基于Lanczos核的实时图像插值算法

2017115-1
第6期
郭莹等：基于 Lanczos 核的实时图像插值算法
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量，但是上述 2 类算法涉及多次迭代，且不同图像 最优迭代次数不同，导致最优迭代次数的未知，不 适于实时图像处理。文献[10]采用改进的非线性复 扩散和自适应冲激滤波器，提出了一种自适应图像 放大算法，该算法根据像素局部方差进行自适应非 线性复扩散，耦合局部方差约束的冲激滤波器增强 模糊的图像边缘和细节，对图像有较好的放大效 果，但是计算量大，而且对于图像缩小及图像的任 意倍数放大不适用。 本文提出了一种基于 Lanczos 核的自适应实时图 像插值算法，该算法基于 Lanczos 核（kernel）生成 应用于整个目标图像的核查找表， 并且目标图像光栅 扫描过程中，所有像素点的生成仅涉及定点小数运 算，避免了浮点数的运算，提高了处理效率；同时， 算法采取了优化的光栅扫描方法，内存利用效率高。
Real time interpolation algorithm based on Lanczos kernel
GUO Ying, LI Lun, WANG Peng
(Wuhan Digital Engineering Institute, Wuhan 430074, China)
Abstract: In order to improve the timeliness and reliability of color image scaling algorithms, a high effective real-time color image scaling algorithm was proposed, which first generated the kernel look up table that could be used for whole target image based on Lanczos kernel, and interpolation of all target image pixels had only fixed point operation which had low computational complexity. Meanwhile, an optimized method for rasterizing pixels of target image was proposed, which needed little memory space but embraced high efficiency of memory utilization. The experiment results show that the proposed algorithm achieves good image quality, and the computational complexity is far more less than classic image scaling algorithms. So the proposed algorithm can effectively implement real-time resizing of color images and color videos in any scaling factors. Key words: real-time color image resizing, Lanczos kernel, look up table, fixed point operation
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引言
实时彩色图像缩放广泛应用于军事、航空、医 学、消费电子、手持设备和多媒体设备等领域的图 像处理与显示中。经典的线性插值算法包括最近邻 法、双线性插值[1]、双三次插值[2]算法等。最近邻 法复杂度最低，处理效率最高，但其缩放后的图像 锯齿效应最严重；双线性插值是处理效率和图像质 量的合理折中，但它生成的图像质量偏低，并且其 每一个目标像素点的生成均需要重新计算插值权 重，效率偏低；双三次插值生成的图像质量较佳， 但其算法复杂度偏高，不适用于实时图像缩放。为
第 38 卷第 6 期 2017 年 6 月
通
信
学
报
Journal on Communications
Vol.38 No.6 June 2017
doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2017115
基于 Lanczos 核的实时图像插值算法
郭莹，李伦，王鹏
（武汉数字工程研究所，湖北 武汉 430074）
wk.baidu.com
摘
要：针对现有彩色图像插值算法的实时性及可靠性不能兼备的问题，提出了一种高效的实时彩色图像缩放算
法，算法基于 Lanczos 核生成可应用于整个目标图像的核查找表，并且目标图像所有像素的插值仅涉及定点小数 运算，计算复杂度低；同时算法采取了优化的光栅扫描方法，内存需求低、效率高。实验结果表明，该算法不仅 获得了较好的图像质量，而且计算复杂度远低于经典的图像缩放算法，能有效实现彩色图像甚至彩色视频的任意 倍数实时缩放。 关键词：实时彩色图像缩放；Lanczos 核；查找表；定点小数运算 中图分类号：TP391 文献标识码：A
收稿日期：2016-08-10；修回日期：2017-03-31 基金项目：船舶基金资助项目（No.11J3.7.2） Foundation Item: The Shipping Foundation of China (No.11J3.7.2)
了提高图像质量及运算效率，出现了一系列改进插 值算法。文献[3]算法简单高效，可以实现图像的实 时缩放，但其算法会出现锯齿效应、纹理细节等边 缘特征丢失的缺点，导致图像变模糊。文献[4]利用 查找表技术提高了处理效率，但其提出的图像放大 与缩小算法不一致，导致硬件需要实现 2 套独立的 逻辑，且缓存偏大，不利于硬件实现。文献[5,6]生 成的图像质量略高于双线性插值，但其算法涉及色 彩空间转换，并且插值权重的计算稍显复杂，很难 实现实时图像缩放。 文献[7~9]提出了基于区域的冲 击滤波的图像增强算法，对于不同图像区域采用不 同的权重系数处理，该方法可以取得很好的图像质