專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理裝置和方法，并且更具體地，涉及能抑制量化誤差的圖像處理裝置和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，用于執(zhí)行從高位深到低位深的轉(zhuǎn)換的位轉(zhuǎn)換技術(shù)經(jīng)常被用作圖像處理等的量化技術(shù)。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)量化處理將N位圖像轉(zhuǎn)換成L位圖像(N>L)。另一方面，從低位深到高位深的逆轉(zhuǎn)換處理對(duì)應(yīng)于逆量化。經(jīng)常將線(xiàn)性量化技術(shù)用作圖像量化技術(shù)。然而，線(xiàn)性量化技術(shù)計(jì)算成本較低但量化誤差相對(duì)較大。因?yàn)檫@個(gè)原因，當(dāng)高位深的圖像通過(guò)量化被轉(zhuǎn)換成低位深的圖像，然后低位深的圖像通過(guò)逆量化被轉(zhuǎn)換成高位深的圖像(返回到原始位深)時(shí)，恢復(fù)出的高位深的圖像(已經(jīng)經(jīng)受量化和逆量化處理的圖像)與原始圖像(量化和逆量化處理之前的圖像)相比可能會(huì)顯著劣化。
對(duì)此，已經(jīng)建議了 Lloyd-Max量化技術(shù)(例如，參見(jiàn)Lloyd，“PCM中的最小二乘量化(Least squares quantization in PCM)”，IEEE 會(huì)刊，信息理論，vol. IT-28, no. 2,pp. 129-137，Mar. 1982)。一般地，Lloyd-Max量化技術(shù)已作為導(dǎo)致極少圖像失真的量化技術(shù)而為人所知。

發(fā)明內(nèi)容
然而，Lloyd-Max量化技術(shù)沒(méi)有考慮在直接從成像元件獲取的高動(dòng)態(tài)范圍圖像(或RAW圖像)中展現(xiàn)的“稀疏性”(sparsity)。換句話(huà)說(shuō)，Lloyd-Max量化技術(shù)難以獲取在直方圖中具有偏差的稀疏圖像的最優(yōu)解。本發(fā)明是鑒于上述內(nèi)容而做出的，并且希望即使在直方圖中具有偏差的稀疏圖像中也能抑制量化誤差。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種圖像處理裝置，其包括零級(jí)檢測(cè)單元，其從將圖像的像素值根據(jù)像素值大小進(jìn)行分級(jí)的多個(gè)級(jí)之中檢測(cè)像素值的出現(xiàn)頻率為零的零級(jí)；以及非零級(jí)轉(zhuǎn)化單元，其通過(guò)更新由零級(jí)檢測(cè)單元檢測(cè)的零級(jí)的范圍，將零級(jí)轉(zhuǎn)化成像素值的出現(xiàn)頻率為I或更高的非零級(jí)，而不更新級(jí)的總數(shù)。非零級(jí)轉(zhuǎn)化單元可包括級(jí)合并單元，其將由零級(jí)檢測(cè)單元檢測(cè)的零級(jí)合并到鄰近級(jí)，直到像素值的出現(xiàn)頻率等于或大于合并的級(jí)的數(shù)量，以及級(jí)分割單元，其將由級(jí)合并單元合并后的級(jí)分割成數(shù)量等于合并前的級(jí)的數(shù)量的級(jí)，使得所有級(jí)變?yōu)榉橇慵?jí)。圖像處理裝置還可包括級(jí)邊界確定單元，其確定級(jí)的邊界級(jí)邊界確定單元；級(jí)配置單元，其將各像素值根據(jù)其值分配到由級(jí)邊界確定單元確定的邊界劃界的各級(jí)中；以及代表值確定單元，其在由級(jí)邊界確定單元確定的邊界劃界的各級(jí)中計(jì)算由級(jí)配置單元分配的像素值的重心，并且將重心確定為代表值。級(jí)邊界確定單元可確定邊界，使得將像素值的最大值和最小值之間的范圍分割成數(shù)量小于像素值的位深的級(jí)。
代表值確定單元在非零級(jí)轉(zhuǎn)化單元將零級(jí)轉(zhuǎn)化為非零級(jí)后，可計(jì)算每個(gè)級(jí)中的重心并且將重心確定為代表值。級(jí)邊界確定單元可將由代表值確定單元確定的鄰近級(jí)的代表值的中間值確定為級(jí)的邊界。圖像處理裝置還可包括表生成單元，其生成一個(gè)表，其中由代表值確定單元確定的各級(jí)的代表值與各級(jí)的索引相關(guān)聯(lián)。圖像處理裝置還可包括轉(zhuǎn)換單元，其將圖像的各像素值轉(zhuǎn)換成由代表值確定單元確定的、與該像素值對(duì)應(yīng)的級(jí)的代表值，以及索引圖像生成單元，其使用由表生成單元生成的表，將由轉(zhuǎn)換單元從各像素值轉(zhuǎn)換而來(lái)的代表值轉(zhuǎn)換成索引，該索引是該代表值的級(jí)的識(shí)別息。圖像處理裝置還可包括逆量化單元，其使用由表生成單元生成的表將索引轉(zhuǎn)換成代表值。 級(jí)邊界確定單元可確定邊界，使得多個(gè)圖像的所有像素的最大值和最小值之間的范圍被分割為多個(gè)級(jí)，級(jí)配置單元可將多個(gè)圖像的所有像素值根據(jù)其值分配到由級(jí)邊界確定單元確定的邊界劃界的級(jí)，以及表生成單元可產(chǎn)生多個(gè)圖像共用的表，所述表將由代表值確定單元確定的各級(jí)的代表值與各級(jí)的索引相關(guān)聯(lián)。圖像處理裝置還可包括圖像塊分割單元，其將圖像分割為多個(gè)塊，并且級(jí)邊界確定單元、級(jí)配置單元、代表值確定單元、零級(jí)檢測(cè)單元、以及非零級(jí)轉(zhuǎn)化單元的每一個(gè)可獨(dú)立地執(zhí)行針對(duì)由圖像塊分割單元從圖像分割的每個(gè)塊的處理。圖像處理裝置還可包括逆量化單元，其使用由表生成單元生成的表針對(duì)每個(gè)塊獨(dú)立地執(zhí)行用于將索引轉(zhuǎn)換成代表值的處理。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供圖像處理裝置的圖像處理方法，包括在零級(jí)檢測(cè)單元處，從將圖像的像素值根據(jù)像素值大小進(jìn)行分級(jí)的多個(gè)級(jí)之中檢測(cè)像素值的出現(xiàn)頻率為零的零級(jí)，以及在非零級(jí)轉(zhuǎn)化單元處，通過(guò)更新檢測(cè)的零級(jí)的范圍，將零級(jí)轉(zhuǎn)化成像素值的出現(xiàn)頻率為I或更高的非零級(jí)，而不更新級(jí)的總數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，從將圖像的像素值根據(jù)像素值大小進(jìn)行分級(jí)的多個(gè)級(jí)之中檢測(cè)像素值的出現(xiàn)頻率為零的零級(jí)，并且通過(guò)更新檢測(cè)的零級(jí)的范圍將零級(jí)轉(zhuǎn)化成像素值的出現(xiàn)頻率為I或更高的非零級(jí)，而不更新級(jí)的總數(shù)。根據(jù)本發(fā)明以上描述的實(shí)施例，能處理圖像。具體地，能抑制量化誤差。


圖I是示出采用Lloyd-Max量化技術(shù)執(zhí)行量化的圖像處理裝置的主要配置的一示例的框圖；圖2是用于解釋Lloyd-Max量化技術(shù)的量化處理的一示例的流程圖；圖3是用于解釋量化代表值和級(jí)的邊界值之間的關(guān)系的一示例的圖；圖4是示出執(zhí)行量化的圖像處理裝置的主配置的一示例的框圖；圖5A到5C是用于解釋零級(jí)的非零級(jí)轉(zhuǎn)化的一示例的圖；圖6是用于解釋收斂后量化代表值與級(jí)的邊界值之間的關(guān)系的一示例的圖；圖7是用于解釋表的一示例的圖8是用于解釋像素值的索引的一示例的圖；圖9是用于解釋量化處理的一示例的流程圖；圖10是示出執(zhí)行量化的圖像處理裝置的配置的另一示例的框圖；圖11是用于解釋量化處理的另一示例的流程圖；圖12是示出執(zhí)行逆量化的圖像處理裝置的主配置的一示例的框圖；圖13是用于解釋逆量化的一示例的圖；圖14是用于解釋逆量化處理的一示例的流程圖；圖15是示出執(zhí)行逆量化的圖像處理裝置的配置的另一示例的框圖；
圖16是用于解釋逆量化處理的另一示例的流程圖；圖17是示出12-位深的醫(yī)學(xué)圖像的一示例的圖；圖18是示出量化和逆量化后的圖像質(zhì)量的一示例的圖；圖19是示出量化和逆量化后的圖像質(zhì)量的另一示例的圖；圖20是示出量化和逆量化后的圖像質(zhì)量的另一示例的圖；圖21是示出量化和逆量化后的圖像質(zhì)量的另一示例的圖；圖22是示出生成用于量化和逆量化的表的圖像處理裝置的主配置的一示例的框圖；圖23是用于解釋量化處理的一示例的流程圖；圖24A和24B是示出執(zhí)行量化和逆量化的圖像處理裝置的主配置的一示例的框圖；以及圖25是示出個(gè)人計(jì)算機(jī)的主配置的一示例的框圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。請(qǐng)注意，在本說(shuō)明書(shū)以及附圖中，具有大體相同的功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素用相同的參考標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)記，并省略相同的結(jié)構(gòu)要素的重復(fù)解釋。在下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施例(在下文中稱(chēng)作“實(shí)施例”)。描述將以下面的順序進(jìn)行一、第一實(shí)施例(Lloyd-Max 技術(shù))二、第二實(shí)施例(執(zhí)行量化的圖像處理裝置)三、第三實(shí)施例(對(duì)每個(gè)塊執(zhí)行量化的圖像處理裝置)四、第四實(shí)施例(執(zhí)行逆量化的圖像處理裝置)五、第五實(shí)施例(對(duì)每個(gè)塊執(zhí)行逆量化的圖像處理裝置)六、第六實(shí)施例(生成對(duì)應(yīng)于多個(gè)幀的表的圖像處理裝置)七、第七實(shí)施例(個(gè)人計(jì)算機(jī))< 一、第一實(shí)施例>[Lloyd-Max 技術(shù)]首先，將描述Lloyd-Max技術(shù)?！癴”被定義為位深為N位的圖像(N位圖像)P(x，y)的每個(gè)像素值，并且“P (f)”被定義為其概率密度函數(shù)。在此情況下，建立公式(I)和(2):[數(shù)學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.ー種圖像處理裝置，其包括 零級(jí)檢測(cè)単元，其從將圖像的像素值根據(jù)像素值大小進(jìn)行分級(jí)的多個(gè)級(jí)之中檢測(cè)像素值的出現(xiàn)頻率為零的零級(jí)；以及 非零級(jí)轉(zhuǎn)化単元，其通過(guò)更新由所述零級(jí)檢測(cè)單元檢測(cè)的所述零級(jí)的范圍，將所述零級(jí)轉(zhuǎn)化成所述像素值的出現(xiàn)頻率為I或更高的非零級(jí)，而不更新所述級(jí)的總數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像處理裝置， 其中，所述非零級(jí)轉(zhuǎn)化単元包括 級(jí)合并単元，其將由所述零級(jí)檢測(cè)單元檢測(cè)的零級(jí)合并到鄰近級(jí)，直到所述像素值的出現(xiàn)頻率等于或大于合并后的級(jí)的所述數(shù)量，以及 級(jí)分割単元，其將由所述級(jí)合并單元合并的級(jí)分割成數(shù)量等于合并前的級(jí)的數(shù)量的級(jí)，使得所有級(jí)變?yōu)榉橇慵?jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像處理裝置，進(jìn)ー步包括 級(jí)邊界確定單元，其確定所述級(jí)的邊界； 級(jí)配置単元，其將各像素值根據(jù)其值分配到由所述級(jí)邊界確定単元確定的所述邊界劃界的各級(jí)中；以及 代表值確定単元，其在由所述級(jí)邊界確定單元確定的邊界劃界的各級(jí)中計(jì)算由所述級(jí)配置単元分配的像素值的重心，并且將所述重心確定為代表值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像處理裝置，其中， 所述級(jí)邊界確定単元確定所述邊界，使得所述像素值的最大值和最小值之間的范圍被分割成數(shù)量小于所述像素值的位深的級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像處理裝置，其中， 所述代表值確定単元在非零級(jí)轉(zhuǎn)化單元將所述零級(jí)轉(zhuǎn)化為非零級(jí)后，計(jì)算每個(gè)級(jí)中的所述重心并且將所述重心確定為所述代表值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像處理裝置，其中， 所述級(jí)邊界確定單元將由所述代表值確定単元確定的鄰近級(jí)的代表值的中間值確定為所述級(jí)的邊界。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像處理裝置，進(jìn)ー步包括 表生成単元，其生成將由所述代表值確定単元確定的各級(jí)的代表值與各級(jí)的索引相關(guān)聯(lián)的表。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像處理裝置，進(jìn)ー步包括 轉(zhuǎn)換單元，其將所述圖像的各像素值轉(zhuǎn)換成由所述代表值確定単元確定的、與所述像素值對(duì)應(yīng)的級(jí)的代表值，以及 索引圖像生成単元，其使用由所述表生成単元生成的所述表，將由所述轉(zhuǎn)換單元從各像素值轉(zhuǎn)換而來(lái)的所述代表值轉(zhuǎn)換成索引，該索引是所述代表值的所述級(jí)的識(shí)別信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像處理裝置，進(jìn)ー步包括 逆量化単元，其使用由所述表生成単元生成的所述表將所述索引轉(zhuǎn)換成所述代表值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像處理裝置，其中， 所述級(jí)邊界確定単元確定所述邊界，使得多個(gè)圖像的所有像素的最大值和最小值之間的范圍被分割為多個(gè)級(jí)，所述級(jí)配置単元將所述多個(gè)圖像的所有像素值根據(jù)其值分配到由所述級(jí)邊界確定單元確定的所述邊界劃界的級(jí)，以及 所述表生成単元生成所述多個(gè)圖像共用的表，所述表將由所述代表值確定単元確定的各級(jí)的所述代表值與各級(jí)的索引相關(guān)聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像處理裝置，進(jìn)ー步包括 圖像塊分割単元，其將所述圖像分割為多個(gè)塊， 其中，所述級(jí)邊界確定単元、所述級(jí)配置単元、所述代表值確定単元、所述零級(jí)檢測(cè)單元以及所述非零級(jí)轉(zhuǎn)化単元的每ー個(gè)獨(dú)立地執(zhí)行針對(duì)由所述圖像塊分割單元從所述圖像分割的每個(gè)塊的處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像處理裝置，進(jìn)ー步包括 逆量化単元，其使用由所述表生成単元生成的所述表針對(duì)每個(gè)塊獨(dú)立地執(zhí)行用于將所述索引轉(zhuǎn)換成所述代表值的處理。
13.ー種圖像處理裝置的圖像處理方法，包括 在零級(jí)檢測(cè)單元處，從將圖像的像素值根據(jù)像素值大小進(jìn)行分級(jí)的多個(gè)級(jí)之中檢測(cè)像 素值的出現(xiàn)頻率為零的零級(jí)，以及 在非零級(jí)轉(zhuǎn)化單元處，通過(guò)更新檢測(cè)的零級(jí)的范圍，將所述零級(jí)轉(zhuǎn)化成所述像素值的出現(xiàn)頻率為I或更高的非零級(jí)，而不更新所述級(jí)的總數(shù)。
全文摘要
提供了一種圖像處理裝置和方法。圖像處理裝置包括零級(jí)檢測(cè)單元，其從將圖像的像素值根據(jù)像素值大小進(jìn)行分級(jí)的多個(gè)級(jí)之中檢測(cè)像素值的出現(xiàn)頻率為零的零級(jí)；以及非零級(jí)轉(zhuǎn)化單元，其通過(guò)更新由零級(jí)檢測(cè)單元檢測(cè)的零級(jí)的范圍，將零級(jí)轉(zhuǎn)化成像素值的出現(xiàn)頻率為1或更高的非零級(jí)，而不更新級(jí)的總數(shù)。本發(fā)明能應(yīng)用到圖像處理裝置。
文檔編號(hào)G06K9/38GK102819742SQ201210195880
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者福原隆浩, 貴家仁志 申請(qǐng)人:索尼公司, 公立大學(xué)法人首都大學(xué)東京