KR20030070845A

KR20030070845A - 디지털 화상의 콘트라스트 강조

Info

Publication number: KR20030070845A
Application number: KR10-2003-0011701A
Authority: KR
Inventors: 레이치춘; 사르토르삐에르조르지오; 옐신 이네스쿠; 피터 바그너
Original assignee: 소니 인터내셔널(유로파) 게엠베하
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2003-09-02
Also published as: JP4339611B2; EP1345172A1; US7102697B2; JP2003281527A; US20030161549A1

Abstract

히스토그램 등화량이 원본들로부터 측정될 수 있는 원본 화상 콘트라스트들에 자동으로 적응될 수 있게 하는 적응성 히스토그램 등화 방법(adaptive histogram equalization method)이 기술된다. 히스토그램의 공간적 주파수 응답을 제한함으로써 콘트라스트의 과도한 강조(over-enhancement)가 회피된다. 또한, 히스토그램 등화에서 겪게되는 밝기 변화 문제를 해결하기 위한 방법이 설명된다.

Description

디지털 화상의 콘트라스트 강조{Contrast Enhancement for Digital Images}

본 발명은 디지털 화상들의 콘트라스트를 강조하는 방법에 관한 것으로, 특히, TV 화상 콘트라스트 강조에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 디지털 화상들의 콘트라스트를 향상시키기 위한 콘트라스트 강조 유니트에 관한 것이다.

그 단순성 및 효율성으로 인하여, 히스토그램 등화는 디지털 화상들의 콘트라스트를 향상시키기 위해 널리 사용되는 방법이다. 히스토그램 등화는 두 개의 부류들, 즉, 광역적 접근법 및 국부적 접근법으로 분류될 수 있다. 계산 부하에 관련하여, 광역적 히스토그램 등화를 적용하는 것을 선호하며, 여기서는 특히 TV 화상 콘트라스트 강조를 위하여 광역적 히스토그램 등화만을 설명한다.

히스토그램 등화의 기초 원리는 최대의 화상 정보 인식을 위하여, 화상 휘도값 분포(히스토그램)가 전체 화상 강도 범위에 걸쳐 균일하여야 한다는 것이다. 히스토그램 등화 변환 곡선에 의한 화소 휘도값들의 맵핑을 통해, 변환된 화상의 화소 휘도값들은 전체 동적 범위에 걸쳐 가능한 균일하게 분포되게 된다. 상기 "히스토그램 등화 변환 곡선"은 이하, "HE 변환 곡선"이라 지칭된다.

HE 변환 곡선은 원본 화상의 히스토그램으로부터 얻어질 수 있다. 적절한 HE변환 곡선을 생성하기 위해, 누적 히스토그램(또한, 누적 분포 함수 : CDF라고도 지칭됨)이 히스토그램 값들을 누산함으로써 계산된다. 그 다음, 휘도 레벨들을 맵핑하기 위한 적절한 변환 함수가 얻도록 누적 히스토그램이 정규화된다.

그러나, 때때로 히스토그램 등화에 의한 화상 성격의 변경 정도가 많은 응용분야들에 대하여 부적합할 수 있다. 히스토그램 등화를 수행한 이후에, 화상 밝기가 너무 많이 변화되는 일이 발생할 수 있다. 예로서, 밤에 찍혀진 화상이 낮에 찍혀진 화상처럼 보인다. 또한, 예로서, 사람 얼굴 영역에서, 자연스런 인상이 손실되는 일이 발생할 수 있다.

유럽 특허 EP 383269 A2호, "영역적 적응성 이미징 기술들"에서는 히스토그램 필터링 방법이 제안되었으며, 이는 화상 잡음의 과강조(over-enhancement)를 회피하는 것을 목적으로 한다.

Y. -T. 킴(Y. -T. Kim)의 US 특허 5,857,033호, "정량화된 평균 분리 히스토그램 등화를 이용한 화상 강조 방법 및 그 회로"에서는, 화상 평균값에 따라 화상을 두 개의 서브 화상들로 분할함으로써 너무 큰 밝기(brightness) 변화의 문제점이 완화된다. 각 서브 화상은 독립적으로 히스토그램 등화 된다.

Y.-T. 킴의, US 특허 5,923,383호, "히스토그램 등화를 사용한 화상 강조 방법"에서는 밝기 변화 문제가 더욱 완화된다. 각 휘도값 발생들의 수가 히스토그램을 계산하는 과정에서 사전결정된 수를 초과하지 않도록 한정되는 것이 제안되어 있다. 그러나, 서로 다른 화상들에 대하여 이 수를 사전결정하는 방법에 대하여서는 해결되지 않은 상태로 남아있다. 게다가, 유럽 특허 EP 383269호에서 지적한 바와 같이, 이러한 종류의 제한은 강도 범위가 작은 화상들에 대해서는 콘트라스트 강조가 좋지 못하다.

히스토그램 등화에서 겪게되는 문제점은 코넬리우스 A. M. 재스퍼스(Cornelius A. M. Jaspers)의 US 특허 5,537,071호 "입력 신호를 진폭 세그먼트 신호들로 분할하고, 각 진폭 세그먼트 신호의 값에 기초하여 진폭 세그먼트 신호들을 비선형 처리하기 위한 회로 및 방법"에 기술된 접근법에 의해 보다 양호하게 해결될 수 있다. 이 접근법에 따라서, 히스토그램은 복수(예로서, 32)의 세그먼트들로 분할되고, 이들 세그먼트들의 히스토그램 엔트리들은 그 평균값만큼 감산된다. 그후, 이들 세그먼트들에 걸쳐 적분이 수행된다. 마지막으로, 인자에 의해 가중되고, 적분 결과 곡선이 화상 콘트라스트를 최종적으로 강조하기 위해 단위 직선(unity straight)과 혼합된다. 그러나, 성취되는 히스토그램 등화량은 매우 제한된다. 특히, 열등 콘트라스트 화상들에 대하여, 강조량은 양호한, 그리고, 화상 특성에 의해 허용되는 것으로부터 멀다.

유럽 특허 EP 1022679 A2호 "화상 처리 시스템"에서는 히스토그램이 복수의 클러스터들로 분할되고, 히스토그램 등화 또는 신장이 각 클러스터상에 수행되는 것이 제안되어 있다. 이 히스토그램 분할은 패턴 정합 기술, 개별 클러스터들로 분리되는 가우시안 및 균일 배분에 의해 실현된다. 그러나, 히스토그램 패턴들은 가우시안 및 균일 뿐만 아니라, 패턴의 다른 종류들도 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은 디지털 화상들의 콘트라스트를 강조하는 방법 및아티팩트들이 회피되고, 변형된 화상들이 보다 자연스러운 방식으로 히스토그램 등화를 수행하는 콘트라스트 강조 유니트를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 디지털 화상들의 콘트라스트를 강조하는 방법 및, 청구항 19에 따른 디지털 화상들의 콘트라스트를 향상시키기 위한 콘트라스트 강조 유니트에 의해 해결된다. 그 양호한 실시예들은 각각의 종속 하위 청구항들에 각각 정의되어 있다. 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램 제품은 청구항 30에 규정되어 있다.

본 발명의 방법은 디지털 화상들의 콘트라스트를 향상시키고, 그에 의해, 상기 디지털 화상들이 각 화소에 휘도 레벨이 할당되어 있는 복수의 화소들을 포함한다. 제 1 단계에서, 원본 화상의 휘도 레벨 분포를 나타내는 히스토그램이 결정된다. 다음에, 상기 원본 화상의 콘트라스트의 특징적 계량(Δ)이 결정된다. 그후, 콘트라스트를 향상시키기 위해서 원본 화상의 히스토그램이 등화되고, 그에 의해, 상기 특징적 계량(Δ)의 함수로서 히스토그램 등화량이 변화된다.

종래 기술의 해법들에서와 같이 전체 히스토그램 등화를 수행하는 것이 아니라, 본 발명의 해법은 부분적 히스토그램 등화를 허용한다. 히스토그램 등화의 양은 전무한 히스토그램 등화와 전체 히스토그램 등화 사이에서 변화할 수 있으며, 이는 전체 동적 범위에 걸쳐 가능한 균일하게 화소 휘도값들을 분배시킨다. 본 발명에 따라서, 히스토그램 등화량은 화상 콘트라스트에 자동으로 적응된다. 원본 화상의 히스토그램을 분석함으로써, 화상 콘트라스트의 특징적 계량(Δ)이 결정된다.

화상 콘트라스트가 높은 경우에, 히스토그램 등화는 불필요하고, 오프(off)상태로 전환될 수 있다. 저-콘트라스트 화상의 경우에, 히스토그램 등화는 온 상태로 전환되고, 전체 히스토그램 등화가 달성될 수 있다. 화상 콘트라스트가 그 사이에 존재하는 경우에, 적절한 양의 히스토그램 등화가 얻어진다.

이 해법의 한가지 장점은 양호한 품질의 원본들이 히스토그램 등화를 받지 않으며, 따라서, 그 품질이 열화되지 않는다는 것이다. 다른 장점은 콘트라스트 강조가 적절한 양에 한정되기 때문에, 부자연스러운 외관의 사람 얼굴들 같은 히스토그램 등화로 인한 아티팩트들이 회피될 수 있다는 것이다. 단지 필요한 만큼의 히스토그램 등화만이 수행된다. 따라서, 히스토그램 등화 이후 화상들의 전체 품질이 향상된다.

양호하게는, 수정된 휘도 레벨들을 얻기 위해서, 히스토그램은 HE 변환 곡선에 따라 원본 화상의 휘도 레벨들을 변환시킴으로써 등화된다. HE 변환 곡선은 원본 화상의 휘도 레벨들을 콘트라스트 강조 화상의 변경된 휘도 레벨들로 변환한다. HE 변환 함수는 휘도값 범위내의 각 초기 휘도값을 대응 목표 휘도값으로 맵핑하는 맵핑 곡선으로서 보여지게 된다. 목표 휘도값들은 개시 휘도값들이 대응 목표 휘도값들로 맵핑되고난 이후에, 화상의 콘트라스트 강조가 달성되는 방식으로 선택된다.

양호하게는, 상기 HE 변환 곡선은 히스토그램을 적분 및 스케일링함으로써 생성된다. 원본 화상의 휘도 레벨 분포인 원본 히스토그램의 값들을 누산함으로써, 누적 분포 함수(CDF; Cumulative Distribution Function)가 얻어진다. 상기 누적 분포 함수의 목표값 범위는 휘도값들의 범위에 아직 대응하지 않으며, 따라서, 누적 분포 함수는 스케일링되어야만 한다. 누적 분포 함수를 스케일링함으로써, 전체 히스토그램 등화를 실행하기에 적합한 HE 변환 곡선이 얻어진다.

양호하게는, 상기 특징적 계량(Δ)은 원본 화상의 평균 휘도 레벨과 사전규정된 콘트라스트 사이의 차이를 평가함으로써 얻어진다. 여기서, 큰 차이는 저-콘트라스트 화상을 나타낸다. 일반적으로, 열악한 콘트라스트는 부적합한 조명 상태들에 기인하며, 저-콘트라스트 화상들은 어둡거나 밝은 것 중 어느 한쪽이다. 이 때문에, 저-콘트라스트 화상들의 평균 휘도 레벨은 정상 화상들의 것 보다 작거나 크다. 상수, 예로서, 0 내지 255 범위의 휘도값들의 경우에 대하여서는 128과, 평균 휘도값간의 편차(deviation)은, 화상 콘트라스트의 특징적 계량(Δ)으로서 매우 적합하며 쉽게 계산될 수 있다.

본 발명의 다른 양호한 실시예에 따라서, 상기 특징적 계량(Δ)은 휘도 레벨 0으로부터 제 1 유효 히스토그램 피크까지의 가중 거리와, 최종 유효 히스토그램 피크로부터 최대 휘도 레벨까지의 가중 거리 사이의 차이를 계산함으로써 얻어지고, 여기서, 상기 가중 거리의 큰 차이는 저-콘트라스트 화상에 대응한다. 이 기준은 화상이 전체적으로 너무 어두운지 또는 너무 밝은지 여부를 검출할 수 있게 한다. 히스토그램 피크들이 중간 휘도 레벨 범위 이내에 존재하지 않는 경우에, 이 화상은 저-콘트라스트 화상로서 인지된다. 이 경우에, 더 높은 히스토그램 등화량이 적합하다.

양호하게는, 상기 특징적 계량(Δ)이 결정될 때, 유효 히스토그램 피크들 사이의 합산 빈공간(λ₁)이 고려된다. 여기서, 유효 히스토그램 피크들 사이의 대량의 빈공간(λ₁)은 고-콘트라스트 화상을 나타낸다. 화상의 소정의 화소에 할당되지 않은 모든 이들 휘도값들은 상기 빈공간의 일부이다. 히스토그램내의 빈공간은 화상의 서로 다른 특징부들을 구별하는 것을 돕는다. 따라서, 히스토그램 피크들 사이에 대량의 빈 히스토그램 공간을 갖는 화상은 콘트라스트가 농후한 것으로 나타나고, 따라서, 단지 비교적 작은 양의 히스토그램 등화가 필요하다. 이 부가적인 기준을 고려하는 것은 히스토그램 등화의 양을 작게 유지하는데 유용하다.

양호하게는, 상기 유효 히스토그램 피크들은 히스토그램 또는 HE 변환 곡선의 구배(gradient)가 사전규정된 임계값을 초과하는 경우를 검토함으로써 결정된다. 이 구배는 서로로부터 인접 히스토그램값들을 감산함으로써 쉽게 결정될 수 있다. 이들 감산들의 결과가 사전규정된 임계값을 초과하는 경우에, 히스토그램의 유효 피크가 검출된다.

양호하게는, 에지(edge) 화상은 원본 화상에 에지 검출 연산자를 적용하고, 상기 특징적 계량(Δ)의 결정시, 원본 화상의 콘트라스트와 상기 에지 화상의 콘트라스트 양자 모두를 고려함으로써 결정된다. 원본 화상 및 에지 화상 양자 모두에 대하여, 히스토그램들이 계산된다. 에지 화상의 경우에, 에지 위치들 주변 화소들만이 히스토그램을 구축하기 위해 사용된다. 따라서, 화상 에지들 같이 많은 정보를 포함하지 않는 배경 같은 균질 영역들내의 화소들은 에지 화상의 히스토그램에 크게 기여하지 않는다. 본 실시예에서, 특징적 계량(Δ)을 위해 두 개의 상이한 결과들이 얻어지며, 하나는 원본 화상을 위한 것이고, 하나는 에지 화상을 위한 것이다. 이 경우에, 히스토그램 등화량을 제어하기 위한 관련 특징적 계량(Δ)으로서, 보다 높은 콘트라스트에 대응하는 Δ의 값을 선택하는 것이 유리하다. 이렇게 함으로써, 화상의 큰 균질 영역들은 대량의 히스토그램 등화를 반드시 유발하지는 않게 된다.

양호하게는, 상기 히스토그램은 HE 변환 곡선이 생성되기 이전에, 저역 통과 필터링된다. 저역 통과 필터는 히스토그램의 고주파수 성분들을 제거한다. 단지 저역 통과 필터의 차단 주파수 이하의 주파수 성분들 및 특히 DC 성분만이 필터를 통과한다. 따라서, 히스토그램은 평활해지고, DC 성분과 저주파수 성분들은 강조되게 된다. 평활화된 히스토그램을 적분함으로써, HE 변환 곡선이 생성된다. 따라서, 히스토그램의 고주파수 등락에 의해 유발되는 HE 변환 곡선의 갑작스런 변화들이 회피된다. 다른 장점은 저역 통과 필터링이 히스토그램으로부터 잡음 교란들을 제거하며, 따라서, 역시 HE 변환 곡선이 더 이상 이들 잡음 교란들에 의해 왜곡되지 않을 것이다. 히스토그램의 주파수 스펙트럼을 차단 주파수 이하의 주파수 성분들로 제한함으로써, 콘트라스트의 과강조가 회피된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 상기 히스토그램 등화량은 상기 저역 통과 필터링 동작의 차단 주파수(f_g)를 이동시킴으로써 변화되고, 여기서, 보다 큰 차단 주파수(f_g)가 선택되면 될수록, 히스토그램 등화량도 커지게 된다.

먼저, 저역 통과 필터의 차단 주파수가 비교적 높은 주파수로 설정되는 경우를 고려하자. 이 경우에, 히스토그램의 다양한 주파수 성분들이 모두 필터를 통과한다. 고주파수 성분들은 많이 감쇠되지 않으며, 히스토그램은 별로 변화되지 않은 상태로 남는다. HE 변환 함수는 이 히스토그램을 적분 및 스케일링함으로써 얻어지고, 이는 그 고주파수 성분들을 여전히 포함하며, 따라서, 보다 거칠게 보인다. 얻어진 HE 변환 함수는 원본 화상의 휘도 레벨들에 현저한 영향을 미치는 힘을 가진다. 따라서, 높은 차단 주파수는 거의 전체 히스토그램 등화를 초래한다.

그 다음, 저역 통과 필터의 차단 주파수가 비교적 작은 값으로 설정되는 반대의 경우를 고려하자. 이 경우에, 주로 히스토그램의 DC 성분이 필터를 통과한다. DC 성분의 적분 및 스케일링은 단위 직선 변환 곡선(unity straight transformation curve)을 제공한다. 상기 단위 직선 변환 곡선이 HE 변환 함수로서 사용되게 되는 경우에, 원본 화상의 휘도 레벨들은 전혀 변화되지 않는다. 매우 낮은 차단 주파수의 경우에, 원본 화상은 별로 변화되지 않은 상태로 남아 있게 된다. 따라서, 히스토그램의 고주파수 성분들의 극심한 감쇠는 매우 소량의 히스토그램 등화를 초래한다.

상기 특징적 계량(Δ)이 고-콘트라스트 화상을 나타내는 경우에, 상기 차단 주파수(f_g)는 보다 낮은 주파수를 향해 이동되고, 히스토그램은 HE 변환 곡선이 생성되기 이전에 크게 감쇠된다. 상기 특징적 계량(Δ)이 저-콘트라스트 화상을 나타내는 경우에, 상기 차단 주파수(f_g)는 보다 높은 주파수를 향해 이동되고, HE 변환 곡선이 생성되기 이전에 히스토그램은 단지 미소하게 감쇠된다. 본 특허 출원에서,큰 Δ는 저-콘트라스트 화상을 나타낸다. 따라서, 원본 화상의 콘트라스트의 함수로서 히스토그램 등화량의 자동 제어를 실현하기 위해서, 차단 주파수(f_g)와 특징적 계량(Δ) 사이에 정비례를 성립하는 것으로 충분하다.

양호하게는, 상기 저역 통과 필터링 동작을 수행하기 위해서, 푸리에 변환, 바람직하게는 패스트 푸리에 변환이 수행되고, 상기 저역 통과 필터링 동작은 주파수 도메인에서 수행된다. 원본 히스토그램의 푸리에 변환을 수행함으로써, 히스토그램의 주파수 도메인의 푸리에 스펙트럼이 얻어진다. 이 푸리에 스펙트럼을 알게되자 마자, 차단 주파수(f_g) 위의 모든 주파수 성분들을 감쇠 또는 제거함으로써 저역 통과 필터링이 실행된다. 이 해법에 따라서, 필터 특성 및 특히 주파수 도메인의 차단 주파수(f_g)를 변화시키는 것이 가능하다. 대안적으로, 상기 저역 통과 필터링 동작을 수행하기 위하여, 예로서, 순방향 및 역방향 IIR 필터로 순방향 및 역방향 IIR 필터링 동작이 수행될 수 있다.

더욱 양호하게는, 상기 저역 통과 필터링 수단은 푸리에 변환된 저역 통과 필터 특성이 저장되어 있는 참조표를 포함한다. 특정 평활화 필터의 푸리에 변환의 결과가 이 참조표에 저장된다. 차단 주파수(f_g)를 증가시키기 위해서, 푸리에 변환 결과를 우측으로 이동시키기만 하면 된다. f_g를 감소시키기 위해서는 참조표내에 저장된 결과를 좌측으로 이동시킨다.

본 발명의 양호한 제 2 실시예에 따라서, 상기 히스토그램 등화량은 제 1 차단 주파수(f_g1)에 대응하는 저역 통과 필터링된 제 1 히스토그램과, 제 2 차단 주파수(f_g2)에 대응하는 저역 통과 필터링된 제 2 히스토그램 사이의 보간에 의해 변화될 수 있다. 여기서, 고정된 차단 주파수(f_g1, f_g2)를 사용하는 두 번의 저역 통과 필터링 동작이 수행되고, 상기 두 동작들을 병렬로 수행하는 것이 가능하다. 본 발명의 이 제 2 실시예에 따라서, 차단 주파수들의 이동을 허용하는 것이 불필요하다.

본 발명의 제 3 실시예에 따라서, 상기 히스토그램 등화량은 HE 변환 곡선과, 단위 직선 변환 곡선 사이의 차이를 이득 인자에 의해 스케일링함으로써 변화되고, 여기서, 보다 작은 이득 인자가 선택될수록, 히스토그램 등화량이 보다 낮아지게 된다. 본 발명의 본 실시예에 따라서, HE 변환 곡선은 직접적으로 수정된다. 주파수 도메인으로의 HE 변환 곡선의 또는 히스토그램의 푸리에 변환이 불필요하다. 이 방법은 계산적으로 단순하며, 그 이유는, HE 변환 곡선으로부터 단위 직선 변환을 감산하고, 이 감산의 결과를 스케일링하며, 이 스케일링된 곡선을 단위 직선 변환 함수에 가산하기만 하면 되기 때문이다. 이 단순한 해법은 0과 1 사이의 값들을 취할 수 있는 이득 인자에 의해 히스토그램 등화의 양을 연속적으로 변화시킬 수 있다.

밝기 변화 문제에 대한 양호한 제 1 해법에 따라서, 히스토그램 등화 이후 화상의 휘도 레벨들은 히스토그램 등화 이전 및 이후의 화상의 평균 휘도 레벨들의 비율에 의해 스케일링된다. 상기 평균 휘도 레벨들의 비율은 단지 전체 화상에 대하여 한번만 계산되어야 한다.

밝기 변화 문제에 대한 양호한 제 2 해법에 따라서, 히스토그램 등화 이후 화상의 휘도 레벨들은 히스토그램 등화 이전 및 이후 화상의 평균 휘도 레벨들의 차이 만큼 이동된다. 밝기 변화 문제에 대한 이 제 2 해법에 따라서, 휘도 레벨들을 적응시키기 위해 단지 가산 및 감산 연산들만이 사용되며, 이는 계산 부하를 현저히 감소시키는 것을 돕는다.

밝기 변화 문제에 대한 양호한 제 3 해법에 따라서, 화상의 휘도 레벨들은 히스토그램 피크들의 휘도 레벨 이동에 따라, 또는, 히스토그램 등화에 의해 유발된 선택된 기준점에 따라 히스토그램 등화 이후 보정되게 된다. 히스토그램의 유효 피크를 추적함으로써, 밝기 변화량이 쉽게 검출된다.

양호하게는, HE 변환 곡선은 휘도 레벨들의 특정 범위에 대하여, 상기 HE 변환 곡선이 단위 직선 변환 곡선으로 대체된다. 화상이 대부분의 어두운 영역과, 작은 부분의 밝은 영역을 포함하는 경우에, 광역적 히스토그램 등화법은 어두운 영역에서는 이런 종류의 화상의 콘트라스트를 향상시키지만, 밝은 영역에서는 디테일(detail)이 다소 소실되게 한다. 이 경우에, 어두운 영역의 콘트라스트만을 향상시키고, 밝은 영역의 휘도 레벨들은 불변 상태로 남겨두는 것이 적합하다. 이는 밝은 영역내에서 HE 히스토그램 곡선을 단위 직선 변환 곡선으로 교체함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 밝은 영역의 디테일의 손실이 회피될 수 있다. 유사한 처리 방법이 대부분의 밝은 영역과 작은 부분의 어두운 영역을 가지는 화상들에도 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 양호한 실시예들의 다른 특징들 및 장점들을 첨부 도면과 관련하여 후술한다.

도 1a는 히스토그램의 등화 이전의, 밤에 찍은 화상을 대응 히스토그램과 함께 도시하는 도면.

도 1b는 종래 기술에 따른 전체 히스토그램 등화가 수행된 이후의, 도 1a의 화상을 도시하는 도면.

도 2a는 히스토그램 등화 이전의, 사람 얼굴의 고-콘트라스트 화상을 대응 히스토그램과 함께 도시하는 도면.

도 2b는 종래 기술에 따른 전체 히스토그램 등화 이후의, 도 2a의 화상을 도시하는 도면.

도 3은 원본 히스토그램의 저역 통과 필터링을 수행함으로써 히스토그램 등화량이 변화될 수 있는 방식을 도시하는 도면.

도 4a는 원본 히스토그램을 적분함으로써 얻어진, 누적 분포 함수의 예를 도시하는 도면.

도 4b는 히스토그램을 부분적으로만 등화한 평활화된 HE 변환 곡선들의 몇몇 예들을 도시하는 도면.

도 5는 저역 통과 필터링 수단을 포함하는 본 발명에 따른 히스토그램 등화 유니트를 도시하는 도면.

도 6은 양호한 범위의 휘도 레벨들내에서 HE 변환 곡선이 단위 직선 변환 곡선(unity straight transformation curve)으로 교체되는 방식의 예를 도시하는 도면.

도 1a에는 밤에 찍은 화상이 그 대응 히스토그램과 함께 도시되어 있다. 유효 피크들은 휘도값(128) 미만의 그레이 레벨들의 영역내에 위치된다. 종래 기술에 따른 완전 히스토그램 등화를 상기 화상에 적용할 때, 변형된 화상이 얻어지며, 이는 도 1b에 도시되어 있다. 상기 변형된 화상에 대응하는 히스토그램으로부터, 이제 유효 피크들이 휘도값들의 전체 범위내에 분포된다는 것을 알 수 있다. 도 1b에 도시된 화상의 광학적 인상은 불량하다. 화상이 밤에 취했음에도 불구하고, 이는 낮에 찍혀진 화상인 것처럼 보인다.

도 2a에, 다른 화상이 그 대응 히스토그램과 함께 도시되어 있다. 종래 기술에 따른 전체 히스토그램 등화를 적용한 이후에, 도 2b에 주어진 화상이 얻어진다. 도 2b의 화상은 통상적으로 콘트라스트가 너무 많이 강조되었을 때 발생하는 전형적인 아티팩트들을 보여준다. 여인의 얼굴은 부자연스럽고, 그 이유는, 콘트라스트가 과장된 것으로 나타나기 때문이다. 여기서, 보다 적은 양의 히스토그램 등화는 보다 양호한 결과를 초래한다.

본 발명에 따라서, 히스토그램 등화량은 화상 콘트라스트에 자동으로 적응된다. 화상 콘트라스트가 높은 경우에, 히스토그램 등화는 불필요하고, 오프 상태로 전환될 수 있다. 화상 콘트라스트가 낮은 경우에, 히스토그램 등화는 온 상태로 전환되고, 전체 히스토그램 등화가 달성된다. 화상 콘트라스트가 그 사이에 놓여있는경우에, 적합한 양의 히스토그램 등화 효과가 얻어진다.

먼저, 원본 화상의 콘트라스트가 분석되어야 한다. 저-콘트라스트 화상들에 대하여, 주요 히스토그램 피크들은 저 휘도값들 또는 고 휘도값들 측에 배치되는 경향을 갖는다. 이는 열등 콘트라스트 화상들을 초래하는 부적합한 조명 상태가 너무 어둡거나 너무 밝다는 사실에 기인한다. 히스토그램 피크들이 중간 휘도값 범위에 놓여질 때, 화상은 일반적으로 열등 콘트라스트 화상로서 관찰되지 않는다. 또한, 화상들은 히스토그램 피크들 사이에 빈공간들(즉, 어떠한 화소들도 이들 휘도값들을 점유하지 않는다)이 존재할 때, 콘트라스트-농후를 나타낸다. 사실상, 히스토그램 등화 효과는 이러한 관점을 지원하는데, 이는 히스토그램 등화도 역시 화상 콘트라스트를 증가시키기 위해 빈 히스토그램 공간들을 유발하기 때문이다.

화상 콘트라스트의 특징적 계량(Δ)을 결정하기 위한 제 1 방법에 따라서, 특징적 계량(Δ)은 하기와 같이 계산된다.

λ₀및 λ₂는 각각 휘도 레벨 0으로부터 제 1 유효 히스토그램 피크까지의 거리 및 휘도 레벨 255로부터 최종 유효 히스토그램 피크까지의 거리를 나타내고, λ₁은 유효 히스토그램 피크들 사이의 빈 히스토그램 공간들의 합을 나타낸다. k₀, k₁및 k₂는 세 개의 사전규정된 인자들이다. 이들은 예로서, 1로서 선택될 수 있으며,따라서 :

실제로, Δ는 하한 및 상한에 대하여 잘려져야만 한다.

예로서, 대부분의 화소들이 단지 보다 낮은 휘도값 범위들만을 점유하는 경우에, 이때, λ₂는 λ₀보다 커지며, max(λ₀, λ₂)는 λ₂의 값을 취하게 되고, min(λ₀, λ₂)는 λ₀의 값을 취하게 된다. min(λ₀, λ₂)의 감산은 대부분의 화소들이 중간 휘도값 범위에 존재하는 경우를 처리하는 것을 목적으로 한다. 결과적으로, 수학식 1 또는 2의 Δ는 적절한 조명 상태에 대하여 보다 작은 값을 취하게 된다. λ₁의 감산은 빈 히스토그램 공간들을 고려한다. λ₁≠0이면, Δ는 보다 작아지게 되고, 그래서, 히스토그램 등화량이 감소된다. λ₁이외에, 히스토그램 등화량은 k₁에 크게 의존한다. k₁이 커질수록, 히스토그램 등화량이 보다 작아지게 된다.

유효 히스토그램 피크들의 위치는 HE 히스토그램 곡선의 구배를 분석함으로써 얻어질 수 있다. 정수형 HE 변환 곡선의 구배가 2 미만인 경우에, 상기 곡선은 원본 휘도값의 변화에 더 이상 기여하지 않는다. 따라서, 유효 피크들은 구배가 2 미만이 아닌 위치에서 검출된다. 대응적으로, 히스토그램으로부터 유사한 기준을 얻을 수도 있다.

다음에, 화상 콘트라스트의 특징적 계량(Δ)을 결정하는 제 2 방법을 설명한다. 저-콘트라스트 화상에 대하여, 화상의 평균 휘도값은 정상 화상들의 것 보다 크거나 작다. 상수, 예로서, 8 비트 양자화 화상에 대하여 128과 화상 평균값간의 편차는, 화상 콘트라스트의 특징적 계량으로서 사용될 수 있으며, 상기 특징적 계량은 히스토그램 등화량을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

일반적으로, 히스토그램은 원본 화상로부터 구축된다. 그러나, 문헌 "에지 화소들의 강도들에 기초한 화상 콘트라스트 강조(CVGIP : Graphical Models and Image Processing, 54권, 6호, 1992년 11월, 497-506쪽)"에서 J. -G. 류(J. -G. Leu)는 널리 공지된 에지 검출 연산자에 의해 원본 화상로부터 검출될 수 있는 에지 화상로부터 히스토그램이 계산되는 것이 잡음 증폭을 감소시키고, 콘트라스트를 향상시키는 것에 관하여 유리하다는 것을 지적하였다. 단지 에지 위치들 주변의 화소들만이 히스토그램을 구축하기 위해 사용된다. 따라서, 화상 에지들 만큼 많은 정보를 포함하지 않는 배경 같은 균질 영역들내의 화소들은 더 이상 히스토그램을 주도하지 못한다. 히스토그램 엔트리들은 화상 구조들에 대응한다. 따라서, 이는 히스토그램 등화에 의해 유발되는 정보 손실을 방지하는데 유용하다. 게다가, 단지 화상 중앙 영역내의 에지들만이 히스토그램을 결정하기 위해 사용되고, 그래서, PALplus TV 신호들의 블랙 바아들(black bars) 같은 일부 내용들이 히스토그램에 영향을 미치는 것이 방지될 수 있다.

화상 콘트라스트는 원본들의 CDF 또는 히스토그램으로부터 측정될 수 있다. 화상 콘트라스트를 신뢰성있게 측정하기 위해서, 히스토그램들은 원본 화상 및 에지 화상 양자 모두로부터 계산된다. 원본 화상의 히스토그램 및 에지 화상의 히스토그램 양자 모두에 대하여, 화상 콘트라스트의 특징적 계량(Δ)이 계산된다. Δ에 대해 두 개의 서로 다른 결과들을 획득하는 경우에, 보다 작은 것이 히스토그램 등화량을 제어하기 위해 사용된다. 상기 두 개의 Δ값들 중 보다 작은 것을 선택하는 것은 화상 콘트라스트의 과강조를 회피하는 것을 돕는다.

화상 성격(nature)이 너무 많이 변화되는 것을 회피하기 위해, 히스토그램 등화량을 감소시켜야만 한다. 이는 주파수 도메인에서 히스토그램을 변경함으로써 실현될 수 있다.

히스토그램 등화량을 적응시키기 위한 본 발명의 방법이 도 3에 도시되어 있다. 원본 히스토그램(1)은 푸리에 변환(2), 바람직하게는, 패스트 푸리에 변환을 받고, 따라서, 원본 히스토그램(1)의 주파수 스펙트럼(3)이 얻어진다. 주파수 스펙트럼(3)은 DC 성분(4), 저주파수 성분들(5) 및 고주파수 성분들(6)을 포함한다. 저역 통과 필터의 주파수 특성(7)도 도 3에 도시되어 있다. 저역 통과 필터링은 차단 주파수(f_g) 이하의 주파수 성분들은 불변의 상태로 남겨두고, 차단 주파수(f_g) 위의 모든 주파수 성분들을 감쇠시킨다.

히스토그램 등화량은 차단 주파수(f_g)를 이동(8)시킴으로써 변화될 수 있다. 고주파수 성분들을 제한함으로써, 화상 콘트라스트 과강조가 방지될 수 있다. 보다 높은 주파수 성분들이 보다 강하게 감쇠될수록, 보다 작은 히스토그램 등화량이 유지된다. 단지 DC 성분만이 통과가 허용되는 경우에, 단위 직선을 얻게 된다. 따라서, 큰 차단 주파수(f_g)는 히스토그램의 미소 감쇠에, 그리고, 대량의 히스토그램등화에 대응한다. 낮은 차단 주파수는 큰 히스토그램 감쇠와, 소량의 히스토그램 등화에 대응한다.

저역 통과 필터링(9)의 결과로서, 주파수 스펙트럼(10)이 얻어진다. 단지 DC 성분(4)과 저주파수 성분들(5)만이 저역 통과 필터링(9)에서 잔류하게 된다. 역 푸리에 변환(11)을 수행함으로써, 필터링된 히스토그램(12)이 얻어진다. 원본 히스토그램(1)에 비해, 필터링된 히스토그램(12)은 평활하다. 저역 통과 필터링은 히스토그램 등화를 잡음 교란에 둔감하게 만든다.

대안적으로, 상기 저역 통과 필터링 동작은 순방향 및 역방향 IIR 필터에 의해 수행, 즉, 순방향 필터링 이후에, 필터링된 시퀀스가 그후 반전되어 필터를 다시 통과할 수 있다.

도 4a에, 특정 휘도 레벨 분포 또는 히스토그램을 위한 누적 분포 함수가 도시되어 있다. 이 누적 분포 함수를 스케일링함으로써, 전체 히스토그램 등화를 수행하기 위한 HE 변환 함수를 얻을 수 있다.

도 4b에, 부분적 히스토그램 등화를 수행하기 위한 세 개의 서로 다른 HE 변환 곡선들(13, 14, 15)이 도시되어 있으며, 이는 도 4a에 도시된 누적 분포 함수와 동일한 휘도 레벨 분포에 대응한다. 곡선(15)은 보다 낮은 차단 주파수를 사용한 저역 통과 필터링 동작에 의해 얻어질 수 있는 크게 감쇠된 히스토그램을 적분함으로써 얻어진다. 이 곡선(15)은 단위 직선 변환 곡선에 매우 근접하며, 따라서, 곡선(15)을 화상에 적용함으로써 얻어지는 히스토그램 등화량은 보다 낮다. HE 변환 곡선(15)은 고-콘트라스트 화상들에 매우 적합하다.

따라서, HE 변환 곡선(13)은 너무 많이 감쇠되지 않은 히스토그램을 적분함으로써 얻어질 수 있다. 이런 미소 감쇠는 높은 차단 주파수를 가지는 저역 통과 필터에 대응한다. HE 변환 곡선(13)을 화상에 적용함으로써, 휘도 레벨들의 분포는 현저히 변화되게 된다. 200의 휘도값이 거의 240의 보다 매우 밝은 휘도값을 향해 이동된다. 콘트라스트는 현저히 강조되고, 따라서, 이 HE 변환 곡선(13)은 저-콘트라스트 화상들에 매우 적합하다. 따라서, 곡선(13)은 대량의 히스토그램 등화에 대응한다.

도 5에서, 본 발명에 따른 콘트라스트 강조 유니트의 하드웨어 구현이 도시되어 있다. 입력 화상(16)를 위하여, 히스토그램(17)이 계산된다. 히스토그램(17)은 FFT 유니트(19)로 전달되고, 히스토그램(17)의 주파수 스펙트럼이 멀티플라이어(20)로 전달되며, 여기서, 참조표(21)에 저장된 저역 통과 필터 특징과 승산된다. 저역 통과 필터링된 주파수 스펙트럼은 IFFT 유니트(22)로 전달되고, 이는 평활화된 히스토그램을 생성한다. 평활화된 히스토그램은 적분 유니트(23)에서 적분되고, 따라서, 평활화된 누적 분포 함수(24)가 생성된다. 누적 분포 함수(24)를 스케일링 유니트(25)에서 정규화한 이후, HE 변환 곡선(26)이 얻어지며, 이는 입력 화상(16)의 재맵핑(27)을 위해 사용된다.

자동 히스토그램 평준화량 제어는 f_g를 Δ에 비례하게 함으로써, 또는 필터 오더를 Δ에 역비례하게 함으로써 실현될 수 있다. 즉, 상이한 화상 콘트라스트들에 대하여, f_g를 적응적으로 조절함으로써 히스토그램 등화량을 최적으로 얻을 수있다.

본 발명의 제 2 실시예에 따라서, 두 개의 상이한 차단 주파수들(f_g1, f_g2)로 두 번의 저역 통과 필터링 동작들을 수행함으로써, 두 개의 평활화된 히스토그램들을 얻을 수도 있다. 가장 강한 주파수 감쇠는 낮은 차단 주파수 및 고-콘트라스트 화상들에 대응하며, 최소 주파수 감쇠는 높은 차단 주파수(f_g) 및 저-콘트라스트 화상들에 대응한다. 측정된 화상 콘트라스트가 그 사이에 배치될 때, 히스토그램 등화량은 가장 강한 및 최소 주파수 감쇠 응답들로부터 보간된다.

본 발명의 제 3 실시예에 따라서, 원본 히스토그램을 평활화함으로써 얻어진 HE 변환 곡선으로부터 단위 직선 변환 곡선을 감산할 수 있다. 이 차이는 0으로부터 1까지의 범위의 이득 인자와 승산되고, 그후, 단위 직선 변환 곡선에 가산된다. 이 이득 인자가 변화되는 경우에, 서로 다른 HE 양들이 달성될 수 있다. 이 방식으로, HE양도 측정된 화상 콘트라스트에 적응될 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 히스토그램 등화에서 빈번히 겪게되는 문제점들 중 하나는 히스토그램 등화 처리 이전 및 이후의 현저한 화상 밝기 변화이다. 이하, 이 문제점을 해결하는 두가지 방법을 설명한다.

하기에, 밝기 변화 문제에 대한 양호한 제 1 해법을 설명한다. 먼저, 히스토그램 등화 이전 및 이후의 화상의 평균값들이 계산된다. 평균값들은 화상 화소 휘도값들을 합산함으로써 직접적으로, 또는, 히스토그램에 의해 간접적으로 계산될 수 있다. 후자의 평균 계산법은 계산 부하 감소의 측면에서 유리하다. 히스토그램등화 이전 및 이후의 화상들의 평균값들의 비율은 히스토그램 등화 결과 화상의 화소 휘도값들을 스케일링하기 위해 사용된다. 히스토그램 등화 결과 화상이 원본들 보다 큰 밝기를 가지는 경우에, 히스토그램 등화 결과 화상의 화소들 모두가 다운-스케일링되고, 그 이외의 경우에는 이들이 업-스케일링된다. 이 방식으로 히스토그램 등화 이전 및 이후의 화상 밝기가 거의 동일하게 남아있게 된다.

다음에, 밝기 변화 문제에 대한 양호한 제 2 해법이 설명된다. 히스토그램 등화 이전 및 이후의 화상들의 평균값들 사이의 비율을 계산하는 대신, 그 차이를 계산한다. 이는 시간 소모적 승산 및 제산 연산들의 횟수가 감소되기 때문에, 계산 부하를 추가로 감소시킬 수 있게 한다.

히스토그램 등화 결과 화상의 평균값이 원본들의 것 보다 큰 경우에, 히스토그램 등화 결과 화상의 화소들 모두가 이 차이만큼 감소된다. 그 이외의 경우에, 이들은 이 차이만큼 증가된다. 이 방식으로, 히스토그램 등화에 의해 유발되는 밝기 변화 문제를 해결하기 위해 단지 가산 또는 감산 연산만을 필요로하게 된다. 시뮬레이션 결과, 이 종류의 감산 또는 가산에 의해 유발되는 정보 손실을 전혀 관찰할 수 없었다. 이는 하기와 같이 설명될 수 있다. 먼저, 히스토그램 등화 이후 화상 밝기가 보다 커지는 경우를 설명한다. 이 경우는 원본들내의 화소들, 특히, 어두운 화소들의 휘도값들이 증폭되는 것에 대응한다. 따라서, 증폭된 화소들로부터의 옵셋값(offset value)을 제거하는 것이 화상 성격을 유지하는 것을 돕는다. 반대로, 화상 밝기가 히스토그램 등화 처리로 인해 감소되는 경우에, 이는 화소들, 특히, 밝은 화소들의 휘도값들이 감쇠되는 것을 의미한다. 화소들이 옵셋값 만큼가산되는 것이 바람직하다. 이 옵셋은 히스토그램 등화 이전 및 히스토그램 등화 이후의 화상들 사이의 평균 차이값을 취할 수 있다. 이 평균 차이값이 양의 분별 인자(positive fractional factor)에 의해 승산되는 경우에 보다 양호한 인상이 달성될 수 있으며, 그 이유는 경험적으로, 화상이 비교적 더 밝아지는 경우에, 일반적으로 양호하게 보이기 때문이다.

다음에, 밝기 변화 문제에 대한 제 3 해법을 설명한다. 화상 밝기 변화 문제는 히스토그램 피크들 또는 선택된 기준점들을 검사함으로써 해결될 수도 있다. 현저한 화상 밝기 변화는 일반적으로 히스토그램 피크들에 의해 유발된다. 히스토그램이 비교적 균일하게 분포되어 있는 경우에, 히스토그램 등화는 현저한 밝기 변화 문제를 유발하지 않는다. 따라서, 히스토그램 등화 이전 및 이후에, 히스토그램의 위치 이동 또는 선택된 기준점을 검출하고, 이 검출된 이동에 의해 히스토그램 등화 결과 화상의 화소 휘도값을 보정할 수 있다.

상술된 제 3 방법이 전체 화소들의 휘도값을 변화시키기 때문에, 이들은 화상 콘트라스트를 변화시키지 않는다.

이미 강조한 바와 같이, 히스토그램 등화는 열등 콘트라스트 화상들, 예로서, 어두운 영역들에서 "숨겨진" 디테일을 가지는 화상들에 대해 가장 잘 수행된다. 그러나, 화상은 어두운 및 밝은 영역들 양자 모두, 예로서, 대부분의 어두운 영역과 작은부분의 밝은 영역을 포함할 수 있다. 그 히스토그램을 검토하는 경우에, 주된 누적부들(또는, 피크들) 사이의 빈 공간들을 관찰할 수 있다. 비록, 광역적 히스토그램 등화법이 어두운 영역에서 이런 종류의 화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있지만, 밝은 영역의 디테일은 다소 소실되게 된다. 어두운 영역의 콘트라스트를 향상시키는 것을 목적으로 하기 때문에, 밝은 영역의 화소들은 불면의 상태로 남길 수 있다.

도 6에, 휘도 레벨 128로부터 휘도 레벨 255까지의 영역(29)에서 HE 변환 곡선(28)이 대응 단위 직선(30)으로 교체되는 방식을 도시한다. 결과적인 HE 변환 곡선은 화상의 휘도 레벨들을 변환시키기 위해 사용되기 이전에 평활화될 수 있다.

대부분의 밝은 영역과 작은 부분의 어두운 영역을 가지는 화상들에 유사한 처리방법이 적용되어 어두운 영역의 가능한 세부 손실을 방지할 수 있다.

디지털 화상들의 콘트라스트를 강조하는 방법 및 아티팩트들이 회피되고, 변형된 화상들이 보다 자연스러운 방식으로 히스토그램 등화를 수행하는 콘트라스트 강조 유니트가 제공된다.

Claims

각 화소에 휘도 레벨이 할당되어 있는 복수의 화소들을 포함하는 디지털 화상들의 콘트라스트를 강조하는 방법에 있어서,

원본 화상의 상기 휘도 레벨 분포를 나타내는 히스토그램을 결정하는 단계;

상기 원본 화상의 상기 콘트라스트의 특징적 계량(Δ)을 결정하는 단계; 및

상기 콘트라스트를 향상시키기 위하여 상기 원본 화상의 히스토그램을 등화하는 단계를 포함하고,

상기 히스토그램 등화량은 상기 특징적 계량(Δ)의 함수로서 변화되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 히스토그램은 수정된 휘도 레벨들을 얻기 위하여, HE 변환 곡선(13, 14, 15)에 따라 상기 원본 화상의 상기 휘도 레벨들을 변환시킴으로써 등화되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 HE 변환 곡선은 상기 히스토그램을 적분 및 스케일링함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특징적 계량(Δ)은 상기 원본 화상의 평균 휘도 레벨과 사전규정된 상수 사이의 차이를 평가함으로써 얻어지고, 큰 차이는 저-콘트라스트 화상을 나타내는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특징적 계량(Δ)은 휘도 레벨 0으로부터 제 1 유효 히스토그램 피크까지의 가중 거리와, 최종 유효 히스토그램 피크로부터 최대 휘도 레벨까지의 가중 거리 사이의 차이를 평가함으로써 얻어지고, 상기 가중 거리들간의 큰 차이는 저-콘트라스트 화상에 대응하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 특징적 계량(Δ)이 결정될 때 유효 히스토그램 피크들 사이의 상기 합산 빈공간(λ₁)이 고려되고, 유효 히스토그램 피크들 사이의 대량의 빈공간(λ₁)은 고-콘트라스트 화상을 나타내는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 히스토그램 또는 HE 변환 곡선의 구배(gradient)가 사전규정된 임계값을 초과하는지를 검사함으로써 상기 유효 히스토그램 피크들을 결정하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원본 화상에 에지 검출연산자를 적용함으로써 에지 화상을 결정하고, 상기 특징적 계량(Δ)을 결정할 때, 상기 원본 화상의 상기 콘트라스트와 상기 에지 화상의 상기 콘트라스트 양자 모두를 고려하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 HE 변환 곡선이 생성되기 이전에, 상기 히스토그램을 저역 통과 필터링시키는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화량은 상기 저역 통과 필터링 동작의 차단 주파수(f_g)를 이동(8)시킴으로써 변화되고, 보다 큰 상기 차단 주파수(f_g)가 선택될수록, 히스토그램 등화량이 보다 커지게 되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 특징적 계량(Δ)이 고-콘트라스트 화상을 나타내는 경우에, 상기 차단 주파수(f_g)는 보다 낮은 주파수를 향해 이동되고, 상기 히스토그램은 HE 변환 곡선이 생성되기 이전에 크게 감쇠되며,

상기 특징적 계량(Δ)이 저-콘트라스트 화상을 나타내는 경우에, 상기 차단 주파수(f_g)는 보다 높은 주파수를 향해 이동되고, 상기 히스토그램은 HE 변환 곡선이 생성되기 이전에 단지 미소하게 감쇠되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조방법.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저역 통과 필터링 동작을 수행하기 위해서, 푸리에 변환(2), 특히, 패스트 푸리에 변환이 수행되고, 상기 저역 통과 필터링 동작(9)은 주파수 도메인에서 수행되거나, 또는, 순방향 및 역방향 IIR 필터링 동작을 수행함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 HE 변환 곡선 결정시, 상기 히스토그램 등화량은 제 1 차단 주파수(f_g1)에 대응하는 제 1 저역 통과 필터링된 히스토그램과, 제 2 차단 주파수(f_g2)에 대응하는 제 2 저역 통과 필터링된 히스토그램 사이의 보간에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화량은 상기 HE 변환 곡선과 단위 직선 변환 곡선(unity straight transformation curve) 사이의 차이를 이득 인자에 의해 스케일링함으로써 변화되고, 보다 작은 상기 이득 인자가 선택될수록, 상기 히스토그램 등화량이 보다 작아지게 되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화 이전 및 이후의 상기 화상의 상기 평균 휘도 레벨들의 비율에 의해, 상기 히스토그램 등화 이후의 상기 화상의 상기 휘도 레벨들을 스케일링하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화 이전 및 이후의 화상의 상기 평균 휘도 레벨들의 차이에 의해, 상기 히스토그램 등화 이후의 상기 화상의 휘도 레벨들을 이동시키는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화에 의해 유발된 선택된 기준점 또는 상기 히스토그램 피크들의 휘도 레벨 이동에 따라 상기 히스토그램 등화 이후의 상기 화상의 상기 휘도 레벨들을 보정하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
제 2 항에 있어서, 휘도 레벨들의 특정 범위(29)에 대하여, 상기 HE 히스토그램 곡선(28)이 단위 직선 변환 곡선(30)으로 교체되는 방식으로 상기 HE 변환 곡선을 수정하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 방법.
휘도 레벨이 각각 할당되어 있는 복수의 화소들을 포함하는 디지털 화상들의 콘트라스트를 향상시키기 위한 콘트라스트 강조 유니트에 있어서,

원본 화상의 휘도 레벨 분포를 나타내는 히스토그램을 결정하는 히스토그램 결정 수단;

상기 원본 화상의 콘트라스트의 특징적 계량(Δ)을 결정하는 콘트라스트 결정 수단; 및

상기 콘트라스트를 향상시키기 위하여, 상기 원본 화상의 상기 히스토그램을 등화하는 히스토그램 등화 수단을 포함하고,

상기 히스토그램 등화량은 상기 특징적 계량(Δ)의 함수로서 변화되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 19 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화 수단은 수정된 휘도 레벨들을 얻기 위해서, HE 변환 곡선에 따라 상기 원본 화상의 휘도 레벨들을 변환함으로써 상기 히스토그램 등화를 수행하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 콘트라스트 결정 수단은 상기 원본 화상에 에지 검출 연산자를 적용함으로써 에지 화상을 결정하기 위한 수단을 포함하고,

상기 특징적 계량(Δ)의 결정시, 상기 원본 화상의 상기 콘트라스트와 상기 에지 화상의 상기 콘트라스트 양자 모두가 고려되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화 수단은 상기 HE 변환 곡선이 발생되기 이전에 상기 히스토그램을 저역 통과 필터링시키기 위한 위한 저역 통과 필터링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 22 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화량을 변화시키기 위해서, 상기 저역 통과 필터링 수단의 상기 차단 주파수(f_g)가 상기 특징적 계량에 따라 변화되고,

보다 큰 차단 주파수(f_g)가 적용될수록, 상기 히스토그램 등화량이 보다 커지게 되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화 수단은 상기 히스토그램(17)을 주파수 도메인으로 푸리에 변환하기 위한 푸리에 변환수단(19)을 포함하여, 상기 저역 통과 필터링 동작이 주파수 도메인에서 수행되거나,

상기 히스토그램 등화 수단은 순방향 및 역방향 IIR 동작에 의해 상기 저역 통과 필터링을 수행하기 위한 순방향 및 역방향 IIR 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 22 항 내지 제 24 항에 있어서, 상기 저역 통과 필터링 수단은, 푸리에 변환된 저역 통과 필터 특징이 저장된 참조표를 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 HE 변환 곡선 결정시, 상기 히스토그램 등화량은 제 1 차단 주파수(f_g1)에 대응하는 제 1 저역 통과 필터링된 히스토그램과, 제 2 차단 주파수(f_g2)에 대응하는 제 2 저역 통과 필터링된 히스토그램 사이의 보간에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화량은, HE 변환 곡선과 단위 직선 변환 곡선 사이의 차이를 이득 인자에 의해 스케일링함으로써 변환되고,

보다 작은 이득 인자가 선택될수록, 히스토그램 등화량이 보다 작아지게 되는 것을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 19 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히스토그램 등화 이후의 상기 화상의 평균 휘도 레벨이 원본 화상의 상기 평균 휘도 레벨과 동일해지는 방식으로 상기 히스토그램 등화에 의해 유발된 상기 화상의 밝기 변화를 보상하는 밝기 변화 보상 수단을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
제 19 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 범위(29)의 휘도 레벨들에 대하여, 상기 HE 변환 곡선(28)이 단위 직선 변환 곡선(30)으로 교체되는 방식으로 상기 HE 변환 곡선을 수정하기 위한 수단을 특징으로 하는, 콘트라스트 강조 유니트.
컴퓨터, 디지털 신호 프로세서 등에서 실행될 때, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법 단계들을 수행하는데 적합하게 된 컴퓨터 프로그램 수단을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.