基於邊緣方向差值的圖像放大處理方法

2023-05-28 14:24:11

專利名稱：基於邊緣方向差值的圖像放大處理方法
技術領域：
本發明屬於數字圖像處理技術領域，涉及一種在數字圖像放大處理過程中的基於邊緣方向的插值方法，主要應用於智能識別中對局部小圖像放大後的處理。
背景技術：
圖像放大是圖像處理中一項很重要的基本操作，在網際網路、醫學圖像處理、數位電視等領域以及手機、相機等諸多數碼設備上有著廣泛的應用。對於圖像放大問題，國內外研究者根據不同的數學模型先後提出了多種類型的圖像放大方法，如最近鄰插值、雙線性插值、高次多項式插值、分形插值以及基於小波變換的方法等。最近鄰插值最簡單，處理速度最快，但是由於它只是簡單地將源像素點最鄰近的像素點(最鄰近取樣)進行複製，其結果是會產生明顯的方塊效應；而雙線性插值法則利用了源像素點周圍鄰近的4個像素點的線 性平均權值來計算目標像素點的值，這樣雖然可以得到較好的整體效果，消除了方塊效應，但圖像的邊緣會變得模糊，細節部分不夠清晰；高次多項式插值、分形插值以及基於小波變換的方法雖然效果比最近鄰插值、雙線性插值要好，但運算複雜，且同樣會出現邊緣模糊等問題。近年來，有些學者對高次多項式、分形插值和基於小波變換的方法做出了一些改進，如夏海宏等提出了基於GPU的雙二次B樣條圖像縮放方法，陳燁等提出了基於分形插值及小波增強的海岸帶遙感圖像處理方法，肖傑雄等提出了基於小波變換和PDE插值的圖像超解析度重建方法，這些方法在一定程度上都對原有方法有較好的改進，但當放大倍數增加時，運算量也急劇上升。

發明內容
本發明的目的是提供一種基於邊緣方向差值的圖像放大處理方法，以解決圖像放大後邊緣出現鋸齒或模糊現象，運算效率低下的問題。為實現上述目的，本發明的基於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k，採用正向掃描對原圖像進行自左向右，自上而下掃描，確定將要構造平面所需的不在同一平面上的四頂點A、B、C、D在二維平面xA』 y上的投影坐標；
(2)放大k倍的新圖的四頂點在二維平面上的坐標分別是A』(0，0),B』(k，0), C』(0，k), D』 (k, k)，判斷四頂點像素值對角線的絕對值差的大小；
(3)對角線絕對值差較小的方向屬於邊緣方向，以對角線絕對值差較大的對角線作為分界線，分別構造平面；
(4)構造平面採用待定係數法,求得公式f(X，y)=ax+by+c中的a, b, c,其中，a, b, c為待定係數，X，y對應像素點的坐標，f (X，y)為像素的顏色值；
(5)根據公式f(X，y) =ax+by+c計算待插像素的顏色值,並填充。進一步的，所述步驟(4)中是用待定係數法求得公式f (X，y)=ax+by+c中的a,b,c。本發明的基於邊緣方向插值的圖像放大處理方法能夠解決圖像放大後邊緣出現鋸齒或模糊現象，或者運算效率低下的問題，在圖像放大時速度快，質量好，具有重大的實用價值。


圖I是插值空間平面示意圖。
具體實施例方式如果已知空間三個點，則可以構造一個平面，本發明根據此原理進行插值。其數學表達為 f (X，y) =ax+by+c(I)
其中，a, b, c為待定係數。^ 對應像素點的坐標，/( W為像素的顏色值。利用待插值像素對應的四個頂點，待插值像素點一定落在原圖像某四鄰域的網格內，也就是距待插值像素距離最近的原圖像的四鄰域，(在這裡，我們選擇計算機的設備坐標系，即水平向右為X軸正方向，垂直向下為y軸正方向，而原點則位於左上角)那麼放大 k倍(長寬放大倍數相同)後某待插值像素點坐標為(i，j)，則它對應的原圖像的四頂點(四鄰域)坐標就是(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,原圖像四鄰域坐標分別是(i，j)，(i+l，j)，(i，j+l)，(i+l，j+1)，那麼放大k倍後的坐標就是(kXi，kX j)，(kX (i+l)，kX j)，(kXi，kX (j+1)), (kX (i+l)，kX (j+1)。實際像素構造插值空間平面從而進行插值運算。如圖I所示的四個點，能夠構造四個平面(只要四個點不在同一個平面上)，其中兩對相交於一條直線。由於四個像素灰度值的不同，則構造的平面的傾角不同，尤其對應於圖像的邊緣區域，由於灰度值變化劇烈，那麼構造的兩個平面夾角很大，而兩個平面的交線正好對應圖像邊緣。對於處於邊緣兩側的區域，分別根據構造的平面進行插值。構造的空間兩對平面的兩條交線投影到二維圖像平面上，就是對應四個實際像素的對角連線。而對角灰度值的差值就反映了圖像沿±45。方向的變化率。這個45度是針對原圖像的四鄰域而言，即使長寬不等比例放大，那麼對應的原圖像仍然是四鄰域，之所以選擇四鄰域，而不是八鄰域，是由於另外四點距離中心比較遠(位於斜角方向)，對插值貢獻不大，而且，如果考慮另外四個點的話，除增加運算量外，對於構造空間平面是沒有意義，因為我們只要知道空間三個點坐標和數值，就一定能夠唯一的確定一個平面。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水平和垂直邊緣的處理效果基本相同，而對斜角方向的邊緣處理則令人不盡滿意，但是實際圖像的邊緣往往不是水平或者垂直的。基於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k，採用正向掃描對原圖像進行自左向右，自上而下掃描，確定將要構造平面所需的不在同一平面上的四頂點如圖I所示的A、B、C、D在二維平面xA』 y上的投影坐標；由於本方法主要用於對局部小圖像的放大後處理，放大倍數k為整數倍，一般為2、4。本方法所應用的背景是對圖像解析度的軟體提高，採用的圖像可以是灰度圖像，也可以是RGB圖像，如果是RGB圖像，則需要對三個通道分別插值計算，原理是一樣的。該方法的處理是全局性的，逐點計算，對圖像邊緣細節區域效果明顯，有銳化作用；
(2)放大k倍的新圖的四頂點在二維平面上的坐標分別是A』(0，0),B』(k，0), C』(0，k), D』 (k, k)，判斷四頂點像素值對角線的絕對值差的大小；(3)對角線絕對值差較小的方向屬於邊緣方向，以對角線絕對值差較大的對角線作為分界線，分別構造平面，圖I中，由於fA(O，0) - fD(k，k)的絕對值小於fB(k，0) - fc(0，k)的絕對值,這四個點是原圖像四鄰域灰度值，比如(X, y)為平面坐標,則f (X, y)就是灰度值，如果小於，則說明AD在空間的斜率要小於BC，也就是對應圖像來說，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作為構造兩平面的交線。因此利用A, B，D三個點和A，C，D三個點分別構造平面，AD為兩個平面的交線；
(4)構造平面採用待定係數法，求得公式/(U)=諏 + if+f中的a，b，c，其中，a, b, c為待定係數，4 對應像素點的坐標，f (X，y)為像素的顏色值。因為方程中有三個未知數a, b，c，而在我們已經知道，如圖I所示，ABD, ACD這兩組分別點A, B，C，D的空間坐標，那麼兩組方程一定有解，用到的點就是對應原圖像四鄰域經放大後的坐標值和灰度值，灰度值經放大不變，坐標則隨放大倍數而定，而放大倍數是提前已知的。因為每個待插值像素灰度值只與對應原圖像的四鄰域有關。如下方程組所示
權利要求
1.一種基於邊緣方向插值的圖像放大處理方法，其特徵在於，該方法的步驟如下 (1)將原圖像放大倍數k，採用正向掃描對原圖像進行自左向右，自上而下掃描，確定將要構造平面所需的不在同一平面上的四頂點A、B、C、D在二維平面xA』 y上的投影坐標； (2)放大k倍的新圖的四頂點在二維平面上的坐標分別是A』(O，0),B』(k，0), C』(0，k), D』 (k, k)，判斷四頂點像素值對角線的絕對值差的大小； (3)對角線絕對值差較小的方向屬於邊緣方向，以對角線絕對值差較大的對角線作為分界線，分別構造平面； (4)構造平面採用待定係數法,求得公式f(X，y)=ax+by+c中的a, b, c,其中，a, b, c為待定係數，X，y對應像素點的坐標，f (X，y)為像素的顏色值； (5)根據公式f(X，y) =ax+by+c計算待插像素的顏色值,並填充。
2.根據權利要求I所述的，其特徵在於所述步驟(4)中是用待定係數法求得公式f (X，y) =ax+by+c 中的 a, b，C。
全文摘要
本發明涉及基於邊緣方向插值的圖像放大處理方法，將原圖像放大倍數k，採用正向掃描對原圖像進行掃描，確定將要構造平面所需的不在同一平面上的四頂點在二維平面上的投影坐標；判斷四頂點像素值對角線的絕對值差的大小；對角線絕對值差較小的方向屬於邊緣方向，以對角線絕對值差較大的對角線作為分界線，分別構造平面；根據公式計算待插像素的顏色值，並填充；本發明的方法能夠解決圖像放大後邊緣出現鋸齒或模糊現象，或者運算效率低下的問題，在圖像放大時速度快，質量好，具有重大的實用價值。
文檔編號G06T5/00GK102682424SQ201210003180
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月7日 優先權日2012年1月7日
發明者孫士保, 宋曉莉, 李春愛, 段建輝, 王志強, 陳永剛 申請人:河南科技大學