[發明專利]一種邊緣導向的自適應圖像插值方法及其VLSI實現裝置

有效

• 申請號: 201310412603.8
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103500435A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 孫宏濱;陳秋伯;楊潔;張旭翀;趙季中;鄭南寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于數字視頻圖像處理與顯示技術領域，具體涉及一種邊緣導向的自適應圖像插值方法及其VLSI實現裝置。

背景技術

視頻顯示系統中，由于視頻源分辨率多種多樣，視頻輸入信號在被送入平板顯示器件顯示之前，需要經過圖像插值縮放處理。圖像插值縮放單元將不同格式和分辨率的圖像進行放大或縮小，使其成為顯示屏可以支持的圖像格式。隨著顯示面板尺寸和分辨率的不斷提升，圖像插值縮放技術在視頻處理系統中的地位越來越重要。由于圖像插值縮放的性能直接決定了視頻顯示的質量，因此視頻顯示系統迫切需要高質量的圖像插值縮放來提高用戶的視覺體驗。

當前，平板顯示器件已普及了高清分辨率，并迅速向超高清分辨率4K（3840*2160）發展。然而，由于受到拍攝、編輯和處理設備等因素的限制，視頻源大部分還處在標清分辨率水平。以480P（720*480）分辨率視頻源在4K分辨率顯示面板上顯示為例，其放大倍數將達到近25倍，這樣一高倍率縮放使傳統基于雙線性和雙三次圖像縮放技術在圖像邊緣區域產生較明顯的鋸齒或失真，從而無法滿足實際需求。

基于邊緣的自適應圖像插值技術考慮到圖像內容信息的差異，自適應選擇恰當的方法，有望解決圖像邊緣和細節的失真。但是，考慮邊緣的插值計算通常需要復雜的算法處理和較多的運算資源，難以通過集成電路設計來實現，因此很難滿足實時處理的視頻顯示系統的需求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種硬件資源耗費低的邊緣導向的自適應圖像插值方法及其VLSI實現裝置，該方法能夠在高縮放倍率條件下保證圖像邊緣和細節部分清晰無失真；同時，該方法還能以有限的運算資源實現對視頻圖像的實時處理，有利于集成電路架構實現。

為了實現上述目的，本發明邊緣導向的自適應圖像插值方法包括以下步驟：

1）計算源圖像像素點的梯度幅值和梯度方向，通過比較梯度幅值和局部自適應閾值獲得邊緣信息，邊緣方向為梯度方向的垂直方向；

2）將邊緣方向分類成8個角度域，采用邊緣信息濾波方法對邊緣信息進行濾波，以使源圖像分為規則邊緣區域與非邊緣區域；其中，所述的濾波方法的步驟如下：

2.1）選取待插值點pi周圍4x4陣列的16個像素點作為pi的邊緣信息濾波參考點，4x4陣列為參考陣列，統計4x4陣列中邊緣點個數，記為counter；在4x4陣列的邊緣點中統計邊緣方向分類的8個角度域中各個角度域的邊緣點個數，記為edge_counter(m),m=0,1,…7，找出8個角度域中邊緣點分布最多的角度域m_max，m_max的邊緣點個數記為max_edge_counter，m_max的邊緣點方向記為max_edge_region；

2.2）若counter≥4，并且有max_edge_counter/counter>th時，則pi處于規則邊緣區域，pi的邊緣方向為max_edge_region，插值時pi沿邊緣方向插值；否則，pi處于非邊緣區域；其中，th表示判定閾值；

3）將邊緣方向分類成的8個角度域劃分成角度類Ⅰ、角度類Ⅱ以及角度類Ⅲ；當待插值點pi處于規則邊緣區域時，若pi處于角度類Ⅰ中，則采用基于局部梯度信息的改進雙三次插值方法進行圖像插值；若pi處于角度類Ⅱ中，則采用斜向雙三次插值方法進行圖像插值；若pi處于角度類Ⅲ中，則采用斜向雙線性插值方法進行圖像插值；

當pi處于非邊緣區域時，采用基于局部梯度信息的改進雙三次插值方法進行圖像插值。

所述的局部自適應閾值的計算方法為：

對于源圖像中的每一個像素點，計算以其為中心的3x3窗內的梯度幅值的均值average_th，局部自適應閾值local_th由下式得到：

local_th=max(average_th，min_th)

其中，min_th為設置的局部自適應閾值的下限。

所述的步驟2）將邊緣方向分類成8個角度域的方法為：

將邊緣方向劃分為8個角度域，記為角度域0～7，分別以過零點的0、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°以及157.5°方向的射線及其反向延長線為中心分割線，再將中心分割線分別向順時針方向和逆時針方向旋轉11.25°。