KR100480564B1 - 영상의영역분할및칼라영상합성회로 - Google Patents

Abstract

영상의 밝기 정보를 추출하여 다단계의 영역으로 분리하고 이를 각각의 대표적 밝기로 표현하는 영상의 영역 분할 및 변환 회로와 그 방법을 개시한다.

본 발명의 영상의 영역 분할 및 변환 회로는, 히스토그램 발생부와, 미분기와, 저역통과 필터와, 음에서 양으로 제로크로싱하는 검출부와, 양에서 음으로 제로크로싱하는 검출부, 및 영상 변환부를 구비한다.

본 발명의 영상의 분할 및 변환 방법은, 영상의 히스토그램을 추출하고 미분한다. 이 미분된 값을 저역통과 필터를 거친다. 이 신호가 0을 통과하여 그 부호가 바뀌는 위치를 검출하여 그 영역의 문턱값과 대표값을 결정한다. 결정된 대표값과 문턱값을 기본으로 영상을 변환하는 변환 테이블을 작성한다. 입력된 영상신호는 상기와 같이 작성된 변환 테이블을 통과하여 수개의 영역으로 분리되어 특정 대표값으로 표현된 영상으로 변환된다.

따라서, 본 발명은 영상의 영역 분할 및 변환 회로와 그 방법을 이용하여 영상을 변환하여 영상의 단순 명료도를 증가시키고, 나아가 비데오 신호 처리의 특수효과로 활용할 수 있게 한다.

Description

영상의 영역 분할 및 칼라 영상 합성 회로{Image segmentation and color synthesis circuit}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 영상의 영역 분할 및 칼라 영상 합성 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 영상의 영역 분할된 정보는 움직임 추정, 영역별 특수 처리를 보다 정확히 혹은 인간 시각의 특성에 근접하게 처리할 수 있게 해준다.

영상을 수개의 영역으로 분할하는 방법으로는 영상의 윤곽을 이용하는 방법, 영상의 밝기 정보의 분포를 이용하는 방법, 및 영상의 거리 정보를 이용하는 방법등이 제안되어 있다. 이때 영상의 밝기 정보를 이용하는 방법은 밝기의 분포(Histogram)를 검출하여 분포가 적은 밝기 값에서 그 문턱값을 결정하는 방법이 많이 사용되고 있으나, 그 적절한 문턱치를 찾는 것이 어려웠다. 이에따라, 영상의 밝기 정보를 이용하는 방법에서 문턱값을 결정하는 방법에 좀더 개선이 요구되어진다.

따라서, 본 발명의 목적은 영상의 밝기 정보를 추출하여 다단계의 영역으로 분리하고 이를 각각의 대표적 밝기로 표현하는 영상의 영역 분할 및 변환 회로와 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 칼라 성분을 상기 영상의 영역 분할 및 변환 회로를 통하여 합성하여 특수한 영상의 효과를 출력하는 칼라 영상 합성 회로와 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상의 영역 분할 및 변환 회로는, 히스토그램 발생부(histogram generator)와, 미분기와, 저역통과 필터와, 음에서 양으로 제로크로싱(minus-to-plus zero-crossing)하는 검출부와, 양에서 음으로 제로크로싱(plus-to-minus zero-crossing)하는 검출부, 및 영상 변환부를 구비한다.

상기 히스토그램 발생부는 영상의 입력을 받아 그 영상의 필드 분에 해당하는 밝기의 빈도함수를 출력한다.

상기 미분기는 상기한 히스토그램의 발생부의 출력을 받아 그 빈도함수를 밝기축으로 1차 미분하여 출력한다.

상기 저역통과 필터는 상기한 미분기의 출력의 고주파 성분을 제거하기 위하여 적절한 탭(tab)수의 저주파 신호를 출력한다.

상기한 음에서 양으로 제로크로싱(minus-to-plus zero-crossing)하는 검출부는 상기 저역통과 필터의 출력이 음의 값에서 양의 값으로 변환하는 밝기의 위치를 검출하여 영역분할의 문턱치로 등록한다.

상기한 양에서 음으로 제로크로싱(plus-to-minus zero-crossing)하는 검출부는 상기 저역통과 필터의 출력이 양의 값에서 음의 값으로 변환하는 밝기의 위치를 검출하여 특정영역의 밝기의 대표값으로 등록한다.

상기 영상 변환부는 상기한 음에서 양으로 제로크로싱하는 검출기와 상기한 양에서 음으로 제로크로싱하는 검출부에서 검출된 문턱값들과 대표값들을 순차적으로 입력받아 영상을 분할하고 대표치로 변환한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상의 분할 및 변환 방법은,

먼저 영상의 히스토그램을 추출하고 미분한다. 이 미분된 값을 저역통과 필터를 거친다. 이 신호가 0을 통과하여 그 부호가 바뀌는 위치를 검출하여 그 영역의 문턱값과 대표값을 결정한다. 결정된 대표값과 문턱값을 기본으로 영상을 변환하는 변환 테이블(look up table)을 작성한다. 입력된 영상신호는 상기와 같이 작성된 변환 테이블을 통과하여 수개의 영역으로 분리되어 특정 대표값으로 표현된 영상으로 변환된다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라 영상 합성 회로는 RGB 신호 발생부와, 영상의 분할 및 변환부들, 및 비데오 엔코더를 구비한다.

상기 RGB 신호 발생부는 비데오 카메라에 입력된 영상을 RGB 성분으로 분류하여 출력한다.

상기 영상의 분할 및 변환부들은 상기 RGB 신호 발생부의 출력을 받아 각각의 성분별로 그 신호 영상을 분할하고 변환한다.

상기 비데오 엔코더(Video Encoder)는 상기 영상의 분할 및 변환부들의 출력인 변환된 RGB신호를 입력받아 비데오 영상으로 합성하여 출력한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라 영상 합성 방법은, 영상의 칼라 성분을 R, G, B로 분리한다. 각각의 성분에 영상의 영역분리 및 변환법을 적용하여 영상을 재정렬한다. 상기 재정렬된 영상을 합성한다.

따라서, 본 발명은 영상의 영역 분할 및 변환 회로와 그 방법을 이용하여 영상을 변환하여 영상의 단순 명료도를 증가시키고, 나아가 비데오 신호 처리의 특수효과로 활용할 수 있게 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 제로 크로싱 알고리즘에 의한 영상의 영역 분할 및 변환 회로의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 영상의 영역 분할 및 변환 회로는, 히스토그램 발생부(histogram generator:101)와, 1차 미분기(102)와, 저역통과 필터(103)와, 음에서 양으로 제로크로싱(minus-to-plus zero-crossing)하는 검출부(104)와, 양에서 음으로 제로크로싱(plus-to-minus zero-crossing)하는 검출부(105), 및 영상 변환부(106)를 구비한다.

상기 히스토그램 발생부(101)는 영상의 입력(input signal)을 받아 그 영상의 필드 분에 해당하는 밝기의 빈도함수를 출력한다. 상기 1차 미분기(102)는 상기한 히스토그램의 발생부(101)의 출력을 받아 그 빈도함수를 밝기축으로 1차 미분하여 출력한다. 상기 저역통과 필터(103)는 상기 1차 미분기(102)의 출력의 고주파 성분을 제거하기 위하여 적절한 탭(tab)수의 저주파 신호를 출력한다. 상기한 음에서 양으로 제로크로싱(minus-to-plus zero-crossing)하는 검출부(104)는 상기 저역통과 필터(103)의 출력이 음의 값에서 양의 값으로 변환하는 밝기의 위치를 검출하여 영역분할의 문턱치로 등록한다. 상기한 양에서 음으로 제로크로싱(plus-to-minus zero-crossing)하는 검출부(105)는 상기 저역통과 필터(103)의 출력이 양의 값에서 음의 값으로 변환하는 밝기의 위치를 검출하여 특정영역의 밝기의 대표값으로 등록한다. 상기 영상 변환부(106)는 상기한 음에서 양으로 제로크로싱하는 검출기(104)와 상기한 양에서 음으로 제로크로싱하는 검출부(105)에서 검출된 문턱값들과 대표값들을 순차적으로 입력받아 영상을 분할하고 대표치로 변환한다.

상기 영상 변환부는 검출된 문턱값과 대표값을 기본으로 영상을 변환하는 변환 테이블(look up table)을 작성하는 변환 테이블 발생부(106a)와, 상기와 같이 작성된 변환 테이블을 통과하여 수개의 영역으로 분리되어 특정 대표값으로 표현된 영상으로 변환하는 영상변환기(106b)를 구비한다. 상기한 영상의 분할 및 변환 회로를 이용하여 일반적으로 휘도 신호를 이용 및 분류 한다.

본 발명의 영상 영역 분할 및 변환 방법은 다단계의 문턱치를 영상의 히스토그램 분포 대역에 따라 결정한 후 적절한 대표값으로 변환한다. 영상은 수개의 밝기 단계로 재 분류되어 시각적으로 단순하고 명료한 영상으로 표현된다. 이를 위하여 먼저 영상의 히스토그램을 추출하고 미분한다. 이 미분된 값을 저역통과 필터를 거친다. 이 신호가 0을 통과하여 그 부호가 바뀌는 위치를 검출하여 그 영역의 문턱치와 대표치를 결정한다. 결정된 대표치와 문턱치를 기본으로 영상을 변환하는 변환 테이블(look up table)을 작성한다. 입력된 영상신호는 상기와 같이 작성된 변환 테이블을 통과하여 수개의 영역으로 분리되어 특정 대표값으로 표현된 영상으로 변환된다.

도 2는 본 발명에 따른 영상의 영역 분할 및 변환 방법의 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 영상 신호를 입력받아 히스토그램(h(i))을 추출한다.(201, 202) 밝기값을 나타내는 변수 i와, 분할 영역 수를 나타내는 변수 n을 초기화 한다.(203) 히스토그램을 미분기로 히스토그램을 1차 미분(h'(i))하고 저역통과 필터를 통과(h'_lpf(i))시킨다.(204, 205) 만약 h'_lpf(i)값이 0 이면 2차로 미분(h"_lpf(i))하고 아니면 밝기값(i)을 최대값과 비교하는 단계로 넘어간다.(206, 207) 상기한 2차로 미분한 값(h"_lpf(i))이 0보다 크면 영역분할의 문턱치 s_n을 등록하고, 0보다 작거나 같으면 분할된 영역의 대표치 r_n을 등록한다.(208, 209, 210) 이어서, 분할 영역 수를 나타내는 변수 n을 1증가시키고 밝기 값을 나타내는 변수 i를 최대값(i_max)과 비교한다.(211, 212) 변수 i가 최대값(i_max)보다 작다면 1을 증가시키고 1차 미분하는 단계(204)로 돌아간다.(212, 213) 변수 i가 최대값(i_max)보다 크거나 같다면 문턱치 s_n과 대표치 r_n로서 변환테이블(look up table)을 작성한다.(214, 215) 상기한 변환테이블과 영상 입력으로 영상변환하여 영상 출력하게 된다.(216, 217, 218)

본 발명의 영상의 영역 분할 기본 알고리즘은 다단계의 문턱치를 영상의 히스토그램 분포대역에 따라 결정한 후 적절한 대표값으로 변환하는 것에 있다.

도 3은 본 발명에 따른 영상의 영역 분할 알고리즘에 근거한 영상 히스토그램과, 그 미분값 및 영상 변환 함수를 나나탠 그래프이다.

영상은 수개의 밝기 단계로 재정비되어 시각적으로 단순 명료한 영상으로 표현된다. 이를 위하여 먼저 영상의 히스토그램을 추줄한다. 이 히스토그램의 일례를 도 3의 (a)에 나타내었다. 여기서 영상의 위치 벡터를 (x,y), 위치의 밝기값을 i(x,y)라고 할 때, 히스토그램 h(i)은 다음과 같다.

영상에 있어서 많은 빈도를 차지하는 밝기에 높은 빈도함수 h(i)가 된다. 이때, 영상을 수개의 영역으로 분할하기 위하여는 그 빈도가 적은 곳을 적절히 선택하여 그 문턱치로 정해야 한다. 그러나 이 히스토그램의 크기만으로 영역분할의 문턱치를 결정할 경우 영상의 상태에 따라 일정치 않은 수의 문턱치를 결정하여 비효율적인 영역분할을 할 수밖에 없다.

최소한의 문턱치로 결정된 영상분할로 최대의 효과를 얻기위하여 영상의 전체적인 히스토그램의 미분을 이용한다. 도 3의 (b)는 영상의 히스토그램의 미분 h'(i)을 나타낸다.

히스토그램을 미분하면 특정밝기 대역에서 그 극대치를 가지는 곳이 양의 값에서 음의 값으로 변하는 제로크로싱 지점(zero-crossing point) 이며 이 위치를 r₁, r₂,…,r_n-1,로 한다.

r_n = min { i｜h'_lpf,k(i) = 0, h"_lpf,k(i) < 0, i > r_n-1 }

r₀ = 0

단, n은 분할된 영역의 수, h'_lpr(i)는 h'(i)의 저주파 통과 필터의 출력, h"(i)는 h(i)의 2차 미분에 해당한다. 또한 극소치를 가지는 곳에서는 음에서 양으로 변하는 제로크로싱 지점(zero-crossing point)이며, 이 위치를 s₁, s₂, …, s_n-1,로 한다.

s_n = min { i｜h'_lpf,k(i) = 0, h"_lpf,k(i) > 0, i > S_n-1 }

s₀ = 0

이러한 각각의 제로크로싱 지점의 개수 n은 영상의 상태에 따라 그 수가 변하지만, 미분치의 값을 저역통과 필터를 통과하면, 작은 히스토그램의 영역에서 생기는 제로크로싱 지점은 줄일 수 있다. 여기서 미분기와 저역통과 필터의 위치가 바뀐방식으로서, 히스토그램의 저역통과 필터를 미분한 값으로 제로크로싱을 추출하여도 무방하다.

상기한 s₁, s₂, …, s_n-1는 히스토그램의 극소치를 나타내므로 영역분할의 문턱치로 사용하여 분할의 정보로 이용한다. 분할된 영역에서의 밝기대표값으로는 그 영역의 히스토그램에서의 극대치를 정하는데 이값은 r₁, r₂, …, r_n-1로 대표한다.

상기한 각 영역에서의 문턱치와 대표치로 영상을 변환하는 변환함수를 작성하면 도 3의 (c)와 같이 나타낼 수 있다.

참고로, 영상을 입력하여 본 발명의 방식에 의하여 영상을 분할하고 변환하여 나타낸 출력 영상이 종래의 휘도 성분을 균등한 간격으로 분할하고 그 중간값을 대표치로 변환하여 출력한 영상보다 영상의 단순 명료도가 증가된다.

도 4는 본 발명에 따른 영상의 영역 분할 및 변환을 이용하여 영상의 칼라를 변환하는 칼라 영상 합성 회로의 회로도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 칼라 영상 합성 회로는 RGB 신호 발생부(401)와, 영상의 분할 및 변환부들(402, 403, 404), 및 비데오 엔코더(405)를 구비한다.

상기 RGB 신호 발생부(401)는 비데오 카메라에 입력된 영상을 RGB 성분으로 분류하여 출력한다. RGB 성분으로 분류하는 것은 입력 영상 신호를 RGB 필터를 이용하여 RGB 칼라 성분으로 분리한다. 상기 영상의 분할 및 변환부들(402, 403, 404)은 상기 RGB 신호 발생부의 출력을 받아 각각의 성분별로 그 신호 영상을 분할하고 변환한다. 상기 비데오 엔코더(Video Encoder:405)는 상기 영상의 분할 및 변환부들의 출력인 변환된 RGB신호를 입력받아 비데오 영상으로 합성하여 출력한다.

또한, 본 발명에서는 추가적으로 칼라 성분을 각각 상기한 변환을 통하여 처리한 후 합성하여 특수한 영상의 효과를 출력하는 방법을 제안한다. 본 발명의 칼라 영상 합성 방법은, 상기한 영상의 영역분리 및 변환을 이용하여, 영상의 칼라를 변환하는 특수 처리 기능을 추가한다. 그 특수 처리는 영상의 칼라 성분을 R, G, B로 분리하여 각각의 성분에 상기한 영역분할법을 적용하여 영상을 재정렬한 후 합성한다. 그 결과는 실영상을 만화와 같은 영상이 되므로 비데오 신호처리에 의한 특수효과로 활용할 수 있다.

본 발명이 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 영상의 영역 분할 및 변환 회로와 그 방법을 이용하여 영상을 변환하여 영상의 단순 명료도를 증가시키고, 나아가 비데오 신호 처리의 특수효과로 활용할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 제로 크로싱 알고리즘에 의한 영상의 영역 분할 및 변환 회로의 회로도이다.

도 2는 본 발명에 따른 영상의 영역 분할 및 변환 방법의 흐름도이다.

도 3은 본 발명에 따른 영상의 영역 분할 알고리즘에 근거한 영상 히스토그램과, 그 미분값 및 영상 변환 함수를 나나탠 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 영상의 영역 분할 및 변환을 이용하여 영상의 칼라를 변환하는 칼라 영상 합성 회로의 회로도이다.

Claims (8)

1. 영상을 수개의 밝기 군으로 분류하기 위하여, 영상의 입력을 받아 그 영상의 필드분에 해당하는 밝기의 빈도함수를 출력하는 히스토그램 발생부와;

   상기 히스토그램의 발생부의 출력을 받아 그 빈도함수를 밝기축으로 1차 미분하여 출력하는 미분기와;

   상기 미분기의 출력의 고주파 성분을 제거하기 위하여 적절한 탭수의 저주파 신호를 출력하는 저역통과 필터와;

   상기 저역통과 필터의 출력이 음의 값에서 양의 값으로 변환하는 밝기의 위치를 검출하여 영역분할의 문턱값으로 등록하는 음에서 양으로 제로크로싱하는 검출부와;

   상기 저역통과 필터의 출력이 양의 값에서 음의 값으로 변환하는 밝기의 위치를 검출하여 특정영역의 밝기의 대표값으로 등록하는 양에서 음으로 제로크로싱하는 검출부; 및

   상기 음에서 양으로 제로크로싱하는 검출부와 상기 양에서 음으로 제로크로싱하는 검출부에서 검출된 문턱값들과 대표값들을 순차적으로 입력받아 영상을 분할하고 대표값으로 변환하는 영상 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상의 영역 분할 및 변환 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 영상 변환부는 검출된 문턱값과 대표값을 기본으로 영상을 변환하는 변환 테이블을 작성하는 변환 테이블 발생부와, 상기 변환 테이블을 통과하여 수개의 영역으로 분리되어 특정 대표값으로 표현된 영상으로 변환하는 영상변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상의 영역 분할 및 변환 회로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 영상의 영역 분할 및 변환 회로를 이용하여 휘도 신호를 이용 및 분류하는 것을 특징으로 하는 영상의 영역 분할 및 변환 회로.
4. 영상의 히스토그램을 추출하고 미분하는 단계와;

   상기 미분된 값을 저역통과 필터를 거쳐 필터링하는 단계와;

   상기 저역통과 필터를 거친 신호가 0을 통과하여 그 부호가 음의 값에서 양의 값으로 변환하는 위치를 검출하여 문턱값으로 결정하고, 상기 저역통과 필터를 거친 신호가 0을 통과하여 그 부호가 양의 값에서 음의 값으로 변환하는 위치를 검출하여 대표값으로 결정하는 단계와;

   상기 결정된 대표값과 문턱값을 기본으로 영상을 변환하는 변환 테이블을 작성하는 단계; 및

   입력된 영상신호가 상기와 같이 작성된 변환 테이블을 통과하여 수개의 영역으로 분리되어 특정 대표값으로 표현된 영상으로 변환되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상의 분할 및 변환 방법.
5. 특수한 영상의 효과를 출력하기 위하여, 비데오 카메라에 입력된 영상을 RGB 성분으로 분류하여 출력하는 RGB 신호 발생부와;

   상기 RGB 신호 발생부의 출력을 받아 각각의 성분별로 그 신호 영상을 분할하고 변환하는 영상의 분할 및 변환부들; 및

   상기 영상의 분할 및 변환부들의 출력인 변환된 RGB신호를 입력받아 비데오 영상으로 합성하여 출력하기 위한 비데오 엔코더를 구비하고,

   상기 영상의 분할 및 변환부들은 각각,

   영상을 수개의 밝기 군으로 분류하기 위하여, 영상의 입력을 받아 그 영상의 필드분에 해당하는 밝기의 빈도함수를 출력하는 히스토그램 발생부와,

   상기 히스토그램의 발생부의 출력을 받아 그 빈도함수를 밝기축으로 1차 미분하여 출력하는 미분기와,

   상기 미분기의 출력의 고주파 성분을 제거하기 위하여 적절한 탭수의 저주파 신호를 출력하는 저역통과 필터와,

   상기 저역통과 필터의 출력이 음의 값에서 양의 값으로 변환하는 밝기의 위치를 검출하여 영역분할의 문턱값으로 등록하는 음에서 양으로 제로크로싱하는 검출부와,

   상기 저역통과 필터의 출력이 양의 값에서 음의 값으로 변환하는 밝기의 위치를 검출하여 특정영역의 밝기의 대표값으로 등록하는 양에서 음으로 제로크로싱하는 검출부, 및

   상기 음에서 양으로 제로크로싱하는 검출부와 상기 양에서 음으로 제로크로싱하는 검출부에서 검출된 문턱값들과 대표값들을 순차적으로 입력받아 영상을 분할하고 대표값으로 변환하는 영상 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라 영상 합성 회로.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 RGB 신호 발생부는 입력 영상 신호를 RGB 필터를 이용하여 RGB 칼라 성분으로 분리하는 것을 특징으로 하는 칼라 영상 합성 회로.
7. 영상의 히스토그램을 추출하고 미분하는 단계와;

   상기 미분된 값을 저역통과 필터를 거쳐 필터링하는 단계와;

   상기 저역통과 필터를 거친 신호가 0을 통과하여 그 부호가 음의 값에서 양의 값으로 변환하는 위치를 검출하여 문턱값으로 결정하고, 상기 저역통과 필터를 거친 신호가 0을 통과하여 그 부호가 양의 값에서 음의 값으로 변환하는 위치를 검출하여 대푯값으로 결정하는 단계와;

   상기 결정된 대표값과 문턱값을 기본으로 영상을 변환하는 변환 테이블을 작성하는 단계와;

   입력된 영상신호가 상기와 같이 작성된 변환 테이블을 통과하여 수개의 영역으로 분리되어 특정 대표값으로 표현된 영상으로 변환되는 단계와;

   상기 변환된 영상의 칼라 성분을 R, G, B로 분리하는 단계와;

   상기 분리된 각각의 성분에 영상의 영역 분리 및 변환법을 적용하여 영상을 재정렬하는 단계; 및

   상기 재정렬된 영상을 합성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라 영상 합성 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 영상의 칼라 성분을 R, G, B로 분리하는 단계는 입력 영상 신호를 RGB 필터를 이용하여 칼라 성분을 분리하는 것을 특징으로 하는 칼라 영상 합성 방법.

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