KR20100096511A - Apparatus and method for unsharp masking removing impulse noise - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 임펄스 잡음을 제거하는 언샤프 마스킹 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 영상의 고주파 성분을 강조하여 영상의 화질을 개선하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an unsharp masking apparatus and method for removing impulse noise, and more particularly, to an apparatus and method for improving image quality by emphasizing high frequency components of an image.
언샤프 마스킹(Unsharp masking)은 영상의 고주파 성분을 획득하여 원래 영상에 더해줌으로써 영상에 존재하는 에지 등 세부정보를 부각시켜 영상의 화질을 개선하는 기법이다. 언샤프 마스킹은 영상을 다루는 여러 분야에서 광범위하게 쓰이는 기술로서, 그에 관한 다양한 알고리즘이 연구되어 왔다.Unsharp masking is a technique of improving image quality by acquiring high-frequency components of an image and adding them to the original image to highlight details such as edges present in the image. Unsharp masking is a technique widely used in various fields of image processing, and various algorithms have been studied.
도 1은 일반적으로 사용되는 선형 언샤프 마스킹(linear unsharp masking : LUM)의 알고리즘을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an algorithm of linear unsharp masking (LUM) that is generally used.
도 1을 참조하면, 고역통과필터(high pass filter : HPF)에 의해 원본영상 x(n)의 고주파 성분이 추출되고, 가중치 λ에 따라 영상에서 고주파 성분이 강조되는 정도가 조절된다. 원영상 x(n)에 강조된 고주파 성분이 더해지면 영상의 경계 및 세부정보의 선명도가 증가하여 화질이 개선된 결과영상 y(n)을 얻을 수 있다. 이러한 선형 언샤프 마스킹 기법은 선형적으로 고주파 성분을 인식하기 때문에 영상에 존재하는 잡음까지도 고주파 성분으로 인식하여 강조하게 된다. 따라서 선형 언샤프 마스킹에 의해 오히려 영상의 화질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.Referring to FIG. 1, the high frequency component of the original image x (n) is extracted by a high pass filter (HPF), and the degree to which the high frequency component is emphasized in the image is adjusted according to the weight λ. When the high frequency component emphasized on the original image x (n) is added, the sharpness of the boundary and detail information of the image is increased to obtain a result image y (n) with improved image quality. Since the linear unsharp masking technique linearly recognizes high frequency components, even noise existing in an image is recognized and emphasized as high frequency components. Therefore, a problem may occur in that the image quality is deteriorated by linear unsharp masking.
이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 잡음에 강인한 언샤프 마스킹 기법 중에서 순열 가중 미디언(permutation weighted median : PWM)은 무작위 잡음(random noise)에 강인한 화질개선 방법으로, 영상에 잡음이 없을 때는 위에서 설명한 선형 언샤프 마스킹과 비슷한 결과를 보이지만 잡음이 있을 때는 개선된 성능을 보인다. 그러나 영상에 임펄스 잡음이 있는 경우에는 이를 효과적으로 제거하지 못한다는 단점이 있다.To solve this problem, permutation weighted median (PWM) is one of the unsharp masking schemes that is robust to noise, and the image enhancement method is robust to random noise. Similar results to unsharp masking, but improved performance in the presence of noise. However, there is a disadvantage in that if there is an impulse noise in the image, it cannot be effectively removed.
일반적으로 영상에 존재하는 임펄스 잡음은 미디언 필터에 의해 제거할 수 있다. 그러나 미디언 필터는 저역통과필터(low pass filter : LPF)와 같이 영상의 흐림 왜곡을 야기하기 때문에 언샤프 마스킹을 위한 전처리로서 적합하지 않다. 따라서 미디언 필터에 의한 흐림 왜곡을 발생시키지 않으면서도 효과적으로 임펄스 잡음을 제거할 수 있고, 영상의 세부정보도 강조하여 화질을 개선할 수 있는 새로운 언샤프 마스킹 기법이 필요하다.In general, the impulse noise present in the image can be removed by a median filter. However, the median filter is not suitable as a preprocessing for unsharp masking because it causes blur distortion of an image like a low pass filter (LPF). Therefore, there is a need for a new unsharp masking technique that can effectively remove impulse noise without generating blur distortion by a median filter, and improve image quality by emphasizing the details of an image.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 영상으로부터 임펄스 잡음을 제거하면서 세부정보를 강조하여 영상의 화질을 개선하는 언샤프 마스킹 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an unsharp masking apparatus and method for improving image quality by emphasizing details while removing impulse noise from an image.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 언샤프 마스킹 장치 및 방법은, 고역통과필터에 의해 외부로부터 입력받은 원본영상으로부터 추출된 고주파성분으로 이루어진 제1영상을 생성하는 고주파성분 추출부; 전역통과필터에 의해 상기 원본영상에 존재하는 잡음을 제거하여 제2영상을 생성하는 잡음제거부; 및 상기 제1영상을 구성하는 각 화소의 화소값과 상기 제2영상을 구성하는 각 화소의 화소값을 더하여 결과영상을 생성하는 화질개선부;를 구비한다.In order to achieve the above technical problem, the apparatus and method for unsharp masking according to the present invention comprises: a high frequency component extracting unit for generating a first image made of a high frequency component extracted from an original image received from an external device by a high pass filter; A noise removing unit for generating a second image by removing noise existing in the original image by a global pass filter; And an image quality improvement unit generating a resultant image by adding pixel values of each pixel constituting the first image and pixel values of each pixel constituting the second image.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 언샤프 마스킹 방법은, 고역통과필터에 의해 외부로부터 입력받은 원본영상으로부터 추출된 고주파성분으로 이루어진 제1영상을 생성하는 고주파성분 추출단계; 전역통과필터에 의해 상기 원본영상에 존재하는 잡음을 제거하여 제2영상을 생성하는 잡음제거단계; 및 상기 제1영상을 구성하는 각 화소의 화소값과 상기 제2영상을 구성하는 각 화소의 화소값을 더하여 결과영상을 생성하는 화질개선단계;를 갖는다.According to another aspect of the present invention, there is provided an unsharp masking method, comprising: a high frequency component extracting step of generating a first image including a high frequency component extracted from an original image input from an external device by a high pass filter; A noise removing step of generating a second image by removing noise existing in the original image by a global pass filter; And an image quality improvement step of generating a resultant image by adding a pixel value of each pixel constituting the first image and a pixel value of each pixel constituting the second image.
본 발명에 따른 임펄스 잡음을 제거하는 언샤프 마스킹 장치 및 방법에 의하 면, 영상으로부터 임펄스 잡음을 제거하는 전역통과필터와 영상의 고주파성분을 추출하는 고역통과필터를 조합하여 원본영상에 적용함으로써, 잡음은 감소하고 에지 등의 세부정보는 강조하여 보다 화질이 개선된 영상을 얻을 수 있다. 또한 복수의 가중 미디언 필터의 선형조합에 의해 주파수 응답을 조절하여 전역통과필터 및 잡음에 강인한 고역통과필터를 구성함으로써 복잡한 계산과정을 줄일 수 있다.According to the unsharp masking apparatus and method for removing impulse noise according to the present invention, by applying a combination of a global pass filter for removing impulse noise from an image and a high pass filter for extracting high frequency components of the image, the noise is applied to the original image. Is reduced, and details such as edges are emphasized to obtain an image having improved image quality. In addition, the complex response process can be reduced by constructing a global pass filter and a high pass filter robust to noise by adjusting the frequency response by a linear combination of a plurality of weighted median filters.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 임펄스 잡음을 제거하는 언샤프 마스킹 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of an unsharp masking apparatus and method for removing impulse noise according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 언샤프 마스킹 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of the unsharp masking device according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 언샤프 마스킹 장치는, 고주파성분 추출부(110), 잡음제거부(120) 및 화질개선부(130)를 구비한다.Referring to FIG. 2, the unsharp masking apparatus according to the present invention includes a high frequency
고주파성분 추출부(110)는 고역통과필터에 의해 원본영상으로부터 추출된 고주파성분으로 이루어진 제1영상을 생성한다. The high
앞에서 설명한 바와 같이 영상의 화질 개선을 위해 언샤프 마스킹을 수행할 때 원영상의 잡음을 고주파성분으로 오인하여 이를 증폭함으로써 원영상의 경계나 세부정보 뿐만 아니라 잡음까지도 강조되어 영상의 화질이 오히려 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고주파성분 추출부(110)는 복수의 가중 미디언 필터(weighted median filter)를 조합하여 잡음에 강인한 고역통과필터를 설계한다. 가중 미디언 필터는 가중치를 설정하여 영상 내의 세부정보인 경계 영역을 보 존하면서 동시에 임펄스 잡음을 제거하는 특성을 가진다. 따라서 고주파성분 추출부(110)에 의해 생성된 제1영상은 잡음의 영향을 받지 않은 영상이 된다.As described above, when unsharp masking is performed to improve image quality, the noise of the original image is mistaken for a high frequency component and amplified. there is a problem. In order to solve this problem, the high frequency
도 3에는 가중 미디언 필터의 원리를 나타내는 도면이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 영상에 적용되는 윈도우 필터의 각 화소의 화소값에는 서로 다른 가중치가 부여된다. 즉, 원영상에서 필터를 적용하고자 하는 화소의 위치에 대응하는 필터의 화소의 화소값에는 주변화소들에 비해 더 큰 가중치가 부여된다. 도 3의 경우, 필터의 중간에 위치하는 화소에 부여되는 가중치가 '3'으로 설정되었다. 이는 원영상에 화소값이 '9'인 화소가 세 개 존재한다는 것을 의미한다. 따라서 원영상을 구성하는 화소들의 화소값을 정렬시키면 중간값은 '9'가 된다. 반면, 가중치가 부여되지 않은 미디언 필터를 적용하였을 때 원영상을 구성하는 화소들의 화소값을 정렬시켜 찾은 중간값은 '8'이다.3 is a diagram illustrating the principle of a weighted median filter. Referring to FIG. 3, different weights are assigned to pixel values of each pixel of a window filter applied to an image. That is, the pixel value of the pixel of the filter corresponding to the position of the pixel to which the filter is to be applied in the original image is given a greater weight than the surrounding pixels. In the case of FIG. 3, the weight given to the pixel located in the middle of the filter is set to '3'. This means that there are three pixels having a pixel value of '9' in the original image. Therefore, if the pixel values of the pixels constituting the original image are aligned, the median value is '9'. On the other hand, when the median filter with no weight is applied, the median value found by aligning pixel values of pixels constituting the original image is '8'.
가중 미디언 필터는 부여되는 가중치에 따라 다양한 주파수 응답 특성을 가질 수 있으며, 복수의 가중 미디언 필터를 선형적으로 조합하여 원하는 FIR(finite impulse response) 필터계수를 설계함으로써 다양한 필터를 구성할 수 있다. 이때 FIR 필터는 입력신호의 일정한 값들만을 가지고 필터링을 수행하여 필터의 특성함수인 임펄스 함수의 길이가 유한한 필터를 말한다. 이와 같이 복수의 가중 미디언 필터가 선형적으로 조합된 필터를 선형조합 가중 미디언(linear combination of weighted median : LCWM) 필터라 한다.The weighted median filter may have various frequency response characteristics according to the weighted weight, and various filters may be configured by designing a desired finite impulse response (FIR) filter coefficient by linearly combining a plurality of weighted median filters. . In this case, the FIR filter refers to a filter having a finite length of an impulse function, which is a characteristic function of the filter by performing filtering with only certain values of an input signal. As described above, a filter in which a plurality of weighted median filters are linearly combined is called a linear combination of weighted median (LCWM) filter.
도 4는 복수의 가중 미디언 필터가 선형적으로 조합된 LCWM의 구성을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, x(n)은 원본영상을 구성하는 화소의 화소값 , yLCWM(n)은 원본영상에 필터를 적용하여 얻어진 영상을 구성하는 화소의 화소값, WM1 내지 WMk는 k 개의 가중 미디언 필터계수, 그리고 α1 내지 αk는 WM1 내지 WMk의 가중 미디언 필터계수에 각각 곱해지는 계수를 나타낸다.4 is a diagram illustrating a configuration of an LCWM in which a plurality of weighted median filters are linearly combined. Referring to FIG. 4, x (n) is a pixel value of a pixel constituting the original image, y LCWM (n) is a pixel value of a pixel constituting the image obtained by applying a filter to the original image, and WM 1 to WM k are k weighted median filter coefficients and α 1 to α k represent coefficients multiplied by the weighted median filter coefficients of WM 1 to WM k , respectively.
도 5에는 LCWM의 크기가 5×5일 때 LCWM에 사용되는 가중 미디언 필터 마스크의 예가 도시되어 있다. 도 5에서 점으로 표시된 영역은 가중치가 1로 설정된 화소들이며, LCWM을 설계할 때 참조되는 화소들의 위치를 나타낸다. 나머지 영역의 화소들은 가중치가 0으로 설정되며, LCWM의 설계에 사용되지 않는다. 5×5 크기 영상의 중심에 위치하는 화소에 대해 여섯 개의 필터 마스크에 대해 여섯 개의 WMi가 구해지고, 각각에 대해 αi가 곱해져서 선형조합된다. 설계된 LCWM은 αi의 값에 따라 주파수 특성이 크게 달라지게 된다. 예를 들면, αi 값이 [1.403, 0.941, 0.033, 0.005, 0.519, -1.902]로 설정된다면 LCWM은 차단주파수 0.4를 갖는 저역통과필터로서 동작한다.5 shows an example of a weighted median filter mask used for an LCWM when the size of the LCWM is 5 × 5. Areas indicated by dots in FIG. 5 are pixels having a weight set to 1, and indicate positions of pixels referred to when designing an LCWM. The pixels in the remaining areas are set to zero weight and are not used in the design of the LCWM. Six WM i are obtained for six filter masks for pixels located in the center of a 5x5 size image, and alpha i is multiplied for each and linearly combined. The designed LCWM has a large frequency characteristic depending on the value of α i . For example, if the α i value is set to [1.403, 0.941, 0.033, 0.005, 0.519, -1.902], the LCWM operates as a low pass filter with a cutoff frequency of 0.4.
고주파성분 추출부(110)에 의해 사용되는 LCWM은 고역통과필터와 동일한 주파수 특성을 보여야 하므로 그에 맞는 αi 값이 사용된다. 예를 들면, 도 5에 도시된 여섯 개의 필터 마스크를 사용하는 경우, αi 값은 각각 [1.5034, 1.8092, -0.0173, -0.0004, 2.501, -5.7958]의 값으로 설정될 수 있다. 그러나 이러한 값은 LCWM이 고주파성분 추출부(110)에 의해 고역통과필터로서 동작하기 위해 설정된 최 적의 값으로서, LCWM이 고역통과필터의 주파수 특성을 보이도록 하는 다른 값들이 αi 값으로 설정될 수 있다.Since the LCWM used by the high
도 5에 도시된 여섯 개의 필터 마스크를 WMi로 사용하고, 각각의 WMi에 곱해지는 계수인 αi 값이 [1.5034, 1.8092, -0.0173, -0.0004, 2.501, -5.7958]로 설정된 경우, 최종적으로 얻어지는 LCWM은 아래와 같은 필터계수를 갖는 고역통과필터로서 동작한다.When the six filter masks shown in FIG. 5 are used as WM i and the value α i , which is a coefficient multiplied by each WM i , is set to [1.5034, 1.8092, -0.0173, -0.0004, 2.501, -5.7958], the final The resulting LCWM operates as a high pass filter with the following filter coefficients.
고주파성분 추출부(110)는 위와 같은 방법에 의해 LCWM을 고역통과필터로 설계하여 원본영상으로부터 추출된 고주파성분으로 이루어진 제1영상을 생성한다. LCWM에 의해 설계된 고역통과필터는 잡음에 강인하여 임펄스 잡음의 영향을 받지 않으며, 도 1에 도시된 바와 같이 영상의 세부 정보의 강조 정도를 조절하는 λ값을 증가시켜도 잡음이 증폭되지 않는다.The high frequency
잡음제거부(120)는 전역통과필터에 의해 외부로부터 입력받은 원본영상에 존재하는 잡음을 제거하여 제1영상을 생성한다.The
잡음제거부(120)가 전역통과필터를 구성하기 위해 사용하는 가중 미디언 필터는 고주파성분 추출부(110)가 고역통과필터를 구성하기 위해 사용한 가중 미디언 필터와 동일하다. WM1 내지 WMk의 가중 미디언 필터의 필터계수에 필터의 주파수응답을 결정하는 계수인 α1 내지 αk를 각각 곱하고 이들을 모두 합산하여 얻어진 LCWM은 전역통과필터로서 동작하게 된다. 이때 αi 값은 LCWM이 전역통과필터의 주파수 응답을 보이도록 하는 값으로 적절하게 설정된다.The weighted median filter used by the
예를 들면, 도 5에 도시된 여섯 개의 필터 마스크가 LCWM의 설계에 사용되고, 각각의 WMi에 곱해지는 계수 αi 값이 [1.4966, 1.1908, 0.0173, 0.0004, 0.499, -2.2042]로 설정되면 최종적으로 설계된 LCWM은 다음의 필터계수를 가지는 전역통과필터로서 동작한다.For example, six filter masks shown in FIG. 5 are used for the design of LCWM, and the coefficient α i value multiplied by each WM i is finally set to [1.4966, 1.1908, 0.0173, 0.0004, 0.499, -2.2042]. The LCWM is designed to operate as a global pass filter with the following filter coefficients.
잡음제거부(120)는 이와 같이 설계된 전역통과필터에 의해 원본영상에 존재하는 임펄스 잡음을 제거하여 제2영상을 생성한다.The
마지막으로 화질개선부(130)는 제1영상을 구성하는 각 화소의 화소값과 제2영상을 구성하는 각 화소의 화소값을 더하여 결과영상을 생성한다.Finally, the image
도 6은 잡음제거부(110), 고주파성분 추출부(120) 및 화질개선부(130)에 의해 원본영상으로부터 화질이 개선된 결과영상을 생성하는 알고리즘을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, x(n)은 원본영상을 나타내며, y(n)은 화질이 개선된 결과 영상을 나타낸다. 먼저 잡음제거부(110)는 원본영상에 고역통과필터를 적용하여 제1영상을 생성하며, 고주파성분 추출부(120)는 원본영상에 전역통과필터인 잡음제거필터를 적용하여 제2영상을 생성한다. 다음으로 화질개선부(130)는 제1영상과 제2영상을 구성하는 화소의 화소값들을 각각 더하여 결과영상을 생성한다. 이때 λ는 고역통과필터에 의해 영상의 세부정보가 강조되는 정도를 조절하기 위한 계수로서, 1로 설정되는 것이 바람직하다. 결과영상 y(n)을 보면, 영상의 잡음은 감소되고 에지는 강조된 것을 확인 할 수 있다.6 is a diagram illustrating an algorithm for generating a resultant image having improved image quality from an original image by the
고주파성분 추출부(110)에 의해 생성된 제1영상은 원본영상으로부터 추출된 에지 등의 세부정보로 이루어진 영상이다. 또한 잡음제거부(120)에 의해 구성된 전역통과필터에 의해 생성된 제2영상은 원본영상으로부터 임펄스 잡음이 제거된 형태의 영상이다. 따라서 제1영상과 제2영상을 결합하여 생성된 결과영상은 효과적으로 잡음이 제거되면서 원본영상의 세부정보는 부각시키는 형태의 영상이 된다. 따라서 기존의 언샤프 마스킹 방법에 의해 얻어진 영상에 비해 화질이 개선된 영상을 얻을 수 있다.The first image generated by the high
도 7은 본 발명에 따른 임펄스 잡음을 제거하는 언샤프 마스킹 방법의 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a preferred embodiment of the unsharp masking method for removing impulse noise according to the present invention.
도 7을 참조하면, 먼저 고주파성분 추출부(110)는 잡음에 강인한 고역통과필터에 의해 외부로부터 입력받은 원본영상으로부터 추출된 고주파성분으로 이루어진 제1영상을 생성한다(S710). 다음으로 잡음제거부(120)는 전역통과필터에 의해 원본영상에 존재하는 잡음을 제거하여 제2영상을 생성한다(S620). 이때 고역통과필터 및 전역통과필터로서 복수의 가중 미디언 필터를 선형적으로 조합하여 설계된 LCWM이 사용될 수 있다. LCWM은 복수의 가중 미디언 필터를 조합할 때 곱해지는 계수의 값을 조절하여 필터의 주파수 응답을 결정한다.Referring to FIG. 7, first, the high
마지막으로 화질개선부(130)는 제1영상을 구성하는 각 화소의 화소값과 제2영상을 구성하는 각 화소의 화소값을 더하여 결과영상을 생성한다(S730). 생성된 결과영상은 원본영상에 존재하는 임펄스 잡음은 제거되고, 원본영상의 세부정보는 강조되어 원본영상에 비해 개선된 화질을 보인다.Finally, the image
이하에서는 본 발명에 따른 임펄스 잡음을 제거하는 언샤프 마스킹 장치 및 방법의 성능을 평가하기 위해 수행된 실험결과에 관하여 설명한다. 실험은 MATLAB에 의해 수행되었으며, 8비트의 흑백영상을 원본영상으로 사용하였다.Hereinafter, the experimental results performed to evaluate the performance of the unsharp masking apparatus and method for removing impulse noise according to the present invention will be described. The experiment was performed by MATLAB, and an 8-bit black and white image was used as the original image.
먼저 잡음이 존재하는 원본영상에 기존의 선형 필터링을 적용한 결과와 LCWM을 적용한 결과를 비교하였다.First, the result of applying linear linear filtering to the result of applying LCWM to the original image with noise is compared.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명과 기존의 선형 언샤프 마스킹의 성능을 비교한 일 예를 도시한 도면이다. 도 8a는 잡음이 없는 영상이고, 도 8b는 도 8a의 영상에 잡음이 생긴 원본영상이다. 도 8c는 원본영상에 저역통과필터, 고역통과필터 및 선형 언샤프 마스킹을 각각 적용한 결과를 나타내고, 도 8d는 원본영상에 LCWM에 의해 설계된 저역통과필터, 고역통과필터 및 본 발명에 따른 언샤프 마스킹 장치를 각각 적용한 결과를 나타낸다. 먼저 도 8c와 도 8d의 첫번째 영상을 비교하면, 기존의 저역통과필터를 원본영상에 적용한 경우에는 원본영상에 존재하는 잡음이 완전히 제거되지 않았으나, LCWM을 저역통과필터로 설계하여 원본영상에 적용한 경우 에는 원본영상의 잡음이 모두 제거된 것을 확인할 수 있다. 또한 도 8c와 도 8d의 두번째 영상을 비교하면, 기존의 고역통과필터를 원본영상에 적용한 경우에는 원본영상에 존재하는 잡음까지도 강조되어 원본영상의 세부정보를 알아볼 수 없게 되었으나, LCWM을 고역통과필터로 설계하여 원본영상에 적용한 경우에는 잡음을 제외한 원본영상의 세부정보만 강조된 결과가 나타났다. 도 8c와 도 8d의 세번째 영상은 각각 선형 언샤프 마스킹 및 본 발명에 따른 LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 적용한 결과를 나타내는 것으로, LCWM에 의한 언샤프 마스킹의 경우에 원본영상의 세부정보는 강조하면서 잡음은 제거하는 결과를 보여 기존의 선형 언샤프 마스킹에 비하여 향상된 성능을 보임을 확인할 수 있다.8A to 8D are diagrams showing an example of comparing the performance of the present invention and conventional linear unsharp masking. 8A is an image without noise, and FIG. 8B is an original image in which noise occurs in the image of FIG. 8A. Figure 8c shows the result of applying the low pass filter, high pass filter and linear unsharp masking to the original image, respectively, Figure 8d shows the low pass filter, high pass filter designed by LCWM to the original image and the unsharp masking according to the present invention The result of applying each apparatus is shown. When comparing the first image of FIG. 8C with the first image of FIG. 8D, when the existing low pass filter is applied to the original image, the noise existing in the original image is not completely removed, but the LCWM is designed as the low pass filter and applied to the original image. You can see that all the noise of the original image is removed. In addition, when comparing the second image of FIG. 8C with the second image of FIG. 8D, when the existing high pass filter is applied to the original image, noise existing in the original image is also emphasized, so that the detailed information of the original image cannot be recognized, but the LCWM is a high pass filter. In case of designing and applying to the original image, only the details of the original image except the noise were highlighted. 8C and 8D show the results of applying linear unsharp masking and unsharp masking by LCWM according to the present invention, respectively. In the case of unsharp masking by LCWM, the detail of the original image is emphasized while noise is emphasized. The result shows that the removal performance is improved compared to the conventional linear unsharp masking.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명과 기존의 선형 언샤프 마스킹의 성능을 비교한 다른 예를 도시한 도면이다. 도 9a는 잡음이 없는 영상이고, 도 9b는 도 9a의 영상에 잡음이 생긴 원본영상이다. 도 9c는 원본영상에 저역통과필터, 고역통과필터 및 선형 언샤프 마스킹을 각각 적용한 결과를 나타내고, 도 9d는 원본영상에 LCWM에 의해 설계된 저역통과필터, 고역통과필터 및 본 발명에 따른 언샤프 마스킹 장치를 각각 적용한 결과를 나타낸다. 도 8a 내지 도 8d의 경우와 마찬가지로 LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 사용하였을 때 기존의 선형 언샤프 마스킹에 비해 화질이 개선된 결과영상을 얻을 수 있다.9A to 9D are diagrams illustrating another example in which the present invention is compared with the performance of the conventional linear unsharp masking. 9A is an image without noise, and FIG. 9B is an original image in which noise occurs in the image of FIG. 9A. Figure 9c shows the results of applying a low pass filter, a high pass filter and a linear unsharp masking to the original image, respectively, Figure 9d shows a low pass filter, a high pass filter designed by LCWM to the original image and the unsharp masking according to the present invention The result of applying each apparatus is shown. As in the case of FIGS. 8A to 8D, when the unsharp masking by LCWM is used, a resultant image having an improved image quality compared to the conventional linear unsharp masking can be obtained.
도 10a 내지 도 10d 및 도 11a 내지 도 11d도 마찬가지로 본 발명과 기존의 선형 언샤프 마스킹의 성능을 비교한 또 다른 예를 도시한 도면이다. 도 10c 및 도 10d, 그리고 도 11c 및 도 11d는 도 8c 및 도 8d와 동일한 결과를 보이며, LCWM에 의한 언샤프 마스킹이 기존의 선형 언샤프 마스킹에 비해 화질개선 성능이 우수하다.10A to 10D and 11A to 11D are diagrams illustrating still another example in which the present invention is compared with the performance of the conventional linear unsharp masking. 10C and 10D, and FIGS. 11C and 11D show the same results as FIGS. 8C and 8D, and the unsharp masking by LCWM has better image quality improvement performance than the conventional linear unsharp masking.
또한 본 발명은 기존의 선형 언샤프 마스킹(이하, LUM) 방법 및 순열 가중 미디언(이하, PWM)과 대비하여 성능이 평가되었다.In addition, the present invention was evaluated in comparison with the conventional linear unsharp masking (hereinafter referred to as LUM) method and permutation weighted median (hereinafter referred to as PWM).
도 12는 잡음이 존재하지 않는 영상에 대해 LUM, PWM 및 본 발명에 따른 언샤프 마스킹을 적용한 결과를 도시한 도면이다. 영상에 잡음이 없을 때에는 세 가지의 방법 모두 거의 동일한 화질의 결과영상을 생성하는 것을 확인할 수 있다.FIG. 12 is a diagram illustrating a result of applying LUM, PWM, and unsharp masking according to the present invention to an image having no noise. When there is no noise in the image, it can be seen that all three methods produce result images of almost the same quality.
도 13a 내지 13f는 각각 5%의 임펄스 잡음이 존재하는 원본영상, 원본영상에 LUM을 적용한 결과, 원본영상에 3×3 미디언 필터와 LUM을 적용한 결과, 원본영상에 PWM을 적용한 결과, 원본영상에 3×3 미디언 필터와 PWM을 적용한 결과 및 LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 적용한 결과를 도시한 도면이다.13A to 13F illustrate a result of applying a LUM to an original image and an original image having 5% impulse noise, respectively, a result of applying a 3 × 3 median filter and a LUM to the original image, and applying a PWM to the original image. Figure 3 shows the result of applying a 3x3 median filter and PWM to and the result of applying unsharp masking by LCWM.
원본영상에 존재하는 임펄스 잡음을 무시하고 LUM과 PWM을 적용한 경우에는 도 13b 및 도 13d에 도시된 바와 같이 잡음이 강조되는 문제가 발생한다. 임펄스 잡음을 제거하기 위해 3×3 미디언 필터를 적용하면 도 13c 및 도 13e에 도시된 바와 같이 임펄스 잡음은 제거되지만 미디언 필터가 저역통과필터와 같이 작용하여 영상에 흐림 왜곡이 발생한다. 그러나 원본영상에 LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 적용하면 도 13f에 도시된 바와 같이 영상의 임펄스 잡음을 제거하면서도 에지 등의 세부정보를 보존하여 기존의 방법들에 비해 화질이 개선된 영상을 얻을 수 있다. 도 13c, 도 13e 및 도 13f에 표시된 박스 부분을 비교하면, LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 적용하였을 때 영상의 세부정보가 보다 선명하게 보존되는 것을 확인할 수 있다.If LUM and PWM are applied while ignoring the impulse noise existing in the original image, noise is emphasized as shown in FIGS. 13B and 13D. When the 3x3 median filter is applied to remove the impulse noise, as shown in FIGS. 13C and 13E, the impulse noise is removed, but the median filter acts like a lowpass filter, resulting in blur distortion in the image. However, if unsharp masking by LCWM is applied to the original image, it is possible to obtain an image having improved image quality compared to the conventional methods by removing the impulse noise of the image and preserving details such as edges as shown in FIG. 13F. . Comparing the box portions shown in FIGS. 13C, 13E, and 13F, it can be seen that the detailed information of the image is more clearly preserved when unsharp masking by LCWM is applied.
도 14a 내지 14f는 각각 12%의 임펄스 잡음이 존재하는 원본영상, 원본영상에 3×3 미디언 필터와 LUM을 적용한 결과, 원본영상에 5×5 미디언 필터와 LUM을 적용한 결과, 원본영상에 3×3 미디언 필터와 PWM을 적용한 결과, 원본영상에 5×5 미디언 필터와 PWM을 적용한 결과 및 LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 적용한 결과를 도시한 도면이다.14A to 14F illustrate a result of applying a 3 × 3 median filter and a LUM to an original image and an original image having 12% impulse noise, respectively, as a result of applying a 5 × 5 median filter and a LUM to the original image, The result of applying the 3 × 3 median filter and PWM, the result of applying the 5 × 5 median filter and PWM to the original image, and the result of applying unsharp masking by LCWM.
도 13의 경우에 비하여 임펄스 잡음이 심하게 나타나 있으므로 3×3 미디언 필터로는 잡음이 모두 제거되지 않는다. 따라서 LUM과 PWM을 적용하면 도 14b 및 도 14d에 도시된 바와 같이 잡음이 증폭되어 영상의 화질이 저하된다. 그러나 임펄스 잡음을 모두 제거하기 위해 5×5 미디언 필터를 사용하게 되면 도 14c 및 도 14e에 도시된 바와 같이 영상의 세부정보가 많이 손실되어 화질저하가 심하게 된다. 그러나 LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 적용하면 임펄스 잡음이 심한 영상에 대하여도 우수한 화질개선 성능을 보인다.Since the impulse noise is more severe than in the case of FIG. 13, the noise is not removed by the 3 × 3 median filter. Therefore, when the LUM and the PWM are applied, the noise is amplified as shown in FIGS. 14B and 14D and the image quality of the image is degraded. However, if the 5 × 5 median filter is used to remove all the impulse noise, as shown in FIGS. 14C and 14E, a lot of detail information of the image is lost, resulting in severe image degradation. However, when unsharp masking by LCWM is applied, the image quality improvement is excellent even for images with high impulse noise.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
도 1은 일반적으로 사용되는 선형 언샤프 마스킹(linear unsharp masking : LUM)의 알고리즘을 도시한 도면,1 is a diagram illustrating an algorithm of linear unsharp masking (LUM) commonly used.
도 2는 본 발명에 따른 언샤프 마스킹 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도,Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of the unsharp masking device according to the present invention,
도 3은 가중 미디언 필터의 원리를 나타내는 도면,3 shows the principle of a weighted median filter;
도 4는 복수의 가중 미디언 필터가 선형적으로 조합된 LCWM의 구성을 도시한 도면,4 is a diagram illustrating a configuration of an LCWM in which a plurality of weighted median filters are linearly combined;
도 5는 LCWM의 크기가 5×5일 때 LCWM에 사용되는 가중 미디언 필터 마스크의 예를 도시한 도면,5 shows an example of a weighted median filter mask used for LCWM when the size of LCWM is 5 × 5;
도 6은 고주파성분 추출부(110), 잡음제거부(120) 및 화질개선부(130)에 의해 원본영상으로부터 화질이 개선된 결과영상을 생성하는 알고리즘을 도시한 도면,6 is a diagram illustrating an algorithm for generating a resultant image having improved image quality from an original image by the high
도 7은 본 발명에 따른 임펄스 잡음을 제거하는 언샤프 마스킹 방법의 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,7 is a flowchart illustrating a preferred embodiment of the unsharp masking method for removing impulse noise according to the present invention;
도 8a 내지 도 8d는 본 발명과 기존의 선형 언샤프 마스킹의 성능을 비교한 일 예를 도시한 도면,8a to 8d is a view showing an example comparing the performance of the present invention and the conventional linear unsharp masking,
도 9a 내지 도 9d는 본 발명과 기존의 선형 언샤프 마스킹의 성능을 비교한 다른 예를 도시한 도면,9a to 9d are diagrams showing another example comparing the performance of the present invention and conventional linear unsharp masking;
도 10a 내지 도 10d는 본 발명과 기존의 선형 언샤프 마스킹의 성능을 비교한 또 다른 예를 도시한 도면,10a to 10d is a view showing another example comparing the performance of the present invention and the conventional linear unsharp masking,
도 11a 내지 도 11d는 본 발명과 기존의 선형 언샤프 마스킹의 성능을 비교한 또 다른 예를 도시한 도면,11a to 11d is a view showing another example comparing the performance of the present invention and the conventional linear unsharp masking,
도 12는 잡음이 존재하지 않는 영상에 대해 LUM, PWM 및 본 발명에 따른 언샤프 마스킹을 적용한 결과를 도시한 도면,12 is a diagram illustrating a result of applying LUM, PWM, and unsharp masking according to the present invention for an image without noise;
도 13a 내지 13f는 각각 5%의 임펄스 잡음이 존재하는 원본영상, 원본영상에 LUM을 적용한 결과, 원본영상에 3×3 미디언 필터와 LUM을 적용한 결과, 원본영상에 PWM을 적용한 결과, 원본영상에 3×3 미디언 필터와 PWM을 적용한 결과 및 LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 적용한 결과를 도시한 도면, 그리고,13A to 13F illustrate a result of applying a LUM to an original image and an original image having 5% impulse noise, respectively, a result of applying a 3 × 3 median filter and a LUM to the original image, and applying a PWM to the original image. Figure 3 shows the result of applying a 3 × 3 median filter and PWM to the unsharp masking by LCWM, and
도 14a 내지 14f는 각각 12%의 임펄스 잡음이 존재하는 원본영상, 원본영상에 3×3 미디언 필터와 LUM을 적용한 결과, 원본영상에 5×5 미디언 필터와 LUM을 적용한 결과, 원본영상에 3×3 미디언 필터와 PWM을 적용한 결과, 원본영상에 5×5 미디언 필터와 PWM을 적용한 결과 및 LCWM에 의한 언샤프 마스킹을 적용한 결과를 도시한 도면이다.14A to 14F illustrate a result of applying a 3 × 3 median filter and a LUM to an original image and an original image having 12% impulse noise, respectively, as a result of applying a 5 × 5 median filter and a LUM to the original image, The result of applying the 3 × 3 median filter and PWM, the result of applying the 5 × 5 median filter and PWM to the original image, and the result of applying unsharp masking by LCWM.
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