具备保留边缘特性的彩色影像解马赛克技术.PDF

第十七屆資訊管理暨實務研討會 具備保留邊緣特性的彩色影像解馬賽克技術 董文豪 1 胡育誠 2 1 靜宜大學資訊管理學 系 g9971012@gm.pu.edu.tw 2 靜宜 大學資訊管理學系 ychu@pu.edu.tw 摘要 因為近年來數位相機的普及，大家開始注重數位相機所拍攝出來的影像品質，但是 越好的影像品質伴隨的是越高的硬體成本，但是較高的成本卻往往超出一般使用者的預 算 。如果能夠有效提升單一 CCD原件系統所拍攝的影像品質，就能解決這個問題，且 大幅降低所需的硬體成本。單一 CCD原件目前最常使用的顏色濾鏡陣列，稱之為貝爾 圖形。貝爾圖形就是以兩綠一紅一藍的方式平均交錯呈現，看起來就似馬賽克圖形。所 以通常將貝爾圖形重建回RGB彩色影像的過程稱為解馬賽克。 本篇提出了一個改善色彩差值內插法的解馬賽克技術，利用彩色影像 RGB 三色頻 譜的相關性來進行影像的重建， 並加入影像的邊緣檢測，根據垂直邊緣、水平邊緣或平 滑像素進行不同的內插方法，能夠有效改善一般解馬賽克重建技術所產生的鋸齒狀邊緣、 雜點與人工錯色。從實驗結果可以得知本篇提出的方法較於其它技術能夠重建出更加的 影像品質，並保有更好的邊緣特性。 關鍵詞：色濾鏡陣列 、解馬賽克、感測元件 、雙線性內插 第十七屆資訊管理暨實務研討會 1. 簡介 近年來因為社群網路的普及與盛行，如：facebook 、twitter 、微博…等，能夠即時將 照片上傳至網路上與好朋友交流，進而導致使用者對於數位相機的影像品質要求日趨重 視。但如要有好的影像品質，所需的硬體成本也會隨著影像品質的增高進而增加。如何 能夠使用最低的硬體成本，卻能兼顧較高的影像品質，這也就是本文所要解決的問題。 市面上的數位相機使用的感測元件可分為CCD(Charge Coupled Device) 、 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 兩種。大多數的數位相機之感測元件 是以 CCD為主，相關的設備常見於中、高階數位相機或攝影機；而CMOS則適用於低階 相機、電腦視訊裝置等產品。大部分高階專業數位相機使用三片CCD和彩色濾鏡所組成 的系統。當光線進入光學濾鏡時由彩色濾鏡將顏色分成 R 、G 、B三色，再由各個獨立的 CCD感光元件負責其一顏色的呈現，其示意圖如圖 1 。裝備3CCD系統的數位相機固然呈 現較好的影像品質，但其價格昂貴往往超出一般使用者的預算。一般來說，高解析度的 CCD晶片是非常昂貴的，它幾乎佔一台數位相機 10%-25%的總成本 (Adams, J., Parsulski, K. and Spaulding, K ，1998) 。 圖 1 三CCD數位相機的結構圖 為了節省硬體的成本，使用單一CCD元件的作法因此被提出。我們接著介紹一個適 用於單 一CCD感測 元件與單一三色交錯彩色濾鏡陣列(color filter array, CFA, 又稱貝爾 濾鏡)取樣後資料的回復處理。這與使用三CCD感測元件 不同的地方是當光線進入CFA 濾鏡時，它將每2×2像素當成一個單位，將光線過濾成一個紅色、一個藍色、兩個綠色， 再將三種顏色投影在CCD感測元件上呈現 。也就是說它並不是每一個彩色像素同時進行 取樣紅、藍、綠三個頻譜的資料，而是只針對其一頻譜進行取樣，其示意圖如圖2 。由 於紅、藍兩色決定影像的色度(chrominance) ，綠色決定影像的亮度(luminance) ，而人眼 對於影像的亮度較於敏感，所以通常取樣綠色較多。這種方式的影像品質較低，但受於 成本上的限制，市面上主流產品大都採用單一 CCD