JP6955386B2 - Super-resolution device and program - Google Patents
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Description
本発明は、入力画像の解像度を2オクターブ以上超解像拡大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 that super-resolution magnifies the resolution of an input image by two octaves or more.
従来、画像を空間方向に空間超解像処理して元の画像よりも解像度の高い画像を生成する空間超解像技術が知られている。空間超解像技術としては、学習型と再構成型が知られている(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, there is known a spatial super-resolution technique in which an image is subjected to spatial super-resolution processing in the spatial direction to generate an image having a higher resolution than the original image. Learning type and reconstruction type are known as spatial super-resolution technology (see, for example, Non-Patent Document 1).
学習型は、低周波成分と高周波成分の組をデータベースとして保持し、原画像と低周波成分のマッチングにより高周波成分を超解像成分として設定する方式である。ただし、自然画像などを高画質に超解像するためには、膨大なデータベースが必要という課題がある。さらに、繰り返し演算が必要であるため、リアルタイム処理が困難となる。 The learning type is a method in which a set of a low frequency component and a high frequency component is held as a database, and the high frequency component is set as a super-resolution component by matching the original image and the low frequency component. However, there is a problem that a huge database is required to super-resolution natural images and the like with high image quality. Further, since iterative calculation is required, real-time processing becomes difficult.
一方、再構成型は、線形・非線形フィルタ処理、又は複数フレーム間のレジストレーションにより超解像成分を生成する方式である。ここで、線形・非線形フィルタ処理では、確度や精度の高い超解像高周波成分を生成することが困難であった。そこで、例えば、複数の低解像度画像の位置合わせによるレジストレーション超解像において、物体に遮蔽が生じるなどの場合でもロバストに超解像処理を行えるようにする方法が提案されている(例えば、非特許文献2参照)。 On the other hand, the reconstruction type is a method of generating a super-resolution component by linear / non-linear filtering or registration between a plurality of frames. Here, it has been difficult to generate super-resolution high-frequency components with high accuracy and accuracy by linear / nonlinear filtering. Therefore, for example, in registration super-resolution by aligning a plurality of low-resolution images, a method has been proposed that enables robust super-resolution processing even when an object is obscured (for example, non-resolution). See Patent Document 2).
しかし、従来の複数フレーム間レジストレーション処理では、レジストレーションの確度や精度が高い場合は、確度や精度の高い超解像高周波成分が生成できるが、2オクターブ以上も超解像拡大する場合には、相当離れた時間位置の画像フレームからもレジストレーションを行う必要があるため、確度や精度の高い超解像高周波成分の生成が困難であるという課題がある。 However, in the conventional multi-frame registration process, when the registration accuracy and accuracy are high, a super-resolution high-frequency component with high accuracy and accuracy can be generated, but when the super-resolution is enlarged by two octaves or more, Since it is necessary to perform registration even from an image frame at a considerably distant time position, there is a problem that it is difficult to generate a super-resolution high-frequency component with high accuracy and accuracy.
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、高確度かつ高精度に2オクターブ以上の超解像拡大を行う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 to provide a super-resolution device and a program capable of performing super-resolution enlargement of 2 octaves or more with high accuracy and high accuracy.
上記課題を解決するため、本発明に係る超解像装置は、原画像をnオクターブ超解像拡大した超解像画像を生成する超解像装置であって、原画像に対してn階周波数分解処理を行って周波数分解画像を生成する周波数分解部と、前記原画像内の参照元ブロックと、前記周波数分解部により生成されたn階低周波成分画像において前記参照元ブロックに類似する参照先ブロックとの位置関係を示す位置合わせ情報を生成する位置合わせ部と、0からn−1までの整数をkとし、前記位置合わせ情報に従って、前記周波数分解部により生成された(n−k)階高周波成分画像を(k+1)オクターブ超解像高周波成分に割り付けて(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を生成するオクターブ割付部と、前記参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックと、(n−1)階低周波画像LL n−1 において前記参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロックとについて類似度を計算し、該類似度が閾値を超える場合にのみ、前記位置合わせ情報を前記オクターブ割付部に出力する類似度判定部と、前記原画像を低周波成分とし、前記(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を高周波成分としてn階周波数再構成処理して超解像画像を生成する周波数再構成部と、を備え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 obtained by enlarging the original image by n octaves, and has an n-th order frequency with respect to the original image. A frequency decomposition unit that performs decomposition processing to generate a frequency decomposition image, a reference source block in the original image, and a reference destination similar to the reference source block in the n-th order low frequency component image generated by the frequency decomposition unit. An alignment unit that generates alignment information indicating the positional relationship with the block and an integer from 0 to n-1 are k, and the (nk) order generated by the frequency decomposition unit according to the alignment information. The octave allocation part that allocates the high-frequency component image to the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component to generate the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component image, and the size of the reference source block are doubled in the horizontal and vertical directions. The similarity between the first block and the second block having the same phase position as the referenced block in the (n-1) order low frequency image LL n-1 is calculated, and only when the similarity exceeds the threshold value. , The similarity determination unit that outputs the alignment information to the octave allocation unit, the n-th order frequency reconstruction process using the original image as a low frequency component and the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component. It is characterized by including a frequency reconstruction unit that generates a super-resolution image.
上記課題を解決するため、本発明に係る超解像装置は、原画像をnオクターブ超解像拡大した超解像画像を生成する超解像装置であって、原画像に対してn階周波数分解処理を行って周波数分解画像を生成する周波数分解部と、前記原画像内の参照元ブロックと、前記周波数分解部により生成されたn階低周波成分画像において前記参照元ブロックに類似する参照先ブロックとの位置関係を示す位置合わせ情報を生成する位置合わせ部と、0からn−1までの整数をkとし、前記位置合わせ情報に従って、前記周波数分解部により生成された(n−k)階高周波成分画像を(k+1)オクターブ超解像高周波成分に割り付けて(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を生成するオクターブ割付部と、前記参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックと、(n−1)階低周波画像LLn−1において前記参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロック及び該第2ブロックの位相をずらしたブロックからなる第2ブロック群とについて類似度を計算し、該第2ブロック群のうち前記第1ブロックとの類似度が最大となるブロックの位置を示す位相情報を位置合わせ情報に含める位相調整部と、前記原画像を低周波成分とし、前記(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を高周波成分としてn階周波数再構成処理して超解像画像を生成する周波数再構成部と、を備えること特徴とする。
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 obtained by enlarging the original image by n octaves, and has an n-th order frequency with respect to the original image. A frequency decomposition unit that performs decomposition processing to generate a frequency decomposition image, a reference source block in the original image, and a reference destination similar to the reference source block in the n-th order low frequency component image generated by the frequency decomposition unit. An alignment unit that generates alignment information indicating the positional relationship with the block and an integer from 0 to n-1 are k, and the (nk) order generated by the frequency decomposition unit according to the alignment information. The octave allocation part that allocates the high-frequency component image to the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component to generate the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component image, and the size of the reference source block are doubled in the horizontal and vertical directions. A second block group consisting of the first block, a second block having the same phase position as the referenced block in the (n-1) order low frequency image LL n-1, and a block having a phase shift of the second block. The phase adjustment unit that calculates the similarity with the second block group and includes the phase information indicating the position of the block having the maximum similarity with the first block in the alignment information, and the original image at a low frequency. It is characterized by including, as a component, a frequency reconstruction unit that generates a super-resolution image by performing n-th order frequency reconstruction processing using the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component .
さらに、本発明に係る超解像装置において、前記位相調整部は、前記類似度が最大となるブロックの類似度が閾値を超える場合にのみ、前記位置合わせ情報を前記オクターブ割付部に出力すること特徴とする。 Further, in the super-resolution device according to the present invention, the phase adjusting unit outputs the alignment information to the octave allocation unit only when the similarity of the block having the maximum similarity exceeds the threshold value. It is a feature.
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-mentioned problems, the program according to the present invention is characterized in that the computer functions as the above-mentioned super-resolution device.
本発明によれば、高確度かつ高精度に2オクターブ以上の超解像拡大を行うことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to perform super-resolution enlargement of 2 octaves or more with high accuracy and high accuracy.
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に、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。図1に示す超解像装置1は、周波数分解部11と、位置合わせ部12と、オクターブ割付部13と、周波数再構成部14とを備える。
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a configuration example of the super-resolution device according to the first embodiment of the present invention. The
超解像装置1は、原画像を入力して超解像処理し、2オクターブ以上超解像拡大された超解像画像を生成する。nオクターブ超解像拡大した場合には、超解像画像のサイズは原画像の垂直・水平方向に各2n倍となる。
The
周波数分解部11は、入力された原画像に対して複数階層の周波数分解(多重解像度分解)処理を行って周波数分解画像を生成する。周波数分解部11は、原画像に対してn階周波数分解を行うと、n階低周波成分画像LLnを位置合わせ部12に出力し、原画像の高周波成分画像をオクターブ割付部13に出力する。分解階数nが2である場合、高周波成分画像は、1階高周波成分画像LH1,HL1,HH1と、2階高周波成分画像LH2,HL2,HH2とからなる。
The frequency decomposition unit 11 performs frequency decomposition (multi-resolution decomposition) processing of a plurality of layers on the input original image to generate a frequency decomposition image. When the n-th order frequency decomposition is performed on the original image, the frequency decomposition unit 11 outputs the n-th order low frequency component image LL n to the
周波数分解部11は、原画像の階調値が不連続なことを考慮して、線形位相性を有し、タップ長が閾値以上のウェーブレット(例えば、CDF9/7)を用いたウェーブレット分解処理を行うようにしてもよい。 The frequency decomposition unit 11 performs wavelet decomposition processing using a wavelet (for example, CDF9 / 7) having linear phase and having a tap length equal to or larger than the threshold value in consideration of the discontinuity of the gradation value of the original image. You may do it.
位置合わせ部12は、原画像LL0内の参照元ブロックと、周波数分解部11により生成されたn階低周波成分画像LLnにおいて参照元ブロックに類似する参照先ブロックとの位置関係を示す位置合わせ情報を生成し、オクターブ割付部13に出力する。
The
図2は、位置合わせ部12における位置合わせ処理の概要を示す図である。位置合わせ部12は、原画像LL0を基準フレームとし、n階低周波成分画像LLn(図2ではn=2)を参照フレームとして、両フレーム間でブロックマッチングを行い、探索範囲内で類似度(相関性)の最も高いブロックの位置関係を示す位置合わせ情報を生成する。ブロックマッチングは、絶対値誤差和(SAD;Sum of Absolute Difference)、二乗誤差和(SSD;Sum of Squared Difference)などの評価関数を用いて、既知の手法により行われる。また、ブロックマッチングは、例えば式(1)に示すパラボラフィッティング関数を用いた補間処理により、小数画素精度で行う。なお、SAD又はSSDの評価関数値が閾値を超えた場合は、位置合わせ情報として採用しないようにしてもよい。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the alignment process in the
ここで、探索位置における画素位置をxとしたとき、SSD(x)は、画素位置におけるSSD値を表し、より具体的には、SSD(0)は中心位置(SSD値を最小とする位置)におけるSSD値、SSD(−1)は中心位置から−x方向又は−y方向の隣接画素の位置におけるSSD値、SSD(1)は中心位置から+x方向又は+y方向の隣接画素の位置におけるSSD値を表す。式(1)から、水平又は垂直方向の小数画素精度の画素位置(小数画素位置)をそれぞれ算出することができる。 Here, when the pixel position at the search position is x, the SSD (x) represents the SSD value at the pixel position, and more specifically, the SSD (0) is the center position (the position where the SSD value is minimized). SSD (-1) is the SSD value at the position of the adjacent pixel in the −x direction or −y direction from the center position, and SSD (1) is the SSD value at the position of the adjacent pixel in the + x direction or + y direction from the center position. Represents. From the equation (1), the pixel positions (decimal pixel positions) with the decimal pixel accuracy in the horizontal or vertical direction can be calculated respectively.
オクターブ割付部13は、原画像のナイキスト周波数を超える、超解像画像の高周波成分(超解像高周波成分画像)を推定するために、まず初期値を設定する。超解像高周波成分画像は、超解像画像の水平高周波成分である超解像水平高周波成分画像と、超解像画像の垂直高周波成分である超解像垂直高周波成分画像と、超解像画像の対角高周波成分である超解像対角高周波成分画像とからなる。例えば、初期値として、超解像水平高周波成分画像、超解像垂直高周波成分画像、超解像対角高周波成分画像の全画素の値を0とする。
The
次に、オクターブ割付部13は、0からn−1までの整数をkとすると、位置合わせ部12により生成された位置合わせ情報に従って、(n−k)階高周波成分画像を(k+1)オクターブ超解像高周波成分に割り付けて(k+1)オクターブ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。ここで、(n−k)階高周波成分画像を割り付ける際には、n階低周波成分画像LLn内の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、原画像LL0内のあるブロックPがn階低周波成分画像LLn内のブロックQに類似していれば、未知の(k+1)オクターブ超解像画像内における、ブロックPと同じ位相位置のブロックは、(n−k)階高周波成分画像内における、ブロックQと同じ位相位置のブロックとそれぞれ類似する可能性が高いためである。
Next, assuming that an integer from 0 to n-1 is k, the
図3を参照して、分解階数nが2である場合のオクターブ割付部13の処理を説明する。n=2のとき、k=0,1である。オクターブ割付部13は、原画像LL0と2階低周波成分画像LL2との間の位置合わせ情報に基づいて、参照先ブロックと同じ位相位置の2階水平高周波成分画像LH2内のブロックを、参照元ブロックと同じ位相位置の1オクターブ超解像水平高周波成分に割り付けていくことにより、1オクターブ超解像水平高周波成分画像LH0を生成する。同様にして、1オクターブ超解像垂直高周波成分画像HL0及び1オクターブ超解像対角成分画像HH0を生成する。さらに、オクターブ割付部13は、原画像LL0と2階低周波成分画像LL2との間の位置合わせ情報に基づいて、参照先ブロックと同じ位相位置の1階水平高周波成分画像LH1内のブロックを、参照元ブロックと同じ位相位置の2オクターブ超解像水平高周波成分に割り付けていくことにより、2オクターブ超解像水平高周波成分画像LH−1を生成する。同様にして、2オクターブ超解像垂直高周波成分画像HL−1及び2オクターブ超解像対角成分画像HH−1を生成する。なお、同じ位相位置の1階高周波成分画像内のブロックと2階低周波成分画像LL2内のブロックのサイズを比較すると、1階高周波成分画像内のブロックのサイズは、2階低周波成分画像LL2のブロックに対して水平・垂直方向に各2倍となる。
With reference to FIG. 3, the processing of the
また、位置合わせ部12において、類似するブロックの位置関係を小数画素精度で求めた場合には、オクターブ割付部13は、小数画素位置を通常の画素位置に合わせるために、割り付け後の超解像水平高周波成分画像、超解像垂直高周波成分画像、及び超解像対角高周波成分画像に対して、光学系の解像度劣化過程を模擬した点広がり関数(Point spread function;PSF)を用いた補間を行う。式(2)に、点広がり関数を示す。ここで、wはガウス関数の半値幅(分散値)である。
Further, when the positional relationship of similar blocks is obtained with the fractional pixel accuracy in the
オクターブ割付部13は、水平、垂直、対角超解像高周波成分として候補が複数存在する場合には、それらの値を平均するか、最大事後確率(Maximum a posteriori;MAP)再構成を行い、未知の値を推定する。MAP再構成の詳細については、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。また、その他の方法として、ML法や、割り付けられた画素の距離に応じた重み付けにより、超解像高周波成分画像を推定してもよい。
When there are a plurality of candidates as horizontal, vertical, and diagonal super-resolution high-frequency components, the
周波数再構成部14は、原画像を低周波成分とし、オクターブ割付部13により割り付けられた(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を高周波成分として、n階周波数再構成処理して超解像画像を生成し、外部に出力する。なお、周波数分解部11が周波数分解処理としてウェーブレット分解処理を行った場合には、周波数再構成部14は、同じウェーブレットを用いてウェーブレット再構成処理を行う。図3の例では、2階ウェーブレット再構成処理を行うことで、原画像に対して水平方向の画素数が2倍、垂直方向の画素数が2倍の2オクターブ超解像画像が生成される。
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 above-mentioned
上述したように、第1の実施形態に係る発明は、原画像内の参照元ブロックと、n階低周波成分画像において参照元ブロックに類似する参照先ブロックとの位置関係を示す位置合わせ情報を生成し、位置合わせ情報に従って、(n−k)階高周波成分画像を(k+1)オクターブ超解像高周波成分に割り付けて(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を生成する。これにより、高精度かつ高確度なnオクターブの超解像拡大を行うことが可能となる。 As described above, the invention according to the first embodiment provides alignment information indicating the positional relationship between the reference source block in the original image and the reference destination block similar to the reference source block in the n-th order low frequency component image. Then, according to the alignment information, the (nk + 1) order high-frequency component image is assigned to the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component to generate the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component image. This makes it possible to perform super-resolution enlargement of n octaves with high accuracy and high accuracy.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図4に、本発明の第2の実施形態に係る超解像装置の構成例を示す。図4に示す超解像装置2は、周波数分解部11と、位置合わせ部12と、オクターブ割付部13と、周波数再構成部14と、類似度判定部15とを備える。超解像装置2は、第1の実施形態に係る超解像装置1と比較して、更に類似度判定部15を備える点が相違する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows a configuration example of the super-resolution device according to the second embodiment of the present invention. The
周波数分解部11は、第1の実施形態と同様に、入力された原画像に対して複数階層の周波数分解処理を行って周波数分解画像を生成する。そして、n階低周波成分画像LLnを位置合わせ部12に出力し、高周波成分画像をオクターブ割付部13に出力し、(n−j)階低周波成分画像LLn−jを類似度判定部15に出力する。ここで、jは1からn−1までの整数である。
Similar to the first embodiment, the frequency decomposition unit 11 performs frequency decomposition processing of a plurality of layers on the input original image to generate a frequency decomposition image. Then, the n-th-order low-frequency component image LL n is output to the
位置合わせ部12は、第1の実施形態と同様に、原画像LL0内の参照元ブロックと、n階低周波成分画像LLn内において参照元ブロックと類似する参照先ブロックとの位置関係を示す位置合わせ情報を生成し、類似度判定部15に出力する。
Similar to the first embodiment, the
類似度判定部15は、オクターブ割付部13における確度を向上させるために、位置合わせ情報の判定を行う。具体的には、原画像LL0内の参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックと、(n−1)階低周波画像LLn−1において、n階低周波画像LLn内の参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロックとについて類似度を計算し、該類似度が閾値を超える場合にのみ、位置合わせ部12から入力された位置合わせ情報をオクターブ割付部13に出力する。類似度が閾値を超えれば、同じ空間位相位置の高周波成分画像LHn−1,HLn−1,HHn−1内の成分は、原画像LL0のナイキスト周波数を超える未知の超解像水平高周波成分LH−1,超解像垂直高周波成分HL−1,超解像対角高周波成分HH−1に似ていると仮定できる。類似度をSSD又はSADにより算出する場合には、値が小さいほど類似度が高くなる。
The
図5を参照して、分解階数nが2である場合の類似度判定部15の処理を説明する。n=2の場合、類似度判定部15は、原画像LL0内の参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックAと、1階低周波画像LL1において、2階低周波画像LL2内の参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロックBとの類似度を求める。そして、類似度が閾値を超えるか否かを判定する。なお、1階低周波画像LL1において2階低周波画像LL2内の参照先ブロックと同じ位相位置のブロックのサイズは、参照先ブロックに対して水平・垂直方向に各2倍となる。そのため、比較対象の原画像LL0内の参照元ブロックについてもサイズを水平・垂直方向に各2倍している。
With reference to FIG. 5, the processing of the
また、nが3以上である場合には、類似度判定部15は、1からn−1までの整数をjとすると、原画像LL0内の参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2j倍にした第1ブロックと、(n−j)階低周波画像LLn−jにおいて、n階低周波画像LLn内の参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロックとについて類似度を計算し、該類似度が閾値を超える場合にのみ、位置合わせ部12から入力された位置合わせ情報をオクターブ割付部13に出力するようにしてもよい。
Further, when n is 3 or more, the
オクターブ割付部13は、第1の実施形態と同様に、類似度判定部15から入力された位置合わせ情報に従って、(n−k)階高周波成分画像を(k+1)オクターブ超解像高周波成分に割り付けて(k+1)オクターブ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
周波数再構成部14は、第1の実施形態と同様に、原画像を低周波成分とし、オクターブ割付部13により割り付けられた(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を高周波成分として、n階周波数再構成処理してnオクターブの超解像画像を生成し、外部に出力する。
Similar to the first embodiment, 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
上述したように、第2の実施形態に係る発明は、参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックと、(n−1)階低周波画像LLn−1において参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロックとについて類似度を計算し、該類似度が閾値を超える場合にのみ、位置合わせ情報を用いて割り付けを行う。これにより、確度の高い位置合わせ情報のみを用いて割り付けを行うことができるため、高精度かつ高確度なnオクターブの超解像拡大を行うことが可能となる。 As described above, the invention according to the second embodiment describes the reference source block in the first block whose size is doubled in the horizontal and vertical directions, and in the (n-1) phase low frequency image LL n-1 . The similarity is calculated for the second block having the same phase position as the reference block, and the allocation is performed using the alignment information only when the similarity exceeds the threshold value. As a result, the allocation can be performed using only the highly accurate alignment information, so that it is possible to perform super-resolution enlargement of n octaves with high accuracy and high accuracy.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図6に、本発明の第3の実施形態に係る超解像装置の構成例を示す。図6に示す超解像装置3は、周波数分解部11と、位置合わせ部12と、オクターブ割付部13と、周波数再構成部14と、位相調整部16とを備える。超解像装置2は、第1の実施形態に係る超解像装置1と比較して、更に位相調整部16を備える点が相違する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a configuration example of the super-resolution device according to the third embodiment of the present invention. The super-resolution device 3 shown in FIG. 6 includes a frequency resolution unit 11, an
周波数分解部11は、第1の実施形態と同様に、入力された原画像に対して複数階層の周波数分解処理を行って周波数分解画像を生成する。そして、n階低周波成分画像LLnを位置合わせ部12に出力し、高周波成分画像をオクターブ割付部13に出力し、(n−j)階低周波成分画像LLn−jを位相調整部16に出力する。
Similar to the first embodiment, the frequency decomposition unit 11 performs frequency decomposition processing of a plurality of layers on the input original image to generate a frequency decomposition image. Then, the n-th-order low-frequency component image LL n is output to the
位置合わせ部12は、第1の実施形態と同様に、原画像LL0内の参照元ブロックと、n階低周波成分画像LLn内において参照元ブロックと類似する参照先ブロックとの位置関係を示す位置合わせ情報を生成し、位相調整部16に出力する。
Similar to the first embodiment, the
位相調整部16は、オクターブ割付部13における確度を向上させるために、位相調整を行う。具体的には、原画像LL0内の参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックと、(n−1)階低周波画像LLn−1において、n階低周波画像LLn内の参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロック及び該第2ブロックを水平方向、垂直方向、対角方向に各1画素ずらした第2ブロック群とについて類似度を計算し、第2ブロック群のうち第1ブロックとの類似度が最大となるブロックの位置を示す位相情報を位置合わせ情報に含めてオクターブ割付部13に出力する。
The
図7を参照して、分解階数nが2である場合の位相調整部16の処理を説明する。n=2の場合、位相調整部16は、原画像LL0内の参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックAと、1階低周波画像LL1において、2階低周波画像LL2内の参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロックB1、第2ブロックB1を水平方向に1画素ずらした第2ブロックB2、第2ブロックB1を垂直方向に1画素ずらした第2ブロックB3、及び第2ブロックB1を対角方向に1画素(すなわち、水平・垂直方向に各1画素)ずらした第2ブロックB4とについてそれぞれ類似度を求める。そして、第2ブロック群B1〜B4のうち、第1ブロックAとの類似度が最大となるブロックの位置を示す位相情報を生成する。
The processing of the
また、nが3以上である場合には、位相調整部16は、1からn−1までの整数をjとすると、原画像LL0内の参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2j倍にした第1ブロックと、(n−j)階低周波画像LLnーjにおいて、n階低周波画像LLn内の参照先ブロックと同じ位相位置のブロック及び該ブロックを水平方向、垂直方向、対角方向に各1画素からj画素までずらした計(j+1)2種類の第2ブロック群とについて類似度を計算し、該類似度が閾値を超える場合にのみ、位置合わせ部12から入力された位置合わせ情報をオクターブ割付部13に出力するようにしてもよい。
Further, when n is 3 or more, the
さらに、上述のようにして求めた類似度が高くない場合には位置合わせ情報の確度が高くないと考えられるため、位相調整部16は、第2ブロック群のうち第1ブロックとの類似度が最大となるブロックの類似度が閾値を超える場合にのみ、位置合わせ情報をオクターブ割付部13に出力するようにしてもよい。この場合、位相調整部16は、位相調整に加え、位置合わせ情報の判定も同時に行うこととなる。
Further, if the similarity obtained as described above is not high, it is considered that the accuracy of the alignment information is not high. Therefore, the
オクターブ割付部13は、位置合わせ部12により生成された位置合わせ情報に従って、n階高周波成分画像を1オクターブ超解像高周波成分に割り付けて1オクターブ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。また、位相調整部16により生成された位相情報に従って、0を除くkについて、(n−k)階高周波成分画像を(k+1)オクターブ超解像高周波成分に割り付けて(k+1)オクターブ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
周波数再構成部14は、第1の実施形態と同様に、原画像を低周波成分とし、オクターブ割付部13により割り付けられた(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を高周波成分として、n階周波数再構成処理してnオクターブの超解像画像を生成し、外部に出力する。
Similar to the first embodiment, the
なお、上述した超解像装置3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3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 3, and such a computer provides a program describing processing contents for realizing each function of the super-resolution device 3 of the computer. This can be realized by storing the program 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.
上述したように、第3の実施形態に係る発明は、参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックと、(n−1)階低周波画像LLn−1において参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロック及び該第2ブロックの位相をずらしたブロックからなる第2ブロック群とについて類似度を計算し、該第2ブロック群のうち第1ブロックとの類似度が最大となるブロックの位置を示す位相情報を位置合わせ情報に含める。これにより、位置合わせ情報の確度を高めることができるため、高精度かつ高確度なnオクターブの超解像拡大を行うことが可能となる。 As described above, the invention according to the third embodiment describes the reference source block in the first block whose size is doubled in the horizontal and vertical directions, and in the (n-1) phase low frequency image LL n-1 . The similarity is calculated for the second block having the same phase position as the referenced block and the second block group consisting of the blocks whose phase is shifted from the second block, and the similarity with the first block in the second block group. Includes in the alignment information the phase information indicating the position of the block where is maximum. As a result, the accuracy of the alignment information can be increased, so that it is possible to perform super-resolution enlargement of n octaves with high accuracy and high accuracy.
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、実施形態の構成図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-described embodiments, and various modifications and modifications can be made without departing from the scope of claims. For example, it is possible to combine a plurality of constituent blocks described in the configuration diagram of the embodiment into one, or to divide one constituent block.
また、プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、CD−ROMやDVD−ROMなどの記録媒体であってもよい。 The program may also be recorded on a computer-readable medium. It can be installed on a computer using a computer-readable medium. Here, the computer-readable medium on which the program is recorded may be a non-transient recording medium. The non-transient recording medium is not particularly limited, but may be, for example, a recording medium such as a CD-ROM or a DVD-ROM.
1,2,3 超解像装置
11 周波数分解部
12 位置合わせ部
13 オクターブ割付部
14 周波数再構成部
15 類似度判定部
16 位相調整部
1, 2, 3 Super-resolution device 11
Claims (4)
原画像に対してn階周波数分解処理を行って周波数分解画像を生成する周波数分解部と、
前記原画像内の参照元ブロックと、前記周波数分解部により生成されたn階低周波成分画像において前記参照元ブロックに類似する参照先ブロックとの位置関係を示す位置合わせ情報を生成する位置合わせ部と、
0からn−1までの整数をkとし、前記位置合わせ情報に従って、前記周波数分解部により生成された(n−k)階高周波成分画像を(k+1)オクターブ超解像高周波成分に割り付けて(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を生成するオクターブ割付部と、
前記参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックと、(n−1)階低周波画像LL n−1 において前記参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロックとについて類似度を計算し、該類似度が閾値を超える場合にのみ、前記位置合わせ情報を前記オクターブ割付部に出力する類似度判定部と、
前記原画像を低周波成分とし、前記(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を高周波成分としてn階周波数再構成処理して超解像画像を生成する周波数再構成部と、
を備え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 obtained by enlarging the original image by n octaves.
A frequency decomposition unit that generates a frequency decomposition image by performing nth-order frequency decomposition processing on the original image,
An alignment unit that generates alignment information indicating the positional relationship between the reference source block in the original image and the reference destination block similar to the reference source block in the n-th order low frequency component image generated by the frequency decomposition unit. When,
Let k be an integer from 0 to n-1, and according to the alignment information, the (nk) order high frequency component image generated by the frequency decomposition unit is assigned to the (k + 1) octave super-resolution high frequency component (k + 1). ) Octave super-resolution Octave allocation part that generates high-frequency component images,
About the first block whose size is doubled in each of the horizontal and vertical directions for the reference source block, and the second block having the same phase position as the reference block in the (n-1) order low frequency image LL n-1. A similarity determination unit that calculates the similarity and outputs the alignment information to the octave allocation unit only when the similarity exceeds the threshold value.
A frequency reconstruction unit that generates a super-resolution image by performing n-th order frequency reconstruction processing using the original image as a low-frequency component and the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component.
A super-resolution device characterized by being equipped with.
原画像に対してn階周波数分解処理を行って周波数分解画像を生成する周波数分解部と、
前記原画像内の参照元ブロックと、前記周波数分解部により生成されたn階低周波成分画像において前記参照元ブロックに類似する参照先ブロックとの位置関係を示す位置合わせ情報を生成する位置合わせ部と、
0からn−1までの整数をkとし、前記位置合わせ情報に従って、前記周波数分解部により生成された(n−k)階高周波成分画像を(k+1)オクターブ超解像高周波成分に割り付けて(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を生成するオクターブ割付部と、
前記参照元ブロックについてサイズを水平・垂直方向に各2倍にした第1ブロックと、(n−1)階低周波画像LLn−1において前記参照先ブロックと同じ位相位置の第2ブロック及び該第2ブロックの位相をずらしたブロックからなる第2ブロック群とについて類似度を計算し、該第2ブロック群のうち前記第1ブロックとの類似度が最大となるブロックの位置を示す位相情報を位置合わせ情報に含める位相調整部と、
前記原画像を低周波成分とし、前記(k+1)オクターブ超解像高周波成分画像を高周波成分としてn階周波数再構成処理して超解像画像を生成する周波数再構成部と、
を備えること特徴とする超解像装置。 It is a super-resolution device that generates a super-resolution image obtained by enlarging the original image by n octaves.
A frequency decomposition unit that generates a frequency decomposition image by performing nth-order frequency decomposition processing on the original image,
An alignment unit that generates alignment information indicating the positional relationship between the reference source block in the original image and the reference destination block similar to the reference source block in the n-th order low frequency component image generated by the frequency decomposition unit. When,
Let k be an integer from 0 to n-1, and according to the alignment information, the (nk) order high frequency component image generated by the frequency decomposition unit is assigned to the (k + 1) octave super-resolution high frequency component (k + 1). ) Octave super-resolution Octave allocation part that generates high-frequency component images,
The first block whose size is doubled in the horizontal and vertical directions for the reference source block, the second block having the same phase position as the reference block in the (n-1) order low frequency image LL n-1, and the reference block. The similarity is calculated for the second block group consisting of blocks whose phases are shifted in the second block, and the phase information indicating the position of the block having the maximum similarity with the first block in the second block group is obtained. The phase adjustment unit included in the alignment information and
A frequency reconstruction unit that generates a super-resolution image by performing n-th order frequency reconstruction processing using the original image as a low-frequency component and the (k + 1) octave super-resolution high-frequency component image as a high-frequency component.
Super resolution device you wherein it comprises a.
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