CN108737747B - 一种去马赛克方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去马赛克方法及装置，该方法包括：获取RGBIR/RGBW格式的数据；将RGBIR/RGBW格式的数据内插得到亮度全分辨率的数据；根据RGBIR/RGBW格式的数据与得到的内插后的亮度全分辨率数据获得色度U信息；根据RGBIR/RGBW格式的数据与得到的内插后的亮度全分辨率数据获得色度V信息；根据获得的亮度信息以及色度信息输出YUV全幅面图像，通过本发明，能够自动且高效地进行去马赛克。

Description

一种去马赛克方法及装置
技术领域
本发明涉及一种去马赛克方法及装置，特别是涉及一种能够同时支持RGBIR和RGBW两种格式的去马赛克的方法和装置。
背景技术
目前常用的以4×4为最小采样周期RGBIR格式的具体示例如图1(a)所示，RGBW格式具体示例如图1(b)所示。在以4×4为最小采样周期的RGBW格式中有8个W信息、4个G信息、2个R/B信息，也就是W的采样频率变为1/2的原始采样频率，G的采样频率变为1/4的原始采样频率，R/B的采样频率变为1/8的原始采样频率。根据香农采样定理可知，如果信号带宽小于奈奎斯特频率(即采样频率的二分之一)，那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。大于或等于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。也就是说，如果采样频率变得越低，混叠越严重。
对于RGBIR和RGBW两种格式的图像传感器的去马赛克技术，目前传统的作法是将RGBIR和RGBW两种格式转换为Bayer格式，再将Bayer格式转换为YUV格式，这种方法实现起来复杂而且色度容易引入混频和假色等问题。
其中，公开号为CN104067611A的索尼公司的中国专利申请及公开号为CN102273208A的索尼公司的中国专利申请，都是将以4×4为最小采样周期的RGBW格式的数据转换为Bayer格式的数据，即通过借助高采样率的W的信息，将G采样频率由1/4的原始采样频率提升到1/2的原始采样频率，将R/B采样频率由1/8的原始采样频率提升到1/4的原始采样频率。但是低采样频率的R、G、B信息借助高采样频率的W的信息不能消除由于采样频率降低引入的混叠问题，同时高采样频率的W的信息没有很好的使用。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种去马赛克的方法和装置，其通过直接将RGBIR和RGBW两种格式转换为YUV格式输出，并使用原始采样率中最高采样率的信息作为亮度信息用来保证亮度的分辨率，色度使用很大窗加权平均得到低分辨率的色度信息，用来减弱色度上的混叠和假色等问题，能够自动和高效的进行去马赛克。
本发明虽然是以4×4为最小采样周期RGBIR/RGBW格式的为例，但本发明的思想是可以用于以n×n为最小采样周期RGBIR/RGBW格式。
为达上述及其它目的，本发明提出一种去马赛克方法，包括如下步骤：
步骤一，获取RGBIR/RGBW格式的数据；
步骤二，将RGBIR/RGBW格式的数据内插得到亮度全分辨率的数据；
步骤三，根据RGBIR/RGBW格式的数据与步骤二得到的内插后的亮度全分辨率数据获得色度U信息；
步骤四，根据RGBIR/RGBW格式的数据与步骤二得到的内插后的亮度全分辨率数据获得色度V信息；
步骤五，根据获得的亮度信息以及色度信息输出YUV全幅面图像。
进一步地，于步骤二中，使用原始采样率中最高采样率的信息作为亮度信息以保证亮度分辨率，对于RGBIR格式的数据，将内插得到的G通道全分辨率作为亮度全分辨率数据，通过如下公式获得G通道全分辨率作为亮度全分辨率数据：
Figure GDA0003009761690000021
其中，G0，G1，G2，G3为中心点为R/B/IR的上下左右四个G点。
进一步地，于步骤二中，使用原始采样率中最高采样率的信息作为亮度信息以保证亮度分辨率，对于RGBW格式的数据，将内插得到的W通道全分辨率作为亮度全分辨率数据，采用如下公式获得W通道全分辨率作为亮度全分辨率数据：
Figure GDA0003009761690000031
其中W0，W1，W2，W3为中心点为R/G/B的上下左右四个W点。
进一步地，于步骤三和步骤四中，输出的色度信息与最低原始采样率的信息的采样率是一样的。
进一步地，于步骤三中，对于RGBIR格式的数据，定义U＝B-G，以R为中心点，将隔两点的上下左右的原始B的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure GDA0003009761690000032
然后再加权平均得到色度U的内插值；以B为中心点，将隔两点斜方向的原始B和当前点B的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure GDA0003009761690000033
然后再加权平均得到色度U的内插值。
进一步地，于步骤三中，对于RGBW格式的数据，定义U＝B-W，以R为中心点，将隔两点的上下左右的原始B的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure GDA0003009761690000034
然后再加权平均得到色度U的内插值；以B为中心点，将隔两点斜方向的原始B和当前点B的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure GDA0003009761690000035
然后再加权平均得到色度U的内插值。
进一步地，于步骤四中，对于RGBIR格式的数据，定义V＝R-G，以R为中心点，将隔两点斜方向的原始R和当前点R的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure GDA0003009761690000036
然后再加权平均得到色度V的内插值；以B为中心点，将隔两点的上下左右的原始R的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure GDA0003009761690000037
然后再加权平均得到色度V的内插值。
进一步地，于步骤四中，对于RGBW格式的数据，定义V＝R-W，以R为中心点，将隔两点斜方向的原始R和当前点R的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure GDA0003009761690000041
然后再加权平均得到色度V的内插值；以B为中心点，将隔两点的上下左右的原始R的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure GDA0003009761690000042
然后再加权平均得到色度V的内插值。
为达到上述目的，本发明还提供一种去马赛克装置，包括：
RGBIR/RGBW数据输入单元，用于获取RGBIR格式/RGBW格式的数据；
亮度内插单元，用于将RGBIR/RGBW格式的数据内插得到亮度全分辨率的数据；
色度U内插单元，用于根据RGBIR/RGBW格式的数据和该亮度内插单元得到的内插后的亮度全分辨率数据来得到色度U信息；
色度V内插单元，用于根据RGBIR/RGBW格式的数据和该亮度内插单元得到的内插后的亮度全分辨率数据来得到色度V信息；
YUV格式数据输出单元，用于根据获得的亮度信息以及色度信息输出YUV全幅面图像。
与现有技术相比，本发明一种去马赛克方法及装置直接将RGBIR/RGBW格式的数据转换为YUV格式，与传统方法相比，省略了重采样成Bayer格式后的再一次内插实现和内插后数据转换为YUV格式的下采样操作，以及由此实现带来带来的色度上的混频和假色等问题，并使用原始采样率中最高采样率的信息作为亮度信息用来保证亮度的分辨率，色度使用很大窗的信息加权平均得到低分辨率的色度信息，用来减弱色度上的混叠和假色等问题，能够自动和高效的进行去马赛克。
附图说明
图1(a)为现有技术中以4×4为最小采样周期RGBIR格式的具体示例图；
图1(b)为现有技术中以4×4为最小采样周期RGBW格式的具体示例图；
图2为本发明一种去马赛克方法的步骤流程图；
图3(a,b,c)为本发明较佳实施例中RGBIR格式内插全分辨率G的示意图；
图4(a,b,c)为本发明较佳实施例中RGBW格式内插全分辨率W的示意图；
图5(a,b)为本发明较佳实施例中RGBIR的格式内插色度UV的示意图；
图6(a,b)为本发明较佳实施例中RGBW的格式内插色度UV的示意图；
图7为本发明一种去马赛克装置的系统架构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
由于人眼对亮度的变化比对色度的变化敏感，一般色度信息使用较亮度信息低的分辨率来表示。本发明提出使用高采样频率的W(对于RGBW格式)或G(对于RGBIR格式)作为亮度信息，再内插出全分辨率的亮度信息。目前常用的YUV格式有三种：YUV444(每一个Y对应一组UV分量)、YUV422(每两个Y共用一组UV分量)、YUV420(每四个Y共用一组UV分量)。本发明提出以损失色度上的分辨率来减弱色度上的混叠和假色等问题，同时人眼对损失的这部分色度不敏感。
首先需说明的是，本发明虽然是以4×4为最小采样周期RGBIR/RGBW格式的为例，但本发明的思想是可以用于以n×n为最小采样周期RGBIR/RGBW格式。
图2为本发明一种去马赛克方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种去马赛克方法，包括如下步骤：
步骤201，获取RGBIR/RGBW格式的数据。在本发明较佳实施例中，利用图像传感器获取RGBIR/RGBW格式的数据。
步骤202，将RGBIR/RGBW格式的数据内插得到亮度全分辨率的数据。对于RGBIR格式的数据，将内插得到的G通道全分辨率作为亮度全分辨率数据。对于RGBW格式的数据，将内插得到的W通道全分辨率作为亮度全分辨率数据。
以下具体说明本步骤采用的亮度内插方法：对于RGBIR格式的数据，如图3所示，中心点为R(如图3(a))、B(如图3(b))、IR(如图3(c))都是使用上下左右四个G点相加平均，如公式(1)所示。
Figure GDA0003009761690000061
对于RGBW格式的数据，如图4所示，中心点为R(如图4(a))、G(如图4(b))、B(如图4(c))都是使用上下左右四个W点相加平均，如公式(2)所示。
Figure GDA0003009761690000062
步骤203，根据RGBIR/RGBW格式的数据和步骤202得到的内插后的亮度全分辨率数据来得到色度U信息。
以下具体说明步骤203的具体实现方法：以5×5的窗信息来内插色度U，但本发明不以此为限，使用任意M×N的窗信息来内插色度U的方法都属于本发明的保护范围。
对于RGBIR格式的数据，定义U＝B-G。如图5所示，只需要在R和B的位置上插出色度U和V的值，也就是只有两种可能：以R为中心点和以B为中心点。以R为中心点(如图5(a))，将隔两点的上下左右的原始B的信息减去对应位置内插出的
Figure GDA0003009761690000063
然后再加权平均得到色度U的内插值，具体公式如公式(3)所示。
Figure GDA0003009761690000064
以B为中心点(如图5(b))，将隔两点斜方向的原始B和当前点B的信息减去对应位置内插出的
Figure GDA0003009761690000065
然后再加权平均得到色度U的内插值，具体公式如公式(4)所示。
Figure GDA0003009761690000066
对于RGBW格式的数据，定义U＝B-W。如图6所示，只需要在R和B的位置上插出色度U和V的值，也就是只有两种可能：以R为中心点和以B为中心点。以R为中心点(如图6(a))，将隔两点的上下左右的原始B的信息减去对应位置内插出的
Figure GDA0003009761690000071
然后再加权平均得到色度U的内插值，具体公式如公式(5)所示。
Figure GDA0003009761690000072
以B为中心点(如图6(b))，将隔两点斜方向的原始B和当前点B的信息减去对应位置内插出的
Figure GDA0003009761690000073
然后在加权平均得到色度U的内插值，具体公式如公式(6)所示。
Figure GDA0003009761690000074
步骤204，根据RGBIR/RGBW格式的数据和步骤202得到的内插后的亮度全分辨率数据来得到色度V信息。
以下具体说明步骤204的具体实现方法：以5×5的窗信息来内插色度U，但本发明不以此为限，使用任意M×N的窗信息来内插色度U的方法都属于本发明的保护范围。
对于RGBIR格式的数据，定义V＝R-G。如图5所示，只需要在R和B的位置上插出色度U和V的值，也就是只有两种可能：以R为中心点和以B为中心点。以R为中心点(如图5(a))，将隔两点斜方向的原始R和当前点R的信息减去对应位置内插出的
Figure GDA0003009761690000075
然后再加权平均得到色度V的内插值，具体公式如公式(7)所示。
Figure GDA0003009761690000076
以B为中心点(如图5(b))，将隔两点的上下左右的原始R的信息减去对应位置内插出的
Figure GDA0003009761690000077
然后再加权平均得到色度V的内插值，具体公式如公式(8)所示。
Figure GDA0003009761690000078
对于RGBW格式的数据，定义V＝R-W。如图6所示，只需要在R和B的位置上插出色度U和V的值，也就是只有两种可能：以R为中心点和以B为中心点。以R为中心点(如图6(a))，将隔两点斜方向的原始R和当前点R的信息减去对应位置内插出的
Figure GDA0003009761690000081
然后再加权平均得到色度V的内插值，具体公式如公式(9)所示。
Figure GDA0003009761690000082
以B为中心点(如图6(b))，将隔两点的上下左右的原始R的信息减去对应位置内插出的
Figure GDA0003009761690000083
然后再加权平均得到色度V的内插值，具体公式如公式(10)所示。
Figure GDA0003009761690000084
于步骤203与步骤204中，输出的色度信息是和最低原始采样率的信息的采样率是一样的。本发明与传统方法相比，省略了内插后数据转换为YUV格式的下采样操作，以及由此实现带来的色度上的混频和假色等问题，同时色度使用很大窗的信息加权平均得到低分辨率的U和V信息，能够进一步减弱色度上的混频和假色。
步骤205，根据获得的亮度信息以及色度信息输出YUV全幅面图像，作为后续图像处理、图像存储、图像终端显示的输出图像源。如果输出YUV420格式，直接将获得的亮度信息以及色度信息输出；如果输出YUV422格式，需要将获得的色度信息在行方向上进行复制；如果输出YUV444格式，需要将获得的色度信息在行和列两个方向都进行复制。
可见，本发明与传统方法相比，省略了重采样成Bayer格式后的再一次内插实现，以及由此实现带来的人工痕迹。
图7为本发明一种去马赛克装置的系统架构图。如图7所示，本发明一种去马赛克装置，包括：RGBIR/RGBW数据输入单元701、亮度内插单元702、色度U内插单元703、色度V内插单元704、YUV格式数据输出单元705。
其中，RGBIR/RGBW数据输入单元701用于获取RGBIR格式/RGBW数据格式的数据。在本发明较佳实施例中，RGBIR/RGBW数据输入单元701利用图像传感器获取RGBIR格式/RGBW数据格式的数据。
亮度内插单元702，用于将RGBIR/RGBW格式的数据内插得到亮度全分辨率的数据。对于RGBIR格式的数据，将内插得到的G通道全分辨率作为亮度全分辨率数据。对于RGBW格式的数据，将内插得到的W通道全分辨率作为亮度全分辨率数据。
色度U内插单元703，用于根据RGBIR/RGBW格式的数据和亮度内插单元702得到的内插后的亮度全分辨率数据来得到色度U信息。
色度V内插单元704，用于根据RGBIR/RGBW格式的数据和亮度内插单元702得到的内插后的亮度全分辨率数据来得到色度V信息。
YUV格式数据输出单元705，用于根据获得的亮度信息以及色度信息输出YUV全幅面图像，作为后续图像处理、图像存储、图像终端显示的输出图像源。
综上所述，本发明一种去马赛克方法及装置直接将RGBIR/RGBW格式的数据转换为YUV格式，与传统方法相比，省略了重采样成Bayer格式后的再一次内插实现和内插后数据转换为YUV格式的下采样操作，以及由此实现带来带来的色度上的混频和假色等问题，并使用原始采样率中最高采样率的信息作为亮度信息用来保证亮度的分辨率，色度使用很大窗的信息加权平均得到低分辨率的色度信息，用来减弱色度上的混叠和假色等问题，能够自动和高效的进行去马赛克。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (9)

1.一种去马赛克方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，获取RGBIR/RGBW格式的数据；
步骤二，将RGBIR/RGBW格式的数据内插得到亮度全分辨率的数据；
步骤三，根据RGBIR/RGBW格式的数据与步骤二得到的内插后的亮度全分辨率数据获得色度U信息；
步骤四，根据RGBIR/RGBW格式的数据与步骤二得到的内插后的亮度全分辨率数据获得色度V信息；
步骤五，根据获得的亮度信息以及色度信息输出YUV全幅面图像；
其中，于步骤二/三/四中，将RGBIR/RGBW格式的数据经过一次内插操作后直接转换为YUV格式。
2.如权利要求1所述的一种去马赛克方法，其特征在于：于步骤二中，使用原始采样率中最高采样率的信息作为亮度信息以保证亮度分辨率，对于RGBIR格式的数据，将内插得到的G通道全分辨率作为亮度全分辨率数据，通过如下公式获得G通道全分辨率作为亮度全分辨率数据：
Figure FDA0003009761680000011
其中，G0，G1，G2，G3为中心点为R/B/IR的上下左右四个G点。
3.如权利要求1所述的一种去马赛克方法，其特征在于：于步骤二中，使用原始采样率中最高采样率的信息作为亮度信息以保证亮度分辨率，对于RGBW格式的数据，将内插得到的W通道全分辨率作为亮度全分辨率数据，采用如下公式获得W通道全分辨率作为亮度全分辨率数据：
Figure FDA0003009761680000012
其中W0，W1，W2，W3为中心点为R/G/B的上下左右四个W点。
4.如权利要求1所述的一种去马赛克方法，其特征在于：于步骤三和步骤四中，输出的色度信息是和最低原始采样率的信息的采样率是一样的。
5.如权利要求1所述的一种去马赛克方法，其特征在于：于步骤三中，对于RGBIR格式的数据，定义U＝B-G，以R为中心点，将隔两点的上下左右的原始B的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure FDA0003009761680000021
然后再加权平均得到色度U的内插值；以B为中心点，将隔两点斜方向的原始B和当前点B的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure FDA0003009761680000022
然后再加权平均得到色度U的内插值。
6.如权利要求1所述的一种去马赛克方法，其特征在于：于步骤三中，对于RGBW格式的数据，定义U＝B-W，以R为中心点，将隔两点的上下左右的原始B的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure FDA0003009761680000023
然后再加权平均得到色度U的内插值；以B为中心点，将隔两点斜方向的原始B和当前点B的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure FDA0003009761680000024
然后再加权平均得到色度U的内插值。
7.如权利要求1所述的一种去马赛克方法，其特征在于：于步骤四中，对于RGBIR格式的数据，定义V＝R-G，以R为中心点，将隔两点斜方向的原始R和当前点R的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure FDA0003009761680000025
然后再加权平均得到色度V的内插值；以B为中心点，将隔两点的上下左右的原始R的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure FDA0003009761680000026
然后再加权平均得到色度V的内插值。
8.如权利要求1所述的一种去马赛克方法，其特征在于：于步骤四中，对于RGBW格式的数据，定义V＝R-W，以R为中心点，将隔两点斜方向的原始R和当前点R的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure FDA0003009761680000027
然后再加权平均得到色度V的内插值；以B为中心点，将隔两点的上下左右的原始R的信息减去对应位置内插出的亮度全分辨率数据
Figure FDA0003009761680000028
然后再加权平均得到色度V的内插值。
9.一种去马赛克装置，用于进行如权利要求1～8任一项所述的去马赛克方法，其特征在于，所述去马赛克装置包括：
RGBIR/RGBW数据输入单元，用于获取RGBIR格式/RGBW格式的数据；
亮度内插单元，用于将RGBIR/RGBW格式的数据内插得到亮度全分辨率的数据；
色度U内插单元，用于根据RGBIR/RGBW格式的数据和该亮度内插单元得到的内插后的亮度全分辨率数据来得到色度U信息；
色度V内插单元，用于根据RGBIR/RGBW格式的数据和该亮度内插单元得到的内插后的亮度全分辨率数据来得到色度V信息；
YUV格式数据输出单元，用于根据获得的亮度信息以及色度信息输出YUV全幅面图像。
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