KR100238319B1 - Image processing method for distinguishing object - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 물체 식별을 위한 영상 처리 방법은, (a) 물체를 포함하는 영상 영역으로부터 반사되는 빛을 받는 단계;를 포함한다. (b) 받은 빛을 처리하여, 상기 영상 영역의 각 지점에 대한 휘도를 나타내는 영상 데이터로 변환시킨다. (c) 소정의 경계 휘도 이상인 밝은 영역에서의 최빈 휘도, 및 경계 휘도 미만인 어두운 영역에서의 최빈 휘도를 계산한다. (d) 밝은 영역 및 어두운 영역에서의 최빈 휘도들을 소정의 분할 비율에 반영하여, 새로운 경계 휘도를 결정한다. 그리고 (e) 새로운 경계 휘도를 적용하여, 상기 영상 영역으로부터 상기 물체가 식별되도록 상기 영상 데이터를 변환시킨다.The image processing method for identifying an object according to the present invention includes (a) receiving light reflected from an image region including an object. (b) The received light is processed and converted into image data representing luminance of each point of the image area. (c) Calculate the mode luminance in the bright region more than the predetermined boundary luminance and the mode luminance in the dark region less than the boundary luminance. (d) New boundary luminances are determined by reflecting the most frequent luminance in the bright region and the dark region in a predetermined division ratio. And (e) converts the image data so that the object is identified from the image area by applying a new boundary luminance.
Description
본 발명은 물체 식별을 위한 영상 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image processing method for object identification.
물체를 촬상하여 영상 데이터를 처리하는 시스템 예를 들어, 머신 비젼 시스템에서는 카메라 예를 들어, CCD (Charge Coupled Device) 카메라, 영상 처리 보드 및 모니터 등을 포함한다. 상기 카메라는 다음과 같은 기능을 수행한다. 먼저 물체를 포함하는 영상 영역으로부터 반사되는 빛을 받아, 이를 아날로그 신호로 변환시킨다. 상기 영상 처리 보드에서는 카메라로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호인 영상 데이터로 변환시킨 후, 이 영상 데이터를 처리하여 각종 기능들을 수행한다. 상기 영상 데이터는 영상 영역의 각 지점에 대한 휘도를 나타낸다.A system for imaging an object and processing image data, for example, a machine vision system includes a camera, for example, a charge coupled device (CCD) camera, an image processing board, a monitor, and the like. The camera performs the following functions. First, the light reflected from the image area including the object is received and converted into an analog signal. The image processing board converts an analog signal from a camera into image data, which is a digital signal, and then processes the image data to perform various functions. The image data represents luminance for each point of the image area.
이와 같은 영상 처리 시스템에서 주요한 기능은 영상의 배경과 물체, 또는 물체와 다른 물체를 식별하는 것이다. 이에 따라, 배경 영상 데이터, 제1 물체 영상 데이터, 제2 물체 영상 데이터, ... 등으로 구분하여 관련된 기능들을 수행할 수 있다.The main function of such an image processing system is to identify the background and the object of the image, or the object and other objects. Accordingly, functions related to the background image data, the first object image data, the second object image data, and the like may be classified.
도 1에는 한 화면(10)에 임의의 물체가 촬상된 영상이 도시되어 있다. 이와 같은 영상 영역은 배경 영역(101)과 물체 영역(102)을 포함한다. P1, P2, P3는 배경 영역(101)과 물체 영역(102)의 경계 화소들을 나타낸다. 영상 데이터에서 배경 영역(101)과 물체 영역(102)에 해당되는 좌표의 화소들을 식별하려면, 그 문턱 휘도 (threshold brightness) 즉, 경계 휘도를 적절히 설정하는 것이 매우 중요하다. 이와 같은 경계 휘도를 설정하기 위하여, 종래에는, 밝은 영역 및 어두운 영역에서의 평균 휘도들을 소정의 분할 비율에 반영하여, 새로운 경계 휘도를 결정한다. 이와 같은 종래의 영상 처리 방법은 미국 특허 제5,138,671호에 잘 설명되어 있다.FIG. 1 shows an image in which an object is picked up on one
도 2에는 종래의 영상 처리 방법을 설명하기 위한 휘도의 분포 상태가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 배경과 단일 물체만이 촬상된 경우, 휘도의 분포도(histogram)를 살펴보면, 제1 경계 휘도 M을 중심으로 두 분포 영역이 나타난다. 제1 경계 휘도 M보다 낮은 휘도의 영역은 상기 배경 영역(도 1의 101)을, 그리고 제1 경계 휘도 M보다 높은 휘도의 영역은 상기 물체 영역(도 1의 102)를 나타낸다. 단순히 제1 경계 휘도 M으로써 배경 영상 데이터와 물체 영상 데이터를 구분하는 것은 정밀도가 떨어진다. 이에 따라, 종래에는, 어두운 영역 및 밝은 영역에서의 평균 휘도(md, mb)들을 소정의 분할 비율에 반영하여, 새로운 경계 휘도를 결정한다. 예를 들어, thn = r
그러나, 배경 또는 물체의 표면에 광택이 있는지의 여부에 따라 상기 평균 휘도들(md, mb)이 상대적으로 크게 변하는 성향이 있다. 이에 따라, 종래의 영상 처리 방법에 의하면, 배경 또는 물체의 표면에 광택이 있는지의 여부에 따라 물체 식별의 정밀도가 불안정하다는 문제점이 있다.However, there is a tendency that the average luminances md and mb change relatively largely depending on whether the background or the surface of the object is glossy. Accordingly, according to the conventional image processing method, there is a problem that the accuracy of object identification is unstable depending on whether the background or the surface of the object is glossy.
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 배경 또는 물체의 표면에 광택이 있는지의 여부에 무관하게 균일한 경계 휘도를 유지하여, 물체 식별을 할 수 있는 영상 처리 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an image processing method capable of object identification by maintaining uniform boundary luminance regardless of whether the background or the surface of an object is glossy.
도 1은 한 화면에 임의의 물체가 촬상된 영상을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating an image in which an object is picked up on one screen.
도 2는 종래의 영상 처리 방법을 설명하기 위한 휘도의 분포도이다.2 is a distribution diagram of luminance for explaining a conventional image processing method.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법을 설명하기 위한 휘도의 분포도이다.3 is a distribution diagram of luminance for explaining an image processing method according to an exemplary embodiment.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 처리 방법을 설명하기 위한 휘도의 분포도이다.4 is a distribution diagram of luminance for describing an image processing method according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 그 표면에 광택이 없는 물체를 촬상하여 나타난 휘도의 분포도이다.5 is a distribution diagram of luminance obtained by photographing an object having no gloss on its surface.
도 6은 그 표면에 광택이 있는 물체를 촬상하여 나타난 휘도의 분포도이다.Fig. 6 is a distribution diagram of brightnesses obtained by photographing a glossy object on its surface.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10...카메라 화면, 101...배경 영역,10 ... camera screen, 101 ... background area,
102...물체 영역, P1, P2, P3...경계 화소,102 object region, P 1 , P 2 , P 3 ... boundary pixels,
M...제1 경계 휘도, md, mb...평균 휘도,M ... first boundary luminance, md, mb ... average luminance,
fd, fb, f0, f1, f2, f3...최빈 휘도.fd, fb, f 0 , f 1 , f 2 , f 3 ... mode luminance.
S1...실제 면적에 포함되지 않는 영역.S1 ... Area not included in the actual area.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 영상 처리 방법은, (a) 물체를 포함하는 영상 영역으로부터 반사되는 빛을 받는 단계;를 포함한다. (b) 상기 받은 빛을 처리하여, 상기 영상 영역의 각 지점에 대한 휘도를 나타내는 영상 데이터로 변환시킨다. (c) 소정의 경계 휘도 이상인 밝은 영역에서의 최빈 휘도, 및 상기 경계 휘도 미만인 어두운 영역에서의 최빈 휘도를 계산한다. (d) 상기 밝은 영역 및 어두운 영역에서의 최빈 휘도들을 소정의 분할 비율에 반영하여, 새로운 경계 휘도를 결정한다. 그리고 (e) 상기 새로운 경계 휘도를 적용하여, 상기 영상 영역으로부터 상기 물체가 식별되도록 상기 영상 데이터를 변환시킨다.The image processing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of (a) receiving the light reflected from the image area including the object. (b) The received light is processed and converted into image data representing luminance of each point of the image area. (c) Calculate the mode luminance in the bright region that is more than the predetermined boundary luminance and the mode luminance in the dark region that is less than the boundary luminance. (d) The new boundary luminance is determined by reflecting the most frequent luminance in the bright region and the dark region in a predetermined division ratio. And (e) converting the image data so that the object is identified from the image area by applying the new boundary luminance.
본 발명의 영상 처리 방법은, 상기 최빈 휘도들을 소정의 분할 비율에 반영하여 새로운 경계 휘도를 결정하므로, 배경 또는 물체의 표면에 광택이 있는지의 여부에 무관하게 균일한 경계 휘도를 유지하여, 물체 식별을 할 수 있다.Since the image processing method of the present invention determines the new boundary luminance by reflecting the most frequent luminance at a predetermined division ratio, the uniform boundary luminance is maintained regardless of whether the background or the surface of the object is glossy, thereby identifying the object. can do.
바람직하게는, 상기 단계 (d)는, thn = r
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법을 설명하기 위한 휘도의 분포 상태가 도시되어 있다. 상기한 바와 같이 배경과 단일 물체만이 촬상된 경우, 휘도의 분포도(histogram)를 살펴보면, 제1 경계 휘도 M을 중심으로 두 분포 영역이 나타난다. 제1 경계 휘도 M보다 낮은 휘도의 영역은 상기 배경 영역(도 1의 101)을, 그리고 제1 경계 휘도 M보다 높은 휘도의 영역은 상기 물체 영역(도 1의 102)를 나타낸다. 단순히 제1 경계 휘도 M으로써 배경 영상 데이터와 물체 영상 데이터를 구분하는 것은 정밀도가 떨어진다. 이에 따라, 어두운 영역 및 밝은 영역에서의 최빈 휘도(fd, fb)들을 소정의 분할 비율에 반영하여, 새로운 경계 휘도를 결정한다. md, mb는 밝은 영역 및 어두운 영역에서의 평균 휘도를 나타낸다. 여기서 최빈 휘도(fd, fb)는, 해당되는 영상 영역에서 가장 많은 화소들이 공유하는 휘도를 의미한다. 아래의 수학식 1은, 최빈 휘도(fd, fb)들을 소정의 분할 비율에 반영하여, 새로운 경계 휘도 thn을 결정하기 위한 식이다.3 illustrates a distribution state of luminance for describing an image processing method according to an exemplary embodiment of the present invention. As described above, when only a background and a single object are captured, when looking at a histogram of luminance, two distribution regions appear around the first boundary luminance M. FIG. An area of luminance lower than the first boundary luminance M represents the background region (101 of FIG. 1), and an region of luminance higher than the first boundary luminance M represents the object region (102 of FIG. 1). It is not accurate to distinguish the background image data and the object image data simply by the first boundary luminance M. FIG. Accordingly, the newest luminance is determined by reflecting the most frequent luminances fd and fb in the dark region and the bright region in a predetermined division ratio. md and mb represent the average brightness in a bright area and a dark area. Here, the most frequent luminance fd and fb mean the luminance shared by the most pixels in the corresponding image area.
여기서, r은 상기 분할 비율(0
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 처리 방법을 설명하기 위한 휘도의 분포가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 4 개의 피크들을 중심으로 이루어진 각 분할 영역은, 왼쪽으로부터 배경 영역, 제1 물체 영역, 제2 물체 영역 및 제3 물체 영역을 의미한다. 각 영역의 최빈 휘도들은 f0, f1, f2및 f3이다. 이들을 이용하여, 각 영역의 새로운 경계 휘도를 구하는 식은 아래의 수학식 2와 같다.4 illustrates a distribution of luminance for describing an image processing method according to another exemplary embodiment of the present invention. Referring to the drawings, each divided area consisting of four peaks means a background area, a first object area, a second object area, and a third object area from the left. The most frequent luminance of each region is f 0 , f 1 , f 2 and f 3 . Using these, the equation for obtaining the new boundary luminance of each region is as shown in Equation 2 below.
여기서,
예를 들어, 배경 영역과 제1 물체 영역 사이의 경계 휘도
또한, 제1 물체 영역과 제1 물체 영역 사이의 경계 휘도
이와 같이, 각 분할 영역에서의 최빈 휘도를 이용하여 각 분할 영역 사이의 경계 휘도를 설정함으로써, 배경 또는 물체의 표면에 광택이 있는지의 여부에 무관하게 균일한 경계 휘도를 유지하여, 물체 식별을 할 수 있다. 이를 증명하기 위한 실험 내용이 아래에 설명된다.In this way, by setting the boundary luminance between the divided regions using the most frequent luminance in each divided region, it is possible to identify the object by maintaining uniform boundary luminance regardless of whether the background or the surface of the object is glossy. Can be. The experimental content to demonstrate this is described below.
도 5에는 그 표면에 광택이 없는 물체를 촬상하여 나타난 휘도의 분포 상태가 도시되어 있다. 도 6에는 그 표면에 광택이 있는 물체를 촬상하여 나타난 휘도의 분포 상태가 도시되어 있다. 도면들을 참조하면, 표면에 광택이 없는 물체의 히스토그램인 경우, 휘도 분포의 집중도가 상대적으로 높음을 알 수 있다. 도 5 및 6의 분포 상태의 영상들은 256 계조(gray scale)의 카메라에 의하여 얻어졌다. 아래의 표 1은 도 5의 분포 상태의 영상 데이터로부터 얻어진 각 휘도에 대한 화소 수를 나타낸 표이다.FIG. 5 shows a state of distribution of luminance caused by picking up an object having no gloss on its surface. FIG. 6 shows a state of distribution of luminance represented by imaging a glossy object on the surface thereof. Referring to the drawings, it can be seen that the concentration of the luminance distribution is relatively high in the case of the histogram of the object having no gloss on the surface. The images in the distributed state of FIGS. 5 and 6 were obtained by a camera of 256 gray scales. Table 1 below is a table showing the number of pixels for each luminance obtained from the image data of the distribution state of FIG.
상기 표 1을 참조하면, 전체 화소 수는 150,100, 평균 휘도는 64.72788141, 그리고, 최빈 휘도는 63.00임을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the total number of pixels is 150,100, the average brightness is 64.72788141, and the mode brightness is 63.00.
아래의 표 2는 도 6의 분포 상태의 영상 데이터로부터 얻어진 각 휘도에 대한 화소 수를 나타낸 표이다.Table 2 below is a table showing the number of pixels for each luminance obtained from the image data of the distribution state of FIG.
상기 표 2를 참조하면, 전체 화소 수는144,054, 평균 휘도는 83.41825288, 그리고 최빈 휘도는 74.00임을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the total number of pixels is 144,054, the average brightness is 83.41825288, and the mode brightness is 74.00.
상기 표 1 및 표 2의 데이터에서, 그 표면에 광택이 없는 물체와 있는 물체에 대하여 평균 휘도 및 최빈 휘도의 변화량을 계산하여 보면, 아래의 표 3과 같다.In the data of Tables 1 and 2, the variation in average brightness and mode brightness is calculated for the object with no gloss on the surface thereof, as shown in Table 3 below.
상기 표 3을 참조하면, 평균 휘도는 배경 또는 물체의 표면에 광택이 있는지의 여부에 따라 큰 변화율을 갖지만, 최빈 휘도는 그렇지 않음을 발견할 수 있다. 따라서, 각 분할 영역에서의 최빈 휘도를 이용하여 각 분할 영역 사이의 경계 휘도를 설정함으로써, 배경 또는 물체의 표면에 광택이 있는지의 여부에 무관하게 균일한 경계 휘도를 유지하여, 물체 식별을 할 수 있다.Referring to Table 3, it can be found that the average brightness has a large change rate depending on whether the background or the surface of the object is glossy, but the mode brightness does not. Therefore, by setting the boundary luminance between the divided regions using the most frequent luminance in each divided region, the object can be identified by maintaining the uniform boundary luminance regardless of whether the background or the surface of the object is glossy. have.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 처리 방법에 의하면, 배경 또는 물체의 표면에 광택이 있는지의 여부에 무관하게 균일한 경계 휘도를 유지하여 물체 식별을 할 수 있으므로, 물체 식별의 정밀도가 안정된다.As described above, according to the image processing method according to the present invention, the object can be identified by maintaining a uniform boundary luminance regardless of whether the background or the surface of the object is glossy, so that the accuracy of object identification is stable. do.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible at the level of those skilled in the art.
Claims (2)
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