圖像縮放器中辛克函數加窗插值方法
2023-06-13 18:18:26 3
專利名稱：圖像縮放器中辛克函數加窗插值方法
技術領域：
本發明涉及圖像縮放變換處理的一種重要方法——圖像縮放插值的選擇方法，尤其是圖像縮放器中辛克函數加窗插值方法。
背景技術：
圖像縮放的選擇方法很有很多種，最為常用的是雙線性插值和三次卷積法以及最鄰近插值方法。但是常用的插值方法在實現圖形縮放變換的時候，存在縮放範圍小，在獲取高質量縮放圖像時存在計算量大，效率低的問題。現在絕大多數的圖像縮放處理採用的都是常用方法，國內還沒有開發出此方面的新算法。
發明內容
本發明目的是提供一種圖像縮放處理的方法，使得在對圖像進行縮放處理，特別進行不規則縮放處理的時候，能夠獲得縮放範圍大，高質量的縮放圖像，且具有較高的處理效率。
本發明的目的是這樣實現的圖像縮放處理的實質是通過數字圖像處理的方法來實現信號的抽取或者插入，這樣的一個過程可以用理想的低通濾波器來完成，Sinc函數一直被當作理想濾波器，但是Sinc函數是無限長的連續的點，因此要實現某一點的插值，將需要其前後無限多個取樣點來決定，因而導致Sinc函數不可能直接應用。實際上，設計插值器的目的是得出某一時刻的信號值，並不需要完全恢復信號，因此我們可以對Sinc函數做有限長度的截取來進行插值，或者運用其他可實現的近似方法來代替，如最鄰近插值法，線性差值法，三次卷積法等。
理論上，Sinc函數可以通過一切可能的窗函數來截取。但對Sinc函數直接截尾將導致所謂的吉布斯(Gibbs)現象，它表現為在濾波器幅頻特性不連續附近，也就是靠近通帶和阻帶的邊緣處，濾波器的頻率特性將出現大的波紋，而且這個波紋不隨濾波器持續時間的增加而減小，只是寬度變得窄一些而已。因此對Sinc直接截尾或者採用矩形窗處理在實踐中極少採用。
對理想特性Sinc進行窗處理的一個較成功的方法是靠近濾波器的兩端用一個加權序列w(n)使得幅度較緩慢的衰減到零，這個加權序列w(n)常稱為窗。
為了控制吉布斯現象，我們採用Sinc函數加Kaiser窗來逼近理想濾波器，凱塞窗(Kaiser window)是一種可調參數的窗函數，形式如下 I0(β)——第一類零階修正貝塞爾函數；N——窗長度參數；β——形狀參數，代表旁瓣波紋峰高和主瓣寬度或者能量兩者之間頻響方面的某種折衷，β越大，則w(n)窗越窄，而頻譜的旁瓣越小，但主瓣寬度也相應增加。
此處參數的確定，可以通過以下的方法定義A＝-20log10δΔω＝ωs-ωpδ——窗函數頻率響應的峰值逼近誤差；ωs——當|H(ejω)|≤δ時的阻帶截止頻率；ωp——當|H(ejω)|≥1-δ時的通帶截止頻率；Δω——濾波器過渡帶寬度；β值在規定的A值下，可由下式計算=0if A210.5842(A-21)0.4+0.07886(A-21)else if21A500.1102(A-0.87)else if A>50]]>另外，要得到預定的A值和Δω值，N必須滿足N=(A-7.95)214.36+1]]>根據待縮放圖像的圖像特徵，包括圖像的解析度和刷新率等特徵，通過一定的選擇方法來確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度。由這兩個參數來得到Kaiser窗的參數和Sinc函數參數。凱塞窗目的是將頻率響應的主瓣和旁瓣的能量譜的比值達到最大而導出的窗函數。
本發明的特點是所採用的Kaiser窗具有可調參數β，此參數可以通過需要變換的圖像特徵來設置，可直接由圖像特徵得到需要設計的濾波器的截止頻率和過渡帶帶寬，從而得到Kaiser窗的β參數，窗的長度N和Sinc函數的參數，在圖像變換過程中，針對不同圖像，不同行，得出最為合適的參數來進行圖像縮放，此種方法來的比其他傳統方法更為準確、有效，這種方法適合於各種圖像縮放處理，可以方便並準確得到變換後的圖像，並且縮放後的圖像質量好，圖像縮放範圍大。確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度是計算和選擇的關鍵，Kaiser參數的計算與輸出均以濾波器的截止頻率和過渡帶寬度為基礎導出。
四
圖1為本發明Sinc函數加Kaiser窗插值方法的程序框圖首先從待處理圖像中提取圖像的解析度和刷新率，確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度，Kaiser函數參數計算，Sinc函數計算，二者相乘確定濾波器表達式，然後對圖像逐行插值處理。
五具體實施例方式
圖像縮放的插值方法選擇一般有最鄰近插值，雙線性插值，三次卷積法等等。本發明採用Sinc函數加Kaiser窗的方法，根據待縮放圖像的特徵進行參數設置。將此插值方法做成一個可以直接調用的子程序，應用在圖形縮放處理中，根據圖像縮放處理過程中縮放後的圖像形狀特徵以及縮放比例設定Kaiser窗參數和Sinc函數參數，對待處理圖像進行插值處理，得到縮放後的圖像。本發明應用在使用FPGA作為投影儀核心圖像處理部件的系統中，根據待縮放的圖像特徵，靈活設置校正參數，可以實現大角度的校正範圍和高質量的校正圖像。
對於800×600VGA@60Hz的圖像，其圖像像素點的頻率為28.8MHz。那麼濾波器截止頻率可以取10MHz～14.4MHz，過渡帶寬度可取0.1π，這樣後可根據前面分析進行進一步的參數計算。部分程序如下if(A＜＝21.0) β＝0.01；else if(A＜＝50.0) β＝(0.5842*(A-21.0)^0.4)+(0.07886*(A-21))；else β＝0.1102*(A-8.7)；……ωc＝(ωs+ωp)/2；coef＝ωc*sinc(ωc*(n-M/2)/pi)/pi；h＝coef.*W
權利要求
1.圖像縮放器中的插值選擇方法，對Sinc函數做有限長度的截取來進行插值，其特徵是採用Sinc函數加窗的方法來實現圖像縮放處理是通過數字圖像處理的方法來實現信號的抽取或者插入，並設計插值器，用於得出某一時刻的信號值；對Sinc函數做有限長度的截取來進行插值，其處理的方法是靠近濾波器的兩端用一個加權序列w(n)使得幅度較緩慢的衰減到零，這個加權序列w(n)稱為窗採用Sinc函數加凱塞窗Kaiser來逼近理想濾波器；凱塞窗是一種可調參數的窗函數，形式如下 I0(β)——第一類零階修正貝塞爾函數；N——窗長度參數；β——形狀參數，代表旁瓣波紋峰高和主瓣寬度或者能量兩者之間頻響方面的某種折衷，β越大，則w(n)窗越窄，而頻譜的旁瓣越小，但主瓣寬度也相應增加；此處參數的確定的方法定義A＝-20log10δΔω＝ωs-ωpδ——窗函數頻率響應的峰值逼近誤差；ωs——當|H(ejω)|≤δ時的阻帶截止頻率；ωp——當|H(ejω)|≥1-δ時的通帶截止頻率；Δω——濾波器過渡帶寬度；β值在規定的A值下，可由下式計算=0if A210.5842(A-21)0.4+0.07886(A-21)else if21A500.1102(A-0.87)else if A>50]]>得到預定的A值和濾波器過渡帶寬度值，N滿足N=(A-7.95)214.36+1.]]>
2.根據權利要求1所述的圖像縮放器中的插值選擇方法，其特徵是通過選擇方法來確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度；由這兩個參數來得到凱塞窗的參數和Sinc函數參數。
3.根據權利要求1所述的圖像縮放器中的插值選擇方法，其特徵是所採用的凱塞窗Kaiser具有可調參數β，此參數通過需要變換的圖像特徵來設置，直接由圖像特徵得到需要設計的濾波器的截止頻率和過渡帶帶寬，從而得到Kaiser窗的β參數、窗的長度N和Sinc函數的參數，在圖像變換過程中，針對不同圖像，不同行，得出最為合適的參數來進行圖像縮放。
4.根據權利要求2或3所述的圖像縮放器中的插值選擇方法，其特徵是其參數確定特徵是根據待縮放圖像的圖像特徵分為兩個過程，一是由圖像特徵確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度，二是根據得到的過渡帶寬度來獲得參數β和窗長度N以及Sinc函數的參數。
5.根據權利要求2或3所述的圖像縮放器中的插值選擇方法，其特徵是所述的確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度的過程，通過圖像特徵來確定的，此特徵包括輸入圖像的圖像解析度，圖像刷新率因素；計算得出濾波器的截止頻率和過渡帶寬度，從而進一步計算得到Kaiser窗的β參數和窗長度參數N以及Sinc函數的參數。
全文摘要
圖像縮放器中的插值選擇方法，對Sinc函數做有限長度的截取來進行插值，採用Sinc函數加窗的方法來實現圖像縮放處理是通過數字圖像處理的方法來實現信號的抽取或者插入，並設計插值器，用於得出某一時刻的信號值；對Sinc函數做有限長度的截取來進行插值，其處理的方法是靠近濾波器的兩端用一個加權序列w(n)使得幅度較緩慢的衰減到零，這個加權序列w(n)稱為窗根據待縮放圖像的圖像特徵，計算得出濾波器的截止頻率和過渡帶寬度，進一步計算得到Kaiser窗的β參數和窗長度參數N以及Sinc函數的參數。將此插值過程做成模塊，應用在圖像縮放處理中能獲得大的縮放範圍和較好的縮放質量，計算量小，效率優。
文檔編號G06T3/40GK1916964SQ20061008617
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月8日 優先權日2006年9月8日
發明者沈慶宏, 曹鳳蓮, 都思丹, 田敏雄, 高敦堂 申請人:南京大學