[发明专利]用于减少图像中的伪像的设备和方法

说明书

技术领域

本公开一般地涉及数字图像处理和显示系统，并且更具体地，涉及用于减少图像中的伪像的设备和方法，其中，在没有用户干预的情况下自动检测图像中包括伪像的区域，例如条带化(banding)区域。

背景技术

在数字图像、或者如电影中的图像序列之类的图像的处理期间，注意到图像伪像。一种常见的伪像现象是条带化，其中在图像的原始平滑线性转变区域上显示具有变化强度和颜色等级的条带。类似于颜色校正、缩放、颜色空间转换以及压缩之类的处理可以引入条带化效应。条带化在动画材料中最为普遍，在动画材料中，图像是具有高频分量和最小噪声的人造图像。使用有限带宽进行的任何处理将不可避免地引起混叠、“振荡(ringing)”或者条带化。

当前最新技术是添加噪声(如抖动以及误差扩散)，以减少图像中的伪像。噪声将该现象掩蔽至一定程度，但是在图像其它部分上引入不期望的噪声，并且引入对其他处理(如压缩)的额外负担。

在相关领域中，由于产生数字采样的图像的高质量表示所需的数据文件的大小较大，常用手段是对数据文件应用各种形式的压缩，以尝试在不对所感知的图像质量产生不利影响的情况下减小数据文件的大小。各种众所周知的技术和标准已经演进以应对这种需要。这些技术的代表是用于图像编码的联合图像专家组(JPEG)标准。类似于JPEG，但是加入帧间编码以利用运动序列中连续帧的相似性的技术是运动图像专家组(MPEG)标准。已经基于小波变换开发出其它标准和专有系统。

在商业电影DVD/HD-DVD发布的过程中，从传统胶片或者从计算机动画电影中扫描的数字图像典型地具有10比特数据，并且在特定应用中具有多至16比特数据。需要将该数据转换为8比特YUV格式用于压缩。由于比特深度精度的减少，通常在具有平滑颜色改变的图像区域中或者图像中出现条带化伪像。如上所述，抖动和误差扩散算法通常用于减少条带化伪像。在大多数抖动算法中，向图像添加具有高空间频率的数字信号以掩蔽条带化效应。然而，DVD/HD-DVD内的压缩是去除具有高空间频率的信号的有损压缩。因此，即使在压缩前通过抖动处理来掩蔽条带化，在压缩后，条带化伪像也经常出现。

用于抖动或者颜色深度减少的传统方法是针对显示应用和打印服务。由于抖动是处理链中最后的步骤，很好地保持了所添加的高空间频率，并且当减少颜色深度时，所添加的高空间频率起到掩蔽条带化效应的作用。误差扩散是另一种常用方法，其中，在相邻像素周围分发量化误差以生成掩蔽效应并且保持整体图像强度。然而，这些方法未考虑到有损压缩(如MPEG1、2、4或者H.264)的效应，这些有损压缩倾向于减少或者截断高频率信号。因此，由于压缩编码器将使用多个比特来表示所添加的抖动噪声或者量化误差并且使用较少的比特来表示图像，因此大多数抖动和误差扩散方法将减少压缩过程中的比特率效率。同时，由于已经减少或者截断了掩蔽信号，在压缩之后，条带化伪像较容易出现。

此外，通过要求用户干预来确定在图像中何处出现伪像，使伪像减少过程更加复杂。这使得伪像减少过程对于用户或者操作者来说成为耗时的过程。

因此，需要用于减少图像中的伪像的技术，其中，在图像处理(例如有损压缩处理)之后伪像将保持减少或者抑制。此外，需要用于自动检测图像中包括伪像的区域以减少操作者干预的技术。

发明内容

本公开的设备和方法提供了一种用于对具有颜色强度的平滑线性转变并易于在图像处理中出现条带化伪像的图像区域进行检测的自动条带化区域检测算法或函数。该设备和方法使用基于参数模型的方法来检测条带化区域。将条带化区域定义为具有平滑的强度或颜色转变的区域。该类型的区域倾向于在图像处理(如量化、颜色校正等)之后具有条带或伪轮廓。使用线性表面模型来对该区域中的像素的强度进行建模。如果可以使用线性表面模型来近似表示该区域，则可以将该区域归类为条带化区域。

该设备和方法首先将图像分为均质颜色区域。由于在相同图像中可能存在不同类型的区域，如边缘区域、纹理区域以及平滑区域，该设备和方法基于其颜色或亮度强度将图像分割为多个区域。如果所分割的区域满足特定准则(如大小、统计颜色分布等)，则将该分割的区域选择为条带化区域的候选。将该区域中的像素的强度或者颜色与线性表面进行拟合，以验证该区域是否是条带化区域。使用参数模型来估计每一个区域的颜色线性转变。如果在区域中存在颜色强度的平滑线性转变，则将该区域归类为条带化区域。