KR20050049062A

KR20050049062A - 선명도 향상장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20050049062A
Application number: KR1020030082921A
Authority: KR
Inventors: 양승준; 권영진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-05-25
Also published as: NL1027539C2; US20050111055A1; JP2005160080A; NL1027539A1; CN1620107A

Abstract

선명도 향상장치 및 그 방법이 개시된다. 본 선명도 향상장치는, 입력 영상 신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 원도우를 설정하고, 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 경사값을 산출하는 경사값 산출부, 경사값의 크기에 따라 대응하는 이득값을 산출하는 이득값 산출부, 현재 픽셀과 원도우내 다른 픽셀들간의 픽셀값의 차인 미분값을 산출하는 미분값 산출부, 미분값의 크기에 따라 대응하는 픽셀간 확산량을 산출하는 확산량 산출부, 픽셀간 확산량에 각각 소정의 가중치를 두어 합산한 확산량을 산출하는 확산량 합산부, 및 합산한 확산량과 이득값을 곱한 값을 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 픽셀값 변환부를 구비한다. 이에 의해, 영상신호에 가중치를 가지는 확산을 적응적으로 사용하여 선명도를 향상시킬 수 있으며, 시각적으로 거슬리는 현상이나 영상신호가 왜곡되는 현상을 방지할 수 있다.

Description

선명도 향상장치 및 그 방법{Apparatus for image sharpening and method thereof}

본 발명은 선명도(sharpness) 향상장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가중치를 갖는 확산량을 적응적으로 사용하여 영상의 선명도를 높일 수 있는 선명도 향상장치 및 그 방법에 관한 것이다.

선명도 향상장치는 영상의 선명도를 향상시켜 보다 생생한 화질이 재현되도록 하는 장치를 말한다. 영상의 획득이나 전송 과정 등에서 노이즈가 인가되거나 흐려짐과 같은 화질의 열화가 발생하게 되므로, 영상의 세밀한 부분에서 에지(edge) 성분을 강조하여 영상의 선명도를 향상시킬 수 있으며, 이에 의해 전체적으로 재현되는 화질도 개선할 수 있다.

영상의 선명도를 향상시키기 위한 종래 기술로, 미국특허 US 6,072,538 에는, 밴드 패스필터(band-pass filter)를 적용하여 디테일(detail) 성분이라고 판단되는 디테일 신호를 추출하고, 추출된 디테일 신호를 업 샘플링(up sampling)과 다운 샘플링(down sampling)을 통해 영상의 선명도를 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 여기서, 추출된 디테일 신호는 Clipping 과 Crispen 과정을 거친 후, 원신호와 업 샘플링하여 합성한다. 합성한 신호는 미리 설정된 범위 안에 존재하도록 디테일 신호를 Clipping 하고, 다운 샘플링을 한 후, 원신호에 합하여 선명도가 향상된 신호를 획득하는 방식을 사용한다.

그런데, 이와 같은 종래의 기술은, 디테일 신호와 원신호를 입력 신호 주파수에서 합성하지 않고, 업 샘플링 과정을 통해 주파수를 높인 후 합성하는 방식을 사용한다. 따라서, 디테일 신호와 원신호를 합성할때 설정된 밝기 범위안에 들어오도록 Clipping을 하게 되는데, 이로 인해 영상신호의 왜곡이 발생하고 존재하지 않던 고주파 성분이 발생하여 시각적으로 거슬리는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 다운 샘플링 과정을 거치면서, 원신호와 디테일 신호 정보를 유실할 수 있어, 전체적으로 화질 열화의 원인을 제공할 수 있다. 그러므로, 선명도 향상을 위한 과정에서 업 샘플링이나 Clipping 되는 경우를 감소시켜, 신호의 왜곡이나 시각적으로 거슬리는 현상을 방지할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 영상 신호에 가중치를 갖는 확산을 적응적으로 사용하여 신호 왜곡이나 시각적으로 거슬리는 현상을 방지하면서, 영상의 선명도를 향상시키는 선명도 향상장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선명도 향상장치는, 입력 영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 원도우를 설정하고, 상기 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 경사값을 산출하는 경사값 산출부, 상기 경사값의 크기에 따라 대응하는 이득값을 산출하는 이득값 산출부, 상기 현재 픽셀과 상기 원도우내 다른 픽셀들간의 픽셀값의 차인 미분값을 산출하는 미분값 산출부, 상기 미분값의 크기에 따라 대응하는 픽셀간 확산량을 산출하는 확산량 산출부, 상기 픽셀간 확산량에 각각 소정의 가중치를 두어 합산한 확산량을 산출하는 확산량 합산부, 및 상기 합산한 확산량과 상기 이득값을 곱한 값을 상기 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 픽셀값 변환부를 포함한다. 바람직하게는, 상기 합산한 확산량과 상기 이득값을 곱한 값을 상기 픽셀값 변환부에 제공하는 곱셈기를 더 포함한다.

상기 이득값 산출부는, 상기 경사값이 소정 임계값 보다 작으면 상기 이득값을 '1'로 산출하고, 상기 경사값이 상기 소정의 임계값 보다 크면, '1'보다 작은 값이 상기 경사값의 크기에 대응하여 감소하도록 상기 이득값을 산출하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 확산량 산출부, 상기 미분값의 크기에 따라, 로우 영역, 미들 영역, 및 하이 영역으로 구분하고, 상기 각 영역별로 서로 다른 비율 크기로 상기 픽셀간 확산량을 산출하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 가중치는 가우시안 (Gaussian) 형태의 가중치를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 선명도 향상방법은, 입력 영상 신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 원도우를 설정하고, 상기 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 경사값을 산출하는 단계, 상기 경사값의 크기에 따라 대응하는 이득값을 산출하는 단계, 상기 현재 픽셀과 상기 원도우내 다른 픽셀들간의 픽셀값의 차인 미분값을 각각 산출하는 단계, 상기 미분값의 크기에 따라 대응하는 픽셀간 확산량을 산출하는 단계, 상기 픽셀간 확산량에 각각 소정의 가중치를 두어 합산한 확산량을 산출하는 단계, 및 상기 합산한 확산량과 상기 이득값을 곱한 값을 상기 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 단계를 포함한다.

상기 이득값을 산출하는 단계에서는, 상기 경사값이 소정 임계값 보다 작으면 상기 이득값을 '1'로 산출하고, 상기 경사값이 상기 소정의 임계값 보다 크면, '1'보다 작은 값이 상기 경사값의 크기에 대응하여 감소하도록 상기 이득값을 산출하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 픽셀간 확산량 산출하는 단계에서는, 상기 미분값의 크기에 따라, 로우 영역, 미들 영역, 및 하이 영역으로 구분하고, 상기 각 영역별로 서로 다른 비율 크기로 상기 픽셀간 확산량을 산출하며, 상기 가중치는 가우시안(Gaussian) 형태의 가중치를 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 선명도 향상장치의 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 선명도 향상장치는, 경사값 산출부(100), 이득값 산출부(110), 미분값 산출부(120), 확산량 산출부(130), 확산량 합산부(140), 곱셈기(150), 지연부(160), 및 픽셀값 변환부(170)를 포함한다.

경사값 산출부(100)는 입력 영상 신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 원도우를 설정하고, 이 원도우내의 픽셀값에 기초하여 경사값을 산출한다. 이득값 산출부(110)는 경사값 산출부(100)에서 산출된 경사값의 크기에 따라 대응되는 이득값을 산출한다. 미분값 산출부(120)는 입력 영상 신호에서 현재 픽셀과 원도우내에 있는 다른 픽셀간의 픽셀값의 차인 미분값을 산출한다. 확산량 산출부(130)는 미분값 산출부(120)에서 산출된 미분값의 크기에 따라 대응되는 픽셀간 확산량을 산출한다. 확산량 합산부(140)는 확산량 산출부(130)에서 산출된 미분값에 각각 소정의 가중치를 적용하여 합산한 확산량을 산출한다. 곱셈기(150)는 확산량 합산부(140)에서 산출된 합산한 확산량과 이득값 산출부(110)에서 산출된 이득값의 곱을 픽셀값 변환부(170)에 제공한다. 픽셀값 변환부(170)는 확산량과 이득값의 곱을 현재 픽셀값에 합산하여 출력한다. 그리고, 지연부(160)는 계산 동기를 맞추기 위해, 입력 영상 신호를 지연시켜 픽셀값 변환부(170)에 제공한다.

도 2는 본 발명에 따른 선명도 향상장치의 동작방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 도 1 및 도 2을 참조하면, 경사값 산출부(100)는 입력되는 영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 원도우를 설정하고, 이 윈도우 범위내에서 경사값을 산출한다(S200). 경사값은 윈도우 내의 인접한 픽셀들간의 픽셀값의 차로부터 산출할 수 있다.

도 3a 및 도 3는 픽셀값 분포의 일 예를 도시한 것이다. 도 3a 및 도 3b에서 x축은 픽셀을 나타내며, y축은 대응되는 픽셀값을 표시한다. 도 3a 및 도 3b에서 점선으로 표시한 영역과 같이, 동일한 질감 성분을 가진 픽셀이라도 어떠한 영역에 존재하는가에 따라서 시각적으로 느껴지는 민감도는 달라지게 된다. 즉, 동일한 질감을 가진 픽셀이라도, 도 3a과 같이 부드러운 영역에 존재하는 경우가 도 3b와 같은 영역에 존재하는 경우보다 시각적으로 민감하게 느껴지게 된다. 따라서, 사람의 시각적인 특성을 고려하여, 경사값을 이용하여 현재 픽셀이 어떠한 영역에 존재하는가를 파악하여 이를 선명도 향상에 반영한다.

이득값 산출부(110)는 경사값 산출부(100)에서 산출된 경사값을 이용하여 이득값을 산출한다(S210). 이득값은, 도 4에 도시한 바와 같이, 소정의 패스값(pass) 보다 작은 경사값에 대해서는 이득값을 1.0으로 하여 선명도를 그대로 유지하도록 하고, 패스값 이상의 경사값에 대해서는 이득값을 줄여서 시각적으로 거슬리는 선명도 향상을 감소시키도록 한다.

미분값 산출부(120)는 입력되는 영상신호에서 현재 픽셀과 윈도우내 다른 픽셀간의 미분값을 산출한다(S220). 미분값은 현재 픽셀값과 원도우 내 다른 픽셀값과의 차인 픽셀차로 정의된다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, I는 현재 픽셀값, I_N은 현재 픽셀을 제외한 윈도우 내 다른 픽셀값을 나타낸다.

확산량 산출부(130)는 미분값 산출부(120)에서 산출된 미분값을 이용하여 픽셀간 확산량을 산출한다(S230). 확산량은, 도 5에 도시한 바와 같은 픽셀차와 확산량 관계곡선 그래프를 이용하여 산출할 수 있다. 픽셀차는 그 크기에 따라, 로우(low) 영역(A), 미들(middle) 영역(B), 및 하이(high) 영역으로 구분할 수 있으며, 구분된 각 영역에 따라 픽셀간 확산량이 변화하게 된다. 즉, 로우 영역(A)은 부드러운 영역으로서 시각적으로 민감하여 픽셀값을 약간만 증가시켜도 시각적으로 거슬리게 된다. 따라서, 이러한 영역에서는 픽셀값을 변화하지 않거나 적은 양만 증가시킨다. 미들 영역(B)은 픽셀차가 중간인 경우를 말하며, 일반적으로 질감을 가진 영역과 객체의 윤곽선을 포함한다. 이 영역은 픽셀값을 증가시켜서 질감이나 윤곽선을 강조시켜 선명도를 향상시킨다. 하이 영역(C)은 픽셀차가 큰 경우를 말하여, 원신호에서 질감이나 윤곽선이 충분히 강조되어 있기 때문에, 더 강조시키면 오버슈트와 언더 슈트와 같은 시각적으로 거슬리는 역효과가 발생한다. 따라서, 이 영역은 픽셀값을 변화하지 않거나 적은 양만 증가시킨다.

확산량 합산부(140)는 확산량 산출부(130)에서 산출된 픽셀간 확산량에 가우시안(Gaussian) 형태의 가중치를 두어 합산한 확산량을 산출한다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, W는 원도우를 나타내며, w_i는 가우시안 형태의 가중치, c(∇I)는 픽셀간 확산량을 나타낸다. 이와 같은 방식에 의해, 선명도 향상시 현재 픽셀에 인접한 픽셀만 고려하지 않고, 원도우 내 픽셀을 모두 고려할 수 있다.

픽셀값 변환부(170)는 확산량 합산부(140)에서 산출된 합산된 확산량과, 이득값 산출부(110)에서 산출된 이득값의 곱을 현재 픽셀에 합산하여, 픽셀값을 변환한다(S250). 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, Y'는 출력 픽셀값, Y는 현재 픽셀값, S_c는 합산한 확산량, G는 이득값을 나타낸다.

이와 같이 입력 영상 신호에 가중치를 갖는 확산을 적응적으로 사용하여, 선명도를 향상시킬 수 있으며, 부드러운 영역에서 선명도가 크게 향상되어 시각적으로 거슬리는 현상을 억제할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 영상신호에 가중치를 가지는 확산을 적응적으로 사용하여, 시각적으로 거슬리는 현상이나 영상신호가 왜곡되는 현상을 방지하면서, 영상의 선명도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 영상신호의 선명도를 효과적으로 향상시켜 현실적이고 생생한 화질을 얻을 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 선명도 향상장치의 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 선명도 향상장치의 동작 설명에 제공되는 흐름도,

도 3a 및 도 3b는 픽셀값 분포의 일 예를 도시한 도면,

도 4는 경사값과 이득값 관계 곡선의 그래프, 그리고

도 5는 픽셀차와 픽셀간 확산량 관계 곡선의 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 경사값 산출부 110 : 이득값 산출부

120 : 미분값 산출부 130 : 확산량 산출부

140 : 확산량 합산부 150 : 곱셈기

160 : 지연부 170 : 픽셀값 변환부

Claims

입력 영상 신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 원도우를 설정하고, 상기 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 경사값을 산출하는 경사값 산출부;

상기 경사값의 크기에 따라 대응하는 이득값을 산출하는 이득값 산출부;

상기 현재 픽셀과 상기 원도우내 다른 픽셀들간의 픽셀값의 차인 미분값을 산출하는 미분값 산출부;

상기 미분값의 크기에 따라 대응하는 픽셀간 확산량을 산출하는 확산량 산출부;

상기 픽셀간 확산량에 각각 소정의 가중치를 두어 합산한 확산량을 산출하는 확산량 합산부; 및

상기 합산한 확산량과 상기 이득값을 곱한 값을 상기 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 픽셀값 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상장치.
제1항에 있어서,

상기 합산한 확산량과 상기 이득값을 곱한 값을 상기 픽셀값 변환부에 제공하는 곱셈기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상장치.
제1항에 있어서,

상기 이득값 산출부는, 상기 경사값이 소정 임계값 보다 작으면 상기 이득값을 '1'로 산출하고, 상기 경사값이 상기 소정의 임계값 보다 크면, '1'보다 작은 값이 상기 경사값의 크기에 대응하여 감소하도록 상기 이득값을 산출하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상장치.
제1항에 있어서,

상기 확산량 산출부, 상기 미분값의 크기에 따라, 로우 영역, 미들 영역, 및 하이 영역으로 구분하고, 상기 각 영역별로 서로 다른 비율 크기로 상기 픽셀간 확산량을 산출하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상장치.
제1항에 있어서,

상기 가중치는 가우시안(Gaussian) 형태의 가중치인 것을 특징으로 하는 선명도 향상장치.
입력 영상 신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 원도우를 설정하고, 상기 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 경사값을 산출하는 단계;

상기 경사값의 크기에 따라 대응하는 이득값을 산출하는 단계;

상기 현재 픽셀과 상기 원도우내 다른 픽셀들간의 픽셀값의 차인 미분값을 산출하는 단계;

상기 미분값의 크기에 따라 대응하는 픽셀간 확산량을 산출하는 단계;

상기 픽셀간 확산량에 각각 소정의 가중치를 두어 합산한 확산량을 산출하는 단계; 및

상기 합산한 확산량과 상기 이득값을 곱한 값을 상기 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상방법.
제6항에 있어서,

상기 이득값을 산출하는 단계에서는, 상기 경사값이 소정 임계값 보다 작으면 상기 이득값을 '1'로 산출하고, 상기 경사값이 상기 소정의 임계값 보다 크면, '1'보다 작은 값이 상기 경사값의 크기에 대응하여 감소하도록 상기 이득값을 산출하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상방법.
제6항에 있어서,

상기 픽셀간 확산량 산출하는 단계에서는, 상기 미분값의 크기에 따라, 로우 영역, 미들 영역, 및 하이 영역으로 구분하고, 상기 각 영역별로 서로 다른 비율 크기로 상기 픽셀간 확산량을 산출하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상방법.
제6항에 있어서,

상기 가중치는 가우시안(Gaussian) 형태의 가중치인 것을 특징으로 하는 선명도 향상방법.