專利名稱：：自適應(yīng)圖像增強(qiáng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本申請(qǐng)涉及圖像處理，更具體的，涉及高效圖像濾波操作。
背景技術(shù)：
：圖像和視頻的增強(qiáng)處理通常包括兩個(gè)相抵觸的任務(wù)一噪聲降低和細(xì)節(jié)增強(qiáng)。噪聲降低任務(wù)包括對(duì)高頻成分進(jìn)行衰減，而細(xì)節(jié)增強(qiáng)任務(wù)是通過增加圖像的高頻和中頻成分來執(zhí)行的。因此，用于對(duì)受模糊影響或受加性噪聲影響的圖像或視頻序列進(jìn)行重建的一些線性方法的效果非常差。更為復(fù)雜的自適應(yīng)方法是有效的，但是在計(jì)算上有著更多要求并且難以實(shí)時(shí)執(zhí)行。因此，一直存在對(duì)于用于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷的圖像和視頻增強(qiáng)的方法的需求。通過參考以下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，能夠更容易理解本文檔的各個(gè)領(lǐng)先方面以及很多附帶的優(yōu)點(diǎn)，其中，相似的數(shù)字在各種觀點(diǎn)之間指代類似部件，除非另有說明。圖l是根據(jù)一些實(shí)施例的自適應(yīng)濾波方案的框圖；圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的高效濾波系統(tǒng)的框圖3是示出了根據(jù)一些實(shí)施例，使用3個(gè)環(huán)環(huán)境(enviroment)對(duì)5X5環(huán)境進(jìn)行分割的框圖4是示出了根據(jù)一些實(shí)施例，由圖2的高效濾波系統(tǒng)所執(zhí)行的各個(gè)操作的流程圖5是根據(jù)一些實(shí)施例，具有簡單(整數(shù))系數(shù)的環(huán)濾波器的框圖；圖6是根據(jù)一些實(shí)施例，圖2的高效濾波系統(tǒng)的高頻增強(qiáng)的濾波器頻率響應(yīng)的圖7是根據(jù)一些實(shí)施例，圖2的高效濾波系統(tǒng)的中頻增強(qiáng)的濾波器頻率響應(yīng)的圖；以及圖8是根據(jù)一些實(shí)施例，圖2的高效濾波系統(tǒng)的高頻衰減的濾波器頻率響應(yīng)的圖。具體實(shí)施例方式根據(jù)在此所述的實(shí)施例，公開了一種高效濾波系統(tǒng)和方法，用于對(duì)視頻圖像執(zhí)行同時(shí)的、去噪的且細(xì)節(jié)增強(qiáng)的任務(wù)。該高效濾波系統(tǒng)包括多個(gè)濾波器，這些濾波器對(duì)己經(jīng)被劃分為多個(gè)環(huán)的視頻圖像的一部分進(jìn)行操作。使用該高效濾波系統(tǒng)，避免了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。圖l是根據(jù)一些實(shí)施例的自適應(yīng)濾波方案40的框圖。該自適應(yīng)濾波方案40包括鄰域分類模塊22、細(xì)節(jié)增強(qiáng)濾波器24、傳遞函數(shù)模塊26、噪聲降低濾波器28和阿爾法混合模塊32。這些組件對(duì)輸入圖像20執(zhí)行操作，以產(chǎn)生輸出圖像30。鄰域分類模塊22產(chǎn)生對(duì)輸入圖像20的像素鄰域的持續(xù)測量值，包括關(guān)于視覺重要性的數(shù)據(jù)(視覺重要性測量值(visualsignificantmeasure))。鄰域分類模塊22的測量值對(duì)于平坦區(qū)域具有較低值，對(duì)于具有重要細(xì)節(jié)(例如邊緣或紋理)的鄰域具有較高值。噪聲降低濾波器28可以是線性平滑(平均)濾波器。細(xì)節(jié)增強(qiáng)濾波器24可以是線性銳化(非尖銳內(nèi)容屏蔽型)濾波器。傳遞函數(shù)模塊26從鄰域分類模塊22接收視覺重要性測量值。其基于該測量值產(chǎn)生歸一化系數(shù)(0到1之間)，表示為a，并且阿爾法混合模塊32根據(jù)該系數(shù)混合兩個(gè)濾波器24和28的輸出。對(duì)于較低的視覺重要性測量值，噪聲降低濾波器(模塊28)的貢獻(xiàn)得到較高權(quán)重，而對(duì)于較高的視覺重要性測量值，細(xì)節(jié)增強(qiáng)濾波器(模塊24)的貢獻(xiàn)得到較高權(quán)重。自適應(yīng)濾波方案40的效果考慮到了人的視覺系統(tǒng)對(duì)于平坦圖像區(qū)域中的噪聲敏感，而對(duì)于具有高變化性的區(qū)域中的噪聲較為不敏感。普通自適應(yīng)濾波方案40(圖1)的實(shí)現(xiàn)可能是相對(duì)耗時(shí)的，因?yàn)橐獙?duì)每個(gè)像素計(jì)算這兩個(gè)濾波操作。圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的高效濾波方案100的框圖。高效濾波系統(tǒng)100與濾波方案40相比包含的計(jì)算量顯著減少。高效濾波系統(tǒng)100利用了平滑濾波器和銳化濾波器的徑向?qū)ΨQ性。如同自適應(yīng)濾波方案40—樣，高效濾波系統(tǒng)100包括鄰域分類模塊22、傳遞函數(shù)模塊36和阿爾法混合模塊32。然而，高效濾波系統(tǒng)100沒有采用細(xì)節(jié)增強(qiáng)濾波器24和噪聲降低濾波器28，而是采用了3個(gè)環(huán)濾波器環(huán)濾波器RFo、環(huán)濾波器RFi和環(huán)濾波器RF2。這些環(huán)濾波器可以是標(biāo)準(zhǔn)線性濾波器，其每一個(gè)都將一環(huán)狀鄰域作為輸入。高效濾波系統(tǒng)100可以歸納為具有n個(gè)環(huán)，其中n為整數(shù)。鄰域分類模塊22和傳遞函數(shù)模塊26可以是標(biāo)準(zhǔn)圖像處理模塊，其分析當(dāng)前像素(尸。.。)鄰域并設(shè)定參數(shù)cx和P的值。鄰域分類模塊22通常使用諸如局部可變性、水平及垂直Sobel算子的響應(yīng)等等之類的特征。傳遞函數(shù)模塊26在期望的范圍內(nèi)以這樣的方式產(chǎn)生混合系數(shù)a和l3:即，使得在鄰域特征中的較小變化不會(huì)造成混合系數(shù)值的明顯改變。這種連續(xù)性可以防止時(shí)間偽影，而在相反的情況下，強(qiáng)烈的細(xì)節(jié)增強(qiáng)操作就可能會(huì)造成時(shí)間偽影。.在5X5濾波環(huán)境中來闡述高效濾波系統(tǒng)100，盡管在此所圖示說明的原理可以應(yīng)用于其他環(huán)境。可以將5X5濾波器計(jì)算劃分為3個(gè)簡單的"環(huán)"濾波器計(jì)算，并且以自適應(yīng)的方式來對(duì)結(jié)果進(jìn)行混合。該僅使用了兩個(gè)乘法實(shí)現(xiàn)的環(huán)濾波器混合能夠產(chǎn)生可與用高復(fù)雜度的通用方案(圖1的自適應(yīng)濾波器40)所實(shí)現(xiàn)的結(jié)果相比擬的結(jié)果。圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例，如何將5X5濾波環(huán)境劃分為適合于由高效濾波系統(tǒng)100進(jìn)行濾波的3個(gè)環(huán)境。圖示出了像素80的5X5的排列，并且每個(gè)像素都根據(jù)其行列位置而唯一地表示為Pr。w,c。lumn，其中，-2^K)W^2并且-2ScolumnS2。5X5排列80可以被劃分為3個(gè)"環(huán)"排列，排列80的"外側(cè)"形成第一環(huán)82，中間部分減去中心像素Po,o形成第二環(huán)84，中心像素Po，o形成第三環(huán)86。在高效濾波系統(tǒng)100中，環(huán)82可以由環(huán)濾波器R2處理，第二環(huán)84可以由環(huán)濾波器Ri處理，第三環(huán)86可以由環(huán)濾波器Ro處理。用^」,.=-2，2來表示5X5鄰域中的像素索引，并且用^，^=_2，2來表示對(duì)乂=—2'，2乂=一2'，2應(yīng)的濾波器系數(shù)，則可以將3個(gè)環(huán)濾波器的輸出寫為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>現(xiàn)在由以下給出自適應(yīng)濾波器的輸出其中，a和(3是由傳遞函數(shù)模塊26提供的系數(shù)。由于兩個(gè)外側(cè)環(huán)濾波器是對(duì)像素差Pij-P。,0計(jì)算的，因此可以證明該自適應(yīng)濾波器始終是歸一化的，即它的系數(shù)的總和等于l。因此，避免了濾波器系數(shù)歸一化(這在計(jì)算上是耗時(shí)的)。通過使用環(huán)濾波器Ro，&和R2，可以用等效于僅計(jì)算一個(gè)線性濾波器的計(jì)算復(fù)雜度來執(zhí)行該自適應(yīng)濾波。以上情況可以被認(rèn)為是n個(gè)環(huán)的實(shí)現(xiàn)，其中11=2。歸納為n為整數(shù)的n個(gè)環(huán)，該自適應(yīng)濾波器的輸出可以給出為尸卯,=尸i。++a禹+…+d其中，ai,a2,...,an是由傳遞函數(shù)模塊26提供的系數(shù)。對(duì)于『2的情況，系數(shù)a！-a并且a2=(3。圖4是根據(jù)一些實(shí)施例，由高效濾波系統(tǒng)100執(zhí)行的各個(gè)操作的流程圖。濾波器100接收待濾波的圖像20(方塊102)。對(duì)于輸入圖像中的每個(gè)像素，由三個(gè)環(huán)濾波器Ro、R!和R2處理5X5像素的對(duì)稱鄰域。在一些實(shí)施例中，同時(shí)執(zhí)行接下來的操作104、106和108。三個(gè)環(huán)部分82、84和86的每一個(gè)可以分別使用三個(gè)環(huán)濾波器Ro、R！和&進(jìn)行濾波(圖2)。外側(cè)部分可以使用R2環(huán)濾波器進(jìn)行濾波(方塊104)。中間部分可以使用Ri環(huán)濾波器進(jìn)行濾波(方塊106)。內(nèi)側(cè)部分可以使用Ro環(huán)濾波器進(jìn)行濾波(方塊108)。在環(huán)濾波器Ro、R,和R2對(duì)像素鄰域中其對(duì)應(yīng)的部分進(jìn)行濾波的同時(shí)，濾波系統(tǒng)100還可以執(zhí)行鄰域分類(方塊112)。在此，對(duì)像素鄰域進(jìn)行分析。然后，執(zhí)行傳遞函數(shù)36，其產(chǎn)生系數(shù)a和卩(方塊114)。在濾波操作之后，可以使用阿爾法混合模塊32將這些結(jié)果進(jìn)行阿爾法混合(方塊110)。在一些實(shí)施例中，可以通過對(duì)環(huán)濾波器Ro、R!和R2使用恒定的(且非常簡單的)系數(shù)，來進(jìn)一步提高高效濾波系統(tǒng)100的計(jì)算效率。以這種方式，'可以執(zhí)行沒有乘法的環(huán)濾波器計(jì)算，并且可以僅用兩次乘法(c^尸^和y^尸i2)來計(jì)算該自適應(yīng)濾波器。除了它的高效性之外，在一些實(shí)施例中，基于環(huán)濾波器的自適應(yīng)濾波器100能夠執(zhí)行通常用更為復(fù)雜的自適應(yīng)濾波器來實(shí)現(xiàn)的完整范圍的圖像處理操作。這是通過仔細(xì)選擇系數(shù)a和p來實(shí)現(xiàn)的。表1示出了根據(jù)一些實(shí)施例，使用圖5中的環(huán)濾波器系數(shù)92、94和96執(zhí)行三個(gè)基本圖像處理操作的情況。表1提供了用于高頻增強(qiáng)、中頻增強(qiáng)以及高頻衰減的數(shù)據(jù)，包括有系數(shù)a和l3的值。圖5、6和7分別示出了圖1的高頻增強(qiáng)、中頻增強(qiáng)和高頻衰減實(shí)例的濾波器頻率響應(yīng)。表l:基于自適應(yīng)環(huán)濾波器的圖像處理操作<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>高效濾波系統(tǒng)ioo可以使用硬件、軟件或者軟件與硬件的組合來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，高效濾波系統(tǒng)100能夠僅使用在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)中該特征所需要的資源中的一小部分來實(shí)現(xiàn)高級(jí)圖像處理特征、自適應(yīng)濾波。因此，使用高效濾波系統(tǒng)100可以實(shí)現(xiàn)門數(shù)的減少或者處理時(shí)間的減少，或者兩者都可實(shí)現(xiàn)。高效濾波系統(tǒng)100是現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)中所沒有的用于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波的一種新穎方法。自適應(yīng)濾波是圖像處理中普通實(shí)踐技術(shù)。然而，自適應(yīng)濾波是復(fù)雜的并且需要大量系統(tǒng)資源。因此，在特定的平臺(tái)中是禁止自適應(yīng)濾波的。使用該高效濾波系統(tǒng)100，就可以以非常低的資源消耗來執(zhí)行高質(zhì)量的自適應(yīng)濾波。該高效濾波系統(tǒng)100還可以允許對(duì)自適應(yīng)濾波器的功能的非常簡單的控制，這是因?yàn)樵谠摓V波器設(shè)計(jì)中僅涉及到了兩個(gè)系數(shù)(a和(3)。這是相對(duì)于需要調(diào)節(jié)很多系數(shù)和參數(shù)的其他實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。雖然己經(jīng)針對(duì)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本申請(qǐng)，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)從中意識(shí)到各種修改和變化。所想要的是附帶的權(quán)利要求覆蓋所有這些修改和變化，只要它們落入了本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種濾波系統(tǒng)，包括分類模塊，其用于分析輸入圖像的當(dāng)前像素鄰域，其中，所述分類模塊基于所述分析產(chǎn)生視覺重要性測量值；傳遞函數(shù)，其用于產(chǎn)生混合系數(shù)α1，...，αn，其中n為整數(shù)；以及n個(gè)環(huán)濾波器，其用于對(duì)所述像素鄰域進(jìn)行濾波，所述像素鄰域被劃分為n個(gè)環(huán)環(huán)境，其中，每個(gè)環(huán)環(huán)境由不同的環(huán)濾波器進(jìn)行濾波。2、如權(quán)利要求1所述的濾波系統(tǒng)，進(jìn)一步包括阿爾法混合模塊，其用于接收來自所述傳遞函數(shù)的所述混合系數(shù)以及來自所述環(huán)濾波器的輸出；其中，所述阿爾法混合模塊產(chǎn)生以下值作為輸出;=尸i。+a;尸i7+oC2+…+d3、如權(quán)利要求1所述的濾波系統(tǒng)，所述多個(gè)環(huán)濾波器進(jìn)一步包括-第一環(huán)濾波器，R1;第二環(huán)濾波器，R2;以及第三環(huán)濾波器，R3;其中，所述像素鄰域被劃分為三個(gè)環(huán)環(huán)境。4、如權(quán)利要求3所述的濾波系統(tǒng)，其中，所述混合是根據(jù)以下函數(shù)來5、如權(quán)利要求3所述的濾波系統(tǒng)，其中，所述像素鄰域是由fi^丄一22定義的5X5像素鄰域。6、如權(quán)利要求5所述的濾波系統(tǒng)，進(jìn)一步包括由{《",__22定義的濾波器系數(shù)，其中，所述三個(gè)環(huán)濾波器的輸出PRo、PR,和PR2由以下給出/^0=;，S尸M)，^2=S化^,廣尸0,0)。7、如權(quán)利要求5所述的濾波系統(tǒng)，進(jìn)一步包括由化",=_2，2定義的濾波乂=—2'，2器系數(shù)，其中，所述第一環(huán)濾波器的輸出PRo由以下給出-尸^0=尸0,0。8、如權(quán)利要求5所述的濾波系統(tǒng)，進(jìn)一步包括由化，,},.=_2，2定義的濾波器系數(shù)，其中，所述第二環(huán)濾波器的輸出PR,由以下給出尸《=2《,y(S，廠尸o,o)°9、如權(quán)利要求5所述的濾波系統(tǒng)，進(jìn)一步包括由{巧,",=—2,2定義的濾波器系數(shù)，其中，所述第三環(huán)濾波器的輸出PR2由以下給出尸"2=S尸"(《,廣尸0,0卜10、一種對(duì)圖像執(zhí)行高效濾波的方法，該方法包括接收所述圖像，其中，所述圖像是由^，,I^2定義的5X5像素鄰域;使用第一環(huán)濾波器R2對(duì)所述圖像的外側(cè)部分進(jìn)行濾波，得到第一輸出使用第二環(huán)濾波器&對(duì)所述圖像的中間部分進(jìn)行濾波，得到第二輸出使用第三環(huán)濾波器Ro對(duì)所述圖像的內(nèi)側(cè)部分進(jìn)行濾波，得到第三輸出并且.對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出和所述第三輸出進(jìn)行阿爾法混合。11、如權(quán)利要求10所述的執(zhí)行高效濾波的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行對(duì)所述圖像的鄰域分類，以產(chǎn)生對(duì)所述圖像的像素鄰域的連續(xù)測:值，其包括關(guān)于視覺重要性的數(shù)據(jù)。12、如權(quán)利要求10所述的執(zhí)行高效濾波的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行傳遞函數(shù)，以產(chǎn)生系數(shù)a和卩；其中，所述系數(shù)a和卩用于對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出和所述第三輸出進(jìn)行阿爾法混合。13、如權(quán)利要求ll所述的執(zhí)行高效濾波的方法，對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出和所述第三輸出進(jìn)行阿爾法混合的步驟進(jìn)一步包括執(zhí)行公式戶。,=尸A十a(chǎn)i^,+"尸i2。14、一種對(duì)圖像執(zhí)行高效濾波的方法，該方法包括接收所述圖像，其中，所述圖像是nXn的像素鄰域，n為整數(shù)；使用第一環(huán)濾波器R,對(duì)所述圖像的第一部分進(jìn)行濾波，得到第一輸出；使用第二環(huán)濾波器R2對(duì)所述圖像的第二部分進(jìn)行濾波，得到第二輸出；以及使用第三環(huán)濾波器R3對(duì)所述圖像的第三部分進(jìn)行濾波，得到第三輸出。15、如權(quán)利要求14所述的執(zhí)行高效濾波的方法，進(jìn)一步包括使用第四濾波器R4對(duì)所述圖像的第四部分進(jìn)行濾波，得到第四輸出；以及對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出、所述第三輸出和所述第四輸出進(jìn)行阿爾法混合。16、如權(quán)利要求15所述的執(zhí)行高效濾波的方法，對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出、所述第三輸出和所述第四輸出進(jìn)行阿爾法混合的步驟進(jìn)一步包括執(zhí)行函數(shù)戶。w二i^o+a;i^;+OC2尸i2+a3尸/3，其中，(X!、012和013是混合系數(shù)。17、如權(quán)利要求14所述的執(zhí)行高效濾波的方法，進(jìn)一步包括使用第四濾波器R4對(duì)所述圖像的第四部分進(jìn)行濾波，得到第四輸出；使用第五濾波器Rs對(duì)所述圖像的第五部分進(jìn)行濾波，得到第五輸出；并且對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出、所述第三輸出、所述第四輸出和所述第五輸出進(jìn)行阿爾法混合。18、如權(quán)利要求17所述的執(zhí)行高效濾波的方法，對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出、所述第三輸出、所述第四輸出和所述第五輸出進(jìn)行阿爾法混合的步驟包括執(zhí)行函數(shù)尸。,=尸W。+a7jPA+aZA++尸A，其中a"a2、a3和Ol4是混合系數(shù)。19、如權(quán)利要求14所述的執(zhí)行高效濾波的方法，進(jìn)一步包括使用第四濾波器R4對(duì)所述圖像的第四部分進(jìn)行濾波，得到第四輸出；使用第五濾波器R5對(duì)所述圖像的第五部分進(jìn)行濾波，得到第五輸出；使用第六濾波器R6對(duì)所述圖像的第六部分進(jìn)行濾波，得到第六輸出；并且對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出、所述第三輸出、所述第四輸出、所述第五輸出和所述第六輸出進(jìn)行阿爾法混合。20、如權(quán)利要求19所述的執(zhí)行高效濾波的方法，對(duì)所述第一輸出、所述第二輸出、所述第三輸出、所述第四輸出、所述第五輸出和所述第六輸出進(jìn)行阿爾法混合的步驟包括執(zhí)行函數(shù)P加,=尸i。+a/尸i^+0t2尸及2++oCW4+5尸^5，其中a!、a2、a3、(X4禾Qa5是混合系數(shù)。全文摘要公開了一種濾波系統(tǒng)和方法，用于對(duì)視頻圖像執(zhí)行同時(shí)的、去噪的和細(xì)節(jié)增強(qiáng)的任務(wù)。高效濾波器系統(tǒng)包括多個(gè)濾波器，其對(duì)已經(jīng)被劃分為多個(gè)環(huán)的視頻圖像的一部分進(jìn)行操作。使用該濾波系統(tǒng)，能夠避免復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算。文檔編號(hào)H04N5/14GK101505367SQ20081018466公開日2009年8月12日申請(qǐng)日期2008年12月11日優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日發(fā)明者A·利維,Z·阿維夫申請(qǐng)人:英特爾公司