KR19980015067A - Image quality improvement method using quantized mean-separated histogram equalization with brightness compensation function and its circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명의 화질 개선 방법과 그 회로는 입력되는 영상신호를 양자화하고, 입력되는 영상신호를 화면단위로 평균을 구해서 양자화하고, 양자화된 영상신호를 양자화된 평균레벨에 따라 소정수의 양자화된 서브영상으로 분할하고, 소정수의 양자화된 서브영상의 각각의 누적 밀도 함수를 구하고, 양자화된 서브영상별로 구해진 누적 밀도 함수를 근거로 하여 보간에 의해 서브영상별로 보간된 누적 밀도 함수값을 출력하고, 입력되는 영상신호의 평균밝기에 근거로 한 소정의 보정함수에 따른 보정치를 평균레벨에 가산하여 보상된 평균레벨을 출력하고, 서브영상별로 보간된 누적 밀도 함수값과 보상된 평균레벨을 근거로 하여 양자화된 서브영상별로 독립적으로 히스토그램 등화하므로서, 갑작스런 밝기 변화와 아티펙트를 효과적으로 줄여서 콘트라스트를 개선하면서 주어진 영상의 전체 밝기를 유지하며, 특히 지나치게 어둡거나 밝은 입력 영상신호의 콘트라스트를 개선한다.The image quality improvement method and circuit of the present invention quantizes input video signals, obtains an average of the input video signals on a screen basis and quantizes them, and outputs the quantized video signals to a predetermined number of quantized sub- Extracts a cumulative density function of each of a predetermined number of quantized subimages, outputs an accumulated cumulative density function value interpolated for each subimage by interpolation based on the cumulative density function obtained for each quantized subimage, And outputs a corrected average level by adding a correction value according to a predetermined correction function based on the average brightness of the video signal to the average level to output the compensated average level and quantizes the corrected average value based on the accumulated density function value interpolated for each sub- By independently histogram equalizing each sub-image, it is possible to effectively reduce sudden brightness changes and artifacts, While improving agent maintains the overall brightness of the given image, and, in particular, excessively dark or light to improve the contrast of an input video signal.
Description
본 발명은 밝기 보상 기능을 가진 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 방법과 그 회로에 관한 것으로, 특히 입력되는 영상신호를 양자화하여 양자화된 영상신호를 그 평균에 근거하여 소정수의 서브영상으로 분할하고, 분할된 서브영상에 대하여 밝기를 보상하면서 독립적으로 히스토램 등화하는 화질 개선 방법 및 회로에 관한 것이다.The present invention relates to an image quality improvement method using quantized mean-separated histogram equalization having a brightness compensating function and a circuit therefor. More particularly, the present invention relates to an image quality improvement method using a quantized average- And separately performing histogram equalization while compensating brightness of divided sub-images.
히스토그램 등화의 기본 동작은 입력 영상의 히스토그램을 토대로 주어진 입력 영상을 변환하는 것으로서, 여기서 히스토그램이라 함은 주어진 입력 영상에서의 그레이 레벨 분포를 나타낸다.The basic operation of histogram equalization is to transform a given input image based on the histogram of the input image, where the histogram represents the gray level distribution in a given input image.
이러한 그레이 레벨(gray level)의 히스토그램은 영상(image)의 외양(appearance)의 전체적인 묘사를 제공한다. 영상의 샘플 분포에 따라 적절히 조절된 그레이 레벨은 외양 또는 영상의 콘트라스트를 개선시킨다.This histogram of gray levels provides an overall depiction of the appearance of the image. The appropriately adjusted gray level according to the sample distribution of the image improves the appearance or the contrast of the image.
콘트라스트 개선을 위한 많은 방법중에 영상의 샘플분포에 따라 주어진 영상의 콘트라스트를 개선하는 방법인 히스토그램 등화가 가장 널리 알려져 있으며, 이는 아래 문헌 [1], [2]에 개시되어 있다: [1] J.S.Lim, Two-Dimensional Signal and Image Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1990, [2] R.C.Gonzalez and P.Wints, Digital Image Processing, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1977.Among many methods for improving the contrast, histogram equalization, which is a method for improving the contrast of a given image according to a sample distribution of an image, is most widely known and is disclosed in the following documents [1] and [2]: [1] JSLim , Two-Dimensional Signal and Image Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1990, [2] RC Gonzalez and P. Wints, Digital Image Processing, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts,
또한, 메디컬 영상 처리와 레이더 영상 처리를 포함하는 히스토그램 등화 방법의 유용한 응용은 아래 문헌 [3], [4]에 개시되어 있다: [3] J.Zimmerman, S.Pizer, E.Staab, E.Perry, W.McCartney, and B.Brenton, Evaluation of the effectiveness of adaptive histogram equalization for contrast enhancement, IEEE Tr.on Medical Imaging,pp.304-312, Dec.1988, [4] Y.Li, W.Wang, and D.Y.Yu, Application of adaptive histogram equalization to x-ray chest image, Proc. of the SPIE,pp.513-514,vol.2321,1994.In addition, useful applications of histogram equalization methods including medical image processing and radar image processing are disclosed in [3] and [4] below: [3] J. Zimmerman, S. Pizer, E. Staab, E. Perry, W. McCartney, and B. Brenton, Evaluation of the Effectiveness of Adaptive Histogram Equalization for Contrast Enhancement, IEEE Tr. On Medical Imaging, pp. 304-412, Dec. 1988, [4] Y. Li, W. Wang , and DYYu, Application of adaptive histogram equalization to x-ray chest image, Proc. of the SPIE, pp. 513-514, vol.2321, 1994.
따라서, 주어진 영상의 히스토그램을 이용한 기법은 메디컬 영상 처리, 적외선 영상 처리, 레이더 영상 처리 분야등 여러 분야에서 유용하게 응용되고 있다.Therefore, the technique using the histogram of a given image has been applied to various fields such as medical image processing, infrared image processing, and radar image processing.
일반적으로, 히스토그램 등화는 동적 범위(dynamic range)를 늘이는(stretching) 효과를 갖기 때문에 히스토그램 등화는 결과 영상의 분포밀도를 평평(flat)하게 하고, 그 결과로서 영상의 콘트라스트를 개선한다.In general, histogram equalization has the effect of stretching the dynamic range so that the histogram equalization flattenes the distribution density of the resulting image and consequently improves the contrast of the image.
널리 알려진 히스토그램 등화의 이러한 특성은 실제적인 경우에서는 결점이 된다. 즉, 히스토그램 등화의 출력 밀도가 일정하기 때문에 출력영상의 평균 밝기(brightness)는 중간 그레이 레벨에 가깝게 된다. 실제적으로, 아날로그 영상의 히스토그램 등화를 위하여, 히스토그램 등화에서 출력 영상의 평균 밝기는 입력 영상의 평균 밝기에는 무관하게 정확히 중간 그레이 레벨이다. 분명하게, 이 특성은 실제 응용에서는 바람직하지 않다. 예를 들어, 밤에 찍은 장면은 히스토그램 등화 후에는 낮동안 찍은 장면과 같이 보이는 문제점이 발생된다.This characteristic of the widely known histogram equalization is a drawback in practical cases. That is, since the output density of the histogram equalization is constant, the average brightness of the output image is close to the middle gray level. In practice, for histogram equalization of analog images, the average brightness of the output image in the histogram equalization is exactly the middle gray level regardless of the average brightness of the input image. Obviously, this characteristic is not desirable in practical applications. For example, a scene taken at night may look like a scene taken during the day after histogram equalization.
또한, 종래의 히스토그램 등화회로는 모든 그레이 레벨의 발생횟수를 모두 저장할 수 있는 구성이 필요하므로 하드웨어 비용이 높아지는 문제점이 발생되었다. 예를 들어, 그레이 레벨(L)이 L=256라고 가정하면, 모든 레벨의 발생횟수를 저장하기 위해 256개의 메모리소자가 요구되고, 모든 레벨의 발생횟수를 누적하기 위해 256개의 누적기등이 필요하였다.In addition, the conventional histogram equalization circuit is required to have a configuration capable of storing all the occurrences of all the gray levels, thus causing a problem of high hardware cost. For example, assuming that the gray level (L) is L = 256, 256 memory elements are required to store the number of occurrences of all levels, and 256 accumulators are required to accumulate the number of occurrences of all levels Respectively.
본 발명의 목적은 입력 영상의 레벨을 양자화하여 양자화된 입력 영상을 그 평균에 근거하여 소정수의 양자화된 서브영상으로 분할하고, 입력 영상의 평균 밝기에 따라 평균레벨에 보정치를 가산한 보상된 평균레벨을 이용하여 양자화된 서브영상별로 독립적으로 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to divide an input image quantized by level of an input image into a predetermined number of quantized sub images based on the average and to add a corrected average value obtained by adding a correction value to an average level according to an average brightness of an input image, Level of the quantized sub-images independently of the quantized sub-images to improve the image quality.
본 발명의 다른 목적은 입력 영상의 레벨을 양자화하여 양자화된 입력 영상을 그 평균에 근거하여 소정수의 양자화된 서브영상으로 분할하고, 입력 영상의 평균 밝기에 따라 평균레벨에 보정치를 가산한 보상된 평균레벨을 이용하여 양자화된 서브영상별로 독립적으로 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 회로를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for quantizing an input image by dividing a quantized input image into a predetermined number of quantized sub images based on the quantized input image, The present invention provides a circuit for improving image quality by independently histogram equalizing each quantized sub-image using an average level.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 화질 개선 방법은 소정수(L)의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 방법에 있어서: (a) 입력되는 영상신호를 양자화하여 양자화된 영상신호를 출력하는 단계; (b) 입력되는 영상신호를 화면단위로 평균을 구해서 양자화하여 양자화된 평균레벨을 출력하는 단계; (c) 상기 양자화된 영상신호를 상기 양자화된 평균레벨에 따라 소정수의 양자화된 서브영상으로 분할하는 단계; (d) 상기 소정수의 양자화된 서브영상의 각각의 누적 밀도 함수를 구하는 단계; (e) 양자화된 서브영상별로 구해진 누적 밀도 함수를 근거로 하여 보간에 의해 서브영상별로 보간된 누적 밀도 함수값을 출력하는 단계; (f) 입력되는 영상신호의 평균밝기에 근거로 한 소정의 보정함수에 따른 보정치를 상기 평균레벨에 가산하여 보상된 평균레벨을 출력하는 단계; 및 (g) 서브영상별로 보간된 누적 밀도 함수값과 상기 보상된 평균레벨을 근거로 하여 양자화된 서브영상별로 독립적으로 히스토그램 등화하는 단계를 포함함을 특징으로 하고 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for improving image quality by histogram equalizing an image signal represented by a predetermined number (L) of gray levels, the method comprising the steps of: (a) And outputting a quantized video signal; (b) obtaining an average of the inputted video signals on a screen basis and quantizing them to output a quantized average level; (c) dividing the quantized image signal into a predetermined number of quantized sub-images according to the quantized average level; (d) obtaining cumulative density functions of the predetermined number of quantized sub-images; (e) outputting a cumulative density function value interpolated for each sub-image by interpolation based on a cumulative density function obtained for each quantized sub-image; (f) outputting a compensated average level by adding a correction value according to a predetermined correction function based on an average brightness of an input video signal to the average level; And (g) independently histogram equalizing each of the quantized sub-images based on the accumulated density function value interpolated for each sub-image and the compensated average level.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 화질 개선 회로는 소정수(L)의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 회로에 있어서: 입력되는 영상신호를 양자화하여 양자화된 영상신호를 출력하는 제1 양자화수단; 양자화된 영상신호를 화면단위로 그레이 레벨분포를 계산하는 제1 계산수단; 입력되는 영상신호를 화면단위로 평균레벨을 계산하는 제2 계산수단; 계산된 평균레벨을 양자화하여 양자화된 평균레벨을 출력하는 제2 양자화수단; 입력되는 영상신호의 평균 밝기에 근거로 한 소정의 보정함수에 따른 보정치를 상기 평균레벨에 가산하여 보상된 평균레벨을 출력하는 밝기 보상수단; 상기 제1 계산수단에서 계산된 그레이 레벨 분포를 상기 양자화된 평균레벨에 따라 소정수의 양자화된 서브영상으로 분할하는 분할수단; 양자화된 서브영상별로 누적 밀도 함수를 구하는 제3계산수단; 상기 양자화된 서브영상별로 계산된 누적 밀도 함수를 근거로 하여 보간에 의해 서브영상별로 보간된 누적 밀도 함수값을 출력하는 보간수단; 입력되는 영상신호의 평균밝기에 근거로 한 소정의 보정함수에 따른 보정치를 상기 평균레벨에 가산하여 보상된 평균레벨을 출력하는 밝기 보상수단; 및 상기 양자화된 서브영상별로 이에 대응하는 상기 보간된 누적 밀도 함수값과 상기 보상된 평균레벨에 따라 새로운 그레이 레벨로 맵핑하여 개선된 신호를 출력하는 출력수단을 포함함을 특징으로 하고 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an image quality improvement circuit for enhancing image quality by histogram equalizing an image signal represented by a predetermined number (L) of gray levels, the circuit comprising: A first quantization means for outputting a video signal that is generated by the first quantization means; First calculation means for calculating a gray level distribution of the quantized video signal on a screen basis; Second calculation means for calculating an average level of an input video signal on a screen basis; Second quantization means for quantizing the calculated average level and outputting a quantized average level; A brightness compensation means for adding a correction value according to a predetermined correction function based on an average brightness of an input video signal to the average level to output a compensated average level; Division means for dividing the gray level distribution calculated by the first calculation means into a predetermined number of quantized sub-images according to the quantized average level; Third calculation means for obtaining an accumulated density function for each quantized sub-image; Interpolating means for outputting a cumulative density function value interpolated for each sub-image by interpolation based on the cumulative density function calculated for each of the quantized sub-images; A brightness compensation means for adding a correction value according to a predetermined correction function based on an average brightness of an input video signal to the average level to output a compensated average level; And output means for outputting an improved signal by mapping the quantized sub-image to a new gray level according to the interpolated cumulative density function value and the compensated average level corresponding to the quantized sub-image.
도 1은 본 발명의 양자화 개념을 설명하기 위하여 L레벨의 이산 신호를 Q레벨의 이산 신호로 양자화하는 예를 보인 도면이다.1 is a diagram showing an example of quantizing an L level discrete signal into a Q level discrete signal in order to explain the quantization concept of the present invention.
도 2는 본 발명에 적용되는 보간 개념을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining an interpolation concept applied to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 밝기 보상 기능을 가진 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 일 실시예에 따른 블럭도이다.FIG. 3 is a block diagram of an image quality improvement circuit using quantized mean-separated histogram equalization having a brightness compensation function according to an embodiment of the present invention.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 적용되는 밝기 보정함수의 예를 보인 도면이다.4A and 4B are diagrams illustrating an example of a brightness correction function applied to the present invention.
도 5a와 도 5b는 도 4a와 도 4b에 도시된 밝기 보정함수에 의해 보상된 평균레벨과 입력 영상의 평균레벨의 관계의 예를 보인 도면이다.FIGS. 5A and 5B are diagrams showing examples of the relationship between the average level compensated by the brightness correction function shown in FIGS. 4A and 4B and the average level of the input image.
도 6은 본 발명에 의한 밝기 보상 기능을 가진 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 다른 실시예에 따른 블럭도이다.6 is a block diagram according to another embodiment of an image quality improvement circuit using quantized mean-separated histogram equalization having a brightness compensation function according to the present invention.
본 발명에서 제안하는 밝기 보상 기능을 가진 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화(Quantized Mean-Separate Histogram Equalization)를 이용한 화질 개선 방법에 대해 설명하기로 한다.A description will be made of a picture quality improvement method using a quantized mean-separated histogram equalization with the brightness compensation function proposed in the present invention.
주어진 영상 {X}는 L개의 이산(discrete) 그레이 레벨{X0,X1,...,XL-1}로 구성되고, 여기서, X0=0은 블랙레벨을 나타내고, XL-1=1은 화이트 레벨을 나타낸다. 또한, Xm∈ {X0,X1,...,XL-1}이다.A given image X consists of L discrete gray levels {X 0 , X 1 , ..., X L-1 }, where X 0 = 0 represents the black level and X L -1 = 1 indicates a white level. Also, X m ∈ {X 0 , X 1 , ..., X L-1 }.
원래의 이산 입력 레벨{X0,X1,...,XL-1}을 {Z0,Z1,...,ZQ-1}로 정의되는 Q 이산레벨로 양자화하되, 여기서, ZQ-1= XL-1이라 하고, 또한 Q 1 L 이고, {Z0,Z1,...,ZQ-1} 1C {X0,X1,...,XL-1}라고 가정한다.Quantizing the original discrete input levels {X 0 , X 1 , ..., X L-1 } to a Q discrete level defined by {Z 0 , Z 1 , ..., Z Q-1 } Z Q-1 = X L-1 referred to, and also Q 1 L, {Z 0, Z 1, ..., Z Q-1} 1C {X 0, X 1, ..., X L-1 }.
이와 같이 L레벨의 이산 신호를 Q레벨의 이산 신호로 양자화하는 예는 도 1에 도시되어 있다.An example of quantizing the discrete signal of the L level in the Q level discrete signal is shown in Fig.
그리고, Q[Xk]는 양자화 연산이라고 하고, 다음과 같이 정의한다.Then, Q [X k ] is called a quantization operation and is defined as follows.
Q[Xk] = Zq, if Zq-1XK1Zq Q [X k ] = Z q , if Z q-1 X K 1Z q
{Z} = Q[{X}]과 Zm= Q[Xm]라고 둘 때, Xm는 원래 영상의 평균레벨을, {Z}는 양자화된 입력 영상을, Zm은 양자화된 평균레벨을 각각 나타내고, 양자화된 입력 영상 {Z}을 Zm을 중심으로 2개의 서브영상 {Z}L, {Z}U로 분할한다. 여기서, 양자화된 서브영상 {Z}L에서의 모든 샘플은 양자화된 평균레벨(Zm) 이하이고, 양자화된 서브영상 {Z}U에서의 모든 샘플은 양자화된 평균레벨(Zm) 보다 크다.{Z} = Q [{X }] and when both said Z m = Q [X m] , X m is an average level of the original image, {Z} the quantized input image, Z m is the average level quantization And divides the quantized input image {Z} into two sub-images {Z} L and {Z} U centered at Z m . Here, all samples in the quantized sub-picture {Z} L are less than the quantized average level (Z m ) and all samples in the quantized sub-picture {Z} U are larger than the quantized average level (Z m ).
서브영상 {Z}L,{Z}U의 각각의 양자화된 확률 밀도 함수(probablity density function:PDF)는 아래 수학식 1 및 수학식 2로 나타낼 수 있다.The quantized probability density function (PDF) of each of the sub-images {Z} L and {Z} U can be expressed by the following equations (1) and (2).
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, PL(Zq)는 양자화된 서브영상 {Z}L에서 q번째 양자화 그레이 레벨(Zq)의 확률이고, PU(Zq)는 양자화된 서브영상 {Z}U에서 q번째 양자화된 그레이 레벨(Zq)의 확률이고, Nq L,Nq U는 각각 양자화된 서브영상{Z}L, 양자화된 서브영상 {Z}U에서 이 레벨(Zq)이 나타나는 횟수를 나타내고, NL,NU은 양자화된 서브영상 {Z}L, 양자화된 서브영상 {Z}U의 각각의 전체 샘플수를 나타낸다.Here, P L (Z q) is the quantized sub-image {Z} and L probability of the q th quantized gray level (Z q) In, P U (Z q) is the q th quantized by the quantization sub-image {Z} U the gray level and the (Z q) probability, N q L, N q U represent the number of times the level (Z q) is represented in the sub-image {Z} L, the quantized sub-image {Z} U, respectively quantized, N L , N U represents the total number of samples of each of the quantized sub-picture {Z} L and the quantized sub-picture {Z} U.
그때, 양자화된 서브영상 {Z}L, 양자화된 서브영상 {Z}U의 각각의 누적 밀도 함수(cumulative density function:CDF)는 다음 수학식 3과 수학식 4와 같이 정의된다.Then, the cumulative density function (CDF) of each of the quantized sub-image {Z} L and the quantized sub-image {Z} U is defined by the following equations (3) and (4).
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, CL(Zm) = 1 이고, CU(ZQ-1) = 1 이다.Where C L (Z m ) = 1 and C U (Z Q-1 ) = 1.
보간된 누적 밀도 함수 cL(Xk),cU(Xk)는 양자화된 누적 밀도 함수 CL(Zq), CU(Zq)로부터 도 2에 도시된 선형보간을 통해 대략적으로 계산할 수 있다.The interpolated cumulative density function c L (X k ), c U (X k ) is calculated approximately from the quantized cumulative density function C L (Z q ), C U (Z q ) .
Q[Xk] = Zq1 Zm로 가정하면, Z-1= 0 이고, cL(Xk)는 다음 수학식 5와 같이 선형보간된다.Assuming that Q [X k ] = Z q 1 Z m , Z -1 = 0 and c L (X k ) is linearly interpolated as shown in Equation (5).
[수학식 5]&Quot; (5) "
유사하게, Q[Xk] = ZqZm로 가정하면 cU(Xk)는 다음 수학식 6과 같이 선형 보간된다.Similarly, assuming that Q [X k ] = Z q Z m , c U (X k ) is linearly interpolated as shown in Equation 6 below.
[수학식 6]&Quot; (6) "
한편, 히스토그램 등화의 가장 큰 문제점은 변환함수로 사용되는 누적 밀도 함수값에 따라 입출력 신호간의 평균밝기가 현저하게 변할 수 있다는 것이다.On the other hand, the biggest problem of the histogram equalization is that the average brightness between the input and output signals can be remarkably changed depending on the accumulated density function value used as the conversion function.
또한, 본 발명에서는 주어진 영상의 평균밝기가 지나치게 어둡거나 밝을 경우 밝기 보상을 겸한 다음의 맵핑동작을 제안한다.Further, in the present invention, the following mapping operation combining brightness compensation is proposed when the average brightness of a given image is excessively dark or bright.
보간된 누적 밀도 함수를 근거로 해서, 개선된 출력(YH)은 입력 영상(Xk)에 대해 다음 수학식 7과 같이 주어진다.Based on the interpolated cumulative density function, the improved output (Y H ) is given by Equation (7) for the input image (X k ).
[수학식 7]&Quot; (7) "
여기서,here,
[수학식 8]&Quot; (8) "
즉, Bm을 보상된 평균레벨이라고 하고, △은 평균밝기에 따른 소정의 보정함수에 의해 얻어지는 보정치라고 하면, 이 보상된 평균레벨(Bm)은 주어진 영상의 평균레벨(Xm)에 보정치(△)를 가산한 결과가 된다. 이때, Bm⊂ {X0,X1,...,XL-1} 로 가정한다.That is, let B m be a compensated average level, and? Be a correction value obtained by a predetermined correction function according to the average brightness, the compensated average level B m is a correction value obtained by multiplying the average level (X m ) (?). At this time, it is assumed that B m ⊂ {X 0 , X 1 , ..., X L-1 }.
그리고,And,
[수학식 9]&Quot; (9) "
이다. Bm'는 보상된 평균레벨(Bm)보다 높은 레벨영역에서 맵핑되는 첫번째 그레이 레벨을 나타낸다.to be. B m 'represents the first gray level mapped in the level region above the compensated average level (B m ).
결론적으로 수학식 7은 샘플들이 입력 영상의 양자화된 평균레벨(Zm)보다 같거나 작으면 (0,Bm)에 맵핑시킨 결과이고, 샘플들이 입력 영상의 양자화된 평균레벨(Zm)보다 크면 (Bm',XL-1)에 맵핑시킨 결과이다.In conclusion, than Equation (7) is if the samples are equal to or less than the quantized mean level (Z m) of the input image is (0, B m) in which the results, and the samples are the mean-level quantization of the input image (Z m) are mapped to (B m ', X L-1 ), respectively.
따라서, 보정치가 0보다 크면(△ 0), 개선된 출력(YH)의 평균밝기는 밝아질 것이고, 보정치가 0보다 작으면(△ 0), 개선된 출력(YH)의 평균밝기는 어두워질 것이다. △가 증가할수록 낮은(lower) 레벨영역의 다이나믹 범위는 개선될 것이고, △가 감소할수록 높은(upper) 레벨영역의 다이나믹 범위는 개선될 것이다. 주어진 영상의 평균레벨(Xm)에 따라, 즉, 밝고 어두움에 따라 적절히 보상된 평균레벨(Bm)을 이용한 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화는 입력 영상의 화질을 크게 개선시킬 수 있다.Thus, the correction value is an average brightness of greater than 0 (△ 0), improved output (Y H) will become bright, the correction value with an average brightness is less than 0 (△ 0), improved output (Y H) is dark, It will lose. As Δ increases, the dynamic range of the lower level region will be improved, and as Δ decreases, the dynamic range of the upper level region will be improved. A quantized mean-separated histogram equalization using an average level (B m ) appropriately compensated according to an average level (X m ) of a given image, i.e., bright and dark, can greatly improve the quality of the input image.
여기서, 입력 영상의 평균레벨에 따라 소정수의 양자화된 서브영상으로 분할하여 양자화된 각 서브영상에 대해 독립적으로 히스토그램 등화하는 것을 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화라고 본 발명에서는 지칭한다.Here, the present invention refers to a quantized mean-separated histogram equalization in which histogram equalization is performed independently for each sub-image obtained by dividing a predetermined number of quantized sub-images according to an average level of an input image and quantized.
이어서, 도 3 내지 도 6을 결부시켜 본 발명에 의한 밝기 보상 기능을 가진 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 실시예를 설명하기로 한다.Next, an embodiment of an image quality improvement circuit using quantized mean-separated histogram equalization having a brightness compensation function according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. FIG.
도 3은 본 발명에 의한 밝기 보상 기능을 가진 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 일 실시예에 따른 블럭도이다.FIG. 3 is a block diagram of an image quality improvement circuit using quantized mean-separated histogram equalization having a brightness compensation function according to an embodiment of the present invention.
도 3에 있어서, 제1 양자화기(102)는 L 이산 레벨의 입력 영상신호(Xk)를 Q 이산 레벨로 양자화하여 양자화된 영상신호(Zq)를 출력한다. 프레임 히스토그램 계산기(104)는 양자화된 영상신호(Zq)를 1 화면단위로 그레이 레벨 분포를 계산한다. 여기서, 화면단위는 필드도 될 수 있으나 프레임으로 한다.In Fig. 3, the first quantizer 102 quantizes the input video signal X k at the L discrete level to the Q discrete level and outputs the quantized video signal Z q . The frame histogram calculator 104 calculates a gray level distribution of the quantized image signal (Z q ) in units of one screen. Here, the screen unit may be a field, but it is a frame.
프레임 평균 계산기(106)는 프레임 단위로 입력 영상의 평균레벨(Xm)을 계산한다. 제2 양자화기(108)는 입력되는 영상신호(Xk)의 평균레벨(Xm)을 양자화해서 양자화된 평균레벨(Zm)을 출력한다.The frame average calculator 106 calculates the average level (X m ) of the input image on a frame-by-frame basis. The second quantizer 108 quantizes the average level X m of the input video signal X k and outputs the quantized average level Z m .
분할기(110)는 프레임 히스토그램 계산기(104)에서 계산된 양자화된 그레이 레벨 분포를 제2 양자화기(108)로부터 출력되는 양자화된 평균레벨(Zm)을 근거로 하여 소정수(여기서는 2개)의 양자화된 서브영상({Z}L,{Z}U)으로 분할해서 양자화된 서브영상({Z}L,{Z}U)의 각각의 확률 밀도 함수(PL(Zq), PU(Zq))를 출력하는 데, 이 양자화된 확률 밀도 함수(PL(Zq), PU(Zq))는 위 수학식 1 및 수학식 2로 계산할 수 있다.The dividing unit 110 divides the quantized gray level distribution calculated by the frame histogram calculator 104 into a predetermined number (here, two) of gray level distributions based on the quantized average level Z m output from the second quantizer 108 each of the probability density function of the segmented by quantization by the quantization sub video ({Z} L, {Z } U) sub video ({Z} L, {Z } U) (P L (Z q), P U ( Z q)) having, a quantized probability density function (P L (Z q for outputting a), P U (Z q) ) can be calculated by equation 1 and equation 2 above.
여기서, 양자화된 서브영상 {Z}L에서의 모든 샘플은 양자화된 평균레벨(Zm) 이하이고, 양자화된 서브영상 {Z}U에서의 모든 샘플은 양자화된 평균레벨(Zm) 보다 크다.Here, all samples in the quantized sub-picture {Z} L are less than the quantized average level (Z m ) and all samples in the quantized sub-picture {Z} U are larger than the quantized average level (Z m ).
제1 CDF계산기(112)는 분할기(110)로부터 양자화된 평균레벨(Zm) 이하인 양자화된 서브영상 {Z}L의 확률 밀도 함수(PL(Zq))를 근거로 하여 양자화된 서브영상 {Z}L의 누적 밀도 함수값(CL(Zq))을 위 수학식 3을 이용하여 계산한다.The first CDF calculator 112 calculates a CDF based on the quantized sub-image {Z} L based on the probability density function P L (Z q ) of the quantized sub-image {Z} L that is equal to or lower than the quantized average level Z m from the divider 110 The cumulative density function value C L (Z q ) of {Z} L is calculated using Equation (3) above.
제2 CDF계산기(114)는 분할기(110)로부터 출력되는 양자화된 평균레벨(Zm) 보다 큰 양자화된 서브영상 {Z}U의 확률 밀도 함수(PU(Zq))를 근거로 하여 양자화된 서브영상 {Z}U의 누적 밀도 함수값(CU(Zq))을 위 수학식 4를 이용하여 계산한다.The second CDF calculator 114 quantizes the quantized sub-image {Z} U based on the probability density function P U (Z q ) of the quantized sub-image {Z} U larger than the quantized average level Z m output from the divider 110 The cumulative density function value C U (Z q ) of the sub-image {Z} U is calculated using Equation (4) above.
CDF 메모리(116)는 제1 및 제2 CDF계산기(112,114)에서 계산된 양자화된 서브영상({Z}L,{Z}U)의 누적 밀도 함수값(CL(Zq), CU(Zq))을 동기신호(SYNC)에 따라 화면단위로 갱신하고, 갱신되는 동안 저장된 양자화된 누적 밀도 함수값(CL(Zq), CU(Zq))은 제1 및 제2 보간기(118,120)에 공급된다. 여기서, 동기신호(SYNC)는 화면단위가 필드이면 필드 동기신호가 되고, 프레임이면 프레임 동기신호가 되며, CDF 메모리(116)는 버퍼로서 사용된다.The CDF memory 116 stores the cumulative density function values C L (Z q ) and C U (Z) of the quantized sub-images ({Z} L , {Z} U ) calculated by the first and second CDF calculators 112 and 114 Z q ) are updated in units of a picture according to the synchronization signal SYNC and the quantized cumulative density function values C L (Z q ) and C U (Z q ) stored during the update are stored in the first and second interpolation Are supplied to the units 118 and 120, respectively. Here, the sync signal SYNC becomes a field sync signal if the picture unit is a field, the frame sync signal becomes a frame sync signal, and the CDF memory 116 is used as a buffer.
제1 보간기(118)는 양자화된 서브영상 {Z}L의 누적 밀도 함수값(CL(Zq))을 근거로하여 위 수학식 5에 의해 선형보간하여 보간된 누적 밀도 함수값(cL(Xk))을 출력한다. 여기서, k=0,1,...,m 이다.The first interpolator 118 is the on the basis of the cumulative density function value of the quantized sub-image {Z} L (C L (Z q)) interpolated by linear interpolation by the above equation (5) the cumulative density function values (c L (X k ). Here, k = 0, 1, ..., m.
제2 보간기(120)는 양자화된 서브영상 {Z}U의 누적 밀도 함수값(CU(Zq))을 근거로하여 위 수학식 6에 의해 선형보간하여 보간된 누적 밀도 함수값(cU(Xk))을 출력한다. 여기서, k=m+1,m+2,..,L-1 이다.The second interpolator 120 is the on the basis of the cumulative density function value of the quantized sub-image {Z} U (C U (Z q)) interpolated by linear interpolation by the above equation (6) the cumulative density function values (c U (X k ). Here, k = m + 1, m + 2, ..., L-1.
제1 및 제2 보간기(118,120)에 입력되는 영상신호(Xk)는 제1 양자화기(102) 및 프레임 평균 계산기(106)에 입력되는 영상신호(Xk)의 다음 프레임의 영상신호이다. 그러나, 인접 프레임간에는 높은 상관성을 가진다는 특성을 이용하여 프레임 메모리를 생략함으로써 하드웨어를 감소시킬 수 있다.The video signal X k input to the first and second interpolators 118 and 120 is a video signal of the next frame of the video signal X k input to the first quantizer 102 and the frame averager 106 . However, it is possible to reduce the hardware by omitting the frame memory by using the property of having high correlation between adjacent frames.
한편, 밝기 보상기(122)는 프레임 평균 계산기(106)에서 출력되는 평균레벨(Xm)을 입력하여 수학식 8에 도시된 바와 같이 입력 영상의 평균밝기에 따른 보정치(△)를 평균레벨(Xm)에 가산하여 보상된 평균레벨(Bm)을 출력한다.The brightness compensator 122 receives the average level X m output from the frame average calculator 106 and calculates a correction value Δ according to the average brightness of the input image as an average level X m ) and outputs the compensated average level (B m ).
이 보정치(△)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 보정함수에 의해 결정된다. 본 발명은 도 4a 및 도 4b에 도시된 보정함수의 예에 국한되는 것이 아니고 다른 응용예가 있을 수 있다.This correction value DELTA is determined by the correction function as shown in Figs. 4A and 4B. The present invention is not limited to the example of the correction function shown in Figs. 4A and 4B, and there may be other applications.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 보정함수에 따른 보정치에 의해 개선된 신호(YH)의 밝기를 조절하게 된다. 즉. 입력 영상의 평균레벨(Xm)이 아주 작으면 즉, 아주 어두운 영상이면 0보다 큰 보정치(△)를 평균레벨(Xm)에 가산하여 위 수학식 7을 이용하여 본 발명에서 제안하고 있는 양자회된 평균-분리 히스토그램 등화하면 개선된 신호(YH)의 평균밝기가 밝아지게 된다.The brightness of the improved signal Y H is adjusted by the correction value according to the correction function as shown in FIGS. 4A and 4B. In other words. If the average level X m of the input image is very small, that is, if it is a very dark image, a correction value DELTA greater than 0 is added to the average level X m , The resulting average-separated histogram equalization brightens the average brightness of the improved signal (Y H ).
또한, 입력 영상의 평균레벨(Xm)이 아주 크면 즉, 아주 밝은 영상이면 0보다 작은 보정치(△)를 평균레벨(Xm)에 가산하여 위 수학식 7을 이용하여 본 발명에서 제안하고 있는 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화하면 개선된 신호(YH)의 평균밝기가 어두워지게 된다. 따라서, 평균레벨(Xm)에 따라 소정의 적절한 보정치(△)에 의해 보상된 평균레벨(Bm)을 이용하여 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화를 하면 입력 영상의 화질을 크게 개선시킬 수 있다.If the average level X m of the input image is very large, that is, if it is a very bright image, a correction value? Smaller than 0 is added to the average level X m , The quantized mean-divergent histogram equalization darkens the average brightness of the improved signal (Y H ). Accordingly, the quantization of the average-separated histogram using the average level (B m ) compensated by the predetermined appropriate correction value (?) According to the average level (X m ) can greatly improve the quality of the input image.
도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b에 도시된 밝기 보정함수에 따른 보정치(△)가 가산된 보상된 평균레벨(Bm)과 입력 영상의 평균레벨(Xm)의 관계를 보인 도면이다.5A and 5B are diagrams showing the relationship between the compensated average level B m obtained by adding the correction value Δ according to the brightness correction function shown in FIGS. 4A and 4B and the average level X m of the input image .
한편, 제1 맵퍼(124)는 보간된 누적 밀도 함수값(cL(Xk)), 입력 영상신호(Xk)와 보상된 평균레벨(Bm)을 입력하여 양자화된 평균레벨(Zm) 이하인 양자화된 서브영상 {Z}L의 샘플들을 보간된 누적 밀도 함수값(cL(Xk))에 따라 X0에서 Bm까지의 그레이레벨로 맵핑한다.The first mapper 124 receives the quantized average level Z m (X k ) by inputting the interpolated cumulative density function value c L (X k ), the input video signal X k and the compensated average level B m , ) it is mapped in accordance with the quantized sub-image {Z} L interpolating the cumulative density function of the sample values (c L (X k)) from X 0 to a gray level of less than or equal to B m.
제2 맵퍼(126)는 보간된 누적 밀도 함수값(cU(Xk)), 입력 영상신호(Xk)와 보상된 평균레벨(Bm)을 입력하여 양자화된 평균레벨(Zm) 보다 큰 양자화된 서브영상 {Z}U의 샘플들을 보간된 누적 밀도 함수값(cU(Xk))에 따라 Bm'에서 XL-1까지의 그레이레벨로 맵핑한다.The second mapper 126 receives the interpolated cumulative density function value c U (X k ), the input image signal X k and the compensated average level B m to obtain a quantized average level Z m Maps samples of the large quantized sub-image {Z} U to gray levels from B m 'to X L-1 according to the interpolated cumulative density function value c U (X k ).
제1 및 제2 맵퍼(124,126)에서 맵핑되는 출력은 수학식 7로 나타내어지고, Bm'는 수학식 9로 나타내어진다.The output mapped by the first and second mapper 124 and 126 is expressed by Equation (7), and B m 'is represented by Equation (9).
비교기(128)는 입력 영상신호(Xk)와 양자화된 평균레벨(Zm)을 비교하여 입력 영상신호(Xk)가 양자화된 평균레벨(Zm)보다 작거나 같으면 제1 맵퍼(124)를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 맵퍼(126)를 선택하는 선택제어신호를 발생한다.The comparator 128 compares the input video signal X k with the quantized average level Z m to determine whether the input video signal X k is less than or equal to the quantized average level Z m , And generates a selection control signal for selecting the second mapper 126 if not.
선택기(130)는 선택제어신호에 따라 즉, 입력 영상신호(Xk)가 양자화된 평균레벨(Zm)이하이면 제1 맵퍼(124)를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 맵퍼(126)를 선택해서 위 수학식 7로 나타낼 수 있는 개선된 신호(YH)를 출력한다.The selector 130 selects the first mapper 124 according to the selection control signal, that is, when the input image signal X k is equal to or lower than the quantized average level Z m , And outputs an improved signal (Y H ) that can be expressed by Equation (7).
여기서, 본 발명은 프레임 히스토그램 계산기(104)와 제1 및 제2 CDF 계산기(112,114)를 별도로 사용하지 않고, 프레임 히스토그램 계산기(104)없이 제1 및 제2 CDF 계산기(112,114)에서 양자화된 서브영상의 그레이 레벨 분포를 계산하여 이를 근거로 하여 CDF를 계산할 수 있다.In the present invention, the frame histogram calculator 104 and the first and second CDF calculators 112 and 114 are not used separately, but the sub-image quantized by the first and second CDF calculators 112 and 114 without the frame histogram calculator 104. [ And the CDF can be calculated based on the gray level distribution.
도 6은 본 발명에 의한 밝기 보상 기능을 가진 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 다른 실시예에 따른 블럭도이다.6 is a block diagram according to another embodiment of an image quality improvement circuit using quantized mean-separated histogram equalization having a brightness compensation function according to the present invention.
도 6에 있어서, 제1 양자화기(202)는 L 이산 레벨의 입력 영상신호(Xk)를 Q 이산 레벨로 양자화하여 양자화된 영상신호(Zq)를 출력한다. 프레임 히스토그램 계산기(204)는 양자화된 영상신호(Zq)를 프레임단위로 그레이 레벨 분포를 계산한다.In Fig. 6, the first quantizer 202 quantizes the input video signal X k at the L discrete level to the Q discrete level and outputs the quantized video signal Z q . The frame histogram calculator 204 calculates a gray level distribution on a frame-by-frame basis of the quantized video signal Z q .
프레임 평균 계산기(206)는 프레임 단위로 입력 영상의 평균레벨(Xm)을 계산한다. 제2 양자화기(208)는 입력 영상신호(Xk)의 평균레벨(Xm)을 양자화해서 양자화된 평균레벨(Zm)을 출력한다.Frame mean calculator 206 calculates the mean level (X m) of an input video on a frame-by-frame basis. The second quantizer 208 quantizes the average level X m of the input video signal X k and outputs the quantized average level Z m .
분할기(210)는 프레임 히스토그램 계산기(204)에서 계산된 양자화된 그레이 레벨 분포를 제2 양자화기(208)로부터 출력되는 양자화된 평균레벨(Zm)을 근거로 하여 2개의 양자화된 서브영상({Z}L,{Z}U)으로 분할해서 양자화된 서브영상({Z}L,{Z}U)의 각각의 확률 밀도 함수(PL(Zq), PU(Zq))를 출력하는 데, 이 양자화된 확률 밀도 함수(PL(Zq), PU(Zq))는 위 수학식 1 및 수학식 2로 계산할 수 있다.Splitter 210 includes a frame histogram calculator 204, a quantized gray level distribution of the second mean level quantized output from the quantizer (208) (Z m) to the the basis of the two quantized sub-images calculated in the ({ (each of the probability density function (P L (Z q of the {Z} L, {Z} U)), P U (Z q)) output Z} L, {Z} U ) divided by the quantized sub-image by And the quantized probability density functions P L (Z q ) and P U (Z q ) can be calculated by the above equations (1) and (2).
제1 CDF계산기(212)는 분할기(210)로부터 양자화된 서브영상 {Z}L의 확률 밀도 함수(PL(Zq))를 근거로 하여 양자화된 서브영상 {Z}L의 누적 밀도 함수값(CL(Zq))을 위 식(3)을 이용하여 계산한다.Claim 1 CDF calculator 212 is the probability density function (P L (Z q)) of the quantized sub on the basis of the image {Z} cumulative density function value of L of the sub-image {Z} L quantization from the divider 210, (C L (Z q )) is calculated using the above equation (3).
제2 CDF계산기(214)는 양자화된 서브영상 {Z}U의 확률 밀도 함수(PU(Zq))를 근거로 하여 양자화된 서브영상 {Z}U의 누적 밀도 함수값(CU(Zq))을 위 수학식 4를 이용하여 계산한다.Claim 2 CDF calculator 214 is the probability density function of the quantized sub-image {Z} U (P U (Z q)) of the sub-image {Z} U quantized as a basis the cumulative density function value (C U (Z q )) is calculated using Equation (4) above.
CDF 메모리(216)는 제1 및 제2 CDF계산기(212,214)에서 계산된 양자화된 서브영상({Z}L,{Z}U)의 누적 밀도 함수값(CL(Zq), CU(Zq))을 프레임 동기신호(SYNC)에 따라 프레임단위로 갱신하고, 갱신되는 동안 저장된 양자화된 누적 밀도 함수값(CL(Zq), CU(Zq))은 제1 및 제2 보간기(218,220)에 공급된다.The CDF memory 216 stores the cumulative density function values C L (Z q ), C U (Z) of the quantized sub-images ({Z} L , {Z} U ) calculated by the first and second CDF calculators 212, Z q ) are updated frame by frame according to the frame synchronization signal SYNC and the quantized cumulative density function values C L (Z q ) and C U (Z q ) And is supplied to the interpolators 218 and 220.
프레임 메모리(200)는 입력되는 영상신호(Xk)를 1프레임 지연한다.The frame memory 200 delays the input video signal X k by one frame.
여기서, 양자화된 누적 밀도 함수값(CL(Zq), CU(Zq))은 현재 입력되는 영상신호(Xk)에 비해 1프레임이 지연된 영상신호의 누적 밀도 함수값이므로 이 양자화된 누적 밀도 함수값(CL(Zq), CU(Zq))과 동일 프레임의 영상신호를 제1 및 제2 보간기(218,220)에 입력시키기 위하여 입력되는 영상신호(Xk)를 프레임 메모리(200)에 의해 1 프레임 지연시킨다.Here, since the quantized cumulative density function values C L (Z q ) and C U (Z q ) are cumulative density function values of a video signal delayed by one frame compared with the currently input video signal X k , The input video signal X k to input the video signal of the same frame as the cumulative density function values C L (Z q ) and C U (Z q ) to the first and second interpolators 218 and 220, The memory 200 delays one frame.
제1 보간기(218)는 양자화된 서브영상 {Z}L의 누적 밀도 함수값(CU(Zq))에 근거하여 위 식(5)에 의해 선형보간하여 보간된 누적 밀도 함수값(cL(Xk))을 출력한다. 여기서, k=0,1,...,m 이다.The first interpolator 218 is the basis of the cumulative density function value of the quantized sub-image {Z} L (C U (Z q)) interpolated by linear interpolation by the above formula (5), the cumulative density function values (c L (X k ). Here, k = 0, 1, ..., m.
제2 보간기(220)는 양자화된 서브영상 {Z}U의 누적 밀도 함수값(CU(Zq))에 근거하여 위 수학식 6에 의해 선형보간하여 보간된 누적 밀도 함수값(cU(Xk))을 출력한다. 여기서, k=m+1,m+2,..,L-1 이다.The second interpolator 220 of the linear interpolation by the following formula 6 for interpolation on the basis of the cumulative density function value of the quantized sub-image {Z} U (C U (Z q)), the cumulative density function value (c U (X k ). Here, k = m + 1, m + 2, ..., L-1.
밝기 보상기(222)는 프레임 평균 계산기(206)에서 출력되는 평균레벨(Xm)을 입력하여 수학식 8에 도시된 바와 같이 입력 영상의 평균밝기에 따른 보정치를 평균레벨(Xm)에 가산하여 보상된 평균레벨(Bm)을 출력한다.The brightness compensator 222 receives the average level X m output from the frame average calculator 206 and adds the correction value according to the average brightness of the input image to the average level X m as shown in Equation 8 And outputs the compensated average level (B m ).
제1 맵퍼(224)는 제1보간기(218)로부터 출력되는 보간된 누적 밀도 함수값(cL(Xk)), 프레임 메모리(200)로부터 출력되는 영상신호(Xk)와 밝기 보상기(222)로부터 보상된 평균레벨(Bm)을 입력하여 양자화된 평균레벨(Zm) 이하인 서브영상 {Z}L의 샘플들을 보간된 누적 밀도 함수값(cL(Xk))에 따라 X0에서 Bm까지의 그레이레벨로 맵핑한다.The first mapper 224 receives the interpolated cumulative density function value c L (X k ) output from the first interpolator 218 and the image signal X k output from the frame memory 200 and the brightness compensator 222) according to the mean level (B m) of the average level quantization type (Z m) or less sub-image {Z} the cumulative density function value interpolation of samples L (c L (X k)) compensation from X 0 It is mapped in a gray level of from B m.
제2 맵퍼(226)는 제2 보간기(220)로부터 출력되는 보간된 누적 밀도 함수값(cU(Xk)), 프레임 메모리(200)로부터 출력되는 영상신호(Xk)와 밝기 보상기(222)로부터 출력되는 보상된 평균레벨(Bm)을 입력하여 양자화된 평균레벨(Zm) 보다 큰 서브영상 {Z}U의 샘플들을 보간된 누적 밀도 함수값(cU(Xk))에 따라 Bm'에서 XL-1까지의 그레이레벨로 맵핑한다.The second mapper 226 compares the interpolated cumulative density function value c U (X k ) output from the second interpolator 220 with the image signal X k output from the frame memory 200 and the brightness compensator compensated mean level (B m), the input to the quantized mean level (Z m) than interpolating the large sub video samples of the {Z} U cumulative density function value (c U (X k)) to the output from 222.) And maps to the gray level from B m 'to X L-1 .
제1 및 제2 맵퍼(224,226)에서 맵핑되는 출력은 수학식 7로 나타내어지고, Bm'는 수학식 9로 나타내어진다.The output mapped by the first and second mapper 224 and 226 is expressed by Equation (7), and B m 'is expressed by Equation (9).
비교기(228)는 프레임 메모리(200)로부터 출력되는 지연된 영상신호(Xk)와 양자화된 평균레벨(Zm)을 비교하여 프레임 메모리(200)로부터 출력되는 영상신호(Xk)가 양자화된 평균레벨(Zm)보다 작거나 같으면 제1 맵퍼(224)를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 맵퍼(226)를 선택하는 선택제어신호를 발생한다.The comparator 228 compares the delayed video signal X k output from the frame memory 200 with the quantized average level Z m and outputs the quantized average of the video signal X k output from the frame memory 200 And generates a selection control signal for selecting the first mapper 224 if it is less than or equal to the level Z m and selecting the second mapper 226 otherwise.
선택기(230)는 선택제어신호에 따라 즉, 프레임 메모리(200)로부터 출력되는 영상신호(Xk)가 양자화된 평균레벨(Zm) 이하이면 제1 맵퍼(224)를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 맵퍼(226)를 선택해서 위 수학식 7로 나타낼 수 있는 개선된 신호(YH)를 출력한다.The selector 230 selects the first mapper 224 according to the selection control signal, that is, when the video signal X k output from the frame memory 200 is equal to or lower than the quantized average level Z m , 2 mapper 226 and outputs an improved signal Y H that can be represented by Equation 7 above.
본 발명은 영상신호의 화질 개선에 관련된 광범위한 분야에 응용될 수 있다. 즉, 방송장비, 레이더 신호 처리 시스템, 의용 공학, 가전 제품 등에 응용될 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a wide variety of fields related to image quality improvement of a video signal. That is, it can be applied to broadcasting equipment, radar signal processing system, medical engineering, and household appliances.
입력 영상의 평균밝기에 따른 보정치를 고려하여 양자화된 평균-분리 히스토그램 등화를 이용하는 본 발명의 방법은 종래의 히스토그램 등화에서 발생하는 갑작스런 밝기 변화와 아티펙트를 효과적으로 줄여서 콘트라스트를 개선하면서 주어진 영상의 전체 밝기를 유지하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 방법은 지나치게 어둡거나 밝은 입력 영상신호의 콘트라스트를 개선하여 화질을 크게 개선시킨다.The method of the present invention using the quantized average-separated histogram equalization in consideration of the correction value according to the average brightness of the input image effectively reduces the sudden brightness change and the artifact generated in the conventional histogram equalization to improve the contrast, There is an effect to maintain. In addition, the method of the present invention improves the image quality by improving the contrast of an overly dark or bright input video signal.
게다가, 본 발명의 회로는 입력 영상신호를 양자화해서 소정수로 분할된 서브영상을 독립적으로 히스토그램 등화함으로써 CDF 계산을 위하여 양자화된 레벨의 발생횟수만을 저장하고, 누적함으로써 하드웨어가 간단해지고 비용이 절감되는 효과가 있다.In addition, the circuit of the present invention quantizes the input image signal and independently histograms the sub-images divided by a predetermined number to store and accumulate only the number of times the quantized levels are generated for CDF calculation, thereby simplifying the hardware and reducing the cost It is effective.
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