KR100862494B1

KR100862494B1 - 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법

Info

Publication number: KR100862494B1
Application number: KR1020070040525A
Authority: KR
Inventors: 민경중; 김태응
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-10-08

Abstract

렌즈 쉐이딩 분포에 따라 영상의 주변부에 존재하는 에지에 상대적으로 더욱 큰 쉐이딩 보상 이득을 주어 에지를 강조함으로써 영상의 주변부에 존재하는 에지를 더욱 선명하게 보상할 수 있는 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법이 개시된다. 상기 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법은, 영상의 에지 강도를 검출하는 단계; 상기 영상의 중심부와 주변부의 휘도 차이를 검출하고, 상기 휘도 차이를 보상하는 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계; 상기 검출된 에지 강도를 상기 계산된 쉐이딩 보상 이득에 따라 보상하는 단계; 및 상기 보상된 에지 강도를 상기 영상에 합산하는 단계를 포함한다.

렌즈, 쉐이딩(shading), 에지(edge), 에지 강도, 보상

Description

렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법{METHOD FOR EDGE ENHANCEMENT IN IMAGE ACCORDING TO DISTRIBUTION OF LENS SHADING}

도 1은 에지 검출을 위해 사용되는 일반적인 2차 미분 필터에 해당하는 윈도우 마스크의 일례이다.

도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법을 도시한 플로우 차트이다.

도 3은 본 발명의 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법에 적용되는 쉐이딩 보상 이득을 구하는 개념을 설명하기 위한 곡선이다.

본 발명은 영상의 에지를 강조하기 위한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상의 주변부에 존재하는 에지에 상대적으로 더욱 큰 쉐이딩 보상 이득을 주어 에지를 강조함으로써 영상의 주변부에 존재하는 에지를 더욱 선명하게 보상할 수 있는 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법에 관한 것이다.

최근 널리 대중화된 디지털 카메라 또는 휴대폰 내장 카메라 등은, 렌즈를 통해 입력된 빛을 이미지 센서가 검출한 후, 이미지 센서로부터 출력되는 영상 데이터를 이미지 프로세싱하는 과정을 통해 양호한 품질의 영상을 생성하여 제공한다. 특히, 더욱 선명한 영상을 생성하기 위해 상기 이미지 프로세싱 과정에서 영상의 에지를 더욱 강조하는 에지 강조 기법이 수행된다.

일반적인 에지 강조 기법은 영상으로부터 에지 강도를 검출한 후, 검출된 에지 강도를 원래 영상에 더해주는 방식으로 구현된다. 에지 강도를 검출하는 데에는 도 1의 (a)에 도시한 것과 같은 2 차 미분 연산자가 적용될 수 있다. 도 1의 (a)에 도시된 2 차 미분 연산자는 3×3 크기의 윈도우 미분 필터로 구현된 2 차 미분 연산자의 일례를 도시한 것으로, 이 윈도우 미분 필터를 영상의 각 화소에 적용하면 영상의 에지 강도가 검출된다. 도 1에 도시된 2 차 미분 연산자에 의한 에지 강도 검출 과정을 식으로 나타내면 하기 식 1과 같다.

[식 1]

(x, y: 영상 내 화소의 좌표, L: 에지 강도, f: 화소값)

즉, 상기 식 1에 의해 구한 에지 강도를 원래의 영상에 더하면 에지가 강조된 영상을 얻을 수 있다.

그러나, 컴팩트 디지털 카메라 또는 휴대폰 등에 내장되는 카메라에서는 렌즈가 매우 소형으로 제작되어야 하기 때문에 렌즈의 중심 부분과 주변 부분 특성이 달라지는 렌즈 쉐이딩 현상이 발생한다. 이러한 렌즈 쉐이딩 현상에 의해, 영상의 주변부는 중앙부에 비해 휘도가 저하되며, 영상의 주변부에 위치한 에지는 그 크기가 작아져 흐리게 된다.

상기 식 1에 의한 일반적인 종래의 에지 강조 기법은 렌즈 쉐이딩 현상에 의한 영상 주변부의 에지 흐림을 고려하지 않고 영상의 중심부와 주변부에 동일한 수준의 에지 강조를 수행한다. 따라서, 종래의 에지 강조 기법에 의하면, 영상에 대한 에지 강조를 수행한 이후에도 영상의 주변부에 존재하는 에지는 계속 흐린 상태로 유지되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 렌즈의 쉐이딩 현상에 의해 흐리게 나타나는 영상 주변부에 존재하는 에지에 상대적으로 더욱 큰 쉐이딩 보상 이득을 주어 에지를 강조함으로써 영상의 주변부에 존재하는 에지를 더욱 선명하게 보상할 수 있는 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은,

영상의 에지 강도를 검출하는 단계;

상기 영상의 중심부와 주변부의 휘도 차이를 검출하고, 상기 휘도 차이를 보상하는 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계;

상기 검출된 에지 강도를 상기 계산된 쉐이딩 보상 이득에 따라 보상하는 단계; 및

상기 보상된 에지 강도를 상기 영상에 합산하는 단계

를 포함하는 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 에지 강도를 검출하는 단계는, 상기 영상의 각 화소에 미분 필터를 적용하는 단계; 및 상기 미분 필터를 적용한 결과값이 기설정된 임계값보다 큰 화소에 대해 그 결과값을 에지 강도로서 검출하며, 상기 미분 필터를 적용한 결과 값이 기설정된 임계값보다 작은 화소는 에지가 아닌 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계는, 상기 영상의 수평 방향 및 수직 방향의 휘도 분포를 검출하는 단계; 및 상기 수평 방향 및 수직 방향의 휘도 분포에서 주변부의 휘도를 중심부의 휘도와 실질적으로 동일해지도록 보상할 수 있는 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

이 실시형태에서, 상기 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계는, 하기 식 2에 의해 계산될 수 있다.

[식 2]

(x,y: 화소의 수평, 수직 방향 좌표, G: 쉐이딩 보상 이득, F_x: 수평 방향 보상 이득, F_y: 수직 방향 보상 이득, k: 스케일링 상수).

또한, 이 실시형태에서, 상기 보상하는 단계는, 하기 식 3에 의해 이루어질 수 있다.

[식 3]

(L': 보상된 에지 강도, K: 스케일링 상수, L: 에지 강도, G: 쉐이딩 보상 이득)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법은, 영상의 에지 강도를 검출하는 단계(S21, S22)와, 상기 영상의 중심부와 주변부의 휘도 차이를 검출하고, 상기 휘도 차이를 보상하는 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계(S23)와, 상기 검출된 에지 강도를 상기 계산된 쉐이딩 보상 이득에 따라 보상하는 단계(S24) 및 상기 보상된 에지 강도를 상기 영상에 합산하여 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영역별 에지 강조를 수행하는 단계(S25)를 포함하여 구성된다.

특히, 도 2에 도시된 실시형태에서 에지 강도를 검출하는 단계(S21, S22)는, 영상의 각 화소에 미분 필터를 적용하는 단계(S21) 및 상기 미분 필터를 적용한 결과값이 기설정된 임계값보다 큰 화소에 대해 그 결과값을 에지 강도로서 검출하며, 상기 미분 필터를 적용한 결과 값이 기설정된 임계값보다 작은 화소는 에지가 아닌 것으로 판단하는 단계(S22)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계(S23)는, 상기 영상의 수평 방향 및 수직 방향의 휘도 분포를 검출하는 단계 및 상기 수평 방향 및 수직 방향의 휘도 분포에서 주변부의 휘도를 중심부의 휘도와 실질적으로 동일하게 보상할 수 있는 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 작용 및 효과에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명은 영상으로부터 에지 강도를 검출하는 단계(S21, S22)로 시작된다. 에지 강도를 검출하는 단계(S21, S22)는 전술한 것과 같이 미분 필터를 영상에 적용하는 단계(S21)를 포함한다. 즉, 에지 강도를 검출하는 단계는, 에지를 강조하고자 하는 영상의 각 화소에 도 1에 도시된 것과 같은 미분 필터를 적용함으로써 상기 식 1에 나타난 것과 같은 연산을 통해 각 화소에 대한 미분 필터 적용값(식 1의 L(x,y))을 구한다. 도 1 및 식 1은 미분 필터의 일례를 설명하기 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.

영상에 미분 필터를 적용하여 각 화소의 미분 필터 적용값을 구한 후, 이 미분 필터 적용값과 사전에 설정해 둔 임계값의 크기를 비교한다(S22). 이 비교 단계(S22)에서, 상기 임계값보다 큰 미분 필터 적용값을 갖는 화소를 에지성분으로 판단하고, 해당 화소의 미분 필터 적용값을 에지 강도로서 검출하여 이후에 설명되는 추가적인 쉐이딩 보상 과정을 적용한다. 반대로, 상기 임계값보다 큰 미분 필터 적용값을 갖는 화소는 에지가 아닌 것으로 판단하여 추가적인 처리를 이루어지지 않게 된다.

이하에 설명되는 쉐이딩 보상 단계들은, 임계값보다 큰 미분 필터 적용값을 갖는 화소에 대해 수행되며, 에지 강도라는 용어는 임계값보다 큰 미분 필터 적용값을 갖는 화소의 미분 필터 적용값과 동일한 의미로 사용되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

다음으로, 에지 강도를 보상하는데 사용될 쉐이딩 보상 이득을 계산한다(S23). 상기 쉐이딩 보상 이득은 렌즈 쉐이딩 현상으로 인해 발생하는 영상 주변부의 휘도저하를 보상해 주기 위한 이득이다. 즉, 상술한 바와 같이 렌즈 쉐이딩 현상으로 인해 영상 주변부의 휘도저하 현상과 영상 주변부의 에지 흐림 현상이 발생하게 되는데, 본 발명에서는 휘도저하 현상을 보상하기 위한 이득을 계산하여 이를 에지 흐림을 보상하는데 적용한다.

도 3은 렌즈 쉐이딩에 의한 영상 주변부의 휘도 저하 및 이를 보상하기 위한 보상 이득 곡선을 도시한 것이다. 도 3은 영상의 수평 방향 또는 수직 방향에 대한 곡선을 도시한 것으로 수평 방향 및 수직 방향으로 모두 동일한 패턴의 곡선이 도시될 수 있다. 도 3에서 점선(L1)으로 도시된 곡선은 렌즈 쉐이딩 현상에 의해 영상 주변부에 휘도가 저하되는 현상을 도시한 곡선이며, 실선(L2)로 도시된 곡선은 휘도 저하를 보상하기 위한 이득을 도시한 곡선이다.

도 3에 점선(L1)으로 도시된 바와 같이, 렌즈 쉐이딩 현상에 의해 영상의 중심부에서 주변으로 갈수록 휘도가 저하된다. 즉, 수평 방향 또는 수직 방향으로 영상의 중심부에서 최대 휘도가 나타나고 중심에서 멀어질수록 휘도가 저하된다. 이러한 주변부 휘도 저하 현상을 보상하기 위한 이득은, 영상 주변부의 휘도를 중심부의 휘도와 실질적으로 동일해지도록 보상하는 이득이다. 바람직하게, 상기 이득은, 영상의 중심부에 단위 이득이 적용되고, 주변부로 갈수록 이득이 증가하는 형태를 가져야 한다. 즉, 상기 이득은 영상의 중심에서 주변부로 갈수록 휘도가 저하되는 비율과 동일한 비율로 증가하도록 결정될 수 있다. 이는 도 3에 도시된 것과 같이, 이득 곡선은 단위 이득선을 기준으로 휘도 곡선과 정확하게 대칭되는 형태로 결정되는 것을 의미한다.

상기 이득은 영상의 수직 방향, 수평 방향에 대해 모두 계산되며, 최종 쉐이딩 보상 이득은 수평 방향의 보상 이득 및 수직 방향의 보상 이득을 모두 합산하여 하기 식 2와 같이 결정될 수 있다.

[식 2]

상기 식 2에서 x, y는 화소의 수평, 수직 방향 좌표, G는 쉐이딩 보상 이득, F_x는 수평 방향 보상 이득, F_y는 수직 방향 보상 이득을 나타내며, k는 쉐이딩 보상 이득을 적절한 크기로 조정하기 위한 스케일링 상수이다.

다음으로, 단계(S21, S22)에서 검출된 에지 강도를 단계(S23)에서 계산된 쉐이딩 보상 이득에 따라 보상한다. 이 에지 강도의 보상은 단순하게 단계(S21, S22)에서 검출된 에지 강도에 단계(S23)에서 계산된 쉐이딩 보상 이득을 곱하는 형태로 이루어질 수 있다. 이 에지 강도의 보상은 하기 식 3과 같이 수식적으로 표현될 수 있다.

[식 3]

상기 식 3에서 L'는 보상된 에지 강도, K는 스케일링 상수, L은 에지 강도, G는 쉐이딩 보상 이득을 나타낸다.

상기 식 3에 나타난 바와 같이, 쉐이딩 보상 이득(G)은 영상의 주변부에 대해서 더 큰 값을 가지기 때문에, 보상된 에지 강도(L')도 마찬가지로 영상의 주변부에 대해서는 더욱 큰 값을 나타내게 된다. 따라서, 상기 식 3에 나타난 보상된 에지 강도를 이용하여 에지 강조를 수행하는 경우 영상의 주변부에 위치한 에지에 대해서는 더욱 큰 에지 강조가 이루어질 수 있다.

이어 최종적으로, 상기 보상된 에지 강도를 상기 영상에 합산하여 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영역별 에지 강조를 수행한다(S25). 이 단계(S25)는 하기 식 4와 같이 수식적으로 표현될 수 있다.

[식 4]

상기 식 4에서 E는 에지 강조가 수행된 영상, I는 에지 강조가 수행되기 전 원래 영상을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 보상된 에지 강도(식 3의 L')는 영상의 주변부에 대해서는 더욱 큰 값을 나타내게 되므로, 상기 식 4와 같이 수행되는 에지 강조를 통해 영상의 주변부에 위치한 에지에 대해서는 더욱 큰 에지 강조가 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 렌즈 쉐이딩 현상에 의해 발생하는 영상의 주변부 휘도 저하를 보상하기 위한 이득을 이용하여 에지 강도를 보상한 후 보상된 에지 강도를 영상의 에지 강조에 적용함으로써 렌즈 쉐이딩 현상에 의한 영상 주변부에 존재하는 에지에 대해 더욱 큰 강조가 이루어질 수 있게 하는 효과가 있다. 이를 통해, 본 발명은 영상의 주변부 에지의 흐림 현상을 현저하게 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims

삭제
영상의 각 화소에 미분 필터를 적용하는 단계;

상기 미분 필터를 적용한 결과값이 기설정된 임계값보다 큰 화소에 대해 그 결과값을 에지 강도로서 검출하며, 상기 미분 필터를 적용한 결과 값이 기설정된 임계값보다 작은 화소는 에지가 아닌 것으로 판단하는 단계;

상기 영상의 중심부와 주변부의 휘도 차이를 검출하고, 상기 휘도 차이를 보상하는 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계;

상기 검출된 에지 강도를 상기 계산된 쉐이딩 보상 이득에 따라 보상하는 단계; 및

상기 보상된 에지 강도를 상기 영상에 합산하는 단계를 포함하는 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법.
영상의 에지 강도를 검출하는 단계;

상기 영상의 수평 방향 및 수직 방향의 휘도 분포를 검출하는 단계;

상기 수평 방향 및 수직 방향의 휘도 분포에서 주변부의 휘도를 중심부의 휘도와 실질적으로 동일해지도록 보상할 수 있는 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계;

상기 검출된 에지 강도를 상기 계산된 쉐이딩 보상 이득에 따라 보상하는 단계; 및

상기 보상된 에지 강도를 상기 영상에 합산하는 단계를 포함하는 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법.
제3항에 있어서, 상기 쉐이딩 보상 이득을 계산하는 단계는,

하기 식 2에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법.

[식 2]

(x,y: 화소의 수평, 수직 방향 좌표, G: 쉐이딩 보상 이득, F_x: 수평 방향 보상 이득, F_y: 수직 방향 보상 이득, k: 스케일링 상수)
제4항에 있어서, 상기 보상하는 단계는,

하기 식 3에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈 쉐이딩 분포에 따른 영상의 에지 강조 방법.

[식 3]

(L': 보상된 에지 강도, K: 스케일링 상수, L: 에지 강도, G: 쉐이딩 보상 이득)