[发明专利]结合局部方向特征的数字图像三倍插值放大方法

说明书

技术领域

本发明属于图像超分辨率(Super Resolution)重建技术领域。

背景技术

图像超分辨率重建技术是指利用一幅或多幅低分辨率图像，通过估计低分辨率图像丢失的高频信息来重建出一幅高分辨率图像。图像超分辨率重建技术广泛应用于遥感卫星图像、军事侦察、医学成像、安全监控以及交通管理等领域，具有广泛的应用前景和重要的研究价值。

插值放大作为图像超分辨率(Super Resolution，SR)重建的一个重要分支，具有实现简单，运算速度快的特点。传统的插值方法包括最近邻，双线性和双三次插值等，这些方法利用邻域已知点到待插值点的距离因素构造权重进行插值，虽然可以实现对低分辨率图像的任意整数倍的插值放大；不过，由于忽略了低分辨率图像的局部纹理特征，导致插值放大图像的边缘部分出现失真、模糊等效应。图像的局部纹理特征尤其是方向特征描述了图像在该区域的方向信息，如果能够利用图像的局部方向特征对图像进行插值，就可以使插值点更好的符合原始图像的纹理方向特征，从而使插值放大的图像更准确。

2001年Li等人首次利用局部纹理特征对图像进行插值，提出一种基于边缘指导(NEDI)的图像插值方法(X.Li，M.T.Orchard.New edge-directed interpolation[J].IEEE Transactions on Image processing，2001，10(10)：1521-1527)，其基本思想是利用低分辨率图像和高分辨图像之间局部协方差的对偶关系估计权重系数进行插值。该方法对单一结构图像的插值效果较好，而对纹理丰富的图像进行插值时边缘部分会出现混叠模糊现象。

近几年，研究学者利用局部方向特征提出很多图像插值方法：(1)Liu等人提出了一种基于插值细分(简称为IEIS)的方法(C.Liu，X.Luo.Image enlargement via interpolatory subdivision[J].IET Image Processing，2011，5(6)：567-571)。该方法根据插值点邻域内水平或垂直方向的局部特征，将插值点所处的区域分成四种情况，通过分别赋予不同的权重系数进行加权完成高分辨图像的插值重建。(2)Andrea Giachetti等人提出了基于时域的人工图像放大算法(文献中简称为ICBI，Iteractive Curvature Based Interpolation)(Giachetti A，Asuni N.Real time artifact-free image upscaling[J].IEEE Transactions on image processing，2011，20(10)：2760-2768)，该方法首先沿局部纹理方向对待插值点进行初始估计，然后不断迭代通过最小化局部曲率来完成插值点的计算。(3)同时，申请人也提出了一种基于曲波纹理方向自适应(简称为TIBC)的图像插值算法(赵亮，和红杰，尹忠科.基于曲波的纹理方向自适应图像插值[J].光电子·激光.2012，23(4)：798-804.)。该方法首先利用双线性插值得到初始化高分辨图像，然后利用曲波变换估计出插值点的方向特征，根据方向特征来修正待插值点的像素值。

上述三种方法结合低分辨图像的局部方向特征对插值点进行估计，不仅提高了插值图像纹理区域的清晰度，而且边缘模糊现象也得到了有效的抑制。然而，现有结合方向特征的插值放大方法都是针对图像放大2ⁿ(n＞0的整数)倍设计的。如果要实现低分辨率图像的3倍插值放大，则需先对低分辨率图像进行4倍放大，然后3/4下采样得到3倍高分辨率图像；不仅计算过程冗余而且插值图像的误差也较大。由于曲波估计出的方向特征能较好地描述图像的纹理方向特征，因此，基于曲波的TIBC方法得到的高分辨率图像边缘效果相对较好。不过，由于该方法在计算方向特征时，需要先对低分辨率图像进行双线性插值，不仅降低了运算速度，而且由于双线性插值的低通平滑效果，使插值后的图像不可避免的引入了误差，从而导致局部纹理特征的估计不准确，影响了后序插值重构的准确性。因此，如何快速且准确地估计出插值点的方向特征，是提高低分辨率图像重建质量和重建效率必须解决的关键问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合局部方向特征的数字图像三倍插值放大方法，该方法能够有效抑制插值图像边缘模糊和锯齿现象，重构出的图像边缘更清晰，视觉效果更锐利；且计算复杂度低，运算时间短。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种结合局部方向特征的数字图像三倍插值放大方法，其步骤如下：