Comparisons of Color Spaces for Shadow Elimination

그림자 제거를 위한 색상 공간의 비교

Moving object segmentation is an essential technique for various video surveillance applications. The result of moving object segmentation often contains shadow regions caused by the color difference of shadow pixels. Hence, moving object segmentation is usually followed by a shadow elimination process to remove the false detection results. The common assumption adopted in previous works is that, under the illumination variation, the value of chromaticity components are preserved while the value of intensity component is changed. Hence, color transforms which separates luminance component and chromaticity component are usually utilized to remove shadow pixels. In this paper, various color spaces (YCbCr, HSI, normalized rgb, Yxy, Lab, c1c2c3) are examined to find the most appropriate color space for shadow elimination. So far, there have been some research efforts to compare the influence of various color spaces for shadow elimination. However, previous efforts are somewhat insufficient to compare the color distortions under illumination change in diverse color spaces, since they used a specific shadow elimination scheme or different thresholds for different color spaces. In this paper, to relieve the limitations of previous works, (1) the amount of gradients in shadow boundaries drawn to uniform colored regions are examined only for chromaticity components to compare the color distortion under illumination change and (2) the accuracy of background subtraction are analyzed via RoC curves to compare different color spaces without the problem of threshold level selection. Through experiments on real video sequences, YCbCr and normalized rgb color spaces showed good results for shadow elimination among various color spaces used for the experiments.

이동 객체의 검출은 다양한 영상 감시 응용에 필수적인 중요한 기술이다. 그런데 이동 객체 검출 결과로 얻어진 전경 영상에는 그림자에 의한 색상 변화가 전경 영역으로써 함께 검출되는 경우가 쉽게 발생하며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 이동 객체 검출은 흔히 그림자 제거와 함께 수행된다. 대부분의 그림자 제거 방법은 조명 변화발생시 색상의 조도 성분만 변화하며 색도 성분은 유지된다는 가정에 기반하여 색도 성분을 분리하여 표현하는 다양한 색상 공간을 통해 그림자 제거를 수행한다. 본 논문에서는 색도 성분을 분리하는 색상 공간 가운데 그림자 제거에 가장 적합한 색상 공간을 선택하고자 다양한 색상 공간 (YCbCr, HSI, 정규화된 rgb, Yxy, Lab, c1c2c3)을 비교하였다. 과거 그림자 제거에 있어서 다양한 색상 공간의 성능을 비교한 몇몇 연구가 있었으나, 기존 연구들은 각 논문에서 제안한 특정 그림자 제거 방법에 다양한 색상 공간을 적용하거나 임의의 임계값을 이용하여 각 색상 공간의 성능을 비교하였기 때문에, 각 색상 공간에서 조명 변화 발생에 따른 색상 왜곡을 정확히 측정하기 어려운 문제가 있었다. 본 논문에서는 이러한 기존 연구의 문제점을 피하고 각 색상 공간을 정확하게 비교하기 위하여 1) 서로 다른 조명 조건에 노출된 동일한 색상을 갖는 면의 경계에서 색도 성분의 기울기 값을 측정함으로서 조명 변화 발생 시 색도 성분의 변화 정도를 비교하였으며, 2) RoC 곡선을 통하여 임계치 설정의 문제를 피하면서 배경 제거 정확도를 비교하였다. 실험을 통하여 YCbCr 색상 공간과 정규화된 rgb 색상 공간이 비교대상으로 선택된 여러 색상 공간 가운데 가장 좋은 성능을 보이는 것을 확인하였다.