增強圖像邊緣視覺效果的方法

2023-05-19 01:18:56 1

專利名稱：增強圖像邊緣視覺效果的方法
技術領域：
本發明屬於圖像處理技術領域，特別涉及一種增強圖像邊緣視覺效果的方法。
背景技術：
由於人眼對圖像邊緣特別敏感，因此增強圖像邊緣的視覺效果可提高圖像的清晰度，使圖像更加清晰亮麗。再則在圖像信號的傳輸過程中，圖像邊緣信息屬於高頻部分，很容易衰減，這樣就使得在顯示器件上顯示的圖像邊緣變得更模糊，視覺效果更差。因此，增強圖像邊緣的視覺效果成為改善圖像畫面質量非常重要的一個環節。
增強圖像邊緣視覺效果也稱為亮度瞬態改善(Luminance TransientImprovement)，簡稱LTI。傳統的LTI方法有水平濾波、二維濾波等，這些方法中有的容易造成信號失真，如水平濾波算法；有的算法過於複雜，實現硬體代價太大，例如二維濾波算法。申請號為US6580835的發明專利公開了一種基於圖像局部區域的統計特徵的邊緣增強方法，該方法未根據像素在邊緣的位置對增強的增益進行調整，必然會造成增強後圖像的邊緣隨機波動，影響視覺效果，而且該方法所需數據量很大，不適合硬體實現。

發明內容
本發明的目的就是針對現有技術存在的缺陷或不足，提供一種增強圖像邊緣視覺效果的方法。該方法一方面可明顯增強圖像邊緣的視覺效果，另一方面計算量比較小，硬體實現簡單高效。
該方法包括以下步驟(a)對目標像素進行二階濾波計算；(b)判斷目標像素在圖像邊緣的位置；(c)根據目標像素的二階濾波計算結果與其在邊緣的位置，計算邊緣增強增益；(d)計算增強後的像素值並對計算結果進行保護。
步驟(a)利用方程(1)對目標像素進行二階濾波計算Fm=[-18,-14,-18,14,12,14,-18,-14,-18]---(1)]]>[Fm-4,Fm-3,Fm-2,Fm-1,Fm,Fm+1,Fm+2,Fm+3,Fm+4]T]]>其中Fm表示目標像素濾波前的像素值，F′m表示濾波後的像素值。
步驟(b)判斷目標像素在圖像邊緣的位置需以下步驟(1)計算原圖像各像素的一階差分；(2)根據目標像素的一階差分與其水平相鄰左右各七個像素的一階差分的關係，找到位於該邊緣末端的兩個像素；(3)根據目標像素的像素值與位於邊緣末端的兩個像素的像素值的關係，判斷出目標像素在圖像邊緣的位置。
步驟(1)用式(2)計算各像素點的一階差分Dm＝Fm-Fm-1(2)步驟(2)利用式(3-1)判斷目標像素與其左邊七個像素的關係，用式(3-2)判斷目標像素與其右邊七個像素的關係Tm+i＝Dm×Dm+i＞0，i＝[-7，-1](3-1)Tm+j＝Dm×Dm+j＞0，j＝[1，7] (3-2)其中Tm+i為1時表示Fm+i點與Fm點都處於相同性質的邊緣(上升沿或下降沿)。
步驟(2)中再用式(4-1)找到位於該邊緣左端的像素，用式(4-2)找到位於該邊緣右端的像素l＝max(m+i)，Pm+i＝1(4-1)r＝min(m+j)，Pm+j＝1(4-2)其中l即為滿足式(3-1)的所有像素中最右的點，r為滿足式(3-2)的所有像素中最左的點，亦即l為與目標像素處於同一邊緣最左的像素，r為同一邊緣最右的像素。
步驟(3)利用式(5)計算出目標像素在邊緣的位置Pm＝|Fm-(Fl+Fr)/2| (5)式中Pm即可表徵目標像素在邊緣的位置，該值越大，表示m點越靠近該邊緣的埠。
步驟(c)利用式(6)得到增強邊緣增益F″m＝F′m×(Pm×C1+C2)(6)其中C1、C2為常數，且都大於零。
步驟(d)利用方程(7)計算得到增強處理後的像素值Fm=FmFmC3Fm+FmC3FmFm+C4FmC4C4---(7)]]>其中C3、C4為常數，且都大於零。
該發明可以增強各種圖像的邊緣視覺，特別地，該發明適用於電視圖像信號的縮放運算。
由於人眼對圖像邊緣特別敏感，因此邊緣部分的視覺效果很大程度上決定了整幅圖像的視覺效果。但圖像的邊緣千變萬化，僅用傳統的邊緣增強方法是不夠的。針對這一點，該發明利用像素點在邊緣位置，對處於不同位置的點採用不同的增益，這樣可以大大提高增強效果和準確性。同時，該發明另一方面計算量比較小，硬體實現簡單高效。


圖1是本發明框圖；圖2是二階濾波示意圖；圖3尋找邊緣端點示意圖；圖4是計算邊緣位置示意圖；圖5為計算增強後像素值示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，輸入的圖像首先根據方程(1)計算目標像素的二階濾波值，具體獲得方法可參考圖2。接著對目標像素所處的邊緣位置進行判斷。判斷時首先利用式(2)計算輸入圖像每個像素的一階差分，然後根據目標像素水平相鄰左右七個像素點差分值，利用式(3-1)、(3-2)判斷目標像素與這些像素是否位於相同性質的邊緣(此步驟可參考圖3)，然後取出所有與目標像素位於相同性質的邊緣的相鄰像素點，利用式(4-1)、(4-2)找到與目標像素處於同一邊緣的最左、最右的像素點，最後利用式(5)即可算得目標像素在該邊緣的位置，計算方法可參考圖4。接著利用式(6)計算出目標像素的邊緣增強增益。最後利用式(7)得到最終的邊緣增強處理的像素值，計算該值時可參考圖5。
圖2說明了採用方程(1)計算目標像素二階濾波的方法。圖中Fm表示目標像素濾波前的像素值，F′m表示濾波後的像素值。實線表示輸入的原始圖像，虛線表示二階濾波值。
圖3說明了採用方程(2)、(3-1)、(3-2)、(4-1)、(4-2)尋找邊緣端點的方法。圖中m表示目標像素水平坐標。如圖所示，點m的一階差分為正，點m-1、m-2、m-3、m-4的一階差分也為正，其餘點為負。因此由方程(3-1)得知，點m-1、m-2、m-3、m-4與目標處於相同性質邊緣，即上升沿。再由式(4-1)得知，點m-4即為該邊緣的端點。圖3隻說明了尋找邊緣左端點的方法，尋找右端點可類推。
圖4說明了採用方程(5)計算目標像素所處邊緣位置的方法。圖中m為目標像素水平坐標，l為該邊緣最左像素點水平坐標，r為最右像素點水平坐標。Fm、Fl、Fr分別為m、l、r三點對應的像素值。圖中只說明了目標像素所處邊緣為下降沿時，Pm的計算方法，其他情況可類推。
圖5說明了採用方程(7)計算目標像素增強處理後的像素值方法。圖中虛線表示增強前的像素值，實現表示增強後的像素值，點線表示方程(7)中的F″m，C3、C4即為方程(7)中的C3、C4，實際實現時，C3可設為60，C4可設為10。
權利要求
1.增強圖像邊緣視覺效果的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(a)對目標像素進行二階濾波計算；(b)判斷目標像素在圖像邊緣的位置；(c)根據目標像素的二階濾波計算結果與其在邊緣的位置，計算邊緣增強增益；(d)計算增強後的像素值並對計算結果進行保護。
2.如權利要求1所述的增強圖像邊緣視覺效果的方法，其特徵在於步驟(a)利用方程(1)對目標像素進行二階濾波計算Fm=[-18,-14,-18,14,12,14-18,-14,-18]---(1)]]>[Fm-4,Fm-3,Fm-2,Fm-1,Fm,Fm+1,Fm+2,Fm+3,Fm+4]T]]>其中Fm表示目標像素濾波前的像素值，Fm′表示濾波後的像素值。
3.如權利要求1所述的增強圖像邊緣視覺效果的方法，其特徵在於步驟(b)判斷目標像素在圖像邊緣的位置的方法包括以下步驟(1)計算原圖像各像素的一階差分；(2)根據目標像素的一階差分與其水平相鄰左右各七個像素的一階差分的關係，找到位於該邊緣末端的兩個像素；(3)根據目標像素的像素值與位於邊緣末端的兩個像素的像素值的關係，判斷出目標像素在圖像邊緣的位置；步驟(1)用式(2)計算各像素點的一階差分Dm＝Fm-Fm-1(2)步驟(2)利用式(3-1)判斷目標像素與其左邊七個像素的關係，用式(3-2)判斷目標像素與其右邊七個像素的關係Tm+i＝Dm×Dm+i＞0，i＝[-7，-1](3-1)Tm+j＝Dm×Dm+j＞0，j＝[1，7] (3-2)其中Tm+i為1時表示Fm+i點與Fm點都處於相同性質的邊緣(上升沿或下降沿)，步驟(2)中再用式(4-1)找到位於該邊緣左端的像素，用式(4-2)找到位於該邊緣右端的像素l＝max(m+i)，Pm+i＝1(4-1)r＝min(m+j)，Pm+j＝1(4-2)其中l即為滿足式(3-1)的所有像素中最右的點，r為滿足式(3-2)的所有像素中最左的點，亦即l為與目標像素處於同一邊緣最左的像素，r為同一邊緣最右的像素；步驟(3)利用式(5)計算出目標像素在邊緣的位置Pm＝|Fm-(Fl+Fr)/2| (5)式中Pm即可表徵目標像素在邊緣的位置，該值越大，表示m點越靠近該邊緣的埠。
4.如權利要求1所述的增強圖像邊緣視覺效果的方法，其特徵在於步驟(c)利用式(6)得到增強邊緣增益Fm″＝Fm′×(Pm×C1+C2) (6)其中C1、C2為常數，且都大於零。
5.如權利要求1所述的增強圖像邊緣視覺效果的方法，其特徵在於步驟(d)利用方程(7)計算得到增強處理後的像素值Fm=FmFmC3Fm+FmC3FmFm+C4FmC4C4---(7)]]>其中C3、C4為常數，且都大於零。
全文摘要
本發明涉及一種增強圖像邊緣視覺效果的方法。現有方法過於複雜，實現硬體代價過大，容易造成信號失真。該方法包括以下步驟(a)對目標像素進行二階濾波計算；(b)判斷目標像素在圖像邊緣的位置；(c)根據目標像素的二階濾波計算結果與其在邊緣的位置，計算邊緣增強增益；(d)計算增強後的像素值並對計算結果進行保護。採用本發明方法可以大大提高增強效果和準確性，同時計算量比較小，硬體實現簡單高效。
文檔編號H04N5/208GK1668066SQ20051004959
公開日2005年9月14日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者陳濤, 葉豐, 周艇, 張明 申請人:杭州國芯科技有限公司