专利名称：图像锐度增强装置和方法
技术领域：
本申请总的发明构思涉及一种图像锐度增强(image sharpnessenhancement)装置和方法，特别涉及一种自适应地使用加权的扩散率(diffusivity)来改善图像锐度的图像锐度增强的装置和方法。
背景技术：
图像锐度增强装置用于通过改善图像锐度，来获得更生动的图像质量。在获取和传送图像的过程中，可能引入噪声，或者可能出现图像降级(degradation)，例如模糊(blurring)。通过强调图像细节(detail)的边缘分量，能够改善图像锐度，从而能够改善完全实现型图像(fully-realized image)的质量。
美国专利No.6,072,538中公开了一种已知的图像锐度增强技术。根据该方法，通过减去使用带通滤波器确定为细节分量的细节信号，并且对被减去的细节信号进行上采样和下采样，来实现锐度增强。被减去的细节信号通过裁剪(clipping)和轮廓勾边(crispening)被处理，并且被上采样以及被与原始信号组合。组合后的细节信号裁剪了细节信号以便被置于预定范围内，并且被下采样以及被与原始信号组合，从而获得锐度增强的信号。
然而，该已知技术不采用在输入信号频率上组合细节信号与原始信号的方法，而是在通过上采样处理提高频率之后组合信号。相应地，当细节信号和原始信号被彼此组合时，它们需要裁剪处理以便被置于预定的亮度范围内。结果，这带来了不经过上述处理就不会存在的图像信号的失真以及高频分量，于是观看者会经历明显使人不愉快的图像。而且，在下采样处理期间，有关原始信号和细节信号的信息可能丢失，这主要会引起图像降级。在锐度增强处理期间，有必要通过减少上采样或裁剪，来防止出现信号中的失真以及使人不愉快的图像。
发明内容
因此，本申请总的发明构思的一个方面是提供一种图像锐度增强装置和方法，该装置和方法通过自适应地将加权的扩散率加到图像信号中，来防止出现信号失真以及产生使人不愉快的图像。
本申请总的发明构思的其它方面及相应优点部分地体现在下面的描述中，部分地能从下面的描述中明显看出，或者可以通过实现本申请总的发明构思来了解到。
本申请总的发明构思的上述和/或其它方面和优点是通过提供一种用来提供图像锐度增强的装置来实现的，该装置包括坡度值计算器，参照当前像素在输入视频信号中设置预定大小的窗口，并且基于该窗口内的像素值来计算坡度值；增益计算器，根据坡度值的大小来计算增益；差分值计算器，计算差分值，该差分值是所述窗口内的当前像素与其它像素的像素值之间的差值；扩散率计算器，根据差分值的大小来计算像素之间的扩散率；扩散率加法器，将预定权值分配给像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和；和像素值变换器，将扩散率的和乘以增益，并且将相乘的结果加到当前的像素值上。所述用于提供图像锐度增强的装置还可以包括乘法器，将通过以扩散率的和乘以增益所获得的值提供给像素值变换器。
如果坡度值小于预定阈值，则增益计算器计算增益为1，而且如果坡度值大于或等于预定阈值，则计算增益小于1，使得增益根据坡度值的大小而降低。扩散率计算器根据差分值的大小，划分为低区、中区和高区，并且以不同的比率来计算每个区域中像素之间的扩散率。权值可以是高斯形状的。
本申请总的发明构思的上述和/或其它方面和优点还可以通过提供一种图像锐度增强方法来实现，该图像锐度增强方法包括如下步骤参照当前像素在输入视频信号中设置预定大小的窗口，并且基于窗口内的像素值来计算坡度值；根据坡度值的大小来计算增益；计算差分值，该差分值是窗口内的当前像素与其它像素的像素值之间的差值；根据差分值的大小来计算像素之间的扩散率；将预定权值分配给像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和；将扩散率的和乘以增益，并且将相乘的结果加到当前的像素值上。
如果坡度值小于预定阈值，则计算增益的操作过程计算增益为1，而且如果坡度值大于或等于预定阈值，则计算增益小于1，使得增益根据坡度值的大小而降低。计算像素之间扩散率的操作过程根据差分值的大小，划分为低区、中区和高区，并且以不同的比率来计算每个区域中像素之间的扩散率。权值可以是高斯形状的。
结合附图，从下面对各个实施例的详细描述中，可以更容易地体会到本申请总的发明构思的上述和/或其它方面和优点，附图中图1是示出根据本申请总的发明构思的一个实施例的用于提供图像锐度增强的装置的方框图；图2是示出根据本申请总的发明构思的一个实施例的图像锐度增强方法的操作过程的流程图；图3A和3B是示出像素值分布示例的图；图4是示出坡度值与增益之间的关系的曲线图；和图5是示出像素差值与像素间扩散率之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
请参照下面对于本申请总的发明构思的实施例的详细描述，其中的各个例子在附图中示出，附图中相同的附图标记用来表示全文中相同的元件。之所以在下面描述各个实施例，是为了参照附图解释本申请总的发明构思。
图1是示出根据本申请总的发明构思的一个实施例的用于提供图像锐度增强的装置的方框图。参照图1，用于提供图像锐度增强的装置包括坡度值计算器100、增益计算器110、差分值计算器120、扩散率计算器130、扩散量加法器140、乘法器150、延迟部件160、像素值变换器170。
坡度值计算器100可以参照当前像素在输入视频信号内设置预定大小的窗口，并且基于该窗口内的像素值来计算坡度值。增益计算器110根据坡度值计算器100所计算的坡度值的大小来计算增益。差分值计算器120计算差分值，该差分值是所述窗口内输入视频信号的当前像素的像素值与其它像素的像素值之间的差值。扩散率计算器130计算像素之间的扩散率，该扩散率与差分值计算器120所计算的差分值的大小相对应。扩散率加法器140将预定权值分配给由扩散率计算器130所计算的像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和。乘法器150将由扩散率加法器140所计算的扩散率的和乘以由增益计算器110所计算的增益，并且将相乘的值提供给像素值变换器170。像素值变换器170将增益乘以扩散率的结果加到当前像素值上，并且输出结果。延迟部件160为了计算同步而延迟输入视频信号，并且将延迟的信号提供给像素值变换器170。
图2是示出根据本申请总的发明构思的一个实施例的图像锐度增强方法的示例性操作过程的流程图。
参照图1和图2，坡度值计算器100参照当前像素，在输入视频信号内设置预定大小的窗口，并且计算该窗口内的坡度(S200)。坡度值可以从所述窗口内相邻像素的像素值之间的差值来获得。
图3A和3B是示出像素值分布示例的图。在图3A和3B中，x轴(横轴)表示像素位置，而y轴(纵轴)表示相应的像素值。根据像素所属于的区域，图3A和3B的虚线圆内的像素具有变化的视觉敏感性，尽管这些像素具有相同的纹理(texture)分量。更具体地说，虽然图3A中示出的像素具有与图3B所示的那些像素相同的纹理分量，但是由于处于较柔和的区域中，它们看起来比图3B的那些像素更尖锐。当改善图像锐度时，要考虑这些视觉特性。因此，要使用坡度值来确定当前像素属于哪个区域。
增益计算器110根据由坡度值计算器100所计算的坡度值来计算增益(S210)。如图4所示，对于小于参考值的坡度值，增益被设置为1.0，以便按现状保持锐度。对于大于或等于参考值的坡度值，增益被降低，以便减少锐度的增强以及减少随后产生使人不愉快的图像。
差分值计算器120计算窗口内输入视频信号的当前像素与其它像素之间的差分值(S220)。该差分值被定义为窗口内当前像素的像素值与其它像素的像素值之间的像素差值。这由下列公式表达[公式1]≡IN-I其中，I表示当前像素的像素值，并且IN表示窗口内的其它像素的像素值。
扩散率计算器130根据由差分值计算器120所计算的差分值，计算像素之间的扩散率(S230)。通过使用图5所示的曲线图，可以计算扩散率，该图5示出像素差值与扩散率之间的关系。根据像素差值的大小，像素差值被划分为低区A、中区B和高区C。像素之间的差值根据划分的区域而变化。也就是说，低区A是柔和的区域，因此是视觉上敏感的，在低区A中，即使像素值的微小增加都会带来视觉上使人不愉快的图像。相应地，在该区域中，最好不改变像素值，或者如果需要，则非常轻微地增加像素值。中区B示出像素差值处于中间区域，并且一般包括具有纹理分量和对象轮廓的区域。该区域应当通过增加像素值来强调纹理分量和轮廓，从而改善图像锐度。在高区C中，像素值是高的，在原始信号中已经充分地强调了纹理分量和轮廓，并且如果进一步强调，就会出现使人视觉上不愉快的相反结果，例如过冲或下冲等。相应地，在高区C中，最好不改变像素值，或者如果需要，则非常轻微地增加像素值。
扩散率加法器140将高斯形状的权值分配给由扩散率计算器130所计算的像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和。这由下列公式表达[公式2]SC=Σi∈Wwi·c(▿I)]]>其中，W表示窗口，wi表示高斯形状的权值，c(I)表示像素之间的扩散率。根据该方法，不仅当前像素附近的像素，而且窗口内的任何像素，都能够被考虑用于增强锐度。
像素值变换器170通过将由扩散率加法器140所计算的扩散率的和乘以由增益计算器110所计算的增益，并且将相乘值加到当前像素上，来变换像素值(S250)。这由下列公式表示[公式3]Y′＝Y+SC·G其中，Y表示输出像素值，Y表示当前像素值，SC是扩散率的和，并且G表示增益。
通过采用以上公开的方法，自适应地将加权的扩散率应用到输入视频中，可以改善图像锐度，并且尤其是改善了柔和区域中的图像锐度，从而防止出现使人不愉快的图像。
根据本申请总的发明构思，通过自适应地将加权的扩散率应用到视频信号中，在防止出现使人视觉不愉快的图像以及信号失真的同时，实现图像锐度增强。相应地，有效地改善了视频信号的锐度，从而能够获得更生动的图像质量。
本申请总的发明构思可以实现为一种方法、一种装置和一种系统。当本申请总的发明构思体现在计算机构件中时，本申请总的发明构思的各个部件可以用执行所需要功能的代码段来代替。程序或者代码段可以存储在处理器可读的介质中，并且可以作为与载波相结合的计算机数据经由传输介质或通信网络而被传输。
上述处理器可读的介质包括任何可以存储和传输信息之物，比如为，电子电路、半导体存储器件、ROM、闪存、EEPROM、软盘、光盘、硬盘、光纤、射频(RF)网络，等等。上述计算机数据可以包括可以经电网信道、光纤、空气、电磁场、RF网络等传输的任何数据。
尽管已经图增和描述了本申请总的发明构思的一些实施例，但本领域技术人员应当体会到，可以在这些实施例中进行各种修改，而不会超出本申请总的发明构思的原理和精神，本申请的总的发明构思的范围由所附的权利要求书及其等效物来限定。
权利要求
1.一种用于提供图像锐度增强的装置，包括坡度值计算器，参照当前像素在输入视频信号中设置预定大小的窗口，并且基于该窗口内的像素值来计算坡度值；增益计算器，根据坡度值的大小来计算增益；差分值计算器，计算差分值，该差分值是所述窗口内的当前像素与其它像素的像素值之间的差值；扩散率计算器，根据差分值的大小来计算像素之间的扩散率；扩散率加法器，将预定权值分配给像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和；以及像素值变换器，将扩散率的和乘以所述增益，并且将相乘的结果加到当前的像素值上。
2.如权利要求1所述的用于提供图像锐度增强的装置，还包括乘法器，将通过以扩散率的和乘以增益所获得的值提供给所述像素值变换器。
3.如权利要求1所述的用于提供图像锐度增强的装置，其中，如果坡度值小于预定阈值，则所述增益计算器计算增益为1，而且如果坡度值大于或等于预定阈值，则计算增益小于1，使得增益根据坡度值的大小而降低。
4.如权利要求1所述的用于提供图像锐度增强的装置，其中，所述扩散率计算器根据差分值的大小，划分为低区、中区和高区，并且以不同的比率来计算每个区域中像素之间的扩散率。
5.如权利要求1所述的用于提供图像锐度增强的装置，其中，所述权值是高斯形状的。
6.一种用于增强图像锐度的装置，包括第一计算单元，参照当前像素在输入视频信号中设置预定大小的窗口，并且基于该窗口内的像素值来计算增益；差分值计算器，计算差分值，该差分值代表所述窗口内的当前像素与其它像素的像素值之间的差值；扩散率计算器，计算与差分值的大小相对应的像素之间的扩散率，将预定权值分配给像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和；以及像素值变换器，将扩散率的和乘以所述增益，并且将相乘的结果加到当前的像素值上。
7.如权利要求6所述的用于增强图像锐度的装置，其中所述像素变换器还包括乘法器，用于将所述扩散率的和乘以所述增益。
8.如权利要求6所述的用于增强图像锐度的装置，还包括迟延单元，为了所述输入视频信号与所述第一计算单元、所述差分值计算器和所述扩散率计算器的操作之间的计算同步而延迟输入视频信号。
9.如权利要求6所述的用于增强图像锐度的装置，其中所述第一计算单元基于所述窗口内的像素值的坡度而计算所述窗口内的像素值的增益。
10.如权利要求9所述的用于增强图像锐度的装置，其中，如果坡度值小于预定阈值，则所述增益计算器计算增益为1，而且如果坡度值大于或等于预定阈值，则计算增益小于1，使得增益根据坡度值的大小而降低。
11.如权利要求9所述的用于增强图像锐度的装置，其中，所述扩散率计算器根据差分值的大小，划分为低区、中区和高区，并且以不同的比率来计算每个区域中像素之间的扩散率。
12.如权利要求6所述的用于增强图像锐度的装置，其中，所述权值是高斯形状的。
13.一种图像锐度增强方法，包括参照当前像素在输入视频信号中设置预定大小的窗口，并且基于窗口内的像素值来计算坡度值；根据坡度值的大小来计算增益；计算差分值，该差分值是所述窗口内的当前像素与其它像素的像素值之间的差值；根据差分值的大小来计算像素之间的扩散率；将预定权值分配给像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和；并且将扩散率的和乘以增益，并且将相乘的结果加到当前的像素值上。
14.如权利要求13所述的图像锐度增强方法，其中，如果坡度值小于预定阈值，则所述计算增益的操作过程计算增益为1，而且如果坡度值大于或等于预定阈值，则计算增益小于1，使得增益根据坡度值的大小而降低。
15.如权利要求13所述的图像锐度增强方法，其中，所述计算像素之间扩散率的操作过程根据差分值的大小，划分为低区、中区和高区，并且以不同的比率来计算每个区域中像素之间的扩散率。
16.如权利要求13所述的图像锐度增强方法，其中，所述权值是高斯形状的。
17.一种计算机可读存储介质，包含图像锐度增强方法，该方法包括参照当前像素在输入视频信号中设置预定大小的窗口，并且基于窗口内的像素值来计算坡度值；根据坡度值的大小来计算增益；计算差分值，该差分值是所述窗口内的当前像素与其它像素的像素值之间的差值；根据差分值的大小来计算像素之间的扩散率；将预定权值分配给像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和；并且将扩散率的和乘以增益，并且将相乘的结果加到当前的像素值上。
18.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，如果坡度值小于预定阈值，则所述计算增益的操作过程计算增益为1，而且如果坡度值大于或等于预定阈值，则计算增益小于1，使得增益根据坡度值的大小而降低。
19.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算像素之间扩散率的操作过程根据差分值的大小，划分为低区、中区和高区，并且以不同的比率来计算每个区域中像素之间的扩散率。
20.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，所述权值是高斯形状的。
全文摘要
一种图像锐度增强装置和方法。该装置包括坡度值计算器，参照当前像素在输入视频信号中设置预定大小的窗口，并且基于窗口内的像素值来计算坡度值；增益计算器，根据坡度值的大小来计算增益；差分值计算器，计算差分值，该差分值是所述窗口内的当前像素与其它像素的像素值之间的差值；扩散率计算器，根据差分值的大小来计算像素之间的扩散率；扩散率加法器，将预定权值分配给像素之间的扩散率，并且计算扩散率的和；和像素值变换器，将扩散率的和乘以增益，并且将相乘的结果加到当前的像素值上。相应地，通过自适应地将加权的扩散率应用到视频信号中，在防止出现使人视觉不愉快的图像以及信号失真的同时，实现图像锐度增强。
文档编号H04N5/208GK1620107SQ200410094779
公开日2005年5月25日 申请日期2004年11月18日 优先权日2003年11月21日
发明者梁承埈, 权宁辰 申请人:三星电子株式会社