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研究生: 鍾明樺
論文名稱: 數位相機之快速訊號相關色彩內插演算法設計
Design of an Effective CFA Demosaicing Approach for Digital Still Cameras
指導教授: 蘇崇彥
Su, Chung-Yen
高文忠
Kao, Wen-Chung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 機電工程學系
Department of Mechatronic Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 57
中文關鍵詞: 色彩內插解馬賽克貝爾圖形
英文關鍵詞: Color interpolation, Demosaicing, Bayer pattern
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:286下載:26
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  • 在這篇論文中,我們提出了一可適性色彩內插演算法用於單一感測元件的取像裝置。為了減少數位取像裝置的成本及體積,消費型數位相機常藉著使用單一感測元件來攝取影像。色彩濾鏡陣列通常被使用於這些單一感測元件取像裝置上,根據貝爾排列模式相對的位置分別對三原色的像素值取樣,而計算取像過程中丟失的像素值的過程被叫做色彩內插演算法。我們針對貝爾排列模式的色彩濾鏡陣列提出一個有效且快速的色彩內插演算法。我們所提出的演算法利用更佳的初始演算法,減少因疊代策略所產生之拉鏈型效應,再以不同色彩平面訊號相關性為基礎來估算丟失的像素,並且經由疊代的方法逐漸修正像素值,如此可獲得較高之PSNR值,也就是可獲得更佳的重建影像品質。本研究另一個貢獻是使用可適性邊界判斷,以垂直或水平之G-R或G-B做最後之像素值修正,可以更快獲得快速收歛的像素值,並且大幅節省所需之運算量。實驗結果顯示我們提出之演算法重建之影像品質較佳並且可大幅降低所需之計算複雜度。

    This research aims to present an adaptive demosaicing algorithm for Bayer pattern images of single-sensor digital still cameras. The proposed algorithm uses an iterative strategy to update the values of color planes. Although the iterative strategies are capable of achieving higher image quality in the demosaiced image, its computation is still too much. In order to reduce computational complexity, an improved initial interpolation is suggested to reduce the zipper effects of a demosaiced image and an adaptive refinement interpolation is suggested to speed up the execution of demosaicing. Experiment results indicate that the PSNRs of the proposed method are higher than the state-of-the-art demosaicing methods. Furthermore, the computational cost of the proposed method is less than that of previous iterative algorithms.

    目錄 中文摘要 1 ABSTRACT 2 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 3 1.3 全文架構 5 第二章 相關文獻探討 7 2.1 非適應性色彩內插演算法(NON-ADAPTIVE INTERPOLATION) 7 2.1.1 雙線性內插法 8 2.1.2 有效的訊號相關內插法(EFFECTIVE SIGNAL CORRELATION INTERPOLATION) 10 2.2 適應性色彩內插演算法(ADAPTIVE INTERPOLATION) 14 2.2.1 邊緣方向偵測內插法(EDGE DIRECTED INTERPOLATION) 14 2.2.2 可適應性邊緣感測內插法(ADAPTIVE EDGE SENSITIVE INTERPOLATION) 16 2.2.3 模糊分配內插演算法(FUZZY ASSIGNMENT INTERPOLATION) 18 2.3 權重偵測內插演算法(WEIGHTING BASED INTERPOLATION) 20 2.4 疊代型內插演算法 23 第三章 快速收歛的適應性色彩相關內插演算法 29 3.1 初始演算法步驟與拉鏈型邊緣分析 30 3.2 訊號相關演算法疊代步驟的分析 32 3.3 有效的可適應性訊號相關演算法與雜訊濾除 39 第四章 實驗步驟與模擬結果 41 4.1 流程簡介與模擬的演算法 41 4.2 PSNR的模擬結果 45 4.3 S-CIELAB的模擬結果 49 4.4 重建影像比較 51 4.5 計算複雜度分析 55 第五章 結論與未來工作 56 參考文獻 57 圖目錄 圖 1 三個電荷耦合元件的數位相機架構 1 圖 2 單一電荷耦合元件的數位相機架構 2 圖 3 貝爾圖形及其RGB相對位置分解圖[1] 2 圖 4 原圖及內插還原圖之假色現象 4 圖 5 原圖及內插還原圖之拉鏈型效應 4 圖 6 雙線性內插法的色彩濾鏡陣列 8 圖 7 原圖及雙線性內插法還原圖 10 圖 8 有效的訊號相關內插法的色彩濾鏡陣列 11 圖 9 邊緣方向偵測內插法的色彩濾鏡陣列 15 圖 10 模糊分配內插演算法的色彩濾鏡陣列 18 圖 11 權重偵測內插演算法的色彩濾鏡陣列 20 圖 12 權重偵測內插演算法 21 圖 13 連續逼近內插演算法流程圖 24 圖 14 拉鏈型效應之像素值 30 圖 15 快速收歛的可適應性色彩相關內插演算法流程圖 31 圖 16 部份測試影像的Low aliasing區域裡疊代次數與MSE的比較 34 圖 17 部份測試影像的High aliasing區域裡疊代次數與MSE的比較 36 圖 18 原測試影像與經過軟體取樣後之貝爾圖形影像 42 圖 19 實驗模擬流程圖 42 圖 20 本研究所採用的柯達測試影像 44 圖 21 image09的原始局部放大影像與各種演算法之重建影像比較 52 圖 22 image22的原始局部放大影像與各種演算法之重建影像比較 54 表目錄 表 1 本研究與相關文獻的優缺點整理 27 表 2 每個畫面之峰值訊號雜訊比(PSNR) 45 表 3 每個測試影像之S-CIELab比較表 50

    [1] B. E. Bayer, “Color imaging array,” U.S. Patent 3 971 065, July 1976.
    [2] H. S. Hou et al., “Cubic splines for image interpolation and digital filtering,” IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Process, Vol. ASSP-26, No.3, pp. 508–517, June 1987.
    [3] T. Kuno and H. Sugiura, “New interpolation method using discriminated color correlation for digital still cameras,” IEEE Trans. Consumer Electron, Vol. 45, No. 1, pp. 259–267, Feb. 1999.
    [4] S. C. Pei and I.-K. Tam, “Effective color interpolation in CCD color filter array using signal correlation,” IEEE Trans. Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 13, No. 6, pp. 503–513, June 2003.
    [5] J. E. Adams Jr., “Interactions between color plane interpolation and other image processing functions in electronic photography,” Proc. SPIE, vol.2416, pp. 144–151, Feb. 1995.
    [6] J. Adams, K. Parsulski, and K. Spaulding, “Color processing in digital cameras,” IEEE Micro, pp. 20–29, Nov.–Dec. 1998.
    [7] J. F. Hamilton Jr. and J. E. Adams, “Adaptive color plane interpolation in single color electronic camera,” U.S. Patent 5 629 734, May 1997.
    [8] P. S. Tsai, Tinku Acharya, Ajay K.Ray, “Adaptive Fuzzy Color Interpolation,” Journal of Electronic Imaging, Vol. 11, pp. 1-24, July 2002.
    [9] R. Kimmel, “Demosaicing: Image reconstruction from color CCD samples,” IEEE Trans. Image Processing, Vol. 8, pp. 1221–1228, Sept. 1999.
    [10] W. Lu and Y.-p. Tan, “Color filter array demosaicing: New method and performance measures,” IEEE Trans. Image Process, Vol. 12, No. 10, pp. 1194–1210, Oct. 2003.
    [11] B. K. Gunturk, Y. Altunbasak, and R. M. Mersereau, “Color plane interpolation using alternating projections,” IEEE Trans. Image Process, Vol. 11, No. 9, pp. 997–1013, Sep. 2002.
    [12] Xin Li, “Demosaicing by Successive Approximation,” IEEE Trans. Image Process, Vol. 14, No. 3, pp.370–379, Mar. 2005.
    [13] T. W. Freeman, “Median Filter for Reconstructing Missing Color Samples,” U.S. Patent 4 724 395, 1988.
    [14] M. D. Fairchild, Color Appearance Models. Reading, MA: Addison-Wesley, 1997.
    [15] J. E. Adams Jr., “Design of color filter array interpolation algorithms for digital cameras, Part 2,” IEEE Int. Conf. Image Processing, Vol.1, pp. 488–492, Oct. 1998.
    [16] C. A. Laroche and M. A. Prescott, “Apparatus and method for adaptively interpolating a full color image utilizing chrominance gradients,” U.S. Patent 5 373 322, 1994.
    [17] J. Allebach and P. W. Wong, “Edge-directed interpolation,” IEEE Int. Conf. Image Processing, Vol. 3, pp. 707–710, 1996.
    [18] W. K. Pratt, Digital Image Processing, 3rd Ed. New York, NY: Wiley, 2001.
    [19] http://www.mathworks.com/index.shtml

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