KR19990051003A - Apparatus and method for optimizing video signal distribution of digital still camera - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지탈 스틸 카메라의 영상신호 처리기술에 관한 것으로, 영상의 불균형 분포를 빠르고 정확하게 보정하기 위하여, 디지탈 스틸 카메라의 촬영에 의해 입력되는 아날로그의 영상신호를 RGB의 영상데이터로 변환하여 메모리(35)에 저장하는 카메라신호 처리부(34)와; 상기 메모리(35)에 저장된 영상데이터에 대해 인핸스먼트를 수행할 수 있도록 그 메모리(35)의 리드/라이트 동작을 제어하는 마이크로컴퓨터(36)와; 상기 메모리(35)로 부터 입력되는 영상 데이터의 그레이 레벨을 밝은 부분과 어두운 부분으로 구분하여 그레이 레벨의 변화를 추정하고 그 추정 결과에 따라 두지점간 조작함수를 선택하여 영상신호의 분포를 원하는 방향으로 변화시키는 인핸스먼트 처리부(37)를 포함하여 구성한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a video signal processing technique of a digital still camera. In order to quickly and accurately correct an imbalance distribution of an image, an analog video signal input by photographing a digital still camera is converted into RGB image data and stored in a memory (35). Camera signal processing unit 34 for storing; A microcomputer (36) for controlling read / write operations of the memory (35) to perform enhancement on the image data stored in the memory (35); The gray level of the image data input from the memory 35 is divided into a light portion and a dark portion to estimate the change of the gray level, and a manipulation function between two points is selected according to the estimation result to distribute the image signal. It is configured to include an enhancement processing unit 37 to be changed to.
Description
본 발명은 디지탈 스틸 카메라(Digital Still Camera)의 영상신호 처리기술에 관한 것으로, 특히 영상을 고른 분포로 처리하는 것에 의하여, 영상이 밝은 부분에 치우친 경우 보정한 영상이 과도하게 어둡게 나타나고, 중간 밝기의 부분도 어둡게 나타나 영상의 불균형 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있도록한 디지탈 스틸 카메라의 영상신호 분포 최적화 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a video signal processing technology of a digital still camera, and in particular, by processing the image evenly, the corrected image appears excessively dark when the image is inclined to a bright part, The present invention relates to an apparatus and a method for optimizing video signal distribution of a digital still camera, in which a portion is also darkened to prevent an unbalance of an image from occurring.
영상신호는 256 그레이 레벨의 분포가 중간값을 가질때 즉, 100에서 150 그레이 레벨의 신호가 많을 때 좋은 영상으로 평가받는다. 상대적으로 100 그레이 레벨 이하의 신호가 많을 때는 화면이 어두워 보일뿐만 아니라 어두운 부분의 영상을 구분하는데 어려움이 있으며, 150 그레이 레벨 이상의 신호가 많을때에는 화면이 전체적으로 밝아 보인다.The video signal is evaluated as a good image when the distribution of 256 gray levels has a median value, that is, when there are many signals of 100 to 150 gray levels. When there are a lot of signals below 100 gray level, not only the screen looks dark but also it is difficult to distinguish the dark image. When there are many signals above 150 gray level, the screen looks bright overall.
이러한 영상의 불균형을 해소하기 위하여 통상적으로 각각의 픽셀에 대한 밝기(Brightness)를 변화시키는 두지점간 조작(Point To Point Operation) 기법이 사용된다. 도 1은 이 조작 기법의 한 예를 보인 것이며, 이의 이해를 돕기 위해 적용된 이미지를 도 2의 (a), (b)에 제시하였다.In order to solve such an imbalance of the image, a point-to-point operation technique that changes the brightness for each pixel is typically used. FIG. 1 shows an example of this manipulation technique, and an image applied to the understanding thereof is shown in FIGS. 2A and 2B.
히스토그램 평활화 기법은 가장 일반적으로 사용되고 있는 영상의 불균형 해소기법으로서 영상분포를 계산하여 모든 그레이 레벨에서 영상을 같은 분포로 만들 수 있는 영상의 분포 함수를 계산하고, 이를 근거로 각각의 픽셀에 대해 두지점간 조작을 실시한다.Histogram smoothing is the most commonly used unbalanced image solving method. It calculates the image distribution and calculates the distribution function of the image that can make the image the same distribution in all gray levels. Based on this, two points for each pixel Carry out the operation.
또한, 감마보정 기법은 상기 히스토그램 평활화와 조금 다른 개념의 기법이지만 널리 사용되는 두지점간 조작기법이며, 이 경우 감마값에 의해 조작(operation) 함수가 변화된다.In addition, the gamma correction technique is a slightly different concept from the histogram smoothing, but is a widely used two-point operation technique, in which case the operation function is changed by the gamma value.
그러나, 이와 같은 종래의 영상 불균형 해소 기술에 있어서는 단순히 영상을 고른 분포로 만들기 때문에 영상이 밝은 부분에 치우친 경우 보정한 영상은 과도하게 어둡게 나타나고 중간 밝기의 영상도 어둡게 나타나며, 물론 반대의 경우에도 동일한 현상이 나타나는 문제점이 있었다. 더욱이 디지탈 스틸 카메라에서 플레쉬를 사용하는 경우 이와 같은 영상 불균형 현상은 보다 심각하게 나타나는 문제점이 있었다.However, in the conventional image unbalancing technology, since the image is simply distributed evenly, the corrected image appears excessively dark and the intermediate brightness image appears too dark when the image is biased in the bright part, and vice versa. There was a problem appearing. Moreover, when using the flash in a digital still camera, such an image imbalance was more serious.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 영상의 그레이 레벨을 두 그룹으로 나누어 미분처리하고 각 미분의 합을 근거로 두지점간 조작 함수를 결정하여 영상신호의 분포를 변화시키는 영상신호 분포의 최적화 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to optimize the distribution of image signal by dividing the gray level of the image into two groups and to differentiate the distribution of the image signal by determining the operation function between two points based on the sum of the derivatives. And providing a method.
도 1은 인핸스먼트 처리시 두지점간 조작의 예를 보인 그래프.1 is a graph showing an example of operation between two points in the enhancement process.
도 2의 (a)는 손상된 영상의 예시도.Figure 2 (a) is an illustration of a damaged image.
도 2의 (b)는 종래기술에 의해 복원된 영상의 예시도.Figure 2 (b) is an illustration of the image reconstructed by the prior art.
도 3은 본 발명에 의한 디지탈 스틸 카메라의 영상신호 분포 최적화 장치의 일실시예를 보인 블록도.Figure 3 is a block diagram showing an embodiment of an image signal distribution optimization device of a digital still camera according to the present invention.
도 4는 도 3에서 인핸스먼트 처리부의 일실시 구현예를 보인 상세 블록도.4 is a detailed block diagram illustrating an embodiment of an enhancement processing unit in FIG. 3;
도 5의 (a)는 이상적인 영상의 분포에 대한 그래프.5 (a) is a graph of the distribution of the ideal image.
도 5의 (b)는 불균형 영상의 분포에 대한 그래프.Figure 5 (b) is a graph of the distribution of the unbalanced image.
도 5의 (c)는 일반적인 영상의 분포에 대한 그래프.5C is a graph of distribution of a general image.
도 6은 도 4에서 미분의 합에 의해 결정되는 영상의 분포 변화 그래프.FIG. 6 is a graph of distribution change of an image determined by the sum of derivatives in FIG. 4. FIG.
도 7의 (a)는 손상된 영상의 예시도.Figure 7 (a) is an illustration of a damaged image.
도 7의 (b)는 본 발명에 의한 복원된 영상의 예시도.Figure 7 (b) is an illustration of a reconstructed image according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
31 : 렌즈 32 : 씨씨디31: Lens 32: CD
33 : 전처리부 34 : 카메라신호 처리부33: preprocessor 34: camera signal processor
35 : 메모리 36 : 마이크로컴퓨터35: memory 36: microcomputer
37 : 인핸스먼트 처리부 41 : 히스토그램 처리부37: enhancement processing unit 41: histogram processing unit
42A,42B : 미분기 43 : 두지점간 조작함수 선택부42A, 42B: Differential 43: Operation function selector between two points
44 : 두지점간 조작부44: operation point between two points
도 3은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 디지탈 스틸 카메라의 영상신호 분포 최적화 장치의 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 피사체의 촬영에 의해렌즈(31)를 통해 입사되는 광신호를 전기적인 신호를 변환하는 씨씨디(32)와; 상기 씨씨디(32)에서 출력되는 신호에 포함되어 있는 노이즈를 제거하고 적정 레벨로 변환하는 전처리부(33)와; 상기 전처리부(33)에서 출력되는 아날로그의 영상신호를 디지탈신호로 변환함과 아울러 RGB의 영상데이터로 변환하여 메모리(35)에 저장하는 카메라신호 처리부(34)와; 상기 카메라신호 처리부(34)의 동작을 제어함과 아울러, 상기 메모리(35)에 저장된 영상데이터에 대해 인핸스먼트를 수행할 수 있도록 그 메모리(35)의 리드/라이트 동작을 제어하는 마이크로컴퓨터(36)와; 상기 메모리(35)로 부터 입력되는 영상 데이터의 그레이 레벨을 밝은 부분과 어두운 부분으로 구분하여 그레이 레벨의 변화를 추정하고 그 추정 결과에 따라 두지점간 조작함수를 선택하여 영상신호의 분포를 원하는 방향으로 변화시키는 인핸스먼트 처리부(37)로 구성하였다.FIG. 3 is a block diagram of an exemplary embodiment of an apparatus for optimizing video signal distribution of a digital still camera for achieving the object of the present invention. As shown in FIG. 3, an optical signal incident through the lens 31 is photographed by photographing a subject. A CD 32 for converting an ordinary signal; A preprocessor (33) for removing noise included in the signal output from the CD (32) and converting the noise to an appropriate level; A camera signal processor 34 for converting an analog image signal output from the preprocessor 33 into a digital signal, and converting the analog image signal into RGB image data and storing it in a memory 35; The microcomputer 36 which controls the operation of the camera signal processor 34 and controls the read / write operation of the memory 35 to perform enhancement on the image data stored in the memory 35. )Wow; The gray level of the image data input from the memory 35 is divided into a light portion and a dark portion to estimate the change of the gray level, and a manipulation function between two points is selected according to the estimation result to distribute the image signal. It consisted of the enhancement process part 37 changed into a.
상기 인핸스먼트 처리부(37)는 도 4에서와 같이, 주어진 영상에서 각 픽셀의 그레이 레벨값을 카운트하여 N(m)을 결정하는 히스토그램 처리부(41)와; 상기 히스토그램 처리부(41)에 의해 카운트된 그레이 레벨값 중에서 하위 그룹의 그레이 레벨값을 미분하는 미분기(42A) 및 상위 그룹의 그레이 레벨값을 미분하는 미분기(42B)와; 상기 미분기(42A),(42B)에서 구해진 미분의 합값(Ak),(Bk)을 근거로 하여 두 지점간 조작부(44)에서 적용할 함수를 결정하는 두지점간 조작함수 선택부(43)와; 입력되는 영상데이터에 대해 상기 두지점간 조작함수 선택부(43)의 제어에 따라 조작함수 Fil(n), Fih(n)를 선택적으로 적용하여 불균형 분포를 원하는 방향으로 변화시키는 두지점간 조작부(44)와; 상기 두지점간 조작함수 선택부(43)에서 영상이 이상적인 분포를 갖는 것으로 판단되는 경우 상기 두지점간 조작부(44)측으로 공급되는 영상데이터를 차단하기 위한 스위치(SW)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The enhancement processor 37 includes a histogram processor 41 for determining N (m) by counting gray level values of each pixel in a given image as shown in FIG. 4; A differentiator 42A for differentiating the gray level values of the lower group among the gray level values counted by the histogram processor 41, and a differentiator 42B for differentiating the gray level values of the upper group; A two-point manipulation function selector 43 for determining a function to be applied by the two-point manipulation unit 44 based on the sum values A k and B k of the derivatives obtained at the differentiators 42A and 42B. )Wow; Between two points for changing the unbalance distribution in a desired direction by selectively applying manipulation functions F il (n) and F ih (n) to the input image data under the control of the manipulation function selector 43 between the two points. An operation unit 44; When it is determined that the image has an ideal distribution in the two-point operation function selector 43, the switch is configured to switch the image data supplied to the two-point inter-operation unit 44 side. When described in detail with reference to Figures 5 to 7 attached to the operation of the present invention.
피사체의 촬영에 의해 렌즈(13)를 통해 입사되는 광신호는 씨씨디(CCD:Charge Coupled Device)(32)에서 전기적인 신호로 변환된 후 전처리부(33)의 CDS(Correlated Double Sampled circuit) 기능에 의해 노이즈가 제거되고, AGC(Auto Gain Control) 기능에 의해 적정 레벨로 조정된다.The optical signal incident through the lens 13 by the photographing of the subject is converted into an electrical signal by the CCD (Charge Coupled Device) 32 and then correlated double sampled circuit (CDS) function of the preprocessing unit 33. Noise is removed by the control unit, and adjusted to an appropriate level by the AGC (Auto Gain Control) function.
또한, 상기 전처리부(33)에서 출력되는 아날로그의 영상신호는 카메라신호 처리부(34)에 의해 디지탈신호로 변환됨과 아울러 필요에 따라 보간처리된 후 영상데이터로 변환하여 메모리(35)에 저장된다.In addition, the analog video signal output from the preprocessor 33 is converted into a digital signal by the camera signal processor 34 and interpolated as necessary to be converted into image data and stored in the memory 35.
한편, 마이크로컴퓨터(36)는 상기 메모리(35)에 저장된 영상데이터에 대해 인핸스먼트(Enhancement)를 수행할 수 있도록 그 메모리(35)를 억세스하여 이로부터 순차적으로 출력되는 영상 데이터 x(n)가 인핸스먼트 처리부(37)에 공급되고, 인핸스먼트 처리부(37)에 의해 인핸스먼트가 수행된 영상 데이터 y(n)는 다시 그 마이크로 컴퓨터(36)에 의해 메모리(35)에 저장된다. 따라서, 인핸스먼트를 수행하기 위하여 별도의 메모리를 필요로하지 않게 된다.Meanwhile, the microcomputer 36 accesses the memory 35 so as to perform enhancement on the image data stored in the memory 35, and the image data x (n) sequentially outputted therefrom is stored in the microcomputer 36. The image data y (n) supplied to the enhancement processor 37 and enhanced by the enhancement processor 37 is stored in the memory 35 by the microcomputer 36. Thus, no memory is required to perform the enhancement.
상기 인핸스먼트 처리부(37)는 입력되는 영상 데이터 x(n)의 그레이 레벨을 밝은 부분과 어두운 부분으로 구분하여 그레이 레벨의 변화를 추정하고 그 추정 결과에 따라 두지점간 조작(Point to Point Operation)에서 적용할 함수를 결정하여 영상신호의 분포를 변화시킨다.The enhancement processor 37 divides the gray level of the input image data x (n) into light and dark portions to estimate a change in the gray level, and then operates between two points according to the estimation result. Determines the function to be applied to and changes the distribution of the video signal.
이하, 상기 인핸스먼트 처리부(37)의 일실시 구현예를 보인 도 4를 참조하여 그의 작용을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the enhancement processor 37 will be described in more detail with reference to FIG. 4.
상기 메모리(35)로 부터 인핸스먼트 처리부(37)에 입력되는 영상데이터 x(n)는 각픽셀의 RGB 정보에 대한 데이터이며, 이는 해당 픽셀의 휘도정보로 변환되어 히스토그램 처리부(41)에 공급된다.The image data x (n) input from the memory 35 to the enhancement processor 37 is data about RGB information of each pixel, which is converted into luminance information of the pixel and supplied to the histogram processor 41. .
상기 히스토그램 처리부(41)는 주어진 영상에서 각 픽셀의 그레이 레벨값을 카운트하여 N(m)을 결정하게 되며, 여기서 m은 0~255이다.The histogram processor 41 determines N (m) by counting gray level values of each pixel in a given image, where m is 0 to 255.
이때, 미분기(42A)는 상기 히스토그램 처리부(41)에 의해 카운트되는 그레이 레벨값 중에서 하위 그룹(m=0,..,127)의 그레이 레벨값을 미분하고, 미분기(42B)는 상위 그룹(m=128,..,255)의 그레이 레벨값을 미분하게 되는데, 여기에 다음과 같은 수식이 정의된다.At this time, the differentiator 42A differentiates the gray level values of the lower group (m = 0, .., 127) among the gray level values counted by the histogram processing unit 41, and the differentiator 42B is the upper group m. = 128, .., 255) to differentiate the gray level value, where the following equation is defined.
상기의 수식에서 k가 1일 때, Ai이나 Bi값을 근거로 그레이 레벨의 변화를 추정할 수 있게 된다. 또한, 미분의 합값 Ak를 근거로 하여 중간값보다 작은 레벨을 갖는 신호들의 분포를 알 수 있고, 미분의 합값 Bk를 근거로 하여 중간값보다 큰 레벨을 갖는 신호들의 분포를 알 수 있다.When k is 1 in the above equation, it is possible to estimate the change of gray level based on A i or B i value. Also, based on the sum of the derivatives A k , the distribution of the signals having a level smaller than the median value can be known, and on the basis of the sum of the derivatives B k , the distribution of the signals having a level greater than the median value can be known.
여기서, k 값은 미분에 대한 정밀도를 나타내는 것이며, 일반적으로 "1"로 설정하면 된다. 상기 k 값이 증가하면 계산량은 줄게 되지만 전체적인 변화에 대한 정밀도는 떨어지게 된다.Here, the k value represents the precision with respect to the derivative, and may be generally set to "1". Increasing the value of k reduces the amount of calculation, but decreases the precision of the overall change.
두지점간 조작함수 선택부(43)는 상기 각 미분기(42A),(42B)에서 구해진 미분의 합값 Ak, Bk를 근거로 하여 두지점간 조작부(44)에서 적용할 함수를 결정하게 된다.The two-point operation function selector 43 determines a function to be applied in the two-point operation unit 44 based on the sum values A k and B k of the derivatives obtained at the differentiators 42A and 42B. .
일반적으로, 영상의 분포를 확률함수로 변환하면 0에서 255의 분포를 갖게 되며, 각 계수는 1/256의 값을 가질 때 영상이 이상적으로 분포된다. 그러나, 영상의 확률분포가 중간값으로 될 수록 작아질 때 좋지 않은 평가를 받게 된다. 도 5의 (a)는 이상적인 영상의 분포, (b)는 불균형 영상의 분포, (c)는 일반적인 영상의 분포 형태를 보여주고 있다.In general, when a distribution of an image is converted into a probability function, a distribution of 0 to 255 is obtained, and an image is ideally distributed when each coefficient has a value of 1/256. However, when the probability distribution of the image becomes the middle value, it is poorly evaluated. (A) of FIG. 5 illustrates an ideal image distribution, (b) an unbalanced image distribution, and (c) a general image distribution form.
도 6은 상기 미분의 합값 Ak, Bk에 의해 결정되는 두지점간 조작의 예를 보여주고 있다. 즉, 미분의 합값 Ak, Bk에 비례적으로 di와 dh가 결정되고, 그 값에 합당한 조작함수 Fil(n), Fih(n)이 결정된다. 미분의 합값 Ak, Bk가 커질수록 di와 dh가 커지고 영상의 불균형 분포를 이상적인 분포에 가깝도록 변화시킨다.Fig. 6 shows an example of two-point operation determined by the sum values A k and B k of the derivatives. That is, d i and d h are determined in proportion to the sum values A k and B k of the derivatives, and operation functions F il (n) and F ih (n) that are appropriate to the values are determined. As the sum of the derivatives A k and B k increases, d i and d h increase and the imbalance distribution of the image is changed to be closer to the ideal distribution.
상기 미분의 합값 Ak가 양으로 값으로 나타나면 일반적인 분포를 갖는 영상으로 판단하여 제어신호(CS)를 "로우"로 출력하게 되고, 이에 의해 스위치(SW)가 고정단자(a)에 단락되므로 영상데이터 x(n)가 두지점간 조작부(44)에 공급되지 않고 그대로 바이패스된다. 즉, 두지점간 조작이 이루어지지 않는다.If the sum of the derivatives A k is a positive value, it is determined as an image having a general distribution and the control signal CS is output as "low", whereby the switch SW is short-circuited to the fixed terminal a so that the image The data x (n) is bypassed without being supplied to the operation point 44 between the two points. That is, the operation between the two points is not made.
또한, 미분의 합값 Bk가 음의 값으로 나타나면 일반적인 분포를 갖는 영상으로 판단하여 이때에도 제어신호(CS)를 "로우"로 출력하게 되고, 이에 의해 스위치(SW)가 상기와 같이 고정단자(a)에 단락되어 상기와 같이 두지점간 조작이 이루어지지 않는다.In addition, when the sum value B k of the derivative is negative, it is judged as an image having a general distribution, and the control signal CS is output as "low" at this time, whereby the switch SW causes the fixed terminal ( Shorted to a), operation between two points is not performed as described above.
그러나, 상기 미분의 합값 Ak가 양의 값으로 나타나지 않거나, 미분의 합값 Bk가 음의 값으로 나타나지 않을 경우에는 상기 제어신호(CS)가 "하이"로 출력되므로 상기 스위치(SW)가 고정단자(b)에 단락되고, 이에 의해 상기 영상데이터 x(n)가 두지점간 조작부(44)에 공급된다.However, when the sum value A k of the derivative does not appear as a positive value or the sum value B k of the derivative does not appear as a negative value, the control signal CS is output as "high" so that the switch SW is fixed. Shorted to the terminal b, the video data x (n) is supplied to the operation unit 44 between the two points.
따라서, 상기 두지점간 조작부(44)는 상기 입력되는 영상데이터 x(n)에 조작함수 Fil(n), Fih(n)를 선택적으로 적용하여 불균형 분포를 갖는 영상이 이상적인 분포에 가깝도록 변화된다.Accordingly, the two-point manipulation unit 44 selectively applies manipulation functions F il (n) and F ih (n) to the input image data x (n) so that an image having an unbalanced distribution is close to an ideal distribution. Is changed.
도 7의 (a)는 불균형 영상의 예를 보인 것이고, (b)는 본 발명에 의해 정상적인 분포를 갖는 영상으로 복구된 것을 보인 것이다.7 (a) shows an example of an unbalanced image, and (b) shows that an image having a normal distribution has been restored by the present invention.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 영상의 그레이 레벨을 두 그룹으로 나누어 미분처리하고 각 미분의 합을 근거로 두지점간 조작함수를 결정하여 영상신호의 분포를 변화시킴으로써 보정한 영상이 과도하게 어둡게 나타나거나, 중간 밝기의 부분이 어둡게 나타나는 등의 영상 불균형 현상을 방지할 수 있을뿐만 아니라 고속 처리가 가능하게 되는 효과가 있고, 플래쉬를 사용하는 환경에서 보다 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention divides the gray level of the image into two groups, differentiates them, and determines an operation function between two points based on the sum of the derivatives to change the distribution of the image signal, thereby making the image excessively excessive. Not only can it prevent the image imbalance such as appearing dark or the part of the medium brightness is dark, but also has the effect of enabling high-speed processing, and has the effect of showing better performance in the environment using flash.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100555755B1 (en) * | 2004-05-04 | 2006-03-03 | 삼성전자주식회사 | Apparatus correcting image by luminance histogram |
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