專利名稱：圖像縮放器中辛克函數(shù)加窗插值方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像縮放變換處理的一種重要方法——圖像縮放插值的選擇方法，尤其是圖像縮放器中辛克函數(shù)加窗插值方法。
背景技術(shù)：
圖像縮放的選擇方法很有很多種，最為常用的是雙線性插值和三次卷積法以及最鄰近插值方法。但是常用的插值方法在實現(xiàn)圖形縮放變換的時候，存在縮放范圍小，在獲取高質(zhì)量縮放圖像時存在計算量大，效率低的問題。現(xiàn)在絕大多數(shù)的圖像縮放處理采用的都是常用方法，國內(nèi)還沒有開發(fā)出此方面的新算法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種圖像縮放處理的方法，使得在對圖像進行縮放處理，特別進行不規(guī)則縮放處理的時候，能夠獲得縮放范圍大，高質(zhì)量的縮放圖像，且具有較高的處理效率。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的圖像縮放處理的實質(zhì)是通過數(shù)字圖像處理的方法來實現(xiàn)信號的抽取或者插入，這樣的一個過程可以用理想的低通濾波器來完成，Sinc函數(shù)一直被當(dāng)作理想濾波器，但是Sinc函數(shù)是無限長的連續(xù)的點，因此要實現(xiàn)某一點的插值，將需要其前后無限多個取樣點來決定，因而導(dǎo)致Sinc函數(shù)不可能直接應(yīng)用。實際上，設(shè)計插值器的目的是得出某一時刻的信號值，并不需要完全恢復(fù)信號，因此我們可以對Sinc函數(shù)做有限長度的截取來進行插值，或者運用其他可實現(xiàn)的近似方法來代替，如最鄰近插值法，線性差值法，三次卷積法等。
理論上，Sinc函數(shù)可以通過一切可能的窗函數(shù)來截取。但對Sinc函數(shù)直接截尾將導(dǎo)致所謂的吉布斯(Gibbs)現(xiàn)象，它表現(xiàn)為在濾波器幅頻特性不連續(xù)附近，也就是靠近通帶和阻帶的邊緣處，濾波器的頻率特性將出現(xiàn)大的波紋，而且這個波紋不隨濾波器持續(xù)時間的增加而減小，只是寬度變得窄一些而已。因此對Sinc直接截尾或者采用矩形窗處理在實踐中極少采用。
對理想特性Sinc進行窗處理的一個較成功的方法是靠近濾波器的兩端用一個加權(quán)序列w(n)使得幅度較緩慢的衰減到零，這個加權(quán)序列w(n)常稱為窗。
為了控制吉布斯現(xiàn)象，我們采用Sinc函數(shù)加Kaiser窗來逼近理想濾波器，凱塞窗(Kaiser window)是一種可調(diào)參數(shù)的窗函數(shù)，形式如下 I0(β)——第一類零階修正貝塞爾函數(shù)；N——窗長度參數(shù)；β——形狀參數(shù)，代表旁瓣波紋峰高和主瓣寬度或者能量兩者之間頻響方面的某種折衷，β越大，則w(n)窗越窄，而頻譜的旁瓣越小，但主瓣寬度也相應(yīng)增加。
此處參數(shù)的確定，可以通過以下的方法定義A＝-20log10δΔω＝ωs-ωpδ——窗函數(shù)頻率響應(yīng)的峰值逼近誤差；ωs——當(dāng)|H(ejω)|≤δ時的阻帶截止頻率；ωp——當(dāng)|H(ejω)|≥1-δ時的通帶截止頻率；Δω——濾波器過渡帶寬度；β值在規(guī)定的A值下，可由下式計算β=0if A≤210.5842×(A-21)0.4+0.07886×(A-21)else if21<A≤500.1102×(A-0.87)else if A>50]]>另外，要得到預(yù)定的A值和Δω值，N必須滿足N=(A-7.95)×2π14.36×Δω+1]]>根據(jù)待縮放圖像的圖像特征，包括圖像的分辨率和刷新率等特征，通過一定的選擇方法來確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度。由這兩個參數(shù)來得到Kaiser窗的參數(shù)和Sinc函數(shù)參數(shù)。凱塞窗目的是將頻率響應(yīng)的主瓣和旁瓣的能量譜的比值達到最大而導(dǎo)出的窗函數(shù)。
本發(fā)明的特點是所采用的Kaiser窗具有可調(diào)參數(shù)β，此參數(shù)可以通過需要變換的圖像特征來設(shè)置，可直接由圖像特征得到需要設(shè)計的濾波器的截止頻率和過渡帶帶寬，從而得到Kaiser窗的β參數(shù)，窗的長度N和Sinc函數(shù)的參數(shù)，在圖像變換過程中，針對不同圖像，不同行，得出最為合適的參數(shù)來進行圖像縮放，此種方法來的比其他傳統(tǒng)方法更為準(zhǔn)確、有效，這種方法適合于各種圖像縮放處理，可以方便并準(zhǔn)確得到變換后的圖像，并且縮放后的圖像質(zhì)量好，圖像縮放范圍大。確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度是計算和選擇的關(guān)鍵，Kaiser參數(shù)的計算與輸出均以濾波器的截止頻率和過渡帶寬度為基礎(chǔ)導(dǎo)出。
四
圖1為本發(fā)明Sinc函數(shù)加Kaiser窗插值方法的程序框圖首先從待處理圖像中提取圖像的分辨率和刷新率，確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度，Kaiser函數(shù)參數(shù)計算，Sinc函數(shù)計算，二者相乘確定濾波器表達式，然后對圖像逐行插值處理。
五
具體實施例方式
圖像縮放的插值方法選擇一般有最鄰近插值，雙線性插值，三次卷積法等等。本發(fā)明采用Sinc函數(shù)加Kaiser窗的方法，根據(jù)待縮放圖像的特征進行參數(shù)設(shè)置。將此插值方法做成一個可以直接調(diào)用的子程序，應(yīng)用在圖形縮放處理中，根據(jù)圖像縮放處理過程中縮放后的圖像形狀特征以及縮放比例設(shè)定Kaiser窗參數(shù)和Sinc函數(shù)參數(shù)，對待處理圖像進行插值處理，得到縮放后的圖像。本發(fā)明應(yīng)用在使用FPGA作為投影儀核心圖像處理部件的系統(tǒng)中，根據(jù)待縮放的圖像特征，靈活設(shè)置校正參數(shù)，可以實現(xiàn)大角度的校正范圍和高質(zhì)量的校正圖像。
對于800×600VGA@60Hz的圖像，其圖像像素點的頻率為28.8MHz。那么濾波器截止頻率可以取10MHz～14.4MHz，過渡帶寬度可取0.1π，這樣后可根據(jù)前面分析進行進一步的參數(shù)計算。部分程序如下<pre listing-type="program-listing">if(A＜＝21.0) β＝0.01；else if(A＜＝50.0) β＝(0.5842*(A-21.0)^0.4)+(0.07886*(A-21))；else β＝0.1102*(A-8.7)；……ωc＝(ωs+ωp)/2；coef＝ωc*sinc(ωc*(n-M/2)/pi)/pi；h＝coef.*W</pre>
權(quán)利要求
1.圖像縮放器中的插值選擇方法，對Sinc函數(shù)做有限長度的截取來進行插值，其特征是采用Sinc函數(shù)加窗的方法來實現(xiàn)圖像縮放處理是通過數(shù)字圖像處理的方法來實現(xiàn)信號的抽取或者插入，并設(shè)計插值器，用于得出某一時刻的信號值；對Sinc函數(shù)做有限長度的截取來進行插值，其處理的方法是靠近濾波器的兩端用一個加權(quán)序列w(n)使得幅度較緩慢的衰減到零，這個加權(quán)序列w(n)稱為窗采用Sinc函數(shù)加凱塞窗Kaiser來逼近理想濾波器；凱塞窗是一種可調(diào)參數(shù)的窗函數(shù)，形式如下 I0(β)——第一類零階修正貝塞爾函數(shù)；N——窗長度參數(shù)；β——形狀參數(shù)，代表旁瓣波紋峰高和主瓣寬度或者能量兩者之間頻響方面的某種折衷，β越大，則w(n)窗越窄，而頻譜的旁瓣越小，但主瓣寬度也相應(yīng)增加；此處參數(shù)的確定的方法定義A＝-20log10δΔω＝ωs-ωpδ——窗函數(shù)頻率響應(yīng)的峰值逼近誤差；ωs——當(dāng)|H(ejω)|≤δ時的阻帶截止頻率；ωp——當(dāng)|H(ejω)|≥1-δ時的通帶截止頻率；Δω——濾波器過渡帶寬度；β值在規(guī)定的A值下，可由下式計算β=0if A≤210.5842×(A-21)0.4+0.07886×(A-21)else if21≤A≤500.1102×(A-0.87)else if A>50]]>得到預(yù)定的A值和濾波器過渡帶寬度值，N滿足N=(A-7.95)×2π14.36×Δω+1.]]>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像縮放器中的插值選擇方法，其特征是通過選擇方法來確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度；由這兩個參數(shù)來得到凱塞窗的參數(shù)和Sinc函數(shù)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像縮放器中的插值選擇方法，其特征是所采用的凱塞窗Kaiser具有可調(diào)參數(shù)β，此參數(shù)通過需要變換的圖像特征來設(shè)置，直接由圖像特征得到需要設(shè)計的濾波器的截止頻率和過渡帶帶寬，從而得到Kaiser窗的β參數(shù)、窗的長度N和Sinc函數(shù)的參數(shù)，在圖像變換過程中，針對不同圖像，不同行，得出最為合適的參數(shù)來進行圖像縮放。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的圖像縮放器中的插值選擇方法，其特征是其參數(shù)確定特征是根據(jù)待縮放圖像的圖像特征分為兩個過程，一是由圖像特征確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度，二是根據(jù)得到的過渡帶寬度來獲得參數(shù)β和窗長度N以及Sinc函數(shù)的參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的圖像縮放器中的插值選擇方法，其特征是所述的確定濾波器的截止頻率和過渡帶寬度的過程，通過圖像特征來確定的，此特征包括輸入圖像的圖像分辨率，圖像刷新率因素；計算得出濾波器的截止頻率和過渡帶寬度，從而進一步計算得到Kaiser窗的β參數(shù)和窗長度參數(shù)N以及Sinc函數(shù)的參數(shù)。
全文摘要
圖像縮放器中的插值選擇方法，對Sinc函數(shù)做有限長度的截取來進行插值，采用Sinc函數(shù)加窗的方法來實現(xiàn)圖像縮放處理是通過數(shù)字圖像處理的方法來實現(xiàn)信號的抽取或者插入，并設(shè)計插值器，用于得出某一時刻的信號值；對Sinc函數(shù)做有限長度的截取來進行插值，其處理的方法是靠近濾波器的兩端用一個加權(quán)序列w(n)使得幅度較緩慢的衰減到零，這個加權(quán)序列w(n)稱為窗根據(jù)待縮放圖像的圖像特征，計算得出濾波器的截止頻率和過渡帶寬度，進一步計算得到Kaiser窗的β參數(shù)和窗長度參數(shù)N以及Sinc函數(shù)的參數(shù)。將此插值過程做成模塊，應(yīng)用在圖像縮放處理中能獲得大的縮放范圍和較好的縮放質(zhì)量，計算量小，效率優(yōu)。
文檔編號G06T3/40GK1916964SQ20061008617
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者沈慶宏, 曹鳳蓮, 都思丹, 田敏雄, 高敦堂 申請人:南京大學(xué)