KR101170270B1 - 발광모듈 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR101170270B1 KR1020110015511A KR20110015511A KR101170270B1 KR 101170270 B1 KR101170270 B1 KR 101170270B1 KR 1020110015511 A KR1020110015511 A KR 1020110015511A KR 20110015511 A KR20110015511 A KR 20110015511A KR 101170270 B1 KR101170270 B1 KR 101170270B1
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김주영
백상훈
임해용
박시현
장자순
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은, 복수의 픽셀들로 이루어진 영상 이미지에 대해 오츠 알고리즘(Otsu's Algorithm)을 적용하여 상기 이미지의 이진화를 위한 제1기준값을 획득하는 단계와, 상기 이미지를 구성하는 픽셀들의 전체 평균 밝기값과 표준 편차값 및 상기 제1기준값을 이용하여 제2기준값을 계산하는 단계와, 상기 제2기준값을 기준으로 상기 픽셀들을 이진화하는 단계, 및 상기 이진화된 이미지를 복수 개의 서브영역들로 구분하고, 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수와 이진값을 이용하여 상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 발광모듈 제어 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 발광모듈 제어 방법 및 그 장치에 따르면, 오츠 알고리즘에 의한 제1기준값에 원 영상의 평균 밝기값과 표준 편차를 이용한 통계치를 적용함에 따라 전경과 배경을 효과적으로 구분할 수 있다. 또한, 본 발명은 이진화 영상의 각 픽셀들에 대한 흑과 백의 경계에 그라데이션 효과를 줄 수 있으며, 명암비와 휘도값을 향상시켜서 고품질의 영상 구현이 가능한 이점이 있다.

Description

발광모듈 제어 방법 및 그 장치{Method for controlling of lighting module and apparatus thereof}
본 발명은 발광모듈 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광모듈로 이루어진 영상 이미지에 대한 밝기값과 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 발광모듈 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래의 로컬 디밍 방법은 영상 화면을 여러 개의 블록으로 구분하여 칸칸마다 섬세하게 밝기를 조절하는 영상 제어기술로서, 명암비를 보다 증가시킬 수 있는 방법이다. 그런데, 종래에는 단순히 영상을 구성하는 픽셀들의 평균 밝기값과 최대 밝기값을 이용하여 디밍 레벨을 조절하는 것으로서 이러한 방법은 명암비와 휘도값의 개선에 한계가 있는 단점이 있다.
또한, 종래에는 그레이 스케일로 변환된 영상 이미지를 그대로 사용하여 로컬 디밍을 수행하지만, 이러한 경우 불필요한 디밍 영역들이 존재하게 되어 전경과 배경의 분리가 어려우며 명암비가 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 오츠 알고리즘에 의한 제1기준값에 원 영상의 평균 밝기값과 표준 편차를 이용한 통계치를 적용함에 따라 전경과 배경을 효과적으로 구분할 수 있는 발광모듈 제어 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 복수의 픽셀들로 이루어진 영상 이미지에 대해 오츠 알고리즘(Otsu's Algorithm)을 적용하여 상기 이미지의 이진화를 위한 제1기준값을 획득하는 단계와, 상기 이미지를 구성하는 픽셀들의 전체 평균 밝기값과 표준 편차값 및 상기 제1기준값을 이용하여 제2기준값을 계산하는 단계와, 상기 제2기준값을 기준으로 상기 픽셀들을 이진화하는 단계, 및 상기 이진화된 이미지를 복수 개의 서브영역들로 구분하고, 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수와 이진값을 이용하여 상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 발광 모듈의 제어 방법을 제공한다.
여기서, 상기 제2기준값을 계산하는 단계는 아래의 수학식을 사용할 수 있다.
Figure 112011012656039-pat00001
여기서,
Figure 112011012656039-pat00002
(Binary Threshold Level)은 상기 제1기준값,
Figure 112011012656039-pat00003
은 상기 전체 평균 밝기값,
Figure 112011012656039-pat00004
상기 표준 편차값,
Figure 112011012656039-pat00005
는 상기 전체 평균 밝기값에 대한 가중치,
Figure 112011012656039-pat00006
는 상기 표준 편차값에 대한 가중치,
Figure 112011012656039-pat00007
는 상기 제2기준값을 나타낸다.
그리고, 상기 이진화하는 단계는, 상기 픽셀의 밝기값이 상기 제2기준값 미만인 경우는 0의 값, 상기 제2기준값 이상인 경우는 임의의 양수 값으로 이진화할 수 있다.
또한, 상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득하는 단계는 아래의 수학식을 사용할 수 있다.
Figure 112011012656039-pat00008
여기서,
Figure 112011012656039-pat00009
는 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수이고,
Figure 112011012656039-pat00010
은 상기 서브영역 내에 속하는 n번째 픽셀의 이진값이고,
Figure 112011012656039-pat00011
는 상기 획득되는 서브영역에 대한 디밍 데이터를 나타낸다.
그리고, 본 발명은, 복수의 픽셀들로 이루어진 영상 이미지에 대해 오츠 알고리즘(Otsu's Algorithm)을 적용하여 상기 이미지의 이진화를 위한 제1기준값을 획득하는 제1기준값 획득부와, 상기 이미지를 구성하는 픽셀들의 전체 평균 밝기값과 표준 편차값 및 상기 제1기준값을 이용하여 제2기준값을 계산하는 제2기준값 획득부와, 상기 제2기준값을 기준으로 상기 픽셀들을 이진화하는 이진화부, 및 상기 이진화된 이미지를 복수 개의 서브영역들로 구분하고, 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수와 이진값을 이용하여 상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득하는 로컬디밍부를 포함하는 발광 모듈의 제어 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 발광모듈 제어 방법 및 그 장치에 따르면, 오츠 알고리즘에 의한 제1기준값에 원 영상의 평균 밝기값과 표준 편차를 이용한 통계치를 적용함에 따라 전경과 배경을 효과적으로 구분할 수 있다. 또한, 본 발명은 이진화 영상의 각 픽셀들에 대한 흑과 백의 경계에 그라데이션 효과를 줄 수 있으며, 명암비와 휘도값을 향상시켜서 고품질의 영상 구현이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광 모듈의 제어 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1을 위한 장치의 구성도이다.
도 3은 원 영상의 밝기값에 대한 히스토그램의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 이미지 상에 제1기준값 및 제2기준값를 적용한 이진화 처리 결과의 예를 나타낸다.
도 5는 도 1의 S130단계에 따라 이진화된 영상의 픽셀들을 나타내는 예시도이다.
도 6은 도 5에 대한 로컬 디밍 데이터 결과이다.
도 7은 도 1에 따른 발광 모듈 제어 결과를 나타낸다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광 모듈 제어 방법의 흐름도이다. 도 2는 도 1을 위한 장치의 구성도이다. 상기 장치(100)는 제1기준값 획득부(110), 제2기준값 획득부(120), 이진화부(130), 로컬디밍부(140)를 포함한다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조로 하여 상기 발광 모듈의 제어 방법에 관하여 상세히 알아본다.
먼저, 상기 제1기준값 획득부(110)에서는 복수의 픽셀들로 이루어진 영상 이미지에 대해 오츠 알고리즘(Otsu's Algorithm)을 적용하여 상기 이미지의 이진화를 위한 제1기준값(
Figure 112011012656039-pat00012
:Binary Threshold Level)을 획득한다.
상기 오츠 알고리즘은 원영상의 휘도 값 분포를 전경(Forground)과 배경(Background)의 두 클래스로 분리하여, 이 두 클래스가 유사한 분포를 가지도록 문턱값을 설정하는 방식이다. 즉, 오츠 알고리즘은 전경과 배경의 통계치(분산)가 같아지는 휘도값을 선택하여 이진화를 위한 문턱값(기준값)으로 설정한다. 여기서, 오츠 알고리즘을 이용한 제1기준값의 획득 과정은 기존에 공지된 내용이므로 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 원 영상의 밝기값에 대한 히스토그램의 예시도이다. 이를 참조하면, 상기 오츠 알고리즘은 원영상의 히스토그램이 쌍봉 형태 (a)인 경우, 전경과 배경을 잘 분리할 수 있다.
이에 반해, 히스토그램이 쌍봉 형태가 아닌 (b)의 경우는 평균값 대비하여 히스토그램이 한쪽으로 치우쳐진 형태인 경우로서, 전경과 배경의 분리 성능이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 원 영상의 히스토그램이 도 3의 (b)와 같은 경우, 평균값 보다 낮은 분포에도 배경이 포함되어 있어, 전경과 배경의 명확한 분리가 어렵게 된다.
이러한 이유로, 본 실시예에서는 추후 S120 단계 시 상기 제1기준값에 원 영상의 통계치(평균 및 표준편차)를 이용한 가중치를 부여하여 전경과 배경을 구별하는 효과적인 문턱값(제2기준값)을 설정한다.
즉, 상기 제2기준값 획득부(120)에서는 상기 이미지를 구성하는 픽셀들의 전체 평균 밝기값과 표준 편차값 및 상기 제1기준값(
Figure 112011012656039-pat00013
)을 이용하여 제2기준값(
Figure 112011012656039-pat00014
)을 계산한다(S120). 이러한 제2기준값이 상기 이미지를 이진화하는 실질적인 기준값으로 작용한다.
여기서, 상기 이미지의 사이즈가 10×10 픽셀인 경우, 상기 전체 평균 밝기값은 총 100개 픽셀의 밝기값에 대한 평균값을 의미한다. 그리고, 상기 표준 편차값은 총 81개 픽셀의 밝기값에 대한 표준 편차를 의미한다.
상기 제2기준값(
Figure 112011012656039-pat00015
)의 구체적인 계산식은 아래의 수학식 1을 참조한다.
Figure 112011012656039-pat00016
여기서,
Figure 112011012656039-pat00017
은 상기 전체 평균 밝기값,
Figure 112011012656039-pat00018
상기 표준 편차값이다. 그리고,
Figure 112011012656039-pat00019
는 상기 전체 평균 밝기값에 대한 가중치,
Figure 112011012656039-pat00020
는 상기 표준 편차값에 대한 가중치를 나타낸다.
상기
Figure 112012039222319-pat00022
와
Figure 112012039222319-pat00066
는 실험에 의해 결정되는 상수로서, 가변될 수 있는 요소이다. 이러한
Figure 112012039222319-pat00024
와
Figure 112012039222319-pat00067
는 불필요한 섹션을 효과적으로 없애기 위한 가중치로 작용한다.
Figure 112012039222319-pat00026
와
Figure 112012039222319-pat00068
는 상호 트레이드 오프(trade off) 관계를 가지는 것으로서, 한 쪽의 가중치가 커지면 다른 한 쪽의 가중치는 작아지도록 설정된다. 수학식 2에서 1.5의 값은 이미지 전체에 적용되는 상수로서, 이 또한 반복적인 실험에 의해 결정되는 상수로서 가변될 수 있는 요소이다.
상술한 S120단계 이후, 상기 이진화부(130)에서는 상기 제2기준값을 기준으로 상기 픽셀들을 이진화한다(S130). 이때, 상기 픽셀의 밝기값이 상기 제2기준값 미만인 경우는 0의 값, 상기 제2기준값 이상인 경우는 임의의 양수 값(ex, 200)으로 이진화한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 이미지 상에 제1기준값 및 제2기준값를 적용한 이진화 처리 결과의 예를 나타낸다. 도 4에서 (a)는 원 영상이고, (b)는 원 영상 내의 픽셀들을 제1기준값(
Figure 112011012656039-pat00027
)를 기준으로 이진화한 경우이다. 그리고, (c)는 도 4의 원 영상 내의 픽셀들을 본 발명의 실시예에 따른 제2기준값(
Figure 112011012656039-pat00028
)을 기준으로 이진화한 결과이다.
이를 살펴보면, 도 4의 (c)의 경우는 제1기준값 만을 이용한 도 4의 (b) 경우에 비하여 배경과 전경이 효과적으로 구별된 것이 확인된다. 즉, 제2기준값을 적용하여 이진화하는 본 발명의 경우는 단순히 제1기준값만을 사용하여 이진화한 경우에 비하여 배경과 물체가 효과적으로 구분될 수 있음을 의미한다.
도 4의 (d)는 도 3의 (b)에 대응되는 히스토그램으로서, 이진화를 위한 기준값이 수학식 1을 통해 제1기준값에서 제2기준값으로 이동된 것이 확인된다. 이러한 이동에 따라, 전경과 배경의 구분이 보다 확실해 진다.
상기 S130 단계 이후, 상기 로컬디밍부(140)에서는 상기 이진화된 이미지를 복수 개의 서브영역들로 구분하고, 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수와 이진값을 이용하여 상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득한다(S140).
도 5는 도 1의 S130단계에 따라 이진화된 영상의 픽셀들을 나타내는 예시도이다. 이때, 각 픽셀들은 0과 200의 값으로 이진화되어 있다. 도 4의 경우 총 9개의 서브영역들(Area 1, Area 2, Area 3, ... , Area 9)로 구분된다.
이하에서는 상기 디밍 데이터의 획득 방법으로서, 서브영역 Area 1을 예로 하여 설명한다. Area 1은 이를 구성하는 9개의 픽셀들 중, 이진값 0은 5개, 200은 4개가 존재한다.
여기서, 아래의 수학식 2를 적용하면, 상기 서브영역 Area 1에 대한 디밍 데이터를 획득할 수 있다.
Figure 112011012656039-pat00029
여기서,
Figure 112011012656039-pat00030
는 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수로서 도 5의 실시예에서 9의 값이 대입된다. 그리고,
Figure 112011012656039-pat00031
은 상기 서브영역 내에 속하는 n번째 픽셀의 이진값으로서, n은 1~9 범위의 값이다. 그리고,
Figure 112011012656039-pat00032
는 상기 획득되는 서브영역에 대한 디밍 데이터를 나타낸다.
죽, 서브영역 Area 1에 대한
Figure 112011012656039-pat00033
값의 산출 시에는, 수학식 2의
Figure 112011012656039-pat00034
에 9를 대입하고,
Figure 112011012656039-pat00035
에 160000(=2002+2002+2002+02+02+2002+02+02+02)을 대입하며, 그 결과
Figure 112011012656039-pat00036
는 133의 값이 산출된다.
도 6은 도 5에 대한 로컬 디밍 데이터 결과이다. 즉, Area 1~9에 해당되는 각각의 서브영역들에 대해 모두 수학식 2를 적용하면, 도 6과 같은 총 9개의 디밍 데이터 결과가 획득된다.
도 6의 결과와 비교를 위하여, 각 서브영역을 단순히 평균 이진값으로 디밍 처리한 경우의 예를 알아본다. 만약, Area 6 내에 속한 9개 픽셀들의 이진값을 단순 평균하면, 133(=1200/9)의 값이 산출된다. 물론, Area 6 내의 모든 픽셀들의 이진값이 200인 경우에는, 그 평균 이진값은 200으로 표현된다. 이는 계산될 수 있는 최대 평균값에 해당된다.
그런데, 상기 수학식 2의 과정을 적용할 경우, 앞서 단순 평균값으로 산출된 133보다 큰 163의 값으로 디밍 데이터가 산출되므로, 전체 이미지를 좀더 밝은 그레이 레벨로 생성시켜 줄 수 있다. 이에 따르면, 어두운 픽셀 블록에 대해서는 평균데이터보다 약 20% 정도 휘도값을 상승시켜 줄 수 있어서, 이진화 영상의 각 픽셀들에 대한 흑과 백의 경계에 그라데이션 효과를 줄 수 있다.
동일한 방법을 사용하여 Area 1의 경우, 평균 이진값에 따른 디밍 데이터는 88.9에 해당되지만, 수학식 2를 적용한 디밍 데이터는 133으로서, 평균 이진값 88.9보다 50% 상승한 휘도값을 얻을 수 있다. 이에 따르면, 평균적으로 밝기값이 어두운 서브영역일수록 휘도값의 상승 효과가 더욱 커짐을 알 수 있다.
도 7은 도 1에 따른 발광 모듈 제어 결과를 나타낸다. 여기서, S110~S130 단계는 앞서 설명한 바 있다. S140 단계의 로컬 디밍 결과를 보면, 각 서브영역 별로 로컬 디밍된 결과를 알 수 있으며, 밝은 부분과 어두운 부분의 경계에서 영상이 일그러지지 않도록 그라데이션 처리된 것이 확인된다. 또한, 도 7의 결과를 보면 실제 원 영상와 본 실시예에 따른 처리 영상의 패턴이 서로 흡사한 것이 확인되다. 이러한 본 발명의 기술을 실제 영상에 적용할 경우 영상의 명암비와 휘도값을 개선하여 고품질의 영상을 구현할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 발광 모듈 제어 장치 110: 제1기준값 획득부
120: 제2기준값 획득부 130: 이진화부
140: 로컬디밍부

Claims (8)

  1. 복수의 픽셀들로 이루어진 영상 이미지에 대해 오츠 알고리즘(Otsu's Algorithm)을 적용하여 상기 이미지의 이진화를 위한 제1기준값을 획득하는 단계;
    상기 이미지를 구성하는 픽셀들의 전체 평균 밝기값과 표준 편차값 및 상기 제1기준값을 이용하여 제2기준값을 계산하는 단계;
    상기 제2기준값을 기준으로 상기 픽셀들을 이진화하는 단계; 및
    상기 이진화된 이미지를 복수 개의 서브영역들로 구분하고, 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수와 이진값을 이용하여 상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 발광 모듈의 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2기준값을 계산하는 단계는 아래의 수학식을 사용하는 발광 모듈의 제어 방법:
    Figure 112011012656039-pat00037

    여기서,
    Figure 112011012656039-pat00038
    (Binary Threshold Level)은 상기 제1기준값,
    Figure 112011012656039-pat00039
    은 상기 전체 평균 밝기값,
    Figure 112011012656039-pat00040
    상기 표준 편차값,
    Figure 112011012656039-pat00041
    는 상기 전체 평균 밝기값에 대한 가중치,
    Figure 112011012656039-pat00042
    는 상기 표준 편차값에 대한 가중치,
    Figure 112011012656039-pat00043
    는 상기 제2기준값을 나타낸다.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이진화하는 단계는,
    상기 픽셀의 밝기값이 상기 제2기준값 미만인 경우는 0의 값, 상기 제2기준값 이상인 경우는 임의의 양수 값으로 이진화하는 발광 모듈의 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득하는 단계는 아래의 수학식을 사용하는 발광 모듈의 제어 방법:
    Figure 112011012656039-pat00044

    여기서,
    Figure 112011012656039-pat00045
    는 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수이고,
    Figure 112011012656039-pat00046
    은 상기 서브영역 내에 속하는 n번째 픽셀의 이진값이고,
    Figure 112011012656039-pat00047
    는 상기 획득되는 서브영역에 대한 디밍 데이터를 나타낸다.
  5. 복수의 픽셀들로 이루어진 영상 이미지에 대해 오츠 알고리즘(Otsu's Algorithm)을 적용하여 상기 이미지의 이진화를 위한 제1기준값을 획득하는 제1기준값 획득부;
    상기 이미지를 구성하는 픽셀들의 전체 평균 밝기값과 표준 편차값 및 상기 제1기준값을 이용하여 제2기준값을 계산하는 제2기준값 획득부;
    상기 제2기준값을 기준으로 상기 픽셀들을 이진화하는 이진화부; 및
    상기 이진화된 이미지를 복수 개의 서브영역들로 구분하고, 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수와 이진값을 이용하여 상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득하는 로컬디밍부를 포함하는 발광 모듈의 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2기준값 획득부는,
    아래의 수학식을 사용하여 상기 제2기준값을 계산하는 발광 모듈의 제어 장치:
    Figure 112011012656039-pat00048

    여기서,
    Figure 112011012656039-pat00049
    (Binary Threshold Level)은 상기 제1기준값,
    Figure 112011012656039-pat00050
    은 상기 전체 평균 밝기값,
    Figure 112011012656039-pat00051
    상기 표준 편차값,
    Figure 112011012656039-pat00052
    는 상기 전체 평균 밝기값에 대한 가중치,
    Figure 112011012656039-pat00053
    는 상기 표준 편차값에 대한 가중치,
    Figure 112011012656039-pat00054
    는 상기 제2기준값을 나타낸다.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 이진화부는,
    상기 픽셀의 밝기값이 상기 제2기준값 미만인 경우는 0의 값, 상기 제2기준값 이상인 경우는 임의의 양수 값으로 이진화하는 발광 모듈의 제어 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 로컬디밍부는 아래의 수학식을 사용하여 상기 서브영역에 대한 디밍 데이터를 획득하는 발광 모듈의 제어 장치:
    Figure 112011012656039-pat00055

    여기서,
    Figure 112011012656039-pat00056
    는 상기 서브영역 내에 속하는 픽셀들의 개수이고,
    Figure 112011012656039-pat00057
    은 상기 서브영역 내에 속하는 n번째 픽셀의 이진값이고,
    Figure 112011012656039-pat00058
    는 상기 획득되는 서브영역에 대한 디밍 데이터를 나타낸다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101469615B1 (ko) * 2013-11-25 2014-12-05 한국생산기술연구원 무작위검색 알고리즘을 이용한 비전시스템의 컬러 조명 제어방법
KR101535435B1 (ko) * 2014-06-30 2015-07-10 이엠디에스코리아 주식회사 전자 악보 제공 시스템, 그 장치 및 그 방법

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