JP2018081461A - Super resolution apparatus and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve image quality of a super resolution image by considering a color sampling structure.SOLUTION: A super resolution apparatus 1 includes: a frequency decomposition section 11 for frequency decomposing a plurality of hierarchical levels with respect to an original image to generate a low frequency component image group and a high frequency component image group; a frequency component selection section 12 for selecting a high frequency component image having a Nyquist frequency equal to or lower than a Nyquist frequency of an imaging device in the high frequency component image group according to a color sampling structure; a registration section 13 for performing block matching between the original image and a low frequency component image of the same hierarchical level as the selected high frequency component image to generate registration information; a super resolution high frequency component generation section 14 for allocating the high frequency component image selected according to the registration information as a high frequency component exceeding the Nyquist frequency of the original image to generate a super resolution high frequency component image; and a frequency reconstruction section 15 for performing frequency reconstruction using the original image as a low frequency component and the super resolution high frequency component image as a high frequency component to generate a super resolution image.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、単一フレームの原画像を超解像処理する超解像装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a super-resolution apparatus and program for super-resolution processing of a single frame original image.

単一フレームの原画像(被超解像画像)を用いて超解像処理する従来技術として、例えば、単一フレーム内の類似箇所を探索して位置合わせを行い、位置合わせをしたブロックの高周波成分を原画像のナイキスト周波数を超える超解像高周波成分として割り付けることにより、フレーム間の相関に関わらず高精細な超解像画像を生成することが可能な超解像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional technique for performing super-resolution processing using an original image (super-resolution image) of a single frame, for example, searching for similar locations in a single frame and performing alignment, and high frequency of the aligned block A super-resolution device that can generate a high-definition super-resolution image regardless of the correlation between frames by allocating the component as a super-resolution high-frequency component exceeding the Nyquist frequency of the original image is known ( For example, see Patent Document 1).

また、撮像素子の色標本化構造によっては、画像の緑色信号の標本化周波数が赤色信号及び青色信号よりもが高いことがある。そこで、単一フレーム内の類似箇所を探索した際に、緑色信号の類似度が高い場合には、緑色信号の位置合わせ情報を用いて、赤色信号及び青色信号の高周波成分を超解像高周波成分として割り付ける技術が知られている(例えば、非特許文献1参照)。   Further, depending on the color sampling structure of the image sensor, the sampling frequency of the green signal of the image may be higher than that of the red signal and the blue signal. Therefore, when the similarity of the green signal is high when searching for a similar portion in a single frame, the high-frequency component of the red signal and the blue signal is super-resolved high-frequency component using the alignment information of the green signal. Is known (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開2015−203952号公報JP2015-203952A

・Y. Matsuo and S. Sakaida, "A Super-resolution Method Using Registration of Multi-scale Components on the Basis of Color-sampling Patterns of UHDTV Cameras", Proceedings of IEEE ICCE, p.435-436, Jan. 2016・ Y. Matsuo and S. Sakaida, "A Super-resolution Method Using Registration of Multi-scale Components on the Basis of Color-sampling Patterns of UHDTV Cameras", Proceedings of IEEE ICCE, p.435-436, Jan. 2016

しかし、先行技術文献に記載の従来技術は、原画像の色標本化構造を考慮して位置合わせに用いる画像の周波数成分(周波数帯域)を選択している訳ではなかった。そのため、色信号によっては、折り返し成分を含む周波数成分が位置合わせ及び割り付けに用いられることがある。すると、位置合わせの精度が低下したり、超解像高周波成分に割り付けた際にぼやけ成分や折り返し成分が含まれたりすることにより、超解像画像の画質が低下してしまうという課題があった。   However, the prior art described in the prior art document does not select the frequency component (frequency band) of the image used for alignment in consideration of the color sampling structure of the original image. Therefore, depending on the color signal, a frequency component including a aliasing component may be used for alignment and allocation. Then, there is a problem that the image quality of the super-resolution image is deteriorated due to a decrease in alignment accuracy or a blur component or a aliasing component included when assigned to the super-resolution high-frequency component. .

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、色標本化構造を考慮して位置合わせ及び割り付けに使用する周波数成分を決定し、超解像画像の画質を向上させることが可能な超解像装置及びプログラムを提供することにある。   An object of the present invention made in view of such circumstances is to determine a frequency component to be used for alignment and allocation in consideration of a color sampling structure, and to improve the super-resolution image quality. To provide an apparatus and a program.

上記課題を解決するため、本発明に係る超解像装置は、原画像を超解像処理して超解像画像を生成する超解像装置であって、原画像に対して複数階層の周波数分解処理を行って、原画像の低周波成分である低周波成分画像群、及び原画像の高周波成分である高周波成分画像群を生成する周波数分解部と、前記原画像を撮像した撮像素子の色標本化構造に応じて、前記高周波成分画像群のうち、前記撮像素子のナイキスト周波数以下のナイキスト周波数を有する高周波成分画像を選択する周波数成分選択部と、前記原画像と、前記周波数成分選択部によって選択された高周波成分画像と同じ階層の低周波成分画像との間でブロックマッチングを行い、対応する位置関係を示す位置合わせ情報を生成する位置合わせ部と、前記位置合わせ情報に従って、前記周波数成分選択部によって選択された高周波成分画像を前記原画像のナイキスト周波数を超える高周波成分として割り付けて、超解像画像の高周波成分となる超解像高周波成分画像を生成する超解像高周波成分生成部と、前記原画像を低周波成分とし、前記超解像高周波成分画像を高周波成分として周波数再構成を行い、超解像画像を生成する周波数再構成部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a super-resolution apparatus according to the present invention is a super-resolution apparatus that generates a super-resolution image by performing super-resolution processing on an original image, and has a plurality of hierarchical frequencies for the original image. A frequency resolving unit that generates a low-frequency component image group that is a low-frequency component of the original image and a high-frequency component image group that is a high-frequency component of the original image by performing decomposition processing; According to the sampling structure, by the frequency component selection unit that selects a high-frequency component image having a Nyquist frequency equal to or lower than the Nyquist frequency of the imaging device, the original image, and the frequency component selection unit. A matching unit that performs block matching between the selected high-frequency component image and a low-frequency component image in the same hierarchy and generates alignment information indicating a corresponding positional relationship; and the alignment information. And assigning the high-frequency component image selected by the frequency component selection unit as a high-frequency component exceeding the Nyquist frequency of the original image to generate a super-resolution high-frequency component image that becomes a high-frequency component of the super-resolution image A high-frequency component generation unit; and a frequency reconfiguration unit that generates a super-resolution image by performing frequency reconstruction using the original image as a low-frequency component and the super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component. And

さらに、本発明に係る超解像装置において、前記周波数分解部は、さらに前記高周波成分画像の周波数スペクトルパワーを算出し、前記周波数成分選択部は、前記高周波成分画像群のうち、前記撮像素子のナイキスト周波数以下のナイキスト周波数を有し、且つ前記周波数スペクトルパワーが閾値以下の高周波成分画像を選択することを特徴とする。   Further, in the super-resolution device according to the present invention, the frequency resolving unit further calculates a frequency spectrum power of the high-frequency component image, and the frequency component selecting unit is configured to include the imaging element in the high-frequency component image group. A high-frequency component image having a Nyquist frequency equal to or lower than the Nyquist frequency and having a frequency spectrum power equal to or lower than a threshold value is selected.

さらに、本発明に係る超解像装置において、前記周波数分解部は、前記原画像に対してデシメーションを伴う複数階層のウェーブレット分解処理を行うことを特徴とする。   Furthermore, in the super-resolution apparatus according to the present invention, the frequency resolving unit performs a multi-layer wavelet decomposition process with decimation on the original image.

また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記超解像装置として機能させることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a program according to the present invention causes a computer to function as the super-resolution device.

本発明によれば、超解像処理を行う際に、ぼやけ成分や折り返し成分を位置合わせ及び割り付けに使用する可能性が低くなるため、超解像画像の画質を向上させることができる。   According to the present invention, when super-resolution processing is performed, the possibility of using blur components and aliasing components for alignment and allocation is reduced, so that the quality of a super-resolution image can be improved.

本発明の第1の実施形態に係る超解像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the super-resolution apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る超解像装置における周波数分解部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the frequency decomposition part in the super-resolution apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る超解像装置におけるレジストレーション部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the registration part in the super-resolution apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る超解像装置における超解像高周波成分生成部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the super-resolution high frequency component production | generation part in the super-resolution apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る超解像装置における周波数再構成部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the frequency reconstruction part in the super-resolution apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る超解像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the super-resolution apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超解像装置の構成例を示すブロック図である。図1に示す例では、超解像装置1は、周波数分解部11と、周波数成分選択部12と、位置合わせ部13と、超解像高周波成分生成部14と、周波数再構成部15とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a super-resolution apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 1, the super resolving device 1 includes a frequency resolving unit 11, a frequency component selecting unit 12, a positioning unit 13, a super resolving high frequency component generating unit 14, and a frequency reconfiguring unit 15. Prepare.

超解像装置1は、単一フレームの原画像を超解像処理して超解像画像を生成する装置である。   The super-resolution device 1 is a device that generates a super-resolution image by performing super-resolution processing on an original image of a single frame.

周波数分解部11は、原画像に対して複数階層(n階)の周波数分解処理を行って、周波数分解画像群を生成する。周波数分解画像群は、原画像の低周波成分である低周波成分画像群LLn、及び原画像の高周波成分である高周波成分画像群からなる。高周波成分画像群は、水平高周波成分画像群LHn、垂直高周波成分画像群HLn、及び対角高周波成分画像HHnからなる。周波数分解部11は、低周波成分画像群LLnを位置合わせ部13に出力し、高周波成分画像群LHn,HLn,HHnを超解像高周波成分生成部14に出力する。 The frequency resolving unit 11 performs a frequency resolving process of a plurality of hierarchies (nth floor) on the original image to generate a frequency resolving image group. The frequency-resolved image group includes a low-frequency component image group LL n that is a low-frequency component of the original image and a high-frequency component image group that is a high-frequency component of the original image. The high frequency component image group includes a horizontal high frequency component image group LH n , a vertical high frequency component image group HL n , and a diagonal high frequency component image HH n . The frequency resolving unit 11 outputs the low-frequency component image group LL n to the alignment unit 13 and outputs the high-frequency component image groups LH n , HL n , HH n to the super-resolution high-frequency component generating unit 14.

本実施形態では、周波数分解部11は、周波数分解処理としてデシメーションを伴うn階ウェーブレット分解処理を行うものとして、以下説明する。なお、周波数分解処理は、原画像の赤色信号、青色信号、緑色信号についてそれぞれ行うのが好適であるが、原画像の輝度信号を求めて輝度信号についてのみ周波数分解処理を行ってもよい。   In the present embodiment, the frequency decomposition unit 11 will be described below as performing the n-th wavelet decomposition process with decimation as the frequency decomposition process. The frequency decomposition processing is preferably performed for each of the red signal, blue signal, and green signal of the original image. However, the frequency decomposition processing may be performed only on the luminance signal by obtaining the luminance signal of the original image.

図2は、周波数分解部11におけるウェーブレット分解処理の一例を示す図である。本図に示す例では、周波数分解部11は、原画像を3階ウェーブレット分解して、1階、2階、及び3階の周波数分解画像群{LLn,LHn,HLn,HHn|n=1,2,3}を生成する。さらに、周波数分解部11は原画像を変倍処理した後に、複数階のウェーブレット分解処理を行ってもよい。本図に示す例では、周波数分解部11はさらに、原画像を0.75倍に縮小してから3階ウェーブレット分解して、1.5階、2.5階、及び3.5階の周波数分解画像群{LLn,LHn,HLn,HHn|n=1.5,2.5,3.5}を生成する。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of wavelet decomposition processing in the frequency decomposition unit 11. In the example shown in this figure, the frequency resolving unit 11 performs third-order wavelet decomposition on the original image, and first-, second-, and third-order frequency-resolved image groups {LL n , LH n , HL n , HH n | Generate n = 1, 2, 3}. Further, the frequency resolving unit 11 may perform wavelet decomposition processing on a plurality of floors after scaling the original image. In the example shown in this figure, the frequency decomposition unit 11 further reduces the original image by 0.75 times, and then performs the third-order wavelet decomposition to obtain the frequencies of the 1.5th, 2.5th, and 3.5th floors. A decomposed image group {LL n , LH n , HL n , HH n | n = 1.5, 2.5, 3.5} is generated.

周波数成分選択部12は、原画像を撮像した撮像素子の色標本化構造(赤色信号、緑色信号、及び青色信号の標本化構造)を示す色標本化構造情報を入力する。色標本化構造には、代表的なものとして、3板型、F65型、ベイヤ(Bayer)型などが挙げられる。   The frequency component selection unit 12 inputs color sampling structure information indicating a color sampling structure (a sampling structure of a red signal, a green signal, and a blue signal) of an imaging device that has captured the original image. Typical examples of the color sampling structure include a three-plate type, an F65 type, and a Bayer type.

周波数成分選択部12は、色標本化構造に応じて、周波数分解部11により生成された高周波成分画像群LHn,HLn,HHnのうち、原画像を撮像した撮像素子のナイキスト周波数以下のナイキスト周波数を有する高周波成分画像を選択(決定)し、選択結果を示す周波数成分選択情報を生成して位置合わせ部13に出力する。ナイキスト周波数が撮像素子のナイキスト周波数以下の高周波成分画像には理論上折り返し成分が含まれないため、後述する超解像高周波成分の割付処理に用いる高周波数成分画像に折り返し成分が含まれる可能性を低減することができる。 The frequency component selection unit 12 has a Nyquist frequency equal to or lower than the Nyquist frequency of the imaging device that captured the original image in the high frequency component image group LH n , HL n , HH n generated by the frequency decomposition unit 11 according to the color sampling structure. A high frequency component image having a Nyquist frequency is selected (determined), frequency component selection information indicating the selection result is generated, and output to the alignment unit 13. High-frequency component images whose Nyquist frequency is less than or equal to the Nyquist frequency of the image sensor theoretically do not include aliasing components, so there is a possibility that aliasing components may be included in high-frequency component images used for super-resolution high-frequency component allocation processing described later. Can be reduced.

図3は、周波数成分選択部12の処理を説明する図であり、図3(a)は3板型の色標本化構造を示し、図3(b)はF65型の色標本化構造を示し、図3(c)はベイヤ型の色標本化構造を示している。図中のμは水平周波数であり、νは垂直周波数であり、μNは水平方向のナイキスト周波数であり、νNは垂直方向のナイキスト周波数である。 FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the processing of the frequency component selection unit 12. FIG. 3A shows a three-plate type color sampling structure, and FIG. 3B shows an F65 type color sampling structure. FIG. 3C shows a Bayer type color sampling structure. In the figure, μ is a horizontal frequency, ν is a vertical frequency, μ N is a horizontal Nyquist frequency, and ν N is a vertical Nyquist frequency.

図3(a)に示すように、色標本化構造が3板型の場合には、撮像素子のナイキスト周波数は赤色信号、緑色信号、及び青色信号で同一である。カメラレンズの光学特性及び撮像素子のローパスフィルタ特性において折り返し成分が含まれていなければ、赤色信号、緑色信号、及び青色信号の全てにおいて、折り返し成分が含まれる可能性が無い。このため周波数成分選択部12は、赤色信号、緑色信号、及び青色信号において、全ての周波数分解画像(n≧1)を選択する。   As shown in FIG. 3A, when the color sampling structure is a three-plate type, the Nyquist frequency of the image sensor is the same for the red signal, the green signal, and the blue signal. If the aliasing component is not included in the optical characteristics of the camera lens and the low-pass filter characteristics of the image sensor, there is no possibility that the aliasing component is included in all of the red signal, the green signal, and the blue signal. Therefore, the frequency component selection unit 12 selects all frequency-resolved images (n ≧ 1) in the red signal, the green signal, and the blue signal.

図3(b)に示すように、色標本化構造がF65型の場合には、撮像素子のナイキスト周波数は、赤色信号及び青色信号において斜め方向に低くなる。したがって、赤色信号及び青色信号において、1階及び1.5階の高周波成分画像に折り返し成分が含まれる可能性があることが分かる。このため周波数成分選択部12は、赤色信号及び青色信号において、2階以上(n≧2)の周波数分解画像を選択する。   As shown in FIG. 3B, when the color sampling structure is F65 type, the Nyquist frequency of the image sensor is lowered in the oblique direction in the red signal and the blue signal. Therefore, it can be seen that there is a possibility that the aliasing component may be included in the high-frequency component images of the first floor and the 1.5th floor in the red signal and the blue signal. For this reason, the frequency component selection unit 12 selects the second or higher-order (n ≧ 2) frequency-resolved image in the red signal and the blue signal.

図3(c)に示すように、色標本化構造がベイヤ型の場合には、撮像素子のナイキスト周波数は、緑色信号において斜め方向に低くなり、赤色信号及び青色信号において水平及び垂直方向に低くなる。したがって、赤色信号、緑色信号、及び青色信号の全てにおいて、1階及び1.5階の高周波成分画像に折り返し成分が含まれる可能性があることが分かる。このため周波数成分選択部12は、赤色信号、緑色信号、及び青色信号の全てにおいて、2階以上(n≧2)の周波数分解画像を選択する。   As shown in FIG. 3C, when the color sampling structure is a Bayer type, the Nyquist frequency of the image sensor is lowered in the diagonal direction in the green signal, and is lowered in the horizontal and vertical directions in the red signal and the blue signal. Become. Therefore, it can be seen that there is a possibility that aliasing components may be included in the high-frequency component images of the first floor and the 1.5th floor in all of the red signal, the green signal, and the blue signal. For this reason, the frequency component selection unit 12 selects the second or higher-order (n ≧ 2) frequency-resolved image in all of the red signal, the green signal, and the blue signal.

位置合わせ部13は、原画像を所定のサイズのブロックに分割する。そして、原画像の各ブロックと、周波数成分選択情報によって選択された高周波成分画像と同じ階層kの低周波成分画像LLkとの間でブロックマッチングを行い、最も類似度(相関性)が高いブロックを決定する。そして、対応するブロックの位置関係を示す位置合わせ情報(レジストレーション情報)を生成し、超解像高周波成分生成部14に出力する。ブロックマッチングは、絶対値誤差和(SAD;Sum of Absolute Difference)、二乗誤差和(SSD;Sum of Squared Difference)などの評価関数を用いて、既知の手法により行われる。また、ブロックマッチングは、例えばパラボラフィッティング関数を用いた補間処理により、小数画素精度で行う。なお、SAD又はSSDの評価関数値が閥値を超えた場合は、位置合わせ情報として採用しないようにしてもよい。 The alignment unit 13 divides the original image into blocks of a predetermined size. Then, block matching is performed between each block of the original image and the low-frequency component image LL k in the same hierarchy k as the high-frequency component image selected by the frequency component selection information, and the block having the highest similarity (correlation) To decide. Then, alignment information (registration information) indicating the positional relationship of the corresponding blocks is generated and output to the super-resolution high-frequency component generation unit 14. Block matching is performed by a known method using an evaluation function such as an absolute value error sum (SAD) or a square error sum (SSD). In addition, block matching is performed with decimal pixel accuracy by, for example, interpolation processing using a parabolic fitting function. When the evaluation function value of SAD or SSD exceeds the threshold value, it may not be adopted as the alignment information.

超解像高周波成分生成部14は、位置合わせ部13により生成された位置合わせ情報に従って、周波数成分選択部12により選択された高周成分解画像LHk,HLk,HHkを、原画像のナイキスト周波数を超える未知の高周波成分として割り付けて、超解像画像の高周波成分となる超解像高周波成分画像LHSR,HLSR,HHSRを生成し、周波数再構成部15に出力する。 The super-resolution high-frequency component generation unit 14 converts the high-frequency component solution images LH k , HL k , and HH k selected by the frequency component selection unit 12 according to the alignment information generated by the alignment unit 13 into the original image. Assigned as an unknown high-frequency component exceeding the Nyquist frequency, super-resolution high-frequency component images LH SR , HL SR , and HH SR that are high-frequency components of the super-resolution image are generated and output to the frequency reconstruction unit 15.

図4は、位置合わせ部13及び超解像高周波成分生成部14の処理を説明する図である。本図では、周波数成分選択情報によって選択された高周波成分画像の階層kを1のみとし、原画像Iと、低周波成分画像LL1との間でブロックマッチングを行っている。原画像Iから低周波成分画像LL1に向かう破線の矢印が対応するブロックの位置を示している。原画像とその低周波数成分画像LL1との間で位置合わせを行うことにより、同一フレーム内に形状が相似で大きさが異なる画像が存在する場合に、相似する画像間で位置合わせをすることができる。なお、局所的にみれば同一フレーム内に相似する画像が存在する可能性は高いため、原画像のサイズに対するブロックマッチングを行う際のブロックサイズを小さくするほど、位置合わせの確度を高くすることができる。 FIG. 4 is a diagram for explaining the processing of the alignment unit 13 and the super-resolution high-frequency component generation unit 14. In this figure, the hierarchy k of the high frequency component image selected by the frequency component selection information is only 1, and block matching is performed between the original image I and the low frequency component image LL 1 . A broken-line arrow from the original image I toward the low-frequency component image LL 1 indicates the position of the corresponding block. By performing alignment between the original image and the low-frequency component image LL 1 , when there are images having similar shapes and different sizes in the same frame, alignment is performed between similar images. Can do. Note that there is a high possibility that similar images exist in the same frame when viewed locally, so that the accuracy of alignment increases as the block size when performing block matching to the size of the original image is reduced. it can.

高周波成分画像LH1,HL1,HH1を割り付ける際には、低周波成分画像LL1内の同じ位相位置の位置合わせ情報に従うこととする。これは、低周波成分画像LL1のあるブロックPが原画像IのあるブロックQに類似していれば、各高周波成分画像LH1,HL1,HH1のブロックPと同位相位置のブロックについても同様に、ブロックQに類似する可能性が高いためである。 When assigning the high-frequency component images LH 1 , HL 1 , HH 1 , the alignment information of the same phase position in the low-frequency component image LL 1 is followed. If the block P having the low-frequency component image LL 1 is similar to the block Q having the original image I, the block having the same phase position as the block P of each high-frequency component image LH 1 , HL 1 , HH 1 is used. This is because there is a high possibility of being similar to the block Q.

周波数再構成部15は、原画像を低周波成分とし、超解像高周波成分生成部14により生成された超解像高周波成分画像を高周波成分として周波数再構成を行って超解像画像を生成し、外部に出力する。   The frequency reconstruction unit 15 generates a super-resolution image by performing frequency reconstruction using the original image as a low-frequency component and the super-resolution high-frequency component image generated by the super-resolution high-frequency component generation unit 14 as a high-frequency component. Output to the outside.

図5は、周波数再構成部15における周波数再構成処理の一例を示す図である。この例では、原画像Iを低周波成分とし、超解像高周波成分画像LHSR,HLSR,HHSRを高周波成分として1階ウェーブレット再構成を行い、超解像画像ISRを生成する。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of frequency reconstruction processing in the frequency reconstruction unit 15. In this example, the first-order wavelet reconstruction is performed using the original image I as a low-frequency component and the super-resolution high-frequency component images LH SR , HL SR , and HH SR as high-frequency components, thereby generating a super-resolution image I SR .

上述したように、第1の実施形態の超解像装置1は、周波数分解部11により、原画像を周波数分解して低周波成分画像群及び高周波成分画像群を生成し、周波数成分選択部12により、色標本化構造に応じて、高周波成分画像群のうち、撮像素子のナイキスト周波数以下のナイキスト周波数を有する高周波成分画像を選択する。そして、位置合わせ部13により、原画像と、選択された高周波成分画像と同じ階層の低周波成分画像との間でブロックマッチングを行って位置合わせ情報を生成し、超解像高周波成分生成部14により、位置合わせ情報に従って高周波成分画像を原画像の高周波成分に割り付けて超解像高周波成分画像を生成する。最後に、周波数再構成部15により、原画像を低周波成分、超解像高周波成分画像を高周波成分として周波数再構成を行い、超解像画像を生成する。   As described above, in the super-resolution device 1 of the first embodiment, the frequency decomposition unit 11 generates the low-frequency component image group and the high-frequency component image group by frequency-decomposing the original image, and the frequency component selection unit 12. Thus, a high frequency component image having a Nyquist frequency equal to or lower than the Nyquist frequency of the image sensor is selected from the high frequency component image group according to the color sampling structure. Then, the alignment unit 13 performs block matching between the original image and the low-frequency component image in the same hierarchy as the selected high-frequency component image to generate alignment information, and the super-resolution high-frequency component generation unit 14 Accordingly, the super-resolution high-frequency component image is generated by allocating the high-frequency component image to the high-frequency component of the original image according to the alignment information. Finally, the frequency reconstruction unit 15 performs frequency reconstruction using the original image as a low-frequency component and the super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component, thereby generating a super-resolution image.

かかる構成により、超解像装置1は、色標本化構造を考慮して、位置合わせ及び割り付けに使用する周波数成分を折り返し成分が少ないものとすることができる。そのため、超解像画像の画質を向上させることができる。   With this configuration, the super-resolution device 1 can reduce the frequency components used for alignment and allocation with a small amount of aliasing components in consideration of the color sampling structure. Therefore, the image quality of the super-resolution image can be improved.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図6は、第2の実施形態に係る超解像装置の構成例を示すブロック図である。図6に示す例では、超解像装置2は、周波数分解部11’と、周波数成分選択部12’と、位置合わせ部13と、超解像高周波成分生成部14と、周波数再構成部15とを備える。第2の実施形態の超解像装置2は、第1の実施形態の超解像装置1と比較して、周波数分解部11及び周波数成分選択部12に代えて、周波数分解部11’及び周波数成分選択部12’を備える点が相違する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the super-resolution apparatus according to the second embodiment. In the example shown in FIG. 6, the super resolving device 2 includes a frequency resolving unit 11 ′, a frequency component selecting unit 12 ′, an alignment unit 13, a super resolving high frequency component generating unit 14, and a frequency reconfiguring unit 15. With. Compared with the super-resolution device 1 of the first embodiment, the super-resolution device 2 of the second embodiment replaces the frequency resolution unit 11 and the frequency component selection unit 12 with a frequency resolution unit 11 ′ and a frequency. The difference is that a component selection unit 12 'is provided.

周波数分解部11’は、周波数分解部11と同様に、原画像に対して複数階層(n階)の周波数分解処理(例えば、デシメーションを伴うウェーブレット分解処理)を行う。さらに、周波数分解部11’は、各周波数成分画像の周波数スペクトルパワーを算出し、周波数スペクトルパワーを示す情報である周波数スペクトルパワー情報を周波数成分選択部12’に出力する。周波数スペクトルパワー情報は、例えば周波数スペクトルパワーのRMS(二乗平均平方根)とする。   Similar to the frequency decomposition unit 11, the frequency decomposition unit 11 ′ performs a plurality of layers (n floors) of frequency decomposition processing (for example, wavelet decomposition processing with decimation) on the original image. Further, the frequency resolving unit 11 'calculates the frequency spectrum power of each frequency component image, and outputs frequency spectrum power information, which is information indicating the frequency spectrum power, to the frequency component selecting unit 12'. The frequency spectrum power information is, for example, RMS (root mean square) of the frequency spectrum power.

周波数成分選択部12’は、色標本化情報に加え、周波数分解部11’により生成された周波数成分選択情報を入力する。周波数スペクトルパワーが非常に小さい場合には、当該周波数帯域には高周波成分はほぼ含まれない。一方、周波数スペクトルパワーが非常に大きい場合には、当該周波数帯域には折り返し成分を多く含む可能性が高い。そのため、周波数成分選択部12’は、周波数分解部11’により生成された高周波成分画像群LHn,HLn,HHnのうち、原画像を撮像した撮像素子のナイキスト周波数以下のナイキスト周波数を有し、且つ周波数スペクトルパワーが閾値以下の高周波成分画像を選択し、選択結果を示す周波数成分選択情報を生成して位置合わせ部13に出力する。 The frequency component selection unit 12 ′ receives the frequency component selection information generated by the frequency decomposition unit 11 ′ in addition to the color sampling information. When the frequency spectrum power is very small, the high frequency component is hardly included in the frequency band. On the other hand, when the frequency spectrum power is very large, there is a high possibility that the frequency band includes many aliasing components. Therefore, the frequency component selection unit 12 ′ has a Nyquist frequency that is equal to or lower than the Nyquist frequency of the imaging device that captured the original image among the high-frequency component image groups LH n , HL n , and HH n generated by the frequency decomposition unit 11 ′. In addition, a high frequency component image having a frequency spectrum power equal to or lower than a threshold value is selected, and frequency component selection information indicating the selection result is generated and output to the alignment unit 13.

位置合わせ部13、超解像高周波成分生成部14、及び周波数再構成部15は、第1の実施形態と同様の処理を行う。   The alignment unit 13, the super-resolution high-frequency component generation unit 14, and the frequency reconstruction unit 15 perform the same processing as in the first embodiment.

つまり、第2の実施形態の超解像装置2は、周波数分解部11’により、原画像を周波数分解して低周波成分画像群及び高周波成分画像群を生成し、周波数成分選択部12’により、高周波成分画像群のうち、撮像素子のナイキスト周波数以下のナイキスト周波数を有し、且つ周波数スペクトルパワーが閾値以下の高周波成分画像を選択する。そして、位置合わせ部13により、原画像と、選択された高周波成分画像と同じ階層の低周波成分画像との間でブロックマッチングを行って位置合わせ情報を生成し、超解像高周波成分生成部14により、位置合わせ情報に従って高周波成分画像を原画像の高周波成分として割り付けて超解像高周波成分を生成する。最後に、周波数再構成部15により、原画像を低周波成分、超解像高周波成分画像を高周波成分として周波数再構成を行い、超解像画像を生成する。   That is, the super-resolution device 2 of the second embodiment generates a low-frequency component image group and a high-frequency component image group by frequency-decomposing the original image by the frequency resolving unit 11 ′, and the frequency component selecting unit 12 ′. From the high frequency component image group, a high frequency component image having a Nyquist frequency equal to or lower than the Nyquist frequency of the image sensor and having a frequency spectrum power equal to or lower than a threshold value is selected. Then, the alignment unit 13 performs block matching between the original image and the low-frequency component image in the same hierarchy as the selected high-frequency component image to generate alignment information, and the super-resolution high-frequency component generation unit 14 Thus, the super-resolution high-frequency component is generated by allocating the high-frequency component image as the high-frequency component of the original image according to the alignment information. Finally, the frequency reconstruction unit 15 performs frequency reconstruction using the original image as a low-frequency component and the super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component, thereby generating a super-resolution image.

超解像装置2は、色標本化情報に加え、周波数成分選択情報を用いて、位置合わせ及び割り付けに用いる周波成分画像を選択する。したがって、超解像装置2は、超解像装置1よりもさらに、折り返し成分を含む周波数成分が位置合わせ及び割り付けに用いられることを防止でき、超解像画像の画質を向上させることができる。   The super-resolution device 2 uses the frequency component selection information in addition to the color sampling information to select a frequency component image to be used for alignment and allocation. Therefore, the super-resolution device 2 can further prevent the frequency component including the aliasing component from being used for alignment and allocation than the super-resolution device 1, and can improve the image quality of the super-resolution image.

なお、上述した超解像装置1,2として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、超解像装置1,2の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。なお、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録可能である。   It should be noted that a computer can be suitably used to function as the above-described super-resolution devices 1 and 2, and such a computer is a program describing processing contents for realizing the functions of the super-resolution devices 1 and 2. Is stored in a storage unit of the computer, and the program is read and executed by the CPU of the computer. This program can be recorded on a computer-readable recording medium.

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。   Although the above embodiment has been described as a representative example, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. For example, a plurality of constituent blocks described in the embodiments can be combined into one, or one constituent block can be divided.

1,2 超解像装置
11,11’ 周波数分解部
12,12’ 周波数成分選択部
13 位置合わせ部
14 超解像高周波成分生成部
15 周波数再構成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Super-resolution apparatus 11, 11 'Frequency decomposition part 12, 12' Frequency component selection part 13 Positioning part 14 Super-resolution high frequency component production | generation part 15 Frequency reconstruction part

Claims (4)

原画像を超解像処理して超解像画像を生成する超解像装置であって、
原画像に対して複数階層の周波数分解処理を行って、原画像の低周波成分である低周波成分画像群、及び原画像の高周波成分である高周波成分画像群を生成する周波数分解部と、
前記原画像を撮像した撮像素子の色標本化構造に応じて、前記高周波成分画像群のうち、前記撮像素子のナイキスト周波数以下のナイキスト周波数を有する高周波成分画像を選択する周波数成分選択部と、
前記原画像と、前記周波数成分選択部によって選択された高周波成分画像と同じ階層の低周波成分画像との間でブロックマッチングを行い、対応する位置関係を示す位置合わせ情報を生成する位置合わせ部と、
前記位置合わせ情報に従って、前記周波数成分選択部によって選択された高周波成分画像を前記原画像のナイキスト周波数を超える高周波成分として割り付けて、超解像画像の高周波成分となる超解像高周波成分画像を生成する超解像高周波成分生成部と、
前記原画像を低周波成分とし、前記超解像高周波成分画像を高周波成分として周波数再構成を行い、超解像画像を生成する周波数再構成部と、
を備えることを特徴とする超解像装置。
A super-resolution device that generates a super-resolution image by super-resolution processing of an original image,
A frequency resolving unit that performs multi-level frequency decomposition processing on the original image to generate a low-frequency component image group that is a low-frequency component of the original image and a high-frequency component image group that is a high-frequency component of the original image;
A frequency component selection unit that selects a high-frequency component image having a Nyquist frequency equal to or lower than the Nyquist frequency of the image sensor from the high-frequency component image group according to the color sampling structure of the image sensor that captured the original image;
A positioning unit that performs block matching between the original image and a low-frequency component image in the same hierarchy as the high-frequency component image selected by the frequency component selection unit, and generates alignment information indicating a corresponding positional relationship; ,
According to the alignment information, the high-frequency component image selected by the frequency component selection unit is allocated as a high-frequency component exceeding the Nyquist frequency of the original image to generate a super-resolution high-frequency component image that becomes a high-frequency component of the super-resolution image A super-resolution high-frequency component generation unit,
The original image is a low frequency component, the super resolving high frequency component image is a high frequency component, frequency reconstruction is performed, and a frequency reconstructing unit that generates a super resolving image;
A super-resolution device comprising:
前記周波数分解部は、さらに前記高周波成分画像の周波数スペクトルパワーを算出し、
前記周波数成分選択部は、前記高周波成分画像群のうち、前記撮像素子のナイキスト周波数以下のナイキスト周波数を有し、且つ前記周波数スペクトルパワーが閾値以下の高周波成分画像を選択することを特徴とする、請求項1に記載の超解像装置。
The frequency resolving unit further calculates a frequency spectrum power of the high-frequency component image;
The frequency component selection unit selects a high-frequency component image having a Nyquist frequency equal to or lower than the Nyquist frequency of the imaging element and having a frequency spectrum power equal to or lower than a threshold value from the high-frequency component image group. The super-resolution device according to claim 1.
前記周波数分解部は、前記原画像に対してデシメーションを伴う複数階層のウェーブレット分解処理を行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の超解像装置。   The super-resolution apparatus according to claim 1, wherein the frequency resolution unit performs a multi-level wavelet decomposition process with decimation on the original image. コンピュータを、請求項1から3のいずれか一項に記載の超解像装置として機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as a super-resolution apparatus as described in any one of Claim 1 to 3.
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