Быстрый метод масштабирования цветных изображений
A FAST METHOD FOR SCALING COLOR IMAGES
Jaana Parkkinen, Mikko Haukijärvi, Petri Nenonen
Nokia Corporation
P.O. Box 1000, FI-33721 Tampere
Finland
Jaana.Parkkinen@nokia.com, Mikko.Haukijarvi@nokia.com, Petri.Nenonen@nokia.com
17th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2009) Glasgow, Scotland, August 24-28, 2009
Аннотация
Масштабирование изображений – важный этап любой цепочки обработки изображений, содержащей сенсор камеры и дисплей. Хотя разрешения современных мобильных дисплеев с развитием технологий увеличились до приемлемого для отображения качественных фотографий уровня, разрешения самих фотографий намного превосходит разрешения экранов мобильных устройств. В этой статье предложен алгоритм быстрого и качественного масштабирования изображений, пригодный для реализации на мобильных устройствах. Ниже будет приведено подробное описание алгоритма и приведены результаты его работы с реальными фотографиями.
Введение
Камеры разрешением 5 МПикс и более стали теперь уже обычным явлением. Технологии не стоят на месте, разрешения камер растут, но разрешения дисплеев мобильных устройств по понятным причинам не могут быть настолько же большими, следовательно, полученное камерой изображение должно быть вписано в меньший по разрешению экран, а это предполагает применение алгоритмов децимации. Бывают также случаи, когда размер изображения меньше размера экрана, или же требуется увеличить рисунок, чтобы рассмотреть интересующие детали. В таких случаях требуется увеличение изображения, а это можно осуществить интерполяционными методами. Известные методы децимации и интерполяции имеют низкую сложность и могут быть эффективно реализованы, однако очертания объектов изображения пострадают от эффекта зубчатости краёв и появившихся артефактов, поэтому хотелось бы получить алгоритм качественного масштабирования без нежелательных артефактов, неровных краёв, чрезмерного сглаживания и пикселизации. К сожалению, в мобильных операционных системах память и вычислительные ресурсы, необходимые для обработки изображений с наименьшими потерями качества, ограничены, большие изображения требуют большого объёма памяти и вычислений, количество которых зависит от числа пикселей изображения линейно (а в некоторых случаях даже экспоненциально). Преобразование сигналов – важный раздел теории обработки сигналов, рассмотренный в литературе [1], где представлено несколько возможностей увеличения и уменьшения изображений [2, 3]. При уменьшении несколько пикселей источника соответствуют одному пикселю приёмника, при увеличении всё наоборот. В простейшем алгоритме уменьшения масштаба один из нескольких пикселей источника «претендует» стать прообразом пикселя приёмника. Данный подход называется методом «ближайшего соседа», недостаток его в выраженном эффекте зубчатых краёв и артефактах, поэтому основные методы масштабирования используют фильтрацию и передискретизацию. «Уменьшенные» данные обычно получают как линейную комбинацию входных дискретных данных и некоторого ядра. Иногда нас может интересовать не всё изображение целиком, а только некоторая его область. Увеличение этой области требует увеличения масштаба и панорамирования. Первое может быть осуществлено простейшим способом копирования пикселей, однако в результате получится изображение с блочными артефактами и пикселизацией. Несколько лучших результатов можно достичь более совершенными методами, использующими пространственную фильтрацию. Разные способы имеют разную сложность. Из-за произвольности размеров источника и приёмника необходимы методы дробного масштабирования. К таким методам относится билинейная интерполяция. Пиксель приёмника вычисляется как взвешенное среднее смежных пикселей источника. Веса могут быть вычислены по простым формулам для любого масштаба. Данный способ – хороший компромисс между сложностью и качеством. Взвешенные средние значения используются и при децимации. В данной статье представлен новый и эффективный с точки зрения вычислений алгоритм масштабирования изображений, усредняющий веса пикселей и обращающийся к данным предварительно заполненной таблицы. Он быстр и пригоден для мобильных устройств. Ниже будет дано подробное описание его работы.
Предлагаемые методы
В этом разделе дано описание нового метода масштабирования изображений, пригодного для реализации на мобильных устройствах. Вычислительные процессы увеличения и уменьшения масштаба, а также панорамирования и обрезки границ изложены в подробной форме.