KR0155799B1 - 마스킹 함수를 이용한 색 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 부호화 장치에 관한 것으로, 특히 입력된 원화상과 양자화 처리 결과 화상과의 휘도나 칼라에 대한 대비 정도인 마스킹 효과를 이용하여 마스킹 활성화 영역 내에 있는 화소들의 색값을 재조정하여 출력 화상의 화질을 향상시키는 장치에 관한 것이며 칼라 원화상(RGB)을 입력 하기위한 입력부, 칼라 원 화상 색재현의 불균등시감 색공간을 균등한 값들로 변환하는 색 공간부, 상기 균등 색공간상의 화상에 대한 신호를 출력하는 양자화부, 상기 색공간부 신호와 양자화부신호 두 신호간의 대비효과 즉 마스킹 효과를 이용해 마스킹 효과의 최적 정도 수식인 최소의 마스킹 함수를 정의하는 비교부, 상기 비교부의 최종결과를 이용해 마스킹 활성화 정도에 대한 주변 영역의 크기를 결정하는 지역부, 상기 지역부내의 최적의 마스킹 값을 결정하여 마스킹 활성화 영역내에 있는 화소들의 색 값을 마스킹 가중치를 이용해 재조정하여 색 포화 현상에 대한 화질 열화를 제거하여 새로운 화소를 출력하는 조정부, 새로운 출력 화상을 출력하는 출력부로 구성되며 화상에 화질 열화 현상을 개선하여 색 재현성과 선명도 개선의 효과가 있다.

Description

마스킹 함수를 이용한 색 처리 장치

제1도는 본 발명의 전 시스템 블록도.

제2도는 제1도에 도시된 마스킹 효과 비교부의 상세한 구성을 보이는 블록도.

제3도는 제1도에 도시된 지역부에서 활성화 윈도우 크기 결정의 상세한 구성을 보이는 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : RGB 입력부 00 : 색 공간부

300 : 양자화부 400 : 비교부

500 : 지역부 600 : 조정부

700 : 출력부 302 : 상대적 마스킹 함수값 산출 수단부

202 : 절대적 마스킹 함수값 산출 수단부

303 : 최적 마스킹 함수값 산출 수단부

304 : 마스킹 효과의 분포 정도 추정 수단부

305 : 마스킹 효과의 정도 추정 수단부

306 : 마스킹 효과의 평균치 산출부

307 : 활성화 윈도우 크기 결정 수단부

본 발명은 색처리 장치에 관한 것으로, 특히 입력된 원화상과 양자화된 화상과의 휘도나 칼라에 대한 대비 정도인 마스킹 효과를 이용하여 마스킹 활성화 영역내에 있는 화소들의 색값을 재조정하여 출력화상의 화질을 향상시키는 장치에 관한 것이다.

컴퓨터 산업의 발달과 더불어 영상 매체의 급속한 발달은 멀티미디어 산업의 발전을 한층 가속화 시키고 있다. 한편 이러한 발달과 함께 고화질, 다기능화 등의 사용자 요구가 점차 다양해지고 첨단화 됨에 따라 대용량의 아날로그 영상 신호 데이터를 그대로 이용한 기존의 단순한 영상 방식은 디지털 신호 압축 기술을 이용해 적은 용량의 기억 매체에 기존의 대용량의 영상 데이터를 압축 저장하고, 이를 고속으로 전송할 수 있게 하는 디지털 영상 방식으로 바뀌게 되었다. 한편 디지털 부호화 기술에 관한 문제점들 중에서 입력화소에 대한 양자화 출력 화소를 구성하는 과정에서 발생하는 양자화 색 오차(E)를 중요한 문제점으로 들 수 있는데, 이것은 재현되는 출력색의 왜곡 현상을 초래하는 중요한 원인이 된다. 이는 칼라 영상 매체를 통해 다양한 색들을 나타낼 때 표현 될 수 있는 색은 색 표현 가능 영역(color gamut) 즉 색 영역 내의 색이어야 한다. 사람의 눈이나 그 외 입력 장치를 통해 입력되는 색 정보는 표현 가능한 색 영역내의 색이어서 색 왜곡 문제가 대두되지 않지만, 이를 양자화를 통해 입력 데이터의 크기나 양을 줄이게 되면,

첫째, 색 처리시 원래 색정보에서 식(1)만큼의 색 정보의 손실, 즉 색 오차(E)가 발생하게 된다.(단 CIE 1976 LAB 색 공간상의 표현)

이와 같은 색 오차는 색 처리시 임의의 영역의 주변 화소들로 적당한 가중치를 두고 분산 시키는데, 여기서, 만약 발생된 색 오차의 값이 크거나 분산되는 색 오차가 임의의 한 화소로 계속 누적될 경우 색 영역 내에 있었던 화소의 색 값은 색 영역 밖의 표현 불가능한 색값으로 변할 수 있다. 이런 색을 표현하기 위해, 즉 영역내의 색으로 재조종하기 위해 절단(clipping)이나 보상(compensation)과 같은 기존의 색 처리 방법이 사용 되었으나, 여기서도 색 포화 현상(saturation)의 발생으로 인한 출력 색의 왜곡이라는 중대한 문제가 발생 할 수 있었다.

둘째, 데이터 압축시, 즉 기존의 입력색 R(Red), G(Green), B(Blue) 각각에 대해 8비트의 정보량으로 표현 되었을 때 NTSC 방식하에서 R, G, B에 각각의 휘도(Luminance)값을 식 (2)와 같이 정의하면 R(225,0,0) = 76.23, G(0.225,0) = 149.69, B(0,0,225) = 29.07의 휘도값으로 이들 각각은 7비트, 5비트, 8비트의 정보량이 각기 필요하게 되는데, 이를 8비트 이하의 정보량으로 압축하게 되면 정보량의 감소에 따른 색 포화 현상이 발생하여 (2)식과 같은 화질 열화의 결과를 초래하게 된다.

L(Luminance) = 0.229R + 0.587G + 0.114B …… (2)

따라서, 본 발명의 목적은 마스킹 효과를 이용하여 화소들의 색값을 재조정하여 출력 화상의 화질을 향상시키는 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 영상부호화 장치는 원 화상과 처리 화상과의 휘도나 칼라에 대한 대비정도인 마스킹 효과를 이용하여 마스킹 활성화 영역내에 있는 화소들의 색값을 재조정하여 출력 화상의 화질을 향상시키기 위한 영상 부호화 장치에 있어서,

칼라 원화상(RGB)의 색 재현의 불균등 시감 색공간을 균등한 값들로 변환하는 색 공간부(200);

상기 색 공간부(200)의 균등 색공간 상의 화상에 대한 신호를 양자화하여 출력하는 양자화부(300);

상기 색 공간부(200)에서 출력하는 신호(301)와 양자화부(300)에서 출력되는 신호(201)간의 대비효과 즉 마스킹 효과를 이용해 마스킹 효과의 최적 정도 수식인 최소 마스킹 함수를 정의 하는 비교부(400)와;

상기 비교부(400)의 최종결과를 이용해 마스킹 효과를 적용할 수 있는 활성화 윈도우 크기 즉 주변 영역의 크기를 결정하는 지역부(500);

상기 지역부(500) 내의 최적의 마스킹값을 결정하여 마스킹 활성화 영역내에 있는 화소들의 색 값을 마스킹 가중치를 이용해 재조정하여 색 포화 현상에 대한 화질 열화를 제거하여 새로운 화소를 출력하는 조정부(600)와를 구비함을 특징으로 하는 마스킹 함수를 이용한 색 처리 장치.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 전체 시스템 블록도이다. 제1도에 도시된 장치는 칼라 원화상(R,G,B)을 입력 하기 위한 입력부(100), 칼라 원화상(R,G,B)의 색 재현의 불균등 시감 색공간을 균등한 값들로 변환하는 색 공간부(200), 상기 균등 색공간 상의 화상에 대한 신호를 출력하는 양자화부(300), 상기 색공간부 신호와 양자화부신호 두 신호간의 대비효과 즉 마스킹 효과를 이용해 마스킹 효과의 최적 정도 수식인 최소 마스킹 함수를 정의 하는 비교부(400), 상기 비교부(400)의 최종결과를 이용해 마스킹 활성화 정도에 대한 주변 영역의 크기를 결정하는 지역부(500), 상기 지역부내의 최적의 마스킹 값을 결정하여 마스킹 활성화 영역 내에 있는 화소들의 색값을 마스킹 가중치를 이용해 재조정하여 색 포화 현상에 대한 화질 열화를 제거하여 새로운 화소를 출력하는 조정부(600), 새로운 출력 화상을 출력하는 출력부(700)으로 구성된다.

제2도는 본 발명에 의한 마스킹 효과 비교부 블록도이다. 제2도에 도시된 장치는 입력 원화상과 양자화 출력 화상간의 휘도대비와 컬러 대비효과인 마스킹 효과를 이용한 상대적 마스킹 함수(302)와 원화상만의 칼라 입력 데이터 값(R_iG_iB_i)와 휘도의 입력 데이터 값(L_i) 각각에 대한 마스킹 효과를 나타내는 절대적 마스킹 함수(202)에 의해 최적인 마스킹 함수(303)를 구하는 블록도이다.

제3도는 본 발명에 따른 활성화 윈도우 크기 결정 블록도로써, 최적의 마스킹 함수값(303)의 분포를 분석하여 마스킹 효과 분포 정도 추정(304)과 마스킹 효과의 평균치(306)에 의한 마스킹 정도 추정(305)으로 색값 재조정시 필요한 마스킹 가중치값을 결정하기 위한 활성화 윈도우 크기를 결정(307)하는 블록도이다.

이어서 제시된 제1도, 제2도, 제3도를 통해 본 발명의 작동을 상세히 설명하기로 한다.

제1도의 입력부(100)로 칼라 화상(RGB)가 입력되며 이 RGB의 색공간은 불균등 시감 색공간으로 색 재현에 있어 인간의 시감 특성을 제대로 표현하지 못하는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 색공간부(200)에서 색 오차에 있어 인간의 시감 특성을 보다 잘 고려할 수 있는 CIE 1976 LAB라는 색공간을 이용하여, R,G,B에서 색 공간 좌표계로 색 변환을 하기 위한 색 변환식은 다음의 식(3),(4),(5)와 같다. 단 표준 광원이 C라 하고 NTSC 방식의 R,G,B를 사용한다고 가정한다.

단 식(5)의 A/B는 X/Xn, Y/Yn, Z/Zn 의 대표꼴이다. 그리고 식(4), 식(5)에서 사용된 Xn, Yn, Zn 완전 백반사 확산체의 3 자극치 값이다. 이 식들을 이용해서 새로운 균등시간 색 공간인 LAB 좌표계상에서의 원화상(LAB_I)를 구성한다.

양자화부(300)은 색 공간부(200)에서 구성된 새로운 원화상(LAB_I)를 출력 장치에서 출력할 수 있는 양자화된 형태의 출력 데이터(LAB_P)로 양자화하며, 양자화부(300)에서 구성된 양자화된 출력 데이타(LAB_P)와 원화상(LAB_I)에서 종래 문제점의 식(1)과 같이 화소간에 양자화 오차(E)가 발생하여 출력 화소의 색 왜곡이 발생한다. 비교부(400)에서는 이러한 색 왜곡 정도를 줄이기 위하여 먼저 원화상(LAB_I)과 출력 데이타(LAB_P)의 휘도와 칼라에 대한 대비정도인 마스킹 효과를 이용 특성차를 추출한다. 여기서 마스킹 현상이란 주변 화소들의 밝기나 색상 주파수 특성 등에 의해 임의의 중심화소의 색상이나 밝기등의 특성들이 달라져 보이는 현상을 말한다. 예를 들면 검정색 종이 위에 붉은 색 점을 찍었을 때 이 붉은 점은 실제의 밝기보다 어둡고 실제의 색상 보다 짙게 보이며 흰색 종이 위에 붉은 점을 찍었을 때 이점은 실제의 밝기보다 밝고 실제의 색상보다 옅게 보이는 현상으로 마스킹 함수는 이러한 마스킹 정도를 수식으로 나타낸 것이다. 먼저 상대적 마스킹 함수(S₁(x,y))를 정의 하면 다음과 같다. 단 원 화상은 N*M개의 화소로 구성되고 주변 화소들의 수는 n*m개이다. 여기서 첨자 C는 contrast의 약자이며, L_I는 입력 휘도 성분이다

휘도 대비(L_C)함수인 식(6)과 칼라 대비 (C_C)함수인 식(7)은 각각 0에서 1사이의 값을 갖는다. 여기에서 두값 L_C와 C_C는 화소의 특성 즉 주변 화소들과의 상호 대비효과의 정도에 따라 각기 선별적으로 사용된다. 이들의 관계를 수식화 하면 식 (8)과 같다.

위에서 정의된 식(8)에 의해 구해진 새로운 휘도값(L_new)은 식(9)에서 정의하는 상대적 마스킹 함수 (S₁(x,y))를 정의 하기 위해 사용된다.

다음으로 절대적 마스킹 함수 (S₂(x,y))는 입력데이타값 R_I, G_I, B_I, L_I값 각각에 대한 절대적 마스킹 효과를 나타내는 것으로 식(10)과 같다.

여기서 255는 이론적으로 제시된 화소의 최대값이다.

식(9)와 식(10)을 이용해 최적 마스킹 함수 (S_min(x,y))를 정의한다.

지역부(500)은 제3도와 같이 식(11)의 최적의 마스킹 함수값 (S_min(x,y))을 사용하여 마스킹 활성화 영역인 활성화 윈도우 (W_a(x,y))를 결정하며, 이를 위해 두개의 결정인자 Q₁, Q₂를 정희해야한다.

여기서 식(12)는 n×n개의 주변 화소들로 구성된 국부 영역에서 마스킹 효과들의 분포 정도를 정의하고 식(13)은 마스킹 값들의 비례항을 정의하고 식(14)는 국부 영역에서의 마스킹 효과의 정도를 정의한다. 따라서 식(12)∼(14)에서 얻은 Q₁, Q₂에 따라 기존의 기본적 국부 영역의 크기(n×n)와 비교되는 상대적 크기로 활성화 윈도우의 크기 (W_a(x,y))를 결정할 수가 있다. 활성화 윈도우가 비교부(400)에서 결정이 되면 조정부(600)에서는 이 마스킹 활성화 영역 내에 존재하는 최적 마스킹 값 S_min(x,y)들중 최소를 만족하는 값을 이용하여 색 영역 밖에 있는 색 값을 색 영역 내의 색 값으로 조정해 주는 조정값 S(x,y)로 결정된다. 따라서 조정값 S(x,y)는 양자화부(300)에서 만든 출력 화상 LAP_P의 각 출력 화소(P(x,y))와 곱해져 색 포화 현상이 제거된 새로운 출력 화소 (P_S(x,y))로 재 구성된 출력 화상 LAB_S를 결정할 수 있게 한다.

즉

가 되며 출력부(700)에서 조정부의 최종 출력 화상인 LAB_S를 출력한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 원 화상과 처리결과 화상과의 휘도나 칼라에 대한 대비정도(마스킹 효과)를 마스킹 활성화 정도에 대한 영역 별로 모두 고려하여 결정한 값을 결과화상의 각 화소들에 부여하여 출력 화상을 재구성하게 함으로써 디지털 영상 압축시 발생하는 색정보량의 감소나 양자화 색 오차값에 의해 발생하는 색 영역밖의 색들로 인한 화상의 화질 열화 현상을 방지할 수 있으며, 또한 대비 효과를 적용함으로써 결과 화상에 대한 선명도를 개선할 수 있다.

Claims (3)

1. 입력된 원 화상과 처리 화상과의 휘도나 칼라에 대한 대비정도인 마스킹 효과로 마스킹 활성화 영역내에 있는 화소들의 색을 처리하는 장치에 있어서, 칼라 원화상(RGB)의 색 재현의 불균등 시감 색공간을 균등한 값들로 변환 하는 색 공간부(200); 상기 색 공간부(200)의 균등 색공간 상의 화상에 대한 신호를 양자화 하여 출력하는 양자화부(300); 상기 색 공간부(200)에서 출력하는 신호(301)와 양자화부(300)에서 출력되는 신호(201)을 비교하여 상기 마스킹 효과의 최적 정도 수식인 최소 마스킹 함수를 정의 하는 비교부(400); 상기 비교부(400)에서 출력되는 최소 마스킹 함수에 의해 상기 마스킹 효과를 적용하는 주변 영역의 크기를 결정하는 지역부(500); 및 상기 지역부(500) 내에서의 최적의 마스킹값을 결정하여 마스킹 활성화 영역 내에 있는 화소들의 색 값을 마스킹 가중치로 조정하여 색포화 현상에 대한 화질 열화를 제거하여 새로운 화소를 출력하는 조정부(600)와를 구비함을 특징으로 하는 마스킹 함수를 이용한 색 처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비교부(400)는 입력 화상(301)과 양자화 출력 화상(201)간의 휘도대비와 컬러 대비효과인 마스킹 효과로 상대적 마스킹 함수를 구하는 제1마스킹 함수 획득 수단(302); 원화상만의 칼라입력 데이타 값 (R_iG_iB_i)와 휘도의 입력 데이타 값(L_i) 각각에 마스킹 효과를 나타내는 절대적 마스킹 함수를 구하는 제2마스킹 함수 획득 수단(202); 제1마스킹 함수 획득 수단과 제2마스킹 함수 획득 수단의 출력에 의해 최적인 마스킹 함수(303)를 구하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 마스킹 함수를 이용한 색 처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 지역부(500)는 최적의 마스킹 함수값(303)의 분포를 분석하여 마스킹 효과 분포 정도 추정을 하는 제1수단(304); 마스킹 효과의 평균치(306)에 의한 마스킹 정도 추정을 하는 제2수단(305)과; 상기 제1수단과 제2수단으로 색값 재조정시 필요한 마스킹 가중치값을 결정하기 위한 주변 영역인 활성화 윈도우 크기 결정수단(307)을 포함함을 특징으로 하는 마스킹 함수를 이용한 색처리장치.