KR101882739B1 - Images Upsampling and Pattern Assignment Apparatus and Method thereof - Google Patents

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전광길
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인천대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, an apparatus for changing image resolution using a pattern comprises: a database storing RRGB, RGGB and RGBB patterns for a plurality of training images and a target image, and actual measurement values for R, G, and B for each pixel of the training images and the target image; a training filter design module to receive the RRGB, RGGB and RGBB patterns for the plurality of training images from the database to separate the RRGB, RGGB and RGBB patterns for the training image into images of R, G, and B channels, downsample the separated images by channel to form low resolution images by channel to form a reconstruction image, and receive the actual measurement values for R, G, and B for each pixel of the training images and the target image from the database to design a training filter; and a performance verification module to select a color filter array to verify performance among a plurality of color filter arrays having different patterns to receive a target image photographed by an image sensor having the selected color filter array to separate the target image into images of R, G, and B channels, downsample the separated images by channel to form low resolution images by channel, and input the target image into the designed training filter to acquire the reconstruction image to compare the target image and the reconstruction image to verify performance of the color filter array.

Description

패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치 및 방법{Images Upsampling and Pattern Assignment Apparatus and Method thereof}(Image Upsampling and Pattern Assignment Apparatus and Method thereof)

본 발명은 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for converting image resolution using a pattern.

디지털 카메라로 촬영한 이미지에는 CCD 또는 CMOS와 같은 센서에 필터가 표시되어야 한다[1-3]. 이러한 필터는 센서의 위치를 따라 사전 할당된다[4.5].For images taken with a digital camera, filters should be displayed on sensors such as CCD or CMOS [1-3]. These filters are pre-assigned along the sensor's location [4.5].

베이어(Bayer) 패턴 컬러 필터 어레이(Color Filter Array:CFA)는 널리 사용되는 CFA로 RGGB 패턴이 일반적으로 채택되지만 CFA 필터의 대안이 있을 수 있다.The Bayer pattern color filter array (CFA) is a widely used CFA, with the RGGB pattern generally being adopted, but it can be an alternative to the CFA filter.

CFA 이미지에서 컬러 이미지를 얻으려면 각 픽셀 위치에 빨강, 녹색 및 파랑의 세 가지 색상 구성 요소가 있어야 한다.To obtain a color image from a CFA image, there must be three color components, red, green, and blue, at each pixel location.

모자이크 단계에서 CFA 이미지는 두 가지 색상 구성 요소를 잃어 버리고 하나의 색상 정보만 남는다. 그러므로, 이 정보는 보간법에 의해 재구성되어야 한다.In the mosaic phase, the CFA image loses two color components and leaves only one color information. Therefore, this information should be reconstructed by interpolation.

보간법은 최근접 이웃(nearest-neighbor), 쌍 선형(bilinear) 또는 쌍 큐빅(bi-cubic) 방법이 있다[6-10].The interpolation method is nearest-neighbor, bilinear or bi-cubic [6-10].

일반적으로 이러한 방법은 컬러 평면에서 심각한 앨리어싱 효과를 일으킬 수 있다[11-13]. 따라서 개별 평면에서의 디모자이킹은 효과적이지 않다.In general, this method can cause serious aliasing effects in the color plane [11-13]. Thus, demosaicing in an individual plane is not effective.

대안으로, 일부 방법은 사전 정의된 필터를 사용하는데, 여기서 디모자이킹은 주파수 영역에서 수행된다[14,15].Alternatively, some methods use predefined filters, where demosaicing is performed in the frequency domain [14,15].

여기서 모든 필터는 사전 훈련을 거쳐 사전 설계되어 있으며 공간별 방법보다 이미지 앨리어싱이 덜 표시된다.All filters are pre-engineered with pre-drill and less image aliasing than spatial methods.

[1] B. E. Bayer, “Color imaging array”, U.S. Patent 3 971 065, (1976).[1] B. E. Bayer, "Color imaging array", U.S. Pat. Patent 3 971 065, (1976). [2] J. Hamilton and J. Adams, “Adaptive color plan interpolation in single sensor color electronic camera”, US Patent 5,629,734, (1997).[2] J. Hamilton and J. Adams, "Adaptive color plan interpolation in single sensor color electronic camera", US Patent 5,629,734, (1997). [3] J. Wu, A. Paul, Y. Xing, Y. Fang, J. Jeong, L. Jiao and G. Shi, “Morphological dilation image 107 coding with context weights prediction”, Signal Processing: Image Communication, vol. 25, no. 10, (2010), pp.717.728.[3] J. Wu, A. Paul, Y. Xing, Y. Fang, J. Jeong, L. Jiao and G. Shi, "Morphological dilation image 107 coding with context weights prediction" . 25, no. 10, (2010), pp.717.728. [4] W. Wu, Z. Liu and X. He, “Learning-based super resolution using kernel partial least squares”, Image Vision Comput., vol. 29, (2011), pp. 394.406.[4] W. Wu, Z. Liu and X. He, "Learning-based super resolution using kernel partial least squares", Image Vision Comput., Vol. 29, (2011), pp. 394.406. [5] J. Wu, J. Huang, G. Jeon, J. Jeong and L.C. Jiao, “An adaptive autoregressive de-interlacing method”, Optical Engineering, vol. 50, no. 5, (2011), pp. 057001.[5] J. Wu, J. Huang, G. Jeon, J. Jeong and L.C. Jiao, " An adaptive autoregressive de-interlacing method ", Optical Engineering, vol. 50, no. 5, (2011), pp. 057001. [6] W. Wu, Z. Liu, W. Gueaieb and X. He, “Single-image super-resolution based on Markov random field and contourlet transform”, J. Electron. Imaging, vol. 20, (2011), pp. 023005.[6] W. Wu, Z. Liu, W. Gueaieb and X. He, "Single-image super-resolution based on Markov random field and contour transform", J. Electron. Imaging, vol. 20, (2011), pp. 023005. [7] J. Wu, T. Li, T.-J. Hsieh, Y.-L. Chang and B. Huang, “Digital signal processor-based 3D Wavelet 116 error-resilient lossless compression of high-resolution spectrometer data”, Journal of Applied Remote Sensing, vol. 5, (2011), pp. 051504.[7] J. Wu, T. Li, T.-J. Hsieh, Y.-L. Chang and B. Huang, " Digital signal processor-based 3D wavelet 116 error-resilient lossless compression of high-resolution spectrometer data ", Journal of Applied Remote Sensing, vol. 5, (2011), pp. 051504. [8] K. He, J. Sun and X. Tang, “Guided image filtering”, in Proc. of the 11th European Conf. on Computer Vision (ECCV) 6311, (2010), pp. 1-14.[8] K. He, J. Sun and X. Tang, "Guided image filtering", in Proc. of the 11th European Conf. on Computer Vision (ECCV) 6311, (2010), pp. 1-14.

본 발명은 복수의 컬러 필터 어레이를 통해 촬영된 영상을 복원한 영상과 원본 영상을 비교 분석함으로써, 효율적으로 각 컬러 필터 어레이의 성능을 분석하고 그 검증 결과를 제공할 수 있는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치 및 방법을 제공한다.The present invention relates to a method and an apparatus for efficiently analyzing the performance of each color filter array by comparing and analyzing an image obtained by reconstructing an image captured through a plurality of color filter arrays and an original image, Apparatus and method.

본 발명은 다수의 훈련 영상과 대상 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴이 저장되고, 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 저장하고 있는 데이터베이스; 상기 데이터베이스에서 다수의 훈련 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴을 입력받아 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하여 복원 영상을 형성하고, 상기 데이터베이스에서 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 입력받아 훈련 필터를 설계하는 훈련 필터 설계 모듈; 및 다른 패턴을 갖는 다수의 컬러 필터 어레이(Color Filter Arrary) 가운데 성능을 검증할 컬러 필터 어레이를 선택하여, 해당 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 데이터베이스에서 입력받아 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하며, 대상 영상을 설계된 훈련 필터에 입력하여 복원 영상을 획득하여 대상 영상과 복원 영상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증하는 성능 검증 모듈을 포함하는 패턴을 이용한.A database storing RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images and target images, and storing actual values of each of R, G, and B for each training image and each pixel of the target image; RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images are received from the database, and R, G, and B patterns of the training images are separated into R, G, and B channels for each channel. G, and B for each pixel of each training image and a target image in the database to form a training image by forming low resolution images for each channel by downsampling the image, Training filter design module to design; And a color filter array having a different pattern from among a plurality of color filter arrays. The target image photographed by the image sensor having the selected color filter array is input to the database, B channel images and down-sampling each separated channel image to form low resolution images for each channel. The target image is input to the designed training filter to obtain a restored image, and the restored image is compared with the target image And a performance verification module for verifying the performance of the color filter array.

한편, 본 발명은 (A) 데이터베이스에 다수의 훈련 영상과 대상 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴이 저장되고, 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 저장하는 단계; (B) 훈련 필터 설계 모듈은 상기 데이터베이스에서 다수의 훈련 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴을 입력받아 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하여 복원 영상을 형성하고, 상기 데이터베이스에서 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 입력받아 훈련 필터를 설계하는 단계; 및 (C) 성능 검증 모듈은 다른 패턴을 갖는 다수의 컬러 필터 어레이(Color Filter Arrary) 가운데 성능을 검증할 컬러 필터 어레이를 선택하여, 해당 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 데이터베이스에서 입력받아 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하며, 대상 영상을 설계된 훈련 필터에 입력하여 복원 영상을 획득하여 대상 영상과 복원 영상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증하는 단계를 포함한다.(A) a plurality of training images and RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a target image are stored in a database, and each of R, G, and B is measured for each pixel of each training image and a target image Storing a value; (B) The training filter design module receives RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images in the database, and acquires R, G, and B channel images for RRGB, RGGB, G, and B for each pixel of each training image and the target image in the database by forming low resolution images for each channel by downsampling the separated images for each channel, Designing a training filter by receiving an actual value; And (C) the performance verification module selects a color filter array to verify performance among a plurality of color filter arrays having different patterns, and outputs the target image captured by the image sensor having the selected color filter array to the database Separates the images of the R, G, and B channels for each channel, downsamples the separated images for each channel, forms low resolution images for each channel, inputs the target images to the designed training filters to obtain restored images And comparing the target image and the restored image to verify the performance of the color filter array.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 복수의 컬러 필터 어레이를 통해 촬영된 영상을 복원한 영상과 원본 영상을 비교 분석함으로써, 효율적으로 각 컬러 필터 어레이의 성능을 분석할 수 있다.As described above, according to the present invention, the performance of each color filter array can be efficiently analyzed by comparing and analyzing an image obtained by reconstructing an image captured through a plurality of color filter arrays and an original image.

또한, 본 발명은 복수의 컬러 필터 어레이에 대한 검증 결과를 제공하여 컬러 필터 어레이 선정에 유효한 정보를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide validation results for a plurality of color filter arrays to provide information that is effective for color filter array selection.

도 1은 대각선 패턴 CFA의 예를 보여준다.
도 2는 RRGB, RGGB 및 RGBB 베이어 패턴 CFA가 형성되는 방법을 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 필터의 설계 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터 어레이 성능 검증 방법의 흐름도이다.
도 6의 (a)는 # 104 영상에 대한 RRGB 경우의 적색 채널 주파수 응답이고, (b)는 # 104 영상에 대한 RRGB 경우의 녹색 채널 주파수 응답이며, (c)는 # 104 영상에 대한 RRGB 경우의 파란색 채널 주파수 응답이고, (d)는 # 105 영상에 대한 RRGB 경우의 적색 채널 주파수 응답을 나타낸다.
도 7의 (a)는 # 104 영상에 대한 RGGB 경우의 적색 채널 주파수 응답이고, (b)는 # 104 영상에 대한 RGGB 경우의 녹색 채널 주파수 응답이며, (c)는 # 104 영상에 대한 RGGB 경우의 파란색 채널 주파수 응답이고, (d)는 # 105 영상에 대한 RGGB 경우의 적색 채널 주파수 응답을 나타낸다.
도 8의 (a)는 # 104 영상에 대한 RGBB 경우의 적색 채널 주파수 응답이고, (b)는 # 104 영상에 대한 RGBB 경우의 녹색 채널 주파수 응답이며, (c)는 # 104 영상에 대한 RGBB 경우의 파란색 채널 주파수 응답이고, (d)는 # 105 영상에 대한 RGBB 경우의 적색 채널 주파수 응답을 나타낸다.
도 9의 (a)는 # 23 LC 이미지의 CFA 영상에 대한 시뮬레이션 결과 이미지를 보여준다. 도 9의 (b) 및 도 9의 (c)는 도 9의 (a)의 녹색 및 파란색 성분을 나타낸다. 도 9의 (d)는 복원된 적색 성분을 표시한다. 도 9의 (e)는 도 9의 (f)에 표시된 원래의 이미지에 매우 시각적으로 가까운 디모자이크 처리된 이미지를 보여준다. 도 9의 (f)는 원래 이미지를 보여준다.
도 10의 (a)는 # 24 LC 이미지의 CFA 영상에 대한 시뮬레이션 결과 이미지를 보여준다. 도 10의 (b) 및 도 10의 (c)는 도 10의 (a)의 녹색 및 파란색 성분을 나타낸다. 도 10의 (d)는 복원된 적색 성분을 표시한다. 도 10의 (e)는 도 10의 (f)에 표시된 원래의 이미지에 매우 시각적으로 가까운 디모자이크 처리된 이미지를 보여준다. 도 10의 (f)는 원래 이미지를 보여준다.
Figure 1 shows an example of a diagonal pattern CFA.
Figure 2 shows how RRGB, RGGB and RGBB Bayer patterns CFA are formed.
3 is a block diagram of a video resolution conversion apparatus using a pattern according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a design process of a training filter according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a color filter array performance verification method according to an embodiment of the present invention.
6 (a) is a red channel frequency response of RRGB case for # 104 image, (b) is a green channel frequency response of RRGB case for # 104 image, (c) (D) represents the red channel frequency response of the RRGB case for the # 105 image.
Figure 7 (a) shows the red channel frequency response for the # 104 image, (b) shows the green channel frequency response for the RGGB case for the # 104 image, (D) represents the red channel frequency response of the RGGB case for the # 105 image.
8B is a green channel frequency response of the case of RGBB to the image of # 104, and FIG. 8C is a case of RGBB of the image of # 104 (D) represents the red channel frequency response of the RGBB case for the # 105 image.
9 (a) shows a simulation result image for CFA image of # 23 LC image. Figures 9 (b) and 9 (c) show the green and blue components of Figure 9 (a). 9 (d) shows the restored red component. Figure 9 (e) shows the demosaiced image very visually close to the original image shown in Figure 9 (f). Figure 9 (f) shows the original image.
10 (a) shows a simulation result image of the CFA image of the # 24 LC image. Figures 10 (b) and 10 (c) show the green and blue components of Figure 10 (a). 10 (d) shows the restored red component. Fig. 10 (e) shows a demosaiced image which is very visually close to the original image shown in Fig. 10 (f). Figure 10 (f) shows the original image.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to aid in a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular form of a term includes plural forms of meaning. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.It is also to be understood that the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms may be used to distinguish one component from another .

도 1은 대각선 패턴 CFA의 예를 보여준다. 대각선 패턴 CFA에서, 3개의 컬러 성분이 대각선 형태로 할당된다. Figure 1 shows an example of a diagonal pattern CFA. In the diagonal pattern CFA, the three color components are assigned in diagonal form.

첫 번째 열의 이미지는 대각선 패턴 CFA이고 두 번째 열의 이미지는 R, G, B 각각에 대하여 분리된 이미지이다. 세 번째 열의 이미지는 각각의 R, G, B에 대하여 복원된 이미지이다. 마지막 열의 이미지는 각각의 R, G, B에 대하여 복원된 이미지를 합성한 이미지이다. The image in the first column is a diagonal pattern CFA and the image in the second column is a separate image for each of R, G, B. The image in the third column is the restored image for each R, G, B. The image in the last column is an image obtained by combining restored images for R, G, and B, respectively.

일반적으로 원하지 않는 색 아티팩트는 두 번째 및 세 번째 열 단계 사이에서 생성된다. 그러므로 주어진 R, G, B로부터 r, g, b 정보를 잘 재생하는 것이 중요하다.Generally unwanted color artifacts are generated between the second and third column stages. Therefore, it is important to reproduce r, g, b information from a given R, G, B well.

도 2는 RRGB, RGGB 및 RGBB 베이어 패턴 CFA가 형성되는 방법을 보여준다.Figure 2 shows how RRGB, RGGB and RGBB Bayer patterns CFA are formed.

도 2에서 아래에 위치한 세 개의 이미지는 도 1의 RGBB, RRGB 및 RGGB 패턴이다. 여기서, 4 개의 픽셀은 한 쌍으로 취급될 수 있다.The three images located below in FIG. 2 are the RGBB, RRGB, and RGGB patterns of FIG. Here, the four pixels can be treated as a pair.

RRGB 컬러 필터 어레이는 R:G:B의 비율이 2:1:1이고, RGGB 컬러 필터 어레이는 R:G:B의 비율이 1:2:1이고, RGBB 컬러 필터 어레이는 R:G:B의 비율이 1:1:2인 필터 어레이이다. The ratio of R: G: B is 2: 1: 1 in the RRGB color filter array, the ratio of R: G: B is 1: 2: 1 in the RGGB color filter array, Is 1: 1: 2.

도 2의 RRGB 컬러 필터 어레이, RGGB 컬러 필터 어레이 및 RGBB 컬러 필터 어레이는 기존의 베이어 패턴 필터(Bayer color pattern filter) 보다 컬러 아티팩트(artifact)에 대한 성능이나, 앨리어싱(aliasing) 현상에 대한 억제 성능 등이 우수하다.The RRGB color filter array, the RGGB color filter array, and the RGBB color filter array of FIG. 2 are superior to conventional Bayer color pattern filters in performance against color artifacts, suppression performance against aliasing phenomena Is excellent.

주관적이고 객관적인 성능을 향상시키려는 많은 디모자이킹 방법이 있다. 가장 잘 알려진 세 가지 방법은 최근접 이웃 보간법(nearest-neighbor interpolation), 쌍 선형 보간법(bilinear interpolation) 및 쌍 큐빅 보간법(bi-cubic interpolation method)이다.There are many demosaicing methods to improve subjective and objective performance. The three best known methods are nearest-neighbor interpolation, bilinear interpolation, and bi-cubic interpolation method.

각 방법은 차이가 나는 특성을 가지고 있다. 예를 들어 최근접 이웃 보간은 단순히 같은 색상 구성 요소의 인접한 정보를 복제하지만,이 방법은 부적절한 색조를 유발한다. Each method has different characteristics. For example, nearest neighbor interpolation simply replicates adjacent information of the same color component, but this method causes inadequate hue.

쌍 선형 방법을 사용하려면 각 색 성분의 인접 화소의 평균값을 구하는데, 그러나 이 방법은 심각한 색 아티팩트를 가져온다. 이러한 아티팩트는 특히 세부 영역(예 : 가장자리)에 표시된다.To use the bilinear method, we obtain the average value of the adjacent pixels of each color component, but this method leads to severe color artifacts. These artifacts are particularly indicated in the detail area (eg edge).

쌍 큐빅(bi-cubic) 방법은 쌍 선형(bilinear) 방법의 확장 된 버전으로, 더 많은 픽셀을 사용하여 누락된 구성 요소를 계산한다. 각 픽셀에서 서로 다른 가중치가 할당되고 일반적으로 더 높은 가중치가 중심 근처의 픽셀에 할당된다.The bi-cubic method is an extended version of the bilinear method, which uses more pixels to calculate the missing components. At each pixel, different weights are assigned and generally higher weights are assigned to pixels near the center.

커널(K)은 컨볼루션 행렬의 한 형태이며, 커널(K)는 3*3 행렬로 표현될 수 있으며 이미지 가장자리(edge)를 감지하거나, 흐리게 하거나, 선명하게 하거나, 엠보싱하는데 사용할 수 있다.The kernel K is a form of a convolution matrix and the kernel K can be represented by a 3 * 3 matrix and can be used to detect, blur, sharpen, or emboss an image edge.

예를 들어, 수학식 (1)은 에지 검출 커널을 나타낸다. 여기서 a와 b의 관계는 a = -b, c와 d의 관계는 d = -4c, e와 f의 관계는 f = -8e이다.For example, equation (1) represents an edge detection kernel. Here, the relationship between a and b is a = -b, the relationship between c and d is d = -4c, and the relationship between e and f is f = -8e.

(수학식 1)(1)

Figure 112017068900915-pat00001
Figure 112017068900915-pat00001

수학식 (2)는 모든 계수의 합이 1에 도달하는 선명화 커널을 보여준다. 여기서, g와 h의 관계는 h = -4g + 1이다.Equation (2) shows a sharpening kernel in which the sum of all coefficients reaches one. Here, the relationship between g and h is h = -4g + 1.

(수학식 2)(2)

Figure 112017068900915-pat00002
Figure 112017068900915-pat00002

수학식 (3)은 블러링 커널을 보여준다. 블러링 커널에는 정규화 및 가우시안으로 두 가지 종류가 있다.Equation (3) shows the blurring kernel. There are two types of blurring kernels, normalized and Gaussian.

정규화 커널은 다음과 같은 형식을 취한다.The normalization kernel takes the following form.

(수학식 3)(3)

Figure 112017068900915-pat00003
Figure 112017068900915-pat00003

여기서 i와 j의 관계는 j = 9i이다. 가우시안(Gaussian)의 경우, 가우시안 블러링(Gaussian blurring) 커널의 한 예는 다음 수학식 (4)와 같다.The relationship between i and j is j = 9i. In the case of Gaussian, an example of a Gaussian blurring kernel is shown in the following equation (4).

(수학식 4)(4)

Figure 112017068900915-pat00004
Figure 112017068900915-pat00004

여기서 k, l, m 및 n의 관계는 n = 4m = 8l = 16k이다. Here, the relationship between k, l, m and n is n = 4m = 8l = 16k.

가우스 함수는 스프레드 σ를 가지는 하나의 변수로 다음과 같이 표시된다.The Gaussian function is represented as a variable with spread σ as follows.

(수학식 5)(5)

Figure 112017068900915-pat00005
Figure 112017068900915-pat00005

위에 수식은 2개의 변수를 가지는 아래 수학식 6으로 표시된다.The above equation is represented by Equation 6 below with two variables.

(수학식 6)(6)

Figure 112017068900915-pat00006
Figure 112017068900915-pat00006

한편, 필터링 프로세스는 행렬 곱셈을 사용하는 컨볼루션(convolution)과 단순히 "*"로 표시된다. On the other hand, the filtering process is represented by a convolution using matrix multiplication and simply "* ".

본 발명에서는 최소한의 비용으로 필요한 조건을 얻기 위해 널리 사용되는 표준 기술 중 하나인 최소 제곱법을 사용했다. 이 방법은 여분 및 보간과 같은 데이터 피팅 문제에 특히 유용하며, 스무딩 및 근사 문제가 발생한다. In the present invention, the least squares method, which is one of the standard techniques widely used to obtain necessary conditions at a minimum cost, is used. This method is particularly useful for data fitting problems such as redundancy and interpolation, and smoothing and approximation problems arise.

본 발명에서는 이 특성에 초점을 맞추어 주어진 복수의 훈련 이미지를 사용하여 모자이킹에 사용되는 훈련 필터를 얻는다. In the present invention, a training filter used for the mosaic is obtained by using a plurality of training images given with a focus on this characteristic.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a video resolution conversion apparatus using a pattern according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치는 데이터베이스(10), 훈련 필터 설계 모듈(100) 및 성능 검증 모듈(200)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 3, an image resolution conversion apparatus using a pattern according to an exemplary embodiment of the present invention includes a database 10, a training filter design module 100, and a performance verification module 200.

상기 데이터베이스(10)에는 다수의 훈련 영상에 대한 데이터가 저장되어 있으며, 저장된 다수의 훈련 영상에 대한 데이터는 각각의 훈련 영상에 대한 RRGB 컬러 필터 어레이, RGGB 컬러 필터 어레이 및 RGBB 컬러 필터 어레이를 통과한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴이 저장되어 있다. Data for a plurality of training images are stored in the database 10, and the data for the plurality of training images stored are passed through an RRGB color filter array, an RGGB color filter array, and an RGBB color filter array for each training image RRGB, RGGB and RGBB patterns are stored.

그리고, 각 훈련 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 저장하고 있다.For each pixel of each training image, measured values for each of R, G, and B are stored.

또한, 데이터베이스(10)에는 다수의 대상 영상에 대한 데이터가 저장되어 있으며, 저장된 다수의 대상 영상에 대한 데이터는 각각의 대상 영상에 대한 RRGB 컬러 필터 어레이, RGGB 컬러 필터 어레이 및 RGBB 컬러 필터 어레이를 통과한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴이 저장되어 있다. Data for a plurality of target images is stored in the database 10, and data for a plurality of target images stored in the database 10 passes through the RRGB color filter array, the RGGB color filter array, and the RGBB color filter array for each target image One RRGB, RGGB and RGBB patterns are stored.

그리고, 각 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 저장하고 있다.Then, actual values of R, G, and B are stored for each pixel of each target image.

다음으로, 훈련 필터 설계 모듈(100)은 영상 입력부(110), 다운 샘플링부(120), 신호 처리부(130) 및 필터 설계부(140)를 포함하고 있다.Next, the training filter design module 100 includes an image input unit 110, a downsampling unit 120, a signal processing unit 130, and a filter design unit 140.

상기 영상 입력부(110)는 데이터베이스(10)에서 다수의 훈련 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴을 입력받는다.The image input unit 110 receives RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images in the database 10.

그리고, 다운 샘플링부(120)는 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성한다.The downsampling unit 120 separates the R, G, and B channels of the RRGB, RGGB, and RGBB patterns of each training image into the images of each channel and downsamples the separated images for each channel, Images.

이때, 신호 처리부(130)는 다운 샘플링부(120)에서 출력되는 다운 샘플링된 영상에서 지정된 신호 처리를 수행한다.At this time, the signal processing unit 130 performs a specified signal process on the downsampled image output from the downsampling unit 120.

일예로, 신호 처리부(130)에서 수행되는 신호 처리는 영상 가장자리(edge)를 감지하거나, 흐리게 하거나, 선명하게 하거나, 엠보싱하는 처리를 수행한다.For example, the signal processing performed by the signal processing unit 130 performs processing for detecting, blurring, sharpening, or embossing image edges.

그리고, 필터 설계부(140)는 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널별로 분리되고 다운 샘플링된 각 채널별 저해상도 영상들을 입력받고 복원 영상을 형성하고, 상기 데이터베이스(10)에서 각 훈련 영상의 각 픽셀에 대한 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 입력받아 훈련 필터를 설계한다.Then, the filter designing unit 140 receives the low-resolution images for each of the R, G, B channels of the RRGB, RGGB, and RGBB patterns of each training image and downsampled for each channel, forms a reconstructed image, 10), training filters are designed by receiving actual values of R, G, and B for each pixel of each training image.

이때, 상기 필터 설계부(140)는 훈련 영상의 실측 픽셀값과 복원 영상의 복원 픽셀값 사이의 제곱 오차를 최소화하는 과정을 통해서 훈련 필터를 설계한다.At this time, the filter designing unit 140 designs a training filter through a process of minimizing a square error between an actual pixel value of the training image and a restored pixel value of the restored image.

설계된 훈련 필터는 다음과 같이 얻어진다.The designed training filter is obtained as follows.

N개의 훈련 영상(xi)(i=1,2, · · · ,N)의 실측 픽셀값이 Yi라 하면, (x1, Y1), (x2, Y2), · · · , (xN, YN)로 표현되며, 이때 복원 영상의 복원 픽셀값을 yi라고 할 때에, 최소 제곱법을 사용하여 각각의 훈련 영상 xi에 대한 다음과 같이 n개의 지정된 함수 Xij(j=1,2, · · · ,n)의 선형 결합의 형태로 나타내면 수학식 7과 같다. The actual pixel values of the N number of training images (x i) (i = 1,2 , · · ·, N) Y i when La, (x 1, Y 1) , (x 2, Y 2), · · · , is represented by (x n, y n), wherein when as the reconstructed pixel values of the reconstructed image y i, n of the given function, as follows: for each training image x i using the least square method X ij (j = 1, 2, ..., n).

(수학식 7)(7)

Figure 112017068900915-pat00007
Figure 112017068900915-pat00007

여기에서, j=1,2,...,n이고, βj는 훈련 영상 xi에 대하여 n개의 지정된 함수 Xij의 각각에 대응되는 결정 계수이며, i=1, 2,...,N고, xi는 훈련 영상이고, yi는 복원된 영상이다.Here, j = 1, 2, ..., n, and β j is a decision coefficient corresponding to each of the n specified functions X ij for the training image x i , i = 1, 2, N, x i is the training image, and y i is the reconstructed image.

상기 수학식 7은 다음 수학식 8과 같이 행렬 형식으로 표현된다.Equation (7) is expressed in a matrix form as shown in Equation (8).

(수학식 8) (8)

Figure 112017068900915-pat00008
Figure 112017068900915-pat00008

여기에서, X는 훈련 영상 행렬이고, β는 결정 계수 행렬이며, y는 복원된 영상 행렬이다.Here, X is a training image matrix ,? Is a decision coefficient matrix, and y is a reconstructed image matrix.

그러면, 결정 계수 β는 비용을 최소화한다는 의미에서 다음 방법에 의해 얻어진다.Then, the decision coefficient β is obtained by the following method in the sense that the cost is minimized.

(수학식 9)(9)

Figure 112017068900915-pat00009
Figure 112017068900915-pat00009

여기에서, S는 제곱 오차이며, 훈련 영상의 픽셀 값에서 복원된 영상의 픽셀값을 감산한 오차를 나타낸다.Here, S is a square error and represents an error obtained by subtracting the pixel value of the reconstructed image from the pixel value of the training image.

결정 계수 행렬 β 훈련 영상 행렬 X와 훈련 영상 행렬의 전치 행렬 X T 그리고 복원 영상 행렬 y를 사용하면 최종 수식은 다음 수학식 10과 같다.The decision coefficient matrix ? Using the training image matrix X and the transposed matrix X T of the training image matrix and the reconstructed image matrix y , the final equation is as shown in Equation 10 below.

(수학식 10)(10)

Figure 112017068900915-pat00010
Figure 112017068900915-pat00010

한편, 성능 검증 모듈은 영상 입력부(210), 다운 샘플링부(220), 복원 영상 획득부(230) 및 성능 검증부(240)를 포함한다.The performance verification module includes an image input unit 210, a downsampling unit 220, a restored image acquisition unit 230, and a performance verification unit 240.

상기 영상 입력부(210)는 다른 패턴을 갖는 다수의 컬러 필터 어레이(Color Filter Arrary) 가운데 성능을 검증할 컬러 필터 어레이를 선택하여, 해당 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 데이터베이스에서 입력받는다.The image input unit 210 selects a color filter array to verify the performance among a plurality of color filter arrays having different patterns and displays a target image photographed by the image sensor having the selected color filter array in a database Receive input.

물론, 일 실시예에서, 컬러 필터 어레이 검증 방법이 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 또는 소프트웨어 모듈로 구현된 경우, 해당 컴퓨팅 시스템이 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 입력받아 처리할 수 있다.Of course, in one embodiment, if the color filter array verification method is implemented as a hardware or software module of a computing system, the computing system may receive and process a subject image captured with an image sensor having a selected color filter array.

이처럼 영상 입력부(210)는 데이터베이스에 이미 저장되어 있는 대상 영상을 선택하여 입력받을 수도 있고, 이미지 센서로부터 직접 촬영된 영상을 입력받을 수도 있다.In this way, the image input unit 210 can select a target image already stored in the database and input the image, and can also receive an image photographed directly from the image sensor.

상기 다운 샘플링부(220)는 대상 영상이 입력되면 입력받은 대상 영상을 R, G, B 채널의 영상으로 분리하고, 분리된 각 영상을 다운 샘플링함으로써 저해상도 영상들을 형성한다.The downsampling unit 220 separates the input image into the R, G, and B channels, and downsamples the separated images to form low resolution images.

상기 복원 영상 획득부(230)는 대상 영상을 설계된 훈련 필터에 입력하여 복원 영상을 획득한다.The restored image obtaining unit 230 obtains a restored image by inputting a target image into a designed training filter.

상기 훈련 필터는 컬러 필터를 통해 컬러 필터링되어 촬영된 영상을 보간(Interpolation)하여 영상을 복원할 수 있다. 즉, 대상 영상이 입력되면, 설계된 훈련 필터는 입력된 대상 영상을 보간하여 복원 영상을 획득한다.The training filter may be color filtered through a color filter to interpolate the photographed image to restore the image. That is, when the target image is input, the designed training filter interpolates the input target image to acquire the reconstructed image.

성능 검증부(240)는 훈련 필터를 통해 복원 영상이 획득되면, 대상 영상과 복원 영상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증한다.The performance verifying unit 240 verifies the performance of the color filter array by comparing the target image and the restored image when the restored image is obtained through the training filter.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 필터의 설계 과정을 보여주는 도면이다.4 is a diagram illustrating a design process of a training filter according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 필터의 설계 과정은 훈련 필터 설계 모듈이 데이터베이스에서 다수의 훈련 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴을 입력받는다(S100).Referring to FIG. 4, in the training filter designing process according to an exemplary embodiment of the present invention, the training filter design module receives RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images in a database (S100).

그리고, 훈련 필터 설계 모듈은 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성한다(S110).The training filter design module separates the R, G, and B channels of each training image into R, G, and B channels for each channel and downsamples the separated images for each channel to generate low resolution images for each channel (S110).

이때, 훈련 필터 설계 모듈은 다운 샘플링된 영상에 지정된 신호 처리를 수행한다(S120).At this time, the training filter designing module performs signal processing for the downsampled image (S120).

일예로, 수행되는 신호 처리는 영상 가장자리(edge)를 감지하거나, 흐리게 하거나, 선명하게 하거나, 엠보싱하는 처리를 수행한다.For example, the signal processing carried out performs processing of detecting, blurring, sharpening, or embossing image edges.

그리고, 훈련 필터 설계 모듈은 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널별로 분리되고 다운 샘플링된 각 채널별 저해상도 영상들을 입력받아 훈련 필터를 설계한다(S130).Then, the training filter design module inputs the low-resolution images for each channel, which are separated by R, G, and B channels and downsampled for the RRGB, RGGB, and RGBB patterns of each training image, to design a training filter (S130).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터 어레이 성능 검증 방법의 흐름도이다.5 is a flowchart of a color filter array performance verification method according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터 어레이 성능 검증 방법은 성능 검증 모듈이 다른 패턴을 갖는 다수의 컬러 필터 어레이(Color Filter Arrary) 가운데 성능을 검증할 컬러 필터 어레이를 선택하여, 해당 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 데이터베이스에서 입력받는다(S200).Referring to FIG. 5, in the color filter array performance verification method according to an exemplary embodiment of the present invention, a performance verification module selects a color filter array to verify performance among a plurality of color filter arrays having different patterns , The target image photographed by the image sensor having the selected color filter array is received from the database (S200).

물론, 일 실시예에서, 컬러 필터 어레이 검증 방법이 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 또는 소프트웨어 모듈로 구현된 경우, 해당 컴퓨팅 시스템이 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 입력받아 처리할 수 있다.Of course, in one embodiment, if the color filter array verification method is implemented as a hardware or software module of a computing system, the computing system may receive and process a subject image captured with an image sensor having a selected color filter array.

이처럼 성능 검증 모듈은 데이터베이스에 이미 저장되어 있는 대상 영상을 선택하여 입력받을 수도 있고, 이미지 센서로부터 직접 촬영된 영상을 입력받을 수도 있다.In this way, the performance verification module can select a target image already stored in the database and input the captured image directly from the image sensor.

상기 성능 검증 모듈은 대상 영상이 입력되면 입력받은 대상 영상을 R, G, B 채널의 영상으로 분리하고, 분리된 각 영상을 다운 샘플링함으로써 저해상도 영상들을 형성한다(S210).When the target image is input, the performance verification module separates the input image into R, G, and B images, and downsamples the separated images to form low-resolution images (S210).

상기 성능 검증 모듈은 대상 영상을 설계된 훈련 필터에 입력한다(단계 S220).The performance verification module inputs the target image to the designed training filter (step S220).

상기 훈련 필터는 컬러 필터를 통해 컬러 필터링되어 촬영된 영상을 보간(Interpolation)하여 영상을 복원할 수 있다. 즉, 대상 영상이 입력되면, 설계된 훈련 필터는 입력된 대상 영상을 보간하여 복원 영상을 획득한다(단계 S230).The training filter may be color filtered through a color filter to interpolate the photographed image to restore the image. That is, when the target image is input, the designed training filter interpolates the input target image to obtain a restored image (step S230).

성능 검증 모듈은 훈련 필터를 통해 복원 영상이 획득되면, 대상 영상과 복원 영상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증한다(단계 S240).When the reconstructed image is obtained through the training filter, the performance verification module verifies the performance of the color filter array by comparing the target image and the reconstructed image (step S240).

일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터 어레이 검증 방법은 원본 영상과 복원 영상의 CPSNR, S-CIELAB, 피크 신호대잡음비(PSNR, Peak Signal to Noise Ratio) 중 적어도 하나 이상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증할 수 있다.In one embodiment, a color filter array verification method according to an embodiment of the present invention compares at least one of CPSNR, S-CIELAB, and Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) of an original image and a restored image The performance of the color filter array can be verified.

여기에서는 CPSNR과 S-CIELAB의 변형된 베이어 CFA의 3 가지 사례를 연구했다. 시뮬레이션에서 20 개의 LC 이미지를 사용했다. 특히 # 101-120 개의 이미지가 선택되었다. 표 1은 세 가지 유형의 CFA에 대한 CPSNR 및 S-CIELAB 성능을 보여준다.Here we have studied three cases of the modified Bayer CFA of CPSNR and S-CIELAB. We used 20 LC images in the simulation. Especially # 101-120 images were selected. Table 1 shows CPSNR and S-CIELAB performance for three types of CFAs.

(표 1) (Table 1)

Figure 112017068900915-pat00011
Figure 112017068900915-pat00011

세 가지 색상 구성 요소가 표 2-4에서 철저히 테스트되었다. 표 2는 적색 채널 PSNR 성능 비교이다. RRGB 패턴에 빨간색이 두 번 더 많으므로 RRGB 패턴은 RGGB 또는 RGBB보다 우수한 성능을 나타낸다. 동일한 방식으로 녹색 채널 PSNR은 RGGB 패턴(표 3)에서 최상이며 파란색채널 PSNR은 RGBB 패턴에서 최상이다(표 4).Three color components were thoroughly tested in Table 2-4. Table 2 compares the red channel PSNR performance. Because the RRGB pattern has two more reds, the RRGB pattern performs better than RGGB or RGBB. In the same way, the green channel PSNR is best in the RGGB pattern (Table 3) and the blue channel PSNR is best in the RGBB pattern (Table 4).

(표 2)(Table 2)

Figure 112017068900915-pat00012
Figure 112017068900915-pat00012

(표 3)(Table 3)

Figure 112017068900915-pat00013
Figure 112017068900915-pat00013

(표 4)(Table 4)

Figure 112017068900915-pat00014
Figure 112017068900915-pat00014

도 6 내지 8은 설계된 필터의 주파수 응답을 보여준다. Figures 6 to 8 show the frequency response of the designed filter.

도 6의 (a)는 # 104 영상에 대한 RRGB 경우의 적색 채널 주파수 응답이고, (b)는 # 104 영상에 대한 RRGB 경우의 녹색 채널 주파수 응답이며, (c)는 # 104 영상에 대한 RRGB 경우의 파란색 채널 주파수 응답이고, (d)는 # 105 영상에 대한 RRGB 경우의 적색 채널 주파수 응답을 나타낸다.6 (a) is a red channel frequency response of RRGB case for # 104 image, (b) is a green channel frequency response of RRGB case for # 104 image, (c) (D) represents the red channel frequency response of the RRGB case for the # 105 image.

도 7의 (a)는 # 104 영상에 대한 RGGB 경우의 적색 채널 주파수 응답이고, (b)는 # 104 영상에 대한 RGGB 경우의 녹색 채널 주파수 응답이며, (c)는 # 104 영상에 대한 RGGB 경우의 파란색 채널 주파수 응답이고, (d)는 # 105 영상에 대한 RGGB 경우의 적색 채널 주파수 응답을 나타낸다.Figure 7 (a) shows the red channel frequency response for the # 104 image, (b) shows the green channel frequency response for the RGGB case for the # 104 image, (D) represents the red channel frequency response of the RGGB case for the # 105 image.

도 8의 (a)는 # 104 영상에 대한 RGBB 경우의 적색 채널 주파수 응답이고, (b)는 # 104 영상에 대한 RGBB 경우의 녹색 채널 주파수 응답이며, (c)는 # 104 영상에 대한 RGBB 경우의 파란색 채널 주파수 응답이고, (d)는 # 105 영상에 대한 RGBB 경우의 적색 채널 주파수 응답을 나타낸다.8B is a green channel frequency response of the case of RGBB to the image of # 104, and FIG. 8C is a case of RGBB of the image of # 104 (D) represents the red channel frequency response of the RGBB case for the # 105 image.

도 9의 (a)는 # 23 LC 이미지의 CFA 영상에 대한 시뮬레이션 결과 이미지를 보여준다. 도 9의 (b) 및 도 9의 (c)는 도 9의 (a)의 녹색 및 파란색 성분을 나타낸다. 도 9의 (d)는 복원된 적색 성분을 표시한다. 그러므로 이 정보는 실측 정보가 아니다. 도 9의 (e)는 도 9의 (f)에 표시된 원래의 이미지에 매우 시각적으로 가까운 디모자이크 처리된 이미지를 보여준다. 도 9의 (f)는 원래 이미지를 보여준다.9 (a) shows a simulation result image for CFA image of # 23 LC image. Figures 9 (b) and 9 (c) show the green and blue components of Figure 9 (a). 9 (d) shows the restored red component. Therefore, this information is not actual information. Figure 9 (e) shows the demosaiced image very visually close to the original image shown in Figure 9 (f). Figure 9 (f) shows the original image.

비슷한 실험이 # 24 LC 이미지에서 수행되었습니다.A similar experiment was performed on the # 24 LC image.

도 10의 (a)는 # 24 LC 이미지의 CFA 영상에 대한 시뮬레이션 결과 이미지를 보여준다. 도 10의 (b) 및 도 10의 (c)는 도 10의 (a)의 녹색 및 파란색 성분을 나타낸다. 도 10의 (d)는 복원된 적색 성분을 표시한다. 도 10의 (e)는 도 10의 (f)에 표시된 원래의 이미지에 매우 시각적으로 가까운 디모자이크 처리된 이미지를 보여준다. 도 10의 (f)는 원래 이미지를 보여준다.10 (a) shows a simulation result image of the CFA image of the # 24 LC image. Figures 10 (b) and 10 (c) show the green and blue components of Figure 10 (a). 10 (d) shows the restored red component. Fig. 10 (e) shows a demosaiced image which is very visually close to the original image shown in Fig. 10 (f). Figure 10 (f) shows the original image.

본 발명에서는 변형된 베이어 패턴 컬러 필터 배열 디 모자이크 방법을 보여준다.The present invention shows a modified Bayer pattern color filter arrangement demosaicing method.

디모자이킹 (demosaicking) 방법은 컬러 이미지에서 초-해상도 접근법으로 가정되며, 이것은 디지털 카메라에 채택되어 풀 컬러 3 채널 이미지를 복원하는 데 사용된다.The demosaicking method is assumed to be a super-resolution approach in color images, which is employed in digital cameras to restore full color 3-channel images.

한 쌍의 베이어 패턴 CFA에서 두 개의 녹색 픽셀과 한 개의 빨간색 픽셀과 한 개의 파란색 픽셀이 있다. 이를 RGGB 형식이라고 한다. 그러나 다음과 같은 대안이 있을 수 있다. 그 형식은 RRGB 또는 RGBB 이다. In a pair of Bayer pattern CFA, there are two green pixels, one red pixel and one blue pixel. This is called the RGGB format. However, the following alternatives can be found. Its format is RRGB or RGBB.

본 발명에서는 세 가지 CFA 시나리오의 효과를 조사하였다. 실험 결과는 얻어진 필터가 만족스러운 성능을 제공함을 보여준다.In the present invention, the effects of three CFA scenarios were investigated. Experimental results show that the obtained filter provides satisfactory performance.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 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 belongs to the scope of right.

10 : 데이터베이스 100 : 훈련 필터 설계 모듈
110 : 영상 입력부 120 : 다운 샘플링부
130 : 신호 처리부 140 : 필터 설계부
200 : 성능 검증 모듈 210 : 영상 입력부
220 : 다운 샘플링부 230 : 복원 영상 획득부
240 : 성능 검증부
10: Database 100: Training Filter Design Module
110: video input unit 120: down sampling unit
130: Signal processing section 140: Filter design section
200: performance verification module 210:
220: Downsampling unit 230:
240:

Claims (10)

다수의 훈련 영상과 대상 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴이 저장되고, 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 저장하고 있는 데이터베이스;
상기 데이터베이스에서 다수의 훈련 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴을 입력받아 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하여 복원 영상을 형성하고, 상기 데이터베이스에서 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 입력받아 훈련 필터를 설계하는 훈련 필터 설계 모듈; 및
다른 패턴을 갖는 다수의 컬러 필터 어레이(Color Filter Arrary) 가운데 성능을 검증할 컬러 필터 어레이를 선택하여, 해당 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 데이터베이스에서 입력받아 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하며, 대상 영상을 설계된 훈련 필터에 입력하여 복원 영상을 획득하여 대상 영상과 복원 영상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증하는 성능 검증 모듈을 포함하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치.
A database storing RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images and target images, and storing actual values of R, G, and B for each pixel of each training image and a target image;
RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images are received from the database, and R, G, and B patterns of the training images are separated into R, G, and B channels for each channel. G, and B for each pixel of each training image and a target image in the database to form a training image by forming low resolution images for each channel by downsampling the image, Training filter design module to design; And
A color filter array to be tested is selected from among a plurality of color filter arrays having different patterns, and a target image photographed by an image sensor having the selected color filter array is inputted from the database and R, G, B Each channel is divided into channels and down-sampled for each channel to form low-resolution images for each channel. The target image is input to the designed training filter to obtain a reconstructed image, and the target image and the reconstructed image are compared And a performance verification module for verifying the performance of the color filter array.
청구항 1항에 있어서,
상기 훈련 필터 설계 모듈은
상기 데이터베이스에서 다수의 훈련 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴을 입력받는 영상 입력부;
상기 영상 입력부에서 입력받은 다수의 훈련 영상의 각각의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하는 다운 샘플링부; 및
상기 다운 샘플링부에서 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널별로 분리되고 다운 샘플링된 각 채널별 저해상도 영상들을 입력받아 복원 영상을 형성하고, 상기 데이터베이스에서 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 입력받아 훈련 필터를 설계하는 필터 설계부를 포함하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치.
The method according to claim 1,
The training filter design module
An image input unit receiving RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images in the database;
The RRGB, RGGB, and RGBB patterns of the training images input from the image input unit are divided into R, G, and B channels for each channel, and down-sampled images for each channel are separated into low resolution images A down-sampling unit for forming a plurality of sub- And
The downsampling unit separates R, G, and B channels of R, G, and B patterns of each training image and forms low resolution images for each channel down-sampled for each R, G and B channels to form a reconstructed image. And a filter designing unit for designating a training filter by receiving measured values of each of R, G and B for each pixel of the target image.
청구항 2항에 있어서,
상기 훈련 필터 설계 모듈은
상기 다운 샘플링부에서 출력되는 다운 샘플링된 영상에 에지 검출, 블러링, 선명화 및 엠보싱 처리를 수행하는 신호 처리부를 더 포함하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치.
The method according to claim 2,
The training filter design module
And a signal processing unit for performing edge detection, blurring, sharpening, and embossing on the downsampled image output from the downsampling unit.
청구항 2항에 있어서,
상기 필터 설계부는 훈련 영상의 실측 픽셀값과 복원 영상의 복원 픽셀값 사이의 제곱 오차를 최소화하는 과정을 통해서 훈련 필터를 설계하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치.
The method according to claim 2,
Wherein the filter designing unit designates a training filter through a process of minimizing a square error between a real pixel value of the training image and a restored pixel value of the restored image.
청구항 1항에 있어서,
상기 성능 검증 모듈은
다른 패턴을 갖는 다수의 컬러 필터 어레이(Color Filter Arrary) 가운데 성능을 검증할 컬러 필터 어레이를 선택하여, 해당 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 상기 데이터베이스에서 입력받는 영상 입력부;
상기 영상 입력부에서 입력받은 다수의 대상 영상의 각각의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하는 다운 샘플링부;
상기 대상 영상을 설계된 훈련 필터에 입력하여 복원 영상을 획득하는 복원 영상 획득부; 및
상기 훈련 필터를 통해 복원 영상이 획득되면, 대상 영상과 복원 영상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증하는 성능 검증부를 포함하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 장치.
The method according to claim 1,
The performance verification module
An image input unit for selecting a color filter array to be tested for performance among a plurality of color filter arrays having different patterns and receiving a target image photographed by an image sensor having the selected color filter array in the database;
The R, G, and B channels of the R, G, B and B patterns of the plurality of target images input from the image input unit are divided into the R, G, and B channels for each channel, and the separated images for each channel are down- A down-sampling unit for forming a plurality of sub-
A restored image acquiring unit for acquiring a reconstructed image by inputting the target image into a designed training filter; And
And a performance verifying unit comparing the target image and the restored image to verify the performance of the color filter array when the restored image is obtained through the training filter.
(A) 데이터베이스에 다수의 훈련 영상과 대상 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴이 저장되고, 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 저장하는 단계;
(B) 훈련 필터 설계 모듈은 상기 데이터베이스에서 다수의 훈련 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴을 입력받아 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하여 복원 영상을 형성하고, 상기 데이터베이스에서 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 입력받아 훈련 필터를 설계하는 단계; 및
(C) 성능 검증 모듈은 다른 패턴을 갖는 다수의 컬러 필터 어레이(Color Filter Arrary) 가운데 성능을 검증할 컬러 필터 어레이를 선택하여, 해당 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 데이터베이스에서 입력받아 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하며, 대상 영상을 설계된 훈련 필터에 입력하여 복원 영상을 획득하여 대상 영상과 복원 영상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증하는 단계를 포함하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 방법.
(A) storing RRGB, RGGB and RGBB patterns for a plurality of training images and target images in a database, and storing measured values for each of R, G, and B for each pixel of each training image and a target image ;
(B) The training filter design module receives RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images in the database, and acquires R, G, and B channel images for RRGB, RGGB, G, and B for each pixel of each training image and the target image in the database by forming low resolution images for each channel by downsampling the separated images for each channel, Designing a training filter by receiving an actual value; And
(C) The performance verification module selects a color filter array to verify the performance among a plurality of color filter arrays having different patterns, and stores the target image captured by the image sensor having the selected color filter array in a database It separates the images into R, G, and B channels by channel, downsamples the separated images for each channel, forms low resolution images for each channel, inputs the target images to the designed training filters, And comparing the image with the restored image to verify the performance of the color filter array.
청구항 6항에 있어서,
상기 (B) 단계는
(B-1) 상기 훈련 필터 설계 모듈이 상기 데이터베이스에서 다수의 훈련 영상에 대한 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴을 입력받는 단계;
(B-2) 상기 훈련 필터 설계 모듈이 입력받은 다수의 훈련 영상의 각각의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하는 단계; 및
(B-3) 상기 훈련 필터 설계 모듈이 각각의 훈련 영상의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널별로 분리되고 다운 샘플링된 각 채널별 저해상도 영상들을 입력받아 복원 영상을 형성하고, 상기 데이터베이스에서 각 훈련 영상과 대상 영상의 각 픽셀에 대하여 R, G, B의 각각에 대한 실측값을 입력받아 훈련 필터를 설계하는 단계를 포함하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 방법.
The method of claim 6,
The step (B)
(B-1) receiving the RRGB, RGGB, and RGBB patterns for a plurality of training images in the training filter design module;
(B-2) The training filter design module separates the R, G, and B channels of the RRGB, RGGB, and RGBB patterns of each of the input training images into channels, Forming low resolution images for each channel by sampling; And
(B-3) The training filter design module separates R, G, and B channels of the RRGB, RGGB, and RGBB patterns of each training image into low resolution images for each channel, And designing a training filter by receiving actual values of R, G, and B for each pixel of each training image and a target image in the database, and designing a training filter.
청구항 7항에 있어서,
상기 (B-2) 단계 이후, 상기 훈련 필터 설계 모듈이 다운 샘플링된 영상에 에지 검출, 블러링, 선명화 및 엠보싱 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 방법.
The method of claim 7,
Further comprising performing edge detection, blurring, sharpening, and embossing on the downsampled image after the step (B-2).
청구항 7항에 있어서,
상기 (B-3) 단계는 훈련 영상의 실측 픽셀값과 복원 영상의 복원 픽셀값 사이의 제곱 오차를 최소화하는 과정을 통해서 훈련 필터를 설계하는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 방법.
The method of claim 7,
Wherein the step (B-3) comprises the steps of minimizing a square error between an actual pixel value of the training image and a restored pixel value of the restored image.
청구항 6항에 있어서,
상기 (C) 단계는
(C-1) 상기 성능 검증 모듈이 다른 패턴을 갖는 다수의 컬러 필터 어레이(Color Filter Arrary) 가운데 성능을 검증할 컬러 필터 어레이를 선택하여, 해당 선택된 컬러 필터 어레이를 갖는 이미지 센서로 촬영된 대상 영상을 상기 데이터베이스에서 입력받는 단계;
(C-2) 상기 성능 검증 모듈이 입력받은 다수의 대상 영상의 각각의 RRGB, RGGB 및 RGBB 패턴에 대하여 R, G, B 채널의 영상으로 채널별로 분리하고, 분리된 각 채널별 영상을 다운 샘플링함으로써 각 채널별로 저해상도 영상들을 형성하는 단계;
(C-3) 상기 성능 검증 모듈이 상기 대상 영상을 설계된 훈련 필터에 입력하여 복원 영상을 획득하는 단계; 및
(C-4) 상기 성능 검증 모듈이 상기 훈련 필터를 통해 복원 영상이 획득되면, 대상 영상과 복원 영상을 비교하여 컬러 필터 어레이의 성능을 검증하는 단계를 포함는 패턴을 이용한 영상 해상도 변환 방법.
The method of claim 6,
The step (C)
(C-1) The performance verification module selects a color filter array to verify performance among a plurality of color filter arrays having different patterns, and outputs the target image captured by the image sensor having the selected color filter array Receiving input from the database;
(C-2) The performance verification module separates the R, G, and B channels into R, G, and B channels for each RRGB, RGGB, and RGBB patterns of the plurality of target images input, Forming low resolution images for each channel;
(C-3) the performance verification module inputs the target image to a designed training filter to obtain a restored image; And
(C-4) The performance verification module checks the performance of the color filter array by comparing the target image and the restored image when the restored image is obtained through the training filter.
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