图像插值方法和图像插值装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及图像处理领域，具体地涉及一种图像插值方法和图像插值装置。
【背景技术】
[0002] 在图像处理领域，图像插值是一种常见的图像处理方式。简单地说，图像插值就是 利用已知邻近像素的灰度值来产生未知像素的灰度值，以便由源图像产生出具有更高分辨 率的图像。传统的图像插值方法侧重于图像的平滑，以取得更好的视觉效果，但这类方法在 保持图像平滑的同时，常常导致图像的边缘模糊，而图像的边缘信息是影响视觉效果的重 要因素。
[0003] 例如，作为最简单的一种插值方法，最邻近方法，其在待插值像素的四个相邻像 素中，将距离待插值像素最近的相邻像素的灰度值赋给待插值像素。如图1A所示，设 (i+u,j+v)为待插值像素的坐标，其中i,j为正整数，u,v为大于零小于1的小数，则待插 值像素的灰度值f(i+u,j+v)可以如下计算：如果（i+u,j+v)落在A区，即u〈0. 5,v〈0. 5,则 将左上角像素的灰度值赋给待插值像素，同理，落在B区则赋予右上角的像素灰度值，落在 C区则赋予左下角像素的灰度值，落在D区则赋予右下角像素的灰度值。最邻近方法简单， 计算量小，容易实现，但该方法可能会造成通过插值生成的图像在灰度上的不连续，在灰度 变化的地方可能出现明显的锯齿状。
[0004] 作为另一种图像插值方法，双线性插值方法是利用待插值像素周围四个相邻像 素的灰度值在两个方向上作线性插值，如图1B所示：对于像素（i，j+v)，将灰度值f(i，j) 到f(i，j+l)的变化视为线性关系，则有：f(i，j+v) = [f(i，j+l)-f(i，j)]*v+f(i，j);同 理对于像素（i+1,j+v)，则有：f(i+l,j+v) = [f(i+l,j+l)-f(i+l,j)]*v+f(i+l,j);从 f(i,j+v)到f(i+l,j+v)的灰度变化也被视为线性关系，由此可推导出待插值像素灰度的 计算式如下：f(i+u，j+v) = (l-u)*(l-v)*f(i，j) + (l-u)*v*f(i，j+l)+u*(l-v)*f(i+l，j) + u*v*f(i+l，j+1)。双线性插值方法比最邻近方法复杂，但具有平滑功能，能够有效地克服最 邻近方法的不足，但具有低通滤波性质，会使得图像的高频部分退化，使得图像的细节变得 模糊。
[0005] 在放大倍数比较高时，高阶插值，诸如传统的双三次插值方法，比低阶插值的效果 好，其不仅考虑到周围四个直接相邻像素的灰度值的影响，还考虑到它们灰度值变化率的 影响。此方法利用待插值像素周围16个像素的灰度值作三次插值进行计算。具体地，该方 法利用三次多项式S(w)逼近理论上最佳插值函数sin(x)/x，其数学表达式为：
【主权项】
1. 一种图像插值方法，包括： 对源图像像素进行插值补零，形成上采样图像； 利用上采样图像获取基准插值核； 将源图像像素、基准插值核与方向位移系数矩阵进行卷积而对源图像进行基于方向位 移的基准核插值。
2. 根据权利要求1所述的图像插值方法，包括： 提取源图像像素的第一分量； 对源图像像素的第一分量进行插值补零，形成所述上采样图像； 利用0/1矩阵与所述上采样图像进行卷积，得到所述基准插值核； 将所述源图像像素的第一分量、所述基准插值核W及所述方向位移系数矩阵中的任意 两个进行卷积而获得中间结果； 将得到的中间结果与=者中剩下的那一个进行卷积而得到目标图像像素的第一分量； W及 将目标图像像素的第一分量与进行常规插值后的其它分量合成为最终图像。
3. 根据权利要求2所述的方法，还包括： 对源图像进行YUV空间转换，所述第一分量是亮度分量Y，其它分量为色度分量UV ; W 将源图像像素的亮度分量Y和色度分量UV分离，从而得到源图像像素的亮度分量。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的方法，还包括： 对源图像中存在的边缘进行方向判定，W便沿所判定的方向进行插值。
5. 根据权利要求4所述的方法，还包括： 在进行边缘方向判定前，对源图像像素进行高斯滤波，去除源图像中的白噪声。
6. 根据权利要求1-3任一项所述的方法，还包括： 通过改变方向，变换所述方向位移系数矩阵，并且比较所得到的最终图像，W优化显示 效果。
7. 根据权利要求1-3任一项所述的方法，还包括： 对基准插值核进行一维化，获得一维的水平插值核和垂直插值核。
8. 根据权利要求7所述的方法，还包括 分别利用水平插值核和垂直插值核对待插值像素周围相邻的源图像像素的第一分量 进行卷积，然后沿待插值像素所在方向进行角度旋转。
9. 根据权利要求7所述的方法，还包括： 将水平插值核和垂直插值核沿待插值像素所在方向进行角度旋转，然后分别与待插值 像素周围相邻的源图像像素的第一分量进行卷积。
10. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 在水平方向和垂直方向上选取不同数量的相邻源图像像素参与插值，从而在水平方向 和垂直方向上采用不同的滤波强度。
11. 一种图像插值装置，包括： 上采样部件，对源图像像素进行插值补零，形成上采样图像； 基准插值核获取部件，利用上采样图像获取基准插值核； 插值部件，将源图像像素、基准插值核与方向位移系数矩阵进行卷积而对源图像进行 基于方向位移的基准核插值。
12. 如权利要求11所述的图像插值装置，还包括亮度分量提取部件，提取源图像像素 的第一分量； 其中，上采样部件被配置为对源图像像素的第一分量进行插值补零，形成所述上采样 图像；基准插值核获取部件被配置为利用0/1矩阵与所述上采样图像进行卷积，得到所述 基准插值核；插值部件被配置将所述源图像像素的第一分量、所述基准插值核W及所述方 向位移系数矩阵中的任意两个进行卷积而获得中间结果，并且将得到的中间结果与=者中 剩下的那一个进行卷积而得到目标图像像素的第一分量； 其中，所述图像插值装置，还包括合成部件，将目标图像的第一分量与进行常规插值后 的其它分量合成最终图像。
13. 根据权利要求12所述的图像插值装置，还包括： 色彩空间转换部件，对源图像进行YUV色彩空间转换，所述第一分量是亮度分量Y，其 它分量为色度分量UV ; W分离出源图像像素的亮度分量Y和色度分量UV。
14. 根据权利要求11-13任一项所述的图像插值装置，还包括： 边缘方向判定部件，对源图像中存在的边缘进行方向判定，W便沿所判定的方向进行 插值。
15. 根据权利要求14所述的图像插值装置，还包括： 滤波部件，在进行边缘方向判定前，对源图像像素进行高斯滤波，去除源图像中的白噪 声。
16. 根据权利要求11-13任一项所述的图像插值装置，还包括： 方向调整部件，通过改变方向，变换所述方向位移系数矩阵，并且比较所得到的最终图 像，W优化显示效果。
17. 根据权利要求11-13任一项所述的图像插值装置，还包括： 维度变换部件，对基准插值核进行一维化，获得一维的水平插值核和垂直插值核。
18. 根据权利要求17所述的图像插值装置，还包括 角度旋转部件，将分别利用水平插值核和垂直插值核对待插值像素周围相邻的源图像 像素的第一分量进行卷积后的结果沿待插值像素所在方向进行角度旋转。
19. 根据权利要求17所述的图像插值装置，还包括： 角度旋转部件，将水平插值核和垂直插值核沿待插值像素所在方向进行角度旋转，W 分别与待插值像素周围相邻的源图像像素的第一分量进行卷积。
20. 根据权利要求11所述的图像插值装置，还包括： 选择部件，在水平方向和垂直方向上选取不同数量的相邻源图像像素参与插值，从而 在水平方向和垂直方向上采用不同的滤波强度。
【专利摘要】公开了一种图像插值方法及图像插值装置。其中，所述图像插值方法包括：对源图像像素进行插值补零，形成上采样图像；利用上采样图像获取基准插值核；将源图像像素、基准插值核与方向位移系数矩阵进行卷积而对源图像进行基于方向位移的基准核插值。根据本发明实施例提出的图像插值方法和图像插值装置，在斜向双三次插值的基础上，引入方向位移矩阵，从而保持基准插值核不变，而根据方向卷积方向位移矩阵，有利于在各个方向上对插值图像进行优化，从而考虑到图像内容的连续性，在图像边缘等高频细节部分避免了失真。
【IPC分类】G06T3-40
【公开号】CN104574277
【申请号】CN201510050019
【发明人】张丽杰, 那彦波, 段然
【申请人】京东方科技集团股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月30日