KR101803021B1 - Demosaicking method based on taylor series and adaptive weight selection - Google Patents

Demosaicking method based on taylor series and adaptive weight selection Download PDF

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Abstract

A demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (a) interpolating missing green pixel values based on the weighted average of the green pixel values of four directions estimated using a second order approximation of the Taylor series; (b) refining the green pixel values; and (c) estimating missing red and blue pixel values at blue and red pixel positions and estimating missing red and blue pixel values at a green pixel position. In the second approximation of the Taylor series, a second derivative of the green pixel value is calculated based on the average of two second derivatives of the red and blue pixel values. Accordingly, the present invention can avoid wrong direction selection and achieve high efficiency.

Description

테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법{DEMOSAICKING METHOD BASED ON TAYLOR SERIES AND ADAPTIVE WEIGHT SELECTION}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection,

본 발명은 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection.

대부분의 디지털 카메라에서, 이미지 센서는 카메라의 가장 비싼 부분이기 때문에 카메라의 가격 및 크기를 최소화하기 위하여 이미지들은 표면이 컬러 필터 어레이(CFA: color filter array)로 덮여 있는 단일 이미지 센서에 의해 획득된다[1]. 단일 이미지 센서는 각 픽셀 위치에서 단지 하나의 컬러 채널만을 처리한다. 그러므로, 획득된 이미지는 모자이크 패턴으로 되어 있다. 모자이킹된 이미지로부터 3개의 풀 컬러 이미지를 복원하기 위하여, 누락된 컬러 값들을 재구성하는 보간 방법이 필요하다. 이 알고리즘은 디모자이킹 또는 CFA 보간이라고 불리운다[2].In most digital cameras, images are acquired by a single image sensor whose surface is covered with a color filter array (CFA) to minimize the price and size of the camera, since the image sensor is the most expensive part of the camera [ One]. A single image sensor processes only one color channel at each pixel location. Therefore, the obtained image has a mosaic pattern. In order to recover three full color images from the mosaicked image, an interpolation method is needed to reconstruct the missing color values. This algorithm is called demosaicing or CFA interpolation [2].

누락된 컬러 채널을 정확하게 복원하기 위하여, 녹색(G) 채널 및 적색/청색(R/B) 채널들 간의 색차(color differences)를 사용하는 디모자이킹 방법들이 연구되어왔다. 몇몇 방법들은 우선 에지 검출을 처리하고, 그 다음 검출된 에지를 가로지르는 것이 아니라, 검출된 에지 방향을 따라 누락된 컬러들을 보간한다. 적응적 컬러 평면 보간(ACPI: adaptive color plane interpolation)은 에지-센싱 보간 기법을 사용하는 초기의 디모자이킹 방법 중 하나이다[3]. ACPI는 3개의 예측 변수들(predictors)을 생성하고, 그 다음 R 또는 B 평면에 대한 라플라스 2차 항 및 G 평면에 대한 그래디언트 항으로 구성된 에지 분류기를 통해 그들 중 하나를 선택한다. 효과적인 컬러 보간(ECI: effective color interpolation)은 누락된 값들을 보간하기 위하여 G 및 R/B 채널들 간의 색차를 이용한다[4]. ECI의 개념을 사용하여, 가중치들로서 픽셀 차이를 사용하는 확장된 ECI(EECI)가 제시되었다[5]. 적응적-동종성-유도(AHD: adaptive homogeneity-directed) 방법은 CIELAB 공간[6]에서 컬러 동종성을 사용하고 적응적 필터링 방법은 CFA 디모자이킹에 적용되었다[7]. 신뢰성있는 에지를 검출하기 위하여 색차의 변화를 사용하는 디모자이킹 방법(VCD)이 제안되었다. 이 방법에서, 누락된 G 값들은 두 개의 카테고리로 분류된다: 플레인(plane) 영역 및 에지 영역. 픽셀이 에지에 있는지 여부를 결정하기 위하여, N×N 윈도우에서의 그래디언트(gradient) 변화가 계산된다. 방향 필터링 및 아포스테리오리 결정 방법(DFPD: directional filtering and a posteriori decision method)은 수평 방향 및 수직 방향의 5×5 윈도우에서의 그래디언트들의 합을 이용하였다. DFPD와 EECI를 결합함으로써, 방향 필터링과 가중 방법을 갖는 컬러 디모자이킹(CDDFW) 방법이 제안되었다[10]. 고차 보간(HOI: high-order interpolation) 방법은 보간을 위해 테일러 급수를 사용하고 예측 변수를 선택하기 위하여 가중된 미디언 필터를 사용한다[11]. 서브밴드 상관에 기반한 효과적인 디모자이킹(EDUSC: effective demosaicking based on subband correlation)은 에지 픽셀들을 분류하기 위하여 이산 웨이브릿 변환을 제시하였다[12]. 에지 특성에 기반한 효과적인 디모자이킹 방법(EDAEP: effective demosaicking method based on edge property)에서, 저자들은 ECI 방법에 고정된 가중치들을 부가하였다[13]. [14; 15]에서, 저자들은 에지 강도 필터 및 멀티스케일 그래디언트들을 사용하는 디모자이킹 방법들을 제안하였다. [16]에서, 저자들은 지오메트릭 이중성과 확장된 방향 구별을 사용하는 디모자이킹 방법을 제안하였다. 몇몇 방법들은 CFA 이미지의 주파수 영역에서 이용되었다. 디모자이킹에 대한 규칙 접근법(RAD)은 휘도 성분을 평가하기 위하여 주파수 특성을 사용하고, 공간적으로 적응적인 규칙화를 제공한다[17]. Dubois는 휘도-색도 디멀티플렉싱 알고리즘을 도입하였고[18], 그 다음 최적 필터를 설계하기 위하여 최소-제곱 전략을 사용하였다[19; 20].In order to accurately recover the missing color channels, demosaicing methods using color differences between the green (G) channel and the red / blue (R / B) channels have been studied. Some methods first process the edge detection and then interpolate the missing colors along the detected edge direction, rather than across the detected edge. Adaptive color plane interpolation (ACPI) is one of the early demosaicking methods using edge-sensing interpolation [3]. The ACPI generates three predictors, and then selects one of them through an edge classifier consisting of a Laplace second order term for the R or B plane and a gradient term for the G plane. Effective color interpolation (ECI) uses color difference between G and R / B channels to interpolate missing values [4]. Using the concept of ECI, an extended ECI (EECI) using pixel differences as weights has been proposed [5]. Adaptive homogeneity-directed (AHD) methods use color homogeneity in CIELAB space [6] and adaptive filtering methods are applied to CFA demosaicing [7]. A demosaicking method (VCD) using color difference changes has been proposed to detect reliable edges. In this way, the missing G values fall into two categories: the plane region and the edge region. To determine whether the pixel is at the edge, a gradient change in the NxN window is calculated. Directional filtering and a posteriori decision method (DFPD) used the sum of the gradients in 5 × 5 windows in the horizontal and vertical directions. By combining DFPD and EECI, a color demosaicing (CDDFW) method with directional filtering and weighting has been proposed [10]. The high-order interpolation (HOI) method uses a Taylor series for interpolation and a weighted median filter to select predictive parameters [11]. Effective demosaicking based on subband correlation (EDUSC) proposed a discrete wavelet transform to classify edge pixels [12]. In an effective demosaicking method based on edge properties (EDAEP), the authors added fixed weights to the ECI method [13]. [14; 15], the authors proposed a demosaicing method using edge intensity filters and multi-scale gradients. In [16], the authors proposed a demosaicing method using geometric duality and extended direction distinction. Several methods have been used in the frequency domain of CFA images. The rule approach to demosaicing (RAD) uses frequency characteristics to evaluate luminance components and provides spatially adaptive regularization [17]. Dubois introduced a luminance-chrominance demultiplexing algorithm [18] and then used a least-squares strategy to design the optimal filter [19]. 20].

[21]에서, Kiku et al.은 색차 보간에 대한 대안으로서 잔차 보간(residual interpolation)을 제안하였다. 이 방법은 잔차 도메인에서 보간을 수행하는데, 잔차들은 관찰된 픽셀값과 실험적으로 추정된 픽셀값 간의 차이다. 저자들은 이미지 보간이 더 작은 라플라스 에너지를 갖는 도메인에서 수행되는 경우, 그것의 정확도가 개선된다고 가정하였다. 자연스럽게 보이는 이미지들을 재구성하는데 있어서, 하나의 핵심적인 도전은 자연스러운 이미지들의 통계를 모델링하고 존중하는 것이다. Chang et al.은 모델링 전략-기반 디모자이킹 방법을 제안하였다[22]. 상기 접근법은 컬러 이미지들의 공동 모델링에서 시작하는데, 이것은 이미지에서 인터-채널 상관 및 구조적인 정보의 동시 표현을 지원한다. 그 다음 인터-채널 상관은 그래디언트 도메인에서 채널 차 신호들을 측정함으로써 탐색되고, 반면에 구조적인 정보는 비로컬 낮은-순위 규칙화에 의해 탐색된다.In [21], Kiku et al. Proposed residual interpolation as an alternative to chrominance interpolation. This method performs interpolation in the residual domain, the residuals being the difference between the observed pixel value and the experimentally estimated pixel value. The authors assumed that if image interpolation is performed in a domain with a smaller Laplace energy, its accuracy is improved. In reconstructing natural looking images, one key challenge is to model and respect the statistics of natural images. Chang et al. Proposed a modeling strategy-based demosaicing method [22]. This approach starts with joint modeling of color images, which supports simultaneous representation of inter-channel correlation and structural information in the image. The inter-channel correlation is then searched by measuring the channel difference signals in the gradient domain, while the structural information is searched by non-local low-order regularization.

최근에 소개된 디모자이킹 방법들은 최선의 보간 에지 방향을 국부적으로 선택하는 인터-채널 상관을 고려한다. 이들 방법들은 로컬 지오메트리가 인접한 픽셀들로부터 추정될 수 없는 경우 또는 채널 상관이 낮은 경우를 제외하곤, 만족스러운 결과를 제공한다. [23]에서, Duran과 Buades는 로컬 지오메트리가 모호한 경우 보간 결함들을 감소시키기 위하여 비로컬 이미지 자기-유사도를 포함하는 디모자이킹 방법을 제안하였다.The recently introduced demosaicing methods consider inter-channel correlation to locally select the best interpolation edge direction. These methods provide satisfactory results, except when the local geometry can not be estimated from neighboring pixels or when the channel correlation is low. [23], Duran and Buades proposed a demosaicing method that includes non-local image self-similarity to reduce interpolation defects when local geometry is ambiguous.

[24]에서, Khashabi et al.은 디모자이킹에 대한 기계 학습 접근법을 제안하였다. 상기 제안된 방법은 이미지들의 통계 모델 및 수 백장의 자연스러운 이미지들로부터의 노이즈를 학습함으로써 디모자이킹 도전들을 해결하였다. 저자들은 기계 학습 접근법이 두 가지 이점들을 갖는다는 것을 보여주었다: (1) 모델은 PSNR 또는 구조적인 유사도의 관점에서 최적으로 트레이닝될 수 있음, (2) 새로운 CFA가 모델을 보유함으로써 처리될 수 있음.[24] Khashabi et al. Proposed a machine learning approach to demosaicing. The proposed method solves the demosaicing challenges by learning statistical models of images and noise from several hundred natural images. The authors showed that the machine learning approach has two advantages: (1) the model can be best trained in terms of PSNR or structural similarity, (2) the new CFA can be handled by holding the model .

[1] R. Lukac, K.N. Plataniotis, D. Hatzinakos, Color image zooming on the Bayer pattern, IEEE Trans. Circ. Syst. Video Technol. 15 (2005) 1475-1492.[1] R. Lukac, K.N. Plataniotis, D. Hatzinakos, Color image zooming on the Bayer pattern, IEEE Trans. Circ. Syst. Video Technol. 15 (2005) 1475-1492. [2] B.K. Gunturk, J. Glotzbach, Y. Altunbask, R.W. Schafer, R.M. Mersereau, Demosaicking: color filter array interpolation, IEEE Signal Process. Mag. 22 (2005) 44-54.[2] B.K. Gunturk, J. Glotzbach, Y. Altunbask, R.W. Schafer, R.M. Mersereau, Demosaicking: color filter array interpolation, IEEE Signal Process. Mag. 22 (2005) 44-54. [3] J.F. Hamilton, J.E. Adams, Adaptive Color Plane Interpolation in Single Sensor Color Electronic Camera, U.S. Patent 5 629 734, 1997.[3] J. F. Hamilton, J.E. Adams, Adaptive Color Plane Interpolation in Single Sensor Color Electronic Camera, U.S. Pat. Patent 5 629 734, 1997. [4] S.-C. Pei, I.-K. 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IEEE ICIP, September 2011, 2011, pp. 3165-3168. [26] L. Zhang, X. Wu, A. Buades, X. Li, Color demosaicking by local directional interpolation and non-local adaptive thresholding, J. Electron. Imag. 20 (2011) 023016.[26] L. Zhang, X. Wu, A. Buades, X. Li, Color demosaicking by local directional interpolation and non-local adaptive thresholding, J. Electron. Imag. 20 (2011) 023016. [27] S. Andriani, H. Brendel, T. Seybold, J. Goldstone, Beyond the Kodak image set: a new reference set of color image sequences, in: Proc. IEEE Int. Conf. Image Process. (ICIP), September 2013, 2013, pp. 2289-2293.[27] S. Andriani, H. Brendel, T. Seybold, J. Goldstone, Beyond the Kodak image set: a new reference set of color image sequences, in: Proc. IEEE Int. Conf. Image Process. (ICIP), September 2013, 2013, pp. 2289-2293. [28] X. Zhang, B.A. Wandell, A spatial extension of CIELAB for digital color image reproduction, J. Soc. Inf. Display 5 (1997) 61-67.[28] X. Zhang, B.A. Wandell, A spatial extension of CIELAB for digital color image reproduction, J. Soc. Inf. Display 5 (1997) 61-67. [29] L. Zhang, L. Zhang, X. Mou, D. Zhang, FSIM: a feature similarity index for image quality assessment, IEEE Trans. Image Process. 8 (2011) 2378-2386.[29] L. Zhang, L. Zhang, X. Mou, and D. Zhang, FSIM: A Feature Similarity Index for Image Quality Assessment, IEEE Trans. Image Process. 8 (2011) 2378-2386.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 테일러 급수에 기반하여 네 방향에 있는 이웃하는 픽셀의 픽셀값들을 사용하여 누락된 녹색 픽셀값들을 근사화하고 한정된 후보 방향들을 통한 에지 방향을 추정하는 대신에 적응적인 가중치 선택에 기반하여 픽셀값들을 추정함으로써, 잘못된 방향 선택을 회피할 수 있고, 높은 효율을 달성할 수 있는, 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for approximating missing green pixel values using pixel values of neighboring pixels in four directions based on the Taylor series and instead of estimating the edge direction through limited candidate directions, Based on the Taylor series and the adaptive weight selection that can avoid false direction selections and achieve high efficiencies by estimating pixel values based on the Taylor series and the adaptive weight selection.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided a demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection,

(a) 테일러 급수의 2차 근사화를 사용하여 추정된 네 방향의 녹색 픽셀값들의 가중 평균에 기반하여 누락된 녹색 픽셀값들을 보간하는 단계;(a) interpolating missing green pixel values based on a weighted average of four directional green pixel values estimated using a second approximation of the Taylor series;

(b) 상기 녹색 픽셀값들을 리파인(refine)하는 단계; 및(b) refining the green pixel values; And

(c) 청색/적색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값을 추정하고, 녹색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값을 추정하는 단계를 포함하고,(c) estimating missing red / blue pixel values at the blue / red pixel locations and estimating missing red / blue pixel values at the green pixel locations,

상기 테일러 급수의 2차 근사화 시 녹색 픽셀값의 2차 도함수는,The second derivative of the green pixel value at the second order approximation of the Taylor series,

적색 및 청색 픽셀값들의 2개의 2차 도함수들의 평균에 기반하여 계산된다.Is calculated based on the average of the two second derivatives of the red and blue pixel values.

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 있어서, 상기 누락된 녹색 픽셀값들은,In the demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention,

Figure 112016127736928-pat00001
에 기반하여 계산되고,
Figure 112016127736928-pat00001
, ≪ / RTI >

상기에서

Figure 112016127736928-pat00002
,
Figure 112016127736928-pat00003
,
Figure 112016127736928-pat00004
Figure 112016127736928-pat00005
는 각각 북쪽(N), 남쪽(S), 동쪽(E), 및 서쪽(W) 방향으로 추정된 녹색(G) 픽셀값들이고,
Figure 112016127736928-pat00006
는 적응적인 가중치이며,
Figure 112016127736928-pat00007
,
Figure 112016127736928-pat00008
,
Figure 112016127736928-pat00009
Figure 112016127736928-pat00010
는 상기 방향의 선택을 추정하기 위한 색차일 수 있다.In the above,
Figure 112016127736928-pat00002
,
Figure 112016127736928-pat00003
,
Figure 112016127736928-pat00004
And
Figure 112016127736928-pat00005
Are green (G) pixel values estimated in the north (N), south (S), east (E), and west (W)
Figure 112016127736928-pat00006
Is an adaptive weight,
Figure 112016127736928-pat00007
,
Figure 112016127736928-pat00008
,
Figure 112016127736928-pat00009
And
Figure 112016127736928-pat00010
May be a color difference for estimating the selection of the direction.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 있어서, 상기

Figure 112016127736928-pat00011
,
Figure 112016127736928-pat00012
,
Figure 112016127736928-pat00013
Figure 112016127736928-pat00014
는 각각,Also, in the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention,
Figure 112016127736928-pat00011
,
Figure 112016127736928-pat00012
,
Figure 112016127736928-pat00013
And
Figure 112016127736928-pat00014
Respectively,

Figure 112016127736928-pat00015
Figure 112016127736928-pat00015

Figure 112016127736928-pat00016
Figure 112016127736928-pat00016

Figure 112016127736928-pat00017
Figure 112016127736928-pat00017

Figure 112016127736928-pat00018
,에 의해 계산되고,
Figure 112016127736928-pat00018
, ≪ / RTI >

상기에서 F는 위치 (i,j)의 주위에 있는 특정한 적색(R)/청색(B) 픽셀값들을 나타낼 수 있다.Where F may represent certain red (R) / blue (B) pixel values around the location (i, j).

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 있어서,Also, in the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention,

상기

Figure 112016127736928-pat00019
,
Figure 112016127736928-pat00020
,
Figure 112016127736928-pat00021
Figure 112016127736928-pat00022
는 각각,remind
Figure 112016127736928-pat00019
,
Figure 112016127736928-pat00020
,
Figure 112016127736928-pat00021
And
Figure 112016127736928-pat00022
Respectively,

Figure 112016127736928-pat00023
에 의해 계산되고,
Figure 112016127736928-pat00023
Lt; / RTI >

상기에서

Figure 112016127736928-pat00024
,
Figure 112016127736928-pat00025
,
Figure 112016127736928-pat00026
, 및
Figure 112016127736928-pat00027
는 각각 위치 (i,j)에서 북쪽, 남쪽, 서쪽 및 동쪽 방향의 녹색 픽셀값들이며,In the above,
Figure 112016127736928-pat00024
,
Figure 112016127736928-pat00025
,
Figure 112016127736928-pat00026
, And
Figure 112016127736928-pat00027
Are the green pixel values in the north, south, west and east directions at position (i, j), respectively,

Figure 112016127736928-pat00028
이고,
Figure 112016127736928-pat00028
ego,

Figure 112016127736928-pat00029
이며,
Figure 112016127736928-pat00029
Lt;

Figure 112016127736928-pat00030
이고,
Figure 112016127736928-pat00030
ego,

Figure 112016127736928-pat00031
이며,
Figure 112016127736928-pat00031
Lt;

Figure 112016127736928-pat00032
이고,
Figure 112016127736928-pat00032
ego,

Figure 112016127736928-pat00033
이며,
Figure 112016127736928-pat00033
Lt;

Figure 112016127736928-pat00034
이고,
Figure 112016127736928-pat00034
ego,

Figure 112016127736928-pat00035
일 수 있다.
Figure 112016127736928-pat00035
Lt; / RTI >

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 있어서,Also, in the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention,

상기 단계 (b)에서 녹색 픽셀값들은,The green pixel values in step (b)

Figure 112016127736928-pat00036
에 기반하여 리파인(refine)되고,
Figure 112016127736928-pat00036
Is refined,

상기에서

Figure 112016127736928-pat00037
,
Figure 112016127736928-pat00038
,
Figure 112016127736928-pat00039
, 및
Figure 112016127736928-pat00040
는 각각 북쪽(N), 남쪽(S), 동쪽(E) 및 서쪽(W) 방향에서의 색차로서,In the above,
Figure 112016127736928-pat00037
,
Figure 112016127736928-pat00038
,
Figure 112016127736928-pat00039
, And
Figure 112016127736928-pat00040
Are color differences in the north (N), south (S), east (E) and west (W)

Figure 112016127736928-pat00041
에 의해 계산되고,
Figure 112016127736928-pat00041
Lt; / RTI >

상기에서

Figure 112016127736928-pat00042
,
Figure 112016127736928-pat00043
,
Figure 112016127736928-pat00044
, 및
Figure 112016127736928-pat00045
는 재구성된 G 픽셀을 사용하는 색차로서,In the above,
Figure 112016127736928-pat00042
,
Figure 112016127736928-pat00043
,
Figure 112016127736928-pat00044
, And
Figure 112016127736928-pat00045
Is a color difference using a reconstructed G pixel,

Figure 112016127736928-pat00046
에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112016127736928-pat00046
Lt; / RTI >

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 있어서, 상기 적응적인 가중치인

Figure 112016127736928-pat00047
는,
Figure 112016127736928-pat00048
에 의해 계산될 수 있다.Further, in a demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, the adaptive weight
Figure 112016127736928-pat00047
Quot;
Figure 112016127736928-pat00048
Lt; / RTI >

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 있어서, 상기 단계 (c)에서 청색/적색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값은,Also, in the demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, the missing red / blue pixel values at the blue / red pixel positions in step (c)

Figure 112016127736928-pat00049
에 의해 계산되고,
Figure 112016127736928-pat00049
Lt; / RTI >

Figure 112016127736928-pat00050
,
Figure 112016127736928-pat00051
,
Figure 112016127736928-pat00052
,
Figure 112016127736928-pat00053
Figure 112016127736928-pat00054
,
Figure 112016127736928-pat00055
,
Figure 112016127736928-pat00056
,
Figure 112016127736928-pat00057
는,
Figure 112016127736928-pat00050
,
Figure 112016127736928-pat00051
,
Figure 112016127736928-pat00052
,
Figure 112016127736928-pat00053
And
Figure 112016127736928-pat00054
,
Figure 112016127736928-pat00055
,
Figure 112016127736928-pat00056
,
Figure 112016127736928-pat00057
Quot;

Figure 112016127736928-pat00058
Figure 112016127736928-pat00058

Figure 112016127736928-pat00059
에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112016127736928-pat00059
Lt; / RTI >

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 있어서, 상기 단계 (c)에서 녹색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값은,Also, in the demosaicking method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, the missing red / blue pixel value at the green pixel position in the step (c)

Figure 112016127736928-pat00060
에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112016127736928-pat00060
Lt; / RTI >

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 의하면, 테일러 급수에 기반하여 네 방향에 있는 이웃하는 픽ㄴ셀의 픽셀값들을 사용하여 누락된 녹색 픽셀값들을 근사화하고, 한정된 후보 방향들을 통한 에지 방향을 추정하는 대신에 적응적인 가중치에 기반하여 픽셀값들을 추정함으로써, 잘못된 방향 선택을 회피할 수 있고, 계산적인 부담이 적어 높은 효율을 달성할 수 있으며, 이미지의 품질을 향상시킬 수 있다.According to the demosaicking method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, the missing green pixel values are calculated using the pixel values of the neighboring picked cells in four directions based on the Taylor series By approximating and estimating pixel values based on adaptive weights instead of estimating edge directions through limited candidate directions, it is possible to avoid wrong direction selection, achieve high efficiency with little computational burden, Can be improved.

도 1은 예시적인 7×7 CFA 베이어 패턴을 도시한 도면.
도 2는 특정 적색 픽셀에서 북쪽 방향의 픽셀 차이를 도시한 도면.
도 3은 이미지 색차 통계 모델을 도시한 도면.
도 4는 4개의 적응적 가중치를 위한 후보 함수들을 도시한 그래프로서, 도 4a는 ω1(k), 도 4b는 ω2(k), 도 4c는 ω3(k), 도 4d는 ω4(k)를 도시한 도면.
도 5a는 Zahra 데이터세트의 25개의 이미지들, 도 5b는 McM 데이터세트의 18개 이미지들, 도 5c는 12개의 실제 원시 CFA 이미지들을 도시한 도면.
도 6a는 4개의 후보 가중 함수들에 대한 PSNR 값들의 비교를 도시한 도면, 도 6b는 ω3과 대응하는 가중 함수들 간의 차이를 도시한 도면.
도 7a는 원래의 McM #5 이미지의 일부를 도시한 도면으로, 다양한 디인터레이싱 방법들을 사용하여 인지된 이미지 품질 비교를 도시한 도면: 도 7b는 AFD, 도 7c는 VCD, 도 7d는 HOI, 도 7e는 ESF, 도 7f는 MSG, 도 7g는 GD, 그리고 도 7h는 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 의해 처리된 이미지를 도시한 도면.
도 8는 원래의 McM #9 이미지의 일부를 도시한 도면으로, 다양한 디인터레이싱 방법들을 사용하여 인지된 이미지 품질 비교를 도시한 도면: 도 8b는 AFD, 도 8c는 VCD, 도 8d는 HOI, 도 8e는 ESF, 도 8f는 MSG, 도 8g는 GD, 그리고 도 8h는 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에 의해 처리된 이미지를 도시한 도면.
도 9는 #1 실제 원시 CFA 이미지에 대한 시각적 품질 비교를 도시한 도면으로, 도 9a는 원래의 이미지, 도 9b는 AFD, 도 9c는 VCD, 도 9d는 HOI, 도 9e는 ESF, 도 9f는 MSG, 도 9g는 GD, 그리고 도 9h는 TAD에 의해 처리된 이미지를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법의 흐름도.
Brief Description of the Drawings Figure 1 shows an exemplary 7 x 7 CFA Bayer pattern.
Fig. 2 shows pixel differences in a north direction in a specific red pixel; Fig.
3 shows an image color difference statistical model;
4 is a graph showing a candidate function for the four adaptive weighting, Figure 4a is ω 1 (k), Figure 4b is ω 2 (k), FIG. 4c is ω 3 (k), FIG. 4d is ω 4 (k). < / RTI >
FIG. 5A shows 25 images of a Zahra data set, FIG. 5B shows 18 images of a McM data set, and FIG. 5C shows 12 actual raw CFA images.
FIG. 6A shows a comparison of PSNR values for four candidate weighting functions; FIG. 6B shows the difference between? 3 and the corresponding weighting functions; FIG.
7B is an AFD, FIG. 7C is a VCD, FIG. 7D is an HOI, and FIG. 7E is a view showing a part of an original McM # 5 image. 7F, 7G, 7D, and 7H illustrate images processed by the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to one embodiment of the present invention.
8B shows an AFD, FIG. 8C shows a VCD, FIG. 8D shows a HOI, FIG. 8E shows a view of a part of an original McM # 9 image, and FIG. 8F is an MSG, FIG. 8G is GD, and FIG. 8H is an image processed by a demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention.
9A is an original image, FIG. 9B is an AFD, FIG. 9C is a VCD, FIG. 9D is an HOI, FIG. 9E is an ESF, and FIG. 9F is a cross- MSG, Figure 9G, GD, and Figure 9H show images processed by TAD.
10 is a flow diagram of a demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention Should be construed in accordance with the principles and the meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings.

또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.Also, the terms "first", "second", "one side", "other side", etc. are used to distinguish one element from another, It is not.

이하, 본 발명을 설명함에 있어, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, a detailed description of known arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서, 테일러 급수 및 적응적 가중치를 사용한 적응적 방향 선택에 기반하는 효율적인 디모자이킹 방법이 제안된다. 테일러 급수는 네 방향에 있는 이웃 픽셀들의 값들을 사용하여 보간될 값을 근사화하는데 사용된다. 관용적인 디모자이킹 방법들과 같이 한정된 후보 방향들을 통한 에지 방향을 추정하는 대신에, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 높은 효율을 달성하기 위하여 적응적 방향 및 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법을 제안한다. 상기 가중치는 이웃하는 픽셀들 간의 유사도를 평가하는데 사용된다. 실험 결과는 객관적인 성능 및 주관적인 성능 양자에서 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법이 기존의 접근법들을 능가함을 보여주었다.In the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, an efficient demosaicing method based on adaptive direction selection using Taylor series and adaptive weights is proposed. The Taylor series is used to approximate the value to be interpolated using the values of neighboring pixels in four directions. Instead of estimating the edge direction through limited candidate directions, such as the conventional demosaicking methods, the demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, We propose a demosaicing method based on adaptive direction and weight selection. The weights are used to evaluate the degree of similarity between neighboring pixels. Experimental results show that in both objective and subjective performance, the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention outperforms existing approaches.

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 테일러 급수 및 가중치 선택을 채택하는 적응적 방향 추정(TAD)을 사용하는 효과적이고 적응적인 디모자이킹 알고리즘을 제안한다. 누락된 컬러 값은 테일러 급수를 사용하여 북쪽, 남쪽, 서쪽 그리고 동쪽 방향으로 추정된 이웃하는 컬러 값들의 선형 가중된 공간 평균으로서 추정된다. 높은 효율을 달성하고 잘못된 방향 선택을 회피하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 보간될 값과 이웃하는 컬러 값들 간의 유사도를 평가하기 위한 로컬 영역에서 2차 도함수를 채택함으로써 방향을 선택하기 위한 적응적 가중치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에는 2개의 주된 기여가 존재한다.The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention proposes an effective and adaptive demosaicing algorithm using adaptive direction estimation (TAD) employing Taylor series and weight selection do. The missing color values are estimated as a linearly weighted spatial average of neighboring color values estimated in the north, south, west and east directions using the Taylor series. In order to achieve high efficiency and avoid false directional selection, a demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention may be used to estimate the degree of similarity between the values to be interpolated and neighboring color values, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > second derivative in the domain. There are two main contributions to the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention.

1. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서는 주위의 4개의 방향 추정치들의 가중 평균값으로서 누락된 녹색 픽셀을 추정한다. 상기 4개의 방향 추정치들은 테일러 급수를 사용하고 테일러 급수에서 2차 도함수를 예측하기 위하여 각 방향에서 2개의 2차 도함수들의 평균이 제안된다.1. In the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, a missing green pixel is estimated as a weighted average value of four surrounding direction estimates. The four direction estimates use the Taylor series and the average of the two second derivatives in each direction is proposed to predict the second derivative in the Taylor series.

2. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 관용적인 알고리즘에서 널리 사용되는 방향 선택 대신에 적응적인 가중치 선택 접근법을 이용한다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서는 작은 픽셀 차이에 높은 가중치가 할당되고 큰 픽셀 차이에 작은 가중치가 할당된다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서는 최적의 가중치 설계를 획득하기 위하여 4개의 고전적인 후보들이 선택된다.2. The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention uses an adaptive weight selection approach instead of the direction selection widely used in the conventional algorithm. Moreover, in the demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, a high weight is assigned to a small pixel difference and a small weight is assigned to a large pixel difference. Furthermore, in the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, four classical candidates are selected to obtain an optimal weight design.

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 이미지 상세와 질감과 같은, 세밀한 구조를 평가하기 위하여 적응적인 가중치를 설계하기 위한 큰 크기의 로컬 윈도우를 도입한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 주된 지오메트릭 구성들과 대규모 구조를 재구성하기 위한 컬러 픽셀들의 추정치들을 리파인(refine)하기 위하여 작은 로컬 윈도우를 제공한다.A demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention introduces a large size local window for designing adaptive weights to evaluate fine details such as image detail and texture . In addition, the demosaicking method based on the Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention may be used to refine estimates of color pixels for reconstructing major geometric structures and large- Lt; / RTI >

본 발명의 일 The invention 실시예에In the embodiment 의한 테일러 급수 및  Taylor series and 적응적Adaptive 가중치 선택에  To select a weight 기반한Based 디모자이킹 방법 Demothic king method

녹색 평면의 재구성Reconstruction of the green plane

도 1은 7×7 베이어(Bayer) 패턴 CFA를 도시한 것이다. G 채널 성분은 베이어 CFA 패턴에서 더 많은 이미지 상세를 보유한다. G 채널 성분의 양호한 재구성 품질은 R과 B 성분의 양호한 추정을 초래할 수 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, R 또는 B 성분의 위치에서 어떤 누락된 G 성분도 북쪽(N), 남쪽(S), 동쪽(E) 및 서쪽(W)의 네 방향에 있는 특정한 G 성분들에 의해 둘러싸여 있다. 전형적으로 이미지들은 공간에 걸쳐 점진적으로 변하고 동일한 컬러 값들이 강한 상관을 가지는 것으로 가정하면, 누락된 G 값들은 수학식 1에 도시된 바와 같이 표현된 네 방향의 G 픽셀 값들의 가중된 평균이다.Figure 1 shows a 7 x 7 Bayer pattern CFA. The G channel component retains more image detail in the Bayer CFA pattern. A good reconstruction quality of the G channel component may result in a good estimation of the R and B components. As can be seen in FIG. 1, any missing G component at the location of the R or B component is also located at a specific G component in the north (N), south (S), east (E), and west Surrounded by. Typically, assuming that the images gradually change in space and the same color values have strong correlation, the missing G values are weighted averages of the four directional G pixel values expressed as shown in equation (1).

Figure 112016127736928-pat00061
Figure 112016127736928-pat00061

상기에서

Figure 112016127736928-pat00062
,
Figure 112016127736928-pat00063
,
Figure 112016127736928-pat00064
Figure 112016127736928-pat00065
는 각각 N, S, E, 및 W 방향으로 추정된 G 값들이고,
Figure 112016127736928-pat00066
는 적응적인 가중치이다.
Figure 112016127736928-pat00067
,
Figure 112016127736928-pat00068
,
Figure 112016127736928-pat00069
Figure 112016127736928-pat00070
는 상기 방향의 선택을 추정하기 위한 색차로서, 이것들은 수학식 2 내지 수학식 5와 같이 2차 도함수에 의해 산출된다. 더 정확한 가중치들을 획득하기 위하여, 네 방향들인, 북쪽, 남쪽, 서쪽 및 동쪽에 있는 로컬 영역에서 픽셀 차이를 평가함으로써 이미지 상세가 추출된다. 도 2는 방향에 따른 픽셀 차이의 예를 도시한 것으로, 특정한 적색 픽셀에서 누락된 녹색 인텐시티가 추정될 수 있다. 도 2로부터, 11×11 로컬 윈도우에서 방향에 따른 픽셀 차이가 추정된다. 더욱이, 방향 정보를 유도하기 위하여 1차 도함수 대신에 2차 도함수가 사용되는데, 이것은 2차 도함수가 1차 도함수보다 이미지 상세에 더 민감하기 때문이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서는 방향에 따른 픽셀 차이, 4개의 G 색차, 2개의 R 색차 및 2개의 B 색차를 평가하기 위하여 8개의 2차 도함수가 사용된다.In the above,
Figure 112016127736928-pat00062
,
Figure 112016127736928-pat00063
,
Figure 112016127736928-pat00064
And
Figure 112016127736928-pat00065
Are G values estimated in N, S, E, and W directions, respectively,
Figure 112016127736928-pat00066
Is an adaptive weight.
Figure 112016127736928-pat00067
,
Figure 112016127736928-pat00068
,
Figure 112016127736928-pat00069
And
Figure 112016127736928-pat00070
Is a chrominance difference for estimating the selection of the direction, and these are calculated by the second derivative as shown in the equations (2) to (5). In order to obtain more accurate weights, image details are extracted by evaluating the pixel differences in the four directions, the local regions in the north, south, west and east. Fig. 2 shows an example of a pixel difference along a direction, in which a missing green intensity in a specific red pixel can be estimated. From Fig. 2, a pixel difference along the direction in an 11 x 11 local window is estimated. Moreover, a second order derivative is used instead of a first order derivative to derive the direction information because the second order derivative is more sensitive to image detail than the first order derivative. In the demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, in order to evaluate the pixel difference along the direction, the four G chrominance, the two R chrominance, and the two B chrominance, Derivatives are used.

Figure 112016127736928-pat00071
Figure 112016127736928-pat00071

Figure 112016127736928-pat00072
Figure 112016127736928-pat00072

Figure 112016127736928-pat00073
Figure 112016127736928-pat00073

Figure 112016127736928-pat00074
Figure 112016127736928-pat00074

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서 이 색차를 가지고 방향 선택을 제어하기 위하여 적응적인 가중치가 제안된다.In the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, an adaptive weight is proposed to control the direction selection with this color difference.

테일러 급수를 사용한 근사화Approximation with Taylor series

수학식 1에 도시된 바와 같이, 네 방향의 녹색 픽셀값들의 추정은 누락된 녹색 픽셀값들을 재구성하기 위한 핵심적인 이슈이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 네 방향의 녹색 픽셀값들을 예측하기 위하여 테일러 급수를 채택한다. 일반적인 형태의 테일러 급수는 하기와 같다.As shown in Equation (1), estimation of green pixel values in four directions is a key issue for reconstructing missing green pixel values. The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention employs a Taylor series to predict green pixel values in four directions. The general Taylor series is as follows.

Figure 112016127736928-pat00075
Figure 112016127736928-pat00075

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 2차 근사를 채택하고, 그 다음 네 방향의 녹색 픽셀값들의 추정은 하기와 같이 수행될 수 있다:The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention employs a quadratic approximation and the estimation of the green pixel values in the following four directions can be performed as follows:

Figure 112016127736928-pat00076
Figure 112016127736928-pat00076

상기에서

Figure 112016127736928-pat00077
,
Figure 112016127736928-pat00078
,
Figure 112016127736928-pat00079
, 및
Figure 112016127736928-pat00080
는 각각 위치 (i,j)에서 북쪽, 남쪽, 서쪽 및 동쪽 방향의 녹색 픽셀값들이다.In the above,
Figure 112016127736928-pat00077
,
Figure 112016127736928-pat00078
,
Figure 112016127736928-pat00079
, And
Figure 112016127736928-pat00080
Are the green pixel values in the north, south, west and east directions at position (i, j), respectively.

3개의 색차의 관계는 도 3에서 유도된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서, 3개의 색차들은 로컬 영역에서 유사한 통계 특성을 갖는다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 3개의 색차 채널들은 로컬 영역에서 일정한 색차를 갖는 것으로 가정된다.The relationship of the three color differences is derived in Fig. In the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, it has been found that the three color differences have similar statistical properties in the local area. Therefore, it is assumed that the three color difference channels have a certain color difference in the local region.

1차 및 2차 도함수를 계산하기 위하여, G 픽셀값 및 R/B 픽셀값들은 로컬 영역에서 일정한 잔차를 갖는다고 가정한다. 미지의 G 픽셀값들을 사용하는 대신에, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 G 픽셀값들의 1차 도함수 및 2차 도함수를 근사화하기 위하여 이웃하는 특정한 R/B 픽셀값들을 사용한다. 예를 들어, 북쪽 방향에 대해, 1차 도함수는 하기와 같이 계산된다.To calculate the primary and secondary derivatives, it is assumed that the G pixel values and the R / B pixel values have a constant residual in the local region. Instead of using the unknown G pixel values, a demosaicking method based on the Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention may be used to approximate the first derivatives and second derivatives of the G pixel values And uses specific R / B pixel values. For example, for the north direction, the first derivative is calculated as follows.

Figure 112016127736928-pat00081
Figure 112016127736928-pat00081

상기에서 F는 위치 (i,j)의 주위에 있는 특정한 R/B 컬러 픽셀값들을 나타낸다.Where F denotes the specific R / B color pixel values around position (i, j).

상기 2차 도함수는 이미지 상세를 더 정밀하게 표현할 수 있다. 로컬 이미지 특징을 추정하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서는 로컬 영역에서 상기 특징을 조사할 필요가 있다. 따라서, G 픽셀값의 2차 도함수는 하기와 같이 R/B 픽셀값들의 2개의 2차 도함수의 평균으로서 계산된다.The second derivative can render the image details more precisely. In order to estimate the local image feature, it is necessary to examine the feature in the local region in the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention. Thus, the second derivative of the G pixel value is calculated as the average of the two second derivatives of the R / B pixel values as follows.

Figure 112016127736928-pat00082
Figure 112016127736928-pat00082

수학식 8 및 수학식 9를 수학식 7에 대입하면, 수학식 10으로부터 북쪽의 G 픽셀값의 근사치를 획득할 수 있다.Substituting Equations (8) and (9) into Equation (7), an approximate value of the north G pixel value can be obtained from Equation (10).

Figure 112016127736928-pat00083
Figure 112016127736928-pat00083

유사한 방식으로, GS, GE 및 GW 값들이 획득될 수 있다. In a similar manner, the values of G S , G E and G W can be obtained.

예를 들어, 남쪽 방향에 대해, G 픽셀값의 1차 도함수 및 2차 도함수는 하기와 같이 계산된다.For example, for the south direction, the first order derivatives and the second order derivatives of the G pixel values are calculated as follows.

Figure 112016127736928-pat00084
Figure 112016127736928-pat00084

Figure 112016127736928-pat00085
Figure 112016127736928-pat00085

또한, 서쪽 방향에 대해, G 픽셀값의 1차 도함수 및 2차 도함수는 하기와 같이 계산된다.Further, for the west direction, the first derivative and the second derivative of the G pixel value are calculated as follows.

Figure 112016127736928-pat00086
Figure 112016127736928-pat00086

Figure 112016127736928-pat00087
Figure 112016127736928-pat00087

또한, 동쪽 방향에 대해, G 픽셀값의 1차 도함수 및 2차 도함수는 하기와 같이 계산된다.Further, for the east direction, the first derivative and the second derivative of the G pixel value are calculated as follows.

Figure 112016127736928-pat00088
Figure 112016127736928-pat00088

Figure 112016127736928-pat00089
Figure 112016127736928-pat00089

G 평면의 G plane 리파인먼트Refinement (refinement)(refinement)

누락된 G 컬러 픽셀들을 보간할 때, 적응적인 가중치들을 획득하기 위하여 방향성 픽셀 차이를 추정하도록 큰 로컬 윈도우를 사용한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 방향성 추정 대신에 적응적인 방법을 사용하기 때문에, 더 정확한 방향 정보를 획득할 필요가 있다. 큰 로컬 윈도우는 이미지 상세를 평가하는데 유익한 것으로 알려져 있다. 반면에, 대규모 구조를 증강하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 또한 작은 로컬 윈도우에서 색차를 사용하여 녹색 픽셀을 리파인(refine)한다. 모든 G 픽셀값들을 복원한 이후에, 컬러값들이 일정한 잔차를 갖는다는 가정에 기반하여, 수학식 11을 사용하여 G 평면이 갱신된다.When interpolating missing G color pixels, a large local window is used to estimate directional pixel differences to obtain adaptive weights. The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention uses an adaptive method instead of the directional estimation, so it is necessary to acquire more accurate direction information. Large local windows are known to be beneficial in evaluating image detail. On the other hand, in order to augment the large scale structure, the demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention also refines green pixels using a chrominance in a small local window. After restoring all the G pixel values, based on the assumption that the color values have a constant residual, the G plane is updated using Equation (11).

Figure 112016127736928-pat00090
Figure 112016127736928-pat00090

상기에서

Figure 112016127736928-pat00091
,
Figure 112016127736928-pat00092
,
Figure 112016127736928-pat00093
, 및
Figure 112016127736928-pat00094
는 각각 N, S, E 및 W 방향에서의 색차를 나타내고, 하기와 같이 나타낼 수 있다.In the above,
Figure 112016127736928-pat00091
,
Figure 112016127736928-pat00092
,
Figure 112016127736928-pat00093
, And
Figure 112016127736928-pat00094
Represents the color difference in the N, S, E, and W directions, respectively, and can be expressed as follows.

Figure 112016127736928-pat00095
Figure 112016127736928-pat00095

Figure 112016127736928-pat00096
,
Figure 112016127736928-pat00097
,
Figure 112016127736928-pat00098
, 및
Figure 112016127736928-pat00099
는 하기와 같이 재구성된 G 픽셀을 사용하는 색차이다.
Figure 112016127736928-pat00096
,
Figure 112016127736928-pat00097
,
Figure 112016127736928-pat00098
, And
Figure 112016127736928-pat00099
Is a color difference using a reconstructed G pixel as follows.

Figure 112016127736928-pat00100
Figure 112016127736928-pat00100

수학식 11을 사용하여, G 픽셀값이 갱신된다.Using equation (11), the G pixel value is updated.

적응적Adaptive 가중치의 설계 Design of weights

느린 공간 변동은 에지들에서 실패한다고 가정하는데, 이들은 결과적으로 블러링된다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 픽셀값의 비유사성(dissimilarity)과 함께 쇠퇴하는 적응적 비선형 가중치를 설계할 필요가 있다. 일반적으로, 큰 색차는 큰 가중치를 가져야 한다. 그래서, 색차의 단조 감소 함수인 적응 함수를 설계할 수 있다. 상술된 바와 같이, 적응 함수(ω(k))는 하기의 특징들을 가져야 한다: ω(0)=1, 그리고 ω(∞)=0. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 ω(k)에 대한 후보들로서 4개의 함수들을 고려하고 이들은 하기와 같이 도시된다:It is assumed that the slow spatial variations fail at the edges, which are consequently blurred. To overcome this drawback, it is necessary to design an adaptive nonlinear weight that declines with the dissimilarity of pixel values. In general, large color differences should have large weights. Thus, it is possible to design an adaptive function which is a monotone decreasing function of the color difference. As described above, the adaptive function? (K) should have the following characteristics:? (0) = 1, and? (?) = 0. The demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention considers four functions as candidates for [omega] (k) and these are illustrated as follows:

Figure 112016127736928-pat00101
Figure 112016127736928-pat00101

Figure 112016127736928-pat00102
Figure 112016127736928-pat00102

Figure 112016127736928-pat00103
Figure 112016127736928-pat00103

Figure 112016127736928-pat00104
Figure 112016127736928-pat00104

이들 4개의 함수들의 그래프가 도 4에 도시되어 있다. 변수는 색차이다.A graph of these four functions is shown in FIG. The variable is color difference.

R/B 평면의 재구성Reconstruction of the R / B plane

G 평면을 재구성한 이후에, 누락된 R/B 평면을 추정하기 위하여 특정한 R/B 픽셀값들과 재구성된 G 픽셀값들이 사용된다. 특정한 B/R 위치에서 누락된 R/B 값들을 복원하기 위하여, 수학식 18이 적용된다.After reconstructing the G plane, specific R / B pixel values and reconstructed G pixel values are used to estimate the missing R / B plane. To recover the missing R / B values at a particular B / R position, Equation (18) is applied.

Figure 112016127736928-pat00105
Figure 112016127736928-pat00105

상기에서 ,

Figure 112016127736928-pat00107
,
Figure 112016127736928-pat00108
,
Figure 112016127736928-pat00109
Figure 112016127736928-pat00110
,
Figure 112016127736928-pat00111
,
Figure 112016127736928-pat00112
,
Figure 112016127736928-pat00113
는 하기와 같이 계산된다.In the above, ,
Figure 112016127736928-pat00107
,
Figure 112016127736928-pat00108
,
Figure 112016127736928-pat00109
And
Figure 112016127736928-pat00110
,
Figure 112016127736928-pat00111
,
Figure 112016127736928-pat00112
,
Figure 112016127736928-pat00113
Is calculated as follows.

Figure 112016127736928-pat00114
Figure 112016127736928-pat00114

Figure 112016127736928-pat00115
Figure 112016127736928-pat00115

특정한 G 픽셀에서 누락된 R/B 픽셀에 대해, 하기와 같은 값들이 계산된다.For R / B pixels missing at a particular G pixel, the following values are calculated.

Figure 112016127736928-pat00116
Figure 112016127736928-pat00116

R/B 픽셀값들은 G 픽셀값들과 강한 상관을 가지므로, 우선 G 채널이 재구성되고 그 다음 재구성된 G 채널에 기반하여 R/B 채널이 재구성된다.Since the R / B pixel values have strong correlation with the G pixel values, the G channel is first reconstructed and then the R / B channel is reconstructed based on the reconstructed G channel.

마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 하기와 같이 요약된다.Finally, the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention is summarized as follows.

도 12를 참조하면, 단계 S100에서, 테일러 급수의 2차 근사화를 사용하여 추정된 네 방향의 녹색 픽셀값들의 가중 평균에 기반하여 누락된 녹색 픽셀값들을 보간한다. 이 단계에서 누락된 G 컬러 채널이 수학식 1에 의해 보간되고 전체 G 채널이 재구성된다. 이 단계에서 상기 테일러 급수의 2차 근사화 시 녹색 픽셀값의 2차 도함수는, 수학식 9에 기재된 바와 같이, 적색 및 청색 픽셀값들의 2개의 2차 도함수들의 평균에 기반하여 계산된다.Referring to FIG. 12, in step S100, the missing green pixel values are interpolated based on the weighted average of the four-directional green pixel values estimated using the second approximation of the Taylor series. In this step, the missing G color channel is interpolated by Equation (1) and the entire G channel is reconstructed. In this step, the second derivative of the green pixel value in the second approximation of the Taylor series is calculated based on the average of the two second derivatives of the red and blue pixel values, as described in equation (9).

단계 S102에서, 녹색 픽셀들을 갱신함으로써 녹색 채널을 리파인(refine)한다. 이 단계에서 추정된 G 채널이 수학식 11에 의해 리파인(refine)된다.In step S102, the green channel is refined by updating the green pixels. The G channel estimated at this stage is refined by the equation (11).

단계 S104에서, 청색/적색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값을 추정하고, 녹색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값을 추정한다. 이 단계에서, 전체 G 채널이 보간된 이후에, 특정한 B/R 위치에서의 누락된 R/B 값들이 수학식 18에 의해 추정되고, 특정한 G 픽셀에서 누락된 R/B 픽셀들은 수학식 21에 의해 예측된다.In step S104, the missing red / blue pixel value at the blue / red pixel position is estimated, and the missing red / blue pixel value at the green pixel position is estimated. In this step, after the entire G channel is interpolated, the missing R / B values at a particular B / R position are estimated by equation (18), and the missing R / B pixels at a particular G pixel are Lt; / RTI >

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 CFA로부터 수신된 이미지를 처리하는 이미지 처리 장치의 제어부에서 실행될 수 있다.The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention can be executed in the control unit of the image processing apparatus that processes the image received from the CFA.

실험 결과Experiment result

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법의 성능이 평가되고 몇몇 레퍼런스 방법들과 비교된다. 이 시뮬레이션에서, 3개의 이미지세트가 비교 테스트를 위하여 사용되었다. 테스트 세트들은 25개의 Zahra 데이터세트(768×512 크기)[25], 18개의 McM 데이터세트(500×500 크기), 그리고 12개의 실제 원시(raw) CFA 이미지들(1824×1368 크기)을 포함하고, 모든 데이터세트는 도 5에 도시된다. 시뮬레이션은 기존의 알고리즘들(AFD[7], VCD[8], HOI[11], ESF[14], MSG[15], 그리고 GD[16])과 비교하여 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법의 우월성을 입증하기 위하여 McM 데이터세트로부터 표준 테스트 500×500 이미지들을 사용하여 수행되었다. 문헌에서 널리 채택된 기준인, 주관적인 성능에 부가하여 PSNR, SSIM 및 CPU 시간의 관점에서 객관적인 성능이 평가되었다. 실험은 인텔 코어 2 듀오 CPU E8500 @ 3.16 GHz 상에서 수행되었다.The performance of the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention is evaluated and compared with several reference methods. In this simulation, three sets of images were used for the comparison test. The test sets include 25 Zahra data sets (768x512 size) [25], 18 McM data sets (500x500 size), and 12 actual raw CFA images (1824x1368 size) , All data sets are shown in Fig. The simulation is compared with the existing algorithms (AFD [7], VCD [8], HOI [11], ESF [14], MSG [15], and GD [ Was performed using standard test 500x500 images from the McM data set to demonstrate the superiority of the demosaicing method based on series and adaptive weight selection. Objective performance was evaluated in terms of PSNR, SSIM and CPU time in addition to subjective performance, a widely adopted criterion in the literature. The experiment was performed on the Intel Core 2 Duo CPU E8500 @ 3.16 GHz.

가중 함수 선택Weighting function selection

도 6은 도 6a에 도시된 25개의 이미지들(Zahra 데이터세트)를 사용하는 4개의 가중 함수들에 대한 비교에 관한 CPSNR 결과를 도시한 것이다. 도 6b는 ω3와 대응하는 가중 함수들 간의 CPSNR 차이를 도시한 것이다. 알 수 있는 바와 같이, ω3는 4개의 가중 함수들 중 최상의 성능을 나타내고, 따라서 ω3의 최선의 PSNR 성능으로 인하여 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서는 ω3를 선택한다.Figure 6 shows the CPSNR results for a comparison of four weighting functions using the 25 images (Zahra data set) shown in Figure 6a. FIG. 6B shows the CPSNR difference between? 3 and the corresponding weighting functions. As can be seen, omega 3 represents the best performance among the four weighting functions, and therefore, due to the best PSNR performance of omega 3 , demosaicing based on the Taylor series and adaptive weighting selection according to an embodiment of the present invention In the method, ω 3 is selected.

객관적인 성능 분석Objective performance analysis

각 컬러 평면(R, G 및 B)에서 PSNR의 관점에서 측정된 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법의 객관적인 성능이 제시된다. 표 1은 상이한 디모자이킹 방법들과 비교한 PSNR 결과를 제공한다. 표 1로부터 각각 AFD, VCD, HOI, ESF, MSG 및 GD와 비교할 때 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 모든 3개의 채널들에서 평균적인 PSNR의 개선을 가지고 최선의 PSNR을 갖는다는 것이 명백하다. R과 G 채널에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 PSNR에 관해 거의 1 dB까지 증가한다.The objective performance of the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention measured in terms of PSNR in each color plane (R, G and B) is presented. Table 1 provides the PSNR results compared to the different demosaicing methods. The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, when compared to AFD, VCD, HOI, ESF, MSG and GD, respectively, from Table 1 shows that the average PSNR It is clear that it has the best PSNR with improvement. In the R and G channels, the demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention increases by about 1 dB with respect to the PSNR.

Figure 112016127736928-pat00117
Figure 112016127736928-pat00117

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 또한 표 2에 도시된 바와 같이 모든 기존의 방법들에 비해 최소한의 CPU 시간을 필요로 하였다. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 각각 AFD, VCD, HOI, ESF, MSG 및 GD와 비교할 때 32.6%, 98.8%, 99.2%, 94.7%, 97.5%, 그리고 52.3%까지 평균적인 CPU 시간을 감소시켰다.The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention also required a minimum of CPU time compared to all the existing methods as shown in Table 2. [ The demiginking method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention is 32.6%, 98.8%, 99.2%, 94.7%, 97.5% compared to AFD, VCD, HOI, ESF, MSG and GD, %, And 52.3%, respectively.

Figure 112016127736928-pat00118
Figure 112016127736928-pat00118

주관적인 성능 분석Subjective performance analysis

샘플들로부터 재구성된 신호는 원래의 연속적인 신호와 상이하기 때문에 재구성된 이미지들은 항상 이미지 에지에서 에일리어싱(aliasing)을 갖는다. 시각적인 효과의 관점에서 결과로서 생성되는 이미지들의 주관적인 성능 평가를 설명하기 위하여, 각각 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 #5 및 #9 이미지들의 인지된 이미지 품질의 일부를 도시한다. 도 7로부터 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 다른 방법들과 비교하여 황색 및 에지 정보의 상세의 관점에서 개선된 시각적인 품질에서 최상의 결과를 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 도 8에서, 다른 방법들은 에지를 왜곡시키고 특히 45도 및 135도의 대각선의 어떤 방향에서 꽃의 에지를 따라 매우 형편없는 시각적인 품질을 초래한다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 도 8h에 도시된 바와 같이 다른 방법들과 비교할 때 시각적인 품질에서 개선을 보여준다. 도 8로부터 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 다른 방법들과 비교할 때 어떤 방향에서도 에지들의 상세에 관해 개선된 시각적인 품질을 초래한다.Since the reconstructed signal from the samples is different from the original continuous signal, the reconstructed images always have aliasing at the image edge. 5 and # 9 images, as shown in Figures 7 and 8, respectively, to illustrate the subjective performance evaluation of the resulting images in terms of visual effects. From FIG. 7, the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention has the best results in improved visual quality in terms of details of yellow and edge information compared to other methods . In Fig. 8, other methods distort the edge and cause very poor visual quality along the edge of the flower, in particular in some direction of the diagonal of 45 degrees and 135 degrees. However, the demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention shows improvement in visual quality as compared to other methods, as shown in FIG. 8h. From Figure 8, the demosaicking method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention results in improved visual quality with respect to the details of the edges in any direction compared to other methods.

인간의 시각계-기반 S-CIELAB

Figure 112016127736928-pat00119
메트릭[28]은 주관적인 성능 비교를 위한 양호한 평가자이다. S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00120
척도는 S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00121
의 공간 확장이고 원래의 이미지의 S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00122
표현과 재구성된 이미지의 S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00123
표현 간의 차를 결정하기 위하여 인간의 시가계를 고려하는 가장 효과적인 척도 중 하나이다. McM 데이터세트에 대한 S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00124
메트릭의 관점에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 표 3에 도시된 바와 같이 모든 다른 레퍼런스 이미지들보다 평균적으로 더 양호한 성능을 제공한다(0.2227, 0.3352, 0.1673, 0.4811, 0.2170, 0.2493). 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법의 성능을 강하게 입증하기 위하여, 세번째 메트릭인, FSIM 지수[29]가 사용된다. 1.0에 근접한 FSIM 결과는 더 양호한 이미지 품질을 나타낸다는 것이 주목된다. 표 4는 몇몇 디모자이킹 알고리즘들에 대한 McM 데이터세트에 대한 FSIM 결과를 도시한 것이다. 표 4로부터, 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 평균적으로 0.00058, 0.00081, 0.00041, 0.00122, 0.00056, 그리고 0.00058만큼 모든 다른 방법들을 능가하였음을 확인할 수 있다.Human visual system - based on S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00119
Metrics [28] are good evaluators for subjective performance comparisons. S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00120
The scale is S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00121
And the original image of S-CIELAB
Figure 112016127736928-pat00122
S-CIELAB of representation and reconstructed images
Figure 112016127736928-pat00123
It is one of the most effective measures to consider human cigars to determine the difference between expressions. S-CIELAB for McM data sets
Figure 112016127736928-pat00124
In terms of metrics, the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention provides better performance on average than all other reference images, as shown in Table 3 (0.2227 , 0.3352, 0.1673, 0.4811, 0.2170, 0.2493). In order to strongly demonstrate the performance of the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, the third metric, the FSIM index [29], is used. It is noted that FSIM results close to 1.0 exhibit better image quality. Table 4 shows the FSIM results for the McM data set for several demosaicing algorithms. From Table 4, it can be seen that the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention outperformed all other methods on average by 0.00058, 0.00081, 0.00041, 0.00122, 0.00056 and 0.00058 have.

Figure 112016127736928-pat00125
Figure 112016127736928-pat00125

Figure 112016127736928-pat00126
Figure 112016127736928-pat00126

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법의 성능을 평가하기 위하여, 다른 시각적인 측정인, 지퍼 효과 비(ZER: zipper effect ratio)가 사용된다. 결과는 0 내지 1까지의 범위에 있고, 가장 작은 ZER은 가장 큰 지퍼 효과를 의미한다. 표 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 #7을 제외하곤 최상의 ZER 결과를 보여준다.In order to evaluate the performance of the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, another visual measure, zipper effect ratio (ZER), is used. The result is in the range of 0 to 1, and the smallest ZER means the largest zipper effect. As can be seen in Table 5, the present invention shows the best ZER results except # 7.

Figure 112016127736928-pat00127
Figure 112016127736928-pat00127

또한 도 5c에 도시된 12개의 실제 원시(raw) CFA 이미지들에 대한 실험들이 수행되었다. 표 6은 이들 12개의 원시 CFA 이미지들의 CPSNR을 도시한 것이고 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 다른 방법들에 비해 최상의 평균적인 CPSNR을 보여줌을 확인할 수 있다. 도 9는 #1 실제 원시 CFA 이미지에 대한 시각적인 품질 비교를 도시한 것이다.Experiments were also performed on the twelve actual raw CFA images shown in Figure 5c. Table 6 shows the CPSNRs of these 12 original CFA images and the demosaicing method based on Taylor series and adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention shows the best average CPSNR over other methods . Figure 9 shows a visual quality comparison of the # 1 actual raw CFA image.

Figure 112016127736928-pat00128
Figure 112016127736928-pat00128

결론conclusion

본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법에서 네 방향 컬러 값들을 추정하기 위하여 테일러 급수를 사용하고 에지 방향을 자동으로 선택하기 위하여 적응적인 가중치를 설계하는 효과적이고 적응적인 디모자이킹 방법이 제안되었다. 후보 방향들을 사용하는 방향의 추정 없이, 에지 방향의 잘못된 예측을 회피할 수 있고 계산적인 부담을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법은 객관적인 성능 및 주관적인 성능 양자에서 관용적인 방법들과 비교할 때 우월한 성능을 갖는다.In the demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention, an Taylor series is used to estimate the four-directional color values, and an adaptive weight design is made to automatically select the edge direction And an adaptive demosaicing method has been proposed. It is possible to avoid erroneous prediction of the edge direction and reduce the computational burden, without estimating the direction using the candidate directions. The demosaicing method based on the Taylor series and the adaptive weight selection according to an embodiment of the present invention has superior performance when compared with the conventional methods in both objective performance and subjective performance.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is clear that the present invention can be modified or improved.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

S100 : 녹색 픽셀값 보간 단계
S102 : 녹색 채널 리파인 단계
S104 : 적색/청색 픽셀값 추정 단계
S100: Green pixel value interpolation step
S102: green channel refinement step
S104: Red / Blue pixel value estimation step

Claims (8)

(a) 테일러 급수의 2차 근사화를 사용하여 추정된 네 방향의 녹색 픽셀값들의 가중 평균에 기반하여 누락된 녹색 픽셀값들을 보간하는 단계;
(b) 상기 녹색 픽셀값들을 리파인(refine)하는 단계; 및
(c) 청색/적색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값을 추정하고, 녹색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값을 추정하는 단계를 포함하고,
상기 테일러 급수의 2차 근사화 시 녹색 픽셀값의 2차 도함수는,
적색 및 청색 픽셀값들의 2개의 2차 도함수들의 평균에 기반하여 계산되며,
상기 누락된 녹색 픽셀값들은,
Figure 112017091888253-pat00199
에 기반하여 계산되고,
상기에서
Figure 112017091888253-pat00200
,
Figure 112017091888253-pat00201
,
Figure 112017091888253-pat00202
Figure 112017091888253-pat00203
는 각각 북쪽(N), 남쪽(S), 동쪽(E), 및 서쪽(W) 방향으로 추정된 녹색(G) 픽셀값들이고,
Figure 112017091888253-pat00204
는 적응적인 가중치이며,
Figure 112017091888253-pat00205
,
Figure 112017091888253-pat00206
,
Figure 112017091888253-pat00207
Figure 112017091888253-pat00208
는 상기 방향의 선택을 추정하기 위한 색차인, 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법.
(a) interpolating missing green pixel values based on a weighted average of four directional green pixel values estimated using a second approximation of the Taylor series;
(b) refining the green pixel values; And
(c) estimating missing red / blue pixel values at the blue / red pixel locations and estimating missing red / blue pixel values at the green pixel locations,
The second derivative of the green pixel value at the second order approximation of the Taylor series,
Is calculated based on an average of the two second derivatives of the red and blue pixel values,
The missing green pixel values,
Figure 112017091888253-pat00199
, ≪ / RTI >
In the above,
Figure 112017091888253-pat00200
,
Figure 112017091888253-pat00201
,
Figure 112017091888253-pat00202
And
Figure 112017091888253-pat00203
Are green (G) pixel values estimated in the north (N), south (S), east (E), and west (W)
Figure 112017091888253-pat00204
Is an adaptive weight,
Figure 112017091888253-pat00205
,
Figure 112017091888253-pat00206
,
Figure 112017091888253-pat00207
And
Figure 112017091888253-pat00208
Is a color difference for estimating a selection of the direction, the Taylor series and the adaptive weight selection.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기
Figure 112017091888253-pat00139
,
Figure 112017091888253-pat00140
,
Figure 112017091888253-pat00141
Figure 112017091888253-pat00142
는 각각,
Figure 112017091888253-pat00143

Figure 112017091888253-pat00144

Figure 112017091888253-pat00145

Figure 112017091888253-pat00146
,에 의해 계산되고,
상기에서 F는 위치 (i,j)의 주위에 있는 특정한 적색(R)/청색(B) 픽셀값들을 나타내는, 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법.
The method according to claim 1,
remind
Figure 112017091888253-pat00139
,
Figure 112017091888253-pat00140
,
Figure 112017091888253-pat00141
And
Figure 112017091888253-pat00142
Respectively,
Figure 112017091888253-pat00143

Figure 112017091888253-pat00144

Figure 112017091888253-pat00145

Figure 112017091888253-pat00146
, ≪ / RTI >
Where F is the specific red (R) / blue (B) pixel values around the location (i, j).
청구항 3에 있어서,
상기
Figure 112016127736928-pat00147
,
Figure 112016127736928-pat00148
,
Figure 112016127736928-pat00149
Figure 112016127736928-pat00150
는 각각,
Figure 112016127736928-pat00151
에 의해 계산되고,
상기에서
Figure 112016127736928-pat00152
,
Figure 112016127736928-pat00153
,
Figure 112016127736928-pat00154
, 및
Figure 112016127736928-pat00155
는 각각 위치 (i,j)에서 북쪽, 남쪽, 서쪽 및 동쪽 방향의 녹색 픽셀값들이며,
Figure 112016127736928-pat00156
이고,
Figure 112016127736928-pat00157
이며,
Figure 112016127736928-pat00158
이고,
Figure 112016127736928-pat00159
이며,
Figure 112016127736928-pat00160
이고,
Figure 112016127736928-pat00161
이며,
Figure 112016127736928-pat00162
이고,
Figure 112016127736928-pat00163
인, 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법.
The method of claim 3,
remind
Figure 112016127736928-pat00147
,
Figure 112016127736928-pat00148
,
Figure 112016127736928-pat00149
And
Figure 112016127736928-pat00150
Respectively,
Figure 112016127736928-pat00151
Lt; / RTI >
In the above,
Figure 112016127736928-pat00152
,
Figure 112016127736928-pat00153
,
Figure 112016127736928-pat00154
, And
Figure 112016127736928-pat00155
Are the green pixel values in the north, south, west and east directions at position (i, j), respectively,
Figure 112016127736928-pat00156
ego,
Figure 112016127736928-pat00157
Lt;
Figure 112016127736928-pat00158
ego,
Figure 112016127736928-pat00159
Lt;
Figure 112016127736928-pat00160
ego,
Figure 112016127736928-pat00161
Lt;
Figure 112016127736928-pat00162
ego,
Figure 112016127736928-pat00163
A method of demosaicing based on the in, Taylor series and adaptive weight selection.
청구항 4에 있어서,
상기 단계 (b)에서 녹색 픽셀값들은,
Figure 112016127736928-pat00164
에 기반하여 리파인(refine)되고,
상기에서
Figure 112016127736928-pat00165
,
Figure 112016127736928-pat00166
,
Figure 112016127736928-pat00167
, 및
Figure 112016127736928-pat00168
는 각각 북쪽(N), 남쪽(S), 동쪽(E) 및 서쪽(W) 방향에서의 색차로서,
Figure 112016127736928-pat00169
에 의해 계산되고,
상기에서
Figure 112016127736928-pat00170
,
Figure 112016127736928-pat00171
,
Figure 112016127736928-pat00172
, 및
Figure 112016127736928-pat00173
는 재구성된 G 픽셀을 사용하는 색차로서,
Figure 112016127736928-pat00174
에 의해 계산되는, 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법.
The method of claim 4,
The green pixel values in step (b)
Figure 112016127736928-pat00164
Is refined,
In the above,
Figure 112016127736928-pat00165
,
Figure 112016127736928-pat00166
,
Figure 112016127736928-pat00167
, And
Figure 112016127736928-pat00168
Are color differences in the north (N), south (S), east (E) and west (W)
Figure 112016127736928-pat00169
Lt; / RTI >
In the above,
Figure 112016127736928-pat00170
,
Figure 112016127736928-pat00171
,
Figure 112016127736928-pat00172
, And
Figure 112016127736928-pat00173
Is a color difference using a reconstructed G pixel,
Figure 112016127736928-pat00174
Gt; a < / RTI > demodulation method based on Taylor series and adaptive weight selection.
청구항 5에 있어서,
상기 적응적인 가중치인
Figure 112016127736928-pat00175
는,
Figure 112016127736928-pat00176
에 의해 계산되는, 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법.
The method of claim 5,
The adaptive weight
Figure 112016127736928-pat00175
Quot;
Figure 112016127736928-pat00176
Gt; a < / RTI > demodulation method based on Taylor series and adaptive weight selection.
청구항 6에 있어서,
상기 단계 (c)에서 청색/적색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값은,
Figure 112016127736928-pat00177
에 의해 계산되고,
Figure 112016127736928-pat00178
,
Figure 112016127736928-pat00179
,
Figure 112016127736928-pat00180
,
Figure 112016127736928-pat00181
Figure 112016127736928-pat00182
,
Figure 112016127736928-pat00183
,
Figure 112016127736928-pat00184
,
Figure 112016127736928-pat00185
는,
Figure 112016127736928-pat00186

Figure 112016127736928-pat00187
에 의해 계산되는, 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법.
The method of claim 6,
The missing red / blue pixel values at the blue / red pixel locations in step (c)
Figure 112016127736928-pat00177
Lt; / RTI >
Figure 112016127736928-pat00178
,
Figure 112016127736928-pat00179
,
Figure 112016127736928-pat00180
,
Figure 112016127736928-pat00181
And
Figure 112016127736928-pat00182
,
Figure 112016127736928-pat00183
,
Figure 112016127736928-pat00184
,
Figure 112016127736928-pat00185
Quot;
Figure 112016127736928-pat00186

Figure 112016127736928-pat00187
Gt; a < / RTI > demodulation method based on Taylor series and adaptive weight selection.
청구항 7에 있어서,
상기 단계 (c)에서 녹색 픽셀 위치에서의 누락된 적색/청색 픽셀값은,
Figure 112016127736928-pat00188
에 의해 계산되는, 테일러 급수 및 적응적 가중치 선택에 기반한 디모자이킹 방법.
The method of claim 7,
The missing red / blue pixel value at the green pixel position in step (c)
Figure 112016127736928-pat00188
Gt; a < / RTI > demodulation method based on Taylor series and adaptive weight selection.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102137047B1 (en) * 2019-06-26 2020-07-24 인천대학교 산학협력단 Demosaicking method based on back propagation neural network

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JoohyeokKim et al., Digital Signal Processing, December 2014, Volume 35, p.53-63
김주혁, 학위논문(박사)-- 한양대학교 대학원 : 전자컴퓨터통신공학과 2014.08*

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