[发明专利]伪像减少的自适应内插

说明书

背景

由于数码相机成本下降，它们的普及性稳步增长，普通消费者均能消费得起。为了保持低成本，许多彩色数码相机是单传感器的数码相机，其中仅使用一个图像传感器来捕捉彩色图像中每个图片元素(像素)的色彩信息。单传感器的数码相机中的每个图像传感元件通常是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片，它是表示彩色图像的各像素的传感器阵列的一部分。考虑到叠加在传感器上的色彩滤波器阵列，每个传感元件仅能产生关于给定像素处的单个色彩的信息。然而，彩色图像通过组合三个分开的单色图像来表示。为了显示一彩色图像，每个像素处需要全部的红色、蓝色和绿色(RGB)色彩值。在理想的(且昂贵的)照相机系统中，向传感器阵列中的每个像素提供三个图像传感器，每个传感器各自测量红色、绿色或蓝色的像素色彩。然而，在单传感器数码相机中，在一个给定像素处仅能确定单个红色、绿色或蓝色色彩值。为了获得另外两个缺失的色彩，必须使用一种技术根据图像的周围像素估计或内插缺失的色彩。对于每个CCD或CMOS像素，仅捕捉一个色彩，R、G或B中的任一个。因此，有必要对数据进行内插以便在每个像素处产生另外两个色彩。例如，图1中用“x”标记的像素是“红色像素”，也就是说，在该位置处，相应的图像传感元件仅产生了红色色彩值。为了获得该像素的绿色(G)和蓝色(B)值，需要对可从相邻像素获得的绿色和蓝色数据进行内插。例如，为了获得图1中“x”像素102的绿色值，可以基于标记为“o”的绿色像素值来进行双线性内插。

如上所述地估计或内插缺失色彩的过程称为“去镶嵌”。术语“去镶嵌”源自于：色彩滤波器阵列(CFA)在图像传感器前面使用，而CFA以镶嵌图案排列。该镶嵌图案对于图像中的每个像素仅有一个色彩值。为了获得全色彩图像，镶嵌图案必须被“去镶嵌”。因此，去镶嵌是从用镶嵌图案CFA捕捉的图像内插回，使得全RGB值可以与每一像素相关联的技术。更具体地说，单传感器数码照相机使用在光路中位于CFA之后的图像传感器阵列来捕捉图像。一种非常常见的镶嵌CFA被称为拜耳(Bayer)镶嵌图案。拜耳(Bayer)镶嵌图案(即拜耳滤波器100)在图1中示出。(在该图中，有“R”的方框104表示红色像素，有“G”的方框106表示绿色像素，有“B”的方框108表示蓝色像素。标记为“0”110的方框也是绿色像素，标记为“X”112的方框也是红色像素。)对于每一2x2的像素组，两个对角相对的像素具有绿色滤波器，而另外两个像素具有红色和蓝色滤波器。由于绿色(G)带有对于人类来说最多的亮度信息，因此它的采样率是红色(R)和蓝色(B)的两倍。

概述

发明内容以简单形式介绍了下面会在详细描述中描述的概念的选择。发明内容并不意图标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并不用于限制所要求保护的主题的范围。

这里所述的伪像减少的自适应内插技术从由单CCD(或CMOS)数码相机创建的原始图片(例如拜耳镶嵌的单色图像)中产生具有全色彩RGB(红色、绿色、蓝色)信息的数字图片。该技术使用一组线性滤波器高效地执行高质量的去镶嵌。这些滤波器的系数与统计最优的Wiener滤波器近似，并允许快速实现，即优选地不使用乘法运算，仅仅使用加法和移位(尽管在处理硬件支持快速乘法时可以使用乘法)。

该技术采用了改进的标准来选择内插标准，考虑了输出内插值。它采用对滤波系数的小改变，得到更好的结果并且适应“纠正衰减”。在一个实施例中，该技术进一步采用了“纠正衰减”步骤，减少了对于特定种类的对角边缘的“色彩喷洒(sprinkling)”伪像。相对于其他较佳的执行算法所需的多遍(在一些情况下超过十遍)来说，该技术仅仅对图像过一遍，该遍中内插了全部的色彩。

在一个实施例中，遵循常规的光栅扫描次序(从左至右从上至下)，对于每个像素位置，伪像减少的自适应内插技术首先确定水平和垂直梯度(它们的计算取决于该像素的可用色彩)。它还为每一个水平方向和垂直方向计算一活动度量，该活动度量考虑了候选的输出内插像素值。该技术基于水平和垂直梯度值以及水平和垂直活动度量，从三个选项之一中选择最佳的内插方向：水平、垂直或不定向。在不定向滤波器的情况下，输出值中有较高的风险存在伪像(特别是“色彩喷洒”类型，其中像素与其直接邻居有显著不同的色彩)。在一个实施例中，在该情况下，该技术应用了一个附加步骤，用于对造成内插输出中的高频分量的项进行衰减。

在本发明实施例的以下描述中，对作为本发明一部分的附图进行参考，其中示出了能实现本发明技术的具体实施例。可以理解，可以使用其他实施例，并且可以做出结构上的变化，而不背离本发明的范围。