KR101070057B1 - 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

촬영 환경의 밝기에 따라 서로 다른 감마 보정을 수행할 수 있는 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법이 제공된다. 상기 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법은, 입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계; 상기 검출된 밝기값에 따라 감마 보정 곡선을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 감마 보정 곡선을 입력 영상에 적용하여 상기 입력 영상을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
감마 보정 곡선, 밝기, APEX, 노출 테이블

Description

적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법{IMAGE PROCESSING METHOD USING ADAPTIVE GAMMA CORRECTION CURVE}
본 발명은 영상 처리 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촬영 환경의 밝기에 따라 서로 다른 감마 보정을 수행할 수 있는 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법에 관한 것이다.
최근 휴대 전화에 적용되는 카메라 모듈의 고급화 요구에 따라, 5만 내지 8만 화소와 같은 고화소의 카메라 모듈이 적용되고 있다. 이러한 고화소 카메라 모듈의 적용과 더불어 고화소 카메라에 의해 촬상되는 영상의 화질을 통상의 디지털 스틸 카메라와 유사한 수준까지 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
그러나, 이러한 디지털 스틸 카메라나 휴대 전화의 카메라 모듈에 의해 캡쳐되는 디지털 이미지들은 센서의 로 데이터(Raw data)의 품질에 매우 의존적이며 특히 성능의 제약을 받는 휴대 전화에 적용되는 이미지 처리 프로세서(ISP)는 매우 제한적인 이미지 개선 처리 과정을 수행할 수 밖에 없으므로 고품질 영상을 캡쳐하는데는 큰 제약이 있다.
한편, 대부분의 이미지 처리 프로세서에는 디스플레이가 갖는 왜곡된 값을 보정할 수 있는 감마 보정 알고리즘이 적용된다. 이 감마 보정 알고리즘은 이미지 센서에 의해 생성된 영상에 감마 보정 곡선을 적용하여 색상, 영상의 밝기 또는 선명도 등을 제어할 수 있는 이미지 처리 기법 중 하나이다.
그러나 종래의 감마 보정 알고리즘에 적용되는 감마 보정 곡선은 촬영 환경의 변동에도 상관 없이 하나의 감마값(예를 들어 1/2.2)을 갖는 감마 곡선이 일률적으로 적용되었다. 이러한 종래의 감마 보정 알고리즘은 영상의 촬영이 이루어지는 환경의 밝기에 상관 없이 적용됨으로써 촬영환경에 따른 여러가지 특성을 반영한 영상 품질 개선을 이룰수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 촬영 환경의 밝기에 따라 적응적으로 감마 보정을 수행할 수 있는 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계;
상기 검출된 밝기값에 따라 감마 보정 곡선을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 감마 보정 곡선을 입력 영상에 적용하여 상기 입력 영상을 보정하는 단계
를 포함하는 적응형 감마 곡선을 이용한 영상 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 감마 보정 곡선을 결정하는 단계는, 상기 입력 영상이 나타낼 수 있는 밝기값을 복수의 구간으로 구분하고 상기 구분된 각 구간별로 사전 설정된 서로 다른 형태의 감마 보정 곡선 중 하나를 상기 입력 영상에 대해 검출된 밝기값이 속하는 구간에 따라 결정하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 밝기값은, APEX((Adaptive System of Photographic Exposure) 규격에 따른 밝기값(BV)일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계는, 사전 저장된 노출 테이블에서 상기 입력 영상에 적용된 노출시간 및 센서이득을 이용하여 밝기를 산출하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계는, 상기 노출 테이블에서 상기 입력 영상에 적용된 노출시간 및 센서이득을 확인하는 단계; 상기 확인된 노출시간 및 센서이득을 APEX((Adaptive System of Photographic Exposure) 규격에 따른 노출시간값(TV) 및 감도값(SV) 값으로 변환하는 단계; 및 상기 APEX 규격에 따른 노출시간값(TV), 감도값(SV) 및 조리개값(AV)를 이용하여 상기 밝기값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 입력 영상이 촬상된 환경의 밝기에 따라 사전에 최적화된 감마 보정 곡선을 적용함으로써, 환경의 밝기에 상관없이 일괄적인 감마값을 갖는 감마 보정 곡선을 적용하는 종래 기술에 비해 더욱 캡쳐되는 영상의 품질을 현저하게 개선할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 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. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1은 통상적인 디지털 촬상 장치에 의한 영상 처리 흐름을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(미도시)에 의해 검출된 영상은 컬러 보간(미도시)이 이루어진 후, 렌즈 쉐이딩 보상(11), 컬러보정(12), 자동 노출(13), 자동 화이트 밸런스(14)가 각각 적용되고, 이어 감마를 수정하는 단계(15)를 거친다. 감마가 수정된 영상은 휴(hue)/새츄에이션(satuation) 조정(16)이 이루어지고 이어 노이즈 억제/에지 강조(17)가 수행된 후 캡쳐(18)될 수 있다.
본 발명은 입력 영상의 밝기에 따라 서로 다른 감마 보정 곡선을 적용하여 더욱 우수한 영상 처리 효과를 얻을 수 있다. 도 1에 도시된 통상적인 디지털 촬상 장치에 의한 영상 처리 과정에서, 입력 영상의 밝기는 자동 노출(13) 과정에서 결정된 셔터 노출 시간 및 이미지 센서의 감도에 의해 결정될 수 있고, 감마 보정 곡선은 감마 수정 단계(15)에서 결정될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 영상 처리 기법은 추가적인 하드웨어를 필요로 하지 않고, 감마 수정 과정(15)에서 자동 노출에 의해 결정되는 입력 영상의 밝기 값에 따라 서로 다른 감마 보정 곡선만을 적용하면되므로, 약간의 저장공간과 단순한 변환 공식을 연산하기 위한 약간의 연산처리만 수행하여 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법은, 입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계(S21)와, 상기 검출된 밝기값에 따라 감마 보정 곡선을 결정하는 단계(S22) 및 상기 결정된 감마 보정 곡선을 입력 영상에 적용하여 상기 입력 영상을 보정하는 단계(S23)를 포함할 수 있다.
상기 입력영사의 밝기값을 검출하는 단계(S21)는, 일반적인 영상처리 과정에서 입력 영상에 적용되는 자동 노출 과정에서 사용된 노출 테이블을 이용하여 노출 시간 및 센서 이득을 이용하여 결정될 수 있다.
APEX(Adaptive System of Photographic Exposure) 규격에 따르면, 하기 식 1 및 식 2와 같이 간단한 덧셈 또는 뺄셈의 연산으로 밝기값을 구할 수 있다.
[식 1]
Figure 112009044679711-pat00001
Figure 112009044679711-pat00002
상기 식 1에서 EV는 APEX 규격에 따른 노출값이고, TV는 APEX 규격에 따른 노출 시간이며, AV는 APEX 규격에 따른 조리개값이고, BV는 APEX 규격에 따른 밝기값이며, SV는 APEX 규격에 따른 센서 감도 값이다. 이와 같이 APEX 규격에 따른 값들을 이용하는 경우 밝기값을 간단히 산출할 수 있으므로 APEX 규격에 따라 밝기값을 구하는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로, 상기 입력 영상의 밝기값(APEX 규격에 따른 밝기값)을 검출하는 단계는, 먼저 상기 노출 테이블에서 상기 입력 영상에 적용된 노출시간 및 센서이득을 확인하는 하고, 이어 상기 확인된 노출시간 및 센서이득을 APEX((Adaptive System of Photographic Exposure) 규격에 따른 노출시간값(TV) 및 감도값(SV) 값으로 변환하고, 이어 상기 식 1에 따라 상기 밝기값(BV)을 산출하는 과정으로 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 입력 영상의 자동 노출 과정(13)에서 사용되는 노출 테이블(exposure table)은 촬영 환경의 밝기 조건에 따라 노출 시간과 이미지 센서의 이득을 조절하여 촬영 환경의 밝기에 상관 없이 카메라에 의해 캡쳐된 이미지가 일정한 밝기를 유지할 수 있도록 노출시간-센서이득의 관계를 저장하고 있다. 따라서, 카메라의 프리뷰 시 노출 테이블에 의해 결정되는 노출시간-센서이득 값을 확인함으로써 촬영 환경의 밝기값을 산출할 수 있다. 이 확인된 노출시간-센서이득 값은 각각 시간(ms) 및 dB 단위로 표현되는데 APEX 규격에 따른 노출시간값(TV) 및 감도값(SV)로 변환하기 위해 하기 식 2 및 식 3을 사용할 수 있다.
[식 2]
Figure 112009044679711-pat00003
[식 3]
Figure 112009044679711-pat00004
상기 식 2 및 식 3에서 T는 시간(ms) 단위의 노출 테이블 상의 노출시간이고, N은 대략 0.3으로 결정되는 변환 상수이고, Sx는 ISO로 표현되는 센서 감도로서 센서 이득값에 따라 사전 설정된 값이다.
밝기값(BV)을 결정하기 위해 추가적으로 APEX 규격에 따른 조리개값(AV)이 필요하다. 이 APEX 규격에 따른 조리개값은 카메라의 조리개값(F/number)를 하기 식 4에 의해 변환 함으로써 결정될 수 있다.
[식 4]
Figure 112009044679711-pat00005
상기 식 4에서 A는 카메라의 조리개값(F/number)이다.
상기 식 2 내지 3에 의해 결정된 노출시간값(TV), 감도값(SV) 및 조리개 값(AV)을 상기 식 1에 적용하면 APEX 규격에 따른 입력 영상의 밝기값(BV)를 산출할 수 있다.
한편, 본 발명은 이 밝기값의 범위를 복수의 구간으로 분할하고 각 구간별로 서로 다른 형상을 갖는 감마 보정 곡선이 사전에 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 밝기값의 구간 분할의 일례를 도시한 도면이며, 도 4는 도 3의 각 밝기값 구간에 적용되는 감마 보정 곡선의 일례를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 밝기값의 구간은 크게 네 개의 구간(BV0-BV3)으로 구분 될 수 있다. 도 3에 도시된 예와 같이, 매우 어두운 200 Lux 미만의 제1 구간(BV0)과, 어두운 실내에 해당하는 200-400 Lux의 제2 구간(BV1)과, 일반적인 밝기의 실내에 해당하는 400-700 Lux의 제3 구간(BV2)과, 실외 또는 밝은 실내에 해당하는 700 Lux 이상의 제4 구간(BV3)로 구간을 나누고, 각 구간별로 도 4에 도시된 것과 같이 서로 다른 형상의 감마 조정 곡선을 적용하도록 설정할 수 있다. 도 4에 도시된 감마 조정 곡선은 해당 구간의 밝기 특성을 고려하여 입력 영상에 대해 영상의 품질을 저하시키지 않으면서 최적의 보정을 수행할 수 있도록 감마 보정 곡선의 일부 영역에서 미세하게 그 값이 조정된 곡선이다. 이러한 감마 보정 곡선의 결정은 반복적인 모의 실험을 통해 적절한 형상이 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 도 3과 같이 구분된 구간들 중에서, 입력 영상에 대해 검출된 밝기값이 속하는 결정(S22)하고, 이 구간에 대해 최적의 감마 보정을 수행할 수 있도록 사전에 설정된 감마 보정 곡선을 적용하여(S23) 영상에 대한 감마 보정을 수행한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 입력 영상이 촬상된 환경의 밝기에 따라 사전에 최적화된 감마 보정 곡선을 적용함으로써, 환경의 밝기에 상관없이 일괄적인 감마값을 갖는 감마 보정 곡선을 적용하는 종래 기술에 비해 더욱 캡쳐되는 영상의 품질을 현저하게 개선할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 통상적인 디지털 촬상 장치에 의한 영상 처리 흐름을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 밝기값의 구간 분할의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 각 밝기값 구간에 적용되는 감마 보정 곡선의 일례를 도시한 도면이다.

Claims (5)

  1. 입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계;
    상기 검출된 밝기값에 따라 감마 보정 곡선을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 감마 보정 곡선을 입력 영상에 적용하여 상기 입력 영상을 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 감마 보정 곡선을 결정하는 단계는,
    상기 입력 영상이 나타낼 수 있는 밝기값을 복수의 구간으로 구분하고 상기 구분된 각 구간별로 사전 설정된 서로 다른 형태의 감마 보정 곡선 중 하나를 상기 입력 영상에 대해 검출된 밝기값이 속하는 구간에 따라 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계;
    상기 검출된 밝기값에 따라 감마 보정 곡선을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 감마 보정 곡선을 입력 영상에 적용하여 상기 입력 영상을 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 밝기값은,
    APEX(Adaptive System of Photographic Exposure) 규격에 따른 밝기값(BV)인 것을 특징으로 하는 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계는,
    사전 저장된 노출 테이블에서 상기 입력 영상에 적용된 노출시간 및 센서이득을 이용하여 밝기를 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 입력 영상의 밝기값을 검출하는 단계는,
    상기 노출 테이블에서 상기 입력 영상에 적용된 노출시간 및 센서이득을 확인하는 단계;
    상기 확인된 노출시간 및 센서이득을 APEX((Adaptive System of Photographic Exposure) 규격에 따른 노출시간값(TV) 및 감도값(SV) 값으로 변환하는 단계; 및
    상기 APEX 규격에 따른 노출시간값(TV), 감도값(SV) 및 조리개값(AV)를 이용하여 상기 밝기값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 감마 보정 곡선을 이용한 영상 처리 방법.
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