CN101114377A - 图像内插方法及其装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于执行内插由多个平面构建的空间中的点的图像信息的图像内插方法。根据该方法，可以通过以下步骤来容易地获得可靠的内插值：搜索离所述点最近的平面；通过使用面对所找到的平面的平面的一个或多个顶点的图像信息来获得关于面对所述所找到的平面的平面的信息；以及通过使用所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及获得的关于面对所述所找到的平面的平面的信息来内插所述点的图像信息。

Description

图像内插方法及其装置

技术领域

本发明涉及内插，更具体地说，涉及一种通过使用附近顶点的图像信息在三维空间中内插点的图像信息的方法。

背景技术

内插用于使用在一些点处的一些已知的值来估计另一点处的值。

内插方法可以发展为改进内插值的可靠性或增加内插速度。在内插值的可靠性的改进和内插速度之间有一个折衷。

因此，需要一种能够保证合适的可靠性和合适的内插速度的新内插方法。

发明内容

本发明提供一种能够快速获得可靠内插值的图像内插方法。

本发明还提供一种能够快速获得可靠内插值的图像内插装置。

本发明还提供一种计算机可读记录介质，其上记录有用于执行能够快速获得可靠内插值的图像内插方法的计算机程序。

根据本发明一方面，提供一种内插由多个平面形成的空间中的点的图像信息的图像内插方法，该方法包括：(a)搜索离点最近的平面；(b)通过使用面对所找到的平面的平面的一个或多个顶点的图像信息来获得关于面对所述所找到的平面的平面的信息；以及(c)通过使用所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及获得的关于面对所述所找到的平面的平面的信息来内插所述点的图像信息。

根据本发明另一方面，提供一种用于内插由多个平面形成的空间中的点的图像信息的图像内插装置，该装置包括：基本平面搜索单元，，搜索离所述点最近的平面；运算单元，通过使用面对所找到的平面的平面的一个或多个顶点的图像信息来计算关于所述对面平面的信息；以及内插单元，通过使用所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及计算的关于对面平面的信息来内插所述点的图像信息。

根据本发明另一方面，提供一种计算机可读记录介质，其上具有用于执行内插由多个平面构建的空间中的点的图像信息的图像内插方法的计算机程序，所述方法包括：(a)搜索离点最近的平面；(b)通过使用面对所找到的平面的平面的一个或多个顶点的图像信息来获得关于面对所述所找到的平面的平面的信息；以及(c)通过使用所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及获得的关于面对所述所找到的平面的平面的信息来内插所述点的图像信息。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出本发明的领域的示图；

图2是示出线性内插的示图；

图3是示出双线性内插的示图；

图4是示出三线性内插的示图；

图5是根据本发明实施例的图像内插装置的框图；

图6是根据本发明实施例的图5所示的基本平面搜索单元的框图；

图7是示出图5所示的存储单元的示图；

图8是示出图5所示的内插单元的示图；以及

图9是示出根据本发明实施例的图像内插方法的流程图。

具体实施方式

参照示出本发明示例性实施例的附图以获得对本发明及其优点以及由本发明的实现来完成的目的的充分理解。

下文中，将参照附图详细描述根据本发明实施例的内插图像的方法和设备。

图1是示出本发明的领域的示图。

为了在二维(2D)屏幕上显示授权的三维(3D)图形数据，需要渲染3D图形数据，也就是使其可视化。

纹理映射是渲染3D图形数据的过程之一。纹理映射用于将表示纹理的2D图像(下文中称为“纹理图像”)应用于由3D图形数据表示的3D模型。

为了执行渲染，必须定义视点(viewpoint)和3D模型之间的距离(下文中称为“视点距离”)。视点距离越长，应用于3D模型的纹理图像分辨率越低。反之，视点距离越短，应用于3D模型的纹理图像分辨率越高。

为了执行纹理映射，可以在渲染设备中存储关于多个视点的多个纹理图像。如图1所示，在渲染设备中存储关于三个视点的三个纹理图像110、120和130。在此情况下，为了描述方便，纹理图像的数量为3。

在图1的(a)中，示意性示出纹理图像的分辨率和视点之间的关系。

图1的(b)中所示的纹理图像110的分辨率(例如512×512像素)是图1的(c)中所示的纹理图像120的分辨率(例如256×256像素)的两倍。图1的(c)中所示的纹理图像120的分辨率是图1的(d)中所示的纹理图像130的分辨率(例如128×128像素)的两倍。

渲染设备无法存储关于所有可能的视点的纹理图像。因此，当应用于3D模型的纹理图像140未存储于渲染设备中时，必须通过使用存储的纹理图像来内插应用于3D模型的纹理图像140。

可以在渲染领域以及进一步在各种图像处理领域使用各种内插方法。所述各种内插方法也用于根据本发明实施例的图像内插方法和装置。

图2是示出线性内插的示图。线性内插表示按一维(1D)执行的内插。

如图2所示，通过使用在第一点210处的值(a)(例如颜色信息)和在第二点212处的值(b)来内插在第三点214的值。具体地说，通过使用式1来内插在第三点214处的值。

[式1]

在第三点214处的内插值＝a*(1-p)+b*p，

其中，p为正值，满足0≤p≤1。

图3是示出双线性内插的示图。双线性内插表示按二维(2D)执行的内插。

如图3所示，可以通过使用在第一顶点310处的值(例如颜色信息)、在第二顶点320处的值、在第三顶点330处的值和在第四顶点340处的值来内插在第三点370的值。

具体地说，通过使用式2来内插在第三点370处的值。

[式2]

在第一点350处的内插值＝在第一顶点310处的值^*(1-c)+在第二顶点320处的值^*c

在第二点360处的内插值＝在第三顶点330处的值^*c+在第四顶点340处的值^*(1-c)

在第三点370处的内插值＝在第一点350处的内插值^*(1-d)+在第二点360处的内插值^*d，

其中，c为正值，满足0≤c≤1，d为正值，满足0≤d≤1。

图4是示出三线性内插的示图。三线性内插表示按三维(3D)执行的内插。

如图4所示，可以通过使用在第一顶点P1处的值(例如颜色信息)和在第二P2至第八顶点P8处的值来内插在点I处的值。

具体地说，通过使用式3来内插在点I处的值。

[式3]

在第一点C1处的内插值＝在第二顶点P2处的值^*(1-e)+在第三顶点P3处的值^*e

在第二点C2处的内插值＝在第一顶点P1处的值^*(1-e)+在第四顶点P4处的值^*e

在第三点C3处的内插值＝在第六顶点P6处的值^*(1-e)+在第七顶点P7处的值^*e

在第四点C4处的内插值＝在第五顶点P5处的值^*(1-e)+在第八顶点P8处的值^*e

在第五点C5处的内插值＝在第一点C1处的内插值^*f+在第二点C2处的内插值^*(1-f)

在第六点C6处的内插值＝在第三点C3处的内插值^*f+在第四点C4处的内插值^*(1-f)

在点I处的内插值＝在第五点C5处的内插值^*g+在第六点C6处的内插值^*(1-g)

其中，e为正值，满足0≤e≤1，f为正值，满足0≤f≤1，g为正值，满足0≤g≤1。

以下将描述与图2至图4所示的内插方法相比的一种改进的内插方法(下文中称为锥线性(pyralinear)内插方法)。

图5是根据本发明实施例的图像内插装置的框图。该图像内插装置包括归一化单元510、基本平面搜索单元520、存储单元530、运算单元540和内插单元550。

归一化单元510归一化通过输入端IN1输入的顶关于点的位置信息。所述位置信息是3D信息，并且包括x轴、y轴和z轴信息。

下文中，为了便于描述，假定通过输入端IN1输入的顶点与多个立方体的顶点对应，并且所述多个立方体中包含包括有如图4所示将要内插图像信息的点I的立方体。另一方面，颜色信息可以是本发明中所描述的图像信息的示例，在所述颜色信息中，白色表示为0，灰色表示为1至254之一。

基本平面搜索单元520搜索在构成所述立方体的六个平面S1至S6中离点I最近的平面，图像信息将被内插到点I。下文中，为了便于描述，假定最近的平面是平面S3。

存储单元530存储通过输入端IN1输入的顶点的图像信息。

根据本发明第一实施例，运算单元540读取存储在存储单元530中的平面S6的一个或多个顶点P2、P3、P6和P7的图像信息，平面S6面对由基本平面搜索单元520所找到的平面S3。

此外，运算单元540通过使用读取的图像信息(读取的顶点P2、P3、P6和P7的图像信息)来计算关于对面平面的信息。关于对面平面的信息表示可以通过使用面对由基本平面搜索单元520所找到的平面的平面的顶点的图像信息来计算的任意图像信息。例如，运算单元540对读取的图像信息(读取的顶点P2、P3、P6和P7的图像信息)取平均值，从而计算关于所述对面平面的信息。

另一方面，根据本发明第二实施例，运算单元540读取存储在存储单元530中的由基本平面搜索单元520找到的平面S3的一个或多个顶点P1、P4、P5和P8的图像信息。

此外，运算单元540可以通过使用读取的图像信息(读取的顶点P2、P3、P6和P7的图像信息)来估计面对由基本平面搜索单元520所找到的平面的平面S6的一个或多个顶点P2、P3、P6和P7的图像信息。例如，运算单元540可以估计对面平面S6的一个或多个顶点P2、P3、P6和P7的图像信息是所读取的图像信息(读取的一个或多个顶点P1、P4、P5和P8的图像信息)的平均值。此外，运算单元540可以通过使用估计的图像信息(估计的顶点P2、P3、P6和P7的图像信息)来计算关于所述对面平面的信息。例如，运算单元540可以通过对估计的图像信息(估计的顶点P2、P3、P6和P7的图像信息)取平均值来计算关于所述对面平面的信息。然而，如上所述，当运算单元540估计对面平面S6的一个或多个顶点P2、P3、P6和P7的多条图像信息为相同时，运算单元540可以确定在所述多条估计的图像信息(一个或多个顶点P2、P3、P6和P7的多条估计的图像信息)中的一条图像信息为所述对面平面的信息。

根据本发明第一实施例，内插单元550读取存储在存储单元530中的由基本平面搜索单元520找到的平面S3的一个或多个顶点P1、P4、P5和P8的图像信息。另一方面，根据本发明第二实施例，内插单元550从运算单元540接收读取的图像信息(读取的顶点P1、P4、P5和P8的图像信息)。

内插单元550通过使用读取的图像信息(读取的顶点P1、P4、P5和P8的图像信息)和由运算单元540计算的所述对面平面的信息来内插点I的图像信息。

另一方面，根据第一实施例，将从存储单元530读取的图像信息是平面S3的顶点P1、P4、P5和P8的图像信息和平面S6的顶点P2、P3、P6和P7的图像信息。反之，根据第二实施例，不从存储单元530读取平面S6的顶点P2、P3、P6和P7的图像信息。因此，在第二实施例中，与存储单元530通信的频率显著减少。

图6是根据本发明的图5所示的基本平面搜索单元520的实施例(520A)的框图。基本平面搜索单元520包括第一比较器610、减法器620、镜像映射信息生成器630、第二比较器640、镜像映射检查单元650和基本平面确定单元基本平面搜索单元660。

第一比较器610使用0.5比较将要内插图像信息的点I的坐标(e，g，f)的每一分量。由于归一化单元510归一化所有顶点的位置信息，因此点I的坐标(e，g，f)的每一分量范围在0至1之间。

如图4所示，e表示点I和平面S3之间的距离，g表示点I和平面S2之间的距离，f表示点I和平面S3之间的距离。

也就是说，当点I的x轴分量的坐标(e)等于或小于0.5时，点I相比平面S4更接近于平面S1。当点I的y轴分量的坐标(g)等于或小于0.5时，点I相比平面S5更接近于平面S2。当点I的z轴分量的坐标(f)等于或小于0.5时，点I相比平面S6更接近于平面S3。下文中，为了便于描述，假定(e，g，f)＝(0.4，0.7，0.2)。

具体地说，当第一比较器610确定点I的x轴分量的坐标(e)等于或小于0.5时，第一比较器610确定点I相比平面S4更接近于平面S1，并将坐标(0.4)输出到第二比较器640。

相似地，当第一比较器610确定点I的y轴分量的坐标(g)等于或小于0.5时，第一比较器610确定点I相比平面S2更接近于平面S5，并将坐标(0.7)输出到减法器620。

相似地，当第一比较器610确定点I的z轴分量的坐标(f)等于或小于0.5时，第一比较器610确定点I相比平面S6更接近于平面S3，并将坐标(0.2)输出到第二比较器640。

最后，第一比较器610将离点I最近的平面的候选从六个平面S1、S2、S3、S4、S5和S6减少到三个平面S1、S5和S3。

另一方面，减法器620、镜像映射信息生成器630、第二比较器640、镜像映射检查单元650和基本平面搜索单元660在三个平面S1、S5和S3中搜索离点I最近的平面。

减法器620仅当由第一比较器610确定坐标大于0.5时可以运算。具体地说，当由第一比较器610确定坐标大于0.5时(0.7＞0.5)，减法器620将点I的坐标(0.7)改变为从1减去点I的坐标(0.7)的结果(0.3)′，并将改变的坐标(0.3)输出到第二比较器640。

镜像映射信息生成器630可以根据第一比较器610和减法器620的指令来生成镜像映射信息。在此情况下，可以通过使用三个比特来构建所述镜像映射信息。例如，当由第一比较器610确定坐标等于或小于0.5时，镜像映射信息生成器630根据第一比较器610的指令生成表示0的比特。此外，当由第一比较器610确定坐标大于0.5，并且减法器620运算时，镜像映射信息生成器630生成表示1的比特。在前述假设下，镜像映射信息生成器630生成表示010的镜像映射信息。

第二比较器640比较从第一比较器610接收的坐标(0.4，0.2)′和从减法器620接收的坐标(0.3)′。因此，第二比较器640在从第一比较器610接收的坐标(0.4，0.2)′和从减法器620接收的坐标(0.3)′中搜索最小值，并将找到的坐标(0.2)输出到镜像映射检查单元650。

镜像映射检查单元650通过分析与从第二比较器640接收的坐标的坐标轴分量(z轴分量)有关的镜像映射信息(010的最后一位“0”)来检查是否执行镜像映射。当镜像映射比特为0时，无需执行镜像映射。反之，当镜像映射比特为1时，需要执行镜像映射。

当检查出不需要执行镜像映射时，基本平面确定单元660确定根据从第二比较器640接收的坐标(0.2)的离点I最近的平面S3为由基本平面搜索单元510搜索的平面。

当检查出需要执行镜像映射时，基本平面确定单元660确定面对根据从第二比较器640接收的坐标(0.2)的离点I最近的平面S3的平面S6为由基本平面搜索单元510搜索的平面，这不同于前述假设。

图7是示出图5所示的存储单元530的示图。图8是示出图5所示的内插单元550的示图。具体地说，图8是示出图4的示图，从而由基本平面搜索单元520所找到的平面S3可以是格子的基本平面。

存储单元530以图7所示的查找表(LUT)的形式存储内插单元550的运算规则和图像信息。

当由基本平面搜索单元520所找到的平面是平面S3时，存储在存储单元530中的运算规则为：执行与x轴平行的顶点P1和P4，或P5和P8之间的内插，并执行与y轴平行的点C2和C4之间的内插，并执行与z轴平行的点C8和A之间的内插。需要确定在顶点P1和P4之间的内插以及在顶点P5和P8之间的内插中首先执行哪一个内插。根据存储在存储单元530中的运算规则，首先执行顶点P1和P4之间的内插。此外，根据存储在存储单元530中的运算规则，关于对面平面的信息是顶点P2、P3、P6和P7的多条图像信息的平均。

内插单元550读取存储的运算规则，并根据读取的运算规则执行内插。

如上所述，内插单元550通过使用由基本平面搜索单元520所找到的平面S3的一个或多个顶点P1、P4、P5或P8的图像信息以及由运算单元540计算的对面平面的信息来内插点I的图像信息。

最后，内插单元550通过使用式4来内插点I的图像信息。

[式4]

第二点C2的内插图像信息＝第一顶点P1的图像信息^*(1-e)+第四顶点P4的图像信息^*e

第四点C4的内插图像信息＝第五顶点P5的图像信息^*(1-e)+第八顶点P8的图像信息^*e

第八点C8的内插图像信息＝第二顶点P2的内插图像信息^*g+第四点C4的内插图像信息^*(1-g)

点I的内插图像信息＝第八点C8的内插图像信息^*(1-f)+关于对面平面的信息^*f

参照式4，将关于对面平面的信息看作连接第八点C8和点I的延长线与平面S6之间的交点A的图像信息。

图9式示出根据本发明实施例的图像内插方法的流程图。

基本平面搜索单元520在将要内插图像信息的点周围的平面中搜索离该点最近的平面(操作910)。

在操作910之后，运算单元540通过使用面对在操作910所找到的平面的平面的一个或多个顶点的图像信息来获得关于对面平面的信息(操作920)。

在操作920之后，内插单元550通过使用在操作910所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及在操作920获得的关于对面平面的信息来内插所述点的图像信息(操作930)。

本发明还可以实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可以存储数据的任意数据存储设备，所述数据其后可以由计算机系统来读取。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备以及诸如通过互联网的数据传输的载波。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，从而以分布式方式来存储和执行计算机可读代码。

如上所述，根据本发明实施例的图像内插方法和装置具有容易获得可靠的内插值的优点。具体地说，在根据本发明实施例的图像内插方法中，也就是在锥线性内插方法中，内插可以执行得比三线性内插方法更快。更具体地说，虽然执行八次线性内插以执行一次三线性内插，但执行四次线性内插以执行一次锥线性内插。此外，在根据本发明第一实施例的锥线性内插中，由于需要读取的八个顶点的图像信息以执行一次锥线性内插，相似地，需要读取的八个顶点的图像信息以执行一次三线性内插，因此，尽管在锥线性内插中执行明显较少的线性内插，但某种程度通过锥线性内插而内插的值可以接近通过三线性内插而内插的值。另一方面，由于可以用低价格运算单元(例如比较器)而不是高价格运算单元(例如乘法器)来实现作为根据本发明实施例的图像内插装置的必要组件之一的基本平面搜索单元520，因此可以以低价格来实现根据本发明实施例的图像内插装置。

虽然已参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (12)

1.一种内插由多个平面形成的空间中的点的图像信息的图像内插方法，该方法包括：

(a)搜索离点最近的平面；

(b)通过使用面对所找到的平面的平面的一个或多个顶点的图像信息来获得关于面对所述所找到的平面的平面的信息；以及

(c)通过使用所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及获得的关于面对所述所找到的平面的平面的信息来内插所述点的图像信息。

2.如权利要求1所述的方法，

其中，在步骤(b)中，读取先前存储的多条图像信息中的对面平面的一个或多个顶点的图像信息，并通过使用读取的图像信息来获得关于对面平面的信息，并且

其中，在步骤(c)中，读取存储的多条图像信息中的所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息，并通过使用读取的所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及获得的关于对面平面的信息来内插所述点的图像信息。

3.如权利要求1所述的方法，

其中，在步骤(b)中，读取先前存储的多条图像信息中的所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息，估计所述对面平面的一个或多个顶点的图像信息，并通过使用估计的图像信息来获得关于所述对面平面的信息，并且

其中，在步骤(c)中，通过使用读取的图像信息和获得的关于所述对面平面的信息来内插所述点的图像信息。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(b)中，通过对所述对面平面的顶点的多条图像信息取平均值来获得关于所述对面平面的信息。

5.如权利要求1所述的方法，其中，由均包括多个平面的多个格子形成所述空间，关于所述对面平面的信息是对面平面上的点的估计的图像信息。

6.一种用于内插由多个平面形成的空间中的点的图像信息的图像内插装置，该装置包括：

基本平面搜索单元，搜索离所述点最近的平面；

运算单元，通过使用面对所找到的平面的平面的一个或多个顶点的图像信息来计算关于所述对面平面的信息；以及

内插单元，通过使用所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及计算的关于对面平面的信息来内插所述点的图像信息。

7.如权利要求6所述的装置，还包括：存储单元，存储所述多个平面的顶点的图像信息，

其中，运算单元读取多条存储的图像信息中的对面平面的一个或多个顶点的图像信息，并通过使用读取的图像信息来计算关于所述对面平面的信息，并且

其中，内插单元读取存储的多条图像信息中的所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息，并通过使用读取的所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及计算的关于对面平面的信息来内插所述点的图像信息。

8.如权利要求6所述的装置，还包括：存储单元，存储所述多个平面的顶点的图像信息，

其中，运算单元读取存储的多条图像信息中的所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息，通过使用读取的图像信息来估计所述对面平面的一个或多个顶点的图像信息，并通过使用估计的图像信息来计算关于所述对面平面的信息，并且

其中，内插单元通过使用读取的图像信息和计算的关于所述对面平面的信息来内插所述点的图像信息。

9.如权利要求6所述的装置，其中，运算单元通过对所述对面平面的顶点的多条图像信息取平均值来计算关于所述对面平面的信息。

10.如权利要求6所述的装置，其中，基本平面搜索单元在垂直于每一轴方向的平面中搜索离所述点最近的平面，并在所找到的平面中搜索离所述点最近的平面。

11.如权利要求6所述的装置，其中，由均包括多个平面的多个格子形成所述空间，关于所述对面平面的信息是对面平面上的点的估计的图像信息。

12.一种计算机可读记录介质，其上具有用于执行内插由多个平面构建的空间中的点的图像信息的图像内插方法的计算机程序，所述方法包括：

(a)搜索离点最近的平面；

(b)通过使用面对所找到的平面的平面的一个或多个顶点的图像信息来获得关于面对所述所找到的平面的平面的信息；以及

(c)通过使用所找到的平面的一个或多个顶点的图像信息以及获得的关于面对所述所找到的平面的平面的信息来内插所述点的图像信息。

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