JP6363878B2 - Super-resolution image optimization apparatus and program - Google Patents

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Description

本発明は、複数の超解像画像から最適な超解像画像を決定する超解像画像最適化装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a super-resolution image optimization apparatus and program for determining an optimum super-resolution image from a plurality of super-resolution images.

原画像から超解像画像を推定する場合、超解像画像の正解は不明なため、厳密には超解像画像のパラメータを最適化する方法は存在しないが、例えば原画像をバックプロジェクション法により超解像処理して超解像画像を生成し、これを点拡がり関数を用いて縮小した画像と原画像の差分を最小とするようにパラメータを選択する方法が知られている(特許文献1参照)。   When a super-resolution image is estimated from the original image, the correct resolution of the super-resolution image is unknown, so there is no strict method for optimizing the parameters of the super-resolution image. A method is known in which a super-resolution image is generated by super-resolution processing, and parameters are selected so as to minimize the difference between the image reduced by using a point spread function and the original image (Patent Document 1). reference).

特開2007−193508号公報JP 2007-193508 A

特許文献1には、バックプロジェクション法を用いて超解像処理のパラメータ(超解像パラメータ)を最適化する技術が記載されている。しかし、超解像パラメータを最適化する従来技術は、点拡がり関数を用いる超解像のように、逆関数や位相特性が明確なフィルタを用いて超解像処理を行う場合のみで有効である。よって、位置合わせ(レジストレーション)により超解像処理を行うレジストレーション超解像などには、従来の超解像パラメータの最適化法をそのまま用いることができないという課題がある。   Patent Document 1 describes a technique for optimizing a super-resolution parameter (super-resolution parameter) using a back projection method. However, the conventional technique for optimizing the super-resolution parameter is effective only when super-resolution processing is performed using a filter with a clear inverse function and phase characteristics, such as super-resolution using a point spread function. . Therefore, there is a problem that the conventional super-resolution parameter optimization method cannot be used as it is for the registration super-resolution in which the super-resolution processing is performed by registration (registration).

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、超解像処理の方法によらず、複数の超解像画像から原画像との差分値が最も少ない最適な超解像画像を決定することが可能な超解像画像最適化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 an optimum super-resolution image having the smallest difference value from the original image from a plurality of super-resolution images regardless of the super-resolution processing method. It is an object of the present invention to provide a possible super-resolution image optimization apparatus and program.

上記課題を解決するため、本発明に係る超解像画像最適化装置は、複数の超解像画像から最適な超解像画像を決定する超解像画像最適化装置であって、N枚の超解像画像をそれぞれローパスフィルタ処理して、N枚の第1の低域超解像画像を生成する第1LPF処理部11と、前記第1の低域超解像画像ごとに、縮小処理してM通りの位相の異なる縮小画像を生成し、M枚を対とするN組の第1の縮小画像を出力する第1縮小処理部12と、前記第1の縮小画像ごとに超解像処理して、M枚を対とするN組の第1の超解像画像を生成する超解像処理部13と、前記第1の超解像画像ごとにローパスフィルタ処理して、M枚を対とするN組の第2の低域超解像画像を生成する第2LPF処理部14と、前記第2の低域超解像画像ごとに、原画像と同じ位相となるように縮小処理して縮小画像を生成し、M枚を対とするN組の第2の縮小画像を生成する第2縮小処理部15と、前記M枚を対とする第2の縮小画像の組ごとに前記原画像との差分値を算出し、該差分値が最小となる前記第2の縮小画像の組に対応する超解像画像を最適な超解像画像として出力する最適化部16と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a super-resolution image optimization device according to the present invention is a super-resolution image optimization device that determines an optimal super-resolution image from a plurality of super-resolution images, and includes N pieces of super-resolution images. Each of the super-resolution images is subjected to low-pass filter processing, and a first LPF processing unit 11 that generates N first low-frequency super-resolution images, and reduction processing is performed for each of the first low-frequency super-resolution images. A first reduction processing unit 12 for generating M reduced images having different phases and outputting N sets of first reduced images in pairs, and super-resolution processing for each of the first reduced images. Then, a super-resolution processing unit 13 that generates N sets of first super-resolution images paired with M sheets, and low-pass filter processing is performed for each of the first super-resolution images, and M sheets are paired. A second LPF processing unit 14 that generates N sets of second low-frequency super-resolution images and an original image for each second low-frequency super-resolution image A second reduction processing unit 15 that generates a reduced image by performing reduction processing so as to have the same phase and generates N sets of second reduced images that are M pairs, and a second that is a pair of the M sheets. A difference value from the original image is calculated for each set of reduced images, and a super-resolution image corresponding to the second set of reduced images that minimizes the difference value is output as an optimal super-resolution image. And an optimization unit 16.

さらに、本発明に係る超解像画像最適化装置において、前記第1LPF処理部及び前記第2LPF処理部は、前記複数の超解像画像の生成に用いられたパラメータが未知の場合には、点拡がり関数又はガウシアン関数を用いてローパスフィルタ処理を行うことを特徴とする。   Furthermore, in the super-resolution image optimizing device according to the present invention, the first LPF processing unit and the second LPF processing unit are configured to perform a point check when parameters used for generating the plurality of super-resolution images are unknown. A low-pass filter process is performed using a spread function or a Gaussian function.

さらに、本発明に係る超解像画像最適化装置において、前記超解像処理部は、前記複数の超解像画像の生成に用いられたパラメータが未知の場合には、点拡がり関数又はガウシアン関数を用いて超解像処理を行うことを特徴とする。   Furthermore, in the super-resolution image optimizing device according to the present invention, the super-resolution processing unit is configured to perform a point spread function or a Gaussian function when parameters used for generating the plurality of super-resolution images are unknown. A super-resolution process is performed using

さらに、本発明に係る超解像画像最適化装置において、前記最適化部は、前記M枚を対とする第2の縮小画像の組と前記原画像との差分値を領域ごとに算出し、該領域ごとに最適な超解像画像を出力することを特徴とする。   Further, in the super-resolution image optimization device according to the present invention, the optimization unit calculates a difference value between the original image and a set of the second reduced image paired with the M sheets, An optimum super-resolution image is output for each region.

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、上記超解像画像最適化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 image optimization device.

本発明によれば、超解像処理の方法によらず、複数の超解像画像から原画像との差分値が最も少ない最適な超解像画像を決定することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to determine an optimum super-resolution image having the smallest difference value from the original image from a plurality of super-resolution images regardless of the super-resolution processing method.

本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化装置の処理概要を説明する図である。It is a figure explaining the process outline | summary of the super-resolution image optimization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化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 image optimization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化装置における第1縮小処理部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the 1st reduction process part in the super-resolution image optimization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化装置における第2縮小処理部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the 2nd reduction process part in the super-resolution image optimization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化装置における最適化部の処理の第1の例を説明する図である。It is a figure explaining the 1st example of the process of the optimization part in the super-resolution image optimization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化装置における最適化部の処理の第2の例を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd example of the process of the optimization part in the super-resolution image optimization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化装置に超解像画像を入力す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 inputs a super-resolution image into the super-resolution image optimization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図6に示す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 shown in FIG. 図6に示す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 shown in FIG. 図6に示す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 shown in FIG. 図6に示す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 shown in FIG.

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.

本発明に係る超解像画像最適化装置は、原画像と、原画像を超解像処理した複数の超解像画像とを入力し、複数の超解像画像のうち、原画像との誤差が最も少ない超解像画像を決定して出力する。超解像処理に使用したパラメータ(以下、「超解像パラメータ」という)が既知である場合には、超解像パラメータも入力する。   The super-resolution image optimization device according to the present invention inputs an original image and a plurality of super-resolution images obtained by super-resolution processing of the original image, and an error from the original image among the plurality of super-resolution images. Determine and output the super-resolution image with the least amount of. If the parameters used for the super-resolution processing (hereinafter referred to as “super-resolution parameters”) are known, the super-resolution parameters are also input.

図1は、本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化装置の処理概要を説明する図である。図1では、超解像画像が原画像を水平方向及び垂直方向に各2倍に超解像処理した画像である場合を例に説明する。   FIG. 1 is a diagram for explaining the processing outline of a super-resolution image optimization apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 illustrates an example in which the super-resolution image is an image obtained by super-resolution processing of the original image twice in the horizontal direction and the vertical direction.

まず、超解像画像最適化装置は、縮小時におけるエイリアシングの発生を防止するために超解像画像群をローパスフィルタ処理し(ステップS11)、その後、縮小処理する(ステップS12)。   First, the super-resolution image optimization device performs low-pass filter processing on the super-resolution image group to prevent aliasing during reduction (step S11), and then performs reduction processing (step S12).

つまり、ステップS11では、複数(N枚)の超解像画像をそれぞれローパスフィルタ処理して、N枚の第1の低域超解像画像を生成する。原画像は、より解像度の高い画像がカメラの光学系等で縮小劣化して生成されたと考えることができるので、縮小劣化過程を模擬したフィルタを用いて超解像画像をローパスフィルタ処理してもよい。   That is, in step S11, a plurality of (N) super-resolution images are low-pass filtered, respectively, to generate N first low-frequency super-resolution images. The original image can be thought of as having been generated by reducing and degrading an image with a higher resolution with a camera optical system or the like. Therefore, even if the super-resolution image is low-pass filtered using a filter that simulates the degradation process. Good.

ステップS12では、第1の低域超解像画像ごとに、縮小処理してM通りの位相の異なる縮小画像を生成し、M枚を対とするN組の、つまりM×N枚の第1の縮小画像を出力する。図1ではM=4であり、1枚の第1の低域超解像画像O’からは4枚の第1の縮小画像a,b,c,dが生成される様子を示している。   In step S12, for each first low-frequency super-resolution image, reduction processing is performed to generate reduced images having M different phases, and N sets of M pairs, that is, M × N first images. Output a reduced image of. In FIG. 1, M = 4, and four first reduced images a, b, c, and d are generated from one first low-frequency super-resolution image O ′.

原画像と縮小画像とを比較するには位相が揃っていることが望ましいが、第1の縮小画像には原画像と位相が異なるものが含まれている。そのため、更に第1の縮小画像を超解像処理し(ステップS13)、ローパスフィルタ処理(ステップS14)を行った後、再び縮小処理(ステップS15)を行うことにより、原画像と同じ位相の第2の縮小画像を生成する。   In order to compare the original image and the reduced image, it is desirable that the phases are the same, but the first reduced image includes an image having a phase different from that of the original image. Therefore, the first reduced image is further subjected to super-resolution processing (step S13), subjected to low-pass filter processing (step S14), and then subjected to reduction processing (step S15) again, so that the first phase of the same phase as the original image is obtained. 2 reduced images are generated.

つまり、ステップS13では、第1の縮小画像ごとに超解像処理して、M枚を対とするN組の第1の超解像画像を生成する。図1では第1の縮小画像a,b,c,dからはそれぞれ第1の超解像画像A,B,C,Dが生成される様子を示している。   That is, in step S13, super-resolution processing is performed for each first reduced image, and N sets of first super-resolution images with M pairs are generated. FIG. 1 shows how the first super-resolution images A, B, C, and D are generated from the first reduced images a, b, c, and d, respectively.

ステップS14では、第1の超解像画像ごとにローパスフィルタ処理して、M枚を対とするN組の第2の低域超解像画像を生成する。図1では第1の超解像画像A,B,C,Dからはそれぞれ第2の低域超解像画像A’,B’,C’,D’が生成される様子を示している。   In step S14, low-pass filter processing is performed for each first super-resolution image to generate N sets of second low-frequency super-resolution images with M pairs. FIG. 1 shows how the second low-frequency super-resolution images A ′, B ′, C ′, and D ′ are generated from the first super-resolution images A, B, C, and D, respectively.

ステップS15では、第2の低域超解像画像ごとに、原画像と同じ位相となるように縮小処理して、M枚を対とするN組の第2の縮小画像を生成する。図1では第2の低域超解像画像A’,B’,C’,D’からはそれぞれ第2の縮小画像a’,b’,c’,d’が生成される様子を示している。   In step S15, each second low-frequency super-resolution image is reduced so as to have the same phase as the original image, and N sets of second reduced images having M pairs are generated. FIG. 1 shows how the second reduced images a ′, b ′, c ′, d ′ are generated from the second low-frequency super-resolution images A ′, B ′, C ′, D ′, respectively. Yes.

最後に、ステップS16では、M枚を対とする第2の縮小画像の組ごとに原画像との差分値を求め、差分値が最小となる第2の縮小画像の組に対応する超解像画像、つまり差分値が最小となる第2の縮小画像の組の生成に用いられた超解像画像を最適な超解像画像(最適超解像画像)として出力する。   Finally, in step S16, a difference value with respect to the original image is obtained for each pair of the second reduced images paired with M, and the super-resolution corresponding to the second reduced image group having the smallest difference value. The super-resolution image used to generate the image, that is, the second reduced image set having the smallest difference value is output as the optimum super-resolution image (optimum super-resolution image).

図2は、本発明の一実施形態に係る超解像画像最適化装置の構成例を示すブロック図である。超解像装置2は、原画像から複数の超解像画像を生成する。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a super-resolution image optimization apparatus according to an embodiment of the present invention. The super-resolution device 2 generates a plurality of super-resolution images from the original image.

超解像画像最適化装置1は、複数の超解像画像を入力し、最適な超解像画像を決定する。なお、超解像パラメータは既知である場合のみ超解像画像最適化装置1に入力される。図2に示す例では、超解像画像最適化装置1は、第1LPF処理部11と、第1縮小処理部12と、超解像処理部13と、第2LPF処理部14と、第2縮小処理部15と、最適化部16とを備える。   The super-resolution image optimization apparatus 1 inputs a plurality of super-resolution images and determines an optimal super-resolution image. Note that the super-resolution parameter is input to the super-resolution image optimization apparatus 1 only when it is known. In the example illustrated in FIG. 2, the super-resolution image optimization apparatus 1 includes a first LPF processing unit 11, a first reduction processing unit 12, a super-resolution processing unit 13, a second LPF processing unit 14, and a second reduction. A processing unit 15 and an optimization unit 16 are provided.

第1LPF処理部11は、超解像装置2から入力されるN枚の超解像画像に対してそれぞれローパスフィルタ処理を行い、N枚の第1の低域超解像画像を第1縮小処理部12に出力する。超解像装置2にてウェーブレット変換を用いて原画像を超解像処理して超解像画像を生成していた場合は、第1LPF処理部11は、超解像処理に使用されたウェーブレットを用いてローパスフィルタ処理を行うのが好適である。例えば、該ウェーブレットを用いて超解像画像をデシメーション無しでウェーブレット分解し、低周波成分を第1の低域超解像画像とする。   The first LPF processing unit 11 performs low-pass filter processing on each of the N super-resolution images input from the super-resolution device 2, and performs first reduction processing on the N first low-frequency super-resolution images. To the unit 12. When the super-resolution device 2 generates a super-resolution image by super-resolution processing of the original image using wavelet transform, the first LPF processing unit 11 selects the wavelet used for the super-resolution processing. It is preferable to perform low pass filter processing. For example, wavelet decomposition is performed on the super-resolution image without decimation using the wavelet, and the low-frequency component is set as the first low-frequency super-resolution image.

また、第1LPF処理部11は、超解像画像最適化装置1に入力される超解像画像群の生成に用いられたパラメータが未知の場合には、超解像画像から原画像への縮小劣化過程をカメラ光学系の劣化として模擬した劣化関数を用いてローパスフィルタ処理を行う。例えば、劣化関数として点拡がり関数(PSF:Point spread function)、又はガウシアン関数を用い、分散値をパラメータとして可変とする。なお、超解像画像最適化装置1に入力される超解像画像群の生成に用いられたパラメータが既知の場合であっても、劣化関数を用いてローパスフィルタ処理を行ってもよい。   Further, the first LPF processing unit 11 reduces the super-resolution image to the original image when the parameters used to generate the super-resolution image group input to the super-resolution image optimization apparatus 1 are unknown. Low-pass filter processing is performed using a degradation function that simulates the degradation process as degradation of the camera optical system. For example, a point spread function (PSF) or a Gaussian function is used as the deterioration function, and the dispersion value is variable as a parameter. Note that the low-pass filter processing may be performed using the degradation function even when the parameters used for generating the super-resolution image group input to the super-resolution image optimization apparatus 1 are known.

第1縮小処理部12は、第1LPF処理部11により生成されたN枚の第1の低域超解像画像に対して、それぞれ1/M倍に縮小処理してM通りの位相の異なる縮小画像を生成し、M枚を対とするN組の第1の縮小画像を超解像処理部13に出力する。   The first reduction processing unit 12 performs reduction processing on each of the N first low-frequency super-resolution images generated by the first LPF processing unit 11 by 1 / M times, and performs reduction with M different phases. An image is generated, and N sets of first reduced images having M pairs are output to the super-resolution processing unit 13.

図3は、第1縮小処理部12の処理を説明する図である。ここでは、第1の低域超解像画像O’を1/4倍して原画像サイズに縮小する例を示している。この場合、第1縮小処理部12は、水平方向及び垂直方向に1画素ずつ位相をずらして画素間引きを行い、1枚の低域超解像画像O’に対して4枚の第1の縮小画像a,b,c,dを得る。第1の低域超解像画像O’における原画像oの画素位置をa1,a2,a3,a4,・・・とすると、第1の縮小画像aは第1の低域超解像画像O’と位相が同じであるが、第1の縮小画像b,c,dは原画像oと位相が異なる。   FIG. 3 is a diagram for explaining the processing of the first reduction processing unit 12. Here, an example is shown in which the first low-frequency super-resolution image O ′ is reduced by a factor of 1/4 to the original image size. In this case, the first reduction processing unit 12 performs pixel thinning by shifting the phase by one pixel in the horizontal direction and the vertical direction, and performs four first reductions for one low-frequency super-resolution image O ′. Images a, b, c, and d are obtained. When the pixel positions of the original image o in the first low-frequency super-resolution image O ′ are a1, a2, a3, a4,..., The first reduced image a is the first low-frequency super-resolution image O. Although the phase is the same as', the first reduced images b, c, and d are different in phase from the original image o.

超解像処理部13は、第1縮小処理部12により生成された第1の縮小画像をそれぞれ超解像処理して、M枚を対とするN組の第1の超解像画像を生成し、第2LPF処理部14に出力する。超解像処理部13は、超解像画像最適化装置1に入力される超解像画像群の生成に用いられたパラメータが既知の場合には、同じパラメータを用いて超解像処理を行う。また、超解像画像群の生成に用いられたパラメータが未知の場合には、縮小劣化過程を模擬した点拡がり関数又はガウシアン関数などの劣化関数を用いて超解像処理を行う。なお、超解像画像群の生成に用いられたパラメータが既知の場合であっても、劣化関数を用いて超解像処理を行ってもよい。   The super-resolution processing unit 13 performs super-resolution processing on each of the first reduced images generated by the first reduction processing unit 12 to generate N sets of first super-resolution images in pairs of M sheets. And output to the second LPF processing unit 14. The super-resolution processing unit 13 performs super-resolution processing using the same parameters when the parameters used to generate the super-resolution image group input to the super-resolution image optimization apparatus 1 are known. . If the parameters used to generate the super-resolution image group are unknown, super-resolution processing is performed using a degradation function such as a point spread function or a Gaussian function that simulates the reduction degradation process. Note that the super-resolution processing may be performed using the degradation function even when the parameters used for generating the super-resolution image group are known.

第2LPF処理部14は、超解像処理部13により生成された第1の超解像画像を、第1LPF処理部11と同様にそれぞれローパスフィルタ処理して、M枚を対とするN組の第2の低域超解像画像を生成し、第2縮小処理部15に出力する。   The second LPF processing unit 14 performs low-pass filter processing on the first super-resolution image generated by the super-resolution processing unit 13 in the same manner as the first LPF processing unit 11, and N sets of M pairs. A second low-frequency super-resolution image is generated and output to the second reduction processing unit 15.

第2縮小処理部15は、第2LPF処理部14により生成された第2の低域超解像画像をそれぞれ原画像と同じ位相となるように1/M倍に縮小処理してM枚を対とするN組の第2の縮小画像を生成し、最適化部16に出力する。   The second reduction processing unit 15 reduces the second low-frequency super-resolution image generated by the second LPF processing unit 14 to 1 / M times so as to have the same phase as the original image, and sets M images. N sets of second reduced images are generated and output to the optimization unit 16.

図4は、第2縮小処理部15の処理を説明する図である。ここでは、第2の低域超解像画像を1/4倍して原画像サイズに縮小する例を示している。この場合、第2縮小処理部15は、原画像と同じ位相となるように画素間引きを行い、4枚の第2の低域超解像画像A’〜D’に対して4枚の第2の縮小画像a’〜d’を得る。第2の低域超解像画像A’〜D’における原画像oの画素位置をh1,h2,h3,h4,・・・とすると、第2の縮小画像a’〜d’は原画像oと同じ位相となる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the processing of the second reduction processing unit 15. Here, an example is shown in which the second low-frequency super-resolution image is reduced by a factor of 1/4 to the original image size. In this case, the second reduction processing unit 15 performs pixel thinning so that the phase is the same as that of the original image, and the four second low-frequency super-resolution images A ′ to D ′. Reduced images a ′ to d ′ are obtained. When the pixel positions of the original image o in the second low-frequency super-resolution images A ′ to D ′ are h1, h2, h3, h4,..., The second reduced images a ′ to d ′ are the original image o. And the same phase.

最適化部16は、原画像oと第2の縮小画像との差分値を、M枚を対とする第2の縮小画像の組ごとに算出し、差分値が最小となる第2の縮小画像の組に対応する超解像画像を最適超解像画像として出力する。   The optimization unit 16 calculates a difference value between the original image o and the second reduced image for each pair of the second reduced images having a pair of M sheets, and the second reduced image that minimizes the difference value. A super-resolution image corresponding to the set is output as an optimal super-resolution image.

図5は、最適化部16の処理の第1の例を説明する図である。例えば、N枚の超解像画像Onから第2の縮小画像an’,bn’,cn’,dn’が生成されたとする。添え字のnは超解像画像を識別するための番号であり、n=1,2,・・・,Nである。この場合、最適化部16は、原画像oと第2の縮小画像のn番目の組との差分値を、原画像oと第2の縮小画像an’,bn’,cn’,dn’との各差分値の最小値又は各差分値の平均値とする。ここで、差分値は、例えばPSNR(Peak Signal to Noise Ratio)又はSSIM(Structural Similarity)を用いて評価することができる。そして、最適化部16は、第2の縮小画像の組ごとに原画像oとの差分値を算出し、差分値が最小となる第2の縮小画像の組に対応する超解像画像Onを最適超解像画像として外部に出力する。図5では、n=kのときに、原画像oと第2の縮小画像の組{ak’,bk’,ck’,dk’}との差分値が最小となり、超解像画像Okを最適超解像画像とする例を示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of processing by the optimization unit 16. For example, a second reduced image a n from N sheets of the super-resolution image O n ', b n', c n ', d n' and is generated. The subscript n is a number for identifying the super-resolution image, and n = 1, 2,. In this case, the optimization unit 16, a difference value between the n-th set of original images o and the second reduced image, the original image o the second reduced image a n ', b n', c n ', The minimum value of each difference value from d n ′ or the average value of the difference values. Here, the difference value can be evaluated using, for example, PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) or SSIM (Structural Similarity). Then, the optimization unit 16, for each set of the second reduced image by calculating a difference value between the original image o, the second super-resolution image O n corresponding to the set of reduced image difference value is minimized Is output to the outside as an optimal super-resolution image. In FIG. 5, when n = k, the difference value between the set {a k ′, b k ′, c k ′, d k ′} of the original image o and the second reduced image is minimized, and super-resolution is performed. An example in which the image Ok is an optimal super-resolution image is shown.

図6は、最適化部16の処理の第2の例を説明する図である。最適化部16は、原画像を複数の領域に分割し、領域ごとに原画像oと第2の縮小画像の各組との差分値を算出し、領域ごとに差分値が最小となる第2の縮小画像の組に対応する最適超解像画像を出力するようにしてもよい。図6では、原画像oを9つの領域に分割し、右上の領域については原画像oと第2の縮小画像の組との差分値が最小となるのはn=1の場合であり、右下の領域については原画像oと第2の縮小画像の組との差分値が最小となるのはn=2の場合であり、左下の領域については原画像oと第2の縮小画像の組との差分値が最小となるのはn=Nの場合である例を示している。このようにして領域ごとに最適超解像画像を決定する場合、最適化部16は、領域ごとに決定された最適超解像画像の識別情報を最適超解像パラメータとして、最適超解像画像とともに外部に出力するようにしてもよい。   FIG. 6 is a diagram illustrating a second example of the process of the optimization unit 16. The optimization unit 16 divides the original image into a plurality of regions, calculates a difference value between each set of the original image o and the second reduced image for each region, and a second difference value that minimizes the difference value for each region. The optimum super-resolution image corresponding to the set of reduced images may be output. In FIG. 6, the original image o is divided into nine regions, and in the upper right region, the difference value between the original image o and the second reduced image set is minimum when n = 1, In the lower area, the difference value between the original image o and the second reduced image set is minimized when n = 2, and in the lower left area, the set of the original image o and the second reduced image is set. In this example, the difference value between and is minimum when n = N. In this way, when determining the optimum super-resolution image for each region, the optimization unit 16 uses the identification information of the optimum super-resolution image determined for each region as the optimum super-resolution parameter, so that the optimum super-resolution image is determined. At the same time, it may be output to the outside.

(超解像装置)
次に、超解像装置2ついて説明する。本発明では超解像処理の方法は問われないが、以下に一例を示す。
(Super-resolution device)
Next, the super-resolution device 2 will be described. In the present invention, the super-resolution processing method is not limited, but an example is shown below.

図7は、超解像装置2の構成例を示すブロック図である。図7に示す例では、超解像装置2は、周波数分解部21と、レジストレーション部22と、超解像高周波成分生成部23と、周波数再構成部24とを備える。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the super-resolution device 2. In the example illustrated in FIG. 7, the super resolving device 2 includes a frequency resolving unit 21, a registration unit 22, a super resolving high frequency component generating unit 23, and a frequency reconfiguring unit 24.

周波数分解部21は、原画像を第1の周波数分解パラメータを用いて周波数分解、例えば、デシメーション無しで1階ウェーブレット分解して第1の周波数分解画像を生成し、第1の周波数分解画像のうち高周波成分を超解像高周波成分生成部23に出力する。   The frequency decomposition unit 21 generates a first frequency decomposition image by performing frequency decomposition on the original image using the first frequency decomposition parameter, for example, first-order wavelet decomposition without decimation, The high frequency component is output to the super-resolution high frequency component generation unit 23.

また、周波数分解部21は、原画像を第2の周波数分解パラメータを用いて周波数分解、例えば、デシメーション有りで1階ウェーブレット分解して第2の周波数分解画像を生成し、第2の周波数分解画像のうち低周波成分をレジストレーション部22に出力し、第2の周波数分解画像のうち高周波成分を超解像高周波成分生成部23に出力する。ここで、第1の周波数分解パラメータ及び第2の周波数分解パラメータは、周波数分解に用いるフィルタ、例えばウェーブレットフィルタを規定するためのパラメータである。周波数分解パラメータの値を変えることにより、周波数分解時の周波数特性を可変とすることができる。   Further, the frequency resolving unit 21 performs frequency decomposition using the second frequency decomposition parameter, for example, first-order wavelet decomposition with decimation to generate a second frequency decomposed image, and generates the second frequency decomposed image. The low frequency component is output to the registration unit 22, and the high frequency component of the second frequency resolved image is output to the super resolution high frequency component generation unit 23. Here, the first frequency decomposition parameter and the second frequency decomposition parameter are parameters for defining a filter used for frequency decomposition, such as a wavelet filter. By changing the value of the frequency resolution parameter, the frequency characteristics during frequency resolution can be made variable.

図8は、周波数分解部21の処理を説明する図である。図8(a)は、原画像を第1の周波数分解パラメータを用いて周波数分解する例として、原画像をデシメーション無しで1階周波数分解して第1の周波数分割画像を生成する様子を示している。デシメーション無しであるため、各周波数成分(低周波成分LL0,水平高周波成分LH0,垂直高周波成分HL0,斜め高周波成分HH0)の画像サイズは原画像サイズと等しくなる。周波数分解部21は、LH0,HL0,HH0を高周波成分初期値として超解像高周波成分生成部23に出力する。 FIG. 8 is a diagram for explaining the processing of the frequency resolving unit 21. FIG. 8A shows a state in which the first frequency division image is generated by performing first-order frequency decomposition without decimation as an example of frequency decomposition of the original image using the first frequency decomposition parameter. Yes. Since there is no decimation, the image size of each frequency component (low frequency component LL 0 , horizontal high frequency component LH 0 , vertical high frequency component HL 0 , oblique high frequency component HH 0 ) is equal to the original image size. The frequency resolving unit 21 outputs LH 0 , HL 0 , and HH 0 to the super-resolution high-frequency component generation unit 23 as high-frequency component initial values.

図8(b)は、原画像を第2の周波数分解パラメータを用いて周波数分解する例として、原画像をデシメーション有りで1階周波数分解して第2の周波数分割画像を生成する様子を示している。デシメーション有りの1階分解であるため、各周波数成分(低周波成分LL1,水平高周波成分LH1,垂直高周波成HL1,斜め高周波成分HH1)の画像サイズは原画像サイズから縦・横それぞれ1/2に縮小される。周波数分解部21は、LL1を低周波成分としてレジストレーション部22に出力し、LH1,HL1,HH1を高周波成分として超解像高周波成分生成部23に出力する。 FIG. 8B shows a state in which the original image is frequency-decomposed using the second frequency decomposition parameter and the original image is subjected to first-order frequency decomposition with decimation to generate a second frequency division image. Yes. Since it is a first-order decomposition with decimation, the image size of each frequency component (low frequency component LL 1 , horizontal high frequency component LH 1 , vertical high frequency component HL 1 , oblique high frequency component HH 1 ) is vertical and horizontal from the original image size. Reduced to 1/2. The frequency resolving unit 21 outputs LL 1 as a low frequency component to the registration unit 22 and outputs LH 1 , HL 1 , and HH 1 as high frequency components to the super-resolution high frequency component generation unit 23.

レジストレーション部22は、レジストレーションパラメータを用いて、原画像と、周波数分解部21により生成された第2の周波数分解画像の低周波成分との間でブロックマッチングを行い、該低周波成分の各ブロックに対応する位置関係を示すレジストレーション情報を超解像高周波成分生成部23に出力する。   The registration unit 22 performs block matching between the original image and the low frequency component of the second frequency decomposition image generated by the frequency decomposition unit 21 using the registration parameter, and each of the low frequency components Registration information indicating the positional relationship corresponding to the block is output to the super-resolution high-frequency component generation unit 23.

図9は、レジストレーション部22の処理を説明する図である。レジストレーション部22は、第2の周波数分解画像の低周波成分LL1を所定のサイズ、例えば、4画素×4画素のブロックに分割して原画像Oとの間でブロックマッチングを行い、レジストレーション情報を出力する。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。 FIG. 9 is a diagram for explaining the processing of the registration unit 22. The registration unit 22 divides the low-frequency component LL 1 of the second frequency-resolved image into blocks of a predetermined size, for example, 4 pixels × 4 pixels, and performs block matching with the original image O to perform registration. Output information. 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.

レジストレーション部22は、図9に示すように原画像をデシメーション有りで周波数分解した画像の低周波成分と原画像との間でレジストレーション(位置合わせ)を行うのが好適である。その理由は、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し、その高周波成分を割り付けることができるからである。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。   As shown in FIG. 9, the registration unit 22 preferably performs registration (positioning) between a low-frequency component of an image obtained by frequency-decomposing the original image with decimation and the original image. The reason is that, when images having similar shapes and different sizes exist in the same frame, the similar images can be aligned and their high frequency components can be assigned. 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.

レジストレーションパラメータは、ブロックマッチングを行う際のブロックサイズ及び探索範囲を含む。探索範囲は精度向上のためには原画像全体とするのがよいが、処理速度向上のために探索範囲を対象ブロックの近傍の範囲に限定してもよい。また、レジストレーションパラメータに閾値を含め、SAD又はSSDの評価関数値が閥値を超えた場合は、レジストレーション結果として採用しないようにしてもよい。   The registration parameter includes a block size and a search range when performing block matching. The search range may be the entire original image in order to improve accuracy, but the search range may be limited to a range near the target block in order to improve processing speed. Further, when a threshold value is included in the registration parameter and the evaluation function value of SAD or SSD exceeds the threshold value, it may not be adopted as the registration result.

超解像高周波成分生成部23は、周波数分解部21により生成された第1の周波数分解画像の高周波成分及び第2の周波数分解画像の高周波成分、並びにレジストレーション部22により生成されたレジストレーション情報を入力して、原画像の超解像高周波成分を生成し、周波数再構成部24に出力する。   The super-resolution high-frequency component generation unit 23 includes the high-frequency component of the first frequency-resolved image and the high-frequency component of the second frequency-resolved image generated by the frequency decomposition unit 21, and the registration information generated by the registration unit 22. To generate a super-resolution high-frequency component of the original image and output it to the frequency reconstruction unit 24.

図10は、超解像高周波成分生成部23の処理を説明する図である。超解像高周波成分生成部23は、レジストレーション情報に従って、第2の周波数分解画像の高周波成分(LH1,HL1,HH1)を、第1の周波数分解画像の高周波成分(LH0,HL0,HH0)の小数画素位置に割り付ける。ここで、第2の周波数分解画像の高周波成分(LH1,HL1,HH1)を割り付ける際には、第2の周波数分解画像の低周波成分LL1と同じ位相位置のレジストレーション情報に従うこととする。これは、第2の周波数分解画像の低周波成分(LL1)のあるブロックPが原画像のあるブロックQに対応(類似)していれば、各高周波成分(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に対応する可能性が高いためである。つまり、原画像とデシメーション有りで周波数分解した画像の低周波成分が同じであれば、原画像の標本化周波数を超える高周波成分はデシメーション有りで周波数分解した画像の高周波成分とほぼ同じであると推測できるからである。 FIG. 10 is a diagram for explaining the processing of the super-resolution high-frequency component generation unit 23. The super-resolution high-frequency component generation unit 23 converts the high-frequency components (LH 1 , HL 1 , HH 1 ) of the second frequency-resolved image and the high-frequency components (LH 0 , HL) of the first frequency-resolved image according to the registration information. 0 , HH 0 ). Here, when allocating the high frequency components (LH 1 , HL 1 , HH 1 ) of the second frequency resolved image, follow the registration information at the same phase position as the low frequency component LL 1 of the second frequency resolved image. And If the block P having the low frequency component (LL 1 ) of the second frequency resolved image corresponds to (similar to) the block Q having the original image, each high frequency component (LH 1 , HL 1 , HH 1). This is because the block in the same phase position as the block P) is likely to correspond to the block Q in the same manner. In other words, if the low-frequency components of the original image and the frequency-decomposed image with the decimation are the same, the high-frequency component exceeding the sampling frequency of the original image is estimated to be almost the same as the high-frequency component of the frequency-decomposed image with the decimation Because it can.

そして、超解像高周波成分生成部23は、上記割り付け後、再構成処理、例えばMAP(Maximum A Posterior)推定に基づく再構成処理を行い、超解像高周波成分(LH0’,HL0’,HH0’)を生成する。MAP推定に基づく再構成処理とは、低解像度画像を条件としたときの事後確率を最大にする高解像度画像を推定して再構成する処理であり、ここでは第1の周波数分解画像を高解像度画像の初期値とし、高解像度画像から、割り付けられる第2の周波数分解画像を推定し、推定した値と実際の値の誤差を最小にするように高解像度画像を更新する。その他の方法として、ML(Maximum Likelihood)推定や、割り付けられた画素の距離に応じた重み付けにより再構成処理を行い、超解像高周波成分を生成してもよい。 Then, after the allocation, the super-resolution high-frequency component generation unit 23 performs reconstruction processing, for example, reconstruction processing based on MAP (Maximum A Posterior) estimation, and performs super-resolution high-frequency components (LH 0 ′, HL 0 ′, HH 0 ′) is generated. The reconstruction process based on MAP estimation is a process of estimating and reconstructing a high-resolution image that maximizes the posterior probability when a low-resolution image is used as a condition. The second frequency resolved image to be allocated is estimated from the high resolution image as the initial value of the image, and the high resolution image is updated so as to minimize the error between the estimated value and the actual value. As another method, a super-resolution high-frequency component may be generated by performing reconstruction processing by ML (Maximum Likelihood) estimation or weighting according to the allocated pixel distance.

周波数再構成部24は、周波数再構成パラメータを用いて、原画像及び超解像高周波成分生成部23により生成された超解像高周波成分を周波数再構成して超解像画像を生成し、外部に出力する。ここで、周波数再構成パラメータは、周波数再構成に用いるフィルタを規定するためのパラメータである。   The frequency reconstruction unit 24 reconstructs the frequency of the super-resolution high-frequency component generated by the original image and the super-resolution high-frequency component generation unit 23 using the frequency reconstruction parameter, and generates a super-resolution image. Output to. Here, the frequency reconstruction parameter is a parameter for defining a filter used for frequency reconstruction.

図11は、周波数再構成部24の処理を説明する図である。周波数再構成部24は、原画像Oを空間低周波成分とし、超解像高周波成分生成部23により生成された超解像高周波成分(水平高周波成分LH0’,垂直高周波成分HL0’,斜め高周波成分HH0’)を空間高周波成分として周波数再構成、例えば、ウェーブレット再構成を行い、超解像画像OSRを生成する。 FIG. 11 is a diagram for explaining the processing of the frequency reconfiguration unit 24. The frequency reconstruction unit 24 uses the original image O as a spatial low frequency component, and generates a super-resolution high-frequency component (horizontal high-frequency component LH 0 ′, vertical high-frequency component HL 0 ′, diagonal) generated by the super-resolution high-frequency component generation unit 23. The super-resolution image OSR is generated by performing frequency reconstruction, for example, wavelet reconstruction, using the high-frequency component HH 0 ′) as the spatial high-frequency component.

上述したように、本発明に係る超解像画像最適化装置1は、入力される超解像画像群に対して、第1LPF処理部11によるローパスフィルタ処理及び第1縮小処理部12による縮小処理を行って、第1の縮小画像群を生成する。次に、超解像処理部13により第1の縮小画像群に対して超解像処理を行った後、第2LPF処理部14によるローパスフィルタ処理及び第2縮小処理部15による縮小処理を行って、原画像と同じ位相の第2の縮小画像群を生成する。最後に、最適化部16により、原画像と第2の縮小画像群の差分値が最小となる超解像画像を最適化超解像画像として出力する。このような構成により、超解像画像最適化装置1は、入力される超解像画像群の超解像処理の方法によらず、超解像画像群から原画像との差分値が最も少ない最適な超解像画像を決定することが可能となる。   As described above, the super-resolution image optimization device 1 according to the present invention performs low-pass filter processing by the first LPF processing unit 11 and reduction processing by the first reduction processing unit 12 on the input super-resolution image group. To generate a first reduced image group. Next, after super-resolution processing is performed on the first reduced image group by the super-resolution processing unit 13, low-pass filter processing by the second LPF processing unit 14 and reduction processing by the second reduction processing unit 15 are performed. Then, a second reduced image group having the same phase as the original image is generated. Finally, the optimization unit 16 outputs the super-resolution image that minimizes the difference value between the original image and the second reduced image group as an optimized super-resolution image. With such a configuration, the super-resolution image optimization apparatus 1 has the smallest difference value from the super-resolution image group to the original image regardless of the super-resolution processing method of the input super-resolution image group. An optimum super-resolution image can be determined.

なお、上述した超解像画像最適化装置1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、超解像画像最適化装置1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。   Note that a computer can be suitably used to function as the super-resolution image optimization device 1 described above, and such a computer describes the processing contents for realizing each function of the super-resolution image optimization device 1. This program can be realized by storing the program in a storage unit of the computer, and reading and executing the program 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 超解像画像最適化装置
2 超解像装置
11 第1LPF処理部
12 第1縮小処理部
13 超解像処理部
14 第2LPF処理部
15 第2縮小処理部
16 最適化部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Super-resolution image optimization apparatus 2 Super-resolution apparatus 11 1st LPF process part 12 1st reduction process part 13 Super-resolution process part 14 2nd LPF process part 15 2nd reduction process part 16 Optimization part

Claims (5)

複数の超解像画像から最適な超解像画像を決定する超解像画像最適化装置であって、
N枚の超解像画像をそれぞれローパスフィルタ処理して、N枚の第1の低域超解像画像を生成する第1LPF処理部と、
前記第1の低域超解像画像ごとに、縮小処理してM通りの位相の異なる縮小画像を生成し、M枚を対とするN組の第1の縮小画像を出力する第1縮小処理部と、
前記第1の縮小画像ごとに超解像処理して、M枚を対とするN組の第1の超解像画像を生成する超解像処理部と、
前記第1の超解像画像ごとにローパスフィルタ処理して、M枚を対とするN組の第2の低域超解像画像を生成する第2LPF処理部と、
前記第2の低域超解像画像ごとに、原画像と同じ位相となるように縮小処理して縮小画像を生成し、M枚を対とするN組の第2の縮小画像を生成する第2縮小処理部と、
前記M枚を対とする第2の縮小画像の組ごとに前記原画像との差分値を算出し、該差分値が最小となる前記第2の縮小画像の組に対応する超解像画像を最適な超解像画像として出力する最適化部と、
を備えることを特徴とする超解像画像最適化装置。
A super-resolution image optimization device for determining an optimal super-resolution image from a plurality of super-resolution images,
A first LPF processing unit for low-pass filtering each of the N super-resolution images to generate N first low-frequency super-resolution images;
For each of the first low-frequency super-resolution images, a reduction process is performed to generate reduced images having M different phases, and N sets of first reduced images having M pairs are output. And
A super-resolution processing unit that performs super-resolution processing for each of the first reduced images and generates N sets of first super-resolution images in pairs of M sheets;
A second LPF processing unit that performs low-pass filtering for each of the first super-resolution images to generate N sets of second low-frequency super-resolution images paired with M images;
For each of the second low-frequency super-resolution images, a reduced image is generated by performing a reduction process so as to have the same phase as the original image, and N sets of second reduced images having M pairs are generated. 2 reduction processing unit;
A difference value with respect to the original image is calculated for each pair of the second reduced images paired with the M sheets, and a super-resolution image corresponding to the second reduced image group having the minimum difference value is obtained. An optimization unit that outputs an optimal super-resolution image;
A super-resolution image optimizing device comprising:
前記第1LPF処理部及び前記第2LPF処理部は、前記複数の超解像画像の生成に用いられたパラメータが未知の場合には、点拡がり関数又はガウシアン関数を用いてローパスフィルタ処理を行うことを特徴とする、請求項1に記載の超解像画像最適化装置。   The first LPF processing unit and the second LPF processing unit perform low-pass filter processing using a point spread function or a Gaussian function when parameters used to generate the plurality of super-resolution images are unknown. The super-resolution image optimizing device according to claim 1, wherein the super-resolution image optimizing device according to claim 1. 前記超解像処理部は、前記複数の超解像画像の生成に用いられたパラメータが未知の場合には、点拡がり関数又はガウシアン関数を用いて超解像処理を行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の超解像画像最適化装置。   The super-resolution processing unit performs a super-resolution process using a point spread function or a Gaussian function when parameters used for generating the plurality of super-resolution images are unknown. The super-resolution image optimization apparatus according to claim 1. 前記最適化部は、前記M枚を対とする第2の縮小画像の組と前記原画像との差分値を領域ごとに算出し、該領域ごとに最適な超解像画像を出力することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の超解像画像最適化装置。   The optimization unit calculates a difference value between the original image and a set of the second reduced image paired with the M sheets, and outputs an optimum super-resolution image for each area. The super-resolution image optimizing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the super-resolution image optimizing device is characterized. コンピュータを、請求項1から4のいずれか一項に記載の超解像画像最適化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 image optimization apparatus as described in any one of Claim 1 to 4.
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