[發(fā)明專利]基于非局部均值的Bayer型CFA圖像去馬賽克方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210073292.2
• 申請日: 2012-03-19
• 公開（公告）號: CN102663719A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王桂婷;焦李成;朱同華;鐘樺;張小華;田小林;公茂果;侯彪;王爽
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T7/40
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及圖像恢復(fù)技術(shù)領(lǐng)域的基于非局部均值的Bayer型CFA圖像去馬賽克方法。本發(fā)明可用于恢復(fù)單傳感芯片相機中CFA圖像的完整彩色信息，從而彌補由于減少相機硬件成本所帶來的圖像彩色信息的丟失；同時，也可用于計算機中對相機以“Raw?Mode”方式保存的原始數(shù)據(jù)進行處理，從而獲得高質(zhì)量的彩色圖像。

背景技術(shù)

單傳感相機采用單片CCD或CMOS傳感芯片，通過在傳感器前覆蓋一個顏色濾波陣列(color?filer?array，CFA)來捕獲圖像。這種方式所捕獲的CFA圖像為一種馬賽克圖像，每個像素點只有三基色中的一個顏色值，而另外兩個顏色值則需要根據(jù)其鄰域信息來插值，這一顏色插值技術(shù)被稱為“去馬賽克”(demosaicing)。

現(xiàn)有的CFA圖像去馬賽克技術(shù)可以簡單地分為線性插值技術(shù)和非線性插值技術(shù)。線性插值最簡單也最具代表性的有雙線性插值和雙立方插值。雙線性插值和雙立方插值技術(shù)的優(yōu)點在于其實現(xiàn)簡單，速度快；但其缺點也是顯而易見的：在圖像中會產(chǎn)生嚴(yán)重的人工痕跡(如彩色鑲邊，即虛假顏色效應(yīng))，尤其在圖像的高頻部分更為突出。相對地，非線性插值技術(shù)更復(fù)雜，由于考慮了RGB通道間的相關(guān)性，其插值效果明顯要優(yōu)于線性插值技術(shù)。這一類技術(shù)有很多，例如，Wenmain?Lu和Yap-peng?Tan在文章中“Color?filter?array?demosaicing：new?method?and?performance?measures”(IEEE?Trans.Image?Process.，vol.12，no.10，pp.1194-1210，Oct.2003)中提出的去馬賽克方法。非線性插值技術(shù)雖然可以獲得優(yōu)質(zhì)彩色圖像，但其復(fù)雜度高，計算代價大。

微軟公司提出的專利申請“用于彩色圖像去馬賽克的優(yōu)質(zhì)梯度校正線性插值”(申請日：2005年03月15日，申請?zhí)枺?00510055929.5，公開號：CN1722852)中公開了一種用于彩色圖像去馬賽克的梯度校正線性插值方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)首先使用現(xiàn)有的線性插值技術(shù)如雙線性插值技術(shù)來估算所需顏色的值，然后通過計算當(dāng)前像素上所需色彩的梯度來計算校正項，最后線性組合該插值和校正項以產(chǎn)生像素上遺漏色彩值。該方法直接使用梯度來影響和校正由現(xiàn)有插值技術(shù)估計的色彩值。但不足之處是：僅僅利用了梯度來校正雙線性插值的結(jié)果，雖然比雙線性插值有了很大改進，但對圖像細(xì)節(jié)部分處理效果仍然不太理想，虛假顏色效應(yīng)依然嚴(yán)重。

西安電子科技大學(xué)提出的專利“基于邊緣方向插值的CFA圖像去馬賽克方法”(申請日：2011年07月22日，申請?zhí)枺?01110207617.7，公開號：CN102254301)中提出一種基于邊緣方向插值的去馬賽克方法。該方法根據(jù)圖像的邊緣走向來插值，使得圖像的邊緣部分的插值效果有了明顯提高。該方法的不足之處是：該方法是通過梯度來判斷邊緣方向，對于大的邊緣能獲得較好的插值結(jié)果，但是對于細(xì)小的邊緣則無法判斷邊緣方向，所以該方法對細(xì)小邊緣和紋理區(qū)域插值結(jié)果不理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有去馬賽克算法對圖像的細(xì)小邊緣和紋理區(qū)域插值效果不佳的缺陷，提出了一種基于非局部均值的Bayer型CFA圖像去馬賽克方法，本發(fā)明采用了非局部均值的思想，將圖像分塊處理，在當(dāng)前圖像塊的鄰域中搜索相似圖像塊，利用圖像的結(jié)構(gòu)相似性對當(dāng)前圖像塊進行插值，使得圖像的高頻部分的插值結(jié)果有顯著的提高，有效抑制了虛假顏色效應(yīng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下主要步驟：

(1)輸入一幅待去馬賽克的Bayer型CFA圖像；

(2)采用亮度公式估計亮度；

(3)在輸入待去馬賽克的Bayer型CFA圖像中逐像素取一個5×5像素大小的圖像塊作為當(dāng)前待去馬賽克的圖像塊；

(4)在當(dāng)前待去馬賽克圖像塊的33×33像素大小的鄰域中提取三組圖像塊集合；

(5)計算圖像塊的權(quán)重

5a)采用高斯核距離公式計算三組圖像塊集合中每個圖像塊與當(dāng)前待去馬賽克圖像塊的高斯核距離；

5b)在三組圖像塊集合中的每組圖像塊集合內(nèi)，按高斯核距離由小到大對該組所有圖像塊進行排序，取前5個圖像塊作為相似圖像塊，舍棄其余圖像塊；

5c)采用權(quán)重計算公式計算每組圖像塊集合中5個相似圖像塊的權(quán)重；

(6)采用加權(quán)平均公式對三組圖像塊集合中的相似圖像塊進行加權(quán)平均；

(7)將加權(quán)圖像塊中的值按像素空間位置一一對應(yīng)地插入到當(dāng)前待去馬賽克圖像塊中；