專利名稱：減弱圖像振鈴噪聲的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及數字圖像處理技術領域，尤其涉及一種減弱圖像振鈴噪聲的方法及裝置。
背景技術：
圖像縮放技術在高清數字電視、多媒體投影機、智能手機等終端顯示設備中的應用非常廣泛。特別是由于非線性濾波器的濾波效果相比線性濾波器的濾波效果更加真實細膩，所以基于非線性濾波(如多相濾波)插值的縮放技術得到了廣泛的研究并日漸成熟。但非線性濾波技術所帶來的振鈴現象(Ringing effect)較為嚴重，尤其是當這兩個物體的像素灰度值差別較大時，振鈴現象非常明顯，圖像也更加模糊。振鈴現象其典型表現是在圖像灰度劇烈變化的區域會產生類似于波紋狀的振蕩現象(如圖7所示)。所以，對于某些清晰度要求比較高的顯示設備(如1920X IOSOp全高清數字電視)，圖像在縮放后一般都要對其進行去振鈴操作，以達到較好的顯示效果。在專利文獻200610110982. 5中提出了一種減少圖像振鈴噪聲的方法，該文獻介紹了利用線展布函數尋找被干擾區塊，并把被干擾區塊中的所有像素假定為噪聲像素，然后對這些像素進行平滑操作，以此達到去除振鈴的目的。該文獻所介紹的這種去振鈴的方法通過平滑操作雖然可以減弱圖像的振鈴現象，但是本發明人發現該方法在沒有振鈴現象的區塊內也進行了去振鈴操作，這樣產生的后果就是圖像的很大一部分細節信息被丟失， 圖像整體畫面質量下降。
發明內容
針對上述問題，本發明提供一種既能減弱振鈴現象，又能保證圖像的整體畫面質量的減弱圖像振鈴噪聲的方法及裝置。為達到上述目的，本發明所述減弱圖像振鈴噪聲的方法，包括查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點；以及，采用線性濾波器對上述各插值點的像素值進行修正。為達到上述目的，本發明所述減弱圖像振鈴噪聲的裝置，包括查找單元，查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點并輸出；及去振鈴單元，采用線性濾波器對所述查找單元輸出的插值點進行修正，以去除振鈴噪聲。本發明的有益效果1、與現有技術相比，本發明所述的減弱圖像振鈴噪聲方法更為簡單，即只對產生振鈴現象的區域進行去振鈴操作，未產生振鈴現象的區域不進行上述操作；2、本發明所述的減弱圖像振鈴噪聲方法只對處于灰度值劇烈變化區域內的插值點的像素值進行修正，這樣既能有效的減弱圖像振鈴噪聲，又能最大限度地保持原圖像畫面的真實細膩。
圖1是本發明所述減弱圖像振鈴噪聲的方法一具體實施例的流程圖；圖2是本發明所述的線性三角濾波器的頻譜圖；圖3是本發明一具體實施例中全局最大差值的求解示意圖；圖4是本發明一具體實施例中局部最大差值的求解示意圖；圖5是采用本發明所述減弱圖像振鈴噪聲方法的一具體實施例的求解示意圖；圖6是本發明計算線性濾波器抽頭系數的一具體實施例的求解示意圖；圖7是本發明所述減弱圖像振鈴噪聲裝置的一實施例結構示意圖；圖8是未去振鈴噪聲的具體圖像實例；圖9是圖8所示圖像實例經本發明所述減弱圖像振鈴噪聲方法處理后的圖像。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明做進一步的描述。振鈴現象產生的主要原因是圖像在縮放的過程中高頻信息的丟失，高頻分量丟失越多，振鈴現象越嚴重。而低通濾波器的特點是“通低頻阻高頻”，尤其是理想低通濾波器的高頻部分被完全濾掉。因此，當一幀圖像的全部像素點通過低通濾波器后，圖像中不同物體交界處的高頻細節被丟失，振鈴現象由此產生，并且低通濾波器越是趨于理想，振鈴現象越明顯。圖像縮放過程中所采用的非線性濾波器(如多相濾波器)，其抽頭系數分布特性非常接近于理想低通濾波器的系數分布特性，而一般的線性濾波器(如三角線性濾波器)抽頭系數分布特性與理想低通濾波器差別較大。由上述振鈴產生的原因可知，要降低圖像縮放后的振鈴現象且盡可能的保持原圖像的真實細膩，只要在原圖像的平坦區域保留多相濾波器輸出的插值像素值，而在像素灰度值劇烈變化區域采用線性濾波器進行修正，即可以實現去振鈴的目的。因此，本發明所述減弱圖像振鈴噪聲的方法，如圖1所示，包括查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點；以及，采用線性濾波器對上述各插值點的像素值進行修正。作為本發明進一步地實施例，上述實施例中，所述的查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點，具體實現如下(1)、分別計算出圖像在進行圖像縮放處理中各插值點所對應的全局最大差值8_ max和局部最大差值locjnax，包括如下步驟在同一方向上選取出與插值點臨近的至少兩個原像素點；相鄰兩原像素點的像素值相減，比較得出差值絕對值最大的作為全局最大差值；處于插值點第一側的至少一個原像素點和處于插值點第二側的一個原像素點，相鄰兩原像素點的像素值相減，比較得出差值絕對值最大的作為第一局部差值；處于插值點第二側的至少一個原像素點和處于插值點第一側的一個原像素點，相鄰兩原像素點的像素值相減，比較得出差值絕對值最大的作為第二局部差值；比較第一局部差值和第二局部差值，選擇差值小的作為局部最大差值；
(2)、確定各插值點所在區域，具體實現如下判斷各插值點的全局最大差值是否小于5倍的局部最大差值，是，該插值點處于平坦區域；否則，該插值點處于灰度值劇烈變化區域；(3)、輸出處于灰度值劇烈變化區域內的插值點。在實際應用中，上述的在同一方向上選取出的與插值點臨近的原像素點的個數通常是由圖像在進行圖像縮放處理中所采用的濾波器的抽頭數來決定的，若濾波器的抽頭數為2，則選取的與插值點臨近的原像素點的個數即為2個；若濾波器的抽頭數為4，則選取的與插值點臨近的原像素點的個數即為4個，依次類推。當然，選取的濾波器抽頭數越多最終縮放后圖像的效果也就越好。另外，上述在計算第一局部差值和第二局部插值時，進行相鄰兩原像素點的像素值相減的原像素點個數應為圖像在進行圖像縮放處理中所采用的濾波器抽頭數的1/2(具體的實現過程在如下的實施例中作詳細的說明)。于一具體實施例中，如圖3和圖4所示，分別為一具體插值點的全局最大差值和局部最大差值的求解示意圖。該實施例，原圖像是經非線性濾波插值的縮放技術生成的縮放后的圖像，假設本實施例中所采用的非線性濾波器為多相濾波器，且該多相濾波器是6抽頭的。因此經該多相濾波器計算得到的橫向縮放的各插值點的像素值是由插值像素位置橫向方向上臨近的6個原像素點計算得出的，縱向縮放時插值點的像素值計算過程同理。如圖3，與插值點11最臨近的6個原像素點分別為①、②、③、④、⑤和⑥。兩相鄰原像素點相減，即計算I①-②1，1②-③1，1③-④1，1④-⑤I和I⑤-⑥I，比較差值絕對值并取出最大的作為全局最大差值g_max。圖4所示，圖中l_max(left_max)表示插值點11左側差值絕對值的最大值，r_max(right_max)表示插值點11右側差值絕對值的最大值。兩者的具體求解過程同g_max類似，只是所涉及到的原像素點個數不同(圖中B所示左側為實線連接的三個像素點②、③和④，右側為虛線連接的三個像素點③、④和⑤，即參與第一局部差值和第二局部差值計算進行相鄰兩原像素點的像素值相減的原像素點個數均為3 個)。計算I②-③I和I③-④I，比較差值絕對值并取出最大的值作為l_maX，同時計算
③-④I和I④-⑤I差值絕對值并取出最大的值作為r_maX，然后選則l_max和rjnax 較小者作為局部最大插值l0C_max。得出全局最大差值g_maX和局部最大插值locjnax后，即可判斷該插值點所處的區域。判斷插值點的全局最大差值g_max是否小于5倍的局部最大差值locjnax，是，該插值點處于平坦區域；否則，該插值點處于灰度值劇烈變化區域；最后，輸出處于灰度值劇烈變化區域內的插值點。作為本發明更進一步地實施例，采用線性濾波器對處于灰度值劇烈變化區域內的各插值點的像素值進行修正，具體實現如下若插值點所對應的全局最大差值大于5倍的局部最大差值且小于10倍的局部最大差值時，采用下述方式對該插值點像素值進行修正
mi η = Iin _ filter - 3/5 χ Ioc _ max+ l/6xg-_ max+1/327. “ ruj — 1/ “)。其中，Iin filter 為線性濾 max = Im_ Jitter + 3/5 xloc_max-l/oxg_max-l/32~
波器的值，loc_max為局部最大差值，g_max為全局最大差值；當插值點原像素值< min時，用min值作為該插值點像素值；當插值點原像素值> max時，用max值作為該插值點像素值；
當min <插值點原像素值< max時，該插值點像素值不變；若插值點所對應的全局最大差值大于10倍的局部最大插值時，用線性濾波器的值lin_filter作為該插值點的像素值。本發明中所采用的線性濾波器優選是系數呈三角特性分布的六抽頭濾波器，其頻譜圖如圖2所示，從圖中可以明顯看出，相比理想低通濾波器的頻譜特性，線性三角濾波器對高頻信息的屏蔽就沒那么“理想”，該特性在去除振鈴現象是很有用的。其中，線性濾波器抽頭系數的具體大小要依據具體插值點所處的相位大小計算得到。線性濾波器的各抽頭的抽頭系數計算過程如下如圖6所示，假設，插值點14處的相位大小為96. 4，則phase_fraC (相位的小數部分)為0.4。如果，線性濾波器是兩抽頭的(tap2和tap3)，則其抽頭系數計算c_tap2 = 1. 0-phase_frac,c_tap3 = phase_frac ；這是兩抽頭的情況，也是最簡單的情況。如果，線性濾波器是六抽頭的(tapO，tapl，tap2，tap3，tap4，tap5)，則抽頭系數計算c_tapO = (1. 0-phase_frac) /64. O ；c_tapl = (15. 0-8氺phase_frac)/64. O ；c_tap2 = (32. 0_8*phase_frac) /64. O ；c_tap3 = (15. 0+8*phase_frac) /64. O ；c_tap4 = (1. 0+8*phase_frac) /64. O ；c_tap5 = phase_frac/64. O。從上述計算過程可以看出，上述各抽頭系數之和等于1，其系數是線性分布。其中， 在計算六抽頭濾波器的抽頭系數時，各抽頭系數計算公式中分母數值的選擇可以是16、32 或64等等即2"值，而具體選擇什么樣的系數，實際上是由硬件設備來確定的。抽頭系數計算完成后，即可得到線性濾波器的值lin_filter，該值是由線性濾波器各抽頭系數分別與對應的原像素點像素值的乘積之和計算得到，具體表現為如圖 6 所示的實施例，lin_filter = c_tap0*tap0+c_tapl*tapl+c_tap2*tap2+c_ tap3*tap3+c_tap4*tap4+c_tap5*tap50下面結合圖5所示的實施例介紹準確尋找需要去振鈴操作的目標插值像素點的方法。從圖5中可以看出該圖像具有兩個灰度具有明顯差別的物體，分別為第一物體1 和第二物體2，這兩個物體的邊界為圖示中的邊界線3。假設該圖像經多相濾波器處理后得到的兩個插值分別為第一插值點8和第二插值點9。因該多相濾波器為6抽頭，因此第一插值點8的全局最大差值的計算范圍為范圍4 (即選取臨近第一插值點8的6個原像素點)， 第一插值點8的局部最大差值的計算范圍為范圍5。第二插值點9的全局最大差值的計算范圍為范圍7，第二插值點9的局部最大差值的計算范圍為范圍6。從圖中可以看出，當插值點位于第一插值點8時，因為第一插值點8所用到的有效像素點都在同一個第一物體1 中，根據圖1所示算法流程圖可知只要計算得到的g_max小于五倍的locjnax，即表示這六個像素點不包括邊界信息，此時不需要對第一插值點8的像素值進行去振鈴操作(進行修正)。當插值點位于第二插值點9時，其所用到的有效像素點分布于不同物體1和2中，依據上述區域判定方法得到g_max遠遠大于locjnax。根據算法流程圖可知只要g_max大于五倍的locjnax就認為此插值點包含了邊界信息，需要對第二插值點9進行去振鈴操作。 這里分兩種情況1) g_max大于五倍的locjnax且小于十倍的locjnax時，用線性三角濾波器的值 1 in_fiIter (linear_filter)、g_max及locjnax對插值點的像素值進行約束修正，約束公式為min = 1 in_fi1ter-3/5 Xloc_max+l/6 X g_max+l/32max = 1 in_fi1ter+3/5 Xloc_max-l/6 X g_max-l/32 當插值像素小于min的值時，用min代替插值點像素值；當插值像素大于max的值時，用max代替插值點像素值；其它情況下插值點像素值保持不變。2) g_max大于十倍的locjiiax時，直接用lin_filter取代原插值像素點的值。這里注意一點，如果插值點在如圖5中像素點g、h之間時，此時實際情況是不需要對其進行去振鈴操作的；此種情況剛好適用于求得的g_max與locjnax相等(即gjnax與 locjnax都是像素點g、h之間的差值的絕對值)，符合gjnax小于5*loC_maX的情況，所以此時不會進行去振鈴操作，這正與實際情況相吻合，所以這也是本發明所述方法的優點之一。如圖7所示，本發明所述減弱圖像振鈴噪聲的裝置，包括查找單元12，查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點并輸出 ’及去振鈴單元13，采用線性濾波器對所述查找單元輸出的插值點進行修正，以去除振鈴噪聲。作為本發明進一步地實施例，所述查找單元12，包括計算單元、區域判定單元和查找結果輸出單元；其中，所述計算單元，分別計算出圖像在進行圖像縮放處理中各插值點所對應的全局最大差值和局部最大差值；所述區域判定單元，判斷各插值點的全局最大差值是否小于5倍的局部最大差值，是，該插值點處于平坦區域；否則，該插值點處于灰度值劇烈變化區域；查找結果輸出單元，輸出處于灰度值劇烈變化區域內的插值點。作為本發明更進一步地實施例，所述去振鈴單元13，包括修正方式判定單元和修正執行單元；所述修正方式判定單元，若插值點所對應的全局最大差值大于5倍的局部最大差值且小于10倍的局部最大差值時，采用第一修正方式；若插值點所對應的全局最大差值大于10倍的局部最大插值時，采用第二修正方式；所述修正執行單元，依據所述修正方式判定單元輸出的修正判定結果對各插值點進行修正；其中，所述第一修正方式具體為采用下列公式對該插值點像素值進行修正
min = Iin filter — 3/5 χ Ioc max+ 1/6x2- max+1/32—“7 ' — '^”，其中，lin_filter 為線性濾 max = Iin _ filter + 3/5 χ Ioc _ max- l/6xg-_ max-1/32波器的值，loc_max為局部最大差值，g_max為全局最大差值；當插值點原像素值< min時，用min值作為該插值點像素值；當插值點原像素值> max時，用max值作為該插值點像素值；當min <插值點原像素值< max時，該插值點像素值不變；第二修正方式具體為用線性濾波器的值lin_filter作為該插值點的像素值。其中，本發明所述線性濾波器為線性三角濾波器。綜上所述，本發明只在物體交界處附近(如圖5中第二插值點9)進行去振鈴操作，而遠離物體交界處(如圖5中第一插值點8)不進行去振鈴操作，從而達到“該去振鈴區域盡量去振鈴，不該去振鈴區域盡量不去振鈴”的目的。這樣既減弱了振鈴現象的影響，又盡可能地保持了原圖像的整體畫面質量。相比其它一些方法所介紹的，在離交界處相當大的區域內不加選擇的一概進行去振鈴操作效果要好很多。如圖8和圖9所示，圖8是未經去振鈴噪聲操作的圖像；圖9是采用本發明減弱圖像振鈴噪聲后的圖像，對比兩幅圖可以看出，圖9中減弱了原有圖8所示圖像中的振鈴噪聲，還保留了原圖8所示圖像畫面的細節 fn息ο以上，僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求所界定的保護范圍為準。
權利要求
1.一種減弱圖像振鈴噪聲的方法，其特征在于，該方法包括查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點；以及， 采用線性濾波器對上述各插值點的像素值進行修正。
2.權利要求1所述的減弱圖像振鈴噪聲的方法，其特征在于，所述的查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點，具體實現如下分別計算出圖像在進行圖像縮放處理中各插值點所對應的全局最大差值和局部最大差值在同一方向上選取出與插值點臨近的至少兩個原像素點； 相鄰兩原像素點的像素值相減，比較得出差值絕對值最大的作為全局最大差值； 處于插值點第一側的至少一個原像素點和處于插值點第二側的一個原像素點，相鄰兩原像素點的像素值相減，比較得出差值絕對值最大的作為第一局部差值；處于插值點第二側的至少一個原像素點和處于插值點第一側的一個原像素點，相鄰兩原像素點的像素值相減，比較得出差值絕對值最大的作為第二局部差值； 比較第一局部差值和第二局部差值，選擇差值小的作為局部最大差值； 確定各插值點所在區域判斷各插值點的全局最大差值是否小于5倍的局部最大差值，是，該插值點處于平坦區域；否則，該插值點處于灰度值劇烈變化區域； 輸出處于灰度值劇烈變化區域內的插值點。
3.根據權利要求2所述的減弱圖像振鈴噪聲的方法，其特征在于，其中，在同一方向上選取出的與插值點臨近的原像素點的個數由圖像在進行圖像縮放處理中所采用的濾波器的抽頭數來決定；計算第一局部差值和第二局部差值時，進行相鄰兩原像素點的像素值相減的原像素點個數應為圖像在進行圖像縮放處理中所采用的濾波器抽頭數的1/2。
4.根據權利要求1所述的減弱圖像振鈴噪聲的方法，其特征在于，采用線性濾波器對上述各插值點的像素值進行修正，具體實現如下若插值點所對應的全局最大差值大于5倍的局部最大差值且小于10倍的局部最大差值時，采用下述方式對該插值點像素值進行修正mi η = Iin filter — 3/5 χ Ioc max+ 1/6x2- max+1/32,fh — L: ，其中，lirufilter為線性濾波器max = Iin _ filter + 3/5 χ Ioc _ max-1/6 χ max-1/32的值，loc_max為局部最大差值，g_max為全局最大差值；當插值點原像素值< min時，用min值作為該插值點像素值； 當插值點原像素值> max時，用max值作為該插值點像素值； 當min <插值點原像素值< max時，該插值點像素值不變；若插值點所對應的全局最大差值大于10倍的局部最大插值時，用線性濾波器的值 lin_filter作為該插值點的像素值。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的減弱圖像振鈴噪聲的方法，其特征在于，所述線性濾波器為線性三角濾波器。
6.根據權利要求1所述的減弱圖像振鈴噪聲的方法，其特征在于，所述線性濾波器各抽頭的抽頭系數依據具體插值點所處的相位大小計算得到。
7.根據權利要求6所述的減弱圖像振鈴噪聲的方法，其特征在于，線性濾波器的值由線性濾波器各抽頭系數分別與對應的原像素點像素值的乘積之和計算得到。
8.一種減弱圖像振鈴噪聲的裝置，其特征在于，包括查找單元，查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點并輸出；及去振鈴單元，采用線性濾波器對所述查找單元輸出的插值點進行修正，以去除振鈴噪聲。
9.根據權利要求8所述減弱圖像振鈴噪聲的裝置，其特征在于，所述查找單元包括計算單元、區域判定單元和查找結果輸出單元；其中，所述計算單元，分別計算出圖像在進行圖像縮放處理中各插值點所對應的全局最大差值和局部最大差值；所述區域判定單元，判斷各插值點的全局最大差值是否小于5倍的局部最大差值，是， 該插值點處于平坦區域；否則，該插值點處于灰度值劇烈變化區域； 查找結果輸出單元，輸出處于灰度值劇烈變化區域內的插值點。
10.根據權利要求8所述減弱圖像振鈴噪聲的裝置，其特征在于，所述去振鈴單元，包括修正方式判定單元和修正執行單元；所述修正方式判定單元，若插值點所對應的全局最大差值大于5倍的局部最大差值且小于10倍的局部最大差值時，采用第一修正方式；若插值點所對應的全局最大差值大于10 倍的局部最大插值時，采用第二修正方式；所述修正執行單元，依據所述修正方式判定單元輸出的修正判定結果對各插值點進行修正；其中，所述第一修正方式具體為采用下列公式對該插值點像素值進行修正mi η = Iin filter — 3/5 χ Ioc max+ 1/6x2- max+1/32,fh — L: ，其中，lirufilter為線性濾波器max = Iin _ filter + 3/5 χ Ioc _ max-1/6 χ max-1/32的值，loc_max為局部最大差值，g_max為全局最大差值；當插值點原像素值< min時，用min值作為該插值點像素值；當插值點原像素值> max時，用max值作為該插值點像素值；當min <插值點原像素值< max時，該插值點像素值不變；第二修正方式具體為用線性濾波器的值lin_filter作為該插值點的像素值。
全文摘要
本發明公開一種減弱圖像振鈴噪聲的方法及裝置。其中，所述方法包括查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點；以及采用線性濾波器對上述各插值點的像素值進行修正。所述裝置，包括查找單元，查找出圖像在進行圖像縮放處理中處于灰度值劇烈變化區域內的插值點；及去振鈴單元，采用線性濾波器對所述查找單元輸出的插值點進行修正，以去除振鈴噪聲。本發明既能減弱振鈴現象，又能保持原圖像的整體畫面質量。
文檔編號G06T5/00GK102289798SQ20111023831
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者趙興朋 申請人:青島海信信芯科技有限公司