고화질 영상 획득을 위한 학습 기반 고해상도 향상 장치 및 방법이 제공된다. 일 측면에 따른 고해상도 향상 장치는 저해상도 영상에 포함된 중간대역 성분과 유사한 패치들을 이용해서 제1 고주파 성분을 생성하고, 상기 제1 고주파 성분을 상기 저해상도 영상에 합성해서 초기 고해상도 영상을 생성하는 초기 고해상도 영상 생성부 및 상기 초기 고해상도 영상에 포함된 고주파 성분과 유사한 패치들을 이용해서 제2 고주파 성분을 생성하고, 상기 제2 고주파 성분을 상기 초기 고해상도 영상에 합성해서 최종 고해상도 영상을 생성하는 최종 고해상도 영상 생성부를 포함한다.