[发明专利]图像及视频的放大方法与相关的图像处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像及视频的放大(upscaling)方法，尤指一种将低解析度的 输入图像放大且显示在高解析度的视频设备上时，能使放大的输出图像仍具有抗锯 齿、边缘锐利、细节丰富及对比度强等特点的方法。

背景技术

近年来，各式数字摄像装置(如：数字相机及摄影机等)不断推陈出新，不仅图 像品质愈来愈高、产品体积愈来愈小，其市场价格也日渐便宜，因此，所述数字摄 像装置已日益普及，而成为人们日常生活及工作中不可或缺的一重要工具。以目前 市场上颇为流行的具摄像功能的移动电话为例，所述移动电话除设有CCD或CMOS 摄像单元，用以拍摄图像外，尚设有一小尺寸的液晶显示荧幕，用以显示所拍摄的 图像，供使用者浏览。一般而言，当使用者利用移动电话拍摄景物时，所拍摄的图 像储存在其内所插设的一记忆卡内，使用者在移动电话上点选图像时，移动电话将 自记忆卡内读取欲浏览的图像，并经重新编码后，将图像的缩小图显示在液晶显示 荧幕上，如此，使用者即可在液晶显示荧幕上对图像进行缩小、放大、拖曳或调整 页面大小等操控动作。因此，无论前述数字摄像装置上储存的图像是几百万个位元 组(如：1.2Mega byte)，或数十万个位元组(如：120K byte)，所述图像均是被储 存在其上所设的一储存装置(如：记忆卡、硬盘或移动存储器)内，使用者每次点选 欲浏览的图像时，数字摄像装置再自储存装置内读取图像，并经重新编码，将原始 图像缩小成数万个位元组(如：75K byte)或数千个位元组(如：7.5K byte)的缩 小图后，始将缩小图显示在小尺寸的液晶显示荧幕上，供使用者浏览，并令使用者 可依实际需要，对缩小图进行缩小、放大、拖曳或页面大小调整等操控动作。

由于，所述数字摄像装置的图像解析度及读取速度已愈来愈高，使得各式数字 摄像装置已被广泛地应用在各专业领域，如：刑事、生物、医药及天文科学等，用 以保存许多重要的事证，如：刑事案件的关键线索、证物或犯罪现场等存证图像； 生物科学的新发现或实验结果；医学上X光片或电脑断层图像等供医疗人员判断病 征的资料，因此，如何为专业研究人员保存实验室或其他研究领域中的重要事证， 并以数字图像格式存档，作为日后实验或研究时，查阅或比对的重要数据，且在对 数字图像进行放大时，能有效降低图像失真，提供高解析度且有利于辨识的数字图 像，供解读及研判数字图像内所呈现的相关特征，即成为各所述专业领域人士非常 重视的一项课题。

按，图像处理业者及设计人员对于图像及视频放大技术，已展开了很多年的研 究，无论是从初期的线性放大技术，到后来基于边缘(edge)的放大技术，新的理论 及应用方法不断地被开发出来，其中常用的线性放大技术包括双线性插值运算 (Bilinear Interpolation)、双立方插值运算(Bicubic Interpolation)及兰索斯 法(Lanzcos)等，而基于边缘的放大技术中最具代表性者则是NEDI(New Edge-Directed Interpolation)，但是，所述这些放大技术仍存在诸多缺点，其中 前述线性放大技术容易造成边缘锯齿(blocky edge)效应、细节损失及边缘模糊 (blurry)等问题，而前述基于边缘的放大技术是沿着图像的边缘根据梯度方向 (gradient direction)进行插值(interpolation)，虽可解决部分的边缘锯齿和模 糊等问题，但是，所述基于边缘的放大技术对于边缘方向(edge direction)的准确 性有着较大的依赖，容易出现因边缘方向不准确，而造成插值错误的现象，特别是， 在图像中细节丰富且边缘杂乱的区域中，插值错误的问题格外明显且严重；此外， 所述基于边缘的放大技术，为了保持其结果的准确性，往往必需使用庞大的运算， 易造成图像处理效率不彰的问题。最后，由于目前使用的放大技术一般均是采用邻 域(neighborhood)图元(pixel)的加权求和，来进行插值计算，对原图像具有低通 滤波的作用，故在图像被放大后，不可避免地会造成原图像上应有的锐度和细节信 息(高频部分)的损失。有鉴于此，图像处理业者为恢复原图像的品质，往往会在 图像被放大后，对图像进行一些增强和恢复处理，但是所述处理又产生了边缘过冲 (overshoot)及振铃效应(ringing effect)等新的瑕疵。