KR20070076131A - 디지털 카메라에서 이미지 개선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 카메라에서 이미지 개선 방법에 관한 것으로, 특히 휘도신호의 평균값에 따라 밝기를 보정하는 것에 관한 것이다.

본 발명은 화상처리부에 소프트웨어적인 이미지 처리 과정을 추가함으로서 어두운 이미지일 경우 전체 이미지를 밝게 해주고, 어두울 경우에는 밝게 보정하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 이미지 개선 방법은 영상신호가 입력되면 휘도신호의 평균값을 구하는 단계; 상기 평균값에 따라 감마값을 결정하는 단계; 상기 감마에 따라 휘도 신호를 보정하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

디지털 카메라, 이미지 개선, 휘도 보정, 휘도 평균

Description

디지털 카메라에서 이미지 개선 방법{Mothod for improving image quality in digital camera}

도 1은 종래 기술에 따른 디지털 카메라의 구성도

도 2는 본 발명의 실시에 따른 이미지를 개선하기 위한 전체 흐름도

도 3은 본 발명의 실시에 따른 감마값을 설정하기 위한 흐름도

도 4는 본 발명의 실시에 따른 감마값을 설정하기 위해 휘도값을 분류한 일 실시예

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 렌즈부 2 : 센서

3 : 아날로그 디지털 변환기 4 : 이미지 처리부

5 : 이미지 압축부 6 : 메모리부

7 : 이미지 복호부 8 : RGB변환부

9 : 표시부 10 : 전처리부

11 : 후처리부

본 발명은 디지털 카메라에서 촬영된 영상의 이미지 개선 방법에 관한 것으로, 특히 미리 정의한 감마 테이블을 사용하여 입력된 이미지를 향상시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디지털 카메라에서의 이미지 프로세싱은 센서를 통해 캡쳐 된 이미지를 하드웨어적으로 구현된 샤픈필터(sharpen filter)와 블러필터(blur filter)를 적용하여 이미지 향상을 시킨다.

각 필터를 적용하기 위해서는 이미지 데이터를 공간적 도메인에서 주파수 영역으로 변환한 후 샤픈 필터와 블러 필터를 적용한다. 샤픈 필터는 고역통과필터(Frequency high pass filter), 블러 필터는 저역통과필터(Frequency low pass filter)로 동작한다.

샤픈필터(Frequency high pass filter)는 고주파수 영역, 즉 에지부분을 통과 시켜 이미지를 좀더 선명하게 만들어주고 블러필터(Frequency low pass filter)는 저주파수 영역, 즉 평이한 부분을 통과 시켜 이미지를 부드럽게 만들어주며 노이즈를 감소시켜주는 역할을 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 디지털 카메라에서 영상데이터를 처리하는 과정을 대략적으로 도시한 개략도이다.

도 1을 참조하여 종래의 기술에 따른 디지털 카메라에서 영상데이터를 처리하는 과정을 살펴본다.

카메라의 렌즈부(1)는 피사체에서 반사된 빛이 센서(2)에 들어가기 전에 센서(2)로 입력되는 빛의 양을 조절한다.

그리고, 센서(2)는 렌즈부(1)를 통해 들어온 영상의 R, G, B의 밝기와 컬러값을 전기적인 신호로 변환한다. 아날로그/디지털 변환기(ADC)(3)에서는 센서(2)에서 출력되는 연속적인 아날로그 영상신호를 0과 1의 디지털 영상데이터로 변환한다.

여기서, 디지털 영상데이터의 색표현 방식으로 영상데이터를 밝기(Luminace)와 색상(Chrominance)성분으로 분리하여 컬러를 표현하는 YUV 또는 YCbCr 방식이 사용된다. 만일, 상기 ADC3)에 의해서 영상신호의 RGB 값이 주어진 경우 YUV 값은,

Y = 0.3R + 0.59G + 0.11B

U = (B-Y) ×0.493

V = (R-Y) ×0.877

로 주어진다.

한편, YCbCr 방식은 JPEG 및 MPEG 에서 사용되는 색 표현방식으로, 색을 밝기(Luminance)인 Y성분과 색상 (Chrominance)인 Cb와 Cr성분으로 구분한다. 만일, RGB 값이 주어졌을 경우, YCbCr 값은

Y = 0.3R + 0.59G + 0.11B

Cb = ((B-Y)/2) + 0.5

Cr = ((R-Y)/1.6) + 0.5

로 주어진다.

상기 RGB 값에서 YUV 또는 YCbCr 방식으로 변환하는 식의 계수값 및 상수값은 약간의 차이가 있을 수 있다.

이미지 처리부(4)는 원 데이터에 대하여 샤픈 필터와 블러필터를 가감하여 이미지 처리를 한다.

이미지 압축부(5)는 아날로그/디지털 변환기(3)에서 변환된 디지털 영상데이터를 압축해서 저장이 용이하도록 만든다. 이 때, 데이터의 압축 형식은 JPEG 방식을 포함한 MPEG 및 기타 방식으로 압축될 수 있다. 또한, 메모리부(6)에서는 이미지 압축부(5)에서 압축된 디지털 영상데이터를 저장한다.

또한, 메모리부(6)에 저장된 압축된 디지털 영상데이터는, 이미지 복호부에서 YUV 방식의 영상데이터로 변환(7)되고, 다시 RGB 방식의 영상데이터로 변환된 후(8), LCD 등의 표시부(9)에 영상이 표시된다.

여기서, 디지털 영상데이터를 압축하기 전에 처리하는 과정을 전처리(10)라 하고, 디지털 영상데이터를 압축한 후에 처리하는 과정을 후처리(11)라 한다.

종래의 디지털 카메라의 이미지처리부(4), 즉 전처리 과정에서 화질을 부드럽게 하고 선명하게 하기 위해서 샤픈필터와 블러필터를 사용하였다. 이러한 이미지 처리는 하드웨어로 처리되기 때문에 빠르게 처리되며 노이즈를 제거할 수 있는 장점이 있지만, 후처리 과정(11)에서 보정 과정이 없어 사진이 전체적으로 어둡게 찍히거나, 밝게 찍히는 경우는 보정을 할 수 없는 문제점이 있다.

즉, 노출이 적거나 많아 사용자가 원하지 않은 이미지를 얻을 수 있으므로 소프트웨어적으로 보정과정을 추가할 필요가 있는 것이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 후처리 과정에 이미지 보 정 단계를 추가하여 휘도 신호에 따라 이미지를 보정함으로써 보다 선명한 화질을 제공하는 디지털 카메라의 이미지 처리 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이미지 디코딩 후 YUV 중 이미지의 밝기(Contrast)를 나타내는 휘도신호값(Y)에 대한 평균값을 구하고, 그 값에 따라 감마값을 설정함으로써 사용자의 조작이 없더라고 자동으로 휘도신호를 보정하여 이미지를 개선하기 위한 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 디지컬 카메라에서 이미지 개선 방법은

영상 신호가 입력되면 휘도신호의 평균값을 구하는 단계;

상기 평균값에 따라 감마값을 결정하는 단계;

상기 감마에 따라 휘도 신호를 보정하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 감마값은 휘도 신호의 평균값에 따라 미리 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 휘도 신호를 보정하는 단계는 픽셀의 휘도값에 상기 감마값의 역수승으로 변환하여 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 감마값을 설정하는 단계는,

임의의 데이터를 수집하여 RGB값을 YUV로 변환하는 단계;

상기 YUV값 중에서 휘도 신호의 평균값을 구하는 단계;

상기 평균값을 정규화하는 단계;

상기 정규화된 값을 분류하는 단계;

상기 분류된 범위에 따라 감마 값을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 분류하는 단계는 휘도신호 값과 휘도신호와 적색신호의 차 값과의 관계를 이용하여 분류하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 분류하는 단계는 정규화값이 낮은 값, 중간 값, 높은 값의 3가지로 분류하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 영상 신호는 JPEG 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 영상 신호는 복호화된 영상 신호인 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 종래의 디지털 카메라에서 이미지 복호부(7) 다음에 즉 후처리 과정(11)에 이미지 처리 과정을 추가한 것이다.

도 2는 본 발명의 실시에 따른 이미지 처리과정을 나타낸것이다.

화상 복호화(Decoding)가 끝난 후 YUV 데이터가 입력되면(S210) 휘도 신호의 평균 값을 구한다(S220). 그 다음 상기 휘도 신호의 평균값에 따라 미리 정의된 테이블을 적용하여 감마값을 결정(S230)한다. 상기 감마값을 가지고 휘도 신호에 멱변환(power-law transformation)을 적용한다(S240). 멱 변환식은 수학식 1과 같다.

상기 수학식 1에서 c는 상수값이며, 픽셀의 휘도값이며 γ는 상기 관계를 설명하는 멱성분이며, r은 이미지의 픽셀값이다. 상기 수학식 1에 의해 설명되어 있는 변환을 일반적으로 감마보정이라고 한다.

일반적으로 감마보정은 실제 영상의 화소가 가지는 휘도와 CRT등의 디스플레이 소자의 특성에 따라 디스플레이되는 휘도값이 일정하지 않고, 휘도가 선형적으로 대응되지 않기 때문에 이를 보정하기 위하여 사용되는 것이다. 그러나 본 발명에서는 디스플레이 소자의 특성과는 상관없이 영상 신호 자체 화소의 휘도값에 따라 밝기를 보정하기 위해 사용하였다. 이렇게 변환함으로써, 원래 이미지가 어두운 이미지일 경우에는 전체 색을 밝게 해주고 밝은 이미지일 경우에는 어둡게 해줄 수 있다. 즉 본 발명에서 사용하는 감마보정은 영상 신호 자체의 밝기를 보정하는 것으로 일반적으로 사용되는 감마 보정과는 목적 및 효과가 상이하다.

마지막으로, 상기 수학식 1에 의한 결과값을 RGB로 변환하여 출력한다(S250).

도 3은 상기 감마값을 미리 설정하는 흐름도를 나타낸다. 도 3을 참조하여 감마값을 설정과는 과정을 상세히 설명한다.

먼저 임의의 데이터 값을 수집(S310)하여 RGB값을 YUV값으로 변환한다(S320). 그리고 상기 휘도 신호값에 대한 평균값을 구하고(S330) 정규화한다 (S340). 정규화 후 낮은 값(어두운 이미지), 중간값(적정 이미지), 높은값(밝은 이미지)의 3그룹으로 분류한다(S350). X축을 휘도 신호 Y축을 휘도 신호와 적색신호의 차(U)로 설정해서 그래프를 그리면 도 4와 같이 분류된다. 휘도 신호가 사람 눈에 제일 민감하고 그 다음 U신호가 민감하므로 상기와 같이 설정한다. 상기 분류된 그룹에 따라 감마를 설정한다(S360). 예를 들어, 아래 표 1과 같이 어두운 이미지인 경우는 전체 색을 밝게 해주기 위해서 감마 값을 작게 설정하고(0.25미만) 적정 이미지일 경우 약간의 색 보정을 위하여 1에 가까운 감마값을 설정하고(0.25이상~1.2미만) 밝은 이미지의 경우 어둡게 해주기 위하여 큰 값을(1.2이상~1.5미만)설정해준다.

휘도	어두움	적정	밝음
감마값	0.25 미만	0.25~1.2	1.2~1.5

상기와 같이 휘도에 따른 감마값을 미리 설정하여 둠으로써, 촬영된 이미지에 따라 감마값을 보정하여 향상된 이미지를 얻을 수 있는 것이다.

상기에서는 휘도를 3단계로 분류하여 그에 따라 감마값을 설정하는 것을 실시예로 설명하였지만, 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지로 치환 및 변경이 가능하다.

본 발명에서 제안한 이미지 개선 방법에 의하면 촬영된 이미지의 밝기에 따라 미리 정의된 테이블의 감마값을 이용하여 향상된 이미지를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에서 제안한 이미지 개선 방법에 의하면 너무 어둡거나 밝은 곳 에서 촬영하는 경우에도 사용자가 별도의 조작이 없더라도 자동으로 휘도를 보정함으로써 개선된 이미지를 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 디지털 카메라에 있어서,

   영상 신호가 입력되면 휘도신호의 평균값을 구하는 단계;

   상기 평균값에 따라 감마값을 결정하는 단계;

   상기 감마에 따라 휘도 신호를 보정하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 개선 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 감마값은 휘도 신호의 평균값에 따라 미리 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 개선 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 휘도 신호를 보정하는 단계는 픽셀의 휘도값에 상기 감마값의 역수승으로 변환하여 보정하는 것을 특징으로 하는 이미지 개선 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 감마값을 설정하는 단계는,

   임의의 데이터를 수집하여 RGB값을 YUV로 변환하는 단계;

   상기 YUV값 중에서 휘도 신호의 평균값을 구하는 단계;

   상기 평균값을 정규화하는 단계;

   상기 정규화된 값을 분류하는 단계;

   상기 분류된 범위에 따라 감마 값을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으 로 하는 이미지 개선 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 분류하는 단계는 휘도신호 값과 휘도신호와 적색신호의 차 값과의 관계를 이용하여 분류하는 것을 특징으로 하는 이미지 개선 방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 분류하는 단계는 정규화값이 낮은 값, 중간 값, 높은 값의 3가지로 분류하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 개선 방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 영상 신호는 JPEG 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 개선 방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 영상 신호는 복호화된 영상 신호인 것을 특징으로 하는 이미지 개선 방법.

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