CN102222317A

CN102222317A - 一种图像缩放方法和系统

Info

Publication number: CN102222317A
Application number: CN201110170052XA
Authority: CN
Inventors: 王洪剑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2011-10-19

Abstract

本发明公开了一种图像缩放方法及系统，该方法包括：A.将待处理的图像存入数据缓存器中；B.根据图像的缩放尺寸计算缩放比率；C.根据所述缩放比率确定插值点的坐标；D.根据插值点的坐标从数据缓存器中取N个像素数据，N≥4；E.根据所确定的精度和所述插值点的坐标确定滤波器；F.使用所述滤波器对所取的像素数据进行滤波，并输出滤波后的数据。实施本发明的技术方案：1.实现了任意比例缩放功能，2.缩放运算复杂度大大降低，3.实现缩放的同时改善了图像质量。

Description

一种图像缩放方法和系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种图像缩放方法和系统。

背景技术

近年来，随着图像处理技术应用日益广泛，但图像显示器分辨率各有不同，所以图像缩放是图像处理中常用的技术。在航天航空、医学、通信、多媒体等领域都有广泛的应用。图像缩放常用的插值算法有最近邻插值、双三次插值等。最近邻插值算法简单，它只是把原始像素简单复制到其邻域内，但缩放后的图像会出现明显的锯齿，边缘信息保存不够完整。而双三次插值能较好的消除锯齿，缩放图像的平滑性好，但其运算比最邻近插值复杂且高频信息会部分丢失，导致边缘轮廓模糊。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缩放后的图像质量差、缩放运算复杂的缺陷，提供一种图像缩放方法，改善了图像质量，且缩放运算简单。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种图像缩放方法，其特征在于，包括：

A.将待处理的图像存入数据缓存器中；

B.根据图像的缩放尺寸计算缩放比率；

C.根据所述缩放比率确定插值点的坐标；

D.根据插值点的坐标从数据缓存器中取N个像素数据，N≥4；

E.根据所确定的精度和所述插值点的坐标确定滤波器；

G.使用所述滤波器对所取的像素数据进行滤波，并输出滤波后的数据。

在本发明所述的图像缩放方法中，在步骤E中，所确定的精度为1/M，M≥2，所确定的滤波器的个数为M个。

在本发明所述的图像缩放方法中，在步骤E中，所确定的滤波器的模型为：

其中，

即为滤波器的一组滤波系数；

x为插值点的坐标与相邻的N个像素的距离；

a为锐化系数。

在本发明所述的图像缩放方法中，

在步骤G中，所述滤波后的数据为：

Figure 201110170052X100002DEST_PATH_IMAGE003

其中，P为插值点的像素数据的值；

、

Figure 201110170052X100002DEST_PATH_IMAGE005

、

、…、

Figure 201110170052X100002DEST_PATH_IMAGE007

为所计算的滤波器的一组滤波系数；

p1、p2、p3、…、pN为N个像素数据的值。

在本发明所述的图像缩放方法中，

所述步骤D还包括：分别将所取的像素数据的第一行或第一列至少复制一次，将所取的像素数据的最后一行或最后一列至少复制两次，以补偿在边缘处滤波时所缺失的像素数据。

在本发明所述的图像缩放方法中，

在步骤D中，根据插值点的坐标从数据缓存器中取N行像素数据；

在步骤G中，使用所述滤波器对所取的N行像素数据先进行垂直滤波，将滤波后的数据存入寄存器中，当N行像素数据全部垂直滤波并存入寄存器后，再进行水平滤波，并输出水平滤波后的数据。

本发明还构造一种图像缩放系统，包括：

数据缓存模块，用于将待处理的图像存入数据缓存器中；

缩放比率计算模块，用于根据图像的缩放尺寸计算缩放比率；

插值点坐标计算模块，用于根据所述缩放比率确定插值点的坐标；

像素数据提取模块，用于根据插值点的坐标从数据缓存器中取N个像素数据，N≥4；

滤波器确定模块，用于根据所确定的精度和所述插值点的坐标确定滤波器；

滤波模块，用于使用所述滤波器对所取的像素数据进行滤波，并输出滤波后的数据。

在本发明所述的图像缩放系统中,所确定的滤波器的模型为：

其中，

即为滤波器的一组滤波系数；

x为插值点的坐标与相邻的N个像素的距离；

a为锐化系数。

在本发明所述的图像缩放系统中,所述滤波后的数据为：

其中，P为插值点的像素数据的值；

、

、、…、

为所计算的滤波器的一组滤波系数；

p1、p2、p3、…、pN为N个像素数据的值。

在本发明所述的图像缩放系统中, 所述取像素数据模块还用于分别将所取的像素数据的第一行或第一列至少复制一次，将所取的像素数据的最后一行或最后一列至少复制两次，以补偿在边缘处滤波时所缺失的像素数据。

实施本发明的技术方案，不仅减小了计算复杂度，节约了运算成本，而且提高了图像质量。另外，根据图像效果要求不同，可以灵活设计不同的滤波器。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明图像缩放方法实施例的流程图；

图2A是本发明选用高通滤波器滤波后的示意图；

图2B是本发明选用低通滤波器滤波后的示意图；

图3是本发明图像缩放系统实施例的逻辑结构图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明图像缩放方法实施例的流程图中，该图像处理方法包括以下步骤：

S101.将待处理的图像存入数据缓存器中；

S102.根据图像的缩放尺寸计算缩放比率；

S103.根据所述缩放比率确定插值点的坐标；

S104.根据插值点的坐标从数据缓存器中取N个像素数据，N≥4；

S105.根据所确定的精度和所述插值点的坐标确定滤波器；

S106.使用所述滤波器对所取的像素数据进行滤波，并输出滤波后的数据。

下面举例说明每个步骤。在步骤S101 中，将待处理的图像存入数据缓存器中，实现本发明图像方法的处理工具可以是MATLAB、C语言、C++等。例如，采用C语言对图像进行放大缩小处理，那么首先要读取图像，将图像读取到想要保存的缓存器中。在步骤S102中，根据图像的缩放尺寸计算缩放比率，就是根据对图像放大或缩小的尺寸大小的要求，分别计算行和列的缩放比率xratio、yratio，行缩放比率xratio等于原图的行的大小与缩放后图的行的大小的比值。列缩放比率yratio的计算同行缩放比率xratio计算方法相同。若ratio<1,表示对原图进行放大处理，若ratio>1，则对原图进行缩小处理。而ratio=1则表示处理后的图像与原图大小相同。在步骤S103中，根据所述缩放比率确定插值点的坐标。例如，取4个像素数据p1、p2、p3、p4，要将一幅图像放大到原来的二倍，首先，第一个插值点应该在p2处，那么，第二个插值点就在p2、p3的中点处，第三个插值点应该在p3处，依次递推，由ratio的累加就可以确定一行或一列的所有插值点的位置。再例如，要将原图放大四倍，因为本算法是对一维数据的处理，所以假设要进行行插值，首先第一个插值点是p2点，坐标为1，第二个插值点由计算可得其坐标是1.25，第三个插值点坐标是1.5，第四个插值点坐标是1.75，第五个插值点坐标是2。这样依次累加，就可以求出一行的所有插值点。列的插值坐标的确定方法同行的计算方法。在步骤S104中，根据插值点的坐标从数据缓存器中取N个像素数据，N≥4。例如，可以取4个像素数据，也可以取5个像素数据，当然，还可以是其它大于4的数量。由于所取的像素数据的数量不同，当然后面滤波器的大小也不同，不过设计原理相同的。五个数据的滤波效果当然比四个数据的滤波效果要好。另外，在取像素数据时还要考虑边缘问题。以取四个像素数据为例，那么插值点的位置就在第二个和第三个数据之间，若对第一行进行行插值，首先在第一行的第一个数据点处插值，就需要将第一行的第一个数据复制一个当做第一个数据。插第一行的最后一个数据时，也要将最后一个数据复制，因为最后一个数据的后边还要插值，所以需要将最后一个数据复制两个数据放在该行的最后。所以，分别将所取的像素数据的第一行或第一列复制一次，将所取的像素数据的最后一行或最后一列复制两次，以补偿在边缘处滤波时所缺失的像素数据。当然，若所取的像素数据的数量为5，则所取像素数据的第一行或第一列分别复制两行或两列，最后一行或最后一列分别复制两行或两列。在步骤S105中，根据所确定的精度和所述插值点的坐标确定滤波器。例如，在两个像素值之间等分64份，所确定的精度即为1/64，所确定的滤波器的个数就应为64，若每个滤波器的系数个数设为4，则总滤波器的系数个数就为64*4。当然，这只是本发明的一个实施例，并不用于限制本发明，在其他实施例中，所确定的精度不同，例如为1/M，M≥2，所确定的滤波器的个数为M个。另外，根据对图像处理的要求的不同，滤波器也不同。例如，本申请所确定的滤波器的模型（bicubic算法）为：

其中，

即为滤波器的一组滤波系数；x为插值点的坐标与相邻的N个像素的距离；a为锐化系数。a的值取的越小，则该滤波器为高频增益大的滤波器，例如，a=-2时，如图2A所示，处理后的图像边缘细节清晰；相反，a的值取的越大，例如，a=1时，如图2B所示，则该滤波器为高频增益小的滤波器，处理后的图像边缘平滑。因此，可根据需要选择合适的滤波器，例如，图像的高频信息丰富的地方可以选择高通滤波器。在步骤S106中，使用所述滤波器对所取的像素数据进行滤波，并输出滤波后的数据。滤波后的数据为：

其中，P为插值点的像素数据的值；

、

、

、…、

为滤波系数；p1、p2、p3、…、pN为N个像素数据的值。例如，在取4个像素数据时，滤波后的数据为：

。

另外，在对二维的图像进行缩放处理时，通常是先进行一维（如行或列）处理，等这一维数据都处理完了，将处理后的数据进行保存，然后再进行另一维的处理，再重新进行步骤S104，重新取另一维的像素数据，这样就增加了需要的存储空间，而且还要将刚插值的像素数据再重新取出来，操作繁琐。为了节省存储空间，在一个优选实施例中，以取四个像素数据为例进行说明，在步骤S104中，首先采用四条linebuffer取4行像素数据。在步骤S106中，先对这4行像素数据进行垂直滤波，其滤波原理与上文所描述的相同，在此不再赘述。然后将垂直滤波后的像素数据暂时存储在寄存器中，当4行像素数据全部垂直滤波后，并且都已经存储在寄存器后，再将寄存器中的像素数据按照步骤S104的方法取出来，对它们进行水平滤波。全部处理完成以后，最后输出滤波后的数据。

图3是本发明图像缩放系统实施例的逻辑结构图，该图像缩放系统包括数据缓存模块101、缩放比率计算模块102、插值点坐标计算模块103、像素数据提取模块104、滤波器确定模块105和滤波模块106。其中，数据缓存模块101用于将待处理的图像存入数据缓存器中；缩放比率计算模块102用于根据图像的缩放尺寸计算缩放比率；插值点坐标计算模块103用于根据所述缩放比率确定插值点的坐标；像素数据提取模块104用于根据插值点的坐标从数据缓存器中取N个像素数据，N≥4；滤波器确定模块105用于根据所确定的精度和所述插值点的坐标确定滤波器；滤波模块106用于使用所述滤波器对所取的像素数据进行滤波，并输出滤波后的数据。

优选地，所确定的滤波器的模型为：

其中，

即为滤波器的一组滤波系数；

x为插值点的坐标与相邻的N个像素的距离；

a为锐化系数。

使用该所确定的滤波器进行滤波后输出的数据为：

其中，P为插值点的像素数据的值；

、

、、…、

为滤波系数；

p1、p2、p3、…、pN为N个像素数据的值。

另外，在像素数据提取模块104取像素数据时，考虑到边缘的问题，分别将所取的像素数据的第一行或第一列至少复制一次，将所取的像素数据的最后一行或最后一列至少复制两次，以补偿在边缘处滤波时所缺失的像素数据。

在另一个优选实施例中，为节省存储空间，像素数据提取模块104可先从数据缓存器中取N行像素数据，然后滤波模块106使用所确定的滤波器对所取的N行像素数据先进行垂直滤波，将滤波后的数据存入寄存器中，当N行像素数据全部垂直滤波后，再进行水平滤波，并输出水平滤波后的数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。