專利名稱：圖像處理電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理電路和方法，更具體地說，本發(fā)明涉及用于減少圖像中的噪聲而不降低實際分辨率(分辨率的視覺感知)的電路和方法。
背景技術(shù)：
成像裝置中的象素的數(shù)量在這些年中一直在增長。這已經(jīng)縮小了每個象素的區(qū)域并降低了由每個象素輸出的信號電平(電壓、電流)。結(jié)果，信噪(S/N)比已經(jīng)降低。因此，人們期望減少圖像中的噪聲而不降低分辨率。
日本專利特開2003-259126描述了用空間濾波電路從圖像數(shù)據(jù)除去噪聲的方法?？臻g濾波電路使用包括布置在處理對象象素P11(參照圖6A)周圍的預(yù)定區(qū)域(3×3)中的多個象素的象素值的系數(shù)表，大小對應(yīng)于預(yù)定區(qū)域，以及包括多個濾波系數(shù)K00到K22(參照圖6B)的系數(shù)表?？臻g濾波電路分別以濾波系數(shù)K00到K22乘象素P00到P22的象素值。基于乘積，空間濾波電路然后計算濾波值，其被用作象素P11的象素值。根據(jù)校正方法設(shè)置系數(shù)表中的每個系數(shù)。
中值濾波器是通常所說的空間濾波電路。中值濾波器將布置在處理對象象素P11周圍的預(yù)定區(qū)域(3×3，5×5，……)中的多個象素的象素值相互比較。然后，中值濾波器將象素值的中值設(shè)為濾波值，并且使用濾波值作為處理對象象素P11的象素值。

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，即使計算出的濾波值與處理對象象素的原始象素值非常不同，也用濾波值代替原始象素值。這被感覺為原始圖像的邊緣處的模糊或原始圖像的分辨率的降低。換句話說，現(xiàn)有技術(shù)的噪聲消除降低了原始圖像的實際分辨率。
本發(fā)明提供了用于從圖像除去噪聲而不降低實際分辨率的圖像處理電路和方法。
本發(fā)明的一個方面是用于從圖像除去噪聲的圖像處理電路。圖像包含多個輸入象素，其包括處理對象象素和位于處理對象象素附近的多個鄰近象素，同時每個輸入象素具有象素值。圖像處理電路包括空間濾波器，用于基于輸入象素的象素值和多個第一濾波系數(shù)來生成對象處理象素的濾波值。校正電路將濾波值與第一極限值和第二極限值比較并且基于比較結(jié)果來校正濾波值，以生成在第一和第二極限值之間的范圍內(nèi)的校正后的濾波值。圖像處理電路通過基于校正后的濾波值校正處理對象象素的象素值來從圖像除去噪聲。
本發(fā)明的另一個方面是用于從圖像除去噪聲的圖像處理方法。圖像包含多個輸入象素，其包括處理對象象素和位于處理對象象素附近的多個鄰近象素，同時每個輸入象素具有象素值。該方法包括基于輸入象素的象素值和多個第一濾波系數(shù)用空間濾波器來生成對象處理象素的濾波值，用校正電路將濾波值與第一極限值和第二極限值比較并且基于比較結(jié)果校正濾波值以生成在第一和第二極限值之間的范圍內(nèi)的校正后的濾波值，以及通過基于校正后的濾波值校正處理對象象素的象素值來從圖像除去噪聲。
根據(jù)通過本發(fā)明的原理的示例來說明并結(jié)合附圖來得到的下列具體實施方式
，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)勢將變得清楚。


通過參考對當(dāng)前優(yōu)選實施例的下列描述和附圖，可最好地理解本發(fā)明與其目的和優(yōu)勢，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的圖像處理電路的電路圖；圖2A是輸出圖像數(shù)據(jù)的示意圖；圖2B是系數(shù)表的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的圖像處理電路的電路圖；圖4A是輸出圖像數(shù)據(jù)的示意圖；
圖4B和4C是系數(shù)表的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的圖像處理電路的電路圖；圖6A是輸入圖像數(shù)據(jù)的示意圖；以及圖6B是系數(shù)表的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的圖像處理。
參照圖1，第一實施例的圖像處理電路包括充當(dāng)空間濾波器的空間濾波電路11。圖2A所示的預(yù)定數(shù)目(例如3×3)的輸入象素P00到P22的象素值和圖2B所示的系數(shù)表T1的多個濾波系數(shù)(第一濾波系數(shù))K00到K22被輸入到空間濾波電路11。系數(shù)表T1例如被存儲在例如ROM的存儲裝置中，并且濾波系數(shù)K00到K22是正或負值。在圖2A中，位于輸入象素P00到P22的中心的象素P11是處理對象象素。另外，位于象素P11附近的象素P00到P02、P10、P12以及P20到P22被定義為鄰近(proximal)象素。在優(yōu)選實施例中，鄰近象素與處理對象象素是相鄰的(adjacent)。
空間濾波電路11包括乘法器11a和被連接到乘法器11a的加法器11b，乘法器11a的數(shù)量(例如9)對應(yīng)于輸入象素的數(shù)量。每個乘法器11a把輸入象素的象素值乘以對應(yīng)的濾波系數(shù)，然后輸出乘積(計算結(jié)果)。例如，圖1中最左邊的乘法器11a以位于圖2B中的左上角處的濾波系數(shù)K00乘位于圖2A中的左上角處的象素P00的象素值。加法器11b把每一個乘法器11a的乘積加起來，以生成象素P11的濾波值F11。濾波值F11被提供給第一比較器12和第一選擇電路13。
作為第一極限值被預(yù)先存儲在存儲裝置中的上限值Vhi被輸入到第一比較器12。上限值Vhi是正值。第一比較器12將濾波值F11與上限值Vhi比較，然后輸出比較結(jié)果信號，其指示出濾波值F11是否大于上限值Vhi。
濾波值F11和上限值Vhi被輸入到第一選擇電路13。根據(jù)第一比較器12的比較結(jié)果，第一選擇電路13選擇性地輸出濾波值F11或上限值Vhi中的任何一個。例如，第一選擇電路13在第一濾波值F11大于上限值Vhi時輸出上限值Vhi，并且在第一濾波值F11不大于上限值Vhi時輸出濾波值F11。第一選擇電路13的輸出值被輸入到第二比較器14和第二選擇電路15。
作為第二極限值被預(yù)先存儲在存儲裝置中的下限值Vlow被輸入到第二比較器14。下限值Vlow是負值。第二比較器14將第一選擇電路13的輸出值與下限值Vlow比較，然后輸出比較結(jié)果信號，其指示出輸出值是否小于下限值Vlow。第一比較器12和第二比較器14合作指示出濾波值F11、上限值Vhi和下限值Vlow在電平方面的關(guān)系。
第一選擇電路13的輸出值和下限值Vlow被輸入到第二選擇電路15。根據(jù)第二比較器14的比較結(jié)果，第二選擇電路15選擇性地輸出第一選擇電路13的輸出值或下限值Vlow中的任何一個。例如，選擇電路15在第一選擇電路13的輸出值小于下限值Vlow時輸出下限值Vlow，并且在第一選擇電路13的輸出值不小于下限值Vlow時輸出第一選擇電路13的輸出值。
第一選擇電路13、第二比較器14和第二選擇電路15起到校正電路的作用，用于將濾波值F11校正為被包括在上限值Vhi到下限值Vlow之間的容許范圍內(nèi)的值。當(dāng)濾波值F11大于上限值Vhi時，校正電路將上限值Vhi作為校正后的濾波值F11a輸出。當(dāng)濾波值F11小于下限值Vlow時，校正電路將下限值Vlow作為校正后的濾波值F11a輸出。否則，校正電路將濾波值F11作為校正后的濾波值F11a輸出。
象素P11的象素值和校正后的濾波值F11a被提供給加法器16。加法器16將校正后的濾波值F11a加到象素P11的象素值，以生成并輸出校正后的象素值Pd。將校正后的象素值Pd作為處理對象象素P11的象素值存儲。
與象素P11的原始象素值比較，象素值Pd中的噪聲被減少。象素值Pd與象素P11的原始象素值之間的差異在從正側(cè)的上限值Vhi到負側(cè)的下限值Vlow的范圍內(nèi)變動。如此，象素值Pd與象素P11的原始象素值之間的差異被限制。這樣防止了圖像的實際分辨率的降低。因此，在圖像的邊緣不發(fā)生模糊。
第一實施例具有下面所述的優(yōu)勢。
(1)空間濾波電路11根據(jù)包括處理對象象素的輸入象素P00到P22的象素值和濾波系數(shù)K00到K22來生成濾波值。包括第一比較器12、第一選擇電路13、第二比較器14和第二選擇電路15的校正電路將濾波值F11校正為在上限值Vhi與下限值Vlow之間的值。校正后的值被用來校正處理對象象素P11的原始象素值。這樣除去了噪聲并防止了校正后的象素值非常不同于原始象素值。從而防止了實際分辨率降低。
(2)在將校正后的濾波值F11a加到處理對象象素P11的象素值并生成新的或校正后的象素值的圖像處理電路中，除去了噪聲并防止了實際分辨率降低。
現(xiàn)在將討論根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的圖像處理。與第一實施例中相同或相似的那些元件被給予相似或相同的標(biāo)號。
參照圖3，第二實施例的圖像處理電路包括第一空間濾波電路11和第二空間濾波電路21。基本上和第一實施例一致的第一空間濾波電路11根據(jù)圖4A所示的預(yù)定數(shù)目(例如3×3)的輸入象素P00到P22的象素值和圖4B所示的第一系數(shù)表T1的多個濾波系數(shù)(第一濾波系數(shù))K00到K22來生成第一濾波值F11。
以與第一空間濾波電路11相同的方式，象素P00到P22的象素值被輸入到第二空間濾波電路21。另外，圖4C所示的第二系數(shù)表T2的第二濾波系數(shù)L00到L22被輸入到空間濾波電路21。第二系數(shù)表T2例如被存儲在例如ROM的存儲裝置中，并且濾波系數(shù)L00到L22是正或負值。
第二空間濾波電路21包括乘法器21a和加法器21b，乘法器21a的數(shù)量(例如9)對應(yīng)于輸入象素的數(shù)量。每個乘法器21a把輸入象素的象素值乘以對應(yīng)的第二濾波系數(shù)，然后輸出乘積(計算結(jié)果)。例如，圖3中最左邊的乘法器21a以位于圖4C中的左上角處的第二濾波系數(shù)L00乘位于圖4A中的左上角處的象素P00的象素值。加法器21b把每一個乘法器21a的乘積加起來，以生成象素P11的第二濾波值F21。第二濾波值F21被提供給絕對值計算電路22。
絕對值計算電路22計算第二濾波值F21的絕對值，然后將絕對值作為第一極限值或上限值Vhi提供給第一比較器12、第一選擇電路13或乘法器23。
乘法器23生成下限值，其為負值。乘法器23以負的固定值“-1”乘絕對值計算電路22的輸出值，以生成充當(dāng)?shù)诙O限值的下限值Vlow。然后，乘法器23將下限值Vlow提供給第二比較器14。絕對值計算電路22和加法器23起用于計算上限值和下限值的電路的作用。
第二實施例的圖像處理電路根據(jù)象素P11到P22的象素值和第二系數(shù)表T2的第二濾波系數(shù)L00到L22來計算第一濾波值F11的上限值和下限值。
第二系數(shù)表T2的第二濾波系數(shù)L00到L22被這樣設(shè)置，使得在處理對象象素P11附近包括重要或有意義的圖像信息例如邊緣時，第二濾波值F21很小。如果在包括處理對象象素的象素P00到P22的象素值之間的差異很小，即處于單調(diào)(flat)且沒有特征的無意義的圖像部分處，那么第二濾波系數(shù)L00到L22被這樣設(shè)置，使得第二濾波值F21很大。
因此，基于處理對象象素P11和位于處理對象象素P11附近的鄰近象素(相鄰象素)的象素值，圖像處理電路動態(tài)地改變第一濾波值F11的可變范圍，即第一濾波值F11的上限值和下限值。因此，重要或有意義的圖像部分處的原始圖像信息被保持，并且噪聲被有效地從單調(diào)且沒有特征的無意義的圖像部分除去。
除第一實施例的優(yōu)勢之外，第二實施例具有下面所述的優(yōu)勢。
(1)基于包括處理對象象素的象素P11到P22的象素值和第二濾波系數(shù)L00到L22，第二空間濾波電路21生成處理對象象素P11的第二濾波值F21。絕對值計算電路22基于第二濾波值F21計算上限值Vhi，并且乘法器23基于上限值Vhi生成下限值Vlow。結(jié)果，根據(jù)象素P00到P22的象素值動態(tài)地設(shè)置上限值Vhi和下限值Vlow。因此，重要部分處的原始圖像信息可被保持，以防止實際分辨率被降低。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)清楚本發(fā)明可能以許多其他特定形式實現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。具體地，應(yīng)明白本發(fā)明可能以下列形式實現(xiàn)。
在上面的實施例中，空間濾波電路11和21具有3×3象素的輸入象素數(shù)量。然而，在處理對象象素周圍的象素的數(shù)量可能被改變?yōu)槔?×5或7×7。
在第二實施例中，通過絕對值計算電路22和乘法器23配置用于設(shè)置上限值和下限值的計算電路。然而，可通過查找表(LUT)31和乘法器23(參照圖5)配置計算電路22。
在第二實施例中，第一空間濾波電路11中的輸入象素的數(shù)量可與第二空間濾波電路21的不同。
在第二實施例中，上限值的符號被顛倒，以設(shè)置下限值。然而，可分別設(shè)置上限值和下限值。例如，被輸入到乘法器23的固定值可被設(shè)為“-1”之外的值。另外，可使用第三空間濾波電路，并且可改變用于參考的LUT。
可使用其他類型的空間濾波器，例如通用空間濾波器或中值濾波器。另外，空間濾波器不限于硬件并可能是軟件。
在上面的實施例中，將由空間濾波電路11生成的濾波值加到象素P11的原始象素值，以生成象素值Pd，其被用作象素P11的新的象素值。然而，本發(fā)明不限于這種方式。例如，可用由空間濾波電路生成的濾波值例如第二選擇電路的輸出值代替處理對象象素P11的原始象素值。在這種情況下，第一比較器將濾波值與通過將上限值加到原始象素值而得到的值比較，并且第二比較器將第一選擇電路的輸出值與通過將下限值加到原始象素值而得到的值比較。
本示例和實施例將被認為是說明性并非限制性的，并且本發(fā)明將不限于在這里所給出的細節(jié)，然而可在所附權(quán)利要求書的范圍和等同物之內(nèi)修改。
權(quán)利要求
1.一種用于從圖像除去噪聲的圖像處理電路，其中所述圖像包含包括處理對象象素和位于所述處理對象象素附近的多個鄰近象素的多個輸入象素，同時每個輸入象素具有象素值，所述圖像處理電路包括空間濾波器(11)，用于基于所述輸入象素的象素值和多個第一濾波系數(shù)來生成所述對象處理象素的濾波值；以及校正電路(12、13、14、15)，用于將所述濾波值與第一極限值和第二極限值比較并基于所述比較結(jié)果來校正濾波值，以生成在所述第一極限值與所述第二極限值之間的范圍內(nèi)的校正后的濾波值，所述圖像處理電路通過基于所述校正后的濾波值校正所述處理對象象素的象素值來從所述圖像除去噪聲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理電路，還包括加法器(16)，用于將所述校正后的濾波值加到所述處理對象象素的象素值，以生成所述處理對象象素的校正后的象素值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像處理電路，還包括第二空間濾波器(21)，用于基于所述處理對象象素的象素值、所述多個鄰近象素的象素值和多個第二濾波系數(shù)來生成所述處理對象象素的第二濾波值；以及計算電路(22、23、31)，用于基于所述第二濾波值來計算所述第一極限值和所述第二極限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理電路，其中，所述多個鄰近象素與所述處理對象象素是相鄰的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理電路，其中所述多個第一濾波系數(shù)分別對應(yīng)于所述多個輸入象素，所述空間濾波器包括多個乘法器(11a)，用于分別以所述多個第一濾波系數(shù)乘所述多個輸入象素的象素值，以生成多個乘積；以及被連接到所述多個乘法器的加法器(11b)，用于將所述多個乘法器的乘積加起來并生成所述處理對象象素的濾波值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像處理電路，其中所述多個輸入象素、所述多個第一濾波系數(shù)和所述多個乘法器在數(shù)量上是相同的。
7.一種用于從圖像除去噪聲的圖像處理方法，其中所述圖像包含包括處理對象象素和位于所述處理對象象素附近的多個鄰近象素的多個輸入象素，同時每個輸入象素具有象素值，所述方法包括以下步驟基于所述輸入象素的象素值和多個第一濾波系數(shù)，用空間濾波器來生成所述對象處理象素的濾波值；以及用校正電路將所述濾波值與第一極限值和第二極限值比較并基于所述比較結(jié)果校正所述濾波值，以生成在所述第一極限值與所述第二極限值之間的范圍內(nèi)的校正后的濾波值；以及通過基于所述校正后的濾波值校正所述處理對象象素的象素值來從所述圖像除去噪聲。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像處理方法，其中所述從所述圖像除去噪聲的步驟包括將所述校正后的濾波值加到所述處理對象象素的象素值，以生成所述處理對象象素的校正后的象素值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的圖像處理方法，還包括以下步驟基于所述處理對象象素的象素值、所述多個鄰近象素的象素值和多個第二濾波系數(shù)，用第二空間濾波器來生成所述處理對象象素的第二濾波值；以及基于所述第二濾波值，用計算電路來計算所述第一極限值和所述第二極限值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像處理方法，其中所述多個鄰近象素與所述處理對象象素是相鄰的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于從圖像除去噪聲而不降低實際分辨率的圖像處理電路。圖像包含輸入象素，其包括處理對象象素(P11)和位于處理對象象素附近的鄰近象素(P00－P02、P10、P12、P20－P22)。每個輸入象素具有象素值。圖像處理電路包括空間濾波器(11)，用于基于輸入象素的象素值和第一濾波系數(shù)(K00－K22)來生成對象處理象素的濾波值(F11)。校正電路(12、13、14、15)將濾波值與第一和第二極限值(Vhi、Vlow)比較并且基于比較來校正濾波值，以生成在第一和第二極限值之間的范圍內(nèi)的校正后的濾波值(F11a)。圖像處理電路通過基于校正后的濾波值校正處理對象象素的象素值來從圖像除去噪聲。
文檔編號H04N5/21GK1988598SQ20061008328
公開日2007年6月27日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者渡會祐司, 福岡智博 申請人:富士通株式會社