CN106204453B - 一种图像的插值方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种图像的插值方法及装置，用以在易于图像处理器实现的前提下，减缓图像边缘的锯齿现象，优化图像细节的显示。所述方法包括，根据原始图像中像素的亮度值，确定该像素的梯度幅值；根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值与角度区间的映射关系；根据所述原始图像的像素的亮度值，分别沿水平方向和边缘方向进行插值，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，得到最终处理后的图像，其中，所述边缘方向为根据所述角度区间以及预设的角度区间与边缘方向的映射关系确定的。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像的插值方法及装置。
背景技术
随着数字图像的出现和广泛的应用，人们对图像质量的要求也越来越高，在提高图像采集设备硬件能力已经接近极限的情况下，采用软件技术来提高原有图像分辨率逐渐成为了数字图像处理领域的热点问题之一。
图像插值是传统的用来提高图像分辨率的方法之一。传统的数字图像的超分辨率插值放大方法大体可分为三类。其一，边缘导向的插值，分为显示边缘导向的插值和隐示边缘导向的插值。这种方法的计算复杂度低，易于硬件的实现，但由于插值滤波核系数固定，无法进行较多的细节优化；其二，图像超分辨率重构(Super Resolution，SR)是指利用计算机将一幅低分辨率图像(Low Resolution，LR)或图像序列进行处理，恢复出高分辨率图像(High Resolution，HR)的一种图像处理技术。虽然这种方法效果优于第一种方法，但计算复杂度较高，且要求前一帧图像与后一帧图像的连续性较强；其三，基于数据库的模块的匹配，该方法所需的图像样本的数据量大，且占用较多的缓存。因此，通过现有的超分辨率插值技术，无法提高处理后图像的清晰度，减缓图像边缘的锯齿现象。
综上所述，通过现有的数字图像的超分辨率插值放大方法，无法在易于图像处理器实现的前提下，减缓图像边缘的锯齿现象。
发明内容
本发明实施例提供了一种图像的插值方法及装置，用以在易于图像处理器实现的前提下，减缓图像边缘的锯齿现象，优化图像细节的显示。
本发明实施例提供了一种图像的插值方法，包括：
根据原始图像中像素的亮度值，确定该像素的梯度幅值；
根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值与角度区间的映射关系；
根据所述原始图像的像素的亮度值，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，得到最终处理后的图像，其中，所述边缘方向为根据所述角度区间以及预设的角度区间与边缘方向的映射关系确定的。
本发明实施例中，根据原始图像中像素的梯度幅值确定边缘方向，并通过沿水平方向与确定的边缘方向的方式进行插值，得到该像素拉伸得到的新增像素的亮度值，实现了在易于图像处理器实现的前提下，减缓图像边缘的锯齿现象，优化图像细节的显示。
较佳地，所述像素的梯度幅值包括，水平梯度幅值及垂直梯度幅值；
根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，包括：
利用双曲正切函数，根据所述像素的水平梯度幅值与垂直梯度幅值的比值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值；
根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值的正切角度值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值所属的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值的正切角度值与角度区间的映射关系。
较佳地，该方法还包括：
确定所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数；
利用权重滤波核，根据所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数，确定所述像素的亮度值的权重；
在最终确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值之后，在得到最终处理后的图像之前，该方法还包括：
根据该新增像素所对应的所述原始图像的像素的权重，对所述新增像素的亮度值进行加权，确定所述新增像素的最终亮度值。
较佳地，所述角度区间包括至少两个子角度区间，且所述子角度区间与边缘方向的映射关系为一一映射关系。
较佳地，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，包括：
若所述边缘方向为0度或90度，则沿水平方向通过Lanczos3插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Linear插值算法进行插值；
否则，沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
较佳地，所述角度区间包括八个子角度区间；其中，
第一子角度区间为大于等于-90度，且小于-67.5度，所述第一子角度区间对应的边缘方向为112.5度；
第二子角度区间为大于或等于-67.5度，且小于-45度，所述第二子角度区间对应的边缘方向为135度；
第三子角度区间为大于或等于-45度，且小于-22.5度，所述第三子角度区间对应的边缘方向为157.5度；
第四子角度区间为大于或等于-22.5度，且小于0度，所述第四子角度区间对应的边缘方向为0度；
第五子角度区间为大于0度，且小于或等于22.5度，所述第五子角度区间对应的边缘方向为22.5度；
第六子角度区间为大于22.5度，且小于或等于45度，所述第六子角度区间对应的边缘方向为45度；
第七子角度区间为大于45度，且小于或等于67.5度，所述第七子角度区间对应的边缘方向为67.5度；
第八子角度区间为大于67.5度，且小于或等于90度，所述第八子角度区间对应的边缘方向为90度。
较佳地，所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，包括：所述边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度。
较佳地，若所述边缘方向为45度或135度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
较佳地，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，包括：
若所述边缘方向为0度或90度，则沿水平方向通过Lanczos3插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述边缘方向为45度或135度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Linear插值算法进行插值。
本发明实施例提供的一种图像的插值装置，包括：
确定梯度幅值模块，用于根据原始图像中像素的亮度值，确定该像素的梯度幅值；
确定角度区间模块，用于根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值与角度区间的映射关系；
确定最终图像模块，用于根据所述原始图像的像素的亮度值，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，得到最终处理后的图像，其中，所述边缘方向为根据所述角度区间以及预设的角度区间与边缘方向的映射关系确定的。
本发明实施例中，根据原始图像中像素的梯度幅值确定边缘方向，并通过沿水平方向与确定的边缘方向的方式进行插值，得到该像素拉伸得到的新增像素的亮度值，实现了在易于图像处理器实现的前提下，减缓图像边缘的锯齿现象，优化图像细节的显示。
较佳地，所述像素的梯度幅值包括，水平梯度幅值及垂直梯度幅值；
所述确定角度区间模块，具体用于：
利用双曲正切函数，根据所述像素的水平梯度幅值与垂直梯度幅值的比值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值；
根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值的正切角度值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值所属的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值的正切角度值与角度区间的映射关系。
较佳地，所述确定角度区间模块，还用于：
确定所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数；
利用权重滤波核，根据所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数，确定所述像素的亮度值的权重；
在最终确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值之后，在得到最终处理后的图像之前，所述确定最终图像模块，还用于：
根据该新增像素所对应的所述原始图像的像素的权重，对所述新增像素的亮度值进行加权，确定所述新增像素的最终亮度值。
较佳地，所述角度区间包括至少两个子角度区间，且所述子角度区间与边缘方向的映射关系为一一映射关系。
较佳地，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，所述确定最终图像模块，具体用于：
若所述边缘方向为0度或90度，则沿水平方向通过Lanczos3插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Linear插值算法进行插值；
否则，沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
较佳地，所述角度区间包括八个子角度区间；其中，
第一子角度区间为大于等于-90度，且小于-67.5度，所述第一子角度区间对应的边缘方向为112.5度；
第二子角度区间为大于或等于-67.5度，且小于-45度，所述第二子角度区间对应的边缘方向为135度；
第三子角度区间为大于或等于-45度，且小于-22.5度，所述第三子角度区间对应的边缘方向为157.5度；
第四子角度区间为大于或等于-22.5度，且小于0度，所述第四子角度区间对应的边缘方向为0度；
第五子角度区间为大于0度，且小于或等于22.5度，所述第五子角度区间对应的边缘方向为22.5度；
第六子角度区间为大于22.5度，且小于或等于45度，所述第六子角度区间对应的边缘方向为45度；
第七子角度区间为大于45度，且小于或等于67.5度，所述第七子角度区间对应的边缘方向为67.5度；
第八子角度区间为大于67.5度，且小于或等于90度，所述第八子角度区间对应的边缘方向为90度。
较佳地，所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，包括：所述边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度。
较佳地，若所述边缘方向为45度或135度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
较佳地，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，所述确定最终图像模块具体用于：
若所述边缘方向为0度或90度，则沿水平方向通过Lanczos3插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述边缘方向为45度或135度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Linear插值算法进行插值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种图像的插值方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的图像的插值方法的流程示意图；
图3a为本发明实施例提供的转换梯度幅值的示意图；
图3b为本发明实施例提供的转换梯度幅值的示意图；
图4为本发明实施例提供的图像的插值方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的图像的插值方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的图像的插值方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的图像的插值方法的流程示意图；
图8为本发明实施例提供的图像的插值方法的流程示意图；
图9为本发明实施例提供的一种图像的插值装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种图像的插值方法及装置，用以通过易于图像处理器实现的前提下，减缓图像边缘的锯齿现象，优化图像细节的显示。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例为基于YUV(YCrCb)格式进行的一种图像的插值方法，包括：
S101、根据原始图像中像素的亮度值，确定该像素的梯度幅值；
S102、根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值与角度区间的映射关系；
S103、根据所述原始图像的像素的亮度值，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，得到最终处理后的图像，其中，所述边缘方向为根据所述角度区间以及预设的角度区间与边缘方向的映射关系确定的。
具体地，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，包括：
先沿水平方向对所述原始图像的像素进行插值，再沿边缘方向进行插值，或者先沿边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，再沿水平方向进行插值。
由于本发明实施例为基于YUV格式进行的对图像的插值方法，而图像一般均通过RGB(Red Green Blue)格式显示，因此，在步骤S101之前，将原始图像中的像素由RGB格式转换为YUV格式；转化后的图像的色差信号利用常用的插值算法进行插值处理，例如LINEAR插值算法或BICUBIC插值算法；然而，针对转化后的图像的亮度信号通过本发明实施例提供的图像插值方法进行插值处理。
具体地，为避免原始图像中由于相机等带来的高斯白噪声的干扰，在步骤S101之前，还要对原始图像中像素的亮度信号进行非线性高斯滤波(Gauss滤波)。
其中，所述像素的梯度幅值包括，水平梯度幅值及垂直梯度幅值；参见图2，步骤S101包括：
S201、根据一维水平Sobel滤波以及原始图像中像素的亮度值，通过公式一，确定所述原始图像中像素的第一水平梯度幅值；根据一维垂直Sobel滤波以及原始图像中像素的亮度值，通过公式二，确定所述原始图像中像素的第一垂直梯度幅值，其中，所述一维水平Sobel滤波与所述一维垂直Sobel滤波均为根据Sobel算子转换得到的。
D'x＝Sobx*A 公式一
D'y＝Soby*A 公式二
其中，D'x为原始图像中像素的第一水平梯度幅值；D'y为原始图像中像素的第一垂直梯度幅值；Sobx为一维水平Sobel滤波、Soby为一维垂直Sobel滤波；A为原始图像中像素的亮度值。
具体地，Sobx＝[-1 0 1]；
为避免一维水平Sobel滤波与一维垂直Sobel滤波的滤波核较小，导致水平梯度幅值与垂直梯度幅值易受高斯白噪声的干扰，在步骤S101之后，该方法还包括：
根据一维高斯滤波以及所述原始图像中像素的第一水平梯度幅值，通过公式三，确定处理后图像中像素的第二水平梯度幅值；根据一维高斯滤波以及所述原始图像中像素的第一垂直梯度幅值，通过公式四，确定处理后图像中像素的第二垂直梯度幅值。
D”x＝G*D'x 公式三
D”y＝G*Dy' 公式四
其中，D”x为处理后图像中像素的第二水平梯度幅值；D”y为处理后图像中像素的第二垂直梯度幅值；G为一维高斯滤波；D'x为原始图像中像素的第一水平梯度幅值；D'y为原始图像中像素的第一垂直梯度幅值。
具体地，G＝[3 10 3]。
S202、由于梯度幅值的方向具有对称性，为减小图像处理的复杂度，将左侧的梯度幅值转移至右半平面，具体参见图3a与图3b，且图3a与图3b中梯度幅值用阴影部分表示。若第二水平梯度幅值小于零，则通过公式五，确定第三水平梯度幅值；通过公式六，确定第三垂直梯度幅值。
Dx＝|D”x|或Dx＝|D'x| 公式五
Dy＝(-1)*D”y或Dy＝(-1)*Dy' 公式六
其中，Dx为第三水平梯度幅值；Dy为第三垂直梯度幅值，D'x为原始图像中像素的第一水平梯度幅值；D'y为原始图像中像素的第一垂直梯度幅值，D”x为处理后图像中像素的第二水平梯度幅值；D”y为处理后图像中像素的第二垂直梯度幅值。
其中，参见图4，步骤S102包括：
S401、利用双曲正切函数，根据所述像素的水平梯度幅值与垂直梯度幅值的比值，通过公式七，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值；
其中，Dx为第三水平梯度幅值；Dy为第三垂直梯度幅值；T为像素的梯度幅值的正切角度值；
其中，若Dy等于0，则确定该像素在原始图像的纹理部位，即该像素属于原始图像的一部分。
S402、根据预设的映射表中的用于确定插值方向的角度区间以及确定的所述像素的梯度幅值的正切角度值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值所属的角度区间。
其中，参见图5，所述角度区间包括八个子角度区间，其中，第一子角度区间501为大于等于-90度，且小于-67.5度；第二子角度区间502为大于或等于-67.5度，且小于-45度；第三子角度区间503为大于或等于-45度，且小于-22.5度；第四子角度区间504为大于或等于-22.5度，且小于0度；第五子角度区间505为大于0度，且小于或等于22.5度；第六子角度区间506为大于22.5度，且小于或等于45度；第七子角度区间507为大于45度，且小于或等于67.5度；第八子角度区间508为大于67.5度，且小于或等于90度。
具体地，根据确定的所述像素的梯度幅值的正切角度值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值所属的子角度区间。
其中，在步骤S103之前，该方法还包括：
对所述原始图像进行拉伸，得到所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素，并对所述新增像素的亮度值进行补零插值操作；
将补零插值操作后的新增像素进行低通滤波(Low Pass Filter，LPF)处理，确定所述原始图像的像素对应的新增像素。
具体地，所述补零插值操作即将所述新增像素的亮度值设为零。
其中，步骤S103中预设的角度区间与边缘方向的映射关系为一一映射；其中，所述第一子角度区间对应的边缘方向为112.5度；所述第二子角度区间对应的边缘方向为135度；所述第三子角度区间对应的边缘方向为157.5度；所述第四子角度区间对应的边缘方向为0度；所述第五子角度区间对应的边缘方向为22.5度；所述第六子角度区间对应的边缘方向为45度；所述第七子角度区间对应的边缘方向为67.5度；所述第八子角度区间对应的边缘方向为90度。
因此，根据预设的角度区间与边缘方向的映射关系以及步骤S102确定的所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，即可确定该角度区间所对应的边缘方向。
其中，步骤S103根据确定的边缘方向，分为三种插值方法，具体包括：
若所述原始图像中像素与沿水平方向平移后的像素的相关性大于预设相关性阈值，例如边缘方向为0度或90度时，则采用滤波核系数超过预设滤波核系数阈值的滤波器，例如，沿水平方向通过Lanczos3插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Linear插值算法进行插值；
否则，沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
为便于理解，介绍上述八个子角度区间对应的边缘方向，所对应的确定插值算法分别为：
当确定的边缘方向为0度或90度时，相邻的像素点相关性较大，可选择滤波核系数较大的滤波器，用以提升图像的清晰度，因此采用Lanczos3插值算法，确定所述原始图像的像素对应的新增像素的亮度值；
当确定的边缘方向为45度或135度时，对沿该边缘方向的相关像素点的精确度要求高，若选择滤波核系数过大的滤波器，容易使得原始图像的边缘处的像素的插值点造成误判，若选择滤波核系数过小的滤波器，又会在原始图像的边缘处造成明显的锯齿现象，因此在水平方向上采用Bicubic插值算法，边缘方向上采用Lanczos3插值算法，确定所述原始图像的像素对应的新增像素的亮度值；
当确定的边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度时，对原始图像中的像素进行平移操作后得到的新增像素的分布是零散且不均匀的，导致平移操作后每行像素的矩阵系数也不同，例如若使用一个斜22.5度的矩阵进行插值计算，插值后的每行每列的分布是很别扭的，若沿边缘方向仍用BICUBIC来计算则需要精准的滤波核系数，此时硬件实现开销较大，且经实验证明，LINEAR效果上并不会比采用BICUBIC相差很大，容易使得原始图像的边缘处的像素的插值点造成误判，因此在水平方向上采用Bicubic插值算法，在边缘方向上采用Linear插值算法，确定所述原始图像的像素对应的新增像素的亮度值。
具体地，若确定的边缘方向为45度，则确定所述原始图像的像素对应的新增像素的亮度值的方法，参见图6，包括：
S601、根据所述原始图像的像素的亮度值，在水平方向上采用Bicubic插值算法即公式八以及公式九，确定水平插值后新增像素的亮度值；
Output[i][6]L＝BicL45*A 公式八
Output[i][6]R＝BicR45*A 公式九
其中，Output[i][6]L为当边缘方向为45度时第i个像素沿水平向左插值后新增像素的亮度值；BicL45为当边缘方向为45度时水平向左的BICUBIC的插值滤波核；A为原始图像中像素的亮度值；Output[i][6]R为当边缘方向为45度时第i个像素沿水平向右插值后新增像素的亮度值；BicR45为当边缘方向为45度时水平向右的BICUBIC的插值滤波核。
S602、根据步骤S601确定的水平插值后新增像素的亮度值，在边缘方向上采用Lanczos3插值算法即公式十至公式十三，确定边缘插值后新增像素的亮度值，即步骤S103中确定的所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值；
Output[i][6]LU＝BicU45*Output[i][6]L 公式十
Output[i][6]RU＝BicU45*Output[i][6]R 公式十一
Output[i][6]LD＝BicD45*Output[i][6]L 公式十二
Output[i][6]RD＝BicD45*Output[i][6]R 公式十三
其中，Output[i][6]LU为第i个像素沿左上方45度插值后新增像素的亮度值；Output[i][6]L为当边缘方向为45度时第i个像素沿水平向左插值后新增像素的亮度值；BicU45为当边缘方向为45度时垂直向上的BICUBIC的插值滤波核；Output[i][6]RU为第i个像素沿右上方45度插值后新增像素的亮度值；Output[i][6]R为当边缘方向为45度时第i个像素沿水平向右插值后新增像素的亮度值；Output[i][6]LD为第i个像素沿左下方45度插值后新增像素的亮度值；Output[i][6]RD为第i个像素沿右下方45度插值后新增像素的亮度值；BicD45为当边缘方向为45度时垂直向下的BICUBIC的插值滤波核。
具体地，亦可先根据所述原始图像的像素的亮度值，在边缘方向上采用Lanczos3插值算法，确定边缘方向插值后新增像素的亮度值；在根据边缘方向插值后新增像素的亮度值，在水平方向上采用Bicubic插值算法，确定步骤S104中的所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值。
边缘方向为135度时确定所述新增像素的亮度值的方法，与边缘方向为45度时确定所述新增像素的亮度值的方法相同，此处就不再一一列举。
具体地，若确定的边缘方向为22.5度，则确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值的方法，参见图7，包括：
S701、根据所述原始图像的像素的亮度值，在水平方向上采用Bicubic插值算法即公式十四以及公式十五，确定水平插值后新增像素的亮度值；
Output[i][5]L＝BicL22.5*A 公式十四
Output[i][5]R＝BicR22.5*A 公式十五
其中，Output[i][5]L为当边缘方向为22.5度时第i个像素沿水平向左插值后新增像素的亮度值；BicL22.5为当边缘方向为22.5度时水平向左的BICUBIC的插值滤波核；A为原始图像中像素的亮度值；Output[i][5]R为当边缘方向为22.5度时第i个像素沿水平向右插值后新增像素的亮度值；BicR22.5为当边缘方向为22.5度时水平向右的BICUBIC的插值滤波核。
具体地，BicL45与BicL22.5为同一参数，即水平向左的BICUBIC的插值滤波核；BicR45与BicR22.5也为同一参数，即水平向右的BICUBIC的插值滤波核。
S702、根据步骤S701确定的水平插值后新增像素的亮度值，在边缘方向上采用Linear插值算法即公式十六至公式十九，确定边缘插值后新增像素的亮度值，即步骤S104中确定的所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值；
Output[i][5]LU＝LinearU22.5*Output[i][5]L 公式十六
Output[i][5]RU＝LinearU22.5*Output[i][5]R 公式十七
Output[i][5]LD＝LinearD22.5*Output[i][5]L 公式十八
Output[i][5]RD＝LinearD22.5*Output[i][5]R 公式十九
其中，Output[i][5]LU为沿第i个像素的左上方22.5度插值后新增像素的亮度值；Output[i][5]L为当边缘方向为22.5度时第i个像素沿水平向左插值后新增像素的亮度值；LinearU22.5为当边缘方向为22.5度时垂直向上的LINEAR的插值滤波核；Output[i][5]RU为沿第i个像素的右上方22.5度插值后新增像素的亮度值；Output[i][5]R为当边缘方向为22.5度时第i个像素沿水平向右插值后新增像素的亮度值；Output[i][5]LD为沿第i个像素的左下方22.5度插值后新增像素的亮度值；Output[i][5]RD为沿第i个像素的右下方22.5度插值后新增像素的亮度值；LinearD22.5为当边缘方向为22.5度时垂直向下的LINEAR的插值滤波核。
具体地，亦可先根据所述原始图像的像素的亮度值，在边缘方向上采用Linear插值算法，确定边缘方向插值后新增像素的亮度值；在根据边缘方向插值后新增像素的亮度值，在水平方向上采用Bicubic插值算法，确定步骤S103中的所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值。
边缘方向为67.5度或112.5度或157.5度时确定所述新增像素的亮度值的方法，与边缘方向为22.5度时确定所述新增像素的亮度值的方法相同，此处就不再一一列举。
其中，为进一步减少图像边缘的锯齿现象，优化图像细节的显示，在步骤S102的同时，参见图8，该方法还包括：
S801、确定所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数；
S802、利用权重滤波核，根据所述像素的梯度幅值的正切角度值落入达到角度区间的次数，确定所述像素的亮度值的权重。
具体地，步骤S801中每一所述像素的梯度幅值的正切角度值落入图5中任一子角度区间的次数为1或0；即根据步骤S801中所述像素的梯度幅值的正切角度值落入角度区间的次数，可确定第一数组b[i][j]，其中，i＝1...n；j＝1,2...8其中，i和j均为正整数，n为原始图像的像素个数。b[i][j]表示原始图像中的第i个像素的梯度幅值的正切角度值落入第j子角度区间的次数。假设原始图像中第一行第一个像素的梯度幅值的正切角度值落入第一子角度区间，那么第一数组为b[1][1]＝1，b[1][2]＝0，b[1][3]＝0，b[1][4]＝0，b[1][5]＝0，b[1][6]＝0，b[1][7]＝0，b[1][8]＝0，b[2][j]＝0...b[n][j]＝0。由于每一所述像素的梯度幅值的正切角度值只可能落入图5中一子角度区间。
其中，步骤S802包括，
在行维度上，采用一维水平权重滤波，对第一数组b[i][j]进行滤波，得到第二数组b'[i][j]；其中，一维水平权重滤波核为[1 1 2 8 2 1 1]；
在列维度上，采用一维垂直权重滤波，对第二数组b'[i][j]进行滤波，得到第三数组b”[i][j]；其中，一维垂直权重滤波核为
由于所述第一数组b[i][j]是由一个数字1与七个数字0组成，通过一维水平权重滤波以及一维垂直权重滤波，最终得到的第三数组b”[i][j]仍然由一个正整数M与七个数字0组成。且为图像处理硬件设备移位方便，一维水平权重滤波核的值相加为24＝16且一维垂直权重滤波核的值相加为24＝16，即通过所述一维水平权重滤波以及所述一维垂直权重滤波之后的总权重为24*24＝256。因此，根据所述第三数组以及总权重，通过公式二十，确定所述像素的亮度值的权重占比。
其中，N[i][j]为在第j子角度区间原始图像中的第i个像素的亮度值的权重占比；b”[i][j]为第i个像素的梯度幅值的正切角度值落入第j子角度区间的次数。
在步骤S103“根据所述原始图像的像素的亮度值，沿水平方向和边缘方向进行插值，确定所述新增像素的亮度值”之后，在步骤S103“得到最终处理后的图像”之前，该方法还包括：
根据该新增像素所对应的所述原始图像的像素的权重占比，通过公式二十一至公式二十四，对所述新增像素的亮度值进行加权，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的最终亮度值；
其中，Output[i]LU为沿第i个像素的左上方向上新增像素的最终亮度值，Output[i]RU为沿第i个像素的右上方向上新增像素的最终亮度值，Output[i]LD为沿第i个像素的左下方向上新增像素的最终亮度值，Output[i]RD为沿第i个像素的右下方向上新增像素的最终亮度值；N[i][j]为新增像素所对应的原始图像中像素的亮度值的权重占比；Output[i][j]LU为沿第i个像素的左上方向上第j子角度区间对应的边缘方向插值后新增像素的亮度值；Output[i][j]RU为沿第i个像素的右上方向上第j子角度区间对应的边缘方向插值后新增像素的亮度值；Output[i][j]LD为沿第i个像素的左下方向上第j子角度区间对应的边缘方向插值后新增像素的亮度值；Output[i][j]RD为沿第i个像素的右下方向上第j子角度区间对应的边缘方向插值后新增像素的亮度值；j为数字1至数字8中任一正整数。
具体地，根据步骤S802得到第三数组b”[i][j]，确定新增像素所对应的所述原始图像的像素的权重；根据该新增像素所对应的所述原始图像的像素的权重，即第三数组b”[i][j]，通过公式二十五至公式二十八，对所述新增像素的亮度值进行加权平均操作，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的最终亮度值；
其中，Output[i]LU为第i个像素沿左上方向上新增像素的最终亮度值，Output[i]RU为第i个像素沿右上方向上新增像素的最终亮度值，Output[i]LD为第i个像素沿左下方向上新增像素的最终亮度值，Output[i]RD为第i个像素沿右下方向上新增像素的最终亮度值；b”[i][j]为第i个像素的梯度幅值的正切角度值落入第j子角度区间的次数；Output[i][j]LU为第i个像素沿左上方向上第j子角度区间对应的边缘方向插值后新增像素的亮度值；Output[i][j]RU为第i个像素沿右上方向上第j子角度区间对应的边缘方向插值后新增像素的亮度值；Output[i][j]LD为第i个像素沿左下方向上第j子角度区间对应的边缘方向插值后新增像素的亮度值；Output[i][j]RD为第i个像素沿右下方向上第j子角度区间对应的边缘方向插值后新增像素的亮度值；j为数字1至数字8中任一正整数。
本发明实施例中，通过在确定所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述映射表中的角度区间的次数时，引入权重统计的方法，并将一维水平权重滤波核以及一维垂直权重滤波核设为越靠近中心点的权重数值越大的形式，筛选距离原始图像近的像素，由于距离原始图像越近的像素相关性越大，因此选择与相关性相对应的滤波器，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，进一步减缓图像边缘的锯齿现象，优化图像细节的显示。
参见图9，本发明实施例提供了一种图像的插值装置，包括：
确定梯度幅值模块901，用于根据原始图像中像素的亮度值，确定该像素的梯度幅值；
确定角度区间模块902，用于根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值与角度区间的映射关系；
确定最终图像模块903，用于根据所述原始图像的像素的亮度值，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，得到最终处理后的图像，其中，所述边缘方向为根据所述角度区间以及预设的角度区间与边缘方向的映射关系确定的。
具体地，所述像素的梯度幅值包括，水平梯度幅值及垂直梯度幅值；
所述确定角度区间模块902，具体用于：
利用双曲正切函数，根据所述像素的水平梯度幅值与垂直梯度幅值的比值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值；
根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值的正切角度值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值所属的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值的正切角度值与角度区间的映射关系。
较佳地，所述确定角度区间模块902，还用于：
确定所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数；
利用权重滤波核，根据所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数，确定所述像素的亮度值的权重；
在最终确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值之后，在得到最终处理后的图像之前，所述确定最终图像模块903，还用于：
根据该新增像素所对应的所述原始图像的像素的权重，对所述新增像素的亮度值进行加权，确定所述新增像素的最终亮度值。
较佳地，所述角度区间包括至少两个子角度区间，且所述子角度区间与边缘方向的映射关系为一一映射关系。
较佳地，所述角度区间包括八个子角度区间；其中，
第一子角度区间为大于等于-90度，且小于-67.5度，所述第一子角度区间对应的边缘方向为112.5度；
第二子角度区间为大于或等于-67.5度，且小于-45度，所述第二子角度区间对应的边缘方向为135度；
第三子角度区间为大于或等于-45度，且小于-22.5度，所述第三子角度区间对应的边缘方向为157.5度；
第四子角度区间为大于或等于-22.5度，且小于0度，所述第四子角度区间对应的边缘方向为0度；
第五子角度区间为大于0度，且小于或等于22.5度，所述第五子角度区间对应的边缘方向为22.5度；
第六子角度区间为大于22.5度，且小于或等于45度，所述第六子角度区间对应的边缘方向为45度；
第七子角度区间为大于45度，且小于或等于67.5度，所述第七子角度区间对应的边缘方向为67.5度；
第八子角度区间为大于67.5度，且小于或等于90度，所述第八子角度区间对应的边缘方向为90度。
较佳地，所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，包括：所述边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度。
较佳地，所述确定最终图像模块903，还用于：若所述边缘方向为45度或135度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
较佳地，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，所述确定最终图像模块903，具体用于：
若所述边缘方向为0度或90度，则先通过Lanczos3插值算法沿水平方向对所述原始图像的像素进行插值，再通过Lanczos3插值算法沿边缘方向进行插值；
若所述边缘方向为45度或135度，则先通过Bicubic插值算法沿水平方向对所述原始图像的像素进行插值，再通过Lanczos3插值算法沿边缘方向进行插值；
若所述边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度，则先通过Bicubic插值算法沿水平方向对所述原始图像的像素进行插值，再通过Linear插值算法沿边缘方向进行插值。
具体地，本发明实施例中所述确定梯度幅值模块901、确定角度区间模块902、确定最终图像模块903均可由处理器实现。
综上所述，本发明实施例提供了一种图像的插值方法及装置，用以根据原始图像中像素的梯度幅值确定边缘方向，并通过沿水平方向与确定的边缘方向的方式进行插值，得到该像素拉伸得到的新增像素的亮度值，实现了在易于图像处理器实现的前提下，减缓图像边缘的锯齿现象，优化图像细节的显示；通过在确定所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述映射表中的角度区间的次数时，引入权重统计的方法，并将一维水平权重滤波核以及一维垂直权重滤波核设为越靠近中心点的权重数值越大的形式，筛选距离原始图像近的像素，由于距离原始图像越近的像素相关性越大，因此选择与相关性相对应的滤波器，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，进一步减缓图像边缘的锯齿现象。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种图像的插值方法，其特征在于，该方法包括：
根据原始图像中像素的亮度值，确定该像素的梯度幅值；
根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值与角度区间的映射关系；
根据所述原始图像的像素的亮度值，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，得到最终处理后的图像，其中，所述边缘方向为根据所述角度区间以及预设的角度区间与边缘方向的映射关系确定的；
所述像素的梯度幅值包括，水平梯度幅值及垂直梯度幅值；根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，包括：
利用双曲正切函数，根据所述像素的水平梯度幅值与垂直梯度幅值的比值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值；
根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值的正切角度值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值所属的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值的正切角度值与角度区间的映射关系；
在所述确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间的同时，还包括：
确定所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数；
利用权重滤波核，根据所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数，确定所述像素的亮度值的权重；
在最终确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值之后，在得到最终处理后的图像之前，该方法还包括：
根据该新增像素所对应的所述原始图像的像素的权重，对所述新增像素的亮度值进行加权，确定所述新增像素的最终亮度值；
分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，包括：
若所述边缘方向为0度或90度，则沿水平方向通过Lanczos3插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Linear插值算法进行插值；
若所述边缘方向不为0度和90度，或所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数相同，沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度区间包括至少两个子角度区间，且所述子角度区间与边缘方向的映射关系为一一映射关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度区间包括八个子角度区间；其中，
第一子角度区间为大于等于-90度，且小于-67.5度，所述第一子角度区间对应的边缘方向为112.5度；
第二子角度区间为大于或等于-67.5度，且小于-45度，所述第二子角度区间对应的边缘方向为135度；
第三子角度区间为大于或等于-45度，且小于-22.5度，所述第三子角度区间对应的边缘方向为157.5度；
第四子角度区间为大于或等于-22.5度，且小于0度，所述第四子角度区间对应的边缘方向为0度；
第五子角度区间为大于0度，且小于或等于22.5度，所述第五子角度区间对应的边缘方向为22.5度；
第六子角度区间为大于22.5度，且小于或等于45度，所述第六子角度区间对应的边缘方向为45度；
第七子角度区间为大于45度，且小于或等于67.5度，所述第七子角度区间对应的边缘方向为67.5度；
第八子角度区间为大于67.5度，且小于或等于90度，所述第八子角度区间对应的边缘方向为90度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，包括：所述边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述边缘方向为45度或135度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
6.一种图像的插值装置，其特征在于，包括：
确定梯度幅值模块，用于根据原始图像中像素的亮度值，确定该像素的梯度幅值；
确定角度区间模块，用于根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值，确定所述像素的梯度幅值所对应的用于确定插值方向的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值与角度区间的映射关系；
确定最终图像模块，用于根据所述原始图像的像素的亮度值，分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值，得到最终处理后的图像，其中，所述边缘方向为根据所述角度区间以及预设的角度区间与边缘方向的映射关系确定的；
所述像素的梯度幅值包括，水平梯度幅值及垂直梯度幅值；
所述确定角度区间模块，具体用于：
利用双曲正切函数，根据所述像素的水平梯度幅值与垂直梯度幅值的比值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值；
根据预设的映射表以及所述像素的梯度幅值的正切角度值，确定所述像素的梯度幅值的正切角度值所属的角度区间，其中，所述映射表包括梯度幅值的正切角度值与角度区间的映射关系；
所述确定角度区间模块，还用于：
确定所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数；
利用权重滤波核，根据所述像素的梯度幅值的正切角度值落入所述角度区间的次数，确定所述像素的亮度值的权重；
在最终确定所述原始图像的像素由拉伸得到的新增像素的亮度值之后，在得到最终处理后的图像之前，所述确定最终图像模块，还用于：
根据该新增像素所对应的所述原始图像的像素的权重，对所述新增像素的亮度值进行加权，确定所述新增像素的最终亮度值；
分别沿水平方向与边缘方向对所述原始图像的像素进行插值，所述确定最终图像模块，具体用于：
若所述边缘方向为0度或90度，则沿水平方向通过Lanczos3插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值；
若所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Linear插值算法进行插值；
若所述边缘方向不为0度和90度，或所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数相同，沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
7.根据权利要求6所述的插值装置，其特征在于，所述角度区间包括至少两个子角度区间，且所述子角度区间与边缘方向的映射关系为一一映射关系。
8.根据权利要求6所述的插值装置，其特征在于，所述角度区间包括八个子角度区间；其中，
第一子角度区间为大于等于-90度，且小于-67.5度，所述第一子角度区间对应的边缘方向为112.5度；
第二子角度区间为大于或等于-67.5度，且小于-45度，所述第二子角度区间对应的边缘方向为135度；
第三子角度区间为大于或等于-45度，且小于-22.5度，所述第三子角度区间对应的边缘方向为157.5度；
第四子角度区间为大于或等于-22.5度，且小于0度，所述第四子角度区间对应的边缘方向为0度；
第五子角度区间为大于0度，且小于或等于22.5度，所述第五子角度区间对应的边缘方向为22.5度；
第六子角度区间为大于22.5度，且小于或等于45度，所述第六子角度区间对应的边缘方向为45度；
第七子角度区间为大于45度，且小于或等于67.5度，所述第七子角度区间对应的边缘方向为67.5度；
第八子角度区间为大于67.5度，且小于或等于90度，所述第八子角度区间对应的边缘方向为90度。
9.根据权利要求8所述的插值装置，其特征在于，所述原始图像中像素的矩阵系数与沿水平方向平移后的像素的矩阵系数不相同，包括：所述边缘方向为22.5度或67.5度或112.5度或157.5度。
10.根据权利要求8所述的插值装置，其特征在于，所述确定最终图像模块，还用于：若所述边缘方向为45度或135度，则沿水平方向通过Bicubic插值算法对所述原始图像的像素进行插值，沿边缘方向通过Lanczos3插值算法进行插值。
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