KR19980033972A - 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법 - Google Patents

Abstract

칼라 이미지 입력장치로 부터 얻은 칼라 이미지의 광원의 색도를 결정하기 방법이 개시되어 있으며, 그 방법은 일정한 물체색에 의한 칼라 영역과 광원으로부터의 스팩큘러 성분에 의해 영향을 받는 칼라 영역을 분할함으로써 상기 스팩큘러 성분이 존재하는 영역을 추출하는 과정과 상기 스팩큘러 성분이 존재하는 영역들에 대한 색도점 분석을 통해 상기 광원의 색도를 결정하는 과정으로 구성된다. 이와 같이 얻어진 칼라 이미지의 광원 색도는 칼라 사진의 인화나 디지탈 카메라의 이미지 재현 및 비디오 카메라의 이미지를 디스플레이하는데 있어 전체적인 색의 보정을 위해 사용할 수 있다.

Description

칼라 이미지의 광원 색도 결정방법

본 발명은 칼라 이미지의 광원 색도를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

종래에는 칼라 이미지내의 서로 다른 칼라 영역에서 광원에 의한 스팩큘러(specular) 반사 성분을 갖는 영역으로서, 두 개 이상의 복수개를 검출하여 이 부분의 색도 변화를 분석함으로써 광원의 색도를 결정하였다(미국 특허번호 USP 4685071호). 여기서는 일반적인 유전체 물질의 광반사 특성을 이용하는 것으로서, 일정한 입사각으로 입사한 광의 일부는 물체의 표면에서 반사하게 되고, 나머지 일부는 물체 내부의 입자들과 산란하는 과정에서 색소들에 의해 일정한 파장 영역의 광성분이 흡수되게 된다. 따라서 표면으로 입사된 광은 도 1에 도시된 바와 같이 입사광의 분광특성을 그대로 유지하고 있는 스팩큘러 성분(specular component)과 물체 내부로 입사하여 산란되어 나오는 과정에서 물체색을 나타내게 되는 확산성분(diffused component)으로 나눌 수 있다. 한편, 스팩큘러 반사성분을 갖는 영역을 검출하는 방법은, 일정한 색상을 유지하면서 채도만이 변화하는 영역을 찾는 방법을 사용한다. 이러한 영역내의 화소들을 색도좌표상에 나타내게 되면 모두 직선상에 존재하게 되는데, 이 직선은 그 칼라 영역의 색도점과 조명광의 색도점을 연결하는 직선을 이루게 된다. 따라서 두 개 이상의 칼라 영역에 대해 상기와 같은 색도점 배열을 하게 되면 일정한 색도점에서 서로 교차하는 두 개 이상의 직선을 얻게 되고, 여기서 얻은 교차점을 광원의 색도로 결정하게 된다.

그러나, 상기 방법에서는 스팩큘러 성분에 의해 칼라가 급격히 변하는 칼라 에지를 찾기위해 라플라시안-가우스(Laplacian Gauss) 필터를 사용하게 되는데, 최적의 칼라 에지를 찾는 필터 사이즈를 결정하기 위해 여러개의 필터 사이즈들에 대해 반복 작업을 해야 하는 단점이 있다. 그 이유는 물체와 카메라 사이의 거리와 카메라 렌즈의 배율에 따라 필터 사이즈가 이미지마다 다를 수 있기 때문이다. 또한, 상기 방법에서는 스팩큘러 성분의 큰 변화가 있는 부분을 검출하여 사용하므로물체의 표면 특성상 스팩큘러 성분이 크지 않은 경우에는 적용하기가 어려운 단점이 있다. 따라서 대개의 칼라 이미지에서는 강한 스팩큘러 성분을 갖지 않는 경우가 많기 때문에 상기 방법을 적용하는 데는 많은 제한이 있게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 칼라 이미지내의 여러 칼라 영역을 물체의 고유색에 의해 나타나는 칼라영역과 물체의 고유색에 의한 성분과 광원으로부터의 스팩큘러 성분을 함께 포함하고 있는 칼라영역 등으로 분할하고, 물체의 고유색에 의한 성분과 스팩큘러 성분을 함께 포함하고 있는 영역들 내의 화소점들의 색도 변화로부터 광원의 색도를 결정하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법은 일정한 물체색에 의한 칼라 영역과 광원으로부터의 스팩큘러 성분에 의해 영향을 받는 칼라 영역을 분할함으로써 상기 스팩큘러 성분이 존재하는 영역을 추출하는 과정; 및 상기 스팩큘러 성분이 존재하는 영역들에 대한 색도점 분석을 통해 상기 광원의 색도를 결정하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 이미지 내의 칼라 영역들 중 상기 스팩큘러 성분이 존재하는 영역을 추출하는 과정은 일정한 물체색을 나타내는 파라미터를 각각의 화소들에서 계산하는 과정과, 상기 파라미터에 대한 소정의 에러 범위를 복수개의 서로 다른 범위로 설정하여 상기 에러 범위로 부터 나타나는 칼라영역의 변화를 추출하는 과정으로 구성된다. 한편, 상기 스팩큘러 성분이 존재하는 영역들에 대한 색도점 분석을 통해 광원의 색도를 결정하는 과정은 일정 영역의 색도점들을 1차 선형회귀 분석을 통해 상기 스팩큘러 성분에 의한 영향을 받는 칼라영역의 화소들에 대한 색도점을 분석하고 복수개의 서로 다른 칼라영역들로부터 수렴되는 색도를 통해 상기 광원의 색도를 결정하는 과정으로 이루어진다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법은 칼라 이미지 입력장치로 부터 얻은 칼라 이미지의 광원의 색도를 결정하기 위하여, a) i번째 행과 j번째 열의 화소에 대한 입력데이타 (h₁,h₂,h₃)^(i,j)와 주변의 화소 데이터들로 부터 물체의 칼라를 기술하는 행렬 B를 다음 수학식 1 및 수학식 2

[수학식 1]

B = [h, h_x, h_y]^-1* B⁰[h, h_x, h_y]^-1

[수학식 2]

(이때, 첨자 x 및 y는 각각 행 및 열 방향으로의 미분을 나타낸다.)

을 이용하여 계산하는 과정; b) 상기 행렬 B에 대한 허용오차를 조절하여 스팩큘러 성분에 의해 영향을 받고 있는 칼라영역을 분할하는 과정; 및 c) 상기 분할된 칼라영역의 각 화소에서의 색도(h₁/(h₁+h₂+h₃),h₂/(h₁+h₂+h₃))를 계산하여 색도점들이 수렴되는 색도점을 광원의 색도로 결정하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 b)과정은 b1) 상기 행렬 B에 대한 허용오차를 0.0005-0.002로 하여 일차적으로 영역을 분할하는 과정; 및 b2) 상기 행렬 B에 대한 허용오차를 0.003-0.01로 하여 이차적으로 영역을 분할하는 과정으로 이루어진다. 또한, 상기 c) 과정은 상기 b1) 과정에 의해 분할된 영역과 상기 b2) 과정에 의해 분할된 영역에 있어서 차이가 발생하는 영역들의 각 화소에서의 색도를 계산하여, 색도점들이 수렴되는 색도점을 광원의 색도로 결정한다.

도 1은 물체 표면에 입사한 광의 확산 성분 및 스팩큘러 성분 분포를 나타낸 도면.

도 2은 동일 물질로 균일하게 색칠해진 반원통 물체 표면에서의 확산 성분 및 스팩큘러 성분 분포를 나타낸 도면.

도 3은 행열 B를 이용한 칼라 이미지 내의 스팩큘러 성분 및 확산 성분 영역 검출을 설명하기 위한 도면.

도 4는 광원에 의한 스팩큘러 성분 및 확산 성분 영역내의 화소점들의 색도 분포를 나타낸 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

일정한 광원에 의해 조명을 받고 있는 여러 가지 다양한 형태를 갖는 물체들로 구성된 대상에 대하여 일반 필름 카메라나 디지탈 스틸 카메라, 또는 비디오 카메라를 사용하여 칼라 이미지를 얻는 경우, 동일한 물질에 의해 일정하게 색칠해진 칼라 영역은 광원 및 칼라 영역의 형상에 의한 영향등이 반영되어 일정한 칼라를 출력시키지 못하는 경우가 있을 수 있다. 즉, 광원에 의한 스팩큘러 성분을 갖는 영역이 있을 수 있고, 또한 물체 표면의 형상에 의해 밝기가 다른 영역들로 나타날 수 있다. 일반적인 종래의 방법을 이용하여 이미지에 대한 영역분할을 하게 되는 경우, 이러한 영역들은 서로 다른 칼라 영역으로 분할되게 된다. 따라서 매우 복잡한 칼라 영역 분할이 이루어지게 된다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 구나 원통과 같은 형태를 가진 물체의 경우 형상에 따른 많은 수의 영역 분할이 이루어지게 된다. 따라서 본 발명에서는 이와 같은 물체의 형상에 의한 영향에 따른 칼라 영역의 분할이 일어나는 것을 막고 스팩큘러 성분에 의한 영향만을 고려하는 영역분할 방법을 사용한다. 이 방법을 이용한 칼라 영역 분할 방법을 좀 더 상세히 설명하고자 한다.

모든 점이 일정한 광원에 의해 조명받고 있고 균일하게 채색된 영역에서 측정된 칼라 이미지를 영역 분할하는데 있어서 칼라 이미지 조사 방정식(color image irradiance equation)은 다음 수학식 1 내지 수학식 6과 같이 간략히 기술될 수 있다(Color Research and Application, Vol.18, No,6, p375(1993)참조).

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, C는 3×3 칼라 매트릭스, H₀는 3×3 광원(illuminant) 매트릭스, n는 수직면 벡터(surface normal)을 나타내며, C, H₀는 관심영역에서 상수값을 가진다.

상기 수학식 1을 간략히 표현하면,

[수학식 2]

An(x,y) = h(x,y)

으로 나타낼 수 있다. 상기 수학식 2에서 A = CH₀이다. 이때 A를 다음 수학식 3

[수학식 3]

B = (A^*·A)^-1

으로 나타내고, 수직면 벡터에 대한 다음 수학식 4 조건을 사용하면,

[수학식 4]

n·n = 1

B⁰를 다음 수학식 5와 같이 나타낼때(여기서, ()는 행렬식(derterminent)을 의미).

[수학식 5]

(이때, 첨자 x 및 y는 각각 행 및 열 방향으로의 미분을 나타낸다.)

상기 행렬 B는 다음 수학식 6으로 나타낼 수 있다.

[수학식 6]

B = [h, h_x, h_y]^-1* B⁰[h, h_x, h_y]^-1

여기서 구한 행렬 B가 일정한 영역은 칼라 표면의 형상에 의한 영향이 배제된 값으로서, 일정한 B 영역은 일정한 물체색을 가진 것으로 간주할 수 있다. 따라서 B가 일정한 값을 갖는 영역을 분할함으로서 일정한 칼라를 갖는 영역을 추출할 수 있다. 이 방법을 사용하면 기기의 RGB와 같은 이미지 입력 스페이스에서 행하는 칼라 영역 추출 방법에 비해 훨씬 단순화된 영역분할 결과를 얻을 수 있다.

상기의 방법에서 구해진 일정한 칼라 영역은 기본적으로 스팩큘러 성분이 없는 램버션(Lambertian) 표면에 대해 적용되는 것으로, 스팩큘러 성분이 있는 경우는 동일한 물질의 칼라 영역이라 하더라도 다른 B 값을 갖게 된다. 따라서 스팩큘러 성분을 갖는 영역을 추출하기 위해서는 한 번의 영역 분할만으로는 어렵다. 본 발명에서는 스팩큘러 성분을 갖는 영역을 추출하기 위해 행렬 B의 오차범위를 이용한다. 일정한 칼라 영역내에 스팩큘러 성분이 존재하는 작은 영역이 존재하게 되는 경우, 스팩큘러 성분이 없는 영역의 일정한 B 값을 B₀라 하면 스팩큘러 성분이 있는 영역은 B₀에서 벗어난 값을 갖게 된다. 이때 스팩큘러 성분은 공간적으로 연속적인 분포를 가지므로 변두리의 스팩큘러 성분은 매우 낮은 값을 갖게 된다. 따라서, 일정한 B 값을 갖는 영역을 분할하고자 할 때 B 값의 허용오차 범위를 조절하게 되면 도 3에 도시된 바와 같이 스팩큘러 성분이 있는 영역에서 분할된 영역의 변화가 일어나게 된다.

한편, 행렬 B의 오차 범위의 조절 방법은 9개의 성분을 각각에 대해서 주변 화소의 B값과 비교하는 방법을 사용한다. 칼라 이미지 내의 i번째 행과 j번째 열의 화소의 행렬 B^(i,j)의 k번째 행과 l번째 열의 요소를 B^(i,j) _k.1라 하면, i번째 행과 j+1번째 열의 화소의 행렬 B^(i,j+1)과의 차이는 다음 수학식 7과 같이 각각의 요소의 차의 평균으로 정의한다. 즉,

[수학식 7]

Delta B = (B^(i,j+1)- B^(i,j)) =

이때 일정한 칼라 영역의 경우, 델타(Delta) B의 값은 입력된 데이터의 노이즈 레벨에 따라 0.0005-0.002 사이의 값으로 설정된다. 한편, 상기 방법에 의해 영역 분할된 일정한 칼라 영역 주변의 스팩큘러 성분이 존재하는 영역을 찾기 위해서는 델타 B의 값을 0.003-0.01 사이의 값으로 설정하여 다시 한 번 영역분할을 실행한다. 이때 2차 분할영역과 앞의 방법에서 분할된 1차 분할영역과의 차이가 발생되는 영역을 겁출한다.

상기 방법으로 검출된 새로운 분할영역에는 스팩큘러 성분에 의한 영향을 받는 영역들이 포함되어 있다. 이 영역들로부터의 광원의 색도를 검출하기 위해서는 영역내의 각각의 화소들에 대해서 색도를 계산하여 수렴되는 색도를 계산하는 방법을 사용한다. 화소들의 색도는 각각의 영역의 입력 데이터를 사용한다. 즉, 화소의 입력 데이터가 RGB인 경우, 색도는 (R/(R+G+B), G/(R+G+B))로 계산된다. 여기서 계산된 색도점들은 도 4에 도시된 바와 같이 일정 칼라 영역의 색도와 조명광의 색도 사이에 존재하게 되므로 일직선 상에 위치하게 된다. 따라서, 여러 칼라 영역들의 색도점들은 광원의 색도점으로 수렴되게 한다. 따라서 수렴된 색도점을 계산함으로써 조명광의 색도를 구하게 된다.

여기서, 얻어진 칼라 이미지의 광원 색도는 칼라 사진의 인화나 디지탈 카메라의 이미지 재현 및 비디오 카메라의 이미지를 디스플레이하는데 있어 전체적인 색의 보정을 위해 사용할 수 있다. 특히, 본 발명은 칼라 이미지 내에 광원 색도에 대한 정보를 갖고 있는 하이라이트의 레벨이 매우 낮은 경우에도 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 필름 카메라, 디지탈 스틸 카메라, 또는 비디오 카메라 등을 통해 얻은 칼라 이미지로부터 광원의 색도를 계산하기 위한 방법으로, 광원의 색도에 의한 칼라 이미지에의 영향을 보정할 수 있도록 해 준다. 특히, 칼라 이미지 내에 하이라이트(highlight)와 같은 강한 스팩큘러 성분이 없는 경우에도 이미지 내의 스팩큘러 성분을 추출할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 또한, 일정 칼라 영역을 분할함에 있어서 표면의 형상에 의한 영향을 배제시킴으로써 스팩큘러 성분에 의해 영향을 받고 있는 영역만을 추출하게 되어 보다 단순한 계산을 통해 광원 색도를 검출할 수 있게 해준다.

Claims (6)

1. a) 일정한 물체색에 의한 칼라 영역과 광원으로부터의 스팩큘러 성분에 의해 영향을 받는 칼라 영역을 분할함으로써 상기 스팩큘러 성분이 존재하는 영역을 추출하는 과정; 및

   b) 상기 스팩큘러 성분이 존재하는 영역들에 대한 색도점 분석을 통해 상기 광원의 색도를 결정하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 a) 과정은 상기 일정한 물체색을 나타내는 파라미터를 각각의 화소들에서 계산하는 과정과, 상기 파라미터에 대한 소정의 에러 범위를 복수개의 서로 다른 범위로 설정하여 상기 에러 범위로 부터 나타나는 칼라영역의 변화를 추출하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 b) 과정은 일정 영역의 색도점들을 1차 선형회귀 분석을 통해 상기 스팩큘러 성분에 의한 영향을 받는 칼라영역의 화소들에 대한 색도점을 분석하고, 복수개의 서로 다른 칼라영역들로부터 수렴되는 색도를 통해 상기 광원의 색도를 결정하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법.
4. 칼라 이미지 입력장치로 부터 얻은 칼라 이미지의 광원의 색도를 결정하기 위하여,

   a) i번째 행과 j번째 열의 화소에 대한 입력데이타 (h₁,h₂,h₃)^(i,j)와 주변의 화소 데이터들로 부터 물체의 칼라를 기술하는 행렬 B를 다음 수학식 1 및 수학식 2

   B = [h, h_x, h_y]^-1* B⁰[h, h_x, h_y]^-1

   (이때, 첨자 x 및 y는 각각 행 및 열 방향으로의 미분을 나타낸다.)

   을 이용하여 계산하는 과정;

   b) 상기 행렬 B에 대한 허용오차를 조절하여 스팩큘러 성분에 의해 영향을 받고 있는 칼라영역을 분할하는 과정; 및

   c) 상기 분할된 칼라영역의 각 화소에서의 색도(h₁/(h₁+h₂+h₃),h₂/(h₁+h₂+h₃))를 계산하여 색도점들이 수렴되는 색도점을 광원의 색도로 결정하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 b)과정은

   b1) 상기 행렬 B에 대한 허용오차를 0.0005-0.002로 하여 일차적으로 영역을 분할하는 과정; 및

   b2) 상기 행렬 B에 대한 허용오차를 0.003-0.01로 하여 이차적으로 영역을 분할하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 c) 과정은 상기 b1) 과정에 의해 분할된 영역과 상기 b2) 과정에 의해 분할된 영역에 있어서 차이가 발생하는 영역들의 각 화소에서의 색도를 계산하여, 색도점들이 수렴되는 색도점을 광원의 색도로 결정하는 것을 특징으로 하는 칼라 이미지의 광원 색도 결정방법.