一种基于四边形和三角形面片的数字图像放大方法技术

本发明专利技术公开了一种基于四边形和三角形面片的数字图像放大方法，该方法包括以下步骤：对待放大图像像素矩阵中的每个4×4区域上的16个像素点，根据灰度值不同进行分类；由分类结果确定该区域中心位置处四边形网格的划分方案，将四边形网格划分为两个三角形网格或者不予划分；在划分成两个三角形的四边形网格上，构造一个三次多项式和一个二次多项式曲面片分别拟合原场景的两个不同对象，两张曲面片在连接处是不连续的，可以更好拟合原场景表面；在未被划分的四边形网格上构造双三次多项式曲面片；将所有曲面片拼接在一起，得到原场景的拟合曲面；在拟合曲面上增加采样密度，通过重采样完成图像放大。通过上述方式，本发明专利技术划分方法简单，准确率高，不仅能够较好的保持图像细节和边缘，并且算法效率较高。

A digital image amplification method based on quadrilateral and triangular facets

The invention discloses a method for amplifying digital image based on quadrilateral and triangle, the method comprises the following steps: to enlarge each image pixel matrix of 4 * 4 area on the 16 pixels, according to the gray value of different classification; classification scheme of the region at the center position of quadrilateral mesh is determined by the the results of classification will be divided into two quadrilateral mesh triangle mesh division or not; two triangular quadrilateral mesh in divided into two different objects, to construct a three order polynomial and a two polynomial surface fitting are the original scene, two surfaces is not continuous at the junction that can better fit the original scene surface; the construction of double three polynomial patches in the quadrilateral mesh is not divided; all surface patches together, the curve got the original scene The sample density is added to the fitting surface and the image magnification is completed by resampling. Through the above methods, the method is simple and accurate, and it can not only keep the image details and edges better, but also the efficiency of the algorithm is high.

【技术实现步骤摘要】
一种基于四边形和三角形面片的数字图像放大方法
本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种基于四边形和三角形面片拟合的数字图像放大方法。
技术介绍
图像放大涉及图像放大技术或生成高分辨率图像(HR)的技术，是图像处理、计算机图形学、计算机视觉和数字内容创作等领域的共性科学问题和关键技术，在医学图像处理、卫星探测、地质勘探、虚拟现实和游戏娱乐等领域有着广泛的应用。随着网络视频、移动电话和高清电视的发展，图像放大受到越来越多的关注。数字图像是由传感器获得的原场景感知数据通过空间采样和灰度量化转成的数字。空间采样越多，对原场景表面的细节刻画得就越精细。对图像放大问题，如果能根据图像数据反向重建出原场景表面可见部分组成的表面，然后对表面进行重采样，通过增加采样密度就可以得到细节丰富和清晰的放大图像。这样图像放大问题可归结为由图像反向重建原场景表面的问题。数字图像以像素矩阵形式表示，相邻的四个像素可组成一个四边形网格。假设图像P(由n×n个像素组成)是从原场景曲面F(x,y)上采样得到的，可假定每个采样点是在单位面积上的采样，则图像P的每个像素pi,j，i,j＝1,2,...,n，为：通常的方法是构造原场景的近似曲面。首先在以像素点Pi,j为中心的每个3×3区域上构造一个二次插值曲面片fi,j(x,y)＝b1x2+b2y2+b3xy+b4x+b5y+b6，再由四个相邻像素上的曲面片fi,j(x,y)，fi,j+1(x,y)，fi+1,j(x,y)和fi+1,j+1(x,y)加权平均形成整体的拟合曲面f(x,y)。上述算法中，如果相邻的四个像素不是从原场景的同一个对象上采样得到的，在四边形网格区域内会存在图像的边缘，则这种基于四边形网格构造的拟合曲面会平滑该边缘，导致此处边缘模糊或失真。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于四边形和三角形面片来拟合场景曲面，从而将原图像放大的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：图像以像素矩阵形式表示，每四个相邻像素可构成一个四边形网格。一种基于四边形和三角形面片的数字图像放大方法，首先对待放大图像像素矩阵中的每个4×4区域的16个像素点进行分类，根据分类结果确定该区域中心位置处的四边形网格是保持不变还是划分成两个三角形网格；在划分成两个三角形的四边形网格上，构造一个三次多项式和一个二次多项式曲面片分别拟合原场景的两个不同对象，两张曲面片在连接处是不连续的，可以更好拟合原场景表面；在未被划分的四边形网格上构造双三次多项式曲面片；将所有曲面片拼合在一起，得到原场景的拟合曲面；在拟合曲面上增加采样密度，通过重采样实现图像的放大。本专利技术的具体步骤为：1)对图像像素矩阵中的每个4×4区域上的16个像素点进行分类；2)根据分类结果确定该区域中心位置的四边形网格的划分方案，将四边形网格划分为三角形网格或者不予划分；3)四边形和三角形曲面片的构造：在划分成两个三角形的四边形网格上分别构造一个三次多项式和一个二次多项式曲面片；在未被划分的四边形网格上构造双三次多项式曲面片；4)将所有曲面片拼合在一起，得到原场景的拟合曲面；5)在拟合曲面上增加采样密度，通过重采样完成图像放大。本专利技术的有益效果：(1)对于含边缘像素的区域，以边缘为约束进行三角形网格划分，划分方法简单，准确率较高。(2)能在很大程度上消除图像边缘处产生的模糊，取得令人满意的放大效果。(3)通过构造多项式拟合曲面实现图像放大，比现有的基于相似性、稀疏表示和机器学习等的图像放大方法速度快，算法效率高。附图说明图1是本专利技术的流程示意图；图2是图像像素矩阵的网格示意图图3是四边形区域的4种划分状态图图4是status1的系数表示图具体实施方式一幅数字图像是对某场景表面的采样，采样越多，对原场景表面的细节刻画得就越精细。对图像放大问题，如果能根据图像反向重建出原场景表面可见部分组成的表面，对场景进行重采样，就可以得到细节丰富和清晰的放大图像。图像以像素矩阵形式表示，每四个相邻像素可构成一个四边形网格，如图2所示。下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，包括以下步骤：1)对图像像素矩阵中的每个4×4区域的16个像素点，根据灰度值不同分成两类，分别对应原场景中两个不同的采样对象。由于对原场景中同一对象采样得到的像素点灰度值大致相同，而对不同对象采样得到的各像素点灰度值相差较大。因此，根据分类结果可以判断四边形区域上是否在同一对象上采样的，如果不是，则很可能存在边缘。对16个像素点首先按照灰度值大小排序，排序后分成两类，对可能的15种分类结果分别计算E1和E2。其中，m(1≤m≤15)是第一类像素点的个数，p'是第一类中像素的灰度均值，p″是第二类中像素的灰度均值。满足能量Eq＝E1+E2为最小的m可实现对16个像素点的分类，即m使下式成立：argmin(E1+E2)(2)2)由分类结果确定该4×4区域中心位置处的四边形网格的划分方案，将四边形网格划分为两个三角形网格或者不予划分：如果四个顶点像素是从原场景同一对象上采样得到的，那么该四边形区域内没有边缘，这时，四个顶点像素灰度值相同(或相近)也会被分到同一类，在四边形上可以构造理想的拟合曲面；如果四个顶点像素是从不同对象上采样得到的，那么四个顶点像素灰度值差别较大不会被分为一类，该区域有较大可能存在边缘，在四边形上直接构造拟合曲面会平滑该边缘，因此需要进行划分。图像边缘为水平和垂直的情况采用四边形网格构造曲面片基本不影响放大图像的质量，因此，本方法只考虑有三个顶点属于同一类时的划分。如图2所示，对于四边形p5p6p10p9，如果p5、p9和p10为一类，p6为另一类，则沿p5p10方向很可能存在图像的边缘。由于采样区域的连续性，同一采样对象的像素灰度场是连续的，因此还需要考虑p4和p14，p2、p3和p7所属的类别。由对称性，其他情况亦然。2-1)根据四个顶点的分类结果，将四边形区域划分为两个三角形，则有两种划分结果共四种状态，如图3所示；根据分类结果，将四边形网格沿45°方向划分为两个三角形网格：若三个顶点是同类的三角形在网格的左上角，且左上直角顶点的沿45°方向相邻的两个像素点也属于该类；同时，网格上另一个顶点及其作为左上角所在的四边形网格上的其他三个点属于另一类时，记为status1；根据对称性，可得三个顶点是同类的三角形在网格的右下角的情况，记为status2。根据分类结果，将四边形网格沿135°方向划分为两个三角形网格：若三个顶点是同类的三角形在网格的右上角，且右上直角顶点的沿135°方向相邻的两个像素点也属于该类；同时，网格上另一个顶点及其作为右上角所在的四边形网格上的其他三个点属于另一类时，记为status3；根据对称性，可得三个顶点是同类的三角形在网格的左下角的情况，记为status4。对于如图2所示4×4区域中心位置处四边形的四个顶点像素p5p6p10p9：沿45°方向划分(即连接P5P10)：1.若P5、P9、P10、P4和P14为一类，P6、P2、P3和P7在另一类，记为status1；2.若P5、P6、P10、P1和P11为一类，P9、P8、P12和P13在另一类，记为status2；沿135°方向划分(即连接P6P9)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于四边形和三角形面片的数字图像放大方法，其特征在于，步骤1，对图像像素矩阵中的每个4×4区域的16个像素点，根据灰度值不同分成两类，分别对应原场景中两个不同的采样对象；步骤2，根据分类结果确定该区域中心位置处的四边形网格的划分方案，将四边形网格划分为两个三角形网格或者不予划分：2‑1)根据分类结果，将四边形网格沿45°方向划分为两个三角形网格：若三个顶点是同类的三角形在网格的左上角，且左上直角顶点沿45°方向相邻的两个像素点也属于该类；同时，网格上另一个顶点及其作为左上角所在的四边形网格上的其他三个点属于另一类时，记为status1；根据对称性，可得三个顶点是同类的三角形在网格的右下角的情况，记为status2；2‑2)根据分类结果，将四边形网格沿135°方向划分为两个三角形网格：若三个顶点是同类的三角形在网格的右上角，且右上直角顶点沿135°方向相邻的两个像素点也属于该类；同时，网格上另一个顶点及其作为右上角所在的四边形网格上的其他三个点属于另一类时，记为status3；根据对称性，可得三个顶点是同类的三角形在网格的左下角的情况，记为status4；2‑3)不满足上述分类条件的四边形区域不予划分；步骤3，四边形和三角形曲面片的构造：在划分成两个三角形的四边形网格上，构造一个三次多项式和一个二次多项式曲面片分别拟合原场景的两个不同对象；在未被划分的四边形网格上构造双三次多项式曲面片：3‑1)对于顶点不属同一类的三角形区域，构造二次多项式曲面片fi,j(x,y)；3‑2)对于顶点属同一类的三角形区域，构造三次多项式曲面片Bt(x,y)；3‑3)对于未被划分的四边形区域构造双三次多项式拟合曲面片Bi,j(x,y)；步骤4，将所有曲面片拼合在一起，得到原场景的拟合曲面；步骤5，在拟合曲面上增加采样密度，通过重采样完成图像放大。...

【技术特征摘要】
1.一种基于四边形和三角形面片的数字图像放大方法，其特征在于，步骤1，对图像像素矩阵中的每个4×4区域的16个像素点，根据灰度值不同分成两类，分别对应原场景中两个不同的采样对象；步骤2，根据分类结果确定该区域中心位置处的四边形网格的划分方案，将四边形网格划分为两个三角形网格或者不予划分：2-1)根据分类结果，将四边形网格沿45°方向划分为两个三角形网格：若三个顶点是同类的三角形在网格的左上角，且左上直角顶点沿45°方向相邻的两个像素点也属于该类；同时，网格上另一个顶点及其作为左上角所在的四边形网格上的其他三个点属于另一类时，记为status1；根据对称性，可得三个顶点是同类的三角形在网格的右下角的情况，记为status2；2-2)根据分类结果，将四边形网格沿135°方向划分为两个三角形网格：若三个顶点是同类的三角形在网格的右上角，且右上直角顶点沿135°方向相邻的两个像素点也属于该类；同时，网格上另一个顶点及其作为右上角所在的四边形网格上的其他三个点属于另一类时，记为status3；根据对称性，可得三个顶点是同类的三角形在网格的左下角的情况，记为status4；2-3)不满足上述分类条件的四边形区域不予划分；步骤3，四边形和三角形曲面片的构造：在划分成两个三角形的四边形网格上，构造一个三次多项式和一个二次多项式曲面片分别拟合原场景的两个不同对象；在未被划分的四边形网格上构造双三次多项式曲面片：3-1)对于顶点不属同一类的三角形区域，构造二次多项式曲面片fi,j(x,y)；3-2)对于顶点属同一类的三角形区域，构造三次多项式曲面片Bt(x,y)；3-3)对于未被划分的四边形区域构造双三次多项式拟合曲面片Bi,j(x,y)；步骤4，将所有曲面片拼合在一起，得到原场景的拟合曲面；步骤5，在拟合曲面上增加采样密度，通过重采样完成图像放大。2.如权利要求1所述的一种基于四边形和三角形面片的数字图像放大方法，其特征在于，所述步骤1)包括：对16个像素点按照灰度值大小进行排序，然后对可能的15种分类结果分别计算其能量，以满足能量最小的分类情况作为最优的像素点分类结果。3.如权利要求2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐李添，叶才增，
申请(专利权)人：徐李添，
类型：发明
国别省市：山东,37