JP6532151B2 - 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、入力信号の複数の信号位置各々について、当該信号位置において所定の走査方向に走査したときの信号値列の2階差分値の符号変化と、前記信号値列の1階差分値の符号とに基づいて、当該信号位置の周辺の信号値に関する補正パターンを決定する補正パターン決定部と、前記複数の信号位置各々について、前記補正パターン決定部が決定した前記補正パターンを、前記入力信号に加算する補正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) This invention was made in order to solve the subject mentioned above, and one mode of the present invention is a signal at the time of scanning a predetermined scanning direction in the signal position concerned about each of a plurality of signal positions of an input signal. A correction pattern determination unit that determines a correction pattern related to a signal value in the vicinity of the signal position based on a sign change of a second-order difference value of the value sequence and a sign of a first-order difference value of the signal value sequence; And a correction unit that adds the correction pattern determined by the correction pattern determination unit to the input signal for each of the signal positions.

(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、前記補正パターン決定部が決定する前記補正パターンには、前記走査方向に沿って正の値、負の値の順に値が並ぶ補正パターンと、前記走査方向の逆方向に沿って正の値、負の値の順に値が並ぶ補正パターンとが含まれることを特徴とする。 (2) Another aspect of the present invention is the blur correction device according to (1), wherein the correction pattern determined by the correction pattern determination unit has a positive value along the scanning direction, It is characterized in that it includes a correction pattern in which values are arranged in the order of negative values, and a correction pattern in which values are arranged in the order of positive values and negative values along the reverse direction of the scanning direction.

(3)また、本発明の他の態様は、(1)または(2)に記載のぼやけ補正装置であって、前記補正パターン決定部は、前記補正パターンの振幅を、前記1階差分値の大きさに応じた値とすることを特徴とする。 (3) Further, another aspect of the present invention is the blur correction device according to (1) or (2), wherein the correction pattern determination unit determines the amplitude of the correction pattern as the first-order difference value. It is characterized in that the value corresponds to the size.

(4)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(3)のいずれかの項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。 (4) 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 blur correction device according to any one of (1) to (3), wherein the input signal is the input signal.

(5)また、本発明の他の態様は、コンピュータを、入力信号の複数の信号位置各々について、当該信号位置において所定の走査方向に走査したときの信号値列の2階差分値の符号変化と、前記信号値列の1階差分値の符号とに基づいて、当該信号位置の周辺の信号値に関する補正パターンを決定する補正パターン決定部、前記複数の信号位置各々について、前記補正パターン決定部が決定した前記補正パターンを、前記入力信号に加算する補正部として機能させるためのプログラムである。 (5) Further, another aspect of the present invention is the sign change of the second-order difference value of the signal value sequence when the computer is scanned in a predetermined scanning direction at a plurality of signal positions of the input signal. And a correction pattern determination unit that determines a correction pattern related to signal values in the vicinity of the signal position based on a sign of a first-order difference value of the signal value sequence, the correction pattern determination unit for each of the plurality of signal positions Is a program for functioning as a correction unit that adds the determined correction pattern to the input signal.

(6)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請求項1から請求項3のいずれかの項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。 (6) Moreover, the other aspect of this invention interpolates with respect to the input signal to the computer, The interpolation part which makes the resolution of the said input signal high, The said interpolation part makes resolution high The program according to any one of claims 1 to 3, wherein the input signal is a signal that has been input.

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の構成を示す概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a blur correction device according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態における画素位置(i,j)の補正値の算出に用いられる画素を示す図である。It is a figure which shows the pixel used for calculation of the correction value of pixel position (i, j) in the embodiment. 同実施形態における補正パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the correction | amendment pattern 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L1である。It is an example L1 of the low resolution image L input to the super resolution device 2 in the same embodiment. 同実施形態における低解像画像Lの例L1を超解像装置2に入力したときに、補間内挿部20により解像度が高められた画像の例M1である。When an example L1 of the low resolution image L in the same embodiment is input to the super resolution device 2, an example M1 of the image whose resolution is enhanced by the interpolation unit 20 is shown. 同実施形態における低解像画像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。It is an example H1 of a corrected image (high resolution image) H by the super resolution device 2 when an example L1 of the low resolution image L in the same embodiment is input to the super resolution device 2.

[第1の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、この発明の第1の実施形態によるぼやけ補正装置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、水平差分演算部11と、補正値演算部12と、垂直差分演算部13と、補正値演算部14と、補正部15とを含む。
First Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a blur correction device according to a first embodiment of the present invention. 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 a horizontal difference calculation unit 11, a correction value calculation unit 12, a vertical difference calculation unit 13, a correction value calculation unit 14, and a correction unit 15.

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。なお、入力画像Mおよび補正画像Hの解像度(画素数)は、水平方向がX画素、垂直方向がY画素であり、i∈{0,1,…,X−1}かつj∈{0,1,…,Y−1}なる画像座標(i,j)上に画素値が定義されている。
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. The resolutions (number of pixels) of the input image M and the corrected image H are X pixels in the horizontal direction and Y pixels in the vertical direction, and i∈ {0, 1,..., X−1} and j∈ {0, 0 Pixel values are defined on image coordinates (i, j) such as 1,.
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).

ぼやけ補正装置1は、入力画像Mの各画素位置(i,j)について補正処理を行い、その結果を補正画像Hの当該画素位置(i,j)における画素値H(i,j)とする操作を、全ての画素位置(i,j)について実行することで、補正画像Hを生成する。水平差分演算部11は、入力画像Mの各画素位置(i,j)における水平方向(x軸方向)について2階差分値と、1階差分値を算出する。補正値演算部12は、入力画像Mの各画素位置(i,j)について、補強値V(k)(i,j)を算出し、これらの補強値V(k)(i,j)を画素値とする補強画像V(k)を生成する。 The blur correction device 1 performs correction processing for each pixel position (i, j) of the input image M, and sets the result as the pixel value H (i, j) at the pixel position (i, j) of the corrected image H The corrected image H is generated by performing the operation for all pixel positions (i, j). The horizontal difference calculation unit 11 calculates second-order difference values and first-order difference values in the horizontal direction (x-axis direction) at each pixel position (i, j) of the input image M. The correction value calculation unit 12 calculates a reinforcement value V (k) (i, j) for each pixel position (i, j) of the input image M, and calculates these reinforcement values V (k) (i, j) A reinforcement image V (k) having a pixel value is generated.

補正値演算部12による補強値V(k)(i,j)の算出方法を説明する。補正値演算部12は、補強値V(k)(i,j)を算出する際に、水平差分演算部11が算出した2階差分値および1階差分値のうち、(式1)に示す2つの2階差分値PおよびQ、ならびに1つの1階差分値Rを用いる。 A method of calculating the reinforcement value V (k) (i, j) by the correction value calculation unit 12 will be described. When the correction value calculation unit 12 calculates the reinforcement value V (k) (i, j), among the second-order difference value and the first-order difference value calculated by the horizontal difference calculation unit 11, shown in (Expression 1) Two second-order difference values P and Q and one first-order difference value R are used.

なお、これら2つの2階差分値PおよびQ、ならびに1つの1階差分値Rの算出には、画像座標(i,j)を基準として、その2画素左隣より1画素右隣の画素に至る4画素A、B、C、およびDの画素値が用いられる。図2(a)は、これらの4画素を示す図である。なお、(式1)におけるM(i−2,j)は、画素Aの画素値であり、M(i−1,j)は、画素Bの画素値であり、M(i,j)は、画素Cの画素値であり、M(i+1,j)は、画素Dの画素値である。 Note that the calculation of these two second-order difference values P and Q and one first-order difference value R is based on the image coordinates (i, j) from the two pixels on the left to the one pixel on the right The pixel values of the four pixels A, B, C, and D are used. FIG. 2A shows these four pixels. M (i-2, j) in (Expression 1) is the pixel value of the pixel A, M (i-1, j) is the pixel value of the pixel B, and M (i, j) is , M (i + 1, j) is the pixel value of the pixel D.

補正値演算部12は、上述した2つの2階差分値PおよびQ、ならびに1つの1階差分値Rに基づき、補強値V(k)(i,j)を(式2)の漸化式を用いて算出する。補正値演算部12は、この補強値V(k)(i,j)の算出を、全ての画素位置(i,j)について行うことで、入力画像Mのぼやけを補正するための画像V(k)(補強画像)を生成する。なお、上付きの(k)は、補強画像を反復演算により導出する際の繰り返し回数を示すインデックスである。なお、i∈{0,1,…,X−1}かつj∈{0,1,…,Y−1}なる全ての画素位置(i,j)に対して、V(−1)(i,j)=0とする。 The correction value calculation unit 12 uses the above-described two second-order difference values P and Q and one first-order difference value R to calculate the reinforcement value V (k) (i, j) as a recurrence formula of (Expression 2) Calculate using Correction value calculation unit 12, the calculation of the reinforcement value V (k) (i, j ), by performing for every pixel position (i, j), the image V for correcting the blur of the input image M ( k) Generate (a reinforced image). Note that the superscript (k) is an index indicating the number of repetitions when deriving the reinforcement image by the iterative operation. Note that V (-1) (i) is applied to all pixel positions (i, j) where i −1 {0, 1, ..., X-1} and j ∈ {0, 1, ..., Y-1}. , J) = 0.

なお、αは、予め決められた正の定数である。図3(a)に(式2)による更新量(補正パターン)の例を図示する。図3(a)の例では、(式2)の(1)のとき、すなわち、P(i,j)>0、Q(i,j)<0、かつR(i,j)>0のときの例である。このように、補正値演算部12(補正パターン決定部)は、画素位置(i,j)に対して、左隣の画素と、当該画素とに加算する、正負のパルス(補正パターン)を決定する。なお、(式2)の(2)のときは、図3(a)におけるαが−αとなり、−αがαとなる。すなわち、(1)のときは、走査方向に沿って正の値、負の値の順に値が並ぶ補正パターンであり、(2)のときは、走査方向の逆方向に沿って正の値、負の値の順に値が並ぶ補正パターンである。   Here, α is a predetermined positive constant. FIG. 3A shows an example of the update amount (correction pattern) according to (Expression 2). In the example of FIG. 3A, in the case of (1) of (Expression 2), that is, P (i, j)> 0, Q (i, j) <0, and R (i, j)> 0. It is an example of time. As described above, the correction value calculation unit 12 (correction pattern determination unit) determines positive and negative pulses (correction pattern) to be added to the pixel on the left and the pixel with respect to the pixel position (i, j). Do. In the case of (2) of (Expression 2), α in FIG. 3A is −α, and −α is α. That is, in the case of (1), it is a correction pattern in which the values are arranged in the order of the positive value and the negative value along the scanning direction, and in the case of (2), the positive value along the reverse direction of the scanning direction It is a correction pattern in which values are arranged in the order of negative values.

なお、補正値演算部12は、加算する正負のパルスの大きさ(振幅)を、1階差分値Rに比例するようにしてもよい。例えば、補正値演算部12は、(式3)の漸化式を用いて、補強値V(k)(i,j)を算出してもよい。 The correction value calculator 12 may make the magnitudes (amplitudes) of positive and negative pulses to be added proportional to the first-order difference value R. For example, the correction value calculation unit 12 may calculate the reinforcement value V (k) (i, j) using the recurrence formula of (Expression 3).

垂直差分演算部13は、入力画像Mの各画素位置(i,j)における垂直方向(y軸方向)について2階差分値と、1階差分値を算出する。補正値演算部14は、入力画像Mの各画素位置(i,j)について、補強値V(k)(i,j)を算出し、これらの補強値V(k)(i,j)を画素値とする補強画像V(k)を生成する。 The vertical difference calculation unit 13 calculates second-order difference values and first-order difference values in the vertical direction (y-axis direction) at each pixel position (i, j) of the input image M. The correction value calculation unit 14 calculates a reinforcement value V (k) (i, j) for each pixel position (i, j) of the input image M, and calculates these reinforcement values V (k) (i, j) A reinforcement image V (k) having a pixel value is generated.

補正値演算部14による補強値V(k)(i,j)の算出方法を説明する。補正値演算部14は、補強値V(k)(i,j)を算出する際に、垂直差分演算部13が算出した2階差分値および1階差分値のうち、(式4)に示す2つの2階差分値SおよびT、ならびに1つの1階差分値Uを用いる。 A method of calculating the reinforcement value V (k) (i, j) by the correction value calculation unit 14 will be described. When the correction value calculation unit 14 calculates the reinforcement value V (k) (i, j), the second-order difference value and the first-order difference value calculated by the vertical difference calculation unit 13 are represented by (Expression 4) Use two second-order difference values S and T and one first-order difference value U.

なお、これら2つの2階差分値SおよびT、ならびに1つの1階差分値Uの算出には、画像座標(i,j)を基準として、その2画素上隣より1画素下隣の画素に至る4画素E、F、C、およびGの画素値が用いられる。図2(b)は、これらの4画素を示す図である。なお、(式4)におけるM(i,j−2)は、画素Eの画素値であり、M(i,j−1)は、画素Fの画素値であり、M(i,j)は、画素Cの画素値であり、M(i,j+1)は、画素Gの画素値である。 Note that the calculation of these two second-order difference values S and T and one first-order difference value U is based on the image coordinates (i, j) by the pixel two pixels above and one pixel below The pixel values of the four pixels E, F, C, and G are used. FIG. 2 (b) is a diagram showing these four pixels. M (i, j-2) in (Expression 4) is the pixel value of the pixel E, M (i, j-1) is the pixel value of the pixel F, and M (i, j) is , M (i, j + 1) are pixel values of the pixel G.

補正値演算部14は、上述した2つの2階差分値SおよびT、ならびに1つの1階差分値Uに基づき、補強値V(k)(i,j)を(式5)の漸化式を用いて算出する。補正値演算部14は、この補強値V(k)(i,j)の算出を、全ての画素位置(i,j)について行うことで、入力画像Mのぼやけを補正するための画像V(k)(補強画像)を生成する。なお、V(XY−1)(i,j)は、補正値演算部12により算出された補強値である。 The correction value calculator 14 uses the above-described two second-order difference values S and T and one first-order difference value U to calculate the reinforcement value V (k) (i, j) as a recurrence equation of (Equation 5) Calculate using The correction value calculation unit 14 performs the calculation of the reinforcement value V (k) (i, j) for all pixel positions (i, j) to obtain the image V for correcting the blur of the input image M ( k) Generate (a reinforced image). V (XY-1) (i, j) is a reinforcement value calculated by the correction value calculation unit 12.

なお、αは、予め決められた正の定数である。図3(b)に(式5)による更新量の例を図示する。図3(b)の例では、(式5)の(1)のとき、すなわち、S(i,j)>0、T(i,j)<0、かつU(i,j)>0のときの例である。このように、補正値演算部14(補正パターン決定部)は、画素位置(i,j)に対して、上隣の画素と、当該画素とに加算する、正負のパルス(補正パターン)を決定する。なお、(式5)の(2)のときは、図3(b)におけるαが−αとなり、−αがαとなる。   Here, α is a predetermined positive constant. The example of the update amount by (Formula 5) is illustrated in figure 3 (b). In the example of FIG. 3B, in the case of (1) in (Expression 5), that is, S (i, j)> 0, T (i, j) <0, and U (i, j)> 0. It is an example of time. As described above, the correction value calculation unit 14 (correction pattern determination unit) determines positive and negative pulses (correction pattern) to be added to the pixel adjacent on the upper side with respect to the pixel position (i, j) and the corresponding pixel. Do. In the case of (2) of (Expression 5), α in FIG. 3B is −α, and −α is α.

なお、補正値演算部14は、加算する正負のパルスの大きさを、1階差分値Uに比例するようにしてもよい。例えば、補正値演算部14は、(式6)の漸化式を用いて、補強値V(k)(i,j)を算出してもよい。 The correction value calculator 14 may make the magnitudes of the positive and negative pulses to be added proportional to the first-order difference value U. For example, the correction value calculator 14 may calculate the reinforcement value V (k) (i, j) using the recurrence formula of (Expression 6).

補正値演算部14は、(式7)に示すように、最終的には補強画像の最終値(入力画像Mの全画素について走査を行った後の値)であるV(2XY−1)を補強画像Vとして出力する。 The correction value calculation unit 14 finally calculates V (2XY-1) which is the final value of the reinforcement image (the value after scanning all the pixels of the input image M) as shown in (Expression 7). The image is output as a reinforced image V.

なお、水平差分演算部11と垂直差分演算部13を入れ替え、また補正値演算部12と補正値演算部14とを入れ替えて構成しても構わない。
さらに、水平差分演算部11と補正値演算部12のみによる補強画像と、垂直差分演算部13と補正値演算部14のみによる補強画像とを独立に演算してもよい。この場合、これら2補強画像を後述の補正部15において順次適用してもよいし、あるいは2補強画像の和の画像を以て最終的な補強画像とし、この最終的な補強画像を後述の補正部15において適用してもよい。
The horizontal difference calculating unit 11 and the vertical difference calculating unit 13 may be replaced with each other, and the correction value calculating unit 12 and the correction value calculating unit 14 may be replaced with each other.
Furthermore, the reinforcement image by only the horizontal difference calculation unit 11 and the correction value calculation unit 12 and the reinforcement image by only the vertical difference calculation unit 13 and the correction value calculation unit 14 may be calculated independently. In this case, the two reinforcement images may be sequentially applied in the correction unit 15 described later, or the sum of the two reinforcement images is used as a final reinforcement image, and the final reinforcement image is described in the correction unit 15 described below. May apply.

補正部15は、入力画像Mと補強画像Vとの画素毎の画素値の和を求め、その結果を補正画像Hの当該画素位置の画素値として設定する。すなわち、補正部15は、(式8)に示す演算を行う。   The correction unit 15 obtains the sum of the pixel values of each pixel of the input image M and the reinforcement image V, and sets the result as the pixel value of the corresponding pixel position of the corrected image H. That is, the correction unit 15 performs the operation shown in (Expression 8).

画素値H(i,j)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、補正部15は、補正画像Hを生成し、出力する。 The correction unit 15 generates and outputs a corrected image H by performing determination of the pixel value H (i, j) for all pixel positions in the screen and imaging.

例えば、(式2)において、(1)となる画素位置は、画素値が増加しており、画素値をプロットした曲線が、下に凸から上に凸に変化している点である。このような画素位置は、被写体などの輪郭であるとみなし、ぼやけ補正装置1は、左隣の画素値に負のパルスを加算し、当該画素値に正のパルスを加算している。すなわち、画素値をプロットした曲線が急峻になるようにしている。また、(2)となる画素位置は、画素値が減少しており、画素値をプロットした曲線が、上に凸から下に凸に変化している点である。このような画素位置は、被写体などの輪郭であるとみなし、ぼやけ補正装置1は、左隣の画素値に正のパルスを加算し、当該画素値に負のパルスを加算している。すなわち、画素値をプロットした曲線が急峻になるようにしている。
このように、ぼやけ補正装置1は、被写体の輪郭などがぼやけているようなときでも、輪郭などにおける画素値変化を急峻にし、より自然にぼやけを補正することができる。
For example, in (Equation 2), the pixel position which becomes (1) is a point where the pixel value is increasing and the curve on which the pixel value is plotted changes from convex downward to convex. Such a pixel position is considered to be an outline of a subject or the like, and the blur correction device 1 adds a negative pulse to the pixel value adjacent on the left and adds a positive pulse to the pixel value. That is, the curve in which the pixel values are plotted is made to be steep. The pixel position (2) is a point at which the pixel value decreases and the curve plotting the pixel value changes from convex upward to convex downward. Such a pixel position is regarded as an outline of a subject or the like, and the blur correction device 1 adds a positive pulse to the pixel value adjacent on the left and adds a negative pulse to the pixel value. That is, the curve in which the pixel values are plotted is made to be steep.
As described above, even when the outline of the subject is blurred, the blur correction device 1 can make the pixel value change in the outline or the like steep and correct the blur more naturally.

[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20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20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 20 and a blur correction device 1. The super-resolution device 2 has a configuration in which an interpolation / interpolation unit 20 is provided at the front stage of the blur correction device 1.

補間内挿部20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20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20は、(式9)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。
Interpolation The interpolation unit 20 performs interpolation on the input low resolution image L to generate an interpolation image having 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 20 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 20 interpolates the low resolution image L twice in both horizontal and vertical directions by bilinear interpolation using (Expression 9).

また、例えば、補間内挿部20は、(式10)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 20 interpolates twice horizontally and vertically by the Lanczos-3 function using (Equation 10).

但し、(式10)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20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20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 the equation (10), 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 20 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 20 is corrected. .

図5は、超解像装置2に入力される低解像画像Lの例L1である。図6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20により解像度が高められた画像の例M1である。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6ではエッジ部分にぼやけが見られるが、図7では鮮鋭な結果が得られている。なお、図7の補正画像Hの例H1は、補正値演算部12においては(式3)を、補正値演算部14においては(式6)をそれぞれ用い、定数βはβ=0.75とした場合の例である。   FIG. 5 is an example L1 of the low resolution image L input to the super resolution device 2. FIG. 6 is an example M1 of an image in which the resolution is enhanced by the interpolation unit 20 when the example L1 of the low resolution image L is input to the super resolution device 2. FIG. 7 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. Although blurring is seen in the edge portion in FIG. 6, sharp results are obtained in FIG. In the correction image H of FIG. 7, the correction value calculation unit 12 uses (Expression 3), and the correction value calculation unit 14 uses (Expression 6), and the constant β is β = 0.75. This is an example of the case of

なお、上述の各実施形態では、補正値演算部12、14における走査方向が、x軸方向およびy軸方向の場合を説明したが、この他の方向であってもよい。例えば、走査方向が、x軸の負の方向と、y軸の負の方向であってもよい。   In the above-described embodiments, the scanning direction in the correction value computing units 12 and 14 has been described as the x-axis direction and the y-axis direction, but other directions may be used. For example, the scanning direction may be the negative direction of the x axis and the negative direction of the y axis.

また、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. may be processed to represent something other than an image. 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4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. 4 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4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. 4 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…水平差分演算部
12…補正値演算部
13…垂直差分演算部
14…補正値演算部
15…補正部
20…補間内挿部
Reference Signs List 1 blur correction device 2 super resolution device 11 horizontal difference calculation unit 12 correction value calculation unit 13 vertical difference calculation unit 14 correction value calculation unit 15 correction unit 20 interpolation interpolation unit

Claims (4)

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の複数の信号位置各々について、当該信号位置において所定の走査方向に走査したときの信号値列の2階差分値の符号変化と、前記信号値列の1階差分値の符号とに基づいて、当該信号位置の周辺の信号値に関する補正パターンを決定する補正パターン決定部と、
前記複数の信号位置各々について、前記補正パターン決定部が決定した前記補正パターンを、前記入力信号に加算する補正部と
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
For each of the plurality of signal positions of the input signal interpolated by the interpolation unit, the sign change of the second-order difference value of the signal value sequence when the signal position is scanned in a predetermined scanning direction, and the signal value sequence A correction pattern determination unit that determines a correction pattern related to signal values around the signal position based on the sign of the first-order difference value;
Wherein the plurality of signal positions each, the correction the correction pattern pattern determination unit has determined, the super-resolution device, characterized by comprising a correction portion for adding the input signal.
前記補正パターン決定部が決定する前記補正パターンには、前記走査方向に沿って正の値、負の値の順に値が並ぶ補正パターンと、前記走査方向の逆方向に沿って正の値、負の値の順に値が並ぶ補正パターンとが含まれること
を特徴とする請求項1に記載の超解像装置
The correction pattern determined by the correction pattern determination unit includes a correction pattern in which values are arranged in the order of positive value and negative value along the scanning direction, and a positive value and negative value along the reverse direction of the scanning direction. The super-resolution device according to claim 1, further comprising: a correction pattern in which the values are arranged in the order of the values of.
前記補正パターン決定部は、前記補正パターンの振幅を、前記1階差分値の大きさに応じた値とすることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の超解像装置The super-resolution device according to claim 1 or 2, wherein the correction pattern determination unit sets the amplitude of the correction pattern to a value corresponding to the magnitude of the first-order difference value. コンピュータを、
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
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 3.
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