KR102552589B1 - Super resolution imaging method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력되는 저해상도 영상에서 중간영상없이 바로 고해상도 영상을 생성하는 기술을 제공하며, 저해상도 영상 속 서브패치의 국지적 정보를 활용하여 하나의 패치에 대해 다중의 선형 매핑을 적용시키고, 이때 생성된 영상 후보패치들에 하나의 전역 변환행렬을 적용시켜 고품질의 고해상도 영상 패치를 생성하는 기술을 제공한다.The present invention provides a technology for generating a high-resolution image directly from an input low-resolution image without an intermediate image, applying multiple linear mappings to one patch by utilizing local information of sub-patches in the low-resolution image, and generating an image at this time. A technique for generating a high-quality, high-resolution image patch by applying one global transformation matrix to candidate patches is provided.

Description

초해상화 방법{SUPER RESOLUTION IMAGING METHOD}Super resolution method {SUPER RESOLUTION IMAGING METHOD}

본 발명은 영상 처리 기술에 관한 것이다. The present invention relates to image processing technology.

저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환함에 있어, 종래 기법은 보간법을 활용하여 중간 영상을 생성하고, 선형 매핑을 사용하여 중간 영상을 고해상도 영상으로 변환하였다. 이러한 종래 기법에서, 보간된 중간 영상의 패치 수는 저해상도 영상의 패치 수보다 많아졌으므로, 고해상도 영상의 생성에 소요되는 시간이 길었다.In converting a low-resolution image into a high-resolution image, a conventional technique utilizes interpolation to generate an intermediate image and converts the intermediate image into a high-resolution image using linear mapping. In this conventional technique, since the number of patches of the interpolated intermediate image is greater than the number of patches of the low-resolution image, it takes a long time to generate a high-resolution image.

한편, 종래 기법에서, 중간 영상의 패치를 변환한 고해상도 영상의 패치를 결합시켜 하나의 영상을 생성할 때, 겹침(overlapping)이 필연적으로 생기게 된다. 겹쳐지는 패치들을 평균하여 고해상도 영상을 생성하면 화질은 좋아지지만 추가적인 메모리와 연산이 필요하게 된다.Meanwhile, in the conventional technique, when one image is generated by combining patches of a high-resolution image obtained by converting patches of an intermediate image, overlapping inevitably occurs. If a high-resolution image is generated by averaging the overlapping patches, the image quality is improved, but additional memory and computation are required.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환하는 시간을 단축시키는 기술을 제공하는 것이다.Against this background, an object of the present invention is to provide a technique for reducing the time required to convert a low-resolution image into a high-resolution image.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환하는 초해상화 방법에 있어서, 전역 변환행렬을 저장하고, 영상 카테고리별로 서브패치 변환행렬을 저장하는 단계, 상기 저해상도 영상의 패치(저해상도 영상 패치)에 포함되는 복수의 서브패치 각각에 대한 영상 카테고리를 결정하고, 결정된 상기 영상 카테고리에 따라 상기 복수의 서브패치 각각에 대응되는 상기 서브패치 변환행렬을 선택하는 단계, 상기 전역 변환행렬 및 선택된 상기 서브패치 변환행렬을 상기 저해상도 영상 패치에 적용시켜 고해상도 영상 패치를 생성하는 단계 및 상기 고해상도 영상 패치를 이용하여 상기 고해상도 영상을 생성하는 단계를 포함하는 초해상화 방법를 제공한다. In order to achieve the above object, in one aspect, the present invention provides a super-resolution method for converting a low-resolution image into a high-resolution image, the steps of storing a global transformation matrix and sub-patch transformation matrices for each image category; Determining an image category for each of a plurality of sub-patches included in the patch of the low-resolution image (low-resolution image patch), and selecting the sub-patch transformation matrix corresponding to each of the plurality of sub-patches according to the determined image category. , generating a high-resolution image patch by applying the global transformation matrix and the selected sub-patch transformation matrix to the low-resolution image patch, and generating the high-resolution image using the high-resolution image patch. do.

다른 측면에서, 본 발명은, 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환하는 초해상화 방법에 있어서, 테스트 고해상도 영상을 테스트 저해상도 영상으로 변환하는 단계, 상기 테스트 고해상도 영상에서 복수의 고해상도 영상 패치를 추출하고 상기 테스트 저해상도 영상에서 복수의 저해상도 영상 패치를 추출하는 단계, 각각의 저해상도 영상 패치별로 상기 저해상도 영상 패치에 포함되는 복수의 서브패치 각각에 대한 영상 카테고리를 결정하는 단계, 상기 영상 카테고리별로 상기 저해상도 영상 패치를 상기 고해상도 영상 패치로 변환하는 서브패치 변환행렬을 학습시키는 단계, 각각의 저해상도 영상 패치별로 상기 복수의 서브패치 각각에 대한 상기 서브패치 변환행렬을 적용시켜 복수의 고해상도 영상 후보패치를 생성하고, 상기 복수의 고해상도 영상 후보패치를 상기 고해상도 영상 패치로 변환하는 전역 변환행렬을 학습시키는 단계 및 상기 저해상도 영상의 패치에 포함된 복수의 서브패치 각각에 대한 상기 영상 카테고리를 결정하고, 상기 영상 카테고리별로 학습된 상기 서브패치 변환행렬 및 상기 전역 변환행렬을 이용하여 상기 저해상도 영상을 상기 고해상도 영상으로 변환하는 단계를 포함하는 초해상화 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a super-resolution method for converting a low-resolution image into a high-resolution image, comprising: converting a test high-resolution image into a test low-resolution image; extracting a plurality of high-resolution image patches from the test high-resolution image; extracting a plurality of low-resolution image patches from a low-resolution image; determining an image category for each of a plurality of sub-patches included in the low-resolution image patch for each low-resolution image patch; and selecting the low-resolution image patch for each image category. Learning a sub-patch transformation matrix for transforming into a high-resolution image patch; generating a plurality of high-resolution image candidate patches by applying the sub-patch transformation matrix to each of the plurality of sub-patches for each low-resolution image patch; Learning a global transformation matrix for transforming a candidate high-resolution image patch into the high-resolution image patch; determining the image category for each of a plurality of sub-patches included in the patch of the low-resolution image; and learning the sub-patches for each image category. It provides a super-resolution method comprising the step of converting the low-resolution image into the high-resolution image using a patch transformation matrix and the global transformation matrix.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 저해상도 영상을 빠른 시간 내에 고해상도 영상으로 변환할 수 있다. 그리고, 본 발명에 의하면, 보다 적은 저장 공간을 이용하여 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환할 수 있다.As described above, according to the present invention, a low-resolution image can be converted into a high-resolution image within a short period of time. Also, according to the present invention, a low-resolution image can be converted into a high-resolution image using less storage space.

도 1은 실시예들이 적용될 수 있는 표시장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 초해상화 방법의 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 설명하기 위한 제1예시 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따라 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 설명하기 위한 제2예시 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따라 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 설명하기 위한 제3예시 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따라 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 설명하기 위한 제4예시 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따라 특징 벡터를 생성하고 서브패치의 영상 카테고리를 결정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라 7 x 7의 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 초해상화 방법의 흐름도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 초해상화 방법에서 서브패치 변환행렬의 학습과정을 나타내는 예시 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 초해상화 방법에서 전역 변환행렬의 학습과정을 나타내는 예시 도면이다.
1 is a configuration diagram of a display device to which embodiments may be applied.
2 is a flowchart of a super-resolution method according to an embodiment.
3 is a first exemplary diagram for explaining conversion of a low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an embodiment.
4 is a second exemplary diagram for explaining conversion of a low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an embodiment.
5 is a third exemplary diagram for explaining conversion of a low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an embodiment.
6 is a fourth exemplary diagram for explaining conversion of a low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating generating a feature vector and determining an image category of a sub-patch according to an exemplary embodiment.
8 is a diagram illustrating conversion of a 7×7 low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an exemplary embodiment.
9 is a flowchart of a super-resolution method according to another embodiment.
10 is an exemplary diagram illustrating a process of learning a sub-patch transformation matrix in a super-resolution method according to another embodiment.
11 is an exemplary diagram illustrating a process of learning a global transformation matrix in a super-resolution method according to another embodiment.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present invention. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element is directly connected or connectable to the other element, but there is another element between the elements. It will be understood that elements may be “connected”, “coupled” or “connected”.

도 1은 실시예들이 적용될 수 있는 표시장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a display device to which embodiments may be applied.

도 1을 참조하면, 표시장치(100)는 영상처리장치(110), 데이터구동회로(120), 게이트구동회로(130), 타이밍컨트롤러(140), 표시패널(150) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a display device 100 may include an image processing device 110, a data driving circuit 120, a gate driving circuit 130, a timing controller 140, a display panel 150, and the like. .

표시패널(150)에는 다수의 데이터라인(DL) 및 다수의 게이트라인(GL)이 배치되고, 다수의 픽셀(P: Pixel)이 배치될 수 있다.A plurality of data lines DL and a plurality of gate lines GL may be disposed on the display panel 150, and a plurality of pixels (P) may be disposed.

게이트구동회로(130)는 턴온전압 혹은 턴오프전압의 게이트구동신호를 게이트라인(GL)으로 공급할 수 있다. 턴온전압의 게이트구동신호가 픽셀(P)로 공급되면 해당 픽셀(P)은 데이터라인(DL)과 연결된다. 그리고, 턴오프전압의 게이트구동신호가 픽셀(P)로 공급되면 해당 픽셀(P)과 데이터라인(DL)의 연결은 해제된다.The gate driving circuit 130 may supply a gate driving signal of a turn-on voltage or a turn-off voltage to the gate line GL. When the gate driving signal of the turn-on voltage is supplied to the pixel P, the corresponding pixel P is connected to the data line DL. Then, when the gate driving signal of the turn-off voltage is supplied to the pixel P, the connection between the corresponding pixel P and the data line DL is released.

데이터구동회로(120)는 데이터라인(DL)으로 데이터전압을 공급한다. 데이터라인(DL)으로 공급된 데이터전압은 게이트구동신호에 따라 픽셀(P)로 공급되게 된다.The data driving circuit 120 supplies a data voltage to the data line DL. The data voltage supplied to the data line DL is supplied to the pixel P according to the gate driving signal.

타이밍컨트롤러(140)는 게이트구동회로(130) 및 데이터구동회로(120)로 제어신호를 공급할 수 있다. 예를 들어, 타이밍컨트롤러(140)는 스캔이 시작되도록 하는 게이트제어신호(GCS)를 게이트구동회로(120)로 전송할 수 있다. 그리고, 타이밍컨트롤러(140)는 영상데이터(RGB)를 데이터구동회로(120)로 출력할 수 있다. 또한, 타이밍컨트롤러(140)는 데이터구동회로(120)가 각 픽셀(P)로 데이터전압을 공급하도록 제어하는 데이터제어신호(DCS)를 전송할 수 있다.The timing controller 140 may supply control signals to the gate driving circuit 130 and the data driving circuit 120 . For example, the timing controller 140 may transmit a gate control signal GCS for starting a scan to the gate driving circuit 120 . Also, the timing controller 140 may output the image data RGB to the data driving circuit 120 . Also, the timing controller 140 may transmit a data control signal DCS that controls the data driving circuit 120 to supply data voltages to each pixel P.

영상처리장치(110)는 영상데이터(RGB)를 생성하여 타이밍컨트롤러(140)로 전송할 수 있다. 영상처리장치(110)는 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환하여 영상데이터(RGB)를 생성할 수 있다.The image processing device 110 may generate and transmit image data RGB to the timing controller 140 . The image processing device 110 may generate image data RGB by converting a low-resolution image into a high-resolution image.

도 2는 일 실시예에 따른 초해상화 방법의 흐름도이다.2 is a flowchart of a super-resolution method according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 영상처리장치는 전역 변환행렬(MR: Matrix for global Regression)을 저장하고, 영상 카테고리별로 서브패치 변환행렬(MS: Matrix for Sub-patch conversion)을 저장할 수 있다(S200). 전역 변환행렬(MR) 및 서브패치 변환행렬(MS)은 훈련에 의해 학습될 수 있다. 전역 변환행렬(MR) 및 서브패치 변환행렬(MS)의 생성과 관련된 실시예는 후술한다.Referring to FIG. 2 , the image processing apparatus may store a matrix for global regression (MR) and a matrix for sub-patch conversion (MS) for each image category (S200). The global transformation matrix (MR) and the subpatch transformation matrix (MS) may be learned by training. An embodiment related to generation of the global transformation matrix (MR) and the subpatch transformation matrix (MS) will be described later.

영상처리장치는 저해상도 영상을 구성하는 패치(저해상도 영상 패치(LRP: Low Resolution Patch) 단위로 영상을 변환할 수 있다.The image processing device may convert an image in units of patches constituting the low-resolution image (LRP: Low Resolution Patch).

영상처리장치는 저해상도 영상 패치(LRP)에 포함되는 복수의 서브패치 각각에 대한 영상 카테고리를 결정할 수 있다(S202). 그리고, 영상처리장치는 결정된 영상 카테고리에 따라 복수의 서브패치 각각에 대응되는 서브패치 변환행렬을 선택할 수 있다(S204).The image processing apparatus may determine an image category for each of a plurality of sub-patches included in the low-resolution image patch (LRP) (S202). Then, the image processing apparatus may select a sub-patch transformation matrix corresponding to each of a plurality of sub-patches according to the determined image category (S204).

그리고, 영상처리장치는 미리 저장되어 있는 전역 변환행렬와 영상 카테고리에 따라 결정된 서브패치 변환행렬을 저해상도 영상 패치에 적용시켜 고해상도 영상 패치(SRP: Super Resolution Patch)를 생성한다(S206).Then, the image processing apparatus generates a high-resolution image patch (SRP: Super Resolution Patch) by applying the pre-stored global transformation matrix and the sub-patch transformation matrix determined according to the image category to the low-resolution image patch (S206).

그리고, 영상처리장치는 고해상도 영상 패치(SRP)를 이용하여 고해상도 영상을 생성한다(S208).Then, the image processing device generates a high-resolution image using the high-resolution image patch (SRP) (S208).

도 3은 일 실시예에 따라 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 설명하기 위한 제1예시 도면이다.3 is a first exemplary diagram for explaining conversion of a low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an embodiment.

영상처리장치는 패치 단위로 영상을 변환할 수 있다. 여기서, 패치는 픽셀(P)을 포함하는 부분 영상으로서, 적어도 하나 이상의 픽셀(P)을 포함할 수 있다.The image processing device may convert an image in units of patches. Here, a patch is a partial image including pixels P, and may include at least one pixel P.

도 3을 참조하면, 영상처리장치는 저해상도 영상(LR)을 구성하거나 저해상도 영상(LR)을 확장한 영상을 구성하는 저해상도 패치들(LRPa, LRPb, LRPc)을 선택하여 변환할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the image processing apparatus may select and convert low resolution patches LRPa, LRPb, and LRPc constituting a low resolution image LR or an image obtained by extending the low resolution image LR.

예를 들어, 영상처리장치는 5 x 5 픽셀크기를 가지는 제1저해상도 패치(LRPa)를 변환하여 제1고해상도 패치(HRPa)를 생성하고, 제2저해상도 패치(LRPb)를 변환하여 제2고해상도 패치(HRPb)를 생성하며, 제3저해상도 패치(LRPc)를 변환하여 제3고해상도 패치(HRPc)를 생성할 수 있다.For example, the image processing apparatus generates a first high resolution patch (HRPa) by converting a first low resolution patch (LRPa) having a size of 5 x 5 pixels, and converts a second low resolution patch (LRPb) to generate a second high resolution patch. (HRPb) may be generated, and a third high resolution patch (HRPc) may be generated by converting the third low resolution patch (LRPc).

저해상도 패치들(LRPa, LRPb, LRPc)은 일부가 중첩되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1저해상도 패치(LRPa)와 제2저해상도 패치(LRPb)는 20개의 픽셀(P)이 상호 중첩되도록 선택될 수 있다. 이때, 생성되는 고해상도 패치들(HRPa, HRPb, HRPc)은 상호 중첩되지 않을 수 있다. 영상처리장치는 저해상도 패치들(LRPa, LRPb, LRPc)을 서로 다른 위치의 고해상도 패치들(HRPa, HRPb, HRPc)로 변환할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 종래 기술에서 패치들을 겹침을 처리하기 위한 연산 과정이 필요없게 되어 메모리가 줄어들고 변환 속도가 빨라질 수 있다.The low-resolution patches LRPa, LRPb, and LRPc may be selected to partially overlap. For example, the first low resolution patch LRPa and the second low resolution patch LRPb may be selected such that 20 pixels P overlap each other. In this case, the generated high-resolution patches HRPa, HRPb, and HRPc may not overlap each other. The image processing apparatus may convert the low-resolution patches (LRPa, LRPb, and LRPc) into high-resolution patches (HRPa, HRPb, and HRPc) at different locations. According to this embodiment, a calculation process for overlapping patches in the prior art is not required, so memory can be reduced and conversion speed can be increased.

도 4는 일 실시예에 따라 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 설명하기 위한 제2예시 도면이다.4 is a second exemplary diagram for explaining conversion of a low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 영상처리장치는 저해상도 영상(LR)의 각 픽셀(P)별로 저해상도 영상 패치(LRP)를 선택하고, 선택된 저해상도 영상 패치(LRP)를 고해상도 영상 패치(HRP)로 변환할 수 있다. 이렇게 픽셀(P)별로 저해상도 영상 패치(LRP)를 선택하여 변환하게 되면, 고해상도 영상 패치(HRP)가 저해상도 영상(LR)의 픽셀(P)과 1대1로 대응되기 때문에, 모든 픽셀(P)에 대해 중첩없이 영상을 변환할 수 있게 된다.Referring to FIG. 4 , the image processing apparatus may select a low resolution image patch (LRP) for each pixel (P) of the low resolution image (LR) and convert the selected low resolution image patch (LRP) into a high resolution image patch (HRP). there is. When the low-resolution image patch (LRP) is selected and converted for each pixel (P) in this way, since the high-resolution image patch (HRP) corresponds to the pixel (P) of the low-resolution image (LR) on a one-to-one basis, all pixels (P) It is possible to convert images without overlapping for .

영상처리장치는 동시에 복수의 저해상도 영상 패치(LRP)를 선택하여 변환할 수 있고, 픽셀(P)을 옮겨가면서 순차적으로 저해상도 영상 패치(LRP)를 선택하여 변환할 수 있다.The image processing apparatus may simultaneously select and convert a plurality of low-resolution image patches (LRPs), and may sequentially select and convert low-resolution image patches (LRPs) while moving pixels (P).

예를 들어, 영상처리장치는 중심에 위치하는 중심픽셀(CP)의 주변으로 일정한 크기의 저해상도 영상 패치(LRP)를 선택하여 변환할 수 있다. 이때, 영상처리장치는 중심픽셀(CP)을 가로방향과 세로방향으로 순차적으로 이동시키면서 저해상도 영상 패치(LRP)를 선택할 수 있다.For example, the image processing apparatus may select and convert a low-resolution image patch (LRP) of a certain size to the periphery of the central pixel (CP) located in the center. At this time, the image processing apparatus may select the low resolution image patch LRP while sequentially moving the central pixel CP in the horizontal and vertical directions.

중심픽셀(CP)이 저해상도 영상(LR)의 외곽에 위치하는 경우, 저해상도 영상 패치(LRP)는 가상의 확장된 픽셀(VP)을 더 포함할 수 있다. 가상의 확장된 픽셀(VP)은 저해상도 영상(LR)의 최외곽 픽셀과 동일하게 형성되거나 최외곽 픽셀에서 변형되어 형성될 수 있다.When the central pixel CP is located outside the low resolution image LR, the low resolution image patch LRP may further include a virtual extended pixel VP. The virtual extended pixel VP may be formed identically to the outermost pixel of the low-resolution image LR or may be formed by transforming the outermost pixel.

도 5는 일 실시예에 따라 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 설명하기 위한 제3예시 도면이다.5 is a third exemplary diagram for explaining conversion of a low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 저해상도 영상 패치(LRP)에는 복수의 서브패치(SPa, SPb, ..., SPn)가 포함될 수 있다. 영상처리장치는 서브패치(SPa, SPb, ..., SPn)별로 고해상도 영상 후보패치(HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn)를 생성하여 고해상도 영상 패치(HRP)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5 , a low-resolution image patch (LRP) may include a plurality of sub-patches (SPa, SPb, ..., SPn). The image processing apparatus may form a high-resolution image patch (HRP) by generating high-resolution image candidate patches (HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn) for each sub-patch (SPa, SPb, ..., SPn).

저해상도 영상 패치(LRP)는 N x M(N 및 M은 2 이상의 자연수) 픽셀크기를 가질 수 있다. 도 5의 예시에서, N은 7이고, M은 7이다.The low-resolution image patch (LRP) may have a pixel size of N×M (N and M are natural numbers greater than or equal to 2). In the example of FIG. 5, N is 7 and M is 7.

서브패치(SPa, SPb, ..., SPn)는 P x Q(P는 N보다 작은 자연수, Q는 M보다 작은 자연수) 픽셀크기를 가지며, 복수의 서브패치(SPa, SPb, ..., SPn)는 일부 영역이 중첩되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 서브패치(SPa, SPb, ..., SPn)는 저해상도 영상 패치(LRP)의 내부에서 선택되는데, 인접한 서브패치(SP)가 가로방향의 한 줄 혹은 세로방향의 한 줄을 제외하고 나머지 영역에서 중첩될 수 있다. 이러한 방식으로 서브패치(SPa, SPb, ..., SPn)가 선택되면, 저해상도 영상 패치(LRP)에서 (N-P+1) x (M-Q+1) 개의 서브패치(SPa, SPb, ..., SPn)가 형성될 수 있다.The sub-patches (SPa, SPb, ..., SPn) have a pixel size of P x Q (where P is a natural number smaller than N and Q is a natural number smaller than M), and a plurality of sub-patches (SPa, SPb, ..., SPn) may be selected such that some regions overlap. For example, the sub-patches (SPa, SPb, ..., SPn) are selected inside the low-resolution image patch (LRP), except that adjacent sub-patches (SP) are horizontally oriented or vertically oriented. and may overlap in the rest of the area. If the subpatches (SPa, SPb, ..., SPn) are selected in this way, (N-P+1) x (M-Q+1) subpatches (SPa, SPb, ..., SPn) can be formed.

영상처리장치는 복수의 서브패치(SPa, SPb, ..., SPn) 각각에 대응되는 서브패치 변환행렬(MS1, MS2, ..., MSn)을 결정하고, 결정된 서브패치 변환행렬(MS1, MS2, ..., MSn)을 저해상도 영상 패치(LRP)에 적용시켜 복수의 고해상도 영상 후보패치(HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn)를 생성할 수 있다. 여기서, 서브패치 변환행렬(MS1, MS2, ..., MSn)을 저해상도 영상 패치(LRP)에 적용시킨다는 것은 저해상도 영상 패치(LRP)를 선형 매핑시키는 것일 수 있다. 구체적인 예로서, 영상처리장치는 저해상도 영상 패치(LRP)의 각 픽셀 값을 벡터로 형성하고 벡터에 서브패치 변환행렬(MS1, MS2, ..., MSn)을 곱하여, 고해상도 영상 후보패치(HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn)를 생성할 수 있다.The image processing apparatus determines sub-patch transformation matrices (MS1, MS2, ..., MSn) corresponding to each of the plurality of sub-patches (SPa, SPb, ..., SPn), and determines the determined sub-patch transformation matrices (MS1, MSn). MS2, ..., MSn) may be applied to the low-resolution image patch (LRP) to generate a plurality of high-resolution image candidate patches (HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn). Here, applying the sub-patch transformation matrices (MS1, MS2, ..., MSn) to the low-resolution image patch (LRP) may be linear mapping of the low-resolution image patch (LRP). As a specific example, the image processing apparatus forms a vector for each pixel value of the low-resolution image patch (LRP) and multiplies the vector by the sub-patch transformation matrix (MS1, MS2, ..., MSn) to obtain a high-resolution image candidate patch (HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn) can be generated.

그리고, 영상처리장치는 고해상도 영상 후보패치(HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn)에 전역 변환행렬(MR)을 적용시켜 고해상도 영상 패치(HRP)를 생성시킬 수 있다. 구체적인 예로서, 영상처리장치는 복수의 고해상도 영상 후보패치(HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn)에 해당되는 벡터들을 결합시키고 전역 변환행렬(MR)을 곱하여, 고해상도 영상 패치(HRP)를 생성할 수 있다.Also, the image processing apparatus may generate the high-resolution image patch (HRP) by applying the global transformation matrix (MR) to the high-resolution image candidate patches (HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn). As a specific example, the image processing device generates a high-resolution image patch (HRP) by combining vectors corresponding to a plurality of high-resolution image candidate patches (HRPCa, HRPCa, ..., HRPCn) and multiplying by a global transformation matrix (MR). can

도 6은 일 실시예에 따라 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 설명하기 위한 제4예시 도면이다.6 is a fourth exemplary diagram for explaining conversion of a low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an embodiment.

도 5에 도시된 예시와 달리, 영상처리장치는 패치 변환행렬(MP: Matrix for Patch conversion)을 먼저 생성한 후에 저해상도 영상 패치(LRP)를 고해상도 영상 패치(HRP)로 변환할 수 있다.Unlike the example shown in FIG. 5 , the image processing apparatus may convert a low-resolution image patch (LRP) into a high-resolution image patch (HRP) after first generating a matrix for patch conversion (MP).

영상처리장치는 복수의 서브패치(SPa, SPb, ..., SPn) 각각에 대응되는 서브패치 변환행렬(MS1, MS2, ..., MSn)을 결정하고, 전역 변환행렬(MR)에 복수의 서브패치 변환행렬(MS1, MS2, ..., MSn)을 결합시킨 변환행렬을 연산시켜 패치 변환행렬(MP)를 생성할 수 있다.The image processing apparatus determines sub-patch transformation matrices (MS1, MS2, ..., MSn) corresponding to each of a plurality of sub-patches (SPa, SPb, ..., SPn), and converts the plurality of sub-patch transformation matrices (MR) to A patch transformation matrix (MP) can be generated by calculating a transformation matrix obtained by combining the sub-patch transformation matrices (MS1, MS2, ..., MSn) of .

그리고, 패치 변환행렬(MP)을 저해상도 영상 패치(LRP)에 적용시켜 고해상도 영상 패치(HRP)를 생성할 수 있다.In addition, a high-resolution image patch (HRP) may be generated by applying the patch transformation matrix (MP) to the low-resolution image patch (LRP).

한편, 영상처리장치는 서브패치(SP)의 영상 카테고리를 분류하고 영상 카테고리별로 서브패치 변환행렬을 다르게 결정할 수 있다. 영상 카테고리는 서브패치의 영상 에지(edge) 방향 정보, 에지 강도 정보, 텍스처 정보, 밝기 정보, 1차 이상의 미분값 정보, 컬러 정보, 객체 또는 물체 종류 정보, 주파수 정보 등의 정보에 따라 결정될 수 있다.Meanwhile, the image processing apparatus may classify the image categories of the sub-patch SP and determine a different sub-patch transformation matrix for each image category. The image category may be determined according to information such as image edge direction information, edge strength information, texture information, brightness information, first- or higher-order differential value information, color information, object or object type information, and frequency information of a sub-patch. .

구체적인 예로서, 영상처리장치는 복수의 서브패치 각각에 대한 특징 벡터를 생성하고, 특징 벡터에 따라 복수의 서브패치 각각의 영상 카테고리를 결정할 수 있다.As a specific example, the image processing apparatus may generate a feature vector for each of a plurality of sub-patches, and determine an image category of each of the plurality of sub-patches according to the feature vector.

도 7은 일 실시예에 따라 특징 벡터를 생성하고 서브패치의 영상 카테고리를 결정하는 것을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating generating a feature vector and determining an image category of a sub-patch according to an exemplary embodiment.

도 7을 참조하면, 영상처리장치는 필터를 이용하여 서브패치(SP)에서 특징 벡터를 추출할 수 있다. 예를 들면, 영상처리장치는 서브패치(SP)에 h1 = [1, -1] 혹은 h2 = [1, -1]^(-1)로 구성되는 필터를 적용시켜 특징 벡터를 추출할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the image processing apparatus may extract a feature vector from a sub-patch (SP) using a filter. For example, the image processing apparatus may extract a feature vector by applying a filter consisting of h1 = [1, -1] or h2 = [1, -1]^(-1) to the sub-patch SP. .

구체적인 예로서, 영상처리장치는 서브패치(SP)에 h1, h2로 구성되는 필터를 적용시켜 제1특징 벡터(CVa)를 생성할 수 있다. 그리고, 영상처리장치는 차원축소행렬(PCA: Principal Component Analysis)에 제1특징 벡터(CVa)를 곱하여 제2특징 벡터(CVb)를 생성할 수 있다.As a specific example, the image processing apparatus may generate the first feature vector CVa by applying a filter composed of h1 and h2 to the sub-patch SP. In addition, the image processing apparatus may generate a second feature vector CVb by multiplying a principal component analysis (PCA) by the first feature vector CVa.

영상처리장치는 이와 같은 방법으로 다수의 서브패치-다수의 저해상도 영상에서 선택한 다수의 서브패치-에서 다수의 특징 벡터를 추출하고, 추출된 특징 벡터를 복수의 영상 카테고리로 군집화시켜 클래스 벡터들을 생성할 수 있다. 그리고, 특정 서브패치에 대해 특징 벡터가 추출되면, 추출된 특징 벡터와 근접도가 클래스 벡터에 부여된 클래스 번호를 해당 서브패치의 영상 카테고리로 결정할 수 있다.In this way, the image processing apparatus extracts a plurality of feature vectors from a plurality of subpatches—a plurality of subpatches selected from a plurality of low-resolution images—and clusters the extracted feature vectors into a plurality of image categories to generate class vectors. can In addition, when a feature vector is extracted for a specific sub-patch, a class number assigned to a class vector having a proximity to the extracted feature vector may be determined as an image category of the corresponding sub-patch.

영상처리장치는 k-means 군집화 기법을 이용하여 다수의 서브패치에서 추출된 특징 벡터들을 군집화할 수 있다. 그리고, 영상처리장치는 k-means 군집화 기법의 근접도 계산 방식에 따라 서브패치의 특징 벡터가 속하는 영상 카테고리를 결정할 수 있다.The image processing apparatus may cluster feature vectors extracted from a plurality of sub-patches using a k-means clustering technique. Also, the image processing apparatus may determine an image category to which the feature vector of the sub-patch belongs according to the proximity calculation method of the k-means clustering technique.

도 8은 일 실시예에 따라 7 x 7의 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 것을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating conversion of a 7×7 low-resolution image patch into a high-resolution image patch according to an exemplary embodiment.

도 8을 참조하면, 영상처리장치는 저해상도 영상 패치(LRP)에 포함된 복수의 서브패치의 영상 카테고리를 결정한다(S802). 7 x 7로 구성되는 저해상도 영상 패치(LRP)에서 3 x 3으로 구성되는 서브패치를 선택하면, 서브패치는 (7 - 3 + 1) x (7 - 3 + 1) = 25개가 생성된다. 이러한 25개의 서브패치는 특징 벡터에 따라 각각 영상 카테고리(k1, k2, ..., k25)가 결정된다.Referring to FIG. 8 , the image processing apparatus determines image categories of a plurality of sub-patches included in a low-resolution image patch (LRP) (S802). If a sub-patch consisting of 3 x 3 is selected from a low-resolution image patch (LRP) consisting of 7 x 7, (7 - 3 + 1) x (7 - 3 + 1) = 25 sub-patches are generated. For each of these 25 sub-patches, image categories (k1, k2, ..., k25) are determined according to feature vectors.

그리고, 영상처리장치는 결정된 영상 카테고리(k1, k2, ..., k25)에 따라 서브패치 변환행렬을 선택할 수 있다(S804). 이때, 영상처리장치는 서브패치의 저해상도 영상 패치 내 위치를 고려하여 서브패치 변환행렬을 선택할 수 있다(S804). 예를 들어, 영상처리장치는 저해상도 영상 패치 내 위치 및 영상 카테고리에 따라 각 서브패치에 해당되는 서브패치 변환행렬(MS)을 선택할 수 있다. 영상처리장치는 동일한 영상 카테고리라고 하더라도 좌상단에 위치하는 서브패치와 우하단에 위치하는 서브패치에 대해 서로 다른 서브패치 변환행렬(MS)을 선택할 수 있다. 이러한 과정은 서브패치의 국지적 정보를 분석하여 각 서브패치를 분류하는 것으로 이해할 수 있다.Then, the image processing apparatus may select a sub-patch transformation matrix according to the determined image category (k1, k2, ..., k25) (S804). At this time, the image processing apparatus may select a sub-patch transformation matrix in consideration of the location of the sub-patch within the low-resolution image patch (S804). For example, the image processing apparatus may select a sub-patch transformation matrix (MS) corresponding to each sub-patch according to a location in a low-resolution image patch and an image category. The image processing apparatus may select different sub-patch transformation matrices MS for a sub-patch positioned at the upper left and a sub-patch positioned at the lower right even in the same image category. This process can be understood as classifying each sub-patch by analyzing local information of the sub-patch.

이를 위해 영상처리장치는 저해상도 영상 패치 내 위치 및 영상 카테고리별로 서브패치 변환행렬(MS)을 저장할 수 있다.To this end, the image processing apparatus may store a sub-patch transformation matrix (MS) for each location in the low-resolution image patch and each image category.

영상처리장치는 서브패치별로 선택된 서브패치 변환행렬(MS)을 결합시키고, 전역 변환행렬(MR)과 연산하여 패치 변환행렬(MP)을 생성할 수 있다(S806).The image processing apparatus may generate a patch transformation matrix MP by combining the sub-patch transformation matrix MS selected for each sub-patch and performing an operation with the global transformation matrix MR (S806).

그리고, 영상처리장치는 저해상도 영상 패치(LRP)를 벡터화하고(S808), 그 벡터를 패치 변환행렬(MP)와 연산하여 고해상도 영상 벡터(HRV)를 생성할 수 있다(S810).The image processing apparatus may vectorize the low-resolution image patch (LRP) (S808) and generate a high-resolution image vector (HRV) by calculating the vector with the patch transformation matrix (MP) (S810).

그리고, 영상처리장치는 고해상도 영상 벡터(HRV)를 매트릭스 형태로 변환하여 고해상도 영상 패치(HRP)를 생성할 수 있다.Also, the image processing device may convert the high-resolution image vector (HRV) into a matrix form to generate a high-resolution image patch (HRP).

한편, 변환에 사용되는 전역 변환행렬 및 영상 카테고리별 서브패치 변환행렬은 학습에 의해 생성될 수 있다.Meanwhile, a global transformation matrix used for transformation and a sub-patch transformation matrix for each image category may be generated by learning.

도 9는 다른 실시예에 따른 초해상화 방법의 흐름도이다.9 is a flowchart of a super-resolution method according to another embodiment.

도 9를 참조하면, 학습장치는 테스트 고해상도 영상을 테스트 저해상도 영상으로 변환할 수 있다(S902). 학습장치는 테스트 고해상도 영상에서 일부 픽셀을 제거하거나 작은 패치들을 평균하여 하나의 픽셀을 구성하는 방식 등으로 테스트 고해상도 영상을 테스트 저해상도 영상으로 변환할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the learning device may convert a test high-resolution image into a test low-resolution image (S902). The learning device may convert a test high-resolution image into a test low-resolution image by removing some pixels from the test high-resolution image or averaging small patches to configure one pixel.

학습장치는 테스트 고해상도 영상에서 복수의 고해상도 영상 패치를 추출하고 테스트 저해상도 영상에서 복수의 저해상도 영상 패치를 추출할 수 있다(S904). 학습장치는 테스트 고해상도 영상에서 복수의 고해상도 영상 패치를 추출할 때, 상호 중첩되지 않도록 고해상도 영상 패치를 추출할 수 있다. 그리고, 학습장치는 고해상도 영상 패치에 대응되는 저해상도 영상 패치를 테스트 저해상도 영상에서 추출하되, 인접한 저해상도 영상 패치는 일부 영역이 중첩되도록 추출할 수 있다.The learning device may extract a plurality of high-resolution image patches from the test high-resolution image and extract a plurality of low-resolution image patches from the test low-resolution image (S904). When extracting a plurality of high-resolution image patches from the test high-resolution image, the learning device may extract the high-resolution image patches so as not to overlap each other. In addition, the learning device extracts a low-resolution image patch corresponding to the high-resolution image patch from the test low-resolution image, and extracts an adjacent low-resolution image patch so that a partial region overlaps.

학습장치는 각각의 저해상도 영상 패치별로 저해상도 영상 패치에 포함되는 복수의 서브패치 각각에 대한 영상 카테고리를 결정할 수 있다(S906). 여기서, 영상 카테고리는 다수의 서브패치를 이용한 k-means 군집화 기법으로 생성될 수 있다.The learning device may determine an image category for each of a plurality of sub-patches included in the low-resolution image patch for each low-resolution image patch (S906). Here, the image categories may be generated by a k-means clustering technique using a plurality of subpatches.

그리고, 학습장치는 영상 카테고리별로 저해상도 영상 패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 서브패치 변환행렬을 학습시킬 수 있다(S908). 이때, 학습장치는 저해상도 영상 패치 내 위치 및 영상 카테고리별로 서브패치 변환행렬을 학습시킬 수 있다.Then, the learning device may learn a sub-patch transformation matrix for converting a low-resolution image patch into a high-resolution image patch for each image category (S908). In this case, the learning device may learn the sub-patch transformation matrix for each image category and position within the low-resolution image patch.

학습장치는 각각의 저해상도 영상 패치별로 복수의 서브패치 각각에 대한 서브패치 변환행렬을 적용시켜 복수의 고해상도 영상 후보패치를 생성할 수 있다(S910). 그리고, 학습장치는 복수의 고해상도 영상 후보패치를 고해상도 영상 패치로 변환하는 전역 변환행렬을 학습시킬 수 있다(S912).The learning apparatus may generate a plurality of high-resolution image candidate patches by applying a sub-patch transformation matrix for each of a plurality of sub-patches for each low-resolution image patch (S910). Then, the learning device may learn a global transformation matrix for converting a plurality of high-resolution image candidate patches into high-resolution image patches (S912).

그리고, 영상처리장치는 입력되는 저해상도 영상의 패치에 포함된 복수의 서브패치 각각에 대한 영상 카테고리를 결정하고, 영상 카테고리별로 학습된 서브패치 변환행렬 및 전역 변환행렬을 이용하여 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환할 수 있다.Then, the image processing apparatus determines an image category for each of a plurality of sub-patches included in the patch of the input low-resolution image, and converts the low-resolution image into a high-resolution image by using the sub-patch transformation matrix and the global transformation matrix learned for each image category. can be converted

여기서, 학습장치 및 영상처리장치는 동일한 장치일 수도 있고, 별개의 장치일 수도 있다. 또한, 각 단계는 서로 다른 장치에 의해 수행될 수도 있다.Here, the learning device and the image processing device may be the same device or may be separate devices. Also, each step may be performed by different devices.

도 10은 다른 실시예에 따른 초해상화 방법에서 서브패치 변환행렬의 학습과정을 나타내는 예시 도면이다.10 is an exemplary diagram illustrating a process of learning a sub-patch transformation matrix in a super-resolution method according to another embodiment.

도 10을 참조하면, 학습장치는 테스트 고해상도 영상과 테스트 저해상도 영상을 준비하고, 테스트 고해상도 영상에서 복수의 고해상도 영상 패치를 추출하고 테스트 저해상도 영상에서 복수의 저해상도 영상 패치를 추출하여 훈련 쌍을 형성할 수 있다(S1002).Referring to FIG. 10, the learning device may form a training pair by preparing a test high-resolution image and a test low-resolution image, extracting a plurality of high-resolution image patches from the test high-resolution image, and extracting a plurality of low-resolution image patches from the test low-resolution image. Yes (S1002).

그리고, 학습장치는 저해상도 영상 패치별로 저해상도 영상 패치에 포함되는 복수의 서브패치 각각에 대한 영상 카테고리를 결정할 수 있다(S1004). 이때, 학습장치는 영상 카테고리별로 서브패치 변환행렬을 생성할 수도 있고, 도 10에 도시된 것과 같이 영상 패치 내 위치 및 영상 카테고리별로 서브패치 변환행렬을 생성하고 학습시킬 수 있다. 학습장치는 각 위치별로 서브패치들을 군집화함으로써 영상 카테고리를 분류할 수 있다.The learning device may determine an image category for each of a plurality of sub-patches included in the low-resolution image patch for each low-resolution image patch (S1004). At this time, the learning device may generate a sub-patch transformation matrix for each video category, or may generate and train a sub-patch transformation matrix for each video category and location in the video patch as shown in FIG. 10 . The learning device can classify image categories by clustering sub-patches for each location.

그리고, 학습장치는 각 그룹-영상 패치 내 위치 및 영상 카테고리별로 그룹핑된 그룹-별로 저해상도 영상 패치와 고해상도 영상 패치를 선형 매핑 계산법(예, kernel ridge regresssion 등)에 적용시켜 서브패치 변환행렬(MS)를 계산할 수 있다(S1006).In addition, the learning device applies a low-resolution image patch and a high-resolution image patch to a linear mapping calculation method (e.g., kernel ridge regression, etc.) for each group-groups grouped by location in the image patch and image category to obtain a sub-patch transformation matrix (MS) can be calculated (S1006).

하나의 위치에서 영상 카테고리별 서브패치 변환행렬(MS)에 대한 계산이 완료되면, 학습장치는 다른 위치에 대해서 순차적으로 영상 카테고리별 서브패치 변환행렬(MS)을 계산할 수 있다(S1008).When the calculation of the sub-patch transformation matrix (MS) for each video category at one location is completed, the learning device may sequentially calculate the sub-patch transformation matrix (MS) for each video category for other locations (S1008).

학습장치는 서브패치 변환행렬(MS)을 계산한 후에 전역 변환행렬을 계산할 수 있다.The learning device may calculate the global transformation matrix after calculating the subpatch transformation matrix MS.

도 11은 다른 실시예에 따른 초해상화 방법에서 전역 변환행렬의 학습과정을 나타내는 예시 도면이다.11 is an exemplary diagram illustrating a process of learning a global transformation matrix in a super-resolution method according to another embodiment.

도 11을 참조하면, 학습장치는 각각의 저해상도 영상 패치별로 복수의 서브패치 각각에 대한 서브패치 변환행렬(MS)을 적용시켜 복수의 고해상도 영상 후보패치를 생성할 수 있다(S1102).Referring to FIG. 11 , the learning apparatus may generate a plurality of high-resolution image candidate patches by applying a sub-patch transformation matrix (MS) to each of the plurality of sub-patches for each low-resolution image patch (S1102).

그리고, 학습장치는 고해상도 영상 후보패치와 고해상도 영상 패치를 선형 매핑 계산법(예, kernel ridge regresssion 등)에 적용시켜 전역 변환행렬(MR)을 계산할 수 있다(S1104).Then, the learning device may calculate a global transformation matrix (MR) by applying the high-resolution image candidate patch and the high-resolution image patch to a linear mapping calculation method (eg, kernel ridge regression, etc.) (S1104).

한편, 전술한 실시예에서 고해상도 영상 패치가 2 x 2인 실시예를 중심으로 설명하였으나, 고해상도 영상 패치는 3 x 3, 4 x 4 등 다양한 크기로 확장이 가능하다. 바람직하게는 저해상도 영상 패치의 픽셀 크기(개수)가 고해상도 영상 패치의 픽셀 크기(개수)보다 큰 것이 바람직하다.Meanwhile, in the foregoing embodiment, the high-resolution image patch has been described based on the 2x2 embodiment, but the high-resolution image patch can be expanded to various sizes such as 3x3 and 4x4. Preferably, the pixel size (number) of the low-resolution image patch is larger than the pixel size (number) of the high-resolution image patch.

또한, 전술한 실시예에서, 선형 매핑에 의해 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환하는 것을 설명하였으나 실시예에 따라서는 비선형 매핑에 의해 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환할 수도 있다.Also, in the above-described embodiment, conversion of a low-resolution image into a high-resolution image by linear mapping has been described, but in some embodiments, a low-resolution image may be converted into a high-resolution image by non-linear mapping.

또한, 전술한 실시예에서, 저해상도 영상 패치가 사각형인 실시예를 중심으로 설명하였으나, 저해상도 영상 패치는 다른 형태의 다각형 모양-예를 들어, 육각형 모양-을 가질 수 있다. 이때, 고해상도 영상 패치는 같거나 작은 다각형 모양을 가지는 것이 바람직하다.In addition, in the above-described embodiment, the low-resolution image patch has been described based on a rectangular embodiment, but the low-resolution image patch may have a polygonal shape of another shape (for example, a hexagonal shape). At this time, the high-resolution image patch preferably has the same or smaller polygonal shape.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 저해상도 영상을 빠른 시간 내에 고해상도 영상으로 변환할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 보다 적은 저장 공간을 이용하여 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, a low-resolution image can be converted into a high-resolution image within a short period of time. Also, according to the present embodiment, a low-resolution image can be converted into a high-resolution image using less storage space.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as "comprise", "comprise" or "having" described above mean that the corresponding component may be inherent unless otherwise stated, and therefore do not exclude other components. It should be construed that it may further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present invention, they are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (12)

저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환하는 초해상화 방법에 있어서,
전역 변환행렬을 저장하고, 영상 카테고리별로 서브패치 변환행렬을 저장하는 단계;
상기 저해상도 영상의 패치(저해상도 영상 패치)에 포함되는 복수의 서브패치 각각에 대한 영상 카테고리를 결정하고, 결정된 상기 영상 카테고리에 따라 상기 복수의 서브패치 각각에 대응되는 상기 서브패치 변환행렬을 선택하는 단계;
상기 전역 변환행렬 및 선택된 상기 서브패치 변환행렬을 상기 저해상도 영상 패치에 적용시켜 고해상도 영상 패치를 생성하는 단계; 및
상기 고해상도 영상 패치를 이용하여 상기 고해상도 영상을 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 서브패치 변환행렬을 저장하는 단계에서, 상기 서브패치 변환행렬은 상기 영상 카테고리 및 상기 서브패치의 상기 저해상도 영상 패치 내 위치에 따라 다르게 저장되며,
상기 서브패치 변환행렬을 선택하는 단계에서, 상기 영상 카테고리 및 상기 서브패치의 상기 저해상도 영상 패치 내 위치에 따라 상기 복수의 서브패치 각각에 대응되는 상기 서브패치 변환행렬을 선택하는, 초해상화 방법.
In the super-resolution method of converting a low-resolution image into a high-resolution image,
storing a global transformation matrix and sub-patch transformation matrices for each image category;
Determining an image category for each of a plurality of sub-patches included in the patch of the low-resolution image (low-resolution image patch), and selecting the sub-patch transformation matrix corresponding to each of the plurality of sub-patches according to the determined image category. ;
generating a high-resolution image patch by applying the global transformation matrix and the selected sub-patch transformation matrix to the low-resolution image patch; and
Generating the high-resolution image using the high-resolution image patch
including,
In the step of storing the sub-patch transformation matrix, the sub-patch transformation matrix is stored differently according to the image category and the location of the sub-patch in the low-resolution image patch;
In the step of selecting the sub-patch transformation matrix, the sub-patch transformation matrix corresponding to each of the plurality of sub-patches is selected according to the image category and the location of the sub-patch in the low-resolution image patch.
제1항에 있어서,
상기 저해상도 영상의 각 픽셀별로 상기 저해상도 영상 패치가 선택되고 상기 고해상도 영상 패치로 변환되는 초해상화 방법.
According to claim 1,
The super-resolution method of selecting the low-resolution image patch for each pixel of the low-resolution image and converting the high-resolution image patch.
제1항에 있어서,
상기 저해상도 영상 패치는 N x M(N 및 M은 2 이상의 자연수) 픽셀크기를 가지고, 상기 서브패치는 P x Q(P는 상기 N보다 작은 자연수, Q는 상기 M보다 작은 자연수) 픽셀크기를 가지며, 상기 복수의 서브패치는 일부 영역이 중첩되도록 선택되어 상기 저해상도 영상 패치에서 (N-P+1) x (M-Q+1) 개의 상기 서브패치가 형성되는 초해상화 방법.
According to claim 1,
The low-resolution image patch has a pixel size of NxM (N and M are natural numbers greater than or equal to 2), and the sub-patch has a pixel size of PxQ (P is a natural number smaller than N and Q is a natural number smaller than M). , The plurality of sub-patches are selected such that a partial region overlaps, and (N-P+1) x (M-Q+1) sub-patches are formed in the low-resolution image patch.
제1항에 있어서,
상기 고해상도 영상 패치를 생성하는 단계에서,
상기 복수의 서브패치 각각의 상기 서브패치 변환행렬을 상기 저해상도 영상 패치에 적용시켜 복수의 고해상도 영상 후보패치를 생성하고, 상기 복수의 고해상도 영상 후보패치에 상기 전역 변환행렬을 적용시켜 상기 고해상도 영상 패치를 생성하는 초해상화 방법.
According to claim 1,
In the step of generating the high-resolution image patch,
A plurality of high-resolution image candidate patches are generated by applying the sub-patch transformation matrix of each of the plurality of sub-patches to the low-resolution image patch, and the high-resolution image patch is obtained by applying the global transformation matrix to the plurality of high-resolution image candidate patches. How to generate super-resolution.
제1항에 있어서,
상기 고해상도 영상 패치를 생성하는 단계에서,
상기 전역 변환행렬에 상기 복수의 서브패치 각각의 상기 서브패치 변환행렬을 결합시킨 변환행렬을 연산하여 생성되는 패치 변환행렬을 상기 저해상도 영상 패치에 적용시켜 상기 고해상도 영상 패치를 생성하는 초해상화 방법.
According to claim 1,
In the step of generating the high-resolution image patch,
The super-resolution method of generating the high-resolution image patch by applying a patch transformation matrix generated by calculating a transformation matrix obtained by combining the global transformation matrix with the sub-patch transformation matrix of each of the plurality of sub-patches to the low-resolution image patch.
제1항에 있어서,
상기 서브패치 변환행렬을 선택하는 단계에서,
상기 복수의 서브패치 각각에 대한 특징 벡터를 생성하고, 상기 특징 벡터에 따라 상기 복수의 서브패치 각각의 영상 카테고리를 결정하는 초해상화 방법.
According to claim 1,
In the step of selecting the subpatch transformation matrix,
The super-resolution method of generating a feature vector for each of the plurality of sub-patches, and determining an image category of each of the plurality of sub-patches according to the feature vector.
제1항에 있어서,
상기 서브패치 변환행렬을 선택하는 단계에서,
상기 서브패치의 영상 에지(edge) 방향 정보, 에지 강도 정보, 텍스처 정보, 밝기 정보, 1차 이상의 미분값 정보, 컬러 정보, 객체 또는 물체 종류 정보, 주파수 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 이용하여 상기 복수의 서브패치 각각의 영상 카테고리를 결정하는 초해상화 방법.
According to claim 1,
In the step of selecting the subpatch transformation matrix,
Using at least one information of image edge direction information of the sub-patch, edge strength information, texture information, brightness information, first- or higher-order differential value information, color information, object or object type information, and frequency information, the plurality of A super-resolution method for determining the image category of each sub-patch of .
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전역 변환행렬 및 상기 서브패치 변환행렬은 테스트 고해상도 영상 및 테스트 저해상도 영상을 이용하여 학습되어 결정되는 초해상화 방법.
According to claim 1,
The global transformation matrix and the sub-patch transformation matrix are learned and determined using a test high-resolution image and a test low-resolution image.
저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환하는 초해상화 방법에 있어서,
테스트 고해상도 영상을 테스트 저해상도 영상으로 변환하는 단계;
상기 테스트 고해상도 영상에서 복수의 고해상도 영상 패치를 추출하고 상기 테스트 저해상도 영상에서 복수의 저해상도 영상 패치를 추출하는 단계;
각각의 저해상도 영상 패치별로 상기 저해상도 영상 패치에 포함되는 복수의 서브패치 각각에 대한 영상 카테고리를 결정하는 단계;
상기 영상 카테고리별로 상기 저해상도 영상 패치를 상기 고해상도 영상 패치로 변환하는 서브패치 변환행렬을 학습시키는 단계;
각각의 저해상도 영상 패치별로 상기 복수의 서브패치 각각에 대한 상기 서브패치 변환행렬을 적용시켜 복수의 고해상도 영상 후보패치를 생성하고, 상기 복수의 고해상도 영상 후보패치를 상기 고해상도 영상 패치로 변환하는 전역 변환행렬을 학습시키는 단계; 및
상기 저해상도 영상의 패치에 포함된 복수의 서브패치 각각에 대한 상기 영상 카테고리를 결정하고, 상기 영상 카테고리별로 학습된 상기 서브패치 변환행렬 및 상기 전역 변환행렬을 이용하여 상기 저해상도 영상을 상기 고해상도 영상으로 변환하는 단계
를 포함하고,
상기 서브패치 변환행렬을 학습시키는 단계에서,
상기 저해상도 영상 패치 내 위치 및 상기 영상 카테고리별로 상기 서브패치 변환행렬을 학습시키는 초해상화 방법.
In the super-resolution method of converting a low-resolution image into a high-resolution image,
converting the test high-resolution image into a test low-resolution image;
extracting a plurality of high-resolution image patches from the test high-resolution image and extracting a plurality of low-resolution image patches from the test low-resolution image;
determining an image category for each of a plurality of sub-patches included in the low-resolution image patch for each low-resolution image patch;
learning a sub-patch transformation matrix for transforming the low-resolution image patch into the high-resolution image patch for each image category;
A global transformation matrix for generating a plurality of high-resolution image candidate patches by applying the sub-patch transformation matrix for each of the plurality of sub-patches for each low-resolution image patch, and converting the plurality of high-resolution image candidate patches into the high-resolution image patch Step of learning; and
The image category for each of a plurality of sub-patches included in the patch of the low-resolution image is determined, and the low-resolution image is converted into the high-resolution image using the sub-patch transformation matrix learned for each image category and the global transformation matrix. step to do
including,
In the step of learning the subpatch transformation matrix,
The super-resolution method of learning the sub-patch transformation matrix for each location in the low-resolution image patch and for each image category.
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 영상 카테고리는 다수의 서브패치를 이용한 k-means 군집화 기법으로 생성되는 초해상화 방법.
According to claim 10,
The super-resolution method in which the image category is generated by a k-means clustering technique using a plurality of sub-patches.
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