KR20060074932A - Image contrast improvement apparatus and the method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상 콘트라스트 개선 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 블랙/화이트 스트레칭을 하기 전에 입력 영상을 DeGamma의 함수 특성을 가지게 하여 복잡한 Slope 계산 방법을 하지 않고도 입출력 Mapping 함수가 Stretching을 적용하기 위한 기준 값을 영상에 따라 적용하여 순색의 Color 성분을 갖게 하도록 하여 Black으로 잠기는 휘도 성분에 해당하는 RGB성분이 고유의 색을 잃어 버리지 않게 하여 Contrast를 개선할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention relates to a device for improving image contrast and a method thereof, wherein the input image has a function characteristic of DeGamma before the black / white stretching, and the input / output mapping function uses the reference value for applying the stretching without a complicated slope calculation method. It is intended to provide a method to improve contrast by applying RGB according to an image to have a color component of pure color so that the RGB component corresponding to the luminance component locked to black does not lose its own color.
콘트라스트, degamma, 블랙/화이트 스트레칭, 기울기Contrast, degamma, black / white stretching, tilt
Description
도 1은 종래의 블랙/화이트 스트레칭 시스템의 실시예를 도시한 블록도,1 is a block diagram illustrating an embodiment of a conventional black / white stretching system;
도 2는 상기 시스템에 의해 블랙/화이트 스트레칭 과정을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a black / white stretching process by the system,
도 3은 본 발명의 블랙/화이트 스트레칭 시스템의 실시예를 도시한 블록도,3 is a block diagram illustrating an embodiment of the black / white stretching system of the present invention;
도 4는 블랙/화이트 스트레칭 시스템의 상세도면,4 is a detailed view of the black / white stretching system,
그리고,And,
도 5는 본발명의 각 단계별 입출력 특성 그래프를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an input / output characteristic graph for each step of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
110 : degamma부 120 : YCbCr변환부110: degamma part 120: YCbCr conversion part
130 : B/W 스트레칭부 132 : 산출부130: B / W stretching unit 132: calculating unit
134 : 기울기산출부 136 : 스트레칭부134: slope calculation unit 136: stretching unit
140 : RGB변환부 150 : Gamma부140: RGB conversion unit 150: Gamma unit
본 발명은 영상신호 처리 시스템에 관한 것으로, 특히 Color 영상에서 휘도의 Contrast 개선 시 발생하는 Color 성분 손실을 방지할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image signal processing system, and more particularly, to an apparatus and a method for preventing the loss of color components occurring when the contrast of luminance is improved in a color image.
일반적으로, 입력되는 영상신호의 레벨의 동적범위는, 영상 신호 처리 시스템에 마련된 영상신호처리를 위한 하드웨어 범위보다 작게 분포하며, 블랙/화이트 스트레칭 시스템은, 이와 같이 하드웨어 범위보다 작게 분포하는 영상신호의 레벨의 동적범위를 하드웨어 범위에 가깝도록 신장(Stretch)함으로써 해상도를 증가시키는 시스템을 말한다.In general, the dynamic range of the level of the input video signal is smaller than the hardware range for the video signal processing provided in the video signal processing system, and the black / white stretching system is configured to distribute the video signal smaller than the hardware range. A system that increases resolution by stretching the dynamic range of levels closer to the hardware range.
도 1, 2에 이러한 종래의 블랙/화이트 스트레칭 시스템이 도시되어 있다. 도 1은 블랙/화이트 스트레칭 시스템의 실시예를 도시한 블록도이며, 도 2는 도 1에 도시된 시스템에 의해 블랙/화이트 스트레칭 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 show this conventional black / white stretching system. FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of a black / white stretching system, and FIG. 2 is a view for explaining a black / white stretching process by the system shown in FIG.
도면에서와 같이 블랙/화이트 스트레칭 시스템은, 히스토분포 산출부(11), 히스토정보 산출부(13), 평균 산출부(15), 기울기 산출부(17), 계수 산출부(19), 필터링부(21) 및 스트레칭부(23)를 가지고 있다.As shown in the drawing, the black / white stretching system includes a
히스토분포 산출부(11)에서는 소정 단위의 입력 영상신호(Yin)에 대한 히스토그램 분포, 즉, 이전 영상신호의 히스토그램 분포(H(i)P)와 현재 영상신호의 히스토그램 분포(H(i)C)를 산출하고 상기 히스토그램 분포 산출과정에서 입력 영상신호의 전체의 그레이 레벨의 합과 전체의 픽셀 개수, 및 입력 영상신호의 최대레벨(Max)과 최소레벨(Min)을 검출한다. In the histogram
평균 산출부(15)에서는 히스토분포 산출부(11)에서 검출된 입력 영상신호의 전체의 그레이 레벨의 합과 전체의 픽셀 개수를 이용하여 입력 영상신호의 평균레벨(Mean)을 산출한다.The average calculating
기울기 산출부(17)에서는 먼저, 평균레벨(Mean)과 기설정된 스트레칭점(L 및 U)을 이용하여 평균레벨(Mean)에 연동하는 블랙/화이트 스트레칭점(LB 및 UW)을 각각 산출한다. The
또한, 히스토분포 산출부(11)에서 검출된 입력 영상신호의 최소레벨(Min) 및 최대레벨(Max)과, 기울기 산출부(17)에서 산출된 블랙/화이트 스트레칭점(LB 및 UW
)을 이용하여 블랙/화이트 스트레칭 기울기(SLB 및 SLW)를 산출한다.In addition, the minimum level Min and the maximum level Max of the input image signal detected by the
한편, 히스토정보 산출부(13)에서는 히스토분포 산출부(11)에 산출된 현재 입력 영상신호의 히스토그램 분포(H(i)C)와 이전 입력 영상신호의 히스토그램 분포(H(i)P)를 이용하여 히스토 정보데이터(Diff_histo)를 산출하고, 비율 산출부(19)에서는 히스토정보 산출부(13)에서 산출된 히스토 정보데이터(Diff_histo)를 이용하여 변화 비율(Coeff: coefficient)을 산출한다.On the other hand, in the histogram
여기서, 히스토 정보데이터(Diff_histo)는 입력 영상신호의 전체 그레이 레벨을 이용하여 산출하기 보다는 블랙 스트레칭의 경우에는 낮은 그레이 레벨부분을 이용하여 산출하고, 화이트 스트레칭의 경우에는 높은 그레이 레벨부분을 이용하여 산출한다. Here, the histo information data (Diff_histo) is calculated using the low gray level part in the case of black stretching, rather than using the total gray level of the input video signal, and uses the high gray level part in the case of white stretching. Calculate.
이 후, 필터링부(21)에서는 비율 산출부(19)에서 산출된 화면의 변화 비율(Coeff)에 대응하여 블랙/화이트 스트레칭 기울기(SLB 및 SLW)를 필터링함으로써 필터링된 블랙/화이트 스트레칭 기울기(F_SLW 및 F_SLB)를 출력한다.Thereafter, the
스트레칭부(23)는 화면 변화 정도에 대응하여 필터링된 블랙 스트레칭 기울기(F_SLB) 및 화이트 스트레칭 기울기(F_SLW)와 입력되는 영상신호를 맵핑함으로써 입력되는 영상신호의 그레이 레벨 범위를 하드웨어 범위로 각각 스트레칭하도록 구성된다.The
상기에서와 같이, 낮은 휘도 값은 0으로, 높은 휘도 값은 1로 변환하여 그 대비를 높여 주는 방법은 휘도 성분을 변화시켜 그 대비를 높여 줄 수는 있으나, 그 과정에서 RGB로 구성된 고유의 Color 성분까지 손실되게 된다.As described above, a method of increasing the contrast by converting the low luminance value to 0 and the high luminance value to 1 may change the luminance component to increase the contrast, but in the process, a unique color composed of RGB The ingredients are lost.
즉, Black으로 잠기는 부분의 Color 값이 손실되어 영상이 검게 나타난다는 문제점이 발생하고 상기 블랙/화이트 스트레칭 기울기(SLB 및 SLW)를 계산하는 방법이 복잡하다.That is, a problem occurs in that the image appears black due to the loss of the color value of the black-locked part, and the method of calculating the black / white stretching slopes SL B and SL W is complicated.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입력 영상의 비선형 RGB를 선형 RGB로 변환하는 방법을 사용하여 간단하게 Color 성분의 손실 없이 Contrast를 개선할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and to provide a method of simply improving the contrast without losing color components by using a method of converting a nonlinear RGB of an input image into a linear RGB.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 블랙화이트 스트레칭을 이용하여 영상 콘트라스트를 개선하기 위한 방법은 상기 블랙화이트 스트레칭의 입력신호로 입력 영상 신호를 디감마한 선형 RGB값을 사용하는 것을 특징으로 하고 상기 디감마한 RGB값에 해당하는 휘도신호를 상기 블랙화이트 스트레칭의 입력신호로 입력하는 것이 바람직하다.A method for improving image contrast by using black white stretching according to the present invention for achieving the above object is characterized by using a linear RGB value degammaed the input video signal as the input signal of the black white stretch. And input the luminance signal corresponding to the degamma RGB value as the input signal of the black white stretch.
상기 블랙화이트 스트레칭 방법은 블랙 스트레칭 기울기(min'_Tilt) 및 화이트 스트레칭 기울기(max'_Tilt)를 입력되는 영상신호와 맵핑함으로써 입력되는 영상신호의 그레이 레벨 범위를 하드웨어 범위로 각각 스트레칭하도록 하는 것을 특징으로 한다.The black white stretching method may be configured to map the gray stretching slope min'_Tilt and the white stretching tilt max'_Tilt with the input image signal to stretch the gray level range of the input image signal to the hardware range, respectively. do.
블랙 스트레칭 기울기(min'_Tilt) 및 화이트 스트레칭 기울기(max'_Tilt)는 각각 다음의 식과 같이 나타낸다.The black stretching slope (min'_Tilt) and the white stretching slope (max'_Tilt) are represented by the following equations, respectively.
min'_Tilt=(mean-min')/2 +min'min'_Tilt = (mean-min ') / 2 + min'
max'_Tilt=(max'-mean)/2 +meanmax'_Tilt = (max'-mean) / 2 + mean
여기서 max'과 min'은 디감마된 입력영상신호의 최대레벨과 최소레벨, mean은 입력 영상신호의 전체의 그레이 레벨의 합과 전체의 픽셀 개수를 이용하여 입력 영상신호의 평균레벨임.Where max 'and min' are the maximum and minimum levels of the degammaed input video signal, and mean is the average level of the input video signal using the sum of the total gray levels of the input video signal and the total number of pixels.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 블랙화이트 스트레칭을 이용하여 영상 콘트라스트를 개선하기 위한 장치는 입력 영상 신호를 디감마한 선형 RGB값으로 변환하는 디감마부, 상기 디감마한 선형 RGB값을 휘도신호로 변환하는 휘도신호변환부, 블랙 스트레칭 기울기(min'_Tilt) 및 화이트 스트레칭 기울기(max'_Tilt)를 입력되는 영상신호와 맵핑함으로써 입력되는 영상신호의 그레이 레 벨 범위를 하드웨어 범위로 각각 스트레칭한 신호를 출력하는 블랙화이트 스트레칭부, 상기 블랙화이트 스트레칭을 하기 위하여 변환한 휘도신호를 RGB값으로 변환하여 출력하는 RGB변환부 및 상기 RGB변환부의 출력신호를 감마한 비선형 RGB값으로 변환하는 감마부를 포함하여 구성되도록 한다.An apparatus for improving image contrast using black white stretching according to the present invention for achieving the above object is a degamma unit for converting an input image signal into a degamma linear RGB value, the degamma linear RGB value The gray level range of the input image signal into the hardware range by mapping the luminance signal conversion unit, black stretching slope (min'_Tilt), and white stretching slope (max'_Tilt) to the input image signal, respectively. A black white stretching unit for outputting a stretched signal, an RGB converter for converting the luminance signal converted for the black white stretching into an RGB value, and a gamma for converting the output signal of the RGB converter into a gamma nonlinear RGB value It should be configured to include a wealth.
블랙 스트레칭 기울기(min'_Tilt) 및 화이트 스트레칭 기울기(max'_Tilt)는 다음의 식과 같이 나타낸다.The black stretching slope (min'_Tilt) and the white stretching slope (max'_Tilt) are expressed as follows.
min'_Tilt=(mean-min')/2 +min'min'_Tilt = (mean-min ') / 2 + min'
max'_Tilt=(max'-mean)/2 +meanmax'_Tilt = (max'-mean) / 2 + mean
여기서 max'과 min'은 디감마된 입력영상신호의 최대레벨과 최소레벨, mean은 입력 영상신호의 전체의 그레이 레벨의 합과 전체의 픽셀 개수를 이용하여 입력 영상신호의 평균레벨임.Where max 'and min' are the maximum and minimum levels of the degammaed input video signal, and mean is the average level of the input video signal using the sum of the total gray levels of the input video signal and the total number of pixels.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 블랙/화이트 스트레칭 시스템의 실시예를 도시한 블록도로서, degamma부(110), R'G'B'를 컴포지트 영상신호로 변환하는 R'G'B' to YCbCr변환부(120), B/W 스트레칭부(130), 컴포지트 영상신호를 RGB로 변환하는 R'G'B'변환부(140) 그리고 Gamma부(150)로 구성된다.3 is a block diagram showing an embodiment of the black / white stretching system of the present invention, in which a
degamma부(110)는 통상 모니터에 디스플레이 되는 영상이 선형 RGB값에 0.45 승만큼 Gamma 보정이 되어있는 비선형 RGB이므로 선형 RGB값을 가지도록 입력 이미지(input image;112)를 2.22 만큼 DeGamma를 해서 degammed image(122)인 R'G'B' 을 출력하도록 구성한다. 도 5를 참조하면 input image(112)대비 degammed image(122)가 도시되어 있다. 본발명에서는 degammed된 RGB를 R'G'B'으로 표기하였다.Since the image displayed on the monitor is a nonlinear RGB in which gamma correction is performed by 0.45 powers of the linear RGB value, the
R'G'B' to YCbCr변환부(120)는 RGB신호를 휘도신호로 변환하는 휘도신호변환부로 구성된다. 즉 블랙/화이트 스트레칭(Black/white stretching)을 하기 위하여 degamma부(110)에서 출력되는 degammed image(122)의 R'G'B'영상을 해당하는 복합 컴포지트 신호(composite signal)인 YCrCb영상의 휘도신호로 변환하여 출력한다.The R'G'B 'to
B/W 스트레칭부(130)는 입력 영상신호의 최소레벨, 최대레벨 그리고 평균값을 이용하여 블랙/화이트 스트레칭 기울기와 입력되는 영상신호를 맵핑함으로써 입력되는 영상신호의 그레이 레벨 범위를 하드웨어 범위로 각각 스트레칭하도록 구성된다.The B /
도 4를 참조하여 B/W 스트레칭부(130)의 상세 구조에 대하여 설명한다. B/W 스트레칭부(130)는 최대/최소값 및 평균값을 산출하는 산출부(132), 기울기 산출부(134), 및 스트레칭부(136)로 구성된다(도 4 참조). 산출부(132)는 입력 영상신호의 최대레벨(max')과 최소레벨(min') 그리고 입력 영상신호의 전체의 그레이 레벨의 합과 전체의 픽셀 개수를 이용하여 입력 영상신호의 평균레벨(mean)을 산출한다. 이하에서는 종래의 최대레벨(max)과 최소레벨(min)과 구별하기 위하여 degammed image의 최대레벨과 최소레벨을 각각 max'와 min'으로 표시하여 설명하도록 한다. 기울기 산출부(134)는 산출부(132)에서 출력되는 max', min' 및 mean값을 이용하여 블랙화이트 스트레칭을 적용할 때 영상 특성에 맞게 스트레치하는 범위를 결정하기 위하여 min'_Tilt 값과 max'_Tilt 값을 다음과 같이 적응적인 방법으로 구한다.A detailed structure of the B /
max'_Tilt=(max'-mean)/2 +meanmax'_Tilt = (max'-mean) / 2 + mean
상기 수학식에서와 같이 min'_Tilt와 max'_Tilt는 영상의 평균 값(mean)과 min', max' 값의 중간값이 된다. 이로써 min'_Tilt와 max'_Tilt는 영상의 휘도 특성에 따라 적응적으로 결정이 된다. 따라서 min'과 min'_Tilt 사의의 Slope는 복잡한 Slope 계산 방법을 하지 않고도 입출력 Mapping 함수가 DeGamma 의 함수 특성을 가지므로, Exponential 함수 특성을 가지게 되어 자연스러운 Contrast 개선 결과가 된다. 이와 같이 결정된 Threshold 값을 이용해 스트레칭부(136)에서 BWS 알고리듬을 적용한다. As in the above equation, min'_Tilt and max'_Tilt are intermediate values between mean values of images and min 'and max' values. As a result, min'_Tilt and max'_Tilt are adaptively determined according to the luminance characteristics of the image. Therefore, the slope of min 'and min'_Tilt has the characteristic characteristic of DeGamma because the input / output mapping function has the function characteristic of DeGamma without the complicated slope calculation method, which results in the natural contrast improvement. The BWS algorithm is applied in the stretching
스트레칭부(136)는 기울기 산출부(134)에서 화면 변화 정도에 대응하여 블랙 스트레칭 기울기(min'_Tilt) 및 화이트 스트레칭 기울기(max'_Tilt)를 입력되는 영상신호와 맵핑함으로써 입력되는 영상신호의 그레이 레벨 범위를 하드웨어 범위로 각각 스트레칭하도록 구성되는 것이다. 결국 콘트라스트가 개선된 이미지(Enhanced image;132)를 출력하게 된다(도 5참조).The stretching
도 5를 참조하면 종래의 기술에서처럼 BWS를 적용하면 Black로 잠기는 휘도 부분의 RGB 성분이 각각 R이 30%, G가 60%, B가 10%의 값으로 구성되어 있으므로, 값이 0인 범위의 휘도의 RGB는 더 큰 범위의 Color 성분이 0이 되게 된다. 그러므 로 본래의 색을 잃어버려 이 부분의 Color 색이 Black에 가깝게 된다. 이를 개선하기 위해 BWS를 적용하기 전에 앞단의 DeGamma 프로세싱을 한다. Referring to FIG. 5, when the BWS is applied as in the related art, the RGB component of the luminance portion that is locked with black is composed of values of R of 30%, G of 60%, and B of 10%, respectively. The RGB of luminance will have a larger range of Color components equal to zero. Therefore, the original color is lost and the color of this part becomes close to black. To improve this, the front end DeGamma processing is applied before applying BWS.
선형 입출력 Mapping 관계에서는 입력 값과 출력 값은 같지만, DeGamma 의 입출력 함수 특성은 입력 값에 비해 출력 값이 매우 작으며, 큰 입력 값 부분으로 갈수록 출력값과 입력 값은 비슷하게 되어 255일 때 255가 된다. 이렇게 되면 예를 들어 큰 값의 R과 작은 값의 G 또는 B로 픽셀이 구성된 경우, 눈으로는 Red 색으로 보이는데, 여기에 B/W Stretching을 적용하면, R은 그 값이 크므로 DeGamma Mapping 함수 특성에 의해 값이 조금만 떨어지지만, G와 B는 값이 작으므로 그 값이 훨씬 더 작게 되어 G와 B가 없는 순수한 R성분으로 바뀐다. 따라서 원래 R보다 B/W Stretching에 의해 값은 더 낮아졌지만(min'), 순수한 R성분으로 구성됨으로써 더 선명하게 보이게 된다. 즉, Green과 Blue를 띄는 색의 경우에도 다른 Color 성분이 섞여 있어 순색이 아닌 경우, 가장 큰 값의 Color 성분만 남고 나머지 Color값은 거의 0이 되므로 색이 더 선명해진다. In the linear input / output mapping relationship, the input and output values are the same, but the input / output function characteristics of DeGamma are very small compared to the input values, and the output and input values become similar to the larger input value part, which becomes 255 at 255. This means, for example, if a pixel consists of a large value of R and a small value of G or B, it looks red in the eye, and if B / W Stretching is applied, then R is a large value, so the DeGamma Mapping function Although the value is slightly reduced by the characteristic, the values of G and B are small, so the values are much smaller and are converted into pure R components without G and B. Therefore, although the value is lower due to B / W stretching than the original R (min '), it is made clearer by being composed of pure R components. In other words, even in the case of green and blue colors, other color components are mixed so that the color becomes clearer because only the largest color component is left and the remaining color values are almost 0.
반면 RGB 성분 중에서 두개의 값이 높고 나머지 하나의 값도 낮지 않은 값을 가지는 경우, 즉 예를 들어 높은 휘도의 Yellow 색의 경우 DeGamma를 통해도 B값이 많이 작아지지 않게 되어, 여기에 BWS를 적용하면, B값이 max'_Tilt값 이상에 포함될 경우 값이 더 커지게 되어 White에 가깝게 된다. 그러므로, 기존의 BWS보다 max'를 더 작게 해주어야 하는 것이다.On the other hand, if two values among the RGB components are high and one value is not low, that is, for example, a yellow color with high luminance, the B value does not become very small even through DeGamma. If the B value is included in the max'_Tilt value or more, the value becomes larger and becomes closer to white. Therefore, max 'should be made smaller than the existing BWS.
R'G'B'변환부(140)는 B/W Stretching을 하기 위하여 변환된 복합 컴포지트 신호(composite signal)인 YCrCb영상을 R'G'B"으로 복원하여 출력한다.The R'G'B '
또한, gamma부(150)는 R'G'B'변환부(140)에서 출력되는 이미지를 B/W Stretching을 하기 위하여 변환된 선형 R'G'B'값을 비선형 RGB값을 가지도록 0.45 승만큼 Gamma 보정하여 출력하도록 구성하여 디스플레이에서 시감 특성에 맞는 영상을 눈으로 확인할 수 있도록 하는 것이다.In addition, the
따라서, Color 영상에서 휘도의 Contrast 개선 시 발생하는 Color 성분 손실을 방지할 수가 있어 최적의 콘트라스트 효과를 구현할 수가 있는 것이다.Therefore, it is possible to prevent the loss of color components that occur when improving the contrast of the luminance in the color image, thereby realizing the optimum contrast effect.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.While the invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
상기에서와 같이 본 발명에 따른 영상 콘트라스트 개선 장치 및 그 방법에 의하면 Stretching을 적용하기 위한 기준 값을 영상에 따라 적용함으로써 영상 특성을 반영하는 Contrast를 개선할 수 있으며, DeGamma를 하여 알고리듬을 적용함에 따라 순색의 Color 성분을 갖게 되어 Black로 잠기는 휘도 성분에 해당하는 RGB성분이 고유의 색을 잃어 버리지 않게 되어 검게 나타나는 것을 방지할 수 있는 것이다. As described above, according to the apparatus and method for improving image contrast according to the present invention, by applying a reference value for applying stretching according to an image, it is possible to improve contrast reflecting image characteristics, and by applying an algorithm using DeGamma. It has a color component of pure color, so that the RGB component corresponding to the luminance component that is locked with black does not lose its own color and can be prevented from appearing black.
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