TW473695B - Method and apparatus for digital image rescaling with adaptive contrast enhancement - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 發明領域 本發明一般而言是有關數位影像縮放，並且更特別i也 有關用於增加已縮放影像的鮮明度和均勻度之方法和袭 置。 & 發明背景 在數位影像處理系統中，影像縮放或調整影像大小為一 經常需要的功能。此功能利用將輸入圖晝元件（像素）加以 數位滤波_，以產生輸出像素。因為眼睛對信號相位内的變 動很敏感’在影像細放上隶常使用的爐波器為線性相位有 限脈衝響應（F I R)濾波器。透過變動該輸入信號取樣率來 達成違細放處理。更明確地說，是增加該取樣率以便將影 像放大，或是減少該取樣率以便將影像縮小。 可變動的縮放因子將可得到，首先透過將該信號以固定 取樣率向上取樣，並且然後以不同的比率將該未取樣的信 號向下取樣，以達成該所需的（可變動的）影像縮放因子。 通常，第一個向上取樣步驟利用32或64的向上取樣因子。 為有效貝現，通常結合該向上取樣和向下取樣運算，ji且 僅計算一樣本供輸出，所有其它的樣本皆被忽略了 對數位輸入信號X [ η ]而言，該傅利葉轉換為 並且對一特定有限脈衝濾波器h[ η]而言，其傅利葉轉換為

五、發明說明（2) 在該向上取樣階段，插入Μ-1個〇於任何後續的二個輸 入樣本之間，並且該所產生的向上取樣的信號的傅利葉轉 換為X(e-j^)。可將該濾波器h[n]區分成Μ個濾波器相、 位，其中該第k個濾波器相位為hk[n]=h[k + Mn]，並且該 傅利葉轉換為 Λ 子的情況下才 如以上所討論的，只有在整數向上取樣因 可能將該濾波器區分成數個相位。 之間迴旋積的結果為 在該輸入信號和該濾波器h [ η ] y [ η ]，採用以下的傅利葉轉換 迴:本:ί::::號和-特定濾波器相心 出樣本，為具有所有該=而言，有Μ個 積的結果。該Μ個輸出在；;^二相位的該輪入樣本每 隔皆相等。當需要一輸出揭輪入取樣期間的時期户 適當的相位濾波器以迴旋浐2，計异其位置，並且3 近該輪出樣本的實體位址）貝。/别入（戎所選擇的相位最 五、發明說明（3) 因而，總 5亥輸入貧料 和該已事先 根據該輸出 位。本發明 一具有高對 根據一用 波器以昇高 不佳。另一 為地減少那 物。不幸地 在一單一步 以下專利 美國專利文 下：（1)選擇 异在該資料 傳統上，1 濾、波器相 位以便取得 使用波峰濾 該昇高效果 數，並且人 第一個衍生 該信號通常 關的： 言之，前述縮放處理步驟可減化如 ’（2 )決定該遽波器相位，和（3 )計 决定的濾波器相位之間的迴旋積。 樣本的位置來計算該輸入資料和該 觀點的目標是決定該最佳濾波器相 比的已縮放影像。 於增加影像對比之先前技術方法， 5玄向頻。然而，在低縮放因子時， 方法偵測在該信號内的較短移轉次 些次數透過，例如，採取該信號的 ’此技巧並不適於圖像應用，其中 驟中從最小變動到最大。 就如先前技術之於本發明一般是相 件 用於增強視訊信號輪廓 之數位裝置 視訊 Crispner 數位相位位移器 5,767,900 -Tanji; Ichiro 1998年6月 16 日 4,030,121 -Faroudja 1977年6月 14 曰 3,997,772 -Ronald 1976年 12 月 14 日

Eldon Crochiere 發明摘要 如本發明，提供一經由該縮放處理改良影像對比的方法

第7頁 4imm 五、發明說明（4) "〜一 '1 ---— -— 和裝置。傳統上，該已縮放輸出影像是根據一均勻格經由 取樣該輸入信號而產生。當該輸入和輸出取樣率的比^非 為整數時’該處理不再是空間不變的。因而，一 細節將視該細節在該輸入信號内的位置而被不同地縮：。 Γ:: 一輸入細節會被完美縮放，但更常的是此細節被不 艮細放。 ^發明^亥方法谓測那些均勾取樣未能提供良好對比的 二之：非均勾取樣的使用，改良該區域對比。 附圖之間要說明 以下提供對該先前技術和本發明奋 參考以下附圖，其中· 仏八肢具例的敘述， 圖1Α圖示輸入和輸出均勻取樣格 置應用的環境的相對位置圖. y成本赉明该方法和裝

圖1 B為對準輪人後I 圖1 C Λ去、隹认素的輸出像素概要表示· 圖1C為未對準輸入像素的輸 =， 圖1D為多相位插補的概要表示素概要表示； 起 圖2Α為如先前技術之多相位補 運作的圖示，； 補如何與均勻輸出格- 圖2Β圖示多相位插補如何 圖3Α為如本發明裝置之方 勾勻輪出袼一起運作· 位置時用於改變該輪出取 圖尤當偵測到一細節在此〜 節； 7 則將產生一低對比細 圖3Β圖示，在該輪出時 的時序圖；及 和非均勻取樣率間的差異 47361^ 五、發明說明（5) 圖4圖示如本發明較佳具體實例之細節偵測演算法流程 圖。 ’丨 較佳具體實例之詳細敘述 可將一數位影像表不為取樣或產生於 資料陣列。在該影像縮放處彻，計算另一個以的 列!ΐΐίί均勻的長方形格上提供輸出值。圖1 A圖示在兮浐 2内方形的四個角映成至該輪出格内長方形的四=輸 應主思-邊長方形不一定要符合該影像實際的 該輸入/輸出影像内或外的任何—處 要的-可位於 示僅為可使用映成類型之一。然 要心A:_的表 發明該方法和裝置運作的環境。以=用 在非正數細放因子的一般情況下， 2'心 某m::不符合在該輸入格内：任何：點：出格的 田一細即僅出現於可供顯示的 + At ^ 區域對比。因❿，在那些該輪出】：:于到該最佳 點的情況中，該對比被降低。‘此付合任何輪入節 像素)可看出該區域對比降低。、“-線條’或單- 如上簡述，如本發明，透過應 準該輸出才各，就如同對準至該；„樣將此細節對 ?獲得改良的對比。該細節較‘對二:J來使該已縮放影 干的計算來完成此制。對應於：的透過純粹幾何 ^擇在該輸出内該節

五、發明說明（6) 點的子集合以用於對比改良。苴土 ^ 置的資料，並且若該資料顯示二二：：-鄰”選擇位 條或單-像素值）來自選擇要被增強^置° ·^緣或-線 址内信號的快速變動來辨識）， :（亦即由該位 置以讓該被偵測的細節能更清楚地顯示：立内的取樣位 取樣位置改變的程度（亦即，掸' h °θ"輸出格上。該 !強且同時最小化取樣位置内曰的改=;=大化對比 範。因而―，在戶斤要的對比增^立2 = 的要求來規 而導入的可容忍的空間非均 匕改薆该取樣位置 如圖的脈衝響應圖所示，換效果。 近一輸入像素時，不會產生与:輪出像素對準或非常接 示’在輸出像素未密切對準：轸：：音：而’如圖1C所 十分不同地再製於不同的：。：素處二景f像細節將會 (圖⑻，-單-像素寬線也會：出：如：在清況下 在第二個情況下(圖lc)，一單-像：莧線’而 大的線（具有較小的亮度）。 素見線將被細放成一較 當使用多相位插補時，圖 該影像脈衝響應。僅以 圖:如在先前技術中已知的 維情況下。圍繞於輸入像素被二 取樣該輸人信號即a輪出像素洛人的相位）並且根據該相位 位：該ΐ:2:“相位間的關係是經由具有該濾波器相 -枓的迴旋積來計算信號相位。以相同數目數據= 第10頁 五、發明說明（7) ，忒濾波器相位和該信號 在二相接像专Pi & * 在圖不於圖ID的範例中， ，，區域對比,，定羞、二3 區分成M個相位。關於此點，該 圖2A所干，&義為在一鄰接像素間能源差的絕對值。如 λ所不，有可能其中 #值 大值的脈衝，但誃 ，二該輸入為一區域對比具有較 對比。 Χ別、已細放的版本會具有較小的區域 -,2:半執：非均句取樣後二種可能結果之 嶋二輸加相同數量來 將該相位數減少相同數量的結果：=:半部的圖顯示 入細節和該二輸出樣本的相關=擇哪—㈤，視該輸 置的理由是大部份該輸入置而疋。僅改變二取樣位 改良其對比的細節的該二樣:的能源是集中於最接近要被 況下該區域對比已改良而在其=圖2b所建議的，在-情 (並且可能惡化）。 ’、月况下该區域對比未改良 圖3A圖示如本發明之裝置，包 。 .· . H«-i)的濾波器，該濾波器的二區分成相位（Hq，H! 樣本產生一輸出樣本f 、· θ—個相位負責從一輸入 測均句取樣未能提供良好對7 °提供一細節谓測器以偵 勻取樣控制器的使用來改良該區2情况’並且經由非均 麥考圖3Β的時序圖和圖4的流：闬比二 取樣控制器和細節偵測器的細王®以洋細陳述該非均勻 中，該步驟"偵測一特殊情況"咅°下三在附圖及以下討論 該輸出山―1 ]為在x[k-l ]和x[k'U 2，Τ情況： 」之間该琅右邊的輪出樣 $ 11頁

五、發明說明（8) 本， 並且 該輸出y[ 1 ]為在x[k]和x[k+l ]之間該最左邊的輪出樣 本’ 7 門檻1〈相位（y[l-l ])〈門檻2， 並且 — 門檻3〈相位（y [ 1 ])<門檻4， 其中該標記相位（·），對任何輸出樣本爭論而古， 相位（一位於〇到之間的整數，如圖1C)，口 又/、 門楹1，門播2，門檻3，門檀4為在0 、蒇鬥、中 整數常數，定義均勺敗详X提版的乾圍内的 如供充分區域對比的位詈。門 榼1和門檻2指定該第一輸出樣本的範圍 ：置門 指定該第二輸出樣本的範圍。該起 ς和門檻4 的非對準的量。 心疋被視為可接受 以下條件滿足”偵測一脈衝"的步驟· (x[k+l])—x[k])*(x[k卜x[k一1])<〇 ， 並且 I x[k-1 ]-x[k] | > 門檻5 , 並且 並 丨 x[k]-x[k-l] | > 門檻5， ς ]檻5為位在〇和該輸入信號動離範園 J任：：限制僅選擇那些足夠大的輸入脈衝的整數 輪入樣本的輸出樣本並且已事先備測為二 五、發明說明（9) 候選人而言，測試該輸入像素的資料以檢視是否該 括一脈衝，此意味著該目前值x[k]是大於或小於’、匕 x[k-l]和該下一個x[k+1]。 …亥則一個 以下條件滿足”偵測左邊邊緣”的步驟， I x[k]-x[k+l ] I〈門檻6， 並且 I X[k-1 ]-x[k]丨 > 門檻7， 其中門檻6 用於僅選擇 波，否則將 別有用，其 在其它方向 的理想情況 一縮放階段 節可解釋為 期間内被放 雜訊起始值 數位轉換期 以下條件 和門檻7為在該輸入信號動態範圍内的整 足夠大的邊緣。門檻6大於丨，提供將雜 會被放大。雜訊濾波在可分離處理的;= 中首先將該方法應用於一個方向内，並、 内處理該縮放加工品。即使在該來源是益*隹: ，由於該二步驟縮放處理（一次一個方1嘁， 將因該濾波性質而產生某些區域細節此弟 f該信號内的細節並且最後在其它方向的；放田 大：無論如何，即使在單一步驟 、、:$ =用處，因為該信號在數位至： 間有雜訊加入。 ^喊比至 滿足π偵測右邊邊緣"的步驟： 丨 x[k-1 ]-x[k] |〈門檻6， 當偵測到 (y [ 1 ])與對 為M/2，並 lx[k]-x[k+l] |> 門檀7 一非均勻取樣要求時，相位（y [丨一 應於X [ k ]的相位相比較 σ目位 且以該最接近該相位Μ/2 : f : c的標記應 I 的相位變得更接近的 4^360b 五、發明說明（ίο) 方式執行相位改變，此意味著：若M/2—相位㈠口-丨])〈相 位（y[l])-M/2，然後計算該相位（¥以-1])+偏差而非相位 (y[l_l]),以供輸出。若不滿足上述條件，然後計算該相 位（y[l-1])-偏差而非該相位（y[1 —1D。該相位改變需限 制在從0到M-1的範圍内。 例如，M = 04並且縮放因子為丨，^，然後相位（yDH]): 6 ’並且相位（y[l]) = 57，門播1=〇，門檀2 = 12，門檀3 = 52 亚且門檻4 = 63，該情況變成（32_6)<(57_32)，事實上是錯 的，意味著相位y[l]實體上較7[1]更接近x[k]。在此情3 :兄下，從相位〇⑴）扣除一偏差，並且若有一脈衝，也從 mi])中扣除該偏差。對此縮放因子而言言亥"偏差" 疋成6，故yn-l]的新相位將為6_6 = 〇 ,並且 新相位為57-6 = 51。 L」 "二差控：該輸入和輸出像素間對準的位準，並且 象’並且可以邊緣有-個數值且脈衝有- 上，偏值差"的值決不會超過Μ。在實務應用 偏差的值應在Μ/8和Μ/4之間，視該縮放因子而定。 動在；：的情況下，相位y[H]和y⑴兩者皆以同量變 g的ί邊；的情況下，僅改良在該邊緣上的相位。相位改 同。二偏差、’二脈衝和邊緣而言是數字上的不 值。因： 一ί緣會有一小於邊緣偏差的"偏差" 較；：i體實：：變：是可能的。例如，•然本發明之該 、奴貫例陳述一在水平方向具有已改良的細節增強的

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Claims (1)

1. /、'申請專利範圍 i · 一種用於從一且右猫A + 產生具有與該輸入空入空間解析度的輸入信號中 的高對比已縮放影像之t度：同的預定輸出空間解析度 一濾波器，被區分二^ /包括: 輸入樣本中產生輸出樣本數個相位，用於從該輸入信號的 一細節偵測器，用於+ 從該輪入樣本最近產生的揭f f過—預定時間起始值時， 本’並且用於在該c該輸出樣本的預定樣 入信號内的影像細節；Ϊ本取近產生的樣本中㈣在該輪 便實質ί:ί 5:你用於位移該輸出樣本的預定樣本，以 =貝上對準5亥影像細節並且因而增強該細節的影像對 包2括第1項之裝置’其中該細讓器尚 且，對岸於此」的脈衝影像細節的裝置，益 本」；ΐΐ上輸出取樣器位移二個鄰接的輸出樣 預定振田ΐ 衝影像細節各自的邊緣，其中該 3 掉來自該影像細節雜訊的起始值。 包括用圍第1項之裝置’其中該細節偵測器尚 :括：：偵超過預定振幅的左邊邊緣影像細節的裝 輸出樣本，i 造成該輸出取樣器位移一個鄰接的 =樣，’以便實質上對準該左邊邊緣影像細節，里中該 ΓΓ申“ί，滤波掉來自該影像細節雜訊的起始值。 包括用°:2利範圍第1項之裝置，其中該細節❹ 已括用於俄測—超過預定振幅的右邊邊緣影像細節的裝

   第16頁 ——--- 六、申請專利範圍 j屮對應於此’造成該輸出取 輸出樣本，以便實皙 丨〒夕彳固#接的 預定诟栌供炎m 、、上對準该右邊邊緣影像細節，豆中兮 V振巾田做為用於渡波掉來自該影像細節雜訊“ ：：5玄 .一種用於從一具有預定輸入空間解鉍二。。 產生具有與該輸入空間解—又、輸入k號中 的高對比已縮放影像之方^二、預疋輸出空間解析度 //Λ ^ ^ /丨本及万法，包括以下步驟· =輸入樣本中產生輸出樣本； 預疋日$間起始值時，從誃於入接 的樣本中偵測該輪出樣本的預定樣本·〃則樣本最近產生 在該輸入樣本最近產生' :’ 的影像細節；及 ’ 、測在該輪入信號内 位移該輸出樣本的預定樣本，每併 細節並且因而增強該細節的影像對士，男貝上對準該影像 6·如申請專利範圍第5項之 f 步驟尚包括❹卜超過預定振幅的脈衝上測影像細節的 對應於此，位移—個鄰 ：：衝衫像細¥，並且， 脈衝影像細節的步驟，其 ，本以便實質上對準該 自該影像細節雜訊的起始值:、疋振巾田做為用於濾波掉來 7.如申請專利範圍第5項之 步驟尚包括偵測—超過預定振⑼左、^測影像細節的 且，對應於此，位移—個鄰緣影像細節，並 準該左邊邊緣影像細節的步驟，^ ^ f本，以便實質上對 8 ·如申請專利範ju楚g ° 。 靶圍弟5項之方法，苴 _ ，、中偵測影像細節的

   濾波掉來自該影像細節雜訊 二°亥預定振幅做為用於

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