KR100398883B1

KR100398883B1 - 윤곽선 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100398883B1
Application number: KR10-2001-0079043A
Authority: KR
Inventors: 이재문
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-09-19
Also published as: KR20030048980A

Abstract

윤곽선 검출 장치 및 방법이 개시된다. 색각도 연산부는 각각의 입력화소에 인접해 있는 두 개의 인접화소의 색각도를 계산한다. 색각도차 연산부는 두 인접화소간의 색각도를 비교하여 색각도차이를 계산한다. 계산된 색각도차이가 윤곽선을 판단하는 소정의 범위 내에 존재하면 입력화소는 윤곽선 판단부에서 윤곽선으로 판단된다. 보색 변환부는 윤곽선으로 판단된 입력화소를 보색화소로 변환함으로써 윤곽선을 뚜렷하고 선명하게 한다. 따라서, 입력화소에 대응하는 인접화소들간의 색각도차이를 이용하여 윤곽선을 검출함으로써 선명하고 입체감있는 영상을 표현할 수 있다

Description

윤곽선 검출 장치 및 방법 {Apparatus and method for detecting edges}

본 발명은 윤곽선 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화소간의 색각도차를 이용하여 윤곽선을 강조하는 윤곽선 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

컬러 모형(또는 컬러 공간)은 어떤 컬러와 다른 컬러들과의 관계를 표현하는 좌표계이다. 서로 다른 영상처리 시스템은 각각의 목적에 적합한 컬러 모형을 사용한다. 컬러 모형에는 RGB, CMY, HSI, YCbCr 등이 있다. 예를 들어, 컬러인쇄시스템은 CMY 컬러 모형을 사용하며, 컬러 CRT 모니터와 컴퓨터 그래픽 시스템은 RGB 컬러 모형을 사용한다. 또한, 색상(hue), 채도(saturaion) 및 명도(brightness)를 각각 다루어야 하는 시스템은 HSI 컬러 모형을 사용한다. 컬러 모형에서 각각의 색신호는 삼자극값(tristimulus)이라는 세 개의 숫자로 표현된다. [표 1]에는 컬러 모형들의 삼자극값이 기재되어 있다.

	RGB	CMY	HSI	YCbCr
Red(빨강)	1, 0, 0	0, 1, 1	0°, 1, 0.33	0.299, -0.16874, 0.5
Green(초록)	0, 1, 0	1, 0, 1	120°, 1, 0.33	0.587, -0.33126, -0.41869
Blue(파랑)	0, 0, 1	1, 1, 0	240°, 1, 0.33	0.114, 0.5, -0.08131
Cyan(청록)	0, 1, 1	1, 0, 0	180°, 1, 0.66	0.701, 0.1687, -0.5
Magenta(자홍)	1, 0, 1	0, 1, 0	300°, 1, 0.66	0.413, 0.3313, 0.41869
Yellow(노랑)	1, 1, 0	0, 0, 1	60°, 1, 0.66	0.886, 0.5, 0.08131

디지털 칼라 영상에서 사용되는 RGB 컬러 모형은 도 1에서와 같이 서로 가산가능한 R·G·B 삼원색으로 구성된다. RGB 컬러 모형은 각 축의 모서리가 R·G·B인 3차원 입방체로 표현된다. 원점은 검정색이며, 입방체의 반대 끝이 흰색을 나타낸다. 명암도는 검정색에서 흰색으로 이어지는 선을 따라서 표현된다. 컬러 채널당 8비트를 가지는 24비트 컬러 그래픽 시스템에서 R은 (255, 0, 0)으로 표현되며, 컬러 입방체에서 R은 (1, 0, 0)으로 표현된다.

CMY 컬러 모형은 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 및 노랑색(yellow)으로 구성된다. 이는 RGB 컬러 모형과 반대의 공간을 가지며, C·M·Y는 R·G·B 각각의 보색(complement)이다. CMY는 감할 수 있는 원색이다. 원색은 보색으로부터 감산되어 만들어진다. 청록색은 빨강색을, 자홍색은 초록색을, 노량색은 파랑색을 흡수하여 만들어진 색이다. 그래서 영상에서는 노랑색과 청록색을 증가시키거나 자홍색을 감소시켜 청록색을 증가시킨다.

HSI 컬러 모형은 색상, 채도 및 명도를 사용한다. HSI 컬러 모형에서는, 진한 빨강색을 분홍으로 바꾸기 위해 채도를 조절하며, 어두운 것을 밝게 하려면 명도를 조절한다.

YCbCr 컬러 모형은 컬러 정보로부터 광도를 분리하는 컬러 공간이다. Y는 광도, Cb는 푸른 색차신호, Cr은 붉은 색차신호를 나타낸다. RGB를 YCbCr로 변환하면 Cb는 Blue, Cr은 Red 성분을 많이 갖는다. RGB 신호는 서로 같은 대역폭을 가지는 것에 비해, YCbCr 신호의 CbCr 색차신호는 대역폭이 줄어들므로 효율적으로 사용된다.

휘도는 영상의 밝기를 나타내는 정도로서, ITU-R 권고 601(구 CCIR 권고)에서 화소의 휘도는 8비트로 나타낸다. 색차는 영상의 색을 나타내는 정도로서, ITU-R 권고 601에서 화소의 색은 8비트 두 개를 사용하여 나타낸다. MPEG에서 사용되는 YCbCr는 화소를 휘도 Y, 색차 Cb 및 Cr의 3개의 8비트 정보로 표현한다.

인간의 눈은 색차신호(Cb, Cr)에 비해 휘도신호(Y)에 더 민감하므로 Cb 및 Cr 신호를 샘플링하여 데이터량을 줄여서 사용한다. 이 때 샘플링하지 않은 컬러 포맷을 4:4:4, 색차신호를 한 번 샘플링한 경우의 포맷을 4:2:2, 한 번 더 샘플링한 경우의 포맷을 4:2:0이라고 한다. 여기서 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0 이란 휘도신호와 두 개의 색차신호의 표본화 주파수의 비를 말한다. 4;2:0은 기수라인과 우수라인에서 교대로 4:2:0과 4:2:2가 되므로 그 중 하나를 대표값으로 하여 4:2:0으로 나타낸다. 즉, 색정보를 삭감하지 않은 경우 4:4:4, 횡방향으로 반으로 삭감한 경우 4:2:2, 횡방향 및 종방향 모두 반으로 삭감한 경우 4:2:0이라고 부른다. 따라서, 4:2:0에서 색정보는 휘도정보의 1/4이 된다.

도 2는 종래의 칼라 영상의 비선형 보간법의 실시예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래의 비선형 보간법은 휘도신호(Y) 및 색차신호(Cb, Cr)에 대해 나타내었으며, 가로방향 즉 1차원에 대한 비선형 보간방법이다. 또한, 검정색 원은 참조 화소값, 빗금으로 표시된 원은 휘도신호(Y)를 이용하여 보간되는 화소값(P_Cb, P_Cr)이다. 그리고 도 2에서 에지(edge)는 일점쇄선으로 나타낸다.

먼저 색차신호(Cb, Cr)의 보간에 사용되는 패턴정보(α)를 구한다. α는 휘도신호(Y)의 변화패턴정보이다. 에지(edge)라고 참고되는 위치의 화소값(Pref)과 인접한 두 개의 화소값(A_Y, B_Y)를 이용해서 휘도신호의 변화패턴정보를 구한다. 즉, Pref=αA_Y + (1-α)B_Y 로부터 휘도신호의 변화패턴정보를 알 수 있다.

색차신호 Cb의 경우, 보간할 화소 P_Cb는 인접한 두 개의 화소값(A_Cb, B_Cb)과 변화패턴정보 α를 이용하여, P_Cb = αA_Cb + (1-α)B_Cb에 의해 구한다.색차신호 Cr의 경우, 보간할 화소 P_Cr = αA_Cr + (1-α)B_Cr로 구한다. 즉, 휘도성분의 위치를 참고하여 α값을 적절한 값으로 정해 주면 색차신호를 원하는 위치에 놓을 수 있다. 여기서, α값이 크면 A_Cb 및/또는 A_Cr 위치에 가깝게, α값이 작으면 B_Cb 및/또는 B_Cr 위치와 가까운 곳에 보간된 신호가 놓이게 된다. 여기서 α=0.5인 경우, 보간할 화소값(P_Cb, P_Cr)은 저역통과필터를 이용한 선형 보간의 화소값(P_lpf_Cb, P_lpf_Cr)과 동일하다.

그런데 휘도신호(Y)의 고주파 성분을 사용하여 에지를 검출하는 경우, 컬러 영상의 윤곽선을 검출하기 어렵다. 즉, 휘도성분의 변화패턴정보가 적으면서 색상이 변하는 경우, 영상의 윤곽은 거의 검출되지 않고 뭉개진다. 이는 원래의 영상에 비해 흐릿하게 보인다. 또한, 변화패턴정보를 얻기 위해 복잡한 계산 과정을 거쳐야 한다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, RGB 색성분을 색차신호로 변환한 후 화소간의 색각도차를 이용하여 윤곽선을 검출하는 윤곽선 검출 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 RGB 컬러 모형의 입방체를 도시한 도면,

도 2는 도 2는 종래의 칼라 영상의 비선형 보간법의 실시예를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 윤곽선 검출 장치의 기본적인 구성을 도시한 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 윤곽선 검출 방법을 도시한 흐름도,

도 5는 본 발명에 따른 윤곽선 검출을 위한 입력화소 및 인접화소의 위치를 실시예를 들어 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 윤곽선 검출을 위한 각각의 입력화소의 위치를 실시예를 들어 도시한 도면, 그리고,

도 7은 본 발명에 따른 윤곽선 검출을 위해 사용되는 색각도값을 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

300 : 윤곽선 검출 장치 310 : 좌표 변환부

320 : 색각도 연산부 330 : 색각도차 연산부

340 : 윤곽선 판단부 350 : 보색 변환부

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 윤곽선 검출 장치는, 입력화소에 인접하는 적어도 두 개 이상의 인접화소들의 색각도를 계산하는 색각도 연산부; 상기 인접화소들 간의 색각도차이를 계산하는 색각도차 연산부; 상기 색각도차이가 소정의 범위 내에 존재하면 상기 입력화소를 윤곽선으로 판단하는 윤곽선판단부; 및 상기 윤곽선으로 판단된 상기 입력화소를 상기 입력화소에 대응하는 보색화소로 변환하는 보색 변환부;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 색각도 연산부는 다음에 의해 상기 색각도를 계산하며,

여기서, θ는 색각도, Cb는 blue 색차, Cr은 red 색차이다.

상기 인접화소는 상기 입력화소의 좌측 및 상측에 존재하는 화소이다. 또한, 상기 인접화소를 휘도신호 및 복수의 색차신호로 표현되는 색좌표형식으로 변환하여 상기 색각도 연산부로 출력하는 좌표변환부;를 더 포함한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 윤곽선 검출 방법은, 입력화소에 인접하는 적어도 두 개 이상의 인접화소들의 색각도를 계산하는 단계; 상기 인접화소들간의 색각도차이를 계산하는 단계; 상기 색각도차이가 소정의 범위 내에 존재하면 상기 입력화소를 윤곽선으로 판단하는 단계; 상기 윤곽선으로 판단된 상기 입력화소를 상기 입력화소에 대응하는 보색화소로 변환하는 단계;를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 색각도는 다음 식에 의해 계산되며,

여기서, θ는 색각도, Cb는 blue 색차, Cr은 red 색차이다. 상기 인접화소는 상기 입력화소의 좌측 및 상측에 존재하는 화소이다. 또한, 상기 색각도 계산 단계 전에 상기 인접화소를 휘도신호 및 복수 색차신호로 표현되는 색좌표형식으로 변환하여 상기 색각도 연산 단계로 출력하는 단계; 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 입력화소의 주변에 위치한 인접화소들의 색각도를 비교하여 입력화소의 윤곽선 여부를 판단한다. 즉, 인접화소들의 색각도차이를 이용하여 윤곽선을 검출함으로써 선명하고 입체감있는 영상을 표현할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 윤곽선 검출 장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 윤곽선 검출 장치의 기본적인 구성을 도시한 블럭도, 도 4는 본 발명에 따른 윤곽선 검출 방법을 도시한 흐름도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 윤곽선 검출 장치(300)는 좌표변환부(310), 색각도 연산부(320), 색각도차 연산부(330), 윤곽선 판단부(340) 및 보색 변환부(350)를 갖는다.

좌표변환부(310)는 입력화소 및 인접화소를 휘도신호 및 복수의 색차신호로 표현되는 색좌표형식으로 변환한다(S410). RGB 성분으로 이루어진 화소의 영상신호는 YCbCr 신호포맷을 비롯하여 YUV 신호포맷, HSI 신호포맷등으로 변환가능하나, 본 발명에서는 YCbCr 신호로 변환되는 것이 바람직하다. YCbCr 신호는 휘도성분(Y) 및 두 개의 색차신호(Cb, Cr)를 갖는 3자극치로 표현된다. [수학식 1]은 RGB 신호를 YCbCr 신호로 변환하는 일반적인 방법의 하나이다.

도 5는 본 발명에 따른 윤곽선 검출을 위한 입력화소 및 인접화소의 위치를 실시예를 들어 도시한 도면, 도 6은 본 발명에 따른 윤곽선 검출을 위한 각각의 입력화소의 위치를 실시예를 들어 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 입력화소(P_1)는 점선, 인접화소(400a, 400b, 400c, 400d)는 빗금으로 도시되며, 이하에서 입력화소(P_1)의 상측 및 좌측에 위치한 인접화소(400a, 400b)를 예로 들어 설명한다. 각각의 입력화소가 도 6과 같이 P_1, P_2, P_3, …, P_n(n=양의 정수)에 위치한 경우, P_1의 인접화소는 500a 및 500b에 위치한 화소를 고려하며, P_2의 인접화소는 500c 및 P_1에 위치한 화소를, P_3의 인접화소는 500d 및 P_2에 위치한 화소를고려한다.

입력화소는 인접화소들의 색각도차이에 의해 에지(edge) 여부가 판단된다. 색각도는 통상 색상(Hue) 또는 색각도를 의미하며, 각도에 따라 다른 색을 나타낸다. 각도가 반시계 방향으로 증가할 경우, 색각도가 0°이면 빨강(red), 120°이면 초록(green), 240°방향은 파랑(blue)이다.

색각도 연산부(320)는 입력화소에 인접하는 적어도 두 개 이상의 인접화소들의 색각도를 구한다(S420). 인접화소는 좌표변환부(310)에서 YCbCr 신호로 변환되어 색각도 연산부(320)에 입력된다. 인접화소의 색각도는 [수학식 2]에 의해 구해지며, 도 7과 같은 결과를 갖는다. 도 7은 본 발명에 따른 윤곽선 검출을 위해 사용되는 색각도값을 도시한 그래프이다.

여기서 θ는 색각도, Cr은 푸른색 색차신호, Cb는 붉은색 색차신호를 말한다.

각각의 입력화소(P_1, P_2, P_3, …, P_n(n=양의 정수))에 대해 상측 및 좌측에 위치하는 인접화소들의 색각도(θ)가 구해지면, 색각도차 연산부(330)는 각각의 입력화소에 대한 인접화소들 간의 색각도 차이(θ_diff)를 계산한다(S430).

윤곽선 판단부(340)는 입력화소에 인접해 있는 인접화소들간의 색각도 차이(θ_diff)가 소정의 범위(θ_extent) 내에 존재하는지를 확인한다(S440). 소정의 범위(θ_extent)는 입력화소를 윤곽선으로 판단하기 위한 기준이다. 색각도 차이(θ_diff)가 소정의 범위(θ_extent) 내에 존재하면 입력화소를 윤곽선으로 판단한다(S450). 예를 들어, 윤곽선 판단 기준이 되는 범위(θ_extent)가 5°∼15°로 설정되어 있는 경우, 입력화소(P_1)의 인접화소들의 색각도 차이(θ_diff)가 5°∼15°내에 있으면 입력화소(P_1)를 윤곽선으로 판단한다. 반면, 입력화소(P_1)의 인접화소들의 색각도 차이(θ_diff)가 5°∼15°외에 있으면 입력화소(P_1)를 윤곽선으로 판단하지 않는다.

보색 변환부(350)는 윤곽선으로 판단된 입력화소(P_1)를 입력화소(P_1)에 대응하는 보색화소로 변환한다(S460). 서로 다른 두 색을 적당한 비율로 혼합하여 백색 또는 무채색이 되는 경우, 서로 다른 두 색을 보색(Complementary color)관계에있다고 한다. 보색화소는 입력화소의 색각도로부터 180° 회전된 곳에 위치한다. 곧, 빨강색(red)의 보색은 청록색(cyan)이며, 자홍색의 보색은 초록색이다. 색각도로 표현되는 색상환에서 서로 마주보는 위치(180° 회전된 위치)에 놓인 색은 모두 보색관계를 이루며, 이들을 배색하면 선명한 인상을 준다. 색상환에서 정반대의 보색관계에 있는 색을 정보색이라 하며, 색상환에서 정보색에 근접한 색을 약보색이라 한다. 입력화소(P_1)를 보색화소로 변환함으로써 에지는 선명하게 검출될 수 있다. 그러나 현란한 영상의 경우 너무 뚜렷한 에지가 검출되면 역효과가 발생한다. 이러한 경우 정보색화소에서 약보색 화소로 변환하는 것도 가능하다. 입력화소가 보색화소로 변환되면 다음 입력화소로 이동하여(S470) 상기와 같은 과정을 수행한다.

반면, 윤곽선 판단 기준의 범위(θ_extent)는 변동가능하다. 즉, 윤곽선 판단부(340)에서 입력화소에 인접해 있는 인접화소들간의 색각도 차이(θ_diff)가 소정의 범위(θ_extent) 외에 존재하는 것으로 확인되면, 입력화소가 윤곽선으로 판단되도록 윤곽선 판단 기준의 범위(θ_extent)를 변동할 수 있다. 윤곽선 판단 기준의 범위(θ_extent)가 변동되면, 색각도 차이(θ_diff)는 변동된 소정의 범위(θ_extent) 내에 존재한다. 그러면 윤곽선 판단부(340)는 입력화소를 윤곽선으로 판단한다.

상술한 실시예에서는 입력화소에 인접해 있는 인접화소들의 색각도차이를 이용하여 윤곽선을 검출 및 강조한다. 그러나 색각도차이에 의한 윤곽선 검출뿐만 아니라 고역통과 필터를 사용하여 윤곽선을 검출하는 것도 가능하다. 필터를 사용함으로써 기존보다 정교하며 떨림이 거의 없는 윤곽선 검출을 할 수 있다.

본 발명에 따른 윤곽선 검출 장치 및 방법에 의하면, 입력화소의 주변에 인접한 인접화소들의 색좌표신호로부터 색각도를 구할 수 있다. 인접화소들의 색각도를 비교하여 인접화소들의 색각도차이가 윤곽선을 판단하는 소정의 범위 내에 존재하면 입력화소를 윤곽선으로 판단한다. 이로 인해 휘도성분을 이용하여 윤곽선을 검출하는 방법에 비해 떨림이 감소된 윤곽선을 검출할 수 있다. 그리고 휘도성분의 변화가 적으면서 색차신호의 변화는 많은 윤곽선 검출도 가능하다. 또한 윤곽선으로 판단된 입력화소를 보색화소로 변환함으로써 선명하고 입체감있는 영상을 구현할 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예애 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국하되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

입력화소에 인접하는 적어도 두 개 이상의 인접화소들의 색각도를 계산하는 색각도 연산부;

상기 인접화소들 간의 색각도차이를 계산하는 색각도차 연산부;

상기 색각도차이가 소정의 범위 내에 존재하면 상기 입력화소를 윤곽선으로 판단하는 윤곽선 판단부; 및

상기 윤곽선으로 판단된 상기 입력화소를 상기 입력화소에 대응하는 보색화소로 변환하는 보색 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 검출 장치.
제 1항에 있어서,

상기 색각도 연산부는 다음에 의해 상기 색각도를 계산하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 검출 장치:

여기서, θ는 색각도, Cb는 blue 색차, Cr은 red 색차.
제 1항에 있어서,

상기 인접화소는 상기 입력화소의 좌측 및 상측에 존재하는 화소인 것을 특징으로 하는 윤곽선 검출 장치.
제 1항에 있어서,

상기 인접화소를 휘도신호 및 복수의 색차신호로 표현되는 색좌표형식으로 변환하여 상기 색각도 연산부로 출력하는 좌표변환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 검출 방법.
입력화소에 인접하는 적어도 두 개 이상의 인접화소들의 색각도를 계산하는 단계;

상기 인접화소들간의 색각도차이를 계산하는 단계;

상기 색각도차이가 소정의 범위 내에 존재하면 상기 입력화소를 윤곽선으로 판단하는 단계;

상기 윤곽선으로 판단된 상기 입력화소를 상기 입력화소에 대응하는 보색화소로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 검출 방법.
제 5항에 있어서,

상기 색각도는 다음 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 윤곽선 검출 방법:

여기서, θ는 색각도, Cb는 blue 색차, Cr은 red 색차.
제 5항에 있어서,

상기 인접화소는 상기 입력화소의 좌측 및 상측에 존재하는 화소인 것을 특징으로 하는 윤곽선 검출 방법.
제 5항에 있어서,

상기 색각도 계산 단계 전에 상기 인접화소를 휘도신호 및 복수 색차신호로 표현되는 색좌표형식으로 변환하여 상기 색각도 연산 단계로 출력하는 단계; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윤곽선 검출 방법.