CN1988629A - 一种增强图像清晰度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种增强图像清晰度的方法，其包含：步骤1.图像输入；步骤2.高频信号提取；步骤3.高频信号增强；步骤4.带通信号提取；步骤5.带通信号增强；步骤6.信号叠加和控制；步骤7.输出信号。本发明提供的增强图像清晰度的方法，在图像显示时，可提高图像的细节视觉分辨率，使人眼能够看清更多的图像细节，具有非常明显的视觉效果。

Description

一种增强图像清晰度的方法
技术领域
本发明涉及一种图像视频通信和显示领域中的增强图像清晰度的方法，主要用于视频显示、图像显示，使图像显示有更好的视觉质量。
背景技术
图像清晰度增强也叫细节增强、高频增强、图像锐化，主要是对图像局部进行分析以提高中景物细节表现，使人眼在视觉上能够分辨更多的图像细节。
传统的图像细节增强主要采用模糊掩盖锐化(Unsharpness masking)的方法进行，该方法是目前图像清晰度增强的基本通用方法，如图1所示，是模糊掩盖锐化方法的机理：
Unsharp filter(模糊滤波器)101’实际上是一个高频特征提取器，其对输入信号进行高频提取，然后通过乘法器102’进行比例调整，再通过加法器103’将调整后的信号与原信号叠加，由此可以加强原信号的高频特征，达到锐化的效果。所以模糊掩盖锐化方法中最重要的是Unsharp filter 101’的设计。
如图2所示，其显示了多频带锐化方法的原理：其中不同的Unsharp filer101’针对不同的图像频率，使得不同的图像信号频率都可以得到相对增强。
本发明根据上述，提供了一种多频带图像增强的方法，并提供了针对两个不同频段的Unsharp filter的设计方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种增强图像清晰度的方法，其在图像显示时，可提高图像的细节视觉分辨率，使人眼能够看清更多的图像细节。
为了达到上述目的，本发明提供一种增强图像清晰度的方法，其包含以下步骤：
步骤1、图像输入：按顺序输入二维图像亮度信号V(j，i)，其中，i＝0，1，2，...，M；j＝0，1，2，...，N；M为图像行像素数，N为图像列像素数；
步骤2、高频信号提取：使用二维模板ConvTemplateHP对输入的二维图像亮度信号V(j，i)进行离散卷积，得到卷积后的高频信号VHP(j，i)，即：
VHP(j，i)＝V(j，i)ConvTemplateHP；
其中，表示卷积符号；
步骤3、高频信号增强：对高频信号VHP(j，i)进行线性增强，得到增强后的高频信号VHPE(j，i)，即：
VHPE(j，i)＝P_KHPE×VHP(j，i)；
其中，P_KHPE为高频增强系数，其取值范围为[0，2]；
步骤4、带通信号提取：使用二维模板ConvTemplateBP对输入的二维图像亮度信号V(j，i)进行离散卷积，得到卷积后的高频信号VBP(j，i)，即：
VBP(j，i)＝V(j，i)ConvTemplateBP；
其中，表示卷积符号；
步骤5、带通信号增强：对高频信号VBP(j，i)进行线性增强，得到增强后的带通信号VBPE(j，i)，即：
VBPE(j，i)＝P_KBPE×VBP(j，i)；
其中，P_KBPE为带通增强系数，其取值范围为[0，2]；
步骤6、信号叠加和控制；
步骤7、输出信号VO(j，i)。
步骤2中，所述的二维模板是：
ConvTemplateHP = - 1 - 2 - 1 - 2 12 - 2 - 1 - 2 - 1 .
步骤2中，所述的二维模板或者是：
ConvTemplateHP = - 1 - 1 - 1 - 1 8 - 1 - 1 - 1 - 1 .
步骤4中，所述的二维模板是：
ConvTemplateBP = - 1 - 4 - 6 - 4 - 1 - 4 0 8 0 - 4 - 6 8 28 8 - 6 - 4 0 8 0 - 4 - 1 - 4 - 6 - 4 - 1 .
所述的步骤6具体包含以下步骤：
步骤6.1、对高频增强信号VHPE(j，i)和带通增强信号VBPE(j，i)进行叠加，并进行线性控制，即：
VE(j，i)＝P_KE×[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
其中，P_KE为清晰度增强系数，其取值范围为[0，5]；
步骤6.2、将原输入信号V(j，i)和步骤6.1中计算得到VE(j，i)进行叠加，得到输出信号VO(j，i)，即：
VO(j，i)＝V(j，i)+VE(j，i)。
所述的步骤6也可以按照以下步骤执行，可防止过分沟边控制：
步骤6.1、对高频增强信号VHPE(j，i)和带通增强信号VBPE(j，i)进行叠加，并进行线性控制，即：
x＝abs[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
VE(j，i)＝P_KE×(1-x/P_HPMAX)×[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
其中，abs表示取绝对值，P_HPMAX增强上限阈值，其取值范围为[0，255]；P_KE为清晰度增强系数，其取值范围为[0，5]；
步骤6.2、将原输入信号V(j，i)和步骤6.1中计算得到VE(j，i)进行叠加，得到输出信号VO(i，i)，即：
VO(j，i)＝V(j，i)+VE(j，i)。
所述的步骤7中，还包含对输出信号VO(j，i)进行上下限控制的步骤：
若VO(j，i)＞VMAX，则输出VO(j，i)＝VMAX；其中，VMAX为最大亮度值，其取值范围为[0，255]；
若VO(j，i)＜VMIN，则输出VO(j，i)＝VMIN；其中，VMIN为最小亮度值，其取值范围为[0，255]；
若VMIN≤VO(j，i)≤VMAX，则输出步骤6.2得到的VO(j，i)。
所述的步骤1中，输入信号是YCbCr信号的亮度Y，或是HSV空间的亮度V，或是HSL空间的L信号，或是它们的等效表达式。
本发明提供的增强图像清晰度的方法，在图像显示时，可提高图像的细节视觉分辨率，使人眼能够看清更多的图像细节，具有非常明显的视觉效果。
附图说明
图1是背景技术中的模糊掩盖锐化方法的原理示意图；
图2是背景技术中的多频带锐化方法的原理示意图；
图3是本发明提供的增强图像清晰度的方法的流程图。
具体实施方式
以下根据图3，具体说明本发明的一种较佳实施方式：
如图3所示，本发明提供一种增强图像清晰度的方法，其包含以下步骤：
步骤1、图像输入：按顺序输入二维图像亮度信号V(j，i)，其中，i＝0，1，2，...，M；j＝0，1，2，...，N；M为图像行像素数，N为图像列像素数；
步骤2、高频信号提取：使用二维模板ConvTemplateHP对输入的二维图像亮度信号V(j，i)进行离散卷积，得到卷积后的高频信号VHP(j，i)，即：
VHP(j，i)＝V(j，i)ConvTemplateHP；
其中，表示卷积符号；
步骤3、高频信号增强：对高频信号VHP(j，i)进行线性增强，得到增强后的高频信号VHPE(j，i)，即：
VHPE(j，i)＝P_KHPE×VHP(j，i)；
其中，P_KHPE为高频增强系数，其取值范围为[0，2]，本实施例中，取P_KHPE＝0.5；
步骤4、带通信号提取：使用二维模板ConvTemplateBP对输入的二维图像亮度信号V(j，i)进行离散卷积，得到卷积后的高频信号VBP(j，i)，即：
VBP(j，i)＝V(j，i) ConvTemplateBP；
其中，表示卷积符号；
步骤5、带通信号增强：对高频信号VBP(j，i)进行线性增强，得到增强后的带通信号VBPE(j，i)，即：
VBPE(j，i)＝P_KBPE×VBP(j，i)；
其中，P_KBPE为带通增强系数，其取值范围为[0，2]，本实施例中，取P_KBPE＝0.5；
步骤6、信号叠加和控制；
步骤7、输出信号VO(j，i)。
步骤2中，所述的二维模板是：
ConvTemplateHP = - 1 - 2 - 1 - 2 12 - 2 - 1 - 2 - 1
步骤2中，所述的二维模板或者是：
ConvTemplateHP = - 1 - 1 - 1 - 1 8 - 1 - 1 - 1 - 1 .
步骤4中，所述的二维模板是：
ConvTemplateBP = - 1 - 4 - 6 - 4 - 1 - 4 0 8 0 - 4 - 6 8 28 8 - 6 - 4 0 8 0 - 4 - 1 - 4 - 6 - 4 - 1 .
所述的步骤6具体包含以下步骤：
步骤6.1、对高频增强信号VHPE(j，i)和带通增强信号VBPE(j，i)进行叠加，并进行线性控制，即：
VE(j，i)＝P_KE×[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
其中，P_KE为清晰度增强系数，其取值范围为[0，5]，本实施例中，取P_KE＝1；
步骤6.2、将原输入信号V(j，i)和步骤6.1中计算得到VE(j，i)进行叠加，得到输出信号VO(j，i)，即：
VO(j，i)＝V(j，i)+VE(j，i)。
所述的步骤6也可以按照以下步骤执行，可防止过分沟边控制：
步骤6.1、对高频增强信号VHPE(j，i)和带通增强信号VBPE(j，i)进行叠加，并进行线性控制，即：
x＝abs[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
VE(j，i)＝P_KE×(1-x/P_HPMAX)×[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
其中，abs表示取绝对值，P_HPMAX增强上限阈值，其取值范围为[0，255]；P_KE为清晰度增强系数，其取值范围为[0，5]；本实施例中，取P_KE＝1，取P_HPMAX＝255；
步骤6.2、将原输入信号V(j，i)和步骤6.1中计算得到VE(j，i)进行叠加，得到输出信号VO(j，i)，即：
VO(j，i)＝V(j，i)+VE(j，i)。
所述的步骤7中，还包含对输出信号VO(j，i)进行上下限控制的步骤：
若VO(j，i)＞VMAX，则输出VO(j，i)＝VMAX；其中，VMAX为最大亮度值，其取值范围为[0，255]，本实施例中，取VMAX＝255；
若VO(j，i)＜VMIN，则输出VO(j，i)＝VMIN；其中，VMIN为最小亮度值，其取值范围为[0，255]，本实施例中，取VMIN＝0；
若VMIN≤VO(j，i)≤VMAX，则输出步骤6.2得到的VO(j，i)。
所述的步骤1中，输入信号是YCbCr信号的亮度Y，或是HSV空间的亮度V，或是HSL空间的L信号，或是它们的等效表达式。
本发明提供的增强图像清晰度的方法，在图像显示时，可提高图像的细节视觉分辨率，使人眼能够看清更多的图像细节，具有非常明显的视觉效果。

Claims (10)

1.一种增强图像清晰度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、图像输入：按顺序输入二维图像亮度信号V(j，i)，其中，i＝0，1，2，...，M；j＝0，1，2，...，N；M为图像行像素数，N为图像列像素数；
步骤2、高频信号提取：使用二维模板ConvTemplateHP对输入的二维图像亮度信号V(j，i)进行离散卷积，得到卷积后的高频信号VHP(j，i)，即：
VHP(j，i)＝V(j，i)ConvTemplateHP；
其中，表示卷积符号；
步骤3、高频信号增强：对高频信号VHP(j，i)进行线性增强，得到增强后的高频信号VHPE(j，i)，即：
VHPE(j，i)＝P_KHPE×VHP(j，i)；
其中，P_KHPE为高频增强系数；
步骤4、带通信号提取：使用二维模板ConvTemplateBP对输入的二维图像亮度信号V(j，i)进行离散卷积，得到卷积后的高频信号VBP(j，i)，即：
VBP(j，i)＝V(j，i)ConvTemplateBP；
其中，表示卷积符号；
步骤5、带通信号增强：对高频信号VBP(j，i)进行线性增强，得到增强后的带通信号VBPE(j，i)，即：
VBPE(j，i)＝P_KBPE×VBP(j，i)；
其中，P_KBPE为带通增强系数；
步骤6、信号叠加和控制；
步骤7、输出信号VO(j，i)。
2.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，步骤2中，所述的二维模板是：
ConvTemplateHP = - 1 - 2 - 3 - 2 12 - 2 - 1 - 2 - 1 .
3.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，步骤2中，所述的二维模板是：
ConvTemplateHP = - 1 - 1 - 1 - 1 8 - 1 - 1 - 1 - 1 .
4.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，步骤3中，所述的高频增强系数P_KHPE的取值范围为[0，2]。
5.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，步骤4中，所述的二维模板是：
ConvTemplateBP = - 1 - 4 - 6 - 4 - 1 - 4 0 8 0 - 4 - 6 8 28 8 - 6 - 4 0 8 0 - 4 - 1 - 4 - 6 - 4 - 1 .
6.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，步骤5中，所述的带通增强系数P_KBPE的取值范围为[0，2]。
7.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，所述的步骤6具体包含以下步骤：
步骤6.1、对高频增强信号VHPE(j，i)和带通增强信号VBPE(j，i)进行叠加，并进行线性控制，即：
VE(j，i)＝P_KE×[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
其中，P_KE为清晰度增强系数，其取值范围为[0，5]；
步骤6.2、将原输入信号V(j，i)和步骤6.1中计算得到VE(j，i)进行叠加，得到输出信号VO(j，i)，即：
VO(j，i)＝V(j，i)+VE(j，i)。
8.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，所述的步骤6具体包含以下步骤：
步骤6.1、对高频增强信号VHPE(j，i)和带通增强信号VBPE(j，i)进行叠加，并进行线性控制，即：
x＝abs[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
VE(j，i)＝P_KE×(1-x/P_HPMAX)×[VHPE(j，i)+VBPE(j，i)]；
其中，abs表示取绝对值，P_HPMAX增强上限阈值，其取值范围为[0，255]；P_KE为清晰度增强系数，其取值范围为[0，5]；
步骤6.2、将原输入信号V(j，i)和步骤6.1中计算得到VE(j，i)进行叠加，得到输出信号VO(j，i)，即：
VO(j，i)＝V(j，i)+VE(j，i)。
9.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，所述的步骤7中，还包含对输出信号VO(j，i)进行上下限控制的步骤：
若VO(j，i)＞VMAX，则输出VO(j，i)＝VMAX；其中，VMAX为最大亮度值，其取值范围为[0，255]；
若VO(j，i)＜VMIN，则输出VO(j，i)＝VMIN；其中，VMIN为最小亮度值，其取值范围为[0，255]；
若VMIN≤VO(j，i)≤VMAX，则输出步骤6.2得到的VO(j，i)。
10.如权利要求1所述的增强图像清晰度的方法，其特征在于，步骤1中，所述的输入信号是YCbCr信号的亮度Y，或是HSV空间的亮度V，或是HSL空间的L信号。
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