[發(fā)明專利]一種基于自回歸模型的任意比例圖像插值方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210495044.7
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103854254A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李馬丁;劉家瑛;任杰;郭宗明
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué);北大方正集團有限公司;北京北大方正電子有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;文永明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字圖像增強技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自回歸模型的任意比例圖像插值方法。

背景技術(shù)

圖像插值的目標是利用低分辨率圖像提供的信息，生成更高分辨率的圖像。圖像插值方法一般向原始的低分辨率圖像像素之間插入估計的高分辨率像素點。這些未知的高分辨率像素點可以由其周圍的低分辨率像素點估計得到，從而得到高分辨率的圖像。

在傳統(tǒng)的雙三次插值算法中，所有的高分辨率像素點由其周圍的16個低分辨率像素點加權(quán)平均求得。其中，距離高分辨率像素點越遠的低分辨率像素點，其權(quán)值也就越小。這種雙三次插值算法對所有的像素點采取同樣的方法和相同的權(quán)值進行求解，會使圖像的一些重要信息（比如邊緣）變得模糊。

為了更好地表示邊緣信息，Li等人引入了以低分辨率像素點為中心的自回歸模型。根據(jù)幾何對偶性，他們認為高分辨率像素點與其周圍低分辨率像素點之間的權(quán)值關(guān)系和低分辨率像素點自身之間的權(quán)值關(guān)系是類似的。基于圖像在一小片區(qū)域上結(jié)構(gòu)性質(zhì)不變的假設(shè)，他們對圖像一小片區(qū)域上的低分辨率像素點應(yīng)用自回歸模型，求得在這一小片區(qū)域上的權(quán)值，從而即可求出這一片區(qū)域上的高分辨率像素點。

Zhang等人對Li等人的工作進行了擴展。他們在算法中加入了以高分辨率像素點為中心的自回歸模型，因為他們認為在圖像的一小片區(qū)域當(dāng)中，不論以高分辨率像素點還是以低分辨率像素點為中心，所有的自回歸模型的權(quán)值應(yīng)該都是一樣的。進一步提升了算法的性能。

Ren等人發(fā)現(xiàn)，圖像在一小部分上結(jié)構(gòu)性質(zhì)不變的假設(shè)實際上在某些情況下是不成立的。他們對圖像的一小片區(qū)域進行了像素點之間的相似性度量，對于與要輸出的中心像素點結(jié)構(gòu)相似的像素點，賦予其更高的權(quán)值。

但是上述方法都針對于放大系數(shù)為2的情況，只有這種情況下，高分辨率像素點周圍才有大量且位置固定的低分辨率像素點。

圖1是不同尺度放大后高分辨率像素點（白色點）和低分辨率像素點（黑色點）之間的位置關(guān)系。圖1（a）中，放大系數(shù)為2，兩個低分辨率像素點之間都只插入了一個高分辨率像素點；圖1（b）中，放大系數(shù)為1.5，兩個低分辨率像素點之間就插入了兩個高分辨率像素點；圖1（c）表示更一般的情況，如果放大系數(shù)是一個一般的有理數(shù)s，那么圖中N的大小為s的最小整數(shù)倍。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種效率高、效果好的基于自回歸模型的任意比例圖像插值方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于自回歸模型的任意比例圖像插值方法，包括以下步驟：

（1）將低分辨率圖像上插到目標尺度，得到上插后的圖像M；

（2）確定所述圖像M中待插值的局部區(qū)域W，對所述局部區(qū)域W內(nèi)部除邊緣像素點外每一個像素點建立水平垂直和45度對角線兩種自回歸模型，根據(jù)所述自回歸模型確定初始目標函數(shù)F₀；

（3）將所述局部區(qū)域W除去邊緣像素點外下采至與所述低分辨率圖像相同的尺寸，得到局部區(qū)域W′，將所述局部區(qū)域W′與所述低分辨圖像中與所述局部區(qū)域W′相對應(yīng)的區(qū)域逐像素值相減，將結(jié)果加入初始目標函數(shù)F₀中，得到目標函數(shù)F；

（4）對所述目標函數(shù)F進行迭代求解，獲得所述局部區(qū)域W中心塊的像素點值；

（5）對所述圖像M中的所有局部區(qū)域，重復(fù)步驟（2）~步驟（4），得到最終插值后的高分辨率圖像。

本發(fā)明所述方法，通過對所有像素點都建立自回歸模型，并加入改進的權(quán)值分析，最終使用迭代來求解，提升了基于自回歸模型圖像插值方法的性能。在迭代計算時，考慮到了兩種自回歸模型可能所占比重不一樣，加入了權(quán)值進行調(diào)整，得到的估計結(jié)果更加準確。在輸出時，輸出中心3×3的像素點，而不是僅輸出中心點，從而進一步提升了基于自回歸模型圖像插值方法的性能，降低了插值方法的執(zhí)行時間。

附圖說明

圖1是背景技術(shù)中不同尺度放大后高分辨率像素點和低分辨率像素點之間的位置關(guān)系示意圖；

圖2是具體實施方式中基于自回歸模型任意比例圖像插值方法流程圖；

圖3是具體實施方式中放大系數(shù)為2.5時，在局部區(qū)域內(nèi)建立自回歸模型的過程示意圖；

圖4是具體實施方式中插值整個低分辨率圖像的窗口移動效果示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細描述。

如圖2所示，本實施方式中基于自回歸模型的任意比例圖像插值方法包括以下步驟：