[發明專利]一種基于單幅圖像的保邊插值超分辨率計算方法

在審

• 申請號: 201710456879.4
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107194877A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 戴瑾;武欣儀
• 申請（專利權）人: 南京大學金陵學院
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T5/00;G06T7/13;G06T7/155
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙)32235
• 代理人: 楊林潔

技術領域

本發明涉及基于單幅圖像的保邊插值超分辨率計算方法，具體是提出圖像處理中利用雙三次插值、邊緣檢測和梯度銳化，選擇和設計特定的算子和算法矩陣獲得高效、輕量的能面向移動設備的算法，在速度和處理質量上能達到一個適于移動設備使用的平衡。

背景技術

隨著移動互聯網技術的迅猛發展現代科技的發展，人們在日常生活中會越來越多從互聯網上的獲取到各種各樣的圖像信息。但一幅圖像的分辨率通常是固定的，一旦放大后就會出現鋸齒、馬賽克或圖像變形等一系列的問題。嚴重影響到視覺效果。然而從硬件設備角度提高成像質量面臨著高精度元件所帶來的昂貴成本。如果能通過軟件的算法把快速高效的把圖像低分辨率轉換成人們視覺上可以接受的清晰的高分辨率圖像是目前非常需要的。這種基于軟件的超分辨率技術的成果在移動設備、遙感、醫學成像、公共安全監控系統等很多領域都有非常重要的應用價值，但目前尚未見有這方面的研究成果。

發明內容

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種有效的單幅圖像保邊插值的計算方法，快速保質的超分辨率圖像，支持在容量小、內核處理能力較低的移動電子設備上，存儲低分辨率的圖像，顯示高分辨率圖像。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為一種基于單幅圖像的保邊插值超分辨率計算方法，能為移動設備提供高分辨率的圖像，包括以下步驟：

1)采用Canny算子提取圖像邊信息，分離邊部分與非邊部分；

2)非邊部分采用雙三次插值方法保證質量與速度；

3)為邊部分處理設計梯度矩陣；

4)根據梯度矩陣進行邊緣修正，實現邊部分銳化還原；

在上述步驟被處理后，即可把單幅圖像轉化成一幅高分辨率的圖像。

進一步的，所述步驟1)采用Canny算子提取圖像邊信息，分離邊部分與非邊部分。指定兩個閾值參數來控制邊的檢測，其中一個閾值控制初始圖像的分割(基礎分割)，另一個閾值控制初始分割后的細節分割。Canny算子還使用卷積去除噪聲，在平滑的圖像上利用圖像的邊緣梯度來判斷邊的趨向性。這是一種使用是最廣泛、效果最優的邊緣檢測算法之一。

11)選取一張需要進行超分辨率處理的圖像；

12)直接將彩色圖像轉換成灰度圖像，或使用分離RGB顏色通道分離出3幅灰度圖；

13)選擇Canny算子檢測出灰度圖像的邊；

在Matlab中，采用edge(Image,’Canny’)函數計算；

進一步的，所述步驟2)中采用非邊部分采用雙三次插值方法，保證圖像的質量與處理速度的均衡。包括如下步驟：

21)在非邊部分選用不易出現馬賽克和鋸齒，以及處理時間較快的雙三線性插值算法；

22)根據已有離散數據集推斷出新的數據點，每1像素點擴展出周圍8個像素點；每個新像素點由周邊最鄰近的四個舊像素點以及像素變化率生成；

23)最終獲得放大2倍，但輪廓模糊的圖像。

進一步的，所述步驟3)中，設計出隔行求差的梯度矩陣，為邊部分處理做準備。包括如下步驟：

31)如果中心點為需要判斷梯度方向的點，根據周圍的8個點的像素值判斷該點向8個方向的趨近度；

32)通過加大垂直方向上的權重，弱化傾斜方向的權重，設計出隔行求差梯度矩陣；

33)獲得垂直向上、垂直向下、水平向左、水平向右、右上方、右下方、左上方、左下方8個方向的梯度矩陣：分別為H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8；

進一步的，所述步驟4)中，選取適當的銳化參數，根據梯度矩陣進行邊緣修正，實現邊部分銳化還原。部分使用梯度矩陣計算每一個點與其周邊8個點的像素值的梯度，計算出邊沿的法向，依據銳化參數，從而根據該方向對插值過后的圖像在邊部分進行銳化還原。最終獲得超分辨率的目標圖像。包括如下步驟：

41)依次選取圖像中每一個像素點根據1)分離邊信息，和2)雙三線性插值處理后該點，判斷是否是邊緣兩側像素點，直到處理完整幅圖像的所有的像素點。

42)如果是邊像素點，轉向43)，如果是非邊像素點，轉向41)；

43)邊緣兩側的像素點與這些梯度矩陣做卷積運算

44)采用冒泡算法確定梯度值最大的方向，使該像素點趨近于反方向；

45)使用修正公式：Ai＝(Ai*f-P*g)/(f-g)，其中P為邊緣兩側的像素點，Ai為P點最大梯度方向上生成的新像素點，并選取銳化參數f＝8；g＝1。