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다시점 카메라를 이용한 초고해상도 영상 복원
Super-Resolution Image Reconstruction Using Multi-View Cameras 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.18 no.3, 2013년, pp.463 - 473  

안재균 (고려대학교 전기전자전파공학과) ,  이준태 (고려대학교 전기전자전파공학과) ,  김창수 (고려대학교 전기전자전파공학과)

초록
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본 논문에서는 다시점 영상을 이용한 초고해상도 영상 복원 기법을 제안한다. 구체적으로 $5{\times}5$ 배열로 구성된 다시점 카메라로 25장의 영상을 취득하고, 가운데 카메라에 해당하는 초고해상도 영상을 저해상도 입력 영상과 24장의 저해상도 참조 영상을 활용하여 생성한다. 우선 입력 영상을 중심으로 스테레오 정합 기법을 이용하여 24개의 참조 영상에 대한 변이지도를 각각 추정한다. 그리고 저해상도 영상과 참조 영상에 있는 일치점들을 이용하여 초고해상도 영상을 복원한다. 최종적으로 반복적 균일화를 통해 초고해상도 영상을 보정한다. 실험을 통하여 본 논문에서 제안한 초고해상도 영상 복원 기법의 성능이 우수함을 확인한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a super-resolution (SR) image reconstruction algorithm using multi-view images. We acquire 25 images from multi-view cameras, which consist of a $5{\times}5$ array of cameras, and then reconstruct an SR image of the center image using a low resolution (LR) input ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 다시점 카메라를 이용하여 초고해상도 영상을 생성하는 기법을 제안하였다. 다시점 카메라를 통해 취득한 영상은 특성상 객체의 움직임에 영향을 받지 않으므로, 초고해상도 영상을 복원하는데 효과적이다.
  • 앞에서 설명한 기존 방법들의 문제점을 보완하기 위해, 본 논문에서는 다시점 카메라를 이용한 초고해상도 영상 복원 기법을 제안한다. 제안하는 방법은 영상 취득 시 다시점 카메라를 사용하므로, 동일한 장면에 대해 여러 장의 영상을 동시에 취득할 수 있다.
  • 뿐만 아니라 다시점 영상은 보다 많은 정보를 획득하기에 기존의 단일 시점 영상 처리의 한계를 극복할 수 있으며, 다양한 형태로 응용 및 확장이 가능하다. 이러한 특징을 바탕으로 본 논문에서는 다시점을 이용한 초고해상도 영상 복원 기법을 제안한다.

가설 설정

  • 참조 영상에서 일치하는 화소들의 RGB 값들은 입력 영상의 RGB 값과 유사해야 하며 동시에 고주파 성분이 강해야 한다. 따라서 제안하는 기법에서는 저해상도 영상 화소의 RGB 값이 컬러 공간에서 일치 화소 집합의 RGB 값들 사이에 있을 때 일치 화소 집합들을 적합하다고 가정한다. 예를 들면, 저해상도 영상의 화소 p의 RGB 값이 (50, 43, 33)이고, 참조 영상에서 일치하는 q1 , q2의 화소 RGB 값이 각각 (40, 20, 30), (55, 46, 37) 이면, RGB 공간에서 p의 값이 q1 , q2 값 사이에 있으므로 q1 , q2 화소는 적합하다고 할 수 있다.
  • 일반적으로 저해상도 영상의 화소 값은 고해상도 영상의 인접한 4개 화소 값의 평균이 된다. 따라서 제안하는 기법에서는 저해상도 화소가 고해상도 영상의 부화소 위치에 있다고 가정한다. 즉 저해상도 영상의 화소는 고해상도 영상에서 4개 화소의 중간에 정합된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초고해상도 영상 복원은 어떤 기술인가? 초고해상도 영상 복원은 한 장 또는 여러 장의 저해상도 영상을 이용하여 고해상도 영상을 만드는 방법으로 영상 취득 장치의 한계를 극복하기 위한 기술이다. 최근 영상 처리 기술의 발전과 보급으로 허블 우주망원경, 초고배율 현미경, 첨단 의료 영상 기기 분야와 같은 산업분야에 적용되면서 기술의 중요성이 더욱 높아지고 있다.
초고해상도 영상 복원 기법 중 여러 장의 저해상도 영상을 이용하는 기법에는 무엇이 있는가? 먼저 여러 장의 저해상도 영상을 이용하는 기법은 보간 기법[1-2], 주파수 영역 접근법[3-4], Bayesian 이론을 이용한 확률 기법[5-7], 이미지 합성 기법[8] 등이 대표적이다. 이 방법들은 초고해상도 영상을 복원하는 방식이 다를뿐 근본적으로는 영상 취득 모델을 이용하는 점에서 유사하다.
여러 장의 저해상도 영상을 이용한 초고해상도 영상 복원 기법의 단점은 무엇인가? 따라서 여러 장의 저해상도 영상을 이용한 초고해상도 영상 복원 기법은 저해상도 영상의 개수가 많을수록 복원되는 영상의 정확도는 높아진다. 하지만 이러한 방식의 초고해상도 영상 복원 기법은 영상촬영 환경에 많은 영향을 받는 단점이 있다. 예를 들어 영상촬영 시에 발생하는 광원의 변화가 영상의 밝기 및 명암에 영향을 줄 수도 있고, 촬영하고자 하는 객체에 움직임이 발생할 수도 있다.
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참고문헌 (15)

  1. D. Keren, S. Peleg, and R. Brada, "Image sequence enhancement using sub-pixel displacements," in Proc. of IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR '88), pp. 742-746, June 1988. 

  2. M. C. Hong, M. G. Kang, and A. K. Katsaggelos, "A regularized multichannel restoration approach for globally optimal high resolution video sequence," in Proc. of SPIE VCIP, vol. 3024, pp. 1306-1317, 1997. 

  3. R. Y. Tsai and T. S. Huang, "Multiframe image restoration and registration," Advances in Computer Vision and Image Processing, JAI Press, Greenwich, Conn, USA, pp. 317-339, 1984. 

  4. S. H. Rhee and M.G. Kang, "Discrete cosine transform based regularized high-resolution image reconstruction algorithm," Optical Engineering, vol. 38, no. 8, pp. 1348-1356, Aug. 1999. 

  5. L. C. Pickup, D. P. Capel, S. J. Roberts, and A. Zisserman, "Bayesian methods for image super-resolution," The Computer Journal, Vol. 52, no. 1, pp. 101-113, 2009. 

  6. S. Villena, M. Vega, R. Molina, and A. K. Katsaggelos, "Bayesian super- resolution image reconstruction using an l1 prior," in 6th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (ISPA 2009), pp. 152-157, 2009. 

  7. S. D. Babacan, R. Molina, and A.K. Katsaggelos, "Variational bayesian super resolution," IEEE Trans. Image Process., Vol. 20, no. 4, pp. 984-999, 2011. 

  8. T. Q. Pham, L. J. V. Vliet and K. Schutte, "Robust fusion of irregularly sampled data using adaptive normalized convolution," EURASIP Journal on Applied Signal Processing, Vol. 2006, pp. 1-12, 2006. 

  9. J. Yang, J. Wright, T. Huang, and Y. Ma, "Image super-resolution via sparse representation," IEEE Trans. Image Process., vol. 19, no. 11, pp. 2861-2873, Nov. 2010. 

  10. W. Dong, L. Zhang, G. Shi, and X. Wu, "Image deblurring and super- resolution by adaptive sparse domain selection and adaptive regularization," IEEE Trans. Image Process., vol. 20, no. 7, pp. 1838-1857, Jul. 2011. 

  11. K. I. Kim and Y. Kwon, "Single-image super-resolution using sparse regression and natural image prior", IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 32, no. 6, pp. 1127-1133, 2010. 

  12. Point Greay Research, "Triclops on-line manual," http://www.ptgrey. com/. 

  13. Z. Y. Zhang, "Flexible camera calibration by viewing a plane from unknown orientations," in Proc. of International Conference on Computer Vision(ICCV), pp. 666-673, 1999. 

  14. V. Kolmogorov and R. Zabih, "Computing visual correspondence with occlusions using graph cuts," in Proc. of International Conference on Computer Vision(ICCV), pp. 508-515, 2001. 

  15. Z. Wang, A. C. Bovik, H. R. Sheikh and E. P. Simoncelli, "Image quality assessment: From error visibility to structural similarity," IEEE. Trans. Image Process., vol. 13, no. 4, pp. 600-612, Apr. 2004. 

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