고성능 병렬 컴퓨팅 모듈을 구비하지 않더라도 초해상도 처리를 효율적, 실용적으로 수행할 수 있는 룩업테이블을 이용한 초해상도 영상 처리 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 룩업테이블을 이용한 초해상도 영상 처리 방법은: 저해상도 학습 영상을 고해상도 영상으로 변환하는 초해상도 신경망을 학습하는 단계; 상기 저해상도 학습 영상의 커널에 포함되는 입력 화소들의 제1 화소값들의 조합과, 상기 제1 화소값들에 따라 출력되는 상기 고해상도 영상의 제2 화소값들의 조합의 대응 관계를 나타내는 초해상도 룩업테이블을 생성하는 단계; 및 입력 영상의 화소들의 입력 화소값들을 기초로 상기 초해상도 룩업테이블에서 복수의 제1 화소값들의 조합 및 복수의 제2 화소값들의 조합을 추출하고, 상기 입력 화소값들과 상기 복수의 제1 화소값들을 기반으로 상기 복수의 제2 화소값들의 조합을 보간 처리하여 초해상도 영상을 생성하는 단계;를 포함한다.