KR20100067408A - 피부색 보정 방법 및 장치, 이를 이용한 디지털 촬영 장치 - Google Patents

피부색 보정 방법 및 장치, 이를 이용한 디지털 촬영 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피부색 보정 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 피부색 보정 방법은 RGB 컬러공간에 있는 피부색 분포를 PCA 공간에 투영하여 피부색 분포를 매우 밀도 있게 해주고 난 후, PCA 공간에 투영된 컬러 분포의 룩업 테이블을 이용하여 더욱 정확한 피부 영역을 검출하고, 이를 기초로 전체 영상에서 피부색 영역을 정확히 찾게 해 줌으로서 피부색 보정을 효율적으로 수행할 수 있다.
피부색, 보정, PCA

Description

피부색 보정 방법 및 장치, 이를 이용한 디지털 촬영 장치{Method and apparatus for correcting skin color, and digital photographing apparatus using thereof}
본 발명은 영상 처리에 관한 것으로, 더 상세하게는 획득한 얼굴 영상에서 피부색을 효과적으로 보정하기 위한 피부색 보정 방법 및 장치, 이를 이용한 디지털 촬영 장치에 관한 것이다.
디지털 장치의 발전과 더불어 영상작업은 아날로그에서 디지털로 빠르게 전환되고 있다. 디지털 카메라, 디지털 캠코더 등 디지털 방식으로 촬영하여 영상을 저장하는 장치들이 디지털로 저장된 영상을 인간의 시각적 인지성과 만족성을 충족시킬 수 있도록 하는 연구가 진행중이다.
디지털 카메라와 디지털 캠코더와 같이 영상을 포착하여 저장하는 장치에서 사람의 얼굴 또는 피부의 색인 피부색은 사람의 시선을 가장 먼저 끄는 요소 중의 하나이다. 따라서, 피부색을 적절히 변환하는 것은 디지털 영상 장치의 기능을 향상시키는 요소 중 하나이다. 디지털 영상 장치 외에도, 디지털 영상을 더욱 자연스럽게 변환하는 소프트웨어 또는 하드웨어에 있어서도 피부색의 변환은 중요하다.
그런데 캡쳐 또는 포착된 영상의 피부색을 자연스러운 피부색으로 변환하기 위해서는 사람의 피부에 해당하는 색에 대해서 피부색을 적용하고, 사람의 피부와 유사한 색을 가지지만 피부는 아닌 배경 또는 다른 사물의 색에 대해서는 변환과정을 거치지 않도록 하는 것이 필요하다.
얼굴 피부 보정 기술은 디지털 카메라 또는 스캐너로부터 들어온 영상에서 얼굴 검출을 수행하고, 피부 샘플을 추출한다. 그리고 추출한 피부 샘플로부터 피부색 룩업 테이블(Lookup table)을 구성하고, 피부색 룩업 테이블을 이용하여 전체 영상에서 피부색영역을 찾아서, 검출된 피부영역에 대해 피부색을 보정해 준다. 효과적인 피부색 보정을 하기 위해서는 피부보정을 수행할 피부영역에 대한 정확한 정보가 필요하다. 이와 관련한 종래 기술에 대해 살펴보면 다음과 같다.
일본공개특허 2005-168882호는 입력 영상으로부터 인물의 피부색상을 추출하고, 추출된 피부색을 이용하여 색 히스토그램(histogram)을 생성한다. 색 히스토그램으로부터 색 파라미터에 해당되는 평균값과 표준편차 값을 구하고, 이들 파라미터를 이용하여 피부 영역을 검출한다.
일본공개특허 2000-221302호는 입력된 영상으로부터 얼굴영역을 지정하고, 지정된 얼굴영역의 데이터로부터 평균색상을 구한다. RGB 컬러 공간에 구성된 얼굴 영역 평균색상 데이터를 YCC로 변환한 후, C1과 C2로 이루어진 새로운 룩업 테이블을 구성한다. 구성된 룩업 테이블을 이용하여 피부 영역을 검출하여 피부보정을 수행한다.
전자의 경우는 룩업 테이블을 생성하기 위해서 RGB 컬러 모델을 이용하지만, RGB 컬러 공간에서의 피부색은 조명 변화에 매우 민감하기 때문에 룩업 테이블의 피부색 분포가 조밀하지 못하고, 매우 넓게 퍼진다. 따라서 이러한 룩업 테이블을 이용하여 피부영역을 검출하게 되면, 피부영역이 아닌 다른 부분에 대해서도 피부영역으로 검출되는 현상이 발생한다.
후자의 경우는 YCC 컬러 공간을 이용하지만, 이를 통한 피부색 영역 추출도 정확하지 못하다.
피부색 보정을 위해, 입력 영상에서 얼굴 영역을 검출하고, 검출된 얼굴영역으로부터 피부샘플을 추출한다. 피부 색상은 조명변화에 매우 민감하기 때문에 기존의 컬러 룩업 테이블을 사용하게 되면 피부 영역을 정확하게 찾지 못하는 문제점이 발생한다. 따라서, 부정확한 피부 영역 검출로 인하여 피부색 보정 역시 만족할만한 결과를 얻지 못한다.
본 발명은 전술한 종래의 피부색 보정을 위한 피부색 영역 추출의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 피부색 분포를 주성분 분석을 통한 PCA(Principal Components Analysis) 공간의 피부색 분포로 변환하여 피부 영역만을 정확히 검출하여 피부색을 보정하는 피부색 보정 방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 이를 이용한 디지털 촬영 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한, 상기 피부색 보정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 피부색 보정 방법은 입력 영상으로부터 얼굴 영역을 검출하는 단계; 상기 검출한 얼굴 영역에서 피부색 정보를 추출하는 단계; 상기 추출한 피부색 정보의 주성분을 분석하여 PCA(Principal Component Analysis) 공간으로 투영하는 단계; 및 상기 투영한 피부색 정보에 따라 상기 입력 영상의 피부색을 보정하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 투영 단계는 상기 얼굴 영역에서 피부색 영역만을 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 방법은 상기 투영 결과를 기초로 룩업 테이블을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 보정 단계는 상기 룩업 테이블의 피부색 정보에 따라 상 기 입력 영상의 피부색을 보정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 투영 단계는 피부색의 훈련 영상을 이용하여 상기 PCA 공간의 축들을 계산하는 단계를 더 포함하고,
상기 계산한 PCA 공간의 축들 중 주축을 제외한 나머지 축상으로 상기 추출한 피부색 정보를 투영하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 주축은 상기 계산한 PCA공간의 축들 중 고유값이 가장 큰 값인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 투영 단계는 3차원의 추출한 피부색 정보를 상기 주성분 분석을 통해 계산된 PCA 변환행렬을 이용하여 2차원의 피부색 정보로 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 룩업 테이블은 상기 2차원의 피부색 정보로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 보정 단계는 상기 2차원의 피부색 정보를 기초로 상기 입력 영상에서 피부 영역을 분할하는 단계; 상기 분할한 피부 영역에서 피부 보정 영역을 지정하는 단계; 및 상기 피부 보정 영역에 대해 소정의 피부색 보정 처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 피부색 정보는 RGB, HIS, YIQ, YCC 컬러 모델 중 하나의 피부색 정보인 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피부색 보정 장치는 입력 영상으로부터 얼굴 영역을 검출하는 얼굴 영역 검출부; 상 기 검출한 얼굴 영역에서 피부색 정보를 추출하는 피부색 추출부; 상기 추출한 피부색 정보의 주성분을 분석하여 PCA(Principal Component Analysis) 공간으로 투영하는 주성분 분석부; 및 상기 투영한 피부색 정보에 따라 상기 입력 영상의 피부색을 보정하는 피부색 보정부를 포함한다.
바람직하게, 상기 주성분 분석부는 상기 얼굴 영역에서 피부색 영역만을 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 장치는 상기 투영 결과를 기초로 룩업 테이블을 생성하는 룩업 테이블 생성부를 더 포함하고,
상기 피부색 보정부는 상기 룩업 테이블의 피부색 정보에 따라 상기 입력 영상의 피부색을 보정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 주성분 분석부는 피부색의 훈련 영상을 이용하여 상기 PCA 공간의 축들을 계산하고, 상기 계산한 PCA 공간의 축들 중 주축을 제외한 나머지 축상으로 상기 추출한 피부색 정보를 투영하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 주축은 상기 계산한 PCA공간의 축들 중 고유값이 가장 큰 값인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 주성분 분석부는 3차원의 추출한 피부색 정보를 상기 주성분 분석을 통해 계산된 PCA변환행렬을 이용하여 2차원의 피부색 정보로 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 룩업 테이블은 상기 2차원의 피부색 정보로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 피부색 보정부는 상기 2차원의 피부색 정보를 기초로 상기 입력 영상에서 피부 영역을 분할하는 피부 영역 분할부; 상기 분할한 피부 영역에서 피부 보정 영역을 지정하는 피부 보정 영역 지정부; 및 상기 피부 보정 영역에 대해 소정의 피부색 보정 처리를 수행하는 피부색 보정 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 피부색 정보는 RGB, HIS, YIQ, YCC 컬러 모델 중 하나의 피부색 정보인 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 상기 피부색 보정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 상기 피부색 보정 장치를 포함하는 디지털 촬영 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 피부색 보정 방법은 RGB 컬러공간에 있는 피부색 분포를 PCA 공간에 투영하여 피부색 분포를 매우 밀도 있게 해주고 난 후, PCA 공간에 투영된 컬러 분포의 룩업 테이블을 이용하여 더욱 정확한 피부 영역을 검출하고, 이를 기초로 전체 영상에서 피부색 영역을 정확히 찾게 해 줌으로서 피부색 보정을 효율적으로 수행할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 촬영 장치(100)의 블록도이다. 또한, 도 1과 함께 설명할 도 2는 상기 디지털 촬영 장치의 디지털 신호 처리부(70)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1에 도시된 바에 따르면, 디지털 촬영 장치(100)는 광학부(10), 광학 구동부(11), 촬상소자(15), 촬상소자 제어부(16), 조작부(20), 프로그램 저장부(30), 버퍼 저장부(40), 데이터 저장부(50), 표시 제어부(60), 데이터 구동부(61), 주사 구동부(63), 표시부(65) 및 디지털 신호 처리부(DSP, 70)를 포함한다.
광학부(10)는 피사체로부터의 광학 신호가 입력되어 촬상 소자(13)로 제공한다. 광학부(10)는 초점 거리(focal length)에 따라 화각이 좁아지거나 또는 넓어지도록 제어하는 줌 렌즈 및 피사체의 초점을 맞추는 포커스 렌즈 등 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 광학부(10)는 광량을 조절하는 조리개를 더 포함할 수 있다.
광학 구동부(11)는 렌즈의 위치, 조리개의 개폐 등을 조절한다. 렌즈의 위치를 이동시켜 초점을 맞출 수 있다. 또한, 조리개의 개폐를 조절하여 광량을 조절할 수 있다. 실시간으로 입력되는 영상 신호에 의해 자동으로 생성되는 제어 신호 또는 사용자의 조작에 의해 수동으로 입력되는 제어 신호에 따라 광학 구동부(11)가 광학부(10)를 제어할 수 있다.
광학부(10)를 투과한 광학 신호는 촬상 소자(15)의 수광면에 이르러 피사체의 상을 결상한다. 촬상 소자(15)는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 촬상소자(15)는 촬상소자 제어부(16)에 의해 감도 등이 조절될 수 있다. 촬상소자 제어부(16)도 실시간으로 입력되는 영상 신호에 의해 자동으로 생성되는 제어 신호 또는 사용자의 조작에 의해 수동으로 입력되는 제어 신호에 따라 촬상소자(15)를 제어할 수 있다.
조작부(20)는 사용자 등의 외부로부터의 제어 신호를 입력할 수 있는 곳이다. 조작부(20)는 정해진 시간 동안 촬상 소자(15)를 빛에 노출하여 사진을 촬영하는 셔터-릴리즈 신호를 입력하는 셔터-릴리즈 버튼, 전원을 공급하기 위해 입력하는 전원 버튼, 입력에 따라 화각을 넓어지게 하거나 화각을 좁아지게 하는 광각-줌 버튼 및 망원-줌 버튼과, 문자 입력 또는 촬영 모드, 재생 모드 등의 모드 선택, 화이트 밸런스 설정 기능 선택, 노출 설정 기능 선택 등의 다양한 기능 버튼들이 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 사용자는 조작부(20)를 통해 촬영한 이미 지의 피부색을 보정할 수 있는 피부색 보정 모드를 선택할 수 있다.
조작부(20)는 상기와 같이 다양한 버튼의 형태를 가질 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 키보드, 터치 패드, 터치 스크린, 리모트 컨트롤러 등과 같이 사용자가 입력할 수 있는 어떠한 형태로 구현되어도 무방하다.
또한, 디지털 촬영 장치(100)는 이를 구동하는 운영 시스템, 응용 시스템 등의 프로그램을 저장하는 프로그램 저장부(30), 연산 수행 중에 필요한 데이터 또는 결과 데이터들을 임시로 저장하는 버퍼 저장부(40), 영상 신호를 포함하는 이미지 파일을 비롯하여 프로그램에 필요한 다양한 정보들을 저장하는 데이터 저장부(50)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 버퍼 저장부(40)는 촬영한 이미지의 피부색 샘플 데이터를 저장한 RGB 룩업 테이블과 피부색 샘플 데이터를 주성분 분석을 통해 PCA공간으로 변환하여 작성된 룩업 테이블을 저장한다.
아울러, 디지털 촬영 장치(100)는 이의 동작 상태 또는 디지털 촬영 장치(100)에서 촬영한 이미지 정보를 표시하도록 제어하는 표시 제어부(60), 표시 제어부(60)로부터 입력되어 표시 데이터를 전달하는 데이터 구동부(61)와 주사 구동부(63), 데이터 구동부(61)와 주사 구동부(63)로부터 입력되는 신호에 따라 소정 영상을 표시하는 표시부(65)를 포함한다. 표시부(65)는 액정 디스플레이 패널(LCD), 유기 발광 디스플레이 패널(OLED), 전기 영동 디스플레이 패널(EDD) 등으로 이루어질 수 있다.
그리고 디지털 촬영 장치(100)는 입력되는 영상 신호를 처리하고, 이에 따라 또는 외부 입력 신호에 따라 각 구성부들을 제어하는 디지털 신호 처리부(70)를 포함한다.
디지털 신호 처리부(70)에 관하여 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 디지털 신호 처리부(70)는 제어부(71), 영상 신호 처리부(72), 얼굴 영역 검출부(73), 피부색 추출부(74), 주성분 분석부(75), 룩업 테이블 생성부(76) 및 피부색 보정부(77)를 포함한다.
제어부(71)는 디지털 신호 처리부(70)의 전반적인 동작을 제어한다.
영상 신호 처리부(72)는 촬상 소자(15)로부터 입력된 영상 신호를 디지털 신호로 변환하고, 사람의 시각에 맞게 영상 신호를 변환하도록 감마 컬렉션(Gamma Correction), 색필터 배열보간(color filter array interpolation), 색 매트릭스(color matrix), 색보정(color correction), 색 향상(color enhancement) 등의 영상 신호 처리를 수행한다.
또한, 영상 신호 처리부(72)는 그 기능이 설정된 경우 오토화이트밸런스(Auto White Balance)나 오토익스포저(Auto Exposure) 알고리즘을 수행할 수 있다. 또한, 영상 데이터를 스케일러를 이용하여 그 크기를 조절하며, 압축하여 소정 형식의 이미지 파일을 형성한다. 반대로 이미지 파일의 압축을 해제하기도 한다. 영상 신호 처리부(72)는 사진 촬영 전 라이브-뷰 모드에서 실시간으로 입력되는 영상 신호와 셔터-릴리즈 신호에 의해 입력된 영상 신호에 대해 상기와 같은 영상 신호 처리들을 행할 수 있다. 이때, 상기 영상 신호들 각각에 대해 다른 영상 신호 처리가 행해질 수 있다.
얼굴 영역 검출부(73)는 영상 신호 처리부(72)를 통해 영상 처리된 영상에서 얼굴 영역을 검출한다. 얼굴 영역 검출은 입력된 영상에서 어느 위치에 얼굴이 있는지를 검출한다. 얼굴 영역 검출부(73)는 미리 기억된 얼굴의 특징 데이터와 입력된 영상 데이터를 비교하여 입력된 영상 중에 얼굴의 특징 데이터가 있는지 여부를 인식하고, 얼굴 데이터가 있다고 판단되면 어느 위치에 그 얼굴의 화상 데이터가 있는지를 인식한다. 얼굴 영역 검출과 관련하여 많은 종래기술들이 존재하며, 아다부스팅(Adaboosting) 알고리즘, 피부색상 정보를 이용하여 얼굴 영역을 검출할 수도 있다.
피부색 추출부(74)는 검출한 얼굴 영역에서 피부색 정보를 추출한다. 여기서, 피부색 정보는 RGB, HIS, YIQ, YCC 컬러 모델의 색 정보를 포함한다. 즉, 촬상 소자(15)를 통해 입력된 RGB 컬러 데이터이거나, 또는 영상 신호 처리부(72)를 통해 HIS, YIQ, YCC 컬러 공간으로 변환된 피부색 정보일 수도 있다. 예를 들면 검출한 얼굴 영역에서 미리 학습된 피부색과 유사한 피부색을 추출한다. 이렇게 추출된 피부색은 RGB 컬러 공간에 넓게 분포되어 있다.
주성분 분석부(75)는 피부색 추출부(74)가 추출한 피부색 정보의 주성분을 분석하여 PCA(Principal Component Analysis) 공간으로 투영한다. 여기서, 일반적인 주성분 분석 방법은 다차원, 예를 들면 N 차원의 특징 벡터(feature vector)로 이루어진 데이터에 대해서, 최대한 원본의 정보를 유지하면서 낮은 차원, 예를 들면 K 차원으로 차원을 축소시켜 데이터를 처리하는 방법이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 주성분 분석부(75)는 RGB 컬러 공간에서는 피 부 영역이 아닌데도 불구하고 피부영역으로 간주되는 컬러 분포의 정보를 가지고 있는 영역을 제외하고 보다 밀집된 분포를 가지는 컬러 정보를 얻기 위해 PCA 공간으로 투영시킨다. 이를 위해, PCA 축들 중 주축, 즉 분산이 가장 큰 축을 제외한 나머지 축들로 투영함으로써 피부영역이 아닌 영역들을 제외하고 고유한 피부 영역만을 추출할 수 있다.
더 구체적으로, 도 3 내지 5를 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 3c는 종래의 RGB 컬러 분포를 이용한 피부색 영역 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 3c를 참조하면, 도 3a는 입력 영상, 피부색을 보정할 영상이다. 입력 영상에서 얼굴 영역(300)을 검출하고, 피부색 정보(310)를 추출한다. 피부색 정보(310)를 RGB 컬러 공간상에 나타내면 도 3b와 같은 컬러 분포를 나타낸다. RGB 컬러 공간의 피부색 컬러분포는 조명 변화로 인해 매우 넓게 퍼져 있기 때문에, 이러한 피부색 컬러 정보를 이용하여 전체 영상에서 피부 영역을 검출하게 되면, 도 3c와 같이 피부 영역이 아님에도 피부 영역으로 검출되는 경우가 발생한다. 이렇게 검출된 피부 영역에 대해 피부 보정을 수행하게 되면 실제 피부 영역이 아닌 부분에 대해 피부 보정 효과를 주게 되는 문제가 생긴다.
주성분 분석부(75)는 도 4a에 도시된 바와 같이, RGB 컬러 공간에 있는 피부색 컬러 분포를 PCA 공간으로 투영함으로써 도 4b와 같이 더욱 밀도 있는 피부색 분포를 얻는다. 이를 위해, 주성분 분석부(75)는 RGB 컬러 공간에 있는 피부색 컬 러 분포를 PCA 공간으로 투영하기 위해, PCA의 3개 축(P1,P2,P3)에서 주축을 제외한 직교되는(Orthogonal) 나머지 두 개축(P2,P3)으로 투영해 줌으로써 도 4b와 같은 피부색 분포를 얻는다.
PCA공간의 컬러 분포를 구하기 위해, 다음 수학식 1을 이용하여 계산한다.
Figure 112008085405521-PAT00001
여기서, XRGB는 RGB 공간에 있는 피부색을 나타내고,XPCA는 PCA 공간에 투영된 피부색을 나타낸다. WPCA T는 PCA공간으로의 변환행렬을 나타내고, 서로 직교되는(Orthogonal) PCA축, P1,P2,P3을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 PCA축들 중 (P2,P3)를 선택한다. PCA 축은 피부색 분포에 대한 사전 훈련을 통하여 구할 수 있다. PCA 축을 구하는 것은 다음 수학식 2와 같다.
Figure 112008085405521-PAT00002
여기서, C는 피부색 훈련 영상의 RGB값에 대한 분산행렬(covariance matrix) 이고, P={P1, P2, P3}와 λ는 각각 고유벡터(eigenvector)와 고유값(eigenvalue)을 나타낸다. P는 각 해당 고유값의 크기가 큰 순으로 정렬한 것으로, P1이 고유값이 가장 큰 값으로 PCA축들 중 주축이다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 고유값과 고유벡터를 계산함으로써 PCA축을 구하지만, SVD(Singular Value Decomposition)에 의한 방법으로도 주성분을 구할 수 있음은 물론이다.
주성분 분석부(75)는 상기 수학식 1 및 2를 통해 RGB 컬러 공간에 있는 피부색 컬러 분포를, 도 4a 및 4b와 같이 PCA축 중에서 주축을 제외한 나머지 두 개의 PCA축, 즉 P2, P3로 투영한다. 그 결과, 도 4c와 같이 밀도 있는 피부색 컬러 분포로 구한다. 따라서, 주축이 아닌 비주축, 즉 분산이 가장 적은 축들로 투영함으로써 원 컬러 정보에서 피부 영역이 아닌 정보를 제외하고, 축소된 고유한 피부 영역에 대한 정보만 구할 수 있다.
도 5는 도 4c에 도시된 PCA 공간으로 투영된 피부색 컬러 분포를 이용하여 입력 영상에서 피부색 영역을 추출한 도면이다. 도 3c와 비교하면, 전체 영상 중에 피부 색상만을 정확히 검출한 것을 볼 수 있다. 즉, 투영된 데이터 분포가 넓게 퍼지게 되면　그만큼 많은 영역이 피부영역으로 간주되고 많은 영역이 피부 영역으로 검출되지만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도 4c에 도시된 PCA공간으로 투영된 조밀한 컬러 분포를 이용함으로써 고유한 살색 피부 영역만 을 효과적으로 추출할 수 있다.
룩업 테이블 생성부(76)는 주성분 분석부(75)를 통해 투영한 투영 결과를 기 초로 룩업 테이블을 생성한다. 즉, 도 4c에 도시된 PCA 공간의 피부색 정보를 기초로 룩업 테이블을 생성한다.
피부색 보정부(77)는 룩업 테이블에 저장된 피부색 정보에 따라 입력 영상의 피부색을 보정한다. 여기서, 피부색 보정부(77)의 구체적인 구성은 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6을 참조하면, 피부색 보정부(77)는 피부 영역 분할부(78), 피부 보정 영역 지정부(79) 및 피부색 보정 처리부(80)를 포함한다.
피부 영역 분할부(78)는 룩업 테이블에 저장된 2차원의 피부색 정보를 기초로 입력 영상에서 피부 영역을 분할한다. 여기서, 2차원의 피부색 정보는 PCA공간으로 투영된 피부색 정보이기 때문에, 입력 영상에서 2차원 피부색 정보와 동일하거나 유사한 피부색 정보를 갖는 영역만을 찾아서 분리한다. 따라서, 전체 영상에서 피부 영역이 아닌 부분을 제외하고 피부색 영역만을 정확하게 분할할 수 있다.
피부 보정 영역 지정부(79)는 피부 영역 분할부(78)가 분할한 피부 영역에서 피부 보정 영역을 지정한다. 분할한 피부색 영역 중 피부색 보정 처리를 수행할 영역을 지정한다. 이는 사용자의 선택 또는 설정에 의해 지정할 수 있다. 예를 들면 분할한 피부 영역을 표시해주면, 사용자의 터치에 의해 그 부분에 대한 피부색 보정 처리를 수행하도록 구성할 수도 있다.
피부색 보정 처리부(80)는 지정된 피부 보정 영역에 대해 피부색 보정 처리를 수행한다. 여기서, 피부색 보정 처리는 다양한 종래기술을 사용할 수 있다. 예를 들면 지정된 피부 영역에 대해, 원 피부색 보정, 채도 보정, 선호 피부색 보 정 등을 할 수 있다. 또한, 피부색 보정 처리부(80)의 기능은 영상 처리부(72)에서도 수행할 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 피부색 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 단계 700 및 702에서, 입력 영상으로부터 얼굴 영역을 검출한다. 단계 704에서, 얼굴 영역에서 피부색을 추출한다.
단계 706에서, 추출한 피부색 정보를 주성분 분석을 통해 PCA공간으로 투영함으로써 PCA공간의 피부색 정보로 변환한다. 여기서, 투영을 위한 PCA 축들은 주축을 제외한 나머지 서로 직교하는 축들을 이용함으로써 원 피부색 정보 중에서 분산이 큰 정보들은 제외하여 차원을 축소시킬 수 있다. 여기서, 분산이 큰 정보는 피부 영역이 아닌 부분의 컬러 정보를 의미한다. 따라서, 이러한 정보를 제외함으로써 정확하게 피부 영역만을 추출함으로써 효과적인 피부색 보정 처리를 수행할 수 있다.
단계 708에서, PCA 공간의 피부색 정보를 이용하여 룩업 테이블을 생성한다. 단계 710에서, 룩업 테이블에 저장된 피부색 정보를 이용하여 입력 영상에서 피부 영역을 분할한다. 단계 712에서, 분할한 피부 영역 중에서 피부색을 보정할 피부 보정 영역을 지정하고, 단계 714에서, 지정된 피부 보정 영역에 대한 적절한 피부색 보정 처리를 수행한다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 피부색 보정에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 입력 영상이고, 도 8b는 입력 영상의 얼굴 영역이다.
도 8c는 도 8a의 입력 영상을 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 피부색 보정 처리한 결과 영상이고, 도 8d는 도 8c의 얼굴 영역만을 추출한 결과 영상이다.
도 8b와 8d를 비교하면, 도 8d에 도시된 얼굴 영역이 도 8b에 비하여 더욱 깨끗하게 선명하다는 것을 알 수 있다. 즉, RGB 컬러 공간에 있는 피부색 분포를 PCA 공간에 투영하여 피부색 분포를 매우 밀도 있게 해주고 나서, 투영된 컬러 분포의 룩업 테이블을 이용하여 피부 영역을 검출함으로써 더욱 정확한 피부 영역을 검출할 수 있다. 따라서, 전체 영상에서 피부색 영역을 정확히 찾게 해 주고, 피부색 보정을 효율적으로 수행할 수 있다.
전술한 실시 예들은 본 발명이 적용될 수 있는 디지털 촬영 장치의 일예로서 디지털 카메라를 중심으로 기술하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명이 카메라 기능이 부가된 카메라폰, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player)에도 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 디지털 촬영 장치 외에도, 이미지 처리가 가능한 디바이스에도 모두 동일하게 적용할 수 있다.
한편, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 촬영 장치(100)의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디지털 신호 처리부(70)의 개략적인 블록도이다.
도 3a 내지 3c는 종래의 RGB 컬러 분포를 이용한 피부색 영역 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주성분 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 주성분 분석 방법을 이용한 피부색 영역 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 피부색 보정부(77)의 개략적인 블록도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 피부색 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 피부색 보정에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 디지털 촬영 장치 70: 디지털 신호 처리부
71: 제어부 72: 영상 신호 처리부
73: 얼굴 영역 검출부 74: 피부색 추출부
75: 주성분 분석부 76: 룩업 테이블 생성부
77: 피부색 보정부

Claims (20)

  1. 입력 영상으로부터 얼굴 영역을 검출하는 단계;
    상기 검출한 얼굴 영역에서 피부색 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출한 피부색 정보의 주성분을 분석하여 PCA(Principal Component Analysis) 공간으로 투영하는 단계; 및
    상기 투영한 피부색 정보에 따라 상기 입력 영상의 피부색을 보정하는 단계를 포함하는 피부색 보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 단계는,
    상기 얼굴 영역에서 피부색 영역만을 검출하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 투영 결과를 기초로 룩업 테이블을 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 보정 단계는,
    상기 룩업 테이블의 피부색 정보에 따라 상기 입력 영상의 피부색을 보정하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 투영 단계는,
    피부색의 훈련 영상을 이용하여 상기 PCA 공간의 축들을 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 계산한 PCA 공간의 축들 중 주축을 제외한 나머지 축상으로 상기 추출한 피부색 정보를 투영하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 주축은,
    상기 계산한 PCA공간의 축들 중 고유값이 가장 큰 값인 것을 특징으로 하는 피부색 보정 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 투영 단계는,
    3차원의 추출한 피부색 정보를 상기 주성분 분석을 통해 계산된 PCA변환행렬을 이용하여 2차원의 피부색 정보로 생성하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 룩업 테이블은,
    상기 2차원의 피부색 정보로 이루어진 것을 특징으로 하는 피부색 보정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보정 단계는,
    상기 2차원의 피부색 정보를 기초로 상기 입력 영상에서 피부 영역을 분할하는 단계;
    상기 분할한 피부 영역에서 피부 보정 영역을 지정하는 단계; 및
    상기 피부 보정 영역에 대해 소정의 피부색 보정 처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 피부색 정보는,
    RGB, HIS, YIQ, YCC 컬러 모델 중 하나의 피부색 정보인 것을 특징으로 하는 피부색 보정 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.
  11. 입력 영상으로부터 얼굴 영역을 검출하는 얼굴 영역 검출부;
    상기 검출한 얼굴 영역에서 피부색 정보를 추출하는 피부색 추출부;
    상기 추출한 피부색 정보의 주성분을 분석하여 PCA(Principal Component Analysis) 공간으로 투영하는 주성분 분석부; 및
    상기 투영한 피부색 정보에 따라 상기 입력 영상의 피부색을 보정하는 피부색 보정부를 포함하는 피부색 보정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 주성분 분석부는,
    상기 얼굴 영역에서 피부색 영역만을 검출하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 투영 결과를 기초로 룩업 테이블을 생성하는 룩업 테이블 생성부를 더 포함하고,
    상기 피부색 보정부는,
    상기 룩업 테이블의 피부색 정보에 따라 상기 입력 영상의 피부색을 보정하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 주성분 분석부는,
    피부색의 훈련 영상을 이용하여 상기 PCA 공간의 축들을 계산하고, 상기 계산한 PCA 공간의 축들 중 주축을 제외한 나머지 축상으로 상기 추출한 피부색 정보를 투영하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 주축은,
    상기 계산한 PCA공간의 축들 중 고유값이 가장 큰 값인 것을 특징으로 하는 피부색 보정 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 주성분 분석부는,
    3차원의 추출한 피부색 정보를 상기 주성분 분석을 통해 계산된 PCA변환행렬을 이용하여 2차원의 피부색 정보로 생성하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 룩업 테이블은,
    상기 2차원의 피부색 정보로 이루어진 것을 특징으로 하는 피부색 보정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 피부색 보정부는,
    상기 2차원의 피부색 정보를 기초로 상기 입력 영상에서 피부 영역을 분할하는 피부 영역 분할부;
    상기 분할한 피부 영역에서 피부 보정 영역을 지정하는 피부 보정 영역 지정부; 및
    상기 피부 보정 영역에 대해 소정의 피부색 보정 처리를 수행하는 피부색 보정 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부색 보정 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 피부색 정보는,
    RGB, HIS, YIQ, YCC 컬러 모델 중 하나의 피부색 정보인 것을 특징으로 하는 피부색 보정 장치.
  20. 제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 피부색 보정 장치를 포함하는 디지털 촬영 장치.
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