Способ уменьшения шумов в видеоизображении

СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ШУМОВ В ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИИ Способ уменьшения шумов в видеоизображении, полученном с помощью телевизионной камеры,включающий формирование в видеоканале видеопотока из групп кадров, имеющих временную взаимозависимость, формирование видеоизображения из последовательности выходных кадров,сформированных на основе обработки названных групп кадров путем усреднения близких значений соответствующих пикселей по крайней мере в одной группе кадров и использование усредненных значений с учетом весовых коэффициентов для формирования выходного кадра,для уменьшения шумов используют кадры, отстоящие по времени симметрично относительно обрабатываемого кадра вперд и назад во времени. При этом для вычисления усредннного значения любого пикселя видеоизображения используют либо значения соответствующего пикселя одного кадра, либо другого, либо среднего значения пикселей этих двух кадров. Для выбора одного из трх значений вычисляют модули разности этих значений со значением пикселя обрабатываемого кадра и находят из них минимальный модуль разности, и соответствующее значение пикселя используют для усреднения. При усреднении выбранные значения пикселей умножаются на коэффициенты, которые зависят от степени удалнности кадра от обрабатываемого кадра. Количество используемых в способе кадров и функциональная зависимость коэффициентов от удалнности кадров от обрабатываемого кадра определяют параметры шумоподавления. Способ позволяет уменьшить шумы в видеоизображении, полученном с помощью телевизионной камеры. Борисов Алексей Анатольевич (RU) Пронин В.О. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ИМПУЛЬС" (RU) 016695 Способ относится к области цифровой обработки изображений, конкретно к системам обработки видеоизображений, полученных с помощью телевизионной камеры, и предназначен для уменьшения шумов в видеоизображении. Видеоизображения, полученные с помощью телевизионной камеры, могут ухудшаться вследствие наличия шумов. Желательно перед выводом на экран уменьшить этот шум для таких изображений и тем самым улучшить качество изображения. Известен способ уменьшения шумов в видеоизображении, полученном с помощью телевизионной камеры, по заявке US 2009154825, опубл. 18.06.2009 г., включающий формирование выходного кадра видеоизображения из кадров видеопотока, имеющих временную взаимозависимость, усреднение близких значений элементов кадров в группе кадров и использование усредненных значений с учетом весовых коэффициентов для формирования выходного кадра. Известен способ уменьшения шумов в видеоизображении по патенту ЕР 0289152, включающий формирование получения видеоизображения из кадров видеопотока. Каждый кадр видеоизображения формируют из кадров видеопотока следующим образом. Осуществляют сравнение каждого элемента обрабатываемого кадра с соответствующими элементами предыдущих кадров и на основе такого сравнения определяют отношения, которые используют с учетом весовых коэффициентов для формирования усредненных элементов выходных кадров. Техническим результатом изобретения является уменьшение шумов в видеоизображении, полученном с помощью телевизионной камеры. Технический результат в способе уменьшения шумов в видеоизображении, полученном с помощью телевизионной камеры, включающем формирование в видеоканале видеопотока из групп кадров, имеющих временную взаимозависимость, формирование видеоизображения из последовательности выходных кадров, полученных на основе обработки названных групп кадров путем усреднения близких значений соответствующих пикселей по крайней мере в одной группе кадров и использование усредненных значений с учетом весовых коэффициентов для формирования выходного кадра, достигается тем, что обрабатывают группы кадров, содержащие нечтное число, т.е. 2N+1, где N1, кадров, отстоящих симметрично во времени относительно обрабатываемого кадра с номерами от -N до N включительно, где 0 - номер обрабатываемого кадра, для которого производится шумоподавление; -1 - номер предыдущего кадра; 1 - номер следующего кадра; -N - номер самого старого кадра, а N - номер самого нового кадра, определяют значения пикселей кадров, расположенных симметрично во времени относительно обрабатываемого кадра, и их средние значения, вычисляют модули разности этих значений со значением пикселя обрабатываемого кадра, в качестве значения пикселя выходного кадра выбирают с учетом весовых коэффициентов такие значения пикселей, которые соответствуют минимальному модулю разности. В конкретных вариантах реализации заявляемого способа значения весовых коэффициентов могут быть выбраны в зависимости от степени удалнности пары кадров от обрабатываемого кадра; весовые коэффициенты могут быть вычислены с заданием одного параметра, который равен ширине колоколообразной функции зависимости значения коэффициента от номера кадра, и эта ширина определяет степень шумоподавления; количество используемых для обработки кадров видеопотока задают,как параметр шумоподавления; количество используемых для обработки кадров видеопотока выбирают, как удвоенный параметр ширины колоколообразной функции; модуль разности вычисляют для обрабатываемого пикселя и двух соседних пикселей в строке и в качестве результирующего значения выбирают одно значение из трх с помощью медианного фильтра. Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что для уменьшения шумов используют кадры, отстоящие по времени симметрично относительно обрабатываемого кадра вперд и назад во времени. При этом для вычисления усредннного значения любого пикселя видеоизображения используют либо значения соответствующего пикселя одного кадра, либо другого, либо среднего значения пикселей этих двух кадров. Для выбора одного из трх значений вычисляют модули разности этих значений со значением пикселя обрабатываемого кадра и находят из них минимальный модуль разности,и соответствующее значение пикселя используют для усреднения. При усреднении выбранные значения пикселей умножаются на коэффициенты, которые зависят от степени удалнности кадра от обрабатываемого кадра. Количество используемых в способе кадров и функциональная зависимость коэффициентов от удалнности кадров от обрабатываемого кадра определяют параметры шумоподавления. Для выбора одного из трх значений вычисляют модули разности этих значений со значением пикселя обрабатываемого кадра и находят из них минимальный модуль разности, и соответствующее значение пикселя используют для усреднения. При усреднении выбранные значения пикселей умножаются на коэффициенты, которые зависят от степени удалнности кадра от обрабатываемого кадра. Количество используемых в способе кадров и функциональная зависимость коэффициентов от удалнности кадров от обрабатываемого кадра определяют параметры шумоподавления. В предлагаемом способе осуществляют следующий порядок действий. Получают последовательность из N кадров видеоизображения, где N - номер кадра. Затем обраба-1 016695 тывают одновременно нечтное число, т.е. 2N+1, кадров видеоизображения, отстоящих симметрично во времени относительно обрабатываемого кадра с номерами от -N до N включительно, где 0 - номер текущего кадра, для которого производится шумоподавление; -1 - номер предыдущего кадра; 1 - номер следующего кадра; -N - номер самого старого кадра, а N - номер самого нового кадра. Для каждого пикселя обрабатываемого кадра вычисляют новое значение следующим образом. Для пояснения введм обозначения:P-N(x,y) - значение пикселя наиболее старого кадра видеоизображения;P-N+1(x,y) - значение пикселя из следующего кадра видеоизображения;P0(х,у) - значение пикселя обрабатываемого кадра видеоизображения;PN(x,y) - значение пикселя из последнего (самого нового) кадра видеоизображения,где y - номер строки видеоизображения;x - позиция пикселя в строке видеоизображения. Выходной кадр видеоизображения вычисляют по следующему алгоритму. Вычисляют коэффициенты для пар кадров KM, где M - это номер пары кадров, расположенной симметрично во времени относительно обрабатываемого кадра, соответственно M изменяется от 1 до N,сумму произведений значений пикселей и коэффициентов PK приравнивают 0, сумму коэффициентовK приравнивают 0, значение Р 0(х,у) пикселя обрабатываемого кадра умножают на коэффициент K0 и прибавляют к PK, K0 прибавляют к K, для всех пар кадров, расположенных симметрично во времени относительно обрабатываемого кадра, т.е. для всех M от 1 до N, производят следующие операции: вычисляют модули разности между значениями пикселей кадров с номерами 0 и -M, с номерами 0 иM, а также с номером 0 и среднего значения пикселей из кадров с номерами -M и M;DA=P0(х,у)-(P-M(х,у)+PM(х,у/2/2 находят минимальное значение из D-M, DM, DA; если минимальным оказывается D-M, то к PK прибавляют P-M(х,у)KM, а к K прибавляют KM. Если минимальным оказывается DM, то к PK прибавляют PM(х,у)KM, а к K также прибавляют KM. Если минимальным оказывается DA, то к PK прибавляют (P-M(х,у)+PM(х,уKM, а к K прибавляют 2 KM. После обработки всех M пар кадров результирующее значение пикселя вычисляют как Рвых(х,у)=PK/K. Выбор коэффициентов KM определяют требующейся степенью шумоподавления. Существует два специальных набора коэффициентов. Первый набор соответствует максимальной степени шумоподавления, при этом все коэффициенты равны 1. Второй набор соответствует полному отсутствию шумоподавления и при этом все коэффициенты равны 0, кроме одного K0, который равен 1. Для промежуточных значений шумоподавления коэффициенты рассчитывают таким образом, чтобы значения коэффициентов для кадров, близких к текущему кадру (кадру с номером 0) были близки по значению к K0, а по мере удаления уменьшались. Остальные варианты могут быть построены разными способами. Один из вариантов реализации способа заключается в том, что зависимость значения коэффициента в зависимости от номера кадра задают колоколообразной функцией, и ширина колокола этой функции будет определять степень шумоподавления. Пример такой функции для iR: Ki=(cos(i/R)+1.0); для iR: Ki=0. Здесь R - параметр, определяющий степень шумоподавления. При R существенно больше N все коэффициенты будут одинаковы, и степень шумоподавления будет максимальная. При значении R1 все значения кроме среднего будут равны 0, и шумоподавитель фактически будет отключен. R=2 будет означать, что средний кадр будет включн с коэффициентом 0,5, а два соседних с коэффициентами по 0,25,т.е. ширина колокола будет равна 2. Способ предполагает, что имеется задержка выдачи видеоизображения, которая равна N. Соответственно при выборе числа ячеек руководствуются компромиссом между желаемой максимальной степенью шумоподавления и минимальной задержкой выдачи видеоизображения на выходе. В предлагаемом способе артефакты в виде затягивания перепадов яркости существенно уменьшены за счт расположения их симметрично относительно среднего кадра, т.е. артефакт распределяется на две стороны и его заметность резко уменьшается. Кроме того, при плавном изменении яркости из-за использования в фильтрации кадров, симметричных относительно среднего, существенно повышается степень шумоподавления даже при изменении изображения. Кроме того, если изображение перестат меняться относительного среднего, либо не менялся вплоть до текущего кадра, то шумоподавление продолжает оставаться высоким. Кроме того, в предлагаемом варианте время установления ограничивается выбран-2 016695 ным числом ячеек. Заявляемый способ может быть реализован с помощью известных аппаратных средств. Пример реализации способа проиллюстрирован фиг. 1 и 2. На фиг. 1 представлена структурная схема обработки для случая N=3, где показаны 1 - модуль обработки группы; 2 - умножитель; 3 - сумматор; 4 - делитель. Пиксели кадров -33 разбиваются на 3 группы, каждая из которых содержит обрабатываемый кадр и два симметрично расположенных от него по времени. Видеопотоки каждой группы подают на модули 1 - модули обработки группы. На каждый модуль также подают весовые коэффициенты K1-K3, соответствующие каждой группе. Кроме того, пиксели обрабатываемого кадра и коэффициент K0 подают на умножитель 2. С выходов модулей 1 обработки группы выходные значения пикселей и коэффициенты, с которыми эти значения вычислены, подают на сумматоры 3. Значения пикселей подают на один сумматор, а значения коэффициентов на другой. С выходов сумматоров 3 суммарное значение пикселей и суммарное значение коэффициентов подают на делитель 4. С выхода делителя снимают результирующее значение шумоподавителя. На фиг. 2 представлена структурная схема модуля 1 обработки группы, где показаны 5 - вычислитель среднего арифметического значения; 6 - вычислитель модуля разности; 7 - вычислитель половины модуля разности; 8 - блок выбора по минимуму модуля разности. На модуль обработки группы подают 4 значения: значение пикселя обрабатываемого кадра, значения пикселей симметрично расположенных по времени относительно кадра и коэффициент, на который требуется умножать значения пикселей этой группы. Значения пикселей симметричных кадров подают на вычислитель 5 - вычислитель среднего арифметического значения. Полученное среднее значение и значение пикселя обрабатываемого кадра подают на вычислитель 7 - вычислитель половины модуля разности 7. На вычислители 6 - вычислители модулей разности - подают пиксели симметричных кадров и обрабатываемого кадра. Все три полученных модуля разности подают на блок 8 выбора минимума модуля разности. В зависимости от того, какой модуль разности окажется минимальным, на выход блока 8 выбора поступает либо значение пикселей одного из симметричных кадров, либо среднего значения этих двух кадров. Кроме того, если выбирают среднее значение в блоке 8 выбора минимума модуля разности,то коэффициент K умножают на 2. Поскольку шумы в видеоканале могут приводить к ошибкам при вычислении модуля разности и,как следствие, неправильной работе шумоподавителя, то для зашумлнного видеоканала модуль разности вычисляют по трм соседним пикселям в строке. Для этого вычисляют модули разности для обрабатываемого пикселя и двух соседних пикселей, а затем с помощью медианного фильтра выбирают значение для последующей обработки. Заявляемый способ реализован в компьютерной программе, которая хранится на носителе с инструкциями для программы для выполнения способа. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ уменьшения шумов в видеоизображении, полученном с помощью телевизионной камеры,включающий формирование в видеоканале видеопотока из групп кадров, имеющих временную взаимозависимость, формирование видеоизображения из последовательности выходных кадров, полученных на основе обработки названных групп кадров путем усреднения близких значений соответствующих пикселей по крайней мере в одной группе кадров и использование усредненных значений с учетом весовых коэффициентов для формирования выходного кадра, отличающийся тем, что обрабатывают группы кадров, содержащие 2N+1 кадров, где N1, причем кадры отстоят симметрично во времени относительно обрабатываемого кадра с номерами от -N до N включительно, где 0 - номер обрабатываемого кадра, для которого производится шумоподавление; -1 - номер предыдущего кадра; 1 - номер следующего кадра; -N- номер самого старого кадра, а N - номер самого нового кадра; определяют значения пикселей кадров,расположенных симметрично во времени относительно обрабатываемого кадра, и их средние значения; вычисляют модули разности этих значений со значением пикселя обрабатываемого кадра, а в качестве значения пикселя выходного кадра выбирают с учетом весовых коэффициентов такое значение пикселя,которое соответствует минимальному модулю разности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения весовых коэффициентов выбирают в зависимости от степени удалнности пары кадров от обрабатываемого кадра. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что весовые коэффициенты вычисляют с заданием параметра,который равен ширине колоколообразной функции зависимости значения коэффициента от номера кадра, и эта ширина определяет степень шумоподавления.-3 016695 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что количество используемых для обработки кадров видеоканала задают как параметр шумоподавления. 5. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что количество используемых для обработки кадров видеоканала выбирают как удвоенный параметр ширины колоколообразной функции. 6. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что модуль разности вычисляют для обрабатываемого пикселя и двух соседних пикселей в строке и в качестве результирующего значения выбирают одно значение из трх с помощью медианного фильтра.