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KR101986108B1 - 선명도 향상장치 - Google Patents

선명도 향상장치 Download PDF

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KR101986108B1
KR101986108B1 KR1020120140880A KR20120140880A KR101986108B1 KR 101986108 B1 KR101986108 B1 KR 101986108B1 KR 1020120140880 A KR1020120140880 A KR 1020120140880A KR 20120140880 A KR20120140880 A KR 20120140880A KR 101986108 B1 KR101986108 B1 KR 101986108B1
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image
sharpness
gain
unit
edge
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이상용
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엘지이노텍 주식회사
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Publication date
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Priority to US14/650,044 priority patent/US9542731B2/en
Publication of KR20140073123A publication Critical patent/KR20140073123A/ko
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Abstract

선명도 향상장치가 개시된다. 본 발명의 향상장치는, 영상을 획득하고, 영상의 에지 성분을 검출하여, 검출된 에지 성분에 대해, 영상의 위치에 따라 선명도 게인을 합성한다.

Description

선명도 향상장치{APPARATUS FOR INCREASING SHARPNESS}
본 발명은 선명도 향상장치에 관한 것이다.
일반적으로, 영상처리 시스템에서는, 이미지센서를 통해 획득된 영상에 왜곡이 존재하여, 왜곡된 영상을 보정하는 과정을 거친다.
이때 영상의 주변부의 선명도(sharpness)를 강화하기 위해 영상 중심부의 선명도까지 함께 강조하여, 노이즈 성분이 함께 강조되는 문제점이 있다. 이로 인해 영상의 중심부는 노이즈가 강조되고, 과도한 선명도 향상으로 인해 화면이 어색하게 보이는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 영상의 중심부와 주변부의 선명도 게인을 다르게 적용하는 선명도 향상장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 영상의 에지 성분을 주파수 성분으로 분석하여, 주파수 대역별로 다른 게인을 적용하여 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하는 선명도 향상장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 선명도 향상장치는, 영상을 획득하는 센서부; 상기 영상의 에지 성분을 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에 의해 검출된 에지 성분에 대해, 영상의 위치에 따라 선명도 게인을 합성하는 합성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 합성부에 의해 선명도가 향상된 에지 성분을 이용하여 최종 영상을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 합성부는, 상기 영상의 중심부에 대해서는 가장 작은 선명도 게인을 합성하고, 상기 영상의 주변부로 갈수록 큰 선명도 게인을 합성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 합성부는, 상기 영상의 중심부로부터 주변부로 갈수록, 이산적으로 증가하는 선명도 게인을 합성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 합성부는, 상기 영상의 중심부로부터 주변부로 갈수록, 연속적으로 증가하는 선명도 게인을 합성할 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 선명도 향상장치는, 영상을 획득하는 센서부; 상기 영상의 에지 성분을 검출하는 검출부; 상기 에지 성분을 복수의 주파수 대역으로 분할하여 추출하는 필터부; 복수의 주파수 대역으로 추출된 에지 성분에 대해 각각 별개의 선명도 게인을 합성하는 복수의 제1합성부; 및 상기 복수의 합성부로부터 출력되는 에지 성분을 합성하는 제2합성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 합성부에 의해 선명도가 향상된 에지 성분을 이용하여 최종 영상을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 필터부는, 복수의 주파수 대역을 통과하는 복수의 대역통과필터(BPF)를 포함할 수 있다.
영상의 주변부로 갈수록 중심부에서의 선명도 게인에 비해 큰 선명도 게인을 합성하여, 노이즈 발생을 억제하고, 영상의 중심부의 선명도가 과도하게 향상되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 영상의 에지 성분을 주파수 대역별로 분할하고, 해당 주파수 대역에 따라 각각 별도의 선명도 게인을 합성하여, 노이즈의 발생을 저감하고 에지 성분의 주파수 대역별로 선명도를 강화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예의 선명도 향상장치의 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 각 구성요소로부터 출력되는 영상의 일예시도이다.
도 3은 선명도 게인 합성부가 에지에 대해 선명도 게인을 합성하는 방식을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 이산적 및 연속적으로 제공되는 선명도 게인의 일예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 선명도 향상장치의 구성도이다.
도 6은 주파수 대역별 에지 성분을 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예의 선명도 향상장치의 구성도이고, 도 2a 내지 도 2c는 도 1의 각 구성요소로부터 출력되는 영상의 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 선명도 향상장치는, 이미지 센서부(10), 에지 검출부(11), 선명도 게인 합성부(12) 및 영상 출력부(13)를 포함할 수 있다.
이미지 센서부(10)는 영상을 촬영하는 카메라(도시되지 않음)로부터 수신되는 이미지 신호를 획득한다. 이미지 센서부(10)는 예를 들어, 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD), 상보형 금속산화반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS) 센서 등의 카메라 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그와 유사한 기능을 수행하는 다른 소자일 수도 있다. 도 2a는 이미지 센서부(10)가 획득한 영상의 일예이다.
에지 검출부(11)는 이미지 센서부(10)가 획득한 영상의 에지 성분을 검출한다. 예를 들어, 이미지 센서부(10)가 적녹청(RGB) 영상을 출력하는 경우, 에지 검출부(11)는 이로부터 휘도 성분(Y)을 검출하고, 이 휘도 성분이 에지 성분일 수 있다. RGB 성분을 YCbCr성분으로 변환하는 식은 이미 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2b는 에지 검출부(11)가 도 2a의 영상에 대하여 검출한 에지를 나타낸 일예이다.
선명도 게인 합성부(12)는 에지 검출부(11)가 검출한 에지에 대해 선명도 게인을 합성한다. 도 3은 선명도 게인 합성부(12)가 에지에 대해 선명도 게인을 합성하는 방식을 설명하기 위한 일예시도로서, (a)는 에지 검출부(11)가 검출한 에지를 표현한 것이고, (b)는 선명도 게인을 나타낸 것이며, (c)는 (a)와 (b)를 합성한 결과를 나타낸 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 선명도 게인을 합성하는 것에 의해, 영상의 에지가 더욱 선명해짐을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예의 선명도 게인 합성부(12)는, 영상의 위치에 따라 선명도 게인을 달리하여, 합성할 수 있다. 즉, 선명도 게인 합성부(12)는, 예를 들어, 도 2c와 같이, 영상을 복수의 동심원 형태(A)로 분할하고, 해당 동심원에 동심원 내의 영상의 에지에 대해 각각 별개의 선명도 게인을 제공하여, 영상의 위치에 따라 다른 선명도 게인을 제공할 수 있다. 즉, 영상의 중심부에 대해서는 가장 작은 선명도 게인을 합성하고, 영상의 주변부로 갈수록 큰 선명도 게인을 합성할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 선명도 게인 합성부(12)가 영상에 대하여 도 2c의 동심원마다 각각의 게인을 제공하는 것에 의해, 한 영상에 대하여 이산적(discrete)으로 증가하는 선명도 게인을 합성할 수도 있으며, 또는 연속적(continuous)인 방식으로 증가하는 선명도 게인을 제공하여 합성할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 이산적 및 연속적으로 제공되는 선명도 게인의 일예시도로서, 예를 들어, 도 2c에서 대각선(B)을 따라 설정되는 게인을 나타낸 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 양자 모두 영상의 중심부에 대해서는 가장 작은 선명도 게인이 제공되고, 영상의 주변부로 갈수록 큰 선명도 게인이 제공됨을 알 수 있다.
영상 출력부(13)는, 선명도가 향상된 에지 성분을 이용하여 최종 영상을 출력한다. 즉, 선명도가 향상된 에지 영상은 휘도 성분이며, 이 휘도 성분을 이용하여 RGB 영상을 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 선명도 게인 합성부(12)는 라플라시안(Laplacian) 형태의 선명도 게인을 사용할 수 있다. 일반적으로, 영상의 에지를 검출하는 경우에는 라플라시안 마스크를 사용하는데, 다음 식과 같음을 알 수 있다.
Figure 112012101253818-pat00001
라플라시안 마스크를 사용하는 경우, 게인은 다음 식으로 표시된다.
Figure 112012101253818-pat00002
위 수학식 2에서, 위의 경우는 라플라시안 마스크의 중앙 상수가 음수(negative)인 경우이고, 아래의 경우는 라플라시안 마스크의 중앙 상수가 양수(positive)인 경우이다.
본 발명의 일실시예의 선명도 게인 합성부(12)는 영상의 중심부에서는 원래 영상과 같고, 영상의 주변부로 갈수록 위와 수학식 2와 유사한 결과를 가지게 된다.본 발명의 일실시예의 선명도 게인 합성부(12)가 사용하는 라플라시안을 이용한 이득은 다음 식으로 표현될 수 있다.
Figure 112012101253818-pat00003
이때, r은 영상의 중심부에서 최외곽까지의 거리를 말하며, (x, y)는 중심부에서 이동한 포인트의 좌표를 말한다.
다만, 위는 일예로서, 본 발명의 일실시예의 선명도 게인 합성부(12)는 다른 방식으로 검출한 에지에 대해 선명도 이득을 제공할 수도 있을 것이다.
본 발명의 일실시예의 선명도 향상장치에 의하면, 영상의 주변부로 갈수록 중심부에서의 선명도 게인에 비해 큰 선명도 게인을 합성하여, 노이즈 발생을 억제하고, 영상의 중심부의 선명도가 과도하게 향상되는 것을 억제할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 선명도 향상장치의 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예의 선명도 향상장치는, 이미지 센서부(20), 에지 검출부(21), 대역통과필터부(Band Pass Filter; BPF부)(22), 제1 내지 제3대역 게인 합성부(23 내지 25), 합성부(26) 및 영상 출력부(27)를 포함할 수 있다.
이미지 센서부(20)는 영상을 촬영하는 카메라(도시되지 않음)로부터 수신되는 이미지 신호를 획득한다. 이미지 센서부(20)는 예를 들어, CCD, CMOS 센서 등의 카메라 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그와 유사한 기능을 수행하는 다른 소자일 수도 있다.
에지 검출부(21)는 이미지 센서부(20)가 획득한 영상의 에지를 검출한다. 예를 들어, 이미지 센서부(20)가 RGB 영상을 출력하는 경우, 에지 검출부(11)는 이로부터 휘도 성분(Y)을 검출하고, 이 휘도 성분이 에지 성분일 수 있다. RGB 성분을 YCbCr성분으로 변환하는 식은 이미 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
BPF부(22)는 에지 검출부(21)에 의해 검출된 영상의 에지에 대해, 특정 주파수 대역을 추출할 수 있다. 즉, BPF부(22)는, 예를 들어 고주파 대역(high band), 중주파 대역(middle band) 및 저주파 대역(low band)의 에지 성분을 분리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 하나의 BPF가 사용되는 것처럼 도시되어 있으나, 복수의 BPF가 BPF부(22)를 이루게 됨을 알 수 있다.
또한, 고주파 대역, 중주파 대역 및 저주파 대역은 영상의 특성에 따라 결정되는 것으로서, 상대적인 개념이므로, 특정한 주파수 대역에 한정되는 것이 아니다.
이하에서, 본 발명의 일실시예에서는 3개의 BPF로 BPF부(22)가 구성되는 경우를 예를 들어 설명하겠으나, 이에 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
제1대역 게인 합성부(23), 제2대역 게인 합성부(24) 및 제3대역 게인 합성부(25)는, 각각 BPF부(22)로부터 수신되는, 특정 대역의 에지영상에 대해, 선명도 게인을 별도로 부여하여 각각 합성한다.
즉, 본 발명의 일실시예는, 에지 검출부(21)에 의해 검출되는 에지를 소정 주파수 대역으로 분류하고, 특정 주파수 대역의 에지 성분에 대해 각각 별도의 선명도 게인을 합성한다. 이에 의해, 특정 주파수 대역별 선명도를 강화할 수 있고 노이즈를 저감할 수 있다.
도 6은 주파수 대역별 에지 성분을 설명하기 위한 일예시도로서, 도 6의 (a)는 에지 검출부(21)가 검출한 영상의 에지 성분이고, 도 6의 (b) 내지 (d)는 BPF부(22)에 의해 대역별로 분리된 에지 성분을 나타낸 것이다.
본 발명의 일실시예에서는, 영상의 에지 성분의 주파수 대역을 확인하여, 영상마다 주파수 대역을 개별적으로 추출할 수 있다. 따라서, 주파수 대역은 영상에 의해 결정될 수 있다.
합성부(26)는 각각 대역별로 선명도 게인이 합성된 영상의 에지 성분을 합성하고, 영상 출력부(27)는, 선명도가 향상된 에지 성분을 이용하여, 최종 RGB 영상을 출력할 수 있다.
본 발명의 제2실시예의 선명도 향상장치는, 에지 성분을 주파수 대역별로 분할하고, 각 대역별로 별도의 선명도 게인을 적용하는 것이다.
본 발명의 일실시예의 향상장치가 라플라시안을 이용하는 경우, 제1 내지 제3대역 게인 합성부(23 내지 25)에서 사용하는 게인 방정식은 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112012101253818-pat00004
이때, r은 영상의 중심부로부터 최외곽까지의 거리이고, (x, y)는 중심부에서 이동한 포인트의 좌표를 말하고, Gi는 원영상 f를 i번 가우시안을 씌운 영상으로서 저주파 대역의 정보를 나타내는 것이다.
Figure 112012101253818-pat00005
여기서, G0는 원영상 f를 나타내며, σ는 밴드의 영역을 분할하는데 영향을 미치는 상수이다.
또한, 수학식 4에서 Li -1은 Gi -1에서 Gi를 뺀 영상으로서, 고주파 대역의 정보를 나타내고, α는 전체적인 선명도의 향상 정도를 나타내는 상수이고, βi는 대역별 가중치를 나타내는 상수로서, 사용자의 선택에 의해 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제2실시예에서와 같이, 3개의 대역으로 구분되는 경우, 수학식 4는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012101253818-pat00006
위 수학식 6에서, α는 전체적인 선명도의 향상 정도를 나타내는 상수로서, 너무 작은 경우 영상이 향상되지 않은 것처럼 나타나고, 너무 큰 경우에는 에지 성분이나 노이즈 성분의 고주파 성분들이 부각될 수 있다. 또한, β는 대역별 가중치를 나타내는 상수인데, 예를 들어 본 발명의 일실시예에서, β1은 저주파 대역의 게인을 1로 보았을 때의 중주파 대역의 게인을 말하며, β2는 저주파 대역의 게인을 1로 보았을 때의 고주파 대역의 게인을 말한다. β<1인 경우에는 에지 성분이나 노이즈 성분의 고주파 성분들이 부각되어 나타나는 것을 줄이고, β>1인 경우에는 오히려 증폭시키게 된다. 따라서, 영상에 따라 적절한 α 및 β를 선정할 필요가 있다.
다만, 이와 같은 경우는 라플라시안을 사용하는 경우에 한하는 것으로서, 본 발명의 일실시예의 향상장치는 라플라시안 이외의 방식으로 게인을 영상의 에지 성분에 합성할 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 일실시예의 선명도 향상장치에 의하면, 영상의 에지 성분을 주파수 대역별로 분할하고, 해당 주파수 대역에 따라 각각 별도의 선명도 게인을 합성하여, 노이즈의 발생을 저감하고 주파수 대역별 선명도를 강화할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10, 20: 이미지 센서부 11, 21: 에지 검출부
12: 선명도 게인 합성부 13, 27: 영상 출력부
22: BPF부 23, 24, 25: 대역별 게인 합성부

Claims (11)

  1. 영상을 획득하는 센서부;
    상기 영상의 에지영역을 검출하는 검출부; 및
    상기 검출된 에지영역에 선명도 게인을 합성하는 합성부를 포함하며,
    상기 합성부는 상기 영상을 복수의 동심원 형태로 분할하고,
    상기 영상의 중심부에 위치한 제1 동심원으로부터 상기 영상의 주변부에 위치한 제2 동심원으로 갈수록 합성하는 상기 선명도 게인은 이산적으로 증가하는 선명도 향상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합성부에서 합성된 상기 에지영역을 RGB 영상으로 출력하는 출력부를 포함하는 선명도 향상장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합성부는 상기 복수의 동심원 내의 상기 에지영역에 서로 다른 상기 선명도 게인을 합성하는 선명도 향상장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 합성부는 3개 이상의 동심원 형태로 영상을 분할하는 선명도 향상장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상의 중심부에 대해서는 가장 작은 선명도 게인을 합성하는 선명도 향상장치.
  6. 영상을 획득하는 센서부;
    상기 영상의 에지영역을 검출하는 검출부;
    검출된 상기 에지영역을 복수의 주파수 대역으로 분리하는 대역통과필터를 포함하는 필터부; 및
    상기 복수의 주파수 대역으로 분리된 복수의 에지영역 각각에 선명도 게인을 합성하는 복수의 제1합성부를 포함하고,
    상기 복수의 에지영역은 고주파 대역 영역, 중주파 대역 영역, 저주파 대역 영역을 포함하고,
    상기 선명도 게인은 제1 선명도 게인, 제2 선명도 게인, 제3 선명도 게인을 포함하고,
    상기 제1합성부는 상기 고주파 대역 영역에 상기 제1 선명도 게인을 합성하고, 상기 중주파 대역 영역에 상기 제2 선명도 게인을 합성하고, 상기 저주파 대역 영역에 상기 제3 선명도 게인을 합성하는 선명도 향상장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 주파수 대역은 4개 이상이며,
    상기 복수의 주파수 대역의 수와 상기 복수의 제1합성부의 수는 동일한 선명도 향상장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1합성부에서 합성된 상기 고주파 대역 영역, 상기 중주파 대역 영역, 상기 저주파 대역 영역을 합성하는 제2합성부를 포함하는 선명도 향상장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2합성부에서 합성된 영상을 RGB 영상으로 출력하는 출력부를 포함하는 선명도 향상장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 합성부는,
    다음의 식으로 표현되는 라플라시안을 이용한 게인 방정식을 사용하는 선명도 향상장치:
    Figure 112018108483984-pat00016

    여기서, r은 영상의 중심부에서 최외곽까지의 거리를 말하며, (x, y)는 중심부에서 이동한 포인트의 좌표를 말한다.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제1합성부는,
    다음의 식으로 표현되는 라플라시안을 이용한 게인 방정식을 사용하는 선명도 향상장치:
    Figure 112018108483984-pat00017

    여기서, r은 영상의 중심부로부터 최외곽까지의 거리이고, (x, y)는 중심부에서 이동한 포인트의 좌표를 말하며, Gn는 원영상 f를 n번 가우시안을 씌운 영상으로서 저주파 대역의 정보를 나타내고, Li-1은 Gi-1에서 Gi를 뺀 영상으로서 고주파 대역의 정보를 나타내며, α는 전체적인 선명도의 향성 정보를 나타내는 상수이고, βi는 대역별 가중치를 나타내는 상수로서 사용자의 선택에 의해 제공된다.
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