专利名称：一种基于多带带通滤波的peaking方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频处理领域，尤其涉及一种基于多带带通滤波的peaking方法及装置。
背景技术：
视频信号的采集，编码和传输过程都可能使得图像的清晰度下降，比如摄像仪器 在获取图像时发生抖动，聚焦或曝光不正确，扫描设备的光学元件设计不良，或图像信号传 输的过程中受到噪声的干扰等。从图像频谱分析的角度来说，图像的模糊是因为图像中的 高频分量不足，在图像的边缘部分相邻两个像素点之间亮度差异较小，导致图像的锐利度 不够。这时就需要使用图像锐化技术，图像锐化处理的目的就是为了使图像边缘，轮廓以及 图像的细节变得清晰。在现有的图像锐化技术中，亮度峰化(Luminance Peaking)也可称为Peaking，在 图像锐化研究中得到了广泛的应用。Peaking主要是对亮度分量做峰化处理，将需要突出的 频段信息从原始图像中分离出来，进行增益处理之后再叠加到原始图像上，起到突出图像 轮廓，强化图像边缘的作用，使得图像的细节变得清楚。但是，现有技术中，Peaking由峰化滤波器、核化降噪和动态增益三个功能模块构 成，其中峰化滤波器由一个带通滤波器或者一个高通滤波器组成，只能对滤出的单个频段 进行增强，而不是分成更多的频段且有针对性的分别对视频信号进行增强，难以得到理想 的清晰图像，同时利用核化降噪衰减高频信号时，易于将图像中原有的高频信号也衰减了， 影响了画面的清晰度。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于多带带通滤波的peaking方法及装置，用于图像的 锐化，得到轮廓清晰的图像。本发明实施例一种基于多带带通滤波的peaking方法包括将获取到的图像信号 中的第一亮度信号同时输入多个带通滤波器，得到多个第二亮度信号，对第一亮度信号进 行图像分析，得到图像分析的输出信息；根据多个第二亮度信号及所述图像分析的输出信 息，得到所述多个第二亮度信号对应的增益值；使用增益值分别对对应的第二亮度信号进 行锐化。本发明实施例一种基于多带带通滤波的peaking装置包括带通滤波模块，用于 将获取到的图像信号中的第一亮度信号同时输入多个带通滤波器，得到多个第二亮度信 号；图像分析模块，用于对第一亮度信号进行图像分析，得到图像分析的输出信息；增益处 理模块，用于根据多个第二亮度信号及图像分析的输出信息，得到多个第二亮度信号对应 的增益值；锐化模块，用于使用增益值分别对对应的第二亮度信号进行锐化。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点通过对多带带通滤波器 得到的多个第二亮度信号分别进行增益值的计算，利用增益值对对应的第二亮度信号进行锐化，增强对图像的局部特性的刻画，抑制噪声等不良影响，使得画面变得更加清晰。
图1为本发明实施例一种基于多带带通滤波的peaking方法的一个示意图；图2为本发明实施例边缘滤波及边缘检测方法的一个示意图；图3为本发明实施例增益处理及锐化的方法的一个示意图；图4为本发明实施例一种基于多带带通滤波的peaking装置的一个示意图；图5为本发明实施例增益处理模块的一个示意图；图6为本发明实施例多带带通滤波器划分频带的一个示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种基于多带带通滤波的peaking方法及装置，用于对图像 进行锐化，得到清晰的画面。请参阅图1，为本发明实施例一种基于多带带通滤波的peaking方法的实施例，包 括101、对第一亮度信号进行图像分析和多带带通滤波处理得到多个第二亮度信 号；通过隔行扫描或逐行扫描可得到图像信号，再在图像信号中获得第一亮度信号， 该亮度信号可以是YUV模型中的Y，HSV模型中的V，HIS模型中的I或其他的数据模型中的
亮度信号。将获取到的图像信号中的第一亮度信号同时输入多个带通滤波器中，进行多带带 通滤波处理，得到多个不同频段上的第二亮度信号BPF(k)(即第k个第二亮度信号)。分频段对亮度信号进行带通滤波处理则是为了区分图像中不同的边缘细节，对不 同的边缘细节分别进行处理。本发明使用多带带通滤波器进行多频段的带通滤波处理，例 如在水平方向分三个频段进行带通滤波，多带带通滤波器的频带的划分如图6所示，其 中，Al、A2和A3分别代表三个频段。Al的带宽最高，允许亮度信号中最高频的部分通过， A2的带宽在中高段，A3的带宽偏中段。在竖直方向也可分多个频段进行带通滤波，或是在 水平和竖直方向同时分多个频段进行带通滤波。同时，对第一亮度信号进行图像分析，可提取图像的特征信息，得到图像分析的输 出。对第一亮度信号进行统计得到第一亮度信号的以当前像素点为中心的大小为NXM的 邻域中所有像素点的亮度数值的最大值、最小值及相邻像素点数值之差的绝对值中的最大 值maxst印，其中N和M通常为大于或等于2的整数。102、确定多个第二亮度信号对应的增益值；根据多个第二亮度信号及图像分析的输出信息，可得到多个第二亮度信号对应的 增益值，增益值的计算是用于调整第二亮度信号的幅度，增强图像的清晰度。103、使用增益值分别对对应的第二亮度信号进行锐化。Peaking方法是一种图像锐化的方法，主要用于突出图像的轮廓，强化图像亮度边 缘，使得图像变得更加清晰。在本发明实施例中，基于多带带通滤波的peaking方法是对现有的peaking方法的一种改进，采取了多个滤波器，得到了更多的频段信息，同时利用图像分析的结果对增益 值进行计算，可得到更加适合的增益值，这样可以对图像的细节分别进行锐化处理，得到清 晰的图像。下面将对基于多带带通滤波的peaking方法的多个模块分别进行介绍，请参阅图 2，为本发明实施例图像分析中的边缘滤波及边缘检测方法，包括201、获取第一亮度信号中的亮度矩阵；在本发明实施例中，对图像进行图像分析包括了特征值的提取和边缘检测，提取 的特征值包括获取到的亮度矩阵中像素点的亮度值中的最大值，最小值及相邻像素点亮度 值之差的绝对值中的最大值，特征值将用于增益值的计算和调整，具体的运用方式将在增 益值的计算方法中做详细介绍。边缘检测用于判断像素点是否属于边缘点，在进行边缘检测之前，要对第一亮度 信号进行边缘滤波，对边缘滤波的结果进行边缘检测，得到准确的边缘信息。在第一亮度信号中获取亮度矩阵，亮度矩阵为第一亮度信号的当前像素点及当前 像素点的邻域像素点组成的NXM矩阵，其中，M和N均为大于2的正整数。202、对亮度矩阵利用R个方向矩阵进行R个方向上的边缘滤波得到R个方向系 数；根据亮度矩阵和R个方向矩阵可以确定当前像素点在R个方向上对应的方向系 数。在本发明实施例中，对亮度矩阵进行边缘滤时需预设R个方向矩阵，R大于或等于1， 每个方向矩阵为NXM的数值矩阵，其中，方向矩阵中数值是为了计算某个边缘方向上的梯 度，预设R个方向矩阵之后，再对R个方向矩阵依次执行步骤将对应该方向的方向矩阵中 的点与亮度矩阵中对应位置的点相乘，并将得到的NXM个点的值相加后取绝对值，得到当 前像素点在该方向上的方向系数。按上述方法可分别求出R个方向对应的R个方向系数。在实际应用中，R为2时，一般选取水平方向和垂直方向，R为4时，一般选水平方 向，垂直方向，45度方法和135度方向，可以理解的是，R的个数及具体的方向并不限于以上 的描述，R值和具体方向的选取可以根据对图像滤噪精度的要求以及处理设备的性能来决 定，此处不做限定。需要说明的是，上述方向系数的计算方法只是众多方法中的一种，以此为例说明 方向系数的计算，在实际应用中可根据需要选择方向系数的计算方法，此处不作限定。203、选取R个方向系数中的最大值作为当前像素点的当前方向系数；系统获得亮度矩阵在R个方向上的方向系数之后，将选取R个方向系数中的最大 值作为当前像素点的当前方向系数。204、根据当前方向系数判断当前像素点是否为边缘点，若是，则执行步骤205 ；对当前方向系数与第一阈值的大小进行判断，若当前方向系数大于或等于第一阈 值，则确定当前像素点为当前方向系数对应方向上的备选边缘点，且将边缘计数器的值设 置为1 ；若当前方向系数小于第一阈值，则当前像素点不是边缘点，继续对下一个像素点进 行边缘检测。第一阈值为系统预置的参数值，系统根据输入图像的具体情况设置该参数值。205、获取当前像素点的若干个邻域像素点的方向；步骤205是对检测到的备选边缘点进行进一步的检测，防止某些噪声信号被判定为边缘点，而被进行了增益，使得画面中的噪声点更突出。该邻域相邻像素点可在与当前像素点相邻的8个像素点中选取，例如可选取当前 像素点的左边，左上，上方和右上的4个相邻像素点，方向分别为水平、135度、垂直和45度。 根据相邻像素点的方向系数可确定相邻像素点的边缘方向。206、比较边缘方向的差，获得边缘计数器的大小；获取当前像素点方向的大小及相邻像素点方向的大小，将当前像素点方向分别与 相邻素点的方向进行差运算，且统计小于或等于第二阈值的差值的数目，将边缘计数器的 数值加上小于或等于第二阈值的差值的数目。若步骤205中选取4个相邻像素点时，该第二阈值一般设置为45度角，若当前像 素点的方向与某个相邻像素点的方向的差值小于或等于45度，则认为当前像素点与该领 域像素点是连续的。在实际应用中，可根据输入图像的复杂程度设定第二阈值，此处不作限定。207、根据边缘计数器判定边缘点。将边缘计数器的值与第三阈值进行比较，若边缘计数器的值大于或等于第三阈 值，则确定当前像素点为边缘点。若边缘计数器的值小于第三阈值，则最终确定当前像素点 不是边缘点。在实际应用中，该第三阈值可根据输入图像的复杂程度进行设置，若第三阈值设 置为2，则已被判为备选边缘点的当前像素点至少与相邻的一个已被判为备选边缘点的像 素点相连时，才确定当前像素点为边缘点。需要说明的是，在本发明实施例中，执行到步骤204之后就有可能结束对当前像 素点是否为边缘点的进一步的判断。若当前方向系数小于第一阈值，则当前像素点不是边 缘点，继续对下一个像素点进行边缘检测，当前方向系数大于或等于第一阈值，则确定当前 像素点为当前方向系数对应方向上的备选边缘点，需要继续执行到步骤207，进一步判断当 前像素点是否为边缘点。在本发明实施例中，步骤201到204为当前像素点的初步检测，步骤205到207 为当前像素点的进一步检测，这样可以防止噪声点在初步检测中被认为是边缘点而进行增强。对第一亮度信号进行多带带通滤波得到多个第二亮度信号，及对第一亮度信号进 行图像分析得到输出信息之后，将分别对多个第二亮度信号进行增益处理，请参阅图3，为 本发明实施例中对第二亮度信号进行增益处理的示意图，包括301、获得亮度变化范围；在对输入图像进行分析时，对第一亮度信号进行统计将得到第一亮度信号的以当 前像素点为中心的大小为NXM的邻域中所有像素点的亮度数值的最大值、最小值及相邻 像素点数值之差的绝对值中的最大值maxst印，其中N和M通常为大于或等于2的整数。在 本发明实施例中，最大值与最小值的差值即为亮度变化范围range。302、遍历多个第二亮度信号，得到多个第二亮度信号的正负性；在本发明实施例中，将根据第二亮度信号的正负性得到第二亮度信号的增益值。303、分别计算多个第二亮度信号的第一增益值；在本发明实施例中，系统将设置第三阈值EDGE_C0UNT_THD，第二增益参数fsp_modulation,第一变化阈值THD0，第二变化阈值THDl。第三阈值EDGE_C0UNT_THD用于与 边缘计数器的值作比较，判断当前像素点是否为边缘点，第二增益参数fspjiiodulation用 于对第一增益值进行调整，第一变化阈值THDO与第二变化阈值THDl用于与亮度变化范 围进行比较来确定第一增益值，同时，针对多个第二亮度信号分别设置了正方向增益参数 PB (i) _gain0和PB⑴_gainl，负方向增益参数NB⑴_gain0和NB⑴_gainl，对多个第二亮 度信号顺序进行第一增益值的计算，下面以第i个第二亮度信号的第一增益值G(i)计算为 例，描述第一增益值的计算过程。若第i个第二亮度信号大于0，且若边缘计数器的值大于或等于第三阈值EDGE_ C0UNT_THD，则当亮度变化范围range大于第二变化阈值THDl时，则G(i) = PB(i)_gainl,
当亮度变化范围小于THDO时，=叩e),当亮度变化范围大于或等于
IHDO
THDO且小于THDl时，G(i) = PB(i) gainO+ (^(0-gainl-PB(i)_gainQ)χ _
THD\-THD0若第i个第二亮度信号大于0，且边缘计数器值小于第三阈值EDGE_C0UNT_THD，则 G(i) = 0。若第i个第二亮度信号小于0，且边缘计数器的值大于或等于第 三阈值EDGE_C0UNT_THD，则当亮度变化范围range大于或等于第二变化 阈值TDHl时，G(i) = NB(i)_gainl,当亮度变化范围range小于THDO时，
G(i) = (NB(l^-^m0Xrange),当亮度变化范围range大于或等于THDO且小于THD1时， IHDO
广广、λγο/λ · η (NBii) gainl-NB(J) gainO) .^^
G(i) = ΝΒ(ι) gainO + -——^^-^^--x(range -THD(T)。
THDI-THD0若第i个第二亮度信号小于0，且边缘计数器的值小于第三阈值EDGE_C0UNT_THD， 贝丨jG(i) = 0。以上是对第i个第二亮度信号的第一增益值的计算，其他的第二亮度信号采用相 同的算法进行计算第一增益值，此处不再赘述。需要说明的是，在本发明实施例中，也可采用其他的算法计算多个第二亮度信号 的第一增益值，具体计算方法视实际需要而定，此处不作限定。304、对多个第二亮度信号的第一增益值进行调整得到对应的增益值；先对第一增益参数modulation进行设置，若range = 0，则modulation = 0，若 range 不等于 0，贝'J modulation = (maxstep 氺 fsp_modulation)/range,其中 max step 为相 邻像素点的数值之差的绝对值中的最大值，fsp_modulation为系统预置的第二增益参数， modulation为第一增益参数。根据判断得到的第一增益参数对第二亮度信号的第一增益值进行调整，调整得到 多个第二亮度信号的增益值的表达为gain(i) = (256-Modulation)XG (i)/256,其中，gain(i)为第i个第二亮度信号的增益值，根据表达式分别对多个第二亮度 信号的第一增益值进行调整得到对应的增益值。305、确定第一亮度信号的第一增强信号；
将多个第二亮度信号分别与其对应的增益值相乘，再将乘积相加，得到第一亮度 信号的第一增强信号，得到第一增强信号的表达式为
权利要求
1.一种基于多带带通滤波的peaking方法，其特征在于，包括将获取到的图像信号中的第一亮度信号同时输入多个带通滤波器，得到多个第二亮度 信号，对所述第一亮度信号进行图像分析，得到图像分析的输出信息；根据所述多个第二亮度信号及所述图像分析的输出信息，得到所述多个第二亮度信号 对应的增益值；使用所述增益值分别对对应的第二亮度信号进行锐化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一亮度信号进行图像分析， 得到图像分析的输出信息包括对所述第一亮度信号进行统计得到所述第一亮度信号的以当前像素点为中心的大小 为NXM的邻域中的像素点的亮度值的最大值、最小值及相邻像素点数值之差的绝对值中 的最大值，对所述第一亮度信号进行边缘滤波及边缘检测得到所述第一亮度信号的边缘信 息，所述N和M为大于或等于2的正整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对第一亮度信号进行边缘滤波及边 缘检测得到所述第一亮度信号的边缘信息包括获取所述第一亮度信号中的亮度矩阵，所述亮度矩阵为第一亮度信号的当前像素点及 当前像素点的邻域像素点组成的NXM矩阵；对所述亮度矩阵分别进行R个方向上的边缘滤波，得到与所述矩阵对应的R个方向系 数，所述R为正整数；选取R个方向系数中的最大值作为当前像素点的当前方向系数；若所述当前方向系数大于或等于第一阈值，则确定所述当前像素点为当前方向系数对 应方向上的边缘点，所述方向系数对应的方向为所述当前像素点的方向。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对亮度矩阵分别进行R个方向的边缘 滤波，得到所述当前像素点在R个方向上对应的R个方向系数包括1)预设R个方向矩阵，所述R大于或等于1，所述方向矩阵为NXM的矩阵；2)将一个方向上方向矩阵中的点与所述亮度矩阵中对应位置的点相乘，并将得到的 NXM个点的值相加后取绝对值，得到所述方向上当前像素点的方向系数；3)根据步骤幻所述的方法，分别求出R个方向对应的R个方向系数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述当前像素点为当前方向系 数对应方向上的边缘点之后还包括获取所述当前像素点的若干个邻域像素点的方向；将当前像素点的方向分别与所述若干个邻域像素点的方向进行差值运算，得到若干个 方向差值；分别将所述若干个方向差值与第二阈值进行比较，得到小于所述第二阈值的方向差值 的数目，且将边缘计数器加上所述数目；若边缘计数器的值大于或等于第三阈值，则确定所述当前像素点为边缘点。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个第二亮度信号及所 述图像分析的输出信息，得到所述多个第二亮度信号对应的增益值包括根据所述图像分析的输出信息，得到亮度变化范围，所述亮度变化范围为图像输出信 息中的最大值与最小值的差值；遍历所述多个第二亮度信号，得到所述多个第二亮度信号的正负性；根据系统预置的参数，所述多个第二亮度信号的正负性，所述图像分析的输出信息中 的亮度信号的边缘信息及所述亮度变化范围，得到所述多个第二亮度信号对应的第一增益 值；根据所述图像分析的输出信息中包含的相邻像素点的数值之差的绝对值中的最大值 及所述亮度变化范围，对所述多个第二亮度信号对应的第一增益值进行调整，得到所述多 个第二亮度信号的增益值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述多个第二亮度信号对应的第 一增益值进行调整包括若range为0，则modulation = 0，所述range为所述亮度变化范围，所述modulation 为第一增益参数；根据表达式gain (n) = 056-Modulation) *G(η)/256对所述第一增益值进行调整，其 中，G(n)为第η段第二亮度信号对应的第一增益值，gain (η)为第η段第二亮度信号对应的 增益值，η为正整数；或者，若 range 不为 0，贝 Ij modulation = (maxstep*fsp—modulation)/range，其中 max step 为相邻像素点的数值之差的绝对值中的最大值，所述fspjiiodulation为系统预置的第二 增益参数；根据表达式gain (n) = 056-Modulation) *G(η)/256对所述第一增益值进行调整，其 中G (η)为第η段第二亮度信号对应的第一增益值，所述gain (η)为第η段第二亮度信号对 应的增益值，η为正整数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用所述增益值分别对对应的第二 亮度信号进行锐化包括将所述多个第二亮度信号与所述对应的增益值相乘，再将乘积相加，得到所述第一亮 度信号的第一增强信号；根据系统预置的增强值对所述第一增强信号进行调整，得到第二增强信号；将所述第二增强信号叠加到所述第一亮度信号上，得到锐化后的亮度信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据系统预置的增强值对所述第一 增强信号进行调整，得到第二增强信号包括若所述第一增强信号在正方向上对信号进行增强，则判断第一增强信号与系统预置的 增强值的差值是否大于0，若是，则确定所述第二增强信号为第一增强信号与系统预置的增 强值的差，若否，则确定第二增强信号为0 ；若所述第一增强信号在负方向上对信号进行增强，则判断第一增强信号与系统预置的 增强值的和是否小于0，若是，则确定所述第二增强信号为第一增强信号与系统预置的增强 值的和，若否，则确定第二增强信号为0。
10.一种基于多带带通滤波的peaking装置，其特征在于，包括带通滤波模块，用于将获取到的图像信号中的第一亮度信号同时输入多个带通滤波 器，得到多个第二亮度信号；图像分析模块，用于对所述第一亮度信号进行图像分析，得到图像分析的输出信息；增益处理模块，用于根据所述多个第二亮度信号及所述图像分析的输出信息，得到所 述多个第二亮度信号对应的增益值；锐化模块，用于使用所述增益值分别对对应的第二亮度信号进行锐化。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述带通滤波器模块包含若干个并联 的带通滤波器；所述带通滤波器用于对所述第一亮度信号进行带通滤波处理。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述图像分析模块包括特征提取模块，用于对所述第一亮度信号进行统计计算得到所述第一亮度信号的以当 前像素点为中心的大小为NXM的邻域中所有像素点的数值的最大值、最小值及相邻像素 点亮度数值之差的绝对值的最大值，其中N和M通常为大于或等于2的整数； 边缘滤波模块，用于对所述第一亮度信号进行边缘滤波得到边缘滤波信号； 边缘检测模块，用于对所述边缘滤波信号进行边缘检测，得到所述第一亮度信号的边 缘fe息。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述增益处理模块包括计算模块，用于根据所述图像分析的输出信息，得到亮度变化范围，所述亮度变化范围 为图像输出信息中的最大值与最小值的差值；正负判断模块，用于遍历所述多个第二亮度信号，得到所述多个第二亮度信号的正负性；增益计算模块，用于根据系统预置的增益参数、所述多个第二亮度信号的正负性及所 述图像分析的输出信息中的亮度信号的边缘信息及所述亮度变化范围，得到所述多个第二 亮度信号对应的第一增益值；增益调整模块，用于根据所述图像分析的输出信息中包含的相邻像素点的数值之差的 绝对值中的最大值及所述亮度变化范围，对所述多个第二亮度信号对应的第一增益值进行 调整，得到所述多个第二亮度信号的增益值。
全文摘要
本发明实施例公开了一种基于多带带通滤波的peaking方法及装置，用于对图像信号进行锐化，本发明实施例方法包括将获取到的图像信号中的第一亮度信号同时输入多个带通滤波器，得到多个第二亮度信号，对第一亮度信号进行图像分析，得到图像分析的输出信息；根据多个第二亮度信号及图像分析的输出信息，得到多个第二亮度信号对应的增益值；使用增益值分别对对应的第二亮度信号进行锐化。本发明实施例还包括一种基于多带带通滤波的peaking装置。
文档编号H04N9/68GK102088543SQ20101056015
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者钟声 申请人:华亚微电子(上海)有限公司