JP5242540B2 - 画像処理方法 - Google Patents
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Description
図1は、i番目の低解像度画像を撮像するための典型的な撮像処理モデル10を示している。Xで表される、理想的な高解像度画像12は、レンズおよびセンサのボケにより劣化する(ステップ14)。なお、ステップ14における、レンズおよびセンサのボケは、HPSFで表される点広がり関数(point-spread-function)の組み合わせによって表される。次に、劣化した画像15は、Miで表されるセンサ動きによる劣化(動き演算子)の影響を受ける(ステップ16)。この結果として劣化した画像17は、続いて、ダウンサンプリングされる(ステップ18)。なお、ダウンサンプリング演算子は、Diで表される。次に、Viで表される付加的なノイズが、ダウンサンプリングされた画像19に追加される(ステップ20)。その結果、i番目に撮像された低解像度画像22は、付加的なノイズを含むこととなる。図1に示される撮像処理モデル10は、下記式(1)によって表される。
本発明に係る一実施形態は、リサンプリング画像Yresampledから、HPSFで表されるボケの影響を除去する方法およびシステムを含んでいる。理想的な高解像度画像の推定値は、
本発明に係る他の実施形態において、正規化拘束項は全変動(Total Variation;TV)ノルムに基づいていてもよい。この実施形態において、TVノルムは、勾配振幅のL1ノルムとして計算され、正規化拘束項は、下記式(9)に従って決定される。
本発明に係る他の実施形態は、複数の異なる露光時間を用いて撮像された複数の低解像度画像から形成されたリサンプリング画像Yresampled(基準画像)から、HPSFで表されるボケの影響を除去する方法およびシステムを含んでもよい。この実施形態において、リサンプリング画像は、下記式(14)によって形成される。
本発明に係る実施形態は、図4に示すように、ボケの除去(ステップ76)に先立って、複数の低解像度画像70を組み合わせること(ステップ72、合成工程)によって形成されたリサンプリング画像73のノイズを除去すること(ステップ74)を含む。ノイズが除去された画像(ノイズ除去画像)75は、ボケの除去が行われ(ステップ76)、高解像度画像の最終的な推定値(ボケ除去画像)78を形成する。一実施形態は、本明細書で記述する、ボケを除去する方法およびシステムに先だって適用される、周知のノイズ除去法を含んでいてもよい。他の実施形態は、後述する、本発明に係るシステムおよび方法によるノイズ除去を含んでいてもよい。
本発明に係る一実施形態は、画像のノイズ除去のための、非繰り返し方法およびシステムを含んでいてもよい。この実施形態は、非局所的な近傍画素と、データ適応重みとを用いた、重み付け平均化を含んでいてもよい。この実施形態において、画像は画素毎に処理され、また、処理の対象となる画素(例えば、位置(i,j)における画素)は、中央画素と見なされる。近傍インデックス集合は、下記のように表される。
例えば、8つの最近傍オフセット画素は下記式(19)を用いて決定される。
本発明に係る一実施形態は、非局所的な近傍画素およびデータ適応重みを用いて、ノイズを繰り返し除去することを含んでいる。この実施形態では、下記式(23)により表される、ノイズ除去画像についての現時点の推定値を用いて、繰り返し推定値の各々における重みが決定される。
本発明に係る一実施形態は、複数の低解像度観測画像に対応する高解像度画像における繰り返しパターンに基づいた、非局所的な正規化拘束項を利用した、ボケ除去のための方法およびシステムを含んでいてもよい。ここでは、非局所的な正規化拘束項を用いて高解像度画像(処理対象画像)のボケを除去する画像処理方法について説明する。なお、ここでは、ボケ除去の基準となるリサンプリング画像(基準画像)が、複数の低解像度画像から生成された高解像度画像である例について説明するが、これに限られない。つまり、ここで説明するノイズ除去方法におけるリサンプリング画像は、一定の周期の繰り返しパターンを有するものであればよく、特に限定されない。なお、これは上述の各実施形態においても同様であり、リサンプリング画像は、必ずしも複数の低解像度画像から生成された高解像度画像である必要はない。本発明に係る一実施形態は、非局所的な正規化拘束項を含んでおり、これによりノイズ抑制を改善する。ボケ除去に先立って個別にノイズ除去を行うシステムと比較して、非局所的正規化拘束項を含む本発明に係る一実施形態は、計算コストが低くなるという利点を有する。
本発明に係る一実施形態では、リサンプリング画像Yresampledは、複数の異なる露光時間で撮像された複数の低解像度画像から形成される。なお、リサンプリング画像の生成に用いる複数の低解像度画像は、その撮像時の露光時間がそれぞれ同一であってもよい。しかし、異なる露光時間の低解像度画像を合成してリサンプリング画像を生成した場合には、リサンプリング画像のダイナミックレンジを拡張することができるという利点がある。この実施形態において、リサンプリング画像は、下記式(33)によって決定される。
52 リサンプリング画像(基準画像)
54 現時点の推定値(処理対象画像)
70 低解像度画像
73 リサンプリング画像(基準画像)
75 ノイズが除去された画像(ノイズ除去画像)
78 最終的な推定値(ボケ除去画像)
90 中央画素(第1画素、ノイズ除去第1画素)
92、94、96、98、100、102、104、106 近傍画素(画素群に含まれる画素)
121 パッチ(第1近接画素群)
122〜129 パッチ(第2近接画素群)
131 中央画素(第1画素、ノイズ除去第1画素)
132〜139 近傍画素(画素群に含まれる画素)
150 入力画像(基準画像)
154 非局所的重み(重み)
158 ノイズ除去画像
160 リサンプリング画像(基準画像)
164 非局所的重み(重み)
168 ノイズ除去画像推定値(ノイズ除去画像)
172 非局所的重み(重み)
182 リサンプリング画像(基準画像)
186、196 現時点の推定値(処理対象画像)
Claims (30)
- 一定の周期の繰り返しパターンを有する基準画像を用いて処理対象画像を更新することによって、該処理対象画像のボケを除去する画像処理方法であって、
上記処理対象画像に含まれる第1画素から上記一定の周期分離れた位置に存在する画素からなる画素群に含まれる各画素に重みを設定する重み設定工程と、
上記第1画素の画素値を、該第1画素に対応する位置の上記基準画像の画素の画素値と、上記重み設定工程で決定した重みと、上記画素群に含まれる各画素の画素値とを用いて更新する更新工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 - 上記基準画像よりも空間解像度が低い複数の低解像度画像を合成することによって上記基準画像を生成する合成工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。
- 上記複数の低解像度画像の空間解像度は、それぞれ同一であることを特徴とする請求項2に記載の画像処理方法。
- 上記基準画像は、上記複数の低解像度画像のそれぞれについて、低解像度画像と、該低解像度画像の動き演算子の逆数と、該低解像度画像のダウンサンプリング演算子の逆数とを乗じて得た値を合算して生成されたものであることを特徴とする請求項2または3に記載の画像処理方法。
- 上記基準画像は、露光時間の異なる複数の低解像度画像を合成して生成されたものであり、
上記基準画像における上記第1画素に対応する位置の画素の画素値に、該画素値の信頼度を示す信頼度数値を対応付けする工程をさらに含み、
上記更新工程では、上記信頼度数値に基づいて上記第1画素の画素値を更新することを特徴とする請求項2に記載の画像処理方法。 - 上記処理対象画像の初期値を、上記基準画像とすることを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。
- 上記重み設定工程では、
上記第1画素に近接する画素よりなる第1近接画素群を設定すると共に、上記第1画素群に含まれる画素のそれぞれについて、該画素に近接する画素よりなる第2近接画素群を設定し、
上記第1画素群に含まれる各画素の重みを、該画素に対応する第2近接画素群に含まれる各画素の画素値と、上記第1画素群に含まれる各画素の画素値との差分である画素値差分を用いて算出することを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。 - 上記重み設定工程では、上記第1近接画素群及び上記第2近接画素群に含まれる各画素について、上記画素値差分を算出し、該算出した各値を2乗して合算し、さらにノイズ除去強度を示すパラメータを乗じた値の指数をとることで算出することを特徴とする請求項7に記載の画像処理方法。
- 異なる露光時間で撮像された複数の低解像度画像を用いて処理対象画像を更新することによって、該処理対象画像のボケを除去する画像処理方法であって、
上記複数の低解像度画像を合成して、該低解像度画像よりも解像度の高い基準画像を生成する合成工程と、
上記合成工程で生成した基準画像に含まれる第1画素について、画素値の信頼度を示す信頼度数値を設定する信頼度設定工程と、
上記信頼度設定工程で設定された信頼度数値と、上記第1画素の画素値と、上記処理対象画像において上記第1画素に対応する位置の対応画素の画素値と、該対応画素の近傍領域における局所変動の値とを用いて、上記対応画素の画素値を更新する更新工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 - 上記複数の低解像度画像の空間解像度は、それぞれ同一であることを特徴とする請求項9に記載の画像処理方法。
- 上記局所変動の値は、上記対応画素の画素値と、該対応画素に隣接する4つの画素の画素値との差分を用いて算出されることを特徴とする請求項9に記載の画像処理方法。
- 上記合成工程では、上記複数の低解像度画像のそれぞれについて、低解像度画像と、該低解像度画像の動き演算子の逆数と、該低解像度画像のダウンサンプリング演算子の逆数とを乗じて得た値を合算して上記基準画像を生成することを特徴とする請求項9に記載の画像処理方法。
- 上記更新工程では、全変動ノルムに基づく拘束項を含むコスト関数を最小化することによって、処理対象画像を更新することを特徴とする請求項9に記載の画像処理方法。
- 一定の周期の繰り返しパターンを有する基準画像のノイズを除去する画像処理方法であって、
上記基準画像に含まれる第1画素から上記一定の周期分離れた位置に存在する画素からなる画素群に含まれる各画素に重みを設定する重み設定工程と、
上記重み設定工程で設定した重みを、上記画素群に含まれる各画素の画素値に適用して更新する更新工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 - 上記基準画像よりも空間解像度が低い複数の低解像度画像を合成することによって上記基準画像を生成する合成工程を含むことを特徴とする請求項14に記載の画像処理方法。
- 上記複数の低解像度画像には、撮像時の露光時間が異なるものが含まれることを特徴とする請求項15に記載の画像処理方法。
- 上記複数の低解像度画像の空間解像度は、それぞれ同一であることを特徴とする請求項15に記載の画像処理方法。
- 上記合成工程では、上記複数の低解像度画像のそれぞれについて、低解像度画像と、該低解像度画像の動き演算子の逆数と、該低解像度画像のダウンサンプリング演算子の逆数とを乗じて得た値を合算して上記基準画像を生成することを特徴とする請求項15に記載の画像処理方法。
- 上記重み設定工程では、
上記第1画素に近接する画素よりなる第1近接画素群を設定すると共に、上記第1画素群に含まれる画素のそれぞれについて、該画素に近接する画素よりなる第2近接画素群を設定し、
上記第1画素群に含まれる各画素の重みを、該画素に対応する第2近接画素群に含まれる各画素の画素値と、上記第1画素群に含まれる各画素の画素値との差分である画素値差分を用いて算出することを特徴とする請求項14に記載の画像処理方法。 - 上記重み設定工程では、第1近接画素群及び第2近接画素群に含まれる各画素について、上記画素値差分を算出し、該算出した各値を2乗して合算し、さらにノイズ除去強度を示すパラメータを乗じた値の指数をとることで算出することを特徴とする請求項19に記載の画像処理方法。
- 上記更新工程で更新された画素値を有するノイズ除去画像を用いて処理対象画像を更新することによって、該処理対象画像からボケを除去したボケ除去画像を生成するために、
上記ノイズ除去画像に含まれるノイズ除去第1画素について、画素値の信頼度を示す信頼度数値を設定する信頼度設定工程と、
上記信頼度設定工程で設定された信頼度数値と、上記ノイズ除去第1画素の画素値と、上記処理対象画像において上記ノイズ除去第1画素に対応する位置の対応画素の画素値と、該対応画素の近傍領域における局所変動の値とを用いて、上記対応画素の画素値を更新する更新工程とを含むことを特徴とする請求項14に記載の画像処理方法。 - 一定の周期の繰り返しパターンを有する基準画像からノイズを除去したノイズ除去画像を生成する画像処理方法であって、
上記基準画像に含まれる第1画素から上記一定の周期分離れた位置に存在する画素からなる画素群に含まれる各画素に重みを設定する重み設定工程と、
上記重み設定工程で設定した重みを用いて、上記画素群に含まれる各画素の画素値を組み合わせることによって、上記ノイズ除去画像において上記第1画素に対応する対応位置の画素の画素値を更新する更新工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 - 上記ノイズ除去画像の初期値を、上記基準画像とすることを特徴とする請求項22に記載の画像処理方法。
- 上記重み設定工程では、
上記ノイズ除去画像において、上記第1画素に対応する位置の画素に近接する画素よりなる第1近接画素群を設定すると共に、上記第1画素群に含まれる画素に対応する位置の画素に近接する画素よりなる第2近接画素群を設定し、
上記第1画素群に含まれる各画素の重みを、該画素に対応する第2近接画素群に含まれる各画素の画素値と、上記第1画素群に含まれる各画素の画素値との差分である画素値差分を用いて算出することを特徴とする請求項22に記載の画像処理方法。 - 上記重み設定工程では、第1近接画素群及び第2近接画素群に含まれる各画素について、上記画素値差分を算出し、該算出した各値を2乗して合算し、さらにノイズ除去強度を示すパラメータを乗じた値の指数をとることで算出することを特徴とする請求項22に記載の画像処理方法。
- 上記基準画像は、該基準画像よりも空間解像度が低い複数の低解像度画像を合成することによって上記基準画像を生成する合成工程で生成されたものであることを特徴とする請求項22に記載の画像処理方法。
- 上記複数の低解像度画像には、撮像時の露光時間が異なるものが含まれることを特徴とする請求項26に記載の画像処理方法。
- 上記複数の低解像度画像の空間解像度は、それぞれ同一であることを特徴とする請求項26に記載の画像処理方法。
- 上記基準画像は、上記複数の低解像度画像のそれぞれについて、低解像度画像と、該低解像度画像の動き演算子の逆数と、該低解像度画像のダウンサンプリング演算子の逆数とを乗じて得た値を合算して生成されたものであることを特徴とする請求項26に記載の画像処理方法。
- 上記更新工程で更新された画素値を有するノイズ除去画像を用いてボケ除去対象画像を更新することによって、該ボケ除去対象画像からボケを除去したボケ除去画像を生成するために、
上記ノイズ除去画像に含まれるノイズ除去第1画素について、画素値の信頼度を示す信頼度数値を設定する信頼度設定工程と、
上記信頼度設定工程で設定された信頼度数値と、上記ノイズ除去第1画素の画素値と、上記ボケ除去対象画像において上記ノイズ除去第1画素に対応する位置の対応画素の画素値と、該対応画素の近傍領域における局所変動の値とを用いて、上記対応画素の画素値を更新する更新工程とを含むことを特徴とする請求項22に記載の画像処理方法。
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