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JP2017010115A - Image resolution conversion apparatus, image resolution conversion method, and computer program - Google Patents

Image resolution conversion apparatus, image resolution conversion method, and computer program Download PDF

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JP2017010115A
JP2017010115A JP2015122075A JP2015122075A JP2017010115A JP 2017010115 A JP2017010115 A JP 2017010115A JP 2015122075 A JP2015122075 A JP 2015122075A JP 2015122075 A JP2015122075 A JP 2015122075A JP 2017010115 A JP2017010115 A JP 2017010115A
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image
resolution
light field
pixel
super
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Application number
JP2015122075A
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Japanese (ja)
Inventor
広太 竹内
Kota Takeuchi
広太 竹内
信哉 志水
Shinya Shimizu
信哉 志水
憲作 藤井
Kensaku Fujii
憲作 藤井
明 小島
Akira Kojima
明 小島
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To further simplify super-resolution processing using a light field camera image captured at a plurality of locations.SOLUTION: An image resolution conversion device comprises: an image acquisition unit for acquiring a plurality of light field images in which the same subject is captured at different view points; an image correction unit for correcting the luminance value of pixels of the correction object light field image on the basis of the luminance value of a pixel which, among pixels of another light field image, has acquired the same light beam with that of the correction object pixel and which is hard to be influenced by deterioration of vignetting components, lens distortion or the like; and a super-resolution unit for generating an image with higher resolution by executing super-resolution processing using a plurality of light field images corrected by the image correction unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、画像解像度変換技術に関する。   The present invention relates to an image resolution conversion technique.

撮像された画像に対して超解像処理を行うことによって、撮像時の解像度以上の解像度を持つ画像を生成することが広く知られている。超解像処理を行う際に複数の異なる撮影地点で撮像された画像を用いることによって、より精細な画像を得ることができる。このような技術は、マルチフレーム超解像と呼ばれている(非特許文献1参照)。マルチフレーム超解像では、所望の高解像度画像が理想信号として扱われる。理想信号がカメラの撮像系からなる観測行列とかけあわされることで、観測信号としての撮像画像が得られる、という観測モデルが想定されている。この観測モデルに対して、観測信号及び観測行列の情報から理想信号を推定することによって、超解像処理が実現される。   It is widely known that an image having a resolution higher than the resolution at the time of imaging is generated by performing super-resolution processing on the captured image. A finer image can be obtained by using images taken at a plurality of different photographing points when performing the super-resolution processing. Such a technique is called multiframe super-resolution (see Non-Patent Document 1). In multi-frame super-resolution, a desired high-resolution image is treated as an ideal signal. An observation model is assumed in which a captured image as an observation signal is obtained by multiplying an ideal signal with an observation matrix composed of a camera imaging system. For this observation model, super-resolution processing is realized by estimating an ideal signal from information of the observation signal and the observation matrix.

しかし、実際のレンズにはケラレやレンズひずみといった劣化の特性がある。そのため、これらの劣化を含めると観測行列が複雑になってしまう。そのため、これらの推定は不良設定逆問題として知られており、解が局所解に落ちたり、膨大な計算時間を要するなど多くの課題が残されている。また、デプス推定を用いることで超解像を行う手法も提案されている。しかしながら、デプスを正確に求めることは実シーンでは難しい。そのため、このような手法は応用できる範囲が限られてしまう(非特許文献2参照)。   However, actual lenses have deterioration characteristics such as vignetting and lens distortion. Therefore, if these degradations are included, the observation matrix becomes complicated. For this reason, these estimations are known as defective setting inverse problems, and many problems remain, such as the solution falling into a local solution and requiring enormous calculation time. In addition, a method for performing super-resolution by using depth estimation has been proposed. However, obtaining the depth accurately is difficult in an actual scene. Therefore, the range in which such a method can be applied is limited (see Non-Patent Document 2).

Farsiu, Sina, et al. “Fast and robust multiframe super resolution.” Image processing, IEEE Transactions on 13.10 (2004): 1327-1344.Farsiu, Sina, et al. “Fast and robust multiframe super resolution.” Image processing, IEEE Transactions on 13.10 (2004): 1327-1344. 福嶋慶繁, 石橋豊. “超解像処理による自由視点画像の画質改善.” 電子情報通信学会論文誌 D 93.9 (2010): 1700-1703.Keishi Fukushima, Yutaka Ishibashi. “Image quality improvement of free viewpoint images by super-resolution processing.” IEICE Transactions D 93.9 (2010): 1700-1703.

マルチフレーム超解像技術において、観測行列が複雑であるために観測モデルを用いた逆問題の解法が難しくなるという課題がある。
上記事情に鑑み、本発明は、複数の地点で撮影されたライトフィールドカメラ画像を用いた超解像処理をより簡易に実現することを目的としている。
In the multi-frame super-resolution technique, there is a problem that it is difficult to solve the inverse problem using the observation model because the observation matrix is complicated.
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to more easily realize super-resolution processing using light field camera images taken at a plurality of points.

本発明の一態様は、異なる視点から同一の被写体を撮像した複数のライトフィールド画像を取得する画像取得部と、補正対象のライトフィールド画像の画素の輝度値を、他のライトフィールド画像の画素のうち、補正対象の画素と同一の光線を取得している画素であって、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響をより受けにくい画素の輝度値に基づいて補正する画像補正部と、前記画像補正部によって補正された前記ライトフィールド画像を複数用いて超解像処理を実行してより高い解像度の画像を生成する超解像部と、を備える画像解像度変換装置である。   In one embodiment of the present invention, an image acquisition unit that acquires a plurality of light field images obtained by imaging the same subject from different viewpoints, and luminance values of pixels of the light field image to be corrected are set to the pixels of the other light field images. Among these, the image correction unit that corrects based on the luminance value of a pixel that has acquired the same light beam as the correction target pixel and is less susceptible to deterioration such as vignetting component and lens distortion, and the image And a super-resolution unit that generates a higher-resolution image by executing a super-resolution process using a plurality of the light field images corrected by the correction unit.

本発明の一態様は、上記の画像解像度変換装置であって、前記画像補正部は、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響をより受けにくい画素として、前記光線が通過したマイクロレンズの中心との距離がより短い画素を選択する。   One aspect of the present invention is the above-described image resolution conversion device, in which the image correction unit is a pixel that is less susceptible to deterioration such as vignetting components and lens distortion, and the center of the microlens through which the light beam has passed. A pixel having a shorter distance is selected.

本発明の一態様は、異なる視点から同一の被写体を撮像した複数のライトフィールド画像を取得する画像取得ステップと、補正対象のライトフィールド画像の画素の輝度値を、他のライトフィールド画像の画素のうち、補正対象の画素と同一の光線を取得している画素であって、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響をより受けにくい画素の輝度値に基づいて補正する画像補正ステップと、前記画像補正ステップにおいて補正された前記ライトフィールド画像を複数用いて超解像処理を実行してより高い解像度の画像を生成する超解像ステップと、を有する画像解像度変換方法である。   According to one embodiment of the present invention, an image acquisition step of acquiring a plurality of light field images obtained by imaging the same subject from different viewpoints, and luminance values of pixels of the light field image to be corrected are set to the pixels of the other light field images. Among these, the image correction step for correcting based on the luminance value of a pixel that has acquired the same light beam as the pixel to be corrected and is less susceptible to deterioration such as vignetting component and lens distortion, and the image And a super-resolution step of generating a higher-resolution image by executing a super-resolution process using a plurality of the light field images corrected in the correction step.

本発明の一態様は、上記の画像解像度変換装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムである。   One embodiment of the present invention is a computer program for causing a computer to function as the image resolution conversion apparatus.

本発明により、複数の地点で撮影されたライトフィールドカメラ画像を用いた超解像処理をより簡易に実現することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to more easily realize super-resolution processing using light field camera images taken at a plurality of points.

画像解像度変換装置10の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an image resolution conversion apparatus 10. FIG. 画像補正部102の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a specific example of a processing flow of the image correction unit 102. ズレ量の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of deviation | shift amount. 最適な画素値を選択するための処理の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the process for selecting an optimal pixel value. 画像超解像部103の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a specific example of a processing flow of the image super-resolution unit 103. 画像超解像部103が取得する観測行列の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the observation matrix which the image super-resolution part 103 acquires.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による画像解像度変換装置を説明する。図1は画像解像度変換装置10の構成を示すブロック図である。画像解像度変換装置10は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備える。画像解像度変換装置10のCPUは、画像解像度変換装置10のメモリに予め記憶されている画像解像度変換プログラムを実行する。CPUが画像解像度変換プログラムを実行することによって、画像解像度変換装置10は、画像取得部101、画像補正部102及び画像超解像部103を備える装置として機能する。なお、画像解像度変換装置10の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。画像解像度変換プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。画像解像度変換プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。   Hereinafter, an image resolution conversion apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the image resolution conversion apparatus 10. The image resolution conversion apparatus 10 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, an auxiliary storage device, and the like connected by a bus. The CPU of the image resolution conversion apparatus 10 executes an image resolution conversion program stored in advance in the memory of the image resolution conversion apparatus 10. When the CPU executes the image resolution conversion program, the image resolution conversion apparatus 10 functions as an apparatus including the image acquisition unit 101, the image correction unit 102, and the image super-resolution unit 103. Note that all or part of the functions of the image resolution conversion apparatus 10 may be realized using hardware such as an application specific integrated circuit (ASIC), a programmable logic device (PLD), or a field programmable gate array (FPGA). Good. The image resolution conversion program may be recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium is, for example, a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in the computer system. The image resolution conversion program may be transmitted via a telecommunication line.

画像取得部101は、複数のライトフィールド画像を入力する。ライトフィールド画像は、同一の被写体を僅かに異なる視点で撮像された複数の画像(以下「要素画像」という。)を、視点の位置に応じて配置することによって形成される画像である。ライトフィールド画像は、例えばプレノプティックカメラによって撮像されてもよい。プレノプティックカメラは、メインレンズと撮像素子との間にマイクロレンズアレイを有するカメラである。プレノプティックカメラで撮像された場合、マイクロレンズアレイを構成する一つ一つのマイクロレンズに応じて撮像された画像が要素画像である。この場合、要素画像はマイクロレンズ画像と呼ばれることもある。以下の説明では、画像取得部101は、プレノプティックカメラによって撮像されたライトフィールド画像を取得することを想定して説明する。   The image acquisition unit 101 inputs a plurality of light field images. The light field image is an image formed by arranging a plurality of images (hereinafter referred to as “element images”) obtained by capturing the same subject from slightly different viewpoints according to the position of the viewpoint. The light field image may be captured by a plenoptic camera, for example. A plenoptic camera is a camera having a microlens array between a main lens and an imaging device. When imaged with a plenoptic camera, an image imaged according to each microlens constituting the microlens array is an element image. In this case, the element image may be called a microlens image. In the following description, it is assumed that the image acquisition unit 101 acquires a light field image captured by a plenoptic camera.

複数のライトフィールド画像は、撮像時の視点位置が異なる画像である。カメラの光軸と垂直方向にプレノプティックカメラが移動し撮像するという動作が複数回繰り返し行われることによって、複数のライトフィールド画像が取得される。   The plurality of light field images are images having different viewpoint positions at the time of imaging. A plurality of light field images are acquired by repeatedly performing an operation in which the plenoptic camera moves and images in a direction perpendicular to the optical axis of the camera.

画像補正部102は、複数のライトフィールド画像を補正する。図2は、画像補正部102の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。   The image correction unit 102 corrects a plurality of light field images. FIG. 2 is a flowchart illustrating a specific example of the processing flow of the image correction unit 102.

まず、画像補正部102は、各ライトフィールド画像について、撮像時のカメラの位置を推定する。ここで、カメラの位置とは、例えば、ライトフィールド画像を撮影した位置を表す1×3行列Tと、その視線方向の回転を表す3×3行列Rのパラメータのことである。これらの行列は、公知である透視投影行列の並進成分・回転成分として表現されるものであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   First, the image correction unit 102 estimates the position of the camera at the time of imaging for each light field image. Here, the camera position is, for example, parameters of a 1 × 3 matrix T that represents the position where the light field image is captured and a 3 × 3 matrix R that represents the rotation in the viewing direction. Since these matrices are expressed as translation components and rotation components of a known perspective projection matrix, detailed description thereof is omitted here.

カメラの位置は、例えば、ライトフィールド画像から得られたマイクロレンズ画像(要素画像)に対してStructure from Motionを行うことによって推定されてもよい。また、既存形状の物体を用いたカメラキャリブレーションを利用して推定されてもよい。カメラを水平方向に等間隔に動かしながら複数地点で撮影する場合には、カメラの位置を既知とすることができる。   The position of the camera may be estimated, for example, by performing Structure from Motion on a microlens image (element image) obtained from a light field image. Alternatively, it may be estimated using camera calibration using an object having an existing shape. When shooting at a plurality of points while moving the camera at equal intervals in the horizontal direction, the position of the camera can be known.

次に、画像補正部102は、複数のライトフィールド画像のズレ量を測定する(S101)。図3は、ズレ量の概略を示す図である。ズレ量は、基準とする画像1(301)に対して、他の画像m(302)があるとしたときに、Δm,xとΔm,yによって表される量である。画像補正部102は、画像1(301)と画像m(302)とが重複する領域(以下「重複領域」という。:303)に含まれる画素の輝度値の類似度が最も高い位置ずれ量を取得する。類似度の尺度としては、輝度差の総和(SAD:Sum of Absolute Difference)、輝度差の2乗和(SSD:Sum of Squared Difference)、正規化相互相関(ZNCC:Zero-mean Normalized Cross-Correlation)等が用いられる。   Next, the image correction unit 102 measures the shift amounts of the plurality of light field images (S101). FIG. 3 is a diagram showing an outline of the shift amount. The deviation amount is an amount represented by Δm, x and Δm, y when there is another image m (302) with respect to the reference image 1 (301). The image correction unit 102 calculates a positional shift amount having the highest similarity of the luminance values of pixels included in an area where the image 1 (301) and the image m (302) overlap (hereinafter referred to as “overlap area”: 303). get. As a measure of similarity, the sum of luminance differences (SAD: Sum of Absolute Difference), the sum of squares of luminance differences (SSD: Sum of Squared Difference), normalized cross-correlation (ZNCC) Etc. are used.

次に、画像補正部102は、基準となる画像座標系に対して複数のライトフィールド画像を重ねる(ステップS102)。複数のライトフィールド画像は、それぞれ画像座標系が独立している。そこで、画像補正部102は、ステップS102において測定された各画像のズレ量を用いて、画像座標系を基準となる画像座標系に揃える。   Next, the image correction unit 102 superimposes a plurality of light field images on the reference image coordinate system (step S102). The plurality of light field images have independent image coordinate systems. Therefore, the image correction unit 102 aligns the image coordinate system with the reference image coordinate system using the shift amount of each image measured in step S102.

ステップS101及びステップS102の処理の具体例は以下のとおりである。まず、基準となるライトフィールド画像(以下「基準画像」という。)が一つ設定される。次に、基準画像上に、m(mは自然数であり、入力画像数−1と同数である)枚のライトフィールド画像が重ね合わせられる。そして、その重複領域303に含まれる全ての画素の画素値が、基準画像の画素値と最も似たところを、ズレ量Δm,x、Δm,yを変えながら探索していく。   A specific example of the processing in steps S101 and S102 is as follows. First, one reference light field image (hereinafter referred to as “reference image”) is set. Next, m light field images (m is a natural number and equal to the number of input images minus 1) are superimposed on the reference image. Then, a search is performed while changing the deviation amounts Δm, x, Δm, y where the pixel values of all the pixels included in the overlapping region 303 are most similar to the pixel values of the reference image.

この処理により、ライトフィールド画像上での最適な位置ずれ量Δm,x、Δm,yを算出することができる。そして、その位置ずれ量Δm,x、Δm,yに従い、基準画像となるライトフィールド画像以外のライトフィールド画像を、基準画像と同じ画像空間に重ね合わせていく。このような処理によって、複数のライトフィールド画像についてズレ量が得られる。   By this processing, the optimum positional deviation amounts Δm, x, Δm, y on the light field image can be calculated. Then, according to the positional deviation amounts Δm, x, Δm, y, light field images other than the light field image serving as the reference image are superimposed on the same image space as the reference image. By such processing, a shift amount is obtained for a plurality of light field images.

次に、画像補正部102は、全ての画素について、座標が同じである複数の画素(以下「重複画素」という。)の中か最適な画素値を選択する。そして、画像補正部102は、重複画素それぞれの画素値を、選択された最適な画素値に置換する。重複画素の中から選択された最適な画素値に置換することによって、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化に関わる成分を除去することができる。   Next, the image correction unit 102 selects an optimal pixel value from among a plurality of pixels having the same coordinates (hereinafter referred to as “overlapping pixels”) for all pixels. Then, the image correction unit 102 replaces the pixel value of each overlapping pixel with the selected optimal pixel value. By substituting an optimal pixel value selected from the overlapping pixels, it is possible to remove components related to deterioration such as vignetting components and lens distortion.

図4は、最適な画素値を選択するための処理の概念を示す図である。図4の例では、出力したい画像(補正対象の画像:401)における補正対象の画素(405)に対して、重複画素を持つ候補画像が3つあると仮定している。まず、画像補正部102は、候補画像A(402)、候補画像B(403)及び候補画像C(404)の各画素から、補正対象の画素(405)に対して同一の光線を取得している画素(406、407及び408)のイメージ座標を判定する。画像補正部102は、判定された各画素について、各々の画素に到達した光が通過したマイクロレンズの中心との距離(409、410及び411)を算出する。画像補正部102は、算出された距離のうち、最も短い距離の画素の画素値を最適な画素値として選択する。図4の具体例では、画素407の画素値が最適な画素値として選択される。画像補正部102は、補正対象の画素(405)の画素値を、選択された画素値に補正する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of processing for selecting an optimal pixel value. In the example of FIG. 4, it is assumed that there are three candidate images having overlapping pixels for the correction target pixel (405) in the image to be output (correction target image: 401). First, the image correction unit 102 acquires the same light beam from the pixels of the candidate image A (402), the candidate image B (403), and the candidate image C (404) to the correction target pixel (405). The image coordinates of the existing pixels (406, 407 and 408) are determined. The image correction unit 102 calculates a distance (409, 410, and 411) between each determined pixel and the center of the microlens through which the light that has reached each pixel has passed. The image correction unit 102 selects the pixel value of the pixel with the shortest distance among the calculated distances as the optimum pixel value. In the specific example of FIG. 4, the pixel value of the pixel 407 is selected as the optimum pixel value. The image correction unit 102 corrects the pixel value of the correction target pixel (405) to the selected pixel value.

マイクロレンズの中心から最も距離の近い画素は、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響を最も受けにくい画素である。そのため、補正対象の画素の画素値を、このような画素の画素値に置換することによって、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響が小さい画素値に補正することが可能となる。そのため、このように補正された後のライトフィールド画像を用いて画像超解像処理を行う際には、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化を無視して、より単純な処理を用いて高精度の画像超解像処理を実現することが可能となる。なお、マイクロレンズの中心から最も距離の近い画素に限らず、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響が小さい画素の画素値を選択できる手法であれば他の手法によって最適な画素値が選択されてもよい。   The pixel closest to the center of the microlens is the pixel that is least susceptible to degradation such as vignetting components and lens distortion. Therefore, by replacing the pixel value of the pixel to be corrected with the pixel value of such a pixel, it is possible to correct the pixel value so that the influence of deterioration such as vignetting component and lens distortion is small. Therefore, when performing the image super-resolution processing using the light field image corrected in this way, it is possible to ignore deterioration such as vignetting components and lens distortion, and to use a simpler process to achieve high accuracy. Image super-resolution processing can be realized. It should be noted that the optimal pixel value is selected by other methods as long as it is a method that can select the pixel value of a pixel that is not limited to the pixel closest to the center of the microlens and that is less affected by degradation such as vignetting components and lens distortion. May be.

画像超解像部103は、画像補正部102によって補正されたライトフィールド画像(以下「補正ライトフィールド画像」という。)を用いて高解像度の画像を生成する。具体的には、画像超解像部103は、まず、補正ライトフィールド画像を繰り返し計算の初期値として入力する。画像超解像部103は、これらの画像が撮像された際の観測行列を入力し、逆問題を解く。このような処理(超解像処理)の実行によって、画像超解像部103は高解像度の画像を取得する。   The image super resolving unit 103 generates a high resolution image using the light field image corrected by the image correcting unit 102 (hereinafter referred to as “corrected light field image”). Specifically, the image super resolving unit 103 first inputs a corrected light field image as an initial value for repeated calculation. The image super resolving unit 103 inputs an observation matrix when these images are captured and solves the inverse problem. By executing such processing (super-resolution processing), the image super-resolution unit 103 acquires a high-resolution image.

図5は、画像超解像部103の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。以下、図5を用いて画像超解像部103の処理の流れについて改めて説明する。   FIG. 5 is a flowchart illustrating a specific example of the processing flow of the image super-resolution unit 103. Hereinafter, the processing flow of the image super-resolution unit 103 will be described again with reference to FIG.

まず、画像超解像部103は、複数の補正ライトフィールド画像を取得する(ステップS201)。次に、画像超解像部103は、観測行列を取得する(ステップS202)。図6は、画像超解像部103が取得する観測行列の具体例を示す図である。観測行列は、ダウンサンプルの要素D、画素レベルのブラー要素H及び入力視点画像間のズレ量Fを示す。   First, the image super resolving unit 103 acquires a plurality of corrected light field images (step S201). Next, the image super resolving unit 103 acquires an observation matrix (step S202). FIG. 6 is a diagram illustrating a specific example of the observation matrix acquired by the image super resolving unit 103. The observation matrix indicates a shift amount F between the down-sample element D, the pixel-level blur element H, and the input viewpoint image.

次に、画像超解像部103は、利用画像を示す理想信号Xを更新する(ステップS203)。更新処理について詳細に説明する。画像超解像部103は、以下の式に基づいて理想信号Xを更新していく。理想信号Xは、画像超解像部103が取得すべき高解像度の画像を示す信号である。観測信号Yは、実際に取得されている画像(本実施形態では補正ライトフィールド画像)を示す信号である。nはステップ数を示す。Aは観測行列を示す。Iは単位行列を示す。βは収束のステップを示す。λは画像の滑らかさの拘束の強さを示す。αはBilateral Total Variation(BTV)の距離に関する減衰のパラメータを示す。Sは平行移動量パラメータを示す。本実装形態では、更新方法として、ノイズにロバストな方法が適用される。ただし、更新方法として他の方法が適用されてもよい。   Next, the image super resolving unit 103 updates the ideal signal X indicating the use image (step S203). The update process will be described in detail. The image super resolving unit 103 updates the ideal signal X based on the following equation. The ideal signal X is a signal indicating a high-resolution image that the image super-resolution unit 103 should acquire. The observation signal Y is a signal indicating an actually acquired image (corrected light field image in the present embodiment). n indicates the number of steps. A shows an observation matrix. I represents a unit matrix. β indicates a convergence step. λ indicates the strength of restraint on the smoothness of the image. α represents an attenuation parameter related to the distance of Bilateral Total Variation (BTV). S indicates a parallel movement amount parameter. In the present embodiment, a noise robust method is applied as the update method. However, other methods may be applied as the update method.

Figure 2017010115
Figure 2017010115

次に、画像超解像部103は、更新された理想信号Xを用いて、Y=DHFXの関係式から、Yを算出する。Yは観測信号であるため、正しく理想信号Xが復元されている場合には、算出された観測信号Yと入力画像とは等しくなる。したがって、理想信号Xがより精度良く復元される程、観測信号Yと入力画像との差分が小さくなる。画像超解像部103は、ステップS203において理想信号Xを更新する度に、観測信号Yと入力画像との類似度を表す評価値を算出する。算出される評価値は、観測信号Yと入力画像との差分が小さい程大きな値をとる。画像超解像部103は、ステップS203における更新処理を既定回数繰り返したか、又は、評価値が閾値以上の値になった場合に(ステップS204-YES)、処理を終える。一方、ステップS203における更新処理の繰り返し回数が既定回数未満である場合、且つ、評価値が閾値未満の値である場合(ステップS204-NO)は、画像超解像部103はステップS203の処理を実行する。   Next, the image super resolving unit 103 uses the updated ideal signal X to calculate Y from the relational expression of Y = DHFX. Since Y is an observation signal, when the ideal signal X is correctly restored, the calculated observation signal Y is equal to the input image. Accordingly, the more accurately the ideal signal X is restored, the smaller the difference between the observation signal Y and the input image. The image super resolving unit 103 calculates an evaluation value representing the degree of similarity between the observation signal Y and the input image every time the ideal signal X is updated in step S203. The calculated evaluation value is larger as the difference between the observation signal Y and the input image is smaller. The image super resolving unit 103 ends the process when the update process in step S203 is repeated a predetermined number of times or when the evaluation value becomes a value equal to or greater than the threshold value (step S204—YES). On the other hand, when the number of repetitions of the update process in step S203 is less than the predetermined number and the evaluation value is less than the threshold value (step S204-NO), the image super-resolution unit 103 performs the process of step S203. Run.

なお、ステップS203及びステップS204の処理は最急降下法と呼ばれる計算方式である。画像超解像部103が行う処理は、この処理に限定される必要は無く、他の最適化計算手法が適用されてもよい。   In addition, the process of step S203 and step S204 is a calculation method called the steepest descent method. The process performed by the image super resolving unit 103 is not limited to this process, and other optimization calculation methods may be applied.

10…画像解像度変換装置, 101…画像取得部, 102…画像補正部, 103…画像超解像部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Image resolution conversion apparatus, 101 ... Image acquisition part, 102 ... Image correction part, 103 ... Image super-resolution part

Claims (4)

異なる視点から同一の被写体を撮像した複数のライトフィールド画像を取得する画像取得部と、
補正対象のライトフィールド画像の画素の輝度値を、他のライトフィールド画像の画素のうち、補正対象の画素と同一の光線を取得している画素であって、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響をより受けにくい画素の輝度値に基づいて補正する画像補正部と、
前記画像補正部によって補正された前記ライトフィールド画像を複数用いて超解像処理を実行してより高い解像度の画像を生成する超解像部と、
を備える画像解像度変換装置。
An image acquisition unit that acquires a plurality of light field images obtained by imaging the same subject from different viewpoints;
The luminance value of the pixel of the light field image to be corrected is a pixel that has acquired the same light ray as the pixel to be corrected among the pixels of the other light field image, and the deterioration of vignetting components, lens distortion, etc. An image correction unit that performs correction based on a luminance value of a pixel that is less affected,
A super-resolution unit that generates a higher-resolution image by performing a super-resolution process using a plurality of the light field images corrected by the image correction unit;
An image resolution conversion apparatus comprising:
前記画像補正部は、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響をより受けにくい画素として、前記光線が通過したマイクロレンズの中心との距離がより短い画素を選択する、請求項1に記載の画像解像度変換装置。   The image according to claim 1, wherein the image correction unit selects a pixel having a shorter distance from the center of the microlens through which the light beam has passed as a pixel that is less susceptible to deterioration such as vignetting components and lens distortion. Resolution converter. 異なる視点から同一の被写体を撮像した複数のライトフィールド画像を取得する画像取得ステップと、
補正対象のライトフィールド画像の画素の輝度値を、他のライトフィールド画像の画素のうち、補正対象の画素と同一の光線を取得している画素であって、ケラレ成分やレンズ歪等の劣化の影響をより受けにくい画素の輝度値に基づいて補正する画像補正ステップと、
前記画像補正ステップにおいて補正された前記ライトフィールド画像を複数用いて超解像処理を実行してより高い解像度の画像を生成する超解像ステップと、
を有する画像解像度変換方法。
An image acquisition step of acquiring a plurality of light field images obtained by imaging the same subject from different viewpoints;
The luminance value of the pixel of the light field image to be corrected is a pixel that has acquired the same light ray as the pixel to be corrected among the pixels of the other light field image, and the deterioration of vignetting components, lens distortion, etc. An image correction step for correcting based on a luminance value of a pixel that is less affected,
A super-resolution step of generating a higher-resolution image by performing a super-resolution process using a plurality of the light field images corrected in the image correction step;
An image resolution conversion method comprising:
請求項1又は2に記載の画像解像度変換装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。   A computer program for causing a computer to function as the image resolution conversion apparatus according to claim 1.
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