專利名稱：二維影像色彩信息重建方法
技術領域：
本發明涉及一種二維影像色彩信息重建方法，特別是一種未使用梯度計算方式且可增加判斷效率的二維影像色彩信息重建方法。
背景技術：
目前數字相機(Digital Still Camera，DSC)所使用的感應器件為電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)或者是互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感應器件。以一個640×480像素的感應裝置為例，感應裝置由640×480個感應器件所構成，而每個感應器件上皆配置有彩色濾光片，該彩色濾光片只允許單一種顏色(如紅色(R)或綠色(G)或藍色(B))的光束通過。而紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)的彩色濾光片排列，通常為貝爾數組濾波器的排列方式。
因此，當光線通過彩色濾光片照射至感應裝置的感應器件時，每個感應器件將僅能感應到一種色光(R或G或B)的亮度。感應器件即根據感應到的色光的亮度大小對應輸出感應電荷。之后，數字相機再根據這些感應電流，形成最后的數字彩色影像。
其中，由于每一感應器件僅能感應RGB三色光的其中一者并產生感應電流，即感應電流一開始所能提供的初成像，其每一像素僅具有R或G或B的色彩信息。因此，一開始成像的每一像素必須透過相鄰像素且以內插法(Interpolation)以求得本身的R、G、B色彩信息，以形成最后的數字彩色影像。
然而，若初像的每一像素皆以其相鄰像素用內插法求得每一像素的R、G、B色彩信息時，勢必有許多像素的R、G、B色彩信息非所預期，即產生人眼所無法接受的人造圖案(artifact)。因此，除了使用內插法外，還利用梯度向量計算的方式，找出初像每一像素其相鄰像素色彩信息的差異程度。且，根據差異程度，再以每一像素相鄰像素的色彩信息作為變量，使用經修改過的內插法求得每一像素所缺少的R或G或B色彩信息，此即可對初像上有可能出現人造圖案的地方進行色彩信息重建。
通常，可將初成像依據色塊邊界像素間的色彩信息差異程度大小，分為明顯邊界(hard edge)、不明顯邊界(soft edge)、以及平滑地帶(smooth area)。接著，根據所區分邊界或地帶，再使用修改過的不同內插法求得每一像素所缺少的色彩信息。
請參考圖1所示的習知影像的色彩信息重建方法的示意圖。假設于初像時，P0位置像素為具有B的色彩信息，P1、P2、P3、P4位置像素為具有G的色彩信息，因此，為找出P0位置像素的G色彩信息時，則必須透過對P0位置像素于水平以及垂直的相鄰像素，也就是P1、P2、P3、P4位置像素，作內插法，以求得P0位置像素的G色彩信息。
不過，為了避免最后以內插法求得的P0位置像素的G色彩信息為人眼所無法接受的人造圖案，再以內插法求得P0位置像素的G色彩信息前，會先判斷P0位置像素其在水平方向的相鄰像素，即P3、P4位置像素，以及其在垂直方向的相鄰像素，即P1、P2位置像素，在G色彩信息上的差異性。而習知作法為分別對水平方向的P3、P4位置像素的G色彩信息作梯度計算，以及對垂直方向的P1、P2位置像素的G色彩信息作梯度計算，再根據兩方向的梯度差，以判定P0位置像素落于哪一邊界或地帶，以選擇用修改過的不同內插法求得P0位置像素的G色彩信息。
假設初像時，P1、P2、P3、P4位置像素的G色彩信息的值分別為G1、G2、G3、G4，欲求的P0位置像素的G色彩信息的值為G0，則習知作法為先判斷P0位置像素雙向的梯度變化，其通常為計算|△H(水平)-△V(垂直)|＝？，即‖G3-G4|-‖G1-G2‖＝？若|△H-△V|＞20，則代表P0位置像素為位于明顯邊界，其以鄰近像素經內插法后所求得的G0為(G1+G2)/2。
若20≥|△H-△V|≥10，則代表P0位置像素為位于不明顯邊界，且G0等于3/4(G1+G2)/2+1/4(G3+G4)/2。
若|△H-△V|＜10，則代表P0位置像素為位于平滑地帶，且G0等于(G1+G2+G3+G4)/4。
本發明針對平滑地帶影像的色彩信息重建所提出，其原因在于以習知作法仍有許多平滑地帶的像素無法判斷出，而亦相對造成后續步驟進行上的困擾，除效率不佳外，易因為高頻噪聲的干擾增加判斷錯誤的機率，以致人眼無法接受的人造圖案產生。
有鑒于此，本發明提出一種二維影像色彩信息重建方法。本發明可有效判斷出平滑地帶的像素，以增加判斷效率，進而在進行平滑地帶影像的色彩信息重建時，除增加重建的效率外，重建的質量亦可以提升。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種二維影像色彩信息重建方法，僅利用一判斷式即可同時檢測出影像局部信息是否屬于平緩變化或是近45度斜線邊緣，有效增加判斷效率。由于一般影像8成以上系屬于平緩變化或是近45度斜線邊緣，因此以此技術做為影像信息重建的第一步驟，可大幅提升計算速度。
為達到上述目的，本發明提出一種二維影像色彩信息重建方法，包括試算水平及垂直方向內插重建結果，進而計算其差值是否可被人眼所接受，若是表是該像素影像局部為平緩變化或是近45度斜線邊緣，則依據對像素其鄰近像素作色彩信息的雙向內插計算結果，作為像素欲重建的色彩信息，反之則否等步驟。
下面結合附圖對本發明進行詳細說明。
圖1是習知影像的色彩信息重建方法的示意圖；圖2是本發明較佳實施例的增加判斷效率的二維影像色彩信息重建方法的流程圖；圖3是本發明較佳實施例的增加判斷效率的二維影像色彩信息重建方法的示意圖。
具體實施例方式
本發明概念為在欲重建信息像素的水平以及垂直兩個方向上，以預先決定的第一種方法重建結果，并計算出兩方向重建結果的差值。若差值在預先決定的容許范圍內，則依據對該像素兩方向的重建結果，依預先決定的第二種計算方法決定出該像素欲重建的色彩信息，反之則以其它方法決定重建結果。
其中，第一種方法是指至少包含同一方向上二像素以上的色彩信息平均值或色彩信息加權平均值。預先決定的容許范圍可為一預先決定的固定常數，或由欲重建色彩信息的像素的鄰近像素的色彩信息計算而得(例如是容許范圍＝{常數1-(鄰近像素平均值除以常數2)}，常數2為2的羃次方)，又或者是由欲重建色彩信息的像素的鄰近像素的色彩信息，查預先決定好的對應表而得。
第二種方法則可為將第一方向重建結果與第二方向重建結果平均，或為將鄰近像素色彩信息平均。
請參見圖2所示的本發明較佳實施例的增加判斷效率的色彩信息重建方法的流程圖，并以35×5像素的影像為例來說明。假設B××位置像素為具有B××色彩信息，G××位置像素為具有G××色彩信息。以求得B22位置像素的G色彩信息為例說明首先進行步驟201計算利用水平方向鄰近像素線性內差結果GH，利用垂直方向鄰近像素線性內差結果GV，利用水平與垂直雙向線性內差結果Gmean.
較佳實施例為GH＝(G21+G23)/2，GV＝(G12+G32)/2Gmean＝(G21+G23+G12+G32)/4or Gmean＝(GH+GV)/2接著進行步驟202根據鄰近像素信息計算容忍值(Tolerance_value)＝f(數據值)，亦即Tolerance_value為以一數據值作為變量的函數值。較佳實施例之一為容忍值＝臨界值TH1-臨界值TH0，即容許值＝10-Gmean/32。
再接著進行步驟203判斷一像素其相鄰像素的色彩信息經雙向內插計算后，其結果是否可被人眼所接受。延續上述較佳實施例為判斷一像素其相鄰像素的色彩信息經雙向內插計算后，其結果是否可被接受。其利用|GH-GV|是否小于等于步驟202中的容忍值來判斷。若步驟203的計算結果為”是”，則B22位置像素的G色彩信息的重建，即根據雙向內插計算結果的平均，也就是G22＝(GH+GV)/2，即Gmean，此為步驟204A，且B22位置像素的G色彩信息(G22)的重建可到此告一段落。
若步驟203的計算結果為”否”，則代表B22位置像素附近影像局部并非平緩變化區域亦非近45度斜線邊緣，因此B22位置像素的G22信息無法以雙向內插得到，因此需以其它方法對B22位置的G色彩信息所屬的例如明顯邊界或不明顯邊界作后續對應的色彩信息重建，此為步驟204B。
將此上述步驟以虛擬程序語言(pseudo code)描述，可寫成if(|GH-GV|≤Tolerance_value)G22＝(GH+GV)/2elsegoto next stepend值得注意的是，步驟203除了以(|GH-GV|≤Tolerance_value作為判斷式外，還可以△D＝|G12-G21|+|G12-G23|+|G32-G21|+|G32-G23|≤Tolerance_value作為判斷式。因此，另一較佳實施例的方法可描述為if(△D≤Tolerance_value)G22＝(GH+GV)/2elsegoto next stepend，△D＝|G12-G21|+|G12-G23|+|G32-G21|+|G32-G23|。
由于本發明概念為利用水平內插結果與垂直方向內插結果的差去判斷像素若是以其相鄰像素經雙向內插計算后是否符合人眼所能接受，可被接受時表是影像局部區域為平緩變化區域或是近45度斜線邊緣。因此本發明提供一種增加效率與降低人造圖案(Artifacts)的色彩信息重建方法，直接利用一判斷式同時檢測出影像局部信息是否屬于平緩變化或是近45度斜線邊緣，若是則可直接利用水平內插結果與垂直方向內插結果平均作為像素重建后的信息，由于只利用一判斷式即可同時檢出影像中屬于平緩變化區域或是近45度斜線邊緣的特征。較之習用技術只能檢測出平緩變化區域或是45度斜線邊緣兩者之一的技術判斷效率更高。而且一般影像8成以上屬于平緩變化或是近45度斜線邊緣，因此以此技術做為影像信息重建的第一步驟，可大幅提升計算速度。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，當不能以此限制本發明的范圍。因此凡依本發明權利要求所做的均等變化及修飾，仍將不失本發明的要義所在，亦不脫離本發明的精神和范圍的，故都應視為本發明的進一步實施。
權利要求
1.一種二維影像色彩信息重建方法，至少包括a.利用欲重建信息像素的鄰近像素，依預先決定的第一種方法計算其在第一方向的重建結果；b.利用欲重建信息像素的鄰近像素，計算其在第二方向的重建結果；c.計算第一方向重建結果與第二方向重建結果的差值，并檢查此一差值是否在預先決定的容許范圍內；以及d.若是，則依據對該像素其第一方向與第二方向的重建結果，依預先決定的第二種計算方法決定出該像素欲重建的色彩信息，反之則以其它方法決定重建結果。
2.如權利要求1所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該a步驟與b步驟中的預先決定的第一種方法是指至少包含該方向二像素以上的色彩信息平均值。
3.如權利要求1所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該a步驟與b步驟中的預先決定的第一種方法是指至少包含該方向二像素以上的色彩信息加權平均值。
4.如權利要求1所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該c步驟中的預先決定的容許范圍為一預先決定的固定常數。
5.如權利要求1所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該c步驟中的預先決定的容許范圍可由欲重建色彩信息的像素的鄰近像素的色彩信息計算而得到。
6.如權利要求1所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該c步驟中的預先決定的容許范圍，可由欲重建色彩信息的像素的鄰近像素的色彩信息，查找預先決定好的對應表而得到。
7.如權利要求1所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該d步驟中的預先決定的第二種方法可為將第一方向重建結果與第二方向重建結果平均。
8.如權利要求1所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該d步驟中的預先決定的第二種方法可為將鄰近像素色彩信息平均。
9.如權利要求5所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該預先決定的容許范圍可由欲重建色彩信息的像素的鄰近像素的色彩信息計算而得到，其計算方法為容許范圍＝{常數1-(鄰近像素平均值除以常數2)}。
10.如權利要求9所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該常數2是2的羃次方。
11.一種二維影像色彩信息重建方法，若欲重建信息像素的該像素垂直方向相鄰兩像素的色彩信息分別為一第一像素色彩信息、一第二像素色彩信息，水平方向相鄰兩像素的色彩信息分別為一第三像素色彩信息、一第四像素色彩信息，則該像素色彩信息重建方法包括a.計算第一像素色彩信息減去該第三像素色彩信息后的絕對值；b.計算該第一像素色彩信息減去該第四像素色彩信息后的絕對值；c.計算該第二像素色彩信息減去該第三像素色彩信息后的絕對值；d.計算該第二像素色彩信息減去該第四像素色彩信息后的絕對值；e.將a步驟、b步驟、c步驟、d步驟的結果相加；f.檢查e步驟的結果是否在預先決定的容許范圍內；以及g.若是，則將第一像素色彩信息，第二像素色彩信息，第三像素色彩信息，第四像素色彩信息平均作為該像素重建的色彩信息，反之則以其它方法決定重建結果。
12.如權利要求11所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該f步驟中的預先決定的容許范圍可為一預先決定的固定常數。
13.如權利要求11所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該f步驟中的預先決定的容許范圍可由欲重建色彩信息的像素的鄰近像素的色彩信息計算而得到。
14.如權利要求11所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該f步驟中的預先決定的容許范圍可由欲重建色彩信息的像素的鄰近像素的色彩信息，查找預先決定好的對應表而得到。
15.如權利要求13所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該預先決定的容許范圍可由欲重建色彩信息的像素的鄰近像素的色彩信息計算而得到，其計算方法為容許范圍＝{常數1-(鄰近像素平均值除以常數2)}。
16.如權利要求15所述的二維影像色彩信息重建方法，其中該常數2是2的羃次方。
全文摘要
本發明公開了一種二維影像色彩信息重建方法，直接利用一判斷式同時檢測出影像局部信息是否屬于平緩變化或是近45度斜線邊緣，包括試算水平及垂直方向內插重建結果，進而計算其差值是否可被人眼所接受，若計算結果為是，則表示該像素影像局部為平緩變化或是近45度斜線邊緣，則依據對像素其鄰近像素作色彩信息的雙向內插計算結果。由于一般影像8成以上屬于平緩變化或是近45度斜線邊緣，因此當以此技術做為影像信息重建的第一步驟，可大幅提升計算速度。
文檔編號H04N1/56GK1901607SQ20051008523
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月21日 優先權日2005年7月21日
發明者廖明俊, 郭俊廷, 張尹彬 申請人:華晶科技股份有限公司