[发明专利]图像处理装置及像素插值方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种执行插值过程以便为图像中的具有缺失像素值或不正确像素值的像素插值得到像素值的装置、以及由该设备执行的像素插值方法。

背景技术

使用光学单元扫描图像的扫描仪设备分类到使用接触式图像传感器(CIS)的设备和使用电荷耦合器件(CCD)的设备。因为文档需要紧密接触要扫描的表面，因此使用CIS的扫描仪设备不能扫描立体视觉的文档。但是，在近些年，使用CIS的设备被广泛应用，因为与使用CCD的设备相比其机身轻薄、成本低，并且减少在扫描图像中容易出现的噪声的技术方面也有所进步。例如，为了扫描文档的背面，CIS用于具有一次通过双面扫描功能的图像扫描仪中。

CIS使用RGB发光二极管(LED)作为光源，通过以高速度切换它们来向文档发射R、G和B彩色光，并通过透镜将来自文档的反射光输入给成像元件(CMOS图像传感器)。CMOS图像传感器逐像素地将来自文档的输入光转换为电压值并输出转换的电压值。

使用CIS的扫描仪设备使用接触式图像传感器类型，其中，文档和使用滚筒的传感器紧密接触，此文档被逐行扫描。生产单个长CIS是困难的，因此，CIS的扫描单元通过排列多个沿它们的纵向方向排列的短传感器组成。但是，在这种结构下，因为在传感器之间形成一定间隙，在这个间隙中的图像信号不能获取。因此，图像信号中出现缺陷。

在扫描仪设备中，图像信号可能变得有缺陷，或被扫描图像信号可能因为扫描图像信号的传感器的缺陷或由于光路中途障碍物的存在，例如灰尘存在于放置文档的接触玻璃上，而有不正确的值。

因此，问题在于，有缺失像素值或不正确像素值的像素存在于扫描图像中，图像质量劣化。为了解决这一问题，在相关技术中，有公知的方法从其周围的像素的像素值中估计有缺失或不正确像素值的目标像素的正确像素值，并插值(插入)出目标像素的估计的像素值代替缺失或不正确的像素值。

例如，使用目标像素的周围像素的像素值执行线性插值的方法；和使用二阶或更高阶函数执行多项式插值或样条插值的方法是公知的。基于线性插值的插值方法对于在密度细小变化的图像部分的插值是理想的，但对于在密度剧烈变化的图像部分的插值，如半色调网点区域，不是理想的。

当对诸如数字照片的图像间隙采样的采样周期充分短于图像图案的变化周期时，基于多项式插值和样条插值的插值方法能以高准确度估计像素值。但是，在半色调网点图像的情况下，因为图像分辨率与半色调网点的行的数量相比不充分，因此，与图像的变化时段相比，采样时段是不充分的。因此，插值方法可能不能正确地重建原图案。

因此，为了解决插值方法的问题，提出了一种使用图案匹配的方法。在这个图案匹配方法中，期待不能被插值方法重建的高频率成分能使用在插值目标像素邻近的相似图案重建。

但是，总体上，由于图案匹配与插值方法相比使用了大范围的信息，因此，虽然获得了对基础图案的最佳方案，所获得的方案对于插值目标像素而言并不是最佳的。这个问题出现是因为当在图案匹配方法中搜索相似图案时，作为整体彼此稍微不同的图案不能被从大部分同样但部分彼此极大不同的图案中区分出来。

特别地，像具有高网线数(high screen ruling)的半色调网点区域，当信息相对于特定像素离心分布时，选择相似图案的方法对插值结果起很大作用。此外，在有低密度的半色调网点区域中，由于属于图像背景区域的像素比例相对较大，因此相似的图案在背景区域中而不是半色调网点区域中被检测出来，或者，没有相似的图案可以被检测出。

因此，当执行插值时，依据插值目标像素所属的区域的特征使用插值方法是必要的。为了准确估计插值目标像素的像素值，已提出了一种设备，其中，当插值目标像素的位置在半色调网点区域内时，从图像中搜索与包含插值目标像素的图案相似的图案，包含在最相似图案内并对应于插值目标像素的像素的像素值被确定为插值目标像素的像素值(见第4330164号日本专利)。

这个设备基于图像扫描传感器扫描的图像数据来确定对应于接触式图像传感器的连接部分的插值目标像素的位置是在半色调网点区域内还是在非半色调网点区域内。当插值目标像素的位置在非半色调网点区域内时，插值目标像素的像素数据由线性插值方法生成，而生成的像素数据插入到插值目标像素中。另一方面，当插值目标像素的位置在半色调网点区域内时，插值目标像素的像素数据由图案匹配方法生成，且生成的像素数据插入到插值目标像素。