专利名称：一种基于线性纹理滤波的卷积滤波优化方法
技术领域：
本发明属于计算机图形学领域，涉及在实时图像渲染中进行卷积滤波时，如何利用图形硬件的线性纹理滤波功能減少所需进行的纹理查找、乘法和加法的次数，以达到提高卷积滤波效率的目的。
背景技术：
纹理映射是图形渲染中最常用的技术之一，在进行纹理映射的过程中，纹理查找是必不可少的一歩。纹理查找就是根据给定的纹理坐标，在纹理中查找出相应的纹素(对应于图像中的像素)的值，供后续的映射使用。大多数情况下，纹理查 找所用到的纹理坐标并不是整数，即该坐标对应着的不是纹理中某个特定的纹素而是某些相邻纹素中的某个位置，进行这样的纹理查找时就要进行纹理滤波。纹理滤波通常有“最近滤波”和线性滤波两种方式。“最近滤波”是最简单和最快速的方法，它直接取与纹理坐标最近的纹素的值作为纹理查找的結果，但效果不是很好。通常使用的是线性滤波方法，它对纹理坐标对应的相邻纹素进行线性插值处理，插值的结果作为纹理查找的結果。以ー维纹理为例，设坐标分别为i和i+Ι的两个相邻纹素的值分别为f (i)和f (i+1)，i为整数，则对纹理坐标为i+x以线性滤波方式进行纹理查找时，其结果为f(i)和f(i+l)的线性插值，插值公式为式(I)f (i+x) = (l-χ) f (i) +xf (i+1)(I)其中，X为进行纹理查找所用的纹理坐标相对于纹素f(i)的坐标的偏移量，Xe (0,l)o由式(I)可以看出，对坐标i+χ进行一次线性滤波方式的纹理查找，其结果包含了相邻两个纹素f(i)和f(i+l)的值，而通常要得到纹素f(i)和f(i+l)的值则需要进行两次纹理坐标为整数的纹理查找。现代图形处理单元(GPU, Graphics Processing Unit)具有固定的线性纹理滤波功能，使得进行需要插值的纹理查找相比于纹理坐标为整数的纹理查找，并没有增加额外的处理时间，这位后面提到的卷积滤波的优化提供了基础。卷积滤波是ー种功能強大的图像处理技巧，它是像素滤波器，本质上是一个存储了像素权重的数组，它根据这些权重在图像中进行像素处理，这个权重数组也称为卷积核。对于每ー个像素，卷积滤波用这个像素及其邻近像素的加权平均值作为结果图像对应像素的值。对ー个M行N列(M和N通常为大于I的奇数)卷积滤波器，其卷积公式表示如下
权利要求
1.一种基于线性纹理滤波的卷积滤波优化方法，其特征在于包括以下步骤步骤SI :对ー个M行、N列卷积滤波器，若其卷积核能分离为两个ー维卷积滤波器，则将其分离得到ー个M行、I列的一维卷积滤波器和ー个I行、N列的一维卷积滤波器；若11行、N列卷积滤波器的卷积核不能分离为两个ー维卷积滤波器，则直接进入步骤S2 ；M和N为大于I的奇数；步骤S2 :若M行、N列卷积滤波器不能分离为两个ー维卷积滤波器，则对M行、N列卷积滤波器的卷积核进行考察；若M行、N列卷积滤波器能分离为两个ー维卷积滤波器，则对这两个ー维卷积滤波器的卷积核进行考察；将相邻的两个都不为O且同号的权重分为ー个配对，使得得到最多的配对权重；步骤S3 :对每ー对配对权重进行计算，得到每ー配对权重相对应的线性纹理滤波所需要的坐标偏移量和新的权重；以上步骤SI至步骤S3只需要在进行图像卷积滤波之前进行一次;步骤S4 :利用现代图形处理单元GPU的线性纹理滤波功能，按坐标偏移量以线性纹理滤波方式，对每ー配对权重进行纹理查找，得到对应的纹理值，并将纹理值乘以其对应的新的权重，就得到了对应卷积滤波器中组成该配对权重的两个权重的卷积滤波结果；步骤S5 :对卷积核中剰余的没有配对的权重进行卷积滤波，得到所有未配对权重的卷积滤波结果值，并将所有未配对权重的卷积滤波结果值与所有配对权重的卷积滤波结果相カロ，得到整个M行、N列卷积滤波器的卷积滤波結果。
2.如权利要求I所述基于线性纹理滤波的卷积滤波优化方法，其特征在于，所述对每一配对权重进行计算的步骤如下设某ー配对权重的权重值分别为Wi和wi+1，则新的权重为Wi+Wi+1，坐标偏移量为wi+1/(Wi+Wi+1)，当配对权重为X或Y方向上吋，此坐标偏移量为该配对权重进行线性纹理滤波所需的纹理坐标相对于进行一般卷积滤波时权重Wi所对应的纹理坐标在X或Y方向上的偏移量。
全文摘要
本发明是一种基于线性纹理滤波的卷积滤波优化方法若卷积滤波器可分离，则分离为两个一维滤波器；考察卷积核中的权重，将相邻两个均不为0且同号的权重配对，使整个卷积核中有尽可能多的配对权重；对配对权重进行计算，得到线性纹理滤波所需的坐标偏移量和新的权重；按坐标偏移量以线性纹理滤波方式进行纹理查找，得到的纹理值再乘以对应的新的权重，得到该配对权重在卷积滤波中的作用结果；对未配对权重进行正常的卷积滤波，将它们的滤波结果与配对权重的结果相加，得到整个卷积滤波的结果。本发明利用现代GPU的线性纹理滤波功能，减少在实时图像渲染中进行卷积滤波时所需进行的纹理查找、乘法和加法的次数，达到提高卷积滤波效率的目的。
文档编号G06T15/04GK102831633SQ20121027332
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日
发明者熊帅, 付承毓, 唐涛, 王健 申请人:中国科学院光电技术研究所