專(zhuān)利名稱(chēng)：基于邊緣方向差值的圖像放大處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在數(shù)字圖像放大處理過(guò)程中的基于邊緣方向的插值方法，主要應(yīng)用于智能識(shí)別中對(duì)局部小圖像放大后的處理。
背景技術(shù)：
圖像放大是圖像處理中一項(xiàng)很重要的基本操作，在互聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)學(xué)圖像處理、數(shù)字電視等領(lǐng)域以及手機(jī)、相機(jī)等諸多數(shù)碼設(shè)備上有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)于圖像放大問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究者根據(jù)不同的數(shù)學(xué)模型先后提出了多種類(lèi)型的圖像放大方法，如最近鄰插值、雙線性插值、高次多項(xiàng)式插值、分形插值以及基于小波變換的方法等。最近鄰插值最簡(jiǎn)單，處理速度最快，但是由于它只是簡(jiǎn)單地將源像素點(diǎn)最鄰近的像素點(diǎn)(最鄰近取樣)進(jìn)行復(fù)制，其結(jié)果是會(huì)產(chǎn)生明顯的方塊效應(yīng)；而雙線性插值法則利用了源像素點(diǎn)周?chē)徑?個(gè)像素點(diǎn)的線 性平均權(quán)值來(lái)計(jì)算目標(biāo)像素點(diǎn)的值，這樣雖然可以得到較好的整體效果，消除了方塊效應(yīng)，但圖像的邊緣會(huì)變得模糊，細(xì)節(jié)部分不夠清晰；高次多項(xiàng)式插值、分形插值以及基于小波變換的方法雖然效果比最近鄰插值、雙線性插值要好，但運(yùn)算復(fù)雜，且同樣會(huì)出現(xiàn)邊緣模糊等問(wèn)題。近年來(lái)，有些學(xué)者對(duì)高次多項(xiàng)式、分形插值和基于小波變換的方法做出了一些改進(jìn)，如夏海宏等提出了基于GPU的雙二次B樣條圖像縮放方法，陳燁等提出了基于分形插值及小波增強(qiáng)的海岸帶遙感圖像處理方法，肖杰雄等提出了基于小波變換和PDE插值的圖像超分辨率重建方法，這些方法在一定程度上都對(duì)原有方法有較好的改進(jìn)，但當(dāng)放大倍數(shù)增加時(shí)，運(yùn)算量也急劇上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于邊緣方向差值的圖像放大處理方法，以解決圖像放大后邊緣出現(xiàn)鋸齒或模糊現(xiàn)象，運(yùn)算效率低下的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于邊緣方向插值的圖像放大處理方法步驟如下
(1)將原圖像放大倍數(shù)k，采用正向掃描對(duì)原圖像進(jìn)行自左向右，自上而下掃描，確定將要構(gòu)造平面所需的不在同一平面上的四頂點(diǎn)A、B、C、D在二維平面xA’ y上的投影坐標(biāo)；
(2)放大k倍的新圖的四頂點(diǎn)在二維平面上的坐標(biāo)分別是A’(0，0),B’(k，0), C’(0，k), D’ (k, k)，判斷四頂點(diǎn)像素值對(duì)角線的絕對(duì)值差的大??；
(3)對(duì)角線絕對(duì)值差較小的方向?qū)儆谶吘壏较?，以?duì)角線絕對(duì)值差較大的對(duì)角線作為分界線，分別構(gòu)造平面；
(4)構(gòu)造平面采用待定系數(shù)法,求得公式f(X，y)=ax+by+c中的a, b, c,其中，a, b, c為待定系數(shù)，X，y對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，f (X，y)為像素的顏色值；
(5)根據(jù)公式f(X，y) =ax+by+c計(jì)算待插像素的顏色值,并填充。進(jìn)一步的，所述步驟(4)中是用待定系數(shù)法求得公式f (X，y)=ax+by+c中的a,b,c。本發(fā)明的基于邊緣方向插值的圖像放大處理方法能夠解決圖像放大后邊緣出現(xiàn)鋸齒或模糊現(xiàn)象，或者運(yùn)算效率低下的問(wèn)題，在圖像放大時(shí)速度快，質(zhì)量好，具有重大的實(shí)用價(jià)值。


圖I是插值空間平面示意圖。
具體實(shí)施例方式如果已知空間三個(gè)點(diǎn)，則可以構(gòu)造一個(gè)平面，本發(fā)明根據(jù)此原理進(jìn)行插值。其數(shù)學(xué)表達(dá)為 f (X，y) =ax+by+c(I)
其中，a, b, c為待定系數(shù)。^ 對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，/( W為像素的顏色值。利用待插值像素對(duì)應(yīng)的四個(gè)頂點(diǎn)，待插值像素點(diǎn)一定落在原圖像某四鄰域的網(wǎng)格內(nèi)，也就是距待插值像素距離最近的原圖像的四鄰域，(在這里，我們選擇計(jì)算機(jī)的設(shè)備坐標(biāo)系，即水平向右為X軸正方向，垂直向下為y軸正方向，而原點(diǎn)則位于左上角)那么放大 k倍(長(zhǎng)寬放大倍數(shù)相同)后某待插值像素點(diǎn)坐標(biāo)為(i，j)，則它對(duì)應(yīng)的原圖像的四頂點(diǎn)(四鄰域)坐標(biāo)就是(i/k, j/k), (i/k+1, j/k) , (i/k, j/k+1), (i/k+1, j/k+1,或者這樣描述,原圖像四鄰域坐標(biāo)分別是(i，j)，(i+l，j)，(i，j+l)，(i+l，j+1)，那么放大k倍后的坐標(biāo)就是(kXi，kX j)，(kX (i+l)，kX j)，(kXi，kX (j+1)), (kX (i+l)，kX (j+1)。實(shí)際像素構(gòu)造插值空間平面從而進(jìn)行插值運(yùn)算。如圖I所示的四個(gè)點(diǎn)，能夠構(gòu)造四個(gè)平面(只要四個(gè)點(diǎn)不在同一個(gè)平面上)，其中兩對(duì)相交于一條直線。由于四個(gè)像素灰度值的不同，則構(gòu)造的平面的傾角不同，尤其對(duì)應(yīng)于圖像的邊緣區(qū)域，由于灰度值變化劇烈，那么構(gòu)造的兩個(gè)平面夾角很大，而兩個(gè)平面的交線正好對(duì)應(yīng)圖像邊緣。對(duì)于處于邊緣兩側(cè)的區(qū)域，分別根據(jù)構(gòu)造的平面進(jìn)行插值。構(gòu)造的空間兩對(duì)平面的兩條交線投影到二維圖像平面上，就是對(duì)應(yīng)四個(gè)實(shí)際像素的對(duì)角連線。而對(duì)角灰度值的差值就反映了圖像沿±45。方向的變化率。這個(gè)45度是針對(duì)原圖像的四鄰域而言，即使長(zhǎng)寬不等比例放大，那么對(duì)應(yīng)的原圖像仍然是四鄰域，之所以選擇四鄰域，而不是八鄰域，是由于另外四點(diǎn)距離中心比較遠(yuǎn)(位于斜角方向)，對(duì)插值貢獻(xiàn)不大，而且，如果考慮另外四個(gè)點(diǎn)的話，除增加運(yùn)算量外，對(duì)于構(gòu)造空間平面是沒(méi)有意義，因?yàn)槲覀冎灰揽臻g三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)和數(shù)值，就一定能夠唯一的確定一個(gè)平面。在圖像邊緣處，灰度變化較大的方向粗分有三種，即水平，垂直和傾斜。各種圖像插值算法對(duì)水平和垂直邊緣的處理效果基本相同，而對(duì)斜角方向的邊緣處理則令人不盡滿(mǎn)意，但是實(shí)際圖像的邊緣往往不是水平或者垂直的?；谶吘壏较虿逯档膱D像放大處理方法，步驟如下
(1)將原圖像放大倍數(shù)k，采用正向掃描對(duì)原圖像進(jìn)行自左向右，自上而下掃描，確定將要構(gòu)造平面所需的不在同一平面上的四頂點(diǎn)如圖I所示的A、B、C、D在二維平面xA’ y上的投影坐標(biāo)；由于本方法主要用于對(duì)局部小圖像的放大后處理，放大倍數(shù)k為整數(shù)倍，一般為2、4。本方法所應(yīng)用的背景是對(duì)圖像分辨率的軟件提高，采用的圖像可以是灰度圖像，也可以是RGB圖像，如果是RGB圖像，則需要對(duì)三個(gè)通道分別插值計(jì)算，原理是一樣的。該方法的處理是全局性的，逐點(diǎn)計(jì)算，對(duì)圖像邊緣細(xì)節(jié)區(qū)域效果明顯，有銳化作用；
(2)放大k倍的新圖的四頂點(diǎn)在二維平面上的坐標(biāo)分別是A’(0，0),B’(k，0), C’(0，k), D’ (k, k)，判斷四頂點(diǎn)像素值對(duì)角線的絕對(duì)值差的大??；(3)對(duì)角線絕對(duì)值差較小的方向?qū)儆谶吘壏较?，以?duì)角線絕對(duì)值差較大的對(duì)角線作為分界線，分別構(gòu)造平面，圖I中，由于fA(O，0) - fD(k，k)的絕對(duì)值小于fB(k，0) - fc(0，k)的絕對(duì)值,這四個(gè)點(diǎn)是原圖像四鄰域灰度值，比如(X, y)為平面坐標(biāo),則f (X, y)就是灰度值，如果小于，則說(shuō)明AD在空間的斜率要小于BC，也就是對(duì)應(yīng)圖像來(lái)說(shuō)，在該處，沿BC方向的灰度變化率要比沿AD方向的變化率大，所以以AD作為構(gòu)造兩平面的交線。因此利用A, B，D三個(gè)點(diǎn)和A，C，D三個(gè)點(diǎn)分別構(gòu)造平面，AD為兩個(gè)平面的交線；
(4)構(gòu)造平面采用待定系數(shù)法，求得公式/(U)=諏 + if+f中的a，b，c，其中，a, b, c為待定系數(shù)，4 對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，f (X，y)為像素的顏色值。因?yàn)榉匠讨杏腥齻€(gè)未知數(shù)a, b，c，而在我們已經(jīng)知道，如圖I所示，ABD, ACD這兩組分別點(diǎn)A, B，C，D的空間坐標(biāo)，那么兩組方程一定有解，用到的點(diǎn)就是對(duì)應(yīng)原圖像四鄰域經(jīng)放大后的坐標(biāo)值和灰度值，灰度值經(jīng)放大不變，坐標(biāo)則隨放大倍數(shù)而定，而放大倍數(shù)是提前已知的。因?yàn)槊總€(gè)待插值像素灰度值只與對(duì)應(yīng)原圖像的四鄰域有關(guān)。如下方程組所示
權(quán)利要求
1.一種基于邊緣方向插值的圖像放大處理方法，其特征在于，該方法的步驟如下 (1)將原圖像放大倍數(shù)k，采用正向掃描對(duì)原圖像進(jìn)行自左向右，自上而下掃描，確定將要構(gòu)造平面所需的不在同一平面上的四頂點(diǎn)A、B、C、D在二維平面xA’ y上的投影坐標(biāo)； (2)放大k倍的新圖的四頂點(diǎn)在二維平面上的坐標(biāo)分別是A’(O，0),B’(k，0), C’(0，k), D’ (k, k)，判斷四頂點(diǎn)像素值對(duì)角線的絕對(duì)值差的大??； (3)對(duì)角線絕對(duì)值差較小的方向?qū)儆谶吘壏较?，以?duì)角線絕對(duì)值差較大的對(duì)角線作為分界線，分別構(gòu)造平面； (4)構(gòu)造平面采用待定系數(shù)法,求得公式f(X，y)=ax+by+c中的a, b, c,其中，a, b, c為待定系數(shù)，X，y對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，f (X，y)為像素的顏色值； (5)根據(jù)公式f(X，y) =ax+by+c計(jì)算待插像素的顏色值,并填充。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的，其特征在于所述步驟(4)中是用待定系數(shù)法求得公式f (X，y) =ax+by+c 中的 a, b，C。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于邊緣方向插值的圖像放大處理方法，將原圖像放大倍數(shù)k，采用正向掃描對(duì)原圖像進(jìn)行掃描，確定將要構(gòu)造平面所需的不在同一平面上的四頂點(diǎn)在二維平面上的投影坐標(biāo)；判斷四頂點(diǎn)像素值對(duì)角線的絕對(duì)值差的大小；對(duì)角線絕對(duì)值差較小的方向?qū)儆谶吘壏较颍詫?duì)角線絕對(duì)值差較大的對(duì)角線作為分界線，分別構(gòu)造平面；根據(jù)公式計(jì)算待插像素的顏色值，并填充；本發(fā)明的方法能夠解決圖像放大后邊緣出現(xiàn)鋸齒或模糊現(xiàn)象，或者運(yùn)算效率低下的問(wèn)題，在圖像放大時(shí)速度快，質(zhì)量好，具有重大的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102682424SQ201210003180
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月7日
發(fā)明者孫士保, 宋曉莉, 李春愛(ài), 段建輝, 王志強(qiáng), 陳永剛 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)