[发明专利]利用动态视窗平滑滤波器的信号滤波方法与系统

说明书

一种利用动态视窗平滑滤波器的信号滤波方法，以及实现方法的系统，在方法中，接收影像信号，或是声音信号，并取得信号的统计值，如一种直方图统计，接着根据一最大滤波视窗宽度，于前后信号变化大的信号值上，往前寻找或向后寻找一滤波视窗宽度，此滤波视窗宽度将依据需求而可调整，于是将根据此滤波视窗宽度执行动态视窗平滑滤波，并可运算一累积分布函数，得到相对平滑而符合原始信号趋势的累积分布函数，之后将经过动态视窗平滑滤波后的信号值映射至输出信号。

技术领域

本发明涉及一种信号滤波方法，特别涉及利用非固定视窗的一种使用动态视窗平滑滤波器的信号滤波方法与系统。

背景技术

直方图(Histogram)统计常用于影像处理中，可用来分析影像数据，例如通过直方图呈现图像中的影像亮度与对比分布，如此也提供使用者可通过直方图调整影像信号分布，并对整体亮度重新分配，可以借此调整整体影像的特性，例如提升对比度、提升影像暗部的亮度、解像力调整等。

然而，利用直方图在这过程中往往会因为连续的像素值间的统计量差异过大，导致计算的累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)的斜率过陡，若以影像处理为例，可能在画面上会过度强化，呈现出同样区域中亮暗差异过大的不自然现象。因此，现有技术也会在统计的直方图上进行平滑滤波器(smoother)处理，用于模糊化与去除杂讯，可使得连续像素值间的统计量不会有急遽增加的情形，以缓解图像上不自然的状况。

常见平滑滤波器有很多不同的类型，而这些类型往往都会在最亮与最暗数值上使用镜射(Mirroring)或是补白(Padding)或是剪裁(Clipping)的方式来进行使滤波器可以用预先设定好的视窗大小进行计算，但这样往往会使得在较亮与较暗的数据处理上与原生信号有很大的差距。换句话说，这类的做法会让画面的暗处与亮处并不协调。

举例来说，如图1A所示的直方图，在影像中最亮与最暗处设定一视窗10，避免影像差异过大，对视窗10边界的影像信号执行镜射(Mirroring)处理，在像素值-1,-2与-3处复制视窗10中像素值1,2,3的值，形成视窗10外的镜射区101，同理形成镜射区102，如此虽可以解决部分累积分布函数斜率过陡的问题，但是在特定情况下仍产生不自然现象。例如，当像素值为0时的累积分布函数值若为2，像素值为1时的累积分布函数值为23，以3x1滤波器处理后，在像素值为0时的平滑滤波结果为(23+2+23)/3＝16，如此将与原本像素值0时的2差异过大。

图1B显示的直方图是在视窗11边界执行补白(Padding)处理，如图所示，视窗11的像素值0以外像素值-1,-2与-3(补白区103)以及像素值255之外(补白区104)都补零。同样以上述像素值为0时的累积分布函数值若为2以及像素值为1时的累积分布函数值为23为例，以3x1滤波器处理后，在像素值为0时的平滑滤波结果为(0+2+23)/3＝8，与原本像素值0时的2有不小的差距，也产生不自然的现象。

图1C则显示执行剪裁(Clipping)处理的直方图，像素值0到255之间形成一个视窗12，边界经剪裁处理后，形成图示中像素值0以外的剪裁区105，也就将像素值-1,-2与-3的值剪裁如同像素值0的高度，另外在像素值255以外也形成剪裁区106。若以上述范例而言，经平滑滤波中剪裁处理后的累积分布函数，在像素值0的结果为(2+2+23)/3＝9，结果都与原先统计的累积分布函数值2相差不小，同理，在像素值255处也存在着相同的问题。

发明内容

有鉴于现有技术利用平滑化滤波改善统计值在连续像素值间的统计量差异过大而导致计算的累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)斜率过陡的问题时，仍可能在较暗处与较亮处无法取得有参考价值的统计量，为了克服这个问题，说明书公开一种利用动态视窗平滑滤波器的信号滤波方法，能以非固定的视窗大小计算有效参考统计量而避免在计算累积分布函数时较暗处或较亮处的斜率过陡现象。