KR100887288B1 - 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면 이미지 센서와 결합된 노이즈 제거부에서 이미지의 노이즈를 제거하는 방법 및 장치에 있어서, 상기 이미지 센서부로부터 픽셀 값을 수신하고, 에지 방향성을 고려하여 상기 수신된 픽셀 값 중 노이즈를 포함한 픽셀의 주변 픽셀 값 차이의 절대 값을 구하고, 상기 절대 값 중 가장 작은 값의 방향을 선택하며 상기 선택된 방향의 픽셀 값을 이용하여 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법 및 장치가 제공된다. 그 결과 기존의 단순한 저역통과필터만을 적용한 방법 및 장치에 비해 블러링 효과를 최소화함으로써 실제 촬영한 이미지에 훨씬 가까운 이미지를 재현할 수 있는 효과가 있다.

방향성, 노이즈 제거, 절대 값, 픽셀 값

Description

에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for canceling noise of image according to edge direction}

도 1은 종래 이미지의 노이즈 제거 장치의 블록 구성도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 장치의 블록 구성도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법에 대한 순서도.

도 4는 3 × 3 크기의 마스크에서 에지 방향성을 고려하여 노이즈를 제거하는 방법의 예시도.

도 5a는 노이즈가 포함한 이미지를 나타내는 예시도.

도 5b는 종래의 주변 픽셀 값과 노이즈를 포함한 픽셀 값의 평균에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도.

도 5c는 종래의 가중치를 이용한 ({1,2,1}, {2,4,2}, {1,2,1}/16) 탭 필터를 적용하여 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도.

도 5d는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 선택된 방향의 픽셀 값의 평균에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도.

도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 선택된 방향의 픽셀 값에 (1,2,1)/4 탭 필터를 적용하여 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도.

도 5f는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 선택된 방향의 주변 픽셀 값의 평균에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도.

본 발명은 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 노이즈를 포함한 픽셀의 주변 픽셀 값 차이의 절대 값 중 가장 작은 값 방향의 픽셀 값을 이용함으로써 에지 방향을 가로지르지 않고 이미지의 노이즈를 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이미지 센서는 여러 개의 픽셀이 2차원 구조로 배열되어 있다. 이미지 센서의 각 픽셀은 빛의 밝기에 따라 이를 전기 신호로 변환시킨다. 이 전기 신호를 측정하면 각 픽셀에 들어오는 빛의 양을 알 수 있고, 이를 전기 신호로 변환하여 이용하여 픽셀 단위의 이미지를 구성할 수 있는 데 이와 같이 빛의 양에 상응하는 전기 신호를 수치로 표현할 수 있는 데 이를 픽셀 값이라 한다. 여기서, 각 픽셀 값은 0~255 사이의 값으로 표현될 수 있다.

이 때 픽셀 값에는 이미지 센서의 내부적인 요인 또는 외부적인 요인으로 인해 노이즈(Noise)가 포함되어 있고, 이 노이즈를 포함한 픽셀 값을 이용하여 이미지로 재현할 경우 실제 촬영한 이미지와는 차이기 생길 수 있다. 따라서 노이즈가 포함된 픽셀 값은 보정되어 노이즈가 제거되어야 한다.

도 1은 종래 이미지의 노이즈 제거 장치의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 이미지의 노이즈 제거 장치는 이미지 센서(101), 라인 메모리(103, 105, 107), 픽셀 레지스터(109 내지 125) 및 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter)(127)로 구성되어 있다.

구체적으로, 이미지 센서(101)는 이미지를 촬영하여 이미지에 상응하는 픽셀 값을 라인 메모리(103, 105, 107)에 전송한다.

저역통과필터(127)에서 노이즈가 포함된 픽셀 값을 보정하여 노이즈를 제거하기 위해서는 현재 라인의 픽셀 값 이외에도 이전 라인의 픽셀 값 및 이후 라인의 픽셀 값을 필요로 하기 때문에 라인 메모리(103, 105, 107)가 필요하다.

그 후 라인 메모리에 저장된 9개의 픽셀 값들이 픽셀 레지스터에 저장이 되고 A11의 픽셀(117)이 노이즈를 포함한 픽셀인 경우 저역통과필터(127)는 A00, A01, A02, A10, A12, A20, A21, A22의 주변 픽셀 레지스터(109, 111, 113, 115, 119, 121, 123, 125)들의 저장된 픽셀 값을 이용하여 A11의 픽셀의 노이즈를 제거한다.

A11의 픽셀 값을 보정하여 노이즈를 제거하는 방법으로는 A11의 픽셀 값을 포함하여 9개의 픽셀 값들의 평균에 의할 수 있으며, 가중치를 부여하는 탭 필터를 이용할 수도 있다.

그러나 모든 주변 픽셀 값을 이용하여 노이즈를 포함한 픽셀에서 노이즈를 제거하는 경우 에지(Edge) 방향을 가로지를 수 있으며 이 경우 블러링 효과(Blurring Effect)가 발생하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 목적은 주변 픽셀 값 차이의 절대 값 중 가장 작은 값 방향의 픽셀 값을 이용함으로써 에지 방향을 가로지르지 않고 이미지의 노이즈를 제거하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서와 결합된 노이즈 제거부에서 이미지의 노이즈를 제거하는 방법에 있어서, 상기 이미지 센서부로부터 픽셀 값을 수신하는 제1단계; 에지 방향성을 고려하여 상기 수신된 픽셀 값 중 노이즈를 포함한 픽셀을 중심으로 0도, 45도, 90도 및 135도 방향으로 서로 대향하는 주변 픽셀들간의 픽셀값의 차이의 절대 값들을 각각 구하는 제2단계; 상기 절대 값들 중 가장 작은 값에 상응하는 방향을 에지 방향으로 선택하는 제3단계; 및 상기 선택된 에지 방향에 상응하는 주변 픽셀의 픽셀 값들을 이용하여 노이즈를 제거하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법이 제공된다.

또한, 노이즈를 제거하는 방법은 상기 주변 픽셀의 픽셀값의 평균을 구하는 방법, 노이즈를 포함한 픽셀과 상기 주변 픽셀의 픽셀 값들의 평균을 구하는 방법 및 (1,2,1)/4 탭 필터를 이용하는 방법 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 의하면, 이미지 센서와 결합된 노이즈 제거부에서 이미지의 노이즈를 제거하는 장치에 있어서, 상기 이미지 센서부로부터 픽셀 값을 수신한 후 저장하는 라인 메모리; 상기 라인 메모리에 저장된 픽셀 값을 독출하여 일시 저장하는 픽셀 레지스터; 상기 픽셀 레지스터에 저장된 픽셀 값 중 노이즈를 포함한 픽셀을 중심으로 0도, 45도, 90도 및 135도 방향으로 서로 대향하는 주변 픽셀들간의 픽셀값의 차이의 절대 값들을 각각 구하고 상기 절대 값들 중 가장 작은 값에 상응하는 방향을 에지 방향으로 선택하는 비교기; 및 상기 선택된 에지 방향에 상응하는 주변 픽셀의 픽셀 값들을 이용하여 노이즈를 제거하는 저역통과필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 장치가 제공된다.

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이하, 본 발명에 따른 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 장치의 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 이미지의 노이즈 제거 장치는 이미지 센서(201), 라인 메모리(203, 205, 207), 픽셀 레지스터(209 내지 225), 비교기(227) 및 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter)(229)로 구성되어 있다.

구체적으로 이미지 센서(201)는 이미지를 촬영하여 이미지에 상응하는 픽셀 값을 라인 메모리(203, 205, 207)에 전송하고, 그 후 라인 메모리(203, 205, 207)에 저장된 9개의 픽셀 값들이 픽셀 레지스터(209 내지 225)에 저장이 된다.

한편, 비교기(227)는 A11의 픽셀(217)이 노이즈를 포함한 픽셀인 경우 에지 방향성을 고려하여 A00, A01, A02, A10, A12, A20, A21, A22의 주변 픽셀 레지스터(109, 111, 113, 115, 119, 121, 123, 125)들의 저장된 픽셀 값 차이의 절대 값을 구한다.
여기에서, A11의 픽셀(217)이 노이즈를 포함하는 픽셀인지의 여부는, 종래 사용되는 공지 기술을 이용할 수 있다. 즉, 별도의 노이즈 판단부 등에 의해 해당 픽셀이 노이즈를 포함하는가에 대한 정보를 입력받도록 하거나, 통상적인 이미지 센서에 포함되어 구현되는 회로부에서 특정 픽셀이 노이즈를 포함하는가를 판단하도록 하여, 이에 대한 정보를 비교기(227)로 전달하도록 구성할 수도 있다. 이러한 기술은 종래 기술에서 널리 이용되고 있는 것으로서, 특정 픽셀이 노이즈를 포함하는가 자체에 대한 구성은 어떠한 것이든 본 발명에 그대로 적용할 수 있다. 본 발명은 어떠한 방식에 의해서건 노이즈를 포함한 것으로 판단되는 픽셀에 대하여 노이즈를 제거하기 위한 방법에 대한 것으로서, 노이즈 포함 여부를 판단하는 구성 자체는 본 발명과는 직접적인 관련은 없는 것이므로 상세 설명은 생략한다.

그 후 저역통과필터(229)는 픽셀 값 차이의 절대 값이 가장 작은 방향의 주변 픽셀 값을 이용하여 A11의 픽셀의 노이즈를 제거한다.

이하, 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법에 대해 더욱 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법에 대한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 비교기는 에지 방향성을 고려하여 주변 픽셀 값 차이의 절대 값을 산출한다(단계 301). 그 후 비교기는 절대 값이 가장 작은 값의 방향을 선택한다(단계 303). 일반적으로 픽셀 값 차이의 절대 값이 큰 경우 에지(Edge) 방향을 가로지를 가능성이 크다. 따라서 비교기는 에지(Edge) 방향을 가로지르기 않기 위해서 절대 값이 가장 작은 값의 방향을 선택한다.

그 후 저역통과필터는 비교기가 선택한 방향의 주변 픽셀 값을 이용하여 노이즈를 포함한 픽셀의 노이즈를 제거한다. 노이즈를 포함한 픽셀의 노이즈를 제거하는 방법으로는 주변 픽셀 값의 평균을 내는 방법, 노이즈를 포함한 픽셀과 주변 픽셀의 평균을 내는 방법, (1,2,1)/4 탭 필터를 이용하는 방법 등이 있다. 이 경우 저역통과필터는 이미지의 종류와 패턴에 따라 가장 적합한 방법을 선택할 수 있다.

도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다. 도 4는 3 × 3 크기의 마스크에서 에지 방향성을 고려하여 노이즈를 제거하는 방법의 예시도이다. 도 4를 참조하면, 비교기는 A11(411)을 중심으로 0도(421), 45도(423), 90도(425), 135도(427) 방향으로 수학식 1과 같이 픽셀 값 차이의 절대 값을 구한다.

│A10-A12│, │A00-A22│,│A01-A21│,│A02-A20│

그 후 비교기는 수학식 2와 같이 절대 값 중 가장 작은 값을 선택한다.

Min{│A10-A12│, │A00-A22│,│A01-A21│,│A02-A20│ }

여기서, Min{}이란 나열된 값 중 가장 작은 값을 선택하는 것을 말한다.

예를 들어, 9개의 픽셀 레지스터에 저장된 픽셀 값이 각각 A00(401)은 200, A01(409)은 210, A02(415)는 220, A10(405)은 100, A11(411)은 230, A12(417)는 130, A20(407)은 80, A21(413)은 90, A22(419)는 100이라고 가정한다.

이 경우 A11(411)은 노이즈를 포함한 픽셀 값으로서 노이즈가 제거되어야 하는 데, 각각의 픽셀 값 차이의 절대 값을 구하면,

0도 방향 : 30

45도 방향 : 100

90도 방향 : 120

135도 방향 : 100

이다.

따라서, 비교기는 0도 방향을 선택한다.

그 후 저역통과필터는 0도 방향에 있는 A10(405), A11(411), A12(417)의 픽셀 값을 이용하여 A11(411) 픽셀의 노이즈를 제거한다.

예를 들어, 저역통과필터가 A11(411) 픽셀의 노이즈를 제거하는 방법은 수학식 3, 수학식 4, 수학식 5와 같다.

여기서, 수학식 3은 주변 픽셀 값의 평균을 구하는 방법이고, 수학식 4는 노이즈를 포함한 픽셀과 주변 픽셀 값의 평균을 구하는 방법이며, 수학식 5는 (1,2,1)/4 탭 필터를 이용하는 방법이다. 저역통과필터는 이 중 가장 적합한 수학식 3을 선택할 수 있다.

도 5a는 노이즈가 포함한 이미지를 나타내는 예시도이며, 도 5b 및 도 5c는 종래의 노이즈 제거 방법에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 나타내는 예시도이며, 도 5d 및 도 5f는 본 발명에 의한 노이즈 제거 방법에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 나타내는 예시도이다. 구체적으로 도 5b는 종래의 주변 픽셀 값과 노이즈를 포함한 픽셀 값의 평균에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도이며, 도 5c는 종래의 가중치를 이용한 ({1,2,1}, {2,4,2}, {1,2,1}/16) 탭 필터를 적용하여 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도이다. 한편, 도 5d는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 선택된 방향의 픽셀 값의 평균에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도이고, 도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 선택된 방향의 픽셀 값에 (1,2,1)/4 탭 필터를 적용하여 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도이며, 도 5f는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 선택된 방향의 주변 픽셀 값의 평균에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 나타낸 예시도이다.

도 5b 및 도 5c의 종래의 노이즈 제거 방법에 의해 노이즈를 제거한 이미지와 도 5c 내지 도 5f의 본 발명에 의한 노이즈 제거 방법에 의해 노이즈를 제거한 이미지를 비교하였을 때 본 발명에 의한 노이즈 제거 방법에 의하는 경우 블러링 효과가 최소화되기 때문에 경계가 훨씬 선명하다는 것을 알 수 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 에지 방향성을 고려한 이미지의 노이즈를 제거하는 방법 및 장치는 노이즈를 제거할 때 방향성까지 고려하기 때문에 기존의 단순한 저역통과필터만을 적용한 방법 및 장치에 비해 블러링 효과를 최소화함으로써 실제 촬영한 이미지에 훨씬 가까운 이미지를 재현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이미지 센서와 결합된 노이즈 제거부에서 이미지의 노이즈를 제거하는 방법에 있어서,

   상기 이미지 센서부로부터 픽셀 값을 수신하는 제1단계;

   에지 방향을 선택하기 위하여, 상기 수신된 픽셀 값 중 노이즈를 포함하는 픽셀을 중심으로 0도, 45도, 90도 및 135도 방향으로 서로 대향하여 위치하는 주변 픽셀간의 픽셀값의 차이의 절대값들을 상기 0도, 45도, 90도 및 135도 방향별로 각각 구하는 제2단계;

   상기 절대값들 중 가장 작은 값에 상응하는 각도를 에지 방향으로 선택하는 제3단계; 및

   상기 선택된 에지 방향에 상응하는 주변 픽셀들의 픽셀 값들을 이용하여 노이즈를 제거하는 제4단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제4단계에서 노이즈를 제거하는 방법은

   상기 주변 픽셀의 픽셀값의 평균을 구하는 방법, 노이즈를 포함한 픽셀과 상기 주변 픽셀의 픽셀 값들의 평균을 구하는 방법 및 (1,2,1)/4 탭 필터를 이용하는 방법 중 적어도 어느 하나인 것

   을 특징으로 하는 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 방법.
4. 이미지 센서와 결합된 노이즈 제거부에서 이미지의 노이즈를 제거하는 장치에 있어서,

   상기 이미지 센서부로부터 픽셀 값을 수신한 후 저장하는 라인 메모리;

   상기 라인 메모리에 저장된 픽셀 값을 독출하여 일시 저장하는 픽셀 레지스터;

   상기 픽셀 레지스터에 저장된 픽셀 값 중 노이즈를 포함한 픽셀을 중심으로 0도, 45도, 90도 및 135도 방향으로 서로 대향하여 위치하는 주변 픽셀간의 픽셀값의 차이의 절대값들을 상기 0도, 45도, 90도 및 135도 방향별로 각각 구하고 상기 절대값들 중 가장 작은 값에 상응하는 각도를 에지 방향으로 선택하는 비교기; 및

   상기 선택된 에지 방향에 상응하는 주변 픽셀들의 픽셀 값들을 이용하여 노이즈를 제거하는 저역통과필터

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 에지 방향성을 고려하여 이미지의 노이즈를 제거하는 장치.
5. 삭제

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