JP4700645B2 - High-definition image generation apparatus and high-definition image generation program - Google Patents
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Description
本発明は、入力画像の解像度を向上した高精細画像を生成する高精細画像生成装置および高精細画像生成プログラムに関する。 The present invention relates to a high-definition image generation apparatus and a high-definition image generation program that generate a high-definition image with improved resolution of an input image.
従来、低解像度映像の解像度を向上させる高解像度化(アップコンバージョン:Up conversion)は、例えば、SDTV(標準テレビ:Standard Definition TeleVision)からHDTV(高精細テレビ:High Definition TeleVision)への変換が行われている。この高解像度化は、SDTVの1フレーム当たりの解像度(水平,垂直)=(720,480)を、HDTVの1フレーム当たりの解像度(水平,垂直)=(1920,1080)にアップコンバージョンする場合には、垂直・水平方向のサンプリングレートを変換すると共に、新たに増加する画素をFIRデジタルフィルタによって中間サンプル値を求め、補完生成することによって行われている。 Conventionally, high conversion (Up conversion) for improving the resolution of low-resolution video is performed by, for example, conversion from SDTV (Standard Definition TeleVision) to HDTV (High Definition TeleVision). ing. This higher resolution is achieved when up-converting the resolution per frame (horizontal, vertical) = (720, 480) of SDTV to the resolution per frame (horizontal, vertical) = (1920, 1080) of HDTV. Is performed by converting the sampling rates in the vertical and horizontal directions, and by obtaining intermediate sample values for newly increasing pixels using an FIR digital filter and complementing them.
この高解像度化は、低解像度映像、すなわち、解像度が低い動画像をリアルタイムにアップコンバージョンする場合に行われているが、静止画像の場合には、必ずしもリアルタイムに行う必要がないので、この代わりに、より高品質な画像、顕著な解像度の向上が求められている。このため、FIRデジタルフィルタによって中間サンプル値を求めるのではなく、bi−linear、bi−cubic、Spline関数等による多項式近似による中間サンプル値が求められ、この中間サンプル値を用いた補完が行われている。 This high resolution is performed when up-converting a low-resolution video, that is, a moving image with a low resolution in real time. However, in the case of a still image, it is not always necessary to perform real-time conversion. There is a need for higher quality images and significant resolution improvements. For this reason, instead of obtaining an intermediate sample value by the FIR digital filter, an intermediate sample value is obtained by polynomial approximation by a bi-linear, bi-cubic, Spline function, etc., and interpolation using this intermediate sample value is performed. Yes.
しかし、これら動画像および静止画像の解像度を向上させる高解像度化手法は、いずれも元の信号に含まれる情報の情報量はそのままにして、ナイキストサンプリング定理の枠内、すなわち、元の信号の周波数帯域以内で、当該信号を表現するサンプリングレートを増加させることが目的であり、元の信号に含まれる情報の情報量を増加(付加・向上)させるものではない。 However, these high resolution techniques that improve the resolution of moving images and still images both keep the amount of information contained in the original signal and keep the Nyquist sampling theorem, that is, the frequency of the original signal. The purpose is to increase the sampling rate for expressing the signal within the band, and it does not increase (addition / improvement) the amount of information contained in the original signal.
ちなみに、サンプリングレートの向上と同時に、元の信号になかった精細度等の情報を付加生成する技術として、例えば、フルエンシー理論による補完生成手法がある。このフルエンシー理論による補完生成手法は、B−Spline関数によるシフト−バリアントな補完関数を用いて、中間サンプル値の補完を行うことが特徴であり、音声のアップコンバージョンにおいて、より高品質の音質・質感を付加生成する技術として知られている。なお、シフト−バリアントな補完関数とは、サンプル点の場所ごとに補完関数の形が異なる関数のことである。 Incidentally, as a technique for adding and generating information such as definition that was not in the original signal at the same time as improving the sampling rate, for example, there is a complementary generation method based on fluency theory. This complement generation method based on fluency theory is characterized in that the intermediate sample value is complemented using a shift-variant complement function based on the B-Spline function, and higher quality sound quality / texture in speech up-conversion. It is known as a technique for generating additional data. The shift-variant complement function is a function having a different complement function for each sample point location.
また、フルエンシー理論による補完生成手法の他に、映像に関する技術として、例えば、「動画像の静止領域判定装置」(特許文献1)が開示されている。この動画像の静止領域判定装置は、ウェーブレット変換技術を用いて、元の信号の帯域外の高域成分を当該信号に付加して、解像度を向上させる非線形な画質向上を実現したものであり、SDTVのコンテンツを高精細化してHDTVにアップコンバージョンすることを目的としていた。 In addition to the complementary generation method based on the fluency theory, for example, a “moving image still area determination device” (Patent Document 1) is disclosed as a technique related to video. This moving image still region determination device uses a wavelet transform technique to add a high-frequency component outside the band of the original signal to the signal to realize nonlinear image quality improvement that improves resolution, The purpose was to increase the definition of SDTV content and upconvert to HDTV.
より詳細に述べると、この動画像の静止領域判定装置は、ウェーブレット変換による波形構造分析により、映像に含まれるエッジ・輪郭等を推測・抽出して、この結果を受けて、より高いサンプリングレートに変換した信号のエッジ・輪郭をエンハンスする(高める、強調する)ものであり、ウェーブレット変換における帯域そのものを拡張するものではない。つまり、この動画像の静止領域判定装置では、アップコンバージョンした後の映像のエッジを先鋭化することを主たる目的としており、このために元の信号のウェーブレット変換の結果を援用しているにすぎない。 More specifically, this moving image still region determination device estimates and extracts edges, contours, etc. included in a video by waveform structure analysis by wavelet transform, and receives this result to obtain a higher sampling rate. It is intended to enhance (enhance or enhance) the edge / contour of the converted signal, and not to expand the band itself in the wavelet transform. In other words, the moving image still region determination device mainly aims to sharpen the edge of the video after up-conversion, and only uses the result of wavelet transform of the original signal for this purpose. .
さらに、フルエンシー理論による補完生成手法を映像に関して、拡張・適用した技術として、非特許文献1が開示されている。この非特許文献1に開示されている手法は、映像のアップコンバージョンと高精細化とを行うもので、映像成分のエッジ・輪郭等、映像の局所的な場所における特徴抽出を行って、この結果に基づいて、場所ごとに異なるB−Spline関数でサンプル点の補完生成を行うものである。このように、非特許文献1に開示されている手法でも、高精細化する際に重要となるのは、映像上の局所的な場所の特徴抽出を行うことである。 Furthermore, Non-Patent Document 1 is disclosed as a technique in which a complementary generation method based on fluency theory is extended and applied to video. The method disclosed in Non-Patent Document 1 performs video up-conversion and high-definition, and performs feature extraction at local locations of the video, such as edges and contours of the video components. The sample points are complemented and generated using different B-Spline functions for each location. As described above, even in the technique disclosed in Non-Patent Document 1, it is important to extract features of a local place on a video when high definition is achieved.
このように、特許文献1およぶ非特許文献1に開示されている、映像のアップコンバージョンにおける従来技術は、元の映像からエッジ等の特徴抽出を行うという外部的手段が援用されており、アップコンバージョンした信号形態上で、抽出したエッジをエンハンスする、という外挿的な手法である。
しかしながら、従来技術では、映像(画像)の局所的な場所でのエッジ・輪郭等の特徴抽出を行って、該当するエッジ・輪郭をエンハンスしているので、不自然な強調部分が生じるおそれがあるという問題がある。また、従来技術では、映像(画像)ごとの性質を統計的に学習した上でないと、高精細化を行うことができず、映像(画像)によっては安定した品質の高精細画像を得ることができないという問題がある。 However, in the prior art, since features such as edges / contours are extracted at local locations of a video (image) and the corresponding edges / contours are enhanced, an unnatural emphasis portion may occur. There is a problem. In addition, in the prior art, unless the properties of each video (image) are statistically learned, high definition cannot be performed, and depending on the video (image), a high-definition image with stable quality can be obtained. There is a problem that you can not.
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、不自然な強調部分が生じることのない高精細画像を安定して得ることができる高精細画像生成装置および高精細画像生成プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a high-definition image generation apparatus and a high-definition image generation program that can solve the above-described problems and can stably obtain a high-definition image that does not cause unnatural emphasis. Objective.
前記課題を解決するため、請求項1に記載の高精細画像生成装置は、入力された入力画像の解像度よりも解像度が高い高精細画像を生成する高精細画像生成装置であって、サンプリングレート変換手段と、ウェーブレット変換手段と、フィルタ生成手段と、高域精細成分生成手段と、混合手段と、を備える構成とした。 In order to solve the above-described problem, the high-definition image generation apparatus according to claim 1 is a high-definition image generation apparatus that generates a high-definition image having a resolution higher than the resolution of the input image that has been input. Means, wavelet transform means, filter generation means, high-frequency fine component generation means, and mixing means.
かかる構成によれば、高精細画像生成装置は、サンプリングレート変換手段によって、入力画像のサンプリングレートを変換し、当該入力画像の解像度よりも解像度を高めた(アップコンバージョンした)アップコンバージョン画像を得る。続いて、高精細画像生成装置は、ウェーブレット変換手段によって、サンプリングレート変換手段で得られたアップコンバージョン画像にウェーブレット変換を施して、複数の空間周波数サブバンド領域群を得る。なお、この空間周波数サブバンド領域群は、水平低域および垂直低域(LL)、水平高域および垂直低域(HL)、水平低域および垂直高域(LH)、水平高域および垂直高域(HH)の4つの空間周波数サブバンド領域からなる。 According to such a configuration, the high-definition image generation apparatus converts the sampling rate of the input image by the sampling rate conversion unit, and obtains an up-conversion image in which the resolution is higher (up-converted) than the resolution of the input image. Subsequently, the high-definition image generation apparatus performs wavelet transform on the up-conversion image obtained by the sampling rate conversion unit by the wavelet transform unit to obtain a plurality of spatial frequency subband region groups. This spatial frequency subband region group includes horizontal low range and vertical low range (LL), horizontal high range and vertical low range (HL), horizontal low range and vertical high range (LH), horizontal high range and vertical high range. It consists of four spatial frequency subband regions in the region (HH).
そして、高精細画像生成装置は、フィルタ生成手段によって、ウェーブレット変換手段で得られた複数の空間周波数サブバンド領域群の中から予め設定した設定空間周波数サブバンド領域群に基づいて、入力画像の各画素が相関する方向を示す空間方向性ベクトルを抽出し、この空間方向性ベクトルに基づいて、アップコンバージョン画像を補完する際に用いる方向性フィルタを生成する。なお、設定空間周波数サブバンド領域群は、水平高域および垂直低域、水平低域および垂直高域の2つの空間周波数サブバンド領域からなる。また、空間方向性ベクトルとは、ある画素を中心としたとき、当該画素と相関が最も高い画素が位置する方向を指す角度(ベクトル)である。 Then, the high-definition image generation device uses the filter generation unit to input each of the input images based on the set spatial frequency subband region group set in advance from among the plurality of spatial frequency subband region groups obtained by the wavelet transform unit. A spatial direction vector indicating the direction in which the pixels correlate is extracted, and based on the spatial direction vector, a direction filter used for complementing the up-conversion image is generated. The set spatial frequency subband region group is composed of two spatial frequency subband regions, a horizontal high region and a vertical low region, and a horizontal low region and a vertical high region. Further, the spatial direction vector is an angle (vector) indicating a direction in which a pixel having the highest correlation with the pixel is located with respect to a certain pixel.
そして、高精細画像生成装置は、高域精細成分生成手段によって、フィルタ生成手段で生成した方向性フィルタを、設定空間周波数サブバンド領域群に施して、アップコンバージョン画像の標本空間上の画素である高域精細成分を生成し、混合手段によって、高域精細成分生成手段で生成された高域精細成分と、アップコンバージョン画像とを混合して、高精細画像を生成する。 Then, the high-definition image generation device applies the directional filter generated by the filter generation unit to the set spatial frequency subband region group by the high-frequency fine component generation unit, and is a pixel on the sample space of the up-conversion image A high-frequency component is generated, and the high-frequency component generated by the high-frequency component generation unit and the up-conversion image are mixed by the mixing unit to generate a high-definition image.
請求項2に記載の高精細画像生成装置は、請求項1に記載の高精細画像生成装置において、前記フィルタ生成手段が、1次元フィルタの各係数値を離散標本値とする2次元実数の閉領域上に定義されたポテンシャル関数を補完生成し、当該ポテンシャル関数を所定角度に回転させるアフィン変換した関数を格子点で標本化することにより、前記方向性フィルタとして、2次元フィルタを得ることを特徴とする。 The high-definition image generation device according to claim 2 is the high-definition image generation device according to claim 1, wherein the filter generation unit closes a two-dimensional real number in which each coefficient value of the one-dimensional filter is a discrete sample value. A two-dimensional filter is obtained as the directional filter by complementarily generating a potential function defined on a region and sampling an affine-transformed function that rotates the potential function at a predetermined angle at a lattice point. And
かかる構成によれば、高精細画像生成装置は、フィルタ生成手段によって、まず、1次元フィルタを使って、ポテンシャル関数を補完生成する。続いて、高精細画像生成装置は、ポテンシャル関数をアフィン変換して、格子点で標本化することで、方向性フィルタとして、2次元フィルタを生成している。この2次元フィルタを、設定空間周波数サブバンド領域に対し空間方向性ベクトルに沿った方向に施すことで、新たな画素が生成される。 According to such a configuration, the high-definition image generation apparatus first complementarily generates the potential function using the one-dimensional filter by the filter generation unit. Subsequently, the high-definition image generation apparatus generates a two-dimensional filter as a directional filter by performing affine transformation of the potential function and sampling at a lattice point. By applying this two-dimensional filter to the set spatial frequency subband region in the direction along the spatial direction vector, a new pixel is generated.
請求項3に記載の高精細画像生成プログラムは、入力された入力画像の解像度よりも解像度が高い高精細画像を生成するために、コンピュータを、サンプリングレート変換手段、ウェーブレット変換手段、フィルタ生成手段、高域精細成分生成手段、混合手段、として機能させる構成とした。 The high-definition image generation program according to claim 3, in order to generate a high-definition image whose resolution is higher than the resolution of the input image that has been input, the computer is converted to sampling rate conversion means, wavelet conversion means, filter generation means, The high frequency component generation unit and the mixing unit are configured to function.
かかる構成によれば、高精細画像生成プログラムは、サンプリングレート変換手段によって、入力画像のサンプリングレートを変換し、当該入力画像の解像度よりも解像度を高めたアップコンバージョン画像を得て、ウェーブレット変換手段によって、サンプリングレート変換手段で得られたアップコンバージョン画像にウェーブレット変換を施して、複数の空間周波数サブバンド領域群を得る。そして、高精細画像生成プログラムは、フィルタ生成手段によって、ウェーブレット変換手段で得られた複数の空間周波数サブバンド領域群の中から予め設定された設定空間周波数サブバンド領域群に基づいて、入力画像の各画素が相関する方向を示す空間方向性ベクトルを抽出し、この空間方向性ベクトルに基づいて、アップコンバージョン画像を補完する際に用いる方向性フィルタを生成する。そして、高精細画像生成プログラムは、高域精細成分生成手段によって、フィルタ生成手段で生成した方向性フィルタを、設定空間周波数サブバンド領域群に施して、アップコンバージョン画像の標本空間上の画素である高域精細成分を生成し、混合手段によって、高域精細成分生成手段で生成された高域精細成分と、アップコンバージョン画像とを混合して、高精細画像を生成する。 According to such a configuration, the high-definition image generation program converts the sampling rate of the input image by the sampling rate conversion unit, obtains an up-conversion image in which the resolution is higher than the resolution of the input image, and uses the wavelet conversion unit. Then, wavelet transformation is performed on the up-conversion image obtained by the sampling rate conversion means to obtain a plurality of spatial frequency subband region groups. Then, the high-definition image generation program uses the filter generation unit to generate an input image based on a set spatial frequency subband region group set in advance from a plurality of spatial frequency subband region groups obtained by the wavelet transform unit. A spatial direction vector indicating the direction in which each pixel correlates is extracted, and based on this spatial direction vector, a directional filter used for complementing the up-conversion image is generated. The high-definition image generation program applies the directional filter generated by the filter generation means to the set spatial frequency subband region group by the high-frequency fine component generation means, and is a pixel in the sample space of the up-conversion image. A high-frequency component is generated, and the high-frequency component generated by the high-frequency component generation unit and the up-conversion image are mixed by the mixing unit to generate a high-definition image.
請求項1、3に記載の発明によれば、入力画像をアップコンバージョンした後に、ウェーブレット変換した結果から得られた空間周波数サブバンド領域を用いて、空間方向性ベクトルを抽出し、この空間方向性ベクトルを用いてアップコンバージョンした画像から新たな画素を補完生成して、当該画像と混合しているので、従来のエッジ抽出等の外挿的な手法による高精細画像の生成に比べ、不自然な強調部分が生じることのない高精細画像、すなわち、より自然な高精細画像を得ることができる。 According to the first and third aspects of the present invention, after the input image is up-converted, the spatial direction vector is extracted using the spatial frequency subband region obtained from the result of wavelet transform, and the spatial direction New pixels are complemented and generated from the up-converted image using the vector and mixed with the image, which is unnatural compared to the conventional high-definition image generation by extrapolation such as edge extraction. It is possible to obtain a high-definition image in which no emphasized portion occurs, that is, a more natural high-definition image.
請求項2に記載の発明によれば、入力画像に応じて、その都度2次元フィルタを生成し、当該2次元フィルタをアップコンバージョン画像に施して、新たな画素を生成しているので、従来の映像(画像)ごとの性質について統計的に学習を必要とする手法に比べ、この必要が無く、安定した品質の高精細画像を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, a two-dimensional filter is generated each time according to the input image, and the two-dimensional filter is applied to the up-conversion image to generate a new pixel. Compared to a method that requires statistical learning about the properties of each video (image), this need is eliminated, and a high-definition image with stable quality can be obtained.
次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
(高精細画像生成装置の構成)
図1は高精細画像生成装置のブロック図である。この図1に示すように、高精細画像生成装置1は、入力された入力画像(元画像)を高精細画像にして出力するもので、サンプリングレート変換手段3と、ウェーブレット変換手段5と、フィルタ生成手段7と、高域精細成分生成手段9と、混合手段11とを備えている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
(Configuration of high-definition image generator)
FIG. 1 is a block diagram of a high-definition image generation apparatus. As shown in FIG. 1, a high-definition image generation apparatus 1 outputs an input image (original image) as a high-definition image, and outputs a sampling rate conversion unit 3, a wavelet conversion unit 5, a filter A generation unit 7, a high-frequency fine component generation unit 9, and a mixing unit 11 are provided.
サンプリングレート変換手段3は、入力画像の画像サイズをアップコンバージョンするもので、アップコンバージョンした画像(アップコンバージョン画像Xu)をウェーブレット変換手段5と混合手段11とに出力するものである。なお、このサンプリングレート変換手段3において、アップコンバージョンする手法は既存の手法でよいが、アップコンバージョン画像のナイキスト周波数限界内に歪みが発生しないことが条件となる。 The sampling rate conversion means 3 up-converts the image size of the input image, and outputs the up-converted image (up-conversion image Xu) to the wavelet conversion means 5 and the mixing means 11. In this sampling rate conversion means 3, an existing method may be used for up-conversion, but there is a condition that no distortion occurs within the Nyquist frequency limit of the up-conversion image.
ウェーブレット変換手段5は、サンプリングレート変換手段3から出力されたアップコンバージョン画像Xuについて、ウェーブレット変換を施して、複数の空間周波数サブバンド領域(空間周波数サブバンド領域群)を得て、この空間周波数サブバンド領域群をフィルタ生成手段7に出力するものである。 The wavelet transform unit 5 performs wavelet transform on the up-conversion image Xu output from the sampling rate conversion unit 3 to obtain a plurality of spatial frequency subband regions (spatial frequency subband region group). The band region group is output to the filter generation means 7.
空間周波数サブバンド領域群は、水平方向の成分が低域周波数帯で、垂直方向の成分が低域周波数帯の領域であるLL(水平低域、垂直低域)、水平方向の成分が高域周波数帯で、垂直方向の成分が低域周波数帯の領域であるHL(水平高域、垂直低域)、水平方向の成分が低域周波数帯で、垂直方向の成分が高域周波数帯の領域であるLH(水平低域、垂直高域)、水平方向の成分が高域周波数帯で、垂直方向の成分が高域周波数帯の領域であるHH(水平高域、垂直高域)の4つの空間周波数サブバンド領域からなる。 The spatial frequency subband region group is LL (horizontal low frequency, vertical low frequency) where the horizontal component is in the low frequency band, the vertical component is in the low frequency band, and the horizontal component is in the high frequency range. HL (horizontal high frequency, vertical low frequency) where the vertical component is the low frequency band region in the frequency band, the horizontal component is the low frequency band, and the vertical component is the high frequency region LH (horizontal low frequency, vertical high frequency), HH (horizontal high frequency, vertical high frequency) where the horizontal component is the high frequency band and the vertical component is the high frequency band. It consists of a spatial frequency subband region.
ここで、このウェーブレット変換手段5によるウェーブレット変換について説明する。このウェーブレット変換は、「画像の2次元ウェーブレット変換」であり、fLを水平方向における低域の1次元ウェーブレット変換フィルタ、fHを水平方向における高域の1次元ウェーブレット変換フィルタ、gLを垂直方向における低域の1次元ウェーブレット変換フィルタ、gHを垂直方向における高域の1次元ウェーブレット変換フィルタとする。なお、これらfL、fH、gLおよびgHは、具体的には、行列で表され、後記する数式(2)〜(4)に用いられる。 Here, wavelet transformation by the wavelet transformation means 5 will be described. This wavelet transform is a “two-dimensional wavelet transform of an image”, where f L is a low-frequency one-dimensional wavelet transform filter in the horizontal direction, f H is a high-frequency one-dimensional wavelet transform filter in the horizontal direction, and g L is vertical. A low-pass one-dimensional wavelet transform filter in the direction, and g H is a high-pass one-dimensional wavelet transform filter in the vertical direction. Note that these f L, f H, g L and g H is specifically expressed in matrix is used in Equation (2) to (4) described later.
まず、「画像の2次元ウェーブレット変換」について説明する。
垂直画素数M、水平画素数Nの画像をX[M,N]とし、この画像X[M,N]上の位置(i,j)を中心位置とする画像小領域(垂直2m+1画素、水平2n+1画素)をx[i,j]とする。以下の例はm=2、n=3の場合のx[i,j]の例であり、中心位置(i,j)の画素X[i,j]の値をs0,0とすると、x[i,j]は次に示す数式(1)にようになる。
First, “two-dimensional wavelet transform of an image” will be described.
An image having the number of vertical pixels M and the number of horizontal pixels N is set to X [M, N], and a small image area (vertical 2m + 1 pixels, horizontal with the position (i, j) on the image X [M, N] as the center position. 2n + 1 pixels) is x [i, j]. The following example is an example of x [i, j] when m = 2 and n = 3. If the value of the pixel X [i, j] at the center position (i, j) is s 0,0 , x [i, j] is represented by the following formula (1).
そして、fをタップ数2n+1の奇数対称型の1次元FIRフィルタf=(f−3,f−2,f−1,f0,f1,f2,f3)とし、gをタップ数2m+1の奇数対称型の1次元FIRフィルタg=(g−2,g−1,g0,g1,g2)とすると、画像小領域x[i,j]に対して、水平方向にfを垂直方向にgを施す2次元FIR処理を行った結果のスカラー値であるy[i,j]は、次に示す数式(2)のようになる。 Then, f is an odd symmetric one-dimensional FIR filter with 2n + 1 taps f = (f −3 , f −2 , f −1 , f 0 , f 1 , f 2 , f 3 ), and g is the number of taps 2m + 1. , An oddly symmetric one-dimensional FIR filter g = (g −2 , g −1 , g 0 , g 1 , g 2 ), f is horizontally applied to the small image region x [i, j]. A scalar value y [i, j] as a result of performing the two-dimensional FIR process in which g is applied in the vertical direction is represented by the following formula (2).
この数式(2)において、gtはgの転置行列、○の中に×の行列は、Kronecker積(行列外積)、“.”は行列内積を示している。
そして、画像X[M,N]全域に2次元FIR処理を行った結果である画像Y[M,N]は、次に示す数式(3)のようになる。
In this formula (2), g t is the transposed matrix of g, matrices × in ○ are, Kronecker product (matrix cross product), "." Indicates a matrix dot product.
An image Y [M, N], which is the result of performing the two-dimensional FIR process over the entire area of the image X [M, N], is expressed by the following formula (3).
この数式(3)に示したように、画像Y[M,N]は、i行j列成分をy[i,j]とするM行N列の行列となる。 As shown in the equation (3), the image Y [M, N] is a matrix of M rows and N columns where the i row and j column components are y [i, j].
そうすると、空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)は次に示す数式(4)のようになる。 Then, the spatial frequency subband region group (LL, HL, LH, HH) is expressed by the following formula (4).
このように、この実施の形態では、この数式(4)に示したフィルタリング処理を行った後、垂直・水平の軸方向に2:1のサブサンプルを行った結果を、「2次元ウェーブレット変換」と定義している。 As described above, in this embodiment, after performing the filtering process shown in Equation (4), the result of performing 2: 1 sub-sampling in the vertical and horizontal axis directions is expressed as “two-dimensional wavelet transform”. It is defined as
さらに、空間周波数サブバンド領域群の例を、図3を参照して説明する。図3はアップコンバージョン画像(女性の瞳部分)と、この画像の空間周波数サブバンド領域群とをあわせて示した図である。 Further, an example of the spatial frequency subband region group will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing an up-conversion image (a female pupil portion) and a spatial frequency subband region group of this image together.
図3(a)に示したアップコンバージョン画像にウェーブレット変換を施すことで、図3(b)に示した空間周波数サブバンド領域LLと、図3(c)に示した空間周波数サブバンド領域HLと、図3(d)に示した空間周波数サブバンド領域LHと、図3(e)に示した空間周波数サブバンド領域HHと、が得られる。 By applying wavelet transform to the up-conversion image shown in FIG. 3A, the spatial frequency subband region LL shown in FIG. 3B and the spatial frequency subband region HL shown in FIG. The spatial frequency subband region LH shown in FIG. 3D and the spatial frequency subband region HH shown in FIG.
図3(b)に示したように、空間周波数サブバンド領域LLは、アップコンバージョン画像の状態に最も近い領域となる。
図3(c)に示したように、空間周波数サブバンド領域HLは、アップコンバージョン画像の中で、際立った縦のライン(陰影)および斜めのラインのみが残存した領域となる。
As shown in FIG. 3B, the spatial frequency subband region LL is a region closest to the state of the up-conversion image.
As shown in FIG. 3C, the spatial frequency subband region HL is a region in which only outstanding vertical lines (shadows) and diagonal lines remain in the up-conversion image.
図3(d)に示したように、空間周波数サブバンド領域LHは、アップコンバージョン画像の中で、際立った横のライン(陰影)および斜めのラインのみが残存した領域となる。
図3(e)に示したように、空間周波数サブバンド領域HHは、アップコンバージョン画像の中で、際立った斜めのラインのみが残存した領域となる。
なお、図3(f)は、空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)の配置を示したものである。
As shown in FIG. 3D, the spatial frequency subband region LH is a region in which only the outstanding horizontal lines (shadows) and diagonal lines remain in the up-conversion image.
As shown in FIG. 3 (e), the spatial frequency subband region HH is a region in which only a prominent oblique line remains in the up-conversion image.
FIG. 3F shows the arrangement of the spatial frequency subband region groups (LL, HL, LH, HH).
図1に戻る。
フィルタ生成手段7は、ウェーブレット変換手段5から出力された空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)の中から予め設定された設定空間周波数サブバンド領域群に基づいて、2次元フィルタを生成するもので、インテンシティマップ生成手段7aと、ディレクショナルシータマップ生成手段7bと、2次元FIRフィルタ生成手段7cとを備えている。
Returning to FIG.
The filter generation means 7 is a two-dimensional filter based on a set spatial frequency subband area group preset from the spatial frequency subband area groups (LL, HL, LH, HH) output from the wavelet transform means 5. Intensity map generation means 7a, directional theta map generation means 7b, and two-dimensional FIR filter generation means 7c.
なお、この実施形態では、設定空間周波数サブバンド領域群として、HL、LHとを用いて、サブバンドの和(アップコンバージョン画像Xuの高域成分Xhigh)を求めており、このサブバンドの和は、Xhigh=HL[i,j]+LH[i,j]で表される。また、このサブバンドの和としてXhigh=HL[i,j]+LH[i,j]+HH[i,j](アップコンバージョン画像Xuの水平垂直の高域成分Xhigh)とすることもできる。 In this embodiment, the subband sum (the high frequency component Xhigh of the up-conversion image Xu) is obtained using HL and LH as the set spatial frequency subband region group, and the sum of the subbands is , Xhigh = HL [i, j] + LH [i, j]. Further, Xhigh = HL [i, j] + LH [i, j] + HH [i, j] (horizontal and vertical high-frequency component Xhigh of the up-conversion image Xu) may be used as the sum of the subbands.
インテンシティマップ生成手段7aは、ウェーブレット変換手段5から出力された空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)の中から選択したHL、LHの各画素の値を用いて、インテンシティマップを生成するものである。このインテンシティマップは、ある画素位置(i,j)における所定方向の空間相関性(後記するθ方向の空間相関性θ[i,j])の有意の程度を示すものである。そして、このインテンシティマップは、次に示す数式(5)によって求められる。 The intensity map generation means 7a uses the values of the HL and LH pixels selected from the spatial frequency subband region group (LL, HL, LH, HH) output from the wavelet transform means 5 to calculate the intensity map. Generate a map. This intensity map shows a significant degree of spatial correlation in a predetermined direction at a certain pixel position (i, j) (spatial correlation θ [i, j] in θ direction described later). And this intensity map is calculated | required by Numerical formula (5) shown next.
ディレクショナルシータマップ生成手段7bは、ウェーブレット変換手段5から出力された空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)の中から選択したHL、LHの各画素の値を用いて、θ方向の空間相関マップ(ディレクショナルシータマップ)を生成するものである。このディレクショナルシータマップは、ある画素がθ方向に対して、どれだけ相関しているかの程度(画素の値が相関しているかの程度)、すなわち、θ方向の空間相関性θ[i,j]を示すものである。そして、このディレクショナルシータマップは、次に示す数式(6)によって求められる。 The directional theta map generating means 7b uses the values of the HL and LH pixels selected from the spatial frequency subband region groups (LL, HL, LH, HH) output from the wavelet transform means 5, and θ A direction spatial correlation map (directional theta map) is generated. This directional theta map shows how much a certain pixel is correlated with the θ direction (how much the value of the pixel is correlated), that is, the spatial correlation θ [i, j in the θ direction. ]. And this directional theta map is calculated | required by Numerical formula (6) shown next.
2次元FIRフィルタ生成手段7cは、インテンシティマップ生成手段7aで生成されたインテンシティマップに対し、閾値処理を施して、閾値以上の画素位置に、ディレクショナルシータマップ生成手段7bで生成されたディレクショナルシータマップを用いて、アップコンバージョン画像Xuの高域成分Xhighの画素位置に施す方向性LPFを生成するものである。この方向性LPFがアップコンバージョン画像Xuの各画素の空間方向性ベクトルを抽出したものとなる。 The two-dimensional FIR filter generation unit 7c performs threshold processing on the intensity map generated by the intensity map generation unit 7a, and the directory generated by the directional theta map generation unit 7b is set at a pixel position equal to or greater than the threshold. A directional LPF to be applied to the pixel position of the high frequency component Xhigh of the up-conversion image Xu is generated using the national theta map. This directional LPF is obtained by extracting the spatial directional vector of each pixel of the up-conversion image Xu.
この方向性LPFをf[θ[i,j]]とすると、このf[θ[i,j]]は、1次元フィルタf[0]を、アフィン変換により、θ[i,j]だけ回転させたものである。なお、このf[θ[i,j]]は、2次元行列で表すことできる。例えば、f[0]={f−3,f−2,f−1,f0,f1,f2,f3}とすると、2次元行列として、次に示す数式(7)のようになる。 If this directional LPF is f [θ [i, j]], this f [θ [i, j]] rotates the one-dimensional filter f [0] by θ [i, j] by affine transformation. It has been made. Note that f [θ [i, j]] can be represented by a two-dimensional matrix. For example, when f [0] = {f −3 , f −2 , f −1 , f 0 , f 1 , f 2 , f 3 }, a two-dimensional matrix is obtained as shown in the following formula (7). Become.
この数式(7)に示したように、11行11列の2次元行列内にf[0]が配置され、当該2次元行列は、f[0]の周囲が“0”で埋められた行列となる。この2次元行列は、2次元実数の閉領域上に定義されたポテンシャル関数の11×11個の離散標本値と捉えることができる。 As shown in Equation (7), f [0] is arranged in a two-dimensional matrix of 11 rows and 11 columns, and the two-dimensional matrix is a matrix in which f [0] is surrounded by “0”. It becomes. This two-dimensional matrix can be regarded as 11 × 11 discrete sample values of a potential function defined on a two-dimensional real closed region.
そして、この11×11個の離散標本値を持つ仮想的なポテンシャル関数(定義域は実数の連続領域)をf(x,y)とし、このf(x,y)を角度θでアフィン変換した関数をh(x,y)とする。このh(x,y)を格子点で標本化することで、方向性フィルタの行列を得ることができる。 Then, the virtual potential function (the definition area is a real continuous area) having 11 × 11 discrete sample values is defined as f (x, y), and this f (x, y) is affine transformed at an angle θ. Let the function be h (x, y). By sampling h (x, y) at the lattice points, a matrix of directional filters can be obtained.
また、ここで、図4を参照して、方向性LPFの生成例について説明する。図4は、方向性LPFの生成例について示したもので、(a)および(d)は当該LPFのフィルタ係数を画素濃淡で示した図であり、(b)および(e)は当該LPFのフィルタ係数をインパルスの高さで示した図であり、(c)および(f)は当該LPFの周波数応答を示した図である。 Here, an example of generating a directional LPF will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an example of generating a directional LPF. (A) and (d) are diagrams showing the filter coefficients of the LPF in pixel shading, and (b) and (e) are the LPF filter coefficients. It is the figure which showed the filter coefficient by the height of the impulse, (c) and (f) are the figures which showed the frequency response of the said LPF.
この図4において、ベースとなる1次元フィルタf[0]はf={−1/8,1/4,3/4,1/4,−1/8}であり、θをπ/4で回転させて得られた2次元FIRフィルタのインパルス応答を図4(a)、(b)に、2次元空間周波数応答を(c)に示している。また、θを−π/4で回転させて得られた2次元FIRフィルタのインパルス応答を図4(d)、(e)に、2次元空間周波数応答を(f)に示している。 In FIG. 4, the one-dimensional filter f [0] serving as a base is f = {− 1/8, 1/4, 3/4, 1/4, −1/8}, and θ is π / 4. The impulse response of the two-dimensional FIR filter obtained by rotating is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), and the two-dimensional spatial frequency response is shown in (c). Also, the impulse response of the two-dimensional FIR filter obtained by rotating θ by −π / 4 is shown in FIGS. 4D and 4E, and the two-dimensional spatial frequency response is shown in FIG.
図4(a)に示した画素濃淡は、9つの画素を対象にして、ハッチングの違い(濃淡の違い)により、アップコンバージョン画像の高域成分に施される値の違いを示しており、右上の画素と左下の画素とに施される値が高くなるように構成されている。 The pixel shading shown in FIG. 4A shows the difference in values applied to the high frequency components of the up-conversion image due to the difference in hatching (difference in shading) for nine pixels. The values applied to the pixels and the lower left pixel are configured to be high.
図4(b)に示したインパルスの高さは、スペクトルによって、アップコンバージョン画像の高域成分に施される値の違いを示しており、手前側の位置(x,y)=(6,4)にあるスペクトルと奥側の位置(x,y)=(4,6)にあるスペクトルが高くなるように構成されている。 The impulse height shown in FIG. 4 (b) indicates the difference in value applied to the high frequency component of the up-conversion image depending on the spectrum, and the near side position (x, y) = (6, 4 ) And the spectrum at the back position (x, y) = (4, 6).
図4(c)に示した周波数応答は、等高線によって、アップコンバージョン画像の高域成分に施される値の違いを示しており、奥側の位置(H,V)=(−0.5,0.5)付近が高くなるように構成されている。 The frequency response shown in FIG. 4C shows the difference in values applied to the high frequency components of the up-conversion image by the contour lines, and the position (H, V) = (− 0.5, 0.5) It is configured to be high in the vicinity.
図4(d)に示した画素濃淡は、9つの画素を対象にして、ハッチングの違い(濃淡の違い)により、アップコンバージョン画像の高域成分に施される値の違いを示しており、右下の画素と左上の画素とに施される値が高くなるように構成されている。 The pixel shading shown in FIG. 4 (d) shows the difference in values applied to the high frequency components of the up-conversion image due to the difference in hatching (difference in shading) for nine pixels. A value applied to the lower pixel and the upper left pixel is configured to be high.
図4(e)に示したインパルスの高さは、スペクトルによって、アップコンバージョン画像の高域成分に施される値の違いを示しており、左側の位置(x,y)=(4,4)にあるスペクトルと右側の位置(x,y)=(6,6)にあるスペクトルが高くなるように構成されている。 The impulse height shown in FIG. 4 (e) indicates the difference in value applied to the high frequency component of the up-conversion image depending on the spectrum, and the left position (x, y) = (4, 4). And the spectrum at the right position (x, y) = (6, 6) are configured to be higher.
図4(f)に示した周波数応答は、等高線によって、アップコンバージョン画像の高域成分に施される値の違いを示しており、奥側の位置(H,V)=(0.5,−0.5)付近が高くなるように構成されている。 The frequency response shown in FIG. 4 (f) shows the difference in values applied to the high frequency components of the up-conversion image by the contour lines, and the position (H, V) = (0.5, − 0.5) It is configured to be high in the vicinity.
図1に戻る。
高域精細成分生成手段9は、ウェーブレット変換手段5から出力された空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)の中から選択した設定空間周波数サブバンド領域群の高域成分の和(HLとLH)、すなわち、アップコンバージョン画像Xuの高域成分Xhighに、2次元FIRフィルタ生成手段7cで生成された方向性LPFを施して、高域精細成分Xextを生成するものである。
Returning to FIG.
The high-frequency fine component generating means 9 is the sum of the high-frequency components of the set spatial frequency subband area group selected from the spatial frequency subband area groups (LL, HL, LH, HH) output from the wavelet transform means 5. (HL and LH), that is, the directional LPF generated by the two-dimensional FIR filter generating means 7c is applied to the high frequency component Xhigh of the up-conversion image Xu to generate the high frequency fine component Xext.
方向性LPFをf[θ[i,j]]とし、アップコンバージョン画像Xuの高域成分Xhighにこの方向性LPFを用いた2次元フィルタリングを行って、高域精細成分Xextは、次に示す数式(8)によって求められる。なお、f[θ[i,j]]は2次元行列である。 The directional LPF is set to f [θ [i, j]], and the high frequency component Xext of the up-conversion image Xu is subjected to two-dimensional filtering using this directional LPF. It is calculated | required by (8). Note that f [θ [i, j]] is a two-dimensional matrix.
ここで、xu[i,j]は画像Xuの位置(i,j)を中心とする画像小領域であり、このサイズは、f[θ[i,j]]と同じサイズである。 Here, xu [i, j] is an image small area centered on the position (i, j) of the image Xu, and this size is the same size as f [θ [i, j]].
なお、この高域精細成分生成手段9では、ディレクショナルシータマップ生成手段7bで用いた数式(6)を画素X[i,j]における「空間方向性ベクトル」と定義し、この画素X[i,j]では空間上θ方向に画素相関が最も強いものとして扱っている。そして、この高域精細成分生成手段9では、画素相関が最も強いということに関して、θ方向の空間周波数成分が0に限りなく近いとし、θ方向の画素値予測(生成する高域精細成分)が単純なLPF処理によって行えることとしている。 In the high-frequency fine component generating means 9, the mathematical formula (6) used in the directional theta map generating means 7b is defined as a “spatial direction vector” in the pixel X [i, j], and this pixel X [i , J] are treated as having the strongest pixel correlation in the θ direction in space. The high-frequency fine component generation means 9 assumes that the spatial frequency component in the θ direction is as close as possible to zero with regard to the strongest pixel correlation, and predicts the pixel value in the θ direction (the high-frequency fine component to be generated). It can be done by simple LPF processing.
ここで、図5を参照して、フィルタ生成手段7および高域精細成分生成手段9で得られる画像(成分)の生成例について説明する。図5は画像の生成例として、図3に示したものと同一の入力画像について、アップコンバージョン画像Xuの高域成分Xhigh、インテンシティマップの閾値処理によって検出された優位画素(閾値以上の画素)の分布、ディレクショナルシータマップおよび高域精細成分Xextを示した図である。 Here, an example of generating an image (component) obtained by the filter generation unit 7 and the high-frequency fine component generation unit 9 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows, as an example of image generation, superior pixels detected by threshold processing of the high-frequency component Xhigh and intensity map of the up-conversion image Xu for the same input image as shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing a distribution, a directional theta map, and a high-frequency fine component Xext.
図5(a)に示したアップコンバージョン画像Xuの高域成分Xhighは、設定空間周波数サブバンド領域群の高域成分の和(HL+LH)であり、HLの垂直低域である低域成分とLHの水平低域の低域成分が互いに打ち消しあってしまうためか、図3(c)(d)に比べ、際立った縦のライン(陰影)および際立った横のライン(陰影)を観測することができない。 The high frequency component Xhigh of the up-conversion image Xu shown in FIG. 5A is the sum (HL + LH) of the high frequency components of the set spatial frequency subband region group, and the low frequency component that is the vertical low frequency of HL and the LH It is possible to observe a prominent vertical line (shadow) and a prominent horizontal line (shadow) as compared to FIGS. 3C and 3D because the horizontal low-frequency components of each other cancel each other out. Can not.
図5(b)に示したインテンシティマップの閾値処理によって検出された優位画素(閾値以上の画素)の分布は、閾値以上の画素を白地で表したものであり、その他の画素を黒地で表したものである。この図5(b)からわかるように、ある画素位置における所定方向の空間相関性が高いもの、ここでは、頭髪と顔面の境界、眉毛の生え際、瞳と顔面の境界、瞳孔部分等を観測することができる。 The distribution of dominant pixels (pixels above the threshold) detected by the threshold processing of the intensity map shown in FIG. 5B represents pixels above the threshold on a white background, and other pixels on a black background. It is a thing. As can be seen from FIG. 5B, the spatial correlation in a predetermined direction at a certain pixel position is high, here, the boundary between the hair and the face, the edge of the eyebrows, the boundary between the pupil and the face, the pupil portion, and the like are observed. be able to.
図5(c)に示したディレクショナルシータマップは、ある画素がθ方向に対して、どれだけ相関しているかを示したものである。この図5(c)からわかるように、図5(b)と同様の箇所がより顕著に観測することができる。なお、この図5(c)では確認できないが、画素同士が相関している方向を示すθの値によって、図5(e)に基づき当該画素の色が異なるようになっている。 The directional theta map shown in FIG. 5C indicates how much a certain pixel is correlated with the θ direction. As can be seen from FIG. 5C, the same part as in FIG. 5B can be observed more remarkably. Although not confirmed in FIG. 5C, the color of the pixel differs based on the value of θ indicating the direction in which the pixels are correlated, based on FIG.
図5(d)に示した高域精細成分Xextは、図5(a)と同様に、際立った縦のライン(陰影)および際立った横のライン(陰影)を観測することができない。逆に、この高域精細成分Xextが顕著な強調部分を含まないことで、後記する混合手段11によってアップコンバージョン画像Xuと混合することで、不自然な強調部分が生じない高精細画像を生成することができる。
なお、図5(e)はθの色表示(RGBによる表示)を示したものであり、この図5(e)では確認できないが、θの値によって円上の時計回りに青色(B)、緑色(G)、赤色(R)に色相が移り変わっていくことを示している。
In the high-frequency fine component Xext shown in FIG. 5 (d), as in FIG. 5 (a), it is impossible to observe an outstanding vertical line (shadow) and an outstanding horizontal line (shadow). On the contrary, since this high-frequency fine component Xext does not include a markedly emphasized portion, it is mixed with the up-conversion image Xu by the mixing means 11 described later, thereby generating a high-definition image that does not produce an unnatural emphasized portion. be able to.
FIG. 5 (e) shows the color display of θ (display by RGB). Although it cannot be confirmed in FIG. 5 (e), blue (B), clockwise on the circle depending on the value of θ, It shows that the hue changes to green (G) and red (R).
図1に戻る。
混合手段11は、サンプリングレート変換手段3から出力されたアップコンバージョン画像Xuと、高域精細成分生成手段9で生成された高域精細成分Xextとを混合した高精細画像を生成して出力するものである。
Returning to FIG.
The mixing means 11 generates and outputs a high-definition image obtained by mixing the up-conversion image Xu output from the sampling rate conversion means 3 and the high-frequency fine component Xext generated by the high-frequency fine component generation means 9. It is.
この混合手段11で生成される高精細画像をYu[i,j]とすると、この高精細画像Yu[i,j]は、次に示す数式(9)または(10)によって求められる。 Assuming that the high-definition image generated by the mixing unit 11 is Yu [i, j], the high-definition image Yu [i, j] is obtained by the following formula (9) or (10).
この高精細画像生成装置1によれば、入力画像をサンプリングレート変換手段3でアップコンバージョンした後に、ウェーブレット変換手段5でウェーブレット変換した結果から得られた空間周波数サブバンド領域を用いて、フィルタ生成手段7で方向性LPF(空間方向性ベクトルを抽出したもの)を生成し、高域精細成分生成手段9でこの方向性LPFを用いてアップコンバージョンした画像から新たな画素を補完生成して、混合手段11で当該画像と混合しているので、従来のエッジ抽出等の外挿的な手法による高精細画像の生成に比べ、不自然な強調部分が生じることのない高精細画像、すなわち、より自然な高精細画像を得ることができる。 According to the high-definition image generating apparatus 1, the input image is up-converted by the sampling rate converting unit 3, and then the filter generating unit is used by using the spatial frequency subband region obtained from the result of wavelet transform by the wavelet converting unit 5. 7 generates a directional LPF (extracted spatial directional vector), and the high-frequency fine component generation means 9 complements and generates a new pixel from the up-converted image using the directional LPF, and the mixing means 11 is mixed with the image, so that a high-definition image in which an unnatural emphasis portion is not generated, that is, a more natural image, is generated as compared with the generation of a high-definition image by a conventional extrapolation technique such as edge extraction. High definition images can be obtained.
また、この高精細画像生成装置1によれば、フィルタ生成手段7で入力画像に応じて、その都度方向性LPF(2次元フィルタ)を生成し、当該方向性フィルタをアップコンバージョン画像に施して、新たな画素を生成しているので、従来の映像(画像)ごとの性質について統計的に学習を必要とする手法に比べ、この必要が無く、安定した品質の高精細画像を得ることができる。 Further, according to the high-definition image generating device 1, the filter generating means 7 generates a directional LPF (two-dimensional filter) each time according to the input image, and applies the directional filter to the up-conversion image. Since new pixels are generated, this is not necessary as compared with a conventional method that requires statistical learning about the properties of each video (image), and a high-definition image with stable quality can be obtained.
(高精細画像生成装置の動作)
次に、図2に示すフローチャートを参照して、高精細画像生成装置1の動作を説明する(適宜、図1参照)。
まず、高精細画像生成装置1は、サンプリングレート変換手段3によって、入力画像のサンプリングレートを変更したアップコンバージョン画像Xuとし、このアップコンバージョン画像をウェーブレット変換手段5および混合手段11に出力する(ステップS1)。
(Operation of high-definition image generator)
Next, the operation of the high-definition image generating apparatus 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 2 (see FIG. 1 as appropriate).
First, the high-definition image generating apparatus 1 uses the sampling rate conversion unit 3 as the up-conversion image Xu in which the sampling rate of the input image is changed, and outputs the up-conversion image to the wavelet conversion unit 5 and the mixing unit 11 (step S1). ).
続いて、高精細画像生成装置1は、ウェーブレット変換手段5によって、アップコンバージョン画像Xuから空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)を得て、この空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)をフィルタ生成手段7および高域精細成分生成手段9に出力する(ステップS2)。 Subsequently, the high-definition image generating apparatus 1 obtains a spatial frequency subband region group (LL, HL, LH, HH) from the up-conversion image Xu by the wavelet transform unit 5, and this spatial frequency subband region group (LL). , HL, LH, HH) are output to the filter generation means 7 and the high-frequency fine component generation means 9 (step S2).
そして、高精細画像生成装置1は、空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)から選択した設定空間周波数サブバンド領域群(HL、LH)から、フィルタ生成手段7のインテンシティマップ生成手段7aによってインテンシティマップを生成し、ディレクショナルシータマップ生成手段7bによってディレクショナルシータマップを生成し、これらに基づいて、2次元FIRフィルタ手段7cによって方向性フィルタを生成する(ステップS3)。 Then, the high-definition image generating apparatus 1 uses the intensity map of the filter generating unit 7 from the set spatial frequency subband region group (HL, LH) selected from the spatial frequency subband region group (LL, HL, LH, HH). The intensity map is generated by the generating means 7a, the directional theta map is generated by the directional theta map generating means 7b, and based on these, the directional filter is generated by the two-dimensional FIR filter means 7c (step S3).
さらに、高精細画像生成装置1は、高域精細成分生成手段9によって、空間周波数サブバンド領域群(LL、HL、LH、HH)から選択した設定空間周波数サブバンド領域群の高域成分の和(HLとLH)、すなわち、アップコンバージョン画像Xuの高域成分Xhighに、2次元FIRフィルタ生成手段7cで生成された方向性LPFを施して、高域精細成分Xextを生成する(ステップS4)。 Further, the high-definition image generating apparatus 1 uses the high-frequency fine component generating means 9 to sum the high-frequency components of the set spatial frequency sub-band region group selected from the spatial frequency sub-band region groups (LL, HL, LH, HH). (HL and LH), that is, the directional LPF generated by the two-dimensional FIR filter generating means 7c is applied to the high frequency component Xhigh of the up-conversion image Xu to generate the high frequency fine component Xext (step S4).
その後、高精細画像生成装置1は、混合手段11によって、アップコンバージョン画像Xuと、高域精細成分生成手段9で生成された高域精細成分Xextとを混合して、高精細画像を出力する(ステップS5)。 Thereafter, the high-definition image generating apparatus 1 mixes the up-conversion image Xu and the high-frequency fine component Xext generated by the high-frequency fine component generating means 9 by the mixing unit 11 and outputs a high-definition image ( Step S5).
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、高精細画像生成装置1として説明したが、当該装置の各構成を、コンピュータを機能させる各手段として捉えることで、高精細画像生成プログラムと見なすことができる。この場合、当該装置1と同様の効果を得ることができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the present embodiment, the high-definition image generation apparatus 1 has been described. However, each configuration of the apparatus can be regarded as a high-definition image generation program by grasping each component as a unit that causes a computer to function. In this case, the same effect as that of the device 1 can be obtained.
1 高精細画像生成装置
3 サンプリングレート変換手段
5 ウェーブレット変換手段
7 フィルタ生成手段
9 高域精細成分生成手段
11 混合手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High-definition image generation apparatus 3 Sampling rate conversion means 5 Wavelet conversion means 7 Filter generation means 9 High frequency-definition component generation means 11 Mixing means
Claims (3)
前記入力画像のサンプリングレートを変換し、当該入力画像の解像度よりも解像度を高めたアップコンバージョン画像を得るサンプリングレート変換手段と、
このサンプリングレート変換手段で得られたアップコンバージョン画像にウェーブレット変換を施して、複数の空間周波数サブバンド領域からなる空間周波数サブバンド領域群を得るウェーブレット変換手段と、
このウェーブレット変換手段で得られた空間周波数サブバンド領域群の中から予め設定された設定空間周波数サブバンド領域群に基づいて、前記入力画像の各画素が相関する方向を示す空間方向性ベクトルを抽出し、この空間方向性ベクトルに基づいて、前記アップコンバージョン画像を補完する際に用いる方向性フィルタを生成するフィルタ生成手段と、
このフィルタ生成手段で生成した方向性フィルタを、前記設定空間周波数サブバンド領域群に施して、前記アップコンバージョン画像の標本空間上の画素である高域精細成分を生成する高域精細成分生成手段と、
この高域精細成分生成手段で生成された高域精細成分と、前記アップコンバージョン画像とを混合して、前記高精細画像を生成する混合手段と、
を備えることを特徴とする高精細画像生成装置。 A high-definition image generation device that generates a high-definition image having a higher resolution than the resolution of an input image that has been input,
Sampling rate conversion means for converting a sampling rate of the input image and obtaining an up-conversion image having a higher resolution than the resolution of the input image;
Wavelet transform means for obtaining a spatial frequency subband region group composed of a plurality of spatial frequency subband regions by performing wavelet transform on the up-conversion image obtained by the sampling rate conversion means;
Based on a set spatial frequency subband region group set in advance from the spatial frequency subband region group obtained by this wavelet transform means, a spatial direction vector indicating the direction in which each pixel of the input image correlates is extracted. And, based on the spatial direction vector, a filter generation means for generating a direction filter used for complementing the up-conversion image,
A high-frequency fine component generating means for applying a directional filter generated by the filter generating means to the set spatial frequency subband region group to generate a high-frequency fine component that is a pixel on a sample space of the up-conversion image; ,
Mixing means for mixing the high-frequency fine component generated by the high-frequency fine component generating means and the up-conversion image to generate the high-definition image;
A high-definition image generating apparatus comprising:
1次元フィルタの各係数値を離散標本値とする2次元実数の閉領域上に定義されたポテンシャル関数を補完生成し、当該ポテンシャル関数を所定角度に回転させるアフィン変換を施した関数を格子点で標本化することにより、前記方向性フィルタとして、2次元フィルタを得ることを特徴とする請求項1に記載の高精細画像生成装置。 The filter generation means includes
Complementary generation of a potential function defined on a two-dimensional real closed region with each coefficient value of the one-dimensional filter as a discrete sample value, and a function subjected to affine transformation that rotates the potential function at a predetermined angle at a lattice point The high-definition image generation apparatus according to claim 1, wherein a two-dimensional filter is obtained as the directional filter by sampling.
前記入力画像のサンプリングレートを変換し、当該入力画像の解像度よりも解像度を高めたアップコンバージョン画像を得るサンプリングレート変換手段、
このサンプリングレート変換手段で得られたアップコンバージョン画像にウェーブレット変換を施して、複数の空間周波数サブバンド領域からなる空間周波数サブバンド領域群を得るウェーブレット変換手段、
このウェーブレット変換手段で得られた空間周波数サブバンド領域群の中から予め設定された設定空間周波数サブバンド領域群に基づいて、前記入力画像の各画素が相関する方向を示す空間方向性ベクトルを抽出し、この空間方向性ベクトルに基づいて、前記アップコンバージョン画像を補完する際に用いる方向性フィルタを生成するフィルタ生成手段、
このフィルタ生成手段で生成した方向性フィルタを、前記設定空間周波数サブバンド領域群に施して、前記アップコンバージョン画像の標本空間上の画素である高域精細成分を生成する高域精細成分生成手段、
この高域精細成分生成手段で生成された高域精細成分と、前記アップコンバージョン画像とを混合して、前記高精細画像を生成する混合手段、
として機能させることを特徴とする高精細画像生成プログラム。
In order to generate a high-definition image whose resolution is higher than the resolution of the input image input,
Sampling rate conversion means for converting a sampling rate of the input image and obtaining an up-conversion image having a higher resolution than that of the input image,
Wavelet transform means for applying a wavelet transform to the up-conversion image obtained by the sampling rate conversion means to obtain a spatial frequency subband region group composed of a plurality of spatial frequency subband regions,
Based on a set spatial frequency subband region group set in advance from the spatial frequency subband region group obtained by this wavelet transform means, a spatial direction vector indicating the direction in which each pixel of the input image correlates is extracted. Filter generating means for generating a directional filter used for complementing the up-conversion image based on the spatial direction vector,
Applying the directional filter generated by the filter generation means to the set spatial frequency subband region group, a high-frequency fine component generation means for generating a high-frequency fine component that is a pixel on the sample space of the up-conversion image,
Mixing means for mixing the high-frequency fine component generated by the high-frequency fine component generating means and the up-conversion image to generate the high-definition image;
A high-definition image generation program characterized by functioning as
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