影像处理方法、影像撷取系统及影像处理器

技术领域

本发明涉及一种影像处理方法，尤指一种可降低影像噪声的影像处理方法。

背景技术

随着相关科技的进步，数字影像技术逐渐地被广泛应用于各种电子装置上， 例如数字相机或数字摄影机。数字影像技术借由光感应元件感应外界光线以产 生影像数据。每张数字影像由多个红色、绿色及蓝色像素所排列而成，且每一 像素的亮度值大小对应于光感应元件感应到的光线的强弱。由于影像数据根据 光感应元件的电子信号所产生，因此影像中的每一像素的亮度值为原始亮度值 和影像噪声加总的结果。影像噪声是随机且无法预测的，因此很难把影像噪声 从影像数据中完全移除。然而，当影像噪声很大时，影像噪声会严重影响数字 影像的质量，甚至使影像模糊不清。如何把影像噪声降低以提高数字影像的质 量是现有数字影像技术中相当重要的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降低影像噪声的影像处理方法、影像撷取系 统及影像处理器，以把影像噪声降低，提高数字影像的质量。

为实现上述目的，本发明提供一种可降低影像噪声的影像处理方法，包含 于一影像数据中根据一主影像区块的像素排列方式寻找多个具相同像素排列方 式的参考影像区块；根据该主影像区块的各个像素的亮度值及该多个参考影像 区块的各个像素的亮度值产生多个权重；加总该多个权重和相对应的该主影像 区块及该多个参考影像区块的中心像素的亮度值的乘积以产生一加总结果；根 据该加总结果及一正规化因子产生一第一亮度值；及根据该第一亮度值更新该 主影像区块的中心像素的亮度值。

其中，根据该加总结果及该正规化因子产生该第一亮度值为将该加总结果 除以该正规化因子以产生该第一亮度值。

其中，根据该第一亮度值更新该主影像区块的中心像素的亮度值为将该第 一亮度值取代该主影像区块的中心像素的亮度值。

其中，根据该第一亮度值更新该主影像区块的中心像素的亮度值包含；平 均该第一亮度值及该主影像区块的中心像素附近具和该主影像区块的中心像素 相同颜色的像素的亮度值以产生一第二亮度值；及将该第二亮度值取代该主影 像区块的中心像素的亮度值。

其中，该多个参考影像区块的中心像素的颜色相同于该主影像区块的中心 像素的颜色。

其中，根据该主影像区块的各个像素的亮度值及该多个参考影像区块的各 个像素的亮度值产生多个权重，为根据该主影像区块的各个像素的亮度值及该 多个参考影像区块的各个像素的亮度值的比较结果及一高斯函数产生该多个权 重。

本发明另提供一种可降低影像噪声的影像撷取系统，该影像撷取系统包含 一彩色滤光阵列，一影像传感器，及一影像处理器。该彩色滤光阵列用以过滤 光线。该影像传感器用以感测通过该彩色滤光阵列的光线以产生一影像数据。 该影像处理器耦接于该影像传感器，用以接收该影像数据，于该影像数据中根 据一主影像区块的像素排列方式寻找多个具相同像素排列方式的参考影像区 块，根据该主影像区块的各个像素的亮度值及该多个参考影像区块的各个像素 的亮度值产生多个权重，加总该多个权重和相对应的该主影像区块及该多个参 考影像区块的中心像素的亮度值的乘积以产生一加总结果，根据该加总结果及 一正规化因子产生一第一亮度值，及根据该第一亮度值更新该主影像区块的中 心像素的亮度值。

其中，该多个参考影像区块的中心像素的颜色相同于该主影像区块的中心 像素的颜色。

本发明另提供一种可降低影像噪声的影像处理器，该影像处理器包含一输 出入接口，及一处理单元。该输出入接口用以接收一影像数据。该处理单元用 以于该影像数据中根据一主影像区块的像素排列方式寻找多个具相同像素排列 方式的参考影像区块，根据该主影像区块的各个像素的亮度值及该多个参考影 像区块的各个像素的亮度值产生多个权重，加总该多个权重和相对应的该主影 像区块及该多个参考影像区块的中心像素的亮度值的乘积以产生一加总结果， 根据该加总结果及一正规化因子产生一第一亮度值，及根据该第一亮度值更新 该主影像区块的中心像素的亮度值。

其中，该多个参考影像区块的中心像素的颜色相同于该主影像区块的中心 像素的颜色。

相较于先前技术，本发明提供一种可降低影像噪声的影像处理方法，本发 明影像处理方法根据主影像区块和参考影像区块的相似度计算出相对应的权 重，并进一步根据权重求得主影像区块的中心像素的新的亮度值，使中心像素 的新的亮度值为原始亮度值加上平均后的影像噪声的结果，因此可大幅降低影 像撷取系统撷取的原始影像数据的影像噪声。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。

附图说明

图1为本发明影像撷取系统的示意图。

图2为影像数据的像素配置的示意图。

图3为本发明影像处理方法的流程图。

其中，附图标记：

100：影像撷取系统         110：彩色滤光阵列

120：影像传感器           130：影像处理器

132：输出入接口           134：处理单元

200：影像数据             A1：主影像区块

Ar1,Ar2：参考影像区块     P1,P2,Pr1,Pr2：中心像素

A2：影像区块              R：红色

G：绿色                   B：蓝色

300：流程图               310至350：步骤

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明影像撷取系统100的示意图。如图1所示，本 发明影像撷取系统100包含一彩色滤光阵列110，一影像传感器120，及一影像 处理器130。彩色滤光阵列110用以过滤光线。影像传感器120用以感测通过 彩色滤光阵列110的光线以产生一影像数据。而影像处理器130包含一输出入 接口132及一处理单元134。输出入接口132耦接于影像传感器120，用以接收 影像传感器120产生的影像数据。一处理单元134用以对影像数据进行影像处 理。

请参考图2，并一并参考图1。图2为影像数据200的像素配置的示意图。 如图2所示，影像数据200由多个红色(R)像素、绿色(G)像素及蓝色(B)像素所 排列而成，进而形成一彩色的数字影像。图2的像素配置方式仅用以说明本发 明的影像处理方法，本发明影像处理方法亦可应用于具其它像素配置方式的影 像数据。在本发明影像处理方法中，为了降低一像素P1的影像噪声，首先影 像处理器根据以像素P1为中心的主影像区块A1的像素排列方式寻找多个具相 同像素排列方式的参考影像区块Ar1、Ar2(标示的参考影像区块Ar1、Ar2只是 用以举例，影像数据200包含有更多的参考影像区块)，且参考影像区块Ar1、 Ar2的中心像素Pr1、Pr2的颜色相同于主影像区块A1的中心像素P1的颜色。 在其它影像区块A2中，即使中心像素P2的颜色相同于主影像区块A1的中心 像素P1的颜色，但若影像区块A2的像素排列方式相异于主影像区块A1的像 素排列方式，则影像区块A2不能成为参考影像区块。之后影像处理器130将 主影像区块P1的各个像素的亮度值和参考影像区块Ar1、Ar2的各个像素的亮 度值进行比较以产生权重，举例来说，将主影像区块A1的各个像素的亮度值 和参考影像区块Ar1、Ar2的相对应像素的亮度值相减(例如将主影像区块A1 的左上角的像素的亮度值和参考影像区块Ar1、Ar2的左上角的像素的亮度值 相减)，并根据高斯函数产生一权重。产生权重的方式可如以下算式表示:

$e^{-\frac{(G_a*{|u(x+.)-u(y+.)|}^2)\left(0\right)}{h^2}}$   算式(1)

其中Ga为高斯函数，u(x+.)为主影像区块A1的各个像素的亮度值，u(y+.) 为参考影像区块Ar1、Ar2的相对应像素的亮度值，而h为过滤参数。

依据算式(1)，当主影像区块A1的各个像素的亮度值和参考影像区块Ar1、 Ar2的相对应像素的亮度值很接近时，则权重越接近1。而当主影像区块A1的 各个像素的亮度值和参考影像区块Ar1、Ar2的相对应像素的亮度值差异很大 时，则权重越小，甚至趋近于0。另外，主影像区块A1本身的权重为1。权重 越大的参考影像区块代表该参考影像区块所呈现的影像越接近于主影像区块所 呈现的影像，因此权重越大的参考影像区块Ar1、Ar2的中心像素Pr1、Pr2的 原始亮度值越接近主影像区块A1的中心像素P1的原始亮度值。

在计算出权重之后，影像处理器130将主影像区块A1的中心像素P1的亮 度值和参考影像区块Ar1、Ar2的中心像素Pr1、Pr2的亮度值乘以相对应的权 重并加总起来以产生一加总结果。产生加总结果的方式可如以下算式表示:

${\int }_{\Omega }{e}^{-\frac{(G_a*{|u(x+.)-u(y+.)|}^2)\left(0\right)}{h^2}}u\left(y\right)\mathrm{dy}$   算式(2)

其中u(y)为主影像区块A1的中心像素P1的亮度值或参考影像区块Ar1、 Ar2的中心像素Pr1、Pr2的亮度值，Ω代表影像数据中被选定的范围。

在产生加总结果之后，影像处理器130将加总结果除以一正规化因子以产 生一第一亮度值。产生第一亮度值的方式可如以下算式表示:

$\mathrm{NL}\left[u\right]\left(x\right)=\frac{1}{C\left(x\right)}{\int }_{\Omega }{e}^{-\frac{(G_a*{|u(x+.)-u(y+.)|}^2)\left(0\right)}{h^2}}u\left(y\right)\mathrm{dy}$   算式(3)

其中C(x)为正规化因子，NL[u](x)为第一亮度值。将加总结果除以正规化 因子近似于将加总结果平均的概念，因此算式(3)产生的第一亮度值近似于将主 影像区块A1的中心像素P1的亮度值及参考影像区块Ar1、Ar2的中心像素Pr1、 Pr2的亮度值乘以相对应权重后再加总及平均的结果，亦即第一亮度值接近于 主影像区块A1的中心像素P1的原始亮度值加上平均后的影像噪声的结果，而 影像噪声是随机分布的，因此平均后的影像噪声会远小于原始影像噪声。如此， 影像处理器130可将第一亮度值取代原本主影像区块A1的中心像素P1的亮度 值，以降低中心像素P1的影像噪声。

另外，影像处理器130可进一步将第一亮度值及主影像区块A1的中心像 素P1附近具和中心像素P1相同颜色的像素的亮度值进行平均以产生一第二亮 度值，再将第二亮度值取代主影像区块A1的中心像素P1的亮度值，如此中心 像素P1的影像噪声可进一步减少。

本发明影像处理方法可将上述流程应用于影像数据的全部(或大部分)像素 上，以使影像数据的整体影像噪声大幅地减少。另外，上述算式只是用以说明 本发明影像处理方法的其中一实施例，在本发明其它实施例中，本发明影像处 理方法可利用其它算式来计算权重和第一亮度值。

请参考图3，图3为本发明影像处理方法的流程图300。本发明影像处理方 法的流程如下列步骤：

步骤310：于一影像数据中根据一主影像区块的像素排列方式寻找多个具 相同像素排列方式的参考影像区块；

步骤320：根据该主影像区块的各个像素的亮度值及该多个参考影像区块 的各个像素的亮度值产生多个权重；

步骤330：加总该多个权重和相对应的该主影像区块及该多个参考影像区 块的中心像素的亮度值的乘积以产生一加总结果；

步骤340：根据该加总结果及一正规化因子产生一第一亮度值；及

步骤350：根据该第一亮度值更新该主影像区块的中心像素的亮度值。

在步骤310中，根据主影像区块的像素排列方式寻找其它具相同像素排列 方式的参考影像区块的方式可确保不会找到错误的参考影像区块，以避免计算 出来的第一亮度值不准确。

相较于先前技术，本发明提供一种可降低影像噪声的影像处理方法，本发 明影像处理方法根据主影像区块和参考影像区块的相似度计算出相对应的权 重，并进一步根据权重求得主影像区块的中心像素的新的亮度值，使中心像素 的新的亮度值为原始亮度值加上平均后的影像噪声的结果，因此可大幅降低影 像撷取系统撷取的原始影像数据的影像噪声。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这 些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。