專利名稱：圖像銳度增強裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請總的發(fā)明構(gòu)思涉及一種圖像銳度增強(image sharpnessenhancement)裝置和方法，特別涉及一種自適應地使用加權(quán)的擴散率(diffusivity)來改善圖像銳度的圖像銳度增強的裝置和方法。
背景技術(shù)：
圖像銳度增強裝置用于通過改善圖像銳度，來獲得更生動的圖像質(zhì)量。在獲取和傳送圖像的過程中，可能引入噪聲，或者可能出現(xiàn)圖像降級(degradation)，例如模糊(blurring)。通過強調(diào)圖像細節(jié)(detail)的邊緣分量，能夠改善圖像銳度，從而能夠改善完全實現(xiàn)型圖像(fully-realized image)的質(zhì)量。
美國專利No.6,072,538中公開了一種已知的圖像銳度增強技術(shù)。根據(jù)該方法，通過減去使用帶通濾波器確定為細節(jié)分量的細節(jié)信號，并且對被減去的細節(jié)信號進行上采樣和下采樣，來實現(xiàn)銳度增強。被減去的細節(jié)信號通過裁剪(clipping)和輪廓勾邊(crispening)被處理，并且被上采樣以及被與原始信號組合。組合后的細節(jié)信號裁剪了細節(jié)信號以便被置于預定范圍內(nèi)，并且被下采樣以及被與原始信號組合，從而獲得銳度增強的信號。
然而，該已知技術(shù)不采用在輸入信號頻率上組合細節(jié)信號與原始信號的方法，而是在通過上采樣處理提高頻率之后組合信號。相應地，當細節(jié)信號和原始信號被彼此組合時，它們需要裁剪處理以便被置于預定的亮度范圍內(nèi)。結(jié)果，這帶來了不經(jīng)過上述處理就不會存在的圖像信號的失真以及高頻分量，于是觀看者會經(jīng)歷明顯使人不愉快的圖像。而且，在下采樣處理期間，有關(guān)原始信號和細節(jié)信號的信息可能丟失，這主要會引起圖像降級。在銳度增強處理期間，有必要通過減少上采樣或裁剪，來防止出現(xiàn)信號中的失真以及使人不愉快的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請總的發(fā)明構(gòu)思的一個方面是提供一種圖像銳度增強裝置和方法，該裝置和方法通過自適應地將加權(quán)的擴散率加到圖像信號中，來防止出現(xiàn)信號失真以及產(chǎn)生使人不愉快的圖像。
本申請總的發(fā)明構(gòu)思的其它方面及相應優(yōu)點部分地體現(xiàn)在下面的描述中，部分地能從下面的描述中明顯看出，或者可以通過實現(xiàn)本申請總的發(fā)明構(gòu)思來了解到。
本申請總的發(fā)明構(gòu)思的上述和/或其它方面和優(yōu)點是通過提供一種用來提供圖像銳度增強的裝置來實現(xiàn)的，該裝置包括坡度值計算器，參照當前像素在輸入視頻信號中設置預定大小的窗口，并且基于該窗口內(nèi)的像素值來計算坡度值；增益計算器，根據(jù)坡度值的大小來計算增益；差分值計算器，計算差分值，該差分值是所述窗口內(nèi)的當前像素與其它像素的像素值之間的差值；擴散率計算器，根據(jù)差分值的大小來計算像素之間的擴散率；擴散率加法器，將預定權(quán)值分配給像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和；和像素值變換器，將擴散率的和乘以增益，并且將相乘的結(jié)果加到當前的像素值上。所述用于提供圖像銳度增強的裝置還可以包括乘法器，將通過以擴散率的和乘以增益所獲得的值提供給像素值變換器。
如果坡度值小于預定閾值，則增益計算器計算增益為1，而且如果坡度值大于或等于預定閾值，則計算增益小于1，使得增益根據(jù)坡度值的大小而降低。擴散率計算器根據(jù)差分值的大小，劃分為低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，并且以不同的比率來計算每個區(qū)域中像素之間的擴散率。權(quán)值可以是高斯形狀的。
本申請總的發(fā)明構(gòu)思的上述和/或其它方面和優(yōu)點還可以通過提供一種圖像銳度增強方法來實現(xiàn)，該圖像銳度增強方法包括如下步驟參照當前像素在輸入視頻信號中設置預定大小的窗口，并且基于窗口內(nèi)的像素值來計算坡度值；根據(jù)坡度值的大小來計算增益；計算差分值，該差分值是窗口內(nèi)的當前像素與其它像素的像素值之間的差值；根據(jù)差分值的大小來計算像素之間的擴散率；將預定權(quán)值分配給像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和；將擴散率的和乘以增益，并且將相乘的結(jié)果加到當前的像素值上。
如果坡度值小于預定閾值，則計算增益的操作過程計算增益為1，而且如果坡度值大于或等于預定閾值，則計算增益小于1，使得增益根據(jù)坡度值的大小而降低。計算像素之間擴散率的操作過程根據(jù)差分值的大小，劃分為低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，并且以不同的比率來計算每個區(qū)域中像素之間的擴散率。權(quán)值可以是高斯形狀的。


結(jié)合附圖，從下面對各個實施例的詳細描述中，可以更容易地體會到本申請總的發(fā)明構(gòu)思的上述和/或其它方面和優(yōu)點，附圖中圖1是示出根據(jù)本申請總的發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的用于提供圖像銳度增強的裝置的方框圖；圖2是示出根據(jù)本申請總的發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的圖像銳度增強方法的操作過程的流程圖；圖3A和3B是示出像素值分布示例的圖；圖4是示出坡度值與增益之間的關(guān)系的曲線圖；和圖5是示出像素差值與像素間擴散率之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
請參照下面對于本申請總的發(fā)明構(gòu)思的實施例的詳細描述，其中的各個例子在附圖中示出，附圖中相同的附圖標記用來表示全文中相同的元件。之所以在下面描述各個實施例，是為了參照附圖解釋本申請總的發(fā)明構(gòu)思。
圖1是示出根據(jù)本申請總的發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的用于提供圖像銳度增強的裝置的方框圖。參照圖1，用于提供圖像銳度增強的裝置包括坡度值計算器100、增益計算器110、差分值計算器120、擴散率計算器130、擴散量加法器140、乘法器150、延遲部件160、像素值變換器170。
坡度值計算器100可以參照當前像素在輸入視頻信號內(nèi)設置預定大小的窗口，并且基于該窗口內(nèi)的像素值來計算坡度值。增益計算器110根據(jù)坡度值計算器100所計算的坡度值的大小來計算增益。差分值計算器120計算差分值，該差分值是所述窗口內(nèi)輸入視頻信號的當前像素的像素值與其它像素的像素值之間的差值。擴散率計算器130計算像素之間的擴散率，該擴散率與差分值計算器120所計算的差分值的大小相對應。擴散率加法器140將預定權(quán)值分配給由擴散率計算器130所計算的像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和。乘法器150將由擴散率加法器140所計算的擴散率的和乘以由增益計算器110所計算的增益，并且將相乘的值提供給像素值變換器170。像素值變換器170將增益乘以擴散率的結(jié)果加到當前像素值上，并且輸出結(jié)果。延遲部件160為了計算同步而延遲輸入視頻信號，并且將延遲的信號提供給像素值變換器170。
圖2是示出根據(jù)本申請總的發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的圖像銳度增強方法的示例性操作過程的流程圖。
參照圖1和圖2，坡度值計算器100參照當前像素，在輸入視頻信號內(nèi)設置預定大小的窗口，并且計算該窗口內(nèi)的坡度(S200)。坡度值可以從所述窗口內(nèi)相鄰像素的像素值之間的差值來獲得。
圖3A和3B是示出像素值分布示例的圖。在圖3A和3B中，x軸(橫軸)表示像素位置，而y軸(縱軸)表示相應的像素值。根據(jù)像素所屬于的區(qū)域，圖3A和3B的虛線圓內(nèi)的像素具有變化的視覺敏感性，盡管這些像素具有相同的紋理(texture)分量。更具體地說，雖然圖3A中示出的像素具有與圖3B所示的那些像素相同的紋理分量，但是由于處于較柔和的區(qū)域中，它們看起來比圖3B的那些像素更尖銳。當改善圖像銳度時，要考慮這些視覺特性。因此，要使用坡度值來確定當前像素屬于哪個區(qū)域。
增益計算器110根據(jù)由坡度值計算器100所計算的坡度值來計算增益(S210)。如圖4所示，對于小于參考值的坡度值，增益被設置為1.0，以便按現(xiàn)狀保持銳度。對于大于或等于參考值的坡度值，增益被降低，以便減少銳度的增強以及減少隨后產(chǎn)生使人不愉快的圖像。
差分值計算器120計算窗口內(nèi)輸入視頻信號的當前像素與其它像素之間的差分值(S220)。該差分值被定義為窗口內(nèi)當前像素的像素值與其它像素的像素值之間的像素差值。這由下列公式表達[公式1]≡IN-I其中，I表示當前像素的像素值，并且IN表示窗口內(nèi)的其它像素的像素值。
擴散率計算器130根據(jù)由差分值計算器120所計算的差分值，計算像素之間的擴散率(S230)。通過使用圖5所示的曲線圖，可以計算擴散率，該圖5示出像素差值與擴散率之間的關(guān)系。根據(jù)像素差值的大小，像素差值被劃分為低區(qū)A、中區(qū)B和高區(qū)C。像素之間的差值根據(jù)劃分的區(qū)域而變化。也就是說，低區(qū)A是柔和的區(qū)域，因此是視覺上敏感的，在低區(qū)A中，即使像素值的微小增加都會帶來視覺上使人不愉快的圖像。相應地，在該區(qū)域中，最好不改變像素值，或者如果需要，則非常輕微地增加像素值。中區(qū)B示出像素差值處于中間區(qū)域，并且一般包括具有紋理分量和對象輪廓的區(qū)域。該區(qū)域應當通過增加像素值來強調(diào)紋理分量和輪廓，從而改善圖像銳度。在高區(qū)C中，像素值是高的，在原始信號中已經(jīng)充分地強調(diào)了紋理分量和輪廓，并且如果進一步強調(diào)，就會出現(xiàn)使人視覺上不愉快的相反結(jié)果，例如過沖或下沖等。相應地，在高區(qū)C中，最好不改變像素值，或者如果需要，則非常輕微地增加像素值。
擴散率加法器140將高斯形狀的權(quán)值分配給由擴散率計算器130所計算的像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和。這由下列公式表達[公式2]SC=Σi∈Wwi·c(▿I)]]>其中，W表示窗口，wi表示高斯形狀的權(quán)值，c(I)表示像素之間的擴散率。根據(jù)該方法，不僅當前像素附近的像素，而且窗口內(nèi)的任何像素，都能夠被考慮用于增強銳度。
像素值變換器170通過將由擴散率加法器140所計算的擴散率的和乘以由增益計算器110所計算的增益，并且將相乘值加到當前像素上，來變換像素值(S250)。這由下列公式表示[公式3]Y′＝Y(jié)+SC·G其中，Y表示輸出像素值，Y表示當前像素值，SC是擴散率的和，并且G表示增益。
通過采用以上公開的方法，自適應地將加權(quán)的擴散率應用到輸入視頻中，可以改善圖像銳度，并且尤其是改善了柔和區(qū)域中的圖像銳度，從而防止出現(xiàn)使人不愉快的圖像。
根據(jù)本申請總的發(fā)明構(gòu)思，通過自適應地將加權(quán)的擴散率應用到視頻信號中，在防止出現(xiàn)使人視覺不愉快的圖像以及信號失真的同時，實現(xiàn)圖像銳度增強。相應地，有效地改善了視頻信號的銳度，從而能夠獲得更生動的圖像質(zhì)量。
本申請總的發(fā)明構(gòu)思可以實現(xiàn)為一種方法、一種裝置和一種系統(tǒng)。當本申請總的發(fā)明構(gòu)思體現(xiàn)在計算機構(gòu)件中時，本申請總的發(fā)明構(gòu)思的各個部件可以用執(zhí)行所需要功能的代碼段來代替。程序或者代碼段可以存儲在處理器可讀的介質(zhì)中，并且可以作為與載波相結(jié)合的計算機數(shù)據(jù)經(jīng)由傳輸介質(zhì)或通信網(wǎng)絡而被傳輸。
上述處理器可讀的介質(zhì)包括任何可以存儲和傳輸信息之物，比如為，電子電路、半導體存儲器件、ROM、閃存、EEPROM、軟盤、光盤、硬盤、光纖、射頻(RF)網(wǎng)絡，等等。上述計算機數(shù)據(jù)可以包括可以經(jīng)電網(wǎng)信道、光纖、空氣、電磁場、RF網(wǎng)絡等傳輸?shù)娜魏螖?shù)據(jù)。
盡管已經(jīng)圖增和描述了本申請總的發(fā)明構(gòu)思的一些實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應當體會到，可以在這些實施例中進行各種修改，而不會超出本申請總的發(fā)明構(gòu)思的原理和精神，本申請的總的發(fā)明構(gòu)思的范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于提供圖像銳度增強的裝置，包括坡度值計算器，參照當前像素在輸入視頻信號中設置預定大小的窗口，并且基于該窗口內(nèi)的像素值來計算坡度值；增益計算器，根據(jù)坡度值的大小來計算增益；差分值計算器，計算差分值，該差分值是所述窗口內(nèi)的當前像素與其它像素的像素值之間的差值；擴散率計算器，根據(jù)差分值的大小來計算像素之間的擴散率；擴散率加法器，將預定權(quán)值分配給像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和；以及像素值變換器，將擴散率的和乘以所述增益，并且將相乘的結(jié)果加到當前的像素值上。
2.如權(quán)利要求1所述的用于提供圖像銳度增強的裝置，還包括乘法器，將通過以擴散率的和乘以增益所獲得的值提供給所述像素值變換器。
3.如權(quán)利要求1所述的用于提供圖像銳度增強的裝置，其中，如果坡度值小于預定閾值，則所述增益計算器計算增益為1，而且如果坡度值大于或等于預定閾值，則計算增益小于1，使得增益根據(jù)坡度值的大小而降低。
4.如權(quán)利要求1所述的用于提供圖像銳度增強的裝置，其中，所述擴散率計算器根據(jù)差分值的大小，劃分為低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，并且以不同的比率來計算每個區(qū)域中像素之間的擴散率。
5.如權(quán)利要求1所述的用于提供圖像銳度增強的裝置，其中，所述權(quán)值是高斯形狀的。
6.一種用于增強圖像銳度的裝置，包括第一計算單元，參照當前像素在輸入視頻信號中設置預定大小的窗口，并且基于該窗口內(nèi)的像素值來計算增益；差分值計算器，計算差分值，該差分值代表所述窗口內(nèi)的當前像素與其它像素的像素值之間的差值；擴散率計算器，計算與差分值的大小相對應的像素之間的擴散率，將預定權(quán)值分配給像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和；以及像素值變換器，將擴散率的和乘以所述增益，并且將相乘的結(jié)果加到當前的像素值上。
7.如權(quán)利要求6所述的用于增強圖像銳度的裝置，其中所述像素變換器還包括乘法器，用于將所述擴散率的和乘以所述增益。
8.如權(quán)利要求6所述的用于增強圖像銳度的裝置，還包括遲延單元，為了所述輸入視頻信號與所述第一計算單元、所述差分值計算器和所述擴散率計算器的操作之間的計算同步而延遲輸入視頻信號。
9.如權(quán)利要求6所述的用于增強圖像銳度的裝置，其中所述第一計算單元基于所述窗口內(nèi)的像素值的坡度而計算所述窗口內(nèi)的像素值的增益。
10.如權(quán)利要求9所述的用于增強圖像銳度的裝置，其中，如果坡度值小于預定閾值，則所述增益計算器計算增益為1，而且如果坡度值大于或等于預定閾值，則計算增益小于1，使得增益根據(jù)坡度值的大小而降低。
11.如權(quán)利要求9所述的用于增強圖像銳度的裝置，其中，所述擴散率計算器根據(jù)差分值的大小，劃分為低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，并且以不同的比率來計算每個區(qū)域中像素之間的擴散率。
12.如權(quán)利要求6所述的用于增強圖像銳度的裝置，其中，所述權(quán)值是高斯形狀的。
13.一種圖像銳度增強方法，包括參照當前像素在輸入視頻信號中設置預定大小的窗口，并且基于窗口內(nèi)的像素值來計算坡度值；根據(jù)坡度值的大小來計算增益；計算差分值，該差分值是所述窗口內(nèi)的當前像素與其它像素的像素值之間的差值；根據(jù)差分值的大小來計算像素之間的擴散率；將預定權(quán)值分配給像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和；并且將擴散率的和乘以增益，并且將相乘的結(jié)果加到當前的像素值上。
14.如權(quán)利要求13所述的圖像銳度增強方法，其中，如果坡度值小于預定閾值，則所述計算增益的操作過程計算增益為1，而且如果坡度值大于或等于預定閾值，則計算增益小于1，使得增益根據(jù)坡度值的大小而降低。
15.如權(quán)利要求13所述的圖像銳度增強方法，其中，所述計算像素之間擴散率的操作過程根據(jù)差分值的大小，劃分為低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，并且以不同的比率來計算每個區(qū)域中像素之間的擴散率。
16.如權(quán)利要求13所述的圖像銳度增強方法，其中，所述權(quán)值是高斯形狀的。
17.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，包含圖像銳度增強方法，該方法包括參照當前像素在輸入視頻信號中設置預定大小的窗口，并且基于窗口內(nèi)的像素值來計算坡度值；根據(jù)坡度值的大小來計算增益；計算差分值，該差分值是所述窗口內(nèi)的當前像素與其它像素的像素值之間的差值；根據(jù)差分值的大小來計算像素之間的擴散率；將預定權(quán)值分配給像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和；并且將擴散率的和乘以增益，并且將相乘的結(jié)果加到當前的像素值上。
18.如權(quán)利要求17所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，如果坡度值小于預定閾值，則所述計算增益的操作過程計算增益為1，而且如果坡度值大于或等于預定閾值，則計算增益小于1，使得增益根據(jù)坡度值的大小而降低。
19.如權(quán)利要求17所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述計算像素之間擴散率的操作過程根據(jù)差分值的大小，劃分為低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，并且以不同的比率來計算每個區(qū)域中像素之間的擴散率。
20.如權(quán)利要求17所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述權(quán)值是高斯形狀的。
全文摘要
一種圖像銳度增強裝置和方法。該裝置包括坡度值計算器，參照當前像素在輸入視頻信號中設置預定大小的窗口，并且基于窗口內(nèi)的像素值來計算坡度值；增益計算器，根據(jù)坡度值的大小來計算增益；差分值計算器，計算差分值，該差分值是所述窗口內(nèi)的當前像素與其它像素的像素值之間的差值；擴散率計算器，根據(jù)差分值的大小來計算像素之間的擴散率；擴散率加法器，將預定權(quán)值分配給像素之間的擴散率，并且計算擴散率的和；和像素值變換器，將擴散率的和乘以增益，并且將相乘的結(jié)果加到當前的像素值上。相應地，通過自適應地將加權(quán)的擴散率應用到視頻信號中，在防止出現(xiàn)使人視覺不愉快的圖像以及信號失真的同時，實現(xiàn)圖像銳度增強。
文檔編號H04N5/208GK1620107SQ200410094779
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者梁承埈, 權(quán)寧辰 申請人:三星電子株式會社