一种利用数值转换提高图像分辨率的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种图像处理方法，特别是但不仅限于涉及一种利用数值转换提高图像分辨率的方法及系统。

背景技术

较低的图像分辨率会导致图片和视频显得模糊。提高图像分辨率可以改善图片和视频的显示效果。

发明内容

一方面，本发明的目的在于提供一种利用数值转换提高图像分辨率的方法，包括：

将一像素集中在细节中心处的最高值生成为一中心度度量，并且从细节中心处的中心像素到各相邻像素的斜率为负斜率，

使用生成的中心度度量和像素集的像素值计算像素集的增量信号，

为像素集的每个像素值生成一压缩像素值，以及

输出生成的压缩像素值。

此外，本发明提供的一种利用数值转换提高图像分辨率的方法还可以提高细节中心处的像素幅值。

附图说明

为了便于识别对任何特定元素或行为的讨论，参考编号中的一个或多个最高有效数字是指首次引入该元素的附图编号。

图1显示为本发明于一实施例中的中心度电路。

图2显示为本发明于一实施例中的增量信号的计算电路，其中reg为寄存器型变量，init为设定初值。

图3显示为本发明于一实施例中的输入信号和生成的压缩信号的关系图表。

图4显示为本发明于一实施例中的第二增量信号的计算电路。

图5显示为本发明于一实施例中的第三增量信号的计算电路。

图6显示为本发明于另一实施例中的输入信号和生成的压缩信号的关系图表。

图7显示为本发明于一实施例中的第四增量信号的计算电路。

图8显示为本发明的一种利用数值转换提高图像分辨率的方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供的一种提高空间分辨率的方法和系统，例如，用于空间中的小细节(一些像素直径较小的细节)。该方法首先确定信号“细节中心度”，所述信号给出在细节中心处的局部最大值。所述信号相对于其在各个空间方向上的相邻像素的增量以及原始信号相对于其相邻像素的增量均被用于从原始信号到滤波信号的非线性滤波，所得结果为细节在空间上得到压缩和提升。

对于空间上较小的非结构细节，较低分辨率版本与其较高分辨率版本之间的关系存在歧义。为了打破这种歧义，我们做了一个假设(在现实生活中不一定是真实的)：较高分辨率图像的细节应是较低分辨率图像的细节的“细化版本”。本申请提供一种通过压缩和提升相结合的方式来达到这种细化版本的细节的方法。所述压缩已经生成了细节的浓缩版本，但是如果将原始细节上的层次应用到一个更小的区域，所述细节就会显得不那么强烈。因此，除此之外，还需要对压缩细节的幅值进行提升(增加)以获得足够的“主体”，或者类似于那种原始粗略的细节的幅值，或者作为一种细节提升的功能。

图1显示为本发明于一实施例中的中心度电路100。第一步处理步骤为生成一个度量“中心度”，该度量具有在细节中心处最高的特征，并且如果在相邻位置距细节中心处的距离更远，该度量具有到相邻像素的负斜率。(为了便于理解：如果细节是点状的，则所述负斜率存在于所有方向，但如果细节是头发状，所述负斜率只在垂直于头发的方向上，而不是沿着头发的方向。)在度量中进行归一化是有利的，这样对细节的幅值和极性就都不会有差异。

在像素值为“Y”的信号上表现出此特征的示例电路根据以下公式计算：

中心度C＝ABS(25*∑3x3样本(Y)–9*∑5x5样本(Y)/MAX(标准差5x5像素,1)。

所述中心度电路100是上述等式的一种实施方式。

图2显示为本发明于一实施例中的一个拥有像素输入202的增量电路204。进一步地，在一实施例中，所述处理还应用了上述形成的“中心度”值以及中心像素和多个相邻像素的“Y”像素值，其中对于每一配对(指中心像素“C”和相邻像素“Ni”)，存在一个根据以下公式构建的增量信号：

如果C

否则，delta

(“a”是一个参数，0≤a≤1，且可以设置为所需的值，并且其可以确定保持不变的细节的中心部分。)

所述处理在所有8个中心到相邻配对像素输入202上进行，并对根据图2所示的公式对增量信号进行求和：delta＝Σdelta

图3显示为本发明于一实施例中的输入信号和生成的压缩信号的关系图表。在位于中心像素位置处，压缩结果Y

·C

·假设“C

这导致了从源Yin发出的信号302压缩生成了Y

增益值是用户可选择的增益值和设计人员发现适合相邻像素的特定信号条件的自适应增益值的结合。所述自适应增益值将按照这样的规则来设置，即在判断处理具有理想效果的情况下，增益值是标称的，而在处理具有不太理想的效果的情况下，则增益值会降低。

后者例如是中心像素位于边缘的情况。这是因为所描述的细节压缩方法并不会完全压缩到边缘，而是会分别挤压边缘的下部和上部，从而导致扭曲而不是增强所述边缘。

上述操作将细节的最中心部分保持在原始值，但将围绕该最中心部分的值移动到甚至超出环境值。因此，当增益值设置超过某个值时会出现一些过冲/下冲，它对细节会有细化效果。过冲和下冲最终会受到限制，例如，限制在绝对值或是标准偏差值的一小部分。

图4显示为本发明于一实施例中的具有像素输入402的第二增量电路404。为了也提高最中心部分的值，会应用一些额外的结构。其中一种可能性是将计算delta

否则，delta

然而，这需要额外的结构来防止在阈值附近产生增量信号中的突然跳动，下面会结合图5来描述。

图5显示为本发明于一实施例中的具有像素输入502的第三增量信号504。所述额外的结构的一实施例为：通过在上述提到的“如果C

图6显示为一个Y

图7显示为本发明于一实施例中的具有像素输入702的第四增量信号704。或者，对于图7所示的提升，具体地，可以使用一个正常的(2维)峰值高通操作来提升细节的最中心部分，以与图7所示相同的方式进行控制。

使用在细节中心具有最大值的“中心度”度量将对边缘区域(在某些包含坡度的方向上)产生不利的锐化效果。要么上述处理的效果在边缘附近被降低，要么在此处应用另一个“中心度”以在边缘的中心表现出最大值，并且该“中心度”具有一个垂直于边缘的负斜率。

在这种超分辨率原理的应用中，相邻的像素可以选择为：

4个直接在水平方向和垂直方向相邻的像素；

4个对角线方向相邻的像素；

8个直接相邻的像素，分别为水平方向、垂直方向和对角线方向相邻的像素；

离中心像素更远的相邻的像素；

与中心像素间隔不同距离的相邻的像素；或

与中心像素间隔一段可变距离的相邻的像素，其中所述距离由一个进一步的度量控制，例如源信号(局部或全局)的“分辨率”或“陡峭度”。

像素值可以是亮度，色差，R、G或B值，或其变量的形式。

在流程图的框802中，方法800会生成一中心度度量，该中心度度量为一像素集的细节中心处的最高值并且在位于从细节中心处的中心像素到各相邻像素的斜率为负斜率。在框804中，方法800使用生成的中心度度量和像素集的像素值来计算像素集的增量信号。在框806中，方法800为所述像素集的每个像素值生成一个压缩像素值。在框808中，方法800输出所生成的压缩像素值，例如可以用于显示。此外，在一个实施例中，方法800还可以包括例如在细节中心处(例如，最高无中心处)提高压缩像素值的幅值。

以下示例描述了本发明讨论的方法、设备可读介质和系统(例如，机器、设备或其他装置)的各种实施例。

1、一种利用数值转换提高图像分辨率的方法，包括：

将一像素集中在细节中心处的最高值生成为一中心度度量，并且从所述细节中心处的中心像素到各相邻像素的斜率为负斜率；

使用生成的所述中心度度量和所述像素集的像素值计算所述像素集的增量信号，

为所述像素集的每个所述像素值生成一压缩像素值，以及

输出生成的所述压缩像素值。

2、在实施例1的所述方法中，所述像素值为亮度值。

3、在前述实施例的所述方法中，所述像素集包括围绕所述中心像素的8个像素。

4、在前述实施例的所述方法中，生成所述中心度度量包括计算：ABS(25*∑3x3样本(Y)–9*∑5x5样本(Y)/MAX(标准差5x5像素,1)，其中，Y为像素值。

5、在前述实施例的所述方法中，所述计算所述增量信号包括计算：(Y

6、在前述实施例的所述方法中，若C

7、在前述实施例的所述方法中，若C

8、在前述实施例的所述方法中，计算所述增量信号还包括对所述像素集中每个像素计算出的所述增量信号求和。

9、在前述实施例的所述方法中，所述生成所述压缩像素值包括将增益值乘以所述增量信号的积与所述中心像素的像素值。

10、在前述实施例的所述方法中，所述像素集包括处于对角线方向的四个相邻像素。

11、在前述实施例的所述方法中，所述像素集包括在水平方向和垂直方向上的四个像素。

12、在前述实施例的所述方法中，还包括提高所述细节中心处的一个或多个像素的像素幅值。

13、一种利用数值转换提高图像分辨率的系统，包括：

中心度电路，用于将像素集中在细节中心处的最高值生成为一中心度度量并且从所述细节中心处的中心像素到各相邻像素的斜率为负斜率，以及

增量电路，与所述中心度电路连接，用于：

使用生成的所述中心度度量和所述像素集的像素值计算所述像素集的增量信号，

为所述像素集的每个所述像素值生成一压缩像素值，以及

输出生成的所述压缩像素值。

14、在前述任何一实施例的所述系统中，所述像素值为亮度值。

15、在前述任何一实施例的所述系统中，所述像素集包括围绕所述中心像素的8个像素。

16、在前述任何一实施例的所述系统中，生成所述中心度度量包括计算：ABS(25*∑3x3样本(Y)–9*∑5x5样本(Y)/MAX(标准差5x5像素,1)，其中，Y为像素值。

17、在前述任何一实施例的所述系统中，所述计算所述增量信号包括计算：(Y

18、在前述任何一实施例的所述系统中，若C

19、在前述任何一实施例的所述系统中，若C

20、在前述任何一实施例的所述系统中，计算所述增量信号还包括对所述像素集中每个像素计算出的所述增量信号求和。

21、在前述任何一实施例的所述系统中，所述生成所述压缩像素值包括将增益值乘以所述增量信号的积与所述中心像素的像素值相加。

22、在前述任何一实施例的所述系统中，所述像素集包括处于对角线位置关系的四个相邻像素。

尽管已经参考特定示例实施例描述了主题，但是显然可以在不脱离本发明所述发明构思和公开范围的前提下，对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图可认为是说明性的而不是限制性的。此处形成的部分附图通过说明的方式而非限制的方式描述了可以实践本发明的特定实施例。所示实施例已进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践本发明的技术方案。可以利用其他实施例并从中派生出更多其他的实施例，比如可以在不脱离本发明公开范围的情况下对结构和逻辑进行替换和改变。因此，本说明书不应被理解为限制性意义，并且各种实施例的范围仅由任何所附权利要求以及这些权利要求所享有的全部等效物范围来定义。

本发明的这些实施例可以在本文中单独和/或共同地通过术语“发明”来引用，仅是为了方便，并且如果实际上公开了多个发明或发明概念，则无意自愿将本申请的范围限制在任何单个发明或发明概念上。因此，尽管这里已经说明和描述了具体实施例，但是应当理解，任何被计算为实现相同目的的设置都可以代替所示的具体实施例。本发明旨在涵盖各种实施例的任何和所有适配或改变。上述实施例的组合，以及本文未具体描述的其他实施例，对于本领域技术人员在阅读以上描述后将是显而易见的。