專利名稱：計(jì)算機(jī)圖象處理方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)圖象處理方法及其裝置，更具體地，涉及一種用于根據(jù)通過采用數(shù)字低通濾波方法對具有透視信息的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的透視信息而產(chǎn)生具有模糊效果的計(jì)算機(jī)圖象的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在仔細(xì)觀察場景時(shí)，通常認(rèn)為近景的細(xì)節(jié)是清晰的，但遠(yuǎn)景的輪廓和細(xì)節(jié)則是模糊的。這種認(rèn)識(shí)形成了人類對自然圖象的記憶，因此，由于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)產(chǎn)生的圖象與距離無關(guān)，因而認(rèn)為它們是非自然的圖象。然而，很久以來在印刷領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域或其它領(lǐng)域，都希望通過將多張獨(dú)立制作的作為數(shù)字化數(shù)據(jù)的清晰圖象相互組合，并加入自然透視(遠(yuǎn)景和近景)感覺來減少制造成本和時(shí)間。
模糊處理是一種已知的表達(dá)透視感覺的方法。作為用計(jì)算機(jī)進(jìn)行表達(dá)的方法，在分散光線跟蹤算法中，采用物理公式對每個(gè)象素進(jìn)行計(jì)算或運(yùn)算。因?yàn)樾纬梢粋€(gè)象素的模糊圖象需要做多次的光線的計(jì)算，因此分散光線跟蹤法需要較多的時(shí)間。
除了需要大量計(jì)算的分散光線跟蹤法之外，已提出較光線跟蹤法更容易的表達(dá)模糊的方法，例如公開號為12608/89、109898/90、193811/92和36025/94的日本專利申請。根據(jù)這些專利申請公開的方法，按照每個(gè)象素的深度信息來計(jì)算每個(gè)模糊象素的直徑，以求得該象素的散布到其附近的模糊面積，從而表達(dá)透視感覺。
在公開號為12608/89和109898/90的日本專利申請中，采用一個(gè)3×3的屏蔽寄存器，并且考慮周圍象素對圖象的模糊性的影響，從而獲得透視感覺。在公開號為193811/92和36025/94的日本專利申請中，透視感覺的取得是采用一個(gè)5×5的屏蔽寄存器，并且考慮到周圍象素對圖象模糊性的影響。
在公開號為12608/89和109898/90的日本專利申請中，存在以下的問題。
a)對于特定的象素，只計(jì)入一個(gè)外部象素的影響。
b)由于處理一個(gè)象素必須采用屏蔽寄存器進(jìn)行9個(gè)象素的相乘和相加運(yùn)算，從而帶來繁重的計(jì)算量。
c)將近景信息轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)钠帘渭拇嫫鞯臋?quán)重系數(shù)是困難的。
d)當(dāng)距離很遠(yuǎn)時(shí)，假定人的視覺受到該象素的相鄰的大約10個(gè)象素的影響。為了充分地表達(dá)這種情形，屏蔽寄存器必須擴(kuò)大至21×21，因此，對于處理一個(gè)象素而言，屏蔽寄存器要對441個(gè)象素進(jìn)行相乘和相加運(yùn)算。這是一個(gè)不切實(shí)際的計(jì)算量。另外，這種屏蔽寄存器的設(shè)計(jì)也被認(rèn)為是不切實(shí)際的。由于這個(gè)原因，這種方法的實(shí)際應(yīng)用應(yīng)只能限于表達(dá)自然的透視感覺。
另一個(gè)方面，公開號為193811/92和36025/94的日本專利申請中存在以下的問題a)對于特定象素，只計(jì)入兩個(gè)外部象素的作用。
b)由于處理一個(gè)象素需用核心進(jìn)行25個(gè)象素的相乘和相加運(yùn)算，從而帶來繁重的計(jì)算量。
c)由于每一個(gè)目標(biāo)需要計(jì)算25個(gè)核心的權(quán)重系數(shù)，從而帶來繁重的計(jì)算量。
d)非核心的中心點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)用以下的公式計(jì)算fwi，j＝{(1-fw33)/(5×5-1)}×dfi，j上面的公式可以重寫成公式fwi，j＝{(df33×dfi，j)/(5×5-1)}這個(gè)公式在物理上是不清楚的，因?yàn)樗@示了距離和距離的乘積。為此緣故，為了調(diào)整模糊程度，在濾波處理之后需用肉眼估計(jì)，然后必須判斷該濾波處理是否需要重復(fù)。處理過程的重復(fù)導(dǎo)致了計(jì)算量的增加。
在公開號為74258/98的日本專利申請中，發(fā)明者已經(jīng)提出了一種解決上述問題的方法。按照該方法，模糊處理是通過截止系數(shù)k來實(shí)現(xiàn)的。在該方法中，引入fd/fm作為截止系數(shù)k，其中fd是低通濾波器的截止頻率，fm是包含在圖象數(shù)據(jù)中的最大頻率。最大頻率fm是采樣頻率的一半(fs/2)。這種方法的特點(diǎn)是。如巴特沃斯(Butter worth)濾波器，切比雪夫(Chebyshev)濾波器，反切比雪夫(Reverse Chebyshev)濾波器或橢圓函數(shù)濾波器的傳遞函數(shù)，被變換為與采樣頻率fs無關(guān)的傳遞函數(shù)。因?yàn)閗的倒數(shù)是表示一個(gè)點(diǎn)在濾波處理(模糊處理)以后點(diǎn)的數(shù)量的系數(shù)，這個(gè)模糊處理過程就可以一個(gè)物理上可以理解的形式來自動(dòng)執(zhí)行。
在計(jì)算機(jī)中使用的圖象數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。自然世界中的任何信息都是連續(xù)數(shù)據(jù)，即模擬數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，模擬數(shù)據(jù)通過A/D(從模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。另一個(gè)方面，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過D/A(從數(shù)字到模擬)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為在如電視機(jī)的顯示裝置顯示的模擬數(shù)據(jù)。圖1是一個(gè)流程圖，用于示意性地解釋從模擬數(shù)據(jù)到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)，并且，在計(jì)算機(jī)處理之后，將數(shù)字圖象轉(zhuǎn)換為用作圖象輸出的模擬圖象(D/A轉(zhuǎn)換)。
采樣是用在一定周期產(chǎn)生的脈沖信號將一個(gè)輸入信號連同轉(zhuǎn)換為時(shí)間方向上的離散信號，并且，量化是將它們轉(zhuǎn)換為幅度方向上的離散信號。一個(gè)采樣信號y(t)用下面的公式表示y(t)＝∑x(t)δ(t-nT)其中T是一個(gè)確定的周期，∑是時(shí)間從-∞到+∞的求和，x(t)是輸入信號的模擬數(shù)據(jù)，δ是一個(gè)δ函數(shù)，即一個(gè)特定的函數(shù)是δ(t-nT)＝1(當(dāng)t＝nT)或δ(t-nT)＝0(當(dāng)≠nT)在信號x(t)是一個(gè)帶寬為w(弧度/秒)的有限帶寬范圍信號的情況下，T＝2π/wF＝w/2π其中f為最大頻率。
電視機(jī)或計(jì)算機(jī)顯示的圖象是通過一組點(diǎn)來顯示的。圖2是一個(gè)示意圖，用于示意地解釋模擬信號和點(diǎn)之間的關(guān)系。圖2(1)示出按亮、黑順序的點(diǎn)排列，其中輸入的圖象模擬信號有一個(gè)短周期的波形，圖2(2)示出亮、亮、亮和黑、黑、黑的點(diǎn)排列，其中模擬信號有一個(gè)長周期的波形。
在人們辨認(rèn)小目標(biāo)時(shí)，如果目標(biāo)小于一個(gè)限度就被認(rèn)為是一個(gè)點(diǎn)。最終，通過人眼和目標(biāo)輪廓之間的角度的最小值可以看清可辨認(rèn)目標(biāo)的最小尺寸。相對于角度的最小值的相對可辨認(rèn)目標(biāo)的尺寸因目標(biāo)的遠(yuǎn)近而不同。這表明，當(dāng)人們看遠(yuǎn)景時(shí)，他們將一個(gè)整體的寬的區(qū)域看成一個(gè)小的點(diǎn)。
圖2中，(1)中的頻率是(2)中的頻率的三倍?？梢岳斫?，如果最大頻率分量改變了，可以被人眼辨認(rèn)目標(biāo)的最小尺寸的顯示圖象點(diǎn)數(shù)也將改變。
計(jì)算機(jī)中采用的圖象數(shù)據(jù)是基于確定的采樣頻率所獲得的一組圖象數(shù)據(jù)。根據(jù)采樣理論，包含在圖象數(shù)據(jù)中的最大頻率分量fm是采樣頻率fs的一半。這種情況下，人眼可辨認(rèn)目標(biāo)的尺寸在顯示的圖象中是一個(gè)點(diǎn)。
假設(shè)包含在圖象數(shù)據(jù)中的最大頻率分量fm改變至一半(fm/2)，在顯示的圖象中人眼可辨認(rèn)最小目標(biāo)的尺寸變成了兩個(gè)點(diǎn)。在原始圖象被用作遠(yuǎn)處的圖象的情況下，如果能辨認(rèn)最小目標(biāo)的大小不是一個(gè)點(diǎn)的單元，而是變成一個(gè)半點(diǎn)或兩個(gè)點(diǎn)的單元，就可以獲得透視效果。對于相對遠(yuǎn)的景物，需要由兩個(gè)點(diǎn)的單元才能辨認(rèn)的距離，而對于一般的景物則需要將10個(gè)點(diǎn)辨認(rèn)成8至9個(gè)點(diǎn)。
當(dāng)?shù)屯V波器的截止頻率是fd時(shí)，fd為kfm(0＜k＜1)，并且當(dāng)k＝1時(shí)，由低通濾波器處理過的圖象數(shù)據(jù)具有和原始圖象數(shù)據(jù)相同的最大頻率分量。其結(jié)果也是相同的，即并不執(zhí)行低通濾波處理。也就是，當(dāng)k為1時(shí)，具有可辨認(rèn)每一個(gè)點(diǎn)的距離的圖象數(shù)據(jù)的被顯示出來。
這表明，當(dāng)k＝0.5時(shí)，圖象數(shù)據(jù)具辨認(rèn)每兩個(gè)點(diǎn)的距離，當(dāng)k＝0.8時(shí)，圖象數(shù)據(jù)具有將10個(gè)點(diǎn)辨認(rèn)為8個(gè)點(diǎn)的距離。
也就是，與k的倒數(shù)相對應(yīng)的點(diǎn)數(shù)被辨認(rèn)為一個(gè)點(diǎn)。相應(yīng)地，根據(jù)距離來改變k的值，可以產(chǎn)生具有根據(jù)透視感覺的模糊效果的圖象數(shù)據(jù)。
以這種方式，通過對包含在圖象數(shù)據(jù)中的最大頻率的操作，就可以顯示模糊或離焦的效果。
通過對包含在圖象數(shù)據(jù)中的最大頻率的操作來表達(dá)模糊效果的方法是非常有用的，但在一些特殊的情況下會(huì)產(chǎn)生不便的結(jié)果。
例如，當(dāng)進(jìn)行m階處理時(shí)，濾波器的存儲(chǔ)器被清零，然后濾波器執(zhí)行m次或更多次處理來輸出初始象素。在這種情況下，如果截止系數(shù)k是0.3或更小時(shí)，每一行中的初始象素都是黑點(diǎn)。
也就是，模糊程度增加得越多，初始象素就越黑。并且，當(dāng)k值變化大時(shí)，象素邊界之間的不自然效果變得更加不一致地突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在一種表達(dá)模糊效果的方法中，通過對包含在圖象數(shù)據(jù)中的采樣頻率的最大頻率進(jìn)行操作，以解決當(dāng)截止系數(shù)k是一個(gè)小的值時(shí)的第一個(gè)象素變得太黑的問題，以及當(dāng)k值變化大時(shí)，象素邊界之間存在著不自然模糊處理所引起的問題。
本發(fā)明的目的可以通過一種計(jì)算機(jī)圖象處理方法、一個(gè)圖象處理裝置和一個(gè)計(jì)算機(jī)記錄介質(zhì)來完成，其中包括，在對每一行的第一個(gè)象素進(jìn)行處理的方法是用于根據(jù)通過采用數(shù)字低通濾波方法對具有透視信息的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的透視信息而產(chǎn)生具有模糊效果的的計(jì)算機(jī)圖象時(shí)，設(shè)置濾波器的存儲(chǔ)器值，使得濾波器的輸出值和輸入象素?cái)?shù)據(jù)的象素值相同，然后再進(jìn)行濾波處理。
本發(fā)明的目的可以能過一種計(jì)算機(jī)圖象處理方法、一個(gè)圖象處理裝置和一個(gè)計(jì)算機(jī)記錄介質(zhì)來完成，其中包括，在當(dāng)象素之間的截止系數(shù)k變化大以及不自然的狀況有可能以象素的邊界變得相當(dāng)清楚的程度出現(xiàn)時(shí)，設(shè)定濾波器的存儲(chǔ)器值，使得經(jīng)濾波器參數(shù)A2處理的目標(biāo)輸出yt變?yōu)?y1+y2)/2，其中y1是在模糊處理之前的向?yàn)V波器參數(shù)A1的輸出，y2是在模糊處理之后的向?yàn)V波器參數(shù)A2輸出，據(jù)此使邊界變得平滑。


圖1是一個(gè)流程圖，用于示意性地解釋從模擬圖象至數(shù)字圖象的轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)和在計(jì)算機(jī)處理之后的從數(shù)字圖象至用于圖象輸出的模擬圖象的轉(zhuǎn)換(D/A轉(zhuǎn)換)；
圖2是一個(gè)示意圖，示出模擬信號和點(diǎn)之間的關(guān)系；圖3是用于一階數(shù)字濾波器的設(shè)置的一個(gè)例子，用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的；圖4是用于二階數(shù)字濾波器的設(shè)置的一個(gè)例子，用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的；圖5示出用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的一個(gè)階數(shù)字濾波器的空間頻率特性；圖6示出通過本發(fā)明的實(shí)施例中的距離z和截止系數(shù)k所獲得的一種模糊方式；圖7是一個(gè)流程圖，示出在本發(fā)明的實(shí)施例中加入透視感覺的整個(gè)處理過程；圖8是一個(gè)流程圖，示出在本發(fā)明的實(shí)施例中的濾波器處理過程；和圖9是一個(gè)流程圖，示出濾波器的處理過程，其中在圖8的濾波器處理過程中加入去除不自然的狀況的過程，據(jù)此去除象素邊界處的線變得相當(dāng)清楚這種不自然的狀況。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，通過根據(jù)人的視覺特性的透視信息而以接近的方式設(shè)置數(shù)字濾波器，可以隨意進(jìn)行定量的透視設(shè)置。
計(jì)算機(jī)中所采用的圖象數(shù)據(jù)可以由各種采樣頻率來收集，這些采樣頻率的信息常不易得到。然而，如果利用下面的公式，這個(gè)問題就不會(huì)那么嚴(yán)重。本發(fā)明有可能做到，在不考慮采樣頻率的條件下，可將所提供的圖象數(shù)據(jù)可分辨每一個(gè)點(diǎn)的圖象轉(zhuǎn)換為分辨1/k個(gè)點(diǎn)的圖象。
下面以巴特沃斯濾波器為例對數(shù)字低通濾波器進(jìn)行解釋。不管濾波器的階數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)，情況都是不變的，因此，就偶數(shù)階進(jìn)行解釋。數(shù)字巴特沃斯濾波器的傳遞函數(shù)用式1表示[式1]H2m(ωd,z)·Πp=0m-1C0p(1+2z-1+z-2)1+A1pz-1+A2pz-2---(1)]]>
C0p=Qp(tsωcp)24Qp+2tsωcp+Qp(tsωcp)2]]>A1p=2Qp{-4+(tsωcp)2}4Qp+2tsωcp+Qk(tsωcp)2---(2)]]>A2p=4Qp-2tsωcp+Qp(tsωcp)24Qp+2tsωcp+Qp(tsωcp)2]]>Pp=cos(π(2p+1_2m)4m)(0≤p≤m)---(3)]]>ωcp=ωd,Qp=12Pp]]>巴特沃斯低通濾波器的一階傳遞函數(shù)H1(ωd,Z)·C0(1+z-1)1+A1z-1---(4)]]>C0=tsωd2+tsωd,]]>A1=-2+tsωd2+tsωd]]>在式1中，如果給出下式，fd＝kfmωd＝2πfd，ωm＝2πfm(5)ωd＝kωm＝kωs/2tsωcp＝tsωd包含在傳遞函數(shù)的系數(shù)中的內(nèi)容用下式表示，tsωcp＝tsωd＝tskωs/2＝(1/fs)×(2πkfs/2) (6)＝kπ采樣頻率fs沒有出現(xiàn)在最后的式(6)的表達(dá)式中。因此，傳遞函數(shù)與采樣頻率無關(guān)，并且可以僅用采樣頻率的一半(fm)和截止頻率(fd)的比值(k)來表示。
由于本發(fā)明的方法在應(yīng)用時(shí)可不考慮濾波器的階數(shù)，所以以一階濾波器將為例進(jìn)行解釋。式1所示的一階低通濾波器是用于圖3所示的用作數(shù)據(jù)處理的濾波器，二階低通濾波器是圖4所示的用作數(shù)據(jù)處理的濾波器。n階(＝“2m”階)低通濾波器是用于進(jìn)行m次上述數(shù)據(jù)處理的濾波器。
低通濾波器的傳遞函數(shù)除了圖1所示的巴特沃斯濾波器外，還包括切比雪夫?yàn)V波器，反切比雪夫?yàn)V波器和橢圓函數(shù)濾波器。這些都可以用上述的參數(shù)k來表示，所以，本發(fā)明采用巴特沃斯濾波器為例進(jìn)行解釋。
在應(yīng)用于本發(fā)明的方法中時(shí)，表示了傳遞函數(shù)的系數(shù)的一個(gè)例子。在此例中，模擬濾波器的截止頻率預(yù)先被處理，以便將模擬濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器。這個(gè)預(yù)先處理用下式表示，ωa＝(2/ts)·tan(ωdts/2) (7)此式表明，截止角頻率ωd的數(shù)字濾波器是根據(jù)截止角頻率ωa的模擬濾波器設(shè)計(jì)的。如果不進(jìn)行這個(gè)處理，當(dāng)頻率從低變化至ωd時(shí)，可以預(yù)見傳輸特征會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。
上式是經(jīng)參考式1而變換的。
tsωcp＝tsωd＝ts(2/ts)tan(ωdts/2)＝2tan(kπ/2)(8)傳遞函數(shù)H2m(ωd，z)的系數(shù)C0p，A1p，A2p的例子如表1中所示。
H2m(ωd,z)=Πp=0m-1C0p(1+2z-1+z-2)1+A1pz-1+A2pz-2]]>傳遞函數(shù)的系數(shù)的例子當(dāng)濾波器是二階和k＝0.9時(shí)C0p＝0.8006，A1p＝1.561，A2p＝0.6414當(dāng)濾波器是二階和k＝0.8時(shí)C0p＝0.6389，A1p＝1.143，A2p＝0.4128
當(dāng)濾波器是二階和k＝0.7時(shí)C0p＝0.5050，A1p＝0.7478，A2p＝0.2722當(dāng)濾波器是二階和k＝0.6時(shí)C0p＝0.3931，A1p＝0.3695，A2p＝0.1958當(dāng)濾波器是二階和k＝0.5時(shí)C0p＝0.2929，A1p＝-0.13*10-50，A2p＝0.1716傳遞函數(shù)取決于式2所示的截止系數(shù)k。如圖6所示，將z的值和截止系數(shù)k相聯(lián)系，就可以表達(dá)根據(jù)透視信息的模糊效果。一階濾波器的傳遞函數(shù)用式2表示。
H(k,z)=tan(kπ2)(1+z-1){1+tan(kπ2)}+{tan(kπ2)-1}z-1]]>=tan(kπ2)1+tan(kπ2)(1+z-1)1+tan(kπ2)-11+tan(kπ2)z-1]]> ···A=1+tan(kπ2)1+tan(kπ2)]]>
式2所表示的一階低通數(shù)字濾波器的空間頻率特性如圖5所示?？v坐標(biāo)軸(y軸)表示頻率f，橫坐標(biāo)軸(x軸)中一個(gè)格表示了一個(gè)點(diǎn)所能辨認(rèn)的點(diǎn)數(shù)。從圖5可以很明顯看出，當(dāng)k值較小時(shí)，對于所有位置都有模糊效果，當(dāng)k值變大時(shí)，焦點(diǎn)是可調(diào)整的。
在上述的模糊處理過程被實(shí)際編程時(shí)，要計(jì)算表示象素之間距離的z值和決定模糊程度的截止系數(shù)k值，由k值可提供濾波器參數(shù)A，并且由每個(gè)象素值r、g、b、濾波器存儲(chǔ)器mR、mG、mB和濾波器參數(shù)A可提供新的象素?cái)?shù)據(jù)r’、g’、b’。也就是，可以用下面的C編程語言來實(shí)現(xiàn)。
截止系數(shù)k由k值計(jì)算得到。濾波器參數(shù)A從k值和一個(gè)表中檢索得到。每一行第一個(gè)象素被初始化。經(jīng)過模糊處理的圖象數(shù)據(jù)r’、g’、b’可以用下式來計(jì)算。
B＝-(2A-1)；uR＝A·r+B·mR；r’＝uR+mR；mR＝uR；uG＝A·g+B·mG；g’＝uG+mG；mG＝uG；uB＝A·b+B·mB；b’＝uG+mB；mB＝uB；計(jì)算是在圖象中從左到右、從上到下對每一個(gè)象素進(jìn)行的。從上式可以明顯地看出，在一個(gè)象素中，濾波器存儲(chǔ)器的每個(gè)值mR、mG、mB被用來計(jì)算下一個(gè)象素濾波器存儲(chǔ)器的值(參見式mR＝uR；mG＝uG；mB＝uB；)。
在這種情況下，為了以常規(guī)方式簡化編程，將濾波器存儲(chǔ)器的初始值(對應(yīng)于每一行的第一個(gè)象素的濾波器存儲(chǔ)器值)設(shè)為零(0)，由此當(dāng)k值較小的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)每一行的第一個(gè)象素變成黑的問題。為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明中的濾波器存儲(chǔ)器被初始化，使得每一行的第一個(gè)象素值變成輸入象素?cái)?shù)據(jù)的值。這個(gè)特性將在本發(fā)明的實(shí)施例中進(jìn)行具體解釋。
當(dāng)象素之間的截止系數(shù)k變化大時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生不自然的狀況。在這種情況下，設(shè)定濾波器存儲(chǔ)器的值，使得通過濾波器參數(shù)A2處理的目標(biāo)輸出yt變成(y1+y2)/2，其中y1是在模糊處理之前的對濾波器參數(shù)A1的輸出，其中y2是在模糊處理之后的對濾波器參數(shù)A2的輸出。通過重寫濾波器的存儲(chǔ)，使邊界變得平滑，以便使模糊處理之前和模糊處理之后的目標(biāo)輸出變成平均值。這個(gè)特性將在本發(fā)明的實(shí)施例中進(jìn)行具體解釋。
由于本發(fā)明的方法可以在不考慮濾波器的階數(shù)的情況下應(yīng)用，所以以一階濾波器為例進(jìn)行解釋。解釋是基于C編程語言的描述。下面的一些條件作為預(yù)準(zhǔn)備。圖象數(shù)據(jù)包括水平方向上的w+1個(gè)點(diǎn)、垂直方向上的v+1個(gè)點(diǎn)。
(1)圖象數(shù)據(jù)有w+1行，每一行有數(shù)據(jù)d0，d1，d2，d3，……，dw。
(2)代表每一個(gè)象素的距離的z值數(shù)據(jù)有v+1行，每一行有數(shù)據(jù)z0，z1，z2，z3，……，zw。
(3)每一個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)被輸入到一個(gè)特定的濾波器，這決定于相應(yīng)于象素?cái)?shù)據(jù)的截止系數(shù)k，并且輸出其中加有模糊的數(shù)據(jù)。此特定的濾波器由參數(shù)A來表示，該參數(shù)對應(yīng)于式1中的A1p和A2p。實(shí)施例將在后面解釋。
(4)z值和截止系數(shù)k的關(guān)系在公式或表格中列出，其中k的值由相應(yīng)于所要表達(dá)的模糊方式的z值的大小來決定。例如，圖6所示的方式。在圖6中，橫坐標(biāo)軸(x軸)表示距離z，縱坐標(biāo)軸(y軸)表示截止系數(shù)k，當(dāng)k值越大時(shí)獲得的圖象越清晰，k值越小時(shí)獲得的圖象越模糊。
也就是，圖6(1)示出當(dāng)距離遠(yuǎn)離zn時(shí)模糊會(huì)變得更加嚴(yán)重，圖6(2)示出在距離zc處焦點(diǎn)是可調(diào)整的，隨著距離遠(yuǎn)離zc而變得越來越模糊，圖6(3)示出在zcn和zcf之間焦點(diǎn)是可調(diào)整的，當(dāng)距離遠(yuǎn)離該區(qū)間時(shí)會(huì)變得越來越模糊，圖6(4)示出在zcn和zcf之間是最模糊的。根據(jù)模糊的方式，由可能表達(dá)不同的模糊效果。在編程中，引入作為距離z的函數(shù)的用于確定截止系數(shù)k的相關(guān)公式，截止系數(shù)k可以從與特性相適應(yīng)的表格中的z值讀取。
圖7和圖8是例子，示出本發(fā)明的采用一階濾波器的模糊處理。象素位置由圖7所示的[y][x]表示。也就是，[y][x]表示在所顯示的圖象中行y(垂直方向上的第“y+1”行)和列x(水平方向上的第“x+1”列)的一個(gè)象素。由于使用C編程語言，
表示位于所顯示的圖象的最上面和最左邊的象素。在圖象數(shù)據(jù)用RGB(紅、綠、藍(lán)三原色)表示之處，原始圖象的象素?cái)?shù)據(jù)表示如下R[y][x]…位于第(y+1)行第(x+1)個(gè)象素的R圖象數(shù)據(jù)G[y][x]…位于第(y+1)行第(x+1)個(gè)象素的G圖象數(shù)據(jù)B[y][x]…位于第(y+1)行第(x+1)個(gè)象素的B圖象數(shù)據(jù)在進(jìn)行模糊處理以后，RGB值表示如下R’[y][x]…位于第(y+1)行第(x+1)個(gè)象素的R圖象數(shù)據(jù)G’[y][x]…位于第(y+1)行第(x+1)個(gè)象素的G圖象數(shù)據(jù)B’[y][x]…位于第(y+1)行第(x+1)個(gè)象素的B圖象數(shù)據(jù)也就是，在圖7中，原始象素經(jīng)過模糊處理得到新的象素?cái)?shù)據(jù)r’，g’，b’，這些數(shù)據(jù)被置入R’G’B’中，結(jié)果，圖象數(shù)據(jù)就用新的象素值來表示了。這個(gè)模糊處理是在從0至v的行y和在每行y的從0至w的列x進(jìn)行的。也就是，模糊處理是是在所顯示的圖象中從左至右和從上至下進(jìn)行的。
圖7的濾波器處理由圖8的流程圖所示。從圖6所示的特性，可以得到由輸入的z值計(jì)算出截止系數(shù)k的處理。通過在表格中檢索k值可以得到濾波器參數(shù)A，該表格是預(yù)先對應(yīng)于k值而計(jì)算出At的。在圖8的流程圖中，A的值由下式得到A＝At[floor(20*(k+0.025))-1]表2示出k與一階濾波器A的關(guān)系以及At數(shù)列的例子。表2中，(2A-1)為圖8流程圖中的B值。如果將B值引入濾波器參數(shù)A的表中，程序處理將更快。
k＝0.05 A＝0.072960·(2A-1)＝0.854081k＝0.10 A＝0.136729·(2A-1)＝0.726543k＝0.15 A＝0.1936 ·(2A-1)＝0.612801k＝0.20 A＝0.245237·(2A-1)＝0.509525k＝0.25 A＝0.292893·(2A-1)＝0.414214
k＝0.30 A＝0.33754 ·(2A-1)＝0.32492k＝0.35 A＝0.379961·(2A-1)＝0.240079k＝0.40 A＝0.420808·(2A-1)＝0.158384k＝0.45 A＝0.460649·(2A-1)＝0.078702k＝0.50 A＝0.5 ·(2A-1)＝0k＝0.55 A＝0.539351·(2A-1)＝0.78702k＝0.60 A＝0.579192·(2A-1)＝0.158384k＝0.65 A＝0.620039·(2A-1)＝0.240079k＝0.70 A＝0.66246 ·(2A-1)＝0.32492k＝0.75 A＝0.707107·(2A-1)＝0.414214k＝0.80 A＝0.754763·(2A-1)＝0.509525k＝0.85 A＝0.8064 ·(2A-1)＝0.612801k＝0.90 A＝0.863271·(2A-1)＝0.726543k＝0.95 A＝0.92704 ·(2A-1)＝0.854081At＝{0.072960，0.136729，0.1936，0.245237，0.29283，0.33754，0.379961，0.420808，0.460649，0.5，0.539351，0.579192，0.620039，0.66246，0.707107，0.754763，0.8064，0.863271，0.92704，0.92704}在這種情況下，從At
到At[19]用作數(shù)列At。
圖8中，“pA＝0？”用來判斷象素是否為每一行的第一個(gè)點(diǎn)。圖7中，如果x為0(x＝0)，則pA為0(pA＝0)，并且在這種情況下，每一行的第一個(gè)象素用“pA＝0”來表示。換言之，在每一行的第一個(gè)象素，濾波器存儲(chǔ)器被初始化為mR＝r/2；mG＝g/2；及mB＝b/2。根據(jù)傳統(tǒng)的方法，濾波器存儲(chǔ)器初始值(每一行的第一個(gè)象素的濾波器存儲(chǔ)器值)被設(shè)為0，據(jù)此，當(dāng)k值小的時(shí)候，每一行的第一個(gè)象素就會(huì)變黑。本發(fā)明的濾波器存儲(chǔ)器的初始化，是使得每一行的第一個(gè)象素變成輸入象素?cái)?shù)據(jù)r、g、b的值。這個(gè)輸入象素?cái)?shù)據(jù)r、g、b通過利用圖7中的原始象素值R、G、B而被初始化的。根據(jù)本發(fā)明，可以消除每一行的第一個(gè)象素變黑的問題。再有，在傳統(tǒng)的方法中，每一行的第一個(gè)象素的濾波器處理過程要進(jìn)行多次，而在本發(fā)明中只進(jìn)行一次，從而得到高速的處理。將解釋采用x/2對濾波器存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化的原因。
在下面的計(jì)算中，圖3和圖4中的x對應(yīng)于r、g、b，y對應(yīng)于r’、g’、b’，并且需要指出的是x、y分別不同于[x]、[y]。當(dāng)濾波器存儲(chǔ)器為m、濾波器的輸入是x、濾波器的中間數(shù)據(jù)是u、濾波器的輸出是y、A1等于A時(shí)，可以得到下式，u＝A·x-2(A-1)·my＝u+m＝A·x-2(A-1)·m+m (10)通過m值，可以計(jì)算出原始輸出象素?cái)?shù)據(jù)y等于原始象素?cái)?shù)據(jù)x，y＝x用下式表示，m＝x/2相應(yīng)地，圖8所示的濾波器存儲(chǔ)器mR、mG、mB為與A無關(guān)的原始象素?cái)?shù)據(jù)的一半。
在二階濾波器中，當(dāng)濾波器存儲(chǔ)器是m1，m2、濾波器輸入是x、濾波器的中間變量是u、濾波器的輸出是y時(shí)，可以得到下式。
u＝C0·x-A1·m1-A2·m2y＝u+2m1+m2＝C0·x+(2-A1)·m1+(1-A2)·m2用m代替m1、m2，和一階濾波器處理的條件相同，按照y＝x計(jì)算m值，可以用下式表示，m＝(1-C0)·x/(3·A1·A2)＝x/4 (由式1得到)也就可以明白，在二階或更高階濾波器的處理中，存儲(chǔ)器的值是原始象素值的1/4。
接下來，解釋截止系數(shù)k變化較大時(shí)的象素邊界的處理。在象素之間的截止系數(shù)k變化大時(shí)，由于象素邊界變得極其明顯而產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)牟蛔匀坏臓顩r。因此，本發(fā)明的邊界處理如下。
定義中，當(dāng)一階濾波器存儲(chǔ)器為m1、輸出為d時(shí)，處理目標(biāo)象素之前濾波器的參數(shù)設(shè)為A1，目標(biāo)象素中的指定濾波器參數(shù)為A2；經(jīng)過濾波器參數(shù)為A1的象素濾波器處理的輸出為y1，經(jīng)過濾波器參數(shù)為A2的象素濾波器處理的輸出為y2。K值的顯著變化意味著y1和y2值的顯著變化。
因此，為了減小這種變化，濾波器存儲(chǔ)器被重寫，使得輸出yt變?yōu)閥1和y2的平均值。也就是，濾波器存儲(chǔ)器m1變成了mt，從而得到下式。
yt＝(y1+y2)/2mt＝{2·(A1+A2-2)·m1+(A2-A1)·d}/{4·(A2-1)}基于上式，重寫圖8中的流程圖，得到圖9的流程圖。圖9中，基于pA＝A的流程圖最后部分的濾波器參數(shù)pA被重寫。也就是，“pA＞0且A＜＞pA？”的判斷表示濾波器存儲(chǔ)器值的更新，其中，象素不是一行中的第一個(gè)象素，并且要處理的該象素的濾波器參數(shù)A這時(shí)不同于下一個(gè)象素的濾波器參數(shù)pA。
用于二階或更高階的濾波器處理和上面的一階濾波器的處理相似。例如，在二階濾波器處理中，通過將濾波器存儲(chǔ)器m1和m2轉(zhuǎn)換為mt，濾波器存儲(chǔ)器的值mt被重寫，使得目標(biāo)輸出yt變成y1和y2的平均值，表示為yt＝(y1+y2)/2，其中，在目標(biāo)象素處理之前，濾波器存儲(chǔ)器的值為m1和m2，在目標(biāo)象素處理之前的參數(shù)為C01、A11、A21的濾波器處理的象素輸出為y1；目標(biāo)象素的參數(shù)為C02、A12、A22的濾波器處理的象素輸出為y2。
于是，可以得到下式mt＝{(C01-C02)·d+(4-A11-A12)·m1+(2-A21-A22)·m2}/{2·(3-A12-A22)}圖象象素用上面的RGB格式進(jìn)行解釋，并且在流程圖中的R、G、B可以被YUV格式情況下的Y、U、V替代。然而，在YUV格式中僅僅Y分量要進(jìn)行處理，因?yàn)樘幚鞺和G分量對圖象質(zhì)量的壞影響不大。U和G分量的頻譜存在于低于V分量的低頻區(qū)域，因此它們不需要濾波器的頻率限制。因此，用YUV格式進(jìn)行的濾波器處理過程要比RGB格式快三倍。
在本發(fā)明中，輸出一個(gè)象素所需要的計(jì)算量總是根據(jù)濾波器裝置產(chǎn)生模糊效果所需要的一個(gè)象素的計(jì)算量。例如，使用本發(fā)明的方法即使是表達(dá)10個(gè)象素的影響，截止系數(shù)改變了，但計(jì)算量并沒有改變。而且，利用本發(fā)明的方法，在水平方向或垂直方向上實(shí)現(xiàn)模糊效果，有可能忽略中間輸出的圖象存儲(chǔ)器。
在本發(fā)明的方法中，模糊效果是通過一個(gè)與階數(shù)無關(guān)的濾波處理實(shí)現(xiàn)的，并且從感覺的觀點(diǎn)來說也是可以理解的，因?yàn)檫@個(gè)階數(shù)是基于對人的視覺效果的模擬而設(shè)置的。在本發(fā)明的方法中，假定人的目光集中在這樣的一個(gè)長距離，使得在z值表格中截止系數(shù)k約為0.95。按照本發(fā)明的方法，通過設(shè)置z值的閾值表，一個(gè)體現(xiàn)模糊效果的k值對應(yīng)一個(gè)代表長距離的z值，k＝0.95對應(yīng)于一個(gè)確定的z值，并且可以設(shè)置k值，使更近距離的z值可以比上面的z值實(shí)現(xiàn)更加模糊的效果。結(jié)果，使得人們在看非常近距離的目標(biāo)時(shí)，圖象模糊的現(xiàn)象很容易實(shí)現(xiàn)。
截止系數(shù)小的時(shí)候，存在濾波器處理之后每一行的第一個(gè)象素變得太黑的問題。這是由于濾波器存儲(chǔ)器清零以后使得濾波器處理的輸出值小于實(shí)際值。設(shè)置濾波器存儲(chǔ)器，使得經(jīng)濾波器處理之后輸出的象素值和輸入的象素值一樣，可解決此問題。即，濾波器處理之后每一行的第一個(gè)象素變得太黑的問題可以通過改變?yōu)V波器存儲(chǔ)器的值來解決。
再有，還存在著在截止系數(shù)k值變化很大時(shí)的象素之間由于象素邊界非均勻突變所造成的不自然的狀況的問題?？梢酝ㄟ^重寫濾波器存儲(chǔ)器，使得k值改變時(shí)的邊界上的象素取處理之前的輸出和處理之后的輸出的平均值，以解決上述問題。結(jié)果，圖象可以平滑地模糊化，并且消除了象素邊界很明顯的不自然的狀況。
權(quán)利要求
1.一種用于根據(jù)通過采用數(shù)字低通濾波方法對具有透視信息的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的透視信息而產(chǎn)生具有模糊效果的計(jì)算機(jī)圖象的方法，改進(jìn)之處包括，當(dāng)象素之間的截止系數(shù)k變化大以及不自然的狀況有可能以象素的邊界變得相當(dāng)清楚的程度出現(xiàn)時(shí)，設(shè)定濾波器的存儲(chǔ)器值，使得經(jīng)濾波器參數(shù)A2處理的目標(biāo)輸出yt變?yōu)?y1+y2)/2，其中y1是在模糊處理之前的向?yàn)V波器參數(shù)A1的輸出，y2是在模糊處理之后的向?yàn)V波器參數(shù)A2輸出，據(jù)此使邊界變得平滑。
2.一種用于根據(jù)通過采用數(shù)字低通濾波方法對具有透視信息的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的透視信息而產(chǎn)生具有模糊效果的計(jì)算機(jī)圖象的裝置，所述裝置具有能夠平滑邊界的裝置，其中當(dāng)象素之間的截止系數(shù)k變化大以及不自然的狀況有可能以象素的邊界變得相當(dāng)清楚的程度出現(xiàn)時(shí)，設(shè)定濾波器的存儲(chǔ)器值，使得經(jīng)濾波器參數(shù)A2處理的目標(biāo)輸出yt變?yōu)?y1+y2)/2，其中y1是在模糊處理之前的向?yàn)V波器參數(shù)A1的輸出，y2是在模糊處理之后的向?yàn)V波器參數(shù)A2輸出，據(jù)此使邊界變得平滑。
全文摘要
在表達(dá)模糊效果的一種方法中，通過對包含在圖象數(shù)據(jù)中的采樣頻率的最大頻率進(jìn)行操作，解決了截止系數(shù)k是小值時(shí)的第一象素變得太黑的問題以及在k值變化大時(shí)的象素邊界存在的不自然的模糊處理所引起的問題。
文檔編號G06T5/20GK1545069SQ200410045618
公開日2004年11月10日 申請日期2000年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者三浦高志 申請人:赫德森索夫特株式會(huì)社