KR0176765B1 - 화상의 방향성 보간방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상신호 처리기에서 화상의 크기에 적응적으로 화상의 크기를 확대시키는 기술에 관한 것으로, 종래의 선형보간기법은 1차원 선형벡터열에 사용되는 기법이므로 2차원 공간상으로 표현되는 화상에 그대로 적용하는 경우 인접된 화소들의 화소값이 고려되지 않아 블러링효과가 발생되고, 이에 의해 화질이 저하되는 결함이 있었는 바, 본 발명은 이를 해결하기 위하여 보간하고자 하는 화소에 인접된 화소를 추출하고, 그 보간하고자 하는 화소를 기준으로 인접된 화소의 수직, 수평방향으로의 변화값(ΔX), (ΔY)을 계산한 후 그 변화값(ΔX), (ΔY)을 근거로 하여 원화상의 변화된 방향(θ)과 가중치(α, β)를 구하고, 화소의 수평, 수직방향으로의 변화된 화소위치값(I_dx)(I_dy)을 이용하여 보간데이타(I_o)를 구하도록 하였다.

Description

화상의 방향성 보간방법

제1도는 일반적인 선형보간필터의 회로도.

제2도는 본 발명의 방향성 보간방법을 설명하기 위한 화소위치 설명도.

제3도는 화상의 각 위치와 휘도값을 3차원 공간으로 도시한 설명도.

제4도는 화소에 대한 각 방향의 변화량과 변화각 설명도.

제5도는 화상의 방향성 보간방법에 대한 신호 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1-3 : 지연기 AD₁-AD_N-1: 가산기

본 발명은 영상신호 처리기에서 화상의 크기에 적응적으로 화상의 크기를 확대시키는 기술에 관한 것으로, 특히 2차원 공간상의 표본화되지 않은 데이타를 복원할 때 인접한 모든 표본화 데이타를 고려하여 필터계수를 적응적으로 변화시키는데 적당하도록 한 화상의 방향성 보간방법에 관한 것이다.

보간법(Interpolation)은 기본적인 신호처리 연산자의 하나로서 이산 데이타열중에서 중간값을 예측하여 연속적인 값을 갖도록 하는 처리과정이며, 이는 디지탈 화상처리에서 화상의 크기를 확대하고자 하는 경우 필수적으로 사용되는 영상처리기법이다.

보간함수의 기본적인 특성은 보간하고자 하는 데이타와 표본화 과정에서 표본화가 안된 데이타를 가능하면 일치시키도록 하는 것이다. 즉, f:표본화 함수, g:보간함수, xk:보간 할 데이타라 할때, g(xk) = f(xk)로 표현되면, 일반적으로 보간함수는 다음의 식으로 표현된다.

상기 식의 모든 값들은 상기의 보간조건 g(xk) = f(xk)를 만족하도록 선택한다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 선형 보간기법(linear Interpolation)은 제1도와 같은 N차 선형필터의 차수에 따라 계수가 고정되기 때문에 화상신호와 같이 입력신호의 특성이 변화될 경우 적응할 수 없게 된다.

따라서, 공간상에 고주파성분이 많은 화상에 선형기법을 적용할 경우 평탄화(Smoothing)현상이 발생되거나 블록킹 효과(Blocliing effect)가 현저하게 나타나 화질에 악영향을 주게 된다.

상기 평탄화(Smoothing)현상에 의해 화상의 고주파성분이 제거되고, 이에 의해 화상의 경계면(boundary)이 무너져 화상이 전체적으로 흐리게 보인다. 또한, 블록킹 현상에 의해 인접 영역과의 경계면이 두드러지게 나타나 마치 화상이 타일(Tile)로 모자이크한 것처럼 보이게 되며, 결국, 이러한 현상들에 의해 화질이 저하된다.

또한, 선형보간기법은 대부분 1차원 벡터를 입력값으로 사용하여 화상과 같이 2차원 공간상으로 표현되는 데이타열에 적용시킬 경우 인접된 화소값이 충분히 고려되지 않아 화질이 저하된다.

이와 같이 종래의 선형보간기법은 1차원 선형벡터열에 사용되는 기법이므로 2차원 공간상으로 표현되는 화상에 그대로 적용하는 경우 인접된 화소들의 화소값이 고려되지 않아 블러링효과(blurirlg effect)가 발생되고, 이에 의해 화질이 저하되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 2차원 공간상의 표본화되지 않은 데이타를 복원할 때 인접한 모든 표본화 데이타를 고려하여 필터계수를 적응적으로 변화시키는 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 화상의 방향성 보간방법은 보간하고자 하는 화소에 인접된 화소를 추출하고, 그 보간하고자 하는 화소에 인접된 화소를 추출하는 제1과정(S1)과; 상기 보간하고자 하는 화소를 기준으로 인접된 화소의 수직, 수평방향으로의 변화값(ΔX), (ΔY)을 벡터를 이용하여 계산하는 제2과정(S2)과; 상기 변화값(ΔX), (ΔY)을 근거로 하여 원화상의 변화된 방향(θ)과 가중치(α, β)를 구하는 제3과정(S3, S4)과; 화소의 수평, 수직방향으로의 변화된 화소위치값(I_dx), (I_dy)의 평균값을 이용하여 보간데이타(I_o)를 구한 후 전체 화상에 대해 보간이 종료되었는지를 확인하여 종료되지 않은 경우 상기 제1과정으로 복귀하는 제4과정(S5, S6)으로 이루어지는 것으로, 이와 같은 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 제2도 내지 제5도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 제안하는 방향성 보간법(Direction Interpolation)은 화상의 크기를 확대하고자 하는 경우 화상의 세밀한 정보내용을 원화상에 가깝게 복원하고자 하는 것이다.

상기 방향성 보간법은 화상에서 아주 세밀한 영역은 윤곽이 뚜렷한 기하학적 구조나 패턴을 갖는다는 성질을 이용하게 된다. 이런 경우 경계면(edge)성분을 따르는 낮은 주파수 방향에서의 보간법보다 성능이 우수하다.

따라서, 방향성 보간법은 화상의 국부적 특성을 먼저 분석한 후 그 특성에 따라 보간을 수행하면 보간성능을 향상시킬 수 있게 된다.

방향성 보간법은 화소값의 수직방향과 수평방향의 변환값에 근거를 두고 각 방향의 변화값으로 방향값(θ)을 구하여 보간계수를 결정한다.

화소위치(i, j)에서 화소의 휘도값을 I(j, j)라고 할 때, 제2도에서와 같이 화소값(I)을 예측하기 위해 인접한 위치의 화소값을 사용하게 되는데, 각 수평방향과 수직방향으로 변화된 값으로부터 보간계수(ΔX), (ΔY)를 결정하게 된다.

각 방향의 변화값 ΔX, ΔY로부터 변화된 방향(θ)을 다음의 식과 같이 계산하게 된다.

각 방향으로 변화되는 값을 계산하는 식은 하기의 식으로 표현된다.

단, 상기_dx는 ΔX,_dy는 ΔY를 의미하며, α, β는 수평방향과 수직방향의 가중치로서 이는 다음의 식으로 표현된다.

보간할 위치에서의 데이타값 I_o는 상기(식4), (식5)에서 구한 값의 평균값으로 표현된다.

방향값 θ의 각 범위에 대해(식8)을 정성적으로 고찰해보면, 첫째, θ=0인 경우 수직방향으로 화소의 변화값 ΔY = 0 이므로 α = 0 이고, β= 0.5이다. 따라서, I_dx= I₂이고, I_dy== I₁이다. 그러므로 I₀=(I₁+I₂)/2 이다. 둘째, θ = π/2인 경우, 수평방향으로 화소의 변화값 ΔX = 0이므로 α = 0.5이고, β= 0이다. 따라서, I_dx== I₂이고, I_dx= I₃이다. 그러므로 I_o=(I₂+I₃)/2이다.. 이 두가지 결과는 인접 화소값의 평균값을 취한 것과 동일하여 선형보간법과 유사하다.

셋째, 0 θ π/2 인 경우 θ가 0에서 π/2로 증가함은 상기의(식3)에서 수평방향 화소의 변화값이 수직방향 화소의 변화값보다 작다는 의미이므로 수평방향 성분의 변화값 I_dy는 증가시킬 필요가 있고, 수직방향성분의 변화값 I_dy는 감소시킬 필요가 있다. 왜냐하면, 일반적으로 화상데이타는 인접된 화소의 휘도값에 갑작스런 큰 변화가 없이 유사한 값을 갖기 때문에 화소의 변화값을 적절히 조절하여 주어야 하기 때문이다.

상기(식6), (식7)에서 α는 0∼0.5 사이의 값을 가지면서 증가하고 β는 0.5∼0사이의 값을 가지면서 감소한다. 따라서, 가중치 α와 β는 방향각 θ에 따라 증가되거나 감소됨을 알 수 있다. 마찬가지로 θ가 -π/2 θ 0 일 경우에도 동일한 결과를 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 2차원 공간상의 표본화되지 않은 화상 데이타를 복원할 때 복원하고자 하는 데이타에 인접된 모든 표본화 데이타를 고려하여 필터계수를 적응적으로 변화시킴으로써 데이타열의 연속성을 보장할 수 있게 되고, 블록간 상관도의 효과적인 이용을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 화상을 확대하기 위하여 표본화된 원화상의 데이타로부터 보간을 수행하는 방법에 있어서, 보간하고자 하는 화소에 인접된 화소를 추출하는 제1과정과; 상기 보간하고자 하는 화소를 기준으로 인접된 화소의 수직, 수평방향으로의 변화 값을 벡터를 이용하여 계산하는 제2과정과; 상기 변화값을 근거로 하여 원화상의 변화된 방향과 가중치를 구하는 제3과정과; 화소의 수평, 수직방향으로의 변화된 화소위치값의 평균값을 이용하여 보간데이타를 구한 후 전체 화상에 대한 보간이 종료되었는지를 확인하여 종료되지 않았으면 상기 제1과정으로 복귀하는 제4과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상의 방향성 보간방법.
2. 제1항에 있어서, 제4과정의 보간데이타(I_o)는 다음의 식으로 구하는 것을 특징으로 하는 화상의 방향성 보간방법.

   I_o=(I_dx+ I_dy)/2

   I_dx: 수평방향으로 변화되는 화소위치값

   I_dy: 수직방향으로 변화되는 화소위치값