KR101161979B1 - 나이트 비전용 영상 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전체적인 품질이 양호하게 유지되면서 동시에 장애물에 대한 식별이 용이한 나이트 비전 영상을 생성할 수 있는 나이트 비전용 영상 처리 장치 및 방법이 개시된다. 상기 나이트 비전용 영상 처리 장치는, 입력되는 적외선 영상의 밝기를 개선하는 밝기 개선부; 상기 밝기 개선부에 의해 밝기가 개선된 적외선 영상을 분석하여 장애물이 존재하는지 판단하는 장애물 판단부; 상기 장애물 판단부에 의해 장애물로 판단된 영역의 영상을 분할하는 장애물 영역 분할부; 및 상기 장애물 영역 분할부에 의해 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 입력되는 적외선 영상에 합성하는 영상 합성부를 포함할 수 있다.

Description

나이트 비전용 영상 처리 장치 및 방법{IMAGE PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR NIGHT VISION}
본 발명은 나이트 비전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전체적인 품질이 양호하게 유지되면서 동시에 장애물에 대한 식별이 용이한 나이트 비전 영상을 생성할 수 있는 나이트 비전용 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 교통사고의 예방 및 운전자 편의를 향상시키기 위한 시스템 중 하나로써, 야간 운전 중에 발생하는 전방 장애물 충돌을 사전 예방하기 위한 나이트 비전 시스템에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
통상적인 근적외선을 이용한 나이트 비전 시스템은, 적외선을 차량 전방으로 방출하는 적외선 방사기, 차량 전방으로부터 입력되는 적외선을 검출하기 위한 이미지 센서 및 이미지 센서로부터 출력되는 검출 영상의 품질을 개선하고 검출 영상에 포함된 장애물의 유무를 판단하기 위한 프로세서(DSP: Digital Signal Processor 또는 ISP: Image Signal Processor)를 포함할 수 있다.
이러한 통상의 나이트 비전 시스템에서는, 어두운 야간 환경에서 이미지를 획득하기 위해 적외선 방사기 및 적외선용 이미지 센서를 사용하고 있으나, 이러한 장치들의 성능 제약으로 인해 획득한 이미지 자체만으로 장애물을 직관적으로 판단하기 어렵다. 따라서, 프로세서를 이용하여 이미지 센서로부터 획득된 이미지에 대해 영상 처리 알고리즘을 적용하고 있다.
종래의 나이트 비전 시스템에서 적용되는 영상 처리 알고리즘을 구현하는 장치는, 이미지 센서로부터 획득한 영상은 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 저감 회로(저역 통과 필터: Low Pass Filter)와, 영상의 선명도를 향상시키기 위해 에지 성분을 추출하고 이를 원 영상에 더하는 에지 영역 개선 회로, 및 어두운 영역의 피사체 또는 장애물 식별을 위해 영상의 밝기를 향상시키는 밝기 개선부(히스토그램 등화기: Histogram Equalizer) 등을 포함할 수 있다. 이러한, 종래의 나이트 비전 시스템에서, 어두운 영상을 밝게 개선하는 밝기 개선부는 영상의 어두운 영역을 밝게 개선할 뿐만 아니라 그와 동시에 영상에 포함된 노이즈까지 증가시켜 전체적인 영상의 품질을 저하시키게 된다. 이와 같이, 종래의 나이트 비전 시스템에서는, 어두운 영상에 대한 밝기 개선을 수행하면서 함께 증가하는 노이즈로 인해 최종 출력 영상의 품질이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 장애물에 대한 판단 및 시인성을 향상시키면서도 노이즈 증가로 인한 전체적인 영상의 품질 저하를 방지할 수 있는 나이트 비전용 영상 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은,
입력되는 적외선 영상의 밝기를 개선하는 밝기 개선부;
상기 밝기 개선부에 의해 밝기가 개선된 적외선 영상을 분석하여 장애물이 존재하는지 판단하는 장애물 판단부;
상기 장애물 판단부에 의해 장애물로 판단된 영역의 영상을 분할하는 장애물 영역 분할부; 및
상기 장애물 영역 분할부에 의해 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 입력되는 적외선 영상에 합성하는 영상 합성부
를 포함하는 나이트 비전용 영상 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 입력되는 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 영상 전처리부를 더 포함할 수 있다.
이 실시형태에서, 상기 영상 전저처리부에 의해 출력되는 적외선 영상이 상기 밝기 개선부로 입력될 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 입력되는 적외선 영상을 입력받아 소정 시간 동안 지연시킨 후 출력하는 버퍼부를 더 포함할 수 있다.
이 실시형태에서, 상기 영상 합성부는, 상기 장애물 영역 분할부에 의해 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 버퍼부에 출력되는 상기 입력되는 적외선 영상에 합성할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서, 상기 입력되는 적외선 영상의 노이즈를 제거하고, 상기 입력되는 적외선 영상의 에지 영역을 강조하는 영상 전처리부를 더 포함할 수 있다.
더하여, 이 실시형태에서, 상기 영상 전처리부에 의해 출력되는 적외선 영상이 상기 버퍼부 및 상기 밝기 개선부로 입력될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
입력되는 적외선 영상의 밝기를 개선하는 단계;
상기 밝기를 개선하는 단계에서 밝기가 개선된 적외선 영상을 분석하여 장애물이 존재하는지 판단하는 단계;
상기 판단하는 단계에서 장애물로 판단된 영역의 영상을 분할하는 단계; 및
상기 분할하는 단계에서 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 입력되는 적외선 영상에 합성하는 단계
를 포함하는 나이트 비전용 영상 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 입력되는 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 실시형태에서, 상기 밝기를 개선하는 단계는, 상기 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 단계에서 노이즈가 제거되고 에지 영역이 강조된 적외선 영상의 밝기를 개선할 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 입력되는 적외선 영상을 입력받아 소정 시간 동안 지연시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 실시형태에서, 상기 합성하는 단계는, 상기 분할하는 단계에서 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 지연시키는 단계에서 지연된 적외선 영상에 합성할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서, 상기 입력되는 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
더하여, 이 실시형태에서, 상기 밝기를 개선하는 단계는, 상기 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 단계에서 노이즈가 제거되고 에지 영역이 강조된 적외선 영상의 밝기를 개선하는 단계일 수 있으며, 상기 지연시키는 단계는, 상기 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 단계에서 노이즈가 제거되고 에지 영역이 강조된 적외선 영상을 상기 소정 시간 동안 지연시키는 단계일 수 있다.
본 발명에 따르면, 이미지 센서로부터 검출된 적외선 영상에 밝기 개선 처리를 수행하고, 밝기 개선 처리된 적외선 영상에서 장애물으로 판단되는 영역만 분할하여 밝기 개선 처리되지 않은 적외선 영상에 합성하여 출력함으로써, 영상 전반의 노이즈 증가에 따른 품질 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 어두운 배경에서 장애물 영역만 더욱 밝게 표시됨으로써 장애물에 대한 시인성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 나이트 비전용 영상 처리 장치의 블록 구성도.
도 2 내지 도 4는 영상 처리 과정을 수행하지 않은 입력 적외선 영상, 종래의 영상 처리 과정을 수행한 적외선 영상 및 본 발명의 일실시형태에 따른 나이트 비전용 영상 처리 방법을 적용한 적외선 영상을 비교하기 위한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 나이트 비전용 영상 처리 장치의 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 나이트 비전용 영상 처리 장치는, 밝기 개선부(13), 장애물 판단부(14), 장애물 영역 분할부(15) 및 영상 합성부(16)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일실시형태는, 영상 전처리부(11), 버퍼부(12) 및 영상 출력부(17)를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 영상 전처리부(11)는 이미지 센서로부터 입력되는 적외선 영상에 대해 노이즈 성분을 억제하는 영상 처리와 에지 성분을 강화하기 위한 영상처리를 수행할 수 있다. 상기 영상 전처리부(11)는, 노이즈 성분 억제를 위한 저역 통과 필터(Low Pass Filter: LPF)와 에지 성분 강화를 위해 에지 성분을 검출하는 고역 통과 필터(Hing Pass Filter: HPF)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 밝기 개선부(13)는, 입력되는 적외선 영상 또는 영상 전처리부(11)에서 노이즈가 억제되고 에지 성분이 강화된 적외선 영상의 밝기를 개선할 수 있다. 나이트 비전용으로 사용되는 적외선 이미지는 매우 어두운 영역과 매우 밝은 영역이 확연히 분리되어 나타나는 특징이 있다. 예를 들어, 차량의 조명이 조사되는 영역이나 가로등이 존재하는 영역은 매우 밝게 나타나고, 그외에 배경이 되는 영역은 야간의 촬영 조건으로 인해 매우 어둡게 나타난다. 이러한, 적외선 이미지의 특성 상 장애물 영역을 판단하기 위해서는 적외선 이미지의 밝기를 개선하여야 할 필요가 있다.
일반적으로 밝기 개선부(13)에 적용되는 밝기 향상 처리는 입력되는 적외선 이미지의 히스토그램을 분석하여 영상의 밝기를 재배치하는 히스토그램 등화기(Histogram Equalizer)에 의해 수행될 수 있다. 히스토그램 재배치를 통해 밝기 향상처리가 수행된 후 적외선 이미지의 대조비가 저하될 수 있으므로, 상기 밝기 개선부(13)는 밝기 개선과 동시에 적외선 이미지의 대조비를 향상시키는 이미지 처리를 적용할 수 있다.
상기 장애물 판단부(14)는 상기 밝기 개선부(13)에 의해 밝기가 개선된 적외선 영상에서 장애물이 존재하는지 판단한다. 상기 장애물 판단부(14)에 적용되는 장애물 영역의 판단 알고리즘은 당 기술분야에 알려진 다양한 장애물 검출 알고리즘이 적용될 수 있다.
상기 장애물 영역 분할부(15)는, 상기 밝기가 개선된 적외선 영상에서 상기 장애물 판단부(14)에 의해 장애물로 판단된 영역의 영상을 분리한다. 상기 장애물 영역 분할부(15)는, 상기 장애물로 판단된 부분을 포함하는 사각형 형상의 영상 영역을 설정하고, 설정된 영상 영역에 포함된 화소들에 대한 정보(화소 좌표, 화소의 색상값 등)을 추출하는 과정으로 이해될 수 있다.
상기 영상 합성부(16)는, 입력되는 적외선 영상 또는 영상 전처리부(11)에서 노이즈가 억제되고 에지 성분이 강화된 적외선 영상에, 상기 장애물 영역 분할부(15)에서 분할된 장애물 영역 영상을 합성하여 출력 영상을 생성한다.
상기 영상 합성부(16)는, 상기 장애물 영역 분할부(15)에서 장애물을 포함하는 상기 사각형 형상의 영상 영역의 화소 정보를 입력받아, 이 화소들에 대한 정보를 이미지 센서로부터 입력되는 적외선 영상 또는 영상 전처리부(11)에서 노이즈가 억제되고 에지 성분이 강화된 적외선 영상에 적용함으로써 영상을 합성할 수 있다.
이미지 센서로부터 입력되는 적외선 영상 또는 영상 전처리부(11)에서 노이즈가 억제되고 에지 성분이 강화된 적외선 영상에 장애물 영역 영상을 결합하기 위해서, 장애물 영역을 추출하는 이미지 처리가 수행되는 동안 이미지 센서로부터 입력되는 적외선 영상 또는 영상 전처리부(11)에서 노이즈가 억제되고 에지 성분이 강화된 적외선 영상을 지연시키기 위한 버퍼부(12)가 요구될 수 있다. 상기 버퍼부(12)는 이미지 센서로부터 입력되는 적외선 영상 또는 영상 전처리부(11)에서 노이즈가 억제되고 에지 성분이 강화된 적외선 영상을 입력받아 소정 시간 동안 지연시킨 후 그대로 출력하는 라인 버퍼 또는 프레임 버퍼로 구현될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시형태에 따른 나이트 비전용 이미지 처리 장치에 의하면, 나이트 비전용 이미지 처리 장치에 포함된 구성요소 간의 데이터 흐름을 통해 나이트 비전용 이미지 처리 방법이 자명하게 구현될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 나이트 비전용 이미지 처리 장치의 블록 구성도에 의하면, 본 발명의 나이트 비전용 이미지 처리 방법의 단계들이 자명하게 구현될 수 있으므로, 이미지 처리 방법에 대한 별도의 도면은 생략하기로 한다.
도 2 내지 도 4는 영상 처리 과정을 수행하지 않은 입력 적외선 영상, 종래의 영상 처리 과정을 수행한 적외선 영상 및 본 발명의 일실시형태에 따른 나이트 비전용 영상 처리 방법을 적용한 적외선 영상을 비교하기 위한 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 센서로부터 입력되는 적외선 영상은 조명에 의해 반사가 이루어지는 영역에 대해서 밝게 나타나고 나머지 영역에 대해서는 단순한 흑색 영상으로 나타난다. 따라서, 도 2에 도시된 적외선 영상 만으로는 장애물에 대한 판단이 용이하지 않으며, 장애물 판단에 실패할 확률이 높다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 이미지 센서의 적외선 영상 전체에 대해 밝기 개선을 위한 영상처리를 적용하는 경우에, 장애물에 대한 확인이 더욱 용이하게 된다. 도 3의 적외선 영상은 본 발명의 나이트 비전용 영상 처리 장치에서 밝기 개선부(13)에서 출력되는 영상으로 이해될 수 있다. 특히, 도 2에서는 전혀 나타나지 않은 적외선 이미지의 중심부에 존재하는 장애물을 확인할 수 있다. 그러나, 도 3의 영상은 장애물이 아닌 부분까지 불필요하게 밝기가 개선되어 시각적으로 산만하게 느껴지며, 노면이나 하늘에 해당하는 부분에 노이즈가 심각하게 발생하는 등, 사용자의 시인성이 매우 악화됨을 확인할 수 있다.
본 발명은 밝기 개선부(13)에서 출력되는 도 3와 같은 영상을 이용하여 장애물을 판단하고 장애물에 해당하는 영역의 영상(도 3에서 네모로 표시된 영역의 이미지)를 분할하여, 도 2에 도시된 적외선 영상에 합성한다. 그 결과 도 4와 같은 영상이 생성된다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 나이트 비전용 영상 처리 방법을 적용한 출력 적외선 영상을 도시한 것으로, 배경에 해당하는 부분은 밝기 개선이 이루어지지 않는 적외선 영상을 사용함으로써 장애물이 아닌 불필요한 부분이나 노이즈에 의해 화질이 열화된 영역이 나타나지 않는다. 또한, 장애물에 해당하는 영역은 밝기가 개선된 이미지로부터 분할된 이미지를 적용하게 됨으로써 장애물에 해당하는 영역만 밝게 나타날 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 이미지 센서로부터 검출된 적외선 영상에 밝기 개선 처리를 수행하고, 밝기 개선 처리된 적외선 영상에서 장애물으로 판단되는 영역만 분할하여 밝기 개선 처리되지 않은 적외선 영상에 합성하여 출력함으로써, 영상 전반의 노이즈 증가에 따른 품질 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 장애물 영역만 더욱 밝게 표시됨으로써 장애물에 대한 시인성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11: 영상 전처리부 12: 버퍼부
13: 밝기 개선부 14: 장애물 판단부
15: 장애물 영역 분할부 16: 영상 합성부
17: 영상 출력부

Claims (8)

  1. 입력되는 적외선 영상의 밝기를 개선하는 밝기 개선부;
    상기 밝기 개선부에 의해 밝기가 개선된 적외선 영상을 분석하여 장애물이 존재하는지 판단하는 장애물 판단부;
    상기 장애물 판단부에 의해 장애물로 판단된 영역의 영상을 분할하는 장애물 영역 분할부;
    상기 장애물 영역 분할부에 의해 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 입력되는 적외선 영상에 합성하는 영상 합성부; 및
    상기 입력되는 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하여 상기 밝기 개선부로 입력하는 영상 전처리부;
    를 포함하는 나이트 비전용 영상 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력되는 적외선 영상을 입력받아 소정 시간 동안 지연시킨 후 출력하는 버퍼부를 더 포함하며,
    상기 영상 합성부는, 상기 장애물 영역 분할부에 의해 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 버퍼부에 출력되는 상기 입력되는 적외선 영상에 합성하는 것을 특징으로 하는 나이트 비전용 영상 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 영상 전처리부에 의해 출력되는 적외선 영상이 상기 버퍼부 및 상기 밝기 개선부로 입력되는 것을 특징으로 하는 나이트 비전용 영상 처리 장치.
  5. 입력되는 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 단계;
    상기 노이즈가 제거되고 에지 영역이 강조된 적외선 영상의 밝기를 개선하는 단계;
    상기 밝기를 개선하는 단계에서 밝기가 개선된 적외선 영상을 분석하여 장애물이 존재하는지 판단하는 단계;
    상기 판단하는 단계에서 장애물로 판단된 영역의 영상을 분할하는 단계; 및
    상기 분할하는 단계에서 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 입력되는 적외선 영상에 합성하는 단계
    를 포함하는 나이트 비전용 영상 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 입력되는 적외선 영상을 입력받아 소정 시간 동안 지연시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 합성하는 단계는, 상기 분할하는 단계에서 분할된 상기 장애물로 판단된 영역의 영상을 상기 지연시키는 단계에서 지연된 적외선 영상에 합성하는 것을 특징으로 하는 나이트 비전용 영상 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 밝기를 개선하는 단계는, 상기 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 단계에서 노이즈가 제거되고 에지 영역이 강조된 적외선 영상의 밝기를 개선하는 단계이며,
    상기 지연시키는 단계는, 상기 적외선 영상의 노이즈를 제거하고 에지 영역을 강조하는 단계에서 노이즈가 제거되고 에지 영역이 강조된 적외선 영상을 상기 소정 시간 동안 지연시키는 단계인 것을 특징으로 하는 나이트 비전용 영상 처리 방법.
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