双边数字图像滤波器的加速方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双边数字图像滤波器的加速方法和系统，其中，该方法至少包括：根据原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数生成截断空间核函数和颜色核函数；利用最优N项逼近生成截断空间核函数和颜色核函数在哈尔正交基上和截断三角函数正交基上的最优N项逼近，并以所得到的最优N项逼近来代替原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数；利用维数提升方法来将由截断空间核函数和颜色核函数的最优N项逼近所定义出的二维数字图像滤波器变为一个定义在三维空间中的数字图像滤波器；利用三维核滤波器来快速计算定义在三维空间中的数字图像滤波器。通过本发明专利技术，解决了将双边数字图像滤波器的计算复杂度降为线性计算复杂度的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及计算机图形处理
，尤其是涉及一种双边数字图像滤波器的加速方法和系统。
技术介绍
双边滤波器是计算机视觉和计算机图形学中最为基本的工具。它的概念首先由Aurich等人在1995年提出，其基本想法就是在颜色域做传统滤波器在空间域所做的事情。因为双边滤波器认为两个颜色接近的像素和两个空间接近的像素具有等同的重要性。所以，与传统滤波器不同，双边滤波器同时考虑了空间相似性和颜色相似性，并因此具有了保边能力。双边滤波器在像素x＝(x,y)的滤波值是对像素x邻域Nx内的像素值进行加权平均得来的。赋予邻域Nx内像素的权重值反比于像素之间的空间相似性，而正比于像素之间的颜色相似性。令I表示图像，颜色核函数Kr(x)和空间核函数Ks(x)为在整个实轴上对称而在正半轴上递减的函数，则双边滤波器可以写为：I^(x)=Σy∈NxKs(||x-y||)Kr(I(x)-I(y))I(y)Σy∈NxKs(||x-y||)Kr(I(x)-I(y))]]>双边滤波器在立体匹配、曝光/非曝光图像融合、对比度增强等领域拥有广泛的应用。然而，拥有这种能力的代价就是其计算复杂度高达O(|Nx||I|)。其中，|I|表示图像I中像素的个数，|Nx|表示邻域的大小。由于O(|Nx||I|)依赖于Nx的大小，那么双边滤波器的计算时间将会随着Nx的增加而不断的增加。那么，当Nx很大时，将不得不花费数分钟来等待最终的结果。而这在像立体匹配、视频抽象等一系列时间敏感型应用中是不可接受的。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术实施例的主要目的在于提供一种双边数字图像滤波器的加速方法，其至少部分地解决了如何在线性复杂度内快速计算双边数字图像滤波器的问题。此外，还提供一种双边数字图像滤波器的加速系统。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了以下技术方案：一种双边数字图像滤波器的加速方法，所述方法至少包括：根据原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，生成截断空间核函数和颜色核函数；利用最优N项逼近生成截断空间核函数和颜色核函数在哈尔正交基上和截断三角函数正交基上的最优N项逼近，并以所得到的最优N项逼近来代替所述原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，得到三维核滤波器，其中，所述N取正整数；利用维数提升方法，将由所述截断空间核函数和颜色核函数的最优N项逼近所定义出的二维数字图像滤波器转换为三维空间中的数字图像滤波器；利用所述三维核滤波器计算所述三维空间中的数字图像滤波器。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种双边数字图像滤波器的加速系统。所述系统至少包括：截断模块，用于根据原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，生成截断空间核函数和颜色核函数；处理模块，用于利用最优N项逼近生成截断空间核函数和颜色核函数在哈尔正交基上和截断三角函数正交基上的最优N项逼近，并以所得到的最优N项逼近来代替所述原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，得到三维核滤波器，其中，所述N取正整数；维数提升模块，用于利用维数提升方法，将由所述截断空间核函数和颜色核函数的最优N项逼近所定义出的二维数字图像滤波器转换为三维空间中的数字图像滤波器；三维核滤波模块，用于利用所述三维核滤波器计算所述三维空间中的数字图像滤波器。与现有技术相比，上述技术方案至少具有以下有益效果：本专利技术实施例根据原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数生成与其相对应的截断空间核函数和颜色核函数，再求得截断空间核函数和颜色核函数在哈尔正交基上和截断三角函数正交基上的最优N项逼近，并以所得到的最优N项逼近来代替原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，之后利用维数提升方法来将由截断空间核函数和颜色核函数的最优N项逼近所定义出的二维数字图像滤波器变为一个定义在三维空间中的数字图像滤波器，最后利用三维核滤波器来快速计算前面所得到的定义在三维空间中的数字图像滤波器，从而得到一个线性计算复杂度的双边数字图像滤波器的加速方法。其中，对截断空间核函数和截断颜色核函数的最优N项逼近可以精确的逼近原始函数。联合利用维度提升技术与三维核滤波器，从而可以在不降低计算效率的情况下，提升加速算法的逼近精度。通过实验验证，本专利技术实施例与现有其它方法相比，不但计算效率高，计算精度也有提升。当然，实施本专利技术的任一产品不一定需要同时实现以上所述的所有优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的方法来实现和获得。需要说明的是，
技术实现思路
部分并非旨在标识出请求保护的主题的必要技术特征，也并非是用来确定请求保护的主题的保护范围。所要求保护的主题不限于解决在
技术介绍
中提及的任何或所有缺点。附图说明图1为根据一示例性实施例示出的双边数字图像滤波器的加速方法的流程示意图；图2为根据本专利技术实施例的不同快速双边滤波加速方法的定性比较示意图；图3a为不同快速双边滤波加速方法在相似性指数方面的比较结果示意图；图3b为不同快速双边滤波加速方法在峰值信噪比方面的比较结果示意图；图4a为根据一示例性实施例示出的原始的高动态图像；图4b为利用基于主分量的加速算法进行高动态图像压缩所得到的结果示意图；图4c为根据一示例性实施例进行高动态压缩得到的结果示意图；图4d为图4b的局部放大显示示意图；图4e为图4c的局部放大显示示意图；图5为根据一示例性实施例示出的不同加速算法在纹理区域所产生的不同滤波效果的比较结果示意图；图6为根据一示例性实施例示出的双边数字图像滤波器的加速系统的结构示意图；图7为根据一示例性实施例示出的截断模块的结构示意图；图8为根据一示例性实施例示出的处理模块的结构示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术实施例解决的技术问题、所采用的技术方案以及实现的技术效果进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，并不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，所获的所有其它等同或明显变型的实施例均落在本专利技术的保护范围内。本专利技术实施例可以按照权利要求中限定和涵盖的多种不同方式来具体化。需要说明的是，在下面的描述中，为了方便理解，给出了许多具体细节。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双边数字图像滤波器的加速方法，其特征在于，所述方法至少包括：根据原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，生成截断空间核函数和颜色核函数；利用最优N项逼近生成截断空间核函数和颜色核函数在哈尔正交基上和截断三角函数正交基上的最优N项逼近，并以所得到的最优N项逼近来代替所述原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，得到三维核滤波器，其中，所述N取正整数；利用维数提升方法，将由所述截断空间核函数和颜色核函数的最优N项逼近所定义出的二维数字图像滤波器转换为三维空间中的数字图像滤波器；利用所述三维核滤波器计算所述三维空间中的数字图像滤波器。

【技术特征摘要】
1.一种双边数字图像滤波器的加速方法，其特征在于，所述方法至少包括：
根据原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，生成截断空间核函数和颜
色核函数；
利用最优N项逼近生成截断空间核函数和颜色核函数在哈尔正交基上和截断三角函数
正交基上的最优N项逼近，并以所得到的最优N项逼近来代替所述原始双边数字图像滤波器
的空间核函数和颜色核函数，得到三维核滤波器，其中，所述N取正整数；
利用维数提升方法，将由所述截断空间核函数和颜色核函数的最优N项逼近所定义出
的二维数字图像滤波器转换为三维空间中的数字图像滤波器；
利用所述三维核滤波器计算所述三维空间中的数字图像滤波器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据原始双边数字图像滤波器的空间
核函数和颜色核函数生成截断空间核函数和颜色核函数包括：
根据所述原始双边数字图像滤波器的空间核函数Ks(x)，选取使得Ks(x)＞0.001的区
间，定义所述Ks(x)的截断空间核函数为在所述区间上的取值与所述Ks(x)相同，且所
述在所述区间外的取值为零；
根据所述原始双边数字图像滤波器的颜色核函数Kr(x)，选取使得Kr(x)＞0.001的区
间，定义所述Kr(x)的截断颜色核函数为在所述区间上的取值与所述Kr(x)相同，且所
述在所述区间外的取值为零。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用最优N项逼近生成截断空间核函数和
颜色核函数在哈尔正交基上和截断三角函数正交基上的最优N项逼近，并以所得到的最优N
项逼近来代替所述原始双边数字图像滤波器的空间核函数和颜色核函数，得到三维核滤波
器，具体包括：
将所述截断空间核函数在所述哈尔正交基上展开，选取由前N个最大系数及其对应的
哈尔正交基函数所构成的线性组合作为所述截断空间核函数的最优N项逼近；
将所述截断颜色核函数在所述截断三角函数正交基上展开，选取由前N个最大系
数及其对应的截断三角函数正交基函数所构成的线性组合作为的最优N项逼近；
引入辅助变量和三维辅助图像，将由截断空间核和颜色核的最优N项逼近所定义出的
核函数转...

【专利技术属性】
技术研发人员：代龙泉，袁梦轲，徐士彪，张晓鹏，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11