基于自适应导向滤波的颜色插值方法与流程

本发明涉及图像处理领域，特别涉及一种基于自适应导向滤波的颜色插值方法。

背景技术：

随着图像和视频等数字媒体信息越来越成为重要的交流方式，在智能手机和相机等各类能成像的装置中，所用的CCD和CMOS成像器件是其中最重要的部件，直接影响拍摄图像的质量。考虑到成本和体积的限制，大部分相机采用单个颜色通道的CCD或者CMOS作为接受图像的器件。为了完整的描述一个彩色像素点，至少需要红(Red，R)、绿(Green，G)和蓝(Blue，B)三种颜色分量。因此通常在图像传感器上覆盖颜色滤波阵列。由于Bayer格式阵列具有很好的颜色敏感特性和复原特性，因此被广泛的应用于各种图像传感器上。Bayer格式颜色滤波阵列每一个像元只允许一种颜色分量通过，因此采集的图像每个像素点只有一个颜色分量值。因此，为了恢复每个像素点的其余两个颜色分量值，需要利用插值技术来计算另外两个通道的颜色分量值。经过插值后的颜色需要真实的表现物体，并且要与人眼的主观经验相符合，颜色的视觉效果要自然舒适。

但是现有技术的插值方法中存在的方向预测不准确、不能适应不同的图像内容，导致对相邻像素之间关系拟合精度不高等的问题。为了解决现有的颜色插值方法中存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型的基于自适应导向滤波(Adaptive Guided Filtering,AGF)的技术来实现在各种电子噪声的干扰条件下，图像三个颜色空间值的准确恢复和估计。利用AGF技术可以很好解决目前各种颜色插值技术存在的问题，本方法利用相邻像素的颜色相似性，自适应的根据图像中的纹理类型进行导向滤波插值，克服了通常插值方法存在的块效应、颜色失真，从而极大的提高了插值的精度。因此，本发明设计并实现的AGF，用于预测和恢复多个颜色通道的数据，得到了准确的颜色分量值，可以很好的解决目前颜色插 值中存在的问题，利用AGF方法可以很好解决存在的块效应，颜色失真和插值精度不高等的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种基于自适应导向滤波的颜色插值方法，其中，包括：图像输入步骤，输入要处理的图像；滤波步骤，根据所输入图像的类型，确定所用的自适应导向滤波器离散格式，进行方向自适应引导滤波；G通道颜色分量插值步骤，根据在8个方向所确定的自适应权重值，使用已知的相邻像素值计算G^X值；B、R通道颜色分量插值步骤，在取得全部的G通道的像素值后，对B通道的未知像素进行插值，利用G和B的颜色差异对位置像素的可能插值方向进行估计，计算B通道未知像素BX四个方向的颜色余数r^BG；修正步骤，对G、R、B颜色分量进行精细修正；以及插值结果输出步骤，输出颜色插值的结果。

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，在所述滤波步骤中，确定所用的自适应导向滤波器离散格式为：

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，所述G通道颜色分量插值步骤中，利用如下公式(2)计算G^X值：

$G^X=\underset{i=1}{\overset{8}{\Σ}}{S}_G^X\left(i\right)\×h_8\left(i\right)---\left(2\right).$

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，所述B、R通道颜色分量插值步骤中，利用下式(3)估计颜色余数r^BG：

$r^{BG}=B^X-\widetilde{G^X}---\left(3\right).$

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，所述B、R通道颜色分量插值步骤中，利用下式子(4)和(5)计算B通道未知像素B^X邻域内四个方向的权重值：

$\mathrm{\Γ}=\frac{1}{\mathrm{\γ}}---\left(4\right)$

$\mathrm{\γ}=\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}|G_i-G_{i-1}|---\left(5\right)$

这里，γ是G通道未知像素位置处四个方向的梯度和。

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，所述B、R通道颜色分量插值步骤中，根据由公式(3)～(5)所计算的颜色差值以及权重值，

$\widetilde{B^X}=\widetilde{G^X}+\frac{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\mathrm{\Γ}}_i{r}_i^{BG}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\mathrm{\Γ}}_i}---\left(6\right)$

利用公式(6)计算未知像素B^X的估计值：

并且，与求取B通道未知像素的插值方法类似，计算所有R通道的像素值R^X。

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，对各个通道之间的差值估计，作为补偿修正的分量，利用下式(7)、(8)分别计算D_GR和D_BG：

$D_{GR}=\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}{C}_{GR}\left(i\right)\×h_5\left(i\right)---\left(7\right)$

$h_5=\frac{\[-5,15,44,15,-5\]}{64}---\left(8\right)$

这里，C_GR是已知的相邻像素的颜色差。

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，根据颜色差之间的相关性，利用下式(9)得到各个方向的权重值：

$\mathrm{\η}=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}|D_{RG,i}-D_{RG,i+1}|}---\left(9\right).$

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，根据权重值，利

$\widetilde{D_{GR}}=\frac{\underset{i-1}{\overset{5}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_i{D}_{GR,i}}{\underset{i-1}{\overset{5}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_i}---\left(10\right)$

用下式(10)计算出颜色差值的经过修正后的估计值：

利用下式(11)计算出G通道修正的颜色分量值：

$\tilde{G}=\frac{(\tilde{R}+D_{GR})(\tilde{B}+D_{GB})}{2}---\left(11\right)$

并利用同样的步骤计算出R和B通道的修正后的值。

附图说明

图1是本发明所涉及的基于自适应导向滤波的颜色插值方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体的实例，并参照附图1，对本发明作进一步的描述。

本发明提供一种基于自适应导向滤波的颜色插值方法，其中，包括：图像输入步骤S1，输入要处理的图像；滤波步骤S2，根据所输入图像的类型，确定所用的自适应导向滤波器离散格式，进行方向自适应引导滤波；G通道颜色分量插值步骤S3，根据在8个方向所确定的自适应权重值，使用已知的相邻像素值计算G^X值；B、R通道颜色分量插值步骤S4，在取得全部的G通道的像素值后，对B通道的未知像素进行插值，利用G和B的颜色差异对位置像素的可能插值方向进行估计，计算B通道未知像素BX四个方向的颜色余数r^BG；修正步骤S5，对G、R、B颜色分量进行精细修正；以及插值结果输出步骤，输出颜色插值的结果。

在所述滤波步骤S2中，确定所用的自适应导向滤波器离散格式为：

$h_8=\frac{\[-8,23,-48,161,161,-48,23,-8\]}{256}---\left(1\right).$

所述G通道颜色分量插值步骤中，利用如下公式(2)计算G^X值：

$G^X=\underset{i=1}{\overset{8}{\Σ}}{S}_G^X\left(i\right)\×h_8\left(i\right)---\left(2\right).$

所述B、R通道颜色分量插值步骤中，利用下式(3)估计颜色余数r^BG：

$r^{BG}=B^X-\widetilde{G^X}---\left(3\right).$

所述B、R通道颜色分量插值步骤中，利用下式子(4)和(5)计算B通道未知像素B^X邻域内四个方向的权重值：

$\mathrm{\Γ}=\frac{1}{\mathrm{\γ}}---\left(4\right)$

$\mathrm{\γ}=\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}|G_i-G_{i-1}|---\left(5\right)$

这里，γ是G通道未知像素位置处四个方向的梯度和。

在所述B、R通道颜色分量插值步骤S中，根据由公式(3)～(5)所计算的颜色差值以及权重值，利用公式(6)计算未知像素B^X的估计值：

$\widetilde{B^X}=\widetilde{G^X}+\frac{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\mathrm{\Γ}}_i{r}_i^{BG}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\mathrm{\Γ}}_i}---\left(6\right)$

并且，与求取B通道未知像素的插值方法类似，计算所有R通道的像素值R^X。

对各个通道之间的差值估计，作为补偿修正的分量，利用下式(7)、(8)分别计算D_GR和D_BG：

$D_{GR}=\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}{C}_{GR}\left(i\right)\×h_5\left(i\right)---\left(7\right)$

$h_5=\frac{\[-5,15,44,15,-5\]}{64}---\left(8\right)$

这里，C_GR是已知的相邻像素的颜色差。

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，根据颜色差之间 的相关性，利用下式(9)得到各个方向的权重值：

$\mathrm{\η}=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}|D_{RG,i}-D_{RG,i+1}|}---\left(9\right).$

本发明的基于自适应导向滤波的颜色插值方法中，优选为，根据权重值，利

用下式(10)计算出颜色差值的经过修正后的估计值：

$\widetilde{D_{GR}}=\frac{\underset{i-1}{\overset{5}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_i{D}_{GR,i}}{\underset{i-1}{\overset{5}{\Σ}}{\mathrm{\η}}_i}---\left(10\right)$

利用下式(11)计算出G通道修正的颜色分量值：

$\tilde{G}=\frac{(\tilde{R}+D_{GR})(\tilde{B}+D_{GB})}{2}---\left(11\right)$

并利用同样的步骤计算出R和B通道的修正后的值。

本发明所涉及的利用AGF滤波技术进行颜色插值的方法首先对G通道进行插值，使用自适应导向滤波器对像素领域的8个方向的关系进行预测，得到更精确的相互关系，从而插值得到G通道中的位置颜色值。利用G通道插值结果，基于三个通道的颜色相关性，得到R和B通道的颜色分量值，最后使用后处理步骤消除块效应等。由此，能够得到最后的精确颜色强度值，确保实现高精度的颜色插值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。