KR101516757B1 - 영상복원장치 및 영상복원장치의 동작 방법 - Google Patents

영상복원장치 및 영상복원장치의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, W-RGB필터를 통해서 획득한 영상에 대하여 밝기성분(White 채널)을 복원하는데 복원 품질을 향상시키고 더 나아가 복원 절차를 간략화할 수 있는 영상복원장치 및 영상복원장치 의 동작 방법을 개시하고 있다.

Description

영상복원장치 및 영상복원장치의 동작 방법{IMAGE INTERPOLATION APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 영상복원장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 W-RGB필터를 통해서 획득한 영상에 대하여 밝기성분(White 채널)을 복원하는데 복원 품질을 향상시키고 더 나아가 복원 절차를 간략화할 수 있는 영상복원장치 및 영상복원장치의 동작 방법에 관한 것이다.
계속된 화소 수 경쟁으로 인해 현재 모바일폰에서 사용되는 CMOS 이미지센서는 13M급까지 발전하게 되었고, 이 경우 1.1um 이하의 화소(Pixel pitch)가 필요하다. 그러나 이 경우에는 충분한 광량이 확보되지 않은 환경에서 의도한 색상을 표현하기 어려운 문제점이 있고, 특히 이러한 문제점은 주위의 환경이 어두운 저조도 환경일수록 더욱 심각하게 나타난다.
이에, 최근에는 저조도 환경에서도 고품질의 이미지(영상)을 얻기 위해, 감도를 향상시키는 방향으로 CMOS 이미지센서가 개발되고 있으며 이러한 맥락으로 CMOS 이미지센서에서 White-RGB 컬러필터어레이(이하, W-RGB필터라 함)를 사용하는 추세이다.
R,G,B channel 즉 R,G,B 색성분에 비해 White channel 즉 밝기성분의 민감도가 높기 때문에, 저조도 환경에서 W-RGB필터를 사용하게 되면, RGB 컬러필터어레이(이하, RGB필터라 함)를 사용할 때 보다 G channel에서 1dB, R channel에서 6dB, B channel에서 6dB 정도 성능이 향상된다. 결과적으로 W-RGB필터를 사용함으로써 색 재현율을 높일 수 있다.
이처럼, 저조도 환경에서도 색 재현율을 높이기 위해 CMOS 이미지센서에서 W-RGB필터를 사용하는 경우, W-RGB필터를 통해서 획득되는 영상에 대하여 밝기성분(White Channel)을 복원(또는 보간)하여 White 영상을 추정해내는 과정이 필요하며 이러한 과정은 매우 중요하다.
헌데, 기존의 W-RGB필터를 통해서 획득되는 영상에 대하여 밝기성분(White Channel)을 복원하는 방식은, 밝기성분값이 없는 화소(예 : B 화소)에 대하여, 해당 화소와 가장 근접하게 위치한 밝기성분값 화소들의 평균값을 구하고, 구해진 평균값을 해당 화소(예 : B 화소)의 밝기성분값으로 복원하는 방식이기 때문에, 복원 품질이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는, W-RGB필터를 통해서 획득한 영상에 대하여 밝기성분(W 채널)을 복원하는데 복원 품질을 향상시킬 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은 W-RGB필터를 통해서 획득한 영상에 대하여 밝기성분(W 채널)을 복원하는데 복원 품질을 향상시키고 더 나아가 복원 절차를 간략화할 수 있는 영상복원장치 및 영상복원장치의 동작 방법을 제안하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 영상복원장치는, 밝기성분 필터소자 및 색성분 필터소자가 배열된 특정 필터를 통해서, 밝기성분값의 화소 및 색성분값의 화소로 구성된 영상을 획득하는 영상획득부; 상기 영상을 구성하는 각 화소 중에서, 특정 화소의 밝기성분값 복원에 이용할 복원이용영역을 확인하는 복원이용영역확인부; 상기 특정 필터에서 상기 복원이용영역과 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 상기 복원이용영역 내 화소 별로 가중치를 설정하는 가중치설정부; 및 상기 복원이용영역 내 화소 별 밝기성분값 또는 색성분값과 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치에 기초하여, 상기 특정 화소의 밝기성분값을 복원하는 밝기성분값복원부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 특정 필터는, 상기 밝기성분 필터소자로서 화이트(White) 필터소자를 포함하고, 상기 색성분 필터소자로서 레드(Red) 필터소자, 그린(Green) 필터소자 및 블루(Blue) 필터소자를 포함하는 W-RGB필터일 수 있다.
바람직하게는, 상기 가중치설정부는, 상기 복원이용영역이 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 경우, 상기 복원이용영역에서 각 꼭지점에 위치하는 4개의 화소에 제1가중치를 설정하고, 각 모서리에 위치하는 4개의 화소에 제2가중치를 설정하고, 중앙에 위치하는 하나의 화소에 제3가중치를 설정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3가중치가 상기 제2가중치 보다 크고, 상기 제2가중치가 상기 제1가중치 보다 클 수 있다.
바람직하게는, 상기 특정 필터는 하나의 밝기성분 필터소자 및 서로 다른 3개의 색성분 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조를 가지고, 상기 복원이용영역은 상기 특정 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 경우, 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치는, 상기 특정 화소가 아닌 다른 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 다른 복원이용영역에 대한 화소별 가중치와 동일할 수 있다.
바람직하게는, 상기 밝기성분값복원부는, 기 복원이용영역 내 화소 별로 밝기성분값 또는 색성분값에 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치를 적용한 값을 모두 합한 후 평균 처리한 결과값을, 상기 특정 화소의 밝기성분값으로 복원할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, 밝기성분 필터소자 및 색성분 필터소자가 배열된 특정 필터를 통해서, 밝기성분값의 화소 및 색성분값의 화소로 구성된 영상을 획득하는 영상획득단계; 상기 영상을 구성하는 각 화소 중에서, 특정 화소의 밝기성분값 복원에 이용할 복원이용영역을 확인하는 복원이용영역확인단계; 상기 특정 필터에서 상기 복원이용영역과 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 상기 복원이용영역 내 화소 별로 가중치를 설정하는 가중치설정단계; 및 상기 복원이용영역 내 화소 별 밝기성분값 또는 색성분값과 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치에 기초하여, 상기 특정 화소의 밝기성분값을 복원하는 밝기성분값복원부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 가중치설정단계는, 상기 복원이용영역이 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 경우, 상기 복원이용영역에서 각 꼭지점에 위치하는 4개의 화소에 제1가중치를 설정하고, 각 모서리에 위치하는 4개의 화소에 제2가중치를 설정하고, 중앙에 위치하는 하나의 화소에 제3가중치를 설정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3가중치가 상기 제2가중치 보다 크고, 상기 제2가중치가 상기 제1가중치 보다 클 수 있다.
바람직하게는, 상기 특정 필터는 하나의 밝기성분 필터소자 및 서로 다른 3개의 색성분 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조를 가지고, 상기 복원이용영역은 상기 특정 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 경우, 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치는, 상기 특정 화소가 아닌 다른 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 다른 복원이용영역에 대한 화소별 가중치와 동일할 수 있다.
이에, 본 발명의 영상복원장치 및 영상복원장치의 동작 방법에 의하면, W-RGB필터를 통해서 획득한 영상에 대하여 밝기성분(W 채널)을 복원하는데 복원 품질을 향상시키고 더 나아가 복원 절차를 간략화할 수 있는 효과를 도출할 수 있다.
도 1은 W-RGB필터의 필터소자 배열구조 및 W-RGB필터를 통해 획득한 영상을 보여주는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상복원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상복원장치에서 확인되는 복원이용영역 및 화소별 가중치를 보여주는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상복원장치에서 밝기성분(White Channel) 복원을 통해 추정한 White 영상을 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상복원장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
구체적인 설명에 앞서, 본 발명에서는, 밝기성분 필터소자 및 색성분 필터소자가 배열된 특정 필터를 통해서 획득되는 영상에 대하여, 밝기성분을 복원(또는 보간)하여 White 영상을 추정해낼 수 있는 영상복원장치에 관한 발명이다.
여기서, 밝기성분은 White 채널(Channel)을 의미하고, 색성분은 각각의 R,G,B 각각의 채널을 의미할 수 있다.
이에, 특정 필터는, 밝기성분의 필터소자로서 화이트(White) 필터소자를 포함하고, 색성분의 필터소자로서 레드(Red) 필터소자, 그린(Green) 필터소자 및 블루(Blue) 필터소자를 포함하는 White-RGB 컬러필터어레이 즉 W-RGB필터일 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해서, 특정 필터를 W-RGB필터인 것으로 언급하여 설명하겠다.
이에, 본 발명에서 영상 획득 시 사용되는 W-RGB필터의 필터소자 배열구조를 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, W-RGB필터(10)에는 밝기성분 필터소자 즉 W 필터소자 및 각 색성분 필터소자 즉 R,G,B 필터소자가, 자신과 동일한 필터소자와는 연속되지 않도록 규칙적으로 배열되어 있다.
보다 구체적으로는, W-RGB필터(10)는 하나의 W 필터소자 및 서로 다른 3개의 R,G,B 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조를 가질 수 있다.
이에, W-RGB필터(10)를 통해서 획득되는 영상(1)은, 밝기성분값의 화소 즉 W성분값의 화소 및 각 색성분값의 화소 즉 R성분값, G성분값, B성분값 각각의 화소로 구성된다.
다시 말해, W 필터소자 및 R,G,B 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조의 W-RGB필터(10)를 통해서 획득되는 영상(1)은, W성분값의 화소 및 R성분값, G성분값, B성분값 각각의 화소가 2*2 단위로 배열되는 구조의 영상일 것이다.
즉, 영상(1)을 구성하는 화소의 일부를 보여주는 도 3에 도시된 바와 같이, 영상(1)을 구성하는 각각의 화소에는, W성분값, R성분값, G성분값 및 B성분값 중 하나의 값만이 재현되는 것이다.
이처럼, W-RGB필터(10)를 통해서 획득되는 영상(1)은, 영상(1)을 구성하는 각 화소에 W성분값, R성분값, G성분값 및 B성분값 중 하나의 값만이 재현되어, 도 1과 같이 하나의 단일 채널로 생성된다.
그런데, W성분, R성분, G성분 및 B성분은 파장(Wavelength)이 서로 다르기 때문에 인접한 화소라 하더라도 값의 크기(Scale)의 차이를 보이게 되며, 따라서 전술의 도 1과 같이 하나의 단일 채널에 W성분값, R성분값, G성분값 및 B성분값을 모두 재현하여 생성된 영상(1)에 대해서는, 밝기성분 및 각 색성분, 즉 W 채널, R 채널, G 채널, B 채널 별로 분리하여 복원해야 한다.
여기서, 본 발명은, 특히 영상(1)에 대해서 밝기성분 즉 W 채널을 복원(또는 보간)하는 기술을 제안하고 있다.
본 발명의 설명에 앞서, 기존에 W-RGB필터(10)를 통해서 획득되는 영상(1)에 대하여 밝기성분 즉 W 채널을 복원하는 기존 방식을 간단히 설명하면 다음과 같다.
예를 들어 도 3에서 W성분값이 없는 (2,2) 위치의 화소(B성분값 B8)에 대하여 밝기성분값 즉 W성분값을 복원하는 경우를 설명하면, W 채널을 복원하는 기존 방식은, (2,2) 위치의 해당 화소에 대하여, 해당 화소와 가장 근접하게 위치한 W성분값 화소들 즉 좌측 (2,1) 위치의 화소(W성분값 W7)과 우측 (2,3) 위치의 화소(W성분값 W9)의 평균값((W7+W9)/2)을 구하고, 구해진 평균값((W7+W9)/2)을 해당 화소에 대한 W성분값으로 복원하는 방식이기 때문에, W 채널 복원 품질이 떨어지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명에서는, W-RGB필터(10)를 통해서 획득한 영상(1)에 대하여 밝기성분 즉 W 채널을 복원하는데 있어서 복원 품질을 보다 향상시킬 수 있는 영상복원장치를 제안하고자 한다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상복원장치(100)의 구성을 구체적으로 설명하겠다.
본 발명에 따른 영상복원장치(100)는, 밝기성분 필터소자 및 색성분 필터소자가 배열된 특정 필터를 통해서, 밝기성분값의 화소 및 색성분값의 화소로 구성된 영상을 획득하는 영상획득부(110)와, 상기 영상을 구성하는 각 화소 중에서, 특정 화소의 밝기성분값 복원에 이용할 복원이용영역을 확인하는 복원이용영역확인부(120)와, 상기 특정 필터에서 상기 복원이용영역과 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 상기 복원이용영역 내 화소 별로 가중치를 설정하는 가중치설정부(130)와, 상기 복원이용영역 내 화소 별 밝기성분값 또는 색성분값과 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치에 기초하여, 상기 특정 화소의 밝기성분값을 복원하는 밝기성분값복원부(140)를 포함한다.
여기서, 특정 필터는, 전술에서 언급한 바와 같이 밝기성분 필터소자로서 화이트(White) 필터소자를 포함하고, 색성분 필터소자로서 레드(Red) 필터소자, 그린(Green) 필터소자 및 블루(Blue) 필터소자를 포함하는 W-RGB필터일 수 있다.
보다 구체적으로는, 특정 필터는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 밝기성분 필터소자 즉 W 필터소자 및 서로 다른 3개의 색성분 필터소자 즉 R,G,B 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조를 가질 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해서, 특정 필터를 도 1의 W-RGB필터(10)인 것으로 언급하여 설명하겠다.
영상획득부(110)는, 특정 필터 즉 W-RGB필터(10)를 통해서, 밝기성분값의 화소 및 색성분값의 화소로 구성된 도 1의 영상(1)을 획득한다.
이때, W-RGB필터(10)를 통해서 획득되는 영상(1)은, 밝기성분값의 화소 즉 W성분값의 화소 및 각 색성분값의 화소 즉 R성분값, G성분값, B성분값 각각의 화소로 구성된다.
다시 말해, W 필터소자 및 R,G,B 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조의 W-RGB필터(10)를 통해서 획득되는 영상(1)은, W성분값의 화소 및 R성분값, G성분값, B성분값 각각의 화소가 2*2 단위로 배열되는 구조의 영상일 것이다.
따라서, 영상(1)을 구성하는 화소의 일부를 보여주는 도 3에 도시된 바와 같이, 영상(1)을 구성하는 각각의 화소에는, W성분값, R성분값, G성분값 및 B성분값 중 하나의 값만이 재현되는 것이다.
이에, 본 발명의 영상복원장치(100)에서는, 영상획득부(110)에서 획득한 영상(1)에 대하여, 후술할 복원이용영역확인부(120), 가중치설정부(130) 및 밝기성분값복원부(140)의 기능을 통해, 영상(1) 내 각 화소 중에서 밝기성분값 즉 W성분값 복원이 요구되는 화소들에 대하여 순차적으로 W성분값 복원을 수행함으로써, 영상(1)에 대한 W 채널을 복원하게 된다.
이하, 본 발명의 영상복원장치(100)에서 영상(1)에 대하여 밝기성분 즉 W 채널을 복원하는 방식을 설명하면 다음과 같다.
복원이용영역확인부(120)는, 영상(1)을 구성하는 각 화소 중에서, 특정 화소의 밝기성분값 복원에 이용할 복원이용영역을 확인한다.
여기서, 특정 화소란, 영상(1)을 구성하는 각 화소 중에서, 밝기성분값 즉 W성분값 복원이 요구되는 화소 각각을 의미한다.
예를 들어, 특정 화소로서 도 3의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 언급하여 설명하면 다음과 같다.
복원이용영역확인부(120)는, 영상(1) 내 특정 화소 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)의 밝기성분값 즉 W성분값 복원에 이용할 복원이용영역을 확인한다.
이때, 복원이용영역은, W성분값을 복원하고자 하는 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 것이 바람직하다.
따라서, 복원이용영역확인부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, W성분값을 복원하고자 하는 특정 화소 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역(A)를, (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)에 대한 복원이용영역으로 확인할 수 있다.
그리고, 전술과 같이 복원이용영역이 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역으로 정의된다면, 영상(1)을 구성하는 각 화소 중에서 특정 화소는 자신을 중앙으로 하는 3*3 배열의 복원이용영역 확인이 가능한 화소로 정의될 수 있다.
이에 따르면, 도 3에서 (1,1) 위치의 화소(R성분값 R1), (1,2) 위치의 화소(G성분값 G2)... (1,6) 위치의 화소(G성분값 G6), (2,1) 위치의 화소(W성분값 W7)...(6,1) 위치의 화소(W성분값 W31), (6,2) 위치의 화소(B성분값 B32)...(6,6) 위치의 화소(B성분값 B36), (2,6) 위치의 화소(B성분값 B12)...(5,5) 위치의 화소(G성분값 G30)들, 다시 말해 영상(1)에서 테두리(꼭지점 및 모서리)에 위치하는 화소들은, 자신을 중앙으로 하는 3*3 배열의 복원이용영역 확인이 불가능하므로, 본 발명에서 언급하는 특정 화소가 될 수 없을 것이다.
가중치설정부(130)는, 특정 필터 즉 W-RGB필터(10)에서 복원이용영역과 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 복원이용영역 내 화소 별로 가중치를 설정한다.
예를 들어, 도 3의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 언급하여 설명하면, 가중치설정부(130)는, W-RGB필터(10)에서 복원이용영역(A)와 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 복원이용영역(A) 내 화소 별로 가중치를 설정하는 것이다.
이하에서는, 복원이용영역(A) 내 화소 별로 가중치를 설정하는 구체적인 설명에 앞서, 화소 별로 가중치를 설정하게 되는 본 발명의 배경을 설명하도록 하겠다.
본 발명의 영상복원장치(100)는, W-RGB필터(10)를 통해서 획득한 영상(1)에 대하여 밝기성분 즉 W 채널을 복원하는데 있어서 복원 품질을 보다 향상시키고자, 특정 소자에 대한 W성분값 복원을 위한 알고리즘을 제안한다.
예를 들어, W성분값을 복원하고자 하는 특정 소자로서 도 3의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 언급하여, 본 발명에서 제안하는 W성분값 복원 알고리즘을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 3*3 배열의 복원이용영역(A)에서 W성분값을 복원하고자 하는 특정 소자 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를, 우측 하단에 배열하는 2*2 배열의 A1, 좌측 하단에 배열하는 2*2 배열의 A2, 우측 상단에 배열하는 2*2 배열의 A3, 좌측 상단에 배열하는 2*2 배열의 A4로 분류한다.
그리고, 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따르면, 아래의 수식 1과 같이, A1, A2, A3 및 A4 각각에 대하여, 배열된 4개의 화소에 재현된 성분값들의 평균값을 구한다.
수식1.
A1 평균값(M1) = (G14 + R15 + W21 + B20)/4
A2 평균값(M2) = (R15 + G16 + B22 + W21)/4
A3 평균값(M3) = (B20 + W21 + R27 + G26)/4
A4 평균값(M4) = (W21 + B22 + G28 + R27)/4
그리고, 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따르면, 아래의 수식 2와 같이, 수식 1을 통해 구한 A1, A2, A3 및 A4 각각의 평균값들(M1,M2,M3,M4)에 대해 다시 평균값을 구하여, 이에 따른 평균값(L)을 특정 소자 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)에 대한 W성분값(
Figure 112013100945771-pat00001
)으로 복원할 수 있다.
수식2.
평균값(L) = (M1+ M2 + M3 + M4)/4
이와 같이, 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따르면, 영상(1)의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 비롯하여 자신을 중앙으로 하는 3*3 배열의 복원이용영역 확인이 가능한 영상(1) 내 특정 소자 각각에 대하여, 순차적으로 전술의 수식1 및 수식2를 통해서 W성분값(
Figure 112013100945771-pat00002
)을 복원함으로써, 영상(1)에 대하여 W 채널을 복원하게 된다.
이에, 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따르면, W-RGB필터(10)를 통해서 획득한 영상(1)에 대하여 W 채널을 복원하는데 있어서, 단순히 가장 근접하게 위치한 W성분값 화소들의 평균값을 이용하는 기존의 방식에 비하여, 복원 품질을 향상시킬 수 있다.
하지만, 전술한 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따라서 영상(1)에 대하여 W 채널을 복원하는 절차는, 여전히 복잡하기 때문에, 많은 연산량 및 많은 메모리 사용량을 요구하고 있다.
이에, 본 발명에서는, 전술한 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘을 적용하되, 복원 절차를 간략화하기 위해서, 전술의 가중치설정부(130) 및 밝기성분값복원부(140)의 구성한다.
가중치설정부(130)는, 특정 필터 즉 W-RGB필터(10)에서 복원이용영역과 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 복원이용영역 내 화소 별로 가중치를 설정한다.
예를 들어, 도 3의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 언급하여 설명하면, 가중치설정부(130)는, W-RGB필터(10)에서 복원이용영역(A)와 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 복원이용영역(A) 내 화소 별로 가중치를 설정하는 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 전술의 예와 같이 화소(W성분값 W21)의 W성분값을 복원하는 경우, 전술한 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따른 수식1 및 수식2를 하나의 수식으로 표현하면 다음의 수식3으로 나타낼 수 있다.
수식3.
Figure 112013100945771-pat00003
수식3에서 알 수 있듯이, 화소(W성분값 W21)의 W성분값을 복원하고자 확인한 복원이용영역(A)에서 연산에 이용한 각 화소의 빈도수는, 복원이용영역(A)의 중앙에 위치하는 W성분값 W21이 4회로 가장 많고, 복원이용영역(A)의 상/하/좌/우 모서리에 위치하는 4개의 화소 즉 R성분값 R15, R27 및 B성분값 B20, B22가 2회, 각 꼭지점에 위치하는 4개의 화소 즉 G성분값 G14, G16, G28, G26가 1회인 것을 확인할 수 있다.
만약에, 특정 화소로서 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)가 아닌 (4,4) 위치의 다른 화소(B성분값 B22)에 대한 복원이용영역(이하, 다른 복원이용영역이라 함)을 확인하고, 전술한 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따라 평균값(L)을 계산한다면, 다음의 수식4로 나타낼 수 있다.
수식4.
Figure 112013100945771-pat00004
수식4에서 알 수 있듯이, 화소(B성분값 B22)의 W성분값을 복원하고자 확인한 다른 복원이용영역에서 연산에 이용한 각 화소의 빈도수는, 다른 복원이용영역의 중앙에 위치하는 B성분값 B22이 4회로 가장 많고, 다른 복원이용영역의 상/하/좌/우 모서리에 위치하는 4개의 화소 즉 G성분값 G16, G28 및 W성분값 W21, W23가 2회, 각 꼭지점에 위치하는 4개의 화소 즉 R성분값 R15, R17, R29, R27가 1회인 것을 확인할 수 있다.
전술한 수식3 및 수식4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따라서 3*3 배열의 복원이용영역을 통해 중앙에 위치한 화소에 대한 W성분값을 복원하는 절차에서는, 복원이용영역의 중앙에 위치하는 화소 즉 W성분값을 복원하고자 하는 특정 화소에 재현된 성분값이 W, R, G 및 B 중 무엇이냐에 따라서 복원이용영역의 각 꼭지점, 각 모서리 및 중앙에 위치하게 되는 성분값이 달라지지만, 복원이용영역의 각 꼭지점, 각 모서리 및 중앙에 위치한 성분값이 연산에 이용되는 빈도수는 각 꼭지점 1회, 각 모서리 2회 및 중앙 4회로 항상 동일한 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, W-RGB필터(10)에서 복원이용영역(A)과 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘에 따라서 각 꼭지점 1회, 각 모서리 2회 및 중앙 4회로 연산에 이용되는 빈도수는 항상 동일하게 된다.
이에, 가중치설정부(130)는, 예컨대 특정 화소로서 화소(W성분값 W21)에 대하여 확인한 3*3 배열의 복원이용영역(A)에서, 각 꼭지점에 위치하는 4개의 화소에 제1가중치를 설정하고, 각 모서리에 위치하는 4개의 화소에 제2가중치를 설정하고, 중앙에 위치하는 하나의 화소에 제3가중치를 설정할 수 있다.
여기서, 제3가중치가 제2가중치 보다 크고, 제2가중치가 제1가중치 보다 큰 것이 바람직하다.
예를 들면, 전체 1을 기준으로, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 연산에 이용되는 빈도수가 4회로 가장 많은 중앙의 화소에는 제3가중치로서 0.25를 설정할 수 있고, 연산에 이용되는 빈도수가 2회인 각 모서리의 화소에는 제2가중치로서 0.125를 설정할 수 있고, 연산에 이용되는 빈도수가 1회로 가장 적은 각 꼭지점의 화소에는 제1가중치로서 0.0625를 설정할 수 있다. 결국, 도 4의 (b)는, 화소별 가중치를 적용하기 위한 3*3의 W복원필터라 할 수 있다.
이때, 전술한 바와 같이 복원이용영역의 중앙에 위치하는 화소 즉 W성분값을 복원하고자 하는 특정 화소가 달라지더라도(예 : W성분값 W21-> B성분값 B22), W성분값 W21의 복원이용영역(A) 및 B성분값 B22의 다른 복원이용영역 내 W,R,G,B 성분값 위치는 달라지지만, 각 꼭지점, 각 모서리 및 중앙에 위치한 성분값이 연산에 이용되는 빈도수는 동일하기 때문에, 도 4의 (b)에 도시된 화소별 가중치는 항상 동일하게 적용(설정)할 수 있다.
밝기성분값복원부(140)는, 복원이용영역(A) 내 화소 별 W성분값 또는 R성분값 또는 G성분값 또는 B성분값과, 가중치설정부(130)에서 설정한 화소별 가중치에 기초하여, 특정 화소 예컨대 전술의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)의 밝기성분값을 복원한다.
예를 들면, 밝기성분값복원부(140)는, 복원이용영역(A) 내 화소 별로 W성분값 또는 R성분값 또는 G성분값 또는 B성분값에 전술의 화소별 가중치를 적용한 값을 모두 합한 후 평균 처리한 결과값을, 특정 화소 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)의 W성분값(
Figure 112013100945771-pat00005
)으로 복원할 수 있다.
즉, 밝기성분값복원부(140)는, G성분값 G14에 해당 가중치 0.0625를 적용하고, R성분값 R15에 해당 가중치 0.125를 적용하고, G성분값 G16에 해당 가중치 0.0625를 적용하고, B성분값 B20에 해당 가중치 0.125를 적용하고, W성분값 W21에 해당 가중치 0.25를 적용하고, B성분값 B22에 해당 가중치 0.125를 적용하고, G성분값 G26에 해당 가중치 0.0625를 적용하고,R성분값 R27에 해당 가중치 0.125를 적용하고, G성분값 G28에 해당 가중치 0.0625를 적용한 후, 이들 값을 모두 합한 후 평균 처리한 결과값(L)을 특정 화소 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)의 W성분값(
Figure 112013100945771-pat00006
)으로 복원할 수 있다.
이에, 밝기성분값복원부(140)에서는, 전술의 예로서 언급한 영상(1)의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 비롯하여, 자신을 중앙으로 하는 3*3 배열의 복원이용영역 확인이 가능한 영상(1) 내 특정 소자 각각에 대하여, 전술의 수식1 및 수식2를 복잡하게 연산하는 일 없이, 아래의 수식5에 따라 도 4의 (b)와 같은 W복원필터를 적용하여 W성분값(
Figure 112013100945771-pat00007
)으로 복원함으로써, 영상(1)에 대하여 W 채널을 복원(추정)한 도 5의 White 영상(1')를 얻을 수 있다.
수식5.
Figure 112013100945771-pat00008
여기서, I는 W-RGB필터(10)를 통해 획득된 영상(1)이며, F는 도 4의 (b)와 같이 화소별 가중치가 설정되는 3*3의 W복원필터이다. x는 영상(1)과 W 채널을 복원(추정)한 White 영상(1')의 화소 위치(좌표)를 의미하고, 3*3 배열을 사용하기 때문에 n은 1~9의 값을 갖는다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 영상복원장치(100)는, 전술한 바와 같은 W성분값 복원 알고리즘을 제안하여, W-RGB필터(10)를 통해서 획득한 영상(1)에 대하여 W 채널을 복원하는데 있어서 복원 품질을 향상시킬 수 있고, 더 나아가 전술한 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘을 적용함에 있어 복원 절차를 간략화하여 연산량 및 메모리 사용량을 줄이면서 빠르게 White 영상을 복원(추정)할 수 있는 효과까지 도출할 수 있다.
이하에서는, 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상복원장치의 동작 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, 특정 필터 즉 W-RGB필터(10)를 통해서, 성분값의 화소, R성분값, G성분값, B성분값 각각의 화소로 구성된 도 1의 영상(1)을 획득한다(S100).
다시 말해, W 필터소자 및 R,G,B 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조의 W-RGB필터(10)를 통해서 획득되는 영상(1)은, W성분값의 화소 및 R성분값, G성분값, B성분값 각각의 화소가 2*2 단위로 배열되는 구조의 영상일 것이다.
따라서, 영상(1)을 구성하는 화소의 일부를 보여주는 도 3에 도시된 바와 같이, 영상(1)을 구성하는 각각의 화소에는, W성분값, R성분값, G성분값 및 B성분값 중 하나의 값만이 재현되는 것이다.
본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, 영상(1)을 구성하는 각 화소 중에서, 밝기성분값 즉 W성분값을 복원할 특정 화소를 확인한다(S110).
여기서, 특정 화소란, 영상(1)을 구성하는 각 화소 중에서, 밝기성분값 즉 W성분값 복원이 요구되는 화소 각각을 의미하며, 보다 구체적으로는 자신을 중앙으로 하는 3*3 배열의 복원이용영역 확인이 가능한 화소로 정의될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 특정 화소로서 도 3의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 언급하여 설명하겠다.
본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, 확인한 특정 화소 즉 도 3의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)에 대하여, W성분값 복원에 이용할 복원이용영역을 확인한다(S120).
예를 들면, 본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, W성분값을 복원하고자 하는 특정 화소 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역(A)를, (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)에 대한 복원이용영역으로 확인할 수 있다.
이 후, 본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, W-RGB필터(10)에서 복원이용영역(A)과 대응되는 필터소자영역의 필터소자 배열구조에 기초하여, 복원이용영역(A) 내 화소 별로 가중치를 확인(설정)한다(S130).
전술에서 구체적으로 설명한 바와 같이, 3*3 배열 복원이용영역의 중앙에 위치하는 화소 즉 W성분값을 복원하고자 하는 특정 화소가 달라지더라도(예 : W성분값 W21-> B성분값 B22), W성분값 W21의 복원이용영역(A) 및 B성분값 B22의 다른 복원이용영역 내 W,R,G,B 성분값 위치는 달라지지만, 각 꼭지점, 각 모서리 및 중앙에 위치한 성분값이 연산에 이용되는 빈도수는 동일하기 때문에, 도 4의 (b)에 도시된 화소별 가중치는 항상 동일하게 적용(설정)할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, S130단계에서 복원이용영역(A)에 대한 화소 별로 가중치로서, 도 4의 (b)에 도시된 화소별 가중치 다시 말하면 3*3의 W복원필터를 확인할 수 있다.
이 후, 본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, 복원이용영역(A) 내 화소 별로 W성분값 또는 R성분값 또는 G성분값 또는 B성분값에 전술의 화소별 가중치 즉 3*3의 W복원필터를 적용한 값을 모두 합한 후 평균 처리한 결과값을, 특정 화소 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)의 W성분값(
Figure 112013100945771-pat00009
)으로 복원할 수 있다(S140).
즉, 본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, G성분값 G14에 해당 가중치 0.0625를 적용하고, R성분값 R15에 해당 가중치 0.125를 적용하고, G성분값 G16에 해당 가중치 0.0625를 적용하고, B성분값 B20에 해당 가중치 0.125를 적용하고, W성분값 W21에 해당 가중치 0.25를 적용하고, B성분값 B22에 해당 가중치 0.125를 적용하고, G성분값 G26에 해당 가중치 0.0625를 적용하고,R성분값 R27에 해당 가중치 0.125를 적용하고, G성분값 G28에 해당 가중치 0.0625를 적용한 후, 이들 값을 모두 합한 후 평균 처리한 결과값(L)을 특정 화소 즉 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)의 W성분값(
Figure 112013100945771-pat00010
)으로 복원할 수 있다.
이 후, 본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, 영상(1) 내 밝기성분값 즉 W성분값 복원이 요구되는 화소들에 대하여 순차적으로 W성분값 복원을 수행함에 따라, 영상(1) 내 W성분값 복원이 요구되는 마지막 화소에 대한 복원이 완료되었는지 확인하여(S150), 완료되지 않은 경우(S150, No), S110단계로 진입하여 W성분값 복원이 요구되는 다음 순서의 특정 화소(예 : (4,4) 위치의 다른 화소(B성분값 B22))를 확인한 후 전술의 S120~S150단계를 수행하는 절차를 반복한다.
이에, 본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은영상(1) 내 W성분값 복원이 요구되는 마지막 화소에 대한 복원이 완료되면(S150 Yes), 전술의 예로서 언급한 영상(1)의 (4,3) 위치의 화소(W성분값 W21)를 비롯하여 자신을 중앙으로 하는 3*3 배열의 복원이용영역 확인이 가능한 영상(1) 내 특정 소자 각각에 대하여, 전술의 수식5에 따라 도 4의 (b)와 같은 W복원필터를 적용하여 W성분값(
Figure 112013100945771-pat00011
)으로 복원한 결과로서 영상(1)에 대하여 W 채널을 복원(추정)한 도 5의 White 영상(1')를 얻을 수 있게 된다(S160).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 영상복원장치의 동작 방법은, 전술한 바와 같은 W성분값 복원 알고리즘을 제안하여, W-RGB필터(10)를 통해서 획득한 영상(1)에 대하여 W 채널을 복원하는데 있어서 복원 품질을 향상시킬 수 있고, 더 나아가 전술한 본 발명의 W성분값 복원 알고리즘을 적용함에 있어 복원 절차를 간략화하여 연산량 및 메모리 사용량을 줄이면서 빠르게 White 영상을 복원(추정)할 수 있는 효과까지 도출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상복원장치의 동작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
본 발명에 따른 영상복원장치 및 영상복원장치의 동작 방법에 따르면, W-RGB필터를 통해서 획득한 영상에 대하여 밝기성분(White 채널)을 복원하는데 복원 품질을 향상시키고 더 나아가 복원 절차를 간략화할 수 있다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
100 : 영상복원장치
110 : 영상획득부 120 : 복원이용영역확인부
130 : 가중치설정부 140 : 밝기성분값복원부

Claims (10)

  1. 밝기성분 필터소자 및 색성분 필터소자가 배열된 특정 필터를 통해서, 밝기성분값의 화소 및 색성분값의 화소로 구성된 영상을 획득하는 영상획득부;
    상기 영상을 구성하는 각 화소 중에서, 특정 화소의 밝기성분값 복원에 이용할 복원이용영역을 확인하는 복원이용영역확인부;
    상기 복원이용영역 내 화소 별로 가중치를 설정하는 가중치설정부; 및
    상기 복원이용영역 내 화소 별 밝기성분값 또는 색성분값과 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치를 이용하여, 상기 특정 화소의 밝기성분값을 복원하는 밝기성분값복원부를 포함하며,
    상기 가중치는,
    상기 복원이용영역 내 각 화소가 상기 특정 화소의 밝기성분값을 복원하는데 이용되는 빈도수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 영상복원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 필터는,
    상기 밝기성분 필터소자로서 화이트(White) 필터소자를 포함하고, 상기 색성분 필터소자로서 레드(Red) 필터소자, 그린(Green) 필터소자 및 블루(Blue) 필터소자를 포함하는 W-RGB필터인 것을 특징으로 하는 영상복원장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치설정부는,
    상기 복원이용영역이 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 경우, 상기 복원이용영역에서 각 꼭지점에 위치하는 4개의 화소에 제1가중치를 설정하고, 각 모서리에 위치하는 4개의 화소에 제2가중치를 설정하고, 중앙에 위치하는 하나의 화소에 제3가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는 영상복원장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제3가중치가 상기 제2가중치 보다 크고, 상기 제2가중치가 상기 제1가중치 보다 큰 것을 특징으로 하는 영상복원장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 필터는 하나의 밝기성분 필터소자 및 서로 다른 3개의 색성분 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조를 가지고, 상기 복원이용영역은 상기 특정 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 경우,
    상기 복원이용영역 내 화소별 가중치는,
    상기 특정 화소가 아닌 다른 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 다른 복원이용영역에 대한 화소별 가중치와 동일한 것을 특징으로 하는 영상복원장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 밝기성분값복원부는,
    상기 복원이용영역 내 화소 별로 밝기성분값 또는 색성분값에 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치를 적용한 값을 모두 합한 후 평균 처리한 결과값을, 상기 특정 화소의 밝기성분값으로 복원하는 것을 특징으로 하는 영상복원장치.
  7. 밝기성분 필터소자 및 색성분 필터소자가 배열된 특정 필터를 통해서, 밝기성분값의 화소 및 색성분값의 화소로 구성된 영상을 획득하는 영상획득단계;
    상기 영상을 구성하는 각 화소 중에서, 특정 화소의 밝기성분값 복원에 이용할 복원이용영역을 확인하는 복원이용영역확인단계;
    상기 복원이용영역 내 화소 별로 가중치를 설정하는 가중치설정단계; 및
    상기 복원이용영역 내 화소 별 밝기성분값 또는 색성분값과 상기 복원이용영역 내 화소별 가중치에 기초하여, 상기 특정 화소의 밝기성분값을 복원하는 밝기성분값복원단계를 포함하며,
    상기 가중치는,
    상기 복원이용영역 내 각 화소가 상기 특정 화소의 밝기성분값을 복원하는데 이용되는 빈도수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 영상복원장치의 동작 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가중치설정단계는,
    상기 복원이용영역이 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 경우, 상기 복원이용영역에서 각 꼭지점에 위치하는 4개의 화소에 제1가중치를 설정하고, 각 모서리에 위치하는 4개의 화소에 제2가중치를 설정하고, 중앙에 위치하는 하나의 화소에 제3가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는 영상복원장치의 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3가중치가 상기 제2가중치 보다 크고, 상기 제2가중치가 상기 제1가중치 보다 큰 것을 특징으로 하는 영상복원장치의 동작 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 특정 필터는 하나의 밝기성분 필터소자 및 서로 다른 3개의 색성분 필터소자가 2*2 단위로 배열되는 구조를 가지고, 상기 복원이용영역은 상기 특정 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 영역인 경우,
    상기 복원이용영역 내 화소별 가중치는,
    상기 특정 화소가 아닌 다른 화소를 중앙으로 하는 3*3 배열의 화소를 포함하는 다른 복원이용영역에 대한 화소별 가중치와 동일한 것을 특징으로 하는 영상복원장치의 동작 방법.
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JP2008022521A (ja) * 2006-06-14 2008-01-31 Toshiba Corp 固体撮像素子
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