KR101841122B1 - Block-based optical flow estimation of motion pictures - Google Patents

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KR101841122B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 명세서에 개시된 실시 예를 따르는 옵티컬 플로의 추정 방법은 참조 영상 내의 상기 저장 영역의 크기에 따라 구분된 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 각 참조 블록들의 옵티컬 플로를 기초로 상기 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하는 단계를 포함하는 방법이다.According to another aspect of the present invention, there is provided an optical flow estimation method comprising: estimating optical flows of reference blocks divided according to a size of a storage area in a reference image; And estimating an optical flow of the reference image based on the optical flows of the estimated reference blocks.

Description

블록 기반의 동영상 옵티컬 플로 추정{BLOCK-BASED OPTICAL FLOW ESTIMATION OF MOTION PICTURES}[0001] Block-Based Optical Flow Estimation [

본 명세서는 동영상의 옵티컬 플로 추정에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 명세서는 동영상의 옵티컬 플로를 블록 기반으로 추정하는 것에 관한 것이다.This specification relates to optical flow estimation of moving images. More particularly, this specification relates to estimating block-based optical flow of moving images.

옵티컬 플로(Optical Flow, 광학 플로, 광류)는 하나의 이미지와 연속되는 다른 이미지로부터 각각 선택된 2 개의 점의 변위가 얼마나 변하였는지를 나타내는 속도장(velocity field)을 말한다. 이러한 옵티컬 플로는 동영상을 구성하는 연속되는 이미지들에 포함된 물체 등의 위치 변화를 표현할 수 있다. 옵티컬 플로는 물체 등의 위치 변화를 표현하는 특성을 기초로, 예를 들어, 동영상의 압축/해제(compression/decompression)에 사용될 수 있다.Optical flow refers to a velocity field that indicates how the displacement of two points, selected from one image and another from successive images, has changed. Such an optical flow can express a change in position of an object or the like included in successive images constituting a moving picture. The optical flow can be used for compression / decompression of moving pictures, for example, on the basis of a characteristic representing a positional change of an object or the like.

연속되는 영상들로부터 옵티컬 플로를 추정하는 방법들이 제시되었다. 특히, 브록스(Thomas Brox) 등은 전체 변동(total variation) 방식의 옵티컬 플로 추정 알고리즘에 대하여 제시하였다: 브록스 등의 '워핑(warping) 이론에 근거한 고정밀 옵티컬 플로 추정' 참고 (이하 '브록스 등'이라 칭함) (T. Brox, A. Bruhn, N. Papenberg, and J. Weickert, "High accuracy optical flow estimation based on a theory for warping," ECCV(European Conference on Computer Vision), 2004).Methods for estimating optical flows from successive images are presented. In particular, Thomas Brox et al. Proposed a total variation optical flow estimation algorithm: see Brooks et al., 'High Precision Optical Flow Estimation Based on Warping Theory' (T. Brox, A. Bruhn, N. Papenberg, and J. Weickert, "High Accuracy Optical Flow Estimation Based on Warping," ECCV, European Conference on Computer Vision, 2004).

옵티컬 플로를 추정하는 영상 처리 장치가 추정 대상이 되는 이미지 전체에 대하여 최적화 기법 기반의 방식의 추정 방법을 적용하는 경우 많은 계산 시간이 소요된다. 또한, 대용량의 이미지(예를 들어, HD급 이미지)의 옵티컬 플로를 위와 같은 전체 변동 기반의 알고리즘을 이용하여 추정하는 하드웨어의 구현은 캐시(cache) 및 채널 대역폭(channel bandwidth)의 크기에 제약을 받게 된다.It takes much calculation time to apply the estimation method based on the optimization technique to the entire image to be estimated by the image processing apparatus that estimates the optical flow. In addition, hardware implementations that estimate optical flows of large images (e.g., HD-level images) using such an overall variation-based algorithm may impose constraints on the size of the cache and channel bandwidth .

본 명세서는 영상 처리 장치들이 옵티컬 플로를 추정하기 위하여 채택할 수 있는 캐시 및 대역폭의 크기 제약을 줄일 수 있는 추정 방법을 제공하기 위함이다.This specification is intended to provide an estimation method that can reduce the size constraints of the cache and bandwidth that the image processing apparatuses can employ to estimate the optical flow.

일 실시 형태로 저장 영역을 가진 영상 처리 장치가 옵티컬 플로를 추정하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 참조 영상 내의 상기 저장 영역의 크기에 따라 구분된 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 각 참조 블록들의 옵티컬 플로를 기초로 상기 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법이다.In one embodiment, a method is provided for an image processing apparatus having a storage area to estimate an optical flow. The method includes estimating an optical flow of reference blocks divided according to a size of the storage area in a reference image; And estimating an optical flow of the reference image based on the optical flows of the estimated reference blocks.

상기 일 실시 형태 또는 그 밖의 실시 형태들은 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The one or more embodiments may include one or more of the following features.

상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계는 상기 각 참조 블록들에 대하여 상기 각 참조 블록과 대응되는 상기 목표 영상 내의 목표 블록을 기초로 추정하는 것일 수 있다. 또한, 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계는 상기 각 참조 블록들의 특정 순서에 따라 옵티컬 플로를 추정하는 것일 수 있다. 또한, 상기 참조 블록은 상기 저장 영역에 저장 가능한 크기로 상기 참조 영상으로부터 구분된 것일 수 있다. 또한, 상기 각 참조 블록들의 옵티컬 플로는 상기 참조 블록 내의 영상 정보를 상기 저장 영역에 저장하고, 상기 저장된 영상 정보 및 목표 블록 내의 영상 정보를 기초로 추정되는 것일 수 있다. 또한, 상기 각 참조 블록들의 옵티컬 플로는 상기 참조 블록 내의 영상 정보 및 상기 목표 블록 내의 영상 정보를 기초로 형성되는 선형 시스템의 해를 이용하여 추정하는 것일 수 있다.The step of estimating the optical flow of the reference blocks may include estimating each of the reference blocks based on a target block in the target image corresponding to each of the reference blocks. In addition, the step of estimating the optical flow of the reference blocks may be to estimate the optical flow according to the specific order of the reference blocks. In addition, the reference block may be a size that can be stored in the storage area and is separated from the reference image. The optical flows of the reference blocks may be stored in the storage area in the reference block, and may be estimated based on the stored image information and the image information in the target block. The optical flow of each of the reference blocks may be estimated using a solution of a linear system formed based on the image information in the reference block and the image information in the target block.

상기 각 참조 블록들의 옵티컬 플로는 상기 참조 영상에서 상기 참조 블록을 포함하는 영역 내의 영상 정보를 샘플링하여 상기 저장 영역에 저장하고, 상기 저장된 영상 정보 및 목표 블록 내의 영상 정보를 기초로 추정되는 것일 수 있다.The optical flow of each of the reference blocks may be one in which the image information in an area including the reference block is sampled in the reference image and is stored in the storage area and estimated based on the stored image information and the image information in the target block .

상기 참조 블록은 상기 다른 참조 블록과 영상의 일부가 겹치도록 구분된 것일 수 있다.The reference block may be one in which the other reference block and the image are partially overlapped.

한편, 다른 실시 형태로 영상의 옵티컬 플로를 추정하는 영상 처리 장치가 개시된다. 상기 영상 처리 장치는 참조 영상 내의 참조 블록들의 영상 정보를 저장하는 저장부; 및 상기 저장부에 저장 가능한 크기로 상기 참조 영상으로부터 구분된 상기 참조 블록들의 영상 정보를 상기 저장부에 저장하고, 상기 저장된 영상 정보 및 목표 블록 내의 영상정보를 기초로 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하고, 상기 추정된 각 참조 블록들의 옵티컬 플로를 기초로 상기 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.On the other hand, an image processing apparatus for estimating an optical flow of an image in another embodiment is disclosed. The image processing apparatus includes a storage unit for storing image information of reference blocks in a reference image; And storing the image information of the reference blocks separated from the reference image in a size storable in the storage unit in the storage unit and estimating an optical flow of the reference blocks based on the stored image information and the image information in the target block, And a controller for estimating an optical flow of the reference image based on the estimated optical flows of the reference blocks.

상기 다른 실시 형태 또는 그 밖의 실시 형태들은 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The above or other embodiments may include one or more of the following features.

상기 제어부는 상기 참조 영상에서 상기 참조 블록을 포함하는 영역 내의 영상 정보를 샘플링하여 상기 저장부에 저장할 수 있다. 또한, 상기 참조 블록은 상기 다른 참조 블록과 영상의 일부가 겹치도록 구분될 수 있다.The control unit may sample the image information in the region including the reference block in the reference image and store the sampled image information in the storage unit. In addition, the reference block may be divided so that a part of the image overlaps with the other reference block.

본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정 방법의 실시 예들에 따르면, 블록 기반의 추정 연산을 수행함으로써 일정한 크기를 가지는 캐시 등의 저장 공간을 포함하도록 구현된 하드웨어에 의해서도 추정 연산을 수행할 수 있다. According to embodiments of the block-based optical flow estimation method disclosed in this specification, the estimation operation can be performed by hardware implemented to include a storage space such as a cache having a fixed size by performing block-based estimation operation.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 따르는 영상 처리 장치는 일정한 크기의 캐시를 가진 하드웨어를 이용하여 옵티컬 플로를 추정할 수 있으며, 상기 추정을 위한 채널 대역폭의 크기를 줄일 수 있다.Also, the image processing apparatus according to the embodiment disclosed herein can estimate the optical flow using the hardware having the predetermined size of the cache, and reduce the size of the channel bandwidth for the estimation.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 따르는 영상 처리 장치는 영상의 크기에 따라 참조 블록의 형태 또는 추정 방법을 다르게 적용함으로써 추정되는 옵티컬 플로의 블록간 확산을 증가 시킬 수 있다.In addition, the image processing apparatus according to the embodiments disclosed herein can increase the inter-block diffusion of the optical flow estimated by applying the shape of the reference block or the estimation method differently according to the size of the image.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 따르는 영상 처리 장치는 블록 기반의 옵티컬 플로의 추정 연산을 수행하면서도 옵티컬 플로의 평탄성을 확보하여 블록 경계 부분에서의 오차를 감소시킬 수 있다.Also, the image processing apparatus according to the embodiments disclosed herein can reduce the error in the block boundary by ensuring the flatness of the optical flow while performing the estimation calculation of the block-based optical flow.

도 1은 본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정에 사용되는 블록을 구성하는 방법을 도시한다.
도 2는 전체 변동 방식에 따른 옵티컬 플로를 추정하는 과정을 도시한다.
도 3은 본 명세서에 개시된 옵티컬 플로 추정에 적용 가능한 참조 블록의 구성 방법이다.
도 4는 블록 가우스-사이델 방법에 따라 옵티컬 플로 추정하는 연산 방법을 도시한다.
도 5는 연장된 블록 범위 방법에 따라 옵티컬 플로를 추정하는 연산 방법을 도시한다.
도 6은 연장된 블록 범위 방법에 따라 참조 블록의 옵티컬 플로를 추정하는 방법을 도시한다.
도 7은 구분된 블록 범위 방법에 따라 옵티컬 플로 추정하는 연산 방법을 도시한다.
도 8은 구분된 블록 범위 방법에 따라 참조 블록의 옵티컬 플로를 추정하는 방법을 도시한다.
1 illustrates a method for constructing a block used for block-based optical flow estimation disclosed herein.
FIG. 2 illustrates a process of estimating an optical flow according to a total variation method.
3 is a method of constructing a reference block applicable to the optical flow estimation disclosed herein.
Fig. 4 shows a calculation method of optical flow estimation according to a block Gauss-Cydel method.
Figure 5 shows a calculation method for estimating an optical flow according to an extended block range method.
Figure 6 illustrates a method for estimating the optical flow of a reference block in accordance with an extended block range method.
FIG. 7 shows an operation method of optical flow estimation according to the divided block range method.
8 shows a method for estimating the optical flow of a reference block according to the divided block range method.

본 명세서에 개시된 기술은 동영상에 대한 블록 기반의 옵티컬 플로 추정 방법 및 이를 이용한 장치에 적용된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 옵티컬 플로 추정 방법 및 장치, 영상 처리 방법 및 장치, 그 외 옵티컬 플로 추정을 이용한 영상 취급 장치 및 방법에도 적용될 수 있다.The technique disclosed in this specification is applied to a block-based optical flow estimation method for a moving picture and an apparatus using the same. However, the technology disclosed in this specification is not limited thereto, but may be applied to all optical flow estimation methods and apparatuses, image processing methods and apparatuses to which the technical idea of the above-described technology can be applied, and image handling apparatuses and methods using optical flow estimation .

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the scope of the technology disclosed herein. Also, the technical terms used herein should be interpreted as being generally understood by those skilled in the art to which the presently disclosed subject matter belongs, unless the context clearly dictates otherwise in this specification, Should not be construed in a broader sense, or interpreted in an oversimplified sense. In addition, when a technical term used in this specification is an erroneous technical term that does not accurately express the concept of the technology disclosed in this specification, it should be understood that technical terms which can be understood by a person skilled in the art are replaced. Also, the general terms used in the present specification should be interpreted in accordance with the predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced in meaning.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 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.Also, the singular forms "as used herein 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.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Further, the suffix "module" and "part" for components used in the present specification are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals denote like or similar elements, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Further, in the description of the technology disclosed in this specification, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the technology disclosed in this specification may be obscured. It is to be noted that the attached drawings are only for the purpose of easily understanding the concept of the technology disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the spirit of the technology by the attached drawings.

전체 변동 (Total Variation) 방식의 옵티컬 플로 추정Optical Fluctuation Estimation of Total Variation

옵티컬 플로(Optical Flow)는 하나의 영상과 연속되는 다른 영상으로부터 각각 선택된 2 개의 픽셀(pixel)의 변위가 얼마나 변하였는지를 나타내는 속도장(velocity field)을 말한다. 이러한 옵티컬 플로는 동영상을 구성하는 연속되는 영상들 내에 포함된 물체 등의 위치 변화를 표현할 수 있다. Optical Flow refers to a velocity field that indicates how the displacement of two pixels, selected from one image and successive other images, has changed. Such an optical flow can express a change in position of an object or the like contained in successive images constituting a moving picture.

옵티컬 플로를 추정하는 영상 처리 장치는 하나의 영상과 그에 연속되는 다른 영상으로부터 옵티컬 플로를 추정하는 과정을 수행한다. 이하, 상기 영상 처리 장치가 옵티컬 플로를 추정하기 위하여 사용하는 영상들 중에서, 현재 기준이 되는 영상을 참조 영상(reference image)이라 칭하고, 상기 참조 영상과 연속되는 영상으로서 상기 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하기 위한 대상이 되는 영상을 목표 영상(target image)이라 칭한다.An image processing apparatus for estimating an optical flow performs a process of estimating an optical flow from one image and another image successive thereto. Hereinafter, among the images used by the image processing apparatus to estimate the optical flow, an image serving as a current reference is referred to as a reference image, and an optical flow of the reference image is estimated as an image continuous with the reference image The target image is referred to as a target image.

본 명세서는 '브록스 등'에 개시된 전체 변동 방식의 옵티컬 플로 추정 알고리듬의 예를 들어 옵티컬 플로 추정 방법을 설명하나, 본 발명에 따르는 옵티컬 플로 추정 방법은 상기 알고리듬 만을 사용하는 것으로 제한되지 아니한다.Although the present specification describes an optical flow estimation method as an example of an optical flow estimation algorithm of the entire variation method disclosed in 'Brooks et al.', The optical flow estimation method according to the present invention is not limited to using only the above algorithm.

본 명세서에 개시된 영상 처리 장치가 상기 참조 영상 및 목표 영상 사이에서 상기 전체 변동 방식의 옵티컬 플로를 추정하는 방법은 다음 몇 가지 전제들을 기초로 수행된다. The method for estimating the optical flow of the entire variation method between the reference image and the target image is performed based on the following several assumptions.

첫 째, 움직임 방향에 따라 이동한 픽셀의 밝기 값(grey value)은 일정하게 유지된다(제 1 가정, Grey Value Constancy Assumption). 상기 제 1 가정은 연속되는 영상들 간의 픽셀들에 대한 옵티컬 플로의 정의에 해당한다. First, the gray value of the moved pixel is kept constant according to the movement direction (first assumption, Gray Value Constancy Assumption). The first hypothesis corresponds to the definition of the optical flow for pixels between consecutive images.

둘 째, 움직임 방향에 따라 이동한 픽셀의 밝기 값의 경사도(gradient)는 일정하게 유지된다(제 2 가정, Gradient Constancy Assumption). 상기 제 2 가정은 조명 등의 영향으로 픽셀들에 대한 명도(brightness)가 변하는 경우에 상기 제 1 가정을 보완함으로써 픽셀들의 옵티컬 플로를 결정할 수 있도록 하기 위한 것이다. 상기 제 2 가정에 따라 움직임 방향에 따라 이동된 픽셀의 밝기 값의 경사도는 변동되지 아니한다.Secondly, the gradient of the brightness value of the pixel moved according to the movement direction is kept constant (second assumption, gradient constraint assumpption). The second hypothesis is to be able to determine the optical flow of pixels by compensating for the first hypothesis in the case that the brightness for the pixels changes due to the influence of illumination or the like. The inclination of the brightness value of the pixel shifted according to the movement direction according to the second assumption does not vary.

셋 째, 옵티컬 플로 벡터 필드가 평탄(smooth)해야 한다(제 3 가정, Smoothness Assumption). 상기 제 3 가정은 어느 한 픽셀과 그 주변 픽셀들의 옵티컬 플로의 경사도의 상호 관계가 얼마나 공간 축 방향에서 일관성이 있는지에 관한 것이다. 최적화된 옵티컬 플로라면 이미지 내의 물체 경계 부근에서 불연속적인 값을 갖는다. 따라서, 이를 위하여 경계 보존(edge-preserving) 특성을 가지는 전체 변동 방식 형태의 에너지를 이용하여 옵티컬 플로 벡터 필드의 경계가 형성되도록 한다.Third, the optical flow vector field should be smooth (third assumption, Smoothness Assumption). The third hypothesis relates to how the interrelationship of the gradient of the optical flow of a pixel and its surrounding pixels is consistent in the spatial axis direction. An optimized optical flow has discontinuous values near the object boundary in the image. Accordingly, the boundary of the optical flow vector field is formed by using the energy of the total variation type having the edge-preserving characteristic.

상기 세 가지 가정들로부터 유도되는 에너지 값은 다음과 같다. 먼저, 상기 제 1 및 제 2 가정으로부터 유도되는 데이터 에너지(Data Energy)

Figure 112011076428575-pat00001
는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The energy values derived from these three assumptions are as follows. First, the data energy derived from the first and second hypotheses,
Figure 112011076428575-pat00001
Can be expressed as Equation (1).

Figure 112011076428575-pat00002
Figure 112011076428575-pat00002

여기서,

Figure 112011076428575-pat00003
는 시공간 축 상에서의 좌표,
Figure 112011076428575-pat00004
는 벡터의 형태로 표시된 옵티컬 플로, I는 밝기 값,
Figure 112011076428575-pat00005
는 전체 도메인(domain)을 나타내고
Figure 112011076428575-pat00006
,
Figure 112011076428575-pat00007
이다. 다음으로, 상기 제 3 가정으로부터 유도되는 평탄성 에너지(Smoothness Energy) 는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.here,
Figure 112011076428575-pat00003
Coordinates on a space-time axis,
Figure 112011076428575-pat00004
Is an optical flow in the form of a vector, I is a brightness value,
Figure 112011076428575-pat00005
Represents the entire domain
Figure 112011076428575-pat00006
,
Figure 112011076428575-pat00007
to be. Next, the smoothness energy derived from the third assumption can be expressed by Equation (2).

Figure 112011076428575-pat00008
Figure 112011076428575-pat00008

이와 같은 데이터 에너지 및 평탄성 에너지를 종합한 총 에너지

Figure 112011076428575-pat00009
는 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.This total energy, which is the sum of data energy and planar energy
Figure 112011076428575-pat00009
Can be expressed by the following equation (3).

Figure 112011076428575-pat00010
Figure 112011076428575-pat00010

여기서, 상기 총 에너지

Figure 112011076428575-pat00011
는 보정 계수
Figure 112011076428575-pat00012
를 이용하여 상기 데이터 에너지
Figure 112011076428575-pat00013
및 상기 평탄성 에너지
Figure 112011076428575-pat00014
를 종합하여 표현한 것이다. Here, the total energy
Figure 112011076428575-pat00011
Correction coefficient
Figure 112011076428575-pat00012
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112011076428575-pat00013
And the flat energy
Figure 112011076428575-pat00014
.

상기 영상 처리 장치가 총 에너지를 최소화하는 옵티컬 플로를 추정하는 방법은 다음과 같다. 변분법(Variational calculus)에 따르면 총 에너지

Figure 112011076428575-pat00015
를 최소화하는 u, v는 전술된 수학식 1 내지 수학식 3에서의 u, v에 대한 Euler-Lagrange 방정식을 만족시킨다. 따라서, 상기 영상 처리 장치는 상기 수학식 1 내지 수학식 3에서 u, v에 대한 Euler-Lagrange 방정식을 만족시키는 해를 구함으로써 총 에너지를 최소화하는 u, v의 값을 추정할 수 있다. A method for estimating an optical flow in which the image processing apparatus minimizes total energy is as follows. According to variational calculus, total energy
Figure 112011076428575-pat00015
U and v satisfy the Euler-Lagrange equations for u and v in the above-described equations (1) to (3). Therefore, the image processing apparatus can estimate the value of u, v that minimizes the total energy by obtaining a solution satisfying the Euler-Lagrange equation for u, v in Equations (1) to (3).

한편, 상기 총 에너지의 최소화 문제는 편미분 방정식의 해를 구하는 문제로 변형된다. 이때, 변형된 편미분 방정식이 비선형 방정식이므로, 상기 영상 처리 장치는 테일러 전개 및 고정점 반복법(fixed point iteration)을 통하여 상기 방정식들을 선형화 한다. 상기 영상 처리 장치는 이와 같은 선형화된 방정식을 풀기 위하여 SOR 또는 가우스-사이델(Gauss-Seidel) 등 반복(iteration) 기반의 선형 방정식 해법(linear solver)을 이용할 수 있다. 선형화된 방정식은 다음 수학식 4 및 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.On the other hand, the problem of minimizing the total energy is transformed into a problem of solving the partial differential equation. At this time, since the modified partial differential equation is a nonlinear equation, the image processing apparatus linearizes the equations through Taylor expansion and fixed point iteration. The image processing apparatus can use an iteration-based linear solver such as SOR or Gauss-Seidel to solve the linearized equation. The linearized equation can be expressed by the following equations (4) and (5).

Figure 112011076428575-pat00016
Figure 112011076428575-pat00016

Figure 112011076428575-pat00017
Figure 112011076428575-pat00017

여기서,

Figure 112011076428575-pat00018
,
Figure 112011076428575-pat00019
,
Figure 112011076428575-pat00020
,
Figure 112011076428575-pat00021
,
Figure 112011076428575-pat00022
,
Figure 112011076428575-pat00023
,
Figure 112011076428575-pat00024
,
Figure 112011076428575-pat00025
이며, kl은 각각 outer 와 inner fixed point iteration의 index이다.here,
Figure 112011076428575-pat00018
,
Figure 112011076428575-pat00019
,
Figure 112011076428575-pat00020
,
Figure 112011076428575-pat00021
,
Figure 112011076428575-pat00022
,
Figure 112011076428575-pat00023
,
Figure 112011076428575-pat00024
,
Figure 112011076428575-pat00025
, Where k and l are the indices of outer and inner fixed point iteration, respectively.

영상 처리 장치가 옵티컬 플로를 추정하기 위하여 하드웨어를 포함하도록 구현되어 있는 경우, 구현상의 제약 사항이 있다. 즉, 상기 영상 처리 장치는 참조 영상 내의 각 픽셀에 대한 옵티컬 플로를 추정하기 위해서는 수학식 4 및 수학식 5와 같은 방정식을 풀어야 한다. 예를 들어, 참조 영상이 HD 해상도인 1920x1080 크기의 영상이라면, 상기 영상 처리 장치는 상기 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하기 위하여 약 4M x 4M의 행렬을 사용한 연산을 수행하게 된다. 이 때, 상기 방정식을 풀기 위하여 상기 영상 처리 장치 내에 구현된 하드웨어 내에는 약 4M x 4M 행렬을 처리하기 위한 값들을 저장하기 위한 캐시(cache)가 포함될 필요가 있다. 다만, 참조 영상 전체에 대하여 전체 변동 방식에 의한 옵티컬 플로를 추정하는 연산을 수행하기 위하여 상기 영상 처리 장치의 집적회로 내에 이와 같은 크기의 캐시가 포함되도록 구현되는 것은 현실적이지 못하다. 또한, 상기 영상 처리 장치의 집적회로가 부분적인 연산을 통하여 옵티컬 플로를 추정하도록 구현되는 경우라 하더라도 큰 채널 대역폭(channel bandwidth)으로 인하여 구현 비용이 상승하게 된다.When the image processing apparatus is implemented to include hardware for estimating the optical flow, there are implementation limitations. That is, the image processing apparatus must solve equations (4) and (5) to estimate the optical flow for each pixel in the reference image. For example, if the reference image is a 1920x1080 image of HD resolution, the image processing apparatus performs an operation using a matrix of about 4M x 4M to estimate the optical flow of the reference image. At this time, in order to solve the above equation, the hardware implemented in the image processing apparatus needs to include a cache for storing values for processing a 4M x 4M matrix. However, it is not realistic to implement such an arrangement that a cache of such a size is included in an integrated circuit of the image processing apparatus in order to perform an operation of estimating an optical flow by the entire variation method for the entire reference image. In addition, even if the integrated circuit of the image processing apparatus is implemented to estimate the optical flow through a partial operation, the implementation cost is increased due to a large channel bandwidth.

블록 기반의 옵티컬 플로 추정Block-based optical flow estimation

본 명세서에 개시된 블록 기반 옵티컬 추정 방법이 개시된다. 참조 영상 전체에 포함된 픽셀에 대하여 전체 변동 (total variation) 방식으로 옵티컬 플로를 추정하는 것과는 달리, 상기 블록 기반 옵티컬 추정은 상기 참조 영상을 하나 이상의 참조 블록으로 구분하고, 상기 구분된 참조 블록에 포함된 픽셀에 대하여 전체 영상에 대한 추정 방식과 같이 블록 별로 전체 변동 방식에 의하여 옵티컬 플로를 추정하고, 상기 블록 별로 추정된 옵티컬 플로를 이용하여 전체 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하는 방법이다.A block-based optical estimation method disclosed herein is disclosed. The block-based optical estimation may divide the reference image into one or more reference blocks and include the reference blocks in the divided reference blocks, as opposed to estimating the optical flow with a total variation method for the pixels included in the entire reference image. Optical flow is estimated by the total variation method on a block-by-block basis as in the estimation method for the entire image with respect to the pixels that are estimated by the block-by-block basis, and optical flows of the entire reference image are estimated by using the optical flows estimated for each block.

이를 위하여, 본 명세서에는 참조 영상이 하나 이상의 블록으로 분할 되어 옵티컬 플로가 추정되는 방법이 개시된다. 본 명세서에 개시된 옵티컬 플로 추정 방법은 전체 영상에 대하여 한 번에 추정하는 연산을 수행하지 않고 블록 별로 분할하여 추정하므로, 상기 추정 방법이 구현된 집적 회로는 비교적 작은 크기의 캐시를 포함하도록 구현될 수 있다. To this end, a method is disclosed herein in which a reference image is divided into one or more blocks to estimate an optical flow. Since the optical flow estimation method disclosed in this specification is divided and estimated for each block without performing an operation for estimating the entire image at a time, the integrated circuit implemented with the estimation method can be implemented to include a relatively small size cache have.

또한, 본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정이 구현된 하드웨어에는 상기 블록 기반 추정을 위한 연산에 사용되는 일정 크기의 캐시가 포함될 수 있다.In addition, the hardware in which the block-based optical flow estimation disclosed herein is implemented may include a cache of a predetermined size used for the operation for the block-based estimation.

이하에서는, 본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정에 적용 가능한 방법들로서, 추정 대상이 되는 참조 블록을 구성하는 방법, 추정에 사용되는 목표 블록을 구성하는 방법, 블록간 평탄성을 확보하는 방법, 블록간 확산을 증가시키는 방법 등이 개시된다.Hereinafter, as methods applicable to the block-based optical flow estimation disclosed herein, there are a method of constructing a reference block to be an estimation object, a method of constructing a target block used for estimation, a method of securing inter-block flatness, A method of increasing liver diffusion and the like are disclosed.

옵티컬 플로 추정에 사용되는 블록의 구성Configuration of blocks used for optical flow estimation

이하, 도 1을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 블록 기반 옵티컬 플로 추정에 적용 가능한 참조 영상과 목표 영상의 블록에 대하여 설명된다. 도 1은 본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정에 사용되는 블록을 구성하는 방법을 도시한다.Hereinafter, a reference image and a target image block applicable to block-based optical flow estimation according to the embodiment disclosed herein will be described with reference to FIG. 1 illustrates a method for constructing a block used for block-based optical flow estimation disclosed herein.

상기 블록 기반 옵티컬 플로 추정을 수행하는 영상 처리 장치는 추정 대상이 되는 참조 영상(10)을 특정 크기를 가진 복수의 블록들(이하, 참조 블록들로 지칭)로 구분한다. 상기 참조 블록의 크기는 상기 추정 방법이 구현되는 하드웨어의 캐시의 크기를 고려하여 결정될 수 있다. The image processing apparatus for performing the block-based optical flow estimation divides the reference image 10 to be estimated into a plurality of blocks having a specific size (hereinafter referred to as reference blocks). The size of the reference block may be determined in consideration of the size of the cache of the hardware in which the estimation method is implemented.

또한, 상기 영상 처리 장치는 상기 참조 영상(10)과 연속되는 목표 영상(20)을 상기 참조 블록들과 각각 대응이 되도록 복수의 블록들(이하, 목표 블록들로 지칭)로 구분한다. 상기 목표 블록의 크기는 상기 참조 블록의 크기와 다를 수 있다. 상기 구분된 참조 블록들 내에 존재하는 모든 픽셀들에 대하여 각 대응되는 픽셀들이 존재하도록, 상기 픽셀들의 움직임을 고려하여 상기 목표 블록의 크기는 상기 참조 블록의 크기보다 크게 결정될 수 있다.In addition, the image processing apparatus divides the target image 20, which is continuous with the reference image 10, into a plurality of blocks (hereinafter, referred to as target blocks) so as to correspond to the reference blocks. The size of the target block may be different from the size of the reference block. The size of the target block may be determined to be larger than the size of the reference block in consideration of the motion of the pixels so that there are corresponding pixels for all the pixels existing in the divided reference blocks.

도 1의 (a)를 참조하여 예를 들면, 상기 참조 영상(10)이 8개의 참조 블록들(11 내지 18)로 구분되고, 상기 목표 영상(20)이 상기 각 참조 블록들에 대응되는 목표 블록들(21 내지 28)로 구분된다. 또한, 도 1의 (b)를 참조하여 예를 들면, 상기 목표 블록들 중 어느 하나(23)는 상기 참조 블록들 중 어느 하나(13)에 대응되는 위치뿐 아니라 검색 범위(23'')를 포함한 영역(23') 내에서 결정된다. 상기 검색 범위를 포함한 영역(23') 내에서 구분되는 상기 목표 블록은 다양한 방법에 따라 결정될 수 있다.Referring to FIG. 1 (a), for example, the reference image 10 is divided into eight reference blocks 11 to 18, and the target image 20 is divided into a plurality of reference blocks And blocks 21 through 28. [ Referring to FIG. 1B, for example, one of the target blocks 23 has a search range 23 '' as well as a position corresponding to one of the reference blocks 13 Is included in the region 23 '. The target block divided in the area 23 'including the search range can be determined according to various methods.

블록 기반 옵티컬 플로 추정 방법Block-based optical flow estimation method

이하, 도 2를 참조하여 블록 기반의 옵티컬 플로 추정을 위하여 전체 변동 방식을 이용하는 과정을 설명한다. 도 2는 전체 변동 방식에 따른 옵티컬 플로를 추정하는 과정을 도시한다. 전술된 바와 같이, 상기 참조 영상에 포함되는 하나 이상의 참조 블록들 각각의 옵티컬 플로를 추정하는 과정은 참조 영상 전체에 대하여 전체 변동 방식으로 옵티컬 플로를 추정하는 과정과 유사하다. 상기 블록 기반의 옵티컬 플로 추정은 각 참조 블록들에 대하여 추정된 옵티컬 플로를 이용하여 전체 옵티컬 플로를 추정하는 과정을 포함하여 이루어진다.Hereinafter, a process of using the total variation method for block-based optical flow estimation will be described with reference to FIG. FIG. 2 illustrates a process of estimating an optical flow according to a total variation method. As described above, the process of estimating the optical flow of each of the one or more reference blocks included in the reference image is similar to the process of estimating the optical flow with the entire variation method for the entire reference image. The block-based optical flow estimation includes a process of estimating the entire optical flow using the optical flows estimated for the respective reference blocks.

도 2를 참조하면, 상기 영상 처리기는 먼저 참조 영상, 상기 참조 영상의 경사도, 상기 목표 영상, 상기 목표 영상의 경사도 및 이전 단계에서 계산된 옵티컬 플로를 기초로 워핑(warping) 연산을 수행한다. 도 2에 표시된 표기 중 gx,1는 참조 블록의 x 방향의 미분을 나타내고, gx,2는 목표 블록의 x 방향의 미분을 나타낸다.Referring to FIG. 2, the image processor performs a warping operation based on the reference image, the gradient of the reference image, the target image, the gradient of the target image, and the optical flow calculated in the previous step. In the notation shown in FIG. 2, g x, 1 represents the derivative of the reference block in the x direction, g x, 2 represents the derivative of the target block in the x direction.

상기 영상 처리기는 상기 워핑 연산의 결과 및 상기 옵티컬 플로의 경사도를 기초로, 전술된 바와 같은, 총 에너지의 최소화 문제를 풀이할 수 있는 선형화된 방정식을 구성한다. 이후 상기 영상 처리기는 반복 기반의 선형 방정식 해법을 이용하여 상기 방정식을 풀이하고 상기 풀이 결과를 기초로 옵티컬 플로를 추정한다. The image processor constructs a linearized equation that can solve the problem of minimizing the total energy, as described above, based on the result of the warping operation and the gradient of the optical flow. The image processor then solves the equation using an iterative based linear equation solution and estimates the optical flow based on the solution.

한편, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 영상 처리 장치는 각 피라미드 레벨(pyramidal level)에서의 참조 영상에 대하여 블록 기반 방법으로 옵티컬 플로를 추정할 수 있다. 즉, 상기 영상 처리 장치는 도 2를 참조하여 설명된 전체 변동 방식의 옵티컬 플로 추정을 상기 참조 영상의 각 피라미드 레벨에 적용함으로써, 각 피라미드 레벨에서 블록 기반의 옵티컬 플로 추정을 수행할 수 있다.Meanwhile, an image processing apparatus according to the embodiments disclosed herein can estimate optical flows in a block-based manner on a reference image at each pyramidal level. That is, the image processing apparatus can perform block-based optical flow estimation at each pyramid level by applying the optical flow estimation of the entire variation method described with reference to FIG. 2 to each pyramid level of the reference image.

이러한 경우, 전술된 바와 같이 상기 영상 처리 장치에 블록 기반의 옵티컬 플로 추정에 사용되는 일정 크기의 캐시가 포함된 하드웨어가 구현되어 있으므로, 상기 영상 처리 장치는 상기 참조 영상에 대한 모든 피라미드 단계(pyramidal level)들을 위하여 한 가지 크기의 선형 시스템에 대한 연산만을 수행하도록 구현될 수 있다.In this case, since the hardware including the cache of a predetermined size used for the block-based optical flow estimation is implemented in the image processing apparatus as described above, the image processing apparatus performs all the pyramidal level ) To perform only operations on a linear system of one size.

블록간 평탄성(Smoothness) 확보Ensuring block-to-block smoothness

이하, 본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정에 적용 가능한 블록간 평탄성을 확보하는 방법이 설명된다. 도 3은 본 명세서에 개시된 옵티컬 플로 추정에 적용 가능한 참조 블록의 구성 방법이다. 도 3을 참조하여, 옵티컬 플로의 평탄성을 확보하기 위한 참조 블록의 구성 방법이 개시된다.Hereinafter, a method for ensuring block-to-block flatness applicable to the block-based optical flow estimation disclosed herein will be described. 3 is a method of constructing a reference block applicable to the optical flow estimation disclosed herein. Referring to Fig. 3, a method of constructing a reference block for ensuring the flatness of the optical flow is disclosed.

블록 기반으로 옵티컬 플로를 추정하기 위하여 사용되는 상기 참조 블록들이 상기 참조 영상으로부터 단순하게 구분된다면, 상기 참조 블록들의 경계에서 옵티컬 플로의 평탄성이 보장되지 아니한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정 방법에서는 영상 처리 장치가 옵티컬 플로를 추정하고자 하는 대상이 되는 블록보다 하나 이상의 픽셀이 더 포함되도록 참조 블록을 구성한다.If the reference blocks used for estimating the optical flow based on the block are simply distinguished from the reference image, the flatness of the optical flow at the boundary of the reference blocks is not guaranteed. Therefore, in the block-based optical flow estimation method disclosed in the present specification, the reference block is configured such that the image processing apparatus further includes one or more pixels than the block to which the optical flow is to be estimated.

도 3을 참조하면, 상기 참조 영상(10)을 블록 별로 구분함에 있어 옵티컬 플로를 추정하고자 하는 대상이 되는 블록(13')이 (m x m)의 크기를 가진다면, 실제 옵티컬 플로 추정을 위하여 참조되는 참조 블록(13)은 (m+2 x m+2)의 크기를 가진다. 상기 영상 처리 장치는 이와 같이 참조 블록(13)을 옵티컬 플로 추정의 대상이 되는 블록(13')보다 크게 결정함으로써 상기 옵티컬 플로 추정 대상이 되는 블록(13')의 경계 안쪽에 위치하는 픽셀에 대한 강도 및 옵티컬 플로의 경사도를 정확하게 계산할 수 있게 된다. 또한 상기 영상 처리 장치는 상기 블록(13)' 바깥의 옵티컬 플로를 참조함으로써 블록간 평탄성을 적용할 수 있다.Referring to FIG. 3, when the reference image 10 is divided into blocks, if the block 13 'to be estimated for the optical flow has a size of (mxm), it is referred to for actual optical flow estimation The reference block 13 has a size of (m + 2 x m + 2). The image processing apparatus determines the reference block 13 to be larger than the block 13 'to be subjected to the optical flow estimation, The intensity and the inclination of the optical flow can be accurately calculated. Also, the image processing apparatus can apply inter-block flatness by referring to the optical flow outside the block (13) '.

블록간 확산 (diffusion) 증대Increase diffusion between blocks

이하, 본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정에 적용 가능한 블록간 확산(diffusion)을 증대하는 방법이 설명된다.Hereinafter, a method for enhancing inter-block diffusion applicable to the block-based optical flow estimation disclosed herein will be described.

블록 기반의 옵티컬 플로를 추정하는 것은 블록간 확산을 증대하는 방법을 사용하지 아니하면 전체 영상 기반의 추정 방식과 비교하여 블록간의 확산이 약하고 비슷한 양의 계산을 수행해야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정은 참조 영상의 특성을 고려하여 블록간 확산 증대를 위한 과정을 포함하도록 구성될 수 있다.Estimation of block-based optical flows requires a similar amount of computation with less spread between blocks compared with the full image-based estimation method, unless a method of increasing inter-block spreading is used. Accordingly, the block-based optical flow estimation disclosed in the present specification can be configured to include a process for increasing inter-block spreading considering characteristics of a reference image.

어떤 실시 예들에서는 블록 기반 옵티컬 플로를 추정하는 상기 영상 처리 장치가 변형된 고정점 반복법(fixed point iteration)을 적용함으로써 블록간 확산을 증대시킬 수 있다. In some embodiments, the image processing apparatus for estimating a block-based optical flow may apply inter-block spreading by applying a modified fixed point iteration.

상기 변형된 고정점 반복법은, 예를 들어, 선형 방정식을 풀기 위하여 사용되는 반복 기반의 선형 방정식 해법 중 가우스-사이델 방법을 변형한 블록 가우스-사이델(block Gauss-Seidel; BGS) 방법을 사용한 것일 수 있다. 상기 블록 가우스-사이델 방법은 교호형 블록 범위(alternated block coverage; ABC) 방법으로 불릴 수도 있다.The modified fixed-point iterative method can be used, for example, by using a block Gauss-Seidel (BGS) method in which a Gauss-Cilel method is modified from a repetition-based linear equation solution used to solve a linear equation Lt; / RTI > The block Gauss-cidel method may also be referred to as an alternate block coverage (ABC) method.

도 4는 블록 가우스-사이델 방법에 따라 옵티컬 플로 추정하는 연산 방법을 도시한다. 도 4를 참조하면, 가우스-사이델 방법은 도 4의 (a)와 같이 하나의 참조 블록에 대하여 총 k번의 외측 고정점 반복법(outer fixed point iteration)을 수행하여 전체 참조 블록들이 처리되는 방식이나, 상기 블록 가우스-사이델 방법은 도 4의 (b)와 같이 전체 참조 블록들에 대하여 각 참조 블록 당 한 번의 반복 연산(iteration)만을 수행되고, 이와 같은 연산이 전체 참조 블록들에 대하여 총 k 번 반복되도록 하는 방식을 말한다. 상기 블록 가우스 사이델 방법의 사용은 옵티컬 플로 추정을 위한 전체 연산양을 비슷하게 유지하면서 블록간의 확산이 증가시킨다. Fig. 4 shows a calculation method of optical flow estimation according to a block Gauss-Cydel method. Referring to FIG. 4, the Gauss-cadel method is a method in which all reference blocks are processed by performing a total of k outer fixed point iterations for one reference block as shown in FIG. 4 (a) , The block Gaussian-cryptanalysis method performs only one iteration for each reference block for all reference blocks as shown in FIG. 4 (b) Repeated times. The use of the block Gauss cipher method increases diffusion between blocks while keeping the total amount of computation for optical flow estimation similar.

상기 블록 가우스 사이델 방법에서 반복 연산이 적용되는 참조 블록들의 순서는 순차적이거나, 또는 비순차적일 수 있다. The order of the reference blocks to which the iterative operation is applied in the block Gaussian cipher method may be sequential or non-sequential.

또한, 어떤 실시 예들에서는 블록 기반 옵티컬 플로를 추정하는 상기 영상 처리 장치가 연장된 참조 블록을 적용함으로써 블록간 확산을 증대시킬 수 있다. 상기 연장된 참조 블록을 사용하는 방법은 연장된 블록 범위(Extended Block Coverage; EBC) 방법으로 불릴 수 있다.Further, in some embodiments, the image processing apparatus for estimating a block-based optical flow can increase inter-block spreading by applying an extended reference block. The method of using the extended reference block may be referred to as an Extended Block Coverage (EBC) method.

상기 연장된 블록 범위 방법에서는 옵티컬 플로를 추정하기 위한 참조 블록의 크기가 연산의 대상이 되는 범위의 크기보다 작다. 즉, 상기 연장된 블록 범위 방법의 연산 대상이 되는 범위는 참조 블록을 포함한다. In the extended block range method, the size of the reference block for estimating the optical flow is smaller than the size of the range to be calculated. That is, a range to be an operation target of the extended block range method includes a reference block.

도 5는 연장된 블록 범위 방법에 따라 옵티컬 플로 추정하는 연산 방법을 도시한다. 도 5를 참조하면, 상기 영상 처리 장치는, 예를 들어, 도 5의 (a)의 참조 블록(17')의 옵티컬 플로를 추정하기 위하여 연장된 블록(17)을 이용하여 추정 연산을 수행한다. 이 경우 도 5의 (b)에 나타난 목표 블록(27)을 이용하여 블록 기반의 추정 과정을 수행한다. 이와 같이 결정된 참조 블록들을 이용하여 상기 연장된 블록 범위 방법에 따라 옵티컬 플로를 추정하는 방법은 도 6에 도시된 바와 같으며, 이는 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 전체 변동 방식의 연산과 동일하므로 생략된다. 상기 영상 처리 장치는 상기 참조 영상(10)으로부터 구분된 참조 블록들에 대하여 순차적 또는 비순차적으로 상기 연장된 블록 범위 방법을 수행함으로써 블록간 확산이 증가된 전체 영상의 옵티컬 플로를 추정할 수 있다.FIG. 5 shows an operation method for optical flow estimation according to an extended block range method. Referring to FIG. 5, the image processing apparatus performs an estimation operation using an extended block 17, for example, to estimate an optical flow of a reference block 17 'in FIG. 5 (a) . In this case, a block-based estimation process is performed using the target block 27 shown in FIG. 5 (b). The method of estimating the optical flow according to the extended block range method using the reference blocks thus determined is as shown in FIG. 6, which is the same as the operation of the total variation method as described with reference to FIG. 2 Is omitted. The image processing apparatus can estimate the optical flow of the whole image in which the inter-block spread is increased by performing the extended block range method sequentially or non-sequentially on the reference blocks separated from the reference image 10.

이와 같이 연산 대상이 넓어지는 상기 연장된 블록 범위 방법에서는 참조 블록들 사이의 확산 강도가 마치 연산의 대상이 되는 블록 내부의 확산 강도와 같이 강하게 되나, 연산 대상이 넓어지게 되어 연산양이 증가할 수 있다. 따라서, 상기 영상 처리 장치는 넓어진 연산 대상에 대하여 영상의 경사도 및 옵티컬 플로를 샘플링함으로써 선형 시스템의 행렬 크기를 동일하게 유지한다. 상기 연장된 블록 범위 방법을 위하여 사용되는 샘플링 비율(sampling rate)은 상기 연장된 블록 범위의 크기에 해당하는 영상이 상기 샘플링을 통하여 상기 옵티컬 플로 추정에 사용되는 블록 범위보다 작거나 같아지도록 결정된다.In the extended block range method in which the object of calculation is widened in this manner, the diffusion strength between the reference blocks becomes strong as the diffusion intensity inside the block to be computed, but the computation object becomes wider, have. Therefore, the image processing apparatus keeps the matrix size of the linear system the same by sampling the gradient of the image and the optical flow with respect to the widened calculation object. A sampling rate used for the extended block range method is determined such that an image corresponding to the size of the extended block range is less than or equal to a block range used for the optical flow estimation through the sampling.

또한, 어떤 실시 예들에서는 블록 기반 옵티컬 플로를 추정하는 상기 영상 처리 장치가 블록이 겹쳐지도록 연산을 수행함으로써 블록간 확산을 증대시킬 수 있다. 이와 같이 겹치진 블록을 사용하는 방법은 구분된 블록 범위(Separated Block Coverage; SBC) 방법으로 불릴 수 있다.Further, in some embodiments, the image processing apparatus for estimating a block-based optical flow can increase inter-block spreading by performing an operation so that blocks overlap. The method of using such overlapped blocks may be referred to as the Separated Block Coverage (SBC) method.

도 7은 구분된 블록 범위 방법에 따라 옵티컬 플로 추정하는 연산 방법을 도시한다. 도 7을 참조하면, 상기 영상 처리 장치는, 예를 들어, 도 7의 (a)의 참조 블록(12)에 대한 블록 기반의 옵티컬 플로를 추정하는 연산을 수행한 후, 상기 참조 블록(12)와 부분적으로 겹치는 다음 참조 블록(13)에 대하여 추정 연산을 수행한다. 이 경우, 각 블록 기반 옵티컬 플로 추정 연산마다 도 7의 (b)의 상기 참조 블록들에 대응되는 목표 블록들(22 및 23)을 이용하여 블록별 옵티컬 플로 추정이 수행된다. 상기 목표 블록들은 각각 연산이 수행되는 참조 블록에 대응되는 블록들(22' 및 23')과는 다른 범위로 결정될 수 있다. 상기 영상 처리 장치는 상기 참조 영상(10)으로부터 구분된 참조 블록들에 대하여 순차적 또는 비순차적으로 옵티컬 플로를 추정하며, 이 경우 상기 각 참조 블록들의 일부가 겹치게 됨으로써 상기 참조 영상(10) 전체에 대한 옵티컬 플로는 블록간 확산이 증가된다.FIG. 7 shows an operation method of optical flow estimation according to the divided block range method. 7, the image processing apparatus performs an operation for estimating a block-based optical flow for the reference block 12 of FIG. 7A, for example, And then performs an estimation operation on the next reference block 13 that partially overlaps the reference block 13. In this case, for each block-based optical flow estimation operation, block-by-block optical flow estimation is performed using the target blocks 22 and 23 corresponding to the reference blocks shown in FIG. 7B. Each of the target blocks may be determined to have a different range from the blocks 22 'and 23' corresponding to the reference block in which the operation is performed. The image processing apparatus estimates an optical flow sequentially or non-sequentially with respect to the reference blocks separated from the reference image 10. In this case, a part of the reference blocks are overlapped with each other, Optical flow increases the inter-block spread.

상기 겹치는 블록을 사용하는 방법을 사용하는 경우 연산 대상이 넓어질 수 있으므로, 상기 영상 처리 장치는 넓어진 연산 대상에 대하여 영상의 경사도 및 옵티컬 플로를 샘플링함으로써 선형 시스템의 행렬 크기를 동일하게 유지할 수 있다. 이경우, 상기 샘플링에 사용되는 비율은 연산 대상이 되는 블록의 크기와 상기 샘플링을 통하여 상기 옵티컬 플로 추정에 사용되는 블록의 크기를 고려하여 결정된다.When the method using the overlapping block is used, the image processing apparatus can keep the matrix size of the linear system the same by sampling the gradient of the image and the optical flow with respect to the wider calculation object. In this case, the ratio used for the sampling is determined in consideration of the size of the block to be computed and the size of the block used for the optical flow estimation through the sampling.

또한, 상기 겹치는 블록을 사용하는 방법에 따라 상기 결정된 참조 블록들에 대한 각각의 옵티컬 플로를 추정하는 방법은 도 8에 도시된 바와 같으며, 이는 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 전체 변동 방식의 연산과 동일하므로 생략된다.In addition, a method of estimating each optical flow for the determined reference blocks according to the method of using the overlapping block is as shown in FIG. 8, And is omitted.

피라미드 레벨에 따른 추정 방법Estimation method based on pyramid level

이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 영상 처리 장치가 피라미드 레벨에 따라 옵티컬 플로 추정 방법을 결정하는 방법이 개시된다.A method of determining an optical flow estimation method according to a pyramid level is disclosed in an image processing apparatus according to embodiments disclosed herein.

본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 상기 영상 처리 장치는 블록 기반으로 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하기 위하여 상기 참조 영상의 영상 피라미드(image pyramid)를 이용할 수 있다.The image processing apparatus according to embodiments disclosed herein may use an image pyramid of the reference image to estimate an optical flow of the reference image on a block basis.

영상 피라미드를 이용한 영상 처리는 처리 대상이 되는 영상을 해상도에 따라 구분하여 처리하기 위한 것이다. 상기 영상 피라미드를 이용한 영상 처리 방법은 영상 처리 시간을 줄이기 위하여 사용된다. 예를 들어, 옵티컬 플로 추정의 대상이 되는 참조 영상의 데이터량이 많은 경우, 상기 참조 영상을 원시 영상으로 하여 그 특징은 유지한 채 영상의 크기를 축소하고, 축소된 영상에 대하여 옵티컬 플로 추정 연산을 수행함으로써 많은 양의 데이터 처리를 위해 소요되는 시간이 절약될 수 있다.The image processing using the image pyramid is for dividing and processing the image to be processed according to the resolution. The image processing method using the image pyramid is used to reduce image processing time. For example, when the amount of data of a reference image to be subjected to optical flow estimation is large, the reference image is used as a raw image, the size of the image is reduced while maintaining its characteristics, and an optical flow estimation operation is performed on the reduced image By doing so, the time required for processing large amounts of data can be saved.

상기 영상 피라미드는 각 피라미드 레벨(pyramidal level)에 따라 서로 다른 크기를 가지는 영상들의 집합을 지칭한다. 피라미드 형태와 같이 가장 낮은 수준을 나타내는 L0는 가장 큰 크기의 영상을 나타내며, 레벨이 증가할수록 영상의 크기가 감소된다.The image pyramid refers to a set of images having different sizes according to each pyramidal level. L0, which represents the lowest level, such as the pyramid shape, represents the largest image size, and the image size decreases as the level increases.

전술된 블록 기반의 옵티컬 플로 추정 방법을 구현한 하드웨어가 특정 크기의 참조 블록을 처리하는 캐시를 가지고 있는 경우에, 상기 하드웨어를 포함하도록 구성된 영상 처리 장치가 서로 다른 해상도를 가지는 참조 영상의 각 피라미드 레벨에서의 옵티컬 플로를 추정 방법을 결정하는 것에 대하여 기술된다.In the case where the hardware implementing the above-described block-based optical flow estimation method has a cache for processing a reference block of a specific size, the image processing apparatus configured to include the hardware generates the pyramid level Desc / Clms Page number 5 > determining the optical flow estimation method in the first embodiment.

상기 블록 기반의 옵티컬 플로를 추정하는 대상이 되는 참조 영상의 해상도가, 예를 들어, Full HD에 해당하는 1920x1080 인 경우, 상기 참조 영상의 영상 피라미드는 각 피라미드 레벨에 따라 L0는 1920x1080, L1는 960x540, L2는 480x270, L3는 240x135, L4는 120x68, L5는 60x34, L6는 30x17, 그리고 L7은 15x9의 해상도를 갖는 영상들의 집합으로 이루어질 수 있다.If the resolution of the reference image to be estimated for the block-based optical flow is, for example, 1920x1080 corresponding to Full HD, the image pyramid of the reference image has L0 of 1920x1080 according to each pyramid level, L1 is 960x540 , L2 is 480x270, L3 is 240x135, L4 is 120x68, L5 is 60x34, L6 is 30x17, and L7 is a set of images having a resolution of 15x9.

만약, 상기 하드웨어가, 예를 들어, 16x16 크기의 참조 블록을 처리하는 캐시를 가지고 있는 경우, L7의 참조 영상은 상기 하드웨어를 이용하여 처리할 수 있으나, L7의 참조 영상은 상기 하드웨어의 캐시 크기를 고려하여 처리 가능한 참조 블록의 크기보다 작은 크기를 가지는 영상이므로 블록 기반 추정방법의 특징이 드러나지 아니한다.For example, if the hardware has a cache for processing a 16x16 reference block, the reference image of L7 can be processed using the hardware, but the reference image of L7 can be used as the cache size of the hardware And the size of the reference block is smaller than the size of the reference block that can be processed. Therefore, the feature of the block-based estimation method is not disclosed.

또한, 상기 영상 처리 장치는 상기 영상 피라미드 중에서 L5 내지 L6에 해당하는 영상을 위하여 상기 블록 가우스-사이델 방법을 적용할 수 있다. 16x16 크기를 처리할 수 있는 캐시를 가진 하드웨어를 포함하는 상기 영상 처리 장치는 L5 내지 L6에 해당하는 참조 영상에 대하여 몇 개의 참조 블록으로 구분하여 옵티컬 플로를 처리할 수 있다.Also, the image processing apparatus may apply the block Gauss-cadel method for images corresponding to L5 to L6 among the image pyramids. The image processing apparatus including hardware having a cache capable of processing a 16x16 size can process an optical flow by dividing a reference image corresponding to L5 to L6 into several reference blocks.

또한, 상기 영상 처리 장치는 상기 영상 피라미드 중에서 L3 이하에 해당하는 영상은 상기 연장된 블록 범위 방법 또는 상기 겹치는 블록 범위 방법을 적용할 수 있다. 상기 영상 처리 장치는 상기 L3 이하에 해당하는 영상에 대하여 옵티컬 플로를 추정하는 과정 중에서 상기 캐시 크기를 고려한 샘플링을 수행함으로써 블록 기반 옵티컬 플로 추정을 수행하면서 블록간 확산을 증가시킬 수 있도록 할 수 있다.In addition, the image processing apparatus may apply the extended block range method or the overlapped block range method to an image corresponding to L3 or less among the image pyramids. The image processing apparatus can perform block-based optical flow estimation and increase inter-block spreading by performing sampling in consideration of the cache size in a process of estimating an optical flow for an image corresponding to L3 or less.

다만, 상기 영상 처리 장치가 블록 기반 옵티컬 추정 방법을 결정하는 것은 위와 같이 참조 영상의 피라미드 레벨에 따른 영상의 크기를 고려하나 이에 국한되는 것은 아니다.However, the above-mentioned image processing apparatus determines the block-based optical estimation method considering the size of the image according to the pyramid level of the reference image, but it is not limited thereto.

본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 블록 기반의 옵티컬 플로 추정을 수행하는 방법은 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다. 상기 영상 처리 장치는 블록 기반의 옵티컬 플로 추정을 수행하는 제어부(control unit) 및 상기 추정 과정에서 선형 시스템을 풀이하기 위하여 참조 블록 정보를 저장하는 캐시(cache)를 포함하도록 구성될 수 있다.A method for performing block-based optical flow estimation in accordance with the embodiments disclosed herein may be implemented in a recording medium readable by a computer or similar device using, for example, software, hardware, or a combination thereof have. The image processing apparatus may be configured to include a control unit for performing block-based optical flow estimation and a cache for storing reference block information for solving the linear system in the estimation process.

하드웨어적인 구현에 의하면, 지금까지 설명된 블록 기반 옵티컬 플로 추정 방법들을 수행하는 제어부는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 상기 캐시는 상기 제어부에 포함된 형태의 하드웨어로 구현되나, 상기 제어부와는 별도 메모리 형태로 구현될 수 있다.According to a hardware implementation, the controller for performing the block-based optical flow estimating methods described above may be implemented by application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs) , FPGAs (field programmable gate arrays, processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and other units for performing other functions) . The cache may be implemented in hardware of the type included in the controller, but may be implemented in a memory separate from the controller.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 영상 처리 장치의 메모리에 저장되고, 상기 제어부에 의해 실행될 수 있다.According to a software implementation, embodiments such as the procedures and functions described herein may be implemented with separate software modules. Each of the software modules may perform one or more of the functions and operations described herein. Software code can be implemented in a software application written in a suitable programming language. The software code may be stored in a memory of the image processing apparatus and executed by the control unit.

본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed in this specification, and the present invention can be modified, changed, or improved in various forms within the scope of the present invention and the claims.

Claims (11)

저장 영역을 가진 영상 처리 장치가 옵티컬 플로를 추정하는 방법으로서,
참조 영상 내의 상기 저장 영역의 크기에 따라 구분된 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 각 참조 블록들의 옵티컬 플로를 기초로 상기 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하는 단계를 포함하며,
상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계는,
각 참조 블록을 포함하며 각 참조 블록보다 더 큰 범위를 가지는 연장 블록들을 결정하는 단계;
상기 연장 블록들 각각에 대해, 영상 경사도 및 기 계산된 옵티컬 플로에 근거하여 샘플링을 수행하고, 샘플링된 영상들에 대해 옵티컬 플로를 추정하여 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계를 더 포함하며,
상기 샘플링의 샘플링 비율은,
상기 샘플링된 영상들의 크기가, 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로 추정에 사용되는 블록 범위 이하가 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
A method of estimating an optical flow of an image processing apparatus having a storage area,
Estimating an optical flow of reference blocks divided according to the size of the storage area in the reference image; And
Estimating an optical flow of the reference image based on optical flow of each of the estimated reference blocks,
Wherein estimating the optical flow of the reference blocks comprises:
Determining extension blocks including each reference block and having a larger extent than each reference block;
Further comprising the steps of: performing, for each of the extension blocks, sampling based on the image gradient and the pre-calculated optical flow, and estimating an optical flow of the sampled images to estimate an optical flow of the reference blocks,
The sampling rate of the sampling may be,
Wherein the size of the sampled images is determined to be less than or equal to a block range used for optical flow estimation of the reference blocks.
제 1 항에 있어서, 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계는
상기 각 참조 블록들에 대하여 상기 각 참조 블록과 대응되며, 상기 옵티컬 플로를 추정하기 위한 대상이 되는 목표 영상 내의 목표 블록을 기초로 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. The method of claim 1, wherein estimating the optical flow of the reference blocks comprises:
Wherein each of the reference blocks corresponds to each of the reference blocks and is estimated based on a target block in the target image to be estimated for the optical flow.
제 2 항에 있어서, 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하는 단계는
상기 각 참조 블록들의 특정 순서에 따라 옵티컬 플로를 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. The method of claim 2, wherein estimating the optical flow of the reference blocks comprises:
And estimating an optical flow according to a specific order of each of the reference blocks.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 영상의 옵티컬 플로를 추정하는 영상 처리 장치로서,
참조 영상 내의 참조 블록들의 영상 정보를 저장하는 저장부; 및
상기 저장부에 저장 가능한 크기로 상기 참조 영상으로부터 구분된 상기 참조 블록들의 영상 정보를 상기 저장부에 저장하고, 상기 저장된 영상 정보 및 목표 블록 내의 영상정보를 기초로 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하고, 상기 추정된 각 참조 블록들의 옵티컬 플로를 기초로 상기 참조 영상의 옵티컬 플로를 추정하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
각 참조 블록을 포함하며 각 참조 블록보다 더 큰 범위를 가지는 연장 블록들을 결정하고, 결정된 상기 연장 블록들 각각에 대해 영상 경사도 및 기 계산된 옵티컬 플로에 근거하여 샘플링을 수행하며, 샘플링된 영상들로부터 옵티컬 플로를 추정하여 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로를 추정하고,
상기 샘플링의 샘플링 비율은,
상기 샘플링된 영상들의 크기가, 상기 참조 블록들의 옵티컬 플로 추정에 사용되는 블록 범위 이하가 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
1. An image processing apparatus for estimating an optical flow of an image,
A storage unit for storing image information of reference blocks in a reference image; And
Storing the image information of the reference blocks separated from the reference image in a size that can be stored in the storage unit in the storage unit and estimating an optical flow of the reference blocks based on the stored image information and the image information in the target block And a controller for estimating an optical flow of the reference image based on the estimated optical flows of the reference blocks,
Wherein,
Determining extension blocks each containing a reference block and having a greater range than each reference block, performing sampling based on the image gradient and the pre-calculated optical flow for each of the determined extension blocks, Estimating an optical flow of the reference blocks by estimating an optical flow,
The sampling rate of the sampling may be,
Wherein the size of the sampled images is determined to be less than or equal to a block range used for optical flow estimation of the reference blocks.
제 9 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 참조 영상에서 상기 참조 블록을 포함하는 영역 내의 영상 정보를 샘플링하여 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
10. The apparatus of claim 9, wherein the control unit
Wherein the image processing unit samples image information in an area including the reference block in the reference image and stores the sampled image information in the storage unit.
제 9 항에 있어서, 상기 참조 블록은
상기 다른 참조 블록과 영상의 일부가 겹치도록 구분된 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the reference block is divided so that a part of the image overlaps with the other reference block.
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