圖像縮放方法

2023-04-28 11:45:06 1

專利名稱：圖像縮放方法
技術領域：
本發明涉及的是一種圖像處理技術領域的方法，具體是一種圖像縮放方法。

背景技術：
目前已經有許多圖像縮放方法，最簡單的是鄰域插值(nearest neighbor)，該方法保持了很好的高頻分量，但是方塊效應嚴重。此外，最常用的是雙線性插值方法(bilinear)和雙三次樣條插值(bicubic)，bilinear和bicubic與鄰域插值相比，連續性得到了很大的改善，但兩者對於高頻分量的保持不夠，都存在一定程度的模糊。以上技術都是將圖像中每個像素當做一個採樣點來看待，但是CCD感光時並不是一個個點，而是一個個小的長方形，所以將每個像素當做一個採樣點的點像素模型不符合CCD感光時的實際情形。
經對現有技術文獻的檢索發現，2003年Chun-Ho Kim等人在《IEEE Transactions oncircuits and systems for video technology》上發表了題為「WinscaleAnImage Scaling Algorithm Using an Area Pixel Model(Winscale一種使用面像素模型的圖像縮放方法)」的文章，該文提出了面像素模型，將圖像中每一個像素當做一個小的長方形來處理，該方法將每個原始圖像像素當做一個邊長為1的正方形，整個正方形內的像素密度(pixel intensity)固定且等於該像素值，縮放後圖像總的面積等於原始圖像，而縮放後的像素的大小和原始像素不同，為長方形，當橫向和縱向的縮放的比例分別為m和n時，縮放後圖像的像素是長為1/m、寬為1/n的長方形，縮放後圖像的像素值等於該像素所覆蓋的各個原始像素的像素值乘以所覆蓋的面積的積的和。但是該圖像縮放技術的效果不是很好，根據縮放比例不同存在不同程度的模糊或者方塊效應，不能很好地適應實際應用。


發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的上述不足，提供一種圖像縮放方法。本發明利用原始圖像的像素值，基於面像素模型，通過求解積分方程重構出光強分布，然後通過對放大後像素的長方形求光強積分再除以長方形面積取得新的像素值，本發明在縮放圖像時能保持較高的銳度和對比度，獲得高質量的圖像，且具有較高的處理效率。
本發明是通過以下技術方案實現的，包括以下步驟 第一步，將每個像素點看作是一個長方形，以原始圖像一個像素的一個頂點為原點，該像素的長度方向和寬度方向分別為x軸和y軸建立直角坐標系，根據圖像橫縱向的縮放比例，使原始圖像的中心像素點和縮放後圖像的中心像素點重合，從而得到縮放後圖像像素點M在該坐標系的位置信息。
第二步，在像素點M的周圍選取N個原始圖像中的像素點，且根據這N個像素點的位置信息和像素值信息，得到像素點M的光強分布狀態。
所述的像素點M的光強分布狀態是光強分布函數fM(xy)，具體公式是 其中N為選取的原始像素點的數目，ai為係數，{pi(x，y)}為二維函數族，i＝1，…，N。
所述的二維函數族{pi(x，y)}是二元多項式，或者是二次餘弦多項式，或者是二維sinc多項式，或者是二維小波基。
所述的係數ai採用函數擬合方法得到，具體公式為 其中Mi是選取的第i個原始像素的像素值，x′Mi和xMi分別是第i個原始圖像像素在坐標系的橫坐標上的兩個端點值，y′Mi和yMi分別是第i個原始圖像像素在坐標系的縱坐標上的兩個端點值，且x′Mi＞xMi，y′Mi＞yMi，1≤i≤N。
第三步，根據像素點M的光強分布狀態和位置信息，得到像素點M的像素值UM。獲得所述的像素點M的像素值UM的計算公式為 其中x′M和xM分別是像素點M在坐標系的橫坐標上的兩個端點值，y′M和yM分別是像素點M在坐標系的縱坐標上的兩個端點值，且x′M＞xM，y′M＞yM，fM(x，y)是像素點M的光強分布狀態的光強分布函數，K和W分別是圖像的橫向和縱向縮放比例。
第四步，依次重複第一步-第三步，分別得到縮放後圖像中每個像素點的位置信息和像素值，從而得到縮放後的圖像。
與現有技術相比，本發明的有益效果是簡單高效，針對不同的縮放比例都不存在模糊現象，能保持較高的銳度和對比度，不存在明顯方塊效應，獲得的縮放圖像質量高。



圖1是實施例的原始圖像。
圖2是實施例建立的坐標系示意圖。
圖3是分別採用實施例方法與現有技術方法得到的縮放圖像； 其中(a)是雙線性插值方法得到的縮放圖像；(b)是雙採樣條插值方法得到的縮放圖像；(c)是winscale方法得到的縮放圖像；(d)是本實施例方法得到的縮放圖像。

具體實施例方式 以下結合附圖對本發明的方法進一步描述本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例 本實施例要進行縮放的原始圖像，如圖1所示，該圖像為解析度128*128的灰度圖，要將該原始圖像放大為解析度為256*256的新圖像，包括以下步驟 第一步，將每個像素點看作是一個長方形，以原始圖像M1的左上角為原點，該像素的長度方向和寬度方向分別為x軸和y軸建立直角坐標系，根據圖像橫縱向的縮放比例，使原始圖像的中心像素點和縮放後圖像的中心像素點重合，從而得到縮放後圖像像素點M在該坐標系的位置信息。
本實施例建立的坐標系如圖2所示，其中像素點M為長1/4、寬1/4的正方形，中心在(3/2，3/2)，四個頂點坐標分別為(1，1)、(1.5，1)、(1，1.5)和(1.5，1.5)。
第二步，在像素點M的周圍選取9個原始圖像中的像素點，且根據這9個像素點的位置信息和像素值信息，得到像素點M的光強分布狀態。
本實施例選取的9個原始像素點如圖3所示，分別記為M1、…、M9，每個原始像素點的坐標信息如圖2所示。
本實施例像素點M的光強分布狀態是光強分布函數fM(x，y)，具體公式是fM(x，y)＝ax2y2+bx2y+cxy2+dx2+ey2+fxy+gx+hy+k 其中a、b、c、d、e、f、g、h和k是未知係數。
針對這9個原始像素點建立如下方程組 其中Mi是選取的第i個原始像素的像素值，1≤i≤9。
通過求解上述方程組可以得到未知係數a、b、c、d、e、f、g、h和k，即
將a、b、c、d、e、f、g、h和k這9個係數帶入fM(x，y)，便得到像素點M的光強分布狀態， 第三步，根據像素點M的光強分布狀態和位置信息，得到像素點M的像素值UM。
本實施例像素點M的像素值UM具體公式為 其中fM(x，y)是像素點M的光強分布函數。
第四步，依次重複第一步-第三步，分別得到縮放後圖像中每個像素點的位置信息和像素值，從而得到縮放後的圖像，如圖3(d)所示。
分別採用雙線性插值方法、雙三次樣條插值、winscale方法和本實施例方法對圖1所示的原始圖像進行4倍放大後得到的圖像如圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)和圖3(d)所示，從圖中可見，本實施例方法得到的縮放圖最清晰，高頻分量保持較好，而winscale方法得到的圖像雖然高頻分量也保持的較好，但是存在明顯的方塊效應，本實施例方法則不存在明顯方塊效應。
分別對圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)和圖3(d)這四個圖進行了STD分析，得到的STD值分別為33.9、35.1、35.8和36.1，從而可知本實施例方法得到的STD值最大，即本實施例方法得到的縮放圖像的銳度和對比度最高。
權利要求
1.一種圖像縮放方法，其特徵在於，包括以下步驟
第一步，將每個像素點看作是一個長方形，以原始圖像一個像素的一個頂點為原點，該像素的長度方向和寬度方向分別為x軸和y軸建立直角坐標系，根據圖像橫縱向的縮放比例，使原始圖像的中心像素點和縮放後圖像的中心像素點重合，從而得到縮放後圖像像素點M在該坐標系的位置信息；
第二步，在像素點M的周圍選取N個原始圖像中的像素點，且根據這N個像素點的位置信息和像素值信息，得到像素點M的光強分布狀態；
第三步，根據像素點M的光強分布狀態和位置信息，得到像素點M的像素值UM；
第四步，依次重複第一步第三步，分別得到縮放後圖像中每個像素點的位置信息和像素值，從而得到縮放後的圖像。
2.根據權利要求1所述的圖像縮放方法，其特徵是，所述的像素點M的光強分布狀態是光強分布函數fM(x，y)，具體公式是
其中N為選取的原始像素點的數目，ai為係數，{pi(x，y)}為二維函數族，i＝1，…，N。
3.根據權利要求2所述的圖像縮放方法，其特徵是，所述的二維函數族{pi(x，y)}是二元多項式，或者是二次餘弦多項式，或者是二維sinc多項式，或者是二維小波基。
4.根據權利要求2所述的圖像縮放方法，其特徵是，所述的係數ai採用函數擬合方法得到，具體公式為
其中Mi是選取的第i個原始像素的像素值，x′Mi和xMi分別是第i個原始圖像像素在坐標系的橫坐標上的兩個端點值，y′Mi和yMi分別是第i個原始圖像像素在坐標系的縱坐標上的兩個端點值，且x′Mi＞xMi，y′Mi＞yMi，1≤i≤N。
5.根據權利要求1所述的圖像縮放方法，其特徵是，所述的像素點M的像素值，具體公式為
其中x′M和xM分別是像素點M在坐標系的橫坐標上的兩個端點值，y′M和yM分別是像素點M在坐標系的縱坐標上的兩個端點值，且x′M＞xM，y′M＞yM，fM(x，y)是像素點M的光強分布函數，K和W分別是圖像的橫向和縱向縮放比例。
全文摘要
一種圖像處理技術領域的圖像縮放方法，包括以下步驟第一步，將每個像素點看作是一個長方形，建立直角坐標系，得到縮放後圖像像素點M的四個頂點在該坐標系的位置信息；第二步，在像素點M的周圍選取N個原始圖像中的像素點，且根據這N個像素點的位置信息和像素值信息，得到像素點M的光強分布狀態；第三步，根據像素點M的光強分布狀態和位置信息，得到像素點M的像素值UM；第四步，依次重複第一步一第三步，分別得到縮放後圖像中每個像素點的位置信息和像素值，從而得到縮放後的圖像。本發明單高效，針對不同的縮放比例都不存在模糊現象，能保持較高的銳度和對比度，不存在明顯方塊效應，獲得的縮放圖像質量高。
文檔編號G06T3/40GK101763626SQ20101030065
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月25日 優先權日2010年1月25日
發明者戴輝, 張善文, 劉文江, 戎蒙恬, 劉濤 申請人:上海交通大學