KR100708465B1 - 컬러 상관 유사도와 다방향 에지 정보를 이용한 컬러 필터보간 방법 - Google Patents

컬러 상관 유사도와 다방향 에지 정보를 이용한 컬러 필터보간 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컬러 필터 보간을 수행할 시 발생하는 컬러 경계 에러의 발생을 감소시키며, 화질의 열화 현상을 감소시킬 수 있는 방안을 제안한다. 이를 위해 R 또는 B 채널값만을 갖는 컬러 필터 화소에서 G채널값의 보간은 수평 및 수직 방향의 보간 결과를 기반으로 각 채널간 측정된 유사도를 측정하고, 측정한 유사도가 최대가 되는 방향으로 G보간을 수행한다. 하지만 측정한 유사도의 신뢰도가 떨어지는 경우에는 수직 및 수평 보간 결과와 각 방향 유사도 정보를 이용한 가중 평균값을 이용하여 최종 G 채널 보간을 수행한다. R채널값과 B채널값의 보간은 보간된 G채널값의 평탄도에 관한 정보를 통해 에지를 측정하고, 에지가 존재하는 경우 주위의 G채널의 방향성 정보를 이용하여 R채널 또는 B채널 보간을 수행한다.
컬러 상관 유사도, 에지 방향 정보, 컬러 필터 보간, RGB

Description

컬러 상관 유사도와 다방향 에지 정보를 이용한 컬러 필터 보간 방법{Method for color filter array interpolation using color correlation simlilarity and multi-direction edge information}
도 1은 디지털 영상 기기로 전달하는 영상을 도시한 도면,
도 2는 Bayer 패턴에 의해 RGB 컬러 필터 보간을 수행하는 예를 도시한 도면,
도 3은 경사기반 기법을 이용하여 RGB 컬러 필터 보간을 수행하는 예를 도시한 도면,
도 4는 고정 휴 기법을 이용하여 RGB 컬러 필터 보간을 수행하는 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 RGB컬러 필터 보간을 수행하는 과정을 도시한 흐름도,
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 RGB 컬러 필터 보간을 수행하는 과정을 도시한 다른 흐름도, 그리고
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 RGB 컬러 필터 보간의 수행 방안을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 이미지 센서에 의해 획득한 영상으로 컬러 영상을 획득하기 위한 컬러 필터 보간 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 컬러 상관 유사도와 다방향 에지 방향 정보를 이용한 컬러 보간 방법에 관한 것이다.
이미지 센서에 의해 획득한 영상은 단색(monochrome)의 영상이므로, 컬러 영상을 획득하기 위해서는 각 화소 위치에서 RGB 3개의 컬러가 필요하다. 이를 위해 대부분의 디지털 영상 장치는 이미지 센서 전단부에 가시광선 영역에서 특정 주파수 대역만을 통과시키는 컬러 필터를 두어 컬러 영상을 획득한다.
도 1은 종래 디지털 영상 기기로 전달되는 영상을 나타내고 있다. 이하, 도 1을 이용하여 디지털 영상 기기로 전달되는 영상의 흐름에 대해 알아보기로 한다.
영상은 렌즈(100)를 거쳐 컬러 필터(102)로 전달된다. 컬러 필터(102)는 전달받은 영상 중 특정 주파수 대역을 갖는 영상을 전달한다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 컬러 필터(102)는 복수 개의 영역들로 구성되며, 각 영역은 R, G, B 개의 컬러 중 하나의 컬러가 갖는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 갖는 영상만을 통과시킨다. 컬러 필터(102)를 통과한 영상은 이미지 센서(104)로 전달된다. 이미지 센서(104)는 전달받은 영상신호를 전기적 영상 신호로 변환한다. 도 1은 이미지 센서(104)로부터 출력되는 영상신호를 도시하고 있다.
도 1에 의하면 우측 상단 그림은 컬러 필터(102)가 R컬러의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 갖는 영상으로 형성된 그림이며, 우측 가운데 그림은 컬러 필터(102)가 G컬러의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 갖는 영상으로 형성된 그림이며, 우측 하단 그림은 컬러 필터(102)가 B컬러의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 갖는 영상으로 형성된 그림이다.
일반적으로 각 화소는 컬러를 표현하기 위해 RGB 세 개의 채널값의 조합으로 이루어진다. 하지만, 컬러 필터를 통과함으로서 각 화소는 RGB 세 개의 채널값 중 하나의 채널값으로 구성되는 화소값을 갖는다. 즉, 도 1의 우측 상단 그림은 R채널값만을 갖는 영상이며, 가운데 그림은 G채널값만을 갖는 영상이며, 하단 그림은 B채널값만을 갖는 영상이다. 이하 설명의 편의를 위해 R채널값, G채널값, B채널값을 통칭하여 컬러값이라 한다.
도 2는 도 1의 컬러 필터의 배열 구조를 일 예를 도시하고 있다. 특히 도 2는 Bayer 패턴의 배열 구조를 도시하고 있다. 도 2에 의하면 영상은 복수 개의 화소들로 구성되며, 각 화소는 RGB 중 하나의 컬러만을 표현한다. 특히, G화소의 개수는 R화소 또는 B 화소의 개수에 비해 상대적으로 많다. 즉, G화소의 개수는 R화소의 개수와 B화소의 개수의 합과 동일하다. 이와 같이 G화소의 개수가 상대적으로 R화소의 개수와 B화소의 개수보다 많은 이유는 G컬러가 휘도 성분에 가장 가까우며, G컬러에 대해 사람이 가장 민감하게 반응하기 때문이다.
이와 같이 하나의 화소를 RGB 3개의 컬러로 표현하지 않고 하나의 컬러만으로 표현하는 이유는 디지털 영상장치의 비용을 줄이기 위함이다. 즉, 하나의 화소를 3개의 컬러로 표현할 경우 디지털 영상장치의 비용은 증가된다. 따라서, 표현되지 않는 컬러는 화소를 표현하고 있는 컬러의 채널값 또는 인접 화소의 채널값을 이용한다. 이와 같이 인접화소의 채널값 또는 화소를 표현하고 있는 채널값을 이용하여 표현되지 않는 컬러의 채널값을 획득하는 방안을 컬러 필터 보간(color filter array interpolation, CFA interpolation, CFA 보간)이라 한다.
이하 도 2를 이용하여 CFA 보간에 대해 개략적을 알아보기로 한다. 도 2의 (a)에 의하면 베이어(Bayer) 패턴에 의해 입력되는 영상은 3개의 평면으로 분할한다. 3개의 평면은 R평면, G평면, B평면이다. 상술한 바와 같이 G평면을 구성하고 있는 화소의 개수는 R평면의 화소의 개수 또는 B평면의 화소의 개수에 비해 상대적으로 많음을 알 수 있다. 즉, R평면에 포함되는 R화소의 개수와 B평면에 포함되는 B화소의 개수는 4개이나, G평면에 포함되는 G화소의 개수는 8개이다. 따라서, R평면, G평면, B평면에서 컬러를 표현하지 않는 화소는 CFA보간에 의해 컬러값을 획득한다. 이는 (b)의 과정을 통해 이루어진다. CFA 보간을 수행함으로서, R평면, G평면, B평면을 구성하고 있는 모든 화소들은 R채널값, G채널값, B채널값을 가지게 된다. 일반적으로 CFA 보간은 G평면에 대한 보간을 먼저 수행한 후, R평면과 B평면에 대해 보간을 수행한다. 또한, (c)과정을 통해, CFA 보간은 3개의 평면을 이용하여 하나의 영상을 획득하게 된다. 이하 종래 CFA 보간 방법에 대해 알아보기로 한다.
1) 경사기반 기법(Gradient based method)
경사기반방법은 미싱(missing) G화소의 G채널값을 영상의 에지 패턴에 따라 보간하는 방법이다. 즉, 수직방향에 위치하고 있는 화소의 에지 성분을 측정하고, 수평 방향에 위치하고 있는 화소의 에지 성분을 측정한다. 측정한 수평방향의 에지 성분의 값과 수평 방향의 에지 성분의 값들 중 큰 에지 성분의 값을 갖는 방향을 고려하여 보간한다. 이하 도 3을 이용하여 설명하기로 한다.
도 3을 구성하고 있는 화소 중 화소5의 G채널값을 보간하는 경우에 대해 알아보기로 한다. 먼저 수평 방향에 위치하고 있는 화소3(R), 화소4(G), 화소5(R), 화소6(G), 화소7(R)의 채널값을 이용하여 수평 방향의 에지 성분을 추출한다. 이후, 수직 방향에 위치하고 있는 화소1(R), 화소2(G), 화소5(R), 화소8(G), 화소9(R)의 채널값을 이용하여 수직 방향의 에지 성분을 추출한다. 하기 〈수학식 1〉은 수평 방향의 에지 성분과 수직 방향의 에지 성분을 추출하는 예를 나타내고 있다. 수식에서 나타내고 있는 Ra, Ga, Ba(a는 임의의 자연수)는 각 화소에서의 해당 컬러의 채널값을 나타낸다.
△H= ｜G4-G6 | +|2×R5- R3-R7 |
△= | G2-G8 | +|2×R5- R1-R9 |
△H는 수평 방향의 에지 성분이며, △V는 수직 방향의 에지 성분을 나타낸다. 하기 〈수학식 2〉는 수평방향의 에지 성분과 수직 방향의 에지 성분을 고려하여 보간을 수행하는 예를 나타내고 있다.
if(△H〉△V) G5 = (G2 + G8) / 2 + (R5 - R1 + R5 - R9) / 4
else if (△H〈△V) G5 = (G4 + G6) / 2 + (R5 - R3 + R5 - R7) / 4
else G5 = (G2 + G4 + G6 + G8) / 4 + (4 × R 5 - R1 - R9 - R3 - R7) / 8
경사기반 기법은 기존의 보간 기법에 비해 선명도나 컬러 경계 에러(color fringe error) 측면에서 우수하나, 여전히 많은 컬러 경계 에러를 가지고 있다. 또한, 단순히 에지 성분의 차만으로 에지 방향을 추정함으로서 보간 방향의 잦은 변경으로 인해 화질의 열화 현상이 발생한다.
2) 고정 휴 기반 보간(constant hue based interpolation)
고정 휴 기반 보간 기법은 기존의 보간 기법이 휴 성분의 갑작스러운 변화를 허용함으로서 컬러 경계 에러가 많이 발생한다는 것에 착안하여 제안되었다. 즉, 고정 휴 기반 보간 기법은 기존의 보간 기법을 수행한 후, 휴 기반의 보간 기법을 수행함으로서 컬러 보간의 성능을 향상시킨다. 고정 휴 기반 보간 기법은 작은 영역에서 휴 성분의 변화가 작다고 가정하면, 인접 화소(위치 성분:(x, y))들간의 컬러 비율은 동일하다고 가정한다. 〈수학식 3〉은 인접 화소들간의 컬러 비율이 동일한 예를 나타낸다.
Ry /Gy = Rx /Gx
Ry =Gy ×(Rx /Gx )
고정 휴 기반 보간 기법은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 Bayer 패턴에 따라 G화소로 구성된 G평면(c)을 획득하고, 획득된 G평면(c)에 대해 기존의 보간 기법을 사용함으로서 G평면(f)을 획득한다. 이후 획득한 G평면을 이용하여 R평면과 B 평면에 대해 컬러 필터 보간을 수행한다. 이하 도 4를 이용하여 R2와 B3을 결정하는 방법에 대해 알아보기로 한다. 도 4는 보간을 수행한 G평면과 보간을 수행하지 않은 R평면, B평면을 도시하고 있다. 〈수학식 4〉는 R2와 B3을 결정하는 일 예를 나타내고 있다.
R2 =G2 ×{( R1 /G1 ) + (R3 /G3 )}/2
B3 =G3 ×{(B2 /G2 ) + (B4 /G4 )}/2
고정 휴 기반 보간 기법은 컬러 경계 에러를 줄일 수 있다, 하지만, G평면을 이용하여 보간을 수행하므로, G평면에 대한 보간 결과에 대한 신뢰도가 떨어지는 경우 R평면이나 B평면에 대한 보간 결과에 대한 신뢰도 역시 떨어지게 되고, 이로 인해 컬러 경계 에러가 발생한다는 문제점을 가지게 된다.
3) 페이 보간 기법(Pei's method)
페이 보간 기법은 고정 휴 기반 보간 기법의 수정 기법으로서 G 평면에 대한 보간을 수행할 경우 R평면의 R화소, B평면의 B화소를 이용하는 기법이다. 페이 보간 기법은 컬러 주변 에러 측면에서 경사기반 기법, 고정 휴 보간 기법에 비해 우수한 특성을 가지만, G 보간시 에지 정보를 고려하지 않음으로서 지퍼 열화(zipper artifact)를 갖는다는 단점을 가진다. 따라서, 효율적으로 컬러 보간을 수행할 수 있는 방안이 필요하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 컬러 보간을 수행할 경우, 컬러 경계 에러의 발생을 감소시키며, 화질의 열화 현상을 감소시킬 수 있는 방안을 제안함에 있다.
따라서 본 발명의 목적들을 이루기 위해 복수 개의 화소들을 이용하여 입력된 영상을 표시하며, 상기 화소는 RGB 3개의 채널값 중 하나의 채널값을 갖는 영상 표시장치에 있어서, R채널값 또는 B채널값을 갖는 화소에서 G채널값을 획득하는 방법에 있어서, 수직방향과 위치하고 있는 화소 상호간의 채널값의 차와 수평방향에 위치하고 있는 화소 상호간의 채널값의 차를 산출하는 단계; 및 산출한 상기 수직방향의 채널값의 차와 수직방향의 채널값의 차가 문턱값 이상이면, 상기 수직방향과 수평방향 중 선택된 하나의 방향에 위치하고 있는 화소의 채널값으로부터 G채널값을 획득하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 채널값 획득 방법을 제안한다.
본 발명의 목적들을 이루기 위해 복수 개의 화소들을 이용하여 입력된 영상을 표시하며, 상기 화소는 RGB 3개의 채널값 중 하나의 채널값을 갖는 영상 표시장치에 있어서, B채널값을 갖는 화소에서 R채널값을 획득하는 방법에 있어서, 상기 화소의 주위에 위치하고 있는 G채널값을 갖는 화소들의 채널값으로부터 에지 방향을 획득하는 단계; 및 획득한 방향에 위치하고 있는 G채널값과 B채널값으로부터 R채널값을 획득하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 채널값 획득 방법을 제안한다.
본 발명의 목적들을 이루기 위해 복수 개의 화소들을 이용하여 입력된 영상을 표시하며, 상기 화소는 RGB 3개의 채널값 중 하나의 채널값을 갖는 영상 표시장 치에 있어서, G채널값을 갖는 화소에서 R채널값을 획득하는 방법에 있어서, 상기 화소 주위에 위치하고 있는 R채널값을 갖는 화소로부터 G채널값을 획득하는 단계; 및 상기 획득한 G채널값과 상기 화소 주위에 위치하고 있는 G채널값으로부터 상기 화소의 R채널값을 획득하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 채널값 획득 방법을 제안한다.
이하, 첨부된 도면들과 함께 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 보간을 수행하는 방안에 대해 알아보기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터 보간을 수행하는 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하 도 5를 이용하여 본 발명에서 제안하는 컬러 필터 보간에 대해 개략적으로 알아보기로 한다. 이하 설명의 편의를 위해 컬러 보간을 수행하는 부분은 컬러 보간부로 칭하기로 한다.
S500단계에서 컬러 보간부는 채널 상관 유사도에 기반한 G채널 보간을 수행한다. Bayer 패턴의 경우, 전체 화소에서 G화소의 50%를 차지하므로, G채널 보간에 의한 컬러 경계 에러를 제거할 수 있다.
S502단계에서 컬러 보간부는 다방향 에지 정보에 기반한 R채널, B채널 보간을 수행한다. 상술한 바와 같이 R채널, B채널의 경우 보간 오류로 인해 지퍼 열화가 많이 발생하므로, G채널값을 이용하여 다방향 보간을 수행한다.
S504단계에서 보간을 완료함으로서 생성한 R평면, G평면, B평면을 형성하고 있는 채널값들을 조합한 화소에 의해 이미지를 생성하고, S506단계에서 종료한다. 이하 S500단계와 S502단계에 대해 순차적으로 알아보기로 한다.
1) 채널 유사 상관도에 기반한 G채널 보간
종래 경사기반 기법은 G채널 앨리어싱(aliasing)이 발생하면, R채널, B채널에서도 동일한 앨리어싱이 발생한다는 전제하에서 R채널, B채널에 대해서는 대역통과필터를 사용하여 앨리어싱의 발생을 억제하였다. 하지만, G채널값과 R채널값, B채널값간에 높은 상관 관계가 존재하지 않는 경우 즉, G채널에서 발생한 앨리어싱과 R채널 또는 B채널에서 발생한 앨리어싱이 동일하지 않은 경우에는 문제점을 내포하게 된다. 또한, 경사기반 기법은〈수학식 1〉과 같은 에지 성분의 크기를 이용하여 보간 방향을 결정하므로 에지 방향의 빈번한 변경으로 인해 영상의 불연속성이 증가한다는 단점을 가진다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 수평 및 수직 방향의 보간 결과를 기반으로 G채널값과 R채널값, B채널값간의 유사도를 측정하고, 측정한 유사도가 최대가 되는 방향으로 G채널 보간을 수행한다. 하지만 측정한 유사도의 신뢰도가 떨어지는 경우에는 수직 및 수평 보간 결과와 각 방향 유사도 정보를 이용한 가중 평균값을 이용하여 최종 보간 결과를 결정한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 G컬러 필터 보간을 수행하는 절차를 도시한 흐름도이다.
S600단계에서 컬러 보간부는 수평 방향 보간 결과를 산출하고, S602단계에서 수직방향 보간 결과를 산출한다. S606단계에서 컬러 보간부는 산출한 수평 방향 보간 결과를 전달받아, 수평 방향 채널 상관 유사도를 측정한다. 또한 컬러 보간부는 산출한 수직 방향 보간 결과를 전달받아 수직 방향 채널 상관 유사도를 측정한다.
이하 도 7을 이용하여 컬러 보간부에서 수평 방향 보간결과와 수직 방향 보 간 결과를 산출하는 일 예를 설명하기로 한다. 특히 도 7은 R13화소에 대한 G채널값을 산출하는 일 예를 설명하기로 한다. 하기 〈수학식 5〉는 수평 방향 보간 결과를 산출하는 예를 나타내고 있다.
(G-R)HL = ｜G12 - (R11 + R13 )/2｜
(G-R)HR = ｜G14 - (R13 + R15 )/2｜
(G-R)HC = ｜GHorz - R13｜
GHorz = (G12 + G14 )/2 + (R11 - 2× R13 + R15)/4
(G-R)HL은 수평방향 보간결과 중 좌측 성분을 의미하며, (G-R)HR은 수평방향 보간 결과 중 우측 성분을 의미한다. 또한, (G-R)HC는 수평방향 보간 결과 중 가운데 성분을 의미하며, GHorz은 수평방향 보간결과를 의미한다. 하기 〈수학식 6〉은 수평방향 채널 상관 유사도를 산출하는 수식이다.
수평방향 채널 상관 유사도 = ｜(G-R)HL - (G-R)HC｜+｜(G-R)HR - (G-R) HC｜
하기 〈수학식 7〉은 수직 방향 보간 결과를 산출하는 예를 나타내고 있다.
(G-R)VU = ｜G8 - (R3 + R13 )/2｜
(G-R)VD = ｜G18 - (R13 + R23 )/2｜
(G-R)VC = ｜GVert - R13｜
GVert = (G8 + G18 )/2 + (R3 - 2× R13 + R23)/4
(G-R)VU은 수직방향 보간 결과 중 상측 성분을 의미하며, (G-R)VD은 수직방향 보간결과 중 하측 성분을 의미한다. 또한, (G-R)VC는 수직방향 보간 결과 중 가운데 성분을 의미하며, GVert은 수직방향 보간 결과를 의미한다. 하기 〈수학식 8〉은 수직방향 채널 상관 유사도를 산출하는 수식이다.
수직방향 채널 상관 유사도 = ｜(G-R)VU - (G-R)VC｜+｜(G-R)VD - (G-R) VC｜
컬러 보간부는〈수학식 6〉에서 산출한 수평방향 채널 상관 유사도와 〈수학식 8〉에서 산출한 수직방향 채널 상관 유사도의 차를 산출한다. 산출한 차가 문턱값보다 큰 경우에는 특정 방향의 유사도가 크므로, 특정 방향에 위치하고 있는 화소들의 채널값을 이용하여 G채널 보간을 수행한다. 산출한 차가 문턱값보다 작은 경우에는 수직방향의 유사도와 수평방향의 유사도의 차가 작은 경우이므로 양 방향에 위치하고 있는 화소들의 채널값들을 이용하여 G채널 보간을 수행한다.
S606단계에서 컬러 보간부는 G채널에 기반한 보간 방향을 유도한다. 하기 〈수학식 9〉는 컬러 보간부에서 보간 방향을 유도하는 일 예를 나타내고 있다.
ΔVN = ｜G2 - G12｜+｜G12 - G22｜+｜G4 - G14｜ ｜G14 - G24｜
ΔVC = ｜G8 - G18｜
ΔHN = ｜G6 - G8｜+｜G8 - G10｜+｜G16 - G18｜ ｜G18 - G20｜
ΔHC = ｜G12 - G14｜
컬러 보간부는 〈수학식 9〉에서 산출한 ΔVC 와 ΔHC의 비 8보다 작은 지 여부를 판단한다. 비가 8보다 크다면, 컬러 보간부는 ΔVC를 ΔV로, ΔHC를 ΔH로 치환한다. 만약 비가 8보다 작다면, ΔVN를 ΔV로, ΔHN를 ΔH로 치환한다.
S608단계에서 컬러 보간부는 혼합 가중치를 결정한다. 이하 수평방향 혼합 가중치를 α라 하며, 수직방향 혼합 가중치를 β라 한다. 혼합 가중치를 결정하는 과정에 대해서는 후술하기로 한다.
S610단계에서 컬러 보간부는 S608단계에서 결정한 혼합 가중치를 이용하여 G채널 보간을 수행한다. 하기 〈수학식 10〉은 G채널 보간을 수행하는 수식을 나타내고 있다.
G보간 = α×GHorz + β ×GVert
이하 혼합 가중치를 결정하는 방법에 대해 알아보기로 한다.
ⓐ 수직방향 채널 상관 유사도가 수평방향 채널 상관 유사도보다 큰 경우
컬러 보간부는 수직 방향 채널 상관 유사도와 수평방향 채널 상관 유사도의 차가 문턱값보다 큰 경우에는 α는 1로, β는 0으로 결정한다. 만약 수직 방향 채널 상관 유사도와 수평방향 채널 상관 유사도의 차가 문턱값보다 작다면, 컬러 보간부는 ΔH와 ΔV의 크기를 비교한다. ΔH가 2×ΔV보다 크다면, 컬러 보간부는 α는 0으로, β는 1로 결정한다. ΔH가 0.5×ΔV보다 작다면, 컬러 보간부는 α는 1로, β는 0으로 결정한다. ΔH가 0.5×ΔV 내지 2×ΔV의 사이값을 갖는다면, 컬러 보간부는 α는 1/(1+수평방향 채널 상관 유사도), β는 1/(1+수직방향 채널 상관 유사도)로 결정한다.
ⓑ 수평방향 채널 상관 유사도가 수직방향 채널 상관 유사도보다 큰 경우
컬러 보간부는 수평방향 채널 상관 유사도와 수직방향 채널 상관 유사도의 차가 문턱값보다 큰 경우에는 α는 0으로, β는 1로 결정한다. 만약 수평 방향 채널 상관 유사도와 수직방향 채널 상관 유사도의 차가 문턱값보다 작다면, 컬러 보간부는 ΔH와 ΔV의 크기를 비교한다. ΔH가 2×ΔV보다 크다면, 컬러 보간부는 α는 0으로, β는 1로 결정한다. ΔH가 0.5×ΔV보다 작다면, 컬러 보간부는 α는 1로, β는 0으로 결정한다. ΔH가 0.5×ΔV 내지 2×ΔV의 사이값을 갖는다면, 컬러 보간부는 α는 1/(1+수평방향 채널 상관 유사도), β는 1/(1+수직방향 채널 상관 유사도)로 결정한다.
ⓒ 수평방향 채널 상관 유사도와 수직방향 채널 상관 유사도가 동일한 경우
컬러 보간부는 ΔH와 ΔV의 크기를 비교한다. ΔH가 2×ΔV보다 크다면, 컬 러 보간부는 α는 0으로, β는 1로 결정한다. ΔH가 0.5×ΔV보다 작다면, 컬러 보간부는 α는 1로, β는 0으로 결정한다. ΔH와 ΔV가 동일하다면, 컬러 보간부는 α는 1/2로, β는 1/2로 결정한다. ΔH가 ΔV와 동일하지 않으며, 0.5×ΔV 내지 2×ΔV의 사이값을 갖는다면, 컬러 보간부는 α는 1/(1+수평방향 채널 상관 유사도), β는 1/(1+수직방향 채널 상관 유사도)로 결정한다.
2) 다방향 에지 정보를 이용한 R채널, B채널 보간
먼저 R채널값을 갖는 화소로부터 B채널값, 또는 R채널값을 갖는 화소로부터 B채널값을 획득(보간)하는 방안에 대해 알아보기로 한다. R채널값과 B채널값의 보간은 보간된 G채널값의 평탄도에 관한 정보를 의해 에지를 측정하고, 에지가 존재하는 경우에는 주위의 G채널값의 방향성 정보를 이용하여 R채널값/B채널값 보간을 수행한다. 이하 먼저 컬러 보간을 위한 방향에 대해 알아보기로 한다. 하기 〈표 1〉은 컬러 보간을 위한 방향들을 나타내고 있다.
제0방향 R13→G8 제4방향 R13→G2 제8방향 R13→G24
제1방향 R13→G18 제5방향 R13→G4 제9방향 R13→G22
제2방향 R13→G14 제6방향 R13→G10 제10방향 R13→G16
제3방향 R13→G12 제7방향 R13→G20 제11방향 R13→G6
이하 R13에서 B채널값을 보간하는 방법에 대해 알아보기로 한다. 컬러 보간부는 R13의 주변에 위치하고 있는 화소들을 채널값을 비교함으로서 컬러 보간을 수행할 방향을 결정한다. 하기 〈표 2〉는 각 방향에 위치하고 있는 화소 상호간의 채널값의 차를 나타낸다.
SAD0(제0방향, 제2방향) G2와G12의 채널값차+ G12와G22의 채널값차 +G4와G14의 채널값차+ G14와G24의 채널값차
SAD1(제1방향, 제3방향) G6와G8의 채널값차+ G8와G10의 채널값차 +G16와G18의 채널값차+ G18와G20의 채널값차
SAD2(제4방향, 제8방향) G26와G12의 체널값차+ G12와G24의 채널값차 +G2와G14의 채널값차+ G14와G27의 채널값차
SAD3(제5방향, 제9방향) G4와G12의 채널값차+ G12와G29의 채널값차 +G28와G14의 채널값차+ G14와G22의 채널값차
SAD4(제6방향, 제10방향) G8와G30의 채널값차+ G10와G12의 채널값차 +G14와G16의 채널값차+ G31와G18의 채널값차
SAD5(제7방향, 제11방향) G30와G18의 채널값차+ G6와G14의 채널값차 +G12와G20의 채널+ G8와G31의 채널값차
컬러 보간부는 산출한 SAD(sum of absolute difference)를 이용하여 에지 방향을 결정한다. 이하 컬러 보간부에서 에지 방향을 결정하는 과정에 대해 알아보기로 한다. 컬러 보간부에서 컬러 보간을 위해 각 용어를 하기 〈수학식 11〉과 같이 정의한다.
MeanSAD (2 내지 5) = Mean(SAD2, SAD3, SAD4, SAD5)
MinSAD (2 내지 5) = Min(SAD2, SAD3, SAD4, SAD5)
SumSAD (0 내지 1) = SAD0 + SAD1
MinSAD (0 내지 1) = Min(SAD0, SAD1)
MaxSAD (0 내지 1) = Max(SAD0, SAD1)
컬러 보간부는 하기 〈표 3〉과 같이 에지 방향을 결정한다.
조건 에지 방향
SumSAD (0 내지 1)=0이며 MeanSAD (2 내지 5)≠0 제6방향
SumSAD (0 내지 1)≠0이며 MeanSAD (2 내지 5)=0 제7방향
SumSAD (0 내지 1)=0이며 MeanSAD (2 내지 5)=0 제6방향
SumSAD (0 내지 1)≠0이며 MeanSAD (2 내지 5)≠0 1)MeanSAD (2 내지 5)×MinSAD (0 내지 1)〈MaxSAD (0 내지 1)×MinSAD (2 내지 5) 2)MinSAD (2 내지 5) = SAD2 3)MinSAD (2 내지 5) = SAD3 4)MinSAD (2 내지 5) = SAD4 5)MinSAD (2 내지 5) = SAD5 제6방향 제5방향 제1방향 제2방향 제4방향
이와 같이 G채널값을 이용하여 고려할 에지 방향을 결정한 후, 컬러 보간부는 에지 방향의 역 방향에 위치하고 있는 화소들의 채널값을 이용하여 B컬러 보간을 수행한다. 이하 각 방향별로 컬러 보간부에서 보간을 수행하는 방법에 대해 알아보기로 한다. 하기에서 i,j는 B채널에 대해 칼러 보간을 수행할 R13의 (x, y)좌표를 의미한다.
ⓐ 고려할 에지 방향이 제6방향인 경우
K1 = (int)(0.25*(Gre[i-1][j-1]-Blu[i-1][j-1]));
K2 = (int)(0.25*(Gre[i-1][j+1]-Blu[i-1][j+1]));
K3 = (int)(0.25*(Gre[i+1][j-1]-Blu[i+1][j-1]));
K4 = (int)(0.25*(Gre[i+1][j+1]-Blu[i+1][j+1]));}
ⓑ 고려할 에지 방향이 제1방향인 경우
K1 = (int)(0.5*(Gre[i-2][j+1]-(Blu[i-3][j+1]+Blu[i-1][j+1])/2))
K2 = (int)(0.5*(Gre[i+2][j-1]-(Blu[i+1][j-1]+Blu[i+3][j-1])/2))
K3 = 0
K4 = 0
ⓒ 고려할 에지 방향이 제2방향인 경우
K1 = (int)(0.5*(Gre[i-1][j+2]-(Blu[i-1][j+1]+Blu[i-1][j+3])/2))
K2 = (int)(0.5*(Gre[i+1][j-2]-(Blu[i+1][j-3]+Blu[i+1][j-1])/2))
K3 = 0
K4 = 0
ⓓ 고려할 에지 방향이 제4방향인 경우
K1 = (int)(0.5*(Gre[i-1][j-2]-(Blu[i-1][j-3]+Blu[i-1][j-1])/2))
K2 = (int)(0.5*(Gre[i+1][j+2]-(Blu[i+1][j+1]+Blu[i+1][j+3])/2))
K3 = 0
K4 = 0
ⓔ 고려할 에지 방향이 제5방향인 경우
K1 = (int)(0.5*(Gre[i-2][j-1]-(Blu[i-3][j-1]+Blu[i-1][j-1])/2))
K2 = (int)(0.5*(Gre[i+2][j-1]-(Blu[i+1][j-1]+Blu[i+3][j-1])/2))
K3 = 0
K4 = 0
ⓕ 고려할 에지 방향이 제7방향인 경우
K1 = (int)(0.25*(Gre[i-2][j-1]-(Blu[i-3][j-1]+Blu[i-1][j-1])/2))
K2 = (int)(0.25*(Gre[i+2][j-1]-(Blu[i+1][j-1]+Blu[i+3][j-1])/2))
K3 = (int)(0.25*(Gre[i-2][j+1]-(Blu[i-3][j+1]+Blu[i-1][j+1])/2))
K4 = (int)(0.25*(Gre[i+2][j-1]-(Blu[i+1][j-1]+Blu[i+3][j-1])/2))
컬러 보간부는 ⓐ 내지 ⓕ에 산출한 K1 내지 K4를 이용하여 B채널에 컬러 보간을 수행한다. 하기 〈수학식 121〉는 컬러 보간부에서 컬러 보간을 수행하는 예를 나타내고 있다.
Blue[i][j] = Gre[i][j]-(K1+K2+K3+K4)
이하 에지 성분이 존재하지 않는 경우에 대해 알아보기로 한다. 에지 성분이 존재하지 않는 경우 컬러 보간부는 보간을 수행할 화소 주위에 위치하고 있는 화소들의 채널값을 이용하여 컬러 보간을 수행한다. 하기 〈수학식 13〉은 에지 성분이 존재하지 않을 경우 컬러 보간부에서 주위에 위치하고 있는 화소를 이용하여 컬러 보간을 수행하는 수식이다.
B13 = G13 - (W1×CD1 + W2×CD2 + W 3×CD3 + W4×CD4)/(W1 + W2 + W 3 + W4)
CD1은 G7 - B7이며, CD2은 G9 - B9이며, CD3은 G17 -B 17이며, CD4은 G19 -B 19 이다. 또한, W1은 1/(1+CD1)이며, W2은 1/(1+CD2)이며, W 3은 1/(1+CD3)이며, W4은 1/(1+CD4)이다.
또한, 〈수학식 13〉은 R채널값을 갖는 화소로부터 B채널값을 보간하거나, B채널값을 갖는 화소로부터 R채널값을 보간하는 수식이다.
하지만 컬러 보간부에서 G채널값을 갖는 화소로부터 R채널값이나 B채널값을 보간하는 방법은 하기 〈수학식 14〉와 동일하다.
B8 = G8 - (W1×CD1 + W2×CD2)/(W 1 + W2)
CD1은 G7 - B7이며, CD2은 G9 - B9이며, W1은 1/(1+CD1)이며, W2은 1/(1+CD2)이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 컬러 상관 유사도를 이용하여 G컬러 보간을 수행하며, 다방향 에지 성분을 이용하여 R채널, B채널 보간을 수행함으로써 컬러 경계 에러의 발생을 감소시키며, 화질의 열화 현상을 감소시킨다. G채널 보간시 에지 정보를 고려하지 않음으로서 발생되는 지퍼 열화(zipper artifact)의 발생을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 적절한 모든 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 복수 개의 화소들을 이용하여 입력된 영상을 표시하며, 상기 화소는 RGB 3개의 채널값 중 하나의 채널값을 갖는 영상 표시장치에 있어서, R채널값 또는 B채널값을 갖는 화소에서 G채널값을 획득하는 방법에 있어서,
    수직방향에 위치하고 있는 화소 상호 간의 채널값의 차를 이용하여 수직 방향 채널 상관 유사도를 산출하는 단계;
    수평 방향에 위치하고 있는 화소 상호 간의 채널값의 차를 이용하여 수평 방향 채널 상관 유사도를 산출하는 단계; 및,
    상기 수직 방향 채널 상관 유사도 및 상기 수평 방향 채널 상관 유사도 간의 차가 문턱값 이상이면, 상기 수직방향과 수평방향 중 선택된 하나의 방향에 위치하고 있는 화소의 채널값으로부터 G채널값을 획득하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수평 방향 채널 상관 유사도를 산출하는 단계는,
    좌측에 위치하고 있는 적어도 2개의 화소들의 채널값의 차와 우측에 위치하고 있는 적어도 개의 화소들의 채널값의 차, 좌우 양측에 위치하고 있는 적어도 2개의 화소들의 채널값의 차를 산출하는 단계;
    상기 산출한 좌측방향의 채널값의 차로부터 상기 좌우 양측의 채널값의 차를 감산한 결과의 절대값과, 상기 산출한 우측방향의 채널값의 차로부터 상기 좌우 양측의 채널값의 차를 감산한 결과의 절대값을 합산하여, 합산 결과값을 상기 수평 방향 채널 상관 유사도로서 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 좌측에 위치하고 있는 적어도 2개의 화소들의 채널값 의 차는,
    인접화소의 인접화소의 채널값과 상기 화소의 채널값의 평균값, 상기 인접화소의 채널값과의 차임을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 좌우 양측에 위치하고 있는 적어도 2개의 화소들의 채널값의 차는,
    상기 좌우 양측에 위치하고 있는 상기 인접화소들의 채널값의 평균값과 상기 인접화소의 인접화소들의 채널값의 평균값의 합, 상기 화소의 채널값의 차임을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수직 방향 채널 상관 유사도를 산출하는 단계는,
    상측에 위치하고 있는 적어도 2개의 화소들의 채널값의 차와 하측에 위치하고 있는 적어도 개의 화소들의 채널값의 차, 상하 양측에 위치하고 있는 적어도 2개의 화소들의 채널값의 차를 산출하는 단계;
    상기 산출한 상측방향의 채널값의 차로부터 상기 상하 양측의 채널값의 차를 감산한 결과의 절대값과, 상기 산출한 하측방향의 채널값의 차로부터 상기 상하 양측의 채널값의 차를 감산한 결과의 절대값을 합산하여, 합산 결과값을 상기 수직 방향 채널 상관 유사도로서 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 상측에 위치하고 있는 적어도 2개의 화소들의 채널값의 차는,
    인접화소의 인접화소의 채널값과 상기 화소의 채널값의 평균값, 상기 인접화소의 채널값과의 차임을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 상하 양측에 위치하고 있는 적어도 2개의 화소들의 채널값의 차는,
    상기 상하 양측에 위치하고 있는 상기 인접화소들의 채널값의 평균값과 상기 인접화소의 인접화소들의 채널값의 평균값의 합, 상기 화소의 채널값의 차임을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수평 방향 채널 상관 유사도 및 상기 수직 방향 채널 상관 유사도 간의 차가 상기 문턱값 미만이면, 상기 수직방향과 수평방향 중 선택된 적어도 하나의 방향에 위치하고 있는 화소의 채널값으로 G채널값을 획득하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  9. 삭제
  10. 복수 개의 화소들을 이용하여 입력된 영상을 표시하며, 상기 화소는 RGB 3개의 채널값 중 하나의 채널값을 갖는 영상 표시장치에 있어서, B채널값을 갖는 화소에서 R채널값을 획득하는 방법에 있어서,
    상기 화소의 주위에 위치하고 있는 G채널값을 갖는 화소들의 채널값으로부터 에지 방향을 획득하는 단계; 및
    획득한 방향에 위치하고 있는 G채널값과 B채널값으로부터 R채널값을 획득하는 단계;를 포함하며,
    상기 R 채널값을 획득하는 단계는, 상기 에지 방향이 없으면 상기 화소의 주위에 위치하고 있는 B 채널값을 화소로부터 획득한 G채널값으로부터 상기 R채널값을 획득하는 것을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
  11. 복수 개의 화소들을 이용하여 입력된 영상을 표시하며, 상기 화소는 RGB 3개의 채널값 중 하나의 채널값을 갖는 영상 표시장치에 있어서, G채널값을 갖는 화소에서 R채널값을 획득하는 방법에 있어서,
    상기 화소를 기준으로 수직 방향에 위치하고 있는 화소 및 수평 방향에 위치하고 있는 화소를 이용하여 수직 방향 채널 상관 유사도 및 수평 방향 채널 상관 유사도를 산출하고, 산출된 값들간의 차가 문턱값 이상이면, 상기 수직 방향과 수평 방향 중 선택된 하나의 방향에 위치하고 있는 화소의 채널값으로부터 G채널값을 획득하는 단계; 및
    상기 획득한 G채널값과 상기 화소 주위에 위치하고 있는 G채널값으로부터 상기 화소의 R채널값을 획득하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 채널값 획득 방법.
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