CN111784734A - 图像处理方法及装置、存储介质和电子设备 - Google Patents

图像处理方法及装置、存储介质和电子设备 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种图像处理方法、图像处理装置、存储介质和电子设备，涉及图像处理技术领域。该图像处理方法包括：确定输出图像中包含的当前待插值像素在输入图像中的相邻像素的位置，通过所述相邻像素的位置在所述输入图像中确定当前图像块，并在与当前帧对应的多个参考帧中确定与所述当前图像块对应的所有匹配块；根据所有匹配块中的目标匹配块以及当前图像块进行图像块融合得到多个融合块，并根据多个所述融合块确定所述当前图像块的目标方向；通过所述目标方向对所述当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值。本公开实施例能够提高图像质量。

Description

图像处理方法及装置、存储介质和电子设备
技术领域
本公开涉及图像处理技术领域，具体而言，涉及一种图像处理方法、图像处理装置、计算机可读存储介质和电子设备。
背景技术
为了提高图像分辨率，可以实现低分辨率图像向高分辨率图像的转化。相关技术中在进行转化时，可能由于输入图像的局限性导致插值过程存在误差，使得输出的图像的质量较差。
发明内容
本公开提供一种图像处理方法、图像处理装置、计算机可读存储介质和电子设备，进而至少在一定程度上克服图像质量差的问题。
根据本公开的一个方面，提供了一种图像处理方法，包括：确定输出图像中包含的当前待插值像素在输入图像中的相邻像素的位置，通过所述相邻像素的位置在所述输入图像中确定当前图像块，并在与当前帧对应的多个参考帧中确定与所述当前图像块对应的所有匹配块；根据所有匹配块中的目标匹配块以及当前图像块进行图像块融合得到多个融合块，并根据多个所述融合块确定所述当前图像块的目标方向；通过所述目标方向对所述当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值。
根据本公开的一个方面，提供一种图像处理装置，包括：匹配块确定模块，用于确定输出图像中包含的当前待插值像素在输入图像中的相邻像素的位置，通过所述相邻像素的位置在所述输入图像中确定当前图像块，并在与当前帧对应的多个参考帧中确定与所述当前图像块对应的所有匹配块；方向确定模块，用于根据所有匹配块中的目标匹配块以及当前图像块进行图像块融合得到多个融合块，并根据多个所述融合块确定所述当前图像块的目标方向；图像插值模块，用于通过所述目标方向对所述当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值。
根据本公开的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的图像处理方法。
根据本公开的一个方面，提供一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一项所述的图像处理方法。
在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，一方面，由于可以通过运动估计在多个参考帧中确定与当前帧中的当前图像块对应的所有匹配块，对目标匹配块和当前匹配块进行融合以得到当前图像块的目标方向，基于目标方向在当前图像块中进行方向性插值得到当前待插值像素的像素值，通过多帧运动估计以及方向性插值的结合来确定当前待插值像素的像素值。通过匹配策略，进行多帧同区域融合的方向性插值，可以避免相关技术中单帧方向性插值导致的方向误判等问题，避免了局限性，能够全面准确地基于纹理方向确定目标方向。另一方面，通过运动估计以及多帧同区域融合的方向性插值，能够准确地计算当前待插值像素的像素值，提高图像质量，提高图像超分的效果，并且降低了操作复杂度，增加了可操作性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1示出了可以应用本公开实施例的图像处理方法或图像处理装置的示例性***架构的示意图；
图2示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备的结构示意图；
图3示意性示出了根据本公开示例性实施例的图像处理方法的流程图；
图4示出了本公开实施例中确定匹配块的流程示意图；
图5示出了本公开实施例中为当前图像块确定匹配块的示意图；
图6示出了本公开实施例中确定目标方向的流程示意图；
图7示出了本公开实施例中进行方向性插值的流程示意图；
图8示意性示出了本公开示例性实施例中图像处理装置的方框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。另外，下面所有的术语“第一”、“第二”仅是为了区分的目的，不应作为本公开内容的限制。
为了解决相关技术中存在的技术问题，本公开实施例中提供了一种图像处理方法。图1示出了可以应用本公开实施例的图像处理方法或图像处理装置的示例性***架构的示意图。
如图1所示，该***架构100可以包括第一端101、网络102以及第二端103。其中，第一端101可以是客户端，例如可以为各种能够用于采集图像和展示图像(播放图像)的手持设备(智能手机)、平板电脑、台式计算机、车载设备、可穿戴设备等等。网络102用以在第一端101和第二端103之间提供通信链路的介质，网络102可以包括各种连接类型，例如有线通信链路、无线通信链路等等，在本公开实施例中，第一端101和第二端103之间的网络102可以是有线通信链路，例如可以通过串口连接线提供通信链路，也可以是无线通信链路，通过无线网络提供通信链路。第二端103可以是客户端，例如便携式计算机、台式计算机、智能手机等具有图像处理功能的终端设备，用于进行图像处理。其中，当第一端和第二端均为终端时，二者可以为同一个终端。第二端也可以为服务器，例如本地服务器或者是云服务器等等，此处不做限定。
本公开实施例中，首先，第一端101可以采集图像或者是将待处理的图像作为输入图像，并将要展示的图像作为输出图像。接下来，第二端103可以将输出图像中的某一个待插值像素作为当前待插值像素，并确定其在输入图像中的相邻像素的位置。进一步地，可以基于相邻像素的位置在输入图像中进行分块并确定一个图像块作为当前图像块，并且可以在与当前图像块所在的当前帧对应的多个参考帧中通过运动估计的方式确定所有匹配块。再次，第二端可以对所有匹配块中的部分或者是全部进行相互融合，并对所有匹配块中的部分或者是全部与当前图像块进行融合得到多个融合块，以便于根据多个融合块来确定当前图像块的目标方向。最后，通过目标方向对当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值，以完成整个插值操作，得到最终的图像。第二端还可以将最终的图像输出至第一端进行展示或播放。
应该理解，图1中的第一端、网络和第二端的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的客户端、网络和服务器。
需要说明的是，本公开实施例所提供的图像处理方法可以完全由第二端执行，也可以由第一端执行，此处不做特殊限定。相应地，图像处理装置可设置于第二端103中。
图2示出了适于用来实现本公开示例性实施方式的一种电子设备的示意图。需要说明的是，图2示出的电子设备仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
本公开的电子设备至少包括处理器和存储器，存储器用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被处理器执行时，使得处理器可以实现本公开示例性实施方式的图像处理方法。
具体的，如图2所示，电子设备200可以包括：处理器210、内部存储器221、外部存储器接口222、通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口230、充电管理模块240、电源管理模块241、电池242、天线1、天线2、移动通信模块250、无线通信模块260、传感器模块280、显示屏290、指示器292、马达293、按键294以及用户标识模块(SubscriberIdentification Module，SIM)卡接口295等。其中传感器模块280可以包括深度传感器、压力传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、磁传感器、加速度传感器、距离传感器、接近光传感器、指纹传感器、温度传感器、触摸传感器、环境光传感器及骨传导传感器等。
可以理解的是，本申请实施例示意的结构并不构成对电子设备200的具体限定。在本申请另一些实施例中，电子设备200可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或软件和硬件的组合实现。
处理器210可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器210可以包括应用处理器(Application Processor，AP)、调制解调处理器、图形处理器(Graphics ProcessingUnit，GPU)、图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)、控制器、视频编解码器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、基带处理器和/或神经网络处理器(Neural-etwork Processing Unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。另外，处理器210中还可以设置存储器，用于存储指令和数据。
USB接口230是符合USB标准规范的接口，具体可以是MiniUSB接口，MicroUSB接口，USBTypeC接口等。USB接口230可以用于连接充电器为电子设备200充电，也可以用于电子设备200与***设备之间传输数据。也可以用于连接耳机，通过耳机播放音频。该接口还可以用于连接其他电子设备，例如AR设备等。
充电管理模块240用于从充电器接收充电输入。其中，充电器可以是无线充电器，也可以是有线充电器。电源管理模块241用于连接电池242、充电管理模块240与处理器210。电源管理模块241接收电池242和/或充电管理模块240的输入，为处理器210、内部存储器221、显示屏290和无线通信模块260等供电。
电子设备200的无线通信功能可以通过天线1、天线2、移动通信模块250、无线通信模块260、调制解调处理器以及基带处理器等实现。
移动通信模块250可以提供应用在电子设备200上的包括2G/3G/4G/5G等无线通信的解决方案。
无线通信模块260可以提供应用在电子设备200上的包括无线局域网(WirelessLocal Area Networks，WLAN)(如无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)网络)、蓝牙(Bluetooth，BT)、全球导航卫星***(Global Navigation Satellite System，GNSS)、调频(Frequency Modulation，FM)、近距离无线通信技术(Near Field Communication，NFC)、红外技术(Infrared，IR)等无线通信的解决方案。
电子设备200通过GPU、显示屏290及应用处理器等实现显示功能。GPU为图像处理的微处理器，连接显示屏290和应用处理器。GPU用于执行数学和几何计算，用于图形渲染。处理器210可包括一个或多个GPU，其执行程序指令以生成或改变显示信息。
内部存储器221可以用于存储计算机可执行程序代码，所述可执行程序代码包括指令。内部存储器221可以包括存储程序区和存储数据区。外部存储器接口222可以用于连接外部存储卡，例如Micro SD卡，实现扩展电子设备200的存储能力。
按键294包括开机键，音量键等。按键294可以是机械按键。也可以是触摸式按键。马达293可以产生振动提示。马达293可以用于来电振动提示，也可以用于触摸振动反馈。指示器292可以是指示灯，可以用于指示充电状态，电量变化，也可以用于指示消息，未接来电，通知等。SIM卡接口295用于连接SIM卡。电子设备200通过SIM卡和网络交互，实现通话以及数据通信等功能。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读存储介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现如下述实施例中所述的方法。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
图3示意性示出了本公开的示例性实施方式的图像处理方法的流程图，该图像处理方法可以应用于例如拍摄图像、图像传输或者是图像处理的过程中，或者也可以应用于超分辨率重建场景中。本公开实施例中的方法应用于超分辨率重建场景为例进行说明。超分辨率重建场景中，可以恢复图像或视频在成像、传输等过程中丢失的纹理细节信息。参考图3所示，以终端作为执行主体，该图像处理方法可以包括步骤S310至步骤S330，详细介绍如下：
在步骤S310中，确定输出图像中包含的当前待插值像素在输入图像中的相邻像素的位置，通过所述相邻像素的位置在所述输入图像中确定当前图像块，并在与当前帧对应的多个参考帧中确定与所述当前图像块对应的所有匹配块。
本公开实施例中，输入图像可以为使用终端拍摄的图像、视频中的某一帧图像，也可以为从其他设备中获取得到的，例如从网上下载的图像或者是视频中的一帧图像。输出图像可以为与输入图像内容相同但是分辨率不同的图像，即可以对输入图像的分辨率进行缩放从而得到输出图像。输出图像的分辨率可以大于输入图像，也可以小于输入图像，具体可以根据使用场景的类型而确定。
在确定输入图像和输出图像之后，可以确定输出图像相对于输入图像的缩放程度，此处的缩放程度可以包括水平缩放程度和垂直缩放程度，且缩放程度具体可以用缩放倍数来表示。输出图像是对输入图像进行插帧得到的，因此输出图像中可能存在多个待插值像素。输出图像中存在的待插值像素的数量可以根据输出图像的分辨率来确定。具体地，当前待插值像素指的是输出图像中所有待插值像素中的任意一个，其在输出图像中的位置可以用(i，j)来表示。相邻像素指的是与当前待插值像素相邻的，且位于输入图像中的多个邻域像素中的一个相邻像素。此处的邻域像素可以为D邻域像素表示的四个相邻的像素，相邻像素指的是位于当前待插值像素的左上角的像素，其位置可以用(x，y)来表示。
在此基础上，确定当前待插值像素的相邻像素位置的步骤包括：首先，根据所述当前待插值像素的水平坐标与水平缩放程度的比值，确定所述相邻像素的水平坐标。当前待插值像素的水平坐标指的是其在输出图像中的坐标。水平缩放倍数可以为水平放大倍率，具体用ratiow来表示。相邻像素的水平坐标可以为当前待插值像素的水平坐标与水平放大倍率的比值。进一步地，可以根据所述当前待插值像素的垂直坐标与垂直缩放程度的比值，确定所述相邻像素的垂直坐标。当前待插值像素的垂直坐标指的是其在输出图像中的坐标。垂直缩放倍数可以为垂直放大倍率，具体用ratioh来表示。垂直坐标可以为当前待插值像素的垂直坐标与垂直放大倍率的比值。通过分辨率的缩放程度，能够准确地确定当前待插值像素以及其相邻像素的坐标。水平坐标和垂直坐标可以同时确定，也可以按照顺序来确定，此处不做具体限定。在得到水平坐标和垂直坐标之后，可以基于二者得到相邻像素在输入图像中的位置，具体可以用公式(1)来表示：
Figure BDA0002590350250000091
在得到位于输入图像的相邻像素之后，通过所述相邻像素的位置在所述输入图像中确定当前图像块，并在与当前帧对应的多个参考帧中确定与当前图像块对应的所有匹配块。本公开实施例中，在确定相邻像素在输入图像中的位置后，对于当前待插值像素而言，可以在输入图像中根据相邻像素的位置以及预设图像块大小来对输入图像进行分块操作，确定图像块。具体地，可以相邻像素的位置为中心，按照预设图像块大小在输入图像中确定该当前待插值像素对应的图像块。预设图像块大小可以为4×4或者是其他合适的大小。该图像块的大小可以根据实际需求进行设定，此处不做具体限定。图像块的数量可以为多个，且图像块的大小和图像块的数量负相关。
在确定图像块之后，可以将其中正在处理的任意一个图像块作为当前图像块，进而可以在多个参考帧中确定与当前图像块对应的所有匹配块。多个参考帧可以为当前图像块所在的当前帧对应的参考帧，例如与当前帧相邻的多个帧。多个参考帧中的任意一个均可以作为当前参考帧。首先，以一个当前参考帧中的处理过程为例进行说明。具体地，可以采用多帧的运动估计的方式，在所述当前参考帧中确定所述当前帧的当前图像块相对于所述当前参考帧的运动矢量，并基于所述运动矢量在所述当前参考帧中确定与所述当前图像块相似的匹配块。运动估计的基本思想是将图像序列的每一帧分成许多互不重叠的宏块，并认为宏块内所有像素的位移量都相同，然后对每个宏块到参考帧某一给定特定搜索范围内根据一定的匹配准则找出与当前图像块最相似的块，即匹配块，匹配块与当前图像块的相对位移即为运动矢量。视频压缩的时候，只需保存运动矢量和残差数据就可以完全恢复出当前图像块。本公开实施例中，通过多帧运动估计的方式来从其他多帧中查找与当前图像块相似的匹配块，以增加搜索的全面性和准确性，避免了只根据单帧来进行插值时导致的方向错误，通过多帧运动估计提高了插值方向的准确性。
图4中示意性示出了在当前参考帧中确定匹配块的流程图，参考图4中所示，主要包括以下步骤：
在步骤S410中，以所述当前图像块的位置为中心，根据搜索窗确定所述当前参考帧的可搜索位置。
本步骤中，搜索窗可以用于规定搜索过程执行的区域范围。在当前参考帧中，每个图像块的搜索窗可以不一致，搜索窗的大小可以根据搜索窗规则进行设定。搜索窗规则可以包括梯度大小或者是遍历的图像块的数量。举例而言，可以当前图像块的梯度为依据，使得梯度与搜索窗正相关，即梯度越大，搜索窗越大；反之越小。搜索窗的窗口大小也可以随着遍历的图像块的增加，而逐渐增大或逐渐变小。
可搜索位置指的是当前参考帧的可搜索范围，即可能存在匹配块的区域范围，具体可以根据每个图像块的搜索窗的大小而确定。每个参考帧的可搜索位置可能相同或者是不同。
在步骤S420中，通过固定步长遍历所述可搜索位置，在所述当前参考帧中得到与所述当前图像块大小相同的所有参考块。
本步骤中，可以通过固定步长(例如几个像素)对可搜索位置进行遍历匹配，以从当前参考帧中获取到与当前图像块大小相同的所有参考块。
在步骤S430中，将所有参考块与所述当前图像块进行匹配得到匹配度，并根据所述匹配度从所述当前参考帧的所有参考块中确定所述匹配块。
本步骤中，可以将所有参考块与当前图像块进行匹配，以得到二者之间的匹配度。具体可以对参考块进行特征提取得到参考特征，对当前图像块进行特征提取得到当前特征，然后基于提取的参考特征和当前特征来计算二者之间的匹配度。匹配度的表现方式可以包括但不限于SAD(Sum of Absolute Differences，绝对误差和算法)、欧式距离、纹理梯度等方式的一种或多种。对于绝对误差和算法而言，平均绝对差越小，表明越相似。
在计算出匹配度之后，可以将匹配度最高的参考块作为当前图像块的在当前参考帧中的至少一个匹配块。并且，每个参考帧中存在的匹配块的数量可以相同或不同，具体是根据匹配度的数值来确定的。通过匹配度来选择至少一个匹配块，能够提高匹配块的准确性。
在得到匹配块的同时，可以记录每个匹配块的可信度。此处的可信度用于表示匹配块的匹配程度，以用于插值操作。可信度可以用SAD(Sum of Absolute Differences，绝对误差和算法)来表示，用来确定后续插值过程中的权重，从而影响插值效果。
需要说明的是，对于所有参考帧中的所有图像块确定匹配块的方式与图4中的步骤相同，因此此处不再赘述。
图5中示意性示出了采用多帧的运动估计确定与当前图像块相似的匹配块的示意图。具体地，可以将当前帧FCUR相邻的前一帧FCUR-1作为参考帧以及将相邻的后一帧FCUR+1作为参考帧，也可以将当前帧FCUR相邻的前两帧FCUR-2作为参考帧以及将相邻的后两帧FCUR+2作为参考帧，直至将前M帧FCUR-M以及后N帧FCUR+N作为参考帧为止，以根据二者之间的运动矢量，从其中确定与当前图像块最相似的匹配块。通过多帧的运动估计来确定输入图像中当前图像块最相似的匹配块，能够提高匹配块的准确性。
继续参考图3中所示，在步骤S320中，根据所有匹配块中的目标匹配块以及当前图像块进行图像块融合得到多个融合块，并根据多个所述融合块确定所述当前图像块的目标方向。
本公开实施例中，在进行图像块融合时，可以选择当前图像块的所有匹配块对应的目标匹配块进行融合。目标匹配块可以为所有匹配块或者是部分匹配块，具体可以根据匹配块的数量而确定。例如，在当前图像块的匹配块的数量大于数量阈值时，则可以选择部分匹配块作为目标匹配块；在当前图像块的匹配块的数量不大于数量阈值时，则可以选择所有匹配块作为目标匹配块。其中，部分匹配块可以为所有匹配块固定帧位置的K个匹配块。固定帧可以为当前帧最相邻的几个帧。
在此基础上，可以对固定帧位置的K个匹配块与1个当前图像块进行匹配，以执行匹配块与当前图像块以及匹配块与匹配块之间的融合，共融合得到t个融合块。其中，每个融合块所需的匹配块的数量可以不同。具体地，可以根据每个匹配块的权重与每个匹配块的属性参数的乘积之和，与所有匹配块的权重之和的比值，来确定每个融合块的属性参数。此处的属性参数可以为每个融合块在像素级的像素值。其中，每个匹配块可以为4×4，基于此，可以将K个4×4的匹配块与1个当前图像块分别进行融合，将匹配块中相同位置的像素值按照该匹配块对应的权重进行加权平均得到加权平均值，并将加权平均值作为融合块中相同位置的像素值，以确定每个融合块的属性参数。对匹配块以及当前图像块进行融合得到融合块的具体方式可以如公式(2)所示：
BLK＝(w0*BLK0+w1*BLK1+...+wk*BLKk)/(w0+w1+...+wk) 公式(2)
其中，w0、w1、wk分别为对应的匹配块的权重，每个匹配块的权重可以为时间距离、匹配可信度以及人工设定等方式中的一种或多种。对于不同的匹配块，其对应的匹配块的权重可以不同，即可以按照匹配块的类型来确定其权重的类型。
本公开实施例中，以匹配块的权重为时间距离为例进行说明。具体而言，可以根据时间距离确定每个匹配块的权重；进而按照每个匹配块的权重将两个目标匹配块进行融合，并按照每个匹配块的权重将目标匹配块与当前图像块进行融合，以得到多个融合块。举例而言，若存在12个匹配块，可以将时间距离最近的两帧的目标匹配块形成一个融合块，从而得到6个融合块。通过将时间距离最近的匹配块形成融合块，能够提高融合块的准确性。
进一步地，在得到多个融合块之后，可以根据多个融合块确定当前图像块的目标方向。目标方向指的是当前图像块的纹理方向。可以根据多个融合块进行方向融合，得到当前图像块的目标方向。
图6中示意性示出了确定目标方向的流程图，参考图6中所示，主要包括以下步骤：
在步骤S610中，计算每个融合块在多个方向的梯度，并根据梯度最小的方向确定每个所述融合块的纹理方向；
在步骤S620中，根据每个所述融合块的权重对所述纹理方向进行融合，得到所述目标方向。
本公开实施例中，多个方向可以为任意方向，例如可任意包括但不限于水平方向、垂直方向、45度方向和135度方向。具体地，可以计算每个融合块在多个方向中每个方向的梯度。并且，可以将每个融合块的多个方向的梯度进行对比，以确定最小的梯度。进一步地，可以将梯度最小的方向确定为该融合块对应的纹理方向。每个融合块的纹理方向可以相同或者是不同，具体均根据梯度的数值来确定。每个融合块的纹理方向的范围可以为0-359度之间的任意值。举例而言，融合块1的纹理方向为水平方向，融合块2的纹理方向为垂直方向。
在得到每个融合块的纹理方向之后，可以基于每个融合块自身对应的权重来对所有融合块的纹理方向进行融合处理。每个融合块的权重用于表示其重要程度或所占的比例。每个融合块的权重可以相同或者是不同，具可以根据用于形成融合块的原始块的数量而确定。其中，原始块用于组成融合块，且原始块包括匹配块和当前图像块，融合块的权重与组成融合块原始块的数量正相关，即原始块的数量越多，融合块的权重的数值越大。
在得到融合块的权重之后，可以根据每个融合块的权重对每个融合块的纹理方向进行加权平均处理，得到目标方向。具体地，可以根据每个融合块的权重与每个融合块的纹理方向的乘积之和，与所有融合块的权重之和的比值，确定目标方向。具体的计算方式可以如公式(3)所示：
dir＝(dir0*u0+dir1*u1+...+dirt*ut)/(u0+u1+...+ut) 公式(3)
其中，dirt为第t个融合块的纹理方向，ut为第t个融合块的权重。
本公开实施例中，通过融合块的权重对每个融合块的纹理方向进行融合，能够得到准确的目标方向，避免了只通过一帧图像确定方向时可能导致的误差，提高准确性。
在步骤S330中，通过所述目标方向对所述当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值。
本公开实施例中，方向性插值指的是在一个固定方向上进行插值的方式。在确定目标方向之后，可以根据目标方向对应的参考像素进行方向性插值，以计算当前待插值像素的像素值。参考像素指的是目标方向上已经存在的所有像素。方向性插值可以为均值滤波或者是其他方式。基于此，可以将目标方向上存在的像素的像素值进行均值滤波，根据均值滤波的结果计算当前待插值像素的像素值。均值滤波是指在图像上对目标像素给一个模板，该模板包括了其周围的临近像素(以目标像素为中心的周围8个像素，构成一个滤波模板，即去掉目标像素本身)，再用模板中的全体像素的平均值来代替原来像素值。基于此，可以根据目标方向上参考像素的像素值的均值来确定当前待插值像素的像素值。
对于输出图像中包含的所有待插值像素而言，均可以采用步骤S310至步骤S330中的方法来计算每一个待插值像素的像素值，直至输出图像中所有的待插值像素均得到对应的像素值为止。在确定出来待插值像素的像素值后，可以根据这些待插值像素的像素值来得到输出图像，以通过该方法实现图像超分辨率重建处理，从而提高超分效果和图像质量。
图7中示意性示出了进行方向性插值的流程图，参考图7中所示，主要包括以下步骤：
在步骤S710中，计算输出图像相对于输入图像的缩放程度。
在步骤S720中，判断当前的输出图像是否插值完成；若是，则结束；若否，则转至步骤S730。
在步骤S730中，确定待插值像素在输入图像中的最相邻位置，具体可以为左上角的相邻像素。
在步骤S740中，确定输入图像的图像块的大小。
在步骤S750中，在参考帧中寻找与所有图像块匹配的匹配块。
在步骤S760中，对匹配块进行融合得到融合块。
在步骤S770中，确定融合块的纹理方向。
在步骤S780中，对融合块的纹理方向进行融合。
在步骤S790中，进行方向性插值，并返回步骤S720。
图7中的技术方案，利用相邻帧之间的前景和背景的变化运动特性，采用运动估计的方法，为当前图像块在多个参考帧中寻找对应的多个匹配块，最终综合所有匹配块进行融合得到融合块，进而对融合块进行方向性判定，以确定每个融合块的纹理方向；在得到当前图像块的待插值像素位置的纹理方向后，采用方向性插值滤波器进行插值，得到当前待插值像素。避免了相关技术中，神经网络算法严重依赖训练时的数据集，实际泛化能力差，而且复杂度过高的问题，降低了复杂度，增加了应用范围。也避免了由于输入图像为单帧而产生纹理的错判，避免了局限性，导致方向性插值的错误从而引起的图像的主观问题，提高了图像质量。
需要补充的是，本公开实施例中的超分方案也可以用于去噪过程。例如，在视频通路中，可以根据设置多个中间分辨率，采用多次插值得到最终输出分辨率图像，即每一次的输入为上一次的输出，以达到更好的去噪效果。超分方案也可以用于图像修复过程，例如针对视频中某些单帧丢失的细节，可以利用其他帧的进行填补、更正等操作。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
图8示意性示出了本公开的示例性实施方式的图像处理装置的方框图。参考图8所示，根据本公开的示例性实施方式的图像处理装置800可以包括以下模块：
匹配块确定模块801，用于确定输出图像中包含的当前待插值像素在输入图像中的相邻像素的位置，通过所述相邻像素的位置在所述输入图像中确定当前图像块，并在与当前帧对应的多个参考帧中确定与所述当前图像块对应的所有匹配块；
方向确定模块802，用于根据所有匹配块中的目标匹配块以及当前图像块进行图像块融合得到多个融合块，并根据多个所述融合块确定所述当前图像块的目标方向；
图像插值模块803，用于通过所述目标方向对所述当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值。
在本公开的一种示例性实施例中，匹配块确定模块包括：第一坐标确定模块，用于根据所述当前待插值像素的水平坐标与水平缩放程度的比值，确定所述相邻像素的水平坐标；第二坐标确定模块，用于根据所述当前待插值像素的垂直坐标与垂直缩放程度的比值，确定所述相邻像素的垂直坐标。
在本公开的一种示例性实施例中，匹配块确定模块包括：运动估计匹配模块，用于在所述当前参考帧中确定所述当前帧的当前图像块相对于所述当前参考帧的运动矢量，并基于所述运动矢量在所述当前参考帧中确定与所述当前图像块相似的匹配块。
在本公开的一种示例性实施例中，运动估计匹配模块包括：位置确定模块，用于以所述当前图像块的位置为中心，根据搜索窗确定当前参考帧的可搜索位置；参考块确定模块，用于通过固定步长遍历所述可搜索位置，在所述当前参考帧中得到与所述当前图像块大小相同的所有参考块；匹配块选择模块，用于将所有参考块与所述当前图像块进行匹配得到匹配度，并根据所述匹配度从所述当前参考帧的所有参考块中确定所述匹配块。
在本公开的一种示例性实施例中，匹配块选择模块被配置为：将所有参考块中所述匹配度最高的至少一个参考块，作为所述当前图像块在所述当前参考帧中的所述匹配块。
在本公开的一种示例性实施例中，方向确定模块包括：权重确定模块，用于根据时间距离确定每个匹配块的权重；匹配块融合模块，用于按照每个所述匹配块的权重将所有匹配块中的目标匹配块之间进行融合，并按照每个所述匹配块的权重将所述目标匹配块与所述当前图像块进行融合，以得到多个融合块。
在本公开的一种示例性实施例中，方向确定模块包括：纹理方向确定模块，用于计算每个融合块在多个方向的梯度，并根据梯度最小的方向确定每个所述融合块的纹理方向；方向融合模块，用于根据每个所述融合块的权重对所述纹理方向进行融合，得到所述目标方向。
在本公开的一种示例性实施例中，方向融合模块包括：目标方向确定模块，用于根据每个所述融合块的权重对每个融合块的所述纹理方向进行加权平均处理，得到所述目标方向。
在本公开的一种示例性实施例中，图像插值模块被配置为：根据所述目标方向对应的参考像素的像素值，对所述当前图像块进行所述方向性插值，以确定所述当前待插值像素的像素值。
由于本公开实施方式的图像处理装置的各个功能模块与上述图像处理方法的实施方式中相同，因此在此不再赘述。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
此外，上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (12)

1.一种图像处理方法，其特征在于，包括：
确定输出图像中包含的当前待插值像素在输入图像中的相邻像素的位置，通过所述相邻像素的位置在所述输入图像中确定当前图像块，并在与当前帧对应的多个参考帧中确定与所述当前图像块对应的所有匹配块；
根据所有匹配块中的目标匹配块以及当前图像块进行图像块融合得到多个融合块，并根据多个所述融合块确定所述当前图像块的目标方向；
通过所述目标方向对所述当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值。
2.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述确定输出图像中包含的当前待插值像素在输入图像中的相邻像素的位置，包括：
根据所述当前待插值像素的水平坐标与水平缩放程度的比值，确定所述相邻像素的水平坐标；
根据所述当前待插值像素的垂直坐标与垂直缩放程度的比值，确定所述相邻像素的垂直坐标。
3.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述在与当前帧对应的多个参考帧中确定与所述当前图像块对应的所有匹配块，包括：
在所述当前参考帧中确定所述当前帧的当前图像块相对于所述当前参考帧的运动矢量，并基于所述运动矢量在所述当前参考帧中确定与所述当前图像块相似的匹配块。
4.根据权利要求3所述的图像处理方法，其特征在于，所述在所述当前参考帧中确定所述当前帧的当前图像块相对于所述当前参考帧的运动矢量，并基于所述运动矢量在所述当前参考帧中确定与所述当前图像块相似的匹配块，包括：
以所述当前图像块的位置为中心，根据搜索窗确定所述当前参考帧的可搜索位置；
通过固定步长遍历所述可搜索位置，在所述当前参考帧中得到与所述当前图像块大小相同的所有参考块；
将所有参考块与所述当前图像块进行匹配得到匹配度，并根据所述匹配度从所述当前参考帧的所有参考块中确定所述匹配块。
5.根据权利要求4所述的图像处理方法，其特征在于，所述根据所述匹配度从所述当前参考帧的所有参考块中确定所述匹配块，包括：
将所有参考块中所述匹配度最高的至少一个参考块，作为所述当前图像块在所述当前参考帧中的所述匹配块。
6.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述根据所有匹配块中的目标匹配块以及当前图像块进行图像块融合得到多个融合块，包括：
根据时间距离确定每个匹配块的权重；
按照每个所述匹配块的权重将所有匹配块中的目标匹配块之间进行融合，并按照每个所述匹配块的权重将所述目标匹配块与所述当前图像块进行融合，以得到多个融合块。
7.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述根据多个所述融合块确定所述当前图像块的目标方向，包括：
计算每个融合块在多个方向的梯度，并根据梯度最小的方向确定每个所述融合块的纹理方向；
根据每个所述融合块的权重对所述纹理方向进行融合，得到所述目标方向。
8.根据权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于，所述根据每个所述融合块的权重对所述纹理方向进行融合，得到所述目标方向，包括：
根据每个所述融合块的权重对每个融合块的所述纹理方向进行加权平均处理，得到所述目标方向。
9.根据权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，所述通过所述目标方向对所述当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值，包括：
根据所述目标方向对应的参考像素的像素值，对所述当前图像块进行所述方向性插值，以确定所述当前待插值像素的像素值。
10.一种图像处理装置，其特征在于，包括：
匹配块确定模块，用于确定输出图像中包含的当前待插值像素在输入图像中的相邻像素的位置，通过所述相邻像素的位置在所述输入图像中确定当前图像块，并在与当前帧对应的多个参考帧中确定与所述当前图像块对应的所有匹配块；
方向确定模块，用于根据所有匹配块中的目标匹配块以及当前图像块进行图像块融合得到多个融合块，并根据多个所述融合块确定所述当前图像块的目标方向；
图像插值模块，用于通过所述目标方向对所述当前图像块进行方向性插值，得到所述当前待插值像素的像素值。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任意一项所述的图像处理方法。
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-9任意一项所述的图像处理方法。
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