KR20110042423A - 영상의 경계영역을 적응적으로 고려하는 영상 향상 알고리즘 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

정지영상에서 영상처리 기법 중 하나인 영상 향상 기법이 소개된다. 본 발명에 따른 알고리즘은 영상의 경계부분을 부각시켜 영상의 질이 향상되는 효과가 보여지는 과정에서 나타나는 부작용을 줄이거나 없애고자 하는 것이다. 영상의 경계부분을 지나치게 부각시킬 경우 오버슈팅(Overshooting), 언더슈팅(Undershooting) 또는 링잉(Ringing) 등의 부작용 효과가 나타나게 된다.

1차적으로 영상의 경계 특성을 파악한다. 경계부분의 영상신호 밝기값 분포를 파악한 후, 2차적으로 미분법을 사용하여 경계부분의 기울기 분포를 파악하게 된다. 이때 쓰이는 방법으로는 2차 미분방법인 라플라시안 / 가우시안 분류기(Laplacian of Gaussian Classifier)를 이용한다. 2차 미분법을 통해 얻어진 미분된 영상 밝기값 특성을 이용하여 경계영역의 밝기값 기울기를 조절하여 경계부분을 부각시키게 된다. 여기서 임의의 파라미터 델타(delta)를 이용하여 기울기를 조정 시, 일정한 밝기 값의 범위를 유지하게 된다. 이런 효과로 인해 영상 향상 효과를 조절하여 가장 최적의 효과를 얻으면서도 부작용을 줄일 수 있다.

영상향상, 경계

Description

영상의 경계영역을 적응적으로 고려하는 영상 향상 알고리즘 장치 및 방법 {Apparatus and method of image enhancement considering adaptive edge detection}

본 발명은 정지영상을 인간시각시스템(Human visual system)에 근거해 영상의 질을 향상시키는 과정에서 나타날 수 있는 부작용을 없애거나 때로는 줄이고자 하는 것으로, 보다 상세하게는 영상 향상의 기법으로 사용될 경계부분 부각 기법의 정도를 조정하는 방법을 통해 선명도(clearness)는 유지하면서 부작용은 없도록 하는 방법에 관한 것이다.

영상 처리에는 다양한 분야가 존재한다. 그 중에서도 인간의 시각시스템에 근거해 사람의 눈에 반응에 따라 영상의 질을 달리 표현하는 분야가 영상 향상 기법이다. 사람의 눈이 얼마나 더 편안함을 느끼는지, 얼마나 더 선명도를 느끼도록 하는지가 위 분야의 평가척도이다. 대부분 선명도를 얼마나 잘 표현하도록 하는 지 중점을 두고 연구가 이루어져 왔다. 영상 향상 분야에도 다양한 기법이 존재하는데 공간 좌표평면 외에 주파수 좌표평면에서 영상 경계부분의 또 다른 표현인 고주파 영역을 부각시켜 처리하여 경계부분을 부각시키기도 하는 등의 방법이 그것이다.

영상의 처리 과정에서는 여러 현상이 함께 나타나는 경우가 발생한다. 영상 향상 분야에서 경계부분 부각처리 과정에서 때로는 지나친 부각효과로 인해 부작용(side effect)이 발생하기도 한다. 신호 밝기값의 차이를 더욱 극명하게 나도록 하여 주변 신호 밝기값 분포와 부조화가 일어나게 되는 현상을 오버슈팅(Overshooting)과 언더슈팅(Undershooting)이라 한다. 그리고 수평, 수직 경계 외에 대각선 경계 등 다양한 경계표현 등의 처리로 인해 경계부분 주변에 물결이 이는 듯한 현상이 나타나는 것을 링잉(Ringing) 효과라고 한다.

본 발명에서는 영상향상 기법 중 한 기법을 소개하는 것 외에 영상처리 과정 중에 나타나는 이러한 부작용 효과를 동시에 없애거나 때로는 줄이는 것을 핵심으로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 영상의 화질 향상 알고리즘 설계 시 나타나는 부작용의 문제점을 줄이거나 없앰으로써 영상 화질 향상 효과를 반감시키지 않는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 영상의 화질 향상 알고리즘 설계 시 영상 특성에 따라 영상의 선명도(clearness)를 적응적으로 결정해 영상 화질 향상 알고리즘의 효과를 극대화시키고자 하는 데 있다.

본 발명을 위한 기술적 과제를 달성하기 위해 필요한 바람직한 실시 예는, 공간 좌표평면 상에서 영상의 경계부분과 경계부분이 아닌 부분을 영상신호 밝기값 분포 차원에서 구분할 수 있어야 한다는 것이다. 이는 MxN 마스크를 통해 주변 영상신호 밝기값과의 차분값들 분포를 계산하여 경계부분을 결정한다.

본 발명을 위한 다른 기술적 과제를 달성하기 위해 필요한 바람직한 실시 예는, 경계부분의 밝기 신호값이 분포하는 기울기를 2차 미분법을 활용하여 기울기 특성을 분석한다는 것이다. 이때 사용하는 방법으로는 라플라시안 / 가우시안 분류기(Laplacian of Gaussian Classifier)를 이용하여 영상신호의 2차원 미분 신호 형태를 파악하게 된다.

본 발명을 위한 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위해 필요한 바람직한 실시 예는, 영상 향상 기법에서 나타나는 부작용 - 오버슈팅과 언더슈팅 - 을 줄이거나 없애기 위한 방법으로 임의의 파라미터 델타를 이용, 경계부분 부각 시 신호의 밝기값 범위를 제한해줄 수 있는 것이다. 이는 신호의 밝기값이 과도하게 부각될 경우 나타나는 주변 영상신호 밝기값과의 부조화를 방지하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 향상된 영상 향상 처리 알고리즘 장치 및 방법에 의하면, 영상의 화질 향상을 위한 경계 부분을 부각시키는 과정에서 부각시키는 정도를 적응적으로 결정함으로서 사람의 눈에 최적의 선명도를 결정할 수 있고, 임의의 파라미터를 이용해 경계부분 부각 시 영상신호 밝기값의 범위를 제한해줌으로써 경계부분 처리 후 나타날 수 있는 오버슈팅, 언더슈팅 등의 부작용을 없애거나 줄일 수 있게 된다.

정지영상 KxL 영상을 영상 향상 기법을 행할 시, 도1에서처럼 MxN(M>0 & M<K , N>0 & N<L) 마스크를 이용하여 연산을 실시한다. 공간 좌표평면에서 마스크 단위로 주변 영상 밝기값의 분포의 차분값을 계산하여 평균제곱오차(Mean Square Error) 등을 이용하여 경계부분과 경계가 아닌 부분을 결정하게 된다. 복잡도의 감소를 위해 경계부분으로 결정된 부분만을 다음 과정에서 처리하게 된다.

경계부분으로 결정된 부분은 라플라시안 / 가우시안 분류기 를 이용하여 2차 미분을 이용한 신호 특성으로 보여지게 된다. 라플라시안 / 가우시안 분류기를 이용하여 나타나는 신호의 특성은 다음과 같다.

도2에서 보이는 것과 같이 경계영역의 경우 주의깊게 봐야 할 부분은 바로 경계 영역의 중심이다. 경계영역의 중심은 라플라시안/가우시안 분류기로 표현했을 때 값이 0인 값을 가지게 되는데 수학적으로 변곡점이라고 한다. 이 변곡점을 기준으로 경계의 수치 표현이 한쪽은 마이너스(-) 값 표현, 다른 한쪽은 플러스(+) 표현으로 확인할 수 있다. 이 분석을 통해서 우리는 실제 공간좌표의 경계 부분 표현에서 경계의 중심을 찾아 한쪽과 다른 한쪽을 각각 적응적으로 가감시킴으로써 밝기값 표현 관점에서 기울기를 높이거나 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이는 영상의 특성 또는 영상의 한 부분의 특성에 따라 영상 화질 향상 표현을 최적으로 할 수 있다는 것을 뜻한다.

또한 임의의 파라미터 델타(delta)는 이러한 경계영역 처리 시 밝기신호 값 영역이 과도하게 차이가 날 경우를 대비하여 밝기값 영역의 범위를 제한하는 역할을 한다. 따라서 이러한 효과로 영상 화질 향상 기법의 부작용 중 오버슈팅과 언더슈팅을 없애거나 방지할 수 있게 된다.

도1은 영상처리 과정에서 기본적인 연산 단위로 사용되는 MxN 마스크

도2는 공간 좌표평면에서 보이는 경계부분의 영상신호 밝기값 그래프와 라플라시안 / 가우시안 분류기를 통해 2차 미분된 신호 형태로 변환된 그래프.

Claims (1)

1. KxL 영상의 화질 향상 효과를 얻기 위한 과정에 있어서, MxN 마스크를 이용하여 2차원 미분 - 라플라시안 / 가우시안 분류기를 통해 얻어진 2차원 미분신호 특성과 실제 공간 좌표 신호 특성을 비교 분석하여 경계부분을 찾고, 그 경계부분의 기울기를 적응적으로 조절하는 등 최적화시키되, 임의의 파라미터 델타를 통해 경계부분의 영상신호 밝기값이 과도하게 부각되는 것을 제한함으로써 각종 부작용을 막을 수 있는 장치 및 방법.

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