CN107301621A - 一种提高数字图像分辨率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高数字图像分辨率的方法，通过对数字图像频谱分析，设计一组数字序列高倍数内插时的抗镜像数字滤波器，在保证原始数字图像频谱特征的前提上进行有效的数字图像序列升采样处理，提高数字图像分析的亚像素分辨率，解决现有数字图像采集技术有限分辨率和数字图像分析的高精度高稳定性要求的矛盾。
Description
技术领域
本发明属于数字图像处理技术，具体涉及一种提高数字图像分辨率的方法。
背景技术
随着科学技术的不断推进，自从进入21世纪，计算机技术得到了迅猛的发展，相关理论得到了不断的完善，数字图像处理技术在许多领域受到了广泛的重视，并取得了重大的开拓性的成就，比如在图像通讯、办公室自动化系统、地理信息系统、医疗设备、卫星照片传输及分析和工业自动化领域都得到了很广泛的应用，在数学、物力、生物、神经等学科领域都得到了推广和使用。由此可见，数字图像处理及其分辨率的提高正在向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化的方向发展。随着科学技术的高速发展，广大学者对图像分辨率提高等方面进行了深入的研究和探讨，但现有的提高数字图像分辨率方法通常带来额外的频谱镜像分量干扰，降低图像的信噪比。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种提高数字图像分辨率的方法。
技术方案：本发明的一种提高数字图像分辨率的方法，依次包括如下步骤，
(1)输入原始图像(像素为M*N，分别指M行和N列)，对数字图像进行分析：根据数字图像频谱特点和分辨率提高的要求设计一维数字序列L倍数内插时抗镜像数字滤波器；
(2)将二维数字图像分解为M个长度为N的行向量一维数字序列；
(3)分别对上述M个N长度序列作L倍插值，并通过步骤(1)中的抗镜像数字滤波器进行抗镜像数字滤波，得到M个L×N长度的一维数字序列；
(4)将上述M个L×N长度的一维数字序列分别作为行向量构成一个二维序列，该二维序列为M行L×N列；
(5)将步骤(4)中的二维序列分解为L×N个长度M的列向量一维数字序列；
(6)分别对上述步骤(5)中L×N个长度M的列向量一维数字序列作L倍插值，并通过步骤(1)中的抗镜像数字滤波器进行抗镜像数字滤波，得到L×N个L×M长度的一维数字序列；
(7)将步骤(6)L×N个L×M长度一维数字序列分别作为列向量构成一个二维数字图像，该二维数字图像的像素为L×M行L×N列，从而最终形成L×M行L×N列高分辨率数字图像。
进一步的，所述步骤(1)中，设计二维数字序列的滤波器的之前，先对原始图像进行分析得到其频谱，然后根据其频谱的集中程度来设计高倍数内插时抗镜像数字滤波器，内插时抗镜像滤波器采用具有有限冲激响应的FIR低通滤波器LPF；设计线性相位FIR滤波器时采用窗函数法。
进一步的，步骤(3)中所述的L倍插值方法采用插零法，即在原始序列的每个点后面插入L-1个零，即原始M点序列插值后成为L×M点序列。
有益效果：本发明在保证原始数字图像频谱特征的前提上进行有效的数字图像序列升采样处理，提高数字图像分析的亚像素分辨率，解决现有数字图像采集技术有限分辨率和数字图像分析的高精度高稳定性要求的矛盾。
具体的，与现有技术相比，具有以下优点：
第一，可以在保证原始数字图像频谱特征的前提上进行有效的数字图像序列升采样处理，提高数字图像分析的亚像素分辨率。
第二，本发明优化了分辨率提高的算法性能，增强分辨率提高方法的实用性。
第三，本发明的方法有效且规范，同时又兼顾准确性、复杂度等方面。
附图说明
图1为本发明的算法流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本发明的一种提高数字图像分辨率的方法，依次包括如下步骤，
(1)输入原始图像(像素为M*N，分别指M行和N列)，对数字图像进行分析：根据数字图像频谱特点和分辨率提高的要求设计一维数字序列L倍数内插时抗镜像数字滤波器；其中，设计滤波器的之前，先对原始图像进行分析得到其频谱，然后根据其频谱的集中程度来设计高倍数内插时抗镜像数字滤波器，内插时抗镜像滤波器采用具有有限冲激响应的FIR低通滤波器LPF；设计线性相位FIR滤波器时采用窗函数法；
(2)将二维数字图像分解为M个长度为N的行向量一维数字序列；
(3)分别对上述M个N长度序列作L倍插值，并通过步骤(1)中的抗镜像数字滤波器进行抗镜像数字滤波，得到M个L×N长度的一维数字序列；其中L倍插值方法采用插零法，即在原始序列的每个点后面插入L-1个零，即原始M点序列插值后成为L×M点序列。
(4)将上述M个L×N长度的一维数字序列分别作为行向量构成一个二维序列，该二维序列为M行L×N列；
(5)将步骤(4)中的二维序列分解为L×N个长度M的列向量一维数字序列；
(6)分别对上述步骤(5)中L×N个长度M的列向量一维数字序列作L倍插值，并通过步骤(1)中的抗镜像数字滤波器进行抗镜像数字滤波，得到L×N个L×M长度的一维数字序列；其中L倍插值方法采用插零法，即在原始序列的每个点后面插入L-1个零，即原始N点序列插值后成为L×N点序列；
(7)将步骤(6)L×N个L×M长度一维数字序列分别作为列向量构成一个二维数字图像，该二维数字图像的像素为L×M行L×N列，从而最终形成L×M行L×N列高分辨率数字图像。
实施例1：
本实施例的流程具体如下：
第一步：通过MATLAB软件平台，导入二维散斑图像。运用傅里叶变换得到散斑图像的频谱图，找出频谱能量的集中区域。将原始图像截取，选取一段2000×1000大小的图像。对截取出来的原始散斑图像(2000行，1000列像素)进行分析得到其频谱，根据其频谱的集中程度来设计内插时抗镜像滤波器(本实施例中选择的是频谱中较为集中的五分之四的区域，因为如果选择的高频分量较多，会使得后续滤波器长度和复杂度的提高)，图像的频谱集中于4/5π之内。内插时抗镜像滤波器采用的是具有有限冲激响应的FIR低通滤波器(LPF)，设计线性相位FIR滤波器采用的是窗函数法，窗函数法选用的是凯撒窗(Kaiser)函数，凯撒窗相比于布莱克曼窗有更好的低通特性。阶数采用200阶，凯撒窗函数选择的β值为10，阻带设置在截止频率的0.82处，此时可以达到很好的效果；
第二步：将上述2000行1000列的二维数字图像分解为2000个长度为1000的行向量一维数字序列；
第三步：分别对上述2000个长度为1000的行向量一维数字序列作10倍插值，并通过第一步中的抗镜像数字滤波器进行抗镜像数字滤波，得到2000个10×1000长度的一维数字序列；其中L倍插值方法采用插零法，即在原始序列的每个点后面插入9个零，即原始1000点序列插值后成为10000点序列。
第四步：将第三步中的2000个10×1000长度的一维数字序列分别作为行向量构成一个二维序列(2000行，10×1000列)；
第五步：将第四步中的二维序列分解为10x1000个长度为2000的列向量一维数字序列；
第六步：分别对上述10x1000个长度为2000的列向量一维数字序列作10倍插值，并通过第一步中的抗镜像数字滤波器行抗镜像数字滤波，得到10×1000个10×2000长度的一维数字序列；其中L倍插值方法采用插零法，即在原始序列的每个点后面插入9个零，即原始2000点序列插值后成为20000点序列。
第七步：将上述10×1000个10×2000长度一维数字序列分别作为列向量构成一个二维数字图像(10×2000行，10×1000列)，由此得到了具有高分辨率的数字图像，有效提高了数字图像的分辨率。
通过上述实施例可以看出，本发明可以在保证原始数字散斑图像频谱特征的前提上进行有效的数字图像序列升采样处理，提高数字散斑场分析的亚像素分辨率，解决现有数字图像采集技术有限分辨率和数字散斑场分析的高精度高稳定性要求的矛盾。
Claims (3)
1.一种提高数字图像分辨率的方法，其特征在于：依次包括如下步骤，
(1)输入原始图像，对数字图像进行分析，根据数字图像频谱特点和分辨率提高的要求设计一维数字序列L倍数内插时抗镜像数字滤波器；原始图像像素为M*N，分别指M行和N列；
(2)将二维数字图像分解为M个长度为N的行向量一维数字序列；
(3)分别对上述M个N长度序列作L倍插值，并通过步骤(1)中的抗镜像数字滤波器进行抗镜像数字滤波，得到M个L×N长度的一维数字序列；
(4)将上述M个L×N长度的一维数字序列分别作为行向量构成一个二维序列，该二维序列为M行L×N列；
(5)将步骤(4)中的二维序列分解为L×N个长度M的列向量一维数字序列；
(6)分别对上述步骤(5)中L×N个长度M的列向量一维数字序列作L倍插值，并通过步骤(1)中的抗镜像数字滤波器进行抗镜像数字滤波，得到L×N个L×M长度的一维数字序列；
(7)将步骤(6)L×N个L×M长度一维数字序列分别作为列向量构成一个二维数字图像，该二维数字图像的像素为L×M行L×N列，从而最终形成L×M行L×N列高分辨率数字图像。
2.根据权利要求1所述的提高数字图像分辨率的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，设计二维数字序列的滤波器的之前，先对原始图像进行分析得到其频谱，然后根据其频谱的集中程度来设计高倍数内插时抗镜像数字滤波器，内插时抗镜像滤波器采用具有有限冲激响应FIR的低通滤波器LPF；设计线性相位FIR滤波器时采用窗函数法。
3.根据权利要求1所述的提高数字图像分辨率的方法，其特征在：步骤(3)中所述的L倍插值方法采用插零法，即在原始序列的每个点后面插入L-1个零，即原始M点序列插值后成为L×M点序列。
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