CN100525380C - 使用模糊屏蔽法进行影像处理的方法 - Google Patents

Abstract

一种使用处理器调整影像信号的方法，其包含下列步骤：(a)提供一第一低通滤波器的低通滤波信号、一第二低通滤波器，(b)依据该第一低通滤波器的低通滤波信号的标准差(standard deviation)与该第二低通滤波器的低通滤波器信号的标准差产生一带通影像信号与该影像信号的能量比，(c)提供一影像调整参数，且依据该能量比与该影像调整参数产生一影像信号权值，(d)依据该影像信号权值、该影像调整参数、第一低通滤波器的低通滤波信号以及该第二低通滤波器的低通滤波信号，产生一第三低通滤波器的低通滤波信号，以及(e)依据该影像信号及该第三低通滤器的低通滤波信号调整该影像信号。

Description

使用模糊屏蔽法进行影像处理的方法

技术领域

本发明涉及一种使用处理器调整影像信号的方法，尤指涉及一种使用模糊屏蔽法进行影像处理的方法。

背景技术

请参阅图1及图2，图1为熟知影像处理系统10的方块图，图2为图1影像处理系统10的图形影像14的示意图。影像处理系统10包含有一存储器12用来储存程序及一待处理的图形影像14，以及一处理器16用来执行存储器12内所存的程序。图形影像14包含有复数个依据一矩阵格式排列的像素(pixel)18，而图形影像14内具有预定特征的影像区域20，以及影像区域20外围的边界区域22。

影像处理的目的是要凸显影像区域20的特征，且要保持影像区域20及其外围区域的谐调性，而若对整个图形影像14进行影像参数调整反而会牺牲某些不在影像区域20内的图形影像的特征或致使影像区域20的像素18造成失真，故现行有些影像处理手法便仅会对影像区域20外围的边界区域22做影像参数调整，以强化影像边界的高频部分，此乃因影像区域20外围的边界区域22的亮度起伏所横跨的空间范围与起伏量都小，较不易被察觉。

而模糊屏蔽法(unsharp mask method)便是以此概念作为影像处理的手法，其处理方式为先将影像模糊化，而得到原影像中的低频成份，再将模糊影像从原始影像中扣除而得到原始影像中的高频成份，接下来便是对高频影像做乘法加强，最后把前面被扣除的低频影像再加回来而完成模糊屏蔽法处理。然而模糊屏蔽法虽然可使影像边界较为锐利化，但其所增加的影像高频成分通常会改变整幅影像的亮度(luminance)，致使整幅影像较原来偏亮，而失去了欲使影像清晰的美意，此外传统模糊屏蔽法于进行对高频影像做乘法加强，再将前面被扣除的低频影像加回来的步骤时，由于需同时处理高频影像加强以及低频影像调整的动作，故需对整个影像信号能量做两次的调整，便会造成庞大的计算量，而增加影像处理成本及时间。

发明内容

本发明是提供一种使用处理器调整影像信号的方法，以解决上述的问题。

本发明的权利要求是揭露一种使用处理器调整影像信号的方法，其包含下列步骤：(a)提供一第一低通滤波器的低通滤波信号、一第二低通滤波器的低通滤波信号；(b)依据该第一低通滤波器的低通滤波信号的标准差与该第二低通滤波器的低通滤波信号的标准差产生一带通影像信号与该影像信号的能量比，该带通影像信号与该影像信号的能量比为

$\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_1}^2}-\frac{1}{2\mathrm{\π}({{\mathrm{\σ}}_1}^2+{{\mathrm{\σ}}_2}^2)}+\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_2}^2},$

其中σ₁为该第一低通滤波器的低通滤波信号的标准差，σ₂为该第二低通滤波器的低通滤波信号的标准差；(c)提供一最大影像失真率，将该影像失真率除以该能量比得出一影像调整最大权值，将该影像调整最大权值乘以一影像调整正规化值得到一影像调整参数，且依据该能量比与该影像调整参数产生一影像信号权值；(d)依据该影像信号权值C₁、该影像调整参数C₂、该第一低通滤波器的低通滤波信号h₁(x，y)以及该第二低通滤波器的低通滤波信号h₂(x，y)，得出第三低通滤波器的低通滤波信号h₃(x，y)＝C₁δ(x，y)+C₂[h₂(x，y)-h₁(x，y)]，其中δ(x，y)为一δ脉冲信号；以及(e)依据该影像信号及该第三低通滤器进行卷积运算得到调整的影像信号。

附图说明

图1为熟知影像处理系统的方块图。

图2为图1影像处理系统的图形影像的示意图。

图3为本发明影像处理系统的方块图。

图4为本发明第一实施例进行影像处理的流程图。

图5为第一低通滤波器的低通滤波信号与第二低通滤波器的低通滤波信号于频率领域相减的示意图。

图6为本发明第二实施例进行影像处理的流程图。

图7为阶跃信号与第二低通滤波器的低通滤波信号于频率领域相减的示意图。

具体实施方式

请参阅图3，图3为本发明影像处理系统30的方块图，影像处理系统30包含有一存储器32用来储存影像处理程序34及一待处理的图形影像36，影像处理程序34包含以软件格式运作的一第一低通滤波器38与一第二低通滤波器40，而第一低通滤波器38与第二低通滤波器40亦可以硬件电路形式运作。影像处理系统30另包含一影像处理器42用来执行存储器32内所存的影像处理程序34，以及一输入装置44，用来提供使用者进行影像参数的设定。

请参阅图4，图4为本发明第一实施例使用影像处理系统30进行影像

处理的流程图，其进行影像处理的方法包含有下列步骤：

步骤100：请参阅图5，图5为第一低通滤波器38的低通滤波信号h₁(x，y)与第二低通滤波器40的低通滤波信号h₂(x，y)于频率领域相减的示意图。兹定义第一低通滤波器38的低通滤波信号h₁(x，y)与第二低通滤波器40的低通滤波信号h₂(x，y)相减所产生的一带通滤波信号h(x，y)，且其与该影像信号I(x，y)进行卷积(convolution)所产生的信号为一带通影像信号h(x，y)×I(x，Y)；

步骤102：依据第一低通滤波器38的低通滤波信号h₁(x，y)的标准差σ₁与第二低通滤波器40的低通滤波信号h₂(x，y)的标准差σ₂产生该带通影像信号与该影像信号的能量比E_h×I/E_I，而其中该带通影像信号h(x，y)×I(x，y)与该影像信号I(x，y)的能量比

为 $\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_1}^2}-\frac{1}{2\mathrm{\π}({{\mathrm{\σ}}_1}^2+{{\mathrm{\σ}}_2}^2)}+\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_2}^2},$

且σ₁的数值不等于σ₂；

步骤104：提供一最大影像失真率，将该影像失真率除以该带通影像信号与该影像信号的能量比E_h×I/E_I而得出一影像调整最大权值C₂|_max，而另外再提供一影像调整正规化值，其数值介于“0”和“1”之间，以使得该影像调整最大权值C₂|_max乘以该影像调整正规化值可得出该影像调整参数C₂，于是使用者便可藉由影像处理系统30的输入装置44输入该影像调整正规化值，而得到一影像调整参数C₂；

步骤106：依据该能量比E_h×I/E_I与该影像调整参数C₂产生一影像信号权值C₁，其中 $C_1=1-C_2\frac{E_{h\×I}}{E_I};$

步骤108：依据该影像信号权值C₁、该影像调整参数C₂、该第一低通滤波器的低通滤波信号h₁(x，y)以及该第二低通滤波器的低通滤波信号h₂(x，y)，而得出一第三低通滤波器41的低通滤波信号h₃(x，y)，而其中h₃(x，y)＝C₁δ(x，y)+C₂[h₂(x，y)-h₁(x，y)]，且δ(x，y)为一δ脉冲信号(delta function)；以及

步骤110：将该第三低通滤波器41的低通滤波信号h₃(x，y)与该影像信号I(x，y)进行卷积(convolution)，而得出一调整过后的影像信号f₁(x，y)＝h₃(x，y)×I(x，y)，而其中×为卷积运算符号。

本发明第一实施例影像处理方法的作用原理为将图形影像36的高频部分撷取出来进行加强，即C₂[h(x，y)×I(x，y)]部分，再加上原本信号的加权，即C₁I(x，y)部分，如此便达到特别强化影像信号的高频部分的目的，再加上一能量守恒条件的限制，即(E_f1＝C₁E₁+C₂E_h×I)∧(Ef₁＝E_I)，在经调整过后影像信号f₁(x，y)的能量和与未调整前影像信号I(x，y)能量和相同限制条件下，计算出经过调整后的影像信号f₁(x，y)。

于此再将上述步骤作一详细说明，首先藉由Rayleigh理论中所提到一有限信号于空间领域与频率领域范围中具有相同能量的条件下，计算得出该带通影像信号h(x，y)×I(x，y)与该影像信号I(x，y)的能量比

其中

$\frac{E_{h\×I}}{E_I}=\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_1}^2}-\frac{1}{2\mathrm{\π}({{\mathrm{\σ}}_1}^2+{{\mathrm{\σ}}_2}^2)}+\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_2}^2},$

σ₁、σ₂分别为第一低通滤波器38的低通滤波信号h₁(x，y)与第二低通滤波器40的低通滤波信号h₂(x，y)的标准差，且σ₁的数值不等于σ₂，如此一来

值才不会为零，也就是带通滤波信号h(x，y)才能撷取到图形影像36的高频部分。接着再利用E＝C₁E₁+C₂E_h×I关系式，得出

$C_1=1-C_2\frac{E_{h\×I}}{E_I}$

接下来于步骤104及106中该影像调整参数C₂与该影像信号权值C₁决定方面，设计者必须先决定出图形影像36的最大影像失真率，也就是说于未经影像处理的低频部分，如图2的影像区域20，最大可以容忍的能量衰减幅度为何。举例来说，若设计者希望将图形影像36的主要影像区域的能量衰减幅度控制在5％内，此时便可决定出该影像信号权值的最小值C₁|_min＝1-0.05＝0.95，该影像调整最大权值便为

$C_2{|}_{\max }=\frac{0.05}{E_{h\×I}/E_I}.$ 而为了使用者操作方便，可以于影像处理系统30的输入装置44提供该影像调整参数C₂经正规化(normalization)后的该影像调整正规化值，其数值介于“0”和“1”之间，以使得该影像调整最大权值C₂|_max乘以该影像调整正规化值可得出该影像调整参数C₂，也就是说当使用者输入装置44输入“1”的正规化值时，该影像调整参数C₂即为

该影像信号权值C₁便为0.95，此时所调整的影像能量幅度便为最大的5％，反之当使用者于输入装置44输入“0”的相对权值时，该影像调整参数C₂即为0，该影像信号权值C₁便为1，此时所调整的影像能量幅度便为最小的0％，也就是不对图形影像36进行任何调整。

而后再依据使用者所输入的第一滤波器38的低通滤波信号、第二滤波器40的低通滤波信号、上述计算所得的C₁与C₂，透过关系式h₃(x，y)＝C₁δ(x，y)+C₂[h₁(x，y)-h₂(x，y)]而得第三低通滤波器41的低通滤波信号h₃(x，y)，其中δ(x，y)为单位脉冲信号。最后再以该第三低通的低通滤波信号41与该影像信号进行卷积，而得一调整后的影像信号f₁(x，y)＝h₃(x，y)×1(x，y)。如此一来便可改善传统模糊屏蔽法所产生的亮度改变的缺憾。

请参阅图6，图6为本发明第二实施例使用影像处理系统30进行影像处理的流程图。与第一实施例不同之处为于第二实施例中仅需使用第二低通滤波器40以及一单位脉冲信号，而无需使用到第一低通滤波器38，其优点为可简化计算，但输入影像调整值时，便不若第一实施例中该影像调整参数C₂经正规化后产生的该影像调整正规化值较呈线性变化，而较不好控制调整影像的变化。其进行影像处理的方法包含有下列步骤：

步骤112：请参阅图7，图7为该单位脉冲信号δ(x，y)与第二低通滤波器40的低通滤波信号h₂(x，y)于频率领域相减的示意图。兹定义该单位脉冲信号δ(x，y)与该第二低通滤波器40的低通滤波信号h₂(x，y)相减所产生的一高通滤波信号h′(x，y)与该影像信号I(x，y)进行卷积(convolution)所产生的信号为一高通影像信号h′(x，y)×I(x，y)；

步骤114：依据第二低通滤波器40的低通滤波信号h₂(x，y)的标准差σ₂产生该高通影像信号与该影像信号的能量比

而其中该高通影像信号h₁(x，y)×I(x，y)与该影像信号I(x，y)的能量比

为 $1-\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_2}^2},$

且σ₂的数值大于

步骤116：提供一最大影像失真率，将该影像失真率除以高通影像信号与该影像信号的能量比E_h’×I/E_I而得出一影像调整最大权值C₄|_max，而另外再提供一影像调整正规化参数，其数值介于“0”和“1”之间，以使得该影像调整最大权值C₄|_max乘以该影像调整正规化参数可得出该影像调整最大权值C₄，于是使用者便可藉由影像处理系统30的输入装置44输入该影像调整最大权值，而得到一影像调整参数C₄；

步骤118：依据该能量比E_h’×I/E_I与该影像调整参数C₄产生该影像信号权值C₃，其中 $C_3=1-C_4\frac{E_{h\′\×I}}{E_I}$

步骤120：依据该影像信号权值C₃、该影像调整参数C₄以及该第二低通滤波器的低通滤波信号h₂(x，y)，得出一第四低通滤波器46的低通滤波信号h₄(x，y)，而其中h₄(x，y)＝C₃δ(x，y)+C₄[δ(x，y)-h₂(x，y)]，且δ(x，y)为一单位脉冲信号；以及

步骤122：将该第四低通滤波器46的低通滤波信号h₄(x，y)与该影像信号I(x，y)进行卷积，而得出一调整过后的影像信号f₂(x，y)，而其中f₂(x，y)＝h₄(x，y)×I(x，y)。

本发明第二实施例影像处理方法的作用原理基本上与第一实施例相同，亦为将图形影像36的高频部分撷取出来进行加强，即C₄[h′(x，y)×I(x，y)]部分，再加上原本信号的加权，即C₃I(x，y)部分，如此便达到特别强化影像信号的高频部分的目的，再加上一能量守恒条件的限制，即(Ef₂＝C₃E_I+C₄E_h’×1)∧(Ef₂＝E₁)，在经调整过后影像信号f₂(x，y)的能量和与未调整前影像信号I(x，y)能量和相同限制条件下，计算出经过调整后的影像信号f₂(x，y)。

由于本发明第二实施例影像处理方法的步骤流程与第一实施例相似，故于此便不再详述，而需补充之处为该高通影像信号h′(x，y)×I(x，y)与该影像信号I(x，y)的能量比E_h’×1/E_I亦为藉由Rayleigh理论中所提到一有限信号于空间领域与频率领域范围中具有相同的能量的条件下，计算得出

$\frac{E_{h\′\×I}}{E_I}=1-\frac{3}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_2}^2},$

且σ₂的数值大于

如此一来E_h’×I/E₁值才不会为小于或等于零，也就是带通滤波信号h′(x，y)×I(x，y)才能撷取到图形影像36的高频部分。

相较于熟知的影像处理方法，本发明的方法可使影像边界高频部分较为锐利化，且于影像调整前后的影像亮度不变，如此一来便可改善传统模糊屏蔽法因所增加的影像高频成分而改变整幅影像的亮度，致使整幅影像较原来偏亮的缺憾，而达到欲使影像清晰的目的，此外相较于传统模糊屏蔽法需对整个影像信号能量做两次的调整，便会造成庞大的计算量，本发明的影像处理方法仅需于空间领域针对各权值参数以及滤波信号先行进行计算，最后再与先前影像信号进行运算，如此一来便可大大地降低影像处理的运算量，而达到节省影像处理成本及时间的功效。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种使用处理器调整影像信号的方法，其包含下列步骤：

(a)提供一第一低通滤波器的低通滤波信号、一第二低通滤波器的低通滤波信号；

(b)依据该第一低通滤波器的低通滤波信号的标准差与该第二低通滤波器的低通滤波信号的标准差产生一带通影像信号与该影像信号的能量比，该带通影像信号与该影像信号的能量比为

$\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_1}^2}-\frac{1}{2\mathrm{\π}({{\mathrm{\σ}}_1}^2+{{\mathrm{\σ}}_2}^2)}+\frac{1}{4\mathrm{\π}{{\mathrm{\σ}}_2}^2},$

其中σ₁为该第一低通滤波器的低通滤波信号的标准差，σ₂为该第二低通滤波器的低通滤波信号的标准差；

(c)提供一最大影像失真率，将该影像失真率除以该能量比得出一影像调整最大权值，将该影像调整最大权值乘以一影像调整正规化值得到一影像调整参数，且依据该能量比与该影像调整参数产生一影像信号权值；

(d)依据该影像信号权值C₁、该影像调整参数C₂、该第一低通滤波器的低通滤波信号h₁(x，y)以及该第二低通滤波器的低通滤波信号h₂(x，y)，得出第三低通滤波器的低通滤波信号h₃(x，y)＝C₁δ(x，y)+C₂[h₂(x，y)-h₁(x，y)]，其中δ(x，y)为一δ脉冲信号；以及

(e)依据该影像信号及该第三低通滤器进行卷积运算得到调整的影像信号。

2.如权利要求1所述的方法，其于步骤(b)中，该带通影像信号为将该第一低通滤波器的低通滤波信号与该第二低通滤波器的低通滤波信号相减以产生一带通滤波信号，再将该影像信号与该带通滤波信号进行卷积以产生该带通影像信号。

3.如权利要求1所述的方法，其于步骤(b)中，该带通影像信号为将该第一低通滤波器的低通滤波信号与该影像信号进行卷积以产生一第一信号，将该第二低通滤波器的低通滤波信号与该影像信号进行卷积以产生一第二信号，以及将该第一信号与该第二信号相减而产生该带通影像信号。

4.如权利要求1所述的方法，其于步骤(b)中，该第一低通滤波器的低通滤波信号的标准差与该第二低通滤波器的低通滤波信号的标准差数值不相等。

5.如权利要求1所述的方法，其于步骤(c)中，该影像信号权值大小为1-(该影像调整参数)*(该带通影像信号与该影像信号的能量比)。

6.如权利要求1所述的方法，其另包含依据该影像信号权值的可容许范围及该带通影像信号与该影像信号的能量比设定该影像调整参数的可设定范围。

7.如权利要求1所述的方法，其中步骤(e)为将该影像信号乘以该第三低通滤波器的低通滤波信号而得出调整后的影像信号。

8.一种使用处理器调整影像信号的方法，其包含下列步骤：

(a)提供一第二低通滤波器的低通滤波信号、一单位脉冲信号；

(b)依据该第二低通滤波器的低通滤波信号的标准差产生一高通影像信号与该影像信号的能量比，该高通影像信号与该影像信号的能量比为

其中σ₂为该第二低通滤波器的低通滤波信号的标准差；

(c)提供一最大影像失真率，将该影像失真率除以该能量比得出一影像调整最大权值，将该影像调整最大权值乘以一影像调整正规化值得到一影像调整参数，且依据该能量比与该影像调整参数产生一影像信号权值；

(d)依据该影像信号C3、该影像调整参数C4、该第二低通滤波器的低通滤波信号h₂(x，y)以及该单位脉冲信号δ(x，y)，得出一第四低通滤波器的低通滤波信号h₄(x，y)＝C₃δ(x，y)+C₄[δ(x，y)-h₂(x，y)]；以及

(e)依据该影像信号及该第四低通滤波器的低通滤波信号进行卷积运算得到调整的影像信号。

9.如权利要求8所述的方法，其于步骤(b)中，该带通影像信号为将该单位脉冲信号与该第二低通滤波器的低通滤波信号相减以产生一高通滤波信号，再将该影像信号与该高通滤波信号进行卷积以产生该高通影像信号。

10.如权利要求8所述的方法，其于步骤(b)中，该第二低通滤波器的低通滤波信号的标准差大于

11.如权利要求8所述的方法，其于步骤(c)中，该影像信号权值大小为1-(该影像调整参数)*(该高通影像信号与该影像信号的能量比)。

12.如权利要求8所述的方法，其另包含依据该影像信号权值的可容许范围及该带通影像信号与该影像信号的能量比设定该影像调整参数的可设定范围。

13.如权利要求8所述的方法，其中步骤(e)为将该影像信号乘以该第四低通滤波器的低通滤波信号而得出调整后的影像信号。

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