一种基于边沿检测的去隔行方法
【专利摘要】本发明提供一种基于边沿检测的去隔行方法：先计算垂直方向梯度；结合利用临近点的边沿继承信息，初次判断边沿插值方向；对初次判断的边沿插值方向进行二次确认；然后顺着确认了的边沿方向做滤波处理，得到待插值点的像素值。本发明通过利用边沿继承的信息，使得该边沿检测的方法对于图像和视频中经常出现的有一定长度的边沿有很好的检测效果，相比传统方法，本发明更容易对该一整条边沿都获取相同或相近的边沿方向，不容易产生误判、漏判造成的断点及毛糙效应，使得去隔行输出的整体效果更加清晰，边沿更连贯平滑。
【专利说明】一种基于边沿检测的去隔行方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像处理领域，尤其涉及一种基于边沿检测的去隔行方法。
【背景技术】
[0002] 现有的电视广播传输系统为了节省传输带宽通常采用隔行扫描技术，隔行扫描技 术每个视频帧只传送一场（半帧）的信息，间隔地去掉了一半的行数据，称为隔行图像，奇 数场和偶数场分别去掉了偶数行和奇数行。因此对于图像水平边沿会出现行间闪烁、毛糙、 不连续的现象，对于运动的图像容易出现锯齿现象，造成清晰度下降和视频观看体验差。随 着显示技术的进步，显示器已经逐渐从传统的CRT显示发展成为液晶、OLED显示器，显示屏 幕所能够提供的分辨率也越来越高，越来越多的显示装置可以提供4kX2k的分辨率。另 夕卜，随着图像压缩技术的进步，从mpeg2发展到H264再到HEVC，压缩率有了很大的提高，同 等带宽条件下，所能传输的视频分辨率也相应的越来越大。高清晰度的视频和高分辨率的 显示器件使得隔行扫描的图像质量更加难以接受，因此去隔行技术应运而生，对那些已经 丢掉的行的图像数据加以恢复。
[0003] 去隔行技术主要有场内插值技术和场间插值技术。场间插值主要利用相邻场像素 的信息生成待插值像素值，而场内插值技术则主要利用待插值像素在当前场的周围邻域内 像素的信息进行插值计算。基于边沿检测的去隔行方法是场内去隔行的一种非常重要的方 法，其通过检测待插值像素的边沿方向，再沿着检测出来边沿方向进行插值计算，能够很好 的缓解边沿尤其是运动边沿的锯齿问题和模糊问题。
[0004] 随着视频图像清晰度的提高和显示设备分辨率的增加，视频图像中越来越多的出 现跨越很多扫描行的"长"边，形状诸如如田径赛场的跑道，网球赛场的边界，迎风飘扬的美 国国旗特写等。已有的边沿检测技术都是依据匹配和阈值控制来判断边沿，比较容易受到 噪声的干扰而错判或漏判边沿信息。一条跨越很多扫描行的"长"边，容易一段检测出了边 沿方向，一段又没有检测出边沿方向或检测错了边沿方向，造成去隔行后还是会有一些断 点、锯齿和毛糙等，视觉效果比较差。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种基于边沿检测的去隔行方法，使边沿检测 在一整条边沿更容易得到一致的结果，解决现有边沿检测技术对于跨越很多扫描行的"长" 边检测存在的可能会错判或者漏判的缺陷。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于边沿检测的去隔行方 法，其特征在于：它包括以下步骤：
[0007] Sl、计算垂直梯度：
[0008] 利用待插值像素相邻的上一扫描和下一扫描行的像素进行垂直梯度的计算，当该 垂直梯度小于或等于垂直梯度阈值TH_Vgrad，那么当前点就直接判定为是位于一个垂直方 向的边沿上，则进行垂直方向滤波输出待插值像素值即可；
[0009] S2、当垂直梯度大于垂直梯度阈值TH_Vgrad时，利用临近点的边沿继承信息，初 次选出边沿插值方向：
[0010] 当垂直梯度大于TH_Vgrad时，说明这里可能位于一个边沿上，需要进行边沿检 测，并辅助以上一行的确信的边沿信息继承过来，利用最小匹配相关度方法，细化选择出正 确的边沿插值方向，
[0011] 先检查待插值像素 P(i，j)有没有边沿继承信息，
[0012] S201、若没有边沿继承信息，则利用待插值像素相邻的上一扫描和下一扫描行的 像素进行匹配，其最小匹配相关度所对应的方向即为该点的边沿插值方向，
[0013] S202、若有边沿继承信息，则利用该边沿继承信息进行边沿检测，利用最小匹配相 关度的方法，细化选择边沿插值方向；
[0014] S3、对初次选出的边沿插值方向进行二次确认，再计算得到待插值像素值：
[0015] 对初次选出的边沿插值方向所包含的上一扫描行的像素和下一扫描行像素进行 特征匹配，根据特征匹配结果，判断边沿插值方向的正确性。若不正确则进行垂直方向滤波 输出待插值像素，若正确则依据边沿插值方向进行传递，再沿着边沿方向滤波输出的待插 值像素值。
[0016] 按上述方法，所述的Sl，计算垂直梯度Vertical_Grad时，选取2 X Vertical_chk_ range+1个像素为一组进行计算，垂直梯度Vertical_Grad的计算公式如下：
[0017]
【权利要求】
1. 一种基于边沿检测的去隔行方法，其特征在于：它包括以下步骤： 51、 计算垂直梯度： 利用待插值像素相邻的上一扫描和下一扫描行的像素进行垂直梯度的计算，当该垂直 梯度小于或等于垂直梯度阈值TH_Vgrad，则进行垂直方向滤波输出待插值像素值即可； 52、 当垂直梯度大于垂直梯度阈值TH_Vgrad时，利用临近点的边沿继承信息，初次选 出边沿插值方向： 判断待插值像素P(i，j)有没有边沿继承信息， 5201、 若没有边沿继承信息，则利用待插值像素相邻的上一扫描和下一扫描行的像素 进行匹配，其最小匹配相关度对应的方向即为该点的边沿插值方向， 5202、 若有边沿继承信息，则利用该边沿继承信息进行边沿检测，利用最小匹配相关度 的方法，找出边沿插值方向； 53、 对初次选出的边沿插值方向进行二次确认，再计算得到待插值像素值： 对初次选出的边沿插值方向所包含的上一扫描行的像素和下一扫描行像素进行特征 匹配，根据特征匹配结果，判断边沿插值方向的正确性，若不正确则进行垂直方向滤波输出 待插值像素，若正确则依据边沿插值方向进行传递，再沿着边沿方向滤波输出待插值像素 值。
2. 根据权利要求1所述的基于边沿检测的去隔行方法，其特征在于：所述的S1计算 垂直梯度时，选取2XVertical_chk_range+l个像素为一组进行计算，垂直梯度Vertical Grad的计算公式如下：
式中，i为待插值像素的横坐标，j为待插值像素的纵坐标，VertiCal_Chk_range为计 算垂直梯度时的检测窗口尺度，为预设值，d为窗口内的横坐标，p(x，y)为横坐标为x纵坐 标为y的像素。
3. 根据权利要求1所述的基于边沿检测的去隔行方法，其特征在于： 令一个方向记为f，它表示该点上一行右侧第k个像素的点、该点、该点下一行左侧第k个像素的点，把这三个点连接起来形成一条射线的方向； 所述的S201具体为，若待插值像素没有边沿继承信息的时候，需要计算找出其方向。 方法是，计算待插值像素周围的2XAngle_range+l个方向的匹配相关度，其中最小的匹配 相关度所对应的方向，即是初选的边沿插值方向，记为k'。匹配相关度的计算方法如下：
其中k的取值范围为-Angle_range<k<Angle_range，Angle_range是待计算的方 向最大值。
4. 根据权利要求1所述的基于边沿检测的去隔行方法，其特征在于： 令一个方向记为€，它表示该点上一行右侧第k个像素的点、该点、该点下一行左侧第k个像素的点，把这三个点连接起来形成一条射线的方向； 待插值像素P(i，j)的边沿继承信息中包含其继承边沿方向； 所述的S202具体为：以待插值像素P(i，j)的继承边沿方向&为中心，计算在该方向 附近的2XPropa_length+l个方向上k的匹配相关度，Propa_length为待检测方向近似的 范围，为预设值； 这时，对应方向^的匹配相关度Sad(k)按照如下计算：
其中，i为待插值像素的横坐标，j为待插值像素的纵坐标，k的取值为k〇-propa_length到kO+propa_length的整数，m为检测窗口范围，p(x,y)为横坐标为x纵坐标为y 的像素，Callength为上下两行的待计算方向对应位置的两侧的距离，strength(k)为f对应 于的权重力度，越偏离&，权重越弱，gain_factor为增益因子，用于控制调节左右两侧其 他方向对于sad(k)的力度，0〈gain_factor〈l，strength(k)是一个整数；strength(k)计算如下：
在计算的2XPr〇Pa_length+l个匹配相关度中，选出最小的匹配相关度所对应的方 向，即为初次选出的边沿插值方向，记为k'。
5.根据权利要求1所述的基于边沿检测的去隔行方法，其特征在于：所述的S3进行二 次确认的方法具体为： 对于上下扫描行包含的2XCallmgth+1个像素分别计算出2XCallmgth个特征向量，公式 如下： diff_up(p) =p(i+k，+p+l，j-l)-p(i+k，+p，j-1) -Callength 彡p彡Callength-1diff_low(p) =p(i-k，+p+l，j+l)-p(i-k，+p，j+1) -Callength 彡p彡Callength-1 式中，i为待插值像素的横坐标，j为待插值像素的纵坐标，k'为S2初次选出的边沿插 值方向，P为计算窗口内的坐标，diff_up(p)为上一行的附近像素的左右点的差值，diff_ l〇w(p)为下一行的附近像素的左右点的差值； 然后计算上、下扫描行像素的标准差SAD_up和SAD_low:
如果同时满足下述条件，那么确认初次选出的边沿插值方向是正确的， SAD_up>TH_Edge且SAD_low>TH_Edge， 及diff_up(p)Xdiff_low(p)>0, _Cal_length<p<Cal_length_l。
【文档编号】H04N7/01GK104410808SQ201410604653
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】李潇 申请人:启芯瑞华科技（武汉）有限公司