KR100940490B1 - 영상 화질 향상 장치 - Google Patents

Abstract

영상 화질 향상 장치가 개시된다. 입력 영상의 각 픽셀과 상기 픽셀을 중심으로 인접한 픽셀들에 대한 색차값을 구하고, 그 색차값에 대한 히스토그램의 누적분포함수를 계산하여 히스토그램 평활화를 수행하여 명암비를 향상시키고, 입력 영상의 각 휘도 성분에 대한 누적분포함수와 색차값에 대한 누적분포함수의 차이의 총합을 정규화한 전달함수를 구한 입력 영상의 각 픽셀의 채도값을 향상시킨다.

색차값, 히스토그램 평활화, 누적분포함수

Description

영상 화질 향상 장치{Apparatus for improving a quality of an image}

본 발명은 영상 처리 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 영상의 명암비 및 채도를 향상시키는 장치에 관한 것이다.

종래 화질 향상을 위한 명암비 향상 기술에는 히스토그램 평활화 방식과 히스토그램 슬라이딩 방식이 있다.

히스토그램 평활화 방식은 히스토그램에 대한 누적분포함수(CDF, Cummulative Distribution Function)를 기반으로 하며, 입력 영상에 대한 히스토그램에서 누적분포함수를 계산하고 이를 정규화한 후에 룩-업 테이블 형태로 저장하여 입력 영상에 적용하는 과정을 수행한다. 도 1은 종래 히스토그램 평활화 방식의 일 예를 도시한 도면이다.

히스토그램 슬라이딩 방식은 입력 영상의 히스토그램에서 선형 함수를 통해 입력 픽셀에 가중치를 적용한 후 히스토그램의 분포를 넓게 만드는 방법이다. 히스토그램 슬라이딩 방식에서는 매 입력 영상마다 다른 히스토그램 분포를 나타내기 때문에 언더/오버 플로우에 대한 클램핑 회로가 추가적으로 필요하다. 도 2는 종래 히스토그램 슬라이딩 방식을 적용하기 전(도 2a)과 적용한 후(도 2b)의 일 예를 도 시한 도면이다.

이와 같은 종래의 히스토그램 평활화 및 슬라이딩 방식은, 입력 영상의 휘도 성분에 대한 개선을 통해 화질을 개선하고 있으며, 단순히 히스토그램의 분포 영역을 넓혀 전체적인 영상의 휘도 및 명암비만을 향상시킨다. 이러한 영상의 휘도 및 명암비만의 개선은 과도한 밝기 변화 및 색 왜곡 현상을 야기하며, 영상 내의 물체 모서리(edge) 영역에서의 과도한 밝기 변화로 인해 물체의 떨림 현상이 나타나게 한다.

특히, 영상의 휘도 및 명암비만의 개선은 영상 내의 고주파 성분들을 강조하게 되는 문제점도 포함하므로, 이로 인해 주파수 간섭(Frequency Aliasing) 현상으로 인해 사람의 시각 시스템에서 느끼게 되는 영상의 자연스러운 표현을 방해한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실시간 처리가 요구되는 디스플레이 분야에서 디지털 영상의 화질을 향상시키는 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 화질 향상 장치의 일 실시예는, 입력 영상의 각 픽셀과 상기 픽셀을 중심으로 인접한 픽셀들에 대한 색차값을 구하는 특성 추출부; 및 상기 색차값을 기초로 히스토그램을 구하고, 상기 히스토그램의 누적분포함수를 계산하여 히스토그램 평활화를 수행하는 명암비 향상부;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 종래 기술에서 나타날 수 있는 밝기 분포의 치우침 현상을 제거하고, 이로 인해 나타나는 지나친 밝기 변화로 인한 영상 왜곡과 색상 왜곡에 대한 보정을 통해 사람의 시각 시스템에서 자연스럽고 뚜렷한 영상으로 화질을 향상시킬 수 있으며, LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치에서 더욱 선명하고 자연색에 근접한 화질 영상을 얻을 수 있도록 한다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 화질 향상 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 화질 향상 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이 다.

도 3을 참조하면, 화질 향상 장치는 특성 추출부(300), 명암비 향상부(310), 누적분포함수 연산부(320), 채도 전달함수 계산부(330) 및 채도 향상부(340)를 포함한다.

특성 추출부(300)는 입력 영상에 대한 색차값(VCD, Valud of Color Difference)을 구한다. 종래 히스토그램 평활화의 경우 모서리(edge) 영역에서의 과도한 밝기 변화로 인해 물체의 떨림 현상 등이 발생하므로, 특성 추출부(300)는 이를 해결하기 위하여 어느 한 픽셀을 중심으로 상하 좌우 각각 인접한 8개의 픽셀에 대한 색차값을 구한다. 그 색차값을 구하기 위한 수학식은 다음과 같다.

여기서, (x,y)는 픽셀의 좌표를 의미하고, I(x,y)는 (x,y) 좌표에서의 픽셀의 휘도값을 의미한다. i,j는 인접 픽셀의 수평/수직 좌표를 나타낸다.

명암비 향상부(310)는 특성 추출부(300)에서 계산된 VCD를 바탕으로 히스트그램의 누적분포함수를 계산하고, 이를 히스토그램 평활화 방식으로 명암비를 향상시킨다. 히스토그램 평활화 방식은 종래에 널리 알려진 기술이므로 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 4(a)는 종래 입력 영상의 휘도값에 대한 히스토그램의 분포를 도시한 도면이고, 도 4(b)는 본 발명에 따른 특성 추출부에 의해 구해진 VCD를 바탕으로 구한 히스토그램의 분포를 도시한 도면이다.

누적분포함수 계산부(320)는 종래 방법에 의한 휘도 성분의 누적분포함수와 VCD에 의한 누적분포함수의 차이를 계산하며, 그 계산 수학식은 다음과 같다.

여기서, CDF는 누적분포함수(commulative distribution function)를 나타내며, 누적분포함수 자체는 종래 알려진 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. X는 휘도 성분에 대한 이산신호를 의미하고, k는 각 샘플링 위치를 의미하여 일반적으로 k는 0과 255 사이의 값을 가진다. 도 5(a)는 종래 방법에 의한 휘도 성분의 누적분포함수를 도시한 그래프이고, 도 5(b)는 본 발명에 따른 VCD를 적용한 경우의 휘도 성분에 대한 누적분포함수를 도시한 그래프이고, 그리고 도 5(c)는 도 5(a) 및 도 5(b)의 두 누적분포함수의 차이를 도시한 그래프이다.

채도전달함수 계산부(330)는 누적분포함수 연산부(320)에서 계산된 누적분포함수의 차이 값의 총합에 대한 정규화 과정을 수행한 후 이를 전달함수로 표현한다. 정규화 과정과 전달함수 표현은 다음 수학과 같이 나타난다.

여기서, n은 입력 영상의 총 픽셀 수를 의미하고, n^j은 j의 채도값을 갖는 픽셀의 총수를 의미한다.

채도 향상부(340)는 채도전달함수 계산부(330)에서 표현된 채도전달함수에 입력 영상의 각 픽셀의 채도를 아래 수학식과 같이 연산하여 최종적인 향상된 채도값(T(X))을 구한다.

여기서, x는 입력 영상의 각 픽셀의 채도값을 의미하고, X_k는 k번째 샘플링 이산신호를 의미한다. 도 6은 입력 영상의 픽셀 채도와 본 발명에 따라 향상된 채도를 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 화질 향상 방법의 일 실시예의 흐름을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 화질 향상 장치(이하, 장치)는 입력 영상의 각 픽셀에 대한 색차값(VCD)를 계산한다(S700). 장치는 색차값을 기준으로 히스토그램의 누적분포 함수를 계산한 후, 종래의 히스토그램 평활화 방법을 적용하여 입력 영상의 명암비를 향상시킨다(S710).

또한, 장치는 입력 영상의 각 샘플링의 이산신호에 대하여, 입력 영상의 휘도 성분에 대한 누적분포함수와 위 과정(S700)에서 구한 VCD에 대한 누적분포함수 사이의 차이를 계산하고(S720), 그 누적분포함수의 차이 값의 총합에 대한 정규화 과정을 수행하여 채도 전달함수를 계산한다(S730). 그리고 입력 영상의 각 픽셀의 채도에 구한 채도 전달함수를 곱하여 채도가 향상된 영상을 구한다(S740).

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)에 의한 표시의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래 히스토그램 평활화 방식의 일 예를 도시한 도면,

도 2는 종래 히스토그램 슬라이딩 방식에 의한 히스토그램의 분포의 일 예를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 화질 향상 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 도면,

도 4는 종래 및 본 발명에 따른 히스토그램의 분포의 일 예를 도시한 도면,

도 5는 종래 및 본 발명에 따른 휘도 성분의 누적분포함수의 일 예를 도시한 도면,

도 6은 입력 영상의 픽셀 채도와 본 발명에 따라 향상된 채도의 일 예를 도시한 도면, 그리고,

도 7은 본 발명에 따른 화질 향상 방법의 일 실시예의 흐름을 도시한 도면이다.

Claims (3)

1. 입력 영상의 각 픽셀과 상기 픽셀을 중심으로 인접한 픽셀들에 대한 색차값을 구하는 특성 추출부; 및

   상기 색차값을 기초로 히스토그램을 구하고, 상기 히스토그램의 누적분포함수를 계산하여 히스토그램 평활화를 수행하는 명암비 향상부;를 포함하며,

   상기 특성 추출부는 상기 입력 영상의 각 픽셀의 휘도값과, 상기 픽셀의 휘도값과 상기 픽셀에 인접한 픽셀들에 대한 휘도값의 차이의 평균을 더한 값을 상기 픽셀의 색차값으로 구하는 것을 특징으로 하는 화질 향상 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 입력 영상의 각 휘도 성분에 대한 누적분포함수와, 상기 각 색차값에 대한 누적분포함수의 차이를 구하는 누적분포함수 계산부;

   상기 누적분포함수의 차이의 총합을 정규화한 전달함수를 구하는 채도 전달함수 계산부; 및

   상기 입력 영상의 각 픽셀의 채도값에 상기 전달함수를 곱하여 향상된 채도값을 구하는 채도 향상부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 향상 장치.

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