CN103310426A - 一种基于jpeg频域变换的图像增强方法及装置 - Google Patents

一种基于jpeg频域变换的图像增强方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于计算机应用领域，提供了一种基于JPEG频域变换的图像增强方法及装置，所述方法包括：根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵；将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理；对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。在本发明实施例中，利用了JPEG编码过程中会把图像信息转化为频域的特性，直接在频域进行图像增强处理，使得编码和图像增强处理同步进行，不仅增强了图像增强的效果，提高了图像增强的处理速度，并大大降低了设备成本。

Description

一种基于JPEG频域变换的图像增强方法及装置
技术领域
本发明属于计算机应用领域，尤其涉及一种基于JPEG频域变换的图像增强方法及装置。
背景技术
在图像传输以及保存的应用中，JPEG(Joint Picture Expert Group，联合图像专家组)是一种广为应用的格式。它通过离散余弦变换将图像点阵信息转化为频域，并在频域对数据进行有效处理，以此获得较大的压缩率。因此在数码拍照或彩色传真中，常常选择JPEG作为图像存储格式。然而，JPEG编码计算量比较大，往往需要专用硬件或者性能较强的数字信号处理器来进行编码。
数码拍照或彩色传真在编码图像并保存之前，通常还需要对原始图像进行图像增强处理(比如平滑、锐化、降噪等)来提升图像质量，由于这些算法的计算量较大，现在基本都是通过对每个点的周围区域进行大量卷积或累乘加运算来实现的，需要非常高性能的数字信号处理器才能完成这项工作。
因此，对于数码拍照或彩色传真这种应用，无论是图像增强处理还是图像编码保存，都涉及大量的计算，因而普通设备处理起来往往速度过慢，而采用较高的处理器则使得成本过高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于JPEG频域变换的图像增强方法及装置，旨在解决现有的图像增强及编码方法计算量大，处理速度过慢的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于JPEG频域变换的图像增强方法，所述方法包括：
根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵；
将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理；
对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。
本发明实施例的另一目的在于提供一种基于JPEG频域变换的图像增强装置，所述装置包括：
滤波器模板获得单元，用于根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵；
图像增强处理单元，用于将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理；
JPEG图像获得单元，用于对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。
在本发明实施例中，利用了JPEG编码过程中会把图像信息转化为频域的特性，直接在频域进行图像增强处理，使得编码和图像增强处理同步进行，不仅增强了图像增强的效果，提高了图像增强的处理速度，并大大降低了设备成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于JPEG频域变换的图像增强方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种计算锐化滤波器模板矩阵的方法实例的流程图；
图3是本发明实施例提供的基于JPEG频域变换的图像增强装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种基于JPEG频域变换的图像增强方法，利用了JPEG编码过程中会把图像信息转化为频域的特性，直接在频域进行图像增强处理，使得编码和图像增强处理同步进行，不仅增强了图像增强的效果，提高了图像增强的处理速度，并大大降低了设备成本。
本发明提供了一种基于JPEG频域变换的图像增强方法和装置：
所述方法包括：
根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵；
将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理；
对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。
所述装置包括：
滤波器模板获得单元，用于根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵；
图像增强处理单元，用于将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理；
JPEG图像获得单元，用于对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
如图1所示为本发明提供的基于JPEG频域变换的图像增强方法的流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
在步骤S101中，根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵。
在本发明实施例中，预先根据图像所需的增强效果(如：锐化、平滑、降噪等)，对原始图像进行增强处理，获得效果增强后的图像数据，然后根据图像增强前后图像数据间的关系求出滤波器的模板矩阵，则所有图片都可通过所对应的滤波器模板矩阵增强。其中，可通过现有的任意图像增强方式获得效果增强后的图像，在此不做限制。如：需做锐化处理的图像就通过锐化滤波器模板矩阵做锐化处理；需做平滑处理的图像就通过平滑滤波器模板矩阵做平滑处理；需做降噪处理的图像就通过降噪滤波器模板矩阵做降噪处理。
在步骤S102中，将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理。
在本发明实施例中，通过离散余弦变换将原始图像点阵信息转化为频域后，在频域通过对应的滤波器对原始图像进行增强处理。如原始图像需要进行锐化处理就通过锐化滤波器模板矩阵做锐化处理；原始图像需做平滑处理就通过平滑滤波器模板矩阵做平滑处理；原始图像需做降噪处理就通过降噪滤波器模板矩阵做降噪处理。
在本发明实施例中，具体可通过如下三个步骤来将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理。
首先，将原始图像转换为YCrCb颜色模型。
在本发明实施例中，首先获取原始图像，随之将原始图像转换为YCrCb颜色模型。其中，YCrCb是一种颜色编码方法，YCrCb颜色模型的真彩色由三个分量(一个亮度和两个色度)构成。
其次，将YCrCb颜色模型的三个分量分别划分成多个8×8的图像数据矩阵，并对每个图像数据矩阵进行离散余弦变换(DCT，Discrete CosineTransform)。
在本发明实施例中，将YCrCb颜色模型的三个分量分别划分成多个8×8的图像数据矩阵，并根据JPEG编码标准对每个图像数据矩阵进行离散余弦变换。
具体的，可采用下述公式进行离散余弦变换。
F ( u , v ) = 1 / 4 C ( u ) C ( v ) Σ x = 0 7 Σ y = 0 7 f ( x , y ) cos ( 2 x + 1 ) uπ 16 cos ( 2 y + 1 ) vπ 16 ;
其中，x，y代表图像数据矩阵(即8×8的矩阵)内某个数值的行数及列数；f(x，y)代表图像数据矩阵内第x行第y列的数值；u，v代表离散余弦变换变换后的图像数据矩阵内某个数值的行数及列数；F(u，v)代表离散余弦变换变换后图像数据矩阵内第u行第v列的数值。当u＝0且v＝0时，
Figure BDA0000143416490000052
当u＞0且v＞0时，C(u)C(v)＝1。
在本发明实施例中，在离散余弦变换后，图像信息已被转化为了频域，因此下面将直接在频域进行图像效果的增强处理。
最后，将离散余弦变换后的图像数据矩阵与对应的滤波器模板矩阵进行点运算。
在本发明实施例中，由于已预先根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵，因此只需要根据图像所需的增强效果找出对应的滤波器模板矩阵，并将该滤波器模板矩阵与离散余弦变换后的图像数据矩阵进行点运算。其中，可根据以下公式进行点运算：Fnew[i，j]＝F[i，j]×C[i，j]，i，j∈{0，1，…7}。其中，F[i，j]表示离散余弦变换后的图像数据矩阵中第i行第j列的数值，C[i，j]表示滤波器模板矩阵中第i行第j列的数值，Fnew[i，j]表示增强处理后的图像数据矩阵中第i行第j列的数值。
在步骤S103中，对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。
在本发明实施例中，利用了JPEG编码过程中会把图像信息转化为频域的特性，直接在频域进行图像增强处理，使得编码和图像增强处理同步进行，不仅增强了图像增强的效果，提高了图像增强的处理速度，并大大降低了设备成本。
实施例二：
实施例二通过提供一种计算锐化滤波器模板矩阵的具体方法来详细说明如何根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵，但并不限于此例。如图2所示为本发明提供的一种计算锐化滤波器模板矩阵的方法实例的流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
在步骤S201中，将原始图像转换为YcrCb颜色模型。
在步骤S202中，将YCrCb颜色模型的三个分量分别划分成多个8×8的图像数据矩阵，并对每个图像数据矩阵进行离散余弦变换。
在步骤S203中，获取上述每个图像数据矩阵中每个元素的方差。
具体为：根据方差公式则有
Figure BDA0000143416490000061
其中，MB[i，j]表示均值，由公式
Figure BDA0000143416490000062
所得；n表示图像数据矩阵的总个数；Bk[i，j]表示第k个图像数据矩阵中的第(i，j)个元素，i，j∈{0，1，…7}。
在步骤S204中，获取原始图像YCrCb颜色模型数据，并对其进行锐化处理。
在本发明实施例中，可通过现有的锐化方法或图像处理工具(比如Photoshop)对YCrCb颜色模型数据进行锐化处理，在此不做限制。
在步骤S205中，将锐化后的图像划分为多个8×8的图像数据矩阵，在对锐化后的各图像数据矩阵进行离散余弦变换后，获取锐化后各个图像数据矩阵中每个元素的方差DD[i，j]。
其中求方差的方法与步骤S203类似，此处不再赘述。
在步骤S206中，根据锐化前的图像数据矩阵中每个元素的方差与锐化后的图像数据矩阵中每个元素的方差的关系得出锐化滤波器矩阵。
其中，锐化后图像数据矩阵中元素Bd[i，j]是关于锐化前图像数据矩阵中元素Bb[i，j]的线性函数，即Bd[i，j]＝c×Bb[i，j]，根据方差性质，则有锐化前的图像数据矩阵中每个元素的方差与锐化后的图像数据矩阵中每个元素的方差的关系为：DD[i，j]≈C[i，j] 2×DB[i，j]，由此得出滤波器矩阵为：
Figure BDA0000143416490000063
实施例三：
图3为本发明实施例提供的于JPEG频域变换的图像增强装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部份。其中：
滤波器模板获得单元31，用于根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵。
在本发明实施例中，所述滤波器模板获得单元31包括两个子模块，其中：
增强图像数据获得模块311，用于根据图像所需的增强效果，对原始图像进行增强处理，获得效果增强后的图像数据。
滤波器模板获得模块312，用于将图像增强后的数据与原始图像数据的关系，获得滤波器模板矩阵。
图像增强处理单元32，用于将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理。
在本发明实施例中，所述图像增强处理单元32包括三个子模块，其中：
颜色模型转换模块321，用于将原始图像转换为YCrCb颜色模型。
离散余弦变换模块322，用于将所述YCrCb颜色模型的三个分量分别划分成多个8×8的图像数据矩阵，并对每个图像数据矩阵进行离散余弦变换。
增强处理模块323，用于将离散余弦变换后的图像数据矩阵与对应的滤波器模板矩阵进行点运算。
JPEG图像获得单元33，用于对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。
在本发明实施例中，利用了JPEG编码过程中会把图像信息转化为频域的特性，直接在频域进行图像增强处理，使得编码和图像增强处理同步进行，不仅增强了图像增强的效果，提高了图像增强的处理速度，并大大降低了设备成本。本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于JPEG频域变换的图像增强方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵；
将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理；
对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵包括：
根据图像所需的增强效果，对原始图像进行增强处理，获得效果增强后的图像数据；
将图像增强后的数据与原始图像数据的关系，获得滤波器模板矩阵。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理包括：
将原始图像转换为YCrCb颜色模型；
将所述YCrCb颜色模型的三个分量分别划分成多个8×8的图像数据矩阵，并对每个图像数据矩阵进行离散余弦变换；
将离散余弦变换后的图像数据矩阵与对应的滤波器模板矩阵进行点运算。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将离散余弦变换后的图像数据矩阵与对应的滤波器模板矩阵进行点运算的方法包括：
通过公式Fnew[i，j]＝F[i，j]×C[i，j]，i，j∈{0，1，…7}将离散余弦变换后的图像数据矩阵与对应的滤波器模板矩阵进行点运算；
其中，F[i，j]表示离散余弦变换后的图像数据矩阵中第i行第j列的数值，C[i，j]表示滤波器模板矩阵中第i行第j列的数值，Fnew[i，j]表示增强处理后的图像数据矩阵中第i行第j列的数值。
5.一种基于JPEG频域变换的图像增强装置，其特征在于，所述装置包括：
滤波器模板获得单元，用于根据图像所需的增强效果求出相应的滤波器模板矩阵；
图像增强处理单元，用于将原始图像信息转化为频域，在频域通过对应的滤波器模板矩阵对原始图像进行增强处理；
JPEG图像获得单元，用于对增强处理后的图像数据进行量化，并将量化后的图像数据熵编码得出图像增强后的JPEG图像。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述滤波器模板获得单元包括：
增强图像数据获得模块，用于根据图像所需的增强效果，对原始图像进行增强处理，获得效果增强后的图像数据；
滤波器模板获得模块，用于将图像增强后的数据与原始图像数据的关系，获得滤波器模板矩阵。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述图像增强处理单元包括：
颜色模型转换模块，用于将原始图像转换为YCrCb颜色模型；
离散余弦变换模块，用于将所述YCrCb颜色模型的三个分量分别划分成多个8×8的图像数据矩阵，并对每个图像数据矩阵进行离散余弦变换；
增强处理模块，用于将离散余弦变换后的图像数据矩阵与对应的滤波器模板矩阵进行点运算。
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