CN103425973B - 对含有文本的图像进行增强处理的方法、装置和视频显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于对含有文本的图像进行增强处理的方法、装置和视频显示设备。所述方法包括以下步骤：检测图像的文本区域；对图像执行增强处理；以及输出增强处理后的图像，其中对图像的非文本区域执行的增强处理与对图像的文本区域执行的增强处理相关联。所述装置对应于所述方法。所述视频显示设备包括所述装置，用于对从视频中提取的图像进行增强处理。在利用本发明的方法、装置和视频显示设备对具有复杂背景或自然背景的含文本图像进行增强处理时，得到的图像具有更协调的视觉效果。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术，更具体地，涉及用于对含有文本的图像进行增强处理的方法、装置和视频显示设备。
背景技术
在图像处理领域中，需要对含有文本(如字幕)的图像进行处理。为了实现对这类图像的处理，题为“一种视频字幕处理装置及方法”的中国专利申请No.200810119340.0提出：在执行字幕处理时，首先检测出图像中的字幕区域，然后由背景移除单元将字幕区域以外的背景区域的灰度级别设置为0(即，将背景设置为黑色)，接着对包含字幕的黑色背景进行增强处理，最后以增强后的字幕区域替代原始视频中的字幕区域。
当背景区域是复杂背景或自然背景时，上述字幕处理方法通常导致字幕区域和背景区域显示效果差异巨大，视频图像的整体显示效果非常不和谐。
另一方面，现有的三种主要的文本定位方法(基于连通域(Connected component)分析的文本定位方法、基于纹理分析的文本定位方法、以及基于边缘检测的文本定位方法)虽然各具优势，但在复杂背景或自然背景中对文本进行定位时都无法达到令人满意的匹配精度。
具体地，基于连通域分析的文本定位方法不适于复杂背景或自然背景，基于纹理分析的文本定位方法精度不高，基于边缘检测的文本定位方法容易失配。
因而，在背景区域是复杂背景或自然背景时，现有文本定位方法引起的文本区域定位误差也会使视频图像的显示效果恶化。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种用于对含有文本的图像进行增强处理的方法、装置和视频显示设备，彻底消除或至少缓解上述问题中的至少一个。
为实现以上目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于对含有文本的图像进行增强处理的设备，包括：文本区域检测单元，用于检测图像的文本区域，并得到文本定位信息；增强处理单元，用于基于所述文本定位信息，对图像执行增强处理；以及输出单元，用于输出增强处理后的图像，其中增强处理单元对图像的非文本区域执行的增强处理与对图像的文本区域执行的增强处理相关联。
可选地，所述增强处理单元可以对图像的非文本区域和文本区域执行仅增强处理增益不同的增强处理。
可选地，所述增强处理单元可以包括：滤波器，用于对图像进行滤波增强处理；选择器，用于基于所述文本定位信息，针对位于图像的文本区域和非文本区域中的像素，选择不同的增益；乘法器，用于对滤波增强处理后的图像的文本区域和非文本区域中的相应位置的像素施加由所述选择器基于所述文本定位信息选择的增益；以及加法器，用于将施加增益后的像素与原始图像中相应位置的像素相加。
可选地，所述增强处理单元可以包括：第一滤波器，用于对图像的文本区域进行第一带通或高通滤波增强处理；第二滤波器，用于对图像的非文本区域进行第二带通或高通滤波增强处理；第一乘法器，用于对第一滤波器处理后的图像的文本区域中的像素施加第一增益；第二乘法器，用于对第二滤波器处理后的图像的非文本区域中的像素施加第二增益；选择器，用于基于所述文本定位信息，针对位于图像的文本区域和非文本区域中的像素，分别选择第一乘法器和第二乘法器输出的像素；以及加法器，用于将选择出的像素与原始图像中相应位置的像素相加。
可选地，所述乘法器对图像的非文本区域中的像素施加的增益可以小于对图像的文本区域中的像素施加的增益。
可选地，所述第一滤波器可以是中心频率偏向于高频侧的带通滤波器，所述第二滤波器可以是高通滤波器。
可选地，所述文本区域检测单元可以通过执行连通域分析和笔画宽度变换来检测图像的文本区域。
可选地，所述文本区域检测单元在图像的预定范围内检测文本区域。
可选地，所述图像可以是视频中的一帧。
可选地，所述文本区域检测单元可以基于先前帧的文本区域检测结果，来检测当前图像的文本区域。
可选地，所述文本区域的文本信息可以包括以下至少一项：图像的说明文字、视频作品的字幕、或视频作品的演职员表。
根据本发明的第二方面，提出了一种用于对含有文本的图像进行增强处理的方法，包括以下步骤：检测图像的文本区域；对图像执行增强处理；以及输出增强处理后的图像，其中对图像的非文本区域执行的增强处理与对图像的文本区域执行的增强处理相关联。
根据本发明的第三方面，提出了一种视频显示设备，包括：图像提取装置，用于从视频中提取图像；根据本发明第二方面的装置，用于对从视频中提取的图像进行图像增强处理；图像组合装置，用于将处理后的图像组合为视频；以及视频输出装置，用于输出组合后的视频。
采用本发明的技术方案对含有文本的图像进行处理，能够使处理后的图像的整体显示效果更加和谐。此外，采用本发明的技术方案对含有文本的图像进行处理，能够提高文本定位的精度，并从而改善处理后的图像的显示效果。此外，采用本发明的技术方案对含有文本的视频进行处理，能够提高文本定位的精度，并从而改善处理后的视频的显示效果。需要说明的是，虽然本发明的技术方案特别适于对具有复杂背景或自然背景的含文本图像进行处理，但即使对于具有简单背景的含文本图像也能够获得以上优势。
附图说明
通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：
图1是示出了根据本发明的图像增强处理装置的结构框图；
图2是示出了根据本发明的图像增强处理装置的增强处理单元的第一示例实现的图；
图3是示出了根据本发明的图像增强处理装置的增强处理单元的第二示例实现的图；
图4是示出了根据本发明的图像增强处理方法的流程图；
图5是示出了根据本发明的图像增强处理方法的文本定位过程的流程图；
图6是示出了根据本发明的视频显示设备的框图；
图7是示出了可以在根据本发明的图像增强处理装置的第一实现中使用的滤波器的特性的图；以及
图8是示出了可以在根据本发明的图像增强处理装置的第二实现中使用的滤波器的特性的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。
首先，参照图1，对根据本发明的图像增强处理装置100的结构进行描述。如图1所示，图像增强处理装置100包括文本区域检测单元110、增强处理单元120以及输出单元130。文本区域检测单元110用于检测待处理图像的文本区域，并得到与文本在图像中的位置有关的文本定位信息。增强处理单元120利用文本区域检测单元110得到的文本定位信息来对图像执行增强处理。输出单元130输出由增强处理单元120进行了增强处理后的图像。与现有技术中将非文本区域移除后对文本区域单独执行增强处理的方式不同，根据本发明的技术方案的增强处理单元120基于文本定位信息，对图像的非文本区域执行与对图像的文本区域执行的增强处理相关联的增强处理。通过该方式得到的增强处理后的图像因其文本区域和非文本区域进行了相互关联的增强处理，整体显示效果更加和谐。
为了使对图像的非文本区域执行的增强处理与对图像的文本区域执行的增强处理相关联，作为一种简单的方式，可以例如将增强处理单元120实现为：对图像的非文本区域和文本区域执行仅增强处理增益不同的增强处理。作为另一种方式，可以例如将增强处理单元120实现为：对图像的非文本区域和文本区域执行相同类型的增强处理。不失一般性地，还可以灵活地采用各种其他方式来实现增强处理单元120，使得对图像的非文本区域执行的增强处理与对图像的文本区域执行的增强处理相关联。
以下，参照图2和图3，描述增强处理单元120的两种示例实现。如图2所示，增强处理单元包括滤波器210、选择器220、乘法器230和加法器240。滤波器210对包括文本区域和非文本区域在内的原始图像进行滤波增强处理，从而使得对原始图像的文本区域和非文本区域执行的增强处理相关联。
选择器220基于来自外部的文本定位信息，针对位于图像的文本区域和非文本区域中的像素，选择不同的增益KT和KI。具体地，当像素位于图像的文本区域中时选择KT，当像素位于图像的文本区域中时选择KT。如果期望文本区域能够获得更大的增强效果，可以将KT设置为大于KI。
乘法器230对滤波增强处理后的图像的文本区域和非文本区域中相应位置的像素施加选择器220所选择的增益。最后，加法器240将施加增益后的像素与原始图像中相应位置的像素相加，得到增强处理后的图像。
图3示出了增强处理单元的另一示例实现。如图3所示，该增强处理单元包括第一滤波器310、第二滤波器320、选择器330、乘法器340以及加法器350。第一滤波器310对图像的文本区域进行第一带通或高通滤波增强处理，第二滤波器320对图像的非文本区域进行第二带通或高通滤波增强处理。由此，原始图像的文本区域和非文本区域中的低频分量均被滤除，对原始图像的文本区域和非文本区域执行的增强处理是相关联的。
第一乘法器340对滤波增强处理后的图像的文本区域中的像素施加选择器220增益KT。第二乘法器350对滤波增强处理后的图像的非文本区域中的像素施加第二增益KI。选择器330基于来自外部的文本定位信息，针对位于图像的文本区域和非文本区域中的像素，分别选择第一乘法器和第二乘法器输出的像素。如果期望文本区域能够获得更大的增强效果，可以将KT设置为大于KI。最后，加法器360将选择出的像素与原始图像中相应位置的像素相加。
作为上述滤波器210的非限制性示例，图7示出了用于对整幅图像进行锐化的单个7抽头FIR滤波器的归一化频率特性。作为上述第一滤波器310和第二滤波器320的非限制性示例，图8示出了用于分别针对图像的文本区域和非文本区域进行锐化的两个不同滤波器的归一化频率特性。如图8所示，对文本区域进行锐化的滤波器在低频侧具有较宽的通带，因而能够对大的边缘和轮廓(如，字符的笔画)进行有效的增强；对非文本区域进行锐化的滤波器是高通滤波器，因而能够对自然背景或复杂背景中较小的边缘和细致的纹理进行增强。
应当理解的是，除了锐化处理，本发明还适于其他图像增强技术，包括但不限于：图像对比度(contrast)调整；图像动态范围(Dynamic Range)调整，等等。
图4给出了根据本发明的图像增强处理方法的流程图。过程开始后前进至步骤S410。在步骤S410，检测图像的文本区域，并得到文本定位信息。接着，过程前进至步骤S420。在步骤S420，对图像执行增强处理，使得对非文本区域执行的增强处理与对文本区域执行的增强处理相关联。接着，执行步骤S430，输出增强处理后的图像。最后，过程结束。
下面，参照图5来描述根据本发明的图像增强处理方法的文本定位过程的流程图。需要说明的是，为了便于叙述，在图5中给出了若干以虚线框表示的可选步骤，这些步骤主要用于在从视频图像中检测文本区域时，优化处理速度和精度。所属领域技术人员可以理解，当对无相关性的图像进行处理时，可适当地省去这些步骤。
如图5所示，过程开始后前进至步骤S501，从视频中获取当前图像。接着，过程前进至步骤S502。在步骤S502，对图像进行二值化处理。即，将图像转换为每个像素取值为0或1的图像。为了获得更好的二值化图像，可以将整幅图像划分为多个像素块(例如，大小为60x60像素的像素块)，并在每个块中分别设置用于进行二值化的比较阈值。接着，执行步骤S503，根据二值化图像来提取连通域。
然后，在步骤S504，基于先前帧的统计信息(如，连通域的大小和垂直位置)，对连通域进行过滤。在步骤S505中，对一个字符内的笔画进行合并。在步骤S506中，基于边缘密度以及其他笔画特征，再次对连通域进行过滤。在步骤S507中，将同一行中具有合理间距的所有连通域合并为一个句子。
与上述步骤并行地或者串行地，在步骤S508中，通过边缘提取器(如，Canny边缘提取器)提取出当前图像的边缘。接着，在步骤S509，进行笔画宽度变换(SWT)。输出满足笔画宽度标准的文本候选。然后，在步骤S510，基于笔画密度特征保留仅包括单个字符的文本区域。
随后，在步骤S511，根据SWT特征扩展连通域的文本区域，该文本区域可以是句子或者字符。此外，在步骤S512，如果存在重叠或覆盖，对扩展后的连通域进行合并。之后，在步骤S513，获得当前图像的文本定位结果，并将其输出至增强处理单元120。优选地，在获得当前图像的文本定位结果时，可以参考先前帧或相邻帧的定位经验值。同时，在步骤S514，记录当前图像的文本定位结果，并产生可以在步骤S504中使用的统计信息。如果视频中还有其他图像尚待处理，返回步骤S501。否则，过程结束。
上述文本定位过程结合使用连通域分析和笔画宽度变换(SWT)来检测图像的文本区域，能够准确地检测出自然背景下的文本，其中，笔画宽度变换(SWT)是一种局部图像运算，针对每个像素，计算包含该像素的最可能的笔画的宽度。SWT的输出是与输入图像的像素矩阵尺寸相同的数值矩阵，其每个元素的值就是与对应像素相关联的笔画的宽度。与用于文本检测的其他特征不同，SWT在全局范围内(笔画宽度有时依赖于离当前像素非常远的像素的信息)进行密度估计，因而能够达到更高的精度。
下面，参照图6，描述根据本发明的视频显示设备600。如图6所示，视频显示设备600包括图像提取装置610、图像增强装置620、图像组合装置630以及视频输出装置640。图像提取装置610从视频中提取图像。图像增强装置620是如上所述的图像增强处理装置100。图像组合装置630将处理后的图像组合为视频。视频输出装置640输出组合后的视频。视频显示设备600包括电视、便携式计算机、台式计算机、移动电话、个人数字助理等任何可以显示视频的设备。
作为本发明的进一步改进，在已知文本区域的大体位置的情况下，可以规定在图像的预定范围(如，对于视频作品的字幕提取，可以考虑屏幕最下方25％的范围)内检测文本区域，从而提高检测效率并节省资源消耗。文本区域中的文本信息可以是图像的说明文字、视频作品的字幕、或视频作品的演职员表等。
应当注意的是，在以上的描述中，仅以示例的方式，示出了本发明的技术方案，但并不意味着本发明局限于上述步骤和单元结构。在可能的情形下，可以根据需要对步骤和单元结构进行调整和取舍。因此，某些步骤和单元并非实施本发明的总体发明思想所必需的元素。因此，本发明所必需的技术特征仅受限于能够实现本发明的总体发明思想的最低要求，而不受以上具体实例的限制。
至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。
Claims (23)
1.一种用于对含有文本的图像进行增强处理的装置，包括：
文本区域检测单元，用于检测图像的文本区域，并得到文本定位信息；
增强处理单元，用于基于所述文本定位信息，对图像执行增强处理；以及
输出单元，用于输出增强处理后的图像，其中
所述增强处理单元对图像的非文本区域执行的增强处理与对图像的文本区域执行的增强处理相关联。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述增强处理单元对图像的非文本区域和文本区域执行仅增强处理增益不同的增强处理。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述增强处理单元包括：
滤波器，用于对图像进行滤波增强处理；
选择器，用于基于所述文本定位信息，针对位于图像的文本区域和非文本区域中的像素，选择不同的增益；
乘法器，用于对滤波增强处理后的图像的文本区域和非文本区域中的相应位置的像素施加由所述选择器基于所述文本定位信息选择的增益；以及
加法器，用于将施加增益后的像素与原始图像中相应位置的像素相加。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述增强处理单元包括：
第一滤波器，用于对图像的文本区域进行第一带通或高通滤波增强处理；
第二滤波器，用于对图像的非文本区域进行第二带通或高通滤波增强处理；
第一乘法器，用于对第一滤波器处理后的图像的文本区域中的像素施加第一增益；
第二乘法器，用于对第二滤波器处理后的图像的非文本区域中的像素施加第二增益；
选择器，用于基于所述文本定位信息，针对位于图像的文本区域和非文本区域中的像素，分别选择第一乘法器和第二乘法器输出的像素；以及
加法器，用于将选择出的像素与原始图像中相应位置的像素相加。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述乘法器对图像的非文本区域中的像素施加的增益小于对图像的文本区域中的像素施加的增益。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一滤波器是中心频率偏向于高频侧的带通滤波器，所述第二滤波器是高通滤波器。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其中，所述文本区域检测单元结合使用连通域分析和笔画宽度变换来检测图像的文本区域。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其中，所述文本区域检测单元在图像的预定范围内检测文本区域。
9.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其中，所述图像是视频中的一帧。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述文本区域检测单元基于先前帧的文本区域检测统计信息，来检测当前图像的文本区域。
11.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其中，所述文本区域的文本信息包括以下至少一项：图像的说明文字、视频作品的字幕、或视频作品的演职员表。
12.一种视频显示设备，包括：
图像提取装置，用于从视频中提取图像；
根据权利要求1～11中任一项所述的装置，用于对从视频中提取的图像进行图像增强处理；
图像组合装置，用于将处理后的图像组合为视频；以及
视频输出装置，用于输出组合后的视频。
13.一种用于对含有文本的图像进行增强处理的方法，包括以下步骤：
检测图像的文本区域，并得到文本定位信息；
基于所述文本定位信息，对图像执行增强处理；以及
输出增强处理后的图像，其中
对图像的非文本区域执行的增强处理与对图像的文本区域执行的增强处理相关联。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，对图像的非文本区域和文本区域执行仅增强处理增益不同的增强处理。
15.根据权利要求14所述的方法，所述对图像执行增强处理的步骤包括：
对图像进行滤波增强处理；
基于所述文本定位信息，针对位于图像的文本区域和非文本区域中的像素，选择不同的增益；
对滤波增强处理后的图像的文本区域和非文本区域中相应位置的像素施加基于所述文本定位信息选择的增益；以及
将施加增益后的像素与原始图像中相应位置的像素相加。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述对图像执行增强处理的步骤包括：
对图像的文本区域进行第一带通或高通滤波增强处理；
对图像的非文本区域进行第二带通或高通滤波增强处理；
对第一滤波增强处理后的图像的文本区域中的像素施加第一增益；
对第二滤波增强处理后的图像的非文本区域中的像素施加第二增益；
基于所述文本定位信息，针对位于图像的文本区域和非文本区域中的像素，分别选择施加了第一增益和施加了第一增益后的像素；以及
将选择出的像素与原始图像中相应位置的像素相加。
17.根据权利要求14～16中任一项所述的方法，其中，对图像的非文本区域中的像素施加的增益小于对图像的文本区域中的像素施加的增益。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一带通或高通滤波是中心频率偏向于高频侧的带通滤波，所述第二带通或高通滤波是高通滤波。
19.根据权利要求13～16中任一项所述的方法，其中，结合使用连通域分析和笔画宽度变换来检测图像的文本区域。
20.根据权利要求13～16中任一项所述的方法，其中，在图像的预定范围内检测文本区域。
21.根据权利要求13～16中任一项所述的方法，其中，所述图像是视频中的一帧。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，基于先前帧的文本区域检测统计信息，来检测当前图像的文本区域。
23.根据权利要求13～16中任一项所述的方法，其中，所述文本区域的文本信息包括以下至少一项：图像的说明文字、视频作品的字幕、或视频作品的演职员表。
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