數字圖像的劃痕處理方法
2023-05-16 13:43:11
專利名稱：數字圖像的劃痕處理方法
技術領域：
本發明涉及一種數字圖像的處理方法，特別是涉及一種數字圖像的劃痕處理方法。
背景技術：
隨著數位技術的不斷發展和應用，數字圖像技術正在改變我們處理圖像的方式。現實生活中的許多信息都可以用數字形式的數據進行處理和存儲，以及網絡傳輸。數字圖像主要通過數位相機、圖像掃描儀等設備從外界獲取，當然利用製圖軟體直接繪製也可以得到數字圖像。數字圖像質量的高低，不僅取決於圖像源本身的質量，更主要取決於圖像輸入、輸出設備的狀況。輸入設備性能的高低，會直接影響圖像的質量。
我們知道得到的數字圖像經常會因為原始圖像的受損，或是堆積的灰塵等，使照片上出現象劃痕這樣的瑕疵，對這些材料進行處理，以恢復其原來面貌並加以保存，是一項重要的工作。
目前對劃痕的處理大都是針對底片進行的。「自動消痕技術」是當前國際掃描領域最新的技術成果，其主要是針對底片中的劃痕。底片掃描儀作為高端電子影像產品，不僅要求廠商擁有先進的光電技術，同時對廠商的生產工藝也提出了嚴格的要求。
公知的技術對圖像中的劃痕進行定位大都依靠硬體解決，不僅費用比較高，而且處理的效果也不太理想。計算機中的Photoshop等軟體可以用來對受損底片的圖像進行修復，但操作起來非常複雜。經常為了修復一道小小的劃痕，攝影師要花上幾個小時的時間，對於影樓這樣的流水作業單位，這種工作效率是無法忍受的。
另外，通常對數字圖像的劃痕處理分為兩大步驟，首先對圖像中要加以清除的劃痕進行定位，接下來就是對劃痕區域的修補。對劃痕的修補技術已經比較成熟，當前最棘手的問題就是對劃痕進行定位，如何準確的找到劃痕是亟待解決的問題。
發明內容
有鑑於此，為解決上述現有技術的問題，本發明提出了一種數字圖像的劃痕處理方法，無需硬體的支持，並且能夠準確地定位劃痕並對劃痕進行修復。
為了實現上述目有，本發明提供了一種數字圖像的劃痕處理方法，包括如下步驟計算選定像素Y(i，j)與其相鄰像素之間的差異，以確定該相鄰像素中異常像素的個數；將該異常像素的個數大於一數量基準值的選定像素，標記為特殊像素；將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，並計算該相鄰塊之間的差異；根據該相鄰塊之間的差異，在特殊像素中標記劃痕像素；及細化並填充該劃痕像素圍成的區域。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述異常像素是該相鄰像素與該選定像素亮度之差的絕對值大於異常基準值的像素。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述特殊像素包括劃痕像素與邊緣像素。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，是將該特殊像素的周圍區域劃分為4個相鄰塊。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，是將該特殊像素的周圍區域劃分為3個相鄰塊。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，為將該特殊像素的周圍區域劃分為8個相鄰塊。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述計算該相鄰塊之間的差異的步驟更包括計算各相鄰塊的所有像素的均方差；及比較該均方差之間的差異。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述比較該均方差之間差異的步驟，若相鄰塊個數為4時，比較公式為Dif＝MaxVar-Mid1Var-Mid2Var+MinVar其中，Dif為均方差之間的差異，MaxVar是指數值最大的相鄰塊的均方差，Mid1Var與Mid2Var是指數值居中的兩個相鄰塊的均方差，MinVar是指數值最小的相鄰塊的均方差。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述比較該均方差之間差異的步驟，若相鄰塊個數為3時，比較公式為Dif＝MaxVar-2MidVar+MinVar其中，Dif為均方差之間的差異，MaxVar是指數值最大的相鄰塊的均方差，Mid是指數值居中的相鄰塊的均方差，MinVar是指數值最小的相鄰塊的均方差。
上述的數字圖像的劃痕處理方法，其特點在於，所述根據該相鄰塊之間的差異，在特殊像素中標記劃痕像素的步驟，若該差異(Dif)小於差異基準值則在特殊像素中標記為劃痕像素；若該差異大於該差異基準值則在特殊像素中標記為邊緣像素。
根據本發明所揭露的數字圖像處理方法，能夠快速準確的對劃痕進行定為並填充。對劃痕的處理無需硬體上的支持，節約了開支，同時提高了數字圖像的處理效果。
有關本發明的詳細內容及技術，茲配合圖式說明如下
圖1是本發明的數字圖像的劃痕處理方法的總體流程圖；圖2是本發明的數字圖像的劃痕處理方法的實施例的流程圖；圖3是本發明的數字圖像的劃痕處理方法的相鄰像素的示意圖；及圖4A、4B、4C、圖4D是本發明的數字圖像的劃痕處理方法的相鄰塊的示意圖。
具體實施例方式
根據本發明的數字圖像的劃痕處理方法，其主要應用於通過數位相機、圖像掃描儀等設備，已經從外界獲取的數字圖像，當然利用製圖軟體直接繪製而得到數字圖像也適用本發明。
根據本發明提供的數字圖像的劃痕處理方法，請參見圖1，該圖是本發明的數字圖像的劃痕處理方法的總體流程圖。首先，在步驟110中，計算選定像素Y(i，j)與其相鄰像素之間的差異，以確定該相鄰像素中異常像素的個數，然後，在步驟120，將該異常像素的個數大於數量基準值的選定像素，標記為特殊像素，在步驟130，再將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，並計算該相鄰塊之間的差異，步驟140，根據該相鄰塊之間的差異，在特殊像素中標記劃痕像素，，最後，在步驟150，細化並填充該劃痕像素圍成的區域。
為了詳細說明本發明的方法，請參見圖2，該圖是本發明的數字圖像的劃痕處理方法的實施例的流程圖。首先，在步驟210，對圖像進行預處理，在實際應用中，我們的系統獲取的原始圖像不是完美的，對於系統獲取的原始圖像，由於噪聲、光照、發射等原因，使圖像的質量不高，所以需要進行預處理，以有利於提取我們有用的信息。圖像的預處理包括圖像增強、平滑濾波、銳化等內容。對圖像進行濾波處理可以消除或減弱圖像中的汙點、水漬、劃痕、空洞等噪音，有效改善圖像的質量。
我們知道通過傳感器捕獲到圖像的RGB值，RGB色彩系統是我們最常用的表示顏色的方式，是色光的彩色模式，對應於人類視覺的三基色即紅、綠、藍三個波段，利用R、G、B三基色這三個分量可以表徵顏色。在本發明中，然後需要把RGB顏色模式圖像數據轉換為YCbCr顏色格式的數據，即步驟220。在YCbCr中，其中Y代表亮度，Cb和Cr則代表色度、飽和度。這裡只需得到Y部分的數值。
由RGB格式轉換至YCbCr格式是一種最通用的轉換，只需要知道從一種格式映像到另一種格式的係數，通過下列計算公式可完成數據轉換Y＝0.2990R+0.5870G+0.1140BCb＝-0.1687R-0.3313G+0.5000B+128Cr＝0.5000R-0.4187G-0.0813B+128對劃痕進行處理，首要的也是最關鍵的就是對劃痕進行定位。對劃痕進行定位就是在圖像中標記出劃痕區域的像素，也就是劃痕像素。圖像中每一個像素都對應一個唯一的Y值，Y值代表了像素的亮度。由於劃痕像素的亮度應該比較大，因此要標記出圖像中亮度較大的像素，即「選定像素」，所謂「選定像素」就是指那些亮度值較大的像素，這裡將Y值大於「亮度基準值」的像素確定為選定像素，本發明選取亮度基準值為80，也就是本發明在步驟230將Y(i，j)＞80的像素標記為選定像素。
請參見圖3，圖像中選定像素為Y(i，j)，對於每一個選定像素Y(i，j)，其周圍都有八個方向的像素與之相鄰，這八個像素即為「相鄰像素」。對於選定像素Y(i，j)，其對應的相鄰像素如下表所示
其相應的值分別為Y(i-1，j-1)Y(i-1，j)Y(i-1，j+1)Y＝Y(i，j-1)Y(i，j)Y(i，j+1)＝Y(i+1，j-1)Y(i+1，j)Y(i+1，j+1)217.0273 200.8299 122.9947206.0808 161.8376 108.1474180.5265 109.3145 88.5259在相鄰像素中，可能有一部分為「異常像素」，所述異常像素就是對於某一選定像素來說，在其8個相鄰像素中，與該選定像素差異較大的像素。我們需要標記出所有選定像素的異常像素，具體的計算方法是，逐一計算選定像素與所有相鄰像素之差的絕對值，如果該絕對值大於一「異常基準值」，則說明該相鄰像素與其選定像素的差異較大，因此將其標記為異常像素，這裡的異常基準值為40，就是在相鄰像素中，本發明將與選定像素之差的絕對值大於40的相鄰像素標記為異常像素，即步驟240。
然後計算每一個選定像素的異常像素的個數，將所有標記為異常像素進行累加，如果所得的結果大於一「數量基準值」，則該選定像素為「特殊像素」。經驗表明，當選定像素的異常像素的個數大於4時，其為特殊像素，由此就可以在圖像中標記出所有的特殊像素，步驟250。
「特殊像素」是指亮度較大、周圍異常像素的個數較多的選定像素，其可能是劃痕像素，也可能是邊緣像素。接下來就是要在特殊像素中找出劃痕像素。所謂邊緣就是指圖像局部亮度變化最顯著的部分。劃痕像素與邊緣像素的區別，就是劃痕像素與其周圍的區域比較接近，而邊緣像素則與周圍區域的反差較大。因此對於每一個特殊像素，我們將其周圍的區域劃分為多個「相鄰塊」，比較各個相鄰塊之間的差異。具體劃分時，可以將周圍區域劃分為4個塊，也可以為3個塊、8個塊等都是允許的。當將周圍區域劃分為4個相鄰塊時，請參見圖4A～圖4D，為本發明實施例的相鄰塊的示意圖。4個相鄰塊分別為相鄰塊401、相鄰塊402、相鄰塊403以及相鄰塊404。每個相鄰塊中包含有9個像素點，本發明的步驟260對4個相鄰塊分別進行均方差計算，計算各相鄰塊中9個像素點的均方差。然後比較4個均方差值的差異。計算4個相鄰塊均方差值的差異的計算公式為Dif＝MaxVar-Mid1Var-Mid2Var+MinVar其中，Dif為均方差之間的差異，MaxVar是數值最大的相鄰塊的均方差，Mid1Var與Mid2Var是數值居中的兩個相鄰塊的均方差，MinVar是數值最小的相鄰塊的均方差。所得的Dif值如果小於「差異基準值」，則該特殊像素為劃痕像素，相反，所得的值如果大於該「差異基準值」，則該特殊像素為邊緣像素。所述「差異基準值」的範圍為5～8，本發明取5.5，也就是說，在步驟270執行一個判斷如果MaxVar-Mid1Var-Mid2Var+MinVar＜5.5，則在步驟280，本發明該特殊像素標記為劃痕像素，否則執行步驟281，本發明將其標記為邊緣像素。
當將圖像劃分為3個相鄰塊時，差異的計算公式可為Dif＝MaxVar-2MidVar+MinVar，與4個相鄰塊時不同的是MidVar是數值居中的一個相鄰塊的均方差。
找到劃痕像素後，就可以根據劃痕像素圍成的區域找到劃痕。標記的劃痕區域通常需要做細化處理。基於圖像的Morph是一種常用的二維動畫技術。圖像之間的插值變形稱為Morph，Morph技術在電影特技處理方面得到了廣泛的應用，它能將兩個不同的影片片段之間巧妙地融合起來，感覺起來就像由前面的影片慢慢的變為後面的影片。本發明即是利用Morph的方法對圖像進行細化，在步驟290，對細化後的區域進行填充。對圖像進行填充時。可將劃痕周圍像素的某種平均值來替代痕跡，從而實現對圖像的修復。
雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些相應更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種數字圖像的劃痕處理方法，包括如下步驟計算選定像素Y(i，j)與其相鄰像素之間的差異，以確定該相鄰像素中異常像素的個數；將該異常像素的個數大於一數量基準值的選定像素，標記為特殊像素；將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，並計算該相鄰塊之間的差異；根據該相鄰塊之間的差異，在特殊像素中標記劃痕像素；及細化並填充該劃痕像素圍成的區域。
2.根據權利要求1所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述異常像素是該相鄰像素與該選定像素亮度之差的絕對值大於異常基準值的像素。
3.根據權利要求1所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述特殊像素包括劃痕像素與邊緣像素。
4.根據權利要求1所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，是將該特殊像素的周圍區域劃分為4個相鄰塊。
5.根據權利要求1所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，是將該特殊像素的周圍區域劃分為3個相鄰塊。
6.根據權利要求1所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，為將該特殊像素的周圍區域劃分為8個相鄰塊。
7.根據權利要求1所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述計算該相鄰塊之間的差異的步驟更包括計算各相鄰塊的所有像素的均方差；及比較該均方差之間的差異。
8.根據權利要求7所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述比較該均方差之間差異的步驟，若相鄰塊個數為4時，比較公式為Dif＝MaxVar-Mid1Var-Mid2Var+MinVar其中，Dif為均方差之間的差異，MaxVar是指數值最大的相鄰塊的均方差，Mid1Var與Mid2Var是指數值居中的兩個相鄰塊的均方差，MinVar是指數值最小的相鄰塊的均方差。
9.根據權利要求7所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述比較該均方差之間差異的步驟，若相鄰塊個數為3時，比較公式為Dif＝MaxVar-2MidVar+MinVar其中，Dif為均方差之間的差異，MaxVar是指數值最大的相鄰塊的均方差，Mid是指數值居中的相鄰塊的均方差，MinVar是指數值最小的相鄰塊的均方差。
10.根據權利要求1所述的數字圖像的劃痕處理方法，其特徵在於，所述根據該相鄰塊之間的差異，在特殊像素中標記劃痕像素的步驟，若該差異(Dif)小於差異基準值則在特殊像素中標記為劃痕像素；若該差異大於該差異基準值則在特殊像素中標記為邊緣像素。
全文摘要
本發明公開了一種數字圖像的劃痕處理方法，包括如下步驟計算選定像素Y(i，j)與其相鄰像素之間的差異，以確定該相鄰像素中異常像素的個數；將該異常像素的個數大於一數量基準值的選定像素，標記為特殊像素；將特殊像素的周圍區域劃分為多個相鄰塊，並計算該相鄰塊之間的差異；根據該相鄰塊之間的差異，在特殊像素中標記劃痕像素；及細化並填充該劃痕像素圍成的區域。該方法，無需硬體的支持，並且能夠準確地定位劃痕並對劃痕進行修復。
文檔編號G06T5/50GK1567372SQ0314811
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月2日 優先權日2003年7月2日
發明者姜彥儒, 葉伯強, 董瑞清 申請人:德鑫科技股份有限公司