【摘 要】隨著激光顯示技術(shù)的日益成熟，激光電視以其顏色的豐富與逼真、易實(shí)現(xiàn)大屏幕受到業(yè)界的高度重視。但激光電視中的電子元件及半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的不均勻性容易引起散彈噪聲，其將影響畫面的質(zhì)量，所以進(jìn)行濾除散彈噪聲是必要的。

【關(guān)鍵詞】激光電視 散彈噪聲 中值濾波器

近年來，隨著紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）半導(dǎo)體泵浦固態(tài)激光器、微電子技術(shù)、超精加工技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，激光顯示技術(shù)已成為顯示領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與未來發(fā)展的重點(diǎn)方向。激光電視被譽(yù)為“第四代”顯示器的主流產(chǎn)品，激光電視主要由激光器、調(diào)制器、光偏轉(zhuǎn)器和屏幕組成[1]。由于激光的單色性、方向性、相干性、高亮度等特性，將紅、綠、藍(lán)激光按三色合成原理，在色度圖上可形成最大的色域面積。與傳統(tǒng)的顯示技術(shù)相比，激光顯示技術(shù)具有色閾最寬、亮度最高、飽和度最高、色純度高、方向性最好、顯示畫面尺寸靈活可變的優(yōu)點(diǎn)，可獲得最清晰、鮮艷、豐富的彩色圖像、無有害電磁輻射、3D效果的理想光源。

但是作為電子顯示產(chǎn)品，在圖像傳輸與接收的處理過程中，不可避免的會(huì)遇到各式各樣的噪聲信號(hào)。這些噪聲將會(huì)使圖像的質(zhì)量降低，變的模糊，甚至無法識(shí)別。圖像的濾波就是去處這些噪聲，還原真實(shí)圖像或使濾波后圖像的信噪比較原退化圖像有所提高。

一、常見的噪聲分析及散彈噪聲的表征

噪聲就是電路中不含信息的電流或電壓。圖像電路中產(chǎn)生噪聲的原因有很多種，主要原因通常有傳感器或電子元件內(nèi)部由于載流子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲、電器內(nèi)部一些部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而引起的電流或磁場(chǎng)的變化引起的噪聲、外部磁源通過媒介質(zhì)引入系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲等。這些噪聲是隨機(jī)的，在圖像上產(chǎn)生的像素點(diǎn)也是隨機(jī)的、離散的，甚至是孤立的，因而只有用隨機(jī)過程來描述。噪聲產(chǎn)生的原因決定了噪聲的分布特性及它和圖像信號(hào)的關(guān)系，關(guān)鍵是要知道它的概率密度函數(shù)和分布函數(shù)，但是一般這兩個(gè)函數(shù)很難測(cè)得或描述出來，甚至是不可能取得的。那么只能用統(tǒng)計(jì)特性來描述，例如噪聲的均值、方差、相關(guān)特性。

噪聲與信號(hào)的關(guān)系大體有兩種：加性噪聲模型和乘性噪聲現(xiàn)使用表示信號(hào)，使用表示噪聲，使用表示圖像降質(zhì)后的輸出。

（一）加性噪聲。這些噪聲和信號(hào)是相加的關(guān)系。也就是不管沒有信號(hào)，都會(huì)有噪聲存在。噪聲與圖像信號(hào)無關(guān)。加性噪聲用下面公式表示：

信道噪聲及光導(dǎo)攝像管攝像機(jī)掃描圖像時(shí)產(chǎn)生的噪聲就屬于此類噪聲。

（二）乘性噪聲。乘性噪聲通常是由信道的不理想所引起，該噪聲與信號(hào)是相乘的關(guān)系。信號(hào)與噪聲同在，沒有信號(hào)也就沒有噪聲。乘性噪聲用下面公式表示：

電視圖像中的相干“噪聲”，是由于電視光柵線的存在而產(chǎn)生的，以及照片的顆粒噪聲均屬于此類。

散彈噪聲是由于半導(dǎo)體器件中的電子發(fā)射不均勻而造成的。也就是說發(fā)射電子所形成的電流并不是一個(gè)固定值，而是在一個(gè)平均值上起伏變化。根據(jù)中心極限定理可以推出，散彈噪聲是一個(gè)高斯隨機(jī)過程，它在在很寬的頻率范圍內(nèi)具有均勻的功率譜密度，通?？梢哉J(rèn)為高斯白噪聲，本文重點(diǎn)探討散彈噪聲的抑制。

二、常見的濾波器分類及中值濾波器的適用范圍

濾波器是一種以物理硬件（電路硬件）或計(jì)算機(jī)軟件形式，對(duì)信號(hào)波形中干擾噪聲進(jìn)行過濾的器件。在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”特指描述各種電學(xué)物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過程。該信號(hào)過程通過各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的關(guān)于時(shí)間的函數(shù)，稱之為信號(hào)。

也就是說，濾波器就是一種從含噪聲的信號(hào)數(shù)據(jù)中抽取有價(jià)值原信號(hào)的裝置，濾波器可以執(zhí)行濾波、平滑和預(yù)測(cè)等信息信號(hào)的處理的基本任務(wù)。

圖像中濾除噪聲常用的效果較好的經(jīng)典濾波器有：中值濾波器、均值濾波器、維納濾波器和自適應(yīng)濾波。下面簡(jiǎn)要介紹這四種濾波器原理。

（一）均值濾波器。均值濾波器是一種線性濾波器，是空間域平滑噪聲技術(shù)，原理是領(lǐng)域平均法，就是某一像素的值取決于這領(lǐng)域的平均值，最簡(jiǎn)單的是算術(shù)平均算法，它是最簡(jiǎn)單的均值濾波算法。均值濾波與模板的形狀及大小有直接的關(guān)系，模板的選擇直接影響濾波的效果，選擇過小，效果不明顯，選擇過大，則圖像變的非常模糊，失去濾波的意義，模板越大越能夠消除噪聲但是也會(huì)是圖像變的越模糊。在圖像的細(xì)節(jié)部分和邊沿處的損失會(huì)很大。所以要合理的選擇領(lǐng)域，一般取開頭是正方形、圓形、十字形、圓環(huán)等。均值濾波器可以有效的消除加性噪聲。在MATLAB工具箱中可以用Imfiler函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

（二）維納濾波器。維納濾波器也是一種線性濾波器，定義是設(shè)濾波器的輸入信號(hào)是由有用信號(hào)和噪聲的和，有用信號(hào)和噪聲信號(hào)兩者均為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程，并且知道它們的二階統(tǒng)計(jì)特性，維納根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則（即濾波器的輸出信號(hào)與需要信號(hào)之差的均方值最?。蟮米罴丫€性濾波器的參數(shù)。維納濾波器應(yīng)用非常廣泛，如解決飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲對(duì)飛行員通話質(zhì)量的影響等。在MATLAB工具箱中可以用Wiener2函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

三、優(yōu)選濾波器抑制散彈噪聲

通常評(píng)價(jià)圖像的質(zhì)量有兩個(gè)方面：圖像的逼真度和圖像的可懂度。利用sysgen設(shè)計(jì)濾波器對(duì)一幅被高斯噪聲污染的圖像進(jìn)行處理， 經(jīng)多次試驗(yàn)觀察，自適應(yīng)中值濾波的圖像對(duì)噪聲的去除效果較好，其次為維納濾波較好，均值濾波對(duì)其去除效果不太理想。利用xilinx公司的virtex-5平臺(tái)進(jìn)行仿真運(yùn)行，將運(yùn)行出的信噪比進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)自適應(yīng)中值濾波器的效果最好好。所以對(duì)于加有多種不同方差的高斯白噪音的濾波，建議使用自適應(yīng)中值濾波器。

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