基于内容的图像缩放方法研究

周文勇

（信阳师范学院 计算机与信息技术学院，河南 信阳 464000）

基于内容的图像缩放方法研究

周文勇

（信阳师范学院 计算机与信息技术学院，河南 信阳 464000）

随着信息化时代的到来，我国在多媒体和讯息传递方面的技术也日益成熟，对于传输和储存数据这方面的需要，也提出了新的要求，这对于现在不太发达的技术也是一次重大的挑战和机遇，尤其在数字图像的信息传递方面，对大量数据的传递和保存的难度也进一步加强，这对于利用图像来进行信息传递的进步是一个严重的阻碍，所以在这一方面也引起众多学者的兴趣.该篇文章对图像压缩编码不同种类的方法作了简单的陈述和对比，并探讨了应用Huffman编码所进行的图像压缩处理的原理和应用.

图像；压缩编码；处理算法；霍夫曼编码

为了能真实的表现所要传达的图像内容，针对不同尺寸的显示设备，必须要对图像进行尺寸的改变也就是图像缩放（ImageAdaptation），这也是对图像进行处理的一项基础技能.然而实现这项技能的作用，不光是利用它来改变图像的大小尺寸，而是能利用它在不同尺寸的显示设备上使图像能自动的改变大小，类似于网页的柔性，这同时也是图像缩放这项技术难以实现的.就当前对图像大小的改变来看还是依旧沿袭传统的方法，没有使其实现自动化的改变.下面我们以图像缩小为例来对这一技术进行阐述线性尺度（Scale）这一种常见的方法，然而这种方法无法真实的展现出图像的内容，只是呆板的改变图像的长宽.对图像尺寸处理的另一种方法即裁剪（Crop）只是简单地去除图像周围的部分，但是这种做法的缺陷就是会使图像所要表达出来的内在含义有所欠缺.然而对图像尺寸处理的做好的方法就是Optimal方法，这种方法首先把图像中的具有核心地位的像素点排列出来，在改变尺寸的时候针对没有排列出来的像素点采取相应的处理办法，从而真实的展现出图像核心内容.除此之外，还可以采用COL方法删掉没有排列的列项.

1 鱼眼算法的新探索

关于鱼眼算法的运用，在目前看来已经扩大到了广泛的领域，尤其是在全面的视觉系统里面更为明显.在这个系统中，标定和调整图像起着核心的作用.第一步是要利用程序计算出图形的中心和半径，同时验证结果的准确性.之后校正带有标记的参数.在鱼眼镜头的设计中，鱼眼成像被频繁的使用.我们所要做的就是建立新的校正模型并加以组合，之后对其进行检验以确保由他所得的结果的准确度.针对鱼眼图片，我们第一步就是找出可以跳变具有不完整信息的数值进行判断，确定出所需要图片的大概形状，进而将其转变成方形图.鉴于鱼眼图片的90%以上都属于黑色区域，只有占据整个图片10%左右中心部位除外，因此我们通过下列过程进行验证：

(1)先对整张鱼眼图片自上而下进行扫描，并且记录任何一次扫描过程中首次出现产生不完整信息值跳变的位置的精确坐标，以此作为起点绘制圆形图，搜集到所需数据并以其中心为顶端的T点；

(2)根据（1）的步骤，从与（1）相反方向扫描，搜集到另一组数据并以其中心为低端的B点；

(3)之后根据以上的两个步骤，得到左端点L和右端点R.

(4)然后求出LR和TB的长度记为A和B，若A不等于B，则求出A和B的比例，以此比例对原始图片进行处理得到圆形图形；

(5)根据上一步所得的直径长度和之前的圆心坐标位置绘制出圆形鱼眼图，如下图（1）.

图1 鱼眼算法成像

2 探索新的随机行走路线视频

随着科学技术的不断提高，人们对于视频的清晰度也有了更高层次的要求，为了满足人们的这一需要，针对视频进行缩放处理就必不可少.若上述介绍的关于图像的一系列技术能够实时的实现，那么这些技术就可以在视频这一领域也能有所应用.对于过去应用在图像处理的一系列技术是对已经存在的像素点的还原，所采用的也是过去的原始方法即插值核函数.而上述方法主要是在采样定理和重建Sin函数的研究上进行的.总结和研究过去传统的算法，借助他们的理论，提取核心的内容，探讨出新的算法，这种算法使得复杂的算法成为了现实.该篇文章借助对视频处理的所作的计算时的思想，将复杂的插值算法进行简化化.这种计算方法虽然存在准确度不够的缺点，但是由于使用了查表的方法，大大的简化了计算方法.不仅使复杂的算法成为事实，而且将模板的构造从整体上进行了详尽的阐述.我们把由分级和原始线性插值算法所得的结果对比，前者的计算精确度有所提高，在一定的范围内可以代替后者.同时我们还可以得到以下结论，实现复杂的FPGA不仅对于基本的帧段频率得到满足而且还可以对视频技术的处理也能及时迅速.

3 探索新的四边形网格化

在有限元前置处理的过程中，曲面网格的产生有着了举足轻重的地位，并且它的形成所耗费的时间几乎是全部的分析时间.下面我们介绍几个当前成熟的方法:a)映射单元法，这种方法在早期已经得到了应用，并且争取了主要的地位，此外，在结构化的网络中这种方法也应用的如鱼得水.在试验的过程中得出结论，这种方法由于缺少局部调整的作用在复杂的曲面网格形成的过程中并不适用；b) Delaunay法，这种方法的应用主要是运用到三角形网格的领域；c)Paving方法，这种方法就是不断地形成新的界限然后以此界限进行扩展，之后反复进行直至形成完整的曲面网格.

随着Paving方法的不断成熟，它的应用领域也逐渐的扩大，所得的网格特色有以下几点:（1）网格的形状均为方形，且有四个角；（2）Paving方法的生成网格的步骤也使得网格的边界容易变动；（3）网格单元的尺寸调整起来更加简便；（4）不管从任何方向而生成的网格都是一样的.下面我们探讨一下Paving方法，并将Paving方法应用于三维曲面的网格生成.

4 三角形网格参数化新探索

4.1 曲率的计算

针对离散点而言，无论形成何种图像，曲率的含义比较模糊，.首先我们探讨一下二维空间内的图形，以折线为例，如图1所示由图可知，θ属于0～90°时，θ的角越小，即｜tanθ｜的值越小，那么在B点，弯曲程度就越大；θ属于90～180°时，θ的角越小，即｜tanθ｜的值越小，那么在P点，弯曲程度越大.

图2 曲率计算

首先我们对曲率进行定义，用1/｜tgθ｜来表示，｜tgθ｜的大小与曲率半径的长度呈正向的关系，｜tgθ｜越大，曲率越小.下面我们把这种含义进行扩展，以三维空间为例.如图2所示，首先作出顶点Q点为Q点平面的垂直向量，环的顶点分别用P1，P2，...，Pk表示，从Pi点到Q点到点Pi的反方向向量用表示，θi即与的夹角，我们得到了Q点的曲率的计算公式：

对于以上计算曲率的方法所得到的结果是不精确的，只有对所得的数据进行插值或者拟合，才能得到比较准确的曲率值.然而这种精确的计算所耗时间很长并且过程比较繁琐，我们所考虑的结论只要是粗略的曲率值，所以以上的方法是可靠有效的.

4.2 三角形上新点的分布

为了实现新点在三角形上的分布，首先我们应该确定一个三角形，之后思考这些点在图形上的精确坐标.要确定的位置有多个，既可以无规则的排列，还能使它确定在一个不变的坐标点.这一坐标点，无论是内心还是重心都是可以的，在本篇文章中，我们将其固定在带有图形三点曲率（权）的重心的位置，从而使原网格的性质更好的呈现出来.我们用curvature［i］表示三点的曲率值，用oord［i］(i=1，2，3)来表示坐标向量，那么对于new_coord也就是新点坐标变量的计算，采用下面的公式：

假如存在不同的新点在同一时间出现在相同的三角形内，鉴于三角形的重心具有唯一性，所以这些点必是在同一个位置.为了可以排除出现这种问题的状况，我们规定在一个具有三个角度的图形上至多拥有一个新点.再者上述所讲模型的计算方法主要是可以令具有庞大数据的计算更为简便，原有图形的个数对于新点的个数而言处于较多的位置.总而言之，上面的限制有着使新点的排列有条不紊的作用.

新点的分布在完整的的多层次的模型计算中有着举足轻重的地位.由于在撤销掉老顶点之后，那些新顶点也会重新进行排列，而这些顶点将生成所要得的网格，因此，他们就最后结果而言有着十分主要的地位，在计算过程中起着核心的作用.这一部分的内容，就是主要针对排列的新点进行解释，对不同种类的数据，叙述了不同的对策与措施，最终实现简单快捷的特点.

4.3 生成中间网格的过程

若想简化中间网格的形成过程，我们可以将新点转移到原网格上面.如图3(a)所示，在如图所示的三角形ABC中存在了了一点D，我们连接DA、DB、DC，以此做边，将三角形ABC分割成3个三角形ABD，BCD，CAD，所以中间网格的密度比原网格更大，原网格的性质就更能明显的表现出来.在此，对于原网格的的界限问题要投入更多的注意力，例如，对于原三角形而言，新点分布在一条边的附近，见下图3(b);或者与其中一个顶点近似重合.

图3 生成中间网格的过程

4.4 生成和优化新网格的过程

对老顶点一一的进行检查，在中间网格之间，找出简单顶点四周的顶点环和三角环；撤销掉这些老顶点之后，对找到的对象所组合的图形进行分割，形成三角形图形并对取合理的方法使其更优.图4(a)表示三角形化前的三角形集，图4(b)表示三角化后的三角形集.

图4 三角形化前后的三角形集

由于三维三角形的特性，我们可以将其进行平面化得手段，而对其进行这一过程的思想基础就是：将顶点环中的任何一个顶点投影到平面上，然后顺次连接，形成平面的图形，如果该图形不能三角化即图形是自交的，那么原图形的顶点是不能撤掉的；如若不然，就判断出顶点的凹凸性，然后取其中的一个凸点与其余两点组合为一个三角形.假如所得的三角形不再有原图形的其他端点，那么就将此图像撤掉组成三角形凸点之后进行储存.反复的进行以上过程，最终的到三角形.这种投影方法在一定程度上是简单可行的.

针对原有的多边形区域，我们为了得到三角形就必须对它的顶点进行删除，为了消除三角形太尖的现象，并且使逼近的准确度得到提升，那么我们就应该适当的改变其最小内角.并且为了实现这一目的，我们采取优化原则对三角形的部分形状进行优化，下面我们以一个例子来介绍，如图（5）所示，其中图5(a)为局部三角形网格优化前的形状，图5 (b)为局部三角形网格优化后的形状.从另一方面来说，平面和空间的网格还是存在不同点的，鉴于有序顶点环的位置，平面的优化显得效果更强.

图5 局部三角形网格

在上述的文章中，我们依据图像缩放的计算方法所研究出来的新的计算方法，并对每一种计算方法的新的特点进行了分析.图像的缩放技术跟图像显示物相的显著度有关，而这种显示度则跟人眼所关注的物相所在范围息息相关.

5 结语

依据显著度的区别，为了对图形网格和矩阵刚度进一步的研究，我们为不一样的三角形的边的刚度取了不一样的值，以便于他们在相同力的作用下，在图像显著度不同的区域产生的缩放程度也不同.

〔1〕余建宇，李勇，侯颜平.基于ADV202的嵌入式视频压缩系统的软硬件设计[J].电子技术应用, 2006：78.

〔2〕朱梦宇，杨裕亮.基于JPEG2000的实时红外图像压缩系统设计[J].激光与红外,2005:128.

〔3〕毛文娟，王建立，张孝三.基于Q-Coder算术编码器的IP核设计[J].计算机工程,2006：352.

〔4〕林林.JPEG2000及其兴趣区域(ROI)编码在数字图书馆中的应用[J].现代图书情报技术,2003：45.

〔5〕刘飞，席志红，宋振峰.JPEG2000中DWT的MATLAB实现[J].应用科技,2005：121.

〔6〕屈稳太.基于小波变换的图像压缩与信号检测技术研究[D].浙江大学,2003.324.

TP301

A

1673-260X（2014）03-0033-03