專利名稱：圖像放大裝置和圖像放大方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放大圖像的技術(shù)，舉例來(lái)說(shuō)，該技術(shù)應(yīng)用于如手機(jī)和PDA(個(gè)人數(shù)字助理)等設(shè)備以及用于顯示圖像的通用軟件。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)提出了多種圖像放大方法。大多數(shù)通用方法是在對(duì)圖像進(jìn)行上采樣以后(或同時(shí))對(duì)圖像進(jìn)行濾波。這些方法中最著名的例子是雙線性插值和雙三次插值。
然而，這些方法容易使放大的圖像模糊不清。這是由于在圖像放大過(guò)程中丟失了高頻成分。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，非專利文獻(xiàn)1描述了一種方法，該方法中，在圖像放大以后對(duì)丟失的高頻成分進(jìn)行增強(qiáng)/估計(jì)處理，以實(shí)現(xiàn)高清晰度的圖像放大。此外，非專利文獻(xiàn)2描述了一種方法，該方法中，基于先前學(xué)習(xí)的放大前圖像信號(hào)圖案(pattern)與放大后信號(hào)圖案之間的關(guān)聯(lián)，來(lái)估計(jì)放大后的信號(hào)圖案。另外，在非專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)1中描述了與本發(fā)明類似的發(fā)明。假設(shè)放大前的圖像是放大后圖像的縮小和劣化版本，估計(jì)出放大后圖像的像素值。在此過(guò)程中，由于不能唯一地確定放大后圖像的每個(gè)像素值，所以為求解空間設(shè)定了約束條件，通過(guò)獲得約束條件下的最大(最小)解來(lái)放大圖像。經(jīng)常采用相鄰像素的平滑性來(lái)作為約束條件，因此，最終解(即，放大后圖像)往往會(huì)丟失高頻成分而變得模糊。然而，非專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)1采用利用了學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的約束條件，從而可以實(shí)現(xiàn)不丟失高頻成分的求解。
舉例來(lái)說(shuō)，與本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)包括如下所示的專利文獻(xiàn)1和2以及非專利文獻(xiàn)1至3中公開的技術(shù)[專利文獻(xiàn)1] JP 2000-339450 A JP 2002-149105 A[非專利文獻(xiàn)1]H.Greenspan，C.H.Anderson及S.Akber，“ImageEnhancement by nonlinear extrapolation in frequency space”，IEEE Trans.onImag.Proc.，vol.9，no.6，June，2000. Tetsujiro Kondou，“Reality Creating Technique-Digital Reality Creation-”，The Journal of the Institute of Image ElectronicsEngineers of Japan，vol.26，no.6，1997. Simon Baker及Takeo Kanade，“Limits on super-resolution and how to break them”，IEEE Trans.PAMI，vol.24，no.9，Sep.，2002.
但是，上面所引述的現(xiàn)有技術(shù)具有嚴(yán)重的問(wèn)題。圖像信號(hào)的增強(qiáng)程度隨著輸入圖像的不同有著極大的變化，在這種意義上，例如非專利文獻(xiàn)1的技術(shù)包括不清楚的、經(jīng)驗(yàn)式的用于確定表明圖像增強(qiáng)程度的參數(shù)的方法。此外，由于對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行均勻的增強(qiáng)，不可避免地會(huì)由于高頻成分的增強(qiáng)而導(dǎo)致噪聲。
而且，在非專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，放大前的圖像信號(hào)和放大后的圖像圖案之間關(guān)聯(lián)的有效性是令人懷疑的；學(xué)習(xí)得來(lái)的放大后的圖像信號(hào)并不總是對(duì)應(yīng)于放大前的信號(hào)。
此外，與非專利文獻(xiàn)2的發(fā)明相比，非專利文獻(xiàn)3的技術(shù)更多地依賴于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，而要獲得通用的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)是十分困難的。而且，求解極端地耗費(fèi)時(shí)間，也不實(shí)用。此外，盡管專利文獻(xiàn)1能唯一地確定參數(shù)值，但不知道這些值能否適用于所有的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算而獲得高清晰度的放大圖像的技術(shù)。
為了解決這些問(wèn)題，本發(fā)明采用以下手段。即，一種圖像放大裝置，包括劣化單元，它基于輸入的原始圖像來(lái)獲得劣化圖像；
濾波器確定單元，它至少利用劣化圖像來(lái)確定用于原始圖像各個(gè)小區(qū)域的增強(qiáng)濾波器；增強(qiáng)單元，它通過(guò)把濾波器確定單元所確定的濾波器應(yīng)用于各個(gè)小區(qū)域來(lái)進(jìn)行濾波處理，從而獲得增強(qiáng)圖像；以及放大單元，它對(duì)圖像進(jìn)行插值以獲得放大圖像。
該濾波器確定單元可以從劣化圖像得到各個(gè)小區(qū)域的特征，并確定與該特征相關(guān)的增強(qiáng)濾波器來(lái)作為該小區(qū)域所用的增強(qiáng)濾波器。
該濾波器確定單元可以利用預(yù)先準(zhǔn)備的多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)劣化圖像的各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行濾波來(lái)獲得結(jié)果，并根據(jù)這些結(jié)果來(lái)確定各個(gè)小區(qū)域要用哪個(gè)增強(qiáng)濾波器。
該濾波器確定單元可以利用多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)劣化圖像的各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行濾波，同時(shí)改變這多個(gè)提供不同增強(qiáng)程度的增強(qiáng)濾波器的濾波器系數(shù)的分布，由此獲得結(jié)果，并根據(jù)這些結(jié)果來(lái)確定各個(gè)小區(qū)域要用哪個(gè)增強(qiáng)濾波器。
此外，根據(jù)本發(fā)明的圖像放大方法由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，該方法包括基于輸入的原始圖像來(lái)獲得劣化圖像；至少利用該劣化圖像來(lái)確定原始圖像的各個(gè)小區(qū)域的增強(qiáng)濾波器；通過(guò)把確定步驟所確定的濾波器應(yīng)用于各個(gè)小區(qū)域來(lái)進(jìn)行濾波處理，以獲得增強(qiáng)圖像；以及對(duì)圖像進(jìn)行插值以獲得放大圖像。
該確定增強(qiáng)濾波器的步驟可以包括從劣化圖像獲得各個(gè)小區(qū)域的特征，并確定與該特征相關(guān)的增強(qiáng)濾波器來(lái)作為該小區(qū)域所用的增強(qiáng)濾波器。
該確定增強(qiáng)濾波器的步驟可以包括利用預(yù)先準(zhǔn)備的多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)劣化圖像的各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行濾波來(lái)獲得結(jié)果，并根據(jù)這些結(jié)果來(lái)確定各個(gè)小區(qū)域要用哪個(gè)增強(qiáng)濾波器。
該確定增強(qiáng)濾波器的步驟可以包括利用多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)劣化圖像的各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行過(guò)濾，同時(shí)改變這多個(gè)提供不同增強(qiáng)程度的增強(qiáng)濾波器的濾波器系數(shù)分布以獲得結(jié)果，并根據(jù)這些結(jié)果來(lái)確定各個(gè)小區(qū)域要用哪個(gè)增強(qiáng)濾波器。
本發(fā)明可以是使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述步驟的程序。此外，本發(fā)明可以是以計(jì)算機(jī)可讀的方式記錄了該程序的記錄介質(zhì)。因此，可以使計(jì)算機(jī)讀取并執(zhí)行記錄在該記錄介質(zhì)中的程序，以提供其功能。
計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)是指以電、磁、光、機(jī)械的形式或者利用化學(xué)作用來(lái)存儲(chǔ)如數(shù)據(jù)、程序等信息，使得計(jì)算機(jī)可以讀取該信息的記錄介質(zhì)。能與計(jì)算機(jī)分離的這種記錄介質(zhì)包括軟盤、磁光盤、CD-ROM、CD-R/W、DVD、DAT、8mm磁帶和存儲(chǔ)卡。
固定在計(jì)算機(jī)中的這種記錄介質(zhì)包括硬盤和ROM(只讀存儲(chǔ)器)。


圖1示出的是劣化圖像、輸入圖像和放大圖像的解釋性示圖；圖2是說(shuō)明增強(qiáng)過(guò)程的解釋性示圖；圖3是說(shuō)明圖像放大裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4示出的是根據(jù)第一實(shí)施例的放大方法的解釋性示圖；圖5是說(shuō)明邊緣強(qiáng)度(edge strength)與增強(qiáng)濾波器之間的關(guān)聯(lián)的示圖；圖6是說(shuō)明濾波器選擇的解釋性示圖；圖7是說(shuō)明增強(qiáng)濾波器系數(shù)的解釋性示圖；圖8示出的是根據(jù)第二實(shí)施例的放大方法的解釋性示圖；圖9示出的是根據(jù)第三實(shí)施例的放大方法的解釋性示圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照

本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。下面所示的實(shí)施例的構(gòu)造只是解釋性的，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
本發(fā)明通過(guò)進(jìn)行高頻成分增強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高清晰度圖像放大。如非專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)1中所述，由于直接估計(jì)放大后圖像的圖像信號(hào)非常費(fèi)時(shí)而且也不現(xiàn)實(shí)，本發(fā)明對(duì)放大前的圖像信號(hào)進(jìn)行適應(yīng)性的增強(qiáng)(高頻增強(qiáng))以生成會(huì)在放大后丟失的高頻成分。注意，該增強(qiáng)過(guò)程應(yīng)該在畫面或圖像上的平滑區(qū)、邊緣區(qū)等進(jìn)行適應(yīng)性的改變。
這就要求一種能為各個(gè)小區(qū)域適應(yīng)性地選擇增強(qiáng)過(guò)程的方法。小區(qū)域即為一個(gè)濾波單元，它可以是一個(gè)像素、一個(gè)M×N像素塊，或者是肖像中的頭發(fā)、皮膚等區(qū)域。為了找出各個(gè)小區(qū)域的合適增強(qiáng)程度，用評(píng)價(jià)函數(shù)或概率來(lái)描述增強(qiáng)圖像相對(duì)于原始圖像的保真度。
本發(fā)明與非專利文獻(xiàn)3及專利文獻(xiàn)1的發(fā)明之間的顯著區(qū)別是，本發(fā)明的求解空間與所引述文獻(xiàn)的求解空間不同。非專利文獻(xiàn)3及專利文獻(xiàn)1求解放大像素值，而本發(fā)明求解的是用于增強(qiáng)放大前圖像的增強(qiáng)濾波器。
因此，非專利文獻(xiàn)3及專利文獻(xiàn)1的求解是連續(xù)的，而本發(fā)明的求解是離散的。所以，與非專利文獻(xiàn)3及專利文獻(xiàn)1相比，本發(fā)明能極大地減小計(jì)算量。
前面所述的邏輯可以從數(shù)學(xué)上表達(dá)出來(lái)，如下所示定義增強(qiáng)和放大后的高分辨率圖像Su原始的低分辨率圖像(放大前的圖像/輸入圖像)Lo劣化圖像Lo′圖像模糊函數(shù)D()圖像增強(qiáng)函數(shù)D-1()圖像的增強(qiáng)變換F()＝D-1()圖像放大函數(shù)B()圖像縮小函數(shù)B-1()m個(gè)增強(qiáng)濾波器fi(i＝0，1，2，...，m)為各個(gè)小區(qū)域(0，1，2，...，n)選擇的一組增強(qiáng)濾波器F＝{fi(0)，fi(1)，fi(2)，...，fi(n)}根據(jù)這些定義，如圖1所示，假設(shè)放大前的圖像是放大后圖像的縮小和模糊版本，則圖像放大方法可以表達(dá)為L(zhǎng)o＝B-1(D(Su)) (1)
由式(1)，可以得到增強(qiáng)和放大后的高分辨率圖像Su，即為Su=D-1(B(Lo))=F(B(Lo))≅B(F(Lo))---(2)]]>式(2)指出了給定低分辨率圖像Lo時(shí)獲得高分辨率圖像Su的方法。也就是說(shuō)，可以通過(guò)先增強(qiáng)然后放大Lo或者先放大然后增強(qiáng)Lo來(lái)獲得Su。因此，當(dāng)B為已知時(shí)，如果能得到F就能得到高分辨率圖像Su。為了得到F，定義如下式E′＝(Su-F(B(Lo)))2(3)在該式中，計(jì)算出使E′最小的F，然后F(B(Lo)即給出Su。然而，由于Su是未知的，用下面的式子來(lái)代替式(3)E＝(Lo-F(B(Lo′)))2(4)注意，Lo與Lo′之間的關(guān)系如圖1所示。也就是說(shuō)，Su與Lo之間的關(guān)系在Lo與Lo′之間也成立。
Lo′＝B-1(D(Lo)) (5)將式(5)代入式(4)中，得到如下表達(dá)式E＝(Lo-F(B(B-1(D(Lo)))))2＝(Lo-F(D(Lo)))2(6)式(6)稱為或然率，使該或然率最小的F對(duì)應(yīng)于最佳增強(qiáng)濾波器。圖像放大計(jì)算出滿足關(guān)于放大前圖像Lo的式(6)的F。但是，更希望為各個(gè)小區(qū)域確定F的要素，如f0，f1，...，fi，...，而不是為一個(gè)圖像確定一個(gè)F。這是因?yàn)椋瑘D像包括一些不怎么需要增強(qiáng)的小區(qū)域和需要增強(qiáng)的區(qū)域，為了控制各個(gè)小區(qū)域的邊緣增強(qiáng)程度，最好是適應(yīng)性地選擇濾波器。
從式(1)還可以得到如下表達(dá)式E＝(Lo-B-1(D(F(B(Lo)))))2(7)式(7)中，此或然率對(duì)應(yīng)于原始圖像與通過(guò)對(duì)原始圖像進(jìn)行放大/增強(qiáng)并進(jìn)一步對(duì)由此獲得的高分辨率圖像進(jìn)行模糊/縮小而得到的圖像的平方誤差。用式(7)代替式(6)能得到同樣的效果。下面只基于式(6)來(lái)進(jìn)行描述。
將式(6)在小區(qū)域尺度上展開，可得到如下表達(dá)式ek＝(lk-fi(k)(D(lk)))2(8)其中，lk是放大前圖像Lo的小區(qū)域k的特征值?？梢圆捎枚喾N的特征值，例如，當(dāng)小區(qū)域是一個(gè)像素時(shí)，該特征值可以是像素值；當(dāng)小區(qū)域是M×N像素塊時(shí)，該特征值可以是網(wǎng)格特征(mesh feature)或方向特征；當(dāng)小區(qū)域是肖像上的頭發(fā)或皮膚等區(qū)域時(shí)，該特征值可以是紋理特征。圖2給出了式(8)的含義。假設(shè)(低分辨率圖像)＝(劣化并縮小高分辨率圖像而得到的圖像)，為了從低分辨率圖像得到高分辨率圖像，選擇濾波器fi(k)，以使一次劣化然后又利用增強(qiáng)濾波器fi(k)增強(qiáng)后的低分辨率圖像對(duì)應(yīng)于原始低分辨率圖像。
在實(shí)際的圖像放大中，預(yù)先準(zhǔn)備多種增強(qiáng)濾波器fi，利用式(8)為各個(gè)小區(qū)域選擇一個(gè)濾波器。選擇濾波器以后，利用式(2)來(lái)放大圖像。對(duì)放大前的圖像或放大后的圖像進(jìn)行濾波。
圖3示出的是根據(jù)本發(fā)明的圖像放大裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該實(shí)施例的圖像放大裝置1是一普通計(jì)算機(jī)，其具有包括主存儲(chǔ)器和CPU的操作單元12、存儲(chǔ)單元(硬盤)13和輸入/輸出單元14。
存儲(chǔ)單元13存儲(chǔ)有操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序(圖像放大程序等)。
輸入/輸出單元14用于連接如顯示器(顯示單元)或揚(yáng)聲器等的輸出裝置和如鍵盤或麥克風(fēng)等的輸入裝置，還用于連接如FD驅(qū)動(dòng)器或CD-ROM驅(qū)動(dòng)器等的輸入/輸出裝置和如USB或IEEE1394等的輸入/輸出端口，以輸入/輸出圖像。
操作單元12讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元13中的程序，以進(jìn)行圖像放大等。特別是，本實(shí)施例中，操作單元12執(zhí)行圖像放大程序的各個(gè)步驟，以實(shí)現(xiàn)劣化單元、濾波器確定單元、增強(qiáng)單元和放大單元的功能。
劣化單元基于輸入的原始圖像來(lái)獲得劣化圖像。
濾波器確定單元把劣化單元所獲得的劣化圖像劃分成多個(gè)小區(qū)域，得到它們的特征值，并確定與這些特征值相關(guān)的增強(qiáng)濾波器以作為各個(gè)小區(qū)域要用的增強(qiáng)濾波器。
增強(qiáng)單元通過(guò)把濾波器確定單元所確定的濾波器應(yīng)用于相應(yīng)的小區(qū)域來(lái)進(jìn)行濾波，以獲得增強(qiáng)圖像。
放大單元對(duì)圖像進(jìn)行插值以獲得放大后圖像。
盡管本實(shí)施例的圖像放大裝置1是根據(jù)軟件(圖像放大程序)進(jìn)行操作從而實(shí)現(xiàn)劣化單元、濾波器確定單元、增強(qiáng)單元和放大單元的通用計(jì)算機(jī)，但是本發(fā)明的圖像放大裝置并不局限于該示例。例如，它可以是具有專門設(shè)計(jì)用來(lái)實(shí)現(xiàn)這些單元的功能的電子電路(硬件)的電子裝置。
下面參考圖4來(lái)描述根據(jù)本實(shí)施例的圖像放大方法，該方法由如此構(gòu)造的圖像放大裝置來(lái)實(shí)施。
首先，當(dāng)通過(guò)輸入/輸出單元14輸入一圖像時(shí)，操作單元將輸入圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并利用劣化單元的功能、根據(jù)給定的劣化函數(shù)得到劣化圖像。例如，如圖1所示，按照關(guān)系式Lo′＝B-1(D(Lo)從輸入圖像Lo得到劣化圖像Lo′(步驟1簡(jiǎn)稱為S1，下面的步驟也類似)。
接著，濾波器確定單元利用劣化圖像得到各個(gè)小區(qū)域的特征值。本實(shí)施例中，將小區(qū)域定義為一個(gè)像素，濾波器確定單元得到各個(gè)像素的邊緣強(qiáng)度值作為該小區(qū)域的特征值。
舉例來(lái)說(shuō)，邊緣強(qiáng)度值可由式(9)來(lái)定義，u(lk)=8lk-ΣθD(lk±θ)8D(lk)-ΣθD(lk±θ)---(9)]]>該式中，如圖6所示，k±θ代表k周圍的像素。
濾波器確定單元對(duì)劣化圖像進(jìn)行光柵掃描，即，象電視圖像的掃描線一樣依次讀取像素(下文中，這種讀取簡(jiǎn)稱為光柵掃描)，以獲得像素值，并根據(jù)式(9)計(jì)算小區(qū)域的特征值(邊緣強(qiáng)度值)(S2)。
如圖5所示，濾波器確定單元預(yù)先存儲(chǔ)了一個(gè)濾波器表，該濾波器表把具有不同濾波器系數(shù)的增強(qiáng)濾波器f0至fm與邊緣強(qiáng)度值關(guān)聯(lián)起來(lái)，比如在U0≤U≤U1范圍內(nèi)的邊緣強(qiáng)度U對(duì)應(yīng)濾波器f0，在U1≤U≤U2范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)濾波器f1，在U2≤U≤U3范圍內(nèi)的像素值對(duì)應(yīng)濾波器f2，等等。濾波器確定單元參照該濾波器表得到與各個(gè)像素的邊緣強(qiáng)度值相對(duì)應(yīng)的增強(qiáng)濾波器，確定對(duì)輸入圖像的對(duì)應(yīng)像素采用該增強(qiáng)濾波器，并將數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中(S3)。
然后，增強(qiáng)單元對(duì)輸入圖像進(jìn)行光柵掃描并且使用為各個(gè)像素確定的增強(qiáng)濾波器進(jìn)行增強(qiáng)(S4)，放大單元對(duì)增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行放大以獲得放大后的圖像(S5)。也就是說(shuō)，使用針對(duì)輸入圖像各個(gè)像素的增強(qiáng)濾波器(用于增強(qiáng)圖像的函數(shù))來(lái)進(jìn)行式(2)的計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)和放大。利用圖7所示的增強(qiáng)濾波器來(lái)對(duì)各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行此增強(qiáng)處理。圖7中的排列所示出的計(jì)算是用與位置相關(guān)的系數(shù)乘以相鄰像素并得到總和。本實(shí)施例中，預(yù)先設(shè)定增強(qiáng)濾波器的濾波器系數(shù)值。舉例來(lái)說(shuō)，利用公知的插值法來(lái)實(shí)現(xiàn)該放大過(guò)程。增強(qiáng)圖像的步驟4和放大圖像的步驟5可按照相反的順序來(lái)進(jìn)行，即，將輸入圖像先放大(S5)然后再增強(qiáng)(S4)，這樣得到的效果是一樣的。
如前面所述，根據(jù)本實(shí)施例，為各個(gè)小區(qū)域選擇合適的增強(qiáng)濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)，這通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算就能提供高清晰度的放大圖像。
此外，由于本實(shí)施例從各個(gè)小區(qū)域的邊緣強(qiáng)度唯一地得到增強(qiáng)濾波器，所以只需對(duì)劣化圖像進(jìn)行一次光柵掃描就能得到合適的增強(qiáng)濾波器，這就相對(duì)提高了處理的速度。
圖8示出的是根據(jù)第二實(shí)施例的圖像放大方法的解釋性示圖。本實(shí)施例中，濾波器確定單元確定濾波器的方式與第一實(shí)施例的不同。在其它方面，這兩個(gè)實(shí)施例構(gòu)造相同，因此這里就不再描述相同的部分。
本實(shí)施例中，預(yù)先準(zhǔn)備具有不同濾波器系數(shù)的多個(gè)(m個(gè))增強(qiáng)濾波器fi(i＝1，2，3，...，m)，并將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器等之中，以使得濾波器確定單元能參照這些濾波器。然后，在如前面所述獲得劣化圖像以后，濾波器確定單元對(duì)該劣化圖像進(jìn)行光柵掃描，并利用這多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)各個(gè)像素進(jìn)行m次式(8)的計(jì)算，以此獲得各個(gè)增強(qiáng)濾波器的或然率ek(S22)。然后，它確定和存儲(chǔ)使或然率ek最小的濾波器fi(k)，將其作為該像素的增強(qiáng)濾波器(S23)。
在確定了所有像素的增強(qiáng)濾波器以后，用第一實(shí)施例中所述的方式來(lái)增強(qiáng)原始圖像(劣化以前的圖像)，然后將其放大?？梢栽诶貌逯捣糯笤紙D像以后再進(jìn)行該增強(qiáng)，其得到的效果是一樣的。
因此，本實(shí)施例利用多個(gè)具有恒定濾波器系數(shù)的增強(qiáng)濾波器來(lái)得到或然率值，然后選擇使該或然率值最小的濾波器，從而實(shí)現(xiàn)最佳增強(qiáng)濾波器的選擇。
圖9示出的是根據(jù)第三實(shí)施例的圖像放大方法的解釋性示圖。本實(shí)施例中，濾波器確定單元確定濾波器的方式與第一實(shí)施例的不同。在其它方面，這兩個(gè)實(shí)施例構(gòu)造相同，因此這里就不再描述相同的部分。
首先，在如前面所述得到劣化圖像以后，在步驟32中，濾波器確定單元對(duì)該劣化圖像進(jìn)行光柵掃描，利用多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)各個(gè)像素進(jìn)行m次式(8)的計(jì)算，并得到和存儲(chǔ)各個(gè)增強(qiáng)濾波器的或然率ek(S22)。然后，利用式(12)獲得各個(gè)小區(qū)域的、表明增強(qiáng)濾波器適應(yīng)程度的概率p(fi(k))(S33)，通過(guò)最大或然率估計(jì)來(lái)更新濾波器系數(shù)等參數(shù)值以獲得概率p(fi(k))，此后重復(fù)進(jìn)行直到概率p(fi(k))穩(wěn)定地具有相同值或近似相同值(S34至S35)。本實(shí)施例給出的是采用EM算法來(lái)更新參數(shù)(S35)的示例。該EM算法由兩個(gè)步驟組成，稱為E-步驟和M-步驟。E-步驟計(jì)算關(guān)于一未知參數(shù)(這里為F)的對(duì)數(shù)或然率的期望值。給定初始值Ft，據(jù)此計(jì)算式(10)(E-步驟)。其中，p(fi(k))是表明各個(gè)小區(qū)域的增強(qiáng)濾波器適應(yīng)程度的概率。值fti(k)是Ft的要素。根據(jù)式(11)，M-步驟得到使式(10)為最大值時(shí)的F，將其作為Ft+1。用式(10)中的Ft代替由此得到的Ft+1，此后一直重每。
Q(F,Ft)=ΣiΣkp(fti(k))logp(fi(k))---(10)]]>Ft+1=argmaxFQ(F,Ft)---(11)]]>在更新濾波器系數(shù)以后，通過(guò)式(12)再得到概率p(fi(k))(S33)，用它來(lái)計(jì)算式(10)的期望值，且得到包括滿足式(11)的濾波器系數(shù)在內(nèi)的各個(gè)參數(shù)。
p(fi(k))=1Zk12πσi2exp[-ek4σi2]---(12)]]>Zk=Σi12πσi2exp[-ek4σi2]]]>此式中，Zk為分配函數(shù)，而σ2i為ek的方差。
當(dāng)該過(guò)程執(zhí)行幾次以后，p(fi(k))就幾乎不變了。確定其變化范圍是否不大于一個(gè)給定值(S34)，當(dāng)該變化不大于給定值時(shí)，該過(guò)程就進(jìn)行到下一步驟，認(rèn)為解是收斂的。隨后，對(duì)于各個(gè)小區(qū)域，確定并存儲(chǔ)具有最高概率p(fi(k))的增強(qiáng)濾波器，作為該小區(qū)域所要采用的增強(qiáng)濾波器(S36)。
然后，采用由此確定的增強(qiáng)濾波器，對(duì)輸入圖像進(jìn)行如前所述的增強(qiáng)并且放大?？梢栽诶貌逯捣糯笤紙D像以后再進(jìn)行該增強(qiáng)過(guò)程，其得到的效果是一樣的。
正如前面所述，本實(shí)施例能夠在選擇增強(qiáng)濾波器的過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行濾波器系數(shù)估計(jì)和各個(gè)小區(qū)域的濾波器選擇，從而執(zhí)行適合于輸入圖像特征的增強(qiáng)。
采用本發(fā)明能通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算就得到高清晰度的放大圖像。
權(quán)利要求
1.一種圖像放大裝置，包括劣化單元，其基于輸入的原始圖像獲得劣化圖像；濾波器確定單元，其至少利用所述劣化圖像來(lái)為所述原始圖像的各個(gè)小區(qū)域確定增強(qiáng)濾波器；增強(qiáng)單元，其通過(guò)把所述濾波器確定單元所確定的濾波器應(yīng)用于所述各個(gè)小區(qū)域來(lái)執(zhí)行濾波處理，從而獲得增強(qiáng)的圖像；以及放大單元，其對(duì)圖像進(jìn)行插值以獲得放大后的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像放大裝置，其中，所述濾波器確定單元從所述劣化圖像獲得各個(gè)小區(qū)域的特征，并確定與該特征相關(guān)的增強(qiáng)濾波器，作為該小區(qū)域所用的增強(qiáng)濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像放大裝置，其中，利用預(yù)先準(zhǔn)備的多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)所述劣化圖像的各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行濾波，從而獲得結(jié)果，所述濾波器確定單元根據(jù)該結(jié)果來(lái)確定各個(gè)小區(qū)域要用哪個(gè)增強(qiáng)濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像放大裝置，其中，利用多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)所述劣化圖像的各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行濾波，同時(shí)改變所述多個(gè)提供不同增強(qiáng)程度的增強(qiáng)濾波器的濾波器系數(shù)的分布，以此獲得結(jié)果，所述濾波器確定單元根據(jù)該結(jié)果來(lái)確定各個(gè)小區(qū)域要用哪個(gè)增強(qiáng)濾波器。
5.一種由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的圖像放大方法，包括以下步驟基于輸入的原始圖像來(lái)獲得劣化圖像；至少利用所述劣化圖像來(lái)為所述原始圖像的各個(gè)小區(qū)域確定增強(qiáng)濾波器；通過(guò)把所述確定步驟所確定的濾波器應(yīng)用于所述各個(gè)小區(qū)域來(lái)執(zhí)行濾波處理，從而獲得增強(qiáng)的圖像；以及對(duì)圖像進(jìn)行插值以獲得放大后的圖像。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像放大方法，其中，所述確定增強(qiáng)濾波器的步驟包括從所述劣化圖像獲得各個(gè)小區(qū)域的特征，并確定與該特征相關(guān)的增強(qiáng)濾波器作為該小區(qū)域所用的增強(qiáng)濾波器。
7.如權(quán)利要求5所述的圖像放大方法，其中，所述確定增強(qiáng)濾波器的步驟包括利用預(yù)先準(zhǔn)備的多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)所述劣化圖像的各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行濾波來(lái)獲得結(jié)果，并根據(jù)該結(jié)果來(lái)確定各個(gè)小區(qū)域要用哪個(gè)增強(qiáng)濾波器。
8.如權(quán)利要求5所述的圖像放大方法，其中，所述確定增強(qiáng)濾波器的步驟包括利用多個(gè)增強(qiáng)濾波器對(duì)所述劣化圖像的各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行濾波，同時(shí)改變所述多個(gè)提供不同增強(qiáng)程度的增強(qiáng)濾波器的濾波器系數(shù)的分布，以此獲得結(jié)果，所述濾波器確定單元根據(jù)該結(jié)果來(lái)確定各個(gè)小區(qū)域要用哪個(gè)增強(qiáng)濾波器。
全文摘要
通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算而獲得高清晰度的放大圖像。如下獲得放大圖像基于輸入的原始圖像來(lái)獲得劣化圖像；至少利用所述劣化圖像來(lái)為所述原始圖像的各個(gè)小區(qū)域確定增強(qiáng)濾波器；通過(guò)把所述確定步驟所確定的濾波器應(yīng)用于所述各個(gè)小區(qū)域來(lái)執(zhí)行濾波處理，從而獲得增強(qiáng)的圖像；以及對(duì)圖像進(jìn)行插值以獲得放大圖像。
文檔編號(hào)G06T3/40GK1677440SQ20041008600
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
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