CN100367768C - 增强图像边缘视觉效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增强图像边缘视觉效果的方法。现有方法过于复杂，实现硬件代价过大，容易造成信号失真。该方法包括以下步骤：(a)对目标像素进行二阶滤波计算；(b)判断目标像素在图像边缘的位置；(c)根据目标像素的二阶滤波计算结果与其在边缘的位置，计算边缘增强增益；(d)计算增强后的像素值并对计算结果进行保护。采用本发明方法可以大大提高增强效果和准确性，同时计算量比较小，硬件实现简单高效。

Description

增强图像边缘视觉效果的方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种增强图像边缘视觉效果的方法。

背景技术

由于人眼对图像边缘特别敏感，因此增强图像边缘的视觉效果可提高图像的清晰度，使图像更加清晰亮丽。再则在图像信号的传输过程中，图像边缘信息属于高频部分，很容易衰减，这样就使得在显示器件上显示的图像边缘变得更模糊，视觉效果更差。因此，增强图像边缘的视觉效果成为改善图像画面质量非常重要的一个环节。

增强图像边缘视觉效果也称为亮度瞬态改善(Luminance TransientImprovement)，简称LTI。传统的LTI方法有水平滤波、二维滤波等，这些方法中有的容易造成信号失真，如水平滤波算法；有的算法过于复杂，实现硬件代价太大，例如二维滤波算法。申请号为US6580835的发明专利公开了一种基于图像局部区域的统计特征的边缘增强方法，该方法未根据像素在边缘的位置对增强的增益进行调整，必然会造成增强后图像的边缘随机波动，影响视觉效果，而且该方法所需数据量很大，不适合硬件实现。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷或不足，提供一种增强图像边缘视觉效果的方法。该方法一方面可明显增强图像边缘的视觉效果，另一方面计算量比较小，硬件实现简单高效。

该方法包括以下步骤：(a)对目标像素进行二阶滤波计算；(b)判断目标像素在图像边缘的位置；(c)根据目标像素的二阶滤波计算结果与其在边缘的位置，计算边缘增强增益；(d)计算增强后的像素值并对计算结果进行保护。

步骤(a)利用方程(1)对目标像素进行二阶滤波计算：

$F_m^{\′}=[-\frac{1}{8},-\frac{1}{4},-\frac{1}{8},\frac{1}{4},\frac{1}{2},\frac{1}{4}-\frac{1}{8},-\frac{1}{4},-\frac{1}{8}]\×---\left(1\right)$

${[F_{m-4},F_{m-3},F_{m-2},F_{m-1},F_m,F_{m+1},F_{m+2},F_{m+3},F_{m+4}]}^T$

其中F_m表示目标像素滤波前的像素值，F_m′表示滤波后的像素值。

步骤(b)判断目标像素在图像边缘的位置需以下步骤：(1)计算原图像各像素的一阶差分；(2)根据目标像素的一阶差分与其水平相邻左右各七个像素的一阶差分的关系，找到位于该边缘末端的两个像素；(3)根据目标像素的像素值与位于边缘末端的两个像素的像素值的关系，判断出目标像素在图像边缘的位置。

步骤(1)用式(2)计算各像素点的一阶差分：

D_m＝F_m-F_m-1                           (2)

步骤(2)利用式(3-1)判断目标像素与其左边七个像素的关系，用式(3-2)判断目标像素与其右边七个像素的关系：

T_m+i＝D_m×D_m+i＞0    ，i＝[-7，-1]    (3-1)

T_m+j＝D_m×D_m+j＞0    ，j＝[1，7]      (3-2)

其中T_m+i为1时表示F_m+i点与F_m点都处于相同性质的边缘(上升沿或下降沿)。

步骤(2)中再用式(4-1)找到位于该边缘左端的像素，用式(4-2)找到位于该边缘右端的像素：

l＝max(m+i)    ，P_m+i＝1    (4-1)

r＝min(m+j)    ，P_m+j＝1    (4-2)

其中1即为满足式(3-1)的所有像素中最右的点，r为满足式(3-2)的所有像素中最左的点，亦即1为与目标像素处于同一边缘最左的像素，r为同一边缘最右的像素。

步骤(3)利用式(5)计算出目标像素在边缘的位置：

P_m＝|F_m-(F_l+F_r)/2|    (5)

式中P_m即可表征目标像素在边缘的位置，该值越大，表示m点越靠近该边缘的端口。

步骤(c)利用式(6)得到增强边缘增益：

F_m″＝F_m′×(P_m×C₁+C₂)    (6)

其中C₁、C₂为常数，且都大于零。

步骤(d)利用方程(7)计算得到增强处理后的像素值：

${\stackrel{\&OverBar;}{F}}_m=\left\{\begin{array}{cc}{F}_m& F_m^{\&prime;\&prime;}\&le;C_3\\ F_m+F_m^{\&prime;\&prime;}& C_3<F_m^{\&prime;\&prime;}<C_4\\ F_m+C_4& F_m^{\&prime;\&prime;}\&GreaterEqual;C_4\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中C₃、C₄为常数，且都大于零。

该发明可以增强各种图像的边缘视觉，特别地，该发明适用于电视图像信号的缩放运算。

由于人眼对图像边缘特别敏感，因此边缘部分的视觉效果很大程度上决定了整幅图像的视觉效果。但图像的边缘千变万化，仅用传统的边缘增强方法是不够的。针对这一点，该发明利用像素点在边缘位置，对处于不同位置的点采用不同的增益，这样可以大大提高增强效果和准确性。同时，该发明另一方面计算量比较小，硬件实现简单高效。

附图说明

图1是本发明框图；

图2是二阶滤波示意图；

图3寻找边缘端点示意图；

图4是计算边缘位置示意图；

图5为计算增强后像素值示意图。

具体实施方式

如图1所示，输入的图像首先根据方程(1)计算目标像素的二阶滤波值，具体获得方法可参考图2。接着对目标像素所处的边缘位置进行判断。判断时首先利用式(2)计算输入图像每个像素的一阶差分，然后根据目标像素水平相邻左右七个像素点差分值，利用式(3-1)、(3-2)判断目标像素与这些像素是否位于相同性质的边缘(此步骤可参考图3)，然后取出所有与目标像素位于相同性质的边缘的相邻像素点，利用式(4-1)、(4-2)找到与目标像素处于同一边缘的最左、最右的像素点，最后利用式(5)即可算得目标像素在该边缘的位置，计算方法可参考图4。接着利用式(6)计算出目标像素的边缘增强增益。最后利用式(7)得到最终的边缘增强处理的像素值，计算该值时可参考图5。

图2说明了采用方程(1)计算目标像素二阶滤波的方法。图中F_m表示目标像素滤波前的像素值，F_m′表示滤波后的像素值。实线表示输入的原始图像，虚线表示二阶滤波值。

图3说明了采用方程(2)、(3-1)、(3-2)、(4-1)、(4-2)寻找边缘端点的方法。图中m表示目标像素水平坐标。如图所示，点m的一阶差分为正，点m-1、m-2、m-3、m-4的一阶差分也为正，其余点为负。因此由方程(3-1)得知，点m-1、m-2、m-3、m-4与目标处于相同性质边缘，即上升沿。再由式(4-1)得知，点m-4即为该边缘的端点。图3只说明了寻找边缘左端点的方法，寻找右端点可类推。

图4说明了采用方程(5)计算目标像素所处边缘位置的方法。图中m为目标像素水平坐标，l为该边缘最左像素点水平坐标，r为最右像素点水平坐标。F_m、F_l、分别为m、l、r三点对应的像素值。图中只说明了目标像素所处边缘为下降沿时，P_m的计算方法，其他情况可类推。

图5说明了采用方程(7)计算目标像素增强处理后的像素值方法。图中虚线表示增强前的像素值，实现表示增强后的像素值，点线表示方程(7)中的F_m″，C₃、C₄即为方程(7)中的C₃、C₄，实际实现时，C₃可设为60，C₄可设为10。

Claims (5)

1.增强图像边缘视觉效果的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(a)对目标像素进行二阶滤波计算；(b)判断目标像素在图像边缘的位置；(c)根据目标像素的二阶滤波计算结果与其在边缘的位置，计算边缘增强增益；(d)计算增强后的像素值并对计算结果进行保护。

2.如权利要求1所述的增强图像边缘视觉效果的方法，其特征在于步骤(a)利用方程(1)对目标像素进行二阶滤波计算

$F_m^{\&prime;}=[-\frac{1}{8},-\frac{1}{4},-\frac{1}{8},\frac{1}{4},\frac{1}{2},\frac{1}{4}-\frac{1}{8},-\frac{1}{4},-\frac{1}{8}]\&times;---\left(1\right)$

${[F_{m-4},F_{m-3},F_{m-2},F_{m-1},F_m,F_{m+1},F_{m+2},F_{m+3},F_{m+4}]}^T$

其中F_m表示目标像素滤波前的像素值，F_m′表示滤波后的像素值。

3.如权利要求1所述的增强图像边缘视觉效果的方法，其特征在于步骤(b)判断目标像素在图像边缘的位置的方法包括以下步骤：(1)计算原图像各像素的一阶差分；(2)根据目标像素的一阶差分与其水平相邻左右各七个像素的一阶差分的关系，找到位于该边缘末端的两个像素；(3)根据目标像素的像素值与位于边缘末端的两个像素的像素值的关系，判断出目标像素在图像边缘的位置；

步骤(1)用式(2)计算各像素点的一阶差分

D_m＝F_m-F_m-1    (2)

步骤(2)利用式(3-1)判断目标像素与其左边七个像素的关系，用式(3-2)判断目标像素与其右边七个像素的关系

T_m+i＝D_m×D_m+i＞0，i＝[-7，-1]    (3-1)

T_m+j＝D_m×D_m+j＞0，j＝[1，7]      (3-2)

其中T_m+i为1时表示F_m+i点与F_m点都处于相同性质的边缘(上升沿或下降沿)，

步骤(2)中再用式(4-1)找到位于该边缘左端的像素，用式(4-2)找到位于该边缘右端的像素

l＝max(m+i)，P_m+i＝1    (4-1)

r＝min(m+j)，P_m+j＝1    (4-2)

其中l即为满足式(3-1)的所有像素中最右的点，r为满足式(3-2)的所有像素中最左的点，亦即l为与目标像素处于同一边缘最左的像素，r为同一边缘最右的像素；

步骤(3)利用式(5)计算出目标像素在边缘的位置

P_m＝|F_m-(F_l+F_r)/2|    (5)

式中P_m即可表征目标像素在边缘的位置，该值越大，表示m点越靠近该边缘的端口。

4.如权利要求1所述的增强图像边缘视觉效果的方法，其特征在于步骤(c)利用式(6)得到增强边缘增益

 F_m″＝F_m′×(P_m×C₁+C₂)    (6)

其中C₁、C₂为常数，且都大于零。

5.如权利要求1所述的增强图像边缘视觉效果的方法，其特征在于步骤(d)利用方程(7)计算得到增强处理后的像素值

${\stackrel{\&OverBar;}{F}}_m=\left\{\begin{array}{cc}{F}_m& F_m^{\&prime;\&prime;}\&le;C_3\\ F_m+F_m^{\&prime;\&prime;}& C_3<F_m^{\&prime;\&prime;}<C_4\\ F_m+C_4& F_m^{\&prime;\&prime;}\&GreaterEqual;C_4\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中C₃、C₄为常数，且都大于零。

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