KR20160038554A - High resolution image generation apparatus and method for each region of the sharpened image - Google Patents

High resolution image generation apparatus and method for each region of the sharpened image Download PDF

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KR20160038554A
KR20160038554A KR1020140131780A KR20140131780A KR20160038554A KR 20160038554 A KR20160038554 A KR 20160038554A KR 1020140131780 A KR1020140131780 A KR 1020140131780A KR 20140131780 A KR20140131780 A KR 20140131780A KR 20160038554 A KR20160038554 A KR 20160038554A
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Abstract

The present invention provides an apparatus and a method for generating a high resolution image where each area of the image is sharpened. The method for generating a high resolution image may comprise: a step of generating a high frequency image of an enhancement layer using an expansion image obtained by interpolating a low resolution input image, a lower frequency image of the input image, and a high frequency image of the input image, which includes higher frequency waves in comparison with the lower frequency image; a step of sharpening the high frequency image by applying each different sharpening coefficient of respective areas included in the high frequency image of the enhancement layer; and a step of fusing the sharpened high frequency image of the enhancement layer with the low frequency image to generate a high resolution output image.

Description

영상의 영역 별로 선명화하는 고해상도 영상 생성 장치 및 방법{HIGH RESOLUTION IMAGE GENERATION APPARATUS AND METHOD FOR EACH REGION OF THE SHARPENED IMAGE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-resolution image generating apparatus and method,

본 발명은 고해상도 영상 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저해상도 영상을 변환하여 생성한 고해상도 영상의 화질을 향상시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for generating a high-resolution image, and more particularly, to an apparatus and method for enhancing an image quality of a high-resolution image generated by transforming a low-resolution image.

HD(High Definition) 해상도의 영상 콘텐츠가 증가함에 따라 사용자는 고해상도, 고화질의 영상에 익숙해지고 있다. 따라서, 기존에 촬영된 저해상도, 저화질 영상을 이용하여 고해상도 영상을 생성하는 기술이 개발되고 있다. As the number of high definition (HD) video content increases, users are becoming accustomed to high resolution, high quality video. Accordingly, techniques for generating a high-resolution image using a low-resolution and low-quality image that have been photographed have been developed.

저해상도, 저화질로 촬영된 영상을 이용하여 고해상도 영상을 생성하는 경우, 생성된 고해상도 영상의 선명도가 감소할 수 있다. 따라서, 생성한 고해상도 영상의 선명도를 증가시키는 선명화 과정이 수행되고 있다. 이때, 고해상도 영상에는 선명도의 증가에 따른 화질 열화가 큰 영역과 선명도의 증가에 따른 화질 열화가 적은 영역이 포함될 수 있다. When a high-resolution image is generated using an image photographed with low resolution and low image quality, the sharpness of the generated high-resolution image can be reduced. Accordingly, a sharpening process is performed to increase the sharpness of the generated high-resolution image. In this case, the high-resolution image may include a region having a large deterioration in image quality due to an increase in sharpness and a region having a deterioration in image quality due to an increase in sharpness.

그러나, 종래의 고해상도 영상 생성 방법은 생성된 고해상도 영상의 모든 영역을 동일하게 선명화하고 있으므로, 선명화에 따른 고해상도 영상의 화질 열화가 발생할 수 있었다.However, in the conventional high resolution image generation method, all areas of the generated high resolution image are uniformly sharpened, so that image quality deterioration of a high resolution image due to sharpening can occur.

따라서, 저해상도 영상을 이용하여 생성한 고해상도 영상의 선명도를 증가 시키면서 고해상도 영상의 화질을 향상 시킬 수 있는 방법이 요청되고 있다.Accordingly, there is a demand for a method for improving the image quality of a high-resolution image while increasing the sharpness of a high-resolution image generated using a low-resolution image.

본 발명은 저해상도 영상을 변환하여 생성한 고해상도 영상의 화질을 향상시키는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide an apparatus and method for improving the image quality of a high-resolution image generated by converting a low-resolution image.

본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 방법은 저해상도 입력 영상을 보간한 확대 영상, 상기 입력 영상의 저주파수 영상 및 상기 저주파수 영상보다 높은 주파수들로 구성된 상기 입력 영상의 고주파수 영상을 이용하여 향상 계층의 고주파수 영상을 생성하는 단계; 상기 향상 계층의 고주파수 영상에 포함된 영역 별로 서로 다른 선명화 계수를 적용하여 선명화하는 단계; 선명화한 향상 계층의 고주파수 영상과 상기 확대 영상을 융합하여 고해상도 출력 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The method of generating a high-resolution image according to an exemplary embodiment of the present invention includes generating an enhanced image by interpolating a low-resolution input image, a low-frequency image of the input image, and a high-frequency image of the input image, Generating a high frequency image; Performing sharpening by applying different sharpening coefficients for each region included in the high frequency image of the enhancement layer; And generating a high-resolution output image by fusing the high-frequency image of the sharpened enhancement layer and the enlarged image.

본 발명의 일실시예에 의하면, 향상 계층의 고주파수 영상을 영역별로 서로 다른 선명화 계수로 선명화함으로써, 고해상도 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the high-frequency image of the enhancement layer is sharpened with different sharpening coefficients for each region, thereby improving the image quality of the high-resolution image.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 향상 계층 영상 생성부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 선명화부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 향상 계층의 고주파수 영상 생성 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 방법의 향상 계층의 고주파수 영상 생성 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 방법의 선명화 과정을 나타내는 도면이다. 1 is a block diagram illustrating a high-resolution image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of the enhancement layer image generator of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a sharpening unit of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a process of generating a high-frequency image of an enhancement layer according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method for generating a high-resolution image according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a process of generating a high-frequency image of an enhancement layer of a high-resolution image generation method according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a sharpening process of a high-resolution image generating method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 방법은 고해상도 영상 생성 장치에 의해 수행될 수 있다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The high-resolution image generation method according to an embodiment of the present invention can be performed by a high-resolution image generation apparatus.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 장치를 나타내는 도면이다. 1 is a block diagram illustrating a high-resolution image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 장치(100)는 향상 계층 영상 생성부(110), 선명화부(120), 출력 영상 생성부(130) 및 배경 투사부(140)를 포함할 수 있다.1, an apparatus 100 for generating a high-resolution image according to an exemplary embodiment of the present invention includes an enhancement layer image generator 110, a sharpener 120, an output image generator 130, and a background projection unit 140 ).

향상 계층 영상 생성부(110)는 입력 영상을 보간한 확대 영상, 입력 영상의 저주파수 영상 및 입력 영상의 고주파수 영상을 이용하여 향상 계층(enhancement layer)의 고주파수 영상을 생성할 수 있다. 이때, 입력 영상은 저해상도 영상일 수 있다. 또한, 입력 영상의 고주파수 영상은 입력 영상의 저주파수 영상보다 높은 주파수들로 구성된 영상일 수 있다. 그리고, 입력 영상의 저주파수 영상은 입력 영상에서 임계값보다 낮은 주파수들로 구성된 영상일 수 있다.The enhancement layer image generation unit 110 may generate a high-frequency image of an enhancement layer using an enlarged image obtained by interpolating the input image, a low-frequency image of the input image, and a high-frequency image of the input image. At this time, the input image may be a low-resolution image. Also, the high-frequency image of the input image may be an image composed of frequencies higher than the low-frequency image of the input image. The low-frequency image of the input image may be an image composed of frequencies lower than the threshold value in the input image.

구체적으로 향상 계층 영상 생성부(110)는 입력 영상을 저주파수 영상과 고주파수 영상으로 분할하고, 입력 영상을 보간(interpolation)하여 확대 영상을 생성할 수 있다. 그리고, 향상 계층 영상 생성부(110)는 저주파수 영상의 패치 중에서 확대 영상의 패치와 유사도가 가장 높은 유사 패치를 검색할 수 있다. 다음으로, 향상 계층 영상 생성부(110)는 검색된 유사 패치에 대응하는 고주파수 영상의 패치를 향상 계층의 고주파수 영상으로 복사 및 매핑(mapping)하여 향상 계층의 고주파수 영상을 생성할 수 있다.Specifically, the enhancement layer image generation unit 110 may divide the input image into a low-frequency image and a high-frequency image, and interpolate the input image to generate an enlarged image. The enhancement layer image generation unit 110 may search for a similar patch having the highest degree of similarity to the enlarged image patch among the low frequency image patches. Next, the enhancement layer image generation unit 110 may generate a high-frequency image of the enhancement layer by copying and mapping a patch of the high-frequency image corresponding to the retrieved similar patch to a high-frequency image of the enhancement layer.

향상 계층 영상 생성부(110)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.The detailed configuration and operation of the enhancement layer image generating unit 110 will be described in detail with reference to FIG.

선명화부(120)는 향상 계층 영상 생성부(110)가 생성한 향상 계층의 고주파수 영상에 포함된 영역 별로 서로 다른 선명화 계수를 적용하여 선명화할 수 있다.The sharpening unit 120 may sharpen different sharpening coefficients for each region included in the high frequency image of the enhancement layer generated by the enhancement layer image generating unit 110. [

이때, 선명화부(120)는 향상 계층의 고주파수 영상의 곡률 차이(difference curvature)를 이용하여 향상 계층의 고주파수 영상의 영역을 분할할 수 있다. 그리고, 선명화부(120)는 분할된 향상 계층의 고주파수 영상의 영역 별로 서로 다른 선명화 계수로 부스팅(boosting)하여 선명화할 수 있다.At this time, the sharpening unit 120 may divide the high frequency image region of the enhancement layer using the difference curvature of the high frequency image of the enhancement layer. Then, the sharpening unit 120 can enhance the sharpness by boosting different sharpening coefficients for each region of the high-frequency image of the divided enhancement layer.

선명화부(120)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.The detailed configuration and operation of the sharpening unit 120 will be described below in detail with reference to FIG.

출력 영상 생성부(130)는 선명화부(120)가 선명화한 향상 계층의 고주파수 영상과 확대 영상을 융합하여 입력 영상보다 해상도가 높은 출력 영상을 생성할 수 있다.The output image generating unit 130 may generate an output image having a resolution higher than that of the input image by fusing the high frequency image and the enlarged image of the enhancement layer sharpened by the sharpening unit 120. [

배경 투사부(140)는 출력 영상 생성부(130)가 생성한 출력 영상을 입력 영상으로 배경 투사할 수 있다. The background projecting unit 140 can project the background of the output image generated by the output image generating unit 130 as an input image.

먼저, 배경 투사부(140)는 출력 영상의 향상 계층의 영상을 11x11 안티-앨리어스 필터링할 수 있다. 이때, 출력 영상의 향상 계층의 영상은 향상 계층의 저주파수 영상인 확대 영상 및 향상 계층의 고주파수 영상을 포함할 수 있다.First, the background projection unit 140 may perform 11x11 anti-aliasing filtering on the enhancement layer image of the output image. At this time, the image of the enhancement layer of the output image may include the enlarged image of the enhancement layer and the high-frequency image of the enhancement layer.

다음으로, 배경 투사부(140)는 필터링된 향상 계층의 영상을 보간하여 저해상도 입력 영상의 크기로 투영할 수 있다. 이때, 배경 투사부(140)는 향상 계층 영상 생성부(110)가 확대 영상을 생성하기 위하여 이용한 보간 방법을 이용하여 상기 향상 계층의 영상을 보간할 수 있다.Next, the background projection unit 140 may interpolate the image of the filtered enhancement layer and project it to the size of the low resolution input image. At this time, the background projection unit 140 can interpolate the image of the enhancement layer using an interpolation method used by the enhancement layer image generation unit 110 to generate an enlarged image.

그 다음으로, 배경 투사부(140)는 투영된 영상과 출력 영상 생성부(130)가 생성한 출력 영상 간의 차분 영상을 생성할 수 있다.Next, the background projection unit 140 may generate a difference image between the projected image and the output image generated by the output image generation unit 130. [

다음으로, 배경 투사부(140)는 상기 차분 영상을 출력 영상의 향상 계층의 영상으로 투영할 수 있다. 이때, 배경 투사부(140)는 향상 계층 영상 생성부(110)가 확대 영상을 생성하기 위하여 이용한 보간 방법을 이용하여 차분 영상을 상기 향상 계층의 영상으로 투영할 수 있다.Next, the background projecting unit 140 may project the difference image into an image of an enhancement layer of the output image. At this time, the background projection unit 140 may project the difference image into the image of the enhancement layer using the interpolation method used by the enhancement layer image generation unit 110 to generate the enlarged image.

그 다음으로, 배경 투사부(140)는 향상 계층의 영상으로 투영된 영상을 3x3 가우시안 필터링할 수 있다.Next, the background projection unit 140 can perform 3x3 Gaussian filtering on the image projected into the image of the enhancement layer.

마지막으로, 배경 투사부(140)는 가우시안 필터링된 영상을 입력 영상에 더하여 고해상도인 출력 영상을 저해상도인 입력 영상으로 배경 투사할 수 있다. Finally, the background projection unit 140 may add the Gaussian filtered image to the input image, and project the background image as a low-resolution input image into the high-resolution output image.

또한, 배경 투사부(140)는 상기 과정을 복수의 계층의 영상들에 반복하여 적용함으로써, 출력 영상의 해상도를 높일 수 있다.In addition, the background projection unit 140 can increase the resolution of the output image by repeatedly applying the above process to the images of a plurality of layers.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 향상 계층 영상 생성부를 나타내는 도면이다. 2 is a block diagram of the enhancement layer image generator of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 향상 계층 영상 생성부(110)는 입력 영상 분할부(210), 확대 영상 생성부(220), 유사 패치 검색부(230), 및 향상 계층 영상 생성부(240)를 포함할 수 있다.2, an enhancement layer image generator 110 according to an embodiment of the present invention includes an input image divider 210, an enlarged image generator 220, a similar patch searcher 230, And an image generating unit 240.

입력 영상 분할부(210)는 저해상도인 입력 영상을 임계값보다 주파수가 낮은 저주파수 영상 및 임계값보다 주파수가 높은 고주파수 영상으로 분할할 수 있다.The input image divider 210 can divide the low-resolution input image into a low-frequency image having a frequency lower than a threshold value and a high-frequency image having a frequency higher than a threshold value.

이때, 입력 영상 분할부(210)는 가우시안 필터, 또는 스케일링을 이용하여 입력 영상을 저주파수 영상과 고주파수 영상으로 분할할 수 있다. At this time, the input image divider 210 may divide the input image into a low-frequency image and a high-frequency image using a Gaussian filter or scaling.

예를 들어, 입력 영상 분할부(210)는 입력 영상에 가우시안 필터를 적용하여 저주파수 영상을 생성할 수 있다. 또한, 입력 영상 분할부(210)는 입력 영상을 1.25 배의 다운-스케일링(down-scaling) 이후 업-스케일링(up-scaling)하여 저주파수 영상을 생성할 수 있다. 이때, 입력 영상 분할부(210)는 입력 영상과 저주파수 영상 간의 차이를 기초로 고주파수 영상을 생성할 수 있다.For example, the input image divider 210 may generate a low-frequency image by applying a Gaussian filter to the input image. In addition, the input image divider 210 may up-scale the input image after 1.25 times down-scaling to generate a low-frequency image. At this time, the input image divider 210 can generate the high-frequency image based on the difference between the input image and the low-frequency image.

확대 영상 생성부(220)는 입력 영상을 선형 보간(interpolation)하여 확대 영상을 생성할 수 있다. 이때, 확대 영상 생성부(220)는 자기 유사성에 기반하여 고해상도 영상을 복원하는 선형 보간 방법을 사용하여 입력 영상을 선형 보간할 수 있다. The enlarged image generating unit 220 may generate an enlarged image by linearly interpolating the input image. At this time, the enlarged image generation unit 220 may linearly interpolate the input image using a linear interpolation method for restoring a high-resolution image based on self-similarity.

또한, 확대 영상 생성부(220)는 선형 보간 커널, 및 컨볼루션 커널 중 적어도 하나를 사용하여 입력 영상에 선행 보간 방법을 사용하여 수 있다. 이때, 선형 보간 커널은 입력 영상을 업-스케일링 및 다운-스케일링할 수 있다. 또한, 컨볼루션 커널은 입력 영상을 3x3 가우시안 필터링 혹은 11x11 안티-앨리어스(anti-alias) 필터링할 수 있다. Also, the enlarged image generating unit 220 may use a preceding interpolation method for an input image using at least one of a linear interpolation kernel and a convolution kernel. At this time, the linear interpolation kernel can up-scales and down-scales the input image. In addition, the convolution kernel can perform 3x3 Gaussian filtering or 11x11 anti-alias filtering of the input image.

유사 패치 검색부(230)는 입력 영상 분할부(210)가 분할한 저주파수 영상의 패치 중에서 확대 영상 생성부(220)가 생성한 확대 영상의 패치와 가장 유사도가 높은 유사 패치를 검색할 수 있다. 이때, 패치는 영상에 포함된 픽셀들 중에서 특정 크기를 가지는 픽셀들의 집합일 수 있다. 예를 들어, 패치는 5x5 픽셀 사이즈를 가지는 집합일 수 있다.The similar-patch searching unit 230 can search for a similar patch having the highest degree of similarity to the patch of the enlarged image generated by the enlarged-image generating unit 220 among the patches of the low-frequency images divided by the input image dividing unit 210. At this time, the patch may be a set of pixels having a specific size among the pixels included in the image. For example, a patch can be a set with a 5x5 pixel size.

그리고, 유사 패치 검색부(230)는 입력 영상 분할부(210)가 분할한 저주파수 영상의 패치의 MSE(Mean square error) 값을 기준으로 확대 영상 생성부(220)가 생성한 확대 영상의 패치 중에서 가장 유사한 패치를 검색할 수 있다.The similar-patch searching unit 230 searches for a patch of the enlarged image generated by the enlarged-image generating unit 220 based on the MSE (mean square error) value of the patch of the low-frequency image divided by the input image dividing unit 210 You can search for the most similar patches.

향상 계층 영상 생성부(240)는 입력 영상 분할부(210)가 분할한 고주파수 영상의 패치 중에서 유사 패치 검색부(230)가 검색한 유사 패치에 대응하는 대응 패치를 이용하여 향상 계층의 고주파수 영상을 생성할 수 있다.The enhancement layer image generating unit 240 generates a high frequency image of the enhancement layer using the corresponding patch corresponding to the similar patch retrieved by the similar patch retrieving unit 230 among the patches of the high frequency image divided by the input image partitioning unit 210 Can be generated.

이때, 향상 계층 영상 생성부(240)는 유사 패치 검색부(230)가 검색한 유사 패치에 대응하는 저해상도의 고주파수 영상을 향상 계층의 저주파수 영상인 확대 영상에 복사 및 매핑시켜 향상 계층의 고주파수 영상을 생성할 수 있다. At this time, the enhancement layer image generator 240 copies and maps the low-resolution high-frequency image corresponding to the similar patch searched by the similar-patch searching unit 230 to the enlarged image, which is the low-frequency image of the enhancement layer, Can be generated.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 선명화부를 나타내는 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating a sharpening unit of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선명화부(120)는 향상 영상 분할부(310) 및 선명화부(320)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the sharpening unit 120 according to an embodiment of the present invention may include an enhanced image dividing unit 310 and a sharpening unit 320.

향상 영상 분할부(310)는 향상 계층의 고주파수 영상의 곡률 차이(difference curvature)를 기초로 향상 계층의 고주파수 영상을 복수의 영역으로 분할할 수 있다. The enhanced image segmentation unit 310 may divide the high frequency image of the enhancement layer into a plurality of regions based on a difference curvature of the high frequency image of the enhancement layer.

예를 들어, 향상 영상 분할부(310)는 수학식 1을 이용하여 향상 계층의 고주파수 영상을 분할할 수 있다.For example, the enhanced image segmentation unit 310 may divide the high-frequency image of the enhancement layer using Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

이때,

Figure pat00002
는 향상 계층의 고주파수 영상의 수평 방향으로의 1차 미분 값이고,
Figure pat00003
는 향상 계층의 고주파수 영상의 수직 방향으로의 1차 미분 값일 수 있다. 또한,
Figure pat00004
는 향상 계층의 고주파수 영상의 수평 방향으로의 2차 미분 값이고,
Figure pat00005
는 향상 계층의 고주파수 영상의 수직 방향으로의 2차 미분 값일 수 있다. 그리고,
Figure pat00006
는 수평 및 수직 방향으로의 2차 미분 값일 수 있다.At this time,
Figure pat00002
Is a first-order differential value in the horizontal direction of the high-frequency image of the enhancement layer,
Figure pat00003
May be a first-order differential value in the vertical direction of the high-frequency image of the enhancement layer. Also,
Figure pat00004
Is a second-order differential value in the horizontal direction of the high-frequency image of the enhancement layer,
Figure pat00005
May be a second-order differential value in the vertical direction of the high-frequency image of the enhancement layer. And,
Figure pat00006
May be a second derivative value in the horizontal and vertical directions.

따라서,

Figure pat00007
은 편향치 방향으로의 2차 미분 값이고,
Figure pat00008
은 편향치 수직 방향으로의 2차 미분 값일 수 있다.therefore,
Figure pat00007
Is a second-order differential value in the direction of the deflection value,
Figure pat00008
May be a second derivative value in the vertical direction of the deflection value.

이때, 향상 영상 분할부(310)는 향상 계층의 고주파수 영상에서

Figure pat00009
과
Figure pat00010
이 모두 임계값 보다 큰 픽셀을 텍스쳐 영역으로 판별하여 분할할 수 있다. 또한, 향상 영상 분할부(310)는 향상 계층의 고주파수 영상에서
Figure pat00011
이 임계값 보다 크고
Figure pat00012
이 임계값 보다 작은 픽셀을 엣지 영역으로 판별하여 분할할 수 있다. 그리고, 향상 영상 분할부(310)는 향상 계층의 고주파수 영상에서
Figure pat00013
이 임계값 보다 작은 픽셀을 플랫 영역으로 판별하여 분할할 수 있다.At this time, the enhanced image divider 310 divides the high-
Figure pat00009
and
Figure pat00010
Pixels larger than the threshold value can be discriminated as a texture area and divided. In addition, the enhanced image segmentation unit 310 separates the high-
Figure pat00011
Is greater than the threshold
Figure pat00012
A pixel smaller than this threshold value can be discriminated as an edge region and divided. The enhanced image divider 310 divides the high frequency image of the enhancement layer
Figure pat00013
A pixel smaller than this threshold value can be discriminated as a flat region and divided.

이때, 텍스쳐 영역, 엣지 영역 및 플랫 영역은 화소 단위로 분할된 영역이지만, 화소 단위로 분할된 영상을 선명화하는 경우, 자연스럽지 않게 선명화될 가능성이 있다. 따라서, 향상 영상 분할부(310)는 텍스쳐 영역, 엣지 영역 및 플랫 영역을 침식 및 팽창하여 선명화부(320)가 선명화할 영역들을 생성할 수도 있다.At this time, the texture area, the edge area, and the flat area are areas divided in pixel units. However, in the case of sharpening an image segmented on a pixel basis, there is a possibility that the texture area, the edge area and the flat area are sharpened unnaturally. Therefore, the enhanced image segmentation unit 310 may erode and expand the texture region, the edge region, and the flat region to generate sharpening regions by the sharpening unit 320.

선명화부(320)는 향상 영상 분할부(310)가 분할한 향상 계층의 고주파수 영상의 영역 별로 서로 다른 선명화 계수를 적용하여 선명화할 수 있다.The sharpening unit 320 may sharpen different sharpening coefficients according to areas of the high frequency image of the enhancement layer divided by the enhanced image dividing unit 310. [

이때, 향상 영상 분할부(310)가 분할한 향상 계층의 고주파수 영상의 영역들 각각에 최적화된 선명화 계수는 주관적 화질 평가에 기초하여 결정될 수 있다.At this time, the sharpening coefficient optimized for each of the regions of the high-frequency image of the enhancement layer divided by the enhanced image segmentation unit 310 can be determined based on the subjective image quality evaluation.

주관적 화질 평가 방법은 모든 영역에 일정한 선명화 계수를 적용한 원본 영상과 서로 다른 선명화 계수를 적용한 비교 영상들을 사용자가 비교하며 향상 영상 분할부(310)가 분할한 향상 계층의 고주파수 영상의 영역들 별로 사용자가 화질의 열화를 감지한 비교 영상에 적용한 선명화 계수를 식별하여 평가할 수 있다. 이때, 비교 영상은 적용한 선명화 계수의 값이 적은 비교 영상부터 선명화 계수의 값이 큰 비교 영상의 순서로 사용자에게 제공할 수 있다.The subjective image quality evaluation method compares the original image obtained by applying a certain sharpening coefficient to all the regions and the comparison images using different sharpening coefficients, and the comparison image is divided into regions of the high-frequency image of the enhancement layer divided by the enhanced image segmentation unit 310 The user can identify and evaluate the sharpening coefficient applied to the comparative image in which the deterioration of the image quality is detected. At this time, the comparison image can be provided to the user in the order of the comparison image having a small value of the applied sharpening coefficient and the comparison image having a large value of the sharpening coefficient.

주관적 화질 평가 방법에 따르면, 텍스쳐 영역, 엣지 영역, 플랫 영역의 순서로 사용자가 화질 열화를 감지한 선명화 계수의 값이 클 수 있다. 즉, 텍스쳐 영역은 선명화 계수가 높아도 화질의 열화가 적으며, 플랫 영역은 선명화 계수의 증가에 따른 화질의 열화가 심할 수 있다.According to the subjective image quality evaluation method, the value of the sharpening factor in which the user perceives image deterioration in the order of the texture area, the edge area, and the flat area may be large. That is, even if the sharpening coefficient is high in the texture area, the deterioration of the image quality is small, and in the flat area, deterioration of the image quality due to the increase of the sharpening coefficient may be severe.

따라서, 선명화부(320)는 플랫 영역에는 엣지 영역 또는 텍스쳐 영역에 적용할 선명화 계수보다 낮은 선명화 계수를 적용하여 선명화할 수 있다. Therefore, the sharpening unit 320 can sharpen the flat region by applying a sharpening coefficient lower than the sharpening coefficient to be applied to the edge region or the texture region.

또한, 텍스쳐 영역은 높은 선명화 계수를 적용할 경우, 주관화질이 향상될 수도 있다. 따라서, 선명화부(320)는 텍스쳐 영역에 플랫 영역 및 엣지 영역에 적용할 선명화 계수보다 높은 선명화 계수를 적용하여 선명화할 수 있다.Also, when the texture area is applied with a high sharpening factor, subjective image quality may be improved. Accordingly, the sharpening unit 320 can sharpen the texture region by applying a sharpening coefficient higher than the sharpening coefficient to be applied to the flat region and the edge region.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 향상 계층의 고주파수 영상 생성 과정을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a process of generating a high-frequency image of an enhancement layer according to an embodiment of the present invention.

입력 영상 분할부(210)는 저해상도인 입력 영상(410)을 저주파수 영상(420) 및 고주파수 영상(430)으로 분할할 수 있다. 이때, 입력 영상 분할부(210)는 입력 영상(410)에 가우시안 필터, 또는 스케일링을 이용하여 저주파수 영상(420)을 생성할 수 있다. 또한, 입력 영상 분할부(210)는 입력 영상(410)과 저주파수 영상(420) 간의 차이를 기초로 고주파수 영상(430)을 생성할 수 있다.The input image divider 210 can divide the low-resolution input image 410 into the low-frequency image 420 and the high-frequency image 430. At this time, the input image divider 210 can generate a low-frequency image 420 using a Gaussian filter or scaling on the input image 410. [ The input image divider 210 may generate the high frequency image 430 based on the difference between the input image 410 and the low frequency image 420.

다음으로, 확대 영상 생성부(220)는 입력 영상(410)을 선형 보간하여 확대 영상(440)을 생성할 수 있다. 이때, 확대 영상(440)은 향상 계층의 저주파수 영상일 수 있다. 또한, 확대 영상 생성부(220)는 확대 영상(440)을 패치 단위로 분할할 수 있다.Next, the enlarged image generation unit 220 may generate the enlarged image 440 by linearly interpolating the input image 410. [ At this time, the enlarged image 440 may be a low-frequency image of the enhancement layer. In addition, the enlarged image generation unit 220 may divide the enlarged image 440 into patches.

그 다음으로 유사 패치 검색부(230)는 저주파수 영상(420)의 패치 중에서 확대 영상(440)의 패치(441)와 가장 유사도가 높은 유사 패치(421)를 검색할 수 있다. The similar patch search unit 230 can search for the similar patch 421 having the highest degree of similarity to the patch 441 of the enlarged image 440 among the patches of the low frequency image 420.

다음으로 향상 계층 영상 생성부(240)는 고주파수 영상(430)의 패치 중에서 유사 패치(421)에 대응하는 대응 패치(431)를 이용하여 향상 계층의 고주파수 영상(450)을 생성할 수 있다. 구체적으로, 향상 계층 영상 생성부(240)는 대응 패치(431)을 복사하여 확대 영상(440)의 패치(441)의 위치에 매핑함으로써, 향상 계층의 고주파 영상(450)의 패치(451)를 생성할 수 있다. 그리고, 향상 계층 영상 생성부(240)는 패치(451)들을 결합하여 향상 계층의 고주파 영상(450)은 생성할 수 있다.The enhancement layer image generator 240 may generate the enhancement layer high frequency image 450 using the corresponding patch 431 corresponding to the similar patch 421 among the patches of the high frequency image 430. [ More specifically, the enhancement layer image generating unit 240 generates a patch 451 of the enhancement layer high-frequency image 450 by mapping the corresponding patch 431 to the position of the patch 441 of the enlarged image 440 Can be generated. The enhancement layer image generation unit 240 may combine the patches 451 to generate the enhancement layer high-frequency image 450.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.5 is a flowchart illustrating a method for generating a high-resolution image according to an exemplary embodiment of the present invention.

단계(510)에서 향상 계층 영상 생성부(110)는 입력 영상을 보간한 확대 영상, 입력 영상의 저주파수 영상 및 입력 영상의 고주파수 영상을 이용하여 향상 계층(enhancement layer) 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로 향상 계층 영상 생성부(110)는 입력 영상을 저주파수 영상과 고주파수 영상으로 분할하고, 입력 영상을 보간(interpolation)하여 확대 영상을 생성할 수 있다. 그리고, 향상 계층 영상 생성부(110)는 저주파수 영상의 패치 중에서 확대 영상의 패치와 유사도가 가장 높은 유사 패치를 검색할 수 있다. 다음으로, 향상 계층 영상 생성부(110)는 검색된 유사 패치에 대응하는 고주파수 영상의 패치를 향상 계층의 고주파수 영상으로 복사 및 매핑(mapping)하여 향상 계층의 고주파수 영상을 생성할 수 있다.In step 510, the enhancement layer image generator 110 may generate an enhancement layer image using the enlarged image obtained by interpolating the input image, the low-frequency image of the input image, and the high-frequency image of the input image. Specifically, the enhancement layer image generation unit 110 may divide the input image into a low-frequency image and a high-frequency image, and interpolate the input image to generate an enlarged image. The enhancement layer image generation unit 110 may search for a similar patch having the highest degree of similarity to the enlarged image patch among the low frequency image patches. Next, the enhancement layer image generation unit 110 may generate a high-frequency image of the enhancement layer by copying and mapping a patch of the high-frequency image corresponding to the retrieved similar patch to a high-frequency image of the enhancement layer.

단계(520)에서 선명화부(120)는 단계(510)에서 생성한 향상 계층의 고주파수 영상에 포함된 영역 별로 서로 다른 선명화 계수를 적용하여 선명화할 수 있다. 이때, 선명화부(120)는 향상 계층의 고주파수 영상의 곡률 차이(difference curvature)를 이용하여 향상 계층의 고주파수 영상의 영역을 분할할 수 있다. 그리고, 선명화부(120)는 분할된 향상 계층의 고주파수 영상의 영역 별로 서로 다른 선명화 계수로 부스팅(boosting)하여 선명화할 수 있다.In operation 520, the sharpening unit 120 may apply different sharpening coefficients to each region included in the high-frequency image of the enhancement layer generated in operation 510, thereby sharpening the sharpening factor. At this time, the sharpening unit 120 may divide the high frequency image region of the enhancement layer using the difference curvature of the high frequency image of the enhancement layer. Then, the sharpening unit 120 can enhance the sharpness by boosting different sharpening coefficients for each region of the high-frequency image of the divided enhancement layer.

단계(530)에서 출력 영상 생성부(130)는 단계(520)에서 선명화한 향상 계층의 고주파수 영상과 단계(510)에서 분할한 입력 영상의 저주파수 영상을 융합하여 입력 영상보다 해상도가 높은 출력 영상을 생성할 수 있다.In step 530, the output image generating unit 130 fuses the high-frequency image of the enhancement layer sharpened in step 520 and the low-frequency image of the input image divided in step 510, Can be generated.

단계(540)에서 배경 투사부(140)는 단계(530)에서 생성한 출력 영상을 입력 영상으로 배경 투사할 수 있다. In step 540, the background projection unit 140 may project the output image generated in step 530 as an input image.

먼저, 배경 투사부(140)는 출력 영상의 향상 계층의 영상을 11x11 안티-앨리어스 필터링할 수 있다. 다음으로, 배경 투사부(140)는 필터링된 향상 계층의 영상을 보간하여 입력 영상의 크기로 투영할 수 있다. 그 다음으로, 배경 투사부(140)는 투영된 영상과 출력 영상 생성부(130)가 생성한 출력 영상 간의 차분 영상을 생성할 수 있다. 다음으로, 배경 투사부(140)는 상기 차분 영상을 출력 영상의 향상 계층의 영상으로 투영할 수 있다. 그 다음으로, 배경 투사부(140)는 향상 계층의 영상으로 투영된 영상을 3x3 가우시안 필터링할 수 있다. 마지막으로, 배경 투사부(140)는 가우시안 필터링된 영상을 입력 영상에 더하여 고해상도인 출력 영상을 저해상도인 입력 영상으로 배경 투사할 수 있다. First, the background projection unit 140 may perform 11x11 anti-aliasing filtering on the enhancement layer image of the output image. Next, the background projecting unit 140 may interpolate the image of the filtered enhancement layer and project it to the size of the input image. Next, the background projection unit 140 may generate a difference image between the projected image and the output image generated by the output image generation unit 130. [ Next, the background projecting unit 140 may project the difference image into an image of an enhancement layer of the output image. Next, the background projection unit 140 can perform 3x3 Gaussian filtering on the image projected into the image of the enhancement layer. Finally, the background projection unit 140 may add the Gaussian filtered image to the input image, and project the background image as a low-resolution input image into the high-resolution output image.

도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 방법의 향상 계층의 고주파수 영상 생성 과정을 나타내는 도면이다. 도 6에 포함된 단계(610) 내지 단계(640)는 도 5의 단계(510)에 포함될 수 있다.6 is a diagram illustrating a process of generating a high-frequency image of an enhancement layer of a high-resolution image generation method according to an embodiment of the present invention. Steps 610 to 640 included in FIG. 6 may be included in step 510 of FIG.

단계(610)에서 입력 영상 분할부(210)는 저해상도인 입력 영상을 임계값보다 주파수가 낮은 저주파수 영상 및 임계값보다 주파수가 높은 고주파수 영상으로 분할할 수 있다. 이때, 입력 영상 분할부(210)는 가우시안 필터, 또는 스케일링을 이용하여 입력 영상을 저주파수 영상과 고주파수 영상으로 분할할 수 있다. In step 610, the input image divider 210 may divide the low-resolution input image into a low-frequency image having a frequency lower than a threshold value and a high-frequency image having a frequency higher than a threshold value. At this time, the input image divider 210 may divide the input image into a low-frequency image and a high-frequency image using a Gaussian filter or scaling.

단계(620)에서 확대 영상 생성부(220)는 입력 영상을 선형 보간(interpolation)하여 확대 영상을 생성할 수 있다. 이때, 확대 영상 생성부(220)는 자기 유사성에 기반하여 고해상도 영상을 복원하는 선형 보간 방법을 사용하여 입력 영상을 선형 보간할 수 있다. In step 620, the enlarged image generation unit 220 may generate an enlarged image by linearly interpolating the input image. At this time, the enlarged image generation unit 220 may linearly interpolate the input image using a linear interpolation method for restoring a high-resolution image based on self-similarity.

단계(630)에서 유사 패치 검색부(230)는 단계(610)에서 분할한 저주파수 영상의 패치 중에서 단계(620)에서 생성한 확대 영상의 패치와 가장 유사도가 높은 유사 패치를 검색할 수 있다. In step 630, the similar-patch searching unit 230 may search for a similar patch having the highest degree of similarity to the patch of the enlarged image generated in step 620 among the patches of the low-frequency images divided in step 610.

단계(640)에서 향상 계층 영상 생성부(240)는 단계(610)에서 분할한 고주파수 영상의 패치 중에서 단계(630)에서 검색한 유사 패치에 대응하는 대응 패치를 이용하여 향상 계층의 고주파수 영상을 생성할 수 있다.In step 640, the enhancement layer image generating unit 240 generates a high-frequency image of the enhancement layer using the corresponding patch corresponding to the similar patch retrieved in step 630 among the patches of the high-frequency image divided in step 610 can do.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 영상 생성 방법의 선명화 과정을 나타내는 도면이다. 도 7에 포함된 단계(710) 내지 단계(720)는 도 5의 단계(520)에 포함될 수 있다.7 is a diagram illustrating a sharpening process of a high-resolution image generating method according to an embodiment of the present invention. Steps 710 to 720 included in FIG. 7 may be included in step 520 of FIG.

단계(710)에서 향상 영상 분할부(310)는 향상 계층의 고주파수 영상의 곡률 차이를 기초로 향상 계층의 고주파수 영상을 복수의 영역으로 분할할 수 있다. 예를 들어, 향상 영상 분할부(310)는 향상 계층의 고주파수 영상을 텍스쳐 영역, 엣지 영역 및 플랫 영역으로 분할할 수 있다.In step 710, the enhanced image segmentation unit 310 may divide the high-frequency image of the enhancement layer into a plurality of regions based on the difference in curvature of the high-frequency image of the enhancement layer. For example, the enhanced image segmentation unit 310 may divide the high-frequency image of the enhancement layer into a texture region, an edge region, and a flat region.

단계(720)에서 선명화부(320)는 단계(710)에서 분할한 향상 계층의 고주파수 영상의 영역 별로 서로 다른 선명화 계수를 적용하여 선명화할 수 있다. 이때, 선명화부(320)는 플랫 영역에는 엣지 영역 또는 텍스쳐 영역에 적용할 선명화 계수보다 낮은 선명화 계수를 적용하여 선명화할 수 있다. In step 720, the sharpening unit 320 may sharpen different sharpening coefficients according to areas of the high-frequency image of the enhancement layer divided in step 710. [ At this time, the sharpening unit 320 can sharpen the flat region by applying a sharpening coefficient lower than the sharpening coefficient to be applied to the edge region or the texture region.

또한, 텍스쳐 영역은 높은 선명화 계수를 적용할 경우, 주관화질이 향상될 수도 있다. 따라서, 선명화부(320)는 텍스쳐 영역에 플랫 영역 및 엣지 영역에 적용할 선명화 계수보다 높은 선명화 계수를 적용하여 선명화할 수 있다.Also, when the texture area is applied with a high sharpening factor, subjective image quality may be improved. Accordingly, the sharpening unit 320 can sharpen the texture region by applying a sharpening coefficient higher than the sharpening coefficient to be applied to the flat region and the edge region.

본 발명은 향상 계층의 고주파수 영상을 영역별로 서로 다른 선명화 계수로 선명화함으로써, 고해상도 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.The present invention can enhance the image quality of a high-resolution image by sharpening the high-frequency image of the enhancement layer into different sharpening coefficients for each region.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

100: 고해상도 영상 생성 장치
110: 향상 계층 영상 생성부
120: 선명화부
130: 출력 영상 생성부
140: 배경 투사부100: High resolution image generation device
110: Enhanced layer image generating unit
120: Sharpener
130: output image generating unit
140: background projection part

Claims (1)

저해상도 입력 영상을 보간한 확대 영상, 상기 입력 영상의 저주파수 영상 및 상기 저주파수 영상보다 높은 주파수들로 구성된 상기 입력 영상의 고주파수 영상을 이용하여 향상 계층의 고주파수 영상을 생성하는 단계;
상기 향상 계층의 고주파수 영상에 포함된 영역 별로 서로 다른 선명화 계수를 적용하여 선명화하는 단계; 및
선명화한 향상 계층의 고주파수 영상과 상기 저주파수 영상을 융합하여 고해상도 출력 영상을 생성하는 단계
를 포함하는 고해상도 영상 생성 방법.
Generating a high-frequency image of an enhancement layer using an enlarged image obtained by interpolating a low-resolution input image, a low-frequency image of the input image, and a high-frequency image of the input image composed of frequencies higher than the low-frequency image;
Performing sharpening by applying different sharpening coefficients for each region included in the high frequency image of the enhancement layer; And
Generating a high-resolution output image by fusing the high-frequency image and the low-frequency image of the sharpened enhancement layer;
And generating a high-resolution image.
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