KR940005829B1 - 다가(多價) 영상과 룩업 테이블을 이용한 2진영상의 고속세선화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다가(多價) 영상과 룩업 테이블을 이용한 2진영상의 고속세선화 방법 및 장치

제 1도는 루토비츠(Rutovitz) 알고리즘에서의 한 점 P의 주변점의 표시 및 지워지지 않는 점.

제 2도는 장(Jang)과 친(Chin)의 알고리즘에서 사용된 3×3 격자형태.

제 3도는 장과 친의 알고리즘의 흐름도.

제 4도는 본 발명의 고속세선화 방법을 설명하기 위한 M×N 2진영상의 예.

제 5도는 화소의 8-아웃의 정의.

제 6도는 다가영상을 이용한 고속 세선화 알고리즘의 하드웨어 블럭선도.

본 발명은 다가영상을 이용한 2진영상의 고속 세선화에 관한 것으로서, 더 상세하게는 다가 영상치를 룩업 테이블(Lookup Table)을 이용하여 처리함으로써 2진영상을 고속으로 세선화 할 수 있는 방법과 장치에 관한 것이다.

시각 처리분야에서 2진영상을 세선화하는 방법으로서는 종래, 다음과 같은 방법이 제안되어 있다. 먼저, 첫째로 루토비츠(Rutovitz)가 제안한 알고리즘(RU 알고리즘)으로써 세선화 하는 방법은 다음과 같다. 제 1도에서 나타낸 바와같이 중앙점 P의 3×3 이웃 점을 P₀, P₁…, P₇로 표시한다. 그리고, P의 0이 아닌 이웃 점의 갯수를 N(P)로 나타낸다. 또 P의 이웃점들을 시계방향으로 나열한 P₀, P₁, …, P₇, P₀의 0으로부터 1로의 천이의 갯수를 Z(P)라고 하자.

이때, 점 P가 다음조건을 만족하면 제거한다.

1) 2 ≤ N(P) ≤ 6

2) Z(P) = 1

3) P₀·P₂·P₄= 0 or Z(P₂) ≠ 1

4) P₂·P₄·P₆= 0 or Z(P₄) ≠ 1

조건 1)은 물체의 경계점을 의미한다. 동시에 끝점의 제거를 방지하여 골격(skeleton)이 짧아지는 현상을 없애는 역할을 한다. 조건 2)는 P를 제거하였을 때 가지가 끊어지는 것을 방지하고 조건 3)과 4)는 8-connectedness를 만족시키기 위한 것이다.

이 알고리즘의 장점은 잡음성분이 많은 경계선에 대하여 둔감하다는 것이다. 그러나 한 화소를 제거하기 위해서 4×4의 주변값을 조사해야 하기 때문에 고속처리에 부적합한 면이 있다.

둘째로 장(Zhang)과 수엔(Suen)이 제안한 알고리즘(ZS 알고리즘)으로 이 알고리즘은 루토비츠가 제안한 알고리즘의 단점인 4×4의 주변값을 조사한다는 점을 보완한 것으로 다음과 같이 두 과정으로 구성된다.

단계 1)

다음 조건을 만족하는 점 P를 제거한다.

a) 2 ≤ N(P) ≤ 6

b) Z(P₁) = 1

c) P₀·P₂·P₆= 0

d) P₂·P₄·P₆= 0

단계 2)

다음 조건을 만족하는 점 P를 제거한다.

a) 2 ≤ N(P) ≤ 6

b) Z(P₁) = 1

c) P₀·P₂·P₄= 0

d) P₂·P₄·P₆= 0

이 알고리즘은 루토비츠의 알고리즘과 마찬가지로 잡음성분이 많은 경계선에 대하여 둔감하고, 3×3 격자 내부의 형태로 중앙점의 제거여부가 결정된다는 장점이 있지만, 골격의 조건인 한 화소 두께를 보장하지 못하는 단점이 있다.

셋째로, 장(Jang)과 (Chin)이 제안한 알고리즘(JC 알고리즘)으로 이 알고리즘은 수학적 형태학(Mathematical Morphology)에 기초를 둔것으로 골격의 정의에 가장 충실한 알고리즘이라 할 수 있으나 경계선의 잡음성분에 매우 민감하다는 단점이 있다. 영상처리에 수학적 형태학이 많이 사용되고 있는데, 대표적인 것으로 수축(Erosion), 팽창(Dilation) 그리고 히트/미스(Hit/Miss) 변환이 있다. 여기서

X, T ⊆ Z²

Tb = {x : x-b ∈ T}

X^c: Z²에 대한 X의 보수

Z²: 디지탈 점들의 2차원 격자

라 하면,

로 정의된다. 히트/미스는 경계점에서 T라는 형태를 찾는데 사용된다. 영상의 세선화는 경계점부터 수행하게 되므로 결국 세선화는 다음과 같이 표현된다.

즉, 격자(Template) T와 일치하는 형의 경계점을 물체 X에서 제거하는 것을 세선화로 보는 것이다. 이때 어려운 점은 T를 어떻게 정하고 어떠한 순서로 적용하느냐 하는 것이다.

장과 친이 제안한 JC 알고리즘에서 다음과 같은 순서로 적용했을때 골격을 구할수 있음을 보였다. 제 2 도와 같이 Dⁱ, i=1, 2, 3, 4와 Eⁱ, i=1, 2, 3, 4를 정의한다. 그리고 D^i+k=D^(i+k)mod4라 할때 i=1, 2, 3, 4에 대하여,

1) Dⁱ와 Dⁱ⁺²와는 동시에 적용될 수 없다.

2) Eⁱ와 E^j(i ≠ j)와는 동시에 적용될 수 없다.

3) Eⁱ와 Dⁱ⁺²혹은 Dⁱ⁺³과는 동시에 적용될 수 없다.

가 성립한다. 이것을 요약하면 제 3도와 같다.

JC 알고리즘에는 제 3도에 나타낸 것과 같이 체계적으로 골격을 구할 수 있다는 점과 특별한 형태를 가진 화소에 대한 제거/제거 여부를 미리 결정할 수 있으므로 고속으로 구현가능한 점이 있으나, 잡음에 약하다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 기존의 세선화 알고리즘의 문제점을 해결하고 처리속도를 고속화시킨 세선화 장치에 관한 것이다. 먼저, 2진영상으로부터 다가영상을 만드는 방법을 설명하면 제 4도와 같이 해상도가 M×N인 2치영상이 있다고 하자. 그리고 (x, y)를 그 영상중 한 화소의 위치를 나타낸다고 하고, F(x, y)를 위치(x, y)에서의 화소의 값(0 : 배경, 1 : 물체)이라 하자. 이때 f1(x, y), i=0, …, 8을 다음과 같이 정의한다.

f₈(x, y) = F(x, y),

f₀(x, y) = F(x+1, y),

f₁(x, y) = F(x+1, y+1),

f₂(x, y) = F(x, y+1),

f₃(x, y) = F(x-1, y+1), (1)

f₄(x, y) = F(x-1, y),

f₅(x, y) = F(x-1, y-1),

f₆(x, y) = F(x, y-1),

f₇(x, y) = F(x+1, y-1),

f₁(x, y), ;=0, …, 8을 그림으로 표시하면 제 5도와 같다. f₀(x, y)는 2치영상에서 선택된 한화소의 값이고, f₈(x, y) = F₇(x, y)는 그것의 주변값(neighborhood value)이다. 이 3×3격자내의 모든 화소를 이용하여 f₀(x, y)의 국부적 특성을 나타낼 수 있는 새로운 영상값 g(x, y)를 다음과 같이 정의한다.

g(x, y) = T(f₀, f₁, …, f₈)·m(x, y) (2)

여기서 T(·)는 f₀, …, f₈의 9-터플(9-tuple)을 인수로 하는 일반적인 함수이고, m(x, y)는 T(f₀, f₁, …, f₈)를 마스크(mask)하는 마스크 함수로서 m(x, y) ∈ {0, 1}이다. m(x, y)는 T(·)로 연산된 값을 특정목적에 따라 수정, 변환하기 위하여 사용된다.

T(·)를 정의하는 방법은 여러가지가 있을 수 있겠으나 본 발명에서는 다음과 같이 정의한다.

T(f₀, f₁, f₂, f₃, f₄, f₅, f₆, f₇, f₈)

=2⁰·f₀+2¹·f₁+2²·f₂+2³·f₃+2⁴·f₄+2⁵·f₅+2⁶·f₆+2⁷·f₇

(3)식의 의미는 f₈(x, y)의 주변값들을 시계 반대방향으로 선택하면서 각각을 8비트 2진수의 각 비트에 대응시킨다는 것이다. 그리고 m(x, y)는

로 정의한다. 우변의 첫번째 항은 3×3격자 내부의 중앙의 값이 항상 1(물체)인 부분만 변환시키기 위한 것이고, 두번째 항은 물체 내부의 페퍼(Pepper)를 제거하기 위한 것이다. (3)식과 (4)식을 결합하여 g(x, y)는

로 표현되는 바 g(x, y)는를 LSB(최소 유효자리 비트)로, 그리고MSB(최상위비트)로 하는 8비트 2진수가 된다. 여기서 g(x, y)는 F(x, y)와 그것의 8개의 주변값들로 이루어져 있어 이것을 다가영상(Multivalued Image)이라 하고(5) 식을 다가영상 코딩(coding)이라고 한다.

3×3 내부의 형태라는 것이 다가영상에서는 수(number)로 표시되므로, 다가영상이 가질수 있는 모든 수(0-255)에 기초하여 한 화소의 제거여부를 미리 할당할 수가 있다. 아래의 표 1은 ZS 알고리즘에서의 모든 다가영상 값에 대하여 제거여부를 나타낸다. 그리고 표 2는 JS 알고리즘에서의 제거여부를 나타낸다. 이 표는 각각의 알고리즘에서 제거, 비제거에 해당하는 조건을 컴퓨터를 이용하여 만들어낸 것이다. 이러한 표는 메모리 소자, 즉 램(RAM), 롬(ROM) 또는 피-에이-엘(PAL)등을 이용하여 쉽게 구별할 수 있는 바, 다가영상 값을 주소로하여 이 메모리의 데이타를 통하여 제거, 비제거 여부를 결정할 수 있으므로 고속 처리가 가능하다.

[표 1]

ZS 알고리즘에서의 제거여부 판별표-Step 1. Step 2

[표 2]

ZS알고리즘에서의 제거여부 판별표 -Pass 1, Pass 2, Pass 3, Pass 4

JC 알고리즘에서는 각 패스(Pass)별로 4개의 표가 필요하고, ZS 알고리즘에 필요한 표는 1개이다. 처음 단계에서는 ZS 알고리즘을 사용하여 잡음의 영향을 줄이고, 그 결과에 JC 알고리즘을 적용함으로서 한 화소 두께를 보장할 수 있다. 이렇게 함으로써 두 알고리즘의 장점을 살릴 수 있고, 또한 제거/비제거 여부를 다가영상에 의한 표를 사용함으로서 영상의 세선화를 고속으로 처리할 수 있다는 장점이 있다. 단, JC 알고리즘을 적용할때 한 패스가 지나면 다른 표를 선택하여야 하므로, 계수기를 통하여 표선택을 순환적으로 하여야 한다.

다가영상 값을 MVI라 표시하고 다가영상을 이용한 세선화 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.

단계 1) 2진영상으로부터 다가영상을 만든다.

단계 2) 1=1

단계 3) (표 4.1)을 이용하여 모든 점의 다가영상 값에 대하여 Step₁[MVI]=1이면 2진영상에서 그 점을 제거한다.

단계 4) i=1+1

단계 5) i<=2이면 3) 단계로 간다.

단계 6) 3) 단계에 의하여 제거된 화소가 있으면 2) 단계로 간다.

단계 7) i=1

단계 8) 다가영상을 만든다.

단계 9) 모든 점의 다가영상에 대하여 Pass₁[MVI]=1이면 그 점을 제거한다.

단계 10) i=1+1

단계 11) i<=4이면 8) 단계로 간다.

단계 12) 끝

여기서 Step₁-Step₂와 Pass₁-Pass₄는 표 1과 표 2에 있는 것을 말한다.

다가영상에서는 3×3 내부의 형태가 수로 표현되어 있으므로 앞에서 기술한 세선화 알고리즘을 쉽게 하드웨어로 구현할 수 있다. 먼저 2진영상으로부터 다가영상을 만드는 과정이 필요하고, 이 다가 영상을 이용하여 미리 만들어진 표에서 제거 비제거 여부를 결정한 후, 제거에 해당하면 2진영상에서의 한점을 제거한다. 이 과정은 기존의 라스터스캔(Raster Scan)방식을 사용할 수 있기 때문에 높은 프레임율(Frame Rate)로 수행할 수 있다.

제 6 도에 본 발명에 따른 다가영상을 이용한 고속 세선화 알고리즘의 하드웨어를 블럭선도(Block Diagram)로 나타내었다.

먼저, 2진영상을 영상메모리 A에 저장한 후 스위치(S1)를 영상 메모리 A쪽으로, 스위치(S2)를 영상메모리 B쪽으로 선택한다. 이는 영상 메모리 A에 있는 내용이 다가영상 하드웨어로 입력되게 하기 위함이다. 그러면 다가영상 하드웨어는 영상메모리 A내의 2진영상을 다가영상으로 만들어 다가영상 메모리에 저장함과 동시에 표 1과 표 2를 내용으로 가지고 있는 룩업 테이블(LUT : Look Up Table)을 가진 데이타를 영상메모리 B에 저장한다. 영상의 변화 유무 즉, 제거되는 점이 있는지의 여부를 점검하는 부분인 말단모니터에서는 영상의 변화가 있는지를 검사한다.

만일, 영상의 변화가 없으면 LUT 선택기를 변화시켜 다른 룩업 테이블을 선택하게 한다. 모든 LUT에 대하여 변화가 없으면 세선화는 완료된 것이다. 만일 영상의 변화가 있으면 S1을 B쪽으로, S2를 A쪽으로 하여 위의 과정을 반복한다. 세선화가 진행되면서 결과영상이 영상메모리 A와 B에 교대로 저장한다.

그러나 최종결과인 골격의 다가영상은 다가영상 메모리에 저장되었다.

영상 메모리 A(또는 B)에 있던 2진영상이 B(또는 A)로 변화되어 이동하였을 때는 세선화공정이 한번 진행된 것이므로 2진영상에서 한 껍질 벗겨지는 현상(Peeling)이 나타난다.

따라서, 가장 두꺼운 부분이 N화소이면 N/2 프레임 타임(Frame Time)만에 세선화가 완료된다. 예를 들어 가장 두꺼운 부분이 10화소이면 10/2^*16)[msec]=80[msec]만에 세선화가 완료되어 고속처리가 가능하다.

Claims (6)

1. 2진영상을 제 1 영상 메모리에 기억시키는 단계와, 상기 제 1 영상 메모리의 내용을 다가영상 변환장치에 전송하여 상기 2진영상을 다가영상으로 변환하는 단계와, 상기 다가영상을 다가영상 메모리에 기억시키는 단계와, 다가영상값을 수신하고 그 값에 대하여 제거여부를 나타내는 다수의 특업 테이브를 제공하는 단계와, 상기 룩업 테이블들중 하나의 출력을 제 2 영상 메모리에 기억시키는 단계와, 상기 다가영상 메모리의 영상의 변화유무를 END모니터에서 검사하되 영상의 변화가 없으면 다른 룩업 테이블을 선택하게 하는 식으로 모든 룩업 테이블에 대하여 상기 영상의 변화유무를 검사하는 세선화 검사 단계와, 영상의 변화가 있으면, 상기 제1 및 제 2 의 2진영상 메모리들 서로 전환한 상태로 상기 단계들 모두를 반복하여 세선화하는 단계와, 세선화 처리된 영상을 상기 제1 및 제 2 의 2진영상 메모리들에 교대로 기억시키는 단계와, 상기 다가영상 메모리에 최종적인 골격인 다가영상을 기억시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 2진영상의 고속세선화방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 룩업 테이블들이 장(Jang)과 친(Chin)의 JC알고리즘 및 장(Zhang)과 수변(Suen)의 ZS알고리즘에서 화소의 제거, 비제거 조건을 나타내는 표들을 포함하는 것을 특징으로 하는 2진 영상의 고속세선화방법.
3. 2진영상을 발생하는 소오스와, 상기 소오스에 연결되고 2진영상을 기억하는 제 1 의 2진 영상메모리 및 제 2 의 2진영상 메모리와, 2진영상을 다가영상으로 변환하는 다가영상 변환장치와, 상기 제1 및 제 2 의 2진 영상 메모리들의 출력을 선택적으로 상기 다가영상 변환장치에 연결하는 제 1 스위칭장치와, 상기 다가영상 변환장치에 연결되어 그 출력을 기억하는 다가영상 메모리와, 영상의 화소의 제거, 비제거에 해당하는 조건을 나타내는 표들을 기억하고 그 제거, 비제거 여부를 결정하도록 상기 다가영상 메모리에 연결된 다수의 룩업 테이블 메모리와, 상기 다가영상 모리의 출력과 상기 룩업 테이블 메모리의 출력 모두에 연결되어 상기 2진영상에서 제거될 점이 있는지의 여부를 점검하는 END모니터와, 상기 END모니터와 상기 룩업 테이블 메모리들 사이에 연결되어 있어 상기 영상에서 제거될 점을 찾을때까지 상기 다가영상 메모리에 연결할 룩업 테이블 메모리를 선택하는 룩업 테이블 선택기와, 상기 룩업 테이블 메모리들을 상기 제1 및 제 2 의 2진영상 메모리들중 하나의 입력에 선택적으로 연결하는 제 2 스위칭장치로 구성된것을 특징으로 하는 2진영상의 고속세선화장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 영상에서 제거될 점이 있을때에는 상기 제1 및 제 2 스위칭장치가 동작되어 상기 제1 및 제 2 의 2진영상 메모리의 연결상태로 서로 전환하는 것을 특징으로 하는 2진영상의 고속세선화장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 룩업 테이블들이 장(Jang)과 친(Chin)의 JC알고리즘 및 장(Zhang)과 수엔(Suen)의 ZC알고리즘에서 화소의 제거, 비제거 조건을 나타내는 표들을 포함하는 것을 특징으로 하는 2진영상 고속세선화장치.
6. 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 룩업 테이블들이 램(RAM), 롬(ROM) 또는 피-에이-엘(PAL)의 논리회로에 의하여 구현되는 것을 특징으로 하는 2진영상의 고속세선장치.