KR20060081536A

KR20060081536A - 영상의 ｒｇｂ 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템

Info

Publication number: KR20060081536A
Application number: KR1020050002015A
Authority: KR
Inventors: 오재환; 김재승; 구동수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-10
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2006-07-13
Also published as: NL1030816A1; NL1030816C2; US20060153446A1; JP2006197584A

Abstract

영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템은 입력영상의 휘도값과 색차값을 각 화소별 R,G,B 값으로 변환하는 제1 변환부, R,G,B 값을 동일한 가중치로 각각 누적시켜 히스토그램 분포를 추정하는 히스토그램 분포 추정부, R,G,B 값을 상기 히스토그램 분포에 기초하여 생성된 소정 맵핑함수(Mapping Function)에 맵핑시켜, 맵핑되는 변환 R,G,B 값을 출력하는 맵핑부 및 맵핑부로부터 제공된 변환 R,G,B 값을 휘도신호와 색차신호로 역변환하여 출력 이미지를 생성하는 제2 변환부를 포함한다. 본 발명에 의하면 단순히 영상의 휘도 정보만을 이용하여 블랙/화이트 스트레칭을 수행하는 종래의 방법과 달리, 입력영상의 RGB 정보를 이용하여 블랙/화이트 스트레칭을 수행함으로써 원색 계열의 영상에서 나타나는 색상의 왜곡을 방지할 수 있는 장점이 있다.

RGB, 히스토그램, 스트레치(stretch), 픽셀, 휘도

Description

영상의 ＲＧＢ 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템{The Black/White stretching system using RGB information in the image and the method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 방법의 설명에 제공되는 흐름도,

도 3은 제1 변환부에 의해 변환된 RGB 정보를 각 화소별로 표시한 예를 도시한 도면,

도 4는 히스토그램 분포 추정부에서 RGB 각각의 영상에 대해 누적된 히스토그램 분포를 추정하는 예를 도시한 도면,

도 5는 추정된 히스토그램 분포 상에서 블랙영역과 화이트 영역을 각각 도시한 도면, 그리고

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 맵핑함수를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *

10: 제1 변환부 20: 히스토그램 분포 추정부

30: 블랙 영역 및 화이트 영역 산출부

40: 맵핑함수 산출부 50: 맵핑부

60: 제2 변환부 70: 블랙 영역

80: 화이트 영역

본 발명은 영상신호를 처리하는 영상처리 시스템 중에서, 블랙/화이트 스트레칭 시스템(Black/White Stretching System) 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력영상의 RGB 정보를 이용하여 블랙/화이트 스트레칭을 수행함으로써 영상의 컨트라스트를 향상시키고, 원색 계열의 영상에서 발생하는 색상 왜곡 현상을 방지할 수 있도록 한 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

영상신호의 컨트라스트(contrast)란 영상의 가장 어두운 영역에서부터 가장 밝은 영역까지의 명도의 차이를 의미하며, 컨트라스트 영역이 넓을수록 영상이 더욱 선명하게 보인다.

영상신호의 컨트라스트를 개선하기 위한 것으로서 히스토그램 등화 (histogram equalization)라는 방법이 알려져 있다. 히스토그램 등화는 입력영상의 히스토그램을 분석하고, 히스토그램의 분포가 되도록 균일하게 되도록 맵핑 (mapping)처리함으로써 입력영상의 컨트라스트를 개선하는 것이다.

여기서, 히스토그램이라 함은 주어진 입력영상에서 그레이 레벨(gray level)의 분포를 나타낸다. 히스토그램은 횡축을 그레이 레벨로 하고, 종축을 각 그레이 레벨에 상응하는 픽셀수를 표현한 그래프로서 입력영상의 농도분포를 도식적으로 표현한다. 그레이 레벨이 높은 영상은 밝은 영상임을 의미하고, 낮은 영상은 어두운 영상임을 의미한다.

일반적으로, 블랙/화이트 스트레칭 시스템은 하드웨어 범위보다 작게 분포하는 영상신호 레벨의 동적범위를 하드웨어 범위에 가깝도록 신장(stretch)함으로써 해상도 및 명암비를 증가시키는 시스템을 말한다.

종래의 블랙/화이트 스트레칭 시스템으로는 본 출원인이 기출원한 "화면의 콘트라스트를 향상시키는 블랙/화이트 스트레칭 시스템 및 그의 스트레칭 방법"(출원번호 10-200 )이 있다. 그러나, 기출원된 종래의 블랙/화이트 스트레칭 시스템은 색상신호의 정보를 이용하지 않고, 휘도신호만을 프로세싱하므로, 특정 색을 디스플레이하는 경우 색 신호의 왜곡이나 열화를 가져오는 문제점이 발생한다. 특히, 레드(red)나 블루(blue) 계통이 우세한 영상에서 컨트라스트를 높이게 되면 색신호의 왜곡이 발생한다. 예를 들어, 원색의 붉은 색 사과를 포함하는 영상에서 종래의 방법을 사용하여 컨트라스트를 높이게 되면, 붉은 색 사과는 낮은 휘도값을 갖기 때문에 더 낮은 휘도값으로 바뀌게 되며, 이는 곧 붉은 색이 변질되는 색상의 왜곡 현상을 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은 입력영상의 RGB 정보를 이용하여 블랙/화이트 스트레칭을 수행함으로써 영상의 컨트라스트를 향상시키고, 원색 계열의 영상에서 발생하는 색상 왜곡 현상을 방지할 수 있도록 한 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화 이트 스트레칭 시스템 및 그 방법을 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템은 입력영상의 휘도값(Y)과 색차값(Cb, Cr)을 각 화소별 R,G,B 값으로 변환하는 제1 변환부; R,G,B 값을 동일한 가중치로 각각 누적시켜 히스토그램 분포를 추정하는 히스토그램 분포 추정부; R,G,B 값을 상기 히스토그램 분포에 기초하여 생성된 소정 맵핑함수(Mapping Function)에 맵핑시켜, 맵핑되는 변환 R,G,B 값을 출력하는 맵핑부; 및 맵핑부로부터 제공된 변환 R,G,B 값을 휘도신호와 색차신호로 역변환하여 출력 이미지를 생성하는 제2 변환부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템은 히스토그램 분포를 이용하여 픽셀값이 0으로 스트레칭되는 블랙 영역과, 픽셀값이 255로 스트레칭되는 화이트 영역을 각각 산출하는 블랙 영역 및 화이트 영역 산출부; 및 블랙 영역의 최대값과 화이트 영역의 최소값 및 복수의 소정 문턱치에 기초하여 맵핑함수를 산출하는 맵핑함수 산출부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 블랙 영역 및 화이트 영역은, 각각 전체 히스토그램 분포 면적의 대략 1.5 퍼센트 내지 1.6 퍼센트를 차지하는 것이 바람직하다.

여기서, 복수의 소정 문턱치는, 블랙 영역의 최대값과 화이트 영역의 최소값 사이의 소정 값을 가지며, 사용자의 조작에 의해 변경가능한 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 방법은 입 력영상의 휘도값(Y)과 색차값(Cb, Cr)을 각 화소별 R,G,B 값으로 변환하는 제1 변환단계; R,G,B 값을 동일한 가중치로 각각 누적시켜 히스토그램 분포를 추정하는 히스토그램 분포 추정단계; R,G,B 값을 히스토그램 분포에 기초하여 생성된 소정 맵핑함수(Mapping Function)에 맵핑시켜, 맵핑되는 변환 R,G,B 값을 출력하는 맵핑단계; 및 변환 R,G,B 값을 휘도신호와 색차신호로 역변환하여 출력 이미지를 생성하는 제2 변환단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 방법은 히스토그램 분포를 이용하여 픽셀값이 0으로 스트레칭되는 블랙 영역과, 픽셀값이 255로 스트레칭되는 화이트 영역을 각각 산출하는 블랙 영역 및 화이트 영역 산출단계; 및 블랙 영역의 최대값과 화이트 영역의 최소값 및 복수의 소정 문턱치에 기초하여 맵핑함수를 산출하는 맵핑함수 산출단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 블랙/화이트 스트레칭 시스템(100)은 제1 변환부(10), 히스토그램 분포 추정부(20), 블랙 영역 및 화이트 영역 산출부(30), 맵핑함수 산출부(40), 맵핑부(50), 및 제2 변환부(60)를 포함한다.

제1 변환부(10)는 입력영상의 휘도신호(Y)와 색차신호(Cb, Cr)를 각 화소별 RGB 영상신호로 변환한다.

히스토그램 분포 추정부(20)는 제1 변환부(10)에서 제공된 RGB 각각의 영상에 대해 누적된 히스토그램(또는 Probability Density Function: PDF) 분포를 추정한다.

블랙 영역 및 화이트 영역 산출부(30)는 히스토그램 추정부(20)에서 추정된 히스토그램 분포를 이용하여 픽셀값이 0으로 스트레칭되는 블랙 영역과, 픽셀값이 255로 스트레칭되는 화이트 영역을 각각 산출한다. 이 때, 블랙 영역의 경계값을 최대 블랙값(Max_Black)이라 정의하고, 화이트 영역의 경계값을 최소 화이트값 (Min_White)이라 정의한다.

맵핑함수 산출부(40)는 최대 블랙값과 최소 화이트값에 기초하여 맵핑함수 (Mapping Function)를 산출한다.

맵핑부(50)는 제1 변환부(10)에서 제공된 R,G,B 정보를 맵핑함수 산출부(40)에서 산출된 맵핑함수에 대응시켜 새로운 R, G, B 정보를 생성한다.

제2 변환부(60)는 맵핑함수에 의해 맵핑된 새로운 RGB 정보 즉, R', G', B' 영상신호를 입력받아 휘도신호와 색차신호로 역변환함으로써 출력 이미지를 생성한다.

도 2는 본 발명에 따른 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 제1 변환부(10)는 입력영상의 휘도신호(Y)와 색차신호(Cb, Cr)를 각 화소별 RGB 영상신호로 변환한다 (S210). 도 3은 제1 변환부에 의해 변환된 RGB 정보를 각 화소별로 도시한 도면이다.

이 때, 입력영상의 휘도신호와 색차신호를 R,G,B 영상신호로 변환하는 방법은 영상처리분야의 당업자에게 주지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 대표적인 변환방법으로 CCIR 권고안 601-1이 있으며, 이에 의하는 경우, 입력영상의 휘도신호와 색차신호로부터 R,G,B 영상신호를 변환하는 수식은 다음과 같다.

R = 1.00000Y + 1.40200Cr

G = 1.00000Y - 0.34414Cb - 0.71414Cr

B = 1.00000Y + 1.77200Cb

히스토그램 분포 추정부(20)는 제1 변환부(10)에서 제공된 RGB 각각의 영상에 대해 누적된 히스토그램(또는 Probability Density Function: PDF) 분포를 추정한다(S220). 달리 말하면, 히스토그램 분포 추정부(20)는 제1 변환부(10)에서 제공받은 R,G,B 값을 동일한 가중치로 각각 누적시켜 히스토그램 분포를 추정한다.

도 4는 히스토그램 분포 추정부에서 RGB 각각의 영상에 대해 누적된 히스토그램 분포를 추정하는 예를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 히스토그램 분포 추정부(20)에서 추정되는 히스트로그램 분포는 다음 수학식에 의해 산출된다.

수학식 1에서, k는 픽셀값이고, p[]는 확률밀도함수(PDF) 즉, 히스토그램 분포를 말한다.

블랙 영역 및 화이트 영역 산출부(30)는 히스토그램 추정부(20)에서 추정된 히스토그램 분포를 이용하여 픽셀값이 0으로 스트레칭되는 블랙 영역과, 픽셀값이 255로 스트레칭되는 화이트 영역을 각각 산출한다(S230).

도 5는 추정된 히스토그램 분포 상에서 블랙영역과 화이트 영역을 각각 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 블랙 영역(70)과 화이트 영역(80)은 각각 전체 히스토그램 분포 면적의 대략 1.5 퍼센트 내지 1.6 퍼센트를 차지하도록 산출된다. 이하에서는 블랙 영역(70)의 경계값을 최대 블랙값(Max_Black)이라 정의하고, 화이트 영역(80)의 경계값을 최소 화이트값 (Min_White)이라 정의한다.

맵핑함수 산출부(40)는 블랙 영역의 최대값인 최대 블랙값과 화이트 영역의 최소값인 최소 화이트값 및 복수의 소정 문턱치(TH1, TH2)에 기초하여 맵핑함수(Mapping Function)를 산출한다 (S240). 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 맵핑함수를 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 제1 문턱치(TH1)는 최대 블랙값(Max-Black)보다 큰 임의의 값이며, 제2 문턱치(TH2)는 최소 화이트값(Min_White)보다 작은 임의의 값이다. 또한, 제1 문턱치 (TH1) 및 제2 문턱치(TH2)는 사용자의 조작 에 의해 변할 수 있는 파라미터이다.

실험적으로 제1 문턱치(TH1) 및 제2 문턱치(TH2)가 각각 100 및 192의 그레이 레벨을 갖도록 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제1 문턱치(TH1) 및 제2 문턱치(TH2)가 최적으로 설정되면, 다양한 입력영상에 대해 과도한 색상 및 밝기 왜곡이 없으며, 인간의 시각에 부담을 주지않는 이미지가 출력될 수 있도록 맵핑함수가 만들어진다.

맵핑부(50)는 제1 변환부(10)에서 제공된 R,G,B 정보를 매핑함수 산출부(40)에서 산출된 맵핑함수에 대응시켜, 맵핑된 R, G, B 정보를 생성한다(S250). 이하에서는 맵핑부(50)에서 생성된 R,G,B 정보를 각각 R', B', G'라 한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

수학식 2에서, (i,j)는 각 픽셀의 x좌표 및 y좌표를 나타내며, MF[]는 맵핑함수, R'(i,j), G'(i,j), B'(i,j)는 맵핑함수에 의해 변환된 R,G,B 정보를 나타낸다.

제2 변환부(60)는 매핑함수에 의해 매핑된 새로운 RGB 정보 즉, R', G', B' 영상신호를 입력받아 휘도신호와 색차신호로 역변환함으로써 출력 이미지를 생성한다(S260).

이 역변환 과정은 제1 변환부에서 설명한 바와 마찬가지로 영상처리분야의 당업자에게 주지된 기술이며, 대표적인 변환방법인 CCIR 권고안 601-1에 의할 때, 다음과 같은 수식으로 표현할 수 있다.

Y = 0.29900R + 0.58700G + 0.11400B

Cb = - 0.16874R - 0.33126G + 0.50000B

Cr = 0.50000R - 0.41869G - 0.08131B

이와 같은 방식에 의해 어두운 부분을 나타내는 계조와 밝은 부분을 나타내는 계조를 스트레칭함으로써 영상의 명암비가 향상된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 영상신호의 어두운 부분을 표현하는 계조와 밝은 부분을 표현하는 계조를 신장시켜 영상의 명암비(contrast)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 단순히 영상의 휘도 정보만을 이용하여 블랙/화이트 스트레칭을 수행하는 종래의 방법과 달리, 입력영상의 RGB 정보를 이용하여 블랙/화이트 스트레칭을 수행함으로써 원색 계열의 영상에서 나타나는 색상의 왜곡을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발 명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위에 있게 된다.

Claims

입력영상의 휘도값(Y)과 색차값(Cb, Cr)을 각 화소별 R,G,B 값으로 변환하는 제1 변환부;

상기 R,G,B 값을 동일한 가중치로 각각 누적시켜 히스토그램 분포를 추정하는 히스토그램 분포 추정부;

상기 R,G,B 값을 상기 히스토그램 분포에 기초하여 생성된 소정 맵핑함수(Mapping Function)에 맵핑시켜, 맵핑되는 변환 R,G,B 값을 출력하는 맵핑부; 및

상기 맵핑부로부터 제공된 상기 변환 R,G,B 값을 휘도신호와 색차신호로 역변환하여 출력 이미지를 생성하는 제2 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템.
제1항에 있어서,

상기 히스토그램 분포를 이용하여 픽셀값이 0으로 스트레칭되는 블랙 영역과, 픽셀값이 255로 스트레칭되는 화이트 영역을 각각 산출하는 블랙 영역 및 화이트 영역 산출부; 및

상기 블랙 영역의 최대값과 상기 화이트 영역의 최소값 및 복수의 소정 문턱 치에 기초하여 상기 맵핑함수를 산출하는 맵핑함수 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템.
제2항에 있어서,

상기 블랙 영역 및 상기 화이트 영역은,

각각 전체 히스토그램 분포 면적의 대략 1.5 퍼센트 내지 1.6 퍼센트를 차지하는 것을 특징으로 하는 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템.
제2항에 있어서, 상기 복수의 소정 문턱치는,

상기 블랙 영역의 최대값과 상기 화이트 영역의 최소값 사이의 소정 값을 가지며, 사용자의 조작에 의해 변경가능한 것을 특징으로 하는 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 시스템.
입력영상의 휘도값(Y)과 색차값(Cb, Cr)을 각 화소별 R,G,B 값으로 변환하는 제1 변환단계;

상기 R,G,B 값을 동일한 가중치로 각각 누적시켜 히스토그램 분포를 추정하는 히스토그램 분포 추정단계;

상기 R,G,B 값을 상기 히스토그램 분포에 기초하여 생성된 소정 맵핑함수(Mapping Function)에 맵핑시켜, 맵핑되는 변환 R,G,B 값을 출력하는 맵핑단계; 및

상기 변환 R,G,B 값을 휘도신호와 색차신호로 역변환하여 출력 이미지를 생 성하는 제2 변환단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 방법.
제5항에 있어서,

상기 히스토그램 분포를 이용하여 픽셀값이 0으로 스트레칭되는 블랙 영역과, 픽셀값이 255로 스트레칭되는 화이트 영역을 각각 산출하는 블랙 영역 및 화이트 영역 산출단계; 및

상기 블랙 영역의 최대값과 상기 화이트 영역의 최소값 및 복수의 소정 문턱치에 기초하여 상기 맵핑함수를 산출하는 맵핑함수 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 방법.
제6항에 있어서, 상기 블랙 영역 및 상기 화이트 영역은,

각각 전체 히스토그램 분포 면적의 대략 1.5 퍼센트 내지 1.6 퍼센트를 차지하는 것을 특징으로 하는 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 방법.
제6항에 있어서, 상기 복수의 소정 문턱치는,

상기 블랙 영역의 최대값과 상기 화이트 영역의 최소값 사이의 소정 값을 가지며, 사용자의 조작에 의해 변경가능한 것을 특징으로 하는 영상의 RGB 정보를 이용한 블랙/화이트 스트레칭 방법.