一種基于方向標志位的Bayer彩色圖像插值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像插值方法，特別是一種基于方向標志位（direction flag bit)的Bayer彩色圖像插值方法，屬于數(shù)字圖像處理和光電成像領(lǐng)域。該方法實現(xiàn)對Bayer 馬賽克圖像快速高效插值恢復，得到的圖像達到了良好的視覺效果，提高了現(xiàn)有算法的恢 復圖像質(zhì)量，增強了圖像的色彩對比度，強化了圖像的邊緣清晰度，取得了算法性能和圖像 質(zhì)量的平衡?？蒞廣泛應(yīng)用于各種圖像采集系統(tǒng)和數(shù)碼相機系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 在圖像采集和光電成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)字彩色攝像頭一般有兩種；一種是H鏡片 的圖像傳感器，在一個像素上使用H個傳感器分別對R、G、B顏色分量進行采集，圖像分辨 率高，色彩艷麗，但造成相機體積大、成本高，主要應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域。大多數(shù)彩色相機采用單 鏡片圖像傳感器，然后在感光表面覆蓋一層顏色濾波陣列（color filter array, CFA)，經(jīng) 過CFA后每個像素點只能獲得物理H基色（紅、綠、藍）任意其中一種分量，每個像素點存 在的顏色分量可能不同，但均僅含有其中一種顏色分量。為了獲得全彩色圖像，就要利用 周圍像素點復原另外兩種缺少的顏色分量，稱該個過程為顏色插值。
[0003] 隨著數(shù)碼相機的快速發(fā)展和逐漸普及，關(guān)于Bayer彩色圖像的插值算法在圖像壓 縮、解碼和顯示方面變得越來越重要，在過去十幾年中一直是研究熱點。目前已經(jīng)出現(xiàn)了一 些應(yīng)用到數(shù)碼相機中的優(yōu)秀算法，但是目前的彩色插值算法還存在著一些難題。傳統(tǒng)的算 法大體可W分為兩大類，第一類是利用單通道進行獨立插值，算法簡單快速，缺點是插值恢 復的圖像質(zhì)量效果欠佳，無法應(yīng)用到高精度系統(tǒng)中。第二類利用了多通道相關(guān)性進行插值， 插值效果有所提高，但由于算法復雜，運算量大，應(yīng)用受限。
[0004] 因此，如何選擇適當?shù)腂ayer彩色圖像算法，在圖像質(zhì)量和還原效率之間達到平 衡是當前圖像采集和光電成像領(lǐng)域迫切面臨的實際問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明技術(shù)解決問題；針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于方向標志位 (direction flag bit)的Bayer彩色圖像插值方法，可W提高現(xiàn)有算法的恢復圖像質(zhì)量，增 強圖像的色彩對比度，強化圖像邊緣清晰度，在性能和效率之間取得平衡。
[0006] 為實現(xiàn)該樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于方向標志位的Bayer彩色圖像 插值方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一、原始Bayer圖像邊緣梯度檢測：
[0008] 原始Bayer圖像中，H種顏色分量間存在較強的相關(guān)性，為降低復雜度，僅考慮某 一分量的梯度信息來確定方向標志位。
[0009] 所述方向標志位含義定義為：
[0010] flag = 00表示邊緣存在像素點水平方向；
[0011] flag = 01表示邊緣存在像素點垂直方向；
[0012] flag = 10表示邊緣存在像素點對角方向1 ;
[0013] flag = 11表示邊緣存在像素點對角方向2 ;
[0014] 其中對角方向1取為平面直角坐標系中45°或-135°方向，對角方向2取為平面 直角坐標系中135°或-45°方向。
[0015] 所述梯度檢測算子定義如下：
[0016] 當中也（i，j)像素處于紅色或藍色分量時，
[0017] 水平梯度檢測算子 a :a = |G(i，j+l)-G(i，j-1) I (公式 1)
[0018] 垂直梯度檢測算子目：目=|G(i-l，j)-G(i+l，j) I (公式2)
[0019] 對角梯度檢測算子1 ;
【主權(quán)項】
1. 一種基于方向標志位的Bayer彩色圖像插值方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一、原始Bayer圖像邊緣梯度檢測： 原始Bayer圖像中，每個像素點處僅存在三基色分量中的某一種，需要恢復該像素點 處缺失的其它兩種顏色分量，而原始圖像中不同像素點處的三種顏色分量間存在相關(guān)性， 為降低復雜度，僅考慮某一分量的梯度信息來確定方向標志位； 所述方向標志位含義定義為： flag = OO表示邊緣存在像素點水平方向； flag = 01表示邊緣存在像素點垂直方向； flag = 10表示邊緣存在像素點對角方向1 ; flag = 11表示邊緣存在像素點對角方向2 ; 所述梯度檢測算子定義如下： 當中心第i行，第j列（i，j)像素處于紅色或藍色分量時，其中G(i，j)代表位于第i 行，j列的綠色分量像素灰度值大小，下述符號含義類似； 水平梯度檢測算子a : a = |G(i，j+l)_G(i，j-1) I (公式I) 垂直梯度檢測算子β : β = |G(i-l, j)-G(i+l, j) I (公式2) 對角梯度檢測算子I :
根據(jù)定義的梯度檢測算子計算出每個像素點處水平、垂直和兩個對角方向的梯度值， 選擇其中最小梯度值的方向作為邊緣存在的方向并用定義的標志位進行標記；同時，計算 出每個綠色分量像素點與周圍3X3鄰域內(nèi)紅色分量和藍色分量像素之間的色差值； 其中像素（i，j)處的紅綠色差和藍綠色差定義分別如下：
步驟二、恢復圖像未知綠色分量： 根據(jù)步驟一計算得到的每個像素點標志位信息和色差系數(shù)，對圖像的未知綠色分量進 行恢復；由于人眼視覺特性，高效的插值算法都會沿邊緣進行插值，而不是跨越邊緣，否則 會出現(xiàn)模糊和雜色；因此，針對不同邊緣的插值公式如下： 當flag分別等于00, 01，10, 11時，恢復紅色分量像素處的未知綠色分量公式分別如 下，其中a，b分別是相關(guān)權(quán)重系數(shù)。
按照上述公式進行插值，可以恢復出全部的綠色分量； 步驟三、恢復未知紅色和藍色分量： 對步驟二得到的馬賽克圖像，利用色差定律恢復出剩余的未知紅色和藍色分量；色差 定律假設(shè)不同分量之間的差值在圖像局部范圍內(nèi)，可以看作是接近于一個常數(shù)；利用步驟 二恢復出的已知綠色分量和待求顏色分量之間顏色差恒定的特點，計算得到未知的紅色和 藍色分量，完成對全部顏色分量的插值恢復，最終得到插值完成的彩色圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于方向標志位的Bayer彩色圖像插值方法，其特征在于，所 述步驟一中方向標志位運算和梯度檢測能同時進行，具有并行計算的特點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于方向標志位的Bayer彩色圖像插值方法，其特征在于，所 述步驟一公式3中對角方向1是平面直角坐標系中45°或-135°方向，對角方向2是平面 直角坐標系中135°或-45°方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于方向標志位的Bayer彩色圖像插值方法，其特征在于，所 1 ? 1 述步驟二中，a和b分別為水平和垂直方向像素相關(guān)性的權(quán)重系數(shù)，取a=$，b=^。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于方向標志位的Bayer彩色圖像插值方法，首先對未知綠色分量進行恢復，采用邊緣檢測算子對每個像素點四個方向的梯度進行檢測，根據(jù)檢測到的梯度大小確定每個像素點處的方向標志位信息，同時計算每個像素點與相鄰像素的色差系數(shù)，然后根據(jù)方向標志位信息和色差系數(shù)對未知綠色分量進行插值恢復?；謴统稣鶊D像的全部綠色分量后，最后基于色差法則恢復出全部的未知紅色和藍色分量，最終完成對Bayer圖像的彩色插值。與傳統(tǒng)僅僅檢測水平和垂直邊緣進行單通道獨立插值的方法相比，本發(fā)明在保持原有方法較低復雜度和較高圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上，進一步提高了插值精度，更適合人眼觀察，為后續(xù)用于高精度圖像復原提供了基礎(chǔ)。
【IPC分類】G06T7-00, G06T5-00
【公開號】CN104537625
【申請?zhí)枴緾N201510003095
【發(fā)明人】劉征, 王華闖, 徐智勇, 魏宇星, 蔡敬菊
【申請人】中國科學院光電技術(shù)研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月5日