專利名稱：數(shù)字圖像的插值處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種數(shù)字圖像的處理方法，特別是一種利用高斯權(quán)重，對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行插值的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)改變圖像的大小或轉(zhuǎn)換圖像時(shí)，原始像素就會(huì)重新排列，然后生成一些新的像素點(diǎn)。當(dāng)圖像放大時(shí)，原始像素間隙擴(kuò)大，需要一些新的像素點(diǎn)來(lái)補(bǔ)充空隙，圖像縮小時(shí)，像素開始混合，生成新的像素，為了填充產(chǎn)生的空隙，必須通過(guò)計(jì)算鄰近像素的顏色值，并使用該值來(lái)彌補(bǔ)或插補(bǔ)空隙。這就是我們所說(shuō)的插值(Interpolation)，插值方法是圖像重新分布像素時(shí)所運(yùn)用的方法，目的是要確定圖像中已知點(diǎn)之間的空隙點(diǎn)的信息。
傳統(tǒng)的數(shù)字圖像的插值方法有很多種，其中速度最快的是NearestNeighbor(最近鄰域)，該方法只簡(jiǎn)單地拷貝相鄰的像素，這種方法雖然速度很快，但經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生鋸齒；Bilinear(雙線性插值)方法通過(guò)取每個(gè)像素與其上下左右四個(gè)相鄰像素點(diǎn)的顏色平均值，然后在像素之間建立適度的陰影來(lái)平滑過(guò)渡，效果較好，但花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)；Bicubic計(jì)算法(雙三次插值)與Bilinear類似，區(qū)別在于它是計(jì)算每個(gè)像素與相鄰的“米”字型方向上的八個(gè)像素的顏色平均值，這種算法效果最好，但卻最為費(fèi)時(shí)。上述幾種插值方法都存在著弊端，或是效果不佳，或是耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，因此，在圖像變換后，如何利用較短的時(shí)間完成對(duì)圖像的插值處理，以減少插值的等待時(shí)間，是目前在數(shù)字圖像處理中，產(chǎn)品所急需而開發(fā)廠商所應(yīng)努力的方向重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明為解決上述問(wèn)題而提出一種圖像的插值方法，其在提高了圖像處理質(zhì)量的同時(shí)，又相對(duì)提高了處理的速度。
本發(fā)明提供一種數(shù)字圖像的插值處理方法，首先確定目標(biāo)圖像的像素點(diǎn)在源圖像中相應(yīng)的映像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)；然后根據(jù)該映像點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)(m，n)，確定高斯權(quán)重Wi；最后根據(jù)該高斯權(quán)重Wi以及該相鄰像素點(diǎn)的值Vi，計(jì)算該映像點(diǎn)的值f(x，y)。
根據(jù)本發(fā)明提供的數(shù)字圖像的插值處理方法，通過(guò)高斯權(quán)重，只利用周圍四個(gè)相鄰像素點(diǎn)進(jìn)行插值，在減少插值處理時(shí)間的同時(shí)，又相對(duì)提高了圖像的效果。
有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及技術(shù)，配合


如下

圖1為本發(fā)明數(shù)字圖像的插值處理方法的總體流程圖；圖2為本發(fā)明數(shù)字圖像的插值處理方法的圖像變換的示意圖；圖3為本發(fā)明數(shù)字圖像的插值處理方法的利用相鄰像素點(diǎn)插值的示意圖；圖4為本發(fā)明數(shù)字圖像的插值處理方法的權(quán)值表生成過(guò)程流程圖。
圖中步驟110確定目標(biāo)圖像的像素點(diǎn)在源圖像中相應(yīng)的映像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)。
步驟120根據(jù)該映像點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)坐標(biāo)(m，n)，確定高斯權(quán)重。
步驟130根據(jù)該高斯權(quán)重以及該相鄰像素點(diǎn)的值，計(jì)算該映像點(diǎn)的值。
21點(diǎn)2122點(diǎn)2223點(diǎn)2324點(diǎn)2425點(diǎn)2526點(diǎn)26步驟410在相鄰像素點(diǎn)空隙之間確定一區(qū)域，并在該區(qū)域內(nèi)確定一特征點(diǎn)。
步驟420根據(jù)該特征點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)坐標(biāo)(m，n)，計(jì)算高斯權(quán)重。
步驟430記錄該區(qū)域的高斯權(quán)重。
具體實(shí)施例方式
插值就是要確定圖像中已知點(diǎn)之間空隙點(diǎn)的信息。我們都知道圖像是由像素點(diǎn)組成的，當(dāng)我們放大、縮小或者旋轉(zhuǎn)圖像時(shí)，原始像素就會(huì)重新排列，然后生成一些新的像素點(diǎn)。因此，就需要通過(guò)插值來(lái)減少圖像幾何變換后對(duì)原有圖像的破壞。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明提供的數(shù)字圖像的插值處理方法，請(qǐng)參見圖1，圖1說(shuō)明本發(fā)明的方法，該圖為本發(fā)明所提的數(shù)字圖像的插值處理方法總體流程圖，首先確定目標(biāo)圖像的像素點(diǎn)在源圖像中相應(yīng)的映像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)(步驟210)，根據(jù)該映像點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)坐標(biāo)(m，n)，確定高斯權(quán)重Wi(步驟220)，根據(jù)該高斯權(quán)重Wi以及該相鄰像素點(diǎn)的值Vi，計(jì)算該映像點(diǎn)的值f(x，y)(步驟230)。
當(dāng)我們對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行編輯時(shí)，經(jīng)常會(huì)對(duì)圖像做一些幾何變換，所述幾何變換就是對(duì)圖像的旋轉(zhuǎn)、拉伸、扭曲、變形等變化。經(jīng)過(guò)幾何變換后，像素就會(huì)重新排列，當(dāng)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行幾何變換后，源圖像和目標(biāo)圖像之間必然有一定的映像關(guān)系。所述映像關(guān)系，即為描述由源圖像到目標(biāo)圖像的函數(shù)，映像關(guān)系說(shuō)明了從源圖像到目標(biāo)圖像所進(jìn)行的變換。
請(qǐng)參見圖2A，該圖為源圖像，圖中有四個(gè)像點(diǎn)，分別為點(diǎn)21、點(diǎn)22、點(diǎn)23，以及點(diǎn)24，其為圖像中的任意四個(gè)像素點(diǎn)，當(dāng)該圖像放大后，得到圖2B中的目標(biāo)圖像，此時(shí)，可以建立源圖像到目標(biāo)圖像的映像關(guān)系。在目標(biāo)圖像中，有很多如點(diǎn)25、點(diǎn)26這樣的新生成的像素點(diǎn)，需要對(duì)這些新生成的像素點(diǎn)賦值。我們建立了源圖像與目標(biāo)圖像的映像關(guān)系后，就可通過(guò)逆向映像找到新生成的像素點(diǎn)在源圖像中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)計(jì)算出賦予新生成的像素點(diǎn)的值。所述逆向映像是從目標(biāo)圖像出發(fā)，可通過(guò)目標(biāo)圖像內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)，計(jì)算出源圖像中與之對(duì)應(yīng)的映像點(diǎn)。從映像的方向來(lái)分，有兩種基本的映像方法正向映像和逆向映像。正向映像是從源圖出發(fā)，對(duì)源圖內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)尋找目標(biāo)圖中與之對(duì)應(yīng)的映像點(diǎn)，而逆映像正好相反。在正向映像中，源圖中的多個(gè)點(diǎn)可能會(huì)映像到目標(biāo)圖案中的同一個(gè)點(diǎn)，引起重復(fù)計(jì)算；而且，如果從源圖到目標(biāo)圖案的映像不是滿映像的話，有可能使目標(biāo)圖中的某些點(diǎn)得不到對(duì)應(yīng)，形成空洞。逆向映像沒(méi)有這些問(wèn)題，因此，這里采取了逆向映像的方式。
事實(shí)上，逆向映像所對(duì)應(yīng)的函數(shù)，也就是正向映像對(duì)應(yīng)函數(shù)的反函數(shù)。假設(shè)圖2B是將圖2A中的點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)都放大2.5倍后對(duì)應(yīng)的圖像。那么對(duì)于點(diǎn)25，其逆向映像點(diǎn)，就是將其在圖2B中的橫縱坐標(biāo)都縮小2.5倍所得到的點(diǎn)，該點(diǎn)即為源圖像圖2A中相應(yīng)映像點(diǎn)。如果逆向映像所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)正好是源圖像中的某一點(diǎn)時(shí)，那么插值信息就是源圖像中該點(diǎn)的值。但是點(diǎn)25的逆向映像所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在源圖像中不一定能夠找到，也就是說(shuō)逆向映像得到的坐標(biāo)值不一定正好是像素點(diǎn)的坐標(biāo)，如果落在像素點(diǎn)的空隙之間，就需要通過(guò)其周圍的點(diǎn)來(lái)計(jì)算這一點(diǎn)的值。這里將該坐標(biāo)值取整數(shù)，該整數(shù)值所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)就是相鄰像素點(diǎn)之一，如圖3所示，點(diǎn)M(x，y)即為點(diǎn)23的映像點(diǎn)，該映像點(diǎn)的值即為插值信息。將(x，y)取整后所得的值為(i，j)，因此(i，j)即為相鄰像素點(diǎn)之一，那么周圍四個(gè)相鄰點(diǎn)的坐標(biāo)分別為M1(i，j)，M2(i+1，j)，M3(i，j+1)，M4(i+1，j+1)。當(dāng)然也可向外延伸更多的點(diǎn)，例如利用周圍16個(gè)點(diǎn)作為相鄰像素點(diǎn)，相鄰像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)越多，所計(jì)算出來(lái)的映像點(diǎn)的值也就越準(zhǔn)確，但同時(shí)消耗的時(shí)間也會(huì)更多。
通過(guò)逆向映像找到源圖像所對(duì)應(yīng)的映像點(diǎn)后，即可利用該映像點(diǎn)相鄰的點(diǎn)來(lái)計(jì)算映像點(diǎn)的值。在這里通過(guò)對(duì)源圖像的值加權(quán)的方式來(lái)計(jì)算映像點(diǎn)的值。利用公式高斯權(quán)重Wi以及相鄰像素點(diǎn)的值，來(lái)計(jì)算插入點(diǎn)M(x，y)的信息。計(jì)算公式為f(x,y)=Σi=1kWi*Vi]]>其中，Mi為映像點(diǎn)M(x，y)相鄰的像點(diǎn)，Vi為點(diǎn)M(x，y)的各相鄰像素點(diǎn)的RGB值，其從原始圖像中就可以通過(guò)圖像傳感器得到。高斯權(quán)重Wi=e-r(x-m)2+(y-n)2,]]>并且Σi=14Wi=1,]]>其中(m，n)為各相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)，r為一系數(shù)。
多次實(shí)驗(yàn)表明，相鄰像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)為四個(gè)時(shí)，所消耗的時(shí)間相對(duì)較短，圖像的效果也相當(dāng)不錯(cuò)，因此這里選擇利用周圍四個(gè)像點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算。當(dāng)利用周圍四個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行插值時(shí)(即K值為4)，需要根據(jù)四個(gè)相鄰像素點(diǎn)(M1、M2、M3、M4)的坐標(biāo)計(jì)算出相應(yīng)的四個(gè)高斯權(quán)重，四個(gè)高斯權(quán)重分別為W1=e-r(x-i)2+(y-j)2]]>W2=e-r(x-i-1)2+(y-j)2]]>W3=e-r(x-i-1)2+(y-j-1)2]]>W4=e-r(x-i)2+(y-i-1)2]]>令W1+W2+W3+W4＝1，那么就可以得到系數(shù)r的值，利用r值即可返回來(lái)計(jì)算四個(gè)權(quán)重。通過(guò)上述四個(gè)權(quán)重就可以計(jì)算出f(x，y)的值，即為所要插入的信息。
在上述插值過(guò)程中，采取的是將源圖像中所有的映像點(diǎn)像素點(diǎn)逐一進(jìn)行插值計(jì)算的方法，為了縮短插值所用的時(shí)間，也可采用查權(quán)值表的方式得到權(quán)重，權(quán)值表中記錄了圖像各個(gè)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的權(quán)重，任何區(qū)域都可以在權(quán)重表中查到相應(yīng)的權(quán)重，通過(guò)此權(quán)重即可計(jì)算插值信息。請(qǐng)參見圖4，該圖為本發(fā)明中權(quán)值表生成過(guò)程流程圖。首先做好一個(gè)網(wǎng)格，該網(wǎng)格是將像素點(diǎn)之間的空隙再細(xì)分為復(fù)數(shù)個(gè)小方塊，每一個(gè)小方塊為一區(qū)域，例如對(duì)每四個(gè)像素點(diǎn)組成的方格按照100*100進(jìn)一步劃分，那么該四個(gè)像素點(diǎn)之間就包含有10000個(gè)小方塊。對(duì)于每一塊小方塊，選定其中心的一點(diǎn)為特征點(diǎn)(步驟410)，來(lái)計(jì)算權(quán)重Wi。該特征點(diǎn)的權(quán)重同樣是根據(jù)其相鄰像素點(diǎn)坐標(biāo)(m，n)來(lái)計(jì)算的(步驟420)，再將每一塊的坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的高斯權(quán)重記錄下來(lái)(步驟430)，即為權(quán)值表。
需要插值時(shí)，通過(guò)插值坐標(biāo)即可在權(quán)重表中找到對(duì)應(yīng)的高斯權(quán)重，進(jìn)而根據(jù)該高斯權(quán)重Wi以及該相鄰像素點(diǎn)的值Vi，計(jì)算特征點(diǎn)的值f(x，y)。這里的權(quán)重Wi的計(jì)算可以選擇在這樣的四個(gè)點(diǎn)中進(jìn)行，為(0，0)，(0，1)，(1，0)，(1，1)。其它情況都可以映像到這四個(gè)點(diǎn)，再根據(jù)該權(quán)重值計(jì)算插值信息，從而省去了很多次的重復(fù)計(jì)算。按每一塊小方塊來(lái)進(jìn)行處理，在權(quán)值表中找到其相應(yīng)的權(quán)重，進(jìn)而計(jì)算插值信息。從而代替對(duì)每個(gè)點(diǎn)的逐一插值計(jì)算，大大的減小了插值所用的時(shí)間。
雖然本發(fā)明以前述的較佳實(shí)施例揭露如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)相機(jī)圖像技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)該可以作一些少許改動(dòng)與添加，因此本發(fā)明的專利保護(hù)范圍以權(quán)利要求書中所述為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字圖像的插值處理方法，包括如下步驟確定目標(biāo)圖像的像素點(diǎn)在源圖像中相應(yīng)的映像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)；根據(jù)該映像點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)(m，n)，確定高斯權(quán)重Wi；及根據(jù)該高斯權(quán)重Wi以及該相鄰像素點(diǎn)的值Vi，計(jì)算該映像點(diǎn)的值f(x，y)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述確定映像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)的步驟還包括確定從源圖像到目標(biāo)圖像的映像關(guān)系；及計(jì)算目標(biāo)圖像的像素點(diǎn)的逆向映像所對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述根據(jù)該映像點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)(m，n)，確定高斯權(quán)重Wi的步驟，是通過(guò)公式Wi=e-r(x-m)2+(y-n)2]]>計(jì)算的，其中r為一系數(shù)，其值是通過(guò)公式Σi=1kWi=1]]>計(jì)算的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述相鄰像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)為4個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述相鄰像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)為16個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述相鄰像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)為4，即K的值為4時(shí)，若相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(i，j)，(i+1，j)，(i，j+1)，(i+1，j+1)時(shí)，則Wi的值分別為W1=e-r(x-i)2+(y-j)2]]>W2=e-r(x-i-1)2+(y-j)2]]>W3=e-r(x-i-1)2+(y-j-1)2]]>W4=e-r(x-i)2+(y-j-1)2]]>
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)(i，j)，是通過(guò)將映像點(diǎn)的坐標(biāo)值(x，y)取整得到的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述根據(jù)該映像點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)(m，n)，確定高斯權(quán)重Wi的步驟，是通過(guò)查權(quán)值表確定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述權(quán)值表的生成包括如下步驟在相鄰像素點(diǎn)的空隙之間確定一區(qū)域，并在該區(qū)域內(nèi)確定一特征點(diǎn)；根據(jù)該特征點(diǎn)相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)(m，n)，計(jì)算高斯權(quán)重；及記錄該區(qū)域的高斯權(quán)重。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述在相鄰像素的空隙之間確定一區(qū)域的步驟，是為將四個(gè)相鄰像素點(diǎn)所組成的區(qū)域劃分為復(fù)數(shù)個(gè)小方塊，每個(gè)小方塊為一區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述特征點(diǎn)為該區(qū)域內(nèi)的中心點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述根據(jù)該高斯權(quán)重以及該相鄰像素點(diǎn)的值，計(jì)算映像點(diǎn)的值的步驟是通過(guò)公式f(x,y)=Σi=1kWi*Vi]]>計(jì)算的，其中K為相鄰像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像的插值處理方法，其中所述相鄰像素點(diǎn)的值Vi為相應(yīng)相鄰像素點(diǎn)的RGB值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字圖像的插值處理方法，首先確定目標(biāo)圖像的像素點(diǎn)在源圖像中相應(yīng)的映像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)，然后根據(jù)該映像點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)的坐標(biāo)(m，n)，確定高斯權(quán)重W
文檔編號(hào)G06T3/40GK1542692SQ03124108
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者姜彥儒, 葉伯強(qiáng) 申請(qǐng)人:德鑫科技股份有限公司