KR100881907B1

KR100881907B1 - 영상 선명도 향상 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100881907B1
Application number: KR1020070059424A
Authority: KR
Inventors: 솅-펭 호
Original assignee: 콴타 컴퓨터 인코포레이티드
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2009-02-06
Also published as: US20080101716A1; US7840089B2; TWI330036B; TW200820742A; KR20080038002A

Abstract

최초 영상의 선명도를 향상시키는 영상 선명도 향상 장치가 개시된다. 영상 선명도 향상 장치는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 에지 검출기, 선명도 파라미터 생성 유닛 및 작업 유닛을 구비한다. 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 및 에지 검출기는 최초 영상을 수신하여 각각 저주파 영상, 고주파 영상 및 복수 개의 에지 검출값들을 출력한다. 선명도 파라미터 생성 유닛은 에지 검출값들을 수신하여 이에 대응하는 선명도 파라미터들을 출력한다. 작업 유닛은 이러한 선명도 파라미터에 따라 고주파 영상을 조절하고, 조절된 고주파 영상을 출력하며, 조절된 고주파 영상과 저주파 영상을 결합하여 에지의 선명도가 향상된 출력 영상을 얻는다.

Description

영상 선명도 향상 장치 및 방법{IMAGE SHARPENING APPARATUS AND METHOD}

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 선명도 파라미터 생성 유닛에서 에지 검출값과 선명도 파라미터와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4a는 본 발명의 실시예들에 따른 선명도 파라미터 생성 유닛에서 에지 검출값과 제1 선명도 파라미터와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.

도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 선명도 파라미터 생성 유닛에서 에지 검출값과 제2 선명도 파라미터와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 저역 통과 필터(low-pass filter)를 설명하기 위한 공간 필터 마스크이다.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 대역 통과 필터(band-pass filter)를 설명하기 위한 공간 필터 마스크이다.

도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고역 통과 필터(high-pass filter)를 설명하기 위한 공간 필터 마스크이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 7은 도 1의 영상 선명도 향상 장치에 적용되는 영상 선명도 향상 방법을 설명하기 위한 플로 차트다.

본 발명은 영상 선명도 향상 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 영상의 에지 세기에 따라 상기 영상의 선명도를 향상시킬 수 있는 영상 선명도 향상 장치 및 방법에 관한 것이다.

카메라 혹은 스캐너와 같은 다양한 광학 소자들에 의해 포착된 디지털 영상들은, 예를 들어, 상기 광학 소자들이 갖는 조잡한 디자인, 디지털 영상 처리 과정 혹은 상기 광학 소자들이 영상을 포획할 때 발생하는 떨림 등의 요인에 의해 선명도가 떨어진다. 따라서 상기 디지털 영상은 보통 선명도를 향상시키는 것이 필요하다. 언샤프 마스킹(unsharp masking)과 같은 종래의 영상 선명도 향상 방법에서는, 에지 영역의 밝은 부분을 국지적으로 더 밝게 하고 상기 에지 영역의 어두운 부분을 국지적으로 더 어둡게 하여, 상기 영상의 선명도를 향상시킨다. 하지만, 종래 영상 선명도 향상 방법에서는, 영상 에지와 노이즈를 구별할 수가 없다. 따라서 종래 영상 선명도 향상 방법은 상기 영상의 선명도를 향상시킬 뿐만 아니라 상기 영상에서 존재하는 노이즈까지 증폭시키므로, 전체적인 영상 품질이 저하된다.

본 발명의 일 목적은 노이즈의 반응은 억제하면서 최초(original) 영상의 선명도를 향상시킬 수 있는 영상 선명도 향상 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 상기 최초 영상을 저주파 영상과 고주파 영상으로 분해하고, 상기 최초 영상의 에지 세기에 따라 상기 고주파 영상의 세기를 조절한다. 상기 최초 영상에서 상기 에지 세기가 낮은(일정한 노이즈 표준 편차보다 작은) 영역은 노이즈 신호를 많이 포함하고 있으므로, 상기 영역에 대응하는 세기를 감소시킨다. 상기 최초 영상에서 상기 에지 세기가 높은(일정한 노이즈 표준 편차보다 큰) 영역은 주로 상기 영상의 에지에 해당되므로, 상기 영역에 대응하는 세기는 증가시킨다. 본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 상기 영상의 선명도를 향상시킬 뿐만 아니라 상기 노이즈를 효과적으로 억제하므로, 상기 영상의 선명도가 향상되면서도 상기 노이즈는 증가되지 않을 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 노이즈의 반응은 억제하면서 최초 영상의 선명도를 향상시킬 수 있는 영상 선명도 향상 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 최초 영상의 선명도를 향상시키기 위한 영상 선명도 향상 장치가 제공된다. 상기 영상 선명도 향상 장치는 저역 통과 필터, 제1 고역 통과 필터, 에지 검출기, 선명도 파라미터 생성 유닛 및 작업 유닛을 구비한다. 상기 저역 통과 필터는 상기 최초 영상을 수신하여 저주파 영상을 출력한다. 상기 고역 통과 필터는 상기 최초 영상을 수신하여 제1 고주파 영상을 출력한다. 상기 에지 검출기는 상기 최초 영상을 수신하여, 상기 최초 영상의 영역의 에지 세기에 따라 에지 검출값을 출력한다. 상기 선명도 파라미터 생성 유닛은 상기 에지 검출값을 수신하여, 상기 에지 검출값에 대응하는 선명도 파라미터를 출력한다. 상기 작업 유닛은 상기 선명도 파라미터에 따라 상기 에지를 향상시키고 노이즈를 억제함으로써 상기 제1 고주파 영상의 영역의 세기를 조절하고, 상기 저주파 영상과 상기 세기가 조절된 제1 고주파 영상을 결합하여 출력 영상을 생성한다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 최초 영상의 선명도를 향상시키기 위한 영상 선명도 향상 방법이 제공된다. 상기 영상 선명도 향상 방법에서는, 상기 최초 영상을 저역 통과 필터로 필터링하여 저주파 영상을 얻는다. 상기 최초 영상을 고역 통과 필터로 필터링하여 고주파 영상을 얻는다. 상기 최초 영상의 에지 영역의 에지 세기에 따라 에지 검출값을 검출한다. 상기 에지 검출값에 따라 선명도 파라미터를 얻는다. 상기 선명도 파라미터에 따라 상기 고주파 영상의 에지 영역의 세기를 조절하여 세기가 조절된 고주파 영상을 출력한다. 상기 저주파 영상과 상기 세기가 조절된 고주파 영상을 결합하여 출력 영상을 얻는다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 최초 영상의 선명도를 향상시키기 위한 영상 선명도 향상 장치가 제공된다. 상기 영상 선명도 향상 장치는 저역 통과 필터, N개의 고역 통과 필터들, 선명도 파라미터 생성 유닛 및 작업 유닛을 구비한다. 상기 저역 통과 필터는 상기 최초 영상을 수신하여 저주파 영상을 출력한다. 상기 고역 통과 필터들은 상기 최초 영상을 수신하여 N개의 고주파 영상들을 중 하나를 각각 출력한다. 상기 에지 검출기는 상기 최초 영상을 수신하여, 서로 다른 에지 세기에 따라 에지 검출값들을 출력한다. 상기 선명도 파라미터 생성 유닛은 상기 에지 검출값들을 수신하여, 상기 N개의 고주파 영상들에 각각 대응하는 N개 세트의 선명도 파라미터들을 출력한다. 상기 작업 유닛은 상기 N개 세트의 선명도 파라미터들에 따라 상기 N개의 고주파 영상들의 영역의 세기를 조절하여, N개의 세기가 조절된 고주파 영상을 출력한다. 이후, 상기 작업 유닛은 상기 저주파 영상과 상기 N개의 조절된 고주파 영상을 결합하여 출력 영상을 얻는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 후술하는 본 발명의 실시예들에 대한 설명은 단순히 예시적인 것에 불과하며, 결코 본 발명을 한정하거나 본 발명의 적용이나 용도를 한정하는 것은 아니다. 또한, 영역, 선명도 파라미터, 고주파 영상, 고역 통과 필터 혹은 단계들이 "제1", "제2", "제3", "제4", "제5", "제6" 및/또는 "제7"로 언급되는 경우, 이러한 위치, 커브, 휘도, 단계 및 실시예들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 영역, 선명도 파라미터, 고주파 영상, 고역 통과 필터 혹은 단계들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2", "제3", "제4", "제5", "제6" 및/또는 "제7"은 각 영역, 선명도 파라미터, 고주파 영상, 고역 통과 필터 혹은 단계들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 최초(original) 영상의 선명도를 향상시키는 데에 사용된다. 에지(신호들)와 노이즈(신호들) 모두 고주파 신호들에 속하기 때문에, 상기 고주파 신호들에 따른 에지 영역만 향상시키면 된다. 본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 상기 최초 영상을 저주파 영상 및 고주파 영상으로 분해하고, 상기 최초 영상의 에지 세기 및 노이즈의 분포에 따라 상기 고주파 영상의 세기를 어떻게 조절할 것인가를 결정한다. 상기 최초 영상에서 상기 에지 세기가 낮은(예를 들어, 일정한 노이즈 표준 편차보다 작은) 영역은 노이즈 신호를 많이 포함하고 있으므로, 상기 영역에 대응하는 세기를 감소시킨다(즉, 상기 노이즈가 억제된다). 상기 최초 영상에서 상기 에지 세기가 높은(예를 들어, 일정한 노이즈 표준 편차보다 큰) 영역은 주로 상기 영상의 에지에 해당되므로, 상기 영역에 대응하는 세기는 증가시킨다(즉, 상기 에지가 향상된다). 본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 상기 영상의 선명도를 향상시킬 뿐만 아니라 상기 노이즈를 효과적으로 억제하므로, 상기 영상의 선명도를 향상시키면서도 상기 노이즈는 증폭되지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치(100)를 설명하기 위한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 영상 선명도 향상 장치(100)는 저역 통과 필터(110), 고역 통과 필터(120), 에지 검출기(130), 선명도 파라미터 생성 유닛(140) 및 작업 유닛(150)을 구비한다.

저역 통과 공간(spatial) 필터 마스크와 같은 저역 통과 필터(110)는 최초 영상(original image)(Io)을 수신하여(즉, 필터링하여) 저주파 영상(L)을 출력한다. 고역 통과 공간 필터 마스크와 같은 고역 통과 필터(110) 역시 최초 영상(Io)을 수신하여(즉, 필터링하여) 고주파 영상(H)을 출력한다.

소벨(Sobel) 공간 필터 마스크와 같은 에지 검출기(130)는 최초 영상(Io)을 수신하여 상기 영상의 에지를 검출하고, 상기 에지의 서로 다른 세기들에 따른 M개(M은 1 이상의 양의 정수)의 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))을 출력한다. 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))은 "노이즈 표준 편차"의 단위를 가지고 정규화된다. 높은 에지 세기는 상기 영상의 선명한 에지를 나타내고, 낮은 에지 세기는 상기 영상의 불명료한 에지를 나타낸다(즉, 상기 낮은 에지 세기에 대응되는 영역들은 실제 에지 영역 대신에 많은 노이즈를 포함할 수 있다).

선명도 파라미터 생성 유닛(140)은 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))에 각각 대응되는 선명도 파라미터들(P(1) 내지 P(M))을 출력한다. 에지 검출값(E(J))이 문턱값(threshold value), 예를 들어, 노이즈 표준 편차보다 작은 경우, 이는 상기 영역이 많은 노이즈를 포함하고 있음을 나타내며, 에지 검출값(E(J))에 대응되는 선명도 파라미터(P(J))는 상기 노이즈를 억제하기 위해 0으로 설정된다. 에지 검출값(E(J))이 문턱값, 예를 들어, 노이즈 표준 편차보다 큰 경우, 선명도 파라미터(P(J))는 0보다 큰 값으로 설정된다. 여기서, J는 양의 정수이며, 1≤J≤M을 만족한다.

작업 유닛(150)은 저주파 영상(L), 고주파 영상(H) 및 선명도 파라미터들(P(1) 내지 P(M))을 수신하고, 출력 영상(Ip)을 출력한다. 작업 유닛(150)은 선명도 파라미터들(P(1) 내지 P(M))에 대응하여 고주파 영상(H)의 세기를 조절함으로써 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)(도시되지 않음)을 얻는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고주파 영상(H) 에지들의 세기를 선명도 파라미터들(P(1) 내지 P(M))에 따라 조절함으로써 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)을 얻는다. 작업 유닛(150)은 저주파 영상(L)을 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)과 결합하여 출력 영상(Ip)을 얻는다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 선명도 파라미터 생성 유닛에서 에지 검출값과 선명도 파라미터와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 2에서, 수평축과 수직축은 각각 상기 에지 검출값 및 상기 선명도 파라미터를 표시하며, 상기 에지 검출값은 노이즈 분포를 얻기 위해 "노이즈 표준 편차"의 단위로 정규화된 것이다. 확률 분포에 따르면, 상기 노이즈의 대부분은 "노이즈 표준 편차"내에 분포할 것이며, "노이즈 표준 편차" 바깥에 분포하는 노이즈의 비율은 "노이즈 표준 편차"내에 분포하는 노이즈의 비율보다 훨씬 낮을 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 문턱값(Te)은 (노이즈 표준 편차)로 설정되지만, 반드시 이에 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 문턱값(Te)은 (노이즈 표준 편차)의 1.5배, 2배, 2.5배 혹은 3배 로 설정될 수도 있다. 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 에지 검출값(E(J))이 1 문턱값(Te)보다 작으면, 이에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 0으로 설정된다. 에지 검출값(E(J))이 3 문턱값(Te)에 해당하면, 이에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 4로 설정된다. 따라서 상기 노이즈의 대부분은 노이즈 표준 편차 내에 존재하므로, 상기 노이즈의 대부분은 억제될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치의 효과는, 에지 검출값(E(J))에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))가 고주파 영상(H)에 미치는 영향에 따라 논의될 것이다. 최초 영상(Io)의 제1 영역의 에지 검출값(E(J))이 문턱값(Te)(예를 들어, 노이즈 표준 편차)보다 작은 경우, 이는 상기 제1 영역이 낮은 에지 세기를 갖는다는 것을 의미한다. 게다가 전술한 바와 같이, 에지 검출이 수행된 이후에, 노이즈의 대부분은 문턱값(Te)(노이즈 표준 편차) 내에 분포된 세기와 유사한 세기를 갖는다. 다시 말하면, 상기 제1 영역(에지 검출값(E(J))이 문턱값 혹은 노이즈 표준 편차보다 작은 영역)에서의 신호들의 대부분은 노이즈 신호들이다. 에지 검출값(E(J))에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 0으로 설정된다. 결과적으로, 최초 영상(Io)의 낮은 에지 세기 및 노이즈의 대부분은 상기 제1 영역(즉, 에지 검출값(E(J))이 문턱값(Te)보다 낮은 영역)을 선명도 파라미터(P(J))를 곱함으로써 제거되며, 이에 따라 상기 노이즈를 제거하는 기능이 수행될 수 있다.

이와 유사하게, 최초 영상(Io)의 제2 영역의 에지 검출값(E(J))이 문턱값(Te)과 문턱값(Te)의 2배 사이에 위치하는 경우, 이는 상기 제2 영역의 에지 세기가 여전히 낮다는 것을 의미한다. 전체 노이즈 중에서 상기 제2 영역 내에 분포하는 노이즈의 비율이 문턱값(Te) 내에 분포하는 노이즈의 비율에 비해 낮다고 하더라도, 이는 무시할 정도의 수준이 아니다. 따라서 에지 검출값(E(J))에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 0과 1 사이의 값을 갖도록 설정된다. 결국, 상기 제2 영역에서 선명도 파라미터(P(J))와 고주파 영상(H)이 곱해져서, 고주파 영상(H)보다 작은 에지 세기를 갖도록 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)을 얻게 된다. 즉, 상기 제2 영역(문턱값(Te)과 문턱값(Te)의 2배 사이의 영역)의 노이즈는 감소된다. 최초 영상(Io)에서 하나의 영역의 에지 검출값이 결정되면, 고주파 영상의 상기 영역의 노이즈는 낮은 선명도 파라미터를 선택함으로써 억제될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 최초 영상(Io)의 제3 영역의 에지 검출값(E(J))이 2 문턱값(Te)보다 큰 경우, 이는 상기 제3 영역(에지 검출값(E(J))이 보다 강한 에지 세기를 갖는다는 것을 의미한다. 게다가, 상기 확률 분포에 따르면, 전체 노이즈 중에서 상기 제3 영역(즉, 에지 검출값(E(J))이 문턱값(Te)의 2배 혹은 노이즈 표준 편차의 2배보다 큰 영역) 내에 분포하는 노이즈의 비율은, 에지 검출값(E(J))이 문턱값(Te)의 2배보다 작은 영역 내에 분포하는 노이즈의 비율에 비해 훨씬 작다. 다시 말하면, 상기 제3 영역(에지 검출값(E(J))이 문턱값(Te)의 2배 혹은 노이즈 표준 편차의 2배보다 큰 영역) 내의 신호들의 대부분은 최초 영상(Io)의 에지 부분들에 해당하며, 상기 노이즈는 상대적으로 작은 부분만을 차지한다. 도 2를 참조하면, 에지 검출값(E(J))에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 갑자기 증가한다. 예를 들어, 문턱값(Te)의 2배에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 1이고, 문턱값(Te)의 3배에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 4이며, 문턱값(Te)의 5배에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 5이다. 따라서 고주파 영상(H)의 에지 세기의 각 1배, 4배 및 5배에 해당하는 값을 에지 세기로서 갖도록 조절된 고주파 영상(Hp)은 상기 제3 영역(즉, 에지 검출값(E(J))이 문턱값(Te)의 2배 혹은 노이즈 표준 편차의 2배보다 큰 영역)에 선명도 파라미터(P(J))를 곱함으로써 얻을 수 있다. 이는 최초 영상(Io)의 상기 에지 영역에 대응하는 상기 고주파 영상의 세기가 향상되었음을 의미한다. 물론, 상기 향상된 세기는 전술한 값들에 한정되지는 않으며, 영상의 필요조건에 따라 결정될 수 있다. 최초 영상(Io)에서 에지 검출값이 문턱값보다 높은 영역의 경우, 상기 영역의 고주파 영상은 대응하는 선명도 파라미터를 선택함으로써 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 출력 영상의 선명도가 향상될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 최초 영상(Io)의 제4 영역의 에지 검출값(E(J))이 문턱값(Te)의 5배보다 높을 경우, 이에 대응하는 선명도 파라미터(P(J))는 점차 작아진다. 이는 최초 영상(Io)의 에지 영역이 꽤나 선명하기 때문에 상기 제4 영역에 대응하는 고주파 영상(H)을 두드러지게 강조할 필요가 없으며, 이에 따라 선명도 파라미터(P(J))가 너무 큰 값을 가지도록 증대될 필요가 없음을 의미한다.

본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 최초 영상의 각 영역의 에지 세기를 검출하고, 노이즈의 분포 영역과 상기 최초 영상의 상기 에지 세기에 따라 선명도 파라미터를 결정한다. 상기 최초 영상의 낮은 에지 세기(예를 들어, 혹은 노이즈 표준 편차의 2배)를 갖는 영역에서는, 이에 대응하는 선명도 파라미터가 상기 영역의 고주파 영상의 세기를 감소시킨다. 노이즈는 노이즈 표준 편차 혹은 노이즈 표준 편차의 2배 내에 위치하므로, 상기 노이즈는 감소된다(혹은 완전히 제거된다). 상기 최초 영상의 높은 에지 세기(예를 들어, 노이즈 표준 편차의 2배 이상)를 갖는 영역에서는, 이에 대응하는 선명도 파라미터가 상기 영역의 상기 고주파 영상의 세기를 향상시키며, 이에 따라 상기 영역의 출력 영상의 선명도가 향상된다. 에지 검출 작업 후에, 상기 노이즈의 매우 작은 부분만이 상기 노이즈 표준 편차 범위 내(즉, 노이즈 표준 편차의 2배 이상)에 위치하므로, 상기 출력 영상의 선명도를 향상시키는 동안 상기 노이즈를 증폭시키는 효과는 두드러지지 않는다.

따라서 본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 상기 출력 영상의 선명도를 향상시킬 뿐만 아니라 상기 노이즈를 억제하므로, 상기 출력 영상의 품질이 크게 향상될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치(300)를 설명하기 위한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 영상 선명도 향상 장치(300)는 저역 통과 필터(310), 대역 통과 필터(320), 고역 통과 필터(330), 에지 검출기(340), 선명도 파라미터 생성 유닛(350) 및 작업 유닛(360)을 구비한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저역 통과 필터(310), 대역 통과 필터(320) 및 고역 통과 필터(330)는 최초 영상(Io)을 저주파 영상(L), 대역 주파 영상(band frequency image)(B) 및 고주파 영상(H)으로 각각 분해한다.

선명도 파라미터 생성 유닛(350)은 에지 검출기(340)에 의해 검출된 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))에 따라 M개(M은 1 이상의 양의 정수)의 제1 선명도 파라미터들(PB(1) 내지 PB(M)) 및 M개의 제2 선명도 파라미터들(PH(1) 내지 PH(M))을 생성한다. 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))은 제1 선명도 파라미터들(PB(1) 내지 PB(M)) 및 제2 선명도 파라미터들(PH(1) 내지 PH(M))에 각각 대응한다. 제1 선명도 파라미터들(PB(1) 내지 PB(M))은 대역 주파 영상(B)의 세기를 조절하여 세기가 조절된 대역 주파수 영상(Bp)(도시하지 않음)을 출력한다. 제2 선명도 파라미터들(PH(1) 내지 PH(M))은 고주파 영상(H)의 세기를 조절하여 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)(도시하지 않음)을 출력한다.

작업 유닛(360)은 저주파 영상(L), 세기가 조절된 대역 주파 영상(Bp) 및 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)을 결합하여 출력 영상(Ip)을 얻는다.

도 4a는 선명도 파라미터 생성 유닛(350)에서 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))과 제1 선명도 파라미터들(PB(1) 내지 PB(M))과의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 선명도 파라미터 생성 유닛(350)은 도 4a에 도시된 곡선에 따라 에지 검출값(E(J))으로부터 제1 선명도 파라미터(PB(J))의 값을 결정한다. 여기서, J는 양의 정수이며, 1≤J≤M을 만족한다. 작업 유닛(360)은 제1 선명도 파라미터(PB(J))에 따라 대역 주파 영상(B)의 에지 영역의 세기를 조절하여, 세기가 조절된 대역 주파 영상(Bp)을 출력한다.

도 4b는 선명도 파라미터 생성 유닛(350)에서 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))과 제2 선명도 파라미터들(PH(1) 내지 PH(M))과의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 선명도 파라미터 생성 유닛(350)은 도 4b에 도시된 곡선에 따라 에지 검출값(E(J))으로부터 제2 선명도 파라미터(PH(J))의 값을 결정한다. 여기서, J는 양의 정수이며, 1≤J≤M을 만족한다. 작업 유닛(360)은 제2 선명도 파라미터(PH(J))에 따라 고주파 영상(H)의 에지 영역의 세기를 조절하여, 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)을 출력한다.

도 4a에 도시된 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))과 제1 선명도 파라미터들(PB(1) 내지 PB(M)) 사이의 곡선은 도 2에 도시된 에지 검출값들과 선명도 파라미터들 사이의 곡선과 유사하다. 제5 영역의 에지 검출값(E(J))이 제1 문턱값(Te1), 예를 들어, 노이즈 표준 편차보다 작으면, 이에 대응하는 제1 선명도 파라미터(PB(J))는 0으로 설정된다. 제6 영역의 에지 검출값(E(J))이 제1 문턱값(Te1)과 제2 문턱값(Te2) 사이에 있으면, 이에 대응하는 제1 선명도 파라미터(PB(J))는 0보다 크고 1보다 작은 값으로 설정된다. 따라서 대역 주파 영상(B)의 상기 제2 영역의 세기는 감소한다. 제7 영역의 에지 검출값(E(J))이 제1 문턱값(Te1)보다 크면, 이에 대응하는 제1 선명도 파라미터(PB(J))는 급격히 증가하여, 대역 주파 영상(B(J))의 상기 제3 영역의 세기는 증가한다. 상기 에지 검출값들과 상기 제1 선명도 파라미터들 사이의 관계는 도 2를 참조하여 설명한 것과 동일한 이유에 따라 설정되며, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 4b에 도시된 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))과 제2 선명도 파라미터들(PH(1) 내지 PH(M)) 사이의 곡선 역시 도 2에 도시된 에지 검출값들과 선명도 파라미터들 사이의 곡선과 유사하다. 도 4a 및 도 4b 사이의 차이점은, 도 4a에는 제1 선명도 파라미터들(PB(1) 내지 PB(M))이 대역 주파 영상(B)의 에지 영역의 세기를 조절하기 위해 사용되나, 도 4b에는 제2 선명도 파라미터들(PH(1) 내지 PH(M))이 고주파 영상(H)의 에지 영역의 세기를 조절하기 위해 사용된다는 데에 있다. 사람의 눈은 대역 주파 영상 신호에 보다 민감하고 고주파 영상 신호에는 덜 민감하므로, 영상의 선명도 향상 작업은 대역 주파 영상(B)에 초점이 맞추어지며, 이에 따라 선명도가 향상된 영상은 사람의 눈에 상당한 효과를 갖는다. 반대로, 고주파 영상(H)의 선명도가 향상되면, 상기 선명도가 향상된 영상은 사람의 눈에 거의 어떠한 효과도 갖지 않는다. 즉, 사람의 눈은 어떠한 의미 있는 차이점도 발견하지 못한다. 이러한 이유 때문에, 제2 선명도 파라미터들(PH(1) 내지 PH(M))에서의 증가는 제1 선명도 파라미터들(PB(1) 내지 PB(M))의 증가에 비해 중요하지 않다. 하지만, 제2 선명도 파라미터들(PH(1) 내지 PH(M))에서의 증가 경향은 제1 선명도 파라미터들(PB(1) 내지 PB(M))에서의 증가 경향과 유사하며, 예를 들어, 하나의 에지 검출값(E(J))이 제1 문턱값(Te1)과 제2 문턱값(Te2)보다 작은 경우, 제1 및 제2 선명도 파라미터들(PB(J), PH(J))은 모두 0으로 설정된다.

저역 통과 필터(310), 대역 통과 필터(320) 및 고역 통과 필터(330)는 이들에 대응하는 각 주파수들이 전체의 주파수를 커버할 수 있도록 임의로 디자인될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저역 통과 필터(310), 대역 통과 필터(320) 및 고역 통과 필터(330) 각각은 5 × 5 공간 필터 마스크를 사용하여 구현될 수 있다. 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 저역 통과 필터(310), 대역 통과 필터(320) 및 고역 통과 필터(330)를 도시하고 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 하나의 저역 통과 필터와 복수 개의 고역 통과 필터들을 사용하여 구현될 수도 있다. 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치(600)를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 영상 선명도 향상 장치(600)는 최초 영상(Io)을 저주파 영상(L) 및 N개의 고주파 영상들(H1 내지 HN)로 각각 분해하기 위한 하나의 저역 통과 필터(610)와 N개의 고역 통과 필터들(621 내지 62N)을 포함한다. 여기서 N은 양의 정수이다. 선명도 파라미터 생성 유닛(640)은 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))에 따라, 각 고주파 영상들(H1 내지 HN)에 대응하는 N개 세트의 선명도 파라미터들(P1(1) 내지 P1(M), P2(1) 내지 P2(M),..., PN(1) 내지 PN(M))을 생성한다. 여기서 M은 1과 같거나 1보다 더 큰 양의 정수이다. 상기 선명도 파라미터들 및 상기 에지 검출값들을 포함하는 각 세트들 사이의 관계는 필요조건에 따라 결정될 수 있다. 각 고주파 영상의 세기는 전술한 것과 유사한 방법으로 조절될 수 있으며, 자세한 설명은 생략한다.

작업 유닛(650)은 대응되는 선명도 파라미터들의 세트에 따라 모두 고주파 영상들의 에지 영역 세기를 조절하고, 전체적으로 N 개의 세기가 조절된 고주파 영상들(H1p 내지 HNp)을 출력한다. 작업 유닛(650)은 저주파 영상(L)과 N개의 세기가 조절된 고주파 영상들(H1p 내지 HNp)을 결합하여 출력 영상(Ip)을 얻는다.

도 7은 도 1의 영상 선명도 향상 장치(100)에 적용되는 영상 선명도 향상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 제1 단계(710)에서 최초 영상(Io)을 저역 통과 필터를 사용하여 필터링함으로써 저주파 영상(L)을 얻는다. 제2 단계(720)에서, 최초 영상(Io)을 고역 통과 필터를 사용하여 필터링함으로써 고주파 영상(H)을 얻는다. 제1 및 제2 단계들(710, 720)은 서로 순서를 바꾸어 수행될 수 있다. 제3 단계(730)에서, 최초 영상(Io)의 에지들을 검출하여 상기 에지의 세기들에 따라 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))을 얻는다. 여기서 M은 1과 같거나 1보다 더 큰 양의 정수이다. 제4 단계(740)에서, 각 에지 검출값들(E(1) 내지 E(M))에 따라 선명도 파라미터들(P(1) 내지 P(M))을 얻는다. 제5 단계(750)에서, 선명도 파라미터들(P(1) 내지 P(M))에 따라 고주파 영상(H)의 에지 영역의 세기를 조절하여, 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)을 출력한다. 제6 단계(760)에서, 저주파 영상(L)과 세기가 조절된 고주파 영상(Hp)을 결합하여 출력 영상(Ip)을 얻는다.

본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 최초 영상을 저주파 영상 및 고주파 영상으로 분해하고, 상기 최초 영상의 에지 세기(노이즈 표준 편차를 단위로 한다)에 따라 상기 고주파 영상의 세기를 향상시키거나 혹은 감소시킨다. 노이즈의 대부분은 노이즈 표준 편차 내에 분포하므로, 상기 영역의 신호들은 감소되거나 혹은 완전히 제거된다. 노이즈 표준 편차와 노이즈 표준 편차의 2배 사이 영역의 신호들의 세기들은 단순히 감소시킨다. 노이즈 표준 편차의 2배보다 큰 영역의 대부분의 신호들은 상기 최초 영상의 실제 에지 신호들이므로, 상기 영역의 신호들은 상기 에지의 선명도를 위해 향상시킨다. 보다 높은 영역(예를 들어, 노이즈 표준 편차의 5배 이상의 영역)의 신호들에 대해서는, 이에 대응하는 에지가 매우 선명하므로, 별도로 더 향상될 필요가 없다.

결국, 본 발명의 실시예들에 따른 영상 선명도 향상 장치는 출력 영상의 선명도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 노이즈를 억제할 수 있으므로, 상기 출력 영상의 품질이 크게 향상될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

최초(original) 영상을 수신하여 저주파 영상을 출력하는 저역 통과 필터;

상기 최초 영상을 수신하여 제1 고주파 영상을 출력하는 제1 고역 통과 필터;

상기 최초 영상을 수신하여, 상기 최초 영상의 영역의 에지 세기에 따라 에지 검출값을 출력하는 에지 검출기;

상기 에지 검출값을 수신하여, 상기 에지 검출값에 대응하는 선명도 파라미터를 출력하는 선명도 파라미터 생성 유닛; 및

상기 선명도 파라미터에 따라 상기 제1 고주파 영상의 영역의 세기를 조절하여 세기가 조절된 제1 고주파 영상을 얻고, 상기 저주파 영상과 상기 세기가 조절된 제1 고주파 영상을 결합하여 출력 영상을 얻는 작업 유닛을 구비하는 영상 선명도 향상 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 에지 검출값이 문턱값보다 작을 때, 상기 작업 유닛은 상기 선명도 파라미터에 따라 상기 제1 고주파 영상의 영역의 세기를 감소시키고, 상기 세기가 조절된 제1 고주파 영상을 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 문턱값은 노이즈 표준 편차인 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 에지 검출값에 대응하는 상기 선명도 파라미터는 0으로 설정되는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 문턱값은 노이즈 표준 편차와 노이즈 표준 편차의 2배 사이의 값인 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 에지 검출값에 대응하는 상기 선명도 파라미터는 0보다 크고 1보다 작거나 같은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 고역 통과 필터는,

상기 최초 영상을 수신하여 대역 주파 영상(band frequency image)을 출력하는 대역 통과 필터; 및

상기 최초 영상을 수신하여 제2 고주파 영상을 출력하는 제2 고역 통과 필터를 구비하며,

상기 선명도 파라미터는 제1 선명도 파라미터 및 제2 선명도 파라미터를 포함하며,

상기 작업 유닛은 상기 제1 선명도 파라미터에 따라 상기 대역 주파 영상 영역의 세기를 조절하여 세기가 조절된 대역 주파 영상을 출력하고, 상기 제2 선명도 파라미터에 따라 상기 제2 고주파 영상 영역의 세기를 조절하여 세기가 조절된 제2 고주파 영상을 출력하며,

상기 세기가 조절된 제1 고주파 영상은 상기 세기가 조절된 대역 주파 영상과 상기 세기가 조절된 제2 고주파 영상을 포함하고,

상기 작업 유닛은 상기 저주파 영상, 상기 세기가 조절된 대역 주파 영상 및 상기 세기가 조절된 제2 고주파 영상을 결합하여 상기 출력 영상을 얻는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 에지 검출값이 문턱값보다 작을 때, 상기 작업 유닛은 상기 제1 선명도 파라미터에 따라 상기 대역 주파 영상의 영역의 세기를 감소시키고, 상기 세기가 조절된 대역 주파 영상을 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 에지 검출값이 문턱값보다 작을 때, 상기 작업 유닛은 상기 제2 선명도 파라미터에 따라 상기 제2 고주파 영상의 영역의 세기를 감소시키고, 상기 세기가 조절된 제2 고주파 영상을 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
최초 영상을 저역 통과 필터로 필터링하여 저주파 영상을 얻는 단계;

상기 최초 영상을 고역 통과 필터로 필터링하여 고주파 영상을 얻는 단계;

상기 최초 영상의 에지 영역의 에지 세기에 따라 에지 검출값을 검출하는 단계;

상기 에지 검출값에 따라 선명도 파라미터를 얻는 단계;

상기 선명도 파라미터에 따라 상기 고주파 영상의 에지 영역의 세기를 조절하여 세기가 조절된 고주파 영상을 출력하는 단계; 및

상기 저주파 영상과 상기 세기가 조절된 고주파 영상을 결합하여 출력 영상을 얻는 단계를 포함하는 영상 선명도 향상 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 세기가 조절된 고주파 영상을 얻는 단계에서, 상기 에지 검출값이 문턱값보다 작을 때, 상기 선명도 파라미터에 따라 상기 고주파 영상의 영역의 세기를 감소시켜 상기 세기가 조절된 고주파 영상을 얻는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 문턱값은 노이즈 표준 편차인 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 방법.
저주파 영상 및 N(N은 양의 정수)개의 고주파 영상들로 구성된 최초 영상을 수신하여 상기 저주파 영상을 출력하는 저역 통과 필터;

상기 최초 영상을 수신하여 상기 N개의 고주파 영상들 중 하나를 각각 출력하는 N개의 고역 통과 필터들;

상기 최초 영상을 수신하여, 상기 최초 영상의 영역의 에지 세기에 따라 에지 검출값을 출력하는 에지 검출기;

상기 에지 검출값을 수신하여, 상기 에지 검출값에 대응하며 상기 N개의 고주파 영상들 중 하나에 각각 대응하는 N개의 선명도 파라미터들을 출력하는 선명도 파라미터 생성 유닛; 및

상기 선명도 파라미터에 따라 상기 N개의 고주파 영상들 영역의 세기를 조절하여 N개의 세기가 조절된 고주파 영상을 출력하고, 상기 저주파 영상과 상기 N개의 세기가 조절된 고주파 영상을 결합하여 출력 영상을 얻는 작업 유닛을 구비하는 영상 선명도 향상 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 작업 유닛은 상기 N개의 선명도 파라미터들 중 i(i는 N보다 작거나 같은 양의 정수)번째 선명도 파라미터에 따라 i번째 고주파 영상의 세기를 조절하고, 상기 i번째 세기가 조절된 고주파 영상을 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 에지 검출값이 문턱값보다 작을 때, 상기 작업 유닛은 상기 에지 검출값들에 대응하는 상기 i번째 선명도 파라미터에 따라 상기 i번째 고주파 영상의 영역의 세기를 감소시키고, 상기 i번째 세기가 조절된 고주파 영상을 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 문턱값은 노이즈 표준 편차인 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 에지 검출값에 대응하는 상기 선명도 파라미터는 0으로 설정되는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 문턱값은 노이즈 표준 편차와 노이즈 표준 편차의 2배 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 에지 검출값에 대응하는 상기 선명도 파라미터는 0보다 크고 1보다 작거나 같은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 향상 장치.