圖像插值方法和圖像插值裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及圖像處理領(lǐng)域，具體地涉及一種圖像插值方法和圖像插值裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在圖像處理領(lǐng)域，圖像插值是一種常見的圖像處理方式。簡單地說，圖像插值就是 利用已知鄰近像素的灰度值來產(chǎn)生未知像素的灰度值，以便由源圖像產(chǎn)生出具有更高分辨 率的圖像。傳統(tǒng)的圖像插值方法側(cè)重于圖像的平滑，以取得更好的視覺效果，但這類方法在 保持圖像平滑的同時(shí)，常常導(dǎo)致圖像的邊緣模糊，而圖像的邊緣信息是影響視覺效果的重 要因素。
[0003] 例如，作為最簡單的一種插值方法，最鄰近方法，其在待插值像素的四個(gè)相鄰像 素中，將距離待插值像素最近的相鄰像素的灰度值賦給待插值像素。如圖1A所示，設(shè) (i+u,j+v)為待插值像素的坐標(biāo)，其中i,j為正整數(shù)，u,v為大于零小于1的小數(shù)，則待插 值像素的灰度值f(i+u,j+v)可以如下計(jì)算：如果（i+u,j+v)落在A區(qū)，即u〈0. 5,v〈0. 5,則 將左上角像素的灰度值賦給待插值像素，同理，落在B區(qū)則賦予右上角的像素灰度值，落在 C區(qū)則賦予左下角像素的灰度值，落在D區(qū)則賦予右下角像素的灰度值。最鄰近方法簡單， 計(jì)算量小，容易實(shí)現(xiàn)，但該方法可能會(huì)造成通過插值生成的圖像在灰度上的不連續(xù)，在灰度 變化的地方可能出現(xiàn)明顯的鋸齒狀。
[0004] 作為另一種圖像插值方法，雙線性插值方法是利用待插值像素周圍四個(gè)相鄰像 素的灰度值在兩個(gè)方向上作線性插值，如圖1B所示：對于像素（i，j+v)，將灰度值f(i，j) 到f(i，j+l)的變化視為線性關(guān)系，則有：f(i，j+v) = [f(i，j+l)-f(i，j)]*v+f(i，j);同 理對于像素（i+1,j+v)，則有：f(i+l,j+v) = [f(i+l,j+l)-f(i+l,j)]*v+f(i+l,j);從 f(i,j+v)到f(i+l,j+v)的灰度變化也被視為線性關(guān)系，由此可推導(dǎo)出待插值像素灰度的 計(jì)算式如下：f(i+u，j+v) = (l-u)*(l-v)*f(i，j) + (l-u)*v*f(i，j+l)+u*(l-v)*f(i+l，j) + u*v*f(i+l，j+1)。雙線性插值方法比最鄰近方法復(fù)雜，但具有平滑功能，能夠有效地克服最 鄰近方法的不足，但具有低通濾波性質(zhì)，會(huì)使得圖像的高頻部分退化，使得圖像的細(xì)節(jié)變得 模糊。
[0005] 在放大倍數(shù)比較高時(shí)，高階插值，諸如傳統(tǒng)的雙三次插值方法，比低階插值的效果 好，其不僅考慮到周圍四個(gè)直接相鄰像素的灰度值的影響，還考慮到它們灰度值變化率的 影響。此方法利用待插值像素周圍16個(gè)像素的灰度值作三次插值進(jìn)行計(jì)算。具體地，該方 法利用三次多項(xiàng)式S(w)逼近理論上最佳插值函數(shù)sin(x)/x，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種圖像插值方法，包括： 對源圖像像素進(jìn)行插值補(bǔ)零，形成上采樣圖像； 利用上采樣圖像獲取基準(zhǔn)插值核； 將源圖像像素、基準(zhǔn)插值核與方向位移系數(shù)矩陣進(jìn)行卷積而對源圖像進(jìn)行基于方向位 移的基準(zhǔn)核插值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像插值方法，包括： 提取源圖像像素的第一分量； 對源圖像像素的第一分量進(jìn)行插值補(bǔ)零，形成所述上采樣圖像； 利用0/1矩陣與所述上采樣圖像進(jìn)行卷積，得到所述基準(zhǔn)插值核； 將所述源圖像像素的第一分量、所述基準(zhǔn)插值核W及所述方向位移系數(shù)矩陣中的任意 兩個(gè)進(jìn)行卷積而獲得中間結(jié)果； 將得到的中間結(jié)果與=者中剩下的那一個(gè)進(jìn)行卷積而得到目標(biāo)圖像像素的第一分量； W及 將目標(biāo)圖像像素的第一分量與進(jìn)行常規(guī)插值后的其它分量合成為最終圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括： 對源圖像進(jìn)行YUV空間轉(zhuǎn)換，所述第一分量是亮度分量Y，其它分量為色度分量UV ; W 將源圖像像素的亮度分量Y和色度分量UV分離，從而得到源圖像像素的亮度分量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，還包括： 對源圖像中存在的邊緣進(jìn)行方向判定，W便沿所判定的方向進(jìn)行插值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括： 在進(jìn)行邊緣方向判定前，對源圖像像素進(jìn)行高斯濾波，去除源圖像中的白噪聲。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，還包括： 通過改變方向，變換所述方向位移系數(shù)矩陣，并且比較所得到的最終圖像，W優(yōu)化顯示 效果。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，還包括： 對基準(zhǔn)插值核進(jìn)行一維化，獲得一維的水平插值核和垂直插值核。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 分別利用水平插值核和垂直插值核對待插值像素周圍相鄰的源圖像像素的第一分量 進(jìn)行卷積，然后沿待插值像素所在方向進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括： 將水平插值核和垂直插值核沿待插值像素所在方向進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)，然后分別與待插值 像素周圍相鄰的源圖像像素的第一分量進(jìn)行卷積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在水平方向和垂直方向上選取不同數(shù)量的相鄰源圖像像素參與插值，從而在水平方向 和垂直方向上采用不同的濾波強(qiáng)度。
11. 一種圖像插值裝置，包括： 上采樣部件，對源圖像像素進(jìn)行插值補(bǔ)零，形成上采樣圖像； 基準(zhǔn)插值核獲取部件，利用上采樣圖像獲取基準(zhǔn)插值核； 插值部件，將源圖像像素、基準(zhǔn)插值核與方向位移系數(shù)矩陣進(jìn)行卷積而對源圖像進(jìn)行 基于方向位移的基準(zhǔn)核插值。
12. 如權(quán)利要求11所述的圖像插值裝置，還包括亮度分量提取部件，提取源圖像像素 的第一分量； 其中，上采樣部件被配置為對源圖像像素的第一分量進(jìn)行插值補(bǔ)零，形成所述上采樣 圖像；基準(zhǔn)插值核獲取部件被配置為利用0/1矩陣與所述上采樣圖像進(jìn)行卷積，得到所述 基準(zhǔn)插值核；插值部件被配置將所述源圖像像素的第一分量、所述基準(zhǔn)插值核W及所述方 向位移系數(shù)矩陣中的任意兩個(gè)進(jìn)行卷積而獲得中間結(jié)果，并且將得到的中間結(jié)果與=者中 剩下的那一個(gè)進(jìn)行卷積而得到目標(biāo)圖像像素的第一分量； 其中，所述圖像插值裝置，還包括合成部件，將目標(biāo)圖像的第一分量與進(jìn)行常規(guī)插值后 的其它分量合成最終圖像。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像插值裝置，還包括： 色彩空間轉(zhuǎn)換部件，對源圖像進(jìn)行YUV色彩空間轉(zhuǎn)換，所述第一分量是亮度分量Y，其 它分量為色度分量UV ; W分離出源圖像像素的亮度分量Y和色度分量UV。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項(xiàng)所述的圖像插值裝置，還包括： 邊緣方向判定部件，對源圖像中存在的邊緣進(jìn)行方向判定，W便沿所判定的方向進(jìn)行 插值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像插值裝置，還包括： 濾波部件，在進(jìn)行邊緣方向判定前，對源圖像像素進(jìn)行高斯濾波，去除源圖像中的白噪 聲。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項(xiàng)所述的圖像插值裝置，還包括： 方向調(diào)整部件，通過改變方向，變換所述方向位移系數(shù)矩陣，并且比較所得到的最終圖 像，W優(yōu)化顯示效果。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項(xiàng)所述的圖像插值裝置，還包括： 維度變換部件，對基準(zhǔn)插值核進(jìn)行一維化，獲得一維的水平插值核和垂直插值核。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像插值裝置，還包括 角度旋轉(zhuǎn)部件，將分別利用水平插值核和垂直插值核對待插值像素周圍相鄰的源圖像 像素的第一分量進(jìn)行卷積后的結(jié)果沿待插值像素所在方向進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像插值裝置，還包括： 角度旋轉(zhuǎn)部件，將水平插值核和垂直插值核沿待插值像素所在方向進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)，W 分別與待插值像素周圍相鄰的源圖像像素的第一分量進(jìn)行卷積。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像插值裝置，還包括： 選擇部件，在水平方向和垂直方向上選取不同數(shù)量的相鄰源圖像像素參與插值，從而 在水平方向和垂直方向上采用不同的濾波強(qiáng)度。
【專利摘要】公開了一種圖像插值方法及圖像插值裝置。其中，所述圖像插值方法包括：對源圖像像素進(jìn)行插值補(bǔ)零，形成上采樣圖像；利用上采樣圖像獲取基準(zhǔn)插值核；將源圖像像素、基準(zhǔn)插值核與方向位移系數(shù)矩陣進(jìn)行卷積而對源圖像進(jìn)行基于方向位移的基準(zhǔn)核插值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的圖像插值方法和圖像插值裝置，在斜向雙三次插值的基礎(chǔ)上，引入方向位移矩陣，從而保持基準(zhǔn)插值核不變，而根據(jù)方向卷積方向位移矩陣，有利于在各個(gè)方向上對插值圖像進(jìn)行優(yōu)化，從而考慮到圖像內(nèi)容的連續(xù)性，在圖像邊緣等高頻細(xì)節(jié)部分避免了失真。
【IPC分類】G06T3-40
【公開號】CN104574277
【申請?zhí)枴緾N201510050019
【發(fā)明人】張麗杰, 那彥波, 段然
【申請人】京東方科技集團(tuán)股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月30日