专利名称：数字图像的边缘定向内插法与系统的制作方法
技术领域：
本发明关于数字图像处理，且更加明确地关于 一种数字图像的边缘定向 内插法与系统，其对于增强数字图像边缘部分处的图像内插尤为有用。
背景技术：
诸如双线性与双立方内插的线性内插对于许多数字图像处理操作如比例 缩放、旋转、平移与几何图形修正来说是极其基本原则。然而，截至目前为 止，此内插仍无法解决边缘的模糊或锯齿现象，而成为图像内插的基本问题。
双线性内插有较少的计算且成本较低，然而却造成具有不乐见的模糊人
工因素的图像，尤其是在诸如42吋LCD面板或42吋等离子体面板的大型显 示器上显示时。此主要是归因于双线性内插时的色彩平均。
相反地，双立方内插较复杂且昂贵许多。尽管双立方内插可产生的图像 外观比双线性内插好，然而双立方内插亦可引起所放大图像的锯齿边缘，尤 其是接近锐利边缘处，如暗色文字与亮色背景的边界。
因此，实需要一种对于增强数字图像边缘部分处的图像内插尤为有用的 数字图像的边缘定向内插法与系统。
发明内容
本发明的一目的是^U是供一种适当的图像边缘定向内插法与其系统。明 确地说，其中定位目标像素(destination pixel)的区域是识别为平滑区域、 文字区域或边缘区域，而对该经识别的区域所指定的内插函数是应用于目标 像素色彩值计算。因此，即便是在出现具有为任意正切方向的边缘线的边缘 部分时，都能达成数字图像的精确演色。
为能达成该目的，本发明揭示 一种适当的图像边缘定向内插法与其系统。 放大图像中各目标像素所在的区域被识别为平滑区域、文字区域或边缘区域， 并才丸行该目标像素附近的二邻近像素的Sobel边缘检测以获得二个Sobel梯 度。当该目标像素定位于平滑区域中时，利用第一斜率对该目标像素执行立方巻积内插。当该目标像素定位于文字区域中时，利用第二斜率对该目标像素执行立方巻积内插。当该目标像素定位于边缘区域中时，利用该二个Sobel 梯度来执行该目标像素的基于Sobel的内插。为能达成该目的，本发明还揭示一种数字图像的边缘定向内插系统，其 包含区域决定电路，将各目标像素识别成定位于该数字图像的平滑区域、 文字区域或边缘区域中；Sobel边缘检测器，执行该目标像素周围的二个相 邻像素的Sobel边缘检测，以获得二个Sobel梯度；以及内插器，取决于由 该区域决定电路对该目标像素的识别是定位于该数字图像的平滑区域、文字 区域或边缘区域，而适当地执行具有给定斜率的立方巻积内插或者运用该二 个Sobel梯度的基于Sobel的内插。
将根据随附图式来说明本发明，其中 图1说明数字图像上的参考像素与目标像素的矩阵； 图2是显示本发明的一较佳具体实施例的数字图像的边缘定向内插法的 流程图；以及图3是显示本发明的一较佳具体实施例的数字图像的边缘定向内插系统 的方块图。[主要元件标号说明]30边缘定向内插系统31区域决定电路32Sobel边缘检测器33内插器311标准偏差计算器312Robert边缘4企测器313区域决定器314临界定义单元P。_P15参考像素X目标像素Y目标像素Z目标像素具体实施方式
图1说明数字图像上的十六个参考像素P。至P!s与三个目标像素X至Z的矩阵。如图1所示，排列成4乘4矩阵的十六个参考像素P。至Pu是从该数字 图像选出以便内插三个目标像素X至Z。目标像素X是预计沿横向方向插入二相邻像素Ps与P6之间，目标像素Y是预计沿纵向方向插入二相邻像素Ps与P,之间，而目标像素Z是预计沿对角方向插入二相邻像素P5与P,。之间。图2是显示本发明的一较佳具体实施例的数字图像的边缘定向内插法的 流程图。在执行内插目标像素之前，必须识别该目标像素的所在区域为何。 步骤11至13是用以判定该目标像素是定位于何种区域。该数字图像可分类 成平滑区域、文字区域或边缘区域。接着，如步骤14至16所示，可根据该 目标像素的定位区域以执行适当的内插来计算该目标像素。如步骤11所示，该等参考像素P。至P"的亮度标准偏差5y可依照下列式子来计算15其中Xi是参考像素Pi的亮度，而Ex是亮度x。至x,5的平均值。此外，该 等十六个参考像素p。至P^的每一 2乘2子矩阵的Robert梯度Gj可依照下式来计算 ，<formula>formula see original document page 8</formula>%+1其中n是选自由0、 1、 2、 4、 5、 6、 8、 9、 IO所构成的群组，而j是0 至8的指数。如步骤12所示，若该亮度标准偏差5y小于第一临界THl，则识别该目标 像素X是定位于该数字图像的平滑区域中。接着，如步骤16所示，通过将斜 率a设定成-0.5而执行该目标像素X的立方巻积内插。该立方巻积内插核函 数(Wk)是正弦函数的三级近似值0 + 2刺-(a + 3)卜l +1 O^H^l a|w| _5+| +8+|-4"1 S卜| S 2 0 2Sw公式(a)其中u是该目标像素X与该等相邻像素巳至P7中的各者间的距离而a是11=1时该核函数的斜率或第一导数。该目标像素X的亮度Xx可基于该核函数而计算成该等四个相邻像素的加权平均(或巻积)，此即X尸X函+ X5W5 + X6W6 + X7W7。若该亮度标准偏差5y并不小于该第一临界TH1，则识别该目标像素X是 定位于该数字图像的文字区域或边缘区域中。此外，如步骤13所示，若超过 第二临界TH2的Robert梯度Gj的数目大于第三临界TH3，则识别该目标像素 X是定位于该数字图像的文字区域中。如步骤15所示，通过将斜率a设定成 -1而执行该目标像素X的立方巻积内插。于此情况下，该立方巻积内插核函 数(Wk)是与公式(a)中的相同。该目标像素X的亮度xx可基于该核函数而计算 成该等相邻像素的加权平均(或巻积)。相反地，若超过该第二临界TH2的Robert梯度Gj的数目并不大于该第三 临界TH3，则识别该目标像素X是定位于该数字图像的边缘区域中。该目标 像素X的基于Sobel的内插是参考二相邻像素Ps与P6的二Sobel梯度Ss与S6 来执行。该二个Sobel梯度S5与Se是针对该目标像素X周围的二相邻像素P5与P6 执行如下的Sobel边缘检测而获得「_101—义lx2121x0乂2_202x5+000x4x5乂6L-101一Xg-l-2_1—-r-10r、1x3一 12I _、1x2x3_202&x7+00001叉io一l-2一lX9义10xn」该目标像素X的亮度Xx进一步可计算如下 、=Aa5+(l-〃) 其中—"(&)2+"5)2) + 2与k是使用者定义的参数，其是介于0与l之间。该目标像素Y的内插是与前述该目标像素X的内插步骤相似，不同处在于当通过立方巻积内插时，亮度Xy的计算是相异四相邻像素P5、 P,与PU的加权平均(或巻积)，且不同处在于当通过基于Sobel的内插时，亮度Xy的 计算是基于相异二相邻像素h与P;的二 Sobel梯度。该立方巻积内插核函数 亦可由公式(a)获得。小此外，该目标像素Z的内插亦与前述该目标像素X或Y的内插步骤相似，不同处在于必须先决定其它横向与纵向目标像素的内插，以便可通过前述根据该等相邻像素与该等已决定的目标像素两者的Robert梯度与Sobel梯度的 步骤来执行该目标像素Z的内插。图3是本发明的一较佳具体实施例的数字图像的边缘定向内插系统的方 块图。数字图像的边缘定向内插系统30包含区域决定电路31、 Sobel边缘检 测器32与内插器33。该区域决定电路31会将放大图像中的各目标像素识别 成定位于该数字图像的平滑区域、文字区域或边缘区域中，并且包括标准偏 差计算器311、 Robert边缘检测器312、区域决定器313与临界定义单元314。作为一范例，该标准偏差计算器311会计算参考像素的4乘4矩阵的亮 度标准偏差5y。该Robert边缘检测器312会计算参考像素P。至Pu的每一 2 乘2子矩阵的Robert梯度G。至G8。该第一临界TH1、该第二临界TH2与该第 三临界TH3是通过该临界定义单元314由使用者来定义。如上述，该区域决 定器313会根据来自该标准偏差计算器311与Robert边缘检测器312的输出 将放大图像中的各目标像素识别为定位于该数字图像的平滑区域、文字区域 或边缘区域中。如同上所提及，该内插器33根据于对该目标像素的识别，以适当地执行 该目标像素的基于Sobel的内插、或具有预定斜率的目标像素的立方巻积内 插。如同上所提及，该Sobel边缘检测器32会计算二相邻像素的二个Sobel 梯度，当执行立方巻积内插时以供该内插器33使用。关于本发明的上述具体实施例仅是作为说明性。本领域技术人员可设计 出许多替代性具体实施例，而不致背离所述权利要求范围的范畴。
权利要求
1.一种数字图像的边缘定向内插法，包含下列步骤识别各目标像素是定位于该数字图像的平滑区域、文字区域或边缘区域中；执行该目标像素周围的二相邻像素的Sobe1边缘检测，以获得二个Sobe1梯度；当识别该目标像素是定位于平滑区域中时，利用第一斜率来执行该目标像素的立方卷积内插；当识别该目标像素是定位于文字区域中时，利用第二斜率来执行该目标像素的立方卷积内插，其中该第二斜率不同于该第一斜率；以及当识别该目标像素是定位于边缘区域中时，参考该二个Sobe1梯度来执行该目标像素的基于Sobe1的内插。
2. 根据权利要求1所述的数字图像的边缘定向内插法，其中该识别步骤还包含下列步骤计算于该数字图像中的参考像素的矩阵的标准偏差；以及计算该等参考像素的各子矩阵的边缘梯度；以及基于该标准偏差与该等Robert梯度，将该目标像素识别为定位于该数字 图像的平滑区域、文字区域或边缘区域中。
3. 根据权利要求2所述的数字图像的边缘定向内插法，其中该等边缘梯 度是通过Robert边缘检测而获得。
4. 根据权利要求2所述的数字图像的边缘定向内插法，其中若该标准偏 差超过第一临界，且超过第二临界的边缘梯度的数目是大于第三临界，则将 该目标像素识别成定位于该数字图像的文字区域中。
5. 根据权利要求2所述的数字图像的边缘定向内插法，其中若该标准偏 差超过第一临界，且超过第二临界的边缘梯度的数目并不大于第三临界，则 将该目标像素识别成定位于该数字图像的边缘区域中。
6. 根据权利要求2所述的数字图像的边缘定向内插法，其中当该标准偏 差不超过第 一临界时，则将该目标像素识别成定位于平滑区域中。
7. 根据权利要求1所述的数字图像的边缘定向内插法，其中该基于Sobel 的内插是如下列形式表示<formula>formula see original document page 3</formula>其中Xx、 Xp与Xq分别代表该目标像素与二相邻像素的值；其中li是定义成 二 ^)2+1其中Sp与S。分别代表该二个相邻像素的Sobel梯度，而k是使用者定义 参数，其是介于0与l之间。
8.根据权利要求1所述的数字图像的边缘定向内插法，其中该立方巻积 内插是根据立方巻积核函数而计算成四个相邻像素的加权平均，且该立方巻 积核函数是正弦函数的三级近似值<formula>formula see original document page 3</formula>其中u是该目标像素与该等相邻像素中的各者间的距离，而a是u-l时 该核函数的斜率或第 一导数。
9. 一种数字图像的边缘定向内插系统，其包含区域决定电路，将各目标像素识别成定位于该数字图像的平滑区域、文 字区域或边缘区域中；Sobel边缘检测器，执行该,目标像素周围的二个相邻像素的Sobel边缘 才企测，以获得二个Sobel梯度；以及内插器，取决于由该区域决定电路对该目标像素的识别是定位于该数字 图像的平滑区域、文字区域或边缘区域，而适当地执行具有给定斜率的立方 巻积内插或者运用该二个Sobel梯度的基于Sobel的内插。
10. 根据权利要求9所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中当在该 区域决定电路识别该目标像素是定位于该平滑区域中时，该内插器利用第一 斜率来执行该目标像素的立方巻积内插；当该区域决定电路识别该目标像素 是定位于该文字区域中时，该内插器利用第二斜率来执行该目标像素的立方 巻积内插，该第二斜率是不同于该第一斜率；以及当该区域决定电路识别该 目标像素的定位是定位于该边缘区域中时，该内插器利用该二个Sobel梯度 来执行该目标像素的基于Sobel的内插。
11. 根据权利要求9所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中该区域决定电路包含标准偏差计算器，其计算该数字图像中的参考像素的矩阵的标准偏差；边缘检测器，其计算该等参考像素的每一子矩阵的边缘梯度；以及 区域决定器，根据该标准偏差计算器与该边缘检测器的输出，将该目标像素 识别成定位于该数字图像的平滑区域、文字区域或边缘区域中。
12. 根据权利要求IO所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中该等边 缘梯度是通过Robert边缘检测而获得。
13. 根据权利要求11所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中若该标 准偏差超过第一临界且超过第二临界的边缘梯度的数目是大于第三临界，则 将该目标像素识别成定位于该数字图像的文字区域中。
14. 根据权利要求11所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中若该标 准偏差超过第一临界且超过第二临界的边缘梯度的数目并不大于第三临界， 则将该目标像素识别成定位于该数字图像的边缘区域中。
15. 根据权利要求11所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中当该标 准偏差不超过第一临界时，则将该目标像素识别定位于平滑区域中。
16. 根据权利要求9所述的数字图像的边缘定向内插法，其中该内插会 如下执行基于Sobel的内插其中xx、 Xp与Xq分别代表该目标像素与二个相邻像素的值；其中ja是定义成其中Sp与Sq分别代表该二个相邻像素的Sobel梯度，而k是使用者定义参数，其是介于0与l之间。
17. 根据权利要求9所述的数字图像的边缘定向内插法，其中该内插基 于立方巻积核函数执行立方巻积内插成为相邻^f象素的加4又平均，且该立方巻 积核函数是正弦函数的三级近似值<formula>formula see original document page 4</formula>其中u是该目标像素与该等相邻像素中的各者间的距离，而a是u-l时 该核函数的斜率或第一导数。
18. 根据权利要求13所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中该区域决定电路还包含临界定义单元，以供使用者定义如上所述的该等临界。
19. 根据权利要求14所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中该区域 决定电路还包含临界定义单元，以供使用者定义如上所述的该等临界。
20. 根据权利要求15所述的数字图像的边缘定向内插系统，其中该区域 决定电路还包含临界定义单元，以供使用者定义如上所述的该等临界。
全文摘要
一种边缘定向内插法是用于放大来源图像。放大图像中各目标像素所在的区域被识别为平滑区域、文字区域或边缘区域，并执行该目标像素附近的二邻近像素的Sobel边缘检测以获得二个Sobel梯度。当该目标像素是定位于平滑区域中时，利用第一斜率对该目标像素执行立方卷积内插。当该目标像素是定位于文字区域中时，利用第二斜率对该目标像素执行立方卷积内插。当该目标像素是定位于边缘区域中时，利用该二个Sobel梯度来执行该目标像素的基于Sobel的内插。
文档编号G06T3/40GK101221656SQ20081000281
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月4日 优先权日2007年1月4日
发明者王信中 申请人:奇景光电股份有限公司