[发明专利]一种基于局部自适应增益因子的联合上采样方法

说明书

本发明公开了一种基于局部自适应增益因子的联合上采样方法，在原始输入图像经过下采样和显示处理模块处理之后，该方法首先通过双线性插值将经过下采样和显示处理的图像放大至原始分辨率，其次通过引导滤波技术进行结构转移滤波和细节提取。在利用输入端和输出端的相似对称性计算得到一个随图像内容和纹理细节损失程度自适应变化的局部自适应增益因子以后，经过纹理细节合成产生最后的输出图像。本发明能够克服传统联合上采样方法采用全局固定增益因子的缺点，并通过计算复杂度较低的移动窗求和技术提高方法的计算效率，改善视频显示系统的用户视觉体验。

技术领域

本发明属于数字视频图像处理与显示技术领域，具体涉及一种基于局部自适应增益因子的联合上采样方法。

背景技术

当前，随着信息技术的不断进步和人们对高质量显示的不断追求，超高清显示设备得到越发广泛的普及和应用。与此同时，超高清视频数据计算量的急剧增长对视频显示系统的处理能力提出了极为苛刻的要求。以全高清视频显示升级至4K超高清视频显示为例，需要处理的视频数据量增加至四倍，在保证实时性能的情况下，计算资源近乎增长到四倍。对于视频显示处理的专用集成电路设计来说，片上逻辑耗费、片上存储使用、外部帧存储容量以及访存带宽都相应大幅增加，从而给系统级芯片的设计与集成造成了严峻挑战，尤其是对于资源和电池续航有限的移动设备。

由于人眼对视频内容轻微的质量损失并不敏感，或者当为了降低计算资源和功耗可以对质量损失容忍时，一种有效的近似方法是将原始输入视频或图像进行下采样至较低分辨率，然后进行视频显示处理和视频内容分析，再利用原始高分辨率输入图像来指导上采样过程，即联合上采样方法。该方法不仅能减少外部存储器的访问量，而且可以降低片上显示处理的计算量，从而提高能耗效率。但传统方法在上采样过程中易产生较明显的模糊、边缘锯齿或失真，无法满足实际需求。

基于引导图滤波的联合上采样方法可以在保护边缘的同时避免灰度反转失真，有望解决图像边缘和细节的失真现象。但是，原始基于引导图滤波的方法在使用细节增强方法实现纹理细节合成时，均采用的是全局固定增益因子，难以得到局部最优解，影响输出端的图像显示质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于局部自适应增益因子的联合上采样方法，以克服现有技术的缺点。本发明利用输入端和输出端的对称相似性，通过输入端计算得到一个随图像内容和纹理细节损失程度自适应变化的增益因子，大幅提升基于引导图滤波的联合上采样方法的图像处理质量。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种基于局部自适应增益因子的联合上采样方法，包括以下步骤：

1)图像插值，将插值点P_i(m,n)映射至原始输入图像H经过下采样和显示处理后的图像网格中，得到插值后的图像H₁，其中映射关系满足和(s,t)表示原始输入图像H经过下采样和显示处理后的图像的像素位置，(m,n)表示插值后图像的像素位置，a_v和a_h分别是纵向和横向放大比例；

2)引导滤波，采用引导图滤波对插值后图像H₁进行滤波，得到引导滤波后的图像H₂，引导图滤波的计算公式为：

H₂＝GIF(H₁,H)

其中，GIF表示引导图滤波函数；

3)纹理细节合成，对引导滤波后的图像H₂进行纹理细节估计和恢复，得到图像H₂的细节层DL；