JP6817784B2 - Super-resolution device and program - Google Patents
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Description
本発明は、被超解像画像を超解像処理する超解像装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a super-resolution device and a program for super-resolution processing an image to be super-resolutiond.
従来、複数フレームの同一の動オブジェクト間で位置合わせを行うことにより、画素密度を高めてレジストレーション超解像を行う方法が知られている。この位置合わせは小数画素精度で行い、標本位置のずれた同一オブジェクトの画素情報から画素密度を高めることができる。 Conventionally, a method of increasing the pixel density and performing registration super-resolution by aligning the same moving objects in a plurality of frames has been known. This alignment is performed with a decimal pixel accuracy, and the pixel density can be increased from the pixel information of the same object whose sample position is deviated.
例えば、特許文献1には、n枚の画像フレームを合成することにより、当該入力画像フレーム上の被写体が移動する方向に応じて画像フレームを構成する画素数を増加させる画像高解像度化方法が開示されている。また、特許文献2には、動画像データ内に記録されているフレーム画像間の動き情報を利用して、連続する2フレーム以上の画像から動きベクトルを算出し、累積加算及び方向変換による演算を行って、複雑な演算なく高精度な位置合わせを可能とする画像処理方法が開示されている。
For example,
従来技術では、位置合わせ精度が高い場合は、高画質な超解像画像が得られる。しかし、フレームレートが低い、オブジェクトが複雑(不規則)な動きをする、オクルージョンが発生する場合などは位置合わせ精度が低くなりやすい。さらに、静止領域では原理上、位置合わせにより画素密度向上を向上させることができない。 In the prior art, when the alignment accuracy is high, a high-quality super-resolution image can be obtained. However, the alignment accuracy tends to be low when the frame rate is low, the object moves in a complicated (irregular) manner, or occlusion occurs. Further, in the stationary region, in principle, the improvement of the pixel density cannot be improved by the alignment.
そこで、単一の被超解像画像を周波数分解して、被超解像画像とその低周波成分画像との間で相似オブジェクトの位置合わせを行い、位置合わせされた箇所では被超解像画像とその低周波成分画像が類似しているため、被超解像画像のナイキスト周波数を超える超解像高周波成分は被超解像画像の高周波成分に類似しているとして該高周波成分を割り付けて超解像画像を生成する手法が考えられる。ただし、この手法では位置合わせに膨大な時間を要する。 Therefore, a single super-resolution image is frequency-decomposed, and similar objects are aligned between the super-resolution image and its low-frequency component image, and the super-resolution image is aligned at the aligned location. And its low-frequency component image are similar, so the super-resolution high-frequency component that exceeds the Nyquist frequency of the super-resolution image is assumed to be similar to the high-frequency component of the super-resolution image, and the high-frequency component is assigned to the super A method of generating a resolution image can be considered. However, this method requires a huge amount of time for alignment.
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、フレーム間の相関の低い領域や静止領域を含むフレーム画像であっても、高速且つ高精細な超解像画像を生成することが可能な超解像装置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 a super-resolution capable of generating a high-speed and high-definition super-resolution image even if the frame image includes a region having a low correlation between frames or a stationary region. To provide image equipment and programs.
上記課題を解決するため、本発明に係る超解像装置は、被超解像画像を超解像処理して超解像画像を生成する超解像装置であって、被超解像画像に対して複数階層の周波数分解処理を行い、階層ごとに低周波成分画像と高周波成分画像とに分解する周波数分解部と、 前記被超解像画像を分割した分割ブロックごとに、前記低周波成分画像内で前記分割ブロックと最も類似度が高い類似ブロックを決定し、該類似ブロックの位置を示す位置合わせ情報を生成する階層型位置合わせ部と、前記位置合わせ情報に従って、前記類似ブロックと同じ空間位相位置の前記高周波成分画像内のブロックを前記被超解像画像の標本化周波数を超える高周波成分に割り付けて、前記被超解像画像の高周波成分を推定した超解像高周波成分画像を生成する超解像高周波成分画像生成部と、前記被超解像画像を低周波成分とし、前記超解像高周波成分画像を高周波成分として周波数再構成を行い、超解像画像を生成する周波数再構成部と、を備え、前記階層型位置合わせ部は、階層数の大きい低周波成分画像から順に前記類似ブロックを決定することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the super-resolution device according to the present invention is a super-resolution device that generates a super-resolution image by super-resolution processing the super-resolution image to be super-resolution image. On the other hand, the frequency decomposition unit that performs frequency decomposition processing of a plurality of layers and decomposes the low frequency component image and the high frequency component image for each layer, and the low frequency component image for each divided block that divides the super-resolution image. A hierarchical alignment unit that determines a similar block having the highest degree of similarity to the divided block and generates alignment information indicating the position of the similar block, and the same spatial phase as the similar block according to the alignment information. A super-resolution high-frequency component image in which the high-frequency component of the super-resolution image is estimated is generated by allocating a block in the high-frequency component image of the position to a high-frequency component exceeding the sampling frequency of the super-resolution image. A resolution high-frequency component image generation unit and a frequency reconstruction unit that generates a super-resolution image by performing frequency reconstruction using the super-resolution high-frequency component image as a low-frequency component and the super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component. , The hierarchical alignment unit is characterized in that the similar blocks are determined in order from the low frequency component image having the largest number of layers.
さらに、本発明に係る超解像装置において、前記超解像高周波成分画像生成部は、前記類似ブロックと同じ空間位相位置の前記高周波成分画像内のブロックのパワーを前記被超解像画像のパワーに基づいて補正した後に、前記被超解像画像の標本化周波数を超える高周波成分に割り付けて、前記超解像高周波成分画像を生成することを特徴とする。 Further, in the super-resolution apparatus according to the present invention, the super-resolution high-frequency component image generation unit uses the power of the block in the high-frequency component image at the same spatial phase position as the similar block to be the power of the super-resolution image. After correction based on the above, the super-resolution high-frequency component image is generated by allocating to a high-frequency component exceeding the sampling frequency of the super-resolution image.
さらに、本発明に係る超解像装置において、前記階層型位置合わせ部は、類似ブロックを決定する際に、最上位階層の低周波成分画像については全範囲を探索範囲とし、最上位階層以外の階層の低周波成分画像については階層数が1つ大きい類似ブロックの位置を基準に探索範囲を決定することを特徴とする。 Further, in the super-resolution device according to the present invention, when determining a similar block, the hierarchical alignment unit sets the entire range as a search range for the low-frequency component image of the highest layer, and other than the highest layer. The low-frequency component image of the hierarchy is characterized in that the search range is determined based on the position of a similar block having one larger number of layers.
さらに、本発明に係る超解像装置において、前記周波数分解部は、前記被超解像画像に対してデシメーションを伴う複数階層のウェーブレット分解処理を行うことを特徴とする。 Further, in the super-resolution device according to the present invention, the frequency resolution unit is characterized in that the super-resolution image is subjected to a wavelet decomposition process of a plurality of layers accompanied by decimation.
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記超解像装置として機能させることを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, the program according to the present invention is characterized in that the computer functions as the super-resolution device.
本発明によれば、同一フレーム内の相似オブジェクト間や、複数フレーム間の相似オブジェクト間でもレジストレーション超解像を行うことができ、フレーム間の相関の低い領域や静止領域を含むフレーム画像であっても、高速且つ高精細な超解像画質を得ることができるようになる。 According to the present invention, registration super-resolution can be performed between similar objects in the same frame or between similar objects between a plurality of frames, and the frame image includes a region having low correlation between frames and a stationary region. However, high-speed and high-definition super-resolution image quality can be obtained.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超解像装置の構成例を示すブロック図である。図1に示す例では、超解像装置1は、周波数分解部11と、階層型位置合わせ部12と、超解像高周波成分画像生成部13と、周波数再構成部14とを備える。超解像装置1は、被超解像画像(原画像)Iを超解像処理して超解像画像ISRを生成する。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a super-resolution device according to the first embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 1, the
周波数分解部11は、被超解像画像Iと、周波数分解パラメータとを入力する。周波数分解パラメータは、周波数分解処理に用いるフィルタを指定するパラメータと、階層数(分解階数)nを指定するパラメータとを含む。そして、周波数分解部11は、周波数分解パラメータに基づいて被超解像画像Iに対して複数階層の周波数分解処理を行い、階層ごとに低周波成分画像と高周波成分画像とに分解する。そして、生成した各階層の低周波成分画像(LLn)を階層型位置合わせ部12に出力し、各分解階数の高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)を超解像高周波成分画像生成部13に出力する。
The frequency decomposition unit 11 inputs the super-resolution image I and the frequency decomposition parameter. The frequency decomposition parameter includes a parameter that specifies a filter used for the frequency decomposition process and a parameter that specifies the number of layers (decomposition order) n. Then, the frequency decomposition unit 11 performs frequency decomposition processing of a plurality of layers on the super-resolution image I based on the frequency decomposition parameters, and decomposes each layer into a low frequency component image and a high frequency component image. Then, the generated low-frequency component image (LL n ) of each layer is output to the
周波数分解処理は、例えばCohen-Daubechies-Feauveau(CDF)9/7ウェーブレットを用いたウェーブレット変換により行う。周波数分解部11は、被超解像画像の参照画像の候補を増やすために、複数のフレーム画像を特性の異なる複数のフィルタを用いて周波数分解を行ってもよい。また、周波数分解部11は入力映像を拡大した後に、複数階の周波数分解を行ってもよい。拡大処理は、例えばLanczos3フィルタなどの線形拡大フィルタを用いて行うことができる。被超解像画像を水平方向及び垂直方向に各m倍に拡大処理してからn階周波数分解する際に、倍率m及び階層数nは任意の値とすることができる。 The frequency decomposition process is performed by, for example, wavelet transform using a Cohen-Daubechies-Feauveau (CDF) 9/7 wavelet. The frequency decomposition unit 11 may perform frequency decomposition of a plurality of frame images by using a plurality of filters having different characteristics in order to increase the candidates for the reference image of the super-resolution image. Further, the frequency decomposition unit 11 may perform frequency decomposition on a plurality of floors after enlarging the input video. The magnifying process can be performed using a linear magnifying filter such as the Lanczos 3 filter. The magnification m and the number of layers n can be arbitrary values when the super-resolution image is enlarged in the horizontal direction and the vertical direction by m times each and then the nth-order frequency is decomposed.
図2は、周波数分解部11におけるウェーブレット変換処理の一例を示す図である。図2に示す例では、周波数分解部11は被超解像画像Iに対してデシメーションを伴う3階(n=3)ウェーブレット変換処理を行い、ウェーブレット分解画像(1階ウェーブレット分解画像W1、2階ウェーブレット分解画像W2、及び3階ウェーブレット分解画像W3)を生成する。デシメーションを伴う複数階層のウェーブレット分解処理を行うことにより、処理を高速化することができる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the wavelet transform process in the frequency decomposition unit 11. In the example shown in FIG. 2, the frequency decomposition unit 11 performs a third-order (n = 3) wavelet transform process with decimation on the super-resolved image I, and the wavelet-resolved image (first-order wavelet decomposition image W1, second floor). Wavelet decomposition image W2 and third-order wavelet decomposition image W3) are generated. The processing can be speeded up by performing the wavelet decomposition processing of a plurality of layers accompanied by decimation.
階層型位置合わせ部12は、被超解像画像Iと、周波数分解部11により生成された各階層の低周波成分画像LLnとを入力する。階層型位置合わせ部12は、被超解像画像Iを所定のサイズ(a×a画素)の分割ブロックBi,jに分割し、分割ブロックBi,jごとに低周波成分画像内で分割ブロックBi,jと最も類似度(相関性)が高い類似ブロックMi,jをブロックマッチングにより決定する。そして、類似ブロックMi,jの位置を示す位置合わせ情報を生成し、超解像高周波成分画像生成部13に出力する。ここで、添え字のiは、水平方向のインデックスであり、jは垂直方向のインデックスである。
The
階層型位置合わせ部12は、階層数nの大きい低周波成分画像から順に類似ブロックMi,jを決定する。例えばn=3の場合、n=3の低周波成分画像内の類似ブロックMi,j 3を決定した後に、n=2の低周波成分画像内の類似ブロックMi,j 2を決定し、最後にn=1の低周波成分画像内の類似ブロックMi,j 1を決定する。このようにすることで、類似ブロックMi,j 3の位置を利用して類似ブロックMi,j 2の位置を推定し、類似ブロックMi,j 2の位置を利用して類似ブロックMi,j 1の位置を推定することができるため、位置合わせに要する時間を短縮することができる。
The
例えば、階層型位置合わせ部12は、類似ブロックMi,jを決定する際に、最上位階層の低周波成分画像については全範囲を探索範囲とし、最上位階層以外の階層の低周波成分画像については階層数が1つ大きい類似ブロックの位置を基準に探索範囲を決定する。
For example, when the
図3は、階層型位置合わせ部12における階層型の位置合わせ処理の一例を示す図である。この例では、階層数n=3とする。階層型位置合わせ部12は、被超解像画像Iを基準フレーム画像、低周波成分画像LL3を参照フレーム画像として、分割ブロックB1,1について低周波成分画像LL3の全体を探索範囲とするブロックマッチングを行い、低周波成分画像LL3内で分割ブロックB1,1と最も類似度が高い類似ブロックM1,1 3を決定する。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the hierarchical alignment process in the
次に、階層型位置合わせ部12は、被超解像画像Iを基準フレーム画像、低周波成分画像LL2を参照フレーム画像として、分割ブロックB1,1についてブロックマッチングを行い、低周波成分画像LL2内で分割ブロックB1,1と最も類似度が高い類似ブロックM1,1 2を決定する。このとき、探索範囲は、例えば類似ブロックM1,1 3の中心位置に対応する座標を水平方向及び垂直方向ともに2倍した位置を中心とする所定のサイズ(b×b画素、b>a)の範囲とする。
Next, the
次に、階層型位置合わせ部12は、被超解像画像Iを基準フレーム画像、低周波成分画像LL1を参照フレーム画像として、分割ブロックB1,1についてブロックマッチングを行い、低周波成分画像LL1内で分割ブロックB1,1と最も類似度が高い類似ブロックM1,1 1を決定する。このとき、探索範囲は、例えば類似ブロックM1,1 2の中心位置に対応する座標を水平方向及び垂直方向ともに2倍した位置を中心とする所定のサイズ(b×b画素、b>a)の範囲とする。以上の処理を{Bi,j|∀i,j}について行い、類似ブロックMi,j nの位置を示す位置合わせ情報を超解像高周波成分画像生成部13に出力する。
Next, the
階層型位置合わせ部12が、図3に示すように被超解像画像Iとはサイズが異なる低周波成分画像とも位置合わせを行う理由は、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。
As shown in FIG. 3, the reason why the
超解像高周波成分画像生成部13は、周波数分解部11により生成された周波数分解画像の高周波成分(LHn,HLn,HHn)と、階層型位置合わせ部12により生成された位置合わせ情報とを入力する。超解像高周波成分画像生成部13は、初めに被超解像画像Iと同じサイズの0行列を超解像高周波成分(LHSR,HLSR,HHSR)として用意する。そして、位置合わせ情報に従って、類似ブロックMi,j nと同じ空間位相位置の高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)内のブロックを、被超解像画像Iの標本化周波数を超える未知の高周波成分に割り付けて、被超解像画像Iの高周波成分を推定した超解像高周波成分画像を生成し、周波数再構成部14に出力する。
The super-resolution high-frequency component
図4は、超解像高周波成分画像生成部13における割り付け処理の一例を示す図である。ここの例では、類似ブロックM1,1 1に対する割り付けを行う例を示している。超解像高周波成分画像生成部13は、位置合わせ情報に従って、1階ウェーブレット分解画像W1の高周波成分画像(LH1,HL1,HH1)を、被超解像画像Iの標本化周波数を超える未知の超解像高周波成分(LHSR,HLSR,HHSR)の小数画素位置に割り付ける。ここで、割り付ける際には、同じ位相位置の位置合わせ情報に従うこととする。これは、被超解像画像Iの分割ブロックBi,jが低周波成分画像LLnの類似ブロックMi,jに類似していれば、分割ブロックBi,jと同位相位置の超解像高周波画像のブロックについても同様に、類似ブロックMi,jと同位相位置の、高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)内のブロックにそれぞれ類似する可能性が高いためである。
FIG. 4 is a diagram showing an example of allocation processing in the super-resolution high-frequency component
超解像高周波成分画像生成部13は、上記割り付け後、超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)に対して、割り付けられた画素の距離に応じた重み付け、ML(Maximum Likelihood)推定、又はMAP(Maximum A Posterior)推定などにより、再構成処理を行うようにしてもよい。MAP推定は、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画像を推定して再構成する手法である。MAP推定の詳細については、例えば、E. Levitan and G. Herman: "A maximum a posteriori probability expectation maximization algorithm for image reconstruction in emission tomography", IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 6, no. 3, pp. 185-192, Sep. 1987.を参照されたい。
After the above allocation, the super-resolution high-frequency component
周波数再構成部14は、被超解像画像Iと、超解像高周波成分画像生成部13により生成された超解像高周波成分画像と、周波数再構成パラメータとを入力する。周波数再構成パラメータは、周波数再構成処理に用いるフィルタを指示するパラメータを含む。周波数再構成パラメータは、例えば周波数分解部11で用いたフィルタと同一のフィルタを指示する。周波数再構成部14は、被超解像画像Iを低周波成分とし、超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)を高周波成分として周波数再構成を行って超解像画像ISRを生成し、外部に出力する。
The
図5は、周波数再構成部14における周波数再構成処理の一例を示す図である。この例では、1階ウェーブレット再構成を行い、超解像画像ISRを生成する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the frequency reconstruction process in the
上述したように、本実施形態に係る超解像装置1は、周波数分解部11により、被超解像画像Iに対して複数階層の周波数分解処理を行い、階層型位置合わせ部12により、被超解像画像Iと低周波成分画像LLnとの間で階層型の位置合わせを行って類似ブロックMi,j nの位置を示す位置合わせ情報を生成する。次に、超解像高周波成分画像生成部13により、位置合わせ情報に従って、類似ブロックMi,j nと同じ空間位相位置の高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)内のブロックを、被超解像画像Iの標本化周波数を超える高周波成分に割り付けて超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)を生成する。そして、周波数再構成部14により、被超解像画像Iを低周波成分とし、超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)を高周波成分として周波数再構成を行い、超解像画像ISRを生成する。
As described above, in the
なお、上述した超解像装置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。
A computer can be preferably used to function as the
このようにして、超解像装置1及びそのプログラムは、位置合わせを被超解像画像に近接する他のフレームの周波数分解画像との間でも行うことにより、同一フレーム内の相似オブジェクト間、及び複数フレーム間の相似オブジェクト間でレジストレーション超解像を行うことができ、静止領域や位置合わせ精度が低い領域でも高い超解像画質が得ることができる。また、階層型位置合わせ部12により階層型の位置合わせを行うため、位置合わせに要する時間を短縮し、処理を高速化することができる。
In this way, the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る超解像装置について説明する。第2の実施形態の超解像装置2は第1の実施形態の超解像装置1と比較して、超解像高周波成分画像生成部13の処理が相違する。その他の構成については第1の実施形態と同一であるため、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the super-resolution device according to the second embodiment of the present invention will be described. The super-resolution device 2 of the second embodiment is different from the
第2の実施形態に係る超解像装置2の超解像高周波成分画像生成部13は、上述した類似ブロックMi,j n(被超解像画像I内のブロックBi,jに類似する低周波成分画像LLn内のブロック)と同じ空間位相位置の高周波成分画像内のブロックのパワーを被超解像画像Iのパワーに基づいて補正した後に、被超解像画像Iの標本化周波数を超える高周波成分に割り付けて、超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)を生成する。このため、超解像画像ISRの高周波成分の過強調を防止することができる。以下、超解像高周波成分画像生成部13の形態として2つの例(13−1及び13−2)を説明する。
The super-resolution high-frequency component
図6は、超解像高周波成分画像生成部13−1の構成例を示す図である。超解像高周波成分画像生成部13は、ゲイン補正部131−1と、画像割付部132−1とを備える。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the super-resolution high-frequency component image generation unit 13-1. The super-resolution high-frequency component
ゲイン補正部131−1は、周波数分解部11により生成された高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)のパワーのRMS(二乗平均平方根)を算出する。また、高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)に基づいて、超解像画像ISRの高周波成分画像である超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)のパワーのRMSの推定値である推定RMSを算出する。そして、高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)のパワーのRMSが推定RMSと等しくなるようにゲイン補正を行ってゲイン補正高周波成分画像(cLHn,cHLn,cHHn)を生成し、画像割付部132−1に出力する。 The gain correction unit 131-1 calculates the RMS (root mean square) of the power of the high frequency component images (LH n , HL n , HH n ) generated by the frequency decomposition unit 11. The high frequency component image (LH n, HL n, HH n) based on the super-resolution high-frequency component image which is a high-frequency component image of the super-resolved image I SR (LH SR, HL SR , HH SR) power of The estimated RMS, which is an estimated value of the RMS, is calculated. Then, gain correction is performed so that the RMS of the power of the high frequency component image (LH n , HL n , HH n ) becomes equal to the estimated RMS, and a gain corrected high frequency component image (cLH n , cHL n , cHH n ) is generated. , Is output to the image allocation unit 132-1.
図7は、ゲイン補正部131−1におけるゲイン補正処理の一例を示す図である。この例では、階層数n=3とする。図7(a)は被超解像画像Iのパワースペクトルであり、図7(b)は、超解像画像ISRの推定したパワースペクトルである。超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)のパワースペクトルの形状は、被超解像画像Iの帯域のパワースペクトルがなだらかに連続するものと仮定する。このため、超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)のパワースペクトルは、{LHn,HLn,HHn|n∈1,2,3}のパワースペクトルを関数近似で外挿した値とすることにより、超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)のパワーのRMSを推定することができる。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the gain correction process in the gain correction unit 131-1. In this example, the number of layers n = 3. FIG. 7 (a) is a power spectrum of the super-resolution image I, and FIG. 7 (b) is an estimated power spectrum of the super-resolution image ISR . The shape of the power spectrum of the super-resolution high-frequency component image (LH SR , HL SR , HH SR ) assumes that the power spectrum in the band of the super-resolution image I is gently continuous. Therefore, the power spectrum of the super-resolution high-frequency component image (LH SR , HL SR , HH SR ) is obtained by function approximation of the power spectrum of {LH n , HL n , HH n | n ∈ 1, 2, 3}. The RMS of the power of the super-resolution high-frequency component image (LH SR , HL SR , HH SR ) can be estimated by using the inserted value.
画像割付部132−1は、超解像装置1と同様に、被超解像画像Iと同じサイズの0行列を超解像高周波成分(LHSR,HLSR,HHSR)として用意し、位置合わせ情報に従って、低周波成分画像LLn内の類似ブロックMi,j nと同じ空間位相位置のゲイン補正高周波成分画像(cLHn,cHLn,cHHn)内のブロックを、被超解像画像Iの標本化周波数を超える未知の高周波成分に割り付けて、被超解像画像Iの高周波成分を推定した超解像高周波成分画像を生成し、周波数再構成部14に出力する。
Similar to the
図8は、超解像高周波成分画像生成部13−2の構成例を示す図である。超解像高周波成分画像生成部13−2は、ゲイン補正部131−2と、画像割付部132−2とを備える。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the super-resolution high-frequency component image generation unit 13-2. The super-resolution high-frequency component image generation unit 13-2 includes a gain correction unit 131-2 and an image allocation unit 132-2.
ゲイン補正部131−2は、被超解像画像I内のブロックBi,jと、ブロックBi,jに類似する低周波成分画像LLn内の類似ブロックMi,j nと、類似ブロックMi,j nと同じ空間位相位置の高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)内のブロックAi,j nとから、ブロックAi,j nを補正したブロックcAi,j nを生成し、画像割付部132−2に出力する。 The gain correction unit 131-2 includes blocks B i, j in the super-resolution image I, similar blocks M i, j n in the low frequency component image LL n similar to the blocks B i, j , and similar blocks. M i, the high frequency component image of the same spatial phase position and j n (LH n, HL n , HH n) block a i in, and a j n, the block a i, block was corrected j n cA i, j n Is generated and output to the image allocation unit 132-2.
図9は、ゲイン補正部131−2におけるゲイン補正処理の一例を示す図である。ブロックBi,j、類似ブロックMi,j n、及びブロックAi,j nのパワーをそれぞれP(Bi,j)、P(Mi,j n)、P(Ai,j n)とすると、以下の式(1)によりゲイン補正係数Cを求める。そしてブロックAi,j nの各画素に補正係数Cを乗じたブロックをブロックcAi,j nとする。このように、ゲイン補正部131−2は、簡易な演算により、ブロックAi,j nごとにゲインを補正することができる。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the gain correction process in the gain correction unit 131-2. The powers of blocks B i, j, similar blocks M i, j n , and blocks A i, j n are P (B i, j ), P (Mi , j n ), P (A i, j n ), respectively. Then, the gain correction coefficient C is obtained by the following equation (1). Then, the block obtained by multiplying each pixel of the block A i, j n by the correction coefficient C is defined as the block cA i, j n . In this way, the gain correction unit 131-2 can correct the gain for each block A i, j n by a simple calculation.
画像割付部132−2は、被超解像画像Iと同じサイズの0行列を超解像高周波成分(LHSR,HLSR,HHSR)として用意し、位置合わせ情報に従って、ブロックcAi,j nを、被超解像画像Iの標本化周波数を超える未知の高周波成分に割り付けて、被超解像画像Iの高周波成分を推定した超解像高周波成分画像を生成し、周波数再構成部14に出力する。なお、便宜上ゲイン補正部131−2と画像割付部132−2とに分けて記載したが、これらの処理は一つにまとめて行ってもよい。
The image allocation unit 132-2 prepares a 0 matrix having the same size as the super-resolution image I as super-resolution high-frequency components (LH SR , HL SR , HH SR ), and blocks cA i, j according to the alignment information. n is assigned to an unknown high-frequency component exceeding the sampling frequency of the super-resolution image I to generate a super-resolution high-frequency component image in which the high-frequency component of the super-resolution image I is estimated, and the
このように、本実施形態に係る超解像装置2は、周波数分解部11により、被超解像画像Iに対して複数階層の周波数分解処理を行い、階層型位置合わせ部12により、被超解像画像Iと低周波成分画像LLnとの間で階層型の位置合わせを行って類似ブロックMi,j nの位置を示す位置合わせ情報を生成する。次に、超解像高周波成分画像生成部13により、類似ブロックMi,j nと同じ空間位相位置の高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)内のブロックのパワーを、被超解像画像Iのパワーに基づいて補正した後に、位置合わせ情報に従って、被超解像画像Iの標本化周波数を超える高周波成分に割り付けて超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)を生成する。そして、周波数再構成部14により、被超解像画像Iを低周波成分とし、超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)を高周波成分として周波数再構成を行い、超解像画像ISRを生成する。
As described above, in the super-resolution device 2 according to the present embodiment, the frequency-resolving unit 11 performs a plurality of layers of frequency-resolving processing on the super-resolution image I, and the
なお、上述した超解像装置2として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、超解像装置2の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。なお、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録可能である。 A computer can be preferably used to function as the above-mentioned super-resolution device 2, and such a computer provides a program describing processing contents for realizing each function of the super-resolution device 2. It can be realized by storing it in a storage unit and reading and executing this program by the CPU of the computer. This program can be recorded on a computer-readable recording medium.
超解像装置2及びそのプログラムは、高周波成分画像(LHn,HLn,HHn)及び超解像高周波成分画像(LHSR,HLSR,HHSR)のスペクトルパワー差を考慮してゲイン補正を行う。そのため、超解像画像ISRの高周波成分が過強調されることなく、更に超解像画像ISRの画質を向上させることができるようになる。 The super-resolution device 2 and its program are gain-corrected in consideration of the spectral power difference between the high-frequency component image (LH n , HL n , HH n ) and the super-resolution high-frequency component image (LH SR , HL SR , HH SR ). I do. Therefore, the high-frequency component of the super-resolution image ISR is not overemphasized, and the image quality of the super-resolution image ISR can be further improved.
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 embodiments have been described as typical examples, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions can be made within the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above embodiments, and various modifications and modifications can be made without departing from the scope of claims. For example, it is possible to combine the plurality of constituent blocks described in the embodiment into one, or to divide one constituent block into one.
1 超解像装置
11 周波数分解部
12 階層型位置合わせ部
13,13−1,13−2 超解像高周波成分画像生成部
131−1,131−2 ゲイン補正部
132−1,132−2 画像割付部
14 周波数再構成部
1 Super-resolution device 11
Claims (5)
被超解像画像に対して複数階層の周波数分解処理を行い、階層ごとに低周波成分画像と高周波成分画像とに分解する周波数分解部と、
前記被超解像画像を分割した分割ブロックごとに、前記低周波成分画像内で前記分割ブロックと最も類似度が高い類似ブロックを決定し、該類似ブロックの位置を示す位置合わせ情報を生成する階層型位置合わせ部と、
前記位置合わせ情報に従って、前記類似ブロックと同じ空間位相位置の前記高周波成分画像内のブロックを前記被超解像画像の標本化周波数を超える高周波成分に割り付けて、前記被超解像画像の高周波成分を推定した超解像高周波成分画像を生成する超解像高周波成分画像生成部と、
前記被超解像画像を低周波成分とし、前記超解像高周波成分画像を高周波成分として周波数再構成を行い、超解像画像を生成する周波数再構成部と、を備え、
前記階層型位置合わせ部は、階層数の大きい低周波成分画像から順に前記類似ブロックを決定することを特徴とする超解像装置。 It is a super-resolution device that generates a super-resolution image by super-resolution processing the super-resolution image.
A frequency decomposition unit that performs multiple layers of frequency decomposition processing on the super-resolution image and decomposes each layer into a low-frequency component image and a high-frequency component image.
A hierarchy that determines a similar block having the highest degree of similarity to the divided block in the low-frequency component image for each divided block obtained by dividing the super-resolution image, and generates alignment information indicating the position of the similar block. Mold alignment part and
According to the alignment information, a block in the high-frequency component image having the same spatial phase position as the similar block is assigned to a high-frequency component exceeding the sampling frequency of the super-resolution image, and the high-frequency component of the super-resolution image is assigned. Super-resolution high-frequency component image generator that generates the estimated super-resolution high-frequency component image,
A frequency reconstruction unit that generates a super-resolution image by performing frequency reconstruction using the super-resolution image as a low-frequency component and the super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component is provided.
The layered alignment unit is a super-resolution device characterized in that similar blocks are determined in order from a low-frequency component image having a large number of layers.
A program for operating a computer as the super-resolution device according to any one of claims 1 to 4.
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