KR102187639B1 - Method for removing noise for infrared image - Google Patents

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KR102187639B1 KR1020190077389A KR20190077389A KR102187639B1 KR 102187639 B1 KR102187639 B1 KR 102187639B1 KR 1020190077389 A KR1020190077389 A KR 1020190077389A KR 20190077389 A KR20190077389 A KR 20190077389A KR 102187639 B1 KR102187639 B1 KR 102187639B1
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Abstract

본 발명은 적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로컬 필터 및 글로벌 최적화를 기반으로 적외선 영상의 잡음을 제거한다. 본 발명에 의하면, 윤곽선 보존 평탄화 필터를 이용하여 적외선 영상의 중요한 정보를 포함하는 윤곽선 또는 구조물 정보는 보존하면서 배경 등에 포함되어 있는 잡음을 제거함으로써, 영상 인식, 영역 분할, 물체 검출 등의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다.The present invention relates to a noise removal method for an infrared image, and more particularly, to remove noise from an infrared image based on a local filter and global optimization. According to the present invention, the accuracy of image recognition, region segmentation, object detection, etc. is improved by removing noise included in the background while preserving contour or structure information including important information of an infrared image using a contour preserving flattening filter. To be able to.

Description

적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법{METHOD FOR REMOVING NOISE FOR INFRARED IMAGE}Noise reduction method for infrared image {METHOD FOR REMOVING NOISE FOR INFRARED IMAGE}

본 발명은 적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 윤곽선 보존 평탄화 필터를 이용하여 적외선 영상의 윤곽선 또는 구조물 정보는 보존하면서 잡음을 제거할 수 있도록 하는 적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a noise removal method for an infrared image, and more particularly, to a noise removal method for an infrared image capable of removing noise while preserving contour or structure information of an infrared image using a contour preserving flattening filter. About.

적외선 (infrared) 영상시스템은 최근 다양한 분야에서 활용되고 있다. 일반 가시광 (visible) 영상시스템에서는 제대로 된 영상 정보를 취득할 수 없는 환경에서 적외선 영상시스템을 다양한 목적으로 활용하고 있다. 활용분야로는 군사용 감시·정찰 시스템, 산업 시설의 비파괴 점검 장비, 의료용 검사 및 진단 장비, 인명 구조를 위한 소방서 장비 등이 있으며, 최근에는 자동차 분야에서 야간 물체 인식 분야에도 활용되고 있다. 이렇듯 적외선 영상시스템의 응용분야가 확대됨에 따라 영상 화질을 보존하거나 개선하는데 관심이 증가하고 있다. Infrared imaging systems are recently being used in various fields. In general visible (visible) imaging systems, infrared imaging systems are used for various purposes in environments where proper image information cannot be obtained. Fields of application include military surveillance and reconnaissance systems, non-destructive inspection equipment for industrial facilities, medical inspection and diagnostic equipment, and fire department equipment for lifesaving, and are recently used in the field of night object recognition in the automotive field. As the application fields of infrared imaging systems are expanded, interest in preserving or improving image quality is increasing.

일반적으로 적외선 영상은 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)와 대조비가 낮고, 윤곽선이 희미해지며, 영상의 세부적인 정보의 손실, 배경 잡음 등의 문제를 갖고 있어 다양한 응용분야에서 적외선 영상을 사용하기 위해서는 영상의 선명도 개선과 잡음제거를 필수적으로 수행해야 한다.In general, infrared images have problems such as low signal-to-noise ratio and contrast ratio, blurred outlines, loss of detailed information of images, and background noise. In order to use it, it is necessary to improve image clarity and remove noise.

영상 처리 기술 중 영상 평탄화(image smoothing)는 영상에서 중요한 윤곽선(edge) 정보와 구조물(structure) 정보를 보존하면서 중요하지 않은 디테일(detail)이나 텍스처(texture)를 제거하는 것으로, 이 영상 평탄화 기술은 영상처리 분야에서 detail 개선, 잡음 제거, 영상 추출, 영상 인식 등 여러 분야에서 활용되어 왔다.Among image processing technologies, image smoothing removes insignificant details or textures while preserving important edge information and structure information from an image.This image flattening technology In the image processing field, it has been used in various fields such as detail improvement, noise removal, image extraction, and image recognition.

그러나, 종래의 영상 평탄화 기술은 잡음을 제거하는 동안 영상의 윤곽선 정보까지 같이 제거가 되는 문제가 있다.However, the conventional image flattening technique has a problem in that the contour information of the image is also removed while noise is removed.

따라서, 적외선 영상의 중요한 정보를 포함하는 윤곽선 또는 구조물 정보는 보존하면서 배경 등에 포함되어 있는 잡음을 제거할 수 있도록 하는 잡음 제거 기술이 개발될 필요가 있다.Accordingly, there is a need to develop a noise reduction technique that can remove noise included in a background, while preserving contour or structure information including important information of an infrared image.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 윤곽선 보존 평탄화 필터를 이용하여 적외선 영상의 중요한 정보를 포함하는 윤곽선 또는 구조물 정보는 보존하면서 배경 등에 포함되어 있는 잡음을 제거함으로써, 영상 인식, 영역 분할, 물체 검출 등의 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in order to solve the above-described problems, by removing noise included in the background, while preserving the outline or structure information including important information of the infrared image by using an outline preserving flattening filter, It is to provide a noise removal method for an infrared image that can improve the accuracy of image recognition, region segmentation, and object detection.

또한, 본 발명은 적외선 영상의 디테일 성분을 강조할 때 발생하는 후광 현상 및 노이즈 증폭 현상 없이 적외선 영상의 디테일을 명확하게 강조할 수 있도록 하는 적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법을 제공함에 있다.In addition, the present invention is to provide a noise removal method for an infrared image capable of clearly emphasizing the detail of an infrared image without a halo phenomenon and noise amplification that occur when the detail component of an infrared image is emphasized.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법은, 입력부가 수집된 적외선 영상을 입력받는 단계; 전처리부가 입력된 적외선 영상을 전처리 하는 단계; 필터부가 로컬 필터를 기반으로 전처리된 적외선 영상에 대한 평탄화를 수행하는 단계; 글로벌 최적화부가 사 평탄화된 적외선 영상에 대한 글로벌 최적화를 수행하여 평탄화를 수행하는 단계; 및 출력부가 최종 글로벌 최적화된 적외선 영상을 출력하는 단계를 포함한다.A noise removal method for an infrared image according to the present invention for achieving the above object includes the steps of receiving an infrared image collected by an input unit; Preprocessing the input infrared image by a preprocessor; Performing, by the filter unit, flattening the preprocessed infrared image based on the local filter; Performing a planarization by performing a global optimization on the quadratured infrared image by a global optimizer; And outputting a final globally optimized infrared image by the output unit.

본 발명에 의하면, 윤곽선 보존 평탄화 필터를 이용하여 적외선 영상의 중요한 정보를 포함하는 윤곽선 또는 구조물 정보는 보존하면서 배경 등에 포함되어 있는 잡음을 제거함으로써, 영상 인식, 영역 분할, 물체 검출 등의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다.According to the present invention, the accuracy of image recognition, region segmentation, object detection, etc. is improved by removing noise included in the background while preserving contour or structure information including important information of an infrared image using a contour preserving flattening filter. To be able to.

또한, 본 발명에 의하면, 적외선 영상의 디테일 성분을 강조할 때 발생하는 후광 현상 및 노이즈 증폭 현상 없이 적외선 영상의 디테일을 명확하게 강조할 수 있도록 한다.In addition, according to the present invention, it is possible to clearly emphasize details of an infrared image without a halo phenomenon and noise amplification that occur when the detail component of an infrared image is emphasized.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잡음 제거 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잡음 제거 방법을 나타내기 위한 순서도 이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 평탄화 성능을 비교하기 위한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RoGIF를 기반으로 영상의 디테일을 강조시킨 결과를 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 디테일 향상 성능을 비교하기 위한 실험 결과를 나타내기 위한 도면이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a noise removal apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart illustrating a noise removal method according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are diagrams showing experimental results for comparing planarization performance according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a result of emphasizing image detail based on RoGIF according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing experimental results for comparing detail enhancement performance according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기증을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of donation in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various different forms. These embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains, and the present invention is defined by the scope of the claims. It just becomes. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

한편, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.On the other hand, in the entire specification, when a part is said to be "connected" with another part, it is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. Include. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

윤곽선 보존 평탄화 필터(Edge Preserving Smoothing Filter)는 윤곽선 정보는 보존하면서 잡음을 제거할 수 있는 가장 효과적인 기술이다. 영상의 중요한 정보를 포함하고 있는 윤곽선이나 구조물 정보는 보존하고, 배경 등에 포함되어 있는 잡음을 제거하여 영상 인식, 영역 분할, 물체 검출 등의 정확도를 높여줄 수 있다. Edge Preserving Smoothing Filter is the most effective technology that can remove noise while preserving contour information. It is possible to improve the accuracy of image recognition, region segmentation, object detection, etc. by preserving contours or structure information including important information of an image and removing noise included in the background.

윤곽선 보존 평탄화 필터는 크게 두 가지 방식으로 나눌 수 있다. Contour-preserving flattening filters can be roughly divided into two ways.

첫째는 커널(kernel) 기반의 로컬 평탄화 필터(Kernel based Local Smoothing Filter) 기술이 있다. 대표적인 예로는 양방향 필터(Bilateral Filter), 가이디드 이미지 필터(Guided Image Filter) 등이 있다. 로컬 평탄화는 윈도우 내에 영상에서 윤곽선을 보존하면서 평탄화하는 방법이다. First, there is a kernel-based local smoothing filter technology. Representative examples include a bilateral filter and a guided image filter. Local flattening is a method of flattening while preserving the outline of an image within a window.

두 번째로는 글로벌 최적화(Global Optimization)로써, 대표적인 예로는 WLS (Weighted Least Squares), TV (Total Variation), RTV (Relative Total Variation) 등이 있다. 글로벌 최적화는 관심영역의 픽셀 값이 전체 영상과의 상관성을 반영하여 최적의 값을 찾아 윤곽선을 보존하면서 평탄화하는 방법이다.The second is Global Optimization, and representative examples include Weighted Least Squares (WLS), Total Variation (TV), and Relative Total Variation (RTV). Global optimization is a method of flattening while preserving the outline by finding the optimal value by reflecting the correlation between the pixel value of the ROI and the entire image.

즉, 종래에는 적외선 영상의 윤곽선은 보존하고 잡음을 제거하기 위해서 윤곽선 보존 평탄화 알고리즘으로서, 로컬 필터를 사용하여 평탄화 하는 알고리즘과 글로벌 최적화를 통해 평탄화 하는 알고리즘을 사용해왔다.In other words, conventionally, in order to preserve the contour of an infrared image and remove noise, an algorithm for flattening using a local filter and an algorithm for flattening through global optimization have been used as a contour preserving flattening algorithm.

본 발명에서는 로컬 필터와 글로벌 최적화를 융합하는 방법으로 RoG(Relativity of Gaussian)와 유사한 방식을 갖는 알고리즘을 기반으로 적외선 영상의 잡음을 제거한다. 구체적으로, 가우시안 커널 대신 GIF(Guided Image Filtering)를 사용하여 영상의 디테일을 더 보존하고, 글로벌 최적화를 수행하여 영상의 잡음을 제거하는 것이다.In the present invention, noise of an infrared image is removed based on an algorithm having a method similar to RoG (Relativity of Gaussian) as a method of fusing a local filter and a global optimization. Specifically, the image details are further preserved by using Guided Image Filtering (GIF) instead of the Gaussian kernel, and noise of the image is removed by performing global optimization.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 적외선 영상에 대한 잡음을 제거하기 위한 방법 및 장치에 대해 첨부된 도면을 참고하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method and apparatus for removing noise from an infrared image according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잡음 제거 장치의 구성을 나타내는 불록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a noise canceling apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잡음 제거 장치(10)는 입력부(11), 전처리부(13), 잡음제거부(15), 출력부(17)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a noise removal apparatus 10 according to an exemplary embodiment of the present invention includes an input unit 11, a preprocessor 13, a noise removal unit 15, and an output unit 17.

입력부(11)는 적외선 카메라 또는 적외선 센서 등을 기반으로 수집된 적외선 영상을 전처리부(13)로 입력한다.The input unit 11 inputs an infrared image collected based on an infrared camera or an infrared sensor to the preprocessor 13.

전처리부(13)는 입력부(11)로부터 입력되는 적외선 영상을 이용하여 전처리한다.The preprocessor 13 performs preprocessing using the infrared image input from the input unit 11.

잡음제거부(15)는 전처리부(13)에 의해 전처리된 적외선 영상에 대하여 윤곽선 보존 평탄화 알고리즘을 기반으로 평탄화를 수행하여 잡음을 제거한다.The noise removal unit 15 removes noise by performing flattening on the infrared image preprocessed by the preprocessing unit 13 based on a contour preserving flattening algorithm.

이때, 윤곽선 보존 평탄화 알고리즘으로는 로컬 필터와 글로벌 최적화를 융합하는 방법으로 RoG와 유사한 방식의 RoGIF(Relativity of Guided Image Filter)를 이용하는데, RoG의 가우시안 커널 대신에 GIF를 사용하여 영상의 디테일을 더 보존하고, 글로벌 최적화를 수행하여 영상의 잡음을 제거한다.At this time, as a contour preserving flattening algorithm, RoGIF (Relativity of Guided Image Filter), a method similar to RoG, is used as a method of fusing local filter and global optimization. Preservation and global optimization to remove image noise.

이를 위해, 잡음제거부(15)는 필터부(151) 및 글로벌 최적화부(153)를 포함한다.To this end, the noise removal unit 15 includes a filter unit 151 and a global optimization unit 153.

앞서 설명한 바와 같이, RoGIF는 RoG와 유사한 방법으로 서로 다른 정규화 파라미터

Figure 112019066215385-pat00001
를 이용하여 하기와 같은 <수학식 1>로 정의한다.As described above, RoGIF uses different normalization parameters in a similar way to RoG.
Figure 112019066215385-pat00001
It is defined as <Equation 1> as follows by using.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112019066215385-pat00002
Figure 112019066215385-pat00002

여기서,

Figure 112019066215385-pat00003
1,
Figure 112019066215385-pat00004
2는 정규화 파라미터 및 윈도우 크기를 RoGIF 파라미터로 표기한 것이고, GIF는 윈도우
Figure 112019066215385-pat00005
k의 크기와 정규화 파라미터
Figure 112019066215385-pat00006
를 통해 평탄화 효과가 달라진다. 이 중 윈도우 크기는 정규화 파라미터
Figure 112019066215385-pat00007
에 비해 평탄화 효과에 큰 영향을 주지 않기 때문에 윈도우 반지름 r을 2로 고정하고 정규화 파라미터만 변경하였다. GIF는 정규화 파라미터
Figure 112019066215385-pat00008
이 커질수록 평탄화 효과가 더 크게 발생한다. here,
Figure 112019066215385-pat00003
1 ,
Figure 112019066215385-pat00004
2 is the normalization parameter and window size expressed as RoGIF parameters, and GIF is the window size.
Figure 112019066215385-pat00005
size and normalization parameters of k
Figure 112019066215385-pat00006
Through this, the flattening effect is different. Of these, the window size is a normalization parameter
Figure 112019066215385-pat00007
Compared to, the window radius r was fixed at 2 and only the normalization parameter was changed because it did not significantly affect the smoothing effect. GIF is the normalization parameter
Figure 112019066215385-pat00008
The larger is, the greater the flattening effect occurs.

한편,

Figure 112019066215385-pat00009
는 평탄화 효과가 작아 미세한 윤곽선을 보존하면서 평탄화한 결과이고,
Figure 112019066215385-pat00010
는 평탄화 효과가 커 강한 윤곽선을 보존하면서 평탄화한 것이다.Meanwhile,
Figure 112019066215385-pat00009
Is the result of flattening while preserving fine outlines due to the small flattening effect,
Figure 112019066215385-pat00010
Is flattened while preserving strong outlines due to its great flattening effect.

즉, 필터부(151)는 로컬 필터가 적용된 것으로, GIF를 이용하여 국부 정규화를 수행하여 각기 다른 스케일에서의 윤곽선 정보를 상기 <수학식 1>을 통해 얻는다.That is, the filter unit 151 has a local filter applied and performs local normalization using GIF to obtain contour information at different scales through Equation 1 above.

한편, 글로벌 최적화부(153)는 필터부(151)에 의해 정의한 RoGIF를 전체 영상과의 상관성을 반영하여 최적의 값을 찾아 윤곽선은 보존하면서 잡음을 제거한다.Meanwhile, the global optimization unit 153 finds an optimum value by reflecting the correlation with the entire image of the RoGIF defined by the filter unit 151 and removes noise while preserving the outline.

이때, 비선형 가중치

Figure 112019066215385-pat00011
x,y는 하기 <수학식 2>로 정의할 수 있고, 글로벌 최적화 결과는 하기 <수학식 3>을 반복적 재 가중치화 된 최소 자승법으로 해를 구한다.In this case, the nonlinear weight
Figure 112019066215385-pat00011
x,y can be defined by the following <Equation 2>, and the global optimization result is obtained by using the following <Equation 3> repeatedly reweighted least squares method.

<수학식 2><Equation 2>

Figure 112019066215385-pat00012
Figure 112019066215385-pat00012

<수학식 3><Equation 3>

Figure 112019066215385-pat00013
Figure 112019066215385-pat00013

여기서, I는 입력 영상이고, S는 평탄화된 결과 영상이며,

Figure 112020056179262-pat00026
은 양의 값을 갖는 파라미터이다. 한편,
Figure 112020056179262-pat00015
의 L2 데이터 신뢰도(data fidelity)는 평탄화 결과 S와 입력 영상 I의 거리를 최소화 하는 것이다.Here, I is the input image, S is the flattened result image,
Figure 112020056179262-pat00026
Is a positive parameter. Meanwhile,
Figure 112020056179262-pat00015
The L2 data fidelity of is to minimize the distance between the flattened result S and the input image I.

즉, 글로벌 최적화부(153)는 평탄화 결과 영상의 초기 값 S0를 I로 가정하고, 상기 <수학식 2>를 이용하여 입력 영상의 그래디언트 값에 대하여 GIF를 구하여 가중치 값을 구한 후, 상기 <수학식 3>을 이용하여 K번 반복한 후 평탄화 결과 영상을 얻는다.That is, the global optimizer 153 assumes an initial value S 0 of the flattening result image as I, obtains a GIF for the gradient value of the input image using Equation 2, and calculates a weight value, and then After repeating K times using Equation 3>, a flattening result image is obtained.

출력부(17)는 글로벌 최적화부(153)에서 최종 글로벌 최적화된 결과에 따라 잡음이 제거된 적외선 영상을 출력한다.The output unit 17 outputs an infrared image from which noise has been removed according to the result of the final global optimization by the global optimization unit 153.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잡음 제거 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flow chart showing a noise removal method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 입력부(11)는 적외선 카메라 또는 적외선 센서 등을 기반으로 수집된 적외선 영상을 전처리부(13)로 입력하고(S201), 전처리부(13)는 입력부(11)로부터 입력되는 적외선 영상을 이용하여 전처리를 수행한다(S203).First, the input unit 11 inputs an infrared image collected based on an infrared camera or an infrared sensor to the preprocessor 13 (S201), and the preprocessor 13 uses the infrared image input from the input unit 11 Then, pre-processing is performed (S203).

이후, 필터부(151)가 전처리된 적외선 영상에 대먼저, 입력부(11)는 적외선 카메라 또는 적외선 센서 등을 기반으로 수집된 적외선 영상을 전처리부(13)로 입력하고(S201), 전처리부(13)는 입력부(11)로부터 입력되는 적외선 영상을 이용하여 전처리를 수행한다(S203).Thereafter, the filter unit 151 first inputs the infrared image collected based on an infrared camera or an infrared sensor to the preprocessor 13 (S201), and the preprocessor ( 13) performs pre-processing using the infrared image input from the input unit 11 (S203).

이후, 필터부(151)가 전처리된 적외선 영상에 대하여 GIF를 이용하여 국부 정규화를 수행하여 각기 다른 스케일에서의 윤곽선 정보를 추출함으로써 평탄화를 수행한다(S205).Thereafter, the filter unit 151 performs local normalization on the preprocessed infrared image using GIF, and performs flattening by extracting contour information at different scales (S205).

글로벌 최적화부(153)는 S201단계에서 입력된 적외선 영상의 그래디언트 값에 대하여 GIF를 구하여 가중치 값을 구하고, 글로벌 최적화를 K번 반복하여 평탄화를 수행한다(S207).The global optimizer 153 obtains a weight value by obtaining a GIF for the gradient value of the infrared image input in step S201, and performs flattening by repeating the global optimization K times (S207).

앞서 S205단계 및 S207단계를 통해 잡음이 제거된 적외선 영상을 최종적으로 출력한다(S209).The infrared image from which noise has been removed is finally output through steps S205 and S207 (S209).

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 평탄화 성능을 비교하기 위한 실험 결과를 나타내는 도면이다.3 and 4 are diagrams showing experimental results for comparing planarization performance according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 평탄화 성능을 비교하기 위해서 1280Х1024 사이즈의 적외선 카메라 영상에 가우시안 노이즈를 추가하여 Bitonic, GIF, RTV, WLS, RoG, RoGIF를 적용하여 각각의 영상 결과를 도출하였다.In order to compare the planarization performance according to an embodiment of the present invention, each image result was derived by adding Gaussian noise to an infrared camera image of 1280x1024 size and applying Bitonic, GIF, RTV, WLS, RoG, and RoGIF.

윤곽선 보존 평탄화 결과를 정량적으로 분석하기 위하여 원본 영상과 윤곽선 보존 평탄화를 수행한 각각의 결과 영상과의 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio) 및 SSIM(Structural Similarity Index) 값을 비교하였다. 여기서, PSNR 및 SSIM은 각각 하기 <수학식 4> 및 <수학식 5>와 같다.In order to quantitatively analyze the contour-preserving flattening results, the peak signal-to-noise ratio (PSNR) and the Structural Similarity Index (SSIM) values were compared with the original image and each result image of contour-preserving flattening. Here, PSNR and SSIM are the same as the following <Equation 4> and <Equation 5>, respectively.

<수학식 4><Equation 4>

Figure 112019066215385-pat00016
Figure 112019066215385-pat00016

<수학식 5> <Equation 5>

Figure 112019066215385-pat00017
Figure 112019066215385-pat00017

이 PSNR 및 SSIM 지수가 높을수록 윤곽선이 보존되면서 잡음 제거가 효과적으로 이루어졌다고 판단할 수 있다. It can be determined that the higher the PSNR and SSIM indices, the more effective the noise removal was while the contour was preserved.

하기 <표 1>은 도 3 및 도 4에 대해 산출한 PSNR 및 SSIM 값을 나타낸 것이다.Table 1 below shows the PSNR and SSIM values calculated for FIGS. 3 and 4.

<표 1><Table 1>

Figure 112019066215385-pat00018
Figure 112019066215385-pat00018

도 3 및 4에 있어서, (a)는 원본 영상, (b)는 가우시안 노이즈가 추가된 영상이고, (b) 영상을 사용하여 기존의 윤곽선 보존 평탄화 방법 중 (c)는 Bitonic, (d)는 GIF, (e)는 RTV, (f)는 WLS, (g)는 RoG, (h)는 RoGIF의 결과를 나타낸 것이다.3 and 4, (a) is an original image, (b) is an image to which Gaussian noise is added, (b) of the existing contour preserving flattening method using an image, (c) is Bitonic, and (d) is GIF, (e) represents RTV, (f) represents WLS, (g) represents RoG, and (h) represents the result of RoGIF.

<표 1>에 의한 정량적 수치 이외에도 평탄화 결과 영상을 통해 볼 때도, 도 3 및 4에서 모두 본 발명에 따른 윤곽선 보존 평탄화 기법이 기존 기법들에 비하여 윤곽선 정보가 잘 보존되면서 잡음이 제거된 것을 확인할 수 있다.In addition to the quantitative values shown in <Table 1>, when viewing through the flattening result image, it can be seen that the contour-preserving flattening technique according to the present invention in Figs. 3 and 4 has better preserved the contour information and removed noise compared to the existing techniques. have.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RoGIF를 기반으로 영상의 디테일을 강조시킨 결과를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a result of emphasizing image detail based on RoGIF according to an embodiment of the present invention.

윤곽선 보존 평탄화의 활용 예시 중 하나는 영상의 디테일 성분을 강조하는 것이다. 일반적으로 영상의 디테일 성분을 살리는 방법은 영상의 윤곽선을 또렷하게 강조하는 방법이 사용되는데, 윤곽선을 이용하여 디테일 성분을 강조할 때 후광현상(halo artifact)과 노이즈 성분이 증폭되는 문제가 발생한다. 이렇게 러한 문제를 해결하기 위해서는 잡음 성분은 감소시키면서 윤곽선만을 강조시키는 기법이 필요하다. One of the examples of using contour preservation flattening is to emphasize the detail component of an image. In general, a method of saving the detail component of an image is a method of clearly emphasizing the outline of the image. When the detail component is emphasized by using the outline, there is a problem that a halo artifact and a noise component are amplified. In order to solve such a problem, a technique that emphasizes only the contour while reducing the noise component is required.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 RoGIF를 기반으로 영상의 디테일을 강조시키기 위해 각기 다른 파라미터

Figure 112019066215385-pat00019
를 사용하여 (a), (b)와 같이 각각 콜스 디테일(coarse detail) 및 파인 디테일(fine detail)을 강조한 결과를 이용하여 최종 디테일 개선된 결과를 (c)와 같이 얻을 수 있다.Referring to FIG. 5, different parameters for emphasizing image detail based on RoGIF according to an embodiment of the present invention
Figure 112019066215385-pat00019
Using the result of emphasizing coarse detail and fine detail, respectively, as in (a) and (b), a final detail-improved result can be obtained as shown in (c).

도 5에 있어서, (a)는 영상에서 굵직한 윤곽선을 강조한 것을 확인할 수 있고, (b)는 영상에서 세밀한 윤곽선을 강조한 것을 확인할 수 있다.In FIG. 5, it can be seen that (a) emphasizes a thick outline in the image, and (b) emphasizes a detailed outline in the image.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 디테일 향상 성능을 비교하기 위한 실험 결과를 나타내기 위한 도면이다.6 is a diagram showing experimental results for comparing detail enhancement performance according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, (a), (e), (i)는 Bitonic 필터의 결과로, (a) 결과 영상을 각각 확대한 결과 영상이다. 논밭에서의 잡음 성분과 도로 밑 나뭇가지 등에서 후광현상이 생겨 영상의 번짐 현상이 발생함을 확인할 수 있다. 또한, (b), (f), (j)는 RTV의 결과 영상이다. Bitonic 필터 보다 후광 현상이 더 또렷하게 보임을 확인할 수 있다. 한편, (c), (g), (k)는 RoG의 결과 영상으로 후광 현상과 노이즈 증폭 현상이 상대적으로 덜 하지만 RoGIF의 결과 영상과 비교하여 비닐하우스, 나뭇가지 등에서 디테일 성분이 불명확한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, (a), (e), and (i) are results of the Bitonic filter, and (a) are enlarged results of the resulting images. It can be seen that blurring of the image occurs due to the noise component in the rice field and the halo phenomenon from the branches under the road. In addition, (b), (f), and (j) are the result images of RTV. It can be seen that the halo phenomenon is more clearly visible than the Bitonic filter. On the other hand, (c), (g), and (k) are RoG results, which show relatively less halo and noise amplification, but compared to the results of RoGIF, it is confirmed that detail components are unclear in green houses and branches I can.

마지막으로, (d), (h), (l)은 RoGIF의 결과 영상으로 영상의 디테이 성분을 명확하게 강조했을 뿐 아니라, 후광 현상 및 노이즈 증폭 현상이 기존의 방법들 보다 적다는 것을 확인할 수 있다.Finally, (d), (h), and (l) clearly emphasize the detail component of the image as the result of RoGIF, and it can be confirmed that the halo phenomenon and noise amplification phenomenon are less than that of the existing methods. have.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 윤곽선은 보존하면서 잡음을 효과적으로 제거하였다고 볼 수 있으며, 정량적 평가에 있어서도 더 우수하다고 볼 수 있다. 또한, 영상의 디테일 성분을 강조할 때 발생하는 후광현상 및 노이즈 증폭 현상 없이 영상의 디테일을 명확하게 강조하는 효과를 확인할 수 있었다. 기존의 연구 방법들과 비교하여 정량적 평가 및 영상 개선 효과가 뛰어남을 확인할 수 있다.As described above, according to the present invention, it can be seen that noise is effectively removed while preserving the outline, and it can be considered to be superior in quantitative evaluation. In addition, the effect of clearly emphasizing the detail of the image was confirmed without the halo phenomenon and noise amplification that occur when emphasizing the detail component of the image. Compared with existing research methods, it can be confirmed that the quantitative evaluation and image improvement are excellent.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.In the present specification and drawings, a preferred embodiment of the present invention has been disclosed, and although specific terms are used, these are merely used in a general meaning to easily explain the technical content of the present invention and to aid understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope. It is obvious to those of ordinary skill in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention may be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (3)

적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법에 있어서,
입력부에서 수집된 적외선 영상을 입력받는 과정;
전처리부에서 입력된 적외선 영상을 전처리 하는 과정;
필터부에서 로컬 필터를 기반으로 전처리된 적외선 영상에 대한 평탄화를 수행하는 과정;
글로벌 최적화부에서 상기 필터부에 의해 평탄화된 적외선 영상에 대한 글로벌 최적화를 수행하여 상기 적외선 영상의 잡음을 제거하는 과정; 및
출력부에서 상기 글로벌 최적화부에 의해 최종 글로벌 최적화된 적외선 영상을 출력하는 과정을 포함하고,
상기 필터부는,
상기 적외선 영상에 대하여 가우시안 필터를 사용하지 않고 RoGIF(Relativity of Guided Image Filter)를 이용하여 국부 정규화를 수행하고 각기 다른 스케일에서의 윤곽선 정보를 하기 <수학식 6>을 통해 추출하고,
상기 글로벌 최적화부는,
상기 글로벌 최적화를 K번 반복하여 평탄화를 수행하고,
상기 RoGIF는 <수학식 6>에 의해 정의되고,
<수학식 6>
Figure 112020056179262-pat00027

상기 ε1, ε2는 정규화 파라미터 및 윈도우 크기를 상기 RoGIF의 파라미터로 나타낸 것이고,
상기 <수학식 6>의 GIF는 윈도우
Figure 112020056179262-pat00030
k의 크기와 정규화 파라미터 ε에 따라서 평탄화 효과가 달라지고,
상기 윈도우
Figure 112020056179262-pat00032
k의 크기는 2로 고정하고, 상기 정규화 파라미터 ε만 변경하고,
상기
Figure 112020056179262-pat00034
는 평탄화 효과가 작아 미세한 윤곽선을 보존하면서 평탄화한 결과를 나타내고,
Figure 112020056179262-pat00035
는 평탄화 효과가 커 강한 윤곽선을 보존하면서 평탄화한 결과를 나타내고,
상기 글로벌 최적화부는 상기 필터부에 의해 정의한 RoGIF를 전체 영상과의 상관성을 반영하여 최적의 값을 찾아 윤곽선은 보존하면서 잡음을 제거하고,
비선형 가중치
Figure 112020056179262-pat00036
x,y는 하기 <수학식 7>로 정의하고, 상기 글로벌 최적화의 결과는 하기 <수학식 8>과 같이, 반복적 재가중치화된 최소 자승법을 이용하여 계산하고,
<수학식 7>
Figure 112020056179262-pat00037

<수학식 8>
Figure 112020056179262-pat00038

상기 I는 입력 영상이고, 상기 S는 평탄화된 결과 영상이며, 상기
Figure 112020056179262-pat00039
은 양의 값을 갖는 파라미터이고, 상기
Figure 112020056179262-pat00040
의 L2 데이터 신뢰도(data fidelity)는 평탄화 결과 S와 상기 입력 영상 I의 거리를 최소화하고,
상기 입력된 적외선 영상과 상기 RoGIF를 적용한 적외선 영상과의 SSIM(Structural Similarity Index)을 계산하고,
상기 RoGIF를 적용한 적외선 영상은 상기 SSIM이 기준치 보다 높은 것임을 특징으로 하는 적외선 영상을 위한 잡음 제거 방법.
In the noise reduction method for infrared images,
Receiving the infrared image collected by the input unit;
Preprocessing the infrared image input by the preprocessor;
Performing planarization of the infrared image preprocessed based on the local filter in the filter unit;
Removing noise from the infrared image by performing global optimization on the infrared image flattened by the filter in a global optimization unit; And
Including a process of outputting a final globally optimized infrared image by the global optimization unit in the output unit,
The filter unit,
For the infrared image, local normalization is performed using a Relativity of Guided Image Filter (RoGIF) without using a Gaussian filter, and contour information at different scales is extracted through Equation 6 below,
The global optimization unit,
Flattening is performed by repeating the global optimization K times,
The RoGIF is defined by <Equation 6>,
<Equation 6>
Figure 112020056179262-pat00027

The ε 1 and ε 2 represent the normalization parameter and the window size as a parameter of the RoGIF,
The GIF in Equation 6 is a window
Figure 112020056179262-pat00030
The flattening effect varies depending on the size of k and the normalization parameter ε,
Reminder window
Figure 112020056179262-pat00032
The size of k is fixed to 2, and only the normalization parameter ε is changed,
remind
Figure 112020056179262-pat00034
Represents the result of flattening while preserving fine outlines due to the small flattening effect,
Figure 112020056179262-pat00035
Represents the result of flattening while preserving strong outlines due to a large flattening effect,
The global optimization unit removes noise while preserving an outline by finding an optimal value by reflecting the correlation with the entire image of the RoGIF defined by the filter unit,
Nonlinear weight
Figure 112020056179262-pat00036
x,y are defined by the following <Equation 7>, and the result of the global optimization is calculated using the iteratively reweighted least squares method as shown in the following <Equation 8>,
<Equation 7>
Figure 112020056179262-pat00037

<Equation 8>
Figure 112020056179262-pat00038

I is an input image, S is a flattened result image, and
Figure 112020056179262-pat00039
Is a positive parameter, wherein
Figure 112020056179262-pat00040
L2 data fidelity of minimizes the distance between the flattening result S and the input image I,
Calculate SSIM (Structural Similarity Index) between the input infrared image and the infrared image to which the RoGIF is applied,
The noise reduction method for an infrared image, characterized in that the SSIM of the infrared image to which the RoGIF is applied is higher than a reference value.
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