一種基于多級dct系數(shù)的圖像噪聲水平估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子信號處理領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于多級DCT系數(shù)值iscrete CosineTransform,簡稱DCT)的圖像噪聲水平估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像是人類獲取信息最重要的方式，據(jù)統(tǒng)計人類獲取信息的80%來源于圖像。圖 像或視頻設(shè)備在成像過程中會產(chǎn)生多種噪聲，使得圖像會或多或少帶有噪聲。WCCD像機 成像過程為例，光子對圖像傳感器進行感光，進行光電轉(zhuǎn)換，通過一系列的處理最后形成像 素比特值，在運個過程中存在的主要噪聲源有：BayerPattern插值噪聲（fixedpaterrn noise)、暗噪聲(darkcurrentnoise)、瞬擊噪聲(shotnoise)、放大噪聲(amplifier noise)和截斷噪聲（quantizationnoise)。運些噪聲的存在會使得圖像質(zhì)量降低，并會使 得后續(xù)對圖像進行處理和分析帶來影響。對噪聲水平進行估計的主要意義在于，準(zhǔn)確的噪 聲水平估計能夠為后續(xù)圖像處理和分析算法提供重要的參數(shù)設(shè)置依據(jù)，使得相關(guān)算法發(fā)揮 出滿足設(shè)計要求的性能，比如很多圖像去噪、壓縮、分割等方法所設(shè)及的參數(shù)都需要根據(jù)噪 聲水平來調(diào)節(jié)，它們的性能優(yōu)劣很大程度上取決于噪聲水平估計的精度。
[0003] 一般的，應(yīng)用最廣泛的噪聲模型為圖像內(nèi)容無關(guān)的高斯白噪聲加性噪聲模型，即 假定噪聲為高斯分布，且其均值為0,方差為與圖像內(nèi)容無關(guān)的量。在運種模型下，噪聲水 平估計即是對方差S。進行估計。目前存在許多噪聲水平估計的方法。典型的方法有W下 幾類：第一類為基于同源區(qū)域檢測的方法，即首先對圖像中不含圖像結(jié)構(gòu)、邊緣且像素值變 化比較平緩、單一的區(qū)域，然后W運些區(qū)域的像素方差作為噪聲方差的估計；第二類為基于 圖像濾波的方法，即首先對圖像進行濾波處理，比如高通濾波；或者采用低通濾波，并求低 通濾波后與原圖像的差值。運種濾波處理的結(jié)構(gòu)帶有噪聲W及圖像邊緣等信息；圖像邊緣 可W通過邊緣檢測算子檢測并去除，剩下的即認(rèn)為是噪聲，最后對剩下的像素進行方差求 解得到噪聲方差估計；第Ξ類是基于頻率變換的方法，即對圖像進行某種頻率域變換，對獲 得變換系數(shù)進行處理和分析；典型的方法是采用小波變換，W第一級高頻子塊（HHi)作為噪 聲估計的數(shù)據(jù)，其根據(jù)在于可認(rèn)為運些高頻系數(shù)最容易受到噪聲的干擾，其值在噪聲為零 的情況下大部分為0,而在噪聲不為0的情況下，運些系數(shù)值一般是隨著噪聲的增大而增大 的；類似的也有基于傅里葉變換、離散余弦變換的方法；第四類方法是基于局部方差分布 分析的方法，此類方法的基本思想一般是對局部塊的像素進行統(tǒng)計分析，對易受噪聲影像 的量進行選擇和建模，W得到反映出噪聲水平的估計模型。
[0004] 上述噪聲水平估計方法在很多方面都得到了應(yīng)用。但是一般方法存在W下不足： 第一，噪聲估計的精度不夠高，穩(wěn)定性不夠好，經(jīng)常會出現(xiàn)在噪聲小的時候估計偏大，噪聲 大的時候又估計偏??；第二，有的噪聲水平估計算法計算復(fù)雜度較高，不適合快速計算或硬 件實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]本發(fā)明的目的是設(shè)計噪聲水平估計算法W提高噪聲水平估計的精度和穩(wěn)定性，滿 足噪聲水平估計的實時性要求，并具有簡單的硬件實現(xiàn)性。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 一種基于多級DCT系數(shù)的圖像噪聲水平估計方法，包括W下步驟： 陽00引 （1)將待估計噪聲的目標(biāo)圖像劃分為MXN個8X8圖像塊，Μ表示圖像每行劃分的 塊數(shù)，Ν表示每列劃分的塊數(shù)，Μ，Ν為整數(shù)，并將各個8X8圖像塊進行DCT變換，每個8X8 圖像塊經(jīng)DCT變換后得到一個包含64個DCT系數(shù)的8X8DCT系數(shù)二維矩陣；此矩陣的矩 陣元素位置也1)對應(yīng)的是第k行、第1列位置，其對應(yīng)的元素值，即DCT系數(shù)值，標(biāo)記為 F(k，l)，k= 0，l，'''，7;l=0，1，···，7;
[0009] 似測量每個局部8X8圖像塊的邊緣度θι，對每個8X8DCT系數(shù)矩陣進行W下計 算：
[0010]
W11] 其中i表示按由左至右、由上往下排列的第i個8X8圖像塊；從而得到包含MXN個邊緣度元素值的集合S=拉Ii= 1，2,…，MXN}; 陽01引 做對所獲得的邊緣度元素值的集合S=K|i= 1，2,…，MXN}中的元素 值按照從小到大的順序排序，選出其中占集合元素個數(shù)10%的最小元素值，即選出元 素集合r=括h!·色禮么…:，:舶X,ν}../二I，2，··.，·^，其中i指表示按由左至右、由上往下排 列的任意第i個8X8圖像塊，j表示按從小到大排列后ei對應(yīng)的新的序列號，且滿足 y<J= ，以」表示取小于或等于X的最大整數(shù)；選出元素集合中的每一個邊 緣度值曰1對應(yīng)一個8X8圖像塊，由此選出邊緣度最小的塊集合B，此塊集合對應(yīng)的圖像塊 是j= 1, 2,…，J;
[0013] (4)從塊集合B中找到最小邊緣度的L個塊作為參考塊，對每一個參考塊找到其對 應(yīng)的相似塊，從而得到L個相似塊組，對每一個參考塊，其相似塊均在集合B中尋找，假定某 參考塊為i。，按W下規(guī)則判定塊ib為其相似塊：
[0014]
[0015] 其中τ1和τ2為定義的常量闊值，e。、eb分別參考塊為i。、判定塊ib對應(yīng)的邊緣 度；U。、Ub分別為參考塊為i。、判定塊ib對應(yīng)的平均像素值；
[0016] 妨第S個相似塊組中的第r個8X8圖像塊，其中S= 1，'''，L，r表示該相似塊 組中的任意一個圖像塊，進行W下計算：
[0017] L"=median(C") ;Lrd=median(Crd) ;Lrh=median(Crh); 陽0化]其中Crh={F化，U|k= 2,3 ;1 = 6,7 ;}，C"={F化，U|k= 6,7 ;1 = 2,3 ;}， [0019]Cfd= {F(k,D|k= 6, 7 ;1 = 6, 7 ;}，median似表示對集合C進行中值濾波；然 后對獲得的數(shù)據(jù)集合{Cfh，c"，CfdIr= 1，2,…，1表示第S個相似塊組中圖像塊總數(shù)； 進行w下求解： 陽020] Qs=median({Crh，C…Cjr= 1，2,…，Js});
[0021] 對s分別取值為1，一山得到元素個數(shù)為L個的Q值集合{Q」s= 1，···，〇 ;
[0022] (6)按W下公式計算噪聲的粗糖估計礦：
[0023] Q*=median({Q」S= 1,…，U)
[0024] (7)對所有8X8圖像塊進行W下操作并計算圖像結(jié)構(gòu)修正因子η;對第i個8X8 圖像塊i= 1，2,…，MXN，選出系數(shù)絕對值If(1，1)I;對所有選出的系數(shù)If(1，1)I集合按 相應(yīng)塊的位置放置組合得到大小為MXN的邊緣結(jié)構(gòu)圖；對此邊緣結(jié)構(gòu)圖，統(tǒng)計滿足W下條 件的元素個數(shù)： 陽0巧]a>athr
[00%] 其中a為邊緣結(jié)構(gòu)圖的任意元素值，athf為指定的闊值；假設(shè)滿足上述的元素個數(shù) 為P個，則結(jié)構(gòu)修正因子η計算為：
[0027]
[002引 做對獲得礦值進行修正，得到修正值Q' :Q' =Q7n;
[0029] (9)進行噪聲水平方差估計δη:
[0030] δη=αXQ'V丫
[0031] 其中α，β，丫為進行非線性映射的參數(shù)。
[0032] 進一步地，在所述步驟（1)之后，所述步驟（2)之前，進行去除過曝的圖像塊處理， 具體過程是：
[0033] 計算平均像素值U:
[0034]
[0035] 定義平均像素值不在（16,235)之間的圖像塊為過曝圖像塊；若被檢測為過曝的 圖像塊，則將該圖像塊去除，即該圖像塊不參與后續(xù)步驟中的噪聲估計計算；即不參與后續(xù) 的相似塊計算和查找。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：
[0037] 本發(fā)明的噪聲水平估計方法適合基于DCT編碼的圖像或視屏數(shù)據(jù)的實時噪聲水 平估計，具有簡單的硬件可實現(xiàn)性；噪聲估計具有較高的精度和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的噪聲水平估計方法的流程圖；
[0039] 圖2為對目標(biāo)圖像進行塊劃分示意圖； W40] 圖3為8X8DCT系數(shù)矩陣示意圖；
[0041] 圖4為進行邊緣度計算結(jié)果示意圖；
[0042] 圖5為進行邊緣結(jié)構(gòu)圖提取結(jié)果示意圖；
[0043] 圖6為采用本發(fā)明進行圖像噪聲水平估計的結(jié)果示例一；
[0044] 圖7為采用本發(fā)明進行圖像噪聲水平估計的結(jié)果示例二。
【具體實施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的具體實施例進行詳細(xì)描述，但不構(gòu)成對本 發(fā)明的限制。
[0046] 如圖1所示，本發(fā)明一種基于多級DCT系數(shù)的圖像噪聲水平估計方法包括W下步 驟：
[0047] (1)將待估計噪聲的目標(biāo)圖像劃分為MXN個8X8圖像塊，如圖2所示，Μ表示圖 像每行劃分的塊數(shù)，Ν表示每列劃分的塊數(shù)，Μ，Ν為整數(shù)，原始圖像寬度和高度分別為W、Η;并將每個8X8圖像塊進行DCT變換，每個8X8圖像塊經(jīng)DCT變換后得到一個包含64個 DCT系數(shù)的8X8DCT系數(shù)二維矩陣；此矩陣的矩陣元素位置也1)對應(yīng)的是第k行、第1列 位置，其對應(yīng)