KR102403947B1 - Composite image generation method, apparatus performing the same, and computer program for executing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 합성영상생성방법, 이를 수행하는 합성영상생성장치, 및 이를 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 다수의 입력영상들을 합성하여 하나의 합성영상을 생성하기 위한 합성영상생성방법, 이를 수행하는 합성영상생성장치, 및 이를 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명은 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 합성영상생성방법을 개시한다.The present invention relates to a method for generating a synthesized image, a synthesized image generating apparatus for performing the same, and a computer program stored in a computer readable medium for executing the same, and more particularly, to a single synthesis by synthesizing a plurality of different input images. To a synthetic image generating method for generating an image, to a synthetic image generating apparatus for performing the same, and to a computer program stored in a computer readable medium for executing the same.
The present invention discloses a synthesized image generating method for generating a synthesized image by synthesizing K different input images (X(k)) (K is a natural number greater than or equal to 2, 1≤k≤K).
Description
본 발명은, 합성영상생성방법, 이를 수행하는 합성영상생성장치, 및 이를 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 다수의 입력영상들을 합성하여 하나의 합성영상을 생성하기 위한 합성영상생성방법, 이를 수행하는 합성영상생성장치, 및 이를 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.The present invention relates to a method for generating a synthesized image, an apparatus for generating a synthesized image for performing the same, and a computer program stored in a computer readable medium for executing the same, and more particularly, to a single synthesis by synthesizing a plurality of different input images. To a synthetic image generating method for generating an image, to a synthetic image generating apparatus for performing the same, and to a computer program stored in a computer readable medium for executing the same.
일반적으로 인간의 눈(Human visual system)은 바라보는 장면에 어두운 곳과 밝은 곳이 동시에 존재해도 정보를 인지하는데 어려움이 없다. 반면, 디지털 기기는 객체로부터 반사되는 빛을 센서로 받아들일 때, 빛이 노출되는 정도에 따라 정보를 얻을 수 없는 부분이 생긴다. In general, the human visual system does not have any difficulty in recognizing information even when both dark and bright areas exist in the scene it is looking at. On the other hand, when a digital device receives light reflected from an object as a sensor, information cannot be obtained depending on the degree to which the light is exposed.
다시 말해, 디지털 기기는 영상을 획득하기 전에 특정 지역의 밝기에 따른 노출을 정하고 영상을 얻는데, 어두운 곳을 기준으로 촬영된 영상 또는 밝은 곳을 기준으로 촬영된 영상에서 노출부족(Under expose) 현상 또는 노출과다(Over expose) 현상이 나타난다. 그리고 이 현상이 나타나는 부분의 정보를 영상에 표현할 수 없는 문제가 생긴다. 이러한 문제가 발생하는 이유는 디지털 기기의 동적범위(Dynamic range)가 인간의 눈의 동적범위보다 좁기 때문이다.In other words, before acquiring an image, the digital device determines the exposure according to the brightness of a specific area and acquires an image. Under-exposure phenomenon or Over-exposure occurs. And there is a problem that the information of the part where this phenomenon appears cannot be expressed in the image. This problem occurs because the dynamic range of digital devices is narrower than that of the human eye.
이러한 차이를 극복하기 위해 넓은 동적 범위를 갖는 영상을 얻는 HDR(High dynamic range) 기술이 연구되고 있다. HDR 기술의 최종 목적은 인간이 인지하는 장면과 유사하게 보이는 HDR 영상을 얻는 것이다. In order to overcome this difference, a high dynamic range (HDR) technology for obtaining an image having a wide dynamic range is being studied. The ultimate goal of HDR technology is to obtain HDR images that look similar to human-perceived scenes.
뿐만 아니라, HDR 영상은 많은 정보를 포함하고 있기 때문에 영상에 있는 객체 등을 인간의 눈으로 인지하기에 쉬우며, 검출, 인식 등의 컴퓨터 비전 알고리즘의 성능을 높이기 위한 전처리 알고리즘으로 사용될 수 있다. 하지만, 합성에 의한 HDR 영상은 주로 후광 효과(Halo effect)나 색상 변화(Color shift), 포화(Saturation) 등의 여러 문제점을 가지고 있다.In addition, since the HDR image contains a lot of information, it is easy to recognize objects in the image with the human eye, and it can be used as a preprocessing algorithm to improve the performance of computer vision algorithms such as detection and recognition. However, the HDR image by synthesis mainly has several problems such as a halo effect, color shift, and saturation.
HDR 기술은 HDRI(High dynamic range imaging) 방법과 다중 노출 영상 합성(Multi-exposure image fusion) 방법 두 가지로 나눌 수 있다. HDRI는 노출이 다른 여러 장의 LDR(Low dynamic range) 영상들과 그 영상들의 노출 시간을 이용하여 카메라 응답 함수(Camera response function)를 구하고 라디언스 맵(Radiance map)을 구성하여 한 장의 HDR 영상을 얻는 방법이다.HDR technology can be divided into a high dynamic range imaging (HDRI) method and a multi-exposure image fusion method. HDRI obtains a camera response function using several LDR (Low dynamic range) images with different exposures and the exposure time of the images, and constructs a radiance map to obtain a single HDR image. way.
HDRI를 이용하여 얻은 HDR 영상은 채널당 부동 소수점 표현의 32비트를 갖기 때문에 일반적인 디지털 기기에서 표현될 수 없으며, 톤 매핑을 이용하여 HDR 영상을 LDR 영상으로 변환하여 표현할 수 있도록 하는 것이 일반적이다.Since HDR images obtained using HDRI have 32 bits of floating-point representation per channel, they cannot be expressed in general digital devices, and it is common to convert HDR images to LDR images using tone mapping to express them.
다중 노출 합성 방법도 마찬가지로 노출이 다른 여러 장의 LDR(Low dynamic range) 영상들 이용한다. 하지만, HDR 영상을 얻는 과정과 톤 매핑을 수행하는 과정 없이 한 번에 합성된 LDR 영상을 얻는 방법이다. The multiple exposure synthesis method also uses several LDR (Low dynamic range) images with different exposures. However, it is a method of obtaining a synthesized LDR image at once without a process of obtaining an HDR image and a process of performing tone mapping.
그러나, 이러한 기존 영상 합성방법은 후광 효과(Halo effect)나 색상 변화(Color shift), 포화(Saturation) 등의 여러 문제점과 함께 합성처리속도가 여전히 개선해야 할 문제점으로 남아있다.However, the conventional image synthesis method still has problems in which synthesis processing speed needs to be improved along with various problems such as a halo effect, color shift, and saturation.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 인식하여, 다수의 입력영상을 합성하여 합성영상을 생성함에 있어, 처리속도를 크게 향상시킬 수 있는 합성영상생성방법, 이를 수행하는 합성영상생성장치, 및 이를 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to recognize the above problems, and to generate a composite image by synthesizing a plurality of input images to greatly improve the processing speed, a synthesized image generating apparatus for performing the same, and the same To provide a computer program stored in a computer-readable medium for execution.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 합성영상생성방법으로서, 상기 K개의 입력영상(X(k))들 각각의 동일위치에서 추출된 K개의 컬러이미지패치(CP(k), 1≤k≤K)들을 포함하는 패치집합{Ak}을 정의하는 패치집합정의단계(S202)와; 상기 K개의 컬러이미지패치(CP(k))들을 신호강도(c(k)), 신호구조(), 및 평균밝기()로 이루어지는 K개의 패치벡터(, 1≤k≤K)들로 정의하는 패치벡터정의단계(S204)와; 상기 K개의 패치벡터()들을 이용해 평균밝기()가 제거된 K개의 평균제거패치벡터(, 1≤k≤K)들을 산출하는 평균제거패치벡터산출단계(S206)와; 상기 K개의 평균제거패치벡터()들 각각의 신호강도(c(k))를 기초로 정규화된 가중치함수(ω(k))를 산출하는 가중치함수산출단계(S208)와; 상기 가중치함수(ω(k))와 상기 K개의 평균제거패치벡터()들에 대한 가중합벡터를 산출하는 가중합벡터산출단계(S210)와; 상기 가중합벡터에 상기 합성영상의 합성평균밝기(l)를 더해 상기 합성영상의 합성패치벡터()를 산출하는 합성패치벡터산출단계(S212)를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성영상생성방법을 개시한다.The present invention was created to achieve the object of the present invention as described above, and a synthesized image is generated by synthesizing K different input images (X(k)) (K is a natural number of 2 or more, 1≤k≤K) As a synthetic image generating method, a patch set {A including K color image patches (CP(k), 1≤k≤K) extracted from the same position of each of the K input images X(k) a patch set definition step (S202) of defining k }; The K color image patches (CP(k)) are analyzed for signal intensity (c(k)), signal structure ( ), and average brightness ( ) of K patch vectors ( , 1≤k≤K) defining a patch vector defining step (S204); The K patch vectors ( ) using the average brightness ( ) of the K mean removed patch vectors ( , 1≤k≤K) and calculating an average removed patch vector (S206); The K average removed patch vectors ( ) a weighting function calculation step (S208) of calculating a normalized weighting function (ω(k)) based on each of the signal strengths (c(k)); The weight function (ω(k)) and the K average removed patch vectors ( ), a weighted sum vector calculating step (S210) of calculating a weighted sum vector for them; Synthetic patch vector ( ), a synthetic patch vector calculating step (S212) for calculating a synthetic image generating method is disclosed.
상기 K개의 평균제거패치백터()들을 신호강도에 따라 정렬하여 가장 큰 신호강도를 가지는 최대신호강도벡터()를 산출하는 최대신호강도벡터산출단계와; 상기 가중합벡터를 상기 최대신호강도벡터()로 근사하는 가중합벡터근사단계를 포함할 수 있다.The K average removed patch vectors ( ) are sorted according to the signal strength, and the maximum signal strength vector ( ) a maximum signal intensity vector calculating step; The weighted sum vector is the maximum signal intensity vector ( ) may include a weighted sum vector approximation step.
상기 합성패치벡터()를 기초로 상기 합성영상을 생성하는 합성영상생성단계를 추가로 포함할 수 있다.The synthetic patch vector ( ) may further include a synthetic image generating step of generating the synthetic image based on the.
다른 측면에서, 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 합성영상생성방법으로서, 상기 K개의 입력영상(X(k))들을 제i번째 픽셀에 대한 K개의 고주파영상(Nk(i), 1≤k≤K)들과 K개의 저주파영상(Mk(i), 1≤k≤K)들로 구분하는 영상분리단계와; 상기 K개의 고주파영상(Nk(i))들의 신호강도(ck(i))를 기초로 정규화된 고주파가중치함수(Ak(i))를 산출하는 가중치함수산출단계와, 상기 고주파영상(Nk(i))에 상기 고주파가중치함수(Ak(i)))를 가중합하여 고주파영상가중합()을 산출하는 고주파영상가중합단계와; 상기 저주파영상(Mk(i))에 저주파가중치함수(Bk(i))을 가중합하여 저주파영상가중합(를 산출하는 저주파영상가중합단계와; 상기 고주파영상가중합()과 저주파영상가중합(을 더해 상기 합성영상을 생성하는 합성영상생성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성영상생성방법을 개시한다.In another aspect, there is provided a synthetic image generating method for generating a synthesized image by synthesizing K different input images X(k) (K is a natural number greater than or equal to 2, 1≤k≤K), wherein the K input images (X (k)) are divided into K high-frequency images (Nk(i), 1≤k≤K) and K low-frequency images (Mk(i), 1≤k≤K) for the i-th pixel. separation step; A weighting function calculation step of calculating a normalized high-frequency weight function Ak(i) based on the signal intensity ck(i) of the K high-frequency images Nk(i), and the high-frequency image Nk(i) )) by weighting the high-frequency weighting function (Ak(i))) to the high-frequency image weighting sum ( ) a high-frequency image weighting step of calculating; By weighting the low-frequency image (Mk(i)) with the low-frequency weighting function (Bk(i)), the low-frequency image weighting sum ( a low-frequency image weighted polymerization step of calculating The high-frequency image weighting ( ) and low-frequency image weighting ( Disclosed is a synthetic image generating method, characterized in that it comprises a synthetic image generating step of generating the synthesized image by adding
상기 K개의 고주파영상(Nk(i))들을 신호강도에 따라 정렬하여 가장 큰 신호강도를 가지는 최대신호강도(Cmax(i))를 산출하는 최대신호강도산출단계와; 상기 고주파영상가중합()을 상기 최대신호강도(Cmax(i))로 근사하는 고주파영상가중합근사단계를 포함할 수 있다.a maximum signal intensity calculation step of arranging the K high-frequency images (Nk(i)) according to signal intensity and calculating a maximum signal intensity Cmax(i) having the greatest signal intensity; The high-frequency image weighting ( ) may include a high-frequency image weighted sum approximation step of approximating the maximum signal intensity (Cmax(i)).
상기 합성영상생성방법은, 상기 K개의 입력영상(X(k))들의 전역적 밝기값 μk 및 지역적 밝기값 lk을 기초로 상기 저주파가중치함수(Bk(i))를 산출하는 저주파가중치함수산출단계를 추가로 포함할 수 있다.The synthetic image generating method includes a low-frequency weighting function calculating step of calculating the low-frequency weighting function (Bk(i)) based on the global brightness value μk and the local brightness value lk of the K input images X(k). may further include.
다른 측면에서, 본 발명은 컴퓨터를 이용하여 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 합성영상생성방법을 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 개시한다.In another aspect, the present invention executes a synthetic image generating method for generating a synthetic image by synthesizing K different input images (X(k)) (K is a natural number greater than or equal to 2, 1≤k≤K) using a computer. Discloses a computer program stored in a computer-readable medium to do so.
또한 본 발명은 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 합성영상생성방법을 수행하는 합성영상생성장치를 개시한다.In addition, the present invention discloses a synthesized image generating apparatus for performing a synthesized image generating method for generating a synthesized image by synthesizing K different input images (X(k)) (K is a natural number greater than or equal to 2, 1≤k≤K) do.
본 발명에 따른 합성영상생성방법, 이를 수행하는 합성영상생성장치, 및 이를 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램은, 다수의 입력영상을 합성하여 합성영상을 생성함에 있어, 처리속도를 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.A method for generating a synthetic image according to the present invention, an apparatus for generating a synthetic image for performing the same, and a computer program stored in a computer readable medium for executing the method greatly increase the processing speed in generating a synthetic image by synthesizing a plurality of input images There are benefits that can be improved.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 합성영상생성장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는, 도 1의 합성영상생성장치에서 수행되는 합성영상생성방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은, 도 2의 합성영상생성방법의 변형예를 설명하는 순서도이다.
도 4a 내지 도 4b는, 합성영상을 생성하기 위한 입력영상들을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는, 본 발명에 따른 합성영상생성방법에 따라 생성된 합성영상들을 보여주는 도면이다.1 is a block diagram showing an apparatus for generating a composite image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for generating a synthesized image performed in the apparatus for generating a synthesized image of FIG. 1 .
3 is a flowchart illustrating a modified example of the method for generating a composite image of FIG. 2 .
4A to 4B are diagrams illustrating input images for generating a composite image.
5A to 5C are views showing synthesized images generated according to the method for generating a synthesized image according to the present invention.
이하 본 발명에 따른 합성영상생성장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an apparatus for generating a composite image according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 합성영상생성장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 합성영상생성방법을 수행하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.As shown in FIG. 1, the synthesized
여기서, 상기 K개의 입력영상(X(k))들은, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 노출을 달리한 영상으로서, 입력영상의 개수 K는, 다양하게 설정될 수 있다.Here, as shown in FIGS. 4A to 4C , the K input images X(k) are images with different exposures, and the number K of input images may be variously set.
상기 입력영상(X(k))은, CCTV이나 카메라 등의 이미지센서로 취득되는 영상으로, 특정 이미지에 한정되지 않으며, 다양한 이미지를 포함할 수 있다.The input image X(k) is an image acquired by an image sensor such as a CCTV or a camera, and is not limited to a specific image, and may include various images.
일 실시예에서, 상기 합성영상생성장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들이 입력되는 영상입력부(110)와, 상기 영상입력부(110)를 통해 입력된 K개의 입력영상(X(k))들을 분석하는 영상분석부(120)와, 상기 K개의 입력영상(X(k))들에 대한 분석결과를 기초로 K개의 입력영상(X(k))들에 대한 가중합을 연산하는 가중합연산부(130)와, 상기 연산된 가중합을 이용해 합성영상을 생성하는 합성영상생성부(140)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the synthesized
상기 영상입력부(110)는, 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들이 입력되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The
상기 영상입력부(110)는, 입력영상(X(k))을 촬상/촬영하기 위한 이미지센서와 유무선네트워크를 통해 연결될 수 있다.The
상기 영상입력부(110)를 통해 입력된 원본영상은 메모리(미도시)에 저장되거나 또는 유무선네트워크를 통해 외부로 송신될 수 있다.The original image input through the
이때, 상기 합성영상생성장치(100)는, 영상입력부(110)로 입력될 입력영상(X(k))을 획득하기 위한 카메라 등의 영상획득수단(미도시)을 자체적으로 포함하거나 또는 외부의 영상획득수단과 유무선네트워크를 통해 연결되어 입력영상(X(k))을 획득할 수 있다.In this case, the synthesized
상기 영상분석부(120)는, 상기 영상입력부(110)를 통해 입력된 K개의 입력영상(X(k))들을 분석하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The
예로서, 상기 영상분석부(120)는, K개의 입력영상(X(k))들에 대한 패치단위 또는 픽셀단위 가중합을 연산하기 위해 K개의 입력영상(X(k))들을 패치단위로 분석하거나 또는 픽셀단위로 분석할 수 있다.For example, the
상기 영상분석부(120)에서 수행되는 분석과정은 이하 합성영상생성방법을 설명하며 자세히 설명한다.The analysis process performed by the
상기 가중합연산부(130)는, K개의 입력영상(X(k))들에 대한 분석결과를 기초로 K개의 입력영상(X(k))들에 대한 가중합을 연산하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The weighted sum calculating unit 130 has various configurations, such as calculating the weighted sum of the K input images X(k) based on the analysis result of the K input images X(k). It is possible.
예로서, 상기 가중합연산부(130)는, K개의 입력영상(X(k))들에 대한 패치단위 또는 픽셀단위 가중합을 연산할 수 있다.For example, the weighted sum operation unit 130 may calculate a patch unit or pixel unit weighted sum of the K input images X(k).
상기 영상분석부(120) 및 가중합연산부(130)에서 수행되는 분석과정은 이하 합성영상생성방법을 설명하며 자세히 설명한다.The analysis process performed by the
상기 합성영상생성부(140)는, 가중합연산부(130)에서 연산된 가중합을 이용해 합성영상을 생성하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The synthesized image generating unit 140 may be configured to generate a synthesized image by using the weighted sum calculated by the weighted sum operation unit 130 , and various configurations are possible.
상기 합성영상생성부(140)를 통해, K개의 입력영상(X(k))들이 하나의 합성영상으로 생성될 수 있다.Through the synthesized image generator 140 , K input images X(k) may be generated as one synthesized image.
이때, 본 발명에 따른 합성영상생성장치(100)는, 합성영상생성부(140)를 통해 합성된 합성영상을 출력하는 출력부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.In this case, the synthesized
상기 출력부(미도시)는, 합성된 합성영상을 출력하기 위한 구성으로, 다양한 구성이 가능하며 예로서 시각적 방법을 이용해 합성영상을 출력하는 디스플레이부로 이루어질 수 있다.The output unit (not shown) is configured to output a synthesized composite image, and various configurations are possible. For example, the output unit (not shown) may include a display unit that outputs the synthesized image using a visual method.
상기 출력부(미도시)를 통해 출력된 최종 결과물인 합성영상은 유무선네트워크를 통해 외부로 송신될 수 있다.The composite image as a final result output through the output unit (not shown) may be transmitted to the outside through a wired/wireless network.
한편, 상기 합성영상생성장치(100)는, 상술한 구성에 더하여 무선통신을 위한 무선통신부, 사용자를 통한 합성영상생성장치(100) 동작 제어를 위한 사용자입력부를 추가로 포함할 수 있다.Meanwhile, the synthesized
이하, 도 2 내지 도 5c를 참조하여, 상기 합성영상생성장치(100)에서 수행되는 합성영상생성방법을 자세히 설명한다.Hereinafter, a synthetic image generating method performed by the synthetic
상기 합성영상생성방법은, 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 합성영상생성방법으로서, 실제에 가까운 합성영상을 생성하면서도 처리속도를 크게 개선할 수 있는 합성방법을 개시한다.The synthetic image generating method is a synthetic image generating method that generates a synthesized image by synthesizing K different input images X(k) (K is a natural number greater than or equal to 2, 1≤k≤K). Disclosed is a synthesis method that can significantly improve processing speed while generating an image.
제1실시예에서, 상기 합성영상생성방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, K개의 입력영상(X(k))들에 대해 패치기반으로 합성영상을 생성할 수 있다.In the first embodiment, as shown in FIG. 2 , the synthesized image generating method may generate a synthesized image based on a patch for K input images X(k).
구체적으로, 상기 합성영상생성방법은, 상기 K개의 입력영상(X(k))들 각각의 동일위치에서 추출된 K개의 컬러이미지패치(CP(k), 1≤k≤K)들을 포함하는 패치집합{CPk}을 정의하는 패치집합정의단계와; 상기 K개의 컬러이미지패치(CP(k))들을 신호강도(c(k)), 신호구조(), 및 평균밝기()로 이루어지는 K개의 패치벡터(, 1≤k≤K)들로 정의하는 패치벡터정의단계(S204)와; 상기 K개의 패치벡터()들을 이용해 평균밝기()가 제거된 K개의 평균제거패치벡터(, 1≤k≤K)들을 산출하는 평균제거패치벡터산출단계(S206)와; 상기 K개의 평균제거패치벡터()들 각각의 신호강도(c(k))를 기초로 정규화된 가중치함수(ω(k))를 산출하는 가중치함수산출단계(S208)와; 상기 가중치함수(ω(k))와 상기 K개의 평균제거패치벡터()들에 대한 가중합벡터를 산출하는 가중합벡터산출단계(S210)와; 상기 가중합벡터에 상기 합성영상의 합성평균밝기()를 더해 상기 합성영상의 합성패치벡터()를 산출하는 합성패치벡터산출단계(S212)를 포함할 수 있다.Specifically, in the method for generating a composite image, a patch including K color image patches (CP(k), 1≤k≤K) extracted from the same position of each of the K input images X(k). a patch set definition step of defining a set {CP k }; The K color image patches (CP(k)) are analyzed for signal intensity (c(k)), signal structure ( ), and average brightness ( ) of K patch vectors ( , 1≤k≤K) defining a patch vector defining step (S204); The K patch vectors ( ) using the average brightness ( ) of the K mean removed patch vectors ( , 1≤k≤K) and calculating an average removed patch vector (S206); The K average removed patch vectors ( ) a weighting function calculation step (S208) of calculating a normalized weighting function (ω(k)) based on each of the signal strengths (c(k)); The weight function (ω(k)) and the K average removed patch vectors ( ), a weighted sum vector calculating step (S210) of calculating a weighted sum vector for them; In the weighted sum vector, the synthesized average brightness of the synthesized image ( ) to the composite patch vector of the composite image ( ) may include a synthetic patch vector calculating step (S212) for calculating.
K개의 입력영상(X(k))들은, 영상입력부(110)를 통해 합성영상생성장치(100)로 입력될 수 있다.The K input images X(k) may be input to the synthesized
상기 합성영상생성방법은, 상기 K개의 입력영상(X(k))들을 입력받는 입력영상 입력단계(S202)를 추가로 포함할 수 있다.The synthetic image generating method may further include an input image input step S202 of receiving the K input images X(k).
상기 패치집합정의단계는, K개의 입력영상(X(k))들 각각의 동일위치에서 추출된 K개의 컬러이미지패치(CP(k), 1≤k≤K)들을 포함하는 패치집합{CPk}을 정의하는 단계로, 영상분석부(120)에 의해 수행될 수 있다.The patch set definition step includes a patch set {CP k including K color image patches (CP(k), 1≤k≤K) extracted from the same location of each of the K input images X(k). }, which may be performed by the
상기 컬러이미지패치(CP(k), 1≤k≤K) 각각은, 입력영상(X(k))의 동일위치에서 추출된 컬러채널의 패치로서, 예로서 RGB컬러패치(단일채널도 가능)일 수 있다.Each of the color image patches (CP(k), 1≤k≤K) is a patch of a color channel extracted from the same position of the input image X(k), for example, an RGB color patch (single channel is also possible) can be
상기 패치집합{CPk}은, K개의 입력영상(X(k))들에 대한 K개의 컬러이미지패치(CP(k), 1≤k≤K)들을 원소로 포함하는 집합으로 정의될 수 있다.The patch set {CP k } may be defined as a set including K color image patches (CP(k), 1≤k≤K) for K input images X(k) as elements. .
= 수식 (1) = Formula (1)
상기 패치벡터정의단계(S204)는, K개의 컬러이미지패치(CP(k))들을 신호강도(c(k)), 신호구조(), 및 평균밝기()로 이루어지는 K개의 패치벡터(, 1≤k≤K)들로 정의하는 단계로서, 상기 영상분석부(120)에 의해 수행될 수 있다.In the patch vector definition step S204, the K color image patches CP(k) are identified by the signal intensity c(k), the signal structure ( ), and average brightness ( ) of K patch vectors ( , 1≤k≤K), which may be performed by the
즉, K개의 컬러이미지패치(CP(k))들은, 크기와 방향을 가지는 패치벡터()로 표현되는 신호일 수 있다.That is, the K color image patches CP(k) are the patch vectors ( ) may be a signal represented by
상기 패치벡터()는 입력영상(X(k))의 컬러채널의 개수가 n이고 이미지패치의 사이즈가 m일 때, n*m2의 차원을 가지는 열벡터(Column vector)로 정의될 수 있다.The patch vector ( ) may be defined as a column vector having a dimension of n*m 2 when the number of color channels of the input image X(k) is n and the size of the image patch is m.
이때, 상기 패치벡터()는 아래 수식들에 의해 신호강도(c(k)), 신호구조(), 및 평균밝기()로 정의될 수 있다.At this time, the patch vector ( ) is the signal strength (c(k)) and the signal structure ( ), and average brightness ( ) can be defined as
먼저, 상기 패치벡터()의 평균밝기를 구하고 상기 패치벡터()에서 평균밝기(를 제거하여 평균-제거된(Mean-removed) 평균제거패치벡터()를 구한다. First, the patch vector ( ) average brightness to obtain the patch vector ( ) in average brightness ( Mean-removed mean-removed patch vector ( ) to find
여기서, 상기 평균제거패치벡터()는, 로 표기(notation)될 수 있다.Here, the average removed patch vector ( )Is, It can be marked as (notation).
다음, 평균제거패치벡터(를 그 크기(Magnitude, )와 방향(Direction, )으로 구분할 수 있다.Next, the average removal patch vector ( is its magnitude (Magnitude, ) and direction (Direction, ) can be distinguished.
상기 패치벡터()는 평균제거패치벡터(에 평균밝기를 더하는 방식으로 정의될 수 있다.The patch vector ( ) is the average removed patch vector ( average brightness on It can be defined by adding
수식(2) Formula (2)
수식(3-1) Formula (3-1)
여기서, 는 패치벡터()의 평균밝기(mean intensity), 상기 C(k)는 패치벡터()의 신호강도(signal strength)로서 평균제거패치벡터()의 크기이고, 는 패치벡터()의 신호구조(signal structure)로서 평균제거패치벡터()의 단위벡터일 수 있다.here, is the patch vector ( ) of the mean intensity, the C(k) is the patch vector ( ) as the signal strength of the average removed patch vector ( ) is the size of is the patch vector ( ) as the signal structure of the mean removed patch vector ( ) may be a unit vector of
이를 통해, 상기 패치벡터()가 수식 (3-1)과 같이 신호강도(c(k)), 신호구조(), 및 평균밝기()로 이루어지는 벡터로 정의될 수 있다.Through this, the patch vector ( ) is the signal strength (c(k)) and the signal structure ( ), and average brightness ( ) can be defined as a vector consisting of
결과적으로, 상기 K개의 패치벡터()들이 합성된 합성영상의 합성패치벡터()는 아래 수식 (3-2)와 같이 정의될 수 있다.As a result, the K patch vectors ( ) of the synthesized image synthesized patch vector ( ) can be defined as in Equation (3-2) below.
수식 (3-2) Formula (3-2)
수식 (3-1)과 유사하게, 상기 수식 (3-2)에서, 은 합성영상의 합성신호강도, 은 합성영상의 합성신호구조, 은 합성영상의 합성평균밝기로 정의될 수 있다.Similarly to Equation (3-1), in Equation (3-2) above, is the composite signal strength of the composite image, is the composite signal structure of the composite image, may be defined as the composite average brightness of the composite image.
상기 평균제거패치벡터산출단계(S206)은, 상기 K개의 패치벡터()들을 이용해 평균밝기()가 제거된 K개의 평균제거패치벡터(, 1≤k≤K)들을 산출하는 단계로서, 상기 영상분석부(120)에 의해 수행될 수 있다.In the step of calculating the average removed patch vector (S206), the K patch vectors ( ) using the average brightness ( ) of the K mean removed patch vectors ( , 1≤k≤K), which may be performed by the
수식 (4) Formula (4)
상기 평균제거패치벡터산출단계(S206)는, 상술한 패치벡터정의단계(S204)와 함께 또는 상기 패치백터정의단계(S204) 전에 수행될 수 있다.The average removal patch vector calculation step (S206) may be performed together with the patch vector defining step (S204) or before the patch vector defining step (S204).
상기 패치벡터정의단계(S204)와 평균제거패치벡터산출단계(S206)는, 패치벡터()의 평균밝기()를 연산함으로써 상기 수식 (1) 내지 (4)에 의해 수행될 수 있다.The patch vector definition step (S204) and the average removal patch vector calculation step (S206) include the patch vector ( ) of the average brightness ( ) can be performed by Equations (1) to (4) above.
상기 가중치함수산출단계(S208)는, K개의 평균제거패치벡터()들 각각의 신호강도(c(k)), 즉 상기 K개의 평균제거패치벡터()들의 벡터크기를 기초로 정규화된 가중치함수(ω(k))를 산출하는 단계로서, 상기 가중합연산부(130)에 의해 수행될 수 있다.The weight function calculation step (S208) includes K average removed patch vectors ( ) of each signal intensity (c(k)), that is, the K average removed patch vectors ( ) is a step of calculating a normalized weight function ω(k) based on the vector magnitudes, and may be performed by the weighted sum operation unit 130 .
본 발명은 평균제거패치벡터(로부터 요구되는 크기(신호강도(c(k))와 방향(신호구조()을 산출할 때, 중복 계산(Redundancy)을 줄이기 위해 평균제거패치벡터(의 크기와 방향을 함께 고려할 수 있다.The present invention provides an average removed patch vector ( Required magnitude (signal strength (c(k))) and direction (signal structure ( ), to reduce redundancy when calculating the average removed patch vector ( size and direction can be considered together.
먼저, 상기 K개의 평균제거패치벡터()들의 벡터크기 , 즉, c(k)는 다음과 같이 크기에 따라 정렬될 수 있다.First, the K average removed patch vectors ( ) of the vector size , that is, c(k) can be sorted according to size as follows.
수식 (5) formula (5)
수식 (6) formula (6)
여기서, 는 상술한 바와 같이 평균제거패치벡터()의 크기(신호강도)로, 평균제거패치벡터()의 square-root 값(L2-norm)일 수 있고, K는 상기 K개의 평균제거패치백터()들을 신호강도에 따라 정렬하여 가장 큰 신호강도를 가지는 평균제거패치벡터()의 인덱스넘버일 수 있다.here, is the average removed patch vector ( ) as the magnitude (signal strength), the average removed patch vector ( ) may be a square-root value (L 2 -norm), and K is the K average removed patch vector ( ) are sorted according to the signal strength, and the average removed patch vector ( ) can be an index number.
이때, 가장 큰 신호강도를 가지는 평균제거패치벡터()는 최대신호강도벡터()로 정의될 수 있다.At this time, the average removed patch vector ( ) is the maximum signal strength vector ( ) can be defined as
상기 가중치함수(ω(k))는, K개의 평균제거패치벡터()들 각각의 신호강도(c(k)), 즉 상기 K개의 평균제거패치벡터()들의 벡터크기를 기초로 정규화된 함수로서, 아래 수식들을 통해 정의될 수 있다.The weight function (ω(k)) is the K average removed patch vectors ( ) of each signal intensity (c(k)), that is, the K average removed patch vectors ( ) as a normalized function based on the vector size, it can be defined through the following equations.
수식 (7) formula (7)
신호강도(c(k))와 가중치 사이의 관계를 고려하여,Considering the relationship between the signal strength (c(k)) and the weight,
으로 정의하면, 수식 (7)의 가중치함수(ω(k))는 아래 수식 (8)과 같이 산출될 수 있다. , the weight function ω(k) of Equation (7) can be calculated as Equation (8) below.
여기서, p는 지수(exponential) 가중치 파라미터이다.Here, p is an exponential weight parameter.
수식 (8) formula (8)
상기 가중합벡터산출단계(S210)는, 상기 가중치함수(ω(k))와 상기 K개의 평균제거패치벡터()들에 대한 가중합벡터를 산출하는 단계로서, 상기 가중합연산부(130)에 의해 수행될 수 있다.In the weighted sum vector calculation step S210, the weighting function ω(k) and the K average removed patch vectors ( ), which is a step of calculating a weighted sum vector for the values, which may be performed by the weighted sum operation unit 130 .
먼저, 상기 수식 (5)에 상기 지수 가중치 파라미터 p(p≥0)를 적용하면 아래 수식 (9)와 같이 정리될 수 있다.First, if the exponential weight parameter p (p≥0) is applied to Equation (5), it can be arranged as in Equation (9) below.
수식 (9) formula (9)
수식 (9)를 기초로 상기 가중치함수(ω(k))와 상기 K개의 평균제거패치벡터()들의 신호강도(c(k) 또는 에 대한 가중합을 산출하면 아래 수식 (10)과 같이 표현될 수 있다.Based on Equation (9), the weight function (ω(k)) and the K average removed patch vectors ( ) of the signal strengths (c(k) or Calculating the weighted sum for can be expressed as Equation (10) below.
수식 (10) formula (10)
모든 k에 대해 가 같은 값을 가진다면, 상기 수식 (10)의 가중합의 결과는 과 동일한 값일 것이다.for all k has the same value, the result of the weighted sum of Equation (10) is will be the same value as
또는 지수 가중치 p가 충분히 큰 값이라면, 상기 수식 (10)의 가중합의 결과는 아래 수식 (11)과 같이 최대신호강도벡터()의 신호강도 (또는 와 유사할 것이다.Alternatively, if the exponential weight p is a sufficiently large value, the result of the weighted sum of Equation (10) is the maximum signal intensity vector ( ) of the signal strength (or will be similar to
수식 (11) Formula (11)
상기 가중치함수(ω(k))는 0에서 1로 정규화된 값이므로 상기 p (지수 가중치 값)가 충분히 크다면 아래와 같이 정리될 수 있다.Since the weight function ω(k) is a value normalized from 0 to 1, if the p (exponential weight value) is sufficiently large, it can be arranged as follows.
수식 (11) Formula (11)
즉, k가 K일 때 최대신호강도벡터()의 가중치함수 값 가 가장 우세(dominant)하며 나머지 가중치 들의 값은 무시할 수 있다.That is, when k is K, the maximum signal intensity vector ( ) of the weight function is the dominant and the remaining weights Their values can be ignored.
이로부터 수식 (3-2)는 아래와 같이 근사화 될 수 있다.From this, Equation (3-2) can be approximated as follows.
수식 (12) Formula (12)
상기 수식 (12)에서 평균제거패치벡터()에 포함된 벡터컴포넌트(component)들은 음수를 포함할 수 있기 때문에, 상기 수식 (12)를 보다 간략화 시켜야 할 필요가 있다.In Equation (12), the average removed patch vector ( Since vector components included in ) may include negative numbers, it is necessary to simplify Equation (12).
이를 위해, 상기 가중합벡터산출단계(S210)는, K개의 평균제거패치벡터()들을 모두 양수값으로 바이어스(쉬프트) 시켜 바이어스된 평균제거패치벡터(, Biased mean-removed patch vector)를 산출하는 평균제거패치벡터 바이어스단계를 추가로 포함할 수 있다.To this end, the weighted sum vector calculation step S210 includes K average removed patch vectors ( ) are all biased (shifted) to positive values and the biased average removal patch vector ( , a biased mean-removed patch vector) may further include a biasing step of calculating an average removed patch vector.
상기 바이어스된 평균제거패치벡터()는 아래 수식 (13)과 같이 도출될 수 있다.The biased average removed patch vector ( ) can be derived as in Equation (13) below.
수식 (13) Formula (13)
이를 통해, 바이어스된 평균제거패치벡터()는 항상 0보다 크거나 같은 벡터로 정의될 수 있고, 평균제거패치벡터()를 바이어스된 평균제거패치벡터() 대체하여 상기 수식 (12)를 간략화하여 수식 (14)를 도출할 수 있다.Through this, the biased average removed patch vector ( ) can always be defined as a vector greater than or equal to 0, and the average removed patch vector ( ) is the biased mean removed patch vector ( ), by simplifying Equation (12) above, Equation (14) can be derived.
수식 (14) Formula (14)
한편, 는 합성패치벡터 에 요구되는 신호강도(합성신호강도)로 아래 수식 (15)를 기초로 수식 (14)를 도출하였다.Meanwhile, is a composite patch vector Equation (14) was derived based on Equation (15) below as the required signal strength (synthetic signal strength).
수식 (15) Formula (15)
또한,는 합성패치벡터 에 요구되는 신호구조(합성신호구조)로, 가중합에 의해 재정의될 수 있다.In addition, is a composite patch vector A signal structure (composite signal structure) required for
여기서, 요구되는 신호구조 를 산출하는 식은 아래 수식 (16)을 통해 도출될 수 있다.Here, the required signal structure The formula for calculating ? can be derived through Equation (16) below.
수식 (16) Formula (16)
여기서, 상기 는 신호구조를 도출하기 위한 가중치함수로, 신호강도에 의해 결정될 수 있다. 신호강도가 클수록 신호구조도 잘 표현된 신호일 확률이 높기 때문이다.Here, the is a weighting function for deriving the signal structure, and may be determined by the signal strength. This is because the higher the signal strength, the higher the probability that the signal structure is a well expressed signal.
이때, 상기 는 아래 수식 (17)과 같이 정의하였다.At this time, the is defined as Equation (17) below.
수식 (17) Formula (17)
결과적으로, 상기 가중합벡터산출단계(S210)는 수식 (14)와 같이, 가중치함수(ω(k))와 상기 K개의 평균제거패치벡터()들에 대한 가중합벡터를 산출할 수 있다.As a result, in the weighted sum vector calculation step S210, as shown in Equation (14), the weighting function ω(k) and the K average removed patch vectors ( ), a weighted sum vector can be calculated.
이때, 상기 수식 (14)로부터 도출된 바와 같이, 상기 합성영상생성방법은, 상기 가중합벡터에 상기 합성영상의 합성평균밝기()를 더해 상기 합성영상의 합성패치벡터()를 산출하는 합성패치벡터산출단계(S212)를 포함할 수 있다.At this time, as derived from Equation (14), the synthesized image generation method includes the combined average brightness of the synthesized image in the weighted sum vector. ) to the composite patch vector of the composite image ( ) may include a synthetic patch vector calculating step (S212) for calculating.
상기 합성패치벡터산출단계(S212)는, 합성영상생성부(140)에 의해서 수행될 수 있다.The composite patch vector calculation step S212 may be performed by the composite image generator 140 .
결과적으로, 합성패치벡터()는, 가중합벡터산출단계(S210)에서 도출된 가중치함수(ω(k))와 상기 K개의 평균제거패치벡터()들에 대한 가중합벡터 에 합성평균밝기()를 더함으로써 얻어질 수 있다.As a result, the synthetic patch vector ( ) is the weight function (ω(k)) derived in the weighted sum vector calculation step (S210) and the K average removed patch vectors ( ) weighted sum vector Synthetic average brightness ( ) can be obtained by adding
여기서, 는 합성패치벡터 의 평균밝기(합성평균밝기)로 아래 적정한 노출의 정도와 관련있다.here, is a composite patch vector The average brightness of (synthetic average brightness) is related to the degree of appropriate exposure below.
상기 합성평균밝기 는 아래 수식 (18)를 기초로 도출될 수 있다.The composite average brightness can be derived based on Equation (18) below.
수식 (18) formula (18)
여기서, )는 전역적 밝기값 와, 지역적 밝기값 에 의한 가중치 함수이고, 은 합성패치벡터 , 즉 합성영상의 요구되는 평균밝기이다.here, ) is the global brightness value Wow, local brightness values is a weight function by silver composite patch vector , that is, the required average brightness of the composite image.
는 아래 수식 (19)와 같이, 전역적 밝기와 지역적 밝기가 0.5 (0~1 로 밝기 값이 정규화되었을 때 수치임)에 가까울 수록 가중치가 커지는 형태로 정의된다. As shown in Equation (19) below, as the global brightness and local brightness are closer to 0.5 (the value is when the brightness value is normalized to 0 to 1), the weight increases.
수식 (19) formula (19)
여기서, 와 은 가우시안형(shape)을 결정하는 파라미터로서, 거리에 따른 가중치를 부여하는 정도를 결정하는 파라미터이다.here, Wow is a parameter that determines a Gaussian shape, and is a parameter that determines the degree of weighting according to distance.
상기 합성영상생성방법은, 상기 합성패치벡터()를 기초로 합성영상이 생성하는 합성영상생성단계(S214)를 포함할 수 있다.The synthetic image generation method includes the synthetic patch vector ( ) may include a synthetic image generating step (S214) of generating a synthetic image based on the synthetic image.
도 5a는, 도 4a 내지 도 4c를 입력영상(X(k))으로 하였을 때, 상술한 제1실시예를 통해 얻어진 합성영상을 보여준다, 기존의 합성영상생성방법 대비 빠른 처리속도로 실제에 가까운 합성영상을 획득할 수 있다.5A shows the synthesized image obtained through the first embodiment when the input image X(k) of FIGS. 4A to 4C is used as an input image. A composite image can be obtained.
제2실시예로서, 상술한 합성영상생성방법을 추가로 근사하여 합성패치벡터()를 산출할 수 있다.As a second embodiment, the synthesized patch vector ( ) can be calculated.
제2실시예에서, 상기 합성영상생성방법은, 상기 K개의 평균제거패치백터()들을 신호강도에 따라 정렬하여 가장 큰 신호강도를 가지는 최대신호강도벡터()를 산출하는 최대신호강도벡터산출단계와, 상기 가중합벡터를 상기 최대신호강도벡터()로 근사하는 가중합벡터근사단계를 추가로 포함할 수 있다.In the second embodiment, the method for generating a composite image includes the K average removed patch vectors ( ) are sorted according to the signal strength, and the maximum signal strength vector ( a maximum signal intensity vector calculating step of calculating ) may further include a weighted sum vector approximation step.
상기 최대신호강도벡터산출단계는, K개의 평균제거패치백터()들을 신호강도에 따라 정렬하여 가장 큰 신호강도를 가지는 최대신호강도벡터()를 산출하는 단계로서, 상기 가중치함수산출단계(S208)에서 수행될 수 있다.In the step of calculating the maximum signal intensity vector, K average removed patch vectors ( ) are sorted according to the signal strength, and the maximum signal strength vector ( ), which may be performed in the weight function calculation step (S208).
상기 가중합벡터근사단계는, 상기 가중합벡터를 상기 최대신호강도벡터()로 근사하는 단계로서, 상기 가중합벡터산출단계(S210) 이후 수행될 수 있다.In the weighted sum vector approximation step, the weighted sum vector is converted to the maximum signal intensity vector ( ), which may be performed after the weighted sum vector calculation step (S210).
상기 가중합벡터근사단계에서, 상기 가중합벡터산출단계(S210)에서 산출된 가중합벡터가 추가로 근사될 수 있다.In the weighted sum vector approximation step, the weighted sum vector calculated in the weighted sum vector calculation step S210 may be further approximated.
구체적으로, 상기 제2실시예에서, 상술한 수식 (14)는 가중합벡터근사를 통해 아래 수식 (20)와 같이 간략화될 수 있다.Specifically, in the second embodiment, Equation (14) can be simplified as Equation (20) below through weighted sum vector approximation.
수식 (20) formula (20)
수식 (20)는 수식 (14) 대비 가중치함수(ω(k))를 연산할 필요가 없기 때문에 보다 간단하고 처리속도가 빠른 이점이 있다. Equation (20) has the advantage of being simpler and faster processing because it does not need to calculate the weight function (ω(k)) compared to Equation (14).
이때, 합성패치벡터산출단계(S212)에서 산출되는 합성패치벡터()는, 최대신호강도벡터()에 합성평균밝기()를 더함으로서 얻어질 수 있다.At this time, the composite patch vector (S212) calculated in the composite patch vector calculation step (S212) ) is the maximum signal strength vector ( ) to the composite average brightness ( ) can be obtained by adding
도 5b는, 도 4a 내지 도 4c를 입력영상(X(k))으로 하였을 때, 상술한 제2실시예를 통해 얻어진 합성영상을 보여준다, 기존의 합성영상생성방법 대비 빠른 처리속도로 실제에 가까운 합성영상을 획득할 수 있다.FIG. 5B shows the synthesized image obtained through the above-described second embodiment when the input image X(k) of FIGS. 4A to 4C is used as an input image. A composite image can be obtained.
한편, 종래 픽셀기반 합성영상생성방법의 경우, 합성영상을 생성하기 위해 각 입력영상(X(k))들에 대한 가중치함수인 를 잘 구성할 필요가 있다. 일반적으로 가중치함수는 영상의 품질을 측정(Measure) 하는 방법을 이용하여 중요도(Saliency) 맵을 구하고, 중요도에 따라 가중치함수가 구성된다. On the other hand, in the case of the conventional pixel-based synthetic image generating method, a weight function for each input image (X(k)) to generate a synthetic image is needs to be well configured. In general, the weight function obtains a saliency map by using a method of measuring image quality, and a weight function is constructed according to the importance.
이렇게 구성된 가중치함수를 그대로 이용하면 경계 부분 급변(Sharp transition)에 의해 부자연스럽거나 노이즈가 낀 영상처럼 될 수 있다.If the weight function constructed in this way is used as it is, the image may become unnatural or noisy due to a sharp transition at the boundary.
자연스러운 결과를 얻기 위해서는 입력영상(X(k))들이 적절히 섞여야 하며, 섞이도록 하기 위해서는 이웃하는 가중치값들이 서로 유사 해야 한다. In order to obtain a natural result, the input images X(k) must be properly mixed, and in order to be mixed, neighboring weight values must be similar to each other.
예컨데, 가중치함수는 수무딩(smoothing) 되어야하고, 이를 위해 다양한 방법들이 시도되었다.For example, the weight function should be smoothed, and various methods have been tried for this purpose.
다시말해, 픽셀기반의 합성영상생성방법들은 경계 급변이나 후광 현상을 줄이기 위해 가중치함수를 수정하는 과정이 필요한데, 이러한 과정을 통해서 디테일한 정보가 손실될 수가 있으며, 여전히 에지 주변의 후광 아티팩트가 나타나는 문제점을 가지고 있다.In other words, pixel-based synthetic image generation methods require a process of modifying the weight function to reduce a sudden boundary change or halo phenomenon. has a
반면, 패치기반의 합성영상생성방법은 픽셀기반 합성영상생성방법들과는 다르게 가우시안 필터 처리(Gaussian filtering), 리커시브 필터 처리(Recursive filtering), 가이디드 필터 처리(Guided filtering)등의 전/후처리가 필요하지 않으며 더 나은 합성 결과를 보인다. On the other hand, the patch-based synthetic image generation method, unlike pixel-based synthetic image generation methods, requires pre/post-processing such as Gaussian filtering, recursive filtering, and guided filtering. It is not required and gives better synthesis results.
하지만 입력 영상을 오버랩(overlap) 된 패치로 나누어 모든 패치에 대해 처리를 하다 보니 계산 비용이 비교적 많이 드는 문제점이 있다.However, since the input image is divided into overlapping patches and processed for all patches, there is a problem in that the calculation cost is relatively high.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 제3실시예를 통해, 패치기반 방법에서 사용되는 요소들을 고려한 픽셀기반 합성영상생성방법을 제시한다.In order to solve this problem, the present invention proposes a pixel-based composite image generating method in consideration of factors used in the patch-based method through the third embodiment.
구체적으로, 제3실시예에 따른 합성영상생성방법은, 제1실시예 및 제2실시예와 유사하게, 서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 합성영상생성방법으로서, 상기 K개의 입력영상(X(k))들을 제i번째 픽셀에 대한 K개의 고주파영상(Nk(i), 1≤k≤K)들과 K개의 저주파영상(Mk(i), 1≤k≤K)들로 구분하는 영상분리단계(S304)와, 상기 K개의 고주파영상(Nk(i))들의 신호강도(ck(i))를 기초로 정규화된 고주파가중치함수(Ak(i))를 산출하는 가중치함수산출단계(S306)와, 상기 고주파영상(Nk(i))에 상기 고주파가중치함수(Ak(i)))를 가중합하여 고주파영상가중합()을 산출하는 고주파영상가중합단계(S308)와, 상기 저주파영상(Mk(i))에 저주파가중치함수(Bk(i))을 가중합하여 저주파영상가중합(를 산출하는 저주파영상가중합단계(S310)와; 상기 고주파영상가중합()과 저주파영상가중합(을 더해 상기 합성영상을 생성하는 합성영상생성단계(S312)를 포함할 수 있다.Specifically, the method for generating a synthesized image according to the third embodiment, similar to the first and second embodiments, generates K different input images X(k) (K is a natural number greater than or equal to 2, 1≤ A method for generating a synthetic image by synthesizing k ≤ K) to generate a synthesized image, wherein the K input images (X(k)) are combined with K high-frequency images (Nk(i), 1≤k≤K for the i-th pixel). ) and K low-frequency images (Mk(i), 1≤k≤K), an image separation step (S304), and signal strengths (ck(i)) of the K high-frequency images (Nk(i)) ), a weighting function calculation step (S306) of calculating a normalized high-frequency weight function Ak(i) based on the high-frequency weight function Ak(i)), and weighting the high-frequency weight function Ak(i)) to the high-frequency image Nk(i)) High-frequency image weighted summing ( ) of the high-frequency image weighting step (S308), and the low-frequency image weighted sum ( a low-frequency image weighted polymerization step (S310) for calculating ; The high-frequency image weighting ( ) and low-frequency image weighting ( It may include a synthetic image generating step (S312) of generating the synthesized image by adding .
K개의 입력영상(X(k))들은, 영상입력부(110)를 통해 합성영상생성장치(100)로 입력될 수 있다.The K input images X(k) may be input to the synthesized
상기 합성영상생성방법은, 상기 K개의 입력영상(X(k))들을 입력받는 입력영상 입력단계(S302)를 추가로 포함할 수 있다.The synthetic image generating method may further include an input image input step S302 of receiving the K input images X(k).
상기 영상분리단계(S304)는, 상기 K개의 입력영상(X(k))들을 제i번째 픽셀에 대한 K개의 고주파영상(Nk(i), 1≤k≤K)들과 K개의 저주파영상(Mk(i), 1≤k≤K)들로 구분하는 단계로서, 영상분석부(120)에서 수행될 수 있다.In the image separation step (S304), the K input images X(k) are divided into K high-frequency images (Nk(i), 1≤k≤K) for the i-th pixel and K low-frequency images ( As a step of classifying into Mk(i), 1≤k≤K), it may be performed by the
K개의 입력영상(X(k))들이 입력된 것으로 가정할 때, 합성영상 Y(i)는 제i번째 픽셀에서의 밝기값으로 정의될 수 있고, 아래 수식 (21)과 같이 표현될 수 있다.Assuming that K input images X(k) are input, the synthesized image Y(i) may be defined as the brightness value at the ith pixel, and may be expressed as Equation (21) below. .
수식 (21) formula (21)
여기서, K는 합성되는 입력영상(X(k))의 수, 는 k번째 영상의 제i번째 픽셀에서의 가중치값, 는 k번째 영상의 제i번째 픽셀에서의 밝기값일 수 있다.Here, K is the number of synthesized input images (X(k)), is the weight value at the i-th pixel of the k-th image, may be a brightness value in the i-th pixel of the k-th image.
상기 영상분리단계(S304)에서, 각 입력영상(X(k))은 고주파영상(Nk(i))과 저주파영상(Mk(i))으로 분리될 수 있다.In the image separation step S304, each input image X(k) may be divided into a high frequency image Nk(i) and a low frequency image Mk(i).
여기서, 상기 고주파영상(Nk(i))은, 지역적 평균이 제거된(local mean-removed) 영상일 수 있다.Here, the high-frequency image Nk(i) may be a local mean-removed image.
반대로, 상기 저주파영상(Mk(i))은, 지역적 평균밝기(local mean intensity) 영상일 수 있다.Conversely, the low-frequency image Mk(i) may be a local mean intensity image.
상기 입력영상(X(k))이 고주파영상(Nk(i))과 저주파영상(Mk(i))으로 분리됨에 따라 고주파영상(Nk(i))은 입력영상(X(k))에서 저주파영상(Mk(i))을 제거함으로써 얻어질 수 있다.As the input image X(k) is divided into a high-frequency image Nk(i) and a low-frequency image Mk(i), the high-frequency image Nk(i) is separated from the low-frequency image X(k) in the input image X(k). It can be obtained by removing the image Mk(i).
수식 (22) formula (22)
상기 가중치함수산출단계(S306)는, 상기 K개의 고주파영상(Nk(i))들의 신호강도(ck(i))를 기초로 정규화된 고주파가중치함수(Ak(i))를 산출할 수 있다.The weight function calculation step S306 may calculate a normalized high frequency weight function Ak(i) based on the signal intensities ck(i) of the K high frequency images Nk(i).
예로서, 상기 가중치함수산출단계(S306)는, 상기 고주파가중치함수(Ak(i))로서, 상술한 제1실시예의 수식 (14)에서 도출된 가중치함수(ω(k)))를 적용할 수 있다.For example, in the weight function calculation step S306, the weight function ω(k)) derived from Equation (14) of the first embodiment described above is applied as the high frequency weight function Ak(i). can
상기 고주파영상가중합단계(S308)는, 상기 고주파영상(Nk(i))에 상기 산출된 고주파가중치함수(Ak(i))를 가중합하여 고주파영상가중합()을 산출할 수 있다.The high-frequency image weighting step S308 is performed by weighting the high-frequency image Nk(i) with the calculated high-frequency weighting function Ak(i) to perform the high-frequency image weighting ( ) can be calculated.
유사하게, 저주파영상가중합단계(S310)는, 상기 저주파영상(Mk(i))에 저주파가중치함수(Bk(i))을 가중합하여 저주파영상가중합(를 산출할 수 있다.Similarly, the low-frequency image weighting step S310 is performed by weighting the low-frequency image Mk(i) with the low-frequency weighting function Bk(i) to perform the low-frequency image weighting ( can be calculated.
상기 저주파영상가중합단계(S310)은, 상기 고주파영상가중합단계(S308)와 동시에 또는 상기 고주파영상가중합단계(S308) 전에 수행될 수 있음은 물론이다.Of course, the low-frequency image weighting step (S310) may be performed simultaneously with the high-frequency image weighting step (S308) or before the high-frequency image weighting step (S308).
상기 고주파영상가중합단계(S308) 및 상기 저주파영상가중합단계(S310) 수식 (23)으로 표현될 수 있다.The high frequency image weighting step (S308) and the low frequency image weighting step (S310) can be expressed by Equation (23).
수식 (23) formula (23)
이때, 상기 합성영상 의 합성고주파영상은 , 합성저주파영상은 로 정의될 수 있다.At this time, the composite image The synthesized high-frequency image of , synthetic low-frequency images are can be defined as
이때, 상기 수식 (23)에서 더 나아가, 상기 합성영상생성방법은, 상기 K개의 고주파영상(Nk(i))들을 신호강도에 따라 정렬하여 가장 큰 신호강도를 가지는 최대신호강도(Cmax(i))를 산출하는 최대신호강도산출단계와; 상기 고주파영상가중합()을 상기 최대신호강도(Cmax(i))로 근사하는 고주파영상가중합근사단계를 포함할 수 있다.In this case, further from Equation (23), the synthesis image generating method arranges the K high-frequency images Nk(i) according to the signal strength and has the maximum signal strength (Cmax(i)) ) a maximum signal intensity calculation step of calculating; The high-frequency image weighting ( ) may include a high-frequency image weighted sum approximation step of approximating the maximum signal intensity (Cmax(i)).
상기 최대신호강도산출단계는, K개의 고주파영상(Nk(i))들을 신호강도에 따라 정렬하여 가장 큰 신호강도를 가지는 최대신호강도(Cmax(i))를 산출할 수 있다.In the calculating of the maximum signal strength, the K high-frequency images Nk(i) may be arranged according to the signal strength to calculate the maximum signal strength Cmax(i) having the largest signal strength.
이를 통해, 상기 고주파영상가중합근사단계는, 상기 고주파영상가중합()을 상기 최대신호강도(Cmax(i))로 근사하여 상기 수식 (23)을 추가적으로 간략화할 수 있다.Through this, the high-frequency image weighted approximation step is the high-frequency image weighted sum ( Equation (23) can be further simplified by approximating ) to the maximum signal intensity (Cmax(i)).
상기 고주파영상가중합근사단계를 통해 수식 (23)은 아래 수식 (24)로 간략화될 수 있다.Through the high-frequency image weighted sum approximation step, Equation (23) can be simplified to Equation (24) below.
수식 (24) formula (24)
상기 고주파영상가중합근사단계에서, 상술한 제2실시예의 수식 (20)에서 도출된 최대값을 적용함으로써, 가중치함수에 대한 연산을 생략하여 처리속도를 높일 수 있는 이점이 있다.In the high-frequency image weighted sum approximation step, by applying the maximum value derived from Equation (20) of the second embodiment described above, there is an advantage that the processing speed can be increased by omitting the calculation for the weight function.
한편, 상기 합성영상생성방법은, 상기 K개의 입력영상(X(k))들의 전역적 밝기값 μk 및 지역적 밝기값 lk을 기초로 상기 저주파가중치함수(Bk(i))를 산출하는 저주파가중치함수산출단계를 추가로 포함할 수 있다.On the other hand, in the synthetic image generating method, a low frequency weighting function for calculating the low frequency weighting function (Bk(i)) based on the global brightness value μk and the local brightness value lk of the K input images X(k) It may further include a calculation step.
상기 저주파가중치함수(Bk(i))는, 상기 K개의 입력영상(X(k))들의 전역적 밝기값 μk 및 지역적 밝기값 lk을 기초로 상기 저주파가중치함수(Bk(i))를 산출하는 단계로서, 제1실시예의 평균밝기의 가중치함수 )이 적용될 수 있다.The low-frequency weighting function (Bk(i)) calculates the low-frequency weighting function (Bk(i)) based on the global brightness μk and the local brightness lk of the K input images X(k). As a step, the weighting function of the average brightness of the first embodiment ) can be applied.
상기 합성영상생성단계(S312)는, 고주파영상가중합()과 저주파영상가중합(을 더해 상기 합성영상을 생성할 수 있다.The composite image generating step (S312) is a high-frequency image weighted sum ( ) and low-frequency image weighting ( can be added to generate the composite image.
도 5c는, 도 4a 내지 도 4c를 입력영상(X(k))으로 하였을 때, 상술한 제3실시예를 통해 얻어진 합성영상을 보여준다, 기존의 합성영상생성방법 대비 빠른 처리속도로 실제에 가까운 합성영상을 획득할 수 있다.5C shows the synthesized image obtained through the third embodiment when the input image X(k) of FIGS. 4A to 4C is used as an input image. A composite image can be obtained.
아래 테이블1은 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 합성영상생성방법을 통한 시뮬레이션 평가결과를 보여준다.Table 1 below shows the simulation evaluation results through the synthetic image generating method according to the first to third embodiments.
테이블1에서 보이는 바와 같이 본 발명은 합성영상생성방법을 종래 대비 크게 단순화하여 효율적으로 접근했음에도 불구하고 SSIM INDEX(Structural similarity, 구조적유사성)가 1에 매우 근접하여 기존의 합성영상생성방법의 합성결과와 아주 유사한 결과를 보여주고 있음을 알 수 있다.As shown in Table 1, in the present invention, the SSIM INDEX (Structural similarity) is very close to 1, despite the efficient approach by greatly simplifying the synthetic image generation method compared to the prior art, so that the synthesis result of the existing synthetic image generation method and It can be seen that the results are very similar.
SSIM INDEX.Method according to the first embodiment
SSIM INDEX.
SSIM INDEXMethod according to the third embodiment
SSIM INDEX
<테이블 1- 화질성능평가 결과><Table 1- Image quality performance evaluation result>
또한 아래 테이블2는 본 발명에 따른 합성영상생성방법을 통해 합성영상을 생성하는데 소요되는 속도를 보여주는데, 제3실시예에 따른 방법은 기존 패치기반의 합성영상생성방법 보다 대략 89% 향상된 속도를 보여주었다.In addition, Table 2 below shows the speed required to generate a composite image through the method for generating a synthetic image according to the present invention. gave.
320×240image size
320×240
720×480image size
720×480
1366×768image size
1366×768
1920×1080image size
1920x1080
본 발명에 따른 합성영상생성방법을 적용할 경우, 모든 크기의 영상에 대해 실시간 합성이 가능할 것으로 예상된다.When the synthesis image generating method according to the present invention is applied, it is expected that real-time synthesis is possible for images of all sizes.
영상합성의 관건은 얼마나 빠르게 가중치함수를 구하느냐에 달려있는데, 입력영상의 크기를 작게하여 가중치를 구한 후 다시 원본 영상의 크기로 확대하여 적용하는 방법을 사용할 경우 초고화질영상(full high definition)도 실시간 처리가 가능하며, 연산량을 크게 감소시킴으로써 취득된 영상 후처리뿐만 아니라, 카메라 센서 단에서 직접적인 신호를 합성하여 합성영상을 보여줄 수 있는 기술이라는 점에서 매우 큰 이점을 가지고 있다.The key to image synthesis depends on how quickly the weighting function is obtained. If you use the method of finding the weights by reducing the size of the input image and then expanding it back to the size of the original image, then full high definition images can be obtained in real time. It has a very big advantage in that it is a technology that can display synthesized images by synthesizing signals directly from the camera sensor stage as well as post-processing the acquired image by greatly reducing the amount of computation.
다른 측면에서, 본 발명은, 컴퓨터를 이용하여 상술한 합성영상생성방법을 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 정의될 수 있다.In another aspect, the present invention may be defined as a computer program stored in a computer-readable medium for executing the above-described synthetic image generating method using a computer.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.Since the above has only been described with respect to some of the preferred embodiments that can be implemented by the present invention, as noted, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above embodiments, and It will be said that the technical idea and the technical idea accompanying the fundamental are all included in the scope of the present invention.
100: 합성영상생성장치100: synthetic image generating device
Claims (8)
상기 K개의 입력영상(X(k))들 각각의 동일위치에서 추출된 K개의 컬러이미지패치(CP(k), 1≤k≤K)들을 포함하는 패치집합{CPk}을 정의하는 패치집합정의단계(S202)와;
상기 K개의 컬러이미지패치(CP(k))들을 신호강도(c(k)), 신호구조(), 및 평균밝기()로 이루어지는 K개의 패치벡터(, 1≤k≤K)들로 정의하는 패치벡터정의단계(S204)와;
상기 K개의 패치벡터()들을 이용해 평균밝기()가 제거된 K개의 평균제거패치벡터(, 1≤k≤K)들을 산출하는 평균제거패치벡터산출단계(S206)와;
상기 K개의 평균제거패치벡터()들 각각의 신호강도(c(k))를 기초로 정규화된 가중치함수(ω(k))를 산출하는 가중치함수산출단계(S208)와;
상기 가중치함수(ω(k))와 상기 K개의 평균제거패치벡터()들에 대한 가중합벡터를 산출하는 가중합벡터산출단계(S210)와;
상기 가중합벡터에 상기 합성영상의 합성평균밝기(l)를 더해 상기 합성영상의 합성패치벡터()를 산출하는 합성패치벡터산출단계(S212)를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성영상생성방법.A synthetic image generating method for generating a synthetic image by synthesizing K different input images (X(k)) (K is a natural number greater than or equal to 2, 1≤k≤K),
A patch set defining a patch set {CP k } including K color image patches (CP(k), 1≤k≤K) extracted from the same position of each of the K input images X(k) defining step (S202);
The K color image patches (CP(k)) are analyzed for signal intensity (c(k)), signal structure ( ), and average brightness ( ) of K patch vectors ( , 1≤k≤K) defining a patch vector defining step (S204);
The K patch vectors ( ) using the average brightness ( ) of the K mean removed patch vectors ( , 1≤k≤K) and calculating an average removed patch vector (S206);
The K average removed patch vectors ( ) a weighting function calculation step (S208) of calculating a normalized weighting function (ω(k)) based on each of the signal strengths (c(k));
The weight function (ω(k)) and the K average removed patch vectors ( ), a weighted sum vector calculating step (S210) of calculating a weighted sum vector for them;
Synthetic patch vector ( ), a synthetic patch vector calculating step (S212) for calculating a synthetic image generating method.
상기 K개의 평균제거패치백터()들을 신호강도에 따라 정렬하여 가장 큰 신호강도를 가지는 최대신호강도벡터()를 산출하는 최대신호강도벡터산출단계와;
상기 가중합벡터를 상기 최대신호강도벡터()로 근사하는 가중합벡터근사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성영상생성방법.The method according to claim 1,
The K average removed patch vectors ( ) are sorted according to the signal strength, and the maximum signal strength vector ( ) a maximum signal intensity vector calculating step;
The weighted sum vector is the maximum signal intensity vector ( ), and a weighted sum vector approximation step.
상기 합성패치벡터()를 기초로 상기 합성영상을 생성하는 합성영상생성단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 합성영상생성방법.The method according to claim 1,
The synthetic patch vector ( ) based on the synthesized image generating method, characterized in that it further comprises a synthesized image generating step of generating the synthesized image.
서로 다른 K개의 입력영상(X(k))들을(K는 2 이상의 자연수, 1≤k≤K) 합성하여 합성영상을 생성하는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 따른 합성영상생성방법을 실행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.using a computer
A method for generating a synthesized image according to any one of claims 1 to 3 to generate a synthesized image by synthesizing K different input images (X(k)) (K is a natural number greater than or equal to 2, 1≤k≤K) A computer program stored on a computer readable medium for execution.
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Legal Events
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A107 | Divisional application of patent | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |