JP2014099048A - Image restoration device and image restoration method - Google Patents

Image restoration device and image restoration method Download PDF

Info

Publication number
JP2014099048A
JP2014099048A JP2012250509A JP2012250509A JP2014099048A JP 2014099048 A JP2014099048 A JP 2014099048A JP 2012250509 A JP2012250509 A JP 2012250509A JP 2012250509 A JP2012250509 A JP 2012250509A JP 2014099048 A JP2014099048 A JP 2014099048A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
original image
estimated
color channel
estimated original
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012250509A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomohide Maeda
友英 前田
Kenji Tabei
憲治 田部井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2012250509A priority Critical patent/JP2014099048A/en
Publication of JP2014099048A publication Critical patent/JP2014099048A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Image Processing (AREA)
  • Facsimile Image Signal Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce operation amount in restoration processing when restoring a deteriorated color image using a known PSF.SOLUTION: In an image restoration device 3, an original image estimation section 23 evaluates the plausibility of an estimated original image based on a difference between a pixel value of a deteriorated photographed image and an estimated pixel value of the deteriorated image of the estimated original image and a PSF and based on a function for evaluating the sparsity in gradient of the pixel values in the estimated original image. The function for evaluating the sparsity is subjected to a weighting using a weight parameter. By using a weight parameter which is updated in a restoration processing of one representative color channel for restoration processing of an auxiliary color channel, the operation amount in restoration processing in the auxiliary color channel is reduced.

Description

本発明は、劣化画像を復元するための画像復元装置および画像復元方法に関し、特に、撮影過程で生じた画像のボケ等を修復するのに好適な画像復元装置および画像復元方法に関する。   The present invention relates to an image restoration apparatus and an image restoration method for restoring a deteriorated image, and more particularly, to an image restoration apparatus and an image restoration method suitable for restoring blurring or the like of an image generated in a photographing process.

デジタルスチルカメラ等を用いた撮影では、焦点ボケやカメラブレ等に起因する画像のボケが生じる場合がある。このボケが生じた劣化画像は、原画像(理想画像)と、この原画像を劣化させる空間フィルタを表す点拡がり関数(以下「PSF(Point Spread Function)」という。)との畳み込み(Convolution)によって得られると考えることができる。従来、劣化画像から原画像を復元する方法として、理論上得られた又は実測された既知のPSFを用いて原画像を復元する非ブラインド法(Non-Blind Deconvolution)が知られており、例えば、逆畳み込み(Deconvolution)を行う逆フィルタ(Inverse filter)およびウィーナフィルタ(Wiener filter)が知られている。   In shooting using a digital still camera or the like, there may be a case where an image is blurred due to out-of-focus or camera shake. The degraded image in which this blur occurs is generated by convolution of the original image (ideal image) and a point spread function (hereinafter referred to as “PSF (Point Spread Function)”) representing a spatial filter that degrades the original image. You can think of it. Conventionally, as a method for restoring an original image from a deteriorated image, a non-blind method (Non-Blind Deconvolution) is known in which an original image is restored using a known PSF obtained theoretically or actually measured. Inverse filters and Wiener filters that perform deconvolution are known.

また、非ブラインド法としては、原画像の推定に際し、ベイズの定理を利用し確率統計的手法で原画像の最尤推定を行うLR(Lucy-Richardson)法(非特許文献1参照)が知られており、さらに、LR法のように所定の反復処理を必要とする原画像の推定処理をIRLSアルゴリズムによって複数回繰り返すことにより、原画像の復元精度を高めるようにした方法(以下、「IRLS適用法」という。)が知られている(非特許文献2参照)。   Further, as the non-blind method, there is known an LR (Lucy-Richardson) method (see Non-Patent Document 1) that performs maximum likelihood estimation of an original image using a Bayesian theorem and a stochastic statistical method. Furthermore, a method for improving the restoration accuracy of the original image by repeating the estimation process of the original image that requires a predetermined iterative process as in the LR method by the IRLS algorithm (hereinafter referred to as “IRLS application”). Method ") (see Non-Patent Document 2).

W.H.Richardson,"Bayesian-Based Iterative Method of Image Restoration",Journal of Optical Society of America,Vol.62,No.1,1972W.H.Richardson, "Bayesian-Based Iterative Method of Image Restoration", Journal of Optical Society of America, Vol.62, No.1,1972 A. Levin, et al. "Deconvolution using natural image priors", http://groups.csail.mit.edu/graphics/CodedAperture/SparseDeconv-LevinEtAl07.pdf, (a supplemental document of "Image and Depth from a Conventional Camera with a Coded Aperture", ACM SIGGRAPH 2007)A. Levin, et al. "Deconvolution using natural image priors", http://groups.csail.mit.edu/graphics/CodedAperture/SparseDeconv-LevinEtAl07.pdf, (a supplemental document of "Image and Depth from a Conventional Camera with a Coded Aperture ", ACM SIGGRAPH 2007)

しかしながら、上記非特許文献2に記載の従来技術によってカラー劣化画像を復元する場合、原画像を推定するための反復処理の繰り返しステップをカラーチャネル毎に行う必要があるため、復元処理の演算量が膨大となり、処理時間や処理負荷が大きくなるという問題があった。   However, when restoring a color-degraded image by the conventional technique described in Non-Patent Document 2, it is necessary to perform an iterative process for estimating an original image for each color channel. There is a problem that the processing time and the processing load increase due to the enormous volume.

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、既知のPSFを用いてカラー劣化画像を復元する際に、復元処理の演算量を低減することを可能とした画像復元装置および画像復元方法を提供することを主目的とする。   The present invention has been devised in view of such problems of the prior art, and it is possible to reduce the amount of computation of restoration processing when restoring a color-degraded image using a known PSF. An object of the present invention is to provide an image restoration apparatus and an image restoration method.

本発明の画像復元装置は、既知の点拡がり関数に基づきカラーの劣化画像を復元する画像復元装置であって、前記劣化画像が入力される画像入力部と、前記劣化画像の劣化前の原画像を推定することにより、カラーチャネル毎の推定原画像を取得する原画像推定部と、前記カラーチャネル毎の推定原画像を合成することにより、復元画像を生成する復元画像合成部とを備え、前記原画像推定部は、複数の前記カラーチャネルから選択された1つの代表カラーチャネルについて、所定のパラメータを含む評価指標に基づき前記推定原画像の尤もらしさを評価する一方、前記代表カラーチャネル以外の補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについての前記推定原画像が尤もらしいと評価された際の前記パラメータの値を用いて、前記評価指標に基づき前記推定原画像の尤もらしさを評価することを特徴とする。   The image restoration device of the present invention is an image restoration device that restores a color degradation image based on a known point spread function, an image input unit to which the degradation image is input, and an original image before degradation of the degradation image An original image estimation unit that acquires an estimated original image for each color channel, and a restored image composition unit that generates a restored image by synthesizing the estimated original image for each color channel, The original image estimation unit evaluates the likelihood of the estimated original image based on an evaluation index including a predetermined parameter for one representative color channel selected from the plurality of color channels, while the auxiliary image other than the representative color channel For the color channel, using the value of the parameter when the estimated original image for the representative color channel is evaluated to be likely And evaluating the likelihood of the estimated original image based on the evaluation index.

このように本発明によれば、既知のPSFを用いてカラー劣化画像を復元する際に、復元処理の演算量を低減することが可能となるという優れた効果を奏する。   As described above, according to the present invention, when a color deteriorated image is restored using a known PSF, there is an excellent effect that the amount of computation of the restoration process can be reduced.

本発明に係る画像復元装置を備えた画像処理システムの概略構成を示すブロック図1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image processing system including an image restoration apparatus according to the present invention. 図1に示した画像復元装置による画像復元方法の流れを示すフロー図The flowchart which shows the flow of the image restoration method by the image restoration apparatus shown in FIG. 図2中の代表チャネルに関する復元処理(ST103)の詳細を示すフロー図The flowchart which shows the detail of the decompression | restoration process (ST103) regarding the representative channel in FIG. 図2中の補助チャネルに関する復元処理(ST104)の詳細を示すフロー図The flowchart which shows the detail of the decompression | restoration process (ST104) regarding the auxiliary channel in FIG.

上記課題を解決するためになされた第1の発明は、既知の点拡がり関数に基づきカラーの劣化画像を復元する画像復元装置であって、前記劣化画像が入力される画像入力部と、前記劣化画像の劣化前の原画像を推定することにより、カラーチャネル毎の推定原画像を取得する原画像推定部と、前記カラーチャネル毎の推定原画像を合成することにより、復元画像を生成する復元画像合成部とを備え、前記原画像推定部は、複数の前記カラーチャネルから選択された1つの代表カラーチャネルについて、所定のパラメータを含む評価指標に基づき前記推定原画像の尤もらしさを評価する一方、前記代表カラーチャネル以外の補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについての前記推定原画像が尤もらしいと評価された際の前記パラメータの値を用いて、前記評価指標に基づき前記推定原画像の尤もらしさを評価することを特徴とする。   A first invention made to solve the above problem is an image restoration device for restoring a color degraded image based on a known point spread function, an image input unit to which the degraded image is input, and the degradation An original image estimation unit that acquires an estimated original image for each color channel by estimating an original image before image degradation, and a restored image that generates a restored image by combining the estimated original image for each color channel The original image estimation unit evaluates the likelihood of the estimated original image based on an evaluation index including a predetermined parameter for one representative color channel selected from the plurality of color channels, For auxiliary color channels other than the representative color channel, the estimated original image for the representative color channel is evaluated as being likely. Using the value of the parameter, and evaluating the likelihood of the estimated original image based on the evaluation index.

この第1の発明に係る画像復元装置によれば、上記第1の発明において、既知のPSFを用いてカラー劣化画像を復元する際に、代表カラーチャネルについての推定原画像の尤もらしさを評価する処理において更新されたパラメータに基づき補助カラーチャネルの処理を実施するため、復元処理の演算量を低減することが可能となる。   According to the image restoration apparatus of the first invention, in the first invention, the likelihood of the estimated original image for the representative color channel is evaluated when the color deteriorated image is restored using the known PSF. Since the auxiliary color channel processing is performed based on the parameters updated in the processing, it is possible to reduce the amount of computation of the restoration processing.

また、第2の発明では、前記評価指標は、前記入力された劣化画像の画素値と前記推定原画像および前記点拡がり関数に基づき推定された劣化画像の画素値との差分、ならびに前記推定原画像における画素値の勾配のスパース性を評価する関数とを含み、前記パラメータは、前記スパース性を評価する関数に対する重み付けにより、前記推定原画像の前記評価おいて画素毎に前記差分との相対的な優先度合いを定める重みパラメータであり、前記原画像推定部は、前記代表カラーチャネルについて、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を行うと共に、最終的に更新された前記推定原画像に基づき前記重みパラメータを更新して、当該更新された重みパラメータに基づき前記反復処理を新たに開始する一連の処理を所定回数繰り返し、前記補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについて最終的に更新された前記重みパラメータに基づき、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を実施する構成とする。   In the second invention, the evaluation index includes a difference between a pixel value of the input deteriorated image and a pixel value of the deteriorated image estimated based on the estimated original image and the point spread function, and the estimated original. A function for evaluating the sparsity of the gradient of the pixel value in the image, and the parameter is relative to the difference for each pixel in the evaluation of the estimated original image by weighting the function for evaluating the sparsity. The original image estimation unit performs an iterative process for sequentially updating the estimated original image until the estimated original image is evaluated as being likely for the representative color channel, and The weight parameter is updated based on the finally updated estimated original image, and the iterative process is newly performed based on the updated weight parameter. A series of processes to be started is repeated a predetermined number of times, and for the auxiliary color channel, the estimated original image is evaluated until the estimated original image is evaluated as being likely based on the weight parameter finally updated for the representative color channel. A repetitive process for sequentially updating images is performed.

この第2の発明に係る画像復元装置によれば、IRLS適用法により既知のPSFを用いてカラー劣化画像を復元する際に、代表カラーチャネルの処理において更新された重みパラメータに基づき補助カラーチャネルの処理を実施するため、補助カラーチャネルにおける反復処理の繰り返しステップを省略することが可能となり、復元処理の演算量を低減することが可能となる。   According to the image restoration apparatus of the second invention, when restoring a color-degraded image using a known PSF by the IRLS application method, the auxiliary color channel is updated based on the weight parameter updated in the processing of the representative color channel. Since the process is performed, it is possible to omit a repetition step of the iterative process in the auxiliary color channel, and it is possible to reduce the calculation amount of the restoration process.

また、第3の発明では、上記第1または第2の発明において、前記代表カラーチャネルが、複数の前記カラーチャネルのうち高周波数成分の最も多いカラーチャネルである構成とする。   According to a third aspect, in the first or second aspect, the representative color channel is a color channel having the largest number of high frequency components among the plurality of color channels.

この第3の発明に係る画像復元装置によれば、高周波数成分の大小に基づき重要度の高いカラーチャネルを代表カラーチャネルとして選択できるため、補助カラーチャネルにおける反復処理の繰り返しステップを省略した場合でも高精度な復元処理が可能となる。   According to the image restoration apparatus of the third aspect of the invention, since a color channel having a high importance can be selected as a representative color channel based on the magnitude of the high frequency component, even when the repetition step of the iterative process in the auxiliary color channel is omitted. A highly accurate restoration process is possible.

また、第4の発明では、上記第1から第3の発明のいずれかにおいて、前記劣化画像は、RGBカラー画像であり、前記代表カラーチャネルがGチャネルからなると共に、前記補助カラーチャネルがRチャネルおよびBチャネルからなる構成とする。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the degraded image is an RGB color image, the representative color channel is a G channel, and the auxiliary color channel is an R channel. And B channel.

この第4の発明に係る画像復元装置によれば、視感度の高いGチャネル(緑色)を代表チャネルとして指定することにより、RチャネルおよびBチャネルにおける反復処理の繰り返しステップを省略した場合でも高精度な復元処理が可能となる。   According to the image restoration device of the fourth aspect of the invention, the G channel (green) with high visibility is designated as the representative channel, so that even when the repetition step of the iterative process in the R channel and the B channel is omitted, high accuracy is achieved. Can be restored.

また、第5の発明では、前記評価指標は、前記入力された劣化画像の画素値と前記推定原画像および前記点拡がり関数に基づき推定された劣化画像の画素値との差分、ならびに前記推定原画像における画素値の勾配のスパース性を評価する関数とを含み、前記パラメータは、前記スパース性を評価する関数に対する重み付けにより、前記推定原画像の前記評価において画素毎に前記差分との相対的な優先度合いを定める重みパラメータであり、前記原画像推定部は、前記代表カラーチャネルについて、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を行うと共に、最終的に更新された前記推定原画像に基づき前記重みパラメータを更新して、当該更新された重みパラメータに基づき前記反復処理を新たに開始する一連の処理を所定回数繰り返し、前記補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについて最終的に更新された推定原画像から求めた重みパラメータに基づき、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を実施する構成とする。   In the fifth invention, the evaluation index includes a difference between a pixel value of the input deteriorated image and a pixel value of the deteriorated image estimated based on the estimated original image and the point spread function, and the estimated original. A function for evaluating the sparsity of the gradient of the pixel value in the image, and the parameter is relative to the difference for each pixel in the evaluation of the estimated original image by weighting the function for evaluating the sparsity. A weight parameter that determines a priority degree, and the original image estimation unit performs an iterative process for sequentially updating the estimated original image until the estimated original image is evaluated as being likely for the representative color channel, and finally The weight parameter is updated based on the updated estimated original image, and the iteration process is updated based on the updated weight parameter. A series of processes starting from the above is repeated a predetermined number of times, and the estimated original image is evaluated as being likely based on the weight parameter obtained from the estimated original image finally updated for the representative color channel for the auxiliary color channel. Until then, the iterative process for sequentially updating the estimated original image is performed.

この第5の発明に係る画像復元装置によれば、IRLS適用法により既知のPSFを用いてカラー劣化画像を復元する際に、代表カラーチャネルについて最終的に更新された推定原画像から求めた重みパラメータに基づき補助カラーチャネルの処理を実施するため、補助カラーチャネルにおける反復処理の繰り返しステップを省略することが可能となり、復元処理の演算量を低減することが可能となる。特に、代表チャネルの最終復元画像を利用するため、補助カラーチャネルでの復元精度の向上が期待できる。   According to the image restoration apparatus of the fifth aspect of the present invention, when restoring a color-degraded image using a known PSF by the IRLS application method, the weight obtained from the estimated original image finally updated for the representative color channel Since the auxiliary color channel processing is performed based on the parameters, it is possible to omit the repetition step of the iterative processing in the auxiliary color channel, and it is possible to reduce the calculation amount of the restoration processing. In particular, since the final restored image of the representative channel is used, improvement in restoration accuracy in the auxiliary color channel can be expected.

また、第6の発明では、既知の点拡がり関数に基づきカラーの劣化画像を復元する画像復元方法であって、前記劣化画像が入力される画像入力ステップと、前記劣化画像の劣化前の原画像を推定することにより、カラーチャネル毎の推定原画像を取得する原画像推定ステップと、前記カラーチャネル毎の推定原画像を合成することにより、復元画像を生成する復元画像合成ステップとを含み、前記原画像推定ステップでは、前記入力された劣化画像の画素値と前記推定原画像および前記点拡がり関数に基づき推定された劣化画像の画素値との差分、ならびに前記推定原画像における画素値の勾配のスパース性を評価する関数に基づき、前記推定原画像の尤もらしさを評価し、前記スパース性を評価する関数には、前記推定原画像の前記評価おいて画素毎に前記差分との相対的な優先度合いを定める重みパラメータによる重み付けがなされ、更に、前記原画像推定ステップでは、複数のカラーチャネルから選択された1つの代表カラーチャネルについて、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を行うと共に、最終的に更新された前記推定原画像に基づき前記重みパラメータを更新して、当該更新された重みパラメータに基づき前記反復処理を新たに開始する一連の処理を所定回数繰り返し、前記代表カラーチャネル以外の補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについて最終的に更新された前記重みパラメータに基づき、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を実施することを特徴とする画像復元方法である。   The sixth invention is an image restoration method for restoring a color deteriorated image based on a known point spread function, an image input step in which the deteriorated image is input, and an original image before the deterioration of the deteriorated image. An original image estimation step for obtaining an estimated original image for each color channel by estimating the estimated original image for each color channel, and a restored image combining step for generating a restored image by synthesizing the estimated original image for each color channel, In the original image estimation step, the difference between the pixel value of the input degraded image and the pixel value of the degraded image estimated based on the estimated original image and the point spread function, and the gradient of the pixel value in the estimated original image Based on a function for evaluating sparsity, the likelihood of the estimated original image is evaluated, and the function for evaluating sparsity includes the evaluation of the estimated original image. Weighting is performed using a weight parameter that determines a relative priority with respect to the difference for each pixel, and in the original image estimation step, the estimated original image is selected for one representative color channel selected from a plurality of color channels. Until the estimated original image is evaluated to be plausible, and the weighting parameter is updated based on the finally updated estimated original image, and the updated weighting parameter is updated. Based on the weight parameter finally updated with respect to the representative color channel, the estimated original image is repeatedly generated for the auxiliary color channel other than the representative color channel by repeating a series of processes for newly starting the iterative process based on the predetermined number of times. Until the estimated original image is sequentially updated until An image restoration method, characterized by.

この第6の発明に係る画像復元方法によれば、IRLS適用法により既知のPSFを用いてカラー劣化画像を復元する際に、代表カラーチャネルの復元処理において更新された重みパラメータに基づき補助カラーチャネルの復元処理を実施するため、補助カラーチャネルにおける反復処理の繰り返しステップを省略することが可能となり、復元処理の演算量を低減することが可能となる。   According to the image restoration method of the sixth aspect of the present invention, when restoring a color-degraded image using a known PSF by the IRLS application method, the auxiliary color channel is based on the weight parameter updated in the restoration process of the representative color channel. Therefore, it is possible to omit the repetitive step of the iterative process in the auxiliary color channel, and it is possible to reduce the calculation amount of the reconstructing process.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明に係る画像復元装置を備えた画像処理システムの概略構成を示すブロック図である。画像処理システム1は、撮影された劣化画像(撮影時の焦点ボケやカメラブレ等に起因するボケが生じた画像)の復元処理を行って原画像を取得するものであり、被写体の撮影によりデジタルカラー画像(ここでは、RGB画像)を生成する撮像装置2と、この撮像装置2から入力されたデジタルカラー画像が劣化画像である場合に、その劣化画像の復元処理を行う画像復元装置3とを備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image processing system provided with an image restoration apparatus according to the present invention. The image processing system 1 performs a restoration process of a captured deteriorated image (an image in which a blur caused by a focal blur or camera shake at the time of shooting) is obtained, and acquires an original image. An imaging device 2 that generates an image (here, an RGB image) and an image restoration device 3 that performs restoration processing of the degraded image when the digital color image input from the imaging device 2 is a degraded image are provided. ing.

撮像装置2は、デジタルスチルカメラからなるが、少なくとも被写体像をデジタル画像データとして記録可能な限りにおいて、デジタルビデオカメラなど他の公知の装置を撮像装置2として用いることができる。   The imaging device 2 is composed of a digital still camera, but other known devices such as a digital video camera can be used as the imaging device 2 as long as at least a subject image can be recorded as digital image data.

画像復元装置3は、画像処理機能を有するコンピュータシステムからなり、撮像装置2から送信された画像データが図示しないインタフェースを介して入力される画像入力部11と、入力された画像データ(劣化画像)から原画像を復元する画像復元部12と、復元された原画像からディスプレイ表示用の表示データを生成する表示データ生成部13と、原画像をユーザに対して表示するディスプレイ等からなる表示部14と、原画像を記録する記憶装置からなる記録部15とから主として構成される。   The image restoration device 3 includes a computer system having an image processing function, and an image input unit 11 to which image data transmitted from the imaging device 2 is input via an interface (not shown), and input image data (degraded image). An image restoration unit 12 that restores the original image from the image, a display data generation unit 13 that generates display data for display display from the restored original image, and a display unit 14 that includes a display that displays the original image to the user. And a recording unit 15 including a storage device that records the original image.

画像入力部11は、撮像装置2からの画像データを図示しないメモリに格納し、必要に応じてその画像データを画像復元部12に出力する。画像復元部12は、理論上得られた又は実測された既知のPSFを取得するPSF取得部21と、複数のカラーチャネル(成分毎に分離された色情報であり、ここでは、Rチャネル、Gチャネル、Bチャネルからなる。)から1つの代表チャネルを選択する代表チャネル選択部22と、各カラーチャネルについて、劣化画像が劣化する前の原画像を推定することにより、推定された原画像(以下、「推定原画像」という。)を取得する原画像推定部23と、カラーチャネル毎の推定原画像を合成することにより、復元画像を生成する復元画像合成部24とを有している。   The image input unit 11 stores the image data from the imaging device 2 in a memory (not shown), and outputs the image data to the image restoration unit 12 as necessary. The image restoration unit 12 includes a PSF acquisition unit 21 that acquires a theoretically or actually measured known PSF, and a plurality of color channels (color information separated for each component. Here, R channel, G A representative channel selection unit 22 that selects one representative channel from the channel and the B channel, and an estimated original image (hereinafter referred to as “degraded image”) for each color channel. , Which is referred to as “estimated original image”), and a restored image combining unit 24 that generates a restored image by synthesizing the estimated original image for each color channel.

PSF取得部21は、ここでは、撮像装置2が備える図示しないセンサ(加速度センサ等)によって検出される手振れ情報に基づきPSFを取得する。ただし、これに限らず、他の公知の方法によってPSFを取得してもよい。   Here, the PSF acquisition unit 21 acquires a PSF based on camera shake information detected by a sensor (such as an acceleration sensor) (not shown) included in the imaging device 2. However, the present invention is not limited to this, and the PSF may be acquired by other known methods.

画像復元装置3の上記各部による処理機能の少なくとも一部は、画像処理アプリケーションなどのプログラムを図示しないCPUで実行するソフトウェア処理によって実現することができる。ただし、それらの処理機能はソフトウェア処理に基づくものに限定されず、同様の処理を実行可能なハードウェアを用いて実現してもよい。   At least a part of the processing functions of the above-described units of the image restoration device 3 can be realized by software processing in which a program such as an image processing application is executed by a CPU (not shown). However, these processing functions are not limited to those based on software processing, and may be realized using hardware capable of executing similar processing.

図2は画像復元装置による画像復元方法の流れを示すフロー図である。画像復元装置3では、撮像装置2において撮影されたカラー画像のデータが画像入力部11に順次入力される(ST101)。画像データが入力されると、代表チャネル選択部22が、入力された画像データにおける空間周波数の情報を取得し、高周波成分の割合が最も高いカラーチャネル(例えば、赤みがかった劣化画像におけるRチャネル)を代表カラーチャネルとして選択する(ST102)。同時に、代表カラーチャネル以外の他のカラーチャネル(例えば、GチャネルおよびBチャネル)は補助カラーチャネルとして選択される。   FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the image restoration method by the image restoration apparatus. In the image restoration device 3, color image data photographed by the imaging device 2 is sequentially input to the image input unit 11 (ST101). When image data is input, the representative channel selection unit 22 acquires information on the spatial frequency in the input image data, and selects a color channel (for example, an R channel in a reddish degraded image) having the highest proportion of high-frequency components. A representative color channel is selected (ST102). At the same time, color channels other than the representative color channel (eg, G channel and B channel) are selected as auxiliary color channels.

なお、ステップST102における代表カラーチャネルの選択は、必ずしも画像データの入力毎に行う必要はなく、一連の動画データ等の場合には同じ代表カラーチャネルを用いることができる。或いは、選択すべき代表カラーチャネルを予めユーザが指定しておくことも可能である。例えば、ユーザは、緑色の視感度の高さを考慮してGチャネルを代表チャネルとして指定することができる。   Note that the selection of the representative color channel in step ST102 is not necessarily performed every time image data is input, and the same representative color channel can be used for a series of moving image data and the like. Alternatively, the user can designate the representative color channel to be selected in advance. For example, the user can designate the G channel as a representative channel in consideration of the high visibility of green.

次に、画像復元装置3では、ステップST102において選択された代表カラーチャネルについて、原画像推定部23が原画像の復元処理を実施する(ST103)。この代表カラーチャネルの復元処理は、従来のIRLS適用法にしたがって実施される。続いて、原画像推定部23は、各補助カラーチャネルについて原画像の復元処理をそれぞれ実施する(ST104)。詳細は後述するが、各補助カラーチャネルに関するステップST104では、代表カラーチャネルに関するステップST103の処理結果を利用することにより復元処理が効率化される。その後、画像復元装置3では、復元画像合成部26が、ステップST103およびST104において出力された各カラーチャネルの推定原画像を合成し(ST105)、その合成されたカラー復元画像が表示部14に表示されると共に、記録部15に記録される(ST106)。   Next, in the image restoration device 3, the original image estimation unit 23 performs an original image restoration process for the representative color channel selected in step ST102 (ST103). This representative color channel restoration process is performed according to the conventional IRLS application method. Subsequently, the original image estimation unit 23 performs original image restoration processing for each auxiliary color channel (ST104). Although details will be described later, in step ST104 for each auxiliary color channel, the restoration process is made efficient by using the processing result of step ST103 for the representative color channel. Thereafter, in the image restoration device 3, the restored image synthesis unit 26 synthesizes the estimated original images of the respective color channels output in steps ST103 and ST104 (ST105), and the synthesized color restored image is displayed on the display unit 14. At the same time, it is recorded in the recording unit 15 (ST106).

ここで、上述のIRLS適用法により劣化画像を復元する原理について簡単に説明する。劣化前の原画像xおよび撮影された劣化画像yは、既知のPSFであるfに基づくN×Nのコンボリューション行列Cにより、次の式(1)のように表すことができる。 Here, the principle of restoring a deteriorated image by the above-described IRLS application method will be briefly described. The original image x before degradation and the captured degradation image y can be expressed by the following equation (1) using an N × N convolution matrix C f based on f which is a known PSF.

Figure 2014099048
Figure 2014099048

IRLS適用法では、上記式(1)を満たす原画像xを推定するために、次の式(2)に示すような事後確率を最大とするxを求める。   In the IRLS application method, in order to estimate the original image x satisfying the above equation (1), x that maximizes the posterior probability as shown in the following equation (2) is obtained.

Figure 2014099048
Figure 2014099048

ここで、P(y|x)については、劣化画像に含まれるノイズが独立に同一の確率分布に従う分散ηのガウスノイズであるとすると、次の式(3)のように表すことができる。   Here, P (y | x) can be expressed as the following equation (3), assuming that the noise included in the degraded image is Gaussian noise with variance η that follows the same probability distribution.

Figure 2014099048
Figure 2014099048

更に、xの事前確率P(x)は、フィルタのセットgを用いて次の式(4)のように表すことができる。ここで、所定の関数ρに関し、iは画素を表し、gi,kは画素iを中心としたk番目のフィルタを表す。 Furthermore, the prior probability P (x) of x can be expressed as the following equation (4) using the set of filters g k . Here, regarding a predetermined function ρ, i represents a pixel, and g i, k represents a k-th filter centered on the pixel i.

Figure 2014099048
Figure 2014099048

上記式(2)〜式(4)の対数をとることにより、推定原画像xの尤もらしさを評価する評価値を次の式(5)のように表すことができる。   By taking the logarithm of the above equations (2) to (4), an evaluation value for evaluating the likelihood of the estimated original image x can be expressed as the following equation (5).

Figure 2014099048
Figure 2014099048

上記式(5)において、第1項は、推定原画像xをPSFにより劣化させた画像と撮影された画像(劣化画像y)との差分(残差)を表し、第2項は、推定原画像xにおける輝度値(画素値)の勾配がどの程度のスパース性(0成分が多いという性質)を有しているのかを評価する関数である。つまり、x(原画像)にf(PSF)を畳み込んだCxとy(劣化画像)との差が小さいこと(評価指標1)、及びx(原画像)の勾配分布がスパースであること(評価指標2)に基づき評価値を定義し、評価値を最小化するxを求める。なお、式(5)において評価指標2に付加された重み係数w(=αη)は、評価指標1との相対的な優先度合いを定めるスカラ値である。 In the above equation (5), the first term represents the difference (residual) between the image obtained by degrading the estimated original image x by PSF and the captured image (degraded image y), and the second term represents the estimated original image. It is a function for evaluating how sparsity (the property that there are many 0 components) the gradient of the luminance value (pixel value) in the image x is. That is, the difference between C f x obtained by convolving f (PSF) into x (original image) and y (degraded image) is small (evaluation index 1), and the gradient distribution of x (original image) is sparse. (Evaluation index 2) is defined as an evaluation value, and x that minimizes the evaluation value is obtained. Note that the weighting coefficient w (= αη 2 ) added to the evaluation index 2 in equation (5) is a scalar value that determines the relative priority with respect to the evaluation index 1.

そこで、上記式(5)の微分を0にするxを求める。式(5)のxについての微分の部分式を次の式(6)とすると、線形方程式Ax=bについて解く問題に帰着することができ、これにより、後に詳述するCG法(共役勾配法)によってxを推定することが可能となる。   Therefore, x is calculated so that the differentiation of the above equation (5) becomes zero. If the sub-expression of the differentiation with respect to x in the equation (5) is expressed by the following equation (6), it can be reduced to a problem solved for the linear equation Ax = b. ) Makes it possible to estimate x.

Figure 2014099048
Figure 2014099048

上記式(5)では、重み係数wは画像全体に一律に作用し、重み係数wを大きくすると、復元画像の輝度勾配が緩やかになる(つまり、鮮鋭感が低下する)。一方、重み係数wを小さくする(0に近づける)と、復元画像の輝度勾配が急になる(つまり、鮮鋭感が高くなる)傾向にあるが、原画像のランダムノイズ成分が強調されたり、輪郭回りに波紋状のリンギングノイズが発生したりするという弊害が起こる。そこで、復元画像の中で輝度勾配の大きい画素については復元度合いを弱め(すなわち、スパース性を重視し)、輝度勾配の小さい画素については復元度合いを高める(すなわち、スパース性を軽視する)ように、画素毎に重みを持たせた重み行列W(重みパラメータ)をさらに導入し、復元度合いを画素毎に適切に変更可能としている。 In the above equation (5), the weighting factor w uniformly acts on the entire image. When the weighting factor w is increased, the luminance gradient of the restored image becomes gentle (that is, the sharpness is lowered). On the other hand, when the weighting coefficient w is reduced (closer to 0), the luminance gradient of the restored image tends to be steep (that is, sharpness becomes higher), but the random noise component of the original image is emphasized or the contour is increased. There is an adverse effect that ripple ringing noise occurs around. Therefore, in the restored image, the degree of restoration is weakened for pixels with a large luminance gradient (ie, emphasizing sparsity), and the degree of restoration is increased for pixels with a small luminance gradient (ie, sparsity is neglected). Further, a weight matrix W k (weight parameter) with a weight for each pixel is further introduced so that the restoration degree can be appropriately changed for each pixel.

一方で、復元画像の各画素についての輝度勾配の大きさは、復元処理前には未知であり、また、撮影された劣化画像の勾配を流用しても意味がないため、後述するように、IRLSアルゴリズムを導入して画像復元ステップを複数回繰り返し、各ステップで求めた復元画像から重み行列Wを計算することで復元画質を向上させる。 On the other hand, the magnitude of the luminance gradient for each pixel of the restored image is unknown before the restoration process, and there is no point in diverting the gradient of the captured degraded image. The image restoration step is repeated a plurality of times by introducing the IRLS algorithm, and the restoration image quality is improved by calculating the weight matrix W k from the restored image obtained in each step.

そこで、式(6)における輝度勾配のスパース性を評価する項に重み行列Wを乗じて次の式(7)とし、線形方程式A’x=bについて解くものとする。 Therefore, the term for evaluating the sparsity of the luminance gradient in equation (6) is multiplied by the weight matrix W k to obtain the following equation (7), and the linear equation A′x = b is solved.

Figure 2014099048
Figure 2014099048

図3は図2中の代表チャネルに関する復元処理(ST103)の詳細を示すフロー図である。画像復元部12では、カラー画像データにおける代表チャネル(例えば、Gチャネル)についての輝度情報等を取得すると、原画像推定部23が、上記式(7)における重み行列Wの値を初期化し(ST201)、更に、推定原画像xの初期解を設定する(ST202)。ここでは、x=y(撮影された劣化画像)として初期解を設定する。 FIG. 3 is a flowchart showing details of the restoration process (ST103) regarding the representative channel in FIG. When the image restoration unit 12 acquires luminance information and the like for the representative channel (for example, G channel) in the color image data, the original image estimation unit 23 initializes the values of the weight matrix W k in the above equation (7) ( Further, an initial solution for the estimated original image x is set (ST202). Here, the initial solution is set as x = y (captured degraded image).

次に、原画像推定部23は、上記式(7)に基づき残差r(=A’x−b)を算出し(ST203)、続くステップST204〜ST209において、CG法に基づく反復処理により推定原画像xを順次更新しながら残差rが十分に小さくなるまで(すなわち、最終的に更新された推定原画像xが尤もらしいと評価されるまで)繰り返す。   Next, the original image estimation unit 23 calculates a residual r (= A′x−b) based on the above equation (7) (ST203), and in subsequent steps ST204 to ST209, it is estimated by iterative processing based on the CG method. Iterate until the residual r becomes sufficiently small while updating the original image x sequentially (that is, until the finally updated estimated original image x is evaluated as likely).

ステップST204では、次の式(8)で表されるρが所定の閾値(略0とみなせる値)以下であるか否かによって残差rが評価される。
ρ=rTr ・・・式(8)
In step ST204, the residual r is evaluated depending on whether or not ρ represented by the following equation (8) is equal to or less than a predetermined threshold (a value that can be regarded as substantially 0).
ρ = r T r (8)

原画像推定部23は、ステップST204において残差rが小さくない(ρが閾値を越える)と判定した場合(No)、続くステップST205において、次の式(9)で表される予測ベクトル(修正方向ベクトル)pの更新比率(修正係数)βを算出する。ここで、ρbakはρの前回値である。なお、反復処理の初回においては、更新比率βは算出されず、予測ベクトルp=r(初期値)に設定される。
β=ρ/ρbak ・・・式(9)
When the original image estimation unit 23 determines in step ST204 that the residual r is not small (ρ exceeds the threshold) (No), in the subsequent step ST205, the prediction vector (corrected) represented by the following equation (9) is corrected. An update ratio (correction coefficient) β of (direction vector) p is calculated. Here, ρ bak is the previous value of ρ. In the first iteration process, the update ratio β is not calculated and is set to the prediction vector p = r (initial value).
β = ρ / ρ bak (9)

続くステップST206では、次の式(10)に示すように予測ベクトルpが更新される。ここで、pbakはpの前回値である。なお、反復処理の初回においては、このステップST206は省略される(すなわち、p=r)。
p=r+βpbak ・・・式(10)
In the subsequent step ST206, the prediction vector p is updated as shown in the following equation (10). Here, p bak is the previous value of p. In the first iteration process, this step ST206 is omitted (that is, p = r).
p = r + βp bak Formula (10)

続くステップST207では、次の式(11)に示すように推定原画像xの推定解に対する更新比率(修正係数)αが算出される。ここで、q=A’pである。
α=ρ/(pTq) ・・・式(11)
In subsequent step ST207, an update ratio (correction coefficient) α for the estimated solution of the estimated original image x is calculated as shown in the following equation (11). Here, q = A′p.
α = ρ / (p T q) Equation (11)

続くステップST208では、次の式(12)に示すように上記予測ベクトルpおよび更新比率αに基づき推定原画像xの推定解が更新される。ここで、xbakはxの前回値である。
x=xbak+αp ・・・式(12)
In the subsequent step ST208, the estimated solution of the estimated original image x is updated based on the prediction vector p and the update ratio α as shown in the following equation (12). Here, x bak is the previous value of x.
x = x bak + αp (12)

続くステップST209では、次の式(13)に示すように上記更新比率αに基づき残差rが更新され、再びステップST204に戻ってその更新された残差rの値が評価される。
r=rbak+αq ・・・式(13)
In the subsequent step ST209, as shown in the following equation (13), the residual r is updated based on the update ratio α, and the process returns to step ST204 to evaluate the updated residual r.
r = r bak + αq (13)

原画像推定部23は、上記ステップST204〜ST209の反復処理を繰り返し、最終的にステップST204において残差rが十分に小さい(Yes)と判定すると、IRLSアルゴリズムの第1ステップST1を終了してステップST210に進む。   If the original image estimation unit 23 repeats the iterative process of steps ST204 to ST209 and finally determines that the residual r is sufficiently small (Yes) in step ST204, the original image estimation unit 23 ends the first step ST1 of the IRLS algorithm and performs step Proceed to ST210.

ステップST210では、上述の第1ステップST1の結果に基づき、次の式(14)によって重み行列Wが算出される。ここで、a、εは定数である。また、D=Cgkxであり、xには第1ステップST1の最終的な値が用いられる。
Wk=(max{|Dk|,ε})a-2 ・・・式(14)
In step ST210, based on the result of the first step ST1 described above, a weight matrix W k is calculated by the following equation (14). Here, a and ε are constants. Further, D k = C gk x, and the final value of the first step ST1 is used for x.
W k = (max {| D k |, ε}) a-2 Expression (14)

その後、IRLSアルゴリズムの第2ステップST2として、上記ステップST202およびST203と同様のステップST211およびST212が実施され、更に、上記ステップST204〜ST209と同様の反復処理であるステップST213〜218が実施される。   Thereafter, as the second step ST2 of the IRLS algorithm, steps ST211 and ST212 similar to the steps ST202 and ST203 are performed, and further, steps ST213 to 218 which are the same iterative processes as the steps ST204 to ST209 are performed.

原画像推定部23は、上記ステップSTST213〜218の反復処理を繰り返し、最終的にステップST213において残差rが十分に小さい(Yes)と判定すると、IRLSアルゴリズムの第2ステップST2を終了してステップST219に進む。   When the original image estimation unit 23 repeats the iterative processing of steps STST213 to 218 and finally determines that the residual r is sufficiently small (Yes) in step ST213, the original image estimation unit 23 ends the second step ST2 of the IRLS algorithm and performs step Proceed to ST219.

ステップST219では、上記ステップST210と同様に、上述の第2ステップST2の結果に基づき新たな重み行列Wが算出される。その後、IRLSアルゴリズムの第3ステップST3として、上記ステップST211および212と同様のステップST220および221が実施され、更に、上記ステップST213〜ST218と同様の反復処理であるステップST222〜227が実施される。 In step ST219, similar to step ST210, a new weight matrix W k is calculated based on the result of the second step ST2. Thereafter, as the third step ST3 of the IRLS algorithm, steps ST220 and 221 similar to steps ST211 and 212 are performed, and further, steps ST222 to 227 which are the same iterative processes as steps ST213 to ST218 are performed.

原画像推定部23は、最終的にステップST222において残差rが十分に小さい(Yes)と判定すると、IRLSアルゴリズムの第3ステップST3を終了し、最終的な推定原画像xの推定解を代表カラーチャネルに関する復元画像として出力する(ST228)。なお、ここでは、繰り返しステップ数が3回の例(ステップST1〜ST3)を示したが、これに限らずステップ数は変更可能である。   If the original image estimation unit 23 finally determines that the residual r is sufficiently small (Yes) in step ST222, the original image estimation unit 23 ends the third step ST3 of the IRLS algorithm, and represents the estimated solution of the final estimated original image x. A restored image relating to the color channel is output (ST228). Here, an example (steps ST1 to ST3) in which the number of repeated steps is three has been shown, but the present invention is not limited to this, and the number of steps can be changed.

図4は図2中の補助チャネルに関する復元処理(ST104)の詳細を示すフロー図である。この補助チャネルに関する復元処理では、上記代表チャネルに関する復元処理の重み行列Wの情報が利用される。まず、原画像推定部23は、カラー画像データにおける補助チャネル(例えば、RチャネルまたはBチャネル)についての輝度情報等と共に、上述の代表チャネルに関する復元処理で最終的に更新された(図3中のステップST219で算出された)重み行列Wの情報を取得する(ST301)。 FIG. 4 is a flowchart showing details of the restoration process (ST104) for the auxiliary channel in FIG. In the restoration process related to the auxiliary channel, information on the weight matrix W k of the restoration process related to the representative channel is used. First, the original image estimation unit 23 is finally updated in the restoration process for the representative channel described above together with the luminance information about the auxiliary channel (for example, the R channel or the B channel) in the color image data (in FIG. 3). Information on the weight matrix W k (calculated in step ST219) is acquired (ST301).

その後、画像復元部12では、上述の図3中のステップST220と同様に、補助チャネルに関する推定原画像xの初期解が設定され(ステップST302)、続いて図3中のステップST221等と同様に残差rが算出される。その後、図3中のステップST222〜ST227等と同様の反復処理であるステップST304〜309が実施される。   Thereafter, the image restoration unit 12 sets an initial solution of the estimated original image x related to the auxiliary channel (step ST302), similarly to step ST220 in FIG. 3 described above, and subsequently, similarly to step ST221 and the like in FIG. A residual r is calculated. Thereafter, steps ST304 to ST309, which are the same iterative processes as steps ST222 to ST227 in FIG.

原画像推定部23は、最終的にステップST304において残差rが十分に小さい(Yes)と判定すると、上述の代表チャネルの場合のように3回のステップを繰り返すことなく、1回のステップにより推定原画像xの推定解を復元画像として出力する(ST310)。   If the original image estimation unit 23 finally determines that the residual r is sufficiently small (Yes) in step ST304, the original image estimation unit 23 does not repeat the three steps as in the case of the representative channel described above, but performs the single step. The estimated solution of the estimated original image x is output as a restored image (ST310).

なお、ステップST301において図3中のステップST219で算出された重み行列Wkを取得したが、別法として、ST228で出力された復元画像を取得し、この復元画像を用いて前述のST219と同様の方法で算出した重み行列Wkを利用してもよい。ST219で算出された重み行列Wkの算出の元になった復元画像は、代表チャネルの第2ステップST2で得られた推定画像である。一方、同チャネルのST3で得られる推定画像(ST228で出力される復元画像)はST2の推定画像よりも復元精度が良いため、ST3での推定画像を、補助チャネル用重み行列の算出ソースに使用することで、当該重み行列をさらに適したものにできることが期待できる。   In step ST301, the weight matrix Wk calculated in step ST219 in FIG. 3 is acquired. Alternatively, the restored image output in ST228 is acquired, and the restored image is used to perform the same process as ST219 described above. The weight matrix Wk calculated by the method may be used. The restored image from which the weight matrix Wk calculated in ST219 is calculated is an estimated image obtained in the second step ST2 of the representative channel. On the other hand, since the estimated image obtained in ST3 of the same channel (the restored image output in ST228) has better restoration accuracy than the estimated image in ST2, the estimated image in ST3 is used as a calculation source for the auxiliary channel weight matrix. By doing so, it can be expected that the weight matrix can be made more suitable.

このように、画像復元装置3およびその画像復元方法では、従来のIRLS適用法により既知のPSFを用いてカラー劣化画像を復元する際に、代表カラーチャネルの復元処理において更新された重み行列Wを用いて補助カラーチャネルの復元処理を実施する構成としたため、補助カラーチャネルにおける反復処理の繰り返しステップを省略することが可能となり、復元処理の演算量を低減することが可能となる。 As described above, in the image restoration device 3 and the image restoration method thereof, the weight matrix W k updated in the restoration process of the representative color channel when the color deteriorated image is restored using the known PSF by the conventional IRLS application method. Since the auxiliary color channel restoration process is performed using the above, it is possible to omit the repetition step of the repetition process in the auxiliary color channel, and to reduce the calculation amount of the restoration process.

以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、RGB画像を用いた例を示したが、これに限らず他のカラーモデル(例えば、YUV)を用いることも可能である。その場合にも、1つのカラーチャネル(例えば、Yチャネル)が代表チャネルとして選択され、他のチャネル(例えば、UチャネルおよびVチャネル)が補助チャネルとして選択される。また、補助カラーチャネルの復元処理において流用されるパラメータ(代表カラーチャネルの復元処理で算出されたパラメータ)については、上記実施形態の重み行列Wに限定されず、復元処理の演算量を低減可能な限りにおいて種々の変更が可能である。なお、上記実施形態に示した本発明に係る画像復元装置および画像復元方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on specific embodiment, these embodiment is an illustration to the last, Comprising: This invention is not limited by these embodiment. For example, in the above-described embodiment, an example using an RGB image is shown, but the present invention is not limited to this, and other color models (for example, YUV) can also be used. Also in this case, one color channel (for example, Y channel) is selected as the representative channel, and the other channels (for example, U channel and V channel) are selected as auxiliary channels. Further, the parameters diverted in the auxiliary color channel restoration process (parameters calculated in the representative color channel restoration process) are not limited to the weight matrix W k of the above embodiment, and the amount of computation of the restoration process can be reduced. Various modifications are possible as long as possible. Note that the components of the image restoration apparatus and the image restoration method according to the present invention described in the above embodiments are not necessarily all necessary, and can be appropriately selected as long as they do not depart from the scope of the present invention. is there.

本発明に係る画像復元装置および画像復元方法は、既知のPSFを用いてカラー劣化画像を復元する際に、復元処理の演算量を低減することを可能とし、特に、撮像過程で生じた画像のボケ等を修復するための画像復元装置および画像復元方法などとして有用である。   The image restoration apparatus and the image restoration method according to the present invention can reduce the amount of computation of restoration processing when restoring a color-degraded image using a known PSF. The present invention is useful as an image restoration apparatus and an image restoration method for restoring blur and the like.

1 画像処理システム
2 撮像装置
3 画像復元装置
11 画像入力部
12 画像復元部
21 PSF取得部
22 代表チャネル選択部
23 原画像推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image processing system 2 Imaging device 3 Image restoration device 11 Image input part 12 Image restoration part 21 PSF acquisition part 22 Representative channel selection part 23 Original image estimation part

Claims (6)

既知の点拡がり関数に基づきカラーの劣化画像を復元する画像復元装置であって、
前記劣化画像が入力される画像入力部と、
前記劣化画像の劣化前の原画像を推定することにより、カラーチャネル毎の推定原画像を取得する原画像推定部と、
前記カラーチャネル毎の推定原画像を合成することにより、復元画像を生成する復元画像合成部とを備え、
前記原画像推定部は、複数の前記カラーチャネルから選択された1つの代表カラーチャネルについて、所定のパラメータを含む評価指標に基づき前記推定原画像の尤もらしさを評価する一方、前記代表カラーチャネル以外の補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについての前記推定原画像が尤もらしいと評価された際の前記パラメータの値を用いて、前記評価指標に基づき前記推定原画像の尤もらしさを評価することを特徴とする画像復元装置。
An image restoration device that restores a color-degraded image based on a known point spread function,
An image input unit to which the degraded image is input;
An original image estimation unit for obtaining an estimated original image for each color channel by estimating an original image before deterioration of the deteriorated image;
A restored image synthesis unit that generates a restored image by synthesizing the estimated original image for each color channel;
The original image estimation unit evaluates the likelihood of the estimated original image based on an evaluation index including a predetermined parameter for one representative color channel selected from the plurality of color channels, while other than the representative color channel For the auxiliary color channel, using the value of the parameter when the estimated original image for the representative color channel is evaluated to be likely, the likelihood of the estimated original image is evaluated based on the evaluation index. A featured image restoration device.
前記評価指標は、前記入力された劣化画像の画素値と前記推定原画像および前記点拡がり関数に基づき推定された劣化画像の画素値との差分、ならびに前記推定原画像における画素値の勾配のスパース性を評価する関数とを含み、
前記パラメータは、前記スパース性を評価する関数に対する重み付けにより、前記推定原画像の前記評価おいて画素毎に前記差分との相対的な優先度合いを定める重みパラメータであり、
前記原画像推定部は、前記代表カラーチャネルについて、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を行うと共に、最終的に更新された前記推定原画像に基づき前記重みパラメータを更新して、当該更新された重みパラメータに基づき前記反復処理を新たに開始する一連の処理を所定回数繰り返し、前記補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについて最終的に更新された前記重みパラメータに基づき、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を実施することを特徴とする請求項1に記載の画像復元装置。
The evaluation index includes a difference between a pixel value of the input deteriorated image and a pixel value of the deteriorated image estimated based on the estimated original image and the point spread function, and a sparse gradient of a pixel value in the estimated original image A function for evaluating sex,
The parameter is a weight parameter that determines a relative priority with the difference for each pixel in the evaluation of the estimated original image by weighting a function for evaluating the sparsity,
The original image estimation unit performs an iterative process of sequentially updating the estimated original image until the estimated original image is evaluated as being likely for the representative color channel, and finally the updated estimated original image The weight parameter is updated based on the updated weight parameter, and a series of processes for newly starting the iterative process is repeated a predetermined number of times based on the updated weight parameter, and the auxiliary color channel is finally updated for the representative color channel. The image restoration apparatus according to claim 1, wherein an iterative process for sequentially updating the estimated original image is performed until the estimated original image is evaluated as being likely based on the weighted parameter.
前記代表カラーチャネルは、複数の前記カラーチャネルのうち高周波数成分の最も多いカラーチャネルであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像復元装置。   The image restoration apparatus according to claim 1, wherein the representative color channel is a color channel having the largest number of high-frequency components among the plurality of color channels. 前記劣化画像は、RGBカラー画像であり、前記代表カラーチャネルがGチャネルからなると共に、前記補助カラーチャネルがRチャネルおよびBチャネルからなることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の画像復元装置。   4. The degraded image according to claim 1, wherein the degraded image is an RGB color image, the representative color channel is a G channel, and the auxiliary color channel is an R channel and a B channel. The image restoration apparatus described. 前記評価指標は、前記入力された劣化画像の画素値と前記推定原画像および前記点拡がり関数に基づき推定された劣化画像の画素値との差分、ならびに前記推定原画像における画素値の勾配のスパース性を評価する関数とを含み、
前記パラメータは、前記スパース性を評価する関数に対する重み付けにより、前記推定原画像の前記評価において画素毎に前記差分との相対的な優先度合いを定める重みパラメータであり、
前記原画像推定部は、前記代表カラーチャネルについて、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を行うと共に、最終的に更新された前記推定原画像に基づき前記重みパラメータを更新して、当該更新された重みパラメータに基づき前記反復処理を新たに開始する一連の処理を所定回数繰り返し、前記補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについて最終的に更新された推定原画像から求めた重みパラメータに基づき、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を実施することを特徴とする請求項1に記載の画像復元装置。
The evaluation index includes a difference between a pixel value of the input deteriorated image and a pixel value of the deteriorated image estimated based on the estimated original image and the point spread function, and a sparse gradient of a pixel value in the estimated original image A function for evaluating sex,
The parameter is a weighting parameter that determines a relative priority with the difference for each pixel in the evaluation of the estimated original image by weighting a function for evaluating the sparsity.
The original image estimation unit performs an iterative process of sequentially updating the estimated original image until the estimated original image is evaluated as being likely for the representative color channel, and finally the updated estimated original image The weight parameter is updated based on the updated weight parameter, and a series of processes for newly starting the iterative process is repeated a predetermined number of times based on the updated weight parameter, and the auxiliary color channel is finally updated for the representative color channel. 2. The iterative process of sequentially updating the estimated original image is performed until the estimated original image is evaluated as being likely based on a weight parameter obtained from the estimated original image. Image restoration device.
既知の点拡がり関数に基づきカラーの劣化画像を復元する画像復元方法であって、
前記劣化画像が入力される画像入力ステップと、
前記劣化画像の劣化前の原画像を推定することにより、カラーチャネル毎の推定原画像を取得する原画像推定ステップと、
前記カラーチャネル毎の推定原画像を合成することにより、復元画像を生成する復元画像合成ステップと
を含み、
前記原画像推定ステップでは、前記入力された劣化画像の画素値と前記推定原画像および前記点拡がり関数に基づき推定された劣化画像の画素値との差分、ならびに前記推定原画像における画素値の勾配のスパース性を評価する関数に基づき、前記推定原画像の尤もらしさを評価し、
前記スパース性を評価する関数には、前記推定原画像の前記評価おいて画素毎に前記差分との相対的な優先度合いを定める重みパラメータによる重み付けがなされ、
更に、前記原画像推定ステップでは、複数のカラーチャネルから選択された1つの代表カラーチャネルについて、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を行うと共に、最終的に更新された前記推定原画像に基づき前記重みパラメータを更新して、当該更新された重みパラメータに基づき前記反復処理を新たに開始する一連の処理を所定回数繰り返し、前記代表カラーチャネル以外の補助カラーチャネルについては、前記代表カラーチャネルについて最終的に更新された前記重みパラメータに基づき、前記推定原画像が尤もらしいと評価されるまで、前記推定原画像を順次更新する反復処理を実施することを特徴とする画像復元方法。
An image restoration method for restoring a deteriorated color image based on a known point spread function,
An image input step in which the deteriorated image is input;
An original image estimation step for obtaining an estimated original image for each color channel by estimating an original image before deterioration of the deteriorated image;
A restored image synthesis step of creating a restored image by synthesizing the estimated original image for each color channel;
In the original image estimation step, the difference between the pixel value of the input deteriorated image and the pixel value of the deteriorated image estimated based on the estimated original image and the point spread function, and the gradient of the pixel value in the estimated original image On the basis of a function for evaluating the sparsity of the estimated original image,
In the evaluation of the estimated original image, the function for evaluating the sparsity is weighted by a weight parameter that determines a relative priority with the difference for each pixel.
Furthermore, in the original image estimation step, for one representative color channel selected from a plurality of color channels, an iterative process for sequentially updating the estimated original image is performed until the estimated original image is evaluated as being likely. Then, the weight parameter is updated based on the finally updated estimated original image, and a series of processes for newly starting the iterative process based on the updated weight parameter is repeated a predetermined number of times, except for the representative color channel For the auxiliary color channel, iterative processing for sequentially updating the estimated original image is performed until the estimated original image is evaluated as being likely based on the weight parameter finally updated for the representative color channel. An image restoration method characterized by the above.
JP2012250509A 2012-11-14 2012-11-14 Image restoration device and image restoration method Pending JP2014099048A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012250509A JP2014099048A (en) 2012-11-14 2012-11-14 Image restoration device and image restoration method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012250509A JP2014099048A (en) 2012-11-14 2012-11-14 Image restoration device and image restoration method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014099048A true JP2014099048A (en) 2014-05-29

Family

ID=50941012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012250509A Pending JP2014099048A (en) 2012-11-14 2012-11-14 Image restoration device and image restoration method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014099048A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104680497A (en) * 2015-03-19 2015-06-03 北京大学 Adaptive image restoration method and device utilizing gradient properties
CN111968040A (en) * 2020-07-02 2020-11-20 北京大学深圳研究生院 Image restoration method, system and computer readable storage medium
CN113379647A (en) * 2021-07-08 2021-09-10 湘潭大学 Multi-feature image restoration method for optimizing PSF estimation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104680497A (en) * 2015-03-19 2015-06-03 北京大学 Adaptive image restoration method and device utilizing gradient properties
CN111968040A (en) * 2020-07-02 2020-11-20 北京大学深圳研究生院 Image restoration method, system and computer readable storage medium
CN113379647A (en) * 2021-07-08 2021-09-10 湘潭大学 Multi-feature image restoration method for optimizing PSF estimation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11783231B2 (en) System and method for joint image refinement and perception
KR100907120B1 (en) Degradation information restoring method, device and program recorded recording medium
EP2574039B1 (en) Image pickup device, image processing device, image processing method, and image processing program
US8379120B2 (en) Image deblurring using a combined differential image
WO2012017662A1 (en) Image reconstruction device and image reconstruction method
JP2013508811A (en) Blur image correction using spatial image prior probability
JP5007241B2 (en) Image processing device
JP2008146643A (en) Method and device for reducing blur caused by movement in image blurred by movement, and computer-readable medium executing computer program for reducing blur caused by movement in image blurred by movement
JP2017010092A (en) Image processing apparatus, imaging device, image processing method, image processing program, and recording medium
JP5765893B2 (en) Image processing apparatus, imaging apparatus, and image processing program
WO2014070273A1 (en) Recursive conditional means image denoising
JP2017010095A (en) Image processing apparatus, imaging device, image processing method, image processing program, and recording medium
EP4089625A1 (en) Method and apparatus for generating super night scene image, and electronic device and storage medium
JP2020086891A (en) Image processing device, image processing system, imaging device, image processing method, program, and storage medium
JP2014099048A (en) Image restoration device and image restoration method
JP6541454B2 (en) Image processing apparatus, imaging apparatus, image processing method, image processing program, and storage medium
JP2017010093A (en) Image processing apparatus, imaging device, image processing method, image processing program, and recording medium
TW202025085A (en) Image processing device and method
JP2012003454A (en) Image processing apparatus, imaging device and image processing program
JP6624061B2 (en) Image processing method, image processing device, and recording medium for storing image processing program
KR101152525B1 (en) Methods of removing motion blur and apparatuses for the same
JPWO2011086594A1 (en) Image processing apparatus and method
JP2011165013A (en) Image restoration device and image restoration method
Kim et al. Evaluating super resolution algorithms
CN115496673A (en) Image processing method, image processing apparatus, image processing system, and storage medium