KR20130002699A - 영역별 가중치를 기반으로 한 적응형 자동 노출 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피사체와 배경화면을 포함하는 일반적인 디지털 사진에 대해, 피사체가 주로 존재하는 영역과 배경화면이 존재하는 영역을 구분하고, 각 영역 별로 평균 휘도값을 구한 다음, 피사체의 평균 휘도값과 배경화면의 평균 휘도값의 차이를 구하고, 이 차이가 소정 범위 내이면 피사체의 휘도값에 가중치를 부여하여 이미지 전체의 평균 휘도값을 산출하고, 이 평균 휘도값을 사용하여 노출을 제어함으로써 피사체를 더 강조할 수 있는 적응형 자동 노출 제어 방법에 관한 것이다.

Description

영역별 가중치를 기반으로 한 적응형 자동 노출 제어 방법{A METHOD OF ADAPTIVE AUTO EXPOSURE CONTOL BASED UPON ADAPTIVE REGION'S WEIGHT}

본 발명은 디지털 카메라의 자동 노출 제어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 피사체와 배경화면을 포함하는 일반적인 디지털 사진에 대해, 피사체가 주로 존재하는 영역과 배경화면이 존재하는 영역을 구분하고, 각 영역 별로 평균 휘도값을 구한 다음, 피사체의 평균 휘도값과 배경화면의 평균 휘도값의 차이를 구하고, 이 차이가 소정 범위 내이면 피사체의 휘도값에 가중치를 부여하여 이미지 전체의 평균 휘도값을 산출하고, 이 평균 휘도값을 사용하여 노출을 제어함으로써 피사체를 더 강조할 수 있는 적응형 자동 노출 제어 방법에 관한 것이다.

이미지의 품질에 영향을 미치고, 좋지 않은 사진을 만드는 주요 문제들 중 하나는 빛에 대한 부적절한 노출이다. 최근의 카메라에 통합된 최신 특징들 예컨대, 자동 이득 제어 알고리즘이 존재하기는 하지만, 여전히 문제점이 발생한다.

디지털 카메라의 노출을 조절하는 다양한 방법이 존재하지만, 거의 대부분 최적화되지 못하고, 부정확한 노출을 갖는 이미지가 촬영된다. 이것은 특히 휴대폰 등의 핸드셋 장치에 대해 그러한데, 핸드셋 장치에서는 몇가지 요소, 예컨대, 조악한 광학 장치, 플래쉬의 부재, 고난도 광 조절 장치의 부재 등 때문에 노출이 좋지 않은 사진을 촬영할 수 밖에 없는 것이다.

어느 정도의 노출이 정확한 노출인지에 대해서는 명확하지 않다. 하지만, 일반적인 사항들을 요약하고, 가장 중요한 영역을 재생하는데 있어서, 상황에 따라 또는 인지적 기준에 따라, 그레이 또는 휘도의 레벨 등과 관련하여 가능한 영역 중 중심값 등으로 최적의 노출을 정의하는 것은 가능하다. 어느 경우든, 장면의 동적 영역이 인지적으로 "높다면", 전체적으로 관련 세부 사항을 획득하는 것은 불가능하게 마련이다.

많은 자동 노출(AE) 알고리즘이 개발되었지만, 대부분은 정확도 또는 복잡도에 있어서 단점을 갖고 있다.

본 발명은 임의의 광센서를 사용하여 더 높은 정확성과 속도로 노출 제어를 수행할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 최소 피드백으로 노출 제어를 수행함으로써 복잡도를 낮춘 노출 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 디지털 카메라의 적응형 자동 노출 제어 방법이 제공된다. 상기 방법은, 이미지를 읽어들이는 단계; 상기 이미지를 피사체 영역과 배경화면 영역으로 구분하는 단계; 상기 각 영역의 평균 휘도값을 계산하는 단계; 상기 피사체 영역의 평균 휘도값과 상기 배경화면 영역의 평균 휘도값의 차이를 계산하는 단계; 상기 평균 휘도값 차이가 소정 범위 이내이면, 상기 평균 휘도값 차이에 반비례하는 가중치를 산출하는 단계; 상기 가중치를 상기 피사체 영역의 평균 휘도값에 적용하여 이미지 전체의 평균 휘도값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 이미지 전체의 평균 휘도값을 기반으로 자동 노출을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면 역광 조건, 저 조명 조건, 하이 콘트라스트 조건 등 임의의 조명 조건에서 최적 자동 노출 제어를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피사체 영역과 배경화면 영역의 영역 구분을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 참조 곡선을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 적응적으로 이미지의 자동 노출을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세히 설명한다.

디지털 카메라의 노출은 이미지의 평균 휘도값을 사용하여 제어될 수 있다. 그러나, 피사체와 배경화면 사이의 휘도차가 너무 크면, 피사체의 노출 과잉 또는 노출 부족이 발생한다.

역광 조건에서, 전체 이미지의 평균 휘도를 기반으로 노출을 제어하면 피사체의 노출 부족을 야기할 수 있다. 이것은 피사체와 배경화면 간의 휘도 차가 크기 때문에, 평균 휘도가 배경화면의 휘도에 의해 결정되기 때문이다. 따라서, 역광의 강도에 따라 피사체의 휘도를 강조할 필요가 있다.

촬영되는 대부분의 이미지에 있어서, 배경화면 영역은 이미지의 상부에 위치하고, 피사체는 이미지의 중심 및 하부에 위치한다. 따라서, 이미지는 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 영역, 즉 피사체 영역(R1)과 배경화면 영역(R2)으로 구분될 수 있다.

도 1에 도시된 영역 구분은 통상적으로 가장 많이 촬영되는 이미지들을 기반으로 경험적으로 산출된 것이다.

도 1을 참조하면, 이미지의 폭을 W, 높이를 H라 할 때, 피사체 영역(R1)은 바닥면으로부터 높이 1/4W, 폭 W를 갖는 제1 직사각형(11)과, 높이 1/2H, 폭 2/3W를 갖는 제2 직사각형(12)이 합쳐진 영역으로 구성될 수 있다. 배경화면 영역(R2)은 R1을 제외한 나머지 영역일 수 있다.

도 1에 도시된 피사체 영역(R1)과 배경화면 영역(R2)의 구분은 일 예에 불과한 것으로서, 사진의 종류나 적용예에 따라 달라질 수 있다.

전술한 바와 같이, 노출 제어는 이미지 전체의 평균 휘도값을 사용하여 수행된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 피사체 영역(R1)의 평균 휘도값과 배경화면 영역(R2)의 평균 휘도값의 차이에 따라, 이미지 전체의 평균 휘도값이 다르게 결정된다.

피사체 영역(R1)과 배경화면 영역(R2)의 평균 휘도 값의 차이(LD:Luminance Difference)는 다음 (식 1)로부터 구할 수 있다.

LD = L(R2)-L(R1) ... (식 1)

여기서 L(R2)는 R2 영역의 픽셀들의 평균 휘도값이고, L(R1)은 R1 영역의 픽셀들의 평균 휘도값이다.

LD에 따라 서로 다른 방식으로 이미지 전체의 평균 휘도값이 결정될 수 있다. LD가 소정 범위, 예컨대 -127<LD<127 이내이면, 피사체 영역과 배경화면 영역 간에 휘도차가 그리 크지 않은 경우이다. 이 경우에, 도 2에 피사체를 더 강조하기 위해 피사체 영역(R1)의 평균 휘도값에 가중치를 부여할 수 있다. 이 때, 피사체 영역(R1)의 평균 휘도값에 부여되는 가중치는 휘도값 차이(LD)에 반비례하는 0과 1 사이의 값일 수 있다. 피사체 영역(R1)에 0과 1 사이의 값을 곱하면, 전체 이미지의 평균값이 감소하게 되고, 따라서, 노출 제어 시에 더 많은 노출이 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 피사체 영역의 휘도를 강조할 수 있는 가중치에 대한 참조 곡선을 나타낸다.

가중치(w)를 사용하여 전체 이미지의 평균 휘도값(Iavg)을 아래 (식 2)로 구할 수 있다.

Iavg = (L(R2) + L(R1)*w)/2 ... (식 2)

휘도값 차이(LD)가 -127에 가까울수록, 피사체의 휘도가 더 높다는 뜻이므로, 가중치를 1에 가깝게 부여하여 원래 이미지 전체의 평균 휘도값을 기준으로 노출을 수행하도록 하고, 휘도값 차이(LD)가 +127에 가까울 수록, 배경화면의 휘도가 더 높다는 뜻이므로, 가중치를 0에 가깝게 부여하여 노출이 더 많이 적용되도록 할 수 있다.

휘도값 차이(LD)가 위 범위 밖이면 피사체 영역이 훨씬 더 휘도가 높거나, 또는 배경화면 영역이 훨씬 더 휘도가 높은 경우이다. 이런 경우는 휘도가 훨씬 높은 영역의 평균 휘도값을 이미지 전체의 평균 휘도값으로 결정할 수 있다.

예를 들어, 휘도값 차이(LD)가 LD≤-127이면, 피사체 영역(R1)의 평균 휘도값을 이미지 전체의 평균 휘도값으로 결정할 수 있다. 또한, 휘도값 차이(LD)가 127≤LD이면 배경화면 영역(R2)의 평균 휘도값을 이미지 전체의 평균 휘도값을 결정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 적응적으로 이미지의 자동 노출을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.

단계(S101)에서 이미지를 촬영하거나 또는 카메라의 저장 매체에 저장된 이미지 데이터를 읽어들이다. 단계(S102)에서 카메라의 이미지 보정 과정, 예컨대 렌즈 쉐이딩 보상, 블랙 레벨 조정, 센서 선형성 체크 및 보간 등을 수행한다. 그리고 나서, 카메라의 이미지 보정 과정이 완료된 이미지의 RGB 값이 노출 보정 알고리즘으로 입력된다.

단계(S103)에서 RGB 값을 YCbCr값으로 변환하고 이미지를 구성하는 픽셀들의 Y값을 추출한다.

단계(S104)에서 도 1의 각 영역 R1,R2에 대해 평균 휘도값을 계산하고, 단계(S105)에서 평균 휘도값의 차이(LD)를 계산한다.

단계(S106)에서, 휘도 차이값(LD)이 -127<LD<127이면, 단계(S107)에서 도 2에 도시된 가중치에 대한 참조 곡선을 사용하여 R1의 평균 휘도값에 대한 가중치를 산출한다. 그리고 나서, 단계(S108)에서 가중치를 부여한 값으로 이미지 전체의 평균 휘도값을 계산한다. 즉, 이미지 전체의 평균 휘도값은 다음 (식 2)에 의해 결정된다.

AL(Average Luminance) = (L(R2) + L(R1) * w)/2

여기서, L(R2)는 영역 R2의 평균 휘도값이고, L(R1)의 평균 휘도값이고, w는 도 2의 전달 함수 곡선으로부터 산출된 L(R1)의 평균 휘도값에 따른 가중치값이다.

단계(S109)에서 산출된 평균 휘도값을 사용하여 자동 노출 제어를 수행한다.

단계(S110)에서, 휘도 차이값(LD)이 LD<-127이면, 단계(S111)에서, 피사체 영역(R1)의 평균 휘도값을 이미지 전체의 평균 휘도값으로 결정하고, 단계(S109)에서 산출된 평균 휘도값을 사용하여 자동 노출 제어를 수행한다.

휘도 차이값(LD)이 LD>127이면, 단계(S112)에서 배경화면 영역(R2)의 평균 휘도값을 이미지 전체의 평균 휘도값으로 결정하고, 단계(S109)에서 산출된 평균 휘도값을 사용하여 자동 노출 제어를 수행한다.

11 : 피사체 영역의 제1 직사각형
12 : 피사체 영역의 제2 직사각형

Claims (5)

1. 디지털 카메라의 적응형 자동 노출 제어 방법에 있어서,
   이미지를 읽어들이는 단계;
   상기 이미지를 피사체 영역과 배경화면 영역으로 구분하는 단계;
   상기 각 영역의 평균 휘도값을 계산하는 단계;
   상기 피사체 영역의 평균 휘도값과 상기 배경화면 영역의 평균 휘도값의 차이를 계산하는 단계;
   상기 평균 휘도값 차이가 소정 범위 이내이면, 상기 평균 휘도값 차이에 반비례하는 가중치를 산출하는 단계;
   상기 가중치를 상기 피사체 영역의 평균 휘도값에 적용하여 이미지 전체의 평균 휘도값을 계산하는 단계; 및
   상기 계산된 이미지 전체의 평균 휘도값을 기반으로 자동 노출을 제어하는 단계를 포함하는 적응형 자동 노출 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소정 범위는 -127보다 크고 127 보다 작은 범위인 적응형 자동 노출 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 평균 휘도값 차이가 -127 이하이면, 상기 피사체 영역의 평균 휘도값을 상기 이미지 전체의 평균 휘도값으로 결정하는 단계를 더 포함하는 적응형 자동 노출 제어 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 평균 휘도값의 차이가 127 이상이면, 상기 배경화면 영역의 평균 휘도값을 상기 이미지 전체의 평균 휘도값으로 결정하는 단계를 더 포함하는 적응형 자동 노출 제어 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 각 영역의 평균 휘도값을 계산하는 단계는,
   상기 이미지의 RGB값을 YCbCr 값으로 변환하는 단계;
   Y값을 추출하는 단계; 및
   상기 각 영역별 Y값의 산술 평균을 계산하는 단계를 포함하는 적응형 자동 노출 제어 방법.

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