Патент на изобретение №2367015
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области обработки цифровых изображений, в частности, для уменьшения искажений. Техническим результатом изобретения является эффективное уменьшение и удаление искажений в цифровых изображениях с привнесенными искажениями. Предложен способ улучшения цифровых изображений, включающий анализ параметров изображения с последующим извлечением яркостной компоненты, построение корректирующего фильтра и корректировку изображения, причем корректировке подвергают изображения с искажениями, привнесенными предыдущими корректировками, без использования и анализа параметров оригинального изображения, при этом построение корректирующего фильтра производят по усредненному профилю проекции с построением набора локальных проекций яркости изображения в направлении, определяемом градиентом на отобранных участках, корректировку изображения осуществляют, отбирая пиксели изображения в локальной области, примыкающей к граням, исключая при этом пиксели, находящиеся непосредственно на гранях, и корректируют отобранные участки при помощи построенного корректирующего фильтра с регулировкой весовых коэффициентов фильтра по локальным значениям амплитуды градиента. 6 ил.
Изобретение относится к области обработки цифровых изображений и может быть использовано для уменьшения либо полного удаления искажений, возникающих в случаях применения других способов улучшения качества фото- и видеоизображений, таких как повышение резкости или разрешения изображения, фильтрация шума. В настоящее время при обработке цифровых изображений широкое распространение получили различные способы повышения качества изображения. Так, многие современные цифровые фото- и видеокамеры оборудованы цифровыми процессорами обработки изображений, которые, в том числе, используются для повышения качества изображения. Однако требование мобильности, а также стоимости фото- и видеокамер не позволяет использовать в их составе мощные вычислительные средства. В результате во многих случаях используются усеченные либо упрощенные способы обработки, при которых возникают нежелательные побочные эффекты, такие как: – появление двойных контуров-ореолов при дополнительном повышении резкости (в дальнейшем эффект halo); – появление аналогичных искажений для некоторых типов интерполяций (в частности, широко используемой бикубической) при повышении разрешения. Широко известен способ улучшения качества оригинального изображения при помощи программы Adobe Photoshop. В этом случае применяют смягчающий фильтр, который позволяет уменьшить искажения, появляющиеся в результате обработки оригинального изображения путем увеличения резкости. Недостатком данного способа является отсутствие избирательности, т.к. фильтр применяется ко всем областям изображения. Поэтому с уменьшением искажений происходит потеря резкости по всему изображению. Известен способ улучшения видеоизображения [1], при котором автоматически определяют искаженные области изображения, корректируют искажения расчетом откорректированных яркостей пикселей искаженных областей изображения. Недостатком этого способа является возможность корректировки лишь тех участков изображения, в которых наблюдается так называемый блюминг, т.е. явление протекания заряда из соседних пикселей датчика при высоких значениях заряда. Известен также способ коррекции динамического видеоизображения [2], представляющий собой коррекцию ступенчатых искажений (так называемая постеризация) в изначально монотонно закрашенных областях изображения, привнесенных, например, предварительным сжатием изображения. Недостатком данного способа является невозможность корректировки двойных контуров-ореолов, корректируются лишь ступенчатые искажения. Известен способ обработки оригинальных цифровых изображений [3], при котором улучшение качества изображения осуществляют путем увеличения резкости цветного изображения. При этом производят выделение яркостного канала из каналов различных цветов и, после повышения яркости, добавление яркостного канала обратно в цветовые каналы. Для повышения четкости изображения используют стандартный линейный фильтр с ядром размером 3×3, или 5×5, или 7×7 пикселей. Недостатком этого способа является появление искажений в виде эффекта halo вследствие применения фильтра. Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ улучшения качества изображений путем повышения резкости [4], учитывающий особенности регистрирующих и воспроизводящих устройств. При этом способе осуществляется защита от пересвечивания мелких контрастных деталей, таких как листва, волосы, трава и т.д., путем смешивания данных оригинального изображения и изображения с повышенной резкостью с изменением весовых коэффициентов в локальной области в окрестностях пересвеченных объектов. Недостаток способа заключается в том, что корректируются лишь те участки изображения с повышенной резкостью, которые приводят или могут привести к пересвечиванию. Кроме того, чтобы подвергать корректировке изображения указанным способом, необходим доступ к параметрам оригинального изображения. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке такого способа улучшения качества изображений, который позволил бы значительно уменьшить либо полностью удалить искажения, возникшие при обработке оригинальных изображений другими способами. При этом в качестве исходного объекта обработки используют лишь изображение с уже привнесенными искажениями. Данных о параметрах оригинального изображения и примененных способах обработки не требуется. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе улучшения цифровых изображений, который включает анализ параметров изображения, извлечение яркостной компоненты, построение корректирующего фильтра и корректировку изображения, построение корректирующего фильтра производят по усредненному профилю проекции путем вычисления амплитуд и направлений градиентов яркости изображения с последующим отбором участков изображения с высоким значением градиента и построением набора локальных проекций яркости изображения в направлении, определяемом градиентом на отобранных участках. При этом корректировку изображения осуществляют следующим образом: вычисляют амплитуду градиента изображения, отбирают пиксели изображения в локальной области, примыкающей к граням, исключая пиксели, находящиеся непосредственно на гранях, и корректируют отобранные участки при помощи построенного ядра корректирующего фильтра с регулировкой весовых коэффициентов фильтра по локальным значениям амплитуды градиента. На фиг.1 представлено цифровое изображение до обработки. На фиг.2 – то же изображение после увеличения резкости. На снимке отчетливо виден эффект halo. На фиг.3 – то же изображение после обработки заявляемым способом. На фиг.4, 5, 6 показаны локальные проекции грани в направлении градиента: фиг.4 – локальная проекция грани исходного изображения; фиг.5 – локальная проекция грани после увеличения резкости, виден ореол (halo-эффект); фиг.6 – локальная проекция грани после коррекции искажений заявляемым способом. Улучшение исходных изображений заявляемым способом осуществляют следующим образом: I. Анализ изображения для сбора параметров: 1. Извлечение яркостной компоненты. 2. Вычисление амплитуд и направлений градиентов яркости изображения. 3. Отбор участков изображения с высоким значением градиента (граней). 4. Построение набора локальных проекций яркости изображения в направлении, определяемом градиентом на отобранных участках. 5. Вычисление усредненного профиля проекции по построенному набору локальных проекций. II. Построение корректирующего фильтра по вычисленному усредненному профилю. III. Корректировка изображения: 1. Вычисление амплитуд градиентов изображения. 2. Отбор пикселей изображения, находящихся в непосредственной близости от граней, исключая пиксели, находящиеся непосредственно на гранях. Для таких пикселей выполняется соотношение: max(abs(grad(M)))/abs(grad(p))>Thr где: p – пиксель; м – множество точек, окружающих данный пиксель; Thr – некоторый предел, константа. 3. Корректировка найденных участков при помощи построенного фильтра с регулировкой весовых коэффициентов фильтра по локальным значениям амплитуды градиента. Пример конкретного выполнения: I. Анализ изображения для сбора параметров: а. Извлечение яркостной компоненты. Предположим, каждый пиксель изображения хранится в виде трех цветовых компонент: R, G, В. Определяем яркостную компоненту (Y) по формуле: Y=R*0.2989+G*0.587+В*0.114 Данное представление сигнала и вычисление яркостной компоненты является типичным при обработке фото- и видеоизображений и хорошо известно. b. Вычисление абсолютного значения и направлений градиентов яркости изображения. Gx(a,b)=Y(a-1,b-1)-Y(a+1,b-1)+Y(a-1,b+1)-Y(a+1,b+1)+2*Y(a-1,b)-2*Y(a+1,b) Gy(a,b)=Y(a-1,b-1)+Y(a+1,b-1)-Y(a-1,b+1)-Y(a+1,b+1)+2*Y(a,b-1)-2*Y(a,b+1) Ga(a,b)=Gx(a,b)*Gx(a,b)+Gy(a,b)*Gy(a,b) Gx – компонента градиента в направлении х, Gy – компонента градиента в направлении у, Ga – квадрат абсолютного значения градиента, a, b – координаты пикселя. с. Отбор участков изображения с высоким значением градиента (граней), сортировка пикселей по убыванию абсолютного значения градиента и отбор первых N пикселей. N=4*(W+H)/(W*H) W, H – ширина и высота изображения в пикселях соответственно. d. Построение набора локальных проекций яркости изображения в направлении, определяемом градиентом на отобранных участках. Определение такого из абсолютных значений Gх(а,b), Gy(а,b), которое является максимальным для данного пикселя в координате (a,b) (пиксели – из участков, выбранных на этапе с). С учетом знака получаем 4 варианта:
e. Вычисление усредненного профиля проекции по построенному набору локальных проекций.
II. Построение ядра корректирующего фильтра по вычисленному усредненному профилю. f. Создание одномерного профиля фильтра Pi=[Vavg P1=1 g. Развертка одномерного профиля в радиально-симметричное двумерного ядра. Матрица F размерами 15×15 элементов заполняется путем вычисления расстояния элемента матрицы от центра и выборки соответствующих значений из одномерного профиля Р с интерполяцией (например, линейной). III. Корректировка изображения: h. Вычисление амплитуд градиентов изображения. Gx(a,b)=Y(a-1,b-1)-Y(a+1,b-1)+Y(a-1,b+1)-Y(a+1,b+1)+2*Y(a-1,b)-2*Y(a+1,b) Су(а,b)=Y(a-1,b-1)+Y(a+1,b-1)-Y(a-1,b+1)-Y(a+1,b+1)+2*Y(a,b-1)-2*Y(a,b+1) Ga(a,b)=Gx(a,b)*Gx(a,b)+Gy(a,b)*Gy(a,b) Gx – компонента градиента в направлении x, Gy – компонента градиента в направлении у, Ga – квадрат абсолютного значения градиента, a,b – координаты пикселя. i. Отбор пикселей изображения в локальной области, примыкающей к граням, исключая пиксели, находящиеся непосредственно на гранях. Для таких пикселей выполняется соотношение: w<3; w вычисляется по формуле:
где: (a, b) – координаты пикселя. j. Корректировка отобранных участков при помощи построенного ядра корректирующего фильтра с регулировкой весовых коэффициентов (параметризацией) фильтра по локальным значениям амплитуды градиента. В данном варианте исполнения параметризуется только центральный элемент ядра фильтра, что функционально эквивалентно подмешиванию исходного изображения с некоторым весом.
где: Y – яркостная компонента исходного изображения; Y F
Заявляемый способ улучшения цифровых фото- и видеоизображений позволяет значительно уменьшить, а в ряде случаев полностью устранить искажения. При этом как исходный объект обработки используют лишь изображение с уже привнесенными искажениями. Данных о параметрах оригинального изображения и примененных способах обработки не требуется. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Заявка на изобретение RU 2. Заявка на изобретение RU 3. Патент RU 4. Патент US
Формула изобретения
Способ улучшения цифровых изображений, включающий анализ параметров изображения с последующим извлечением яркостной компоненты, построение корректирующего фильтра и корректировку изображения, отличающийся тем, что корректировке подвергают изображения с искажениями, привнесенными предыдущими корректировками, без использования и анализа параметров оригинального изображения, при этом построение корректирующего фильтра производят по усредненному профилю проекции с построением набора локальных проекций яркости изображения в направлении, определяемом градиентом на отобранных участках, корректировку изображения осуществляют, отбирая пиксели изображения в локальной области, примыкающей к граням, исключая при этом пиксели, находящиеся непосредственно на гранях, и корректируют отобранные участки при помощи построенного корректирующего фильтра с регулировкой весовых коэффициентов фильтра по локальным значениям амплитуды градиента.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
(1
15)=Y(a+7,b)
– яркостная компонента откорректированного изображения;
– нормирующий коэффициент, который выбирается таким образом, чтобы сумма элементов F
2005125325, Бюл. 
