CN1440192A - 边缘校正方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一边缘校正装置，具体地，提供一用于在水平、垂直和对角线方向上的图像信号的有效的边缘校正的装置和方法。一校正图像信号的边缘的方法，包括：(a)从图像信号生成二维第二微分信号；(b)从图像信号生成在水平、垂直和对角线方向上的第一微分信号；(c)从第一微分信号中选择一个；(d)将在步骤(c)选择的信号和2D第二微分信号合并；(e)校正使用合并的信号的图像信号的边缘。根据用于校正图像信号的边缘的装置和方法，可通过从图像信号获得第二微分信号以及将第二微分信号和从水平、垂直和对角线方向上的微分信号中选择的微分信号合并，来校正图像信号的边缘。可有效地校正在水平、垂直和对角线方向上的图像信号的边缘。

Description

边缘校正方法和装置

技术领域

本发明涉及一边缘校正装置，更具体地说，涉及能够有效地校正在水平方向、垂直方向和对角线方向上的图像信号的边缘的改进装置和方法。

背景技术

当经过诸如传输和/或记录领域(field)的总传输频带时，通过电缆传送的、或由电视摄像机拍摄的、经记录和再现装置再现的图像信号易于失去其高频分量。特别地，在这种情况下，信号的边缘可能不清楚，这降低了图像的锐度(sharpness)。因此需要改进图像的质量。

同样，需要一种提高图像质量的方法，以在显示装置中，例如尺寸正越变越大的等离子体显示屏(PDP)或投影电视(TV)中，清楚地再现有限清晰度的图像信号，例如，电视信号或VTR信号。

为了提高图像信号的质量，普通的边缘校正装置通过从图像信号获得微分信号，并将微分信号加到图像信号中，来提高图像信号的边缘的清晰度。然而，普通边缘校正装置只在垂直和水平方向上对图像信号上执行边缘校正，而没有在对角线方向上对图像信号的边缘进行校正。因此，它不可能提高图像的总的清晰度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一目的是提供一种有效地校正在对角线方向以及垂直和水平方向上的图像边缘的方法。

本发明的第二目的是提供一种使用该方法的边缘校正装置。

因此，为了实现第一目的，提供一种校正图像信号的边缘的方法，该方法包括：(a)从图像信号生成二维(2D)第二微分信号；(b)从图像信号生成在水平、垂直和对角线方向上的第一微分信号；(c)从多个第一微分信号中选择一个；(d)将步骤(c)中选择的信号与2D第二微分信号合并；和(e)校正使用合并信号的图像信号的边缘。

为了实现第二目的，提供一种校正图像信号的边缘的装置，该装置包括：2D第二微分器，用于从图像信号生成一2D第二微分信号；多个第一微分器，用于从水平、垂直、右对角线和左对角线方向上的图像信号生成多个第一微分信号；选择器，用于从多个第一微分信号中选择一个；第一乘法器，用于将选择器的输出和2D第二微分器的输出相乘；延迟器，用于延迟图像信号；和加法器，用于将延迟器的输出和第一乘法器的输出相加。

附图说明

通过参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是常规的边缘校正装置的方框图；

图2是说明图1的边缘校正装置的运算的波形图；

图3是解释根据本发明的校正图像信号边缘的方法的优选实施例的流程图；

图4是根据本发明的边缘校正装置的优选实施例的方框图；

图5(a)至5(d)是图4所示的第一微分器的实例；

图6(a)至6(b)是分别说明图5(a)至5(d)的微分器的运算的波形图；和

图7是在图4中说明的二维第二微分器的实例；

图8是在图4中说明的选择器的方框图；

图9(a)至9(c)是说明在图5中所示的微分器的运算的波形图；

图10(a)至10(c)分别显示了苏贝尔算子(Sobel operator)，普瑞维特算子(Prewitt operator)和罗伯特算子(Robert operator)；和

图11(a)和11(b)分别显示了柯西筛选(Kirsh filter)和模板匹配(TemplateMatch)。

具体实施方式

图1是常规的边缘校正装置的方框图。该边缘校正装置包括：延迟器102；第一微分器104；绝对值计算器106；第二微分器108；第一和第二乘法器110和112；以及加法器114。

图1的边缘校正装置通过获得第二微分信号并将其加到图像信号，而校正图像信号的边缘。此时，延迟器102用来补偿在获得第二微分信号时的时间延迟。

图1的边缘校正装置校正在水平方向上的图像信号的边缘，应用于图像信号的水平分量，以及校正在垂直方向上的图像信号的边缘，应用于图像信号的垂直分量。

当图像信号输入到图1的边缘校正装置时，第一微分器104微分图像信号，使其变成第一微分信号。然后，第一微分信号施加到第二微分器108上，变成第二微分信号。

其间，第一微分信号施加到绝对值计算器106上，由此获得其绝对值。第一乘法器110将绝对值计算器106的输出和从第二微分器108输出的第二微分信号相互合并。第一乘法器110的输出施加到第二乘法器112上。然后，第二乘法器112根据施加的增益放大第一乘法器110的输出。第二乘法器112的输出施加到加法器114上。

由延迟器102延迟的图像信号也施加到加法器114上。因此，输入的图像信号，和由输入图像信号微分得到的第一和第二微分信号的合并信号(combination)施加到加法器114上。

图2是说明图1的边缘校正装置的运算的波形图。参考图2，信号A是具有上升分量的输入图像信号。此处，在图像信号的边缘形成上升分量的边缘，例如，在图像中的暗边和亮边之间的边界处。

信号B是具有通过第一微分信号A获得的绝对值的第一微分信号。信号C是从信号B微分而得的第二微分信号，即两次微分信号A而得到的信号。信号D是通过第一乘法器110将第一微分信号，即信号B，和第二微分信号，即信号C，相乘而获得的信号。信号E是通过第二乘法器112调节信号D的增益而获得的信号。信号F是通过加法器114将信号A和信号D相加而获得的信号。信号G是通过加法器114将信号A和信号E相加而获得的信号。比较信号F和信号G，揭示了通过调节施加到第二乘法器112上的增益而校正了图像信号的边缘。

然而，图1的边缘校正装置有缺点，因为它仅可用于校正在垂直和水平方向上的而不能用于对角线线方向上的图像信号的边缘。因此，使用该边缘校正装置很难提高图像信号总的清晰度。

图3是解释根据本发明的校正图像信号的边缘的方法的优选实施例的流程图。在这个方法中，通过形成指示边缘的强度的第二微分信号，然后用第二微分信号乘以指示边缘方向的第一微分信号，以获得图像信号边缘校正所需要的信号。此处，第一微分信号是从诸第一微分信号，即在水平、垂直和对角线线方向上的第一微分信号1致第一微分信号4中选择出来的一个。

参考图3，在步骤302，从图像信号生成二维(2D)第二微分信号。2D第二微分信号仅指示边缘的强度，而不指示边缘的方向。

接着，在步骤304，从在水平、垂直和对角线线方向上的图像信号生成第一微分信号。第一微分信号指示图像信号边缘的方向。

在步骤304，在每个方向上选择某个象素，并计算该象素和邻近的多个象素间的差值。然后，计算的差值中最小的一个确定为微分值。以这种方式可以改善校正的信号的转变时间。

接着，在步骤306，相互比较在水平、垂直和对角线线方向上的第一微分信号，并选择合适的一个作为第一微分信号。此处，选择的第一微分信号是在水平、垂直和对角线线方向上的第一微分信号中具有最大绝对值的第一微分信号、和具有从合并这些第一微分信号而获得的最大绝对值的信号中最小的一个。

步骤306之后，在步骤308，从步骤306选择的第一微分信号乘以2D第二微分信号。结果，获得具有最大方向分量的信号，用于边缘校正。此时，调节所获得的信号的增益，以控制边缘校正的程度。

然后，在步骤308，使用从步骤306获得的第一微分信号校正图像信号的边缘。具体地，图像信号被延迟一段用于执行步骤302至308所必需的时间，然后与在步骤308获得的信号合并。

在下文，为了更好的理解图3中所示的方法，将参考图4详细描述根据本发明的边缘校正装置。

图4是根据本发明的边缘校正装置的优选实施例的方框图。在该边缘校正装置中，从输入图像信号生成2D第二微分信号，然后将其与从水平、垂直、右对角线线和左对角线线方向上的微分信号选择出来的一个信号相乘。接着，将此结果与经延迟器延迟的输入图像信号相加，由此校正图像信号的边缘。

图4的边缘校正装置包括：延迟器402；2D第二微分器404；第一至第四微分器406、408、410和412，用于从水平、垂直、右对角线线和左对角线线方向上的图像信号生成微分信号；选择器414；第一和第二乘法器416和418；和加法器420。该边缘校正装置校正关于水平、垂直和对角线线分量的图像信号，由此有效地执行边缘校正。

当图像信号输入到边缘校正装置，该信号被2D第二微分器404微分，成为2D第二微分信号。

第一至第四微分器406、408、410和412从在水平、垂直、右对角线线和左对角线线方向上的图像信号生成微分信号。由选择器414从这些获得的第一微分信号中选择合适的微分信号。通过第一乘法器416，将选择器414的输出与2D第二微分器404的输出合并。

第一乘法器416的输出施加到第二乘法器418上。然后，第二乘法器418根据施加的增益放大第一乘法器416的输出。

第二乘法器418的输出施加到加法器420上。由延迟器402延迟的输入图像信号也提供给加法器420。最后，将输入图像信号和经2D第二微分器404微分的输入图像信号，即其边缘在水平、垂直和对角线线方向被校正的图像信号，输入到加法器420。

图5(a)至5(d)是在图4中所示的第一微分器406、408、410和412的实例。具体地，图5(a)至5(d)分别对应在水平方向上的第一微分器406、垂直方向上的第一微分器408、右对角线方向上的第一微分器410、和左对角线方向上的第一微分器412。

在数字图像中，以规则间隔分布排列数据，因此，不可能通过微分运算精确计算待定值(required value)。因此，在这个实施例中，通过计算相邻近象素间的差值，被称作差分(difference)，进行近似计算，从而获得待定值。

假设在x方向上的微分值是G(x)，并且在y方向上的微分值是G(y)，得到方程G(x)＝f(x+1)-f(x)，和G(y)＝f(y+1)-f(y)。此处，f(x)表示在x方向上的象素的值，并且f(y)代表在y方向上的象素的值。

从将被采用以适应图像处理的上述关系方程获得的矩阵称作屏蔽结构(mask)或算子。

从在图5(a)至5(d)说明的矩阵，显示出可以从不同的方向提取出图像信号的边缘，即使使用相同的第一微分算子。

图6(a)和6(b)是显示在图5(a)至5(b)中的微分器的运算的波形图。图6(a)是当将系数(-1，0，1)应用于图5的屏蔽结构时，第一微分信号的波形图，以及图6(b)是具有从当前象素的在先的和随后的象素获得的两个第一微分值中的较小的一个的第一微分信号的波形图。即，在图6(b)的情况，从方程{(x，y)-(x-1，y)}和{(x+1，y)-(x，y)}计算出两个第一微分值，然后，选择这些值中较小的一个作为第一微分值。

图6(b)所示的第一微分信号比图6(a)所示的第一微分信号在减少校正的信号的转变时间上更为有效。

尽管在本实施例中采用第一微分算子，如图5(a)至(d)所示，本发明并不限制这些算子的使用。因此，本领域的技术人员可以使用苏贝尔算子、普瑞维特算子或罗伯特算子来代替第一微分算子，根据本发明来校正图像信号的边缘。

图10(a)至(c)分别显示了苏贝尔算子、普瑞维特算子和罗伯特算子。

苏贝尔算子可以抗噪声，但是它导致图像信号边缘太粗。普瑞维特算子易受噪声攻击，适于校正在水平和垂直方向上的图像信号的边缘。罗伯特算子被用于有限的范围内，并且也容易受噪声攻击。

图7是图4的2D第二微分器的实例图，它是3×3拉普拉斯屏蔽结构，主要用于计算2D第二微分值。此处，第二微分值是微分第一微分值所得的值，并且被用于检测图像信号边缘的强度，而不是其边缘的方向。假设由拉普拉斯屏蔽结构获得的微分值是L(x，y)，则可得到方程L(x，y)＝4*f(x，y)-{f(x，y-1)+f(x，y+1)+(x-1，y)+f(x+1，y)。

此处拉普拉斯屏蔽结构用作第二微分算子，以计算2D第二微分值。然而，本领域的技术人员可能用Kirsh筛选或模板匹配计算2D第二微分值，而不使用拉普拉斯屏蔽结构。图11(a)和(b)分别显示了柯西筛选和模板匹配。

图8是显示图4的选择器414的结构的方框图。该选择器从在水平、垂直和对角线方向上的第一微分信号(a至d)中选择一个具有最大绝对值的信号，然后从选择的第一微分信号的绝对值和这些第一微分信号(a至d)的合并的绝对值中，选择最小的一个绝对值，并输出结果。

图8的选择器包括：加法器802；第一和第二绝对值计算器804和806；最大值选择器808；和最小值选择器810。

当水平、垂直和对角线方向上的第一微分信号a至第一微分信号d输入到加法器802时，加法器802将这些信号相加，并输出结果。加法器802的输出施加到第一绝对值计算器804。然后，第一绝对值计算器804输出第一微分信号a至第一微分信号d的合并的绝对值。

第二绝对值计算器806接收水平、垂直和对角线方向上的图像信号的第一微分信号a至第一微分信号d，并输出它们的绝对值。第二绝对值计算器806的输出施加到最大值选择器808上。然后，最大值选择器808从这些绝对值中选择具有最大绝对值的一个值，并输出结果作为信号f。结果，具有最大绝对值的第一微分信号从第一微分信号a至第一微分信号d中选择出来，并输出。

因此，第一绝对值计算器804和最大值选择器808的输出e和f被施加到最小值选择器810。然后，最小值选择器810从水平、垂直和对角线方向的图像信号的第一微分信号中的具有最大绝对值的绝对值e、和水平、垂直和对角线方向的图像信号的第一微分信号的合并的绝对值f中选择最小的一个，并将其输出作为第一微分信号。

图9(a)至(c)是图5所示第一微分器的运算的波形图。图9(a)是当通过如图8所示的选择器执行选择运算的时候，第一微分器的运算的波形图，以及图9(b)和(c)是没有通过如图8所示的选择器执行选择运算的第一微分器的运算的波形图。

此处，a至d分别表示水平、垂直、右对角线和左对角线方向的图像信号的第一微分信号。同样，e表示具有第一微分信号a至第一微分信号d的合并的绝对值的信号。

当通过图8的选择器没有执行选择运算时，选择器输出信号e，该信号是通过合并在水平、垂直、右对角线和左对角线方向的第一微分信号a至第一微分信号d而获得的。

结果，根据本发明，图4的边缘校正装置获得与通过信号e和第二微分信号h相乘而得的信号i结合的图像信号。

在图9(a)中，水平、垂直、右对角线和左对角线方向上的第一微分信号a至第一微分信号d是具有上升的式样(rising pattern)并具有正值。这使得，具有第一微分信号a至第一微分信号d的合并的绝对值的信号e和将要加到原始图像信号中的信号i太大。因此，由于峰值作用(peaking)，导致在图像信号的边缘发生溢出。

参考图9(b)，水平、垂直、右对角线和左对角线方向上的第一微分信号a至第一微分信号d也是作为正顶信号(positive roofsignal)输出。然而，在这种情况下，最小值选择器810比较在图9中表示为信号f信号a至信号d中的最大信号和信号e，选择信号f作为较大的信号，并输出该信号作为信号g。输出信号g与第二微分信号h相乘。结果，发生在图9(b)中的峰值作用比在图9(a)中的少。因此，在图9(b)的情况，图像信号的边缘可以得到校正，同时抑制峰值作用的发生。

参考图9(c)，水平、在垂直、右对角线和左对角线方向上的第一微分信号a至第一微分信号d也作为正顶信号输出。因此，一旦比较信号e和从第一微分信号a至第一微分信号d选择的最大的信号f，信号e被选择作为图像信号的最终输出，然后与第二微分信号h相乘。

在这个实施例中，图4的边缘校正装置和图7的2D第二微分器被设置成能处理模拟图像信号。然而，本领域的专业技术人员有可能通过软件处理数字图像信号。

例如，用于获得图10(a)所示的苏贝尔算子的程序代码如下所示：

　　function sobel(x，y：Integer)：integer；

　　var

　　edge：Double：

　　begin

　　edge：＝abs(-data[x-1，y-1]-2*data[x-1，y]-data[x-1，y+1]+data[x+1，
y-1]+2*data[x+1，y]+data[x+1，y+1]；

　　//calculate variations in x(operate in the direction of x)

　　Result：＝round(edge+abs(-data[x-1，y-1]-2*data[x，y-1]-data[x+1，
y-1]+data[x-1，y+1]+2*data[x，y+1]+data[x+1，y+1]))；

　　//calculate variations in y(operate in the direction of y：return to the Result)

　　end；

用于获得如图7所示的拉普拉斯算子的程序代码如下所示：

function Laplacian(x，y：Integer)：integer；

Begin

Result：＝round(abs(-data[x-1，y-1]-data[x，y-1]-data[x+1，y-1]-data[x-1，y+1]-data[x，y+1]-data[x+1，y+1]-data[x-1，y]-8*data[x，y]-data[x+1，y]))；

//(return to Result)

end；

尽管本发明是参照其特定的优选实施例来描述的，但本领域的专业技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的实质和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

如上所述的，在根据本发明的用于校正图像信号的边缘的装置和方法中，可以通过从图像信号中获得第二微分信号且合并第二微分信号与从水平、垂直和对角线方向上的微分信号中选择的微分信号，以校正图像信号的边缘。因此，可以有效地校正在水平、垂直和对角线方向上的图像信号的边缘。

Claims (10)

1.一种校正图像信号的边缘的方法，该方法包括：

(a)从图像信号生成二维(2D)第二微分信号；

(b)从图像信号生成在水平、垂直和对角线方向上的第一微分信号；

(c)从多个第一微分信号选择一个；

(d)将在步骤(c)选择的信号和2D第二微分信号合并；和

(e)校正使用合并的信号的图像信号的边缘。

2.如权利要求1所述的方法。其中，(c)包括：

(c-1)相加各个第一微分信号；

(c-2)比较各个第一微分信号，并选择具有最大绝对值的一个；和

(c-3)从具有通过相加各个第一微分信号而获得的绝对值的信号的绝对值，和各个第一微分信号中具有最大的绝对值的第一微分信号的绝对值中选择最小的一个值。

3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)包括调整合并的信号的增益。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(b)，计算某个象素和邻近的多个象素之间的差值，并选择最小的一个作为微分值。

5.一种用于校正图像信号的边缘的装置，该装置包括：

2D第二微分器，用于从图像信号生成2D第二微分信号；

多个第一微分器，用于在水平、垂直、右对角线和左对角线方向上从图像信号生成多个第一微分信号；

选择器，用于选择多个第一微分信号中的一个；

第一乘法器，用于将选择器的输出和2D第二微分器的输出相乘；

延迟器，用于延迟图像信号；和

加法器，用于相加延迟器的输出和第一乘法器的输出。

6.如权利要求5所述的装置还包括用于调整从第一乘法器输出的信号的增益的第二乘法器。

7.如权利要求5所述的装置，其中，第一微分器计算某个象素和在所有方向的相邻的象素之间的差值，并从这些差值中选择最小值作为微分值。

8.如权利要求5所述的装置，其中，选择器是用于选择和输出各个第一微分信号中的最大微分信号的最大值选择器。

9.如权利要求8所述的装置，其中，选择器包括：

加法器，用于将各个第一微分信号相加；和

最小值选择器，用于从加法器的输出和最大值选择器的输出中选择最小信号，并输出选择的结果。

10.如权利要求9所述的装置，其中选择器包括：

安装在加法器和最小值选择器之间的第一绝对值运算器，该第一绝对值计算器用于计算来自加法器的信号的绝对值，并输出该值；和

安装在最大值选择器前的第二绝对值运算器，该第二绝对值计算器计算和输出各个第一微分信号的绝对值。

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