KR100277212B1 - 적응형 디지탈신호 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선 열영상 대조비 개선을 위한 히스토그램 가변방식의 적응형 디지탈신호 처리기술에 관한 것으로, 종래의 히스토그램 영상처리에서 많이 이용하는 히스토그램 평활화는 전체 히스토그램상에서 상대적인 농도분포 크기를 비교하여, 전 영역에 걸쳐 고르게 펼치는 방법으로서 이 방법은 간단하면서도 대조비 개선 효과가 우수하지만 단점으로 농도분포 크기가 큰 영역이 과도하게 펼쳐지고, 상대적으로 작은 영역은 대조비 증가가 작아 농도분포가 작은 영역에 중요한 물체나 표적이 있는 경우 전체 화질이 악화되어 식별이 어렵게 되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명은 농도분포 비교시 전체 히스토그램을 모두 비교하지 않고 영상에 따라 적절하게 히스토그램 크기를 조절하여 큰 영역이 상대적으로 과도하게 펼쳐지는 것을 제한함으로써 작은 영역에 밀집된 주요 신호들의 대조비를 효과적으로 증가시키는 것을 특징으로 한다. 본 신호처리기는 열영상의 특이한 농도분포 특성에 적합하도록 패널 조절 스위치로 영상에 따라 히스토그램 크기를 조절하여 농도분포를 평활화시키는 방식이므로 열영상의 신호를 손상시키지 않고 대조비를 최적으로 제어할 수 있는 기능을 통해 표적관측 성능을 극대화시키는 효과를 제공한다.

Description

적응형 디지탈신호 처리장치

본 발명은 적외선 열영상 대조비 개선을 위한 히스토그램 가변방식의 적응형 디지탈신호 처리기술에 관한 것으로, 특히 농도분포 비교시 전체 히스토그램을 모두 비교하지 않고 영상에 따라 적절하게 히스토그램 크기를 조절하여 큰 영역이 상대적으로 과도하게 펼쳐지는 것을 방지할 수 있도록한 적응형 디지탈신호 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 적외선 열영상은 가시광 영상과는 달리 배경 신호가 아주 큰데 반해 물체(표적)의 온도차에 의한 대조비 신호의 크기는 상대적으로 작다. 따라서, 큰 배경온도 신호에 작은 표적 온도차의 신호가 중첩되어 나타난다. 히스토그램 분포를 보면 신호 성분들이 전 영역에 걸쳐 고르지 못하고 일 부 영역에 편중되는 경향이 있다.

따라서, 적외선 열영상은 가시광 영상에 비해 대조비가 작은 영상이라고 할 수 있으며, 대조비가 작으면 전체적으로 영상의 화질이 선명치 못하고 물체를 식별하는데 어려움이 있다. 그러므로 가능하면 대조비를 최대로 조정하여 관측이 용이하도록 화질을 향상시켜야 할 것이다.

대조비 성분이 작은 열영상의 히스토그램 예를 도 1에 나타내었다. 히스토그램 분포가 A와 B의 일부 영역에 편중되어 있어, 전체적으로 영상의 대조비가 작음을 알 수 있다. 여기서 대조비를 높이려면 신호의 이득을 키우고 옵셋을 적절히 조정하여야 한다. 그러나, 이득을 너무 키우면, 대조비가 증가하면서 A와 B 신호중 하나가 범위 밖으로 사라지게 되는 문제가 발생된다.

따라서, 대조비 성분이 작은 열영상의 경우, 대조비 조정에 제한이 따르며 적합한 밝기 조정이 용이하지 않다. 단순히 신호 이득 조절만으로는 전체 영상에 대한 대조비 향상과 화질 개선이 어렵다.

전체 영상의 대조비 향상을 위해서는 결국, 히스토그램상의 전체 범위는 그대로 유지하면서 각 영역의 농도분포를 조정할 수 있는 방법이 필요하다.

일반적인 영상신호 처리에 있어서 많이 이용하는 방법으로 히스토그램 평활화법(historgram equalization)을 들 수 있는데, 이 평활화법은 도 2의 (a),(b)에서와 같이 농도 분포를 평활하게 만들어 대조비를 향상시키는 방법이다. 즉, 히스토그램상에서 상대적인 농도분포 크기를 비교하여, 전 영역에 걸쳐 고르게 펼치는 방식으로서 간단하면서도 대조비 개선 효과가 우수하기 때문에 일반 가시광 영상처리에 많이 이용되고 있다.

그러나, 농도분포 크기가 작은 B 영역은 상대적으로 대조비 증가가 작다. 경우에 따라서는 농도분포가 큰 A 영역에 의해 B 영역이 원 대조비 보다 작아 질 수 있으며, 이 경우 오히려 화질이 악화될 수 있다.

농도분포가 작은 영역에 중요한 물체나 표적이 있는 경우 식별이 어렵게 된다. 앞에서 언급했듯이 대부분 열영상은 신호 성분들이 일부 영역에 편중되는 경향이 있고, 특히 표적 신호들은 배경 신호에 비해 농도분포 크기가 작다. 따라서, 히스토그램 평활화법은 그대로 열영상에 적용하는 것은 문제가 있다.

이와 같이 종래기술에 의한 적외선 열영상의 디지탈신호 처리방법에 있어서는 대조비 성분이 작은 열영상의 경우, 대조비 조정의 제한성, 밝기 조정의 어려움 등으로 인하여 화질을 개선하는데 어려움이 있었다. 일반적인 영상신호 처리 시스템에서 많이 이용하는 히스토그램 평활화법 고려해 볼 수 있지만 농도분포 크기가 작은 영역이 상대적으로 대조비 증가가 작게 되는 것을 해결하지 못하여 적용할 수 없었다. 결국, 이러한 이러한 이유들로 인하여 대조비 성분이 작은 열영상의 화질을 개선하지 못하게 되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 농도분포 비교시 전체 히스토그램 크기를 모두 비교하지 않고 영상에 따라 적절하게 히스토그램의 크기 레벨을 제한하여 큰 영역이 상대적으로 과도하게 펼쳐지는 것을 방지하는 적응형 디지탈신호 처리장치를 제공함에 있다.

도 1은 대조비 성분이 작은 열영상 히스트그램의 예시도.

도 2의 (a),(b)는 히스토그램 평활화에 의한 농도분포 변환 예시도.

도 3은 본 발명에 의한 적응형 디지탈신호 처리장치의 일실시 예시 블록도.

도 4의 (a),(b)는 본 발명에 의한 히스토그램 변환 예시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 디지탈 로직부 2 : 히스토그램 크기 조정부

3 : 프로세서 4 : 연산표램

도 3은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 적응형 디지탈신호 처리 장치의 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 소정의 주파수 주기로 공급되는 디지탈 입력영상신호(V_in)의 히스토그램을 계산하여 저장하고, 그 히스토그램 값을 프레임 주기로 갱신하는 디지탈 로직부(1)와; 입력 영상에 따라 조작되는 패널상의 가변스위치에 의해 히스토그램 크기를 조절하는 히스토그램 크기 조정부(2)와; 상기 히스토그램 크기 조정부(2)에 의해 조절된 히스토그램 크기 제한값을 기준으로 새로운 히스토그램을 계산한 후 농도분포 평활화 연산처리를 수행하여 대조비가 개선된 농도변환값을 산출하는 프로세서(3)와; 상기 프로세서(3)에 의해 산출된 농도변환값을 저장하고 있다가 상기 디지탈 입력영상신호(V_in)에 대응하여 대조비가 개선된 출력영상신호(V_in)를 발생하는 연산표램(4)으로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 4 를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 신호처리 장치에 대한 상세한 설명에 앞서 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 대조비 개선 원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4의 (a)에서와 같이 입력영상신호(V_in)로부터 히스토그램 분포 함수를 구한 후, 전 영역에 걸쳐 히스토그램 크기를 특정값 P로 제한한다. 즉, P 값을 기준으로 히스토그램 크기가 제한된 빗금친 영역에 대한 새로운 히스토그램을 구한다. 그 다음 가변된 새로운 히스토그램 분포를 이용하여 히스토그램 평활화 방법으로 영상의 농도분포 영역을 변환시켜 대조비를 향상시킨다.

그 결과를 보면, 도 4의 (b)에서와 같이 농도분포 크기가 서로 다른 A,B 두 영역이 서로 비슷하게 골고루 펼쳐져 대조비가 효과적으로 개선되었음을 알 수 있다. 여기서, 히스토그램 크기 조절값은 동일 농도분포라도 주요 표적이 위치한 영역에 따라 표적 식별 관점에서 최적 조절값이 달라질 수 있다. 경우에 따라서는 히스토그램 크기 제한이 최저값인 1일 때 관측이 용이할 수 있으며, 또는 최대값으로 조절하여 전체 히스토그램 분포를 모두 이용하는 것이 유용할 때도 있다.

따라서, 본 발명에 의한 신호처리 장치에서는 히스토그램 크기 조절 스위치를 시스템 패널에 설치하여, 표적 관측시 영상에 따라 적절히 히스토그램을 가변하도록 하였다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 히스토그램 가변방식의 적응형 디지탈 신호 처리 장치의 작용을 상세히 설명한다.

디지탈 로직부(1)는 입력 영상의 히스토그램 분포를 계산하여 저장한다. 즉, 소정 주파수(예:30Hz) 프레임 주기로 공급되는 디지탈 입력영상신호(V_in)를 대상으로 히스토그램을 계산하여 저장하며, 프레임 주기로 히스토그램 값을 갱신한다.

히스토그램 크기 조정부(2)는 열상시스템 패널에서 히스토그램 크기를 조절하는 가변용 영상조절 스위치로서, 열영상 관측자가 물체 식별이 용이하도록 영상을 보면서 그 스위치를 조작하여 히스토그램 가변값 P를 적절하게 설정한다.

프로세서(3)는 히스토그램을 가변시켜 대조비가 개선된 농도변환 값을 구하는 프로세서이다. 즉, 패널에서 조절된 P 값으로 부터 도 4에서 설명한 방법으로 새로운 히스토그램을 계산한 후, 농도분포 평활화 연산처리를 수행하여 농도 변환 값을 산출한다. 매 프레임 마다 농도변환 값을 산출하여 이를 연산표램(Look-up Table RAM)(4)에 기억시킨다.

연산표램(4)은 농도변환 값이 기억된 기억소자로서 기억된 농도변환 값은 프레임 주기로 갱신된다. 그 연산표램(4)의 어드레스 비트에는 디지탈 입력영상신호(V_in)가 공급되고, 이의 각 어드레스 데이터에 변환될 농도값이 기억되어 있다. 결국, 디지탈 입력영상신호(V_in)가 연산표램(4)의 어드레스 비트에 입력되면 변환된 농도값 즉, 대조비가 개선된 새로운 출력영상신호(V_out)가 실시간으로 출력된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 열영상의 특이한 농도분포 특성에 적합하도록 일차적으로 히스토그램 크기를 조절한 뒤, 농도분포를 평활화시켜 대조비를 개선함으로써, 주요 표적신호 성분의 손상없이 전체 영상의 대조비를 효과적으로 개선할 수 있다. 이때, 관측자가 패널 조절 스위치를 이용하여 영상에 따라 표적 관측이 용이하도록 히스토그램 크기를 적절히 조절함으로써 대조비를 최적상태로 조절하는 것이 가능하게 되고, 이에 의해 표적 관측 성능이 향상되어 궁극적으로 열영상의 화질이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 열영상의 대조비 개선을 위한 히스토그램 가변방식의 신호처리 장치에 있어서, 디지탈 입력영상의 히스토그램을 계산하여 저장하고, 그 히스토그램 값을 프레임 주기로 갱신하는 디지탈 로직부(1)와; 상기 입력영상에 따라 히스토그램 크기를 조절하는 히스토그램 크기 조정부(2)와; 상기 히스토그램 크기 조정부(2)의 히스토그램 크기 조절에 따라 히스토그램을 가변시켜 농도분포의 평활화 연산처리를 수행하고, 대조비가 개선된 농도변환값을 산출하는 프로세서(3)와; 상기 프로세서(3)에 의해 산출된 농도변환값을 저장하고, 상기 디지탈 입력영상에 따라 대조비가 개선된 영상을 출력하는 연산표램(4)으로 구성한 것을 특징으로 하는 적응형 디지탈신호 처리장치.
2. 제1항에 있어서, 히스토그램 크기 조정부(2)는 관측자가 영상에 따라 적절하게 히스토그램 크기를 조절할 수 있도록 열영상 시스템의 영상조절용 패널에 설치한 가변스위치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 적응형 디지탈신호 처리장치.
3. 제1항에 있어서, 프로세서(3)는 상기 디지탈 로직부(1)로부터 히스토그램을 공급받고, 상기 히스토그램 크기 조정부(2)에 의해 설정되는 히스토그램 크기 제한값에 따라 새로운 히스토그램을 계산하는 히스토그램 계산부(3A)와; 상기 새로운 히스토그램을 평활화 연산처리하는 평활화 연산처리부(3B)와; 상기 평활화 연산처리된 히스토그램의 농도변환 값을 산출하여 상기 연산표램(4)에 저장하는 농도변환값 산출부(3C)로 구성된 것을 특징으로 하는 적응형 디지탈신호 처리장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 프로세서(3)는 대조비가 개선된 농도변환값을 산출하는 일련의 처리를 입력 프레임 영상 주기마다 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 적응형 디지탈신호 처리장치.
5. 제1항에 있어서, 연산표램(4)은 상기 프로세서(3)에 의해 산출된 농도변환값을 저장하고, 상기 디지탈 입력영상 데이터를 어드레스 비트로 설정하여 그 농도변환값을 실시간으로 출력할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 적응형 디지탈신호 처리장치.