KR101372507B1 - 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치 및 방법 - Google Patents

가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명은, 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 반복적으로 분할하면서 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출하고, 검출한 역광 영역의 대비(contrast)를 개선한다. 본 발명에 따르면, 배경 영역의 대비(contrast)는 유지하면서 역광 영역의 저조도를 개선할 수 있고, 가변 블록을 기반으로 하여 역광 영역을 검출함으로써 역광 영역을 빠르게 검출할 수 있다.

Description

가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치 및 방법{Apparatus and method for enhancing image using back-light region detection based variable block}
본 발명은 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 반복적으로 분할하면서 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출하고, 검출한 역광 영역의 대비(contrast)를 개선하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 디지털 카메라, 모바일 카메라 등과 같은 전자 촬영 디바이스의 발전과 보급으로 전자 촬영 디바이스를 사용하여 손쉽게 촬영하여 영상을 획득할 수 있지만, 촬영 환경, 조명 등의 외부 조건에 의해 역광이 존재하는 영상을 획득하기도 한다. 역광 영상은 피사체가 어둡게 나타나 영상에서 피사체를 구분하기 어려운 문제가 있어, 이를 보정하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있다.
역광 영상을 보정하기 위한 방법 중의 하나로 레티넥스(retinex) 방법과 히스토그램 평활화(histogram equalizaion)방법이 있다. 그러나, 레티넥스(retinex) 방법은 역광 영역을 보정하는 동시에 배경 영역의 색상 정보와 밝기 왜곡이 발생되는 문제가 있다. 그리고, 적응적 히스토그램 평활화(adaptive histogram equalization : AHE) 방법은 영상을 여러개의 블록으로 나누어 히스토그램 평활화(histogram equalization)를 수행하므로 블록화가 발생되는 문제가 있다. 또한, 양분화 히스토그램 평활화(bi-histogram equalization : BHE) 방법은 영상의 밝기값을 보존하면서 동적인 범위로 영상을 향상시켜주지만 평균값을 이용해 교차점을 결정하므로 피사체와 배경을 분리하기 어려운 문제가 있다.
KR 2011-0008587 (엘지이노텍 주식회사) 2011. 01. 27. 특허문헌 1은 인물 촬영 방법으로서, 특허문헌 1에는 입력되는 영상을 복수의 윈도우 영역으로 분할하고, 복수의 윈도우 영역별 휘도 평균값 중 전체 휘도 평균값 이상인 윈도우 영역인 고휘도 영역의 개수를 카운팅하며, 고휘도 영역의 개수가 기준 개수 이상이면, 영상에 역광이 발생한 것으로 판단하여 인물 영역을 검출하여 인물 영역과 인물 영역 외의 영역을 별도로 보정하는 내용이 개시되어 있다. KR 1073497 (한국과학기술원) 2011. 10. 07. 특허문헌 2는 영상 보정 장치 및 그 방법으로서, 특허문헌 2에는 입력 영상으로부터 영상의 밝기 변환을 통해 계산된 밝기 대비의 향상 가능정도를 이용하여, 입력 영상 내의 픽셀을 임의의 m개의 단계로 분할하고, 분할된 결과를 이용하여, 영상의 각 픽셀 주변 영역에 대한 통계를 계산하고, 계산된 통계 정보를 바탕으로 입력 영상을 보정하는 내용이 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 반복적으로 분할하면서 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출하고, 검출한 역광 영역의 대비(contrast)를 개선하는 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 반복적으로 분할하면서 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출하고, 검출한 역광 영역의 대비(contrast)를 개선하는 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치는, 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 분할하고, 미리 정해진 임계값을 통해 상기 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출하는 역광 영역 검출부; 및 상기 입력 영상에 히스토그램 평활화(histogram equalization)를 수행하여 획득된 값을 통해 상기 역광 영역의 대비(contrast)를 개선하는 영상 개선부;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 방법은, 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 분할하고, 미리 정해진 임계값을 통해 상기 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출하는 단계; 및 상기 입력 영상에 히스토그램 평활화(histogram equalization)를 수행하여 획득된 값을 통해 상기 역광 영역의 대비(contrast)를 개선하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 상기한 방법 중 어느 하나를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다.
본 발명에 따른 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치 및 방법에 의하면, 배경 영역의 대비(contrast)는 유지하면서 역광 영역의 저조도를 개선할 수 있다. 또한, 가변 블록을 기반으로 하여 역광 영역을 검출함으로써 역광 영역을 빠르게 검출할 수 있다. 이에 따라, 적은 계산량을 가지면서 효과적으로 역광 영상을 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선 장치를 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역광 영역 검출 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선의 일례를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치 및 방법(이하 '영상 개선 장치 및 방법'이라 함)의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선 장치(100)는 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 반복적으로 분할하면서 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출하고, 검출한 역광 영역의 대비(contrast)를 개선한다. 이를 위해, 영상 개선 장치(100)는 역광 영역 검출부(110) 및 영상 개선부(130)를 포함한다.
역광 영역 검출부(110)는 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 분할하고, 미리 정해진 임계값을 통해 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출한다. 여기서, 임계값은 입력 영상에 상관없이 고정된 값이거나, 입력 영상으로부터 획득된 값일 수 있다. 임계값은 FCM(Fuzzy C-means) 알고리즘 등과 같은 다양한 클러스터링 알고리즘을 통해 히스토그램(histogram)으로부터 획득될 수 있다. 이와 같은 클러스터링 알고리즘은 모호한 값들을 이용하여 영역을 나눌 수 있기 때문에 영상의 히스토그램(histogram)에서 결정하기 어려운 밝은 영역의 임계값과 어두운 영역의 임계값을 결정하는데 이용될 수 있다.
이때, 역광 영역 검출부(110)는 블록 영역에서 획득된 밝기값이 미리 정해진 기준 범위 내에 속하면 블록 영역을 추가 분할한다. 예컨대, 역광 영역 검출부(110)는 블록 영역에서 획득된 밝기 최대값이 미리 정해진 제1임계값보다 크거나 블록 영역에서 획득된 밝기 최소값이 미리 정해진 제2임계값보다 작으면 미리 정해진 기준 범위 내에 속한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 제1임계값은 어두운 영역(역광 영역)을 검출하는데 이용되는 임계값을 나타내고, 제2임계값은 밝은 영역을 검출하는데 이용되는 임계값을 나타낸다. 즉, 역광 영역 검출부(110)는 밝기값이 미리 정해진 기준 범위 내에 속하는 블록 영역을 보다 작은 크기를 가지는 복수의 블록 영역으로 분할한다.
그리고, 역광 영역 검출부(110)는 블록 영역에서 획득된 밝기 최대값이 미리 정해진 제1임계값보다 작으면 블록 영역을 역광 영역으로 검출한다.
보다 자세하게 설명하면, 역광 영역 검출부(110)는 입력 영상을 복수의 블록 영역(예컨대, 64x64의 크기를 가지는 블록)으로 분할하고, 각 블록 영역에서 획득한 밝기 최대값과 최소값을 미리 정해진 제1 및 제2임계값과 비교하여 각 블록 영역의 유형을 검출한다.
즉, 역광 영역 검출부(110)는 아래의 [수학식 1]을 통해 각 블록 영역의 유형을 검출할 수 있다.
Figure 112012050404347-pat00001
여기서,
Figure 112012050404347-pat00002
는 i번째 블록 영역을 나타내고,
Figure 112012050404347-pat00003
는 i번째 블록 영역에서 획득된 밝기 최대값을 나타내며,
Figure 112012050404347-pat00004
은 i번째 블록 영역에서 획득된 밝기 최소값을 나타내고,
Figure 112012050404347-pat00005
는 밝은 영역을 검출하기 위한 임계값(제2임계값)을 나타내며,
Figure 112012050404347-pat00006
은 역광 영역을 검출하기 위한 임계값(제1임계값)을 나타낸다. 그리고,
Figure 112012050404347-pat00007
에서 계산된 값이 2이면
Figure 112012050404347-pat00008
는 역광 영역(어두운 영역)을 나타내고,
Figure 112012050404347-pat00009
에서 계산된 값이 1이면
Figure 112012050404347-pat00010
는 밝은 영역을 나타내며,
Figure 112012050404347-pat00011
에서 계산된 값이 0이면
Figure 112012050404347-pat00012
는 모호한 영역을 나타내다.
역광 영역 검출부(110)는 모호한 영역으로 분류된 블록 영역을 보다 작은 크기를 가지는 복수의 블록 영역으로 분할하고, 위 [수학식 1]을 통해 각 블록 영역의 유형을 검출한다. 역광 영역 검출부(110)는 분할된 모든 블록 영역이 밝은 영역이나 어두운 영역으로 분류될 때까지 블록 영역의 크기를 감소시키면서 이와 같은 동작을 반복적으로 수행할 수 있다. 물론, 역광 영역 검출부(110)는 미리 설정된 반복 횟수만큼 이와 같은 동작을 수행하여 분할된 블록 영역에서 역광 영역을 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역광 영역 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 역광 영역 검출부(110)는 입력 영상(II)을 복수의 블록 영역으로 분할하고, 분할된 블록 영역에서 역광 영역을 검출한다. 이때, 제1블록 영역(BK1)이 모호한 영역으로 분류된 경우, 역광 영역 검출부(110)는 모호한 영역으로 분류된 제1블록 영역(BK1)을 보다 작은 크기를 가지는 복수의 블록 영역으로 분할하고, 분할된 블록 영역에서 역광 영역을 검출한다. 이때, 제2블록 영역(BK2)이 모호한 영역으로 분류된 경우, 역광 영역 검출부(110)는 모호한 영역으로 분류된 제2블록 영역(BK2)을 보다 작은 크기를 가지는 복수의 블록 영역으로 분할하고, 분할된 블록 영역에서 역광 영역을 검출한다.
이와 같이, 역광 영역 검출부(110)는 분할된 모든 블록 영역이 밝은 영역이나 어두운 영역으로 분류될 때까지 블록 영역의 크기를 감소시키면서 이와 같은 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.
영상 개선부(130)는 입력 영상에 히스트로그램 평활화(histogram equalization)를 수행하여 획득된 값을 통해 역광 영역 검출부(110)에 의해 검출된 역광 영역의 대비(contrast)를 개선한다. 즉, 영상 개선부(130)는 역광 영역의 값을 히스토그램 평활화(histogram equalization)를 통해 입력 영상으로부터 획득된 해당 역광 영역과 동일한 위치의 값으로 변환한다.
또한, 영상 개선부(130)는 보정된 역광 영역과 인접한 밝은 영역의 경계를 미디언 필터(median filter)를 통해 블러(blur)한다. 보정된 역광 영역과 이에 인접하는 밝은 영역은 뚜렷한 경계를 가지게 되므로, 영역의 경계를 부드럽게 처리하기 위 인접한 픽셀값들의 중간 값을 이용하여 경계를 블러(blur)시켜 준다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)는 입력 영상을 나타내고, 도 3의 (b)는 1단계(크기가 64x64인 블록 영역)만 수행하여 획득된 제1역광 보정 영상을 나타내며, 도 3의 (c)는 2단계(크기가 64x64인 블록 영역, 크기가 8x8인 블록 영역)를 수행하여 획득된 제2역광 보정 영상을 나타내고, 도 3의 (d)는 제2역광 보정 영상에 미디어 필터(median filter)를 적용하여 획득된 최종 역광 보정 영상을 나타낸다.
이와 같이, 블록을 가변하면서 입력 영상에서 역광 영역을 검출하고, 검출된 역광 영역의 대비(contrast)를 개선함으로써, 효과적으로 영상의 역광 부분을 보정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
영상 개선 장치(100)는 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 분할한다(S410). 이때, 영상 개선 장치(100)는 블록 영역에서 획득된 밝기값이 미리 정해진 기준 범위 내에 속하면 블록 영역을 추가 분할한다.
그리고, 영상 개선 장치(100)는 복수의 블록 영역에서 역광 영역을 검출한다(S430). 즉, 영상 개선 장치(100)는 블록 영역에서 획득된 밝기 최대값이 미리 정해진 제1임계값보다 작으면 블록 영역을 역광 영역으로 검출한다.
이후, 영상 개선 장치(100)는 검출된 역광 영역의 대비(contrast)를 개선한다(S450). 즉, 영상 개선 장치(100)는 입력 영상에 히스토그램 평활화(histogram equalization)를 수행하여 획득된 값을 통해 검출된 역광 영역의 대비(contrast)를 개선한다.
그런 다음, 영상 개선 장치(100)는 보정된 역광 영역과 인접한 밝은 영역의 경계를 미디언 필터(median filter)를 통해 블러(blur)한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 개선의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)는 입력 영상을 나타내고, 도 5의 (b)는 적응적 히스토그램 평활화(adaptive histogram equalization : AHE) 방법을 통해 입력 영상의 역광을 보정한 영상을 나타내며, 도 5의 (c)는 양분화 히스토그램 평활화(bi-histogram equalization : BHE) 방법을 통해 입력 영상의 역광을 보정한 영상을 나타내고, 도 5의 (d)는 본 발명에 따른 역광 보정 방법을 통해 입력 영상의 역광을 보정한 영상을 나타낸다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 적응적 히스토그램 평활화(AHE) 방법에 의하면 역광 영역에서 블록화 현상이 나타나고, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 양분화 히스토그램 평활화(BHE) 방법에 의하면 역광 영역의 대비(contrast)가 높아 졌으나 배경 영역에서 왜곡이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 역광 보정 방법에 의하면 배경 영역은 그 대비(contrast)를 유지하면서 역광 영역의 대비(contrast)가 향상되어 효과적으로 역광 영역이 보정되는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 역광 보정 방법은 배경 영역의 대비(contrast)는 유지하면서 역광 영역의 저조도를 개선할 수 있다. 또한, 가변 블록을 기반으로 하여 역광 영역을 검출함으로써 역광 영역을 빠르게 검출할 수 있다. 이에 따라, 적은 계산량을 가지면서 효과적으로 역광 영상을 보정할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 장치에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 롬(ROM), 램(RAM), CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 유무선 통신망으로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 다음의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 영상 개선 장치, 110 : 역광 영역 검출부,
130 : 영상 개선부

Claims (9)

  1. 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 분할하고, 상기 블록 영역에서 획득된 상기 블록 영역의 밝기 최대값이 미리 정해진 제1임계값보다 작으면 상기 블록 영역을 역광 영역으로 검출하는 역광 영역 검출부; 및
    상기 입력 영상에 히스토그램 평활화(histogram equalization)를 수행하여 획득된 값을 통해 상기 역광 영역의 대비(contrast)를 개선하는 영상 개선부;를 포함하며,
    상기 역광 영역 검출부는 상기 블록 영역에서 획득된 밝기값이 미리 정해진 기준 범위 내에 속하면 상기 블록 영역을 추가 분할하는 것을 특징으로 하는 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 역광 영역 검출부는 상기 블록 영역에서 획득된 밝기 최대값이 미리 정해진 제1임계값보다 크거나 상기 블록 영역에서 획득된 밝기 최소값이 미리 정해진 제2임계값보다 작으면 상기 미리 정해진 기준 범위 내에 속한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 장치.
  4. 삭제
  5. 입력 영상을 복수의 블록 영역으로 분할하는 단계;
    상기 블록 영역에서 획득된 상기 블록 영역의 밝기 최대값이 미리 정해진 제1임계값보다 작으면 상기 블록 영역을 역광 영역으로 검출하는 단계; 및
    상기 입력 영상에 히스토그램 평활화(histogram equalization)를 수행하여 획득된 값을 통해 상기 역광 영역의 대비(contrast)를 개선하는 단계;를 포함하며,
    상기 블록 영역 분할 단계에서, 상기 블록 영역에서 획득된 밝기값이 미리 정해진 기준 범위 내에 속하면 상기 블록 영역을 추가 분할하는 것을 특징으로 하는 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 역광 영역 검출 단계에서, 상기 블록 영역에서 획득된 밝기 최대값이 미리 정해진 제1임계값보다 크거나 상기 블록 영역에서 획득된 밝기 최소값이 미리 정해진 제2임계값보다 작으면 상기 미리 정해진 기준 범위 내에 속한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 방법.
  8. 삭제
  9. 제 5항 또는 제 7항에 기재된 가변 블록 기반 역광 영역 검출을 이용한 영상 개선 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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