우리는 빛의 정도에 따라 사진의 밝기와 채도, 대비를 보정하고 더 나아가 역광을 보정하는 기술을 구현하였다. 색감과 질감의 경우, 기존과는 다른 방법으로 질감과 색감을 추출했다. 역광보정은 자동이나 수동으로 할 수 있는데, 수동으로 역광보정을 적용하기 위해서는 먼저 관심영역을 지정해 주어야한다. 관심영역은 사진 속 원하는 부분의 윤곽선을 이어줌으로써 선택한다. 우리는 자석 올가미를 통하여 섬세한 선택을 가능하게 하였다. 기존 올가미 기능은 시작점과 끝점을 일치시켜 주어야 하는 단점이 있었으나 제안하는 올가미 기능은 시작점과 끝점을 일치시키지 않아도 관심영역을 선택할 수 있는 장점이 있다.
우리는 빛의 정도에 따라 이미지의 밝기와 채도, 대비를 보정하고 더 나아가 역광을 보정하는 기술을 구현하였다. 역광보정은 자동이나 수동으로 할 수 있는데, 수동으로 역광보정을 적용하기 위해서는 먼저 관심영역을 지정해 주어야 한다. 관심영역은 사진 속 원하는 사물의 윤곽선을 이어줌으로써 선택한다. 우리는 자석 올가미를 이용하여 사용자가 섬세한 선택을 가능하게 하였다. 기존 올가미 기능은 시작점과 끝점을 일치시켜 주어야 하는 단점이 있었으나 제안하는 올가미 기능은 시작점과 끝점을 일치시키지 않아도 관심영역을 선택할 수 있는 장점이 있다. 또한 사용자가 이진화 임계값과 질감추출을 위한 k-means 군집의 개수를 선택할 수 있도록 하여 다양한 역광보정 결과를 자동으로 얻을 수 있게 하였다.
본 논문에서는 역광 보정의 대표적인 방법인 retinex 알고리즘에서의 연산량, 후광 현상(halo artifact), 색신호 왜곡 등의 문제점을 개선하기 위해 화소 값의 분포 통계 특성인 비대칭도(skewness)를 이용한 적응적 retinex 알고리즘을 제안한다. 제안 방식에서는 칼라 영상의 조명 정보인 휘도 성분에 대해 비대칭도 기반의 대조비(contrast) 보정 함수를 정의하였으며, 이를 기반으로 휘도 성분의 역광 보정 빛 색신호 보정을 수행하도록 하였다. 실험 결과를 통해 광원량의 정도에 관계없이 효과적인 역광 보정이 되었음을 확인하였으며, 기존 retinex 기법과 비교하여 40% 이상의 연산량의 이득이 있었음을 확인할 수 있었다.
본 논문은 상대적으로 대비도 차이가 크게 나타나는 역광 이미지에 대해서 Retinex 알고리즘을 적용하여 보정 했을 경우 발생하는 밝은 영역에서의 컬러 성분의 손실을 개선하기 위한 새로운 기법을 제안한다. 역광 이미지의 경우 밝은 영역과 어두운 영역에 대한 밝기 차이가 매우 크게 발생하기 때문에 Retinex 알고리즘을 이용하여 영상의 대비도를 향상시킬 경우 밝은 영역에서의 컬러 성분이 손실되는 현상이 발생한다. 이러한 손실을 보완하기 위해서 원본 영상의 밝은 영역에 해당하는 컬러 성분을 Retinex 알고리즘으로 보정된 영상에 추가해준다. Fuzzy c-means 군집화 알고리즘을 이용하여 원본 영상에서의 밝은 영역과 어두운 영역에 대하여 모든 화소의 소속 정도를 나타내는 퍼지 소속 함수를 구한다. 밝은 영역에 대해서의 컬러 성분은 원본 영상 값에 밝은 영역 퍼지 소속 함수를 적용하고, 어두운 영역에 대해서의 컬러 성분은 Retinex 복원 영상 값에 어두운 영역 퍼지 소속 함수를 이용한다. 제안하는 알고리즘의 성능 평가를 위해 역광 현상이 강하게 나타나는 자연영상들을 대상으로 적용하여 기존의 Retinex 알고리즘(MSRCR) 보다 우수한 성능을 가지고 있음을 보였다.
현재 카메라들은 역광 환경에서 노출 시간 조절만으로 인간의 눈으로 볼 수 있는 것과 동일한 화질의 영상을 얻을 수 없으므로 역광 보정을 위한 화질 개선 방법이 필요하다. 기존의 화질 개선 방법으로는 Land의 인간의 시각적인 모델을 바탕으로 한 Retintex 알고리즘이 대표적이다. 그러나 처리 시간이 길고 역광 사진에 적용하는 경우 어두운 영역을 보정하기 위해 밝은 영역이 포화되어 버리는 문제가 있다. 그러므로 본 논문에서는 빠른 처리를 위해 연산량을 감소하고 어두운 영역과 밝은 영역의 균형 있는 Contrast 향상을 위하여 Retinex 알고리즘을 개선하여 새로운 알고리즘을 제안하고 K-Retinex 알고리즘이라 명명한다. 그리고 처리 시간과 영역별 표준 편차, Contrast Per Pixel 측정을 통해 제안된 알고리즘의 우수성을 입증하였다.
본 논문은 상대적으로 대비도 차이가 크게 나타나는 역광 이미지에 대해서 Retinex 알고리즘을 적용하여 보정 했을 경우 발생하는 밝은 영역에서의 컬러성분의 손실을 개선하기 위한 새로운 기법을 제안한다. 역광 이미지의 경우 밝은 영역과 어두운 영역에 대한 밝기 차이가 매우 크게 발생하기 때문에 Retinex 알고리즘을 이용하여 영상의 대비도를 향상시킬 경우 밝은 영역에서의 컬러 성분이 손실되는 현상이 발생한다. 이러한 손실을 보완하기 위해서 원본 영상의 밝은 영역에 해당하는 컬러 성분을 Retinex 알고리즘으로 보정된 영상에 추가해준다. K-mean 알고리즘을 이용하여 원본 영상에서의 밝은 영역, 어두운 영역, 중간 영역을 분리하고 밝은 영역에 대해서의 컬러 성분을 추가적으로 복원해 주며, 중간 영역에 대해서는 히스토그램에서의 위치를 기준으로 밝고 어두운 성분에 대한 비율을 고려하여 각 비율에 따라 원본 영상과 Retinex 복원 영상의 밝기 값을 함께 이용하도록 한다. 제안하는 알고리즘의 성능 평가를 위해 역광 현상이 강하게 나타나는 자연영상들을 대상으로 적용하여 기존의 Retinex 알고리즘보다 우수한 성능을 가지고 있음을 보였다.
본 연구에서는 CCD 카메라 전용의 디지털 신호 처리기(DSP)를 이용하여 고해상도의 CCTV 카메라를 구현하였다. 기존의 아날로그 신호 처리기를 사용한 CCTV 카메라는 카메라의 기본 기능인 자동노출(AE), 자동백색조정(AWB), 역광보정(BLC) 등의 처리에 한계점을 갖고 있으며, 영상의 열화 현상이 심하고, 카메라를 생산하는 경우에 조정 매개변수를 수동으로 조정하여야 하는 등 여러 가지 문제점을 내포하고 있다. 따라서 본 연구에서는 이상의 문제점을 해결하기 위하여 국산의 CCD 카메라 전용의 디지털 신호 처리기를 사용하여, 이를 마이컴으로 제어함으로써 자동노출, 자동백색조정, 역광보정 둥의 처리를 화상의 질에 따라 자동으로 조절할 수 있도록 하였다. 또한 마이컴의 채택으로 화면에 문자를 표시하는 기능을 구현함으로써 사용자와의 대화적 형식의 카메라 제어가 가능하도록 구현하였으며, 생산 과정에서 수동으로 카메라 동작 매개 변수를 조정하여야 하는 문제점을 해결하기 위하여 전자적인 가변저항(EVR)을 채택하였다. 그 결과 카메라 조정 변수를 프로그램에 의해 조정하는 것이 가능해졌으며 파라미터 값의 재현성 및 조정 용이성 부분에서의 신뢰성과 조정시간의 감소로 인한 생산단가 절감의 효과를 가져올 수 있었다.
빛은 촬영된 영상의 화질을 결정하는 중요 요소이다. 역광의 환경이나 빛을 정면으로 받는 환경에서 촬영된 영상의 경우, 빛의 조절이 어려워 특정 영역의 밝기만 왜곡될 수 있다. 이와 같은 경우 전체적인 보정으로는 영상의 질 향상이 어려우므로, 특정 영역의 밝기를 중점적으로 보정하는 기법이 필요하다. 제안 기법은 사용자의 입력을 이용하여 첫 프레임에서 밝기를 보정할 관심 영역을 선택하고 이를 중점적으로 보정하기 위한 밝기 대응 함수를 구한다. 대응 함수를 가중치에 따라 적용하고 이웃 픽셀과의 관계를 고려하는 에너지 함수를 정의하여 첫 프레임을 보정한다. 그리고 첫 프레임의 보정 결과를 이용하여 다음 프레임들을 순차적으로 보정한다. 각 픽셀의 밝기 변화량은 프레임간의 움직임 추정을 통해 다음 프레임의 대응 픽셀로 전달한다. 이때, 움직임 벡터의 신뢰도에 기반하여 밝기 변화량의 신뢰도를 정의하고, 이를 이용하여 이웃 픽셀과의 관계를 고려하는 밝기 보정을 위한 에너지 함수를 정의한다. 모의 실험 결과에서 볼 수 있듯이 제안 기법은 정의한 에너지를 최소화함으로써 기존 기법에 비해 자연스러운 역광 보정의 결과를 도출한다.
영상의 화질을 개선하는 방법은 색 사상 방법과 레티넥스 방법으로 나누어진다. 색 사상 방법의 대표적인 예는 히스토그램을 기반으로 영상의 화질을 개선하는 방법이다. 본 논문에서는, 영상 품질 향상을 위한 색 사상 기반 실시간 광역역광보정 알고리즘의 하드웨어 설계를 제안한다. 제안하는 방법은 영상을 밝기 영역과 색 영역으로 나눈 후, 밝기 영역의 변화량을 기초하여 색 영역을 개선한다. 또한, 고품질의 영상을 원하는 흐름에 맞추어, 12bit로 확장된 신호를 사용하며, 기존의 8bit 신호와도 호환이 가능하게 설계하였다. 시뮬레이션 결과로 영상의 화질의 개선됨을 확인 하였으며, 하드웨어 설계 결과 최대 138.26MHz로 실시간 동작이 가능함을 확인하였다.
본 논문에서는 역광 및 어두운 영상에 효과적인 칼라 영상 개선 알고리즘을 제안하고 PXA255 ARM 프로세서 기반 임베디드 리눅스 환경 에 구현하는 것을 목적으로 한다. 기존의 영상 개선 알고리즘 중에서 레티넥스는 역광 및 어두운 영상에 효과적이나 연산량이 많아 임베디드 시스템에서의 구현이 적합하지 못하다. 따라서 레티넥스와 동등한 영상 개선 효과를 갖으면서 연산량이 적어 임베디드 시스템에서 구현 가능한 영상 개선 알고리즘을 제안한다. 제안된 영상 향상 알고리즘은 HSV 색 모델로 변환한 다음 명도 성분과 채도 성분 영상에 각각 영상 생성 모 델과 감마 보정을 적용하여 구현하였다. 또한, 제안한 알고리즘을 PXA255 ARM 프로세서에 최적화 과정을 통하여 연산량을 감소하였다. 정량 적인 방법과 정성적인 방법을 통하여 제안된 알고리즘의 성능을 평가 하였다. 평가 결과 연산량은 감소하였으나 밝기와 명도 대비를 향상시키는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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