KR101468433B1 - Apparatus and method for extending dynamic range using combined color-channels transmission map - Google Patents

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KR101468433B1
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백준기
임재현
유윤종
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed are an apparatus and a method for extending a dynamic range using a combined color channel transmission map. A color separating unit outputs an intermediate image for each color channel by separating an input image by predetermined color channel. A transmission map generating unit generates a color channel transmission map for each color channel based on the intermediate image for each color channel and air glow for each color channel inputted to an image obtaining device, and generates a combined color channel transmission map by combining each of the color channel transmission maps. A gain calculating unit calculates a gain to extend a dynamic range based on the combined color channel transmission map. A contrast improving unit improves the contrast of the input image by multiplying the input image and the gain. According to the present invention, the contrast of a low expose area can be improved using only one image while the background is preserved. Also, calculating time to improve a dynamic range can be significantly reduced, and an HDR image can be generated without color distortion.

Description

결합된 색상 채널 변환 맵을 이용한 다이나믹 레인지 확장 장치 및 방법{Apparatus and method for extending dynamic range using combined color-channels transmission map}[0001] The present invention relates to an apparatus and method for extending a dynamic range using a combined color channel conversion map,

본 발명은 다이나믹 레인지 확장 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 영상에 대한 출력 레벨의 범위에서 재현 가능한 최대의 노출 영역을 크게 하기 위한 결합된 색상 채널 변환 맵을 이용한 다이나믹 레인지 확장 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dynamic range expansion apparatus and method, and more particularly, to a dynamic range expansion apparatus and method using a combined color channel conversion map for maximizing a reproducible maximum exposure region in a range of an output level for an image .

인간의 눈은 매우 넓은 다이나믹 레인지(dynamic range)를 가지는 실제 세계 풍경으로부터 10,000 cd/㎡까지의 밝기를 인식할 수 있는 반면, 실질적인 디지털 영상 획득 및 출력 장치는 매우 줄어든 가능 범위를 가진다. 다이나믹 레인지는 두 색의 차이를 얼마나 큰 음영차이로 표현할 수 있는가를 나타내는 용어로, 출력 레벨의 범위에서 재현 가능한 최대의 노출 영역을 의미한다. 이는 곧 한 번의 촬영으로 재현 가능한 피사체의 밝기 범위로 표현될 수 있다. 게다가 상업적인 영상 장치들은 단지 800:1의 제한된 다이나믹 레인지를 제공한다. 이러한 이유로 인해, 기존의 디지털 영상 장치들은 다이나믹 레인지의 부분적인 영역만을 제공할 수 있고, 따라서 획득된 영상은 도 1에 도시된 바와 같이 저노출 또는 과노출의 문제를 가지고 있다. 따라서 대비도를 향상시키기 위한 다이나믹 레인지 확장 방법이 요구된다.The human eye is capable of recognizing brightness of up to 10,000 cd / m 2 from a real world landscape with a very wide dynamic range, while a substantial digital image acquisition and output device has a very reduced range of possibilities. The dynamic range is a term that indicates how big a difference in shade can be represented by the difference between two colors, which means the maximum reproducible exposure area in the range of the output level. This can be represented by the brightness range of a reproducible subject in a single shot. In addition, commercial imaging devices offer a limited dynamic range of only 800: 1. For this reason, existing digital imaging devices can only provide a partial area of the dynamic range, and thus the obtained image has a problem of low exposure or overexposure as shown in FIG. Therefore, a dynamic range expansion method is required to improve the contrast.

가장 널리 사용되는 대비 향상 방법은 표준 히스토그램 등화(standard histogram equalization : SHE) 기법이다. 그러나 기법의 단순함에도 불구하고, SHE는 전체적으로 밝기를 변경하기 때문에 저노출 또는 과노출의 문제와 색상 왜곡의 문제를 피할 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 다수의 수정된 버전이 제안되어 왔다. 이 중 하나는 강도 평균을 이용하여 입력 히스토그램을 두 개의 하위 히스토그램으로 분리하는 바이 히스토그램 등화(bi-histogram equalization : BHE)기법이다. 이와 유사한 기법이 강도값의 미디언을 이용하여 입력 히스토그램을 두 개의 하위 히스토그램으로 분리하는 이원 하위 영상 히스토그램 등화(dualistic sub-image histogram equalization : DSIHE) 기법이다. 그러나 이러한 기법들은 히스토그램 분포가 특정한 영역에 집중되어 있으면 보다 높은 정도의 밝기 보존과 대비 향상을 제공할 수 없다. The most widely used contrast enhancement method is the standard histogram equalization (SHE) technique. However, in spite of the simplicity of the technique, the SHE can not avoid the problem of low exposure or overexposure and color distortion because it changes brightness overall. To solve this problem, a number of modified versions have been proposed. One of these is bi-histogram equalization (BHE), which uses intensity averages to separate the input histogram into two lower histograms. A similar technique is the dualistic sub-image histogram equalization (DSIHE) technique, which uses the median of intensity values to separate the input histogram into two lower histograms. However, these techniques can not provide a higher degree of brightness preservation and contrast enhancement if the histogram distribution is focused on a particular area.

한편, 평균을 이용하여 재귀적으로 입력 히스토그램을 하위 히스토그램으로 분리하는 재귀적인 평균 분리 히스토그램 등화(recursive mean-separate histogram equalization : RMSHE) 기법이 제안된 바 있다. RMSHE의 주된 단점은 수많은 분리된 히스토그램들에 의존함에 따른 무한한 처리 시간이다. 또한 히스토그램을 절단하여 히스토그램의 최대값과 변환 함수의 강도를 적응적으로 제어하는 이득 제어가능한 절단된 히스토그램 등화(gain-controllable clipped histogram equalization : GC-CHE) 기법이 제안되었다. 비록 이러한 히스토그램 등화 기법들은 밝기를 보존하면서 대비를 향상시킬 수 있지만, 이들은 색상 왜곡을 피할 수 없거나 다이나믹 레인지를 확장할 수 없다. On the other hand, a recursive mean-separate histogram equalization (RMSHE) technique has been proposed that recursively separates input histograms into lower histograms using averaging. The main disadvantage of RMSHE is its infinite processing time due to the reliance on numerous discrete histograms. In addition, a gain-controllable clipped histogram equalization (GC-CHE) technique has been proposed that cuts the histogram and adaptively controls the histogram's maximum value and the intensity of the transform function. Although these histogram equalization techniques can improve contrast while preserving brightness, they can not avoid color distortion or extend the dynamic range.

가장 널리 사용되는 다이나믹 레인지 확장 방법은 상이한 노출을 가진 다수 영상을 합성하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 적어도 두 개의 저 다이나믹 레인지(low dynamic range : LDR) 영상을 필요하며, 장면 내의 움직임으로 인해 고스트 결함을 낳는다. 움직임에 기인한 고스트 결함을 제거하기 위해, 여러 개의 기법이 제안되어 왔다. 이 중 하나는 반복적인 아핀 변환을 이용하여 LDR 영상들을 정렬하는 유연한 합성 기반 고 다이나믹 레인지(high dynamic range : HDR) 영상 방법을 제안했다. 그러나 이러한 방법은 전역적인 움직임만 보상할 수 있으며, 반복 처리로 인한 높은 계산 부하를 유발한다. 전역 및 지역 움직임을 보상하기 위해, 가중 히스토그램 분리를 이용하여 하나의 입력 영상으로부터 두 개의 가상의 상이한 노출을 가진 LDR 영상을 생성하는 단일 영상 기반 무 고스트 HDR 영상 기법이 제안되었다. 그러나 이러한 기법은 여전히 색상 왜곡을 낳는다. The most widely used dynamic range extension method is to combine multiple images with different exposures. However, this method requires at least two low dynamic range (LDR) images and results in ghost defects due to motion in the scene. Several techniques have been proposed to eliminate motion-induced ghosting defects. One proposed a flexible, high-dynamic-range (HDR) imaging method that aligns LDR images using repetitive affine transformations. However, this method can only compensate for global motion and causes high computational load due to iterative processing. To compensate for global and local motion, a single image-based non-ghosted HDR imaging technique has been proposed that generates LDR images with two virtual different exposures from one input image using weighted histogram separation. However, this technique still produces color distortion.

한편, 몇몇의 기법들은 다이나믹 레인지를 확장하기에 앞서 다크 채널을 사용했다. 이러한 기법들은 우선 다크 채널을 사용하여 저 노출 영역을 추출하고, 다음으로 배경을 보존하면서 저 노출된 영역의 대비를 향상시킨다. 다크 채널 우선의 개념은 대부분의 비 하늘 패치들에서 적어도 하나의 색상 채널은 강도가 매우 낮고 0에 가까운 픽셀들을 가진다는 것이다. 이는 저 노출 영역뿐만 아니라 특정한 색상 영역들도 매우 낮은 강도를 가짐을 의미한다. 따라서 추출된 영역에 배경이 포함될 수 있고, 이는 구체적 정보의 손실을 낳는다.On the other hand, some techniques used dark channels before extending the dynamic range. These techniques first extract low-exposure areas using dark channels, and then improve the contrast of low-exposure areas while preserving the background. The concept of dark channel priority is that in most non-sky patches, at least one color channel has very low intensity and near zero pixels. This means that not only low exposed areas but also specific color areas have very low strength. Therefore, the extracted area may contain a background, which results in loss of specific information.

한국공개특허공보 제2013-0040321호 (공개일: 2013년 4월 24일)Korean Published Patent Application No. 2013-0040321 (published on April 24, 2013) 한국공개특허공보 제2014-0011943호 (공개일: 2014년 1월 29일)Korean Published Patent Application No. 2014-0011943 (Disclosure Date: January 29, 2014)

대비 향상을 위한 고 다이나믹 영역 (IEEE Trans. Consumer Electronics 52 (4), 2006년)High dynamic range for contrast enhancement (IEEE Trans. Consumer Electronics 52 (4), 2006) 고 다이나믹 레인지 디스플레이를 위한 비균일 배경 조명 계산 (IEEE Conf. Int. Conf. Image Processing, 2009년)Uneven Background Illumination Calculation for High Dynamic Range Display (IEEE Conf. Int. Conf. Image Processing, 2009) 배경 조명 보상을 위한 다크 채널 우선 기반 공간적으로 적응적인 대비 향상 (IEEE Conf. Int. Conf. Acoustics, Speech and Signal Processing, 2013)Dark channel priority based spatially adaptive contrast enhancement for background illumination compensation (IEEE Conf. Int. Conf. Acoustics, Speech and Signal Processing, 2013) 개선된 다크 채널 우선을 이용한 야간 영상 향상 (IEEE Conf. Int. Conf. Image Processing, 2013)Night image enhancement using improved dark channel priority (IEEE Conf. Int. Conf. Image Processing, 2013) 밝기 보존 바이 히스토그램 등화를 이용한 대비 향상 (IEEE Trans. Consumer Electronics 43 (1), 1997)Contrast Enhancement Using Bias Histogram Equalization (IEEE Trans. Consumer Electronics 43 (1), 1997) 동등 영역 이중 하위 영상 히스토그램 등화 기법을 이용한 영상 향상 (IEEE Trans. Consumer Electronics 49 (2), 2003)Image Enhancement Using Equivalent Region Double Subimage Histogram Equalization (IEEE Trans. Consumer Electronics 49 (2), 2003) 크기조정가능한 밝기 보전을 위한 재귀적 평균 분리 히스토그램 등화를 이용한 대비 향상 (IEEE Trans. Consumer Electronics 45 (1), 1999)Contrast Enhancement Using Recursive Average Split Histogram Equalization for Scalable Brightness Conservation (IEEE Trans. Consumer Electronics 45 (1), 1999) 이득 조절가능한 절단된 히스토그램 등화를 이용한 적응적 대비 향상 (IEEE Trans. Consumer Electronics 54 (4), 2008)Adaptive Contrast Enhancement Using Gain Adjustable Cropped Histogram Equalization (IEEE Trans. Consumer Electronics 54 (4), 2008) 사진으로부터 고 다이나믹 레인지 밝기 맵 복원 (Proc. ACM SIGGRAPH, 1997)Reconstruction of high-dynamic-range brightness map from photographs (Proc. ACM SIGGRAPH, 1997) 고 다이나믹 영상에서 고스트 결함을 제거하기 위한 개선된 유연한 합성 (IEEE Trans. Consumer Electronics 57 (2), 2011)Improved Flexible Synthesis to Eliminate Ghost Defects in High Dynamic Images (IEEE Trans. Consumer Electronics 57 (2), 2011) 지역 히스토그램 확장과 공간적으로 적응적인 잡음감소를 이용한 단일 영상 기반 고스트 없는 고 다이나믹 레인지 영상처리 (IEEE Trans. Consumer Electronics 57 (4), 2011)High-dynamic-range image processing without a single image-based ghost using local histogram expansion and spatially adaptive noise reduction (IEEE Trans. Consumer Electronics 57 (4), 2011) 다크 채널 우선을 이용한 단일 영상 헤이지 제거 (IEEE Trans. Pattern Analysis, Machine Intelligence 33 (12), 2011)Removal of Single Image Haze Using Dark Channel Priority (IEEE Trans. Pattern Analysis, Machine Intelligence 33 (12), 2011) 풍경에 대한 색상 영상과 인간 인지 사이의 차이를 메우기 위한 다중 스케일 레티넥스 (IEEE Trans. Image Processing 6 (7), 1997)Multi-scale Retinex (IEEE Trans. Image Processing 6 (7), 1997) to fill the gap between color image and human perception of landscape,

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하나의 영상만으로 배경을 보존하면서 저 노출 영역의 대비를 향상시킬 수 있고, 다이나믹 레인지의 향상을 위한 계산 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 색상 왜곡 없이 HDR 영상을 생성할 수 있는 다이나믹 레인지 확장 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to improve contrast of a low-exposure area while preserving a background with only one image, dramatically reduce computation time for improving dynamic range, and generate HDR image without color distortion And to provide a dynamic range expansion apparatus and method capable of performing dynamic range expansion.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 하나의 영상만으로 배경을 보존하면서 저 노출 영역의 대비를 향상시킬 수 있고, 다이나믹 레인지의 향상을 위한 계산 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 색상 왜곡 없이 HDR 영상을 생성할 수 있ㄴ는 다이나믹 레인지 확장 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for enhancing the contrast of a low-exposure area while preserving a background using only one image, dramatically reducing computation time for improving the dynamic range, There is provided a computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute a dynamic range expansion method capable of being created can be recorded.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치의 바람직한 실시예는, 입력 영상의 색상을 사전에 설정되어 있는 색상 채널별로 분리하여 색상 채널별 중간 영상을 출력하는 색상 분리부; 상기 색상 채널별 중간 영상 및 영상 획득 장치로 입력되는 색상 채널별 대기광을 기초로 상기 색상 채널별로 색상 채널 변환맵을 생성하고, 각각의 색상 채널 변환맵을 결합하여 결합된 색상 채널 변환맵을 생성하는 변환맵 생성부; 상기 결합된 색상 채널 변환맵을 기초로 다이나믹 레인지를 확장하기 위한 이득을 산출하는 이득 산출부; 및 상기 입력 영상에 상기 이득을 곱하여 상기 입력 영상의 대비를 향상시키는 대비 향상부;를 구비한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a dynamic range expansion apparatus comprising: a color separator for separating colors of input images into color channels and outputting an intermediate image for each color channel; Generating a color channel conversion map for each of the color channels based on the intermediate image for each color channel and the atmospheric light for each color channel input to the image capturing device, combining the respective color channel conversion maps to generate a combined color channel conversion map A conversion map generation unit for generating a conversion map; A gain calculation unit for calculating a gain for extending a dynamic range based on the combined color channel conversion map; And a contrast enhancing unit for enhancing the contrast of the input image by multiplying the input image by the gain.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 방법의 바람직한 실시예는, (a) 입력 영상의 색상을 사전에 설정되어 있는 색상 채널별로 분리하여 색상 채널별 중간 영상을 출력하는 단계; (b) 상기 색상 채널별 중간 영상 및 영상 획득 장치로 입력되는 색상 채널별 대기광을 기초로 상기 색상 채널별로 색상 채널 변환맵을 생성하고, 각각의 색상 채널 변환맵을 결합하여 결합된 색상 채널 변환맵을 생성하는 단계; (c) 상기 결합된 색상 채널 변환맵을 기초로 다이나믹 레인지를 확장하기 위한 이득을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 입력 영상에 상기 이득을 곱하여 상기 입력 영상의 대비를 향상시키는 단계;를 갖는다.According to another aspect of the present invention, there is provided a dynamic range expansion method comprising: (a) outputting an intermediate image for each color channel by separating colors of input images into preset color channels; step; (b) generating a color channel conversion map for each of the color channels based on the atmospheric light for each color channel input to the intermediate image and image acquiring device for each color channel, combining the respective color channel conversion maps, Generating a map; (c) calculating a gain for extending the dynamic range based on the combined color channel conversion map; And (d) enhancing the contrast of the input image by multiplying the input image by the gain.

본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치 및 방법에 의하면, 색상 채널 변환(color-channel transmission : CCT) 맵을 이용하여 다이나믹 레인지를 확장함으로써, 하나의 영상만으로 배경을 보존하면서 저 노출 영역의 대비를 향상시킬 수 있고, 다이나믹 레인지의 향상을 위한 계산 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 색상 왜곡 없이 HDR 영상을 생성할 수 있다. According to the dynamic range expansion apparatus and method of the present invention, by enhancing the dynamic range using a color-channel transmission (CCT) map, the contrast of the low-exposure area can be improved while preserving the background using only one image The computation time for improving the dynamic range can be drastically reduced, and the HDR image can be generated without color distortion.

도 1은 기존의 디지털 영상 장치들에 의해 획득된 영상의 예를 도시한 도면,
도 2는 축소된 다이나믹 레인지 환경에 대한 영상 획득 모델을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치에 대한 바람직한 실시예를 도시한 도면,
도 4는 저 노출 영역뿐만 아니라 원색 영역도 매우 낮은 강도를 가지는 영상의 예를 도시한 도면,
도 5는 각각의 색상 채널에 대한 색상 채널 변환맵의 예를 도시한 도면,
도 6은 입력 영상에 대한 다양한 색상 채널 변환맵의 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치 및 방법의 성능을 검증하기 위해 실시된 실험에서 사용된 1600×1066 크기의 자동차 영상과 디스플레이 영상을 도시한 도면,
도 9는 도 8에 도시된 자동차 영상에 대한 다이나믹 레인지 확장 결과를 도시한 도면,
도 10은 도 9에 도시된 영상의 사각형 영역을 잘라내어 확대한 도면,
도 11은 도 8에 도시된 디스플레이 영상에 대한 다이나믹 레인지 확장 결과를 도시한 도면,
도 12는 도 11에 도시된 영상의 사각형 영역을 잘라내어 확대한 도면, 그리고,
도 13은 도 9에 도시된 영상들에 대한 본 발명과 종래기술들의 다이나믹 레인지 확장을 위한 연산 시간을 비교한 그래프이다.
1 shows an example of an image obtained by a conventional digital imaging apparatus,
2 shows an image acquisition model for a reduced dynamic range environment,
3 is a view showing a preferred embodiment of a dynamic range expansion apparatus according to the present invention,
4 is a view showing an example of an image having not only a low exposure area but also a primary color area having very low intensity,
5 is a diagram showing an example of a color channel conversion map for each color channel,
6 is a diagram illustrating an example of various color channel conversion maps for an input image,
FIG. 7 is a flowchart illustrating a dynamic range expansion method according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a view showing a 1600 × 1066 size car image and a display image used in an experiment performed to verify the performance of the dynamic range expansion apparatus and method according to the present invention,
9 is a diagram showing a dynamic range expansion result for the automobile image shown in FIG. 8,
FIG. 10 is an enlarged view of a rectangular area of the image shown in FIG. 9,
FIG. 11 is a diagram showing a dynamic range expansion result for the display image shown in FIG. 8,
12 is an enlarged view of a rectangular area of the image shown in FIG. 11,
FIG. 13 is a graph comparing the computation time for the dynamic range extension of the present invention and the conventional techniques with respect to the images shown in FIG.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a dynamic range expansion apparatus and method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 축소된 다이나믹 레인지 환경에 대한 영상 획득 모델이 도시되어 있다. 본 발명은 결합된 색상 채널 변환(combined color-channels transmission : CCT) 맵을 사용하여 저 노출 영역을 검출하고, 대비 향상을 위해 검출된 영역의 밝기를 변경한다. CCT 맵은 풍경으로부터 영상 센서에 도달하는 빛의 양을 의미하기 때문에 저 노출 영역의 밝기는 공간적으로 적응적인 방법으로 조절될 수 있다. 이하의 설명에서 다이나믹 레인지의 확장은 곧 영상의 대비 향상을 의미한다.FIG. 2 shows an image acquisition model for a reduced dynamic range environment. The present invention detects low exposure areas using a combined color-channels transmission (CCT) map and changes the brightness of the detected area for contrast enhancement. Since the CCT map represents the amount of light reaching the image sensor from the landscape, the brightness in the low-exposure area can be adjusted in a spatially adaptive manner. The expansion of the dynamic range in the following description means improvement of the contrast of the image.

도 3은 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치에 대한 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.3 is a view showing a preferred embodiment of the dynamic range expansion apparatus according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치(100)는 색상 분리부(110), 변환맵 생성부(120), 이득 산출부(130) 및 대비 향상부(140)를 구비한다.3, the dynamic range expansion apparatus 100 includes a color separation unit 110, a transformation map generation unit 120, a gain calculation unit 130, and a contrast enhancement unit 140.

색상 분리부(110)는 입력 영상의 색상을 사전에 설정되어 있는 색상 채널별로 분리한다. 예를 들어, 빨간색(R), 녹색(G) 및 파란색(B)을 기준으로 입력 영상의 색상을 분리할 경우에 색상 분리부(110)는 R, G 및 B의 세 개 채널별 중간 영상을 출력한다.The color separator 110 separates the hue of the input image into the color channels set in advance. For example, when the colors of the input image are separated based on red (R), green (G), and blue (B), the color separator 110 separates the intermediate images of the three channels of R, G, and B Output.

변환맵 생성부(120)는 각각의 색상 채널별로 CCT 맵을 생성한 후 각각의 CCT 맵을 합성하여 대비 향상을 위한 결합된 CCT 맵을 생성한다. 본 발명은 공간적으로 적응적인 기법으로 저 노출 영역의 대비를 향상시킴으로써 배경과 전경 영역의 구체적 정보를 표현할 수 있기 때문에 고스트 결함없이 다이나믹 레인지를 확장시킬 수 있다.The transformation map generator 120 generates a CCT map for each color channel, and then combines each CCT map to generate a combined CCT map for contrast enhancement. The present invention improves the contrast of a low-exposure area by a spatially adaptive technique, and can express concrete information of a background and a foreground area, so that the dynamic range can be expanded without a ghost defect.

일반적으로 영상은 다음의 수학식으로 표현되는 대기광과 객체의 표면에 의해 반사된 광의 합성에 의해 획득된다.In general, an image is obtained by combining atmospheric light expressed by the following equation and light reflected by the surface of the object.

Figure 112014046104947-pat00001
Figure 112014046104947-pat00001

여기서, g(x,y)는 획득된 입력 영상, (x,y)는 입력 영상의 각 화소 좌표, A는 대기광, t(x,y)는 결합된 CCT 맵, 그리고 f(x,y)는 객체 표면을 나타낸다.(X, y) is the combined CCT map, and f (x, y) is the combined input image, (x, y) is the pixel coordinates of the input image, A is the atmospheric light, ) Represents the object surface.

도 2에 도시된 영상 획득 모델에 기초하면, 대기광은 영상 센서로 직접 입력되며, 객체의 표면에서 영상 센서의 반대편으로 반사된다. 따라서 다음의 수학식과 같이 객체 영역은 획득된 영상에서 보다 어둡게 나타나며, 0에 가까워진다.Based on the image acquisition model shown in Figure 2, the atmospheric light is directly input to the image sensor and reflected from the surface of the object to the opposite side of the image sensor. Therefore, the object area appears darker than the acquired image, and approaches 0 as shown in the following equation.

Figure 112014046104947-pat00002
Figure 112014046104947-pat00002

여기서, c는 색상 채널을 의미한다. Here, c denotes a color channel.

수정된 히스토그램 등화와 HDR 영상은 이러한 문제를 해소하기 위한 널리 사용되는 방법이다. 그러나 수정된 히스토그램 등화 방법은 픽셀 강도를 변경할 수 있으며, 이는 강도 분포만을 나타내기 때문에 저 노출 영역에 속하지 않는다. 반대로, HDR 영상은 다수의 상이한 노출의 LDR 영상들을 획득할 필요가 있으며, LDR 영상들은 영상들 사이의 상대적인 움직임으로 혼합될 때 고스트 결함을 낳는다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 저 노출 영역의 밝기를 변경하고, 배경의 밝기를 보존하면서 저 노출 영역의 대비를 향상시킨다. 이를 위해 본 발명은 영상 센서로 입력되는 광량을 나타내는 결합된 CCT 맵을 사용하여 저 노출 영역을 추출한다. Modified histogram equalization and HDR imaging are widely used to solve this problem. However, the modified histogram equalization method can change the pixel intensity, which does not belong to the low exposure area because it only shows the intensity distribution. Conversely, HDR images need to acquire LDR images of a number of different exposures, and LDR images result in ghosting defects when mixed with relative motion between images. To solve this problem, the present invention improves the contrast of the low-exposure area while changing the brightness of the low-exposure area and preserving the brightness of the background. To this end, the present invention extracts a low-exposure area using a combined CCT map representing the amount of light input to the image sensor.

CCT 맵의 작은 값은 적은 광이 입력됨을 의미하며, 이는 저 노출 영역으로 간주될 수 있다. 이러한 접근은 헤이즈 제거 또는 안개 제거를 위해 우선적으로 다크 채널을 사용하는 다크 채널 우선 기반 배경광 보상(dark channel prior-based backlighting compensation : DCPBLC) 방법과 유사하다. 다크 채널 우선은 대부분의 비 하늘 패치에 있어서 적어도 하나의 색상 채널이 강도가 매우 낮고 0에 가까운 픽셀들을 가진다고 가정한다. 이는 저 노출 영역뿐만 아니라 원색 영역도 매우 낮은 강도를 가짐을 의미한다.A small value of the CCT map means that less light is input, which can be considered as a low exposure area. This approach is similar to the dark channel prior-based backlighting compensation (DCPBLC) method, which primarily uses dark channels for haze removal or fog removal. The dark channel preference assumes that for most non-sky patches, at least one color channel has very low intensity and near zero pixels. This means that not only the low-exposure area but also the primary color area has very low intensity.

도 4는 이러한 경우의 예를 도시한 도면이다. 도 4의 (a)에 도시된 입력 영상에서 하늘 영역은 빨간색과 파란색 같은 원색들을 포함한다. 도 4의 (b)에는 다크 채널 우선을 사용하는 변환맵이 도시되어 있고, (c)에는 색상 부호화된 변환맵이 도시되어 있다. 빨간색 영역은 향상될 필요가 있는 반면, 파란색 영역은 원래의 밝기를 유지할 필요가 있다. 원색은 단지 하나 또는 두 개의 채널에서 높은 값을 가지므로, 이는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 저 노출 영역에 속한다.Fig. 4 is a view showing an example of such a case. In the input image shown in FIG. 4A, the sky area includes primary colors such as red and blue. FIG. 4B shows a transformation map using dark channel priority, and FIG. 4C shows a color-coded transformation map. The red areas need to be enhanced, while the blue areas need to maintain their original brightness. Since the primary color has a high value in only one or two channels, it belongs to the low exposure area as shown in Fig. 4 (c).

변환맵 생성부(120)는 저 노출 영역만 정확하게 추출하기 위해 우선 다음의 수학식에 의해 각각의 색상 채널에 대한 CCT 맵을 생성한다.The conversion map generation unit 120 first generates a CCT map for each color channel by using the following equation to accurately extract only the low-exposure area.

Figure 112014046104947-pat00003
Figure 112014046104947-pat00003

여기서, tc(x,y)는 상기 색상 채널별 변환맵, (x,y)는 입력 영상의 각 화소 좌표, Ac는 각각의 색상 채널에서 대기광의 최대 강도, gc는 상기 입력 영상의 색상 채널별 중간 영상, c는 색상 채널 식별자, R은 빨간색, G는 녹색, 그리고, B는 파란색이다.Where, t c (x, y) is the transformation map by the color channels, (x, y) are the pixel coordinates of the input image, A c is the standby light maximum intensity in each color channel, g c is of the input image C is a color channel identifier, R is red, G is green, and B is blue.

상술한 바와 같이, 반사 표면이 영상 센서의 반대쪽이기 대문에 객체의 영역의 강도는 0에 가깝다. 따라서 수학식 3은 다음과 같이 정리될 수 있다.As described above, since the reflective surface is opposite to the image sensor, the intensity of the area of the object is close to zero. Therefore, equation (3) can be summarized as follows.

Figure 112014046104947-pat00004
Figure 112014046104947-pat00004

도 5에는 각각의 색상 채널에 대한 CCT 맵이 도시되어 있다.A CCT map for each color channel is shown in Fig.

높은 강도값과 낮은 강도값은 각각 입력 영상에서 저 노출 영역 및 밝기 보존 영역을 나타낸다. 빨간색 채널의 변환맵에서 하늘 영역은 석양 색으로 인해 다른 변환맵보다 어둡다. 이는 비록 영역이 저 노출되지 않았다 해도 색상 채널에서 저 노출 영역으로 간주될 수 있음을 의미한다. 따라서 변환맵 생성부(120)는 저 노출 영역을 정확하게 추출하기 위해 세 개의 색상 채널의 변환맵들을 합성하여 결합된 CCT 맵을 생성한다. 이러한 과정은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.The high intensity value and the low intensity value respectively indicate the low exposure area and the brightness preservation area in the input image. In the red channel conversion map, the sky area is darker than the other conversion map due to the sunset color. This means that even if the area is not exposed low, it can be regarded as a low exposed area in the color channel. Therefore, the conversion map generator 120 combines the conversion maps of the three color channels to accurately extract the low-exposure area to generate a combined CCT map. This process can be expressed by the following equation.

Figure 112014046104947-pat00005
Figure 112014046104947-pat00005

여기서,

Figure 112014046104947-pat00006
는 겹합된 CCT 맵을 의미한다.here,
Figure 112014046104947-pat00006
Means an overlapped CCT map.

저 노출 영역은 결합된 CCT 맵에서 낮은 강도를 가지기 때문에 성공적으로 추출될 수 있다. 게다가 결합된 CCT 맵은 세 개의 색상 채널에 대응하는 CCT 맵들을 곱하여 생성되므로, 특정한 색상으로부터 야기되는 에러를 피할 수 있다. 도 6에는 입력 영상에 대한 다양한 CCT 맵의 예가 도시되어 있다. 도 6에서 (a)는 입력 영상, (b)는 빨간색 채널의 변환 맵, (c)는 녹색 채널의 변환 맵, 그리고, (d)는 파란색 채널의 변환맵이다.The low exposure area can be successfully extracted because it has low intensity in the combined CCT map. In addition, the combined CCT map is generated by multiplying the CCT maps corresponding to the three color channels, thereby avoiding errors resulting from specific colors. FIG. 6 shows an example of various CCT maps for an input image. 6 (a) is an input image, (b) is a red channel conversion map, (c) is a green channel conversion map, and (d) is a blue channel conversion map.

수학식 5로 표현되는 결합된 CCT 맵은 0과 1 사이의 값을 포함하므로, 다음의 수학식에 의해 영상 강도에 대해 값들을 스케일할 필요가 있다. Since the combined CCT map represented by Equation (5) includes a value between 0 and 1, it is necessary to scale the values for image intensity by the following equation.

Figure 112014046104947-pat00007
Figure 112014046104947-pat00007

여기서, β는 정규화 인자를 나타내며, 실험적으로 β=1.7을 사용한다.Here, β represents a normalization factor, and β = 1.7 is used experimentally.

이득 산출부(130)는 결합된 CCT 맵 또는 스케일링된 결합된 CCT 맵을 기초로 다음의 수학식에 의해 다이나믹 레인지를 확장하기 위한 이득을 계산한다.The gain calculating unit 130 calculates a gain for extending the dynamic range by the following equation based on the combined CCT map or the scaled combined CCT map.

Figure 112014046104947-pat00008
Figure 112014046104947-pat00008

여기서, a(x,y)는 이득이다.Here, a (x, y) is a gain.

대비 향상부(140)는 다이나믹 레인지를 확장하기 위해 다음의 수학식에 의해 입력 영상에 이득을 곱하여 대비를 향상시킨다.The contrast enhancing unit 140 enhances the contrast by multiplying the gain of the input image by the following equation in order to expand the dynamic range.

Figure 112014046104947-pat00009
Figure 112014046104947-pat00009

여기서,

Figure 112014046104947-pat00010
는 대비 향상된 영상이다.here,
Figure 112014046104947-pat00010
Is a contrast enhanced image.

이득은 결합된 CCT 맵으로부터 계산되고 풍경으로부터 영상 센서로 입력되는 광량을 포함하기 때문에, 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치는 비자연스러운 경계 결함없이 공간적으로 적응적인 방법으로 저 노출 영역의 밝기를 변경할 수 있다.Since the gain includes the amount of light that is calculated from the combined CCT map and input to the image sensor from the landscape, the dynamic range extension device according to the present invention can change the brightness of the low- exposure area in a spatially adaptive manner without unnatural boundary defects have.

도 7은 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a dynamic range expansion method according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.

색상 분리부(110)는 입력 영상의 색상을 사전에 설정되어 있는 색상 채널별로 분리하여 색상 채널별 중간 영상(gR(x,y), gG(x,y), gB(x,y))을 출력한다(S700). 다음으로, 변환맵 생성부(120)는 각각의 색상 채널별 중간 영상을 기초로 수학식 4에 의해 CCT 맵을 생성한 후 각각의 CCT 맵을 곱하여 결합된 CCT 맵을 생성한다(S710). 다음으로, 변환맵 생성부(120)는 결합된 CCT 맵을 최소값과 최대값을 기초로 스케일링한다(S720). 이러한 결합된 CCT 맵의 스케일링은 선택적인 과정이다. 다음으로, 이득 산출부(130)는 결합된 CCT 맵 또는 스케일링된 결합된 CCT 맵을 e의 지수로 하여 다이나믹 레인지를 확장하기 위한 이득을 계산한다(S730). 다음으로, 대비 향상부(140)는 다이나믹 레인지를 확장하기 위해 다음의 수학식에 의해 입력 영상에 이득을 곱하여 대비를 향상시킨다(S740).The color separation unit 110 divides the color of the input image into the color channels according to the preset color channels to generate the intermediate images g R (x, y), g G (x, y), g B ) (S700). Next, the transformation map generation unit 120 generates a CCT map using Equation (4) based on the intermediate image for each color channel, and then generates a combined CCT map by multiplying each CCT map (S710). Next, the transformation map generation unit 120 scales the combined CCT map based on the minimum value and the maximum value (S720). Scaling of this combined CCT map is an optional process. Next, the gain calculating unit 130 calculates a gain for expanding the dynamic range by using the combined CCT map or the scaled combined CCT map as the exponent of e (S730). Next, in order to increase the dynamic range, the contrast enhancement unit 140 multiplies the gain of the input image by the following equation to improve contrast (S740).

본 발명에 따른 다이나믹 레인지 확장 장치 및 방법의 성능을 검증하기 위해 실시된 실험에서 1600×1066 크기의 자동차와 디스플레이 영상을 사용하였다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 영상은 감소된 다이나믹 레인지 상태에서 획득되었다. 그리고 본 발명에 의한 결과를 DCPBLC, DSIHE, GC-CHE 및 다중스케일 레티넥스(multiscale retinex : MSR) 기법들에 의한 결과와 비교하였다.In order to verify the performance of the dynamic range expansion apparatus and method according to the present invention, a car and a display image of 1600 × 1066 size were used. As shown in Fig. 8, each image was obtained in a reduced dynamic range state. The results of the present invention were compared with results by DCPBLC, DSIHE, GC-CHE and multiscale retinex (MSR) techniques.

도 9에는 다이나믹 레인지 확장 결과가 도시되어 있다. 도 9의 (b) 내지 (d)는 벽 근처에서 색상 왜곡을 포함하고 있음을 알 수 있다. 비록 MSR은 벽 근처에서 색상 왜곡이 개선되었지만 도 9의 (e)에 도시된 바와 같이 밝기 향상은 충분하지 않다. 이와 달리, 본 발명의 결과는 도 9의 (f)에서 알 수 있듯이 색상 왜곡없이 성공적으로 다이나믹 레인지를 확장할 수 있다. 보다 명확한 비교를 위해 도 9의 (a)의 사각형 영역을 잘라내 확장하여 도 10에 도시하였다. Fig. 9 shows the dynamic range expansion result. It can be seen that Figures 9 (b) to 9 (d) include color distortion near the wall. Although the MSR improves the color distortion near the wall, the brightness enhancement is not sufficient as shown in Fig. 9 (e). Alternatively, the result of the present invention can successfully extend the dynamic range without color distortion, as can be seen in FIG. 9 (f). For a clearer comparison, the rectangular area of FIG. 9 (a) is cut out and expanded to be shown in FIG.

입력 영상을 획득하기 위한 셔터 속도가 헤드라이트 영역에 대해 정상 노출로 설정되었기 때문에 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 다른 영역은 저 노출된다. 비록 DSIHE 및 GC-CHE 기법이 밝기를 개선했지만 도 10의 (c)와 (d)에 도시된 바와 같이 헤드라이트 영역 역시 포화된다. DCPBLC와 MSR의 결과는 헤드라이트 영역의 밝기를 보존하고 있지만, 자동차의 로고를 인식할 수 있을 만큼 밝기가 향상되지 않는다. 이와 달리, 본 발명은 다이나믹 레인지의 확장을 위해 저 노출 영역을 검출하고 향상시키며, 도 10의 (f)에 도시된 바와 같이 헤드라이트 영역의 밝기를 보정하면서 저 노출 영역의 밝기를 개선한다.Since the shutter speed for acquiring the input image is set to the normal exposure with respect to the headlight area, the other area is exposed low as shown in Fig. 10 (a). Although the DSIHE and GC-CHE techniques improve the brightness, the headlight area also saturates, as shown in Figures 10 (c) and 10 (d). The result of DCPBLC and MSR preserves the brightness of the headlight area, but does not improve the brightness enough to recognize the car's logo. In contrast, the present invention detects and improves low-exposure areas for expansion of the dynamic range and improves the brightness of the low-exposure areas while correcting the brightness of the headlight area as shown in Fig. 10 (f).

도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 디스플레이 영상에서 배경 디스플레이 패널은 배경 조명원의 역할을 한다. 도 11의 (b) 내지 (e)에서 알 수 있듯이 기존의 방법들은 객체와 배경을 동시에 향상시킬 수 없다. 이와 달리, 도 11의 (f)에 도시된 바와 같이 본 발명은 배경을 보존하면서 저 노출 영역만을 향상시킨다. 보다 명확한 비교를 위해 도 11의 (a)의 사각형 영역을 잘라내 확장하여 도 12에 도시하였다.As shown in FIG. 11 (a), the background display panel in the display image serves as a backlight source. As can be seen from (b) to (e) of FIG. 11, existing methods can not simultaneously enhance objects and background. Alternatively, as shown in FIG. 11 (f), the present invention improves only the low-exposure area while preserving the background. For a clearer comparison, the rectangular region of FIG. 11 (a) is cut out and expanded to be shown in FIG.

도 12의 (b)에서 알 수 있듯이, 비록 DCPBLC 기법이 객체 영역의 대비를 향상시켰지만, 배경에서의 격자형 모니터 경계는 포화로 인해 희미해진다. 반대로, DSIHE와 GC-CHE의 결과에서 모니터 경계가 두꺼워지고, 결과적으로 도 12의 (c)와 (d)에서 알 수 있듯이 객체 영역의 대비가 충분하게 향상되지 않는다. 비록 MSR은 부분적으로 객체 영역의 대비가 향상되나, 객체 영역은 여전히 저 노출되며, 도 12의 (e)에서 알 수 있듯이 디스플레이 패널이 밝아지기 때문에 대비가 열화된다. 이와 달리, 본 발명은 배경을 보존하면서 저 노출 영역만 대비를 향상시킨다. 본 발명을 이용한 다이나믹 레인지 확장의 성공적인 결과가 도 12의 (f)에 도시되어 있다.As can be seen in FIG. 12 (b), although the DCPBLC scheme improves the contrast of the object region, the lattice monitor boundaries in the background become blurred due to saturation. Conversely, the monitor boundaries become thicker in the results of DSIHE and GC-CHE, and as a result, the contrast of the object region is not sufficiently improved as can be seen in Figures 12 (c) and 12 (d). Although the MSR partially improves the contrast of the object region, the object region is still exposed to low light. As shown in FIG. 12 (e), the contrast of the display panel deteriorates because the display panel becomes brighter. In contrast, the present invention improves the contrast of low-exposure areas while preserving the background. A successful result of the dynamic range expansion using the present invention is shown in Fig. 12 (f).

도 13은 도 9에 도시된 영상들에 대한 본 발명과 종래기술들의 다이나믹 레인지 확장을 위한 연산 시간을 비교한 그래프이다. DCPBLC와 DSIHE는 대비 향상을 위해 두 개의 영상을 생성하기 때문에 계산 시간이 줄어들 수 없다. GC-CHE는 전단 이득을 설정하기 위해 입력 영상의 전체 강도 밀도를 계산하여야 하며, 이는 계산 시간을 증가시키는 주요 요인이다. MST은 각각의 색상 채널에서 광원과 반사를 추정하며, 이는 가장 긴 계산 시간을 낳게 된다. 이와 달리, 본 발명은 단일 영상을 사용하여 다이나믹 레인지의 확장을 위해 저 노출 영역의 대비를 향상시키므로, 계산 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.FIG. 13 is a graph comparing the computation time for the dynamic range extension of the present invention and the conventional techniques with respect to the images shown in FIG. Since DCPBLC and DSIHE generate two images for contrast enhancement, calculation time can not be reduced. The GC-CHE must calculate the total intensity density of the input image to set the shear gain, which is a major factor in increasing the computation time. The MST estimates the light source and reflection in each color channel, resulting in the longest calculation time. In contrast, the present invention improves the contrast of a low-exposure area in order to expand a dynamic range by using a single image, so that the calculation time can be drastically reduced.

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)의 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.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission via the Internet) . The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 입력 영상의 색상을 사전에 설정되어 있는 색상 채널별로 분리하여 색상 채널별 중간 영상을 출력하는 색상 분리부;
상기 색상 채널별 중간 영상 및 영상 획득 장치로 입력되는 색상 채널별 대기광을 기초로 상기 색상 채널별로 색상 채널 변환맵을 생성하고, 각각의 색상 채널 변환맵을 결합하여 결합된 색상 채널 변환맵을 생성하는 변환맵 생성부;
상기 결합된 색상 채널 변환맵을 기초로 다이나믹 레인지를 확장하기 위한 이득을 산출하는 이득 산출부; 및
상기 입력 영상에 상기 이득을 곱하여 상기 입력 영상의 대비를 향상시키는 대비 향상부;를 포함하며,
상기 변환맵 생성부는 상기 결합된 색상 채널 변환맵의 최소값과 최대값을 기초로 상기 결합된 색상 채널 변환맵을 스케일링하고,
상기 이득 산출부는 상기 스케일링된 결합된 색상 채널 변환맵을 기초로 상기 이득을 산출하고,
상기 변환맵 생성부는 다음의 수학식 A에 의해 상기 결합된 색상 채널 변환맵을 스케일링하고,
상기 이득 산출부는 다음의 수학식 B에 의해 상기 이득을 산출하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지 확장 장치:
[수학식 A]
Figure 112014099064276-pat00011

[수학식 B]
Figure 112014099064276-pat00012

여기서, n(x,y)는 스케일링된 결합된 색상 채널 변환맵,
Figure 112014099064276-pat00013
는 상기 결합된 색상 채널 변환맵,
Figure 112014099064276-pat00014
는 상기 결합된 색상 채널 변환맵의 최소값,
Figure 112014099064276-pat00015
는 상기 결합된 색상 채널 변환맵의 최대값, (x,y)는 입력 영상의 각 화소 좌표, β는 실험적으로 결정되는 정규화 인자, 그리고, a(x,y)는 상기 이득이다.
A color separator for separating colors of an input image into color channels which are set in advance and outputting an intermediate image for each color channel;
Generating a color channel conversion map for each of the color channels based on the intermediate image for each color channel and the atmospheric light for each color channel input to the image capturing device, combining the respective color channel conversion maps to generate a combined color channel conversion map A conversion map generation unit for generating a conversion map;
A gain calculation unit for calculating a gain for extending a dynamic range based on the combined color channel conversion map; And
And a contrast enhancing unit for enhancing the contrast of the input image by multiplying the input image by the gain,
Wherein the conversion map generator scales the combined color channel conversion map based on the minimum value and the maximum value of the combined color channel conversion map,
Wherein the gain calculator calculates the gain based on the scaled combined color channel conversion map,
The transformation map generator scales the combined color channel transformation map by the following equation A,
Wherein the gain calculating unit calculates the gain by the following expression (B): " (1) "
[Mathematical formula A]
Figure 112014099064276-pat00011

[Mathematical expression B]
Figure 112014099064276-pat00012

Where n (x, y) is the scaled combined color channel conversion map,
Figure 112014099064276-pat00013
The combined color channel conversion map,
Figure 112014099064276-pat00014
Is a minimum value of the combined color channel conversion map,
Figure 112014099064276-pat00015
(X, y) is a maximum value of the combined color channel conversion map, (x, y) is each pixel coordinate of the input image,? Is a normalization factor experimentally determined, and a (x, y) is the gain.
제 3항에 있어서,
상기 변환맵 생성부는 다음의 수학식 C에 의해 상기 색상 채널별 변환맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지 확장 장치:
[수학식 C]
Figure 112014099064276-pat00016

여기서, tc(x,y)는 상기 색상 채널별 변환맵, (x,y)는 입력 영상의 각 화소 좌표, Ac는 각각의 색상 채널에서 대기광의 최대 강도, gc는 상기 입력 영상의 색상 채널별 중간 영상, c는 색상 채널 식별자, R은 빨간색, G는 녹색, 그리고, B는 파란색이다.
The method of claim 3,
Wherein the conversion map generator generates the color channel-specific conversion map according to Equation (C): < EMI ID =
[Mathematical expression C]
Figure 112014099064276-pat00016

Where, t c (x, y) is the transformation map by the color channels, (x, y) are the pixel coordinates of the input image, A c is the standby light maximum intensity in each color channel, g c is of the input image C is a color channel identifier, R is red, G is green, and B is blue.
입력 영상의 색상을 사전에 설정되어 있는 색상 채널별로 분리하여 색상 채널별 중간 영상을 출력하는 색상 분리부;
상기 색상 채널별 중간 영상 및 영상 획득 장치로 입력되는 색상 채널별 대기광을 기초로 상기 색상 채널별로 색상 채널 변환맵을 생성하고, 각각의 색상 채널 변환맵을 결합하여 결합된 색상 채널 변환맵을 생성하는 변환맵 생성부;
상기 결합된 색상 채널 변환맵을 기초로 다이나믹 레인지를 확장하기 위한 이득을 산출하는 이득 산출부; 및
상기 입력 영상에 상기 이득을 곱하여 상기 입력 영상의 대비를 향상시키는 대비 향상부;를 포함하며,
상기 이득 산출부는 다음의 수학식 C에 의해 상기 이득을 산출하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지 확장 장치:
[수학식 C]
Figure 112014099064276-pat00017

여기서, a(x,y)는 상기 이득,
Figure 112014099064276-pat00018
는 상기 결합된 색상 채널 변환맵, 그리고, (x,y)는 입력 영상의 각 화소 좌표이다.
A color separator for separating colors of an input image into color channels which are set in advance and outputting an intermediate image for each color channel;
Generating a color channel conversion map for each of the color channels based on the intermediate image for each color channel and the atmospheric light for each color channel input to the image capturing device, combining the respective color channel conversion maps to generate a combined color channel conversion map A conversion map generation unit for generating a conversion map;
A gain calculation unit for calculating a gain for extending a dynamic range based on the combined color channel conversion map; And
And a contrast enhancing unit for enhancing the contrast of the input image by multiplying the input image by the gain,
Wherein the gain calculating unit calculates the gain by the following equation (C): "
[Mathematical expression C]
Figure 112014099064276-pat00017

Where a (x, y) is the gain,
Figure 112014099064276-pat00018
Is the combined color channel conversion map, and (x, y) is the pixel coordinates of the input image.
삭제delete 삭제delete (a) 입력 영상의 색상을 사전에 설정되어 있는 색상 채널별로 분리하여 색상 채널별 중간 영상을 출력하는 단계;
(b) 상기 색상 채널별 중간 영상 및 영상 획득 장치로 입력되는 색상 채널별 대기광을 기초로 상기 색상 채널별로 색상 채널 변환맵을 생성하고, 각각의 색상 채널 변환맵을 결합하여 결합된 색상 채널 변환맵을 생성하는 단계;
(c) 상기 결합된 색상 채널 변환맵을 기초로 다이나믹 레인지를 확장하기 위한 이득을 산출하는 단계; 및
(d) 상기 입력 영상에 상기 이득을 곱하여 상기 입력 영상의 대비를 향상시키는 단계;를 포함하며,
상기 (b)단계에서, 상기 결합된 색상 채널 변환맵의 최소값과 최대값을 기초로 상기 결합된 색상 채널 변환맵을 스케일링하고,
상기 (c)단계에서, 상기 스케일링된 결합된 색상 채널 변환맵을 기초로 상기 이득을 산출하고,
상기 (b)단계에서, 다음의 수학식 A에 의해 상기 결합된 색상 채널 변환맵을 스케일링하고,
상기 (c)단계에서, 다음의 수학식 B에 의해 상기 이득을 산출하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지 확장 방법:
[수학식 A]
Figure 112014099064276-pat00019

[수학식 B]
Figure 112014099064276-pat00020

여기서, n(x,y)는 스케일링된 결합된 색상 채널 변환맵,
Figure 112014099064276-pat00021
는 상기 결합된 색상 채널 변환맵,
Figure 112014099064276-pat00022
는 상기 결합된 색상 채널 변환맵의 최소값,
Figure 112014099064276-pat00023
는 상기 결합된 색상 채널 변환맵의 최대값, (x,y)는 입력 영상의 각 화소 좌표, β는 실험적으로 결정되는 정규화 인자, 그리고, a(x,y)는 상기 이득이다.
(a) outputting an intermediate image for each color channel by separating the hue of the input image for each color channel set in advance;
(b) generating a color channel conversion map for each of the color channels based on the atmospheric light for each color channel input to the intermediate image and image acquiring device for each color channel, combining the respective color channel conversion maps, Generating a map;
(c) calculating a gain for extending the dynamic range based on the combined color channel conversion map; And
(d) enhancing the contrast of the input image by multiplying the input image by the gain,
Wherein in the step (b), the combined color channel conversion map is scaled based on a minimum value and a maximum value of the combined color channel conversion map,
In the step (c), the gain is calculated on the basis of the scaled combined color channel conversion map,
In the step (b), the combined color channel conversion map is scaled by the following equation (A)
And in the step (c), the gain is calculated by the following equation (B): "
[Mathematical formula A]
Figure 112014099064276-pat00019

[Mathematical expression B]
Figure 112014099064276-pat00020

Where n (x, y) is the scaled combined color channel conversion map,
Figure 112014099064276-pat00021
The combined color channel conversion map,
Figure 112014099064276-pat00022
Is a minimum value of the combined color channel conversion map,
Figure 112014099064276-pat00023
(X, y) is a maximum value of the combined color channel conversion map, (x, y) is each pixel coordinate of the input image,? Is a normalization factor experimentally determined, and a (x, y) is the gain.
제 8항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 다음의 수학식 C에 의해 상기 색상 채널별 변환맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 레인지 확장 방법:
[수학식 C]
Figure 112014099064276-pat00024

여기서, tc(x,y)는 상기 색상 채널별 변환맵, (x,y)는 입력 영상의 각 화소 좌표, Ac는 각각의 색상 채널에서 대기광의 최대 강도, gc는 상기 입력 영상의 색상 채널별 중간 영상, c는 색상 채널 식별자, R은 빨간색, G는 녹색, 그리고, B는 파란색이다.
9. The method of claim 8,
Wherein, in the step (b), the color channel-specific conversion map is generated by the following equation (C): < EMI ID =
[Mathematical expression C]
Figure 112014099064276-pat00024

Where, t c (x, y) is the transformation map by the color channels, (x, y) are the pixel coordinates of the input image, A c is the standby light maximum intensity in each color channel, g c is of the input image C is a color channel identifier, R is red, G is green, and B is blue.
제 8항 또는 제 9항에 기재된 다이나믹 레인지 확장 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for causing a computer to execute the dynamic range expansion method according to claim 8 or 9.
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