JP6532148B2 - Super-resolution device and program - Google Patents

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Description

本発明は、ぼやけ補正装置、超解像装置およびプログラムに関する。   The present invention relates to a blur correction device, a super resolution device, and a program.

ぼやけた画像などの信号を補正する技術として、ぼやけの点拡がり関数を逆補正する技術がある。逆補正の方法として、ウィーナフィルタを用いる手法や、仮の補正結果をぼやけさせたものが入力信号に一致するよう反復演算を行うことで補正結果を鮮鋭な画像に収束させる手法がある。   As a technique for correcting a signal such as a blurred image, there is a technique for inversely correcting a point spread function of blur. As a method of inverse correction, there is a method using a Wiener filter, and a method of making a correction result converge on a sharp image by performing an iterative operation so that a blurred result of the temporary correction result matches the input signal.

一方、画像の解像度を変換する場合、入力画像に補間関数を畳み込み、入力画像とは異なる標本化周期で標本化を行うことが行われる。特に、出力画像の解像度の方が入力画像の解像度よりも高い場合には、入力画像のナイキスト周波数を超える信号成分を補うことで精細感のある出力画像を得る超解像技術が用いられることもある。
超解像技術には、画像が時系列で与えられる場合に、注目する画像と、時刻の近い他の画像とを、画像領域ごとにサブピクセル精度で動き補償(位置合わせ)し、当該位置合わせのされた画像同士を重畳することでナイキスト周波数を超える信号成分を再生する複数フレーム超解像技術がある。
On the other hand, in the case of converting the resolution of an image, the input image is convoluted with an interpolation function, and sampling is performed at a sampling period different from that of the input image. In particular, if the resolution of the output image is higher than the resolution of the input image, a super resolution technique may be used to obtain an output image with a sense of definition by compensating for signal components exceeding the Nyquist frequency of the input image. is there.
In the super-resolution technique, when an image is given in time series, motion compensation (alignment) is performed with subpixel accuracy for each image region, and the image of interest and other images close in time, There is a multi-frame super resolution technology that reproduces signal components exceeding the Nyquist frequency by superimposing the captured images.

また、1枚の画像からナイキスト周波数を超える信号成分を人工的に合成することで見た目の精細感を向上する手法もあり、単一フレーム超解像技術と呼ばれる。
例えば、単一フレーム超解像技術の一つである非線形法では、入力画像の高域成分に非線形関数を適用することで高調波を生成する。この手法では、空間方向のぼやけを補償する目的で振幅方向に高調波を重畳することで信号の勾配を高めることが行われる(例えば、特許文献1参照)。
In addition, there is also a method for improving the sense of definition in appearance by artificially combining signal components exceeding the Nyquist frequency from one image, and this method is called single frame super resolution technology.
For example, in the non-linear method, which is one of single-frame super resolution techniques, harmonics are generated by applying a non-linear function to the high frequency components of the input image. In this method, the signal gradient is enhanced by superimposing harmonics in the amplitude direction in order to compensate for blur in the spatial direction (see, for example, Patent Document 1).

また、別の単一フレーム超解像技術として学習型超解像がある。学習型超解像では、予め画像の小領域について低解像度のパッチと高解像度のパッチの対をデータベース化しておき、入力された低解像画像の部分ごとにデータベースを参照しつつ高解像度のパッチに変換していく。このようにすることで、データベースに妥当なテクスチャが登録されていれば自然な高精細化が可能となる(例えば、特許文献2参照)。   In addition, there is learning type super resolution as another single frame super resolution technology. In learning-type super resolution, a low resolution patch and a high resolution patch pair are made into a database in advance for a small area of an image, and the high resolution patch is referenced while referring to the database for each portion of the input low resolution image. Convert to By doing this, natural high definition can be achieved if a reasonable texture is registered in the database (see, for example, Patent Document 2).

特許第5396626号公報Patent No. 5396626 gazette 特許第4140690号公報Patent No. 4140690

しかし、ぼやけの点拡がり関数を逆補正する手法では、当該点拡がり関数が既知である必要があり、もし想定した点拡がり関数と実際の点拡がり関数とに齟齬があれば復元結果にはアーチファクトを生じる。
また、ぼやけの点拡がり関数の周波数伝達特性に零点(ヌル)がある場合、該零点の成分については逆伝達特性が特異となるため復元ができない。同様に、ぼやけが理想低域通過型フィルタに近い周波数伝達特性を有する場合には、高域成分がほぼ零となるため、これを逆補正することは困難である。とくに画像に雑音が含まれる場合には、信号成分の補正効果よりも雑音成分の増幅効果が目立つようになり、かえって画質の低下を招くことがある。
However, in the method of inversely correcting the point spread function of the blur, the point spread function needs to be known, and if there is a lag between the assumed point spread function and the actual point spread function, the restored result is an artifact. It occurs.
In addition, when there is a zero (null) in the frequency transfer characteristic of the point spread function of the blur, the component of the zero can not be restored because the inverse transfer characteristic is singular. Similarly, when the blur has a frequency transfer characteristic close to that of an ideal low-pass filter, it is difficult to reversely correct the high frequency component because the high frequency component becomes almost zero. In particular, when the image contains noise, the amplification effect of the noise component becomes more prominent than the correction effect of the signal component, which may result in the deterioration of the image quality.

複数フレーム超解像による場合であっても、入力される画像に該画像のナイキスト周波数を超える成分が折り返し歪として含まれていなければ原理的に高域復元が不可能である。また、複数の画像対から得た動きベクトルの集合について、水平成分の小数部および垂直成分の小数部からなるベクトルの集合が開領域(0,1)×(0,1)(但し、演算子×は直積)内において均一に分布していなければバランスのよい(水平および垂直方向の精細感の差異の少ない)高域復元ができないという問題もある。
単一フレーム超解像の非線形法による場合、空間方向のぼやけを補償する目的で振幅方向に高調波を重畳する。このため、信号波形にオーバシュートやアンダシュート、リンギングなどのアーチファクトを生じやすいという問題がある。
Even in the case of multi-frame super resolution, high-frequency restoration is basically impossible if the input image does not include a component exceeding the Nyquist frequency of the image as aliasing distortion. Also, with respect to a set of motion vectors obtained from a plurality of image pairs, a set of vectors consisting of the decimal part of the horizontal component and the decimal part of the vertical component is an open area (0,1) × (0,1) (where the operator is There is also a problem that high-range restoration can not be performed with good balance (small difference in definition between horizontal and vertical directions) unless x is uniformly distributed within the product.
In the case of the single frame super resolution non-linear method, harmonics are superimposed in the amplitude direction for the purpose of compensating for blurring in the spatial direction. Therefore, there is a problem that artifacts such as overshoot, undershoot, and ringing are easily generated in the signal waveform.

学習型超解像の効果は、データベースの質と量に左右される。データベースに予め登録されていないテクスチャに対して本手法は無力である。学習型超解像においては、予め、学習用の低解像画像と高解像画像の対を用い、機械学習によってデータベース構築が行われる。このときの学習用画像内のテクスチャに偏りがある場合や、学習用画像の量が十分でない場合には、学習の汎化がなされない。このような汎化がなされていないデータベースを用いた場合、学習型超解像の出力する画像は不自然な画像となってしまう。   The effectiveness of learning-type super-resolution depends on the quality and quantity of databases. The method is useless for textures not registered in the database in advance. In learning type super resolution, a database construction is performed by machine learning using pairs of low resolution images and high resolution images for learning in advance. If the textures in the learning image at this time are biased, or if the amount of the learning image is insufficient, generalization of learning is not performed. When a database that is not generalized is used, an image output from learning type super resolution becomes an unnatural image.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、より自然にぼやけを補正することができるぼやけ補正装置、超解像装置およびプログラムを提供する。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a blur correction device, a super-resolution device, and a program that can more naturally correct blur.

(1)この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、入力信号に対してモルフォロジ演算の膨張演算を行う膨張演算部と、前記入力信号に対してモルフォロジ演算の収縮演算を行う収縮演算部と、第1の条件を満たすときは、前記膨張演算部による演算結果を表す第1信号を出力し、第2の条件を満たすときは、前記収縮演算部による演算結果を表す第2信号を出力する切替部とを具備することを特徴とするぼやけ補正装置である。 (1) The present invention has been made to solve the problems described above, and one aspect of the present invention is an expansion operation unit that performs expansion operation of morphological operation on an input signal, and morphology on the input signal. A contraction calculation unit performing contraction calculation of the calculation, and a first signal representing a calculation result by the expansion calculation unit when the first condition is satisfied, and a second signal by the contraction calculation unit when the second condition is satisfied And a switching unit configured to output a second signal representing a calculation result.

(2)また、本発明の他の態様は、(1)に記載のぼやけ補正装置であって、前記切替部は、第3の条件を満たすときは、前記膨張演算部による演算結果と、前記収縮演算部による演算結果との間の値を表す第3信号を出力することを特徴とする。 (2) Further, another aspect of the present invention is the blur correction device according to (1), wherein when the switching unit satisfies a third condition, the calculation result by the expansion calculating unit and the calculation result A third signal representing a value between the contraction calculation unit and the calculation result is output.

(3)また、本発明の他の態様は、(2)に記載のぼやけ補正装置であって、前記第3信号は、前記入力信号であることを特徴とする。 (3) Further, another aspect of the present invention is the blur correction device according to (2), wherein the third signal is the input signal.

(4)また、本発明の他の態様は、(1)から(3)のいずれかに記載のぼやけ補正装置であって、前記第1の条件は、前記膨張演算部による演算結果と前記入力信号が表す値との差が、前記収縮演算部による演算結果と前記入力信号が表す値との差よりも小さいことであり、前記第2の条件は、前記膨張演算部による演算結果と前記入力信号が表す値との差が、前記収縮演算部による演算結果と前記入力信号が表す値との差よりも大きいことであることを特徴とする。 (4) Further, another aspect of the present invention is the blur correction device according to any one of (1) to (3), wherein the first condition is a calculation result by the expansion calculation unit and the input. The difference between the signal and the value represented by the signal is smaller than the difference between the calculation result by the contraction calculation unit and the value represented by the input signal, and the second condition is the calculation result by the expansion calculation unit and the input The difference between the value represented by the signal and the value represented by the signal is larger than the difference between the calculation result of the contraction calculation unit and the value represented by the input signal.

(5)また、本発明の他の態様は、入力された信号に対して内挿を行い、前記入力された信号の解像度を高くする内挿部と、前記内挿部が解像度を高くした信号を、前記入力信号とする(1)から(4)のいずれかに記載のぼやけ補正装置とを具備することを特徴とする超解像装置である。 (5) Moreover, the other aspect of this invention interpolates with respect to the input signal, The interpolation part which makes the resolution of the said input signal high, The signal which the said interpolation part made the resolution high And the blurring correction device according to any one of (1) to (4).

(6)また、本発明の他の態様は、コンピュータを、入力信号に対してモルフォロジ演算の膨張演算を行う膨張演算部、前記入力信号に対してモルフォロジ演算の収縮演算を行う収縮演算部、第1の条件を満たすときは、前記膨張演算部による演算結果を表す第1信号を出力し、第2の条件を満たすときは、前記収縮演算部による演算結果を表す第2信号を出力する切替部として機能させるためのプログラムである。 (6) Further, according to another aspect of the present invention, there is provided an expansion operation unit that performs expansion operation of morphology operation on an input signal, a contraction operation unit that performs contraction operation of morphology operation on the input signal, A switching unit that outputs a first signal representing the calculation result by the expansion calculation unit when the condition of 1 is satisfied, and outputs a second signal representing the calculation result by the contraction calculation unit when the second condition is satisfied Is a program to function as

(7)また、本発明の他の態様は、コンピュータを、入力された信号に対して内挿を行い、前記入力された信号の解像度を高くする内挿部、前記内挿部が解像度を高くした信号を、前記入力信号とする(1)から(4)のいずれかに記載のぼやけ補正装置として機能させるためのプログラムである。 (7) Moreover, the other aspect of this invention interpolates with respect to the input signal to a computer, The interpolation part which makes the resolution of the said input signal high, The said interpolation part makes resolution high It is a program for functioning as a blur correction device given in either of (1) to (4) which uses the input signal as the input signal.

この発明によれば、より自然にぼやけを補正することができる。   According to the present invention, blur can be corrected more naturally.

この発明の第1の実施形態によるぼやけ補正装置1の構成を示す概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of a blur correction device 1 according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態における領域カーネルK、Jの第1の例を説明する図である。It is a figure explaining the 1st example of field kernels K and J in the embodiment. 同実施形態における領域カーネルK、Jの第2の例を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd example of field kernels K and J in the embodiment. 同実施形態におけるぼやけ補正装置1の動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining operation | movement of the blur correction apparatus 1 in the embodiment. この発明の第2の実施形態による超解像装置2の構成を説明する概略ブロック図である。It is a schematic block diagram explaining the structure of the super-resolution apparatus 2 by 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態における超解像装置2に入力される低解像画像Lの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the low resolution image L input into the super-resolution apparatus 2 in the embodiment. 同実施形態における補間内挿部14により解像度が高められた画像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the image by which the resolution was raised by the interpolation interpolation part 14 in the embodiment. 同実施形態における超解像装置2による補正画像(高解像画像)Hの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the correction | amendment image (high resolution image) H by the super-resolution apparatus 2 in the embodiment.

[第1の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態によるぼやけ補正装置1の構成を示す概略ブロック図である。ぼやけ補正装置1は、入力画像M(入力信号)に対して、ぼやけを補正する処理を行い、その処理の結果である補正画像Hを出力する。ぼやけ補正装置1は、膨張演算部11と、収縮演算部12と、比較切替部13とを含む。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the blur correction device 1 according to the present embodiment. The blur correction device 1 performs a process of correcting blur on the input image M (input signal), and outputs a corrected image H that is the result of the process. The blur correction device 1 includes an expansion calculation unit 11, a contraction calculation unit 12, and a comparison switching unit 13.

入力画像Mにおける画像座標(x,y)の画素値を、M(x,y)と表記する。他の画像の画素値についても同様に表記する。以下では、入力画像Mがモノクロ画像である場合の処理の説明をする。なお、入力画像Mがカラー画像やマルチバンド画像である場合には、色(またはバンド)ごとに独立に同様の処理を行えばよい。   A pixel value of image coordinates (x, y) in the input image M is denoted as M (x, y). The same applies to pixel values of other images. In the following, processing in the case where the input image M is a monochrome image will be described. When the input image M is a color image or a multiband image, similar processing may be performed independently for each color (or band).

膨張演算部11は、入力画像Mに対してモルフォロジ演算の膨張演算(Dilation)を適用し、空間方向に画素値を膨張し、膨張画像Dを出力する。例えば、膨張演算部11の膨張演算には、(式1)が用いられる。なお、(式1)以外にも、例えば、領域カーネルK内で、中心からの距離が遠くなるほど小さくなる重みを画素値に乗じ、それらの中で最大となっている画素の画素値を選択するものを用いてもよい。(式1)における領域(集合)カーネルKは、空間的に膨張させる大きさおよび形状である。領域カーネルKの詳細については、後述する。   The expansion operation unit 11 applies expansion operation (Dilation) of morphology operation to the input image M, expands pixel values in the spatial direction, and outputs an expanded image D. For example, Equation 1 is used for the expansion calculation of the expansion calculation unit 11. In addition to (Equation 1), for example, in the region kernel K, the pixel value is multiplied by a weight that decreases as the distance from the center increases, and the pixel value of the largest pixel among them is selected. You may use a thing. The region (set) kernel K in (Equation 1) is the size and shape of spatial expansion. Details of the area kernel K will be described later.

収縮演算部12は、入力画像Mに対してモルフォロジ演算の収縮演算(Erosion)を適用し、空間方向に画素値を収縮し、収縮画像Eを出力する。例えば、収縮演算部12の収縮演算には、(式2)が用いられる。なお、(式2)以外にも、例えば、領域カーネルJ内で、中心からの距離が遠くなるほど大きくなる重みを画素値に乗じ、それらの中で最小となっている画素の画素値を選択するものを用いてもよい。(式2)における領域(集合)カーネルJは、空間的に収縮させる大きさおよび形状である。領域カーネルJの詳細については、後述する。   The contraction operation unit 12 applies contraction operation (Erosion) of morphology operation to the input image M, contracts a pixel value in the space direction, and outputs a contracted image E. For example, (Equation 2) is used for the contraction calculation of the contraction calculation unit 12. In addition to the equation (2), for example, in the region kernel J, the pixel value is multiplied by a weight that increases as the distance from the center increases, and the pixel value of the pixel having the minimum value among them is selected. You may use a thing. The region (set) kernel J in (Equation 2) is the size and shape of the spatial contraction. Details of the area kernel J will be described later.

比較切替部13は、入力画像M(第3信号)と、膨張画像D(第1信号)と、収縮画像E(第2信号)とから生成した補正画像Hを出力する。比較切替部13は、以下のようにして、補正画像Hを生成する。まず、比較切替部13は、入力画像Mと、膨張画像Dと、収縮画像Eとを画素毎に比較する。具体的には、比較切替部13は、各画素位置(x,y)について、D(x,y)とM(x,y)の差分A(x,y)、およびM(x,y)とE(x,y)の差分B(x,y)の大小を比較する。なお、差分A(x,y)および差分B(x,y)は、(式3)にて求められる。   The comparison switching unit 13 outputs a corrected image H generated from the input image M (third signal), the expanded image D (first signal), and the contracted image E (second signal). The comparison switching unit 13 generates a corrected image H as follows. First, the comparison switching unit 13 compares the input image M, the dilation image D, and the contraction image E pixel by pixel. Specifically, for each pixel position (x, y), the comparison switching unit 13 calculates the difference A (x, y) between the D (x, y) and the M (x, y), and M (x, y) And the difference B (x, y) of E (x, y) are compared. The difference A (x, y) and the difference B (x, y) are obtained by (Equation 3).

次に、比較切替部13は、差分A(x,y)と差分B(x,y)の大小に応じて、次の規則で補正画像Hの画素値H(x,y)を決定する。
(a)A(x,y)<B(x,y)ならばH(x,y)=D(x,y)
(b)A(x,y)>B(x,y)ならばH(x,y)=E(x,y)
(c)A(x,y)=B(x,y)ならばH(x,y)=E(x,y)
すなわち、比較切替部13は、(式4)により補正画像Hの画素値H(x,y)を決定する。
Next, the comparison switching unit 13 determines the pixel value H (x, y) of the corrected image H according to the following rule according to the magnitude of the difference A (x, y) and the difference B (x, y).
(A) H (x, y) = D (x, y) if A (x, y) <B (x, y)
(B) H (x, y) = E (x, y) if A (x, y)> B (x, y)
(C) H (x, y) = E (x, y) if A (x, y) = B (x, y)
That is, the comparison switching unit 13 determines the pixel value H (x, y) of the corrected image H according to (Expression 4).

なお、(c)のときにH(x,y)の値は、D(x,y)とE(x,y)の中間的な値であればよく、例えば、D(x,y)であってもよいし、M(x,y)であってもよいし、例えば、D(x,y)とE(x,y)の平均など、D(x,y)とE(x,y)とから、あるいは、D(x,y)とE(x,y)とM(x,y)とから算出される、E(x,y)以上D(x,y)以下の値であってもよい。
すなわち、比較切替部13は、(式5)、(式6)、(式7)のいずれかにより補正画像Hの画素値H(x,y)を決定してもよい。
In the case of (c), the value of H (x, y) may be an intermediate value between D (x, y) and E (x, y), for example, D (x, y) May be M (x, y), for example, the average of D (x, y) and E (x, y), D (x, y) and E (x, y) Or E (x, y) or more and D (x, y) or less calculated from D (x, y), E (x, y) and M (x, y) May be
That is, the comparison switching unit 13 may determine the pixel value H (x, y) of the corrected image H according to any one of (Expression 5), (Expression 6), and (Expression 7).

以上の画素値H(x,y)の決定を、画面内全画素位置について実行して画像化することにより、比較切替部13は、補正画像Hを生成し、出力する。   The comparison switching unit 13 generates and outputs the corrected image H by performing the above-described determination of the pixel value H (x, y) for all the pixel positions in the screen and imaging.

図2、図3の各々は、領域カーネルK、Jの例を説明する図である。領域カーネルKおよび領域カーネルJとしては、対象の画素とその周辺の画素からなる領域、例えば、図2、図3に示すような領域用いることができる。図2、図3において、横軸と縦軸は、(式1)および(式2)におけるiと、jであり、網掛けを付した領域に属するi、jの集合が、領域カーネルK、Jである。例えば、図2においては、領域カーネルK、Jは、(i,j)の組み合わせが、(−3,1)、(−3,0)、(−3,−1)、(−2,2)、(−2,1)、(−2,0)、(−2,−1)、(−2,−2)、(−1,3)、(−1,2)、(−1,1)、(−1,0)、(−1,−1)、(−1,−2)、(−1,−3)、(0,3)、(0,2)、(0,1)、(0,0)、(0,−1)、(0,−2)、(0,−3)、(1,3)、(1,2)、(1,1)、(1,0)、(1,−1)、(1,−2)、(1,−3)、(2,2)、(2,1)、(2,0)、(2,−1)、(2,−2)、(3,1)、(3,0)、(3,−1)からなる領域である。また、図3においては、領域カーネルK、Jは、(i,j)の組み合わせが、(0,0)、(1,0)、(0,1)、(−1,0)、(0,−1)からなる領域である。なお、領域カーネルKと領域カーネルJとして同一の領域を用いた方が好ましいが、異なっていてもよい。   Each of FIG. 2, FIG. 3 is a figure explaining the example of area | region kernel K and J. FIG. As the area kernel K and the area kernel J, an area including the target pixel and its peripheral pixels, for example, an area as shown in FIGS. 2 and 3 can be used. In FIG. 2 and FIG. 3, the horizontal axis and the vertical axis are i and j in (Expression 1) and (Expression 2), and the set of i, j belonging to the shaded area is the area kernel K, It is J. For example, in FIG. 2, the combination of (i, j) of the region kernels K and J is (−3, 1), (−3, 0), (−3, −1), (−2, 2) ), (−2, 1), (−2, 0), (−2, −1), (−2, −2), (−1, 3), (−1, 2), (−1, 1), (-1, 0), (-1, -1), (-1, -2), (-1, -3), (0, 3), (0, 2), (0, 1) ), (0, 0), (0, -1), (0, -2), (0, -3), (1, 3), (1, 2), (1, 1), (1, 1) 0), (1, -1), (1, -2), (1, -3), (2, 2), (2, 1), (2, 0), (2, -1), (( 2, 2), (3, 1), (3, 0), (3, -1). Also, in FIG. 3, the combination of (i, j) of the region kernels K and J is (0, 0), (1, 0), (0, 1), (-1, 0), (0) , -1). It is preferable to use the same area as the area kernel K and the area kernel J, but they may be different.

図4は、ぼやけ補正装置1の動作を説明する模式図である。ここでは簡単のため、画像の代わりに1次元信号で示している。まず、入力された入力画像M100は、膨張演算部11によって領域カーネルK101を用いた膨張演算が適用されることにより、膨張画像D102に変換される。また、入力された入力画像M100は、収縮演算部12によって領域カーネルJ103を用いた収縮演算が適用されることにより、収縮画像E104に変換される。比較切替部13は、入力画像M100と、膨張画像D102と、収縮画像E104に基づいて、比較および切替を(式4)により行い、補正画像H105を得る。   FIG. 4 is a schematic view for explaining the operation of the blur correction device 1. Here, for the sake of simplicity, a one-dimensional signal is shown instead of the image. First, the expansion operation unit 11 converts the input image M100 into an expanded image D102 by applying the expansion operation using the area kernel K101. The contraction operation unit 12 converts the input image M100 into a contraction image E104 by applying contraction calculation using the region kernel J103. The comparison switching unit 13 performs comparison and switching according to (Expression 4) based on the input image M100, the expanded image D102, and the contracted image E104 to obtain a corrected image H105.

このような操作によって、図4の補正画像H105中の破線で囲った領域106および107のように、補正画像H105の波形が入力画像M100の波形よりも急峻になっている。すなわち、画像のエッジ部分を鮮鋭化し、より自然にぼやけを補正することができる。   By such an operation, the waveform of the corrected image H105 is steeper than the waveform of the input image M100, as in the regions 106 and 107 surrounded by the broken line in the corrected image H105 in FIG. 4. That is, the edge portion of the image can be sharpened to more naturally correct the blur.

[第2の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。図5は、本実施形態における超解像装置2の構成を説明する概略ブロック図である。超解像装置2は、補間内挿部14と、ぼやけ補正装置1とを含む。超解像装置2は、ぼやけ補正装置1の前段に補間内挿部14を設けた構成となっている。
Second Embodiment
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic block diagram for explaining the configuration of the super resolving device 2 in the present embodiment. The super resolution device 2 includes an interpolation unit 14 and a blur correction device 1. The super-resolution device 2 has a configuration in which an interpolation / interpolation unit 14 is provided at the front stage of the blur correction device 1.

補間内挿部14は、入力された低解像画像Lに対して補間内挿を行うことにより画素数を増加させた補間画像を生成し、生成した補間画像をぼやけ補正装置1に対する入力画像Mとして出力する。補間内挿部14による補間内挿に用いる補間関数は、画像信号の滑らかさを損なわないものが好ましい。例えば、0次補間(最近傍補間)よりも、双一次補間、双三次補間、スプライン補間、Lanczosフィルタによる補間などの方が好ましい。
例えば、補間内挿部14は、(式8)を用いて、双一次補間により水平、垂直いずれも2倍に、低解像画像Lを補間内挿する。
The interpolation unit 14 performs interpolation on the input low resolution image L to generate an interpolation image with an increased number of pixels, and generates the generated interpolation image as an input image M to the blur correction device 1 Output as The interpolation function used for interpolation by the interpolation unit 14 is preferably one that does not impair the smoothness of the image signal. For example, bilinear interpolation, bicubic interpolation, spline interpolation, interpolation by Lanczos filter, or the like is preferable to zero-order interpolation (nearest neighbor interpolation).
For example, the interpolation unit 14 interpolates the low resolution image L twice in both horizontal and vertical directions by bilinear interpolation using (Equation 8).

また、例えば、補間内挿部14は、(式9)を用いて、Lanczos−3関数により水平、垂直いずれも2倍に補間内挿する。   Also, for example, the interpolation unit 14 interpolates twice horizontally and vertically by the Lanczos-3 function using (Equation 9).

但し、(式9)では標本位置を水平および垂直いずれも(低解像画像の画素間隔で)1/4画素ずつずらすことですべての標本点に同様のフィルタ係数がかかるようにしている。
補間内挿部14は、こうして得られた補間画像を入力画像Mとして、ぼやけ補正装置1へ入力する。その結果、ぼやけ補正装置1からは、低解像画像Lよりも画素数が多く、かつ補間内挿部14で生じるぼやけを補正した鮮鋭な補正画像(高解像画像)Hを得ることができる。
However, in (Expression 9), the same filter coefficient is applied to all sample points by shifting the sample position horizontally and vertically (by the pixel interval of the low resolution image) by 1⁄4 pixel.
The interpolation unit 14 inputs the interpolation image thus obtained to the blur correction device 1 as the input image M. As a result, from the blur correction device 1, it is possible to obtain a sharp corrected image (high resolution image) H in which the number of pixels is larger than that of the low resolution image L and blur generated in the interpolation unit 14 is corrected. .

図6は、超解像装置2に入力される低解像画像Lの例L1を示す。図7は、低解像画像Lの例L1を超解像装置2に入力したときに、補間内挿部14により解像度が高められた画像の例M1である。図8は、低解像画像Lの例L1を超解像装置2に入力したときの超解像装置2による補正画像(高解像画像)Hの例H1である。図7の例M1ではエッジ部分にぼやけが見られるが、図8の例H1では鮮鋭な結果が得られている。なお、例H1においては、領域カーネルKに図2の例を、領域カーネルJに図2の例を、比較切替部13に(式6)を、補間内挿部14に(式9)を用いた。   FIG. 6 shows an example L1 of the low resolution image L input to the super resolution device 2. FIG. 7 is an example M1 of an image in which the resolution is enhanced by the interpolation unit 14 when the example L1 of the low resolution image L is input to the super resolution device 2. FIG. 8 shows an example H1 of a corrected image (high resolution image) H by the super resolution device 2 when the example L1 of the low resolution image L is input to the super resolution device 2. In the example M1 of FIG. 7, blurring is seen at the edge portion, but in the example H1 of FIG. 8, sharp results are obtained. In the example H1, the region kernel K is used for the example of FIG. 2 as the region kernel J, the equation (6) for the comparison switching unit 13, and the equation 9 for the interpolation unit 14 It was.

なお、本実施形態において、ぼやけ補正装置1における領域カーネルK、Jの大きさを、補間内挿部14における所定方向の画素数の拡大率に応じて変更するようにしてもよい。さらに、領域カーネルK、Jの半径は、この拡大率の1/2以下にすることが望ましい。このようにすることで、領域カーネルK、Jに含まれる画素が、その画素値を補間内挿により算出する際の元になる画素が共通するものだけとなるため、補間内挿によるぼやけ以外に対する、ぼやけ補正による影響を抑えることができる。例えば、膨張演算部11は、補間内挿部14における横方向の画素数の拡大率の1/4を、領域カーネルKの半径とし、収縮演算部12は、補間内挿部14における横方向の画素数の拡大率の1/4を、領域カーネルJの半径とする。また、領域カーネルK、Jの半径を、方向によって、変えてもよい。例えば、補間内挿部14における横方向の画素数の拡大率の1/4を、領域カーネルK、Jの横方向の半径とし、補間内挿部14における縦方向の画素数の拡大率の1/4を、領域カーネルKの縦方向の半径としてもよい。   In the present embodiment, the sizes of the area kernels K and J in the blur correction device 1 may be changed according to the enlargement ratio of the number of pixels in the predetermined direction in the interpolation unit 14. Furthermore, it is desirable that the radius of the area kernels K and J be 1/2 or less of this enlargement factor. By doing this, only the pixels included in the area kernels K and J have a common pixel that is the basis for calculating the pixel value by interpolation, and therefore it is possible to prevent blurring other than by interpolation. The effect of blur correction can be suppressed. For example, the expansion operation unit 11 sets 1⁄4 of the enlargement ratio of the number of pixels in the horizontal direction in the interpolation unit 14 as the radius of the region kernel K, and the contraction operation unit 12 generates the horizontal direction in the interpolation unit 14. Let 1⁄4 of the enlargement ratio of the number of pixels be the radius of the area kernel J. Also, the radius of the area kernels K, J may be changed depending on the direction. For example, assuming that 1⁄4 of the enlargement ratio of the number of pixels in the horizontal direction in the interpolation unit 14 is the radius in the horizontal direction of the area kernels K and J, 1 of the enlargement ratio of the number of pixels in the vertical direction Alternatively, / 4 may be the longitudinal radius of the region kernel K.

上述の各実施形態では、画像を表す信号を処理するぼやけ補正装置1、超解像装置2を例に挙げたが、ぼやけ補正装置1、超解像装置2は、音声、3次元モデルなど、画像以外のものを表す信号を処理してもよい。また、その信号は、1次元の信号であってもよいし、2以上の次元数の信号であってもよい。   In each of the above-described embodiments, the blur correction device 1 and the super-resolution device 2 that process signals representing an image are exemplified. However, the blur correction device 1 and the super-resolution device 2 may be voices, three-dimensional models, etc. Signals representing something other than an image may be processed. Also, the signal may be a one-dimensional signal or a signal of two or more dimensions.

また、図1におけるぼやけ補正装置1、図5における超解像装置2の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりぼやけ補正装置1、超解像装置2を実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。   In addition, the program for realizing the functions of the blur correction device 1 in FIG. 1 and the super-resolution device 2 in FIG. 5 is recorded in a computer readable recording medium, and the program recorded in the recording medium is The blur correction device 1 and the super-resolution device 2 may be realized by reading and executing. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。   The term "computer-readable recording medium" refers to a storage medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a portable medium such as a ROM or a CD-ROM, or a hard disk built in a computer system. Furthermore, “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time, like a communication line in the case of transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, the volatile memory in the computer system which is the server or the client in that case, and the one that holds the program for a certain period of time is also included. The program may be for realizing a part of the functions described above, or may be realized in combination with the program already recorded in the computer system.

また、上述した図1におけるぼやけ補正装置1、図5における超解像装置2の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず、専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。ハイブリッド、モノリシックのいずれでも良い。一部は、ハードウェアにより、一部はソフトウェアにより機能を実現させても良い。
また、半導体技術の進歩により、LSIに代替する集積回路化等の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
In addition, each functional block of the blur correction device 1 in FIG. 1 and the super-resolution device 2 in FIG. 5 may be individually chipped, or a part or all of them may be integrated and chipped. Further, the method of circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible. Either hybrid or monolithic may be used. Some of the functions may be implemented by hardware and some may be implemented by software.
Further, when a technology such as integrated circuit substitution for LSI emerges with the advance of semiconductor technology, it is also possible to use an integrated circuit according to the technology.

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes and the like within the scope of the present invention are also included.

1…ぼやけ補正装置
2…超解像装置
11…膨張演算部
12…収縮演算部
13…比較切替部
14…補間内挿部
Reference Signs List 1 blur correction device 2 super resolution device 11 expansion calculation unit 12 contraction calculation unit 13 comparison switching unit 14 interpolation interpolation unit

Claims (5)

入力信号を内挿する内挿部と、内挿された前記入力信号を補正するぼやけ補正装置とを備えた超解像装置であって、
前記内挿部は、前記内挿する際の標本位置を、水平および垂直方向いずれも、前記入力信号による低解像画像の画素間隔で1/4画素ずつずらし、予め定めた関数により補間内挿し、
前記ぼやけ補正装置は、
前記内挿部が内挿した前記入力信号に対してモルフォロジ演算の膨張演算を行う膨張演算部と、
前記入力信号に対してモルフォロジ演算の収縮演算を行う収縮演算部と、
第1の条件を満たすときは、前記膨張演算部による演算結果を表す第1信号を出力し、第2の条件を満たすときは、前記収縮演算部による演算結果を表す第2信号を出力する切替部と
を具備することを特徴とする超解像装置。
What is claimed is: 1. A super-resolution device comprising: an interpolation unit that interpolates an input signal; and a blur correction device that corrects the interpolated input signal,
The interpolation unit shifts the sample position at the time of the interpolation in each of horizontal and vertical directions by 1⁄4 pixel by the pixel interval of the low resolution image by the input signal, and interpolates using a predetermined function. ,
The blur correction device
An expansion operation unit that performs expansion operation of morphological operation on the input signal interpolated by the interpolation unit;
A contraction operation unit that performs contraction operation of morphology operation on the input signal;
When the first condition is satisfied, the first signal representing the calculation result by the expansion calculation unit is output, and when the second condition is satisfied, the second signal representing the calculation result by the contraction calculation unit is output. A super-resolution device characterized by comprising:
前記切替部は、第3の条件を満たすときは、前記膨張演算部による演算結果と、前記収縮演算部による演算結果との間の値を表す第3信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の超解像装置When the third condition is satisfied, the switching unit outputs a third signal representing a value between the calculation result of the expansion calculation unit and the calculation result of the contraction calculation unit. The super resolution device according to 1 . 前記第3信号は、前記内挿部が内挿した入力信号であることを特徴とする請求項2に記載の超解像装置The super resolution device according to claim 2, wherein the third signal is an input signal interpolated by the interpolation unit . 前記第1の条件は、前記膨張演算部による演算結果と前記内挿部が内挿した入力信号が表す値との差が、前記収縮演算部による演算結果と前記内挿部が内挿した入力信号が表す値との差よりも小さいことであり、
前記第2の条件は、前記膨張演算部による演算結果と前記内挿部が内挿した入力信号が表す値との差が、前記収縮演算部による演算結果と前記内挿部が内挿した入力信号が表す値との差よりも大きいことであること
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの一項に記載の超解像装置
The first condition is that the difference between the calculation result by the expansion calculation unit and the value represented by the input signal interpolated by the interpolation unit is the calculation result by the contraction calculation unit and the input interpolated by the interpolation unit. It must be smaller than the difference between the signal and the value it represents,
The second condition is that the difference between the calculation result by the expansion calculation unit and the value represented by the input signal interpolated by the interpolation unit is the input obtained by the calculation result by the contraction calculation unit and the interpolation unit The super-resolution device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is larger than the difference from the value represented by the signal.
コンピュータを、
求項1から請求項4のいずれかの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。
Computer,
Program for functioning as a super-resolution device according to Motomeko 1 to one of any claims 4.
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