专利名称：一种基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术，具体涉及一种基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法。
背景技术：
在图像/视频处理软件中，对图像中存在的噪声进行去除是一种很广泛的需求。 图像噪声的形成有很多种原因，可能在成像过程中产生，也可能在传输过程中产生，在图像处理中对噪声的去除也有许多不同的方法。对于常见的RGB色彩图像，常用的去噪算法都是在R、G、B通道内进行，RGB色彩图像是通过对红(R)、绿(G)、蓝⑶三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色。但是，由于不同图像像素集合在色彩空间的分布及形态的多变性，固定的 RGB通道就很难有效的表征图像中的噪声，相应的去噪算法也很难有效去除图像中的噪声。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中RGB色彩图像去噪所存在的缺陷，提供一种基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，从而实现对RGB色彩图像更好的去噪效果。本发明的技术方案如下一种基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，包括如下步骤(1)在图像界面上选取有代表性的噪声像素区域，得到所选取的噪声像素点的集合-键补丁；(2)计算上述键补丁在RGB三维色彩空间中的最小长方体包围盒的变换矩阵M ；(3)得到上述长方体包围盒的三维边长中的最长边所在轴，将该轴作为噪声像素集合在色彩空间分布的噪声特征通道；(4)在上述噪声特征通道内进行去噪处理；(5)去噪处理结束后，将噪声特征通道与对应于包围盒另外两轴的两个未处理通道共同进行逆变换矩阵运算，从而获得在RGB空间内去噪后的图像。进一步，如上所述的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，步骤O)中计算所述的变换矩阵M的方法如下①将键补丁中各像素点的RGB值分别投影到R-G，G-B, B-R三个平面上；②在每个平面上对像素点的投影进行最小二乘法二维直线拟合，并构造旋转变换矩阵MrO，以及平移矩阵MtO ；③对键补丁中的所有像素点应用Mr0*Mt0变换矩阵，将变换后的这些像素点投影到χ-y平面上去，在χ-y平面上对像素点的投影进行最小二乘法二维直线拟合，获得在x_y 平面的拟合直线方向矢量&，构造旋转变换矩阵Mrl，通过旋转变换矩阵Mrl将^绕Z轴旋转，将拟合直线的方向矢量旋转到χ轴正方向去；④对键补丁中的所有像素点应用Mrl*Mr0*Mt0变换矩阵，求出所有变换后的像素点在χ轴坐标、y轴坐标以及ζ轴坐标的长度lx、Iy和lz，计算出三个长度中的最大值并确定其对应的坐标轴矢量& ,构造旋转变换矩阵Mr2，通过旋转变换矩阵Mr2将^转到χ轴正
方向上，使χ轴代表噪声特征通道；⑤得到最终的变换矩阵M = Mr2*Mrl*MrO*MtO。进一步，如上所述的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，其中步骤②中构造旋转变换矩阵MrO的方法如下得到分别对应R-G，G-B, B-R三个平面的拟合直线的方
向矢量式, , 后，计算出这三个矢量在各自平面内逆时针旋转90度的矢量式，$，式； 对三个新的矢量^)，$，J2依次两两求叉积，取出三个叉积结果中模值最大的那个矢量记为近，然后用&再和次进行叉积，取出叉积结果中模值最大的那个矢量记为 dx ,最后计算出办=必χ杰;通过杰,办,态三个正交的方向矢量，使用计算机图形学中几何变换的方法构造旋转变换矩阵MrO，旋转变换矩阵MrO由三个方向矢量汲,办,杰分别在原坐标系下X，y, ζ方向的三个分量共九个数据构成。进一步，如上所述的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，其中，步骤②中构建平移矩阵MtO的方法如下将键补丁中所有的像素点进行平移，平移后使得键补丁中所有的像素点的中心恰好到达原点，记这个平移矩阵为MtO。进一步，如上所述的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，步骤(5)中所述的逆变换矩阵为步骤O)中变换矩阵M的逆变换矩阵M—1。本发明的有益效果如下利用本发明所提出的方法可以将图像中噪声有效的表征提取出来，而且这种方法在提取噪声特征通道与进行去噪运算这两步是完全分离的，基本上在一个具有特定噪声类型、特定色彩空间分布形态的图像序列中，变换矩阵只需要求一次，具体去噪算法则每帧都执行一遍正、逆变换，但由于正逆变换运算比较简单，而且也容易优化，因此整体的去噪效率很高。
图1为本发明的方法流程图；图2为计算变换矩阵M的方法流程图；图3为应用本发明所述方法进行图像去噪的效果图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明所提出的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，包括如下步骤步骤Si，在图像界面上选取有代表性的噪声像素区域，得到所选取的噪声像素点的集合-键补丁 ；该步骤让用户通过在噪声图像界面上框选像素点，来将图像中具有代表性的噪声像素点标记出来，这里将这些用户选取的噪声像素点的集合称之为键补丁(key patch)。此步骤中像素点的框选是根据具体图像中噪声区域的分布来决定的。步骤S2，计算键补丁在RGB三维色彩空间中的最小长方体包围盒。本发明的关键步骤就是根据一些给定的像素(RGB值)，计算出RGB三维空间中的最小长方体包围盒。但是，为了方便后面键值调整的计算，本发明并不是直接计算出这个包围盒的坐标，而是计算出一个变换矩阵M。步骤S3，得到上述长方体包围盒的三维边长中的最长边所在轴，将该轴作为噪声像素集合在色彩空间分布的噪声特征通道。步骤S4，在上述噪声特征通道内使用具体的图像去噪算法进行去噪处理。此步骤中所使用的去噪算法并无具体限制要求，只要是具有噪声去除功能的任何算法都可以使用。步骤S5，去噪处理结束后，将噪声特征通道与对应于包围盒另外两轴的两个未处理通道共同进行逆变换矩阵运算，从而获得在RGB空间内去噪后的图像。此步骤中的逆变换矩阵即为步骤S2中变换矩阵M的逆变换矩阵M—1。通过上述描述可以知道，本发明最关键的特征就是如何得到变换矩阵Μ。如图2所示，计算所述的变换矩阵M的方法如下步骤S21，将键补丁中各像素点的RGB值分别投影到R_G，G-B, B-R三个平面上。给当前键补丁创建一个像素点的集合S，将用户选取的所有像素点的颜色加入这个集合，对于集合中已有的颜色则不再加入。对集合S中的所有像素点在R-G，G-B, B-R平面上进行投影。步骤S22，在每个平面上对像素点的投影进行最小二乘法二维直线拟合，并构造旋转变换矩阵MrO，以及平移矩阵MtO。这个方法对垂直于χ轴的直线拟合是无效的，因此需要将χ-y平面逆时针旋转90度之后再做一次直线拟合，拟合之后的直线的方向矢量再顺时针旋转90度作为最终方向向量。但是大多时候，默认的直线拟合与旋转90度的直线拟合都是有效的，这个时候选取最小二乘法计算结果中方差较小的矢量作为拟合直线的方向矢量。构造旋转变换矩阵MrO的方法如下得到分别对应R-G，G-B, B-R三个平面的拟合直线的方向矢量后，计算出这三个矢量在各自平面内逆时针旋转90度的矢量
d'Q,d\,d\ ;对三个新的矢量^f，式，< 2依次两两求叉积，取出三个叉积结果中模值最大的那个矢量记为虑，然后用&再和^依次进行叉积，取出叉积结果中模值最大的那个矢量记为杰，最后计算出办= dzxdx ；通过杰，办,逾三个正交的方向矢量，使用计算机图形学中几何变换的方法构造旋转变换矩阵MrO，旋转变换矩阵MrO由三个方向矢量杰,办,态分别在原坐标系下X，y, ζ方向的三个分量共九个数据构成。这个旋转变换矩阵MrO可以将原坐标轴上面的杰,办,必三个矢量变换到坐标轴三个单位矢量上去。通过原坐标系内像素(χ y ζ)与旋转变换矩阵MrO相乘，可以获得对应新坐标系内的像素 (x' y' ζ')，公式如下
dx.x dy.x dz.x 0
(,,,Λ ( Λ dx.ydy.ydz.y 0(xyz \) = {x y ζ 1)
dx.zdy.zdz.z0
0001构建平移矩阵MtO的方法如下将键补丁中所有的像素点进行平移，平移后使得键补丁中所有的像素点的中心恰好到达原点，记这个平移矩阵为MtO。步骤S23，对键补丁中的所有像素点应用Mr0*Mt0变换矩阵，将变换后的这些像素点投影到χ-y平面上去，在χ-y平面上对像素点的投影进行最小二乘法二维直线拟合，获得在χ-y平面的拟合直线方向矢量& ,并构造旋转变换矩阵Mrl，通过旋转变换矩阵Mrl将^ 绕Z轴旋转，将拟合直线的方向矢量旋转到χ轴正方向去。具体旋转变换矩阵Mrl及变换公式为
权利要求
1.一种基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，包括如下步骤(1)在图像界面上选取有代表性的噪声像素区域，得到所选取的噪声像素点的集合-键补丁；(2)计算上述键补丁在RGB三维色彩空间中的最小长方体包围盒的变换矩阵M；(3)得到上述长方体包围盒的三维边长中的最长边所在轴，将该轴作为噪声像素集合在色彩空间分布的噪声特征通道；(4)在上述噪声特征通道内进行去噪处理；(5)去噪处理结束后，将噪声特征通道与对应于包围盒另外两轴的两个未处理通道共同进行逆变换矩阵运算，从而获得在RGB空间内去噪后的图像。
2.如权利要求1所述的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，其特征在于步骤 (2)中计算所述的变换矩阵M的方法如下①将键补丁中各像素点的RGB值分别投影到R-G，G-B,B-R三个平面上；②在每个平面上对像素点的投影进行最小二乘法二维直线拟合，并构造旋转变换矩阵 MrO，以及平移矩阵MtO ；③对键补丁中的所有像素点应用Mr0*Mt0变换矩阵，将变换后的这些像素点投影到 x-y平面上去，在χ-y平面上对像素点的投影进行最小二乘法二维直线拟合，获得在χ-y平面的拟合直线方向矢量^ ,构造旋转变换矩阵Mr 1，通过旋转变换矩阵Mrl将^绕Z轴旋转，将拟合直线的方向矢量旋转到χ轴正方向去；④对键补丁中的所有像素点应用Mrl*Mr0*Mt0变换矩阵，求出所有变换后的像素点在 χ轴坐标、y轴坐标以及ζ轴坐标的长度lx、Iy和lz，计算出三个长度中的最大值并确定其对应的坐标轴矢量& ,构造旋转变换矩阵Mr2，通过旋转变换矩阵Mr2将^转到χ轴正方向上，使χ轴代表噪声特征通道；⑤得到最终的变换矩阵M= Mr2*Mrl*MrO*MtO。
3.如权利要求2所述的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，其特征在于步骤②中构造旋转变换矩阵MrO的方法如下得到分别对应R-G，G-B, B-R三个平面的拟合直线的方向矢量4), , 后，计算出这三个矢量在各自平面内逆时针旋转90度的矢量 ，式;对三个新的矢量式，式，式依次两两求叉积，取出三个叉积结果中模值最大的那个矢量记为杰，然后用&再和^)，^,^;依次进行叉积，取出叉积结果中模值最大的那个矢量记为杰，最后计算出办^dzxdx ；通过杰，办,杰三个正交的方向矢量，使用计算机图形学中几何变换的方法构造旋转变换矩阵MrO，旋转变换矩阵MrO由三个方向矢量杰,办,杰分别在原坐标系下X，y, ζ方向的三个分量共九个数据构成。
4.如权利要求2所述的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，其特征在于其中步骤②中构建平移矩阵MtO的方法如下将键补丁中所有的像素点进行平移，平移后使得键补丁中所有的像素点的中心恰好到达原点，记这个平移矩阵为MtO。
5.如权利要求1所述的基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法，其特征在于步骤 (5)中所述的逆变换矩阵为步骤O)中变换矩阵M的逆变换矩阵M—1。
全文摘要
本发明属于图像处理技术，具体涉及一种基于包围盒的彩色图像噪声通道提取方法。该方法在图像界面上选取有代表性的噪声像素区域，得到所选取的噪声像素点的集合-键补丁；计算键补丁在RGB三维色彩空间中的最小长方体包围盒的变换矩阵M；得到长方体包围盒的三维边长中的最长边所在轴，将该轴作为噪声像素集合在色彩空间分布的噪声特征通道；在噪声特征通道内进行去噪处理；将噪声特征通道与对应于包围盒另外两轴的两个未处理通道共同进行逆变换矩阵运算，从而获得在RGB空间内去噪后的图像。本发明与现有技术相比去噪效果更好，且更加易于优化。
文档编号G06T5/00GK102456220SQ20101052596
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者刘铁华, 孙季川, 徐进, 见良, 郑鹏程 申请人:新奥特(北京)视频技术有限公司