KR101917404B1 - 이미지 캡쳐장치용 컬러 칼리브레이션 방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 제공하는 방법으로서, 상기 이미지 캡쳐장치를 이용하여 복수의 컬러 패치들을 가지는 기준 컬러 챠트의 영상을 촬영하고, 각 컬러 패치가 하나의 연관 기준 컬러를 가지며, 그 캡쳐된 영상에서 상기 복수의 컬러 패치들의 겉보기 컬러를 측정하고, 원형 휴 공간 내에서 다른 휴 값을 나타내는 복수의 제어 포인트를 선택하며, 각 컬러 패치에 대하여 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록 각 제어 포인트에 대한 각도 옵셋을 결정하여, 그 각도 옵셋이 휴 보정을 나타내고, 상기 제어 포인트에 대한 각도 옵셋의 보간이 상기 이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 제공하는 방법.

Description

이미지 캡쳐장치용 컬러 칼리브레이션 방법{COLOUR CALIBRATION METHOD FOR AN IMAGE CAPTURE DEVICE}
본 발명은, 이미지 캡쳐장치(Image capture device)에 대한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑(Mapping)을 제공하는 방법 및 소프트웨어와, 상기 장치에 의해 캡쳐된 영상들을 컬러 칼리브레이팅하는 데 상기 매핑을 사용하기 위한 방법 및 소프트웨어에 관한 것이다.
디지털 카메라는, 기존의 예에서, 전하 결합 소자(CCD) 또는 상보형 금속 산화 반도체(CMOS) 센서와 같은 센서를 이용하여 영상을 캡쳐한다. 대부분 이들 센서들은 각 물리적 위치에서 하나의 컬러만을 읽어, 원데이터(Raw data)를, 상기 영상의 각 위치 또는 화소(Pixel)에 대하여, 하나의 특정 컬러 공간(Colour space)의 각 채널로부터 한 패턴의 값, 예컨대 적, 녹 및 청색(RGB)으로서 되돌릴 수 있다. 예컨대, 각 R,G와 B값은 0과, 255와 같은 정해진 최대치 사이의 하나의 숫자로 나타낼 수 있고 각 화소에서 RGB값들의 조합은 특정 컬러를 나타낸다.
카메라는 카메라 컬러 공간을 기준으로 RGB값들을 캡쳐한다. 그러나, 상기 카메라 컬러 공간이 공지의 기준 컬러 공간에 정확하게 일치하는 것은 드물다. 그러므로, 카메라가 기준 컬러 공간에서, 예컨대 R=120, G=110, B=105로 해석하는 "겉보기 컬러"와, 예컨대 R=100, G=100, B=100으로 해석되는 "실제 컬러" 사이의 차가 존재한다. 따라서, 카메라에 의해 캡쳐될 때의 겉보기 컬러를 기준 컬러 공간의 실제 컬러로 매핑하기 위해 컬러 칼리브레이션 방법들이 필요하다. 이것은 동일 물체의 영상을 촬영하는 두개의 다른 장치가 동일한 실제 컬러 값을 전달하는 것을 보장해준다. 또한, 조명의 영향은 관찰된 물체의 컬러에 대한 매우 중요한 효과를 가질 수 있다. 대부분의 빛은 빛 자체의 본래의 물리적 성질 때문에 순백색이 아니어서, 측정 컬러는 트루(true) 컬러와 다르다.
보통 컬러 매핑(Colour mapping)은 겉보기 컬러의 실제 컬러로의 선형 및 비선형 변환의 조합, 예컨대 적절한 행렬을 통해 개별 컬러 값을 다항식(Polynomial)을 거치는 컬러 벡터의 곱에 의해 수행된다.
그러한 변환을 계산하는 것은 어려운 과정이며, 매우 수많은 컬러 샘플을 요구하고, 바람직하게는 카메라 센서 자체에 대한 지식을 필요로 한다. 그러한 기술은 공간이나 시간적 제약으로 인해 그러한 과정이 비현실적인 일부 상황에서 적용하는 것은 매우 곤란하다. 화이트 밸런스(White balance) 보정과 같은 단순 컬러 보정은 그러한 공간 또는 시간적 제약을 가진 일부 적용 상태에서는 충분하다. 그러나, 일부 적용 상태에서는 더 정확한 매핑이 요구된다.
본 발명의 목적은 기존의 컬러 매핑 방법의 하나 이상의 한계를 다룬 이미지 캡쳐장치용 매핑을 제공하기 위한 것이다.
상술한 배경기술의 논의는 본 발명의 맥락을 설명하기 위해 들어가 있다. 어떠한 문헌이나 그 외 인용된 자료가, 우선일에서 본 명세서의 어느 하나의 청구항에 대해 발행되거나, 공지되거나 일반 상식의 일부임을 인정하는 것은 아니다.
본 발명은 이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 제공하는 방법으로서,
상기 이미지 캡쳐장치를 이용하여 복수의 컬러 패치(Colour patch)들을 가지는 기준 컬러 챠트(Reference colour Chart)의 영상을 촬영하고, 각 컬러 패치가 하나의 연관 기준 컬러를 가지며,
그 캡쳐된 영상에서 상기 복수의 컬러 패치들의 겉보기 컬러를 측정하고,
원형 휴 공간(Circular hue space) 내에서 상이한 휴(hue) 값을 나타내는 복수의 제어 포인트를 선택하며,
각 컬러 패치에 대하여 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록 각 제어 포인트에 대한 각도 옵셋(Angular offset)을 결정하여, 그 각도 옵셋이 휴 보정을 나타내고,
상기 제어 포인트에 대한 각도 옵셋의 보간(Interpolation)이 상기 이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 제공하는 것을 포함한다.
예를 들면, 고체 배지(Solid culture medium)상에서 성장된 미생물 성장(예컨대, 박테리아균들)을 식별하는 것처럼, 미생물 평가 목적을 위해 이용되는 영상은, 박테리아균들의 컬러, 형상과 조직 및 (한천과 같은) 고체 배지의 컬러가 박테리아 형태를 식별하는데 이용되기 때문에 정확해야 한다. 따라서, 상기 예에서, 이 분야의 통상의 기술자에게는, 영상의 컬러가 실제 컬러에 가깝다는 것이 중요하다고 인정될 것이다. 또한, 이 분야의 통상의 기술자에게는, 캡쳐된 이미지들에 대한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑이, 고급 사진술과 같은, 다른 적용 분야에 있어서도 이용될 수 있다고 인정될 것이다.
상기 겉보기 컬러와 기준 컬러(입력 컬러들)은, 어떠한 컬러 공간, 예컨대 RGB, YUV, LAB, XYZ에서 측정될 수 있다. 실제 컬러(출력 컬러)에의 매핑은 겉보기 컬러를 동일한 컬러 공간으로 변환하거나, 혹은 상기 겉보기 컬러를 다른 컬러 공간으로 변환할 수 있다. 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리는 입력 또는 출력 컬러 공간에서 측정될 수 있다.
하나의 제어 포인트의 휴 값은 HSV(Hue Saturation Value, 휴 채도 명도) 컬러 공간에서의 휴 값을 말한다. HSV 공간은 입력 및 출력 공간 사이의 중개체(Intermediary)로서 이용된다. 이 컬러 공간은 원뿔 모양으로 표시되는데, 중앙 수직축 주위의 각이 휴에 대응하고, 상기 수직축으로부터의 거리가 채도에 대응하며, 그리고 상기 수직축을 따른 거리는 명도(밝기)에 대응한다. 상기 원형 휴 공간은, 그 HSV 원뿔의 원단면적을 말한다.
상기 방법은 작은 숫자의 기준 컬러들로부터 매핑을 생성할 수 있다. 예를 들면, 24개의 컬러 패치들을 이용하여 생성된 매핑이 미생물 평가 목적을 위한 충분한 정확성으로 박테리아균을 이미지화하는 용도를 위해 충분한 칼리브레이션을 생성하는 것을 알았다. 필요한 패치의 수는 요구되는 매핑의 정확도(Fidelity)에 달려 있으며, 조정 가능하다. 상기 매핑을 이용하여 컬러 보정된 영상은, 예컨대 "미생물 성장 분석방법 및 소프트웨어"라는 제목으로 본 출원인이 동일 출원일에 함께 계류중인 국제특허출원에 기재되어 있는 바와 같이, 박테리아균을 분류하기 위한 기계 학습 알고리즘을 교육하는데 사용될 수 있으며, 그 내용들은 여기에 참고로 포함되어 있다.
상기 제어 포인트의 각도 옵셋은, 상기 제어 포인트들에 대한 각도 옵셋들 사이를 보간하여, 상기 영상의 상기 화소의 겉보기 휴에 대한 보간된 각도 옵셋을 결정함으로써, 동일 조명 조건 하에서 동일 이미지 캡쳐장치에 의해 찍은 어떠한 다른 영상의 한 화소의 실제 휴로 겉보기 휴를 매핑하는 데 이용될 수 있다. 그러면, 상기 보간된 각도 옵셋은 상기 겉보기 휴에 적용되어 유사한 실제 휴(따라서 실제 컬러)를 이루게 된다. 원형 휴 공간에서의 변환을 적용함으로써, 본 발명의 방법은 원래의 컬러 값들의 직접적인 선형 변환보다 더 정확한 유사성을 생성할 수 있다. 이 분야의 통상의 기술자라면, "실제 컬러"에 대한 기준이 겉보기 컬러가 상기 기준 컬러 공간으로 완벽하게 매핑될 것을 필요로 하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 매핑은 유사한 실제 컬러를 생성한다.
이미지 캡쳐장치는 고해상도 컬러 디지털 카메라, 디지털 스캐너 또는 디지털 비디오 카메라와 같은 디지털 카메라일 수 있다.
이제, 제어 포인트의 선택으로 돌아가서, 상기 복수의 제어 포인트들은 상기 원형 휴 공간의 주위에 균등하게 떨어져 있다. 상기 원형 휴 공간에서 제어 포인트의 각도 위치는 그 휴 값을 나타낸다. 예를 들면, 상기 제어 포인트들은 상기 공간 주위의 단일 링을 형성할 수 있는데, 상기 링의 인접 제어 포인트들 사이에서 일정한 거리를 가진다. 제어 포인트들에 대한 위치의 선택은 다른 숫자의 제어 포인트들을 이용하는 일련의 후보 매핑들에 대한 에러를 계산하고, 그 일련의 후보 매핑들로부터 승인 가능한 에러를 산출하는 최소 숫자의 포인트에 기초한 매핑을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 계산 효율성과 평가 정확도의 관점에서, 가능한 한 적은 제어 포인트를 선택하는 것이 바람직하다고 인정될 것이다.
이미지 캡쳐장치에 의해 캡쳐된 영상에서 하나의 컬러 패치에 대한 겉보기 컬러를 측정하는 것은, 컬러 패치의 컬러를 측정하고, 측정된 컬러를 화이트 밸런스 보정하고, 측정된 컬러를 밝기 보정하고, 그리고 그 결과로서의 화이트 밸런스와 밝기 보정된 컬러를 이용하여 상기 겉보기 컬러를 결정하는 것이 더 포함될 것이다. 상기 화이트 밸런스 보정은, R, G 및 B값이 동등해야 하는 컬러 챠트에서의 중간 회색 패치(Neutral grey patch)로부터 결정된 가중치(Weighting)를 이용하여 행해질 수 있다. 밝기는 공지된 밝기를 가진 컬러 챠트에서의 복수개의 회색 패치를 이용하여 계산된 곡선을 이용하여 보정될 수 있다. 따라서, 컬러 매핑은 화이트 밸런스와 밝기에 대하여 보정된 데이터로 수행된다. 이것은 화이트 밸런스와 밝기를 설명하는 매핑을 생성하는 것과 비교하여, 변환의 복잡성과, 이에 따라 필요한 계산 시간을 줄여준다.
각 컬러 패치에 대한 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록 각 제어 포인트에 대한 각도 옵셋을 결정하는 것은, 각 컬러 패치에 대한 상기 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리의 제곱의 합을 포함하는 비용 함수(Cost function)를 최소화하는 것을 포함한다. 상기 비용 함수는 상기 각도 옵셋의 제곱의 합을 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 방법은, 각 컬러 패치에 대한 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록 각 제어 포인트에 대한 스케일(Scale)을 결정하는 것을 더 포함할 수 있으며, 상기 스케일은 채도 보정을 나타내는데, 상기 제어 포인트에 대한 스케일의 보간은 상기 이미지 캡쳐장치에 대한 겉보기 컬러의 실제 컬러로의 또 다른 매핑을 생성한다.
겉보기 채도를 위해 보간된 스케일은 상기 겉보기 채도에 적용되어 유사한 실제 채도를 얻는다. 상기 제어 포인트들은 상기 원형 휴 공간에서의 컬러 패치의 겉보기 휴와 채도의 위치에 가장 가까운 휴 값을 표시할 수 있다. 상기 제어 포인트들은 상기 원형 휴 공간 주위의 하나 또는 두 개(혹은 그 이상)의 링의 제어 포인트들을 포함하며, 각 링은 다른 채도값을 가진다. 하나의 실시예에서, 두 개의 링의 제어 포인트들이 이용되며, 각 링에서의 제어 포인트들은 동일 휴이지만, 0.5와 1과 같은 다른 채도값을 가진다. 물론 상기 제어 포인트들은 링에 있을 필요는 없으며, 상기 원형 휴 공간 주위에서 다른 배열로 떨어져 있을 수 있다.
상술한 바와 같이, 각 컬러 패치에 대한 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록 각 제어 포인트에 대하여 스케일을 결정하는 것이 각 컬러 패치에 대한 상기 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리의 제곱의 합을 포함하는 비용 함수를 최소화하는 것을 포함할 수 있다. 상기 비용 함수는 1 주위에 최종 스케일을 조장하기 위해 1 마이너스 각 채도 스케일의 제곱의 합을 더 포함할 수 있다.
또는 이 대신에, 채도는 단순히 채도를 스케일링하는 것보다 밝기 곡선과 유사한 곡선을 이용하여 매핑될 수 있다.
상기 매핑을 적용하기 위해서, 상기 방법은, 상기 이미지 캡쳐장치를 이용하여 영상을 촬영하고, 그 영상에서의 하나 이상의 화소에 대하여, 상기 화소의 겉보기 휴를 결정하고, 상기 원형 휴 공간에서의 2 이상의 제어 포인트들의 각도 옵셋 사이를 보간하여 상기 겉보기 휴와 연관된 각도 옵셋을 결정하고, 상기 각도 옵셋을 겉보기 휴에 적용하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 영상의 하나 이상의 화소에 대하여, 상기 화소의 겉보기 채도를 결정하고, 상기 원형 휴 공간에서의 2 이상의 제어 포인트들의 스케일들 사이를 보간하여 상기 겉보기 채도와 연관된 스케일을 결정하고, 그리고 상기 스케일을 상기 겉보기 채도에 적용하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 2 이상의 제어 포인트들은 상기 원형 휴 공간에서의 겉보기 휴에 가장 가까운 휴 값을 표시할 수 있다. 예시된 실시예에서는 이것이 만족할만한 매핑을 생성하는 것을 알았다. 바람직하게는 4개의 제어 포인트와 입체 보간(Cubic interpolation)이 이용된다. 양자택일적으로, 상기 각도 옵셋들은 더 고차원 보간법을 이용하여 변환될 수 있다. 그러나, 이 경우, 최적화된 각도 옵셋을 결정하려면 더 많은 양의 처리를 필요로 할 것이다. 택일적으로는 선형 보간이 이용될 수 있지만, 덜 원활하고, 하나의 제어 포인트를 전환할 때 상기 컬러 공간에서의 불연속성을 생성할 것이다.
하나의 화소에 대한 겉보기 휴와 채도가 결정되기만 하면, 컬러는 적절한 컬러 공간, 예컨대 디스플레이로 컨버팅될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 소프트웨어를 저장하기 위한 프로세서와 메모리를 포함하는 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 소프트웨어를 제공하는데, 상기 소프트웨어는 상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하기 위한 프로세서에 의해 실행 가능한 일련의 명령들을 포함한다.
본 발명은 또한 상기 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체; 및 프로세서와, 메모리와, 상기 프로세서에 액세스 가능한 메모리에 상주하는 소프트웨어를 포함하는 장치로 확장되는데, 상기 소프트웨어는 상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하기 위하여 상기 프로세서에 의해 실행 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법들을 수행하기 위한 예시적인 처리 시스템과 이미지 캡쳐장치이다.
도 2는 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로 매핑을 계산하기 위한 방법을 예시하는 순서도이다.
도 3은 캡쳐된 영상의 밝기를 보정하기 위한 샘플 곡선을 도시하는 그래프이다.
도 4는 원형 휴 공간 내의 복수의 제어 포인트들을 도시하는 HSV 공간의 다이어그램이다.
도 5는 하나의 특정 이미지 캡쳐장치에 대한 (a) 휴/채도 공간을 거친 매핑, (b) 별도의 휴 매핑 함수 및 (c) 별도의 채도 매핑 함수를 그래프로 표현한 도면이다.
도 6은 상기 매핑의 정확성을 보이는 그래프이다.
도 7은 (a) 컬러 칼리브레이션 전 및 (b) 컬러 칼리브레이션 후의 컬러 챠트에 대한 두 개의 사진들이다.
도 8은 겉보기 컬러를 실제 컬러로 매핑하기 위한 방법을 예시하는 순서도이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여, 실시예만으로 설명할 것이다. 도면들의 특징들은 본 발명의 전술한 기재의 일반적 사항을 대신하지 않음을 이해해야 한다.
본 발명의 실시예를 이용하기 위한 예시적인 처리 시스템과 이미지 캡쳐장치를 도 1을 참조하여 설명할 것이다. 처리 시스템(10)은 프로세서(12), 메모리(14), 적어도 하나의 입력 장치(16), 적어도 하나의 출력 장치(18), 통신 포트(20), 인터페이스(22) 및 저장장치(24)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 처리 시스템(10)의 구성들은 하나의 버스 또는 한 그룹의 버스(26)를 경유하여 함께 접속되어 있다.
프로세서(12)는, 예컨대 처리 시스템(10) 내의 여러 기능들을 취급하기 위하여 하나 이상의 처리 장치를 포함한다. 메모리(14)는, 예컨대 휘발성 또는 비휘발성 메모리, 고체 상태 저장장치, 자성 장치 등을 포함하는 어떠한 적당한 메모리 소자를 포함한다. 메모리(14)는 프로세서(12)에 의한 실행 명령을 저장한다.
입력 장치(16)는 입력 데이터를 받아들이며, 예컨데 키보드, 마우스 또는 다른 포인터 장치; 트랙볼, 조이스틱, 또는 터치 스크린; 모뎀 혹은 무선 데이터 어댑터와 같은 마이크로폰, 데이터 리시버 또는 안테나; 데이터 수집 카드 등을 포함할 수 있다. 입력 장치(16)는 사용자에 의해 입력 데이터를 입력하도록 작동 가능하거나, 또는 다른 하나의 입력 데이터 소스로부터 데이터를 받을 수 있다.
출력 장치(18)는 출력 데이터를 생성하거나 발생시킨다. 출력 장치(18)는 디스플레이 장치, 오디오 스피커 세트, 프린터, 포트 (예컨대, USB 포트), 주변 구성품 어댑터, 모뎀 혹은 무선 네트워크 어댑터 등과 같은 데이터 전송기 또는 안테나를 포함할 수 있다.
저장 장치(24)는 어떠한 형태의 데이터 또는 정보 저장 수단, 예컨대 휘발성 혹은 비휘발성 메모리, 고체 상태 저장 장치, 자성 장치 등을 포함할 수 있다. 파일 시스템과 파일들은 저장 장치(24)에 저장될 수 있다.
통신 포트(20)는 처리 시스템(10)이 유선 또는 무선 네트워크를 경유하여 다른 장치와 통신하도록 허용한다. 인터페이스(22)는 처리 시스템(10)을 하나 이상의 주변 장치들과 결합시킨다. 예를 들면, 인터페이스(22)는 PCI 카드 또는 PC 카드를 포함할 수 있다.
처리 시스템(10)은 어떠한 형태의 터미널, 서버 처리 시스템, 전문 하드웨어, 컴퓨터, 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨터화된 장치, 퍼스널 컴퓨터(PC), 모바일 또는 휴대폰, 모바일 데이터 터미널, 휴대용 컴퓨터, 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDA), 페이저 또는 어떠한 다른 유사 형태의 장치일 수 있다.
또한, 컬러 디지털 카메라 형태의 이미지 캡쳐장치(30)가 도 1에 도시되어 있다. 카메라(30)는 물리적 또는 무선 인터페이스(32)를 거쳐서 처리 시스템(10)과 통신할 수 있다.
겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 생성하기 위한 방법은 메모리(14)에 저장된 소프트웨어를 이용하여 프로세서(12)상에서 실행될 수 있다. 도 2를 참조하면, 스텝 40에서, 기준 컬러 챠트의 영상이 캡쳐된다. 그 챠트는 표준 "gretagmacbeth ColorCheckerTM Color Rendition Chart"일 수 있는데, 이것은 24 컬러 패치들을 가지며, 각 패치는 연관된 기준 적색, 녹색 및 청색 채널값을 가진다. 이 영상은 수동으로 또는 소프트웨어를 이용하여 보낸 전자 신호를 거쳐서 카메라를 활성화함으로써 캡쳐될 수 있다. 카메라 센서들에 의해 캡쳐된 데이터는 인터페이스(32)를 거쳐서 컬러 칼리브레이션이 불가능한(Disabled) 상태로 처리 시스템(10)에 전송된다.
스텝 42에서, 사용자는 상기 기준 컬러 챠트에서의 각 컬러 패치의 위치를 표시한다. 예를 들면, 소프트웨어로 GUI가 카메라(30)로부터의 영상의 미리보기를 나타내도록 할 수 있고, 사용자는 특정 순서로 상기 챠트의 4개 사각 코너에 클릭하여 상기 컬러 패치들의 위치가 결정되도록 할 수도 있다. 다른 대안으로는, 상기 패치들의 위치가 머신 비전 기술(Machine vision techniques)을 이용하거나 상기 카메라로부터의 고정 거리인 공지의 특정 위치에 상기 기준 컬러 챠트를 올려놓으므로써 결정될 수 있다.
각 위치의 평균 컬러는, 21×21 화소 창(Pixel window) 내에서 캡쳐되고 스텝 44에서 상기 패치 컬러를 위하여 이용된다. 물론, 다른 크기의 화소 창이 상기 평균 컬러를 계산하는데 이용될 수 있다고 인정될 것이다.
스텝 46에서, 화이트 밸런스는 단일 패치- 즉, 상기 기준 컬러 챠트에서 세번째의 가장 어두운 회색 패치로부터 계산된다. R,G 및 B값은 이 중간 회색 패치에서는 같다고 추정된다. 상기 화이트 밸런스는
Figure 112013089791787-pct00001
로서 표시되는데, 여기에서 Wg는 암시적으로 1로서 정의된다. 가중치 Wr 및 Wb는 g'값과 같은 r'값 및 b'값을 산출하도록 계산된다. 계산된 화이트 밸런스값
Figure 112017022754754-pct00002
이 상기 카메라에 의해 캡쳐된 영상의 화이트 밸런스를 보정하는데 이용될 것이다.
일단 화이트 밸런스가 계산되면, 스텝 48에서 곡선 C가 계산되고, 가능하면 겉보기 회색 컬러 값들도 함께 매핑시킨다. 이것이 카메라를 위한 명도 매핑을 제공한다. 상기 곡선은 형태는
Figure 112017022754754-pct00003
이고, 여기서 g는 입력 컬러, g'은 출력색, 그리고 a, b와 c는 계산되는 곡선 C의 파라미터들이다. 도 3은 이 과정으로부터 얻어진 예시 곡선을 보이고 있다. 일단 평가되면, 상기 곡선은 컬러 채널당 독립적으로 적용될 수 있다. 컬러 매핑 함수(스텝 50)의 최종 단계는 각 화소의 휴와 채도를 위한 매핑을 생성하도록 하는 것이다.
복수의 컬러 패치들의 겉보기 휴와 채도가, 상기 화이트 밸런스 및 컬러 보정 영상에 기초하여 측정되며, 휴와 채도 매핑은 스텝 50에서 계산된다. 상기 휴 매핑은 일련의 제어 포인트를 이용하여 상기 겉보기 휴 값들이 실제 휴 값들에 매핑되도록 제공된다. 이것을 얻기 위해 입체 보간(또는 다른 고차원 보간법)을 사용한다. 각 제어 포인트는 원형 휴 공간에서 고정된 위치와, 최적화 동안 계산되는 각도 옵셋으로 이루어진다. 상기 옵셋은 특정 휴 값에 대한 옵셋을 제공하도록 입체적으로 보간되어 상기 특정 휴 값을 실제 휴에 매핑할 것이다.
채도 매핑 함수는 일련의 제어 포인트를 이용하여 채도값을 스케일하는데 이용된다. 이들 제어 포인트들은 상기 휴 값들을 매핑하는데 사용되는 제어 포인트들과 같거나 다를 수 있다. 상기 채도 매핑 함수는 상기 휴 매핑 함수와 같은 보간 기법을 사용할 수 있다. 채도는 [0,1] 범위에 있어야 하며, 따라서 이 함수로부터의 출력값은 제한되어 이 범위가 강제되는 것을 보장한다. 하나의 대안으로는, 상기 채도 매핑이 명도 보정에 대하여 적용된 것과 비슷한 곡선을 거쳐 행해질 수 있다.
휴 및 채도 매핑 함수들에서 사용되는 제어 포인트들은 도 4에 도시된 바와 같이 원형 휴 공간의 테두리 주위에 고르게 퍼져 있을 수 있다. 이 원형 휴 공간은 컬러화된 원들(예컨대, 제어 포인트 52)로 표시되는 16개의 제어 포인트를 포함한다. 예를 들면, 0도의 휴 및 1의 채도에서 컬러화된 원은 적색, 90도의 휴 및 1의 채도에서는 녹색, 180의 휴 및 1의 채도에서는 청색, 그리고 270도의 휴 및 1의 채도에서는 보라색일 수 있다. 또한, 각도 옵셋(54)과 스케일(56)의 방향은 도 4에 도시되어 있다. 제어 포인트들의 각도 위치는 이들 휴 값으로 규정되고, 제어 포인트들의 반경 위치는 이들의 채도로 규정된다. 제어 포인트들의 두 링, 0.5의 채도를 가지는 안쪽 링과 1의 채도를 가지는 바깥 링이 도시되어 있다. 제어 포인트들의 단일 링의 경우, 단일 값만이 그 적절한 포인트, 휴에 대응하는 값을 선택하는데 요구된다. 휴는 각으로서 표현되며 제어 포인트를 선택하면 함수는 이를 고려해야 한다.
제어 포인트들의 최대 숫자는 이용할 수 있는 컬러 샘플들의 수로 정해진다. 각 제어 포인트는 두 개의 파라미터들을 가지며, 각 샘플은 3개의 나머지를 제공한다. 따라서, n개의 컬러 샘플들은 많아야 3n/2개의 제어 포인트들을 가질 수 있다. 그러나, 실제로 상기 측정 과정은 컬러 측정에서 에러를 유발한다. 제어 포인트들을 선택한다는 것은, 여러 많은 제어 포인트들을 이용하여 일련의 후보 매핑에 대한 에러를 계산하고, 승인 가능한 에러를 산출하는 최소 수의 포인트들에 기초하여 상기 일련의 매핑으로부터 하나의 매핑을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 24개 패치를 가지는 챠트에 대하여 12개의 제어 포인트들이 충분하다는 것을 찾아냈다.
명도 곡선은 이미 평가되어 있기 때문에, 상기 명도값은 보정된다고 추정된다; 따라서 이들은 조정될 필요가 없다.
각도 옵셋과 스케일들은 기준 컬러 챠트에서 영상으로부터의 패치들의 겉보기 컬러들을 동등한 컬러 패치의 실제 컬러들로 가장 좋게 매핑하도록 최적화 된다. 이것은 트루 컬러와 매핑된 컬러 사이의 거리:
Figure 112013089791787-pct00004
가 최소가 되도록, 매핑 f(P)를 계산함으로써 행해지는데, 여기에서 Pi는 트루 컬러이고
Figure 112017022754754-pct00005
는 측정된 컬러이다. 컬러는 어떠한 컬러 공간, 예컨대 RGB, YUV, LAB 또는 XYZ로 표시될 수 있다.
휴는 각으로서 표현되며 함수는 제어 포인트들이 선택되면 이것을 고려해야 함을 주목하라. 이것은 비용 함수를 이용함으로써 행해진다. 비용 함수는 (360°의 옵셋과 같은) 매우 큰 변화를 방지하기 위해 상기 스케일들이 1 주위의 값을, 그리고 상기 옵셋들이 0 주위를 유지하는 것을 보증하는 항들을 포함한다. 다음의 에러 측정이 정해지면,
Figure 112013089791787-pct00006
여기에서 δi는 상기 제어 포인트에 대한 옵셋이고, si는 제어 포인트에 대한 스케일이다. ε를 최소화하기 위해, 즉
Figure 112013089791787-pct00007
δi와 si를 선택하도록 구해진다.
이에 대한 해가, 또한 비록 어떠한 다른 비구속 최소 인자(Unconstained minimiser)가 충분할지라도, 르벤버그-마쿼트 알고리즘(Levenberg-Marquardt algorithm)을 이용하여 얻어질 수 있다. 상기 비용 함수는, 그 휴 옵셋들을 제로 가까이 그리고 채도 스케일들을 1 가까이 유지하는 동안, 컬러들을 함께 매핑하는 데 에러를 최소화하려고 한다.
따라서, 관련된 것은 각 패치에 대한 변환된 겉보기 컬러(예컨대, RGB)와 기준 컬러(예컨대, RGB) 사이의 거리의 제곱의 합을 최소화하고, 상기 각도 옵셋을 최소화하며 상기 스케일을 1 가까이(1-스케일을 최소화) 유지하는, 각 제어 포인트에 대한 각도 옵셋(54)과 스케일(56)을 결정하는 것이다.
그 결과가 상기 제어 포인트들에 대한 각도 옵셋 및/또는 스케일 형태의 매핑이다. 도 5는 특정 카메라에 대한 (a) 휴/채도 공간을 거친 매핑, (b) 별도의 휴 매핑 함수 및 (c) 별도의 채도 매핑 함수의 대표적인 그래프를 보여주고 있다. 도 6은 상기 매핑의 정확도에 대한 일부 상세를 제공하고 있다. y-축에 대한 각 위치는 24 컬러 패치들 중 하나를 나타내며, x-축은 컬러 값들을 나타내는데, 여기에서 각 값은 0과 1 사이일 수 있다. 상기 매핑을 이용하여 영상을 보정한 컬러에 대한 예시가 도 7에 도시되어 있다. 제1 영상 (a)는, 사용자가 상기 컬러 패치들의 위치를 선택한 후, 카메라로 캡쳐했을 때의 입력 영상을 도시한다. 이 예에서는 화이트 밸런스는 이미 대략 보정되어 있음을 주목하라. 제 2 영상(b)은 그 보정된 컬러들을 도시하고 있다. 상기 패치들 위에서 볼 수 있는 컬러화된 작은 네모들은 각 패치에 대한 트루 컬러를 보여주고 있다.
그 다음, 이 매핑은 동일 (또는 동종의) 이미지 캡쳐장치를 이용하여 캡쳐한 영상을 컬러 보정하는 데 사용될 수 있다. 도 8을 참조하면, 겉보기 컬러를 실제 컬러로 매핑하기 위한 방법은 스텝 60에서 카메라를 이용하여 영상을 촬영하는 것을 포함한다. 각 화소에 대한 겉보기 RGB 컬러 값들은 결정될 수 있고, 그 컬러 값들은 이미 계산된 가중치/곡선을 이용하여 화이트 밸런스 및 명도 보정될 수 있다. 그 다음, 상기 방법은 상기 영상의 하나 이상의 화소에 대하여 스텝 62에서, 상기 화소의 겉보기 휴와 채도를 결정하고(스텝 64), 상기 겉보기 휴와 관련된 각도 옵셋을 결정하기 위해 원형 휴 공간에서의 2 이상의 제어 포인트들의 옵셋들 사이를 보간하며(스텝 66), 상기 겉보기 채도와 관련된 스케일을 결정하기 위해 원형 휴 공간에서 2 이상의 제어 포인트들의 스케일들 사이를 보간하고(스텝 68), 상기 각도 옵셋을 상기 겉보기 휴에 적용하며(스텝 70), 그리고 상기 스케일을 상기 겉보기 채도에 적용하는 것(스텝 72)을 포함한다. 일단 매핑이 적용되면, HSV 공간 컬러이 RGB 공간, 또는 원하는 대로 어떠한 다른 출력 공간에 다시 변환될 수 있다.
다양한 대체, 추가 및/또는 변형들이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않게 전술한 부분들에 가해질 수 있으며, 상술한 교시들의 관점에서, 통상의 기술자가 이해될 수 있는 다양한 방식으로, 본 발명은 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어로 실시될 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (13)

  1. 이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 제공하는 방법으로서,
    상기 이미지 캡쳐장치를 이용하여 복수의 컬러 패치들을 가지는 기준 컬러 챠트의 영상을 촬영하되, 각 컬러 패치가 하나의 연관 기준 컬러를 가지는 단계,
    그 캡쳐된 영상에서 상기 복수의 컬러 패치들의 입력 컬러 공간에서의 겉보기 컬러를 측정하는 단계,
    원형 휴 공간의 주위에 균등하게 떨어진, 원형 휴(hue) 공간 내의 상이한 휴 값들을 나타내는 복수의 제어 포인트들을 선택하는 단계,
    컬러 패치들의 각각에 대하여, 상기 입력 컬러 공간으로부터 상기 원형 휴 공간으로 변환된 상기 겉보기 컬러와 상기 원형 휴 공간에서의 연관된 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록, 각 제어 포인트들에 대한 각도 옵셋(Angular offset)을 결정하되, 그 각도 옵셋이 휴 보정을 나타내는 단계를 포함하며,
    상기 겉보기 컬러의 휴 값에 가장 가까운 상기 제어 포인트들의 2 이상에 대한 각도 옵셋들의 보간(Interpolation)은, 상기 이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 제공하는
    매핑 제공방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 겉보기 컬러의 휴 값에 가장 가까운 4개의 제어 포인트들에 대한 각도 옵셋들의 보간은, 상기 이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 제공하는
    매핑 제공방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 제어 포인트들을 선택하는 단계는,
    상이한 여러 제어 포인트들을 이용하여, 일련의 후보 매핑들에 대한 에러를 계산하는 단계, 및
    승인 가능한 에러 내에 있는 24개의 컬러 패치에 대한 최소 수의 제어 포인트들이 12개가 되도록, 승인 가능한 에러를 산출하는 최소 수의 제어 포인트들에 기초하여 상기 일련의 후보 매핑들로부터 하나의 매핑을 선택하는 단계
    를 포함하는 매핑 제공방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    각 컬러 패치의 겉보기 컬러를 측정하는 단계는,
    컬러 패치의 컬러를 측정하는 단계,
    상기 측정된 컬러를 화이트 밸런스 보정하는 단계,
    상기 측정된 컬러를 명도 보정하는 단계, 및
    그 결과 화이트 밸런스 및 명도 보정된 컬러를 이용하여 상기 겉보기 컬러를 결정하는 단계
    를 포함하는 매핑 제공방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    각 컬러 패치에 대하여 변환된 겉보기 컬러와 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록, 상기 각 제어 포인트에 대한 각도 옵셋을 결정하는 단계는, 각 컬러 패치에 대하여 상기 원형 휴 공간에서 상기 변환된 겉보기 컬러와 상기 기준 컬러 사이의 거리의 제곱의 합을 포함하는 비용 함수를 최소화하는 단계를 포함하는
    매핑 제공방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 비용 함수는, 상기 각도 옵셋들의 제곱의 합을 더 포함하는
    매핑 제공방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    각 컬러 패치에 대하여 상기 입력 컬러 공간으로부터 상기 원형 휴 공간으로 변환된 겉보기 컬러와 상기 컬러 패치들의 각각에 대하여 상기 원형 휴 공간에서 상기 연관된 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록, 상기 제어 포인트들의 각각에 대한 스케일을 결정하되, 상기 스케일이 채도 보정을 나타내는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어 포인트들의 2 이상에 대한 상기 스케일들의 보간이 상기 이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 더 제공하는
    매핑 제공방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    각 컬러 패치에 대하여 변환된 겉보기 컬러와 상기 기준 컬러 사이의 거리가 최소화되도록, 각 제어 포인트에 대한 스케일을 결정하되, 상기 스케일이 채도 보정을 나타내는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어 포인트들에 대한 상기 스케일들의 보간이 상기 이미지 캡쳐장치를 위한 겉보기 컬러로부터 실제 컬러로의 매핑을 더 제공하며,
    상기 비용 함수는, 1 마이너스 각 채도의 제곱의 합을 더 포함하는
    매핑 제공방법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐장치를 이용하여 영상을 캡쳐하는 단계, 및
    상기 영상 내의 1 이상의 화소들에 대하여:
    상기 화소의 겉보기 휴를 결정하는 단계,
    상기 원형 휴 공간 내에서의 상기 2 이상의 제어 포인트들의 상기 각도 옵셋들 사이를 보간하여, 상기 겉보기 휴와 연관된 보간된 각도 옵셋을 결정하는 단계, 및
    상기 보간된 각도 옵셋을 상기 겉보기 휴에 적용하는 단계
    를 더 포함하는 매핑 제공방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐장치를 이용하여 영상을 캡쳐하는 단계, 및
    상기 영상 내의 1 이상의 화소들에 대하여:
    상기 화소의 겉보기 휴를 결정하는 단계,
    상기 원형 휴 공간 내에서의 상기 2 이상의 제어 포인트들의 상기 각도 옵셋들 사이를 보간하여, 상기 겉보기 휴와 연관된 보간된 각도 옵셋을 결정하는 단계,
    상기 보간된 각도 옵셋을 상기 겉보기 휴에 적용하는 단계,
    상기 화소의 겉보기 채도를 결정하는 단계,
    상기 원형 휴 공간 내에서의 2 이상의 제어 포인트들의 상기 스케일들 사이를 보간하여, 상기 겉보기 채도와 연관된 스케일을 결정하는 단계, 및
    상기 스케일을 상기 겉보기 채도에 적용하는 단계
    를 더 포함하는 매핑 제공방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 이미지 캡쳐장치를 이용하여 영상을 캡쳐하는 단계, 및
    상기 영상 내의 1 이상의 화소들에 대하여:
    상기 화소의 겉보기 휴를 결정하는 단계,
    상기 원형 휴 공간 내에서의 2 이상의 제어 포인트들의 상기 각도 옵셋들 사이를 보간하여, 상기 겉보기 휴와 연관된 각도 옵셋을 결정하는 단계,
    상기 각도 옵셋을 상기 겉보기 휴에 적용하는 단계,
    상기 화소의 겉보기 채도를 결정하는 단계,
    상기 원형 휴 공간 내에서의 2 이상의 제어 포인트들의 상기 스케일들 사이를 보간하여, 상기 겉보기 채도와 연관된 스케일을 결정하는 단계, 및
    상기 스케일을 상기 겉보기 채도에 적용하는 단계
    를 더 포함하는 매핑 제공방법.
  12. 프로세서(processor)와 소프트웨어를 저장하기 위한 메모리(memory)를 포함하는 컴퓨터에서 사용하기 위한 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터 판독가능한 기록매체로서,
    상기 소프트웨어는, 청구항 1 또는 청구항 2에 청구된 방법을 수행하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 일련의 인스트럭션들(a series of instructions)을 포함하는 소프트웨어인
    컴퓨터에서 사용하기 위한 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
  13. 프로세서,
    메모리, 및
    상기 프로세서에 액세스 가능한 상기 메모리 내에 상주하고, 청구항 1 또는 청구항 2에 청구된 방법을 수행하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 일련의 인스트럭션들을 포함하는 소프트웨어
    를 포함하는 장치.
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