[发明专利]一种基于有理函数可调性适应人眼视觉的图像插值方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像插值技术，属于数字图像处理领域。

背景技术

数字图像处理领域中，图像插值是其最基本、最重要的技术之一，也一直是国内外广泛关注的研究热点，已经广泛应用于数字图像处理领域中的图像分辨率增强、图像放大等应用。数码相机和数码摄像机等数码产品已经越来越多的在人们的生活中被使用。然而，由于拍摄条件、拍摄者的技术以及数码产品摄取设备和输出设备的限制，人们所获得的图像并不能很好的贴合人眼直接观察到的图像。利用图像插值技术对所拍摄的图像进行恰当的处理以改善图像的视觉效果或突出有用的目标，具有广泛的应用前景。

在过去的几十年里，插值技术已经受到了广泛的研究并出现了很多经典的和流行的算法。伴随着软件技术的发展，涌现出许多优秀的图像处理软件，如Photoshop、AcDsee、rks等。这些软件中都大量地用到了传统的插值算法，为了在尽量保持图像效果的前提下提高软件的运行效率，软件开发商们大都对原有的插值算法加以改进。尽管插值算法的效率有所提高，但现有插值算法的效果还

是无法让人满意。特别当前人们对图像质量要求提高后，需要有一种有效的新的图像插值技术来解决这个问题。随着技术进步和数字电视产业的发展，不同格式视频通过不同网络传输到不同终端上显示的情况越来越多。在这种背景之下，为了使不同格式视频在不同显示设备上都能达到尽量好的效果，数字视频后处理算法越来越重要。尤其是在未来几年里高清晰度数字电视设备都还必须能接收和显示目前标准清晰度数字电视标准下的视频信号，所以迫切需要优良的图像缩放算法使该类电视信号在播放时达到最好的观赏效果。在实际应用中，采用目前的图像插值方法导致图像中物体边沿比较模糊有锯齿感。而且液晶电视和等离子等显示终端显示器的出现，使得人们对于缩放后的图像质量提出更高要求。

由于图像插值技术在传统领域的应用需要进一步提高以及新领域应用的需求，因此继续深入的对其进行研究具有重要的理论意义和应用价值。当前已有数以万计的图像处理算法，但每一种算法都存在各自的缺陷，许多视觉任务对于人而言是非常简单的任务，但对于计算机来说仍然很困难。

随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善，图像插值技术在许多应用领域受到重视并取得了重大的成就。图像插值技术在航空航天、医疗诊断、气象及交通监测、以及数字电视、电影和媒体广告等领域有着广泛的应用，创造了巨大的社会价值。人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理技术向更高、更深层次发展。图像插值技术的应用领域也将不断扩大。

图像插值是数字图像和数字视频处理的一项关键技术，它一直是图像处理技术的研究热点。研究快速有效的图像插值算法具有实际的应用价值。高效率低误差地插值重建图像是图像插值算法研究的基本问题，插值计算时兼顾图像中背景区域的平滑连续和边缘细节的清晰是图像插值算法研究重点。

当前许多图像插值技术难以满足人们对图像处理效果的更高要求，根本原因在于人眼视觉系统的复杂性，大多图像插值技术在图像处理过程中忽略了人的视觉特点，只注重图像处理效果的客观因素。在人眼视觉关注的前提下，满足人的视觉特性和视觉差异性，建立基于人眼视觉的图像插值技术成为难点问题。

从图像插值技术以及其在图像方法和图像增强方面的应用研究来看，如何适应数字图像的特性、人的视觉特性以及人的视觉差异性是图像插值研究的指导方向。虽然目前基于有理函数的图像插值及其应用处于起步阶段，但是因其较好的适应了数字图像的非线性特点和人的视觉非线性，必将引起人们的关注。然而对于人的视觉个体差异性，当前仅有的几种有理插值很难处理这个难点问题，而且有理插值函数形式复杂导致计算困难。

我们认为基于人眼视觉应分为两个部分来理解：1)所建立的插值函数要满足人的视觉特性和个体差异性(即插值函数的非线性和可调节性)。2)在利用图像插值技术进行图像处理时要利用插值函数的参数调整图像处理效果。

发明内容

本发明的主要思想是：首先，根据曲面能量对含参数的插值函数划分不同的能量等级，结合插值函数的保凸控制和区域点控制，给出通过参数调整的凸度和点控强度。其次，根据个人的视觉特点和不同的关注程度调整参数，最终使得图像在整体和局部细节上都让观察者满意的效果。

本发明主要包括四部分，A、基于双变量有理函数的图像插值构造；B、双变量有理插值曲面的能量控制；C、基于曲面凸性控制的图像放大；D、基于曲面点控制的图像增强。

图像插值算法如下：