CN101600044A - 基于缩放因子的图像清晰度增强方法及装置 - Google Patents

Abstract

为了解决现有图像清晰度增强技术存在的不能有效处理图像缩放的问题，本发明提供了基于缩放因子的图像清晰度增强方法和装置，可以在输入图像发生缩放的情况下有效增强图像的清晰度。基于缩放因子的图像清晰度增强方法包括以下步骤：通过滤波获取待处理像素属性值的频率分量，滤波采用低通滤波或带通滤波；对上述步骤获得的频率分量进行瞬态增强处理；瞬态增强处理后的频率分量与被分离出的其他频率分量合并实现图像清晰度增强。由于根据图像缩放因子调整图像清晰度增强的方法，解决了现有技术的问题，有效处理了图像缩放情况下的图像清晰度增强。

Description

基于缩放因子的图像清晰度增强方法及装置

技术领域

本发明属于数字图像处理技术，特别是增强图像清晰度的技术。

背景技术

图像清晰度增强方法原理都是提升图像高频分量，达到增强细节或边缘的效果，传统方法有两种，一种是反锐化掩模(unsharp masking)，即图像信号通过一组高通滤波器得到高频分量后，乘上增益因子，然后与被分离出的低频分量相加，这种方法主要增强高频分量的幅值。另一种方法为瞬态增强，包括对亮度瞬态增强和色度瞬态增强，目的都是想让图像中缓慢变化的边缘变成更加陡峭变化的边缘，从而在视觉上感觉边缘锐利，这种方法增加图像信号的高频。瞬态增强通常采取“勾边”的方法，即在边缘的原始象素上叠加上“勾边”信号来让边缘更陡峭，“勾边”信号通常用边缘相邻象素二阶导来计算得出。

现有技术主要存在以下问题：没有考虑到输入图像发生缩放的情况，输入图像发生缩放在图像处理中是经常遇到的情况。现有技术在出现图像发生缩放情况时，特别是图像放大时，处理后的图像边缘会更加缓慢，图像会更加模糊。另外，现有技术不可避免的带来过冲，视觉上边缘两侧会出现黑边或者白边，而且细线增强后会变粗甚至有双线效应。同时，因为对于处在高频分量中的噪声也同样被增强，故即使在处理后图像的平坦区域，噪声现象也较明显。

发明内容

为了解决现有图像清晰度增强技术存在的不能有效处理图像缩放的问题，本发明提供了基于缩放因子的图像清晰度增强方法，可以在输入图像发生缩放的情况下有效增强图像的清晰度。

本发明的另一目的是提供实现上述图像清晰度增强方法的装置。

本发明的技术方案如下：

基于缩放因子的图像清晰度增强方法包括以下步骤：通过滤波获取待处理像素属性值的频率分量，滤波采用低通滤波或带通滤波，低通滤波的截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小；带通滤波的带通上限截止频率和下限截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小；对上述步骤获得的频率分量进行瞬态增强处理；瞬态增强处理后的频率分量与被分离出的待处理像素属性值的其他频率分量合并实现图像清晰度增强。

所述低通滤波为高斯低通滤波，采用下述公式：

$\mathrm{Gauss}\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}};$

其中，Gauss(x)为低通滤波得到的低频分量，x为输入的待处理像素的属性值，σ的取值随所述缩放因子的增大而减小。

在瞬态增强处理前还包括边缘检测步骤，检测待处理像素是否属于边缘；对边缘像素的所述频率分量进行瞬态增强处理。

所述瞬态增强处理包括如下步骤：

A、获取待处理像素所述频率分量的一阶差分Fst；设待处理像素所述频率分量为Ylow，待处理像素左侧或上方的像素的所述频率分量Ylow_left，待处理像素右侧或下方的像素的所述频率分量Ylow_right，待处理像素所述频率分量的二阶差分Sec＝Ylow_left-2×Ylow+Ylow_righ；

增益因子 $\mathrm{Gain}=\frac{|\mathrm{Weight}\_\mathrm{Fst}\×|\mathrm{Fst}|+\mathrm{Weight}\_\mathrm{Sec}\×|\mathrm{Sec}\left|\right|}{\mathrm{Strenth}\_C+|\mathrm{Weight}\_\mathrm{Fst}\×|\mathrm{Fst}|+\mathrm{Weight}\_\mathrm{Sec}\×|\mathrm{Sec}\left|\right|},$ 式中Weight_Fst，Weight_Sec为试验得出的加权值，Strenth_C为试验得出的增益强度随缩放因子增加而减少；

B、计算待处理像素及邻近若干像素的所述频率分量的最大值Max_Low和最小值Min_Low；

C、如果Sec为正数，则待处理像素所述频率分量增强后结果YLow_temp＝YLow-Gain×(YLow-Min_Low)；

如果Sec为负数，则待处理像素所述频率分量增强后结果YLow_temp＝YLow+Gain×(Max_Low-YLow)；

如果Sec为0，则待处理像素所述频率分量增强后结果YLow_temp＝YLow。

在瞬态增强处理前还包括景深判断步骤，判断待处理像素是否属于图像远景像素，对图像远景像素不进行瞬态增强处理，对非图像远景像素进行瞬态增强处理。

在瞬态增强处理后还包括过冲抑制步骤：瞬态增强处理的所述频率分量与待处理像素的其他频率分量合并后的信号Yout作为过冲抑制的输入；在待处理像素的临近区域内得到原始属性值的最大值与最小值，如果待处理像素所述属性值Yout大于所述最大值，则过冲抑制的处理结果等于所述最大值；如果Yout小于所述最小值，则过冲抑制的处理结果等于所述最小值；其余情况过冲抑制的处理结果等于所述频率分量与待处理像素属性值的其他频率分量合并的结果。

基于缩放因子的图像清晰度增强方法还包括锐化步骤：瞬态增强处理的所述频率分量与待处理像素属性值的其他频率分量合并后的信号或过冲抑制步骤处理后输出的结果作为锐化步骤的输入，通过高通滤波器获取所述输入的高频分量和低频分量，所述高通滤波器的截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减少；判断待处理像素是否为边缘像素；若待处理像素为边缘像素，则该待处理像素不进行锐化步骤处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量绝对值小于等于预定值，则认为该高频分量为噪声并进行相应处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量绝对值大于预定值，则对待处理像素进行锐化处理；处理后的高频分量与所述输入的低频分量合并。

基于缩放因子的图像清晰度增强装置包括顺序连接的频率分量分离模块1、瞬态增强模块及频率分量合并模块；频率分量分离模块通过滤波获取待处理像素属性值的频率分量，滤波采用低通滤波或带通滤波，低通滤波的截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小；带通滤波的带通上限截止频率和下限截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小；瞬态增强模块对频率分量分离模块获得的频率分量进行瞬态增强处理；频率分量合并模块用于将瞬态增强处理后的频率分量与被分离出的待处理像素属性值的其他频率分量合并。

所述频率分量分离模块为高斯低通滤波模块。

图像清晰度增强装置还包括边缘检测模块，边缘检测模块与频率分量分离模块和瞬态增强模块连接；边缘检测模块检测待处理像素是否属于边缘，如果判断待处理像素为边缘像素则触发瞬态增强模块对该待处理像素的频率分量进行瞬态增强处理。

图像清晰度增强装置还包括景深判断模块，景深判断模块与频率分量分离模块和瞬态增强模块连接；景深判断模块用于判断待处理像素是否属于图像远景像素，对判断为图像远景像素则禁止瞬态增强模块对该待处理像素进行瞬态增强处理。

图像清晰度增强装置还包括过冲抑制模块，过冲抑制模块与频率分量合并模块连接；过冲抑制模块以频率分量合并模块的输出结果作为输入；在待处理像素的临近区域内得到所述输入的最大值与最小值，如果当前处理像素所述输入值Yout大于所述最大值，则Yout等于所述最大值；如果Yout小于所述最小值，则Yout等于所述最小值；其余情况保持Yout不变。

图像清晰度增强装置还包括锐化模块，锐化模块通过高低频分离模块与频率分量合并模块或过冲抑制模块连接，频率分量合并模块或过冲抑制模块向高低频分离模块输入信号，锐化模块还与高低频分量合并模块连接；高低频分离模块对所述输入信号处理获取该信号的高频分量，获取的高频分量的值随待处理图像缩放因子的增大而增加；锐化模块判断待处理像素是否为边缘像素；若待处理像素为边缘像素，则该待处理像素不进行锐化步骤处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量小于等于预定值，则认为该高频分量为噪声并进行相应处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量大于预定值，则对待处理像素进行锐化处理；锐化模块处理后的高频分量与高低频分离模块获得的低频分量合并。

本发明的技术效果：

相比于现有技术，本发明的图像清晰度增强方法考虑到了图像缩放对清晰度增强的影响，并采取相应手段消除了该影响。对接收到的图像信号进行放大在实际应用中非常普遍，由于图像缩小时处理手段相对简单，处理结果不会降低原始图像的清晰度，图像放大时，放大的结果往往会造成图像模糊，这是因为从频率域角度讲，放大实际是将原始图像进行了低通滤波，放大的图像的频率带宽会比原始图像的窄，传统清晰度增强方法并没有基于此原理做相应的处理。本发明的技术方案针对图像放大造成的对清晰度的影响进行自适应处理，首先为了防止对高频进行瞬态增强所导致的过冲效应而将原始图像经过一个低通滤波器，其截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小，然后对低频分量进行瞬态增强；或者，为了防止对低频进行瞬态增强而导致的破坏原图像景深层次而将原始图像经过一个带通滤波器，其上下限截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小，然后对所获得的频率分量进行瞬态增强，从而解决了图像放大后造成图像模糊的问题，使放大后的图像清晰度提高。

附图说明

图1为本发明图像清晰度增强方法的一个实施例；

图2为本发明图像清晰度增强方法的另一个实施例；

图3为本发明图像清晰度增强装置的一个实施例；

图4为本发明图像清晰度增强装置的另一个实施例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

图1所示的实施例揭示了基于缩放因子的图像清晰度增强方法的流程，以下对图中各步骤进行说明。

1、待处理图像输入与滤波

待处理图像信号输入后进行滤波，滤波得到待处理像素属性值的频率分量。具体的说属性值可以是亮度或色度等像素属性，本实施例的滤波采用低通滤波，得到亮度或色度的高频分量和低频分量，低频分量作为后续瞬态增强处理的对象，高频分量与瞬态增强处理的结果(即低频分量)进行合并，完成图像清晰度增强方法。在其他应用中，滤波还可以采用带通滤波，带通滤波的带通上限截止频率和下限截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小。在本实施例中滤波采用高斯低通滤波，公式为：

$\mathrm{Gauss}\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}};$

其中，Gauss(x)为低通滤波得到的低频分量，x为输入的待处理像素的属性值，属性值可以是亮度或色度，σ的取值随所述缩放因子的增大而减小。σ的取值变化趋势使得低通滤波得到的低频分量值随缩放因子的增大而增大，这就实现了对需要放大的图像采集更多的低频分量的目的。缩放因子是图像缩放后的结果与原始图像的尺寸比。由于图像放大的比例是确定的和有限数量的，因此可以预先对应缩放因子设定好若干σ值，即设定好若干高斯低通滤波途径，可以将输入的待处理图像依据缩放因子选择适当的滤波途径。获得σ的手段可以采用试验方法进行。后续步骤和其他实施例中涉及因应缩放因子变化的量都可以依据上述原则预定好对应不同缩放因子的量。获得这些量的手段可以采用试验方法进行，即通过试验选择最优试验结果对应的σ为确定的参数，本文中试验手段确定参数的方法均指类似手段。

2、瞬态增强

上述分离出的低频分量作为瞬态增强处理步骤的输入。瞬态增强处理可以采用任意一种瞬态增强处理方法，本实施例中采用的具体方法如下：

A、对得到的低频分量进行处理，获取一阶差分Fst；设低频分量为Ylow，待处理像素水平方向左侧或垂直上方任一像素低频分量为Ylow_left，待处理像素水平方向右侧或垂直下方任一像素低频分量Ylow_right，低频分量的二阶差分Sec＝Ylow_left-2×Ylow+Ylow_righ；

增益因子 $\mathrm{Gain}=\frac{|\mathrm{Weight}\_\mathrm{Fst}\×|\mathrm{Fst}|+\mathrm{Weight}\_\mathrm{Sec}\×|\mathrm{Sec}\left|\right|}{\mathrm{Strenth}\_C+|\mathrm{Weight}\_\mathrm{Fst}\×|\mathrm{Fst}|+\mathrm{Weight}\_\mathrm{Sec}\×|\mathrm{Sec}\left|\right|},$ 式中Weight_Fst，Weight_Sec为试验得出的加权值，Strenth_C为试验得出的增益强度随缩放因子增加而减少。

B、计算待处理像素及邻近若干像素的低频分量的最大值Max_Low和最小值Min_Low，本实施例中邻近若干像素的选取当前待处理像素及在其水平方向上左、右两侧各length个像素，length的值与缩放因子的大小相关，具体的公式是：length＝3×σ+1取整。

C、进行如下判断与操作：

如果Sec为正数，则待处理像素低频分量增强后结果YLow_temp＝YLow-Gain×(YLow-Min_Low)；

如果Sec为负数，则待处理像素低频分量增强后结果YLow_temp＝YLow+Gain×(Max_Low-YLow)；

如果Sec为0，则待处理像素低频分量增强后结果YLow_temp＝YLow。

3、高低频分量合并

在高低频分离步骤分离出的高频分量与瞬态增强处理的结果(即低频分量)进行合并，完成图像清晰度增强方法。

本实施例在实际应用中分别处理输入像素的亮度值与色度值，两个处理结果进行合并，可以进一步优化图像清晰度增强效果。

图2揭示了基于缩放因子的图像清晰度增强方法另一个实施例的流程。在以下对图中各步骤进行说明。

1、待处理图像输入与高低频分离1

本部分的实现手段与图1中对应的待处理图像输入和滤波部分相同，高低频分离1对应滤波部分内容。

2、边缘检测

可以使用任意一种边缘检测算法，例如Canndy算法。本实施例中采用的具体方法如下：

如果下式成立：

max(|Ylow-Ylow_left|，|Ylow_right-Ylow|)＞Threshold_edge，阈值Threshold_edge根据试验得到对应缩放因子变化而变化；

则认为当前处理像素处在垂直边缘上，标志edge_flag＝1。如果判断出待处理像素为边缘像素，则对待处理像素进行后续的瞬态增强处理。

3、景深判断

如果对整幅图像都进行增强，则可能会破坏原有图像的层次感，即降低了图像景深。所以需要判断当前待处理像素的景深，如果处在模糊远景，为了增加层次感则不需要进行瞬态增强，如果处在近景或者图像焦点，则对其进行瞬态增强，增大其和模糊远景的对比，从而增强图像的层次感。

本步骤可以使用任意一种景深检测算法，本实施例利用低频分量一阶差分判断景深，具体方法如下：

一阶差分Fst＝max(|Ylow-Ylow_left|，|Ylow_right-Ylow|)，如果Fst×scale_factor＜Threshold_Focus，则认为当前处理像素处在模糊的远景，不需要进行瞬态增强处理，否则需要进行瞬态增强处理。式中scale_factor为缩放因子，Threshold_Focus为试验得到的预定值。

本步骤的结果对待处理像素的低频分量是否进行瞬态增强处理进行触发，即当前处理像素为非图像远景像素，则对当前处理像素进行瞬态增强处理；如果当前处理像素为图像远景像素，则不对当前处理像素进行瞬态增强处理。

在本实施例中当边缘检测的结果和景深判断的结果都确定需要对待处理像素做瞬态增强时，才可以进行瞬态增强，即待处理像素同时满足边缘和近景或图像焦点的条件，才对该待处理像素进行后续的瞬态增强处理。

当单独使用边缘检测或景深判断作为触发瞬态增强的条件时，可以在满足单一的条件情况下触发瞬态增强。

4、瞬态增强

在本步骤首先要检测边缘检测的结果，然后检测景深判断结果，如果标志edge_flag＝1，且为近景或图像焦点，则对该待处理像素进行下述瞬态增强步骤，否则不进行瞬态增强步骤。

本部分的瞬态增强步骤与图1中对应部分相同。

5、高低频分量合并1

在高低频分离步骤分离出的高频分量与瞬态增强处理的结果(即低频分量)进行合并，实现初步的图像清晰度增强。

6、过冲抑制

本步骤的目的在于防止瞬态增强有可能出现的过冲现象。

获取当前待处理像素及在其水平方向上左、右两侧各length个像素高低频分量合并1的结果，获得其中最大值Max_Y和最小值Min_Y。length的值与缩放因子的大小相关，具体的公式是：length＝3×σ+1取整。

如果当前处理像素高低频分离合并后的结果Yout＞Max_Y，则过冲抑制输出的结果为Max_Y；如果Yout＜Min_Y，则过冲抑制输出的结果为Min_Y；其他情况，过冲抑制输出的结果为上述高低频分量合并1的结果。

7、高低频分离2

如果没有采用上述过冲抑制步骤，则高低频分量合并1的结果作为本步骤的输入，否则采用过冲抑制的结果作为本步骤的输入。本步骤的目的在于对所述输入进行高低频分离，获取的高频分量的截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减少，具体方法如下：

采用高斯低通滤波方法，可以是一维或二维水平或垂直的高斯低通滤波。本实施例采用一维水平高斯低通滤波，当缩放因子为1时，即图像没有放大，则由于图像信号频带受限，过多增强高频分量可能导致过冲现象，所以此时减小高斯滤波器的调节因子σ，使较少的高频分量输出给后续的处理步骤；如果图像放大，根据奈奎斯特抽样定理，图像高频部分被抑制，相当于通过低通滤波器，所以需要增大高斯滤波器的调节因子σ，使更多的高频分量输出给后续的处理步骤。

8、锐化

锐化会在边缘区域造成明显的过冲，因此对边缘像素不需要进行锐化处理，另外需要在边缘像素基础上进行区域扩展，以针对性避免锐化带来的边缘区域过冲现象。而原始图像边缘附近可能会有蚊子噪声(mosquito noise)，如果锐化会使其更明显，高低频分离2步骤依据缩放因子获得高频分量的目的是获得图像非边缘区域的高频分量判断出噪声进行消除。具体步骤如下：

设高低频分离2获得的高频分量为Y_Peak_high，锐化标志为Peak_flag。

如果|Y_Peak_high|≤Threshold_Ext_High，并且edge_flag＝1，则Peak_flag＝0，即当前处理像素不需要进行锐化处理。式中Threshold_Ext_High为试验得到的预定值；

如果|Y_Peak_high|＞Threshold_Ext_High，并且edge_flag＝1，则当前处理像素及水平左、右两个方向各length_peak个像素的Peak_flag＝0，length_peak为试验得到的预定值，本实施例中取值为4；

其他情况Peak_flag＝1，即需要进行锐化处理。

对于需要进行锐化处理的像素还需要进行如下判断：

如果|Y_Peak_high|≤Threshold_peak_low，则认为是噪声，则锐化处理结果Y_out_high＝0，即该高频分量不应被输出到最终输出图像中；Threshold_peak_low为试验得到的预定值；

如果|Y_Peak_high|＞Threshold_peak_low，且Peak_flag＝1，则进行锐化，具体方法为Y_out_high＝Y_Peak_high×Gain_peak，式中Gain_peak根据实验得到，本方法设为2。

9、高低频分量合并2

在本步骤对锐化得到的结果与高低频分离2分离出的低频分量进行合并，得到最终的图像清晰度增强结果。

同样，在实际应用中分别处理输入像素的亮度值与色度值，两个处理结果进行合并，可以进一步优化图像清晰度增强效果。

在图2所示的流程图显示的实施例可以变形出多种方案，如图2中的流程去除过冲抑制步骤，高低频分离2步骤接续高低频分量合并1步骤，高低频分离2后续的锐化、高低频分量合并2步骤保持不变。

另一种变形是去除高低频分离2、锐化、高低频分量合并2步骤，图像清晰度增强方法到过冲抑制步骤即完成。

图3显示了本发明图像清晰度增强装置一个实施例的原理。基于缩放因子的图像清晰度增强装置包括顺序连接的频率分量分离模块、瞬态增强模块及频率分量合并模块，频率分量分离模块还与频率分量合并模块连接。

频率分量分离模块对输入的待处理图像进行低通滤波或带通滤波，本实施例中为低通滤波，分离输出的低频分量的量随待处理图像缩放因子的增大而增加，低频分量作为后续瞬态增强模块的输入；分离输出的高频分量输出给频率分量合并模块。频率分量分离模块功能实现的步骤与图1中“滤波”步骤相同。

瞬态增强模块对频率分量分离模块获得的低频分量进行瞬态增强处理。瞬态增强功能实现的方法可以采用现有的任意瞬态增强方法，也可以同图1中瞬态增强步骤所用方法相同。

频率分量合并模块用于将低频分量与高频分量合并实现图像清晰度增强。具体的是将瞬态增强模块处理后输出的低频分量与频率分量分离模块输出的高频分量进行合并。

图4为本发明图像清晰度增强装置另一个实施例的原理图。图像清晰度增强装置包括频率分量分离模块，与频率分量分离模块连接的景深判断模块、瞬态增强模块及边缘检测模块，景深判断模块和边缘检测模块分别与瞬态增强模块连接。瞬态增强模块还顺序连接下列模块：频率分量合并模块、过冲抑制模块、高低频分离模块、锐化模块及高低频分量合并模块。以下对各模块的功能进行说明。

频率分量分离模块的功能及实现手段与图3中频率分量分离模块相同。

景深判断模块用于判断待处理像素是否属于图像远景像素，对判断为图像远景像素则禁止瞬态增强模块对该待处理像素进行瞬态增强处理。实现景深判断模块功能的方法与图2中景深判断步骤所述方法相同。

边缘检测模块检测待处理像素是否属于边缘，如果判断待处理像素为边缘像素则触发瞬态增强模块对该待处理像素的低频分量进行瞬态增强处理。实现边缘检测模块功能的方法与图2中边缘检测步骤所述方法相同。当图像清晰度增强装置同时设置了景深判断模块和边缘检测模块，则需要景深判断模块和边缘检测模块同时判断需要触发瞬态增强模块工作时才可以触发瞬态增强模块工作。如果图像清晰度增强装置设置了景深判断模块或边缘检测模块，则可以根据景深判断模块或边缘检测模块的结果触发或禁止瞬态增强模块工作。

频率分量合并模块的功能及实现手段与图3中频率分量合并模块相同。

过冲抑制模块以瞬态增强处理的低频分量与高频分量合并后的信号作为输入；在待处理像素的临近区域内得到所述信号的最大值与最小值，如果当前处理像素所述信号值Yout大于所述最大值，则Yout等于所述最大值；如果Yout小于所述最小值，则Yout等于所述最小值；其余情况保持Yout不变；Yout被输出给高低频分量合并模块与高频分量合并。实现过冲抑制模块功能的方法与图2中过冲抑制步骤所述方法相同。

在本实施例中高低频分离模块与过冲抑制模块连接，则过冲抑制模块的输出作为高低频分离模块的输入；如果在图像清晰度增强装置中没有设置过冲抑制模块，则高低频分离模块与频率分量合并模块连接，频率分量合并模块的输出作为高低频分离模块的输入。高低频分离模块对所述输入信号处理获取该信号的高频分量，获取的高频分量的截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减少。实现高低频分离模块功能的方法与图2中高低频分离2步骤所述方法相同。

锐化模块判断待处理像素是否为边缘像素；若待处理像素为边缘像素，则锐化模块不处理该待处理像素；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量小于等于预定值，则认为该高频分量为噪声并进行相应处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量大于预定值，则锐化模块处理该待处理像素高频分量。锐化模块实现锐化功能的方法与图2中锐化步骤所述方法相同。

高低频分量合并模块将锐化模块处理后的高频分量与高低频分离模块获得的低频分量合并。实现高低频分量合并模块功能的方法与图2中高低频分量合并2步骤所述方法相同。

图4所示的图像清晰度增强装置可以去除若干模块获得其他的实施例。如去除过冲抑制模块，将频率分量合并模块与高低频分离模块直接连接，形成了第三个图像清晰度增强装置的实施例。又如去除图4中高低频分离模块、锐化模块及高低频分量合并模块所形成的图像清晰度增强装置方案的第四个图像清晰度增强装置的实施例。

Claims (13)

1、基于缩放因子的图像清晰度增强方法，其特征在于包括以下步骤：通过滤波获取待处理像素属性值的频率分量，滤波采用低通滤波或带通滤波，低通滤波的截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小；带通滤波的带通上限截止频率和下限截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小；对上述步骤获得的频率分量进行瞬态增强处理；瞬态增强处理后的频率分量与被分离出的待处理像素属性值的其他频率分量合并实现图像清晰度增强。

2、根据权利要求1所述基于缩放因子的图像清晰度增强方法，其特征在于所述低通滤波为高斯低通滤波，采用下述公式：

$\mathrm{Gauss}\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}};$

其中，Gauss(x)为低通滤波得到的低频分量，x为输入的待处理像素的属性值，σ的取值随所述缩放因子的增大而减小。

3、根据权利要求1或2所述基于缩放因子的图像清晰度增强方法，其特征在于在瞬态增强处理前还包括边缘检测步骤，检测待处理像素是否属于边缘；对边缘像素的所述频率分量进行瞬态增强处理。

4、根据权利要求3所述基于缩放因子的图像清晰度增强方法，其特征在于所述瞬态增强处理包括如下步骤：

A、获取待处理像素所述频率分量的一阶差分Fst；设待处理像素所述频率分量为Ylow，待处理像素左侧或上方的像素的所述频率分量Ylow_left，待处理像素右侧或下方的像素的所述频率分量Ylow_right，待处理像素所述频率分量的二阶差分Sec＝Ylow_left-2×Ylow+Ylow_righ；

增益因子 $\mathrm{Gain}=\frac{|\mathrm{Weight}\_\mathrm{Fst}\×|\mathrm{Fst}|+\mathrm{Weight}\_\mathrm{Sec}\×|\mathrm{Sec}\left|\right|}{\mathrm{Strenth}\_C+|\mathrm{Weight}\_\mathrm{Fst}\×|\mathrm{Fst}|+\mathrm{Weight}\_\mathrm{Sec}\×|\mathrm{Sec}\left|\right|},$ 式中Weight_Fst，Weight_Sec为试验得出的加权值，Strenth_C为试验得出的增益强度随缩放因子增加而减少；

B、计算待处理像素及邻近若干像素的所述频率分量的最大值Max_Low和最小值Min_Low；

C、如果Sec为正数，则待处理像素所述频率分量增强后结果YLow_temp＝YLow-Gain×(YLow-Min_Low)；

如果Sec为负数，则待处理像素所述频率分量增强后结果YLow_temp＝YLow+Gain×(Max_Low-YLow)；

如果Sec为0，则待处理像素所述频率分量增强后结果YLow_temp＝YLow。

5、根据权利要求4所述基于缩放因子的图像清晰度增强方法，其特征在于在瞬态增强处理前还包括景深判断步骤，判断待处理像素是否属于图像远景像素，对图像远景像素不进行瞬态增强处理，对非图像远景像素进行瞬态增强处理。

6、根据权利要求5所述基于缩放因子的图像清晰度增强方法，其特征在于在瞬态增强处理后还包括过冲抑制步骤：瞬态增强处理的所述频率分量与待处理像素的其他频率分量合并后的信号Yout作为过冲抑制的输入；在待处理像素的临近区域内得到原始属性值的最大值与最小值，如果待处理像素所述属性值Yout大于所述最大值，则过冲抑制的处理结果等于所述最大值；如果Yout小于所述最小值，则过冲抑制的处理结果等于所述最小值；其余情况过冲抑制的处理结果等于所述频率分量与待处理像素属性值的其他频率分量合并的结果。

7、根据权利要求6所述基于缩放因子的图像清晰度增强方法，其特征在于还包括锐化步骤：瞬态增强处理的所述频率分量与待处理像素属性值的其他频率分量合并后的信号或过冲抑制步骤处理后输出的结果作为锐化步骤的输入，通过高通滤波器获取所述输入的高频分量和低频分量，所述高通滤波器的截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减少；判断待处理像素是否为边缘像素；若待处理像素为边缘像素，则该待处理像素不进行锐化步骤处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量绝对值小于等于预定值，则认为该高频分量为噪声并进行相应处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量绝对值大于预定值，则对待处理像素进行锐化处理；处理后的高频分量与所述输入的低频分量合并。

8、基于缩放因子的图像清晰度增强装置，其特征在于包括顺序连接的频率分量分离模块1、瞬态增强模块及频率分量合并模块；频率分量分离模块通过滤波获取待处理像素属性值的频率分量，滤波采用低通滤波或带通滤波，低通滤波的截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小；带通滤波的带通上限截止频率和下限截止频率随待处理图像缩放因子的增大而减小；瞬态增强模块对频率分量分离模块获得的频率分量进行瞬态增强处理；频率分量合并模块用于将瞬态增强处理后的频率分量与被分离出的待处理像素属性值的其他频率分量合并。

9、根据权利要求8所述的图像清晰度增强装置，其特征在于所述频率分量分离模块为高斯低通滤波模块。

10、根据权利要求9所述的图像清晰度增强装置，其特征在于还包括边缘检测模块，边缘检测模块与频率分量分离模块和瞬态增强模块连接；边缘检测模块检测待处理像素是否属于边缘，如果判断待处理像素为边缘像素则触发瞬态增强模块对该待处理像素的频率分量进行瞬态增强处理。

11、根据权利要求10所述的图像清晰度增强装置，其特征在于还包括景深判断模块，景深判断模块与频率分量分离模块和瞬态增强模块连接；景深判断模块用于判断待处理像素是否属于图像远景像素，对判断为图像远景像素则禁止瞬态增强模块对该待处理像素进行瞬态增强处理。

12、根据权利要求11所述的图像清晰度增强装置，其特征在于还包括过冲抑制模块，过冲抑制模块与频率分量合并模块连接；过冲抑制模块以频率分量合并模块的输出结果作为输入；在待处理像素的临近区域内得到所述输入的最大值与最小值，如果当前处理像素所述输入值Yout大于所述最大值，则Yout等于所述最大值；如果Yout小于所述最小值，则Yout等于所述最小值；其余情况保持Yout不变。

13、根据权利要求12所述的图像清晰度增强装置，其特征在于还包括锐化模块，锐化模块通过高低频分离模块与频率分量合并模块或过冲抑制模块连接，频率分量合并模块或过冲抑制模块向高低频分离模块输入信号，锐化模块还与高低频分量合并模块连接；高低频分离模块对所述输入信号处理获取该信号的高频分量，获取的高频分量的值随待处理图像缩放因子的增大而增加；锐化模块判断待处理像素是否为边缘像素；若待处理像素为边缘像素，则该待处理像素不进行锐化步骤处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量小于等于预定值，则认为该高频分量为噪声并进行相应处理；若待处理像素为非边缘像素且获得的高频分量大于预定值，则对待处理像素进行锐化处理；锐化模块处理后的高频分量与高低频分离模块获得的低频分量合并。

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