KR0134701B1

KR0134701B1 - 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR0134701B1
Application number: KR1019940036988A
Authority: KR
Inventors: 도현숙; 조평동
Original assignee: 양승택; 재단법인 한국전자통신연구원; 조백제; 한국전기통신공사
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1998-05-15
Also published as: KR960025190A; US5828819A

Abstract

본 발명은 자연화상 입력수단(1); 그라운드 생성수단(2); 붓의 위치 결정수단(3); 색변환수단(4); 및 페인트 레이어 생성수단(5)을 구비하는 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 사람이 그린 것과 같은 자연스러움을 훨씬 더 잘 나타내는 점묘화풍의 화상을 생성할 수 있는 효과가 있다.

Description

화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치 및 그 방법

제 1 도는 본 발명에 따른 점묘화풍 화상 생성장치의 블럭구성도,

제 2 도는 본 발명에 따른 점묘화풍 화상 생성을 위한 처리 순서도,

제 3 도는 제 2 도의 붓의 위치 결정을 위한 처리 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 자연화상 입력부

2 : 그라운드 생성부

3 : 붓의 위치 결정부

4 : 색변환부

5 : 페인트 레이어 생성부

본 발명은 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래 대부분의 컴퓨터 그래픽스 연구분에서는 어떤 대상을 사실적으로 표현하는 데에 주로 관심을 두어왔다.

그러나, 자연물의 표현이나 인간 또는 동물의 움직임등을 표현하는 분야에서는 사실적인 화상을 생성하는 것이 아직은 부족한 부분이 많고 연구해야 할 여지가 남아 있지만, 다른 많은 분야에서는 쉐이딩, 레이 트레이싱, 프랙탈등과 같은 여러가지 고도의 컴퓨터 그래픽스 기술을 이용해서 카메라로 찍은 것과 같은 사실적인 화상을 생성하는 것이 가능해지고 있다.

일반적으로 디자이너나 아티스트들이 쓰고 있는 페이트 시스템은 2차원 화상을 다루는 메뉴 중심적인 방식이다. 즉, 컴퓨터에 부착되어 있는 펜이나 마우스등을 움직여 칼라, 붓 모양, 크기등을 선택하여 그림을 완성해 나가는 방식들이다.

이런 페인트 시스템들은 사용자들의 사용요구나 페인트 시스템을 개발하는 개발자들의 개발경험에 의해 많은 보완과 수정이 가해져 왔으며 그로인해 사용자들은 자유자재로 작품활동을 할 수 있게 되었다.

한편, 이런 대화형 페인트 시스템과 조금 다른 특성을 갖고 있는 자동 페인트 시스템에 관한 연구 및 개발도 요즘 활발하게 이루어지고 있다.

이와 관련된 종래의 기술로는 현재 상용화되고 있는 아도브 포토샵(Adobe Photoshop)과 Paul haeberli의 Abstract image representation 등이 있는데, 아도브 포토샵은 점묘화풍 화상을 생성하는 기능을 갖고 있지만 이는 단순하게 필터를 사용하였으며, 그 결과도 이용자가 기대할 만한 효과를 주지 못한다. 또한 Paul Haberli가 제안한 방법에 의해 생성된 점묘화풍 화상은 인위적으로 만들어졌다는 느낌을 강하게 풍기는 문제점이 있다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출되 본 발명은 컴퓨터 그래픽스 기술에 화상처리를 접합시켜, 즉 사람이 그린 것 같이 표현하기 위해 입력화상을 해석하여 붓의 위치를 결정하고 화상내의 RGB(Red, Green, Blue) 요소를 이용하여 색 변환을 함으로써 자동적으로 사진등과 같은 자연 화상을 사람이 그린 것 같은 양질의 점묘화풍 화상을 생성하는 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자연화상을 입력받는 자연화상 입력수단; 상기 자연화상 입력수단에 입력된 자연화상의 각 화소에 대해 보색관계를 갖는 화상인 그라운드를 생성하는 그라운드 생성수단; 상기 자연화상 입력수단에 입력된 자연화상의 명도를 구한뒤, 그레디언트 벡터를 구하고, 이렇게 계산된 그레디언트 벡터를 이용하여 붓의 위치를 결정하는 붓의 위치 결정수단; 상기 자연화상 입력수단에 입력된 자연화상의 RGB값을 이용하여 채도와 명도값을 변환시키는 색변환수단; 및 상기 입력된 자연화상을 다수개의 작은 영역들로 분할하여 상기 그라운드 생성수단에서 생성한 그라운드 상에 상기 붓의 위치 결정수단에서 생성한 붓의 위치와 색변환수단에서 처리한 색변환을 이용하여 채색해서 페인트 레이어를 생성하는 페인트 레이어 생성수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치에 적용되는 점묘화풍 화상 생성방법에 있어서, 자연화상을 입력받아 그라운드를 생성하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계 수행 후, 상기 자연화상을 다수 개의 화소군으로 분할한 후, 각 화소군에서 각 화소에 대한 그레디언트 백터를 구하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계 수행 후, 상기 각 화소에 대한 그레디언트 벡터에 따라 해당 화소군에서 붓의 위치를 결정하는 제 3 단계; 및 상기 제 3 단계 수행후, 상기 제 2 단계 및 제 3 단계의 수행 결과에 따라 페인트 레이어를 형성하는 제 4 단계(17)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 제 1 도 내지 제 3 도를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 점묘화풍 화상을 생성하는 과정에서 사람이 그린 것 같이 표현하기 위해 다음 두 가지 요소를 고려하였다.

첫째, 사람이 그림을 그려나갈 때는 그리고자 하는 대상의 윤곽선을 중심으로 붓터치가 이루어진다. 이는 입력된 화상을 해석함으로써 컴퓨터에서 표현해 내는 것이 가능해지는데, 즉 화상내의 각 요소들의 그레디언트 벡터(gradient vector)를 구하여 그 그레디언트 벡터의 크기를 이용하면 된다.

둘째, 색의 표현이다.

그림을 그리는 대상, 사람의 감정에 따라 밝세도 표현되고 어둡게 표현되기도 한다. 이는 화상내의 RGB 요소를 이용하여 색 변환을 하면 가능해진다.

제 1 도는 본 발명에 따른 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치의 블럭구성도이다.

자연화상 입력부(1)는 2차원 자연화상을 입력받는 이미지 스케너와 같은 것이다.

그라운드 생성부(2)는 자연화상 입력부(1)에 입력된 자연화상의 각 화소에 대해 보색관계를 갖는 화상(이를 그라운드라 한다)을 구한다.

붓의 위치 결정부(3)는 자연화상 입력부(1)에 입력된 자연화상의 명도를 구한뒤, 그레디언트 벡터를 구하고, 이렇게 계산된 그레디언트 벡터를 이용하여 붓의 위치를 결정한다.

색변환부(4)는 자연화상 입력부(1)에 입력된 자연화상의 RGB값을 이용하여 점묘화풍의 선명하고 밝은 느낌을 표현하기 위해 채도와 명도값을 변환시킨다.

페인트 레이어 생성부(5)는 입력된 자연화상을 작은 영역들로 분할하여 그라운드 생성부(2)에서 생성한 그라운드 상에 붓의 위치 결정부(3)에서 생성한 붓의 위치와 색변환부(4)에서 처리한 색변환을 결합하여 붓으로 채색해 나간다.

제 2 도는 상기 제 1 도에 도시된 점묘화풍 화상 생성장치에 적용되는 점묘화풍 화상 생성을 위한 처리 순서도이다.

본 발명에서 사용하는 화상은 2차원 자연화상을 대상으로 한다. 칼라 이미지 스캐너로 사진등의 자연화상을 읽어들여 컴퓨터내에 입력한다(11). 입력화상으로는 RGB 각 256단계, 크기는 640×512의 화상을 사용한다.

화상이 갖고 있는 기본적인 정보에는 형상, 농염, 색채등이 있다.

그들중에서 여기서는 화상의 농염, 즉 명도를 이용해서 화상을 분석하여 붓이 터치되는 위치를 결정한다. 사람들이 그림을 그릴 때에는 일반적으로 대상물의 윤곽선을 따라서 붓을 움직여나간다. 이것을 자동적을 컴퓨터로 처리하는 경우는 화상의 명도의 그레디언트 벡터를 구한뒤(13), 그 그레디언트 벡터의 방향에 윤곽선과 평행한 성분이 많이 있는 것을 이용하여 붓의 위치를 결정한다(14).

이는 다음과 같은 절차에 의해 구해진다.

먼저, 다음 식1을 이용하여 입력된 화상의 명도 L(x, y)를 구한다.

L(x, y) = 0.3 r(x, y) + 0.59(x, y) + 0.11 b(x, y) 1

여기서 r(x, y) : RGB 성분중 Red, g(x, y) : RGB 성분중 Green, b(x, y) : RGB 성분중 Blue를 각각 나타낸다.

이어서, 명도 L(x, y)가 가우시안 함수 H(x, y)와의 컨볼루션(convolution)을 구하고 그 결과에 대하여 1차 미분을 한다. x방향과 y방향에 대하여 1차 미분한 결과가 각각 다음 식 2, 3에서 주어진 g_x(x, y)와 g_y(x, y)이다.

또한, 미분의 크기를 나타내는 ∥G(x, y)∥는 다음 식 4에서와 같이 구해진다.　∥G(x, y)∥는 점묘화풍 화상을 생성할때, 붓의 위치를 결정하기 위해 쓰여진다.

g_x(x, y) = [ H(x, y)^*L(x, y)]/x2

g_y(x, y) = [ H(x, y)^*L(x, y)]/y3

∥G(x, y)∥ = [g_x(x, y) +g_y(x, y)]4

점묘화풍 화상을 생성할때 상용하는 붓의 모양은 점을 찍은 것과 같은 화법을 표현하기 위해서 원과 같이 둥근모양으로 정의된다(15). 이때 붓의 가장자리를 강조하기 위해 가장자리의 채도와 명도를 높게했다.

잘 알려진 칼라 모델에는 RGB, CMY(Cyan, Magenta, Yellow), YIQ, HSV(Hue, Saturation, Value)등이 있다. 그 중에서 HSV 모델은 사용자가 직관적으로 색채를 조절할 수 있도록 해주며, 많은 응용 패키지에서 사용되고 있다, 여기서도 색 변환(16)을 하기 위해 HSV 칼라 모델을 사용했다. 입력화상은 RGB 칼라모델로 표현되어 있기 때문에 HSV 칼라 모델을 이용하여 색변환을 하기 위해서 RGB 값으로 HSV값으로 변환을 해야한다. HSV 모델은 6각원뿔 모양을 하고 있으며, 색상은 육각형 주변을 따라, 채도는 수평축을 따라, 명도는 수직축을 따라 변화되고 있다.

그림을 그리는 대상이나 그리는 사람의 감정, 화풍등에 따라 밝게 표현하기도 하고 어둡게 나타내기도 한다. 컴퓨터 내에서는 HSV 모델을 이용하여 채도와 명도변환 시키면 그런 효과를 낼 수 있다. 여기서는 점묘화풍의 선명하고 밝은 느낌을 표현하기 위해 채도를 나타내는 S값과 명도를 나타내는 V값을 증가시켰다.

참고적으로 채도 S는 0.0부터 1.0까지의 범위 내에서 값을 가지며, 0.0은 무채색을, 1.0은 순색을 나타낸다. 명도 V는 0부터 255까지의 범위내에서 값을 가지며, 0은 검은색을, 255는 흰색을 나타낸다. 많은 실험을 통한 결과에 의하면 채도는 1.25xC에서 1.7xC사이의 값이, 명도는 1.2xV에서 1.5xV사이의 값이 적당하였다. 최종 결과가 되는 화상은 1600만 색과 150dpi의 화상도를 갖고 있는 미쯔비시 칼라 프린터를 이용하여 출력하였다.

일반적으로 많은 화가들은 캔버스 전체에 그림의 그라운드(밑바탕)가 되는 색을 1색이나 2색을 칠한 후에 작업을 시작한다. 그라운드가 되는 색이 존재하는 캔버스위에서 그림을 그릴때는 파렛트위에서 색을 섞는 것을 피하기 위해 캔버스위에서 채색작업을 반복한다. 이것을 페인트 레이어(paint layer)에 의한 화법이라 하며, 본 발명에서는 이 방법에 기초하여 점묘화풍 화상을 생성한다. 그림의 그라운드가 되는 색으로는 완성된 화상의 선명함을 살리기 위해 입력화상의 보색을 사용했다.

화가들이 그린 점묘화에서는 무수한 점으로 그림을 그리기 때문에 작은 부분도 섬세하게 표현되어 있고, 붓 모양도 점과 같이 둥근 모양이기 때문에 붓의 방향감은 나타나 있지 않다. 그러므로 여기서는 붓이 터치되는 위치와 색 변환만을 고려하여 점묘화풍 화상을 생성하도록 하겠다.

본 발명은 우선, 입력화상의 각 화소에 대해서 보색관계를 갖는 화상을 구한 뒤(12), 그 화상을 완성할 그림의 그라운드 GI라고 하자.

다음에, 입력화상을 n1개의 작은 영역들로 분할하고 각각의 작은 영역들 내에서 ∥G(x, y)∥의 최대치를 갖는 픽셀 위치(x, y)를 찾아 붓이 터치될 위치로 정한다(14). 이어 색변환(16)이 수행되고, 붓의 모양이 결정된다(15). 이때 그라운드가 되는 GI위에서 결정된 붓의 위치와 크기에 의해 채색작업이 이루어진다. 붓의 색깔은 선택된 위치의 RGB 값을 토대로 결정되는데, 여기서는 채도와 명도를 높여 점묘화풍의 특성을 살렸다. 이런 절차를 거쳐 생성된 화상을 페인트 레이어1(PL1)(17)이라 하자.

작은 영역들의 수(각각 n2, n3이라 하자)를 증가시켜 상기 PL1이 생성되는 과정을 반복한다. 이때, 전 단계에서 생성된 화상을 생성될 화상의 그라운드로 사용한다. 즉, 영역들의 수가 n2인 경우는 생성될 화상 페인트 레이어 2(PL2)에 대해 그라운드가 되는 화상은 PL1이 된다.

또, 영역들의 수가 n3의 경우는 생성될 화상은 최종결과 화상(19)이며 그라운드가 되는 화상은 전 단계에서 생성한 PL2를 사용한다.

제 3 도는 제 2 도에서 붓의 위치를 결정하기 위한 처리 순서도이다.

도면에 도시된 바와 같이 붓의 위치를 결정하기 위해서는 먼저, 입력 화상을 n개로 분할한다(21). 이어서, n개로 분할된 화상 각 영역내의 각 화소들의 그레디언트 벡터 중에서 최대값을 갖는 화소를 선택하여(22), 이렇게 선택된 화소의 위치를 붓의 위치로 결정하는(23) 과정을 수행한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 사람이 그린 것과 같은 자연스러움을 휠씬 더 잘 나타내는 점묘화풍의 화상을 생성할 수 있는 효과가 있다.

Claims

자연화상을 입력받는 자연화상 입력수단(1);

상기 자연화상 입력수단(1)에 입력된 자연화상의 각 화소에 대해 보색관계를 갖는 화상인 그라운드를 생성하는 그라운드 생성수단(2);

상기 자연화상 입력수단(1)에 입력된 자연화상의 명도를 구한뒤, 그레디언트 벡터를 구하고, 이렇게 계산된 그레디언트 벡터를 이용하여 붓의 위치를 결정하는 붓의 위치 결정수단(3);

상기 자연화상 입력수단(1)에 입력된 자연화상의 RGB(Red, Green, Blue)값을 이용하여 채도와 명도값을 변환시키는 색변환수단(4); 및

상기 입력된 자연화상을 다수개의 작은 영역들로 분할하여 상기 그라운드 생성수단(2)에서 생성한 그라운드 상에 상기 붓의위치 결정수단(3)에서 생성한 붓의 위치와 색변환수단(4)에서 처리한 색변환을 이용하여 채색해서 페인트 레이어를 생성하는 페인트 레이어 생성수단(5)을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치.
화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성장치에 적용되는 점묘화풍 화상 생성방법에 있어서,

자연화상을 입력받아 그라운드를 생성하는 제 1 단계(11, 12);

상기 제 1 단계 수행후, 상기 자연화상을 다수개의 화소군으로 분할한 후, 각 화소군에서 각 화소에 대한 그레디언트 벡터를 구하는 제 2 단계(13);

상기 제 2 단계 수행후, 상기 각 화소에 대한 그레디언트 벡터에 따라 해당 화소군에서 붓의 위치를 결정하는 제 3 단계(14); 및

상기 3 단계 수행후, 상기 제 2 단계 및 제 3 단계의 수행 결과에 따라 페인트 레이어를 형성하는 제 4 단계(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성방법.
제 2 항에 있어서, 상기 제 3 단계와 제 4 단계 사이에,

붓의 모양을 결정하고, 전체 화상의 채도 및 명도를 변환시키는데 제 5 단계(15, 16)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성방법.
제 2 항에 있어서, 상기 제 4 단계 수행후,

상기 제 3 단계 수행후, 상기 제 2 단계 및 제 3 단계의 수행 결과에 따라 형성된 페인트 레이어를 그라운드로 하여 상기 제 2 단계 내지 제 4 단계를 적어도 한 번 수행하는 제 6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로하는 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성방법.
제 2항에 있어서, 상기 제 3 단계는,

상기 자연화상을 n개로 분할하는 제 7단계(21);

상기 n개로 분할된 화소군 각 영역내의 각 화소들의 그레디언트 벡터 중에서 최대값을 갖는 화소의 위치를 붓의 위치로 결정하는 제 8 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상처리를 이용한 점묘화풍 화상 생성방법.