[發(fā)明專利]基于雙二次B樣條局部插值的圖像縮放方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010158017.1
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN101807291A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏海宏;馮結(jié)青
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理及圖像縮放領(lǐng)域，特別是涉及一種基于雙 二次B樣條局部插值的圖像縮放方法。

背景技術(shù)

圖像縮放就是改變圖像的分辨率，包括從低分辨率到高分辨率的圖像 放大以及從高分辨率到低分辨率的圖像縮小，其核心問題是如何根據(jù)源圖 像的像素顏色分布以及圖像的各種特征，重構(gòu)出新分辨率下目標(biāo)圖像的像 素顏色值。因此，圖像縮放也可以理解為圖像重建中的重采樣。

圖像縮放算法眾多，最常見的是基于核函數(shù)的插值算法，包括零階插 值、線性插值以及各種改進(jìn)的三次插值函數(shù)，而二次插值函數(shù)卻很少被人 提起。根據(jù)Schafer和Rabiner的觀點(diǎn)(參見Thomas?M.Lehmann，Claudia Klaus?Spitzer.Survey：Interpolation?Methods?in?Medical?Image Processing[J].IEEE?Transactions?on?Medical?Imaging，1999，18(11)： 1049-1075)，如果在插值過程中采用的采樣點(diǎn)是奇數(shù)，即插值函數(shù)的次數(shù) 為偶數(shù)，如基于三個采樣點(diǎn)的二次插值函數(shù)、基于五個采樣點(diǎn)的四次插值 函數(shù)等，都會造成線性失真而不適合用來進(jìn)行圖像插值；而基于偶數(shù)個采 樣點(diǎn)的奇數(shù)次插值函數(shù)如三次插值、五次插值，都不會帶來線性失真的結(jié) 果，因而也適合應(yīng)用于圖像插值領(lǐng)域。該理論分析認(rèn)為二次插值主要有如 下問題：一是插值三個采樣點(diǎn)的二次插值函數(shù)不是一個線性移不變系統(tǒng)， 用于圖像縮放會帶來圖像失真，造成不好的視覺效果；二是二次函數(shù)在插 值的過程中只采用了三個采樣點(diǎn)，會造成有兩個采樣點(diǎn)位于當(dāng)前所求點(diǎn)一 側(cè)、一個采樣點(diǎn)位于另一側(cè)的不對稱情況。相比之下，線性插值算法中所 求點(diǎn)左右兩側(cè)各有一個采樣點(diǎn)，而三次插值算法中所求點(diǎn)左右兩側(cè)各有兩 個采樣點(diǎn)，都是對稱分布的。

早期廣泛使用的零階插值和雙線性插值算法，具有簡單高效的特點(diǎn)， 但會產(chǎn)生明顯的鋸齒或者邊緣模糊現(xiàn)象；三次插值在一定程度上改善了低 階插值的邊緣模糊的缺點(diǎn)，但計(jì)算量較大，降低了計(jì)算效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于雙二次B樣條局部插值的圖像縮放方法，在獲 得類似于雙三次插值算法效果的同時大大提高了計(jì)算效率。

一種基于雙二次B樣條局部插值的圖像縮放方法，包括如下步驟：

(1)將分辨率為M×N的源圖像由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV顏色空 間，YUV空間中的Y代表圖像的亮度信息，U、V表示色度信息。由于 人眼對亮度信息的敏感性遠(yuǎn)大于對色度信息的敏感性，則在處理彩色圖像 時，只需對Y分量采用比較復(fù)雜的算法，而U、V分量之間采用比較簡單 的算法，這樣可以提高整個圖像的處理速度和效率；

(2)將轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV顏色空間后的源圖像放大，得到分辨率為nM×nN 的目標(biāo)圖像，n表示源圖像需要放大的倍數(shù)，以n×n的像素組合矩陣作為 一個處理單元遍歷此目標(biāo)圖像，對每個處理單元執(zhí)行以下三個操作，直至 得到縮放后的圖像的Y分量亮度值：

a.將該處理單元向前映射到源圖像中，生成一個映射點(diǎn)；

b.在源圖像中取該映射點(diǎn)周圍4×4像素的矩陣區(qū)域作為一個采樣點(diǎn) 空間，使映射點(diǎn)成為此采樣點(diǎn)空間四階矩陣的第2行第2列元素，用一個 雙二次B樣條函數(shù)對這個采樣點(diǎn)空間內(nèi)的16個像素的Y分量亮度值進(jìn)行 插值，得到這個雙二次B樣條函數(shù)的控制頂點(diǎn)矩陣矩陣P；

c.將采樣點(diǎn)空間放大n倍得到4n×4n的重采樣空間，將由操作b得 到的控制頂點(diǎn)矩陣P運(yùn)用到重采樣空間得到4n×4n矩陣，并將該4n×4n 矩陣中第n+1行至第2n行、第n+1列至第2n列共n²個元素賦值給當(dāng)前 處理單元的相應(yīng)像素，作為這些像素的Y分量亮度值；

(3)對經(jīng)過步驟(2)處理完成之后得到的目標(biāo)圖像的U、V分量進(jìn)行雙 線性插值運(yùn)算，得到縮放后的圖像的U、V分量亮度值；

(4)根據(jù)縮放后的圖像的Y、U和V分量，將縮放后的圖像轉(zhuǎn)換到RGB 顏色空間。

所述的步驟(1)中由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV顏色空間的轉(zhuǎn)換方 法如下：