KR20120137874A - 영상 대조비 개선 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 대조비 개선 방법 및 장치를 개시한다.
본 발명의 영상 대조비 개선 방법은, 입력된 원 영상에서 움직임 정보 및 밝기 정보를 기초로 관심 영역인 유효 영역을 설정하는 단계; 상기 유효 영역의 화질을 개선하는 단계; 및 상기 원 영상과 상기 화질이 개선된 유효 영역을 합성하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

영상 대조비 개선 방법 및 장치{Method of Improving Contrast and Apparatus using the method}
동영상 시스템에서 사용되는 영상 대조비 개선 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래에는 전체 영상에 대해 화질 개선 알고리즘을 적용하여 영상 대조비를 향상시키거나, 사용자가 화질을 개선하고자 원하는 영역을 수동으로 지정하여 지정된 특정 부분에 대해서만 화질 개선 알고리즘을 사용하여 영상 대조비를 향상시키고 있다.
전체 영상에 대해 일괄적으로 영상 대조비를 개선 시키는 방법이 영상 감시 목적에 적용될 경우, 사용자가 원하지 않는 부분에 대해서도 영상 대조비가 개선되어, 전체 영상에서의 관심 피사체에 대한 구별이 어려울 수 있고, 화소 밝기가 낮은 영역(어두운 영역)에 대해 영상 대조비를 개선 시킬 경우, 노이즈가 함께 증폭될 수 있어 원하지 않는 노이즈 증폭 가능성이 존재한다.
이벤트 발생이 예상되는 특정 영역을 감시자가 수동으로 설정하여 설정된 영역에 대해서만 영상 대조비를 개선 시키는 방법이 영상 감시 목적에 적용될 경우, 사용자가 설정한 유효 영역이 아닌 부분에서 이벤트 발생시, 이벤트 검출이 어려울 수 있고, 선택한 유효 영역에 화소 밝기가 낮은 영역(어두운 영역) 포함 시, 노이즈 성분이 증폭되어 화질 열화가 발생할 가능성이 존재한다.
본 발명은 화질을 개선하고자 하는 유효 영역을 자동으로 설정하고, 화소 밝기가 낮은 영역(어두운 영역)에서 노이즈 성분 증폭을 방지할 수 있는 영상 대조비 개선 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 대조비 개선 방법은, 입력된 원 영상에서 움직임 정보 및 밝기 정보를 기초로 관심 영역인 유효 영역을 설정하는 단계; 상기 유효 영역의 화질을 개선하는 단계; 및 상기 원 영상과 상기 화질이 개선된 유효 영역을 합성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 유효 영역 설정 단계는, 상기 원 영상에서 배경 영역을 검출하는 단계; 상기 배경 영역을 기초로 상기 원 영상에서 움직임 영역을 검출하는 단계; 상기 원 영상의 전체적인 밝기 정보를 검출하는 단계; 및 상기 밝기 정보로부터 획득한 화소 값을 이용하여 상기 움직임 영역의 화소들 중 상기 유효 영역의 화소를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 밝기 정보 검출 단계는, 상기 원 영상을 다운 샘플링하는 단계; 및 상기 다운 샘플링된 영상을 업 샘플링하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 움직임 영역 검출 단계는, 상기 원 영상의 영상 정보와 상기 배경 영역의 영상 정보의 차이를 이용하여 상기 움직임 영역을 검출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 유효 영역의 화소를 결정하는 단계는, 상기 움직임 영역의 화소들 중 상기 업 샘플링된 영상의 대응하는 화소의 화소 값이 임계값 이상인 화소를 상기 유효 영역의 화소로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 원 영상과 유효 영역을 합성하는 단계는, 상기 원 영상과 상기 유효 영역의 화소에 각각 가중치를 적용하여 합성하는 단계;를 포함할 수 있고, 상기 가중치는 상기 원 영상의 밝기 정보를 기초로 결정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 대조비 개선 장치는, 입력된 원 영상에서 움직임 정보 및 밝기 정보를 기초로 관심 영역인 유효 영역을 설정하는 유효영역설정부; 상기 유효 영역의 화질을 개선하는 화질개선부; 및 상기 원 영상과 상기 화질이 개선된 유효 영역을 합성하는 융합부;를 포함할 수 있다.
상기 유효영역설정부는, 상기 원 영상에서 배경 영역을 검출하는 배경영역검출부; 상기 배경 영역을 기초로 상기 원 영상에서 움직임 영역을 검출하는 움직임영역검출부; 상기 원 영상의 전체적인 밝기 정보를 검출하는 밝기정보검출부; 및 상기 밝기 정보로부터 획득한 화소 값을 이용하여 상기 움직임 영역의 화소들 중 상기 유효 영역의 화소를 결정하는 유효영역추출부;를 포함할 수 있다.
상기 밝기정보검출부는, 상기 원 영상을 다운 샘플링하고, 상기 다운 샘플링된 영상을 업 샘플링할 수 있다.
상기 유효영역추출부는, 상기 움직임 영역의 화소들 중 상기 업 샘플링된 영상의 대응하는 화소의 화소 값이 임계값 이상인 화소를 상기 유효 영역의 화소로 결정할 수 있다.
상기 움직임영역검출부는, 상기 원 영상의 영상 정보와 상기 배경 영역의 영상 정보의 차이를 이용하여 상기 움직임 영역을 검출할 수 있다.
상기 융합부는, 상기 원 영상과 상기 유효 영역의 화소에 각각 가중치를 적용하여 합성할 수 있고, 상기 가중치는 상기 원 영상의 밝기 정보를 기초로 결정될 수 있다.
본 발명의 영상 대조비 개선 장치 및 방법은 유효 영역을 자동으로 설정하여 유효 영역의 대조비를 높일 수 있고, 화소 밝기가 낮은 영역(어두운 영역)에서의 노이즈 성분 증폭을 방지할 수 있어, 피사체 인식이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 대조비 개선 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 유효 영역 설정부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 밝기 정보 검출부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 대조비 개선 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 대조비 개선 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1의 유효 영역 설정부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 3은 도 2의 밝기 정보 검출부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 영상 대조비 개선 장치(10)는 입력부(101), 유효 영역 설정부(103), 화질 개선부(105), 융합부(107) 및 출력부(109)를 포함한다.
영상 대조비 개선 장치(10)는 원 영상 대비 관심 영역의 피사체를 좀 더 명확하게 구별시킬 수 있도록 하는 장치이다. 대조비는 텔레비전이나 팩시밀리, 컴퓨터 디스플레이 등의 영상에 있어서 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분과의 색조차이를 의미한다. 대조비가 적으면 전체적으로 영상의 화질이 선명치 못하고 물체를 식별하는데 어려움이 있다. 따라서 최대한 대조비를 개선하여 관측이 용이하도록 화질을 향상시켜야 한다.
영상 대조비 개선 장치(10)는 배경 영역에 대해선 원 영상 그대로를 출력하고, 유효 영역이라 판단되는 부분에 대해서만 화질 개선 알고리즘을 적용하여, 전체적으로 영상 화질을 개선하는 장치이다. 영상 대조비 개선 장치(10)는 디지털 영상 처리를 수행하는 비쥬얼 카메라, 열상 카메라, 특수 목적 카메라 등의 감시용 카메라, 휴대폰용 카메라, 캠코더, 동영상 재생을 위한 모바일 기기 등의 동영상을 표현하는 디지털 영상 기기에 적용될 수 있다.
입력부(101)는 카메라 또는 외부 장치로부터 원 영상을 프레임 주기로 입력받는다.
유효 영역 설정부(103)는 원 영상에서 화질을 개선 시키고자 하는 관심 영역, 즉 유효 영역을 자동으로 검출한다. 유효 영역 설정부(103)는 원 영상에서 움직임 정보 및 밝기 정보를 기초로 유효 영역을 설정한다. 도 2를 참조하면, 유효 영역 설정부(103)는 배경 영역 검출부(202), 움직임 영역 검출부(204), 밝기 정보 검출부(206), 및 유효 영역 추출부(208)를 포함한다.
배경 영역 검출부(202)는 입력부(101)로부터 입력되는 원 영상에서 배경 영역을 검출한다. 배경 영역 검출부(202)는 다양한 공지 기술들을 적용하여 배경 영역을 검출할 수 있다.
일 예로서, 배경 영역 검출부(202)는 원 영상에 대해 IIR 필터(infinite impulse response filter)를 사용하여 배경 영상을 생성함으로써 배경 영역을 검출할 수 있다. IIR 필터는 입력신호의 값과 출력신호의 값이 재귀적으로(recursive, feedback) 적용되어 필터링이 수행되는 디지털 필터이다. IIR 필터를 이용한 배경 영상 생성 방법을 포함하는 다양한 배경 영상 생성 기술들은 공지이므로 상세한 설명은 생략하겠다. 다른 예로서, 배경 영역 검출부(202)는 배경 영역 검출을 위해 영상 프레임 간의 평균 합(averaging sum) 방식을 이용할 수 있다.
움직임 영역 검출부(204)는 배경 영상의 배경 영역을 이용하여 원 영상에서 움직임 영역(모션 정보)을 검출한다. 움직임 영역 검출부(204)는 원 영상과 배경 영상의 차이를 이용하여 움직임 영상을 생성하고, 움직임 정보를 추출할 수 있다. 즉, 움직임 영역 검출부(204)는 원 영상의 영상 정보와 배경 영역의 영상 정보 차이를 이용하여 움직임 영역을 검출할 수 있다.
밝기 정보 검출부(206)는 원 영상으로부터 블러 영상(blur image)을 생성하고, 원 영상에 대해 전체적인 화면 밝기 분포 정보(이하, '화면 밝기 정보'라 함)를 검출한다. 도 3을 참조하면, 밝기 정보 검출부(206)는 다운샘플링부(302) 및 업샘플링부(304)를 포함한다. 다운샘플링부(302)는 입력부(101)로부터 입력되는 원 영상을 소정 사이즈로 다운 샘플링한다. 업샘플링부(304)는 다운 샘플링된 영상을 원 영상 사이즈로 업 샘플링하여 블러 영상을 생성한다. 이때 업 샘플링시 이중선형보간(Bilinear Interpolation) 알고리즘이 사용될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이러한 밝기 정보 검출부(206)는 하드웨어의 부담을 줄이면서 저역통과필터(LPF)와 같이 블러 영상(blur image)을 생성할 수 있다.
다른 예로서, 밝기 정보 검출부(206)는 원 영상 전체를 수평/수직으로 큰 탭 수를 갖는 저역통과필터(LPF)를 통해 블러(blur) 시킴으로써, 영상의 전체 화면 밝기 분포를 얻을 수 있다.
유효 영역 추출부(208)는 움직임 영역 검출부(204)로부터의 움직임 영역 정보와 밝기 정보 검출부(206)로부터의 밝기 정보를 기초로 화소 단위로 유효 영역을 추출한다. 유효 영역 추출부(208)는 밝기 정보로부터 획득한 화소 값을 이용하여 움직임 영역의 화소들 중 유효 영역의 화소를 결정한다. 유효 영역 추출부(208)는 움직임 영역의 화소들 중 블러 영상의 대응하는 화소의 화소 값이 임계값 이상인 화소를 상기 유효 영역의 화소로 결정한다. 여기서 블러 영상은 다운 샘플링 후 업 샘플링된 영상, 또는 LPF에 의해 생성된 영상일 수 있다.
움직임 정보만으로 유효 영역을 결정한 후 대조비를 향상시킬 경우, 화소 밝기가 낮은 영역(어두운 영역)에 대해서는 노이즈가 함께 증폭되어 화질 열화가 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 유효 영역 추출부(208)는 화소 밝기가 특정 레벨 이하인 영역은 유효 영역에서 제외시키고, 화소 밝기가 특정 레벨 이상일 경우에만 유효 영역으로 설정한다. 유효 영역 추출부(208)는 움직임 영역에 포함되는 화소의 화소 밝기(화소 값)가 특정 레벨(임계값) 이상인 화소를 추출하여 유효 영역으로 설정한다. 본 실시예에서는 화소 단위로 유효 영역을 설정하고 있으나, 화소 단위가 아닌 블록 단위로 유효 영역을 설정할 수도 있다.
상기 임계값은 다양한 방법으로 설정될 수 있으며, 일 예로서, 히스토그램(Histogram)을 이용하여 전체 화소 밝기 정보를 분석한 후 판단된 최적의 밝기값으로 설정하거나, 외부 조절 레지스터를 이용하여 사용자가 임계값을 수동으로 선택하거나, 두 가지 방법을 모두 적용하여 임계값을 설정할 수도 있다.
화질 개선부(105)는 유효 영역 설정부(103)에서 설정된 유효 영역에 대해 화질을 개선한다. 화질 개선부(105)는 유효 영역의 영상 데이터의 휘도, 콘트라스트, 컬러량, 명암비, 선명도 등을 조정함으로써 화질을 개선할 수 있다. 이에 따라 유효 영역의 화질이 개선된 개선 영상으로 출력된다. 이때, 화질 개선을 위한 각 파라미터 값은 초기값으로 고정되거나, 또는 사용자에 의해 조정되어 사전 설정될 수 있다. 화질 개선부(105)는 화질 개선을 위해 에지 개선(Edge Enhancement) 알고리즘, 히스토그램 평탄화(Histogram equalization) 또는 히스토그램 신장(Histogram Stretching)과 같은 히스토그램 기반 화질 개선 알고리즘, 색상 조절(HUE Control) 알고리즘 등의 다양한 방법을 적용할 수 있으며, 이러한 화질 개선 기술들은 공지이므로 상세한 설명은 생략하겠다.
융합부(107)는 입력부(101)로부터 입력되는 원 영상과 화질 개선된 유효 영역을 합성한다. 융합부(107)는 원 영상과 유효 영역의 화질이 개선된 개선 영상을 융합(합성)하여 합성 영상을 생성할 수 있다. 융합부(107)는 원 영상과 개선 영상의 화소에 각각 가중치를 적용하여 융합한다. 어두운 영역에서는 원영상을 더 많이 참조하고, 밝은 영역에서는 대조비 개선된 영상을 더 많이 참조할 수 있도록 가중치가 설정된다. 본 실시예는 개선 영상을 원 영상과 융합함으로써, 합성 영상의 부자연스러움을 최소화시키고, 어두운 영역의 노이즈 증폭을 억제시킬 수 있다.
예를 들어, 영상의 화소 값이 8비트(0~255)로 표현되는 경우, 원 영상의 화소 값(B)에는 (255 - A)의 가중치가 적용되고, 개선 영상의 화소 값(C)에는 A의 가중치가 적용되면, 합성 영상의 해당 화소 값은 아래 수학식1에 의해 계산된다.
{B x (255 - A) + C x A } / 255 .....(1)
여기서, 가중치(A)는 원 영상의 밝기 정보를 기초로 결정되는 값으로, 블러 영상의 화소 값일 수 있다. 융합부(107)는 밝기 정보 검출부(206)로부터 원 영상의 밝기 정보를 얻을 수 있다.
출력부(109)는 합성 영상을 모니터 등의 표시장치로 출력한다. 합성 영상은 유효 영역의 화질이 개선됨으로써 영상 대조비가 개선된 영상이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 대조비 개선 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 영상 대조비 개선 방법은 원 영상으로부터 배경 영역을 검출한 다음, 추출된 배경 영역을 이용하여 움직임 영역(모션 정보)을 검출하고, 움직임 영역 정보와 원 영상으로부터 얻어진 밝기 정보를 기초로 화질 개선을 위한 유효 영역을 추출한다. 그리고, 상기 방법은 추출된 유효영역에 대해 화질 개선 알고리즘을 적용하여 개선 영상을 생성하고, 원 영상과 개선 영상을 융합함으로써 최종 합성 영상을 생성한다.
먼저, 영상 대조비 개선 장치는 영상을 입력받고(S420), 입력된 원 영상으로부터 유효 영역을 자동으로 설정한다(S440).
유효 영역을 설정하기 위해, 영상 대조비 개선 장치는 원 영상으로부터 배경 영역을 검출한다(S441). 배경 영역 검출은 IIR 필터 또는 영상 프레임 간의 평균 합(averaging sum) 방식 등을 사용하여 수행될 수 있다.
영상 대조비 개선 장치는 원 영상의 영상 정보와 배경 영역의 영상 정보 간의 차이로부터 움직임 영역을 검출한다(S443).
영상 대조비 개선 장치는 원 영상의 전체적인 화면 밝기 정보를 검출한다(S445). 원 영상의 화면 밝기 정보는 원 영상을 LPF를 통해 블러시킨 블러 영상, 또는 원 영상을 다운 샘플링 후 업 샘플링함으로써 블러시킨 블러 영상으로부터 검출할 수 있다.
영상 대조비 개선 장치는 움직임 영역 정보와 밝기 정보를 기초로 원 영상에서 유효 영역을 설정한다(S447). 영상 대조비 개선 장치는 움직임 영역으로 검출된 화소들 각각의 화소 밝기 값(화소 값)과 임계값을 비교한다. 여기서 움직임 영역의 화소의 화소 값은 블러 영상의 화소 값이다. 비교 결과 화소 값이 임계값보다 작은 화소는 제외하고, 화소 값이 임계값보다 큰 화소는 유효 영역의 화소로 결정한다. 화소 값이 임계값과 동일한 화소는 유효 영역에서 제외되거나 유효 영역에 포함되도록 설정될 수 있다.
영상 대조비 개선 장치는 유효 영역에 대해 적절한 화질 개선 알고리즘을 적용하여 화질 개선을 수행한다(S460).
영상 대조비 개선 장치는 원 영상과 유효 영역의 화질이 개선된 개선 영상을 융합한다(S480). 이때 원 영상의 화소와 개선 영상의 대응 화소 각각에 가중치가 적용된다. 가중치는 블러 영상의 화소의 밝기 값(화소 값)으로부터 결정된다.
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.

Claims (14)

  1. 입력된 원 영상에서 움직임 정보 및 밝기 정보를 기초로 관심 영역인 유효 영역을 설정하는 단계;
    상기 유효 영역의 화질을 개선하는 단계; 및
    상기 원 영상과 상기 화질이 개선된 유효 영역을 합성하는 단계;를 포함하는 영상 대조비 개선 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유효 영역 설정 단계는,
    상기 원 영상에서 배경 영역을 검출하는 단계;
    상기 배경 영역을 기초로 상기 원 영상에서 움직임 영역을 검출하는 단계;
    상기 원 영상의 전체적인 밝기 정보를 검출하는 단계; 및
    상기 밝기 정보로부터 획득한 화소 값을 이용하여 상기 움직임 영역의 화소들 중 상기 유효 영역의 화소를 결정하는 단계;를 포함하는 영상 대조비 개선 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밝기 정보 검출 단계는,
    상기 원 영상을 다운 샘플링하는 단계; 및
    상기 다운 샘플링된 영상을 업 샘플링하는 단계;를 포함하는 영상 대조비 개선 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 움직임 영역 검출 단계는,
    상기 원 영상의 영상 정보와 상기 배경 영역의 영상 정보의 차이를 이용하여 상기 움직임 영역을 검출하는 단계;를 포함하는 영상 대조비 개선 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 유효 영역의 화소를 결정하는 단계는,
    상기 움직임 영역의 화소들 중 상기 업 샘플링된 영상의 대응하는 화소의 화소 값이 임계값 이상인 화소를 상기 유효 영역의 화소로 결정하는 단계;를 포함하는 영상 대조비 개선 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원 영상과 유효 영역을 합성하는 단계는,
    상기 원 영상과 상기 유효 영역의 화소에 각각 가중치를 적용하여 합성하는 단계;를 포함하는 영상 대조비 개선 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가중치는 상기 원 영상의 밝기 정보를 기초로 결정되는 영상 대조비 개선 방법.
  8. 입력된 원 영상에서 움직임 정보 및 밝기 정보를 기초로 관심 영역인 유효 영역을 설정하는 유효영역설정부;
    상기 유효 영역의 화질을 개선하는 화질개선부; 및
    상기 원 영상과 상기 화질이 개선된 유효 영역을 합성하는 융합부;를 포함하는 영상 대조비 개선 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유효영역설정부는,
    상기 원 영상에서 배경 영역을 검출하는 배경영역검출부;
    상기 배경 영역을 기초로 상기 원 영상에서 움직임 영역을 검출하는 움직임영역검출부;
    상기 원 영상의 전체적인 밝기 정보를 검출하는 밝기정보검출부; 및
    상기 밝기 정보로부터 획득한 화소 값을 이용하여 상기 움직임 영역의 화소들 중 상기 유효 영역의 화소를 결정하는 유효영역추출부;를 포함하는 영상 대조비 개선 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 밝기정보검출부는,
    상기 원 영상을 다운 샘플링하고, 상기 다운 샘플링된 영상을 업 샘플링하는 영상 대조비 개선 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 움직임영역검출부는,
    상기 원 영상의 영상 정보와 상기 배경 영역의 영상 정보의 차이를 이용하여 상기 움직임 영역을 검출하는 영상 대조비 개선 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 유효영역추출부는,
    상기 움직임 영역의 화소들 중 상기 업 샘플링된 영상의 대응하는 화소의 화소 값이 임계값 이상인 화소를 상기 유효 영역의 화소로 결정하는 영상 대조비 개선 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 융합부는,
    상기 원 영상과 상기 유효 영역의 화소에 각각 가중치를 적용하여 합성하는 영상 대조비 개선 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가중치는 상기 원 영상의 밝기 정보를 기초로 결정되는 영상 대조비 개선 장치.
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