一种Bayer图像降噪方法、装置及设备与流程

本发明涉及图像处理，尤其涉及一种bayer图像降噪方法、装置及设备。

背景技术：

1、bayer图像是cmos或者ccd图像传感器进行光电转换之后的原始数据，是一种无损的图像数据格式。以cmos图像传感器获取图像信息为例，来自光源或经过物体反射的光线通过bayer滤波光片后，产生彩色滤波阵列，每一个像素位置上只有单一的r/g/b数值。为了恢复出真实的场景图像，需要每一个像素位置上具有r/g/b三个信息，因此，需要对图像进行颜色插值操作。在进行插值操作提取边界信息时，需要参考相邻像素的信息，噪声的存在会降低边界检测的准确度。特别是在低照度的环境下，不充足的入射光线会降低有效信号的幅值，造成图像信噪比偏低，真实物体的边界会被噪声污染，从而给颜色插值算法带来较大影响，使得恢复出的彩色图像质量下降。

2、为了保证图像的成像质量，需要对bayer格式图像进行噪声抑制。由于噪声分布是不均匀的，幅值大小是随机的，目前的降噪算法比如中值滤波、均值滤波、双边滤波和非局部均值滤波等，对整张图像进行相同强度的滤波，会导致图像细节的丢失，影响后续颜色插值的结果。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种bayer图像降噪方法、装置及设备。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种bayer图像降噪方法，包括以下步骤：

4、s1、获取bayer格式初始图像；

5、s2、通过降噪窗口对初始图像进行采样得到图像局部数据，并根据所述降噪窗口中邻域像素与中心像素的空间距离为邻域像素分配权重；

6、s3、根据所述邻域像素与所述中心像素的差异及权重计算像素差异；

7、s4、根据所述像素差异生成系数掩膜；

8、s5、对所述图像局部数据进行dct变换得到dct系数，并通过所述系数掩膜对所述dct系数进行调整；

9、s6、将调整后dct系数进行dct逆变换得到初步降噪图像；

10、s7、根据曝光增益调整噪声抑制因子后对初步降噪图像进行调整得到最终降噪图像。

11、具体的，步骤s2中所述降噪窗口根据像素通道类型的不同其窗口尺寸不同，降噪窗口的范围为距离中心像素最近的第一预设数量个相同通道类型的像素所包围的区域。

12、具体的，步骤s2中所述根据所述降噪窗口中邻域像素与中心像素的空间距离为邻域像素分配权重具体为：在降噪窗口中，跟中心像素通道类型相同的像素的权重与其到中心像素的空间距离呈反比，所述权重的分配遵循幂指数关系。

13、具体的，步骤s3中所述根据所述邻域像素与所述中心像素的差异及权重计算像素差异的公式为具体为：

14、；

15、其中，dif为像素差异；w为降噪窗口内邻域像素的权重，为窗口内第i个点的灰阶值，为中心像素的灰阶值，m为第一预设数量的值，mid为中心像素编号。

16、具体的，步骤s4所述系数掩膜的生成公式为：

17、；

18、其中，mask为系数掩膜；为第一阈值，为第二阈值；为第一掩膜；为第二掩膜；为第三掩膜。

19、具体的，步骤s5中所述dct变换的公式如下：

20、；

21、其中，为dct变换后的系数值即所述dct系数，为像素变换前的灰阶值，n为窗口的尺寸像素个数；i,j是dct变换前的nxn窗口的像素坐标索引；u,v是dct变换后的nxn窗口的系数坐标索引；和分别为第一补偿因子和第二补偿因子，第一补偿因子和第二补偿因子的计算公式为：。

22、具体的，步骤s5中通过所述系数掩膜对所述dct系数进行调整具体为：系数掩膜为1的位置，保留dct系数该位置的原始系数，系数掩膜为0的位置，将该dct系数该位置的值设置为0。

23、具体的，步骤s7包括：

24、通过初始图像和降噪图像做差值得到算法噪声图像，如下式所示：

25、；

26、其中，s1是初始图像，s2是初步降噪图像，d为差异噪声图像；

27、在差异噪声图像中添加噪声抑制因子，再叠加到原始图像中，得到最终降噪图像，如下式所示：

28、；

29、其中，为噪声抑制因子，噪声抑制因子的计算公式如下式所示：

30、；

31、其中，str0是1倍曝光增益对应的抑制因子；str1是2倍曝光增益对应的抑制因子；str2是4倍曝光增益对应的抑制因子；str3是8倍曝光增益对应的抑制因子；str4是16倍曝光增益对应的抑制因子；str5是32倍曝光增益对应的抑制因子；str6是64倍曝光增益对应的抑制因子；str7是128倍及以上曝光增益对应的抑制因子；gain为曝光增益。

32、具体的，步骤s3还包括：通过截断处理函数去除所述降噪窗口中地异常像素点得到优化后的像素差异dif,如下式所示：

33、；

34、其中，为预设截断阈值；为截断处理函数，其表达式为：，其中x为灰阶值。

35、第二方面，本发明提供了一种bayer图像降噪装置，包括以下单元：

36、初始图像获取单元，用于获取bayer格式初始图像；

37、权重分配单元，用于通过降噪窗口对初始图像进行采样得到图像局部数据，并根据所述降噪窗口中邻域像素与中心像素的空间距离为邻域像素分配权重；

38、像素差异计算单元，用于根据所述邻域像素与所述中心像素的差异及权重计算像素差异；

39、系数掩膜生成单元，用于根据所述像素差异生成系数掩膜；

40、dct系数优化单元，用于对所述图像局部数据进行dct变换得到dct系数，并通过所述系数掩膜对所述dct系数进行调整；

41、初步降噪图像生成单元，用于将调整后dct系数进行dct逆变换得到初步降噪图像；

42、曝光增益优化单元，用于根据曝光增益调整噪声抑制因子后对初步降噪图像进行调整得到最终降噪图像。

43、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的方法。

44、本发明提供的一种bayer图像降噪方法，包括以下步骤：s1、获取bayer格式初始图像；s2、根据当前像素的通道类型选择对应降噪窗口进行采样得到图像局部数据，并根据所述降噪窗口中邻域像素的通道类型及空间距离为降噪窗口中邻域像素分配权重；s3、根据所述邻域像素与所述中心像素的差异及权重计算像素差异，并根据所述像素差异计算窗口细节强度；s4、根据所述细节强度生成系数掩膜；s5、对所述图像局部数据进行dct变换得到dct系数，并通过所述系数掩膜对所述dct系数进行调整；s6、将调整后dct系数进行dct逆变换得到初步降噪图像；s7、根据曝光增益调整噪声抑制因子后对初步降噪图像进行调整得到最终降噪图像。本发明在对bayer图像降噪时，对g通道和r/b通道的数据设计了不同的模板，采取不同的邻域范围，有效地减少和消除了bayer图像中的噪声，极大地提高算法的降噪效果。

45、此外，本发明在计算窗口的细节强度时，考虑了空间距离和灰阶距离的影响，为每个像素分配遵循幂指数关系的权重，在运算时可以通过移位运算替代浮点乘法运算，有效提高了运算效率。

46、此外，本发明计算窗口的细节强度时，对得到的差异结果采取截断处理，减小和消除异常值的影响，进一步提高了降噪效果。

47、进一步的，本发明采用dct变换对图像进行滤波处理，并根据细节强度选择不同系数掩膜对dct系数进行调节，从而进行自适应降噪。

48、进一步的，本发明通过引入曝光增益，将环境亮度和噪声抑制因子联系起来，进一步对降噪的效果进行了优化。