KR101429509B1 - Apparatus for correcting hand-shake - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 영상 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다른 시간에 촬영한 두 장의 화상을 이용해서 화상의 어긋남에 대한 양을 구해서 손떨림을 보정하는 손떨림 보정 장치에 관한 것이다. 손떨림 보정 장치는 비디오 카메라로 촬영된 현재 화상과 이전에 촬영된 화상과의 상관값으로 손떨림량을 구해서 손떨림을 보정하는 장치로서, 상기 상관값이 최소가 되는 좌표로부터 구배 공분산 행렬로 고유값 및 고유벡터를 산출하고 상기 고유값으로 손떨림량의 신뢰성을 판단하는 신뢰성 판단수단 및 상기 신뢰성을 이용하여, 이전 화상을 손떨림 보정량만큼 이동하여 손떨림을 보정하는 손떨림 보정수단을 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital image processing apparatus, and more particularly, to an image stabilization apparatus that corrects an unintentional hand movement by obtaining an amount of image shift using two images captured at different times. An apparatus for correcting an unintentional hand movement by obtaining a shift amount from a correlation value between a current image captured by a video camera and a previously captured image, the apparatus comprising: Reliability determining means for calculating a vector and determining reliability of the shake amount by using the inherent value, and shake correcting means for correcting the shake by moving the previous image by the shake correction amount using the reliability.
구배 공분산 행렬, 고유값, 고유벡터, 신뢰성 판단, 손떨림 보정 Gradient covariance matrix, eigenvalues, eigenvectors, reliability determination,
Description
본 발명은 디지털 영상 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다른 시간에 촬영한 두 장의 화상을 이용해서 화상의 어긋남에 대한 양을 구해서 손떨림을 보정하는 손떨림 보정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 손떨림량의 신뢰도는 화상의 콘트라스트 크기에 의존하는데, 일반적인 손떨림 보정 기술에서는 콘트라스트 변화가 작은 방향과 콘트라스트 변화가 큰 방향을 구할 수 없어 정확한 손떨림 보정을 할 수 없다.Generally, the reliability of the shaking motion depends on the contrast magnitude of the image. In general shaking motion correction techniques, however, a direction in which the contrast change is small and a direction in which the contrast change is large can not be obtained and accurate camera shake correction can not be performed.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 손떨림량에 대한 상관값의 구배 공분산 행렬로 고유값을 구하여 손떨림량의 신뢰성을 판단한 후 손떨림을 보정하는 손떨림 보정 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is a technical object of the present invention to provide an image stabilization apparatus for correcting image stabilization after determining the reliability of the image stabilization by obtaining an eigenvalue using a gradient covariance matrix of a correlation value for the shaking amount.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 손떨림 보정 장치는 비디오 카메라로 촬영된 현재 화상과 이전에 촬영된 화상과의 상관값으로 손떨림량을 구해서 손떨림을 보정하는 장치로서, 상기 상관값이 최소가 되는 좌표로부터 구배 공분산 행렬로 고유값 및 고유벡터를 산출하고 상기 고유값으로 손떨림량의 신뢰성을 판단하는 신뢰성 판단수단; 및 상기 신뢰성을 이용하여, 이전 화상을 손떨림 보정량만큼 이동하여 손떨림을 보정하는 손떨림 보정수단을 포함하는 것이 바람직하다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus for correcting a shaking motion by obtaining a shaking motion amount as a correlation value between a current image shot by a video camera and a previously shot image, A reliability determining means for calculating an eigenvalue and an eigenvector using a gradient covariance matrix and determining reliability of the shaking motion with the eigenvalue; And camera shake correction means for correcting the shaking motion by moving the previous image by the shaking motion correction amount using the reliability.
본 발명에 있어서, 신뢰성 판단수단은 상기 상관값이 최소가 되는 좌표로부터 구배 공분산 행렬을 산출하는 제1 산출부; 상기 구배 공분산 행렬로부터 고유값 e0,e1 및 거기에 대응하는 고유벡터를 v0,v1을 산출하는 제2 산출부; 및 상기 고유값 e0,e1 및 설정된 역치를 이용하여 고유값의 신뢰성을 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.In the present invention, the reliability determining means may include: a first calculating unit that calculates a gradient covariance matrix from coordinates at which the correlation value becomes minimum; A second calculating section for calculating the eigenvalues from the gradient covariance matrix e 0, e 1, and there is the eigenvector corresponding to the v 0, v 1; And a determination unit for determining the reliability of the eigenvalues using the eigenvalues e 0 and e 1 and the set threshold values.
본 발명에 있어서, 상기 판단부는 고유값 e0 가 설정된 제1 역치 보다 크고, 고유값 e1 가 설정된 제1 역치 보다 큰 경우 콘트라스트 변화가 커서 신뢰성이 높다고 판단하고, 고유값 e0 가 설정된 제1 역치 보다 작고, 고유값 e1 가 설정된 제1 역치 보다 작은 경우 콘트라스트 변화가 작아서 신뢰성이 낮다고 판단하고, 고유값 e0 가 설정된 제1 역치 보다 작고, 고유값 e1 가 설정된 제1 역치 보다 큰 경우 어느 한 방향의 콘트라스트 변화가 커서 부분적으로 신뢰성이 높다고 판단할 수 있다.In the present invention, the judging unit may have a unique value e if 0 is greater than the first threshold value is set, is greater than the first threshold value is a unique value e 1 is set higher is the contrast change cursor reliability determination, the unique value e 0 is set first When the eigenvalue e 1 is smaller than the first threshold value and the eigenvalue e 1 is smaller than the first threshold value and the reliability is low due to the small contrast change. If the eigenvalue e 0 is smaller than the first threshold value and the eigenvalue e 1 is greater than the first threshold value It can be judged that the contrast change in one direction is large and the reliability is partially high.
본 발명에 있어서, 신뢰성 판단수단은 어느 한 방향의 콘트라스트 변화가 커서 부분적으로 신뢰성이 높다고 판단된 경우, 콘트라스트 변화가 큰 방향의 손떨림 성분을 추출하는 추출부를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the reliability judging means may further comprise an extracting unit for extracting a shaking motion component in a direction in which a contrast change is large, when it is determined that the contrast change in one direction is large and thus the reliability is partially high.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 손떨림량에 대한 신뢰도가 낮다고 판단되어도 콘트라스트 변화가 높은 방향이 존재하면, 콘트라스트 변화가 높은 방향에 대한 손떨림 보정량을 산출하여 부분적으로 손떨림을 보정하여, 손떨림 보정의 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, when there is a direction in which the contrast change is high even though it is determined that the reliability of the shaking motion is low, the shaking motion correction amount for the direction in which the contrast change is high is partially calculated to correct the shaking motion, Can be improved.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 손떨림 보정 장치의 구성을 보이는 블록도 이다.1 is a block diagram showing a configuration of an image stabilization apparatus according to the present invention.
도 1에 개시된 손떨림 보정 장치는 비디오 카메라(100), 필터링부(110), 다운 샘플링부(120), 제1 필드 메모리(130), 상관값 연산부(140), 상관값 테이블(150), 최소값 탐색부(160), 신뢰도 판정부(170), 보정량 산출부(180) 및 제2 필 드 메모리(190)를 포함한다.1 includes a
비디오 카메라(100)에서 출력된 컬러 신호는 제2 필드 메모리(190)에 저장된다. 또한 비디오 카메라(100)에서 출력되는 컬러신호는 휘도신호에 대해서 대역 제한 필터링부(110)를 거쳐 직류 성분과 고주파 성분이 제거된다.The color signal output from the
직류 성분과 고주파 성분이 제거된 신호는 다운 샘플링부(120)에서 다운 샘플링되는데, 예를 들어 수직/수평 방향 8화소 간격으로 다운 샘플링 되어 제1 필드 메모리(130)에 저장한다.The signal from which the direct current component and the high frequency component are removed is down-sampled by the down-
상관값 연산부(140)는 제1 필드 메모리(130)에 저장된 1 필드전 화상과 수평/수직방향으로 다운 샘플링된 현재 화상과의 상관값을 구해서 상관값 테이블(150)에 기록한다. 수학식 1은 상관값을 구하는 식이다.The correlation
수학식 1에서 A는 상관을 구하는 화상영역, sn(x,y)는 시각 n-필드의 화상의 좌표(x,y)에서 화소의 휘도값, i,j는 시각 n-필드의 화상이 수평, 수직방향으로 어긋난 양이다.In
최소값 탐색부(160)는 상관값 테이블(150)에 저장된 상관값 중에서 상관값이 가장 작은 값이 되는 어긋난 양(i0, j0)를 구해서, 이전 필드에 대한 현재 필드의 손떨림량으로 한다.The minimum
그러나 구한 손떨림량과 실제 손떨림량 사이에는 오차가 존재한다. 따라서 손떨림량의 신뢰도를 판단할 필요가 있다. 신뢰도가 낮을 때 손떨림 보정을 하게 되면 오히려 화상의 떨림을 크게하게 되어 화질을 열화시키게 된다. 따라서, 손떨림량의 신뢰도가 낮은 경우에는 손떨림 보정을 하지 않는다. 손떨림량의 신뢰도는 화상의 콘트라스트 크기에 의존한다.However, there is an error between the obtained shaking amount and the actual shaking amount. Therefore, it is necessary to judge the reliability of the shake amount. If the camera shake correction is performed when the reliability is low, the shake of the image is increased and the image quality is deteriorated. Therefore, when the reliability of the shaking motion is low, the camera shake correction is not performed. The reliability of the shake amount depends on the contrast magnitude of the image.
도 2a에는 j=j0일 때 어긋난 양 i와 상관값과의 관계를 나타내고, 도 2b에는 i=i0일 때 어긋난 양 j와 상관값과의 관계를 나타내고 있다. 최소값 근방의 수평방향과 수직방향의 기울기가 수학식 2에 나타나 있다.FIG. 2A shows the relationship between the amount i shifted when j = j 0 and the correlation value, and FIG. 2B shows the relationship between the amount j shifted and the correlation value when i = i 0 . The slope in the horizontal direction and the vertical direction in the vicinity of the minimum value is shown in Equation (2).
손떨림량의 신뢰도 c는 수학식 3과 같이 Δrx, Δry, r(i0,j0)의 함수로 나타낼 수가 있다.The reliability c of the shaking motion amount can be expressed as a function of? Rx,? Ri, r (i 0 , j 0 ) as shown in Equation (3).
도 3a와 같이 같이, 두 가지 이상의 다른 방향에서 콘트라스트의 변화가 큰 화상에 대해, 어긋난 양과 상관값과의 관계를 도 4a의 등고선도에 나타나 있다. 이와 같은 화상으로는 움직임 벡터의 신뢰도는 높다고 판단된다. 또 최소 상관값 r(i0,j0)가 작을수록 화상 사이의 상관이 높아지기 때문에, 신뢰도도 높아진다. 따라서, 수학식 4를 만족할 때 신뢰할 수 있다고 판단할 수 있다. 수학식 4에서 thrx, thry, thr는 미리 설정된 역치이다. As shown in FIG. 4A, the relationship between the amount of misalignment and the correlation value is shown for an image having a large change in contrast in two or more different directions as shown in FIG. 3A. It is determined that the reliability of the motion vector is high with such an image. Further, as the minimum correlation value r (i 0 , j 0 ) is smaller, the correlation between images becomes higher, so that the reliability is also increased. Therefore, it can be determined that it is reliable when the expression (4) is satisfied. In Equation (4), th rx , th ry , and th r are predetermined threshold values.
한편 도 3b와 같이, 어떤 방향에는 콘트라스트의 변화가 작아서 한 방향으로만 콘트라스트의 변화가 큰 화상에는 콘트라스트의 변화가 작은 방향에 대해서 화상을 옮겨도, 상관값은 거의 변화하지 않고, 손떨림량이 정해지지 않기 때문에 손떨림량의 신뢰도는 낮다고 판단할 수 있다. 도 3b의 화상에 대해, 어긋난 양과 상관값과의 관계를 도 4b의 등고선도에 나타나 있다. 도 3b의 화상으로는 수학식 5가 도 3c의 화상에 대해서는 수학식 6이 된다.On the other hand, as shown in FIG. 3B, even when the image is shifted in a direction in which the contrast change is small in one direction and the contrast change is large in only one direction, the correlation value hardly changes, Therefore, it can be determined that the reliability of the shake amount is low. For the image of Fig. 3B, the relationship between the amount of shift and the correlation value is shown in the contour diagram of Fig. 4B. (5) for the image of FIG. 3B and (6) for the image of FIG. 3C.
따라서 수학식 4를 만족하면, 구한 손떨림량의 신뢰도는 높다고 판단할 수 있고, 손떨림 보정을 하도록 한다.Therefore, if Equation (4) is satisfied, it is determined that the reliability of the obtained shaking motion is high, and the shaking motion is corrected.
그러나 도 3d의 경우는 수학식 4를 만족하기 때문에 사실은 신뢰도가 낮음에도 불구하고 신뢰도가 높다고 판단되어 버린다. 그리고 도 3b, c, d의 경우 구한 손떨림량에서 콘트라스트의 변화가 큰 방향의 성분은 바른값을 나타내고 있는 경우가 많기 때문에, 이 값을 사용하여 손떨림 보정을 하게 되면 부분적이기는 하지만 손떨림을 줄여서 화질을 개선할 수 있지만, 콘트라스트 변화가 작은 방향과 콘트라스트 변화가 큰 방향을 구할 수 없어 부분적인 손떨림 보정이 어려우므로, 신뢰도 판정부(170)가 콘트라스트 변화가 작은 방향과 콘트라스트 변화가 큰 방향을 구하 여 신뢰도를 판정함으로써 부분적인 손떨림 보정이 가능하게 한다.However, in the case of FIG. 3D, because it satisfies the expression (4), it is actually determined that the reliability is high despite the low reliability. In the case of Figs. 3B, 3C, and 4D, the component in the direction with a large change in contrast often shows a correct value in the obtained shaking motion. Therefore, if the shaking motion correction is performed using this value, the image quality is reduced Since the direction in which the contrast change is small and the direction in which the contrast change is large can not be obtained, it is difficult to correct the partial shaking motion. Therefore, the
이러한 신뢰도 판정부(170)는 구배 공분산 행렬 산출부(171), 고유값/고유벡터 산출부(172), 고유값 신뢰성 판정부(173) 및 보정 대상의 고유값 산출부(174)를 포함한다.The
구배 공분산 행렬 산출부(171)는 최소값 탐색부(160)에서 탐색한 상관값이 최소가 되는 좌표 근방의 상관값 (i,j)의 구배 공분산 행렬을 구한다. The gradient covariance
상관값이 최소가 되는 좌표를 (i0,j0)라고 할 때 상관값 대상 범위가 수학식 7에 나타나 있다. 수학식 7에서 k는 1이상의 정수이고, 예를 들어 k=3이라고 한다.Assuming that the coordinate at which the correlation value becomes minimum is (i 0 , j 0 ), the correlation value target range is shown in Equation (7). In Equation (7), k is an integer of 1 or more, for example, k = 3.
상관값이 최소가 되는 좌표 근방의 상관값 (i,j)의 구배 공분산 행렬은 수학식 8에 나타나 있다.The gradient covariance matrix of the correlation value (i, j) in the vicinity of the coordinate at which the correlation value becomes minimum is shown in Equation (8).
고유값/고유벡터 산출부(172)는 산출된 구배 공분산 행렬 A의 고유값 e0,e1 및 거기에 대응하는 고유벡터를 v0,v1을 산출하며, 수학식 9에 나타나 있다. Eigenvalue /
수학식 9에서 고유값 e0<e1로 가정한다. It is assumed in Equation (9) by a unique value e 0 <e 1.
고유값 신뢰성 판정부(173)는 고유값을 역치 the0,the1와 비교하여 신뢰성을 판정하는데, 고유값 e0,e1가 큰 경우 고유벡터의 분포가 많이 콘트라스트 변화가 크다고 판단하고, 고유값 e0,e1가 작은 경우 고유벡터의 분포가 작아 콘트라스트 변화가 작다고 판단한다.The eigenvalue
고유값 신뢰성 판정부(173)는 수학식10과 같이 다른 두 방향에서 콘트라스트 변화가 크다고 판단하면, 신뢰성이 있다고 판단하고, 보정량 산출부(180)는 손떨림량 (i0,j0)을 사용해서 손떨림을 보정량을 산출하여 손떨림을 보정한다.The eigenvalue
또한 고유값 신뢰성 판정부(173)는 수학식 11과 같이 콘트라스트의 변화가 작다고 판단하면, 신뢰성이 없다고 판단하고, 보정량 산출부(180)는 손떨림 보정량을 산출하지 않아, 손떨림 보정을 하지 않는다.If the eigenvalue
그리고 고유값 신뢰성 판정부(173)는 수학식 12와 같이 도 3b, c, d에서 나타난 어떤 방향에 있어서는 콘트라스트의 변화가 작지만, 그 외의 다른 방향에 있어서는 콘트라스트의 변화가 크다고 생각할 수 있다. 따라서 보정량 산출부(180)는 콘트라스트 변화가 큰 방향의 손떨림 성분만을 사용해서, 손떨림 보정량을 산출하여 부분적인 손떨림 보정을 수행한다..The eigenvalue
보정 대상의 고유값 산출부(174)는 콘트라스트 변화가 큰 방향의 손떨림 성분을 추출하고, 보정량 산출부(180)가 손떨림 보정량을 산출하여 손떨림을 보정하는데, 도 4c 및 도 5에 도시된 바와 같이 손떨림량 (i0,j0) 값은 알고 있고, 손떨림량 (i0,j0)의 e1성분, 즉 m1(i0",j"0)을 구해서 보정을 한다.The eigen
보정량 산출부(180)는 시각 0-필드를 기준으로 했을 때, 시각 n-필드에서의 보정량을 수학식 13으로 산출한다. 본 발명에서 보정량 산출부(180)는 신뢰도가 높다고 판단되면 손떨림 보정량을 산출하고, 신뢰도가 낮다고 판단되고 콘트라스트 변화가 낮으면 손떨림 보정량을 산출하지 않으나, 신뢰도가 낮다고 판단되어도 콘트라스트 변화가 높은 방향이 존재하면, 콘트라스트 변화가 높은 방향에 대한 손떨림 보정량을 산출하여 손떨림을 보정한다.The correction
수학식 13에서 xn,yn은 시간 n-필드에서의 수평, 수직의 손떨림량, px,py는 적당한 정수(0<px<1,0<py<1)이다.In Equation (13), x n and y n are horizontal and vertical shifts in the time n field, and p x and p y are proper integers (0 <p x <1,0 <p y <1).
이후, 제2 필드 메모리(190)에서 1 필드 앞의 화상을 (xn,yn)만큼 옮겨서 손떨림이 보정된 영상을 출력한다.Then, in the
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 손떨림 보정 장치의 구성을 보이는 블록도 이다.1 is a block diagram showing a configuration of an image stabilization apparatus according to the present invention.
도 2는 수평/수직 방향으로 옮겨진 양(i, j)과 상관값과의 관계를 나타내는 그래프 이다.2 is a graph showing the relationship between the amount (i, j) shifted in the horizontal / vertical direction and the correlation value.
도 3은 방향별로 콘트라스트 변화를 나타내는 화상 예를 보이는 도면이다.3 is a diagram showing an example of an image showing a contrast change per direction.
도 4는 도 3에 개시된 콘트라스트 변화 화상의 옮겨진 양과 상관값과의 관계를 등고선도에 나타낸 도면이다.Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of shift of the contrast-changed image disclosed in Fig. 3 and the correlation value, in contour lines. Fig.
도 5는 손떨림 보정 대상의 고유벡터 성분을 추출을 보이는 도면이다.Fig. 5 is a diagram showing extraction of the eigenvector component of the shaking motion correction object.
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