KR19980016360A - Image quality improvement method using average-matching histogram equalization of low-pass filtered signal and its circuit - Google Patents

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Abstract

저역 필터링된 신호의 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선방법은 입력 영상신호를 저역 필터링해서 저역 필터링된 신호를 출력하고, 저역 필터링된 신호의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화하되 저역 필터링된 신호의 평균레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하고, 입력 영상신호로부터 저역 필터링된 신호와의 차를 구하고, 구해진 차값을 개선된 신호에 가산해서 출력신호를 출력함으로써 주어진 영상신호의 콘트라스트를 개선시 잡음이 향상되는 것을 억제시켜 화질을 개선한다.A method of improving image quality using an average-matched histogram equalization of a low-pass filtered signal is a method of low-pass filtering an input image signal to output a low-pass filtered signal, and using a cumulative density function of the low-pass filtered signal as a transform function, Adjusting the conversion function so that the average level of the signal is mapped to itself, outputting the improved signal, obtaining a difference between the input image signal and the low-pass filtered signal, adding the obtained difference value to the improved signal, Thereby improving the contrast of a given video signal and suppressing the improvement of noise, thereby improving the image quality.

Description

저역 필터링된 신호의 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선방법 및 그 회로Image quality improvement method using average-matching histogram equalization of low-pass filtered signal and its circuit

본 발명은 저역 필터링된 신호의 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선방법 및 그 회로에 관한 것으로, 특히 입력 영상을 저역 필터링하고, 저역 필터링된 신호를 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용하여 콘트라스트를 개선함과 동시에 콘트라스트 개선시 잡음이 향상되는 것을 억제시켜 화질을 개선하는 방법 및 그 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a circuit for improving image quality using an average-matched histogram equalization of a low-pass filtered signal, and more particularly, to a low-pass filtering of an input image and an improved contrast using an average-matching histogram equalization of a low- And a method and a circuit for improving image quality by suppressing an increase in noise when the contrast is improved.

히스토그램 등화의 기본 동작은 입력 영상의 히스토그램을 토대로 주어진 입력 영상을 변환하는 것으로서, 여기서 히스토그램이라 함은 주어진 입력 영상에서의 그레이 레벨 분포를 나타낸다.The basic operation of histogram equalization is to transform a given input image based on the histogram of the input image, where the histogram represents the gray level distribution in a given input image.

이러한 그레이 레벨(gray level)의 히스토그램은 영상(image)의 외양(appearance)의 전체적인 묘사를 제공한다. 영상의 샘플 분포에 따라 적절히 조절된 그레이 레벨은 외양 또는 영상의 콘트라스트를 개선시킨다.This histogram of gray levels provides an overall depiction of the appearance of the image. The appropriately adjusted gray level according to the sample distribution of the image improves the appearance or the contrast of the image.

콘트라스트 개선을 위한 많은 방법중에 영상의 샘플분포에 따라 주어진 영상의 콘트라스트를 개선하는 방법인 히스토그램 등화가 가장 널리 알려져 있으며, 이는 아래 문헌 [1], [2]에 개시되어 있다: [1] J.S.Lim, Two-Dimensional Signal and Image Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1990, [2] R.C.Gonzalez and P.Wints, Digital Image Processing, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1977.Among many methods for improving the contrast, histogram equalization, which is a method for improving the contrast of a given image according to a sample distribution of an image, is most widely known and is disclosed in the following documents [1] and [2]: [1] JSLim , Two-Dimensional Signal and Image Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1990, [2] RC Gonzalez and P. Wints, Digital Image Processing, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts,

또한, 메디컬 영상 처리와 레이더 영상 처리를 포함하는 히스토그램 등화 방법의 유용한 응용은 아래 문헌 [3], [4]에 개시되어 있다: [3] J.Zimmerman, S.Pizer, E.Staab, E.Perry, W.McCartney, and B.Brenton, Evaluation of the effectiveness of adaptive histogram equalization for contrast enhancement, IEEE Tr.on Medical Imaging,pp.304-312, Dec.1988, [4] Y.Li, W.Wang, and D.Y.Yu, Application of adaptive histogram equalization to x-ray chest image, Proc. of the SPIE,pp.513-514,vol.2321,1994.In addition, useful applications of histogram equalization methods including medical image processing and radar image processing are disclosed in [3] and [4] below: [3] J. Zimmerman, S. Pizer, E. Staab, E. Perry, W. McCartney, and B. Brenton, Evaluation of the Effectiveness of Adaptive Histogram Equalization for Contrast Enhancement, IEEE Tr. On Medical Imaging, pp. 304-412, Dec. 1988, [4] Y. Li, W. Wang , and DYYu, Application of adaptive histogram equalization to x-ray chest image, Proc. of the SPIE, pp. 513-514, vol.2321, 1994.

따라서, 주어진 영상의 히스토그램을 이용한 기법은 메디컬 영상 처리, 적외선 영상 처리, 레이더 영상 처리분야등 여러 분야에서 유용하게 응용되고 있다.Therefore, the technique using the histogram of a given image has been applied to various fields such as medical image processing, infrared image processing, and radar image processing.

일반적으로, 히스토그램 등화는 동적 범위(dynamic range)를 늘이는(stretching) 효과를 갖기 때문에 히스토그램 등화는 결과 영상의 그레이 분포를 평평(flat)하게 하고, 그 결과로서 영상의 콘트라스트를 개선한다.In general, histogram equalization has the effect of stretching the dynamic range, so that histogram equalization flattenes the gray distribution of the resulting image and consequently improves the contrast of the image.

널리 알려진 히스토그램 등화의 이러한 특성때문에 실제적인 경우에서는 결점이 될 수도 있다. 즉, 동적 범위를 늘여서 콘트라스트를 개선하는 특성 때문에 영상신호에 실린 배경잡음이 히스토그램 등화되면 배경잡음도 향상되므로 특히 일정한 레벨을 갖는 영역에서 화질을 열화시키는 요인이 되는 문제점이 있었다.This characteristic of the well-known histogram equalization may be a drawback in practical cases. That is, due to the characteristic of improving the contrast by increasing the dynamic range, the background noise is also improved if the background noise included in the image signal is equalized to the histogram, which is a factor of deteriorating the image quality in a region having a constant level.

본 발명의 목적은 가우시안 형태의 잡음을 포함한 입력 영상을 저역 필터링하고, 저역 필터링된 입력 영상의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화할 때 저역 필터링된 입력 영상의 평균 레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 변환함수를 조정하여 콘트라스트를 개선함과 동시에 잡음이 향상되는 것을 억제하는 화질 개선방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for performing low-pass filtering of an input image including Gaussian noise and performing histogram equalization using a cumulative density function of a low- So as to improve the contrast and suppress the noise from being improved.

본 발명의 다른 목적은 가우시안 형태의 잡음을 포함한 입력 영상을 저역 필터링하고, 저역 필터링된 입력 영상의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화할 때 저역 필터링된 입력 영상의 평균 레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 변환함수를 조정하여 콘트라스트를 개선함과 동시에 잡음이 향상되는 것을 억제하는 화질 개선회로를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for low-pass filtering an input image including a Gaussian noise and performing histogram equalization using a cumulative density function of a low-pass filtered input image as a transform function, It is an object of the present invention to provide an image quality improvement circuit which improves the contrast and suppresses the noise from being improved by adjusting the conversion function to be mapped.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 화질 개선방법은 소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화를 이용하여 화질을 개선하는 방법에 있어서: (a) 입력 영상신호를 저역 필터링해서 저역 필터링된 신호를 출력하는 단계; (b) 상기 저역 필터링된 신호의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화하되 상기 저역 필터링된 신호의 평균레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 상기 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하는 단계; (c) 상기 입력 영상신호로부터 상기 저역 필터링된 신호와의 차를 구하는 단계; 및 (d) 구해진 차값을 상기 개선된 신호에 가산해서 출력신호를 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하고 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of improving image quality using a histogram equalization of a video signal represented by a predetermined number of gray levels, the method comprising the steps of: (a) Outputting a low-pass filtered signal; (b) outputting an improved signal by histogram equalization using the cumulative density function of the low-pass filtered signal as a transform function and adjusting the transform function such that the mean level of the low-pass filtered signal is mapped to itself; (c) obtaining a difference between the input image signal and the low-pass filtered signal; And (d) adding the difference value to the improved signal to output an output signal.

상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 화질 개선회로는 소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화를 이용하여 화질을 개선하는 회로에 있어서: 입력되는 영상신호를 저역 필터링해서 저역 필터링된 신호를 출력하는 저역 필터링수단; 상기 저역 필터링된 신호의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화하되 상기 저역 필터링된 신호의 평균레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 상기 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하는 평균-매칭 히스토그램 등화수단; 상기 입력되는 영상신호에서 저역 필터링된 신호와의 차를 검출하는 검출수단; 및 검출된 차값과 상기 개선된 신호를 가산하여 출력신호를 출력하는 가산수단을 포함함을 특징으로 하고 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an image quality improvement circuit for enhancing image quality of a video signal represented by a predetermined number of gray levels using histogram equalization, the circuit comprising: Low-pass filtering means for outputting a filtered signal; An average-matching histogram equalizing means for equalizing the cumulative density function of the low-pass filtered signal as a transform function and adjusting the transform function so that an average level of the low-pass filtered signal is mapped to itself, ; A detecting means for detecting a difference between the input video signal and a low-pass filtered signal; And adding means for adding the detected difference value and the improved signal to output an output signal.

도 1은 본 발명에 의한 저역 필터링된 신호의 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선회로의 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram of an image quality improvement circuit using an average-matching histogram equalization of a low-pass filtered signal according to the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 화질 개선회로의 일 실시예에 따른 상세 회로도이다.2 is a detailed circuit diagram according to one embodiment of the image quality improvement circuit shown in FIG.

먼저, 본 발명에서 제안하는 화질 개선방법에 대하여 설명하기로 한다.First, the image quality improvement method proposed by the present invention will be described.

L개의 그레이 레벨 {X0,X1,...,XL-1}로 구성된 입력 영상을 {Y(i,j)}라 하고, 입력 영상 {Y(i,j)}의 저역 필터링된 입력 영상을 {A(i,j)}라 하자. 그리고, 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용하여 콘트라스트가 개선된 신호(이하 개선된 신호라고 함)를 Aeq(i,j)라고 하고, 최종 출력신호를 YH(i,j)라고 하자.An input image composed of L gray levels {X 0 , X 1 , ..., X L-1 } is defined as {Y (i, j)}, Let the input image be {A (i, j)}. Let A eq (i, j) be the signal with improved contrast (hereinafter referred to as an improved signal) using the mean-matched histogram equalization and let Y H (i, j) be the final output signal.

따라서, 본 발명의 최종 출력신호(YH(i,j))는 입력 신호(Y(i,j))에서 저역 필터링된 신호(A(i,j))를 감산한 신호를 개선된 신호(Aeq(i,j))에 가산한 결과이며, 이는 다음 수학식 1과 같이 주어진다.Therefore, the final output signal Y H (i, j) of the present invention is obtained by subtracting the low-pass filtered signal A (i, j) from the input signal Y (i, j) A eq (i, j)), which is given by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

여기서, Y(i,j) - A(i,j)는 원신호의 고주파수 성분에 해당한다.Here, Y (i, j) - A (i, j) corresponds to the high frequency component of the original signal.

본 발명의 기본적인 개념과 유용성을 출력신호(YH(i,j))를 나타내는 수학식 1을 다음과 같이 나타내면 쉽게 이해될 수 있다.The basic concept and usefulness of the present invention can be easily understood by expressing Equation 1 expressing the output signal Y H (i, j) as follows.

[수학식 2]&Quot; (2) "

위 수학식 2는 최종 출력신호(YH(i,j))와 개선된 신호(Aeq(i,j))와의 차는 입력 신호(Y(i,j))와 히스토그램 등화전 신호 즉, 저역 필터링된 신호와의 차와 같다는 것을 의미한다.The difference between the final output signal Y H (i, j) and the improved signal A eq (i, j) corresponds to the input signal Y (i, j) and the signal before histogram equalization, Which is equal to the difference from the filtered signal.

이는, 서로 다른 두 샘플이 동일한 저역 필터링된 값을 갖는다면 이들 두 샘플의 차이는 본 발명의 입력단이나 출력단에서 일정하게 됨을 의미한다. 다시 말하면, 일정한 신호레벨을 갖는 영상영역에서 인접한 두 샘플이 가우시안 형태의 잡음에 의해 서로 다른 값을 가지고 있을 때 만일 이 두 샘플들의 저역 필터링된 값이 동일하다고 가정하면 이 두 샘플들의 차는 본 발명의 입력단 및 출력단에서 일정하게 유지됨을 나타내고, 이것은 본 발명이 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 콘트라스트 개선시 잡음이 향상되는 것을 억제함을 의미한다.This means that if the two different samples have the same low-pass filtered value, then the difference between these two samples is constant at the input or output of the present invention. In other words, if two adjacent samples in the image region having a constant signal level have different values due to the noise of the Gaussian form, and if the low-pass filtered values of the two samples are the same, This means that the present invention suppresses the noise from being improved when the contrast is improved by using the average-matched histogram equalization.

그리고 일정한 신호레벨을 가지고 있는 영상신호에 가우시안 형태의 잡음이 섞여 있을 때 저역 필터링을 하면 일정한 신호레벨을 추출할 수 있음은 잘 알려져 있는 사실이다.It is well known that low-pass filtering can extract a certain signal level when a Gaussian noise is mixed in an image signal having a constant signal level.

이제 상기 설명을 좀 더 자세히 설명하기 위하여, 입력샘플 Y(i,j)와 입력샘플 Y(i',j')가 동일한 저역 필터링된 값을 갖는다고 가정하자. 즉, A(i,j) = A(i',j')라고 가정하자. 따라서, Aeq(i,j) = Aeq(i',j')이다.Now, in order to explain the above description in more detail, it is assumed that the input samples Y (i, j) and the input samples Y (i ', j') have the same low-pass filtered value. Suppose that A (i, j) = A (i ', j'). Therefore, A eq (i, j) = A eq (i ', j').

Y(i,j)와 Y(i',j')에 대응되는 출력신호는 각각 다음과 같이 주어진다.The output signals corresponding to Y (i, j) and Y (i ', j') are given as follows, respectively.

[수학식 3]&Quot; (3) "

[수학식 4]&Quot; (4) "

A(i,j) = A(i',j')와 Aeq(i,j) = Aeq(i',j')를 이용하면Using A (i, j) = A (i ', j') and Aeq (i, j) = Aeq

[수학식 5]&Quot; (5) "

를 얻을 수 있다.Can be obtained.

위 수학식 5는 두 입력 샘플의 차가 본 발명의 입력단 및 출력단에서 일정함을 의미하고, 이는 본 발명이 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용하여 콘트라스트를 개선할 때 잡음이 향상되는 것을 억제함을 나타낸다.Equation (5) means that the difference between the two input samples is constant at the input and output stages of the present invention, which indicates that the present invention suppresses noise improvement when the contrast is improved using mean-matched histogram equalization.

다음은, 본 발명에서 사용되는 평균-매칭 히스토그램 등화 알고리즘에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the average-matching histogram equalization algorithm used in the present invention will be described.

저역 필터링된 입력 영상 {A(i,j)}은 L개의 이산(discrete) 그레이 레벨{X0,X1,...,XL-1}로 구성되고, 여기서, X0=0은 블랙레벨을 나타내고, XL-1=1은 화이트 레벨을 나타낸다. 또한, Xm은 저역 필터링된 입력 영상 {A(i,j)}의 평균레벨을 나타내고, Xm∈ {X0,X1,...,XL-1}이다.The low-pass filtered input image A (i, j) consists of L discrete gray levels {X 0 , X 1 , ..., X L-1 }, where X 0 = Level, and X L-1 = 1 indicates a white level. Also, X m represents the average level of the low-pass filtered input image {A (i, j)}, and X m ∈ {X 0 , X 1 , ..., X L-1 }.

확률 밀도 함수(probability density function:PDF)는 다음과 같이 정의된다.The probability density function (PDF) is defined as follows.

[수학식 6]&Quot; (6) "

, for k=0,1,...,L-1 , for k = 0, 1, ..., L-1

여기서, nk는 저역 필터링된 입력 영상 {A(i,j)}에서 그레이 레벨(Xk)이 나타나는 횟수를 나타내고, n은 저역 필터링된 입력 영상 {A(i,j)}의전체 샘플수를 나타낸다. 그때, 누적 밀도 함수(cumulative density function:CDF)는 다음과 같이 정의된다.Here, n k represents the number of times the gray level (X k ) appears in the low-pass filtered input image A (i, j) and n represents the total number of samples of the low-pass filtered input image A (i, j) . Then, the cumulative density function (CDF) is defined as follows.

[수학식 7]&Quot; (7) "

누적 밀도 함수를 근거로 해서, 전형적인 히스토그램 등화후의 출력 (Yt)은 저역 필터링된 신호 (A(i,j)=Xk)에 대해 다음과 같이 주어진다.Based on the cumulative density function, a typical output (Y t ) after histogram equalization is given for a low-pass filtered signal A (i, j) = X k as follows.

[수학식 8]&Quot; (8) "

이러한 전형적인 히스토그램 등화의 가장 큰 문제점은 변환함수로 사용되는 누적밀도함수에 따라 입출력 신호간의 평균밝기가 현저하게 변할 수 있다는 것이다.The biggest problem with this typical histogram equalization is that the average brightness between the input and output signals can be significantly changed depending on the cumulative density function used as the conversion function.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 평균-매칭 히스토그램 등화후의 출력 Aeq(i,j)은 누적밀도함수와 결합하여 저역 필터링된 입력 영상의 평균에 근거로 한 다음의 맵핑동작을 제안한다.In order to solve this problem, in the present invention, the output A eq (i, j) after the mean-matching histogram equalization is combined with the cumulative density function to propose the following mapping operation based on the low-pass filtered average of the input image.

[수학식 9]&Quot; (9) "

이것은 평균(Xm)이하인 입력 샘플은 변환함수에 의해 X0에서 Xm까지의 그레이레벨로 맵핑되고, 평균(Xm)이상인 입력 샘플은 변환함수에 의해 Xm에서 XL-1까지의 그레이레벨로 맵핑된다. 위 수학식 9에서 Xm은 다시 Xm으로 맵핑됨을 알 수 있다.This means that the input samples that are below average (X m ) (X m ) to a gray level from X 0 to X m , and an input sample having an average (X m ) To < RTI ID = 0.0 > X L-1 < / RTI > In the above equation (9), X m is mapped again to X m .

따라서, 저역 필터링된 입력 영상을 계산된 누적밀도함수에 따라 히스토그램 등화할 때, 저역 필터링된 입력 영상의 평균신호가 그 자신에게 다시 맵핑되도록 누적밀도함수에 근거한 변환함수를 수학식 9와 같이 조정함으로써 주어진 영상의 평균밝기가 히스토그램 등화시 많은 변화가 생기지 않도록 하는 방법을 본 발명에서는 평균-매칭 히스토그램 등화라고 칭한다.Accordingly, when the low-pass filtered input image is histogram equalized according to the calculated cumulative density function, the transform function based on the cumulative density function is adjusted such that the mean signal of the low-pass filtered input image is remapped to itself by Equation (9) A method of preventing a large change in the average brightness of a given image during histogram equalization is referred to as average-matching histogram equalization in the present invention.

이어서, 도 1 및 도 2를 결부시켜 본 발명에 의한 저역 필터링된 신호의 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선회로의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Next, a preferred embodiment of an image quality improvement circuit using average-matching histogram equalization of low-pass filtered signals according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 1은 본 발명에 의한 저역 필터링된 신호의 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선회로의 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram of an image quality improvement circuit using an average-matching histogram equalization of a low-pass filtered signal according to the present invention.

도 1에 있어서, 저역통과필터(100)는 입력 신호(Y(i,j))를 저역 필터링해서 저역 필터링된 신호(A(i,j)=Xk)를 출력한다.1, the low-pass filter 100 low-pass filters the input signal Y (i, j) to output a low-pass filtered signal A (i, j) = X k .

평균-매칭 히스토그램 등화기(200)는 저역통과필터(100)에서 출력되는 저역 필터링된 신호(A(i,j))를 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용하여 저역 필터링된 신호의 콘트라스트를 개선해서 개선된 신호(Aeq(i,j))를 출력한다.The mean-matched histogram equalizer 200 improves the contrast of the low-pass filtered signal using an average-matching histogram equalization of the low-pass filtered signal A (i, j) output from the low pass filter 100 And outputs a signal A eq (i, j).

감산기(300)는 입력 신호(Y(i,j))에서 저역통과필터(100)에서 출력되는 저역 필터링된 신호(A(i,j))를 감산한다.The subtractor 300 subtracts the low-pass filtered signal A (i, j) output from the low-pass filter 100 from the input signal Y (i, j).

가산기(400)는 평균-매칭 히스토그램 등화기(200)에서 출력되는 개선된 신호(Aeq(i,j))와 감산기(300)의 출력을 가산해서 최종 출력신호(YH(i,j))를 출력한다. 이 출력신호(YH(i,j))는 위 수학식 1로 나타내어진다.The adder 400 adds the output of the subtracter 300 and the improved signal A eq (i, j) output from the averaging-histogram equalizer 200 and outputs the final output signal Y H (i, j) ). This output signal Y H (i, j) is expressed by the above-mentioned equation (1).

도 2는 도 1에 도시된 회로의 상세 회로도로서, 평균-매칭 히스토그램 등화기(200)를 중심으로 설명하기로 한다.FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the circuit shown in FIG. 1, and will be described focusing on an average-matching histogram equalizer 200. FIG.

도 2에 있어서, 프레임 히스토그램 계산기(202)는 저역통과필터(100)로부터 출력되는 저역 필터링된 신호(A(i,j)=Xk)를 화면단위로 입력하여 그레이 레벨 분포도를 계산하고, 계산된 그레이 레벨 분포도를 근거로하여 위 수학식 6으로 표현되는 확률밀도함수(p(Xk))를 계산한다. 화면 단위는 필드도 될 수 있으나 여기서는 프레임으로 한다.2, the frame histogram calculator 202 calculates a gray-level distribution diagram by inputting the low-pass filtered signal A (i, j) = X k output from the low-pass filter 100 on a screen basis, (P (X k )) expressed by the above equation (6) on the basis of the gray-level distribution obtained as described above. The screen unit may be a field, but here it is a frame.

CDF 계산기(204)는 프레임 히스토그램 계산기(202)에서 계산된 1프레임의 확률밀도함수(p(Xk))를 근거로 하여 위 수학식 7을 이용하여 누적밀도함수(c(Xk))를 계산한다.The CDF calculator 204 calculates the cumulative density function c ( Xk ) by using the above equation (7) based on the probability density function p ( Xk ) of one frame calculated by the frame histogram calculator 202 .

프레임 평균 계산기(206)에서는 1프레임의 저역 필터링된 신호의 평균레벨(Xm)을 계산한다. 이때, 프레임 평균 계산기(206)는 동기신호(SYNC)에 따라 계산된 평균레벨(Xm)을 CDF 메모리(208), 제1 및 제2 맵퍼(210,212)에 출력한다.The frame average calculator 206 calculates the average level (X m ) of the low-pass filtered signal of one frame. At this time, the frame average calculator 206 outputs the average level (X m ) calculated according to the synchronization signal SYNC to the CDF memory 208 and the first and second mapper 210 and 212.

CDF 메모리(208)는 CDF 계산기(204)에서 계산된 누적밀도함수(c(Xk))를 동기신호(SYNC)에 따라 프레임단위로 갱신하고, 갱신되는 동안 저장된 한 프레임전의 누적밀도함수중에서 저역 필터링된 신호(Xk)에 대응되는 누적밀도함수값(c(Xk))과 프레임 평균 계산기(206)에서 출력되는 평균레벨(Xm)에 대한 평균 누적밀도함수값(c(Xm))을 출력한다.The CDF memory 208 updates the cumulative density function c (X k ) calculated by the CDF calculator 204 on a frame-by-frame basis in accordance with the synchronization signal SYNC, cumulative density function values corresponding to the filtered signal (X k) (c (X k)) and the average cumulative density function value (c (X m) to the mean level (X m) output by the frame mean calculator 206, ).

제1 맵퍼(210)는 CDF 메모리(208)로부터 출력되는 저역 필터링된 신호(Xk)에 대응되는 누적밀도함수값(c(Xk))과 평균레벨에 대한 누적밀도함수값(c(Xm)), 프레임 평균 계산기(206)로부터 출력되는 평균레벨(Xm) 및 저역통과필터(100)로부터 출력되는 저역 필터링된 신호(Xk)를 입력하여 평균레벨(Xm)이하인 저역 필터링된 신호(Xk)를 위 수학식 9를 이용하여 X0에서 Xm까지의 그레이 레벨로 맵핑한다.The first mapper 210 receives the cumulative density function value c (X k ) corresponding to the low-pass filtered signal X k output from the CDF memory 208 and the cumulative density function value c (X m)), the average level output from frame mean calculator (206) (X m) and a low pass to enter the low-pass filtered signal (X k) output from the filter 100 with less than the average level (X m) low-pass filtering The signal X k is mapped to the gray level from X 0 to X m using Equation (9) above.

제2 맵퍼(212)는 CDF 메모리(208)로부터 출력되는 저역 필터링된 신호(Xk)에 대응되는 누적밀도함수값(c(Xk))과 평균레벨(Xm)에 대한 누적밀도함수값(c(Xm)), 프레임 평균 계산기(206)로부터 출력되는 평균레벨(Xm) 및 저역통과필터(100)로부터 저역 필터링된 신호(Xk)를 입력하여 위 식(9)를 이용하여 평균레벨(Xm)이상인 저역 필터링된 신호(Xk)를 Xm에서 XL-1까지의 그레이 레벨로 맵핑한다.The second mapper 212 cumulative density function value of the CDF memory cumulative density function value (c (X k)) and the mean level (X m) corresponding to the low-pass filtered signal (X k) output from the 208 (c (X m)) by entering the frame mean calculator average level output from the (206) (X m) and a low pass filter low pass filtering the signal (X k) from 100 using the above formula (9) And maps the low-pass filtered signal (X k ) above the mean level (X m ) to a gray level from X m to X L-1 .

이때, 제1 및 제2 맵퍼(210,212)에 입력되는 저역 필터링된 신호(Xk)는 CDF 메모리(208)로부터 출력되는 누적밀도함수값에 비해서 다음 프레임의 신호이다.The low-pass filtered signal X k input to the first and second mapper 210 and 212 is a signal of the next frame as compared with the cumulative density function value output from the CDF memory 208.

따라서, CDF 메모리(208)로부터 출력되는 누적밀도함수값과 동일 프레임의 저역 필터링된 신호를 제1 및 제2 맵퍼(210,212)에 입력시키기 위하여 저역통과필터(100)로부터 출력되는 저역 필터링된 신호를 1프레임 지연하는 프레임메모리가 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 인접프레임간에는 높은 상관성을 가진다는 특성을 이용하여 프레임 메모리를 생략함으로써 하드웨어를 감소시킬 수 있다.Accordingly, a low-pass filtered signal output from the low-pass filter 100 for inputting the low-pass filtered signal of the same frame as the cumulative density function value output from the CDF memory 208 to the first and second mapper 210, A frame memory for delaying one frame may be constituted. However, in the present invention, it is possible to reduce the hardware by omitting the frame memory using the property of having high correlation between adjacent frames.

비교기(214)는 저역 필터링된 신호(Xk)와 프레임 평균 계산기(206)에서 출력되는 평균레벨(Xm)을 비교하여 선택제어신호를 발생한다.The comparator 214 compares the low-pass filtered signal X k with the average level X m output from the frame averager 206 to generate a selection control signal.

선택기(216)는 선택제어신호에 따라 저역 필터링된 신호(Xk)가 평균레벨(Xm)이하이면 제1 맵퍼(210)를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 맵퍼(212)를 선택한다. 여기서, 프레임 히스토그램 계산기(202) 내지 선택기(216)는 평균-매칭 히스토그램 등화기(200)라고 지칭된다.The selector 216 selects the first mapper 210 if the low-pass filtered signal X k is lower than the average level X m according to the selection control signal, and selects the second mapper 212 otherwise. Here, the frame histogram calculator 202 to the selector 216 are referred to as an average-matching histogram equalizer 200.

또한, 프레임 히스토그램 계산기(202)와 CDF 계산기(204)를 별도로 사용하지 않고, 저역 필터링된 신호(Xk)에 대해 1화면단위로 그레이 레벨 분포도를 계산하여 이를 근거로 하여 CDF를 계산하는 하나의 블록으로 구성될 수 있다.It is also possible to use a frame histogram calculator 202 and a CDF calculator 204 separately to calculate a gray level distribution diagram for each low-pass filtered signal X k in units of one screen, Block.

또한, 본 발명은 영상신호의 화질 개선에 관련된 광범위한 분야에 응용될 수 있다. 즉, 방송 기기, 레이더 신호 처리 시스템, 의용 공학, 가전 제품등에 응용될 수 있다.In addition, the present invention can be applied to a wide range of fields related to image quality improvement of a video signal. That is, it can be applied to broadcasting equipment, radar signal processing system, medical engineering, household appliances, and the like.

상술한 바와 같이, 본 발명은 입력신호를 저역 필터링하고, 저역 필터링된 신호의 누적밀도함수에 따라 히스토그램 등화할 때 저역 필터링된 신호의 평균 그레이 레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 변환함수를 조정함으로써 콘트라스트를 개선함과 동시에 콘트라스트 개선시 잡음이 향상되는 것을 억제시켜 화질을 개선하는 효과가 있다.As described above, the present invention adjusts the contrast by adjusting the conversion function so that the average gray level of the low-pass filtered signal is mapped to itself when the input signal is low-pass filtered and histogram equalized according to the cumulative density function of the low- It is possible to improve the image quality by suppressing the improvement of the noise when the contrast is improved.

Claims (11)

소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화를 이용하여 화질을 개선하는 방법에 있어서:A method for improving image quality using a histogram equalization of a video signal represented by a predetermined number of gray levels, the method comprising: (a) 입력 영상신호를 저역 필터링해서 저역 필터링된 신호를 출력하는 단계;(a) low-pass filtering an input video signal to output a low-pass filtered signal; (b) 상기 저역 필터링된 신호의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화하되 상기 저역 필터링된 신호의 평균레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 상기 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하는 단계;(b) outputting an improved signal by histogram equalization using the cumulative density function of the low-pass filtered signal as a transform function and adjusting the transform function such that the mean level of the low-pass filtered signal is mapped to itself; (c) 상기 입력 영상신호로부터 상기 저역 필터링된 신호와의 차를 구하는 단계; 및(c) obtaining a difference between the input image signal and the low-pass filtered signal; And (d) 구해진 차값을 상기 개선된 신호에 가산해서 출력신호를 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선방법.(d) adding the difference value to the improved signal to output an output signal. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계는2. The method of claim 1, wherein step (b) (b1) 상기 저역 필터링된 신호를 화면단위로 입력하여 누적밀도함수를 구하는 단계;(b1) obtaining the cumulative density function by inputting the low-pass filtered signal on a screen basis; (b2) 상기 저역 필터링된 신호를 화면단위로 입력하여 평균레벨을 계산하는 단계; 및(b2) calculating the average level by inputting the low-pass filtered signal on a screen basis; And (b3) 구해진 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 상기 저역 필터링된 신호의 레벨을 변환시키되 상기 구해진 평균레벨이 그대로 평균레벨로 맵핑되도록 상기 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선방법.(b3) converting the level of the low-pass filtered signal using the obtained cumulative density function as a conversion function, and outputting the improved signal by adjusting the conversion function so that the obtained average level is mapped to an average level as it is And the image quality improvement method. 제1항에 있어서, 상기 저역 필터링된 신호를 화면단위로 지연해서 지연된 신호를 상기 (b3)단계로 출력하는 단계(b31)를 더 포함함을 특징으로 하는 화질 개선방법.The method of claim 1, further comprising: (b31) outputting the delayed signal delayed by the unit of the low-pass filtered signal to the step (b3). 제2항에 있어서, 상기 출력신호와 상기 개선된 신호와의 차는 상기 입력 영상신호와 상기 저역 필터링된 신호와의 차와 같음을 특징으로 하는 화질 개선방법.3. The method of claim 2, wherein a difference between the output signal and the improved signal is equal to a difference between the input video signal and the low-pass filtered signal. 소정수의 그레이 레벨로 표현되는 영상신호를 히스토그램 등화를 이용하여 화질을 개선하는 회로에 있어서:1. A circuit for improving image quality using a histogram equalization of a video signal represented by a predetermined number of gray levels, the circuit comprising: 입력되는 영상신호를 저역 필터링해서 저역 필터링된 신호를 출력하는 저역 필터링수단;A low-pass filtering means for low-pass filtering an input video signal to output a low-pass filtered signal; 상기 저역 필터링된 신호의 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 히스토그램 등화하되 상기 저역 필터링된 신호의 평균레벨이 그 자신에게 맵핑되도록 상기 변환함수를 조정하여 개선된 신호를 출력하는 평균-매칭 히스토그램 등화수단;An average-matching histogram equalizing means for equalizing the cumulative density function of the low-pass filtered signal as a transform function and adjusting the transform function so that an average level of the low-pass filtered signal is mapped to itself, ; 상기 입력되는 영상신호에서 저역 필터링된 신호와의 차를 검출하는 검출수단; 및A detecting means for detecting a difference between the input video signal and a low-pass filtered signal; And 검출된 차값과 상기 개선된 신호를 가산하여 출력신호를 출력하는 가산수단을 포함함을 특징으로 하는 화질 개선회로.And adding means for adding the detected difference value and the improved signal to output an output signal. 제5항에 있어서, 상기 평균-매칭 히스토그램 등화수단은6. The apparatus of claim 5, wherein the mean-matching histogram equalizer 상기 저역 필터링된 신호를 화면단위로 입력하여 평균레벨을 계산하는 제1 계산수단;First calculation means for calculating an average level by inputting the low-pass filtered signal on a screen basis; 상기 저역 필터링된 신호를 화면단위로 입력하여 그레이 레벨 분포도를 계산해서 계산된 그레이 레벨 분포도를 근거로 하여 화면단위의 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값을 계산하는 제2 계산수단; 및A second calculation means for calculating a cumulative density function value of the screen unit and an accumulated density function value of the average level based on the calculated gray level distribution diagram by calculating the gray level distribution diagram by inputting the low- ; And 상기 저역 필터링된 신호에 대응한 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 상기 저역 필터링된 신호의 그레이 레벨을 변환시키되, 상기 평균레벨이 그대로 평균레벨로 맵핑하여 개선된 신호를 출력하는 출력수단을 포함함을 특징으로 하는 화질 개선회로.The gray level of the low-pass filtered signal is converted according to the cumulative density function value corresponding to the low-pass filtered signal and the cumulative density function value for the mean level, and the average level is mapped to an average level as it is, And outputting means for outputting the image. 제6항에 있어서, 상기 제2 계산수단에서 계산된 누적밀도함수값과 동일 프레임의 신호를 상기 출력수단에 입력시키기 위하여 상기 저역 필터링된 신호를 한 화면단위로 지연하는 화면 메모리를 더 포함함을 특징으로 하는 화질 개선회로.7. The apparatus of claim 6, further comprising a screen memory for delaying the low-pass filtered signal by one screen unit so as to input a signal of the same frame as the cumulative density function value calculated by the second calculation unit to the output means It is a picture quality improvement society which features. 제7항에 있어서, 상기 화면단위는 프레임단위임을 특징으로 하는 화질 개선회로.[8] The picture quality improvement method of claim 7, wherein the picture unit is a frame unit. 제6항에 있어서, 상기 제2 계산수단에서 계산된 상기 누적밀도함수값을 화면단위로 갱신하고, 갱신되는 동안 저장된 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값을 상기 출력수단에 출력하는 버퍼를 더 포함함을 특징으로 하는 화질 개선회로.7. The method of claim 6, further comprising: updating the cumulative density function value calculated by the second calculation unit on a screen basis, and outputting the cumulative density function value stored during the update and the cumulative density function value of the average level to the output means And a buffer for storing the image data. 제6항에 있어서, 상기 출력수단은7. The apparatus according to claim 6, wherein the output means 구해진 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 상기 변환함수를 조정하여 상기 제1 계산수단에서 계산된 평균레벨은 그대로 평균레벨로 맵핑하고, 평균레벨이하의 저역 필터링된 신호는 이에 대응하는 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 제1 범위의 그레이 레벨로 맵핑하는 제1 맵퍼;The accumulated density function is used as a conversion function to adjust the conversion function so that the average level calculated by the first calculation means is mapped to an average level as it is, and the low-band filtered signal below the average level has a cumulative density function value And a first range of gray levels according to an accumulated density function value for the average level; 상기 제1 계산수단에서 계산된 평균레벨보다 큰 저역 필터링된 신호는 이에 대응하는 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 제2 범위의 그레이 레벨로 맵핑하는 제2 맵퍼;A second mapper for mapping the low-pass filtered signal, which is greater than the average level calculated by the first calculation means, to a gray level of the second range according to the cumulative density function value corresponding thereto and the cumulative density function value for the average level; 상기 저역 필터링된 신호와 상기 평균레벨을 비교해서 선택제어신호를 발생하는 비교기; 및A comparator for comparing the low-pass filtered signal with the average level to generate a selection control signal; And 상기 선택제어신호에 따라 상기 저역 필터링된 신호가 상기 평균레벨이하이면 제1 맵퍼를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 맵퍼를 선택하는 선택기를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선회로.And a selector for selecting a first mapper if the low-pass filtered signal is below the average level according to the selection control signal, and if not, selecting a second mapper. 제7항에 있어서, 상기 출력수단은8. The apparatus according to claim 7, wherein the output means 구해진 누적밀도함수를 변환함수로 사용하여 상기 변환함수를 조정하여 상기 제1 계산수단에서 계산된 평균레벨은 그대로 평균레벨로 맵핑하고, 상기 화면메모리로부터 출력되는 평균레벨 이하인 저역 필터링된 신호는 이에 대응하는 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 제1 범위의 그레이 레벨로 맵핑하는 제1 맵퍼;The accumulated density function is used as a conversion function to adjust the conversion function so that the average level calculated by the first calculation means is mapped to an average level as it is and the low-frequency filtered signal, which is lower than the average level output from the picture memory, A first mapper for mapping a cumulative density function value to a first range of gray levels according to an accumulated density function value for the average level; 상기 화면메모리로부터 출력되는 평균레벨보다 큰 저역 필터링된 신호는 이에 대응하는 누적밀도함수값과 상기 평균레벨에 대한 누적밀도함수값에 따라 제2 범위의 그레이 레벨로 맵핑하는 제2 맵퍼;A second mapper for mapping the low-pass filtered signal, which is greater than the average level output from the screen memory, to a second range of gray levels according to a cumulative density function value corresponding thereto and an accumulated density function value for the average level; 상기 화면메모리로부터 출력되는 저역 필터링된 신호와 상기 평균레벨을 비교해서 선택제어신호를 발생하는 비교기; 및A comparator for comparing the low-pass filtered signal output from the screen memory with the average level to generate a selection control signal; And 상기 선택제어신호에 따라 상기 화면메모리로부터 출력되는 저역 필터링된 신호가 상기 평균레벨이하이면 제1 맵퍼를 선택하고, 그렇지 않으면 제2 맵퍼를 선택하는 선택기를 포함함을 특징으로 하는 화질 개선회로.And a selector for selecting a first mapper if the low-pass filtered signal output from the screen memory is below the average level according to the selection control signal, and if not, selecting a second mapper.
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