KR100260923B1

KR100260923B1 - 화상의 국부 이치화 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100260923B1
Application number: KR1019970039295A
Authority: KR
Inventors: 김지형
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2000-07-01
Also published as: KR19990016658A

Abstract

개시된 본 발명은, 주목 화소의 주변에 위치한 인접 화소의 특성을 반영하여 이치화를 수행하는 이치화에 있어서, 상기 주목 화소를 중심으로 각 방향에 대한 윤곽선의 방향과 윤곽선의 크기를 비교하여 최대 윤곽선 크기를 갖는 최적 윤곽선 방향을 검출한 후, 상기 최대 윤곽선 크기를 비용 함수로 삼아 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 결정한 상기 주목 화소의 주변 화소들에 대한 통계적인 특성을 반영한 값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하는 화상의 국부 이치화 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 주목 화소를 기준으로 하여 윤곽선의 방향을 검출하고 윤곽선의 방향에 의해 결정한 주변 화소들의 평균값이나 중간값(median value)을 구하여 주목 화소값을 대체한 후, 윤곽선의 불규칙성을 감소시켜 직선화함으로써 이치화 화상의 화질을 개선할 뿐만 아니라 런장 부호화 시에 압축 효율을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

화상의 국부 이치화 장치 및 방법

본 발명은 화상의 국부 이치화 장치 및 방법(Apparatus and Method for Local Binarization on Images)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화상 입력 시스템에 있어서, 이치화 마스크를 통해 화상을 이치화할 시에 윤곽선의 방향성을 이용하여 윤곽선의 불규칙성을 감소시켜 직선화함으로써 이치화 화상의 화질을 개선할 뿐만 아니라 압축 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 화상의 국부 이치화 장치 및 방법에 관한 것이다.

대표적인 화상 시스템 중 하나인 스캐너(즉, 독취 수단)는 인쇄물, 사진, 사람의 손으로 작성한 메모 형태의 글자나 그림 등을 독취하기 위한 가장 일반적인 수단으로써, 복합기, 문서 번역기, CAD(Computer Aided Design)용 컴퓨터, 팩시밀리, 문자 인식기, 디지털 복사기 등의 필수 구성 요소이다.

최근 들어, 날로 발전의 기로에 있는 사무 자동화에 편승하여 프린터, 스캐너 및 팩시밀리 등과 같은 사무 자동화 기기에 대한 수요가 급증하고 있음에 따라 각각의 사무 자동화 기기들은 각기 고유의 기능을 확장하기 위해 고성능으로 개발되고 있으며, 이와 더불어, 독자적으로 사용되던 각각의 사무 자동화 기기를 일체형으로 개발하여 사용자에게 경제적 부담과 설치 공간을 경감시켜주면서 동시에 복합 문서 출력 기능을 수행하는 제품이 생산·제공되고 있는 추세이다.

특히, 팩시밀리, 복합기 등과 같이 내부에 문서에 대한 독취가 가능한 스캐너를 내장한 장치들에 있어서, 다단계의 계조를 갖는 화상을 스캐너를 통해 독취한 후, 독취된 데이터에 대한 이치화 방법의 특성은 스캐너의 성능을 평가함에 있어 주요한 평가 항목이 되고 있다.

통상, 『화상 이치화(image binarization)』는 화상 시스템에서 다단계 계조(multi-step gray level)로 표현된 계조 화상(gray level image)을 양자화수가 1비트, 즉, '1'과 '0'의 이진 화상(binary image, 또는 이치 화상)으로 표현하고자 할 시에 이용하는 화상 처리 기법으로, 대상 화상의 특징 정보를 보존할 수 있으면서도 처리 데이터량을 현격하게 줄일 수 있는 신호 처리적인 특성에 입각하여 화상 압축, 화상 출력, 화상 인식 등의 분야에서 광범위하게 이용되고 있다.

이와 같이 응용 분야가 광범위함에 힘입어 다양한 화상 이치화 방법이 공지되어 있다.

가장 일반적인 이치화 방법은 임의의 역치를 결정해 놓고, 이 역치 보다 큰 화소값에는 "1"을 할당하고 역치 보다 작은 화소값에는 "0"을 할당함으로써 이치화된 영상을 얻는 것이다. 이처럼 화상 이치화 처리는 역치를 기준삼아 계조를 상하로 분류하는 역치 처리의 일종이며, 이러한 역치 처리에서 가장 중요한 것은 역치의 결정에 있는 데, 가장 단순하게는 화상 계조의 중간값을 역치로 취하는 방법이 있으며, 농도 히스토그램을 통해 더욱 더 정확한 역치를 결정하는 방법이 있기도 하다.

한편, 시각적으로 중요한 화상의 윤곽선 영역(edge region)을 적절하게 이치화하기 위해 소정의 윤곽선 강조 필터(edge enhancement filter)를 통해 원영상의 윤곽선을 강조한 후에 이치화를 수행하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 윤곽선 강조 과정을 포함하지 않는 방법에 비해 양호한 이치화 영상을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.

이에 대한 일례를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

원화상의 계조값이 표 1과 같이 주어질 경우,

78

77

76

93

152

176

227

222

표 2와 같은 1×3 윤곽선 강조 마스크(1×3 edge enhancement mask)를 이용하여 공간 필터링(spatial filtering)을 수행하면,

-1

3

-1

표 3과 같은 윤곽선이 강조된 결과를 얻을 수 있다.

77

58

51

187

149

255

도 1은 원화상의 계조값과 윤곽선이 강조된 계조값을 도시한 것으로, 여기서, 실선은 원화상의 계조값을 나타낸 것이며, 점선은 윤곽선을 강조한 결과 화상의 계조값을 나타낸다.

이때, 역치를 150으로 설정하면, 표 3의 78, 58, 51은 "0"으로 설정되고, 187은 "1"로, 149는 "0"으로, 255는 "1"로 설정됨에 따라 "1"로 설정된 화소를 백색으로 나타내고, "0"으로 설정된 화소를 흑색으로 나타낼 경우, 윤곽선이 분포하는 187, 149, 255 부분에서 149를 기준으로 양쪽에 윤곽선이 각각 하나씩 존재함에 따라 두줄의 윤곽선이 나타남으로써 원화상을 변형 또는 왜곡시키는 결과를 초래한다.

이와 같이, 보다 성능이 월등한 이치화 특성을 갖고 있는 것으로 알려진 윤곽선 강조 과정을 포함하는 이치화 방법을 이용하는 경우에도 도 1을 통해 설명한 바와 같은 윤곽선 영역에서 오경계화가 발생함에 따라 윤곽선 영역(edge region)과 비윤곽선 영역(non-edge region)을 분리하여 이치화를 수행할 수 있는 국부 이치화 방법의 등장이 기대되고 있으며, 이에 따라 현재 다수의 국부 이치화 방법이 공지되어 있는 상태이다.

본 발명의 출원인도 이와 같은 기술적인 기대에 부응하고자 대한 민국 특허 출원 번호 91-8508 호, "국부적인 최대 및 최소 밝기값을 이용한 이치화 방법"을 포함하여 다수의 국부 이치화 방법을 제안한 바 있다.

대한 민국 특허 출원 번호 91-8508 호, "국부적인 최대 및 최소 밝기값을 이용한 이치화 방법"은 발명의 명칭에서 의미하는 바와 같이 소정의 윈도우를 갖는 이치화 마스크를 이용하여 화상의 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹한 후, 이 이치화 마스크에 마스킹된 화소들의 국부적인 최대값과 최소값을 이용하여 주목 화소를 적응적으로 이치화한다.

이와 같은 종래 기술에 따른 최대-최소 기반 국부 이치화 방법은, 스캐닝 대상 화상을 다단계 계조로 셔틀 스캐닝 방식에 입각하여 밴드 단위로 스캐닝하는 스캐닝 단계와, 셔틀 스캐닝을 위한 윈도우 진행 방향에 따라 소정의 윈도우를 갖는 이치화 마스크를 이용하여 화상의 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹하는 이치화 마스킹 단계와, 상기 이치화 마스크에 마스킹된 화소들의 최대값과 최소값을 구한 후, 상기 최대값과 상기 최소값의 차분값의 절대값이 기설정된 기준치보다 작으면 기설정된 전역 역치를 이용하여 주목 화소를 이치화하고 그렇지 않으면 상기 전역 역치보다 상대적으로 작은 기설정된 국부 역치를 이용하여 상기 주목 화소를 이치화하는 이치화 단계를 수행하도록 구성된다.

그러나, 종래 기술 중에서 상대적으로 진보된 이치화 방법 중의 하나인 최대-최소 기반 국부 이치화 방법을 포함하여 종래 기술에 따른 이치화 방법들에서는 문자의 윤곽선 영역에 존재하는 계조의 불규칙성을 감소시키기 위한 별도의 루틴을 할애하고 있지 않음에 따라 추출된 이치화 화상의 윤곽선은 직선성이 결여되어 있어 곧 바르지 않고 들쑥 날쑥한 형상을 빈도높게 포함함으로써 이것은 이치화 화상의 화질을 열화시키는 주요한 요인이 되고 있으며, 런장 부호화(run length coding)할 시에 압축 효율을 저하시키는 원인이 되는 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점에 착안하여 안출된 것으로, 화상 입력 시스템에 있어서, 이치화 마스크를 통해 화상을 이치화할 시에 윤곽선의 방향성을 이용하여 윤곽선의 불규칙성을 감소시켜 직선화함으로써 이치화 화상의 화질을 개선할 뿐만 아니라 압축 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 화상의 국부 이치화 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

특히, 주목 화소를 기준으로 하여 윤곽선의 방향을 검출하고 윤곽선의 방향에 의해 결정한 주변 화소들의 평균값이나 중간값(median value)을 구하여 주목 화소값을 대체함으로써 윤곽선의 불규칙성을 감소시키는 화상의 국부 이치화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 원화상의 계조값과 윤곽선이 강조된 계조값을 도시한 그래프,

도 2는 본 발명에 따른 화상의 국부 이치화 방법의 바람직한 실시예의 순서도,

도 3은 셔틀 스캐닝 기반 화상 시스템의 일례가 되는 셔틀 스캐너 모듈을 도시한 블록도,

도 4는 A4 사이즈 원고를 셔틀 스캐너 모듈로 스캐닝하기 위한 셔틀 블록을 도시한 예시도,

도 5는 한 개의 셔틀 블록이 스캐닝되는 방법을 설명하기 위한 예시도,

도 6은 4 방향에 대한 각각의 3

×

3 윤곽선 방향 검출 마스크를 도시한 예시도,

도 7은 본 발명의 윤곽선 영역에서 인접 화소의 선정 예를 도시한 예시도.

도 8은 본 발명에 따른 화상의 국부 이치화 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도이다.

＜도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명＞

21 : 셔틀 스캐너 모듈 22 : 프린터 헤드

23 : 수평 이동축 24 : 캐리지 리턴 모터

25 : 라인 피드 모터 26 : 이동벨트

100 : 윤곽선 정보 추출부 110 : 마스크 선택부

120 : 마스킹 연산부 130 : 정보 추출부

131 : 비교부 132 : 비교부

200 : 이치화 수행부 210 : 윤곽선 크기 비교부

220 : 국부 이치화부 221 : 인접 화소 선정부

222 : 라플라시안 연산부 230 : 전역 이치화부

240 : 다중화부

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 방법에 따른 특징은, 주목 화소의 주변에 위치한 인접 화소의 특성을 반영하여 이치화를 수행하는 이치화 방법에 있어서, 이치화 대상 화상에서 이치화할 주목 화소를 순차적으로 지정하는 주목 화소 지정 단계;

다수의 윤곽선 방향 검출 마스크를 이용하여 각각 상기 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹한 후, 최대의 윤곽선 크기를 갖는 방향을 산출함으로써 상기 주목 화소에 대응하는 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 검출하는 윤곽선 정보 검출 단계; 및

상기 최대 윤곽선 크기를 이용하여 국부 이치화 여부를 결정한 후, 상기 최적 윤곽선 방향에 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 통계적인 특성을 반영한 값을 결정하여 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하는 이치화 수행 단계를 포함하도록 하는 것이 특징이다.

본 발명의 방법에 따른 특징에 있어서, 상기 이치화 수행 단계는 상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 윤곽선 역치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 윤곽선 역치보다 크면 상기 주목 화소가 속한 영역을 윤곽선 영역(edge region)으로 결정하고, 그렇지 않으면, 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정하는 영역 결정 단계;

상기 주목 화소가 속한 영역이 상기 윤곽선 영역(edge region)으로 결정되면, 상기 최적 윤곽선 방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 마스킹된 화소들 중에서 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 다수의 인접 화소를 선정하는 인접 화소 선정 단계;

선정된 인접 화소들의 평균치나 중간값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하는 주목 화소 대체한 후, 고주파 통과 필터를 이용하여 상기 주목 화소에 대한 이치화를 수행하는 국부 이치화 단계; 및

상기 주목 화소가 속한 영역이 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정되면, 기설정된 전역 역치를 이용하여 상기 주목 화소를 이치화하는 전역 이치화 단계로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 장치에 따른 특징은, 주목 화소의 주변에 위치한 인접 화소의 특성을 반영하여 이치화를 수행하는 이치화 장치에 있어서, 상기 주목 화소를 중심으로 각 방향에 대한 윤곽선의 방향과 윤곽선의 크기를 비교하여 최대 윤곽선 크기를 갖는 최적 윤곽선 방향을 검출하는 윤곽선 정보 추출부; 및

상기 최대 윤곽선 크기를 비용 함수로 삼아 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 결정한 상기 주목 화소의 주변 화소들에 대한 통계적인 특성을 반영한 값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하는 이치화 수행부를 포함하도록 한 화상의 국부 이치화 장치에 있다.

본 발명의 장치에 따른 특징에 있어서, 상기 윤곽선 정보 추출부는 방향성을 갖는 다수의 윤곽선 방향 검출 마스크들 중 각각의 방향에 대한 윤곽선 검출 마스크를 선택하는 마스크 선택부;

상기 마스크 선택부에서 선택한 각 방향에 대한 윤곽선 방향 검출 마스크를 통해 상기 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹하는 마스킹 연산부; 및

각 방향에 대한 상기 마스킹 연산부의 결과들을 비교하여 최대의 윤곽선 크기를 갖는 방향을 비교·산출함으로써 상기 주목 화소에 대응하는 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 검출하여 저장하는 정보 추출부로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이치화 수행부는 상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 윤곽선 역치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 윤곽선 역치보다 크면 하이 상태의 출력을 출력하고 그렇지 않으면, 로우 상태의 출력을 출력하는 윤곽선 크기 비교부;

상기 목적 화소를 중심으로 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 평균치이나 중간값으로 상기 주목 화소의 값을 대체한 후, 대체된 주목 화소를 대상으로 고주파 통과 필터링하여 이치화를 수행하는 국부 이치화부;

기설정된 전역 역치와 상기 주목 화소를 비교하여 이치화하는 전역 이치화부; 및

상기 윤곽선 크기 비교부의 출력이 하이 상태이면 상기 국부 이치화부의 출력을 출력하고 그렇지 않으면 상기 전역 이치화부의 출력을 출력함으로써 이치화된 화상을 발생시키는 다중화부로 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 화상 시스템의 국부 이치화 방법의 바람직한 실시예를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 화상 시스템의 국부 이치화 방법의 바람직한 실시예의 순서도를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 화상 시스템의 국부 이치화 방법의 바람직한 실시예는 도 2에 도시한 바와 같이, 주목 화소의 주변에 위치한 인접 화소의 특성을 반영하여 이치화를 수행하는 국부 이치화 방법에 있어서, 이치화 대상 화상에서 이치화할 주목 화소를 순차적으로 지정하는 주목 화소 지정 단계(S10);

다수의 윤곽선 방향 검출 마스크를 이용하여 각각 상기 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹한 후, 최대의 윤곽선 크기를 갖는 방향을 산출함으로써 상기 주목 화소에 대응하는 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 검출하는 윤곽선 정보 검출 단계(S20); 및

상기 최대 윤곽선 크기를 이용하여 국부 이치화 여부를 결정한 후, 상기 최적 윤곽선 방향에 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 통계적인 특성을 반영한 값을 결정하여 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하는 이치화 수행 단계(S100)로 구성된다.

여기서, 상기 이치화 수행 단계(S100)는 상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 기준치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 상기 기준치보다 크면 상기 주목 화소가 속한 영역을 윤곽선 영역(edge region)으로 결정하고, 그렇지 않으면, 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정하는 영역 결정 단계(S110);

상기 주목 화소가 속한 영역이 상기 윤곽선 영역(edge region)으로 결정되면, 상기 최적 윤곽선 방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 마스킹된 화소들 중에서 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 다수의 방향 기반 인접 화소를 선정하는 인접 화소 선정 단계(S120);

선정된 인접 화소들의 평균치나 중간값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하는 주목 화소 대체한 후, 고주파 통과 필터를 이용하여 상기 주목 화소에 대한 이치화를 수행하는 국부 이치화 단계(S130); 및

상기 주목 화소가 속한 영역이 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정되면, 기설정된 전역 역치를 이용하여 상기 주목 화소를 이치화하는 전역 이치화 단계(S140)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 화상 시스템의 국부 이치화 방법의 수행 절차를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 방법에 대한 수행 절차를 설명하기에 앞서서, 본 발명을 적용 실시할 수 있는 시스템의 일례 중 하나인 셔틀 스캐닝 기반 화상 시스템에 대해 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 셔틀 스캐닝 기반 화상 시스템의 일례가 되는 셔틀 스캐너 모듈을 도시한 블록도로, 셔틀 스캐너 모듈의 구성 및 동작을 보다 상세히 살펴보면, 셔틀 스캐너 모듈(21)은 CCD보드, 렌즈, 광원으로 구성되며, 프린터 헤드(22)와 동일한 수평 이동축(23)에 장치되어 1개의 캐리지 리턴 모터(Carriage Return Motor; 이하 'CR 모터'라 약칭함)(24)와 이동벨트(26)를 통하여 두 개의 모듈을 구동할 수 있다.

도 4는 A4 사이즈 원고를 셔틀 스캐너 모듈로 스캐닝하기 위한 셔틀 블록을 도시한 예시도이다.

도 5는 한 개의 셔틀 블록이 스캐닝되는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

셔틀 스캐너 모듈(shuttle scanner module)에 이용되는 CCD(Charge Coupled Device)는 128도트(dot) CCD를 사용하는 용례가 대표적이다.

128도트 CCD를 채택하고 있는 셔틀 스캐닝 방식의 스캐너의 경우, A4(210mm×297mm) 포맷의 문서를 기준할 때, 300dpi로 스캐닝할 시에 도트수가 2551dot×3507dot인 바, 전체 스캐닝 가능 영역을 27개의 셔틀 블럭으로 분할하여 스캐닝하는 기술이 공지되어 있다.

이를 상술하면, A4 사이즈의 원고를 128 도트 크기의 CCD를 사용하는 셔틀 스캐너 모듈(21)로 스캐닝할 경우(2551 × 3507; 300dpi 기준) 원고는 27개의 셔틀 블록으로 나누어지며, 셔틀 스캐너 모듈(21)은 한 개의 셔틀 블록을 수직으로 한 라인씩 독취하면서 CR 모터(24)에 의하여 수평방향으로 이송되고, 이와 같이 하여 셔틀 블록의 수직 1 라인에서 2551 라인까지 모두 독취한다. 하나의 셔틀 블록에 대한 스캐닝이 완료되면 셔틀 스캐너 모듈(21)은 CR 모터(24)에 의해 다시 첫 번째 라인 위치로 리턴하며 라인 피드 모터(Line Feed Motor)(25)에 의해 원고가 이송되고, 다음의 셔틀 블록이 셔틀 스캐너 모듈(21)에 위치한다. 위의 과정을 반복적으로 수행하여 [BLOCK1]에서 [BLOCK 27]까지의 모든 셔틀 블록을 스캐닝하게 되면 A4 사이즈의 원고 한 페이지에 대한 화상 데이터가 모두 독취된다.

이와 같이 함으로써, 제한된 자원(즉, 128dot CCD)을 이용함에 따른 저해상도 CCD의 문제를 극복하며 스캐닝하고자 하는 원고에 대한 전체적인 데이터 독취를 완료할 수 있다.

이러한 셔틀 스캐닝 기반 화상 시스템을 포함하여 화상 시스템에 있어서, 본 발명에 의한 화상 시스템의 국부 역치화 방법은 화상 시스템의 중앙 처리 장치(미도시)에 의해 소프트웨어적으로 용이하게 실시될 수 있으며, 또한 별도의 하드웨어를 구비하여 이에 의해 구현·실시될 수도 있다.

설명의 편의상, 본 발명의 따른 화상의 국부 이치화 방법은 전자의 경우에 기반하여 설명하기로 한다. 따라서, 이하의 설명에서 본 발명의 방법을 실시하는 하드웨어적인 주체는 화상 시스템의 중앙 처리 장치가 됨은 주지의 사실이다.

한편, 후자의 경우는 본 발명에 따른 화상의 국부 이치화 장치의 바람직한 실시예를 통해 상세하게 후술하기로 한다.

우선, 주목 화소 지정 단계(S10)에서 이치화 대상 화상에서 이치화할 주목 화소를 순차적으로 지정한다.

이때, 통상의 화상인 경우, 상기 이치화 화상의 계조는 단일 화소를 8비트로 표현하는 256계조인 것이 일반적이며, 각 응용 분야에 따라 할당되는 비트는 가감이 가능하며, 많은 비트를 할당할수록 정확하고 세밀하게 화소를 표현할 수 있는 반면에 이에 따라 상대적으로 많은 자원을 할당해야 하고 신호 처리 시에 연산량이 기하급수적으로 증가하는 것을 감수해야 함은 주지의 사실이다.

이후, 윤곽선 정보 검출 단계(S20)에서는 다수의 윤곽선 방향 검출 마스크를 이용하여 각각 상기 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹한 후, 최대의 윤곽선 크기를 갖는 방향을 산출함으로써 상기 주목 화소에 대응하는 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 검출한다.

도 6은 4 방향에 대한 각각의 3

×

3 윤곽선 방향 검출 마스크를 도시한 예시도이다.

도 6의 (a)는 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크를 도시한 예시도이고, 도 6의 (b)는 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크를 도시한 예시도이며, 도 6의 (c)는 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크를 도시한 예시도, 도 6의 (d)는 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크를 도시한 예시도이다.

주목 화소(x)에 대한 각 윤곽선 방향 검출 마스크의 a~f는 윤곽선의 방향성에 입각하여 선정되는 상기 주목 화소(x)의 주변에 위치한 인접 화소의 계조값이다.

각 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 결정되는 윤곽선 크기(

E_m

)는 수학식 1에 의해 산출된다.

E_m=|(a+2×b+c )-(d+2×e+f )|

여기서,

|⋅|

은

⋅

의 절대값을 의미한다.

수학식 1은 전형적인 방향성 공간 필터 마스크의 연산예를 보인 것으로, 수학식 2와 같은 연산을 통해서도 동일한 효과를 발생할 수 있음은 주지의 사실이며, 그 외에도 다수의 컴파스 필터 마스크가 영상 처리 관련 전문 서적이나 특허 출원을 통해 공지되어 있는 데, 이들을 용이하게 채택하여 사용할 수 있음은 명백하다.

E_m=|(a+b+c )-(d+e+f )|

또한, 본원에서는 3

×

3 윤곽선 방향 검출 마스크만을 소개하였으나 윈도우 마스크의 커널(kernel)의 크기를 크게 설정할 수도 있으며, 이러한 컨벌루션 마스크를 구성하는 계수값은 반드시 정수형으로 트렁케이션(truncation)할 필요는 없음에 따라 원하는 분산(variance;

σ

) 정도에 따라 실수형의 계수를 선택하여 방향성 및 윤곽선의 크기를 계산할 수도 있다.

본 발명의 방법에 따른 바람직한 실시예에서는 상기 4 방향의 윤곽선 방향 검출 마스크들의 출력값들, 즉, 각각의 윤곽선 크기들 중에서 최대값을 갖는 값을 최대 윤곽선 크기로 결정하고, 이때의 윤곽선 방향을 최적 윤곽선 방향으로 결정한다.

이를 좀 더 정리하여 설명하면, 상기 윤곽선 정보 검출 단계(S20)는 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 1행 2열 화소값을 두 배한 값 및 1행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 3행 1열 화소값과 3행 2열 화소값을 두 배한 값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 1 윤곽선 크기로 선정하는 제 1 단계와, 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 1열 화소값을 두 배한 값 및 2행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 3열 화소값과 3행 3열 화소값을 두 배한 값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 2 윤곽선 크기로 선정하는 제 2 단계와, 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 2행 1열 화소값을 두 배한 값 및 3행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 1행 3열 화소값과 2행 3열 화소값을 두 배한 값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 3 윤곽선 크기로 선정하는 제 3 단계와, 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 3열 화소값을 두 배한 값 및 2행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 1열 화소값과 3행 1열 화소값을 두 배한 값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 4 윤곽선 크기로 선정하는 제 4 단계와, 상기 제 1 윤곽선 크기, 상기 제 2 윤곽선 크기, 상기 제 3 윤곽선 크기, 상기 제 4 윤곽선 크기 중에서 최대값을 상기 최대 윤곽선 크기로 선정한 후, 상기 최대 윤곽선 크기를 갖는 윤곽선 방향 검출 마스크의 방향을 상기 최적 윤곽선 방향으로 선정하는 제 5 단계를 수행하도록 하여 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 결정하는 것이다.

이후, 이치화 수행 단계(S100)에서는 상기 최대 윤곽선 크기를 이용하여 국부 이치화 여부를 결정한 후, 상기 최적 윤곽선 방향에 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 통계적인 특성을 반영한 값을 결정하여 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하게 되는 데, 이를 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 영역 결정 단계(S110)에서는 상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 기준치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 상기 기준치보다 크면 상기 주목 화소가 속한 영역을 윤곽선 영역(edge region)으로 결정하고, 그렇지 않으면, 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정한다.

이에 대해 부언하기 위해 문자의 경우를 예를 들어 설명하면, 영역 결정 단계(S110)를 수행함에 있어서, 최대 윤곽선 크기가 기준치 보다 크면, 주목 화소가 문자의 경계 부분(즉, 윤곽선 영역)에 속해 있음을 의미하는 것이고, 그렇지 않으면, 상기 주목 화소가 경계 부분이 아닌 문자의 내부나 배경임을 의미하는 것이다.

이후, 인접 화소 선정 단계(S120)에서는 상기 주목 화소가 속한 영역이 상기 윤곽선 영역(edge region)으로 결정되면, 상기 최적 윤곽선 방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 마스킹된 화소들 중에서 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 다수의 방향 기반 인접 화소를 선정한다.

도 7은 본 발명의 윤곽선 영역에서 인접 화소의 선정 예를 도시한 예시도로, 선정된 인접 화소의 위치는 도 7에 빗금으로 표시한 화소들로, 주목 화소를 포함하여 최적 윤곽선 방향을 따라 다수로 선정한 것이다.

다시 말해서, 상기 선정된 다수의 인접 화소들은, 도 7에 도시한 바와 같이, 제 1 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 2행 1열 화소와 2행 2열 화소 및 2행 3열 화소로 구성되고, 제 2 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 3열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 1열 화소로 구성되며, 제 3 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 2열 화소로 구성되고, 제 4 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소와 2행 2열 화소 3행 2열 화소로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 윤곽선 방향 검출 마스크에 마스킹된 것에 국한하고 있으나 마스킹되지 않은 화소도 인접 화소들에 포함될 수 있음은 명백하여 윤곽선 방향 검출 마스크의 크기가 5×5, 7×7, 9×9와 같이 상대적으로 클 경우에는 방향성을 고려하면서 종횡으로 더 많은 수의 인접 화소들을 선택적으로 선정할 수도 있다.

본 발명의 취지에서 벗어난 것이 아니라면 어떤 윤곽선 방향 검출 마스크를 이용하여도 무방하다. 다시 말해서, 윤곽선의 방향을 검출할 수 있는 컨벌루션 마스크(convolution mask)가 화상 처리와 관련된 전문 서적이나 특허 출원을 통해 다수 공지되어 있음에 따라 여하의 윤곽선 방향 검출용 컨벌루션 마스크를 이용하여도 무방하다.

연이어, 국부 이치화 단계(S130)에서는 선정된 인접 화소들의 평균치나 중간값으로 상기 주목 화소의 값을 대체한 후, 고주파 통과 필터를 이용하여 상기 주목 화소에 대한 이치화를 수행하는 데, 이를 좀 더 상술하면 다음과 같다.

단계 S131에서는 선정된 인접 화소들을 평균한 평균치로 주목 화소의 값을 대체하거나 선정된 인접 화소들의 중간값(median value, 즉, 미디안 필터링한 결과)으로 주목 화소의 값을 대체한다. 이렇게 함으로써 윤곽선 영역을 방향성을 고려하며 평활화(smoothing, 즉, 저주파 필터링)한 것과 같은 특성을 얻음에 따라 좀 더 우수한 윤곽선의 직선성을 확보할 수 있는 것이다.

이후, 단계 S132에서는 대표적인 고주파 공간 필터 마스크(high pass spatial filer mask)인 수학식 3과 같은 라플라시안 컨벌루션 필터 마스크(Laplacian convolution filter mask;

L(i,j)

)를 이용하여 윤곽선을 검출한 후, 이 마스크를 통해 필터링한 계산 결과값을 0과 비교하여(S133) 이 계산 결과값이 0보다 크면 주목 화소를 백색으로 이치화하고(S134), 그렇지 않으면, 주목 화소를 흑색으로 이치화한다(S135).

그 외에도 소벨 연산자(sobel operator), 프리쯔 연산자와 같은 다수의 고주파 통과 필터 마스크가 영상 처리 관련 전문 서적이나 특허 공보를 통해 공지되어 있는 데, 이들을 용이하게 본 발명에 적용할 수 있음은 명백하다.

반면, 상기 주목 화소가 속한 영역이 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정되면, 전역 이치화 단계(S140)에서는 기설정된 전역 역치를 이용하여 상기 주목 화소를 이치화한다.

즉, 비윤곽선 영역에 속하는 주목 화소가 전역 역치보다 크면, 주목 화소를 백색으로 이치화하고, 그렇지 않으면, 흑색으로 이치화한다.

이때, 전역 역치는 최대 계조값의 반으로 정할 수도 있으며, 또 다르게는 이치화 대상 화상의 모든 계조값을 합산하여 평균한 전체 평균치를 구한 후, 상기 전체 평균치에 비례 상수를 곱하여 전역 역치를 결정할 수도 있다.

이때, 상기 전체 평균치는 영상의 통계적인 특성을 윤곽선 결정 임계치에 반영하기 위한 것이고, 비례 상수는 윤곽선 블록으로 분류되는 비율 정도를 가감할 수 있는 파라미터이다. 또한, 영상의 통계적인 특성을 전역 역치의 결정에 반영하기 위해 전체 평균치만을 이용하는 것외에 좀 더 정확한 통계적인 특성을 반영하기 위해서는 데이터의 표준 편차(standard deviation)나 분산(variance) 등을 전체 평균치와 함께 고려하는 것도 고려될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 화상 시스템의 국부 이치화 장치의 바람직한 실시예를 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명에 따른 화상 시스템의 국부 이치화 장치의 바람직한 실시예의 블록도를 도시한 것이다.

이하의 설명에 있어서, 본 발명의 방법에 따른 바람직한 실시예를 설명하면서 설명한 내용과 중복되는 내용이 있을 수 있음에 따라 이를 피하기 위해 당분야의 통상의 자식을 가진자가 용인할 수 있는 범위에서 거듭되는 기본 원리 및 컨벌루션 마스크에 대한 반복 설명은 약하기로 한다.

본 발명에 따른 화상 시스템의 국부 이치화 장치의 바람직한 실시예는 도 8에 도시한 바와 같이, 주목 화소의 주변에 위치한 인접 화소의 특성을 반영하여 이치화를 수행하는 국부 이치화 장치에 있어서, 상기 주목 화소를 중심으로 각 방향에 대한 윤곽선의 방향과 윤곽선의 크기를 비교하여 최대 윤곽선 크기를 갖는 최적 윤곽선 방향을 검출하는 윤곽선 정보 추출부(100); 및

상기 최대 윤곽선 크기를 비용 함수로 삼아 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 결정한 상기 주목 화소의 주변 화소들에 대한 통계적인 특성을 반영한 값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하는 이치화 수행부(200)를 포함하여 구성한다.

여기서, 상기 윤곽선 정보 추출부(100)는 선택 신호(SEL)를 통해 방향성을 갖는 다수의 윤곽선 방향 검출 마스크들 중 각각의 방향에 대한 윤곽선 검출 마스크를 순차적으로 선택하는 마스크 선택부(110);

상기 마스크 선택부(110)에서 선택한 각 방향에 대한 윤곽선 방향 검출 마스크를 통해 상기 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹하는 마스킹 연산부(120); 및

각 방향에 대한 상기 마스킹 연산부(120)의 결과들을 비교하여 최대의 윤곽선 크기를 갖는 방향을 비교·산출함으로써 상기 주목 화소에 대응하는 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 검출하여 저장하는 정보 추출부(130)로 구성된다.

또한, 상기 이치화 수행부(200)는 상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 윤곽선 역치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 윤곽선 역치보다 크면 하이 상태의 출력을 출력하고 그렇지 않으면, 로우 상태의 출력을 출력하는 윤곽선 크기 비교부(210);

상기 목적 화소를 중심으로 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 평균치이나 중간값으로 상기 주목 화소의 값을 대체한 후, 대체된 주목 화소를 대상으로 고주파 통과 필터링하여 이치화를 수행하는 국부 이치화부(220);

기설정된 전역 역치와 상기 주목 화소를 비교하여 이치화하는 전역 이치화부(230); 및

상기 윤곽선 크기 비교부(210)의 출력이 하이 상태이면 상기 국부 이치화부(220)의 출력을 출력하고 그렇지 않으면 상기 전역 이치화부(230)의 출력을 출력함으로써 이치화된 화상을 발생시키는 다중화부(MUX; 240)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 화상의 국부 이치화 장치의 바람직한 실시예를 도 8을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 윤곽선 정보 추출부(100)는 상기 주목 화소를 중심으로 각 방향에 대한 윤곽선의 방향과 윤곽선의 크기를 비교하여 최대 윤곽선 크기를 갖는 최적 윤곽선 방향을 검출하게 되는 데, 이를 좀 더 상술하면 다음과 같다.

먼저, 외부 메모리와 같은 화상 입력 수단으로부터 목적 화소를 입력 받으면, 마스크 선택부(110)는 선택 신호(SEL)를 통해 도 6에 도시한 바와 같은 방향성을 갖는 다수의 윤곽선 방향 검출 마스크들 중 각각의 방향에 대한 윤곽선 검출 마스크를 순차적으로 선택하고, 마스킹 연산부(120)는 상기 마스크 선택부(110)에서 선택한 각 방향에 대한 윤곽선 방향 검출 마스크를 통해 상기 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 수학식 1 또는 수학식 2와 같은 연산을 통해 마스킹을 수행한다.

본 발명의 장치에 따른 바람직한 실시예에서는 상기 4 방향의 윤곽선 방향 검출 마스크들의 출력값들, 즉, 각각의 윤곽선 크기들 중에서 최대값을 갖는 값을 최대 윤곽선 크기로 결정하고, 이때의 윤곽선 방향을 최적 윤곽선 방향으로 결정한다.

이를 좀 더 정리하여 설명하면, 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 1행 2열 화소값을 두 배한 값 및 1행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 3행 1열 화소값과 3행 2열 화소값을 두 배한 값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 1 윤곽선 크기로 선정하고, 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 1열 화소값을 두 배한 값 및 2행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 3열 화소값과 3행 3열 화소값을 두 배한 값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 2 윤곽선 크기로 선정하며, 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 2행 1열 화소값을 두 배한 값 및 3행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 1행 3열 화소값과 2행 3열 화소값을 두 배한 값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 3 윤곽선 크기로 선정하고, 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 3열 화소값을 두 배한 값 및 2행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 1열 화소값과 3행 1열 화소값을 두 배한 값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 4 윤곽선 크기로 선정한다.

상기 제 1 윤곽선 크기, 상기 제 2 윤곽선 크기, 상기 제 3 윤곽선 크기, 상기 제 4 윤곽선 크기 중에서 최대값을 상기 최대 윤곽선 크기로 선정한 후, 상기 최대 윤곽선 크기를 갖는 윤곽선 방향 검출 마스크의 방향을 상기 최적 윤곽선 방향으로 선정함으로써 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 결정하는 것이다.

이후, 정보 추출부(130)는 비교부(131)를 통해 각 방향에 대한 상기 마스킹 연산부(120)의 결과들을 반복적으로 비교 연산하여 최대의 윤곽선 크기를 갖는 방향을 비교·산출한 후, 저장부(132)에 상기 주목 화소에 대응하는 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 검출하여 저장한다.

이에 따라, 이치화 수행부(200)는 상기 최대 윤곽선 크기를 비용 함수로 삼아 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 결정한 상기 주목 화소의 주변 화소들에 대한 통계적인 특성을 반영한 값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행한다.

이를 좀 더 상술하면, 윤곽선 크기 비교부(210)는 상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 윤곽선 역치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 윤곽선 역치보다 크면 하이 상태의 출력을 출력하고 그렇지 않으면, 로우 상태의 출력을 출력한다.

국부 이치화부(220)는 인접 화소 선정부(221)를 통해 상기 목적 화소를 중심으로 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 평균치이나 중간값으로 상기 주목 화소의 값을 대체한 후, 라플라시안 연산부(222)를 통해 대체된 주목 화소를 대상으로 고주파 통과 필터링, 즉, 라플라시안 필터링을 수행하여 이치화를 수행한다.

선정된 인접 화소들을 평균한 평균치로 주목 화소의 값을 대체하거나 선정된 인접 화소들의 중간값(median value, 즉, 미디안 필터링한 결과)으로 주목 화소의 값을 대체한다. 이렇게 함으로써 윤곽선 영역을 방향성을 고려하며 평활화(smoothing, 즉, 저주파 필터링)한 것과 같은 특성을 얻음에 따라 좀 더 우수한 윤곽선의 직선성을 확보할 수 있는 것이다.

이때, 상기 선정된 다수의 인접 화소들은, 도 7에 도시한 바와 같이, 제 1 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 2행 1열 화소와 2행 2열 화소 및 2행 3열 화소로 구성되고, 제 2 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 3열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 1열 화소로 구성되며, 제 3 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 2열 화소로 구성되고, 제 4 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 3열 화소로 구성된다.

또한, 본 발명의 방법에 따른 바람직한 실시예에서와 마찬가지로, 대표적인 고주파 공간 필터 마스크(high pass spatial filer mask)인 수학식 3과 같은 라플라시안 컨벌루션 필터 마스크(Laplacian convolution filter mask;

L(i,j)

)를 이용하여 윤곽선을 검출한 후, 이 마스크를 통해 필터링한 계산 결과값을 0과 비교하여 이 계산 결과값이 0보다 크면 주목 화소를 백색으로 이치화하고, 그렇지 않으면, 주목 화소를 흑색으로 이치화한다.

반면에 전역 이치화부(230)는 기설정된 전역 역치와 상기 주목 화소를 비교하여 이치화한다. 즉, 주목 화소가 전역 역치보다 크면, 주목 화소를 백색으로 이치화하고, 그렇지 않으면, 흑색으로 이치화한다.

다중화부(MUX; 240)는 상기 윤곽선 크기 비교부(210)의 출력이 하이 상태이면 상기 국부 이치화부(220)의 출력을 출력하고 그렇지 않으면 상기 전역 이치화부(230)의 출력을 출력함으로써 이치화된 화상을 발생시킨다.

이상의 모든 과정은 이치화를 수행하고자 하는 이치화 대상 화상에 포함된 모든 화소를 각각 목적 화소로 순차적으로 취함으로써 반복 수행을 통해 화질이 개선된 이치화 화상을 얻을 수 있다.

한편, 본원에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본원의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 본원에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시예와 다른 변형을 가할 수 있으므로, 상술한 설명에서 사상을 인용한 실시예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 주목 화소의 주변에 위치한 인접 화소의 특성을 반영하여 이치화를 수행하는 이치화에 있어서, 상기 주목 화소를 중심으로 각 방향에 대한 윤곽선의 방향과 윤곽선의 크기를 비교하여 최대 윤곽선 크기를 갖는 최적 윤곽선 방향을 검출한 후, 상기 최대 윤곽선 크기를 비용 함수로 삼아 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 결정한 상기 주목 화소의 주변 화소들에 대한 통계적인 특성을 반영한 값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하는 본 발명의 화상의 국부 이치화 장치 및 방법에 따르면, 주목 화소를 기준으로 하여 윤곽선의 방향을 검출하고 윤곽선의 방향에 의해 결정한 주변 화소들의 평균값이나 중간값(median value)을 구하여 주목 화소값을 대체한 후, 윤곽선의 불규칙성을 감소시켜 직선화함으로써 이치화 화상의 화질을 개선할 뿐만 아니라 런장 부호화 시에 압축 효율을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 오경계화(false contouring)를 최소화하고, 노이즈에 의한 고립점의 발생을 억제할 수 있는 이점이 있다.

Claims

주목 화소의 주변에 위치한 인접 화소의 특성을 반영하여 이치화를 수행하는 이치화 방법에 있어서:

이치화 대상 화상에서 이치화할 상기 주목 화소를 순차적으로 지정하는 주목 화소 지정 단계;

방향성을 갖는 다수의 윤곽선 방향 검출 마스크를 이용하여 각각 상기 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹한 후, 최대의 윤곽선 크기를 갖는 방향을 산출함으로써 상기 주목 화소에 대응하는 최대 윤곽선 크기와 최적 윤곽선 방향을 검출하는 윤곽선 정보 검출 단계; 및

상기 최대 윤곽선 크기를 이용하여 국부 이치화 여부를 결정한 후, 상기 최적 윤곽선 방향에 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 통계적인 특성을 반영한 값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하는 이치화 수행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 이치화 수행 단계는,

상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 윤곽선 역치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 윤곽선 역치보다 크면 상기 주목 화소가 속한 영역을 윤곽선 영역(edge region)으로 결정하고, 그렇지 않으면, 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정하는 영역 결정 단계;

상기 주목 화소가 속한 영역이 상기 윤곽선 영역(edge region)으로 결정되면, 상기 최적 윤곽선 방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 마스킹된 화소들 중에서 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 다수의 인접 화소를 선정하는 인접 화소 선정 단계;

선정된 인접 화소들의 평균치로 상기 주목 화소의 값을 대체하는 주목 화소 대체한 후, 고주파 통과 필터를 이용하여 상기 주목 화소에 대한 이치화를 수행하는 국부 이치화 단계; 및

상기 주목 화소가 속한 영역이 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정되면, 기설정된 전역 역치를 이용하여 상기 주목 화소를 이치화하는 전역 이치화 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 역치화 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 고주파 통과 필터는,

라플라시안 컨벌루션 필터 마스크(Laplacian convolution filter mask)를 이용하는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 이치화 수행 단계는,

상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 윤곽선 역치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 윤곽선 역치보다 크면 상기 주목 화소가 속한 영역을 윤곽선 영역(edge region)으로 결정하고, 그렇지 않으면, 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정하는 영역 결정 단계;

상기 주목 화소가 속한 영역이 상기 윤곽선 영역(edge region)으로 결정되면, 상기 최적 윤곽선 방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 마스킹된 화소들 중에서 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 다수의 인접 화소를 선정하는 인접 화소 선정 단계;

선정된 인접 화소들의 중간값(median value)으로 상기 주목 화소의 값을 대체하는 주목 화소 대체한 후, 고주파 통과 필터를 이용하여 상기 주목 화소에 대한 이치화를 수행하는 국부 이치화 단계; 및

상기 주목 화소가 속한 영역이 비윤곽선 영역(non-edge region)으로 결정되면, 기설정된 전역 역치를 이용하여 상기 주목 화소를 이치화하는 전역 이치화 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 역치화 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 윤곽선 방향 검출 마스크는,

0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크, 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크, 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크 및 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 윤곽선 정보 검출 단계는,

상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 1행 2열 화소값을 두 배한 값 및 1행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 3행 1열 화소값과 3행 2열 화소값을 두 배한 값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 1 윤곽선 크기로 선정하는 제 1 단계;

상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 1열 화소값을 두 배한 값 및 2행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 3열 화소값과 3행 3열 화소값을 두 배한 값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 2 윤곽선 크기로 선정하는 제 2 단계;

상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 2행 1열 화소값을 두 배한 값 및 3행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 1행 3열 화소값과 2행 3열 화소값을 두 배한 값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 3 윤곽선 크기로 선정하는 제 3 단계;

상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 3열 화소값을 두 배한 값 및 2행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 1열 화소값과 3행 1열 화소값을 두 배한 값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 4 윤곽선 크기로 선정하는 제 4 단계; 및

상기 제 1 윤곽선 크기, 상기 제 2 윤곽선 크기, 상기 제 3 윤곽선 크기, 상기 제 4 윤곽선 크기 중에서 최대값을 상기 최대 윤곽선 크기로 선정한 후, 상기 최대 윤곽선 크기를 갖는 윤곽선 방향 검출 마스크의 방향을 상기 최적 윤곽선 방향으로 선정하는 제 5 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 윤곽선 정보 검출 단계는,

상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 1행 2열 화소값 및 1행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 3행 1열 화소값과 3행 2열 화소값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 1 윤곽선 크기로 선정하는 제 1 단계;

상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 1열 화소값 및 2행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 3열 화소값과 3행 3열 화소값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 2 윤곽선 크기로 선정하는 제 2 단계;

상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 2행 1열 화소값 및 3행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 1행 3열 화소값과 2행 3열 화소값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 3 윤곽선 크기로 선정하는 제 3 단계;

상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 3열 화소값 및 2행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 1열 화소값과 3행 1열 화소값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 4 윤곽선 크기로 선정하는 제 4 단계; 및

상기 제 1 윤곽선 크기, 상기 제 2 윤곽선 크기, 상기 제 3 윤곽선 크기, 상기 제 4 윤곽선 크기 중에서 최대값을 상기 최대 윤곽선 크기로 선정한 후, 상기 최대 윤곽선 크기를 갖는 윤곽선 방향 검출 마스크의 방향을 상기 최적 윤곽선 방향으로 선정하는 제 5 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 선정된 다수의 인접 화소들은,

제 1 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 2행 1열 화소와 2행 2열 화소 및 2행 3열 화소로 구성되고,

제 2 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 3열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 1열 화소로 구성되며,

제 3 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 2열 화소로 구성되고,

제 4 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 3열 화소로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 방법.
주목 화소의 주변에 위치한 인접 화소의 특성을 반영하여 이치화를 수행하는 이치화 장치에 있어서:

이치화 대상 화상에서 이치화할 상기 주목 화소를 중심으로 각 방향에 대한 윤곽선의 방향과 윤곽선의 크기를 비교하여 최대 윤곽선 크기를 갖는 최적 윤곽선 방향을 검출하는 윤곽선 정보 추출부; 및

상기 최대 윤곽선 크기를 비용 함수로 삼아 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 결정한 상기 주목 화소의 주변 화소들에 대한 통계적인 특성을 반영한 값으로 상기 주목 화소의 값을 대체하여 이치화를 수행하는 이치화 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 윤곽선 정보 추출부는,

방향성을 갖는 다수의 윤곽선 방향 검출 마스크들 중 각 방향에 대한 윤곽선 검출 마스크를 순차적으로 선택하는 마스크 선택부;

상기 마스크 선택부에서 선택한 각 방향에 대한 윤곽선 방향 검출 마스크를 통해 상기 주목 화소를 중심으로 인접 화소를 마스킹하는 마스킹 연산부; 및

각 방향에 대한 상기 마스킹 연산부의 결과들을 비교하여 최대의 윤곽선 크기를 갖는 방향을 비교·산출함으로써 상기 주목 화소에 대응하는 상기 최대 윤곽선 크기와 상기 최적 윤곽선 방향을 검출하여 저장하는 정보 추출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 이치화 수행부는,

상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 윤곽선 역치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 윤곽선 역치보다 크면, 하이 상태의 출력을 출력하고 그렇지 않으면, 로우 상태의 출력을 출력하는 윤곽선 크기 비교부;

상기 목적 화소를 중심으로 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 평균치로 상기 주목 화소의 값을 대체한 후, 대체된 주목 화소를 대상으로 고주파 통과 필터를 통해 이치화를 수행하는 국부 이치화부;

기설정된 전역 역치와 상기 주목 화소를 비교하여 이치화하는 전역 이치화부; 및

상기 윤곽선 크기 비교부의 출력이 하이 상태이면 상기 국부 이치화부의 출력을 출력하고 그렇지 않으면 상기 전역 이치화부의 출력을 출력함으로써 이치화된 화상을 발생시키는 다중화부로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 고주파 통과 필터는,

라플라시안 컨벌루션 필터 마스크(Laplacian convolution filter mask)를 이용하는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 이치화 수행부는,

상기 최대 윤곽선 크기를 기설정된 윤곽선 역치와 비교하여 상기 최대 윤곽선 크기가 윤곽선 역치보다 크면, 하이 상태의 출력을 출력하고 그렇지 않으면, 로우 상태의 출력을 출력하는 윤곽선 크기 비교부;

상기 목적 화소를 중심으로 상기 최적 윤곽선 방향을 따라 선정한 다수의 인접 화소들의 중간값(median value)으로 상기 주목 화소의 값을 대체하고 대체된 주목 화소를 대상으로 고주파 통과 필터링하여 이치화를 수행하는 국부 이치화부;

기설정된 전역 역치와 상기 주목 화소를 비교하여 이치화하는 전역 이치화부; 및

상기 윤곽선 크기 비교부의 출력이 하이 상태이면 상기 국부 이치화부의 출력을 출력하고 그렇지 않으면 상기 전역 이치화부의 출력을 출력함으로써 이치화된 화상을 발생시키는 다중화부로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 다수의 윤곽선 방향 검출 마스크는,

0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크, 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크, 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크 및 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 마스킹 연산부는,

상기 마스크 선택부에 의해 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크가 선택되면, 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 1행 2열 화소값을 두 배한 값 및 1행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 3행 1열 화소값과 3행 2열 화소값을 두 배한 값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 1 윤곽선 크기로 선정하고,

상기 마스크 선택부에 의해 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크가 선택되면, 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 1열 화소값을 두 배한 값 및 2행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 3열 화소값과 3행 3열 화소값을 두 배한 값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 2 윤곽선 크기로 선정하며,

상기 마스크 선택부에 의해 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크가 선택되면, 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 2행 1열 화소값을 두 배한 값 및 3행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 1행 3열 화소값과 2행 3열 화소값을 두 배한 값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 3 윤곽선 크기로 선정하고,

상기 마스크 선택부에 의해 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크가 선택되면, 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 3열 화소값을 두 배한 값 및 2행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 1열 화소값과 3행 1열 화소값을 두 배한 값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 4 윤곽선 크기로 선정하며,

상기 윤곽선 정보 추출부는 상기 제 1 윤곽선 크기, 상기 제 2 윤곽선 크기, 상기 제 3 윤곽선 크기, 상기 제 4 윤곽선 크기 중에서 최대값을 상기 최대 윤곽선 크기로 선정한 후, 상기 최대 윤곽선 크기를 갖는 윤곽선 방향 검출 마스크의 방향을 상기 최적 윤곽선 방향으로 선정하는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 마스킹 연산부는,

상기 마스크 선택부에 의해 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크가 선택되면, 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 1행 2열 화소값 및 1행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 3행 1열 화소값과 3행 2열 화소값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 1 윤곽선 크기로 선정하고,

상기 마스크 선택부에 의해 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크가 선택되면, 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 1열 화소값 및 2행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 3열 화소값과 3행 3열 화소값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 2 윤곽선 크기로 선정하며,

상기 마스크 선택부에 의해 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크가 선택되면, 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소값과 2행 1열 화소값 및 3행 1열 화소값을 합산한 값으로부터 1행 3열 화소값과 2행 3열 화소값 및 3행 3열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 3 윤곽선 크기로 선정하고,

상기 마스크 선택부에 의해 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크가 선택되면, 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소값과 1행 3열 화소값 및 2행 3열 화소값을 합산한 값으로부터 2행 1열 화소값과 3행 1열 화소값 및 3행 2열 화소값을 합산한 값을 감산한 값의 절대값을 제 4 윤곽선 크기로 선정하며,

상기 윤곽선 정보 추출부는 상기 제 1 윤곽선 크기, 상기 제 2 윤곽선 크기, 상기 제 3 윤곽선 크기, 상기 제 4 윤곽선 크기 중에서 최대값을 상기 최대 윤곽선 크기로 선정한 후, 상기 최대 윤곽선 크기를 갖는 윤곽선 방향 검출 마스크의 방향을 상기 최적 윤곽선 방향으로 선정하는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 국부 이치화부는 상기 선정된 다수의 인접 화소들로,

제 1 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 0。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 2행 1열 화소와 2행 2열 화소 및 2행 3열 화소를 선정하고,

제 2 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 45。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 3열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 1열 화소를 선정하며,

제 3 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 90。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 2열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 2열 화소를 선정하고,

제 4 윤곽선 크기가 상기 최대 윤곽선 크기로 선정되면, 상기 135。방향의 윤곽선 방향 검출 마스크에 의해 마스킹되는 1행 1열 화소와 2행 2열 화소 및 3행 3열 화소를 선정하는 것을 특징으로 하는 화상의 국부 이치화 장치.