KR101776501B1 - Apparatus and Method for removing noise using non-local means algorithm - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 영상의 경계 영역에서 중요 정보 손실을 방지하는 비국부 평균 알고리즘을 이용한 영상 잡음 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to an apparatus and method for eliminating image noise using a local average algorithm that prevents significant information loss in a border region of an image.
영상에서의 잡음은 영상 압축 과정 중 양자화 오류에 의해서 발생하거나 데이터를 전송하는 과정에서 발생하거나 카메라 센서를 통해서 영상을 획득하는 과정 등에서 발생한다. 이는 영상 시스템의 성능을 저하시키는 요인이 되기 때문에 영상 시스템에서 잡음을 제거하는 과정은 필수적이다. Noise in the image occurs during quantization error during the image compression process, in the process of transmitting data, or in the process of acquiring the image through the camera sensor. Since this degrades the performance of the image system, it is essential to remove noise from the image system.
잡음이 포함된 영상은 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.
The noise-containing image is expressed by Equation (1) below.
여기서, 는 원 영상, 는 잡음에 의해 왜곡된 관측 영상, 은 잡음 성분, 는 2차원 영상에서의 화소 위치를 각각 의미한다. 이 때, 일반적으로 잡음 성분 는 0를 평균으로 가지고, 를 분산으로 가진다. here, In addition, Is an observation image distorted by noise, Is a noise component, Represents a pixel position in a two-dimensional image. At this time, generally, Has an average of 0, As a dispersion.
잡음 제거는 관측 영상 와 잡음 성분 의 정보로부터 복원 영상 를 얻는 과정을 의미한다. 즉, 잡음 제거의 궁극적인 목표는 복원 영상 가 원 영상 과 최대한 동일하도록 산출하는 것이다. 고전적인 잡음 제거 기법으로 평균 필터(averaging filter)를 이용한 잡음 제거 기법, 위너 필터(Wiener filter)를 이용한 잡음 제거 기법, 총 변동(total variation)를 이용한 잡음 제거 기법 등이 있다. 이러한 기법들은 구현하기 쉬고 계산량이 적다는 장점이 있지만 영상의 윤곽선 부분 및 텍스처 부분의 정보들이 손실된다는 치명적인 단점이 있다. Noise cancellation, And a noise component From the information of . ≪ / RTI > That is, the ultimate goal of noise cancellation is reconstruction The original image As much as possible. A classical noise cancellation technique is a noise filtering technique using averaging filter, a noise filtering technique using Wiener filter, and a noise filtering technique using total variation. Although these techniques have the advantage of being easy to implement and having a small amount of computation, there is a fatal disadvantage that information of the contour portion and texture portion of the image is lost.
한편, 종래의 기법 중 비국부 평균(non-local means)을 이용한 잡음 제거 기법은 다양한 잡음 제거 방식 중 우월한 성능을 가진다. 대부분의 잡음 제거 방식은 픽셀 단위의 연산인 반면, 비국부 평균 기법은 패치 단위의 연산을 통해서 영상의 세부 정보를 보존한다. Meanwhile, among the conventional techniques, the noise canceling technique using non-local means has superior performance among various noise canceling methods. Most noise cancellation methods are pixel-by-pixel operations, whereas non-local averaging techniques preserve image details through patch-based operations.
그러나, 비국부 평균(non-local means)을 이용한 잡음 제거 기법은 영상의 국소적 특성과 관계없이 가중치를 부여하는 방식이 동일하며, 고정된 가중치 부여 방식으로 인해 영상의 국소적 특성이 반영되지 않아 각 화소에 대한 정확한 가중치가 보장되지 않는 단점이 있다. However, the noise canceling technique using non-local means has the same weighting method regardless of the local characteristics of the image, and the local characteristics of the image are not reflected due to the fixed weighting method There is a disadvantage in that an accurate weight value for each pixel can not be guaranteed.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 영상의 경계 영역에서 중요 정보 손실을 방지하는 비국부 평균 알고리즘을 이용한 영상 잡음 제거 장치 및 방법을 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the related art as described above, the present invention proposes an apparatus and method for eliminating image noise using a non-local average algorithm for preventing important information loss in a boundary region of an image.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following examples.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 입력 영상 내의 화소 각각의 가중치를 산출하여 상기 입력 영상의 잡음을 제거하는 비국부 평균 알고리즘을 이용한 영상 잡음 제거 장치에 있어서, 상기 입력 영상의 경계선 성분을 검출하는 경계선 검출부; 상기 경계선 성분의 다소(多少)와 대응되는 상기 입력 영상의 화소 각각의 활동성을 산출하는 활동성 산출부; 상기 화소 각각의 활동성에 기초하여 상기 화소 각각의 가중치를 설정하는 가중치 설정부; 및 상기 화소 각각의 가중치를 이용하여 상기 입력 영상의 화소 별로 잡음을 제거한 복원 영상을 산출하는 잡음 제거부;를 포함하되, 상기 화소 각각의 가중치는 상기 화소 각각의 활동성과 비례하여 설정되는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for eliminating image noise using a local average algorithm for calculating weights of pixels in an input image and eliminating noise of the input image, A boundary line detecting unit for detecting a boundary line component of the image; An activity calculation unit for calculating an activity of each pixel of the input image corresponding to a somewhat of the boundary line components; A weight setting unit for setting a weight of each of the pixels based on the activity of each of the pixels; And a noise removing unit configured to calculate a restored image by removing noise for each pixel of the input image using the weight of each of the pixels, wherein the weight of each of the pixels is set in proportion to the activity of each of the pixels. Is provided.
상기 잡음 산출부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 복원 영상을 산출할 수 있다. The noise calculator may calculate the restored image based on the following equation.
여기서, 는 상기 입력 영상의 i번째 화소()에 대한 상기 복원 화소, 는 상기 i번째 화소()를 중심으로 한 검색 윈도우, 상기 는 상기 i번째 화소()의 가중치, 는 내에 포함되는 j번째 화소를 각각 의미함. here, (I-1) th pixel of the input image The restoration pixel, (I) th pixel ), A search window centered on (I) th pixel ), The J < / RTI >
상기 경계선 검출부는 상기 입력 영상을 스무딩(smoothing)하여 스무딩 영상을 산출하고, 상기 스무딩 영상에 대해 소벨 마스크를 적용하여 상기 경계선 성분을 포함하는 경계선 영상을 산출할 수 있다. The boundary detection unit may calculate a smoothing image by smoothing the input image, and may calculate a boundary line image including the boundary component by applying a Sobel mask to the smoothed image.
상기 경계선 검출부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 경계선 영상을 산출할 수 있다. The boundary detection unit may calculate the boundary image based on the following equation.
여기서, 는 상기 경계선 영상, 는 상기 스무딩 영상, 는 가로 방향 소벨 마스크, 는 세로 방향 소벨 마스크, 는 대각선 방향 소벨 마스크, 는 반대 대각선 방향 소벨 마스크, 는 컨볼루션 연산을 각각 의미함.here, The boundary line image, The smoothing image, Lt; RTI ID = 0.0 > Sobel & A vertical sobel mask, A diagonal-direction Sobel mask, Lt; RTI ID = 0.0 > Sobel & Represents the convolution operation, respectively.
상기 화소의 활동성은 아래의 수학식과 같이 표현될 수 있다. The activity of the pixel can be expressed by the following equation.
여기서, 는 상기 i번째 화소의 활동성, 는 내에 포함되는 상기 i번째 화소를 중심으로 하는 상기 입력 영상 내지 상기 경계선 영상 내의 사각형의 패치, 는 내의 화소를 각각 의미함. here, Is the activity of the i-th pixel, The A patch of a quadrangle in the input image or the boundary image centered on the i-th pixel included in the patch image, The Respectively.
상기 가중치 설정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 화소 각각의 가중치를 설정할 수 있다. The weight setting unit may set weights of the pixels based on the following equations.
여기서, 는 상기 j번째 화소()를 중심으로 하는 상기 입력 영상 내지 상기 경계선 영상 내의 사각형의 패치, 는 차수 p를 가지는 norm 연산자, 상기 는 상기 입력 영상 내의 잡음의 표준 편차, 및 는 상기 표준 편차와 연관된 기 설정된 파라미터를 각각 의미함.here, (J) th pixel A patch of a quadrangle in the input image or the boundary image, Is a norm operator having degree p, Is the standard deviation of the noise in the input image, And Means a predetermined parameter associated with the standard deviation, respectively.
상기 및 는 아래의 수학식과 같이 표현될 수 있다.remind And Can be expressed as the following equation.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 프로세서가 포함된 장치에서 수행되며, 입력 영상 내의 화소 각각의 가중치를 산출하여 상기 입력 영상의 잡음을 제거하는 비국부 평균 알고리즘을 이용한 영상 잡음 제거 방법에 있어서, 상기 입력 영상의 경계선 성분을 검출하는 단계; 상기 경계선 성분의 다소(多少)와 대응되는 상기 입력 영상의 화소 각각의 활동성을 산출하는 단계; 상기 화소 각각의 활동성에 기초하여 상기 화소 각각의 가중치를 설정하는 단계; 및 상기 화소 각각의 가중치를 이용하여 상기 입력 영상의 화소 별로 잡음을 제거한 복원 영상을 산출하는 단계;를 포함하되, 상기 화소 각각의 가중치는 상기 화소 각각의 활동성과 비례하여 설정되는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an image noise reduction method using a local average algorithm which is performed in an apparatus including a processor and calculates weights of pixels in an input image and removes noise of the input image, Detecting a boundary component of the input image; Calculating the activity of each pixel of the input image corresponding to a bit of the boundary component; Setting a weight of each of the pixels based on the activity of each of the pixels; And calculating a restored image in which noise is removed from each pixel of the input image using the weight of each of the pixels, wherein the weight of each of the pixels is set in proportion to the activity of each of the pixels. A noise cancellation method is provided.
본 발명에 따르면, 영상의 경계 영역에서 중요 정보 손실을 방지하는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage of preventing loss of important information in a boundary region of an image.
도 1은 종래의 비국부 평균(non-local means)을 이용한 잡음 제거 기법이 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 잡음 제거 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 잡음 제거 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 2차원의 가우시안 커널의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 사용하는 소벨 마스크의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 입력 영상 및 경계선 영상을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 활동성의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 norm의 분류를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram for explaining a concept of a noise canceling technique using a conventional non-local means.
2 is a schematic block diagram of an apparatus for removing image noise according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of removing an image noise according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing an example of a two-dimensional Gaussian kernel used in the present invention.
5 is a diagram showing an example of a Sobel mask used in the present invention.
6 is a diagram illustrating an input image and a boundary line image according to the present invention.
7 is a view for explaining the concept of activity according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a classification of a norm according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising ", or" comprising "and the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps. Also, the terms "part," " module, "and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software .
이하, 종래의 비국부 평균(non-local means)을 이용한 잡음 제거 기법에 대해 간단하게 설명한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 제거 장치 및 방법을 설명하기로 한다.
Hereinafter, a conventional noise elimination technique using non-local means will be briefly described, and then a noise elimination apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 종래의 비국부 평균(non-local means)을 이용한 잡음 제거 기법이 개념을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a diagram for explaining a concept of a noise canceling technique using a conventional non-local means.
비국부 평균(non-local means)을 이용한 잡음 제거 기법은 아래의 수학식 2와 같이 잡음 제거를 수행한다.
The noise cancellation technique using non-local means performs noise cancellation as shown in Equation (2) below.
여기서, 는 관측 영상, 즉 잡음 제거를 수행하기 위한 입력 영상의 i번째 화소()에 대한 복원 화소, 는 i번째 화소()를 중심으로 한 검색 윈도우(도 1 참조), 는 i번째 화소()의 가중치, 는 내에 포함되는 j번째 화소를 각각 의미한다. 그리고, 는 아래의 수학식 3과 같은 조건을 가진다.
here, Is an i-th pixel of an input image for performing noise removal, ), ≪ / RTI > Is an i-th pixel ( (Refer to FIG. 1), a search window Is an i-th pixel ( ), The Th pixel included in the second pixel. And, Has the same condition as Equation (3) below.
이 때, 가중치 는 화소 와 화소 의 유사도인 에 의해 산출되며 이는 아래의 수학식 4과 같이 표현된다.
At this time, The pixel And pixels Similarity of And is expressed by Equation (4) below. &Quot; (4) "
여기서, 는 가중치를 감소시키는 정도를 결정하는 계수(잡음의 분산 에 의해 결정됨), 는 가중치를 정규화시키는 인자로서, 아래의 수학식 5와 같이 표현된다.
here, Is a coefficient that determines the degree of weight reduction Lt; / RTI > Is a factor that normalizes the weight, and is expressed by Equation (5) below.
이 때, 두 화소 간의 유사도를 계산하기 위해서 패치(patch)의 개념이 도입된다. 패치란 임의의 화소를 중심으로 하는 정사각형 형태의 화소 집합을 의미한다(도 1 참조). i번째 화소에 대하여 생성된 a×a 크기의 패치 는 아래의 수학식 6과 같이 표현된다.
At this time, the concept of a patch is introduced to calculate the similarity between two pixels. A patch is a set of pixels in the form of a square centering on an arbitrary pixel (see FIG. 1). a < a > -type patch generated for the i-th pixel Is expressed by Equation (6) below.
비국부 평균 방식에서의 두 화소 와 화소 와의 유사도는 화소 를 중심으로 하는 패치 와, 화소 를 중심으로 하는 패치 와의 유사도에 의존한다. 그리고 유사도를 측정하는 방법으로 아래의 수학식 7과 같이 L2 norm 거리(distance)을 사용한다.
In the non-local average method, And pixels ≪ / RTI > Patch centered on And pixels Patch centered on . As a method of measuring the similarity, L 2 norm distance is used as shown in Equation (7) below.
여기서, 는 항상 음수 값을 가지며, 따라서, 와 사이의 L2 norm 거리가 작을수록 유사도 가 커진다. 더불어, 패치간의 유사도가 클수록 수학식 4에 의해 화소 에 부여되는 가중치로 커지게 된다. here, Lt; / RTI > always has a negative value, Wow The smaller the L 2 norm distance between . Further, as the degree of similarity between patches is larger, As shown in FIG.
도 1을 참조하면, 패치 와 패치 사이의 유사도가 매우 크기 때문에 화소 에서는 높은 가중치를 가지게 된다. 반면에 패치 와 패치 사이의 유사도는 적기 때문에 에 부여된 가중치는 더 낮은 값을 가진다.
Referring to Figure 1, And patch The degree of similarity between the pixels We have high weights. On the other hand, And patch The degree of similarity between Lt; / RTI > has a lower value.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 잡음 제거 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 2 is a schematic block diagram of an apparatus for removing image noise according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 잡음 제거 장치(200)은 혼합 norm 기반의 비국부 평균 알고리즘을 이용한 영상 잡음 제거 장치로서, 경계선 검출부(210), 활동성 산출부(220), 가중치 설정부(230) 및 잡음 제거부(240)를 포함한다. 2, the
그리고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 잡음 제거 방법의 흐름도를 도시한 도면이다. 여기서, 상기 방법은 프로세서가 포함된 장치에서 수행될 수 있다. 3 is a flowchart illustrating a method of removing an image noise according to an exemplary embodiment of the present invention. Here, the method may be performed in an apparatus including a processor.
이하, 도 2 및 도 3를 참조하여 각 구성 요소 별 기능 및 각 단계 별로 수행되는 과정을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the function of each component and the process performed for each step will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG.
먼저, 단계(310)에서, 경계선 검출부(210)는 입력 영상(관측 영상)의 경계선(edge) 성분을 검출한다. First, in
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경계선 검출부(210)는 입력 영상을 스무딩(smoothing)하여 스무딩 영상을 산출하고, 스무딩 영상에 대해 소벨 마스크(sobel mask)를 적용하여 경계선 성분을 포함하는 경계선 영상을 산출할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the
보다 상세하게, 경계선 검출부(210)는 아래의 수학식 7를 이용하여 스무딩 영상을 산출할 수 있다.
More specifically, the
여기서, 는 스무딩 영상, 는 가우시안 커널, 는 입력 영상, 는 컨볼루션 연산을 각각 의미한다. 한편, 도 4에서는 2차원의 가우시안 커널의 일례를 도시하고 있으며, 이는 아래의 수학식 9과 같이 표현될 수 있다.
here, A smoothing image, Gaussian kernel, The input image, Represents a convolution operation, respectively. FIG. 4 shows an example of a two-dimensional Gaussian kernel, which can be expressed by Equation (9) below.
여기서, 순서쌍(x, y)는 마스크 중심을 원점으로 가로, 세로 위치를 나타낸다.Here, the ordered pair (x, y) represents the horizontal and vertical positions with the origin of the mask center.
그리고, 경계선 검출부(210)는 상기에서 산출된 경계선 영상을 이용하여 아래의 수학식 10에 따라 경계선 영상을 산출할 수 있다.
The
여기서, 는 경계선 영상, 는 가로 방향 소벨 마스크, 는 세로 방향 소벨 마스크, 는 대각선 방향 소벨 마스크, 는 반대 대각선 방향 소벨 마스크를 각각 의미한다. here, However, Lt; RTI ID = 0.0 > Sobel & A vertical sobel mask, A diagonal-direction Sobel mask, ≪ / RTI > refers to the opposite diagonal direction Sobel mask, respectively.
한편, 소벨 마스크는 도 5에 도시된 것과 같으며, 도 6에서는 입력 영상(도 6의 (a)) 및 이로부터 산출되는 경계선 영상(도 6의 (b))을 도시하고 있다. The Sobel mask is the same as that shown in Fig. 5, and the input image (Fig. 6 (a)) and the boundary line image (Fig. 6 (b)) calculated therefrom are shown in Fig.
다음으로, 단계(320)에서, 활동성 산출부(220)는 경계선 성분의 다소(多少)와 대응되는 입력 영상의 화소 각각의 활동성(activity)을 산출한다. 이 때, 화소의 활동성은 화소를 중심으로 하는 정사각형의 패치의 활동성과 대응될 수 있다. Next, in
즉, 패치 내에 존재하는 정보들이 많을수록 활동성이 높으며, 본 발명의 경우 영상의 경계선 성분이 많은 경우 활동성이 높고, 경계선 성분이 적을수록 활동성이 낮은 것으로 정의한다. That is, the greater the information existing in the patch, the higher the activity. In the present invention, it is defined that the activity is high when the image has a large border line component, and the less active the border line component is.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 활동성의 개념을 설명하기 위한 도면으로, 경계선 성분이 많은 패치들은 경계선 성분이 적은 패치들보다 활동성이 큰 것을 확인할 수 있다. FIG. 7 is a view for explaining the concept of activity according to an embodiment of the present invention. It can be seen that the patches having many borderline components have greater activity than the patches having few borderline components.
수학식으로 정의하면, 화소의 활동성 즉, 화소를 중심으로 하는 패치의 활동성은 아래의 수학식 11와 같이 표현될 수 있다.
The activity of the pixel, that is, the activity of the patch centered on the pixel, can be expressed by Equation (11) below.
여기서, 는 i번째 화소(i번째 화소를 중심으로 하는 패치)의 활동성, 는 경계 영역 내에 포함되는 i번째 화소를 중심으로 하는 정사각형의 패치, 는 내의 화소를 각각 의미한다. here, Is the activity of the i-th pixel (the patch centering on the i-th pixel) Lt; RTI ID = A square patch centered on the i-th pixel included in the pixel, The Respectively.
계속하여, 단계(330)에서 가중치 설정부(230)는 화소(패치) 각각의 활동성에 기초하여 화소 각각의 가중치를 설정한다. Subsequently, in
즉, 영상의 국소적 특성이 반영된 정확한 가중치의 부여를 위해, 본 발명에서는 상기에서 설명된 가중치를 수정한다. That is, in order to give accurate weights reflecting the local characteristics of the image, the weight values described above are modified in the present invention.
보다 상세하게, 가중치는 2가지 특성을 만족하여야 한다. 즉, i) 활동성이 높은 화소(패치)의 경우 경계선 성분들을 보존하기 위해서 상대적으로 더 높은 가중치가 보장되어야 하며(구성 1), ii) 잡음 분산 값이 높은 경우 강한 잡음이 되므로 상대적으로 더 낮은 가중치가 보장되어야 한다(구성 2). In more detail, the weights should satisfy two characteristics. That is, in the case of i) active pixels (patches), a relatively higher weight should be ensured in order to preserve boundary components (Constitution 1), ii) strong noise in case of high noise variance value, (Constitution 2).
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 설정부(230)는 화소 각각의 활동성과 비례하여 화소(패치) 각각의 가중치를 설정할 수 있다. 이는 아래의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Accordingly, the
여기서, 는 검색 영역 내에 포함되는 j번째 화소 를 중심으로 하는 정사각형의 패치, 는 차수 p를 가지는 norm(norm) 연산자, 는 입력 영상 내의 잡음의 표준 편차, 및 는 표준 편차와 연관된 기 설정된 파라미터를 각각 의미한다. here, The search area J < th > pixel A square patch centered on the center, (Norm) operator with degree p, Is the standard deviation of the noise in the input image, And Quot; means a predetermined parameter associated with the standard deviation, respectively.
이 경우, 및 는 아래의 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.
in this case, And Can be expressed by Equation (13) below.
상기의 수학식을 참조하면, 입력 영상 내에서 활동성이 높은 영역에 대해서는 차수 p가 4인 norm(L4 norm)를 사용하고, 활동성이 낮은 영역에서는 차수 p가 1인 norm(L1 norm)을 사용함으로써 구성 1에 대한 특성을 만족시킨다. 그리고, 구성 2에 대한 특성을 만족시키기 위해 및 를 잡음의 분산 값에 비례하도록 설계한다. Referring to the above equation, the norm (L 4 norm) with degree p of 4 is used for the high activity region in the input image, and the norm (L 1 norm) with the degree p of 1 is used in the low activity region Thereby satisfying the characteristic of the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 norm의 분류를 도시한 도면이다. 도 8에서, 흰 영역은 L4 norm, 회색 영역은 차수 p가 2인 norm(L2 norm), 검은 영역은 L1 norm이 적용될 부분이다. 8 is a diagram showing a classification of a norm according to an embodiment of the present invention. In FIG. 8, the white region is the L 4 norm, the gray region is the norm (L 2 norm) where the degree p is 2, and the black region is the portion to which the L 1 norm is applied.
마지막으로, 단계(340)에서 잡음 제거부(240)는 화소 각각의 가중치를 이용하여 입력 영상의 화소 별로 잡음을 제거한 복원 영상을 산출할 수 있다. 이 때, 상기한 수학식 2가 적용될 수 있다. Lastly, in
정리하면, 비국부 평균을 이용한 잡음 제거 방법은 각 화소(패치)에 부여되는 가중치가 얼마나 정확한 가에 따라서 성능이 좌우되는데, 종래의 방법은 L2 norm으로서 일관된 norm을 사용하기 때문에 영상의 부분적인 특성이 반영되지 않아 가중치의 정확성을 보장하기 힘들다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 비국부 평균을 이용한 잡음 제거 장치(200) 및 방법은 영상의 국소적 특성을 반영한 가중치 계산을 위해 일관된 norm이 아닌 L1, L2,L4의 3가지 norm을 사용함으로써 영상의 경계 영역에서 중요 정보 손실을 방지하는 장점이 있다.
In summary, the noise removal method using non-local averaging depends on the accuracy of the weight given to each pixel (patch). Since the conventional method uses a consistent norm as the L 2 norm, The characteristics are not reflected and it is difficult to guarantee the accuracy of the weights. Therefore, the
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the above-described technical features may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and limited embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- Various modifications and variations may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
Claims (9)
입력 영상의 경계선 성분을 검출하는 경계선 검출부;
상기 경계선 성분의 다소(多少)와 대응되는 상기 입력 영상의 화소 각각의 활동성을 산출하는 활동성 산출부;
상기 화소 각각의 활동성과 비례하여 상기 화소 각각의 가중치를 설정하는 가중치 설정부; 및
상기 화소 각각의 가중치를 이용하여 상기 입력 영상의 화소 별로 잡음을 제거한 복원 영상을 산출하는 잡음 제거부;를 포함하되,
상기 가중치 설정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 화소 각각의 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 장치.
여기서, 는 상기 입력 영상의 i번째 화소의 가중치, 는 상기 i번째 화소를 중심으로 한 검색 윈도우, 는 내에 포함되는 상기 i번째 화소를 중심으로 하는 상기 입력 영상 내지 상기 경계선 성분을 포함하는 경계선 영상 내의 사각형의 패치, 는 내에 포함되는 j번째 화소를 중심으로 하는 상기 입력 영상 내지 상기 경계선 영상 내의 사각형의 패치, 는 차수 p를 가지는 norm 연산자, 는 상기 입력 영상 내의 잡음의 표준 편차, 는 상기 i번째 화소의 활동성, 및 는 상기 표준 편차와 연관된 기 설정된 파라미터를 각각 의미함.An image noise removal apparatus using a non-local average algorithm by calculating weights of pixels in an input image,
A boundary line detector for detecting a boundary component of an input image;
An activity calculation unit for calculating an activity of each pixel of the input image corresponding to a somewhat of the boundary line components;
A weight setting unit configured to set a weight of each of the pixels in proportion to the activity of each of the pixels; And
And a noise removing unit for calculating a restored image from which noises are removed for each pixel of the input image using the weights of the pixels,
Wherein the weight setting unit sets a weight of each of the pixels based on the following equation.
here, The weight of the i-th pixel of the input image, Is a search window centered on the i-th pixel, The A patch of a quadrangle in the boundary image including the input image or the boundary component centered on the i-th pixel included in the patch image, The A patch of a quadrangle in the input image or the boundary image centered on the jth pixel included in the boundary image, Is the norm operator with degree p, Is the standard deviation of the noise in the input image, Is the activity of the i-th pixel, And Means a predetermined parameter associated with the standard deviation, respectively.
상기 잡음 제거부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 복원 영상을 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 장치.
여기서, 는 상기 i번째 화소에 대한 상기 복원 영상, 는 상기 j번째 화소를 각각 의미함. The method according to claim 1,
Wherein the noise eliminator calculates the reconstructed image based on the following equation.
here, Is the restored image for the i-th pixel, Denotes the j-th pixel.
상기 경계선 검출부는 상기 입력 영상을 스무딩(smoothing)하여 스무딩 영상을 산출하고, 상기 스무딩 영상에 대해 소벨 마스크를 적용하여 상기 경계선 영상을 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the boundary detection unit calculates a smoothing image by smoothing the input image, and calculates the boundary image by applying a Sobel mask to the smoothed image.
상기 경계선 검출부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 경계선 영상을 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 장치.
여기서, 는 상기 경계선 영상, 는 상기 스무딩 영상, 는 가로 방향 소벨 마스크, 는 세로 방향 소벨 마스크, 는 대각선 방향 소벨 마스크, 는 반대 대각선 방향 소벨 마스크, 는 컨볼루션 연산을 각각 의미함.The method of claim 3,
Wherein the boundary detection unit calculates the boundary image based on the following equation.
here, The boundary line image, The smoothing image, Lt; RTI ID = 0.0 > Sobel & A vertical sobel mask, A diagonal-direction Sobel mask, Lt; RTI ID = 0.0 > Sobel & Represents the convolution operation, respectively.
상기 화소의 활동성은 아래의 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 장치.
여기서, 는 내의 화소를 각각 의미함. The method of claim 3,
Wherein the activity of the pixel is expressed by the following equation.
here, The Respectively.
상기 및 상기 는 아래의 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 장치.
The method according to claim 1,
remind And Is expressed by the following equation. ≪ EMI ID = 1.0 >
입력 영상의 경계선 성분을 검출하는 단계;
상기 경계선 성분의 다소(多少)와 대응되는 상기 입력 영상의 화소 각각의 활동성을 산출하는 단계;
상기 화소 각각의 활동성과 비례하여 상기 화소 각각의 가중치를 설정하는 단계; 및
상기 화소 각각의 가중치를 이용하여 상기 입력 영상의 화소 별로 잡음을 제거한 복원 영상을 산출하는 단계;를 포함하되,
상기 가중치를 설정하는 단계는 아래의 수학식에 기초하여 상기 화소 각각의 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 방법.
여기서, 는 상기 입력 영상의 i번째 화소의 가중치, 는 상기 i번째 화소를 중심으로 한 검색 윈도우, 는 내에 포함되는 상기 i번째 화소를 중심으로 하는 상기 입력 영상 내지 상기 경계선 성분을 포함하는 경계선 영상 내의 사각형의 패치, 는 내에 포함되는 j번째 화소를 중심으로 하는 상기 입력 영상 내지 상기 경계선 영상 내의 사각형의 패치, 는 차수 p를 가지는 norm 연산자, 는 상기 입력 영상 내의 잡음의 표준 편차, 는 상기 i번째 화소의 활동성, 및 는 상기 표준 편차와 연관된 기 설정된 파라미터를 각각 의미함.A method for removing image noise using a non-local average algorithm, the method being performed in a device including a processor,
Detecting a boundary component of an input image;
Calculating the activity of each pixel of the input image corresponding to a bit of the boundary component;
Setting a weight of each of the pixels in proportion to the activity of each of the pixels; And
And calculating a restored image from which noise has been removed for each pixel of the input image using the weights of the pixels,
Wherein the step of setting the weights sets the weights of the pixels based on the following equation.
here, The weight of the i-th pixel of the input image, Is a search window centered on the i-th pixel, The A patch of a quadrangle in the boundary image including the input image or the boundary component centered on the i-th pixel included in the patch image, The A patch of a quadrangle in the input image or the boundary image centered on the jth pixel included in the boundary image, Is the norm operator with degree p, Is the standard deviation of the noise in the input image, Is the activity of the i-th pixel, And Means a predetermined parameter associated with the standard deviation, respectively.
상기 잡음을 제거하는 단계는 아래의 수학식에 기초하여 상기 복원 영상을 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 잡음 제거 방법.
여기서, 는 상기 입력 영상의 i번째 화소()에 대한 상기 복원 영상, 는 상기 j번째 화소를 각각 의미함. 9. The method of claim 8,
Wherein the step of removing noise comprises calculating the restored image based on the following equation.
here, (I-1) th pixel of the input image The restored image, Denotes the j-th pixel.
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WO2022060001A1 (en) * | 2020-09-18 | 2022-03-24 | 삼성전자 주식회사 | Image processing device and operating method therefor |
WO2022186499A1 (en) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 삼성전자 주식회사 | Image processing device and operating method therefor |
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KR101615122B1 (en) * | 2014-12-18 | 2016-04-25 | 숭실대학교산학협력단 | Adaptive non-local means denoising method, recording medium and device for performing the method |
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