专利名称：影像处理装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种影像处理装置及方法，特别是涉及一种用于噪声抑制
(Noise suppression)的影《象处理装置及方法。
背景技术：
于数字相机、数字摄影机等数字影像系统中，自感应或撷取组件所获得 的 一主体/背景的原始影像(Raw image)容易受到多种噪声(未存在于该主体 或背景中，但却出现于该影像中的元素)的干扰，因而影响该影像的品质。 所述噪声可能是由于影像系统本身组件(如，感应组件)的特性所致，或者由 于影像系统在影像处理过程中为了达到某些目的而将噪声加入至影像中。于 一影像中，可能被指向为含有噪声的像素或像素区域的特性或性质，以及可 能被指向为一边缘或精细细节的像素或像素区域的特性或性质非常难以辨 别。因此，现有的噪声抑制方法常常将边缘或精细细节的像素或像素区域移 除，而非移除真正含有噪声的像素或像素区域，并且因此造成该影像于所述 被移除的边缘或精细细节的像素或像素区域所在的位置产生模糊效果 (Blurring effect),因此降低影像的品质。此外，于彩色影像中，前述的模糊 效果将导致色彩渗透超越另 一像素的边缘。
于现有技术中，当该主体/背景藉由一影像装置，如一数字相机，进行成 像时，该影像被撷取至具有特殊色彩频道图样的彩色滤波阵列(Color filter array, CFA)。 一个常用于撷取影像的图样是Bayer图样，其具有以下的色彩 频道
GRGRGR…
BGBGBG…
GRGRGR…
因此，于Bayer图样的CFA中每个像素位置(Pixd location)皆具有仅与 能组合成一全彩的三种色彩平面(绿色、红色、蓝色)中的一种色彩平面相关 的一个强度值(Intensity value)。各个像素位置上另外两个缺乏色彩的评估藉 由已熟知于本技术领域中的色彩插补法(Color interpolation)所进行。由于大 部分传统噪声抑制或移除技术是于具有全彩像素信息的影像上进行，所以色 彩插补法经常在噪声抑制或移除之前进行。由于色彩插补法本身会产生噪 声，致使原始撷取的影像中的噪声与所述由色彩插补法产生的噪声混合，因 而可能失去原本成为噪声的特征，并且得到成为影像特性的特征。
传统上，执行由色彩插补法处理而获得的全彩像素的噪声移除所需的内 存以及处理程序将增为三倍(因为各像素皆具有三倍的分辨率)，因此若想藉 由硬件改善将非常困难且昂贵。某些噪声抑制技术试图于彩色插补至YUV 空间后执行色彩空间转换(Color space conversion),并且仅考虑色讯(Y, Chrominance)的噪声抑制，以降低硬件负担。然而，这样会传播甚至比色彩 插补法更多的额外噪声，因此同样无法轻易由硬件改善。
因此，噪声抑制需要能辨别边缘像素以及非边缘像素，并且需要于任何 色彩插补之前，先于CFA域中完成，以提升处理效率，同时降低硬件成本。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种影像处理装置及方法，并且特别 地，本发明的影像处理装置及方法能提升噪声抑制的效率，也能够降低硬件 成本。
根据本发明的一较佳具体实施例的一种影像处理方法用以于一彩色滤 波阵列域中抑制一撷取或记录的影像的噪声。进一步，该方法包含下列步骤
首先，将该撷取或记录的影像分割成一绿色平面、 一红色平面以及一蓝 色平面。
随后，针对该绿色平面、该红色平面以及该蓝色平面，依序以一工作窗 口遮盖各个色彩平面，致使各个色彩平面上的每个像素依序位于该工作窗口 的中央，并且被指定为一中央像素。
接着，于该工作窗口中，分类该中央像素之外的其它像素为N个边缘像 素(Ce扭,)以及M个非边缘像素(C訓》。N以及M皆为大于1的整数，/为1 至N的一整li:指标，y为1至M的一整数指标。
最后，根据以下公式，计算一经过滤的中央像素(C》，并且以该经过滤 的中央像素取代该中央像素(Cc):
<formula>formula see original document page 6</formula>于以上公式中，WEIl是一第一分布函数，并且WEI2是一第二分布函数。
藉由该影像处理方法，存在于该CFA域中的该撷取或记录的影像的噪 声能被抑制。
根据本发明的另一较佳具体实施例的一种影像处理装置同样用以于一 彩色滤波阵列域中抑制一撷取或记录的影像的噪声。该影像处理装置包含一 储存单元以及一影像处理单元。
该储存单元用以分别接受该撷取或记录的影像的一绿色平面、 一红色平 面以及一蓝色平面。
该影像处理单元则连接至该储存单元，并且针对该绿色平面、该红色平 面以及该蓝色平面，依序以一工作窗口遮盖各个色彩平面，致使各个色彩平 面上的每个像素依序位于该工作窗口的中央，并且被指定为一中央像素(Cc)。
该影像处理单元并且于该工作窗口中，分类该中央像素之外的其它像素 为N个边缘像素(C咖，,)以及M个非边缘像素(C朋w.)。 N以及M皆为大于1 的整数，/为1至N的一整数指标，_/为1至M的一整数指标。
该影像处理单元并且根据以下公式，计算一经过滤的中央像素(Cyt)，并
且以该经过滤的中央像素取代该中央像素(Cc):
<formula>formula see original document page 6</formula>
于以上公式中，WEIl是一第一分布函数，并且WEI2是一第二分布函数。
藉由该影像处理装置，存在于该CFA域中的该擷取或记录的影像的噪 声能被抑制。
关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及附图得到进一步
图1示出了根据本发明的一具体实施例的影像处理方法的流程图。
图2 A示出了根据本发明的 一 具体实例的以工作窗口遮盖的绿色平面示意图。
图2B示出了根据本发明的一具体实例的以工作窗口遮盖的红色平面示 意图。
图2C示出了才艮据本发明的一具体实例的以工作窗口遮盖的蓝色平面示 意图。
图3A示出了根据本发明的第一 Rayleigh分布函数的示意图。
图3B示出了根据本发明的第二 Rayleigh分布函数的示意图。
图4A示出了图3A的第一 Rayleigh分布函数简化后的第一阶梯函数。
图4B示出了图3B的第二 Rayleigh分布函数筒化后的第二阶梯函数。
图5示出了根据本发明的一具体实施例的影像处理装置的功能方块图。
附图符号说明 1:影像处理装置 14:分离单元 18:影像处理单元 S50 S60:流程步骤
12:影像撷取/记录单元 16:储存单元 20:工作窗口
具体实施例方式
本发明提供一种能有效抑制影像中的噪声的影像处理装置及方法。以下 将详述本发明的具体实施例以及实际应用实施例，藉以充分说明本发明的特 征、精神及优点。
请参阅图1，图1示出了根据本发明的一具体实施例的影像处理方法的 流程图。该影像处理方法可用以于一彩色滤波阵列(Color filter array, CFA)域 中抑制一撷取或记录的影像的噪声。特别地，该CFA的排列为一Bayer图样。
如图l所示，该方法包含下列步骤
步骤S51，撷取或记录一影像。
步骤S53,将该撷取或记录的影像分割成一绿色平面(Colorplane)、 一红 色平面以及一蓝色平面。
步骤S55,针对该绿色平面、该红色平面以及该蓝色平面，依序以一工 作窗口 (Working window)遮盖各个色彩平面，致使各个色彩平面上的每个像 素(Pixel)依序位于该工作窗口的中央，并且被指定为一中央像素(Cc)。
步骤S57,于该工作窗口中，分类该中央像素之外的其它像素为N个边 缘像素(Ce咖.,.)以及M个非边缘像素(O N以及M皆为大于1的整数，z' 为1至N的一整数指标，_/为1至M的一整数指标。
步骤S59,根据以下公式，计算一经过滤的中央像素(C/"c),并且以该经
过滤的中央像素取代该中央像素(Cc):
Cc十ZC咖,,.附/2(ICc -C初I) +乞C .附/l(ICc -C加J) C/c=^^-^--[公式l]
其中WEI1是一第一分布函数(Distribution function),并且WEI2是一第
二分布函数。
请参阅图2,图2示出了才艮据本发明的一具体实例的以工作窗口 20遮盖 的色彩平面示意图。如图2所示，前述的撷取或记录的影j象被分割成绿色(图 2A)、红色(图2B)以及蓝色(图2C)等三个色彩平面，并且藉由工作窗口 20 进行遮盖。
进一步，图2A的绿色平面上由工作窗口 20所遮盖的范围内包含中央像 素Gc以及G,至G,2等共13个像素。于该13个像素中，G2、 G6、 G 以及 G 等像素被分类为边缘像素，而G" G3、 G4、 G5、 G8、 G9、 G1()以及G12 等像素被分类为非边缘像素。因此，根据本发明的方法，该绿色平面的该中 央像素Gc经由[公式l]重新计算成为经过滤的中央像素Gfc:
Gfc-(Gc + [G！. WEIl(IGc-G!IXl + [G2. WEI2(|Ge - G2|" + [G3. WEI1(|GC -G3|)] + [G4. WEI1(|GC-G4|)] + [G5. WEI1(|GC-G5|)] + [G6. WEI2(|GC - G6|)] + [G7. WEI2(|GC - G7|)] + [G8.丽l(IGc - G8|)] + [G9. WEI1(|GC - G9|)] + [G10. WEI1(|GC-G10|)] + [G . WEI2(|GC - G |)] + [G12. WEI1(|GC - G12|)]} / {1 + WEI1(|GC - G。 + WEI2(|GC - G2|) + WEI1(|GC - G3|) + WEIl(|Ge - G4|) + WEI1(|GC - G5|) + WEI2(|GC画G6|) + WEI2(|Ge - G7|) + WEI1(|GC - G8|) + 額l(IGc - G9|) + WEI1(|GC - G10|) + WEI2(|GC - G |) + WEI1(|GC - G12|)}
此外，该绿色平面上的其它像素也依序藉由该前述的方式计算其经过滤 的像素值。
进一步，图2B的红色平面上由工作窗口 20所遮盖的范围内包含中央像
素Rc以及R!至Rs等共9个像素。于该9个像素中，R2、 R4、 Rs以及R7等 像素被分类为边缘像素，而&、 G3、 G6以及Gg等像素被分类为非边缘像素。 因此，根据本发明的方法，该红色平面的该中央像素Rc经由[公式l]重新计 算成为经过滤的中央像素Rfc:
Rfc-(Rc +〖R,.丽l(队-關+ [R2.雷2(队-R2|)] + [R3.額l(队 -R3|)] + [R4.丽2(队-R4I)] + [R5. WEI2(队-R5|)] + [R6.-，+ [R7.聰2(队-R7|)] + [Rg.丽l(IRc - R8|)]} / {1 +丽l(IRc - R|) + WEI2(队 -R2|) + WEIl(|Rc - R3|) + WEI2(|Rc - + WEI2(队-R5|) + WEIl(|Rc - + 懇2(队-R7|) +懇l(IRc - R8|)}
同样地，该红色平面上的其它像素也依序藉由该前述的方式计算其经过 滤的像素值。
进一步，图2C的蓝色平面上由工作窗口 20所遮盖的范围内包含中央像 素Be以及B,至Bs等共9个像素。于该9个像素中，B2、 B4、 Bs以及B7等 像素被分类为边缘像素，而B!、 B3、 B6以及Bs等像素被分类为非边缘像素。 因此，根据本发明的方法，该红色平面的该中央像素Bc经由[公式l]重新计 算成为经过滤的中央像素Bfc:
Bf,(Bc + [B！. WEIl(IBc-Bil)] + [B2. WEI2(|BC - B2|)] + [B3. WEI1(|BC -B3|)] + [B4. WEI2(|BC - B4|)] + [B5. WEI2(|BC - B5|)] + [B6. WEI1(|BC - B6|)] + [B7. WEI2(|BC - B7|)] + [B8.丽l(IBCU+丽l(IBc-B!l) + WEI2(IBc -B2|) + WEI1(|BC - B3|) + WEI2(|BC - B4|) + WEI2(|BC - B5|) + WEI1(|BC - B6|) + WEI2(|BC - B7|) + WEI1(|BC - B8|)}
同样地，该蓝色平面上的其它像素也依序藉由该前述的方式计算其经过 滤的像素值。
于一具体实施例中，根据本发明的第一分布函数以及第二分布函数皆是 Rayleigh分布函数。请参见图3,图3示出了根据本发明的Rayleigh分布函 数的示意图。于图3中，横轴代表中央像素与其它像素差值的绝对值；而纵 轴表示将该绝对值带入Rayleigh分布函数所得的值。于本具体实施例中，当 该其它像素为非边缘像素时，如图3A所示的Rayleigh分布函数(第一分布函 数)被应用，而当该其它像素为边缘像素时，如图3B所示的Rayleigh分布函 数(第二分布函数)被应用。
此外，于实际应用中，根据本发明的第一分布函数以及第二分布函数可
由Rayleigh分布函数简化后，而被执行为一第一阶梯函数(St印function)以及 一第二阶梯函数。请参阅图4A以及图4B，图4A示出了图3A的Rayleigh 分布函数简化后的第一阶梯函数；图4B示出了图3B的Rayleigh分布函数 简化后的第二阶梯函数。于实际应用中，该第一阶梯函数适用于所述非边缘 像素的计算；而该第二阶梯函数则适用于所述边缘像素的计算。
请注意，本发明的影像处理方法可视需求而包含多组不同的第一分布函 数以及第二分布函数，举例而言，分别对应不同的ISO值的多组第一分布函 数以及第二分布函数，以藉此增进噪声抑制的效果。
藉由上述方法，本发明根据边缘像素与非边缘像素的判断，并且分别利 用该第一分布函数以及第二分布函数重新计算各色彩平面中的各像素的像 素值，并且以重新计算的像素值取代原有的像素值，藉以抑制存在于该CFA 域中的该撷取或记录的影像的噪声。
进一步请参阅图5,图5示出了根据本发明的一具体实施例的影像处理 装置的功能方块图，该影像处理装置用以于一彩色滤波阵列(CFA)域中抑制 一撷取或记录的影〗象的噪声。并且特别地，该CFA的排列为一 Bayer图样。
如图5所示，该影像处理装置1包含一影像撷取/记录单元(Image capturing/recording unit) 12、 一分离单元(Splitting unit) 14、 一储存单元 (Storage unit) 16以及一影寸象处理单元(Image processing unit) 18。该影像撷取/记录单元12，如CCD或CMOS感测组件，用以撷取/记录 该影像。该分离单元14连接至该影像擷取/记录单元12,并且用以将该影像 分离成一绿色平面、 一红色平面以及一蓝色平面。另外，该储存单元16连 结至该分离单元14,并且用以分别接受该绿色平面、该红色平面以及该蓝色 平面。
进一步，该影像处理单元18连接至该储存单元16，并且针对该绿色平 面、该红色平面以及该蓝色平面，依序以一工作窗口遮盖各个色彩平面，致 使各个色彩平面上的每个像素依序位于该工作窗口的中央，并且被指定为一 中央像素(Cc)。
该影像处理单元18并且于该工作窗口中，分类该中央像素之外的其它 像素为N个边缘像素(<:喊6,,.)以及M个非边缘像素(C"。w)。 N以及M皆为大 于1的整数，/为1至N的一整数指标，_/为1至M的一整数指标。
此外，该影像处理单元18并且根据前述的[公式l]计算一经过滤的中央
像素(C/c)，且以该经过滤的中央像素取代该中央像素(Cc)。藉由上述各单元，
本发明的影像处理装置能抑制存在于该CFA域中的该撷取或记录的影像的 噪声。
请注意，本影像处理装置用以计算该经过滤的中央像素(Cyc)的公式与前
述的[公式l]相同，并且其中的第一分布函数以及第二分布函数同样可以为
Rayleigh分布函数或阶梯函数，因此在这里不作赘述。
综上所述，本发明的影像处理装置及方法于彩色滤波阵列域中，针对不 同性质的像素(边缘像素以及非边缘像素)，以相对应的分布函数进行计算， 以达到噪声抑制的效果。此外，本发明的影像处理装置及方法能提升整体影 像处理的效能、降低硬件成本。更重要的是，本发明的影像处理装置及方法 能有效地抑制影像中的噪声，提升影像品质，也能因应不同环境而使用不同 的分布函数以达到最佳效果。
藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征 与精神，而并非以上迷所披露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限 制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲 申请的专利范围的范畴内。因此，本发明的权利要求的范畴应该根据上述的 说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
权利要求
1.一种影像处理方法，用以于一彩色滤波阵列域中抑制一撷取或记录的影像的噪声，该方法包含下列步骤将该撷取或记录之影像分割成一绿色平面、一红色平面以及一蓝色平面；以及针对该绿色平面、该红色平面以及该蓝色平面，依序以一工作窗口遮盖各个色彩平面，致使各个色彩平面上的每个像素依序位于该工作窗口的中央，并且被指定为一中央像素(Cc)，并且实施下列步骤于该工作窗口中，分类该中央像素之外的其它像素为N个边缘像素(Cedge，i)以及M个非边缘像素(Cnon，j)，N以及M皆为大于1之整数，i为1至N之一整数指标，j为1至M之一整数指标；以及根据以下公式，计算一经过滤的中央像素(Cfc)，并且以该经过滤的中央像素取代该中央像素(Cc)
2. 如权利要求1所述的影像处理方法，其中该第一分布函数是一Rayleigh 分布函数，并且该第二分布函数是另一Rayleigh分布函数。
3. 如权利要求2所述的影像处理方法，其中该第一分布函数被执行为一第 一阶梯函数，并且该第二分布函数被执行为一第二阶梯函数。
4. 如权利要求1所述的影像处理方法，其中该彩色滤波阵列的排列为一 Bayer图样。
5. —种影像处理装置，用以于一彩色滤波阵列域中抑制一撷取或记录之 影像的噪声，该影像处理装置包含一储存单元，用以分别接受该撷取或记录的影像的之一绿色平面、 一红 色平面以及一蓝色平面；以及一影像处理单元，连接至该储存单元，针对该绿色平面、该红色平面以及该蓝色平面，依序以一工作窗口遮盖各个色彩平面，致使各个色彩平面上 的每个像素依序位于该工作窗口的中央，并且被指定为一中央像素(Cc),并且该影像处理单元于该工作窗口中，分类该中央像素之外的其它像素为>4个边缘像素((^咖,,.)以及1^个非边缘像素(01。 (/), N以及M皆为大于l的整 数，/为1至N的一整数指标，y为l至M的一整数指标，并且该影像处理单元根据以下公式，计算一经过滤的中央像素(C/c)，并 且以该经过滤的中央像素取代该中央像素(Cc):<formula>formula see original document page 3</formula>其中WEI1是一第一分布函数，并且WEI2是一第二分布函数；藉此，存在于该彩色滤波阵列域中的该撷取或记录的影像的噪声能被抑制。
6. 如权利要求5所述的影像处理装置，其中该第 一分布函数是一Rayleigh 分布函数，并且该第二分布函数是另一Rayleigh分布函数。
7. 如权利要求6所述的影像处理装置，其中该第一分布函数被执行为一第 一阶梯函数，并且该第二分布函数被执行为一第二阶梯函数。
8. 如权利要求5所述的影像处理装置，其中该彩色滤波阵列的排列为一 Bayer图样。
全文摘要
本发明披露一种影像处理装置及方法，用以于一彩色滤波阵列域中抑制一撷取或记录的影像的噪声。根据本发明的方法首先将该影像分割成一绿色平面、一红色平面以及一蓝色平面。接着，依序以一工作窗口遮盖各个色彩平面，致使各个色彩平面上的每个像素依序位于该工作窗口的中央，并且被指定为一中央像素。随后，于该工作窗口中，分类该中央像素之外的其它像素为边缘像素以及非边缘像素。最后，根据一公式计算一经过滤的中央像素，并且以该经过滤的中央像素取代该中央像素，藉此抑制该彩色滤波阵列域中该影像的噪声。
文档编号H04N5/217GK101179653SQ200610143358
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月6日 优先权日2006年11月6日
发明者许志隆, 郑升弘 申请人:广达电脑股份有限公司