KR20100138611A - 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상의 에지 및 노출에 따라 노이즈를 제거하는 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치 및 방법에 관한 것이다. 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치는 디지털 영상 처리기로서, 입력 영상의 시간상/공간상 휘도차이에 따라 가변된 에지정도 및 상기 영상의 노출정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득을 조절하는 디지털 신호 처리수단을 포함한다.
Figure P1020090057206
에지 정도 가변, 노출 정보, 이득값(K) 조절

Description

디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치 및 방법{Apparatus and method for reducing noise in digital image processing device}
본 발명은 디지털 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상의 에지 및 노출에 따라 노이즈를 제거하는 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화상 처리 시에 노이즈 제거는 시간을 축으로 제거하는 방법과 공간을 축으로 제거하는 두 가지 방법이 있다. 노이즈 제거의 핵심은 공간과 시간간의 화상 차이이다. 이 차이를 이용하여 차이가 많이 발생할 경우는 필터 계수를 좀 더 크게 발생을 시키고 차이가 적을 경우는 필터 계수를 작게 발생시킨다.
시간을 축으로 노이즈를 제거하는 방법은, 시간을 축으로 화상을 누적하여 전 후 화상간 비교를 통하여 IIR(infinite impulse response) 필터를 사용하여 노이즈를 제거한다. 그러나 필터계수를 높게 할 경우 노이즈가 많이 제거되지만, 끌림 현상이 발생하게 된다.
공간을 축으로 노이즈를 제거하는 방법은 중심 화소부와 주변 화소부를 비교하고 이동 평균 필터를 사용하여 노이즈를 제거한다. 여기서 평균값에 대한 결정 계수 값을 높일 경우 노이즈가 많이 제거 되지만 화상에 퍼짐 현상이 발생하여 화면이 흐리게 보일 수 있다.
이와 같은 종래에는 휘도성분과 에지 강조 정도 분석이 없이 일정한 계수값을 이용하여 노이즈를 제거하였기 때문에, 화상에 잔상이 발생하거나 잔 노이즈를 제거하지 못하는 상황이 발생하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 영상의 휘도, 에지 및 노출에 따라 노이즈 제거용 이득을 조절하여 영상의 노이즈를 제거하는 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치는 디지털 영상 처리기로서, 입력 영상의 시간상/공간상 휘도차이에 따라 가변된 에지정도 및 상기 영상의 노출정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득을 조절하는 디지털 신호 처리수단을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 디지털 신호 처리수단은 전 후 프레임간 시간상/공간상 영상의 휘도 차이값을 산출하는 산출부; 상기 휘도 차이값에 따라 에지 정도를 가변하여 출력하는 에지 결정부; 상기 입력 영상의 노출 정보를 생성하는 생성부; 상기 가변된 에지 정도 및 노출 정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득을 조절하는 이득 조절부; 및 상기 조절된 이득으로 영상을 보간하여 출력하는 보간부를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이득 조절부는 상기 영상이 어두운 경우 이득을 높이고, 상기 영상이 밝은 경우 이득을 낮출 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 방법은 디지털 영상 처리기의 동작 방법으로서, (a) 전 후 프 레임간 시간상/공간상 영상의 휘도 차이값을 산출하고, 상기 산출된 휘도 차이값에 따라 에지 정도를 가변하는 단계; (b) 상기 전체 영상의 노출 정보를 생성하는 단계; (c) 상기 가변된 에지 정도 및 노출 정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득을 조절하는 단계; 및 (d) 상기 조절된 이득으로 영상을 보간하여 출력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (c)단계에서 상기 영상이 어두운 경우 이득을 높이고, 상기 영상이 밝은 경우 이득을 낮출 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 영상의 휘도, 에지 및 노출에 따라 노이즈를 제거함으로써 영상의 출력을 최적화 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치의 구성을 보이는 블록도 이다. 본 발명이 도 1에 도시된 것과 같은 디지털 영상 처리기에 한정되는 것은 아니며, PDA(personal digital assistants), PMP(personal multimedia player) 등과 같은 영상 처리 장치에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다. 이는 후술하는 실시 예들 및 그 변형 예들에서도 마찬가지이다.
디지털 영상 처리기의 전체 동작은 CPU(100)에 의해 통괄된다. 그리고 디지털 영상 처리기에는 사용자로부터의 전기적 신호를 발생시키는 키 등을 포함하는 조작부(200)가 구비된다. 이 조작부(200)로부터의 전기적 신호는 CPU(100)에 전달 되어, CPU(100)가 전기적 신호에 따라 디지털 영상 처리기를 제어할 수 있도록 한다.
촬영 모드일 경우, 사용자로부터의 전기적 신호가 CPU(100)에 인가됨에 따라 CPU(100)는 그 신호를 파악하여 렌즈 구동부(11), 조리개 구동부(21) 및 촬상소자 제어부(31)를 제어하며, 이에 따라 각각 렌즈(10)의 위치, 조리개(20)의 개방 정도 및 촬상소자(30)의 감도 등이 제어된다. 촬상소자(30)는 입력된 광으로부터 데이터를 생성하며, 아날로그/디지털 변환부(40)는 촬상소자(30)에서 출력되는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환한다. 물론 촬상소자(30)의 특성에 따라 아날로그/디지털 변환부(40)가 필요 없는 경우도 있을 수 있다.
촬상소자(30)로부터의 데이터는 메모리(60)를 거쳐 디지털 신호 처리부(50)에 입력될 수도 있고, 메모리(60)를 거치지 않고 디지털 신호 처리부(50)에 입력될 수도 있으며, 필요에 따라 CPU(100)에도 입력될 수도 있다. 여기서 메모리(60)는 ROM 또는 RAM 등을 포함하는 개념이다. 디지털 신호 처리부(50)는 필요에 따라 감마(gamma) 보정, 화이트 밸런스 변경 등의 디지털 신호 처리를 할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 것과 같이, 디지털 신호 처리부(50)는 휘도신호 추출부(51), 시간상 휘도차 산출부(52), 공간상 휘도차 산출부(53), 에지강조 결정부(54), 노출정보 생성부(55), 이득 조절부(56) 및 보간부(57) 등과 같은 구성요소들을 구비할 수 있다. 휘도신호 추출부(51), 시간상 휘도차 산출부(52), 공간상 휘도차 산출부(53), 에지강조 결정부(54), 노출정보 생성부(55), 이득 조절부(56) 및 보간부(57) 등은 디지털 신호 처리부(50) 내의 구성요소가 아닌 별도의 구성요소일 수도 있는 등 다 양한 변형이 가능하다. 휘도신호 추출부(51), 시간상 휘도차 산출부(52), 공간상 휘도차 산출부(53), 에지강조 결정부(54), 노출정보 생성부(55), 이득 조절부(56) 및 보간부(57)의 작동에 대해서는 후술한다.
디지털 신호 처리부(50)로부터 출력된 데이터로부터의 이미지는 메모리(60)를 통하여 또는 직접 디스플레이 제어부(81)에 전달된다. 디스플레이 제어부(81)는 디스플레이부(80)를 제어하여 디스플레이부(80)에 영상을 디스플레이한다. 본 발명에서 디스플레이부(80)는 터치스크린일 수 있다. 그리고 디지털 신호 처리부(50)로부터 출력된 데이터는 메모리(60)를 통하여 또는 직접 저장/판독 제어부(71)에 입력되는데, 이 저장/판독 제어부(71)는 사용자로부터의 신호에 따라 또는 자동으로 이미지 데이터를 저장매체(70)에 저장한다. 물론 저장/판독 제어부(71)는 저장매체(70)에 저장된 영상 파일로부터 데이터를 판독하고, 이를 메모리(60)를 통해 또는 다른 경로를 통해 디스플레이 제어부(81)에 입력하여 디스플레이부(80)에 영상이 디스플레이 되도록 할 수도 있다. 저장매체(70)는 착탈가능한 것일 수도 있고 디지털 영상 처리 장치에 영구 장착된 것일 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여 디지털 신호 처리부(50)의 기능을 설명한다.
디지털 신호 처리부(50)는 입력 영상의 시간상/공간상 휘도차이, 상기 휘도차이에 따라 가변된 에지정도 및 상기 영상 전체의 노출정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득을 조절하고, 조절된 이득에 따라 영상을 보간하여 출력한다.
휘도신호 추출부(51)는 A/D 변환부(40)로부터 입력되는 디지털 원색신호(R GB)를 디지털 색차신호(YCbCr)신호로 변환하고, 디지털 색차신호로부터 휘도신 호(Y)를 추출한다. 디지털 원색신호를 디지털 색차신호로 변환시키기 위한 수식은 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112009038721352-PAT00001
시간상 휘도차 산출부(52)는 전 후 프레임간 시간상(3D) 휘도신호(Y) 차이값을 산출한다. 시간상 휘도차 산출부(52)는 시간을 축으로 프레임을 누적하여 현재 프레임과 비교를 통하여 시간상 휘도신호 차이값을 산출한다.
공간상 휘도차 산출부(53)는 전 후 프레임간 공간상(2D) 휘도신호 차이값을 산출한다. 공간상 휘도차 산출부(53)는 전 후 프레임간 중간 화소와 주변화소 비교를 통하여 공간상 휘도신호 차이값을 산출한다
에지(Edge)강조 결정부(54)는 시간상 휘도차 산출부(52) 및 공간상 휘도차 산출부(53)로부터 출력되는 시간상 휘도신호 차이값 및 공간상 휘도신호 차이값을 이용하여 에지정보를 가변하여 출력한다. 에지강조 결정부(54)에서 에지를 강조할 경우에는 시간상 휘도신호 차이값이 크게 발생하는 경우로 판단되어지기 때문에 노이즈가 다량으로 발생하여 영상에 문제가 발생한다. 즉, 보통 에지 부분에는 노이즈가 많기 때문에, 이 노이즈를 제거하기 위해 노이즈 제거를 위한 이득값(K)을 크게 할 경우 에지 이외의 다른 부분의 화면에 블러링 현상이 발생하게 된다. 이에 따라 영상의 휘도신호 차이값에 따라 에지 정도를 가변하여 적용해야 한다. 일반 적으로 고주파 필터를 강하게 적용할 경우가 이에 해당된다.
노출정보 생성부(55)는 자동 노출 알고리즘에 의해 전체 영상의 노출정보를 생성한다. 자동 노출 알고리즘은 영상의 평균 휘도 값이 미리 결정된 임계 값의 범위를 벗어나는 경우에 조리개(20)가 열리는 시간을 미리 결정된 레벨만큼 조절함으로써, 영상에 대한 광량을 조절하기 때문에 피사체에 대한 최적의 영상을 디스플레이 할 수 있도록 한다. 카메라의 자동 노출 보정은 조리개(20)의 열리는 시간을 길게 하여 촬영되는 영상에 대한 광량을 증가 시키고 조리개(20)의 열리는 시간을 짧게 하여 촬영되는 영상에 대한 광량을 감소 시킬 수 있다.
이득 조절부(56)는 가변된 에지 정도 및 노출 정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득값(K)을 조절한다. 노이즈 제거 시에 IIR 필터를 이용하여 노이즈를 제거하는데, IIR 필터의 수식은 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure 112009038721352-PAT00002
상기 수학식 2에서 이득값(K)에 따라 영상의 정도가 달라진다. 전체적으로 어두운 영역에서는 각 영상의 차이가 크지 않게 발생한다. 그럼에도 불구하고 같은 이득값을 적용할 경우 화상에 끌림 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라 가변된 에지 정도 및 노출 정보를 기반으로 이득값에 변화를 주어야 한다.
영상 프레임간 영상의 차이가 적을 경우 일정한 이득값을 적용하게 되면 잔상이 발생할 수 있다. 그렇기 때문에 밝기가 어두운 영상에 동일한 이득값을 적용 할 경우 화상에 잔상이 발생할 확률이 커진다. 반대로 화상이 밝을 경우 노이즈의 제거가 미약해 질 수가 있다. 따라서 화상의 전체적인 밝기를 판단하여 이득값을 결정할 경우 다양한 영상으로부터 적절하게 노이즈를 제거할 수 있다. 이와 같이 종래의 경우 일정한 이득값을 적용하여 노이즈를 제거하기 때문에 잔상이 발생하거나 노이즈 제거가 미약할 수 있으나, 가변된 에지 정도 및 노출 정보에 따라 이득값을 조절하여, 즉 영상이 어두운 경우 이득값을 높게 조절하고 영상이 밝은 경우 이득값을 낮게 조절하여 다양한 영상에서 노이즈를 제거할 수 있게 된다.
보간부(57)는 조절된 이득값을 산출한 후에 전체 휘도값의 영역간 값을 보간하여 최종 노이즈가 제거된 영상을 출력한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 방법을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 노이즈 제거 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 디지털 영상 처리기의 내부에서 수행될 수 있는데, 실시 예에 따라 동작 방법의 주 알고리즘은 기기 내의 주변 구성 요소들의 도움을 받아 디지털 신호 처리부(50) 내부에서 수행될 수 있다.
디지털 영상 처리기로 영상이 입력되면, 디지털 신호 처리부(50)는 입력영상으로부터 휘도신호(Y)를 추출한다(301단계).
휘도신호(Y)가 추출되면, 디지털 신호 처리부(50)는 전 후 프레임간 시간상(3D)/공간상(2D) 휘도신호(Y) 차이값을 산출한다(302단계). 디지털 신호 처리부(50)는 시간을 축으로 프레임을 누적하여 현재 프레임과 비교를 통하여 시간상 휘도신호 차이값을 산출하고, 전 후 프레임간 중간 화소와 주변화소 비교를 통하여 공간상 휘도신호 차이값을 산출한다
이어서, 디지털 신호 처리부(50)는 시간상 휘도신호 차이값 및 공간상 휘도신호 차이값을 이용하여 에지 정도를 가변하여 출력한다(303단계). 보통 에지 부분에는 노이즈가 많기 때문에, 이 노이즈를 제거하기 위해 노이즈 제거를 위한 이득값(K)을 크게 할 경우 에지 이외의 다른 부분의 화면에 블러링 현상이 발생하게 된다. 이에 따라 영상의 휘도신호 차이값에 따라 에지 정도를 가변하여 적용해야 한다.
휘도신호 차이값 산출 및 에지 정도가 가변되면, 디지털 신호 처리부(50) 는 자동 노출 알고리즘에 의해 전체 영상의 노출정보를 생성한다(304단계). 자동 노출 알고리즘은 영상의 평균 휘도 값이 미리 결정된 임계 값의 범위를 벗어나는 경우에 조리개(20)가 열리는 시간을 미리 결정된 레벨만큼 조절하여 자동 노출 정보를 생성한다.
이후, 디지털 신호 처리부(50)는 가변된 에지 정도 및 노출 정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득값(K)을 조절한다. 이득값(K)에 따라 영상의 정도가 달라지는데, 종래의 경우 일정한 이득값을 적용하여 노이즈를 제거하기 때문에 잔상이 발생하거나 노이즈 제거가 미약할 수 있으나, 가변된 에지 정도 및 노출 정보에 따라 이득값을 조절하여, 즉 영상이 어두운 경우 이득값을 높게 조절하고 영상이 밝은 경우 이득값을 낮게 조절하여 다양한 영상에서 노이즈를 제거할 수 있게 된다.
조절된 이득값을 산출한 후에 디지털 신호 처리부(50)는 전체 휘도값의 영역간 값을 보간하여 최종 노이즈가 제거된 영상을 출력한다(306단계).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 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 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 장치의 구성을 보이는 블록도 이다.
도 2는 도 1 중 디지털 신호 처리부의 상세도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 영상 처리기에서 노이즈 제거 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.

Claims (5)

  1. 디지털 영상 처리기로서,
    입력 영상의 시간상/공간상 휘도차이에 따라 가변된 에지정도 및 상기 영상의 노출정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득을 조절하는 디지털 신호 처리수단을 포함하는 노이즈 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리수단은
    전 후 프레임간 시간상/공간상 영상의 휘도 차이값을 산출하는 산출부;
    상기 휘도 차이값에 따라 에지 정도를 가변하여 출력하는 에지 결정부;
    상기 입력 영상의 노출 정보를 생성하는 생성부;
    상기 가변된 에지 정도 및 노출 정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득을 조절하는 이득 조절부; 및
    상기 조절된 이득으로 영상을 보간하여 출력하는 보간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 이득 조절부는
    상기 영상이 어두운 경우 이득을 높이고, 상기 영상이 밝은 경우 이득을 낮추는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 장치.
  4. 디지털 영상 처리기의 동작 방법으로서,
    (a) 전 후 프레임간 시간상/공간상 영상의 휘도 차이값을 산출하고, 상기 산출된 휘도 차이값에 따라 에지 정도를 가변하는 단계;
    (b) 상기 전체 영상의 노출 정보를 생성하는 단계;
    (c) 상기 가변된 에지 정도 및 노출 정보에 따라 노이즈 제거를 위한 이득을 조절하는 단계; 및
    (d) 상기 조절된 이득으로 영상을 보간하여 출력하는 단계를 포함하는 노이즈 제거 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 (c)단계에서
    상기 영상이 어두운 경우 이득을 높이고, 상기 영상이 밝은 경우 이득을 낮추는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 방법.
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