié)果的影響主要由α″決定，根據(jù)Eps″的取值不同，可得到如圖4所示的α″函數(shù)響應(yīng)曲線圖。

以256階灰度的像素、7x7模板的局部窗口為例，請結(jié)合圖2所示，此時的方差極限值最小為0，最大為約16250，但實際常見的場景中，7x7塊的方差值都集中在0～1023之間。實際也測到有方差值接近極大值的個別點，但在其分布上所占的比例是很小的部分。

請結(jié)合圖5，為相關(guān)技術(shù)中圖像降噪處理方法的α″函數(shù)響應(yīng)曲線0～1023曲線圖。從圖中可以看出，如果為了盡量保持邊緣細節(jié)，Eps″較小，那么在方差較小的區(qū)間α″值會變化過于劇烈，除法器定點化帶來的誤差會影響很大，造成圖像降噪強度的不連續(xù)性很強。如果為了盡量濾除圖片中的噪聲，較小的Eps″已經(jīng)不起明顯作用的情況下，增大Eps″又會必然帶來圖像細節(jié)的丟失。圖中可見中等強度的Eps″值在方差為1023時的α″會在0.5左右，這意味著圖像濾波的結(jié)果有一半由7x7塊的平均值提供，結(jié)果是被大大模糊了的。

因此，為了消除相關(guān)技術(shù)中以上導(dǎo)向濾波器的弊端，并利用方差作為細節(jié)保留的空域降噪的優(yōu)點，本發(fā)明提出了采用查找表的方式來設(shè)計更好的所述α函數(shù)，其查找表對應(yīng)的α函數(shù)響應(yīng)曲線如圖3示。由圖3可知，在方差較小的區(qū)域，直接是限定了α函數(shù)值非常小，即在圖像的平坦區(qū)域給一個很強的濾波器，而在方差較大的區(qū)域，α函數(shù)值較圖5的結(jié)果來看，方差大于1023時的α值已經(jīng)等于1了，這意味著圖像結(jié)果在方差較大，即細節(jié)較多的區(qū)域，最大限度的保留了圖像細節(jié)不被降噪濾波器破壞，提高降噪后的真實度。

本步驟采用查找表的方式設(shè)計α函數(shù)，一是可避免硬件電路難以保證精度的復(fù)雜除法計算，另一方面可通過靈活的查找表設(shè)計來優(yōu)化相關(guān)技術(shù)中標(biāo)準導(dǎo)向濾波器的設(shè)計缺陷，即用一個歸一化參數(shù)Eps來動態(tài)調(diào)整濾波強度，存在強度區(qū)間不可調(diào)，精度差的缺陷。而本發(fā)明LUT查找表的設(shè)計方法既保證了低的方差區(qū)域降噪的強度，同時保證了高方差區(qū)域細節(jié)保留的特性，即α函數(shù)值在低方差區(qū)域很小，高方差區(qū)域接近1，而用Eps歸一化后的標(biāo)準導(dǎo)向方法無法達到這一結(jié)果。

步驟S3、數(shù)字電路設(shè)計：設(shè)計基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪的數(shù)字電路來實現(xiàn)上述步驟的方案以完成所述樣本的降噪，并通過提供所述查找表存儲所述α函數(shù)的響應(yīng)曲線。

本實施方式中，具體的，該步驟中采用一個大小為1024x16bit的查找表存儲所述α函數(shù)的響應(yīng)曲線。所述樣本為256階灰度的像素、7x7模板的局部矩形框區(qū)域。所述查找表的入口地址是7x7塊的方差值，所述數(shù)字電路的輸出結(jié)果為

其中，α′為查找表輸出的放大65536倍的α。

因上可知，最終除法表達式的不定值的除數(shù)也變成了定值65536，且由于這個值是2¹⁶(2的整數(shù)冪)，在數(shù)字電路的設(shè)計上可以直接通過移位來實現(xiàn)而避免復(fù)雜的除法運算，使得數(shù)字電路的設(shè)計更簡單。

更優(yōu)的，在數(shù)字電路設(shè)計步驟中，在判斷當(dāng)前點為中心所處7x7塊的方差值若小于預(yù)定閾值時，其數(shù)字電路的輸出結(jié)果可進行精度優(yōu)化處理后再輸出，具體的：

所述精度優(yōu)化處理為剔除7x7塊的最大值A(chǔ)_max和最小值A(chǔ)_min，其中，

A_max＝Max(A)

A_min＝Min(A)，

此時所述樣本的模板記為A_j(j∈(1,Q)，且A_j不等于A_max和A_min，優(yōu)化后的所述數(shù)字電路輸出結(jié)果為

其中，

與相關(guān)技術(shù)相比，本發(fā)明的基于局部方差的自適應(yīng)空域降噪方法采用設(shè)計多組查找表(LUT)的方法，在安防、監(jiān)控的典型場景下，IPC數(shù)字電路往往采用根據(jù)環(huán)境照度的不同自適應(yīng)調(diào)整曝光的策略，本發(fā)明通過軟件設(shè)定多組強弱不同的查找表，使系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前場景的照度自動在不同的所述查找表之間做線性插值，有針對性的適應(yīng)不同亮景場景，達到利用有限的硬件資源對圖像的噪聲進行濾除的作用，且能有效的保持細節(jié)，降噪強度根據(jù)局部方差的大小進行控制，精確度高。

以上所述的僅是本發(fā)明的實施方式，在此應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。