CN101511031B

CN101511031B - 一种用于拜尔数据插值的方法

Info

Publication number: CN101511031B
Application number: CN2008101478636A
Authority: CN
Inventors: 李慧然; 袁梓瑾; 吴亚东; 鲁国宁
Original assignee: Sichuan Hongwei Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Hongwei Technology Co Ltd
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: CN101511031A

Abstract

本发明公开了一种用于Bayer Data插值的方法，通过当前像素点所包含的R或B分量，在三个方向计算梯度值，在边缘方向两侧选择边缘差值最小的一侧包含G分量的像素点恢复当前像素点的G分量，解决了双线性插值所带来的边缘过渡不平滑等问题；根据边缘方向及当前像素点包含的R或B分量，对当前像素点所缺失的B或R分量进行恢复，可以尽量避免梯度颜色双线性插值由于判断误差所带来的颜色失真。

Description

一种用于拜尔数据插值的方法

技术领域

本发明涉及电子图像尤其是彩色图像处理技术领域，具体来讲，涉及一种用于拜尔数据插值的方法。

背景技术

信号传感相机可以检测到与照片中像素点对应位置的光线密度变化。在彩色信号传感相机系统中，色彩滤波镜阵列(CFA)仅能有规则的测量任何给定像素单元的其中一种颜色，这种规则颜色分布的图像称为拜尔数据，导致信号传感相机只能有规则获取图像中每个像素点的一种颜色，如图1所示。因此，需要用颜色插值技术来恢复图像中每个像素点的其他两种颜色。

目前相机系统可以产生红、绿、蓝三种颜色。用颜色插值技术将每个像素点只有一种颜色分量的图像恢复为三种颜色的像素点。大多数色彩滤波镜阵列(CFA)只有一种颜色信号有较高的频率，相较其他两种颜色信号采样也较多。在RGB图像中，这种信号为绿色(G)。绿色由于其较高的细节频率并且是人类视觉集中的信号通常被作为亮度信号。因此目前的颜色插值技术一般先将图像每个像素点的绿色(G)分量恢复后再恢复其他两种颜色分量。目前较为典型的插值方法有以下三种：

双线性插值技术：该技术首先恢复图像每个像素点的绿色(G)分量，其中缺失G分量的像素点的G分量通过旁边像素点双线性插值得到。然后根据就近原则恢复每个像素点的其它两种分量。

边缘检测插值技术：在图像边缘采用不同于平滑区域的插值方法。并且该插值方法根据边缘与预先存储的模板进行匹配确定。

梯度插值技术：1、恢复图像所有像素点的G分量。缺失G分量像素点，分别计算垂直以及水平方向梯度，用最小值方向上的拥有G分量的相邻像素点进行双线性插值恢复。2、在G分量恢复的基础上使用双线性插值恢复像素点的其他两个颜色分量。

最初的双线性插值技术由于只是简单的通过行相邻像素点进行恢复，因此在图像边缘部分存在过渡不平滑，出现块效应。针对该不足，方向性检测的插值技术增加了边缘检测的技术，并且通过模板比较在边缘部分使用不同的插值技术，但是该方法计算复杂。梯度插值技术针对以上不足，计算垂直以及水平方向的梯度，使用最小梯度方向的像素点恢复当前点。该技术虽然解决了计算复杂度以及对边缘方向问题有所处理，但是该技术只有G分量进行垂直与水平方向的梯度计算，然后在最小方向上进行双线性插值，由于G分量集中了图像的大部分信息，因此梯度误差插值导致颜色失真，而且其他两个分量在G分量的基础之上恢复，因此造成误差扩散。

发明内容

本发明的目的在于克服现有拜尔数据插值方法的不足，提供一种边缘过渡不平滑、颜色失真小的用于拜尔数据插值的方法。

为达到上述发明目的，本发明用于拜尔数据插值的方法，包括缺失G分量像素点的恢复和G分量像素点缺失的R和B分量的恢复，其特征在于，缺失G分量像素点的恢复包括以下步骤：

(1)、使用当前像素点所包含的R或B分量，在垂直方向，水平方向，两个对角线方向，计算梯度值，选择最小梯度值方向作为边缘方向；

(2)、在边缘方向两侧选择边缘差值最小的一侧包含G分量的像素点恢复当前像素点的G分量；

(3)、对当前像素点缺失B或R分量的恢复。

在本发明的一具体实施方式中，步骤(3)中，当前像素点缺失B或R分量的恢复，在步骤(1)的基础上，根据边缘方向及当前像素点包含的R或B分量，如果边缘方向为垂直或水平方向，则计算边缘方向两侧差值，选择最小的一侧，离当前像素点最近且包含颜色分量为当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复；如果边缘方向为对角线方向，直接用该边缘方向上的当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复。

在本发明的另一具体实施方式中，G分量像素点缺失的R和B分量的恢复为：G分量像素点缺失的R分量通过垂直或水平的两个R分量求平均得到，而G分量像素点缺失的B分量则通过水平或垂直的两个R分量求平均得到。

在本发明中，通过当前像素点所包含的R或B分量，在三个方向计算梯度值，在边缘方向两侧选择边缘差值最小的一侧包含G分量的像素点恢复当前像素点的G分量，解决了双线性插值所带来的边缘过渡不平滑等问题，并且计算简单、可行；同时，在判断纹理情况的前提下，当前像素点缺失B或R分量的恢复，在步骤(1)的基础上，根据边缘方向及当前像素点包含的R或B分量，如果边缘方向为垂直或水平方向，则计算边缘方向两侧差值，选择最小的一侧，离当前像素点最近且包含颜色分量为当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复；如果边缘方向为对角线方向，直接用该边缘方向上的当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复，可以尽量避免梯度颜色双线性插值由于判断误差所带来的颜色失真。

附图说明

图1是拜尔数据的一种排列方式图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行更为详细描述。在以下的描述中，当已有的现有技术的详细描述也许会淡化本发明的主题内容时，这些描述在这儿将被忽略。

图1是拜尔数据的一种排列方式图。本实施例结合图1给出的拜尔数据的排列方式进行说明。

一、缺失G分量像素点的恢复

(1)、使用当前像素点所包含的R或B分量，在垂直方向，水平方向，两个对角线方向，计算梯度值，选择最小梯度值方向作为边缘方向。

在本实施例中，用X表示当前像素点包含的颜色分量值，即R或B分量的值，计算多方向梯度值：

diff₁＝|(X_(i-2)，j+X_(i+2)，j)/2-X_i，j|(1)

diff₂＝|(X_i，(j-2)+X_i，(j+2))/2-X_i，j|(2)

diff₃＝|(X_{(i-2)，(j-2)}+X_{(i+2)，(j+2)})/2-X_i，j|(3)

diff₄＝|(X_{(i-2)，(j+2)}+X_{(i+2)，(j-2)})/2-X_i，j|(4)

其中i，j表示当前像素点坐标位置，X表示当前像素点包含的颜色分量值，diff₁、diff₂、diff₃、diff₄分别为垂直方向，水平方向，两个对角线方向的梯度值。

(2)、在边缘方向两侧选择边缘差值最小的一侧包含G分量的像素点恢复当前像素点的G分量。

在本实施例中：

1)、如果diff₁最小，垂直方向作为边缘方向进行G分量恢复。

a)、如果|X_i，j-X_i，j-2|＞|X_i，j-X_i，j+2|，即右侧边缘差值最小，当前像素点的G分量G_ij

G_i，j＝G_i，j+1(5)

b)、如果|X_i，j-X_i，j-2|≤|X_i，j-X_i，j+2|，即左侧边缘差值最小，当前像素点的G分量G_ij

G_i，j＝G_i，j-1(6)

2)、如果diff₂最小，水平方向作为边缘方向进行G分量恢复。

a)、|X_i，j-X_i-2，j|＞|X_i，j-X_i+2，j|，即下侧边缘差值最小，当前像素点的G分量G′_i，j

G_i，j＝G_i+1，j (7)

b)、|X_i，j-X_i-2，j|≤|X_i，j-X_i+2，j|，即上侧边缘差值最小，当前像素点的G分量G_i，j

G_i，j＝G_i-1，j (8)

3)、如果diff₃最小，斜下方向作为边缘方向进行G分量恢复，使用第2)的a)、b)步骤进行G分量恢复。

4)、如果diff₄最小，斜上方向作为边缘方向进行G分量恢复，使用第1)的a)、b)步骤进行G分量恢复。

(3)、当前像素点缺失B或R分量的恢复

根据边缘方向及当前像素点包含的R或B分量，计算边缘方向两侧差值，选择最小的一侧，离当前像素点最近且包含颜色分量为当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复。

在本实施例，根据计算多方向梯度值，进行判断：

1)、如果diff₁最小，垂直方向作为边缘方向，进行缺失B或R分量的恢复。

a)、|X_i，j-X_i，j-2|＞|X_i，j-X_i，j+2|，即右侧边缘差值最小，缺失Y分量为：

Y_i，j＝(|Y_i-1，j+1-G_i-1，j+1|+|Y_i+1，j+1-G_i+1，j+1|)/2+G_i，j (9)

b)、|X_i，j-X_i，j-2|≤|X_i，j-X_i，j+2|，即左侧边缘差值最小，缺失Y分量为：

Y_i，j＝(|Y_i-1，j-1-G_i-1，j-1|+|Y_i+1，j-1-G_i+1，j-1|)/2+G_i，j (10)

2)、如果diff₂最小，水平方向作为边缘方向，进行缺失B或R分量的恢复。

a)、|X_i，j-X_i-2，j|＞|X_i，j-X_i+2，j|，即下侧边缘差值最小，缺失Y分量为：

Y_i，j＝(|Y_i+1，j-1-G_i+1，j-1|+|Y_i+1，j+1-G_i+1，j+1|)/2+G_i，j (11)

b)、|X_i，j-X_i-2，j|≤|X_i，j-X_i+2，j|，即上侧边缘差值最小，缺失Y分量为：

Y_i，j＝(|Y_i-1，j-1-G_i-1，j-1|+|Y_i-1，j+1-G_i-1，j+1|)/2+G_i，j (12)

3)、如果diff₃最小，边缘方向为对角线方向的斜下方向，直接用该边缘方向上的当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复，即

Y_i，j＝(|Y_i-1，j-1-G_i-1，j-1|+|Y_i+1，j+1-G_i+1，j+1|)/2+G_i，j (13)

4)、如果diff₄最小，边缘方向为对角线方向的斜上方向，直接用该边缘方向上的当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复，即

Y_i，j＝(|Y_i+1，j-1-G_i+1，j-1|+|Y_i-1，j+1-G_i-1，j+1|)/2+G_i，j (14)

其中X表示当前像素点的颜色分量，Y表示当前像素点缺失B或R颜色分量，i，j表示当前像素点的坐标位置。

二、G分量像素点缺失的R和B分量的恢复

G分量像素点缺失的R分量通过垂直或水平的两个R分量求平均得到，而G分量像素点缺失的B分量则通过水平或垂直的两个R分量求平均得到，即：

Y_i，j＝(Y_i-1，j+Y_i+1，j)/2或Y_i，j＝(Y_i，j-1+Y_i，j+1)/2(15)

步骤(1)实例

下面结合图1的具体排列方式进一步对本发明进行说明和描述，以便理解本发明的方法。

一、缺失G分量像素点的恢复

在本实例中，以缺失G分量像素点R_3，4进行说明。计算多方向梯度值：

diff₁＝|(R_1，4+R_5，4)/2-R_3，4|

diff₂＝|(R_3，2+X_3，6)/2-R_3，4|

diff₃＝|(R_1，2+R_5，6)/2-R_3，4|

diff₄＝|(R_1，6+R_5，2)/2-R_3，4|

1)、如果diff₁最小，垂直方向作为边缘方向进行G分量恢复。

a)、如果|R_3，4-R_3，2|＞|R_3，4-R_3，6|，即右侧边缘差值最小，当前像素点的G分量G′_3，4

G_3，4＝G_3，5

b)、如果|R_3，4-R_3，2|≤|R_3，4-R_3，6|，即左侧边缘差值最小，当前像素点的G分量G_3，4

G_3，4＝G_3，3

2)、如果diff₂最小，水平方向作为边缘方向进行G分量恢复。

a)、|R_3，4-R_1，4|＞|R_3，4-R_5，4|，即下侧边缘差值最小，当前像素点的G分量G_i，jG_3，4＝G_4，4

b)、|R_3，4-R_1，4|≤|R_3，4-R_5，4|，即上侧边缘差值最小，当前像素点的G分量G_i，jG_3，4＝G_2，4

3)、如果diff₃最小，斜下方向作为边缘方向进行G分量恢复，使用第2)的a、b步骤进行G分量恢复。

4)、如果diff₄最小，斜上方向作为边缘方向进行G分量恢复，使用第1)的a、b步骤进行G分量恢复。

(3)、当前像素点缺失B分量的恢复。

根据计算多方向梯度值，进行判断：

1)、如果diff₁最小，垂直方向作为边缘方向，进行缺失B分量的恢复。

a)、如果|R_3，4-R_3，2|＞|R_3，4-R_3，6|，即右侧边缘差值最小，缺失B分量为：

B_3，4＝(|B_2，5-G_2，5|+|B_4，5-G_4，5|)/2+G_3，4

b)、如果|R_3，4-R_3，2|≤|R_3，4-R_3，6|，即左侧边缘差值最小，缺失B分量为：

B_3，4＝(|B_2，3-G_2，3|+|B_4，3-G_4，3|)/2+G_3，4

2)、如果diff₂最小，水平方向作为边缘方向，进行缺失B分量的恢复。

a)、|R_3，4-R_1，4|＞|R_3，4-R_5，4|，即下侧边缘差值最小，缺失B分量为：

B_3，4＝(|B_4，3-G_4，3|+|B_4，5-G_4，5|)/2+G_3，4

b)、|R_3，4-R_1，4|≤|R_3，4-R_5，4|，即上侧边缘差值最小，缺失B分量为：

B_3，4＝(|B_2，3-G_2，3|+|B_2，5-G_2，5|)/2+G_3，4

B_3，4＝(|B_2，3-G_2，3|+|B_4，5-G_4，5|)/2+G_3，4

B_3，4＝(|B_4，3-G_4，3|+|B_2，5-G_2，5|)/2+G_3，4

其中X表示当前像素点的颜色分量，Y表示当前像素点缺失颜色分量，i，j表示当前像素点的坐标位置。

二、G分量像素点缺失的R和B分量的恢复

G分量像素点缺失的R分量通过垂直或水平的两个R分量求平均得到，而G分量像素点缺失的B分量则通过水平或垂直的两个R分量求平均得到，在本实例中，以G_3，3为例：

B_3，3＝(B_2，3+B_4，3)/2或R_3，3＝(R_3，2+R_3，4)/2

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，但应当清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1.一种用于拜尔数据插值的方法，包括缺失G分量像素点的恢复和G分量像素点缺失的R和B分量的恢复，其特征在于，缺失G分量像素点的恢复包括以下步骤：

(1)使用当前像素点所包含的R或B分量，在垂直方向，水平方向，两个对角线方向，计算梯度值，选择最小梯度值方向作为边缘方向；

(2)在边缘方向两侧选择边缘差值最小的一侧包含G分量的像素点恢复当前像素点的G分量；

(3)对当前像素点缺失B或R分量的恢复。

2.根据权利要求1所述的用于拜尔数据插值的方法，其特征在于，步骤(3)所述的对当前像素点缺失B或R分量的恢复为：

在步骤(1)的基础上，根据边缘方向及当前像素点包含的R或B分量，如果边缘方向为垂直或水平方向，则计算边缘方向两侧差值，选择最小的一侧，离当前像素点最近且包含颜色分量为当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复；如果边缘方向为对角线方向，直接用该边缘方向上的当前像素点所缺失的B或R分量的两个像素点的B、G或R、G分量之差的绝对值平均后，加上当前像素点的G分量进行恢复。

3.根据权利要求1所述的用于拜尔数据插值的方法，其特征在于，所述的G分量像素点缺失的R和B分量的恢复为：

G分量像素点缺失的R分量通过垂直或水平的两个R分量求平均得到，而G分量像素点缺失的B分量则通过水平或垂直的两个R分量求平均得到。