CN100369454C - 二维影像色彩信息重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维影像色彩信息重建方法，直接利用一判断式同时检测出影像局部信息是否属于平缓变化或是近45度斜线边缘，包括试算水平及垂直方向内插重建结果，进而计算其差值是否可被人眼所接受，若计算结果为是，则表示该像素影像局部为平缓变化或是近45度斜线边缘，则依据对像素其邻近像素作色彩信息的双向内插计算结果。由于一般影像8成以上属于平缓变化或是近45度斜线边缘，因此当以此技术做为影像信息重建的第一步骤，可大幅提升计算速度。

Description

二维影像色彩信息重建方法

技术领域

本发明涉及一种二维影像色彩信息重建方法，特别是一种未使用梯度计算方式且可增加判断效率的二维影像色彩信息重建方法。

背景技术

目前数字相机(Digital Still Camera，DSC)所使用的感应器件为电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)或者是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感应器件。以一个640×480像素的感应装置为例，感应装置由640×480个感应器件所构成，而每个感应器件上皆配置有彩色滤光片，该彩色滤光片只允许单一种颜色(如红色(R)或绿色(G)或蓝色(B))的光束通过。而红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的彩色滤光片排列，通常为贝尔数组滤波器的排列方式。

因此，当光线通过彩色滤光片照射至感应装置的感应器件时，每个感应器件将仅能感应到一种色光(R或G或B)的亮度。感应器件即根据感应到的色光的亮度大小对应输出感应电荷。之后，数字相机再根据这些感应电流，形成最后的数字彩色影像。

其中，由于每一感应器件仅能感应RGB三色光的其中一者并产生感应电流，即感应电流一开始所能提供的初成像，其每一像素仅具有R或G或B的色彩信息。因此，一开始成像的每一像素必须透过相邻像素且以内插法(Interpolation)以求得本身的R、G、B色彩信息，以形成最后的数字彩色影像。

然而，若初像的每一像素皆以其相邻像素用内插法求得每一像素的R、G、B色彩信息时，势必有许多像素的R、G、B色彩信息非所预期，即产生人眼所无法接受的人造图案(artifact)。因此，除了使用内插法外，还利用梯度向量计算的方式，找出初像每一像素其相邻像素色彩信息的差异程度。且，根据差异程度，再以每一像素相邻像素的色彩信息作为变量，使用经修改过的内插法求得每一像素所缺少的R或G或B色彩信息，此即可对初像上有可能出现人造图案的地方进行色彩信息重建。

通常，可将初成像依据色块边界像素间的色彩信息差异程度大小，分为明显边界(hard edge)、不明显边界(soft edge)、以及平滑地带(smooth area)。接着，根据所区分边界或地带，再使用修改过的不同内插法求得每一像素所缺少的色彩信息。

请参考图1所示的习知影像的色彩信息重建方法的示意图。假设于初像时，P₀位置像素为具有B的色彩信息，P₁、P₂、P₃、P₄位置像素为具有G的色彩信息，因此，为找出P₀位置像素的G色彩信息时，则必须透过对P₀位置像素于水平以及垂直的相邻像素，也就是P₁、P₂、P₃、P₄位置像素，作内插法，以求得P₀位置像素的G色彩信息。

不过，为了避免最后以内插法求得的P₀位置像素的G色彩信息为人眼所无法接受的人造图案，再以内插法求得P₀位置像素的G色彩信息前，会先判断P₀位置像素其在水平方向的相邻像素，即P₃、P₄位置像素，以及其在垂直方向的相邻像素，即P₁、P₂位置像素，在G色彩信息上的差异性。而习知作法为分别对水平方向的P₃、P₄位置像素的G色彩信息作梯度计算，以及对垂直方向的P₁、P₂位置像素的G色彩信息作梯度计算，再根据两方向的梯度差，以判定P₀位置像素落于哪一边界或地带，以选择用修改过的不同内插法求得P₀位置像素的G色彩信息。

假设初像时，P₁、P₂、P₃、P₄位置像素的G色彩信息的值分别为G₁、G₂、G₃、G₄，欲求的P₀位置像素的G色彩信息的值为G₀，则习知作法为先判断P₀位置像素双向的梯度变化，其通常为计算|ΔH(水平)-ΔV(垂直)|＝？，即：

||G₃-G₄|-||G₁-G₂||＝？

若|ΔH-ΔV|＞20，则代表P₀位置像素为位于明显边界，其以邻近像素经内插法后所求得的G₀为(G₁+G₂)/2。

若20≥|ΔH-ΔV|≥10，则代表P₀位置像素为位于不明显边界，且G₀等于3/4(G₁+G₂)/2+1/4(G₃+G₄)/2。

若|ΔH-ΔV|＜10，则代表P₀位置像素为位于平滑地带，且G₀等于(G₁+G₂+G₃+G₄)/4。

本发明针对平滑地带影像的色彩信息重建所提出，其原因在于：以习知作法仍有许多平滑地带的像素无法判断出，而亦相对造成后续步骤进行上的困扰，除效率不佳外，易因为高频噪声的干扰增加判断错误的机率，以致人眼无法接受的人造图案产生。

有鉴于此，本发明提出一种二维影像色彩信息重建方法。本发明可有效判断出平滑地带的像素，以增加判断效率，进而在进行平滑地带影像的色彩信息重建时，除增加重建的效率外，重建的质量亦可以提升。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种二维影像色彩信息重建方法，仅利用一判断式即可同时检测出影像局部信息是否属于平缓变化或是近45度斜线边缘，有效增加判断效率。由于一般影像8成以上系属于平缓变化或是近45度斜线边缘，因此以此技术做为影像信息重建的第一步骤，可大幅提升计算速度。

为达到上述目的，本发明提出一种二维影像色彩信息重建方法，包括试算水平及垂直方向内插重建结果，进而计算其差值是否可被人眼所接受，若是表是该像素影像局部为平缓变化或是近45度斜线边缘，则依据对像素其邻近像素作色彩信息的双向内插计算结果，作为像素欲重建的色彩信息，反之则否等步骤。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是习知影像的色彩信息重建方法的示意图；

图2是本发明较佳实施例的增加判断效率的二维影像色彩信息重建方法的流程图；

图3是本发明较佳实施例的增加判断效率的二维影像色彩信息重建方法的示意图。

具体实施方式

本发明概念为：在欲重建信息像素的水平以及垂直两个方向上，以预先决定的第一种方法重建结果，并计算出两方向重建结果的差值。若差值在预先决定的容许范围内，则依据对该像素两方向的重建结果，依预先决定的第二种计算方法决定出该像素欲重建的色彩信息，反之则以其它方法决定重建结果。

其中，第一种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权平均值。预先决定的容许范围可为一预先决定的固定常数，或由欲重建色彩信息的像素的邻近像素的色彩信息计算而得(例如是容许范围＝{常数1-(邻近像素平均值除以常数2)}，常数2为2的幂次方)，又或者是由欲重建色彩信息的像素的邻近像素的色彩信息，查预先决定好的对应表而得。

第二种方法则可为将第一方向重建结果与第二方向重建结果平均，或为将邻近像素色彩信息平均。

请参见图2所示的本发明较佳实施例的增加判断效率的色彩信息重建方法的流程图，并以35×5像素的影像为例来说明。假设B××位置像素为具有B××色彩信息，G××位置像素为具有G××色彩信息。以求得B22位置像素的G色彩信息为例说明：

首先进行步骤201：计算利用水平方向邻近像素线性内差结果G_H，利用垂直方向邻近像素线性内差结果G_V，利用水平与垂直双向线性内差结果G_mean.

较佳实施例为：

G_H＝(G21+G23)/2，G_V＝(G12+G32)/2

G_mean＝(G21+G23+G12+G32)/4or G_mean＝(G_H+G_V)/2

接着进行步骤202：根据邻近像素信息计算容忍值(Tolerance_value)＝f(数据值)，亦即Tolerance_value为以一数据值作为变量的函数值。较佳实施例之一为：容忍值＝临界值TH1-临界值TH0，即容许值＝10-G_mean/32。

再接着进行步骤203：判断一像素其相邻像素的色彩信息经双向内插计算后，其结果是否可被人眼所接受。延续上述较佳实施例为判断一像素其相邻像素的色彩信息经双向内插计算后，其结果是否可被接受。其利用|G_H-G_V|是否小于等于步骤202中的容忍值来判断。若步骤203的计算结果为”是”，则B22位置像素的G色彩信息的重建，即根据双向内插计算结果的平均，也就是G₂₂＝(G_H+G_V)/2，即G_mean，此为步骤204A，且B22位置像素的G色彩信息(G₂₂)的重建可到此告一段落。

若步骤203的计算结果为”否”，则代表B22位置像素附近影像局部并非平缓变化区域亦非近45度斜线边缘，因此B22位置像素的G22信息无法以双向内插得到，因此需以其它方法对B22位置的G色彩信息所属的例如明显边界或不明显边界作后续对应的色彩信息重建，此为步骤204B。

将此上述步骤以虚拟程序语言(pseudo code)描述，可写成：

if(|G_H-G_V|≤Tolerance_value)

  G₂₂＝(G_H+G_V)/2

else

  goto next step

end

值得注意的是，步骤203除了以(|G_H-G_V|≤Tolerance_value作为判断式外，还可以ΔD＝|G12-G21|+|G12-G23|+|G32-G21|+|G32-G23|≤Tolerance_value作为判断式。因此，另一较佳实施例的方法可描述为：

if(ΔD≤Tolerance_value)

   G₂₂＝(G_H+G_V)/2

else

   goto next step

end

，ΔD＝|G12-G21|+|G12-G23|+|G32-G21|+|G32-G23|。

由于本发明概念为利用水平内插结果与垂直方向内插结果的差去判断像素若是以其相邻像素经双向内插计算后是否符合人眼所能接受，可被接受时表是影像局部区域为平缓变化区域或是近45度斜线边缘。因此本发明提供一种增加效率与降低人造图案(Artifacts)的色彩信息重建方法，直接利用一判断式同时检测出影像局部信息是否属于平缓变化或是近45度斜线边缘，若是则可直接利用水平内插结果与垂直方向内插结果平均作为像素重建后的信息，由于只利用一判断式即可同时检出影像中属于平缓变化区域或是近45度斜线边缘的特征。较之习用技术只能检测出平缓变化区域或是45度斜线边缘两者之一的技术判断效率更高。而且一般影像8成以上属于平缓变化或是近45度斜线边缘，因此以此技术做为影像信息重建的第一步骤，可大幅提升计算速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，当不能以此限制本发明的范围。因此凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围的，故都应视为本发明的进一步实施。

Claims (8)

1.一种二维影像色彩信息重建方法，其特征在于：至少包括：

a.利用欲重建信息像素的邻近像素，依预先决定的第一种方法计算其在第一方向的重建结果，而此方法所得的第一方向的重建结果包括第一方向二画素以上的色彩信息平均值或加权平均值；

b.利用欲重建信息像素的邻近像素，依预先决定的第一种方法计算其在第二方向的重建结果，而此方法所得的第二方向的重建结果包括第二方向二画素以上的色彩信息平均值或加权平均值；

c.计算第一方向重建结果与第二方向重建结果的差值，并检查此一差值是否在预先决定的容许范围内；以及

d.若是，则依据对该像素其第一方向与第二方向的重建结果，依预先决定的第二种计算方法决定出该像素欲重建的色彩信息，反之则以其它方法决定重建结果，其中所述的第二种计算方法为将第一方向重建结果与第二方向重建结果平均或是将邻近画素色彩信息平均。

2.如权利要求1所述的二维影像色彩信息重建方法，其特征在于：该c步骤中的预先决定的容许范围为一预先决定的固定常数。

3.如权利要求1所述的二维影像色彩信息重建方法，其特征在于：该c步骤中的预先决定的容许范围可由欲重建色彩信息的像素的邻近像素的色彩信息计算而得到。

4.如权利要求1所述的二维影像色彩信息重建方法，其特征在于：该c步骤中的预先决定的容许范围，可由欲重建色彩信息的像素的邻近像素的色彩信息，查找预先决定好的对应表而得到。

5.一种二维影像色彩信息重建方法，若欲重建信息像素的该像素垂直方向相邻两像素的色彩信息分别为一第一像素色彩信息、一第二像素色彩信息，水平方向相邻两像素的色彩信息分别为一第三像素色彩信息、一第四像素色彩信息，其特征在于：则该像素色彩信息重建方法包括：

a.计算第一像素色彩信息减去该第三像素色彩信息后的绝对值；

b.计算该第一像素色彩信息减去该第四像素色彩信息后的绝对值；

c.计算该第二像素色彩信息减去该第三像素色彩信息后的绝对值；

d.计算该第二像素色彩信息减去该第四像素色彩信息后的绝对值；

e.将a步骤、b步骤、c步骤、d步骤的结果相加；

f.检查e步骤的结果是否在预先决定的容许范围内；以及

g.若是，则将第一像素色彩信息，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为该像素重建的色彩信息，反之则以其它方法决定重建结果。

6.如权利要求5所述的二维影像色彩信息重建方法，其特征在于：该f步骤中的预先决定的容许范围可为一预先决定的固定常数。

7.如权利要求5所述的二维影像色彩信息重建方法，其特征在于：该f步骤中的预先决定的容许范围可由欲重建色彩信息的像素的邻近像素的色彩信息计算而得到。

8.如权利要求5所述的二维影像色彩信息重建方法，其特征在于：该f步骤中的预先决定的容许范围可由欲重建色彩信息的像素的邻近像素的色彩信息，查找预先决定好的对应表而得到。

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