2015 Fiscal Year Research-status Report
低照度・高品質撮像のための画像疎表現理論に基づく新カラー動画像復元法の開発
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15K00250
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
斎藤 隆弘 神奈川大学, 工学部, 教授 (10150749)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小松 隆 神奈川大学, 工学部, 助手 (80241115)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ポアソン分布 / ガウス分布 / 信号依存性雑音 / 三次元冗長DCT / Color Shrinkage / 分散安定化逆変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CCDやCMOS等の固体撮像素子によって撮像された画像データに含まれる雑音は、ポアソン分布とガウス分布の重ね合わせとしてモデル化できる。従来の多くの雑音除去法は各画素に含まれる雑音の分散が一定であると仮定し、雑音の分散に応じて雑音除去処理を行なっている。このため、その分散が信号の真値に応じて変化する信号依存性雑音である“PG雑音画像”に対しては，近似的に分散が1となる確率変数へと変換する“分散安定化変換”を行った後、既存の雑音除去法を適用し、さらに分散安定化逆変換を行って雑音除去画像を得るという戦略が有効である。一方、画像の信号値が小さな範囲では、分散安定化変換自体の有効性が破綻することが知られている。また、画像の信号値が小さくなると、FDアンプノイズの影響が無視できなくなる。そこで、本年度年度は、実際のディジタルカメラの“PG雑音画像”を模擬的に生成可能なプログラムの作成と、このPG雑音模擬撮像画像の復元プログラムを作成し、上記の戦略に基づくカラー動画像復元が有効となる画像信号と雑音のレベルについて理論と実験の両面から検討を行なった。
(1) PG雑音模擬撮像データを生成可能なプログラムの作成：実際のカメラの撮像に即して、光ショット雑音とFDアンプ雑音とが種々なレベルで重畳したPG雑音模擬撮像データを生成可能なプログラムを作成した。(2) PG雑音模擬撮像データからのカラー動画像復元プログラムの作成と復元性能の評価：PG雑音模擬撮像データに、①分散安定化変換、②三次元冗長DCTとColor Shrinkageによる時空間雑音除去、③分散安定化逆変換、の各処理を順次適用可能なプログラムを作成し、このプログラムを用いて付加PG雑音のレベルと画像復元性能との関係を実験的に評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実際のカメラの撮像に即したポアソン―ガウシアン雑音を付加するプログラムを作成し、このプログラムのより生成された雑音付加動画像に対して分散安定化変換、三次元冗長DCTとColor Shrinkageによる時空間雑音除去、分散安定化逆変換を行い、提案方式の有効性を確認した。また、これらの成果を学会大会等で発表した。
１）近藤 崇吾、小松 隆、齊藤 隆弘、”ポアソン‐ガウシアン動画像復元法‐静動領域に対する適応処理‐”、映像情報メディア学会 2015年08月
２）小松 隆, 近藤崇吾、齊藤隆弘、”ピクセルビニングと冗長サブサンプリングを用いた動画像雑音除去の検討、"2015年映像情報メディア学会年次大会, 22A-3, 2015年8月
３）近藤 崇吾、小松 隆、齊藤 隆弘 ポアソン‐ガウシアン動画像の適応的２段階復元法 2015PCSJ/IMPS 2015年11月
４）小松 隆 近藤 崇吾 齊藤 隆弘 "画素ビニングと冗長サブサンプリングを用いた低照度動画像復元",2015PCSJ/IMPS 2015年11月
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| Strategy for Future Research Activity |
画素ビニングは着目画素の近傍3×3×3画素の総和を求め観測信号の信頼度を向上する処理である。画素ビニングにより時空間解像度が1/3となるため、3:1にサンプリングする。この際，サンプリング開始位置の異なる27種類の動画像を生成する。この処理を本研究では冗長サブサンプリングと呼ぶ。画素ビニングと冗長サブサンプリングにより得られた27種類の動画像は，時空間解像度の低い27台のカメラを時空間に1/3画素・1/3フレームずらして配置し、撮像した動画像に相当する．この処理を仮想的多重撮像と呼ぶ。
仮想的多重撮像され、雑音除去された27種類の動画像は，画素ビニングによりぼけを生じている。よって、もとの時空間解像度の画像を生成するために、27種類の雑音除去動画像にBack projection法を適用し，ぼけ復元とアップサンプリングを同時に行う必要がある．また、27種類の雑音除去された動画像には、雑音が残存するためBack projectionの反復処理毎に時空間に拡張したTV正則化を適用する必要がある。
現在、仮想的多重撮像を３ｘ３ｘ３の画素ビニングにより実現しているが、任意形状の画素ビニングの想定が可能であり、Color Shrinkageとの組み合わせにより、画素ビニング対象動画像に対して形状を適応的に選択できる可能性がある。
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| Causes of Carryover |
予算に対して5000円弱の残金を生じた。決算の直前に調達請求した物品の金額が予定より安価であったため、この差額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度請求額が5000円弱増加するが、予算に対してその割合はわずかであり、当初の計画より特に変更はない。
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