[发明专利]图像处理装置与像素插值方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月26日在日本提交的日本专利申请第2011-013839号的优先权，并且通过引用并入其全部内容。

技术领域

本发明涉及一种执行插值处理以便插值图像中具有丢失像素值或错误像素值的像素的像素值的装置、以及由该装置所执行的插值方法。

背景技术

使用光学单元扫描图像的扫描仪设备被分类为利用接触式图像传感器(CIS)的装置以及利用电荷耦合设备(CCD)的装置。利用CIS的装置不能够扫描立体式文档，这是因为该文档需要与待扫描表面近距离接触。然而近几年，利用CIS的装置由于其厚实的机身和与利用CCD的设备相比低廉的价格以及降低在扫描图像中可能出现的噪声的技术改进，已被广为使用。例如，CIS被用于具有一次(one-pass)双面扫描功能的图像扫描设备，以扫描文档的背面。

CIS利用RGB发光二极管(LED)作为光源，通过高速切换R、G和B颜色的光来将R、G和B颜色的光发射至文档以便将反射自文档的光通过镜头输入至成像元件(CMOS图像传感器)，利用CMOS图像传感器将来自文档的输入光逐个像素地转换成电压值，并且输出该转换后的电压值。

该利用CIS的扫描仪设备利用接触式图像传感器的方法，该方法采用辊轴使文档与传感器近距离接触并逐行扫描该文档。由于制造一个长的传感器比较困难，因此CIS具有以下配置：多个短传感器沿着其长度方向排列以形成扫描单元。这样，传感器之间形成了一定空隙，而且在该空隙中不可能获取图像信号。结果会产生图像信号的缺失。

上述问题不限于利用CIS的设备。在扫描仪设备中，由于扫描图像信号的传感器的缺陷或者光学通路中途障碍的出现(诸如文档放置于其上的接触玻璃上出现的灰尘)，图像信号可能缺失，或者扫描的图像信号可能具有错误的值。

结果，存在的问题是：在所扫描的图像中出现具有丢失的像素值或错误的像素值的像素，并且图像质量降低。为解决该问题，在相关技术中，已知的方法是：从具有丢失的或错误的像素值的目标像素的周围像素的像素值中估计出该目标像素的正确的像素值，并插值(插入)所估计的像素值代替目标像素的丢失或错误的像素值。

例如，已知一种利用目标像素的周围像素的像素值执行线性插值的方法；以及一种利用二阶或更高阶函数执行多项式插值或样条插值的方法。基于线性插值的插值方法对于在亮度上具有微小变化的图像部分的插值是理想的，但对于在亮度上具有剧烈变化的图像部分(如半色调点区域)的插值是不理想的。

当对图像(诸如数字照片)进行采样的采样周期与图像图案的变化周期相比足够短时，基于多项式插值和样条插值的插值方法能够高精确度地估计像素值。然而，在半色调点图像的情况下，由于图像分辨率与半色调点的屏幕频率相比是不足的，因此采样周期相对于图像的变化周期也不够长。因此，该插值方法可能无法正确地再现原始图案。

因而，为解决该插值方法的问题，建议了一种使用图案匹配的方法。在该图案匹配方法中，可以再现高频分量，所述高频分量不能通过该插值方法在插值目标像素附近的位置处使用相似图案而再现。

然而，总体上说，由于与插值方法相比该图案匹配利用了大范围信息，因此尽管获得了基础图案的最优解，但所获得的解对插值目标像素而言并非最优。产生这一问题是因为：当在图案匹配方法中查找相似图案时，在整体上彼此存在细微差异的图案并未区别于那些彼此大体相同但部分存在显著差异的图案。

具体地，像具有较高屏幕规则的半色调点区域一样，当信息不规则地分布至特定像素时，选择相似图案的方法对插值结果有明显的影响。而且，在低密度的半色调点区域中，由于属于图像背景区域的像素所占比例相对较高，可能在背景区域中而不是在半色调点区域中检测到相似图案，或者可能没有检测出相似图案。

因此，当执行插值时，有必要使用一种取决于插值目标像素所属区域的特征的插值方法。为准确地估计插值目标像素的像素值，已经提出了一种设备，其中当插值目标像素的位置处于半色调点区域中时，与包括插值目标像素的图案相似的图案从图像中被查找出来，并且包括于最相似图案中并对应于该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(参见日本专利第4330164号)。