JP5105286B2 - 画像復元装置、画像復元方法及び画像復元プログラム - Google Patents
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ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、X(u,v)は前記劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表すことにより、或いは、前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表すことによって効果的に達成される。
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、G(u,v)は前記劣化画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表すことにより、或いは、前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表すことによって効果的に達成される。
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、x0(u,v)は前記第1劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表すことにより、或いは、前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、r0(u,v)は前記ベース画像を表し、▽r0(u,v)は前記ベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表すことによって効果的に達成される。
<1>劣化残差画像を利用した画像復元
まず、「劣化残差画像を利用した画像復元」について説明する。
を画像上の座標を表すベクトルとして、真の画像(原画像)を
とし、劣化画像(ブラー画像)を
としたとき、劣化画像から原画像を復元する画像復元問題は、下記数1によって定式化することができる。
はブラーを表すPSFを、
はノイズを、*は畳み込み積分をそれぞれ表す。
が得られているとすると、原画像
は、ベース画像
と残差画像
の和として、下記数2のように表される。
は劣化残差画像を表し、下記数4のように定義される。
が既知であれば、即ち、劣化画像からベース画像を生成すれば、上記数3に基づき、劣化残差画像から残差画像を復元することが可能になり、よって原画像を復元することができる。
<2>繰り返し処理によるベース画像生成
次に、1枚の劣化画像のみを利用して、ベース画像を繰り返し処理により漸進的に生成することについて説明する。つまり、本発明では、1枚の劣化画像から、「ベース画像」と呼ばれる真の画像に近い画像を繰り返し更新しながら漸進的に生成することを大きな特徴としている。
を、(n+1)回目のベース画像
に更新することについて、具体的に説明する。
と、劣化残差画像から残差画像を復元した結果である、n回目の復元残差画像
の和となる。このn回目の復元残差画像
には、振幅が比較的小さいとはいえ、リンギングやノイズの影響が含まれている。
はジョイントバイラテラルフィルタを表す関数である。Gd,Grはそれぞれ分散がσd,σrのガウス関数である。また、
の近傍ウィンドウを表し、
は正規化項を表す。
に基づく重みを利用する。
は、下記数6のように更新される。
はn回目に復元された残差画像(n回目の復元残差画像)である。
を利用して、(n+1)回目に復元された残差画像
が得られる。このように、本発明では、ベース画像は漸進的に更新されながら生成される。
<3>適応的な拘束パラメータによる画像復元
<2>では、繰り返し処理によるベース画像生成について詳細に説明した。本発明では、漸進的繰り返し処理によりベース画像を生成する過程中において、劣化残差画像に対する画像復元を繰り返し行うことにより、ベース画像を漸進的に生成するようにしている。
の事前確率分布をガウス関数でモデル化したという解釈も可能である。一方、自然画像の事前確率分布は、ガウス関数とは異なるため、ガウス関数で事前確率分布をモデル化すると、復元画像が過度に滑らかになってしまうという問題点があることが知られている(非特許文献15を参照)。
はベース画像の勾配を表す。
は適応的に設定できる拘束パラメータである。また、γ、λはその適応的に設定できる拘束パラメータ
を設計(設定)するための調節パラメータである。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る画像復元装置は、コンピュータシステムを利用し、ソフトウェア(コンピュータプログラム)により実装されることができ、そして、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、GPU(Graphics Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアにより実装されることも勿論できる。
次に、本発明に係る画像復元装置の好適な実施例について、詳細に説明する。
<実施例1>
本発明の実施例1に係る画像復元装置は、図3に示す画像復元装置1と、図7に示すベース画像生成処理部10との構成を有する。
(a1)
まず、第1フィルタ処理を行う。実施例1では、第1フィルタ処理において、下記数12で定義されるバイラテラルフィルタを利用した。
(a2)
次に、初期ベース画像に対応する第1劣化残差画像x0(u,v)は、初期ベース画像とPSFの畳み込み積分の結果(第1ぼかし画像)と、劣化画像の差として、下記数13のように計算される。
(a3)
次に、ベース画像を利用して第1劣化残差画像に対して画像復元処理を行う。つまり、ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強く、設定し、第1劣化残差画像を復元する。
(a4)
このように得られた第1復元残差画像y0(u,v)と対応するベース画像r0(u,v)を利用して、図7の第2フィルタ処理を行う。実施例1では、下記数16で定義されるジョイントバイラテラルフィルタを利用した。
表す。このとき、2次元ガウス関数の標準偏差を5.0に、1次元ガウス関数の標準偏差を25.0に、それぞれ設定している。
(a5)
第2フィルタ処理の出力結果z0(u,v)をベース画像r0(u,v)に加えることで、下記数17のように、ベース画像を更新する。
(a2)から(a5)の処理を所定の回数繰り返して得られたベース画像を、ベース画像生成処理部10の出力(生成済みベース画像)として出力する。なお、実施例1において、所定の回数を7回に設定している。また、R(u,v)はベース画像生成処理部10から出力された、生成済みベース画像を表す。
次に、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像R(u,v)を利用して、図3に示す画像復元装置1にて行われる処理に基づき、画像復元処理を行う。対応する劣化残差画像X(u,v)は、生成済みベース画像R(u,v)とPSFの畳み込み積分の結果(ぼかし画像)と、劣化画像G(u,v)の差分画像として、下記数18のように計算される。
最後に、画像復元装置1の出力結果で、画像復元装置1によって生成された最終的な復元画像Z(u,v)は、復元された残差画像(復元残差画像)Y(u,v)と、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像R(u,v)の和として、下記数21のように計算される。
<実施例2>
本発明の実施例2に係る画像復元装置は、図4に示す画像復元装置2と、図6に示すベース画像生成処理部10との構成を有する。
(b1)
まず、第1フィルタ処理を行う。実施例2では、第1フィルタ処理1において、下記数22で定義されるバイラテラルフィルタを利用した。
(b2)
次に、初期ベース画像に対応する第1劣化残差画像x0(u,v)は、初期ベース画像とPSFの畳み込み積分の結果(第1ぼかし画像)と、劣化画像の差として、下記数23のように計算される。
(b3)
次に、第1劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元処理を行う。第1劣化残差画像の復元結果である、第1復元残差画像y0(u,v)は、下記数24のように生成される。
はB(u,v)のフーリエ変換を表す。
の複素共役を表し、
の大きさを表す。また、
は第1劣化残差画像x0(u,v)のフーリエ変換を表し、Γは調整パラメータを表す。
(b4)
このように得られた第1復元残差画像y0(u,v)と対応するベース画像r0(u,v)を利用して、図6の第2フィルタ処理を行う。実施例2では、下記数25で定義されるジョイントバイラテラルフィルタを利用した。
(b5)
第2フィルタ処理の出力結果z0(u,v)をベース画像r0(u,v)に加えることで、下記数26のように、ベース画像を更新する。
(b2)から(b5)の処理を所定の回数繰り返して得られたベース画像を、ベース画像生成処理部10の出力(生成済みベース画像)として出力する。なお、実施例2において、所定の回数を7回に設定している。また、R(u,v)はベース画像生成処理部10から出力された、生成済みベース画像を表す。
次に、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像R(u,v)を利用して、図4に示す画像復元装置2にて行われる処理に基づき、画像復元処理を行う。対応する劣化残差画像X(u,v)は、生成済みベース画像R(u,v)とPSFの畳み込み積分の結果(ぼかし画像)と、劣化画像G(u,v)の差分画像として、下記数27のように計算される。
はB(u,v)のフーリエ変換を表す。
の複素共役を表し、
の大きさを表す。また、
は劣化残差画像X(u,v)のフーリエ変換を表す。Γは調整パラメータを表す。
最後に、画像復元装置2の出力結果で、画像復元装置2によって生成された最終的な復元画像Z(u,v)は、復元された残差画像(復元残差画像)Y(u,v)と、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像R(u,v)の和として、下記数29のように計算される。
図9に本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部において、ベース画像生成過程における画像の一例を示す。図9(A)に劣化画像を示す。図9(A)の劣化画像に対して、バイラテラルフィルタによる第1フィルタ処理を行うことにより、最初のベース画像を生成することができる。
以下では、シミュレーション実験と実画像実験により、本発明の有効性を実証する。
<1>シミュレーション実験
まず、画像復元効果を定量的に確認するために、既知の原画像を利用してぶれ画像(劣化画像)を作成し、作成した劣化画像から原画像を復元するシミュレーション実験を行った。
<2>実画像実験
手持ちカメラにより撮影された実画像に対して、本発明を適用し、本発明の有効性を検証した。本発明として、拘束パラメータを適応的に設計する実施例1に係る画像復元方法を用いた。PSFは、米司ら(非特許文献3を参照)の手法により推定したものを用いた。
10 ベース画像生成処理部
20 ぼかし画像生成処理部
30 劣化残差画像生成処理部
40,41,42 画像復元処理部
50 復元画像生成処理部
101,114,117 画像復元第1処理部
102 フィルタ処理部
111 第1フィルタ処理部
112 ぼかし画像第1生成処理部
113 劣化残差画像第1生成処理部
115 第2フィルタ処理部
116 ベース画像更新処理部
118 繰り返し処理終了判断部
Claims (43)
- ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、
前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理部と、
生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理部と、
生成された劣化残差画像に対して、前記生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理部と、
生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理部とを備えることを特徴とする画像復元装置。 - 前記画像復元処理部では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、復元残差画像Y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、X(u,v)は前記劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項1に記載の画像復元装置。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項2に記載の画像復元装置。 - ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、
前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理部と、
生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理部と、
生成された劣化残差画像に対して、画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理部と、
生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理部とを備えることを特徴とする画像復元装置。 - 前記画像復元処理部では、生成された劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元処理を行い、復元残差画像を生成する請求項4に記載の画像復元装置。
- ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、
前記劣化画像に対して、前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、前記復元画像を生成する、画像復元処理部とを備えることを特徴とする画像復元装置。 - 前記画像復元処理部では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、前記劣化画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、前記復元画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、前記復元画像Z(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、G(u,v)は前記劣化画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項6に記載の画像復元装置。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項7に記載の画像復元装置。 - 前記ベース画像生成処理部は、
前記劣化画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元画像を生成する、画像復元第1処理部と、
生成された第1復元画像に対して、デノイジングのためのフィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像を生成する、フィルタ処理部とを備える請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の画像復元装置。 - 前記画像復元第1処理部では、前記劣化画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元画像を生成する請求項9に記載の画像復元装置。
- 前記ベース画像生成処理部では、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
前記ベース画像生成処理部は、
前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理部と、
前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理部と、
生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理部と、
生成された第1劣化残差画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理部と、
生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理部と、
生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理部と、
所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断部と、
を備え、
前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理部にて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理部にて行われる処理、前記画像復元第1処理部にて行われる処理、前記第2フィルタ処理部にて行われる処理、前記ベース画像更新処理部にて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断部にて行われる処理である請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の画像復元装置。 - 前記画像復元第1処理部では、生成された第1劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成する請求項11に記載の画像復元装置。
- 前記ベース画像生成処理部では、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
前記ベース画像生成処理部は、
前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理部と、
前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理部と、
生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理部と、
生成された第1劣化残差画像に対して、前記ベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理部と、
生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理部と、
生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理部と、
所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断部と、
を備え、
前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理部にて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理部にて行われる処理、前記画像復元第1処理部にて行われる処理、前記第2フィルタ処理部にて行われる処理、前記ベース画像更新処理部にて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断部にて行われる処理である請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の画像復元装置。 - 前記画像復元第1処理部では、前記ベース画像を利用して、前記ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された第1劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、第1復元残差画像y0(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、x0(u,v)は前記第1劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項13に記載の画像復元装置。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、r0(u,v)は前記ベース画像を表し、▽r0(u,v)は前記ベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項14に記載の画像復元装置。 - 前記所定の繰り返し処理終了条件は、前記ベース画像に更新前後の変化がなくなるという条件1、所定の繰り返し処理回数に達するという条件2、又は前記更新画像の画素値の二乗和が所定の値以下になるという条件3である請求項11乃至請求項15のいずれかに記載の画像復元装置。
- 前記第1フィルタ処理では、バイラテラルフィルタ又はローパスフィルタを利用し、
バイラテラルフィルタを前記第1フィルタ処理に利用した場合に、前記劣化画像G(u,v)に対して、バイラテラルフィルタは次の式で定義され、
ただし、(u,v)は画像上の座標を表し、r0(u,v)はバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された前記ベース画像の初期値であり、w2(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w1()は1次元ガウス関数を表し、
前記第2フィルタ処理では、ジョイントバイラテラルフィルタ、バイラテラルフィルタ又はローパスフィルタを利用し、
ジョイントバイラテラルフィルタを前記第2フィルタ処理に利用した場合に、前記第1復元残差画像y0(u,v)と、それに対応する前記ベース画像r0(u,v)に対して、ジョイントバイラテラルフィルタは次の式で定義され、
ただし、z0(u,v)はジョイントバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された更新画像であり、w2(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w1()はは1次元ガウス関数を表す請求項11乃至請求項16のいずれかに記載の画像復元装置。 - ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元方法であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理ステップと、
前記ベース画像生成処理ステップで生成された、生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理ステップと、
生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理ステップと、
生成された劣化残差画像に対して、前記生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理ステップと、
生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理ステップとを有することを特徴とする画像復元方法。 - 前記画像復元処理ステップでは、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、復元残差画像Y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、X(u,v)は前記劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項18に記載の画像復元方法。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項19に記載の画像復元方法。 - ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元方法であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理ステップと、
前記ベース画像生成処理ステップで生成された、生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理ステップと、
生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理ステップと、
生成された劣化残差画像に対して、画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理ステップと、
生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理ステップとを有することを特徴とする画像復元方法。 - 前記画像復元処理ステップでは、生成された劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元処理を行い、復元残差画像を生成する請求項21に記載の画像復元方法。
- ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元方法であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理ステップと、
前記劣化画像に対して、前記ベース画像生成処理ステップで生成された、生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、前記復元画像を生成する、画像復元処理部とを備えることを特徴とする画像復元方法。 - 前記画像復元処理ステップでは、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、前記劣化画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、前記復元画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、前記復元画像Z(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、G(u,v)は前記劣化画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項23に記載の画像復元装置。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項24に記載の画像復元方法。 - 前記ベース画像生成処理ステップは、
前記劣化画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元画像を生成する、画像復元第1処理ステップと、
生成された第1復元画像に対して、デノイジングのためのフィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像を生成する、フィルタ処理ステップとを有する請求項18乃至請求項25のいずれかに記載の画像復元方法。 - 前記画像復元第1処理ステップでは、前記劣化画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元画像を生成する請求項26に記載の画像復元方法。
- 前記ベース画像生成処理ステップでは、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
前記ベース画像生成処理ステップは、
前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理ステップと、
前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理ステップと、
生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理ステップと、
生成された第1劣化残差画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理ステップと、
生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理ステップと、
生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理ステップと、
所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断ステップと、
を有し、
前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理ステップにて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理ステップにて行われる処理、前記画像復元第1処理ステップにて行われる処理、前記第2フィルタ処理ステップにて行われる処理、前記ベース画像更新処理ステップにて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断ステップにて行われる処理である請求項18乃至請求項25のいずれかに記載の画像復元方法。 - 前記画像復元第1処理ステップでは、生成された第1劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成する請求項28に記載の画像復元方法。
- 前記ベース画像生成処理ステップでは、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
前記ベース画像生成処理ステップは、
前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理ステップと、
前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理ステップと、
生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理ステップと、
生成された第1劣化残差画像に対して、前記ベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理ステップと、
生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理ステップと、
生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理ステップと、
所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断ステップと、
を有し、
前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理ステップにて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理ステップにて行われる処理、前記画像復元第1処理ステップにて行われる処理、前記第2フィルタ処理ステップにて行われる処理、前記ベース画像更新処理ステップにて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断ステップにて行われる処理である請求項18乃至請求項25のいずれかに記載の画像復元方法。 - 前記画像復元第1処理ステップでは、前記ベース画像を利用して、前記ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された第1劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、第1復元残差画像y0(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、x0(u,v)は前記第1劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項30に記載の画像復元方法。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、r0(u,v)は前記ベース画像を表し、▽r0(u,v)は前記ベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項31に記載の画像復元方法。 - 前記所定の繰り返し処理終了条件は、前記ベース画像に更新前後の変化がなくなるという条件1、所定の繰り返し処理回数に達するという条件2、又は前記更新画像の画素値の二乗和が所定の値以下になるという条件3である請求項28乃至請求項32のいずれかに記載の画像復元方法。
- 前記第1フィルタ処理では、バイラテラルフィルタ又はローパスフィルタを利用し、
バイラテラルフィルタを前記第1フィルタ処理に利用した場合に、前記劣化画像G(u,v)に対して、バイラテラルフィルタは次の式で定義され、
ただし、(u,v)は画像上の座標を表し、r0(u,v)はバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された前記ベース画像の初期値であり、w2(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w1()は1次元ガウス関数を表し、
前記第2フィルタ処理では、ジョイントバイラテラルフィルタ、バイラテラルフィルタ又はローパスフィルタを利用し、
ジョイントバイラテラルフィルタを前記第2フィルタ処理に利用した場合に、前記第1復元残差画像y0(u,v)と、それに対応する前記ベース画像r0(u,v)に対して、ジョイントバイラテラルフィルタは次の式で定義され、
ただし、z0(u,v)はジョイントバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された更新画像であり、w2(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w1()はは1次元ガウス関数を表す請求項28乃至請求項33のいずれかに記載の画像復元方法。 - ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成するための画像復元プログラムであって、
A1.前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する手順と、
A2.手順A1で生成された、生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する手順と、
A3.生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する手順と、
A4.生成された劣化残差画像に対して、前記生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する手順と、
A5.生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 手順A4では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、復元残差画像Y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、X(u,v)は前記劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項35に記載の画像復元プログラム。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項36に記載の画像復元プログラム。 - ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成するための画像復元プログラムであって、
B1.前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する手順と、
B2.前記劣化画像に対して、手順B1で生成された、生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、前記復元画像を生成する手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 手順B2では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、前記劣化画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、前記復元画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、前記復元画像Z(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、G(u,v)は前記劣化画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項38に記載の画像復元プログラム。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項39に記載の画像復元プログラム。 - 手順A1又は手順B1では、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
手順A1又は手順B1は、
C1.前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する手順と、
C2.前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する手順と、
C3.生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する手順と、
C4.生成された第1劣化残差画像に対して、前記ベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する手順と、
C5.生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する手順と、
C6.生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する手順と、
C7.所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける手順と、
を含み、
前記繰り返し処理とは、手順C2にて行われる処理、手順C3にて行われる処理、手順C4にて行われる処理、手順C5にて行われる処理、手順C6にて行われる処理、及び手順C7にて行われる処理である請求項35乃至請求項40のいずれかに記載の画像復元プログラム。 - 手順C4では、前記ベース画像を利用して、前記ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された第1劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、第1復元残差画像y0(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖2はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、x0(u,v)は前記第1劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項41に記載の画像復元プログラム。 - 前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、r0(u,v)は前記ベース画像を表し、▽r0(u,v)は前記ベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項42に記載の画像復元プログラム。
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