TWI402768B - 產生高解析度影像之方法 - Google Patents

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Description

產生高解析度影像之方法
本發明係關於一種產生高解析度影像之方法，尤其係關於藉由多張低解析度影像產生高解析度影像之方法。
高解析度影像的取得一般有二種方法，一種是使用具有高解析度的相機來進行拍攝，即可獲得較高解析度的影像。若是想藉由較低解析度的相機來獲得較高解析度的影像，例如使用低解析度的網路相機拍攝名片以進行名片上的文字辨識，則可以使用軟體的方式對多張低解析度的影像進行運算，以獲得高解析度的影像。
請參照圖1，其為一種習知產生高解析度影像之方法之方塊流程圖，由台灣專利公告號第TW583603號專利所揭露。TW583603產生高解析度影像之方法包括：步驟S10：儲存M張第一影像；步驟S12：自該M張第一影像中選取一雛型影像，其餘(M-1)張第一影像則被設定為第二影像；步驟S14：基於放大參數，對該雛型影像執行插補，計算出該(M-1)張第二影像分別與該經插補的雛形影像之間存有的二維平移量；步驟S16：將該二維平移量分別除以放大參數並求得餘數組，並從相同餘數組之第二影像中選取一張第二影像與其他被算出不同餘數組之第二影像歸為N張第三影像；步驟S18：根據該N張第三影像與該經插補的雛形影像之間個別的二維平移量對該經插補的雛形影像進行縮小取樣，產生N張第四影像；步驟S20：計算每一張第三影像與其所對應之第四影像之差；步驟S22：根據該N張第三影像與其所對應之第四影像之差的平均值修正該雛形影像之像素的值；步驟S24：計算該經插補的雛形影像之像素的值是否符合所要求的結果，若未符合要求，則重複步驟S18至S22直至獲得一高解析度影像為止。
前述的產生高解析度影像的方法仍具有需要改善的地方。大體而言，此方法係依據初期猜測(S10-S14)、自動影像挑選(S16)以及反覆修正(S18-S24)這三個流程來重建高解析度影像，其中反覆修正的過程計算複雜需要耗費較長的運算時間，當使用者需在極短時間內得到高解析度影像或辨識結果時，此方法即不符合使用者的需求。
本發明之目的在於提供一種運算快速之產生高解析度影像之方法。
本發明之主要目的在於提供一種產生高解析度影像之方法，包含：
(A)　對同一目標連續進行複數次拍攝，以取得該目標之複數拍攝影像；
(B)　自該複數拍攝影像取得二張原始影像；
(C)　分別將該二張原始影像分割為複數區塊，其中每一區塊包含複數像素； (D)計算一第一原始影像之每一區塊之圖像相對於一第二原始影像之位移，以得到該第一原始影像之每一區塊之一區塊移動向量；(E)以一第一倍率放大該第一原始影像而獲得一第一基底影像；(F)複製該第一基底影像而獲得一第二基底影像；(G)計算該第一基底影像之一被運算像素於該第二原始影像上所對應之一移動像素之位置，並計算該第一基底影像之該被運算像素之亮度值與該移動像素之亮度值之平均值，而獲得一插補像素值，並將該插補像素值填入該第二基底影像中與該第一基底影像之該被運算像素之位置相同之座標上；(H)重覆步驟(G)，至完成該第二基底影像上所有像素之像素插補作業為止，以產生一高解析度影像H。
於一較佳實施例中，於步驟(H)後更包括一步驟：(I)對該高解析度影像H進行壓縮，以獲得一輸出影像。
於一較佳實施例中，其中步驟(B)係依據下列步驟取得該二張原始影像：偵測每一該拍攝影像之四邊，以得到每一該拍攝影像之四個頂點；依據每一拍攝影像之四個頂點計算每一該拍攝影像之面積；依據每一該拍攝影像之面積與該目標之面積大小的差異而取得該二張原始影像。
於一較佳實施例中，其中於步驟(H)之後更包括以下步驟：(I)以該高解析度影像H作為一第一高解析度基底影像H’；(J)複製該第一高解析度基底影像H’而獲得一第二高解析度基底影像H”；(K)計算該第一高解析度基底影像H’之一被運算像素於該第二原始影像上所對應之一移動像素之位置，並計算該第一高解析度基底影像H’之該被運算像素之亮度值與該移動像素之亮度值之平均值而獲得一插補像素值，並將該插補像素值填入該第二高解析度基底影像H”中與該第一高解析度基底影像H’之該被運算像素之位置相同之座標上；(L)重覆步驟(K)，至完成該第二高解析度基底影像H”之所有像素之像素插補作業為止，以產生另一高解析度影像；(M)對該另一高解析度影像進行壓縮以獲得一另一輸出影像。
於一較佳實施例中，其中步驟(D)之第一原始影像之每一區塊之一區塊移動向量係依據以下步驟獲得：選擇該第一原始影像之一區塊之一像素為一第一基準點以及選擇該第二原始影像上與該第一基準點相同位置之像素為一第二基準點；分別計算該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值； 分別比較該第一基準點之亮度值與該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值之差異；選擇亮度值差異最小之像素為一第三基準點；以及將該第三基準點的座標與該第一基準點的座標相減而獲得該區塊移動向量。
於一較佳實施例中，其中步驟(G)該移動像素之位置係依下列步驟計算：(G-1)取得該第一基底影像之一區塊之該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)，並計算該些像素之亮度值，將該被運算像素之座標除以該第一原始影像之該第一倍率，以獲得該被運算像素於該第一原始影像上所對應之一像素(X,Y)，其中n為該第一倍率；(G-2)依據該像素(X,Y)所在之區塊之區塊移動向量計算該第一原始影像之該像素(X,Y)移動至該第二原始影像之一像素(X’,Y’)之位置；(G-3)以該像素(X’,Y’)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣為搜索範圍，首先分別計算以該像素(X’,Y’)為中心之3x3矩陣之複數像素之亮度值，其中n為該第一倍率；(G-4)計算以該像素(X’,Y’)為中心之3x3矩陣之複數像素與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(G-5)自該像素(X’,Y’)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣之複數像素中選擇一像素(X”,Y”)作為中心，並計算以該像素(X”,Y”) 為中心之3x3矩陣與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(G-6)重複步驟(G-5)，直至獲得所有平均亮度差異值為止，其中n為該第一倍率；(G-7)選擇平均亮度差異值最小之像素矩陣之中心像素為該被運算像素於該第二原始影像上所對應之該移動像素；以及(G-8)重覆上述步驟，直至獲得該第一基底影像之所有區塊之所有像素於該第二原始影像上所對應之移動像素為止。
於另一較佳實施例中，本發明提供一種產生高解析度影像之方法，包含：(A)對同一目標連續進行複數次拍攝，以取得該目標之複數拍攝影像；(B)自該複數拍攝影像取得三張原始影像；(C)分別將該三張原始影像分割為複數區塊，其中每一區塊包含複數像素；(D)計算一第一原始影像之每一區塊之圖像相對於一第二原始影像之位移，以得到該第一原始影像之每一區塊之一區塊移動向量；(E)計算該第二原始影像之每一區塊之圖像相對於一第三原始影像之位移，以得到該第二原始影像之每一區塊之一區塊移動向量；(F)以一第一倍率放大該第一原始影像而獲得一第一基底 影像；(G)複製該第一基底影像而獲得一第二基底影像；(H)計算該第一基底影像之一被運算像素於該第二原始影像上所對應之一第一移動像素之位置，並計算該第一基底影像之該被運算像素之亮度值與該第一移動像素之亮度值之平均值而獲得一第一插補像素值，並將該第一插補像素值填入該第二基底影像中與該被運算像素之座標相同之位置上；計算該第一基底影像之該被運算像素於該第三原始影像上所對應之一第二移動像素之位置，並計算該第一插補像素值值與該第二移動像素之亮度值之平均值而獲得一第二插補像素值，並將該第二插補像素值填入該第二基底影像與該被運算像素相同座標之位置上；(I)重覆步驟(H)，至完成該第二基底影像上所有像素之像素插補作業為止，以獲得一高解析度影像H。
於一較佳實施例中，於步驟(I)之後更包括一步驟：(J)對該高解析度影像H進行壓縮，以獲得一輸出影像。
於另一較佳實施例中，其中步驟(B)係依據下列步驟取得該三張原始影像：偵測每一該拍攝影像之四邊，以得到每一該拍攝影像之四個頂點；依據每一拍攝影像之四個頂點計算每一該拍攝影像之面積；依據每一該拍攝影像之面積與該目標之面積大小的差異而 取得該三張原始影像。
於另一較佳實施例中，其中於步驟(I)之後更包括以下步驟：(J)以該高解析度影像H作為一第一高解析度基底影像H’；(K)複製該第一高解析度基底影像H’而獲得一第二高解析度基底影像H”；(L)計算該第一高解析度基底影像H’之一被運算像素於該第二原始影像上所對應之一第一移動像素之位置，並計算該第一高解析度基底影像H’之該被運算像素之亮度值與該第一移動像素之亮度值之平均值而獲得一第一插補像素值，並將該第一插補像素值填入該第二高解析度基底影像H”中與該被運算像素相同座標之座標上；計算該第一高解析度基底影像H’之該被運算像素於該第三原始影像上所對應之一第二移動像素位置，並計算該第一插補像素值與該第二移動像素之亮度值之平均值而獲得一第二插補像素值，並將該第二插補像素值填入該第二高解析度基底影像H”中與該被運算像素相同座標之座標上；(M)重覆步驟(L)，至完成該第二高解析度基底影像H”之所有像素之像素插補作業為止，以產生另一高解析度影像；(N)對該第二高解析度基底影像H”進行壓縮以獲得另一輸出影像。
於另一較佳實施例中，其中步驟(D)之該第一原始影像之每一區塊之一區塊移動向量係依據以下步驟獲得：選擇該第一原始影像之一區塊之一像素為一第一基準點以 及該第二原始影像上與該第一基準點相同位置之像素為一第二基準點；分別計算該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值；分別比較該第一基準點之亮度值與該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值之差異；選擇亮度值差異最小之像素為一第三基準點；以及將該第三基準點的座標與該第一基準點的座標相減而獲得該區塊移動向量。
於另一較佳實施例中，其中步驟(E)之該第二原始影像之每一區塊之一區塊移動向量係依據以下步驟獲得：選擇該第二原始影像之一區塊之一像素為一第一基準點以及該第三原始影像上與該第一基準點相同位置之像素為一第二基準點；分別計算該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值；分別比較該第一基準點之亮度值與該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值之差異；選擇亮度值差異最小之像素為一第三基準點；以及將該第三基準點的座標與該第一基準點的座標相減而獲得該區塊移動向量。
於另一較佳實施例中，其中步驟(H)該移動像素位置係依下列步驟計算： (H-1)取得該第一基底影像之一區塊之該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)，並計算該些像素之亮度值，將該被運算像素之座標除以該第一原始影像之該第一倍率，以獲得該被運算像素於該第一原始影像上所對應之一像素(X,Y)，其中n為該第一倍率；(H-2)依據該像素(X,Y)所在之區塊之區塊移動向量計算該第一原始影像之該像素(X,Y)移動至該第二原始影像之一像素(X’,Y’)之位置；(H-3)以該像素(X’,Y’)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣為搜索範圍，首先分別計算以該像素(X’,Y’)為中心之3x3矩陣之複數像素之亮度值，其中n為該第一倍率；(H-4)計算以該像素(X’,Y’)為中心之3x3矩陣之複數像素與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(H-5)自該像素(X’,Y’)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣之複數像素中選擇一像素(X”,Y”)作為中心，並計算以該像素(X”,Y”)為中心之3x3矩陣與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(H-6)重複步驟(H-5)，直至獲得所有平均亮度差異值為止，其中n為該第一倍率；(H-7)選擇平均亮度差異值最小之像素矩陣之中心像素為該被運算像素於該第二原始影像上所對應之該第一移動像素；以及 (H-8)依據該第二原始影像上之該第一移動像素所在之區塊之區塊移動向量計算該第一移動像素移動至該第三原始影像之一像素(X”,Y”)之位置；(H-9)以該像素(X”,Y”)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣為搜索範圍，首先分別計算以該像素(X”,Y”)為中心之3x3矩陣之複數像素之亮度值，其中n為該第一倍率；(H-10)計算以該像素(X”,Y”)為中心之3x3矩陣之複數像素與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(H-11)自該像素(X”,Y”)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣之複數像素中選擇一像素(X''',Y''')作為中心，並計算以該像素(X''',Y''')為中心之3x3矩陣與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(H-12)重複步驟(H-11)，直至獲得所有平均亮度差異值為止，其中n為該第一倍率；(H-13)選擇平均亮度差異值最小之像素矩陣之中心像素為該被運算像素於該第三原始影像上所對應之該第二移動像素；以及(H-14)重覆上述步驟，至獲得該第一基底影像之所有區塊之所有像素於該第二原始影像以及該第三原始影像上所對應之移動像素位置為止。
為了改善習知技術之不便，本發明提供一種運算快速之產生高解析度影像之方法。詳細操作請參照以下的說明。
圖2為本發明產生高解析度影像之方法於一較佳實施例中之方塊流程圖。本發明產生高解析度影像之方法包括以下步驟：步驟S1：產生複數拍攝影像；步驟S2：選擇複數原始影像；步驟S3：分別將每一原始影像分割為複數區塊；步驟S4：計算每一原始影像之每一區塊之區塊移動向量；步驟S5：產生第一基底影像以及第二基底影像；步驟S6：以第一基底影像做為相位依據並對第二基底影像進行像素插補以產生一高解析度影像；以及步驟S7：壓縮高解析度影像以產生一輸出影像。
以下詳細說明每一步驟的操作方法。
步驟S1係用以產生複數拍攝影像。本發明係藉由對多張低解析度影像進行運算以產生一高解析度影像。於實際的產品應用中，可使用於，例如名片影像的辨識。
請參閱圖3，其為本發明應用於名片辨識之實施例圖。
圖3顯示了電腦1，以及設置於電腦1的網路相機11。使用者移動待辨識名片2至網路相機11前並調整名片2與網路相機11之距離使名片2之影像維持在拍攝視窗12之範圍內，而後電腦1之網路相機11對名片2連續進行複數次拍攝，以取得名片2的複數拍攝影像。如圖4所示。
在步驟S2中，我們從複數拍攝影像中選擇複數張影像做為後 續產生高解析度影像用之原始影像。由於拍攝過程中，可能因使用者手部晃動而造成每一張拍攝影像之大小及角度不一，故需先進行影像篩選。圖4為拍攝影像之示意圖，為簡化圖面，圖4以3張拍攝影像31,32,33為例。從圖4可看出，三張拍攝影像31,32,33的形狀及面積並不相同，此步驟的目的在選出與名片大小最接近的拍攝影像。
為了判斷每一拍攝影像的大小是否與實際名片大小接近，先偵測每一拍攝影像31,32,33之四邊311,321,331，以得到每一拍攝影像31,32,33之四個頂點312,322,332的座標。再藉由頂點的座標即可計算出每一拍攝影像31,32,33之邊長及面積。假設名片2之面積為50cm2 ，而三張拍攝影像31,32,33之面積分別為49cm2 ,45cm2 以及46cm2 ，則保留面積與實際名片面積最接近的拍攝影像31作為後續計算用的原始影像，而捨棄拍攝影像32以及拍攝影像33。
需要特別說明的是，計算每一拍攝影像的面積以選擇原始影像的步驟並非必要。舉例而言，當影像拍攝速率較小時，例如1秒鐘拍攝4張的情況下，使用者的手部晃動所造成的影響會較明顯，因此複數拍攝影像的面積會有較大的差異，故需進行拍攝影像的面積計算以進行篩選的步驟。但在高影像拍攝速率的情況下，如1秒鐘30張，則可省略此面積計算的步驟，而直接從複數拍攝影像中選取多張影像做為原始影像。
原始影像的數量並無限制，可以是2張或更多張，於本實施例中將以3張原始影像I1 、I2 以及I3 為例。
在實際的情況中，第一原始影像I1 、第二原始影像I2 以及第三原始影像I3 的圖像的位置會因為，例如使用者手部的些微移動而有不同，如圖5所示，故需先計算第一原始影像I1 之圖像相對於第 二原始影像I2 的圖像位移關係，以及第二原始影像I2 之圖像相對於第三原始影像I3 的圖像位移關係。
於步驟S3中，3張原始影像I1 、I2 以及I3 分別被分割為複數區塊。請參照圖6，其表現了原始影像I1 、I2 以及I3 的像素示意圖，為簡化圖面，我們只顯示4個16X16個像素的區塊以及部分的圖像。圖6中之原始影像I1 分割為區塊I1 B1 ，I1 B2 ，I1 B3 ，I1 B4 ，原始影像I2 分割為區塊I2 B1 ，I2 B2 ，I2 B3 ，I2 B4 ，而原始影像I3 則分割為區塊I3 B1 ，I3 B2 ，I3 B3 ，I3 B4 。
於步驟S4中要執行的流程是計算每一原始影像之每一區塊之區塊移動向量。請繼續參照圖6。每一原始影像皆包含了圖像(於本實施例中的圖像為名片上的文字或圖案資訊)以及空白區域。在圖6中，每個小方格代表一個像素，而被標示黑色的小方格代表組成圖像的像素。
首先說明如何計算第一原始影像I1 的每一區塊I1 B1 ，I1 B2 ，I1 B3 ，I1 B4 之圖像相對於第二原始影像I2 之位移。請再參照圖6，以區塊I1 B1 為例，選擇區塊I1 B1 中的任一像素為一第一基準點，於本例中係以像素PA 為第一基準點。接著選擇第二原始影像I2 上與第一基準點PA 位於相同座標位置之像素為第二基準點，於圖6中第二基準點為像素PB 。以第二基準點PB 為中心，而後以第二基準點PB 周圍nxn的矩陣為搜索範圍，其中n為正整數。於圖6中係選擇n=13的13x13矩陣為搜索範圍，共168個周圍像素PB ’為例，即圖6中以斜線標示的像素。接著分別比較第一基準點PA 之亮度值與搜索範圍內之第二基準點PB 以及168個周圍像素PB ’之亮度值之差異，並將其中亮度值差異最小的像素位置設為第三基準點，於本例中為像素PBF ，此第三基準點PBF 即為第一基準 點PA 相對於第二原始影像I2 位移後的像素位置。接著將第三基準點PBF 的座標與第一基準點PA 的座標相減，而獲得第一原始影像I1 之區塊I1 B1相對於第二原始影像I2 的區塊移動向量VI1B1_I2 。接著對第一原始影像I1 的其它區塊I1 B2，I1 B3，I1 B4重複上述步驟，即可以得到第一原始影像I1 的每一區塊之區塊移動向量。
請繼續參照至圖6，接著計算第二原始影像I2 的每一區塊I2 B1 ，I2 B2 ，I2 B3 ，I2 B4 之圖像相對於第三原始影像I3 之區塊移動向量。以區塊I2 B1 為例，選擇區塊I2 B1 內之任一像素為第一基準點，於本例中為像素PC 。同樣地，以第三原始影像I3 上與第一基準點PC 相同座標位置之像素PD 第二基準點。接著以第二基準點PD 為中心，並取得其周圍搜索範圍為13x13矩陣的168個周圍像素PD ’來計算亮度值差異，亦即分別比較第一基準點PC 之亮度值與搜索範圍內之第二基準點PD 以及168個周圍像素PD ’之亮度值之差異，其中亮度值差異最小的像素即為第一基準點PC 相對於第三原始影像位移後的像素位置，於本例中為像素PDF 。將第三基準點PDF 的座標與第一基準點PC 的座標相減，而獲得區塊I2 B1相對於第三原始影像的區塊移動向量VI2B1_I3 。繼續對第二原始影像I2 的其它區塊I2 B2 ，I2 B3 ，I2 B4 重複上述步驟，即可得到第二原始影像I2 的每一區塊之區塊移動向量。
另外，為了保證區塊移動向量的正確性，我們會檢查一個區塊移動像量為0的區塊B之周邊區塊之區塊移動向量，若區塊B之周邊有超過3個區塊之區塊移動向量不為0，則將此區塊B之區塊移動向量更正為其周邊區塊之區塊移動向量之平均值。
得到第一原始影像I1 、第二原始影像I2 以及第三原始影像I3 的圖像之間的位移關係之後，即可以開始重建高解析度影像。
於步驟S5以及步驟S6中將產生第一基底影像I’1 以及第二基底影像I”1 ，而後以第一基底影像做為相位依據，即以第一基底影像I’1 為依據計算像素移動位置，而後對第二基底影像I”1 進行像素插補以產生一高解析度影像H。本發明係將第一原始影像I1 以第一倍率，於本實施例中為2倍，放大而獲得第一基底影像I’1 ，接著複製第一基底影像I’1 而獲得第二基底影像I”1 ，如圖7所示，當第一原始影像I1 被放大後，會產生原本不存在於第一原始影像I1 之額外像素，這些額外像素可以透過一些線性方式插補得到，例如額外像素P之亮度值即為其相鄰像素之亮度平均值。為了簡化圖面，圖7僅表示出第一基底影像I’1 以及第二基底影像I”1 的一個區塊。
特別說明的是，當放大倍率為2倍時，第一基底影像I’1 上座標為(9,8)之額外像素P對照第一原始影像I1 之座標為(4.5,4)，但像素位置(4.5,4)在第一原始影像I1 上並不存在，於是我們以第一原始影像I1 上與像素位置(4.5,4)距離最短之像素位置，例如像素位置(5,4)或像素位置(4,4)，作為額外像素P對應於第一原始影像I1 之座標位置，以進行後續處理。
由於原始影像的圖像之間存有圖像位移關係，故像素之間亦存有位移關係，於是我們先計算第一基底影像I’1 上之每一像素於第二原始影像I2 以及第三原始影像I3 所對應之移動像素位置，再對第二基底影像I”1 進行像素插補。
接著說明第一基底影像I’1 之每一像素的移動像素位置。首先計算第一基底影像I’1 上之每個像素於第二原始影像I2 上所對應之移動像素位置。請同時參照至圖8及圖9，與圖6相似，圖8及 圖9表示了原始影像I1 ，I2 ，I3 ，以及每個原始影像被分割為複數區塊的情況。
一開始先取得第一基底影像I’1 上一個像素進行運算(以下稱為被運算像素)，於本例中係以PE0 作為被運算像素。將其座標(2X,2Y)除以第一倍率2，以獲得被運算像素PE0 在第一原始影像I1 上所對應之座標為(X,Y)之第一像素PF 。接著依據第一像素PF 所在之區塊I1 B1 之區塊相對於第二原始影像I2 之區塊移動向量VI1B1_I2 計算第一像素PF 移動至第二原始影像I2 後之第二像素PG0 位置。其中：。
為了取得更精確的移動像素位置，在藉由區塊移動向量計算第一像素PF 之移動像素位置後(於本例中為第二像素PG0 )，可增加一亮度比較步驟以確定最終的移動像素位置。亮度比較的方式如下：以被運算像素PE0 及其周圍像素PE1 -PE8 為亮度比較依據，如圖7所示，並以第二像素PG0 為中心的(2n-1)x(2n-1)矩陣為搜索範圍，n為第一倍率。如圖8之複數個像素矩陣4所示，首先取得以第二像素PG0 為中心，座標為之周圍像素PG1 -PG8 ，並依以下算式獲得一第一平均亮度差異值：(Σ|(Y PEn -Y PGn )|)/9，其中Y為亮度值，n=0-8。接著分別計算以周圍像素PG1 -PG8 為中心的3x3矩陣之複數像素與被運算像素PE0 及其周圍像素PE1 -PE8 之平均亮度差異值，至獲得全部平均亮度差異值為止，其中平均亮度差異值最小之像素矩陣之中心像素即為被運算像素PE0 於第二原始影像I2 上所對應之第一移動像素位置，於本例中為像素PG0 。最後將被運算像素PE0 與第一移動像素PG0 之亮度值平均而獲得第一插補像素值，並將第一插補像素值填入第二基 底影像I”1 中與被運算像素PE0 相同座標位置上。
特別說明的是，當得到第一插補像素值之後，若是直接對第一基底影像I’1 進行像素插補，則第一基底影像I’1 之被運算像素的原始亮度值將被改變為第一插補像素值，此時若以此被運算像素之亮度值計算其於第三原始影像I3 所對應之移動像素位置，在亮度比較步驟時即會產生誤差，無法得到準確之移動像素位置。因此本發明以第一基底影像I’1 做為計算像素移動位置的依據，而以第二基底影像I”1 做為填入插補像素值的目標，使得第一基底影像I’1 之像素亮度值在像素移動位置的計算過程中不會產生變化，且可同時對第二基底影像I”1 進行插補像素值填入之步驟。
請繼續參照圖8及圖9，緊接著計算第一基底影像I’1 上之被運算像素PE0 於第三原始影像I3 上所對應之移動像素位置。首先依據第二原始影像I2 上之第一移動像素PG0 所在之區塊I2 B1 相對於第三原始影像之區塊移動向量VI2B1_I3 來計算第一移動像素PG0 移動至第三原始影像I3 之第三像素PH0 位置(XPH0 ,YPH0 )。假設像素PG0 之座標為(XPG0 ,YPG0 )，則(XPH0 ,YPH0 )=(XPG0 ,YPG0 )+VI2B1_3
接著，同樣進行亮度運算步驟以取得像素PG0 的最終移動像素位置。以第三像素PH0 為中心，取得座標為的8個周圍像素PH1 -PH8 ，如圖9之複數個像素矩陣5所示，並依以下算式得到一第一平均亮度差異值：(Σ|(Y PEn -Y PHn )|)/9，其中Y為亮度值，n=0-8，接著分別計算以周圍像素PH1 -PH8 為中心的3x3矩陣之複數像素與被運算像素PE0 及其周圍像素PE1 -PE8 之平均亮度差異值，至獲得全部平均亮度差異值為止，其中平均亮度差異 值最小之像素矩陣之中心像素即為被運算像素PE0 於第三原始影像I3 上所對應之第二移動像素位置，於本例中為像素PH0 。最後將第一插補像素值與第二移動像素PH0 之亮度值平均而獲得第二插補像素值，並將第二插補像素值填入第二基底影像I”1 中與被運算像素PE0 相同座標位置上。繼續對第一基底影像I’1 及第二基底影像I”1 上之所有像素重覆上述步驟，直到完成第二基底影像I”1 上所有像素的像素插補作業為止。
完成像素插補作業後，第二基底影像I”1 影像上之像素的亮度係合併了第一原始影像、第二原始影像以及第三原始影像的亮度資訊而獲得，使得第二基底影像I”1 上之像素亮度值更為接近真實影像之像素亮度值。舉例而言，如本技術領域人士所熟知，灰階影像中每個像素可以由0(黑)到255(白)的亮度值來表示，如果一像素PX 於真實影像中為黑色，則可假設其於拍攝影像中之理想亮度值為0，但拍攝產生的原始影像可能有部分資訊的遺失或誤差，所以像素PX 於原始影像中之亮度值並非完全一致或者趨近於0。假設像素PX 於第一原始影像I1 上之亮度值為8，於第二原始影像I2 上之亮度值可能為4，於第三原始影像I3 上之亮度值為2，則經過像素插補作業之後，該像素PX 於第二基底影像I”1 上之最終亮度值為4，相較於一開始的亮度值8更為接近真實影像。故經過本發明方法之像素插補步驟後的第二基底影像I”1 的清晰度相較於原始影像大為提升。至此即產生一高清晰度之高解析度影像H。
最後執行步驟S7，亦即壓縮高解析度影像H以產生一輸出影像。高解析影像H可能會有邊緣鋸齒化的現象，為了利於名片辨識，在此步驟我們將高解析度影像H壓縮為一半大小，以柔化圖 像邊緣，減少邊緣鋸齒化現象，以產生一高清晰度之輸出影像，此時再對輸出影像進行文字辨識，即可獲得較高的文字辨識效率。
請參閱圖10，其為本案另一實施例之流程圖。於本案另一實施例中，於步驟S6之後，可對步驟S6所產生之高解析度影像H進行類似步驟S5-S7的處理，以獲得另一輸出影像。相關步驟說明如下：步驟S8係用以產生第一高解析度基底影像H’以及第二高解析度基底影像H”。於此實施例中係將該高解析度影像H作為第一高解析度基底影像H’，並複製第一高解析度基底影像H’而獲得第二高解析度基底影像H”。
步驟S9係以第一高解析度基底影像H’做為相位依據，即以第一高解析度基底影像H’為依據計算像素移動位置，而後對第二高解析度基底影像H”進行像素插補以獲得另一高解析度影像。一開始先計算第一高解析度基底影像H’之被運算像素於第二原始影像I2 以及第三原始影像I3 所對應之移動像素位置以及插補像素值，而後對第二高解析度基底影像H”進行像素插補，方法與前述之實施例相同，故於此不再贅述。
經過像素插補後之第二高解析度基底影像H”上之像素亮度值會更為接近真實影像。換言之，依據本發明之方法，若以每次插補後獲得的高解析度影像為基底影像再次進行像素插補步驟，則將可獲得更清晰的高解析度影像。
最後執行步驟S10壓縮另一高解析度影像以產生另一輸出影像。於本實施例中係將另一高解析度影像壓縮為一半大小以獲 得與第一原始影像I1 相同大小之另一輸出影像。
由以上較佳實施例可知，本發明在進行像素插補前段步驟先將每個原始影像分割為複數區塊，並精密地計算每個區塊相對於另一原始影像的區塊移動向量，藉此將複數原始影像之間移動像素位置的誤差拉近至一個像素內，即可在後段像素插補作業時快速取得正確之移動像素位置，而省去了反覆修正所耗費的時間，使產生高解析度影像的時間縮短至數秒鐘。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
S10~S24、S1~S10‧‧‧步驟
I1 ‧‧‧第一原始影像
I2 ‧‧‧第二原始影像
I3 ‧‧‧第三原始影像
I’1 ‧‧‧第一基底影像
I”1 ‧‧‧第二基底影像
H‧‧‧高解析度影像
H’‧‧‧第一高解析度基底影像
H”‧‧‧第二高解析度基底影像
1‧‧‧電腦
11‧‧‧網路相機
12‧‧‧拍攝視窗
2‧‧‧名片
31,32,33‧‧‧拍攝影像
311,321,331‧‧‧邊
312,322,332‧‧‧頂點
I1 B1 -I1 B4 ‧‧‧區塊
I2 B1 -I2 B4 ‧‧‧區塊
I3 B1 -I3 B4 ‧‧‧區塊
PA ‧‧‧第一基準點
PB ‧‧‧第二基準點
PB’ ‧‧‧周圍像素
PBF ‧‧‧第三基準點
PC ‧‧‧第一基準點
PD ‧‧‧第二基準點
PD’ ‧‧‧周圍像素
PDF ‧‧‧第三基準點
B‧‧‧區塊
P‧‧‧額外像素
PE0 ‧‧‧被運算像素
PE1 -PE8 ‧‧‧周圍像素
Y‧‧‧亮度值
PF ‧‧‧第一像素
VI1B1_I2 ‧‧‧區塊移動向量
PG0 ‧‧‧第二像素
PG1 -PG8 ‧‧‧周圍像素
PG1 ‧‧‧第一移動像素
VI2B1_I3 ‧‧‧區塊移動向量
PH0 ‧‧‧第三像素
PH1 -PH8 ‧‧‧周圍像素
PH7 ‧‧‧第二移動像素
4,5‧‧‧像素矩陣
圖1係習知產生高解析度影像之方法之方塊流程圖。
圖2係本發明產生高解析度影像之方法於第一較佳實施例中之方塊流程圖。
圖3係本發明產生高解析度影像之方法於第一較佳實施例中之取得複數拍攝影像之方法示意圖。
圖4係本發明產生高解析度影像之方法於第一較佳實施例中之拍攝影像之示意圖。
圖5係本發明產生高解析度影像之方法於第一較佳實施例中之三張原始影像之示意圖。
圖6係本發明產生高解析度影像之方法於第一較佳實施例中之區塊移動向量之計算方法示意圖。
圖7係本發明產生高解析度影像之方法於第一較佳實施例中之第一基底影像以及第二基底影像之示意圖。
圖8係本發明產生高解析度影像之方法於第一較佳實施例中之第一移動像素位置之計算方法示意圖。
圖9係本發明產生高解析度影像之方法於第一較佳實施例中之第二移動像素位置之計算方法示意圖。
圖10係本發明產生高解析度影像之方法於第二較佳實施例中之方塊流程圖。
S1~S7．．．步驟

Claims (13)

  1. 一種產生高解析度影像之方法，包含：(A)對同一目標連續進行複數次拍攝，以取得該目標之複數拍攝影像；(B)自該複數拍攝影像取得二張原始影像；(C)分別將該二張原始影像分割為複數區塊，其中每一區塊包含複數像素；(D)計算一第一原始影像之每一區塊之圖像相對於一第二原始影像之位移，以得到該第一原始影像之每一區塊之一區塊移動向量；(E)以一第一倍率放大該第一原始影像而獲得一第一基底影像；(F)複製該第一基底影像而獲得一第二基底影像；(G)計算該第一基底影像之一被運算像素於該第二原始影像上所對應之一移動像素之位置，並計算該第一基底影像之該被運算像素之亮度值與該移動像素之亮度值之平均值，而獲得一插補像素值，並將該插補像素值填入該第二基底影像中與該第一基底影像之該被運算像素像素之位置相同之座標上；(H)重覆步驟(G)，至完成該第二基底影像上所有像素之像素插補作業為止，以產生一高解析度影像H。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之產生高解析度影像之方法，於步驟(H)後更包括一步驟： (I)對該高解析度影像H進行壓縮，以獲得一輸出影像。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之產生高解析度影像之方法，其中步驟(B)係依據下列步驟取得該二張原始影像：偵測每一該拍攝影像之四邊，以得到每一該拍攝影像之四個頂點；依據每一拍攝影像之四個頂點計算每一該拍攝影像之面積；依據每一該拍攝影像之面積與該目標之面積大小的差異而取得該二張原始影像。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之產生高解析度影像之方法，其中於步驟(H)之後更包括以下步驟：(I)以該高解析度影像H作為一第一高解析度基底影像H’；(J)複製該第一高解析度基底影像H’而獲得一第二高解析度基底影像H”；(K)計算該第一高解析度基底影像H’之一被運算像素於該第二原始影像上所對應之一移動像素之位置，並計算該第一高解析度基底影像H’之該被運算像素之亮度值與該移動像素之亮度值之平均值而獲得一插補像素值，並將該插補像素值填入該第二高解析度基底影像H”中與該第一高解析度基底影像H’之該被運算像素之位置相同之座標上；(L)重覆步驟(K)，至完成該第二高解析度基底影像H”之所有像素之像素插補作業為止，以產生另一高解析度 影像；(M)對該另一高解析度影像進行壓縮以獲得一另一輸出影像。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之產生高解析度影像之方法，其中步驟(D)之第一原始影像之每一區塊之一區塊移動向量係依據以下步驟獲得：選擇該第一原始影像之一區塊之一像素為一第一基準點以及選擇該第二原始影像上與該第一基準點相同位置之像素為一第二基準點；分別計算該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值；分別比較該第一基準點之亮度值與該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值之差異；選擇亮度值差異最小之像素為一第三基準點；以及將該第三基準點的座標與該第一基準點的座標相減而獲得該區塊移動向量。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之產生高解析度影像之方法，其中步驟(G)該移動像素之位置係依下列步驟計算：(G-1)取得該第一基底影像之一區塊之該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)，並計算該些像素之亮度值，將該被運算像素之座標除以該第一原始影像之該第一倍率，以獲得該被運算像素於該第一原始影像上所對應之一像素(X,Y)，其中n為該第一倍率； (G-2)依據該像素(X,Y)所在之區塊之區塊移動向量計算該第一原始影像之該像素(X,Y)移動至該第二原始影像之一像素(X’,Y’)之位置；(G-3)以該像素(X’,Y’)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣為搜索範圍，首先分別計算以該像素(X’,Y’)為中心之3x3矩陣之複數像素之亮度值，其中n為該第一倍率；(G-4)計算以該像素(X’,Y’)為中心之3x3矩陣之複數像素與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(G-5)自該像素(X’,Y’)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣之複數像素中選擇一像素(X”,Y”)作為中心，並計算以該像素(X”,Y”)為中心之3x3矩陣與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(G-6)重複步驟(G-5)，直至獲得所有平均亮度差異值為止，其中n為該第一倍率；(G-7)選擇平均亮度差異值最小之像素矩陣之中心像素為該被運算像素於該第二原始影像上所對應之該移動像素；以及(G-8)重覆上述步驟，直至獲得該第一基底影像之所有區塊之所有像素於該第二原始影像上所對應之移動像素為止。
  7. 一種產生高解析度影像之方法，包含：(A)對同一目標連續進行複數次拍攝，以取得該目標之複數拍攝影像；(B)自該複數拍攝影像取得三張原始影像； (C)分別將該三張原始影像分割為複數區塊，其中每一區塊包含複數像素；(D)計算一第一原始影像之每一區塊之圖像相對於一第二原始影像之位移，以得到該第一原始影像之每一區塊之一區塊移動向量；(E)計算該第二原始影像之每一區塊之圖像相對於一第三原始影像之位移，以得到該第二原始影像之每一區塊之一區塊移動向量；(F)以一第一倍率放大該第一原始影像而獲得一第一基底影像；(G)複製該第一基底影像而獲得一第二基底影像；(H)計算該第一基底影像之一被運算像素於該第二原始影像上所對應之一第一移動像素之位置，並計算該第一基底影像之該被運算像素之亮度值與該第一移動像素之亮度值之平均值而獲得一第一插補像素值，並將該第一插補像素值填入該第二基底影像中與該被運算像素之座標相同之位置上；計算該第一基底影像之該被運算像素於該第三原始影像上所對應之一第二移動像素之位置，並計算該第一插補像素值值與該第二移動像素之亮度值之平均值而獲得一第二插補像素值，並將該第二插補像素值填入該第二基底影像與該被運算像素相同座標之位置上；(I)重覆步驟(H)，至完成該第二基底影像上所有像素之像素插補 作業為止，以獲得一高解析度影像H。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之產生高解析度影像之方法，於步驟(I)之後更包括一步驟：(J)對該高解析度影像H進行壓縮，以獲得一輸出影像。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之產生高解析度影像之方法，其中步驟(B)係依據下列步驟取得該三張原始影像：偵測每一該拍攝影像之四邊，以得到每一該拍攝影像之四個頂點；依據每一拍攝影像之四個頂點計算每一該拍攝影像之面積；依據每一該拍攝影像之面積與該目標之面積大小的差異而取得該三張原始影像。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之產生高解析度影像之方法，其中於步驟(I)之後更包括以下步驟：(J)以該高解析度影像H作為一第一高解析度基底影像H’；(K)複製該第一高解析度基底影像H’而獲得一第二高解析度基底影像H”；(L)計算該第一高解析度基底影像H’之一被運算像素於該第二原始影像上所對應之一第一移動像素之位置，並計算該第一高解析度基底影像H’之該被運算像素之亮度值與該第一移動像素之亮度值之平均值而獲得一第一插補像素值，並將該第一插補像素值填入該第二高解析度基底影像H”中與該被運算像素相同座標之座標上； 計算該第一高解析度基底影像H’之該被運算像素於該第三原始影像上所對應之一第二移動像素位置，並計算該第一插補像素值與該第二移動像素之亮度值之平均值而獲得一第二插補像素值，並將該第二插補像素值填入該第二高解析度基底影像H”中與該被運算像素相同座標之座標上；(M)重覆步驟(L)，至完成該第二高解析度基底影像H”之所有像素之像素插補作業為止，以產生另一高解析度影像；(N)對該第二高解析度基底影像H”進行壓縮以獲得另一輸出影像。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之產生高解析度影像之方法，其中步驟(D)之該第一原始影像之每一區塊之一區塊移動向量係依據以下步驟獲得：選擇該第一原始影像之一區塊之一像素為一第一基準點以及該第二原始影像上與該第一基準點相同位置之像素為一第二基準點；分別計算該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值；分別比較該第一基準點之亮度值與該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值之差異；選擇亮度值差異最小之像素為一第三基準點；以及將該第三基準點的座標與該第一基準點的座標相減而獲得該 區塊移動向量。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之產生高解析度影像之方法，其中步驟(E)之該第二原始影像之每一區塊之一區塊移動向量係依據以下步驟獲得：選擇該第二原始影像之一區塊之一像素為一第一基準點以及該第三原始影像上與該第一基準點相同位置之像素為一第二基準點；分別計算該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值；分別比較該第一基準點之亮度值與該第二基準點以及該第二基準點周圍之複數像素之亮度值之差異；選擇亮度值差異最小之像素為一第三基準點；以及將該第三基準點的座標與該第一基準點的座標相減而獲得該區塊移動向量。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之產生高解析度影像之方法，其中步驟(H)該移動像素位置係依下列步驟計算：(H-1)取得該第一基底影像之一區塊之該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)，並計算該些像素之亮度值，將該被運算像素之座標除以該第一原始影像之該第一倍率，以獲得該被運算像素於該第一原始影像上所對應之一像素(X,Y)，其中n為該第一倍率；(H-2)依據該像素(X,Y)所在之區塊之區塊移動向量計算該第一原始影像之該像素(X,Y)移動至該第二原始影像之一像素 (X’,Y’)之位置；(H-3)以該像素(X’,Y’)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣為搜索範圍，首先分別計算以該像素(X’,Y’)為中心之3x3矩陣之複數像素之亮度值，其中n為該第一倍率；(H-4)計算以該像素(X’,Y’)為中心之3x3矩陣之複數像素與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(H-5)自該像素(X’,Y’)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣之複數像素中選擇一像素(X”,Y”)作為中心，並計算以該像素(X”,Y”)為中心之3x3矩陣與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(H-6)重複步驟(H-5)，直至獲得所有平均亮度差異值為止，其中n為該第一倍率；(H-7)選擇平均亮度差異值最小之像素矩陣之中心像素為該被運算像素於該第二原始影像上所對應之該第一移動像素；以及(H-8)依據該第二原始影像上之該第一移動像素所在之區塊之區塊移動向量計算該第一移動像素移動至該第三原始影像之一像素(X”,Y”)之位置；(H-9)以該像素(X”,Y”)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣為搜索範圍，首先分別計算以該像素(X”,Y”)為中心之3x3矩陣之複數像素之亮度值，其中n為該第一倍率；(H-10)計算以該像素(X”,Y”)為中心之3x3矩陣之複數像素 與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(H-11)自該像素(X”,Y”)為中心之(2n-1)x(2n-1)矩陣之複數像素中選擇一像素(X''',Y''')作為中心，並計算以該像素(X''',Y''')為中心之3x3矩陣與該被運算像素(nX,nY)以及其周圍之複數像素(nX±n,nY±n)之一平均亮度差異值；(H-12)重複步驟(H-11)，直至獲得所有平均亮度差異值為止，其中n為該第一倍率；(H-13)選擇平均亮度差異值最小之像素矩陣之中心像素為該被運算像素於該第三原始影像上所對應之該第二移動像素；以及(H-14)重覆上述步驟，至獲得該第一基底影像之所有區塊之所有像素於該第二原始影像以及該第三原始影像上所對應之移動像素位置為止。
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