CN1964425A - 一种伪彩抑制装置及其伪彩抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种伪彩抑制方法，对图像各像素点进行如下处理：根据像素点的亮度分量A进行边缘检测，获得当前像素点的边缘值Edge及其绝对值abs_edge；若abs_edge＞edge_max，则abs_edge＝edge_max；若abs_edge＜edge_min，则abs_edge＝edge_min；其中，edge_min和edge_max代表配置的边缘值的最小值和最大值；根据abs_edge、edge_max和edge_min计算该像素点的两个色度分量B和C的伪彩抑制因子B_gain、C_gain；将该像素点的两个色度分量B、C分别乘以其伪彩抑制因子，将计算得到的新的色度分量与亮度分量A同时输出。

Description

一种伪彩抑制装置及其伪彩抑制方法

技术领域

本发明涉及一种数字图像处理装置及其处理方法，特别涉及一种数字图像的伪彩抑制装置及其伪彩抑制方法。

背景技术

在数字图像处理系统中，为了节省芯片设计的逻辑数量，提高数字图像的处理速度，在进行CFA插值(Color Filtered Array interpolation滤色片阵列插值)处理时，通常采用简单的CFA插值(Color Filtered Array interpolation滤色片阵列插值)算法，例如，使用像素点周围2点或4点的值进行CFA插值，这样处理所造成的结果是插值后的图像会有伪彩，即处理后的图像的中出现了错误的颜色。尤其在图像细密的地方，即边缘值较大的地方，伪彩现象非常严重，严重影响了图像的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有图像处理系统中，在进行CFA插值后图像出现伪彩的问题，提出一种CFA插值完成后对图像伪彩进行抑制的后期处理装置及其伪彩抑制方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种伪彩抑制方法，其特征在于，该方法对图像各像素点进行如下处理：

(a)根据像素点在亮度色度分离的色彩空间中的亮度分量A进行边缘检测，获得当前像素点的边缘值Edge；

(b)根据当前像素点的边缘值Edge计算该像素点的色度分量B和色度分量C的伪彩抑制因子；

(c)将该像素点的色度分量B、色度分量C分别乘以相应的伪彩抑制因子，将亮度分量A与计算得到的色度分量B和色度分量C同时输出。

此外，所述步骤(b)还可分为如下子步骤：

(b1)取所述当前像素点的边缘值的绝对值：abs_edge；

(b2)若abs_edge＞edge_max，则abs_edge＝edge_max；若abs_edge＜edge_min，则abs_edge＝edge_min；否则保持abs_edge不变；其中，edge_min和edge_max代表配置的边缘值的最小值和最大值；

(b3)根据abs_edge、edge_max和edge_min计算该像素点的两个色度分量B和C的伪彩抑制因子。

此外，所述边缘值的最小值edge_min和边缘值的最大值edge_max的取值范围分别为：3≤edge_min＜20，20≤edge_max≤60。

此外，所述步骤(b)可按以下公式计算色度分量B的伪彩抑制因子B_gain和色度分量C的伪彩抑制因子C_gain：

当|Edge|＜TH_min时，u_gain＝1；否则u_gain＝1/|Edge|；TH_min≥1；

v_gain＝alpha×u_gain。

此外，所述步骤(b3)可按以下公式计算色度分量B的伪彩抑制因子B_gain和色度分量C的伪彩抑制因子C_gain：

B_gain＝(edge_max-abs_edge)/(edge_max-edge_min)；

C_gain＝alpha×B_gain；

其中，0＜alpha≤2。

此外，所述亮度色度分离的色彩空间为YUV色彩空间，所述分量A为Y分量。

此外，所述边缘值的最小值edge_min和边缘值的最大值edge_max采用如下方法进行配置：

a’获得图像各像素点的边缘值Edge及其绝对值abs_edge；

b’获得图像中各像素边缘值的绝对值的平均值：

$\mathrm{avg}\_\mathrm{edge}=(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{abs}\_\mathrm{edge})/N$ ；N为图像像素点的个数；

c’获得edge_min和edge_max值：

edge_min＝per_low×avg_edge；

edge_max＝per_high×avg_edge；

其中，per_low大于0小于1；per_high大于等于1且小于等于10。

此外，所述方法在步骤(a)之后还包含如下步骤：

获得亮度分量A的输出值：A_out＝A+k×Edge；其中0＜k≤16。

本发明还提供一种伪彩抑制装置，包含边缘检测单元，用于根据输入的亮度分量A的值进行边缘检测，并输出边缘值，其特征在于，该装置还包含：

伪彩抑制单元，用于根据输入的色度分量B、色度分量C以及上述边缘检测单元输出的边缘值进行伪彩抑制处理，并输出处理后的色度分量B、色度分量C的值；

上述边缘检测单元还将输入的亮度分量A的值输出。

此外，该装置还包含：边缘增强单元，用于根据所述边缘检测单元输出的边缘值和亮度分量A的值进行边缘增强处理，并输出处理后的亮度分量A的值。

本发明作为一种后期处理手段，可以弥补简单的CFA插值处理后生成图像的缺陷，有效抑制伪彩，并同时进行边缘增强处理，对原有的颜色和分辨率没有伤害，明显提高了图像质量。

附图说明

图1是本发明伪彩抑制装置的示意图；

图2是伪彩抑制因子与边界值的关系图；

图3是本发明伪彩抑制方法的流程图；

图4是本发明增加边缘增强处理的伪彩抑制装置的示意图；

图5是伪彩抑制因子与边界值的另一关系图。

具体实施方式

本发明的基本思路是使用图像每个像素点的Y分量进行边缘检测，根据边缘检测获得的边缘值对图像每个像素点的U和V分量进行伪彩抑制，以减少图像中的伪彩现象。

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

本发明的伪彩抑制方法是在YUV色彩空间上进行，如果所要处理的图像不是YUV色彩空间，则需要先进行色彩空间的转换。

图1是本发明伪彩抑制装置的示意图。如图1所示，边缘检测模块使用图像中每个像素点的Y分量进行边缘检测，得到边缘值Edge，同时边缘检测模块输出Y_out值，该Y_out值与输入的Y值相同；伪彩抑制模块根据输入的U，V分量和边缘检测模块输出的边缘值Edge进行伪彩抑制操作，输出U_out和V_out。

如图3所示，本发明的伪彩抑制方法针对图像中的每个像素点进行以下操作：

步骤1：边缘检测，获得当前像素点的边缘值Edge；

边缘检测可以采用如下方法进行：设当前点为(m，n)，当前点的Y分量为Y_m，n，以当前点为中心，得到矩阵：

$M=$ $\left[\begin{array}{ccc}{Y}_{m-1,n-1}& Y_{m-1,n}& Y_{m-1,n+1}\\ Y_{m,n-1}& Y_{m,n}& Y_{m,n+1}\\ Y_{m+1,n-1}& Y_{m+1,n}& Y_{m+1,n+1}\end{array}\right]$

矩阵M和矩阵N做卷积，得到当前点边缘值Edge，其中，

$N=\left[\begin{array}{ccc}a11& a12& a13\\ a21& a22& a23\\ a31& a32& a33\end{array}\right],$ 例如N可以为： $\left[\begin{array}{ccc}-1& -1& -1\\ -1& 8& -1\\ -1& -1& -1\end{array}\right],$ 或 $\left[\begin{array}{ccc}0& -1& 0\\ -1& 4& -1\\ 0& -1& 0\end{array}\right]$ 等。

矩阵N的选取只要满足在频率域上具有高通滤波器的特性即可，即应用该矩阵(滤波器)后，能够使图像中的Y分量变化快的高频信息(即边缘)通过，而使图像中Y分量变化慢的低频信息阻止。

矩阵N并不限于3×3，可以扩展为k×p，k为N的行数，p为N的列数。

此外，在图像的边界点处，可以采用边界扩充，对称取值的方法进行处理。例如在图像的(0，0)点的M矩阵可以取作：

$M=\left[\begin{array}{ccc}{Y}_{\mathrm{1,1}}& Y_{\mathrm{1,0}}& Y_{\mathrm{1,1}}\\ Y_{\mathrm{0,1}}& Y_{\mathrm{0,0}}& Y_{\mathrm{0,1}}\\ Y_{\mathrm{1,1}}& Y_{\mathrm{1,0}}& Y_{\mathrm{1,1}}\end{array}\right].$

此外，为了减少计算复杂度，也可以对于图像边界处的点不进行处理，即不进行边缘检测以及以下各步骤。假设整个图像大小为height^*width(即高度从0到height-1，宽度从0到width-1)，求取边缘值Edge的卷积算子(即M和N矩阵的行数和列数)为k和p(k，p＞＝3，且k，p为奇数)，则处理的图像大小为(height-k+1)*(width-p+1)，即仅在高度(k-1)/2至height-1-(k-1)/2，宽度(p-1)/2至width-1-(p-1)/2的区域进行边缘检测以及后续处理步骤。

步骤2：取当前像素点的边缘值的绝对值abs_edge＝|Edge|；

步骤3：若abs_edge＞edge_max，则令abs_edge＝edge_max；若abs_edge＜edge_min，则令abs_edge＝edge_min；

其中edge_min，edge_max是用户可配置的参数，与图像的内容有关，且edge_min＜edge_max。图像越细密，即图像整体的边界值越大，则edge_min和edge_max取值越大。通常情况下edge_min和edge_max的取值范围为：3≤edge_min＜20，20≤edge_max≤60。优选地，edge_min可以等于5，edge_max可以等于30；

步骤4：获得当前像素点的伪彩抑制因子u_gain和v_gain：

u_gain＝(edge_max-abs_edge)/(edge_max-edge_min)；

v_gain＝alpha×u_gain；

其中，0＜alpha≤2，优选地，alpha可以等于1。

伪彩抑制因子u_gain和边界值的关系如图2所示；

当然，伪彩抑制因子还有其它计算方法，例如：

当abs_edge＜TH_min时，u_gain＝1；否则u_gain＝1/abs_edge；

V_gain＝alpha×u_gain；

其中TH_min≥1；

伪彩抑制因子u_gain和边界值的关系如图5所示。

步骤5：当前像素点的U分量U_in乘以伪彩抑制因子u_gain获得当前像素点的输出U分量U_out；当前像素点的V分量V_in乘以伪彩抑制因子v_gain获得当前像素点的输出V分量V_out：

U_out＝U_in*u_gain；

V_out＝V_in*v_gain；

至此，针对每个像素点的伪彩抑制操作完成，处理完成后的图像各像素点的YUV值为：(Y，U_out，V_out)。

由上可知，系统可对edge_min和edge_max的值进行配置，以适应不同的使用环境。当拍摄/处理的图像较为细密时，图像整体的边界值较大，这时应将edge_max设置为较大的值，否则处理后的图像将出现过多的灰度像素。

根据图像的整体情况对edge_min和edge_max进行设置可采用如下方法：

步骤1’：获得图像中各像素的边缘值Edge；

步骤2’：获得图像中各像素边缘值的绝对值abs_edge＝|Edge|；

步骤3’：获得图像中各像素边缘值的绝对值的平均值： $\mathrm{avg}\_\mathrm{edge}=(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{abs}\_\mathrm{edge})/N;$ N为图像像素点的个数；

步骤4’：获得edge_min和edge_max值：

edge_min＝per_low×avg_edge；

edge_max＝per_high×avg_edge；

per_low大于0小于1，例如per_low可取0.3；

per_high大于等于1且小于等于10，例如per_high可取4。

在上述伪彩抑制的过程中，没有对Y分量进行修改。实际上，可以在伪彩抑制处理过程中同时对Y分量进行处理。例如，可在Y分量上进行边缘增强处理，即将边缘对比度提高，使图像边缘更清晰。

图4是本发明增加边缘增强处理的伪彩抑制装置的示意图。

如图4所示，边缘增强模块根据边缘检测模块输出的边缘值和Y值进行边缘增强处理，输出Y_out。

在伪彩抑制过程中同时进行边缘增强的处理方法如下：

对于每一像素：Y_out＝Y+k×Edge；

其中，Edge即为上述当前点的边缘值，k取值范围从0到16。优选地k等于2。

处理完成后的图像各像素点的YUV值为：(Y_out，U_out，V_out)。

由于计算边缘值需要对每个像素点做卷积运算，计算量很大。而这样处理的好处是，我们只需计算一次边缘值，同时做了边缘增强和伪彩抑制。

上文以YUV色彩空间为例对本发明进行描述，本发明对于其它亮度色度分离的色彩空间同样适用。例如对于Lab色彩空间，可以使用L分量进行边缘检测，根据边缘检测获得的边缘值对图像每个像素点的a和b分量进行伪彩抑制，同样可以达到本发明所述的效果。

Claims (10)

1、一种伪彩抑制方法，其特征在于，该方法对图像各像素点进行如下处理：

(a)根据像素点在亮度色度分离的色彩空间中的亮度分量A进行边缘检测，获得当前像素点的边缘值Edge；

(b)根据当前像素点的边缘值Edge计算该像素点的色度分量B和色度分量C的伪彩抑制因子；

(c)将该像素点的色度分量B、色度分量C分别乘以相应的伪彩抑制因子，将亮度分量A与计算得到的色度分量B和色度分量C同时输出。

2、如权利要求1所述的伪彩抑制方法，其特征在于，所述步骤(b)分为如下子步骤：

(b1)取所述当前像素点的边缘值的绝对值：abs_edge；

(b2)若abs_edge＞edge_max，则abs_edge＝edge_max；若abs_edge＜edge_min，则abs_edge＝edge_min；否则保持abs_edge不变；其中，edge_min和edge_max代表配置的边缘值的最小值和最大值；

(b3)根据abs_edge、edge_max和edge_min计算该像素点的两个色度分量B和C的伪彩抑制因子。

3、如权利要求2所述的伪彩抑制方法，其特征在于，所述边缘值的最小值edge_min和边缘值的最大值edge_max的取值范围分别为：3≤edge_min＜20，20≤edge_max≤60。

4、如权利要求1所述的伪彩抑制方法，其特征在于，所述步骤(b)按以下公式计算色度分量B的伪彩抑制因子B_gain和色度分量C的伪彩抑制因子C_gain：

当|Edge|＜TH_min时，u_gain＝1；否则u_gain＝1/|Edge|；TH_min≥1；

v_gain＝alpha×u_gain。

5、如权利要求2所述的伪彩抑制方法，其特征在于，所述步骤(b3)按以下公式计算色度分量B的伪彩抑制因子B_gain和色度分量C的伪彩抑制因子C_gain：

B_gain＝(edge_max-abs_edge)/(edge_max-edge_min)；

C_gain＝alpha×B_gain；

其中，0＜alpha≤2。

6、如权利要求1所述的伪彩抑制方法，其特征在于，所述亮度色度分离的色彩空间为YUV色彩空间，所述分量A为Y分量。

7、如权利要求2所述的伪彩抑制方法，其特征在于，所述边缘值的最小值edge_min和边缘值的最大值edge_max采用如下方法进行配置：

a’获得图像各像素点的边缘值Edge及其绝对值abs_edge；

b’获得图像中各像素边缘值的绝对值的平均值： $\mathrm{avg}\_\mathrm{edge}=(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{abs}\_\mathrm{edge})/N;$ N为图像像素点的个数；

c’获得edge_min和edge_max值：

edge_min=per_low×avg_edge；

edge_max＝per_high×avg_edge；

其中，per_low大于0小于1；per_high大于等于1且小于等于10。

8、如权利要求1所述的伪彩抑制方法，其特征在于，所述方法在步骤(a)之后还包含如下步骤：

获得亮度分量A的输出值：A_out=A+k×Edge；其中0＜k≤16。

9、一种伪彩抑制装置，包含边缘检测单元，用于根据输入的亮度分量A的值进行边缘检测，并输出边缘值，其特征在于，该装置还包含：

伪彩抑制单元，用于根据输入的色度分量B、色度分量C以及上述边缘检测单元输出的边缘值进行伪彩抑制处理，并输出处理后的色度分量B、色度分量C的值；

上述边缘检测单元还将输入的亮度分量A的值输出。

10、如权利要求9所述的伪彩抑制装置，其特征在于，该装置还包含：边缘增强单元，用于根据所述边缘检测单元输出的边缘值和亮度分量A的值进行边缘增强处理，并输出处理后的亮度分量A的值。

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