本发明专利技术提供一种基于方向标志位的Bayer彩色图像插值方法，首先对未知绿色分量进行恢复，采用边缘检测算子对每个像素点四个方向的梯度进行检测，根据检测到的梯度大小确定每个像素点处的方向标志位信息，同时计算每个像素点与相邻像素的色差系数，然后根据方向标志位信息和色差系数对未知绿色分量进行插值恢复。恢复出整幅图像的全部绿色分量后，最后基于色差法则恢复出全部的未知红色和蓝色分量，最终完成对Bayer图像的彩色插值。与传统仅仅检测水平和垂直边缘进行单通道独立插值的方法相比，本发明专利技术在保持原有方法较低复杂度和较高图像质量的基础上，进一步提高了插值精度，更适合人眼观察，为后续用于高精度图像复原提供了基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种图像插值方法，特别是一种基于方向标志位（direction flag bit)的Bayer彩色图像插值方法，属于数字图像处理和光电成像领域。该方法实现对Bayer 马赛克图像快速高效插值恢复，得到的图像达到了良好的视觉效果，提高了现有算法的恢 复图像质量，增强了图像的色彩对比度，强化了图像的边缘清晰度，取得了算法性能和图像 质量的平衡。可W广泛应用于各种图像采集系统和数码相机系统中。
技术介绍
在图像采集和光电成像系统结构中，数字彩色摄像头一般有两种；一种是H镜片 的图像传感器，在一个像素上使用H个传感器分别对R、G、B颜色分量进行采集，图像分辨 率高，色彩艳丽，但造成相机体积大、成本高，主要应用于专业领域。大多数彩色相机采用单 镜片图像传感器，然后在感光表面覆盖一层颜色滤波阵列（color filter array, CFA)，经 过CFA后每个像素点只能获得物理H基色（红、绿、蓝）任意其中一种分量，每个像素点存 在的颜色分量可能不同，但均仅含有其中一种颜色分量。为了获得全彩色图像，就要利用 周围像素点复原另外两种缺少的颜色分量，称该个过程为颜色插值。 随着数码相机的快速发展和逐渐普及，关于Bayer彩色图像的插值算法在图像压 缩、解码和显示方面变得越来越重要，在过去十几年中一直是研究热点。目前已经出现了一 些应用到数码相机中的优秀算法，但是目前的彩色插值算法还存在着一些难题。传统的算 法大体可W分为两大类，第一类是利用单通道进行独立插值，算法简单快速，缺点是插值恢 复的图像质量效果欠佳，无法应用到高精度系统中。第二类利用了多通道相关性进行插值， 插值效果有所提高，但由于算法复杂，运算量大，应用受限。 因此，如何选择适当的Bayer彩色图像算法，在图像质量和还原效率之间达到平 衡是当前图像采集和光电成像领域迫切面临的实际问题。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题；针对现有技术的不足，提供一种基于方向标志位 (direction flag bit)的Bayer彩色图像插值方法，可W提高现有算法的恢复图像质量，增 强图像的色彩对比度，强化图像边缘清晰度，在性能和效率之间取得平衡。 为实现该样的目的，本专利技术的技术方案：一种基于方向标志位的Bayer彩色图像 插值方法，包括如下步骤： 步骤一、原始Bayer图像边缘梯度检测： 原始Bayer图像中，H种颜色分量间存在较强的相关性，为降低复杂度，仅考虑某 一分量的梯度信息来确定方向标志位。 所述方向标志位含义定义为： flag = 00表示边缘存在像素点水平方向； flag = 01表示边缘存在像素点垂直方向； flag = 10表示边缘存在像素点对角方向1 ; flag = 11表示边缘存在像素点对角方向2 ; 其中对角方向1取为平面直角坐标系中45°或-135°方向，对角方向2取为平面 直角坐标系中135°或-45°方向。 所述梯度检测算子定义如下： 当中也（i，j)像素处于红色或蓝色分量时， 水平梯度检测算子 a :a = |G(i，j+l)-G(i，j-1) I (公式 1) 垂直梯度检测算子目：目=|G(i-l，j)-G(i+l，j) I (公式2) 对角梯度检测算子1 ;【主权项】1. ，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、原始Bayer图像边缘梯度检测： 原始Bayer图像中，每个像素点处仅存在三基色分量中的某一种，需要恢复该像素点 处缺失的其它两种颜色分量，而原始图像中不同像素点处的三种颜色分量间存在相关性， 为降低复杂度，仅考虑某一分量的梯度信息来确定方向标志位； 所述方向标志位含义定义为： flag = OO表示边缘存在像素点水平方向； flag = 01表示边缘存在像素点垂直方向； flag = 10表示边缘存在像素点对角方向1 ; flag = 11表示边缘存在像素点对角方向2 ; 所述梯度检测算子定义如下： 当中心第i行，第j列（i，j)像素处于红色或蓝色分量时，其中G(i，j)代表位于第i 行，j列的绿色分量像素灰度值大小，下述符号含义类似； 水平梯度检测算子a : a = |G(i，j+l)_G(i，j-1) I (公式I) 垂直梯度检测算子β : β = |G(i-l, j)-G(i+l, j) I (公式2) 对角梯度检测算子I :根据定义的梯度检测算子计算出每个像素点处水平、垂直和两个对角方向的梯度值， 选择其中最小梯度值的方向作为边缘存在的方向并用定义的标志位进行标记；同时，计算 出每个绿色分量像素点与周围3X3邻域内红色分量和蓝色分量像素之间的色差值； 其中像素（i，j)处的红绿色差和蓝绿色差定义分别如下：步骤二、恢复图像未知绿色分量： 根据步骤一计算得到的每个像素点标志位信息和色差系数，对图像的未知绿色分量进 行恢复；由于人眼视觉特性，高效的插值算法都会沿边缘进行插值，而不是跨越边缘，否则 会出现模糊和杂色；因此，针对不同边缘的插值公式如下： 当flag分别等于00, 01，10, 11时，恢复红色分量像素处的未知绿色分量公式分别如 下，其中a，b分别是相关权重系数。按照上述公式进行插值，可以恢复出全部的绿色分量； 步骤三、恢复未知红色和蓝色分量： 对步骤二得到的马赛克图像，利用色差定律恢复出剩余的未知红色和蓝色分量；色差 定律假设不同分量之间的差值在图像局部范围内，可以看作是接近于一个常数；利用步骤 二恢复出的已知绿色分量和待求颜色分量之间颜色差恒定的特点，计算得到未知的红色和 蓝色分量，完成对全部颜色分量的插值恢复，最终得到插值完成的彩色图像。2. 根据权利要求1所述的基于方向标志位的Bayer彩色图像插值方法，其特征在于，所 述步骤一中方向标志位运算和梯度检测能同时进行，具有并行计算的特点。3. 根据权利要求1所述的基于方向标志位的Bayer彩色图像插值方法，其特征在于，所 述步骤一公式3中对角方向1是平面直角坐标系中45°或-135°方向，对角方向2是平面 直角坐标系中135°或-45°方向。4. 根据权利要求1所述的基于方向标志位的Bayer彩色图像插值方法，其特征在于，所 1 ? 1 述步骤二中，a和b分别为水平和垂直方向像素相关性的权重系数，取a=$，b=^。【专利摘要】本专利技术提供，首先对未知绿色分量进行恢复，采用边缘检测算子对每个像素点四个方向的梯度进行检测，根据检测到的梯度大小确定每个像素点处的方向标志位信息，同时计算每个像素点与相邻像素的色差系数，然后根据方向标志位信息和色差系数对未知绿色分量进行插值恢复。恢复出整幅图像的全部绿色分量后，最后基于色差法则恢复出全部的未知红色和蓝色分量，最终完成对Bayer图像的彩色插值。与传统仅仅检测水平和垂直边缘进行单通道独立插值的方法相比，本专利技术在保持原有方法较低复杂度和较高图像质量的基础上，进一步提高了插值精度，更适合人眼观察，为后续用于高精度图像复原提供了基础。【IPC分类】G06T7-00, G06T5-00【公开号】CN104537625【申请号】CN201510003095【专利技术人】刘征, 王华闯, 徐智勇, 魏宇星, 蔡敬菊 【申请人】中国科学院光电技术研究所【公开日】2015年4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于方向标志位的Bayer彩色图像插值方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、原始Bayer图像边缘梯度检测：原始Bayer图像中，每个像素点处仅存在三基色分量中的某一种，需要恢复该像素点处缺失的其它两种颜色分量，而原始图像中不同像素点处的三种颜色分量间存在相关性，为降低复杂度，仅考虑某一分量的梯度信息来确定方向标志位；所述方向标志位含义定义为：flag＝00表示边缘存在像素点水平方向；flag＝01表示边缘存在像素点垂直方向；flag＝10表示边缘存在像素点对角方向1；flag＝11表示边缘存在像素点对角方向2；所述梯度检测算子定义如下：当中心第i行，第j列(i,j)像素处于红色或蓝色分量时，其中G(i,j)代表位于第i行，j列的绿色分量像素灰度值大小，下述符号含义类似；水平梯度检测算子α：α＝|G(i,j+1)‑G(i,j‑1)| (公式1)垂直梯度检测算子β：β＝|G(i‑1,j)‑G(i+1,j)| (公式2)对角梯度检测算子1：(公式3)对角梯度检测算子2：ω=12*|G(i,j-1)+G(i-1,j)-G(i+1,j)-G(i,j+1)|]]> (公式4)当中心(i,j)像素处于绿色分量时，水平梯度检测算子α：α=12*|G(i-1,j+1)+G(i+1,j+1)-G(i-1,j-1)-G(i+1,j-1)|]]> (公式5)垂直梯度检测算子β：β=12*|G(i-1,j-1)+G(i-1,j+1)-G(i+1,j-1)-G(i+1,j-1)|]]> (公式6)对角梯度检测算子1：(公式7)对角梯度检测算子2：ω=12*|G(i+1,j-1)+G(i-1,j+1)-G(i-1,j-1)-G(i+1,j+1)|]]> (公式8)根据定义的梯度检测算子计算出每个像素点处水平、垂直和两个对角方向的梯度值，选择其中最小梯度值的方向作为边缘存在的方向并用定义的标志位进行标记；同时，计算出每个绿色分量像素点与周围3×3邻域内红色分量和蓝色分量像素之间的色差值；其中像素(i,j)处的红绿色差和蓝绿色差定义分别如下：Kgr(i,j)=G(i,j)-R(i,j-1)+R(i,j+1)2]]> (公式9)Kgb(i,j)=G(i,j)-B(i,j-1)+B(i,j+1)2]]> (公式10)步骤二、恢复图像未知绿色分量：根据步骤一计算得到的每个像素点标志位信息和色差系数，对图像的未知绿色分量进行恢复；由于人眼视觉特性，高效的插值算法都会沿边缘进行插值，而不是跨越边缘，否则会出现模糊和杂色；因此，针对不同边缘的插值公式如下：当flag分别等于00,01,10,11时，恢复红色分量像素处的未知绿色分量公式分别如下，其中a，b分别是相关权重系数。g(i,j)=a*(R(i,j)+Kgr(i,j-1)+Kgr(i,j+1)2)+b*(G(i-1,j)+G(i+1,j)2)]]> (公式11)g(i,j)=a*(R(i,j)+Kgr(i-1,j)+Kgr(i+1,j)2)+b*(G(i,j-1)+G(i,j+1)2)]]> (公式12)按照上述公式进行插值，可以恢复出全部的绿色分量；步骤三、恢复未知红色和蓝色分量：对步骤二得到的马赛克图像，利用色差定律恢复出剩余的未知红色和蓝色分量；色差定律假设不同分量之间的差值在图像局部范围内,可以看作是接近于一个常数；利用步骤二恢复出的已知绿色分量和待求颜色分量之间颜色差恒定的特点，计算得到未知的红色和蓝色分量，完成对全部颜色分量的插值恢复，最终得到插值完成的彩色图像。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘征，王华闯，徐智勇，魏宇星，蔡敬菊，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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