一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的算法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的方法，包括以下步驟：(1)讀取獲取圖像各像素點(diǎn)的坐標(biāo)和灰度值；(2)遍歷整幅圖像，使用改進(jìn)的圖像降噪算法對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到降噪后的新的像素值；(3)使用降噪后的新的像素值替換原有圖像各像素的值，得到降噪后的圖像；(4)遍歷降噪后的圖像，使用改進(jìn)的拉普拉斯算子增強(qiáng)算法對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到增強(qiáng)后的新的像素值；(5)使用增強(qiáng)后的新的像素值替換原有像素值，得到最終增強(qiáng)的圖像。本發(fā)明通過采用改進(jìn)的圖像降噪算法和改進(jìn)的拉普拉斯算子增強(qiáng)算法對(duì)圖像進(jìn)行降噪、增強(qiáng)處理，圖像處理效果好。
【專利說明】一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像處理技術(shù)，特別涉及一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的算法。
【背景技術(shù)】
[0002]消費(fèi)者日漸使用數(shù)碼相機(jī)來捕獲靜態(tài)圖像和視頻數(shù)據(jù)。連接到主機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭和數(shù)碼相機(jī)也變得越來越普遍。此外，其它包含數(shù)字圖像捕獲能力的裝置(例如配有攝像頭的手機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理(PDA))正席卷市場。
[0003]一般來說，這類數(shù)碼相機(jī)的用戶希望相機(jī)每次均能捕獲到圖像質(zhì)量盡可能最佳的圖像數(shù)據(jù)(靜態(tài)和/或視頻)。不論環(huán)境條件(例如，低亮度、背光等)、用戶外觀(例如，用戶膚色、發(fā)色、服裝色彩等)和其它各種各樣的因素(例如，用戶與相機(jī)的距離、用戶正使用的應(yīng)用程序的類型(比如即時(shí)消息傳遞)等)如何，均希望獲得這種盡可能最佳的圖像質(zhì)量。
[0004]有些常用的數(shù)字圖像捕獲裝置試圖改進(jìn)圖像質(zhì)量。然而，所用的方法中存在若干缺點(diǎn)。首先，若干常用的數(shù)字圖像捕獲裝置允許用戶預(yù)先改變各種控制(例如，閃光燈、焦距等)以改進(jìn)圖像質(zhì)量。然而，在許多這類情況下，數(shù)字捕獲裝置不會(huì)顯示出任何智能性，而只是實(shí)施用戶的決定。第二，即使在數(shù)字圖像捕獲裝置確實(shí)使用了某種智能性的情況下(例如，建議用戶應(yīng)使用閃光燈)，但每種特征/控制是單獨(dú)使用的。然而，總體圖像質(zhì)量取決于這些各種特征/控制的組合，而不是取決于每種單獨(dú)的特征/控制。例如，單獨(dú)處理環(huán)境中的微光可能會(huì)導(dǎo)致噪聲增加。常規(guī)的數(shù)字圖像捕獲裝置并未考慮到這些特征的這種交互作用。相反，單獨(dú)對(duì)待特定問題有時(shí)會(huì)導(dǎo)致總體圖像質(zhì)量惡化而不是改善總體圖像質(zhì)量。
[0005]此外，有些可用的數(shù)字圖像捕獲裝置試圖將這些控制中的一些控制作為一個(gè)群組來處理，但其使用靜態(tài)算法來進(jìn)行這種處理。舉例來說，這類靜態(tài)算法會(huì)查看當(dāng)前圖像的預(yù)覽，并判斷可以進(jìn)行哪些動(dòng)作(如果有的話)來改進(jìn)當(dāng)前圖像。這類技術(shù)大多用于靜態(tài)圖像捕獲，且因此其本身不會(huì)考慮為什么圖像質(zhì)量未達(dá)最佳標(biāo)準(zhǔn)和/或之后捕獲的圖像會(huì)看起來如何。
[0006]其它可用的算法會(huì)在已經(jīng)捕獲了圖像數(shù)據(jù)之后才使用捕獲后處理技術(shù)(例如改進(jìn)先前捕獲的圖像數(shù)據(jù)的亮度、飽和度、對(duì)比度等)來改進(jìn)圖像質(zhì)量。然而，這類技術(shù)本質(zhì)上是有局限性的，因?yàn)樵诓东@時(shí)間因非最佳因素而丟失的信息無法逆向找回。相反，只能使用技巧性處理技術(shù)(例如，像素平均化)來以最吸引人的形式展現(xiàn)已經(jīng)捕獲的數(shù)據(jù)。
[0007]因此，需要一種智能動(dòng)態(tài)相機(jī)圖像質(zhì)量引擎，其可將一組控制作為群組進(jìn)行管理，且能夠?qū)崟r(shí)地捕獲到質(zhì)量盡可能最佳的圖像數(shù)據(jù)。此外，將需要一種直觀且方便的方法和系統(tǒng)，既用于允許用戶控制各種特征，又能一直使用戶獲悉與圖像質(zhì)量有關(guān)的各種發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以數(shù)字視頻處理技術(shù)為核心、綜合利用光電傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制和人工智能等多種技術(shù)于一體的一種新型監(jiān)控系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于保安人員無需實(shí)地巡邏，便可以通過監(jiān)控系統(tǒng)傳回的視頻獲得現(xiàn)場的實(shí)際情況，而較高的視頻圖像質(zhì)量特別有利于監(jiān)控人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場的問題，及時(shí)處理，以保證人員和財(cái)產(chǎn)的安全。在圖像采集過程中，可能因?yàn)椴杉O(shè)備性能的限制、傳輸中外部信號(hào)的干擾以及在顯示階段產(chǎn)生畸變等問題而對(duì)視頻造成影響，從而也影響了監(jiān)控質(zhì)量，因此增強(qiáng)圖像是迫切需要解決的問題。
[0009]目前，圖像增強(qiáng)的方法有很多，圖1所示的為一種常用的圖像增強(qiáng)方法，其處理過程為，首先將整幅圖像采集，并記錄其坐標(biāo)和灰度值；然后使用均值濾波算法對(duì)整幅圖像進(jìn)行降噪濾波，獲取一幅降噪后的新圖像；接著在降噪后的圖像的基礎(chǔ)上，使用拉普拉斯算子對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，最后得到一幅增強(qiáng)后的圖像。但該方法中存在如下問題:
[0010]1.均值濾波算法是利用噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，通過噪聲對(duì)稱分布的特點(diǎn)，使用周圍的像素點(diǎn)相互疊加，從而使夾雜在圖像中的噪聲有效去除，均值濾波過程中雖然濾除了噪聲，同時(shí)將周圍像素的很多信息夾雜進(jìn)了中心像素點(diǎn)，這樣經(jīng)過中值濾波后，大大增加了圖像間像素點(diǎn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性，使得圖像越發(fā)趨于平滑，圖像變得更加模糊；
[0011]2.拉普拉斯算子的增強(qiáng)算法是根據(jù)圖像內(nèi)像素間變化速度的情況來提取圖像的信息，算法認(rèn)為如果相鄰像素點(diǎn)數(shù)據(jù)變化迅速，則這一變化說明像素點(diǎn)處于圖像的邊緣，通過對(duì)相鄰像素?cái)?shù)據(jù)差值的進(jìn)一步加強(qiáng)，會(huì)使邊緣更加銳利從而使圖像得以增強(qiáng)，但傳統(tǒng)的拉普拉斯算子的系數(shù)是固定的，無法對(duì)增強(qiáng)的力度加以控制；
[0012]3.另外兩者在結(jié)合的過程中，本身均值濾波的目的是為了降低噪聲，以保證后續(xù)圖像增強(qiáng)的過程中不會(huì)使噪聲被凸現(xiàn)出來，但由于均值濾波本身的缺陷，使得在降噪的同時(shí)，圖像中像素之間產(chǎn)生疊加，容易丟失很多信息，圖像也變得模糊不清，非常不利于后續(xù)增強(qiáng)，因此，往往圖像增強(qiáng)后效果并
[0013]不理想，因均值濾波而導(dǎo)致的圖像信息損失(模糊)是后續(xù)增強(qiáng)所無法彌補(bǔ)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的方法，本方法不僅能夠在保證有效降噪的同時(shí)避免圖像原有信息的損失，而且通過控制預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，在降噪和增強(qiáng)階段對(duì)圖像的降噪和增強(qiáng)處理進(jìn)行控制，從而大大提高了圖像的增強(qiáng)效果和增強(qiáng)程度的可控性。
[0015]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0016]一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的方法，它包括以下步驟:
[0017](I).讀取圖像各像素點(diǎn)的坐標(biāo)和灰度值；
[0018](2).遍歷整幅圖像，使用圖像降噪新算法對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到降噪后的新的像素值；
[0019](3).使用降噪后的新的像素值替換原有圖像各像素的值，得到降噪后的圖像；
[0020](4).遍歷降噪后的圖像，使用圖像增強(qiáng)算法對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到增強(qiáng)后的新的像素值；
[0021](5).使用增強(qiáng)后的新的像素值替換原有像素值，得到最終增強(qiáng)的圖像。
[0022]所述的圖像降噪新算法是:
[0023]以將要處理的像素點(diǎn)為中心的一個(gè)NXN的圖像塊為處理單元，N為奇數(shù)，將處理單元內(nèi)的圖像塊分為四個(gè)邊緣方向，即垂直、水平和兩個(gè)對(duì)角方向，判斷中心象素點(diǎn)所在的邊緣方向，根據(jù)其邊緣方向進(jìn)行降噪處理；
[0024]所述的的圖像增強(qiáng)算法，是改進(jìn)的拉普拉斯算子增強(qiáng)算法，是通過對(duì)拉普拉斯算子乘以一個(gè)系數(shù)后，對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。
[0025]而且，所述的根據(jù)邊緣方向進(jìn)行降噪處理的方法為:
[0026]①.首先，NXN的圖像塊中四個(gè)邊緣方向，N為奇數(shù)，每個(gè)方向除中心點(diǎn)外包含N-1個(gè)像素點(diǎn)，四個(gè)邊緣方向定義為四組，分別命名為W1、W2、W3、W4 ；
[0027]②.每組N-1個(gè)像素點(diǎn)根據(jù)公式(I)，計(jì)算得到與Wl~W4相對(duì)應(yīng)的四個(gè)平均調(diào)整值 SI _S4:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1).讀取圖像各像素點(diǎn)的坐標(biāo)和灰度值； (2).遍歷整幅圖像，使用圖像降噪新算法對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到降噪后的新的像素值； (3).使用降噪后的新的像素值替換原有圖像各像素的值，得到降噪后的圖像； (4).遍歷降噪后的圖像，使用圖像增強(qiáng)算法對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到增強(qiáng)后的新的像素值； (5).使用增強(qiáng)后的新的像素值替換原有像素值，得到最終增強(qiáng)的圖像。所述的圖像降噪新算法是:以將要處理的像素點(diǎn)為中心的一個(gè)NXN的圖像塊為處理單元，N為奇數(shù)，將處理單元內(nèi)的圖像塊分為四個(gè)邊緣方向，即垂直、水平和兩個(gè)對(duì)角方向，判斷中心象素點(diǎn)所在的邊緣方向，根據(jù)其邊緣方向進(jìn)行降噪處理；所述的的圖像增強(qiáng)算法，是改進(jìn)的拉普拉斯算子增強(qiáng)算法，是通過對(duì)拉普拉斯算子乘以一個(gè)系數(shù)后，對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的方法，其特征在于:所述的根據(jù)邊緣方向進(jìn)行降噪處理的方法為: ①.首先，NXN的圖像塊中四個(gè)邊緣方向，N為奇數(shù)，每個(gè)方向除中心點(diǎn)外包含N-1個(gè)像素點(diǎn)，四個(gè)邊緣方向定義為四組，分別命名為W1、W2、W3、W4 ； ②.每組N-1個(gè)像素點(diǎn)根據(jù)公式(I)，計(jì)算得到與Wl一 W4相對(duì)應(yīng)的四個(gè)平均調(diào)整值SI^S4:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像降噪并增強(qiáng)圖像的方法，其特征在于:所述的改進(jìn)的拉普拉斯增強(qiáng)算法為: ①.降噪處理以后的圖像中每個(gè)像素及以其為中心的MXM的圖像塊作為處理單元，M為奇數(shù)； ②.將得到的增強(qiáng)調(diào)整值D與中心像素點(diǎn)X。相加，得到中心像素點(diǎn)的增強(qiáng)值，按照該計(jì)算方法遍歷整幅圖像的每個(gè)像素，計(jì)算出的增強(qiáng)值存儲(chǔ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像降噪并增強(qiáng)圖像的方法，其特征在于:所述的圖像降噪新算法中的N為5。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像降噪并增強(qiáng)圖像的方法，其特征在于:所述的拉普拉斯算子增強(qiáng)新算法中的M為3。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103578080SQ201210259524
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月25日
【發(fā)明者】袁樺, 張玉 申請(qǐng)人:上海瀾晶數(shù)碼科技有限公司