雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實(shí)施例涉及計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙邊數(shù)字圖像濾波 器的加速方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙邊濾波器是計(jì)算機(jī)視覺(jué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最為基本的工具。它的概念首先由 Aurich等人在1995年提出，其基本想法就是在顏色域做傳統(tǒng)濾波器在空間域所做的事情。 因?yàn)殡p邊濾波器認(rèn)為兩個(gè)顏色接近的像素和兩個(gè)空間接近的像素具有等同的重要性。所 以，與傳統(tǒng)濾波器不同，雙邊濾波器同時(shí)考慮了空間相似性和顏色相似性，并因此具有了保 邊能力。
[0003] 雙邊濾波器在像素 x=(x，y)的濾波值是對(duì)像素 X鄰域Nx內(nèi)的像素值進(jìn)行加權(quán)平均 得來(lái)的。賦予鄰域Nx內(nèi)像素的權(quán)重值反比于像素之間的空間相似性，而正比于像素之間的 顏色相似性。令I(lǐng)表示圖像，顏色核函數(shù)K r (X)和空間核函數(shù)Ks (X)為在整個(gè)實(shí)軸上對(duì)稱而在 正半軸上遞減的函數(shù)，則雙邊濾波器可以寫(xiě)為：
[0004]
[0005]雙邊濾波器在立體匹配、曝光/非曝光圖像融合、對(duì)比度增強(qiáng)等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng) 用。然而，擁有這種能力的代價(jià)就是其計(jì)算復(fù)雜度高達(dá)〇( |nx| 111)。其中，111表示圖像I中 像素的個(gè)數(shù)，I Nx I表示鄰域的大小。由于0( I Nx I 111 )依賴于Nx的大小，那么雙邊濾波器的計(jì) 算時(shí)間將會(huì)隨著Nx的增加而不斷的增加。那么，當(dāng)N x很大時(shí)，將不得不花費(fèi)數(shù)分鐘來(lái)等待最 終的結(jié)果。而這在像立體匹配、視頻抽象等一系列時(shí)間敏感型應(yīng)用中是不可接受的。
[0006] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明實(shí)施例的主要目的在于提供一種雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速方法，其至少 部分地解決了如何在線性復(fù)雜度內(nèi)快速計(jì)算雙邊數(shù)字圖像濾波器的問(wèn)題。此外，還提供一 種雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速系統(tǒng)。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了以下技術(shù)方案：
[0009] -種雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速方法，所述方法至少包括：
[0010] 根據(jù)原始雙邊數(shù)字圖像濾波器的空間核函數(shù)和顏色核函數(shù)，生成截?cái)嗫臻g核函數(shù) 和顏色核函數(shù)；
[0011] 利用最優(yōu)N項(xiàng)逼近生成截?cái)嗫臻g核函數(shù)和顏色核函數(shù)在哈爾正交基上和截?cái)嗳?函數(shù)正交基上的最優(yōu)N項(xiàng)逼近，并以所得到的最優(yōu)N項(xiàng)逼近來(lái)代替所述原始雙邊數(shù)字圖像濾 波器的空間核函數(shù)和顏色核函數(shù)，得到三維核濾波器，其中，所述N取正整數(shù)；
[0012] 利用維數(shù)提升方法，將由所述截?cái)嗫臻g核函數(shù)和顏色核函數(shù)的最優(yōu)N項(xiàng)逼近所定 義出的二維數(shù)字圖像濾波器轉(zhuǎn)換為三維空間中的數(shù)字圖像濾波器；
[0013] 利用所述三維核濾波器計(jì)算所述三維空間中的數(shù)字圖像濾波器。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速系統(tǒng)。所述系 統(tǒng)至少包括：
[0015] 截?cái)嗄K，用于根據(jù)原始雙邊數(shù)字圖像濾波器的空間核函數(shù)和顏色核函數(shù)，生成 截?cái)嗫臻g核函數(shù)和顏色核函數(shù)；
[0016] 處理模塊，用于利用最優(yōu)N項(xiàng)逼近生成截?cái)嗫臻g核函數(shù)和顏色核函數(shù)在哈爾正交 基上和截?cái)嗳呛瘮?shù)正交基上的最優(yōu)N項(xiàng)逼近，并以所得到的最優(yōu)N項(xiàng)逼近來(lái)代替所述原始 雙邊數(shù)字圖像濾波器的空間核函數(shù)和顏色核函數(shù)，得到三維核濾波器，其中，所述N取正整 數(shù)；
[0017]維數(shù)提升模塊，用于利用維數(shù)提升方法，將由所述截?cái)嗫臻g核函數(shù)和顏色核函數(shù) 的最優(yōu)N項(xiàng)逼近所定義出的二維數(shù)字圖像濾波器轉(zhuǎn)換為三維空間中的數(shù)字圖像濾波器；
[0018] 三維核濾波模塊，用于利用所述三維核濾波器計(jì)算所述三維空間中的數(shù)字圖像濾 波器。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案至少具有以下有益效果：
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)原始雙邊數(shù)字圖像濾波器的空間核函數(shù)和顏色核函數(shù)生成與 其相對(duì)應(yīng)的截?cái)嗫臻g核函數(shù)和顏色核函數(shù)，再求得截?cái)嗫臻g核函數(shù)和顏色核函數(shù)在哈爾正 交基上和截?cái)嗳呛瘮?shù)正交基上的最優(yōu)N項(xiàng)逼近，并以所得到的最優(yōu)N項(xiàng)逼近來(lái)代替原始雙 邊數(shù)字圖像濾波器的空間核函數(shù)和顏色核函數(shù)，之后利用維數(shù)提升方法來(lái)將由截?cái)嗫臻g核 函數(shù)和顏色核函數(shù)的最優(yōu)N項(xiàng)逼近所定義出的二維數(shù)字圖像濾波器變?yōu)橐粋€(gè)定義在三維空 間中的數(shù)字圖像濾波器，最后利用三維核濾波器來(lái)快速計(jì)算前面所得到的定義在三維空間 中的數(shù)字圖像濾波器，從而得到一個(gè)線性計(jì)算復(fù)雜度的雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速方法。 其中，對(duì)截?cái)嗫臻g核函數(shù)和截?cái)囝伾撕瘮?shù)的最優(yōu)N項(xiàng)逼近可以精確的逼近原始函數(shù)。聯(lián)合 利用維度提升技術(shù)與三維核濾波器，從而可以在不降低計(jì)算效率的情況下，提升加速算法 的逼近精度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有其它方法相比，不但計(jì)算效率高，計(jì)算精 度也有提升。
[0021] 當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品不一定需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
[0022] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變 得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明 書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
[0023] 需要說(shuō)明的是，
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并非旨在標(biāo)識(shí)出請(qǐng)求保護(hù)的主題的必要技術(shù)特征， 也并非是用來(lái)確定請(qǐng)求保護(hù)的主題的保護(hù)范圍。所要求保護(hù)的主題不限于解決在【背景技術(shù)】 中提及的任何或所有缺點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速方法的流程示意 圖；
[0025] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的不同快速雙邊濾波加速方法的定性比較示意圖；
[0026] 圖3a為不同快速雙邊濾波加速方法在相似性指數(shù)方面的比較結(jié)果示意圖；
[0027]圖3b為不同快速雙邊濾波加速方法在峰值信噪比方面的比較結(jié)果示意圖；
[0028]圖4a為根據(jù)一不例性實(shí)施例不出的原始的尚動(dòng)態(tài)圖像；
[0029] 圖4b為利用基于主分量的加速算法進(jìn)行高動(dòng)態(tài)圖像壓縮所得到的結(jié)果示意圖；
[0030] 圖4c為根據(jù)一示例性實(shí)施例進(jìn)行高動(dòng)態(tài)壓縮得到的結(jié)果示意圖；
[0031 ]圖4d為圖4b的局部放大顯小小意圖;
[0032] 圖4e為圖4c的局部放大顯小小意圖;
[0033] 圖5為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的不同加速算法在紋理區(qū)域所產(chǎn)生的不同濾波效 果的比較結(jié)果示意圖；
[0034]圖6為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0035] 圖7為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的截?cái)嗄K的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖8為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例解決的技術(shù)問(wèn)題、所采用的技術(shù)方 案以及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)的一部 分實(shí)施例，并不是全部實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造 性勞動(dòng)的前提下，所獲的所有其它等同或明顯變型的實(shí)施例均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 本發(fā)明實(shí)施例可以按照權(quán)利要求中限定和涵蓋的多種不同方式來(lái)具體化。
[0038] 需要說(shuō)明的是，在下面的描述中，為了方便理解，給出了許多具體細(xì)節(jié)。但是很明 顯，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)可以沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)。
[0039] 為了在線性復(fù)雜度內(nèi)完成雙邊數(shù)字圖像濾波器的計(jì)算，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種 方法，將雙邊濾波器的計(jì)算復(fù)雜度從〇( |NX| | I | )降到0( | I | )，使其計(jì)算復(fù)雜度僅與圖像像 素的個(gè)數(shù)有關(guān)。
[0040] 圖1示例性地示出了一種雙邊數(shù)字圖像濾波器的加速方法的流程示意圖。如圖1所 示，該方法可以包括步驟S1至步驟S4。
[0041] 步驟S1:根據(jù)原始雙邊數(shù)字圖像濾波器的空間核函數(shù)和顏色核函數(shù)，生成截?cái)嗫?間核函數(shù)和顏色核函數(shù)。
[0042] 步驟S1具體包括：
[0043] 步驟S1.1:根據(jù)原始雙邊數(shù)字圖像濾波器的空間核函數(shù)1(1)，選取使得1&)> 0.001的區(qū)間。定義空間核函數(shù)Ks (X)的截?cái)嗫臻g核函數(shù)為瓦f 在此區(qū)間上的取值與Ks (X)相同，而人z; (X)在此區(qū)間外的取值為零。
[0044] 步驟S1.2:根據(jù)原始雙邊數(shù)字圖像濾波器的顏色核函數(shù)Kr(x)，選取使得Kr(x)> 〇. 〇 〇 1的區(qū)間。定義顏色核函數(shù)K r (X)的截?cái)囝伾撕瘮?shù)為在此區(qū)間上的取值與K r (X )相同，而尺;_7_ (X)在此區(qū)間外的取值為零。
[0045] 步驟S2:利用最優(yōu)犯員逼近生成截?cái)嗫臻g核函數(shù)和顏色核函數(shù)在哈爾正交基上和 截?cái)嗳呛瘮?shù)正交基上的最優(yōu)N項(xiàng)逼近，并以所得到的最優(yōu)N項(xiàng)逼近來(lái)代替原始雙邊數(shù)字圖 像濾波器的空間核函數(shù)和顏色核函數(shù)，得到三維核濾波器。
[0046]其中，一個(gè)函數(shù)的最優(yōu)N項(xiàng)逼近指的是將此函數(shù)在一組正交基上分解，由前N個(gè)最 大系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的正交基函數(shù)所構(gòu)成的線性組合。
[0047] 步驟S2還包括:步驟S2 · 1至步驟S2 · 3。
[0048] S2.1:將截?cái)嗫臻g核函數(shù)J