CN103179324A - 图像锐化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像锐化方法及装置，该方法包括对原始图像进行二维滤波，获取原始图像中的高频部分数据，将高频部分数据存储在线缓存器中，根据对原始图像的缩放倍数确定对原始图像进行插值处理的插值倍数，对原始图像进行插值处理，获得插值图像，对获取的高频部分数据进行插值处理，获得插值高频数据，将插值高频数据叠加到插值图像中。图像锐化装置是应用上述方法对图像进行锐化处理的装置。本发明能降低图像锐化装置的生产成本，且在不增加图像锐化装置的生产成本的情况下，实现任意插值倍数的图像锐化处理，提升图像锐化装置的性能。

Description

图像锐化方法及装置

技术领域

本发明涉及电子设备的图像处理领域，具体地，是一种电子设备对图像进行锐化处理方法及锐化处理的装置。

背景技术

现有的电子设备，如电脑、手机、电子书阅读器等均能显示或播放图像、视频等。由于存储在电子设备中的原始图像或视频的分辨率跟电子设备所实际显示的分辨率不一致，因此电子设备往往需要对原始图像或视频进行缩放处理，以满足不同的显示分辨率的需求。

参见图1，现有的图像缩放装置通常包括垂直缩放单元12以及水平缩放单元13，分别对图像进行垂直缩放处理以及水平缩放处理。由于图像缩放装置是从外部的数据存储器中读取原始图像数据，为了减少在缩放处理过程中重复读取外部存储器数据的次数，以降低对电子设备内存的负担，通常在图像缩放装置中设置线缓存器11，将图像缩放处理过程中的中间数据或重复使用的数据存储在线缓存器11中。

对图像进行放大处理时，往往需要对图像进行低通滤波，在这一过程中，由于低通滤波的影响，放大后的图像必然会缺少高频部分的数据，导致放大后的图像模糊，观看图像会产生模糊感。为了减少图像的模糊程度，一般需要在对图像进行放大处理的图像缩放电路后加入锐化处理电路，用于提取原始图像中的高频部分数据，再把高频部分数据叠加到放大后的图像中，实现增强视觉锐度的目的。本文所指的“高频部分数据”，是指图像中物体边缘、细节等在图像的频域中频率较高的区域。

参见图2，现有的图像锐化装置通常包括二维滤波器22以及叠加单元23，其中，二维滤波器22是一个滤波系数可调节的有限脉冲响应滤波器，用于将图像中的高频部分数据过滤出来。叠加单元23用于将过滤出来的高频部分数据叠加到经过放大处理的图像中，从而消除图像的模糊感。

由于在图像的锐化处理过程中，需重复读取图像缩放装置输出的数据，因此，通常在图像锐化装置中设置线缓存器21，将图像缩放装置输出的数据存储在线缓存21中，由二维滤波器22以及叠加单元23读取。

现有的部分电子设备将图像缩放装置以及图像锐化装置整合为一体，参见图3，现有的图像插值锐化装置包括线缓存器31、垂直与水平缩放单元32、线缓存器33、二维滤波器34以及叠加单元35。图像锐化装置工作时，首先将外部存储器输出的原始图像数据相应的原始数据行存入线缓存器31中，然后通过垂直与水平缩放单元32对图像进行缩放处理，即对图像进行插值处理，获得插值图像数据，并将插值处理后的当前输出行的数据存入线缓存器33中。接着，二维滤波器34根据对原始图像进行插值处理时的插值倍数调整二维滤波器34的滤波系数，提取出插值图像中的高频部分数据，最后将高频部分数据叠加到插值图像中，获得经过锐化处理的图像，将经过锐化处理的图像输出至外部存储器。

由于图像插值处理后将发生频率搬移，即原始图像中的高频部分数据从原始图像中的高频处搬移到插值后的图像的中高频处，搬移程度随着插值倍数的增大而增大。因此，二维滤波器34需根据图像插值处理时的插值倍数来调节滤波参数，实现提取图像的高频部分数据，达到锐化的目的。

但是，为了使二维滤波器34实现较低截止频率的带通滤波，必须提高二维滤波器34的阶数。然而，随着二维滤波器34的阶数提高，线缓存器33所存储数据的行数必须相应地增加，以实现更大插值倍数时的锐化。这样，将会增加图像锐化装置的生产成本，在单芯片系统中尤为突出。另一方面，在线缓存器33的行数一定的情况下，图像锐化装置对图像进行锐化处理的能力必然受到限制，降低了图像锐化装置的性能，导致图像锐化处理效果不理想。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种在不增加线缓存器行数的情况下实现任意插值倍数的图像锐化方法。

本发明的另一目的是提供一种生产成本低且锐化效果好的图像锐化装置。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的图像锐化方法包括对原始图像进行二维滤波，获取原始图像中的高频部分数据，将高频部分数据存储在线缓存器中，根据对原始图像的缩放倍数确定对原始图像进行插值处理的插值倍数，对原始图像进行插值处理，获得插值图像，对获取的高频部分数据进行插值处理，获得插值高频数据，将插值高频数据叠加到插值图像中。

由上述方案可见，对图像进行锐化处理时，是对原始图像进行二维滤波处理，获取的是原始图像的高频部分数据，因此输出至线缓存器中的高频部分数据并未经过插值处理，也就不会因插值处理时图像的频率搬移作用影响，导致高频部分数据的搬移到中高频处。这样，二维滤波器对原始图像进行滤波时，阶数可以设置得较小，输出到线缓存器的行数也较少，降低对线缓存器的要求。

另外，由于图像锐化方法是先提取原始图像的高频部分数据，然后对原始图像、高频部分数据分别进行插值处理，因此在不增加线缓存器的行数的情况下，仍然能够实现较高的插值倍数的处理，由此可以实现对图像进行任意插值倍数的锐化。

一个优选的方案是，对高频部分数据进行插值处理前，根据对原始图像进行插值处理时的插值倍数确定对高频部分数据进行插值处理的插值倍数。

由此可见，通过对高频部分数据进行插值处理的插值倍数的确定，能够确保对高频部分数据进行插值处理的插值倍数与对原始图像进行插值处理时的插值倍数之间建立一定的关系，确保叠加后形成的锐化数据不会失真。

进一步的方案是，对高频部分数据进行插值处理的插值倍数等于对原始图像进行插值处理时的插值倍数，或者是在以对原始图像进行插值处理时的插值倍数为基准的阈值范围内。

这样，能够确保插值高频数据的放大倍数与原始图像的放大倍数相等或基本相等，避免图像锐化后出现失真的情况。

为实现上述的另一目的，本发明提供的图像锐化装置包括图像缩放单元，根据对原始图像的缩放倍数确定对原始图像进行插值处理的插值倍数，对原始图像进行插值处理，获得插值图像，并设有二维滤波器，对原始图像进行二维滤波，获取原始图像中的高频部分数据，该装置还设有线缓存器，用于存储高频部分数据，并设有高频数据缩放单元，对高频部分数据进行插值处理，获得插值高频数据，还设有叠加单元，将插值高频数据叠加到插值图像中。

由上述方案可见，二维滤波器是对原始图像进行二维滤波，获取原始图像中的高频部分数据，这样，输出到线缓存器中的数据的行数较少，因此不需要将线缓存器的行数设置得很高，降低图像锐化装置的生产成本。

并且，由于图像缩放单元与高频数据缩放单元分别对原始图像以及高频部分数据进行缩放处理，也就是分别进行插值处理，对高频部分数据进行插值处理时，插值倍数不受线缓存器的行数的影响，因此可以实现对图像任意插值倍数的锐化处理，对图像的锐化处理效果更为理想。

附图说明

图1是现有图像缩放装置的结构框图。

图2是现有图像锐化装置的结构框图。

图3是现有图像插值锐化装置的结构框图。

图4是本发明图像锐化装置实施例的结构框图。

图5是本发明图像锐化方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的图像锐化装置应用在诸如电脑、手机、电子阅读器等需要对图像、视频进行放大、缩小处理的电子设备中，图像锐化方法是应用上述的图像锐化装置对图像进行锐化处理的方法。

参见图4，本发明的图像锐化装置具有线缓存器41、图像缩放单元45、叠加单元48、二维滤波器50、线缓存器51以及高频数据缩放单元55，其中线缓存器41具有控制逻辑单元42以及存储单元43，图像缩放单元45具有垂直缩放单元46以及水平缩放单元47，线缓存器51具有控制逻辑单元52以及存储单元53，高频数据缩放单元55具有垂直缩放单元56、水平缩放单元57以及插值倍数计算单元58。

线缓存器41用于接收外部存储器发送的原始图像的数据，其所接收的是原始图像的数据行。存储单元43的存储容量通常是固定的，即具有最大存储的数据行数，且每行具有最大存储列数。控制逻辑单元42用于将原始图像的数据行读入到存储单元43中，且同时存储在存储单元43的数据的行数总和不能超过存储单元43所能够存储的数据行数的最大值，也不能超过存储单元43的列数最大值。

控制逻辑单元42将原始图像的数据行读入到存储单元43后，图像缩放单元45以及二维滤波器50将读取存储在存储单元43中的数据。控制逻辑单元42将控制原始图像数据的读入速度及顺序，以满足图像缩放单元45以及二维滤波器50读取数据的要求。

为了加快图像处理速度，存储单元43选用静态随机存储器，其数据读写速度较快，有利于控制逻辑单元42快速地将原始图像数据行读入到存储单元43中，也有利于图像缩放单元45以及二维滤波器50快速地读取存储在存储单元43中的数据。

图像缩放单元45用于对原始图像进行缩放处理，其中垂直缩放单元46用于对图像进行垂直缩放处理，水平缩放单元47用于对图像进行水平缩放处理。对图像放大处理的过程实际上是对图像的数据进行插值处理的过程，也就是在原始图像的数据中插入数据，以满足图像放大时像素增多的要求。

对原始图像进行插值处理前，需要确定插值倍数，通常插值倍数就是图像的放大倍数，图像的放大倍数由外部输入的信号确定，图像缩放单元46根据外部输入的图像放大倍数的信号确定插值倍数，并根据插值倍数对原始图像的数据进行插值处理，获得插值处理后的插值图像，插值图像的数据输出至叠加单元48中。

二维滤波器50用于将原始图像的数据中的高频部分过滤出来，形成高频部分数据。本实施例中，二维滤波器50为一个有限脉冲响应滤波器，其滤波参数设置为：

。

二维滤波器50对原始图像的数据进行二维滤波后，将高频部分数据输出到线缓存器51中。线缓存器51的控制逻辑单元52用于控制对高频部分数据的读取，并将读取的高频部分数据存入存储单元53中。本实施例中，为了加快图像锐化处理速度，存储单元53选用静态随机存储器。

存储单元53为存储容量固定的存储器，其具有最大的数据存储行数，即存储单元53同时存储的数据的行数受到限制。控制逻辑单元52控制将高频部分数据存入到存储单元53的速度，实现图像锐化处理的效率最高化。

高频数据缩放单元55读取存储在线缓存器51内的高频部分数据，并对高频部分数据进行缩放处理。高频数据缩放单元55具有垂直缩放单元56、水平缩放单元57以及插值倍数计算单元58。垂直缩放单元56以及水平缩放单元57用于对高频部分数据进行垂直缩放处理以及水平缩放处理。对高频部分数据进行放大处理时，就是对数据进行插值处理，因此需要计算插值处理的插值倍数。

为了使锐化后的图像不会失真，高频部分数据的放大倍数应该与原始图像的放大倍数保持一致，因此插值倍数计算单元58根据图像缩放单元45对原始图像进行插值处理时的插值倍数确定高频部分数据插值处理时的插值倍数，优选地，对高频部分数据插值处理时的插值倍数与对原始图像进行插值处理时的插值倍数相等。

叠加单元48接收图像缩放单元45经过插值处理后的插值图像，并接收高频数据缩放单元55经过插值处理后的插值高频数据，将插值高频数据叠加到插值图像中，形成锐化后的图像，并输出至外部存储器。

下面结合图5说明图像锐化装置的工作流程。首先，线缓存器41将原始图像的数据行读入，即执行步骤S1，原始图像的数据行存储在存储单元43中。然后，二维滤波器50将存储在存储单元43中的原始图像的数据行读入，并对原始图像进行二维滤波，将原始图像中的高频部分数据过滤出来，获得高频部分数据，即执行步骤S2。并且，二维滤波器50将获得的高频部分数据存入线缓存器51中。

与此同时，图像缩放单元45根据对原始图像的放大倍数确定对原始图像进行插值处理时的插值倍数，即执行步骤S3。然后，图像缩放单元45根据插值倍数对原始图像进行插值处理，即执行步骤S4，获得插值处理后的插值图像。

高频数据缩放单元55读取存储在线缓存器51的存储单元53中的高频部分数据，并根据图像缩放单元45对原始图像进行插值处理时的插值倍数确定对高频部分数据进行插值处理时的插值倍数，即执行步骤S5，然后依据确定的插值倍数对高频部分数据进行插值处理，也就执行步骤S6，获得插值高频数据。

最后，图像缩放单元45将插值图像输出至叠加单元48，高频数据缩放单元55将插值高频数据输出至叠加单元48，叠加单元48将插值高频数据叠加到插值图像中，即执行步骤S7，并形成锐化后的图像，将锐化后的图像输出到外部存储器，完成图像的锐化处理操作。

由于图像的锐化处理方法是先提取原始图像中的高频部分数据，再对提取出的高频部分数据进行插值处理，因此二维滤波器50过滤出来的高频部分数据的频率仍然在图像的高频处，而不受图像插值后频率搬移的影响。

由于线缓存器51存储的是未经插值处理的高频部分数据，即使二维滤波器50的阶数较高，获得的高频部分数据的行数不会很多，线缓存器51的行数也就不需要设置得很大。这样，在不增加线缓存器51的行数的情况下，能够满足任意插值倍数的图像插值处理，大大提升图像锐化的处理能力，使图像锐化效果更为理想。

当然，上述的实施例仅是本发明较佳的实施方式，实际应用时，还可以有更多的改变，例如，可以使用其他的存储器，如普通的易失性存储器替代静态随机存储器作为线缓存器的存储单元；或者，对原始图像或者高频部分数据进行缩放处理时，根据输入的信号，仅进行垂直缩放处理或者水平缩放处理，或者垂直缩放的倍数与水平缩放的倍数不相等，这样的改变也能实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如二维滤波器的滤波参数的改变、线缓存器的具体结构的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.图像锐化方法，其特征在于：包括

对原始图像进行二维滤波，获取所述原始图像中的高频部分数据，将所述高频部分数据存储在线缓存器中；

根据对所述原始图像的缩放倍数确定对所述原始图像进行插值处理的插值倍数，对所述原始图像进行插值处理，获得插值图像；

对获取的所述高频部分数据进行插值处理，获得插值高频数据；

将所述插值高频数据叠加到所述插值图像中。

2.根据权利要求1所述的图像锐化方法，其特征在于：

对所述高频部分数据进行插值处理前，根据对所述原始图像进行插值处理时的插值倍数确定对所述高频部分数据进行插值处理的插值倍数。

3.根据权利要求2所述的图像锐化方法，其特征在于：

对所述高频部分数据进行插值处理的插值倍数等于对所述原始图像进行插值处理时的插值倍数。

4.根据权利要求2所述的图像锐化方法，其特征在于：

对所述高频部分数据进行插值处理的插值倍数在以对所述原始图像进行插值处理时的插值倍数为基准的阈值范围内。

5.根据权利要求1至4任一项所述的图像锐化方法，其特征在于：

对所述高频部分数据进行插值处理包括对所述高频部分数据进行垂直缩放处理和/或水平缩放处理。

6.图像锐化装置，包括

图像缩放单元，根据对原始图像的缩放倍数确定对所述原始图像进行插值处理的插值倍数，对所述原始图像进行插值处理，获得插值图像；

其特征在于：

二维滤波器，对所述原始图像进行二维滤波，获取所述原始图像中的高频部分数据；

线缓存器，用于存储所述高频部分数据；

高频数据缩放单元，对所述高频部分数据进行插值处理，获得插值高频数据；

叠加单元，将所述插值高频数据叠加到所述插值图像中。

7.根据权利要求6所述的图像锐化装置，其特征在于：

所述高频数据缩放单元还设有插值倍数计算单元，根据对所述原始图像进行插值处理时的插值倍数确定对所述高频部分数据进行插值处理的插值倍数。

8.根据权利要求6或7所述的图像锐化装置，其特征在于：

所述线缓存器具有存储单元以及控制数据读入到所述存储单元的控制逻辑单元。

9.根据权利要求8所述的图像锐化装置，其特征在于：

所述存储单元为静态随机存储器。

10.根据权利要求6或7所述的图像锐化装置，其特征在于：

所述二维滤波器为有限脉冲响应滤波器。

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