KR102325345B1 - 대화형 영상 분할 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

대화형 영상 분할 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 영상 분할 장치는, 영상 분할 알고리즘을 이용하여 영상 내에서 경계를 검출하는 경계 검출부와, 검출된 경계에 대한 사용자 피드백을 입력 받는 피드백 입력부와, 사용자 피드백에 따라 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성하는 조건 생성부와, 생성된 제약 조건을 영상 분할 알고리즘에 반영하여 검출된 경계를 수정하는 경계 수정부를 포함할 수 있다.

Description

대화형 영상 분할 장치 및 방법{Interactive image segmentation apparatus and method}
영상 분할 기술에 관한 것으로, 특히, 대화형 영상 분할 장치 및 방법과 관련된다.
일반적으로 의료 영상 내의 관심 영역(ROI: Region of Interest)의 윤곽선 정보는 CAD(computer-Aided Diagnosis) 시스템이 정확한 진단 결과를 도출하는 데 중요한 역할을 한다. 즉, 관심 영역, 특히 병변 영역에 대한 정확한 윤곽선이 그려지면 그에 대한 특징값(feature)을 정확하게 추출할 수 있으므로 이와 같이 추출된 특징값을 이용하면 양성(benign) 또는 악성(malignant) 여부에 대한 정확한 분류(classification)가 가능해져 진단의 정확도가 향상된다.
하지만, 일반적인 CAD 시스템에서 제공하는 윤곽선이 항상 정확한 것은 아니므로 사용자의 피드백이 필요하다. 이때, 사용자에게 직관적이고 편리한 방법으로 사용자의 피드백을 입력 받음과 동시에 영상 분할의 정확도를 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다.
영상 분할의 정확도를 높이고 피드백을 주는 사용자의 편의성을 증진시킬 수 있는 대화형 영상 분할 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 영상 분할 장치는, 영상 분할 알고리즘을 이용하여 영상 내에서 경계를 검출하는 경계 검출부와, 검출된 경계에 대한 사용자 피드백을 입력 받는 피드백 입력부와, 사용자 피드백에 따라 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성하는 조건 생성부와, 생성된 제약 조건을 영상 분할 알고리즘에 반영하여 검출된 경계를 수정하는 경계 수정부를 포함할 수 있다.
영상 분할 알고리즘은 레벨 셋(Level Set) 알고리즘일 수 있다.
조건 생성부는, 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인지 경계 축소 피드백인지를 판단하고, 판단 결과에 따라 서로 다른 제약 조건을 생성할 수 있다.
조건 생성부는, 사용자 피드백이 경계 외부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 외부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역을 거쳐 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 사용자 피드백을 경계 확장 피드백이라고 판단할 수 있다.
조건 생성부는, 사용자 피드백이 경계 내부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 내부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역을 거쳐 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 사용자 피드백을 경계 축소 피드백이라고 판단할 수 있다.
조건 생성부는, 사용자 피드백을 기반으로 상기 검출된 경계를 고정 경계 및 수정 경계로 구분하는 경계 구분부와, 구분 결과를 기반으로 영상의 전체 영역을 고정 영역, 무조건 변경 영역, 및 조건 변경 영역으로 구분하는 영상 구분부와, 구분된 각 영역에 적용될 제약 조건을 생성하는 제약 조건 생성부를 포함할 수 있다.
경계 구분부는, 사용자 피드백으로 선택된 영역과 경계간의 거리를 계산하고, 계산된 거리에 따라 검출된 경계를 고정 경계와 수정 경계로 구분할 수 있다.
영상 구분부는, 영상 중에서 고정 경계를 포함하는 영역을 고정 영역으로, 영상 중에서 사용자 피드백으로 선택된 영역을 포함하는 영역을 무조건 변경 영역으로, 영상 중에서 고정 영역과 무조건 변경 영역 이외의 나머지 영역을 포함하는 영역을 조건 변경 영역으로 구분할 수 있다.
다른 양상에 따른 영상 분할 방법은, 영상 분할 알고리즘을 이용하여 영상 내에서 경계를 검출하는 단계와, 검출된 경계에 대한 사용자 피드백을 입력 받는 단계와, 사용자 피드백에 따라 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성하는 단계와, 생성된 제약 조건을 영상 분할 알고리즘에 반영하여 검출된 경계를 수정하는 단계를 포함할 수 있다.
영상 분할 알고리즘은 레벨 셋(Level Set) 알고리즘일 수 있다.
제약 조건을 생성하는 단계는, 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인지 경계 축소 피드백인지 판단하는 단계와, 판단 결과에 따라 서로 다른 제약 조건을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
판단하는 단계는, 사용자 피드백이 경계 외부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 외부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역을 거쳐 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 사용자 피드백을 경계 확장 피드백이라고 판단할 수 있다.
판단하는 단계는, 사용자 피드백이 경계 내부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 내부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역을 거쳐 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 사용자 피드백을 경계 축소 피드백이라고 판단할 수 있다.
제약 조건을 생성하는 단계는, 사용자 피드백을 기반으로 검출된 경계를 고정 경계 및 수정 경계로 구분하는 단계와, 구분 결과를 기반으로 영상의 전체 영역을 고정 영역, 무조건 변경 영역, 및 조건 변경 영역으로 구분하는 단계와, 구분된 각 영역에 적용될 제약 조건을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
검출된 경계를 구분하는 단계는, 사용자 피드백으로 선택된 영역과 경계간의 거리를 계산하고, 계산된 거리에 따라 검출된 경계를 고정 경계와 수정 경계로 구분할 수 있다.
영상을 구분하는 단계는, 영상 중에서 고정 경계를 포함하는 영역을 고정 영역으로, 영상 중에서 상기 사용자 피드백으로 선택된 영역을 포함하는 영역을 무조건 변경 영역으로, 영상 중에서 고정 영역과 무조건 변경 영역 이외의 나머지 영역을 포함하는 영역을 조건 변경 영역으로 구분할 수 있다.
사용자의 피드백을 기반으로 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성 및 반영하여 영상 분할에 이용함으로써 영상 분할의 정확도를 높이고 피드백을 주는 사용자의 편의성을 증진시킬 수 있다.
도 1은 영상 분할 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 조건 생성부(130)의 상세 구성도이다.
도 3은 영상 분할 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4a 내지 도 4d는 경계 확장을 위한 사용자 피드백의 예시도이다.
도 5a 내지 도 5d는 경계 축소를 위한 사용자 피드백의 예시도이다.
도 6은 영상 분할 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 도 6의 제약 조건 생성 과정(630)의 상세 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
영상 분할 알고리즘은 경계 기반 영상 분할 알고리즘(boundary-based image segmentation algorithm)과 영역 기반 영상 분할 알고리즘(region-based image segmentation algorithm)으로 분류될 수 있다. 경계 기반 영상 분할 알고리즘은 주변 화소와 밝기값 차이가 발생하는 화소들을 경계(boundary) 또는 윤곽(contour)으로 인식하여 이를 기반으로 영상을 분할하는 알고리즘이고, 영역 기반 영상 분할 알고리즘은 동일한 특성(예컨대, 명암, 색상 등)을 가지는 화소를 찾아 동일한 특성을 가지는 화소들을 하나의 영역으로 묶어 영상을 분할하는 알고리즘이다. 경계 기반 영상 분할 알고리즘의 예로는 활성 윤곽 모델(Active Contour Models), 레벨 셋(Level Set) 등이 있으며, 영역 기반 영상 분할 알고리즘의 예로는 그래프 컷(Graph Cuts) 등이 있다.
이하, 도 1을 참조하여 일 실시예에 따른 영상 분할 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 영상 분할 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 영상 분할 장치(100)는 경계 검출부(110), 피드백 입력부(120), 조건 생성부(130) 및 경계 수정부(140)를 포함할 수 있다.
경계 검출부(110)는 영상 분할 알고리즘을 이용하여 영상에서 경계(boundary) 또는 윤곽(contour)을 검출하고, 검출된 경계 또는 윤곽을 기반으로 영상을 분할할 수 있다. 이때, 경계 검출부(110)에서 사용되는 영상 분할 알고리즘은 다양하나 그 중에서 레벨 셋 알고리즘이 사용될 수 있다.
이때, 레벨 셋 알고리즘은 레벨 셋으로 표현된 곡선을 진화시킴으로써 경계 또는 윤곽을 검출하는 수학적 방법이다.
레벨 셋 알고리즘에서 윤곽(C)는 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014121780570-pat00001
이때,
Figure 112014121780570-pat00002
는 레벨 함수이고, 윤곽(C)은 제로 레벨 셋(zero level set)으로 표현한다.
또한, 레벨 함수(
Figure 112014121780570-pat00003
)의 진화 방정식은 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014121780570-pat00004
또한, 초기 윤곽은 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014121780570-pat00005
즉, 경계 검출부(110)는 초기 윤곽(수학식 3)을 가지는 윤곽(C)(수학식 1)을 진화 방정식(수학식 2)를 이용하여 속도(speed)(F)만큼 법선 방향으로 진화시킴으로써 경계 또는 윤곽을 검출할 수 있다.
피드백 입력부(120)는 경계 검출부(110)에서 검출된 경계에 대한 사용자 피드백을 입력 받을 수 있다. 예컨대, 피드백 입력부(120)는 경계 내부 또는 외부 중에서 분할 결과 수정을 원하는 영역을 선택하는 사용자 피드백을 입력 받을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 사용자 피드백은 경계 확장 피드백 및 경계 축소 피드백으로 구분될 수 있다.
경계 확장 피드백은 경계 외부 영역에 점 또는 선을 입력 받거나, 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역을 거쳐 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 입력 받거나, 또는 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 입력 받는 등의 방법으로 입력 받을 수 있다.
반대로, 경계 축소 피드백은 경계 내부 영역에 점 또는 선을 입력 받거나, 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역을 거쳐 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 입력 받거나, 또는 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 입력 받는 등의 방법으로 입력 받을 수 있다.
한편, 피드백 입력부(120)는 마우스, 트랙볼, 키보드, 터치스크린 등의 다양한 입력 도구를 통하여 사용자 피드백을 입력 받을 수 있다.
조건 생성부(130)는 입력 받은 사용자 피드백에 따라 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성할 수 있다. 예컨대, 조건 생성부(130)는 사용자 피드백을 분석하여, 사용자 피드백이 경계 확장을 위한 피드백(이하, 경계 확장 피드백)인지, 경계 축소를 위한 피드백(이하, 경계 축소 피드백)인지 판단하고, 그에 따른 제약 조건을 생성할 수 있다. 또한, 조건 생성부(130)는 사용자 피드백을 기반으로 영상의 전체 영역을 고정 영역, 무조건 확장 영역 및 조건 확장 영역 등으로 구분하고 각 영역에 적용될 제약 조건을 생성할 수 있다.
조건 생성부(130)에 대한 자세한 설명은 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
경계 수정부(140)는 생성된 제약 조건을 영상 분할 알고리즘에 반영하여 경계 검출부(110)에서 검출된 경계를 수정할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 조건 생성부(130)를 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 조건 생성부(130)의 상세 구성도이다.
도 2를 참조하면, 조건 생성부(130)는 피드백 판단부(210), 경계 구분부(220), 영상 구분부(230) 및 제약 조건 생성부(240)를 포함할 수 있다.
피드백 판단부(210)는 사용자 피드백을 분석하여 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인지 경계 축소 피드백인지 판단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 피드백 판단부(210)는 사용자 피드백을 분석하여 피드백의 형태(예컨대, 피드백으로 선택된 영역의 위치, 피드백으로 선택된 영역의 범위, 피드백으로 선택된 영역들이 형성하는 모양 등)를 판단하고, 판단 결과를 기반으로 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인지 경계 축소 피드백인지 판단할 수 있다.
예를 들면, 사용자 피드백이 경계 외부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 외부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역을 거쳐 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 피드백 판단부(210)는 사용자 피드백을 경계 확장 피드백으로 판단할 수 있다.
또한, 사용자 피드백이 경계 내부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 내부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역을 거쳐 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 피드백 판단부(210)는 사용자 피드백을 경계 축소 피드백으로 판단할 수 있다.
경계 구분부(220)는 사용자의 피드백을 기반으로 경계 검출부(110)에서 검출된 경계를 고정될 경계(이하, 고정 경계)과 수정될 경계(이하, 수정 경계)로 구분할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 경계 구분부(220)는 사용자 피드백으로 선택된 영역과 경계간의 거리를 계산하고, 사용자 피드백으로 선택된 영역으로부터 가까운 순서대로 N %의 경계 부분은 수정 경계로, 나머지 경계 부분은 고정 경계로 구분할 수 있다. 이때, N은 시스템의 성능 또는 용도에 따라 사용자에 의해 미리 설정된 상수일 수도 있고, 피드백의 내용(예컨대, 사용자의 피드백으로 선택된 영역의 범위 등)에 의존하는 변수일 수도 있다.
이때, 경계 구분부(220)는 유클리디언 거리(Euclidean Distance), 마할라노비스 거리(Mahalanobis Distance) 등 다양한 거리 측정 함수를 이용하여 사용자 피드백으로 선택된 영역과 경계간 거리를 계산할 수 있다.
영상 구분부(230)는 경계 구분 결과를 기반으로 영상의 전체 영역을 고정 영역, 무조건 변경 영역 및 조건 변경 영역 중 어느 하나 이상으로 구분하고, 구분된 각 영역에 대한 제약 조건을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 영상 구분부(230)는 고정 경계를 중심으로 기 설정된 범위 내의 영역을 포함하는 영역을 고정 영역으로, 사용자 피드백으로 선택된 영역을 중심으로 기 설정된 범위 내의 영역을 포함하는 영역을 무조건 변경 영역으로, 고정 영역 및 무조건 변경 영역을 제외한 나머지 영역으로 포함하는 영역 조건 변경 영역으로, 영상의 전체 영역을 구분할 수 있다. 이때, 실시예에 따라, 무조건 변경 영역은 사용자 피드백으로 선택된 영역을 중심으로 기 설정된 범위 내의 영역과 함께 사용자 피드백으로 선택된 영역과 경계의 최단거리 경로상의 영역을 포함하는 것도 가능하다.
제약 조건 생성부(240)는 각 영역(고정 영역, 무조건 변경 영역, 및 조건 변경 영역)에 대한 제약 조건을 생성할 수 있다. 예컨대, 영상 분할 알고리즘이 레벨 셋 알고리즘이라고 가정하면, 제약 조건 생성부(240)는 레벨 셋의 속도(F)(수학식 2 참조)와 관련된 각 영역의 제약 조건을 생성할 수 있다.
레벨 셋 알고리즘의 경우, 특정 영역의 속도(F)가 0이면 그 영역에 존재하는 경계는 변화하지 않고 고정되며, 특정 영역의 속도 F가 음수이면 그 영역에 존재하는 경계는 확장되고, 특정 영역의 속도(F)가 양수이면 그 영역에 존재하는 경계는 축소하게 된다.
따라서, 제약 조건 생성부(240)는 피드백 판단부(210)의 판단 결과에 따라 서로 다른 제약 조건을 생성할 수 있다.
예컨대, 제약 조건 생성부(240)는 피드백 판단부(210)의 판단 결과 사용자 피드백이 경계 확장 피드백이면, 다음과 같은 영역별 제약 조건을 생성할 수 있다.
고정 영역: F'= 0
무조건 변경 영역: F'= - A
조건 변경 영역: F'= min(0, F)
이때, A는 양수로서, 사용자에 의해 미리 설정될 수도 있으며 경계의 모든 영역에서 구해진 F값 중에 절대값이 가장 큰 값으로 설정될 수도 있다.
또한, 제약 조건 생성부(240)는 피드백 판단부(210)의 판단 결과 사용자 피드백이 경계 축소 피드백이면, 다음과 같은 영역별 제약 조건을 생성할 수 있다.
고정 영역: F'= 0
무조건 변경 영역: F'= A
조건 변경 영역: F'= max(0, F)
이때, A는 양수로서, 사용자에 의해 미리 설정될 수도 있으며 경계의 모든 영역에서 구해진 F값 중에 절대값이 가장 큰 값으로 설정될 수도 있다. 한편, 경계 수정부(140, 도 1 참조)는 제약 조건 생성부(240)에서 생성된 제약 조건을 영상 분할 알고리즘에 반영하여 경계를 수정할 수 있다.
예컨대, 영상 분할 알고리즘이 레벨 셋 알고리즘이라고 가정하면, 경계 수정부(140)는 수학식 2의 속도(F) 대신에 제약 조건 생성부(240)에서 생성된 각 영역(고정 영역, 무조건 변경 영역 및 조건 변경 영역)의 제약 조건 F'을 대입하여 제약 조건 F'을 레벨 셋 알고리즘에 반영할 수 있다. 또한, 경계 수정부(140)는 제약 조건 F'이 반영된 레벨 셋 알고리즘을 이용하여 경계를 재검출할 수 있다.
그 결과, 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인 경우, 고정 영역 내의 경계는 변화하지 않고, 무조건 변경 영역 내의 경계는 확장되어 무조건 변경 영역은 언제나 경계의 내부 영역에 속하게 되며, 조건 변경 영역 내의 경계는 조건부로 확장되어 조건 변경 영역의 일부는 경계의 내부 영역에 나머지는 경계의 외부 영역에 속하게 된다.
또한, 사용자 피드백이 경계 축소 피드백인 경우, 고정 영역 내의 경계는 변화하지 않고, 무조건 변경 영역 내의 경계는 축소되어 무조건 변경 영역은 언제나 경계의 외부 영역에 속하게 되며, 조건 변경 영역 내의 경계는 조건부로 축소되어 조건 변경 영역의 일부는 경계의 외부 영역에 나머지는 경계의 내부 영역에 속하게 된다.
도 3은 영상 분할 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 영상 분할 장치(300)는 도 1의 영상 분할 장치(100)에서 영상 획득부(310), 저장부(320) 및 디스플레이부(330)를 더 포함할 수 있다.
영상 획득부(310)는 영상을 획득할 수 있다. 이때, 영상은 컴퓨터 방사선(CR: Computed Radiography) 영상, 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computed Tomography) 영상, 초음파 영상 또는 자기공명영상(MRI: Magnetic Resonance Image) 등을 포함하는 다양한 의료 영상 중 하나일 수 있다.
저장부(320)는 영상 획득부(310)에서 획득된 영상, 경계 검출부(110)의 경계 검출 결과, 및 경계 수정부(130)의 경계 수정 결과 등을 저장할 수 있다.
저장부(320)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(330)는 영상 분할 장치(300)에서 처리되는 정보를 시각적으로 표시하여 출력할 수 있다. 디스플레이부(330)는 경계 검출 결과 및 경계 수정 결과를 시각적으로 표시하여 출력할 수 있다.
디스플레이부(330)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 안경형 디스플레이(예컨대, HMD(Head Mounted Display), FMD(Face Mounted Display), EMD(Eye Mounted Display), EGD(Eye Glass Display)) 등을 포함할 수 있다.
한편, 디스플레이부(330)가 터치패드와 상호 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성될 수 있으며, 이 경우, 디스플레이부(330)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 경계 확장을 위한 사용자 피드백의 예시도이다. 이때, 사용자 피드백은 터치스크린을 통하여 입력된다고 가정한다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 각 도면의 좌측 화면(410a, 410b, 410c, 410d)은 경계 검출부(110)의 경계 검출 결과를 출력한 화면이고, 각 도면의 중간 화면(420a, 420b, 420c, 420d)은 사용자의 피드백이 입력된 화면이고, 각 도면의 우측 화면(430a, 430b, 430c, 430d)는 경계 수정부(140)에서 사용자의 피드백을 반영하여 경계를 수정한 결과를 출력한 화면이다.
먼저, 경계 검출부(110)가 영상 분할 알고리즘을 이용하여 영상에서 경계(411a, 411b, 411c, 411d)을 검출한다. 이때, 경계 검출 결과, 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 내부에 포함되어야 할 영역이 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 외부에 포함될 수 있으며, 이 경우, 사용자는 피드백을 통하여 경계 검출부(110)에서 검출된 경계(411a, 411b, 411c, 411d)를 확장할 수 있다.
즉, 피드백 입력부(120)가 사용자로부터 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 외부 영역에 점을 찍는 피드백(421a)(도 4a 참조), 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 외부 영역에 선을 그리는 피드백(421b)(도 4b 참조), 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 내부 영역에서 시작해 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 외부 영역을 거쳐 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백(421c)(도 4c 참조) 또는 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 내부 영역에서 시작해 경계(411a, 411b, 411c, 411d) 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백(421d)(도 4d 참조)을 입력 받으면, 조건 생성부(130)는 사용자 피드백(421a, 421b, 421c, 421d)을 경계 확장 피드백으로 판단하고, 경계 수정부(140)는 사용자의 피드백(421a, 421b, 421c, 421d)을 반영하여 새로운 경계(431a, 431b, 431c, 431d)를 재검출할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 경계 축소를 위한 사용자 피드백의 예시도이다. 이때, 사용자 피드백은 터치스크린을 통하여 입력된다고 가정한다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 각 도면의 좌측 화면(510a, 510b, 510c, 510d)은 경계 검출부(110)의 경계 검출 결과를 출력한 화면이고, 각 도면의 중간 화면(520a, 520b, 520c, 520d)은 사용자 피드백이 입력된 화면이고, 각 도면의 우측 화면(530a, 530b, 530c, 530d)는 경계 수정부(140)에서 사용자 피드백을 반영하여 경계를 수정한 결과를 출력한 화면이다.
먼저, 경계 검출부(110)가 영상 분할 알고리즘을 이용하여 경계(511a, 511b, 511c, 511d)을 검출한다. 이때, 경계 검출 결과, 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 외부에 포함되어야 할 영역이 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 내부에 포함될 수 있으며, 이 경우, 사용자는 피드백을 통하여 경계 검출부(110)에서 검출된 경계(511a, 511b, 511c, 511d)를 축소할 수 있다.
즉, 피드백 입력부(120)가 사용자로부터 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 내부 영역에 점을 찍는 피드백(521a)(도 5a 참조), 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 내부 영역에 선을 그리는 피드백(521b)(도 5b 참조), 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 외부 영역에서 시작해 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 내부 영역을 거쳐 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백(521c)(도 5c 참조) 또는 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 외부 영역에서 시작해 경계(511a, 511b, 511c, 511d) 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백(521d)(도 5d 참조)을 입력 받으면, 조건 생성부(130)는 사용자의 피드백(521a, 521b, 521c, 521d)을 경계 축소 피드백으로 판단하고, 경계 수정부(140)는 사용자의 피드백(521a, 521b, 521c, 521d)을 반영하여 새로운 경계(531a, 531b, 531c, 531d)를 재검출할 수 있다.
도 6은 영상 분할 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 영상 분할 방법(600)은 먼저, 영상 분할 알고리즘을 이용하여 영상에서 경계를 검출한다(610). 예컨대, 영상 분할 장치(100, 300)는 레벨 셋 알고리즘을 이용하여 영상에서 경계 또는 윤곽을 검출할 수 있다.
그 후, 사용자로부터 검출된 경계에 대한 사용자 피드백을 입력 받는다(620). 예컨대, 영상 분할 장치(100, 300)는 경계 내부 또는 외부 중 수정을 원하는 영역을 선택하는 사용자 피드백을 입력 받을 수 있다.
사용자 피드백은 경계 확장 피드백 및 경계 축소 피드백으로 구분될 수 있다. 이때, 경계 확장 피드백은 경계 외부 영역에 점 또는 선을 입력 받거나, 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역을 거쳐 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 입력 받거나, 또는 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 입력 받는 등의 방법으로 입력 받을 수 있다. 반대로, 경계 축소 피드백은 경계 내부 영역에 점 또는 선을 입력 받거나, 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역을 거쳐 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 입력 받거나, 또는 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 입력 받는 등의 방법으로 입력 받을 수 있다.
그 후, 사용자의 피드백을 분석하여 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성한다(630). 예컨대, 영상 분할 장치(100, 300)는 사용자의 피드백을 분석하여 레벨 셋의 속도(F)와 관련된 레벨 셋의 제약 조건을 생성할 수 있다.
그 후, 생성된 제약 조건을 영상 분할 알고리즘에 반영하여 경계를 수정한다(640). 예컨대, 영상 분할 장치(100, 300)는 수학식 2의 속도(F) 대신에 제약 조건을 대입하여 제약 조건을 레벨 셋에 반영하고, 제약 조건이 반영된 레벨 셋을 이용하여 경계를 수정할 수 있다.
도 7은 도 6의 제약 조건 생성 과정(630)의 상세 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 도 6의 제약 조건 생성 과정(630)은 먼저, 사용자의 피드백을 분석하여 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인지 경계 축소 피드백인지 판단한다(710). 예컨대, 영상 분할 장치(100, 300)는 사용자의 피드백을 분석하여 피드백의 형태(예컨대, 피드백으로 선택된 화소의 위치, 피드백으로 선택된 화소의 개수, 피드백으로 선택된 화소들이 형성하는 모양 등)를 판단하고, 판단 결과를 기반으로 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인지 경계 축소 피드백인지를 판단할 수 있다.
예를 들면, 사용자 피드백이 경계 외부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 외부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역을 거쳐 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 영상 분할 장치(100, 300)는 사용자 피드백을 경계 확장 피드백으로 판단할 수 있다.
다른 예를 들면, 사용자 피드백이 경계 내부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 내부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역을 거쳐 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 영상 분할 장치(100, 300)는 사용자 피드백을 경계 축소 피드백으로 판단할 수 있다.
그 후, 사용자 피드백을 기반으로 경계를 고정 경계 및 수정 경계로 구분한다(720). 예컨대, 영상 분할 장치(100, 300)는 사용자 피드백으로 선택된 영역과 경계간의 거리를 계산하고, 사용자 피드백으로 선택된 영역으로부터 가까운 순서대로 N %의 경계 부분은 수정 경계로, 나머지 경계 부분은 고정 경계로 구분할 수 있다. 이때, N은 시스템의 성능 또는 용도에 따라 사용자에 의해 미리 설정된 상수일 수도 있고, 피드백의 내용(예컨대, 사용자의 피드백으로 선택된 영역의 범위 등)에 의존하는 변수일 수도 있다.
그 후, 경계 구분 결과를 기반으로 영상의 전체 영역을 고정 영역, 무조건 변경 영역 및 조건 변경 영역으로 구분한다(730). 예컨대, 영상 분할 장치(100, 300)는 고정 경계를 중심으로 기 설정된 범위 내의 영역을 포함하는 영역을 고정 영역으로, 사용자 피드백으로 선택된 영역을 중심으로 기 설정된 범위 내의 영역을 포함하는 영역을 무조건 변경 영역으로, 고정 영역 및 무조건 변경 영역을 제외한 나머지 영역으로 포함하는 영역 조건 변경 영역으로, 영상의 전체 영역을 구분할 수 있다.
그 후, 각 영역(고정 영역, 무조건 변경 영역, 및 조건 변경 영역)에 대한 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성한다(730). 예컨대, 영상 분할 알고리즘이 레벨 셋 알고리즘이라고 가정하면, 영상 분할 장치(100, 300)는 레벨 셋의 속도(F)(수학식 2 참조)와 관련된 각 영역의 제약 조건을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 영상 분할 장치(100, 300)는 사용자 피드백이 경계 확장 피드백이면, 다음과 같은 제약 조건을 생성할 수 있다.
고정 영역: F'= 0
무조건 변경 영역: F'= - A
조건 변경 영역: F'= min(0, F)
또한, 영상 분할 장치(100, 300)는 사용자 피드백이 경계 축소 피드백이면, 다음과 같은 제약 조건을 생성할 수 있다.
고정 영역: F'= 0
무조건 변경 영역: F'= A
조건 변경 영역: F'= max(0, F)
이때, A는 양수로서, 사용자에 의해 미리 설정될 수도 있으며 경계의 모든 영역에서 구해진 F값 중에 절대값이 가장 큰 값으로 설정될 수도 있다.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 영상 분할 장치
110: 경계 검출부
120: 피드백 입력부
130: 조건 생성부
140: 경계 수정부

Claims (16)

  1. 영상 분할 알고리즘을 이용하여 영상 내에서 경계를 검출하는 경계 검출부;
    상기 검출된 경계에 대한 사용자 피드백을 입력 받는 피드백 입력부;
    상기 사용자 피드백에 따라 상기 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성하는 조건 생성부; 및
    상기 생성된 제약 조건을 상기 영상 분할 알고리즘에 반영하여 상기 검출된 경계를 수정하는 경계 수정부;
    를 포함하고,
    상기 조건 생성부는, 상기 사용자 피드백에 기초하여 상기 검출된 경계를 고정 경계 및 수정 경계로 구분하고, 상기 경계의 구분 결과에 기초하여 상기 영상의 전체 영역을 복수의 영역으로 구분하며, 상기 복수의 영역 각각에 대하여 적용될 제약 조건을 생성하는, 영상 분할 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 분할 알고리즘은 레벨 셋(Level Set) 알고리즘인 영상 분할 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조건 생성부는,
    상기 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인지 경계 축소 피드백인지를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 서로 다른 제약 조건을 생성하는 영상 분할 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조건 생성부는,
    상기 사용자 피드백이 경계 외부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 외부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역을 거쳐 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 상기 사용자 피드백을 경계 확장 피드백이라고 판단하는 영상 분할 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 조건 생성부는,
    상기 사용자 피드백이 경계 내부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 내부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역을 거쳐 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 상기 사용자 피드백을 경계 축소 피드백이라고 판단하는 영상 분할 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조건 생성부는,
    상기 사용자 피드백으로 선택된 영역과 경계간의 거리를 계산하고, 계산된 거리에 따라 상기 검출된 경계를 상기 고정 경계와 상기 수정 경계로 구분하는 영상 분할 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조건 생성부는,
    상기 영상의 전체 영역 중에서 상기 고정 경계를 포함하는 영역을 고정 영역으로, 상기 영상의 전체 영역 중에서 상기 사용자 피드백으로 선택된 영역을 포함하는 영역을 무조건 변경 영역으로, 상기 영상의 전체 영역 중에서 상기 고정 영역과 상기 무조건 변경 영역 이외의 나머지 영역을 포함하는 영역을 조건 변경 영역으로 구분하는 영상 분할 장치.
  9. 영상 분할 알고리즘을 이용하여 영상 내에서 경계를 검출하는 단계;
    상기 검출된 경계에 대한 사용자 피드백을 입력 받는 단계;
    상기 사용자 피드백에 따라 상기 영상 분할 알고리즘의 제약 조건을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 제약 조건을 상기 영상 분할 알고리즘에 반영하여 상기 검출된 경계를 수정하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제약 조건을 생성하는 단계는,
    상기 사용자 피드백에 기초하여 상기 검출된 경계를 고정 경계 및 수정 경계로 구분하는 단계;
    상기 경계의 구분 결과에 기초하여, 상기 영상의 전체 영역을 복수의 영역으로 구분하는 단계; 및
    상기 복수의 영역 각각에 대하여 적용될 제약 조건을 생성하는 단계;
    를 포함하는, 영상 분할 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영상 분할 알고리즘은 레벨 셋(Level Set) 알고리즘인 영상 분할 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제약 조건을 생성하는 단계는,
    상기 사용자 피드백이 경계 확장 피드백인지 경계 축소 피드백인지 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 따라 서로 다른 제약 조건을 생성하는 단계; 를 포함하는 영상 분할 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 사용자 피드백이 경계 외부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 외부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역을 거쳐 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 내부 영역에서 시작해 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 상기 사용자 피드백을 경계 확장 피드백이라고 판단하는 영상 분할 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 사용자 피드백이 경계 내부 영역에 점을 찍는 피드백, 경계 내부 영역에 선을 그리는 피드백, 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역을 거쳐 경계 외부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백, 또는 경계 외부 영역에서 시작해 경계 내부 영역에서 끝나는 선을 그리는 피드백 중 어느 하나인 경우, 상기 사용자 피드백을 경계 축소 피드백이라고 판단하는 영상 분할 방법.
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    상기 검출된 경계를 구분하는 단계는,
    상기 사용자 피드백으로 선택된 영역과 경계간의 거리를 계산하고, 계산된 거리에 따라 상기 검출된 경계를 상기 고정 경계와 상기 수정 경계로 구분하는 영상 분할 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 영상의 전체 영역을 복수의 영역으로 구분하는 단계는,
    상기 영상의 전체 영역 중에서 상기 고정 경계를 포함하는 영역을 고정 영역으로, 상기 영상의 전체 영역 중에서 상기 사용자 피드백으로 선택된 영역을 포함하는 영역을 무조건 변경 영역으로, 상기 영상의 전체 영역 중에서 상기 고정 영역과 상기 무조건 변경 영역 이외의 나머지 영역을 포함하는 영역을 조건 변경 영역으로 구분하는, 영상 분할 방법.
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