專利名稱：使用pixon方法的圖像壓縮和解壓縮的制作方法
使用PIX0N方法的圖像壓縮和解壓縮 相關(guān)申請(qǐng) 本申請(qǐng)要求于2007年4月25日遞交的第60/914， 030號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，
其全文以參考的形式并入本文。
背景技術(shù)：
在許多軍事、通訊和安全應(yīng)用中，可取的做法是壓縮圖像數(shù)據(jù)以減少用于傳輸圖 像數(shù)據(jù)的無(wú)線要求和基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)對(duì)帶寬的要求。通過(guò)減少這些圖像相關(guān)的數(shù)據(jù)量，所 需的存儲(chǔ)空間量也可減少，從而可在一個(gè)磁盤上存儲(chǔ)長(zhǎng)的圖像序列。 使用最廣泛的圖像壓縮方法有JPEG、MJPEG、MPEG和H. 264，這是基于塊的技術(shù)。這 些方法實(shí)施為采用離散余弦變換(DCT)來(lái)變換原始圖像，然后量化變換系數(shù)。DCT根據(jù)對(duì) 圖像視覺(jué)質(zhì)量不同方面的重要性而將圖像分成部分(或光譜分帶)，從空間域到頻域變換 圖像。要解壓縮這些圖像，最商業(yè)化的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)采用逆DCT方式。為了實(shí)現(xiàn)大量壓 縮，塊變換編碼一般是有損耗的，這意味著圖像信息在壓縮過(guò)程中將被永久丟失，因此，原 始圖像不能從壓縮版本完美重建。在壓縮和解壓過(guò)程中，與變換有關(guān)的8X8的子圖像塊矩 陣往往產(chǎn)生圖像塊偽像，其中的編碼塊輪廓作為從一個(gè)圖像塊到另一個(gè)圖像塊的不同變換 被疊加在圖像上。當(dāng)壓縮量低時(shí)，信息的損失是輕微的和無(wú)可非議的。但是，在更高的壓縮 級(jí)別，信息丟失變得日益明顯，并有明顯的偽像發(fā)生，偽像與編碼塊屬性和對(duì)DCT系數(shù)量化 有關(guān)。JPEG嘗試?yán)萌祟愐曈X(jué)某些特性，對(duì)色彩細(xì)節(jié)的感知要比對(duì)亮度的感知弱少，因此， 對(duì)較大圖像塊采用色度編碼比亮度編碼多。這項(xiàng)技術(shù)在高壓縮時(shí)導(dǎo)致更多的偽像。因?yàn)槊?個(gè)子塊(每塊)是獨(dú)立處理，圖像數(shù)據(jù)中連接相鄰模塊的關(guān)鍵部分經(jīng)常被丟失，多余的邊緣 和不連續(xù)性在塊邊界出現(xiàn)。 除了塊偽像外，因?yàn)檗D(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被量化，信息被丟失等，導(dǎo)致該塊內(nèi)容不能精確恢 復(fù)。這些"蛟式偽像(mosquito artifact)"或"環(huán)紋(ringing)"，作為光環(huán)或暈出現(xiàn)在物 體周圍。 大量自適應(yīng)濾波方法已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)，用于降低塊偽像和環(huán)紋。在Yu的第 6636645號(hào)美國(guó)專利、Le Dinh的第7076113號(hào)美國(guó)專利和Andersson的第7136536號(hào)美國(guó) 專利中提供了這些方法的一些實(shí)施例。雖然這些濾波方法已成功地減少了偽像，但是在某 些情況下，可能添加額外的特征(偽像)，或丟失數(shù)據(jù)。 在第5912993號(hào)和第6895125號(hào)美國(guó)專利(作為參考并入本文)中公開的PIX0N 方法最初用于圖像重建。相對(duì)于其他的方法，在這些申請(qǐng)中？1乂(^@方法提供了優(yōu)越的性 能，提供重建圖像增強(qiáng)的空間分辨率和降低偽像。這些好處可以追溯到？1乂(^@方法用于重 建圖像的最低復(fù)雜性模型。 PIXON⑧圖像重建方案建立了其最低復(fù)雜性模型，該模型通過(guò)一個(gè)假擬圖像 (pseudo-image)與具有空間變化的尺寸和形狀的？^(^ 內(nèi)核的巻積表達(dá)重建圖像。"最低 復(fù)雜性"的含義是上下文相關(guān)的。當(dāng)一個(gè)人試圖建立一個(gè)最低的復(fù)雜性假說(shuō)(模型)，解答 關(guān)于數(shù)據(jù)(上下文)的某些問(wèn)題，最低的復(fù)雜性假說(shuō)(模型)的含義是，對(duì)這些問(wèn)題的最少 的答案信息。在圖像的情況下，由于關(guān)心的問(wèn)題通常是(a)對(duì)象是什么形狀；(b)對(duì)象處在
5什么位置，和(c)發(fā)光通量密度是多少等。最低的復(fù)雜性模型(最少信息假設(shè))是與數(shù)據(jù)相一致的最平滑的圖像。這種最平滑的圖像在關(guān)于物體的形狀、其確切位置和通量密度方面提供的最少的信息是盡可能分散的。因此，可以確保的是，對(duì)于這些問(wèn)題，數(shù)據(jù)將不會(huì)被過(guò)度解釋。這種模式還可以自動(dòng)消除重建偽像，并且，由于偽像水平被最大限度地減少而提高靈敏度和分辨率。 在PIXON⑧方法中，假擬圖像和PIXON②內(nèi)核被允許在像素對(duì)像素的基礎(chǔ)上變換。雖然這種通過(guò)使相鄰像素密切相關(guān)(他們不再是獨(dú)立的數(shù)字)的方法顯著減少重建圖像信息，但該方法在圖像壓縮方面的效果是相反的，這是因?yàn)閷?duì)于每一個(gè)圖像，不僅必須在每個(gè)像素指定假擬圖像，而且必須在多種PIXON②內(nèi)核進(jìn)行選擇。換句話說(shuō)，直接寫下圖像比描述獲得圖像的方法更加簡(jiǎn)潔。因此，相對(duì)于寫下圖像本身，這種用來(lái)簡(jiǎn)化圖像描述而選擇描述圖像的語(yǔ)言是沒(méi)有用的。 然而，鑒于PIXON⑧方法在圖像重建方面的卓越性能，將需要調(diào)整？^(^ 方法以在圖像壓縮和解壓使用。本發(fā)明是針對(duì)這樣的方法。
^(^ 方法的最小復(fù)雜度圖像模型被用于圖像壓縮和解壓縮操作中。在數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域中，通常有強(qiáng)而有損耗與中等和無(wú)損耗壓縮之間的區(qū)別。？^(^ 方法可用于對(duì)用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法(例如JPEG、MJPEG (運(yùn)動(dòng)圖像行業(yè)中使用的運(yùn)動(dòng)JPEG) 、MPEG和H. 264 (均用于視頻))壓縮的圖像進(jìn)行解壓縮。？^(^@方法還可擴(kuò)展至幾乎所有現(xiàn)代圖像壓縮方法。
在本發(fā)明的第一方面中，用于對(duì)已經(jīng)使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法壓縮的輸入圖像文件的解壓縮方法涉及將該壓縮圖像文件與多個(gè)壓縮平滑測(cè)試圖像文件中的每一個(gè)進(jìn)行迭代對(duì)比，對(duì)圖像內(nèi)的每個(gè)區(qū)域(location)，選擇滿足預(yù)先確定的擬合優(yōu)度準(zhǔn)則的平滑測(cè)試圖像。通過(guò)將多個(gè)PIXON⑧內(nèi)核的每一個(gè)應(yīng)用到原始解壓縮圖像文件來(lái)生成平滑測(cè)試圖像。然后，使用相同的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法再次壓縮每個(gè)平滑測(cè)試圖像文件并逐片段對(duì)比原始?jí)嚎s圖像。對(duì)于圖像內(nèi)的給定的區(qū)域，當(dāng)被壓縮時(shí)落入原始?jí)嚎s圖像文件的擬合優(yōu)度準(zhǔn)則的規(guī)定容差內(nèi)的最平滑的平滑測(cè)試圖像被標(biāo)識(shí)為對(duì)應(yīng)圖像中的那個(gè)區(qū)域的期望的解壓縮圖像。對(duì)于每個(gè)區(qū)域，選擇能夠滿足規(guī)定的容差的尺寸最大的內(nèi)核以避免因過(guò)度平滑導(dǎo)致的信息丟失。使用所選擇的平滑測(cè)試圖像的相應(yīng)的像素按區(qū)域來(lái)組合所生成的解壓縮圖像。然后，將解壓縮圖像下載到顯示器或存儲(chǔ)器設(shè)備。 在本發(fā)明的另一方面中，提供了 一種對(duì)最初用已知壓縮技術(shù)壓縮的圖像進(jìn)行解壓縮的方法，包括以下步驟將原始?jí)嚎s圖像文件輸入到處理器，該原始?jí)嚎s圖像文件具有對(duì)應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域，該處理器具有存儲(chǔ)器和儲(chǔ)存在該存儲(chǔ)器中的用于執(zhí)行？^((^ 方法的軟件；通過(guò)將多個(gè)不同尺寸的PIXON⑧內(nèi)核迭代應(yīng)用到開始圖像的每個(gè)區(qū)域，并首先應(yīng)用多個(gè)？^((^ 內(nèi)核中的尺寸最小的內(nèi)核，在解空間中生成多個(gè)平滑測(cè)試圖像；使用已知的壓縮技術(shù)壓縮每個(gè)平滑測(cè)試圖像，以及確定壓縮平滑測(cè)試圖像對(duì)原始?jí)嚎s圖像文件的每個(gè)區(qū)域的擬合優(yōu)度；對(duì)于每個(gè)區(qū)域，選擇具有滿足預(yù)先確定的擬合優(yōu)度準(zhǔn)則的、尺寸最大的內(nèi)核的平滑測(cè)試圖像；以及輸出所選擇的平滑測(cè)試圖像作為用于在顯示設(shè)備上顯示的優(yōu)化的解壓縮圖像。
在本發(fā)明的另一方面中，一種用于使用？^(^ 方法解壓縮圖像的方法包括將具
發(fā)明內(nèi)容有對(duì)應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域的原始?jí)嚎s圖像文件輸入到處理器中，其中該圖像文件最初用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法壓縮，該處理器具有存儲(chǔ)器和儲(chǔ)存在該存儲(chǔ)器中的用于解壓縮圖像并執(zhí)行PIX0N^方法的軟件；使用相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮方法解壓縮原始?jí)嚎s圖像，以產(chǎn)生原始?jí)嚎s圖像數(shù)據(jù)文件；使用從多個(gè)不同的內(nèi)核中選擇出的最小的內(nèi)核平滑原始解壓縮圖像，以產(chǎn)生第一候選圖像；使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法壓縮第一候選圖像；對(duì)比第一壓縮候選圖像和原始?jí)嚎s圖像文件，以確定原始?jí)嚎s圖像文件內(nèi)的多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域上的擬合優(yōu)度在預(yù)先確定的容差內(nèi)；在擬合優(yōu)度處于預(yù)先確定的容差內(nèi)的每個(gè)區(qū)域上，接受第一候選圖像，而在所有其他區(qū)域，保持原始解壓縮圖像不變；對(duì)多個(gè)不同內(nèi)核中的每個(gè)剩余內(nèi)核，重復(fù)平滑和對(duì)比的步驟，以產(chǎn)生多個(gè)不同的候選圖像，其中在每次迭代后，在擬合優(yōu)度處于預(yù)先確定的容差內(nèi)的每個(gè)區(qū)域上，接受相應(yīng)的候選圖像，而在所有其他的區(qū)域，保留先前的候選圖像，以及其中在最后迭代之后，保留生成的解壓縮圖像；將生成的解壓縮圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中；以及將生成的解壓縮圖像輸出到諸如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、圖像顯示器或打印機(jī)的顯示設(shè)備。 在上述實(shí)施方式中，解空間包括可通過(guò)平滑原始工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像獲取的候選圖像。在可選的實(shí)施方式中，使用由PIXON⑧內(nèi)核的集合平滑的假擬圖像組成的泛PIXON⑧圖像模型創(chuàng)建更大的解空間。通過(guò)找出圖像內(nèi)的每個(gè)像素上的最廣的PIXON②內(nèi)核以及將GOF最小化的假擬圖像的組合來(lái)生成PIXON⑧映射，該P(yáng)IXO,映射由待被用在圖像的每個(gè)像素處的？^((^ 內(nèi)核的集合組成?？蛇x地，對(duì)假擬圖像的優(yōu)化可通過(guò)以下方式進(jìn)行在維持？^(^ 內(nèi)核不變的條件下，使用共軛梯度法最小化擬合優(yōu)度，然后在假擬圖像不變的條件下，最大化？^(^@內(nèi)核的寬度。迭代這兩步進(jìn)程直到達(dá)到假擬圖像和？^(^ 映射收斂?？墒褂盟鶎兕I(lǐng)域所熟知的諸如單純性算法的其他多維優(yōu)化方法。 相對(duì)于對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像平滑來(lái)說(shuō)，該迭代進(jìn)程的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，平滑處理不會(huì)引入壓縮數(shù)據(jù)中不包含的圖像內(nèi)容，其僅消減結(jié)構(gòu)信息。由于需要額外的圖像信息以產(chǎn)生與數(shù)據(jù)一致的最簡(jiǎn)單的模型，根據(jù)迭代的實(shí)施方式，對(duì)假擬圖像和PIXON^映射的同步優(yōu)化可引入壓縮步驟中丟失的空間結(jié)構(gòu)信息。 在另一實(shí)施方式中，使用？^(^ 方法構(gòu)建基于信息的坐標(biāo)系統(tǒng)以優(yōu)化壓縮/解壓縮圖像的方法包括將包含圖像數(shù)據(jù)的圖像文件輸入到處理器和關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中，該存儲(chǔ)器儲(chǔ)存用于執(zhí)行？^((^@方法的軟件，其中該圖像文件包括對(duì)應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域。該方法還可包括執(zhí)行第一算法，該第一算法利用？^(^@方法識(shí)別的數(shù)據(jù)圖像內(nèi)的信息密度來(lái)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)，以生成代表所接收的圖像數(shù)據(jù)的模型的圖像映射(imagem即)。可執(zhí)行第二算法，以優(yōu)化所述一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)，包括優(yōu)化圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置和強(qiáng)度(intensity)，以減少圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量。然后，可再次優(yōu)化數(shù)量減少的圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及確定在對(duì)應(yīng)于接收的圖像數(shù)據(jù)的區(qū)域和所述一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的擬合優(yōu)度，以確保在圖像數(shù)據(jù)的每個(gè)區(qū)域上，GOF處在預(yù)先確定的容差內(nèi)。在處在預(yù)先確定的容差內(nèi)的區(qū)域上，所述一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)可被接受來(lái)作為圖像壓縮的候選，而在其他區(qū)域，使用所接收的圖像數(shù)據(jù)的相應(yīng)的部分。在一種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)包括節(jié)點(diǎn)(knot point)。該方法還可包括對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行編碼，圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)包括待在圖像數(shù)據(jù)的壓縮中使用的圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置和值。第一算法可包括圖像插值算法，第二算法可包括單純性(或其他)最小化算法。在一些實(shí)施方式中，通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的圖像強(qiáng)度的線性插值來(lái)構(gòu)建所接收的圖像數(shù)據(jù)的模型。


本發(fā)明的方面、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)，以及其結(jié)構(gòu)和操作，可部分地通過(guò)對(duì)示例性的附圖的研究而被理解，其中相同的參考數(shù)字指的是相同的部件。圖示不一定是按比例繪制，而是重點(diǎn)放在示出本發(fā)明的原理。 圖1是用于根據(jù)本發(fā)明使用？^(^@方法對(duì)圖像進(jìn)行解壓縮的簡(jiǎn)化的示例性的控制器模塊的框圖。
圖2是用于使用？^(^ 方法壓縮和解壓縮圖像的示例性的控制模塊的框圖。 圖3是對(duì)已經(jīng)使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法壓縮的圖像的通常解壓縮方案的框圖。 圖4是示出了用于已經(jīng)使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法壓縮的圖像的創(chuàng)造性的解壓縮方法的
步驟的流程圖。 圖5是示出了用于已經(jīng)使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法壓縮的圖像的可選的創(chuàng)造性的解壓縮方法的步驟的流程圖。 圖6a和6b是示出了分別使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮方法和創(chuàng)造性的？^(^ 解壓縮方法對(duì)第一示例圖像文件解壓縮的示例性結(jié)果的影像。 圖7a和7b是示出了對(duì)第二示例圖像文件解壓縮的示例性的結(jié)果的影像，其中，圖7a示出了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮技術(shù)的結(jié)果以及圖7b示出了 PIXON⑧解壓縮處理的結(jié)果。
圖8a和8b是示出了對(duì)第三示例圖像(熱紅外圖像文件)解壓縮的示例性的結(jié)果的影像，其中圖8a示出了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮技術(shù)的結(jié)果以及圖8b示出了 PIXON^解壓縮處理的結(jié)果。 圖9a和9b是示出了對(duì)從夜視鏡獲取的第四示例圖像解壓縮的示例性的結(jié)果的影像，其中圖9a示出了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮技術(shù)的結(jié)果以及圖9b示出了 PIXON⑧解壓縮處理的結(jié)果。 圖10是示出了示例性的PIXON⑧圖像壓縮程序的步驟的流程圖。 圖lla-lle示出了用于壓縮輸入圖像(圖lla)的示例性的插值方案中涉及的漸
進(jìn)步驟。 發(fā)明詳述 本文中公開的某些實(shí)施方式提供了使用？^(^@方法實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)圖像壓縮/解壓縮的方法和系統(tǒng)。盡管在本中文將描述本發(fā)明的各種實(shí)施方式，然而應(yīng)被理解的是，這些實(shí)施方式僅通過(guò)實(shí)施例的方式示出，并不是限制。因此，這種對(duì)各可選的實(shí)施方式的詳細(xì)的描述不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明的范圍或廣度。 為理解本發(fā)明的操作，簡(jiǎn)要的回顧？1乂(^ 方法的操作是有用的。(見(jiàn)RichardC. Puetter和Amos Yahil的"圖像重建的PIXON方法"，1999年1月17日，其以參考的形式并入本文)。 PIXON②方法立即提供了用于無(wú)損和有損壓縮/解壓縮的基礎(chǔ)，原因是，容差是從嚴(yán)格于圖像的最低有效位到逐漸寬松的容差(逐步降低圖像細(xì)節(jié))之間變化的。進(jìn)一步地，容差度能夠以依賴位置的方式被指定，允許在圖像的不同部分進(jìn)行不同程度的壓縮/解壓縮。
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^(^ 方法通過(guò)以圖像數(shù)據(jù)將允許的最大程度對(duì)圖像模型進(jìn)行局部平滑，從而降低圖像中獨(dú)立的碎片或？^(^ 元素的數(shù)量，來(lái)最小化復(fù)雜度。在常見(jiàn)的PIX0N^方法的實(shí)施中，圖像被用旨在提供平滑的正的內(nèi)核函數(shù)，K，寫作對(duì)假擬圖像的積分
I(y) = / dzK(y， z)小(z) 內(nèi)核函數(shù)也可被稱為PIXON⑧內(nèi)核，其能夠具有空間變化的尺寸和形狀。該技術(shù)迭代計(jì)算出定義在圖像數(shù)據(jù)像素網(wǎng)格上的假擬圖像①。該假擬圖像不是真實(shí)的圖像，而是被與圖像數(shù)據(jù)像素網(wǎng)格一起使用來(lái)執(zhí)行生成PIXON^分布和結(jié)果圖像所需的數(shù)值計(jì)算。對(duì)非負(fù)最小二乘擬合(non-negative least-squares fit)的情況，要求假擬圖像①為正，這消除了圖像I中在尺度上小于K的寬度的波動(dòng)。該尺度適合于圖像數(shù)據(jù)。在每個(gè)區(qū)域上，只要不違反擬合優(yōu)度，該尺度的尺寸被允許最大程度的增大。不僅能夠通過(guò)使用允許多分辨率的不同尺寸的內(nèi)核函數(shù)來(lái)降低復(fù)雜度，而且能夠通過(guò)對(duì)內(nèi)核函數(shù)的不同形狀進(jìn)行明智的選擇來(lái)降低復(fù)雜度。例如，可適合于對(duì)絕大部分的天文圖像重建的圓形對(duì)稱內(nèi)核，對(duì)具有拉長(zhǎng)特征的圖像(例如，城市的航空?qǐng)D像)可能并不是最有效的平滑內(nèi)核。對(duì)內(nèi)核的選擇是通過(guò)其來(lái)指定圖像模型的"語(yǔ)言"，其應(yīng)足夠表征圖像的所有獨(dú)立的元素。
用于圖像的解壓縮的？1乂(^@方法可包括同時(shí)搜索最廣(最大面積，體積等)的可能的內(nèi)核函數(shù)及其相關(guān)假擬圖像值，內(nèi)核函數(shù)及其相關(guān)假擬圖像值一起提供對(duì)數(shù)據(jù)的適合的擬合。實(shí)際上，搜索的細(xì)節(jié)可根據(jù)使用的？^((^ 方法的特性改變。然而，通常地，一種可選的方式為，給定內(nèi)核函數(shù)的PIXON⑧映射(在每一區(qū)域給定對(duì)內(nèi)核的選擇)，求解假擬圖像，然后，給定當(dāng)前的圖像值，嘗試增大內(nèi)核函數(shù)的尺度大小。所需的迭代次數(shù)根據(jù)圖像的復(fù)雜度改變，而對(duì)于絕大多數(shù)問(wèn)題，一對(duì)迭代就可足夠。選擇合適的內(nèi)核的準(zhǔn)則是，其GOF和信噪比(SNR)在覆蓋區(qū)(footprint)中滿足用戶設(shè)置的預(yù)設(shè)接受條件內(nèi)的最大PIX0N 內(nèi)核。如果沒(méi)有內(nèi)核具有合適的GOF，則指定S函數(shù)內(nèi)核，前提是其覆蓋區(qū)的SNR足夠高。如果SNR也不滿足規(guī)定的條件，則不指定內(nèi)核。需要注意的是，？^(^@方法所需的5服不一定是圖像數(shù)據(jù)中的每個(gè)像素，而是？^((^ 內(nèi)核的圖像數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)中的整體5服。PIX0N 方法檢測(cè)大、低表面亮度特征與檢測(cè)具有高的表面亮度的小特征一樣有效。在兩種情況下，對(duì)特征的接受或拒絕都是基于用戶選擇的統(tǒng)計(jì)顯著性。 考慮到該背景信息，現(xiàn)將參照?qǐng)D1描述本發(fā)明。圖1是可用于實(shí)施？1乂(^ 解壓縮方法的示例性的控制器模塊的框圖。在一種實(shí)施方式中，控制器模塊可包括接收模塊1002、計(jì)算器模塊1008和擬合優(yōu)度模塊1006。接收模塊1002可被耦合至計(jì)算器模塊1008和擬合優(yōu)度模塊(G0F) 1006，并且被配置為接收包含工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像的圖像文件，其中圖像包括對(duì)應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域。在絕大多數(shù)情況下，該區(qū)域?qū)?duì)應(yīng)像素陣列內(nèi)的像素或像素塊，但其他索引技術(shù)可被用于定義該區(qū)域，例如定義包含圖像內(nèi)的片段陣列的網(wǎng)格。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像可能源于標(biāo)準(zhǔn)的照相機(jī)、攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)、X射線成像儀、雷達(dá)成像儀或多個(gè)其他成像設(shè)備。在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行解壓縮之前，該圖像將已經(jīng)通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方案而壓縮為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮圖像(或原始的壓縮數(shù)據(jù)文件)，例如用于圖像傳輸或在較小大小的文件中存儲(chǔ)該圖像。所接收的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像可被存儲(chǔ)于與GOF模塊1006和計(jì)算器模塊1008通信的存儲(chǔ)設(shè)備1004中。解壓縮之后，解壓縮圖像文件可被保存于存儲(chǔ)設(shè)備中和/或可被輸出，用于通過(guò)顯示設(shè)備IOIO(打印機(jī)、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或其它可視顯示設(shè)備)顯示，或與外部設(shè)備通信用于進(jìn)一步的處理。
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存儲(chǔ)設(shè)備1004可包括易失性和/或非易失性存儲(chǔ)器(例如只讀存儲(chǔ)器(ROM)、非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)等)，以及一個(gè)或多個(gè)易失性存儲(chǔ)設(shè)備(例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM))。計(jì)算器模塊1008包括計(jì)算機(jī)代碼，該計(jì)算機(jī)代碼包括執(zhí)行用于平滑解壓縮的輸入圖像(如下所述)的PIXON^方法的子程序。 圖2是用于根據(jù)本發(fā)明使用？^(^@方法壓縮和解壓縮圖像的基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)中使用的示例性的模塊2000的框圖。模塊2001包括接收模塊2005、第一控制模塊2007、第二控制模塊2008、計(jì)算器模塊1008和擬合優(yōu)度模塊1006。接收模塊2005被配置為接收輸入圖像文件，其包含圖像數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域。計(jì)算器模塊1008和/或其相關(guān)存儲(chǔ)器(未示出)具有儲(chǔ)存在其中的計(jì)算機(jī)程序代碼，該計(jì)算機(jī)程序代碼用于執(zhí)行生成對(duì)應(yīng)輸入圖像中的信息的密度(density)的PIXON⑧映射的方法。第一控制模塊2007被配置為執(zhí)行第一算法，該第一算法使用？^((^ 映射以計(jì)算一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)，來(lái)生成代表所接收的圖像數(shù)據(jù)的模型的圖像映射。第二控制模塊2008可被配置為執(zhí)行第二算法，該第二算法被配置為優(yōu)化所述一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)，包括優(yōu)化圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置和強(qiáng)度，以降低圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量。第二控制模塊2008還可被配置為再次優(yōu)化已降低數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)。如果輸出的目的是查看，則輸出設(shè)備2010可以是顯示設(shè)備，或者可以是用于將生成的壓縮或解壓縮的圖像文件通信到另一設(shè)備的界面或網(wǎng)絡(luò)連接。 圖3示出了對(duì)已使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法壓縮的圖像進(jìn)行處理的通常的解壓縮方案的步驟。原始圖像2000可已由標(biāo)準(zhǔn)照相機(jī)、攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)、X射線成像儀、雷達(dá)成像儀或多個(gè)其他成像設(shè)備產(chǎn)生。通過(guò)廣播、電視、互聯(lián)網(wǎng)或其他傳輸裝置傳輸?shù)膱D像還可被儲(chǔ)存在光盤或視頻檔案上。通常，由于傳輸大容量的圖像數(shù)據(jù)的限制，用一些工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方案壓縮圖像或視頻，以獲得壓縮圖像數(shù)據(jù)(例如，原始?jí)嚎s圖像數(shù)據(jù)文件(0CDF))2002。，從包含使用根據(jù)本發(fā)明的？^(^@方法生成的多個(gè)平滑測(cè)試圖像的解空間中選擇一個(gè)平滑測(cè)試圖像(STI) 2004，以及使用已經(jīng)在OCDF上使用的相同的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方案壓縮該平滑測(cè)試圖像(STI)2004。對(duì)比測(cè)試壓縮數(shù)據(jù)文件(TCDF) 2006與OCDF 2002，以確定原始?jí)嚎s圖像數(shù)據(jù)文件2002的預(yù)設(shè)容差內(nèi)的擬合優(yōu)度。如果測(cè)試壓縮數(shù)據(jù)文件匹配在規(guī)定的容差內(nèi)，則其被選擇作為原始圖像的代表。 圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像的壓縮/解壓縮的示例性的方法的步驟的流程圖。可以使用諸如參照?qǐng)Dl所述的處理模塊實(shí)施該方法的步驟。在這種實(shí)施方式中，生成平滑測(cè)試圖像的方法首先將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像輸入到處理模塊1000中。對(duì)于高級(jí)別壓縮，該解壓縮圖像很可能充滿塊和蚊式偽像。使用PIXON⑧方法平滑這種開始圖像以去除偽像，同時(shí)維持原始?jí)嚎s圖像數(shù)據(jù)文件的規(guī)定容差內(nèi)的GOF。如圖4所示，進(jìn)程開始于步驟3000，其中接收原始?jí)嚎s圖像數(shù)據(jù)文件(OCDF)。在步驟3002中，使用相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮方法對(duì)OCDF解壓縮，以產(chǎn)生輸入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像IDIS?；谠?^，初始化？^(^ 解壓縮圖像，并且在以下步驟中修正該P(yáng)IXO，解壓縮圖像。在步驟3006中，使用從多個(gè)不同的PIXON②內(nèi)核Ki中選擇的PIXON㊣內(nèi)核對(duì)該輸入的解壓縮圖像進(jìn)行平滑。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，首先采用多個(gè)內(nèi)核中的最小的內(nèi)核，然而可以使用其它準(zhǔn)則來(lái)選擇第一個(gè)內(nèi)核來(lái)開始這種迭代進(jìn)程。？1乂(^ 平滑進(jìn)程涉及用多個(gè)PIXON逸內(nèi)核執(zhí)行對(duì)輸入解壓縮圖像的巻積，以形成多個(gè)平滑測(cè)試圖像(STI)。下一步驟3008是？^(^@測(cè)試，對(duì)多個(gè)區(qū)域，對(duì)相應(yīng)于每一STI的每個(gè)TCDF在圖像中的每個(gè)區(qū)域處的擬合優(yōu)度進(jìn)行比較，并且將具有最廣的PIXON^內(nèi)核和具有仍滿足規(guī)定擬合優(yōu)度容差的TCDF的STI選擇作為每個(gè)區(qū)域的PIXON 解壓縮圖像。 在圖4中，在步驟3008中，順序執(zhí)行？1乂(^@測(cè)試，每次執(zhí)行一個(gè)？1乂(^ 內(nèi)核。在該步驟中，使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法壓縮候選的解壓縮圖像，以產(chǎn)生測(cè)試壓縮數(shù)據(jù)文件(TCDF)?？墒褂酶鞣NGOF(擬合優(yōu)度)優(yōu)值來(lái)確定TCDF是否在OCDF的給定容差內(nèi)。對(duì)于JPEG或MJPEG壓縮圖像，示例性的進(jìn)程將涉及逐塊基礎(chǔ)上的比較并確定OCDF的量化的DCT圖像數(shù)據(jù)和TCDF的量化的DCT之間的差的平方之和是否小于規(guī)定容差，即，確定下式是否成立
G0F8X8tt=E (OCDF「TCDFi)2《容差 其中每個(gè)8X8像素塊的GOF準(zhǔn)則被定義為8X8像素塊中全部像素的總和，OCDFi是原始?jí)嚎s數(shù)據(jù)文件的像素i中的量化的DCT值，TCD&是測(cè)試壓縮數(shù)據(jù)文件的相應(yīng)像素值，以及由容差給出預(yù)先確定的容差。目的是當(dāng)仍滿足圖像中每個(gè)8X8像素塊的GOF容差時(shí)在每個(gè)區(qū)域上產(chǎn)生盡可能平滑的平滑測(cè)試圖像。 對(duì)于使用運(yùn)動(dòng)估計(jì)以提高壓縮級(jí)別的壓縮方案，GOF將不一定基于單個(gè)幀，而是將可能包括對(duì)多個(gè)幀擬合移動(dòng)目標(biāo)的好壞。建立有效的GOF準(zhǔn)則的具體細(xì)節(jié)將隨著壓縮方案而改變，并且還將根據(jù)具體實(shí)施所容忍的計(jì)算負(fù)荷的量而改變。然而，任何有效的GOF的目標(biāo)都是測(cè)量具體的測(cè)試壓縮數(shù)據(jù)文件與原始?jí)嚎s數(shù)據(jù)文件的匹配程度。
返回圖4的步驟3008，對(duì)于滿足GOF準(zhǔn)則的像素，平滑測(cè)試圖像在這些像素處作為新的？^(^@解壓縮圖像而被接受。對(duì)于不滿足GOF準(zhǔn)則的像素，？^(^ 解壓縮圖像將維持與通過(guò)上一循環(huán)的那些像素相同。然后，將平滑的圖像返回到步驟3004，其中，為在步驟3006中對(duì)1^進(jìn)行平滑選擇下一最大內(nèi)核，通過(guò)這種方式，再次處理？^(^ 解壓縮圖像，以確定其是否能夠被進(jìn)一步地平滑。使用相同的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法再次壓縮該平滑測(cè)試圖像(STI)，并且在步驟3008中與OCDF相比較以識(shí)別滿足GOF準(zhǔn)則的像素，并且再次使用STI中通過(guò)60 準(zhǔn)則的像素來(lái)更新？^(^ 解壓縮圖像中的那些像素。在步驟3010中，就所選擇的PIXON 內(nèi)核族而言， 一旦已經(jīng)嘗試所有的內(nèi)核，則？1乂(^@解壓縮圖像就被盡可能地平滑了 ，并且停止進(jìn)程。然后，生成的PIXON^解壓縮圖像可被輸出到顯示設(shè)備、存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，或傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備用于對(duì)解壓縮圖像進(jìn)行進(jìn)一步的處理。進(jìn)一步的處理可涉及諸如執(zhí)行面部面部識(shí)別、圖像分析、圖像并入某種類型的公開，或?qū)鈮嚎s圖像可能的各種用途。
由？^(^ 解壓縮方案得到的解壓縮的質(zhì)量將取決于從中選擇平滑測(cè)試圖像的解空間的大小。上述進(jìn)程具有的解空間僅包含能夠通過(guò)以依賴位置的方式以不同程度來(lái)平滑工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像得到的那些圖像。如果解空間是所有可能的圖像的空間，則生成的解壓縮圖像將是在規(guī)定容差內(nèi)壓縮到原始?jí)嚎s圖像數(shù)據(jù)文件(OCDF)的最平滑的可能的圖像。由于信息通常在壓縮過(guò)程中丟失，導(dǎo)致即使在容差被設(shè)置為零的條件下，這種圖像將也不是原始素材圖像。盡管平滑測(cè)試圖像將比原始圖像更加平滑，由于其將沒(méi)有偽像的緣故導(dǎo)致其將比工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像更加接近原始圖像(假定原始圖像沒(méi)有偽像)。
在？1乂(^ 解壓縮方法的另一實(shí)施方式中，如果使用由PIXON 內(nèi)核的集合進(jìn)行平滑的假擬圖像組成的泛PIXON⑧圖像模型，則能夠獲取更大的解空間。生成的解空間是大得多的解空間，但由于使用的是PIXO，內(nèi)核的有限集合，所以該解空間不會(huì)上升至"完全"解空間的級(jí)別。如果使用由通過(guò)？1乂(^ 內(nèi)核的集合進(jìn)行平滑的假擬圖像組成的泛？^(^ 圖像模型，則能夠獲取更大的解空間，即，將平滑測(cè)試圖像寫作"'.)= J^O，力)0OMy
K- 其中，對(duì)通常的n維圖像，該等式被寫作為對(duì);空間^的體積的積分(對(duì)于傳統(tǒng)的
二維圖像，該式是對(duì)二維圖像的簡(jiǎn)單積分)，0(》是在位置 處的假擬圖像，以及〖6^;)是在像素^處的PIX0N⑧內(nèi)核(對(duì)于一般的假定下的徑向?qū)ΨQ內(nèi)核，/^;)^《(p,-;l,i,))。通
過(guò)找到每個(gè)像素處的最廣的？^(^@內(nèi)核以及將G0F最小化的假擬圖像的組合來(lái)獲取假擬圖像和PIX0N逸映射。這能夠通過(guò)根據(jù)圖5中所示的一般步驟的一定數(shù)量的多維優(yōu)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在示出的步驟中，原始?jí)嚎s圖像文件(0CDF)4000被輸入到用于執(zhí)行？^(^ 方法的可編程處理器中，并用于初始化？^(^ 映射和假擬圖像(步驟4001)，然后通過(guò)一定數(shù)量的步驟優(yōu)化該？^(^@映射和假擬圖像，這些步驟涉及迭代生成壓縮的平滑測(cè)試圖像(STI)以及對(duì)照0CDF測(cè)試該STI。能夠取得對(duì)每個(gè)位置上選擇的假擬圖像和PIX0N⑧內(nèi)核進(jìn)行優(yōu)化的多種可能的方式中的一種方式為在維持PIX0N②內(nèi)核不變的同時(shí)(步驟4003)，交替地通過(guò)將測(cè)試壓縮數(shù)據(jù)文件(TCDF)對(duì)OCDF的GOF最小化來(lái)對(duì)假擬圖像進(jìn)行優(yōu)化，然后通過(guò)用逐步擴(kuò)大的內(nèi)核對(duì)每個(gè)圖像區(qū)域進(jìn)行平滑，直到無(wú)法滿足TCDF和OCDF之間預(yù)先確定的GOF容差(PIXON⑧映射計(jì)算)(步驟4004)為止，來(lái)最大化PIXON⑨內(nèi)核的寬度。然后迭代這種兩步進(jìn)程(步驟4002)直到獲得收斂(步驟4006)。對(duì)應(yīng)PIXON戀映射和假擬圖像的收斂的圖像將是原始?jí)嚎s圖像文件的最優(yōu)的解壓縮圖像(步驟4008)。然后，參照以上實(shí)施方式所述，可輸出最優(yōu)的解壓縮圖像。 與識(shí)別最佳的擬合平滑測(cè)試圖像的第一方法不同的是，識(shí)別最優(yōu)的解壓縮圖像的上述方法無(wú)需使用原始解壓縮數(shù)據(jù)文件來(lái)初始化?？蛇x地，PIXON^方法能夠基于零圖像或其它圖像而啟動(dòng)，以及使用最小可能？^((^ 內(nèi)核(S函數(shù))開始迭代過(guò)程。盡管其可能需
要更多迭代以達(dá)到收斂，但結(jié)果將仍是最優(yōu)的解壓縮圖像。 相對(duì)于平滑第一實(shí)施方式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮圖像，這種迭代進(jìn)程的優(yōu)點(diǎn)是，由于平滑處理只能消減結(jié)構(gòu)信息而不能引入結(jié)構(gòu)信息，這導(dǎo)致用前者的方法進(jìn)行平滑不能引入未包含于壓縮數(shù)據(jù)中的圖像內(nèi)容。對(duì)假擬圖像和PIXO靜映射(在每個(gè)像素上使用的合適的PIXON⑧內(nèi)核的集合)的迭代、同步優(yōu)化能夠引入壓縮步驟中丟失的空間結(jié)構(gòu)信息。通過(guò)PIXON②方法的強(qiáng)大的最小復(fù)雜度約束，對(duì)壓縮圖像中存在的信息內(nèi)容進(jìn)行的優(yōu)化擬合自動(dòng)生成包含可能已經(jīng)因壓縮丟失的信息的圖像模型。 上述？^(^ 解壓縮方案能夠被擴(kuò)展到廣泛的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法。在一些實(shí)施方式中，該方法所基于的事實(shí)為，用于壓縮原始圖像或平滑測(cè)試圖像到其各自的壓縮圖像數(shù)據(jù)文件的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法是任意的。從而，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法可以是任何壓縮方法，例如MPEG-2、MPEG-4、M0V、AVI、或H. 264。進(jìn)一步地，PIX0N⑧測(cè)試，即，對(duì)測(cè)試壓縮圖像數(shù)據(jù)文件2006到原始?jí)嚎s圖像數(shù)據(jù)文件的GOF的評(píng)估與壓縮方法無(wú)關(guān)。實(shí)際上，以上描述的解壓縮方法的所有步驟都與壓縮方法無(wú)關(guān)。盡管改變壓縮方法改變了如何計(jì)算壓縮圖像數(shù)據(jù)以及可能改變?nèi)绾问褂貌?yōu)化GOF的細(xì)節(jié)，但這并不改變對(duì)圖像的？^(^ 建模以及對(duì)PIX0N 解壓縮圖像的同步優(yōu)化的整體方法。 圖6-9提供了本發(fā)明的PIXON^解壓縮方法應(yīng)用到不同類型圖像的實(shí)施例。
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圖6a和6b分別提供了對(duì)來(lái)自電視廣播的MJPEG幀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮方法和PIXON頃解壓縮方法的結(jié)果對(duì)比。 圖7a和7b提供了對(duì)由靜態(tài)圖像照相機(jī)產(chǎn)生的圖像的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JPEG解壓縮(圖7a)對(duì)比PIX0N⑧解壓縮(圖7b)的實(shí)施例。 圖8a和8b是對(duì)最初使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JPEG壓縮的熱紅外圖像的JPEG和？1乂(^ 解壓縮的結(jié)果的實(shí)施例。紅外圖像通常被用于熱泄露探測(cè)，而偽像和噪聲可干擾對(duì)圖像的精確解譯。 圖9a和9b分別是對(duì)由夜視設(shè)備產(chǎn)生的圖像的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JPEG解壓縮和PIXON^解
壓縮的結(jié)果的實(shí)施例，由夜視設(shè)備產(chǎn)生的圖像可被用于軍事或執(zhí)法過(guò)程中。 圖10示出了基于圖像插值的PIXO，圖像壓縮進(jìn)程的步驟。PIXON⑧方法識(shí)別圖像
中的信息密度，從而為圖像壓縮提供一般性架構(gòu)，即，其提供找出用于圖像表達(dá)的簡(jiǎn)潔和自
然的語(yǔ)言的可能性。為使用？^((^ 方法壓縮圖像，需要一種表達(dá)圖像的簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言，這種
語(yǔ)言不同于對(duì)通過(guò)PIXON⑧映射中指出的PIXO，內(nèi)核來(lái)平滑的假擬圖像進(jìn)行表達(dá)的語(yǔ)言。
可采用的并在其結(jié)構(gòu)中具有更高隱式信息度的一種可能語(yǔ)言是圖像插值。盡管可使用各種
類型的插值，但作為一個(gè)例子，考慮一種簡(jiǎn)單的插值方法通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的線性插值來(lái)構(gòu)建
圖像的模型?？苫?？^((^ 映射提供的圖像信息密度選擇節(jié)點(diǎn)?？墒褂枚囗?xiàng)式擬合的任
何合適的方法在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行插值，例如三次樣條(例如B-樣條)。如所屬領(lǐng)域所熟知的，
二維(2-D)圖像處理經(jīng)常使用樣條函數(shù)用于插值。可選地，可使用任意曲線擬合(例如線
性或二次擬合)。 —旦已經(jīng)找到對(duì)節(jié)點(diǎn)的初始近似，即可利用例如單純最小化算法等算法來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。單純最小化算法可以在跨越所有這些維中的給定維數(shù)中推導(dǎo)出最簡(jiǎn)單的幾何圖形，例如在二維中為三角形。單純最小化算法構(gòu)建單純圖形并將一組基本的位移和縮放應(yīng)用到各個(gè)頂點(diǎn)，以在給定的n維空間內(nèi)移動(dòng)它們。這些操作持續(xù)進(jìn)行，直到該單純圖形括住了在該空間中定義的某個(gè)成本函數(shù)(擬合優(yōu)度或評(píng)價(jià)函數(shù))的局部最小值。每個(gè)位移或縮放之后，在新的頂點(diǎn)位置計(jì)算成本函數(shù)，以決定將哪個(gè)位移/縮放應(yīng)用到下一步驟以及將其應(yīng)用到哪個(gè)頂點(diǎn)。該技術(shù)被順序應(yīng)用到每個(gè)頂點(diǎn)以產(chǎn)生一組新的經(jīng)優(yōu)化的節(jié)點(diǎn)。
圖10中提供了該進(jìn)程的步驟的流程。根據(jù)本發(fā)明，用于壓縮的插值方法開始于輸入待壓縮的原始圖像文件(步驟8000)。使用PIXON吸方法識(shí)別原始圖像內(nèi)的信息密度(步驟8001)并設(shè)定由節(jié)點(diǎn)數(shù)量和位置組成的初始條件。步驟8002是迭代過(guò)程的開始點(diǎn)，用于逐步降低節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。在步驟8003中，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)位置和強(qiáng)度，使得在圖像的每個(gè)區(qū)域上，插值的測(cè)試圖像(ITI)對(duì)原始圖像的GOF被最小化。然后，在步驟8004中，降低節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，直到在圖像的每個(gè)區(qū)域上，ITI對(duì)原始圖像的GOF盡可能的接近預(yù)先確定的容差，但不超過(guò)預(yù)先確定的容差。在步驟8006中，測(cè)試新的節(jié)點(diǎn)(或相鄰節(jié)點(diǎn))。如果新節(jié)點(diǎn)優(yōu)化滿足GOF準(zhǔn)則，則重復(fù)步驟8000、8002和8004。如果新節(jié)點(diǎn)優(yōu)化不滿足GOF準(zhǔn)則，則選擇前一插值圖像作為？^(^ 壓縮圖像，并且終止進(jìn)程。然后壓縮圖像可被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中或與外部設(shè)備通信用于傳輸、存儲(chǔ)或其它操作。 圖lla-lle示出了本發(fā)明的插值方案應(yīng)用到廣泛使用的測(cè)試圖像"Lena"的實(shí)施例。圖lla示出了原始圖像，圖llb示出了節(jié)點(diǎn)位置，以及圖llc示出了用于線性三角剖分和插值的插值網(wǎng)格。圖lld和lle分別示出了標(biāo)準(zhǔn)的JPEG和PIXON以大致相同的壓縮率生
13成的圖像。在一些實(shí)施方式中，標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法能夠被用于編碼節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，就其復(fù)雜度而言， 這允許使用基于？^(^@方法理念的插值方案以及優(yōu)化。節(jié)點(diǎn)的密度控制圖像信息的密度 并代表？^(^ 映射。 上述圖像插值壓縮方案只是利用對(duì)PIXON^方法提供的圖像信息密度的知識(shí)的一 種可能的方法。可能的壓縮方法的另一例子將涉及基于量化的DCT (或其它變換)進(jìn)行壓縮 (如同現(xiàn)今很多方案)，并通過(guò)使用對(duì)信息密度的知識(shí)而按區(qū)域來(lái)改變量化的等級(jí)，由此， 來(lái)修改這些方法。為說(shuō)明這一點(diǎn)，如果使用8X8像素方塊并選擇16個(gè)不同的量化矩陣，可 以使用？^((^ 分析確定在每個(gè)8乂8像素方塊中哪個(gè)量化矩陣是合適的。作為16個(gè)8X8 的Q矩陣(或者一個(gè)Q矩陣和15個(gè)縮放參數(shù))和具有比原始圖像少64倍的4比特圖像， 這種附加的信息相對(duì)較小。還可使用其它DCT方塊大小(或方塊大小的組合)以及不同數(shù) 量的Q矩陣(或縮放參數(shù))。？^(^@映射還可被用于選擇每個(gè)區(qū)域上的0(^方塊的合適的 大小。 對(duì)使用上述進(jìn)程生成的壓縮數(shù)據(jù)文件的解壓縮是直接的。首先，必須解壓縮節(jié)點(diǎn) 的位置和強(qiáng)度數(shù)據(jù)。如上所述，通常將用大量標(biāo)準(zhǔn)壓縮方案中的一個(gè)壓縮這些數(shù)據(jù)為一串 強(qiáng)度值(節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度值)和一組空間坐標(biāo)(節(jié)點(diǎn)位置)。 一旦獲得這些數(shù)據(jù)，根據(jù)指定的插 值方案簡(jiǎn)單地構(gòu)建插值圖像，然后停止。與上述只解壓縮的？^((^ 方案不同的是，不執(zhí)行 優(yōu)化。從而解壓縮步驟非?？?。
^(^@方法提供的圖像信息的密度的信息能夠被以很多方式使用，以修改圖像壓 縮和解壓縮的現(xiàn)有的方法以及設(shè)計(jì)全新的方法。其可被用于查找用于圖像插值方案的節(jié)點(diǎn) 的密度。還可被用于確定基于DCT的壓縮方案的量化等級(jí)和方塊大小。對(duì)信息密度的了解 是使方案有效以及與沒(méi)有？^(^@分析的可能方案相比實(shí)現(xiàn)更高的壓縮率的關(guān)鍵因素。
PIXON②方法的測(cè)量和控制圖像信息密度的能力使其具有在圖像解壓縮和壓縮中 作出重大的進(jìn)展的能力。最簡(jiǎn)單的方案只涉及圖像解壓縮。在這些方案中，用現(xiàn)有的壓縮方 法(例如JPEG、 MPEG、 H. 264)壓縮的圖像能夠通過(guò)？1乂(^ 方法解壓縮，以增強(qiáng)對(duì)偽像(塊 偽像或蚊式偽像)抵抗力。這將允許相同的圖像或視頻被壓縮為更高的程度，同時(shí)仍具有 相同的圖像質(zhì)量。？^(^@解壓縮還提供了對(duì)在壓縮過(guò)程中丟失的圖像信息進(jìn)行恢復(fù)的能 力。這種對(duì)信息的恢復(fù)需要在最簡(jiǎn)單的方案上的附加的計(jì)算，類似于PIXON⑧方法對(duì)在有限 衍射圖像的圖像重建的過(guò)程中未包含在數(shù)據(jù)中的有關(guān)空間頻率的信息進(jìn)行恢復(fù)的能力。最 后，？^(^ 方法的原理能夠被用來(lái)開發(fā)基于最小復(fù)雜度圖像插值或圖像信息密度的信息的 其他應(yīng)用的、全新和高度有效的圖像壓縮的方法。 在電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或這些技術(shù)的組合中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種實(shí)現(xiàn)。 一些實(shí)現(xiàn) 包括由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算設(shè)備執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序。通常，每臺(tái)計(jì)算機(jī)包括一個(gè)或 多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件(例如，易失性或非易失性存儲(chǔ)器模塊以及諸如硬 盤和軟盤驅(qū)動(dòng)器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器和磁帶驅(qū)動(dòng)器的永久性光、磁性存儲(chǔ)設(shè)備)、一個(gè)或多個(gè)輸 入設(shè)備(例如用戶界面、鼠標(biāo)或軌跡球和鍵盤)以及一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備(例如顯示控制 臺(tái)和打印機(jī))。 計(jì)算機(jī)程序包括通常存儲(chǔ)于永久性存儲(chǔ)介質(zhì)中以及然后在運(yùn)行時(shí)間拷貝到存儲(chǔ) 器中的可執(zhí)行代碼。至少一個(gè)處理器通過(guò)從存儲(chǔ)器以規(guī)定的順序獲取程序指令來(lái)執(zhí)行代 碼。當(dāng)執(zhí)行程序代碼時(shí)，計(jì)算機(jī)從輸入和/或存儲(chǔ)設(shè)備接收數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行操作，以及然
14后將生成的數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵龊?或存儲(chǔ)設(shè)備。 已描述了本發(fā)明的各種示例性的實(shí)現(xiàn)。然而，一個(gè)所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn) 識(shí)到，額外的實(shí)現(xiàn)也是可能的，并在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。 因此，本發(fā)明不只限于上述的那些實(shí)現(xiàn)。所屬領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將理解的是，連 同上述圖示描述了各種示例性的模塊和方法步驟，以及本文公開的實(shí)現(xiàn)經(jīng)?？梢杂秒娮佑?件、軟件、固件或上述的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。為清晰的示出這種硬件和軟件的互換性，以上通常根 據(jù)其功能描述了各種示例性的模塊和方法步驟。這樣的功能是作為硬件還是作為軟件實(shí)施 取決于具體的應(yīng)用以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)施加的設(shè)計(jì)限制。技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)具體的應(yīng)用以不 同的方式實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)決策不應(yīng)解釋為導(dǎo)致脫離本發(fā)明的范圍。此外， 模塊或步驟內(nèi)的功能分組是為了便于描述。在不脫離本發(fā)明的情況下，特定的功能可以從 一個(gè)模塊或步驟移到另 一個(gè)模塊或步驟。 此外，連同本文公開的實(shí)現(xiàn)描述的各種示例性的模塊和方法步驟可以用通用處理 器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或被設(shè)計(jì)為執(zhí) 行本文中所述的功能的其他可編程邏輯設(shè)備、分立的門或晶體管邏輯、分立硬件組件，或其 組合來(lái)實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但可選地，該處理器可以使任何處理器、 控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器還可以實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例如DSP和微處理器的 組合、多個(gè)微處理器的組合、與DSP核結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)微處理器，或任意這樣的配置。
此外，連同本文公開的實(shí)現(xiàn)描述的方法或算法的步驟可直接在硬件、由處理器執(zhí) 行的軟件模塊或兩者的組合中實(shí)施。軟件模塊可處于RAM存儲(chǔ)器、閃存、R0M存儲(chǔ)器、EPR0M 存儲(chǔ)器、EEPROM存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM或包含網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)介質(zhì)的任何其 他形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。示例性的存儲(chǔ)介質(zhì)可被耦合至處理器，使得處理器可從該存儲(chǔ)介質(zhì) 中讀取信息并向存儲(chǔ)介質(zhì)寫信息?？蛇x地，存儲(chǔ)介質(zhì)可以與處理器成為一體。處理器和存 儲(chǔ)介質(zhì)還可處于ASIC中。 對(duì)所公開的實(shí)現(xiàn)的以上描述被提供來(lái)使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造或使用本 發(fā)明。這些實(shí)現(xiàn)的各種修改對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的，以及在不脫離本發(fā)明的 精神或范圍的情況下，本文描述的一般的原理可以被用于其它實(shí)現(xiàn)。因此，應(yīng)被理解的是， 本文示出的描述和圖示代表了本發(fā)明的示例性實(shí)現(xiàn)，以及從而代表本發(fā)明廣泛考慮的主 題。還應(yīng)被理解的是，本發(fā)明的范圍完全包括其他實(shí)現(xiàn)，以及因此本發(fā)明的范圍僅受所附權(quán) 利要求的限制。
權(quán)利要求
一種對(duì)最初使用已知壓縮技術(shù)壓縮的圖像進(jìn)行解壓縮的方法，所述方法包括將一原始?jí)嚎s圖像文件輸入到一處理器，所述原始?jí)嚎s圖像文件具有對(duì)應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域，所述處理器具有存儲(chǔ)器和儲(chǔ)存在該存儲(chǔ)器中的用于執(zhí)行方法的軟件；通過(guò)將多個(gè)不同尺寸的內(nèi)核迭代應(yīng)用到開始圖像的每個(gè)區(qū)域并且首先應(yīng)用所述多個(gè)內(nèi)核中的尺寸最小的內(nèi)核，在解空間中生成多個(gè)平滑測(cè)試圖像；使用所述已知壓縮技術(shù)壓縮每個(gè)平滑測(cè)試圖像，并確定經(jīng)壓縮的平滑測(cè)試圖像對(duì)所述原始?jí)嚎s圖像文件的每個(gè)區(qū)域的擬合優(yōu)度；對(duì)于每個(gè)區(qū)域，選擇具有滿足預(yù)先確定的擬合優(yōu)度準(zhǔn)則的、尺寸最大的內(nèi)核的所述平滑測(cè)試圖像；以及將所選擇的平滑測(cè)試圖像作為優(yōu)化的解壓縮圖像輸出，用于在顯示設(shè)備上顯示。F2008800134460C00011.tif,F2008800134460C00012.tif,F2008800134460C00013.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)交替地對(duì)假擬圖像進(jìn)行優(yōu)化和對(duì)PIXON②映射進(jìn)行優(yōu)化直至所述假擬圖像和所述PIXON⑧映射收斂為止，來(lái)生成所述多個(gè)平滑測(cè)試圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述開始圖像是通過(guò)使用對(duì)應(yīng)所述已知的壓縮方 法的解壓縮方法來(lái)解壓縮所述原始?jí)嚎s圖像而獲取的原始解壓縮圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中通過(guò)使用來(lái)自所述多個(gè)不同尺寸的PIXON 內(nèi)核 中的逐步增大的PIXON⑧內(nèi)核來(lái)迭代地巻積所述原始解壓縮圖像，生成所述多個(gè)平滑測(cè)試圖像。
5. —種對(duì)最初用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法壓縮的圖像進(jìn)行解壓縮的方法，所述方法包括 將一原始?jí)嚎s圖像文件輸入到一處理器，所述原始?jí)嚎s圖像文件具有對(duì)應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域，所述處理器具有存儲(chǔ)器和儲(chǔ)存在該存儲(chǔ)器中的用于對(duì)圖像進(jìn)行解壓縮和執(zhí)行PIXON 方法的軟件；使用相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮方法解壓縮所述原始?jí)嚎s圖像，以產(chǎn)生一原始解壓縮圖像 數(shù)據(jù)文件；用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮的文件初始化PIXON 解壓縮圖像；使用選自多個(gè)不同內(nèi)核中的尺寸最小的內(nèi)核來(lái)平滑所述原始解壓縮圖像，以產(chǎn)生第一 平滑測(cè)試圖像；使用所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法壓縮所述第一平滑測(cè)試圖像；對(duì)比第一壓縮候選圖像和所述原始解壓縮圖像，以確定在所述原始?jí)嚎s圖像文件內(nèi)的所述多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域上的擬合優(yōu)度在預(yù)先確定的容差之內(nèi)；在擬合優(yōu)度處于所述預(yù)先確定的容差之內(nèi)的每個(gè)區(qū)域處，接受所述第一平滑測(cè)試圖像作為所述PIXON 解壓縮圖像，而在所有其他區(qū)域處，保持所述pixcn^^解壓縮圖像不發(fā)生改變；對(duì)所述多個(gè)不同內(nèi)核中的每個(gè)剩余內(nèi)核，執(zhí)行平滑和對(duì)比的步驟，以生成多個(gè)不同的 候選圖像，其中，在每次迭代之后，在擬合優(yōu)度處于所述預(yù)先確定的容差內(nèi)的每個(gè)區(qū)域上，接受相應(yīng)的平滑測(cè)試圖像作為所述PIXON 解壓縮圖像，而在所有其他區(qū)域處，保持先前的PIXON :解壓縮圖像不變，以及其中在最后迭代之后，保留生成的PIXON 解壓縮圖像；將所述生成的PIXON :解壓縮圖像儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)器中；以及將所述生成的PIXON 解壓縮圖像輸出到顯示設(shè)備。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多個(gè)區(qū)域包括像素。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多個(gè)區(qū)域包括像素塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，對(duì)于所述多個(gè)內(nèi)核的所有內(nèi)核，并行執(zhí)行平滑和 對(duì)比的步驟。
9. 一種從使用已知的壓縮方法壓縮的壓縮圖像文件生成解壓縮圖像的方法，所述方法 包括將一原始?jí)嚎s圖像文件輸入到一處理器，所述原始?jí)嚎s圖像文件具有多個(gè)圖像區(qū)域， 每一個(gè)圖像區(qū)域?qū)?yīng)于該圖像文件中的圖像數(shù)據(jù)，其中，所述處理器與一存儲(chǔ)器通信，該存 儲(chǔ)器中儲(chǔ)存有用于對(duì)圖像解壓縮和采用多個(gè)不同內(nèi)核執(zhí)行PIXON :方法的軟件；使用對(duì)應(yīng)于所述已知的壓縮方法的解壓縮方法解壓縮所述原始?jí)嚎s圖像，以產(chǎn)生一原 始解壓縮圖像數(shù)據(jù)文件；用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解壓縮的文件初始化PIXO^;解壓縮圖像；使用選自所述多個(gè)不同內(nèi)核中的尺寸最小的內(nèi)核來(lái)平滑所述原始解壓縮圖像文件，以 產(chǎn)生第一平滑測(cè)試圖像；使用所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮方法壓縮所述第一平滑測(cè)試圖像；對(duì)比第一壓縮平滑測(cè)試圖像和所述原始?jí)嚎s圖像文件，以確定在所述原始?jí)嚎s圖像文件內(nèi)的所述多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域上的擬合優(yōu)度在預(yù)先確定的容差之內(nèi)；對(duì)于擬合優(yōu)度處于所述預(yù)先確定的容差之內(nèi)的每個(gè)區(qū)域，接受所述第一平滑測(cè)試圖像作為所述.PIXON 解壓縮圖像，而在所有其他區(qū)域處，保持所述PIXON :解壓縮圖像不發(fā)生改變；在所述接受步驟之前或之后，對(duì)所述多個(gè)不同內(nèi)核中的每個(gè)剩余內(nèi)核執(zhí)行平滑、壓縮 和對(duì)比的步驟，以生成多個(gè)不同的平滑測(cè)試圖像，其中，在每次迭代之后，在擬合優(yōu)度處于所述預(yù)先確定的容差內(nèi)的每個(gè)區(qū)域上，接受相應(yīng)的平滑測(cè)試圖像作為所述.PIXON，解壓縮圖像，而在所有其他區(qū)域處，保持先前的候選圖像不變，以及其中在最后迭代之后，保留生成的PIXON②;解壓縮圖像；將所述生成的PIXON ;解壓縮圖像儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)器中；以及將所述生成的PIXON②解壓縮圖像輸出到顯示設(shè)備。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述多個(gè)區(qū)域包括像素。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述多個(gè)區(qū)域包括像素塊。
12. —種用于壓縮圖像的方法，包括將包含圖像數(shù)據(jù)的圖像文件輸入到處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存有用于執(zhí)行PIXON :方法的軟件，所述圖像文件包含對(duì)應(yīng)于所述圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域；執(zhí)行第一算法，所述第一算法利用由所述PIXON :方法識(shí)別的所述數(shù)據(jù)圖像內(nèi)的信 息密度來(lái)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)，以生成表示所接收的圖像數(shù)據(jù)的模型的圖像映射；執(zhí)行第二算法以優(yōu)化所述一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)，包括優(yōu)化所述圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置和 強(qiáng)度，以減少圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量；再次優(yōu)化數(shù)量減少的圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)；在所述圖像數(shù)據(jù)中的每個(gè)區(qū)域處，確定對(duì)應(yīng)于輸入圖像數(shù)據(jù)的區(qū)域與所述一個(gè)或多個(gè) 圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的擬合優(yōu)度是否保持在預(yù)先確定的容差內(nèi)；在處于所述預(yù)先確定的容差內(nèi)的區(qū)域上，接受所述一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)作為圖像壓 縮的候選，而在其他區(qū)域處，使用所述接收的圖像數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)部分；以及通過(guò)合并輸入圖像中所有區(qū)域處的所接受的圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)生成壓縮圖像文件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)包括節(jié)點(diǎn)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一算法包括圖像插值算法。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二算法包括單純性(或其他)最小化算法。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的圖像強(qiáng)度進(jìn)行線性插值來(lái)構(gòu) 建所述接收的圖像數(shù)據(jù)的模型。
全文摘要
提供了一種對(duì)最初用已知的壓縮技術(shù)壓縮的圖像進(jìn)行解壓縮的方法。原始?jí)嚎s圖像文件由對(duì)應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)區(qū)域來(lái)界定。通過(guò)將多個(gè)不同尺寸的PIXON內(nèi)核迭代地應(yīng)用到開始圖像的每個(gè)區(qū)域來(lái)創(chuàng)建一組平滑測(cè)試圖像，并且從尺寸最小的內(nèi)核開始應(yīng)用。使用已知的壓縮技術(shù)壓縮每個(gè)平滑測(cè)試圖像，然后在圖像的每個(gè)區(qū)域上對(duì)比原始?jí)嚎s圖像，以確定壓縮平滑測(cè)試圖像對(duì)原始?jí)嚎s圖像文件的每個(gè)區(qū)域的擬合優(yōu)度。對(duì)每個(gè)區(qū)域，具有滿足預(yù)先確定的擬合優(yōu)度準(zhǔn)則的、尺寸最大的內(nèi)核的平滑測(cè)試圖像被選擇用于解壓縮圖像的給定區(qū)域。一種壓縮方法，采用PIXON方法用于對(duì)圖像內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化。優(yōu)化的節(jié)點(diǎn)被用于節(jié)點(diǎn)之間的圖像強(qiáng)度的插值。
文檔編號(hào)H04N7/24GK101779461SQ200880013446
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者理查德·普埃特 申請(qǐng)人:彼科森成像有限責(zé)任公司