专利名称：一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法及系统。
背景技术：
目前，大多数数码相机采用单传感器结构，通过在传感器上敷一层色彩滤镜阵列(Color Filter Array, CFA),例如目前普遍使用的Bayer CFA滤镜上不同的色块按G-R-G-B (绿一红一绿一蓝)的顺序像马赛克一样排列，每一片“马赛克”下的像素感应不同的颜色，当光从红、绿、蓝滤镜中穿过时，就可以得到每种色光的反应值，这样，原始图像中的每一个象素点只有一种颜色分量通过，而缺失另外2中颜色，但在图像再现设备中，每一 个象素点需要红，绿，蓝三个分量，这就要求人们从原始信号中插值出所缺的颜色分量，以得到全彩色图像，这就是CFA色彩插值，此插值技术称为“去马赛克”(demosaicking)。插值方法的优劣影响恢复的全彩色图像的质量，现有的插值方法可以概括为线性插值方法和非线性插值方法。线性插值方法实现简单、速度快，但恢复的全彩色图像存在严重的失真。而非线性插值方法由于考虑了 RGB通道间的相关性，其插值效果明显优于线性插值方法，但这种方法复杂度大，计算代价大。综上，现有技术的CFA图像的色彩恢复方法还无法提供一种恢复的全彩图像质量好，且恢复过程简单的方法。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法，旨在解决现有技术的CFA图像的色彩恢复方法还无法提供一种恢复的全彩图像质量好，且恢复过程简单的方法的问题。为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案本发明实施例是这样实现的，一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法，所述方法包括获取CFA采样图像信号；分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段；分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取红绿色差信号和蓝绿色差信号；根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。本发明实施例还提供了一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复系统，所述系统包括获取单元，用于获取CFA采样图像信号；调制单元，用于分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段；
滤波单元，用于分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取红绿色差信号和蓝绿色差信号；恢复单元，用于根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于通过获取CFA采样图像信号，分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段，并分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取红绿色差信号和蓝绿色差信号，根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号，降低了 CFA图像的全彩色恢复计算复杂度，并可以提高恢复的图像质量。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明实施例一提供的色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法的实现的流程图；图2是本发明实施例二提供的色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法的实现的流程图；图3是本发明实施例三提供的色彩滤镜阵列图像的色彩恢复系统的结构图；图4是本发明实施例四提供的色彩滤镜阵列图像的色彩恢复系统的结构图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法，所述方法包括获取CFA采样图像信号；分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段；分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取所述CFA采样图像信号的红绿色差信号和蓝绿色差信号；根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复所述CFA采样图像信号的绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。本发明实施例还提供了一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复系统，所述系统包括获取单元，用于获取CFA采样图像信号；调制单元，用于分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段；
滤波单元，用于分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取所述CFA采样图像信号的红绿色差信号和蓝绿色差信号；恢复单元，用于根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复所述CFA采样图像信号的绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述实施例一图I示出了本发明实施例一提供的色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法的实现的流程图，详述如下
在SlOl中，获取CFA采样图像信号；在S102中，分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段；在S103中，分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取红绿色差信号和蓝绿色差信号；本实施例中，可以采用二维低通滤波。本实施例中，通分别通过红绿色差调制信号或蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使得每一调制信号调制后的CFA采样图像信号在低频段只包含一种色差信号，然后再进行滤波，可以降低滤波计算代价。在S104中，根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。可选的，S104可以采用以下方式实现根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号；根据所述红绿色差信号及所述绿色通道信号，恢复红色通道信号，根据所述蓝绿色差信号及所述绿色通道信号，恢复蓝色通道信号。可选的，S104之后，所述方法还可以包括修正所述绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。具体修正过程为用CFA采样图像中采样点的颜色信号替换重构的全彩图像中相应位置对应的颜色信号，例如，若当CFA图像存在采样点的颜色信号，则用该采样点的颜色信号作为恢复后的彩色通道信号，若当CFA图像不存在采样点的颜色信号，则用恢复的彩色通道信号作为恢复后的彩色通道信号。通过修正可以使恢复的CFA图像的质量更好。为了便于理解，以下通过实现示例对本实施例的色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法进行说明，但不以此实现示例为限，本实现示例中，假设CFA采样图像信号为s(n)s (n) =cr (n) r (n) +cg (n) g (n) +cb (n) b (n) (I)其中，n=(nl, n2),表示像素位置，r (n)、g(n)和b (n)分别表示原始图像三基色值，cr (n)、Cg (n)和Cb (n)分别表示色彩滤镜阵列的红、绿、蓝颜色分量，且q (n) +cg (n) +cb (n) =1，因此s(n)可以表示为s (n) =g (n) +cr (n) (r (n) -g (n)) +cb (n) (b (n) -g (n))(2)=g (n) +cr (n) a (n)+cb(n) & (n)其中，a (n)=r(n)-g(n)表示红绿色差信号，^ (n) =b (n)-g(n)表示蓝绿色差信号。该实现示例具体实现过程如下步骤I、获取CFA采样图像信号s (n)；步骤2、通过红绿色差的调制信号Ca (n)、蓝绿色差的调制信号ce (n)，调制CFA采样图像信号s (n), s (n)经c a (n)调制后为s a (n) =s (n) c a (n), s (n)经ce (n)调制后为s 0 (n) =s (n) C0 (n)；例如,对于Bayer CFA
权利要求
1.一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法，其特征在于，所述方法包括 获取CFA采样图像信号； 分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段； 分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取红绿色差信号和蓝绿色差信号； 根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号之后，所述方法还包括 修正所述绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号具体为 根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复所述CFA采样图像信号的绿色通道信号; 根据所述红绿色差信号及所述绿色通道信号，恢复CFA采样图像的红色通道信号，根据所述蓝绿色差信号及所述绿色通道信号，恢复CFA采样图像的蓝色通道信号。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号至低频之前，所述方法还包括 通过对CFA采样图像信号，及色彩滤镜阵列的红色分量信号和蓝色分量信号在傅里叶变换域进行分析，计算红绿色差信号的调制信号和蓝绿色差信号的调制信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过对CFA采样图像信号，及色彩滤镜阵列的红色分量信号和蓝色分量信号在傅里叶变换域进行分析，计算红绿色差信号的调制信号和蓝绿色差信号的调制信号具体为 计算CFA采样图像信号的傅里叶变换，及色彩滤镜阵列的红色分量信号和蓝色分量信号的傅里叶变换； 根据所述红色分量信号和蓝色分量信号的傅里叶变换的载频，设计调制信号的傅里叶变换； 通过调制信号，调制CFA采样图像信号，并对调制后的CFA采样图像信号进行傅里叶变换，调制后的CFA采样图像信号的傅里叶变换为CFA采样图像信号的傅里叶变换与调制信号的傅里叶变换的卷积； 通过调整所述调制信号的傅里叶变换系数，调整所述调制后的CFA采样图像信号经调制后的傅里叶变换所包含的色差分量，计算红绿色差信号的调制信号，及蓝绿色差信号的调制信号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算CFA采样图像信号的傅里叶变换，及 色彩滤镜阵列的红色分量信号和蓝色分量信号的傅里叶变换为 CFA采样图像信号s(n)的傅里叶变换S(W)、色彩滤镜阵列的红色分量信号Cr(n)和蓝色分量信号cb (n)的傅里叶变换C 和Cb(W)为Cr O) = r0S(w) + YXrMw -4) + r,5{w + Xri)] i Cb (W) = b0d(w) + YJbiSiw — Xbi) + bt8(w + Ahi)] i S(w) = G(W) + Cr (m，) * A(w) + Cb (w) * 5(m,) =(/(w) + A (vv') + a, B{ vv') +S[M(w - 4) + r,A(w +Ari)] + ZIbiBiw-Xbi) + btB(w—Xbl)]i i其中，n=(nl，n2),表示像素位置，w=(wx，wy)为角频率，且wx，wyG [-31，n )分别为水平方向与垂直方向上的角频率，6 (w)为克罗内克8函数，别代表c 、cb(n)傅里叶变换中非零频率点，I^bi表示相应频率点的傅里叶变换系数4、 $分别为I^bi的共轭，rQ、bQ表示表示C1Xn)、cb(n)的直流分量，A (w)表示红绿色差信号a (n) =r (n) -g (n)的傅里叶变换、B(w)表示蓝绿色差信号0 (n)=b(n)-g(n)的傅里叶变换，符号*代表卷积操作； 所述根据所述红色分量信号和蓝色分量信号的傅里叶变换的载频，设计调制信号的傅里叶变换具体为 根据所述红色分量信号4 (n)的傅里叶变换(；(w)和蓝色分量信号Cb (n)的傅里叶变换Cb(W)的载频，设计调制信号c (n)的傅里叶变换C(W)、红绿色差信号的调制信号Ca (n)的傅里叶变换为Ca (w)、以及蓝绿色差信号的调制信号C0 (n)的傅里叶变换Ce (w)为 a、当存在不同的Xbi时，假设为Ca (w) = -^irjSiw-Aij) + r/(w + Alj)] C13 (w) =— Xbk) + bk8(w + Xbk)]^kk b、当入^和入，丨均相同时,〔(％)= ；^[4我放-為)+ 声化+為)],入丨为入“或者Am;I 所述通过所述调制信号，调制CFA采样图像信号，并对调制后的CFA采样图像信号进行傅里叶变换，调制后的CFA采样图像信号的傅里叶变换为所述CFA采样图像信号的傅里叶变换与调制信号的傅里叶变换的卷积具体为 根据调制信号c(n)调制CFA采样图像信号s(n)，得到调制后的CFA采样图像信号s’(n)=s(n)c(n)，对s’ (n)进行傅里叶变换为DFT[h{n)s ’(》)] = H{w) * S(w) * C(W)公式 I =+ ;) )+(aA + i 其中，DFT表示傅里叶变换，h(n)为低通滤波器，符号*代表卷积操作，％石分别为％、bj的共轭； 所述通过调整所述调制信号的傅里叶变换系数，调整所述调制后的CFA采样图像信号经调制后的傅里叶变换所包含的色差分量，计算红绿色差信号的调制信号，及蓝绿色差信号的调制信号具体为 C、在公式I中，使C(W)=Ca (W)，则公式I表达式中系数满足条件
7.一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复系统，其特征在于，所述系统包括 获取单元，用于获取CFA采样图像信号； 调制单元，用于分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段； 滤波单元，用于分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取红绿色差信号和蓝绿色差信号； 恢复单元，用于根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 修正单元，用于修正所述绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述恢复单元具体用于根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复所述CFA采样图像信号的绿色通道信号，以及根据所述红绿色差信号及所述绿色通道信号，恢复CFA采样图像的红色通道信号，根据所述蓝绿色差信号及所述绿色通道信号，恢复CFA采样图像的蓝色通道信号。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 计算单元，用于通过对CFA采样图像信号，及色彩滤镜阵列的红色分量信号和蓝色分量信号在傅里叶变换域进行分析，计算红绿色差信号的调制信号和蓝绿色差信号的调制信号。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述计算单元包括 计算模块，用于计算CFA采样图像信号的傅里叶变换，及色彩滤镜阵列的红色分量信号和蓝色分量信号的傅里叶变换； 设计模块，用于根据所述红色分量信号和蓝色分量信号的傅里叶变换的载频，设计调制信号的傅里叶变换； 调制模块，用于通过调制信号，调制CFA采样图像信号，并对调制后的CFA采样图像信号进行傅里叶变换，调制后的CFA采样图像信号的傅里叶变换为CFA采样图像信号的傅里叶变换与调制信号的傅里叶变换的卷积； 所述计算模块，还用于通过调整所述调制信号的傅里叶变换系数，调整所述调制后的CFA采样图像信号经调制后的傅里叶变换所包含的色差分量，计算红绿色差信号的调制信号，及蓝绿色差信号的调制信号。
全文摘要
本发明适用于图像处理技术领域，提供了一种色彩滤镜阵列图像的色彩恢复方法及系统，所述方法包括获取CFA采样图像信号；分别通过红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号，调制所述CFA采样图像信号，使CFA采样图像信号中的红绿色差信号及蓝绿色差信号调制至低频段；分别对红绿色差调制信号及蓝绿色差调制信号调制后的CFA采样图像信号进行低通滤波，获取红绿色差信号和蓝绿色差信号，根据所述红绿色差信号和蓝绿色差信号，恢复绿色通道信号，红色通道信号及蓝色通道信号。降低了CFA图像的全彩色恢复计算复杂度，并可以提高恢复的图像质量。
文档编号H04N9/04GK102752603SQ20121018731
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者吴美芬, 邵诗强 申请人:Tcl集团股份有限公司