WO2017003240A1 - Image conversion device and image conversion method therefor - Google Patents

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WO2017003240A1
WO2017003240A1 PCT/KR2016/007080 KR2016007080W WO2017003240A1 WO 2017003240 A1 WO2017003240 A1 WO 2017003240A1 KR 2016007080 W KR2016007080 W KR 2016007080W WO 2017003240 A1 WO2017003240 A1 WO 2017003240A1
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WO
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resolution image
image
category
high resolution
low resolution
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/007080
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김문철
최재석
Original Assignee
한국과학기술원
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00Television systems
    • H04N7/01Conversion of standards, e.g. involving analogue television standards or digital television standards processed at pixel level

Definitions

  • the present invention relates to an image conversion apparatus and an image conversion method thereof. More particularly, the present invention relates to an image converting apparatus for converting a low resolution image into a high resolution image having a relatively higher resolution, and an image conversion method thereof.
  • the low resolution image in converting a low resolution image into a high resolution image, the low resolution image is extended to high resolution through an interpolation process such as bi-cubic and converted into a high resolution image.
  • a high quality image remaining at a low quality level is repeatedly improved by using a real conversion kernel such as a floating-point matrix to generate a high quality image of high quality.
  • the prior art requires an interpolation process for a low resolution image and requires a lot of operations because it uses a real conversion kernel, which is difficult to implement with low complexity hardware.
  • an image conversion apparatus and an image conversion method for converting a low resolution image directly into a high resolution image without undergoing an interpolation process and a repetitive image quality improvement process for the low resolution image are provided.
  • an image conversion method using an image conversion apparatus for converting a low resolution image into a high resolution image having a relatively higher resolution comprises dividing the low resolution image into N (where N is a natural number of 2 or more). Generating a plurality of low resolution image patches having pixels, classifying the plurality of low resolution image patches into a plurality of image categories, and corresponding the plurality of low resolution image patches by the image categories among a plurality of stored transformation matrices. Converting using a conversion kernel to generate a plurality of high resolution image patches having L (where L is a natural number) pixels, and arranging the plurality of high resolution image patches to generate the high resolution image. It may include a step.
  • the classifying of the plurality of image categories may include classifying the at least one information among edge direction, edge intensity, texture, brightness, first or more differential signals, color, object or object type, and frequency of the low resolution image patch. Can be.
  • the classifying of the plurality of image categories may include classifying the N pixels included in the low resolution image patch into a plurality of pixel groups, and a plurality of direction categories in which the edge direction is preset for the pixel group.
  • the method may include identifying which direction category corresponds to the direction category, and classifying the low resolution image patch into any one image category among the plurality of image categories based on the identified direction category of the pixel group.
  • Some of the N pixels may be classified in a different pixel group among the plurality of pixel groups.
  • the step of determining which direction category corresponds to may use an edge filter.
  • the edge filter may include a vertical pixel conversion matrix and a horizontal pixel conversion matrix.
  • the determining of which direction category corresponds to the direction category may include calculating the magnitude value and the angle value in the edge direction, and determining the direction direction category if the magnitude value is less than a preset threshold value, and the magnitude value is the threshold value. If it is equal to or greater than the value, it may be determined as any one of the horizontal category, the vertical category, the first diagonal category, and the second diagonal category according to the angle value.
  • the N pixels may be classified into first to fourth pixel groups, and the direction category may be determined based on the first to fourth pixel groups.
  • the low resolution image patch may be classified into any one image category among 625 image categories using a decimal number.
  • the low resolution image patch converted using the conversion kernel may be an original size not enlarged.
  • the plurality of transform kernels are calculated using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patch and a correct image patch corresponding to the high resolution image patch, wherein the training image patch is an original size that is not enlarged. Can be.
  • the plurality of transform kernels may be a linear transform matrix or a nonlinear transform matrix.
  • the generating of the plurality of high resolution image patches may include multiplying the linear transformation matrix of integer values by the low resolution image patch and obtaining a pixel value of the high resolution image patch by a bit shift operation.
  • the generating of the high resolution image may include overlapping the N pixels included in the low resolution image patch with the high resolution image, and the high resolution image is located at a peripheral position around the center of the N pixels.
  • L pixels included in the image patch may be disposed.
  • the low resolution image patch may be a 3 ⁇ 3 polygon, and the high resolution image patch may be a 2 ⁇ 2 polygon.
  • the high resolution image may be generated by arranging the plurality of high resolution image patches so as not to overlap each other.
  • a computer-readable recording medium having a computer program stored therein for causing a processor to perform the image conversion method may be provided.
  • an image converting apparatus for converting a low resolution image into a higher resolution image having a higher resolution includes: an input unit receiving the low resolution image and converting the low resolution image input to generate the high resolution image And a processing unit to output the generated high resolution image, wherein the processing unit divides the low resolution image to generate a plurality of low resolution image patches having N pixels (where N is a natural number of two or more), The plurality of low resolution image patches are classified into a plurality of image categories, and the plurality of low resolution image patches are converted using a transform kernel corresponding to each of the image categories from among a plurality of stored transformation matrices, where L is less than N (where: L is a natural number). , It is possible to arrange the plurality of high resolution image patch to produce the high resolution image.
  • the processor may generate the high resolution image by arranging the plurality of high resolution image patches so as not to overlap each other.
  • a low resolution image is immediately converted into a high resolution image without undergoing an interpolation process for the low resolution image and an iterative image quality improvement process. Therefore, the amount of computation is reduced compared to the prior art, which requires an interpolation process, which can be implemented with low complexity hardware.
  • the low resolution image is classified into a plurality of image categories according to the characteristic information, and then converted into a high resolution image using an integer conversion kernel selected for each category, the amount of computation can be further reduced.
  • the low resolution image is classified into a plurality of image categories according to the characteristic information, and then converted into a high resolution image using a conversion kernel selected for each image category, a high resolution image of high quality can be generated regardless of the characteristic information of the image signal. It has an effect.
  • FIG. 1 is a block diagram of an image conversion apparatus capable of performing an image conversion method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an image conversion method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of classifying an image category using edge direction information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of determining a direction category using edge direction information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a vertical pixel conversion matrix V and a horizontal pixel conversion matrix H applied to a low resolution image patch divided from a low resolution image according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a direction category classified using edge direction information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a process of converting a high resolution image patch by applying a conversion kernel to a low resolution image patch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a process of generating a high resolution image by arranging a plurality of high resolution image patches according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of an image conversion apparatus capable of performing an image conversion method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the image conversion apparatus 100 includes an input unit 110, a processor 120, and an output unit 130.
  • the input unit 110 receives the low resolution image and provides it to the processor 120.
  • the input unit 110 may be implemented by various communication interfaces such as a serial port, a universal serial bus (USB) port, or the like, or a receiver capable of receiving a data stream.
  • USB universal serial bus
  • the processor 120 performs a process of converting a low resolution image provided from the input unit 110 into a high resolution image.
  • the processor 120 may be implemented as a processor such as a central processing unit.
  • the processor 120 divides the low resolution image and generates a plurality of low resolution image patches having N pixels (where N is a natural number of two or more). Subsequently, the plurality of low resolution image patches are classified into a plurality of image categories. The plurality of low resolution image patches are converted using a transform kernel corresponding to each image category among a plurality of stored transformation matrices, thereby generating a plurality of high resolution image patches having L (where L is a natural number) pixels smaller than N. . Also, a plurality of high resolution image patches are arranged to generate a high resolution image.
  • the processor 120 may include at least one of an edge direction, an edge intensity, a texture, a brightness, a first or more differential signal, a color, an object or an object type, and a frequency of the low resolution image patch. It can be classified using one or more pieces of information.
  • the processor 120 may classify an image category using edge direction information.
  • N pixels included in the low resolution image patch are classified into a plurality of pixel groups.
  • some of the N pixels may be classified in a different pixel group among the plurality of pixel groups.
  • the direction of the edge group corresponds to the direction category among a plurality of preset direction categories for the pixel group.
  • the low resolution image patch is classified into any one image category among the plurality of image categories based on the identified direction category of the pixel group.
  • the processor 120 may use an edge filter including a vertical pixel transformation matrix and a horizontal pixel transformation matrix to determine the direction category of the pixel group.
  • the processor 120 may determine which direction category an edge direction component of a pixel group corresponds to by using a vertical pixel transformation matrix and a horizontal pixel transformation matrix in a state of setting five direction categories in total.
  • the five direction categories may include a horizontal category and a vertical category.
  • the first and second quadrants may include a first diagonal direction that crosses one quadrant and three quadrants on an orthogonal coordinate plane perpendicular to the horizontal direction and the vertical direction. It may also include a second diagonal category across the moving and quadrants on the Cartesian coordinate plane. And, it may include a non-directional category having no directionality.
  • the processor 120 may use a preset threshold value when determining the direction category of the pixel group. After calculating the size value and the angle value in the edge direction, if the size value is less than the predetermined threshold value can be determined as a non-directional category. However, if the magnitude value is greater than or equal to the threshold value, it may be determined as any one direction category among the horizontal category, the vertical category, the first diagonal category, and the second diagonal category according to the angle value.
  • the processing unit 120 converts a plurality of low resolution image patches using a transform kernel corresponding to each image category from among a plurality of stored transform matrices
  • a linear transform matrix or a nonlinear transform matrix may be used as the transform kernel.
  • the low resolution image patch used by the transform kernel may be an original size not enlarged.
  • the plurality of transform kernels used by the processor 120 may be obtained through a separate training process.
  • the processor 120 may calculate a plurality of transform kernels through training using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patch and correct answer image patches corresponding to the high resolution image patch.
  • the training image patch used by the processor 120 may be an original size that is not enlarged.
  • Original size that is not enlarged may mean that the interpolation process has not been performed.
  • the processor 120 may generate a high resolution image by arranging a plurality of high resolution image patches without overlapping.
  • L pixels included in the high resolution image patch may be disposed at a peripheral position centering on the position of the pixel among the N pixels. have.
  • the output unit 130 constituting the image conversion apparatus 100 outputs a high resolution image generated by the processor 120.
  • the output unit 130 may be implemented as various communication interfaces such as a serial port, a USB port, or the like, or may be implemented as an image display device capable of displaying a high resolution image on a screen.
  • the input unit 110 of the image conversion apparatus 100 receives a low resolution image and provides it to the processing unit 120 of the image conversion apparatus 100 (S210).
  • the processor 120 divides the low resolution image provided from the input unit 110 and generates a plurality of low resolution image patches having N pixels (where N is a natural number of two or more) (S220). For example, the processor 120 may generate a plurality of low resolution image patches having nine pixels. That is, as shown in FIG. 4, the low resolution image may be divided into a 3 ⁇ 3 polygonal low resolution image patch 301.
  • the processor 120 classifies the plurality of low resolution image patches into the plurality of image categories using the characteristic information (S230).
  • the number of image categories is determined in advance through a training process using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patches and correct answer image patches corresponding to the high resolution image patches.
  • the classification criteria of the image category may use at least one or more information among the edge direction, edge intensity, texture, brightness, first or more differential signal, color, object or object type, and frequency of the low resolution image patch.
  • the processor 120 may classify a plurality of low resolution image patches into a plurality of image categories using a known k-means clustering algorithm. In this case, the k-means clustering algorithm may be executed with a 30-dimensional feature vector using a PCA (Principal Component Analysis).
  • PCA Principal Component Analysis
  • the processor 120 may classify the image category by using the edge direction information.
  • the processor 120 divides the N pixels included in the low resolution image patch into L pixels and classifies them into a plurality of pixel groups (S231). In this case, some of the N pixels may be classified in a different pixel group among the plurality of pixel groups.
  • the low-resolution image patch 301 having a 3 ⁇ 3 polygon shape is divided into 2 ⁇ 2 polygon shapes to form a first pixel group 311, a second pixel group 312, and a third pixel group 313.
  • the fourth pixel group 314 may be classified.
  • the processor 120 determines which direction category the edge direction corresponds to among the plurality of preset direction categories for the pixel groups (S232).
  • the processor 120 may use an edge filter including a vertical pixel conversion matrix V and a horizontal pixel conversion matrix H, as illustrated in FIG. 5, to determine the direction category of the pixel group.
  • the processor 120 uses the vertical pixel conversion matrix V and the horizontal pixel conversion matrix H to set the edge direction components of the pixel groups in a state in which five direction categories are set as shown in FIG. 6. Find out which direction category it belongs to.
  • the five direction categories may include a horizontal category 401 and a vertical category 402. And a first diagonal category 403 across one quadrant and three quadrants on an orthogonal coordinate plane perpendicular to the horizontal direction and the vertical direction. It may also include a second diagonal category 404 across the moving and quadrants on the Cartesian coordinate plane. And, it may include a non-directional category 405 having no directionality.
  • the processor 120 may use a preset threshold value when determining the direction category of the pixel group. After the magnitude value and the angle value of the edge direction are calculated, if the magnitude value is less than the preset threshold value, the non-direction category 405 may be determined. However, if the magnitude value is greater than or equal to the threshold value, the direction category of any one of the horizontal category 401, the vertical category 402, the first diagonal category 403, and the second diagonal category 404 according to the angle value. Can be determined.
  • Equation 1 illustrates a process in which the processor 120 represents the first pixel group 311 as a matrix P 11 , and calculates the magnitude value m 11 and the angle value d 11 in the edge direction. It is shown as.
  • Equation 2 illustrates a process in which the processor 120 represents the second pixel group 312 as a matrix P 12 and calculates the magnitude value m 12 and the angle value d 12 in the edge direction. It is shown as.
  • Equation 3 illustrates a process in which the processor 120 represents the third pixel group 313 as a matrix P 21 and calculates the magnitude value m 21 and the angle value d 21 in the edge direction. It is shown as.
  • Equation 4 illustrates a process in which the processor 120 represents the fourth pixel group 314 as a matrix P 22 , and calculates the magnitude value m 22 and the angle value d 22 in the edge direction. It is shown as.
  • the processor 120 compares the magnitude value with a preset threshold value, and if the magnitude value is less than the preset threshold value, The direction category 405 is determined, and the index is designated as "0".
  • the processor 120 determines a horizontal category 401, a vertical category 402, a first diagonal category 403, and a second diagonal category according to the angle value. It may be determined as one of the direction categories from the (404). For example, if “-22.5 ⁇ angle value ⁇ 22.5", it is determined by the horizontal direction category 401, and the index is designated as "1". If “22.5 ⁇ angle value ⁇ 67.5", the first pre-direction category 403 is determined, and the index is designated as "2”. If “67.5 ⁇ angle value ⁇ 112.5”, it is determined by the vertical direction category 402, and the index is designated as "3". If "112.5 ⁇ angle value ⁇ 157.5", the second pre-direction category 404 is determined, and the index is designated as "4".
  • the processor 120 classifies the low resolution image patch into any one image category among the plurality of image categories based on the direction category of the pixel group identified above (S233).
  • an index of the first pixel group 311 is designated as "3”
  • an index of the second pixel group 312 is designated as "2”
  • an index of the third pixel group 313 is designated as "1”.
  • the processor 120 classifies the low resolution image patch into the image category corresponding to the class 288 among the 625 image categories by using a decimal number.
  • the processor 120 converts a plurality of low resolution image patches using a transform kernel corresponding to each image category among a plurality of stored transformation matrices, and has a plurality of L (where L is a natural number) pixels smaller than N.
  • a high resolution image patch is generated (S240).
  • FIG. 7 illustrates a case where a 3 ⁇ 3 polygon low resolution image patch 501 is transformed using a k th transform kernel M k corresponding to a k th image category to generate a 2 ⁇ 2 polygon high resolution image patch 502. It is shown.
  • the processing unit 120 converts a plurality of low resolution image patches using a transform kernel corresponding to each image category from among a plurality of stored transform matrices
  • a linear transform matrix or a nonlinear transform matrix may be used as the transform kernel.
  • the low resolution image patch used by the transform kernel may be an original size not enlarged.
  • the plurality of transform kernels used by the processor 120 may be obtained through a separate training process.
  • the processor 120 may calculate a plurality of transform kernels through training using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patch and correct answer image patches corresponding to the high resolution image patch.
  • the training image patch used by the processor 120 may be an original size that is not enlarged.
  • Original size that is not enlarged may mean that the interpolation process has not been performed. However, if the amount of computation increases to some extent, the interpolation process for the low resolution image patch may be performed.
  • the processor 120 may multiply the linear transformation matrix composed of integer values by the low resolution image patch and obtain a pixel value of the high resolution image patch by a bit shift operation.
  • the conversion kernels are previously stored in a separate external memory in the form of a look-up table so as to correspond to the plurality of image categories in a one-to-one correspondence, and the processor 120 converts the conversion kernels for each image category of the low resolution image patch from the external memory.
  • the pixel value of the high resolution image patch can be obtained through the multiplication operation and the bit shift operation using the read and read conversion kernels.
  • the low resolution image patch may be converted into a high resolution image patch through MLP (Multi-layer Perceptron) mapping after a preprocessing process such as noise mitigation or color space conversion.
  • MLP Multi-layer Perceptron
  • information about the number of shift bits for the bit shift operation may be stored in the external memory, and the processor 120 may process the bit shift operation with reference thereto.
  • the processor 120 generates a high resolution image by arranging the plurality of high resolution image patches so as not to overlap each other.
  • L pixels included in the high resolution image patch may be disposed at a peripheral position centering on the position of the pixel among the N pixels. have.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a process of generating a high resolution image by arranging a plurality of high resolution image patches.
  • the first low resolution image patch 601 is converted to generate and arrange the first high resolution image patch 701
  • the second low resolution image patch 602 is converted to the second high resolution image patch ( 702) is generated and an example of generating and arranging the third high resolution image patch 703 by converting the third low resolution image patch 603 in (c).
  • the first high resolution image patch 701, the second high resolution image patch 702, and the third high resolution image patch 703 pixels do not overlap between adjacent high resolution image patches.
  • later-defined high resolution image patches also do not overlap pixels between adjacent high resolution image patches.
  • the output unit 130 of the image conversion apparatus 100 outputs a high resolution image generated by the processor 120 (S250).
  • the output unit 130 may output a high resolution image in a data stream form or display a high resolution image on a screen through various communication interfaces such as a serial port and a USB port.
  • the low resolution image is immediately converted into a high resolution image without undergoing an interpolation process for the low resolution image and an iterative image quality improvement process. Therefore, the amount of computation is reduced compared to the prior art, which requires an interpolation process, which can be implemented with low complexity hardware.
  • the low resolution image is classified into a plurality of image categories according to the characteristic information, and then converted into a high resolution image using an integer conversion kernel selected for each category, the amount of computation can be further reduced.
  • the low resolution image is classified into a plurality of image categories according to the characteristic information, and then converted into a high resolution image using a conversion kernel selected for each image category, a high resolution image of high quality can be generated regardless of the characteristic information of the image signal. have.
  • Combinations of the steps of each flowchart attached to the present invention may be performed by computer program instructions.
  • These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment such that the instructions performed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment are described in each step of the flowchart. It will create a means to perform them.
  • These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored therein to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each step of the flowchart.
  • Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for executing the functions described in each step of the flowchart.
  • each step may represent a module, segment or portion of code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • logical function e.g., a module, segment or portion of code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • the functions noted in the steps may occur out of order.
  • the two steps shown in succession may in fact be performed substantially simultaneously or the steps may sometimes be performed in the reverse order, depending on the function in question.

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Abstract

The present invention relates to an image conversion device and an image conversion method therefor. The disclosed image conversion method comprises the steps of: dividing a low-resolution image so as to generate a plurality of low-resolution image patches having N (wherein N is a natural number of 2 or more) pixels; classifying the plurality of low-resolution image patches into a plurality of image categories; converting the plurality of low-resolution image patches by using a conversion kernel corresponding to each image category among a plurality of prestored conversion matrices, so as to generate a plurality of high-resolution image patches having L (wherein L is a natural number) pixels, which is less than N pixels; and arranging the plurality of high-resolution image patches so as to generate a high-resolution image. According to one embodiment of the present invention, an operation quantity can be reduced in comparison to a prior art, and thus hardware having low complexity can be implemented. In addition, a high quality and high-resolution image can be generated regardless of characteristic information of an image signal.

Description

영상 변환 장치 및 그 영상 변환 방법Video conversion device and video conversion method
본 발명은 영상 변환 장치 및 그 영상 변환 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 저해상도 영상을 상대적으로 해상도가 더 높은 고해상도 영상으로 변환하는 영상 변환 장치 및 그 영상 변환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image conversion apparatus and an image conversion method thereof. More particularly, the present invention relates to an image converting apparatus for converting a low resolution image into a high resolution image having a relatively higher resolution, and an image conversion method thereof.
주지하는 바와 같이, 저해상도 영상을 상대적으로 해상도가 더 높은 고해상도 영상으로 변환하는 것을 초해상화(super resolution) 또는 업스케일링(up-scaling)이라 한다.As is well known, the conversion of a low resolution image to a higher resolution image with a relatively higher resolution is called super resolution or up-scaling.
종래 기술에 의하면, 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환함에 있어서, 저해상도 영상을 바이큐빅(bi-cubic) 등의 보간과정을 통해 고해상도로 확장하여 고해상도 영상으로 변환한다. 그리고, 저 화질 수준에 머물러 있는 고해상도 영상에 대해 부동소수점 매트릭스(floating-point matrix) 등과 같은 실수 변환 커널(kernel)을 사용해 반복적으로 화질을 개선시켜서 최종적으로 고화질의 고해상도 영상을 생성한다.According to the prior art, in converting a low resolution image into a high resolution image, the low resolution image is extended to high resolution through an interpolation process such as bi-cubic and converted into a high resolution image. In addition, a high quality image remaining at a low quality level is repeatedly improved by using a real conversion kernel such as a floating-point matrix to generate a high quality image of high quality.
그러나, 종래 기술은 저해상도 영상에 대한 보간과정이 필요하고, 실수 변환 커널을 사용하기 때문에 많은 연산이 요구되며, 이 때문에 저복잡도 하드웨어로는 구현하기 어렵다.However, the prior art requires an interpolation process for a low resolution image and requires a lot of operations because it uses a real conversion kernel, which is difficult to implement with low complexity hardware.
또한, 영상 신호의 에지나 텍스처 등과 같은 특성 정보를 이용하지 않거나 충분히 활용하지 않아서 특정한 영상 신호 특성을 가지는 저해상도 영상에 대해서는 만족스러운 고화질의 고해상도 영상을 생성할 수가 없는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem in that a satisfactory high definition image cannot be generated for a low resolution image having a specific image signal characteristic because the characteristic information such as edge or texture of the image signal is not used or not sufficiently utilized.
본 발명의 실시예에 따르면, 저해상도 영상에 대한 보간과정과 반복적인 화질 개선 처리를 거치지 않고 저해상도 영상을 곧바로 고해상도 영상으로 변환하는 영상 변환 장치 및 그 영상 변환 방법을 제공한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided an image conversion apparatus and an image conversion method for converting a low resolution image directly into a high resolution image without undergoing an interpolation process and a repetitive image quality improvement process for the low resolution image.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved of the present invention is not limited to those mentioned above, and another problem to be solved which is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 제 1 관점에 따르면, 저해상도 영상을 상대적으로 해상도가 더 높은 고해상도 영상으로 변환하는 영상 변환 장치에 의한 영상 변환 방법은, 상기 저해상도 영상을 분할하여 N(단, N은 2이상의 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 저해상도 영상 패치를 생성하는 단계와, 상기 복수의 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리로 분류하는 단계와, 상기 복수의 저해상도 영상 패치를 기 저장된 복수의 변환 매트릭스 중에서 상기 영상 카테고리별로 대응하는 변환 커널을 이용해 변환하여, 상기 N보다 적은 L(단, L은 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 고해상도 영상 패치를 생성하는 단계와, 상기 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 상기 고해상도 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.According to a first aspect of the present invention, an image conversion method using an image conversion apparatus for converting a low resolution image into a high resolution image having a relatively higher resolution comprises dividing the low resolution image into N (where N is a natural number of 2 or more). Generating a plurality of low resolution image patches having pixels, classifying the plurality of low resolution image patches into a plurality of image categories, and corresponding the plurality of low resolution image patches by the image categories among a plurality of stored transformation matrices. Converting using a conversion kernel to generate a plurality of high resolution image patches having L (where L is a natural number) pixels, and arranging the plurality of high resolution image patches to generate the high resolution image. It may include a step.
상기 복수의 영상 카테고리로 분류하는 단계는, 상기 저해상도 영상 패치의 에지 방향, 에지 강도, 텍스처, 밝기, 1차 이상의 미분 신호, 컬러, 객체 또는 물체 종류, 주파수 중에서 적어도 하나 이상의 정보를 이용하여 분류할 수 있다.The classifying of the plurality of image categories may include classifying the at least one information among edge direction, edge intensity, texture, brightness, first or more differential signals, color, object or object type, and frequency of the low resolution image patch. Can be.
상기 복수의 영상 카테고리로 분류하는 단계는, 상기 저해상도 영상 패치에 포함된 상기 N개의 화소를 복수의 화소 그룹으로 분류하는 단계와, 상기 화소 그룹을 대상으로 하여 상기 에지 방향이 기 설정된 복수의 방향 카테고리 중에서 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악하는 단계와, 파악된 상기 화소 그룹의 방향 카테고리를 기초로 하여 상기 저해상도 영상 패치를 상기 복수의 영상 카테고리 중에서 어느 하나의 영상 카테고리로 분류하는 단계를 포함할 수 있다.The classifying of the plurality of image categories may include classifying the N pixels included in the low resolution image patch into a plurality of pixel groups, and a plurality of direction categories in which the edge direction is preset for the pixel group. The method may include identifying which direction category corresponds to the direction category, and classifying the low resolution image patch into any one image category among the plurality of image categories based on the identified direction category of the pixel group.
상기 N개의 화소 중에서 일부는 상기 복수의 화소 그룹 중에서 서로 다른 화소 그룹에 중복하여 분류될 수 있다.Some of the N pixels may be classified in a different pixel group among the plurality of pixel groups.
상기 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악하는 단계는, 에지 필터를 이용할 수 있다.The step of determining which direction category corresponds to may use an edge filter.
상기 에지 필터는, 수직 화소 변환 매트릭스와 수평 화소 변환 매트릭스를 포함할 수 있다.The edge filter may include a vertical pixel conversion matrix and a horizontal pixel conversion matrix.
상기 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악하는 단계는, 상기 수직 화소 변환 매트릭스와 상기 수평 화소 변환 매트릭스를 이용하여, 수평방향 카테고리, 수직방향 카테고리, 수평방향과 수직방향이 직교하는 직교좌표평면 상에서 일사분면과 삼사분면을 가로지르는 제 1 사선방향 카테고리, 상기 직교좌표평면 상에서 이사분면과 사사분면을 가로지르는 제 2 사선방향 카테고리, 방향성을 가지지 않는 무방향 카테고리 중에서 어떤 방향 카테고리에 해당하는 것인지를 파악할 수 있다.Determining which direction category corresponds to one quadrant on a rectangular coordinate plane in which a horizontal category, a vertical category, a horizontal direction and a vertical direction are orthogonal to each other, using the vertical pixel transformation matrix and the horizontal pixel transformation matrix. It is possible to determine which direction category corresponds to a first diagonal direction across the three quadrants, a second diagonal direction across the quadrant and the quadrant on the rectangular coordinate plane, and a non-directional category having no directionality.
상기 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악하는 단계는, 상기 에지 방향의 크기값과 각도값을 산출한 후, 상기 크기값이 기 설정된 임계값 미만이면 상기 무방향 카테고리로 결정하고, 상기 크기값이 상기 임계값 이상이면 상기 각도값에 따라 상기 수평방향 카테고리, 상기 수직방향 카테고리, 상기 제 1 사선방향 카테고리, 상기 제 2 사선방향 카테고리 중에서 어느 하나의 방향 카테고리로 결정할 수 있다.The determining of which direction category corresponds to the direction category may include calculating the magnitude value and the angle value in the edge direction, and determining the direction direction category if the magnitude value is less than a preset threshold value, and the magnitude value is the threshold value. If it is equal to or greater than the value, it may be determined as any one of the horizontal category, the vertical category, the first diagonal category, and the second diagonal category according to the angle value.
상기 복수의 영상 카테고리로 분류하는 단계는, 상기 N개의 화소를 제 1 화소 그룹 내지 제 4 화소 그룹으로 분류하고, 상기 제 1 화소 그룹 내지 제 4 화소 그룹을 대상으로 하여 상기 방향 카테고리를 결정한 후, 5진수를 이용하여 상기 저해상도 영상 패치를 625개의 상기 영상 카테고리 중에서 어느 한 영상 카테고리로 분류할 수 있다.In the classifying of the plurality of image categories, the N pixels may be classified into first to fourth pixel groups, and the direction category may be determined based on the first to fourth pixel groups. The low resolution image patch may be classified into any one image category among 625 image categories using a decimal number.
상기 변환 커널을 이용해 변환하는 상기 저해상도 영상 패치는, 확대되지 않은 원본 크기일 수 있다.The low resolution image patch converted using the conversion kernel may be an original size not enlarged.
상기 복수의 변환 커널은, 상기 저해상도 영상 패치에 대응하는 훈련용 영상 패치와 상기 고해상도 영상 패치에 대응하는 정답 영상 패치의 쌍을 이용하여 계산되고, 상기 훈련용 영상 패치는, 확대되지 않은 원본 크기일 수 있다.The plurality of transform kernels are calculated using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patch and a correct image patch corresponding to the high resolution image patch, wherein the training image patch is an original size that is not enlarged. Can be.
상기 복수의 변환 커널은, 선형 변환 매트릭스 또는 비선형 변환 매트릭스일 수 있다.The plurality of transform kernels may be a linear transform matrix or a nonlinear transform matrix.
상기 복수의 고해상도 영상 패치를 생성하는 단계는, 정수값으로 이루어진 상기 선형 변환 매트릭스를 상기 저해상도 영상 패치에 곱하고 비트 시프트 동작으로 상기 고해상도 영상 패치의 화소값을 구할 수 있다.The generating of the plurality of high resolution image patches may include multiplying the linear transformation matrix of integer values by the low resolution image patch and obtaining a pixel value of the high resolution image patch by a bit shift operation.
상기 고해상도 영상을 생성하는 단계는, 상기 저해상도 영상 패치에 포함된 상기 N개의 화소를 상기 고해상도 영상에 중첩시켜 볼 때에, 상기 N개의 화소 중에서 중앙에 있는 화소의 위치를 중심으로 하여 주변 위치에 상기 고해상도 영상 패치에 포함된 L개의 화소가 배치될 수 있다.The generating of the high resolution image may include overlapping the N pixels included in the low resolution image patch with the high resolution image, and the high resolution image is located at a peripheral position around the center of the N pixels. L pixels included in the image patch may be disposed.
상기 고해상도 영상을 생성하는 단계는, 상기 N의 9이고 상기 L이 4일 때에, 상기 저해상도 영상 패치는 3×3 다각형이며, 상기 고해상도 영상 패치는 2×2 다각형일 수 있다.In the generating of the high resolution image, when N of 9 and L is 4, the low resolution image patch may be a 3 × 3 polygon, and the high resolution image patch may be a 2 × 2 polygon.
상기 고해상도 영상을 생성하는 단계는, 상기 복수의 고해상도 영상 패치를 중첩되지 않게 배열하여 상기 고해상도 영상을 생성할 수 있다.In the generating of the high resolution image, the high resolution image may be generated by arranging the plurality of high resolution image patches so as not to overlap each other.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 상기의 영상 변환 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.According to a second aspect of the present invention, it is possible to provide a computer program stored in a computer-readable recording medium for the processor to perform the image conversion method.
본 발명의 제 3 관점에 따르면, 상기의 영상 변환 방법을 프로세서가 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.According to a third aspect of the present invention, a computer-readable recording medium having a computer program stored therein for causing a processor to perform the image conversion method may be provided.
본 발명의 제 4 관점에 따르면, 저해상도 영상을 상대적으로 해상도가 더 높은 고해상도 영상으로 변환하는 영상 변환 장치는, 상기 저해상도 영상을 입력받는 입력부와, 입력된 상기 저해상도 영상을 변환하여 상기 고해상도 영상으로 생성하는 처리부와, 생성된 상기 고해상도 영상을 출력하는 출력부를 포함하며, 상기 처리부는, 상기 저해상도 영상을 분할하여 N(단, N은 2이상의 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 저해상도 영상 패치를 생성하고, 상기 복수의 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리로 분류하며, 상기 복수의 저해상도 영상 패치를 기 저장된 복수의 변환 매트릭스 중에서 상기 영상 카테고리별로 대응하는 변환 커널을 이용해 변환하여, 상기 N보다 적은 L(단, L은 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 고해상도 영상 패치를 생성하고, 상기 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 상기 고해상도 영상을 생성할 수 있다.According to a fourth aspect of the present invention, an image converting apparatus for converting a low resolution image into a higher resolution image having a higher resolution includes: an input unit receiving the low resolution image and converting the low resolution image input to generate the high resolution image And a processing unit to output the generated high resolution image, wherein the processing unit divides the low resolution image to generate a plurality of low resolution image patches having N pixels (where N is a natural number of two or more), The plurality of low resolution image patches are classified into a plurality of image categories, and the plurality of low resolution image patches are converted using a transform kernel corresponding to each of the image categories from among a plurality of stored transformation matrices, where L is less than N (where: L is a natural number). , It is possible to arrange the plurality of high resolution image patch to produce the high resolution image.
상기 처리부는, 상기 복수의 고해상도 영상 패치를 중첩되지 않게 배열하여 상기 고해상도 영상을 생성할 수 있다.The processor may generate the high resolution image by arranging the plurality of high resolution image patches so as not to overlap each other.
본 발명의 실시예에 의하면, 저해상도 영상에 대한 보간과정과 반복적인 화질 개선 처리를 거치지 않고 저해상도 영상을 곧바로 고해상도 영상으로 변환한다. 그러므로, 보간과정이 필요한 종래 기술과 비교할 때에 연산량이 줄어들며, 이 때문에 저복잡도 하드웨어로 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a low resolution image is immediately converted into a high resolution image without undergoing an interpolation process for the low resolution image and an iterative image quality improvement process. Therefore, the amount of computation is reduced compared to the prior art, which requires an interpolation process, which can be implemented with low complexity hardware.
더욱이, 저해상도 영상을 특성 정보에 따라 복수의 영상 카테고리로 분류한 후에 카테고리별로 선정된 정수 변환 커널을 사용하여 고해상도 영상으로 변환할 수 있기 때문에, 연산량을 더욱 줄일 수 있다.Furthermore, since the low resolution image is classified into a plurality of image categories according to the characteristic information, and then converted into a high resolution image using an integer conversion kernel selected for each category, the amount of computation can be further reduced.
또한, 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 고해상도 영상을 생성할 때에, 인접하는 고해상도 영상 패치들이 중첩되지 않게 배열함으로써, 중첩 영역에 대한 화소값 계산 등과 같은 추가 연산이 필요하지 않기 때문에, 연산량을 더욱 더 줄일 수 있다.In addition, when generating a high resolution image by arranging a plurality of high resolution image patches, by arranging adjacent high resolution image patches so that they do not overlap, an additional operation such as pixel value calculation for the overlapped region is not necessary, thereby further increasing the amount of calculation. Can be reduced.
그리고, 저해상도 영상을 특성 정보에 따라 복수의 영상 카테고리로 분류한 후에 영상 카테고리별로 선정된 변환 커널을 사용하여 고해상도 영상으로 변환하기 때문에, 영상 신호의 특성 정보와 무관하게 고화질의 고해상도 영상을 생성할 수 있는 효과가 있다.Since the low resolution image is classified into a plurality of image categories according to the characteristic information, and then converted into a high resolution image using a conversion kernel selected for each image category, a high resolution image of high quality can be generated regardless of the characteristic information of the image signal. It has an effect.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상 변환 방법을 수행할 수 있는 영상 변환 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of an image conversion apparatus capable of performing an image conversion method according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상 변환 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating an image conversion method according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 에지 방향 정보를 이용하여 영상 카테고리를 분류하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a process of classifying an image category using edge direction information according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 에지 방향 정보를 이용하여 방향 카테고리를 결정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a process of determining a direction category using edge direction information according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 저해상도 영상에서 분할된 저해상도 영상 패치에 이에 적용하는 수직 화소 변환 매트릭스(V)와 수평 화소 변환 매트릭스(H)를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a vertical pixel conversion matrix V and a horizontal pixel conversion matrix H applied to a low resolution image patch divided from a low resolution image according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 에지 방향 정보를 이용하여 분류하는 방향 카테고리를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a direction category classified using edge direction information according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 저해상도 영상 패치에 변환 커널을 적용하여 고해상도 영상 패치로 변환하는 과정을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a process of converting a high resolution image patch by applying a conversion kernel to a low resolution image patch according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 고해상도 영상을 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating a process of generating a high resolution image by arranging a plurality of high resolution image patches according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상 변환 방법을 수행할 수 있는 영상 변환 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of an image conversion apparatus capable of performing an image conversion method according to an exemplary embodiment of the present invention.
이에 나타낸 바와 같이 실시예에 따른 영상 변환 장치(100)는 입력부(110), 처리부(120), 출력부(130)를 포함한다.As illustrated, the image conversion apparatus 100 according to the embodiment includes an input unit 110, a processor 120, and an output unit 130.
입력부(110)는 저해상도 영상을 입력받아 처리부(120)에게 제공한다. 예컨대, 입력부(110)는 직렬 포트(serial port), USB(Universal Serial Bus) 포트 등과 같은 각종 통신 인터페이스로 구현하거나 데이터 스트림을 수신할 수 있는 수신기 등으로 구현할 수 있다.The input unit 110 receives the low resolution image and provides it to the processor 120. For example, the input unit 110 may be implemented by various communication interfaces such as a serial port, a universal serial bus (USB) port, or the like, or a receiver capable of receiving a data stream.
처리부(120)는 입력부(110)로부터 제공되는 저해상도 영상을 고해상도 영상으로 변환하는 처리를 수행한다. 이러한 처리부(120)는 중앙 처리 장치(central processing unit) 등과 같은 프로세서로 구현할 수 있다.The processor 120 performs a process of converting a low resolution image provided from the input unit 110 into a high resolution image. The processor 120 may be implemented as a processor such as a central processing unit.
이러한 처리부(120)는 저해상도 영상을 분할하여 N(단, N은 2이상의 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 저해상도 영상 패치를 생성한다. 이어서, 복수의 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리로 분류한다. 그리고, 복수의 저해상도 영상 패치를 기 저장된 복수의 변환 매트릭스 중에서 영상 카테고리별로 대응하는 변환 커널을 이용해 변환하여, N보다 적은 L(단, L은 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 고해상도 영상 패치를 생성한다. 또, 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 고해상도 영상을 생성한다.The processor 120 divides the low resolution image and generates a plurality of low resolution image patches having N pixels (where N is a natural number of two or more). Subsequently, the plurality of low resolution image patches are classified into a plurality of image categories. The plurality of low resolution image patches are converted using a transform kernel corresponding to each image category among a plurality of stored transformation matrices, thereby generating a plurality of high resolution image patches having L (where L is a natural number) pixels smaller than N. . Also, a plurality of high resolution image patches are arranged to generate a high resolution image.
처리부(120)는 복수의 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리로 분류할 때에, 저해상도 영상 패치의 에지 방향, 에지 강도, 텍스처, 밝기, 1차 이상의 미분 신호, 컬러, 객체 또는 물체 종류, 주파수 중에서 적어도 하나 이상의 정보를 이용하여 분류할 수 있다.When the processor 120 classifies a plurality of low resolution image patches into a plurality of image categories, the processor 120 may include at least one of an edge direction, an edge intensity, a texture, a brightness, a first or more differential signal, a color, an object or an object type, and a frequency of the low resolution image patch. It can be classified using one or more pieces of information.
예컨대, 처리부(120)는 에지 방향 정보를 이용하여 영상 카테고리를 분류할 수 있다. 이 경우라면, 저해상도 영상 패치에 포함된 N개의 화소를 복수의 화소 그룹으로 분류한다. 이때, N개의 화소 중에서 일부는 복수의 화소 그룹 중에서 서로 다른 화소 그룹에 중복하여 분류될 수 있다. 이어서, 화소 그룹을 대상으로 하여 에지 방향이 기 설정된 복수의 방향 카테고리 중에서 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악한다. 그리고, 파악된 화소 그룹의 방향 카테고리를 기초로 하여 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리 중에서 어느 하나의 영상 카테고리로 분류한다.For example, the processor 120 may classify an image category using edge direction information. In this case, N pixels included in the low resolution image patch are classified into a plurality of pixel groups. In this case, some of the N pixels may be classified in a different pixel group among the plurality of pixel groups. Next, the direction of the edge group corresponds to the direction category among a plurality of preset direction categories for the pixel group. The low resolution image patch is classified into any one image category among the plurality of image categories based on the identified direction category of the pixel group.
여기서, 처리부(120)는 화소 그룹의 방향 카테고리를 파악하기 위해 수직 화소 변환 매트릭스와 수평 화소 변환 매트릭스를 포함하는 에지 필터를 이용할 수 있다.Here, the processor 120 may use an edge filter including a vertical pixel transformation matrix and a horizontal pixel transformation matrix to determine the direction category of the pixel group.
예컨대, 처리부(120)는 방향 카테고리를 총 5가지로 설정한 상태에서 수직 화소 변환 매트릭스와 수평 화소 변환 매트릭스를 이용하여, 화소 그룹의 에지 방향 성분이 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악할 수 있다. 5종의 방향 카테고리는 수평방향 카테고리와 수직방향 카테고리를 포함할 수 있다. 그리고, 수평방향과 수직방향이 직교하는 직교좌표평면 상에서 일사분면과 삼사분면을 가로지르는 제 1 사선방향 카테고리를 포함할 수 있다. 또, 직교좌표평면 상에서 이사분면과 사사분면을 가로지르는 제 2 사선방향 카테고리를 포함할 수 있다. 그리고, 방향성을 가지지 않는 무방향 카테고리를 포함할 수 있다.For example, the processor 120 may determine which direction category an edge direction component of a pixel group corresponds to by using a vertical pixel transformation matrix and a horizontal pixel transformation matrix in a state of setting five direction categories in total. The five direction categories may include a horizontal category and a vertical category. The first and second quadrants may include a first diagonal direction that crosses one quadrant and three quadrants on an orthogonal coordinate plane perpendicular to the horizontal direction and the vertical direction. It may also include a second diagonal category across the moving and quadrants on the Cartesian coordinate plane. And, it may include a non-directional category having no directionality.
예컨대, 처리부(120)는 화소 그룹의 방향 카테고리를 파악할 때에 기 설정된 임계값을 이용할 수 있다. 에지 방향의 크기값과 각도값을 산출한 후, 크기값이 기 설정된 임계값 미만이면 무방향 카테고리로 결정할 수 있다. 하지만, 크기값이 임계값 이상이면 각도값에 따라 수평방향 카테고리, 수직방향 카테고리, 제 1 사선방향 카테고리, 제 2 사선방향 카테고리 중에서 어느 하나의 방향 카테고리로 결정할 수 있다.For example, the processor 120 may use a preset threshold value when determining the direction category of the pixel group. After calculating the size value and the angle value in the edge direction, if the size value is less than the predetermined threshold value can be determined as a non-directional category. However, if the magnitude value is greater than or equal to the threshold value, it may be determined as any one direction category among the horizontal category, the vertical category, the first diagonal category, and the second diagonal category according to the angle value.
한편, 처리부(120)가 복수의 저해상도 영상 패치를 기 저장된 복수의 변환 매트릭스 중에서 영상 카테고리별로 대응하는 변환 커널을 이용해 변환할 때에 선형 변환 매트릭스 또는 비선형 변환 매트릭스가 변환 커널로서 이용될 수 있다. 여기서, 변환 커널에 의해 이용되는 저해상도 영상 패치는 확대되지 않은 원본 크기일 수 있다. 그리고, 처리부(120)에 의해 이용되는 복수의 변환 커널은 별도의 훈련과정을 통해 얻을 수 있다. 처리부(120)는 저해상도 영상 패치에 대응하는 훈련용 영상 패치와 고해상도 영상 패치에 대응하는 정답 영상 패치의 쌍을 이용한 훈련을 통해 복수의 변환 커널을 계산해 낼 수 있다. 여기서, 처리부(120)에 의해 이용되는 훈련용 영상 패치는 확대되지 않은 원본 크기일 수 있다. 확대되지 않은 원본 크기라 함은 보간과정을 거치지 않은 것을 의미할 수 있다.Meanwhile, when the processing unit 120 converts a plurality of low resolution image patches using a transform kernel corresponding to each image category from among a plurality of stored transform matrices, a linear transform matrix or a nonlinear transform matrix may be used as the transform kernel. Here, the low resolution image patch used by the transform kernel may be an original size not enlarged. In addition, the plurality of transform kernels used by the processor 120 may be obtained through a separate training process. The processor 120 may calculate a plurality of transform kernels through training using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patch and correct answer image patches corresponding to the high resolution image patch. Here, the training image patch used by the processor 120 may be an original size that is not enlarged. Original size that is not enlarged may mean that the interpolation process has not been performed.
또한, 처리부(120)는 복수의 고해상도 영상 패치를 중첩되지 않게 배열하여 고해상도 영상을 생성할 수 있다. 여기서, 저해상도 영상 패치에 포함된 N개의 화소를 고해상도 영상에 중첩시켜 볼 때에, N개의 화소 중에서 중앙에 있는 화소의 위치를 중심으로 하여 주변 위치에 고해상도 영상 패치에 포함된 L개의 화소가 배치될 수 있다.In addition, the processor 120 may generate a high resolution image by arranging a plurality of high resolution image patches without overlapping. Here, when N pixels included in the low resolution image patch are superimposed on a high resolution image, L pixels included in the high resolution image patch may be disposed at a peripheral position centering on the position of the pixel among the N pixels. have.
본 발명의 실시예에 따른 영상 변환 장치(100)를 구성하는 출력부(130)는 처리부(120)에 의해 생성된 고해상도 영상을 출력한다. 예컨대, 출력부(130)는 직렬 포트, USB 포트 등과 같은 각종 통신 인터페이스로 구현하거나 고해상도 영상을 화면으로 표시할 수 있는 영상 표시 장치 등으로 구현할 수 있다.The output unit 130 constituting the image conversion apparatus 100 according to the exemplary embodiment of the present invention outputs a high resolution image generated by the processor 120. For example, the output unit 130 may be implemented as various communication interfaces such as a serial port, a USB port, or the like, or may be implemented as an image display device capable of displaying a high resolution image on a screen.
이하, 도 1 내지 도 8를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 영상 변환 장치가 저해상도 영상을 상대적으로 해상도가 더 높은 고해상도 영상으로 변환하는 영상 변환 방법에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, an image conversion method for converting a low resolution image into a high resolution image having a relatively high resolution will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
먼저, 영상 변환 장치(100)의 입력부(110)는 저해상도 영상을 입력받아 영상 변환 장치(100)의 처리부(120)에게 제공한다(S210).First, the input unit 110 of the image conversion apparatus 100 receives a low resolution image and provides it to the processing unit 120 of the image conversion apparatus 100 (S210).
그러면, 처리부(120)는 입력부(110)로부터 제공되는 저해상도 영상을 분할하여 N(단, N은 2이상의 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 저해상도 영상 패치를 생성한다(S220). 예컨대, 처리부(120)는 9개의 화소를 가지는 복수의 저해상도 영상 패치를 생성할 수 있다. 즉, 저해상도 영상을 도 4에 나타낸 바와 같이 3×3 다각형 모양의 저해상도 영상 패치(301)로 분할할 수 있다.Then, the processor 120 divides the low resolution image provided from the input unit 110 and generates a plurality of low resolution image patches having N pixels (where N is a natural number of two or more) (S220). For example, the processor 120 may generate a plurality of low resolution image patches having nine pixels. That is, as shown in FIG. 4, the low resolution image may be divided into a 3 × 3 polygonal low resolution image patch 301.
이어서, 처리부(120)는 복수의 저해상도 영상 패치를 특성 정보를 이용하여 복수의 영상 카테고리로 분류한다(S230). 여기서, 영상 카테고리의 개수는 저해상도 영상 패치에 대응하는 훈련용 영상 패치와 고해상도 영상 패치에 대응하는 정답 영상 패치의 쌍을 이용한 훈련 과정을 통해 사전에 결정된다. 영상 카테고리의 분류 기준은 저해상도 영상 패치의 에지 방향, 에지 강도, 텍스처, 밝기, 1차 이상의 미분 신호, 컬러, 객체 또는 물체 종류, 주파수 중에서 적어도 하나 이상의 정보를 이용할 수 있다. 또는, 처리부(120)는 공지의 k-평균 군집(k-means clustering) 알고리즘을 이용하여 복수의 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리로 분류할 수도 있다. 이때, PCA(Principal Component Analysis)를 이용한 30차원 특징 벡터를 가지고 k-평균 군집 알고리즘을 실행할 수 있다.Subsequently, the processor 120 classifies the plurality of low resolution image patches into the plurality of image categories using the characteristic information (S230). Here, the number of image categories is determined in advance through a training process using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patches and correct answer image patches corresponding to the high resolution image patches. The classification criteria of the image category may use at least one or more information among the edge direction, edge intensity, texture, brightness, first or more differential signal, color, object or object type, and frequency of the low resolution image patch. Alternatively, the processor 120 may classify a plurality of low resolution image patches into a plurality of image categories using a known k-means clustering algorithm. In this case, the k-means clustering algorithm may be executed with a 30-dimensional feature vector using a PCA (Principal Component Analysis).
여기서, 처리부(120)는 에지 방향 정보를 이용하여 영상 카테고리를 분류할 수 있다. 이 경우라면, 처리부(120)는 저해상도 영상 패치에 포함된 N개의 화소를 L개씩 분할하여 복수의 화소 그룹으로 분류한다(S231). 이때, N개의 화소 중에서 일부는 복수의 화소 그룹 중에서 서로 다른 화소 그룹에 중복하여 분류될 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이 3×3 다각형 모양의 저해상도 영상 패치(301)를 2×2 다각형 모양으로 분할하여 제 1 화소 그룹(311), 제 2 화소 그룹(312), 제 3 화소 그룹(313), 제 4 화소 그룹(314)으로 분류할 수 있다.Here, the processor 120 may classify the image category by using the edge direction information. In this case, the processor 120 divides the N pixels included in the low resolution image patch into L pixels and classifies them into a plurality of pixel groups (S231). In this case, some of the N pixels may be classified in a different pixel group among the plurality of pixel groups. As shown in FIG. 4, the low-resolution image patch 301 having a 3 × 3 polygon shape is divided into 2 × 2 polygon shapes to form a first pixel group 311, a second pixel group 312, and a third pixel group 313. The fourth pixel group 314 may be classified.
이어서, 처리부(120)는 화소 그룹들을 대상으로 하여 에지 방향이 기 설정된 복수의 방향 카테고리 중에서 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악한다(S232).Subsequently, the processor 120 determines which direction category the edge direction corresponds to among the plurality of preset direction categories for the pixel groups (S232).
이때, 처리부(120)는 화소 그룹의 방향 카테고리를 파악하기 위해, 도 5에 나타낸 바와 같이 수직 화소 변환 매트릭스(V)와 수평 화소 변환 매트릭스(H)를 포함하는 에지 필터를 이용할 수 있다.In this case, the processor 120 may use an edge filter including a vertical pixel conversion matrix V and a horizontal pixel conversion matrix H, as illustrated in FIG. 5, to determine the direction category of the pixel group.
또, 처리부(120)는 방향 카테고리를 도 6에 나타낸 바와 같이 총 5가지로 설정한 상태에서 수직 화소 변환 매트릭스(V)와 수평 화소 변환 매트릭스(H)를 이용하여, 화소 그룹들의 에지 방향 성분이 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악할 수 있다.Further, the processor 120 uses the vertical pixel conversion matrix V and the horizontal pixel conversion matrix H to set the edge direction components of the pixel groups in a state in which five direction categories are set as shown in FIG. 6. Find out which direction category it belongs to.
5종의 방향 카테고리는 수평방향 카테고리(401)와 수직방향 카테고리(402)를 포함할 수 있다. 그리고, 수평방향과 수직방향이 직교하는 직교좌표평면 상에서 일사분면과 삼사분면을 가로지르는 제 1 사선방향 카테고리(403)를 포함할 수 있다. 또, 직교좌표평면 상에서 이사분면과 사사분면을 가로지르는 제 2 사선방향 카테고리(404)를 포함할 수 있다. 그리고, 방향성을 가지지 않는 무방향 카테고리(405)를 포함할 수 있다.The five direction categories may include a horizontal category 401 and a vertical category 402. And a first diagonal category 403 across one quadrant and three quadrants on an orthogonal coordinate plane perpendicular to the horizontal direction and the vertical direction. It may also include a second diagonal category 404 across the moving and quadrants on the Cartesian coordinate plane. And, it may include a non-directional category 405 having no directionality.
그리고, 처리부(120)는 화소 그룹의 방향 카테고리를 파악할 때에 기 설정된 임계값을 이용할 수 있다. 에지 방향의 크기값과 각도값을 산출한 후, 크기값이 기 설정된 임계값 미만이면 무방향 카테고리(405)로 결정할 수 있다. 하지만, 크기값이 임계값 이상이면 각도값에 따라 수평방향 카테고리(401), 수직방향 카테고리(402), 제 1 사선방향 카테고리(403), 제 2 사선방향 카테고리(404) 중에서 어느 하나의 방향 카테고리로 결정할 수 있다.In addition, the processor 120 may use a preset threshold value when determining the direction category of the pixel group. After the magnitude value and the angle value of the edge direction are calculated, if the magnitude value is less than the preset threshold value, the non-direction category 405 may be determined. However, if the magnitude value is greater than or equal to the threshold value, the direction category of any one of the horizontal category 401, the vertical category 402, the first diagonal category 403, and the second diagonal category 404 according to the angle value. Can be determined.
아래의 수학식 1은 처리부(120)가 제 1 화소 그룹(311)을 행렬(P11)로 나타내고, 에지 방향의 크기값(m11)과 각도값(d11)를 산출하는 과정을 예시적으로 나타낸 것이다. Equation 1 below illustrates a process in which the processor 120 represents the first pixel group 311 as a matrix P 11 , and calculates the magnitude value m 11 and the angle value d 11 in the edge direction. It is shown as.
Figure PCTKR2016007080-appb-M000001
Figure PCTKR2016007080-appb-M000001
아래의 수학식 2는 처리부(120)가 제 2 화소 그룹(312)을 행렬(P12)로 나타내고, 에지 방향의 크기값(m12)과 각도값(d12)를 산출하는 과정을 예시적으로 나타낸 것이다. Equation 2 below illustrates a process in which the processor 120 represents the second pixel group 312 as a matrix P 12 and calculates the magnitude value m 12 and the angle value d 12 in the edge direction. It is shown as.
Figure PCTKR2016007080-appb-M000002
Figure PCTKR2016007080-appb-M000002
아래의 수학식 3은 처리부(120)가 제 3 화소 그룹(313)을 행렬(P21)로 나타내고, 에지 방향의 크기값(m21)과 각도값(d21)를 산출하는 과정을 예시적으로 나타낸 것이다.Equation 3 below illustrates a process in which the processor 120 represents the third pixel group 313 as a matrix P 21 and calculates the magnitude value m 21 and the angle value d 21 in the edge direction. It is shown as.
Figure PCTKR2016007080-appb-M000003
Figure PCTKR2016007080-appb-M000003
아래의 수학식 4는 처리부(120)가 제 4 화소 그룹(314)을 행렬(P22)로 나타내고, 에지 방향의 크기값(m22)과 각도값(d22)를 산출하는 과정을 예시적으로 나타낸 것이다. Equation 4 below illustrates a process in which the processor 120 represents the fourth pixel group 314 as a matrix P 22 , and calculates the magnitude value m 22 and the angle value d 22 in the edge direction. It is shown as.
Figure PCTKR2016007080-appb-M000004
Figure PCTKR2016007080-appb-M000004
예컨대, 수학식 1 내지 수학식 4의 과정을 통해 에지 방향의 크기값과 각도값이 산출되면 처리부(120)는 크기값이 기 설정된 임계값과 비교하며, 크기값이 기 설정된 임계값 미만이면 무방향 카테고리(405)로 결정하고, 인덱스(index)를 『0』으로 지정한다.For example, when the magnitude value and the angle value of the edge direction are calculated through the processes of Equation 1 to Equation 4, the processor 120 compares the magnitude value with a preset threshold value, and if the magnitude value is less than the preset threshold value, The direction category 405 is determined, and the index is designated as "0".
하지만, 처리부(120)는 산출된 크기값이 기 설정된 임계값 이상이면 각도값에 따라 수평방향 카테고리(401), 수직방향 카테고리(402), 제 1 사선방향 카테고리(403), 제 2 사선방향 카테고리(404) 중에서 어느 하나의 방향 카테고리로 결정할 수 있다. 예컨대, 『-22.5 ≤ 각도값 < 22.5』이면 수평방향 카테고리(401)로 결정하고, 인덱스를 『1』로 지정한다. 『22.5 ≤ 각도값 < 67.5』이면 제 1 사전방향 카테고리(403)로 결정하고, 인덱스를 『2』로 지정한다. 『67.5 ≤ 각도값 < 112.5』이면 수직방향 카테고리(402)로 결정하고, 인덱스를 『3』으로 지정한다. 『112.5 ≤ 각도값 < 157.5』이면 제 2 사전방향 카테고리(404)로 결정하고, 인덱스를 『4』로 지정한다. However, if the calculated size value is greater than or equal to a preset threshold, the processor 120 determines a horizontal category 401, a vertical category 402, a first diagonal category 403, and a second diagonal category according to the angle value. It may be determined as one of the direction categories from the (404). For example, if "-22.5 <angle value <22.5", it is determined by the horizontal direction category 401, and the index is designated as "1". If "22.5 ≤ angle value <67.5", the first pre-direction category 403 is determined, and the index is designated as "2". If "67.5 ≤ angle value <112.5", it is determined by the vertical direction category 402, and the index is designated as "3". If "112.5 <angle value <157.5", the second pre-direction category 404 is determined, and the index is designated as "4".
이어서, 처리부(120)는 앞서 파악된 화소 그룹의 방향 카테고리를 기초로 하여 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리 중에서 어느 하나의 영상 카테고리로 분류한다(S233).Subsequently, the processor 120 classifies the low resolution image patch into any one image category among the plurality of image categories based on the direction category of the pixel group identified above (S233).
도 4는 제 1 화소 그룹(311)의 인덱스가 『3』으로 지정되고, 제 2 화소 그룹(312)의 인덱스가 『2』로 지정되며, 제 3 화소 그룹(313)의 인덱스가 『1』로 지정되고, 제 4 화소 그룹(314)의 인덱스가 『2』로 지정된 경우를 예시한 것이다. 그러면, 처리부(120)는 5진수를 이용하여 저해상도 영상 패치를 625개의 영상 카테고리 중에서 클래스 288에 대응하는 영상 카테고리로 분류하게 된다.4, an index of the first pixel group 311 is designated as "3", an index of the second pixel group 312 is designated as "2", and an index of the third pixel group 313 is designated as "1". Is a case where the index of the fourth pixel group 314 is designated as "2". Then, the processor 120 classifies the low resolution image patch into the image category corresponding to the class 288 among the 625 image categories by using a decimal number.
다음으로, 처리부(120)는 복수의 저해상도 영상 패치를 기 저장된 복수의 변환 매트릭스 중에서 영상 카테고리별로 대응하는 변환 커널을 이용해 변환하여, N보다 적은 L(단, L은 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 고해상도 영상 패치를 생성한다(S240).Next, the processor 120 converts a plurality of low resolution image patches using a transform kernel corresponding to each image category among a plurality of stored transformation matrices, and has a plurality of L (where L is a natural number) pixels smaller than N. A high resolution image patch is generated (S240).
도 7은 3×3 다각형의 저해상도 영상 패치(501)를 k번째 영상 카테고리에 대응하는 k번째 변환 커널(Mk)을 이용해 변환하여 2×2 다각형의 고해상도 영상 패치(502)를 생성하는 경우를 나타낸 것이다. FIG. 7 illustrates a case where a 3 × 3 polygon low resolution image patch 501 is transformed using a k th transform kernel M k corresponding to a k th image category to generate a 2 × 2 polygon high resolution image patch 502. It is shown.
한편, 처리부(120)가 복수의 저해상도 영상 패치를 기 저장된 복수의 변환 매트릭스 중에서 영상 카테고리별로 대응하는 변환 커널을 이용해 변환할 때에 선형 변환 매트릭스 또는 비선형 변환 매트릭스가 변환 커널로서 이용될 수 있다. 여기서, 변환 커널에 의해 이용되는 저해상도 영상 패치는 확대되지 않은 원본 크기일 수 있다. 그리고, 처리부(120)에 의해 이용되는 복수의 변환 커널은 별도의 훈련과정을 통해 얻을 수 있다.Meanwhile, when the processing unit 120 converts a plurality of low resolution image patches using a transform kernel corresponding to each image category from among a plurality of stored transform matrices, a linear transform matrix or a nonlinear transform matrix may be used as the transform kernel. Here, the low resolution image patch used by the transform kernel may be an original size not enlarged. In addition, the plurality of transform kernels used by the processor 120 may be obtained through a separate training process.
처리부(120)는 저해상도 영상 패치에 대응하는 훈련용 영상 패치와 고해상도 영상 패치에 대응하는 정답 영상 패치의 쌍을 이용한 훈련을 통해 복수의 변환 커널을 계산해 낼 수 있다. 여기서, 처리부(120)에 의해 이용되는 훈련용 영상 패치는 확대되지 않은 원본 크기일 수 있다. 확대되지 않은 원본 크기라 함은 보간과정을 거치지 않은 것을 의미할 수 있다. 하지만, 어느 정도의 연산량 증가를 감수한다면 저해상도 영상 패치에 대한 보간과정을 수행할 수도 있다.The processor 120 may calculate a plurality of transform kernels through training using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patch and correct answer image patches corresponding to the high resolution image patch. Here, the training image patch used by the processor 120 may be an original size that is not enlarged. Original size that is not enlarged may mean that the interpolation process has not been performed. However, if the amount of computation increases to some extent, the interpolation process for the low resolution image patch may be performed.
여기서, 처리부(120)는 정수값으로 이루어진 선형 변환 매트릭스를 저해상도 영상 패치에 곱하고 비트 시프트 동작으로 고해상도 영상 패치의 화소값을 구할 수 있다. Here, the processor 120 may multiply the linear transformation matrix composed of integer values by the low resolution image patch and obtain a pixel value of the high resolution image patch by a bit shift operation.
예컨대, 복수의 영상 카테고리에 변환 커널이 일대일 대응하도록 룩업테이블(look-up table) 형태로 별도의 외부 메모리에 미리 저장되며, 처리부(120)는 외부 메모리로부터 저해상도 영상 패치의 영상 카테고리별로 변환 커널을 읽어오고, 읽어온 변환 커널을 이용한 곱셈 연산 및 비트 시프트 동작을 통해 고해상도 영상 패치의 화소값을 구할 수 있다. 여기서, 비선형 변환 매트릭스가 이용되는 경우라면, 저해상도 영상 패치는 잡음 완화 과정이나 컬러 공간 변환 등의 전처리 과정을 거친 후에 MLP(Multi-layer Perceptron) 매핑을 통해 고해상도 영상 패치로 변환될 수 있다. 예컨대, 외부 메모리에는 비트 시프트 동작을 위한 시프트 비트수에 대한 정보가 저장될 수 있으며, 처리부(120)는 이를 참조하여 비트 시프트 동작을 처리할 수 있다.For example, the conversion kernels are previously stored in a separate external memory in the form of a look-up table so as to correspond to the plurality of image categories in a one-to-one correspondence, and the processor 120 converts the conversion kernels for each image category of the low resolution image patch from the external memory. The pixel value of the high resolution image patch can be obtained through the multiplication operation and the bit shift operation using the read and read conversion kernels. Here, if a nonlinear transformation matrix is used, the low resolution image patch may be converted into a high resolution image patch through MLP (Multi-layer Perceptron) mapping after a preprocessing process such as noise mitigation or color space conversion. For example, information about the number of shift bits for the bit shift operation may be stored in the external memory, and the processor 120 may process the bit shift operation with reference thereto.
이후, 처리부(120)는 복수의 고해상도 영상 패치를 중첩되지 않게 배열하여 고해상도 영상을 생성한다.Thereafter, the processor 120 generates a high resolution image by arranging the plurality of high resolution image patches so as not to overlap each other.
여기서, 저해상도 영상 패치에 포함된 N개의 화소를 고해상도 영상에 중첩시켜 볼 때에, N개의 화소 중에서 중앙에 있는 화소의 위치를 중심으로 하여 주변 위치에 고해상도 영상 패치에 포함된 L개의 화소가 배치될 수 있다.Here, when N pixels included in the low resolution image patch are superimposed on a high resolution image, L pixels included in the high resolution image patch may be disposed at a peripheral position centering on the position of the pixel among the N pixels. have.
도 8은 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 고해상도 영상을 생성하는 과정을 나타낸 도면이다. (a)에서 제 1 저해상도 영상 패치(601)를 변환하여 제 1 고해상도 영상 패치(701)를 생성 및 배열하고, (b)에서 제 2 저해상도 영상 패치(602)를 변환하여 제 2 고해상도 영상 패치(702)를 생성 및 배열하며, (c)에서 제 3 저해상도 영상 패치(603)를 변환하여 제 3 고해상도 영상 패치(703)를 생성 및 배열한 예를 나타내었다. 도 8에 나타낸 바와 같이 제 1 고해상도 영상 패치(701), 제 2 고해상도 영상 패치(702) 및 제 3 고해상도 영상 패치(703)는 인접하는 고해상도 영상 패치간에 화소가 중첩되지 않는다. 마찬가지로, 이후에 추가로 배열되는 고해상도 영상 패치들 또한 인접하는 고해상도 영상 패치간에 화소가 중첩되지 않는다.8 is a diagram illustrating a process of generating a high resolution image by arranging a plurality of high resolution image patches. In (a), the first low resolution image patch 601 is converted to generate and arrange the first high resolution image patch 701, and in (b) the second low resolution image patch 602 is converted to the second high resolution image patch ( 702) is generated and an example of generating and arranging the third high resolution image patch 703 by converting the third low resolution image patch 603 in (c). As shown in FIG. 8, in the first high resolution image patch 701, the second high resolution image patch 702, and the third high resolution image patch 703, pixels do not overlap between adjacent high resolution image patches. Similarly, later-defined high resolution image patches also do not overlap pixels between adjacent high resolution image patches.
다음으로, 영상 변환 장치(100)의 출력부(130)는 처리부(120)에 의해 생성된 고해상도 영상을 출력한다(S250). 예컨대, 출력부(130)는 직렬 포트, USB 포트 등과 같은 각종 통신 인터페이스를 통해 고해상도 영상을 데이터 스트림 형태로 출력하거나 고해상도 영상을 화면으로 표시해 출력할 수 있다.Next, the output unit 130 of the image conversion apparatus 100 outputs a high resolution image generated by the processor 120 (S250). For example, the output unit 130 may output a high resolution image in a data stream form or display a high resolution image on a screen through various communication interfaces such as a serial port and a USB port.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 저해상도 영상에 대한 보간과정과 반복적인 화질 개선 처리를 거치지 않고 저해상도 영상을 곧바로 고해상도 영상으로 변환한다. 그러므로, 보간과정이 필요한 종래 기술과 비교할 때에 연산량이 줄어들며, 이 때문에 저복잡도 하드웨어로 구현할 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, the low resolution image is immediately converted into a high resolution image without undergoing an interpolation process for the low resolution image and an iterative image quality improvement process. Therefore, the amount of computation is reduced compared to the prior art, which requires an interpolation process, which can be implemented with low complexity hardware.
더욱이, 저해상도 영상을 특성 정보에 따라 복수의 영상 카테고리로 분류한 후에 카테고리별로 선정된 정수 변환 커널을 사용하여 고해상도 영상으로 변환할 수 있기 때문에, 연산량을 더욱 줄일 수 있다.Furthermore, since the low resolution image is classified into a plurality of image categories according to the characteristic information, and then converted into a high resolution image using an integer conversion kernel selected for each category, the amount of computation can be further reduced.
또한, 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 고해상도 영상을 생성할 때에, 인접하는 고해상도 영상 패치들이 중첩되지 않게 배열함으로써, 중첩 영역에 대한 화소값 계산 등과 같은 추가 연산이 필요하지 않기 때문에, 연산량을 더욱 더 줄일 수 있다.In addition, when generating a high resolution image by arranging a plurality of high resolution image patches, by arranging adjacent high resolution image patches so that they do not overlap, an additional operation such as pixel value calculation for the overlapped region is not necessary, thereby further increasing the amount of calculation. Can be reduced.
그리고, 저해상도 영상을 특성 정보에 따라 복수의 영상 카테고리로 분류한 후에 영상 카테고리별로 선정된 변환 커널을 사용하여 고해상도 영상으로 변환하기 때문에, 영상 신호의 특성 정보와 무관하게 고화질의 고해상도 영상을 생성할 수 있다.Since the low resolution image is classified into a plurality of image categories according to the characteristic information, and then converted into a high resolution image using a conversion kernel selected for each image category, a high resolution image of high quality can be generated regardless of the characteristic information of the image signal. have.
본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다. Combinations of the steps of each flowchart attached to the present invention may be performed by computer program instructions. These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment such that the instructions performed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment are described in each step of the flowchart. It will create a means to perform them. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored therein to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each step of the flowchart. Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for executing the functions described in each step of the flowchart.
또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each step may represent a module, segment or portion of code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions noted in the steps may occur out of order. For example, the two steps shown in succession may in fact be performed substantially simultaneously or the steps may sometimes be performed in the reverse order, depending on the function in question.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (20)

  1. 저해상도 영상을 상대적으로 해상도가 더 높은 고해상도 영상으로 변환하는 영상 변환 장치에 의한 영상 변환 방법으로서,An image conversion method by an image conversion apparatus for converting a low resolution image into a high resolution image having a relatively higher resolution,
    상기 저해상도 영상을 분할하여 N(단, N은 2이상의 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 저해상도 영상 패치를 생성하는 단계와,Generating a plurality of low resolution image patches having N pixels (where N is a natural number of two or more) by dividing the low resolution image;
    상기 복수의 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리로 분류하는 단계와,Classifying the plurality of low resolution image patches into a plurality of image categories;
    상기 복수의 저해상도 영상 패치를 기 저장된 복수의 변환 매트릭스 중에서 상기 영상 카테고리별로 대응하는 변환 커널을 이용해 변환하여, 상기 N보다 적은 L(단, L은 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 고해상도 영상 패치를 생성하는 단계와,The plurality of low resolution image patches are converted using a transform kernel corresponding to each image category from among a plurality of stored transformation matrices, thereby generating a plurality of high resolution image patches having L pixels (where L is a natural number) of pixels smaller than N. To do that,
    상기 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 상기 고해상도 영상을 생성하는 단계Generating the high resolution image by arranging the plurality of high resolution image patches
    를 포함하는 영상 변환 방법.Image conversion method comprising a.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 영상 카테고리로 분류하는 단계는,The classifying into the plurality of image categories may include:
    상기 저해상도 영상 패치의 에지 방향, 에지 강도, 텍스처, 밝기, 1차 이상의 미분 신호, 컬러, 객체 또는 물체 종류, 주파수 중에서 적어도 하나 이상의 정보를 이용하여 분류하는The low resolution image patch is classified using at least one or more information among an edge direction, edge intensity, texture, brightness, first or more differential signals, color, object or object type, and frequency.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  3. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 복수의 영상 카테고리로 분류하는 단계는,The classifying into the plurality of image categories may include:
    상기 저해상도 영상 패치에 포함된 상기 N개의 화소를 복수의 화소 그룹으로 분류하는 단계와,Classifying the N pixels included in the low resolution image patch into a plurality of pixel groups;
    상기 화소 그룹을 대상으로 하여 상기 에지 방향이 기 설정된 복수의 방향 카테고리 중에서 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악하는 단계와,Identifying which direction category the edge direction corresponds to among the preset plurality of direction categories for the pixel group;
    파악된 상기 화소 그룹의 방향 카테고리를 기초로 하여 상기 저해상도 영상 패치를 상기 복수의 영상 카테고리 중에서 어느 하나의 영상 카테고리로 분류하는 단계Classifying the low resolution image patch into any one image category among the plurality of image categories based on the identified direction category of the pixel group
    를 포함하는 영상 변환 방법.Image conversion method comprising a.
  4. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 N개의 화소 중에서 일부는 상기 복수의 화소 그룹 중에서 서로 다른 화소 그룹에 중복하여 분류되는Some of the N pixels are classified in duplicate in different pixel groups among the plurality of pixel groups.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  5. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악하는 단계는,Determining which direction category corresponds to,
    에지 필터를 이용하는Using edge filters
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  6. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 에지 필터는, 수직 화소 변환 매트릭스와 수평 화소 변환 매트릭스를 포함하는The edge filter includes a vertical pixel conversion matrix and a horizontal pixel conversion matrix.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  7. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악하는 단계는,Determining which direction category corresponds to,
    상기 수직 화소 변환 매트릭스와 상기 수평 화소 변환 매트릭스를 이용하여, 수평방향 카테고리, 수직방향 카테고리, 수평방향과 수직방향이 직교하는 직교좌표평면 상에서 일사분면과 삼사분면을 가로지르는 제 1 사선방향 카테고리, 상기 직교좌표평면 상에서 이사분면과 사사분면을 가로지르는 제 2 사선방향 카테고리, 방향성을 가지지 않는 무방향 카테고리 중에서 어떤 방향 카테고리에 해당하는 것인지를 파악하는A horizontal diagonal category, a vertical category, a first diagonal category that crosses one quadrant and three quadrants on an orthogonal coordinate plane in which a horizontal direction and a vertical direction are perpendicular to each other, using the vertical pixel transformation matrix and the horizontal pixel transformation matrix; Determine which direction category corresponds to the second diagonal category across the moving and quadrants on the Cartesian coordinate plane, or the non-directional category with no directionality.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  8. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 어느 방향 카테고리에 해당하는지를 파악하는 단계는,Determining which direction category corresponds to,
    상기 에지 방향의 크기값과 각도값을 산출한 후, 상기 크기값이 기 설정된 임계값 미만이면 상기 무방향 카테고리로 결정하고, 상기 크기값이 상기 임계값 이상이면 상기 각도값에 따라 상기 수평방향 카테고리, 상기 수직방향 카테고리, 상기 제 1 사선방향 카테고리, 상기 제 2 사선방향 카테고리 중에서 어느 하나의 방향 카테고리로 결정하는After calculating the size value and the angle value in the edge direction, if the size value is less than a predetermined threshold value, the non-directional category is determined. If the size value is more than the threshold value, the horizontal category is determined according to the angle value. Determine one of the vertical categories, the first diagonal category, and the second diagonal category.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  9. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 복수의 영상 카테고리로 분류하는 단계는,The classifying into the plurality of image categories may include:
    상기 N개의 화소를 제 1 화소 그룹 내지 제 4 화소 그룹으로 분류하고, 상기 제 1 화소 그룹 내지 제 4 화소 그룹을 대상으로 하여 상기 방향 카테고리를 결정한 후, 5진수를 이용하여 상기 저해상도 영상 패치를 625개의 상기 영상 카테고리 중에서 어느 한 영상 카테고리로 분류하는The N pixels are classified into first to fourth pixel groups, the direction category is determined based on the first to fourth pixel groups, and the low resolution image patch is 625 using a decimal number. Categorized into one video category from the video categories
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  10. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 변환 커널을 이용해 변환하는 상기 저해상도 영상 패치는, 확대되지 않은 원본 크기인The low resolution image patch converted using the conversion kernel is an original size that is not enlarged.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  11. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 변환 커널은, 상기 저해상도 영상 패치에 대응하는 훈련용 영상 패치와 상기 고해상도 영상 패치에 대응하는 정답 영상 패치의 쌍을 이용하여 계산되고,The plurality of transform kernels are calculated using a pair of training image patches corresponding to the low resolution image patch and a correct answer image patch corresponding to the high resolution image patch,
    상기 훈련용 영상 패치는, 확대되지 않은 원본 크기인The training video patch, the original size is not enlarged
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  12. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 변환 커널은, 선형 변환 매트릭스 또는 비선형 변환 매트릭스인The plurality of transform kernels are linear transform matrix or nonlinear transform matrix.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  13. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 복수의 고해상도 영상 패치를 생성하는 단계는,The generating of the plurality of high resolution image patches may include:
    정수값으로 이루어진 상기 선형 변환 매트릭스를 상기 저해상도 영상 패치에 곱하고 비트 시프트 동작으로 상기 고해상도 영상 패치의 화소값을 구하는Multiplying the linear transformation matrix of integer values by the low resolution image patch and obtaining a pixel value of the high resolution image patch by a bit shift operation.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  14. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고해상도 영상을 생성하는 단계는,Generating the high resolution image,
    상기 저해상도 영상 패치에 포함된 상기 N개의 화소를 상기 고해상도 영상에 중첩시켜 볼 때에, 상기 N개의 화소 중에서 중앙에 있는 화소의 위치를 중심으로 하여 주변 위치에 상기 고해상도 영상 패치에 포함된 L개의 화소가 배치되는When the N pixels included in the low resolution image patch are superimposed on the high resolution image, L pixels included in the high resolution image patch are located at a peripheral position centering on the position of the center pixel among the N pixels. Posted
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  15. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 고해상도 영상을 생성하는 단계는,Generating the high resolution image,
    상기 N의 9이고 상기 L이 4일 때에, 상기 저해상도 영상 패치는 3×3 다각형이며, 상기 고해상도 영상 패치는 2×2 다각형인When N of 9 and L is 4, the low resolution image patch is a 3 × 3 polygon, and the high resolution image patch is a 2 × 2 polygon.
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  16. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고해상도 영상을 생성하는 단계는,Generating the high resolution image,
    상기 복수의 고해상도 영상 패치를 중첩되지 않게 배열하여 상기 고해상도 영상을 생성하는Generating the high resolution image by arranging the plurality of high resolution image patches so as not to overlap
    영상 변환 방법.Video conversion method.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 영상 변환 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a computer-readable recording medium for causing a processor to perform the image conversion method of any one of claims 1 to 16.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 영상 변환 방법을 프로세서가 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium having a computer program stored therein for causing a processor to perform the image conversion method of any one of claims 1 to 16.
  19. 저해상도 영상을 상대적으로 해상도가 더 높은 고해상도 영상으로 변환하는 영상 변환 장치로서,An image conversion apparatus for converting a low resolution image into a higher resolution image having a relatively higher resolution.
    상기 저해상도 영상을 입력받는 입력부와,An input unit configured to receive the low resolution image;
    입력된 상기 저해상도 영상을 변환하여 상기 고해상도 영상으로 생성하는 처리부와,A processor configured to convert the inputted low resolution image into the high resolution image;
    생성된 상기 고해상도 영상을 출력하는 출력부를 포함하며,An output unit for outputting the generated high resolution image,
    상기 처리부는,The processing unit,
    상기 저해상도 영상을 분할하여 N(단, N은 2이상의 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 저해상도 영상 패치를 생성하고,Splitting the low resolution image to generate a plurality of low resolution image patches having N pixels (where N is a natural number of 2 or more),
    상기 복수의 저해상도 영상 패치를 복수의 영상 카테고리로 분류하며,Classifying the plurality of low resolution image patches into a plurality of image categories,
    상기 복수의 저해상도 영상 패치를 기 저장된 복수의 변환 매트릭스 중에서 상기 영상 카테고리별로 대응하는 변환 커널을 이용해 변환하여, 상기 N보다 적은 L(단, L은 자연수)개의 화소를 가지는 복수의 고해상도 영상 패치를 생성하고,The plurality of low resolution image patches are converted using a transform kernel corresponding to each image category from among a plurality of stored transformation matrices, thereby generating a plurality of high resolution image patches having L pixels (where L is a natural number) of pixels smaller than N. and,
    상기 복수의 고해상도 영상 패치를 배열하여 상기 고해상도 영상을 생성하는Generating the high resolution image by arranging the plurality of high resolution image patches
    영상 변환 장치.Video conversion device.
  20. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19,
    상기 처리부는,The processing unit,
    상기 복수의 고해상도 영상 패치를 중첩되지 않게 배열하여 상기 고해상도 영상을 생성하는Generating the high resolution image by arranging the plurality of high resolution image patches so as not to overlap
    영상 변환 장치.Video conversion device.
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