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    淺談用低像素復原出高像素圖像的“超解像技術”

    [投影之窗消息]  隨著4K(3840×2160)/8K(7680×4320)廣播電視試驗啟動時間的臨近,有關高分辨率數字內容的話題越來越豐富。與此同時,將全高清(2K、1920×1080)圖像轉換為4K/8K圖像的超解像技術也備受關注。超解像技術可生成分辨率高于原圖像的圖像。不過,電視用超解像技術只能利用周圍及前后幀的像素信息來補充不足的像素,來提高“解像感”。那么,如何通過復原缺失的像素來提高分辨率?
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    具體方法是使用預備知識。比如,預備知識中有攝像劣化模式。據NEC信息與媒體處理研究所介紹,如果預先鎖定拍攝對象和光學系統,就能使超過光學系統的分辨率來放大圖像時的劣化實現模式化。比如,用特定攝像頭來拍攝汽車的車牌及人的面部等特定對象時,就會在劣化圖像和原始圖像之間顯示出很高的相關性。車牌中的“3”和人的眼部會分別進行相同的劣化。如果預先將這種劣化圖像和原始圖像制作成數據庫,通過對拍攝獲得的劣化圖像進行匹配,就能推測出原始圖像。
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    采用這種方法時,復原準確率取決于數據庫的精度。數據庫精度可以通過掌握原始圖像和劣化圖像的對照規律來提高。除了監控攝像頭之外,NEC信息與媒體處理研究所還在研究根據衛星、汽車及無人駕駛飛機配備的攝像頭所拍攝并積累的圖像來掌握這種對應規律的方法。
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    讓偵查衛星拍攝的戰斗機機影變得清晰來鎖定機型;逐步清楚地展現監控攝像頭拍攝的“模糊面部”——這些都是經常在電影上看到的場景。但是,因分辨率不夠而變得不清楚的圖像中缺少再現原始圖像所需要的信息。在現實世界中不可能進行這種復原。比如,將放大的“模糊”圖像補充完整之后,面部并不會變得清晰起來。
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    NEC信息與媒體處理研究所目前正在致力于一項有望應用于社會基礎設施、城市監控及搜查機構的研究,也即設法使電影里的場景變成現實。這是。盡管這項研究可以稱得上能夠“無中生有”,但通過利用圖像以外的圖像補充信息,以很高的準確率復原了所缺失的像素。
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    除了這種方法之外,還有一種方法可在使用視頻等多張連續圖像時,補充不特定對象和光學系統的不足像素。如果被拍攝對象與攝像頭沒有相對靜止,某一圖像所缺少的像素往往會反映到下一個圖像中。NEC信息與媒體處理研究所擁有以小于像素間距的間距來調整位置的技術,可以通過用多張圖像反復進行位置調整,來追加不足的像素。
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    另外,NEC信息與媒體處理還在推進一項研究,雖然不屬于超解像技術,但可以使用除可見光外還能投射多種波長光的攝像頭,使肉眼看不到的影像實現可視化。這項研究的優點并不僅限于能用紅外線攝像頭看到可見光下看不到的物體。比如,首先根據紅外線攝像頭的圖像,使物體和攝像頭之間的光學特性形成模型,然后根據該模型推測出可見光下的物體和攝像頭之間的光學特性模型。使用這兩種光學特性模型,能根據不清楚的可見光圖像,推測出接近于原圖的可見光圖像。

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