专利名称：数字图像处理方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种数字图像处理方法及其装置，特别是指一种用以提升 图像锐利度且结合抑制噪声的数字图像处理方法及其装置。
背景技术：
要提升显示装置的显像质量，常是以调整显示图像的对比度(Contrast)、 亮度(Brightness)、色相(Hue)或锐利度(Sharpness)等值以得到最佳的观赏效果。其中，图像锐利度的优劣，主要是取决于图像中所显示的明暗交界边缘 处是否分明，由于图像中明暗交界的边缘多属于高频部分，又在处理传感的 图像信号于高频部分有损耗时，最后显示出来的显像画面往往在图像明暗交 界处显得模糊且难以清楚地辨识。一般图像锐化的处理方式是使用图像边缘增强(Edge enhancement)的方 式，例如以Laplacian或Sobel等高通滤波器进行图像边缘检测运算(Edge detection operation),并对于检测到的边缘进行增强，而硬件的作法已有 多种关于图像边缘增强的图像处理方式被提出，例如美国第6,404,460号 及第6，441，866号专利案等。然而，以图像边缘增强的方式而言，由于明暗交界边缘与噪声均属于图 像信号的高频部分，因此直接使用高通滤波值而没有考虑图像边缘的信息， 将在提高图像边缘锐利度的同时，亦增强了图像中的噪声信号。发明内容因此，本发明的目的，即在提供一种提升图像锐利度的同时兼具抑制噪 声功效的数字图像处理方法及其装置。于是，本发明的数字图像处理方法包含下述步骤(A)提取一数字图像； (B)以 一预定原则选取该数字图像内至少 一 目标像素；(C)在该数字图像内对 包含该目标像素及其邻近像素的一图像块进行第一滤波处理，并产生一第一
滤波处理值集合；及(D)对该第一滤波处理值集合进行第二滤波处理，并产生 一第二滤波处理值集合，依据所得到的该第二滤波处理值集合对该数字图像 进行一数字图像调整处理。本发明的电子装置具有一图像锐化及嗓声抑制处理模块，该电子装置用 以取得一数字图像并对该数字图像的各像素进行处理，该图像锐化及噪声抑 制处理模块包含一第一滤波单元、 一存储单元、 一前处理单元、 一锐化控制 单元、 一噪声抑制控制单元、 一比较器、 一选择单元及一后处理单元。该第 一滤波单元用以对该数字图像的包含一 目标像素的图像块进行第一 滤波；该存储单元用以寄存经第一滤波的该图像块的第一滤波处理值；该前 处理单元耦接该存储单元，用以计算经第一滤波处理后的该图像块中的该目 标像素与相邻的各像素的滤波值的第二滤波值，并根据该多个第二滤波值产 生一加总值；该锐化控制单元耦接该前处理单元，用以接收该加总值，并对 该加总值进行调整以得到一锐化值；该噪声抑制控制单元耦接该存储单元， 以根据该目标像素亮度值与相对位置的第一滤波处理值产生一噪声抑制值。该选择单元耦接该锐化控制单元及该噪声抑制控制单元，用以选择由该 锐化控制单元输出的锐化值或由该噪声抑制单元输出的噪声抑制值；该比较 器设定有一锐化阈值，并耦接该选择单元及该锐化控制单元，当判断该锐化 值大于该锐化阈值时，令该选择单元选择输出该锐化控制单元的锐化值，当 该锐化值不大于该锐化阈值时，令该选择单元选择输出该噪声抑制控制单元 的该噪声抑制值；该后处理单元耦接该选择单元，用以根据该选择单元输出 的该锐化值或噪声抑制值对该目标像素进行图像锐化或噪声抑制的补偿。
图l是一电路方块图，说明应用本发明数字图像处理方法的电子装置的 4交佳实施例；图2是一电路方块图，说明该较佳实施例的图像锐化及噪声抑制处理模块具有的各元件；图3是一流程图，说明本发明数字图像处理方法的各步骤；图4是一流程图，说明图3中的步骤202具有的子步骤；图5是一示意图，说明该较佳实施例在一数字图像取出一原始图像块对其进行处理；
图6是一示意图，说明对图5的原始图像块进行第一滤波； 图7是一示意图，说明对图6的第一滤波结果进行八方向滤波；及 图8是一调整曲线图，说明加总值与锐化值之间的对应关系。 主要元件符号说明100数字图像 201-207步骤 210-218步骤301 原始图像块302 第一滤波阵列303 第一滤波结果500 电子装置501 第二滤波器 5 02 比较器 503 累加器 51图像传感器5 3图像处理器5 4图像锐化及噪声抑制处理模块541 第一滤波单元542 存储单元543 前处理单元544 锐化控制单元545 噪声抑制控制单元546 比较器547 选择单元548 后处理单元 55 输出接口具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图 的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。如图1所示，说明本发明电子装置的图像锐化及噪声抑制处理模块的较
佳实施例，该电子装置500是如数字相机、数字摄影机等塌像提取装置，其 包含一图像传感器(Image sensor) 51、 一图像处理器(Image processor) 53、 一图像锐化及噪声抑制处理模块54及一输出接口 55。电子装置500的图像传感器51是CCD或CMOS元件制成，具有多个行列 式传感像素，用以传感拍摄物(图未示)反射的光线而输出一数字图像；图像 处理器53是对于该数字图像以一预定原则选取数字图像内的目标像素进行 处理，在本较佳实施例中，该预定原则是逐列地读取该数字图像中的至少一 目标像素并加以运算，例如各像素之间的亮度插补点计算后输出至图像锐化 及噪声抑制处理模块54处理进行图像锐化及噪声抑制处理；而输出接口 55 则是用以将经过图像锐化及噪声抑制处理模块54处理后的图像信息通过例 如USB等传输接口输出，以提供例如计算机主机作后续的使用。如图2所示，图像锐化及噪声抑制处理模块54用以读取经图像处理的该 多个像素值以对于数字图像进行图像锐化及噪声抑制处理，该图像锐化及噪 声抑制处理模块54具有一第一滤波单元541、 一存储单元542、 一前处理单 元543、 一锐化控制单元544、 一噪声抑制控制单元545、 一比较器546、 一 选择单元547及一后处理单元548。各元件负责处理的工作说明如下第一滤波单元541用以对一数字图像进行第一滤波处理，以此产生一第 一滤波处理值集合，第一滤波处理在本较佳实施例中为低通滤波处理，并将 数字图像的第一滤波处理值集合供存储单元542寄存。存储单元542用以寄存第一滤波处理值集合，用以提供前处理单元543 及噪声抑制控制单元545后续的应用。前处理单元543具有多个第二滤波器501、多个比较器502及一累加器 503，该多个第二滤波器501及该多个比较器502的数量为各8组(必须说明 的是，第二滤波器501及比较器502的数量不以8组为限)，且第二滤波器 501各自连接一比较器502,该多个比较器502并连接至该累加器503。本较佳实施例中，前处理单元543是用以对于前述的目标像素的第 一滤 波处理值与邻近的各像素滤波值进行第二滤波处理以得到一第二滤波处理值 集合，第二滤波处理在本较佳实施例中为高通滤波处理，且该第二滤波处理 值集合是该目标像素与邻近像素的一第一滤波处理值的差值集合。必须说明的是，邻近像素指该目标像素周围的邻近像素，且第二滤波处
理值集合在此是计算该目标像素与邻近像素的第 一滤波处理值的方向差值， 但不以此为限，依据所得到的该第二滤波处理值集合可对于该目标像素进行 后续的数字图像调整处理，所述的数字图像调整处理可以是锐化处理及抑制 噪声处理择一进行。
各比较器502是判断前述的方向差值是否大于一预定阈值，若判断不大 于该预定阈值则舍弃该值不提供累加器503进行累加，若大于该预定阈值则 输出至累加器503进行累加并产生一加总值。
锐化处理及抑制噪声处理的原理，是由锐化控制单元544对前处理单元 543输出的加总值输出进行限制及调整，并产生一调整后的锐化值，该锐化 值分别输出给比较器546及选择单元547，其中，锐化控制单元544输出的 锐化值可提供给比较器546作为是否进行锐化图像或抑制噪声的处理依据。
例如比较器546设有一锐化阈值，当锐化值大于该锐化阚值即输出1， 若不大于该锐化阈值即输出0，而选择单元547通过比较器546的输出值(l 或0)来决定输出锐化值或噪声抑制值给后处理单元548进行锐化图像或抑制 噪声的处理，由后处理单元548以锐化值或噪声抑制值对每一目标像素进行 补偿。
而噪声抑制控制单元545所执行的处理，将该多个第一滤波处理值及像 素亮度值的差值乘以 一调整值后产生 一噪声抑制值。
后处理单元548执行的图像锐化处理程序，将该锐化值当成一补偿值， 并以该补偿值加上该目标像素的原始亮度值以完成图像锐化的处理程序。
类似于图像锐化处理程序，后处理单元548执行的抑制噪声处理程序， 将由噪声抑制控制单元545输出的一噪声抑制值当成一用以抑制噪声的补偿 值，本较佳实施例中，噪声抑制控制单元545是将该目标像素的第一滤波处 理值及该目标像素亮度值的差值乘以一调整值后产生该噪声抑制值，并以该 补偿值加上该目标像素的原始亮度值以完成抑制噪声的处理程序。
必须说明的是，不限于硬件的处理方式，本发明提升数字图像锐利度且 结合抑制噪声方法的执行，亦可以是一种计算机可读取的记录装置，该记录 装置包含一可供一计算机载入以执行的程序软件，该程序软件配合该电子装 置内其他特定软硬件自动执行，可供读取一数字图像并对该数字图像的各像 素进行运算处理。
如图3所示，说明本发明提升数字图像锐利度且结合抑制噪声方法的较
佳实施例，其对于该数字图像的各像素进行运算处理的步骤
先提取一数字图像并以 一预定原则选取该数字图像内至少 一 目标像素， 如以逐列逐个选取目标像素进行处理，接着，对数字图像进行第一滤波(步骤 201),再计算第一滤波处理后的目标像素的像素滤波值与邻近的各像素滤波 值的差值，并根据该差值产生一锐化值(步骤202)，步骤202又可以用多个 子步骤说明如何产生该锐化值(参考图4，作用容后再述)。
在求得锐化值之后，接着判断该锐化值的绝对值是否大于一预设的锐化 阈值(步骤203) 当判断该锐化值大于该锐化阈值，则对该目标像素进行图 像锐化处理(步骤204);当判断该锐化值不大于该锐化阈值，则对该目标像 素进行抑制噪声处理(步骤205)。
最后，判断是否已处理完所有像素(步骤206) 若判断为未处理完成， 则令数字图像100中未处理的下一像素为目标像素(步骤207),如此依序对 该数字图像100的各目标像素重复步骤201-205的处理程序，直到完成全部 目标^像素的图^f象处理工作。
如图5至图7所示，说明如何对一数字图像100进行第一滤波处理及第 二滤波处理。
如图5所示，本较佳实施例是每次自该数字图像100取出含有该目标像 素P5的一原始图像块301进行处理，该原始图像块301必须包含目标像素 P5及其相邻的八个像素P1-P4、 P6-P9,由于整张数字图像100的周围像素缺 乏完整的八个相邻像素，因此整张数字图像100四周边缘不列入图像锐化及 噪声抑制的处理程序。
如图5、 6所示，产生第一滤波处理值的方式，是自该数字图像100取出 含有该目标像素P5的原始图像块301，其中所欲处理的像素为该目标像素P5, 且目标像素P5周围具有八个相邻像素P1-P4、 P6-P9,经过第一滤波后可得 到一第一滤波处理值S5;同理，分别以Pl-P4、 P6-P9为目标像素分别结合 其八个相邻像素进行第一滤波，即可分别得到S1-S4、 S6-S9,即原始图像块 301经过第一滤波后得到一对应位置的第一滤波结果303。
在本较佳实施例中，第一滤波的方式是采用3x3的高斯低通滤波 (Gaussian low-pass filter)阵列302，并使用阵列302中的各数值与原始 图像块301中该多个像素Pl-P9的原始亮度值相运算以得到以P5为目标像 素，给八个相邻像素经第一滤波处理后的像素滤波值S5，如公式1所示，可
计算出第一滤波处理后的像素滤波值S5。
<formula>formula see original document page 11</formula> 公式1
必须说明的是，在本较佳实施例中，第一滤波的方式是采用高斯低通滤 波，然而，在其他实施例中，亦可应用不同的低通滤波技术达到对图像进行 第一滤波的目的，在后续处理中，利用第一滤波处理值的八个方向的高通滤 波值比直接使用像素亮度差值可以有效地估测具有方向性的图像边缘。
如图6、 7所示，本较佳实施例的第二滤波处理，主要是计算第一滤波处 理后的目标像素滤波值S5与邻近的各像素滤波值S1-S4、 S6-S9的差值，并 依据公式2计算目标像素滤波值S5与各相邻像素滤波值Si的强度差值Axi 的绝对值|<formula>formula see original document page 11</formula> 公式2
接着，可根据该差值产生一锐化值，该锐化值的产生步骤可参考图4的说明。
如图4所示，说明本发明数字图像处理方法所需的锐化值的产生步骤 假设数字图像的待处理的所有像素为Si(i=l-9),则开始处理第一个像 素Sl,即i-l(步骤210),接着，取得依据前述公式2计算目标像素滤波值 S5与各相邻像素滤波值Si的强度差值Axi的绝对值(步骤211)，并判断差 值Axi的绝对值是否大于一预定阈值EdgeThd (步骤212)
若判断不大于该预定阈值则舍弃该值不进行累加(步骤213)，若大于该 预定阈值则输出至累加器503进行累加并产生一加总值E (( I Axi I — EdgeThd)*Sign(Axi))(步骤214)。其中Sign (△ xi)的计算如公式3:
57g"(Axi) = 1 if x 2 0 /A 5Vg"(Axi) = —l if x < 0
公式
接着，判断是否处理完所有的像素，即判断i-9 (步骤215),若未处理 完则令i-i+l且i-5 (步骤216)，对下一像素重复进^f亍步骤211-215,若判 断已处理完所有的像素，即i-9时，则由锐化控制单元544依据一调整曲线
对该加总值￡ ((l Axi I — EdgeThd卜Sign(Axi))进4亍调整，以产生一调整 后的锐化值(步骤217),最后再输出该锐化值(步骤218)供后续使用。
如图8所示，说明作为调整依据的调整曲线，该调整曲线所对应的X轴 代表加总值(DIFF)， Y轴代表不同加总值所对应的锐化值(EnhanceValue)， 其加总值和锐化值的关为一线性比例关系y=wx,举例而言，当斜率W大时 (y=Wlx)，则锐化程度增强，当斜率w小时(y-W2x)，则锐化程度变弱。
而为了防止过度锐化不自然，需对该锐化值进行极大值限制 (EnhanceValueUB)与极小值限制(EnhanceValueLB)，其调整方式如下 IF( EnhanceValue > EnhanceValueUB ) EnhanceValue = EnhanceValueUB; IF( EnhanceValue < EnhanceValueLB ) EnhanceValue = EnhanceValueLB; /* EnhanceValueUB为一才及大^i限制；EnhanceValueLB为一才及小值限制
*/
归纳上述，本实施例提升数字图像锐利度且结合抑制噪声方法及其装置 相较于以往的技术具有二个优势
第一、本实施例的提升数字图像锐利度且结合抑制噪声方法是先对目标 像素进行第一滤波，并计算出目标像素滤波值及相邻像素滤波值的第二滤波 值且经过加总、调整以得到锐化值，并对该锐化值设定一锐化阈值，可有效 判断出是否需对目标像素进行图像锐化或噪声抑制的处理程序，不但有效地 检测具有方向性的图像边缘，亦克服了以往由于无法区分何者为噪声、何者 为图像边缘而一并在提高图像边缘对比的同时，使得图像中的噪声的对比亦 被增强而造成图像质量不佳的缺点。第二、相较于以往锐化图像与抑制噪声是分别设置不同的硬件元件来处 理，本实施例的图像锐化及噪声抑制处理模块是以共用后处理器548的方式， 先利用比较器546来判断锐化值是否大于锐化阈值，若大于锐化阈值则进行 图像锐化处理，若不大于锐化阈值则进行噪声抑制处理，由后处理器548根 据锐化控制单元544求得的锐化值，或者噪声抑制控制单元545求得的噪声 抑制值，来对于原来的像素亮度值进行补偿，且噪声抑制值可利用存储单元 542所寄存的第一滤波处理值求得，无需额外的抑制噪声电路，因此可节省 硬件元件用料。
本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领 域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行更动与修改， 因此本发明的保护范围以所提出的权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种数字图像处理方法，包含下述步骤(A)提取一数字图像；(B)以一预定原则选取该数字图像内至少一目标像素；(C)在该数字图像内对包含该目标像素及其邻近像素的一图像块进行第一滤波处理，并产生一第一滤波处理值集合；及(D)对该第一滤波处理值集合进行第二滤波处理，并产生一第二滤波处理值集合，依据所得到的该第二滤波处理值集合对该数字图像进行一数字图像调整处理。
2. 依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该第一滤波处理为低通滤波处理。
3. 依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该第二滤波处理为高通滤波处理。
4. 依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该数字图像调整处 理为锐化处理及抑制噪声处理择一进行。
5. 依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，该第二滤波处理值 集合是该目标像素与邻近像素的一第一滤波处理差值集合。
6. 依据权利要求1所述的数字图像处理方法，其中，在步骤(C)中，邻近 像素指该目标像素周围的邻近像素。
7. 依据权利要求1所述的数字图像处理方法，更包含下述步骤(E) 根据该多个第二滤波值产生一锐化值，并判断该锐化值是否大于一预 设的锐化阈值；(F) 当该锐化值大于该锐化阈值，则使用该锐化值对该目标像素进行图像 锐化处理；及(G) 当该锐化值不大于该锐化阈值，则对该目标像素进行抑制噪声处理。
8. 依据权利要求7所述的数字图像处理方法，其中，在步骤(E)中，判 断各第二滤波值是否大于一预定阈值，并累加大于该预定阈值的该多个第二 滤波值以产生一加总值，并依据一调整曲线调整该加总值使成为该锐化值。
9. 依据权利要求8所述的数字图像处理方法，其中，该调整曲线的调整 方式是依y-wx的线性比例关系调整，w为一可控制的参数。
10. 依据权利要求7所述的数字图像处理方法，其中，在步骤(F)中，将 该锐化值加上该目标像素的原始亮度值以作为图像锐化处理。
11. 依据权利要求7所述的数字图像处理方法，其中，在步骤(G)中，通 过将该第一滤波处理值与像素亮度值的差值乘以一调整值而产生一噪声抑制 值，并将该噪声抑制值加上该目标像素的原始亮度值以完成噪声抑制处理。
12. —种电子装置，该电子装置用以取得一数字图像并对该数字图像的各 像素进行处理，该电子装置具有一图像锐化及噪声抑制处理模块，该图像锐 化及噪声抑制处理模块包含一第一滤波单元，用以对该数字图像的包含一 目标像素的图像块进行第 一滤波；一存储单元，用以寄存经第一滤波的该图像块的第一滤波处理值；一前处理单元，耦接该存储单元，用以计算经第一滤波处理后的该图像 块中的该目标像素与相邻的各像素的滤波值的第二滤波值，并根据该多个第 二滤波值差值产生一加总值；一锐化控制单元，耦接该前处理单元，用以接收该加总值，并对该加总 值进行调整以得到 一锐化值；一噪声抑制控制单元，耦接该存储单元，以根据该目标像素亮度值与其 相对位置的第一滤波处理值产生一噪声抑制值；一选择单元，耦接该锐化控制单元及该噪声抑制控制单元，用以选择由 该锐化控制单元输出的锐化值或由该噪声抑制单元输出的噪声抑制值；一比较器，设定有一锐化阈值，并耦接该选择单元及该锐化控制单元， 当判断该锐化值大于该锐化阈值时，令该选择单元选择输出该锐化控制单元 的锐化值，当该锐化值不大于该锐化阈值时，令该选择单元选择输出该噪声 抑制控制单元的该噪声抑制值；及一后处理单元，耦接该选择单元，用以根据该选择单元输出的该锐化值 或噪声抑制值对该目标像素进行图像锐化或噪声抑制的补偿。
13. 依据权利要求12所述的电子装置，其中，该前处理单元具有 多个第二滤波器，各第二滤波器用以求得目标像素滤波值与邻近的各像素滤波值的差值；多个比较器，该多个比较器与该多个第二滤波器的数量相同，且各第二 滤波器各自连接各该比较器，各该比较器则依据一预定阈值决定是否将各滤波值差值输出；及一累加器，与该多个比较器连接，用以加总该多个比较器输出的各滤波值差值，以产生该加总值。
14. 依据权利要求13所述的电子装置，其中，当各比较器判断各滤波值 差值大于该预定阈值才累加各滤波值差值为该加总值，当各滤波值差值不大 于该预定阈值则舍弃该值不进行累加。
15. 依据权利要求12所述的电子装置，其中，该锐化控制单元依据一调 整曲线调整该加总值以产生该锐化值，该调整曲线的调整方式是依y-wx的线 性比例关系调整，w为一可控制的参数。
全文摘要
一种数字图像处理方法，包含下述步骤(A)提取一数字图像；(B)以一预定原则选取该数字图像内至少一目标像素；(C)在该数字图像内对包含该目标像素及其邻近像素的一图像块进行第一滤波处理，并产生一第一滤波处理值集合；及(D)对该第一滤波处理值集合进行第二滤波处理，并产生一第二滤波处理值集合，依据所得到的该第二滤波处理值集合对该数字图像进行一数字图像调整处理。
文档编号H04N5/208GK101132477SQ20061012157
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月23日 优先权日2006年8月23日
发明者李泉欣, 赵子毅, 陈信嘉 申请人:原相科技股份有限公司