[发明专利]一种平面插值和球面插值相结合的图像插值器及方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及图像插值方法，广泛应用于图像显示、图像传输、图像分析、图像编码、图像缩放、图像旋转、图像目标识别等民用的图像处理领域，更具体地说用于：数码相机、数码摄像机、视频播放器和液晶电视中得到最佳图像质量的一种平面插值和球面插值相结合的图像插值器及方法。

背景技术

在数字图像处理中，图像插值是一种最基本、最常用的几何运算，它是一个图像数据的再生过程，即由具有较低分辨率的原始图像数据再生出具有更高分辨率的图像数据，是图像处理中重新采样过程中的第一个重要组成部分，它能把一个离散的矩阵转换成一幅连续图像，广泛应用于图像显示、图像传输、图像分析、图像编码、图像缩放、图像旋转、图像目标识别等民用的图像处理领域, 插值的精度直接影响最终的图像处理结果, 因此探求优于现有插值方法的图像插值方法在学术上和应用上都很重要。图像插值过程是在一个可得的低分辨率图像中, 利用己知像素值估计出中间像素值的过程。

图像插值过程是一个图像数据的建模过程, 一般分为两步：首先选择一种模型逼近源图像, 再用所期望的采样率对该连续模型重新采样。 传统的插值方法有：最近邻插值法、双线性插值法、双三线性插值法、二元Newton-Thiele 型向量有理插值曲面法、双三次插值有理样条法和曲面拟合插值法等。图像插值广泛应用于现实生活中，而且在放大数字照片、增加打印机的分辨率、把PAL 或NTSC分辨率视频转换成HDTV 分辨率视频等应用中非常重要。通常，图像插值方法是用一个基函数或插值核来逼近、刻画源图像。常用的插值核包括线性插值核、样条插值核、Lanczos 插值核等。 但目前国内外学者所研究的图像插值方法都存在这样或那样的问题，最近邻插值法取离它最近的像素点的像素值作为待插入点的像素值，该方法最简单，但是效果也最差，容易产生“锯齿”状边缘和“马赛克”现象；双线性插值法利用待插入点周围的4个已经存在的像素点的像素值，根据它们离待插入点距离的远近，给予不同的权值，效果比最近邻法要好很多，但它没有考虑周围4个像素的空间关系，还有不理想的地方；双三线性插值法是在双线性插值法的基础上把要参考的像素数由4个扩展为16个，效果有所改善和提高；二元Newton-Thiele 型向量有理插值曲面法、双三次插值有理样条法和曲面拟合插值法等都是用统一的模型、统一的函数或统一的插值核进行插值，与双线性和双三线性插值法一样都没有考虑周围像素之间的空间关系，虽说插值效果取得了一些进展，但都存在一定的不足之处。到目前为止，国内外还没有发现和研究出图像的原始插值模型，只能用一个基函数或插值核来逼近、刻画源图像，从而不可能得到理想的图像插值方法，也就无法满足高质量图像处理的需求。

数码照相机和数码摄像机受电子设备制造技术的限制，分辨率是一定的，要想得到分辨率高、尺寸大的图像，通过提高它们设备的分辨率一方面受制造技术的限制，另一方面也会提高成本；而视频播放器和液晶显示器则是将通过数码照相机和数码摄像机获得的图像或视频显示出来，如果传输过来的图像或视频分辨率较低，则显示的图像尺寸小且模糊，如：在用视频播放器播放视频时，刚开始视频窗口的大小随视频分辨率的高低而不同，分辨率高则窗口大，否则窗口则小，如果选择全屏播放模式，则原来分辨率低的视频就会出现图像模糊、“马赛克”（块状效应）和“锯齿”状边缘现象，这是由于它们采用的图像插值方法不合理而造成的。

发明内容

本发明目的在于解决现有图像插值方法所存在的用一个基函数或插值核来逼近、刻画源图像的图像插值问题。本发明提出了一种平面插值和球面插值相结合的图像插值器及方法，不需要用基函数或插值核来逼近、刻画原图像，从而设计出合理的图像插值方法，得到理想的图像插值效果，可以满足高质量图像处理的需求；可以使国内外图像处理方面的专家和学者不必再进行图像插值方面的研究，而把有限的时间和精力应用到图像处理的其它领域；可以对数码相机和数码摄像机获得的低分辨率的图像和视频转换为高分辨率的图像和视频再保存；也可以对视频播放器和液晶电视接收到的低分辨率的图像和视频转换为高分辨率的图像和视频再播放和显示。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种平面插值和球面插值相结合的图像插值方法，步骤如下：

（1）.把一幅数字图像等效为空间坐标系中的一个点集，采用建立待插入点周围4个点的空间关系，使一幅数字图像中的一个像素点的行坐标                                                、列坐标及该点的像素值这三个要素，表示为空间坐标系中的一个点为；