KR20050012766A - 현재 모션 벡터 추정을 위한 유닛 및 모션 벡터 추정 방법 - Google Patents

현재 모션 벡터 추정을 위한 유닛 및 모션 벡터 추정 방법

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KR20050012766A
KR20050012766A KR10-2004-7019424A KR20047019424A KR20050012766A KR 20050012766 A KR20050012766 A KR 20050012766A KR 20047019424 A KR20047019424 A KR 20047019424A KR 20050012766 A KR20050012766 A KR 20050012766A
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리머트 비. 위테브루드
제라드 드한
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

픽셀들의 제 1그룹(212)에 대해 현재 모션 벡터를 추정하도록 배열된 모션 추정 유닛(100)은 이전에 추정된 모션 벡터들의 세트로부터 추출된, 픽셀들의 제 1그룹(212)에 대한 후보 모션 벡터의 세트를 생성하기 위한 생성 유닛(106), 각각의 후보 모션 벡터들의 매치 에러들을 계산하기 위한 매치 에러 유닛(102), 및 후보 모션 벡터들로부터 현재 모션 벡터를 선택하기 위한 선택 유닛(104)을 포함한다. 모션 추정 유닛(100)은 제 1이미지에 대한 분할 결과에 기초하여 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 변조하도록 배열된다. 후보 모션 벡터들 중 제 1 후보 벡터의 매치 에러가 현재 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 그때 후보 모션 벡터들 중 제 1 후보 모션 벡터가 선택되며 픽셀들의 제 1 그룹에 대한 다른 후보 모션 벡터들의 평가는 스킵된다.

Description

현재 모션 벡터 추정을 위한 유닛 및 모션 벡터 추정 방법{Unit for and method of estimating a motion vector}
본 서두 단락에서 설명된 상기 성질의 모션 추정 유닛의 실시예는 "비디오 기술에 대한 회로들 및 시스템들 상의 트랜잭션(IEEE Transaction on circuits and systems for video technology, vol.3, no.5, October 1993, pages 368-379)"에서지. 드 한(G. de Haan) 등의 "3-D 순환 조사 블럭 매칭을 갖는 실제-모션(True-Motion with 3-D Recursive Search Block Matching)", 논문으로부터 알려져 있다.
비디오 신호를 처리하는 많은 애플리케이션에서, 광 흐름(optical flow)으로 알려진, 이미지들의 시퀀스의 명백한 속도 필드를 알 필요가 있다. 이러한 광 흐름은 시변 모션 벡터 필드(time-varying motion vector field), 즉, 이미지-쌍 당(per) 하나의 모션 벡터 필드로 주어진다. 이미지는 몇몇 이미지-쌍들의 부분일 수 있다는 것을 주의하라.
언급된 모션 추정 유닛은 두 개의 기본 가정들에 의존한다. 첫 번째로, 물체(object)들은 블럭들보다 커야하고, 이것은 블럭의 주변에서 추정된 모션 벡터가이러한 블럭의 현재 모션 벡터와 높은 상관관계를 가질 것이며 그 때문에 이러한 모션 벡터에 대해, 소위 공간 예측(spatial prediction), 즉, 공간 후보 모션 벡터로서 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 두 번째로, 물체들은 관성(inertia)을 갖는다. 이것은 물체들의 모션이 이미지로부터 이미지로 엉뚱하게 변하지 않으며, 현재 블럭에 대한 현재 모션 벡터는 이전의 이미지 내의 대응하는 블럭들의 모션 벡터들과 높은 상관관계를 가질 것이라는 것을 의미한다. 이러한 블럭들로부터의 모션 벡터들은 현재 블럭의 모션 벡터에 대해, 소의 일시적인 예측들(temporal predictions), 즉, 일시적인 후보 모션 벡터들로 사용될 수 있다. 모션 벡터들의 업데이트들을 허용하기 위해, 랜덤 예측들로 불리는, 여분의 예측들(extra predictions), 즉, 랜덤 후보 모션 벡터들이 추가되며, 랜덤 후보 모션 벡터들은 작은 잡음 모션 벡터가 추가되는 공간 후보 모션 벡터들과 동일하다.
인용된 논문에서, 이러한 모션 벡터 필드는 이미지를 블럭들로 분할함으로써 추정된다. 각각의 블럭의 후보 모션 벡터들의 세트에 대해, 블럭의 후보 모션 벡터들의 세트로부터 가장 적절한 모션 벡터, 즉, 현재 모션 벡터를 찾기 위해 매치 에러들이 계산되며 최소화 절차에 사용된다. 픽셀들의 블럭의 픽셀들의 값들과 제 2이미지의 픽셀들의 제 2블럭의 픽셀들의 값을 비교함으로써 매치 에러는 계산된다. 알려진 모션 추정에서, 매치 에러는 SAD(Sum of Absolute luminance Differece), 즉, 제 1이미지의 블럭 내의 픽셀들 및 후보 모션 벡터에 의해 시프팅된, 기준 이미지, 즉, 제 2이미지 내의 블럭의 픽셀들 간의 절대 휘도 차들의 합에 대응한다. 기준 이미지 및 제 1이미지가 서로 바로 이어지면 SAD는 다음과 같이 계산될 수 있다.
여기서 (x,y)는 블럭의 위치이며, (dx, dy)는 모션 벡터이며, n 는 이미지 수, N 및 M 은 블럭의 폭 및 높이이며, Y(x,y,n)은 이미지 n 내의 위치 (x,y)에서 픽셀의 휘도 값이다.
모션 추정에서의 이슈는 계산 복잡성이다. 특히, 다양한 후보 모션 벡터들의 매치 에러들을 계산하는 것은 많은 계산들을 요구한다. "블럭 도약(block hopping)"이라 불리는 기술은 이러한 계산들의 양을 크게 감소시킨다. 블럭 도약은 매치 에러에 대한 미리 결정된 문턱값이 설정된다는 것을 의미한다. 후보 모션 벡터에 대한 매치 에러, 예를 들면, SAD가 이러한 문턱값 이하로 떨어지면, 이러한 후보 모션 벡터는 현재 블럭에 대하여 선택되고 현재 블럭으로 할당되며 현재 블럭에 대한 세트의 다른 후보 벡터들은 무시된다. 이것은 아직 계산이 안된, 다른 후보 모션 벡터들에 대한 매치 에러들의 계산이 실행되지 않는다는 것을 의미한다.
"블럭 도약"은 계산들의 양을 감소시키기 위한 적절한 접근법으로 보이지만, 블럭 도약 모든 상황들에서 최적으로 수행되지 않는다. 알려진 모션 추정 유닛이 갖는 문제점들 중 하나는 공간 후보 모션 벡터가 사용될 수 있는 가정이 물체 경계들에 대해 실패한다는 것이다. 다른 물체에 위치된 공간 후보 모션 벡터는 현재 블럭의 모션 벡터와 상관관계가 없을 것이다. 따라서, 잠재적으로 더 좋은 후보 모션 벡터들이 스킵(skip), 즉, 평가되지 않으며 결과적으로 선택되지 않기 때문에, 물체 경계들에서 "블럭 도약"은 위험하다.
본 발명은 이미지의 픽셀(pixel)들의 제 1그룹에 대해 현재 모션 벡터(current motion vector)를 추정하기 위한 모션 추정 유닛(motion estimation unit)에 관한 것으로서, 모션 추정 유닛은,
상기 픽셀들의 제 1그룹에 대한 후보 모션 벡터의 세트를 생성하기 위한 생성 수단으로서, 상기 후보 모션 벡터들은 이전에 추정된 모션 벡터들로부터 추출되며, 후보 모션 벡터들의 상기 세트는 상기 이미지의 픽셀들의 제 2그룹에 대해 선택된 상기 이전에 추정된 모션 벡터들 중 제 1 모션 벡터에 대응하는 상기 후보 모션 벡터들 중 제 1 후보 모션 벡터를 포함하는, 상기 생성 수단,
상기 각각의 후보 모션 벡터들의 매치 에러들을 계산하기 위한 매치 에러 계산 유닛으로서, 상기 계산 유닛은 상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 계산된 매치 에러가 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 상기 매치 에러들의 계산을 정지하도록 배열된, 상기 매치 에러 계산 유닛,
상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 상기 계산된 매치 에러가 상기 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 상기 현재 모션 벡터로서 상기 후보 모션 중 상기 제 1 후보 모션 벡터를 선택하고, 그렇지 않다면 상기 각각의 후보 모션 벡터들의 상기 매치 에러들의 비교에 기초하여 후보 모션 벡터들의 상기 세트로부터 상기 현재 모션 벡터를 선택하기 위한 선택 유닛(selection unit)을 포함한다.
본 발명은 또한 이미지의 픽셀들의 그룹에 대한 현재 모션 벡터를 추정하는 방법에 관한 것으로서, 모션 벡터 추정 방법은,
픽셀들의 상기 제 1그룹에 대한 후보 모션 벡터들의 세트를 생성하는 단계로서, 상기 후보 모션 벡터들은 이전에 추정된 모션 벡터들의 세트로부터 추출되며, 후보 모션 벡터들의 상기 세트는 상기 이미지의 픽셀들의 제 2그룹에 대해 선택된 상기 이전에 추정된 모션 벡터들 중 제 1 모션 벡터에 대응하는 상기 후보 모션 벡터들 중 제 1 후보 모션 벡터를 포함하는, 상기 후보 모션 벡터들의 세트들 생성하는 단계,
상기 각각의 후보 모션 벡터들의 매치 에러들을 계산하는 단계로서, 상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 상기 계산된 매치 에러가 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 매치 에러들의 계산은 정지되는, 상기 매치 에러 계산 단계, 및
상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 상기 계산된 매치 에러가 상기 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 상기 현재 모션 벡터로서 상기 후보 모션 벡터 중 상기 제 1 후보 모션 벡터를 선택하고 그렇지 않으면, 상기 각각의 후보 모션 벡터들의 상기 매치 에러들의 비교에 기초하여 후보 모션 벡터들의 상기 세트로부터 상기 현재 모션 벡터를 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 이미지 처리 장치에 관한 것으로서, 이미지 처리 장치는,
이미지를 포함하는, 일련의 이미지들을 나타내는 신호를 수신하기 위한 수신 수단,
상기 이미지의 픽셀들의 제 1그룹에 대한 현재 모션 벡터를 추정하기 위한, 청구항 1에 청구된 바와 같은 모션 추정 유닛,
상기 이미지들 및 상기 현재 모션 벡터에 기초하여 처리된 이미지들을 결정하기 위한 모션 보상 이미지 처리 유닛을 포함한다.
도 1는 이미지 분할 유닛과 결합한 모션 추정 유닛을 도시한 개략도.
도 2는 모션 벡터 필드의 개략도, 및
도 3는 본 발명에 따른, 모션 추정 유닛을 포함하는, 이미지 처리 장치의 요소들을 도시한 개략도.
더욱 정확한 모션 벡터 필드들을 제공하는 본 서두 단락에서 설명된 성질의 모션 추정 유닛을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 목적은 모션 추정 유닛이 이미지에 대한 분할의 결과에 기초하여 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 픽셀들의 세그먼트들로 변조하도록 배열되고, 분할 결과는 픽셀들의 제 1그룹의 제 1부분 및 픽셀들의 제 2그룹의 제 1부분 모두가 세그먼트들 중 제 1 하나의 세그먼트에 대응하는 확률과 관련되어 있는 것에 의해 달성된다. 이미지에 의해 캡쳐링되고 표현된 장면 내의 물체에 대응하는 세그먼트 내에서, 픽셀들의 제 1그룹의 적절한 모션 벡터 및 픽셀들의 제 2그룹의 공간 후보 모션 벡터 간의 상관관계는 매우 높다. 물체들 내의 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 증가시킴으로써 블럭 도약의 효율은 더욱 증가된다. 즉, 픽셀들의 제 1그룹의 제 1부분 및 픽셀들의 제 2그룹의 제 1부분 모두가 동일한 세그먼트에 대응하는 것이 가능하다면, 그후 관련 후보 모션 벡터를 평가하기 위한 미리 결정된 매치 에러 문턱값은 증가된다. 이것은 적절한 모션 벡터에서조차 매치 에러가 항상 높은 상세한 영역들에서 이롭다. 물체 경계들에서, 픽셀들의 제 1그룹의 모션 벡터 및 공간 후보 모션 벡터들간의 상관관계는 훨씬 더 적다. 따라서 "블럭 도약"은 위험하며 미리 결정된 매치 에러 문턱값은 물체 경계들에서 감소된다. 감소된 미리 결정된매치 에러 문턱값은 "블럭 도약"의 기회가 상대적으로 작다는 것을 의미한다. "블럭 도약"이라는 용어는 픽셀들의 다음 그룹으로의 도약을 또한 의미할 수 있다는 것을 주의하라.
모션 보상에 대한 분할 결과를 적용하는 것은 새로운 것이 아니다. 예를 들면, 유럽 특허 출원 제 01202615.9 호(대리인 참조번호 PHNL010445)에서의 계층적 분할 방법이 모션 추정과 결합된다. 그러나 본 발명에 따른 분할 결과를 적용하는 것은 새로운 것으로서, 미리 결정된 매치 에러 문턱값은 분할 결과에 기초하여 변조된다. 따라서, 매치 에러에 의해 표현된, 매치의 실제 품질 및 분할의 결과 모두는 특정 후보 모션 벡터가 적절한지를 결정하는데 적용된다. 본 발명에 따른 모션 추정 유닛의 이점은 모션 벡터 필드의 품질이다. 다른 이점은 모션 벡터 필드의 품질에 대하여 타협함이 없이 계산 복잡성이 더욱 감소된다는 것이다.
본 발명에 따른 모션 추정 유닛의 실시예는 확률의 사이즈에 기초하여 미리 결정된 매치 에러 문턱의 값을 변조하도록 배열된다. 분할은 이진일 수 있으며, 그 결과 픽셀이 특정 세그먼트에 속하는지 아닌지를 나타내는 픽셀 당 라벨일 수 있다. 그러나, 바람직하게도 분할 방법은 픽셀, 또는 픽셀들의 그룹에 대해, 특정 세그먼트에 속할 확률(probability)을 제공한다. 픽셀에 대한 복수의 확률들, 예를 들면, 세그먼트 A에 속하기 위한 20%의 제 1확률 및 세그먼트 B에 속하기 위한 80%의 제 2확률이 또한 가능하다. 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 변조하기 위해 본 발명에 따른 이러한 실시예는 실제 확률을 적용하도록 배열된다. 예를 들면, 동일한 물체에 속하지 않을 확률이 상대적으로 높다면 그때 미리 결정된 매치 에러 문턱값은 상대적으로 낮아야 하며 그 역으로도 동일하다. 이러한 접근법의 이점은 보다 정확한, 즉, 더 좋게 튜닝(tuning)되는 미리 결정된 매치 에러 문턱값 및 따라서 "블럭 도약"이 발생해야 하는가 또는 다른 모션 벡터 후보들의 평가가 수행되어야 하는지의 더 좋은 결정 기준이다.
본 발명에 따른 모션 추정 유닛의 다른 실시예는 픽셀들의 제 1그룹의 제 1부분의 픽셀들의 제 1 수 및 픽셀들의 제 1그룹의 픽셀들의 제 2 수 간의 비에 기초하여 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 변조하도록 배열된다. 분할 및 모션 추정은 강하게 상관될 수 있다. 이것은 예를 들면, 분할이 픽셀들의 그룹들에 대해 이루어지고 모션 추정이 픽셀들의 동일한 그룹에서 수행되는 것을 의미한다. 그러나, 분할 및 모션 추정은 독립적으로 수행될 수 있다. 이러한 경우에 분할은 예를 들면, 픽셀마다 수행되고 모션 추정은 블럭마다 수행된다. 결과적으로, 모션을 추정하는데 사용될, 픽셀들의 그룹의 픽셀들의 제 1부분은 세그먼트 A에 속하는 것으로 분류되고 픽셀들의 다른 부분은 세그먼트 B에 속하는 것으로 분류된다. 후자의 경우에서 "세그먼트 A에 속할 전체 확률"은 제 1부분의 픽셀들의 수 및 픽셀들의 전체 그룹의 픽셀들의 수 간의 비에 기초하여 픽셀들의 그룹에 대하여 계산될 수 있다. 이러한 접근법의 이점은 보다 정확한, 즉, 더 좋게 튜닝되는 미리 결정된 매치 에러 문턱값 및 따라서 "블럭 도약"이 발생해야 하는가 또는 다른 모션 벡터 후보들의 평가가 수행되어야 하는지의 더 좋은 결정 기준이다.
본 발명에 따른 모션 추정 유닛의 실시예에서 픽셀들의 제 1그룹은 픽셀들의 블럭이다. 원칙적으로, 픽셀들의 그룹은 임의의 형태, 심지어 불규칙할 수 있다.블럭 기반의 형태가 바람직한데 왜냐하면 이것이 모션 추정 유닛의 설계의 복잡성을 감소시키기 때문이다.
본 발명에 따른 모션 추정 유닛의 다른 실시예에서, 매치 에러 계산 유닛은 다른 이미지의 픽셀들의 제 3그룹의 픽셀들의 휘도 값들로부터 픽셀들의 제 1그룹의 픽셀들의 휘도 값들을 감산함으로써 후보 모션 벡터들 중 제 1 후보 모션 벡터의 매치 에러를 계산하도록 설계된다. 바람직하게도 절대 휘도 차들의 합(SAD)은 계산된다. SAD는 상대적으로 빠르게 계산될 수 있는 상관관계에서 상대적으로 신뢰할 수 있는 측정이다.
본 발명에 따른 모션 추정 유닛의 다른 실시예에서, 대응 매치 에러가 매치 에러들 중 가장 작은 매치 에러이면, 선택 유닛은 후보 모션 벡터들의 세트로부터, 현재 모션 벡터로 특정 모션 벡터를 선택하도록 배열된다. 이것은 후보 모션 벡터들의 세트로부터 현재 모션 벡터를 선택하기 위한 상대적으로 쉬운 접근법이다.
본 발명의 다른 목적은 보다 정확한 모션 벡터 필드들을 제공하는 서두 단락에서 설명된 종류의 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이미지에 대한 분할의 결과에 기초하여 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 픽셀들의 세그먼트들로 변조하는 것으로 달성되며, 분할의 결과는 픽셀들의 제 1그룹의 제 1부분 및 픽셀들의 제 2그룹의 제 1부분 모두가 세그먼트들 중 제 1 하나의 세그먼트에 대응할 확률과 관련된다.
서두 단락에서 설명된 바와 같이 이미지 처리 장치에 본 발명에 따른 모션 추정 유닛의 실시예를 적용하는 것이 유리하다. 이미지 처리 장치는 부가적인 구성요소들, 즉, 처리된 이미지들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치 또는 처리된 이미지들을 저장하기 위한 저장 수단을 포함할 수 있다. 모션 보상 이미지 처리 유닛은 하나 이상의 다음의 형태의 이미지 처리를 지원할 수 있다.
- 디-인터레이싱(de-interlacing): 인터레이싱은 홀수 또는 짝수 이미지 선들을 번갈아 전송하기 위한 공통 비디오 방송 절차이다. 디-인터레이싱은 완전 수직 해상도를 복구, 즉, 각각의 이미지에 대해 동시에 홀수 및 짝수 선들을 이용 가능하게 만들려고 시도한다.
- 업-변환(up-conversion): 일련의 오리지널 입력 이미지들로부터 더 큰 일련의 출력 이미지들이 계산된다. 출력 이미지들은 두 개의 오리지널 입력 이미지들 사이에 일시적으로 위치된다.
- 일시적인 잡음 감소. 이것은 또한 공간 처리를 수반하며, 결과적으로 공간-일시적인 잡음이 감소한다.
- 비디오 압축(compression), 즉, 예를 들면, MPEG 표준 또는 H26L 표준에 따른 인코딩 또는 디코딩.
이미지 처리 장치의 변경들 및 그의 변형은 설명된 모션 추정 유닛의 변경들 및 그의 변형에 대응할 수 있다.
본 발명에 따른 이동 모션 추정 유닛 및 방법 및 이미지 처리 장치의 이들 및 다른 특징들은 구현들 및 실시예들로부터 명백해질 것이며 이후 설명된 구현들 및 실시예를 고려하고 첨부한 도면들을 참조하여 명료해질 것이다.
대응하는 참조 번호들은 도면의 모두에서 동일한 의미를 갖는다.
도 1는 이미지 분할 유닛(image segmentation unit)(108) 및 이미지의 저장을 위한 메모리 장치(110)와 결합한 모션 추정 유닛(100)을 개략적으로 도시한다. 이미지 분할은 특정 특징이 일정하거나 미리 결정된 문턱값들 내의 세그먼트들로의 이미지 분할을 목적으로 한다. 픽셀들 또는 이미지의 픽셀들의 그룹들에 대해, 세그먼트들 중 어떠한 세그먼트에 속할 확률들을 나타내는 값이 계산된다. 이러한 특징은 간단한 회색(gray) 값부터 컬러 정보와 결합된 복잡한 텍스처 크기(texture measure) 이르기까지 가능할 수 있다. 선택된 특징에 기초한 분할 방법, 즉, 세그먼트들을 추출하는 방법은 간단한 스레시홀딩(thresholding)에서부터 획기적인 알고리즘들에 이르기까지 가능할 수 있다.
모션 추정 유닛(100)은 이미지의 픽셀들의 제 1그룹(212)에 대해 현재 모션 벡터를 추정하도록 배열되며,
후보 모션 벡터들과, 픽셀들의 제 1그룹(212)에 대해 후보 모션 벡터의 세트를 생성하기 위한 생성 유닛(106)으로서, 상기 후보 모션 벡터들은 이전에 추정된 모션 벡터들의 세트로부터 추출되는, 상기 생성 유닛(106),
각각의 후보 모션 벡터들의 매치 에러들을 계산하기 위한 매치 에러 유닛(102), 및
후보 모션 벡터들로부터 현재 모션 벡터를 선택하기 위한 선택 유닛(104)을 포함한다.
픽셀들의 제 1그룹(212)의 픽셀들의 값들과 제 2이미지의 픽셀들의 제 2그룹의 픽셀들의 값들을 비교함으로써 매치 에러가 계산된다. 이러한 경우, 매치 에러는 SAD, 즉, 제 1이미지의 현재 블럭 내의 픽셀들 및 후보 모션 벡터에 의해 시프팅된, 기준 이미지, 즉, 제 2이미지 내의 블럭의 픽셀들 간의 절대 휘도 차들의 합에 대응한다. 수학시 1을 보라. 원칙적으로, 매치 에러들은 픽셀들의 현재 블럭에 속하는 후보 모션 벡터의 세트의 모든 모션 벡터 후보들에 대해 계산된다. 그러나, 금방 계산된, 모션 벡터 후보의 매치 에러가 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하인 것으로 나타나면 그후 매치 에러 계산 유닛(102)은 아직 계산되지 않은 매치 에러에 대하여 모션 벡터들 후보들의 매치 에러들의 계산을 계속하지 않을 것이다. 이러한 경우, 금방 처리된 모션 벡터 후보는 픽셀들의 현재 블럭에 대한 현재 모션 벡터로서 선택된다. 모션 추정 유닛(100)은 픽셀들의 후속 블럭에 대해 적절한 모션 벡터 추정을 계속할 것이다.
모션 추정 유닛(100)은 제 1이미지에 대한 분할의 결과에 기초하여 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 픽셀들의 세그먼트들로 변조하도록 배열된다. 첫 번째 분할 유닛(108)은 블럭마다 분할을 수행하도록 배열된다. 이미지를 분할하는 동안 모든 블럭 B(x,y)은 그가 속하는 세그먼트 Sk에 대응하는 라벨 lk이 할당된다. 이러한 정보는 이미지 분할 마스크 M(x,y)에 저장된다. 물체 경계들 상의 모션 추정 유닛의 공간 일관성(spatial consistency)을 감소시키기 위해, 미리 결정된 매치 에러 문턱값 T은 다음 식에 따라 변조된다.
여기서 세그먼트 내에서 쉬운 도약을 허용하기 위해 Thigh는 높은 값이며 물체 경계들에서 더 많은 모션 벡터 후보들의 평가를 시행하기 위해 Tlow는 낮은 값이다. (x,y)는 현재 블럭의 위치이며 (xp,yp)는 픽셀들의 다른 블럭, 즉, 모션 벡터가 추정되고 모션 벡터 후보가 기초하는 픽셀들의 블럭의 위치이다. 이러한 경우, 미리 결정된 매치 에러 문턱값 T:
- 분할의 결과가 현재 블럭 및 다른 블럭 모두가 동일 세그먼트 Sk에 속하는 것을 산출한다면 Thigh,
- 분할의 결과가 현재 블럭 및 다른 블럭 모두가 동일 세그먼트 Sk에 속하지 않는 것을 산출한다면 Tlow ,
에 대한 두 가지 다른 값들이 존재한다.
다음에 분할 유닛(108)은 픽셀마다 분할을 수행하도록 배열된다고 가정된다. 그것은 각각 개개의 픽셀에 세그먼트 Sk에 속할 확률이 할당된다는 것을 의미한다. 모션 추정은 블럭마다 여전히 존재한다, 즉, 모션 벡터들은 픽셀들의 블럭들에 대해 추정된다. 미리 결정된 매치 에러 문턱값 T은 현재 블럭의 픽셀들 및 다른 블럭의 픽셀이 k∈K 대하여 동일한 세그먼트 Sk에 속할 확률에 기초한다. Sk는 세그먼트들의 세트 중 하나이다. 미리 결정된 매치 에러 문턱값 T 은 상수 C를 갖는, 수학식 3으로 계산될 수 있다.
현재 블럭의 픽셀들이
에 속할 확률 및
다른 블럭의 픽셀들이
에 속할 확률이 상대적으로 높으며, 그때 미리 결정된 매치 에러 문턱값 T 은 상대적으로 높다.
모션 벡터 후보들은 순차적으로 평가된다고 가정된다. 그후, 모션 벡터 후보들은 분할 결과에 기초하여 정렬되는 것이 바람직하다. 그것은 다른 블럭들과 관련된 확률에 비해, 동일한 세그먼트에 속할 확률이 가장 높은 픽셀들의 블럭에 속하는, 후보 모션 벡터가 먼저 평가되어야 한다는 것을 의미한다.
픽셀 당 특정 세그먼트 Sk에 속할 확률의 값이 적절(relavant)하다는 것과 픽셀들의 수가 특정 확률을 갖는 것 모두는 분명해질 것이다. 이진 분할의 경우에서, 특정 세그먼트 Sk에 속할 확률이 이러한 픽셀들에서 동일하기 때문에, 즉, 100%이기 때문에, 세그먼트 Sk에 위치된 블럭의 부분의 픽셀들의 수만이 카운트되어야 한다.
도 1에서, 연결(116)은 모션 추정 유닛(100)의 출력(114)로부터 분할 유닛(108)에 이르는 것으로 표현된다. 이러한 연결(116)은 선택사항이다. 이러한 연결(116)에 의해, 모션 추정 결과들, 예를 들면, 모션 벡터 필드는 픽셀들의 세그먼트들로의 이미지 분할에 적용될 수 있다. 이것은 모션 추정이 수행된 동일한 이미지 및 일련의 이미지들 중 다른 이미지에 대한 것일 수 있다. 또한, 특정 이미지의 분할의 결과가 특정 이미지가 아닌 일련의 이미지들 중 다른 이미지를 포함하는 이미지 쌍의 모션 추정에 사용되는 것도 가능하다.
모션 추정 유닛(100)의 매치 에러 계산 유닛(102), 선택 유닛(104) 및 생성 유닛(106)은 하나의 프로세서를 사용하여 구현될 수 있다. 보통은, 이러한 펑션들은 소프트웨어 프로그램 제품의 제어 하에서 수행된다. 실행하는 동안, 보통은 소프트웨어 프로그램 제품은 RAM과 같은 메모리로 로드되며 그것으로부터 실행된다. 프로그램은 ROM과 같은 배경 메모리, 하드 디스크, 또는 자기 및/또는 광학 저장장치로부터 로드될 수 있거나 인터넷과 같은 네트워크를 통해 로드될 수 있다. 선택적으로 특수 용도 집적 회로는 개시된 기능을 제공한다.
도 2는 볼(202) 배경과 관련하여 반대 방향으로 이동하는 흰 배경을 갖는 장면을 나타내는 이미지의 모션 벡터 필드(200), 즉, 구성 하의 모션 벡터 필드의 부분을 개략적으로 도시한다. 픽셀들의 다수의 블럭들(204-210)에 대하여 모션 벡터들(214-226)이 추정되며 픽셀들의 현재 블럭(212)에 대하여 모션 벡터가 추정된다고 가정한다. 이러한 추정을 위해, 후보 모션 벡터들(214-220)의 세트가 픽셀들의 블럭들(204-210)에 대하여 이전에 계산된 모션 벡터들(214-226)에 기초하여 생성된다. 도 1에서는 픽셀들의 현재 블럭(212)이 볼(202)에 대응하는 세그먼트에 위치되는 것을 볼 수 있다. 또한 픽셀들의 블럭(204)는 볼(202)에 대응하는 세그먼트에 위치된다. 그러나 픽셀들의 블럭(210)은 배경에 대응하며 블럭들(206) 및 (208)은 볼(202)에 부분적으로 대응하며 배경에 부분적으로 속한다. 각각의 후보 모션 벡터들(214-220)에 대한 미리 결정된 매치 에러 문턱값들은 분할에 의해, 볼(202)을 나타내는 세그먼트에 속하는 것으로,레이블링된 블럭들(204-210)의 픽셀들의 각각의 수에 의존한다. 결과적으로 픽셀들의 블럭(204)으로부터 유도된 후보 모션 벡터(220)의 매치 에러에 대한 미리 결정된 매치 에러 문턱값이 가장 높을 것이며 픽셀들의 블럭(210)으로부터 유도된 후보 모션 벡터(218)의 매치 에러에 대한 미리 결정된 매치 에러 문턱값이 가장 낮을 것이다.
도 3는 이미지 처리 장치(300)의 요소들을 개략적으로 도시하며, 이미지 처리 장치(300)는, 다음과 같은 요소를 포함한다.
- 몇몇 처리가 수행된 후 디스플레이될 이미지들을 나타내는 신호를 수신하기 위한 수신 수단. 상기 신호는 안테나 또는 케이블을 통해 수신되는 방송 신호일 수 있지만 VCR(Video Cassette Recorder) 또는 디지털 비디오 디스크(Digital Versatile Disk)와 같은 저장 장치로부터의 신호일 수 있다. 상기 신호는 입력 커넥터(310)에 제공된다.
- 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 모션 추정 유닛(100) 및 분할 유닛(108)을 포함하는 처리 유닛(304),
- 모션 보상 이미지 처리 유닛(306), 및
- 처리된 이미지들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치(308).
이러한 디스플레이 장치(308)는 선택사항이다.
모션 보상 이미지 처리 유닛(306)은 그의 입력으로서 이미지들 및 모션 벡터들을 요구한다. 모션 보상 이미지 처리 유닛(306)은 하나 이상의 다음의 형태의 이미지 처리, 즉, 디-인터레이싱, 업-변환, 일시적 잡음 감소, 및 비디오 압축을 지원할 수 있다.
전술된 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 본 발명을 예시한 것이며 당업자들은 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 다른 실시예들을 설계할 수 있을 것이라는 것이 주의되어야 한다. 청구 범위에서, 괄호들 사이에 위치된 어떠한 참조 기호들도 청구항을 제한하는 것으로서 구성되지 않는다. "포함"이라는 단어는 청구항에 리스트되지 않은 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 요소 앞의 "하나의" 또는 "한"이라는 단어는 다수한 그러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 몇몇 명확한 요소들을 포함하는 하드웨어 및 적절한 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 몇몇 수단들을 열거한 단위 항들에서, 이러한 수단들 중 몇몇은 아주 동일한 하드웨어 및 하드웨어의 동일한 물품에 의해 구현될 수 있다.

Claims (12)

  1. 이미지의 픽셀들의 제 1그룹에 대해 현재 모션 벡터를 추정하기 위한 모션 추정 유닛으로서,
    상기 픽셀들의 제 1그룹에 대한 후보 모션 벡터의 세트를 생성하기 위한 생성 수단으로서, 상기 후보 모션 벡터들은 이전에 추정된 모션 벡터들로부터 추출되며, 후보 모션 벡터들의 상기 세트는 상기 이미지의 픽셀들의 제 2그룹에 대해 선택된 상기 이전에 추정된 모션 벡터들 중 제 1 모션 벡터에 대응하는 상기 후보 모션 벡터들 중 제 1 후보 모션 벡터를 포함하는, 상기 생성 수단,
    상기 각각의 후보 모션 벡터들의 매치 에러들을 계산하기 위한 매치 에러 계산 유닛으로서, 상기 계산 유닛은 상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 계산된 매치 에러가 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 상기 매치 에러들의 계산을 정지하도록 배열된, 상기 매치 에러 계산 유닛,
    상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 상기 계산된 매치 에러가 상기 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 상기 현재 모션 벡터로서 상기 후보 모션 중 상기 제 1 후보 모션 벡터를 선택하고, 그렇지 않다면 상기 각각의 후보 모션 벡터들의 상기 매치 에러들의 비교에 기초하여 후보 모션 벡터들의 상기 세트로부터 상기 현재 모션 벡터를 선택하기 위한 선택 유닛을 포함하는, 이미지의 픽셀의 제 1그룹에 대해 현재 모션 벡터를 추정하기 위한 모션 추정 유닛에 있어서,
    상기 모션 추정 유닛은 상기 이미지에 대한 분할 결과에 기초하여 상기 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 픽셀들의 세그먼트들로 변조하도록 배열되며, 상기 분할 결과는 픽셀들의 상기 제 1그룹의 제 1부분 및 픽셀들의 상기 제 2그룹의 제 1부분 모두가 상기 세그먼트들 중 제 1 세그먼트에 대응할 확률과 관련되어 있는 것을 특징으로 하는, 모션 추정 유닛.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모션 추정 유닛은 상기 확률의 사이즈에 기초하여 상기 미리 결정된 매치 에러 문턱값의 상기 값을 변조하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 모션 추정 유닛.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 모션 추정 유닛은 픽셀들의 상기 제 1그룹의 상기 제 1부분의 픽셀들의 제 1 수 및 픽셀들의 상기 제 1그룹의 픽셀들의 제 2 수 간의 비에 기초하여 상기 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 변조하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 모션 추정 유닛.
  4. 제 1항에 있어서, 픽셀들의 상기 제 1그룹은 픽셀들의 블럭인 것을 특징으로 하는, 모션 추정 유닛.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 매치 에러 계산 유닛은 다른 이미지의 픽셀들의 제 3그룹의 픽셀들의 휘도 값들로부터 픽셀들의 상기 제 1그룹의 픽셀들의 휘도 값들을감산함으로써 상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 상기 매치 에러를 계산하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 모션 추정 유닛.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 대응하는 매치 에러가 상기 매치 에러들 중 가장 작다면, 상기 선택 유닛은 후보 모션 벡터들의 상기 세트로부터 상기 현재 모션 벡터로서 특정 모션 벡터를 선택하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 모션 추정 유닛.
  7. 이미지의 픽셀들의 제 1그룹에 대해 현재 모션 벡터를 추정하는 방법으로서,
    픽셀들의 상기 제 1그룹에 대한 후보 모션 벡터들의 세트를 생성하는 단계로서, 상기 후보 모션 벡터들은 이전에 추정된 모션 벡터들의 세트로부터 추출되며, 후보 모션 벡터들의 상기 세트는 상기 이미지의 픽셀들의 제 2그룹에 대해 선택된 상기 이전에 추정된 모션 벡터들 중 제 1 모션 벡터에 대응하는 상기 후보 모션 벡터들 중 제 1 후보 모션 벡터를 포함하는, 상기 후보 모션 벡터들의 세트들 생성하는 단계,
    상기 각각의 후보 모션 벡터들의 매치 에러들을 계산하는 단계로서, 상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 상기 계산된 매치 에러가 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 매치 에러들의 계산은 정지되는, 상기 매치 에러 계산 단계, 및
    상기 후보 모션 벡터들 중 상기 제 1 후보 모션 벡터의 상기 계산된 매치 에러가 상기 미리 결정된 매치 에러 문턱값 이하이면 상기 현재 모션 벡터로서 상기후보 모션 벡터 중 상기 제 1 후보 모션 벡터를 선택하고 그렇지 않으면, 상기 각각의 후보 모션 벡터들의 상기 매치 에러들의 비교에 기초하여 후보 모션 벡터들의 상기 세트로부터 상기 현재 모션 벡터를 선택하는 단계를 포함하는, 이미지의 픽셀들의 제 1그룹에 대해 현재 모션 벡터를 추정하는 방법에 있어서,
    이미지에 대한 분할의 결과에 기초하여 상기 미리 결정된 매치 에러 문턱값을 픽셀들의 세그먼트들로 변조하는 단계를 포함하고, 상기 분할 결과는 픽셀들의 상기 제 1그룹의 제 1부분 및 픽셀들의 상기 제 2그룹의 제 1부분 모두가 상기 세그먼트들 중 제 1 세그먼트에 대응할 확률과 관련되어 있는 것을 특징으로 하는, 현재 모션 벡터 추정 방법.
  8. 이미지 처리 장치에 있어서,
    이미지를 포함하는, 일련의 이미지들을 나타내는, 신호를 수신하기 위한 수신 수단,
    상기 이미지의 픽셀들의 제 1그룹에 대한 현재 모션 벡터를 추정하기 위한, 청구항 1에 청구된 바와 같은 모션 추정 유닛,
    상기 이미지들 및 상기 현재 모션 벡터에 기초하여 처리된 이미지들을 결정하기 위한 모션 보상 이미지 처리 유닛을 포함하는, 이미지 처리 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 모션 보상 이미지 처리 유닛은 비디오 압축을 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 이미지 처리 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 모션 보상 이미지 처리 유닛은 상기 일련의 이미지들에서 잡음을 감소시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 이미지 처리 장치.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 모션 보상 이미지 처리 유닛은 상기 일련의 이미지들을 디인터레이스하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 이미지 처리 장치.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 모션 보상 이미지 처리 유닛은 업-변환(up-conversion)을 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 이미지 처리 장치.
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