KR20140073248A - 카메라 영상의 블루밍 저감 방법 및 장치 - Google Patents

카메라 영상의 블루밍 저감 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

카메라 영상의 블루밍 저감 방법 및 장치가 개시된다. 카메라 영상의 블루밍 저감 장치는, 입력 영상에 대해 설정된 관심 영역(ROI)에 포함된 각 화소에 대해 미리 지정된 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 산출하는 제1 히스토그램 검출부; 상기 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 참조하여 미리 설정된 고휘도 레벨 범위에 포함되는 화소의 비율을 산출하고, 상기 산출된 고휘도 레벨 범위에 포함된 화소의 비율이 미리 지정된 설정값을 초과하는지 여부로서 블루밍 발생 여부를 판단하는 제1 히스토그램 분석부; 및 블루밍이 발생된 것으로 판단되면, 입력 영상을 제공하는 영상 센서부의 자동노출(AE)의 타겟값을 단계적으로 조정하는 자동 노출 조정부; 상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출하는 제2 히스토그램 분석부; 상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기가 블루밍 발생 이전의 입력 영상의 평균 밝기와 소정의 범위 내에서 일치되도록 감마 곡률 파라미터를 조정하는 제2 히스토그램 분석부; 및 상기 제1 히스토그램 분석부에 의해 결정된 니포인트 및 상기 조정된 감마 곡률 파라미터를 이용하여 상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정하기 위한 상기 신규 감마 곡선을 계산하는 감마 곡선 변환부를 포함한다.

Description

카메라 영상의 블루밍 저감 방법 및 장치{Device and method for reducing blooming of camera image}
본 발명은 카메라 영상의 블루밍 저감 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 차량 운행 중의 운전자 편의와 안전을 향상 시키기 위해 자동차의 전,후방에 카메라를 설치하고, 운전석 계기판에 구비된 디스플레이를 통하여 운전자가 촬영된 영상을 확인하거나 차량 주변의 사물 및 차선 등을 인식하여 운전자에게 경고하는 등의 다양한 시스템이 연구 개발되고 있다.
통상적으로 카메라에는 백라이트(Backlight) 기능이 구비되어 있으며, 백라이트 기능은 촬영 영상 내에 고휘도 영역과 저휘도 영역이 함께 존재하는 경우, 저휘도 영역에 가중치를 두어 아이리스 오픈(IRIS Open) 및 게인 업(Gain Up) 등과 같은 백라이트 보상(Backlight Compensation) 동작을 수행하게 된다.
이에 따라, 백라이트 보상 동작이 수행되면 저휘도 영역의 휘도 레벨이 증가하게 되어, 사용자가 어두운 피사체를 정상적으로 인식할 수 있게 되는 데, 이때 고휘도 영역의 휘도 레벨이 같이 증가하게 되어 밝은 피사체가 포화된 것처럼 보이는 블루밍(Blooming) 현상이 발생하게 된다.
이와 같이, 촬상 소자를 이용하여 촬영되는 카메라 영상의 경우, 야간의 저조도 환경에서 마주 오는 차량의 헤드라이트 등과 같은 고휘도 영역에서 강한 블루밍 현상이 발생하고, 이에 따른 입력 영상의 포화로 인하여 카메라 영상이 운전자에게 정확한 정보를 제공하지 못하거나 영상에서 차선이나 사물을 인식하는 데에 어려움이 발생한다.
따라서, 저조도 환경에서 촬영되는 카메라 영상 등에 대해 블루밍 현상을 적절하게 저감하기 위한 방안이 요구된다.
본 발명은 야간 환경에서 사물이나 보행자 인식을 위해 사용되는 전장용 카메라 출력 영상의 블루밍을 저감할 수 있는 카메라 영상의 블루밍 저감 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 저조도 환경에서 촬영되는 카메라 영상 및 전장용 나이트 비전 카메라 영상에 대하여 전체 영상의 밝기 손실을 작게 한 상태에서 차량의 헤드라이트에 의하여 발생되는 블루밍을 적절하게 저감할 수 있도록 하는 카메라 영상의 블루밍 저감 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 영상 내에 존재하는 과포화 영역인 블루밍을 효율적으로 저감하는 동시에 영상의 어두운 영역에 존재하는 피사체를 정상적으로 인식할 수 있도록 하기 위해 블루밍 영역을 제외한 영역의 영상 밝기를 개선할 수 있는 카메라 영상의 블루밍 저감 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 카메라 영상의 블루밍 저감 장치에 있어서, 입력 영상에 대해 설정된 관심 영역(ROI)에 포함된 각 화소에 대해 미리 지정된 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 산출하는 제1 히스토그램 검출부; 상기 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 참조하여 미리 설정된 고휘도 레벨 범위에 포함되는 화소의 비율을 산출하고, 상기 산출된 고휘도 레벨 범위에 포함된 화소의 비율이 미리 지정된 설정값을 초과하는지 여부로서 블루밍 발생 여부를 판단하는 제1 히스토그램 분석부; 블루밍이 발생된 것으로 판단되면, 입력 영상을 제공하는 영상 센서부의 자동노출(AE)의 타겟값을 단계적으로 조정하는 자동 노출 조정부; 상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출하는 제2 히스토그램 분석부; 상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기가 블루밍 발생 이전의 입력 영상의 평균 밝기와 소정의 범위 내에서 일치되도록 감마 곡률 파라미터를 조정하는 제2 히스토그램 분석부; 및 상기 제1 히스토그램 분석부에 의해 결정된 니포인트 및 상기 조정된 감마 곡률 파라미터를 이용하여 상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정하기 위한 상기 신규 감마 곡선을 계산하는 감마 곡선 변환부;를 포함하는 카메라 영상의 블루밍 저감 장치가 제공된다.
상기 제1 히스토그램 분석부는 상기 자동 노출 조정부에 의해 타겟값 조절되어 입력되는 입력 영상에서 검출된 히스토그램 중 미리 지정된 그레이 레벨 범위에서 화소 빈도수가 가장 높은 그레이 레벨의 최소 그레이 레벨값을 신규 감마 곡선 계산을 위한 니포인트(Knee-point)로 결정할 수 있다.
상기 제2 히스토그램 분석부는 상기 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출하기 위해 영상의 포화 화소를 의미하도록 미리 지정된 그레이 레벨을 제외한 나머지 그레이 레벨들의 평균을 산출할 수 있다.
상기 제2 히스토그램 분석부는 하기 수학식을 이용하여 상기 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, AVGB는 상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기이고, n은 영상의 포화 화소를 의미하도록 미리 지정된 그레이 레벨을 제외한 나머지 그레이 레벨들의 개수이며, M_GrayLevel(i)는 각 그레이 레벨에 대한 휘도 레벨의 중간값이고, PB(i)는 해당 그레이 레벨에 대한 화소의 빈도수일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 카메라 영상의 블루밍 저감 장치에서 수행되는 블루밍 저감 방법에 있어서, 입력 영상에 대해 설정된 관심 영역(ROI)에 포함된 각 화소에 대해 미리 지정된 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 산출하는 단계; 상기 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 참조하여 미리 설정된 고휘도 레벨 범위에 포함되는 화소의 비율을 산출하고, 상기 산출된 고휘도 레벨 범위에 포함된 화소의 비율이 미리 지정된 설정값을 초과하는지 여부로서 블루밍 발생 여부를 판단하는 단계; 및 블루밍이 발생된 것으로 판단되면, 입력 영상을 제공하는 영상 센서부의 자동노출(AE)의 타겟값을 단계적으로 조정하는 단계를 포함하는 카메라 영상의 블루밍 저감 방법이 제공된다.
상기 타겟값의 조절 후 입력되는 입력 영상에서 검출된 히스토그램 중 미리 지정된 그레이 레벨 범위에서 화소 빈도수가 가장 높은 그레이 레벨의 최소 그레이 레벨값을 신규 감마 곡선 계산을 위한 니포인트(Knee-point)로 결정하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출하는 단계; 상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기가 블루밍 발생 이전의 입력 영상의 평균 밝기와 소정의 범위 내에서 일치되도록 감마 곡률 파라미터를 조정하는 단계; 및 상기 결정된 니포인트 및 상기 조정된 감마 곡률 파라미터를 이용하여 상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정하기 위한 상기 신규 감마 곡선을 계산하는 단계가 더 포함될 수도 있다.
상기 감마 보정한 영상의 평균 밝기는 영상의 포화 화소를 의미하도록 미리 지정된 그레이 레벨을 제외한 나머지 그레이 레벨들의 평균으로 산출될 수 있다.
상기 감마 보정한 영상의 평균 밝기는 하기 수학식을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, AVGB는 상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기이고, n은 영상의 포화 화소를 의미하도록 미리 지정된 그레이 레벨을 제외한 나머지 그레이 레벨들의 개수이며, M_GrayLevel(i)는 각 그레이 레벨에 대한 휘도 레벨의 중간값이고, PB(i)는 해당 그레이 레벨에 대한 화소의 빈도수일 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 카메라 영상의 블루밍 저감 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 야간 환경에서 사물이나 보행자 인식을 위해 사용되는 전장용 카메라 출력 영상의 블루밍을 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한 저조도 환경에서 촬영되는 카메라 영상 및 전장용 나이트 비전 카메라 영상에 대하여 전체 영상의 밝기 손실을 작게 한 상태에서 차량의 헤드라이트에 의하여 발생되는 블루밍을 적절하게 저감할 수 있도록 하는 효과도 있다.
또한 영상 내에 존재하는 과포화 영역인 블루밍을 효율적으로 저감하는 동시에 영상의 어두운 영역에 존재하는 피사체를 정상적으로 인식할 수 있도록 하기 위해 블루밍 영역을 제외한 영역의 영상 밝기를 개선할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루밍 저감 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관심영역(ROI) 설정 방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히스토그램 검출 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 노출(AE)의 타겟값(target value) 조정에 따른 블루밍 저감 결과를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노출값 보정에 의한 블루밍 저감 결과를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 노출의 타겟값 변동에 따른 전체 영상의 평균 밝기 감소를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산출된 니포인트와 감마 곡률의 변화에 따라 생성될 수 있는 다양한 감마 곡선을 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루밍 저감 처리에 의해 보정된 최종 영상과 보정 이전의 원본 영상을 비교한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루밍 저감 방법을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루밍 저감 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관심영역(ROI) 설정 방법을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히스토그램 검출 상태를 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 노출(AE)의 타겟값(target value) 조정에 따른 블루밍 저감 결과를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노출값 보정에 의한 블루밍 저감 결과를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 노출의 타겟값 변동에 따른 전체 영상의 평균 밝기 감소를 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산출된 니포인트와 감마 곡률의 변화에 따라 생성될 수 있는 다양한 감마 곡선을 예시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루밍 저감 처리에 의해 보정된 최종 영상과 보정 이전의 원본 영상을 비교한 도면이다.
후술되는 바와 같이, 본 실시예에 따른 블루밍 저감 장치는 두 개의 히스토그램 검출부(도 1의 제1 히스토그램 검출부(120) 및 제2 히스토그램 검출부(140) 참조)를 포함하여, 입력 영상으로부터 블루밍 발생 여부 및 촬영 영상의 밝기 분포를 판별한 후 그 결과에 따라 촬상 소자의 자동 노출값과 영상에 적용되는 감마 곡선의 기울기를 동시에 변환시킴으로써 촬영 영상에서 발생한 블루밍 현상을 억제하면서 또한 영상 내의 어두운 영역에 대한 밝기를 효과적으로 보정할 수 있는 장점을 가진다.
이하, 관련 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 블루밍 저감 장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 블루밍 저감 장치는 영상 센서부(110), ROI 설정부(115), 제1 히스토그램 검출부(120), 제1 히스토그램 분석부(125), 자동 노출(AE) 조정부(130), 감마 곡선 보정부(135), 제2 히스토그램 검출부(140), 제2 히스토그램 분석부(145), 감마곡선 변환부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
ROI 설정부(115)는 영상 센서부(110)로부터 입력되는 영상에 블루밍이 존재하는지 정확히 판별하기 위해 관심 영역(ROI, Region of Interest)를 설정한다.
예를 들어 전장용 카메라인 경우, 블루밍 현상은 전방에서 마주 오는 차량인 대향 차량의 헤드라이트 부분에서 주로 발생하게 된다. 따라서 ROI 설정부(115)는 도 2에 예시된 바와 같이 대향 차량의 주행 경로를 중심으로 하여 관심 영역(ROI)을 설정하도록 구성될 수 있다.
관심 영역은 예를 들어 전체 영상에서 관심 영역의 시작 화소 좌표 (x,y)와 가로, 세로 길이를 결정함으로써 사각형 형태로 설정이 가능하다. 관심 영역은 카메라 장착 위치에 따라 임의의 값으로 설정될 수 있으나, 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이 전체 영상에서 좌측 하단으로 약간 치우친 형태로 설정될 수 있을 것이다.
제1 히스토그램 검출부(120)는 입력 영상에 대해 ROI 설정부(115)가 설정한 관심 영역에 포함된 각 화소에 대하여 영상의 그레이 레벨에 대한 빈도수를 산출한다.
빈도수 산출 과정에서 복잡도를 감소시키기 위해, 도 4에 예시된 바와 같이 0-255의 범위를 가지는 영상의 그레이 레벨의 간격을 8로 나누어 32 레벨로 설정한 상태에서 빈도수가 산출될 수 있다.
제1 히스토그램 분석부(125)는 검출된 히스토그램 분포를 바탕으로 블루밍 발생 여부를 판별하고, 후단에 적용된 감마 곡선의 니포인트(Knee-Point) 값을 설정한다.
도 3에는 히스토그램 검출 결과가 예시되어 있다. 제1 히스토그램 분석부(125)는 검출된 히스토그램의 분포를 이용하여 영상의 블루밍 발생 여부를 판별할 수 있다.
제1 히스토그램 분석부(125)는 제1 히스토그램 검출부(120)에 의해 산출된 각 그레이 레벨에 대한 빈도 수를 전체 레벨의 빈도 수에 대한 비율로 계산하고, 이를 이용하여 미리 지정된 최상위 고휘도 레벨에 포함되는 화소의 비율에 참조하여 해당 영상에 블루밍이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 최상위 고휘도 4레벨(즉, 그레이레벨 224 내지 255의 범위)에 해당하는 화소의 비율이 1% 이상의 값을 가지는 경우, 제1 히스토그램 분석부(125)는 해당 영상에 과도한 블루밍이 발생하였다고 판별할 수 있다. 물론, 촬상 영상의 조건에 따라 설정되는 고휘도 레벨과 그 화소 비율이 다양하게 변경될 수 있음은 당연하다.
일반적으로 영상에 블루밍 발생 등과 같은 포화된 영역이 존재하는 경우, 후단에서 밝기를 보정하는 방법으로 포화 영역의 레벨값을 낮출 수는 있으나, 이미 과포화되어 손실된 영상 데이터를 복원할 수는 없다.
따라서, 제1 히스토그램 분석부(125)에서 블루밍이 발생한 것으로 판단하면, 자동 노출 조정부(130)는 영상 센서부(110)의 자동 노출(AE)의 타겟값(Target Value)을 단계적으로 낮춤으로써 1차적으로 블루밍의 크기가 저감하도록 동작시키는 기능을 수행한다.
일반적으로 자동 노출(AE)의 설정된 타겟값이 높을수록 보다 많은 광량을 받을 수 있도록 셔터 속도와 조리개가 조정되어 영상의 밝기가 증가하며 저조도 환경의 경우, 게인값을 조정하여 입력 영상 데이터를 증폭하여 출력시키게 된다. 따라서, 야간과 같은 저조도 환경에서는 기설정된 자동 노출의 타겟값으로 인하여 고휘도의 피사체가 접근시, 과도한 블루밍 현상이 야기될 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 블루밍 저감 장치는 제1 히스토그램 분석부(125)가 블루밍이 발생된 것으로 판단(예를 들어 히스토그램의 고휘도 4개 레벨에 분포하는 화소 비율이 1% 이상)한 경우, 자동 노출 조정부(130)가 블루밍 현상이 저감(즉, 히스토그램의 고휘도 4개 레벨에 분포하는 화소 비율이 1% 미만)되도록 자동 노출의 타겟값을 단계적으로 조정한다.
도 4에는 자동 노출(AE)의 타겟값(target value) 조정에 따른 블루밍 저감 결과가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 자동 노출의 타겟값을 조정함으로써 블루밍 현상이 저감됨을 확인할 수 있다. 그러나, 블루밍 현상의 저감이라는 순기능 외에 전체 영상의 밝기가 점차 어두워지는 현상도 발생될 수 있다.
이러한 현상을 개선하기 위해, 본 실시예에 따른 블루밍 저감 장치는 후술되는 바와 같이 감마 곡선 보정부(135)가 감마 곡선을 새롭게 계산하여 적용함으로써 손실된 밝기를 자동 보정 처리할 수 있다. 자동 노출 조정부(130)가 적용하는 자동 노출(AE)의 타겟값은 예를 들어 최상위 고휘도 2개 레벨(그레이값이 240 내지 255에 해당하는 레벨)에 해당하는 화소의 비율이 이전 대비 50% 이상 감소되면 고휘도의 피사체가 영상에서 사라진 것으로 간주하여 기존에 설정되었던 자동 노출의 타겟값으로 복원시키며 이에 따른 감마 곡선도 원래의 값으로 자동 보정되도록 할 수 있다.
제1 히스토그램 분석부(125)는 전술한 바와 같이 영상 내에 블루밍 현상의 존재 여부를 판별하는 기능뿐 아니라, 블루밍 발생시 히스토그램 분포를 분석하여 후단에 적용될 감마 곡선의 니포인트(Knee-Point)를 결정하는 기능을 더 수행할 수 있다. 여기서, 니포인트는 임의의 특정 곡선에서 입력신호에 대한 출력신호의 변화 폭이 급격히 줄어드는 변곡점을 의미한다.
일반적으로 야간이나 저조도 환경의 카메라 영상의 경우, 어두운 피사체의 영상이 입력되고 이를 후단의 감마 곡선 변환부(150)의 감마 곡선을 이용하여 입력 영상에 대한 출력 레벨을 변화시킴으로써 밝기를 보정한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 블루밍이 발생한 제1 원본 영상은 앞서 설명한 바와 같이 자동 노출 조정부(130)의 노출값 보정 과정을 거쳐 블루밍이 저감되어 입력되고, 제1 히스토그램 분석부(125)는 노출값 보정에 의해 블루밍이 저감되어 입력된 제2 원본 영상에서 검출된 히스토그램 중 소정의 레벨들(예를 들어 최상위 4개 레벨)을 제외한 나머지 고휘도 영역에 해당하는 소정의 레벨들(예를 들어 그레이레벨 144 내지 223에 해당하는 10개의 레벨로서 19 내지 28 레벨)의 히스토그램 중 분포 비율이 가장 높은 레벨을 찾아 최소 그레이 레벨값을 적용될 감마 곡선의 니포인트(Knee-Point)로 결정한다.
도 5의 예를 참조하여 설명하면, 레벨 22 해당되는 최소 영상 그레이 레벨인 176의 값이 니포인트로 결정될 수 있다. 따라서, 영상 센서부(110)에 의해 제공되는 촬영 영상은 감마 곡선 보정부(135)가 감마 곡선에 의한 밝기 보정을 수행한 후에도 블루밍의 크기나 고휘도 레벨의 포화가 크게 증가하지 않은 채 어두운 영역의 피사체의 밝기를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
감마 곡선 보정부(135)는 입력 레벨에 대한 출력 레벨의 관계를 나타내는 감마 곡선을 이용하여 입력 영상의 밝기를 어둡게 또는 밝게 변화시키는 기능을 수행한다.
원본 영상에서 블루밍이 발생되면, 제1 히스토그램 분석부(125)에 의해 산출되는 니포인트와 후술될 제2 히스토그램 분석부(145)에 의해 산출되는 감마 곡률(Γ) 파라미터(Gamma Curve Ratio)에 의하여 새로 계산된 감마 곡선을 적용함으로써 영상의 블루밍 증가를 억제하면서 노출값 조정에 따라 어두워진 영상의 밝기가 개선될 수 있다.
제2 히스토그램 검출부(140) 및 제2 히스토그램 분석부(145)는 감마 곡선 보정부(135)의 후단에 위치하여 감마 곡선 보정부(135)가 보정된 감마 곡선을 이용하여 밝기 보정 처리한 영상을 입력 받아 지정된 처리를 수행한다.
제2 히스토그램 검출부(140)는 앞서 설명한 제1 히스토그램 검출부(120)와 달리 전체 영상을 대상으로 하여 그레이 레벨에 대한 입력 화소의 빈도수를 검출한다.
도 6에 도시된 바와 같이 제1 히스토그램 분석부(125)가 블루밍이 발생하였다고 판단한 경우, 블루밍 저감을 위하여 자동 노출 조정부(130)가 자동 노출의 타겟값을 낮춰 동일한 곡률로 감마 보정된 영상일지라도 전체 영상에 대한 히스토그램은 보정전 영상보다 어두운 쪽으로 이동하며 평균 밝기가 낮아진다.
제2 히스토그램 분석부(145)는 검출된 히스토그램의 분포를 전체 화소수에 대한 비율로 변환한 후, 이를 이용하여 전체 영상의 평균 밝기를 산출한다. 이때, 영상의 포화 화소를 의미하도록 지정한 소정의 레벨(예를 들어 그레이레벨 240 내지 255에 해당하는 최상위 고휘도 2개 레벨)을 제외한 나머지 레벨들(예를 들어 30개 레벨)의 평균을 산출한다.
전체 영상의 평균 밝기(AVGB)는 하기 수학식 1에 제시된 바와 같이 포화 화소를 의미하도록 지정된 레벨을 제외한 레벨들에 대해 히스토그램 각 휘도 레벨의 중간값(M_GrayLevel(i))을 그 빈도수의 비율(PB(i))과 곱한 후 평균을 산출함으로써 구할 수 있다.
Figure pat00003
제2 히스토그램 분석부(145)는 전술한 바와 같이 블루밍 발생 후 자동노출값 조정으로 변화된 전체 영상의 평균 밝기를 구한 후, 이를 저장되어 있던 블루밍 발생 이전 시점의 밝기와 비교하여 영상의 평균 밝기가 유사해지도록 감마 곡률(Γ) 파라미터를 조정한다.
감마 곡선 변환부(150)는 제1 히스토그램 분석부(125)에 의해 산출된 니포인트와 제2 히스토그램 분석부(145)에 의해 산출된 감마 곡률을 이용하여 감마 곡선 조정부에 적용될 새로운 감마 곡선을 계산하여 LUT(LookUpTable) 형식으로 저장한다.
도 7에는 산출된 니포인트와 감마 곡률의 변화에 따라 생성될 수 있는 다양한 감마 곡선의 예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 생성되는 곡선은 니포인트에 위치하는 고휘도 입력 레벨부터 출력비가 낮아짐에 따라 영상의 블루밍과 포화를 억제할 수 있고, 영상의 평균 밝기가 낮아질수록 감마 곡률에 따라 저휘도 입력 레벨에 대한 출력비가 증가되도록 조정되어 영상의 어두운 영역에 있는 피사체의 밝기를 향상시킬 수 있다.
이제까지 관련 도면을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 블루밍 저감 장치는 야간 환경에서 사용되는 카메라의 출력 영상에서 어두운 영역의 피사체의 밝기를 보존하면서 촬영 영상 내에 존재하는 고휘도 피사체에서 발생하는 블루밍 현상을 저감할 수 있는 특징이 있다.
즉, 영상 센서부(110)로부터 입력되는 영상과 감마 곡선 보정부(135)에 의한 감마 보정 영상에 대해 각각의 히스토그램 분포를 분석하여 블루밍 발생 여부를 판별하고, 블루밍이 발생한 경우에는 영상 센서부(110)의 자동 노출값을 조정하여 블루밍을 효율적으로 저감하는 동시에 히스토그램 분포에 따라 감마 곡선의 니포인트와 곡률을 변화시켜 블루밍 저감에 따라 어두워진 영상의 밝기를 블루밍 현상의 증가 없이 보정할 수 있다.
도 8에는 본 실시예에 따른 블루밍 저감 장치에 의하여 보정된 최종 영상과 보정 전의 최종 영상을 비교한 도면이 도시되어 있다.
참고로, 도 8의 (a),(c),(e)는 블루밍 저감 처리가 이루어지지 않은 영상으로 각각 영상 센서부(110)로부터 입력된 원본 영상, 감마 변환 영상 및 대조비가 적용된 카메라의 최종 출력 영상을 나타내고, 도 8의 (b), (d), (f)는 블루밍 저감을 위한 노출 보정과 수정된 감마 변환 커브가 적용된 영상들이다.
도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 블루밍 저감 장치를 이용할 때, 야간의 저조도 환경에서 사용하는 카메라 및 전장용 나이트 비전 카메라의 출력 영상에서 대향 차량의 헤드라이트에서 발생되는 강한 블루밍으로 인하여 영상 내의 사물이나 사물을 인식하지 못하는 것을 방지할 수 있으며 동시에 블루밍 현상의 증대 없이 어두운 영역의 피사체 밝기를 증대시켜 운전자에게 정확한 영상 정보가 제공될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루밍 저감 방법을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 단계 910에서 블루밍 저감 장치는 영상 센서부(110)로부터 입력되는 영상에 블루밍이 존재하는지 정확히 판별하기 위해 관심 영역(ROI, Region of Interest)를 설정한다. 관심 영역은 예를 들어 전체 영상에서 관심 영역의 시작 화소 좌표 (x,y)와 가로, 세로 길이를 결정함으로써 사각형 형태로 설정될 수 있다.
단계 920에서 블루밍 저감 장치는 입력 영상에 대해 설정한 관심 영역에 포함된 각 화소에 대하여 영상의 그레이 레벨에 대한 빈도수를 산출한다.
단계 930에서 블루밍 저감 장치는 블루밍 현상이 발생되었는지를 판단한다. 블루밍 저감 장치는 예를 들어 산출된 각 그레이 레벨에 대한 빈도 수를 전체 레벨의 빈도 수에 대한 비율로 계산하고, 이를 이용하여 미리 지정된 최상위 고휘도 레벨에 포함되는 화소의 비율에 참조하여 해당 영상에 블루밍이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
단계 930의 판단 결과로 블루밍 현상이 발생되지 않았다면 현재 적용되는 감마 곡선에 따라 보정된 영상이 출력될 것이다. 이는 일반적인 처리 과정으로서 본 발명의 요지와는 다소 거리감이 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
그러나 만일 블루밍 현상이 발생되었다면, 블루밍 저감 장치는 단계 940에서 영상 센서부(110)의 자동 노출(AE)의 타겟값(Target Value)을 단계적으로 낮춰 블루밍의 크기가 저감하도록 동작하고, 또한 손실된 밝기를 자동 보정 처리할 수 있도록 신규 감마 곡선을 새롭게 계산하기 위한 니포인트(Knee-point)를 결정한다.
니포인트는 예를 들어, 노출값 보정 과정을 거쳐 블루밍이 저감되어 입력된 영상에서 검출된 히스토그램 중 소정의 레벨들(예를 들어 최상위 4개 레벨)을 제외한 나머지 고휘도 영역에 해당하는 소정의 레벨들(예를 들어 그레이레벨 144 내지 223에 해당하는 10개의 레벨로서 19 내지 28 레벨)의 히스토그램 중 분포 비율이 가장 높은 레벨을 찾고, 그 중 최소 그레이 레벨값을 적용될 감마 곡선의 니포인트(Knee-Point)로 결정할 수 있다.
단계 950에서 블루밍 저감 장치는 현재 적용되는 감마 곡선을 이용하여 감마 보정된 전체 영상에 대한 그레이 레벨의 화소 빈도수를 검출한다.
이어서, 블루밍 저감 장치는 단계 960에서 감마 보정된 전체 영상에 대한 평균 밝기를 산출하고, 신규 감마 곡선 계산을 위한 감마 곡률 파라미터를 조정한다.
전체 영상의 평균 밝기는 예를 들어 영상의 포화 화소를 의미하도록 지정한 소정의 레벨(예를 들어 그레이레벨 240 내지 255에 해당하는 최상위 고휘도 2개 레벨)을 제외한 나머지 레벨들(예를 들어 30개 레벨)의 평균으로 산출될 수 있다.
또한 감마 곡률 파라미터는 블루밍 발생 후 자동 노출값 조정으로 변화된 전체 영상의 평균 밝기를 구한 후, 이를 저장되어 있던 블루밍 발생 이전 시점의 밝기와 비교하여 영상의 평균 밝기가 유사해지도록 조정될 수 있다.
단계 970에서 블루밍 저감 장치는 단계 940에서 결정된 니포인트와 단계 960에서 조정된 감마 곡률 파라미터를 이용하여 신규 감마 곡선을 계산한다.
전술한 과정에 의해 계산된 신규 감마 곡선에 의해 영상 센서부(110)로부터 입력되는 영상이 감마 보정되어 출력될 것이다(단계 980).
상술한 블루밍 저감 방법은 디지털 처리 장치에 내장되거나 설치된 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 디지털 처리 장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 디지털 처리 장치에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 영상 센서부
115 : ROI 설정부
120 : 제1 히스토그램 검출부
125 : 제1 히스토그램 분석부
130 : 자동 노출(AE) 조정부
135 : 감마 곡선 보정부
140 : 제2 히스토그램 검출부
145 : 제2 히스토그램 분석부
150 : 감마곡선 변환부

Claims (9)

  1. 카메라 영상의 블루밍 저감 장치에 있어서,
    입력 영상에 대해 설정된 관심 영역(ROI)에 포함된 각 화소에 대해 미리 지정된 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 산출하는 제1 히스토그램 검출부;
    상기 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 참조하여 미리 설정된 고휘도 레벨 범위에 포함되는 화소의 비율을 산출하고, 상기 산출된 고휘도 레벨 범위에 포함된 화소의 비율이 미리 지정된 설정값을 초과하는지 여부로서 블루밍 발생 여부를 판단하는 제1 히스토그램 분석부;
    블루밍이 발생된 것으로 판단되면, 입력 영상을 제공하는 영상 센서부의 자동노출(AE)의 타겟값을 단계적으로 조정하는 자동 노출 조정부;
    상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출하는 제2 히스토그램 분석부;
    상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기가 블루밍 발생 이전의 입력 영상의 평균 밝기와 소정의 범위 내에서 일치되도록 감마 곡률 파라미터를 조정하는 제2 히스토그램 분석부; 및
    상기 제1 히스토그램 분석부에 의해 결정된 니포인트 및 상기 조정된 감마 곡률 파라미터를 이용하여 상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정하기 위한 상기 신규 감마 곡선을 계산하는 감마 곡선 변환부를 포함하는 카메라 영상의 블루밍 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 히스토그램 분석부는 상기 자동 노출 조정부에 의해 타겟값 조절되어 입력되는 입력 영상에서 검출된 히스토그램 중 미리 지정된 그레이 레벨 범위에서 화소 빈도수가 가장 높은 그레이 레벨의 최소 그레이 레벨값을 신규 감마 곡선 계산을 위한 상기 니포인트(Knee-point)로 결정하는 카메라 영상의 블루밍 저감 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 히스토그램 분석부는 상기 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출하기 위해 영상의 포화 화소를 의미하도록 미리 지정된 그레이 레벨을 제외한 나머지 그레이 레벨들의 평균을 산출하는 카메라 영상의 블루밍 저감 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 히스토그램 분석부는 하기 수학식을 이용하여 상기 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출하는 카메라 영상의 블루밍 저감 장치.
    Figure pat00004

    여기서, AVGB는 상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기이고, n은 영상의 포화 화소를 의미하도록 미리 지정된 그레이 레벨을 제외한 나머지 그레이 레벨들의 개수이며, M_GrayLevel(i)는 각 그레이 레벨에 대한 휘도 레벨의 중간값이고, PB(i)는 해당 그레이 레벨에 대한 화소의 빈도수임.
  5. 카메라 영상의 블루밍 저감 장치에서 수행되는 블루밍 저감 방법에 있어서,
    입력 영상에 대해 설정된 관심 영역(ROI)에 포함된 각 화소에 대해 미리 지정된 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 산출하는 단계;
    상기 그레이 레벨 구분에 따른 화소의 빈도수를 참조하여 미리 설정된 고휘도 레벨 범위에 포함되는 화소의 비율을 산출하고, 상기 산출된 고휘도 레벨 범위에 포함된 화소의 비율이 미리 지정된 설정값을 초과하는지 여부로서 블루밍 발생 여부를 판단하는 단계;
    블루밍이 발생된 것으로 판단되면, 입력 영상을 제공하는 영상 센서부의 자동노출(AE)의 타겟값을 단계적으로 조정하는 단계;
    상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정한 영상의 평균 밝기를 산출하는 단계;
    상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기가 블루밍 발생 이전의 입력 영상의 평균 밝기와 소정의 범위 내에서 일치되도록 감마 곡률 파라미터를 조정하는 단계; 및
    니포인트 및 상기 조정된 감마 곡률 파라미터를 이용하여 상기 영상 센서부로부터 제공되는 입력 영상을 감마 보정하기 위한 상기 신규 감마 곡선을 계산하는 단계를 포함하는 카메라 영상의 블루밍 저감 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 타겟값의 조절 후 입력되는 입력 영상에서 검출된 히스토그램 중 미리 지정된 그레이 레벨 범위에서 화소 빈도수가 가장 높은 그레이 레벨의 최소 그레이 레벨값을 신규 감마 곡선 계산을 위한 상기 니포인트(Knee-point)로 결정하는 단계를 더 포함하는 카메라 영상의 블루밍 저감 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 감마 보정한 영상의 평균 밝기는 영상의 포화 화소를 의미하도록 미리 지정된 그레이 레벨을 제외한 나머지 그레이 레벨들의 평균으로 산출되는 카메라 영상의 블루밍 저감 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 감마 보정한 영상의 평균 밝기는 하기 수학식을 이용하여 산출되는 카메라 영상의 블루밍 저감 방법.
    Figure pat00005

    여기서, AVGB는 상기 감마 보정된 영상의 평균 밝기이고, n은 영상의 포화 화소를 의미하도록 미리 지정된 그레이 레벨을 제외한 나머지 그레이 레벨들의 개수이며, M_GrayLevel(i)는 각 그레이 레벨에 대한 휘도 레벨의 중간값이고, PB(i)는 해당 그레이 레벨에 대한 화소의 빈도수임.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 카메라 영상의 블루밍 저감 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체.
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