可重构的并行图像细节增强方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可重构的并行图像细节增强方法，包括：参数预加载、数据缓冲、水平与垂直方向的滤波、核化滤波、过冲抑制、幅度抑制、缓存数据更新；本发明专利技术还涉及一种可重构的并行图像细节增强装置，包括局部存储器、访存控制单元、通用缓冲器、并行算术逻辑单元ALU、状态机、并行乘累加器MAC。本发明专利技术增强了图像细节信号，使纹理区域更加清晰，同时提高了数据的使用效率，减少了运算部件与外围存储器之间的数据交互，降低了访存带宽压力，而且可以实现了硬件资源的重复利用。

【技术实现步骤摘要】
可重构的并行图像细节增强方法和装置
本专利技术涉及视频图像处理领域，具体涉及一种可重构的并行图像细节增强方法和装置。
技术介绍
目前，视频技术的主流发展方向之一为超高清(4K分辨率)显示技术。相对于高清(1920*1080)视频，4K视频的像素数从2M提升到8M，因此对图像增强算法的画质和效能提出了更高的要求。传统的视频图像细节增强解决方案主要有针对高清及以下标准的需求设计，在面对4K图像处理需求时，很有可能处理能力不足的问题；同时4K超高清图像可以带来更精细的画面效果，因此现有细节增强算法应用于4K分辨率图像时，过冲等负面效果可能会更加容易被观看者察觉。此外，由于传统方案通常采用固化算法的专用集成电路芯片作为具体实施方案，在面临算法升级需求时，成本压力巨大。因此，需要提出一种新的视频图像细节增强解决方案，对该方案的要求是，1能提升图像锐利度，2对细节增强带来的过冲、噪声放大等负面效果有较好的抑制，3满足实时超高清视频流的处理需求，4成本可控前提下，具备算法升级潜力。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术一方面提出了一种可重构的并行图像细节增强方法，包括以下步骤：步骤1，将待处理的图像数据加载至缓冲器；所述待处理的图像数据为R*Q的像素点阵，其中R或Q的值等于并行度N；所述像素点阵可拆分为多个包含N像素点的一维点阵；步骤2，对所述一维点阵中各待增强像素点，分别并行进行水平与垂直方向的滤波，获取两个方向的细节信号；步骤3，对两个方向的细节信号核化滤波，过滤掉由图像噪声引入的微小细节信号；步骤4，通过待增强像素点邻域两侧的灰度对称性以及该待增强像素点细节信号强度，对增强后的细节信号强度进行控制，进行过冲抑制，将完成过冲抑制的两个细节信号相加，获得这N个像素点的细节信号；步骤5，进一步对步骤4中获取的细节信号进行幅度抑制；步骤6，依次对待处理的图像数据中各一维点阵执行步骤2至步骤5进行处理，完成该待处理的图像数据的细节增强。优选地，所述缓冲器包括NM个大小为N个像素的缓冲单元；所述缓冲器配备有4个读取端口和4个写入端口。优选地，所述水平与垂直方向的滤波，所采用的滤波器分别对应为水平NH阶和垂直NV阶的一维滤波器，分别计算像素点左右各(NH-1)/2个和上下各(NV-1)/2个像素的灰度，并结合该像素点的灰度值获取该像素点两个方向的细节信号。优选地，所述的缓冲器为多粒度的离散存储器结构。优选地，所述水平与垂直方向的滤波，具体为将滤波模板与图像数据进行空域卷积，其滤波结果表示为：其中，(i，j)表示图像数据中第i行第j列位置上的像素点，DEH(i,j)表示(i，j)处的水平滤波结果，DEV(i,j)表示(i，j)处的垂直滤波结果，P(i，j)表示图像第i行第j列位置上的像素灰度，FH(k)表示水平模板第k个元素，FV(t)表示垂直模板第t个元素。优选地，步骤4中所述过冲抑制，是对水平细节信号和垂直细节信号分别进行处理，然后将经过过冲抑制的两个细节信号相加，获得最终的细节信号，具体方法为：步骤41，利用待处理像素点的灰度值以及该点左右各(NH-1)/2个和上下各(NV-1)/2个像素的灰度进行绝对差运算，即得到左右各(NH-1)/2个和上下各(NV-1)/2个共四组灰度绝对差；步骤42，求取四组绝对差的均值：Mean_L，Mean_R，Mean_T，Mean_B，即该点左右上下四个灰度差均值；步骤43，计算第一过冲抑制因子alpha和第二过冲抑制因子beta，公式为alpha＝ka*Y_abs_mean其中，ka为设定系数，Y_abs_mean为灰度绝对差均值的绝对差，即|Mean_L-Mean_R|或|Mean_T-Mean_B|，de为细节信号强度，kb为设定的正系数。步骤44，计算过冲抑制因子s＝1-alpha×beta，进行过充抑制，并获取经过过冲抑制的细节信号de_ss＝de×s。优选地，所述细节信号强度de＝de_h+de_v，其中de_h为水平方向的细节信号强度，de_v为竖直方向的细节信号强度。优选地，步骤5中所述幅度抑制，其方法为：步骤51，将de_ss与细节增强系数gain相乘，得到增强后的细节信号de_gain；步骤52，并按照如下公式进行幅度抑制，并得到最终的细节信号de_final；其中，Th为设定阈值，Max_de为设定最大幅度。优选地，步骤5中进行幅度抑制后的输出值为Yout＝Yin+de_final，其中Yout和Yin分别为输出的像素灰度和输入的像素灰度。优选地，在步骤1之前还包括参数预加载步骤，参数预加载步骤包括：将预先设定的水平与垂直方向的滤波、核化滤波、过冲抑制和幅度抑制中的固化参数加载至通用缓冲器。优选地，步骤1中所述待处理的图像数据通过对图像数据按照R*Q的像素点阵顺次拆分获取；步骤1中所述加载至缓冲器，其方法为：按照所述图像数据的拆分顺序，顺次选取待处理的图像数据并通过步骤2～步骤6处理，直至所有待处理的图像数据处理完毕。本专利技术的另一方面，还提出了一种可重构的并行图像细节增强装置，其特征在于，包括局部存储器、访存控制单元、通用缓冲器、并行算术逻辑单元ALU、状态机、并行乘累加器MAC；所述局部存储器，用于保存输入输出图像数据以及并行视频图像对比度增强算法所需参数，该存储器支持并行访问；所述访存控制单元，用于局部存储器与通用缓冲器之间的数据交换；所述通用缓冲器，用于缓冲一次完整的处理流程所需要的全部数据以及中间结果，该缓冲器可以通过地址直接索引；所述并行算术逻辑单元，用于执行并行视频图像对比度增强算法中涉及的非乘法类算术与逻辑运算；其并行度为N；所述状态机，用于产生所有功能部件的控制信号；所述并行乘累加器，用于对执行乘法相关运算，其并行度为N；所述状态机分别通过通信线路与并行算术逻辑单元、访存控制单元、通用缓冲器、并行乘累加器相连接；所述局部存储器通过通信线路连接访存控制单元；所述通用缓冲器通过通信线路分别与访存控制单元、并行算术逻辑单元、并行乘累加器相连接；所述并行算术逻辑单元通过通信线路与并行乘累加器相连接。本专利技术具有以下有益效果：1、增强了图像细节信号，使纹理区域更加清晰；2、对细节进行增强的同时，有效降低了噪声和过冲；3、易于对图像处理算法进行后期优化升级；4、提高了数据的使用效率，减少了运算部件与外围存储器之间的数据交互，降低了访存带宽压力；5、通过使用通用缓冲器和状态机对功能部件进行控制，实现了硬件资源的重复利用。附图说明图1是本专利技术可重构的并行图像细节增强装置的结构示意图；图2是本专利技术提供的并行图像细节增强方法的流程图；图3是依照本专利技术一实施例的通用缓冲器的缓冲区示意图；图4是水平7阶滤波和垂直5阶滤波示例图；图5是依照本专利技术实施例核化滤波降噪示例图；图6(a)～(d)是过冲现象易发生场景的示例图；图7是依照本专利技术实施例过冲抑制因子alpha计算曲线示例图；图8是依照本专利技术实施例过冲抑制因子beta计算曲线的示例图；图9是依照本专利技术实施例过冲抑制流程的示例图；图10是依照本专利技术实施例沿边缘插值的示例图。具体实施方式下面参照附图来描述本专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非旨在限制本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重构的并行图像细节增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将待处理的图像数据加载至缓冲器；所述待处理的图像数据为R*Q的像素点阵，其中R或Q的值等于并行度N；所述像素点阵可拆分为多个包含N像素点的一维点阵；步骤2，对所述一维点阵中各待增强像素点，分别并行进行水平与垂直方向的滤波，获取两个方向的细节信号；步骤3，对两个方向的细节信号核化滤波，过滤掉由图像噪声引入的微小细节信号；步骤4，通过待增强像素点邻域两侧的灰度对称性以及该待增强像素点细节信号强度，对增强后的细节信号强度进行控制，进行过冲抑制，将完成过冲抑制的两个细节信号相加，获得这N个像素点的细节信号；步骤5，进一步对步骤4中获取的细节信号进行幅度抑制；步骤6，依次对待处理的图像数据中各一维点阵执行步骤2至步骤5进行处理，完成该待处理的图像数据的细节增强。

【技术特征摘要】
1.一种可重构的并行图像细节增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将待处理的图像数据加载至缓冲器；所述待处理的图像数据为R*Q的像素点阵，其中R或Q的值等于并行度N；所述像素点阵可拆分为多个包含N像素点的一维点阵；步骤2，对所述一维点阵中各待增强像素点，分别并行进行水平与垂直方向的滤波，获取两个方向的细节信号；步骤3，对两个方向的细节信号核化滤波，过滤掉由图像噪声引入的微小细节信号；步骤4，通过待增强像素点邻域两侧的灰度对称性以及该待增强像素点细节信号强度，对增强后的细节信号强度进行控制，进行过冲抑制，将完成过冲抑制的两个细节信号相加，获得这N个像素点的细节信号；步骤5，进一步对步骤4中获取的细节信号进行幅度抑制；步骤6，依次对待处理的图像数据中各一维点阵执行步骤2至步骤5进行处理，完成该待处理的图像数据的细节增强。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓冲器包括NM个大小为N个像素的缓冲单元；所述缓冲器配备有4个读取端口和4个写入端口。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平与垂直方向的滤波，所采用的滤波器分别对应为水平NH阶和垂直NV阶的一维滤波器，分别计算像素点左右各(NH-1)/2个和上下各(NV-1)/2个像素的灰度，并结合该像素点的灰度值获取该像素点两个方向的细节信号。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的缓冲器为多粒度的离散存储器结构。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水平与垂直方向的滤波，具体为将滤波模板与图像数据进行空域卷积，其滤波结果表示为：其中，(i，j)表示图像数据中第i行第j列位置上的像素点，DEH(i,j)表示(i，j)处的水平滤波结果，DEV(i,j)表示(i，j)处的垂直滤波结果，P(i，j)表示图像第i行第j列位置上的像素灰度，FH(k)表示水平模板第k个元素，FV(t)表示垂直模板第t个元素。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4中所述过冲抑制，是对水平细节信号和垂直细节信号分别进行处理，然后将经过过冲抑制的两个细节信号相加，获得最终的细节信号，具体方法为：步骤41，利用待处理像素点的灰度值以及该点左右各(NH-1)/2个和上下各(NV-1)/2个像素的灰度进行绝对差运算，即得到左右各(NH-1)/2个和上下各(NV-1)/2个共四组灰度绝对差；步骤42，求取四组绝对差的均值：Mean_L，Mean_R，Mean_T，Mean_B，即该点左右上下四个灰度差均值；步骤43，计算第一过冲抑制因子alpha和第二过冲抑制因子beta，公式为alpha＝ka*Y_abs_mean

【专利技术属性】
技术研发人员：刘壮，郭若杉，谭吉来，李瑞玲，韩睿，李晨，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11