KR102522355B1 - Apparatus and method for improving contrast ratio of image - Google Patents
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Abstract
대조비 합 히스토그램 생성부가, 입력 영상 내에 포함된 기설정된 구간에 포함된 화소들 각각의 웨버 대조비(Weber Contrast, WC)를 누적 합산하여, 대조비 합 히스토그램을 생성하는 단계, 변형 대조비 합 히스토그램 생성부가, 대조비 합 히스토그램을 스무딩(smoothing)하여 변형 대조비 합 히스토그램을 생성하는 단계 및 대조비 개선 함수 생성부가, 변형 대조비 합 히스토그램을 정규화(normalize)하여 생성된 정규화 변형 대조비 합 히스토그램에 기초하여 대조비 개선 함수를 생성하는 단계를 포함하는, 영상의 대조비 개선 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.Contrast sum histogram generator generating a contrast sum histogram by cumulatively adding Weber contrast ratios (WC) of each of the pixels included in a preset section included in the input image, a modified contrast sum histogram generator, contrast ratio Generating a modified contrast ratio sum histogram by smoothing the sum histogram, and generating a contrast improvement function based on a normalized modified contrast ratio sum histogram generated by normalizing the modified contrast ratio sum histogram by a contrast enhancement function generating unit. It relates to a method for improving the contrast ratio of an image and an apparatus therefor.
Description
본 발명은 입력 영상의 대조비를 개선한 출력 영상을 생성하기 위한 영상의 대조비 개선 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for improving the contrast ratio of an image for generating an output image in which the contrast ratio of an input image is improved.
영상의 대조비 개선은 입력 영상 내에 포함된 각각의 화소값들의 차이를 부각시킴으로써, 입력 영상의 세부적인 디테일(detail)을 두드러지도록 하여 입력 영상의 화질을 개선하는 방법으로, 저하된 영상의 화질을 개선하기 때문에 영상 처리 분야에서 활용되고 있다.Contrast ratio improvement of an image is a method of improving the quality of an input image by emphasizing the difference between each pixel value included in the input image, thereby making the detailed details of the input image stand out, thereby improving the quality of the degraded image. Therefore, it is used in the field of image processing.
이러한, 대조비 개선 방법 중, 히스토그램 평활화(histogram equalization, HE)는 대표적 대조비 향상 알고리즘으로 화소값의 확률 분포가 균일해지도록 조절하는 방법으로, 영상 내의 전체 가능한 영역을 모두 채우기 위하여 영상의 화소값들을 균일하게 분산시키는 기술로, 일반적으로 균일 함수(uniform function) 또는 가우시안 함수(Gaussian function) 등이 활용된다.Among these contrast enhancement methods, histogram equalization (HE) is a representative contrast enhancement algorithm that adjusts the probability distribution of pixel values to be uniform. The pixel values of an image are uniform to fill all possible regions in the image. As a technique for dispersing uniformly, a uniform function or a Gaussian function is generally used.
그러나, 이러한 일반적인 히스토그램 평활화 기반 대조비 개선 기법들은 화소의 밝기 분포가 균일한 영역에서 과도하게 대조비를 향상시켜 부자연스러운 출력 영상을 생성하는 문제가 있다.However, these general histogram smoothing-based contrast enhancement techniques have a problem in that an unnatural output image is generated by excessively enhancing the contrast ratio in an area where the brightness distribution of pixels is uniform.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨버 대조비(Weber Contrast, WC)를 누적 합산하여 대조비 합 히스토그램을 생성하고, 생성된 대조비 합 히스토그램을 스무딩(smoothing)하여 변형 대조비 합 히스토그램을 생성한 뒤, 변형 대조비 합 히스토그램에 기초하여 대조비 개선 함수를 생성함으로써, 입력 영상의 대조비를 개선한 출력 영상을 생성할 수 있도록 하기 위함이다.An object of the present invention is to solve the above problem, to generate a contrast sum histogram by cumulatively adding Weber contrast ratios (WC), and smoothing the generated contrast sum histogram to generate a modified contrast sum histogram. After that, a contrast improvement function is generated based on the modified contrast ratio sum histogram, so that an output image having an improved contrast ratio of the input image can be generated.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 방법은, 대조비 합 히스토그램 생성부가, 입력 영상 내에 포함된 기설정된 구간에 포함된 화소들 각각의 웨버 대조비(Weber Contrast, WC)를 누적 합산하여, 대조비 합 히스토그램을 생성하는 단계, 변형 대조비 합 히스토그램 생성부가, 대조비 합 히스토그램을 스무딩(smoothing)하여 변형 대조비 합 히스토그램을 생성하는 단계 및 대조비 개선 함수 생성부가, 변형 대조비 합 히스토그램을 정규화(normalize)하여 생성된 정규화 변형 대조비 합 히스토그램에 기초하여 대조비 개선 함수를 생성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, in the method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention, the contrast sum histogram generation unit calculates the Weber contrast ratio (Weber Contrast, WC) of each of the pixels included in a preset section included in the input image. ), generating a contrast sum histogram, generating a modified contrast sum histogram by smoothing the contrast sum histogram, and generating a modified contrast sum histogram, and a contrast improvement function generator generating a modified contrast sum histogram. and generating a contrast enhancement function based on the normalized modified contrast ratio sum histogram generated by normalization.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨버 대조비(Weber Contrast, WC)를 누적 합산하여 대조비 합 히스토그램을 생성하고, 생성된 대조비 합 히스토그램을 스무딩(smoothing)하여 변형 대조비 합 히스토그램을 생성한 뒤, 변형 대조비 합 히스토그램에 기초하여 대조비 개선 함수를 생성함으로써, 입력 영상의 대조비를 개선한 출력 영상을 생성하여, 사람의 눈의 특성(Human Visual System, HVS)에 기반하여 영상을 처리하여 보다 자연스러운 대조비 개선 영상을 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a contrast sum histogram is generated by cumulative summing of Weber contrast ratios (WC), and a modified contrast sum histogram is generated by smoothing the generated contrast sum histogram, and then the modified contrast ratio By generating a contrast enhancement function based on the sum histogram, an output image with improved contrast of the input image is generated, and the image is processed based on the characteristics of the human eye (Human Visual System, HVS) to produce a more natural contrast enhancement image. can create
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법에서 활용하는 웨버 대조비(WC)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법에서 활용하는 대조비 합 히스토그램과 종래의 히스토그램을 비교하기 위한 입력 영상이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법에서 활용하는 대조비 합 히스토그램과 종래의 히스토그램의 비교 결과이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법과 종래의 대조비 개선 방법을 비교하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법과 종래의 대조비 개선 방법을 비교한 결과이다.1 is a configuration diagram illustrating an apparatus for improving contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining a Weber contrast ratio (WC) used in an apparatus and method for improving a contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention.
3 is an input image for comparing a contrast sum histogram used in an apparatus and method for improving a contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention and a conventional histogram.
4 is a comparison result of a contrast sum histogram used in an apparatus and method for improving contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention and a conventional histogram.
5 and 6 are views for comparing an apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention and a conventional method for improving the contrast ratio of an image.
7A and 7B are comparison results between an apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention and a conventional method for improving the contrast ratio.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in order to explain in detail to the extent that those skilled in the art can easily practice the technical idea of the present invention. . First, in adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.Hereinafter, an apparatus and method for improving contrast ratio of an 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, 영상의 대조비 개선 장치를 설명하기 위한 구성도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법에서 활용하는 웨버 대조비(WC)를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법에서 활용하는 대조비 합 히스토그램과 종래의 히스토그램을 비교하기 위한 입력 영상이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법에서 활용하는 대조비 합 히스토그램과 종래의 히스토그램의 비교 결과이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법과 종래의 대조비 개선 방법을 비교하기 위한 도면이다. 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법과 종래의 대조비 개선 방법을 비교한 결과이다.1 is a configuration diagram illustrating an apparatus for improving contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention. 2 is a diagram for explaining a Weber contrast ratio (WC) used in an apparatus and method for improving a contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention. 3 is an input image for comparing a contrast sum histogram used in an apparatus and method for improving a contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention and a conventional histogram. 4 is a comparison result of a contrast sum histogram used in an apparatus and method for improving contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention and a conventional histogram. 5 and 6 are views for comparing an apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention and a conventional method for improving the contrast ratio of an image. 7A and 7B are comparison results between an apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention and a conventional method for improving the contrast ratio.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법을 설명하기에 앞서, 종래의 히스토그램 평활화(histogram equalization, HE) 기반 대조비 개선 방법들을 설명한다.First of all, prior to describing the contrast ratio improvement apparatus and method of an image according to an embodiment of the present invention, conventional histogram equalization (HE) based contrast ratio improvement methods will be described.
이하, 변형된 히스토그램을 기반으로 하는 종래의 대조비 개선 알고리즘들을 각각 제1 종래 히스토그램 알고리즘 내지 제7 종래 히스토그램 알고리즘으로 구분하여 설명한다.Hereinafter, conventional contrast ratio improvement algorithms based on modified histograms will be described by classifying them into first through seventh conventional histogram algorithms, respectively.
제1 종래 히스토그램 알고리즘은 원본 히스토그램을 평균값을 중심으로 두 개의 히스토그램으로 나누고, 각각에 대한 균일화를 수행함으로써, 원본 밝기를 유지하고, 동시에 대조비를 개선하는 방법이다.The first conventional histogram algorithm divides an original histogram into two histograms centered on an average value and performs equalization on each of them, thereby maintaining the original brightness and simultaneously improving the contrast ratio.
제2 종래 히스토그램 알고리즘은 제1 종래 히스토그램 알고리즘과 유사하게 두 개의 히스토그램으로 나누지만, 두 개의 히스토그램의 총 화소 갯수를 동일하게 해줌으로써, 평균밝기와 엔트로피를 동시에 유지하게 하는 방법이다.The second conventional histogram algorithm divides into two histograms similarly to the first conventional histogram algorithm, but maintains the average brightness and entropy at the same time by making the total number of pixels of the two histograms the same.
제3 종래 히스토그램 알고리즘은 평균값뿐만 아니라 입력 히스토그램의 중간값까지 같이 보존하게 하는 최적화 지점을 찾아내는 방법이다.The third conventional histogram algorithm is a method for finding an optimization point that preserves not only the average value but also the median value of the input histogram.
제4 종래 히스토그램 알고리즘은, 두 개보다 더 많이 분할된 히스토그램을 기반으로 영상을 개선하는 기법으로, 최초에 2개의 히스토그램으로 나누는 기법은 상술한 종래 알고리즘들과 동일하나, 제4 종래 히스토그램 알고리즘은, 이후 반복적으로 γ 개 만큼의 히스토그램을 분할하는 특징이 있다.The fourth conventional histogram algorithm is a technique for improving an image based on a histogram divided more than two. The technique of initially dividing into two histograms is the same as the above-described conventional algorithms, but the fourth conventional histogram algorithm, Thereafter, there is a feature of repeatedly dividing as many as γ histograms.
제5 종래 히스토그램 알고리즘은 상술한 제4 종래 히스토그램 알고리즘과 유사하나 평균값 대신 중간 값을 사용하여 분할하는 특징이 있다.The fifth conventional histogram algorithm is similar to the above-described fourth conventional histogram algorithm, but has a feature of dividing using a median value instead of an average value.
제4 종래 히스토그램 알고리즘 및 제5 종래 히스토그램 알고리즘은 공통적으로 γ 수치가 증가함에 따라, 불필요한 개선을 하는 문제점이 있으며, 이를 개선하기 위해, 입력 히스토그램에 가중치 함수를 적용하고, 제4 종래 히스토그램 알고리즘 및 제5 종래 히스토그램 알고리즘를 사용하여 히스토그램을 분할하는 방법이 제6 종래 히스토그램 알고리즘이다.The fourth conventional histogram algorithm and the fifth conventional histogram algorithm commonly have the problem of unnecessary improvement as γ increases. To improve this, a weight function is applied to the input histogram, and the fourth conventional histogram algorithm and The method of dividing the histogram using the 5 conventional histogram algorithm is the sixth conventional histogram algorithm.
제7 종래 히스토그램 알고리즘은 히스토그램의 지역 최대값을 사용하여 여러 개의 히스토그램을 분할하는 방법이다.A seventh conventional histogram algorithm is a method of dividing several histograms using local maxima of the histograms.
상술한 바와 같이, 히스토그램 평활화 기법을 활용하여 영상의 대조비를 개선하기 위한 연구는 지속적으로 이루어지고 있으며, 이 외에도 각종 히스토그램 평활화 기반 영상 대조비 개선 알고리즘들이 존재한다.As described above, research on improving the contrast ratio of an image using the histogram smoothing technique has been continuously conducted, and various histogram smoothing-based image contrast ratio improvement algorithms exist.
이제 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치(100)를 설명한다.Now, referring to FIG. 1 , an
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치(100)는 대조비 합 히스토그램 생성부(110), 변형 대조비 합 히스토그램 생성부(120) 및 대조비 개선 함수 생성부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the
나아가, 도면에 도시되지는 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치(100)는 출력 영상 생성부(미도시)를 더 포함할 수 있다.Furthermore, although not shown in the drawings, the
대조비 합 히스토그램 생성부(110)는, 입력 영상 내에 포함된 기설정된 구간에 포함된 화소들 각각의 웨버 대조비(Weber Contrast, WC)를 누적 합산하여, 대조비 합 히스토그램을 생성한다.The contrast
변형 대조비 합 히스토그램 생성부(120)는, 대조비 합 히스토그램을 스무딩(smoothing)하여 변형 대조비 합 히스토그램을 생성한다.The modified contrast
대조비 개선 함수 생성부(130)는, 변형 대조비 합 히스토그램을 정규화(normalize)하여 생성된 정규화 변형 대조비 합 히스토그램에 기초하여 대조비 개선 함수를 생성한다.The contrast enhancement
출력 영상 생성부(미도시)는 대조비 개선 함수 및 입력 영상에 기초하여 대조비가 개선된 영상인 출력 영상을 생성한다.An output image generating unit (not shown) generates an output image that is an image with an improved contrast ratio based on the contrast ratio improvement function and the input image.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 사람의 눈의 특성(Human Visual System, HVS)에 기반하여 입력 영상을 처리함으로써 대조비를 개선한 출력 영상을 생성하는 장치 및 방법을 의미할 수 있다.For example, an apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention is an apparatus and method for generating an output image with improved contrast ratio by processing an input image based on human visual system (HVS) characteristics. can mean
예를 들어, 상술한 사람의 눈의 특성(HVS)을 사용하는 경우, 사람이 직접 보는 것과 유사하게 영상을 개선시킬 수 있기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 종래의 히스토그램 평활화 기법에 기반한 종래의 대조비 개선 알고리즘에 비해 우수한 성능을 보일 수 있다.For example, when the above-described human eye characteristics (HVS) are used, the image can be improved to be similar to what a person sees directly, so the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention It can show superior performance compared to the conventional contrast ratio improvement algorithm based on the histogram equalization technique.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 사람의 눈의 특성(HVS)의 특성을 반영한 웨버 대조비(WC) 히스토그램을 기반으로 하는 대조비 개선 방법을 의미할 수 있다.In other words, the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention may mean a contrast ratio improvement method based on a Weber contrast ratio (WC) histogram reflecting the characteristics of the human eye (HVS).
사람의 눈은, 어두운 곳일수록 밝기 변화를 더 잘 감지하는 특성을 감지하는 특성을 가지며, 이러한 특성을 간단한 수식으로 잘 반영하는 웨버의 법칙(Weber's law)은 각기에서 자극의 변화를 느끼기 위해서는 처음 자극에 대해 일정 비율 이상으로 자극을 받아야 된다는 이론으로부터 시작되었으며, 웨버 대조비 (Weber Contrast, WC)는, 상술한 이론을 영상 처리에 적용하면서 제안된 기법으로, 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The human eye has a characteristic of detecting a change in brightness better in a dark place. The Weber Contrast (WC) is a technique proposed while applying the above-described theory to image processing, and can be expressed as in Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
이때, 
상술한 수학식 1에서, 주변 화소들의 값과 큰 차이를 보이는 화소일수록, 더 큰 웨버 대조비값을 가지며, 같은 차이를 보인다면, 화소 값이 더 작을수록 큰 웨버 대조비값을 가지고, 이는 사람의 눈의 특성(HVS)을 반영한 결과이다.In the above-described Equation 1, a pixel showing a larger difference from the values of neighboring pixels has a larger Weber contrast value, and if the same difference is shown, a smaller pixel value has a larger Weber contrast value, which is human eye This is the result reflecting the characteristics (HVS) of
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른, 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 상술한 수학식 1의 웨버 대조비(WC)값을 활용하여, 대조비 합 히스토그램을 생성할 수 있다.For example, the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention may generate a contrast sum histogram using the Weber contrast ratio (WC) value of Equation 1 described above.
이때, 도 2(a)에 도시된 입력 영상에 대한 웨버 대조비 영상은 도 2(b)에 도시된 바와 같으며, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 웨버 대조비값을 영상으로 획득 할 경우, 영상의 디테일(detail) 성분이 존재하는 부분에서 높은 값을 나타냄을 알 수 있다.At this time, the Weber contrast ratio image for the input image shown in FIG. 2 (a) is as shown in FIG. 2 (b), and when the Weber contrast ratio value is obtained as an image as shown in FIG. 2 (b), It can be seen that a high value is indicated in a part where a detail component of an image exists.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 화소값이 일정 구간에 속하는 화소의 갯수들을 누적하는 종래의 히스토그램 대신에, 일정 구간에 속하는 화소들의 웨버 대조비(WC)값을 누적 합산할 수 있으며, 이를 수학식으로 표현하면 아래 수학식 2와 같다.Therefore, the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention accumulates the Weber contrast ratio (WC) values of pixels belonging to a certain section instead of the conventional histogram in which the number of pixels whose pixel values belong to a certain section is accumulated It can be summed up, and when expressed as a mathematical expression, it is as shown in Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
이때, 상술한 수학식 2에서 
이때, hi(k)는 대조비 합 히스토그램을 의미할 수도 있다.In this case, h i (k) may mean a contrast sum histogram.
[수학식 3][Equation 3]
이때, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 웨버 대조비(WC) 기반 히스토그램을 사용하여 대조비 개선을 하기 위하여, 상술한 수학식 2의 대조비 합 히스토그램을 정상화(normalize)하여, 확률 분포 함수 (Probability Density function, PDF)를 생성할 수 있으며, 생성된 확률 분포 함수는 아래 수학식 4와 같다.In this case, the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention normalizes the contrast sum histogram of Equation 2 to improve the contrast ratio using a Weber contrast ratio (WC)-based histogram, A probability density function (PDF) can be generated, and the generated probability distribution function is shown in Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
이때, 도 3에 도시된 입력 영상에 대하여, 기존의 히스토그램에 기초한 확률 분포 함수를 생성한 결과는 도 4에 도시된 파란선과 같으며, 도 3에 도시된 입력 영상에 대하여 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법을 활용하여 생성된 대조비 합 히스토그램에 기초한 확률 분포 함수를 생성한 결과는 도 4에 도시된 붉은선과 같다.At this time, for the input image shown in FIG. 3, the result of generating the probability distribution function based on the existing histogram is the same as the blue line shown in FIG. 4, and for the input image shown in FIG. A result of generating a probability distribution function based on a contrast sum histogram generated by using the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to the present invention is shown in the red line shown in FIG. 4 .
예를 들어, 상술한 수학식 4를 통해 생성된 웨버 대조비 기반 히스토그램인 대조비 합 히스토그램의 확률 분포 함수를 변형 없이 대조비 개선에 사용 할 경우, 히스토그램의 튀는 부분으로 인해, 과하게 개선된 대조비 영상이 생성될 수 있으며, 히스토그램을 스무딩(smoothing)하여 튀는 값을 없애는 종래의 방법을 사용하여 생성된 변형 대조비 합 히스토그램은 아래 수학식 5와 같다.For example, when the probability distribution function of the contrast sum histogram, which is a Weber contrast ratio-based histogram generated through Equation 4, is used to improve the contrast ratio without deformation, an excessively improved contrast image may be generated due to a bouncing part of the histogram. And the modified contrast ratio sum histogram generated using the conventional method of smoothing the histogram to remove the popping value is shown in Equation 5 below.
[수학식 5][Equation 5]
이때, hs는 변형 대조비 합 히스토그램, λ는 스무딩 강도를 결정하는 상수, D는 이중 대각선 차이 행렬 (bidiagonal difference matrix)로 다음 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.In this case, h s is a modified contrast ratio sum histogram, λ is a constant determining the smoothing strength, and D is a bidiagonal difference matrix, which can be defined as in Equation 6 below.
[수학식 6][Equation 6]
이때, 상술한 변형 대조비 합 히스토그램에 대한 수학식인 수학식 5의 크로즈드 폼 해(closed form solution)은 아래 수학식 7과 같다.In this case, a closed form solution of Equation 5, which is an equation for the above-described modified contrast ratio sum histogram, is expressed as Equation 7 below.
[수학식 7][Equation 7]
이때, I는 아이덴티티 행렬(identity matrix)를 의미한다.In this case, I means an identity matrix.
상술한 수학식 7을 통해 생성된 hs를 다시 수학식 4를 통해 정규화(normalize)한 뒤, 아래 수학식 8에 대입하면, 대조비 개선 함수가 생성될 수 있다.When h s generated through Equation 7 is normalized again through Equation 4 and then substituted into Equation 8 below, a contrast ratio improvement function may be generated.
[수학식 8][Equation 8]
이때, 흑백 영상에 대한 대조비 개선의 결과는 도 5에 도시된 바와 같다.At this time, the result of improving the contrast ratio for the black and white image is as shown in FIG. 5 .
도 5(a)는 입력 영상, 도 5(b)는 종래 기술인 히스토그램 평활화(HE)를 적용한 결과, 도 5(c)는 종래 기술인 CVC를 적용한 결과, 도 5(d)는 종래 기술인 RHEDCT를 적용한 결과, 도 5(e)는 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법을 적용한 결과이다.Figure 5 (a) is the input image, Figure 5 (b) is the result of applying the prior art histogram equalization (HE), Figure 5 (c) is the result of applying the prior art CVC, Figure 5 (d) is the prior art RHEDCT applied As a result, FIG. 5(e) is a result of applying the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 종래의 기술들에 비해 바닥 영역과 물체 영역 모두를 효과적으로 개선하는 것을 확인할 수 있다.At this time, it can be confirmed that the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention effectively improve both the floor area and the object area compared to conventional techniques.
이때, 컬러 영상에 대한 대조비 개선 결과는 도 6에 도시된 바와 같다.In this case, the result of improving the contrast ratio for the color image is as shown in FIG. 6 .
도 6(a)는 입력 영상, 도 6(b)는 종래 기술인 히스토그램 평활화(HE)를 적용한 결과, 도 6(c)는 종래 기술인 CVC를 적용한 결과, 도 6(d)는 종래 기술인 RHEDCT를 적용한 결과, 도 6(e)는 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법을 적용한 결과이다.Figure 6 (a) is the input image, Figure 6 (b) is the result of applying the prior art histogram equalization (HE), Figure 6 (c) is the result of applying the prior art CVC, Figure 6 (d) is the prior art RHEDCT applied As a result, FIG. 6(e) is a result of applying the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 종래의 기술들에 비해 더 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있다.At this time, it can be seen that the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention show better performance than conventional techniques.
도 7a에 도시된 바와 같이, PIXDIST를 사용하여 종래의 대조비 개선 알고리즘과 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법을 비교하고, 도 7b에 도시된 바와 같이 EME를 사용하여 종래의 대조비 개선 알고리즘과 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법을 비교한다.As shown in FIG. 7A, a conventional contrast ratio improvement algorithm using PIXDIST and an apparatus and method for improving contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention are compared, and as shown in FIG. 7B, a conventional contrast ratio improvement algorithm is used using EME. The improvement algorithm and the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention are compared.
도 7a 및 도 7b에서 볼드 처리된 숫자는 제일 좋은 결과이며, 밑줄 처리된 숫자가 두 번째로 좋은 결과이다. 도 7a 및 도 7b에서는 종래의 기술인 히스토그램 평활화를 통해 획득된 결과들의 수치가 제일 좋게 나오는데, 이는, 상술한 종래 기술의 문제점과 같이 대조비 개선이 과하게 수행된 결과를 의미한다.In FIGS. 7A and 7B , bolded numbers are the best results, and underlined numbers are the second best results. In FIGS. 7A and 7B , the numerical values of the results obtained through the histogram smoothing, which is a conventional technique, are the best, which means that the contrast ratio is excessively improved, as in the problems of the prior art.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 영상의 대조비 개선 장치 및 방법은 객관적 수치도 우수하며, 동시에 주관적으로도 더 나은 결과를 보임을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the apparatus and method for improving the contrast ratio of an image according to an embodiment of the present invention have excellent objective values and, at the same time, show better results subjectively.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.Although the preferred embodiment according to the present invention has been described above, it can be modified in various forms, and those skilled in the art can make various modifications and variations without departing from the scope of the claims of the present invention. It is understood that this can be done.
100: 영상의 대조비 개선 장치
110: 대조비 합 히스토그램 생성부
120: 변형 대조비 합 히스토그램 생성부
130: 대조비 개선 함수 생성부100: image contrast improvement device
110: contrast ratio sum histogram generation unit
120: modified contrast ratio sum histogram generating unit
130: contrast ratio improvement function generator
Claims (1)
변형 대조비 합 히스토그램 생성부가, 상기 대조비 합 히스토그램을 스무딩(smoothing)하여 변형 대조비 합 히스토그램을 생성하는 단계; 및
대조비 개선 함수 생성부가, 상기 변형 대조비 합 히스토그램을 정규화(normalize)하여 생성된 정규화 변형 대조비 합 히스토그램에 기초하여 대조비 개선 함수를 생성하는 단계를 포함하는, 영상의 대조비 개선 방법.generating, by a contrast sum histogram generation unit, a contrast sum histogram by cumulatively summing Weber contrast ratios (WC) of each of the pixels included in a preset section included in the input image;
generating, by a modified contrast sum histogram generating unit, a modified contrast sum histogram by smoothing the contrast sum histogram; and
and generating, by a contrast enhancement function generator, a contrast enhancement function based on a normalized modified contrast sum histogram generated by normalizing the modified contrast sum histogram.
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| KR1020170019403A KR102522355B1 (en) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | Apparatus and method for improving contrast ratio of image |
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