KR101072877B1 - 색 보간 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

색 보간 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 색 보간 방법은, 현재 화소와 다른 종류의 초기 화소값 및 초기 화소 값과 현재 화소의 화소값의 차인 초기 화소차를 설정하는 단계, 초기 화소값, 초기 화소차 및 현재 화소의 화소값를 이용하여 현재 화소 영역을 평탄 영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역 중 어느 하나로 구분하는 단계 구분된 영역에 대응되는 마스크를 설정하는 단계 마스크에 대응되는 가중치를 산출하고, 가중치, 초기 화소값 및 초기 화소차를 이용하여 상기 현재 화소 영역을 보간하는 단계를 포함한다. 그리하여 잡음을 고려하면서 색상을 보간하기 때문에 계산 효율이 항상되고, 고해상도의 영상을 획득할 수 있다.
색, 보간, 초기값, 화소값, 화소차, 가중치

Description

색 보간 방법 및 그 장치{THE METHOD FOR DEMOSAICING COLOR AND THE APPARATUS THEREOF}
색 보간 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잡음 영향을 고려하면서 색을 보간하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 카메라나 캠코더는 필름대신에 CCD나 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 사용한다. CCD나 CMOS는 한 픽셀(pixel)에서 렌즈를 통해 센서에 인가된 밝기 값을 디지털 신호로 바꿔주는 장치이다. 즉, 이미지 센서를 이용해 받아들이는 값은 밝기 값으로, 우리가 눈으로 보는 컬러 영상이 아닌 흑백영상을 받아들이게 된다.
컬러 영상을 획득하기 위해서는 각 픽셀마다 R, G, B의 필터가 씌워진 센서를 사용하여 모든 점(픽셀)에서 R, G, B값을 얻으면 컬러 영상을 얻을 수 있다. 이때, R, G, B를 사용하는 이유는 빛의 3원색이기도 하고, 인간의 눈 속에 있는 원추 세포들이 주로 반응하는 파장대의 대역이기도 하기 때문이다.
이와 같이, 고화질의 컬러 영상을 얻기 위해서는 흑백영상에 비해 3배의 CCD나 CMOS의 픽셀수가 필요하다. 센서의 가격이 카메라의 가격 결정에 큰 영향을 미 치는 고가의 소자이기 때문에 방송장비들의 경우는 고가의 3CCD(3개의 CCD에서 각각 R, G, B를 받아들여 원색을 얻는다.)를 사용하지만 일반 사용자의 경우는 감당하기 어려운 가격이고 3CCD를 위한 내부에 들어가는 추가 기술 때문에 널리 사용되지 않는다. 그리하여 대부분의 디지털 영상 획득 장치는 단일 CCD 혹은 CMOS와 같은 영상 센서를 사용한다.
한편, 단일 영상 센서의 경우 여러 채널의 컬러 정보 중에서 하나의 컬러 정보를 저장하기 때문에 완전한 영상의 정보를 얻어내기 위해서는 픽셀에 저장되지 않은 다른 채널의 컬러 정보를 그 픽셀의 주변 픽셀 정보로부터 보간해야 한다. 이러한 과정을 컬러 보간(color interpolation)이라고 한다.
한편, 영상 센서가 동작하는 동안 잡음이 발생하게 되는데, 상기한 잡음은 신호에 의존적인 특성을 갖는다. 상기한 잡음을 제거하기 위한 연구도 오래전부터 계속되어 오고 있으며 기본적으로 저역 통과 필터를 이용하여 잡음을 제거하였다.
하지만 색상 보간과 잡음 제거를 개별적으로 수행하게 되는 경우 몇 가지 문제가 발생한다.
먼저 색상 보간 전에 잡음 제거를 수행할 경우에는 잡음제거에 사용되는 화소수의 부족으로 인해서 잡음제거의 효율성이 떨어지고, 잡음제거에 의해서 색상 필터 배열 영상이 열화가 되어 색상 보간시 오류를 발생할 수 있다.
또한, 색상 보간후에 잡음이 제거될 경우, 색상 보간 과정에 의해서 각 채널간의 잡음이 혼합되어서 그 특성이 변하게 되고 또한 잡음에 의해서 색상 보간 과정에서 오류가 발생하게 된다.
이러한 잡음 및 오류는 잡음제거 필터에 의해서 쉽게 제거되지 않는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 잡음을 고려하면서 색상을 보간하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 색 보간 방법은, 현재 화소와 다른 종류의 초기 화소값 및 상기 초기 화소 값과 상기 현재 화소의 화소값의 차인 초기 화소차를 설정하는 단계; 상기 초기 화소값, 상기 초기 화소차 및 상기 현재 화소의 화소값를 이용하여 현재 화소 영역을 평탄 영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역 중 어느 하나로 구분하는 단계; 상기 구분된 영역에 대응되는 마스크를 설정하는 단계; 및 상기 마스크에 대응되는 가중치를 산출하고, 상기 가중치, 상기 초기 화소값 및 상기 초기 화소차를 이용하여 상기 현재 화소 영역을 보간하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 초기 화소값은, 상기 현재 화소와 인접하는 상방향의 화소값, 상기 현재 화소와 인접한 하방향의 화소값, 현재 화소의 화소값, 상기 현재 화소에 동일한 상단 및 하단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수직 방향의 초기 화소값이 설정되고, 상기 현재 화소와 인접한 좌방향의 화소값, 상기 현재 화소와 인접하는 우방향의 화소값, 상기 현재 화소의 화소값, 상기 현재 화소와 동일한 좌단 및 우단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수평 방향의 초기 휘도 값이 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 현재 화소가 색상 화소인 경우 상기 초기 화소값은 휘도 화소이고, 상기 현재 화소가 휘도 화소인 경우 상기 초기 화소값은 색상 화소인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 초기 화소값과 현재 화소의 화소값을 이용하여 수평 방향의 초기 화소차 및 수직 방향의 초기 화소차가 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스크를 설정하는 단계는, 상기 구분된 영역의 종류에 따라 다른 형태의 마스크를 설정하는 제1 마스크 설정 단계; 및 설정된 마스크를 상기 현재 화소를 중심으로 상하방향 또는 좌우방향으로 분할하는 제2 마스크 설정단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1 마스크 설정 단계는, 상기 현재 화소 영역이 평탄 영역인 경우, 상기 현재 화소 영역을 포함하는 복수개의 열 및 행이 포함된 정사각형 형태의 마스크를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 마스크 설정 단계는, 상기 현재 화소 영역이 에지 영역인 경우, 상기 현재 화소 영역을 포함하는 단일 행 또는 열로 구성된 직사각형 형태의 마스크를 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 가중치는 상기 마스크에 대해 산출된 분산값에 반비례하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 현재 화소 영역을 보간하는 단계는, 상기 가중치 및 상기 초기 화소값의 곱에 대한 평균으로 현재 화소 영역의 화소값을 보간하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 현재 화소 영역을 보간하는 단계는, 상기 가중치 및 상기 초기 화소차의 곱에 대한 평균으로 현재 화소 영역의 화소차를 보간하는 것이 바람지하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 색 보간 장치는, 현재 화소와 다른 종류의 초기 화소값 및 상기 초기 화소 값과 상기 현재 화소의 화소값의 차인 초기 화소차를 설정하는 초기값 설정부; 상기 초기 화소값, 상기 초기 화소차 및 상기 현재 화소의 화소값를 이용하여 현재 화소 영역을 평탄 영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역 중 어느 하나로 구분하는 영역 구분부; 상기 구분된 영역에 대응되는 마스크를 설정하는 마스크 설정부; 및 상기 마스크에 대응되는 가중치를 산출하고, 상기 가중치, 상기 초기 화소값 및 상기 초기 화소차를 이용하여 상기 현재 화소 영역을 보간하는 보간부;를 포함한다.
그리고, 상기 초기 화소값은, 상기 현재 화소와 인접하는 상방향의 화소값, 상기 현재 화소와 인접한 하방향의 화소값, 현재 화소의 화소값, 상기 현재 화소에 동일한 상단 및 하단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수직 방향의 초기 화소값이 설정되고, 상기 현재 화소와 인접한 좌방향의 화소값, 상기 현재 화소와 인접하는 우방향의 화소값, 상기 현재 화소의 화소값, 상기 현재 화소와 동일한 좌단 및 우단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수평 방향의 초기 휘도 값이 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 초기 화소값과 현재 화소의 화소값을 이용하여 수평 방향의 초기 화소차 및 수직 방향의 초기 화소차가 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스크 설정부는, 상기 구분된 영역의 종류에 따라 다른 형태의 마스크를 설정하는 제1 마스크 설정부; 및 설정된 마스크를 상기 현재 화소를 중심으로 상하방향 또는 좌우방향으로 분할하는 제2 마스크 설정부;를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1 마스크 설정부는, 상기 현재 화소 영역이 평탄 영역인 경우, 상기 현재 화소 영역을 포함하는 복수개의 열 및 행이 포함된 정사각형 형태의 마스크를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 마스크 설정부는, 상기 현재 화소 영역이 에지 영역인 경우, 상기 현재 화소 영역을 포함하는 단일 행 또는 열로 구성된 직사각형 형태의 마스크를 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 가중치는, 상기 마스크에 대해 산출된 분산값에 반비례하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보간부는, 상기 가중치 및 상기 초기 화소값의 곱에 대한 평균으로 현재 화소 영역의 화소값을 보간하는 화소값 보간부;를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 보간부는, 상기 가중치 및 상기 초기 화소차의 곱에 대한 평균으로 현재 화소 영역의 화소차를 보간하는 화소차 보간부;를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 촬영장치는, 상기 영상 센서; 및 상기 영상 센서에서 인가된 CFA의 베이어 포맷에서 현재 화소와 다른 종 류의 초기 화소값 및 상기 초기 화소 값과 상기 현재 화소의 화소값의 차인 초기 화소차를 설정하고, 상기 초기 화소값, 상기 초기 화소차 및 상기 현재 화소의 화소값를 이용하여 현재 화소 영역을 평탄 영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역 중 어느 하나로 구분하며, 상기 구분된 영역에 대응되는 마스크를 설정하고, 상기 마스크에 대응되는 가중치를 산출하며, 상기 가중치, 상기 초기 화소값 및 상기 초기 화소차를 이용하여 상기 현재 화소 영역을 보간하는 색 보간부;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 잡음을 고려하면서 색상을 보간하기 때문에 계산 효율이 항상되고, 고해상도의 영상을 획득할 수 있다.
또한, 잡음을 고려하면서 색상을 보간하기 때문에 영상 처리 과정 중 색상 보간 후의 처리 과정의 성능이 향상되는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이어 CFA(Color Filter Array)의 베이어 포맷을 예시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, CFA의 베이어 포맷은 휘도 성분인 G가 50%, 색성분인 R과 B가 각각 25%의 비율로 분포되어 있다. 이때, R, B는 서로 다른 라인에 교대로 배열되어 있고, G는 그러한 상기 R, B 사이에 위치하게 된다. 여기서, 각 베이어 패턴의 각 화소로부터 3가지 칼라 정보를 획득하는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 보간 장치의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 색의 잡음을 제거하면서 색 보간을 하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 색 보간 장치는 초기값 설정부(210), 영역 구분부(220), 마스크 생성부 및 보간부(240)를 포함한다.
구체적으로 초기값 설정부(210)는 색상 영역에서 초기 화소 값 및 초기 화소값과 기존재하는 화소값의 차인 초기 화소차를 설정하며(S310), 영역 구분부(220)는 수직 방향의 화소 차, 수평 방향의 화소 차 및 수평 방향의 초기 화소값과 수직 방향의 초기 화소값에 대한 차를 이용하여 화소 영역이 평탄 영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역 중 어느 하나인지 구분한다(S320). 그리고, 마스크 결정부는 영역의 특성에 따라 다른 형태의 마스크를 설정하고(S330), 보간부(240)는 설정된 마스크에 대응되는 가중치를 계산하고, 상기한 가중치, 초기 화소값 및 초기 화소차를 이용하여 보간된 휘도값 및 보간된 화소차를 생성하여 영상을 보간한다(S340).
이하 색 보간 장치의 각 구성요소의 기능을 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초기값 설정부(210)의 세부 구성요소에 대한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초기값을 설정하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 초기값 설정부(210)는 임시로 보간된 초기 화소값을 설정하는 초기 화소값 설정부(410) 및 임시로 보간된 초기 화소차를 설정하는 초기 화소차 설정부(420)를 포함한다. 여기서 화소는 R, G, B를 의미하고, 그 중 G는 휘도라고 하며, R 및 B는 색상이라고 한다.
예를 들어, CFA의 베이어 포맷에서 (i,j) 영역에는 색상 화소가 있고, (i+1,j)영역에는 G 화소가 있으며, (i+1,j+1) 영역에는 (i,j)영역의 색상 화소와 다른 색상 화소가 있다고 가정한다. 즉, (i,j) 영역에 R 화소가 있다고 하면, (i+1,j+1) 영역에는 B 화소가 있다.
또한, 설명의 편의를 도모하기 위해 (i,j) 영역의 화소를 현재 색상 화소라고 하면, (i-2,j)영역의 화소를 좌단 색상 화소, (i+2,j)영역의 화소를 우단 색상 화소, (i,j-2)영역의 화소를 상단 색상 화소 및 (i,j+2)영역의 화소를 하단 색상 화소라고 칭한다. 또한, (i-1,j)영역의 G화소를 좌단 휘도 화소, (i+1,j)영역의 G화소를 우단 휘도 화소, (i,j-1)영역의 G화소를 상단 휘도 화소 및 (i,j+1)영역의 G 화소를 하단 휘도 화소라고 칭한다.
(i,j)영역에는 색상 화소가 있다고 가정하였기 때문에 (i,j)영역에 대하여 초기 화소 값 설정부는 수직 방향의 초기 휘도값 및 수평 방향의 초기 휘도값을 설정하는데, (i, j)영역을 중심으로 상하좌우에 있는 휘도 값, 현재 색상 값 및 (i, j)영역을 중심으로 상하좌우에 있는 색상 값을 이용하여 수직 방향의 초기 휘및 수평 방향의 초기 휘도값을 설정한다
구체적으로, 초기 화소값 설정부(410)는 현재 화소와 인접한 좌방향의 화소값, 현재 화소와 인접하는 우방향의 화소값, 현재 화소의 화소값, 현재 화소와 동일한 좌단 및 우단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수평 방향의 초기 휘도 값을 설정하며, 현재 화소와 인접하는 상방향의 화소값, 현재 화소와 인접한 하방향의 화소값, 현재 화소의 화소값, 현재 화소에 동일한 상단 및 하단의 화소에 대한 화소 값을 기초로 수직 방향의 초기 화소값을 설정한다(S510).
(i,j)영역은 색상 영역이라고 하였기 때문에 초기 화소값 설정부(410)는 수평 방향의 초기 휘도값 및 수직방향의 초기 휘도값을 설정한다. 보다 구체적으로, 초기 화소값 설정부(410)는 하기 수학식 1과 같이 수평 방향의 초기 휘도값(
Figure 112009080652936-pat00001
) 및 수직 방향의 초기 휘도값(
Figure 112009080652936-pat00002
)을 설정한다.
Figure 112009080652936-pat00003
Figure 112009080652936-pat00004
Figure 112009080652936-pat00005
Figure 112009080652936-pat00006
Figure 112009080652936-pat00007
여기서, 현재 화소값이고, , 각각은 현재 화소와 인접하는 좌방향의 화소값, 현재 화소와 인접한 우방향의 화소값이며, , 각각은 현재 화소에 동일한 좌단 및 우단의 화소에 대한 화소값이다.
그리고,
Figure 112009080652936-pat00008
,
Figure 112009080652936-pat00009
각각은 현재 화소와 인접한 상방향의 화소값, 현재 화소와 인접하는 하방향의 화소값이고,
Figure 112009080652936-pat00010
,
Figure 112009080652936-pat00011
각각은 현재 화소와 동일한 상단 및 하단의 화소에 대한 화소값이다.
한편, 초기 화소차 설정부(420)는 상기한 초기 화소값과 현재 화소의 화소값을 이용하여 수평 방향의 초기 화소차 및 수직 방향의 초기 화소차를 설정한다(S520). 구체적으로 수평 방향의 초기 화소차는 수평 방향의 초기 화소값에서 현재 영역의 화소값을 뺀값을 이용하여 설정되고, 수직 방향의 초기 화소차는 수직 방향의 초기 화소값에서 현재 영역의 화소값을 뺀 값을 이용하여 설정된다.
본 실시예에서는 현재 영역이 색상 영역이므로 초기 화소차 설정부(420)는 하기 수학식 2와 같은 수평 방향의 초기 화소차(
Figure 112009080652936-pat00012
) 및 수직 방향의 초기 화소차(
Figure 112009080652936-pat00013
)를 설정한다.
Figure 112009080652936-pat00014
이와 같이 임시로 보간된 초기 값을 이용하여 잡음이 제거된 색 보간을 할 수 있다. 잡음 제거 및 색상 보간에 유용하다.
또한, 만약 (i,j)영역은 휘도 영역이라고 한다면 초기 화소값 설정부(410)는 수평 방향의 초기 휘도값 및 수직방향의 초기 색상값을 하기 수학식 3와 같이 설정한다.
Figure 112009080652936-pat00015
그리고, 초기 화소차 설정부(420)는 하기 수학식 5와 같은 수평 방향의 초기 화소차 및 수직 방향의 초기 화소차를 설정한다.
Figure 112009080652936-pat00016
이하에서는 현재 영역이 색상 영역인 경우의 색 보간에 대해 설명한다. 그러나, 현재 영역이 휘도 영역인 경우, 하기에 언급된 휘도값은 색상 값이 될 것이고, 색상값은 휘도값이 된다는 것은 당연하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 구분부의 세부 블록도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 영역을 구분하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
영역 구분부(220)는 수평 방향의 화소 차를 산출하는 제1 화소차 산출부(610), 수직 방향의 화소차를 산출하는 제2 화소차 산출부(620), 수평 방향의 초기 화소값과 수직 방향의 초기 화소값의 차에 대한 절대값을 산출하는 제3 화소차 산출부(630), 영역을 평탄영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역으로 판단하는 영역 판단부(640)를 포함한다.
제1 화소차 산출부(610)는 현재 화소 영역을 기준으로 현재 화소 및 주변 화소에 대한 화소 차를 이용하여 제1 화소차인 수평방향의 화소차를 산출하는데, 구체적으로, 수평 방향의 화소차는 상단의 휘도 값, 하단의 휘도 값, 현재 색상 값, 상단의 색상값 및 하단의 색상값을 이용하여 산출한다(S710).
보다 구체적으로, 수평방향의 화소차(
Figure 112009080652936-pat00017
)는 하기 수학식 5과 같이 산출 된다.
Figure 112009080652936-pat00018
여기서, A는 R 또는 B이다.
그리고, 제2 화소차 산출부(620)는 현재 화소 영역을 기준으로 현재 화소 및 주변 화소에 대한 화소 차를 이용하여 제2 화소차인 수평방향의 화소차를 산출하는데, 구체적으로, 수직 방향의 화소 차는 좌단의 휘도값, 우단의 휘도 값, 현재 색상 값, 좌단의 색상값 및 우단의 색상값을 이용하여 산출된다(S720).
보다 구체적으로 수직방향의 화소차(
Figure 112009080652936-pat00019
)는 하기 수학식 6와 같인 산출된다.
Figure 112009080652936-pat00020
여기서, A는 R 또는 B이다.
한편, 제3 화소 산출부는 수평방향의 초기 화소값과 수직방향의 초기 화소값의 차에 대한 차를 이용하여 제3 화소차(
Figure 112009080652936-pat00021
)를 산출하는데 하기 수학식 7와 같다(S730).
Figure 112009080652936-pat00022
영역 판단부(640)는 앞서 산출된 제1 화소차 내지 제3 화소차를 임계값과 비교함으로써 화소의 영역을 판단한다(S730).
구체적으로, 하기 수학식 8과 같이, 영역 판단부(640)는 현재 화소가 제1 화소차와 제2 화소차의 차에 대한 절대값이 에지 임계값보다 크면(S740-Y) 에지 영역으로 판단한다(S750).
그리고, 영역 판단부(640)는 현재 화소가 제1 화소차와 제2 화소차의 차에 대한 절대값이 에지 임계값보다 작고 제3 화소차가 평탄 임계값보다 크면(S740-N, S760-Y) 패턴 에지 영역으로 판단하고(S770), 제1 화소차와 제2 호소차에 대한 절대값이 에지 임계값보다 작고 제3 화소차가 평탄 임계값보다 작으면(S740-N, S760-N) 평탄 영역으로 판단한다(S780).
Figure 112009080652936-pat00023
여기서
Figure 112009080652936-pat00024
는 에지 임계값이고,
Figure 112009080652936-pat00025
는 평탄 임계값이다.
상기와 같이 영역을 구분하여, 영역에 따라 마스크를 다르게 설정하고, 설정된 마스크를 기준으로 가중치를 다르게 적용함으로써 색상 보간을 수행하게 되면, 잡음을 제거하면서 색상을 보간하게 되는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 설정부(230)의 세부 블록도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역의 종류에 따라 다른 형태의 마스크를 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
마스크 설정부(230)는 영역의 종류에 따라 다른 형태의 마스크를 설정하는데 제1 마스크 설정부(810) 및 제1 마스크 설정부(810)에서 설정된 마스크를 분할하는 제2 마스크 설정부(820)를 포함한다.
제1 마스크 설정부(810)는 영역의 종류에 따라 다른 형태의 마스크인 정사각형 형태 또는 직사각형 형태의 마스크를 설정한다(S910). 구체적으로, 화소 영역이 평탄 영역인 경우, 제1 마스크 설정부(810)는 현재 화소 영역을 중심으로 복수 개의 열 및 행이 포함된 정사각형 형태의 마스크를 설정한다. 그러나, 화소 영역이 패턴 에지 영역 또는 에지 영역인 경우에는 현재 영역을 중심으로 단일의 열 또는 행이 포함된 직사각형 형태의 마스크를 설정한다.
그리고, 제2 마스크 설정부(820)는 제1 마스크 설정부(810)에서 설정된 마스크를 현재 영역을 중심으로 좌방향 및 우방향으로 분할하여 제1 서브 마스크 및 제2 서브 마스크를 설정하고, 수직 방향의 초기 휘도값의 가중치를 구하기 위하여 상기한 마스크를 현재 영역을 중심으로 상방향 및 하방향으로 분할하여 제3 서브 마스크 및 제4 서브 마스크를 설정한다(S920).
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역에 따라 다른 형태의 마스크 설정과 관련된 도면이다.
평탄 영역에 대해서는 도 10에 도시된 바와 같이, 수평 방향의 초기 화소값 및 초기 화소차에 대한 가중치를 산출하기 위해 제1 마스크 설정부(810)는 복수 개의 열 및 행이 포함된 정사각형 형태의 마스크를 설정하고, 제2 마스크 설정부(820)는 수평 방향에 대한 가중치를 구하기 위해 상기한 마스크를 다시 상방향 및 하방향으로 분할하여 제1 서브 마스크 및 제2 서브 마스크를 설정한다. 그리고, 수직 방향의 초기 화소값 및 초기 화소차에 대한 가중치를 산출하기 위해 제2 마스크 설정부(820)는 제1 마스크 설정부(810)엣 설정된 마스크를 좌방향 및 하방향으로 분할하여 제3 서브 마스크 및 제4 서브 마스크를 설정한다. 평탄 영역에서 정사각형 형태의 마스크를 설정하는 이유는 평탄 영역의 경우 잡음의 영향을 많이 받기 때문에 이를 효과적으로 제거하기 위함이다.
에지 영역에 대해서는 도 11에 도시된 바와 같이, 수평 방향의 초기 화소값 및 초기 화소차에 대한 가중치를 산출하기 위해 제1 마스크 설정부(810)는 현재 영역을 포함하는 단일 행이 포함된 직사각형 형태의 마스크를 설정하고, 제2 마스크 설정부는 현재 영역을 중심으로 상기한 마스크를 우방향 및 좌방향으로 분할하여 제1 서브 마스크 및 제2 서브 마스크를 설정한다. 그리고, 수직 방향의 초기 화소값 및 초기 화소차에 대한 가중치를 산출하기 위해 제1 마스크 설정부(810)는 현재 영역을 포함하는 단일 열이 포함된 직사각형 형태의 마스크를 설정하고, 제2 마스크 설정부(820)는 현재 영역을 중심으로 상기한 마스크를 상방향 및 하방향으로 분할하여 제3 서브 마스크 및 제4 서브 마스크를 설정한다. 에지 영역에서 직사각형 형태의 마스크를 설정하는 이유는 에지 영역의 경우 색보간시 에지의 방향을 결정하기 위함이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 에지 영역에 적용되는 마스크의 형태를 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 수평 방향의 초기 화소값 및 초기 화소차에 대한 가중치를 산출하기 위해 제1 마스크 설정부(810)는 단일 행이 포함된 직사각형 형태의 마스크를 복수개 설정하고, 제2 마스크 설정부(820)는 현재 영역을 기준으로 상기한 복수 개의 마스크 각각을 우방향 및 좌방향으로 분할하여 복수 개의 제1 서브 마스크 및 복수 개의 제2 서브 마스크를 설정한다. 그리고, 수직 방향의 초기 화소값 및 초기 화소차에 대한 가중치를 산출하기 위해 제1 마스크 설정부(810)는 단일 열이 포함된 직사각형 형태의 마스크를 복수 개 설정하고, 제2 마스크 설정부(820)는 현재 영역을 기준으로 상기한 복수개의 마스크 각각을 상방향 및 하방향으로 분할하여 복수 개의 제3 서브 마스크 및 복수 개의 제4 서브 마스크를 설정한다. 패턴 에지 영역에서 직사각형 형태의 마스크를 복수 개 설정하는 이유는 패턴 에지 영역의 경우 에지 방향 결정이 어려워서 주변화소에서의 에지 방향성을 고려하기 위함이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 보간부의 세부 블록도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 영향을 고려하여 가중치를 산출하고, 산출된 가중치를 적용하여 색보간하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
색보간부(240)는 가중치 산출부(1310), 화소값 보간부(1320) 및 화소차 보간부(1330)를 포함한다.
가중치 산출부(1310)는 마스크 설정부(230)에서 설정된 각 서브 마스크에 대해 분산값을 산출하고, 상기한 분산값에 반비례하는 가중치를 산출한다(S1410). 보 다 구체적으로 가중치 산출부(1310)는 하기 수학식 9과 같이 각 서브 마스크에 대해 가중치(
Figure 112009080652936-pat00026
)를 산출하는 것이 바람직하다.
Figure 112009080652936-pat00027
여기서
Figure 112009080652936-pat00028
,
Figure 112009080652936-pat00029
는 미리 정의된 임계값이고,
Figure 112009080652936-pat00030
은 좌방향, 우방향 상방향 및 하방향(L, R, T, B) 중 어느 하나를 가리킨다.
Figure 112009080652936-pat00031
및
Figure 112009080652936-pat00032
이 임계치보다 클 경우 그 값은 에지를 가로지르는 경우이므로 이 경우는 가중치값을 0으로 정함으로써 에지를 가로지르지 않도록 색상 보간의 방향을 결정한 것이다.
한편,
Figure 112009080652936-pat00033
는 수정된 형태의 NLM 필터를 사용하며 하기 수학식 10과 같이 산출된다.
Figure 112009080652936-pat00034
여기서
Figure 112009080652936-pat00035
는 잡음 제거에 사용되는 국부 영역이며 각 영역에 따라서 도 10~12와 같이 결정된다.
Figure 112009080652936-pat00036
는 그림 (b), (d)의 위쪽 영역의 마스크,
Figure 112009080652936-pat00037
는 그림 (b), (d)의 아래쪽 영역의 마스크,
Figure 112009080652936-pat00038
는 그림 (a), (c)의 왼쪽 영역의 마스크,
Figure 112009080652936-pat00039
는 그림 (a), (c)의 오른쪽 영역의 마스크를 의미한다.
Figure 112009080652936-pat00040
는
Figure 112009080652936-pat00041
내부의 화소의 개수이다.
그리고, 수학식10에 적용되는 가중치 함수 e는 하기 수학식 11과 같이 정의된다.
Figure 112009080652936-pat00042
여기서,
Figure 112009080652936-pat00043
이고,
Figure 112009080652936-pat00044
는 두 화소간의 유사성 판단을 위해 사용되는 마스크를 의미한다. 이를 보다 용이하게 설명하기 위해 도 15를 참조한다. 도 15는 두 화소간의 유사성 판단을 위해 사용되는 마스크를 도시한 도면이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 엷은 색의 마스크와 진한 색의 마스크는 (i,j) 위치와 (p,q)위치 화소의 유사도를 측정하는 마스크로서, 이 마스크를 수학식 11에서
Figure 112009080652936-pat00045
으로 표현한다.
그리고 (m,n)은 마스크 내부의 화소를 의미한다.
그리하여, 수학식 7에 적용되는 분산값은 하기 수학식 12과 같다.
Figure 112009080652936-pat00046
여기서
Figure 112009080652936-pat00047
는
Figure 112009080652936-pat00048
내부의 화소의 개수이다.
화소값 보간부(1320)는 가중치 산출부(1310)에서 산출된 가중치와 초기 화소 값의 곱에 대한 평균으로 화소 값을 보간하며, 보다 구체적으로는 하기 수학식 13과 같이 보간된 화소값(
Figure 112009080652936-pat00049
)을 출력한다.(S1420).
Figure 112009080652936-pat00050
그리고, 화소차 보간부(1330)는 가중치 산출부(1310)에서 산출된 가중치와 초기 화소 차의 곱에 대한 평균으로 화소 차를 보간하며, 보다 구체적으로는 하기 수학식 14와 같이 보간된 화소차(
Figure 112009080652936-pat00051
)를 출력한다.
Figure 112009080652936-pat00052
이와 같이 색보간을 수행하면 잡음이 제거된 색보간을 할 수 있다.
본 실시예에서는 색상 영역에서 잡음이 제거된 색보간에 대하여 설명하였다. 휘도 영역에서 잡음이 제거된 색보간도 색상 영역에서 잡음이 제거된 색보간과 동일한 방식으로 진행되므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 16은 종래의 색 보간 방법을 사용한 영상과 본 발명의 일 실시예에 따른 색 보간 방법을 사용한 영상을 비교하여 보여주는 예시도이다. 도 16의 (a)에 비해 도 16의 (b)의 영상이 잡음이 제거되었음을 확인할 수 잇다.
본 색 보간 장치는 독립적인 장치로 구현될 수도 있으나, 촬영장치의 일 구성요소로 구현될 수 있음도 물론이다. 상기한 색 보간 장치는 영상 센서에서 촬영된 영상을 보간한다. 그리고, 상기한 영상은 CCD 및 CMOS 중 어느 하나에 의해 촬영된 것으로 CFA(Color Filter Array)의 베이어 포맷인 것이 바람직하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지 만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이어 CFA(Color Filter Array)의 베이어 포맷을 예시한 도면,
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 보간 장치의 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 색의 잡음을 제거하면서 색 보간을 하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초기값 설정부(210)의 세부 구성요소에 대한 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초기값을 설정하는 과정을 설명하는 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 구분부의 세부 블록도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 화소 영역을 구분하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 설정부(230)의 세부 블록도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역의 종류에 따라 다른 형태의 마스크를 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 영역에 따라 다른 형태의 마스크 설정과 관련된 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 보간부의 세부 블록도,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 영향을 고려하여 가중치를 산출하 고, 산출된 가중치를 적용하여 색보간하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 15는 두 화소간의 유사성 판단을 위해 사용되는 마스크를 도시한 도면,
도 16은 종래의 색 보간 방법을 사용한 영상과 본 발명의 일 실시예에 따른 색 보간 방법을 사용한 영상을 비교하여 보여주는 예시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
210: 초기값 설정부 220: 영역 구분부
230: 마스크 설정부 240: 보간부
410: 초기 화소값 설정부 420: 초기 화소차 설정부
610: 제1 화소차 산출부 620: 제2 화소차 산출부
630: 제3 화소차 산출부 640: 영역 판단부
1310: 가중치 산출부 1320: 화소값 보간부
1330: 화소차 보간부

Claims (20)

  1. 현재 화소와 다른 종류의 초기 화소값 및 상기 초기 화소 값과 상기 현재 화소의 화소값의 차인 초기 화소차를 설정하는 단계;
    상기 초기 화소값, 상기 초기 화소차 및 상기 현재 화소의 화소값를 이용하여 현재 화소 영역을 평탄 영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역 중 어느 하나로 구분하는 단계;
    상기 구분된 영역에 대응되는 마스크를 설정하는 단계; 및
    상기 마스크에 대응되는 가중치를 산출하고, 상기 가중치, 상기 초기 화소값 및 상기 초기 화소차를 이용하여 상기 현재 화소 영역을 보간하는 단계;를 포함하는 색 보간 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 초기 화소값은,
    상기 현재 화소와 인접하는 상방향의 화소값, 상기 현재 화소와 인접한 하방향의 화소값, 현재 화소의 화소값, 상기 현재 화소에 동일한 상단 및 하단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수직 방향의 초기 화소값이 설정되고, 상기 현재 화소와 인접한 좌방향의 화소값, 상기 현재 화소와 인접하는 우방향의 화소값, 상기 현재 화소의 화소값, 상기 현재 화소와 동일한 좌단 및 우단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수평 방향의 초기 휘도 값이 설정되는 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 현재 화소가 색상 화소인 경우 상기 초기 화소값은 휘도 화소이고,
    상기 현재 화소가 휘도 화소인 경우 상기 초기 화소값은 색상 화소인 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 초기 화소값과 현재 화소의 화소값을 이용하여 수평 방향의 초기 화소차 및 수직 방향의 초기 화소차가 설정되는 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크를 설정하는 단계는,
    상기 구분된 영역의 종류에 따라 다른 형태의 마스크를 설정하는 제1 마스크 설정 단계; 및
    설정된 마스크를 상기 현재 화소를 중심으로 상하방향 또는 좌우방향으로 분할하는 제2 마스크 설정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 마스크 설정 단계는,
    상기 현재 화소 영역이 평탄 영역인 경우, 상기 현재 화소 영역을 포함하는 복수개의 열 및 행이 포함된 정사각형 형태의 마스크를 설정하는 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 마스크 설정 단계는,
    상기 현재 화소 영역이 에지 영역인 경우, 상기 현재 화소 영역을 포함하는 단일 행 또는 열로 구성된 직사각형 형태의 마스크를 설정하는 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 가중치는
    상기 마스크에 대해 산출된 분산값에 반비례하는 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 현재 화소 영역을 보간하는 단계는,
    상기 가중치 및 상기 초기 화소값의 곱에 대한 평균으로 현재 화소 영역의 화소값을 보간하는 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 현재 화소 영역을 보간하는 단계는,
    상기 가중치 및 상기 초기 화소차의 곱에 대한 평균으로 현재 화소 영역의 화소차를 보간하는 것을 특징으로 하는 색 보간 방법.
  11. 현재 화소와 다른 종류의 초기 화소값 및 상기 초기 화소 값과 상기 현재 화소의 화소값의 차인 초기 화소차를 설정하는 초기값 설정부;
    상기 초기 화소값, 상기 초기 화소차 및 상기 현재 화소의 화소값를 이용하여 현재 화소 영역을 평탄 영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역 중 어느 하나로 구분하는 영역 구분부;
    상기 구분된 영역에 대응되는 마스크를 설정하는 마스크 설정부; 및
    상기 마스크에 대응되는 가중치를 산출하고, 상기 가중치, 상기 초기 화소값 및 상기 초기 화소차를 이용하여 상기 현재 화소 영역을 보간하는 보간부;를 포함하는 색 보간 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 초기 화소값은,
    상기 현재 화소와 인접하는 상방향의 화소값, 상기 현재 화소와 인접한 하방향의 화소값, 현재 화소의 화소값, 상기 현재 화소에 동일한 상단 및 하단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수직 방향의 초기 화소값이 설정되고, 상기 현재 화소와 인접한 좌방향의 화소값, 상기 현재 화소와 인접하는 우방향의 화소값, 상기 현재 화소의 화소값, 상기 현재 화소와 동일한 좌단 및 우단의 화소에 대한 화소값을 기초로 수평 방향의 초기 휘도 값이 설정되는 것을 특징으로 하는 색 보간 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 초기 화소값과 현재 화소의 화소값을 이용하여 수평 방향의 초기 화소차 및 수직 방향의 초기 화소차가 설정되는 것을 특징으로 하는 색 보간 장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 마스크 설정부는,
    상기 구분된 영역의 종류에 따라 다른 형태의 마스크를 설정하는 제1 마스크 설정부; 및
    설정된 마스크를 상기 현재 화소를 중심으로 상하방향 또는 좌우방향으로 분할하는 제2 마스크 설정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 색 보간 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 마스크 설정부는,
    상기 현재 화소 영역이 평탄 영역인 경우, 상기 현재 화소 영역을 포함하는 복수개의 열 및 행이 포함된 정사각형 형태의 마스크를 설정하는 것을 특징으로 하는 색 보간 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 마스크 설정부는,
    상기 현재 화소 영역이 에지 영역인 경우, 상기 현재 화소 영역을 포함하는 단일 행 또는 열로 구성된 직사각형 형태의 마스크를 설정하는 것을 특징으로 하는 색 보간 장치.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 가중치는
    상기 마스크에 대해 산출된 분산값에 반비례하는 것을 특징으로 하는 색 보간 장치.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 보간부는,
    상기 가중치 및 상기 초기 화소값의 곱에 대한 평균으로 현재 화소 영역의 화소값을 보간하는 화소값 보간부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 색 보간 장치.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 보간부는,
    상기 가중치 및 상기 초기 화소차의 곱에 대한 평균으로 현재 화소 영역의 화소차를 보간하는 화소차 보간부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 색 보간 장치.
  20. 영상 센서; 및
    상기 영상 센서에서 인가된 CFA의 베이어 포맷에서 현재 화소와 다른 종류의 초기 화소값 및 상기 초기 화소 값과 상기 현재 화소의 화소값의 차인 초기 화소차를 설정하고, 상기 초기 화소값, 상기 초기 화소차 및 상기 현재 화소의 화소값를 이용하여 현재 화소 영역을 평탄 영역, 에지 영역 및 패턴 에지 영역 중 어느 하나로 구분하며, 상기 구분된 영역에 대응되는 마스크를 설정하고, 상기 마스크에 대응되는 가중치를 산출하며, 상기 가중치, 상기 초기 화소값 및 상기 초기 화소차를 이용하여 상기 현재 화소 영역을 보간하는 색 보간부;를 포함하는 촬영장치.
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