정확한 색 재현(Color Reproduction)을 위해서 영상 입력 장치(Image Input Device)의 조명색(Illuminant Color)에 따른 영상 변화를 분석하는 것은 중요하다. 영상 입력 장치는 피사체(Object)를 비추는 조명의 색 특성에 따라 영상을 생성한다. 이는 인간 시각 시스템(Human Visual System)이 가지는 색 불변성(Color Constancy)과는 다른 특성이며, 정확한 색 재현을 위해 필요한 색 실현 모델(Color Appearance Model)이 영상을 변환하는데 문제점으로 작용한다. 따라서, 영상 입력 장치가 생성하는 영상으로부터 조명 정보를 분석하여 인간 시각 시스템의 색 불변성을 재현할 필요가 있다. 본 논문에서는 영상의 조명 정보를 평가하기 위해 채도(Chroma)가 높은 기준 색 샘플들의 rgb 색도를 이용하여 색도 평면에 색도 다각형(Chromaticity Polygon)을 구성하고 영상의 모든 픽셀들의 rgb 색도 분포와 기준 색 샘플들의 색도 다각형간의 포함 관계에 따라 조명 정보를 평가한다.
흑체의 온도 변화에 대한 영상의 색차를 줄이는 본질 영상은 단일 불변 방향을 검출하고 백색 장면 조명체를 기반으로 하기 때문에 실영상에 존재하는 다수의 불변 방향과 유색 장면 조명체에 취약하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 ${\chi}$-색도 공간에서 ROI의 전방향프로젝션과 백색패치의 평행이동을 통해 불변 방향을 검출하는 본질 영상 획득 기법을 제안한다. 3차원 RGB 공간 분석의 어려움으로 인하여, 본 논문 또한 밝기가 고려되지 않은 ${\chi}$-색도 공간을 사용한다. 이 공간에서 유색 조명체의 효과는 백색패치의 평행이동을 통해 감소시키고, 색차에 따라 가상의 선분으로 나타나는 불변 방향은 ROI의 전방향 프로젝션을 통해 검출한다. 다수의 불변 방향을 고려하여 ROI 선택은 3D 히스토그램에서 빈도수에 의해 결정한다. 검출 후, 본질 영상은 불변 방향의 직교 방향으로의 프로젝션과 RGB영상으로의 역변환 과정을 통해 획득된다. 실험에서 Ebner가 제안한 데이터집합을 실험 영상으로 이용하였고, 불변 방향의 표준편차와 색항등성 측도를 평가 측도로 사용하였다. 제안한 기법의 실험 결과는 엔트로피 기법보다 불변 방향의 표준 편차가 낮았으며, 기존의 기법에 비해 색항등성이 2배 이상 높았다.
본 논문에서는 카메라의 조명궤적과 화상내의 광휘점 (highlight) 영역의 화소들이 형성하는 색도좌표 군집에 대한 근사된 직선과의 교점을 카메라 촬영 장면에서의 조명색으로 결정하는, 카메라 촬영 장면의 조명색을 화상으로부터 직접 추정하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 카메라의 조명에 대한 반응 특성을 사전 정보로 제공함으로써 기존의 화상내의 광휘점 정보망을 이용하던 방법에 비해 더욱 정확한 조명색 추정을 가능하게 한다.
디지털 카메라(Digital Camera)와 같은 휴대형 영상 입력 장치(Portable Image Input Device)는 스캐너 (Scanner)와 달리 3 차원의 피사체(Object)를 디지털 영상으로 생성할 수 있고 다양한 조명 환경(Illuminant)에서 사용할 수 있다는 이유로 많은 응용 분야에서 활발하게 사용되고 있다. 그러나, 정확한 색 재현(Color Reproduction)을 위한 기존의 디지털 카메라 특성화 방법(Digital Camera Characterization Method)은 생성된 영상의 조명 정보를 고려하지 않은 상태에서 색 변환 행렬을 생성하므로 다양한 조명 환경 변화에 대해 적응적으로 대처하지 못하는 단점이 있다. 본 논문에서는 디지털 카메라가 생성하는 영상의 rgb 색도를 이용하여 색도 평면에 색도 다각형(Chromaticity Polygon)을 구성하고 각 색도 다각형들간의 포함 관계에 따라 조명 정보를 평가함으로써 조명색(Illuminant Color)의 변화에 따른 인간 시각 시스템(Human Visual System)의 색 불변성(Color Constancy)을 재현할 수 있는 디지털 카메라 특성화 방법을 제안한다.
인간의 시각은 색순응을 통해서 사물의 색을 광원의 색에 영향 없이 인지 할 수 있다. 반면에, 카메라는 입력 값을 그대로 기록하기 때문에, 광원에 따라 물체의 색이 다르게 나타난다. 최근에 희박성 제약조건의 비음수 행렬 분해(nonnegative matrix factorization with sparseness constraint; NMFsc)를 이용한 광원추정 방법이 제안되었다. 이 방법은 낮은 희박성 제약조건을 사용해서 광원을 추정하고, 높은 희박성 제약조건을 사용해서 반사율을 추정한다. 하지만, 희박성 제약조건의 비음수 행렬분해를 이용한 광원 추정 방법은, 영상의 전역적인 정보를 사용하므로, 영상에서 동일한 색이 넓은 영역에 존재하는 경우, 추정된 광원이 큰 오차를 가진다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 영상에서 주색도 분석과 희박성 제약조건의 비음수 행렬 분해를 이용한 광원 추정 방법을 제안하였다. 먼저 주색도를 분석하기 위해 영상을 색도 좌표계로 옮기고 색도 히스토그램을 이용하여 유사한 색도를 가지는 영역들로 영상을 분할한다. 다음으로 영상의 주색도는 분할된 영상들 중 색도의 표준편차가 가장 적은 영상의 색도로 선택한다. 마지막으로 주색도 분석 결과와 희박성 제약조건의 비음수 행렬 분해를 이용해 입력 영상에서 주색도 성분을 제거하고 최종적인 광원을 추정한다. 실제 촬영 영상에 대한 평균 각오차를 사용하여 기존의 방법과의 성능을 비교하였고, 그 결과 제안하는 방법의 평균 각 오차는 5.5를 나타내어 영상의 주 색도를 포함하여 광원을 추정한 기존 방법의 평균 각 오차 5.7 보다 우수한 성능을 나타내었다.
일반적으로 바랜 영상 보정 방법들은 색 바램의 현상은 광원의 효과로서, Gray World Assumption 또는 White Patch Retinex와 같은 광원 추정 알고리즘을 사용한다. 그러나 이러한 방법들은 염료의 특성, 온도, 습도, 광원 등에 따라 다르게 바래는 색에 대한 보정은 부정확함을 나타냈다. 본 논문에서는 LCybCrg 색 공간에서의 분류맵을 이용한 바랜 색 보정 방법을 제안한다. 먼저 입력의 색 바랜 영상은 LCybCrg의 보색 공간의 색도를 기반으로 하여 분류되었다. 그리고 RGB 색 공간에서 Gray World Assumption을 기반으로 하여 바랜 색도를 보정하였다. 또한 CybCrg 값으로부터 계산된 가중치는 각각의 영역에서 발생 할 수 있는 윤곽효과를 줄이기 위해 적용되었다. 그 결과 제안한 방법은 바랜 영상에 대해 이전 방법들 보다 더 나은 보정 성능을 보였다.
본 논문에서는 1차원 색도 좌표를 이용한 색온도 변환 방법을 제안한다. 또한, 제안한 알고리즘에 대한 하드웨어 설계 및 구현을 실현한다. 제안한 방법의 성능을 검증하기 위하여, Robertson 알고리즘에서 제안한 2차원 색도 좌표를 이용한 색온도 측정 결과와 비교를 한다. 본 논문에서 제안한 방법은 색온도 3000OK에서 25000OK범위에서 FPGA를 사용하여 실시간으로 검증을 하였으며, 사용된 device는 Xilinx Virtex FPGA XCV2000E-6BF560이다.
임의의 물체색은 장면(scene)에 존재하는 조명과 물체 표면의 특성에 의해 결정되므로, 정확한 물체색을 표현하기 위해서는 조명색의 추정이 중요하다. 본 논문은 인지광원(perceived illumination) 현상을 확장한 방법과, 광휘점(highlight) 방법을 각각 제안하고, 두가지 방법을 결합하는 결합적 조명색 추정방법을 제안한다. 인지광원 방법은 개략적인 해의 범위를 결정하는 면에서는 안정성이 보장되나, 정확성의 측면에서는 입력영상의 내용에 의존적인 경향이 있는 단점이 있다. 광휘점 방법은 입력영상의 내용에 의존적이지 않으며, 정확한 해를 제시하는 장점이 있으나, 최종적인 해를 결정하기 위해 폭넓은 범위를 가지는 교차점인 다수의 후보들을 고려해야 하는 단점이 있다. 그러므로 본 논문에서는 두 가지 방법의 상호보완적인 특성을 이용하여, 인지광원 방법의 추정결과를 가능한 해의 개략적인 범위로 설정하고, 광휘점 방법으로부터 추출된 후보점 및 분포 클러스터(cluster)들의 특성을 고려하여 최종적인 해를 결정하는 알고리즘을 제안한다.
본 논문은 광원 및 디스플레이 기기의 중요한 품질 지표 중 하나인 색특성 측정과 관련하여 대표적인 측정량인 CIE 1931(x, y) 색좌표, CIE 1960(u, v) 색좌표, 상관색온도(correlated color temperature, CCT), 분포온도(distribution temperature)에 대한 측정불확도 평가방법과 그 산출 예를 소개한다. 분광복사계를 사용하여 광원의 상대분광분포를 측정하고 이로부터 위의 색특성 측정량을 계산하는 경우에 대하여 표준소급체계를 소개하고, 상대분광분포의 불확도가 각 색특성 측정량의 불확도로 전파되는 과정을 파장간 상관관계를 고려한 행렬식을 이용하여 일관되게 유도한 후, CIE A 표준광원, LED 백색광, LCD 백색광에 대해 측정불확도 산출 예를 보였다.
시청자가 일반 가정에서 텔레비전을 시청할때 주로 백열등이나 형광등의 실내 조명광을 켠 상태에서 시청하게 된다. 시각이 표준 조명과 다른 주위 조명광에 색 순응되어졌을때, 텔레비전 수상기의 동일한 속도는 꽤 다른 색으로 느껴진다. 따라서 텔레비전 색 재현에서는 인간 시각의 색 순응 현상을 고려한 원 피사체의 겉보기를 재현하는 대응색 재현이 바람직하다. 본 논문에서는 텔레비전을 표준 조명 ($D_{65}$)이 아닌 백열등이나 형광등 조명하에서 시청할 때 인간 시각의 색 순응 현상을 고려하여 원 피사체의 색과 동일한 느낌을 갖도록 수상관상에서 대응색을 재현하는 방법을 제안하였다. 제안한 방법에서는 주위 조명광에 의한 눈의 순응 화이트 좌표를 Hunt의 실험결과로부터 얻었으며, 색 순응 현상에 의한 대응색의 좌표를 Bartleson의 색 순응 예측으로부터 구하였다. 또한 제안한 방법을 실제 텔레비전에 적용시키기 위하여 텔레비전 수상기 내부의 색 복조축 위상 및 이득을 독립적으로 변화시켜 주위 조명에 따른 대응색이 디스플레이 되도록 하였다. 제안된 방법을 실험한 결과 형광등과 백열등 조명에 대한 대응색으로 실제의 수상기에 디스플레이시켜서 텔레비전을 시청했을 때, 보정하지 않은 경우에 비하여 원 피사체의 색에 매우 가깝게 느껴짐을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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