專利名稱：噪聲量估算裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像處理裝置，圖像處理方法，噪聲量估算裝置，噪聲量估算方法以及存儲介質(zhì)，特別是，涉及一種能有效去除數(shù)據(jù)(比如運動圖像)中噪聲的圖像處理裝置，圖像處理方法，噪聲量估算裝置，噪聲量估算方法以及存儲介質(zhì)。
背景技術(shù)：
通常，比如傳送或再現(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)和聲數(shù)據(jù)的這些數(shù)據(jù)都有隨時間而變化的噪聲。為了去除數(shù)據(jù)中的噪聲，有多種眾所周知的方法，采用這些方法，能夠得到全部輸入數(shù)據(jù)的平均值，也就是總平均值，采用這些方法，還可以得到一部分輸入數(shù)據(jù)的平均值，稱之為移動平均值。
如果數(shù)據(jù)中的噪聲程度，也就是數(shù)據(jù)的信噪比(S/N比)均勻，采用計算出總平均值的方法比較有效。然而，如果數(shù)據(jù)的S/N比不斷變化，那么一部分低S/N比的數(shù)據(jù)就影響了一部分高S/N比的數(shù)據(jù)，因此在某些情況下就很難有效地去除噪聲。
如果采用計算出移動平均值的方法，由于得到的是這個時域中位置接近于當前輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的平均值，那么這個數(shù)據(jù)的S/N比的變化就會影響處理結(jié)果。換句話說，對于高S/N比的一部分數(shù)據(jù)，處理結(jié)果的S/N比就高，對于低S/N比的一部分數(shù)據(jù)，處理結(jié)果的S/N比就低。
如果從運動圖像的數(shù)據(jù)中去除噪聲，即使由位于每一個幀相同位置的一個像素得到總平均值或移動平均值，由于圖像的運動，仍很難有效地去除噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是解決以上問題。
本發(fā)明的一個方面可以通過提供一種處理輸入像素數(shù)據(jù)并且把處理過的輸入像素數(shù)據(jù)作為輸出像素數(shù)據(jù)輸出的圖像處理裝置來實現(xiàn)以上目的，該裝置包括輸入可靠度(reliability)計算部件，用于計算表示輸入像素數(shù)據(jù)的可靠度的輸入可靠度；輸出可靠度計算部件，用于計算表示輸出像素數(shù)據(jù)的可靠度的輸出可靠度；運動量檢測部件，用于檢測輸入像素數(shù)據(jù)的運動量；補償部件，用于根據(jù)運動量來補償輸出可靠度；加權(quán)系數(shù)計算部件，根據(jù)輸入可靠度和補償?shù)妮敵隹煽慷惹蟮妙A(yù)定的加權(quán)系數(shù)；處理部件，根據(jù)求得的加權(quán)系數(shù)來處理輸入像素數(shù)據(jù)，并且把輸出像素數(shù)據(jù)輸出。
本發(fā)明的另一個方面可以通過提供一種估算像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量的噪聲量估算裝置來實現(xiàn)以上目的，該裝置包括方差(variance)計算部件，它在預(yù)定數(shù)目的像素單元中進行處理，并且計算出在包括有每一個像素數(shù)據(jù)的局部區(qū)域中多個像素數(shù)據(jù)的方差；直方圖產(chǎn)生部件，它在含有預(yù)定數(shù)目的像素的單元中，對于計算出的每一個像素數(shù)據(jù)的方差，產(chǎn)生一個方差的直方圖；噪聲量計算部件，它在含有預(yù)定數(shù)目的像素的單元中，根據(jù)直方圖求得像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量。
本發(fā)明的另一個方面可以通過提供一種處理輸入像素數(shù)據(jù)并且把處理過的輸入像素數(shù)據(jù)作為輸出像素數(shù)據(jù)輸出的圖像處理方法來實現(xiàn)以上目的，該方法包括計算出用于表示輸入像素數(shù)據(jù)的可靠度的輸入可靠度；計算出用于表示輸出像素數(shù)據(jù)的可靠度的輸出可靠度；檢測輸入像素數(shù)據(jù)的運動量；根據(jù)運動量來補償輸出可靠度；根據(jù)輸入可靠度和補償?shù)妮敵隹煽慷惹蟮妙A(yù)定的加權(quán)系數(shù)；根據(jù)求得的加權(quán)系數(shù)來處理輸入像素數(shù)據(jù)，并且把輸出像素數(shù)據(jù)輸出。
本發(fā)明的另一個方面可以通過提供一種估算像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量的噪聲量估算方法來實現(xiàn)以上目的，該方法包括在預(yù)定數(shù)目像素的單元中進行處理，并且在包括有每一個像素數(shù)據(jù)的局部區(qū)域中計算出多個像素數(shù)據(jù)的方差；在預(yù)定數(shù)目像素的單元中，對于計算出的每一個像素數(shù)據(jù)的方差，產(chǎn)生一個方差的直方圖；在預(yù)定數(shù)目像素的單元中，根據(jù)直方圖求得像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量。
本發(fā)明的另一個方面可以通過提供一種存儲用于處理輸入像素數(shù)據(jù)以及把處理過的輸入像素數(shù)據(jù)作為輸出像素數(shù)據(jù)輸出的計算機可控程序的存儲介質(zhì)來實現(xiàn)以上目的，該程序包括計算出用于表示輸入像素數(shù)據(jù)的可靠度的輸入可靠度；計算出用于表示輸出像素數(shù)據(jù)的可靠度的輸出可靠度；檢測輸入像素數(shù)據(jù)的運動量；根據(jù)運動量來補償輸出可靠度；根據(jù)輸入可靠度和補償?shù)妮敵隹煽慷葋硖幚磔斎胂袼財?shù)據(jù)，并且把輸出像素數(shù)據(jù)輸出。
本發(fā)明的另一個方面可以通過提供一種存儲計算機可控程序的存儲介質(zhì)來實現(xiàn)以上目的，該程序用于估算在像素中包含的噪聲量，該程序包括如下步驟在預(yù)定數(shù)目像素的單元中進行處理，并且在包括有每一個像素數(shù)據(jù)的局部區(qū)域中計算出多個像素數(shù)據(jù)的方差；在預(yù)定數(shù)目像素的單元中，對于計算出的每一個像素數(shù)據(jù)的方差，產(chǎn)生一個方差的直方圖；在預(yù)定數(shù)目像素的單元中，根據(jù)直方圖求得像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量。


圖1是本發(fā)明一個實施例的減噪(NR)處理電路的方塊圖。
圖2A是由圖1所示的NR處理電路待處理的輸入數(shù)據(jù)的示意圖。
圖2B是由圖1所示的NR處理電路待處理的輸入數(shù)據(jù)的可靠度的示意圖。
圖3是圖1所示的NR處理電路的一個結(jié)構(gòu)實例方塊圖。
圖4是圖3所示的噪聲量計算部分11的一個結(jié)構(gòu)實例方塊圖。
圖5是圖4所示的噪聲量計算部分11的處理過程的示意圖。
圖6是圖3所示的輸出可靠度計算部分13的一個結(jié)構(gòu)實例方塊圖。
圖7A是圖3所示的NR處理電路中輸入數(shù)據(jù)的處理過程的示意圖。
圖7B是圖3所示的NR處理電路中輸出數(shù)據(jù)的處理過程的示意圖。
圖8是圖3所示的NR處理電路的處理過程的流程圖。
圖9是輸入可靠度計算方法的示意圖。
圖10是圖1所示的NR處理電路的第一個結(jié)構(gòu)實例方塊圖。
圖11A是圖10所示的運動量計算部分16中用于計算運動量的像素區(qū)域的示意圖。
圖11B是圖11A所示的像素區(qū)域中把計算出的差值轉(zhuǎn)換成運動量的轉(zhuǎn)換函數(shù)的示意圖。
圖12是圖10所示的輸出可靠度計算部分13的一個結(jié)構(gòu)實例方塊圖。
圖13是噪聲量估算處理過程的示意圖。圖13中，(A)是沒有噪聲的圖像，(B)是噪聲隨著幀改變但是空間上為常數(shù)的噪聲的圖像，(C)是把(A)中所示的圖像疊加到(B)中所示的圖像上所產(chǎn)生的有噪聲的圖像，(D)是圖(C)中所示的有噪聲圖像的估算噪聲量。
圖14是噪聲量的示意圖。
圖15A是計算出圖像的局部區(qū)域方差的示意圖，這一方差用于估算噪聲量。
圖15B是一種噪聲量估算方法的示意圖，在方差直方圖中，把最頻繁出現(xiàn)的方差認作為噪聲量。
圖16是圖10所示的噪聲量估算部分1的另一個結(jié)構(gòu)實例的方塊圖。
圖17是圖16所示的噪聲量估算部分1執(zhí)行噪聲量估算處理過程的流程圖。
圖18是原始圖像、噪聲圖像和輸入圖像中的噪聲量的直方曲線圖。
圖19是本發(fā)明的一個實施例中用于估算噪聲量的模擬結(jié)果的曲線圖。
圖20A是把執(zhí)行本發(fā)明的處理過程的程序安裝到其中的一個計算機的示意圖。
圖20B是用于存儲執(zhí)行本發(fā)明的處理過程的程序的存儲介質(zhì)的實例的示意圖。
圖20C是把執(zhí)行本發(fā)明的處理過程的程序通過人造衛(wèi)星和網(wǎng)絡(luò)分配給計算機的實例的示意圖。
圖21是執(zhí)行本發(fā)明的處理過程的程序裝入計算機的方塊示意圖。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明一個實施例的減噪(NR)處理電路100的結(jié)構(gòu)例圖。
這個NR處理電路包括有噪聲量估算部分1和噪聲去除部分2。噪聲量估算部分1估算輸入數(shù)據(jù)的噪聲量，噪聲去除部分2根據(jù)噪聲量對輸入數(shù)據(jù)進行處理。NR處理電路100能夠有效地去除輸入數(shù)據(jù)的噪聲，從而輸出數(shù)據(jù)。
具體地說，為了簡化說明，舉例分析這樣一種情況，如圖2A所示，把其中疊加有隨時間波動的噪聲并且具有不變真值的輸入數(shù)據(jù)進行平均，從而去除隨時間波動的噪聲。通過把有高噪聲電平(也就是低S/N比)的輸入數(shù)據(jù)設(shè)定為一個小加權(quán)值，同時把有低噪聲電平(也就是高S/N比)的輸入數(shù)據(jù)設(shè)定為一個大加權(quán)值，從而有效地去除噪聲。
在圖1所示的NR處理電路100中，通過輸入數(shù)據(jù)的估算值，就可以得到用于表明輸入數(shù)據(jù)如何接近于真值的可靠度，可靠度是輸入數(shù)據(jù)相對于真值的可靠度，例如如圖2B所示。NR處理電路100計算出輸入數(shù)據(jù)的平均值，同時把對應(yīng)于可靠度的加權(quán)值應(yīng)用于輸入數(shù)據(jù)，從而有效地去除噪聲。
因此，如圖1所示的NR處理電路100通過使用對應(yīng)于可靠度的加權(quán)值得到輸入數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值，并且把加權(quán)平均值作為輸出數(shù)據(jù)輸出。從下面的表達式中得出輸出數(shù)據(jù)y(t)，其中x(t)，y(t)，和αx(t)分別表示在時刻t的輸入數(shù)據(jù)，時刻t的輸出數(shù)據(jù)和時刻“t”的輸入數(shù)據(jù)的可靠度，y(t)=Σi=0tαx(i)x(i)Σi=0tαx(i)---(1)]]>這里假定賦與輸入數(shù)據(jù)的較高可靠度αx(t)一個較大的加權(quán)值。
緊接表達式(1)，然后計算出當前時該“t”之前一個抽樣所得的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)。
y(t-1)=Σi=0t-1αx(i)x(i)Σi=0tαx(i)---(2)]]>至于輸出數(shù)據(jù)y(t)，把用于表明輸出數(shù)據(jù)y(t)如何接近真值的可靠度αy(t)引入作為輸出數(shù)據(jù)y(t)的估算值，該可靠度是輸出數(shù)據(jù)y(t)相對于真值的可靠度。通過下面的表達式確定當前時該“t”之前一個抽樣所得的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的可靠度。
αy(t-1)=Σi=0t-1αx(i)---(3)]]>根據(jù)表達式(3)，輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的可靠度αy(t-1)是迄今為止處理過的輸入數(shù)據(jù)x(i)(i＝0，1，2，…，t-1)的可靠度αx(i)之和。因此，如果迄今為止很多情況輸入的輸入數(shù)據(jù)接近于真值，那么輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的可靠度αy(t-1)就大，如果迄今為止個別情況輸入的輸入數(shù)據(jù)接近于真值，那么輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的可靠度αy(t-1)就小。換句話說，輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的可靠度αy(t-1)反映了迄今為止輸入的輸入數(shù)據(jù)相對于真值的接近度(可靠度)。如果迄今為止輸入的輸入數(shù)據(jù)接近于真值，這就表示輸出數(shù)據(jù)y(t-1)也接近于真值。相反，如果迄今為止輸入的輸入數(shù)據(jù)遠離真值，這就表示輸出數(shù)據(jù)y(t-1)也遠離真值。因此，表達式(3)表示的可靠度αy(t-1)說明輸出數(shù)據(jù)y(t-1)相對于真值的接近度。
下面采用表達式(1)到(3)表示輸出數(shù)據(jù)y(t)和輸出數(shù)據(jù)的可靠度αy(t)。
=αy(t-1)y(t-1)+αx(t)x(t)αy(t-1)+αx(t)---(4)]]>αy(t)＝αy(t-1)+αx(t)(5)為得到時刻“t”的輸出數(shù)據(jù)y(t)的加權(quán)值用w(t)表示，根據(jù)如下表達式確定w(t)＝αy(t-1)/(αy(t-1)+αx(t)) (6)根據(jù)表達式(6)，滿足以下表達式。
1-w(t)＝αx(t)/(αy(t-1)+αx(t)) (7)利用表達式(6)和(7)，表達式(4)中的輸出數(shù)據(jù)y(t)可以按以下方式用通過乘法和加法運算得到的加權(quán)平均值表示。
y(t)＝w(t)y(t-1)+(1-w(t))x(t) (8)表達式(8)中使用的加權(quán)值w(t)和1-w(t)可以利用當前輸入數(shù)據(jù)x(t)前一個抽樣所得的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的可靠度αy(t-1)，以及當前輸入數(shù)據(jù)x(t)的可靠度αx(t)從表達式(6)中求出。表達式(5)中的當前輸出數(shù)據(jù)y(t)的可靠度αy(t)也可以使用當前輸入數(shù)據(jù)x(t)的可靠度αx(t)以及當前輸入數(shù)據(jù)x(t)前一個抽樣所得的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的可靠度αy(t-1)求得。
如圖2B中所示的輸入數(shù)據(jù)x(t)的可靠度αx(t)是在其附近的輸入數(shù)據(jù)的方差的倒數(shù)。如果輸入數(shù)據(jù)x(t)的可靠度αx(t)和輸出數(shù)據(jù)y(t)的可靠度αy(t)分別用相應(yīng)的方差σx(t)2和σy(t)2的倒數(shù)表示，換言之，如果可靠度αx(t)和可靠度αy(t)設(shè)定如下αx(t)＝1/σx(t)2αy(t)＝1/σy(t)2(9)利用以下的表達式就能夠得到表達式(8)中的加權(quán)值w(t)。
w(t)＝σx(t)2/(σy(t-1)2+σx(t)2) (10)這種情況下，表達式(8)中的1-w(t)可以通過以下表達式求得。
1-w(t)＝σy(t-1)2/(σy(t-1)2+σx(t)2) (11)σy(t)2這一項可以通過下面的表達式求得。
σy(t)2＝w(t)2σy(t-1)2+(1-w(t))2σx(t)2(12)從表達式(4)可以清楚地看出，由表達式(4)和(5)推得的表達式(8)表示利用輸入數(shù)據(jù)x(t)的可靠度αx(t)所對應(yīng)的加權(quán)值對輸入數(shù)據(jù)x(t)進行加權(quán)，利用輸入數(shù)據(jù)x(t)之前一個抽樣所得到輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的可靠度αy(t-1)所對應(yīng)的加權(quán)值也對輸出數(shù)據(jù)y(t-1)進行加權(quán)，然后把加權(quán)的輸入數(shù)據(jù)和加權(quán)的輸出數(shù)據(jù)相加，其和用作輸出數(shù)據(jù)y(t)即從輸入數(shù)據(jù)x(t)中去除噪聲后所得的數(shù)據(jù)。
與輸入數(shù)據(jù)x(t)的加權(quán)值相對應(yīng)的可靠度αx(t)表示輸入數(shù)據(jù)x(t)相對于真值的接近度，與輸入數(shù)據(jù)x(t)之前一個抽樣所得到的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的加權(quán)值相對應(yīng)的可靠度αy(t-1)表示輸出數(shù)據(jù)y(t-1)相對于真值的接近度。由于本實施例中的真值是一常量，在由表達式(8)求得輸出數(shù)據(jù)y(t)時，把任何一個更接近于真值的輸入數(shù)據(jù)x(t)和輸出數(shù)據(jù)y(t-1)相加，所得的輸出數(shù)據(jù)y(t)就更接近于真值，真值在這里非常重要。
換句話說，對于輸入的可靠度小的輸入數(shù)據(jù)進行小加權(quán)，對于輸入的可靠度大的輸入數(shù)據(jù)進行大加權(quán)，通過由表達式(1)導(dǎo)出的表達式(8)(等效于表達式(1))把這種方式所得的加權(quán)后的輸入數(shù)據(jù)相加得出輸出數(shù)據(jù)y(t)。更直觀地講，把輸入數(shù)據(jù)相加，使高噪聲的輸入數(shù)據(jù)不要影響太大，使低噪聲的輸入數(shù)據(jù)多影響一些，從而求得輸出數(shù)據(jù)y(t)。
因此，如果求得總平均輸出數(shù)據(jù)，低S/N比的輸入數(shù)據(jù)和高S/N比的輸入數(shù)據(jù)同等程度地影響著輸出數(shù)據(jù)。然而，根據(jù)本實施例的表達式(8)，低S/N比的輸入數(shù)據(jù)對輸出數(shù)據(jù)影響小一些，高S/N比的輸入數(shù)據(jù)對輸出數(shù)據(jù)影響大一些。結(jié)果，輸出數(shù)據(jù)與使用總平均值的情況相比，可以更有效地去除噪聲。
如果求得的是移動平均值，如果輸入數(shù)據(jù)的時間相隔較遠，即使高S/N比也一點不影響輸出數(shù)據(jù)，如果輸入數(shù)據(jù)的時間相隔較近，即使低S/N比也對輸出數(shù)據(jù)有很大的影響。然而，根據(jù)本實施例的表達式(8)，只有輸入數(shù)據(jù)的S/N比影響著輸出數(shù)據(jù)，與時間上的接近度無關(guān)。結(jié)果，該輸出數(shù)據(jù)與使用移動平均值的情況相比，可以更有效地去除噪聲。
如上所述，根據(jù)表達式(8)，由于具有高可靠度(接近于真值)的輸入數(shù)據(jù)的影響，輸出數(shù)據(jù)更接近于真值。因此，由于很多情況下處理的是可靠度高的輸入數(shù)據(jù)，那么輸出數(shù)據(jù)就也接近于真值。結(jié)果，隨著時間的推移，輸出數(shù)據(jù)的S/N比得以改進。
在以上實施例中，假定真值是一常量。如果數(shù)據(jù)的真值不斷變化，就必須例如把數(shù)據(jù)分成幾個區(qū)，把每一區(qū)中的真值認為是常量，從而對每一區(qū)中的數(shù)據(jù)進行處理。
在以上實施例中，一段時間內(nèi)處理的一些輸入數(shù)據(jù)項的方差用作輸入數(shù)據(jù)的可靠度(下面稱作輸入可靠度)。在這種情況下，直到輸入一些輸入數(shù)據(jù)項時才能得到輸入可靠度，輸出數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)的可靠度(下面稱作輸出可靠度)。直到輸入用于求得輸入可靠度的輸入數(shù)據(jù)項時，才可能計算出輸入可靠度或輸出可靠度，然后求得迄今為止輸入的輸入數(shù)據(jù)的平均值，用作輸出數(shù)據(jù)。這種直到輸入用于得到輸入可靠度的輸入數(shù)據(jù)項時才能采用的方法不局限于上面一種。
圖3是圖1所示的NR處理電路100的一個實例的詳細結(jié)構(gòu)，采用上面的方法來去除輸入數(shù)據(jù)的噪聲。
一個鎖存電路111，用于接收輸入數(shù)據(jù)。鎖存電路111與接收輸入數(shù)據(jù)的時間同步鎖存輸入數(shù)據(jù)，并且把輸入數(shù)據(jù)傳送到下一級鎖存電路112和噪聲量計算部分11。鎖存電路112和鎖存電路113以與鎖存電路111相同的方式鎖存來自上一級鎖存電路111和112的輸出數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)分別傳送到下一級鎖存電路113和114以及噪聲量計算部分11。鎖存電路114鎖存從上一級鎖存電路113輸出的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳送到噪聲量計算部分11。
噪聲量計算部分11除了接收鎖存電路111到114鎖存的輸入數(shù)據(jù)以外，還接收到與鎖存電路111接收的相同的輸入數(shù)據(jù)。因此，在輸入數(shù)據(jù)x(t)送到鎖存電路111和噪聲量計算部分11時，噪聲量計算部分11還接收到由鎖存電路111到114鎖存的輸入數(shù)據(jù)x(t-1)到x(t-4)。輸入可靠度計算部分12計算出輸入數(shù)據(jù)從x(t-1)到x(t-4)輸入數(shù)據(jù)的方差，并且把方差作為輸入數(shù)據(jù)x(t)的噪聲量傳送到輸入可靠度計算部分12。
噪聲量計算部分11和鎖存電路111到114與圖1所示的噪聲量估算部分1相對應(yīng)。
輸入可靠度計算部分12根據(jù)噪聲量計算部分11傳送來的噪聲量來計算出輸入數(shù)據(jù)x(t)的輸入可靠度αx(t)，并把它傳送到輸出可靠度計算部分13和加權(quán)值計算部分15。具體地說，輸入可靠度計算部分12求得用作噪聲量計算部分11傳送來的噪聲量的方差的倒數(shù)，并把它作為輸入可靠度αx(t)輸出。
輸出可靠度計算部分13，根據(jù)表達式(5)，利用輸入可靠度計算部分12傳送來的輸入可靠度αx(t)和鎖存電路(14)的輸出數(shù)據(jù)求得輸出可靠度αy(t)并將其輸出到鎖存電路(14)。
鎖存電路14鎖存輸出可靠度計算部分13傳送來的輸出可靠度αy(t)，例如，與輸入數(shù)據(jù)x(t)同步鎖存，并把它傳送到輸出可靠度計算部分13和加權(quán)值計算部分15。因此，鎖存電路14將前一次抽樣獲得的輸出可靠性αy(t-1)傳送給輸出可靠度計算部分13和加權(quán)值計算部分。
加權(quán)值計算部分15根據(jù)表達式(6)，利用輸入可靠度計算部分12傳送來的輸入可靠度αx(t)和鎖存電路14傳送來的輸出可靠度αy(t-1)求得加權(quán)值w(t)，并把它傳送到加權(quán)部分21和運算部分22。
加權(quán)部分21把加權(quán)值計算部分15傳送來的加權(quán)值w(t)與鎖存電路25的輸出數(shù)據(jù)相乘，并把乘積傳送到運算部分24。運算部分22由1減去加權(quán)值計算部分15傳送來的加權(quán)值w(t)，并把減得的結(jié)果1-w(t)傳送到加權(quán)部分23。加權(quán)部分23接收到輸入數(shù)據(jù)x(t)和運算部分22的輸出值。加權(quán)部分23把輸入數(shù)據(jù)x(t)與運算部分22的輸出值相乘，并把乘積傳送到運算部分24。運算部分24把加權(quán)部分21和23的輸出相加，并把相加所得到的和作為輸出數(shù)據(jù)y(t)輸出，傳送到鎖存電路25。鎖存電路25鎖存運算部分24的輸出數(shù)據(jù)，例如，與輸入數(shù)據(jù)x(t)同步鎖存，并把它傳送到加權(quán)部分21。
與圖1所示的噪聲去除部分2相對應(yīng)的有輸入可靠度計算部分12，輸出可靠度計算部分13，鎖存電路14，加權(quán)值計算部分15，加權(quán)部分21，運算部分22，加權(quán)部分23，運算部分24和鎖存電路25。
圖4是圖3所示的噪聲量計算部分11的一個結(jié)構(gòu)實例。
如上所述，噪聲量計算部分11接收當前輸入數(shù)據(jù)x(t)，另外還接收當前輸入數(shù)據(jù)x(t)以前的四個抽樣的輸入數(shù)據(jù)x(t-1)到x(t-4)。如圖5所示，噪聲量計算部分11求得五個抽樣輸入數(shù)據(jù)x(t)到x(t-4)的方差，并且把方差作為輸入數(shù)據(jù)x(t)的噪聲量輸出。
具體地說，把輸入數(shù)據(jù)x(t-1)到x(t-4)傳送到平均計算電路31和方差計算部分32。平均計算電路31根據(jù)以下的表達式計算出五個抽樣輸入數(shù)據(jù)x(t)到x(t-4)的平均值m(t)，并把結(jié)果傳送到方差計算部分32。
m(t)=Σn=0N-1x(t-n)N---(13)]]>在圖4所示的實施例的表達式(13)中，N等于5。
方差計算部分32根據(jù)表達式(14)，用輸入到其中的輸入數(shù)據(jù)x(t)到x(t-4)和由平均值計算部分31傳送來的平均值m(t)計算出方差σx(t)2，并把該方差作為輸入數(shù)據(jù)x(t)的噪聲量輸出。
σx(t)2=Σn=0N-1(x(t-n)-m(t))2N---(14)]]>采用與表達式(13)相同的方式，在圖4所示的實施例的表達式(14)中，N也等于5。
把用來表示噪聲量的方差σx(t)2傳送給輸入可靠度計算部分12(如圖3所示)。輸入可靠度計算部分12根據(jù)下面的表達式求出方差σx(t)2的倒數(shù)，并把它作為輸入可靠度αx(t)輸出。
αx(t)＝1/σx(t)2(15)圖6是圖3所示的輸出可靠度計算部分13的一個結(jié)構(gòu)實例。
如圖6所示，輸出可靠度計算部分13由運算部分41組成。運算部分41接收輸入可靠度計算部分12傳送來的當前輸入可靠度αx(t)以及在當前輸入數(shù)據(jù)前一個抽樣求得的由鎖存電路14傳送來的輸出可靠度αy(t-1)。運算部分41根據(jù)表達式(4)把輸入可靠度αx(t)與輸出可靠度αy(t-1)相加，并把其和作為當前輸出可靠度αy(t)輸出。
如圖3所示的NR處理電路100的運算將在下面參照圖7A、7B和圖8加以說明。NR處理電路100的運算以及每一個功能塊的控制可以通過圖中的每一個硬件或軟件來實現(xiàn)?？蛇x擇地，可以利用控制器來控制每一個硬件。
如圖7A所示，NR處理電路100利用了五個抽樣，求得其方差σx(t)2，并且還求出方差的倒數(shù)作為輸入可靠度αx(t)，這五個抽樣是當前輸入數(shù)據(jù)x(t)和所得到的在當前輸入數(shù)據(jù)x(t)前四個抽樣的輸入數(shù)據(jù)x(t-1)到x(t-4)。
加權(quán)值w(t)是如圖7B所示，利用輸入可靠度αx(t)和在其前一個抽樣求得的輸出可靠度αy(t-1)而求得的，并且根據(jù)加權(quán)值w(t)計算出輸入數(shù)據(jù)x(t)和輸入數(shù)據(jù)前一個抽樣求得的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的加權(quán)平均值，并把該加權(quán)平均值作為輸出數(shù)據(jù)y(t)輸出。
更具體地講，如圖8的流程圖所示，在步驟S11中，把輸入數(shù)據(jù)x(t)輸入到噪聲量估算部分1(鎖存電路111和噪聲量計算部分11)和噪聲去除部分2(加權(quán)部分23)。
在下一步驟S12中，噪聲量估算部分1估算出輸入數(shù)據(jù)x(t)的噪聲量，并且噪聲去除部分2的輸入可靠度計算部分12由噪聲量求得輸入可靠度αx(t)。
更具體地講，噪聲量估算部分1的鎖存電路111以與接收輸入數(shù)據(jù)的時間同步鎖存接收到的輸入數(shù)據(jù)，并把它傳送到下一級的鎖存電路112和噪聲量計算部分11。鎖存電路112和鎖存電路113，以與鎖存電路111相同的方式，鎖存由上一級鎖存電路111和112輸出的輸入數(shù)據(jù)，并分別把輸入數(shù)據(jù)傳送到下一級鎖存電路113和114以及噪聲量計算部分11。鎖存電路114鎖存由上一級鎖存電路113輸出的輸入數(shù)據(jù)，并把輸入數(shù)據(jù)傳送到噪聲量計算部分11。因此，在噪聲量計算部分11接收輸入數(shù)據(jù)x(t)的同時，還分別從鎖存電路111至114接收輸入數(shù)據(jù)x(t-1)到x(t-4)。如上所述，噪聲量計算部分11求得輸入數(shù)據(jù)x(t)到x(t-4)的方差，并把它作為輸入數(shù)據(jù)x(t)的噪聲量傳送到輸入可靠度計算部分12。
輸入可靠度計算部分12求得由噪聲量計算部分11傳送來的噪聲量的倒數(shù)，并把它作為輸入數(shù)據(jù)x(t)的輸入可靠度αx(t)傳送到輸出可靠度計算部分13和加權(quán)值計算部分15。
在輸入可靠度計算部分12把輸入可靠度αx(t)傳送給加權(quán)值計算部分15的同時，鎖存電路14鎖存由輸出可靠度計算部分13輸出的前一個抽樣的輸出可靠度αy(t-1)。在步驟S13，加權(quán)值計算部分15，根據(jù)表達式(6)，利用輸入可靠度計算部分12傳送來的輸入可靠度αx(t)以及鎖存電路14鎖存的輸出可靠度αy(t-1)，求得加權(quán)值w(t)。然后把這個加權(quán)值傳送到加權(quán)部分21和運算部分22。
加權(quán)部分21、運算部分22、加權(quán)部分23、運算部分24和鎖存電路25，根據(jù)表達式(8)，利用加權(quán)值計算部分15輸出的加權(quán)值w(t)計算出輸入數(shù)據(jù)x(t)和其前一個抽樣求得的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的加權(quán)平均值。
具體地說，加權(quán)部分21把鎖存電路25的輸出值與加權(quán)值計算部分15傳送來的加權(quán)值相乘，并把乘積傳送到運算部分24。鎖存電路25在加權(quán)值計算部分15輸出加權(quán)值w(t)的同時，鎖存運算部分24上一次輸出的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)。因此，加權(quán)部分21求得輸出數(shù)據(jù)y(t-1)與加權(quán)值w(t)的積w(t)y(t-1)，并把它傳送到運算部分24。
運算部分22由1減去加權(quán)值計算部分15傳送來的加權(quán)值w(t)，并且把減得的值1-w(t)傳送到加權(quán)部分23。加權(quán)部分23把運算部分22的輸出值1-w(t)與輸入數(shù)據(jù)x(t)相乘，并把相乘結(jié)果(1-w(t))x(t)傳送到運算部分24。
運算部分24把加權(quán)部分21的輸出值w(t)y(t-1)與加權(quán)部分23的輸出值(1-w(t))x(t)相加。換句話說，利用加權(quán)值計算部分15輸出的加權(quán)值w(t)，根據(jù)表達式(8)計算出輸入數(shù)據(jù)x(t)和其前一個抽樣求得的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的加權(quán)平均值。
在步驟S15，加權(quán)平均值作為輸出數(shù)據(jù)y(t)輸出。把輸出數(shù)據(jù)y(t)傳送到鎖存電路25并加以鎖存。
在下一步S16，確定輸入數(shù)據(jù)是否依然存在。如果在步驟S16確定要處理的輸入數(shù)據(jù)依然存在，程序進行到步驟S17，同時輸出可靠度計算部分13更新輸出可靠度。具體地說，輸出可靠度計算部分13，根據(jù)表達式(5)，把步驟S12中由輸入可靠度計算部分12計算出的輸入可靠度αx(t)與鎖存電路14鎖存且由前一個抽樣求得的輸出可靠度αy(t-1)相加，求得當前的輸出可靠度αy(t)，并把它傳送到鎖存電路14。然后，程序返回到步驟S11，利用下一個輸入數(shù)據(jù)重復(fù)進行相同的程序。
另一方面，如果在步驟S16確定要處理的輸入數(shù)據(jù)不存在，程序運行終止。
如上所述，把當前輸入數(shù)據(jù)x(t)的輸入可靠度αx(t)與其前一個抽樣求得的輸出可靠度αy(t-1)相加，計算出加權(quán)值w(t)。然后，根據(jù)加權(quán)值w(t)，計算出當前輸入數(shù)據(jù)x(t)和其前一個抽樣求得的輸出數(shù)據(jù)y(t-1)的加權(quán)平均值。然后把平均值作為輸出數(shù)據(jù)y(t)輸出，輸出數(shù)據(jù)用作輸入數(shù)據(jù)x(t)的運算結(jié)果。然后通過把當前輸入可靠度αx(t)與其前一個抽樣求得的輸出可靠度αy(t-1)相加，求得(更新)輸出數(shù)據(jù)y(t)的輸出可靠度αy(t)。按照這種方式，對輸入數(shù)據(jù)x(t+1)，x(t+2)，……依次進行處理。因此，知道了加權(quán)值w(t)，就可以不過多考慮以前輸入數(shù)據(jù)中的高噪聲電平的部分，充分考慮低噪聲電平的部分。換句話說，NR處理電路100求得與輸入數(shù)據(jù)相適的加權(quán)值w(t)，結(jié)果，知道了加權(quán)值w(t)，就能夠改進每一瞬時的輸出數(shù)據(jù)。NR處理電路100有效地去除了輸入數(shù)據(jù)中的噪聲并輸出數(shù)據(jù)。
在以上所述的情況中，由于NR處理電路100采用了輸入數(shù)據(jù)的方差的倒數(shù)作為輸入可靠度αx(t)，所以輸入可靠度αx(t)表明輸入數(shù)據(jù)在一定的時間范圍內(nèi)的離散。因此，即使輸入數(shù)據(jù)中的噪聲電平(比如輸入數(shù)據(jù)的S/N比)不斷變化，NR處理電路100仍能有效去除噪聲。
然而，在NR處理電路100中，在采用輸入數(shù)據(jù)的方差的倒數(shù)作為輸入可靠度αx(t)時，由于方差的特性，所以對于局部變化的噪聲電平，也就是在很窄的區(qū)域內(nèi)有變化的噪聲，噪聲的去除效果稍微有所降低。
噪聲電平的局部變化可以通過把當前輸入數(shù)據(jù)相對于輸入數(shù)據(jù)平均值的誤差平方的倒數(shù)作為輸入可靠度αx(t)而得以有效地處理。
這時，按照以下方法計算出輸入可靠度αx(t)。
具體地說，例如，如圖9所示，NR處理電路100根據(jù)表達式(16)計算出五個抽樣輸入數(shù)據(jù)x(t)到x(t-4)的平均值m(t)。
m(t)=Σn=0N-1x(t-n)N---(16)]]>在圖9所示的實施例中，表達式(16)中的N等于5。
NR處理電路100，根據(jù)表達式(17)，利用輸入數(shù)據(jù)x(t)和平均值m(t)計算出輸入數(shù)據(jù)x(t)相對于平均值m(t)的誤差平方dx(t)2。
dx(t)2＝(x(t)-m(t))2(17)然后，根據(jù)下面的表達式求得誤差平方dx(t)2的倒數(shù)，即可求得輸入可靠度αx(t)。
αx(t)=1dx(t)2---(18)]]>
如上所述，采用把誤差平方dx(t)2的倒數(shù)作為輸入可靠度αx(t)的這種方法尤其在平均值m(t)接近于真值的時候有效。
在以上的描述中，輸入可靠度αx(t)要么是根據(jù)方差σx(t)2，要么是根據(jù)誤差平方dx(t)2求出。也可能根據(jù)兩者求出。具體地說，例如，把方差σx(t)2的倒數(shù)與誤差平方dx(t)2的倒數(shù)相加的和作為輸入可靠度αx(t)。
由于方差σx(t)2表示輸入數(shù)據(jù)在相當寬區(qū)域內(nèi)的局部離散度，誤差平方dx(t)2表示輸入數(shù)據(jù)在相當窄區(qū)域內(nèi)的局部離散度，因此在把兩個因素結(jié)合起來作為輸入可靠度αx(t)時，即使輸入數(shù)據(jù)的S/N不斷變化，輸入數(shù)據(jù)的噪聲局部電平也不斷變化，但仍能有效地去除噪聲。
如果輸入數(shù)據(jù)x(t)是一維數(shù)據(jù)，比如音頻數(shù)據(jù)，求得輸出數(shù)據(jù)y(t-1)作為輸入數(shù)據(jù)x(t)的前一個抽樣輸入數(shù)據(jù)x(t-1)處理的結(jié)果。如果輸入數(shù)據(jù)x(t)是二維數(shù)據(jù)，比如圖像數(shù)據(jù)，求得輸出數(shù)據(jù)y(t-1)作為輸入數(shù)據(jù)x(t)前一個幀(或場)的輸入數(shù)據(jù)x(t-1)的處理結(jié)果。
具體地說，如果第t幀內(nèi)的像素(像素的像素值)稱為x(t)；根據(jù)表達式(8)從用作輸入像素的像素值x(t)中去除噪聲；與第t幀內(nèi)的輸入像素x(t)在空間上處于相同位置的第(t-1)幀內(nèi)的像素為輸入像素x(t-1)，并輸出最終形成的輸出像素。輸出像素y(t-1)表示從輸入像素x(t-1)中去除噪聲后所得的像素。
如果作為輸入數(shù)據(jù)的圖像沒有運動，換句話說，如果作為輸入數(shù)據(jù)的圖像是靜止的，就不存在任何問題。如果作為輸入數(shù)據(jù)的圖像有運動(如果噪聲是從運動圖像中去除)，由于輸入像素x(t)的真值與其前一幀所得的且與輸入像素x(t)位于相同位置的輸入像素x(t-1)的真值不同，因此，對應(yīng)于輸入像素x(t)前一幀所得的輸入像素x(t-1)并且與輸入像素x(t)的真值不同的輸出像素y(t-1)的輸出可靠度αy(t-1)，就不能可靠地獲得通過去除輸入像素x(t)中的噪聲而獲得輸出像素y(t)。
換句話說，如果作為輸入數(shù)據(jù)的圖像有運動，輸入像素x(t)的運動量影響著輸出像素y(t-1)的輸出可靠度αy(t-1)，并且輸出可靠度αy(t-1)降低量值與運動量相對應(yīng)，輸出可靠度αy(t-1)用于求得與輸入像素x(t)相對應(yīng)的輸出像素y(t)。
輸入像素x(t)的運動量稱為m(t)，作為校正項的輸出可靠度αy(t-1)變?yōu)?1.0-m(t))xαy(t-1)。在這個實施例中，運動量m(t)設(shè)定為0-1之間的實數(shù)。如果輸入像素x(t)是完全靜止的，運動量m(t)為0。運動量m(t)隨著輸入像素x(t)的運動加大而增加。如果輸入像素x(t)大幅度運動(它完全運動)，輸入像素x(t)運動量m(t)達到1，并且認為輸入像素x(t)的真值與輸入像素x(t-1)的真值不相關(guān)，輸入像素x(t-1)是輸入像素x(t)的前一幀，并且與輸入像素x(t)處于相同的位置。
這時，通過下面的表達式，獲得由表達式(5)要求得的輸出可靠度αy(t)。
αy(t)＝(1.0-m(t))αy(t-1)+αx(t)(19)根據(jù)表達式(19)，如果運動量m(t)為0，利用前一幀獲得的輸出像素y(t-1)的輸出可靠度αy(t-1)(上一次的輸出可靠度)求出輸出像素y(t)的輸出可靠度αy(t-1)(這時的輸出可靠度)。另一方面，如果運動量m(t)為1，忽略了上一次求得的輸出可靠度αy(t-1)(未用)，換句話說，放棄了迄今為止總計的輸入可靠度，求得輸出可靠度αy(t)。
這時，通過以下表達式求得用表達式(6)要求得的加權(quán)值w(t)。
w(t)＝(1-m(t))αy(t-1)/((1-m(t))αy(t-1)+αx(t))(20)表達式(7)表示的加權(quán)值1-w(t)是由下面表達式求得的。
1-w(t)＝αx(t)/((1-m(t))αy(t-1)+αx(t))(21)圖10是圖1所示的NR處理電路的詳細實例結(jié)構(gòu)圖，這時，利用上面所述引入的運動量m(t)去除圖像中的噪聲。在圖10中，與圖3所示的部分相對應(yīng)的部分采用與圖3相同的標號，適當?shù)睾雎耘c圖3相同的部分的描述。更具體地說，圖10所示的NR處理電路除了新增加一個運動量計算部分16外，其余的部分基本上與圖3所示的處理電路結(jié)構(gòu)相同。
運動量計算部分16接收作為輸入數(shù)據(jù)的輸入像素x(t)。運動量計算部分16求得輸入像素x(t)的運動量m(t)，并把它傳送到輸出可靠度計算部分13。
輸入像素x(t)的運動量m(t)與對應(yīng)于輸入像素x(t)的真值與輸入像素x(t-1)的真值之間的差值的數(shù)值相對應(yīng)，這個差值也就是輸入像素x(t)的運動(輸入像素x(t)處顯示的圖像部分的運動)產(chǎn)生的真值的變化，輸入像素x(t-1)在輸入像素x(t)的前一幀，并且與輸入像素x(t)位于相同的位置。運動量m(t)基本上由輸入像素x(t)和x(t-1)的差值(x(t)-x(t-1))求得。
輸入像素x(t)和x(t-1)的差值不僅包括它們之間的真值差，還包括噪聲變化(輸入像素x(t)中的噪聲與輸入像素x(t-1)中的噪聲的差值)。輸入像素x(t)和x(t-1)的差值最好由將要盡可能去除的噪聲的變化求得。
運動量計算部分16求得如圖11A和圖11B所示的運動量m(t)。
運動量計算部分16把將要求出運動量m(t)的輸入像素x(t)設(shè)置到一個目標(aimed-at)像素，從而形成一個預(yù)定尺寸的方塊，其中目標像素(圖11A中陰影圓表示)位于方塊的中心。在圖11A中，產(chǎn)生了一個九乘九輸入像素方塊。方塊的尺寸不局限于此。也可以使用七乘七輸入像素方塊。在九乘九輸入像素方塊內(nèi)，檢測出與不超過預(yù)定閾值的目標像素存在電平差的像素(圖11中的黑圓表示)。然后計算出檢測出的用黑圓表示的輸入像素與目標像素之間的差值，以及檢測出的用黑圓表示的輸入像素前一幀的且與黑圓表示的輸入像素處于同一位置的輸入像素與目標像素之間的差值。在盡可能多的去除空間方向上噪聲改變這一條件下，把求得的差值的平均值作為輸入像素x(t)和x(t-1)的差值(x(t)-x(t-1))。
例如，使用噪聲量計算部分11求得的噪聲量的標準偏離值的大約兩倍的數(shù)值，作為檢測如上所述的方塊內(nèi)的輸入像素的閾值。
運動量計算部分16通過轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換差值(x(t)-x(t-1))(比如圖11B所示的差值)，從而求得范圍從0到1的運動量m(t)。
在圖11B所示的實施例中，如果差值(x(t)-x(t-1))小于或等于預(yù)定的閾值TH0，運動量m(t)是0。如果差值(x(t)-x(t-1))超過預(yù)定的閾值TH0，運動量m(t)與x(t)-x(t-1)成比例增加。如果差值(x(t)-x(t-1))大于或等于預(yù)定的閾值TH1(＞TH0)，運動量m(t)設(shè)定為1。
例如，0可以用作閾值TH0。例如，使用噪聲量計算部分11求得的噪聲量標準偏離值的大約三倍的數(shù)值，作為閾值TH1。
在以上實例中，運動量計算部分16計算出目標像素所處的幀內(nèi)的輸入像素與其前一幀內(nèi)對應(yīng)的輸入像素之間的差值求得運動量m(t)。也可以采用其它方法求得運動量m(t)，比如，計算出目標像素所處的幀內(nèi)的輸入值與其前一幀內(nèi)對應(yīng)的輸出像素之間的差值求得運動量m(t)。
在圖11B中，如果差值(x(t)-x(t-1))落在小于等于閾值TH1大于等于閾值TH0的范圍內(nèi)，運動量計算部分16利用線性函數(shù)把差值(x(t)-x(t-1))轉(zhuǎn)換成運動量m(t)。運動量計算部分也可以利用非線性函數(shù)把差值(x(t)-x(t-1))轉(zhuǎn)換成運動量m(t)。
圖12是圖10所示的輸出可靠度計算部分13的一個結(jié)構(gòu)實例圖。在圖12中，與圖6所示的部分相對應(yīng)的部分采用與圖6相同的標號。圖12中，輸出可靠度計算部分13形成有新增加的運算部分51和52。
運算部分51接收運動量計算部分16求得的運動量m(t)。運動部分51由1減去運動量m(t)，并把差值1-m(t)傳送到運算部分52。運算部分52除了接收來自運算部分51的運動量1-m(t)外，還接收來自鎖存電路14的上一次求得的輸出可靠度αy(t-1)。運算部分52利用作為補償項的1-m(t)，把補償項與上一次求得的輸出可靠度αy(t-1)相乘，并且把積(1-m(t))αy(t-1)輸出到運算部分41，積(1-m(t))αy(t-1)作為對與運動量m(t)相對應(yīng)的上一次求得的輸出可靠度αy(t-1)進行補償所得的補償結(jié)果。
運算部分41把從輸入可靠度計算部分12傳送來的當時所得的輸入可靠度αx(t)與運算部分52的輸出值(1-m(t))αy(t-1)相加，并把相加所得的和作為當時所求得的輸出可靠度αy(t)輸出。換句話說，輸出可靠度計算部分13根據(jù)表達式(19)表示的求得補償?shù)妮敵隹煽慷圈羪(t)。
如上所述，在圖10所示的NR處理電路中，根據(jù)輸入像素x(t)的運動量m(t)對輸出可靠度αy(t)進行補償，然后根據(jù)補償?shù)妮敵隹煽慷惹蟮眉訖?quán)值w(t)。由于根據(jù)加權(quán)值w(t)求得與輸入像素x(t)相對應(yīng)的輸出像素y(t)，所以可以有效地去除輸入像素x(t)中的噪聲，從而產(chǎn)生輸出像素y(t)。
在圖10所示的實施例中，如上所述，由于x(t-1)是x(t)前一幀所求得的輸入像素，因此，鎖存電路114、14和25對輸入其中的數(shù)據(jù)鎖存(延遲)一幀周期，然后再輸出。
如上所述，由于如圖10所示的去除圖像中的噪聲的NR處理電路中的鎖存電路111到114對于輸入像素x(t)延遲一幀周期，因此，噪聲量計算部分11求得包括待處理的輸入像素x(t)在內(nèi)的前五幀內(nèi)且輸入像素x(t)位置相同的輸入像素x(t)到x(t-4)的方差，作為噪聲量。如果輸入像素x(t)到x(t-4)有運動，由于圖像運動影響著方差，那么由于運動的影響就會導(dǎo)致輸入像素x(t)到x(t-4)的方差，也就是輸入像素x(t)的噪聲量不準確。利用噪聲量由輸入可靠度計算部分12求得的輸入可靠度αx(t)也就不準確，這不可取。
例如，有這種可能，求得輸入像素x(t)的運動向量從而完成運動補償，利用運動補償后所得的圖像求得輸入像素x(t)的噪聲量。
然而，在這種情況下，分別需要用于檢測運動向量的運動向量檢測裝置和用于完成運動補償?shù)倪\動補償裝置。
例如，按照以下方式，可以求得(估算)輸入像素x(t)的噪聲量。
如果假定圖像中的噪聲隨著時間改變，但是空間上不改變，這個圖像是沒有噪聲(圖13(A)所示)的圖像(真值形成的圖像，下面稱為原始圖像)與圖13(B)所示的噪聲在幀內(nèi)變化但空間上為常數(shù)的圖像(下面稱為噪聲圖像)之和(圖13(C)所示)。
比如對于圖13(C)所示的具有噪聲的圖像，如果像素值相對于原始圖像的誤差分布，也就是像素值的方差(或標準偏離量)，定義為具有噪聲的圖像的噪聲量，按照下面方式可以相當精確地估算出噪聲量。
如圖15A所示，噪聲量估算部分1依次把構(gòu)成具有噪聲的圖像一個幀的每一個像素設(shè)定為一個目標像素，計算出中心有目標像素的局部區(qū)域中(在空間方向上)所包括的像素的方差。如圖15B所示，噪聲量估算部分1求得幀內(nèi)的方差的直方圖，并把對應(yīng)于最大頻率的方差作為包括在構(gòu)成幀的每一個像素中的噪聲量。例如如圖13(D)所示，估算噪聲量。
如上所述，如圖10所示的NR處理電路中的噪聲量估算部分1求得輸入像素的噪聲量。圖16是噪聲量估算部分1的一個結(jié)構(gòu)實例圖。
幀存儲器61接收具有噪聲的圖像(輸入圖像)。幀存儲器61把具有噪聲的輸入圖像存儲在幀單元中。
局部區(qū)域方差計算部分62依次把構(gòu)成存儲在幀存儲器61中的輸入圖像的每一個(輸入)像素設(shè)定為一個目標像素，計算出中心有目標像素的局部區(qū)域中所包括的輸入像素的方差，并把它傳送到方差直方圖存儲器63中。由于把構(gòu)成存儲在幀存儲器61中的輸入圖像的所有輸入像素設(shè)定為目標像素，從而完成上面的方差計算，局部區(qū)域方差計算部分62還把表明已經(jīng)終止方差計算的終止信號傳送到直方圖輸出信號發(fā)生器64。
方差直方圖存儲器63產(chǎn)生構(gòu)成存儲在幀存儲器61中的輸入圖像的輸入像素方差的直方圖，方差來自于局部區(qū)域方差計算部分62。更具體地說，如果方差直方圖存儲器63從局部區(qū)域方差計算部分62接收輸入像素的方差，在與方差相對應(yīng)的地址上存儲的值加1。來自于峰點位置計算部分66的復(fù)位信號使存儲在方差直方圖存儲器63中的數(shù)值復(fù)位到0，這將在下面描述。
如果直方圖輸出信號發(fā)生器64從局部區(qū)域方差計算部分62接收到終止信號，它就把表示應(yīng)該輸出直方圖的直方圖輸出信號輸出到開關(guān)65。如果開關(guān)65從直方圖輸出信號發(fā)生器64接收到直方圖輸出信號，開關(guān)就臨時把其狀態(tài)從斷開變到閉合狀態(tài)，并把存儲在方差直方圖存儲器63中的方差直方圖傳送到峰點位置計算部分66。
峰點位置計算部分66通過開關(guān)65接收從方差直方圖存儲器63中傳送來的方差直方圖，并且求得直方圖的峰值，還要把對應(yīng)于峰值的方差包含在作為組成輸入圖像的每一個輸入像素中的噪聲量的估算值輸出。在峰點位置計算部分66在接收到存儲在方差直方圖存儲器63中的方差直方圖的時刻，同時把復(fù)位信號傳送給方差直方圖存儲器63。
如圖16中所示，通過噪聲量估算部分1來估算輸入像素的噪聲量的噪聲量估算處理過程將在下面參照圖17的流程圖進行說明。
如果把一個幀的輸入圖像輸入到噪聲量估算部分1，就會進行圖17所示的噪聲量估算處理過程。
在噪聲量估算處理過程中，在步驟S21，首先在幀存儲器61中存儲一幀輸入圖像，然后處理過程進行到步驟S22。在步驟S22，局部區(qū)域方差計算部分62把構(gòu)成存儲在幀存儲器61中的輸入圖像的預(yù)定輸入像素設(shè)置成目標像素，并且計算出包括在中心有目標像素的局部區(qū)域中的輸入像素的方差。
方差從局部區(qū)域方差計算部分62傳送到方差直方圖存儲器63中。在步驟S23，方差直方圖存儲器63把存儲在與局部區(qū)域方差計算部分62傳送來的方差相對應(yīng)的地址存儲的數(shù)值增加1，從而更新方差的頻率。
然后，在步驟S24，局部區(qū)域方差計算部分62確定，對于存儲在幀存儲器61中的構(gòu)成輸入圖像并設(shè)置為目標像素的所有輸入像素，是否已經(jīng)完成方差計算。在步驟S24，如果局部區(qū)域方差計算部分62確定對于存儲在幀存儲器61中的所有輸入像素，還沒有完成方差計算，它就把還沒有設(shè)置為目標像素的輸入像素設(shè)置為目標像素，并且處理過程返回到步驟S22，然后重復(fù)相同的處理過程。對于從S22到S24進行如上所述的重復(fù)過程，方差直方圖存儲器63產(chǎn)生一個構(gòu)成存儲在幀存儲器61中的輸入圖像的輸入像素的方差直方圖。
另一方面，在步驟S24，如果局部區(qū)域方差計算部分62確定對于存儲在幀存儲器61中的所有輸入像素，已經(jīng)完成方差計算，換句話說，如果方差直方圖存儲器63產(chǎn)生一個構(gòu)成存儲在幀存儲器61中的輸入圖像的所有輸入像素的方差直方圖，局部區(qū)域方差計算部分62就把終止信號傳送到直方圖輸出信號發(fā)生器64中。如果直方圖輸出信號發(fā)生器64接收到終止信號，它就把直方圖輸出信號輸出到開關(guān)65。開關(guān)65就從斷開狀態(tài)暫時變成閉合狀態(tài)，然后把存儲在方差直方圖存儲器63中的方差直方圖傳送到峰點位置計算部分66。
在步驟S25，如果峰點位置計算部分66通過開關(guān)65從方差直方圖存儲器63中接收到方差直方圖，它就求得直方圖的峰值，然后處理過程進行到步驟S26。在步驟S26，峰點位置計算部分66把對應(yīng)于直方圖中峰值的方差作為包括在構(gòu)成輸入圖像的每一個輸入像素中的估算噪聲量輸出，并把復(fù)位信號傳送到方差直方圖存儲器63。存儲在方差直方圖存儲器63中的數(shù)值復(fù)位到0，同時終止噪聲量估算處理過程。
如上所述，由于噪聲量估算部分1計算出包括構(gòu)成一幀的每一個輸入像素的局部區(qū)域中的方差，求得方差直方圖的峰值，并且把與峰值相對應(yīng)的方差用作輸入像素中所包含的噪聲量，那么不需要新提供運動矢量檢測裝置和運動補償裝置，僅利用一個幀就可以相當精確地估算出一個幀內(nèi)每一個像素的噪聲量。
如果使用構(gòu)成一個幀的所有像素求得一個方差，不僅單幀圖像中所包括的噪聲方差而且圖像(原始圖像)的方差都會影響這個方差。因此，利用構(gòu)成一個幀的所有像素求得的方差很難精確地估算出像素所包含的噪聲。
另一方面，如上所述，如果構(gòu)成一幀的輸入像素使用包括每一個輸入像素的局部區(qū)域，局部區(qū)域可以按混合方式存在有噪聲的方差和原始圖像的方差，或者主要存在噪聲的方差。主要存在噪聲方差的局部區(qū)域與原始圖像中的平淡(flat)部分或者接近平淡色的部分相對應(yīng)。
除了有多個邊限的圖像外，對于普通的圖像，如果產(chǎn)生包括有構(gòu)成一幀的輸入像素的局部區(qū)域的方差直方圖，通常，峰值可能會與主要有噪聲方差的局部區(qū)域的方差相對應(yīng)。如圖16所示的由噪聲量估算部分1進行的噪聲量估算處理過程使用這一特性來相當精確地估算出噪聲量。
圖18是如上所述的例如為普通圖像的原始圖像、噪聲圖像以及把噪聲圖像疊加在原始圖像上所得的輸入圖像(有噪聲的圖像)的局部區(qū)域的方差直方圖。
在圖18中，實線、雙點劃線和細點劃線分別表示輸入圖像、噪聲圖像和原始圖像的方差直方圖?？衫斫?，輸入圖像的直方圖的峰點位置幾乎與噪聲圖像直方圖的峰點相匹配。如果得到圖18所示的直方圖，就把五乘五方塊用作局部區(qū)域。
圖19是由圖17所示的噪聲量估算處理過程所得的輸入圖像中包含的估算的噪聲量的模擬結(jié)果。
在圖19中，實心線表示噪聲圖像的方差，點劃線表示用作由噪聲量估算處理過程所得的輸入圖像的噪聲量的方差，在輸入圖像中在原始圖像上疊加噪聲圖像。
模擬所用的在第20幀到第40幀的噪聲圖像之間的方差比其它幀的方差小。從圖19看出，對于疊加有噪聲圖像的輸入圖像可以相當精確地估算出其噪聲量。
通過特殊的硬件或計算機執(zhí)行一個進行以上處理過程的程序，就能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。
在這個實施例中，說明了本發(fā)明如何去除噪聲。如上所述，由于對輸入數(shù)據(jù)進行處理，使輸出數(shù)據(jù)隨時間推移得以改進，因此，例如這樣一種情況也適用于本發(fā)明，即對輸入數(shù)據(jù)的波形進行整形(均衡)。
在圖17所示的噪聲量估算處理過程中，估算出構(gòu)成單幀圖像的每一個像素所共有的噪聲量。通過劃分單幀圖像所形成的每一個區(qū)域的噪聲量可以估算出。還可以估算出多個幀所共有的噪聲量。
如上所述，按照本發(fā)明的實施例，采用圖像處理裝置和圖像處理方法，計算出表示輸入像素的可靠度的輸入可靠度以及表示輸出像素的可靠度的輸出可靠度，檢測出輸入像素的運動量，并且根據(jù)輸入像素的運動量對輸出可靠度進行補償。然后根據(jù)輸入可靠度和補償?shù)妮敵隹煽慷?，對輸入像素進行處理，然后輸出輸出像素。因此，有效地去除輸入像素中的噪聲，從而產(chǎn)生輸出像素。
另外，按照本發(fā)明的實施例，采用圖像處理裝置和圖像處理方法，計算出包括有構(gòu)成一屏的每一像素的局部區(qū)域的方差，并且產(chǎn)生方差直方圖。然后根據(jù)直方圖，求出像素中的噪聲量。因此，可以相當精確地估算出像素中的噪聲量。
圖8和圖17所示的一系列處理過程能夠由硬件或軟件來實現(xiàn)。如果由軟件完成這一系列處理過程，就把構(gòu)成軟件的程序安裝到用置入作特殊硬件的NR處理電路100中的計算機中，或者通用的計算機中。
下面將參照圖20A，20B和20C，說明以上所述的存儲用于執(zhí)行這一系列處理過程的程序的記錄介質(zhì)。把程序安裝到計算機中并且通過計算機可執(zhí)行這些程序。
如圖20A所示，首先，把程序記錄在置入計算機101中的記錄介質(zhì)的硬盤102上或者半導(dǎo)體存儲器103上。
或者，如圖20B所示，把程序暫時或永久地記錄入記錄介質(zhì)中，比如軟盤111，壓縮盤只讀存儲器(CD-ROM)112，磁光盤(MO)113，數(shù)字通用盤114(DVD)，磁盤115，和半導(dǎo)體存儲器116。
程序從以上所述的記錄介質(zhì)中安裝到計算機中?；蛘?，如圖20C所示，程序通過用于數(shù)字衛(wèi)星廣播的人造衛(wèi)星從下載站點121利用無線電傳送到計算機101中，或者通過網(wǎng)絡(luò)131(比如局域網(wǎng)(LAN)或者internet網(wǎng))有線地傳送到計算機101中，然后把程序裝入一置入計算機101中的硬盤102。
在本說明書中，描述用于執(zhí)行各種類型的處理過程程序的步驟，不必要按在流程圖中描述的按時間先后順序的步驟進行即不必要按時間先后順序進行。還包括有并列或單獨完成的處理過程，比如由各種客體(object)并列處理過程或單獨處理過程。
圖21是圖20A，圖20B和圖20C中所示的計算機101的一個結(jié)構(gòu)實例。
圖21中所示的計算機101包括中央處理單元142(CPU)。CPU 142通過總線141與輸入輸出接口145連接。如果用戶操作由鍵盤和鼠標組成的輸入部分147，通過輸入輸出接口145輸入一個命令，CPU 142執(zhí)行存儲在只讀存儲器(ROM)143中的程序，只讀存儲器143與圖20A所示的半導(dǎo)體存儲器103相對應(yīng)?；蛘撸珻PU 142把一個程序裝入一個隨機存取存儲器(RAM)144中，并且執(zhí)行這一程序，這個程序可以是存儲在硬盤102中的程序；或者通過人造衛(wèi)星122或網(wǎng)絡(luò)131傳送且通過通信部分148接收然后裝入硬盤102中的程序；或者從軟盤111中、CD-ROM 112中、MO盤113中，DVD 114或者裝入驅(qū)動器149中的磁盤115中讀取并裝入硬盤102中的程序。如果需要的話，CPU 142通過輸入輸出接口145把處理結(jié)果輸出到由液晶顯示器(LCD)組成的顯示部分146。
權(quán)利要求
1.一種估算像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量的噪聲量估算裝置，包括方差估算部件，它在預(yù)定數(shù)目的像素單元中進行處理，并且計算出在包括有每一個像素數(shù)據(jù)的局部區(qū)域中多個像素數(shù)據(jù)的方差；直方圖產(chǎn)生部件，它在含有預(yù)定數(shù)目的像素的單元中，對于計算出的每一個像素數(shù)據(jù)的方差，產(chǎn)生方差的直方圖；噪聲量計算部件，它在含有預(yù)定數(shù)目的像素的單元中，根據(jù)直方圖求得像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量。
2.按照權(quán)利要求1所述的噪聲量估算裝置，其中，所述噪聲量計算部件求得直方圖的峰值，從而計算出與有峰值的方差相對應(yīng)的數(shù)值作為噪聲量。
3.一種估算像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量的噪聲量估算方法，包括在預(yù)定數(shù)目像素的單元中，進行處理并且在包括有每一個像素數(shù)據(jù)的局部區(qū)域中計算出多個像素數(shù)據(jù)的方差；在預(yù)定數(shù)目像素的單元中，對于計算出的每一個像素數(shù)據(jù)的方差，產(chǎn)生方差的直方圖；在預(yù)定數(shù)目像素的單元中，根據(jù)直方圖求得像素數(shù)據(jù)中所包括的噪聲量。
全文摘要
一種圖像處理裝置，處理輸入像素數(shù)據(jù)并把處理的輸入像素數(shù)據(jù)作為輸出像素數(shù)據(jù)輸出。該圖像處理裝置包括輸入可靠度計算部件，用于計算表示輸入像素數(shù)據(jù)的可靠度的輸入可靠度；輸出可靠度計算部件，用于計算表示輸出像素數(shù)據(jù)的可靠度的輸出可靠度；運動量檢測部件，用于檢測輸入像素數(shù)據(jù)的運動量；補償部件，它根據(jù)運動量補償輸出可靠度；處理部件，根據(jù)輸入可靠度和補償?shù)妮敵隹煽慷葋硖幚磔斎胂袼財?shù)據(jù)，并且把輸出像素數(shù)據(jù)輸出。
文檔編號G06T5/50GK1674640SQ20051006672
公開日2005年9月28日 申請日期2000年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月1日
發(fā)明者近藤哲二郎, 小林直樹 申請人:索尼公司