KR102188163B1 - 저조도 영상의 전처리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

저조도 영상의 전처리 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 저조도 영상의 전처리 시스템은 영상 데이터를 입력받는 영상 입력부; 상기 영상 데이터의 평균 밝기 및 기준 영상 밝기를 이용하여 밝기조정값을 산출하는 밝기조정값 산출부; 및 상기 산출된 밝기조정값을 상기 영상 데이터에 적용하는 밝기조정값 적용부를 포함할 수 있다.

Description

저조도 영상의 전처리 시스템 및 그 방법{System for processing a low light level image and method thereof}
본 발명은 저조도 영상의 전처리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저조도 영상에서의 움직임 검출을 위한 전처리 기술에 관한 것이다.
일반적인 카메라로 획득되는 영상, 즉 사진(photo)은 빛에 의한 에너지가 센서의 특정한 위치에 결집되므로 생성되고, 빛에 의한 에너지는 빛의 입자적인 특성에 비추어 볼 때 광자(photon)라는 물리적인 형태로 표현되며 영상의 화소는 이러한 광자들이 전달한 에너지가 광센서와 전기장치에 의하여 변환된 에너지의 전기적인 값이다.
그러나 주변 광원이 거의 없는 저조도 환경에서는 광자의 수가 극히 제한되고 일반적인 카메라는 이러한 광자의 검출이 불가능하여 물체의 식별이 일반적인 카메라로 영상을 획득하기는 불가능하다고 하는 문제점이 있다.
이에, 저조도 환경에서 카메라 영상에서 움직임 검출을 위해서는 전처리 과정이 필요하다.
본 발명의 실시예는 저조도 영상의 전처리 과정에서 움직임 성분을 강하게 나타나도록 처리하여 움직임 검출 성능을 향상시킬 수 있는 저조도 영상의 전처리 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 저조도 영상의 전처리 시스템은 영상 데이터를 입력받는 영상 입력부; 상기 영상 데이터의 평균 밝기 및 기준 영상 밝기를 이용하여 밝기조정값을 산출하는 밝기조정값 산출부; 및 상기 산출된 밝기조정값을 상기 영상 데이터에 적용하는 밝기조정값 적용부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 데이터의 평균 밝기를 산출하는 평균밝기 산출부; 및 상기 영상 데이터의 표준 편차를 산출하는 표준편차 산출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 표준편차를 이용하여 상기 영상 데이터의 고대비 여부를 판단하는 고대비 판단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고대비 판단부는, 상기 표준편차가 미리 정한 임계값보다 크면 고대비 영상인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 고대비 영상에 대해 고대비를 저하시키는 고대비 영상 처리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 밝기조정값 적용부는 상기 영상 데이터가 고대비 영상인 경우, 상기 고대비 영상처리부에서 고대비가 저하된 영상 데이터에 대해 밝기조정값을 적용할 수 있다.
또한, 상기 영상 입력부는, 상기 입력된 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터인지 판단하여, 상기 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터가 아닌 경우 영상 데이터를 상기 밝기조정값 적용부로 전송하고, 상기 입력된 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터인 경우 상기 영상 데이터를 상기 평균 밝기 산출부 및 상기 표준편차 산출부로 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 저조도 영상의 전처리 방법은 영상 데이터를 입력되면, 입력된 영상 데이터의 평균 밝기를 산출하는 단계; 상기 산출된 평균 밝기 및 기준 영상 밝기를 이용하여 밝기조정값을 산출하는 단계; 및 상기 밝기조정값을 상기 영상 데이터에 적용하여 화면 밝기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 데이터의 평균 밝기를 산출하는 단계는 상기 영상 데이터가 입력되면 상기 영상 데이터가 최초 영상 데이터인지 판단하는 단계; 상기 영상 데이터가 최초 영상 데이터인 경우 상기 평균 밝기를 산출하는 단계; 상기 영상 데이터가 최초 영상 데이터가 아닌 경우 이전에 산출한 밝기조정값을 적용한 후 적용된 영상 데이터에 대해 상기 평균 밝기를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 화면 밝기를 조절하는 단계는, 상기 영상 데이터의 표준 편차를 산출하는 단계; 상기 표준 편차를 이용하여 상기 영상 데이터의 고대비 여부를 판단하는 단계; 상기 영상 데이터가 고대비 영상인 경우 고대비를 저하시키는 단계; 및 상기 고대비가 저하된 영상 데이터에 대해 상기 밝기조정값을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술은 야간에 촬영된 영상 데이터에서 야간 보행자 및 야간 차량 등의 움직임에 대한 시인성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저조도 영상의 전처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저조도 영상의 전처리방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a는 고대비 영상 데이터에 히스토그램 스트래칭을 적용한 경우의 예시도이이다.
도 3b는 고대비 영상 데이터에 히스토그램 스트래칭을 적용한 경우의 예시도이다.
도 4a는 디폴트 밝기조정값의 상태일 때의 화면 밝기를 나타내는 예시도이다.
도 4b는 밝기조정값이 "+30"일 때의 화면 밝기를 나타내는 예시도이다.
도 4c는 밝기조정값이 "+450"일 때의 화면 밝기를 나타내는 예시도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 밝기조정값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 밝기조정값 조절을 통한 최적 영상 밝기 조절된 경우를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 저조도 영상 데이터의 예시도이다.
도 6b는 본 발명의 전처리 기술을 저조도 영상 데이터에 적용하여 화면 밝기가 밝아진 예시도이다.
도 6c는 고대비 영상 데이터의 예시도이다.
도 6d는 본 발명의 전처리 기술을 고대비 영상 데이터에 적용하여 화면 밝기가 밝아진 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 저조도 영상의 전처리 알고리즘을 적용한 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
전처리 알고리즘은 영상 처리 과정에서 움직임 검출 알고리즘을 수행하기 전에 원본 영상 데이터의 매 프레임마다 수행되어 원본 영상 데이터의 밝기 조절 및 노이즈 신호를 처리하는 과정으로, 특히 본 발명에서는 저조도 영상의 전처리 알고리즘에 관한 기술을 개시한다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저조도 영상의 전처리 시스템의 구성도이다.
본 발명에 따른 저조도 영상의 전처리 시스템은 영상 입력부(100), 평균 밝기 산출부(200), 표준편차 산출부(300), 밝기조정값 산출부(400), 고대비 판단부(500), 고대비 영상 처리부(600), 밝기조정값 적용부(700)를 포함한다.
영상 입력부(100)는 카메라(미도시)로부터 영상 데이터를 입력받으면, 입력된 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터인지 판단하여, 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터가 아닌 경우 영상 데이터를 밝기조정값 적용부(700)로 전송하고, 한편, 입력된 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터인 경우, 평균 밝기 산출부(200)와 표준편차 산출부(300)로 영상 데이터를 전송한다.
평균 밝기 산출부(200)는 현재 영상 데이터의 평균 밝기를 산출하고 표준편차 산출부(300)는 영상 데이터의 표준 편차를 산출한다밝기조정값 산출부(400)는 산출된 평균 밝기와 기준 영상 밝기의 차이만큼을 밝기조정값으로 산출한다. 이때, 기준 영상 밝기는 이전 영상 데이터와 현재 영상 데이터의 차영상 특성이 가장 잘 나타나는 최적의 밝기 상태를 의미하고 밝기조정값의 산출 방법은 아래 수학식 1을 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
고대비 판단부(500)는 표준편차 산출부(300)에서 산출된 표준편차가 미리 정한 임계값과 비교하여 고대비 영상 여부를 판단한다. 즉, 고대비 판단부(500)는 표준편차가 임계값보다 작으면 고대비 영상이 아닌 것으로 판단하고, 표준편차가 임계값(β)보다 크면 고대비 영상으로 판단한다.
고대비 영상 처리부(600)는 영상 데이터의 대비가 심한 특정 영역에 히스토그램 스트래칭(histogram stretching)을 적용하여 고대비를 저하시킨다.
밝기조정값 적용부(700)는 밝기조정값 산출부(400)에서 산출된 밝기조정값을 영상 데이터에 적용시켜 화면 밝기를 조절한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 저조도 영상에서의 전처리 시스템은 저조도 영상의 전처리를 통해 화면 밝기를 최적으로 조절하여 영상 내의 보행자 또는 물체를 확인할 수 있도록 한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 저조도 영상의 전처리 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 영상 입력부(100)는 카메라(미도시)로부터 영상 데이터를 입력받으면(S101), 입력된 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터인지 판단하여(S102), 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터가 아닌 경우 영상 데이터를 밝기조정값 적용부(700)로 전송하여 밝기조정값 적용부(700)가 이전 영상 데이터의 전처리 과정 시 산출된 밝기조정값을 현재의 영상 데이터에 적용하여 영상 밝기를 조절한다(S103). 이후, 영상 입력부(100)는 조절된 영상 데이터를 평균 밝기 산출부(200)와 표준편차 산출부(300)로 전송한다.
한편, 입력된 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터인 경우, 영상 입력부(100)는 평균 밝기 산출부(200)와 표준편차 산출부(300)로 영상 데이터를 전송하여, 평균 밝기 산출부(200)가 영상 데이터의 평균 밝기를 산출하고 표준편차 산출부(300)가 영상 데이터의 표준 편차를 산출한다(S104). 이때, 평균밝기와 표준 편차는 통상의 방식으로 산출할 수 있다.
그 후, 밝기조정값 산출부(400)는 산출된 평균 밝기와 기준 영상 밝기의 차이만큼 밝기조정값을 산출한다(S105). 이때, 기준 영상 밝기는 이전 영상 데이터와 현재 영상 데이터의 차영상 특성이 가장 잘 나타나는 최적의 밝기 상태를 의미한다. 이에, 기준 영상 밝기는 수많은 실험과 데이터를 통해 120~130(픽셀)로 설정할 수 있다.
평균 밝기와 기준 영상 밝기의 차에 의한 밝기조정값 산출 관계식은 아래 수학식 1과 같다.
Figure 112014105879616-pat00001
여기서, G는 밝기조정값(Gain), K는 디폴트 밝기조정값(default Gain), AVGDiff는 평균 밝기와 기준 영상 밝기의 차, α는 임계값을 의미한다.
이러한 밝기조정값은 평균 밝기가 기준 영상 밝기보다 어두우면 플러스(+)값을 가지게 되고 평균 밝기가 기준 영상 밝기보다 밝으면 마이너스(-) 값을 가지게 된다.
도 4a는 디폴트 밝기조정값의 상태일 때의 화면 밝기를 나타내는 예시도이고, 도 4b는 밝기조정값이 "+30"일 때의 화면 밝기를 나타내는 예시도이며, 도 4c는 밝기조정값이 "+450"일 때의 화면 밝기를 나타내는 예시도이다.
이어서, 고대비 판단부(500)는 표준편차 산출부(300)에서 산출된 표준편차가 미리 정한 임계값과 비교하여 고대비 영상 여부를 판단한다(S106). 이때, 고대비 영상은 도 6b와 같이 특정 영역의 밝기가 강하여 물체가 구분되지 않은 경우를 의미한다.
고대비 판단부(500)는 표준편차가 임계값보다 작으면 고대비 영상이 아닌 것으로 판단하고, 표준편차가 임계값(β)보다 크면 고대비 영상으로 판단한다.
상기 과정 S106의 판단 결과, 고대비 영상이 아닌 경우 밝기조정값 적용부(700)는 상기 과정 S105에서 산출된 밝기조정값을 영상 데이터에 적용시켜 화면 밝기를 조절한다(S108). 도 6a와 같이 저조도 영상 데이터에 대해 밝기조정값을 적용시키면 도 6b와 같이 화면 밝기가 밝아져 이동중인 보행자 또는 차량의 시인이 좋아짐을 알 수 있다.
고대비 영상으로 판단되면, 고대비 영상 처리부(600)에서 영상 데이터에 히스토그램 스트래칭(histogram stretching)을 적용한다(S107). 도 3a와 같이 빛이 포화된 영역과 어두운 영역의 대조가 존재하는 상태에서 전체 영상 데이터에 대해 일괄적으로 밝기조정값 적용 시 빛이 포화된 영역과 어두운 영역의 대조가 더욱 극명하게 커지게 된다. 이에, 도 3b와 같이 히스토그램의 재배열이 필요하다.
고대비 영상 처리부(600)는 특정 영역에 대해서 히스토그램 스트레칭을 적용한다. 즉, 고대비 영상 처리부(600)는 어두운 영역을 제외하고 빛이 포화된 영역에 대해서 밝기를 낮추도록 하여 영상 데이터 전체의 밝기를 고르게 만든다. 이때, 부분적 스트래칭을 적용하여 130~255 픽셀영역을 130~180 픽셀영역으로 축소 스트래칭 진행한다.
이 후, 밝기조정값 적용부(700)는 상기 과정 S105에서 산출된 밝기조정값을 히스토그램 스트래칭이 적용된 영상 데이터에 적용시켜 화면 밝기를 조절한다(S108).
도 6c와 같이 화면이 너무 밝아 보행자 또는 차량을 확인할 수 없는 고대비 영상 데이터에 히스토그램 스트래칭을 적용한 후 밝기조정값을 적용한 경우 도 6d와 같이 화면 밝기가 최적으로 밝아져 보행자 또는 차량 등 물체의 시인성이 좋아진 것을 알 수 있다.
도 5a는 밝기조정값을 나타내는 그래프이고, 도 5b는 평균 밝기를 나타내는 그래프로서, 평균 밝기가 기준 밝기인 120으로 조절된 경우를 도시하고 있다. 이때, 중간중간 블랭크 화면(검정화면)을 삽입하여 기준 영상 밝기를 유지하는 지 확인할 수 있으며 도 5b에서 피크부분이 블랭크 화면 시작시점이고 점선부분이 기준 영상 밝기로 밝기가 조절된 것을 의미한다.
본 발명의 전처리 시스템은 상술한 과정 S101~S108의 전처리 과정이 수행된 영상 데이터를 움직임 후보 검출 시스템(미도시)의 입력값으로 전달할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 영상의 밝기를 높이거나 낮추면서 주변 밝기에 가려져 있던 움직임 특성이 드러나도록 하는 것으로 밝기조정값을 조절하여 영상 내 움직임 여부를 확인할 수 있도록 한다.
도 7을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 영상 데이터를 입력받는 영상 입력부;
    상기 영상 데이터의 평균 밝기 및 기준 영상 밝기를 이용하여 밝기조정값을 산출하는 밝기조정값 산출부;
    상기 산출된 밝기조정값을 상기 영상 데이터에 적용하는 밝기조정값 적용부;
    상기 영상 데이터의 표준편차를 이용하여 상기 영상 데이터의 고대비 여부를 판단하는 고대비 판단부; 및
    상기 영상 데이터가 고대비 영상으로 판단되는 경우, 고대비 영상에 대해 고대비를 저하시키는 고대비 영상 처리부를 포함하고
    상기 기준 영상 밝기는 이전 영상 데이터와 현재 영상 데이터의 차영상 특성이 가장 잘 나타나는 밝기값인 것을 특징으로 하는 저조도 영상의 전처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 영상 데이터의 평균 밝기를 산출하는 평균밝기 산출부; 및
    상기 영상 데이터의 표준 편차를 산출하는 표준편차 산출부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저조도 영상의 전처리 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고대비 판단부는,
    상기 표준편차가 미리 정한 임계값보다 크면 고대비 영상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 저조도 영상의 전처리 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 밝기조정값 적용부는
    상기 영상 데이터가 고대비 영상인 경우, 상기 고대비 영상처리부에서 고대비가 저하된 영상 데이터에 대해 밝기조정값을 적용하는 것을 특징으로 하는 저조도 영상의 전처리 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 영상 입력부는,
    상기 입력된 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터인지 판단하여, 상기 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터가 아닌 경우 영상 데이터를 상기 밝기조정값 적용부로 전송하고, 상기 입력된 영상 데이터가 최초 입력된 영상 데이터인 경우 상기 영상 데이터를 상기 평균 밝기 산출부 및 상기 표준편차 산출부로 전송하는 것을 특징으로 저조도 영상의 전처리 시스템.
  8. 영상 데이터를 입력되면, 입력된 영상 데이터의 평균 밝기를 산출하는 단계;
    상기 산출된 평균 밝기 및 기준 영상 밝기를 이용하여 밝기조정값을 산출하는 단계;
    상기 밝기조정값을 상기 영상 데이터에 적용하여 화면 밝기를 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 화면 밝기를 조절하는 단계는,
    상기 영상 데이터의 표준 편차를 산출하는 단계;
    상기 표준 편차를 이용하여 상기 영상 데이터의 고대비 여부를 판단하는 단계;
    상기 영상 데이터가 고대비가 아닌 경우, 상기 밝기조정값을 상기 영상 데이터에 적용하는 단계; 및
    상기 영상 데이터가 고대비인 경우, 상기 영상 데이터의 포화 영역에 대해 히스토그램 스트래칭을 적용한 후, 상기 밝기조정값을 상기 영상 데이터에 적용하는 단계를 포함하고
    상기 기준 영상 밝기는 이전 영상 데이터와 현재 영상 데이터의 차영상 특성이 가장 잘 나타나는 밝기값인 것을 특징으로 하는 저조도 영상의 전처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 영상 데이터의 평균 밝기를 산출하는 단계는
    상기 영상 데이터가 입력되면 상기 영상 데이터가 최초 영상 데이터인지 판단하는 단계;
    상기 영상 데이터가 최초 영상 데이터인 경우 상기 평균 밝기를 산출하는 단계;
    상기 영상 데이터가 최초 영상 데이터가 아닌 경우 이전에 산출한 밝기조정값을 적용한 후 적용된 영상 데이터에 대해 상기 평균 밝기를 산출 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 저조도 영상의 전처리 방법.
  10. 삭제
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