KR101774158B1 - Apparatus and method of processing fog in image based on statistical vertor ellipsoid - Google Patents

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KR101774158B1 KR1020160065077A KR20160065077A KR101774158B1 KR 101774158 B1 KR101774158 B1 KR 101774158B1 KR 1020160065077 A KR1020160065077 A KR 1020160065077A KR 20160065077 A KR20160065077 A KR 20160065077A KR 101774158 B1 KR101774158 B1 KR 101774158B1
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Abstract

The present invention relates to a device which displays color information or brightness information as vector data in an RGB color space, wherein the color information or the brightness information is extracted from an image reduced due to fog in a foggy environment to effectively expand a statistical ellipsoid in which color information of the image is gathered, thereby reducing the fog of the image.

Description

통계학적 벡터 타원에 기반한 영상의 안개 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF PROCESSING FOG IN IMAGE BASED ON STATISTICAL VERTOR ELLIPSOID}[0001] APPARATUS AND METHOD OF PROCESSING FOG IN IMAGE BASED ON STATISTICAL VERTOR ELLIPSOID [0002]

본 발명은 가시성과 선명도를 향상시키는 영상 처리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통계학적 벡터 타원에 기반한 영상의 안개 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. Field of the Invention [0002] The present invention relates to image processing for improving visibility and sharpness, and more particularly, to an apparatus and method for processing fog images based on statistical vector ellipses.

많은 단일 이미지 안개 처리(dehazing) 방식은 2색성 모델(dichromatic model)에 기반한다. 이 모델은 안개(hazy)가 낀 이미지를 안개 없는(hazy-free) 이미지의 전송된 부분 및 카메라에 도달하는 광원(light source) 부분의 혼합으로서 묘사한다. Many single-image dehazing methods are based on a dichromatic model. This model describes a hazy image as a mixture of a transmitted portion of a hazy-free image and a light source portion reaching the camera.

안개없는 이미지는 추정된 전송률(transmission rate) 및 광원 측정을 이용하여 복구(recover)될 수 있다. 따라서, 전송 추정(transmission estimation)의 정확성은 2색성 모델을 사용하는 안개 처리 방법의 성능을 결정한다. 단일 이미지를 위해 사용되는 대부분의 전송 추정 방법들은 다크 채널 프라이어(dark channel prior: 이하 DCP라 함)에 기반한다. DCP 이론(principle)은 안개없는(haze-free) 이미지 영역에서의 콘트라스트(contrast)가 충분히 커서 상기 영역내의 픽셀들 중에서 최소 색성분(minimum color component)이 거의 영(zero)에 가깝게 충분히 작다. 최소 색성분은 다크 채널값(dark channel value)라 불릴 수 있다. 전송률은 가중된(weighted) 다크 채널값에 기반하여 추정된다. 가중치(weight)는 안개가 제거된 이미지들의 전체적인 밝기(brightness) 또는 전역 대조도(global contrast)를 조절하는데, 상기 가중치는 사용자의 특정한 응용분야에 대해 실험적으로 결정된다. 다크 채널값은 상세화된(detailed) 이미지 신호내에서의 국부적인 콘트라스트(local contrast) 또는 가시성(visibility)를 평가한다. 다크 채널값은 안개가 더 많이 낀 이미지에 대해 더 큰 값을 가진다. 다크 채널값은 세밀화된 이미지 신호들을 복구하는 것을 돕는다. 따라서 DCP 기반의 안개 처리 방법의 궁극적인 성능은 다크 채널값을 얼마나 잘 추정하는지에 달려있다. The fog free image can be recovered using the estimated transmission rate and light source measurements. Thus, the accuracy of transmission estimation determines the performance of the fog process using a dichromatic model. Most transmission estimation methods used for a single image are based on a dark channel prior (hereinafter referred to as DCP). The DCP principle is that the contrast in the haze-free image area is sufficiently large such that the minimum color component among the pixels in the area is sufficiently close to zero. The minimum color component may be referred to as a dark channel value. The rate is estimated based on the weighted dark channel value. The weight adjusts the overall brightness or global contrast of the fog removed images, the weights being determined experimentally for the user's particular application. The dark channel value evaluates the local contrast or visibility within the detailed image signal. Dark channel values have larger values for images with more fog. The dark channel value helps to recover the refined image signals. Therefore, the ultimate performance of the DCP-based fog processing method depends on how well you estimate the dark channel value.

다크 채널의 특성들에 따라, 이미지 신호들의 임의성(randomness)이 고려되어야 한다. 임의성으로 인해, 국부적 영역내의 이미지 신호들은 근본적인 국부 이미지의 전체적인 특성(characteristics)과 코릴레이션(correlation)이 거의 없는 예외적인 신호들을 포함할 수 있다. 도 1은 안개낀 이미지내에서 2개의 인접한 영역들에 대한 픽셀값 분포(distribution)를 보여준다. 상기 영역들 중 하나는 작은 어두운 지역(dark area)으로서 나타나는 예외적인 텍스쳐(texture)들을 포함한다. 도 1의 (a)는 극단적 텍스쳐가 없는 영역에 대한 것이고, (b)는 극단적 텍스쳐(extreme texture)가 있는 영역에 대한 것이다. 상기 하나의 영역이 예외적인 텍스쳐들을 포함한다 하더라도, 2개의 인접한 영역들은 전체적으로 유사한 특성들을 가지고, 상기 지역들의 안개낀 정도(haziness degrees)가 동등하다. 이미지 내에서의 전체적인 픽셀값 분포들이 유사하나, 예외적으로 몇 개의 극단적인 픽셀들이 주된 분포로부터 멀리 떨어져서 위치한다. DCP에 따르면, 예외적인 텍스쳐들을 가지는 영역의 최소 색성분은 상기 극단적인 픽셀들 중에서 발견된다. 따라서, 대부분 영역들의 안개낀 정도가 거의 동일하다 하더라도, 예외적인 텍스쳐를 가지는 영역의 다크 채널값은 다른 영역에서의 다크 채널값 보다 작을 수 있다. 이는 이미지 신호들의 임의성을 고려하지 않을 경우, 다크 채널값이 통계적으로 강인하지 않을 수 있음을 의미한다. 따라서, 적절한 다크 채널값이 DCP 이론에 제공되어야 하며, 통계적인 임의성에 대하여도 강인해야 한다. Depending on the characteristics of the dark channel, the randomness of the image signals has to be considered. Due to randomness, the image signals in the local region may include exceptional signals with little correlation with the overall characteristics of the underlying local image. Figure 1 shows the distribution of pixel values for two adjacent regions in a fogged image. One of the areas includes exceptional textures that appear as small dark areas. Fig. 1 (a) is for an area with no extreme texture and (b) is for an area with extreme texture. Even though the one region includes exceptional textures, the two adjacent regions have generally similar characteristics, and the haziness degrees of the regions are equal. The overall pixel value distributions within the image are similar, except that some extreme pixels are located far away from the dominant distribution. According to the DCP, the minimum color component of an area having exceptional textures is found among the extreme pixels. Thus, even though the fog extent of most areas is approximately the same, the dark channel value of an area having an exceptional texture may be less than the dark channel value of the other area. This means that the dark channel value may not be statistically robust without considering the randomness of the image signals. Therefore, appropriate dark channel values should be provided in the DCP theory and robust against statistical randomness.

한편, 이미지 신호(image signal)의 임의성은 종래 DCP에 기반한 안개 처리 방식에서 통계적인 불안정성을 야기하고, 따라서 안개가 제거된 이미지의 디테일한 부분을 더 보이기 어렵게 할 수 있다. 전송 추정의 부조화(transmission estimation mismatch)들은 또한 물체의 경계를 따라 후광현상(halo artifact)을 일으킬 수 있다. 또한 DCP 이론이 잘 유지되지 않는 상황에서, 안개가 제거된 이미지의 컬러 왜곡(color distortion)이 발생할 수도 있다. 신호의 임의성에 대응하여 안정적인 다크 채널 값을 획득하고 DCP 이론을 잘 유지하기 위해, 통계학적 벡터 타원에 기반한 영상의 안개 처리 장치 및 방법이 요구된다. On the other hand, the randomness of the image signal causes statistical instability in conventional DCP-based fogging schemes, thus making the details of the fog removed image more difficult to see. Transmission estimation mismatches can also cause halo artifacts along the boundaries of an object. Also, in situations where the DCP theory is not well maintained, color distortion of fog removed images may occur. In order to obtain a stable dark channel value corresponding to the randomness of the signal and to maintain the DCP theory well, a fog processing apparatus and method based on a statistical vector ellipse is required.

본 발명의 기술적 과제는 통계학적 벡터 타원에 기반한 영상의 안개 처리 장치 및 방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for processing fog images based on statistical vector ellipses.

본 발명의 다른 기술적 과제는 RGB 공간에서 픽셀 벡터 타원형의 기하학적 구조를 이용하는, 통계학적으로(statistically) 강인한 전송 추정 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a statistically robust transmission estimation apparatus and method using a pixel vector elliptic geometry in RGB space.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 타원에 기반한 다크 채널값 추정기에 퍼지(fuzzy) 분할을 임베드(embed)하여, 혼합(heterogeneous) 영역내에서 전송 부조화를 회피하는 안개 처리 장치 및 방법을 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide a fog processing apparatus and method for embedding a fuzzy division in an ellipse-based dark channel value estimator to avoid transmission discordance in a heterogeneous region.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 안개 환경에서의 안개로 인하여 감소된 영상에서 추출된 색깔 정보 또는 밝기 정보를 RGB색 공간에서 벡터데이터로 표시하여 영상의 색 정보들이 군집하여 있는 통계적 타원을 가장 효과적으로 확장하여 영상의 안개를 감소하는 장치에 관한 것이다.Another technical problem of the present invention is to display color information or brightness information extracted from a reduced image due to fog in a foggy environment as vector data in an RGB color space to maximally expand statistical ellipsis in which color information of the image is crowded To reduce the fog of the image.

본 발명의 일 양태에 따르면 영상 처리 장치에 의해 수행되는 영상의 안개처리 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 영상에 관한 패치(patch)의 픽셀(pixel)들을 그 값에 따라 컬러공간(color space)의 벡터들에 각각 맵핑하는 단계, 상기 벡터들이 분포하는 통계적 모멘트에 기반하여 상기 벡터들 중에서 벡터 군집 영역(vector cluster region)에 근사화된 기하학적 타원(ellipsoid)을 구성하는 단계, 상기 타원의 표면상의 벡터들로부터 다크 채널값(dark channel value)를 계산하는 단계, 상기 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하는 단계, 및 상기 전송 추정값을 기반으로 안개가 제거된 이미지를 획득하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a fog processing method of an image performed by an image processing apparatus. The method comprises the steps of mapping pixels of a patch associated with the image to vectors of a color space according to their values, respectively, Constructing an approximated geometric ellipsoid in a vector cluster region, computing a dark channel value from vectors on the surface of the ellipse, calculating a dark channel value based on the dark channel value, Calculating an estimate, and obtaining a fog removed image based on the transmission estimate.

일례로서, 상기 다크 채널값은 상기 타원 내의 벡터들 중에서 최소 컬러 요소값일 수 있다. As an example, the dark channel value may be the minimum color element value among the vectors in the ellipse.

다른 예로서, 상기 다크 채널값을 계산하는 단계는, 상기 타원 내의 컬러 요소 평균들의 최소값과 분산값을 기반으로 수행될 수 있다. As another example, calculating the dark channel value may be performed based on a minimum value and a variance value of the color element averages within the ellipse.

또 다른 예로서, 상기 다크 채널값을 계산하는 단계는, 상기 타원 내의 최소 컬러 요소들의 평균값과 분산값을 기반으로 수행될 수 있다. As another example, calculating the dark channel value may be performed based on an average value and a variance value of the minimum color elements in the ellipse.

또 다른 예로서, 상기 전송 추정값을 계산하는 단계는, 상기 다크 채널값과 안개 처리 가중치의 곱에 기반하여 수행될 수 있다. As another example, calculating the transmission estimate may be performed based on a product of the dark channel value and a fog processing weight.

또 다른 예로서, 상기 타원을 구성하는 단계는, 상기 영상의 패치가 전경 픽셀(foreground pixel)과 배경 픽셀(background pixel)을 포함하는 경우, 픽셀이 상기 패치의 중심을 포함하는 영역 내에 있을 확률 및 퍼지 분할(fuzzy segmentation)을 기반으로 수행될 수 있다. As another example, the step of constructing the ellipse may comprise the steps of: determining a probability that a pixel is in an area including the center of the patch, if the patch of the image includes a foreground pixel and a background pixel; and And can be performed based on fuzzy segmentation.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 영상의 안개를 처리하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 원본 영상을 입력받는 입력 인터페이스, 상기 원본 영상에 관한 패치(patch)의 픽셀(pixel)들을 그 값에 따라 컬러공간(color space)의 벡터들에 각각 맵핑하고, 상기 벡터들이 분포하는 통계적 모멘트에 기반하여 상기 벡터들 중에서 벡터 군집 영역(vector cluster region)에 근사화된 기하학적 타원(ellipsoid)을 구성하며, 상기 타원의 표면상의 벡터들로부터 다크 채널값(dark channel value)를 계산하고, 상기 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하며, 상기 전송 추정값을 기반으로 안개가 제거된 이미지를 획득하는 프로세서, 상기 컬러공간의 벡터들, 상기 다크 채널값, 상기 전송 추정값 중 적어도 하나를 저장하는 저장장치, 및 상기 안개가 제거된 이미지를 출력하는 출력 인터페이스를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for processing fog of an image. The apparatus includes an input interface for inputting an original image, maps pixels of a patch of the original image to vectors of a color space according to the values, Constructing an approximated geometric ellipsoid in a vector cluster region of the vectors based on a moment, calculating a dark channel value from vectors on the surface of the ellipse, A storage for storing at least one of a processor for calculating a transmission estimate based on the channel value and a fog removed image based on the transmission estimate, vectors of the color space, the dark channel value, And an output interface for outputting the fog removed image.

일례로서, 상기 다크 채널값은 상기 타원 내의 벡터들 중에서 최소 컬러 요소값일 수 있다. As an example, the dark channel value may be the minimum color element value among the vectors in the ellipse.

다른 예로서, 상기 프로세서는, 상기 타원 내의 컬러 요소 평균들의 최소값과 분산값을 기반으로 상기 다크 채널값을 계산할 수 있다. As another example, the processor may calculate the dark channel value based on the minimum and variance values of the color element averages within the ellipse.

또 다른 예로서, 상기 프로세서는, 상기 타원 내의 최소 컬러 요소들의 평균값과 분산값을 기반으로 상기 다크 채널값을 계산할 수 있다. As another example, the processor may calculate the dark channel value based on an average value and a variance value of the minimum color elements in the ellipse.

또 다른 예로서, 상기 프로세서는, 상기 다크 채널값과 안개 처리 가중치의 곱에 기반하여 상기 전송 추정값을 계산할 수 있다. As another example, the processor may calculate the transmission estimate based on a product of the dark channel value and a fog processing weight.

또 다른 예로서, 상기 프로세서는, 상기 영상의 패치가 전경 픽셀(foreground pixel)과 배경 픽셀(background pixel)을 포함하는 경우, 픽셀이 상기 패치의 중심을 포함하는 영역 내에 있을 확률 및 퍼지 분할(fuzzy segmentation)을 기반으로 상기 타원을 구성할 수 있다. As another example, the processor may be configured to determine the probability that a pixel is in an area containing the center of the patch if the patch of the image includes a foreground pixel and a background pixel, segmentation of the ellipse.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 영상 처리 장치에 의해 수행되는 영상의 안개처리 방법을 제공한다. 상기 방법은 후광현상을 방지하기 위해 상기 영상 내에서 제1 픽셀이, 전송률의 추정(transmission rate estimation)이 필요한 제2 픽셀과 동일한 영역에 속하는지 결정하는 단계, 상기 동일한 영역에 포함되는 픽셀들에 대응하는 벡터들을 포함하는 기하학적 타원을 컬러 공간에서 구성하는 단계, 상기 타원의 표면상의 벡터들로부터 다크 채널값(dark channel value)를 계산하는 단계, 상기 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하는 단계, 및 상기 전송 추정값을 기반으로 안개가 제거된 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of processing fog of an image performed by an image processing apparatus. The method includes determining whether a first pixel in the image belongs to the same area as a second pixel that requires transmission rate estimation to prevent backlight phenomenon, Constructing a geometric ellipse comprising corresponding vectors in a color space, computing a dark channel value from the vectors on the surface of the ellipse, calculating a transmission estimate based on the dark channel value, And obtaining a fog removed image based on the transmission estimate.

일례로서, 전송률의 추정이 필요한 제2 픽셀은 상기 패치의 중심 픽셀일 수 있다. As an example, the second pixel requiring the estimation of the bit rate may be the center pixel of the patch.

다른 예로서, 상기 동일한 영역에 속하는지 결정하는 단계는, 상기 픽셀이 상기 패치의 중심을 포함하는 영역 내에 있을 확률을 측정하는 단계, 및 상기 확률에 기반하여 퍼지 결정값을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 타원은 상기 퍼지 결정값에 기반하여 구성될 수 있다. As another example, determining whether to belong to the same area includes measuring a probability that the pixel is in an area containing the center of the patch, and obtaining a fuzzy decision value based on the probability , The ellipse may be configured based on the fuzzy decision value.

또 다른 예로서, 상기 포함시키는 단계는, 가이드 필터(guided filter)를 사용하는 퍼지 분할에 기반하여 수행될 수 있다. As another example, the step of embedding may be performed based on fuzzy partitioning using a guided filter.

본 발명은 컬러 왜곡이 거의 없으며 비가시적인(non-visible) 후광현상과 훨씬 적은 연산 부담을 가진, 더욱 상세하고 이미지를 제공할 수 있다. 통계적 측정에 기반하여 구성된 기하학적 타원으로부터 다크 채널값을 직접적으로 계산하는 공식이 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 DCP 원리를 유지하되, 통계적인 강인함을 보장할 수 있다. 후광현상을 회피하기 위해, 본 발명은 빠른 퍼지 분할 방법을 전송 추정 방법으로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 국부적 영역의 모든 픽셀들을 스캔하지 않으므로 현저히 낮은 연산 복잡도를 가질 수 있다. The present invention provides a more detailed image with little color distortion and non-visible halo phenomenon and much less computational burden. Formulas that directly calculate the dark channel values from the configured geometric ellipses based on statistical measurements can be used. Further, the present invention can maintain the DCP principle, but also ensure statistical robustness. In order to avoid the halo phenomenon, the present invention can use a fast fuzzy division method as a transmission estimation method. In addition, the present invention does not scan all the pixels in the local region and can therefore have significantly lower computational complexity.

도 1은 안개낀 이미지내에서 2개의 인접한 영역들에 대한 픽셀값 분포(distribution)를 보여준다.
도 2a 및 도 2b는 RBG 공간에서 DCP 및 MDCP에 기반한 안개 처리 절차를 도시한 것이다.
도 3은 DCP 및 MDCP에 의한 불일치 케이스들을 모아놓은 것이다.
도 4는 안개게 제거된 이미지에서 후광현상의 발생을 보여주는 도면이다.
도 5는 인접한 2개의 패치들에 대하여 통계적 타원을 RGB 컬러공간에 구성한 모습이다.
도 6은 일 실시예에 따른 안개 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 벡터 z * r, z * gz * b의 기하학적 구조를 보여준다.
도 8은 RGB 컬러공간에서 극단적 픽셀이 존재하는 영역에서 DCP, MDCP 및 SEDCP 기반의 안개 처리 과정을 비교하는 도면이다.
도 9는 인접한 패치들의 이미지에 대한 다크 채널값을 DCP, MDCP, SEDCP에 기반하여 획득한 것이다.
도 10은 DCP, MDCP 및 본 실시예에 따른 SEDCP에 의하여 원본 이미지의 안개를 제거하는 과정을 비교한 것이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 안개 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 12는 패치 중심에 있는 영역에서의 픽셀들만으로 타원을 구성하는데 사용되는 방법을 예시하는 도면이다.
도 13은 안개 제거 처리된 이미지들 내에서 후광현상의 다양한 모습을 보여준다.
도 14는 나무, 호수, 숲, 언덕의 안개낀 이미지를 비교한 것이다.
도 15는 일 실시예에 따른 안개 처리장치를 도시한 블록도이다.
Figure 1 shows the distribution of pixel values for two adjacent regions in a fogged image.
2A and 2B illustrate a fog processing procedure based on DCP and MDCP in the RBG space.
Figure 3 is a collection of inconsistent cases by DCP and MDCP.
FIG. 4 is a view showing the occurrence of a halo phenomenon in a fog removed image. FIG.
FIG. 5 shows statistical ellipses in the RGB color space for two adjacent patches.
6 is a flowchart illustrating a fog processing method according to an embodiment.
Figure 7 shows the geometry of the vectors z * r , z * g and z * b .
FIG. 8 is a diagram comparing DCP, MDCP, and SEDCP-based fog processing in an area where extreme pixels exist in the RGB color space.
FIG. 9 shows the dark channel values for images of adjacent patches obtained based on DCP, MDCP, and SEDCP.
10 compares the process of removing fog of an original image by DCP, MDCP and SEDCP according to the present embodiment.
11 is a flowchart showing a fog processing method according to another embodiment.
Figure 12 is a diagram illustrating a method used to construct an ellipse with only pixels in an area at the center of the patch.
Figure 13 shows various views of the halo phenomenon within the fog removal processed images.
Figure 14 compares the fogged images of trees, lakes, forests, and hills.
15 is a block diagram illustrating a fog treatment apparatus according to an embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms "to" and the like described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which can be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

명세서 전체에서, 이미지 신호의 임의성이 어떻게 안개 처리 성능에 영향을 주는지에 대하여 조사하고, 전송 불일치(transmission mismatch)가 물체 경계(object boundaries)에서 어떻게 발생하는지를 분석하며, 더 낮은 계산 복잡도를 가지면서 컬러 왜곡과 후광현상을 줄이는 이미지의 안개 처리 방법이 게시된다. Throughout the specification, it is examined how randomness of an image signal affects fog performance, analyzing how transmission mismatch occurs in object boundaries, A method of fogging images that reduces distortion and halo is posted.

DCP에 기반한 다크 채널 추정방법은 극단적인 텍스쳐가 존재할 때 예외적인 텍스쳐로부터 다크 채널값을 선택한다. 따라서, DCP 방식은 실제 안개낀 정도보다 다크 채널값을 더 작게 예측하고, 안개가 제거된 이미지의 상세함(details)을 완전히 복구하지 못한다. 중간 DCP(median DCP: 이하 "MDCP"라 함)는 최소 색성분들 중에서 중간값(median value)을 선택함으로써 다크 채널값을 추정한다. MDCP에 기반한 다크 채널 추정방법은 통계적인 평균값을 사용하기 때문에, 예외적인 텍스쳐에 따른 값들에 의해 거의 영향을 받지 않고, 따라서 통계적으로 강인한 편이다. 그러나, 중간 다크 채널값은 다크 채널값보다는 통상적으로 더 큰데, 이는 MDCP가 DCP의 원리를 유지하지(sustain) 못함을 의미한다. 더 큰 다크 채널값으로 인해, MDCP는 안개가 제거된 이미지를 더 어둡게 하고 컬러를 왜곡하는 과도한 콘트라스트(over contrast)를 야기할 수 있다. The DCP-based dark channel estimation method selects a dark channel value from an exceptional texture when extreme textures are present. Therefore, the DCP method predicts the dark channel value smaller than the actual fog and does not fully recover the details of the fog removed image. An intermediate DCP (hereinafter referred to as "MDCP") estimates a dark channel value by selecting a median value among minimum color components. Since the dark channel estimation method based on MDCP uses a statistical average value, it is hardly influenced by the values according to the exceptional texture, and therefore is statistically robust. However, the medium dark channel value is typically larger than the dark channel value, which means that the MDCP does not sustain the principle of the DCP. Due to the larger dark channel value, MDCP can cause fog removed images to be darker and produce over-contrast that distorts the color.

다른 MDCP 기반의 다크 채널 추정방법에 따르면, 다크 채널값을 벡터 공간의 원점(origin)과 타원형 중심(ellipsoid centroid) 간의 거리로서 파악하고, 타원형의 중심은 컬러 벡터들의 중간 값들임이 입증되었다. DCP 기반의 방법의 문제는 안개가 제거된 이미지의 어두움을 보상하기 위해 다크 채널 추정 과정에 밝기 보상 항(compensation term)을 부가함으로써 극복된다. 이러한 방법에 따르면, 인간의 가시적 감각에 친화적인 안개 처리 이미지를 만드는 다크 채널 범위를 검색하기 위해, 최소가지 차이(just noticeable distortion: JND) 프로파일을 채용한다. 그러나, 이 방법은 국부적 영역들에 대한 최적의 다크 채널값들을 제공하지 못한다. 따라서, 이 방법에 따를 때 특정 영역들에서 이미지 품질을 향상시킬 수 있다하더라도, 여전히 다른 영역들에서 텍스쳐들의 디테일들이 희생될 수 있다. According to another MDCP-based dark channel estimation method, the dark channel value is regarded as the distance between the origin of the vector space and the ellipsoid centroid, and the center of the ellipse is proved to be the middle value of the color vectors. The problem of the DCP-based method is overcome by adding a compensation term to the dark channel estimation process to compensate for the darkness of the fog removed image. According to this method, a just noticeable distortion (JND) profile is employed to search for a dark channel range that produces a fogging image that is friendly to the human visual sense. However, this method does not provide optimal dark channel values for local areas. Thus, even though image quality can be improved in certain areas when following this method, details of the textures may still be sacrificed in other areas.

이하에서, DCP 또는 MDCP 기반의 안개 처리 방법, 특히 기본적인 단일 이미지 안개 처리 방법에 대해 좀더 상세히 게시한다. In the following, DCP or MDCP-based fog processing methods, particularly basic single image fog processing methods, will be described in more detail.

DCP 또는 MDCP에 기반한 안개 처리 방법의 첫 번째 문제는 다크 채널값을 추정함에 있어서 통계적으로 비최적적(non-optimal)이라는 점이다. 2색성의 모델(dichromatic model)은 위치 i에 있는 안개낀 이미지 xi로부터 안개가 없는 이미지

Figure 112016050929927-pat00001
를 복원하며, 이때 아래의 수학식이 사용될 수 있다. The first problem with DCP or MDCP based fog processing is that it is statistically non-optimal in estimating dark channel values. A dichromatic model is a foggy image x i located at position i,
Figure 112016050929927-pat00001
The following equation can be used.

Figure 112016050929927-pat00002
Figure 112016050929927-pat00002

수학식 1을 참조하면, A=[Ar Ag Ab]T는 글로벌 대기광(global atmospheric light)이고, ti는 전송 추정값(또는 전송값)이다. 여기서, 전송 추정값 ti의 추정 방법으로서 아래의 수학식과 같이 DCP와 MDCP가 사용될 수 있다. Referring to Equation (1), A = [A r A g A b ] T is the global atmospheric light and t i is the transmission estimate (or transmission value). Here, DCP and MDCP can be used as an estimation method of the transmission estimation value t i as shown in the following equation.

Figure 112016050929927-pat00003
Figure 112016050929927-pat00003

수학식 2를 참조하면, α는 안개 처리 가중치(dehazing weight)이고, wi는 i를 중심으로 가지는 국부 윈도우(local window)와 같은 패치(patch)이며,

Figure 112016050929927-pat00004
Figure 112016050929927-pat00005
은 추정된 다크 채널값이다. Referring to Equation (2), a is a dehazing weight, w i is a patch like a local window centered at i,
Figure 112016050929927-pat00004
And
Figure 112016050929927-pat00005
Is an estimated dark channel value.

안개 이미지 신호에 대해 더 나은 통계적 관찰을 위해, 도 2a 및 2b와 같이 컬러 픽셀값을 RGB 컬러공간에 맵핑하고, 픽셀값을 랜덤 벡터로서 다룰 수 있다. For better statistical observation of the fog image signal, the color pixel values may be mapped to the RGB color space and the pixel values as random vectors, as shown in FIGS. 2A and 2B.

도 2a 및 도 2b는 RBG 공간에서 DCP 및 MDCP에 기반한 안개 처리 절차를 도시한 것이다. 도 2a 및 2b에서 xj는 다크 채널값을 가지는 픽셀이고,

Figure 112016050929927-pat00006
는 xj의 안개가 제거된 픽셀이다. 도 2a는 영역 내에 극단적 픽셀이 포함된 경우 DCP에 기반한 분포 확장을 보여주고, 도 2b는 MDCP에 기반한 컬러 벡터 분포 확장을 보여준다.2A and 2B illustrate a fog processing procedure based on DCP and MDCP in the RBG space. 2a and 2b, xj is a pixel having a dark channel value,
Figure 112016050929927-pat00006
Is the fog removed pixel of x j . FIG. 2A shows DCP-based distribution extensions when extreme pixels are included in the region, and FIG. 2B shows MDCP-based color vector distribution extensions.

더 높은 코릴레이션(the more highly correlated)을 가지는 픽셀들의 컬러벡터들은 더 밀도있게 군집하고, 일반적으로 분포된다. 수학식 1로부터,

Figure 112016050929927-pat00007
이 성립함을 알 수 있다. 따라서, RGB 공간에서 안개 처리 방법은 안개 컬러 벡터 분포를 선형적으로 확장(linearly expansion)함으로써 안개 이미지 신호의 콘트라스트(contrast)를 증가시킨다. The color vectors of the pixels with the more highly correlated cluster more densely and are generally distributed. From Equation (1)
Figure 112016050929927-pat00007
Can be seen. Therefore, the fog processing method in the RGB space increases the contrast of the fog image signal by linearly expanding the fog color vector distribution.

도 2a 및 도 2b에서, 다크 채널로서 지정된 컬러 요소가 영(zero)에 이를 때까지, 각 안개 컬러 벡터값은 대기광(atmospheric light)으로부터 각 안개 벡터까지 아래쪽으로 이동한다. 따라서, 다크 채널값은 픽셀 레벨에서 안개 처리 정도(dehazing degrees)를 조정하는데 사용되며, 안개 처리 방법의 궁극적 성능은 적절한 다크 채널값을 결정하는 것에 의존한다. In Figures 2a and 2b, each fog color vector value moves down from the atmospheric light to each fog vector until the color element designated as the dark channel reaches zero. Thus, the dark channel value is used to adjust the dehazing degrees at the pixel level, and the ultimate performance of the fogging method depends on determining the appropriate dark channel value.

도 2a를 참조하면, 이미지 신호의 임의성으로 인해, 각 영역(region)은 잡음 또는 작은 산발적(sporadic) 텍스쳐와 같은 극단적인 픽셀 xj를 포함할 수 있다. 코릴레이션 픽셀들의 컬러값들은 밀도있게 군집하는(clustered) 반면, 극단적 픽셀들의 컬러값들은 일반적으로 상기 영역 내에 있는 군집된 픽셀 값들에 비해 훨씬 적거나 훨씬 크다. DCP 방식은 가장 작은 값(도 2a에서 xj)을 다크 채널값으로 선택하기 때문에, 국부적 영역이 극단적 텍스쳐들을 포함하는 때에는 DCP에 기반한 다크 채널 값이 상기 극단적 픽셀들 중 하나로부터 선택될 수 있다. 통계적으로 볼 때 군집된 픽셀들의 최소값이 채널값으로서 더 적절하다 하더라도, 다크 채널값은 군집된 픽셀들의 최소값보다 작다. 더 작은 다크 채널값에 기반한 분포의 확장(expansion of the distribution)은 최대로 허용가능한 콘트라스트(maximally permissible contrast)을 얻기에는 충분하지 않을 수 있다. 따라서, DCP에 기반한 안개 처리 방법은 이미지의 안개를 충분히 제거하기 어려우며, 안개 처리 이미지를 더 밝게 만들고 상세함(detail)을 떨어뜨린다. 이러한 불충분한 안개 처리는, DCP 방식이 이미지 신호들의 임의성을 제대로 핸들링하지 못하기 때문에 발생한다. 2A, due to the randomness of the image signal, each region may contain extreme pixels x j , such as noise or a small sporadic texture. The color values of the correlation pixels are clustered densely while the color values of the extreme pixels are generally much smaller or much larger than the clustered pixel values in the region. Since the DCP scheme selects the smallest value ( xj in FIG. 2A) as the dark channel value, a dark channel value based on the DCP may be selected from one of the extreme pixels when the local region includes extreme textures. Although statistically the minimum value of the clustered pixels is more suitable as the channel value, the dark channel value is smaller than the minimum value of the clustered pixels. The expansion of the distribution based on the smaller dark channel value may not be sufficient to obtain a maximally permissible contrast. Therefore, the DCP-based fog processing method is difficult to sufficiently remove the fog of the image, making the fog processing image brighter and less detailed. This insufficient fog processing occurs because the DCP method does not properly handle the randomness of the image signals.

다음으로 도 2b를 참조하면, xj는 군집의 중심에 가까이 위치한다. 즉, MDCP 방식은 영역 내에서의 모든 픽셀들의 최소 컬러 요소들 중에서 중간값(median value)을 선택함으로써 다크 채널값을 유추한다(approximate). 중간 다크 채널값을 가지는 픽셀 벡터는 보통 분포의 중심 근처에 위치하기 때문에, 중간 다크 채널값은 군집된 픽셀들의 최소값보다는 크다. MDCP 방식은 큰 다크 채널값 때문에 과도한 정도까지 픽셀 분포를 확장시키는데, 이는 안개 처리된 픽셀 값들 중 많은 부분을 영(zero)보다 작게 만들 수 있으며 결국 이러한 픽셀들은 포화되어 어둡게 되고 컬러 왜곡이 발생할 수 있다. 이렇게 MDCP 방식에 의한 안개의 과다 제거(excessive dehazing)는 DCP 방식의 원리를 따르지 않기 때문에 발생하는 것이다. Referring next to Fig. 2b, xj is located close to the center of the cluster. That is, the MDCP scheme approximates the dark channel value by selecting a median value among the minimum color elements of all the pixels in the region. Since a pixel vector having an intermediate dark channel value is usually located near the center of the distribution, the intermediate dark channel value is greater than the minimum value of the clustered pixels. The MDCP scheme extends the pixel distribution to an extreme degree due to the large dark channel value, which can make many of the fogged pixel values smaller than zero, which eventually saturates and darkens and color distortion can occur . The excessive dehazing of the fog by the MDCP method does not follow the principle of the DCP method.

따라서, DCP의 물리적 원리를 유지하면서도, 이미지 신호의 임의성에 대하여 통계적인 강인성(robustness)를 보장할 수 있는 다크 채널 추정방법이 필요한 것이다. Therefore, a dark channel estimation method capable of ensuring statistical robustness to the randomness of an image signal while maintaining the physical principle of the DCP is needed.

DCP 또는 MDCP에 기반한 안개 처리 방법의 두 번째 문제는 전송 불일치로 인한 후광현상이 발생한다는 점이다. A second problem with DCP or MDCP based fog processing is that halo occurs due to transmission mismatches.

만약 패치(patch)가 혼합적 영역(heterogeneous regions)을 커버한다면, 일반적인 전송 추정 방법은 종종 영역 경계를 따라 전송 불일치를 발생시키며, 이는 결국 후광현상을 야기한다. 혼합 패치 wi는 합리적 방법에 의거하여 전경(foreground) 픽셀 wi f의 집합과 배경 픽셀 wi b의 집합으로 분리될 수 있다. 따라서, 혼합 패치에서 wi=wi f∪wi b, = wi f∩wi b =ㅨ, 그리고 wi f ≠ ㅨ, wi b ≠ ㅨ이 성립한다.

Figure 112016050929927-pat00008
는 최소 DCP 연산부(operator) 또는 중간 MDCP 연산부 중 어느 하나에 의해 선택된 픽셀의 위치(location)이고, 이것은 전송이 측정되어야 하는 패치 중심(patch center) i와는 구별된다. 전경은 안개를 더 포함한 배경보다는 일반적으로 더 어둡기 때문에, 최소 DCP 연산부는 전경 픽셀을 선택한다. 중간 MDCP 연산부는 패치의 지배적인 영역 내에 있는 픽셀을 선택한다. 따라서, 선택된 픽셀
Figure 112016050929927-pat00009
의 위치들은 하기 수학식과 같이 표현될 수 있다. If a patch covers heterogeneous regions, then a general transmission estimation method often causes transmission mismatches along the region boundaries, which ultimately leads to halo phenomena. The mixed patch w i can be separated into a set of foreground pixels w i f and a set of background pixels w i b based on a rational method. Accordingly, the w i = w i f ∪w i b, = w i f ∩w i b = ㅨ, and w if ㅨ, w ib ㅨ in mixed patches is established.
Figure 112016050929927-pat00008
Is the location of the pixel selected by either the minimum DCP operator or the intermediate MDCP operator and is distinct from the patch center i where the transmission is to be measured. Since the foreground is generally darker than the background with more fog, the minimum DCP operator selects foreground pixels. The intermediate MDCP operator selects pixels within the dominant region of the patch. Thus,
Figure 112016050929927-pat00009
Can be expressed as the following equation.

Figure 112016050929927-pat00010
Figure 112016050929927-pat00010

한편, 도 3은 DCP 및 MDCP에 의한 불일치 케이스들을 모아놓은 것이다. 선택된 픽셀과 패치 중심이 서로 다른 영역에 속할 때, 선택된 픽셀에 놓인 값은 패치 중심에서의 전송을 나타내지 않는다. 따라서, 전송상의 불일치가 유도된다. 최소 DCP 연산부는 전경내의 픽셀을 선택하기 때문에, 패치 중심이 배경에 있을 때에는 불일치가 발생한다. 따라서, 통상 DCP 불일치는 배경에서 나타나고, 경계를 따라 응집된다(condensed). 중간 MDCP 연산부는 지배적인 영역 내에 있는 픽셀을 선택하기 때문에, MDCP는 패치 중심이 지배적인 영역에 없을 때 불일치를 만든다. 따라서, MDCP가 DCP에 비해 불일치의 수를 줄일 수 있다 하더라도, 모서리(corner) 경계면에서는 여전히 불일치가 발생한다. 물론, 소프트 매팅(soft matting), 양방향 및 가이드 필터가 DCP 방식에서의 불일치를 감소시키기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 방법들은 후광현상을 배경 영역으로 펼치게 되고, 펼쳐진 후광현상은 덜 분명해질 수 있지만 여전히 후광현상은 제거되지 않고, 오히려 계산량의 부담을 증가시킬 수 있다. Meanwhile, FIG. 3 is a collection of inconsistent cases by DCP and MDCP. When the selected pixel and the patch center belong to different areas, the value placed on the selected pixel does not indicate transmission at the patch center. Thus, a transmission phase mismatch is induced. Since the minimum DCP operation unit selects pixels in the foreground, a discrepancy occurs when the patch center is in the background. Thus, typically the DCP mismatch appears in the background and is condensed along the boundary. Because the intermediate MDCP operator selects pixels in the dominant region, MDCP creates a mismatch when the patch center is not in the dominant region. Thus, even though MDCP can reduce the number of inconsistencies compared to DCP, there is still a mismatch at the corner boundaries. Of course, while soft matting, bidirectional, and guide filters can be used to reduce mismatches in the DCP scheme, these methods may expose halo to the background area, and the halo phenomenon may be less obvious, The phenomenon is not removed, but rather the burden of the calculation amount can be increased.

도 4는 안개게 제거된 이미지에서 후광현상의 발생을 보여주는 도면이다.FIG. 4 is a view showing the occurrence of a halo phenomenon in a fog removed image. FIG.

도 4를 참조하면, (a)는 원본 이미지이고, (b)는 원본 이미지에 DCP를 적용한 것이며, (c)는 원본 이미지에 가이드 필터(guided filter)를 기반으로 DCP를 적용한 것이고, (d)는 원본 이미지에 MDCP를 적용한 것이다. (b)에서, DCP는 나뭇가지 경계를 따라서 후광현상을 일으키고, (d)에서 MDCP는 모서리 경계에서 후광현상을 발생시킨다. (c)는 정제 필터(refinement filter)에 의해 덜 분명해진 후광현상의 펼쳐짐(spread)를 제공하지만, 후광현상이 좀 덜 분명해질 뿐 그것을 완전히 제거할 수는 없다. Referring to FIG. 4, (a) is an original image, (b) is a DCP applied to an original image, (c) is a DCP applied to an original image based on a guided filter, Is the MDCP applied to the original image. (b), the DCP causes a halo phenomenon along the tree branch boundary, and in (d), the MDCP causes a halo phenomenon at the edge boundary. (c) provides a less obvious halo phenomenon spread by the refinement filter, but the halo phenomenon becomes less obvious and can not be completely eliminated.

이하에서, 통계학적 타원 DCP(Statistical Ellipsoid DCP: SEDCP) 기반의 안개 처리 방법을 게시한다. 여기서, 타원의 모양은 픽셀 벡터 분포들의 통계적 모멘트(statistical moments)에 의해 결정되므로, 전체적인 벡터 분포에 잘 코릴레이션되지 않은 픽셀 값들(예컨대 예외적인 텍스쳐들 또는 잡음적 픽셀들)에 의해 거의 영향을 받지 않는다. In the following, a statistical elliptic DCP (Statistical Ellipsoid DCP: SEDCP) based fog processing method is published. Here, since the shape of the ellipse is determined by the statistical moments of the pixel vector distributions, it is hardly influenced by pixel values (e.g., exceptional textures or noise pixels) that are not well correlated to the overall vector distribution Do not.

일 실시예에 따른 안개 처리 장치 및 방법은 타원 표면상의 벡터들로부터 직접적으로(directly) 다크 채널값을 결정하는 단계를 수행할 수 있다. 이를 위해 타원 표면상의 벡터들로부터 직접적으로 다크 채널값을 결정하는 공식(formula)이 제공될 수 있다. 일 측면에 따른 안개 처리 장치 및 방법은 DCP 이론에 기반할 수 있다. 이는 획득되는 다크 채널값이 벡터 분포내에서 최소의 색성분이기 때문이다. 일 측면에 따른 안개 처리 장치 및 방법은 DCP 이론에 기반하면서도, 타원이 통계적 평균치로부터 구성되기 때문에 통계학적 강인성 또한 보장할 수 있다. 또한, 일 측면에 따른 안개 처리 장치 및 방법은 근본적인 영역(underlying region)내에서 모든 픽셀을 스캔할 필요가 없기 때문에 종래기술 대비 계산의 복잡도를 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 일 측면에 따른 안개 처리 장치 및 방법은 혼합 패치에서 전송률의 불일치(transmission mismatch)를 회피할 수 있다. A fog processing apparatus and method in accordance with an embodiment can perform the step of directly determining the dark channel value from the vectors on the elliptical surface. To this end, a formula for determining the dark channel value directly from the vectors on the elliptical surface can be provided. An apparatus and method for fog treatment according to one aspect may be based on DCP theory. This is because the obtained dark channel value is the minimum color component in the vector distribution. According to one aspect, the apparatus and method for fog processing are based on the DCP theory, but also the statistical robustness can be guaranteed since the ellipse is constructed from the statistical averages. In addition, the fog processing apparatus and method according to one aspect can significantly reduce the computational complexity compared to the prior art, since there is no need to scan every pixel within the underlying region. In addition, the fog processing apparatus and method according to one aspect can avoid a transmission mismatch in a mixed patch.

다른 실시예에 따른 안개 처리 장치 및 방법은 후광현상을 회피하기 위하여 다크 채널값을 가지는 제1 픽셀을, 전송률의 추정이 필요한 제2 픽셀과 동일한 영역에 포함시키는 단계를 수행할 수 있다. 이와 같이 전송률의 추정이 필요한 픽셀을 포함하는 영역 내에서의 픽셀들을 수집하기 위해, 일 측면에 따른 안개 처리 장치 및 방법은 타원의 구성 절차내에 퍼지 분할(fuzzy segmentation)을 임베드하는 단계를 수행할 수 있다. 여기서, 퍼지 분할을 위해 가이드 필터(guided filter)가 사용될 수 있으며 이는 복잡도를 줄이면서 향상된 성능을 제공할 수 있다. The fog processing apparatus and method according to another embodiment may include a step of including a first pixel having a dark channel value in the same area as a second pixel for which a rate estimation is required in order to avoid a halo phenomenon. In order to collect pixels within an area containing pixels that require estimation of such a transmission rate, a fog processing apparatus and method according to one aspect can perform the step of embedding a fuzzy segmentation in an ellipse configuration procedure have. Here, a guided filter can be used for fuzzy division, which can provide improved performance while reducing complexity.

본 발명은 또한, 로컬 영역(local region)에서 모든 픽셀을 스캐닝하는 대신 다크 채널 값을 계산하기 때문에 복잡도를 현저하게 감소시킬 수 있다. The present invention also can significantly reduce complexity because it calculates the dark channel value instead of scanning all the pixels in the local region.

실험 결과에 따르면, 본 발명은 후광현상을 피할 수 있을 뿐만 아니라 낮은 계산적 부담(computational burden)으로 안개가 제거된 이미지를 보다 디테일하게 제공할 수 있고, 컬러 왜곡을 크게 감소시킬 수 있다. According to the experimental results, the present invention not only avoids the halo phenomenon but also can provide a more detailed image with fog removed by a computational burden, and greatly reduce the color distortion.

RGB 컬러공간에서, 안개 낀 이미지 신호들로부터의 벡터들은 더 밀도있게(densely) 군집한다. 벡터 군집 영역(vector cluster region)은 타원에 의해 통계적으로 근사화될 수 있으며, 여기서 상기 타원의 모양은 벡터 분포의 통계적 모멘트에 의해 결정될 수 있다. 타원을 분석하는 것의 이점은 임의적 신호들에 대한 통계적 강인함을 제공할 수 있다는 점이다. In the RGB color space, the vectors from the foggy image signals cluster more densely. The vector cluster region can be statistically approximated by an ellipse, wherein the shape of the ellipse can be determined by the statistical moment of the vector distribution. The advantage of analyzing the ellipses is that they can provide statistical robustness to arbitrary signals.

이하에서, RGB 컬러공간에서 통계적 모멘트에 의해 기하학적 타원을 구성하는 방법에 대해 설명한다. 여기서, Z=[zr zg zb]T를 RGB 컬러공간에서 벡터 변수로서 정의한다. 또한 Ωi는 wi내의 컬러 픽셀들의 벡터 군집 영역에 알맞은(fit) 타원으로서 정의된다. 따라서, Ωi는 예를 들어 다음의 수학식과 같이 정의될 수 있다. Hereinafter, a method of constructing geometric ellipses by statistical moments in the RGB color space will be described. Here, Z = [z r z g z b ] T is defined as a vector variable in the RGB color space. Also, Ω i is defined as an ellipse fit to the vector cluster region of color pixels in w i . Therefore,? I can be defined, for example, by the following equation.

Figure 112016050929927-pat00011
Figure 112016050929927-pat00011

수학식 4를 참조하면, 정규화된 픽셀(normalized pixel)

Figure 112016050929927-pat00012
로서 정의되고, 평균 벡터(mean vector)
Figure 112016050929927-pat00013
로서 정의되며, 공분산 행렬(covariance matrix)
Figure 112016050929927-pat00014
로서 정의된다. Referring to Equation (4), a normalized pixel < RTI ID = 0.0 >
Figure 112016050929927-pat00012
And a mean vector,
Figure 112016050929927-pat00013
And a covariance matrix,
Figure 112016050929927-pat00014
.

RGB 컬러공간에서, μ는 타원의 중심에 위치하고, Σ는 타원의 모양과 방향(orientation)을 결정한다. In the RGB color space, μ is located at the center of the ellipse, and Σ determines the shape and orientation of the ellipse.

도 5는 인접한 2개의 패치들에 대하여 통계적 타원을 RGB 컬러공간에 구성한 모습이다. FIG. 5 shows statistical ellipses in the RGB color space for two adjacent patches.

도 5를 참조하면, 패치 wi와 패치 wj는 전반적 특성이 서로 유사한 인접한 패치이며, 도 5의 (a)는 패치 wi를 RGB 컬러공간에 구성한 것이고 도 5의 (b)는 패치 wj를 RGB 컬러공간에 구성한 것이다. (a)에서는 영역 내에 극단적 텍스쳐가 없고, (b)에서는 영역 내에 극단적 텍스쳐가 존재한다. (b)에서와 같이, 하나의 패치가 극단적 픽셀들을 포함한다 하더라도, 2개의 인접한 패치들은 서로 유사한 특성들을 가지고, 안개 낀 정도가 대등하다. (a)와 (b)에서의 2개의 타원 Ωi 및 Ωj는 통계적 평균치에 의해 만들어지기 때문에, 전반적인 분포와 거의 코릴레이트되지 않는 산발적 텍스쳐들로부터의 극단적 벡터들은 평균화되어 없어지며, 이는 타원의 모양에 거의 영향을 미치지 않는다. 즉, 극단적 픽셀들로 인해 패치 wi와 패치 wj에서의 픽셀들이 분포는 서로 다르다 하더라도, 2개의 타원들 Ωi 및 Ωj는 거의 동일하다. 따라서, 타원을 이용한 분석은 픽셀값 자체를 분석하는 방법에 비해 더 강인함을 알 수 있다. 5, patch w i and patch w j are adjacent patches having similar overall characteristics. FIG. 5 (a) shows patch w i in RGB color space and FIG. 5 (b) shows patch w j In the RGB color space. (a), there is no extreme texture in the region, and (b), there is an extreme texture in the region. As in (b), even though one patch contains extreme pixels, the two adjacent patches have similar characteristics and the degree of fog is comparable. Since the two ellipses Ω i and Ω j in (a) and (b) are made by statistical averaging, extreme vectors from sporadic textures that are hardly correlated with the overall distribution are averaged out, It hardly affects the shape of the body. That is, even though the distributions of the pixels at patch w i and patch w j due to extreme pixels are different from each other, the two ellipses Ω i and Ω j are nearly identical. Therefore, it can be seen that the analysis using the ellipse is stronger than the method of analyzing the pixel value itself.

도 6은 일 실시예에 따른 안개 처리 방법을 도시한 순서도이다. 6 is a flowchart illustrating a fog processing method according to an embodiment.

도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 이미지 도메인(domain)에서 픽셀 값이 아닌, RGB 컬러공간에서 타원을 사용하여 다크 채널값을 구할 수 있다. 이를 위해, 본 실시예는 먼저 원본 이미지의 픽셀들이 도 5와 같이 컬러공간의 벡터들에 각각 맵핑하는 단계를 수행할 수 있다. 그리고, 본 실시예는 도 5와 같이 상기 벡터들이 분포하는 통계적 모멘트에 기반하여 상기 벡터들 중에서 벡터 군집 영역(vector cluster region)을 포함하는 기하학적 타원(ellipsoid)을 구성할 수 있다. Referring to FIG. 6, in this embodiment, a dark channel value can be obtained by using an ellipse in an RGB color space rather than a pixel value in an image domain. To this end, the present embodiment may first perform the step of mapping the pixels of the original image to the vectors of the color space, respectively, as shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 5, a geometric ellipsoid including a vector cluster region among the vectors may be constructed based on statistical moments in which the vectors are distributed.

이후, 이러한 본 실시예에 따른 안개 처리 방법은, 위치 i에서 통계적 타원의 다크 채널값인 θs i를 구하는 단계(S600), 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하는 단계(S605) 및 전송 추정값을 기반으로 안개 처리를 수행하여 안개가 제거된 이미지를 획득 또는 생성하는 단계(S610)를 포함한다. Thereafter, the fog processing method according to this embodiment includes a step S600 of obtaining a dark channel value θ s i of a statistical ellipse at a position i, a step S605 of calculating a transmission estimation value based on the dark channel value, And a step (S610) of acquiring or generating a fog removed image by performing fog processing based on the estimated value.

단계 S600에 있어서, 국부 영역에서 모든 픽셀들로부터의 다크 채널값을 선택하는 DCP와 MDCP 방법과는 대조적으로, 본 실시예는 수학식 5와 같이 타원 Ωi 내의 벡터들(z∈Ωi)로부터 다크 채널값을 선택한다.In step S600, in contrast to the DCP and MDCP method of selecting dark channel value from all the pixels in the local area, from this example is the vector in the oval Ω i as shown in Equation 5 (z∈Ω i) Select the dark channel value.

Figure 112016050929927-pat00015
Figure 112016050929927-pat00015

수학식 5를 참조하면, 선택된 다크 채널값은 타원 내의 벡터들 중에서 가장 작은 요소값일 수 있다(수학식 5에서 min 함수에 의해 구현됨). 이 경우 DCP 원리를 그대로 유지하면서 통계적으로 강인한 다크 채널값을 제공할 수 있고, 다크 채널값이 기하학적 타원 구조로부터 즉시 계산될 수 있다. Referring to Equation (5), the selected dark channel value may be the smallest element value among the vectors in the ellipse (implemented by the min function in Equation (5)). In this case, it is possible to provide a statistically robust dark channel value while maintaining the DCP principle, and the dark channel value can be calculated immediately from the geometric elliptical structure.

또한 단계 S600에 있어서, 타원 내의 벡터들 중에서 가장 작은 요소값을 구하는 방법을 설명하기에 앞서, 파라미터를 다음과 같이 정의할 수 있다. 각 단위 컬러 요소벡터를 e r=[1 0 0]T, e g=[0 1 0]T, 그리고 e b=[0 0 1]T 라 하자. H c는 단위 벡터 e c (c∈{r, g, b})에 수직인 평면이고, 원점을 지나간다고 하자. z c=e T c·zz의 c-요소값이고(c∈{r, g, b}), z에서 H c까지의 거리이기도 하다. z * c를 거리 e T c·z를 최소화하는 벡터라 하면,

Figure 112016050929927-pat00016
가 성립할 수 있다. z * r, z * gz * b 는 각각 H r, H g, H b 평면에 가장 가까운 벡터이다. 이하 도 7을 참조하여 타원 내의 벡터들 중에서 가장 작은 요소값을 구하는 방법을 설명한다. In step S600, the parameter may be defined as follows before describing a method for obtaining the smallest element value among the vectors in the ellipse. Let each unit color element vector be e r = [1 0 0] T , e g = [0 1 0] T , and e b = [0 0 1] T. Let H c be a plane perpendicular to the unit vector e c (c ∈ {r, g, b}) and pass through the origin. z c = e T c · z is the c-element value of z (cε {r, g, b}) and is the distance from z to H c . Let z * c be a vector that minimizes the distance e T c · z ,
Figure 112016050929927-pat00016
Can be established. z * r , z * g, and z * b are vectors closest to the H r , H g , and H b planes, respectively. Hereinafter, a method for obtaining the smallest element value among the vectors in the ellipse will be described with reference to FIG.

도 7은 벡터 z * r, z * gz * b의 기하학적 구조를 보여준다. Figure 7 shows the geometry of the vectors z * r , z * g and z * b .

도 7의 (a)를 참조하면, z * r은 B-G 평면(Hr)에 가장 가까운 벡터이다. 그림자 평면(shadow plane)은 타원 표면에 접하고(tangent), H r에는 평행하다. e T r·z * rz * r로부터 H r까지의 거리이다. 도 7의 (b)를 참조하면, z * g은 B-R 평면(Hg)에 가장 가까운 벡터이다. 그림자 평면은 타원 표면에 접하고, H g에는 평행하다. e T g·z * gz * g로부터 H g까지의 거리이다. 도 7의 (c)를 참조하면, z * b은 R-G 평면(Hb)에 가장 가까운 벡터이다. 그림자 평면은 타원 표면에 접하고, H b에는 평행하다. e T b·z * bz * b로부터 H b까지의 거리이다. Referring to Figure 7 (a), z * r is the vector closest to the BG plane (H r ). The shadow plane is tangent to the ellipsoidal surface and parallel to H r . e T r · z * r is the distance from z * r to H r . Referring to (b) of 7, z * g is the closest to the vector BR plane (H g). Shadow plane is in contact with the elliptical surface, H g, it is parallel. e T g · z * g is the distance from z * g to H g . Referring to Figure 7 (c), z * b is the closest vector to the RG plane (H b ). The shadow plane is tangent to the elliptical surface, and parallel to H b . e T b · z * b is the distance from z * b to H b .

평면 H c에 가장 가까운 z * c는 Ωi의 표면상에 존재할 수 있다. 이때, 타원의 표면상에 위치한 벡터들이 S(z)=(z-μ)TΣ-1(z-μ)=1을 만족함을 고려할 때, 수학식 5에서 다크 채널값을 결정하는 과정은 다음의 수학식 6에 의해 유도될 수 있다. The z * c closest to plane H c may be on the surface of Ω i . In this case, considering that the vectors located on the surface of the ellipse satisfy S ( z ) = ( z - μ) T Σ -1 ( z - μ) = 1, the process of determining the dark channel value in Equation ≪ / RTI >

Figure 112016050929927-pat00017
Figure 112016050929927-pat00017

여기서, S(z * c)=(z * c-μ)TΣ-1(z * c-μ)=1이다. Here, S ( z * c ) = ( z * c- mu) T? -1 ( z * c- mu) = 1.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, z * cH c에 가장 가까워지기 위해서는 z * c에서 타원 표면에 접하는 평면이 H c와 평형을 이루어야 한다. 따라서, z * c에서 타원 표면의 외향(outward) 법벡터(normal vector)는 -e c이다. 타원 표면상에 있는 벡터의 경사방향(gradient direction)은 접평면에 수직이기 때문에, 외향 법벡터는 타원 표면의 경사방향과 동일할 수 있다. 따라서, 하기 수학식이 성립할 수 있다. As shown in (a) of Figure 7, z * c that must yirueoya the plane H c and the equilibrium contact with the elliptical surface from the c * z order to be most close to H c. Thus, the outward normal vector of the ellipse surface at z * c is - e c . Since the gradient direction of the vector on the ellipse surface is perpendicular to the tangent plane, the outward law vector can be the same as the oblique direction of the ellipse surface. Therefore, the following equation can be established.

Figure 112016050929927-pat00018
Figure 112016050929927-pat00018

여기서, 경사방향은 수학식 8과 같이 계산될 수 있다. Here, the oblique direction can be calculated as shown in Equation (8).

Figure 112016050929927-pat00019
Figure 112016050929927-pat00019

Figure 112016050929927-pat00020
Figure 112016050929927-pat00021
로 대체하면, 수학식 9가 성립한다.
Figure 112016050929927-pat00020
of
Figure 112016050929927-pat00021
, Equation (9) holds.

Figure 112016050929927-pat00022
Figure 112016050929927-pat00022

그리고 S(z * c)는 수학식 10과 같이 표현될 수 있다. And S ( z * c ) can be expressed as Equation (10).

Figure 112016050929927-pat00023
Figure 112016050929927-pat00023

그런데, ΣT=Σ이므로,

Figure 112016050929927-pat00024
가 성립한다. 따라서, 수학식 11이 성립한다. However, since? T =?,
Figure 112016050929927-pat00024
. Therefore, Equation (11) holds.

Figure 112016050929927-pat00025
Figure 112016050929927-pat00025

수학식 9 및 11로부터, Ωi의 벡터로부터 평면 Hc까지의 최소 거리는 하기 수학식 12와 같이 표현될 수 있다. To minimum distance from the equation 9, and 11, to the plane of the H c from the vector Ω i can be expressed by equation (12).

Figure 112016050929927-pat00026
Figure 112016050929927-pat00026

수학식 12에 의해, 통계적 타원에 기반한 다크 채널값 θs i는 μc와 σc에 의해 수학식 13과 같이 정의될 수도 있다. By the equation (12), a dark channel value based on statistical ellipse θ s i may be defined as shown in Equation 13 by the μ c and σ c.

Figure 112016050929927-pat00027
Figure 112016050929927-pat00027

수학식 13을 참조하면, 다크 채널값은 컬러 요소들의 평균값 μc와 분산값 σc 및 최소값(min) 함수를 통해 구해질 수 있다. MDCP 및 가이드 필터 기반의 DCP가 다크 채널값을 결정하기 위해 모든 픽셀 값들을 정렬(sort)하는 점과 비교할 때, 본 실시예에 따른 안개 처리 방법은 최소 컬러 요소들의 평균 및 분산 값만을 측정하면 족하므로 후술한 실험결과에서 설명되듯 연산 복잡도 측면에서 매우 우수한 성능을 제공한다. Referring to Equation (13), the dark channel value can be obtained through the average value μ c , the variance value σ c and the minimum value (min) of the color elements. Comparing the MDCP and guide filter based DCP to the sorting of all pixel values to determine the dark channel value, the fog processing method according to this embodiment measures only the average and variance values of the minimum color elements, Therefore, it provides excellent performance in terms of computational complexity as described in the experimental results described later.

다시 도 6을 참조하면, 단계 S605에 있어서, 본 실시예에 따른 SEDCP 기반의 안개 처리 방법에 의할 때, 전송 추정값(또는 전송률 추정값) ti S는 수학식 14와 같이 정의될 수 있다. Referring to FIG. 6 again, in step S605, according to the SEDCP-based fog processing method according to the present embodiment, the transmission estimation value (or transmission rate estimation value) t i S can be defined as shown in equation (14).

Figure 112016050929927-pat00028
Figure 112016050929927-pat00028

마지막으로, 단계 S610에 있어서, 전송 추정값을 기반으로 수학식 15와 같이 안개를 제거한 이미지

Figure 112016050929927-pat00029
를 획득(또는 복원)할 수 있다. Finally, in step S610, based on the transmission estimation value, the fog removed image
Figure 112016050929927-pat00029
(Or restoring) the same.

Figure 112016050929927-pat00030
Figure 112016050929927-pat00030

도 8은 RGB 컬러공간에서 극단적 픽셀이 존재하는 영역에서 DCP, MDCP 및 SEDCP 기반의 안개 처리 과정을 비교하는 도면이다. FIG. 8 is a diagram comparing DCP, MDCP, and SEDCP-based fog processing in an area where extreme pixels exist in the RGB color space.

도 8을 참조하면, (a)는 DCP에 기반한 안개 처리 과정이고, (b)는 MDCP에 기반한 안개 처리 과정이며, (c)는 SEDCP에 기반한 안개 처리 과정이다. 여기서,

Figure 112016050929927-pat00031
Figure 112016050929927-pat00032
의 안개 제거 처리된 픽셀이고, z* c는 타원 표면상에서 최소요소를 가지는 벡터이다.
Figure 112016050929927-pat00033
Figure 112016050929927-pat00034
의 안개 제거 처리된 벡터이다. Referring to FIG. 8, (a) is a DCP-based fog process, (b) is a MDCP-based fog process, and (c) is a SEDCP-based fog process. here,
Figure 112016050929927-pat00031
The
Figure 112016050929927-pat00032
And z * c is a vector having the smallest element on the surface of the ellipse.
Figure 112016050929927-pat00033
The
Figure 112016050929927-pat00034
Is a fog removal processed vector.

도 8의 (a), (b)에서, DCP는 안개 처리를 불충분하게 달성하는 반면, MDCP는 안개 처리를 과도하게 달성한다. 그러나, 본 실시예에 따른 안개 처리 방법은 도 8의 (c)에서 보는 바와 같이, 타원 내에서 벡터들의 최소 요소가 영에 이를 때까지 안개낀 픽셀 벡터 군집을 완전히 확장시키는 과정을 수행하며, 이로써 DCP에 비해 더 큰 대비의 이미지(contrasting image)를 제공하고, MDCP에 비해 컬러 왜곡이 덜한 이미지를 제공한다. In Figures 8 (a) and 8 (b), the DCP achieves the fog process insufficiently, while the MDCP overcomes the fog process. However, the fog processing method according to the present embodiment performs the process of completely expanding the foggy pixel vector cluster until the minimum element of the vectors in the ellipse reaches zero, as shown in FIG. 8 (c) Provides a larger contrasting image compared to DCP, and provides images with less color distortion than MDCP.

도 9는 인접한 패치들의 이미지에 대한 다크 채널값을 DCP, MDCP, SEDCP에 기반하여 획득한 것이다. 영역들의 안개낀 정도는 거의 동등하며, 하나의 영역이 극단적 텍스처를 포함하고 있다. FIG. 9 shows the dark channel values for images of adjacent patches obtained based on DCP, MDCP, and SEDCP. The degree of fog in areas is nearly equal, and one area contains extreme textures.

도 9를 참조하면, DCP의 경우 극단적 텍스쳐를 포함한 영역에서 더 낮은 다크 채널값을 생성하는데, 이는 극단적 텍스쳐가 관여되면 안정적이지 않음을 의미한다. MDCP의 경우 2 영역들에 대해 거의 동일한 다크 채널값을 생성하나, DCP에 의해 생성된 값보다는 더 높다. 이는 MDCP가 DCP 원리를 잘 따르지 않음을 나타낼 수 있다. 마지막으로 본 실시예에 따른 SEDCP의 경우, 거의 동일한 다크 채널값을 생성하며 이는 극단적 텍스쳐를 포함하지 않는 영역에 대한 DCP의 다크 채널값에 가장 근접하다. 따라서, 본 실시예에 따른 방법은 극단적 텍스쳐에 대해 안정적이고, DCP 원리를 잘 유지한다. Referring to FIG. 9, in the case of the DCP, a lower dark channel value is generated in an area including an extreme texture, which means that it is not stable when an extreme texture is involved. In the case of MDCP, it produces almost the same dark channel value for the two regions, but is higher than the value produced by the DCP. This may indicate that MDCP does not follow the DCP principles well. Finally, in the case of the SEDCP according to the present embodiment, it produces almost the same dark channel value, which is closest to the dark channel value of the DCP for the region not including the extreme texture. Thus, the method according to this embodiment is stable to extreme textures and maintains the DCP principle well.

도 10은 DCP, MDCP 및 본 실시예에 따른 SEDCP에 의하여 원본 이미지의 안개를 제거하는 과정을 비교한 것이다. 10 compares the process of removing fog of an original image by DCP, MDCP and SEDCP according to the present embodiment.

도 10을 참조하면, (a)는 원본 이미지들이고, (b)는 DCP에 의하여 안개 제거 처리된(dehazed) 이미지들이며, (c)는 MDCP에 의하여 안개 제거 처리된 이미지들이고, (d)는 SEDCP에 의하여 안개 제거 처리된 이미지들이다. DCP에 의하여 안개 제거 처리된 이미지는 MDCP나 SEDCP에 비해 상세함(detail)이 떨어진다. MDCP에 의하여 안개 제거 처리된 이미지는 전반적으로 더 어둡고, 어둠으로 포화되고 컬러-왜곡된 영역을 더 많이 포함한다. 반면, SEDCP에 기반하여 안개 제거 처리된 이미지 내에서, 상세함이 잘 대비되고, 포화되거나 컬러 왜곡된 영역들이 잘 보이지 않는다. Referring to FIG. 10, (a) are original images, (b) are images dehazed by DCP, (c) are images subjected to fog removal by MDCP, As shown in FIG. Images fog removed by DCP are less detailed than MDCP or SEDCP. Images fog removed by MDCP are generally darker, saturated to dark and contain more color-distorted areas. On the other hand, within the fog removal processed image based on SEDCP, well contrasted, saturated or color distorted areas are not well visible.

이하에서, 혼합 영역이 존재하는 경우에 발생할 수 있는 후광현상을 최소화하거나 제거하기 위한 안개 처리 방법에 관하여 상술된다. 후광현상은, 전송을 추정하는데 사용되는 다크 채널 픽셀이 패치 중심을 포함하는 영역과 동일한 영역에 속하지 않을 때, 혼합 영역에서 발생한다. 따라서, Hereinafter, a fog processing method for minimizing or eliminating a halo phenomenon that may occur in the presence of a mixed region will be described in detail. The halo phenomenon occurs in the mixed region when the dark channel pixels used to estimate the transmission do not belong to the same region as the region containing the patch center. therefore,

도 11은 다른 실시예에 따른 안개 처리 방법을 도시한 순서도이다. 11 is a flowchart showing a fog processing method according to another embodiment.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 안개 처리 방법은 혼합 패치 wi를 전경(foreground: FG) 픽셀들 wi f의 집합과 배경(background: BG) 픽셀들 wi b의 집합으로 분리하는 단계(S1100), 전송 불일치를 피하기 위해 패치 중심을 커버하는 영역 내에만 있는 픽셀들로부터 상기 통계적 타원을 구성하는 단계(S1105), 상기 통계적 타원들로부터 다크 채널값을 계산하는 단계(S1110), 상기 계산된 다크 채널값을 이용하여 전송 추정값을 계산하는 단계(S1115) 및 상기 전송 추정값을 기반으로 원본 이미지에 안개 제거 처리를 수행하여 최종 이미지를 생성하는 단계(S1120)를 포함한다. 11, the fog processing method according to the present embodiment includes a step of separating a mixed patch w i into a set of foreground (FG) pixels w i f and a set of background (BG) pixels w i b (S1100), constructing (S1105) the statistical ellipses from pixels that are only in regions covering the patch center to avoid transmission mismatches, calculating (S1110) a dark channel value from the statistical ellipses (S1115) using the calculated dark channel value, and generating a final image by performing fog removal processing on the original image based on the transmission estimation value (S1120).

단계 S1100 및 S1105에 있어서, 분리된 wi f과 wi b에 각각 대응하는 통계적 타원 Ωi b와 Ωi f이 구성될 수 있다. In steps S1100 and S1105, statistical ellipses Ω i b and Ω i f corresponding to the separated w i f and w i b , respectively, can be configured.

특히 단계 S1105에 있어서, Ωi S를 구성하기 위해 사용되는 중심 벡터

Figure 112016050929927-pat00035
와 공분산 행렬
Figure 112016050929927-pat00036
은 다음의 수학식과 같이 계산될 수 있다. In particular, in step S1105, the center that is used to construct a vector Ω i S
Figure 112016050929927-pat00035
And covariance matrix
Figure 112016050929927-pat00036
Can be calculated by the following equation.

Figure 112016050929927-pat00037
Figure 112016050929927-pat00037

단계 S1110에 있어서, 상기 통계적 타원들로부터 다크 채널값을 계산하는 단계는, 수학식 17에 기반할 수 있다. In step S1110, calculating the dark channel value from the statistical ellipses may be based on Equation (17).

Figure 112016050929927-pat00038
Figure 112016050929927-pat00038

여기서,

Figure 112016050929927-pat00039
이다. here,
Figure 112016050929927-pat00039
to be.

상기 다크 채널값의 계산을 구현하기 위해, 먼저 통계적 타원 Ωi S가 구성 또는 결정되어야 하는데, 이를 위해 단계 S1105는 픽셀이 패치 중심을 포함하는 영역과 동일한 영역에 속하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 동일한 영역에 속하지 않는 경우, 단계 S1105는 선택된 다크 채널 픽셀과 패치 중심을 동일한 영역에 위치(또는 이동)시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 배경과 전경 영역들 사이의 이미지의 실제 경계들이 불확실할 수 있기 때문에, 픽셀 값 변수들과 픽셀 위치들을 검사함으로써 픽셀 영역들을 분할하는 퍼지 결정(fuzzy decision)이 사용될 수 있다. 여기서, 퍼지 결정값은 위치 j에 있는 픽셀이 위치 i에 있는 패치 중심을 포함하는 영역내에 있을 확률 Pij를 측정함으로서 획득될 수 있다. 따라서, 통계적 타원 Ωi S는, 패치 이미지(또는 이미지 픽셀들)를 Pij을 통해 필터링(또는 이미지 픽셀들에 Pij를 마스킹)함으로써 구성될 수 있다. To implement the calculation of the dark channel value, a statistical ellipse Ω i S must first be constructed or determined, for which step S1105 may comprise determining whether the pixel belongs to the same area as the area containing the patch center have. And if it does not belong to the same area, step S1105 may further include positioning (or moving) the selected dark channel pixel and patch center to the same area. Since the actual boundaries of the image between the background and foreground regions may then be ambiguous at this time, a fuzzy decision may be used that divides the pixel regions by examining pixel value variables and pixel positions. Here, the fuzzy determination value can be obtained by measuring the probability P ij that the pixel at position j is in the region including the patch center at position i. Thus, the statistical ellipse Ω i S can be constructed by filtering the patch image (or image pixels) through P ij (or masking P ij on the image pixels).

Pij를 측정(또는 추정)하기 위한 다양한 필터들이 사용될 수 있다. 일 측면에 따른 필터는, 위치 j의 픽셀이 위치 i의 패치 중심에 더 가깝기도 하면서 또한 위치 j의 픽셀값이 패치 중심의 픽셀 값에 더 근사한 확률 Pij에 더 큰 값을 할당할 수 있다. Various filters may be used to measure (or estimate) P ij . A filter according to one aspect may assign a larger value to a probability P ij where the pixel at position j is closer to the patch center at position i and the pixel value at position j is closer to the pixel value at the patch center.

다른 측면에 따른 필터는, 픽셀 j가 패치 중심을 포함하는 영역내에 있을 때 i로부터 j까지의 거리와 함께 점진적으로(smoothly) Pij를 감소시키고, j가 패치 중심의 영역 내에 없을 때 0에 가깝도록 설계될 수 있다. 혼합 패치 내에서, Pij는 패치 중심과 대칭적(symmetrical)일 수 있고, 따라서 Ωi Si가 성립할 수 있다. The filter along the other side reduces P ij smoothly with the distance from i to j when pixel j is in the region containing the patch center and is close to 0 when j is not in the region of the patch center . In a mixed patch, P ij can be symmetrical with the patch center, so Ω i S = Ω i can be established.

도 12는 패치 중심에 있는 영역에서의 픽셀들만으로 타원을 구성하는데 사용되는 방법을 예시하는 도면이다. 도 12는 도 11에 따른 안개 처리 방법을 구체적으로 구현하되, 혼합 패치에서 퍼지 분할을 사용하여 타원을 구성하는 방법에 관한 것이다. Figure 12 is a diagram illustrating a method used to construct an ellipse with only pixels in an area at the center of the patch. Figure 12 is a specific implementation of the fog processing method according to Figure 11, and relates to a method for constructing an ellipse using fuzzy division in a mixed patch.

도 12에 도시된 패치 이미지는 혼합 패치로서 전경(FG)과 배경(GB)로 구성된다. 패치 중심은 배경에 위치한다. 패치 중심에 해당하는 픽셀은 RGB 컬러공간에서 "+"로, 배경에 위치한 픽셀들은 RGB 컬러공간에서 "o"로, 전경에 위치한 픽셀들은 "x"로 각각 표시되어 있다. 그리고 추정된 확률에 따른 확률 맵(possibility map)을 산출하는 가이드 필터의 예시가 도시되어 있다. 본 실시예에서 채용되는(adopted) 가이드 필터는, 픽셀 j가 패치 중심을 포함하는 영역내에 있을 때 i로부터 j까지의 거리와 함께 점진적으로(smoothly) Pij를 감소시키고, j가 패치 중심의 영역 내에 없을 때 0에 가깝도록 설계될 수 있다.The patch image shown in FIG. 12 is composed of a foreground (FG) and a background (GB) as a mixed patch. The patch center is located in the background. Pixels corresponding to the patch center are indicated by "+" in the RGB color space, pixels located in the background are indicated by "o" in the RGB color space, and pixels located in the foreground are indicated by "x". And an example of a guide filter for calculating a probability map according to an estimated probability is shown. The adopted guide filter adopted in this embodiment gradually reduces P ij with the distance from i to j when pixel j is in the region including the patch center, Lt; / RTI > can be designed to be close to zero.

패치 이미지는 전경에서 영(zero)에 가까운 확률 Pij를 가지는 확률 맵(possibility map)에 의해 마스크되어(masked) 퍼지 분할된 이미지로 출력되며, 이로부터 패치 중심을 포함하는 통계적 타원 Ωi S가 구성된다. 따라서, 경계의 불확실성과 영역 기하구조와는 무관하게, 통계적 타원 Ωi S는 패치 중심을 포함하는 배경 내에 있는 픽셀들만을 사용하여 구성될 수 있다. 이는 혼합 영역들에서도 모든 픽셀들을 동등하게 평가하는 종래 기술들과 극명한 차이가 있다. The patch image is masked by a probability map with a probability P ij close to zero in the foreground and output as a fuzzy partitioned image from which a statistical ellipse Ω i S containing the patch center . Thus, irrespective of boundary uncertainty and area geometry, the statistical ellipses Ω i S can be constructed using only those pixels in the background that contain the patch center. This is a clear difference from prior art techniques that evaluate all pixels equally in mixed regions.

다시 도 11을 참조하면, 단계 S1110에서, 통계적 타원에 기반한 다크 채널값 θs i는 μc와 σc에 의해 상기 수학식 13과 같이 정의될 수 있다. Referring back to Figure 11, in step S1110, the dark channel value based on statistical ellipse θ s i may be defined as the equation (13) by μ c and σ c.

한편, 단계 S1115에 있어서, 본 실시예에 따른 SEDCP 기반의 안개 처리 방법에 의할 때, 전송 추정(또는 전송 추정값) ti S는 상기 수학식 14와 같이 정의될 수 있다. On the other hand, in step S1115, according to the SEDCP-based fog processing method according to the present embodiment, the transmission estimate (or transmission estimation value) t i S can be defined as Equation (14).

마지막으로, 단계 S1120에 있어서, 전송 추정값을 기반으로 수학식 15와 같이 안개를 제거한 이미지

Figure 112016050929927-pat00040
를 획득(또는 복원)할 수 있다. Finally, in step S1120, based on the transmission estimation value, the fog removed image
Figure 112016050929927-pat00040
(Or restoring) the same.

도 13은 안개 제거 처리된 이미지들 내에서 후광현상의 다양한 모습을 보여준다. Figure 13 shows various views of the halo phenomenon within the fog removal processed images.

도 13을 참조하면, (a)는 원본 이미지이고, (b)는 가이드 필터 및 DCP 방식을 기반으로 안개 제거 처리된 이미지이며, (c)는 MDCP 방식을 기반으로 안개 제거 처리된 이미지이고, (d)는 본 실시예에 따라 안개 제거 처리된 이미지이다. (d)는 (b), (c)와 달리 시각적으로 구별될 정도의 후광현상이 발생하지 않는다. 13 (a) is an original image, (b) is an image subjected to fog removal processing based on a guide filter and DCP method, (c) is an image subjected to fog removal processing based on the MDCP method, and d is an image subjected to fog removal processing according to the present embodiment. (d) does not cause a halo phenomenon visually distinguishable from (b) and (c).

이하에서, 통계적인 측면에서 계산의 속도를 향상시키는 또 다른 실시예의 안개 처리 방법에 대해 게시된다. Hereinafter, a fog processing method of another embodiment, which improves the speed of calculation in terms of statistics, is published.

국부적 이미지 신호들은 상당히 높은 코릴레이션을 가지는 경향이 있으며, 안개낀 국부적 이미지들은 보다 더 높은 코릴레이션을 가진다. 따라서, 수학식 13에서의 컬러 요소 평균들의 최소(the minimum of the color component averages)는 최소 컬러 요소들의 평균(average of the minimum color components)과 거의 동일하다. 이는 컬러 픽셀들 중에서 최소 요소들 중 최소값은 타원 표면상의 컬러 벡터들의 최소 요소들과 거의 동일하다. 따라서, 본 실시예의 안개 처리 방법은 각 통계의 빠른 계산을 다음의 수학식에 의해 수행할 수 있다. Local image signals tend to have a significantly higher correlation, and foggy local images have a higher correlation. Thus, the minimum of the color component averages in Equation 13 is approximately equal to the average of the minimum color components. This is because the minimum value among the minimum elements among the color pixels is almost the same as the minimum elements of the color vectors on the elliptical surface. Therefore, the fog processing method of this embodiment can perform quick calculation of each statistic by the following equation.

Figure 112016050929927-pat00041
Figure 112016050929927-pat00041

Figure 112016050929927-pat00042
Figure 112016050929927-pat00042

따라서, 본 실시예에 따른 안개 처리 방법에 따르면 전송 추정값은 아래 수학식과 같이 정리될 수 있다. Therefore, according to the fog processing method according to the present embodiment, the transmission estimation value can be summarized as the following equation.

Figure 112016050929927-pat00043
Figure 112016050929927-pat00043

수학식 19 및 20에서, 최소요소

Figure 112016050929927-pat00044
로서 정의되고, 최소요소의 평균
Figure 112016050929927-pat00045
이며, 최소요소의 분산(variance)은
Figure 112016050929927-pat00046
이다. 이러한 파라미터들을 기반으로 통계적인 측면에서 계산의 속도를 향상시키는 안개 처리 방법은, i) 각 픽셀에서 최소 컬러 요소를 선택하는 단계(
Figure 112016050929927-pat00047
), ii) 타원 내에서 벡터들의 최소 요소를 결정하기 위한 평균값
Figure 112016050929927-pat00048
및 분산값
Figure 112016050929927-pat00049
을 계산하는 단계, iii) 평균 및 분산을 기반으로 다크 채널값을 구하는 단계(
Figure 112016050929927-pat00050
), iv) 각 픽셀에서의 전송 추정값을 계산하는 단계(ti S=1-αθi S), 그리고 v) 안개 처리를 수행하는 단계(
Figure 112016050929927-pat00051
)를 포함한다. In equations (19) and (20), the minimum element
Figure 112016050929927-pat00044
And the average of the minimum elements
Figure 112016050929927-pat00045
, And the variance of the minimum factor is
Figure 112016050929927-pat00046
to be. A fog processing method that improves the speed of the calculation on the statistical side based on these parameters comprises the steps of i) selecting a minimum color element at each pixel
Figure 112016050929927-pat00047
), ii) an average value for determining the minimum element of the vectors in the ellipse
Figure 112016050929927-pat00048
And variance value
Figure 112016050929927-pat00049
(Iii) obtaining a dark channel value based on the mean and the variance (
Figure 112016050929927-pat00050
), iv) calculating a transmission estimate for each pixel (t i S = 1-αθ i S ), and v) performing a fog process
Figure 112016050929927-pat00051
).

이하에서, 안개 처리된 이미지의 품질 및 구현 복잡도의 측면에서 종래기술 대비 본 실시예에 따른 효과를 실험결과를 토대로 상세히 설명한다. 본 실험에서, 전반적인 안개 처리 가중치 α를 0.95로 고정시키고, 패치 사이즈를 15*15로 설정하였으며 이는 이미지 안개 처리 방법에 주로 많이 쓰이는 안개 처리 필터의 파라미터 값들이다. Hereinafter, the effects according to the present embodiment will be described in detail on the basis of experimental results in terms of the quality of the fogged image and the implementation complexity. In this experiment, the overall fog weighting weight α is fixed to 0.95 and the patch size is set to 15 × 15, which is the parameter value of the fog filter used mostly in image fog processing.

먼저, 주관적 평가에 있어서, 본 실험은 표 1과 같이 ITU-R의 BT,500-11 표준에 의해 권고된 MOS(mean opinion score) 테스트 기법을 참고하였다. 30명의 참가자가 종래 방법 및 본 명세서에 따라 안개 처리된 이미지의 시각적 품질을 평가하기 위해 실험에 참여하였다. 실험 참가자들은 컬러 왜곡의 정도, 후광현상의 존재, 상세함의 가시성의 측면에서 원본 안개 이미지들과 안개 처리된 이미지를 비교하도록 훈련을 받았다. 원본 이미지와 안개 처리된 이미지의 쌍이 동일하고 인접한 풀사이즈 HD 모니터상에서 출력되었다. 참가자들은 모니터로부터 85~95츠의 거리에 위치하였고, {-3, -2, -1, -, 1, 2, 3}에 해당하는 점수를 선택하였다. 3, 2, 1에 해당하는 점수는 각각 안개 처리된 이미지의 품질이 원본 이미지의 품질에 비해 매우 좋음, 좋음, 약간 좋음을 나타낸다. 점수 0은 안개 처리된 이미지의 품질이 원본 이미지의 품질과 동일함을 나타낸다. 한편, -3, -2, -1에 해당하는 점수는 각각 안개 처리된 이미지의 품질이 원본 이미지의 품질에 비해 매우 나쁨, 나쁨, 약간 나쁨을 나타낸다.First, in the subjective evaluation, this experiment refers to the mean opinion score (MOS) test technique recommended by ITU-R BT, 500-11 standard as shown in Table 1. Thirty participants participated in the experiment to assess the visual quality of fogged images according to the conventional method and herein. Experiments were trained to compare fog images with original fog images in terms of degree of color distortion, presence of halo, and visibility of detail. The original image and the fogged image pair were identical and were output on adjacent full-size HD monitors. Participants were located at a distance of 85 to 95 from the monitor and selected scores corresponding to {-3, -2, -1, -, 1, 2, 3}. The scores corresponding to 3, 2, and 1 indicate that the quality of the fogged image is very good, good, or slightly better than the quality of the original image. A score of 0 indicates that the quality of the fogged image is the same as the quality of the original image. On the other hand, the scores corresponding to -3, -2, and -1 indicate that the quality of the fogged image is very poor, poor, and slightly poor compared to the quality of the original image.

본 발명에 따른 안개 처리 방법에 의해 달성된 상승효과를 통계적으로 분석하기 위해, 스튜던트(student) T-Test를 실시하였다. 영가설(null hypothesis)은 종래의 방법과 본 발명에 따른 안개제어 방법의 비교결과 차이가 없음을 나타낸다. 신뢰도는 95%로 설정되었고, 기각역(rejection region: rr)은 2.093σt/N1/2이다. 여기서, μt, σt 및 N은 각각 평균점수, 표준 편차(standard deviation) 및 참가자의 인원수를 나타낸다. 성능의 향상은 (μt -rr)로 표현될 수 있다. In order to statistically analyze the synergistic effect achieved by the fogging method according to the present invention, a Student T-Test was performed. The null hypothesis indicates that there is no difference between the conventional method and the fog control method according to the present invention. The reliability was set at 95%, and the rejection region (rr) was 2.093σ t / N 1/2 . Where μ t , σ t and N represent the mean score, the standard deviation, and the number of participants, respectively. The improvement in performance can be expressed as (μ t -rr).

도 14는 나무, 호수, 숲, 언덕의 안개낀 이미지를 비교한 것이다. Figure 14 compares the fogged images of trees, lakes, forests, and hills.

도 14를 참조하면, (a)는 원본 이미지이고, (b)는 가이드 필터를 이용한 DCP에 의해 안개 제거 처리된 이미지이며, (c)는 MDCP에 의해 안개 제거 처리된 이미지이고, (d)는 본 발명에 따른 방법에 의해 안개 제거 처리된 이미지이다. 14 (a) is an original image, (b) is an image subjected to fog removal processing by DCP using a guide filter, (c) is an image subjected to fog removal processing by MDCP, Is an image subjected to fog removal processing by the method according to the present invention.

표 1은 도 14에서 원본 이미지 대비 안개낀 이미지들의 MOS 점수를 나타낸 것이다. Table 1 shows MOS scores of fogged images compared to the original image in Fig.

안개 처리방법How to deal with fog 나무tree 호수Lake forest 언덕Hill DCP+가이드필터DCP + Guide Filter 0.4750.475 1.0791.079 0.9210.921 0.6590.659 MDCPMDCP 0.9210.921 1.166 1.166 0.1470.147 1.0111.011 본 발명Invention 1.0361.036 1.251 1.251 1.0131.013 1.1311.131

표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 안개 처리 방법은 MDCP보다 0.085에서 0.866 가량 높은 점수를, DCP+가이드 필터보다는 0.092에서 0.561 가량 높은 점수를 획득했다. 가이드 필터를 사용한 DCP의 경우, 계단이나 돌에 있는 검은 점들과 같은 극단적 텍스쳐들의 영역에서 명백한 상세함이 떨어지는 현상이 발생한다. 가이드 필터는 객체 경계에서 후광현상을 퍼뜨리기는 하나, 후고아현상은 여전히 남아있고 안개가 나뭇가지나 잎 주변에 잔재한다. MDCP는 강한 안개영역에서 더 상세한 텍스쳐들을 제공하나, MDCP를 이용한 과도한 안개 처리는 포화된 픽셀들을 야기할 뿐만 아니라 전반적으로 이미지를 어둡게 만들며, 결국 물체 컬러를 어둡고 불그스름한 색 또는 어두운 녹색으로 왜곡시킨다. MDCP는 또한 나뭇가지의 코너 부근에서 식별가능한 후광효과를 만든다. 그러나, 본 발명에 따른 안개 처리 방법(SEDCP)은 더욱 가시성있는 상세함을 제공하되 명백한 컬러왜곡과 감지가능한 후광현상을 배제시킨다. Referring to Table 1, the fogging method according to the present invention scores 0.085 to 0.866 higher than MDCP and 0.092 to 0.561 higher than DCP + guide filter. In the case of a DCP with a guide filter, there is a distinct drop in detail in areas of extreme textures such as black dots on stairs or stones. The guide filter spreads the halo phenomenon at the object boundary, but the post-orphan phenomenon remains and the fog remains around the branches and leaves. MDCP provides more detailed textures in the strong fog area, but excessive fog processing with MDCP causes saturated pixels as well as darkens the overall image, eventually distorting the object color to dark, reddish color or dark green. MDCP also creates an identifiable halo effect near the corners of branches. However, the fogging method (SEDCP) according to the present invention provides more visible detail, but excludes obvious color distortion and detectable halo phenomenon.

다음으로, 객관적 평가에 있어서, 본 실험은 블라인드(blind) 또는 무기준(referenceless)의 이미지 공간 품질 평가방법(BRISQUE)를 사용하였다. BRISQUE는 왜곡의 존재로 인한 이미지 내의 자연스러움의 손상을 수치화하여, 다양한 이미지들에 대해 89% 정보의 정확도로서 보고한다. BRISQUE는 0부터 100까지의 점수 등급을 사용하는데, 점수가 0에 가까울수록 이미지 품질이 더 좋음을 나타낸다. Next, in the objective evaluation, this experiment used a blind or referenceless image space quality evaluation method (BRISQUE). BRISQUE reports 89% accuracy of information for various images, quantifying the impairment of naturalness in the image due to the presence of distortion. BRISQUE uses a score range from 0 to 100, with scores closer to 0 indicating better image quality.

표 2는 도 14에서 각 방법에 따라 안개 제거 처리된 이미지들을 BRISQUE 방식으로 점수화한 것을 나타낸다. Table 2 shows the fog removal processed images scored by the BRISQUE method according to each method in Fig.

안개 처리방법How to deal with fog 나무tree 호수Lake forest 언덕Hill DCP+가이드필터DCP + Guide Filter 11.68 11.68 14.17 14.17 15.09 15.09 12.0312.03 MDCPMDCP 19.22 19.22 25.14 25.14 19.15 19.15 17.1717.17 본 발명Invention 10.01 10.01 12.36 12.36 14.58 14.58 11.1811.18

표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 점수는 MDCP나 가이드 필터 기반의 DCP에 의한 점수보다 각각 적어도 4.57 및 0.51 정도 더 좋다. 따라서, 본 발명에 따른 안개 처리 방법이 객관적 평가 측면에서 우수함이 입증된다. Referring to Table 2, the score according to the present invention is at least about 4.57 and 0.51, respectively, better than the score by MDCP or guide filter based DCP. Therefore, it is proved that the fogging method according to the present invention is excellent in terms of objective evaluation.

이하에서, 연산의 복잡도 측면에서 종래 방법과 본 발명에 따른 안개 처리 방법을 비교하도록 한다. Hereinafter, the conventional method and the fog processing method according to the present invention are compared in terms of the complexity of the operation.

DCP와 MDCP는 다크 채널값을 결정하기 위해 모든 픽셀 값들을 정렬(sort)한다. 더욱이 DCP에 의해 사용되는 가이드 필터는 또한 모든 컬러 요소들의 평균 및 분산 값의 측정을 요구한다. 그러나, 본 발명에 따른 안개 처리 방법은 최소 컬러 요소들의 평균 및 분산 값만을 측정하면 족하다. DCP and MDCP sort all pixel values to determine the dark channel value. Moreover, the guide filter used by the DCP also requires a measurement of the mean and variance values of all color elements. However, the fog processing method according to the present invention suffices to measure only the average and variance values of the minimum color elements.

일 예에 따른 고속 정렬 방식(fast sorting method)는 픽셀당 1+L 횟수의 더하기 및 1+L 횟수의 빼기를 요구한다. 여기서, L은 픽셀 값 레벨의 수로서 예를 들어 8비트의 픽셀 값이 대해 L=256일 수 있다. 중간값을 결정하는 것은 0.5L-1 번의 추가적인 더하기 및 0.5L번의 추가적인 비교절차를 요구한다. 가이드 필터를 사용한 전송 개선(transmission refinement) 과정은 픽셀당 40번의 더하기, 58번의 빼기, 56번의 곱하기 그리고 6번의 나누기를 요구한다. The fast sorting method according to one example requires addition of 1 + L times per pixel and subtraction of 1 + L times. Where L is the number of pixel value levels, e.g., L = 256 for a pixel value of 8 bits. Determining the median value requires 0.5L-1 additional additions and 0.5L additional comparison procedures. The transmission refinement process using a guide filter requires 40 additions, 58 subtractions, 56 multiplications and 6 divisions per pixel.

본 발명에 따른 안개 처리 방법 또한 퍼지 분할을 위한 가이드 필터를 사용하나, 여기서의 가이드 필터는 단순한 평균 필터링들을 연쇄시킴으로써 가중치가 반영된(weighted) 평균과 분산을 직접적으로 계산할 수 있다는 점이 특징이다. 따라서, 본 발명에 따른 안개 처리 방법은 Pij를 측정하는 부가적인 절차를 요구하지 않는다. 가중치가 반영된 평균과 분산은 픽셀당 10번의 더하기, 10번의 빼기, 4번의 곱하기 및 4번의 나누기를 요구한다. The fog processing method according to the present invention also uses a guide filter for fuzzy division, wherein the guide filter is characterized by directly weighting mean and variance by concatenating simple mean filters. Therefore, the fog processing method according to the present invention does not require an additional procedure for measuring P ij . The weighted mean and variance require 10 additions, 10 subtractions, 4 multiplications and 4 divisions per pixel.

표 3은 각 안개제어 방법별 연산 횟수를 비교한 것이다. Table 3 compares the number of operations for each fog control method.

연산calculate DCP+GFDCP + GF MDCPMDCP 본 발명Invention 더하기Plus 298298 385385 2121 빼기subtract 317317 259259 2424 비교compare 22 130130 22 곱하기multiply 5757 1One 1111 나누기division 3030 44 1212 제곱근Square root 00 00 1One

표 3을 참조하면, 가이드 필터를 사용하는 DCP에 의해 요구되는 각 연산별 실행의 횟수는 본 발명에 따른 안개 처리 방법에 비해 현저하게 크다. MDCP는 본 발명에 따른 안개 처리 방법에 비해 곱하기와 나누기의 횟수가 더 적으나, MDCP의 주요 계산 부담은 더하기, 빼기와 비교에 있으며 이는 본 발명에 따른 방법이 수행하는 횟수를 크게 능가한다. 따라서, MDCP는 본 발명에 따른 방법에 비해 연산 부담이 더 크다. Referring to Table 3, the number of executions per operation required by the DCP using the guide filter is significantly greater than the fog processing method according to the present invention. The MDCP has a smaller number of times of multiplication and division compared to the fog processing method according to the present invention, but the major computational burden of the MDCP is compared with addition and subtraction, which greatly exceeds the number of times the method according to the present invention performs. Thus, MDCP is more computationally burdensome than the method according to the present invention.

서로 다른 프로세서들을 사용한 실제 연산부담을 측정하기 위해, 표 4는 픽셀당 실제 클락 사이클(clock cycle)을 비교한 것이다. To measure the actual computational burden using different processors, Table 4 compares the actual clock cycles per pixel.

프로세서Processor DCP+GFDCP + GF MDCPMDCP 본 발명Invention 인텔 코어 i5-2500Intel Core i5-2500 1088 1088 817 817 210210 AMD 스팀롤러 A10-7850KAMD Steam Roller A10-7850K 1115 1115 814 814 209209 인텔 코어 i7-920Intel Core i7-920 998 998 805 805 191191

표 4를 참조하면, 본 발명에서 요구하는 평균적인 클락 사이클의 횟수는 MDCP나 가이드 필터 기반의 DCP에 비해 각각 29%와 21% 정도 수준이다. 인텔 코어 i5에서의 살행시간에 있어서, 106 픽셀들을 처리하기 위해 본 발명에 의해 요구되는 시간은 115ms로서 측정되었으나, MDCP와 강이드 필터 기반의 DCP는 각각 350ms와 510ms로 측정되었다. 본 발명은 해당 영역 내에서 모든 픽셀을 스캐닝하기 보다는 기하학적 타원으로부터 직접적으로 다크 채널값을 계산하기 때문에, 본 발명에 따를 때 연산의 복잡도는 현저하게 줄어들 수 있다. Referring to Table 4, the average number of clock cycles required by the present invention is about 29% and 21%, respectively, as compared with MDCP and guide filter based DCP. For the execution time on Intel Core i5, the time required by the present invention to process 10 6 pixels was measured as 115 ms, while the MDCP and strong filter based DCP were measured as 350 ms and 510 ms, respectively. Since the present invention computes the dark channel value directly from the geometric ellipse rather than scanning all the pixels within that area, the computational complexity can be significantly reduced according to the present invention.

이러한 본 발명은 컬러 왜곡이 거의 없으며 비가시적인(non-visible) 후광현상과 훨씬 적은 연산 부담을 가진, 더욱 상세하고 이미지를 제공할 수 있다. 통계적 측정에 기반하여 구성된 기하학적 타원으로부터 다크 채널값을 직접적으로 계산하는 공식이 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 DCP 원리를 유지하되, 통계적인 강인함을 보장할 수 있다. 후광현상을 회피하기 위해, 본 발명은 빠른 퍼지 분할 방법을 전송 추정 방법으로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 국부적 영역의 모든 픽셀들을 스캔하지 않으므로 현저히 낮은 연산 복잡도를 가질 수 있다. This invention has little color distortion and can provide a more detailed image with a non-visible halo phenomenon and much less computational burden. Formulas that directly calculate the dark channel values from the configured geometric ellipses based on statistical measurements can be used. Further, the present invention can maintain the DCP principle, but also ensure statistical robustness. In order to avoid the halo phenomenon, the present invention can use a fast fuzzy division method as a transmission estimation method. In addition, the present invention does not scan all the pixels in the local region and can therefore have significantly lower computational complexity.

도 15는 일 실시예에 따른 안개 처리장치를 도시한 블록도이다.15 is a block diagram illustrating a fog treatment apparatus according to an embodiment.

도 15를 참조하면, 본 명세서에 따른 안개 처리장치(1500)는 프로세서(1510), 저장 장치(1520), 프로세서(1510)의 결과를 출력하는 출력 인터페이스(1530), 사용자로부터 정보를 입력받는 입력 인터페이스(1540), 유선망 또는 무선망을 통해 데이터를 송수신하는 통신모듈(1550) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(1510)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩세트, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치(1520)는 디스크 드라이브, ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체를 포함할 수 있다. 통신 모듈(1550)은 RF 안테나 또는 모뎀으로 구성될 수 있으며, 특히 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 15, a fog processing apparatus 1500 according to the present invention includes a processor 1510, a storage device 1520, an output interface 1530 for outputting a result of the processor 1510, an input An interface 1540, and a communication module 1550 for transmitting and receiving data through a wired network or a wireless network. Here, the processor 1510 may include an application-specific integrated circuit (ASIC), other chipset, logic circuit, and / or data processing device. The storage device 1520 may include a disk drive, a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), a flash memory, a memory card, and a storage medium. The communication module 1550 may be comprised of an RF antenna or a modem, and may in particular comprise a baseband circuit for processing radio signals.

본 명세서에 따른 안개 처리방법이 소프트웨어로 구현될 때, 본 명세서에 따른 안개 처리방법 또는 알고리즘들은 상술한 프로세서(1510), 저장 장치(1520), 출력 인터페이스(1530), 입력 인터페이스(1540), 통신모듈(1550)의 전부 또는 일부의 조합으로서 구현될 수 있다. 본 명세서에 따른 안개 처리 알고리즘은 저장 장치(1520)에 저장되고, 프로세서(1510)에 의해 실행될 수 있다. 저장 장치(1520)는 프로세서(1510)의 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1510)와 연결될 수 있다. When the fog processing method according to the present disclosure is implemented in software, the fog processing method or algorithms according to the present disclosure may be applied to the processor 1510, the storage device 1520, the output interface 1530, the input interface 1540, May be implemented as a combination of all or a portion of module 1550. [ The fog processing algorithm herein may be stored in storage device 1520 and executed by processor 1510. [ The storage device 1520 may be internal or external to the processor 1510 and may be coupled to the processor 1510 in a variety of well known ways.

구체적으로, 입력 인터페이스(1540)는 원본 이미지 및/또는 이미지 처리 관련 파라미터를 입력받고, 프로세서(1510)는 본 명세서에 기재된 다양한 실시예들에 의한 안개 처리 알고리즘을 이용하여 상기 원본 이미지로부터 안개 처리를 수행하여 안개 제거 처리된 이미지를 출력할 수 있다. Specifically, the input interface 1540 receives the original image and / or image processing related parameters and the processor 1510 receives fog processing from the original image using the fog processing algorithm according to various embodiments described herein Thereby outputting the fog removal processed image.

구체적으로, 비혼합 패치에서의 안개를 처리함에 있어서, 프로세서(1510)는 단계 S600과 같이 통계적 타원으로부터 다크 채널값을 계산하고, 단계 S605와 같이 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하며, 단계 S610과 같이 전송 추정값을 기반으로 안개 처리를 수행할 수 있다. Specifically, in processing the fog in the unmixed patch, the processor 1510 calculates a dark channel value from the statistical ellipsis as in step S600, calculates a transmission estimate based on the dark channel value as in step S605, The fog processing can be performed based on the transmission estimation value as in S610.

또한, 혼합 패치에서의 안개를 처리함에 있어서, 프로세서(1510)는 단계 S1100과 같이 혼합 패치를 전경 픽셀과 배경 픽셀로 분리하고, 단계 S1105와 같이 패치 중심부의 픽셀들에 기반하여 통계적 타원을 구성하며, 단계 S1110과 같이 통계적 타원으로부터 다크 채널값을 계산하고, 단계 S1115와 같이 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하며, 단계 S1120과 같이 전송 추정값을 기반으로 안개 처리 수행할 수 있다. Further, in processing the fog in the mixed patch, the processor 1510 separates the mixed patch into the foreground pixel and the background pixel as in step S1100, and constructs a statistical ellipse based on the pixels in the patch center as in step S1105 A dark channel value is calculated from a statistical ellipse as in step S1110, a transmission estimation value is calculated based on a dark channel value as in step S1115, and fog processing is performed based on a transmission estimation value as in step S1120.

저장 장치(1520)는 안개 처리 알고리즘 뿐만 아니라, 입력 파라미터를 저장하거나 기하학적 타원을 구성하는 벡터들의 컬러요소들을 저장하고, 안개 처리 알고리즘의 수행과정에서 얻어지는 기하학적 타원 내의 최소 요소의 평균값과 분산값을 저장하거나 그로부터 얻어지는 다크 채널값을 저장하며, 프로세서(1510)의 요청에 의해 프로세서(1510)에게 데이터를 저장할 수 있다. The storage device 1520 stores not only the fog processing algorithm but also the color elements of the vectors that store the input parameters or constitute the geometric ellipse and stores the average value and the variance value of the minimum elements in the geometric ellipse obtained during the execution of the fog processing algorithm And store the dark channel values obtained therefrom, and store the data to the processor 1510 at the request of the processor 1510. [

본 발명에 따라 이미지 내의 안개를 제거하여 이미지의 가시성과 선명도를 효과적으로 향상시키는 장치 및 방법은, 손상된 글씨 또는 물체 등의 다양한 정보 복원과 차량 또는 선박, CCTV, 공공재난 시스템 등에서 물체 또는 사람의 가시성을 확보하기 위한 영상 복원 분야의 기술 또는 영상 인식 분야의 전처리(pre-processing) 기술로 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 안개 처리 장치 및 방법은 스마트폰에 탑재되어, 화재가 발생한 재난 구조 현상에서 화재연기로 인해 구조활동이 어려운 상황에서 현장 영상으로부터 연기를 제거하여 재난현장의 모습을 소방관들이 잘 볼 수 있도록 도와줌으로써, 구조활동이 신속, 정확히 이루어지도록 할 수 있다. 이는 안개가 많이 낀 바다위를 항해하는 선박 등에서도 마찬가지이다. 또한, 일상생활에서도 적용 가능한데, 예를 들어 안개가 많이 낀 날씨로 인해 현장의 경치나 인물의 가시성이 확보되기 매우 어려운 상황에서도 사용자는 안개가 제거된 사진 및 영상을 획득할 수 있다. An apparatus and method for effectively improving the visibility and sharpness of an image by removing fog in an image according to the present invention is useful for restoring a variety of information such as damaged text or objects and visibility of an object or a person in a vehicle or a ship, And can be used as a pre-processing technology for the field of image recognition. Specifically, the apparatus and method for processing fog according to the present invention are mounted on a smart phone, and in a situation in which a rescue operation due to fire smoke is difficult due to a fire disaster, the smoke is removed from the scene image, By helping to see better, the rescue can be done quickly and accurately. This is also the case for vessels sailing on the misty sea. Also, it can be applied to everyday life, for example, the user can acquire fog-free photographs and images even in situations where it is very difficult to ensure the visibility of the scene or the person due to the foggy weather.

Claims (16)

영상 처리 장치에 의해 수행되는 영상의 안개처리 방법으로서,
상기 영상에 관한 패치(patch)의 픽셀(pixel)들을 그 값에 따라 컬러공간(color space)의 벡터들에 각각 맵핑하는 단계;
상기 벡터들이 분포하는 통계적 모멘트에 기반하여 상기 벡터들 중에서 벡터 군집 영역(vector cluster region)에 근사화된 기하학적 타원(ellipsoid)을 구성하는 단계;
상기 타원의 표면상의 벡터들로부터 다크 채널값(dark channel value)를 계산하는 단계;
상기 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하는 단계; 및
상기 전송 추정값을 기반으로 안개가 제거된 이미지를 획득하는 단계를 포함하고,
상기 타원을 구성하는 단계는,
상기 타원 내에서 벡터들의 최소 요소가 '0'에 이를 때까지 상기 타원을 확장시키는 단계를 포함하는 방법.
A fog processing method of an image performed by an image processing apparatus,
Mapping pixels of a patch associated with the image to vectors of a color space according to the values, respectively;
Constructing a geometric ellipsoid approximated to a vector cluster region among the vectors based on statistical moments in which the vectors are distributed;
Calculating a dark channel value from the vectors on the surface of the ellipse;
Calculating a transmission estimate based on the dark channel value; And
And obtaining a fog removed image based on the transmission estimate,
The step of constructing the ellipse comprises:
Expanding the ellipse until the minimum element of the vectors in the ellipse reaches zero.
제 1 항에 있어서,
상기 다크 채널값은 상기 타원 내의 벡터들 중에서 최소 컬러 요소값인 것을 특징으로 하는, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the dark channel value is a minimum color element value among the vectors in the ellipse.
제 1 항에 있어서, 상기 다크 채널값을 계산하는 단계는,
상기 타원 내의 컬러 요소 평균들의 최소값과 분산값을 기반으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. The method of claim 1, wherein calculating the dark channel value comprises:
Characterized in that the method is performed based on a minimum value and a variance value of the color element averages within the ellipse.
제 1 항에 있어서, 상기 다크 채널값을 계산하는 단계는,
상기 타원 내의 최소 컬러 요소들의 평균값과 분산값을 기반으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. The method of claim 1, wherein calculating the dark channel value comprises:
The average value and the variance value of the minimum color elements in the ellipse.
제 1 항에 있어서, 상기 전송 추정값을 계산하는 단계는,
상기 다크 채널값과 안개 처리 가중치의 곱에 기반하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. The method of claim 1, wherein calculating the transmission estimate comprises:
Characterized in that the method is performed based on a product of the dark channel value and a fog processing weight.
제 1 항에 있어서, 상기 타원을 구성하는 단계는,
상기 영상의 패치가 전경 픽셀(foreground pixel)과 배경 픽셀(background pixel)을 포함하는 경우, 픽셀이 상기 패치의 중심을 포함하는 영역 내에 있을 확률 및 퍼지 분할(fuzzy segmentation)을 기반으로 수행됨을 특징으로 하는, 방법.
2. The method of claim 1, wherein the step of constructing the ellipse comprises:
Characterized in that, if the patch of the image comprises a foreground pixel and a background pixel, the probability that the pixel is in the region containing the center of the patch and the fuzzy segmentation are performed How to.
영상의 안개를 처리하는 장치로서,
원본 영상을 입력받는 입력 인터페이스;
상기 원본 영상에 관한 패치(patch)의 픽셀(pixel)들을 그 값에 따라 컬러공간(color space)의 벡터들에 각각 맵핑하고, 상기 벡터들이 분포하는 통계적 모멘트에 기반하여 상기 벡터들 중에서 벡터 군집 영역(vector cluster region)에 근사화된 기하학적 타원(ellipsoid)을 구성하며, 상기 타원의 표면상의 벡터들로부터 다크 채널값(dark channel value)를 계산하고, 상기 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하며, 상기 전송 추정값을 기반으로 안개가 제거된 이미지를 획득하는 프로세서;
상기 컬러공간의 벡터들, 상기 다크 채널값, 상기 전송 추정값 중 적어도 하나를 저장하는 저장장치; 및
상기 안개가 제거된 이미지를 출력하는 출력 인터페이스를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 타원 내에서 벡터들의 최소 요소가 '0'에 이를 때까지 상기 타원을 확장시키는 것을 특징으로 하는, 장치.
An apparatus for processing fog of an image,
An input interface for receiving an original image;
Mapping pixels of patches related to the original image to vectors of a color space according to the values, respectively, and calculating, based on statistical moments in which the vectors are distributed, wherein the vector estimator is configured to compute an approximated geometric ellipsoid in a vector cluster region, calculate a dark channel value from vectors on the surface of the ellipse, calculate a transmission estimate based on the dark channel value, A processor for obtaining a fog removed image based on the transmission estimate;
A storage device for storing at least one of the vectors of the color space, the dark channel value, and the transmission estimate; And
And an output interface for outputting the fog removed image,
The processor comprising:
And extends the ellipse until the minimum element of the vectors in the ellipse reaches zero.
제 7 항에 있어서,
상기 다크 채널값은 상기 타원 내의 벡터들 중에서 최소 컬러 요소값인 것을 특징으로 하는, 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the dark channel value is a minimum color element value among the vectors in the ellipse.
제 7 항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 타원 내의 컬러 요소 평균들의 최소값과 분산값을 기반으로 상기 다크 채널값을 계산하는 것을 특징으로 하는, 장치.
8. The apparatus of claim 7,
And calculates the dark channel value based on the minimum and variance values of the color element averages within the ellipse.
제 7 항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 타원 내의 최소 컬러 요소들의 평균값과 분산값을 기반으로 상기 다크 채널값을 계산하는 것을 특징으로 하는, 장치.
8. The apparatus of claim 7,
And calculates the dark channel value based on an average value and a variance value of the minimum color elements in the ellipse.
제 7 항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 다크 채널값과 안개 처리 가중치의 곱에 기반하여 상기 전송 추정값을 계산하는 것을 특징으로 하는, 장치.
8. The apparatus of claim 7,
And to calculate the transmission estimate based on a product of the dark channel value and a fog processing weight.
제 7 항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 영상의 패치가 전경 픽셀(foreground pixel)과 배경 픽셀(background pixel)을 포함하는 경우, 픽셀이 상기 패치의 중심을 포함하는 영역 내에 있을 확률 및 퍼지 분할(fuzzy segmentation)을 기반으로 상기 타원을 구성하는 것을 특징으로 하는, 장치.
8. The apparatus of claim 7,
If the patch of the image includes a foreground pixel and a background pixel, then the ellipse is constructed based on fuzzy segmentation and the probability that the pixel is in the region containing the center of the patch . ≪ / RTI >
영상 처리 장치에 의해 수행되는 영상의 안개처리 방법으로서,
후광현상을 방지하기 위해 상기 영상 내에서 제1 픽셀이, 전송률의 추정(transmission rate estimation)이 필요한 제2 픽셀과 동일한 영역에 속하는지 결정하는 단계;
상기 동일한 영역에 포함되는 픽셀들에 대응하는 벡터들을 포함하는 기하학적 타원을 컬러 공간에서 구성하는 단계;
상기 타원의 표면상의 벡터들로부터 다크 채널값(dark channel value)를 계산하는 단계;
상기 다크 채널값에 기반하여 전송 추정값을 계산하는 단계; 및
상기 전송 추정값을 기반으로 안개가 제거된 이미지를 획득하는 단계를 포함하고,
상기 타원을 컬러 공간에서 구성하는 단계는,
상기 타원 내에서 벡터들의 최소 요소가 '0'에 이를 때까지 상기 타원을 확장시키는 단계를 포함하는 방법.
A fog processing method of an image performed by an image processing apparatus,
Determining whether a first pixel in the image belongs to the same area as a second pixel that requires transmission rate estimation to prevent a halo phenomenon;
Constructing in a color space a geometric ellipse including vectors corresponding to pixels included in the same region;
Calculating a dark channel value from the vectors on the surface of the ellipse;
Calculating a transmission estimate based on the dark channel value; And
And obtaining a fog removed image based on the transmission estimate,
The step of configuring the ellipse in a color space comprises:
Expanding the ellipse until the minimum element of the vectors in the ellipse reaches zero.
제 13 항에 있어서,
전송률의 추정이 필요한 제2 픽셀은 상기 영상에 관한 패치의 중심 픽셀인 것을 특징으로 하는, 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein a second pixel requiring an estimate of a bit rate is the center pixel of the patch for the image.
제 14 항에 있어서, 상기 동일한 영역에 속하는지 결정하는 단계는,
상기 픽셀이 상기 패치의 중심을 포함하는 영역 내에 있을 확률을 측정하는 단계; 및
상기 확률에 기반하여 퍼지 결정값을 획득하는 단계를 포함하고,
상기 타원은 상기 퍼지 결정값에 기반하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
15. The method of claim 14, wherein determining whether the region belongs to the same region comprises:
Measuring a probability that the pixel is in an area containing the center of the patch; And
And obtaining a fuzzy decision value based on the probability,
Wherein the ellipse is constructed based on the fuzzy decision value.
제 13 항에 있어서, 상기 타원을 컬러 공간에서 구성하는 단계는,
가이드 필터(guided filter)를 사용하는 퍼지 분할에 기반하여 수행됨을 특징으로 하는, 방법.

14. The method of claim 13, wherein configuring the ellipse in a color space comprises:
Characterized in that it is carried out on the basis of a fuzzy division using a guided filter.

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