KR20140067781A - 캡슐형 내시경 및 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법 - Google Patents

캡슐형 내시경 및 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법 Download PDF

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Abstract

캡슐형 내시경 및 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법이 개시된다. 캡슐형 내시경은 인체 내부 장기의 영상을 획득하는 촬영부 및 상기 영상을 압축하는 압축부를 포함하며, 상기 촬영부는 상기 영상을 베이어 패턴(bayer pattern)의 데이터로 획득하며, 상기 압축부는 상기 베이어 패턴의 데이터를 기반으로 압축을 수행한다. 따라서, 전송 시간 및 전송 데이터 양을 감소시킴으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다.

Description

캡슐형 내시경 및 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법{CAPSULE-TYPE ENDOSCOPE AND METHOD OF COMPRESSING IMAGES THEREOF}
본 발명은 캡슐형 내시경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법에 관한 것이다.
인체 내부의 정보, 특히 의학적 정보를 획득하기 위해 피검사자의 입 또는 항문을 통해 케이블에 부착된 내시경을 삽입하는 방법이 이용되고 있다. 이 방법에 의하며, 도선 또는 광섬유로 이루어진 케이블을 통해 내시경을 직접 제어할 수 있으므로, 인체 내부의 데이터를 확보하기 용이하지만 피검사자에게는 큰 고통이 따른다. 또한, 소장과 같은 장기는 피검사자의 입 또는 항문으로부터 멀리 떨어져 있을뿐더러, 장기의 체강 직경이 작아서 상술한 내시경 방법으로 검사하기 곤란하다는 문제가 있다.
이를 고려하여, 캡슐형 내시경이 이용되고 있다. 피검사자가 캡슐형 내시경을 구강을 통해 삼키면, 캡슐형 내시경은 인체 내에서 카메라 등으로 필요한 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 인체 외부의 수신 장치로 전송하여 출력할 수 있도록 한다. 이때, 캡슐형 내시경은 인체 외부의 수신 장치로 데이터를 전송하기 위해 많은 전력을 소모하게 된다. 캡슐형 내시경의 경우 구강을 통해 인체 내부로 들어가면 인체 외부로 배출되기 전까지 캡슐형 내시경의 내부에 구비된 배터리에 의해 구동되기 때문에, 상기와 같이 데이터 전송을 위해 많은 전력을 소모하게 되면 소장을 지나 대장까지 영상을 촬영하기 어렵게 되는 문제점이 있다.
따라서, 전력 소모를 최소화하기 위해서 캡슐형 내시경이 인체 외부의 수신 장치로 전송할 데이터의 양 및 전송 시간을 최소화할 수 있어야 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 캡슐형 내시경이 인체 내에서 획득한 데이터를 압축하여 전송하는 방법을 제공한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0060079호
본 발명은 캡슐형 내시경이 인체 내부로부터 획득한 데이터를 압축하는 방법을 제공한다.
본 발명은 전력 소모를 최소화하고 적은 메모리 공간으로 구동이 가능한 캡슐형 내시경을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 캡슐형 내시경이 제공된다. 상기 캡슐형 내시경은 인체 내부 장기의 영상을 획득하는 촬영부 및 상기 영상을 압축하는 압축부를 포함하며, 상기 촬영부는 상기 영상을 베이어 패턴(bayer pattern)의 데이터로 획득하며, 상기 압축부는 상기 베이어 패턴의 데이터를 기반으로 압축을 수행한다.
상기 베이어 패턴은 적색(R) 픽셀과 녹색(G) 픽셀이 교대로 나타나는 제1 라인과 녹색(G) 픽셀과 청색(B) 픽셀이 교대로 나타나는 제2 라인을 포함할 수 있다.
상기 압축부는 상기 베이어 패턴의 데이터를 압축을 수행할 단위 블록으로 분할하고, 상기 단위 블록에 포함된 픽셀을 기초로 압축을 수행하여 압축 데이터를 생성할 수 있다.
상기 압축부는 기준값을 결정하고, 상기 기준값과 상기 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 차이값을 기초로 상기 압축 데이터를 생성하며, 상기 기준값은 상기 단위 블록에 포함된 픽셀들 중 중간값(median)에 해당하는 픽셀이거나, 상기 단위 블록에 포함된 픽셀들의 평균값(average)일 수 있다.
상기 차이값은 미리 계산된 값들이 저장된 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정되거나, 또는 상기 기준값과 상기 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 실제 차이값으로부터 검출된 최대값과 최소값을 기초로 동적으로 생성된 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정될 수 있다.
상기 단위 블록은 상기 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하여 N * N 또는 N * 1 크기의 픽셀로 구성되거나, 상기 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하지 않고 N * N 또는 N * 1 크기의 픽셀로 구성되거나, 또는 상기 베이어 패턴에 포함된 적색(R) 픽셀, 녹색(G) 픽셀 및 청색(B) 픽셀 각각으로만 구성될 수 있다.
상기 압축부에 의해 압축된 영상을 외부 장치로 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
상기 압축부에 의해 압축된 영상을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법이 제공된다. 상기 방법은 인체 내부 장기의 영상을 획득하는 단계 및 상기 영상을 압축하는 단계를 포함하며, 상기 영상은 베이어 패턴(bayer pattern)의 데이터이며, 상기 영상의 압축은 상기 베이어 패턴의 데이터를 기반으로 수행된다.
상기 베이어 패턴은 적색(R) 픽셀과 녹색(G) 픽셀이 교대로 나타나는 제1 라인과 녹색(G) 픽셀과 청색(B) 픽셀이 교대로 나타나는 제2 라인을 포함할 수 있다.
상기 영상을 압축하는 단계는, 상기 베이어 패턴의 데이터를 압축을 수행할 단위 블록으로 분할하는 단계 및 상기 단위 블록에 포함된 픽셀을 기초로 압축을 수행하여 압축 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 압축 데이터는 기준값과 상기 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 차이값을 기초로 생성되며, 상기 기준값은 상기 단위 블록에 포함된 픽셀들 중 중간값(median)에 해당하는 픽셀이거나, 상기 단위 블록에 포함된 픽셀들의 평균값(average)일 수 있다.
상기 차이값은 미리 계산된 값들이 저장된 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정되거나, 또는 상기 기준값과 상기 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 실제 차이값으로부터 검출된 최대값과 최소값을 기초로 동적으로 생성된 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정될 수 있다.
상기 단위 블록은 상기 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하여 N * N 또는 N * 1 크기의 픽셀로 구성되거나, 상기 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하지 않고 N * N 또는 N * 1 크기의 픽셀로 구성되거나, 또는 상기 베이어 패턴에 포함된 적색(R) 픽셀, 녹색(G) 픽셀 및 청색(B) 픽셀 각각으로만 구성될 수 있다.
상기 압축된 영상을 외부 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 압축된 영상을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 캡슐형 내시경으로부터 전송된 데이터를 수신하는 수신장치가 제공된다. 상기 수신장치는 상기 캡슐형 내시경으로부터 전송되는 데이터를 수신하는 수신부 및 상기 데이터를 출력 영상으로 변환하는 변환부를 포함하며, 상기 데이터는 베이어 패턴의 데이터를 기반으로 압축된 압축 데이터이며, 상기 변환부는 상기 압축 데이터를 복호화하여 상기 출력 영상으로 변환한다.
캡슐형 내시경이 인체 내부로부터 획득한 데이터를 압축함으로써, 외부 수신장치로 전송할 데이터의 양 및 전송 시간을 최소화하여 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 압축한 데이터를 저장하여 메모리 공간을 효율적으로 이용할 수 있다.
본 발명에 의한 데이터 압축 방법은 구현이 용이하고 압축 손실을 최소화하면서 압축률을 높일 수 있다.
도 1은 캡슐형 내시경을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 베이어 패턴(bayer pattern)의 데이터 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 블록으로 분할된 베이어 패턴의 데이터를 압축하는 방법에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 베이어 패턴의 데이터를 압축하여 생성된 압축 데이터의 구조를 나타낸 일례이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 베이어 패턴에 포함된 R, G, B 픽셀 각각에 대해 압축을 수행하는 방법에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 도 6에 도시된 방법을 통해 생성된 압축 데이터의 구조를 나타낸 일례이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경으로부터 영상을 수신하는 수신장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 또한 본 발명은 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 상이한 형태로 적용될 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 구성요소는 필요에 따라 이하에서 설명할 구성요소 이외의 것을 포함할 수 있으며, 본 발명에 직접적인 연관이 없는 부분 또는 중복되는 내용에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 각 구성요소의 배치는 필요에 따라서 조정이 가능하며, 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 포함될 수도 있고 하나의 구성요소가 둘 이상의 구성요소로 세분화 될 수도 있다.
도 1은 캡슐형 내시경을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 피검사자의 인체 내부(100)의 장기(110), 예컨대 소장 또는 대장 등을 캡슐형 내시경(120)이 지나가면서 해당 장기의 정보를 획득한다. 캡슐형 내시경(120)이 획득할 수 있는 정보는 소정의 영상 정보, 음향 정보 및/또는 인체 내 매질의 분석 정보 등을 포함한다.
획득한 정보는 캡슐형 내시경(120)에서 전기적 신호로 변환되고, 피검사자의 인체에 부착된 수신 전극(130a, 130b)에서 감지된다. 수신 전극(130a, 130b)은 수신한 전기적 신호를 도선(140a, 140b)을 통해서 수신 장치(150)에 전달한다.
또는, 획득한 정보는 캡슐형 내시경(120)에서 전기적 신호로 변환되어 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 또는 인체 통신(Human Body Communication; HBC) 등을 이용하여 직접 수신 장치(150)에 전달될 수도 있다.
무선 주파수를 이용하는 방법은 인체에 무해한 주파수 영역을 이용하여 상기 변환된 전기적 신호를 수신 장치(150)로 전달한다. 인체 통신을 이용하는 방법은 인체 내부(100)의 장기(110)의 연동 운동에 따라 캡슐형 내시경(120)의 외면에 구비된 전극이 인체와 접촉하면 전류가 발생하고, 이러한 전류를 이용하여 상기 변환된 전기적 신호를 수신 장치(150)로 전달한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 캡슐형 내시경(200)은 신체 내부에 손상을 가하지 않고 진행할 수 있도록 매끄러운 원통형 구조를 가질 수 있으며, 캡슐형 내시경(200)의 일단 및/또는 타단은 돔 형태로 구성될 수 있다. 캡슐형 내시경(200)은 촬영부(210), 압축부(220), 저장부(230), 전송부(240) 및 전원부(250)를 포함한다.
촬영부(210)는 인체 내부 장기를 촬영하여 영상 데이터를 획득하는 구성요소로, 캡슐형 내시경(200)의 일단에 형성될 수도 있고, 양단에 모두 형성될 수도 있다.
촬영부(210)는 카메라부(211) 및 조명부(212a, 212b)를 포함하며, 조명부(212a, 212b)가 인체 내부를 조명하면 카메라부(211)가 조명 지점의 영상을 촬영한다.
카메라부(211)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서, CCD(Charge-Coupled Device) 이미지 센서 등의 촬상 소자를 포함한다. 촬상 소자에 의해 획득된 영상은 전기적 데이터 또는 전기적 신호로 변환될 수 있다.
조명부(212a, 212b)는 하나 이상의 LED 등의 발광 소자를 포함한다. 조명부(212a, 212b)는 카메라부(211)의 주위에 배치되어 카메라부(211)가 촬영하고자 하는 지점을 조명할 수 있다.
조명부(212a, 212b)는 피검사자에게서 검사할 대상이 무엇인지, 예컨대 암을 검사할 것인지, 암을 검사한다면 어떤 암을 검사할 것인지, 어떤 부위를 검사할 것인지, 단순히 조직의 상태만을 검사할 것인지 등에 따라서 특정 파장의 발광 소자를 사용할 수도 있다. 또한, 촬상 소자로 어떤 소자가 사용되는지에 따라서, 해당 촬상 소자에 적합한 파장의 발광 소자를 사용할 수도 있다.
압축부(220)는 촬영부(210)에서 획득한 영상을 압축한다. 촬영부(210)에서 획득한 영상은 베이어 패턴(bayer pattern)의 데이터이며, 압축부(220)는 베이어 패턴의 데이터를 기반으로 압축을 수행하여 압축 데이터를 생성한다. 이때, 촬영부(210)가 베이어 패턴을 사용하는 이미지 센서를 구비할 수 있다. 또는, 촬영부(210)나 압축부(220)에서 상기 획득된 영상을 베이어 패턴의 데이터로 변환할 수도 있다. 압축부(220)의 압축 수행 방법에 대해서는 이하 도 3 내지 도 7을 통해서 구체적으로 설명하도록 한다.
저장부(230)는 압축부(220)에 의해 압축된 영상을 저장한다. 예컨대, 저장부(230)는 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash memory) 등과 같은 메모리를 구비하여 압축된 영상을 저장할 수 있다. 저장부(230)는 압축된 영상 이외의 정보(예를 들어, 음향 정보, 조직 정보, PH 정보, 온도 정보, 전기적 임피던스 정보 등)도 저장할 수 있다.
전송부(240)는 저장부(230)에 저장된 압축된 영상을 외부 장치, 예컨대 수신 장치(도 1의 150)로 전송한다. 예컨대, 전송부(240)는 압축된 영상을 RF 통신 또는 인체 통신 등을 통해 외부 장치로 전송할 수 있으며, 압축된 영상 이외의 정보(예를 들어, 음향 정보, 조직 정보, PH 정보, 온도 정보, 전기적 임피던스 정보 등)도 전송할 수 있다.
전원부(250)는 캡슐형 내시경(200)의 구동을 위한 전원을 공급한다. 전원부(250)는 외부로부터 전원 공급이 없어도 캡슐형 내시경(200) 자체적으로 전원을 공급할 수 있는 배터리를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경(200)은 촬영부(210)에서 획득한 영상을 압축하여 외부 장치로 전달하기 때문에, 압축되지 않은 영상 데이터 보다 전송 시간이 덜 걸리고, 보다 작은 대역폭을 이용하여 압축된 영상을 전송할 수 있다. 또한 메모리에 압축된 영상을 저장하기 때문에 메모리 공간을 효율적으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경(200)은 전송 전력과 자원(resource)을 보다 효율적으로 이용할 수 있다.
이하 도 3을 참조하여 베이어 패턴의 데이터 구조에 대해 먼저 설명하고, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인체 내부 장기로부터 획득한 영상을 압축하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 이는 캡슐형 내시경(200), 보다 구체적으로 압축부(220)에 의해 수행된다.
도 3은 베이어 패턴(bayer pattern)의 데이터 구조를 나타내는 도면이다. 베이어 패턴의 데이터는 하나의 픽셀이 R, G, B를 조합한 색 값을 가지는 것이 아니라, 하나의 픽셀이 R, G, B 중 하나에 대한 정보만을 포함한다. R은 적색(Red)이고, G는 녹색(Green)이고, B는 청색(Blue)이다.
도 3을 참조하면, 베이어 패턴(300)은 적색(R) 픽셀(311)과 녹색(G) 픽셀(312)이 교대로 나타나는 제1 라인(310)과, 녹색(G) 픽셀(321)과 청색(B) 픽셀(322)이 교대로 나타나는 제2 라인(320)을 포함한다. 또한, 베이어 패턴(300)은 제1 라인(310)과 제2 라인(320)이 반복적으로 나타난다.
전술한 바와 같이, 캡슐형 내시경(200)의 촬영부(210)가 베이어 패턴을 사용하는 이미지 센서를 구비하여 도 3에 도시된 것과 같은 베이어 패턴의 데이터를 획득할 수 있다. 압축부(220)는 상기 획득된 베이어 패턴의 데이터를 압축을 수행할 단위 블록으로 분할하고, 분할된 단위 블록에 포함된 픽셀을 기초로 압축을 수행하여 압축 데이터를 생성한다. 베이어 패턴의 데이터는 픽셀들 사이의 상관도를 고려하여 N * N, N * 1 크기 등의 단위 블록으로 분할될 수 있고, 또는 픽셀들 사이의 상관도를 고려하지 않고 N * N, N * 1 크기 등의 단위 블록으로 분할될 수도 있다. 예를 들어, 픽셀들 사이의 상관도가 높은 R, G, G, B 픽셀 플레인(plane)(311, 312, 321, 322)을 고려하여 N * N, N * 1 크기 등의 단위 블록으로 분할될 수 있고, 또는 베이어 패턴의 컬러 배열과는 상관없이 N * N, N * 1 크기 등의 단위 블록으로 분할될 수도 있다. 또는, 베이어 패턴은 하나의 픽셀에서 하나의 컬러만을 가지기 때문에, 베이어 패턴의 데이터를 각각의 컬러로만 구성된 단위블록으로 형성하여 각 컬러에 대해 압축을 수행할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 블록으로 분할된 베이어 패턴의 데이터를 압축하는 방법에 대해 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 베이어 패턴의 데이터를 압축하여 생성된 압축 데이터의 구조를 나타낸 일례이다.
도 4를 참조하여 캡슐형 내시경이 베이어 패턴으로부터 픽셀들 사이의 상관도, 즉 R, G, G, B 픽셀 플레인을 고려하지 않고 N * 1 크기의 단위 블록으로 분할한 경우 압축 수행 과정에 대해 설명한다.
캡슐형 내시경은 N * 1 크기의 단위 블록(410)에 포함된 픽셀들(P1, P2, P3, …, Pn -1, Pn)을 기초로 기준값을 결정하고, 결정된 기준값과 단위 블록(410)에 포함된 픽셀 각각과의 차이값을 연산한다. 그리고, 단위 블록(410)에 포함된 픽셀 각각으로부터 연산된 차이값과 기준값을 기초로 압축 데이터를 생성한다.
여기서, 기준값은 단위 블록(410)에 포함된 픽셀들(P1, P2, P3, …, Pn -1, Pn)의 평균값(average)일 수 있고, 또는 단위 블록(410)에 포함된 픽셀들(P1, P2, P3, …, Pn -1, Pn)의 중간값(median)일 수도 있다. 기준값으로 평균값 또는 중간값을 이용하는 것은 하나의 예시이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이 외 다양한 방법을 통해 단위 블록에 포함된 픽셀들의 기준값을 결정할 수 있다.
예를 들어, 단위 블록(410)에 포함된 픽셀들(P1, P2, P3, …, Pn -1, Pn)의 중간값을 추출하여 기준값(Pmed)으로 결정한 경우, 기준값(Pmed)과 픽셀들(P1, P2, P3, …, Pn -1, Pn) 각각과의 차이값(Pd1, Pd2, Pd3, …, Pd (n-1), Pdn)은 다음 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에 의해 계산된 차이값(Pd1, Pd2, Pd3, …, Pd (n-1), Pdn) 및 기준값(Pmed)을 기초로 도 5에 도시된 바와 같이 압축 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 상기 수학식 1에 의해 계산된 차이값(Pd1, Pd2, Pd3, …, Pd (n-1), Pdn)은 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 나타낼 수 있다. 룩업 테이블은 미리 계산된 값들을 저장해 놓은 테이블로, 상기와 같이 계산된 차이값(Pd1, Pd2, Pd3, …, Pd (n-1), Pdn)은 룩업 테이블에 저장된 값으로 매칭(matching)시킬 수 있다.
예를 들어, 룩업 테이블이 차이값에 대해 미리 계산된 16개의 값들(예를 들어, -128, -64, -32, -16, -8, -4, -2, -1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128)을 배열로 구성한 경우라면, 룩업 테이블의 값과 매칭된 차이값(Pd1, Pd2, Pd3, …, Pd (n-1), Pdn) 각각은 4비트(bit)로 나타낼 수 있다. 왜냐하면 룩업 테이블이 배열로 구성되어 있기 때문에, 룩업 테이블의 값과 매칭된 차이값은 배열의 인덱스 값으로 표시할 수 있다. 즉, 룩업 테이블이 16개의 값들로 구성되므로 이와 대응되는 인덱스도 16개가 필요하다. 예컨대, 인덱스는 0000부터 1111까지 4비트의 2진수로 표현될 수 있다.
아래 표 1은 상술한 것과 같이 16개의 미리 계산된 값들을 가지는 룩업 테이블을 이용하여 차이값을 결정한 경우 압축 데이터의 각 항목 및 각 항목에 대한 비트 수를 나타낸 일예이다.
항목 비트 수(bit count) 비고
Pmed 8 N * 1 픽셀 중 중간값에 해당하는 픽셀
Pd1 4 중간값에 해당하는 픽셀(Pmed)과 P1 픽셀 간의 차이값을 룩업 테이블을 이용하여 비트 수를 줄인 값
Pd2 4 중간값에 해당하는 픽셀(Pmed)과 P2 픽셀 간의 차이값을 룩업 테이블을 이용하여 비트 수를 줄인 값
… …
Pdn 4 중간값에 해당하는 픽셀(Pmed)과 Pn 픽셀 간의 차이값을 룩업 테이블을 이용하여 비트 수를 줄인 값
상술한 바와 같이, 16개의 미리 계산된 값을 배열로 저장하여 구성된 룩업 테이블은 하나의 예시이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 많은 값들을 가지는 룩업 테이블을 이용할 수도 있다. 이때 압축 데이터의 길이는 길어질 수 있으나 보다 많은 수의 미리 계산된 값들을 가지므로 상기 수학식 1과 같이 계산된 실제 차이값과 비슷한 값을 가질 가능성은 높아진다.
또는, 룩업 테이블을 동적으로 생성하여 이용할 수도 있다. 예컨대, 상기 수학식 1과 같이 계산된 실제 차이값들로부터 검출된 최대값과 최소값, 그리고 최대값과 최소값 사이의 값들을 기초로 룩업 테이블을 생성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 압축 데이터는 룩업 테이블을 이용하여 단위 블록에 포함된 픽셀의 차이값에 대한 정보를 압축하여 생성하기 때문에, 고정 길이 데이터를 가진다. 또한, 고정 길이의 압축 데이터로 생성되기 때문에 실시간 압축이 가능하다.
상술한 바와 같이 N * 1 크기의 단위 블록으로 분할한 경우에는 압축을 수행할 때 버퍼(buffer) 공간이 필요하지 않는 장점이 있다. 단위 블록을 대상으로 압축을 수행할 때 단위 블록을 수직, 수평 등의 방향으로 한 라인씩 스캔(scan)하면서 압축을 하므로 스캔에 필요한 버퍼가 필요하나, N * 1 크기의 단위 블록인 경우에는 단위 블록이 한 라인으로 구성되어서 버퍼가 없이도 압축을 수행할 수 있다.
이상, 도 4 및 도 5를 참조하여 캡슐형 내시경이 베이어 패턴으로부터 픽셀들 사이의 상관도, 즉 R, G, G, B 픽셀 플레인을 고려하지 않고 N * 1 크기의 단위 블록으로 분할한 경우 압축 수행 과정에 대해 설명하였으나, 이는 하나의 예시이다. 도 4에 도시된 바와 같이 캡슐형 내시경이 베이어 패턴으로부터 픽셀들 사이의 상관도, 즉 R, G, G, B 픽셀 플레인을 고려하지 않고 N * N 크기의 단위 블록(400)으로 분할한 경우에도 상술한 것과 동일한 압축 방법으로 N * N 크기의 단위 블록(400)에 대해서도 적용될 수 있으며, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 이때, N * 1 크기의 단위 블록에 대해서 압축을 수행하는 것 보다, N * N 크기의 단위 블록에 대해서 압축을 수행하면 PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)이 더 높게 나타난다. 여기서, PSNR은 최대 신호 대 잡음비를 나타내는 값으로서, 주로 영상 또는 동영상 손실 압축에서 화질 손실 정보를 평가할 때 사용된다. 예컨대, 원본 영상과 압축 영상 간의 차이를 PSNR을 이용하여 나타낼 수 있으며, PSNR은 두 영상 간의 차이가 적을수록 높은 값을 가진다.
일반적으로 영상 데이터에서 하나의 픽셀은 그 주변에 있는 픽셀들과 가장 높은 상관도를 가지기 때문에, N * 1 크기의 단위 블록에 비해서 N * N 크기의 단위 블록이 공간적으로 단위 블록에 포함된 픽셀들 사이의 상관도가 높을 가능성이 크다. 만일 같은 개수의 픽셀(예를 들어, N * N = M * 1)을 압축하는 경우 N * N 크기의 단위 블록으로 압축했을 때 더 높은 PSNR 값을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경은 베이어 패턴으로부터 픽셀들 사이의 상관도를 고려하여 N * N, N * 1 크기 등의 단위 블록으로 분할하고, 분할된 단위 블록에 포함된 픽셀을 기초로 압축을 수행하여 압축 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 베이어 패턴으로부터 R, G, G, B 픽셀 플레인에 따라 단위 블록으로 분할되기 때문에, 단위 블록에 포함된 픽셀들 간의 상관도가 높게 된다. 따라서, 캡슐형 내시경에서 획득된 원본 영상과 압축 영상 간의 차이가 적어지게 되므로 상술한 R, G, G, B 픽셀 플레인을 고려하지 않고 압축을 수행한 경우보다 PSNR이 높은 값을 갖게 된다. 여기서, R, G, G, B 픽셀 플레인에 따라 분할된 N * N, N * 1 크기 등의 단위 블록에 대해서도 도 4 및 도 5를 통해 상술한 것과 동일한 압축 수행 과정을 적용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 베이어 패턴은 하나의 픽셀이 R, G, B 중 하나에 대한 정보만을 포함하므로, 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경은 베이어 패턴으로부터 R, G, B 각각을 추출하여 예컨대, R 픽셀로만 구성된 단위 블록, G 픽셀로만 구성된 단위 블록, B 픽셀로만 구성된 단위 블록으로 구성하여 압축을 수행할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 베이어 패턴에 포함된 R, G, B 픽셀 각각에 대해 압축을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 7은 도 6에 도시된 방법을 통해 생성된 압축 데이터의 구조를 나타낸 일례이다.
도 6을 참조하면, 캡슐형 내시경이 베이어 패턴으로부터 R 픽셀에 해당하는 픽셀들(R1, R2, R3, R4)만 추출하여 단위 블록을 구성할 수 있다. 캡슐형 내시경은 단위 블록에 포함된 픽셀들(R1, R2, R3, R4)을 기초로 기준값을 결정하고, 결정된 기준값과 단위 블록에 포함된 픽셀들(R1, R2, R3, R4) 각각과의 차이값을 연산한다.
기준값은 상술한 바와 같이, 단위 블록에 포함된 픽셀들의 평균값, 또는 단위 블록에 포함된 픽셀들의 중간값을 이용할 수 있고, 또는 이 외 다양한 방법을 통해 기준값을 결정할 수도 있다.
예컨대, 단위 블록에 포함된 픽셀들(R1, R2, R3, R4) 중 중간값을 추출하여 기준값(Rmed)으로 결정할 수 있고, 이때 중간값에 해당하는 픽셀이 R4라고 하면 다음 수학식 2와 같이 기준값(Rmed) 및 기준값(Rmed)과 픽셀들(R1, R2, R3) 각각과의 차이값(Rd1, Rd2, Rd3)을 계산할 수 있다.
Figure pat00002
상기 수학식 2에 의해 계산된 실제 차이값(Rd1, Rd2, Rd3) 각각은 상술한 바와 같이 룩업 테이블에 저장된 값들 중 하나의 값과 매칭되고, 예컨대 매칭된 값에 해당하는 인덱스 값으로 차이값이 결정될 수 있다. 이때, 룩업 테이블은 상술한 바와 같이 미리 계산된 값들을 저장해 놓을 수도 있고, 또는 동적으로 생성하여 사용할 수도 있다. 예컨대, 각 픽셀의 실제 계산된 차이값들 중 최대값 및 최소값을 기초로 동적으로 생성할 수도 있다.
캡슐형 내시경은 단위 블록 내 각 픽셀의 차이값이 결정되면 이를 기초로 도 7에 도시된 것과 같은 압축 데이터를 생성한다. 아래 표 2는 도 7에 도시된 압축 데이터의 각 항목 및 각 항목에 대한 비트 수를 나타낸 일예이다.
항목 비트 수(bit count) 비고
Rmed 8 R1, R2, R3, R4 픽셀 중 중간값에 해당하는 픽셀
P 2 중간값에 해당하는 픽셀(R4)의 위치
Rd1 4 또는 5 중간값에 해당하는 픽셀(R4)과 R1 픽셀 간의 차이값을 룩업 테이블을 이용하여 비트 수를 줄인 값
Rd2 4 또는 5 중간값에 해당하는 픽셀(R4)과 R2 픽셀 간의 차이값을 룩업 테이블을 이용하여 비트 수를 줄인 값
Rd3 4 또는 5 중간값에 해당하는 픽셀(R4)과 R3 픽셀 간의 차이값을 룩업 테이블을 이용하여 비트 수를 줄인 값
이상, 베이어 패턴으로부터 R 픽셀에 해당하는 픽셀들(R1, R2, R3, R4)을 추출하여 단위 블록으로 구성한 경우에 압축하는 과정에 대해 설명하였으나, 베이어 패턴으로부터 G 픽셀 또는 B 픽셀에 해당하는 픽셀들을 추출하여 단위 블록으로 구성한 경우에도 상술한 압축 방법을 적용할 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, 캡슐형 내시경은 인체 내부 장기를 촬영하여 베이어 패턴의 영상을 획득한다(S800). 캡슐형 내시경은 상술한 바와 같이 베이어 패턴을 사용하는 이미지 센서를 구비하여 인체 내부 장기의 영상을 촬영함으로써 베이어 패턴의 영상을 획득할 수 있다.
캡슐형 내시경은 베이어 패턴의 영상을 압축을 수행할 단위 블록으로 분할한다(S810). 단위 블록은 상술한 바와 같이 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도, 즉 R, G, G, B 픽셀 플레인을 기초로 N * N, N * 1 크기의 픽셀로 구성될 수 있다. 또는 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하지 않고 N * N, N * 1 크기의 픽셀로 구성될 수도 있다. 또는 베이어 패턴에 포함된 픽셀들의 컬러, 즉 R, G, B 픽셀 각각으로만 구성될 수도 있다. 여기서, R, G, G, B 픽셀 플레인은 도 3에 도시된 바와 같이 R 픽셀과 G 픽셀을 포함하는 제1 라인, G 픽셀과 B 픽셀을 포함하는 제2 라인으로 구성된 픽셀 배열을 말한다. N은 자연수로 픽셀의 개수를 말한다.
캡슐형 내시경은 기준값과 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 차이값을 결정한다(S820). 기준값은 상술한 바와 같이 단위 블록에 포함된 픽셀들의 평균값(average)을 이용할 수 있고, 또는 단위 블록에 포함된 픽셀들의 중간값(median)을 이용할 수도 있다. 물론, 이 외 다양한 방법을 이용하여 기준값을 정할 수 있다. 차이값은 상술한 바와 같이 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정될 수 있다. 여기서, 룩업 테이블은 미리 계산된 값들을 저장해 놓은 테이블로, 기준값과 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 실제 차이값이 산출되면 룩업 테이블에 저장된 값들과 매칭하여, 매칭된 값에 해당하는 인덱스 값을 차이값으로 결정할 수 있다. 또한, 룩업 테이블은 동적으로 생성하여 사용할 수도 있다. 예컨대, 기준값과 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 실제 차이값으로부터 최대값과 최소값을 검출하고, 이를 바탕으로 동적으로 룩업 테이블을 생성할 수도 있다.
캡슐형 내시경은 차이값을 기초로 압축 데이터를 생성한다(S830). 캡슐형 내시경은 기준값에 대한 정보, 각 픽셀의 차이값에 대한 정보 등을 부호화하여 압축 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 각 픽셀의 차이값에 대한 정보는 룩업 테이블을 이용하여 결정된 값으로 부호화되기 때문에, 기준값과 각 픽셀 간의 실제 계산된 차이값 보다는 적은 비트 수를 사용하여 부호화될 수 있다. 또한, 각 픽셀의 차이값에 대한 정보를 룩업 테이블을 이용하여 부호화하기 때문에 고정 길이의 압축 데이터를 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 압축을 실시간으로 처리할 수 있고 높은 압축 비율로 압축할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경으로부터 영상을 수신하는 수신장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 수신장치(900)는 수신부(910), 변환부(920) 및 출력부(930)를 포함한다.
수신부(910)는 캡슐형 내시경으로부터 전송되는 데이터를 수신한다. 상기 데이터는 베이어 패턴의 데이터를 기초로 압축을 수행하여 생성된 압축 데이터이며, 그 외 다른 정보(예를 들어, 음향 정보, 조직 정보, PH 정보, 온도 정보, 전기적 임피던스 정보 등)도 포함할 수 있다.
한편, 수신부(910)는 캡슐형 내시경 피검사자의 신체에 부착되는 전극 또는 패드 형태로 구성될 수도 있다.
변환부(920)는 수신부(910)가 수신한 데이터, 즉 압축 데이터를 복호화하여 출력 영상으로 변환한다. 예를 들어, 압축 데이터에 포함된 정보, 즉 각 픽셀의 차이값에 대한 정보를 추출하고, 이를 압축 데이터에 포함된 기준값 정보와 더해서 복호화하여 출력 영상으로 변환할 수 있다.
출력부(930)는 변환된 출력 영상을 출력한다. 예컨대, LCD와 같은 장치를 통해 출력 영상을 디스플레이 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 인체 내부 장기의 영상을 획득하는 촬영부; 및
    상기 영상을 압축하는 압축부;를 포함하며,
    상기 촬영부는 상기 영상을 베이어 패턴(bayer pattern)의 데이터로 획득하며,
    상기 압축부는 상기 베이어 패턴의 데이터를 기반으로 압축을 수행하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이어 패턴은 적색(R) 픽셀과 녹색(G) 픽셀이 교대로 나타나는 제1 라인과 녹색(G) 픽셀과 청색(B) 픽셀이 교대로 나타나는 제2 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압축부는 상기 베이어 패턴의 데이터를 압축을 수행할 단위 블록으로 분할하고, 상기 단위 블록에 포함된 픽셀을 기초로 압축을 수행하여 압축 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압축부는 기준값을 결정하고, 상기 기준값과 상기 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 차이값을 기초로 상기 압축 데이터를 생성하며,
    상기 기준값은 상기 단위 블록에 포함된 픽셀들 중 중간값(median)에 해당하는 픽셀이거나, 상기 단위 블록에 포함된 픽셀들의 평균값(average)인 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차이값은 미리 계산된 값들이 저장된 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정되거나, 또는 상기 기준값과 상기 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 실제 차이값으로부터 검출된 최대값과 최소값을 기초로 동적으로 생성된 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단위 블록은 상기 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하여 N * N 또는 N * 1 크기의 픽셀로 구성되거나, 상기 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하지 않고 N * N 또는 N * 1 크기의 픽셀로 구성되거나, 또는 상기 베이어 패턴에 포함된 적색(R) 픽셀, 녹색(G) 픽셀 및 청색(B) 픽셀 각각으로만 구성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압축부에 의해 압축된 영상을 외부 장치로 전송하는 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압축부에 의해 압축된 영상을 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.
  9. 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법에 있어서,
    인체 내부 장기의 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 영상을 압축하는 단계;를 포함하며,
    상기 영상은 베이어 패턴(bayer pattern)의 데이터이며,
    상기 영상의 압축은 상기 베이어 패턴의 데이터를 기반으로 수행되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 베이어 패턴은 적색(R) 픽셀과 녹색(G) 픽셀이 교대로 나타나는 제1 라인과 녹색(G) 픽셀과 청색(B) 픽셀이 교대로 나타나는 제2 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 영상을 압축하는 단계는,
    상기 베이어 패턴의 데이터를 압축을 수행할 단위 블록으로 분할하는 단계; 및
    상기 단위 블록에 포함된 픽셀을 기초로 압축을 수행하여 압축 데이터를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 압축 데이터는 기준값과 상기 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 차이값을 기초로 생성되며,
    상기 기준값은 상기 단위 블록에 포함된 픽셀들 중 중간값(median)에 해당하는 픽셀이거나, 상기 단위 블록에 포함된 픽셀들의 평균값(average)인 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차이값은 미리 계산된 값들이 저장된 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정되거나, 또는 상기 기준값과 상기 단위 블록에 포함된 픽셀 각각 간의 실제 차이값으로부터 검출된 최대값과 최소값을 기초로 동적으로 생성된 룩업 테이블(Look-Up Table; LUT)을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 단위 블록은 상기 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하여 N * N 또는 N * 1 크기의 픽셀로 구성되거나, 상기 베이어 패턴에 포함된 픽셀들 사이의 상관도를 고려하지 않고 N * N 또는 N * 1 크기의 픽셀로 구성되거나, 또는 상기 베이어 패턴에 포함된 적색(R) 픽셀, 녹색(G) 픽셀 및 청색(B) 픽셀 각각으로만 구성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 압축된 영상을 외부 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 압축된 영상을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경의 영상 압축 방법.
  17. 캡슐형 내시경으로부터 전송된 데이터를 수신하는 수신장치에 있어서,
    상기 캡슐형 내시경으로부터 전송되는 데이터를 수신하는 수신부; 및
    상기 데이터를 출력 영상으로 변환하는 변환부;를 포함하며,
    상기 데이터는 베이어 패턴의 데이터를 기반으로 압축된 압축 데이터이며,
    상기 변환부는 상기 압축 데이터를 복호화하여 상기 출력 영상으로 변환하는 것을 특징으로 하는 수신장치.
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