CN104486533B - 图像锐化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锐化方法及其装置,锐化方法包括依次进行的变换步骤、滤波步骤和核化去噪步骤，包括：根据待处理像素点、左边第一个像素点、右边第一个像素点、左边第二个像素点和右边第二个像素点构成邻域数据，根据邻域数据进行频域变换处理后并计算得出系数向量，根据系数向量计算子滤波加权系数，根据邻域数据、子滤波加权系数和子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据，根据邻域数据、子滤波加权系数和权值调节参数计算得出锐化加权值，根据阀值参数对滤波后数据进行去噪处理，对去噪后数据进行锐化处理并处理的锐化后数据。实现根据图像内容自适应调节地进行锐化处理，从而达到锐化后视觉效果更加自然。

Description

图像锐化方法及其装置

技术领域

本发明涉及数字视频处理领域，尤其涉及一种图像锐化方法和使用该锐化方法的锐化装置。

背景技术

随着计算机的广泛使用以及数字电视的出现，人们对视频图像的清晰度要求越来越高，当标准清晰度视频被放大到高清晰度视频播放时，视频图像边缘的细节将出现丢失，使得图像整体出现模糊现象。图像的清晰度、锐度也会因为编码和如降噪、去振铃效应、去块等各种处理而丢失。这时通常进行边缘和细节的增强来恢复丢失的高频信息或增加高频信息来提高图像分辨率和感知清晰度，这种后处理技术称为锐化处理。

现有的锐化处理实现方案通常需要依次进行亮度瞬态提升处理(LTI,LuminanceTransient Improvement)和峰化处理(Peaking)。LTI对亮度信号的上过渡带进行检测，当出现亮度信号过渡时，使信号的过渡带变窄，边缘变陡，从而提高图像的清晰度。Peaking通过增强图像的中高频段的信息，从而提高图像的清晰度。

然而，LTI处理中的滤波器增益是固定的，不能根据图像的实际内容进行调节，以及Peaking处理中将会使用多个子滤波器，其中的子滤波器增益也是固定的，不能自适应调节。由于处理方式单一，而图像不同区域需要不同的处理方式，使用固定滤波器使得锐化的处理结果不自然。另外LTI和Peaking中的滤波器频带范围有重叠，对于重叠范围内的图像数据会进行多次锐化处理可能会产生边缘增益叠加效应，从而降低图像视觉效果。

发明内容

本发明的第一目的提供一种可以根据图像内容自适应调节进行图像锐化处理的锐化方法。

本发明的第二目的提供一种可以根据图像内容自适应调节进行图像锐化处理的锐化装置。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种锐化方法,包括依次进行的变换步骤、滤波步骤和核化去噪步骤，其中，变换步骤包括：根据待处理像素点、待处理像素点的左边第一个像素点、待处理像素点的右边第一个像素点、待处理像素点的左边第二个像素点和待处理像素点的右边第二个像素点构成邻域数据的步骤；根据邻域数据进行频域变换处理后并计算得出系数向量的步骤，滤波步骤包括：根据系数向量计算子滤波加权系数的步骤；根据邻域数据、子滤波加权系数和子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据的步骤；根据邻域数据、子滤波加权系数和权值调节参数计算得出锐化加权值的步骤，核化去噪步骤包括：根据阀值参数对滤波后数据进行去噪处理并处理得出去噪后数据的步骤；根据待处理像素点、锐化加权值对去噪后数据进行锐化处理并处理得出锐化后数据的步骤。

由上述方案可见，依次进行变换步骤、滤波步骤、锐化步骤、信号合成等处理后，由于通过滤波步骤可产生一组子滤波加权系数用来控制多带滤波器的子带增益，由于滤波步骤的增益由加权系数产生，所以在锐化步骤中，将滤波输出结果与原始输入图像数据进行加权变换，从而达到锐化后视觉效果更加自然，继而实现根据图像内容自适应调节地进行图像锐化处理。

更进一步的方案是，根据邻域数据进行频域变换处理后并计算得出系数向量的步骤为根据五阶变换矩阵对邻域数据进行频域变换处理并计算得出系数向量的步骤。

由上可见，通过五阶变换矩阵可对邻域数据根据五阶变换矩阵中的不同行系数分别进行高频、中频、低频的滤波，从而提高数据变换效果，同时亦可减少运算量。

更进一步的方案是，子滤波加权系数的数量为至少三个；根据系数向量计算子滤波加权系数的步骤为根据系数向量和系数向量的多个分量分别计算得出多个子滤波加权系数。

更进一步的方案是，子滤波脉冲响应函数的数量为至少三个，根据邻域数据、子滤波加权系数和子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据的步骤包括：将邻域数据点乘于一个子滤波脉冲响应函数并计算得出点乘数据；将点乘数据乘以子滤波脉冲响应函数对应的子滤波加权系数并计算得出子滤波后数据；将多个子滤波脉冲响应函数对应计算得出的多个子滤波后数据进行求和并计算得出滤波后数据。

由上可见，利用对邻域数据进行处理并计算得出多个加权系数，通过多个动态的加权系数对多个子滤波器进行调节，继而实现图像内容自适应调节地进行图像滤波处理，更进一步地提高图像输出品质。

更进一步的方案是，根据邻域数据、子滤波加权系数和权值调节参数计算得出锐化加权值的步骤包括：将邻域数据点乘于一个子滤波脉冲响应函数的结果进行求和并计算得出锐化初始数据；将权值调节参数除于权值调节参数与锐化初始数据的绝对值之和值并计算得出锐化加权值。

由上可见，利用对邻域数据进行处理并计算得出多个加权系数，通过其中一个加权系数对锐化步骤的参数进行调节，继而实现图像内容自适应调节地进行图像锐化处理，更进一步地提高图像输出品质。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种锐化装置,包括依次连接的变换单元、滤波单元和核化去噪单元，其中，变换单元包括：根据待处理像素点、待处理像素点的左边第一个像素点、待处理像素点的右边第一个像素点、待处理像素点的左边第二个像素点和待处理像素点的右边第二个像素点构成邻域数据的邻域数据构成模块；根据邻域数据进行频域变换处理后并计算得出系数向量的系数向量计算模块，滤波单元包括：根据系数向量计算子滤波加权系数的子滤波加权系数计算模块；根据邻域数据、子滤波加权系数和子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据的滤波模块；根据邻域数据、子滤波加权系数和权值调节参数计算得出锐化加权值的锐化加权值计算模块，核化去噪单元包括：根据阀值参数对滤波后数据进行去噪处理并处理得出去噪后数据的去噪模块；根据待处理像素点、锐化加权值对去噪后数据进行锐化处理并处理得出锐化后数据的锐化模块。

由上可见，通过变换单元、滤波单元和锐化单元对数据进行处理，由于通过滤波单元可产生一组子滤波加权系数用来控制多带滤波器的子带增益，由于滤波单元的增益由加权系数产生，所以在锐化单元的处理中，将滤波输出结果与原始输入图像数据进行加权变换，从而达到锐化后视觉效果更加自然，继而实现根据图像内容自适应调节地进行图像锐化处理。

附图说明

图1是本发明锐化方法实施例的流程图。

图2是本发明锐化方法实施例的图像锐化处理示意图。

图3是本发明锐化方法实施例中图像锐化处理的滤波处理示意图。

图4是本发明锐化方法实施例中图像锐化处理的去噪处理示意图。

图5是本发明锐化装置实施例的系统框图。

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

锐化方法实施例：

参照图1和图2，图1是锐化方法实施例的流程图，图2是图像锐化处理示意图。对待处理像素点的数据X进行图像锐化时，锐化方法包括依次对图像数据进行的变换步骤、滤波步骤和核化去噪步骤，即将数据X依次经过转换模块11、滤波模块12和核化去噪模块13处理，继而得出锐化后的图像。

变换步骤包括步骤S11和步骤S12。执行变换步骤时首先执行步骤S11，首先将数据X输入到转换模块11中，转换模块11根据待处理像素点、待处理像素点的左边第一个像素点、待处理像素点的右边第一个像素点、待处理像素点的左边第二个像素点和待处理像素点的右边第二个像素点构成邻域数据，具体地，根据公式计算邻域数据

P_vec＝[P(i-2),P(i-1),P(i),P(i+1),P(i+2)]^T 公式(1)

其中，P_vec为邻域数据，P(i)为待处理像素点，P(i-1)为待处理像素点的左边第一个像素点，P(i+1)待处理像素点的右边第一个像素点，P(i-2)待处理像素点的左边第二个像素点，P(i+2)待处理像素点的右边第二个像素点。

T为5阶变换矩阵，

随后执行步骤S12，利用上述的5阶变换矩阵T对邻域数据进行频域变换，并根据邻域数据和变换矩阵T计算系数向量，可根据公式

W＝T×P_vec (公式3)

计算得出系统向量W。

计算系数向量W和邻域数据P_vec时，利用矩阵T中的第一行和第二行系数进行变换相当于对输入向量进行中低频滤波，利用第三行系数进行变换相当于进行中频滤波，利用第四行系数进行变换相当于进行中高频滤波，利用第五行系数进行变换相当于进行高频滤波。

随后执行滤波步骤，滤波步骤包括步骤S13、步骤S14和步骤S15。执行滤波步骤时，首先执行步骤S13，将邻域数据P_vec和系数向量W输入到滤波模块12中，并根据系数向量W计算子滤波加权系数，具体地，参照图3，图3是滤波处理的示意图，滤波模块12包括三个权值计算模块，分别为子滤波加权系数计算模块121、子滤波加权系数计算模块123、子滤波加权系数计算模块125，权值计算模块分别接收系数向量W，因此经过三个权值计算模块计算得出三个子滤波加权系数，其包括子滤波加权系数K1、子滤波加权系数K2和子滤波加权系数K3，并根据公式

K1＝W(3)、K2＝(W(1)+W(2)+1)/2、K3＝max(W(4),W(5))

分别计算得出三个子滤波加权系数，以W(3)为例进行说明，由于公式3中T为5×5维的矩阵，P_vec为5×1维的向量，两者进行相乘后，得到5×1维的向量W。所以W(3)即表示系数向量W中的第三个分量，该第三个分量是一个数值标量。

随后执行步骤S14，根据,邻域数据、子滤波加权系数和子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据，具体地，结合图3，滤波模块还包括三个子滤波器，分别为子滤波器122、子滤波器124和子滤波器126，子滤波器122接收由子滤波加权系数计算模块121输出的子滤波加权系数K1，子滤波器124接收由子滤波加权系数计算模块123输出的子滤波加权系数K2，子滤波器126接收由子滤波加权系数计算模块125输出的子滤波加权系数K3。

子滤波器122对应的脉冲响应函数h1为h1＝[-1 0 2 0 -1]，

子滤波器124对应的脉冲响应函数h2为h2＝[-1 -1 0 1 1]，

子滤波器126对应的脉冲响应函数h3为h3＝[0 -1 2 -1 0]，

然后根据三个子滤波器对应的脉冲响应函数，以及根据公式

Filter_out＝sum(P_vec⊙h1×K1+P_vec⊙h2×K2+P_vec⊙h3×K3)

其中⊙为哈德玛乘积(点乘)操作,Filter_out为经过滤波和合成后的滤波后数据。

随后执行步骤S15，根据所邻域数据、子滤波加权系数和权值调节参数C计算得出锐化加权值，具体地，首先将邻域数据P_vec点乘于脉冲响应函数h3的结果进行求和并计算得出锐化初始数据S，

即S＝sum(P_vec⊙h3)。

随后将权值调节参数除于权值调节参数与锐化初始数据的绝对值之和值并计算得出锐化加权值g，

即g＝C/(C+abs(S))，其中C为权值调节参数，其用来控制对输入信号的加权比例。

随后执行核化去噪步骤，即核化去噪模块接收滤波后数据Filter_out，并对滤波后数据进行去噪处理和锐化处理，而核化去噪步骤包括步骤S15和步骤S17。

执行核化去噪步骤时，首先执行步骤S16，根据阀值参数Core_Th对滤波后数据进行去噪处理并处理得出去噪后数据Filter_cored，具体地,根据公式

Filter_cored＝[abs(Filter_out)>Core_Th]？sign(Filter_out)*[abs(Filter_out)-Core_Th]}:0

参照图4，图4是去噪处理示意图，下面结合图4对去噪处理进行说明。Filter_out为滤波后数据，Filter_cored为去噪后数据，Core_Th为一可调的阈值参数，用来调节核化去噪的程度，核化去噪模块13中，Core_Th是作为参数进行预设，则对于任意输入值Filter_out，将返回对应的输出值Filter_cored。

核化去噪模块13的工作步骤如下：如果abs(Filter_out)大于Core_Th，则输出为sign(Filter_out)*[abs(Filter_out)-Core_Th]，否则输出为0。

其中sign(Filter_out)表示求Filter_out的符号运算，当Filter_out大于0时，则sign(Filter_out)等于1。当Filter_out小于0时，则sign(Filter_out)等于-1。当Filter_out等于0时，则sign(Filter_out)等于0。

对核化去噪模块13进行举例说明，比如取Core_Th取值为5。

当输入Filter_out为-4时，由于abs(Filter_out)不大于Core_Th，所以输出Filter_cored为0；

当输入Filter_out为-6时，由于abs(Filter_out)大于Core_Th，所以输出Filter_cored为(-1)×(6-5)＝-1；

当输入Filter_out为7时，由于abs(Filter_out)大于Core_Th，所以输出Filter_cored为(1)×(7-5)＝2。

由于在通常情况下，噪声为随机变量，其取值变化不定，但通常较小，经过核化去噪模块的原理对噪声经过滤波器模块后，会产生一些幅度较小的量，并叠加到真实信号的滤波器中，经过核化去噪模块将这些由噪声产生的分量进行过滤，从而实现去除噪声的目的。

最后执行步骤S17，根据所待处理像素点、锐化加权值对去噪后数据进行锐化处理并处理得出锐化后数据，具体地，根据公式

y_out＝(1-g)×p(i)+g×Filter_cored

其中，y_out为锐化后数据即为最后输出到外的数据，Filter_cored为去噪后数据。

锐化装置实施例：

参照图5并结合图2和图3，图5是锐化装置的系统框图。锐化装置包括依次连接的变换单元11、滤波单元12和核化去噪单元13，变换单元11包括：根据待处理像素点、待处理像素点的左边第一个像素点、待处理像素点的右边第一个像素点、待处理像素点的左边第二个像素点和待处理像素点的右边第二个像素点构成邻域数据的邻域数据构成模块111；根据邻域数据进行频域变换处理后并计算得出系数向量的系数向量计算模块112。系数向量计算模块112用于根据五阶变换矩阵对邻域数据进行频域变换处理并计算得出系数向量。

滤波单元12包括：根据系数向量计算子滤波加权系数的子滤波加权系数计算模块121、子滤波加权系数计算模块123和子滤波加权系数计算模块125；根据邻域数据、子滤波加权系数和子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据的滤波模块；根据邻域数据、子滤波加权系数和权值调节参数计算得出锐化加权值的锐化加权值计算模块123。其中，滤波模块包括子滤波模块122、滤波模块包括子滤波模块124、滤波模块包括子滤波模块126，子滤波加权系数的数量为至少三个，子滤波加权系数计算模块121用于根据系数向量和系数向量的多个分量分别计算得出多个子滤波加权系数。

子滤波脉冲响应函数的数量为至少三个，滤波模块还包括：将邻域数据点乘于一个子滤波脉冲响应函数并计算得出点乘数据的点乘模块；将点乘数据乘以子滤波脉冲响应函数对应的子滤波加权系数并计算得出子滤波后数据的乘积模块；将多个子滤波脉冲响应函数对应计算得出的多个子滤波后数据进行求和并计算得出滤波后数据的求和模块。

锐化加权值计算模块127用于将邻域数据点乘于一个子滤波脉冲响应函数的结果进行求和并计算得出锐化初始数据，锐化加权值计算模块127还用于将权值调节参数除于权值调节参数与锐化初始数据的绝对值之和值并计算得出锐化加权值。

核化去噪单元13包括根据阀值参数对滤波后数据进行去噪处理并处理得出去噪后数据的去噪模块131；根据待处理像素点、锐化加权值对去噪后数据进行锐化处理并处理的锐化后数据的锐化模块132。

由上可见，依次进行变换步骤、滤波步骤、锐化步骤、信号合成等处理后，由于通过滤波步骤可产生一组子滤波加权系数用来控制多带滤波器的子带增益，由于滤波步骤的增益由加权系数产生，所以在锐化步骤中，将滤波输出结果与原始输入图像数据进行加权变换，从而达到锐化后视觉效果更加自然，继而实现根据图像内容自适应调节地进行图像锐化处理。

Claims (10)

1.锐化方法,包括依次进行的变换步骤、滤波步骤和核化去噪步骤，其特征在于：

所述变换步骤包括

根据待处理像素点、所述待处理像素点的左边第一个像素点、所述待处理像素点的右边第一个像素点、所述待处理像素点的左边第二个像素点和所述待处理像素点的右边第二个像素点构成邻域数据的步骤；

根据所述邻域数据进行频域变换处理后并计算得出系数向量的步骤，

所述滤波步骤包括

根据所述系数向量计算子滤波加权系数的步骤；

根据所述邻域数据、所述子滤波加权系数和子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据的步骤；

根据所述邻域数据、所述子滤波加权系数和权值调节参数计算得出锐化加权值的步骤，

核化去噪步骤包括

根据阀值参数对所述滤波后数据进行去噪处理并处理得出去噪后数据的步骤；

根据所述待处理像素点、所述锐化加权值对所述去噪后数据进行锐化处理并处理得出锐化后数据的步骤。

2.根据权利要求1所述锐化方法，其特征在于：

根据所述邻域数据进行频域变换处理后并计算得出系数向量的步骤为根据五阶变换矩阵对所述邻域数据进行频域变换处理并计算得出所述系数向量的步骤。

3.根据权利要求2所述锐化方法，其特征在于：

所述子滤波加权系数的数量为至少三个；

根据所述系数向量计算子滤波加权系数的步骤为根据所述系数向量和所述系数向量的多个分量分别计算得出多个所述子滤波加权系数。

4.根据权利要求3所述锐化方法，其特征在于：

所述子滤波脉冲响应函数的数量为至少三个；

根据所述邻域数据、所述子滤波加权系数和所述子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据的步骤包括

将所述邻域数据点乘于一个所述子滤波脉冲响应函数并计算得出点乘数据；

将所述点乘数据乘以所述子滤波脉冲响应函数对应的子滤波加权系数并计算得出子滤波后数据；

将多个所述子滤波脉冲响应函数对应计算得出的多个子滤波后数据进行求和并计算得出所述滤波后数据。

5.根据权利要求4所述锐化方法，其特征在于：

根据所述邻域数据、所述子滤波加权系数和权值调节参数计算得出锐化加权值的步骤包括

将所述邻域数据点乘于一个所述子滤波脉冲响应函数的结果进行求和并计算得出锐化初始数据；

将所述权值调节参数除于所述权值调节参数与所述锐化初始数据的绝对值之和值并计算得出锐化加权值。

6.锐化装置,包括依次连接的变换单元、滤波单元和核化去噪单元，其特征在于：

所述变换单元包括

根据待处理像素点、所述待处理像素点的左边第一个像素点、所述待处理像素点的右边第一个像素点、所述待处理像素点的左边第二个像素点和所述待处理像素点的右边第二个像素点构成邻域数据的邻域数据构成模块；

根据所述邻域数据进行频域变换处理后并计算得出系数向量的系数向量计算模块，

所述滤波单元包括

根据所述系数向量计算子滤波加权系数的子滤波加权系数计算模块；

根据所述邻域数据、所述子滤波加权系数和子滤波脉冲响应函数处理得出滤波后数据的滤波模块；

根据所述邻域数据、所述子滤波加权系数和权值调节参数计算得出锐化加权值的锐化加权值计算模块，

核化去噪单元包括

根据阀值参数对所述滤波后数据进行去噪处理并处理得出去噪后数据的去噪模块；

根据所述待处理像素点、所述锐化加权值对所述去噪后数据进行锐化处理并处理得出锐化后数据的锐化模块。

7.根据权利要求6所述锐化装置，其特征在于：

所述系数向量计算模块用于根据五阶变换矩阵对所述邻域数据进行频域变换处理并计算得出所述系数向量。

8.根据权利要求7所述锐化装置，其特征在于：

所述子滤波加权系数的数量为至少三个；

所述子滤波加权系数计算模块用于根据所述系数向量和所述系数向量的多个分量分别计算得出多个所述子滤波加权系数。

9.根据权利要求8所述锐化装置，其特征在于：

所述子滤波脉冲响应函数的数量为至少三个；

所述滤波模块包括

将所述邻域数据点乘于一个所述子滤波脉冲响应函数并计算得出点乘数据的点乘模块；

将所述点乘数据乘以所述子滤波脉冲响应函数对应的子滤波加权系数并计算得出子滤波后数据的乘积模块；

将多个所述子滤波脉冲响应函数对应计算得出的多个子滤波后数据进行求和并计算得出所述滤波后数据的求和模块。

10.根据权利要求9所述锐化装置，其特征在于：

所述锐化加权值计算模块用于

将所述邻域数据点乘于一个所述子滤波脉冲响应函数的结果进行求和并计算得出锐化初始数据；

将所述权值调节参数除于所述权值调节参数与所述锐化初始数据的绝对值之和值并计算得出所述锐化加权值。