KR20180097342A - Method and apparatus for sharpening super resolution image with minimum image artifacts - Google Patents

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이주영
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김종호
김휘용
임성창
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한국전자통신연구원
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Abstract

An image sharpening method and apparatus capable of reducing calculation while improving a subjective image quality to an original image quality are disclosed. A method for reconstructing a super-resolution image according to an aspect of the present invention comprises a step of dividing an input image into a low-frequency image having an input resolution and a high-frequency image having an input resolution, a step of generating a low-frequency image of a high-rank resolution from the input image; a step of reconstructing a high-frequency image of a high-rank resolution using the low-frequency image of the input resolution, the high-frequency image of the input resolution, and the low-frequency image of the high-rank resolution; and a step of generating a reconstructed image of an high-rank resolution using the low-frequency image of the high-rank resolution and the high-frequency image of the high-rank resolution.

Description

영상 아티팩트를 최소화하는 초해상도 영상 선명화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SHARPENING SUPER RESOLUTION IMAGE WITH MINIMUM IMAGE ARTIFACTS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and an apparatus for sharpening an image with minimal image artifacts,

본 개시는 초해상도 영상 복원 기법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초해상도 영상의 선명화 방법 및 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a super resolution image restoration technique, and more particularly, to a method and apparatus for sharpening a super resolution image.

최근 다양한 TV 제조사에서 HDTV의 4배 해상도를 가지는 UHD(Ultra High Definition) TV를 출시함에 따라, UHD 서비스에 대한 관심이 증대되고 있다. 하지만 이에 비해 UHD 콘텐츠는 아직 부족한 수준으로, 성공적인 UHD 방송 서비스를 위해 UHD 콘텐츠 확보가 중요한 사안이 되고 있다. 이에 따라 기 존재하는 콘텐츠를 고품질의 UHD 콘텐츠로 변환할 수 있는 초해상도 영상 복원 알고리즘이 모바일 단말 및 TV의 핵심 기술로 주목을 받고 있다.Recently, various TV manufacturers have launched UHD (Ultra High Definition) TV with 4 times higher resolution of HDTV, so interest in UHD service is increasing. However, UHD contents are still insufficient, and UHD contents are important for successful UHD broadcasting service. Accordingly, a super resolution image restoration algorithm capable of converting existing contents into high quality UHD contents is receiving attention as a core technology of a mobile terminal and a TV.

초해상도 영상 복원을 위해 여러 장의 저해상도 이미지와 카메라 모델링을 이용하여 고해상도 이미지를 예측하고 그 오류를 최소화시키는 복원 기반(reconstruction-based) 기술, 여러 영상에서의 트레이닝(training)을 통해 저해상도, 고해상도 패치 쌍을 구성하여 저장하고 그를 이용하여 영상을 복원하는 예제 기반(example-based reconstruction) 기술 등을 사용할 수 있다. 특히, 예제 기반 기술 중 자기 유사도 기반 초해상도 기법은 막대한 양의 외부 정보를 필요로 하지 않으며, 입력 영상의 자기 유사 영역의 정보를 이용하여 효율적으로 고해상도 영상을 복원하기 때문에 각광받고 있다. Reconstruction-based technology that predicts and minimizes errors by using multiple low-resolution images and camera modeling to reconstruct super-resolution images, and low-resolution, high-resolution patch pairs And an example-based reconstruction technique for reconstructing an image using the reconstructed image. In particular, the self-similarity-based super resolution technique of the example-based technique does not require a huge amount of external information, and is getting a lot of attention because it restores a high-resolution image efficiently using the information of the self-similar region of the input image.

상기의 초해상도 영상 복원 방법들은 바이리니어(Bilinear) 혹은 바이큐빅(Bicubic) 등의 종래의 영상 보간(interpolation) 방법 대비 선명한 영상을 생성할 수 있다. 그러나, 처음부터 고해상도로 획득된 영상과 비교하면, 영상의 선명도가 부족한 수준이다. 이를 보완하기 위해 초해상도 영상 복원을 통해 얻은 정보를 활용하여 영상을 추가적으로 선명화(sharpening)시키는 방안이 요구되고 있다. 또한, 주관적 화질을 저하시키는 아티팩트 발생을 최소화할 수 있는 개선책이 요구되고 있다.The above-mentioned super-resolution image restoration methods can generate a sharp image compared to a conventional interpolation method such as bilinear or bicubic. However, when compared with the image obtained from the beginning with high resolution, the sharpness of the image is insufficient. In order to compensate for this problem, it is required to further sharpen the image using information obtained from super resolution image restoration. In addition, there is a need for an improvement measure that can minimize the occurrence of artifacts that deteriorate the subjective image quality.

본 개시의 기술적 과제는 주관적 화질을 원본 영상 수준으로 향상시킬 수 있는 영상 선명화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image sharpening method and apparatus capable of improving the subjective image quality to the original image level.

본 개시의 다른 기술적 과제는 영상 아티팩트 발생을 최소화할 수 있는 영상 선명화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an image sharpening method and apparatus capable of minimizing the occurrence of image artifacts.

본 개시의 또 다른 기술적 과제는 영상의 보간에 필요한 연산량을 최소화할 수 있는 초해상도 영상 선명화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a super-resolution image sharpening method and apparatus capable of minimizing the amount of calculation required for interpolation of an image.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects to be achieved by the present disclosure are not limited to the above-mentioned technical subjects, and other technical subjects which are not mentioned are to be clearly understood from the following description to those skilled in the art It will be possible.

본 개시의 일 양상에 따르면 초해상도 영상 복원 방법이 제공될 수 있다. 상기 방법은, 입력 영상을 입력 해상도의 저주파 영상과 입력 해상도의 고주파 영상으로 분할하는 단계; 상기 입력 영상으로부터 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 단계; 상기 입력 해상도의 저주파 영상, 상기 입력 해상도의 고주파 영상 및 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 이용하여 상위 해상도의 고주파 영상을 복원하는 단계; 및 상기 상위 해상도의 저주파 영상과 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 이용하여 상위 해상도의 복원 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present disclosure, a method for restoring a super-resolution image can be provided. The method includes: dividing an input image into a low-frequency image having an input resolution and a high-frequency image having an input resolution; Generating a low-resolution image of an upper resolution from the input image; Reconstructing a high-resolution high-frequency image using the low-frequency image having the input resolution, the high-frequency image having the input resolution, and the low-resolution image having the high resolution; And generating a reconstructed image having an upper resolution using the low-frequency image of the higher resolution and the high-frequency image of the higher resolution.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 입력 영상을 상기 입력 해상도의 저주파 영상과 상기 입력 해상도의 고주파 영상으로 분할하는 단계는, 상기 입력 영상에 로우 패스 필터를 적용하여 수행되고, 상기 로우 패스 필터는 가우시안 필터 또는 버터워스 필터일 수 있다.The step of dividing the input image into a low-frequency image of the input resolution and a high-frequency image of the input resolution may be performed by applying a low-pass filter to the input image, The pass filter may be a Gaussian filter or a Butterworth filter.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 입력 영상으로부터 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 단계는, 상기 상위 해상도에 기초하여, 상기 입력 영상을 보간하는 단계를 포함하고, 상기 보간은 바이리니어 보간, 바이큐빅 보간 또는 란초스 보간일 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, the step of generating the low resolution image of the higher resolution from the input image may include interpolating the input image based on the higher resolution, Linear interpolation, bicubic interpolation, or lanth-order interpolation.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 입력 해상도의 저주파 영상, 상기 입력 해상도의 고주파 영상 및 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 이용하여 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 복원하는 단계는, 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 하나 이상의 패치로 분할하는 단계; 상기 패치와 유사한 유사 패치를 상기 입력 해상도의 저주파 영상에서 검색하는 단계; 상기 검색된 유사 패치에 상응하는 고주파 패치를 상기 입력 해상도의 고주파 영상에서 특정하는 단계; 및 상기 특정된 고주파 패치를 이용하여 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 복원하는 단계를 포함할 수 있다.In the method of restoring super resolution image according to the present disclosure, restoring the high resolution image using the low resolution image having the input resolution, the high resolution image having the input resolution, and the low resolution image having the high resolution, Dividing the low-frequency image of the image into one or more patches; Retrieving a similar patch similar to the patch from low frequency images of the input resolution; Identifying a high frequency patch corresponding to the retrieved similar patch from a high frequency image of the input resolution; And reconstructing the high-resolution high-frequency image using the specified high-frequency patch.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 검색된 유사 패치에 상응하는 상기 고주파 패치는, 상기 검색된 유사 패치와 동일한 좌표를 갖는 상기 입력 해상도의 고주파 영상 내의 패치일 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, the high frequency patch corresponding to the retrieved similar patch may be a patch in the high frequency image of the input resolution having the same coordinates as the retrieved similar patch.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 검색된 유사 패치가 둘 이상인 경우, 상기 둘 이상의 유사 패치의 각각은 유사도 정보를 갖고, 상기 둘 이상의 유사 패치의 각각에 상응하는 둘 이상의 상기 고주파 패치에 상기 유사도 정보에 기반한 가중치를 적용하여 조합한 것을 상기 특정된 고주파 패치로 결정할 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, when two or more similar patches are searched, each of the two or more similar patches has similarity information, and the two or more similar patches corresponding to each of the two or more similar patches It is possible to determine the combined high frequency patch by applying the weight based on the similarity information.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 초해상도 영상 복원 방법은, 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 증폭시키는 단계를 더 포함하고, 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 증폭시키는 단계는, 상기 상위 해상도의 복원 영상에 포함된 하나 이상의 영상 영역의 종류를 판별하는 단계; 상기 판별된 영상 영역의 종류에 기초하여, 고주파 증폭 계수 맵을 생성하는 단계; 및 상기 고주파 증폭 계수 맵을 이용하여 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 증폭시키는 단계를 포함하고, 상기 상위 해상도의 저주파 영상과 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 이용하여 상기 상위 해상도의 복원 영상을 생성하는 단계는, 상기 상위 해상도의 고주파 영상 대신에 상기 증폭된 상위 해상도의 고주파 영상을 이용할 수 있다.The super resolution image reconstruction method according to the present disclosure may further include amplifying the high resolution image having the higher resolution, wherein the step of amplifying the high resolution image having the higher resolution comprises: Determining a type of at least one image area included in the restored image of the image; Generating a high frequency amplification coefficient map based on the discriminated type of the image region; And amplifying the high-resolution high-frequency image using the high-frequency amplification coefficient map, wherein the step of generating the reconstructed image having the higher resolution using the high-resolution low-frequency image and the high-resolution high- , The amplified upper-resolution high-frequency image may be used instead of the higher-resolution high-frequency image.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 영상 영역의 종류는 평탄 영역, 엣지 영역 또는 텍스쳐 영역을 포함하고, 상기 고주파 증폭 계수 맵을 생성하는 단계는, 상기 엣지 영역에 대한 증폭 계수가 상기 평탄 영역 또는 상기 텍스쳐 영역에 대한 증폭 계수보다 크게 설정되도록 생성할 수 있다.In the method for reconstructing a super-resolution image according to the present disclosure, the type of the image region includes a flat region, an edge region, or a texture region, and the step of generating the high- Flatness region or the amplification factor for the texture region.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 초해상도 영상 복원 방법은, 배경 투사 과정을 더 포함하고, 상기 배경 투사 과정은, 상기 상위 해상도의 복원 영상으로부터 입력 해상도의 복원 영상을 생성하는 단계; 상기 입력 해상도의 복원 영상과 상기 입력 영상과의 차분 영상을 생성하는 단계; 상기 차분 영상으로부터 상위 해상도의 차분 영상을 생성하는 단계; 및 상기 상위 해상도의 차분 영상을 상기 상위 해상도의 복원 영상에 적용하여 상위 해상도의 최종 복원 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The super resolution image restoration method according to the present disclosure may further include a background projection process and the background projection process may include generating a restored image of the input resolution from the restored image of the higher resolution, ; Generating a difference image between the reconstructed image of the input resolution and the input image; Generating a difference image of an upper resolution from the difference image; And generating a final reconstructed image having an upper resolution by applying the difference image having the higher resolution to the reconstructed image having the higher resolution.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 상위 해상도의 복원 영상으로부터 상기 입력 해상도의 복원 영상을 생성하는 단계는, 상기 상위 해상도의 복원 영상을 입력 해상도로 다운샘플링하여 상기 입력 해상도의 복원 영상을 생성할 수 있다.The generating of the reconstructed image having the input resolution from the reconstructed image having the higher resolution may include downsampling the reconstructed image having the higher resolution to the input resolution to reconstruct the reconstructed image having the input resolution, Can be generated.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 차분 영상으로부터 상기 상위 해상도의 차분 영상을 생성하는 단계는, 상기 차분 영상을 상위 해상도로 업샘플링하여 상기 상위 해상도의 차분 영상을 생성할 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, the step of generating the difference image of the higher resolution from the difference image may generate the difference image of the higher resolution by upsampling the difference image to an upper resolution.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 배경 투사 과정의 출력인 상기 상위 해상도의 최종 복원 영상을 상기 배경 투사 과정의 입력인 상기 상위 해상도의 복원 영상으로 다시 입력하여, 상기 배경 투사 과정을 2회 이상 수행할 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, the final reconstruction image of the higher resolution, which is the output of the background projection process, is input again as the reconstruction image of the higher resolution which is the input of the background projection process, More than two times can be performed.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 바이큐빅 보간은, NxN (N은 2이상 정수) 크기의 블록인 참조 영역 내의 복수의 픽셀들을, N개의 픽셀들을 포함하는 N개의 그룹으로 그룹핑하는 단계; 상기 N개의 그룹 각각에 대해 1차 보간을 수행하는 단계; 및 상기 N개의 그룹 각각에 대한 1차 보간 결과를 이용하여 2차 보간을 수행함으로써 하나의 결과 픽셀값을 유도하는 단계를 포함하고, 상기 그룹핑 단계는, 참조 영역 내의 복수의 픽셀들 중 동일 열 또는 동일 행에 속하는 N개의 픽셀들을 동일 그룹으로 그룹핑할 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, the bicubic interpolation is performed by grouping a plurality of pixels in a reference area, which is a block of NxN (N is an integer equal to or greater than 2), into N groups including N pixels step; Performing a first order interpolation for each of the N groups; And deriving a resultant pixel value by performing a second-order interpolation using a result of the first-order interpolation for each of the N groups, wherein the grouping step comprises: The N pixels belonging to the same row can be grouped into the same group.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 하나의 결과 픽셀값을 유도하기 위한 상기 참조 영역이, 다른 결과 픽셀값을 유도하기 위한 다른 참조 영역과 중첩되는 경우, 상기 중첩되는 부분에 포함되는 그룹에 대한 상기 1차 보간 결과는, 상기 다른 결과 픽셀값을 유도하기 위한 1차 보간 결과로 재사용될 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, when the reference area for deriving the one result pixel value overlaps with another reference area for deriving another result pixel value, The result of the primary interpolation for the group may be re-used as a result of the primary interpolation to derive the other resulting pixel value.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 1차 보간을 수행하는 단계는, 큐빅 스플라인 함수를 이용하여 수행되고, 상기 큐빅 스플라인 함수의 연속성을 결정하는 장력 계수는, 상기 입력 영상의 공간적 복잡도에 따라 적응적으로 조정될 수 있다.In the method of restoring super resolution images according to the present disclosure, the step of performing the first-order interpolation is performed using a cubic spline function, and the tension coefficient determining the continuity of the cubic spline function is determined by a spatial complexity Can be adaptively adjusted.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 입력 영상의 공간적 복잡도가 낮을수록 상기 장력 계수를 크게 조정할 수 있다.In the method of restoring a super-resolution image according to the present disclosure, the tension coefficient can be largely adjusted as the spatial complexity of the input image is lower.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 입력 영상의 공간적 복잡도는, 상기 입력 영상에 포함되는 평탄 영역의 비율이 소정의 임계치를 초과하는지 여부에 기초하여 결정될 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, the spatial complexity of the input image may be determined based on whether a ratio of the flat area included in the input image exceeds a predetermined threshold value.

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 차분 영상 또는 상기 상위 해상도의 차분 영상의 특성에 기초하여, 상기 입력 영상으로부터 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 단계에 사용되는 보간 파라미터를 적응적으로 조정할 수 있다.In the super-resolution image restoration method according to the present disclosure, an interpolation parameter used in the step of generating the low-resolution image of the higher resolution from the input image is adaptively determined based on characteristics of the difference image or the difference image of the higher resolution .

본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 방법에 있어서, 상기 차분 영상 또는 상기 상위 해상도의 차분 영상의 특성은, 상기 차분 영상 또는 상기 상위 해상도의 차분 영상이 포함하는 라인 아티팩트에 대한 통계적 특성이며, 상기 입력 영상으로부터 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 단계에 사용되는 상기 보간 파라미터는, 큐빅 스플라인 함수의 연속성을 결정하는 장력 계수일 수 있다.In the super resolution image restoration method according to the present disclosure, the characteristic of the difference image or the difference image of the higher resolution is a statistical characteristic of a line artifact included in the difference image or the difference image of the higher resolution, The interpolation parameter used in the step of generating the low-resolution image of the higher resolution may be a tension coefficient determining the continuity of the cubic spline function.

본 개시의 다른 양상에 따르면 초해상도 영상 복원 장치가 제공될 수 있다. 상기 장치는, 입력 영상을 입력 해상도의 저주파 영상과 입력 해상도의 고주파 영상으로 분할하는 주파수 영역 분할부; 상기 입력 영상으로부터 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 해상도 향상부; 상기 입력 해상도의 저주파 영상, 상기 입력 해상도의 고주파 영상 및 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 이용하여 상위 해상도의 고주파 영상을 복원하는 고주파 신호 복원부; 및 상기 상위 해상도의 저주파 영상과 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 이용하여 상위 해상도의 복원 영상을 생성하는 주파수 영역 융합부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, a super-resolution image restoration apparatus can be provided. The apparatus includes a frequency domain division unit that divides an input image into a low-frequency image having an input resolution and a high-frequency image having an input resolution; A resolution enhancement unit for generating a low-resolution image of an upper resolution from the input image; A high frequency signal reconstruction unit for reconstructing a high-resolution high-frequency image using the low-frequency image having the input resolution, the high-frequency image having the input resolution, and the low-resolution image having the high resolution; And a frequency domain fusion unit for generating a reconstructed image of an upper resolution using the high-resolution low-frequency image and the high-resolution high-frequency image.

본 개시에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 개시의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다.The features briefly summarized above for this disclosure are only exemplary aspects of the detailed description of the disclosure which follow, and are not intended to limit the scope of the disclosure.

본 개시에 따르면, 주관적 화질을 원본 영상 수준으로 향상시킬 수 있는 영상 선명화 방법 및 장치가 제공될 수 있다.According to the present disclosure, an image sharpening method and apparatus capable of improving the subjective image quality to the original image level can be provided.

또한, 본 개시에 따르면, 영상 아티팩트 발생을 최소화할 수 있는 영상 선명화 방법 및 장치가 제공될 수 있다.Further, according to the present disclosure, an image sharpening method and apparatus capable of minimizing image artifact generation can be provided.

또한, 본 개시에 따르면, 영상의 보간에 필요한 연산량을 최소화할 수 있는 초해상도 영상 선명화 방법 및 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to the present disclosure, a super-resolution image sharpening method and apparatus capable of minimizing the amount of calculation required for interpolation of an image can be provided.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable from the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below will be.

도 1은 본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 장치 및 방법의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 계층적 초해상도 영상 복원 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 엣지로 오판별된 영역으로 인해 발생하는 영상 아티팩트를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 해상도 향상부(120)의 구성을 예시적으로 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1의 배경 투사부(170)의 구성을 예시적으로 나타내는 블록도이다.
도 6은 영상 보간부(410, 520)에 각각 바이리니어, 바이큐빅 및 란초스 보간 방법을 적용하여 생성된 초해상도 영상을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 바이큐빅 보간 수행 시, 참조 범위(reference area)를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 큐빅 스플라인을 이용한 보간을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 장력 계수(

Figure pat00001
)에 따른 큐빅 스플라인 함수의 형태를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 장력 계수(
Figure pat00002
)에 따른 초해상도 영상 복원 결과를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 영상 아티팩트를 최소화하는 초해상도 선명화 방법의 또 다른 일 실시 예의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12는 도 11의 초해상도 영상 복원부(1110)의 구조를 예시적으로 나타내는 블록도이다.
도 13은 도 11의 배경 투사부(1120)의 구조를 예시적으로 나타내는 블록도이다.FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of an apparatus and method for restoring a super-resolution image according to the present disclosure.
FIG. 2 is a view for schematically explaining a hierarchical super-resolution image restoration method.
FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating image artifacts caused by regions determined to be edges.
4 is a block diagram exemplarily showing a configuration of the resolution enhancing unit 120 of FIG.
5 is a block diagram exemplarily showing a configuration of the background projection unit 170 of FIG.
6 is a diagram exemplarily showing a super resolution image generated by applying bilinear, bi-cubic, and lanchotz interpolation methods to the image interpolators 410 and 520, respectively.
FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating a reference area when carrying out bicubic interpolation. FIG.
8 is a diagram illustrating an example of interpolation using cubic splines.
Fig. 9 is a graph showing the relationship between the tensile coefficient
Figure pat00001
) Of a cubic spline function according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a relationship between the tensile coefficient
Figure pat00002
In FIG. 5). FIG.
11 is a block diagram showing a configuration of still another embodiment of a super resolution sharpening method for minimizing image artifacts.
12 is a block diagram exemplarily showing a structure of the super-resolution image restoration unit 1110 of FIG.
13 is a block diagram exemplarily showing a structure of the background projection unit 1120 of FIG.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art. However, the present disclosure may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 개시의 실시 예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present disclosure rather unclear. Parts not related to the description of the present disclosure in the drawings are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals.

본 개시에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present disclosure, when an element is referred to as being "connected", "coupled", or "connected" to another element, it is understood that not only a direct connection relationship but also an indirect connection relationship May also be included. Also, when an element is referred to as " comprising " or " having " another element, it is meant to include not only excluding another element but also another element .

본 개시에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 개시의 범위 내에서 일 실시 예에서의 제1 구성요소는 다른 실시 예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시 예에서의 제2 구성요소를 다른 실시 예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다. In the present disclosure, the terms first, second, etc. are used only for the purpose of distinguishing one element from another, and do not limit the order or importance of elements, etc. unless specifically stated otherwise. Thus, within the scope of this disclosure, a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment, and similarly a second component in one embodiment may be referred to as a first component .

본 개시에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함이며, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다. In the present disclosure, the components that are distinguished from each other are intended to clearly illustrate each feature and do not necessarily mean that components are separate. That is, a plurality of components may be integrated into one hardware or software unit, or a single component may be distributed into a plurality of hardware or software units. Thus, unless otherwise noted, such integrated or distributed embodiments are also included within the scope of this disclosure.

본 개시에 있어서, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들은 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시 예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다. In the present disclosure, the components described in the various embodiments are not necessarily essential components, and some may be optional components. Thus, embodiments consisting of a subset of the components described in one embodiment are also included within the scope of the present disclosure. Also, embodiments that include other elements in addition to the elements described in the various embodiments are also included in the scope of the present disclosure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들에 대해서 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 개시에 따른 초해상도 영상 복원 장치 및 방법의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 이하에서, 영상 복원 장치 및 방법은 영상 선명화 장치 및 방법과 같은 의미로 사용될 수 있다.FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of an apparatus and method for restoring a super-resolution image according to the present disclosure. Hereinafter, the image restoration apparatus and method may be used in the same manner as the image sharpening apparatus and method.

후술하는 실시 예에서는 도 1의 블록도와 같이 자기 유사성(self similarity)을 기반으로 하는 초해상도 영상 복원 과정의 예를 위주로 설명한다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되는 것은 아니고 다른 초해상도 영상 복원 방법 및 장치에도 적용될 수 있다. In the following embodiments, a description will be given mainly to an example of a super-resolution image restoration process based on self similarity as shown in the block diagram of FIG. However, the present disclosure is not limited thereto and can be applied to other super-resolution image restoration methods and apparatuses.

도 1을 참조하면, 초해상도 영상 복원 장치는 주파수 영역 분할부(110), 해상도 향상부(120), 유사패치 검색부(130), 고주파 패치 매핑부(140), 영상 영역 판별부(150), 주파수 영역 융합부(160) 및/또는 배경 투사부(170)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a super-resolution image restoration apparatus includes a frequency domain partitioning unit 110, a resolution enhancing unit 120, a similar patch searching unit 130, a high frequency patch mapping unit 140, an image region determining unit 150, A frequency-domain fusion unit 160, and / or a background projection unit 170. [

입력 영상은 주파수 영역 분할부(110)에서 저주파 영역 영상(L0)과 고주파 영역 영상(H0)으로 분할될 수 있다. 저주파 영역 영상(L0)은 입력 영상에 로우패스 필터(lowpass filter)를 적용하여 획득할 수 있다. 고주파 영역 영상(H0)은 입력 영상과 획득된 저주파 영역 영상(L0)의 차분을 이용해서 획득할 수 있다. 그럼으로써 입력 영상에 대한 주파수 영역별 분할이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 로우패스 필터는 가우시안(Gaussian) 필터, 버터워스(Butterworth) 필터 등을 포함할 수 있다.The input image may be divided into a low frequency region image L 0 and a high frequency region image H 0 in the frequency domain division unit 110. The low frequency region image L 0 can be obtained by applying a low pass filter to the input image. The high frequency region image H 0 can be obtained by using the difference between the input image and the obtained low frequency region image L 0 . Thus, frequency domain division of the input image can be achieved. For example, the low pass filter may include a Gaussian filter, a Butterworth filter, and the like.

자기 유사성을 이용한 영상 복원 방법은 저주파 영역 영상(L0)과 고주파 영역 영상(H0)을 함께 이용하여 영상을 복원할 수 있다. 따라서, 입력 영상에 대한 주파수 영역 분할이 필요하다.The image restoration method using self similarity can restore the image using both the low frequency region image (L 0 ) and the high frequency region image (H 0 ). Therefore, frequency domain segmentation is required for the input image.

해상도 향상부(120)는 입력 영상에 대해 업샘플링(upsampling)을 수행하여 입력 영상을 상위 해상도 영상으로 변환할 수 있다. 상위 해상도 영상이란 입력 영상보다 큰 해상도를 가지는 영상을 의미할 수 있다.The resolution enhancement unit 120 may perform an upsampling on the input image to convert the input image into an upper resolution image. The upper resolution image may mean an image having a resolution larger than that of the input image.

입력 영상을 업샘플링(upsampling)할 때에는 보간(interpolation) 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 보간 방법은 바이리니어 보간(bilinear interpolation), 바이큐빅 보간(bicubic interpolation), 란초스(Lanczos interpolation) 보간 등을 포함할 수 있다. 또는 그 이외의 방법을 이용할 수도 있다. 해상도 향상부(120)에서 업샘플링된 영상은 상위 해상도 영상의 저주파 영역 영상(L1)으로 이용될 수 있다.When upsampling an input image, an interpolation method can be used. For example, the interpolation method may include bilinear interpolation, bicubic interpolation, Lanczos interpolation interpolation, and the like. Alternatively, other methods may be used. The image up-sampled by the resolution enhancement unit 120 may be used as a low-frequency region image L 1 of an upper resolution image.

유사패치 검색부(130)는 해상도 향상부(120)에서 보간된 상위 해상도 영상(L1)을 패치 단위로 분할할 수 있다. 또한, 유사패치 검색부(130)는 상위 해상도 영상(L1)을 구성하는 각 패치에 대해 입력 영상의 저주파 영역 영상(L0)에서 유사패치를 검색할 수 있다. 여기서, 패치란 특정 크기를 가지는 픽셀들의 집합을 의미할 수 있다. 예컨대, 패치는 5x5 픽셀 사이즈를 갖는 영상의 조각을 의미할 수 있다.The similar patch search unit 130 may divide the interpolated upper resolution image L 1 by the resolution enhancement unit 120 in units of patches. The similar patch search unit 130 may search similar patches in the low frequency region image L 0 of the input image for each patch constituting the upper resolution image L 1 . Here, a patch may mean a set of pixels having a specific size. For example, a patch may mean a piece of video having a 5x5 pixel size.

유사패치 검색을 위해서는 인텐시티(intensity) 기반 유사도 측정, 시각인지 특성을 반영한 유사도 측정, 그리고 이미지 내의 물체의 특징을 비교하는 특징(feature) 기반 유사도 측정 등을 이용할 수 있다. For similar patch search, we can use intensity based similarity measure, similarity measure reflecting visual perception characteristics, and feature based similarity measure comparing object features in image.

유사패치 검색을 통해, 입력 영상의 저주파 영역 영상(L0)에서 하나 이상의 유사패치를 검색할 수 있다. Through the similar patch search, one or more similar patches can be retrieved from the low frequency region image L 0 of the input image.

고주파 패치 매핑부(140)는 검색된 최적의 유사패치에 상응하는 패치를 입력 영상의 고주파 영역 영상(H0)에서 결정할 수 있다. 고주파 패치 매핑부(140)는 결정된 패치를 이용하여 상위 해상도의 고주파 영역 영상(H1)을 복원할 수 있다. 여기서, 상응이란 동일한 좌표를 가짐을 의미할 수 있다.The high frequency patch mapping unit 140 can determine a patch corresponding to the searched optimal similar patch from the high frequency region image H 0 of the input image. The high-frequency patch mapping unit 140 can restore the high-resolution region image H 1 of an upper resolution using the determined patches. Here, the correspondence may mean that they have the same coordinates.

유사패치 검색부(130)가 하나의 유사패치를 검색한 경우, 고주파 패치 매핑부(140)는 검색된 하나의 유사패치에 상응하는 고주파 영상 패치를 이용할 수 있다. 유사패치 검색부(130)가 복수의 유사패치를 검색한 경우, 복수의 유사패치의 각각에 대한 유사도 정보가 주어질 수 있다. 이 경우, 고주파 패치 매핑부(140)는 복수의 상응하는 고주파 영상 패치에 유사도에 기반한 가중치를 적용할 수 있다. 가중치가 적용된 고주파 영상 패치를 이용하여, 예컨대, 조합하여, 상위 해상도의 고주파 영역 영상(H1)을 복원할 수 있다.When the similar-patch searching unit 130 searches for a similar patch, the high-frequency patch mapping unit 140 may use a high-frequency image patch corresponding to one similar patch searched for. When the similar patch search unit 130 searches for a plurality of similar patches, similarity information for each of a plurality of similar patches may be given. In this case, the high frequency patch mapping unit 140 may apply a weight based on the degree of similarity to a plurality of corresponding high frequency image patches. It is possible to reconstruct the high-frequency region image H 1 of an upper resolution by combining, for example, using a weighted high-frequency image patch.

유사패치 검색부(130)에서 상위 해상도 영상(L1)을 패치 단위로 분할할 때, 둘 이상의 패치가 중첩되도록 패치를 분할할 수 있다. 패치가 중첩되도록 분할되면, 이에 기초하여 복원된 상위 해상도의 고주파 영역 영상의 패치들 간에도 중첩된 영역이 존재할 수 있다. 이 경우 고주파 패치 매핑부(140)에서는 후처리 단계를 수행하여 중첩된 패치들을 조합함으로써 고해상도 영상(H1)을 복원할 수 있다. 예를 들어 후처리 단계에서는 패치들 간의 중첩되는 영역에 대해 유사도에 기반한 가중 평균값 처리를 수행할 수 있다.When the similar-patch searching unit 130 divides the upper resolution image L 1 into patch units, the patch may be divided so that two or more patches are overlapped. If the patches are divided so as to overlap, there may exist overlapped regions between the patches of the reconstructed high-resolution region image of high resolution. In this case, the high-frequency patch mapping unit 140 can restore the high-resolution image H 1 by performing the post-processing step and combining the overlapped patches. For example, in the post-processing step, a weighted average value processing based on the similarity can be performed for overlapping regions between patches.

주파수 영역 융합부(160)는 해상도 향상부(120)에서 보간된 상위 해상도 영상(L1)과 고주파 패치 매핑부(140)에서 복원한 상위 해상도 고주파 신호(H1)를 이용하여, 예컨대, 두 신호를 합하여, 복원 영상을 생성할 수 있다.The frequency domain fusion unit 160 uses the high resolution image signal L 1 interpolated by the resolution enhancement unit 120 and the high resolution high frequency signal H 1 reconstructed by the high frequency patch mapping unit 140, Signals can be summed to generate a reconstructed image.

주파수 영역 융합부(160)는 고주파 패치 매핑부(140)에서 생성된 고주파 신호(H1)를 그대로 이용하여 복원 영상을 생성할 수 있다. 또는, 주파수 영역 융합부(160)는 고주파 패치 매핑부(140)에서 생성된 고주파 신호(H1)를 증폭시킨 신호(H1')를 이용하여 복원 영상을 생성할 수도 있다. 증폭된 고주파 신호(H1')를 이용하는 경우, 시각적으로 더 선명한 복원 영상을 생성할 수 있다.The frequency domain fusion unit 160 can generate a reconstructed image using the high frequency signal H 1 generated by the high frequency patch mapping unit 140 as it is. Alternatively, the frequency domain fusion unit 160 may generate a reconstructed image using the signal H 1 'obtained by amplifying the high-frequency signal H 1 generated by the high-frequency patch mapping unit 140. When the amplified high-frequency signal H 1 'is used, a reconstructed image that is visually clear can be generated.

일반적으로, 영상 내에는 평탄(flat), 엣지(edge), 텍스쳐(texture) 등의 서로 다른 특성을 갖는 영상 영역(image region)이 존재할 수 있다.Generally, an image region having different characteristics such as flat, edge, and texture may exist in an image.

고주파 패치 매핑부(140)에서 생성된 고주파 신호(H1)를 증폭시킬 때, 모든 영상 영역에 대하여 같은 증폭 계수를 적용하면 시각적으로 방해가 되는 영상 아티팩트가 발생할 수 있다. 이러한 영상 아티팩트는 특히 평탄 영상 영역(flat image region)에서 더 두드러지게 가시화될 수 있다. When amplifying the high-frequency signal H 1 generated by the high-frequency patch mapping unit 140, applying the same amplification factor to all the image regions may cause visual artifacts that are visually disturbed. Such image artifacts can be more visibly visualized, especially in the flat image region.

따라서, 영상 영역의 특성(flag, edge, texture 등)을 고려하여 적응적으로 고주파 신호를 증폭할 필요가 있다. 그럼으로써, 영상 아티팩트로 인한 화질 저하를 최소화시키면서 영상의 선명도를 향상시킬 수 있다.Therefore, it is necessary to adaptively amplify the high frequency signal in consideration of characteristics (flag, edge, texture, etc.) of the image region. Thus, the sharpness of the image can be improved while minimizing the deterioration of image quality due to image artifacts.

영상 영역 판별부(150)는 영상 영역의 특성에 따라 고주파 신호 증폭 계수를 적응적으로 적용하기 위하여, 영상 영역에 대한 판별을 수행할 수 있다. 영상 영역에 대한 판별은 해상도 향상부(120)에서 보간된 상위 해상도 영상(L1)과 고주파 패치 매핑부(140)에서 복원한 상위 해상도 고주파 신호(H1)를 더하여 생성된 영상에 대해 수행될 수 있다. 영상 영역 판별부(150)는 영상 영역을 판별한 후, 고주파 증폭 계수 맵(map)을 출력할 수 있다. 여기서, 고주파 증폭 계수 맵이란, 영상 영역을 그 특성에 따라 분류한 후, 각 영상 영역에 대한 증폭 계수를 할당한 맵을 의미할 수 있다. 영상 영역의 분류 및/또는 증폭 계수의 할당은 영상의 각 픽셀 별로 수행될 수도 있다.The video region determination unit 150 may perform the determination on the video region in order to adaptively apply the high frequency signal amplification coefficient according to the characteristics of the video region. The discrimination of the image region is performed on the image generated by adding the interpolated upper resolution image L 1 from the resolution enhancement unit 120 and the upper resolution high frequency signal H 1 restored by the high frequency patch mapping unit 140 . The image region determining unit 150 may output a high frequency amplification coefficient map after identifying the image region. Here, the high frequency amplification coefficient map may mean a map in which an image region is classified according to its characteristics, and then an amplification coefficient is assigned to each image region. The classification of the image region and / or the allocation of the amplification factor may be performed for each pixel of the image.

각 영상 영역에 대한 최적의 증폭 계수는 주관적 화질 평가에 기반하여 결정되거나 또는 인지화질 모델링에 기반한 알고리즘에 의해 결정될 수 있다.The optimal amplification factor for each image region may be determined based on a subjective image quality assessment or may be determined by an algorithm based on perceptual quality modeling.

주관적 화질 평가에 기반하여 증폭 계수를 결정할 경우, 실험 참가자들에게 영상의 영역별 증폭 계수 값을 조금씩 높여가며 영상을 시청하게 한 후, 실험 참가자가 해당 영상 영역에서 화질 열화를 감지하였을 때의 증폭 계수 값을 기록하는 식으로 실험을 진행할 수 있다.When the amplification factor is determined based on the subjective image quality evaluation, the amplification coefficient of the image area is gradually increased to allow the participants to view the image, and then the amplification factor when the participant detects the image quality deterioration in the relevant image area It is possible to proceed with the experiment by recording the value.

한 실험 예로, 실험 참가자 20명을 대상으로 4종의 UHD 해상도 동영상을 이용하여 실험을 수행한 결과, 평탄 영상 영역, 엣지 영상 영역, 텍스처 영상 영역에 각각 1.5, 2.0, 1.5의 증폭 계수가 결정되었다. 즉, 엣지 영역에서 인지적인 열화 없이 고주파 신호를 가장 크게 증폭할 수 있음을 확인할 수 있다.As a result, the amplification coefficients of 1.5, 2.0, and 1.5 were determined for the flat image area, the edge image area, and the texture image area, respectively, as a result of performing experiments using four UHD resolution videos of 20 experiment participants . That is, it can be confirmed that the high-frequency signal can be amplified most greatly without the perceptual deterioration in the edge region.

각 영역별 고주파 증폭 계수로서 상기의 실험 값을 이용할 수 있다. 또는, 응용 시나리오에 맞는 주관적 화질 평가를 개별적으로 수행하여 고주파 증폭 계수를 구할 수도 있다.The above experimental value can be used as the high frequency amplification factor for each region. Alternatively, a subjective image quality evaluation may be separately performed for an application scenario to obtain a high-frequency amplification coefficient.

이 경우, 실험 참가자 별로 인지 화질 특성이 다를 수 있다. 따라서, 충분히 많은 수의 실험 참가자들을 대상으로 실험을 수행하여 통계적 신뢰도를 확보할 수 있다.In this case, the perceived image quality characteristics may be different for each participant. Therefore, it is possible to obtain statistical reliability by conducting experiments with a sufficient number of experiment participants.

영상 영역 판별은 아래 수학식 1을 이용하여 수행될 수 있다.The image area discrimination can be performed using Equation (1) below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 수학식 1에서

Figure pat00005
란 영상 프레임 내 i번째 픽셀의 x축 방향 1차 그라디언트 값을 의미하고,
Figure pat00006
는 영상 프레임 내 i번째 픽셀의 y축 방향 1차 그라디언트 값을 의미한다. 상기 수학식 1에서
Figure pat00007
는 영상 프레임 내 i번째 픽셀의 x축 방향 2차 그라디언트 값을 의미하고,
Figure pat00008
는 영상 프레임 내 i번째 픽셀의 y축 방향 2차 그라디언트 값을 의미하며,
Figure pat00009
는 영상 프레임 내 i번째 픽셀의 x축 방향 1차 그라디언트 값에 y축 방향 1차 그라디언트를 적용한 것을 의미한다. In Equation (1)
Figure pat00005
Denotes a first-order gradient value of an i-th pixel in an image frame in the x-axis direction,
Figure pat00006
Denotes the y-axis direction primary gradient value of the i-th pixel in the image frame. In Equation (1)
Figure pat00007
Denotes a secondary gradient value in the x-axis direction of the i-th pixel in the image frame,
Figure pat00008
Means a secondary gradient value in the y-axis direction of the i-th pixel in the image frame,
Figure pat00009
Means that the first-order gradient in the y-axis is applied to the first-order gradient value in the x-axis direction of the i-th pixel in the image frame.

상기 수학식 1에서 N과 E는 영상 영역을 판별하기 실험적으로 구한 한계점(threshold)을 의미하고, IND는 함수 안의 부등식을 만족하는 경우에 대해서 1의 값을 출력하는 임펄스 함수(impulse function)를 의미한다.In Equation (1), N and E denote empirically determined thresholds for discriminating image regions, and IND denotes an impulse function for outputting a value of 1 when the inequality in the function is satisfied. do.

상기 수학식 1에 따라 픽셀 단위로 영상 영역을 판별 후, 판별 결과에 따라 영역 적응적 선명화를 수행하면, 인접한 프레임 간의 동일한 객체에 대해서 해당 객체를 구성하는 픽셀들의 영상 영역이 미묘하게 다르게 정의되어, 영상 플리커(flicker) 등의 시간적 아티팩트(temporal artifact)가 발생할 수 있다.When an image region is discriminated on a pixel-by-pixel basis according to Equation (1) and area adaptive sharpening is performed according to a discrimination result, an image region of pixels constituting the object is delicately defined differently for the same object between adjacent frames , Temporal artifacts such as image flicker may occur.

시간적 아티팩트의 발생을 완화하기 위해, 고주파 증폭 계수 맵에 침식(erosion) 및/또는 팽창(dilation) 등의 모폴로지(morphology) 필터를 적용함으로써, 인접한 프레임들 간의 영상 영역 정합성을 개선할 수 있다.In order to mitigate the occurrence of temporal artifacts, a morphology filter such as erosion and / or dilation may be applied to the high-frequency amplification coefficient map to improve the image domain matching between adjacent frames.

상기 생성된 고주파 증폭 계수 맵은 고주파 패치 매핑부(140)에서 생성된 고주파 신호(H1)에 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 고주파 증폭 계수 맵과 상기 생성된 고주파 신호(H1)를 곱함으로써, 영역 적응적으로 증폭된 고주파 신호(H1')를 생성할 수 있다. The generated high frequency amplification coefficient map may be applied to the high frequency signal H 1 generated by the high frequency patch mapping unit 140. For example, by multiplying the high-frequency amplification coefficient map by the generated high-frequency signal H 1 , the high-frequency signal H 1 'amplified region-adaptively can be generated.

주파수 영역 융합부(160)는 상기 영역 적응적으로 증폭된 고주파 신호(H1')와 해상도 향상부(120)에서 생성된 상위 해상도 영상(L1)을 이용하여 복원 영상을 생성할 수 있다. 예컨대, 증폭된 고주파 신호(H1')와 상위 해상도 영상(L1)을 더하여 복원 영상을 생성할 수 있다.The frequency domain fusion unit 160 may generate a reconstructed image using the region-adaptively amplified high frequency signal H1 'and the upper resolution image L 1 generated by the resolution enhancement unit 120. For example, the reconstructed image can be generated by adding the amplified high frequency signal H1 'and the upper resolution image L 1 .

배경 투사부(170)는 주파수 영역 융합부(160)에서 생성한 복원 영상과 입력 영상의 정합성을 보장할 수 있다. 이를 위해, 배경 투사부(170)는 복원 영상을 입력 영상의 해상도로 다운샘플링 한 후, 복원 영상과 입력 영상의 차분(residual)을 파악할 수 있다. 배경 투사부(170)는 상기 차분을 상위 해상도로 업스케일링하여 다시 복원 영상에 적용할 수 있다. 배경 투사부(170)가 수행하는 상기 과정은 배경 투사(backward projection) 과정이라 부를 수 있다. 경우에 따라 배경 투사는 반복적으로 여러 번 수행될 수 있다. 배경 투사가 수행된 초해상도 영상은 출력 영상으로서 출력될 수 있다.The background projection unit 170 can ensure consistency between the reconstructed image generated by the frequency domain fusion unit 160 and the input image. For this, the background projecting unit 170 may downsample the reconstructed image to the resolution of the input image, and then grasp the residual of the reconstructed image and the input image. The background projecting unit 170 can upscale the difference to an upper resolution and apply it to the restored image again. The process performed by the background projection unit 170 may be referred to as a backward projection process. In some cases, the background projection can be repeated several times. The super resolution image on which the background projection has been performed can be output as an output image.

도 2는 계층적 초해상도 영상 복원 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for schematically explaining a hierarchical super-resolution image restoration method.

도 1을 참조하여 설명된 상기 초해상도 영상 복원 방법은 계층적으로 반복 적용될 수 있다. 상기 초해상도 영상 복원 방법의 반복 적용을 통해, 입력 영상의 해상도를 단계적으로 높일 수 있다. 예를 들어, 입력 영상의 해상도를 1.25배 높이는 과정을 반복적(또는 재귀적)으로 3번 수행함으로써, 입력 영상의 해상도를 2배(1.25x1.25x1.25 ≒ 2)로 높일 수 있다. 해상도를 2배 높이는 경우와 비교하면, 해상도를 1.25배 높이는 경우의 해상도 간 패치들의 유사도가 더 높다. 따라서, 해상도를 2배 높이는 과정을 1번 수행하는 경우와 비교하면, 해상도를 1.25배 높이는 과정을 반복적으로 3번 수행하는 경우에 보다 정확하고 적절한 고주파 신호의 복원이 가능해진다. 따라서, 입력 영상의 해상도를 계층적으로 높이는 경우에, 주관적 화질이 보다 향상된 복원 영상을 생성할 수 있다.The super-resolution image restoration method described with reference to FIG. 1 can be repeatedly applied hierarchically. Through the repeated application of the super resolution image restoration method, the resolution of the input image can be increased step by step. For example, by increasing the resolution of the input image by 1.25 times, the resolution of the input image can be doubled (1.25x1.25x1.25? 2) by performing iteratively (or recursively) three times. Compared with the case where the resolution is doubled, the similarity between the resolutions is higher when the resolution is increased by 1.25 times. Therefore, as compared with the case of performing the process of doubling the resolution twice, it is possible to restore the high-frequency signal more accurately and accurately when the process of raising the resolution by 1.25 times is repeated three times. Therefore, when the resolution of the input image is hierarchically increased, it is possible to generate a restored image having a higher subjective image quality.

예를 들어, 초해상도 영상 복원의 대상이 되는 영상은 도 1에 도시된 초해상도 영상 복원 장치의 입력 영상이 될 수 있다. 상기 입력 영상에 대해, 도 1을 참조하여 설명된 초해상도 영상 복원 방법이 수행되어, 제1 단계의 상위 해상도 영상이 복원될 수 있다. 상기 제1 단계의 상위 해상도 영상은 도 1에 도시된 초해상도 영상 복원 장치에 다시 입력될 수 있다. 상기 제1 단계의 상위 해상도 영상에 대해, 도 1을 참조하여 설명된 초해상도 영상 복원 방법이 다시 수행되어, 제2 단계의 상위 해상도 영상이 복원될 수 있다. 상기 과정은 최종 출력 영상의 해상도가 목표 해상도에 도달할 때까지 계층적으로 반복 수행될 수 있다.For example, the image to be subjected to the super resolution image restoration can be the input image of the super resolution image restoration apparatus shown in FIG. The super resolution image reconstruction method described with reference to FIG. 1 is performed on the input image, so that the upper resolution image of the first stage can be reconstructed. The upper resolution image of the first stage may be input again to the super resolution image restoration apparatus shown in FIG. The super resolution image reconstruction method described with reference to FIG. 1 is performed again on the upper resolution image of the first stage, and the upper resolution image of the second stage can be reconstructed. The above process can be repeated hierarchically until the resolution of the final output image reaches the target resolution.

본 개시의 실시 예에 따른 초해상도 영상 복원 방법은 화질 열화가 최소화되는 범위 내에서 영역 적응적으로 고주파 신호를 증폭할 수 있다. 따라서, 고주파 신호의 복원력이 향상되어 영상이 더 선명하게 나타날 수 있다.The super resolution image reconstruction method according to the embodiment of the present disclosure can amplify a high frequency signal regionally adaptively within a range in which deterioration of image quality is minimized. Therefore, the restoring force of the high-frequency signal is improved and the image can be displayed more clearly.

그러나, 영상 영역 판별부(150)가 인지적인 관점과는 다르게 영상 영역을 판별하면, 영역 적응적 고주파 신호 증폭 과정을 통해 인지적으로 부자연스러운 영상이 생성될 수 있다.However, if the image region discriminator 150 discriminates the image region differently from the cognitive viewpoint, a cognitively unnatural image can be generated through the region-adaptive high-frequency signal amplification process.

예컨대, 상기 언급한 실험 참가자 20명을 대상으로 4종의 UHD 해상도 동영상을 이용하여 실험을 수행한 결과, 엣지 영상 영역에서의 증폭 계수가 평탄 혹은 텍스처 영상 영역보다 크게 설정될 수 있다. 이 경우, 영상 영역 판별부(150)가 엣지가 아닌 영상 영역을 엣지로 오판별하면, 초해상도 영상 복원 과정을 거쳐 영상 아티팩트가 발생할 수 있다.For example, as a result of performing experiments using four types of UHD resolution moving images of the above-mentioned experiment participants, the amplification factor in the edge image region can be set to be larger than the flatness or texture image region. In this case, if the video region determining unit 150 determines that the video region other than the edge is an edge, an image artifact may occur through a super-resolution image restoration process.

도 3은 엣지로 오판별된 영역으로 인해 발생하는 영상 아티팩트를 예시적으로 나타내는 도면이다. FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating image artifacts caused by regions determined to be edges.

도 3을 참고하면, 영상 내에 수직 혹은 수평으로 선이 그어진 듯한 라인 아티팩트(line artifact)들이 보인다. 이것은 초해상도 영상 복원 과정에서 엣지로 오판별된 픽셀들의 고주파 신호에 큰 증폭 계수가 적용되어 나타나는 현상일 수 있다. 또한, 도 2와 같이 초해상도 영상 복원 과정을 반복적으로 수행하는 경우, 단계마다 라인 아티팩트가 전이(propagate) 및 증폭(amplify)되어 인지 화질을 크게 떨어뜨릴 수 있다. Referring to FIG. 3, there are line artifacts that appear to be drawn vertically or horizontally in an image. This may be a phenomenon in which a large amplification factor is applied to a high-frequency signal of pixels determined to be edges in a super-resolution image reconstruction process. In addition, when the super-resolution image restoring process is repeatedly performed as shown in FIG. 2, the line artifacts are propagated and amplified at each step, which may significantly degrade the perceived image quality.

상기 라인 아티팩트의 원인 파악을 위해서는, 도 1의 해상도 향상부(120)와 배경 투사부(170)의 구성에 대한 파악이 필요하다.In order to understand the cause of the line artifact, it is necessary to grasp the configuration of the resolution enhancing unit 120 and the background projecting unit 170 shown in FIG.

도 4는 도 1의 해상도 향상부(120)의 구성을 예시적으로 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram exemplarily showing a configuration of the resolution enhancing unit 120 of FIG.

도 4를 참조하면, 해상도 향상부(120)는 영상 보간부(410)를 포함할 수 있다. 영상 보간부(410)는 입력 영상의 해상도를 변경하여, 상위 해상도의 영상을 출력할 수 있다.Referring to FIG. 4, the resolution enhancer 120 may include an image interpolator 410. The image interpolating unit 410 may change the resolution of the input image and output an image having a higher resolution.

도 5는 도 1의 배경 투사부(170)의 구성을 예시적으로 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram exemplarily showing a configuration of the background projection unit 170 of FIG.

도 5를 참조하면, 배경 투사부(170)는 안티 앨리어싱 적용부(Anti-aliasing) 적용부(510), 영상 보간부(520), 영상 차분 계산부(530) 및/또는 차분 반영부(540)를 포함할 수 있다.5, the background projection unit 170 includes an anti-aliasing application unit 510, an image interpolation unit 520, an image difference calculation unit 530, and / or a difference reflection unit 540 ).

안티 앨리어싱(Anti-aliasing) 적용부(510)는 상위 해상도의 복원 영상을 입력 받아 앨리어싱 방지 필터링 작업을 수행할 수 있다. 영상 보간부(520)는 앨리어싱 방지 필터링 작업이 수행된 영상을 입력 영상의 해상도로 다운샘플링 할 수 있다. 영상 차분 계산부(530)는 영상 보간부(520)로부터 출력된 다운샘플링된 복원 영상과 입력 영상의 차분을 계산할 수 있다. 영상 차분 계산부(530)는 계산된 차분을 다시 영상 보간부(520)에 전달할 수 있다. 영상 보간부(520)는 영상 차분 계산부(530)로부터 출력된 차분을 상위 해상도로 업샘플링할 수 있다. 영상 보간부(520)는 업샘플링된 차분을 차분 반영부(540)에 전달할 수 있다. 차분 반영부(540)는 상기 업샘플링된 차분과 복원 영상을 이용하여 초해상도 영상을 생성할 수 있다. 예컨대, 차분 반영부(540)는 업샘플링된 차분 값과 복원 영상을 더함으로써, 초해상도 영상을 생성할 수 있다. 반복적인 배경 투사가 필요한 경우에는 도 5의 점선으로 표시된 바와 같이, 생성된 초해상도 영상을 복원 영상으로 다시 입력함으로써, 상기 과정을 반복할 수 있다.The anti-aliasing application unit 510 may receive the reconstructed image having the higher resolution and perform the anti-aliasing filtering operation. The image interpolating unit 520 may downsample the image subjected to the anti-aliasing filtering operation to the resolution of the input image. The image difference calculator 530 may calculate the difference between the downsampled reconstructed image output from the image interpolator 520 and the input image. The image difference calculation unit 530 can transmit the calculated difference to the image interpolation unit 520 again. The image interpolating unit 520 can upsample the difference output from the image difference calculating unit 530 to an upper resolution. The image interpolating unit 520 can transmit the upsampled difference to the difference reflecting unit 540. [ The difference reflecting unit 540 can generate a super resolution image using the upsampled difference and the restored image. For example, the difference reflecting unit 540 can generate a super resolution image by adding the upsampled difference value and the reconstructed image. If repeated background projection is required, the above-described process can be repeated by re-inputting the generated super resolution image as a reconstructed image, as indicated by a dotted line in FIG.

해상도 향상부(120)는 초해상도 영상의 기초가 되는 상위 해상도 영상을 생성한다. 해상도 향상부(120)에서 생성되는 상위 해상도 영상은 고주파 신호 복원 및 영상 영역 판별의 정확도에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 해상도 향상부(120)의 동작은 초해상도 영상의 화질에 영향을 줄 수 있다.The resolution enhancement unit 120 generates an upper resolution image serving as a base of the super resolution image. The higher resolution image generated by the resolution enhancing unit 120 may affect the accuracy of the high frequency signal reconstruction and the image region discrimination. Therefore, the operation of the resolution enhancing unit 120 may affect the image quality of the super-resolution image.

도 4와 도 5에 도시한 해상도 향상부(120) 및 배경 투사부(170)는 영상 보간부(410, 520)를 공통으로 포함할 수 있다.The resolution enhancing unit 120 and the background projecting unit 170 shown in FIG. 4 and FIG. 5 may include the image interpolating units 410 and 520 in common.

영상 보간부(410, 520)는 업샘플링 혹은 다운샘플링을 통해 영상의 해상도를 조정할 수 있다. 보간의 종류로는 바이리니어 보간(bilinear interpolation), 바이큐빅 보간(Bicubic interpolation), 란초스(Lanczos interpolation) 보간 등을 포함할 수 있다.The image interpolators 410 and 520 may adjust the resolution of an image through upsampling or downsampling. The types of interpolation may include bilinear interpolation, bicubic interpolation, Lanczos interpolation interpolation, and the like.

도 6은 영상 보간부(410, 520)에 각각 바이리니어, 바이큐빅 및 란초스 보간 방법을 적용하여 생성된 초해상도 영상을 예시적으로 나타내는 도면이다.6 is a diagram exemplarily showing a super resolution image generated by applying bilinear, bi-cubic, and lanchotz interpolation methods to the image interpolators 410 and 520, respectively.

아래의 표 1은 상기 보간 방법 각각의 장단점을 정리한 것이다. Table 1 below summarizes the advantages and disadvantages of each of the interpolation methods.

바이리니어By Linear 바이큐빅Bicubic 란초스Ranches 장점Advantages - 라인 아티팩트 적음
- 낮은 연산 복잡도
- Less line artifacts
- Low computational complexity
- 적정한 연산 복잡도
- 비교적 선명
- Fair computational complexity
- relatively clear
- 라인 아티팩트 적음
- 비교적 선명
- Less line artifacts
- relatively clear
단점Disadvantages - 전체적으로 흐릿- Globally blurred - 라인 아티팩트 있음- Has line artifacts - 연산 복잡도 높음
- 추가적인 메모리 필요
- High computational complexity
- Additional memory required

영상 보간부(410, 520)에 바이리니어 보간법을 적용하면 연산량이 적고, 라인 아티팩트가 비교적 덜 나타나는 장점이 있다. 그러나, 전체적으로 영상이 흐릿하게 보인다. 즉, 영상의 선명도가 큰 폭으로 떨어지므로, 바이리니어 보간법은 고품질 해상도 영상 복원에 적합하지 않을 수 있다.Applying the bilinear interpolation method to the image interpolators 410 and 520 has the advantage that the amount of computation is small and the line artifacts are comparatively less. However, overall the image looks blurry. That is, since the sharpness of the image is greatly reduced, the bilinear interpolation method may not be suitable for high-resolution image restoration.

영상 보간부(410, 520)에 란초스 보간법을 적용하면 라인 아티팩트가 덜 나타나며, 영상도 비교적 선명하게 나타난다. 그러나, 란초스 커널을 구하기 위해서는 싱크 함수(sinc function) 기반 연산이 필요하다. 또한, 영상 사이즈에 따라 적용할 커널의 사이즈가 함께 바뀔 수 있으므로, 추가적인 메모리가 필요할 수 있다. 더욱이, 도 2를 참조하여 설명한 방법과 같이, 여러 계층의 초해상도 영상을 생성하는 경우에는 메모리 요구량 및 연산량이 높아지므로, 란초스 보간법 역시 적합하지 않을 수 있다.When the lanth-second interpolation is applied to the image interpolators 410 and 520, the line artifacts are less and the images are relatively clear. However, a sinc function-based operation is required to obtain a kernel-level kernel. In addition, since the size of the kernel to be applied may be changed depending on the image size, additional memory may be required. In addition, as in the method described with reference to FIG. 2, when a plurality of layers of super-resolution images are generated, the memory requirement amount and the computation amount are increased, so that the lanth-order interpolation method may not be suitable.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 란초스 보간법 및 바이큐빅 보간법보다 적은 연산량을 가지면서도, 영상 초해상도 과정에서 라인 아티팩트가 최소로 나타나는 보간 방법을 적용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an interpolation method that has a smaller calculation amount than the lanchoth interpolation method and the bicubic interpolation method, and which minimizes the line artifact in the image super resolution process can be applied.

도 7은 바이큐빅 보간 수행 시, 참조 범위(reference area)를 예시적으로 나타내는 도면이다.FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating a reference area when carrying out bicubic interpolation. FIG.

바이큐빅 보간의 경우, 결과 영상의 하나의 픽셀 값을 계산하기 위해 입력 영상의 16 개의 픽셀 값을 참조할 수 있다. 보다 일반적으로, NxN(N은 2이상의 정수) 참조 범위의 픽셀들을 값을 이용하여 하나의 결과 픽셀 값을 계산할 수 있다.In the case of bi-cubic interpolation, 16 pixel values of the input image can be referred to in order to calculate one pixel value of the result image. More generally, one resulting pixel value can be computed using values of pixels in the NxN (N is an integer greater than or equal to 2) reference range.

이 때, 16 개의 픽셀 값을 참조하는 바이큐빅 보간 연산을 한 번에 수행하는 대신, 다섯 번의 연산으로 언롤(unroll)하여 수행하는 것이 연산량 측면에서 유리할 수 있다.In this case, instead of performing the bicubic interpolation operation referring to 16 pixel values at one time, it is advantageous in terms of the calculation amount to perform unroll by performing five operations.

예컨대, 도 7을 참조하면, 상위 해상도의 하나의 픽셀 값을 계산하기 위해서, 실선 상자 또는 점선 상자와 같이 하위 해상도의 4x4 블록 내의 16 개의 픽셀이 사용될 수 있다. 실선 상자 안의 16 개의 픽셀은, 빗금 친 동그라미 혹은 음영 처리된 동그라미와 같이 각각 4 개의 픽셀을 포함하는 4 개의 그룹으로 그룹핑할 수 있다.For example, referring to FIG. 7, 16 pixels in a 4x4 block of lower resolution, such as a solid line box or a dotted line box, can be used to calculate one pixel value of higher resolution. The sixteen pixels in the solid line box can be grouped into four groups each containing four pixels, such as shaded circles or shaded circles.

본 개시의 일 실시 예에 따른 바이큐빅 보간 연산은 4 개의 그룹 각각에 대하여 1차원 보간을 수행한 후, 4 개의 결과 값에 대해 다시 1차원 보간을 수행할 수 있다. 즉, 총 5 번의 1차원 보간 연산을 수행함으로써, 4x4의 참조 범위에 대해 2차원 보간 연산을 수행한 것과 같은 결과 값을 계산할 수 있다.The bicubic interpolation operation according to an embodiment of the present disclosure may perform one-dimensional interpolation on each of the four groups, and then perform one-dimensional interpolation on four resultant values. That is, by performing a total of five one-dimensional interpolation operations, it is possible to calculate the same result as a two-dimensional interpolation operation performed on the reference range of 4 × 4.

상기와 같이 4x4의 참조 범위에 대한 바이큐빅 보간 연산을 5 번의 1차원 보간으로 언롤하여 수행하면, 도 7에서 첫 번째 결과 픽셀 값 계산을 위해 사용되는 실선 상자 안의 1차원 보간 연산들과, 두 번째 결과 픽셀 값 계산을 위해 사용되는 점선 상자 안의 1차원 보간 연산들간에는 중복되는 1차원 보간 연산이 존재할 수 있다. 예컨대, 도 7에 있어서, 음영 처리된 동그라미에 포함된 픽셀들은 실선 상자와 점선 상자에 모두 포함된다. 따라서, 첫 번째 결과 픽셀 값 계산을 위해 유도된 1차원 보간 연산 값들 중, 음영 처리된 3 개의 동그라미에 대한 1차원 보간 연산 값들은 두 번째 결과 픽셀 값 계산을 위해 그대로 사용될 수 있다. 즉, 두 번째 결과 픽셀 값을 계산할 때, 점선 상자내의 최하단에 위치한 빗금친 동그라미에 대해 1차원 보간 연산을 수행한 후, 4 개의 1차원 보간 연산 값에 대해 최종 1차원 보간 연산을 수행하면 되므로, 연산량이 대폭 저감될 수 있다.As described above, if the bicubic interpolation operation for the reference range of 4x4 is performed by five 1-dimensional interpolation operations, the one-dimensional interpolation operations in the solid line box used for calculating the first result pixel value in FIG. 7, There may be overlapping one-dimensional interpolation operations between the one-dimensional interpolation operations in the dotted box used to calculate the resulting pixel values. For example, in FIG. 7, the pixels included in the shaded circles are included both in the solid line box and the dotted box. Therefore, among the one-dimensional interpolation calculation values derived for the calculation of the first result pixel value, the one-dimensional interpolation calculation values for the three shaded circles can be used as they are for the calculation of the second result pixel value. That is, when calculating the second result pixel value, since the one-dimensional interpolation operation is performed on the hatched circle positioned at the lowermost end in the dotted box and the final one-dimensional interpolation operation is performed on the four one-dimensional interpolation operation values, The amount of computation can be greatly reduced.

상기 1차원 보간 연산을 위해 큐빅 스플라인(cubic spline)을 이용할 수 있다. 여기서, 큐빅 스플라인이란, 주어진 점들 사이의 값을 예측함에 있어 3차식(3rd order polynomial)을 이용하는 것을 의미할 수 있다. 큐빅 스플라인은 아래의 수학식 2 및 수학식 3으로 표현될 수 있다.A cubic spline may be used for the one-dimensional interpolation operation. Here, a cubic spline may mean that a third order polynomial is used to predict a value between given points. The cubic spline can be expressed by the following equations (2) and (3).

[수학식 2] &Quot; (2) "

Figure pat00010
Figure pat00010

[수학식 3] &Quot; (3) "

Figure pat00011
, where
Figure pat00012
Figure pat00011
, where
Figure pat00012

상기 수학식2에서 u란 좌표 s를 참조 영상 해상도에 매핑하였을 때의 좌표와, 가까운 정수 좌표 i와의 차를 의미하며, 상기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 상기 수학식 3에서 f란 결과 영상 해상도를 참조 영상 해상도로 나눈 스케일 팩터(scale factor)를 의미하며, floor()란 소수점이 포함된 숫자를 정수로 표현하기 위해 내림 연산을 사용한다는 의미이다.In Equation (2), u denotes the difference between the coordinate when the coordinate s is mapped to the reference image resolution and the nearest integer coordinate i, and can be expressed as Equation (3). In Equation (3), f denotes a scale factor obtained by dividing the resultant image resolution by the reference image resolution, and floor () means that the downward operation is used to express a number including a decimal point as an integer.

상기 수학식 2의 계수

Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
구하기 위해서는 아래 수학식 4, 5, 6 및 7의 조건들이 고려될 수 있다. The coefficient
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
The conditions of equations (4), (5), (6) and (7) below can be considered.

[수학식 4] &Quot; (4) "

Figure pat00017
Figure pat00017

[수학식 5] &Quot; (5) "

Figure pat00018
Figure pat00018

[수학식 6] &Quot; (6) "

Figure pat00019
Figure pat00019

[수학식 7] &Quot; (7) "

Figure pat00020
Figure pat00020

도 8은 큐빅 스플라인을 이용한 보간을 예시적으로 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating an example of interpolation using cubic splines.

상기 수학식 4와 수학식 5의 두 점,

Figure pat00021
Figure pat00022
사이를 연결함에 있어, 연속성(continuity)을 보장하기 위해 상기 수학식 6과 수학식 7의 조건이 추가로 고려될 수 있다.Two points of the equations (4) and (5)
Figure pat00021
Wow
Figure pat00022
The conditions of Equations (6) and (7) can be further considered in order to ensure continuity.

상기 수학식 6을 참고하면, 현재 지점

Figure pat00023
에서의 기울기가, 그 이전 지점인
Figure pat00024
와 그 이후 지점인
Figure pat00025
의 차와 비례하도록 설정함으로써 보간 함수가 연속적으로 나타나도록 할 수 있다. 이때 비례 정도는 장력 계수
Figure pat00026
를 통해 설정할 수 있다. Referring to Equation (6) above,
Figure pat00023
The slope at the previous point
Figure pat00024
And thereafter
Figure pat00025
So that the interpolation function can be continuously displayed. In this case,
Figure pat00026
.

상기 수학식 7을 참고하면, 현재 지점

Figure pat00027
에서의 기울기가, 그 이전 지점인
Figure pat00028
와 그 이후 지점인
Figure pat00029
의 차와 비례하도록 설정함으로써 보간 함수가 연속적으로 나타나도록 할 수 있다. 이때 비례 정도는 마찬가지로 장력 계수
Figure pat00030
를 통해 설정할 수 있다. Referring to Equation (7) above,
Figure pat00027
The slope at the previous point
Figure pat00028
And thereafter
Figure pat00029
So that the interpolation function can be continuously displayed. In this case,
Figure pat00030
.

Figure pat00031
는 현재 지점을 기준으로 보간 곡선을 형성함에 있어 그 이전 및 이후 지점과의 정합성을 어느 정도로 고려하였는가를 나타내는 계수라 볼 수 있다. 따라서, 그 값이 클수록 전후 정합성을 더 고려하였음을 의미할 수 있다.
Figure pat00031
Can be regarded as a coefficient indicating how much the consistency with the points before and after the interpolation curve is formed based on the current point. Therefore, the larger the value, the more likely it is to consider posterior consistency.

즉,

Figure pat00032
가 클수록 현재 지점뿐만 아니라 다른 여러 지점과 부드럽게 연결된 형태로 곡선이 구성될 수 있도록 곡선이 느슨하게 생성될 수 있다. 반대로,
Figure pat00033
가 작을수록 전후 정합성이 덜 고려되기 때문에 곡선이 비연속적이고 팽팽하게 생성될 수 있다. In other words,
Figure pat00032
Larger curves can be loosely created so that curves can be constructed in a smoothly connected fashion with other points as well as the current point. Contrary,
Figure pat00033
, The curves may be discontinuous and taut due to less consideration of post-war consistency.

도 9는 장력 계수(

Figure pat00034
)에 따른 큐빅 스플라인 함수의 형태를 예시적으로 나타내는 도면이다.Fig. 9 is a graph showing the relationship between the tensile coefficient
Figure pat00034
) Of a cubic spline function according to an embodiment of the present invention.

장력 계수(

Figure pat00035
)가 0에 가까울수록, 도 9에 도시된 진한 실선과 같이 주어진 점 사이를 짧은 거리로 팽팽하게 연결하는 형태의 큐빅 스플라인 함수가 형성될 수 있다. 반대로, 장력 계수(
Figure pat00036
)가 커질수록, 도 9에 도시된 점선 및 옅은 실선과 같이 주어진 점 사이를 느슨한 형태의 3차식으로 연결하게 된다.Tension Factor (
Figure pat00035
Is closer to 0, a cubic spline function can be formed in such a manner that a given distance between the given points is tightly connected with a short distance as shown by the thick solid line shown in Fig. Conversely,
Figure pat00036
), The connection between the given points is loosened in a cubic fashion as indicated by the dotted line and the thin solid line in Fig.

도 9에 도시한 바와 같이, 장력 계수(

Figure pat00037
)가 작을수록 보간 함수는 불연속적(discontinuous)인 형태를 가질 수 있다. 불연속적인 형태를 갖는 함수를 적용하여 영상을 보간하면, 보간된 영상에 임펄스(impulse) 값들이 나타날 확률이 높아진다.As shown in Fig. 9,
Figure pat00037
), The interpolation function may have a discontinuous shape. By interpolating an image using a discontinuous function, the probability that impulse values appear in the interpolated image increases.

여기서, 임펄스 값이란, 주변 픽셀 값들과는 다르게 그 값이 갑자기 높아지거나 낮아져서 튀는 값을 의미할 수 있다. 즉, 영상 내에서 불연속성(discontinuity)을 갖는 값일 수 있다.Here, the impulse value may mean a value that suddenly increases or decreases, and the value bounces, unlike the neighboring pixel values. That is, it may be a value having discontinuity in an image.

상기 임펄스 값들은 다음의 초해상도 과정을 통해 엣지 픽셀로 오인되고 증폭되어 라인 아티팩트로 나타날 수 있다.The impulse values may be misinterpreted as edge pixels through the following super resolution process and amplified to appear as line artifacts.

1) 해상도 향상부(120)로부터 임펄스 값들이 유입되면, 유사패치 검색부(130)는 임펄스 값이 포함된 상위 해상도의 패치에 대해 유사패치를 검색하게 된다. 또한, 고주파 패치 매핑부(140)는 이에 상응하는 고주파 신호를 선택하게 된다. 따라서, 임펄스 픽셀 부분의 고주파 신호가 더 보강되어 라인 아티팩트로 나타날 수 있다.1) When impulse values are input from the resolution enhancement unit 120, the similar-patch search unit 130 searches for a similar patch for a patch having an upper resolution including an impulse value. Also, the high frequency patch mapping unit 140 selects a corresponding high frequency signal. Therefore, the high-frequency signal of the impulse pixel portion can be further reinforced to appear as a line artifact.

2) 영상 영역 판별부(150)는 유입된 임펄스 값을 엣지 영역으로 오판별 할 수 있다. 이 경우, 영역 적응적 고주파 신호 증폭 과정에서 엣지 픽셀의 고주파 신호에 큰 증폭 계수가 곱해져서 라인 아티팩트가 더 부각될 수 있다.2) The image region discrimination unit 150 can discriminate the introduced impulse value as an edge region. In this case, the high-frequency signal of the edge pixel is multiplied by a large amplification factor in the region-adaptive high-frequency signal amplification process, so that the line artifact can be highlighted.

3) 도 2에 도시된 바와 같이, 계층적으로 영상의 해상도를 향상시킬 경우, 각 해상도 계층마다 라인 아티팩트가 전이되고 증폭되어 부각될 수 있다.3) As shown in FIG. 2, when the resolution of an image is hierarchically enhanced, line artifacts may be transited, amplified, and highlighted for each resolution layer.

따라서, 영상 보간부(410, 520)에서 사용되는 장력 계수

Figure pat00038
)를 상향 조정하여, 영상 보간을 위한 함수를 더 느슨한 형태로 구성함으로써, 보간 과정에서의 임펄스 값의 유입을 최소화할 수 있다. Therefore, the tension coefficients used in the image interpolators 410 and 520
Figure pat00038
) Is adjusted upward to make the function for image interpolation more loose, so that the inflow of the impulse value in the interpolation process can be minimized.

이때 장력 계수를 상향함에 있어, 영상 특성에 대한 고려 없이 장력 계수를 무조건 높게 설정할 경우 영상이 다소 흐릿하게 나타날 수 있는 단점이 있다.At this time, there is a disadvantage in that when the tension coefficient is raised unconditionally without considering the image characteristic, the image may appear to be slightly blurred in raising the tension coefficient.

따라서, 영상의 공간적 복잡도 등의 특성에 따라 적응적으로 장력 계수를 상향 조정함으로써, 선명도를 유지하면서 라인 아티팩트를 최소화하는 것이 바람직하다. 즉, 영상 프레임 별로 특성을 분석하고, 그 결과에 따라 적응적으로 장력 계수의 상향 조정 정도를 설정할 수 있다. Therefore, it is desirable to minimize the line artifact while maintaining the sharpness by adjusting the tension coefficient adaptively according to the characteristics such as the spatial complexity of the image. That is, characteristics can be analyzed for each image frame, and the degree of upward adjustment of the tension coefficient can be adaptively set according to the result.

영상이 평탄(flat)한 영역을 다수 포함하고 있는 경우, 라인 아티팩트가 가시적으로 드러날 수 있다. 따라서, 이로 인해 주관적 화질이 크게 떨어질 수 있다. 따라서, 평탄한 영역을 다수 포함하는 영상에 대해서는 장력 계수를 큰 폭으로 상향 조정할 수 있다.If the image contains a large number of flat areas, line artifacts may be visible. Therefore, the subjective image quality can be greatly deteriorated. Therefore, the tension coefficient can be greatly increased upward for an image including a plurality of flat regions.

반면, 영상이 복잡한 엣지(edge) 및/또는 텍스처(texture) 영역을 다수 포함하는 영상의 경우, 텍스쳐 마스킹(texture masking) 효과가 발행할 수 있다. 즉, 약간의 라인 아티팩트가 존재하더라도 주변의 복잡한 텍스처 패턴에 가려져 라인 아티팩트가 가시적으로 덜 드러날 수 있다. 따라서, 엣지 및/또는 텍스터 영역을 다수 포함하는 영상에 대해서는 장력 계수를 적정 수준으로 상향함으로써 영상의 선명도를 크게 떨어뜨리지 않으면서 라인 아티팩트를 줄일 수 있다.On the other hand, in the case of an image including a large number of edges and / or texture regions of a complex image, a texture masking effect can be issued. That is, even in the presence of some line artifacts, line artifacts may be visibly less visible because they are obscured by surrounding complex texture patterns. Therefore, for an image including a plurality of edge and / or texture areas, the line artifact can be reduced without significantly reducing the sharpness of the image by raising the tension coefficient to an appropriate level.

상기와 같이, 적응적으로 장력 계수를 조절하기 위해, 우선 영상 프레임의 특성을 분석할 수 있다. 영상 프레임의 특성을 분석하기 위해, 수학식 1을 이용할 수 있다. 수학식 1을 이용하여, 영상 프레임을 평탄, 엣지 및/또는 텍스처 영역으로 나눈 후, 영상 프레임 내 각 영역 픽셀의 비율을 파악할 수 있다.As described above, in order to adaptively adjust the tension coefficient, the characteristics of the image frame can be analyzed first. To analyze the characteristics of the video frame, Equation 1 can be used. Using Equation (1), the ratio of each area pixel in the image frame can be grasped after dividing the image frame by the flatness, the edge and / or the texture area.

한 영상 프레임 내의 평탄한 영역 픽셀의 비율이 특정 임계치를 넘을 경우, 해당 영상 프레임은 평탄한 영역이 우세한 프레임으로 간주할 수 있다. 평탄한 영역이 우세한 프레임에 대해서는 장력 계수의 상향 정도를 높게 설정할 수 있다. 반면, 한 영상 프레임 내의 평탄한 영역 픽셀의 비율이 특정 임계치를 넘지 못할 경우, 해당 영상 프레임을 엣지 및/또는 텍스처 등이 다수 포함된 프레임으로 간주할 수 있다. 이와 같이, 공간적 복잡도가 높은 프레임에 대해서는 장력 계수의 상향 정도를 적정 수준으로 설정할 수 있다. When the ratio of the flat area pixels in one image frame exceeds a specific threshold value, the corresponding image frame can be regarded as a frame in which the flat area predominates. For a frame in which the flat area predominates, the degree of upward tension coefficient can be set high. On the other hand, when the ratio of the flat area pixels in one image frame does not exceed the specific threshold value, the image frame can be regarded as a frame including a plurality of edges and / or textures. Thus, the upward degree of the tension coefficient can be set to an appropriate level for a frame having a high spatial complexity.

또는, 동일한 영상 프레임 내이더라도 서로 다른 장력 계수를 적용할 수도 있다. 이 경우, 영상 프레임을 구성하는 복수의 영역의 각각에 대해 특성을 파악하고, 파악된 특성을 고려하여 적응적으로 장력 계수를 적용할 수 있다.Alternatively, different tension coefficients may be applied even within the same image frame. In this case, the characteristics can be grasped for each of the plurality of regions constituting the image frame, and the tension coefficient can be adaptively applied in consideration of the detected characteristics.

상기와 같이 장력 계수

Figure pat00039
)를 상향 조정하는 경우, 영상 보간 과정에서의 임펄스 값의 유입이 최소화될 수 있다. 그럼으로써, 엣지로 오판별되는 영역이 줄어들게 되므로, 라인 아티팩트로 인한 영상 왜곡 현상이 최소화될 수 있다.As described above,
Figure pat00039
), The inflow of the impulse value during the image interpolation process can be minimized. Thereby, since the region determined to be an edge is reduced, image distortion caused by line artifacts can be minimized.

예컨대, 1920x1080 해상도의 입력 영상을 도 1의 방식에 따라 3840x2160 해상도의 영상으로 향상시키는 경우, 상기의 방법으로 장력 계수

Figure pat00040
)를 상향 조정한 보간 방법을 이용함으로써, 기존의 바이큐빅 보간법을 이용하였을 때와 비교하였을 때, 라인 아티팩트를 현저하게 줄일 수 있다.For example, when an input image having a resolution of 1920x1080 is enhanced to an image having a resolution of 3840x2160 according to the scheme of FIG. 1,
Figure pat00040
), The line artifact can be remarkably reduced when compared with the case using the existing bicubic interpolation method.

도 10은 장력 계수(

Figure pat00041
)에 따른 초해상도 영상 복원 결과를 예시적으로 나타내는 도면이다.10 is a graph showing a relationship between the tensile coefficient
Figure pat00041
In FIG. 5). FIG.

도 10를 참조하면, 영상 보간부(410, 520)에서 기존의 바이큐빅 보간 방식이 아닌 본 개시의 일 실시 예에 따른 보간 방식을 사용함으로써 수직 및/또는 수평 방향의 라인 아티팩트가 현저히 줄었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, in the image interpolators 410 and 520, the line artifacts in the vertical and / or horizontal directions are significantly reduced by using the interpolation method according to one embodiment of the present invention, rather than the existing bicubic interpolation method Can be confirmed.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 도 1의 영역 적응적 초해상도 영상 복원을 수행함에 있어, 영상 보간부(410, 520)의 보간 방식을 개선함으로써, 선명한 초해상도 영상을 제공하면서도 초해상도 과정에서 발생할 수 있는 라인 아티팩트를 최소화하는 방안이 제공될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in performing the region adaptive super resolution image restoration of FIG. 1, by improving the interpolation method of the image interpolators 410 and 520, it is possible to provide a clear super resolution image, A method of minimizing line artifacts that may occur can be provided.

본 개시의 일 실시 예에 따른 영상 보간부(410, 520)의 보간 방식은 언롤 기반의 연산을 통해 중복 항목들에 대한 계산량을 최소화할 수 있다. 따라서, 기존의 란초스 및 바이큐빅 보간법보다 적은 연산량을 가질 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 보간 방식은 큐빅 스플라인 행렬에 장력 계수(

Figure pat00042
)를 적응적으로 상향시켜 적용할 수 있다. 그럼으로써, 유사패치 검색부(130)의 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 영상 영역 판별부(150)에서의 엣지 오판별율을 줄일 수 있다. 그럼으로써, 초해상도 영상 복원 과정에서 발생할 수 있는 라인 아티팩트를 최소화할 수 있다.The interpolation method of the image interpolators 410 and 520 according to the embodiment of the present disclosure can minimize the amount of calculation for the duplicated items through the unroll-based calculation. Therefore, it is possible to have a smaller calculation amount than the conventional lanth-first and bicubic interpolation methods. It should also be noted that the interpolation scheme according to an embodiment of the present disclosure is based on the cubic spline matrix having a tensile coefficient
Figure pat00042
) Can be adaptively upgraded. Thus, the accuracy of the similar patch search unit 130 can be improved. In addition, the edge-to-edge discrimination ratio in the video area discrimination unit 150 can be reduced. Thus, the line artifacts that may occur in the super-resolution image restoration process can be minimized.

도 11은 영상 아티팩트를 최소화하는 초해상도 선명화 방법의 또 다른 일 실시 예의 구성을 나타내는 블록도이다.11 is a block diagram showing a configuration of still another embodiment of a super resolution sharpening method for minimizing image artifacts.

도 11을 참고하면 초해상도 영상 복원 장치는 초해상도 영상 복원부(1110)와 배경 투사부(1120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the super resolution image restoration apparatus may include a super resolution image restoration unit 1110 and a background projection unit 1120.

도 1에 도시한 실시 예를 통해 설명된 바와 같이, 큐빅 스플라인의 장력 계수를 상향 조정함으로써 초해상도 영상의 라인 아티팩트가 덜 나타날 수 있다.As described through the embodiment shown in FIG. 1, the line artifacts of the super-resolution image may be less noticeable by adjusting the tension coefficient of the cubic spline upward.

도 1에 도시한 실시 예의 경우, 영상 프레임의 특성을 파악한 후, 그에 따라 적응적으로 적절한 장력 계수의 상향 조정 정도를 결정할 수 있다. 도 11에 도시한 실시 예의 경우, 우선 기본적인 바이큐빅 보간법으로 초해상도 영상을 복원한 후, 라인 아티팩트 발생 정도를 파악하여 그에 따라 장력 계수를 상향 조정할 수 있다.In the case of the embodiment shown in FIG. 1, it is possible to determine the degree of upward adjustment of an appropriate tension coefficient adaptively according to the characteristics of the image frame. In the case of the embodiment shown in FIG. 11, after the super-resolution image is reconstructed by the basic Bicubic interpolation method, the line artifact occurrence degree can be grasped and the tension coefficient can be adjusted accordingly.

예컨대, 초해상도 영상 복원부(1110)는 영상 보간에 사용되는 장력 계수의 초기 값으로서 0.5를 대입하여 바이큐빅 보간을 수행함으로써, 초해상도 영상을 복원할 수 있다. 배경 투사부(1120)는 복원된 초해상도 영상과 입력 영상을 비교하여 라인 아티팩트의 유무를 판단할 수 있다.For example, the super-resolution image restoration unit 1110 may restore the super-resolution image by performing bi-cubic interpolation by substituting 0.5 as the initial value of the tension coefficient used in the image interpolation. The background projecting unit 1120 can determine the presence or absence of line artifacts by comparing the restored super resolution image and the input image.

배경 투사부(1120)의 판단 결과, 특정 임계치를 넘는 라인 아티팩트가 존재하는 경우, 초해상도 영상 복원부(1110)에 피드백할 수 있다. 예컨대, 배경 투사부(1120)는 장력 계수 상향 신호를 초해상도 영상 복원부(1110)에 피드백할 수 있다. 또는 배경 투사부(1120)는 라인 아티팩트가 임계치를 넘는다는 신호를 초해상도 영상 복원부(1110)에 피드백할 수 있다.As a result of the judgment by the background projecting unit 1120, if line artifacts exceeding a specific threshold exist, the image can be fed back to the super-resolution image restoring unit 1110. [ For example, the background projection unit 1120 may feed back the tension coefficient up signal to the super resolution image restoration unit 1110. Or the background projecting unit 1120 may feed back a signal indicating that the line artifact exceeds the threshold value to the super-resolution image restoring unit 1110. [

초해상도 영상 복원부(1110)는 배경 투사부(1120)로부터의 피드백에 기초하여, 장력 계수를 상향 조정할 수 있다. 장력 계수는 배경 투사부(1120)로부터의 피드백에 기초한 양만큼 또는 기정해진 양만큼 상향 조정될 수 있다. 초해상도 영상 복원부(1110)는 조정된 장력 계수에 기초하여 입력 영상에 대한 초해상도 영상 복원 과정을 재차 수행하고, 그 결과를 다시 배경 투사부(1120)에 전송할 수 있다. The super resolution image restoration unit 1110 can adjust the tension coefficient upward based on the feedback from the background projection unit 1120. [ The tension coefficient may be adjusted by an amount based on the feedback from the background projection section 1120 or by a predetermined amount. The super resolution image restoration unit 1110 may perform the super resolution image restoration process on the input image again based on the adjusted tension coefficient and transmit the result to the background projection unit 1120 again.

상기 과정은, 라인 아티팩트 정도가 특정 임계치를 넘지 않는다고 배경 투사부(1120)가 판단할 때까지 반복될 수 있다.The above process can be repeated until the background projection unit 1120 determines that the line artifact degree does not exceed a specific threshold value.

라인 아티팩트 정도가 특정 임계치를 넘지 않거나 또는 적당하다고 배경 투사부(1120)가 판단한 경우, 배경 투사부(1120)는 배경 투사가 수행된 상위 해상도 영상을 최종적으로 출력할 수 있다.When the background projection unit 1120 determines that the degree of line artifact does not exceed a certain threshold value or is appropriate, the background projection unit 1120 may finally output the upper resolution image subjected to the background projection.

도 11의 결과로 출력된 상위 해상도 영상은 도 2에서와 같이 다음 해상도 계층의 입력 영상으로서 입력될 수 있다. 상기 과정은 목표 해상도의 영상을 생성할 때까지 반복될 수 있다.The upper resolution image output as a result of FIG. 11 can be input as an input image of the next resolution layer as shown in FIG. The above process can be repeated until the target resolution image is generated.

이 때, 각 해상도 계층마다 배경 투사부(1120)가 라인 아티팩트 정도를 분석하여, 초해상도 영상 복원부(1110)에서 사용될 영상 보간 장력 계수를 상향시킬 수 있다. 또는, 연산량의 감소를 위해 첫 번째(또는 이전 해상도) 계층에서 도출한 장력 계수를 상위 해상도 계층들에 대해서 계속 사용할 수도 있다.At this time, the background projection unit 1120 analyzes the line artifact level for each resolution layer, and the image interpolation tension coefficient to be used in the super resolution image restoration unit 1110 can be increased. Alternatively, the tension coefficients derived from the first (or previous) layer may continue to be used for the higher resolution layers to reduce the amount of computation.

후자의 경우, 첫 번째 해상도 계층을 제외한 나머지 상위 해상도 계층들에 대해서, 배경 투사부(1120)는 초해상도 영상 복원부(1110)에서 생성한 영상에 대해 배경 투사를 수행한 후 바로 결과를 출력할 수 있다. In the latter case, for the upper resolution layers other than the first resolution layer, the background projecting unit 1120 performs background projection on the image generated by the super-resolution image restoring unit 1110 and outputs the result immediately .

도 12는 도 11의 초해상도 영상 복원부(1110)의 구조를 예시적으로 나타내는 블록도이다. 12 is a block diagram exemplarily showing a structure of the super-resolution image restoration unit 1110 of FIG.

도 12를 참조하면, 초해상도 영상 복원부(1110)는 도 1에 도시된 초해상도 영상 복원 장치에서 배경 투사부(170)를 제외한 구조와 유사하다. 즉, 도 12에 도시된 초해상도 영상 복원부(1110)는 주파수 영역 분할부(1210), 해상도 향상부(1220), 유사패치 검색부(1230), 고주파 패치 매핑부(1240), 영상 영역 판별부(1250) 및/또는 주파수 영역 융합부(1260)를 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 초해상도 영상 복원부(1110)의 각 부의 동작은 도 1을 참조하여 설명한 초해상도 영상 복원 장치의 대응되는 구성의 동작과 동일하거나 유사할 수 있다. Referring to FIG. 12, the super-resolution image restoration unit 1110 is similar to the structure except for the background projection unit 170 in the super-resolution image restoration apparatus shown in FIG. 12 includes a frequency domain division unit 1210, a resolution enhancement unit 1220, a similar patch search unit 1230, a high frequency patch mapping unit 1240, (1250) and / or a frequency domain fusion portion (1260). The operation of each unit of the super-resolution image reconstruction unit 1110 shown in FIG. 12 may be the same as or similar to the operation of the corresponding configuration of the super-resolution image reconstruction apparatus described with reference to FIG.

도 13은 도 11의 배경 투사부(1120)의 구조를 예시적으로 나타내는 블록도이다.13 is a block diagram exemplarily showing a structure of the background projection unit 1120 of FIG.

도 13에 도시한 배경 투사부(1120)는 안티 엘리어싱 적용부(1310), 영상 보간부(1320), 영상 차분 계산부(1330), 라인 아티팩트 분석부(1340) 및/또는 차분 반영부(1350)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시한 배경 투사부(170)와 비교하면, 도 13에 도시한 배경 투사부(1120)는 라인 아티팩트 분석부(1340)를 추가로 포함할 수 있다. 13 includes an anti-aliasing applying unit 1310, an image interpolating unit 1320, an image difference calculating unit 1330, a line artifact analyzing unit 1340, and / or a difference reflecting unit 1350). Compared with the background projecting unit 170 shown in FIG. 5, the background projecting unit 1120 shown in FIG. 13 may further include a line artifact analyzing unit 1340.

영상 차분 계산부(1330)는 초해상도 복원 영상을 다운샘플링 한 영상과 입력 영상의 차분을 계산할 수 있다. 따라서, 입력 영상에는 존재하지 않으나 초해상도 과정에서 유입된 아티팩트에 대한 정보가 계산된 차분 값에 포함될 수 있다.The image difference calculator 1330 can calculate the difference between the image obtained by downsampling the super-resolution reconstructed image and the input image. Therefore, information on artifacts that are not present in the input image but are introduced in the super resolution process may be included in the calculated difference value.

라인 아티팩트 분석부(1340)는 차분 영상에 대한 그라디언트 히스토그램을 생성할 수 있다. 그라디언트 히스토그램은 아래의 수학식 8과 수학식 9를 이용하여 생성할 수 있다. The line artifact analyzing unit 1340 may generate a gradient histogram of the difference image. The gradient histogram can be generated by using the following equations (8) and (9).

[수학식 8] &Quot; (8) "

Figure pat00043
Figure pat00043

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure pat00044
Figure pat00044

상기 수학식 8에 있이서,

Figure pat00045
는 (x,y) 좌표의 차분 값의 그라디언트 방향 정보를 의미한다. 상기 그라디언트 방향 정보는 각도 형식으로 나타낼 수 있다. 상기 수학식 8에 있어서, p는 구성할 히스토그램 빈(bin)의 개수를 의미한다. 히스토그램 빈이란 그라디언트 각도 범위를 동일한 크기의 여러 구간으로 나눈 것을 의미할 수 있다. 상기 p 에 큰 값을 넣을수록 세밀한 간격의 히스토그램이 생성될 수 있다. In Equation (8) above,
Figure pat00045
Denotes the gradient direction information of the difference value of the (x, y) coordinates. The gradient direction information may be expressed in an angle format. In Equation (8), p denotes the number of histogram bins to be constructed. A histogram bean can mean that the gradient angle range is divided into several sections of equal size. The larger the value of p is, the more detailed histograms of intervals can be generated.

상기 수학식 8의 결과로 나온

Figure pat00046
값을 토대로 현재 그라디언트가 어느 히스토그램 빈에 포함되는지 결정될 수 있다. 예컨대, 현재 그라디언트가 b번째 히스토그램 빈에 포함되면, 상기 수학식 9에 따라, 해당 빈에 그라디언트 크기(magnitude) 값인
Figure pat00047
를 축적시킬 수 있다.As a result of the above equation (8)
Figure pat00046
Based on the value, it can be determined which histogram bin the current gradient is contained in. For example, if the current gradient is included in the b-th histogram bin, a gradient magnitude value
Figure pat00047
. ≪ / RTI >

상기의 방법으로 구성한 그라디언트 히스토그램에서 수직 및 수평 각도의(0 도, 90 도, 180 도, 270 도, 360도) 빈의 그라디언트 크기를 참고하여 차분 영상의 라인 아티팩트 정도를 산정할 수 있다.The line artifact degree of the difference image can be estimated by referring to the gradient magnitudes of the vertical and horizontal angles (0 degree, 90 degree, 180 degree, 270 degree, 360 degree) in the gradient histogram constructed by the above method.

산정한 라인 아티팩트의 크기가 임계치 이상인 경우, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 초해상도 영상 복원부(1110)로 피드백(또는 장력 계수 향상 신호)을 보내, 초해상도 복원 과정을 다시 수행할 수 있다. 이 때, 배경 투사부(1120)는 차분을 반영하지 않을 수 있다.When the size of the calculated line artifact is equal to or larger than the threshold value, feedback (or a tension coefficient enhancement signal) is sent to the super-resolution image restoration unit 1110 as shown in Figs. 11 and 12, . At this time, the background projection unit 1120 may not reflect the difference.

산정한 라인 아티팩트의 크기가 임계치 이하인 경우, 영상 보간부(1320)는 해당 차분을 상위 해상도로 향상시킬 수 있다. 차분 반영부(1350)는 해상도가 향상된 차분을 복원 영상에 반영함으로써, 초해상도 영상을 출력할 수 있다.When the size of the calculated line artifact is equal to or smaller than the threshold, the image interpolating unit 1320 can improve the difference to a higher resolution. The difference reflecting unit 1350 can output a super-resolution image by reflecting the improved difference in the resolution on the restored image.

이렇게 생성된 초해상도 영상은 다음 해상도 계층의 입력 영상 혹은 최종 초해상도 영상이 될 수 있다.The generated super resolution image may be the input image of the next resolution layer or the final super resolution image.

본 개시의 예시적인 방법들은 설명의 명확성을 위해서 동작의 시리즈로 표현되어 있지만, 이는 단계가 수행되는 순서를 제한하기 위한 것은 아니며, 필요한 경우에는 각각의 단계가 동시에 또는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 본 개시에 따른 방법을 구현하기 위해서, 예시하는 단계에 추가적으로 다른 단계를 포함하거나, 일부의 단계를 제외하고 나머지 단계를 포함하거나, 또는 일부의 단계를 제외하고 추가적인 다른 단계를 포함할 수도 있다.Although the exemplary methods of this disclosure are represented by a series of acts for clarity of explanation, they are not intended to limit the order in which the steps are performed, and if necessary, each step may be performed simultaneously or in a different order. In order to implement the method according to the present disclosure, the illustrative steps may additionally include other steps, include the remaining steps except for some steps, or may include additional steps other than some steps.

본 개시의 다양한 실시 예는 모든 가능한 조합을 나열한 것이 아니고 본 개시의 대표적인 양상을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시 예에서 설명하는 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수도 있다.The various embodiments of the disclosure are not intended to be all-inclusive and are intended to be illustrative of the typical aspects of the disclosure, and the features described in the various embodiments may be applied independently or in a combination of two or more.

또한, 본 개시의 다양한 실시 예는 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 범용 프로세서(general processor), 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다. In addition, various embodiments of the present disclosure may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof. In the case of hardware implementation, one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays A general processor, a controller, a microcontroller, a microprocessor, and the like.

본 개시의 범위는 다양한 실시 예의 방법에 따른 동작이 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행되도록 하는 소프트웨어 또는 머신-실행가능한 명령들(예를 들어, 운영체제, 애플리케이션, 펌웨어(firmware), 프로그램 등), 및 이러한 소프트웨어 또는 명령 등이 저장되어 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행 가능한 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)를 포함한다.The scope of the present disclosure is to be accorded the broadest interpretation as understanding of the principles of the invention, as well as software or machine-executable instructions (e.g., operating system, applications, firmware, Instructions, and the like are stored and are non-transitory computer-readable medium executable on the device or computer.

Claims (20)

초해상도 영상 복원 방법에 있어서,
입력 영상을 입력 해상도의 저주파 영상과 입력 해상도의 고주파 영상으로 분할하는 단계;
상기 입력 영상으로부터 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 단계;
상기 입력 해상도의 저주파 영상, 상기 입력 해상도의 고주파 영상 및 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 이용하여 상위 해상도의 고주파 영상을 복원하는 단계; 및
상기 상위 해상도의 저주파 영상과 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 이용하여 상위 해상도의 복원 영상을 생성하는 단계를 포함하는 초해상도 영상 복원 방법.
A method for reconstructing a super-resolution image,
Dividing an input image into a low-frequency image having an input resolution and a high-frequency image having an input resolution;
Generating a low-resolution image of an upper resolution from the input image;
Reconstructing a high-resolution high-frequency image using the low-frequency image having the input resolution, the high-frequency image having the input resolution, and the low-resolution image having the high resolution; And
And generating a reconstructed image having an upper resolution using the low-frequency image of the higher resolution and the high-frequency image of the higher resolution.
제1항에 있어서,
상기 입력 영상을 상기 입력 해상도의 저주파 영상과 상기 입력 해상도의 고주파 영상으로 분할하는 단계는,
상기 입력 영상에 로우 패스 필터를 적용하여 수행되고,
상기 로우 패스 필터는 가우시안 필터 또는 버터워스 필터인 초해상도 영상 복원 방법.
The method according to claim 1,
Dividing the input image into a low-frequency image having the input resolution and a high-frequency image having the input resolution,
A low pass filter is applied to the input image,
Wherein the low pass filter is a Gaussian filter or a Butterworth filter.
제1항에 있어서,
상기 입력 영상으로부터 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 단계는,
상기 상위 해상도에 기초하여, 상기 입력 영상을 보간하는 단계를 포함하고,
상기 보간은 바이리니어 보간, 바이큐빅 보간 또는 란초스 보간인 초해상도 영상 복원 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the generating the low resolution image of the higher resolution from the input image comprises:
And interpolating the input image based on the higher resolution,
Wherein the interpolation is a bilinear interpolation, a bicubic interpolation, or a ranchus interpolation.
제1항에 있어서,
상기 입력 해상도의 저주파 영상, 상기 입력 해상도의 고주파 영상 및 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 이용하여 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 복원하는 단계는,
상기 상위 해상도의 저주파 영상을 하나 이상의 패치로 분할하는 단계;
상기 패치와 유사한 유사 패치를 상기 입력 해상도의 저주파 영상에서 검색하는 단계;
상기 검색된 유사 패치에 상응하는 고주파 패치를 상기 입력 해상도의 고주파 영상에서 특정하는 단계; 및
상기 특정된 고주파 패치를 이용하여 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 복원하는 단계를 포함하는 초해상도 영상 복원 방법.
The method according to claim 1,
The reconstructing the high-resolution high-frequency image using the low-frequency image having the input resolution, the high-frequency image having the input resolution, and the low-
Dividing the high-resolution low-frequency image into one or more patches;
Retrieving a similar patch similar to the patch from low frequency images of the input resolution;
Identifying a high frequency patch corresponding to the retrieved similar patch from a high frequency image of the input resolution; And
And reconstructing the high-resolution image having the higher resolution using the specified high-frequency patch.
제4항에 있어서,
상기 검색된 유사 패치에 상응하는 상기 고주파 패치는,
상기 검색된 유사 패치와 동일한 좌표를 갖는 상기 입력 해상도의 고주파 영상 내의 패치인 초해상도 영상 복원 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the high frequency patch corresponding to the retrieved similar patch comprises:
Wherein a patch in the high-frequency image of the input resolution having the same coordinates as the retrieved similar patch is a patch.
제4항에 있어서,
상기 검색된 유사 패치가 둘 이상인 경우,
상기 둘 이상의 유사 패치의 각각은 유사도 정보를 갖고,
상기 둘 이상의 유사 패치의 각각에 상응하는 둘 이상의 상기 고주파 패치에 상기 유사도 정보에 기반한 가중치를 적용하여 조합한 것을 상기 특정된 고주파 패치로 결정하는 초해상도 영상 복원 방법.
5. The method of claim 4,
If the retrieved similar patches are two or more,
Each of the two or more similar patches having similarity information,
And determining a combined high frequency patch by applying a weight based on the similarity degree information to at least two of the at least two high frequency patches corresponding to each of the at least two similar patches.
제1항에 있어서,
상기 초해상도 영상 복원 방법은,
상기 상위 해상도의 고주파 영상을 증폭시키는 단계를 더 포함하고,
상기 상위 해상도의 고주파 영상을 증폭시키는 단계는,
상기 상위 해상도의 복원 영상에 포함된 하나 이상의 영상 영역의 종류를 판별하는 단계;
상기 판별된 영상 영역의 종류에 기초하여, 고주파 증폭 계수 맵을 생성하는 단계; 및
상기 고주파 증폭 계수 맵을 이용하여 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 증폭시키는 단계를 포함하고,
상기 상위 해상도의 저주파 영상과 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 이용하여 상기 상위 해상도의 복원 영상을 생성하는 단계는,
상기 상위 해상도의 고주파 영상 대신에 상기 증폭된 상위 해상도의 고주파 영상을 이용하는 초해상도 영상 복원 방법.
The method according to claim 1,
The super resolution image restoration method includes:
Further comprising amplifying the high-resolution image of the higher resolution,
Wherein the step of amplifying the high-
Determining a type of one or more image regions included in the reconstructed image having the higher resolution;
Generating a high frequency amplification coefficient map based on the discriminated type of the image region; And
And amplifying the high-resolution image of the higher resolution using the high-frequency amplification coefficient map,
Wherein the generating of the reconstructed image having the higher resolution using the low-frequency image having the higher resolution and the higher-
Wherein the amplified higher resolution high frequency image is used instead of the higher resolution high frequency image.
제7항에 있어서,
상기 영상 영역의 종류는 평탄 영역, 엣지 영역 또는 텍스쳐 영역을 포함하고,
상기 고주파 증폭 계수 맵을 생성하는 단계는,
상기 엣지 영역에 대한 증폭 계수가 상기 평탄 영역 또는 상기 텍스쳐 영역에 대한 증폭 계수보다 크게 설정되도록 생성하는 초해상도 영상 복원 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the type of the image area includes a flat area, an edge area or a texture area,
Wherein the step of generating the high-
Wherein an amplification factor for the edge region is set to be larger than an amplification factor for the flat region or the texture region.
제1항에 있어서,
상기 초해상도 영상 복원 방법은,
배경 투사 과정을 더 포함하고,
상기 배경 투사 과정은,
상기 상위 해상도의 복원 영상으로부터 입력 해상도의 복원 영상을 생성하는 단계;
상기 입력 해상도의 복원 영상과 상기 입력 영상과의 차분 영상을 생성하는 단계;
상기 차분 영상으로부터 상위 해상도의 차분 영상을 생성하는 단계; 및
상기 상위 해상도의 차분 영상을 상기 상위 해상도의 복원 영상에 적용하여 상위 해상도의 최종 복원 영상을 생성하는 단계를 포함하는 초해상도 영상 복원 방법.
The method according to claim 1,
The super resolution image restoration method includes:
Further comprising a background projection process,
The background projection process includes:
Generating a restored image of the input resolution from the restored image of the higher resolution;
Generating a difference image between the reconstructed image of the input resolution and the input image;
Generating a difference image of an upper resolution from the difference image; And
And applying the difference image of the higher resolution to the reconstructed image of the higher resolution to generate a final reconstructed image of an upper resolution.
제9항에 있어서,
상기 상위 해상도의 복원 영상으로부터 상기 입력 해상도의 복원 영상을 생성하는 단계는,
상기 상위 해상도의 복원 영상을 입력 해상도로 다운샘플링하여 상기 입력 해상도의 복원 영상을 생성하는 초해상도 영상 복원 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step of generating a reconstructed image of the input resolution from the reconstructed image of the higher resolution comprises:
And generating a reconstructed image having the input resolution by downsampling the reconstructed image having the higher resolution with the input resolution.
제9항에 있어서,
상기 차분 영상으로부터 상기 상위 해상도의 차분 영상을 생성하는 단계는,
상기 차분 영상을 상위 해상도로 업샘플링하여 상기 상위 해상도의 차분 영상을 생성하는 초해상도 영상 복원 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step of generating the difference image of the higher resolution from the difference image comprises:
And generating the difference image of the higher resolution by upsampling the difference image to an upper resolution.
제9항에 있어서,
상기 배경 투사 과정의 출력인 상기 상위 해상도의 최종 복원 영상을 상기 배경 투사 과정의 입력인 상기 상위 해상도의 복원 영상으로 다시 입력하여, 상기 배경 투사 과정을 2회 이상 수행하는 초해상도 영상 복원 방법.
10. The method of claim 9,
And inputting the final reconstructed image of the higher resolution, which is an output of the background projection process, as the restored image of the higher resolution which is the input of the background projection process, and performing the background projection process more than twice.
제3항에 있어서,
상기 바이큐빅 보간은,
NxN (N은 2이상 정수) 크기의 블록인 참조 영역 내의 복수의 픽셀들을, N개의 픽셀들을 포함하는 N개의 그룹으로 그룹핑하는 단계;
상기 N개의 그룹 각각에 대해 1차 보간을 수행하는 단계; 및
상기 N개의 그룹 각각에 대한 1차 보간 결과를 이용하여 2차 보간을 수행함으로써 하나의 결과 픽셀값을 유도하는 단계를 포함하고,
상기 그룹핑 단계는,
참조 영역 내의 복수의 픽셀들 중 동일 열 또는 동일 행에 속하는 N개의 픽셀들을 동일 그룹으로 그룹핑하는 초해상도 영상 복원 방법.
The method of claim 3,
In the bicubic interpolation,
Grouping a plurality of pixels in a reference area, which is a block of NxN (N is an integer equal to or greater than 2), into N groups including N pixels;
Performing a first order interpolation for each of the N groups; And
And deriving a resultant pixel value by performing a second-order interpolation using the first-order interpolation result for each of the N groups,
Wherein the grouping comprises:
And grouping the N pixels belonging to the same column or the same row among the plurality of pixels in the reference area into the same group.
제13항에 있어서,
상기 하나의 결과 픽셀값을 유도하기 위한 상기 참조 영역이, 다른 결과 픽셀값을 유도하기 위한 다른 참조 영역과 중첩되는 경우,
상기 중첩되는 부분에 포함되는 그룹에 대한 상기 1차 보간 결과는, 상기 다른 결과 픽셀값을 유도하기 위한 1차 보간 결과로 재사용되는 초해상도 영상 복원 방법.
14. The method of claim 13,
If the reference area for deriving the one resulting pixel value overlaps another reference area for deriving another result pixel value,
Wherein the first interpolation result for the group included in the overlapping portion is reused as a first-order interpolation result for deriving the different result pixel value.
제13항에 있어서,
상기 1차 보간을 수행하는 단계는,
큐빅 스플라인 함수를 이용하여 수행되고,
상기 큐빅 스플라인 함수의 연속성을 결정하는 장력 계수는,
상기 입력 영상의 공간적 복잡도에 따라 적응적으로 조정되는 초해상도 영상 복원 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein performing the linear interpolation comprises:
Is performed using a cubic spline function,
The tension coefficient, which determines the continuity of the cubic spline function,
Wherein the input image is adaptively adjusted according to the spatial complexity of the input image.
제15항에 있어서,
상기 입력 영상의 공간적 복잡도가 낮을수록 상기 장력 계수를 크게 조정하는 초해상도 영상 복원 방법.
16. The method of claim 15,
And adjusting the tension coefficient as the spatial complexity of the input image is lower.
제15항에 있어서,
상기 입력 영상의 공간적 복잡도는,
상기 입력 영상에 포함되는 평탄 영역의 비율이 소정의 임계치를 초과하는지 여부에 기초하여 결정되는 초해상도 영상 복원 방법.
16. The method of claim 15,
The spatial complexity of the input image may be expressed as:
And determining whether a ratio of a flat area included in the input image exceeds a predetermined threshold value.
제9항에 있어서,
상기 차분 영상 또는 상기 상위 해상도의 차분 영상의 특성에 기초하여, 상기 입력 영상으로부터 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 단계에 사용되는 보간 파라미터를 적응적으로 조정하는 초해상도 영상 복원 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the interpolation parameter used in the step of generating the low-resolution image of the higher resolution from the input image is adaptively adjusted based on the characteristics of the difference image or the difference image of the higher resolution.
제18항에 있어서,
상기 차분 영상 또는 상기 상위 해상도의 차분 영상의 특성은,
상기 차분 영상 또는 상기 상위 해상도의 차분 영상이 포함하는 라인 아티팩트에 대한 통계적 특성이며,
상기 입력 영상으로부터 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 단계에 사용되는 상기 보간 파라미터는,
큐빅 스플라인 함수의 연속성을 결정하는 장력 계수인 초해상도 영상 복원 방법.
19. The method of claim 18,
The characteristic of the difference image or the difference image of the higher resolution is,
Wherein the difference image is a statistical characteristic of a line artifact included in the difference image or the difference image of the higher resolution,
Wherein the interpolation parameter used in the step of generating the low-resolution image of the higher resolution from the input image,
A super resolution image restoration method which is a tension coefficient determining the continuity of a cubic spline function.
초해상도 영상 복원 장치에 있어서,
입력 영상을 입력 해상도의 저주파 영상과 입력 해상도의 고주파 영상으로 분할하는 주파수 영역 분할부;
상기 입력 영상으로부터 상위 해상도의 저주파 영상을 생성하는 해상도 향상부;
상기 입력 해상도의 저주파 영상, 상기 입력 해상도의 고주파 영상 및 상기 상위 해상도의 저주파 영상을 이용하여 상위 해상도의 고주파 영상을 복원하는 고주파 신호 복원부; 및
상기 상위 해상도의 저주파 영상과 상기 상위 해상도의 고주파 영상을 이용하여 상위 해상도의 복원 영상을 생성하는 주파수 영역 융합부를 포함하는 초해상도 영상 복원 장치.
A super-resolution image restoration apparatus comprising:
A frequency domain division unit which divides the input image into a low frequency image having an input resolution and a high frequency image having an input resolution;
A resolution enhancement unit for generating a low-resolution image of an upper resolution from the input image;
A high frequency signal reconstruction unit for reconstructing a high-resolution high-frequency image using the low-frequency image having the input resolution, the high-frequency image having the input resolution, and the low-resolution image having the high resolution; And
And a frequency domain fusion unit for generating a reconstructed image of an upper resolution using the high-resolution low-frequency image and the high-resolution high-frequency image.
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