噪声估测装置及其方法
【专利摘要】一种噪声估测装置及其方法，用以计算图像的噪声估测值。此噪声估测装置包括分布计算单元、变异计算单元、分布曲线产生模块及噪声估测单元。分布计算单元用以依据图像的第i个区块的多笔像素数据，以及先前图像的第i个区块的多笔先前像素数据，产生一像素分布。变异计算单元用以组合图像及先前图像的第i个区块的像素数据，对应地产生一变异数。分布曲线产生模块用以根据变异数产生一分布曲线，并比较像素分布以及分布曲线，以对应地产生一权重值。噪声估测单元用以依据图像的每一个区块所对应的权重值及变异数，输出噪声估测值。
【专利说明】噪声估测装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种噪声估测装置及其方法，且特别是有关于一种计算图像的噪声估测值的噪声估测装置及其方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于多媒体应用的快速发展，对于图像质量的要求也日渐提高。然而，多媒体图像常会受到噪声的干扰，这些噪声不仅会降低图像的质量，使其清晰度、锐利度因此而降低，物体轮廓也变得模糊。为了消除图像噪声，噪声估测(noise estimation)技术通常被应用于图像处理系统当中，以作为噪声降低(noise reduction)处理的基准。
[0003]然而，在执行噪声估测时，图像中的细节部分或是动态的图像往往会被误判为图像中的噪声，倘若依此判断结果而接着进行噪声降低处理，如此将使得噪声降低处理后的图像反而被减低了图像质量。
[0004]因此，如何提供一种可以有效地判断图像内容受噪声干扰程度的噪声估测技术，以避免图像细节或是动态图像被误判为噪声，乃业界所致力的课题之一。
【发明内容】
[0005]本发明是有关于一种噪声估测技术，可以有效地判断图像内容受噪声干扰的程度。
[0006]根据本发明的一方面，提出一种噪声估测装置。噪声估测装置用以计算一图像的一噪声估测值，该图像具有M个区块，该M个区块可重迭或不重迭，每个区块各自具有多笔像素数据，该些像素数据中包括一目标像素数据，M系大于I的正整数，该噪声估测装置包括一分布计算单元、一变异计算单元、一分布曲线产生模块及一噪声估测单元。分布计算单元用以依据该图像的第i个区块的该些像素数据，以及一先前图像的该第i个区块的多笔先前像素数据，计算多笔像素值的所分别对应的像素个数，以产生一像素分布，i是介于I至M的正整数。变异计算单元用以组合该图像的该第i个区块的该些像素数据以及该先前图像的该第i个区块的该些先前像素数据，并对应地产生一变异数。分布曲线产生模块以该图像的该第i个区块的该目标像素数据为基准，根据该变异数产生一分布曲线，并比较该像素分布以及该分布曲线，以对应地产生一权重值。噪声估测单元用以依据该图像的每一个区块所对应的该权重值及该变异数，输出该噪声估测值。
[0007]根据本发明的另一方面，提出一种噪声估测方法，是使用于一噪声估测装置，此方法用以计算一图像的一噪声估测值，该图像具有M个区块，该M个区块可重迭或不重迭，每个区块各自具有多笔像素数据，该些像素数据中包括一目标像素数据，M系大于I的正整数，该噪声估测方法包括:依据该图像的第i个区块的该些像素数据，以及一先前图像的该第i个区块的多笔先前像素数据，计算多笔像素值的所分别对应的像素个数，以产生一像素分布，i是介于I至M的正整数；组合该图像的该第i个区块的该些像素数据以及该先前图像的该第i个区块的该些先前像素数据，并对应地产生一变异数；以该图像的该第i个区块的该目标像素数据为基准，根据该变异数产生一分布曲线，并比较该像素分布以及该分布曲线，以对应地产生一权重值；以及依据该图像的每一个区块所对应的该权重值及该变异数，输出该噪声估测值。
[0008]为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1绘示本发明一实施例的噪声估测装置的方块图。
[0010]图2A绘示图像的M个区块可重迭的示意图。
[0011]图2B绘示图像的M个区块不重迭的示意图。
[0012]图3绘示分布计算单元的一例的方块图。
[0013]图4A绘示第一分布的一例的示意图。
[0014]图4B绘示第二分布的一例的示意图。
[0015]图4C绘示像素分布的一例的示意图。
[0016]图5绘示变异计算单元的一例的方块图。
[0017]图6绘示合成 像素数据的一例的示意图。
[0018]图7绘示分布曲线产生模块的一例的方块图。
[0019]图8绘示分布曲线的一例的示意图。
[0020]图9A绘示权重值与差异值的对应关系的一例的示意图。
[0021]图9B绘示第一阈值与变异数的对应关系的一例的示意图。
[0022]图9C绘示第二阈值与变异数的对应关系的一例的示意图。
[0023]图10绘示噪声估测单元的一例的方块图。
[0024]图11绘示所有区块的权重值的加总与低减值的对应关系的一例的示意图。
[0025]图12绘示本实施例噪声估测方法的流程图。
[0026][主要元件标号说明]
[0027]100:噪声估测装置102:分布计算单元
[0028]104:变异计算单元106:分布曲线产生模块
[0029]108:噪声估测单元302:第一计算单元
[0030]304:第二计算单元306:合成单元
[0031]502:运算单元504:变异数取得单元
[0032]702:分布曲线产生单元 704:差值计算单元
[0033]706:权值计算单元1002:噪声估测器
[0034]1004:保护单元
【具体实施方式】
[0035]请参照图1，图1绘示乃本发明一实施例的噪声估测装置100的方块图。噪声估测装置100用以计算图像的噪声估测值0avg。此图像具有M个区块，此M个区块可重迭或不重迭。每个区块各自具有多笔像素数据，此些像素数据中包括一目标像素数据，M是大于I的正整数。上述的多笔像素数据例如是对应至显示面板上的多个像素点。[0036]为方便理解，请同时参照图2A及2B。图2A及2B乃分别绘示图像的M个区块可重迭及不重迭的示意图。在图2A中，图像Ft中的每条横列各表一像素列，而各横列中的每个小方格各代表一个像素。各个像素是各自对应至一个区块，目标像素数据为所对应的区块的一中心像素数据。进一步地说，假使图像中的区块的大小为IXK的像素列，且K为大于零的奇数，当目标像素数据为图像中的第i笔像素数据Pi，则对应于此像素数据Pi的图像中第i个区块Ft (i)包括了像素数据P1-(K-l)/2、P1-(K-1)/2+1、...P1-..、Pi + (K-1)/2-1、Pi + (K-1)/2 ? 而当目
标像素数据为图像中的第i+Ι笔像素数据Pi+1，则对应于此像素数据Pi+Ι的图像中第i+1个区块Ft(i+1)包括了像素数据
Pi+l-(K-l)/2、Pi+1-(K-1)/2+1、...Pi+1...、Pi+1+(K-1)/2-1 ' Pi+1 + (K_1)/2，W
此类推。反之，在图2B中，图像中的区块的大小例如为KXK的像素矩阵，图像Ft’被均分为多个彼此不重迭的区块，每个区块的目标像素数据例如为该区块的中心像素数据。举例来说，区块Ft’ (i)的目标像素数据例如为像素数据Pi,而区块Ft’ (i+1)的目标像素数据例如为像素数据Pi+K。然本发明并不以此为限，上述的区块的大小以及目标像素数据相对于其对应区块的位置皆可视不同的应用而调整。
[0037]请再参照图1，噪声估测装置100包括分布计算单元102、变异计算单元104、分布曲线产生模块106及噪声估测单元108。分布计算单元102用以依据图像Ft的第i个区块Ft (i)的多笔像素数 据，以及先前图像Ft-1的第i个区块Ft-1 (i)的多笔先前像素数据，计算多笔像素值的所分别对应的像素个数，以产生一像素分布h (i)，i是介于I至M的正整数。上述的图像Ft的第i个区块Ft⑴以及先前图像Ft-1的第i个区块Ft-1⑴例如对应至画面中相同的显示位置，且于时间的排序上，先前图像Ft-1是表示早于图像Ft所显示的图像。此外，上述的像素值例如为灰阶值(gray scale level)。
[0038]变异计算单元104用以组合图像Ft的第i个区块Ft (i)的多笔像素数据以及先前图像Ft-1的该第i个区块Ft-1 (i)的多笔先前像素数据，并对应地产生一变异数σ (i)。上述的变异数σ (i)例如代表统计学上的变异数(variance)。
[0039]分布曲线产生模块106以图像Ft的第i个区块Ft⑴的目标像素数据为基准，根据变异数σ (i)产生一分布曲线G (i)，并比较像素分布h(i)以及分布曲线G (i)，以对应地产生一权重值W (i)。
[0040]最后，噪声估测单元108用以依据Ft图像的每一个区块Ft⑴~Ft (M)所对应的权重值W(I)~W(M)及变异数O (I)~O (M)，输出噪声估测值0avg。
[0041]请参照图3，其绘示乃上述分布计算单元102的方块图的一例。分布计算单元102包括第一计算单元302、第二计算单元304及合成单元306。第一计算单元302用以计算图像Ft的第i个区块的多笔像素数据的对应至各该些像素值的像素个数，以输出一第一分布hi (i)。第二计算单元304用以计算先前图像Ft-1的第i个区块的多笔先前像素数据的对应至各该些像素值的像素个数，以输出一第二分布h2 (i)。合成单元306用以结合第一分布hl(i)及第二分布h2(i)，以产生像素分布h(i)。上述的第一分布hl(i)、第二分布h2(i)及像素分布h(i)例如皆为直方图(histogram)的形式。
[0042]请同时参照图4A及图4B。图4A绘示为第一分布hi (i)的一例的示意图，图4B绘示为第二分布h2(i)的一例的示意图。于图4A以及图4B中，坐标的横轴表示灰阶值，范围例如由O至255 ;坐标的纵轴表示像素个数。每一直方条分别表示对应于一灰阶值的像素个数。[0043]合成单元306结合第一分布hi (i)及第二分布h2 (i)的方式例如是将两分布进行迭合(superposition)。举例来说,第一分布hi (i)中每一像素值所对应的像素个数是与第二分布h2(i)中每一像素值所对应的像素个数分别相加以产生对应至不同像素值的像素个数的像素分布h(i)。如图4C所示，其绘示如图4A中的第一分布hi (i)与图4B中的第二分布h2(i)进行迭合后所产生的像素分布h(i)的一例的示意图。
[0044]然，本发明并不限于上述的例示，分布计算单元102亦可对多组分别对应至不同时间点的画面Ft?Ft-k的第i个区块的多笔像素数据进行处理，以对应地产生像素分布h’ (i)，其中k为正整数。而引进多张分别对应至不同时间点的画面Ft?Ft-k可提供图像处理上更多的取样点。
[0045]接着请参照图5，其绘示乃上述变异计算单元104的方块图的一例。变异计算单元104包括运算单元502及变异数取得单元504。运算单元502用以组合图像Ft的第i个区块的多笔像素数据与先前图像Ft-1的第i个区块的多笔先前像素数据，以对应输出一合成像素数据S (i)。
[0046]请参照图6，其绘示上述合成像素数据S(i)的一例的示意图。于图6中，图像Ft的第i个区块的多笔像素数据Ft (i)是接续于先前图像Ft-1的第i个区块的多笔先前像素数据Ft-1 (i)，以组合成一笔合成像素数据S (i)。然上述的例示并非用以限定本发明，运算单元502亦可通过其它组合、排序的方式，以产生包括图像Ft的第i个区块的多笔像素数据Ft(i)以及先前图像Ft-1的第i个区块的多笔先前像素数据Ft-1 (i)的合成像素数据S⑴。
[0047]请再参照图5，变异数取得单元504用以依据此合成像素数据S(i)以产生变异数σ (i)。由于产生变异数σ (i)的方式例如可由一般图像处理软件得出，故不在此赘述。然倘若分布计算单元102依上述对多组分别对应至不同时间点的画面Ft?Ft-k的第i个区块的多笔像素数据进行处理，以对应地产生像素分布h’(i)，则变异计算单元104是对应地对此些不同时间点的画面Ft?Ft-k的第i个区块的多笔像素数据作计算，以产生变异数σ ’(i)。简言之，本发明实施例并不局限于仅依据图像Ft及先前图像Ft-1作噪声估测，亦可依据多组分别对应至不同时间点的画面Ft?Ft-k来作噪声估测。
[0048]请参照图7，其绘示乃上述分布曲线产生模块106的方块图的一例。分布曲线产生模块106包括分布曲线产生单元702、差值计算单元704及权值计算单元706。分布曲线产生单元702以图像Ft的第i个区块的目标像素数据为基准，根据变异数σ (i)，进行查表以输出分布曲线G(i)。
[0049]上述的分布曲线G(i)例如为高斯分布(Gaussian distribution)。选取高斯分布作为例示的原因在于， 申请人:于研究时发现，一般的电视图像信号当中，受到噪声干扰的像素数据往往会以高斯分布呈现；相对地，图像内容的细节部分或是动态图像所对应的像素分布则通常会和高斯分布大不相同。因此，倘若经比较后得知图像内容中的像素分布与高斯分布越相近似，则表示此图像内容越可能是受噪声所干扰。然本发明并不限于此，于另一实施例中，分布曲线G(i)亦可例如为卜瓦松分布(Poisson distribution)。总而言之，凡是分布的曲线可对应至图像信号中的噪声模型，皆不脱离本发明实施例中所述分布曲线G⑴的精神。
[0050]此外，若以分布曲线G(i)为高斯分布为例，因高斯分布具有分布曲线下的涵盖面积为固定的特性，通过此特性，可预先建立数组分别对应至不同变异数σ (i)的高斯分布模型于分布曲线产生单元702当中，以供之后的查表对应。
[0051]请同时参照图8，其绘示乃分布曲线G(i)的一例的示意图。于图8中，其坐标的横轴表示像素值，像素值例如为灰阶值，其范围例如由O至255，纵轴表示像素个数。曲线802表示以目标像素数据所对应的像素值Pv作为基准，依据变异数。(i)所查表得出的分布曲线G(i)。于此实施例中，由于分布曲线产生单元702当中所预先建立的分布模型(例如为高斯分布模型)是以坐标原点为基准(例如均值为零)，为了呈现以目标像素数据为基准的噪声模型，分布曲线产生模块106进一步将目标像素数据所对应的像素值Pv设定为此分布模型的基准以作为分布曲线G(i)输出。
[0052]请再参照图7，差值计算单元704用以比较分布曲线G (i)及像素分布h⑴，以输出一差异值D(i)。差异值D(i)例如可由下式得出:
【权利要求】
1.一种噪声估测装置，用以计算一图像的一噪声估测值，该图像具有M个区块，该M个区块可重迭或不重迭，每个区块各自具有多笔像素数据，该多笔像素数据中包括一目标像素数据，M是大于I的正整数，该噪声估测装置包括: 一分布计算单元，用以依据该图像的第i个区块的该多笔像素数据，以及一先前图像的该第i个区块的多笔先前像素数据，计算多笔像素值的所分别对应的像素个数，以产生一像素分布，i是介于I至M的正整数； 一变异计算单元，用以组合该图像的该第i个区块的该多笔像素数据以及该先前图像的该第i个区块的该多笔先前像素数据，并对应地产生一变异数； 一分布曲线产生模块，以该图像的该第i个区块的该目标像素数据为基准，根据该变异数产生一分布曲线，并比较该像素分布以及该分 布曲线，以对应地产生一权重值；以及一噪声估测单元，用以依据该图像的每一个区块所对应的该权重值及该变异数，输出该噪声估测值。
2.根据权利要求1所述的噪声估测装置，其中该分布计算单元包括: 一第一计算单元，用以计算该图像的该第i个区块的该些像素数据的对应至各该些像素值的像素个数，以输出一第一分布； 一第二计算单元，用以计算该先前图像的该第i个区块的该些先前像素数据的对应至各该些像素值的像素个数，以输出一第二分布；以及 一合成单兀，用以结合该第一分布及该第二分布，以产生该像素分布。
3.根据权利要求1所述的噪声估测装置，其中该变异计算单元包括: 一运算单元，用以组合该图像的该第i个区块的该些像素数据与该先前图像的该第i个区块的该些先前像素数据，以对应输出一合成像素数据；以及一变异数取得单元，用以依据该合成像素数据以产生该变异数。
4.根据权利要求1所述的噪声估测装置，其中该分布曲线产生模块包括: 一分布曲线产生单元，以该图像的该第i个区块的该目标像素数据为基准，根据该变异数，进行查表以输出该分布曲线； 一差值计算单元，用以比较该分布曲线及该像素分布，以输出一差异值；以及 一权值计算单元，用以依据该差异值以对应地产生该权重值。
5.根据权利要求4所述的噪声估测装置，其中该分布曲线为高斯分布。
6.根据权利要求4所述的噪声估测装置,其中当该差异值的大小介于一第一阈值与一第二阈值之间，该第二阈值大于该第一阈值，当该差异值越大时，所对应的该权重值越小。
7.根据权利要求6所述的噪声估测装置，其中该第一阈值与该第二阈值是分别根据该变异数以动态阈值的方式产生。
8.根据权利要求1所述的噪声估测装置，其中该噪声估测单元包括: 一噪声估测器，用以依据该图像的每一个区块所对应的该权重值及该变异数进行加权平均处理，以输出该噪声估测值。
9.根据权利要求8所述的噪声估测装置，其中该噪声估测单元还包括: 一保护单元，用以于所有区块的该权重值的加总低于一临界值时，对该噪声估测器所输出的该噪声估测值除以一低减值，以作为该噪声估测值输出，其中当所有区块的该权重值的加总越低于该临界值，则该低减值越大。
10.根据权利要求1所述的噪声估测装置，其中该图像具有M个像素，各个像素是各自对应至一个区块，该目标像素数据为所对应的该区块的一中心像素数据。
11.一种噪声估测方法，用以计算一图像的一噪声估测值，该图像具有M个区块，该M个区块可重迭或不重迭，每个区块各自具有多笔像素数据，该多笔像素数据中包括一目标像素数据，M是大于1的正整数，该噪声估测方法包括: 依据该图像的第i个区块的该多笔像素数据，以及一先前图像的该第i个区块的多笔先前像素数据，计算多笔像素值的所分别对应的像素个数，以产生一像素分布，i是介于I至M的正整数； 组合该图像的该第i个区块的该多笔像素数据以及该先前图像的该第i个区块的该多笔先前像素数据，并对应地产生一变异数； 以该图像的该第i个区块的该目标像素数据为基准，根据该变异数产生一分布曲线，并比较该像素分布以及该分布曲线，以对应地产生一权重值；以及 依据该图像的每一个区块所对应的该权重值及该变异数，输出该噪声估测值。
12.根据权利要求11所述的噪声估测方法，其中该产生该像素分布的步骤包括: 计算该图像的该第i个区块的该些像素数据的对应至各该些像素值的像素个数，以输出一第一分布； 计算该先前图像的该第i个区块的该些先前像素数据的对应至各该些像素值的像素个数，以输出一第二分布；以及 结合该第一分布及该第二分布，以产生该像素分布。
13.根据权利要求11所述的噪声估测方法，其中该产生该变异数的步骤包括: 组合该图像的该第i个区块的该些像素数据与该先前图像的该第i个区块的该些先前像素数据，以对应输出一合成像素数据；以及依据该合成像素数据以产生该变异数。
14.根据权利要求11所述的噪声估测方法，其中该产生该权重值的步骤包括: 以该图像的该第i个区块的该目标像素数据为基准，根据该变异数，进行查表以输出该分布曲线； 比较该分布曲线及该像素分布，以输出一差异值；以及 依据该差异值以对应地产生该权重值。
15.根据权利要求14所述的噪声估测方法，其中该分布曲线为高斯分布。
16.根据权利要求14所述的噪声估测方法,其中当该差异值的大小介于一第一阈值与一第二阈值之间，该第二阈值是大于该第一阈值，当该差异值越大时，所对应的该权重值越小。
17.根据权利要求16所述的噪声估测方法，其中该第一阈值与该第二阈值是分别根据该变异值以动态阈值的方式产生。
18.根据权利要求11所述的噪声估测方法，其中该输出该噪声估测值的步骤包括: 依据该图像的每一个区块所对应的该权重值及该变异数进行加权平均处理，以输出该噪声估测值。
19.根据权利要求18所述的噪声估测方法，其中该输出该噪声估测值的步骤还包括: 于所有区块的该权重值的加总低于一临界值时，对该噪声估测器所输出的该噪声估测值除以一低减值，以作为该噪声估测值输出，其中当所有区块的该权重值的加总越低于该临界值，则该低减值越大。
20.根据权利要求11所述 的噪声估测方法，其中该图像具有M个像素，各个像素是各自对应至一个区块，该目标像素数据为所对应的该区块的一中心像素数据。
【文档编号】H04N5/21GK103945090SQ201310017554
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月17日 优先权日:2013年1月17日
【发明者】赖贯康 申请人:联咏科技股份有限公司