KR20020033095A

KR20020033095A - 원래 이미지 픽셀을 ｎ 차원 필터링하는 ｎ 차원 필터 및방법

Info

Publication number: KR20020033095A
Application number: KR1020017014990A
Authority: KR
Inventors: 오조올루카요데아.; 콰이탈-스파소바타티아나지.
Original assignee: 요트.게.아. 롤페즈; 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2002-05-04
Also published as: CN1213600C; CN1365568A; US20020181798A1; WO2001072032A1; US7162099B2; JP2003528547A; EP1188308A1

Abstract

본 발명은 원래 이미지 픽셀에 노이즈 저감을 적용하는 기존의 N 차원 필터(100) 및 N 차원 필터링 방법에 관한 것이다. 하지만, 이미지의 픽셀에 대해 노이즈 저감만을 실행하면, 종종 양호한 화질이 요구될 때는 충분하지 않다. 따라서, 추가적으로 첨예도 개선(피킹)이 실행된다. 하지만, 노이즈 저감과 피킹은 두 동작, 즉 노이즈 저감과 피킹이 직렬로 구현될 때 최적이 아닌 결과들을 가져오는 대조적인 스펙트럼 행동들을 가지고 있다. 종래 기술을 감안하여, 본 발명의 목적은 원래 픽셀에 노이즈 저감과 첨예도 개선을 보다 쉽고 저렴하게 제공하는데 있다. 이 목적은 본 발명에 따라 전달 함수가 상기 N 차원 필터(100)의 입력 신호에 대해 첨예도 개선뿐만 아니라 노이즈 저감을 적용할 수 있도록 상기 전달 함수의 계수 α(p,n) 또는 β(p,n)을 정의함으로써 달성된다.

Description

원래 이미지 픽셀을 Ｎ 차원 필터링하는 Ｎ 차원 필터 및 방법{N-dimensional filter and method for N-dimensionally filtering an original image pixel}

이와 같은 N 차원 필터 또는 필터링 방법은 종래에, 예컨대 유럽 특허 공보 EP 0 682 841 B1 호에 공지되어 있다. 상기 유럽 특허 명세서에는, 다음과 같이 정의되는 전달 함수 F_f(p)가 공개되어 있다:

여기서,

N₁,N₂: 하나의 원래 이미지 픽셀의 1차원, 2차원 또는 3차원 인접 영역들을 정의하는 벡터들의 세트들,

n : 상기 인접 영역(N₁,N₂) 내의 실제 픽셀의 위치,

G(p) : 규준화 인자(normalization factor),

α(p,n),β(p,n) : 특히 상기 전달 함수 F_f(p)의 상기 N 차원 필터의 필터 계수들,

γ, δ : 미리 정의된 상수들.

또한, 상기 유럽 특허 명세서에는, 필터 계수들이 다음과 같이 정의되어 있다:

여기서, 파라미터 Δ와 Δ_f들은 다음과 같이 정의되어 있다:

여기서,

Th₁,Th₂: 소정의 임계값들;

w1,w2 : 양의 정수값들.

도 4에는 필터 계수 α(p,n) 또는 β(p,n)의 크기들의 일반적인 분포에 대한 일예가 도시되어 있다.

유럽 특허 EP 0 682 841 B1 호에 따라, 상기 필터 계수(α,β)들은 상기 전달 함수가 입력 신호, 즉, 특히 원래 이미지 픽셀에 대해 노이즈 저감만을 실행할 수 있도록 정의되어 있다. 수학식 1에 따른 전달 함수의 경우에, 이 전달 함수는 수학식 2 및 3에서 정의하는 바와 같이 필터 계수(α,β)들을 항상 양(+)으로 정의함으로써 달성된다.

하지만, 화질 개선을 위해서는 종종 노이즈 저감만으로는 충분하지 않다. 통상적으로, 이미지, 특히 이미지 픽셀들의 첨예도 개선(sharpness enhancement)(피킹:peaking)이 이미지 신호의 수신기들에서 추가적으로 요구된다. 일반적으로, 이들 두 동작은 직렬로 구현되어 왔다. 이들 경우에, 노이즈 필터는 예컨대, 전달함수(1)를 가지고 있고, 반면에 첨예도 개선 기능은 다른 전달 함수를 가진 다른 별개의 필터에 의해 실현된다.

하지만, 이 직렬 배열은 최적의 결과를 낳지 못한다. 이것은 노이즈 저감은 통상적으로 저역 통과 필터링 동작이고, 반면에 피킹은 고역 통과 동작이기 때문이다. 따라서, 두 필터들에 대해 상충되는 스펙트럼 요구가 존재하며, 일반적으로 하나의 필터의 최적화는 다른 필터의 열화를 초래한다. 상기 노이즈 저감이 상기 피킹 후에 행해지면, 상기 노이즈 필터는 피킹 필터에 의해 생성되는 첨예도 개선을 제거하게 된다. 통상적으로, 피킹은 노이즈 필터링 이후에 행해지는데, 이는 이것이 보다 잘 받아들여질 수 있는 행동을 초래하기 때문이다. 하지만, 이는 또한 피킹이 잔류 이미지 노이즈를 강화하는 성향이 있으므로 일부 타협을 필요로 한다.

본 발명은 수신된 입력 신호에 의해 N 차원 필터에 제공되는 원래 이미지 픽셀에 노이즈 저감(noise reduction)을 적용하는 전달 함수를 가진 N 차원 필터에 관한 것으로, 여기서 상기 전달 함수는 적어도 하나의 필터 계수를 가지고 있다.

본 발명은 또한, 원래 이미지 픽셀(p)에 노이즈 저감을 적용하기 위해 전달 함수에 따라 상기 원래 이미지 픽셀(p)을 N 차원적으로 필터링하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공간 노이즈 필터링을 위한 2차원 윈도우를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 필터 계수 α(p,n),β(p,n)의 크기의 일예를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 나타낸 도면.

도 4는 종래 기술에 따른 필터 계수 α(p,n),β(p,n)의 크기의 일예를 나타낸 도면.

종래 기술을 감안하여, 본 발명의 목적은 원래 픽셀에 대한 노이즈 저감과 첨예도 개선을 보다 쉽고 저렴하게 제공하는데 있다.

상기 목적은, 기존의 N 차원 필터가 이 N 차원 필터에 입력되는 신호에 대해 첨예도 개선뿐만 아니라 노이즈 저감을 적용할 수 있도록 상기 전달 함수의 적어도 하나의 필터 계수가 정의되는 방식으로 청구 범위 제 1 항에 따른 상기 N 차원 필터에 대하여 달성된다.

두 동작들, 즉 노이즈 저감과 첨예도 개선은 상기 하나의 N 차원 필터의 전달 함수 내에서 수학적으로 조합되어 구현되며, 결과적으로, 상기 신호에 상기 전달 함수를 적용할 때 상기 두 동작은 상기 신호에 동시에 적용된다.

따라서, 노이즈 저감 필터에 직렬로 별개의 첨예도 개선 필터를 적용할 필요가 없다. 그러므로, 해결책은 쉽고 저렴하게 구현될 수 있다.

유리하게, 원래 픽셀에 전달 함수를 적용할 때, 원래 픽셀의 인접 영역 내의 각각의 픽셀은 원래 픽셀의 노이즈 저감 또는 첨예도 개선 중 어느 하나에 기여하며, 노이즈 저감과 첨예도 개선 둘다에 기여하지는 않는다.

바람직한 실시예에 따라, 상기 전달 함수는 청구 범위 제 3 항에 따라 정의된다. 상기 전달 함수 F_f(p)는 그 순환 특성으로 인해 매우 일반적이라는 이점을 가지고 있다. 이에 따라, 새로운 픽셀들에 대한 전달 함수 F_f(p)를 계산하는데 이미 필터링된 픽셀들을 사용할 수 있다.

청구 범위 제 2 항에 따른 전달 함수가 첨예도 개선뿐만 아니라 노이즈 저감을 실행하도록 하기 위해, 상기 전달 함수의 필터 계수 α(p,n),β(p,n)들은 바람직하게 청구 범위 제 4 항에 제안된 바와 같이 설계된다. 상기 계수들은 소정의 파라미터 Δ 또는 Δ_f가 소정의 임계값 Th₃와 Th₄사이에 있는지의 여부에 따라 제 1 부호 또는 제 2 부호를 가지도록 정의되어 있다. 상기 파라미터 Δ 및 Δ_f는 원래 픽셀의 상기 소정의 N 차원 인접 영역 내의 인접 픽셀의 그레이(grey) 값과 원래 픽셀 자체의 그레이 값간의 차를 나타낸다. 상기 필터 계수들의 상이한 부호들은, 동작들, 즉 노이즈 저감과 첨예도 개선이 동일한 전달 함수에 의해 실현되지만 원래 픽셀의 서로 다른 인접 픽셀들에 각각 적용되는 것을 유리하게 보장한다. 상호 배타적인 방식으로, 두 동작들의 상충되는 스펙트럼 행동은 적어도 부분적으로 극복된다.

상기 N 차원 필터에 의해 입력 신호의 선택된 스펙트럼 성분만을 필터링하는 것이 유리하다. 이 경우에, 통상적으로 비디오 신호인 상기 입력 신호의 나머지는 필터링 없이 상기 N 차원 필터에 의해 패스(pass)된다.

본 발명의 다른 실시예들은 나머지 종속항들의 요지가 된다.

본 발명의 상기 목적은 또한 청구 범위 제 11 항에 기재된 방법에 의해 달성된다. 상기 방법의 이점들은 상기 N 차원 필터의 위에서 설명한 이점들과 대응된다.

마지막으로, 상기 목적은 청구 범위 제 12 항에 청구된 디스플레이 장치에 의해 달성된다.

본 명세서에는 4 개의 도면이 첨부되어 있다.

이하에서, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명한다.

본 발명은, 바람직하게 하지만 비배타적으로, 비선형 공간 필터, 순환 공간 필터 또는 공간-시간 필터에 관련되어 있다. 따라서, 본 발명은 예컨대 수학식 1에 정의된 전달 함수 F_f(p)를 가진 비선형 순환 공간-시간 필터를 기초로 할 수 있다. 상기 전달 함수는 상기 필터에 있어서의 원래 이미지 픽셀 입력에 대한 필터 출력을 정의한다. 상수 γ와 δ중 하나가 제로인지의 여부에 따라, 상기 전달 함수는 필터 계수들의 다수의 다른 그룹(α,β)들을 포함하고 있다. 일반적으로, 상기 필터 출력을 정의하기 위해, 상기 전달 함수는, 필터 계수들의 그룹(α,β)들에 각각 속하며 또한 본 발명에 따라 다음과 같이 정의되는 필터 계수들 α(p,n),β(p,n)의 수학적 조합을 실행한다.

여기서, 상기 변수와 파라미터들 p,n,Δ_f, Th₁-Th₄, w1 및 w2는 위에서 설명한 바와 같이 정의된다. 상기 임계값(Th₁-Th₄)은 자유롭게 선택 가능하다.

하지만, 계수 α(p,n)와 β(p,n)의 정의는 파라미터 Δ 또는 Δ_f가 각각 Th₃와 Th₄사이에 있는 경우, 즉 인접 픽셀의 그레이 값과 원래 픽셀의 그레이 값간의 차가 상기 임계값 Th₃와 Th₄사이에 있는 경우에는 종래 기술의 정의와 다르다.

도 1에는, 원래, 즉 실제로 고려된 이미지의 픽셀을 포위하는 인접 픽셀들의 일반적인 2차원 배열이 도시되어 있다.

상기 파라미터 Δ 또는 Δ_f가 각각 Th₃과 Th₄사이에 있으면, 상기 계수 α(p,n)와 β(p,n)는 음(-)의 부호와, 소정 값으로 자유롭게 프로그래밍될 수 있는 P≠0의 크기를 갖는다. 이 경우에, 가중치 적용된 평균의 일부를 취하지 않는, 즉 노이즈 저감의 요지가 아닌 인접 픽셀들 모두에 피킹이 적용될 수 있다. 노이즈 저감은 계수들이 양(+)인 인접 픽셀들에 적용된다. 이 방식으로, 필터링 및 피킹은 원래 픽셀의 필터 출력 F_f(p)을 결정할 때와 상호 배타적으로 동일 필터 내에서 실현되게 된다.

도 2에는 본 발명에 따른 필터 계수들의 일반적인 분포에 대한 일예가 도시되어 있다. 본 발명에 따라, 이들 필터 계수는 w1과 w2로 나타낸 바와 같이 양(+)일 수도 있고 P로 나타낸 바와 같이 음일 수도 있음을 주의하는 것이 중요하다. 이 방식으로, 수학식 1에 따른 전달 함수는 본 발명에 따라 원래 이미지 픽셀에 대한 노이즈 저감에뿐만 아니라 첨예도 개선에도 적용될 수 있다.

횡형 공간 필터(transversal spatial filter)의 실험으로 입증된 실시예에서는, 다음과 같은 인접 픽셀 영역(N₁)을 사용하고, w1=1, w2=1/4, Th₂=4·Th₁, Th₃=5·Th₁, Th₄=8·Th₁, Υ=1 및 β=0을 선택하여 양호한 결과들이 달성된다.

Th₁은 노이즈 레벨에 적응된다. P는 프로그래밍 가능하며 -1/16과 0 사이의 값을 가지고 있다.

예컨대, 블록, 필드 또는 프레임 기초의 여러 가지 다른 구성들도 가능함에 주의해야 한다.

도 3에는 이미지들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치(200), 예컨대 텔레비젼 세트 또는 컴퓨터 모니터가 도시되어 있다. 상기 디스플레이 장치는 상기 디스플레이 장치에 의해 디스플레이되기 전에 입력 이미지들을 처리하는 청구 범위제 1 항에 청구된 N 차원 필터(100)를 구비하고 있다.

Claims

수신된 입력 신호에 의해 N 차원 필터(100)에 제공되는 원래 이미지 픽셀(p)에 노이즈 저감을 적용하는 전달 함수를 가진 N 차원 필터(100)에 있어서,

상기 전달 함수가 상기 N 차원 필터(100)에 입력되는 신호에 대해 첨예도 개선뿐만 아니라 노이즈 저감을 적용할 수 있도록 상기 전달 함수의 적어도 하나의 필터 계수가 정의된 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 전달 함수의 각각의 필터 계수는 상기 원래 픽셀의 N 차원 영역 내에 포함되는 인접 픽셀들 중 다른 픽셀에 각각 할당되고, 할당된 인접 픽셀이 상기 원래 픽셀의 노이즈 저감 또는 첨예도 개선 중 어느 것에 기여하는지를 정의하는 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 전달 함수는,

와 같이 정의되며,

여기서,

p(x,y,t) : 원래 픽셀 또는 인접 픽셀의 공간 및 시간적 위치,

N₁,N₂: 원래 픽셀의 1차원, 2차원 또는 3차원 인접 영역을 정의하는 벡터들,

n : 인접 영역(N₁,N₂) 내의 현재 인접 픽셀의 위치,

G(p) : 규준화 인자,

α, β : 상기 전달 함수의 필터 계수 α(p,n) 및 β(p,n)의 그룹들,

γ, δ는 상수들, 및

F(p) : 상기 N 차원 필터(100)에 입력되는 입력 휘도 신호인 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 3 항에 있어서,

α(p,n)은 제 1 그룹(α)의 필터 계수들 중의 필터 계수들을 나타내고,

와 같이 정의되며,

β(p,n)은 제 2 그룹(β)의 필터 계수들 중의 필터 계수들을 나타내고,

와 같이 정의되며,

여기서,

Th₁-Th₄: 임계값들,

P : 네가티브 프로그래밍가능 파라미터,

w1,w2 : 포지티브 프로그래밍가능 파라미터들이고,

상기 파라미터(Δ, Δ_f)들은,

Δ(p,n) = |F(p+n)-F(p)|

Δ_f(p,n) = |F_f(p+n)-F(p)|

와 같이 정의된 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 1 항에 있어서,

시간 성분(t)을 가진 인접 픽셀 p(x,y,t)^T들뿐만 아니라 원래 픽셀은 노이즈 저감 또는 움직임 불선명 제거(motion blur removal) 중 어느 하나에 사용되는 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 5 항에 있어서,

상기 픽셀 p(x,y,t)^T들은 움직임 보상되거나 움직임 보상되지 않는 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 신호는 비디오 신호의 선택된 스펙트럼 성분인 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 2 항에 있어서,

상기 필터 계수α(p,n) 또는 β(p,n)는 실시간으로 조절되는 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 1 항에 있어서,

제 1 부호는 + 부호이고, 제 2 부호는 - 부호인 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 N 차원 필터(100)는 응용 주문형 집적 회로(ASIC)에 내장되는 것을 특징으로 하는 N 차원 필터.
전달 함수에 따라 노이즈 저감에 관하여 원래 이미지 픽셀을 N 차원적으로 필터링하는 방법에 있어서,

상기 전달 함수가 N 차원 필터(100)에 입력되는 상기 원래 이미지 픽셀에 대해 첨예도 개선뿐만 아니라 노이즈 저감을 적용할 수 있도록 상기 전달 함수의 적어도 하나의 필터 계수를 정의하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 N 차원 필터링 방법.
이미지들을 디스플레이하는 디스플레이 장치(200)에 있어서,

제 1 항에 청구된 N 차원 필터(100)를 구비한, 디스플레이 장치.