CN109285113A - 一种基于梯度的改进彩色图像插值方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于梯度的改进彩色图像插值方法，本发明方法首先根据Bayer滤波阵列判断单色图像相应像素位置的颜色，然后根据相应像素位置的单色彩完成缺失颜色的插值，最后按照从上到下、从左到右扫描整幅单色图像，完成整幅图像的彩色插值。本发明方法通过卷积技术，将梯度插值方法改进为逐行扫描、实时插值的方式，每一个卷积过程，得到相应像素点的三色取值。相比于传统的彩色图像插值方法，本方法的实时性和并行性均得到很大的提升。

Description

一种基于梯度的改进彩色图像插值方法

技术领域

本发明属于彩色相机彩色图像合成的技术领域，具体涉及一种基于梯度的改进彩色图像插值方法。

背景技术

考虑降低成本和缩小数码设备的体积，绝大多数数码摄影设备只使用单个图像传感器，并在图像传感器的表面覆盖一层色彩滤波阵列，这样，每个像素只采集到红色、绿色、蓝色三基色中的一种，而缺失另外两种基色信息，缺失的两个基色需要利用周围像素点的色彩信息插值得到，进而复原一副全彩色图像，该过程称作彩色图像插值或去马赛克。目前业界存在多种彩色滤波阵列，而Bayer彩色滤波阵列应用最为普遍。

传统的彩色图像插值法通常采用先计算并存储整幅绿色通道的图像，然后通过整体插值的方式计算红色或蓝色通道的图像，实时性差，且不利于在FPGA等并行硬件平台上的实现。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于梯度的改进彩色图像插值方法，解决传统方法实时性差和不利于并行实现的问题。

一种基于梯度的改进彩色图像插值方法，包含以下步骤：

第一步判断单色图像相应像素位置的颜色

根据Bayer滤波阵列，设像素在单色图像中的坐标位置为(i,j)，当(i+j)除以2的余数为0时，则判定像素颜色为绿色；当i除以2的余数为0且j除以2的余数不为0时，则判定像素颜色为蓝色；当i除以2的余数不为0且j除以2的余数为0时，则判定像素颜色为红色。

第二步根据像素的单色彩完成缺失颜色的插值

忽略边缘像素的影响，设像素在单色图像中的坐标位置为(i,j)，该点的像素值为d(i,j)，该点的颜色为红色、绿色或蓝色，其中G(i,j)、R(i,j)、B(i,j)分别表示图像中的坐标位置为(i,j)处像素的绿色分量、红色分量、蓝色分量的灰度值：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为绿色时，其绿色分量为：

G(i,j)＝d(i,j) (1)

在奇数行偶数列位置的蓝色和红色分量的插值分别为：

在偶数行奇数列位置的蓝色和红色分量的插值分别为：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为蓝色时，其蓝色分量为：

B(i,j)＝d(i,j) (6)

其绿色分量的插值由水平和竖直方向的梯度大小决定，设α为该点水平方向的梯度，β为其竖直方向的梯度：

当α＜β时，表明d(i,j)与其水平方向上的像素点关系紧密，插值将在水平方向上进行，公式如下所示：

当α＞β时，表明d(i,j)与其竖直方向上的像素点关系紧密，插值将在竖直方向上进行，公式如下所示：

当α＝β时，表明d(i,j)与其水平方向上和垂直方向上的像素点关系同等紧密，插值将在整个邻域内进行，公式如下所示：

其红色分量的插值为：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为红色时，其红色分量为：

R(i,j)＝d(i,j) (11)

其绿色分量的插值由水平和竖直方向的梯度大小决定，设α为该点水平方向的梯度，β为其竖直方向的梯度：

当α＜β时，表明d(i,j)与其水平方向上的像素点关系紧密，插值将在水平方向上进行，公式如下所示：

当α＞β时，表明d(i,j)与其竖直方向上的像素点关系紧密，插值将在竖直方向上进行，公式如下所示：

当α＝β时，表明d(i,j)与其水平方向上和垂直方向上的像素点关系同等紧密，插值将在整个邻域内进行，公式如下所示：

其蓝色分量的插值为：

从上到下，从左到右扫描整幅单色图像，结合公式(1)-(15)，完成整幅图像的彩色插值。

更优的，其中第二步中水平方向的梯度α和竖直方向的梯度β通过二阶梯度公式获取：

一种基于梯度的改进彩色图像插值系统，包括：单色图像像素位置颜色判定模块和颜色插值模块；其中单色图像像素位置颜色判定模块根据Bayer滤波阵列对单色图像相应像素位置的颜色进行判定，颜色插值模块根据像素的单色彩完成缺失颜色的插值。

本发明方法通过卷积技术，将梯度插值方法改进为逐行扫描、实时插值的方式，每一个卷积过程，得到相应像素点的三色取值。相比于传统的彩色图像插值方法，本方法的实时性和并行性均得到很大的提升。

附图说明

图1现有技术中的专业数码相机的工作示意图；

图2Bayer滤波阵列示意图。

具体实例方式

一种基于梯度的改进彩色图像插值方法，包含以下步骤：

第一步判断单色图像相应像素位置的颜色

根据Bayer滤波阵列，设像素在单色图像中的坐标位置为(i,j)，当(i+j)除以2的余数为0时，则判定像素颜色为绿色；当i除以2的余数为0且j除以2的余数不为0时，则判定像素颜色为蓝色；当i除以2的余数不为0且j除以2的余数为0时，则判定像素颜色为红色。

第二步根据像素的单色彩完成缺失颜色的插值

忽略边缘像素的影响，设像素在单色图像中的坐标位置为(i,j)，该点的像素值为d(i,j)，该点的颜色为红色、绿色或蓝色，其中G(i,j)、R(i,j)、B(i,j)分别表示图像中的坐标位置为(i,j)处像素的绿色分量、红色分量、蓝色分量的灰度值：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为绿色时，其绿色分量为：

G(i,j)＝d(i,j) (1)

在奇数行偶数列位置的蓝色和红色分量的插值分别为：

在偶数行奇数列位置的蓝色和红色分量的插值分别为：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为蓝色时，其蓝色分量为：

B(i,j)＝d(i,j) (6)

其绿色分量的插值由水平和竖直方向的梯度大小决定，设α为该点水平方向的梯度，β为其竖直方向的梯度，二阶梯度公式为：

当α＜β时，表明d(i,j)与其水平方向上的像素点关系紧密，插值将在水平方向上进行，公式如下所示：

当α＞β时，表明d(i,j)与其竖直方向上的像素点关系紧密，插值将在竖直方向上进行，公式如下所示：

当α＝β时，表明d(i,j)与其水平方向上和垂直方向上的像素点关系同等紧密，插值将在整个邻域内进行，公式如下所示：

其红色分量的插值为：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为红色时，其红色分量为：

R(i,j)＝d(i,j) (12)

其绿色分量的插值由水平和竖直方向的梯度大小决定，设α为改点水平方向的梯度，β为其竖直方向的梯度，其二阶梯度公式如下：

当α＜β时，表明d(i,j)与其水平方向上的像素点关系紧密，插值将在水平方向上进行，公式如下所示：

当α＞β时，表明d(i,j)与其竖直方向上的像素点关系紧密，插值将在竖直方向上进行，公式如下所示：

当α＝β时，表明d(i,j)与其水平方向上和垂直方向上的像素点关系同等紧密，插值将在整个邻域内进行，公式如下所示：

其蓝色分量的插值为：

从上到下，从左到右扫描整幅单色图像，结合公式(1)-(17)，完成整幅图像的彩色插值。

以上就是本发明一种基于梯度的改进彩色图像插值方法的技术内容和方案。需要注意的是，以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于梯度的改进彩色图像插值方法，其特征在于包含以下步骤：

第一步 判断单色图像相应像素位置的颜色

根据Bayer滤波阵列，设像素在单色图像中的坐标位置为(i,j)，当(i+j)除以2的余数为0时，则判定像素颜色为绿色；当i除以2的余数为0且j除以2的余数不为0时，则判定像素颜色为蓝色；当i除以2的余数不为0且j除以2的余数为0时，则判定像素颜色为红色；

第二步 根据像素的单色彩完成缺失颜色的插值

忽略边缘像素的影响，设像素在单色图像中的坐标位置为(i,j)，该点的像素值为d(i,j)，该点的颜色为红色、绿色或蓝色，其中G(i,j)、R(i,j)、B(i,j)分别表示图像中的坐标位置为(i,j)处像素的绿色分量、红色分量、蓝色分量的灰度值：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为绿色时，其绿色分量为：

G(i,j)＝d(i,j) (1)

在奇数行偶数列位置的蓝色和红色分量的插值分别为：

在偶数行奇数列位置的蓝色和红色分量的插值分别为：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为蓝色时，其蓝色分量为：

B(i,j)＝d(i,j) (6)

其绿色分量的插值由水平和竖直方向的梯度大小决定，设α为该点水平方向的梯度，β为其竖直方向的梯度：

当α＜β时，表明d(i,j)与其水平方向上的像素点关系紧密，插值将在水平方向上进行，公式如下所示：

当α＞β时，表明d(i,j)与其竖直方向上的像素点关系紧密，插值将在竖直方向上进行，公式如下所示：

当α＝β时，表明d(i,j)与其水平方向上和垂直方向上的像素点关系同等紧密，插值将在整个邻域内进行，公式如下所示：

其红色分量的插值为：

当单色图像坐标(i,j)处颜色为红色时，其红色分量为：

R(i,j)＝d(i,j) (11)

其绿色分量的插值由水平和竖直方向的梯度大小决定，设α为该点水平方向的梯度，β为其竖直方向的梯度：

当α＜β时，表明d(i,j)与其水平方向上的像素点关系紧密，插值将在水平方向上进行，公式如下所示：

当α＞β时，表明d(i,j)与其竖直方向上的像素点关系紧密，插值将在竖直方向上进行，公式如下所示：

当α＝β时，表明d(i,j)与其水平方向上和垂直方向上的像素点关系同等紧密，插值将在整个邻域内进行，公式如下所示：

其蓝色分量的插值为：

从上到下，从左到右扫描整幅单色图像，结合公式(1)-(15)，完成整幅图像的彩色插值。

2.如权利要求1所述的图像插值方法，其特征在于：所述第二步中水平方向的梯度α和竖直方向的梯度β通过二阶梯度公式获取：

3.一种基于梯度的改进彩色图像插值系统，包括：单色图像像素位置颜色判定模块和颜色插值模块；其中单色图像像素位置颜色判定模块根据Bayer滤波阵列对单色图像相应像素位置的颜色进行判定，颜色插值模块根据像素的单色彩完成缺失颜色的插值。