[發明專利]一種保持邊緣特征的數字圖像放大方法

有效

• 申請號: 201210442006.5
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN102930504A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 周元峰;郭瑩瑩;張彩明
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明屬于數字圖像處理的圖像放縮領域，具體涉及一種保持邊緣特征的數字圖像放大方法。

背景技術

空間分辨率是衡量數字圖像最重要的參照標準之一。盡管由數字攝像機或掃描儀等獲得的原始圖像分辨率穩步增長，總有新的技術需要更高的空間分辨率。比如為了計算機醫學輔助診斷中觀察圖像中一個小的病理變化區域需要將病理區域放大；為了適應在高清電視或者顯示器上的播放需要標清視頻幀的向上轉換。除此之外，圖像放大在一些領域如計算機視覺、監視、遙感等領域起著有益甚至不可替代的作用。

圖像放縮最基本的方法是像素復制，這種方法的插值精度是常數，因此放大后的圖像具有比較明顯的鋸齒。雙線性插值和雙三次插值分別使用一次和三次多項式進行插值，具有較高的精度，且放大效果比像素復制好得多。此外，其它的一些內插方法最小二乘、分型、和B樣條改進了傳統的線性和三次插值方法，但是效果并不明顯。總之，以圖像數據點作為插值數據構造插值曲面的方法，圖像數據本質上是區域的采樣，區域上的采樣是對原場景的平滑，因此，直接應用圖像數據構造曲面將丟失一些圖像細節。

針對傳統插值方法的問題，空間自適應的插值算法被提出來。這些算法根據圖像局部結構自適應調整插值系數，以更好地保持邊緣特征。根據邊緣信息的獲取方式，自適應算法分為顯示和隱式兩種。顯式方法的基本思想是，將圖像的邊緣信息顯式地表達出來，并引導插值過程沿著邊緣方向調整插值系數，但該方法容易受到噪聲、模糊等因素的影響。隱式方法則可以較好地解決顯式方法的不足，其基本思想是，通過對局部圖像鄰域內統計量進行估計，從而根據隱式包含有邊緣特征信息的統計量對插值過程進行自適應調整。

發明內容

針對現有技術存在的缺點，本發明所提出了一種保持邊緣特征的數字圖像放大方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種保持邊緣特征的數字圖像放大方法，包括以下步驟：

步驟1確定各待放大像素以及以該待放大像素為中心的相應的待放大單元以及放大單元；

步驟2確定放大單元最外圍像素中每個像素的曲面擬合的區域，并重新采樣放大單元最外圍一圈的像素；

步驟3利用空間自適應方法確定放大單元里面中間像素的系數；

步驟4利用帶約束的最小二乘方法確定出放大單元的中間像素；

步驟5在放大單元中提取高分辨率像素。

所述的步驟1每個待放大像素的待放大單元以及放大單元的確定方法如下：定義每一個待放大的像素及其周圍的3×3鄰域為待放大單元，將待放大單元放大兩倍之后的6×6像素單元表示為放大單元。

所述的步驟2曲面擬合并重新采樣放大單元最外圍一圈的像素包括如下步驟：

（1）根據放大單元像素與其待放大單元中像素的對應位置，確定放大單元最外圍一圈像素中每個像素的曲面擬合的區域：首先待放大單元里面的每一個像素對應放大單元的里面的每一個2*2像素；其次利用上述的對應關系，確定最外圍一圈像素在待放大單元中的對應像素，此對應像素的3*3鄰域單元即為曲面擬合的區域。

（2）利用二次多項式對擬合的區域進行曲面擬合；

首先，步驟（1）中的曲面擬合的區域看成是原場景采樣得到，并假設該場景能用分片二次多項式表示；其次，利用式（1）對該擬合區域進行曲面擬合

f_i，j(x，y)=a₁u²+a₂uv+a₃v²+a₄u+a₅v+a₆

u,v∈[-1.5,1.5]????（1）

其中：u＝x-i,v＝y-j；

x,y,u,v分別表示曲面參數變量；

f_i，j(x，y)表示對以P_i-1,j-1為中心的3*3像素進行擬合的曲面函數；

系數a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆通過帶約束的最小二乘求解。

（3）利用兩倍采樣頻率的重新采樣方法獲得最外圍一圈的像素；根據步驟（1）中放大單元與待放大單元中像素的對應關系和曲面函數f_i，j(x,y)，設定放大單元的最外圍一圈的每一個像素的積分范圍為待放大單元中對應像素的積分范圍的四分之一，即擴大兩倍的采樣頻率進行重采樣。