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JP2005063000A - Image sharpening method, apparatus and program - Google Patents

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JP2005063000A
JP2005063000A JP2003289825A JP2003289825A JP2005063000A JP 2005063000 A JP2005063000 A JP 2005063000A JP 2003289825 A JP2003289825 A JP 2003289825A JP 2003289825 A JP2003289825 A JP 2003289825A JP 2005063000 A JP2005063000 A JP 2005063000A
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JP
Japan
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image
circle
confusion
pixel
pixels
Prior art date
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Application number
JP2003289825A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Ishino
隆一 石野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Research Institute of Electric Power Industry
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Publication date
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Abstract

【課題】 合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像を鮮明化する。
【解決手段】 対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素1として、着目画素1の色情報に影響を与える周辺画素2の範囲を示す錯乱円Cを推定し、当該推定された錯乱円Cに基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、着目画素1の色情報を周辺画素2の影響の無い状態に復元する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To clarify an image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed.
A circle of confusion C indicating a range of surrounding pixels 2 that affect the color information of the pixel of interest 1 is estimated using all the pixels constituting the target image as the pixel of interest 1, and the estimated circle of confusion C is estimated. Based on the above, the color information of the pixel of interest 1 is restored to a state in which the surrounding pixel 2 is not affected by using an inverse filter of the blur function.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、画像の鮮明化方法および装置並びにプログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像を鮮明化する方法および装置並びにプログラムに関する。   The present invention relates to an image sharpening method and apparatus, and a program. More specifically, the present invention relates to a method, apparatus, and program for sharpening an image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed.

近年の画像処理技術の進展に従い、電力設備等の設備監視に画像が利用されている。画像は、面的な情報を一度に得られるため、例えば電力設備のような広がりをもったシステムの監視には有用であり、事故点の早期復旧や事故原因の解明等への利用が期待できる。監視画像の品質が低くなる原因として、レンズと被写体との距離がレンズの焦点距離に一致しない場合に生じるボケ(以下、「焦点外れによるボケ」とも言う)や、対象物体の高速な動きなどに起因する動きボケ等がある。静止している設備の監視画像においては、動きボケを生ずる可能性が少ないため、焦点外れによるボケが画質低下の主要因となっている。   In accordance with recent progress in image processing technology, images are used for monitoring equipment such as power equipment. Since the image can be obtained in one place, the image is useful for monitoring a system with a wide spread, such as power facilities, and can be expected to be used for early recovery of the accident point and elucidation of the cause of the accident. . The reason for the low quality of the surveillance image is blurring that occurs when the distance between the lens and the subject does not match the focal length of the lens (hereinafter also referred to as “blurring due to defocusing”), or high-speed movement of the target object. There are motion blur caused by it. In a monitoring image of a stationary facility, since there is little possibility of motion blur, blur due to defocusing is a main cause of image quality degradation.

画像のボケを改善する方法は、天体画像の品質を高めることを目的として従来研究が進められている(例えば非特許文献1,2参考)。従来のボケ画像の改善方法は、ボケのない画像からボケた画像が生成される過程をボケ関数(点広がり関数(Point Spread Function、以下PSFと略記する。)とも呼ばれる。)を用いてモデル化し、推定されるボケ関数の逆関数に相当する逆フィルタを用いて、ボケた画像からボケのない画像を得ようとするものである。   Conventionally, methods for improving image blur have been studied for the purpose of improving the quality of astronomical images (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2). In a conventional method for improving a blurred image, a process in which a blurred image is generated from an image without blur is modeled using a blur function (also referred to as a point spread function (hereinafter abbreviated as PSF)). Then, using an inverse filter corresponding to the inverse function of the estimated blur function, an image without blur is obtained from the blurred image.

また、焦点の異なる画像を同じアングルで撮影し、これらの複数の画像から焦点の合っている画素を選択して合成して、焦点外れのない鮮明な画像を得る方法も提案されている(例えば非特許文献3,4参考)。   In addition, a method has been proposed in which images with different focal points are photographed at the same angle, and in-focus pixels are selected from the plurality of images and combined to obtain a clear image without defocus (for example, Non-patent documents 3 and 4).

Rafacl Molina et al,"Image Restoration in Astronomy",IEEE Signal Processing Magazine Vol.18, No.2, pp.14-29, 2001Rafacl Molina et al, "Image Restoration in Astronomy", IEEE Signal Processing Magazine Vol.18, No.2, pp.14-29, 2001 S.Chaudhuri et al,"Depth from Defocus: A Real Aperture Imaging Approach", Springer, 1998S. Chaudhuri et al, "Depth from Defocus: A Real Aperture Imaging Approach", Springer, 1998 内藤他,"複数の異なる焦点画像から焦点外れ画像の生成を利用した全焦点画像の強調的取得", 電子情報通信学会論文誌D-II,Vol. J79-D-II, No.6, pp.1046-1053 1996Naito et al., "Enhancing acquisition of omnifocal images using generation of out-of-focus images from different focal images", IEICE Transactions D-II, Vol. J79-D-II, No.6, pp .1046-1053 1996 久保田他,"多焦点画像処理のための位置合わせ手法と撮像系の構築", 映像情報メディア学会誌,Vol. 54, No.2, pp260-267, 2000Kubota et al., "Positioning method and imaging system for multifocal image processing", Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers, Vol. 54, No.2, pp260-267, 2000

しかしながら、非特許文献1,2等に示される従来技術では、画像全体が一様に不鮮明(即ち、画像全体にわたって同じようなボケが生じている)という仮定のもとで、単一のPSFを推定してボケの改善を行っているので、局所的にボケている画像には適用できない。例えば設備全体を広範囲に監視するような画像は、監視対象がはっきり決められていないため、監視者等が関心を持った箇所に焦点が合わせられて、焦点の合っている鮮明な部分(合焦点領域)と焦点の合っていない不鮮明な部分(焦点外れ領域)とが混在することとなる。このような画像では、画像全体が一様にボケているとの前提条件が崩れてしまうので、非特許文献1,2等の技術では良好なボケ改善を期待できない。焦点外れ領域に写っている設備で何らかの問題が発生した場合に、当該問題の迅速な把握や対応が困難となってしまう。   However, in the conventional techniques shown in Non-Patent Documents 1 and 2, etc., a single PSF is used under the assumption that the entire image is uniformly blurred (that is, the same blur is generated throughout the entire image). Since blur is improved by estimation, it cannot be applied to a locally blurred image. For example, in an image that monitors the entire facility over a wide area, the object to be monitored is not clearly determined. Therefore, the focused area is focused on a point of interest of the observer, etc. Region) and unfocused unclear portions (out-of-focus region) are mixed. In such an image, since the precondition that the entire image is uniformly blurred is lost, the techniques of Non-Patent Documents 1 and 2 and the like cannot be expected to improve the blur. When any problem occurs in the equipment in the out-of-focus area, it becomes difficult to quickly grasp and deal with the problem.

また、非特許文献3,4等に示される従来技術では、取得したい焦点ごとにカメラを用意しなければならない。例えば3つの焦点に合わせた画像を取得したい場合は、3台のCCDを用意しなければならない(非特許文献4参考)。設備全体を広範囲に監視するような画像に適用する場合には相当数のカメラが必要となり、実用化が困難である。   Further, in the prior art disclosed in Non-Patent Documents 3 and 4, etc., a camera must be prepared for each focus to be acquired. For example, if it is desired to acquire an image in accordance with three focal points, three CCDs must be prepared (see Non-Patent Document 4). When applied to an image that monitors the entire facility over a wide area, a considerable number of cameras are required, and it is difficult to put it to practical use.

そこで本発明は、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像を鮮明化する方法および装置並びにプログラムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method, an apparatus, and a program for sharpening an image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed.

かかる目的を達成するため、請求項1記載の画像の鮮明化方法は、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する対象画像に対し、対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素として、該着目画素の色情報に影響を与える周辺画素の範囲を示す錯乱円を推定し、当該推定された錯乱円に基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、着目画素の色情報を周辺画素の影響の無い状態に復元するようにしている。   In order to achieve such an object, the image sharpening method according to claim 1 is directed to a target image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed, with each of all pixels constituting the target image as a target pixel. Estimate the circle of confusion that indicates the range of surrounding pixels that affect the color information of the pixel of interest, and use the inverse filter of the blur function based on the estimated circle of confusion to change the color information of the pixel of interest to the influence of the surrounding pixels. It is trying to restore to a state without.

また、請求項3記載の画像の鮮明化装置は、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する対象画像に対し、対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素として、該着目画素の色情報に影響を与える周辺画素の範囲を示す錯乱円を推定し、当該推定された錯乱円に基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、着目画素の色情報を周辺画素の影響の無い状態に復元するようにしている。   According to another aspect of the present invention, there is provided an image sharpening device that uses, as a target pixel, all the pixels constituting the target image for the target image in which the in-focus area and the out-of-focus area are mixed, and color information of the target pixel. Estimate a circle of confusion that indicates the range of surrounding pixels that affect the color, and use the inverse filter of the blur function based on the estimated circle of confusion to restore the color information of the pixel of interest to a state that does not affect the surrounding pixels I am doing so.

また、請求項4記載の画像の鮮明化プログラムは、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する対象画像に対し、対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素として、該着目画素の色情報に影響を与える周辺画素の範囲を示す錯乱円を推定し、当該推定された錯乱円に基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、着目画素の色情報を周辺画素の影響の無い状態に復元する手段として、コンピュータを機能させるようにしている。   According to another aspect of the present invention, there is provided a program for sharpening an image, wherein a target image in which a focal point area and an out-of-focus area are mixed is used as a target pixel for all the pixels constituting the target image. Estimate a circle of confusion that indicates the range of surrounding pixels that affect the color, and use the inverse filter of the blur function based on the estimated circle of confusion to restore the color information of the pixel of interest to a state that does not affect the surrounding pixels As a means, the computer is made to function.

したがって、本発明の画像の鮮明化方法および装置並びにプログラムによれば、対象画像の画素ごとに錯乱円を推定し、対象画像の画素ごとに適切なボケ関数の逆フィルタを用いて焦点外れに起因するボケを改善するので、合焦点領域を改悪することなく、焦点外れ領域を改善でき、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像を鮮明化できる。ここで、本明細書において合焦点領域とは、焦点が完全に合っている画素または画素群だけを指すのではなく、おおよそ焦点の合っている画素または画素群であっても良いものとする。本発明は、錯乱円の異なる複数の焦点外れを持つ画像に対しても有効である。   Therefore, according to the image sharpening method, apparatus, and program of the present invention, a circle of confusion is estimated for each pixel of the target image, and an appropriate blur function inverse filter is used for each pixel of the target image. Therefore, the out-of-focus area can be improved without deteriorating the in-focus area, and an image in which the in-focus area and the out-of-focus area are mixed can be clarified. Here, in this specification, the in-focus region does not indicate only a pixel or a pixel group that is completely in focus, but may be a pixel or a pixel group that is approximately in focus. The present invention is also effective for an image having a plurality of out-of-focus conditions with different circles of confusion.

また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の画像の鮮明化方法において、錯乱円の推定にあたり、該錯乱円の径を初期値から予め定めた増分値ずつ大きくしていくと共に、当該増加する前後の錯乱円の径に基づいて着目画素の色情報を仮復元した2つの画像間の相関係数を求め、相関係数が極大となる錯乱円の径を真値と判定するようにしている。この場合、錯乱円の径の正解となる値の前後では上記相関係数の値がそれほど変わらないことを利用して、着目画素に対する適切な錯乱円の径を選定することができる。   Further, the invention according to claim 2 is the image sharpening method according to claim 1, in estimating the circle of confusion, the diameter of the circle of confusion is increased from the initial value by a predetermined increment value, and Based on the diameter of the circle of confusion before and after the increase, the correlation coefficient between the two images obtained by temporarily restoring the color information of the pixel of interest is obtained, and the diameter of the circle of confusion where the correlation coefficient is maximized is determined to be a true value. ing. In this case, by using the fact that the value of the correlation coefficient does not change so much before and after the correct value of the diameter of the circle of confusion, an appropriate diameter of the circle of confusion for the pixel of interest can be selected.

しかして、請求項1から4記載の本発明によれば、設備監視画像のように合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像を鮮明化できるので、例えば画像の不鮮明な部分(焦点外れ領域)において何らかの問題が発生しているような場合でも、当該不鮮明な部分を鮮明化して当該問題を顕在化でき、迅速な対応が可能となる。また、画像処理により自動的に異常検出を行わせるためには、物体認識機能が必要となり、監視画像のように局所的にボケを含む場合、物体認識能力が低下してしまう可能性があるが、当該局所的にボケている監視画像を本発明により鮮明化することで、物体認識率を向上させることができる。本発明は、特に設備監視画像のように、広い範囲で画像監視をしなければならず、かつ、画像全体にわたり鮮明な画像を必要とする分野に最適である。   Thus, according to the first to fourth aspects of the present invention, since an image in which the in-focus area and the out-of-focus area are mixed like a facility monitoring image can be clarified, for example, an unclear part of the image (out-of-focus area ), Even if any problem occurs, the unclear part can be clarified and the problem can be made obvious and a quick response can be made. In addition, in order to automatically detect an abnormality by image processing, an object recognition function is required, and there is a possibility that the object recognition ability may be reduced when blur is included locally like a monitoring image. The object recognition rate can be improved by sharpening the locally blurred monitoring image according to the present invention. The present invention is particularly suitable for a field that requires image monitoring over a wide range, such as equipment monitoring images, and that requires a clear image over the entire image.

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

図1から図14に本発明の画像の鮮明化方法および装置並びにプログラムの実施の一形態を示す。この画像の鮮明化方法は、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する対象画像に対し、対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素として、着目画素の色情報に影響を与える周辺画素の範囲を示す錯乱円を推定し、当該推定された錯乱円に基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、着目画素の色情報を周辺画素の影響の無い状態に復元するようにしている。   1 to 14 show an embodiment of an image sharpening method and apparatus and program according to the present invention. This image sharpening method is based on a target image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed, with all the pixels constituting the target image as the target pixel, and the peripheral pixels that affect the color information of the target pixel. A circle of confusion that indicates a range is estimated, and the color information of the pixel of interest is restored to a state that is not affected by surrounding pixels by using an inverse filter of a blur function based on the estimated circle of confusion.

例えば本実施形態における対象画像は、処理の簡単等のために、グレースケールのデジタル画像としている。対象画像を構成する各画素には、色情報として、例えば0(黒)〜255(白)までの256階調の明るさの値(輝度値)が割り当てられる。但し、対象画像は必ずしもグレースケール画像に限らず、カラー画像であっても良い。また、アナログ画像をデジタル画像に変換したものを対象画像としても良い。   For example, the target image in the present embodiment is a gray-scale digital image for the sake of simple processing. Each pixel constituting the target image is assigned a brightness value (luminance value) of 256 gradations from 0 (black) to 255 (white), for example, as color information. However, the target image is not necessarily limited to a grayscale image, and may be a color image. Further, an analog image converted into a digital image may be a target image.

ボケのない画像(原画像と呼ぶ。)からボケた画像(ボケ画像と呼ぶ。)が生成される過程(ボケ過程)は、例えば数式1に示すように、ボケ関数(PSF)と原画像との畳み込みに、ノイズを加えてモデル化される。   A process (blur process) in which a blurred image (referred to as a blur image) is generated from an image without blur (referred to as an original image) includes, for example, a blur function (PSF), an original image, and Modeled by adding noise to the convolution of.

但し、
x;画像における着目画素の水平方向の座標位置
y;画像における着目画素の垂直方向の座標位置
g(x,y);ボケ画像における着目画素の輝度値
h(x,y);PSF
f(x,y);原画像における着目画素の輝度値
n(x,y);ノイズ
However,
x: horizontal coordinate position y of the pixel of interest in the image y; vertical coordinate position g (x, y) of the pixel of interest in the image; luminance value h (x, y) of the pixel of interest in the blurred image; PSF
f (x, y); luminance value n (x, y) of the pixel of interest in the original image; noise

ボケ関数(PSF)の逆フィルタとして、例えば本実施形態ではウイナーフィルタを用いる。但し、逆フィルタとしては、基本形であるウイナーフィルタの他に、一般逆フィルタ、制限付き最小2乗フィルタ、射影フィルタなど多数知られており、これらの逆フィルタを採用しても良いのは勿論である。ウイナーフィルタを用いたボケ画像の原画像への復元は、例えば数式2のように表される。   As an inverse filter of the blur function (PSF), for example, a winner filter is used in the present embodiment. However, as an inverse filter, in addition to the basic Wiener filter, there are many known general inverse filters, restricted least square filters, projection filters, etc. Of course, these inverse filters may be adopted. is there. The restoration of the blurred image to the original image using the Wiener filter is expressed, for example, as Equation 2.

但し、
F(u,v);f(x,y)をフーリエ変換したもの
G(u,v);g(x,y)をフーリエ変換したもの
H(u,v);h(x,y)をフーリエ変換したもの
(u,v);H(u,v)の複素共役
Wn(u,v);ノイズのパワースペクトル
Wf(u,v);原画像のパワースペクトル
However,
F (u, v); Fourier transform of f (x, y) G (u, v); Fourier transform of g (x, y) H (u, v); h (x, y) Fourier transform H * (u, v); complex conjugate of H (u, v) Wn (u, v); noise power spectrum Wf (u, v); original image power spectrum

焦点外れに伴うボケは、レンズと被写体との距離がレンズの焦点距離に一致しない場合に生じるボケであり、そのPSFは数式3のように表現される。   The blur due to defocusing is a blur that occurs when the distance between the lens and the subject does not match the focal length of the lens, and the PSF is expressed as Equation 3.

但し、
x”;画像における着目画素を基準とした水平方向の座標位置
y”;画像における着目画素を基準とした垂直方向の座標位置
d;錯乱円の直径
However,
x ″; horizontal coordinate position y ″ with reference to the target pixel in the image; vertical coordinate position d with reference to the target pixel in the image; diameter of the circle of confusion

着目画素は、直径dの錯乱円内にある画素の輝度値の影響を受ける。本明細書では、着目画素を中心とした錯乱円に含まれる着目画素以外の画素を周辺画素と呼ぶ。錯乱円直径dが1画素以下(即ち錯乱円の半径が0.5画素以下)の場合、焦点は合っており(即ち周辺画素の数は0であり)、着目画素の輝度値が正しく表現される。錯乱円直径dが1画素を超えて大きくなると、着目画素の輝度値は、周辺画素の輝度値の影響を受け、ボケ画像(不鮮明な画像)となる。錯乱円の直径とボケとの関係を図1を用いて説明する。図1では、着目画素を符号1で表し、周辺画素を符号2で表し、錯乱円を符号Cで表している。図1に示す錯乱円C1の場合、原画像における着目画素1の輝度値と4つの周辺画素2aの輝度値との平均が、ボケ画像における着目画素1の輝度値となる。さらに直径dが大きい錯乱円C2の場合、着目画素1の輝度値は、さらに周辺画素2b(図1中でハッチングを施した画素)の影響を受け、より広い範囲で一様な輝度値となり、より不鮮明な画像となる。   The target pixel is affected by the luminance value of the pixel in the circle of confusion with the diameter d. In this specification, pixels other than the target pixel included in the circle of confusion centered on the target pixel are referred to as peripheral pixels. When the circle of confusion circle diameter d is 1 pixel or less (that is, the radius of the circle of confusion is 0.5 pixels or less), the focus is in focus (that is, the number of surrounding pixels is 0), and the luminance value of the pixel of interest is correctly expressed. The When the circle of confusion circle diameter d exceeds 1 pixel, the luminance value of the pixel of interest is affected by the luminance values of surrounding pixels, resulting in a blurred image (unclear image). The relationship between the diameter of the circle of confusion and the blur will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the pixel of interest is represented by reference numeral 1, the peripheral pixels are represented by reference numeral 2, and the circle of confusion is represented by reference numeral C. In the case of the circle of confusion C1 shown in FIG. 1, the average of the luminance value of the pixel of interest 1 in the original image and the luminance values of the four peripheral pixels 2a is the luminance value of the pixel of interest 1 in the blurred image. In the case of the circle of confusion C2 having a larger diameter d, the luminance value of the pixel of interest 1 is further affected by the peripheral pixel 2b (the hatched pixel in FIG. 1) and becomes a uniform luminance value in a wider range. The image becomes more blurred.

錯乱円の直径を変化させて画像をボカした例を図4に示す。図4(A)は錯乱円の直径dが1.4画素の場合を示し、同図(B)は錯乱円の直径dが2.4画素の場合を示し、同図(C)は錯乱円の直径dが3.4画素の場合を示す。このように、錯乱円の直径が大きくなれば、それだけ多くの周辺画素の影響を受け、不鮮明な画像になる。   FIG. 4 shows an example in which the image is blurred by changing the diameter of the circle of confusion. 4A shows the case where the diameter d of the circle of confusion is 1.4 pixels, FIG. 4B shows the case where the diameter d of the circle of confusion is 2.4 pixels, and FIG. 4C shows the circle of confusion. The case where the diameter d is 3.4 pixels is shown. As described above, when the diameter of the circle of confusion increases, the image becomes unclear due to the influence of the surrounding pixels.

焦点外れに起因するボケ画像を対象とする場合、この錯乱円の推定が正しく行えれば、逆フィルタを用いてボケ画像を鮮明なものに復元できる。例えば図4(A)のボケ画像を上述したウイナーフィルタを用いて復元すると、図5に示すように鮮明な画像が得られる。ところが、錯乱円の推定が正しく行えないと、逆フィルタにより却って不明瞭な画像を生じてしまう。例えば錯乱円直径d=1.4でボカした図4(A)のボケ画像を、錯乱円の直径dが1.8画素であるとしてウイナーフィルタを用いると、高周波成分が多く、ノイズを含んだ図6に示す画像になってしまう。さらに、例えば図4(A)のボケ画像を、錯乱円の直径dが3.4画素であるとしてウイナーフィルタを用いると、完全に不明確な図7に示す画像になってしまう。合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像では、画素によって錯乱円直径が異なることから、そのような画像に単一のPSFに基づいて逆フィルタをかけても、鮮明な画像は得られないことが分かる。   When a blur image caused by defocusing is targeted, if this circle of confusion is correctly estimated, the blur image can be restored to a clear one using an inverse filter. For example, when the blurred image in FIG. 4A is restored using the Wiener filter described above, a clear image is obtained as shown in FIG. However, if the circle of confusion cannot be estimated correctly, an unclear image is generated by the inverse filter. For example, if the blurred image of FIG. 4A blurred by the circle of confusion circle diameter d = 1.4 is used with the Wiener filter assuming that the circle circle diameter d is 1.8 pixels, there are many high frequency components and noise. The image is as shown in FIG. Furthermore, for example, if the blurred image of FIG. 4A is used with the Wiener filter assuming that the diameter d of the circle of confusion is 3.4 pixels, the image shown in FIG. 7 is completely unclear. In an image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed, the diameter of the circle of confusion differs depending on the pixel. Therefore, even if an inverse filter is applied to such an image based on a single PSF, a clear image cannot be obtained. I understand that.

そこで、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像を鮮明化するためには、対象画像を構成する画素ごとに、錯乱円の直径を精度良く推定することが重要となる。例えば本実施形態では、錯乱円の推定にあたり、錯乱円直径を初期値から予め定めた増分値ずつ大きくしていくと共に、当該増加する前後の錯乱円直径に基づいて着目画素の色情報(輝度値)を仮復元した2つの画像間の相関係数を求め、相関係数が極大となる錯乱円直径を真値と判定するようにしている。これは、錯乱円直径の正解となる値(即ち、真値)の前後では上記相関係数の値がそれほど変わらないことを利用している。尚、錯乱円の半径を初期値から予め定めた増分値ずつ大きくしていき、上記の相関係数が極大となる錯乱円の半径を真値と判定するようにしても良いのは勿論である。   Therefore, in order to sharpen an image in which the in-focus area and the out-of-focus area are mixed, it is important to accurately estimate the diameter of the circle of confusion for each pixel constituting the target image. For example, in the present embodiment, in estimating the circle of confusion, the diameter of the circle of confusion is increased from the initial value by a predetermined increment value, and the color information (luminance value) of the pixel of interest is calculated based on the diameter of the circle of confusion before and after the increase. ) Is temporarily restored, and the circle of confusion circle where the correlation coefficient is maximized is determined to be a true value. This utilizes the fact that the value of the correlation coefficient does not change much before and after the correct value of the circle of confusion circle (ie, the true value). Of course, the radius of the circle of confusion may be increased from the initial value by a predetermined increment value, and the radius of the circle of confusion where the above correlation coefficient is maximized may be determined as a true value. .

本発明の画像の鮮明化方法は、例えば周知のコンピュータを用いて、画像の鮮明化装置として装置化できる。この画像の鮮明化装置10は、例えば図14に示すように、対象画像が入力される入力部11と、入力部11より入力された対象画像に対して、対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素として、該着目画素の色情報に影響を与える周辺画素の範囲を示す錯乱円を推定し、当該推定された錯乱円に基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、着目画素の色情報を周辺画素の影響の無い状態に復元する処理を実行する中央処理演算装置(CPU)12と、当該復元された画像(復元画像とも呼ぶ。)を出力する出力部13と、対象画像や復元画像のデータや一時的な作業データ等が記録される主記憶装置(例えばRAM)14および外部記憶装置(例えばハードディスク)15等を備えている。上記のハードウェア資源は例えばバス16を通じて電気的に接続されている。尚、入力部11は特に限定されず、例えば対象画像が記録された媒体の読取装置(CDドライブ等)や、回線を通じて外部装置から対象画像データを受信するネットワークインターフェース等を利用して良い。また、出力部13も特に限定されず、例えば復元画像を表示するディスプレイや、回線を通じて外部装置に復元画像データを送信するネットワークインターフェース等を利用して良い。また、例えば外部記憶装置15には本発明の画像の鮮明化プログラムが記録されており、当該プログラムがCPU12に読み込まれ実行されることによって、コンピュータが上記画像の鮮明化装置10として機能する。   The image sharpening method of the present invention can be implemented as an image sharpening device using, for example, a known computer. For example, as illustrated in FIG. 14, the image sharpening device 10 includes an input unit 11 to which a target image is input, and each of all pixels constituting the target image with respect to the target image input from the input unit 11. Is used as a pixel of interest, and a circle of confusion indicating a range of surrounding pixels that affect the color information of the pixel of interest is estimated, and color information of the pixel of interest is obtained using an inverse filter of a blur function based on the estimated circle of confusion. A central processing unit (CPU) 12 that executes processing for restoring the image to a state free from the influence of surrounding pixels, an output unit 13 that outputs the restored image (also referred to as a restored image), a target image, and a restored image Main storage device (for example, RAM) 14 and external storage device (for example, hard disk) 15 are recorded. The hardware resources are electrically connected through the bus 16, for example. The input unit 11 is not particularly limited. For example, a reading device (CD drive or the like) of a medium on which the target image is recorded, a network interface that receives target image data from an external device through a line, or the like may be used. Further, the output unit 13 is not particularly limited, and for example, a display that displays a restored image, a network interface that transmits restored image data to an external device through a line, or the like may be used. In addition, for example, the image sharpening program of the present invention is recorded in the external storage device 15, and the computer functions as the image sharpening device 10 by being read and executed by the CPU 12.

図2および図3に、本実施形態の画像の鮮明化プログラムによって、画像の鮮明化装置10が実行する処理の一例を示す。尚、画像の鮮明化装置10には、図2および図3の処理の前に対象画像が入力部11より入力され予め読み込まれている。図2に示すように、例えば本実施形態では、対象画像を構成する全画素のそれぞれを順次着目画素として(S1〜S4,S6,S7)、当該着目画素に対するボケ改善処理(S5)を行なうようにしている。尚、図2中のxは対象画像における水平方向の座標位置を示し、yは対象画像における垂直方向の座標位置を示す。また、図2中のx_maxは対象画像における水平方向の画素数を示し、y_maxは対象画像における垂直方向の画素数を示す。   2 and 3 show an example of processing executed by the image sharpening apparatus 10 using the image sharpening program according to the present embodiment. Note that the target image is input to the image sharpening device 10 from the input unit 11 and read in advance before the processing in FIGS. 2 and 3. As shown in FIG. 2, in this embodiment, for example, all the pixels constituting the target image are sequentially set as the target pixels (S1 to S4, S6, S7), and the blur improvement process (S5) is performed on the target pixels. I have to. Note that x in FIG. 2 indicates a horizontal coordinate position in the target image, and y indicates a vertical coordinate position in the target image. Further, x_max in FIG. 2 indicates the number of pixels in the horizontal direction in the target image, and y_max indicates the number of pixels in the vertical direction in the target image.

図3は図2のボケ改善処理(S5)を詳細化したフローチャートである。このボケ改善処理では先ず、錯乱円直径の大きさを表すdを初期化する(S501)。例えば本実施形態では、dに初期値として「1」を代入する。次に、着目画素(x,y)を中心とした局所領域を切り出す(S502)。例えば本実施形態では、着目画素を中心とした32×32画素の領域を切り出すようにしている。尚、着目画素が対象画像の端の画素である場合などは、必ずしも局所領域は32×32画素とはならず、切り出せる範囲の大きさとなる。但し、当該局所領域の大きさや切り出し方法等は上記例に限定されるものではない。次に、切り出した局所領域の画像に対し、錯乱円直径をd画素とした場合のPSF(数式3)を用いて逆フィルタで着目画素の輝度値を復元し、当該復元後の局所領域の画像を画像Iとして、例えば主記憶装置14または外部記憶装置15に保存する(S503)。例えば本実施形態では、数式2で表されるウイナーフィルタを用いて局所領域の中の着目画素だけの輝度値を復元するようにしている。尚、当該復元された着目画素の輝度値は未だ決定された値ではなく、ここでの復元を仮復元とも呼ぶ。 FIG. 3 is a detailed flowchart of the blur improvement process (S5) of FIG. In this blur improving process, first, d representing the size of the diameter of the circle of confusion is initialized (S501). For example, in this embodiment, “1” is substituted for d as an initial value. Next, a local region centered on the pixel of interest (x, y) is cut out (S502). For example, in this embodiment, an area of 32 × 32 pixels centering on the pixel of interest is cut out. When the target pixel is the pixel at the end of the target image, the local area is not necessarily 32 × 32 pixels, and the size of the range that can be cut out. However, the size of the local region, the cutting method, and the like are not limited to the above example. Next, the luminance value of the pixel of interest is restored with an inverse filter using the PSF (Formula 3) when the diameter of the circle of confusion is set to d pixels with respect to the image of the extracted local area, and the image of the local area after the restoration is restored. to save an image I 1, for example, in the main memory 14 or the external storage device 15 (S503). For example, in the present embodiment, the luminance value of only the pixel of interest in the local region is restored using the Wiener filter expressed by Formula 2. Note that the restored luminance value of the target pixel is not yet determined, and this restoration is also referred to as temporary restoration.

そして、錯乱円直径dが予め定めた最大値(図3中でd_maxで示す。)となるまで以下の処理を繰り返す(S504;No)。即ち、局所領域の画像に対し、錯乱円直径をd画素とした場合のPSF(数式3)を用いて数式2で表されるウイナーフィルタで着目画素の輝度値を復元し、当該復元後の局所領域の画像を画像Iとして、例えば主記憶装置14または外部記憶装置15に保存する(S505)。尚、当該復元された着目画素の輝度値は未だ決定された値ではなく、ここでの復元も仮復元となる。そして、画像Iと画像Iとの相関を取る、即ち画像Iと画像Iとの相関係数を求める(S506)。尚、相関係数の計算には画像Iを構成する画素の色情報(輝度値)と画像Iを構成する画素の色情報(輝度値)を用いる。また、本実施形態の場合、当初は画像Iと画像Iとが同じであるので、相関係数は1となる。そして、錯乱円直径dの値と、相関係数の値とを主記憶装置14または外部記憶装置15に記録する(S507)。次に、画像Iを画像Iとする(S508)。例えば画像Iのデータが記録されていた記録領域に画像Iのデータを上書きする。そして、錯乱円直径dの値を予め定めた増分値Δdだけ大きくする(S509)。例えば本実施形態では、Δdとして0.5画素を設定している。但し、Δdの値はこの例に限定されない。錯乱円直径dが予め定めた最大値d_maxとなるまで、S505〜S509の処理が繰り返される。例えば本実施形態では、d_maxとして25画素を設定しているが、d_maxの値はこの例に限定されない。以上により、錯乱円直径dが初期値である1画素から0.5画素ずつ大きくされると共に、当該増加する前後の錯乱円直径dに基づいて仮復元された2つの画像I,I間の相関係数が求められる。 Then, the following process is repeated until the circle of confusion diameter d reaches a predetermined maximum value (indicated by d_max in FIG. 3) (S504; No). That is, for the local region image, the luminance value of the pixel of interest is restored by the Wiener filter expressed by Equation 2 using PSF (Equation 3) when the diameter of the circle of confusion is d pixels, and the restored local region to save an image of an area as an image I 2, for example, the main storage device 14 or the external storage device 15 (S505). Note that the restored luminance value of the pixel of interest is not yet determined, and the restoration here is also temporary restoration. Then, the correlation between the image I 1 and the image I 2, i.e. obtaining a correlation coefficient between the image I 1 and the image I 2 (S506). In calculating the correlation coefficient, color information (luminance value) of pixels constituting the image I 1 and color information (luminance value) of pixels constituting the image I 2 are used. In the case of this embodiment, since the image I 1 and the image I 2 are initially the same, the correlation coefficient is 1. Then, the value of the circle of confusion circle d and the value of the correlation coefficient are recorded in the main storage device 14 or the external storage device 15 (S507). Next, the image I 2 and the image I 1 (S508). For example, the data of the image I 2 is overwritten on the recording area where the data of the image I 1 was recorded. Then, the value of the confusion circle diameter d is increased by a predetermined increment Δd (S509). For example, in the present embodiment, 0.5 pixel is set as Δd. However, the value of Δd is not limited to this example. The processes of S505 to S509 are repeated until the confusion circle diameter d reaches a predetermined maximum value d_max. For example, in this embodiment, 25 pixels are set as d_max, but the value of d_max is not limited to this example. As described above, the confusion circle diameter d is increased by 0.5 pixels from the initial value of 1 pixel, and between the two images I 1 and I 2 temporarily restored based on the increasing and decreasing confusion circle diameter d. The correlation coefficient is obtained.

錯乱円直径dが25画素以上となると(S504;Yes)、主記憶装置14または外部記憶装置15に記録された錯乱円直径の値と相関係数の値とに基づいて、相関係数が極大となる錯乱円直径の値を探し、検索された錯乱円直径の値を真値と判定する。図11に錯乱円の大きさと相関係数の値との関係を示す。尚、図11の横軸は、着目画素を中心とする錯乱円の直径を示している。図11中の破線が相関係数が極大となる点(最大となる極値)を示している。そして、真値と判定した錯乱円直径のPSF(数式3)を用いて数式2で表されるウイナーフィルタで着目画素の輝度値を求め、当該輝度値を復元画像における着目画素の輝度値とする(S510)。   When the circle of confusion diameter d becomes 25 pixels or more (S504; Yes), the correlation coefficient is maximized based on the value of the circle of confusion circle and the value of the correlation coefficient recorded in the main storage device 14 or the external storage device 15. The value of the circle of confusion circle diameter is searched, and the value of the diameter of the circle of confusion searched is determined to be a true value. FIG. 11 shows the relationship between the size of the circle of confusion and the value of the correlation coefficient. The horizontal axis in FIG. 11 indicates the diameter of a circle of confusion centered on the pixel of interest. A broken line in FIG. 11 indicates a point where the correlation coefficient is maximized (maximum extreme value). Then, the luminance value of the pixel of interest is obtained by the Wiener filter expressed by Equation 2 using the PSF of the circle of confusion circle determined to be a true value (Equation 3), and the luminance value is used as the luminance value of the pixel of interest in the restored image. (S510).

以上のボケ改善処理(S5)が対象画像を構成する全画素について行なわれ(S1〜S4,S6,S7)、各画素の輝度値について周辺画素の影響が除去された復元画像が得られる。尚、ある着目画素についてボケ改善処理(S5)を行なう場合であって、当該着目画素を中心とする錯乱円内に、ボケ改善処理済みの画素が含まれる場合、当該処理済の画素の輝度値には、ボケ改善処理前の輝度値を用いるようにしている。   The blur improvement process (S5) described above is performed for all the pixels constituting the target image (S1 to S4, S6, S7), and a restored image in which the influence of the peripheral pixels is removed with respect to the luminance value of each pixel is obtained. Note that, when the blur improvement process (S5) is performed for a certain pixel of interest, and a pixel that has been subjected to the blur improvement process is included in a circle of confusion centered on the pixel of interest, the luminance value of the pixel that has been processed In this case, the luminance value before the blur improvement process is used.

本発明の有効性を検証するために以下のシミュレーションを行った。画像中で右に行くほど錯乱円直径を大きくしたボケ画像を作成し、対象画像とした。錯乱円直径は、2.1から9.0まで変化させた。この対象画像を図8に示す。画像中で右に行くほど不鮮明になっているのがわかる。本発明の画像の鮮明化方法を図8の対象画像に適用して得られた復元画像を図9に示す。また、一つのPSF(即ち一様な錯乱円)に基づいてウイナーフィルタで図8の対象画像を復元した結果を図10に示す。尚、図10では、錯乱円直径を2.1〜9.0の平均である5.6とした。図10に比較して図9の方が明らかに鮮明な画像となっている。例えば、図10では作業者の存在を確認できないが、図9では当該作業者の存在を確認できる。従って、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像または錯乱円の異なる複数の焦点外れを持つ画像に対して、本発明が有効に機能することが確認できる。   In order to verify the effectiveness of the present invention, the following simulation was performed. A blurred image with a larger diameter of confusion circle as it goes to the right in the image was created and used as the target image. The confusion circle diameter was varied from 2.1 to 9.0. This target image is shown in FIG. You can see that the image is blurred as it goes to the right. FIG. 9 shows a restored image obtained by applying the image sharpening method of the present invention to the target image of FIG. FIG. 10 shows the result of restoring the target image of FIG. 8 using the Wiener filter based on one PSF (that is, a uniform circle of confusion). In FIG. 10, the diameter of the circle of confusion is 5.6, which is the average of 2.1 to 9.0. Compared to FIG. 10, the image of FIG. 9 is clearly clearer. For example, the presence of the worker cannot be confirmed in FIG. 10, but the presence of the worker can be confirmed in FIG. Therefore, it can be confirmed that the present invention functions effectively with respect to an image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed or an image having a plurality of out-of-focus areas with different confusion circles.

電力設備等の設備の監視システムとしてボケの問題を考えた場合、目視点検のために画質を改善することも重要であるが、画像をセンサとして活用するためには物体認識に与える影響を解明しておく必要がある。そこで、本実施例では、ボケ画像が物体の認識率に与える影響について調べ、本発明が物体認識の認識率の向上にも寄与することを確認した。   It is important to improve image quality for visual inspection when considering the problem of blurring as a monitoring system for equipment such as electric power facilities. However, in order to use images as sensors, the effects on object recognition are clarified. It is necessary to keep. Therefore, in this example, the influence of the blurred image on the recognition rate of the object was examined, and it was confirmed that the present invention also contributes to the improvement of the recognition rate of object recognition.

ボケの物体認識に対する影響を調べるために、強力な物体認識能力を示しているSVM(Support Vector Machine)を用いた手法に対してボケの影響評価を行った。また、物体認識識別のためのベンチマーク画像として提供されているCOIL(Columbia Object Image Library)を用いた。COILは、100個の物体を、それぞれ5度向きをかえて撮影した72方向の画像からなり、計7200枚の画像データベースである。それぞれの物体画像72枚のうち、8枚、計800枚を選びSVMを用いて学習させ、残りの6400枚について、物体認識実験を行った。尚、本実施例ではモノクロ情報のみを使い実験を行った。   In order to investigate the effect of blur on object recognition, the effect of blur was evaluated on a method using SVM (Support Vector Machine) that shows strong object recognition ability. Further, COIL (Columbia Object Image Library) provided as a benchmark image for object recognition and identification was used. The COIL is an image database of a total of 7200 images composed of images in 72 directions obtained by photographing 100 objects by changing the orientation by 5 degrees. Of the 72 object images, 8 were selected, a total of 800 were selected and learned using SVM, and object recognition experiments were performed on the remaining 6400 images. In this embodiment, the experiment was conducted using only monochrome information.

先ず、物体認識率の解像度依存性を次のようにして調べた。サンプル画像は128×128画素であるため、これをDCT(離散コサイン変換)を用いた手法により拡大または縮小し、16×16画素、32×32画素、64×64画素、256×256画素の画像を作成した。さらに、原画像サイズ128×128の計5種類に対して、物体認識実験を行った。ここで使ったSVMはν−SVMを用いた。図12に実験結果を示す。この結果より、解像度そのものについては、物体認識率に大きな影響を及ぼさないことがわかる。   First, the resolution dependency of the object recognition rate was examined as follows. Since the sample image is 128 × 128 pixels, it is enlarged or reduced by a technique using DCT (Discrete Cosine Transform) to obtain an image of 16 × 16 pixels, 32 × 32 pixels, 64 × 64 pixels, 256 × 256 pixels. It was created. Furthermore, object recognition experiments were performed on a total of five types of original image sizes of 128 × 128. The SVM used here was ν-SVM. FIG. 12 shows the experimental results. From this result, it can be seen that the resolution itself does not significantly affect the object recognition rate.

次に、ボケに対する物体認識率の影響について調べた。ボケを含んでいない原画像に対して、錯乱円直径を変化させてボケ画像を作成し、当該ボケ画像に対して物体認識実験を行った。物体認識実験の結果を図13に示す。錯乱円が大きくなるにつれて物体認識率が落ちていくのが分かる。これは、不鮮明な画像になればなるほど物体認識率が悪くなることを意味している。   Next, the effect of the object recognition rate on blurring was investigated. A blur image was created by changing the diameter of the circle of confusion for the original image that did not include the blur, and an object recognition experiment was performed on the blur image. The result of the object recognition experiment is shown in FIG. It can be seen that the object recognition rate decreases as the circle of confusion increases. This means that the object recognition rate becomes worse as the image becomes unclear.

次に、合焦点部分と焦点外れ部分とが混在する画像のもとで物体認識を行わせた場合の本発明の有効性について調べた。実験は次のように行った。錯乱円の直径を、中心部分では焦点がほぼあっている状態を模擬するため1.6画素とし、周辺部分では焦点があっていないものとして3.7画素とした。このようなPSFを用いてCOILの画像(画像サイズは32×32画素)をボカした。次に、これらのボケ画像に対して、本発明の画像の鮮明化方法を適用した復元画像と、従来の一様なPSFに基づくウイナーフィルタを適用した復元画像とを作成し、これらの復元画像に対して物体認識実験を行った。   Next, the effectiveness of the present invention when the object recognition is performed under an image in which the in-focus part and the out-of-focus part are mixed was examined. The experiment was performed as follows. The diameter of the circle of confusion was set to 1.6 pixels to simulate a state in which the focal point was almost in focus at the central part, and 3.7 pixels as a non-focused part in the peripheral part. A COIL image (image size is 32 × 32 pixels) was blurred using such PSF. Next, a restored image obtained by applying the image sharpening method of the present invention to the blurred image and a restored image obtained by applying a Wiener filter based on a conventional uniform PSF are created. An object recognition experiment was conducted.

その結果、復元前のボケ画像では認識率が1%低下したのに対し、本発明で鮮明化した復元画像では認識率が0.1 %の低下にまで回復した。しかし、従来の一様なPSFに基づくウイナーフィルタを適用した復元画像では、逆に物体認識率が1.7%の低下に悪化した。このように、本発明は、目視監視に適しているだけでなく、物体認識の認識率の向上にも寄与することが確認できた。   As a result, the recognition rate decreased by 1% in the blurred image before restoration, whereas the recognition rate recovered to 0.1% in the restored image sharpened by the present invention. However, in the restored image to which the Wiener filter based on the conventional uniform PSF is applied, the object recognition rate is deteriorated to 1.7%. Thus, it was confirmed that the present invention is not only suitable for visual monitoring but also contributes to an improvement in the recognition rate of object recognition.

以上のように、本発明の画像の鮮明化方法および装置並びにプログラムによれば、対象画像の画素ごとにPSFの錯乱円を推定してボケを改善するので、合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する画像を鮮明化できる。従って、例えば対象画像が合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する設備監視画像であり、当該画像の不鮮明な部分(焦点外れ領域)において何らかの問題が発生した場合でも、本発明によれば当該不鮮明な部分を鮮明化して当該問題を顕在化できるので、迅速な対応が可能となる。また、画像処理により自動的に異常検出を行わせるためには、物体認識機能が必要となり、監視画像のように局所的にボケを含む場合、物体認識能力が低下してしまう可能性があるが、当該局所的にボケている監視画像を本発明により鮮明化することで、物体認識率を向上させることができる。本発明は、特に設備監視画像のように、広い範囲で画像監視をしなければならず、かつ、画像全体にわたり鮮明な画像を必要とする分野に最適である。   As described above, according to the image sharpening method, apparatus, and program of the present invention, the confusion region of the PSF is estimated for each pixel of the target image to improve the blur. The mixed images can be sharpened. Therefore, for example, if the target image is a facility monitoring image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed, even if a problem occurs in an unclear portion (out-of-focus area) of the image, according to the present invention, the unclear area Since this problem can be clarified by clarifying such a part, it is possible to respond quickly. In addition, in order to automatically detect an abnormality by image processing, an object recognition function is required, and there is a possibility that the object recognition ability may be reduced when blur is included locally like a monitoring image. The object recognition rate can be improved by sharpening the locally blurred monitoring image according to the present invention. The present invention is particularly suitable for a field that requires image monitoring over a wide range, such as equipment monitoring images, and that requires a clear image over the entire image.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述の実施形態では、対象画像をグレースケール画像としたが、対象画像はカラー画像であっても良い。この場合、例えばカラーモデルがRGBであり、赤(R)、緑(G)、青(B)が0から255までの値を取り、256×256×256色(=16777216色)の表現が可能である場合には、R値、G値、B値ごとに図2および図3に示す処理を行なえば良い。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the target image is a grayscale image, but the target image may be a color image. In this case, for example, the color model is RGB, and red (R), green (G), and blue (B) take values from 0 to 255, and 256 × 256 × 256 colors (= 16777216 colors) can be expressed. 2, the processing shown in FIGS. 2 and 3 may be performed for each of the R value, the G value, and the B value.

また、ボケ関数(PSF)の逆フィルタは、上述したウイナーフィルタに限らず、一般逆フィルタ、制限付き最小2乗フィルタ、射影フィルタなどを利用しても良い。   The inverse filter of the blur function (PSF) is not limited to the above-described Wiener filter, and a general inverse filter, a restricted least square filter, a projection filter, or the like may be used.

また、上述の実施形態では、対象画像を構成する画素を順次着目画素としてボケ改善処理(S5)を行なうようにしたが、この例に限定されず、対象画像を構成する全画素を同時に着目画素として、全画素について並列的にボケ改善処理(S5)を行なうようにしても良い。   Further, in the above-described embodiment, the blur improvement process (S5) is performed by sequentially using the pixels constituting the target image as the target pixel. However, the present invention is not limited to this example, and all the pixels constituting the target image are simultaneously selected as the target pixel. As described above, the blur improvement process (S5) may be performed in parallel for all the pixels.

本発明の画像の鮮明化方法の原理を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the principle of the sharpening method of the image of this invention. 本発明の画像の鮮明化方法および装置並びにプログラムにおける処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process in the image sharpening method and apparatus of this invention, and a program. 図2のフローチャートのボケ改善処理を詳細化した処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which detailed the blurring improvement process of the flowchart of FIG. 錯乱円の直径を変化させて画像をボカした例を示し、(A)は錯乱円の直径dが1.4画素の場合を示し、(B)は錯乱円の直径dが2.4画素の場合を示し、(C)は錯乱円の直径dが3.4画素の場合を示す。An example in which an image is blurred by changing the diameter of a circle of confusion, (A) shows a case where the diameter d of the circle of confusion is 1.4 pixels, and (B) shows a case where the diameter d of the circle of confusion is 2.4 pixels. (C) shows the case where the diameter d of the circle of confusion is 3.4 pixels. 図4(A)の画像に対して、錯乱円の推定を正しく行った逆フィルタを用いて、復元した画像の例を示す。An example of an image restored using an inverse filter that correctly estimates a circle of confusion for the image in FIG. 図4(A)の画像に対して、錯乱円の推定に失敗した逆フィルタを用いて、復元した画像の例を示す。An example of an image restored using an inverse filter that failed to estimate the circle of confusion for the image in FIG. 図4(A)の画像に対して、錯乱円の推定に失敗した逆フィルタを用いて、復元した画像の他の例を示す。FIG. 4A shows another example of an image restored using an inverse filter that has failed to estimate the circle of confusion for the image in FIG. 合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する対象画像の一例を示す。An example of the target image in which the in-focus area and the out-of-focus area are mixed is shown. 図8の画像に対して本発明の画像の鮮明化方法を用いて復元した画像の一例を示す。An example of an image restored using the image sharpening method of the present invention with respect to the image of FIG. 8 is shown. 図8の画像に対して従来方法を用いて復元した画像の一例を示す。An example of an image restored using the conventional method with respect to the image of FIG. 8 is shown. 錯乱円の大きさと、錯乱円の径を増加する前後の錯乱円に基づいてそれぞれ復元した2つの画像間の相関係数との関係を示し、縦軸は相関係数の値を示し、横軸は着目画素を中心とする錯乱円の直径を示す。The relationship between the size of the circle of confusion and the correlation coefficient between the two images restored based on the circles of confusion before and after increasing the diameter of the circle of confusion. The vertical axis indicates the value of the correlation coefficient, and the horizontal axis Indicates the diameter of a circle of confusion centered on the pixel of interest. SVMによる物体認識率と画像解像度(画素密度)との関係を示し、縦軸は物体認識率[%]を示し、横軸は正方形画像の一辺の画素数を示す。The relationship between the object recognition rate by SVM and the image resolution (pixel density) is shown, the vertical axis shows the object recognition rate [%], and the horizontal axis shows the number of pixels on one side of the square image. SVMによる物体認識率と錯乱円の大きさとの関係を示し、縦軸はボケがない場合を1とした時の相対的な物体認識率[%]を示し、横軸は、着目画素から水平方向または垂直方向に最も離れた位置にあり且つ錯乱円に含まれる周辺画素までの、着目画素からの距離(画素数)を示す。The relationship between the object recognition rate by SVM and the size of the circle of confusion is shown, the vertical axis shows the relative object recognition rate [%] when no blur is set to 1, and the horizontal axis shows the horizontal direction from the pixel of interest. Alternatively, the distance (number of pixels) from the pixel of interest to the peripheral pixels that are located farthest in the vertical direction and are included in the circle of confusion. 本発明の画像の鮮明化装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the image sharpening apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 着目画素
2 周辺画素
C 錯乱円
10 画像の鮮明化装置
1 pixel of interest 2 peripheral pixel C circle of confusion 10 image sharpening device

Claims (4)

合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する対象画像に対し、前記対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素として、該着目画素の色情報に影響を与える周辺画素の範囲を示す錯乱円を推定し、当該推定された錯乱円に基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、前記着目画素の色情報を前記周辺画素の影響の無い状態に復元するようにしたことを特徴とする画像の鮮明化方法。   For a target image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed, a circle of confusion indicating a range of surrounding pixels that affect the color information of the target pixel is defined by using all the pixels constituting the target image as the target pixel. A clear image is characterized in that the color information of the pixel of interest is restored to a state free from the influence of the surrounding pixels by using an inverse filter of a blur function based on the estimated circle of confusion. Method. 前記錯乱円の推定にあたり、該錯乱円の径を初期値から予め定めた増分値ずつ大きくしていくと共に、当該増加する前後の錯乱円の径に基づいて前記着目画素の色情報を仮復元した2つの画像間の相関係数を求め、前記相関係数が極大となる錯乱円の径を真値と判定することを特徴とする請求項1記載の画像の鮮明化方法。   In the estimation of the circle of confusion, the diameter of the circle of confusion is increased by a predetermined increment from the initial value, and the color information of the pixel of interest is temporarily restored based on the diameter of the circle of confusion before and after the increase. 2. The image sharpening method according to claim 1, wherein a correlation coefficient between two images is obtained, and a diameter of a circle of confusion at which the correlation coefficient is maximized is determined as a true value. 合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する対象画像に対し、前記対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素として、該着目画素の色情報に影響を与える周辺画素の範囲を示す錯乱円を推定し、当該推定された錯乱円に基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、前記着目画素の色情報を前記周辺画素の影響の無い状態に復元することを特徴とする画像の鮮明化装置。   For a target image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed, a circle of confusion indicating a range of surrounding pixels that affect the color information of the target pixel is defined by using all the pixels constituting the target image as the target pixel. An image sharpening apparatus that performs estimation and restores color information of the pixel of interest to a state that is not affected by the peripheral pixels by using an inverse filter of a blur function based on the estimated circle of confusion. 合焦点領域と焦点外れ領域とが混在する対象画像に対し、前記対象画像を構成する全画素のそれぞれを着目画素として、該着目画素の色情報に影響を与える周辺画素の範囲を示す錯乱円を推定し、当該推定された錯乱円に基づいてボケ関数の逆フィルタを用いて、前記着目画素の色情報を前記周辺画素の影響の無い状態に復元する手段として、コンピュータを機能させることを特徴とする画像の鮮明化プログラム。   For a target image in which an in-focus area and an out-of-focus area are mixed, a circle of confusion indicating a range of surrounding pixels that affect the color information of the target pixel is defined by using all the pixels constituting the target image as the target pixel. A computer functioning as a means for estimating and restoring the color information of the pixel of interest to a state free from the influence of the surrounding pixels using an inverse filter of a blur function based on the estimated circle of confusion. Image sharpening program.
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