一种基于单张低分辨率图像的图像插值重构方法技术

一种基于单张低分辨率图像的图像插值重构方法，在使用现有标准双三次插值方法插值后，通过采用边缘信息限制下的水平集扩散技术，可以很好的改善现有标准插值方法得到的高分辨率图像中的锯齿效应，并保证图像中的细节信息不受破坏。同时，本发明专利技术采用边缘信息限制下的双边滤波技术可以有效的降低所得高分辨率图像中的模糊效应，使所得高分辨率图像的视觉效果得到很大的改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及一种图像的构建方法，具体涉及一种基于单张低分辨率图像 的图像插值重构方法。
技术介绍
在大多数数字图像的应用中，都希望获得高分辨率的图像。较高的分辨率 可以提供更多更清晰的细节信息，这在很多领域都是非常关键的。例如，具有 较高分辨率的医学图像可以帮助医生更准确的判断病情；在卫星遥感成像过程 中，高分辨率图像常常成为辨别物体的关键。此外，在法医鉴定，车辆牌照识 别等领域高分辨率图像也起着重要作用。正是由于高分辨率图像的广泛应用，近年来出现了各种方法来改善所得高 分辨率图像质量。总的来说，这些方法可以分做两个大类， 一类是基于多张有 一定联系的低分辨率图像或通过训练的方法获得高分辨率的图像，这类方法的 共同特点是需要用到较多的额外信息，虽然这类方法可以获得比较好的结果， 但是它们对额外信息的要求也是非常苛刻的。另一类方法是基于单张低分辨率 图像获得高分辨率图像，这类方法仅仅需要低分辨率图像本身，因此有着更广 泛的适应性。常见的图像插值方法是寻找一个插值函数，这种方法可以在图像的低频分 量处获得不错的效果，但是在高频分量处经常产生一些错误，从而造成图像的 模糊效应，锯齿效应等。为了改善上面方法的不足， 一种基于水平集的图像插值重构方法在2002 年被提出。这种方法可以有效的平滑掉图像中的锯齿从而较好的改善图像的视5觉效果，可是它依然存在两个问题第一，这种方法采用的锚定点约束技术不 能使图像中所有的锯齿都得到充分的平滑，并会对图像中的细节纹理信息造成 破坏。第二，这种方法并不能很好的解决图像的模糊效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够去除锯齿效应使图像边缘更加平滑，提高 视觉效果，区分图像纹理细节和轮廓，使初始插值得到的高分辨率图像轮廓处 的锯齿得到充分的平滑而图像中的纹理不遭到破坏，降低初始插值后高分辨率 图像中模糊效应，使图像看起来更清晰的单张低分辨率图像的图像插值重构方 法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是首先通过标准的函数插tt法 获得一幅初始的高分辨率图像；然后对插值后的图像进行边缘信息的提取和二 值化，使用边,接技术获得更全面的边缘响应，并通过引入一个边缘密度相 关的变量D将这些边缘信息分做纹理细节部分以及轮廓部分；其次对轮廓部分 进行水平集扩散以移除锯齿效应，在获得平滑的边缘效果的同时保护图像的细 节信息；最后对图像的轮廓进行双边滤波，从而降低由于初始的插值错误和水 平集扩散带来的模糊效应，在获得锐利轮廓的同时保护图像的细节信息。本专利技术的具体步骤如下1)使用差商法计算插值后图像的初始边缘信息，如下式所示 ^ (x，力=(/i (x — /2，力—/(x + /2,力)/ 2/2,(x，力=" ;; — ;z) — 4 (X，;; + h)) / 2/2其中4表示经过插{皿大后的初始高分辨率图像，A为空间步长取作1 ，则初始边缘图像^M根据以上两式得到2552) 采用保矩法得到自适应的阈值7V^对初始的边缘信息进行二值化；3) 通过以下边缘连接技术获得更全面的边缘响应首先，采用保矩法得到的阈值77^^ ，然后定义一个较低的阈值7V"， 通常令^,^=77^^ /2 ，对输入的边缘图像作如下处理(1) 若4咖",力〉7V举，则/￡咖"力=255;(2) 若/蹄e"力〈7Kw,则/￡咖(义,力=0;(3) 若7^。w < 4扭"力< T^妙，检测二值化后的边缘图像的8邻 域内是否有非O的点，如果有，则/^^0,;;) = 255,并且继续检测其邻域直到收敛，如果没有，则4咖(^,力=0;4) 通过引入一个表征某一区域内密度的变量Z)(x,力，并通过对一个密度 相关的阈值7;的选择对边缘进行另一次划分，经过这次划分，图像中的细节部 分和轮廓部分将根据戶，的阈值被有效地区分出来；将经过边缘连接后的二值图像记作/^。^，对其中的每一个亮点，统计以它为中心的一个窗口内亮点个数co腐(U)，通常选择这个窗口大小为21*21， 若此点位于细节纹理丰富的区域，那么以它为中心的窗口中亮点个数就比较 多，反之则较少，则边缘密度为5)对/^。7进行修正，加入角点阈值的选择，设修正后的二值图为/, 修正过程如下其中Q为窗口的面积，根据D(x，力如果4— =0，则4—=0;如果&，=255 ，贝U0 cwrv(/(x,_y))>rc 255 ，v(/(>,>0)<7;其中，c"vK/(义，力)为像素点/(x,力处的曲率，并根据初始插值后的图像计算；6)对经过初始插值得到的高分辨率图像/〖，在&， =1的位置处使用水平集扩散平滑锯齿效应，并使用双边滤波技术降低模糊效应，包括使用以下公式 j = J" c(x,x) s(/(;c),了(a:》血c(x， x) = ￡ ctc ■i(ii/w-/(;)ii2) s(/(x),/(i)) = e 2 CT'2其中c(x,;)描述了图像中两个像素点的空间信息关系，而s(/(;c)，/(;))描述了两 个像素点之间的特征信息关系，^是归一化系数。本专利技术在使用现有标准双三次插值方法插itj舌，通过采用边缘信息限制下 的水平集扩散技术，可以很好的改善现有标准插值方法得到的高分辨率图像中 的锯齿效应，并保证图像中的细节信息不受破坏。同时，本专利技术采用边缘信息 限制下的双边熗波技术可以有效的降低所得高分辨率图像中的模糊效应，使所 得高分辨率图像的视觉效果得到很大的改善。 附图说明图1是本专利技术基于单张低分辨率图像的插值重构算法的流程图； 图2是使用标准插值方法得到的高分辨率图像的效果图； 图3是经过初始插^，使用不加约束的水平集技术得到的高分辨率图像 的效果；图4(A)， 4(B)， 4(C)， 4(D)是本专利技术在图像边缘信息图取各个步骤的效果W思；图5是通过双边滤波技术获得更锐利的边缘效果图；图6(a)， 6(b), 6(c)是本专利技术与标准插值技术以及现有改善锯齿技术的效果对比。具体实施例方式下面将根据附图对本专利技术进行详细说明。由于传统的插值手段虽然可以在图像的低频分量处取得不错的效果，但在高频分量即图像的边缘处却会因为插f直错误带来一些人工痕迹，如锯齿效应、模糊效应等，这些人工痕迹极大的影响了图像的视觉效果。最近出现的改善图像视觉效果的方法可以一定程度上降低图像中的锯齿效应，不过它依然不能是每条边缘得到充分的平滑并有可能对图像的细节纹理信息造成破坏，另外它也并不能改善因初始插值错误带来的模糊效应。为了克服上述技术的限制，本专利技术提出了一种边缘敏感的水平集扩散和双边滤波的图像插值重构方法。本专利技术提出的方法主要基于以下两个假设第一，人类的视觉系统对图像的边缘是十分敏感的，因此改善图像的边缘效果就可以很好的改善其视觉效果。第二，初始插值后图像的错误主要集中在图像的轮廓处，因此，需要对图像的轮廓以及细节纹理作出区分。图l是本专利技术的流程图。如图一所示，本专利技术主要分为四个步骤1、使用标准方法对图像进行初始的插值放大。2、对经过初始放大的图像进行边缘提取，并对图像的轮廓和细节纹理作出区分。3、通过水平集扩散平滑图像的轮廓，从而移除锯齿效应。4、通过在轮廓出实施双边滤波技术从而改善初始插值技术带来的模糊效应。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单张低分辨率图像的图像插值重构方法，包括以下步骤：　１）首先通过标准的函数插值法获得一幅初始的高分辨率图像；　２）然后对插值后的图像进行边缘信息的提取和二值化，使用边缘连接技术获得更全面的边缘响应，并通过引入一个边缘密度相关的变量Ｄ将这些边缘信息分做纹理细节部分以及轮廓部分；　３）其次对轮廓部分进行水平集扩散以移除锯齿效应，在获得平滑的边缘效果的同时保护图像的细节信息；　４）最后对图像的轮廓进行双边滤波，从而降低由于初始的插值错误和水平集扩散带来的模糊效应，在获得锐利轮廓的同时保护图像的细节信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄华，臧彧，齐春，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]