CN100525383C - 图像数据噪声降低设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种图像数据噪声降低设备及其控制方法。输出视频信号的CCD具有一个光暗区，在进行偏移校正时，从此光暗区得到的视频信号电平被当作黑电平。电平低于偏移校正时所使用的偏移电平的视频信号被当作噪声像素。在通过偏移校正把视频信号钳位在偏移电平之前检测噪声像素。利用噪声像素周围的像素对检测得到的噪声像素进行像素插值。由于噪声像素由像素插值后得到的像素所替代，因此降低了最后获得的图像中的噪声。

Description

图像数据噪声降低设备及其控制方法

技术领域

本发明是关于一种降低图像数据噪声的设备、一种控制此设备的方法及一种控制程序。

背景技术

由于新近的数码相机需要高灵敏度成像技术，因此一幅图像中噪声的作用就不能被忽略了。特别地，有时一幅图像中的低亮度噪声到中亮度噪声表现为黑点，有时这种噪声变得很显著。为了解决此问题，现有技术是对图像数据采用中值滤波的方法来降低噪声(见日本专利申请公开说明书4—235472)。然而，由于此方法对全部图像数据进行滤波，有时候图像的分辨率会下降。

发明内容

因此，本发明的一个目的就是在不降低图像分辨率的情况下降低噪声。

根据本发明的第一个方面，通过提供一个降低图像数据的噪声的设备达到上述目的，此设备包括：一个噪声图像数据检测装置，其把固态电子图像感测装置的光暗区域得到的数据用作黑电平数据，来把从固态电子图像感测装置输出的图像数据中比用来对图像数据进行偏移的偏移校正中的偏移电平低的图像数据检测为噪声图像数据；一个噪声降低电路，其输入是固态电子图像感测装置输出的图像数据，此电路用来降低噪声图像数据检测装置检测的噪声图像数据中的噪声，并输出结果图像数据；一个偏移校正电路，其对噪声降低电路输出的图像数据进行偏移校正。

本发明的第一个方面也为上面描述的降低图像数据的噪声的设备提供了一种合适的控制方法。具体地说，本发明提供了一种控制降低图像数据噪声的设备的方法，包括以下步骤：噪声图像数据检测装置把从固态电子图像感测装置的光暗区域得到的数据用作黑电平数据，来把从固态电子图像感测装置输出的图像数据中比用于对图像数据进行偏移的偏移校正中偏移电平低的图像数据检测为噪声图像数据；将固态电子图像感测装置输出的图像数据输入给一个噪声降低电路，并利用噪声降低电路降低由噪声图像数据检测装置检测的噪声图像数据中的噪声，并输出结果图像数据；利用偏移校正电路对噪声降低电路输出的图像数据进行偏移校正。

本发明的第一个方面也提供了一种程序以执行图像数据噪声降低设备的控制方法。

在固态电子图像感测装置输出的图像数据中，从固态电子感测装置的光暗区域得到的数据在进行偏移校正时被用作黑电平数据。偏移校正时图像数据中不应该存在低于一个偏移电平的图像数据，因此，图像数据中低于偏移电平的、在一幅图像中表现为黑点的图像数据被当作是噪声。

按照本发明的第一个方面，在固态电子图像感测装置输出的图像数据中，低于偏移校正中偏移电平的图像数据被检测为噪声图像数据。对检测后的噪声图像数据进行噪声降低处理，对经过噪声降低处理以后的图像数据进行偏移校正。固态电子图像感测装置输出的图像数据中并非所有的图像数据都进行噪声降低处理，只有被检测为噪声的图像数据才进行噪声降低处理。因此，进行噪声降低处理时不会造成图像分辨率的下降。

作为例子，噪声降低电路是一个利用噪声像素附近的像素对噪声像素进行插值的插值电路，其中，噪声像素是图像数据中低于偏移电平的图像数据。

图像数据噪声降低设备同时还可以包括一个插值电路，它利用噪声像素附近的像素对噪声像素进行插值，噪声像素包含在组成由噪声降低电路输出的图像数据所表示的图像的像素中，且其电平低于一个偏移电平。在这种情况下，偏移校准校正电路对表示一图像的图像数据进行偏移校正，该图像包含了由插值电路进行插值的像素。

图像数据噪声降低设备还包括一个伽马校正装置，此装置对固态电子图像感测装置输出的图像数据进行伽马校正。在这种情况下，噪声降低装置接收被伽马校正装置进行伽马校正以后的图像数据的输入，并对噪声图像数据检测装置检测的噪声图像数据进行噪声降低处理。

可以这样来布置，使得噪声降低电路接收固态电子图像感测装置输出的图像数据的输入，经过第一噪声降低处理进行完噪声降低处理后输出由噪声图像数据检测装置检测的噪声图像数据，并且经过第二噪声降低处理进行降低噪声处理后输出除噪声图像之外的图像数据。

根据本发明的第二个方面，可以通过提供一个图像感测装置来达到上述目的，此图像感测设备具有一个固态电子图像感测装置以感测一个目标的图像、并输出表示该目标图像的图像数据，此设备包括：一个噪声图像感测装置，其把从固态电子图像感测装置的光暗区域得到的数据用作黑电平数据，来把从固态电子图像感测装置输出的图像数据中比用于偏移图像数据的偏移校正中的偏移电平低的图像数据检测为噪声图像数据；一个噪声降低电路，其输入是从固态电子图像感测装置输出的图像数据，此电路用来降低噪声图像数据检测装置检测的噪声图像数据中的噪声，并输出结果图像数据；一个偏移校正电路，它用来对噪声降低电路输出的图像数据进行偏移校正。

同时，在本发明的第二个方面中，固态电子图像感测装置输出的图像数据中低于偏移校正时一个偏移电平的数据被检测为噪声图像数据。对检测得到的噪声图像数据进行噪声降低处理，对经过噪声降低处理后的图像数据进行偏移校正。并非所有固态电子图像感测装置输出的图像数据都进行噪声降低处理，只有被检测为噪声的噪声图像数据才进行噪声降低处理。因此，执行噪声降低处理时不会噪声图像分辨率的下降。

由下面的说明及附图，本发明其它的特点和好处是显而易见的，附图中相同或相似的部分用相似的标号表示。

附图说明

图1说明了CCD上的入射光数量与输出信号电平的关系；

图2是一个示出了一个数码相机的电结构的框图；

图3是一个示出了信号处理电路的电结构的框图；

图4示出了一个蜂窝阵列；

图5示出了一个拜耳阵列；

图6示出了一个信号处理电路的电结构；

图7示出了一个像素阵列的例子；

图8和图9是示出了信号处理电路的电结构框图；

图10是示出噪声降低处理的流程图。

具体实施方式

首先描述一下本发明实施例的原理。

图1说明了固态电子图像感测装置上的入射光数量和输出信号电平之间的关系。

输出信号电平随入射光量增加而上升。固态电子图像感测装置包含一个光暗区域。从此光暗区域得到的视频信号被当作黑电平视频信号。在数码相机中，固态电子图像感测装置输出的视频信号以下面的方式进行偏移校正，即黑电平视频信号变为零。为了进行偏移校正定义了偏移电平。电平低于此偏移电平的信号在偏移校正时被钳位。

由于从光暗区域得到的视频信号的电平是黑电平，所以信号分量中不应该存在低于此偏移电平的电平。然而，由于输出信号包含噪声分量，所以由于噪声分量的原因有时候造成了信号分量的电平低于偏移电平。这样就造成有时候输出信号所表示的图像中低于偏移电平的信号分量表现为黑点噪声。

在根据本发明的实施例中，低于偏移电平的信号分量被检测出来，同时还找出由检测出的信号分量表示的图像中像素(噪声像素)的位置，所找到的噪声像素被其周围像素一次插值(这是噪声降低处理)。由于在偏移校正之前检测出小于偏移电平的信号分量，所以可以找到噪声像素。

图2是一个说明数码相机电结构的框图。

整个数码相机的操作由CPU 10控制。

数码相机包括一个相机操作单元1，它具有诸如电源按钮、模式设置转盘和快门按钮之类的多个按钮。从相机操作单元1输出的操作信号输入给CPU 10。

数码相机还包括一个用于闪光摄影的电子闪光单位2和控制其发光的驱动电路3，对数码相机每一电路进行供电的供电电路4连接到CPU 10，一个用于存储操作程序和规定数据等的存储器5也连接到CPU 10。如果操作程序记录在存储卡22上，则操作程序从存储卡22读出安装到数码相机，从而相机可以以后述方式操作。

CCD 13是一个单片CCD，后面对单片CCD会作详细描述，CCD 13还包括在感光器表面形成的滤色镜。不言而喻，CCD还可以是三片CCD或单色CCD。在CCD 13感光器表面的前面还有一个成像镜头11和光圈12。成像镜头11的对焦位置和光圈12的光圈系数(f-stop)值分别由驱动电路7和驱动电路8控制。CCD 13由驱动电路9输出的驱动脉冲驱动。定时发生器6把脉冲信号送给驱动电路9、CDS(相关双采样)电路14和模拟/数字转换电路15，后面对CDS电路14和模拟/数字转换电路15进行描述。

如果已经设置图像感测模式，在CCD 13感光器的表面形成目标图像，表示目标图像的视频信号(彩色视频信号)从CCD 13输出。如同前面提到的，CCD 13包括一个光暗区域，它会输出表示光暗电平的视频信号。

CCD 13输出的视频信号在CDS电路14中进行相关双采样，然后输入给模拟/数字转换电路15，后者将视频信号转换为数字图像数据并将图像数据存储在存储器16中。从存储器16读出图像数据然后输入到图像处理电路17，后者执行如前所述的噪声降低处理，如噪声像素的检测和像素插值等等。在后面会给出信号处理电路17执行处理的描述。

信号处理电路17输出的图像数据通过存储器18送给一个液晶显示器19，成像后得到的目标图像被显示在液晶显示器19的显示屏幕。

如果按下快门按钮，从如前所述的信号处理电路17输出的图像数据被施加并暂时存储在存储器18中，从存储器18读出图像数据然后输入到压缩/解压电路20。在压缩/解压电路20中图像数据被压缩，然后利用记录/重放控制电路21将压缩的图像数据记录在存储卡22中。

如果设置为重放模式，记录/重放控制电路21将存储在存储卡22中的压缩后的图像数据读出。在压缩/解压电路20中将读出的压缩图像数据解压缩，解压缩后的图像数据通过存储器18施加到液晶显示器19，从而记录在存储卡22中的图像数据所表示的图像就显示在了液晶显示器19的显示屏幕上。

图3是一个说明信号处理电路电结构的框图。

如前所述信号处理电路17的图像数据(输入图像数据)输入给一个噪声检测/像素插值电路31，后者检测图像数据(噪声图像数据)中低于一个偏移电平的图像数据并找到检测到的噪声图像数据所表示的像素(噪声像素)位置，找到的噪声像素被其附近的像素进行插值，后面会给出像素插值处理的细节。

噪声检测/像素插值电路31输出的图像数据被施加到一个偏移校正电路32，如前所述，图像数据在一个偏移电平处以下述方式被钳位，即图像数据中的黑电平数据变为零电平(此即偏移校正)。由于在偏移校正之前进行像素检测，因此低于偏移电平的噪声和黑电平可以彼此区分开，这样就可以检测出噪声像素。

偏移校正后的图像数据在一个白均衡校正电路33中进行白均衡校正。白均衡校正后的图像数据通过一个线性矩阵电路34输入给一个伽马校正电路35，通过伽马校正，伽马校正电路35将14bit的图像数据变为8bit的图像数据。

在同步电路36中，对伽马校正后的图像数据进行同步处理，同步处理后的图像数据在色差阵列37中进行颜色校正，色差阵列37输出的图像数据在修整/尺寸调整处理电路38中进行修整处理和尺寸调整处理以具有期望的尺寸。进一步，在轮廓校正电路39中图像数据以下面的方式进行轮廓校正，即图像的轮廓得到加强。最后，从信号处理电路17中输出结果信号。

在上述实施方式中，在同步电路36中进行同步处理。然而，不用说，对于输出单色图像数据的三片CCD和CCD没有进行同步处理。

图4说明了CCD13感光器表面的一部分。

图4所示的CCD即所说的蜂窝阵列，其中，奇数列具有奇数行中的光敏二极管25，偶数列具有偶数行中的光敏二极管25。当然也可做出如下安排，即奇数列具有偶数行中的光敏二极管25，偶数列具有奇数行中的光敏二极管25。

光敏二极管25的感光器表面具有特性为通过红光分量的滤光器(用字母R表示)，特性为通过绿光分量的滤光器(用字母G表示)和特性为通过蓝光分量的滤光器(用字母B表示)。

假设对应于这些光敏二极管中的中心光敏二极管25的像素R(i，j)被检测为如前所述噪声像素。噪声像素R(i，j)是从其上形成只能通过红光分量的滤波器的光敏二极管25得到的。因而，利用噪声像素R(i，j)周围的像素R(i-2，j)、R(i+2，j)、R(i，j-2)、R(i，j+2)、R(i-1，j-1)、R(i+1，j+1)、R(i-1，j+1)、R(i+1，j-1)对噪声像素R(i，j)进行像素插值，其中这些像素从其上形成红光滤光器的光敏二极管25得到。

首先，利用下面的等式1到等式4计算得到ΔEv(H)、ΔEv(V)、ΔEv(NW)、ΔEv(NE)，它们分别是插值目标的噪声像素R(i，j)电平和其位于噪声像素R(i，j)水平方向的像素平均电平、垂直方向平均电平、西北方向像素平均电平、东北方向平均电平的差值。

ΔEv(H)＝|R(i，j)-{R(i-2，j)+R(i+2，j)}/2|        …等式1

ΔEv(V)＝|R(i，j)-{R(i，j-2)+R(i，j+2)}/2|        …等式2

ΔEv(NW)＝|R(i，j)-{R(i-1，j-1)+R(i+1，j+1)}/2|   …等式3

ΔEv(NE)＝|R(i，j)-{R(i-1，j+1)+R(i+1，j-1)}/2|   …等式4

为了这样布置使得利用与噪声像素R(i，j)间差值较小的像素对噪声像素R(i，j)进行像素插值，从由等式1到等式4得到的差值ΔEv(H)、ΔEv·(V)、ΔEv(NW)、ΔEv(NE)中选出差值最小的一个作为差值ΔEv(1)。利用用于计算所选差值ΔEv(1)的像素R1和R2通过下面等式5对噪声像素R(i，j)进行插值。

R(i，j)＝(R1+R2+1)/2…等式5

等式5中加1是因为像素电平的舍入(或者舍出)。

举例说明，如果ΔEv(H)是最小差值，则等式5可以用等式6表示如下。

R(i，j)＝{R(i-2，j)+R(i+2，j)+1}/2   …等式6

噪声像素插值就是这样进行的。同样，在噪声像素是其它像素时，像素插值也以这种方式进行从而达到消除噪声像素中的噪声。

图5说明了CCD感光器表面的另外一个例子，这个CCD的光敏二极管排列成拜耳阵列。

此处，CCD感光器表面具有各行各列的光敏二极管25，与图4中说明的类似，在光敏二极管25的感光器表面形成了如下滤光器，即通过红光分量的滤光器R、通过绿光分量的滤光器G和通过蓝光分量的滤光器B。

中心像素R(i，j)是要进行插值的噪声像素，像素R(i-2，j)、R(i+2，j)、R(i，j-2)、R(i，j+2)、R(i-2，j-2)、R(i+2，j+2)、R(i-2，j+2)、R(i+2，j-2)放置在噪声像素R(i，j)的周围，在这些像素的表面形成的滤光器特性只能通过红光分量，这与噪声像素R(i，j)通过的光线相同。可以这样理解，即通过上面等式1到等式5所示的方式利用周围的这些像素对噪声像素R(i，j)进行插值。

图6和图7说明了另外一种实施方式。

图6是一个说明信号处理电路17的电结构的框图，图6中与图3相同的电路用相似的标号表示，不需要再次描述。

在图3所示的信号处理电路中，噪声检测和像素插值在噪声检测/像素插值电路31中进行。然而，在图6的信号处理电路中，在噪声检测电路31A中进行噪声检测，在与噪声检测电路31A分开的像素插值电路42中进行噪声插值。在噪声检测电路31A和像素插值电路42之间有一个噪声降低处理电路41，在噪声降低处理电路41中经过噪声降低处理的图像数据输入给图像插值电路42。噪声降低处理可以是常规类型的处理，噪声降低处理方法没有特别限定。

在图3的信号处理电路中，噪声像素检测和像素插值在一个单独的噪声检测/像素插值电路31中进行，因此，如果对噪声像素进行插值的像素本身就是噪声像素，相对插值前的像素噪声，插值后的像素噪声可能并没有降低。在图6所示的信号处理电路中，利用自身噪声已经得到降低的图像数据对噪声像素进行插值，因此，相对插值前的像素噪声，插值后的像素噪声得到了降低。

图7所示的是一个像素阵列的例子。

在列方向和行方向定义了像素P1到P9，其中中心像素P5是需要进行插值的噪声像素。

利用噪声像素P5周围像素P1到P4和像素P6到P9的任何一组像素，采用前面描述的方式对噪声像素P5进行像素插值。然而，如果像素插值时所用组中的像素本身就是噪声像素，则以前述方式插值后的像素仍然含有噪声。在本实施方式中，如前所述，像素插值处理在噪声降低处理后进行。因此，即使像素插值时所用组的像素是噪声像素，它们的噪声也已经降低。这意味着利用降低了噪声的像素执行像素插值。

图8所示的框图说明了又一个实施方式中信号处理电路的电结构，图8中与图3相同的电路用相似的标号表示，不需要再次描述。

同样，在此实施中像素插值电路42具有单独的噪声检测电路31A。此处，像素插值电路42位于伽马校正电路35的输出端，伽马校正后的图像数据在像素插值电路42中进行像素插值。如前所述，伽马校正将图像数据从14bit的数据转换为8bit的数据。因此，像素插值电路42可以在尺寸上减小，经过像素插值电路42像素插值后的图像数据在同步电路36中进行同步处理。

在噪声检测电路31A中检测得到的噪声像素位置存储在数码相机的存储器5中。不言而喻，在像素插值电路42中就是根据此位置进行像素插值处理。

不用说，在图8的电路中，噪声降低电路可以位于噪声检测电路31A的输出端，这与图6中的情形类似。

图9和图10又说明了不同的实施方式。

图9框图说明了一个信号处理电路的电结构，图9中与图3相同的电路用相似的标号表示，不需要再次描述。

在本实施方式中，前述的噪声像素根据像素插值进行噪声降低处理，对除了噪声像素以外的像素进行常规的噪声降低处理。尽管噪声像素根据像素插值进行噪声降低处理，它也不会进行常规的噪声降低处理。

噪声检测电路31A输出的图像数据输入给噪声降低电路41，此处，对表示除了噪声像素以外的像素的图像数据进行常规的噪声降低处理，然后再进行偏移校正等处理。由于噪声像素不进行常规的噪声降低处理，噪声降低处理可以被快速执行。

伽马校正后的图像数据输入给像素插值电路42，在此对噪声像素进行像素插值处理。

图10中的流程图说明了噪声降低处理。

确定图像数据是否表示噪声像素(步骤51)。如果像素不是噪声像素(步骤51中为“否”)，则在噪声降低电路41中以前面所说的方式进行噪声降低处理(第一噪声降低处理)；如果像素是噪声像素(步骤51中为“是”)，则在像素插值电路42中以前面所说的方式进行像素插值(第二噪声降低处理)。

由于在不离开本发明的本质和范畴的情况下可以进行许多明显不同的实施方式，所以可以这样理解本分明，即它不局限于除所附权利要求中定义的实施方式之外的特定实施方式。

Claims (7)

1.一种降低图像数据噪声的设备，其包括：

一个噪声图像数据检测装置，其把从固态电子图像感测装置的光暗区域输出的数据用作黑电平数据，来把从所述固态电子图像感测装置输出的图像数据中比用于对图像数据进行偏移的偏移校正中的偏移电平低的图像数据检测为噪声图像数据；

一个噪声降低电路，其输入是所述噪声图像数据检测装置输出的图像数据，用来降低从所述噪声图像数据检测装置所检测的噪声图像数据中的噪声，并输出处理后的结果图像数据；

一个偏移校正电路，其用来对所述噪声降低电路输出的图像数据进行偏移校正。

2.根据权利要求1所说的设备，其中所述噪声降低电路是一个利用噪声像素周围的像素对噪声像素进行插值的插值电路，该噪声像素是图像数据中低于偏移电平的图像数据。

3.根据权利要求1所说的设备，还包括一个插值电路，该插值电路利用噪声像素周围的像素对噪声像素进行插值，该噪声像素是图像数据中低于偏移电平的图像数据，并且包含在组成由所述噪声降低电路输出的图像数据表示图像的像素中；

其中，所述偏移校正电路对表示包含了像素的图像的图像数据进行偏移校正，该像素已由所述插值电路进行了插值。

4.根据权利要求1所说的设备，还包括一个伽马校正电路，用来对从所述偏移校正电路输出的图像数据进行伽马校正；以及

一个像素插值电路，其接收经所述伽马校正电路进行伽马校正后的图像数据的输入，并对伽马校正后的图像数据进行像素插值。

5.根据权利要求1所说的设备，其中，所述噪声降低电路接收从固态电子图像感测装置输出的图像数据的输入，输出经第一噪声降低处理进行噪声降低处理由所述噪声图像数据检测装置检测后的噪声图像数据，输出经第二噪声降低处理进行降低噪声处理后除了噪声图像数据以外的图像数据。

6.一种图像感测设备，其具有一个固态电子图像感测装置以感测一个目标的图像，并输出表示目标图像的图像数据，所述设备包括：

一个噪声图像数据检测装置，其把从固态电子图像感测装置的光暗区域输出的数据用作黑电平数据，来把从固态电子图像感测装置输出的图像数据中比用于对图像数据进行偏移的偏移校正中的偏移电平低的图像数据检测为噪声图像数据；

一个噪声降低电路，其输入是所述噪声图像数据检测装置输出的图像数据，用以降低由所述噪声图像数据检测装置检测后的噪声图像数据中的噪声，并输出处理后的结果图像数据；以及

一个偏移校正电路，用以对从所述噪声降低电路输出的图像数据进行偏移校正。

7.一种用于降低图像数据噪声的设备的控制方法，包括步骤：

噪声图像数据检测装置把从固态电子图像感测装置的光暗区域输出的数据用作黑电平数据，来把从固态电子图像感测装置输出的图像数据中比用于对图像数据进行偏移的偏移校正中的偏移电平低的图像数据检测为噪声图像数据；

将所述噪声图像数据检测装置输出的图像数据输入给一个噪声降低电路，利用噪声降低电路来降低由所述噪声图像数据检测装置检测的噪声图像数据中的噪声，并输出处理后的结果图像数据；

利用偏移校正电路对从噪声降低电路输出的图像数据进行偏移校正。

Images