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JP2009271725A - Image-restoring apparatus, image restoring method, and image-restoring program - Google Patents

Image-restoring apparatus, image restoring method, and image-restoring program Download PDF

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JP2009271725A JP2008121522A JP2008121522A JP2009271725A JP 2009271725 A JP2009271725 A JP 2009271725A JP 2008121522 A JP2008121522 A JP 2008121522A JP 2008121522 A JP2008121522 A JP 2008121522A JP 2009271725 A JP2009271725 A JP 2009271725A
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Abstract

【課題】既知のPSF及び1枚の劣化画像に基づき、真の画像を復元することにより、リンギングやノイズを抑えた復元画像を生成するようにした画像復元装置を提供する。
【解決手段】劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成するベース画像生成処理部と、ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像とPSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成するぼかし画像生成処理部と、生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する劣化残差画像生成処理部と、生成された劣化残差画像に対して、生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する画像復元処理部と、生成された復元残差画像に生成済みベース画像を加えることにより、復元画像を生成する復元画像生成処理部とを備える。
【選択図】図3
An image restoration apparatus is provided that generates a restored image with reduced ringing and noise by restoring a true image based on a known PSF and one deteriorated image.
A base image generation processing unit that generates a base image by performing base image generation processing based on a deteriorated image, and convolution integration of the generated base image from the base image generation processing unit and the PSF. A blurred image generation processing unit that generates a blurred image, a degraded residual image generation processing unit that generates a degraded residual image by calculating a difference between the generated blurred image and the degraded image, and An image restoration processing unit that generates a restored residual image by performing image restoration processing on the degraded residual image based on the generated base image so as to change the strength of the constraint. A restored image generation processing unit that generates a restored image by adding the generated base image to the restored residual image;
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、画像処理技術に関し、特に、劣化画像から真の画像を復元するための画像復元装置、画像復元方法及び画像復元プログラムに関する。   The present invention relates to an image processing technique, and more particularly to an image restoration apparatus, an image restoration method, and an image restoration program for restoring a true image from a deteriorated image.

撮像装置で被写体を撮影する際の手ぶれ(camera shake)や、被写体が動物体である場合の撮影などにより、撮影した画像に、ぶれ、即ち、ブラー(blur)と呼ばれる劣化現象が生じる場合がよくある。   Camera shake when shooting a subject with an imaging device or shooting when the subject is a moving object often causes blurring, that is, a deterioration phenomenon called blur. is there.

画像処理技術において、ブラーのある画像(ブラーにより劣化してしまった画像)、即ち、ブラー画像(blurred image)は、ブラーのない原画像(以下、「真の画像」とも言う。)と、ブラーを表す点拡がり関数(Point Spread Function: PSF)との畳み込み積分として定式化されるため、ブラー画像(以下、「劣化画像」とも言う。)から真の画像を復元する場合に、PSFの推定処理と、推定されたPSFを利用した画像復元処理を行う必要がある(非特許文献1を参照)。   In image processing technology, an image with blur (an image that has deteriorated due to blur), that is, a blurred image, is an original image without blur (hereinafter also referred to as a “true image”) and a blur. PSF estimation processing when restoring a true image from a blur image (hereinafter also referred to as “degraded image”) because it is formulated as a convolution integral with a point spread function (PSF) representing Then, it is necessary to perform image restoration processing using the estimated PSF (see Non-Patent Document 1).

PSF推定処理はそれ単独で困難な問題である。そのため、多くの手法では、直線的なぶれ(ブラー)を仮定し、PSF推定処理を行っている(非特許文献2及び非特許文献3を参照)。しかし、現実に発生するブラーのPSFは、これらの仮定では表現できない複雑な形状をしていることも多く(非特許文献4を参照)、十分な推定結果を得られない場合もある。近年、複雑な形状のPSFを推定する手法も提案されており、小さいPSFであれば良好な推定結果が得られることが報告されている(非特許文献4及び非特許文献5を参照)。   The PSF estimation process is a difficult problem by itself. Therefore, in many methods, linear blurring (blur) is assumed and PSF estimation processing is performed (see Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3). However, the PSF of the blur that actually occurs often has a complicated shape that cannot be expressed by these assumptions (see Non-Patent Document 4), and there are cases where sufficient estimation results cannot be obtained. In recent years, a method for estimating a PSF having a complicated shape has also been proposed, and it has been reported that a good estimation result can be obtained with a small PSF (see Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5).

PSFが既知であるとしても、画像復元処理は、依然として困難な問題である。劣化画像には、高周波成分や特定の周波数成分が欠如しており、劣化画像から復元された画像(以下、「復元画像」とも言う。)には、リンギング(Ringing)などのアーティファクト(Artifact)が発生してしまうことが多い。つまり、復元画像のエッジ強度に対応して、リンギングが発生するという問題がある。また、劣化した周波数成分を復元する過程で、ノイズの成分も同時に増大されてしまう問題が発生してしまう。
特開2006−221347号公報 特開2007−183842号公報 ディー.クンドル(D.Kundur)・ディー.ハジナコス(D.Hatzinakos)共著,「ブラインド イメージ デコンボリューション(Blind image deconvolution)」,シグナル プロセッシング マガジン(Signal Processing Magazine),IEEE,第13巻,第3号,p.43-64,1996年 ワイ.イズハキ(Y.Yitzhaky)・アイ.モル(I.Mor)・エイ.ランズマン(A.Lantzman)・エヌ.エス.コペイカ(N.S.Kopeika)共著,「ダイレクト メソッド フォー レストレイション オフ モーション ブラーレド イメージズ(Direct method for restoration of motion-blurred images)」,ジャーナル オフ ザ オプティカル ソサイエティ オフ アメリカ エイ(Journal of the Optical Society of America A),第15巻,p.1512-1519,1998年 米司・田中・奥富共著,「直線的手ぶれ画像復元のためのpsfパラメータ推定手法」,情報処理学会研究報告,第2005巻,第38号,p.47-52,2005年 アール.ファーガス(R.Fergus)・ビー.シング(B.Singh)・エイ.ヘルツマン(A.Hertzmann)・エス.ティー.ロウイス(S.T.Roweis)・ダブリュー.ティー.フチーマン(W.T.Freeman)共著,「リムービング カメラ シェイク フロム ア シングル フォトグラフ(Removing camera shake from a single photograph)」,ACM トランス. グラフ.(ACM Trans. Graph.),第25巻,第3号,p.787-794,2006年 ジェー.ジア(J.Jia)著,「シングル イメージ モーション デブラーリング ユジング トランスペアレンシー(Single image motion deblurring using transparency)」,コンピュータ ビジョン アンド パターン リコグニション, 2007 CVPR’07. IEEE カンファレンス オン(Computer Vision and Pattern Recognition, 2007 CVPR’07. IEEE Conference on),p.1-8,2007年 ダブリュー.エイチ.リチャードソン(W.H.Richardson)著,「ベイジアン ベーセッド イテラティブ メソッド オフ イメージ レストレイション(Bayesian-based iterative method of image restoration)」,ジャーナル オフ ザ オプティカル ソサイエティ オフ アメリカ(Journal of the Optical Society of America (1917-1983)),第62巻,p.55-59,1972年 エル.ビー.ルーシー(L.B.Lucy)著,「アン イテラティブ テクニック フォー ザ レクテフィケーション オフ オブザーブド ディストリビューションズ(An iterative technique for the rectification of observed distributions)」,アストロノミカル ジャーナル(Astronomical Journal),第79巻,p.745-754,1974年 エヌ.ウィーナー(N.Wiener)著,「エキストラポレション, インターポレション, アンド スムージング オフ ステイショナリ タイム シリーズ(Extrapolation, Interpolation, and Smoothing of Stationary Time Series)」,ザ MIT プレス(The MIT Press),1964年 米司・田中・奥富共著,「ヒューマンフレンドリーな復元フィルタの提案」,電子情報通信学会論文誌,第J90-D巻,第10号,p.2830-2839,2007年 ビー.バスクル(B.Bascle)・エイ.ブレーク(A.Blake)・エイ.ジサーマン(A.Zisserman)共著,「モーション デブラーリング アンド スーパーレゾルーション フロム アン イメージ シーケンス(Motion deblurring and super-resolution from an image sequence)」,ECCV’96: プロスィーデイングズ オフ ザ 4th ヨーロッピアン カンファレンス オン コンピュータ ビジョン ボリューム II, ロンドン UK, スプリンガー ナラグ(ECCV’96: Proceedings of the 4th European Conference on Computer Vision-Volume II, London, UK, Springer-Verlag),p.573-582,1996年 エイ.ラバーアチャ(A.Rav-Acha)・エス.ペレグ(S.Peleg)共著,「ツー モーション ブラーレド イメージズ アー ベター ザン ワン(Two motion-blurred images are better than one)」,パターン レコグナ. レタ.(Pattern Recogn. Lett.),第26巻,第3号,p.311-317,2005年 エム.ベンーエズラ(M.Ben-Ezra)・エス.ケイ.ナイヤル(S.K.Nayar)共著,「モーション デブラーリング ユジング ハイブリッド イメージング(Motion deblurring using hybrid imaging)」,cvpr,第01巻,p.657,2003年 エル.ユアン(L.Yuan)・ジェー.サン(J.Sun)・エル.クアン(L.Quan)・エイチ.ワイ.シュム(H.-Y.Shum)共著,「イメージ デブラーリング ウィズ ブラーレド/ノイジー イメージ ペアズ(Image deblurring with blurred/noisy image pairs)」,SIGGRAPH’07:ACM SIGGRAPH 2007 papers, New York,NY,USA,ACM,p.1,2007年 ジー.ペツチニグ(G.Petschnigg)・アール.スゼリスキ(R.Szeliski)・エム.アグラワラ(M.Agrawala)・エム.コヘン(M.Cohen)・エイチ.ホッペ(H.Hoppe)・ケイ.トヤマ(K.Toyama)共著,「デジタル フォトグラフィー ウィズ フラッシュ アンド ノーフラッシュ イメージ ペアズ(Digital photography with flash and no-flash image pairs)」,ACM トランス. グラフ.(ACM Trans. Graph.),第23巻,第3号,p.664-672,2004年 ワイ.ワイス(Y.Weiss)・ダブリュー.フリーマン(W.Freeman)共著,「ホワット メイクス ア グッド モデル オフ ナチュラル イメージズ?(What makes a good model of natural images?)」,コンピュータ ビジョン アンド パターン リコグニション, 2007 CVPR’07. IEEE カンファレンス オン(Computer Vision and Pattern Recognition, 2007 CVPR’07. IEEE Conference on),p.1-8,2007年 奥富・他共著,「ディジタル画像処理」,CG−ARTS協会
Even if the PSF is known, the image restoration process is still a difficult problem. The degraded image lacks a high-frequency component or a specific frequency component, and an image restored from the degraded image (hereinafter also referred to as a “restored image”) has artifacts such as Ringing. It often happens. That is, there is a problem that ringing occurs corresponding to the edge strength of the restored image. Further, in the process of restoring the deteriorated frequency component, there arises a problem that the noise component is simultaneously increased.
JP 2006-221347 A JP 2007-183842 A Co-authored by D. Kundur and D. Hatzinakos, “Blind image deconvolution”, Signal Processing Magazine, IEEE, Vol. 13, No. 3, p.43-64, 1996 Co-authored by Y. Yitzhaky, I. Mor, A. Lantzman and NSKopeika, “Direct Method for Restoration Off Motion Blured Images (Direct method) for restoration of motion-blurred images), Journal of the Optical Society of America A, Vol. 15, p. 1512-1519, 1998 Yoneji, Tanaka, Okutomi, "Psf parameter estimation method for linear camera shake image restoration", IPSJ SIG, 2005, 38, p.47-52, 2005 Co-authored by R. Fergus, B. Singh, A. Hertzmann, STOWeis, WTFreeman, "Removing Camera""Removing camera shake from a single photograph", ACM Trans. Graph., Vol. 25, No. 3, p.787-794, 2006 J. Jia, “Single image motion deblurring using transparency”, Computer Vision and Pattern Recognition, 2007 CVPR'07. IEEE Conference and Pattern Recognition, 2007 CVPR'07. IEEE Conference on), p.1-8, 2007 WHR Richardson, “Bayesian-based iterative method of image restoration”, Journal of the Optical Society of America (1917- 1983), 62, p. 55-59, 1972 LBLucy, “An iterative technique for the rectification of observed distributions”, Astronomical Journal, Vol. 79, p. .745-754, 1974 By N. Wiener, “Extrapolation, Interpolation, and Smoothing of Stationary Time Series”, The MIT Press, 1964 Yoneji, Tanaka, Okutomi, "Proposal of human-friendly restoration filter", IEICE Transactions, Vol.10, p.2830-2839, 2007 Co-authored by B. Bascle, A. Blake, and A. Zisserman, “Motion deblurring and super-resolution from an image ECCV'96: Proceedings of the 4th European Conference on Computer Vision-Volume II, London, UK, ECCV'96: Proceedings of the 4th European Conference on Computer Vision-Volume II, London, UK, Springer-Verlag), p.573-582, 1996 Co-authored by A.Rav-Acha and S.Peleg, “Two motion-blurred images are better than one”, Pattern Recogna. Recogn. Lett.), 26, No. 3, p. 311-317, 2005 Co-authored by M. Ben-Ezra and SKNayar, “Motion deblurring using hybrid imaging”, cvpr, volume 01, p.657, 2003 Co-authored by L.Yuan, J.Sun, L.Quan, H.-Y.Shum, “Image Deblurring with Blared / Noise "Image deblurring with blurred / noisy image pairs", SIGGRAPH'07: ACM SIGGRAPH 2007 papers, New York, NY, USA, ACM, p.1, 2007 G. Petschnigg, R. Szeliski, M. Agrawala, M. Cohen, H. Hoppe, K. Toyama (K) Toyama), "Digital photography with flash and no-flash image pairs", ACM Trans. Graph., Vol. 23, No. 3 , p.664-672,2004 Co-authored by Y. Weiss and W. Freeman, “What makes a good model of natural images?”, Computer Vision and Pattern Recognition, 2007 CVPR '07. IEEE Conference on (Computer Vision and Pattern Recognition, 2007 CVPR'07. IEEE Conference on), p.1-8, 2007 Okutomi et al., “Digital Image Processing”, CG-ARTS Association

従来、PSFが既知であり、撮影された劣化画像から真の画像を復元する画像復元方法として、リチャードソン・ルーシー法(Richardson-Lucy法:RL法)(非特許文献6及び非特許文献7を参照)やウィーナーフィルタ(非特許文献8を参照)がよく知られている。RL法もウィーナーフィルタも、撮影された劣化画像を直接利用して、画像復元処理を行っている。   Conventionally, PSF is known, and as an image restoration method for restoring a true image from a taken degraded image, Richardson-Lucy method (Richardson-Lucy method: RL method) (Non-patent Document 6 and Non-patent Document 7) And Wiener filters (see Non-Patent Document 8) are well known. Both the RL method and the Wiener filter perform image restoration processing by directly using the deteriorated image taken.

そのため、RL法又はウィーナーフィルタによって復元された復元画像のエッジ強度も大きく、結果として、RL法又はウィーナーフィルタによって復元された復元画像に大きなリンギングが発生してしまう問題がある。   Therefore, the edge strength of the restored image restored by the RL method or the Wiener filter is large, and as a result, there is a problem that a large ringing occurs in the restored image restored by the RL method or the Wiener filter.

つまり、RL法又はウィーナーフィルタを利用して、先鋭な結果が得られるように復元パラメータを調節すると、その復元結果(復元画像)には大きなノイズやリンギングが含まれてしまう問題が発生する。その問題を解決するため、復元パラメータの調整が容易な手法も報告されている(非特許文献9を参照)。   That is, if the restoration parameter is adjusted so that a sharp result can be obtained using the RL method or the Wiener filter, there arises a problem that the restoration result (restored image) includes large noise and ringing. In order to solve the problem, a method in which restoration parameters can be easily adjusted has been reported (see Non-Patent Document 9).

また、RL法もウィーナーフィルタも、画像全体に均質な処理を行っているため、特に、復元画像のテクスチャレス領域において、ノイズやリンギングの影響がより目立ってしまうという問題点がある。   In addition, since both the RL method and the Wiener filter perform uniform processing on the entire image, there is a problem that the influence of noise and ringing becomes more conspicuous particularly in the textureless region of the restored image.

更に、複数の劣化画像を利用して、真の画像を復元する画像復元方法も提案されている(非特許文献10、非特許文献11及び非特許文献12を参照)。また、ユアンらは、ノイズが大きく含まれるがぶれの小さい画像と、ノイズは小さいもののぶれの大きい画像を組み合わせて利用することにより、リンギングを抑えた復元画像が得られる画像復元方法を提案している(非特許文献13を参照)。   Furthermore, an image restoration method that restores a true image using a plurality of deteriorated images has been proposed (see Non-Patent Document 10, Non-Patent Document 11, and Non-Patent Document 12). Yuan et al. Also proposed an image restoration method that can obtain a restored image with reduced ringing by using a combination of an image that contains a large amount of noise but a small amount of blur and an image that has a small amount of noise but a large amount of blur. (See Non-Patent Document 13).

また、劣化画像から真の画像を復元する画像復元処理の問題に限らず、複数の画像を利用した画質改善方法も提案されており、例えば、フラッシュ有りとフラッシュ無しの画像ペアを用いてノイズを抑える画質改善方法(非特許文献14を参照)などが挙げられる。画像ペアを用いる画像処理方法では、一枚の劣化画像のみを利用した画像復元方法よりも、画像処理結果の向上が期待されるものの、異なる性質を持つ画像間の位置合わせを行う必要がある。更に、そもそも、一つの被写体に対して複数の画像を撮影する必要があるという問題もある。   Also, not only the problem of image restoration processing that restores a true image from a deteriorated image, but also an image quality improvement method using a plurality of images has been proposed, for example, using a pair of images with and without flash to reduce noise. An image quality improvement method to be suppressed (see Non-Patent Document 14) and the like. Although the image processing method using image pairs is expected to improve the image processing result as compared with the image restoration method using only one deteriorated image, it is necessary to perform alignment between images having different properties. In the first place, there is also a problem that a plurality of images need to be taken for one subject.

本発明は、上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、既知のPSF及び1枚の劣化画像に基づき、真の画像を復元することにより、リンギングやノイズを抑えた復元画像を生成するようにした、画像復元装置、画像復元方法及び画像復元プログラムを提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to restore ringing and noise by restoring a true image based on a known PSF and one degraded image. An object of the present invention is to provide an image restoration apparatus, an image restoration method, and an image restoration program that generate an image.

本発明は、既知のPSF及び1枚の劣化画像に基づき、真の画像を復元することにより、リンギングやノイズを抑えた復元画像を生成するようにした画像復元装置に関し、本発明の上記目的は、ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理部と、生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理部と、生成された劣化残差画像に対して、前記生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理部と、生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理部とを備えることにより、或いは、前記画像復元処理部では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、復元残差画像を生成し、具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、復元残差画像Y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、X(u,v)は前記劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表すことにより、或いは、前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表すことによって効果的に達成される。
The present invention relates to an image restoration device that generates a restored image with reduced ringing and noise by restoring a true image based on a known PSF and one deteriorated image. An image restoration device that generates a restored image for the degraded image based on one degraded image that has been degraded by blur and a known PSF representing the blur, and generates a base image based on the degraded image A base image generation processing unit that generates a base image by performing processing, and a blur image is generated by performing convolution integration of the generated base image from the base image generation processing unit and the PSF. An image generation processing unit, which generates a deteriorated residual image by calculating a difference between the generated blurred image and the deteriorated image. An image restoration process for generating a restored residual image by performing image restoration processing on the generated degraded residual image based on the generated base image so as to change the strength of the constraint. A processing unit and a restored image generation processing unit that generates the restored image by adding the generated base image to the generated restored residual image, or in the image restoration processing unit, Using the generated base image, a constraint parameter representing the strength of the constraint so that the constraint is weak when the gradient of the generated base image is large and the constraint is strengthened when the gradient of the generated base image is small. Is adaptively set, and the generated residual image is subjected to image restoration processing using the set adaptive constraint parameter to generate a restored residual image, The body specifically, by minimizing the following evaluation function I, thereby generating a restoration residual image Y (u, v),
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, X (u, v) represents the degraded residual image, B (u, v) represents the PSF, α (u, v, v) represents the constraint parameter, or the constraint parameter α (u, v) is set as follows:
However, R (u, v) represents the generated base image, ▽ R (u, v) represents the gradient of the generated base image, and γ and λ are effectively achieved by representing the adjustment parameters. The

また、本発明の上記目的は、ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理部と、生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理部と、生成された劣化残差画像に対して、画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理部と、生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理部とを備えることにより、或いは、前記画像復元処理部では、生成された劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元処理を行い、復元残差画像を生成することによって効果的に達成される。   Further, the object of the present invention is an image restoration device that generates a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF that represents the blur. A base image generation processing unit that generates a base image by performing a base image generation process based on the degraded image, and a convolution integral of the generated base image from the base image generation processing unit and the PSF. A blurred image generation processing unit that generates a blurred image, a degraded residual image generation processing unit that generates a degraded residual image by calculating a difference between the generated blurred image and the degraded image; An image restoration processing unit that generates a restored residual image by performing an image restoration process on the generated degraded residual image, and the generated restoration residual image A restored image generation processing unit that generates the restored image by adding only a base image, or in the image restoration processing unit, an image obtained by a Wiener filter with respect to the generated degraded residual image This is effectively achieved by performing restoration processing or image restoration processing by the Richardson-Lucy method to generate a restored residual image.

また、本発明の上記目的は、ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、前記劣化画像に対して、前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、前記復元画像を生成する、画像復元処理部とを備えることにより、或いは、前記画像復元処理部では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、前記劣化画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、前記復元画像を生成し、具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、前記復元画像Z(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、G(u,v)は前記劣化画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表すことにより、或いは、前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表すことによって効果的に達成される。
Further, the object of the present invention is an image restoration device that generates a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF that represents the blur. A base image generation processing unit that generates a base image by performing a base image generation process based on the degraded image, and a constraint on the degraded image based on the generated base image from the base image generation processing unit An image restoration processing unit that generates the restored image by performing an image restoration process so as to change the intensity of the image, or the image restoration processing unit uses the generated base image. Thus, the constraint is weakened when the gradient of the generated base image is large, and the constraint is strengthened when the gradient of the generated base image is small. A constraint parameter representing the strength of the image is adaptively set, and image restoration processing is performed on the degraded image using the set adaptive constraint parameter to generate the restored image. Generating the restored image Z (u, v) by minimizing the evaluation function I of
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, G (u, v) represents the degraded image, B (u, v) represents the PSF, α (u, v) Represents the constraint parameter, or the constraint parameter α (u, v) is set as follows:
However, R (u, v) represents the generated base image, ▽ R (u, v) represents the gradient of the generated base image, and γ and λ are effectively achieved by representing the adjustment parameters. The

また、本発明の上記目的は、前記ベース画像生成処理部は、前記劣化画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元画像を生成する、画像復元第1処理部と、生成された第1復元画像に対して、デノイジングのためのフィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像を生成する、フィルタ処理部とを備えることにより、或いは、前記画像復元第1処理部では、前記劣化画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元画像を生成することによって効果的に達成される。   According to another aspect of the present invention, the base image generation processing unit generates a first restored image by performing an image restoration first process on the degraded image; A filter processing unit that generates the base image by performing a filtering process for denoising on the generated first restored image, or in the image restoration first processing unit, This is effectively achieved by performing the first image restoration processing by the Wiener filter or the first image restoration processing by the Richardson-Lucy method on the deteriorated image to generate the first restored image.

また、本発明の上記目的は、前記ベース画像生成処理部では、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、前記ベース画像生成処理部は、前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理部と、前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理部と、生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理部と、生成された第1劣化残差画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理部と、生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理部と、生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理部と、所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断部とを備え、前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理部にて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理部にて行われる処理、前記画像復元第1処理部にて行われる処理、前記第2フィルタ処理部にて行われる処理、前記ベース画像更新処理部にて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断部にて行われる処理であることにより、或いは、前記画像復元第1処理部では、生成された第1劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成することによって効果的に達成される。   In the base image generation processing unit, the base image generation processing is an iterative process, and the base image is gradually generated by the repetition process, and the base image generation processing unit The first filter processing is performed on the deteriorated image to generate an initial value of the base image, and the first filter processing unit and the convolution integration of the base image and the PSF are performed to obtain the first value. A first degradation image that generates a first degradation residual image by calculating a difference between the first blur image generation processing unit that generates one blur image, the generated first blur image, and the degradation image. A residual image generation processing unit, an image restoration first processing unit that generates a first restored residual image by performing an image restoration first process on the generated first degraded residual image, and generation The A second filter processing unit that generates an update image by performing a second filter process using the first restored residual image and the base image, and adds the generated update image to the base image The base image update processing unit that updates the base image, and determines whether or not a predetermined iterative process end condition is satisfied, and when it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image A repetitive process end determination unit, which is used as the generated base image, and when it is determined that the repetitive process end condition is not satisfied, the updated base image is the base image and the repetitive process is continued. The repetition processing includes processing performed by the first blurred image generation processing unit, processing performed by the first degradation residual image generation processing unit, The processing performed in the image restoration first processing unit, the processing performed in the second filter processing unit, the processing performed in the base image update processing unit, and the processing performed in the repetition processing end determination unit Alternatively, the image restoration first processing unit performs image restoration first processing by the Wiener filter or image restoration first processing by the Richardson-Lucy method on the generated first degraded residual image. And effectively achieving the first restored residual image.

また、本発明の上記目的は、前記ベース画像生成処理部では、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、前記ベース画像生成処理部は、前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理部と、前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理部と、生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理部と、生成された第1劣化残差画像に対して、前記ベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理部と、生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理部と、生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理部と、所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断部とを備え、前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理部にて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理部にて行われる処理、前記画像復元第1処理部にて行われる処理、前記第2フィルタ処理部にて行われる処理、前記ベース画像更新処理部にて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断部にて行われる処理であることにより、或いは、前記画像復元第1処理部では、前記ベース画像を利用して、前記ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された第1劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成し、具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、第1復元残差画像y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、x(u,v)は前記第1劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表すことにより、或いは、前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、r(u,v)は前記ベース画像を表し、▽r(u,v)は前記ベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表すことによって効果的に達成される。
In the base image generation processing unit, the base image generation processing is an iterative process, and the base image is gradually generated by the repetition process, and the base image generation processing unit The first filter processing is performed on the deteriorated image to generate an initial value of the base image, and the first filter processing unit and the convolution integration of the base image and the PSF are performed to obtain the first value. A first degradation image that generates a first degradation residual image by calculating a difference between the first blur image generation processing unit that generates one blur image, the generated first blur image, and the degradation image. A first image restoration process is performed on the residual image generation processing unit and the generated first deteriorated residual image based on the base image so as to change the strength of the constraint. An image restoration first processing unit that generates an original residual image, an updated image is generated by performing a second filter process using the generated first restoration residual image and the base image, Two filter processing units, a base image update processing unit that updates the base image by adding the generated update image to the base image, a determination as to whether or not a predetermined iterative processing end condition is satisfied, When it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image is set as the generated base image, and when it is determined that the iterative process end condition is not satisfied, the updated base image is A repetition process end determination unit that uses the base image and continues the repetition process, the repetition process being a process performed by the first blurred image generation processing unit The processing performed in the first degradation residual image generation processing unit, the processing performed in the image restoration first processing unit, the processing performed in the second filter processing unit, and performed in the base image update processing unit Or the processing performed by the repetitive processing end determination unit, or the image restoration first processing unit uses the base image to restrain the base image where the gradient of the base image is large. The constraint parameter indicating the strength of the constraint is adaptively set so that the constraint is weak and the constraint is strengthened at a small gradient of the base image, and is set for the generated first degradation residual image. adaptive restraint parameters performs image restoration first treatment with a, to generate a first recovered residue image, specifically, by minimizing the following evaluation function I, the first restored residue image y 0 ( u, v) And,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, x 0 (u, v) represents the first degraded residual image, B (u, v) represents the PSF, α (u, v) represents the constraint parameter, or the constraint parameter α (u, v) is set as follows:
However, r 0 (u, v) represents the base image, ▽ r 0 (u, v) represents the gradient of the base image, and γ and λ are effectively achieved by representing the adjustment parameters.

本発明は、ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、ブラーを表す既知のPSFに基づき、劣化画像に対する画像復元処理を行い、リンギングやノイズ等を抑えた復元画像を生成できるようにした画像復元装置、画像復元方法、及び画像復元プログラムに関するものである。   The present invention performs image restoration processing on a deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF that represents blur, and can generate a restored image that suppresses ringing, noise, and the like. The present invention relates to an image restoration apparatus, an image restoration method, and an image restoration program.

本発明が有する「劣化残差画像を利用した画像復元」との特徴によれば、劣化画像をベース画像と劣化残差画像に分けるようにし、劣化残差画像に対して画像復元処理を行うことにより、復元された残差画像(復元残差画像)の振幅(分散)が小さくなり、結果としてリンギングを低減できるという効果を奏する。   According to the feature of “image restoration using degraded residual image” of the present invention, the degraded image is divided into a base image and a degraded residual image, and image restoration processing is performed on the degraded residual image. As a result, the amplitude (variance) of the restored residual image (restored residual image) is reduced, and as a result, the ringing can be reduced.

また、本発明が有する「繰り返し処理によるベース画像生成」との特徴によれば、1枚の劣化画像からベース画像を漸進的に生成する過程において、復元された残差画像(復元残差画像)に基づき、ベース画像を更新し、更に、更新されたベース画像に基づき、劣化残差画像も更新され、更新された劣化残差画像に対して画像復元処理を繰り返すことにより、ベース画像が漸進的に真の画像に近づくことができ、そして、真の画像に近づいたベース画像と、当該ベース画像に基づいて復元された復元残差画像とによって、より先鋭な復元画像を生成することができるという効果を奏する。   Further, according to the feature of the present invention, which is “base image generation by repetitive processing”, in the process of progressively generating a base image from one deteriorated image, a restored residual image (restored residual image) The base image is updated based on the updated base image, and further, the degradation residual image is also updated based on the updated base image, and the base image is gradually updated by repeating the image restoration processing on the updated degradation residual image. It is possible to generate a sharper restored image by using the base image approaching the true image and the restored residual image restored based on the base image. There is an effect.

更に、本発明が有する「適応的な拘束パラメータによる画像復元」との特徴によれば、劣化残差画像に対する画像復元を行う際に、ベース画像と劣化残差画像との関係に基づき、拘束パラメータを適応的に(空間的に)変化させることにより、つまり、ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、ベース画像の勾配が小さいところでは拘束を強くするように、拘束パラメータを適応的に設定することにより、エッジを保存しながらも、リンギングやノイズを抑えた復元画像を生成することができるという優れた効果を奏する。   Further, according to the feature of the present invention, which is “image restoration by adaptive constraint parameter”, when performing image restoration on the degraded residual image, the constraint parameter is based on the relationship between the base image and the degraded residual image. Adaptively set the constraint parameters so that the constraint is weaker when the base image gradient is large and the constraint is stronger when the base image gradient is small. By doing so, it is possible to generate a restored image with reduced ringing and noise while preserving edges.

つまり、本発明の「適応的な拘束パラメータによる画像復元」との特徴によれば、エッジ部分は先鋭化され、テクスチャレス領域ではノイズ低減の効果がある。また、リンギングが目立つテクスチャレス領域において、リンギングを効果的に低減することができる。   In other words, according to the feature of the present invention “image restoration by adaptive constraint parameters”, the edge portion is sharpened and there is an effect of noise reduction in the textureless region. Further, the ringing can be effectively reduced in the textureless region where the ringing is conspicuous.

このように、本発明によれば、劣化画像1枚のみを利用するだけで、ユアンらが提案した複数の劣化画像を利用した画像復元方法によって達成できた効果を実現することができる。   Thus, according to the present invention, the effect achieved by the image restoration method using a plurality of deteriorated images proposed by Yuan et al. Can be realized by using only one deteriorated image.

換言すれば、本発明によれば、ユアンらのように複数の劣化画像を利用することもなく、1枚の劣化画像のみを利用して、リンギングやノイズを抑えた復元画像を生成することができるという顕著な効果を奏する。   In other words, according to the present invention, it is possible to generate a restored image with reduced ringing and noise by using only one deteriorated image without using a plurality of deteriorated images like Yuan et al. There is a remarkable effect of being able to.

最初に、本発明の着眼点について述べる。   First, the focus of the present invention will be described.

背景技術にも述べたように、劣化画像から真の画像を復元する画像復元技術において、復元画像のエッジ強度に対応して、リンギングが発生するという問題点がある。本発明の発明者らは、この点に着眼し、劣化画像から復元された画像(復元画像)のエッジ強度を小さくすることにより、復元画像におけるリンギングの影響を減らすことを実現し、つまり、リンギングを抑えた復元画像が得られる画像復元技術を発明した。   As described in the background art, in the image restoration technique for restoring a true image from a degraded image, there is a problem that ringing occurs corresponding to the edge strength of the restored image. The inventors of the present invention pay attention to this point and reduce the influence of ringing in the restored image by reducing the edge strength of the image restored from the degraded image (restored image). Invented an image restoration technique that can obtain a restored image with reduced image quality.

本発明は、ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、ブラーを表す既知のPSFに基づき、劣化画像に対して、リンギングやノイズを抑えた復元画像を生成するようにした画像復元装置、画像復元方法及び画像復元プログラムに関するものである。   The present invention relates to an image restoration device that generates a restored image in which ringing and noise are suppressed for a deteriorated image based on one deteriorated image that has been deteriorated by blur and a known PSF that represents blur. The present invention relates to an image restoration method and an image restoration program.

本発明では、劣化画像におけるブラーは均一であることを前提とする。また、本発明を適用する際に、PSFは既知であることも1つの前提である。PSFが未知であっても、PSFを推定するために、例えば、ジャイロセンサなどの計測センサを利用してPSFを計測するようにしてもよく、また、劣化画像からPSFを推定する方法を利用することも可能である。劣化画像からPSFを推定する方法としては、例えば、特許文献1に開示された「ぶれ情報検出方法」や、非特許文献4に記載された方法を利用することが勿論可能である。   In the present invention, it is assumed that the blur in the deteriorated image is uniform. In addition, when applying the present invention, it is also a premise that PSF is known. Even if the PSF is unknown, in order to estimate the PSF, for example, the PSF may be measured using a measurement sensor such as a gyro sensor, or a method for estimating the PSF from the deteriorated image is used. It is also possible. As a method for estimating the PSF from the deteriorated image, for example, the “blurring information detection method” disclosed in Patent Document 1 or the method described in Non-Patent Document 4 can be used.

本発明では、劣化画像を「ベース画像」と「劣化残差画像」に分解するという斬新な技術思想を提案し、換言すれば、真の画像を「ベース画像」と「残差画像」に分解するという斬新な技術思想を提案し、そして、その技術思想に基づいて構築された、「劣化残差画像を利用した画像復元」という技術、「繰り返し処理によるベース画像生成」という技術、及び「劣化画像におけるリンギングの目立ち具合に応じて設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元」という技術を大きな特徴とする。

<1>劣化残差画像を利用した画像復元
まず、「劣化残差画像を利用した画像復元」について説明する。
In the present invention, a novel technical idea of decomposing a degraded image into a “base image” and a “degraded residual image” is proposed. In other words, a true image is decomposed into a “base image” and a “residual image”. Proposing a novel technical idea to do, and a technique called “image restoration using degraded residual images”, a technique called “base image generation by iterative processing”, and “degradation” built based on that technical idea A major feature is a technique called “image restoration by adaptive constraint parameters set according to the conspicuousness of ringing in an image”.

<1> Image Restoration Using Degraded Residual Images First, “image restoration using degraded residual images” will be described.

画像処理技術分野において、劣化画像から真の画像を復元する画像復元では、復元画像に発生してしまうリンギングと呼ばれるアーティファクトが問題となる。   In the image processing technology field, in image restoration in which a true image is restored from a deteriorated image, an artifact called ringing that occurs in the restored image becomes a problem.

図1に、一次元画像における劣化画像(ブラー画像)と、復元画像に発生するリンギングの例を示す。図1から分かるように、復元画像のエッジ周辺にリンギングと呼ばれる波状のアーティファクトが発生している。リンギングは、エッジなどの不連続点で顕著に表れるアーティファクトであり、一種のギブス現象であると考えられている。このリンギングの大きさは、エッジなどの不連続点のギャップの大きさに比例するという特徴がある。   FIG. 1 shows an example of ringing that occurs in a deteriorated image (blurred image) and a restored image in a one-dimensional image. As can be seen from FIG. 1, a wavy artifact called ringing occurs around the edge of the restored image. Ringing is an artifact that appears prominently at discontinuities such as edges, and is considered to be a kind of Gibbs phenomenon. The size of this ringing is characterized by being proportional to the size of the gap of discontinuities such as edges.

このため、本発明の発明者らは、図2のように、何らかの方法で復元すべき画像の不連続点でのギャップを小さくすることができれば、リンギングの影響もまた小さくすることができることを考え出した。   For this reason, the inventors of the present invention have come up with the idea that if the gap at the discontinuity of the image to be restored can be reduced by some method as shown in FIG. 2, the influence of ringing can also be reduced. It was.

つまり、復元すべき画像の振幅を小さくすることができれば、リンギングを小さくすることができるということに着眼して、本発明がなされた訳である。本発明で言う「劣化残差画像」は、その定義からも分かるように、原画像(真の画像)に比べて、振幅が小さいため、結果として、劣化残差画像を利用した画像復元を行うことにより、リンギングの影響を抑えた復元画像を得ることが可能になる。   In other words, the present invention has been made in view of the fact that the ringing can be reduced if the amplitude of the image to be restored can be reduced. As can be seen from the definition of the “degraded residual image” in the present invention, the amplitude is smaller than that of the original image (true image). As a result, image restoration using the degraded residual image is performed. This makes it possible to obtain a restored image in which the influence of ringing is suppressed.

ここで、劣化残差画像を利用した画像復元問題の定式化を行う。
を画像上の座標を表すベクトルとして、真の画像(原画像)を
とし、劣化画像(ブラー画像)を
としたとき、劣化画像から原画像を復元する画像復元問題は、下記数1によって定式化することができる。
Here, the image restoration problem using the degradation residual image is formulated.
Is the vector representing the coordinates on the image, and the true image (original image)
And a degraded image (blurred image)
Then, the image restoration problem of restoring the original image from the deteriorated image can be formulated by the following equation (1).

ここで、
はブラーを表すPSFを、
はノイズを、*は畳み込み積分をそれぞれ表す。
here,
Is the PSF representing blur,
Represents noise, and * represents convolution integral.

なんらかのベース画像
が得られているとすると、原画像
は、ベース画像
と残差画像
の和として、下記数2のように表される。
Some base image
Is obtained, the original image
The base image
And residual image
Is expressed as the following formula 2.

上記数2を利用し、上記数1で定式化された「原画像を復元する画像復元問題」を、「残差画像を復元する画像復元問題」として、下記数3のように、定式化することができる。 Using the above equation 2, the “image restoration problem for restoring the original image” formulated in the above equation 1 is formulated as the following equation 3 as an “image restoration problem for restoring the residual image”. be able to.

ここで、
は劣化残差画像を表し、下記数4のように定義される。
here,
Represents a degradation residual image and is defined as shown in Equation 4 below.

ベース画像
が既知であれば、即ち、劣化画像からベース画像を生成すれば、上記数3に基づき、劣化残差画像から残差画像を復元することが可能になり、よって原画像を復元することができる。
Base image
Is known, that is, if a base image is generated from a degraded image, the residual image can be restored from the degraded residual image based on Equation 3 above, and thus the original image can be restored. .

つまり、数1で定式化された「劣化画像から原画像を復元する画像復元問題」を、ベース画像を介して、数3で定式化された「劣化残差画像から残差画像を復元する画像復元問題」として再定義したことは、本発明の大きな特徴の1つである。   In other words, the “image restoration problem of restoring the original image from the degraded image” formulated in Equation 1 is replaced with the “image for restoring the residual image from the degraded residual image” formulated in Equation 3 through the base image. Redefining it as a “restoration problem” is one of the major features of the present invention.

本発明では、劣化残差画像に対する画像復元を行うことにより、ベース画像を介して、劣化画像に対する画像復元を実現しており、その劣化残差画像の振幅が原画像の振幅よりも小さいため、リンギングを抑えた復元画像を生成することが可能になる。   In the present invention, image restoration is performed on the degraded residual image by performing image restoration on the degraded residual image, and the amplitude of the degraded residual image is smaller than the amplitude of the original image. A restored image with reduced ringing can be generated.

また、数1と数3を比較して分かるように、原画像と残差画像の相違、そして、劣化画像と劣化残差画像の相違はあるものの、数1と数3は形式的には全く同じである。   Further, as can be seen by comparing Equations 1 and 3, Equations 1 and 3 are formally completely different, although there are differences between the original image and the residual image, and there are differences between the degraded image and the degraded residual image. The same.

換言すれば、本発明では、劣化残差画像から残差画像を復元する画像復元処理に対しても、従来から提案された通常の劣化画像から真の画像を復元する画像復元方法をそのまま適用することが勿論可能である。

<2>繰り返し処理によるベース画像生成
次に、1枚の劣化画像のみを利用して、ベース画像を繰り返し処理により漸進的に生成することについて説明する。つまり、本発明では、1枚の劣化画像から、「ベース画像」と呼ばれる真の画像に近い画像を繰り返し更新しながら漸進的に生成することを大きな特徴としている。
In other words, in the present invention, the image restoration method that restores a true image from a normal degraded image that has been proposed in the past is applied as it is to image restoration processing that restores a residual image from a degraded residual image. Of course it is possible.

<2> Base Image Generation by Iterative Processing Next, the generation of a base image by repetition processing using only one deteriorated image will be described. That is, the present invention is characterized in that an image close to a true image called a “base image” is gradually generated from one deteriorated image while being repeatedly updated.

換言すれば、本発明で言う「ベース画像」は、リンギングやノイズが含まれていない画像であることが望ましい。また、ベース画像は、真の画像(原画像)のおおよその形状を表していることが好ましい。ベース画像と原画像は近いほうが望ましいが、一致する必要はなく、大まかな構造やエッジが似通っていればよい。   In other words, the “base image” referred to in the present invention is preferably an image that does not contain ringing or noise. The base image preferably represents the approximate shape of a true image (original image). Although it is desirable that the base image and the original image are close to each other, they do not have to coincide with each other, and the rough structure and the edges may be similar.

本発明では、1枚の劣化画像からベース画像を漸進的に生成する場合にも、<1>で述べた「劣化残差画像を利用した画像復元」という技術思想を利用する。   In the present invention, the technical idea of “image restoration using a degraded residual image” described in <1> is used even when a base image is gradually generated from a single degraded image.

つまり、劣化画像から何らかの方法で最初のベース画像を生成し、劣化画像と生成されたベース画像との差分を計算することで、劣化残差画像を生成し、そして、生成された劣化残差画像から残差画像を復元する。復元された残差画像(以下、「復元残差画像」と言う)は、多少のノイズやリンギングを含んでいるが、シャープなエッジを保持しており、劣化画像よりも原画像に近い画像である。   In other words, a first base image is generated from the deteriorated image by some method, a difference between the deteriorated image and the generated base image is calculated to generate a deteriorated residual image, and the generated deteriorated residual image Restore the residual image from. The restored residual image (hereinafter referred to as “restored residual image”) contains some noise and ringing, but retains sharp edges and is closer to the original image than the degraded image. is there.

本発明では、この復元残差画像に基づき、ベース画像を更新し、更新されたベース画像と劣化画像とを利用して劣化残差画像を生成し、生成された劣化残差画像に対して再び画像復元を行う、という繰り返し方法を利用して、ベース画像を漸進的に生成するようにしている。   In the present invention, based on the restored residual image, the base image is updated, a degraded residual image is generated using the updated base image and degraded image, and the generated degraded residual image is again generated. A base image is gradually generated by using an iterative method of performing image restoration.

まず、最初のベース画像の生成方法について述べる。最初のベース画像においては、リンギングやノイズを含まず、原画像のおおよその形状、つまり、低周波数成分が表されていればよい。本発明では、劣化画像に対してバイラテラルフィルタを適用することにより、最初のベース画像を生成することが望ましい。   First, the first base image generation method will be described. In the first base image, it is only necessary to represent the approximate shape of the original image, that is, the low frequency component, without ringing or noise. In the present invention, it is desirable to generate the first base image by applying a bilateral filter to the degraded image.

次に、n回目の繰り返しのベース画像、即ち、n回目のベース画像
を、(n+1)回目のベース画像
に更新することについて、具体的に説明する。
Next, the n-th repeated base image, that is, the n-th base image
(N + 1) th base image
The updating will be specifically described.

復元残差画像に基づき、ベース画像を更新するものの、復元残差画像にノイズやリンギングが含まれるため、復元残差画像をそのまま(n+1)回目のベース画像とすることは望ましくない。   Although the base image is updated based on the restored residual image, it is not desirable to use the restored residual image as it is as the (n + 1) th base image because the restored residual image includes noise and ringing.

劣化残差画像を利用した画像復元において、復元画像は、n回目のベース画像
と、劣化残差画像から残差画像を復元した結果である、n回目の復元残差画像
の和となる。このn回目の復元残差画像
には、振幅が比較的小さいとはいえ、リンギングやノイズの影響が含まれている。
In the image restoration using the degradation residual image, the restored image is the nth base image.
And the nth restored residual image, which is the result of restoring the residual image from the degraded residual image
The sum of This nth restored residual image
Includes the effects of ringing and noise, although the amplitude is relatively small.

本発明では、復元残差画像に含まれるリンギングやノイズの影響を除去または低減した上で、リンギングやノイズの影響を除去または低減された復元残差画像をベース画像に加えるようにして、ベース画像を更新する。   In the present invention, after removing or reducing the influence of ringing or noise included in the restored residual image, the restored residual image from which the influence of ringing or noise is removed or reduced is added to the base image. Update.

本発明では、復元残差画像に含まれるリンギングやノイズの影響を低減する方法として、様々な手法を利用することが可能であり、その好適例として、ベース画像を利用したジョイントバイラテラルフィルタを利用する(非特許文献14を参照)。   In the present invention, various methods can be used as a method for reducing the influence of ringing and noise included in the restored residual image. As a preferred example, a joint bilateral filter using a base image is used. (See Non-Patent Document 14).

ジョイントバイラテラルフィルタは、画像ペアの画質改善に効果的であると知られており、下記数5で定義される。   The joint bilateral filter is known to be effective in improving the image quality of an image pair, and is defined by the following equation (5).

ここで、
はジョイントバイラテラルフィルタを表す関数である。G,Gはそれぞれ分散がσのガウス関数である。また、
の近傍ウィンドウを表し、
は正規化項を表す。
here,
Is a function representing a joint bilateral filter. G d and G r are Gaussian functions having variances σ d and σ r , respectively. Also,
Represents the neighborhood window of
Represents a normalization term.

通常のバイラテラルフィルタでは、復元残差画像の画素値の差に基づく重みを利用している。一方、ジョイントバイラテラルフィルタでは、ベース画像の画素値の差
に基づく重みを利用する。
In a normal bilateral filter, a weight based on a difference between pixel values of a restored residual image is used. On the other hand, with the joint bilateral filter, the difference in pixel values of the base image
Use weights based on.

本発明では、ベース画像は原画像のおおよその形状を表しており、リンギングやノイズの影響が少ないとの性質を有しているので、ジョイントバイラテラルフィルタを利用することにより、効果的に復元残差画像に含まれるリンギングやノイズの影響を減らすことができる。   In the present invention, the base image represents the approximate shape of the original image and has the property of being less affected by ringing and noise. Therefore, by using a joint bilateral filter, the residual image can be effectively restored. The influence of ringing and noise included in the difference image can be reduced.

ジョイントバイラテラルフィルタを利用して、(n+1)回目のベース画像
は、下記数6のように更新される。
(N + 1) th base image using joint bilateral filter
Is updated as shown in Equation 6 below.

ここで、
はn回目に復元された残差画像(n回目の復元残差画像)である。
here,
Is an n-th residual image (n-th restored residual image).

更新されたベース画像
を利用して、(n+1)回目に復元された残差画像
が得られる。このように、本発明では、ベース画像は漸進的に更新されながら生成される。

<3>適応的な拘束パラメータによる画像復元
<2>では、繰り返し処理によるベース画像生成について詳細に説明した。本発明では、漸進的繰り返し処理によりベース画像を生成する過程中において、劣化残差画像に対する画像復元を繰り返し行うことにより、ベース画像を漸進的に生成するようにしている。
Updated base image
Using (), the (n + 1) th restored residual image
Is obtained. Thus, in the present invention, the base image is generated while being gradually updated.

<3> Image Restoration Using Adaptive Constraint Parameters In <2>, base image generation by iterative processing has been described in detail. In the present invention, during the process of generating the base image by the progressive repetitive processing, the base image is gradually generated by repeatedly performing the image restoration on the degraded residual image.

ところで、劣化残差画像に対する画像復元処理は、通常の劣化画像に対する画像復元と同様に行うことができる。そこで、本発明では、MAP(Maximum A Posteriori)法に基づき、劣化残差画像に対する画像復元を行うことにした。   By the way, the image restoration process for the degraded residual image can be performed in the same manner as the image restoration for the normal degraded image. Therefore, in the present invention, based on the MAP (Maximum A Posteriori) method, image restoration is performed on the degraded residual image.

画像復元におけるMAP法は、尤度分布や事前確率分布の定義などによって様々であるが、最も典型的なMAP法は、下記数7で表す評価関数Eの最適化問題として定式化され、つまり、誤差項と拘束項からなる評価関数の最適化問題として定式化される。   The MAP method in image restoration varies depending on the definition of likelihood distribution and prior probability distribution, etc., but the most typical MAP method is formulated as an optimization problem of the evaluation function E expressed by the following equation 7, It is formulated as an optimization function of an evaluation function consisting of an error term and a constraint term.

ここで、αは拘束の強さを表す、事前確率に対応する拘束項のパラメータ(定数の拘束パラメータ)である。上記数7の評価関数に基づく画像復元処理は、結果として、ノイズのパワースペクトルと原画像のパワースペクトルの比を一定と仮定したときのウィーナーフィルタによる画像復元処理であると考えることもできる(非特許文献8を参照)。また、残差画像
の事前確率分布をガウス関数でモデル化したという解釈も可能である。一方、自然画像の事前確率分布は、ガウス関数とは異なるため、ガウス関数で事前確率分布をモデル化すると、復元画像が過度に滑らかになってしまうという問題点があることが知られている(非特許文献15を参照)。
Here, α is a constraint term parameter (constant constraint parameter) corresponding to the prior probability, representing the strength of the constraint. As a result, the image restoration process based on the evaluation function of Equation 7 can be considered to be an image restoration process using a Wiener filter when the ratio of the power spectrum of the noise to the power spectrum of the original image is assumed to be constant (non-conversion). (See Patent Document 8). Also residual image
It is possible to interpret that the prior probability distribution of is modeled by a Gaussian function. On the other hand, since the prior probability distribution of a natural image is different from a Gaussian function, it is known that when the prior probability distribution is modeled with a Gaussian function, the restored image becomes excessively smooth ( (Refer nonpatent literature 15).

本発明の発明者らは、MAP法に基づいて、劣化残差画像に対する画像復元を行う際に、拘束パラメータを定数で固定するのではなく、ベース画像の勾配に基づき、拘束パラメータを適応的に(空間的に)変化させることを発明した。   The inventors of the present invention adaptively set the constraint parameter based on the gradient of the base image instead of fixing the constraint parameter with a constant when performing image restoration on the degraded residual image based on the MAP method. Invented changing (spatially).

つまり、本発明では、劣化残差画像の分散が小さいと予想されるところでは拘束パラメータを大きく、劣化残差画像の分散が大きいと予想されるところでは拘束パラメータを小さく設定するようにする。   That is, in the present invention, the constraint parameter is set to be large when the variance of the degraded residual image is expected to be small, and the constraint parameter is set to be small when the variance of the degraded residual image is expected to be large.

さらに、本発明では、ベース画像は原画像のおおよその形状、つまり、低周波成分に対応しており、また、劣化残差画像は高周波成分に対応しているため、ベース画像の勾配の大きいところでは劣化残差画像の分散は大きく、また、ベース画像の勾配の小さいところでは劣化残差画像の分散も小さいことが予想される。   Furthermore, in the present invention, since the base image corresponds to the approximate shape of the original image, that is, the low frequency component, and the degradation residual image corresponds to the high frequency component, the base image has a large gradient. The variance of the degradation residual image is large, and the variance of the degradation residual image is expected to be small where the gradient of the base image is small.

従って、本発明では、ベース画像の勾配に基づき、即ち、ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、ベース画像の勾配が小さいところでは拘束を強くするように、拘束パラメータを適応的に設定する。   Therefore, in the present invention, the constraint parameter is adaptively set based on the gradient of the base image, that is, the constraint is weak when the gradient of the base image is large and the constraint is strengthened when the gradient of the base image is small. .

本発明で言う「適応的に設定できる拘束パラメータ」を持つ評価関数は、下記数8で表される。   The evaluation function having the “constraint parameter that can be set adaptively” according to the present invention is expressed by the following equation (8).

ここで、
はベース画像の勾配を表す。
は適応的に設定できる拘束パラメータである。また、γ、λはその適応的に設定できる拘束パラメータ
を設計(設定)するための調節パラメータである。
here,
Represents the gradient of the base image.
Is a constraint parameter that can be set adaptively. Γ and λ are the constraint parameters that can be set adaptively.
Is an adjustment parameter for designing (setting).

上記数8の評価関数をベクトル表現し、解析的に復元残差画像を求めることも理論的には可能であるが、未知数が画素数と同じ大規模な問題となるため、本発明では、共益勾配法により復元残差画像を求めることにする。   Although it is theoretically possible to express the evaluation function of Equation 8 in vector and analytically obtain a restored residual image, the unknown is a large-scale problem that is the same as the number of pixels. A restored residual image is obtained by the gradient method.

また、人間の視覚として、テクスチャの豊富な領域においては、リンギングを知覚しにくいが、テクスチャのない領域では、リンギングは顕著に知覚されるとの現象がある。上記数8の評価関数によれば、結果として、テクスチャのない領域におけるリンギングを抑える効果もあり、よって、本発明に係る画像復元方法は、視覚的にも合理的な方法と言える。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
Further, as human vision, there is a phenomenon that ringing is hardly perceived in an area where texture is abundant, but ringing is perceived remarkably in an area where there is no texture. According to the evaluation function of the above formula 8, as a result, there is also an effect of suppressing ringing in a region having no texture. Therefore, it can be said that the image restoration method according to the present invention is a visually reasonable method.

Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図3は本発明に係る画像復元装置の第1実施形態を示すブロック構成図である。   FIG. 3 is a block diagram showing the first embodiment of the image restoration apparatus according to the present invention.

図3に示すように、本発明の第1実施形態に係る画像復元装置(以下、単に「画像復元装置1」とも言う。)は、ベース画像生成処理部10と、ぼかし画像生成処理部20と、劣化残差画像生成処理部30と、画像復元処理部40と、復元画像生成処理部50とから構成され、ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、ブラーを表す既知のPSFに基づき、劣化画像に対する復元画像を生成するものである。   As shown in FIG. 3, the image restoration apparatus according to the first embodiment of the present invention (hereinafter also simply referred to as “image restoration apparatus 1”) includes a base image generation processing unit 10, a blurred image generation processing unit 20, and the like. The degradation residual image generation processing unit 30, the image restoration processing unit 40, and the restoration image generation processing unit 50 are composed of a single degraded image that has deteriorated due to blur and a known PSF that represents blur. Based on this, a restored image for the deteriorated image is generated.

本発明の画像復元装置1では、まず、ベース画像生成処理部10が、劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する。ベース画像生成処理部10により生成された、生成済みベース画像は、真の画像におおよその形状が似ており、リンギングやノイズを含まない画像である。また、その生成済みベース画像は、真の画像に近いほど理想的ではあるが、それほど近くない場合にも、本発明に利用することが可能である。   In the image restoration apparatus 1 of the present invention, first, the base image generation processing unit 10 generates a base image by performing base image generation processing based on the deteriorated image. The generated base image generated by the base image generation processing unit 10 has an approximate shape similar to a true image and does not include ringing or noise. The generated base image is ideal as it is closer to a true image, but can be used in the present invention even when it is not so close.

次に、ぼかし画像生成処理部20が、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像と、PSFとの畳み込み積分を行うことにより、つまり、生成済みベース画像を、ブラーを表すPSFによりぼかすことにより、ぼかし画像を生成する。   Next, the blurred image generation processing unit 20 performs convolution integration between the generated base image output from the base image generation processing unit 10 and the PSF, that is, the generated base image is converted into a PSF representing blur. By blurring, a blurred image is generated.

そして、劣化残差画像生成処理部30が、ぼかし画像生成処理部20により生成されたぼかし画像と、劣化画像との差分画像を計算することにより、劣化残差画像を生成する。   Then, the degradation residual image generation processing unit 30 generates a degradation residual image by calculating a difference image between the blurred image generated by the blurred image generation processing unit 20 and the degradation image.

次に、画像復元処理部40が、劣化残差画像生成処理部30により生成された劣化残差画像に対して、生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する。   Next, the image restoration processing unit 40 performs image restoration processing on the deterioration residual image generated by the deterioration residual image generation processing unit 30 so as to change the strength of the constraint based on the generated base image. By doing so, a restored residual image is generated.

最後に、復元画像生成処理部50が、画像復元処理部40により生成された復元残差画像に、生成済みベース画像を加えることにより、復元画像を生成する。   Finally, the restored image generation processing unit 50 generates a restored image by adding the generated base image to the restored residual image generated by the image restoration processing unit 40.

図4は本発明に係る画像復元装置の第2実施形態を示すブロック構成図である。   FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the image restoration apparatus according to the present invention.

図4に示すように、本発明の第2実施形態に係る画像復元装置(以下、単に「画像復元装置2」とも言う。)は、ベース画像生成処理部10と、ぼかし画像生成処理部20と、劣化残差画像生成処理部30と、画像復元処理部41と、復元画像生成処理部50とから構成され、ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、ブラーを表す既知のPSFに基づき、劣化画像に対する復元画像を生成するものである。   As shown in FIG. 4, an image restoration apparatus according to the second embodiment of the present invention (hereinafter also simply referred to as “image restoration apparatus 2”) includes a base image generation processing unit 10, a blurred image generation processing unit 20, and The degradation residual image generation processing unit 30, the image restoration processing unit 41, and the restoration image generation processing unit 50 are composed of one degradation image that has been degraded by blur and a known PSF that represents blur. Based on this, a restored image for the deteriorated image is generated.

本発明の画像復元装置2では、まず、ベース画像生成処理部10が、劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する。ベース画像生成処理部10により生成された、生成済みベース画像は、真の画像におおよその形状が似ており、リンギングやノイズを含まない画像である。また、その生成済みベース画像は、真の画像に近いほど理想的ではあるが、それほど近くない場合にも、本発明に利用することが可能である。   In the image restoration apparatus 2 of the present invention, first, the base image generation processing unit 10 generates a base image by performing base image generation processing based on the deteriorated image. The generated base image generated by the base image generation processing unit 10 has an approximate shape similar to a true image and does not include ringing or noise. The generated base image is ideal as it is closer to a true image, but can be used in the present invention even when it is not so close.

次に、ぼかし画像生成処理部20が、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像と、PSFとの畳み込み積分を行うことにより、つまり、生成済みベース画像を、ブラーを表すPSFによりぼかすことにより、ぼかし画像を生成する。   Next, the blurred image generation processing unit 20 performs convolution integration between the generated base image output from the base image generation processing unit 10 and the PSF, that is, the generated base image is converted into a PSF representing blur. By blurring, a blurred image is generated.

そして、劣化残差画像生成処理部30が、ぼかし画像生成処理部20により生成されたぼかし画像と、劣化画像との差分画像を計算することにより、劣化残差画像を生成する。   Then, the degradation residual image generation processing unit 30 generates a degradation residual image by calculating a difference image between the blurred image generated by the blurred image generation processing unit 20 and the degradation image.

次に、画像復元処理部41が、劣化残差画像生成処理部30により生成された劣化残差画像に対して、画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する。また、画像復元処理部41では、既存の画像復元方法、例えば、ウィーナーフィルタ、RL法、特許文献2に記載の画像復元方法を用いて、画像復元処理を行う。   Next, the image restoration processing unit 41 performs image restoration processing on the degraded residual image generated by the degraded residual image generation processing unit 30, thereby generating a restored residual image. Further, the image restoration processing unit 41 performs image restoration processing using an existing image restoration method, for example, a Wiener filter, an RL method, or an image restoration method described in Patent Document 2.

最後に、復元画像生成処理部50が、画像復元処理部40により生成された復元残差画像に、生成済みベース画像を加えることにより、復元画像を生成する。   Finally, the restored image generation processing unit 50 generates a restored image by adding the generated base image to the restored residual image generated by the image restoration processing unit 40.

図5は本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部の第1実施形態を示すブロック構成図である。   FIG. 5 is a block diagram showing the first embodiment of the base image generation processing unit in the image restoration apparatus according to the present invention.

図5に示すように、本発明の第1実施形態に係るベース画像生成処理部10(以下、単に「ベース画像生成処理装置1」とも言う。)は、画像復元第1処理部101と、フィルタ処理部102とから構成される。   As shown in FIG. 5, a base image generation processing unit 10 (hereinafter also simply referred to as “base image generation processing device 1”) according to the first embodiment of the present invention includes an image restoration first processing unit 101, a filter, And a processing unit 102.

本発明のベース画像生成処理装置1(即ち、図5に示すベース画像生成処理部10)では、まず、画像復元第1処理部101が劣化画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元画像を生成する。また、画像復元第1処理部101が行う画像復元第1処理とは、既存の画像復元方法による画像復元処理である。既存の画像復元方法とは、例えば、ウィーナーフィルタ、RL法、特許文献2に記載の画像復元方法などである。   In the base image generation processing device 1 of the present invention (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 5), first, the image restoration first processing unit 101 performs the image restoration first processing on the degraded image. A first restored image is generated. The image restoration first process performed by the image restoration first processing unit 101 is an image restoration process using an existing image restoration method. Examples of the existing image restoration method include a Wiener filter, an RL method, and an image restoration method described in Patent Document 2.

次に、フィルタ処理部102が、画像復元第1処理部101により生成された第1復元画像に対して、デノイジングのためのフィルタ処理を行うことにより、ベース画像を生成する。また、フィルタ処理部102が行うフィルタ処理とは、例えば、ローパスフィルタ、メディアンフィルタ、バイラテラルフィルタによるフィルタ処理である。   Next, the filter processing unit 102 performs a filtering process for denoising on the first restored image generated by the image restoration first processing unit 101, thereby generating a base image. The filter processing performed by the filter processing unit 102 is filter processing using, for example, a low-pass filter, a median filter, or a bilateral filter.

本発明では、ベース画像生成処理装置1(即ち、図5に示すベース画像生成処理部10)は、画像復元装置1におけるベース画像生成処理部10としても、また、画像復元装置2におけるベース画像生成処理部10としても、利用することができる。   In the present invention, the base image generation processing device 1 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 5) is used as the base image generation processing unit 10 in the image restoration device 1 and the base image generation in the image restoration device 2. It can also be used as the processing unit 10.

図6は本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部の第2実施形態を示すブロック構成図である。   FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the base image generation processing unit in the image restoration apparatus according to the present invention.

図6に示すように、本発明の第2実施形態に係るベース画像生成処理部10(以下、単に「ベース画像生成処理装置2」とも言う。)は、第1フィルタ処理部111と、第1ぼかし画像生成処理部112と、第1劣化残差画像生成処理部113と、画像復元第1処理部114と、第2フィルタ処理部115と、ベース画像更新処理部116と、繰り返し処理終了判断部118とから構成される。   As shown in FIG. 6, the base image generation processing unit 10 (hereinafter also simply referred to as “base image generation processing device 2”) according to the second embodiment of the present invention includes a first filter processing unit 111 and a first filter processing unit 111. The blurred image generation processing unit 112, the first degradation residual image generation processing unit 113, the image restoration first processing unit 114, the second filter processing unit 115, the base image update processing unit 116, and the iterative processing end determination unit 118.

本発明のベース画像生成処理装置2(即ち、図6に示すベース画像生成処理部10)において行われるベース画像生成処理が、繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、ベース画像が漸進的に生成される。   The base image generation processing performed in the base image generation processing device 2 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 6) of the present invention is a repetitive processing, and the base image is gradually generated by the repetitive processing. The

本発明のベース画像生成処理装置2(即ち、図6に示すベース画像生成処理部10)では、まず、第1フィルタ処理部111が劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、ベース画像の初期値を生成する。また、第1フィルタ処理部111が行う第1フィルタ処理とは、例えば、ローパスフィルタ、メディアンフィルタ、バイラテラルフィルタによるフィルタ処理である。なお、第1フィルタ処理部111が、劣化画像に対して第1フィルタ処理を行わずに、劣化画像そのものをそのままベース画像の初期値とするようにしても良い。   In the base image generation processing device 2 of the present invention (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 6), first, the first filter processing unit 111 performs the first filter processing on the deteriorated image, so that the base Generate the initial value of the image. The first filter processing performed by the first filter processing unit 111 is filter processing using, for example, a low-pass filter, a median filter, or a bilateral filter. Note that the first filter processing unit 111 may perform the first filter processing on the deteriorated image without changing the deteriorated image itself as the initial value of the base image.

次に、第1ぼかし画像生成処理部112がベース画像とPSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する。   Next, the first blurred image generation processing unit 112 generates a first blurred image by performing convolution integration between the base image and the PSF.

そして、第1劣化残差画像生成処理部113が、第1ぼかし画像生成処理部112により生成された第1ぼかし画像と、劣化画像との差分画像を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する。   Then, the first deterioration residual image generation processing unit 113 calculates a difference image between the first blurred image generated by the first blurred image generation processing unit 112 and the deteriorated image, and thereby the first deterioration residual image. Is generated.

次に、画像復元第1処理部114が、第1劣化残差画像生成処理部113により生成された第1劣化残差画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する。   Next, the image restoration first processing unit 114 performs the image restoration first process on the first degradation residual image generated by the first degradation residual image generation processing unit 113, whereby the first restoration residual is performed. A difference image is generated.

そして、第2フィルタ処理部115が、画像復元第1処理部114により生成された第1復元残差画像とベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する。また、第2フィルタ処理部115が行う第2フィルタ処理とは、例えば、ジョイントバイラテラルフィルタ、バイラテラルフィルタ、ローパスフィルタによるフィルタ処理である。なお、ジョイントバイラテラルフィルタの詳細については、非特許文献14に開示されている。   And the 2nd filter process part 115 produces | generates an update image by performing a 2nd filter process using the 1st decompression | restoration residual image and base image which were produced | generated by the image restoration 1st process part 114. FIG. The second filter processing performed by the second filter processing unit 115 is filter processing using, for example, a joint bilateral filter, a bilateral filter, or a low-pass filter. The details of the joint bilateral filter are disclosed in Non-Patent Document 14.

次に、ベース画像更新処理部116が、第2フィルタ処理部115により生成された更新画像をベース画像に加えることにより、ベース画像を更新する。   Next, the base image update processing unit 116 updates the base image by adding the update image generated by the second filter processing unit 115 to the base image.

最後に、繰り返し処理終了判断部118が、所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を生成済みベース画像とし、また、繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像をベース画像とし、繰り返し処理を続ける。また、所定の繰り返し処理終了条件は、ベース画像に更新前後の変化がなくなるという条件1、所定の繰り返し処理回数に達するという条件2、又は更新画像の画素値の二乗和が所定の値以下になるという条件3である。   Finally, the iterative process end determination unit 118 determines whether or not a predetermined iterative process end condition is satisfied, and if it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image is set as a generated base image. If it is determined that the repetitive processing end condition is not satisfied, the renewed base image is set as the base image and the repetitive processing is continued. Further, the predetermined iterative processing end condition is a condition 1 in which there is no change before and after the update in the base image, a condition 2 in which a predetermined number of repetitive processes is reached, or a square sum of pixel values of the updated image is equal to or less than a predetermined value Condition 3

また、本発明のベース画像生成処理装置2(即ち、図6に示すベース画像生成処理部10)において行われる繰り返し処理とは、第1ぼかし画像生成処理部112にて行われる処理、第1劣化残差画像生成処理部113にて行われる処理、画像復元第1処理部114にて行われる処理、第2フィルタ処理部115にて行われる処理、ベース画像更新処理部116にて行われる処理、及び繰り返し処理終了判断部118にて行われる処理である。   In addition, the repetitive processing performed in the base image generation processing device 2 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 6) of the present invention is processing performed in the first blurred image generation processing unit 112, first degradation. Processing performed by the residual image generation processing unit 113, processing performed by the image restoration first processing unit 114, processing performed by the second filter processing unit 115, processing performed by the base image update processing unit 116, And a process performed by the repeated process end determination unit 118.

本発明では、ベース画像生成処理装置2(即ち、図6に示すベース画像生成処理部10)は、画像復元装置1におけるベース画像生成処理部10としても、また、画像復元装置2におけるベース画像生成処理部10としても、利用することができる。   In the present invention, the base image generation processing device 2 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 6) is used as the base image generation processing unit 10 in the image restoration device 1 and the base image generation in the image restoration device 2. It can also be used as the processing unit 10.

図7は本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部の第3実施形態を示すブロック構成図である。   FIG. 7 is a block diagram showing a third embodiment of the base image generation processing unit in the image restoration apparatus according to the present invention.

図7に示すように、本発明の第3実施形態に係るベース画像生成処理部10(以下、単に「ベース画像生成処理装置3」とも言う。)は、第1フィルタ処理部111と、第1ぼかし画像生成処理部112と、第1劣化残差画像生成処理部113と、画像復元第1処理部117と、第2フィルタ処理部115と、ベース画像更新処理部116と、繰り返し処理終了判断部118とから構成される。   As shown in FIG. 7, the base image generation processing unit 10 (hereinafter also simply referred to as “base image generation processing device 3”) according to the third embodiment of the present invention includes a first filter processing unit 111 and a first filter processing unit 111. The blurred image generation processing unit 112, the first deterioration residual image generation processing unit 113, the image restoration first processing unit 117, the second filter processing unit 115, the base image update processing unit 116, and the iterative processing end determination unit 118.

本発明のベース画像生成処理装置3(即ち、図7に示すベース画像生成処理部10)において行われるベース画像生成処理が、繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、ベース画像が漸進的に生成される。   The base image generation processing performed in the base image generation processing device 3 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 7) of the present invention is a repetitive processing, and the base image is gradually generated by the repetitive processing. The

本発明のベース画像生成処理装置3(即ち、図7に示すベース画像生成処理部10)では、まず、第1フィルタ処理部111が劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、ベース画像の初期値を生成する。また、第1フィルタ処理部111が行う第1フィルタ処理とは、例えば、ローパスフィルタ、メディアンフィルタ、バイラテラルフィルタによるフィルタ処理である。なお、第1フィルタ処理部111が、劣化画像に対して第1フィルタ処理を行わずに、劣化画像そのものをそのままベース画像の初期値とするようにしても良い。   In the base image generation processing device 3 of the present invention (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 7), first, the first filter processing unit 111 performs the first filter processing on the degraded image, so that the base Generate the initial value of the image. The first filter processing performed by the first filter processing unit 111 is filter processing using, for example, a low-pass filter, a median filter, or a bilateral filter. Note that the first filter processing unit 111 may perform the first filter processing on the deteriorated image without changing the deteriorated image itself as the initial value of the base image.

次に、第1ぼかし画像生成処理部112がベース画像とPSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する。   Next, the first blurred image generation processing unit 112 generates a first blurred image by performing convolution integration between the base image and the PSF.

そして、第1劣化残差画像生成処理部113が、第1ぼかし画像生成処理部112により生成された第1ぼかし画像と、劣化画像との差分画像を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する。   Then, the first deterioration residual image generation processing unit 113 calculates a difference image between the first blurred image generated by the first blurred image generation processing unit 112 and the deteriorated image, and thereby the first deterioration residual image. Is generated.

次に、画像復元第1処理部117が、第1劣化残差画像生成処理部113により生成された第1劣化残差画像に対して、ベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する。   Next, the image restoration first processing unit 117 changes the restraint strength based on the base image with respect to the first deterioration residual image generated by the first deterioration residual image generation processing unit 113. A first restored residual image is generated by performing the first image restoration process.

そして、第2フィルタ処理部115が、画像復元第1処理部114により生成された第1復元残差画像とベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する。また、第2フィルタ処理部115が行う第2フィルタ処理とは、例えば、ジョイントバイラテラルフィルタ、バイラテラルフィルタ、ローパスフィルタによるフィルタ処理である。なお、ジョイントバイラテラルフィルタの詳細については、非特許文献14に開示されている。   And the 2nd filter process part 115 produces | generates an update image by performing a 2nd filter process using the 1st decompression | restoration residual image and base image which were produced | generated by the image restoration 1st process part 114. FIG. The second filter processing performed by the second filter processing unit 115 is filter processing using, for example, a joint bilateral filter, a bilateral filter, or a low-pass filter. The details of the joint bilateral filter are disclosed in Non-Patent Document 14.

次に、ベース画像更新処理部116が、第2フィルタ処理部115により生成された更新画像をベース画像に加えることにより、ベース画像を更新する。   Next, the base image update processing unit 116 updates the base image by adding the update image generated by the second filter processing unit 115 to the base image.

最後に、繰り返し処理終了判断部118が、所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を生成済みベース画像とし、また、繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像をベース画像とし、繰り返し処理を続ける。また、所定の繰り返し処理終了条件は、ベース画像に更新前後の変化がなくなるという条件1、所定の繰り返し処理回数に達するという条件2、又は更新画像の画素値の二乗和が所定の値以下になるという条件3である。   Finally, the iterative process end determination unit 118 determines whether or not a predetermined iterative process end condition is satisfied, and if it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image is set as a generated base image. If it is determined that the repetitive processing end condition is not satisfied, the renewed base image is set as the base image and the repetitive processing is continued. Further, the predetermined iterative processing end condition is a condition 1 in which there is no change before and after the update in the base image, a condition 2 in which a predetermined number of repetitive processes is reached, or a square sum of pixel values of the updated image is equal to or less than a predetermined value Condition 3

また、本発明のベース画像生成処理装置3(即ち、図7に示すベース画像生成処理部10)において行われる繰り返し処理とは、第1ぼかし画像生成処理部112にて行われる処理、第1劣化残差画像生成処理部113にて行われる処理、画像復元第1処理部117にて行われる処理、第2フィルタ処理部115にて行われる処理、ベース画像更新処理部116にて行われる処理、及び繰り返し処理終了判断部118にて行われる処理である。   In addition, the repetitive processing performed in the base image generation processing device 3 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 7) of the present invention is processing performed in the first blurred image generation processing unit 112, first degradation. Processing performed by the residual image generation processing unit 113, processing performed by the image restoration first processing unit 117, processing performed by the second filter processing unit 115, processing performed by the base image update processing unit 116, And a process performed by the repeated process end determination unit 118.

本発明では、ベース画像生成処理装置3(即ち、図7に示すベース画像生成処理部10)は、画像復元装置1におけるベース画像生成処理部10としても、また、画像復元装置2におけるベース画像生成処理部10としても、利用することができる。   In the present invention, the base image generation processing device 3 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 7) is used as the base image generation processing unit 10 in the image restoration device 1 and the base image generation in the image restoration device 2. It can also be used as the processing unit 10.

図8は本発明に係る画像復元装置の第3実施形態を示すブロック構成図である。   FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the image restoration apparatus according to the present invention.

図8に示すように、本発明の第3実施形態に係る画像復元装置(以下、単に「画像復元装置3」とも言う。)は、ベース画像生成処理部10と、画像復元処理部42とから構成され、ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、ブラーを表す既知のPSFに基づき、劣化画像に対する復元画像を生成するものである。   As shown in FIG. 8, an image restoration apparatus according to the third embodiment of the present invention (hereinafter also simply referred to as “image restoration apparatus 3”) includes a base image generation processing unit 10 and an image restoration processing unit 42. A restored image for the deteriorated image is generated based on one deteriorated image that has been configured and deteriorated due to blur and a known PSF that represents blur.

本発明の画像復元装置3では、まず、ベース画像生成処理部10が、劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する。ベース画像生成処理部10により生成された、生成済みベース画像は、真の画像におおよその形状が似ており、リンギングやノイズを含まない画像である。また、その生成済みベース画像は、真の画像に近いほど理想的ではあるが、それほど近くない場合にも、本発明に利用することが可能である。   In the image restoration apparatus 3 of the present invention, first, the base image generation processing unit 10 generates a base image by performing a base image generation process based on the deteriorated image. The generated base image generated by the base image generation processing unit 10 has an approximate shape similar to a true image and does not include ringing or noise. The generated base image is ideal as it is closer to a true image, but can be used in the present invention even when it is not so close.

次に、画像復元処理部42が、劣化画像に対して、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元画像を生成する。   Next, the image restoration processing unit 42 performs image restoration processing on the degraded image so as to change the strength of the constraint based on the generated base image output from the base image generation processing unit 10. A restored image is generated.

本発明では、画像復元装置3におけるベース画像生成処理部10として、ベース画像生成処理装置1(即ち、図5に示すベース画像生成処理部10)、ベース画像生成処理装置2(即ち、図6に示すベース画像生成処理部10)、又はベース画像生成処理装置3(即ち、図7に示すベース画像生成処理部10)の何れかを利用することができる。   In the present invention, as the base image generation processing unit 10 in the image restoration device 3, the base image generation processing device 1 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 5) and the base image generation processing device 2 (that is, in FIG. 6). The base image generation processing unit 10) or the base image generation processing device 3 (that is, the base image generation processing unit 10 shown in FIG. 7) can be used.

本発明の画像復元装置3における画像復元処理部42では、生成済みベース画像を利用して、生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、劣化画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、復元画像を生成する。   In the image restoration processing unit 42 in the image restoration device 3 of the present invention, the generated base image is used, and the restriction is weak when the gradient of the generated base image is large, and is restricted when the gradient of the generated base image is small. A constraint parameter indicating the strength of the constraint is adaptively set so as to be strengthened, and an image restoration process is performed on the deteriorated image using the set adaptive constraint parameter to generate a restored image.

具体的に、下記数10で表す評価関数Iを最小化することにより、復元画像Z(u,v)を生成する。   Specifically, the restored image Z (u, v) is generated by minimizing the evaluation function I expressed by the following equation (10).

ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表す。G(u,v)は劣化画像を表す。B(u,v)はPSFを表す。α(u,v)は適応的な拘束パラメータを表し、下記数11のように設定される。 Here, ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, and * represents the convolution integral. G (u, v) represents a degraded image. B (u, v) represents PSF. α (u, v) represents an adaptive constraint parameter, and is set as shown in Equation 11 below.

ただし、R(u,v)は生成済みベース画像を表す。▽R(u,v)は生成済みベース画像の勾配を表す。また、γとλは、適応的に設定できる拘束パラメータα(u,v)を設計(設定)するための調節パラメータを表す。

本発明に係る画像復元装置は、コンピュータシステムを利用し、ソフトウェア(コンピュータプログラム)により実装されることができ、そして、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、GPU(Graphics Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアにより実装されることも勿論できる。

次に、本発明に係る画像復元装置の好適な実施例について、詳細に説明する。
<実施例1>
本発明の実施例1に係る画像復元装置は、図3に示す画像復元装置1と、図7に示すベース画像生成処理部10との構成を有する。
Here, R (u, v) represents a generated base image. R (u, v) represents the gradient of the generated base image. Further, γ and λ represent adjustment parameters for designing (setting) a constraint parameter α (u, v) that can be set adaptively.

The image restoration apparatus according to the present invention can be implemented by software (computer program) using a computer system, and can be implemented by an application specific integrated circuit (ASIC), a graphics processing unit (GPU), or a field programmable gate (FPGA). Of course, it can also be implemented by hardware such as Array).

Next, a preferred embodiment of the image restoration apparatus according to the present invention will be described in detail.
<Example 1>
The image restoration apparatus according to the first embodiment of the present invention has the configuration of the image restoration apparatus 1 shown in FIG. 3 and the base image generation processing unit 10 shown in FIG.

本発明の実施例1に係る画像復元装置において行われる画像復元処理の流れは、次の通りである。   The flow of the image restoration process performed in the image restoration apparatus according to the first embodiment of the present invention is as follows.

まず、図7に示すベース画像生成処理部10が行う処理により、劣化画像から生成済みベース画像が生成される。なお、画像の画素値は0から255の値をとるものとし、RGBのフルカラー画像の場合は、YCrCb色空間に変換した後に、各色チャネル毎に以下に述べる処理を行い、最後にRGB色空間に変換し直し、画像復元を行った。また、PSFは、シミュレーション画像の場合は、劣化画像を生成するために使用したPSFを利用し、実画像の場合は、特許文献1に開示された「ぶれ情報検出方法」で推定されたPSFを利用した。

(a1)
まず、第1フィルタ処理を行う。実施例1では、第1フィルタ処理において、下記数12で定義されるバイラテラルフィルタを利用した。
First, a generated base image is generated from a deteriorated image by processing performed by the base image generation processing unit 10 shown in FIG. Note that the pixel value of the image takes a value from 0 to 255. In the case of an RGB full color image, after the conversion to the YCrCb color space, the processing described below is performed for each color channel, and finally the RGB color space. Converted again and restored the image. In the case of a simulation image, the PSF uses the PSF used for generating a deteriorated image, and in the case of an actual image, the PSF estimated by the “blurring information detection method” disclosed in Patent Document 1. used.

(A1)
First, the first filter process is performed. In the first embodiment, a bilateral filter defined by the following formula 12 is used in the first filter processing.

ただし、(u,v)は画像上の座標を表す。r(u,v)はバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成されたベース画像の初期値である。w(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w()は1次元ガウス関数を表す。G(u,v)は劣化画像を表す。このとき、2次元ガウス関数の標準偏差を3.0に、1次元ガウス関数の標準偏差を25.0に、それぞれ設定している。 However, (u, v) represents coordinates on the image. r 0 (u, v) is an output result of the bilateral filter, that is, an initial value of the generated base image. w 2 (i, j) represents a two-dimensional Gaussian function, and w 1 () represents a one-dimensional Gaussian function. G (u, v) represents a degraded image. At this time, the standard deviation of the two-dimensional Gaussian function is set to 3.0, and the standard deviation of the one-dimensional Gaussian function is set to 25.0.

第1フィルタ処理により得られた画像は、ベース画像の初期値、即ち、初期ベース画像として利用される。

(a2)
次に、初期ベース画像に対応する第1劣化残差画像x(u,v)は、初期ベース画像とPSFの畳み込み積分の結果(第1ぼかし画像)と、劣化画像の差として、下記数13のように計算される。
The image obtained by the first filter processing is used as the initial value of the base image, that is, the initial base image.

(A2)
Next, the first deteriorated residual image x 0 (u, v) corresponding to the initial base image has the following number as the difference between the result of the convolution integration of the initial base image and the PSF (first blurred image) and the deteriorated image: 13 is calculated.

ここで、B(u,v)はPSFを表す。また、*は畳み込み積分を表す。

(a3)
次に、ベース画像を利用して第1劣化残差画像に対して画像復元処理を行う。つまり、ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強く、設定し、第1劣化残差画像を復元する。
Here, B (u, v) represents PSF. * Represents a convolution integral.

(A3)
Next, image restoration processing is performed on the first degraded residual image using the base image. That is, the restriction is weak when the gradient of the base image is large, and the constraint is strong when the gradient of the base image is small, and the first deteriorated residual image is restored.

具体的には、下記数14で表す評価関数Iを最小化することにより、第1復元残差画像y(u,v)を生成する。 Specifically, the first restored residual image y 0 (u, v) is generated by minimizing the evaluation function I expressed by the following equation (14).

ここで、‖・‖はL2ノルムを、α(u,v)は拘束の強さを表す、適応的な拘束パラメータである。拘束パラメータα(u,v)は、ベース画像の勾配が大きいところでは小さく、ベース画像の勾配が小さいところでは大きく、設定する。実施例1では、下記数15のように設定された。 Here, ‖ · ‖ 2 is an L2 norm, and α (u, v) is an adaptive constraint parameter indicating the strength of the constraint. The constraint parameter α (u, v) is set to be small when the gradient of the base image is large and large when the gradient of the base image is small. In Example 1, the following formula 15 was set.

ここで、r(u,v)はベース画像を表し、▽r(u,v)はベース画像の勾配を表す。また、γとλは適応的に設定できる拘束パラメータα(u,v)を設計(設定)するための調節パラメータを表す。実施例1では、γ=0.006、λ=2.5と設定した。

(a4)
このように得られた第1復元残差画像y(u,v)と対応するベース画像r(u,v)を利用して、図7の第2フィルタ処理を行う。実施例1では、下記数16で定義されるジョイントバイラテラルフィルタを利用した。
Here, r 0 (u, v) represents the base image, and ▽ r 0 (u, v) represents the gradient of the base image. Γ and λ represent adjustment parameters for designing (setting) a constraint parameter α (u, v) that can be set adaptively. In Example 1, γ = 0.006 and λ = 2.5 were set.

(A4)
The second filter process of FIG. 7 is performed using the base image r 0 (u, v) corresponding to the first restored residual image y 0 (u, v) thus obtained. In Example 1, the joint bilateral filter defined by the following equation 16 was used.

ここで、z(u,v)はジョイントバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された更新画像であり、w(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w()は1次元ガウス関数を
表す。このとき、2次元ガウス関数の標準偏差を5.0に、1次元ガウス関数の標準偏差を25.0に、それぞれ設定している。

(a5)
第2フィルタ処理の出力結果z(u,v)をベース画像r(u,v)に加えることで、下記数17のように、ベース画像を更新する。
Here, z 0 (u, v) is the output result of the joint bilateral filter, that is, the generated updated image, w 2 (i, j) represents a two-dimensional Gaussian function, and w 1 () is Represents a one-dimensional Gaussian function. At this time, the standard deviation of the two-dimensional Gaussian function is set to 5.0, and the standard deviation of the one-dimensional Gaussian function is set to 25.0.

(A5)
By adding the output result z 0 (u, v) of the second filter processing to the base image r 0 (u, v), the base image is updated as shown in Equation 17 below.

ここで、r(u,v)は更新後のベース画像(更新されたベース画像)である。

(a2)から(a5)の処理を所定の回数繰り返して得られたベース画像を、ベース画像生成処理部10の出力(生成済みベース画像)として出力する。なお、実施例1において、所定の回数を7回に設定している。また、R(u,v)はベース画像生成処理部10から出力された、生成済みベース画像を表す。

次に、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像R(u,v)を利用して、図3に示す画像復元装置1にて行われる処理に基づき、画像復元処理を行う。対応する劣化残差画像X(u,v)は、生成済みベース画像R(u,v)とPSFの畳み込み積分の結果(ぼかし画像)と、劣化画像G(u,v)の差分画像として、下記数18のように計算される。
Here, r 1 (u, v) is an updated base image (updated base image).

A base image obtained by repeating the processes (a2) to (a5) a predetermined number of times is output as an output (generated base image) of the base image generation processing unit 10. In the first embodiment, the predetermined number of times is set to seven. R (u, v) represents a generated base image output from the base image generation processing unit 10.

Next, using the generated base image R (u, v) output from the base image generation processing unit 10, image restoration processing is performed based on processing performed by the image restoration device 1 illustrated in FIG. The corresponding degradation residual image X (u, v) is a difference image between the generated base image R (u, v) and PSF convolution integration result (blurred image) and the degradation image G (u, v). The following formula 18 is calculated.

次に、生成済みベース画像R(u,v)を利用して、劣化残差画像を復元する。つまり、生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強く、設定し、劣化残差画像を復元する。 Next, the degraded residual image is restored using the generated base image R (u, v). That is, the restriction is weak when the gradient of the generated base image is large, and the constraint is strong when the gradient of the generated base image is small, and the degraded residual image is restored.

具体的には、下記数19で表す評価関数Iを最小化することにより、復元残差画像Y(u,v)を生成する。   Specifically, the reconstructed residual image Y (u, v) is generated by minimizing the evaluation function I expressed by the following equation (19).

ここで、‖・‖はL2ノルムを、α(u,v)は拘束の強さを表す、適応的な拘束パラメータである。拘束パラメータα(u,v)は、生成済みベース画像R(u,v)の勾配が大きいところでは小さく、生成済みベース画像R(u,v)の勾配が小さいところでは大きく、設定する。実施例1では、下記数20のように設定した。 Here, ‖ · ‖ 2 is an L2 norm, and α (u, v) is an adaptive constraint parameter indicating the strength of the constraint. The constraint parameter α (u, v) is set to be small when the gradient of the generated base image R (u, v) is large and large when the gradient of the generated base image R (u, v) is small. In Example 1, the following equation 20 was set.

ここで、R(u,v)は生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は生成済みベース画像の勾配を表す。γとλは適応的に設定できる拘束パラメータα(u,v)を設計(設定)するための調節パラメータを表す。実施例1では、γ=0.06、λ=2.5と設定した。

最後に、画像復元装置1の出力結果で、画像復元装置1によって生成された最終的な復元画像Z(u,v)は、復元された残差画像(復元残差画像)Y(u,v)と、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像R(u,v)の和として、下記数21のように計算される。
Here, R (u, v) represents the generated base image, and ▽ R (u, v) represents the gradient of the generated base image. γ and λ represent adjustment parameters for designing (setting) a constraint parameter α (u, v) that can be set adaptively. In Example 1, γ = 0.06 and λ = 2.5 were set.

Finally, the final restored image Z (u, v) generated by the image restoration device 1 as the output result of the image restoration device 1 is the restored residual image (restored residual image) Y (u, v ) And the generated base image R (u, v) output from the base image generation processing unit 10 is calculated as shown in Equation 21 below.


<実施例2>
本発明の実施例2に係る画像復元装置は、図4に示す画像復元装置2と、図6に示すベース画像生成処理部10との構成を有する。

<Example 2>
The image restoration apparatus according to the second embodiment of the present invention has the configuration of the image restoration apparatus 2 shown in FIG. 4 and the base image generation processing unit 10 shown in FIG.

本発明の実施例2に係る画像復元装置において行われる画像復元処理の流れは、次の通りである。   The flow of the image restoration process performed in the image restoration apparatus according to the second embodiment of the present invention is as follows.

まず、図6に示すベース画像生成処理部10が行う処理により、劣化画像から生成済みベース画像が生成される。なお、画像の画素値は0から255の値をとるものとし、RGBのフルカラー画像の場合は、YCrCb色空間に変換した後に、各色チャネル毎に以下に述べる処理を行い、最後にRGB色空間に変換し直し、画像復元を行った。また、PSFは、シミュレーション画像の場合は、劣化画像を生成するために使用したPSFを利用し、実画像の場合は、特許文献1に開示された「ぶれ情報検出方法」で推定されたPSFを利用した。

(b1)
まず、第1フィルタ処理を行う。実施例2では、第1フィルタ処理1において、下記数22で定義されるバイラテラルフィルタを利用した。
First, a generated base image is generated from a deteriorated image by processing performed by the base image generation processing unit 10 shown in FIG. Note that the pixel value of the image takes a value from 0 to 255. In the case of an RGB full color image, after the conversion to the YCrCb color space, the processing described below is performed for each color channel, and finally the RGB color space. Converted again and restored the image. In the case of a simulation image, the PSF uses the PSF used for generating a deteriorated image, and in the case of an actual image, the PSF estimated by the “blurring information detection method” disclosed in Patent Document 1. used.

(B1)
First, the first filter process is performed. In the second embodiment, a bilateral filter defined by the following Expression 22 is used in the first filter processing 1.

ただし、(u,v)は画像上の座標を表す。r(u,v)はバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成されたベース画像の初期値である。w(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w()は1次元ガウス関数を表す。G(u,v)は劣化画像を表す。このとき、2次元ガウス関数の標準偏差を3.0に、1次元ガウス関数の標準偏差を25.0に、それぞれ設定している。 However, (u, v) represents coordinates on the image. r 0 (u, v) is an output result of the bilateral filter, that is, an initial value of the generated base image. w 2 (i, j) represents a two-dimensional Gaussian function, and w 1 () represents a one-dimensional Gaussian function. G (u, v) represents a degraded image. At this time, the standard deviation of the two-dimensional Gaussian function is set to 3.0, and the standard deviation of the one-dimensional Gaussian function is set to 25.0.

第1フィルタ処理により得られた画像は、ベース画像の初期値、即ち、初期ベース画像として利用される。

(b2)
次に、初期ベース画像に対応する第1劣化残差画像x(u,v)は、初期ベース画像とPSFの畳み込み積分の結果(第1ぼかし画像)と、劣化画像の差として、下記数23のように計算される。
The image obtained by the first filter processing is used as the initial value of the base image, that is, the initial base image.

(B2)
Next, the first deteriorated residual image x 0 (u, v) corresponding to the initial base image has the following number as the difference between the result of the convolution integration of the initial base image and the PSF (first blurred image) and the deteriorated image: 23 is calculated.

ここで、B(u,v)はPSFを表す。また、*は畳み込み積分を表す。

(b3)
次に、第1劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元処理を行う。第1劣化残差画像の復元結果である、第1復元残差画像y(u,v)は、下記数24のように生成される。
Here, B (u, v) represents PSF. * Represents a convolution integral.

(B3)
Next, an image restoration process using a Wiener filter is performed on the first deteriorated residual image. A first restored residual image y 0 (u, v), which is a restoration result of the first degraded residual image, is generated as shown in the following Expression 24.

ただし、F−1は逆フーリエ変換を表す。B(u,v)はPSFを表し、
はB(u,v)のフーリエ変換を表す。
の複素共役を表し、
の大きさを表す。また、
は第1劣化残差画像x(u,v)のフーリエ変換を表し、Γは調整パラメータを表す。
However, F- 1 represents an inverse Fourier transform. B (u, v) represents PSF,
Represents the Fourier transform of B (u, v).
Represents the complex conjugate of
Represents the size of. Also,
Represents a Fourier transform of the first degradation residual image x 0 (u, v), and Γ represents an adjustment parameter.

なお、ウィーナーフィルタの詳細については、非特許文献16の8-1-3章に記載されている。調整パラメータΓの値は0.01,0.02,0.006の値を画像によって使い分けた。

(b4)
このように得られた第1復元残差画像y(u,v)と対応するベース画像r(u,v)を利用して、図6の第2フィルタ処理を行う。実施例2では、下記数25で定義されるジョイントバイラテラルフィルタを利用した。
Details of the Wiener filter are described in Chapter 8-1-3 of Non-Patent Document 16. The value of the adjustment parameter Γ is 0.01, 0.02, 0.006 depending on the image.

(B4)
The second filter process of FIG. 6 is performed using the base image r 0 (u, v) corresponding to the first restored residual image y 0 (u, v) thus obtained. In Example 2, a joint bilateral filter defined by the following Equation 25 was used.

ここで、z(u,v)はジョイントバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された更新画像であり、w(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w()は1次元ガウス関数を表す。このとき、2次元ガウス関数の標準偏差を5.0に、1次元ガウス関数の標準偏差を25.0に、それぞれ設定している。

(b5)
第2フィルタ処理の出力結果z(u,v)をベース画像r(u,v)に加えることで、下記数26のように、ベース画像を更新する。
Here, z 0 (u, v) is the output result of the joint bilateral filter, that is, the generated updated image, w 2 (i, j) represents a two-dimensional Gaussian function, and w 1 () is Represents a one-dimensional Gaussian function. At this time, the standard deviation of the two-dimensional Gaussian function is set to 5.0, and the standard deviation of the one-dimensional Gaussian function is set to 25.0.

(B5)
By adding the output result z 0 (u, v) of the second filter processing to the base image r 0 (u, v), the base image is updated as shown in the following Expression 26.

ここで、r(u,v)は更新後のベース画像(更新されたベース画像)である。

(b2)から(b5)の処理を所定の回数繰り返して得られたベース画像を、ベース画像生成処理部10の出力(生成済みベース画像)として出力する。なお、実施例2において、所定の回数を7回に設定している。また、R(u,v)はベース画像生成処理部10から出力された、生成済みベース画像を表す。

次に、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像R(u,v)を利用して、図4に示す画像復元装置2にて行われる処理に基づき、画像復元処理を行う。対応する劣化残差画像X(u,v)は、生成済みベース画像R(u,v)とPSFの畳み込み積分の結果(ぼかし画像)と、劣化画像G(u,v)の差分画像として、下記数27のように計算される。
Here, r 1 (u, v) is an updated base image (updated base image).

A base image obtained by repeating the processes (b2) to (b5) a predetermined number of times is output as an output (generated base image) of the base image generation processing unit 10. In the second embodiment, the predetermined number of times is set to seven. R (u, v) represents a generated base image output from the base image generation processing unit 10.

Next, using the generated base image R (u, v) output from the base image generation processing unit 10, image restoration processing is performed based on processing performed by the image restoration device 2 illustrated in FIG. The corresponding degradation residual image X (u, v) is a difference image between the generated base image R (u, v) and PSF convolution integration result (blurred image) and the degradation image G (u, v). The following equation 27 is calculated.

次に、劣化残差画像X(u,v)に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元処理を行う。劣化残差画像の復元結果である、復元残差画像Y(u,v)は、下記数28のように生成される。 Next, image restoration processing using a Wiener filter is performed on the degraded residual image X (u, v). A restored residual image Y (u, v), which is a restoration result of the degraded residual image, is generated as shown in the following Expression 28.

ただし、F−1は逆フーリエ変換を表す。B(u,v)はPSFを表し、
はB(u,v)のフーリエ変換を表す。
の複素共役を表し、
の大きさを表す。また、
は劣化残差画像X(u,v)のフーリエ変換を表す。Γは調整パラメータを表す。
However, F- 1 represents an inverse Fourier transform. B (u, v) represents PSF,
Represents the Fourier transform of B (u, v).
Represents the complex conjugate of
Represents the size of. Also,
Represents the Fourier transform of the degraded residual image X (u, v). Γ represents an adjustment parameter.

なお、ウィーナーフィルタの詳細については、非特許文献16の8-1-3章に記載されている。調整パラメータΓの値は0.01,0.02,0.006の値を画像によって使い分けた。

最後に、画像復元装置2の出力結果で、画像復元装置2によって生成された最終的な復元画像Z(u,v)は、復元された残差画像(復元残差画像)Y(u,v)と、ベース画像生成処理部10から出力された生成済みベース画像R(u,v)の和として、下記数29のように計算される。
Details of the Wiener filter are described in Chapter 8-1-3 of Non-Patent Document 16. The value of the adjustment parameter Γ is 0.01, 0.02, 0.006 depending on the image.

Finally, the final restored image Z (u, v) generated by the image restoration device 2 as the output result of the image restoration device 2 is the restored residual image (restored residual image) Y (u, v ) And the generated base image R (u, v) output from the base image generation processing unit 10, the following equation 29 is calculated.


図9に本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部において、ベース画像生成過程における画像の一例を示す。図9(A)に劣化画像を示す。図9(A)の劣化画像に対して、バイラテラルフィルタによる第1フィルタ処理を行うことにより、最初のベース画像を生成することができる。

FIG. 9 shows an example of an image in the base image generation process in the base image generation processing unit in the image restoration apparatus according to the present invention. FIG. 9A shows a deteriorated image. The first base image can be generated by performing the first filter processing with the bilateral filter on the degraded image in FIG.

最初のベース画像が生成された後に、繰り返し処理により、ベース画像と第1復元残差画像を更新していき、所定の繰り返し処理終了条件を満たした場合に、繰り返し処理が終了し、ベース画像(生成済みベース画像)が生成される。   After the first base image is generated, the base image and the first restored residual image are updated by iterative processing, and when a predetermined iterative processing end condition is satisfied, the iterative processing ends and the base image ( A generated base image) is generated.

n回目の繰り返し処理において、劣化画像とn回目のベース画像から、n回目の第1劣化残差画像を求めることができる。   In the n-th repeated processing, the n-th first degradation residual image can be obtained from the degraded image and the n-th base image.

図9(B)に示すn回目のベース画像が与えられるとき、図9(C)に示すn回目の第1劣化残差画像は生成される。n回目の第1劣化残差画像に対して画像復元処理を行い、図9(D)に示すn回目の第1復元残差画像が得られる。   When the n-th base image shown in FIG. 9B is given, the n-th first deterioration residual image shown in FIG. 9C is generated. Image restoration processing is performed on the n-th first degraded residual image, and an n-th first restored residual image shown in FIG. 9D is obtained.

n回目のベース画像とn回目の第1復元残差画像に、ジョイントバイラテラルフィルタによる第2フィルタ処理を行うことにより、図9(F)に示すベース画像の更新成分である更新画像が生成される。   By performing a second filter process using a joint bilateral filter on the n-th base image and the n-th first restored residual image, an update image that is an update component of the base image shown in FIG. 9F is generated. The

n回目のベース画像に、図9(F)の更新画像を足したことにより、図9(E)に示す(n+1)回目のベース画像、即ち、更新されたベース画像が生成される。

以下では、シミュレーション実験と実画像実験により、本発明の有効性を実証する。
<1>シミュレーション実験
まず、画像復元効果を定量的に確認するために、既知の原画像を利用してぶれ画像(劣化画像)を作成し、作成した劣化画像から原画像を復元するシミュレーション実験を行った。
By adding the updated image in FIG. 9F to the nth base image, the (n + 1) th base image shown in FIG. 9E, that is, an updated base image is generated.

In the following, the effectiveness of the present invention is demonstrated by simulation experiments and real image experiments.
<1> Simulation Experiment First, in order to quantitatively confirm the image restoration effect, a simulation experiment is performed in which a blurred image (degraded image) is created using a known original image and the original image is restored from the created degraded image. went.

既知の原画像には、図10に示す既知の原画像(真の画像)を利用した。ぶれのPSFとして角度30[deg]、長さ20[画素]の直線ぶれを、またノイズとして標準偏差3のガウシアンノイズをR、G、B独立に加えた。   A known original image (true image) shown in FIG. 10 was used as the known original image. A straight blur with an angle of 30 [deg] and a length of 20 [pixels] was added as the PSF of blur, and Gaussian noise with a standard deviation of 3 was added independently as R, G, and B as noise.

本発明の画像復元方法として、実施例1及び実施例2に係る画像復元方法を利用した。また、比較のため、既存の画像復元方法として、RL法とウィーナーフィルタを利用した。なお、画像復元結果の評価手法としては、原画像とのRMSE(Root Mean Square Error)を用い、パラメータや繰り返し回数を設定する必要がある手法では、復元結果が最良となるように値を調整して設定した。   As the image restoration method of the present invention, the image restoration method according to Example 1 and Example 2 was used. For comparison, an RL method and a Wiener filter are used as existing image restoration methods. Note that the RMSE (Root Mean Square Error) with the original image is used as the evaluation method for the image restoration result, and the value is adjusted so that the restoration result is the best in the method that requires setting the parameters and the number of repetitions. Set.

表1に画像復元結果と正解画像のRMSEを示す。   Table 1 shows the image restoration result and the RMSE of the correct image.

表1の行は用いた既知の原画像の種類を示し、表の列は画像復元に用いた画像復元方法の種類を示す。本発明の画像復元方法と既存の画像復元方法のRMSEを比較すると、全ての画像において、本発明の画像復元方法が2つの既存の画像復元方法よりも良い結果を示している。 The rows in Table 1 show the types of known original images used, and the columns in the table show the types of image restoration methods used for image restoration. Comparing the RMSE of the image restoration method of the present invention and the existing image restoration method, the image restoration method of the present invention shows better results than the two existing image restoration methods for all images.

また、本発明の画像復元方法どうしを比較すると、拘束パラメータを適応的に設定する実施例1の画像復元方法が、定数の拘束パラメータを用いる実施例2の画像復元方法よりも、良い結果を示している。特に、既知の原画像「Lena」や既知の原画像「Peppers」など、テクスチャの少ない領域を広めに持つ画像において、適応的な拘束パラメータによるRMSEの向上が大きい。   Further, when the image restoration methods of the present invention are compared, the image restoration method of the first embodiment that adaptively sets the constraint parameters shows better results than the image restoration method of the second embodiment that uses constant constraint parameters. ing. In particular, in an image having a wide area with little texture, such as a known original image “Lena” and a known original image “Peppers”, the RMSE is greatly improved by an adaptive constraint parameter.

表1より、従来の画像復元方法に比べて、復元画像と真の画像との差を評価したRMSEが、本発明の画像復元方法が小さくなっていることは明らかである。   From Table 1, it is apparent that the RMSE that evaluates the difference between the restored image and the true image is smaller in the image restoration method of the present invention than the conventional image restoration method.

図11に既知の原画像「Lena」の画像復元結果の拡大図を示す。エッジの周辺に発生しているリンギングを比較すると、本発明を用いた結果画像(復元画像)は、既存手法のものに比べて、リンギングを格段に抑えられていることがよく分かる。特に、拘束パラメータを適応的に用いた実施例1に係る画像復元方法による復元画像(図11(A))では、ほぼ完全にリンギングの発生を抑えている。   FIG. 11 shows an enlarged view of the image restoration result of the known original image “Lena”. Comparing the ringing generated around the edge, it can be seen that the result image (restored image) using the present invention is significantly suppressed in ringing compared to the existing method. In particular, in the restored image (FIG. 11A) by the image restoration method according to the first embodiment that adaptively uses constraint parameters, the occurrence of ringing is almost completely suppressed.

以上の結果から、本発明の画像復元方法を用いることにより、リンギングを抑えつつRMSEの良好な復元画像を得ることができる。また、本発明では、画像復元において拘束パラメータを適応的に設計することで、テクスチャの少ない領域を中心として復元結果の向上が確認できる。

<2>実画像実験
手持ちカメラにより撮影された実画像に対して、本発明を適用し、本発明の有効性を検証した。本発明として、拘束パラメータを適応的に設計する実施例1に係る画像復元方法を用いた。PSFは、米司ら(非特許文献3を参照)の手法により推定したものを用いた。
From the above results, by using the image restoration method of the present invention, a restored image with good RMSE can be obtained while suppressing ringing. Further, according to the present invention, it is possible to confirm the improvement of the restoration result centering on the region with less texture by adaptively designing the constraint parameter in the image restoration.

<2> Real image experiment The present invention was applied to a real image taken by a handheld camera, and the effectiveness of the present invention was verified. As the present invention, the image restoration method according to the first embodiment that adaptively designs constraint parameters is used. The PSF used was estimated by the method of Yoneji et al. (See Non-Patent Document 3).

図12〜図14に、3種類の実画像(劣化画像)とその復元結果(復元画像)をそれぞれ示す。また、比較のため、四角で囲った領域の拡大図もあわせて示す。復元されたエッジの先鋭さは同程度ながら、本発明では、既存手法の復元結果に発生しているリンギングを抑えていることがわかる。   12 to 14 show three types of real images (degraded images) and their restoration results (restored images), respectively. For comparison, an enlarged view of a region surrounded by a square is also shown. It can be seen that the sharpness of the restored edge is the same, but the present invention suppresses ringing occurring in the restoration result of the existing method.

また、本発明による復元画像において、既存手法で増大されている画像全体のノイズ成分も小さく抑えられている。いずれの画像においても、特にテクスチャの少ない領域において、これらの効果が顕著に確認できる。   In addition, in the restored image according to the present invention, the noise component of the entire image that has been increased by the existing method is also suppressed to a small value. In any image, these effects can be remarkably confirmed particularly in a region having a small texture.

上記のように、シミュレーション画像と実画像の画像復元実験を通して、本発明の有効性を実証した。特に、リンギングの抑制について本発明は効果があることを確認した。   As described above, the effectiveness of the present invention was verified through image restoration experiments of simulation images and real images. In particular, it has been confirmed that the present invention is effective in suppressing ringing.

一次元画像における劣化画像と、復元画像に発生するリンギングの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the ringing which generate | occur | produces in the degradation image in a one-dimensional image, and a decompression | restoration image. 振幅の小さい画像におけるリンギングを説明するための一次元画像における劣化画像と復元画像を示す図である。It is a figure which shows the degradation image and restored image in a one-dimensional image for demonstrating the ringing in an image with a small amplitude. 本発明に係る画像復元装置の第1実施形態を示すブロック構成図である。1 is a block configuration diagram showing a first embodiment of an image restoration apparatus according to the present invention. 本発明に係る画像復元装置の第2実施形態を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows 2nd Embodiment of the image restoration apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部の第1実施形態を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows 1st Embodiment of the base image generation process part in the image restoration apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部の第2実施形態を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows 2nd Embodiment of the base image generation process part in the image restoration apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部の第3実施形態を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows 3rd Embodiment of the base image generation process part in the image restoration apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る画像復元装置の第3実施形態を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows 3rd Embodiment of the image restoration apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る画像復元装置におけるベース画像生成処理部において、ベース画像生成過程における画像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the image in a base image generation process in the base image generation process part in the image restoration apparatus which concerns on this invention. 画像復元実験に用いた既知の原画像(真の画像)を示す図である。It is a figure which shows the known original image (true image) used for the image restoration experiment. 既知の原画像「Lena」を用い、本発明の実施例1、実施例2、従来のRL法、及び従来のウィーナーフィルタによる復元画像を示す図である。It is a figure which shows the decompression | restoration image by Example 1 of this invention, Example 2, the conventional RL method, and the conventional Wiener filter using known original image "Lena". 劣化画像である実画像1と、その実画像1を用い、本発明の実施例1、従来のRL法、及び従来のウィーナーフィルタによる復元画像を示す図である。It is the figure which shows the restored image by Example 1 of this invention, the conventional RL method, and the conventional Wiener filter using the real image 1 which is a degradation image, and the real image 1. FIG. 劣化画像である実画像2と、その実画像2を用い、本発明の実施例1、従来のRL法、及び従来のウィーナーフィルタによる復元画像を示す図である。It is the figure which shows the restored image by Example 1 of this invention, the conventional RL method, and the conventional Wiener filter using the real image 2 which is a degradation image, and the real image 2. FIG. 劣化画像である実画像3と、その実画像3を用い、本発明の実施例1、従来のRL法、及び従来のウィーナーフィルタによる復元画像を示す図である。It is the figure which shows the restoration image by Example 1 of this invention, the conventional RL method, and the conventional Wiener filter using the real image 3 which is a degradation image, and the real image 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3 画像復元装置
10 ベース画像生成処理部
20 ぼかし画像生成処理部
30 劣化残差画像生成処理部
40,41,42 画像復元処理部
50 復元画像生成処理部
101,114,117 画像復元第1処理部
102 フィルタ処理部
111 第1フィルタ処理部
112 ぼかし画像第1生成処理部
113 劣化残差画像第1生成処理部
115 第2フィルタ処理部
116 ベース画像更新処理部
118 繰り返し処理終了判断部
1, 2, 3 Image Restoration Device 10 Base Image Generation Processing Unit 20 Blurred Image Generation Processing Unit 30 Degradation Residual Image Generation Processing Units 40, 41, 42 Image Restoration Processing Unit 50 Restored Image Generation Processing Units 101, 114, 117 Image Restoration First processing unit 102 Filter processing unit 111 First filter processing unit 112 Blurred image first generation processing unit 113 Degraded residual image first generation processing unit 115 Second filter processing unit 116 Base image update processing unit 118 Repeat processing end determination unit

Claims (43)

ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、
前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理部と、
生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理部と、
生成された劣化残差画像に対して、前記生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理部と、
生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理部とを備えることを特徴とする画像復元装置。
An image restoration device that generates a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF representing the blur,
A base image generation processing unit that generates a base image by performing base image generation processing based on the degraded image;
A blurred image generation processing unit that generates a blurred image by performing convolution integration between the generated base image from the base image generation processing unit and the PSF;
A degradation residual image generation processing unit that generates a degradation residual image by calculating a difference between the generated blurred image and the degradation image;
An image restoration processing unit that generates a restored residual image by performing image restoration processing on the generated degraded residual image based on the generated base image so as to change the strength of constraint.
An image restoration apparatus comprising: a restored image generation processing unit configured to generate the restored image by adding the generated base image to the generated restored residual image.
前記画像復元処理部では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、復元残差画像Y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、X(u,v)は前記劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項1に記載の画像復元装置。
In the image restoration processing unit, using the generated base image, the constraint is weak when the gradient of the generated base image is large, and the constraint is strengthened when the gradient of the generated base image is small. A constraint parameter representing the strength of the constraint is adaptively set, and image restoration processing is performed on the generated degraded residual image using the set adaptive constraint parameter to generate a restored residual image. ,
Specifically, by generating the residual image Y (u, v) by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, X (u, v) represents the degraded residual image, B (u, v) represents the PSF, α (u, v, The image restoration apparatus according to claim 1, wherein v) represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項2に記載の画像復元装置。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
3. The image according to claim 2, wherein R (u, v) represents the generated base image, ▽ R (u, v) represents a gradient of the generated base image, and γ and λ represent adjustment parameters. Restore device.
ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、
前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理部と、
生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理部と、
生成された劣化残差画像に対して、画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理部と、
生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理部とを備えることを特徴とする画像復元装置。
An image restoration device that generates a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF representing the blur,
A base image generation processing unit that generates a base image by performing base image generation processing based on the degraded image;
A blurred image generation processing unit that generates a blurred image by performing convolution integration between the generated base image from the base image generation processing unit and the PSF;
A degradation residual image generation processing unit that generates a degradation residual image by calculating a difference between the generated blurred image and the degradation image;
An image restoration processing unit that generates a restored residual image by performing image restoration processing on the generated degraded residual image;
An image restoration apparatus comprising: a restored image generation processing unit configured to generate the restored image by adding the generated base image to the generated restored residual image.
前記画像復元処理部では、生成された劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元処理を行い、復元残差画像を生成する請求項4に記載の画像復元装置。   5. The image restoration processing unit performs image restoration processing using a Wiener filter or image restoration processing using a Richardson-Lucy method on the generated degraded residual image to generate a restored residual image. The image restoration apparatus described. ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元装置であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理部と、
前記劣化画像に対して、前記ベース画像生成処理部からの生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、前記復元画像を生成する、画像復元処理部とを備えることを特徴とする画像復元装置。
An image restoration device that generates a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF representing the blur,
A base image generation processing unit that generates a base image by performing base image generation processing based on the degraded image;
An image restoration processing unit that generates the restored image by performing image restoration processing on the deteriorated image based on the generated base image from the base image generation processing unit so as to change the strength of the constraint. An image restoration apparatus comprising:
前記画像復元処理部では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、前記劣化画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、前記復元画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、前記復元画像Z(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、G(u,v)は前記劣化画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項6に記載の画像復元装置。
In the image restoration processing unit, using the generated base image, the constraint is weak when the gradient of the generated base image is large, and the constraint is strengthened when the gradient of the generated base image is small. A constraint parameter representing the strength of the constraint is adaptively set, and the degraded image is subjected to an image restoration process using the set adaptive constraint parameter to generate the restored image,
Specifically, the restored image Z (u, v) is generated by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, G (u, v) represents the degraded image, B (u, v) represents the PSF, and α (u, v) The image restoration device according to claim 6, which represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項7に記載の画像復元装置。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
8. The image according to claim 7, wherein R (u, v) represents the generated base image, ▽ R (u, v) represents a gradient of the generated base image, and γ and λ represent adjustment parameters. Restore device.
前記ベース画像生成処理部は、
前記劣化画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元画像を生成する、画像復元第1処理部と、
生成された第1復元画像に対して、デノイジングのためのフィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像を生成する、フィルタ処理部とを備える請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の画像復元装置。
The base image generation processing unit
An image restoration first processing unit that generates a first restored image by performing an image restoration first process on the degraded image;
The image restoration according to any one of claims 1 to 8, further comprising: a filter processing unit configured to generate the base image by performing a filtering process for denoising on the generated first restored image. apparatus.
前記画像復元第1処理部では、前記劣化画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元画像を生成する請求項9に記載の画像復元装置。   The image restoration first processing unit generates a first restored image by performing image restoration first processing by a Wiener filter or image restoration first processing by a Richardson-Lucy method on the degraded image. 10. The image restoration device according to 9. 前記ベース画像生成処理部では、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
前記ベース画像生成処理部は、
前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理部と、
前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理部と、
生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理部と、
生成された第1劣化残差画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理部と、
生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理部と、
生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理部と、
所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断部と、
を備え、
前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理部にて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理部にて行われる処理、前記画像復元第1処理部にて行われる処理、前記第2フィルタ処理部にて行われる処理、前記ベース画像更新処理部にて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断部にて行われる処理である請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の画像復元装置。
In the base image generation processing unit, the base image generation process is a repetitive process, and the base image is gradually generated by the repetitive process,
The base image generation processing unit
A first filter processing unit configured to generate an initial value of the base image by performing a first filter process on the degraded image;
A first blurred image generation processing unit that generates a first blurred image by performing convolution integration of the base image and the PSF;
A first deteriorated residual image generation processing unit that generates a first deteriorated residual image by calculating a difference between the generated first blurred image and the deteriorated image;
An image restoration first processing unit that generates a first restored residual image by performing an image restoration first process on the generated first degraded residual image;
A second filter processing unit that generates an updated image by performing a second filter process using the generated first restored residual image and the base image;
A base image update processing unit that updates the base image by adding the generated update image to the base image;
It is determined whether or not a predetermined iterative process end condition is satisfied, and if it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image is set as the generated base image, and the iterative process end condition is When it is determined that it does not satisfy, the updated base image is set as the base image, and the iterative processing end determining unit continues the repetitive processing;
With
The repetitive processing includes processing performed by the first blurred image generation processing unit, processing performed by the first degradation residual image generation processing unit, processing performed by the image restoration first processing unit, 9. The process according to claim 1, which is a process performed by a second filter processing unit, a process performed by the base image update processing unit, and a process performed by the repetitive process end determination unit. Image restoration device.
前記画像復元第1処理部では、生成された第1劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成する請求項11に記載の画像復元装置。   The image restoration first processing unit performs image restoration first processing by the Wiener filter or image restoration first processing by the Richardson-Lucy method on the generated first deteriorated residual image, thereby performing the first restoration. The image restoration device according to claim 11, which generates a residual image. 前記ベース画像生成処理部では、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
前記ベース画像生成処理部は、
前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理部と、
前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理部と、
生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理部と、
生成された第1劣化残差画像に対して、前記ベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理部と、
生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理部と、
生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理部と、
所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断部と、
を備え、
前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理部にて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理部にて行われる処理、前記画像復元第1処理部にて行われる処理、前記第2フィルタ処理部にて行われる処理、前記ベース画像更新処理部にて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断部にて行われる処理である請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の画像復元装置。
In the base image generation processing unit, the base image generation process is a repetitive process, and the base image is gradually generated by the repetitive process,
The base image generation processing unit
A first filter processing unit configured to generate an initial value of the base image by performing a first filter process on the degraded image;
A first blurred image generation processing unit that generates a first blurred image by performing convolution integration of the base image and the PSF;
A first deteriorated residual image generation processing unit that generates a first deteriorated residual image by calculating a difference between the generated first blurred image and the deteriorated image;
The first restoration residual image is generated by performing image restoration first processing on the generated first deteriorated residual image based on the base image so as to change the strength of the constraint. A first processing unit;
A second filter processing unit that generates an updated image by performing a second filter process using the generated first restored residual image and the base image;
A base image update processing unit that updates the base image by adding the generated update image to the base image;
It is determined whether or not a predetermined iterative process end condition is satisfied, and if it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image is set as the generated base image, and the iterative process end condition is When it is determined that it does not satisfy, the updated base image is set as the base image, and the iterative processing end determining unit continues the repetitive processing;
With
The repetitive processing includes processing performed by the first blurred image generation processing unit, processing performed by the first degradation residual image generation processing unit, processing performed by the image restoration first processing unit, 9. The process according to claim 1, which is a process performed by a second filter processing unit, a process performed by the base image update processing unit, and a process performed by the repetitive process end determination unit. Image restoration device.
前記画像復元第1処理部では、前記ベース画像を利用して、前記ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された第1劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、第1復元残差画像y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、x(u,v)は前記第1劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項13に記載の画像復元装置。
The first image restoration processing unit uses the base image to increase the constraint strength so that the constraint is weak when the gradient of the base image is large and the constraint is strengthened when the gradient of the base image is small. And adaptively set a constraint parameter representing the image, and perform a first image restoration process using the set adaptive constraint parameter on the generated first deteriorated residual image to obtain a first restored residual image. Generate
Specifically, by generating the first restored residual image y 0 (u, v) by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, x 0 (u, v) represents the first degraded residual image, B (u, v) represents the PSF, α The image restoration apparatus according to claim 13, wherein (u, v) represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、r(u,v)は前記ベース画像を表し、▽r(u,v)は前記ベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項14に記載の画像復元装置。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
However, r 0 (u, v) represents the base image, ▽ r 0 (u, v ) is an image restoration apparatus according to claim 14 wherein represents the gradient of the base image, the γ and λ representing an adjustment parameter .
前記所定の繰り返し処理終了条件は、前記ベース画像に更新前後の変化がなくなるという条件1、所定の繰り返し処理回数に達するという条件2、又は前記更新画像の画素値の二乗和が所定の値以下になるという条件3である請求項11乃至請求項15のいずれかに記載の画像復元装置。   The predetermined repetitive processing end condition is a condition 1 in which there is no change before and after the update in the base image, a condition 2 in which the predetermined repetitive processing count is reached, or a square sum of pixel values of the updated image is equal to or less than a predetermined value. The image restoration device according to claim 11, wherein Condition 3 is satisfied. 前記第1フィルタ処理では、バイラテラルフィルタ又はローパスフィルタを利用し、
バイラテラルフィルタを前記第1フィルタ処理に利用した場合に、前記劣化画像G(u,v)に対して、バイラテラルフィルタは次の式で定義され、
ただし、(u,v)は画像上の座標を表し、r(u,v)はバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された前記ベース画像の初期値であり、w(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w()は1次元ガウス関数を表し、
前記第2フィルタ処理では、ジョイントバイラテラルフィルタ、バイラテラルフィルタ又はローパスフィルタを利用し、
ジョイントバイラテラルフィルタを前記第2フィルタ処理に利用した場合に、前記第1復元残差画像y(u,v)と、それに対応する前記ベース画像r(u,v)に対して、ジョイントバイラテラルフィルタは次の式で定義され、
ただし、z(u,v)はジョイントバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された更新画像であり、w(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w()はは1次元ガウス関数を表す請求項11乃至請求項16のいずれかに記載の画像復元装置。
In the first filter processing, a bilateral filter or a low-pass filter is used,
When a bilateral filter is used for the first filter processing, the bilateral filter is defined by the following expression for the degraded image G (u, v):
Here, (u, v) represents coordinates on the image, r 0 (u, v) is an output result of the bilateral filter, that is, an initial value of the generated base image, and w 2 (i, v j) represents a two-dimensional Gaussian function, w 1 () represents a one-dimensional Gaussian function,
In the second filter processing, a joint bilateral filter, a bilateral filter or a low-pass filter is used.
When a joint bilateral filter is used for the second filter processing, the first restored residual image y 0 (u, v) and the corresponding base image r 0 (u, v) are jointed. The bilateral filter is defined by
Here, z 0 (u, v) is the output result of the joint bilateral filter, that is, the generated updated image, w 2 (i, j) represents a two-dimensional Gaussian function, and w 1 () is The image restoration apparatus according to claim 11, which represents a one-dimensional Gaussian function.
ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元方法であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理ステップと、
前記ベース画像生成処理ステップで生成された、生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理ステップと、
生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理ステップと、
生成された劣化残差画像に対して、前記生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理ステップと、
生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理ステップとを有することを特徴とする画像復元方法。
An image restoration method for generating a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF representing the blur,
A base image generation processing step of generating a base image by performing base image generation processing based on the degraded image;
A blurred image generation processing step for generating a blurred image by performing convolution integration between the generated base image and the PSF generated in the base image generation processing step;
A degradation residual image generation processing step of generating a degradation residual image by calculating a difference between the generated blurred image and the degradation image;
An image restoration processing step of generating a restored residual image by performing image restoration processing on the generated degraded residual image based on the generated base image so as to change the strength of the constraint;
An image restoration method comprising: a restored image generation processing step of generating the restored image by adding the generated base image to the generated restored residual image.
前記画像復元処理ステップでは、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、復元残差画像Y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、X(u,v)は前記劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項18に記載の画像復元方法。
In the image restoration processing step, using the generated base image, the constraint is weak when the gradient of the generated base image is large, and the constraint is strengthened when the gradient of the generated base image is small. A constraint parameter representing the strength of the constraint is adaptively set, and image restoration processing is performed on the generated degraded residual image using the set adaptive constraint parameter to generate a restored residual image. ,
Specifically, by generating the residual image Y (u, v) by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, X (u, v) represents the degraded residual image, B (u, v) represents the PSF, α (u, v, The image restoration method according to claim 18, wherein v) represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項19に記載の画像復元方法。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
20. The image according to claim 19, wherein R (u, v) represents the generated base image, ▽ R (u, v) represents a gradient of the generated base image, and γ and λ represent adjustment parameters. Restoration method.
ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元方法であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理ステップと、
前記ベース画像生成処理ステップで生成された、生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する、ぼかし画像生成処理ステップと、
生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する、劣化残差画像生成処理ステップと、
生成された劣化残差画像に対して、画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する、画像復元処理ステップと、
生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する、復元画像生成処理ステップとを有することを特徴とする画像復元方法。
An image restoration method for generating a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF representing the blur,
A base image generation processing step of generating a base image by performing base image generation processing based on the degraded image;
A blurred image generation processing step for generating a blurred image by performing convolution integration between the generated base image and the PSF generated in the base image generation processing step;
A degradation residual image generation processing step of generating a degradation residual image by calculating a difference between the generated blurred image and the degradation image;
An image restoration processing step for generating a restored residual image by performing an image restoration process on the generated degraded residual image;
An image restoration method comprising: a restored image generation processing step of generating the restored image by adding the generated base image to the generated restored residual image.
前記画像復元処理ステップでは、生成された劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元処理を行い、復元残差画像を生成する請求項21に記載の画像復元方法。   The image restoration processing step performs image restoration processing using a Wiener filter or image restoration processing using a Richardson-Lucy method on the generated degraded residual image to generate a restored residual image. The image restoration method described. ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成する画像復元方法であって、
前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する、ベース画像生成処理ステップと、
前記劣化画像に対して、前記ベース画像生成処理ステップで生成された、生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、前記復元画像を生成する、画像復元処理部とを備えることを特徴とする画像復元方法。
An image restoration method for generating a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF representing the blur,
A base image generation processing step of generating a base image by performing base image generation processing based on the degraded image;
An image that generates the restored image by performing image restoration processing on the deteriorated image so as to change the strength of restraint based on the generated base image generated in the base image generation processing step. An image restoration method comprising: a restoration processing unit.
前記画像復元処理ステップでは、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、前記劣化画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、前記復元画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、前記復元画像Z(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、G(u,v)は前記劣化画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項23に記載の画像復元装置。
In the image restoration processing step, using the generated base image, the constraint is weak when the gradient of the generated base image is large, and the constraint is strengthened when the gradient of the generated base image is small. A constraint parameter representing the strength of the constraint is adaptively set, and the degraded image is subjected to an image restoration process using the set adaptive constraint parameter to generate the restored image,
Specifically, the restored image Z (u, v) is generated by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, G (u, v) represents the degraded image, B (u, v) represents the PSF, α (u, v) The image restoration device according to claim 23, wherein represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項24に記載の画像復元方法。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
25. The image according to claim 24, wherein R (u, v) represents the generated base image, ▽ R (u, v) represents a gradient of the generated base image, and γ and λ represent adjustment parameters. Restoration method.
前記ベース画像生成処理ステップは、
前記劣化画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元画像を生成する、画像復元第1処理ステップと、
生成された第1復元画像に対して、デノイジングのためのフィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像を生成する、フィルタ処理ステップとを有する請求項18乃至請求項25のいずれかに記載の画像復元方法。
The base image generation processing step includes:
An image restoration first processing step of generating a first restored image by performing an image restoration first process on the degraded image;
The image restoration according to any one of claims 18 to 25, further comprising: a filtering process step of generating the base image by performing a filtering process for denoising on the generated first restored image. Method.
前記画像復元第1処理ステップでは、前記劣化画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元画像を生成する請求項26に記載の画像復元方法。   The image restoration first processing step performs image restoration first processing by a Wiener filter or image restoration first processing by a Richardson-Lucy method on the deteriorated image to generate a first restoration image. 26. The image restoration method according to 26. 前記ベース画像生成処理ステップでは、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
前記ベース画像生成処理ステップは、
前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理ステップと、
前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理ステップと、
生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理ステップと、
生成された第1劣化残差画像に対して、画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理ステップと、
生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理ステップと、
生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理ステップと、
所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断ステップと、
を有し、
前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理ステップにて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理ステップにて行われる処理、前記画像復元第1処理ステップにて行われる処理、前記第2フィルタ処理ステップにて行われる処理、前記ベース画像更新処理ステップにて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断ステップにて行われる処理である請求項18乃至請求項25のいずれかに記載の画像復元方法。
In the base image generation process step, the base image generation process is a repetitive process, and the base image is gradually generated by the repetitive process,
The base image generation processing step includes:
A first filter processing step of generating an initial value of the base image by performing a first filter process on the degraded image;
A first blurred image generation processing step of generating a first blurred image by performing convolution integration of the base image and the PSF;
A first deteriorated residual image generation processing step of generating a first deteriorated residual image by calculating a difference between the generated first blurred image and the deteriorated image;
An image restoration first processing step of generating a first restored residual image by performing an image restoration first process on the generated first degraded residual image;
A second filter processing step of generating an updated image by performing a second filter process using the generated first restored residual image and the base image;
A base image update processing step of updating the base image by adding the generated update image to the base image;
It is determined whether or not a predetermined iterative process end condition is satisfied, and if it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image is set as the generated base image, and the iterative process end condition is When it is determined that the base image is not satisfied, the updated base image is set as the base image, and the repetitive processing is continued.
Have
The repetitive processing includes processing performed in the first blurred image generation processing step, processing performed in the first degradation residual image generation processing step, processing performed in the image restoration first processing step, The process performed in the second filter processing step, the process performed in the base image update processing step, and the process performed in the iterative process end determination step. Image restoration method.
前記画像復元第1処理ステップでは、生成された第1劣化残差画像に対して、ウィーナーフィルタによる画像復元第1処理、又は、リチャードソン・ルーシー法による画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成する請求項28に記載の画像復元方法。   In the first image restoration processing step, the first restoration residual image is subjected to image restoration first processing by a Wiener filter or image restoration first processing by Richardson-Lucy method, and first restoration is performed. The image restoration method according to claim 28, wherein a residual image is generated. 前記ベース画像生成処理ステップでは、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
前記ベース画像生成処理ステップは、
前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する、第1フィルタ処理ステップと、
前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する、第1ぼかし画像生成処理ステップと、
生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する、第1劣化残差画像生成処理ステップと、
生成された第1劣化残差画像に対して、前記ベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する、画像復元第1処理ステップと、
生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する、第2フィルタ処理ステップと、
生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する、ベース画像更新処理ステップと、
所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける、繰り返し処理終了判断ステップと、
を有し、
前記繰り返し処理とは、前記第1ぼかし画像生成処理ステップにて行われる処理、前記第1劣化残差画像生成処理ステップにて行われる処理、前記画像復元第1処理ステップにて行われる処理、前記第2フィルタ処理ステップにて行われる処理、前記ベース画像更新処理ステップにて行われる処理、及び前記繰り返し処理終了判断ステップにて行われる処理である請求項18乃至請求項25のいずれかに記載の画像復元方法。
In the base image generation process step, the base image generation process is a repetitive process, and the base image is gradually generated by the repetitive process,
The base image generation processing step includes:
A first filter processing step of generating an initial value of the base image by performing a first filter process on the degraded image;
A first blurred image generation processing step of generating a first blurred image by performing convolution integration of the base image and the PSF;
A first deteriorated residual image generation processing step of generating a first deteriorated residual image by calculating a difference between the generated first blurred image and the deteriorated image;
The first restoration residual image is generated by performing image restoration first processing on the generated first deteriorated residual image based on the base image so as to change the strength of the constraint. A first processing step;
A second filter processing step of generating an updated image by performing a second filter process using the generated first restored residual image and the base image;
A base image update processing step of updating the base image by adding the generated update image to the base image;
It is determined whether or not a predetermined iterative process end condition is satisfied, and if it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image is set as the generated base image, and the iterative process end condition is When it is determined that the base image is not satisfied, the updated base image is set as the base image, and the repetitive processing is continued.
Have
The repetitive processing includes processing performed in the first blurred image generation processing step, processing performed in the first degradation residual image generation processing step, processing performed in the image restoration first processing step, The process performed in the second filter processing step, the process performed in the base image update processing step, and the process performed in the iterative process end determination step. Image restoration method.
前記画像復元第1処理ステップでは、前記ベース画像を利用して、前記ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された第1劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、第1復元残差画像y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、x(u,v)は前記第1劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項30に記載の画像復元方法。
In the first image restoration processing step, using the base image, the constraint strength is weakened so that the constraint is weak when the gradient of the base image is large and the constraint is strengthened when the gradient of the base image is small. And adaptively set a constraint parameter representing the image, and perform a first image restoration process using the set adaptive constraint parameter on the generated first deteriorated residual image to obtain a first restored residual image. Generate and
Specifically, by generating the first restored residual image y 0 (u, v) by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, x 0 (u, v) represents the first degraded residual image, B (u, v) represents the PSF, α The image restoration method according to claim 30, wherein (u, v) represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、r(u,v)は前記ベース画像を表し、▽r(u,v)は前記ベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項31に記載の画像復元方法。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
However, r 0 (u, v) represents the base image, ▽ r 0 (u, v ) is the represents the gradient of the base image, the image restoration method according to claim 31 γ and λ representing an adjustment parameter .
前記所定の繰り返し処理終了条件は、前記ベース画像に更新前後の変化がなくなるという条件1、所定の繰り返し処理回数に達するという条件2、又は前記更新画像の画素値の二乗和が所定の値以下になるという条件3である請求項28乃至請求項32のいずれかに記載の画像復元方法。   The predetermined repetitive processing end condition is a condition 1 in which there is no change before and after the update in the base image, a condition 2 in which the predetermined repetitive processing count is reached, or a square sum of pixel values of the updated image is equal to or less than a predetermined value. The image restoration method according to claim 28, wherein Condition 3 is satisfied. 前記第1フィルタ処理では、バイラテラルフィルタ又はローパスフィルタを利用し、
バイラテラルフィルタを前記第1フィルタ処理に利用した場合に、前記劣化画像G(u,v)に対して、バイラテラルフィルタは次の式で定義され、
ただし、(u,v)は画像上の座標を表し、r(u,v)はバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された前記ベース画像の初期値であり、w(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w()は1次元ガウス関数を表し、
前記第2フィルタ処理では、ジョイントバイラテラルフィルタ、バイラテラルフィルタ又はローパスフィルタを利用し、
ジョイントバイラテラルフィルタを前記第2フィルタ処理に利用した場合に、前記第1復元残差画像y(u,v)と、それに対応する前記ベース画像r(u,v)に対して、ジョイントバイラテラルフィルタは次の式で定義され、
ただし、z(u,v)はジョイントバイラテラルフィルタの出力結果で、即ち、生成された更新画像であり、w(i,j)は2次元ガウス関数を表し、w()はは1次元ガウス関数を表す請求項28乃至請求項33のいずれかに記載の画像復元方法。
In the first filter processing, a bilateral filter or a low-pass filter is used,
When a bilateral filter is used for the first filter processing, the bilateral filter is defined by the following expression for the degraded image G (u, v):
Here, (u, v) represents coordinates on the image, r 0 (u, v) is an output result of the bilateral filter, that is, an initial value of the generated base image, and w 2 (i, v j) represents a two-dimensional Gaussian function, w 1 () represents a one-dimensional Gaussian function,
In the second filter processing, a joint bilateral filter, a bilateral filter or a low-pass filter is used.
When a joint bilateral filter is used for the second filter processing, the first restored residual image y 0 (u, v) and the corresponding base image r 0 (u, v) are jointed. The bilateral filter is defined by
Here, z 0 (u, v) is the output result of the joint bilateral filter, that is, the generated updated image, w 2 (i, j) represents a two-dimensional Gaussian function, and w 1 () is The image restoration method according to any one of claims 28 to 33, which represents a one-dimensional Gaussian function.
ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成するための画像復元プログラムであって、
A1.前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する手順と、
A2.手順A1で生成された、生成済みベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、ぼかし画像を生成する手順と、
A3.生成されたぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、劣化残差画像を生成する手順と、
A4.生成された劣化残差画像に対して、前記生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、復元残差画像を生成する手順と、
A5.生成された復元残差画像に前記生成済みベース画像を加えることにより、前記復元画像を生成する手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
An image restoration program for generating a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF representing the blur,
A1. A procedure for generating a base image by performing base image generation processing based on the degraded image;
A2. A procedure of generating a blurred image by performing convolution integration between the generated base image and the PSF generated in step A1;
A3. A procedure for generating a degraded residual image by calculating a difference between the generated blurred image and the degraded image;
A4. A procedure for generating a restored residual image by performing image restoration processing on the generated degraded residual image based on the generated base image so as to change the strength of the constraint;
A5. Generating the restored image by adding the generated base image to the generated restored residual image;
A program that causes a computer to execute.
手順A4では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、復元残差画像Y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、X(u,v)は前記劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項35に記載の画像復元プログラム。
In step A4, using the generated base image, the constraint is strengthened so that the constraint is weak when the gradient of the generated base image is large and the constraint is strengthened when the gradient of the generated base image is small. A constraint parameter indicating the length is adaptively set, and the generated residual image is subjected to image restoration processing using the set adaptive constraint parameter to generate a restored residual image,
Specifically, by generating the residual image Y (u, v) by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, X (u, v) represents the degraded residual image, B (u, v) represents the PSF, α (u, v, 36. The image restoration program according to claim 35, wherein v) represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項36に記載の画像復元プログラム。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
37. The image according to claim 36, wherein R (u, v) represents the generated base image, ▽ R (u, v) represents a gradient of the generated base image, and γ and λ represent adjustment parameters. Restore program.
ブラーにより劣化してしまった1枚の劣化画像と、前記ブラーを表す既知のPSFに基づき、前記劣化画像に対する復元画像を生成するための画像復元プログラムであって、
B1.前記劣化画像に基づき、ベース画像生成処理を行うことにより、ベース画像を生成する手順と、
B2.前記劣化画像に対して、手順B1で生成された、生成済みベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元処理を行うことにより、前記復元画像を生成する手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
An image restoration program for generating a restored image for the deteriorated image based on one deteriorated image that has deteriorated due to blur and a known PSF representing the blur,
B1. A procedure for generating a base image by performing base image generation processing based on the degraded image;
B2. A procedure for generating the restored image by performing image restoration processing on the degraded image based on the generated base image generated in step B1 so as to change the strength of the constraint;
A program that causes a computer to execute.
手順B2では、前記生成済みベース画像を利用して、前記生成済みベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記生成済みベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、前記劣化画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元処理を行い、前記復元画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、前記復元画像Z(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、G(u,v)は前記劣化画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項38に記載の画像復元プログラム。
In step B2, using the generated base image, the constraint is weakened so that the constraint is weak when the gradient of the generated base image is large and the constraint is strengthened when the gradient of the generated base image is small. Adaptively set a constraint parameter representing the length, and perform an image restoration process with the set adaptive constraint parameter for the degraded image, to generate the restored image,
Specifically, the restored image Z (u, v) is generated by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, G (u, v) represents the degraded image, B (u, v) represents the PSF, α (u, v) The image restoration program according to claim 38, wherein represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、R(u,v)は前記生成済みベース画像を表し、▽R(u,v)は前記生成済みベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項39に記載の画像復元プログラム。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
40. The image of claim 39, wherein R (u, v) represents the generated base image, ▽ R (u, v) represents the slope of the generated base image, and γ and λ represent adjustment parameters. Restore program.
手順A1又は手順B1では、前記ベース画像生成処理が繰り返し処理であり、当該繰り返し処理により、前記ベース画像が漸進的に生成され、
手順A1又は手順B1は、
C1.前記劣化画像に対して、第1フィルタ処理を行うことにより、前記ベース画像の初期値を生成する手順と、
C2.前記ベース画像と前記PSFとの畳み込み積分を行うことにより、第1ぼかし画像を生成する手順と、
C3.生成された第1ぼかし画像と、前記劣化画像との差分を計算することにより、第1劣化残差画像を生成する手順と、
C4.生成された第1劣化残差画像に対して、前記ベース画像に基づき、拘束の強さを変化させるように画像復元第1処理を行うことにより、第1復元残差画像を生成する手順と、
C5.生成された第1復元残差画像と前記ベース画像を利用して、第2フィルタ処理を行うことにより、更新画像を生成する手順と、
C6.生成された更新画像を前記ベース画像に加えることにより、前記ベース画像を更新する手順と、
C7.所定の繰り返し処理終了条件を満たすか否かを判断し、前記繰り返し処理終了条件を満たしたと判断された場合に、更新されたベース画像を前記生成済みベース画像とし、また、前記繰り返し処理終了条件を満たしていないと判断された場合に、更新されたベース画像を前記ベース画像とし、前記繰り返し処理を続ける手順と、
を含み、
前記繰り返し処理とは、手順C2にて行われる処理、手順C3にて行われる処理、手順C4にて行われる処理、手順C5にて行われる処理、手順C6にて行われる処理、及び手順C7にて行われる処理である請求項35乃至請求項40のいずれかに記載の画像復元プログラム。
In the procedure A1 or the procedure B1, the base image generation process is a repetitive process, and the base image is gradually generated by the repetitive process,
Procedure A1 or Procedure B1
C1. A procedure for generating an initial value of the base image by performing a first filter process on the degraded image;
C2. Generating a first blurred image by performing convolution integration of the base image and the PSF;
C3. A procedure for generating a first degraded residual image by calculating a difference between the generated first blurred image and the degraded image;
C4. A procedure for generating a first restored residual image by performing image restoration first processing on the generated first degraded residual image based on the base image so as to change the strength of the constraint;
C5. A procedure for generating an updated image by performing a second filter process using the generated first restored residual image and the base image;
C6. Updating the base image by adding the generated update image to the base image;
C7. It is determined whether or not a predetermined iterative process end condition is satisfied, and if it is determined that the iterative process end condition is satisfied, the updated base image is set as the generated base image, and the iterative process end condition is If it is determined that the base image is not satisfied, the updated base image is set as the base image, and the repetitive processing is continued.
Including
The repetitive processing includes processing performed in procedure C2, processing performed in procedure C3, processing performed in procedure C4, processing performed in procedure C5, processing performed in procedure C6, and procedure C7. The image restoration program according to any one of claims 35 to 40, wherein
手順C4では、前記ベース画像を利用して、前記ベース画像の勾配が大きいところでは拘束を弱く、前記ベース画像の勾配の小さいところでは拘束を強くするように、拘束の強さを表す拘束パラメータを適応的に設定し、そして、生成された第1劣化残差画像に対して、設定された適応的な拘束パラメータによる画像復元第1処理を行い、第1復元残差画像を生成し、
具体的に、次の評価関数Iを最小化することにより、第1復元残差画像y(u,v)を生成し、
ただし、‖・‖はL2ノルムを表し、*は畳み込み積分を表し、x(u,v)は前記第1劣化残差画像を表し、B(u,v)は前記PSFを表し、α(u,v)は前記拘束パラメータを表す請求項41に記載の画像復元プログラム。
In step C4, using the base image, a constraint parameter representing the strength of the constraint is set so that the constraint is weak when the base image has a large gradient and the constraint is strengthened when the base image has a small gradient. Adaptively setting and performing a first image restoration process based on the set adaptive constraint parameter on the generated first degraded residual image to generate a first restored residual image;
Specifically, by generating the first restored residual image y 0 (u, v) by minimizing the next evaluation function I,
Where ‖ · ‖ 2 represents the L2 norm, * represents the convolution integral, x 0 (u, v) represents the first degraded residual image, B (u, v) represents the PSF, α 42. The image restoration program according to claim 41, wherein (u, v) represents the constraint parameter.
前記拘束パラメータα(u,v)は、次のように設定され、
ただし、r(u,v)は前記ベース画像を表し、▽r(u,v)は前記ベース画像の勾配を表し、γとλは調節パラメータを表す請求項42に記載の画像復元プログラム。
The constraint parameter α (u, v) is set as follows:
However, r 0 (u, v) represents the base image, ▽ r 0 (u, v ) is the represents the gradient of the base image, the image restoration program according to claim 42 γ and λ representing an adjustment parameter .
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011122284A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 キヤノン株式会社 Image processing device and image capturing apparatus using same
JP2013025473A (en) * 2011-07-19 2013-02-04 Hitachi Advanced Digital Inc Image processing device and image processing method
JP2017027463A (en) * 2015-07-24 2017-02-02 キヤノン株式会社 Image processing unit, imaging apparatus, image processing method, image processing program, and storage medium
KR101807230B1 (en) 2013-12-11 2017-12-08 라이트론 인터내셔날 가부시키가이샤 Super-resolution processing method for TV video images, super-resolution processing device for TV video images that is used in same method, first to fourteenth super-resolution processing programs, and first to fourth storage media
KR101807229B1 (en) 2013-12-11 2017-12-08 라이트론 인터내셔날 가부시키가이샤 Accelerated super-resolution processing method for TV video images, accelerated super-resolution processing device for TV video images that is used in same method, first to sixth accelerated super-resolution processing programs, and first to second storage media
WO2021124385A1 (en) * 2019-12-16 2021-06-24 三菱電機株式会社 Image processing device and image processing method
US12475544B2 (en) 2020-10-30 2025-11-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Image restoration method and apparatus

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108734667B (en) * 2017-04-14 2022-01-18 Tcl科技集团股份有限公司 Image processing method and system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007088829A (en) * 2005-09-22 2007-04-05 Sanyo Electric Co Ltd Blurring detecting device
JP2007299068A (en) * 2006-04-27 2007-11-15 Sony Computer Entertainment Inc Image processing device and image restoration method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007088829A (en) * 2005-09-22 2007-04-05 Sanyo Electric Co Ltd Blurring detecting device
JP2007299068A (en) * 2006-04-27 2007-11-15 Sony Computer Entertainment Inc Image processing device and image restoration method

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011122284A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 キヤノン株式会社 Image processing device and image capturing apparatus using same
JP5188651B2 (en) * 2010-03-31 2013-04-24 キヤノン株式会社 Image processing apparatus and imaging apparatus using the same
US8514304B2 (en) 2010-03-31 2013-08-20 Canon Kabushiki Kaisha Image processing device and image pickup device using the same
JP2013025473A (en) * 2011-07-19 2013-02-04 Hitachi Advanced Digital Inc Image processing device and image processing method
KR101807230B1 (en) 2013-12-11 2017-12-08 라이트론 인터내셔날 가부시키가이샤 Super-resolution processing method for TV video images, super-resolution processing device for TV video images that is used in same method, first to fourteenth super-resolution processing programs, and first to fourth storage media
KR101807229B1 (en) 2013-12-11 2017-12-08 라이트론 인터내셔날 가부시키가이샤 Accelerated super-resolution processing method for TV video images, accelerated super-resolution processing device for TV video images that is used in same method, first to sixth accelerated super-resolution processing programs, and first to second storage media
JP2017027463A (en) * 2015-07-24 2017-02-02 キヤノン株式会社 Image processing unit, imaging apparatus, image processing method, image processing program, and storage medium
WO2021124385A1 (en) * 2019-12-16 2021-06-24 三菱電機株式会社 Image processing device and image processing method
JPWO2021124385A1 (en) * 2019-12-16 2021-06-24
JP7209867B2 (en) 2019-12-16 2023-01-20 三菱電機株式会社 Image processing device and image processing method
US12475544B2 (en) 2020-10-30 2025-11-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Image restoration method and apparatus

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