CN108765289A - 一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法 - Google Patents

一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法，包括以下步骤：S1：按照像素抽取规则对数字图像进行像素抽取，得到包含若干空位且与原图像等大的缺损数字图像；S2：去除所有空位，拼接像素抽取后剩余的像素得到紧凑的缺损数字图像；S3：将紧凑的缺损数字图像、像素抽取规则、填充像素抽取规则相应的填充规则及M列和N行的值一同进行存储或传输；S4：进行逆运算，得到包含若干空位且与数字图像等大的缺损数字图像；S5：将等大的缺损数字图像中的空位进行填充，得到与数字图像近似的还原填充图像。有益效果为减少数字图像存储或者传输的数据量，降低算法难度，不需要涉及非常复杂高精度的算法，减少CPU占用，节约带宽与降低能耗。

Description

一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法
技术领域
本发明属于数字图像处理领域，具体涉及一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法。
背景技术
随着视频监控和智能手机的大量使用，各种类型的数字图像内容生产越来越方便，随之而来的是产生大量数字图像数据，给存储空间和网络传输带宽提出了空前要求。图像插值和图像压缩是目前常见的两种数字图像处理技术，可以在一定程度上降低数字图像对存储容量和传输带宽的要求，从而降低成本、提升用户体验。
在实现本发明的过程中，发明人发现两种现有技术存在一个共同问题：随着画面精度越来越高，算法越来越复杂，对CPU要求也越来越高，运算耗时耗能，特别是在手机等移动设备上回放时因为电量限制难以实际应用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明发所要解决的技术问题是：减少数字图像存储或者传输的数据量，降低算法难度，减少CPU占用，节约带宽与降低能耗。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法，所述数字图像横向的像素数为M 列，纵向的像素数为N行，所述数字图像总像素数为M*N，所述方法包括以下步骤：
S1：按照像素抽取规则对所述数字图像进行像素抽取，得到包含若干空位且与所述数字图像等大的缺损数字图像；
S2：去除所有空位，拼接像素抽取后剩余的像素得到紧凑的缺损数字图像；
S3：将所述紧凑的缺损数字图像、所述像素抽取规则、所述填充像素抽取规则相应的填充规则及所述M列和N行的值一同进行存储或传输；
S4：根据所述紧凑的缺损数字图像、所述像素抽取规则及所述M列和N行的值进行逆运算，得到包含若干空位且与所述数字图像等大的缺损数字图像；
S5：根据所述相应的填充规则将所述等大的缺损数字图像中的空位进行填充，得到与所述数字图像近似的还原填充图像。
进一步的，在所述步骤S3进行存储或者传输之前，对所述紧凑的缺损数字图像进行模拟还原填充，将所述数字图像进行矩阵减法运算减去模拟还原填充结果得到差值矩阵；然后将所述差值矩阵与紧凑的缺损数字图像、所述像素抽取规则、所述填充规则及所述M列和N行的值一同进行存储或传输；在S5步骤得到的还原填充图像与所述差值矩阵进行矩阵相加，得到修正的还原填充图像。
进一步的，所述模拟还原填充的结果与所述数字图像进行矩阵减法运算得到差值矩阵，所述差值矩阵的绝对值小于阈值的全部值赋值为0，所述差值矩阵的绝对值大于阈值的全部值保持不变。
进一步的，所述像素抽取规则是：以固定间隔行，行内取固定间隔列进行抽取，去掉所述数字图像内其它像素值，为固定间隔像素抽取规则；或所述固定间隔像素抽取规则任意组合形成新的像素抽取规则。
进一步的，所述填充规则是：在所述等大的缺损数字图像内，当一个空位被填充以后立即成为非空位像素；所有单个位于所述等大的缺损数字图像内水平相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有单个位于所述等大的缺损数字图像内垂直相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有位于所述等大的缺损数字图像内边角位置的空位仅与一个非空位像素相邻的，按相邻的非空位像素值进行填充；所有位于所述等大的缺损数字图像内边角位置的空位且与两个个非空位像素相邻的，按水平相邻的非空位像素值进行填充；重复所述填充规则，直至所述等大的缺损数字图像内符合所有空位被填充。
进一步的，所述等大的缺损数字图像内水平或垂直方向两个非空位像素之间没有单个空位，有两个或者两个以上空位，使用线性插值法填充空位的值。
进一步的，所述存储或传输的紧凑的缺损数字图像的方法默认为无损压缩，当对画质要求不高或带宽有限的情况下使用有损压缩。
进一步的，在所述步骤S5中，使用其他自定义填充规则进行填充。
进一步的，所述数字图像为图片或者视频。
进一步的，所述像素抽取规则是：奇数行取奇数列，去掉所述数字图像内其它像素值；偶数行取偶数列，去掉所述数字图像内其它像素值；从第一行起含第一行每隔两行在行内取奇数位像素，去掉所述数字图像内其它像素值；从第三行起含第三行每隔两行在行内取偶数位像素，去掉所述数字图像内其它像素值；或上述像素抽取规则任意组合形成新的像素抽取规则。
本发明有益效果为：减少数字图像存储或者传输的数据量，降低算法难度，不需要涉及非常复杂高精度的算法，减少CPU占用，节约带宽与降低能耗。
附图说明
图1为本发明具体实施方式所述的一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法的流程图。
具体实施方式
参见图1，图1为本发明具体实施方式所述的一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法的流程图。下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法，数字图像横向的像素数为M 列，纵向的像素数为N行，数字图像总像素数为M*N，方法包括以下步骤：
S1：按照像素抽取规则对数字图像进行像素抽取，得到包含若干空位且与数字图像等大的缺损数字图像；
S2：去除所有空位，拼接像素抽取后剩余的像素得到紧凑的缺损数字图像；
S3：将紧凑的缺损数字图像、像素抽取规则、填充像素抽取规则相应的填充规则及M列和N行的值一同进行存储或传输；
S4：根据紧凑的缺损数字图像、像素抽取规则及M列和N行的值进行逆运算，得到包含若干空位且与数字图像等大的缺损数字图像；
S5：根据相应的填充规则将等大的缺损数字图像中的空位进行填充，得到与数字图像近似的还原填充图像。
在步骤S3进行存储或者传输之前，对紧凑的缺损数字图像进行模拟还原填充，将数字图像进行矩阵减法运算减去模拟还原填充结果得到差值矩阵；然后将差值矩阵与紧凑的缺损数字图像、像素抽取规则、填充规则及M列和N行的值一同进行存储或传输；在S5步骤得到的还原填充图像与差值矩阵进行矩阵相加，得到修正的还原填充图像。
模拟还原填充的结果与数字图像进行矩阵减法运算得到差值矩阵，差值矩阵的绝对值小于阈值的全部值赋值为0，差值矩阵的绝对值大于阈值的全部值保持不变。
像素抽取规则是：以固定间隔行，行内取固定间隔列进行抽取，去掉数字图像内其它像素值，为固定间隔像素抽取规则；或固定间隔像素抽取规则任意组合形成新的像素抽取规则。
填充规则是：在等大的缺损数字图像内，当一个空位被填充以后立即成为非空位像素；所有单个位于等大的缺损数字图像内水平相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有单个位于等大的缺损数字图像内垂直相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有位于等大的缺损数字图像内边角位置的空位仅与一个非空位像素相邻的，按相邻的非空位像素值进行填充；所有位于等大的缺损数字图像内边角位置的空位且与两个个非空位像素相邻的，按水平相邻的非空位像素值进行填充；重复填充规则，直至等大的缺损数字图像内符合所有空位被填充。
等大的缺损数字图像内水平或垂直方向两个非空位像素之间没有单个空位，有两个或者两个以上空位，使用线性插值法填充空位的值。
存储或传输的紧凑的缺损数字图像的方法默认为无损压缩，当对画质要求不高或带宽有限的情况下使用有损压缩。
在步骤S5中，使用其他自定义填充规则进行填充。数字图像为图片或者视频。
在本实施例中，像素抽取规则是：奇数行取奇数列，去掉数字图像内其它像素值；偶数行取偶数列，去掉数字图像内其它像素值；从第一行起含第一行每隔两行在行内取奇数位像素，去掉数字图像内其它像素值；从第三行起含第三行每隔两行在行内取偶数位像素，去掉数字图像内其它像素值；或上述像素抽取规则任意组合形成新的像素抽取规则。
在具体实施例一中：
以某一12像素*6像素（M=12，N=6）的10bit灰度图像文件为例，以画面左上角为原点，每个像素值如下表。
按照像素抽取规则，像素抽取规则是：奇数行取奇数列，偶数行取偶数列，去掉数字图像内其它像素值，得到包含若干空位且与原图像等大的缺损数字图像，如下表；
去除所有空位，拼接像素抽取后剩余的像素得到紧凑的缺损数字图像(6像素*6像素)，像素减少50%，如下表。
相应的填充规则为：当一个空位被填充以后立即成为非空位像素；所有单个位于水平相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有单个位于垂直相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有位于图像边角位置的空位仅与一个非空位像素相邻的，按其相邻的这个非空位像素值进行填充；所有位于图像边角位置的空位与两个个非空位像素相邻的，按其水平相邻的非空位像素值进行填充；按顺序重复以上填充规则，直至图像内符合以上规则的所有空位被填充。
将紧凑的缺损数字图像及像素抽取规则和相应的填充规则一同进行存储或传输。
还原时，根据提取或者接收到紧凑的缺损数字图像及像素抽取规则，进行逆运算，得到与原图像等大的缺损数字图像，例如对每个位置进行标记。
根据相应的填充规则将等大的缺损数字图像中的空位进行填充，得到与数字图像近似的还原填充图像，如下表。
在具体实施例二中：
以某一12像素*6像素(M＝12，N＝6)的10bit灰度图像文件为例，以画面 左上角为原点，每个像素值如下表。
按照抽取规则，从第一行起含第一行每隔两行在行内取奇数位像素，从第三行起含第三行每隔两行在行内取偶数位像素，去掉数字图像内其它像素值，得到包含若干空位且与原图像等大的缺损数字图像；
去除所有空位，拼接像素抽取后剩余的像素得到紧凑的缺损数字图像(6像素*4像素)，像素减少67%。
相应的填充规则为：当一个空位被填充以后立即成为非空位像素；所有单个位于水平相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有单个位于垂直相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有位于图像边角位置的空位仅与一个非空位像素相邻的，按其相邻的这个非空位像素值进行填充；所有位于图像边角位置的空位与两个非空位像素相邻的，按其水平相邻的非空位像素值进行填充；按顺序重复以上填充规则，直至图像内符合以上规则的所有空位被填充。
将紧凑的缺损数字图像及像素抽取规则和相应的填充规则一同进行存储或传输。
还原时，根据提取或者接收到紧凑的缺损数字图像及像素抽取规则，进行逆运算，得到与原图像等大的缺损数字图像。
根据相应的填充规则将等大的缺损数字图像中的空位进行填充，得到与数字图像近似的还原填充图像。
在具体实施例三中：
以某一12像素*6像素(M＝12，N＝6)的10bit灰度图像文件为例，以画面 左上角为原点，每个像素值如下表。
按照抽取规则，奇数行抽奇数列；去掉数字图像内其它像素值，得到包含若干空位且与原图像等大的缺损数字图像。
去除所有空位，拼接像素抽取后剩余的像素得到紧凑的缺损数字图像(6像素*3像素)，像素减少75%。
相应的填充规则为：当一个空位被填充以后立即成为非空位像素；所有单个位于水平相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有单个位于垂直相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有位于图像边角位置的空位仅与一个非空位像素相邻的，按其相邻的这个非空位像素值进行填充；所有位于图像边角位置的空位与两个个非空位像素相邻的，按其水平相邻的非空位像素值进行填充；按顺序重复以上填充规则，直至图像内符合以上规则的所有空位被填充。
将紧凑的缺损数字图像及像素抽取规则和相应的填充规则一同进行存储或传输。
还原时，根据提取或者接收到紧凑的缺损数字图像及像素抽取规则，进行逆运算，得到与原图像等大的缺损数字图像。
根据相应的填充规则将等大的缺损数字图像中的空位进行填充，得到与数字图像近似的还原填充图像。
在一具体应用场景，监控视频可以按高画质1280*720高清采样，按640*360或640*720缩略图存储，并且同时拼接成多画面同屏显示，需要放大时还原高清画面。本方法不同于压缩方法因为本身不含压缩过程，也不同于插值，输入与输出图像是等大的，从而减少数字图像存储或者传输的数据量，降低算法难度，不需要涉及非常复杂高精度的算法，减少CPU占用，节约带宽与降低能耗。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种数字图像的抽取拼接及还原填充方法，所述数字图像横向的像素数为M 列，纵向的像素数为N行，所述数字图像总像素数为M*N，所述方法包括以下步骤：
S1：按照像素抽取规则对所述数字图像进行像素抽取，得到包含若干空位且与所述数字图像等大的缺损数字图像；
S2：去除所有空位，拼接像素抽取后剩余的像素得到紧凑的缺损数字图像；
S3：将所述紧凑的缺损数字图像、所述像素抽取规则、所述填充像素抽取规则相应的填充规则及所述M列和N行的值一同进行存储或传输；
S4：根据所述紧凑的缺损数字图像、所述像素抽取规则及所述M列和N行的值进行逆运算，得到包含若干空位且与所述数字图像等大的缺损数字图像；
S5：根据所述相应的填充规则将所述等大的缺损数字图像中的空位进行填充，得到与所述数字图像近似的还原填充图像。
2.如权利要求1所述的数字图像的抽取拼接及还原填充方法，其特征在于，在所述步骤S3进行存储或者传输之前，对所述紧凑的缺损数字图像进行模拟还原填充，将所述数字图像进行矩阵减法运算减去模拟还原填充结果得到差值矩阵；然后将所述差值矩阵与紧凑的缺损数字图像、所述像素抽取规则、所述填充规则及所述M列和N行的值一同进行存储或传输；在S5步骤得到的还原填充图像与所述差值矩阵进行矩阵相加，得到修正的还原填充图像。
3.如权利要求2所述的数字图像的抽取拼接及还原填充方法，其特征在于，所述模拟还原填充的结果与所述数字图像进行矩阵减法运算得到差值矩阵，所述差值矩阵的绝对值小于阈值的全部值赋值为0，所述差值矩阵的绝对值大于阈值的全部值保持不变。
4.如权利要求1所述的数字图像的抽取拼接及还原填充方法，其特征在于，所述像素抽取规则是：以固定间隔行，行内取固定间隔列进行抽取，去掉所述数字图像内其它像素值，为固定间隔像素抽取规则；或所述固定间隔像素抽取规则任意组合形成新的像素抽取规则。
5.如权利要求1所述的数字图像的抽取拼接及还原填充方法，其特征在于，所述填充规则是：在所述等大的缺损数字图像内，当一个空位被填充以后立即成为非空位像素；所有单个位于所述等大的缺损数字图像内水平相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有单个位于所述等大的缺损数字图像内垂直相邻的两个非空位像素之间的空位的值按这两个非空位像素的值的算数平均值填充；所有位于所述等大的缺损数字图像内边角位置的空位仅与一个非空位像素相邻的，按相邻的非空位像素值进行填充；所有位于所述等大的缺损数字图像内边角位置的空位且与两个个非空位像素相邻的，按水平相邻的非空位像素值进行填充；重复所述填充规则，直至所述等大的缺损数字图像内符合所有空位被填充。
6.如权利要求5所述的数字图像的抽取拼接及还原填充方法，其特征在于，所述等大的缺损数字图像内水平或垂直方向两个非空位像素之间没有单个空位，有两个或者两个以上空位，使用线性插值法填充空位的值。
7.如权利要求1所述的数字图像的抽取拼接及还原填充方法，其特征在于，所述存储或传输的紧凑的缺损数字图像的方法默认为无损压缩，当对画质要求不高或带宽有限的情况下使用有损压缩。
8.如权利要求1所述的数字图像的抽取拼接及还原填充方法，其特征在于，在所述步骤S5中，使用其他自定义填充规则进行填充。
9.如权利要求1所述的数字图像的抽取拼接及还原填充方法，其特征在于，所述数字图像为图片或者视频。
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