专利名称：一种基于边缘检测的伪彩抑制装置和方法
技术领域：
本发明属于图像处理领域，具体涉及一种基于边缘检测的伪彩抑制装置和方法。
背景技术：
现有技术中数码相机由于采用了Mosaic遮罩滤镜式CCD的彩色插值技术，在颜色反差较大的边缘，便会产生刺眼的伪彩。伪彩直接影响数码相机的图像质量。数码相机上出现的伪彩现象，根源原因在于Mosaic遮罩滤镜式CCD的彩色插值。现在的CCD大多数都是Mosaic遮罩式，CCD本身不感知色彩，透过CCD每个象素前面的RGB(或者CYGM)滤镜，如图1所示，现有的CCD采用的是拜耳模版矩阵，每个象素只测R，G，B其中一种原色的密度，再由相机内部软件进行彩色化插值处理，利用周边象素信息“猜测”插值出其他颜色。产生伪彩的关键点就在这个彩色插值过程中，这个插值过程并不可能完全反映真实的色彩分布(就伪彩而言就是那部分边缘产生的衍射部分)，算法只能通过周边的象素“推测”出真正的全色分布，这也造成了边缘不清晰，色彩干扰等一系列问题，特别是在反差比较大的边缘上，产生刺眼的伪彩几率越高。因此抑制伪彩是提高数码相机的图像质量的一项重要工作。
发明内容
针对现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于边缘检测的伪彩抑制技术，通过分析伪彩产生的原因和伪彩在色域空间上的特点，采用在色域空间范围的方法上进行高斯平滑来消除伪彩，为了防止模糊图像边缘和节省运算量，仅在图像上伪彩经常产生的边缘处进行处理。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种基于边缘的伪彩抑制装置，该装置包括一个色度和亮度分离单元，用于实现色度和亮度的分离；一个亮度处理单元，用于对分离后的亮度信号执行处理；一个伪彩抑制单元，用于对分离后的色度值通过高斯滤波来进行伪彩抑制。
所述伪彩抑制单元包括一个边缘检测单元，用于求取图像的边缘； 一个膨胀处理单元，用于对检测所得到的边缘执行膨胀处理； 以及一个高斯平滑处理单元，用于对色度值进行滤波而抑制伪彩。
所述边缘检测单元采用sobel算子计算得到各像素的水平边缘值EH和垂直边缘值EV，并计算出边缘强度EI； 设置一阈值Th1以及一掩膜，如果边缘强度EI＞Th1，则将该像素对应的掩膜值设置为1，否则设置为0； 所述膨胀处理单元执行的膨胀处理为dilation(I，B)＝{a+b|a∈I，b∈B}，其中，I为待膨胀图像，B为膨胀掩模算子； 所述高斯平滑处理单元采用的高斯滤波器为 其中Ym，n为滤波后的色度值；Ym+i，n+j为滤波前的色度值；αi，j为高斯滤波器的系数；βi，j为膨胀后边缘在图像上的掩模，如果掩模值为1，则该像素点参与滤波。
本发明还提供一种基于边缘的伪彩抑制方法，包括以下步骤 首先，通过sobel算子检测图像的边缘； 其次，对检测到的边缘进行形态学处理； 然后，对色度值进行高斯滤波而抑制伪彩。
进一步，检测图像的边缘时采用的sobel算子为计算得到各像素的水平边缘值EH和垂直边缘值EV，并计算出边缘强度EI；设置一阈值Th1以及一掩膜，如果边缘强度EI＞Th1，则将该像素对应的掩膜值设置为1，否则将掩膜值设置为0。
对检测到的边缘进行形态学处理时，膨胀处理为dilation(I，B)＝{a+b|a∈I，b∈B}，其中，I为待膨胀图像，B为膨胀掩模算子。
对色度值进行高斯滤波而抑制伪彩的高斯滤波器为 其中，Ym，n为滤波后的色度值；Ym+i，n+j为滤波前的色度值；αi，j为高斯滤波器的系数；βi，j为膨胀后边缘在图像上的掩模，如果掩模值为1，则该像素点参与滤波。
本发明的效果在于本发明提供的抑制伪彩的技术简单有效，非常易于实现，基于单个像素点，不会增加很高的硬件代价。
图1是Mosaic遮罩滤镜式CCD的彩色插值示意图； 图2是Sobel算子的梯度计算示意图； 图3是形态学膨胀示意图； 图4是伪彩抑制装置的框图； 图5是采用本发明提出的基于边缘的伪彩抑制方法或装置的太阳伪彩图像； 图6是采用本发明提出的基于边缘的伪彩抑制方法或装置的图像。
具体实施例方式 下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。
为了消除伪彩，本发明采用在色域空间范围的方法上进行高斯平滑来消除伪彩。
具体而言，本发明首先提供一种基于边缘的伪彩抑制方法，用于在色度域上抑制伪彩，首先，为了防止全局平滑带来的图像边缘模糊，以及节省运算量，求取图像中伪彩经常产生的边缘并进行形态学处理，然后进行高斯平滑。具体而言，包括图像边缘检测过程，即首先计算图像中各点的梯度，二维梯度计算取两个方向梯度平方和的平方根，这里采用sobel算子 使用Sobel算子时，可以把检测模板S1和S2看作是一个“框架”，套在每一个待检测像素上。如图2所示，矩形表示图象中的一个区域，其中每一小格代表1个像素，例如图2中像素21的灰度值为a5，它周围像素的灰度值如图中所示，计算像素21水平边缘值EH(21)如下 EH(21)＝(-1)×a1+0×a2+1×a3+(-2)×a4+0×a5+2×a6+(-1)×a7+0×a8+1×a9 同样可采用算子S2计算像素21的垂直边缘值EV(21)。
为此，可以计算出边缘强度EI设置一阈值Th1，如果边缘强度EI＞Th1，即认为图像边缘，据此可以生成一个图像掩膜，掩没大小和尺寸与原图像一致，对于原图中的像素，若其边缘强度EI＞Th1，则将该像素对应的掩膜值设置为1，否则设置为0。
然后进行形态学膨胀处理，因为伪彩往往产生于边缘周围，本发明采用图3所示的掩模进行膨胀，该膨胀过程可以描述为dilation(I，B)＝{a+b|a∈I，b∈B}，其中，I为待膨胀图像，B为膨胀掩模算子。
接着执行高斯平滑处理，本发明的一个实施方式中，伪彩抑制是对检测出来的边缘及其膨胀后掩模上的像素进行Cb和Cr通道上的高斯滤波。
高斯函数的最佳逼近由二项式展开的系数决定，设计高斯滤波器途径是直接从离散高斯分布中计算模板权值。为了计算方便，一般希望滤波器权值是整数。在模板的一个角点处取一个值，并选择一个K使该角点处值为1。通过这个系数可以使滤波器整数化，由于整数化后的模板权值之和不等于1，为了保证图像的均匀灰度区域不受影响，可以对滤波模板进行权值规范化。高斯滤波器的采样值或者高斯滤波器的二项式展开系数可以形成离散高斯滤波器。在一个实施方式中，选用如下式所示的5X5高斯核。
高斯滤波器设计为 其中，Ym，n为滤波后的色度值；Ym+i，n+j为滤波前的色度值；αi，j为高斯滤波器的系数；βi，j为膨胀后边缘在图像上的掩模，如果掩模值为1，则该像素点参与滤波。所述颜色空间不限于Yuv以及YcbCr，只要带有色度的颜色空间均可以采用上述方法实现。
因为伪彩抑制发生在色度域上，如果图像为RGB图像，需要首先将图像像点R，G，B分量值转化出色度值(u，v)，转换公式如下 本发明同时还提供一种基于边缘的伪彩抑制装置，如图4所示，包括一个色度和亮度分离单元(图中未示出)，用于实现色度和亮度的分离，一个亮度处理单元(Y channel Processing)，用于对分离后的亮度信号执行处理；以及一个伪彩抑制单元(False Color Suppression)，用于对分离后的色度信后进行伪彩抑制。
本实施例中，所述伪彩抑制单元包括一个边缘检测单元，用于求取图像中伪彩经常产生的边缘并进行形态学处理，然后进行高斯平滑。
图像边缘检测过程采用sobel算子 计算得到各像素的水平边缘值EH和垂直边缘值EV，并计算出边缘强度EI设置一阈值Th1，如果边缘强度EI＞TH1，即认为图像边缘，据此可以生成一个图像掩膜，掩没大小和尺寸与原图像一致，对于原图中的像素，若其边缘强度EI＞Th1，则将该像素对应的掩膜值设置为1，否则设置为0。
还包括一个膨胀处理单元，执行膨胀处理dilation(I，B)＝{a+b|a∈I，b∈B}，其中，I为待膨胀图像，B为膨胀掩模算子。
以及一个高斯平滑处理单元，高斯滤波器设计为 其中，Ym，n为滤波后的色度值；Ym+i，n+j为滤波前的色度值；αi，j为高斯滤波器的系数；βi，j为膨胀后边缘在图像上的掩模，如果掩模值为1，则该像素点参与滤波。
一个可选的实施方式中，该基于边缘的伪彩抑制装置还可以包括一个颜色空间转换单元，设置在亮度色度分离单元之前，如果输入图像颜色不包括色度值，则将其转换为带有色度值的颜色空间。
图5为未采用本发明提出的基于边缘的伪彩抑制方法或装置的太阳伪彩图像，而图6是采用本发明提出的基于边缘的伪彩抑制方法或装置的图像，可以看到在图5的边缘处有许多伪彩，而图6为采用5*5高斯核伪彩抑制后的效果，可以看出，本发明能够提高图像的可视化效果，减少伪彩对图像的影响，可以有效地抑制伪彩，同时不会带来图像细节和边缘上的模糊。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种基于边缘检测的伪彩抑制装置，其特征在于该装置包括一个色度和亮度分离单元，用于实现色度和亮度的分离；一个亮度处理单元，用于对分离后的亮度信号执行处理；一个伪彩抑制单元，用于对分离后的色度值通过高斯滤波来进行伪彩抑制。
2.如权利要求1所述的基于边缘检测的伪彩抑制装置，其特征在于所述伪彩抑制单元包括一个边缘检测单元，用于求取图像的边缘；
和一个膨胀处理单元，用于对检测所得到的边缘执行膨胀处理；
以及一个高斯平滑处理单元，用于对色度值进行滤波而抑制伪彩。
3.如权利要求2所述的基于边缘检测的伪彩抑制装置，其特征在于所述边缘检测单元采用的sobel算子为
利用上述算子计算得到各像素的水平边缘值EH和垂直边缘值EV，并计算出边缘强度EI
设置一阈值Th1以及一掩膜，如果边缘强度EI＞Th1，则将该像素对应的掩膜值设置为1，否则将掩膜值设置为0；
所述膨胀处理单元执行的膨胀处理为dilation(I，B)＝{a+b|a∈I，b∈B}，其中，I为待膨胀图像，B为膨胀掩模算子。
4.如权利要求2所述的基于边缘检测的伪彩抑制装置，其特征在于所述高斯平滑处理单元采用的高斯滤波器为
其中，Ym，n为滤波后的色度值；Ym+i，n+j为滤波前的色度值；αi，j为高斯滤波器的系数；βi，j为膨胀后边缘在图像上的掩模，如果掩模值为1，则该像素点参与滤波。
5.如权利要求1所述的基于边缘检测的伪彩抑制装置，其特征在于该装置还包括一个颜色空间转换单元，设置在亮度色度分离单元之前，如果输入图像颜色不包括色度值，则将其转换为带有色度值的颜色空间。
6.一种基于边缘检测的伪彩抑制方法，其特征在于包括以下步骤
首先，通过sobel算子检测图像的边缘；
其次，对检测到的边缘进行形态学处理；
然后，对色度值进行高斯滤波而抑制伪彩。
7.如权利要求6所述的基于边缘检测的伪彩抑制方法，其特征在于检测图像的边缘时，采用的sobel算子为
利用上述算子计算得到各像素的水平边缘值EH和垂直边缘值EV，并计算出边缘强度EI
设置一阈值Th1以及一掩膜，如果边缘强度EI＞Th1，则将该像素对应的掩膜值设置为1，否则将掩膜值设置为0。
8.如权利要求6所述的基于边缘检测的伪彩抑制方法，其特征在于对检测到的边缘进行形态学处理时，膨胀处理为dilation(I，B)＝{a+b|a∈I，b∈B}，其中，I为待膨胀图像，B为膨胀掩模算子。
9.如权利要求6所述的基于边缘检测的伪彩抑制方法，其特征在于对色度值进行高斯滤波而抑制伪彩的高斯滤波器为
其中，Ym，n为滤波后的色度值；Ym+i，n+j为滤波前的色度值；αi，j为高斯滤波器的系数；βi，j为膨胀后边缘在图像上的掩模，如果掩模值为1，则该像素点参与滤波。
10.如权利要求6所述的基于边缘检测的伪彩抑制方法，其特征在于如果输入图像颜色不包括色度值，则将其转换为带有色度值的颜色空间。
全文摘要
本发明涉及一种基于边缘检测的伪彩抑制装置和方法，属于图像处理领域。本发明通过分析伪彩产生的原因和伪彩在色域空间上的特点，采用在色域空间范围的方法上进行高斯平滑来消除伪彩，为了防止模糊图像边缘和节省运算量，仅在图像上伪彩经常产生的边缘处进行处理。首先检测图像的边缘，其次对检测到的边缘进行形态学处理，然后，对色度值进行高斯滤波而抑制伪彩。本发明提供的抑制伪彩的技术简单有效，非常易于实现，基于单个像素点，不会增加很高的硬件代价。
文档编号H04N1/60GK101742052SQ20091024201
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者卢晓鹏 申请人:北京中星微电子有限公司