KR100195116B1 - 이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선방법 및 그 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 화질 개선 방법과 그 회로는 입력 영상신호를 화면단위로 누적밀도함수를 구하고, 입력 영상신호를 화면단위로 평균레벨을 계산하고, 입력 영상신호를 구해진 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 입력 영상신호의 레벨을 변환시키되 평균레벨이 그대로 평균레벨로 맵핑되도록 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하고, 입력 영상신호와 개선된 신호와의 그레이 레벨 변화량을 입력 영상신호의 레벨에 따라 조절하므로서 주어진 영상의 평균신호를 출력 영상의 평균신호로 맵핑하여 콘트라스트를 개선하면서 주어진 영상의 평균밝기를 일정하게 유지하고, 또한 과도한 개선에 따른 아티펙트를 방지함으로써 화질을 개선한다.

Description

이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 방법 및 그 회로
본 발명은 이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 방법 및 그 회로에 관한 것으로, 특히 콘트라스트를 개선하면서 주어진 영상의 평균 밝기를 일정하게 유지하고, 과도한 개선에 의한 아티펙트를 막기 위하여 개선된 신호의 이득을 조절하여 화질을 개선하는 방법 및 그 회로에 관한 것이다.
히스토그램 등화의 기본 동작은 입력영상의 히스토그램을 토대로 주어진 입력영상을 변환하는 것으로서, 여기서 히스토그램이라 함은 주어진 입력 영상에서의 그레이 레벨 분포를 나타낸다.
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.
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.
또한, 메디컬 영상 처리와 레이다 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.
따라서, 주어진 영상의 히스토그램을 이용한 기법은 메디컬 영상 처리, 적외선 영상 처리, 레이다 영상 처리분야등 여러 분야에서 유용하게 응용되고 있다.
그러나, 주어진 영상에 대해 히스토그램 등화를 근거로 한 콘트라스트 개선시 발생할 수 있는 문제점으로는 입출력간 차이가 클 수 있다는 것을 들 수 있다. 다시 말해서, 입력 영상의 히스토그램에 의존하는 알고리즘을 근거로 한 히스토그램 등화에 의해 과도하게 콘트라스트가 개선이 될 수 있으며, 이것은 원하지 않는 형태의 영상의 제공을 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 주어진 영상신호의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화할 때 주어진 영상의 평균 레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 변환함수를 조정하여 콘트라스트를 개선하면서 평균밝기가 일정하게 유지되도록 하며, 입력 영상신호의 레벨에 따라 적응적으로 개선된 신호의 이득을 조절하여 화질을 개선하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 주어진 영상신호의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화할 때 주어진 영상의 평균 레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 변환함수를 조정하여 콘트라스트를 개선하면서 평균밝기가 일정하게 유지되도록 하며, 입력 영상신호의 레벨에 따라 적응적으로 개선된 신호의 이득을 조절하여 화질을 개선하는 회로를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 화질 개선 방법은 소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 방법에 있어서 : (a) 입력 영상신호를 화면단위로 누적밀도함수를 구하는 단계; (b) 입력 영상신호를 화면단위로 평균레벨을 계산하는 단계; (c) 구해진 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 입력 영상신호의 레벨을 변환시키되 상기 구해진 평균레벨이 그대로 평균레벨로 맵핑되도록 상기 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하는 단계; 및 (d) 상기 입력 영상신호와 상기 개선된 신호와의 그레이 레벨 변화량을 상기 입력 영상신호의 레벨에 따라 조절하는 단계를 포함함을 특징으로 하고 있다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 화질 개선 회로는 소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 회로에 있어서: 입력 영상신호를 화면단위로 평균레벨을 계산하는 제1계산수단; 입력 영상신호를 화면단위로 그레이 레벨 분포를 계산해서 계산된 화면단위의 그레이 레벨 분포를 근거로 하여 화면단위의 누적밀도함수와 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값을 계산하는 제2계산수단; 상기 입력 영상신호와 이에 대응한 누적밀도함수값과 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 상기 입력 영상신호의 레벨을 변환시키되, 상기 평균레벨이 그대로 평균레벨로 맵핑되도록 하여 개선된 신호를 출력하는 출력수단; 및 상기 입력 영상신호와 상기 개선된 신호와의 그레이 레벨의 변화량과 상기 입력 영상신호의 레벨에 따라 상기 개선된 신호의 이득을 제어하는 이득 제어 수단을 포함함을 특징으로 하고 있다.
도 1은 본 발명에 의한 이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 일 실시예에 따른 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 의한 이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 다른 실시예에 따른 블럭도이다.
본 발명에서 제안하는 이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화(Mean-Matching Histogram Equalization)를 이용한 화질 개선 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 평균-매칭 히스토그램 등화 알고리즘에 대하여 설명하기로 한다.
{X}는 주어진 영상을 나타내고, Xm은 주어진 영상 {X}의 평균레벨을 나타낸다.
주어진 영상 {X}은 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.
확률 밀도 함수(probability density function:PDF)는 다음과 같이 정의된다.
여기서, nk는 영상 {X}에서 그레이 레벨(Xk)이 나타나는 횟수를 나타내고, n은 영상{X}의전체 샘플수를 나타낸다. 그때, 누적 밀도 함수(cumulative density function:CDF)는 다음과 같이 정의된다.
누적 밀도 함수를 근거로 해서, 주어진 입력 영상(Xk)에 대한 전형적인 히스토그램 등화의 출력(Yt)은 다음과 같이 주어진다.
히스토그램 등화의 가장 큰 문제점은 변환함수로 사용되는 누적밀도함수에 따라 입출력 신호간의 평균밝기가 현저하게 변할 수 있다는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 누적밀도함수와 결합하여 입력영상의 평균에 근거로 한 다음의 맵핑동작을 제안한다.
이것은 평균(Xm)이하인 입력 샘플은 변환함수에 의해 X0에서 Xm까지의 그레이레벨로 맵핑하고, 평균(Xm)이상인 입력 샘플은 변환함수에 의해 Xm에서 XL-1까지의 그레이레벨로 맵핑한다. 수학식 4에서 Xm은 다시 Xm으로 맵핑됨을 알 수 있다.
따라서, 주어진 영상을 계산된 누적밀도함수에 따라 히스토그램 등화할 때, 주어진 영상의 평균신호가 그 자신에게 다시 맵핑되도록 누적밀도함수에 근거한 변환함수를 수학식 4와 같이 조정하여 주어진 영상의 평균밝기가 히스토그램 등화시 많은 변화가 생기지 않도록 하는 방법을 본 발명에서는 평균-매칭 히스토그램 등화라고 칭한다.
다음은 평균-매칭 히스토그램 등화에 의해 개선된 신호의 이득을 조절하는 알고리즘에 대하여 설명하기로 한다.
이득 제어의 기본개념은 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용하여 콘트라스트 개선시 입력 영상신호(Xk)의 최대 그레이 레벨의 변화를 입력 영상신호의 레벨에 따라 적절히 제한하기 위한 것이다.
우선, 입력 영상신호(Xk)와 개선된 신호(Y)사이의 관계는 아래 수학식 5 또는 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
또는,
여기서, △k는 평균-매칭 히스토그램 등화에 의해 만들어지는 변화량(개선 정도) 즉, 입력 영상신호(Xk)의 레벨과 평균-매칭 히스토그램 등화에 의해 새로운 그레이 레벨로 맵핑된 레벨(Y)과의 차이를 말한다.
히스토그램 등화에 의한 과도한 개선을 막기 위하여, 본 발명에서는 변화량 △k는 다음과 같이 제한된다.
여기서, f(Xk)를 최대 한계 함수(maximum bounding function)로 정의하며, 이 f(Xk)는 입력 영상신호(Xk)의 함수이고, 항상 양의 값이고, 즉, f(Xk) 1 0 이고, g(g 1 0)는 이득 제어 파라미터이다.
위 수학식 7을, 동등한 식으로서 다음 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
위 수학식 7에 도시된 변화량(△k)을 제한하는 개념은 웨버의 비(Weber's ratio)와 관련되어 있다. 사실, f(Xk) = Xk라고 하면 위 수학식 7로부터 다음과 같은 수학식 9를 얻을 수 있다.
여기서,가 웨버의 비에 대응되는 양이다. 이 웨버의 비는, X1가 gX1만큼 변화하고, X2가 gX2만큼 변화할 때 인간은 그 변화 정도가 동일하다고 느낀다는 것을 의미하는 실험적인 사실이다.
따라서, 본 발명에 적용되는 이득 조절 개념은 웨버의 비를 근거로 하여 평균-매칭 히스토그램을 이용하여 개선된 신호의 이득 즉, 개선 정도를 제어하는 것이다.
△k'는 제한된 변화량으로 정의하고, 다음 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
즉, 변화량(△k)의 절대값이 gf(Xk)이하이면 그대로 변화량(△k)을 제한된 변화량(△k')으로 사용하고, 변화량(△k)이 gf(Xk)보다 크면 gf(Xk)로 제한하고, 변화량(△k)이 -gf(Xk)보다 작으면 -gf(Xk)로 제한해서 개선된 신호(Y)의 이득을 제어한다.
따라서, 본 발명의 최종 출력신호(YOUT)는 다음 (11)식과 같이 나타낼 수 있다.
이어서, 도 1 및 도 2를 결부시켜 이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 일 실시예에 따른 블럭도이다.
도 1에 있어서, 프레임 히스토그램 계산기(102)는 입력되는 영상(Xk)에 대해 화면 단위로 그레이 레벨 분포를 계산해서 식(1)을 이용하여 확률밀도함수(p(Xk))를 계산한다. 여기서, 화면단위는 필드도 될 수 있으나 프레임으로 한다.
CDF 계산기(104)는 프레임 히스토그램 계산기(102)에서 계산된 1프레임의 확률밀도함수(p(Xk))를 근거로 하여 식(2)를 이용하여 누적밀도함수(c(Xk))를 계산한다.
프레임 평균 계산기(106)에서는 프레임 단위로 입력 영상(Xk)의 평균레벨(Xm)을 계산한다. 이때, 프레임 평균 계산기(106)는 동기신호(SNC)에 따라 프레임단위로 계산된 평균레벨(Xm)을 CDF 메모리(108), 제1 및 제2맵퍼(110,112)에 출력한다.
CDF 메모리(108)는 CDF 계산기(104)에서 계산된 누적밀도함수(c(Xk))를 동기신호(SNC)에 따라 프레임단위로 갱신하고, 갱신되는 동안 저장된 한 프레임전의 누적밀도함수에서 입력 영상(Xk)에 대응되는 누적밀도함수값(c(Xk))과 프레임 평균 계산기(106)에서 출력되는 평균레벨(Xm)에 대한 평균 누적밀도함수값(c(Xm))을 출력한다.
제1맵퍼(110)는 CDF 메모리(108)로부터 출력되는 누적밀도함수값(c(Xk))과 평균레벨에 대한 누적밀도함수값(c(Xm)), 프레임 평균 계산기(106)로부터 출력되는 평균레벨(Xm) 및 입력영상(Xk)을 입력하여 평균레벨(Xm)이하인 입력영상(Xk)을 식(4)를 이용하여 X0에서 Xm까지의 그레이 레벨로 맵핑하여 개선된 신호(Y)를 출력한다.
제2맵퍼(112)는 CDF 메모리(108)로부터 출력되는 누적밀도함수값(c(Xk))과 평균레벨에 대한 누적밀도함수값(c(Xm)), 프레임 평균 계산기(106)로부터 출력되는 평균레벨(Xm) 및 입력영상(Xk)을 입력하여 수학식 4를 이용하여 평균레벨(Xm)이상인 입력영상(Xk)을 Xm에서 XL-1까지의 그레이 레벨로 맵핑해서 개선된 신호(Y)를 출력한다.
이때, 제1 및 제2맵퍼(110,112)에 입력되는 영상신호(Xk)는 CDF 메모리(108)로부터 출력되는 누적밀도함수에 비해서 다음 프레임의 신호이다.
따라서, CDF 메모리(108)로부터 출력되는 누적밀도함수와 동일프레임의 영상신호를 맵퍼(110,112)에 입력시키기 위하여 입력되는 영상신호를 1프레임 지연하는 프레임메모리가 구성될 수 있다. 그러나, 인접프레임간에는 높은 상관성을 가진다는 특성을 이용하여 프레임 메모리를 생략함으로써 하드웨어를 감소시킬 수 있다.
제1 선택기(114)는 입력되는 영상신호(Xk)와 프레임 평균 계산기(106)에서 출력되는 평균레벨(Xm)을 비교하여 입력되는 영상신호(Xk)가 평균레벨(Xm)이하이면 제1맵퍼(110)를 선택하고, 그렇지 않으면 제2맵퍼(112)를 선택한다.
여기서, 프레임 히스토그램 계산기(102) 내지 제1 선택기(114)는 평균-매칭 히스토그램 등화기(100)라고 지칭될 수 있다.
또한, 프레임 히스토그램 계산기(102)와 CDF 계산기(104)를 별도로 사용하지 않고, 입력되는 영상신호(Xk)에 대해 1화면단위로 그레이 레벨 분포를 계산하여 이를 근거로 하여 CDF를 계산하는 하나의 블록으로 구성될 수 있다.
한편, 이득 제어기(200)의 감산기(202)는 제1 선택기(114)로부터 출력되는 개선된 신호(Y)로부터 입력 영상신호(Xk)를 감산해서 평균-매칭 히스토그램 등화기(100)에 의해 만들어진 변화량(△k)을 구한다.
이득특성 결정기(204)는 입력 영상신호(Xk)의 함수인 최대 한계 함수(f(Xk))를 이용하여 입력 영상신호(Y)의 개선을 제한한다.
예를 들어, f(Xk) = K이고, 이 K는 상수일 때, 이것은 입력 그레이 값에 무관하게 입력 개선을 동일한 양만큼 제한하며, 최대 한계 함수는(여기서, a는 상수) 또는(여기서, a는 상수)와 같은 형태가 될 수 있으며, 이것은 입력 그레이 레벨값에 따라 입력 영상의 개선되는 양을 달리 제한하게 된다.
제2 선택기(206)는 입력되는 영상신호(Xk)와 프레임 평균 계산기(106)에서 출력되는 평균레벨(Xm)을 비교하여 입력되는 영상신호(Xk)가 평균레벨(Xm)이하이면 입력되는 제1 이득 제어파라미터(gL)를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 이득 제어파라미터(gU)를 선택한다. 여기서, 입력되는 영상신호레벨에 따라 즉, 평균레벨이하의 영상신호를 위한 이득 제어 파라미터(gL)와 평균레벨보다 큰 영상신호를 위한 이득 제어 파라미터(gu)가 별도로 설정된다.
승산기(208)는 이득특성 결정기(204)에서 출력되는 최대 한계 함수(f(Xk))값과 제2선택기(206)에 의해 선택된 이득 제어 파라미터(g)를 승산하여 한계값(gf(Xk))을 출력한다. 여기서, 한계값 g· f(Xk)는 본 발명의 이득 제어기(200)의 특성이다.
리미터(210)는 감산기(202)로부터 출력되는 변화량(△k)을 승산기(208)로부터 출력되는 한계값(gf(Xk))과 비교하여 변화량(△k)을 제한하여 위 수학식 10과 같은 제한된 변화량(△k')을 출력한다.
가산기(212)는 입력 영상신호(Xk)와 리미터(210)에서 출력되는 제한된 변화량(△k')을 가산하여 위 수학식 11에 도시된 바와 같은 이득 제어기(200)의 출력신호(Yout)를 출력한다.
도 2는 본 발명에 의한 이득 조절 기능을 가진 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 회로의 다른 실시예에 따른 블록도로서, 도 1에 도시된 구성과 비교해서 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부치며, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 여기서는 도 1에 도시된 구성과 상이한 이득 제어기(200')를 중심으로 설명하기로 한다.
도 2에 있어서, 이득 제어기(200')의 감산기(222)는 선택기(114)로부터 출력되는 개선된 신호(Y)로부터 입력 영상신호(Xk)를 감산해서 평균-매칭 히스토그램 등화기(100)에 의해 만들어진 변화량(△k)을 구한다.
이득특성 결정기(224)는 입력 영상신호(Xk)의 함수인 최대 한계 함수(f(Xk))를 이용하여 입력 영상신호(Xk)의 개선을 제한한다.
승산기(226)는 이득특성 결정기(224)에서 출력되는 최대 한계 함수(f(Xk))값과 입력되는 이득 제어 파라미터(g)를 승산하여 한계값(gf(Xk))을 출력한다.
여기서, 이득 제어 파라미터(g)는 도 1에서 각 입력 샘플이 평균레벨보다 클 때와 작을 때에 따라 다른 이득 제어 파라미터가 사용하는 것과는 달리 입력 영상신호에 대해 동일한 값으로 주어진다.
리미터(228)는 감산기(222)로부터 출력되는 변화량(△k)을 승산기(226)로부터 출력되는 한계값(gf(Xk))과 비교하여 변화량(△k)을 제한하여 위 수학식 10과 같은 제한된 변화량(△k')을 출력한다.
가산기(230)는 입력 영상신호(Xk)과 리미터(228)에서 출력되는 제한된 변화량(△k')을 가산하여 위 수학식 11에 도시된 바와 같은 이득 제어기(200')의 출력신호(Yout)를 출력한다.
본 발명은 영상신호의 화질 개선에 관련된 광범위한 분야에 응용될 수 있다. 즉, 방송기기, 레이다 신호처리시스템, 의용공학, 가전제품 등에 응용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 주어진 영상신호의 누적밀도함수에 따라 히스토그램 등화할 때 주어진 영상의 평균 그레이 레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 변환함수를 조정하여 콘트라스트를 개선하면서 주어진 영상의 평균밝기를 일정하게 유지하는 효과와 웨버의 비를 근거로 하여 개선된 신호의 이득을 조절하여 히스토그램 등화시 콘트라스트의 과도한 개선에 따른 아티펙트를 방지함으로써 화질을 개선하는 효과가 있다.

Claims (33)

  1. 소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 방법에 있어서:
    (a) 입력 영상신호를 화면단위로 누적밀도함수를 구하는 단계;
    (b) 입력 영상신호를 화면단위로 평균레벨을 계산하는 단계;
    (c) 구해진 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 입력 영상신호의 레벨을 변환시키되 상기 구해진 평균레벨이 그대로 평균레벨로 맵핑되도록 상기 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하는 단계; 및
    (d) 상기 입력 영상신호와 상기 개선된 신호와의 그레이 레벨 변화량을 상기 입력 영상신호의 레벨에 따라 조절하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입력 영상신호를 화면단위로 지연해서 지연된 영상신호를 상기 (c)단계로 출력하는 단계(c1)를 더 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (d)단계에서 상기 개선된 신호의 이득의 조절은 웨버의 비에 근거함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) 상기 개선된 신호로부터 입력 영상신호를 감산해서 차에 해당하는 변화량을 검출하는 단계;
    (d2) 소정의 최대 한계 함수와 소정의 이득 제어 파라미터에 의해 상기 입력 영상신호의 한계 개선량을 계산하는 단계;
    (d3) 상기 한계 개선량과 상기 변화량을 비교하여 비교결과에 따라 상기 변화량을 제한하여 제한된 변화량을 출력하는 단계; 및
    (d4) 상기 제한된 변화량을 상기 입력 영상신호에 가산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소정의 이득 제어 파라미터는 입력 영상신호의 레벨에 따라 설정된 복수개의 이득 제어 파라미터로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 소정의 이득 제어 파라미터는 평균레벨이하의 입력 영상신호를 위한 제1 이득 제어파라미터와 평균레벨보다 큰 입력 영상신호를 위한 제2 이득 제어 파라미터로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 소정의 이득 제어파라미터는 입력 영상신호에 동일하게 적용되는 하나의 이득 제어 파라미터로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 최대 한계 함수 f(Xk)는이고, a는 상수인 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 최대 한계 함수 f(Xk)는이고, a는 상수인 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  10. 소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 방법에 있어서:
    (a) 입력 영상신호를 화면단위로 그레이 레벨 분포를 구하고, 구해진 화면단위의 그레이 레벨 분포를 근거로 하여 누적밀도함수를 구하는 단계;
    (b) 입력 영상신호를 화면단위로 평균레벨을 계산하는 단계;
    (c) 구해진 누적밀도함수를 근거로 하여 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수를 구하는 단계;
    (d) 상기 입력 영상신호를 이에 대응하는 누적밀도함수와 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 새로운 그레이 레벨로 맵핑하되, 상기 평균레벨이 그대로 평균레벨로 맵핑하여 개선된 신호를 출력하는 단계;
    (e) 상기 개선된 신호로부터 상기 입력 영상신호를 감산해서 차에 해당하는 변화량을 구하는 단계;
    (f) 상기 입력 영상신호를 소정의 이득 특성을 부가하여 입력 영상신호의 한계 개선량을 계산하는 단계;
    (g) 상기 한계 개선량과 상기 변화량을 비교하여 비교한 결과에 따라 제한된 변화량을 출력하는 단계; 및
    (h) 상기 입력 영상신호에 상기 제한된 변화량을 가산하여 상기 개선된 신호의 이득을 조절하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 입력 영상신호를 화면단위로 지연해서 지연된 영상신호를 상기 (d)단계로 출력하는 단계(d1)를 더 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 (f)단계에서는 소정의 최대 한계 함수에 의해 상기 입력 영상신호의 개선을 제한함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 (f)단계는
    (f1) 소정의 최대 한계 함수에 의해 입력 영상신호의 개선을 제한하여 제한된 영상신호를 출력하는 단계; 및
    (f2) 상기 제한된 영상신호에 소정의 이득 제어 파라미터를 승산해서 한계 함수값을 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 소정의 이득 제어 파라미터는 입력 영상신호의 레벨에 따라 설정된 복수개의 이득 제어 파라미터로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 소정의 이득 제어 파라미터는 평균레벨이하의 입력 영상신호를 위한 제1 이득 제어파라미터와 평균레벨보다 큰 입력 영상신호를 위한 제2 이득 제어 파라미터로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 소정의 이득 제어 파라미터는 입력 영상신호에 동일하게 적용되는 하나의 이득 제어 파라미터로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 최대 한계 함수 f(Xk)는이고, a는 상수인 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 최대 한계 함수 f(Xk)는이고, a는 상수인 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 (g)단계에서는 상기 변화량의 절대값이 상기 한계 함수값 이하일 때는 그대로 상기 변화량을 상기 제한된 변화량으로 출력하고, 그 외에는 상기 한계 함수값을 상기 제한된 변화량으로 출력함을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  20. 소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화하여 화질을 개선하는 회로에 있어서:
    입력 영상신호를 화면단위로 평균레벨을 계산하는 제1계산수단;
    입력 영상신호를 화면단위로 그레이 레벨 분포를 계산해서 계산된 화면단위의 그레이 레벨 분포를 근거로 하여 화면단위의 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값을 계산하는 제2계산수단;
    상기 입력 영상신호와 이에 대응한 누적밀도함수와 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 상기 입력 영상신호의 레벨을 변환시키되, 상기 평균레벨이 그대로 평균레벨로 맵핑하여 개선된 신호를 출력하는 출력수단; 및
    상기 입력 영상신호와 상기 개선된 신호와의 그레이 레벨의 변화량과 상기 입력 영상신호의 레벨에 따라 상기 개선된 신호의 이득을 제어하는 이득 제어 수단을 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2계산수단에서 계산된 누적밀도함수와 동일 프레임의 영상신호를 상기 출력수단에 입력시키기 위하여 상기 입력 영상신호를 한 화면단위로 지연하는 화면 메모리를 더 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제2계산수단에서 계산된 상기 누적밀도함수를 화면단위로 갱신하고, 갱신되는 동안 저장된 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값을 출력하는 버퍼를 더 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  23. 제20항에 있어서, 상기 출력수단은
    구해진 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 상기 변환함수를 조정하여 상기 제1계산수단에서 계산된 평균레벨은 평균레벨로 맵핑하고, 평균레벨이하의 입력 영상신호는 이에 대응하는 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 제1범위의 그레이 레벨로 맵핑하는 제1맵퍼;
    상기 제1계산수단에서 계산된 평균레벨보다 큰 입력 영상신호는 이에 대응하는 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 제2범위의 그레이 레벨로 맵핑하는 제2맵퍼; 및
    상기 입력 영상신호와 상기 평균레벨을 비교해서 입력 영상신호가 상기 평균레벨이하이면 제1 맵퍼를 선택하고, 그렇지 않으면 제2맵퍼를 선택하는 선택기를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  24. 제21항에 있어서, 상기 출력수단은
    구해진 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 상기 변환함수를 조정하여 상기 제1계산수단에서 계산된 평균레벨은 평균레벨로 맵핑하고, 평균레벨이하의 상기 화면메모리로부터 출력되는 영상신호는 이에 대응하는 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 제1범위의 그레이 레벨로 맵핑하는 제1맵퍼;
    상기 제1계산수단에서 계산된 평균레벨보다 큰 상기 화면메모리로부터 출력되는 영상신호는 이에 대응하는 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 제2범위의 그레이 레벨로 맵핑하는 제2맵퍼; 및
    상기 화면메모리로부터 출력되는 영상신호와 상기 평균레벨을 비교해서 상기 화면메모리로부터 출력되는 영상신호가 상기 평균레벨이하이면 제1 맵퍼를 선택하고, 그렇지 않으면 제2맵퍼를 선택하는 선택기를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  25. 제20항에 있어서, 상기 이득 제어 수단은 웨버비에 근거하여 상기 개선된 신호의 이득을 제어함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  26. 제20항에 있어서, 상기 이득 제어 수단은
    상기 개선된 신호로부터 입력 영상신호를 감산해서 차에 해당하는 변화량을 검출하는 검출수단;
    소정의 최대 한계 함수에 의해 입력 영상신호의 개선을 제한하기 위하여 상기 입력 영상신호의 레벨에 따라 최대 한계 함수값을 계산하는 이득특성 결정수단;
    입력 영상신호와 평균레벨을 비교하여 입력 영상신호가 평균레벨 이하이면 제1 이득 제어파라미터를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 이득 제어 파라미터중 하나를 선택하는 선택수단;
    상기 최대 한계 함수값에 상기 선택수단에 의해 선택된 이득 제어 파라미터를 승산하여 한계 함수값을 출력하는 승산수단;
    상기 한계 함수값과 상기 변화량을 비교하여 비교한 결과에 따라 상기 변화량을 제한하여 제한된 변화량을 출력하는 리미팅수단; 및
    상기 입력 영상신호에 제한된 변화량을 가산하여 상기 개선된 신호의 이득이 조절된 신호를 출력하는 가산수단을 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  27. 제26항에 있어서, 상기 최대 한계 함수 f(Xk)는이고, a는 상수인 것을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  28. 제26항에 있어서, 상기 최대 한계 함수 f(Xk)는이고, a는 상수인 것을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  29. 제26항에 있어서, 상기 리미팅수단은 상기 변화량의 절대값이 상기 한계 함수값 이하일 때는 그대로 상기 변화량을 상기 제한된 변화량으로 출력하고, 그 외에는 상기 한계 함수값을 상기 제한된 변화량으로 출력함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  30. 제20항에 있어서, 상기 이득 제어 수단은
    상기 개선된 신호로부터 입력 영상신호를 감산해서 차에 해당하는 변화량을 검출하는 검출수단;
    소정의 최대 한계 함수에 의해 입력 영상신호의 개선을 제한하기 위하여 상기 입력 영상신호의 레벨에 따라 최대 한계 함수값을 계산하는 이득특성 결정수단;
    상기 최대 한계 함수값에 소정값의 이득 제어 파라미터를 승산하여 한계 함수값을 출력하는 승산수단;
    상기 한계 함수값과 상기 변화량을 비교하여 비교한 결과에 따라 상기 변화량을 제한하여 제한된 변화량을 출력하는 리미팅수단; 및
    상기 입력 영상신호에 제한된 변화량을 가산하여 상기 개선된 신호의 이득이 조절된 신호를 출력하는 가산수단을 포함함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  31. 제30항에 있어서, 상기 최대 한계 함수 f(Xk)는이고, a는 상수인 것을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  32. 제30항에 있어서, 상기 최대 한계 함수 f(Xk)는이고, a는 상수인 것을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
  33. 제30항에 있어서, 상기 리미팅수단은 상기 변화량의 절대값이 상기 한계 함수값 이하일 때는 그대로 상기 변화량을 상기 제한된 변화량으로 출력하고, 그 외에는 상기 한계 함수값을 상기 제한된 변화량으로 출력함을 특징으로 하는 화질 개선 회로.
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