基于內(nèi)容的圖像縮放方法研究

周文勇

（信陽(yáng)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

基于內(nèi)容的圖像縮放方法研究

周文勇

（信陽(yáng)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)在多媒體和訊息傳遞方面的技術(shù)也日益成熟，對(duì)于傳輸和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)這方面的需要，也提出了新的要求，這對(duì)于現(xiàn)在不太發(fā)達(dá)的技術(shù)也是一次重大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，尤其在數(shù)字圖像的信息傳遞方面，對(duì)大量數(shù)據(jù)的傳遞和保存的難度也進(jìn)一步加強(qiáng)，這對(duì)于利用圖像來(lái)進(jìn)行信息傳遞的進(jìn)步是一個(gè)嚴(yán)重的阻礙，所以在這一方面也引起眾多學(xué)者的興趣.該篇文章對(duì)圖像壓縮編碼不同種類(lèi)的方法作了簡(jiǎn)單的陳述和對(duì)比，并探討了應(yīng)用Huffman編碼所進(jìn)行的圖像壓縮處理的原理和應(yīng)用.

圖像；壓縮編碼；處理算法；霍夫曼編碼

為了能真實(shí)的表現(xiàn)所要傳達(dá)的圖像內(nèi)容，針對(duì)不同尺寸的顯示設(shè)備，必須要對(duì)圖像進(jìn)行尺寸的改變也就是圖像縮放（ImageAdaptation），這也是對(duì)圖像進(jìn)行處理的一項(xiàng)基礎(chǔ)技能.然而實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技能的作用，不光是利用它來(lái)改變圖像的大小尺寸，而是能利用它在不同尺寸的顯示設(shè)備上使圖像能自動(dòng)的改變大小，類(lèi)似于網(wǎng)頁(yè)的柔性，這同時(shí)也是圖像縮放這項(xiàng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的.就當(dāng)前對(duì)圖像大小的改變來(lái)看還是依舊沿襲傳統(tǒng)的方法，沒(méi)有使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的改變.下面我們以圖像縮小為例來(lái)對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行闡述線(xiàn)性尺度（Scale）這一種常見(jiàn)的方法，然而這種方法無(wú)法真實(shí)的展現(xiàn)出圖像的內(nèi)容，只是呆板的改變圖像的長(zhǎng)寬.對(duì)圖像尺寸處理的另一種方法即裁剪（Crop）只是簡(jiǎn)單地去除圖像周?chē)牟糠?，但是這種做法的缺陷就是會(huì)使圖像所要表達(dá)出來(lái)的內(nèi)在含義有所欠缺.然而對(duì)圖像尺寸處理的做好的方法就是Optimal方法，這種方法首先把圖像中的具有核心地位的像素點(diǎn)排列出來(lái)，在改變尺寸的時(shí)候針對(duì)沒(méi)有排列出來(lái)的像素點(diǎn)采取相應(yīng)的處理辦法，從而真實(shí)的展現(xiàn)出圖像核心內(nèi)容.除此之外，還可以采用COL方法刪掉沒(méi)有排列的列項(xiàng).

1 魚(yú)眼算法的新探索

關(guān)于魚(yú)眼算法的運(yùn)用，在目前看來(lái)已經(jīng)擴(kuò)大到了廣泛的領(lǐng)域，尤其是在全面的視覺(jué)系統(tǒng)里面更為明顯.在這個(gè)系統(tǒng)中，標(biāo)定和調(diào)整圖像起著核心的作用.第一步是要利用程序計(jì)算出圖形的中心和半徑，同時(shí)驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性.之后校正帶有標(biāo)記的參數(shù).在魚(yú)眼鏡頭的設(shè)計(jì)中，魚(yú)眼成像被頻繁的使用.我們所要做的就是建立新的校正模型并加以組合，之后對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)以確保由他所得的結(jié)果的準(zhǔn)確度.針對(duì)魚(yú)眼圖片，我們第一步就是找出可以跳變具有不完整信息的數(shù)值進(jìn)行判斷，確定出所需要圖片的大概形狀，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)變成方形圖.鑒于魚(yú)眼圖片的90%以上都屬于黑色區(qū)域，只有占據(jù)整個(gè)圖片10%左右中心部位除外，因此我們通過(guò)下列過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證：

(1)先對(duì)整張魚(yú)眼圖片自上而下進(jìn)行掃描，并且記錄任何一次掃描過(guò)程中首次出現(xiàn)產(chǎn)生不完整信息值跳變的位置的精確坐標(biāo)，以此作為起點(diǎn)繪制圓形圖，搜集到所需數(shù)據(jù)并以其中心為頂端的T點(diǎn)；

(2)根據(jù)（1）的步驟，從與（1）相反方向掃描，搜集到另一組數(shù)據(jù)并以其中心為低端的B點(diǎn)；

(3)之后根據(jù)以上的兩個(gè)步驟，得到左端點(diǎn)L和右端點(diǎn)R.

(4)然后求出LR和TB的長(zhǎng)度記為A和B，若A不等于B，則求出A和B的比例，以此比例對(duì)原始圖片進(jìn)行處理得到圓形圖形；

(5)根據(jù)上一步所得的直徑長(zhǎng)度和之前的圓心坐標(biāo)位置繪制出圓形魚(yú)眼圖，如下圖（1）.

圖1 魚(yú)眼算法成像

2 探索新的隨機(jī)行走路線(xiàn)視頻

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，人們對(duì)于視頻的清晰度也有了更高層次的要求，為了滿(mǎn)足人們的這一需要，針對(duì)視頻進(jìn)行縮放處理就必不可少.若上述介紹的關(guān)于圖像的一系列技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)的實(shí)現(xiàn)，那么這些技術(shù)就可以在視頻這一領(lǐng)域也能有所應(yīng)用.對(duì)于過(guò)去應(yīng)用在圖像處理的一系列技術(shù)是對(duì)已經(jīng)存在的像素點(diǎn)的還原，所采用的也是過(guò)去的原始方法即插值核函數(shù).而上述方法主要是在采樣定理和重建Sin函數(shù)的研究上進(jìn)行的.總結(jié)和研究過(guò)去傳統(tǒng)的算法，借助他們的理論，提取核心的內(nèi)容，探討出新的算法，這種算法使得復(fù)雜的算法成為了現(xiàn)實(shí).該篇文章借助對(duì)視頻處理的所作的計(jì)算時(shí)的思想，將復(fù)雜的插值算法進(jìn)行簡(jiǎn)化化.這種計(jì)算方法雖然存在準(zhǔn)確度不夠的缺點(diǎn)，但是由于使用了查表的方法，大大的簡(jiǎn)化了計(jì)算方法.不僅使復(fù)雜的算法成為事實(shí)，而且將模板的構(gòu)造從整體上進(jìn)行了詳盡的闡述.我們把由分級(jí)和原始線(xiàn)性插值算法所得的結(jié)果對(duì)比，前者的計(jì)算精確度有所提高，在一定的范圍內(nèi)可以代替后者.同時(shí)我們還可以得到以下結(jié)論，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的FPGA不僅對(duì)于基本的幀段頻率得到滿(mǎn)足而且還可以對(duì)視頻技術(shù)的處理也能及時(shí)迅速.

3 探索新的四邊形網(wǎng)格化

在有限元前置處理的過(guò)程中，曲面網(wǎng)格的產(chǎn)生有著了舉足輕重的地位，并且它的形成所耗費(fèi)的時(shí)間幾乎是全部的分析時(shí)間.下面我們介紹幾個(gè)當(dāng)前成熟的方法:a)映射單元法，這種方法在早期已經(jīng)得到了應(yīng)用，并且爭(zhēng)取了主要的地位，此外，在結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)中這種方法也應(yīng)用的如魚(yú)得水.在試驗(yàn)的過(guò)程中得出結(jié)論，這種方法由于缺少局部調(diào)整的作用在復(fù)雜的曲面網(wǎng)格形成的過(guò)程中并不適用；b) Delaunay法，這種方法的應(yīng)用主要是運(yùn)用到三角形網(wǎng)格的領(lǐng)域；c)Paving方法，這種方法就是不斷地形成新的界限然后以此界限進(jìn)行擴(kuò)展，之后反復(fù)進(jìn)行直至形成完整的曲面網(wǎng)格.

隨著Paving方法的不斷成熟，它的應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸的擴(kuò)大，所得的網(wǎng)格特色有以下幾點(diǎn):（1）網(wǎng)格的形狀均為方形，且有四個(gè)角；（2）Paving方法的生成網(wǎng)格的步驟也使得網(wǎng)格的邊界容易變動(dòng)；（3）網(wǎng)格單元的尺寸調(diào)整起來(lái)更加簡(jiǎn)便；（4）不管從任何方向而生成的網(wǎng)格都是一樣的.下面我們探討一下Paving方法，并將Paving方法應(yīng)用于三維曲面的網(wǎng)格生成.

4 三角形網(wǎng)格參數(shù)化新探索

4.1 曲率的計(jì)算

針對(duì)離散點(diǎn)而言，無(wú)論形成何種圖像，曲率的含義比較模糊，.首先我們探討一下二維空間內(nèi)的圖形，以折線(xiàn)為例，如圖1所示由圖可知，θ屬于0～90°時(shí)，θ的角越小，即｜tanθ｜的值越小，那么在B點(diǎn)，彎曲程度就越大；θ屬于90～180°時(shí)，θ的角越小，即｜tanθ｜的值越小，那么在P點(diǎn)，彎曲程度越大.

圖2 曲率計(jì)算

首先我們對(duì)曲率進(jìn)行定義，用1/｜tgθ｜來(lái)表示，｜tgθ｜的大小與曲率半徑的長(zhǎng)度呈正向的關(guān)系，｜tgθ｜越大，曲率越小.下面我們把這種含義進(jìn)行擴(kuò)展，以三維空間為例.如圖2所示，首先作出頂點(diǎn)Q點(diǎn)為Q點(diǎn)平面的垂直向量，環(huán)的頂點(diǎn)分別用P1，P2，...，Pk表示，從Pi點(diǎn)到Q點(diǎn)到點(diǎn)Pi的反方向向量用表示，θi即與的夾角，我們得到了Q點(diǎn)的曲率的計(jì)算公式：

對(duì)于以上計(jì)算曲率的方法所得到的結(jié)果是不精確的，只有對(duì)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值或者擬合，才能得到比較準(zhǔn)確的曲率值.然而這種精確的計(jì)算所耗時(shí)間很長(zhǎng)并且過(guò)程比較繁瑣，我們所考慮的結(jié)論只要是粗略的曲率值，所以以上的方法是可靠有效的.

4.2 三角形上新點(diǎn)的分布

為了實(shí)現(xiàn)新點(diǎn)在三角形上的分布，首先我們應(yīng)該確定一個(gè)三角形，之后思考這些點(diǎn)在圖形上的精確坐標(biāo).要確定的位置有多個(gè)，既可以無(wú)規(guī)則的排列，還能使它確定在一個(gè)不變的坐標(biāo)點(diǎn).這一坐標(biāo)點(diǎn)，無(wú)論是內(nèi)心還是重心都是可以的，在本篇文章中，我們將其固定在帶有圖形三點(diǎn)曲率（權(quán)）的重心的位置，從而使原網(wǎng)格的性質(zhì)更好的呈現(xiàn)出來(lái).我們用curvature［i］表示三點(diǎn)的曲率值，用oord［i］(i=1，2，3)來(lái)表示坐標(biāo)向量，那么對(duì)于new_coord也就是新點(diǎn)坐標(biāo)變量的計(jì)算，采用下面的公式：

假如存在不同的新點(diǎn)在同一時(shí)間出現(xiàn)在相同的三角形內(nèi)，鑒于三角形的重心具有唯一性，所以這些點(diǎn)必是在同一個(gè)位置.為了可以排除出現(xiàn)這種問(wèn)題的狀況，我們規(guī)定在一個(gè)具有三個(gè)角度的圖形上至多擁有一個(gè)新點(diǎn).再者上述所講模型的計(jì)算方法主要是可以令具有龐大數(shù)據(jù)的計(jì)算更為簡(jiǎn)便，原有圖形的個(gè)數(shù)對(duì)于新點(diǎn)的個(gè)數(shù)而言處于較多的位置.總而言之，上面的限制有著使新點(diǎn)的排列有條不紊的作用.

新點(diǎn)的分布在完整的的多層次的模型計(jì)算中有著舉足輕重的地位.由于在撤銷(xiāo)掉老頂點(diǎn)之后，那些新頂點(diǎn)也會(huì)重新進(jìn)行排列，而這些頂點(diǎn)將生成所要得的網(wǎng)格，因此，他們就最后結(jié)果而言有著十分主要的地位，在計(jì)算過(guò)程中起著核心的作用.這一部分的內(nèi)容，就是主要針對(duì)排列的新點(diǎn)進(jìn)行解釋?zhuān)瑢?duì)不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)，敘述了不同的對(duì)策與措施，最終實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快捷的特點(diǎn).

4.3 生成中間網(wǎng)格的過(guò)程

若想簡(jiǎn)化中間網(wǎng)格的形成過(guò)程，我們可以將新點(diǎn)轉(zhuǎn)移到原網(wǎng)格上面.如圖3(a)所示，在如圖所示的三角形ABC中存在了了一點(diǎn)D，我們連接DA、DB、DC，以此做邊，將三角形ABC分割成3個(gè)三角形ABD，BCD，CAD，所以中間網(wǎng)格的密度比原網(wǎng)格更大，原網(wǎng)格的性質(zhì)就更能明顯的表現(xiàn)出來(lái).在此，對(duì)于原網(wǎng)格的的界限問(wèn)題要投入更多的注意力，例如，對(duì)于原三角形而言，新點(diǎn)分布在一條邊的附近，見(jiàn)下圖3(b);或者與其中一個(gè)頂點(diǎn)近似重合.

圖3 生成中間網(wǎng)格的過(guò)程

4.4 生成和優(yōu)化新網(wǎng)格的過(guò)程

對(duì)老頂點(diǎn)一一的進(jìn)行檢查，在中間網(wǎng)格之間，找出簡(jiǎn)單頂點(diǎn)四周的頂點(diǎn)環(huán)和三角環(huán)；撤銷(xiāo)掉這些老頂點(diǎn)之后，對(duì)找到的對(duì)象所組合的圖形進(jìn)行分割，形成三角形圖形并對(duì)取合理的方法使其更優(yōu).圖4(a)表示三角形化前的三角形集，圖4(b)表示三角化后的三角形集.

圖4 三角形化前后的三角形集

由于三維三角形的特性，我們可以將其進(jìn)行平面化得手段，而對(duì)其進(jìn)行這一過(guò)程的思想基礎(chǔ)就是：將頂點(diǎn)環(huán)中的任何一個(gè)頂點(diǎn)投影到平面上，然后順次連接，形成平面的圖形，如果該圖形不能三角化即圖形是自交的，那么原圖形的頂點(diǎn)是不能撤掉的；如若不然，就判斷出頂點(diǎn)的凹凸性，然后取其中的一個(gè)凸點(diǎn)與其余兩點(diǎn)組合為一個(gè)三角形.假如所得的三角形不再有原圖形的其他端點(diǎn)，那么就將此圖像撤掉組成三角形凸點(diǎn)之后進(jìn)行儲(chǔ)存.反復(fù)的進(jìn)行以上過(guò)程，最終的到三角形.這種投影方法在一定程度上是簡(jiǎn)單可行的.

針對(duì)原有的多邊形區(qū)域，我們?yōu)榱说玫饺切尉捅仨殞?duì)它的頂點(diǎn)進(jìn)行刪除，為了消除三角形太尖的現(xiàn)象，并且使逼近的準(zhǔn)確度得到提升，那么我們就應(yīng)該適當(dāng)?shù)母淖兤渥钚?nèi)角.并且為了實(shí)現(xiàn)這一目的，我們采取優(yōu)化原則對(duì)三角形的部分形狀進(jìn)行優(yōu)化，下面我們以一個(gè)例子來(lái)介紹，如圖（5）所示，其中圖5(a)為局部三角形網(wǎng)格優(yōu)化前的形狀，圖5 (b)為局部三角形網(wǎng)格優(yōu)化后的形狀.從另一方面來(lái)說(shuō)，平面和空間的網(wǎng)格還是存在不同點(diǎn)的，鑒于有序頂點(diǎn)環(huán)的位置，平面的優(yōu)化顯得效果更強(qiáng).

圖5 局部三角形網(wǎng)格

在上述的文章中，我們依據(jù)圖像縮放的計(jì)算方法所研究出來(lái)的新的計(jì)算方法，并對(duì)每一種計(jì)算方法的新的特點(diǎn)進(jìn)行了分析.圖像的縮放技術(shù)跟圖像顯示物相的顯著度有關(guān)，而這種顯示度則跟人眼所關(guān)注的物相所在范圍息息相關(guān).

5 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)顯著度的區(qū)別，為了對(duì)圖形網(wǎng)格和矩陣剛度進(jìn)一步的研究，我們?yōu)椴灰粯拥娜切蔚倪叺膭偠热×瞬灰粯拥闹?，以便于他們?cè)谙嗤Φ淖饔孟?，在圖像顯著度不同的區(qū)域產(chǎn)生的縮放程度也不同.

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1673-260X（2014）03-0033-03