KR20180047367A - 영상 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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이형욱
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Abstract

일실시예에 따른 영상 처리 장치는, 영상 처리 장치는 컬러 영상으로부터 상기 컬러 영상에 대응하는 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득하는 제1 처리부, 및 상기 조명 성분 영상을 상기 컬러 영상에 대응하는 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 제2 처리부를 포함한다. 일실시예에서, 상기 제2 처리부는 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 이용하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리한다.

Description

영상 처리 장치 및 방법{IMAGE PROCESSING APPARATUS AND METHOD}
영상 처리 장치 및 방법에 연관되며, 보다 구체적으로는 컬러 영상에 포함된 조명 성분을 복수의 하위 성분으로 분리하는 영상 처리 장치 및 방법에 연관된다.
일반적으로 컬러 영상에서 인트린식(intrinsic) 분해(decomposition)를 통해 조명 정보를 추출하기 위하여 컬러 영상에서 알베도(albedo) 성분을 분리하여 제거하는 방식이 이용될 수 있다.
종래에 컬러 영상에서 알베도 성분을 제거하여 쉐이딩 성분 영상을 획득하는 방법이 사용되었으나, 이러한 쉐이딩 성분 영상에는 쉐도우 성분, 하이라이트 성분 및 스페큘러 성분 등 컬러 스페이스에서 유사한 특성을 나타내는 복수의 성분이 서로 분리되지 않고 포함되어 있다.
그러나, 이와 같이 복수의 성분이 포함된 종래의 쉐이딩 성분 영상을 이용하여 3차원 영상의 렌더링을 수행하는 경우 쉐도우 경계 부분에 기하학적 에지가 있는 것으로 판단할 수 있다는 문제가 있다. 한편, 광원의 위치 추정 시에는 쉐도우 성분이 단서를 제공할 수 있지만 쉐이딩 성분은 그렇지 않다.
따라서, 컬러 영상을 렌더링에 이용되는 다양한 성분에 연관된 복수의 하위 성분 영상으로 효과적으로 분해할 수 있는 영상 처리 장치 및 방법이 요구된다.
일측에 따르면, 영상 처리 장치는 컬러 영상으로부터 상기 컬러 영상에 대응하는 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득하는 제1 처리부, 및 상기 조명 성분 영상을 상기 컬러 영상에 대응하는 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 제2 처리부를 포함한다.
일실시예에서, 상기 제2 처리부는 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 이용하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리한다. 일실시예에서, 상기 제2 처리부는 상기 깊이 영상을 이용하여 상기 컬러 영상의 적어도 하나의 영역 내의 각 픽셀에 대응하는 노말 벡터를 계산하고, 상기 적어도 하나의 영역 내의 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리한다.
일실시예에서, 상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율을 상기 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율과 비교한 결과에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리한다.
일실시예에서, 상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 상기 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리한다.
일실시예에서, 상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화로부터 상기 노말 벡터 및 쉐이딩 성분 간의 대응 관계를 나타내는 구면 조화 함수를 계산하고, 상기 조명 성분 변화와 상기 구면 조화 함수 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리한다.
일실시예에서, 상기 복수의 하위 성분 영상은 쉐이딩 성분 영상, 쉐도우 성분 영상, 하이라이트 성분 영상 및 스페큘러 성분 영상 중 적어도 하나를 포함한다.
일실시예에서, 영상 처리 장치는 상기 쉐도우 성분 영상을 이용하여 상기 컬러 영상의 하나 이상의 광원의 위치 또는 빛의 방향을 추정하는 제3 처리부를 더 포함한다.
일실시예에서, 영상 처리 장치는 상기 쉐이딩 성분 영상을 이용하여 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 보정(refine)하는 제4 처리부를 더 포함한다.
다른 일측에 따르면, 영상 처리 장치는 컬러 영상으로부터 상기 컬러 영상에 대응하는 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득하는 제1 처리부, 및 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 이용하여 상기 조명 성분 영상의 각 픽셀에 대응하는 노말 벡터를 계산하고, 상기 조명 성분 영상 내에서 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 하나 이상의 픽셀 그룹으로 클러스터화하고, 상기 픽셀 그룹 내의 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율을 상기 픽셀 그룹의 노말 벡터 변화율과 비교한 결과에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 제2 처리부를 포함한다.
일실시예에서, 상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 상기 픽셀 그룹의 노말 벡터 변화율 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리한다.
일실시예에서, 상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화로부터 상기 노말 벡터 및 쉐이딩 성분 간의 대응 관계를 나타내는 구면 조화 함수를 계산하고, 상기 조명 성분 변화와 상기 구면 조화 함수 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리한다.
일실시예에서, 상기 복수의 하위 성분 영상은 쉐이딩 성분 영상, 쉐도우 성분 영상, 하이라이트 성분 영상 및 스페큘러 성분 영상 중 적어도 하나를 포함한다.
다른 일측에 따르면, 영상 처리 방법은 컬러 영상으로부터 상기 컬러 영상에 대응하는 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득하는 단계, 및 상기 조명 성분 영상을 상기 컬러 영상에 대응하는 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 단계를 포함한다.
일실시예에서, 상기 조명 성분 영상을 분리하는 단계는, 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 이용하여 상기 컬러 영상의 적어도 하나의 영역 내의 각 픽셀에 대응하는 노말 벡터를 계산하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 영역 내의 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 단계를 포함한다.
일실시예에서, 상기 조명 성분 영상을 분리하는 단계는, 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 상기 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리하는 단계를 포함한다.
일실시예에서, 상기 조명 성분 영상을 분리하는 단계는, 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화로부터 상기 노말 벡터 및 쉐이딩 성분 간의 대응 관계를 나타내는 구면 조화 함수를 계산하는 단계, 및 상기 조명 성분 변화와 상기 구면 조화 함수 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리하는 단계를 포함한다.
도 1은 일실시예에 따른 영상 처리 장치의 부분 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 영상 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 컬러 영상에 포함된 다양한 컬러 성분을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 컬러 영상에 포함된 다양한 컬러 성분을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 영상 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 권리범위는 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 영상 처리 장치의 부분 블록도이다. 일실시예에서, 영상 처리 장치는 영상 수신부(미도시) 및 영상 처리부(100)를 포함할 수 있다. 영상 처리부(100)는 렌더링 성분 분석부(110), 조명 추정부(120), 깊이 보정부(130) 및 렌더링부(140)를 포함할 수 있다.
영상 수신부는 영상 처리에 필요한 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 컬러 영상 및/또는 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 수신할 수 있다. 수신부는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있으며, 데이터의 수신 및 전달에 필요한 하나 이상의 하드웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다.
렌더링 성분 분석부(110)는 컬러 영상을 렌더링에 이용되는 다양한 성분의 하위 성분 영상으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 컬러 영상을 분해하여 알베도 성분 영상 및 컬러 영상에서 알베도 성분이 제외된 조명 성분 영상을 획득할 수 있다. 또한, 조명 성분 영상을 복수의 하위 성분 영상으로 분리할 수 있다. 렌더링 성분 분석부(110)는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있으며, 예를 들어 제1 처리부 및 제2 처리부를 포함할 수 있다.
렌더링 성분 분석부(110)는 컬러 영상을 분해하여 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득하기 위하여 컬러 스페이스 상에서의 특성을 이용할 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 컬러 영상 내의 인접한 픽셀 간의 컬러 변화가 컬러 스페이스 상에서 높은 주파수 변화 특성을 가지는 경우, 렌더링 성분 분석부(110)는 이를 조명과 무관한 객체 고유의 컬러 변화로 식별하여 해당 컬러 변화가 알베도 성분이라고 결정할 수 있다. 반대로, 컬러 영상 내의 인접한 픽셀 간의 컬러 변화가 컬러 스페이스 상에서 낮은 주파수 변화 특성을 가지는 경우, 렌더링 성분 분석부(110)는 이를 조명의 효과에 의한 컬러 변화로 식별하여 해당 컬러 변화가 조명 성분이라고 결정할 수 있다. 이러한 방식으로, 렌더링 성분 분석부(110)는 컬러 영상을 분해하여 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득할 수 있다.
한편, 알베도 성분이 제외된 조명 성분 영상에는 컬러 스페이스에서 유사한 특성을 나타내는 복수의 성분이 서로 분리되지 않고 포함되어 있다. 예를 들어, 조명 성분 영상에는 쉐이딩 성분, 쉐도우 성분, 하이라이트 성분 및 스페큘러(specular) 성분 등이 포함되어 있을 수 있다. 렌더링 성분 분석부(110)는 이러한 복수의 성분을 분리하여 복수의 하위 성분 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 렌더링 성분 분석부(110)는 조명 성분 영상을 쉐이딩 성분 영상, 쉐도우 성분 영상, 하이라이트 성분 영상 및 스페큘러 성분 영상으로 분리할 수 있다.
일반적으로 쉐이딩 성분은 표면 지오메트리에 의한 결과에 해당하고, 쉐도우 성분은 주변에 위치한 다른 객체에 의해 빛이 차단된 결과에 해당한다. 또한, 하이라이트 성분은 조명 쉐도우 성분과 반대되는 개념으로서 표면 지오메트리와 무관하게 인접 픽셀보다 더 밝아지는 경우를 의미한다. 또한, 스페큘러 성분은 조명과 시점(viewpoint)의 상대적인 위치 및 상대적인 방향에 따른 영향을 의미한다. 즉, 쉐이딩 성분은 표면의 노말 벡터의 변화에 의존하지만 쉐도우 성분, 하이라이트 성분, 스페큘러 성분은 노말 벡터의 변화와 실질적으로 연관성이 없다.
따라서, 렌더링 성분 분석부(110)는 조명 성분 영상으로부터 쉐이딩 성분 영상을 추출하기 위하여 조명 성분 영상 내의 각 픽셀에 대응하는 노말 벡터를 이용할 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 렌더링 성분 분석부(110)는 수신부에 의해 수신된 깊이 영상을 이용하여 각 픽셀에 대응하는 노말 벡터를 계산하고, 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율을 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율과 비교한 결과에 기초하여 조명 성분 영상으로부터 쉐이딩 성분 영상을 추출할 수 있다.
예를 들어, 곡면을 포함하는 객체에 그림자가 생긴 경우, 곡면으로 인하여 생성된 조명 성분 변화율보다 더 큰 변화율이 발생할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여, 곡면 상에서의 조명 성분 변화가 모두 쉐이딩 성분으로 식별되지 않도록 조명 성분 변화율을 노말 벡터 변화율과 비교할 수 있다. 비교 결과, 조명 성분 변화율이 상대적으로 더 크게 변하는 구간의 조명 성분 변화는 쉐도우 성분으로 판단될 수 있다.
일실시예에서, 렌더링 성분 분석부(110)는 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율 간의 연관성에 기초하여 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화가 쉐이딩 성분인지 여부를 식별할 수 있다. 예를 들어, 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율이 유사성이 검출되어 이들 간의 연관성이 비교적 높다고 판단되는 경우, 렌더링 성분 분석부(110)는 이를 표면 지오메트리에 따른 조명 성분 변화로 식별하여 해당 조명 성분 변화가 쉐이딩 성분이라고 결정할 수 있다.
반대로, 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율 사이에 유사성이 검출되지 않아 이들 간의 연관성이 비교적 낮다고 판단되는 경우, 렌더링 성분 분석부(110)는 이를 표면 지오메트리에 따른 조명 성분 변화가 아닌 것으로 식별하여 해당 조명 성분 변화가 쉐도우 성분이라고 결정할 수 있다.
또한, 렌더링 성분 분석부(110)는 조명 성분 영상으로부터 쉐이딩 성분 영상을 추출하기 위하여 노말 벡터 및 쉐이딩 성분 간의 대응 관계를 나타내는 구면 조화 함수를 이용할 수 있다. 예를 들어, 영상 내 인접한 위치에서 유사한 노말 벡터 값을 가지는 경우 유사한 쉐이딩 성분을 가진다는 특성을 이용하여, 영상 내 적어도 하나의 영역에 대하여 노말 벡터 별로 쉐이딩 성분 값의 히스토그램을 생성할 수 있고, 노말 벡터 별로 대응되는 쉐이딩 성분 값을 분석하여 구면 조화 함수가 계산될 수 있다. 구면 조화 함수가 계산되면, 조명 성분 변화와 구면 조화 함수 간의 연관성이 낮은 경우, 즉 조명 성분 변화가 구면 조화 함수의 범위를 크게 벗어나는 경우에는 해당 조명 성분 변화를 쉐도우 성분이라고 결정할 수 있다.
렌더링 성분 분석부(110)는 조명 성분 영상으로부터 하이라이트 성분 영상을 추출하기 위하여 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율과 무관하게 더 밝아진 영역을 검출할 수 있다. 또한, 렌더링 성분 분석부(110)는 조명 성분 영상으로부터 스페큘러 성분 영상을 추출하기 위하여 조명 성분 변화율 및 노말 벡터 변화율 간의 비율이 급격히 증가하거나 감소하는 영역을 검출할 수 있다. 이 때, 스페큘러 성분을 분리하여 추출하기 위하여 좌우 영상 간의 위치 차이 또는 시간적으로 상이한 프레임 간의 위치 차이가 이용될 수 있다.
일실시예에서, 렌더링 성분 분석부(110)는 알베도 성분 영상으로부터 반사/굴절 성분 영상을 추출하기 위하여 알베도 성분 변화율 및 노말 벡터 변화율 간의 비율이 급격히 증가하거나 감소하는 영역을 검출할 수 있다.
다른 일실시예에서, 렌더링 성분 분석부(110)는 조명 성분 영상 내에서 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율에 기초하여 조명 성분 영상을 하나 이상의 픽셀 그룹으로 클러스터화하고, 픽셀 그룹 내의 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율을 상기 픽셀 그룹의 노말 벡터 변화율과 비교한 결과에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 복수의 하위 성분 영상으로 분리할 수 있다.
조명 추정부(120)는 렌더링 성분 분석부(110)에 의해 획득된 쉐도우 성분 영상을 이용하여 컬러 영상의 하나 이상의 광원의 위치 또는 빛의 방향을 추정할 수 있다. 또한, 조명 추정부(120)는 적어도 하나의 영역 내의 각 픽셀에 대하여 추정된 광원의 위치에 따른 조명의 영향을 분석할 수 있다. 조명 추정부(120)는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있으며, 예를 들어 제3 처리부를 포함할 수 있다.
깊이 보정부(130)는 렌더링 성분 분석부(110)에 의해 획득된 쉐이딩 성분 영상을 이용하여 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 보정(refine)할 수 있다. 깊이 보정부(130)는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있으며, 예를 들어 제4 처리부를 포함할 수 있다.
렌더링부(140)는 조명 추정부(120)에 의해 추정된 광원의 위치 및 조명의 영향과 깊이 보정부(130)에 의해 보정된 깊이 영상을 이용하여 렌더링을 수행할 수 있다. 렌더링부(140)의 렌더링 수행은 연속된 영상의 렌더링을 위하여 반복(iterate)될 수 있다. 렌더링부(140)는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 영상 처리 방법을 도시한 흐름도이다. 도 2의 영상 처리 방법은 예를 들어 도 1의 영상 처리부(100)에 의하여 수행될 수 있다.
단계(210)에서, 영상 처리부는 적어도 하나의 컬러 영상을 입력으로서 수신할 수 있다. 하나의 컬러 영상만으로도 컬러 영상의 성분 별 분석이 가능하지만, 정확도의 향상을 위해서 예를 들어 동일한 씬에 대한 좌 영상 및 우 영상이 함께 이용될 수 있다.
단계(220)에서, 영상 처리부는 적어도 하나의 컬러 영상으로부터 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 각각 분리하여 획득할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부는 컬러 영상 내의 인접한 픽셀 간의 컬러 변화에 대한 컬러 스페이스 상에서의 주파수 변화 특성을 이용하여 알베도 성분을 조명 성분과 분리할 수 있다.
단계(230)에서, 영상 처리부는 알베도 성분이 제외된 컬러 영상, 즉 조명 성분 영상으로부터 복수의 하위 성분 영상을 각각 분리하여 획득할 수 있다. 예를 들어, 조명 성분 영상은 쉐이딩 성분 영상, 쉐도우 성분 영상, 하이라이트 성분 영상 및 스페큘러 성분 영상으로 분리될 수 있다.
이와 같이, 제안되는 영상 처리 방법에 따르면 컬러 영상으로부터 알베도 성분이 제외된 조명 성분 영상을 추가적으로 분해하여 복수의 하위 성분 영상을 획득할 수 있다. 종래의 인트린식 분해 방식은 컬러 영상에서 알베도 성분을 분리 또는 제거하는 것에 중점을 두었기 때문에 조명 성분(또는 쉐이딩 성분) 내에 다양한 하위 성분이 혼재하였다. 그러나, 제안되는 영상 처리 방법에 따르면 복수의 하위 성분을 각각 분리하여 개별적인 하위 성분 영상을 획득할 수 있다.
도 3은 컬러 영상에 포함된 다양한 컬러 성분을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 대표적인 컬러 성분으로서, 알베도 성분, 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분을 들 수 있다.
알베도 성분은 빛의 반사율을 결정하는 특성으로서, 객체의 재질, 표면 색상 그리고 빛의 파장 등에 따라 달라진다. 도 3에 도시된 제1 영역(310)을 참조하면, 테이블의 표면과 책의 표면 간에는 재질 및 색상의 차이가 있으므로, 제1 영역 내의 인접 픽셀 간에 알베도 성분의 차이에 따른 컬러 값의 변화가 유발될 수 있다. 일반적으로, 알베도 성분은 컬러 스페이스 상에서는 높은 주파수 변화 특성을 나타낸다.
쉐이딩 성분은 객체 또는 배경의 표면 지오메트리에 따라 나타나는 특성이다. 도 3에 도시된 제2 영역(320)을 참조하면, 컵의 표면이 곡면을 포함하고 있기 때문에 제2 영역(320) 내에서 일정한 변화율에 따라 쉐이딩 성분의 차이에 따른 컬러 값의 변화가 유발될 수 있다. 일반적으로, 쉐이딩 성분은 컬러 스페이스 상에서는 낮은 주파수 변화 특성을 나타낸다.
쉐도우 성분은 주변에 위치한 다른 객체에 의해 빛이 차단된 영역 내에서 발생하는 특성이다. 도 3에 도시된 제3 영역(330)을 참조하면, 컵의 그림자가 테이블의 표면 상에 위치하기 때문에, 제3 영역 내의 인접 픽셀 간에 쉐도우 성분의 차이에 따른 컬러 값의 변화가 유발될 수 있다. 일반적으로, 쉐도우 성분은 컬러 스페이스 상에서는 낮은 주파수 변화 특성을 나타낸다.
쉐도우 성분을 다른 컬러 성분들과 분리하여 추출하는 경우, 추출된 쉐도우 성분을 이용하여 광원의 위치 또는 빛의 방향(340)을 추정할 수 있다. 일반적으로 쉐이딩 성분은 광원의 위치 및 빛의 방향(340) 추정에 단서를 제공하지 못하므로, 조명 성분 영상으로부터 쉐도우 성분이 별도로 분리되는 경우 광원의 위치 또는 빛의 방향(340) 추정 시의 정확도가 향상될 수 있다.
도 4는 컬러 영상에 포함된 다양한 컬러 성분을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 알베도 성분은 컬러 스페이스 상에서 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분과 상이한 주파수 변화 특성을 가지므로, 주파수 변화 특성의 차이를 이용하여 컬러 영상으로부터 알베도 성분을 분리할 수 있다. 다만, 쉐이딩 성분과 쉐도우 성분은 컬러 스페이스 상에서 유사한 주파수 변화 특성을 가지므로 주파수 변화 특성을 이용하여 분리할 수 없다.
쉐이딩 성분과 쉐도우 성분을 분리하기 위하여, 쉐이딩 성분은 표면의 노말 벡터의 변화에 의존하고, 쉐도우 성분은 표면의 노말 벡터의 변화와 실질적으로 연관성이 없다는 점을 이용할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 제1 영역(410)을 참조하면, 조명 성분 변화가 검출되는 의자의 에지 주변에서 인접 픽셀 간의 급격한 노말 벡터 변화가 검출될 수 있다. 이러한 경우, 조명 성분 변화는 쉐이딩 성분으로서 식별될 수 있다. 한편, 도 4의 제2 영역(420)을 참조하면, 조명 성분의 변화가 검출되는 그림자의 경계선 주변의 픽셀들은 유사한 노말 벡터 값을 가진다. 이러한 경우, 조명 성분의 변화는 쉐도우 성분으로서 식별될 수 있다.
이러한 방식으로, 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율 간의 연관성에 기초하여 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분과 쉐도우 성분으로 분리할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 영상 처리 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5의 영상 처리 방법은 예를 들어 도 1의 영상 처리부(100)에 의하여 수행될 수 있다.
단계(510)에서, 영상 처리부는 적어도 하나의 컬러 영상을 입력으로서 수신할 수 있다. 하나의 컬러 영상만으로도 컬러 영상의 성분 별 분석이 가능하지만, 정확도의 향상을 위해서 예를 들어 동일한 씬에 대한 좌 영상 및 우 영상이 함께 이용될 수 있다.
단계(520)에서, 영상 처리부는 적어도 하나의 컬러 영상으로부터 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 각각 분리하여 획득할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부는 컬러 영상 내의 인접한 픽셀 간의 컬러 변화에 대한 컬러 스페이스 상에서의 주파수 변화 특성을 이용하여 알베도 성분을 조명 성분과 분리할 수 있다.
단계(530)에서, 영상 처리부는 영상 처리부는 알베도 성분이 제외된 컬러 영상, 즉 조명 성분 영상으로부터 쉐도우 성분 영상 및 쉐이딩 성분 영상을 각각 분리하여 획득할 수 있다. 위에서 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 쉐도우 성분 영상 및 쉐이딩 성분 영상의 분리에는 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율을 비교한 결과가 이용될 수 있다.
단계(540)에서, 영상 처리부는 쉐도우 성분 영상을 이용하여 컬러 영상의 하나 이상의 광원의 위치 또는 빛의 방향을 추정할 수 있다. 또한, 영상 처리부는 적어도 하나의 영역 내의 각 픽셀에 대하여 추정된 광원의 위치에 따른 조명의 영향을 분석할 수 있다.
단계(550)에서, 영상 처리부는 쉐이딩 성분 영상을 이용하여 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 보정할 수 있다. 쉐도우 성분이 분리되어 제외된 쉐이딩 성분을 이용하기 때문에 깊이 영상에 대한 더욱 정밀한 보정이 수행될 수 있다.
단계(560)에서, 영상 처리부는 단계(540)에서 추정된 광원의 위치 및 조명의 영향과 단계(550)에서 보정된 깊이 영상을 이용하여 렌더링을 수행할 수 있다. 렌더링 수행은 연속된 영상의 렌더링을 위하여 반복될 수 있다.
이와 같이, 제안되는 영상 처리 방법에 따르면 쉐도우 성분 및 쉐이딩 성분과 같은 복수의 하위 성분 영상을 조명 성분 영상으로부터 분리하여 획득할 수 있으며, 획득된 복수의 하위 성분 영상은 렌더링 품질 향상에 도움이 되는 추가적 분석 및 보정(refinement)에 활용될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 컬러 영상으로부터 상기 컬러 영상에 대응하는 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득하는 제1 처리부; 및
    상기 조명 성분 영상을 상기 컬러 영상에 대응하는 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 제2 처리부
    를 포함하는, 영상 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 이용하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는,
    영상 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 상기 깊이 영상을 이용하여 상기 컬러 영상의 적어도 하나의 영역 내의 각 픽셀에 대응하는 노말 벡터를 계산하고, 상기 적어도 하나의 영역 내의 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는,
    영상 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율을 상기 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율과 비교한 결과에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는,
    영상 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 상기 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리하는,
    영상 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화로부터 상기 노말 벡터 및 쉐이딩 성분 간의 대응 관계를 나타내는 구면 조화 함수를 계산하고, 상기 조명 성분 변화와 상기 구면 조화 함수 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리하는,
    영상 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하위 성분 영상은 쉐이딩 성분 영상, 쉐도우 성분 영상, 하이라이트 성분 영상 및 스페큘러 성분 영상 중 적어도 하나를 포함하는,
    영상 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 쉐도우 성분 영상을 이용하여 상기 컬러 영상의 하나 이상의 광원의 위치 또는 빛의 방향을 추정하는 제3 처리부를 더 포함하는,
    영상 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 쉐이딩 성분 영상을 이용하여 상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 보정(refine)하는 제4 처리부를 더 포함하는,
    영상 처리 장치.
  10. 컬러 영상으로부터 상기 컬러 영상에 대응하는 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득하는 제1 처리부; 및
    상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 이용하여 상기 조명 성분 영상의 각 픽셀에 대응하는 노말 벡터를 계산하고, 상기 조명 성분 영상 내에서 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 하나 이상의 픽셀 그룹으로 클러스터화하고, 상기 픽셀 그룹 내의 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율을 상기 픽셀 그룹의 노말 벡터 변화율과 비교한 결과에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 제2 처리부
    를 포함하는 영상 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 상기 픽셀 그룹의 노말 벡터 변화율 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리하는,
    영상 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 처리부는 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화로부터 상기 노말 벡터 및 쉐이딩 성분 간의 대응 관계를 나타내는 구면 조화 함수를 계산하고, 상기 조명 성분 변화와 상기 구면 조화 함수 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리하는,
    영상 처리 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 하위 성분 영상은 쉐이딩 성분 영상, 쉐도우 성분 영상, 하이라이트 성분 영상 및 스페큘러 성분 영상 중 적어도 하나를 포함하는,
    영상 처리 장치.
  14. 컬러 영상으로부터 상기 컬러 영상에 대응하는 알베도 성분 영상 및 조명 성분 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 조명 성분 영상을 상기 컬러 영상에 대응하는 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 단계
    를 포함하는, 영상 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 조명 성분 영상을 분리하는 단계는,
    상기 컬러 영상에 대응하는 깊이 영상을 이용하여 상기 컬러 영상의 적어도 하나의 영역 내의 각 픽셀에 대응하는 노말 벡터를 계산하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 영역 내의 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율에 기초하여 상기 조명 성분 영상을 상기 복수의 하위 성분 영상으로 분리하는 단계
    를 포함하는, 영상 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 조명 성분 영상을 분리하는 단계는,
    상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화율과 상기 인접 픽셀 간의 노말 벡터 변화율 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리하는 단계를 포함하는,
    영상 처리 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 조명 성분 영상을 분리하는 단계는,
    상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화로부터 상기 노말 벡터 및 쉐이딩 성분 간의 대응 관계를 나타내는 구면 조화 함수를 계산하는 단계; 및
    상기 조명 성분 변화와 상기 구면 조화 함수 간의 연관성에 기초하여 상기 인접 픽셀 간의 조명 성분 변화를 쉐이딩 성분 및 쉐도우 성분으로 분리하는 단계
    를 포함하는, 영상 처리 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 영상 처리 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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