KR20080095943A - 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상의 압축 방법 및 장치 - Google Patents

영역 분할 기법을 이용한 요소 영상의 압축 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

영역 분할 기법을 이용한 요소 영상의 압축 방법 및 장치가 개시된다. 요소 영상 압축 장치가 영역 분할 기법을 적용하여 요소 영상을 압축하는 방법에 있어서, 3차원 객체로부터 렌즈 어레이를 통하여 서로 다른 시차를 가지는 요소 영상을 획득하는 단계; 상기 획득된 요소 영상을 유사 상관도에 따라 복수의 유사한 영상을 가진 유사 영역으로 분할하는 단계; 상기 각각의 유사 영역에 포함된 영상을 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 단계; 및 상기 재배열되어 생성된 1차원 요소 영상 배열을 압축하는 단계를 포함하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 객체로부터 획득된 요소 영상들의 지역적 유사도를 고려하여 분할 압축함으로써 기존의 압축 방식과 비교할 때, 향상된 압축 효율을 보인다.
3차원 디스플레이, 집적 영상, 요소 영상, 영역 분할, 압축

Description

영역 분할 기법을 이용한 요소 영상의 압축 방법 및 장치 {Apparatus for compressing elementary images using divisional areas and Method thereof}
도 1은 집적 영상 3D 디스플레이 방식의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 집적 영상 방식에서 3차원 객체로부터 요소 영상을 획득하기 위한 광학적 장치를 도시한 도면.
도 3a은 집적 영상 방식에서 렌즈와 객체의 거리가 1cm인 경우 획득된 영상을 도시한 도면.
도 3b은 집적 영상 방식에서 렌즈와 객체의 거리가 3cm인 경우 획득된 영상을 도시한 도면.
도 3c은 집적 영상 방식에서 렌즈와 객체의 거리가 6cm인 경우 획득된 영상을 도시한 도면.
도 3d은 집적 영상 방식에서 렌즈와 객체의 거리가 9cm인 경우 획득된 영상을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 영역 분할 기법을 적용하여 제안한 압축 방법을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 영역 분할 기법을 적용하는 압축 장치의 블 록 구성도.
도 6a는 집적 영상 방식에서 기존의 단순 회전 스캔 방식을 나타내는 도면.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 4영역으로 분할된 요소 영상의 스캔 방식을 나타내는 도면.
도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 4영역으로 분할된 요소 영상의 스캔 방식을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 9영역으로 분할된 요소 영상의 스캔 방식을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 3차원 객체 102: CCD 카메라
104: 렌즈 어레이 106: 렌즈 어레이로 구성된 렌즈 판
122: 재생된 이미지 124: 디스플레이 패널
200: 렌즈 어레이와 3차원 객체 사이의 거리
502: 영상 입력부 504: 영상 처리부
506: 영상 재배열부 508: 영상 압축부
본 발명은 영상에 대한 압축 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 3차원 집적 영상에서 요소 영상에 대한 압축 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 3차원 영상과 영상 재생 기술에 관한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 디스플레이를 주도하게 될 것으로 예상되고 있다. 현재 이에 따른 국내외 학계와 산업계를 중심으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 3차원 영상은 2차원 영상 보다 실감 있고 자연스러우며 보다 인간이 느끼는 현실에 가까워 3차원 영상에 대한 수요가 증가하고 있다.
3차원 영상 재생 기술은 관측자에게 평면 이미지가 아니라 입체감 있고 실감 있는 3차원 입체 영상을 느낄 수 있도록 입체 영상을 표시하는 기술이다. 현재 3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법에는 스테레오스코피(stereoscopy), 홀로그래피 (holography), 집적영상(integral imaging) 기법 등 여러 가지 기술이 연구 개발되고 있다.
스테레오스코피 방식은 인간시각 장치(human visual system)을 모방한 방식이다. 스테레오스코피 방식은 좌ㆍ우 양쪽 눈에 대응되는 영상을 구분하여 각각 입력시키는 방식이다. 즉, 스테레오스코피 방식은 영상을 좌안시 영상과 우안시 영상으로 분리한 후 편광 액정판으로 된 안경을 장착한 관측자의 좌안과 우안으로 각각 입사시켜 입체 영상을 느끼게 하는 방식이다. 스테레오스코피 방식은 좌ㆍ우 영상을 이용하여 스테레오 시차를 통해 입체감을 느끼게 하는 가장 단순한 구조의 방식이다.
그러나 스테레오스코피 방식은 일반적으로 수평시차로 제한된다. 또한, 스테레오스코피 방식은 양안에 들어오는 두 영상의 시차와 인간의 초점 기능 사이의 차이에 의해 어지러움 및 눈의 피로감을 느끼게 한다. 따라서 스테레오스코피 방식은 장시간의 입체 영상 재생 장치로써 사용이 크게 제한되고 있다.
홀로그래피 방식은 홀로그래피에 광원을 비추면 관측자는 홀로그래피의 전면으로부터 일정한 거리를 두고 떨어져 홀로그래피를 바라보면서 허상의 입체 영상을 관측하게 된다. 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 똑같은 입체 영상을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 인간이 피로감이 없이 3차원 영상을 느끼는 가장 이상적인 방식이라고 알려져 있다.
그러나 홀로그래피 방식은 암실에서 레이저를 이용하여 홀로그램을 합성해야 할 뿐만 아니라 사용하는 광원이 제한적이고 먼 거리의 객체를 표현하는데 문제점을 가지고 있다. 또한, 홀로그래피 방식은 기존 방식의 과도한 정보량으로 인하여 실시간적 전송 및 영상 재생이 어려워 실질적인 응용이 크게 제한되고 있다.
집적 영상 방식은 Lippmann에 의해 1908년에 처음 제안되었다. 그 후, 집적 영상 방식은 차세대 3차원 영상 재생 기술로 연구되어 왔으나, 그 동안 별 주목을 받지 못하였다. 그러나 집적 영상 방식은 최근 액정 표시 장치(Liquid Crystal Digital; LCD)와 같은 평면 재생 장치 및 이미지 센서(Charge Coupled Device; CCD)와 같은 고해상 영상검출 장치의 개발로 다시 큰 주목을 받고 있다.
일반적으로 집적 영상 기술은 크게 영상 획득 단계(픽업)와 영상 재생 단계 로 나뉘어 진다. 영상 획득 단계(픽업)는 이미지 센서와 같은 2차원 감지기와 렌즈 어레이로 구성되며, 이때 3차원 객체는 렌즈 어레이 앞에 위치한다. 그러면 3차원 객체의 다양한 영상정보들이 렌즈 어레이를 통과한 후 2차원 감지기에 저장된다. 이때 저장된 영상은 요소 영상으로서 3차원 재생을 위해 이용된다. 이후 집적 영상 기술의 영상 재생 단계는 영상 획득 단계(픽업)의 역과정으로, 액정 표시 장치와 같은 영상 재생 장치와 렌즈 어레이로 구성된다. 여기서, 영상 획득 과정(픽업)에서 얻은 요소 영상은 영상 재생 장치에 표시되고, 요소 영상의 영상 정보는 렌즈 어레이를 통과하여 공간상에 3차원 영상으로 재생되게 된다.
영상 획득 과정(픽업)에서, 3차원 객체로부터 명암과 방향 정보를 포함하는 영상 정보가 공간적으로 렌즈 어레이 상에 획득되고, 획득된 영상 정보는 2차원 이미지 센서를 사용하여 요소 영상 배열로서 광학적으로 저장된다. 저장된 요소 영상 배열은 영상 재생 장치에 표시되고, 요소 영상의 영상 정보는 렌즈 어레이를 통과하여 공간상에 3차원 영상으로 재생되게 된다.
이러한 집적 영상 기술에서, 높은 해상도의 3차원 이미지들은 많은 수의 요소 영상들로 구성된 렌즈 어레이를 통하여 나타난다. 하지만, 증가된 요소영상의 수는 거대한 양의 데이터를 만들어 내고, 이것은 원활한 정보 전송에도 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해서 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상의 압축 방법 및 장치를 제시한다.
또한, 본 발명은 픽업 조건에서 요소 영상의 이미지 특성에 따른 압축률의 변화를 줄이기 위하여, 영역 분할을 사용한 압축 기법을 제시한다.
또한, 본 발명은 렌즈 어레이로부터의 위치에 따른 3차원 객체들로부터 픽업된 요소 영상들의 유사도를 고려하여 향상된 압축 효율을 제공하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상의 압축 방법 및 장치를 제시한다.
본 발명은 집적 영상 기술에서 요소 영상을 효율적으로 압축함으로써, 압축 시간 및 정보 전송 시간을 줄일 수 있는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상의 압축 방법 및 장치를 제시한다.
본 발명이 제시하는 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면 요소 영상 압축 장치가 영역 분할 기법을 적용하여 요소 영상을 압축하는 방법에 있어서, 3차원 객체로부터 렌즈 어레이를 통하여 서로 다른 시차를 가지는 요소 영상을 획득하는 단계; 상기 획득된 요소 영상을 유사 상관도에 따라 복수의 유사한 영상을 가진 유사 영역으로 분할하는 단계; 상기 각각의 유사 영역에 포함된 영상을 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 단계; 및 상기 재배열되어 생성된 1차원 요소 영상 배열을 압축하는 단계를 포함하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법을 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 유사 상관도는
Figure 112007031443512-PAT00001
또는
Figure 112007031443512-PAT00002
에 의해 산출되는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법을 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 영역별 압축 단계에서 영역별 압축하는 방식은 GIF, TIFF, JPEG, M-JPEG, MPEC, H.261 및 H.263 중 어느 하나의 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법을 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 재배열 단계에서, 상기 유사 영역에 포함된 영상을 영역별로 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법을 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 유사 영역별 재배열 방법은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법을 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 재배열 단계에서, 상기 영상 재배열 방법은 제1 유사 영역에서 1차원 요소 영상 배열로 재배열한 후 상기 제1 유사 영역과 인접한 제2 유사 영역에서 1차원 요소 영상 배열로 재배열하되, 상기 제1 유사 영역 및 상기 제2 유사 영역을 포함하는 유사 영역들간 재배열 방법은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법을 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 또는 제2 유사 영역별 재배열 방법은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법을 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 요소 영상 압축 장치가 영역 분할 기법을 적용하여 요소 영상을 압축하는 장치에 있어서, 3차원 객체로부터 렌즈 어레이를 통하여 서로 다른 시차를 가지는 요소 영상을 획득하는 영상 입력부; 상기 획득된 요소 영상을 유사 상관도에 따라 복수의 유사한 영상을 가진 유사 영역으로 분할하는 영상 처리부; 상기 각각의 유사 영역에 포함된 영상을 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 영상 재배열부; 및 상기 재배열되어 생성된 1차원 요소 영상 배열을 압축하는 영상 압축부를 포함하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치를 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 처리부는
Figure 112007031443512-PAT00003
또는
Figure 112007031443512-PAT00004
중 어느 하나에 의해 산출되는 값을 이용하여 복수의 유사한 영상을 가진 유사 영역으로 분할하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치를 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 압축부는 GIF, TIFF, JPEG, M-JPEG, MPEC, H.261 및 H.263 중 어느 하나의 압축 방식을 사용하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치를 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 재배열부는 상기 유사 영역에 포함된 영상을 영역별로 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치를 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 유사 영역별 재배열은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치를 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 재배열부는 제1 유사 영역에서 1차원 요소 영상 배열로 재배열한 후 상기 제1 유사 영역과 인접한 제2 유사 영역에서 1차원 요소 영상 배열로 재배열하되, 상기 제1 유사 영역 및 상기 제2 유사 영역을 포함하는 유사 영역들은 유사 영역 간에 회전 스캔 방식으로 하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치를 제시할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 또는 제2 유사 영역별 재배열은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치를 제시할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 집적 영상 3D 디스플레이 방식의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 집적 영상은 도 1에서와 같이 픽업 및 재생의 두 단계로 이루어 진다. 픽업 단계는, 3차원 객체(100)로부터 기본 렌즈(104)를 이용하여 각 기본 렌즈(104)의 위치에 대해 다른 시차를 가지는 요소 영상을 획득하는 단계이다. 여기서, 다른 시차를 가지는 요소 영상은 3차원 객체(100)의 서로 다른 시점으로부터 획득된 영상을 의미한다.
픽업 단계에서는 3차원 객체(100)로부터 서로 다른 시차를 가지는 요소 영상을 추출할 수 있도록 기본 렌즈(104)가 1차원 또는 2차원으로 배열된 렌즈 어레 이(106)로 구성된 렌즈 판을 사용한다. 픽업시에는 3차원 객체를 여러 방향에서 바라본 서로 다른 영상들이 렌즈 어레이(106)를 통하여 요소영상 형태로 저장된다.
재생 과정에서는 이들 요소 영상들이 렌즈 어레이(106)를 통하여 3차원 영상으로 집적되게 된다. 픽업된 요소 영상들은 디스플레이에 이용되기 전 적절한 신호 변환 과정을 거치게 된다.
도 2는 집적 영상 방식에서 3차원 객체(100)로부터 요소 영상을 획득하기 위한 광학적 장치를 도시한 도면이다. 일반적인 집적 영상 기술에서는 렌즈 어레이(106)를 이용하여 3차원 영상을 획득한다. 도 2에서 알 수 있듯이 렌즈 어레이(106)를 이용한 영상 획득 방식은 기본 렌즈(104)의 연속적인 어레이를 이용하여 각 기본 렌즈(104)의 위치에 대하여 다른 시차를 가지는 요소 영상을 획득하는 방식이다.
요소 영상의 획득을 위해, 렌즈 어레이(106)는 3차원 객체의 앞에 위치하게 된다. 요소 영상은 획득된 렌즈 어레이(106)를 통해 카메라, 예를 들면 CCD 카메라(102)로 획득된다. 3차원 객체(100)에 대한 영상들이 CCD 카메라(102)에 저장된다. 요소 영상은 렌즈 어레이(106)로부터 3차원 객체의 위치, 밝기, 렌즈 어레이(106)의 사양과 같은 다양한 픽업 조건에 따라 다르게 획득된다. 여기서 3차원 객체(100)와 렌즈 어레이(106)의 거리(200)는 Z라고 정의한다. 이하에서는 Z의 변화에 따라서 획득된 다양한 요소 영상에 대해 살펴본다.
도 3a 내지 3d 는 집적 영상 방식에서 렌즈와 객체의 거리(Z) 변화에 따라 획득된 영상을 도시한 도면이다. 3차원 객체(100)의 렌즈 어레이(106)로부터의 거리(200)에 대한 변화는 요소 영상 간 유사도의 변화를 야기한다. 유사도는 각 요소별 획득된 영상의 유사한 정도를 의미한다.
도 3a 내지 3d는 집적 영상 방식에서 렌즈와 객체의 거리가 각각 1cm, 3cm, 6cm, 9cm인 경우 획득된 영상을 도시한 도면들이다.
요소 영상은 도 3a에서와 같이 3차원 객체(100)가 렌즈 어레이(106)에 가까이 위치할 때, 요소 영상들 사이에 유사도가 줄어드는 것을 관찰할 수 있다. 반면에 도 3d에서와 같이 3차원 객체(100)가 렌즈 어레이(106)로부터 멀리 위치할 때, 요소 영상 배열은 3차원 객체(100)가 작게 축소 된 것처럼 보인다. 이 경우에, 요소 영상들 사이에는 3차원 객체(100)가 유사하게 보이므로 보다 큰 유사도가 형성된다.
도 3a 내지 3d 를 살펴보면, 요소 영상 배열은 렌즈 어레이(106)로부터 3차원 객체의 다양한 위치에 따라 각각 다른 유사도를 가지게 된다. 요소 영상 배열에서 이러한 유사도를 확인하기 위하여, 상술한 유사도를 수치화한 것을 유사 상관도(CQ 또는 ACQ)라고 정의한다.
유사 상관도 중 CQ(Correlation quality)는 아래 수학식 (1)과 같이 정의된다. 요소 영상 배열에 포함된 복수의 요소 영상은 동영상 또는 정지 영상 압축을 위한 스캔 방식에 의해 1차원 요소 영상 배열로 재배열된다. 요소 영상들의 배열 중 두 개의 영상들은 Ei와ERGEFORMATINET Ej로 정의되고, 각 영상들은 M*N 개의 픽셀들로 설정된다. 이때 두 요소 영상들 사이에 유사 상관도는 다음과 같이 정의된다. 여기서 m과 n은 집적 영상에 포함된 요소 영상의 좌표이다.
Figure 112007031443512-PAT00005
(1)
또한, 유사 상관도 중 ACQ(Average correlation quality)는 CQ의 평균값을 이용하여 전체의 요소 영상들(P)에 대한 평균 유사 상관도를 나타내며, 다음과 같은 수학식 (2)에 의해 정의된다.
Figure 112007031443512-PAT00006
(2)
도 3a 내지 3d의 영상들에 적용되어 각각의 요소 영상 배열에 대해 계산된 평균 유사 상관도(ACQ)는 아래 <표 1>와 같다. 도 3a 내지 3d의 영상들을 살펴보면 거리가 멀어질수록 렌즈 어레이에 맺힌 영상들이 유사한 모습을 띄는 것을 알 수 있고, 이를 수치화하여 계산한 <표 1>의 데이터를 살펴보면, 분할전 요소 영상의 거리(Z) 변화에 따른 ACQ값은 거리가 멀어질수록 높아짐을 알 수 있다. 또한 요소 영상을 각각 분할하여, 분할 된 영역별로 ACQ를 측정한 데이터를 살펴볼 때 거리(Z)값이 동일한 경우에도 분할전 요소 영상 배열보다 더 높은 수치를 띄는 것을 알 수 있다.
표1. 거리(Z)에 따른 평균 유사 상관도(ACQ) 값
거리 1cm 3cm 6cm 9cm
분할전 요소 영상 0.6381 0.6070 0.7957 0.8640
분할된 요소 영상 0.6515 0.7327 0.8760 0.9057
이와 같이 ACQ는 3차원 객체의 렌즈 어레이(106)로부터 거리가 멀수록 증가하게 되고, 요소 영상을 분할한 영역별로 계산해 본 경우 그 수치가 더 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 요소 영상들은 유사한 영상을 가진 유사 영역들로 구분되고, 영역 분할은 요소 영상들 사이에 유사도를 높여주게 되어 높은 평균 유사 상관도(ACQ) 값을 도출하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 영역 분할 기법을 적용하여 제안한 압축 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 살펴보면, (a) 3차원 객체로부터 초기 영상을 획득하는 단계, (b) 획득된 초기 영상을 유사한 영상을 가진 영역으로 분할된 단계, (c) 분할된 유사한 영상을 가진 영역을 1차원 요소 영상 배열로 재배열 하는 단계 및 (d) 재배열되어 생성된 1차원 요소 영상 배열을 압축하는 단계를 나타낸다.
(a) 단계에서 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치는 3차원 객체로부터 렌즈 어레이를 통해 요소 영상을 획득한다. 획득된 초기 영상(400)을 살펴보면, 복수개의 기본렌즈에서 획득된 요소 영상이 명암이나 형태 등에서 차이가 나는 것을 알 수 있다. 제1영역(분할후 412 영역)은 3차원 객체의 축소된 영상이 주로 맺히게 되고 제2영역(분할후 414 영역)및 제4영역(분할후 418 영역)은 어두운 부분으로 영상이 거의 나타나지 않는다. 제3영역(분할후 416)은 영상이 확대되어 밝고 노란빛의 영상이 맺히는 것을 볼 수 있다.
(b) 단계에서는 (a) 단계에서 획득된 영상을 유사한 영상을 가지는 영역으로 분할하는 단계이다. 살펴본바와 같이 4개의 유사 영역군으로 분할하였다(412 내지 418). 여기서 분할하는 경계선의 모양과 분할되는 영역의 수는 획득된 기초 영상을 토대로 최적으로 정해질 수 있으며, 특정 경계나 수에 한정되지 않는다.
(c) 단계에서는 분할된 4개의 유사 영역을 각각 1차원 요소 영상 배열로 재배열 한다(422 내지 428). 여기서 영상 재배열 방법은 스캔 방식에 따라 달라질 수 있으며, 이는 후술한다.
(d) 단계에서는 1차원으로 재배열된 요소 영상 배열은 압축한다. 여기서 영상 압축 방식은 GIF, TIFF, JPEG, M-JPEG, MPEC, H.261 및 H.263 중 어느 하나의 방식이 될 수 있다.
JPEG(Joint Photographic Coding Experts Group)는 사진 등의 정지화상을 통신에 사용하기 위해서 압축하는 기술의 표준이다. 이미지를 만드는 사람이 이미지의 화질과 파일의 크기를 조절할 수 있다.
GIF(Graphics interchange Format)은 이미지의 전송을 빠르게 하기 위하여 압축 저장하는 방식 중 하나이다. JPEG파일에 비해 압축률은 떨어지지만 전송 속도는 빠르고, 이미지의 손상을 적게 한다. TIFF(Tagged Image File Format)는 일종의 이미지 저장 포멧으로 사용자가 고쳐서 쓸 수 있는 유연함을 가진다.
M-JPEG(Moving JPEG) 은 동영상을 압축하기 위한 압축 기술의 표준이고, MPEC(Moving Picture Experts Group)은 동영상을 압축하고 코드로 표현하는 방법의 표준을 만드는 것을 목적으로 하는 동화상 전문가 그룹이다. 이러한 영상 압축 기 술에 대한 종류로는 MPEG1, MPEG2, MPEG3, MPEG4, MPEG7, MPEG21 등이 있다.
각각의 압축 방식은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하며, 본 발명에 의한 압축 기술은 상기 열거된 바에 한정되지 않는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 영역 분할 기법을 적용하는 압축 장치의 블록 구성도이다. 본 발명에 따른 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치는 영상입력부(502), 영상 처리부(504), 영상 재배열부(506), 영상 압축부(508)를 포함한다.
영상 입력부(502)는 3차원 객체로부터 렌즈 어레이를 통하여 요소 영상을 획득하기 위한 장치이다. 즉, 영상 입력부(502)는 잠자리 눈처럼 렌즈 어레이로 구성된 렌즈 판을 통해서 3차원 객체가 각각의 렌즈 어레이를 통해 맺힌 복수개의 시점의 축소된 2차원 영상들을 획득한다.
영상 처리부(504)는 획득된 요소 영상을 상술한 유사 상관도에 따라 유사한 영상을 가진 영역으로 분할한다. 여기서 유사 상관도는 CQ 또는 ACQ 가 될 수 있고, 분할로 생성되는 영역의 수는 제한 받지 않으며, 최적의 선택은 요소 영상 배열의 유사도를 고려하여 결정될 수 있다.
영상 재배열부(506)은 압축과정에 들어가기 전에 분할된 요소 영상 배열을 1차원의 요소 영상 배열로 재배열한다. 여기서 분할된 요소 영상에 적용할 새로운 배열 스캔 방식이 적용되며, 이는 후술한다.
영상 압축부(508)에서는 영상 재배열부에서 재배열되어 생성된 1차원 요소 영상 배열을 압축한다.
도 6a 내지 6c는 요소 영상의 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 6a는 집적 영상 방식에서 기존의 단순 회전 스캔 방식을 나타내고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 4영역으로 분할된 요소 영상의 스캔 방식(이하 분할 회전 스캔 방법 1이라 함)을 나타내는 도면이다. 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 4영역으로 분할된 요소 영상의 또 다른 스캔 방식(이하 분할 회전 스캔 방법 2이라 함)을 나타내는 도면이다.
기존의 스캔 방식에는 수직 스캔 방식, 수평 스캔 방식, 경사 스캔 방식, 회전 스캔 방식 등이 있었다. 수직 및 수평 스캔 방식은 평형 스캔 방식 중 하나로 일 모서리에서 수평 내지 수직 선을 따라 스캔을 수행하는 것이고, 경사 스캔 방식은 일 모서리에서 대각선으로 스캔을 수행하는 것이다. 회전 스캔 방식은 중앙에서 가장자리로 뻗어나가는 발산형 회전 스캔 방식과 가장자리에서 중앙으로 모여드는 수렴형 스캔 방식이 있다. 본 발명의 실시예에 적용되는 유사 영역별로 1차원 요소 영상을 재배열하는 방식에는 상술한 다양한 스캔 방식들이 적용될 수 있다.
여기서, 랜덤의 영상을 기초로 상기 스캔 방식 별로 실험을 수행한 결과 회전형 스캔 방식이 가장 효율적이다. 이 결과는 본 발명의 출원시 이미 공지된 기술이므로, 본 발명의 이해와 설명의 편의를 도모하기 위하여, 본 발명의 요지와 관련이 없는 부분에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하 도 6a 및 도 6b는 가장 효율적인 스캔 방법인 회전 스캔 방식에 대해서 본 발명을 적용한 일 실시예이다. 도 6a를 살펴보면, 기존의 방식으로서 단순 회전 스캔 방식을 나타낸다. 회전 스캔 방식은 압축 영상의 가운데부터 시작하여 거리가 가까운 셀로 진행하면서 압축하는 방식으로 중심부에서 회전하듯이 진행(400)하게 되어 기존의 방식 중에 가장 효과적인 압축 효율을 보였다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 분할 회전 스캔 방법 1을 나타내는 것으로 유사한 영역을 가진 영역별로 분할된 4영역(412, 414, 416, 418)에서 독립적으로 각각 회전 스캔 방식을 적용하는 것이다.
도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분할 회전 스캔 방법 2로 상기 영역별 회전 스캔 방식1의 변형된 형태이고, 여기서는 요소 영상들 사이에 가장 가까운 거리의 요소 영상들 순으로 스캔이 이루어진다. 즉, 4개의 분할된 영역중 영역1(412)의 중심부에서 회전 스캔이 이루어지고 영역1(412)의 회전스캔이 끝나는 지점에서 가장 가까운 거리에 존재하는 영역2(414)의 중심부로 스캔이 이동하여 진행된다. 상기 순서로 영역1(412)에서 영역4(418)까지의 회전 스캔이 진행된다.
즉, 유사 영역 간에 회전 스캔 방식이 적용되어 전체적으로 보아 영역별로 또 다른 회전 스캔이 진행된다. 이는 도 7에서 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 9영역으로 분할된 요소 영상의 스캔 방식을 나타내는 도면이다.
분할되어 생성된 영역이 9영역인 경우 분할된 영역간의 거리가 차이가 나게 된다. 이경우 상기 영역별로 회전스캔이 진행되고 전체적으로도 회전스캔을 진행하 게 된다. 스캔순서는 영역1(702) -> 영역2(704) -> 영역3(706) -> 영역4(708) -> 영역5(710) -> 영역6(712) -> 영역7(714) -> 영역8(716) -> 영역9(718)로 진행된다. 즉 영역별로 보아 또 다른 회전스캔을 수행하게 되는 것을 알 수 있다. 위와 같이 가장 가까운 거리에 존재하는 영역부터 스캔 방식을 적용하면 더 효율적인 압축이 수행될 수 있다.
이와 같이, 각각의 분할된 요소 영상 배열은 상술한 대로 회전 방식을 사용하여 1차원 적으로 재배열된다. 이러한 요소 영상들의 배열은 압축 알고리즘을 사용하여 압축을 시도하게 된다. 특히 표준 MPEG-4 압축 알고리즘을 사용할 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상의 압축 방법 및 장치를 개념도 및 블록 구성도로 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 요소 영상의 압축 방법에 따라 산출된 실험 결과를 압축 효율성 측면에서 살펴본다.
요소 영상의 정도를 보기 위하여 압축의 효율은 두 가지 단위로 계산한다. 하나는 압축률(Compression rate)이고, 다른 하나는 PSNR(Peak-to-peak Siginal to noise ratio)이다. 압축률(r)은 다음과 같이 정의(3)된다.
Figure 112007031443512-PAT00007
(3)
PSNR은 다음과 같이 정의(4)된다.
Figure 112007031443512-PAT00008
(4)
P는 한 픽셀의 최대값을 말한다; Io는 원 영상을 의미하고; Iu는 복호된 영상을 의미한다. 또한 SAD(Sum of absolute differences)는 다음과 같이 정의(5)된다.
Figure 112007031443512-PAT00009
(5)
여기서, It는 현재의 요소 영상들을 말하고, It-1은 예측된 요소 영상들을 의미한다. (dx,dy)는 (x,y)로부터의 움직임 벡터를 의미한다.
상기 분할 회전 스캔 방법에 따른 압축 기법을 실험하기 위하여, 도 1과 같은 픽업 장치 조건에서 다양한 거리에서 다양한 3차원 객체로 요소 영상들을 획득했다. 이 실험에서 '주사위'와 '나무'가 사용되었다. 렌즈 어레이(106)는 주사위와 나무의 앞에 위치하고, 렌즈를 통과하는 광 정보는 CCD카메라를 통하여 획득된다. '나무'의 크기는 3cm4.5cm1.8cm이고, '주사위'의 크기는 1.2cm1.2cm2cm이다.
분할 회전 스캔 방법에 따른 압축 기법에서, 얼마나 많은 블록들이 요소 영상 배열에서 분할되어야 하는가가 중요하다. 왜냐하면, 그 수가 압축 효율과 관련 이 있기 때문이다. 주어진 요소 영상 배열에서 최적의 분할 영역의 수를 아는 것은 최고의 압축 효율을 얻는 방법이다. 그러므로 분할 수를 알기 위한 최적의 선택은 요소 영상 배열의 지역적 유사도를 고려하여 결정될 수 있다. 상기 실험에서 보인 요소 영상 배열을 위해, 2*2개의 분할 수가 제안된 기법의 효용성을 증명하기 위해 사용되었다. 획득된 요소 영상 배열은 4영역으로 구분되고 도 5b 내지 5c 에서 보인 것과 같은 스캔 방식을 사용하여 재배열한다. 재배열된 요소 영상들은 표준 MPEG-4 압축 알고리즘을 통하여 압축된다. 하기 <표 2>는 MPEG-4를 사용할 경우, 각 요소영상의 PSNR과 압축률을 보인다.
표 2. 인테그럴 이미징 기술(집적 영상 기술)의 압축방법에 따른 실험 결과
JPEG 기존회전 스캔방법 분할회전 스캔방법1 분할회전 스캔방법2
나무 (Z=1cm) R 17.478 33.174 35.375 36.314
PNSR 39.22 39.02 38.84 38.83
나무(Z=5.5cm), 주사위(Z=4cm) R 19.6 40.277 41.927 44.089
PNSR 39.52 39.44 39.38 39.10
주사위(Z=1cm), 나무(Z=5cm) R 14.331 28.739 29.672 30.870
PNSR 39.22 37.90 37.99 37.97
압축률을 비교하기 위하여 JPEG를 사용하였을 경우의 실험결과를 보인다. MPEG-4를 사용할 경우 JPEG를 사용하였을 경우보다 급격히 향상된 결과를 보인다. 제안된 기법이 적용될 때, 분할 회전 스캔 방법 2가 압축률에 있어서 가장 높은 수치를 보인다. 분할 회전 스캔 방법은 기존의 단순 회전 스캔 방법과 비교했을 때, 보기 렌즈 어레이(106)로부터 1cm 떨어진 '나무'만 사용하여 획득한 영상 의 경우는 9.47%의 향상을 보였고, 렌즈 어레이(106)로부터 각각 '나무'는 5.5cm, '주사위'는 4cm 떨어진 위치에서 획득한 영상의 경우는, 9.46%의 향상을 보였고, 주사위 가 렌즈 어레이(106)로부터 1cm 떨어져 있고, 나무가 5cm 떨어진 위치에서 획득한 영상 경우는 7.42%의 향상을 보였다. 상기 <표 2>의 결과로부터, 집적 영상에서의 요소 영상 배열에 대한 제안된 압축 기법은 영역 분할을 사용한 요소 영상 배열에 대한 향상된 유사도 때문에 향상된 압축 효율을 보인다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법 및 장치는 지역적 위치에 따른 3차원 객체로부터 획득된 요소 영상들의 지역적 유사도를 고려하여 영역을 분할하여 압축함으로써 기존의 압축 방식과 비교할 때, 향상된 압축 효율을 보인다. 제안된 압축 기법은 기존의 방식에 비하여 약 9%의 압축률 향상을 보인다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명 및 그 균등물의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 요소 영상 압축 장치가 영역 분할 기법을 적용하여 요소 영상을 압축하는 방법에 있어서,
    3차원 객체로부터 렌즈 어레이를 통하여 서로 다른 시차를 가지는 요소 영상을 획득하는 단계;
    상기 획득된 요소 영상을 유사 상관도에 따라 복수의 유사한 영상을 가진 유사 영역으로 분할하는 단계;
    상기 각각의 유사 영역에 포함된 영상을 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 단계; 및
    상기 재배열되어 생성된 1차원 요소 영상 배열을 압축하는 단계를 포함하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유사 상관도는
    Figure 112007031443512-PAT00010
    에 의해 산출되는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유사 상관도는
    Figure 112007031443512-PAT00011
    에 의해 산출되는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 영역별 압축 단계에서,
    영역별 압축하는 방식은 GIF, TIFF, JPEG, M-JPEG, MPEC, H.261 및 H.263 중 어느 하나의 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 재배열 단계에서,
    상기 유사 영역에 포함된 영상을 영역별로 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유사 영역별 재배열 방법은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 재배열 단계에서,
    상기 영상 재배열 방법은 제1 유사 영역에서 1차원 요소 영상 배열로 재배열한 후 상기 제1 유사 영역과 인접한 제2 유사 영역에서 1차원 요소 영상 배열로 재배열하되,
    상기 유사 영역들간 재배열 방법은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 유사 영역별 재배열 방법은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 방법.
  9. 요소 영상 압축 장치가 영역 분할 기법을 적용하여 요소 영상을 압축하는 장 치에 있어서,
    3차원 객체로부터 렌즈 어레이를 통하여 서로 다른 시차를 가지는 요소 영상을 획득하는 영상 입력부;
    상기 획득된 요소 영상을 유사 상관도에 따라 복수의 유사한 영상을 가진 유사 영역으로 분할하는 영상 처리부;
    상기 각각의 유사 영역에 포함된 영상을 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 영상 재배열부; 및
    상기 재배열되어 생성된 1차원 요소 영상 배열을 압축하는 영상 압축부를 포함하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 영상 처리부는
    Figure 112007031443512-PAT00012
    또는
    Figure 112007031443512-PAT00013
    중 어느 하나에 의해 산출되는 값을 이용하여 복수의 유사한 영상을 가진 유사 영역으로 분할하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 영상 압축부는 GIF, TIFF, JPEG, M-JPEG, MPEC, H.261 및 H.263 중 어느 하나의 압축 방식을 사용하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 영상 재배열부는 상기 유사 영역에 포함된 영상을 영역별로 1차원 요소 영상 배열로 재배열하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 유사 영역별 재배열은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 영상 재배열부는 제1 유사 영역에서 1차원 요소 영상 배열로 재배열한 후 상기 제1 유사 영역과 인접한 제2 유사 영역에서 1차원 요소 영상 배열로 재배열하되,
    상기 제1 유사 영역 및 상기 제2 유사 영역을 포함하는 유사 영역들은 유사 영역 간에 회전 스캔 방식으로 하는 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 유사 영역별 재배열은 회전 스캔 방식인 영역 분할 기법을 이용한 영역 분할 기법을 이용한 요소 영상 압축 장치.
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