KR20130031572A - 영상 처리 방법 및 영상 처리 장치 - Google Patents

영상 처리 방법 및 영상 처리 장치 Download PDF

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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 영상 내에서 잡음을 제거하는 영상 처리 방법 및 영상 처리 장치에 관한 것이다. 영상 처리 방법은 입력 영상을 고주파 성분 및 잡음이 제거된 저주파 성분으로 분리하는 단계; 상기 분리된 고주파 성분으로부터 잡음을 제거하는 단계; 및 상기 분리된 저주파 성분 및 상기 잡음이 제거된 고주파 성분을 결합하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 잡음의 세기가 심한 저조도, 고감도 환경뿐만 아니라 일반 환경에서도 에지 성분이 잘 보존되면서 컬러 잡음 정도가 우수한 영상을 생성할 수 있다.

Description

영상 처리 방법 및 영상 처리 장치{Image processing method and image processing apparatus}
본 발명은 영상 내에서 잡음을 제거하는 영상 처리 방법 및 영상 처리 장치에 관한 것이다.
종래의 잡음 제거 기술은 다해상도 영상 분리 기법을 이용하여 변환 평면에서 각각의 부대역(subband)에 대해 잡음을 제거하는 방법과 영상을 블록으로 나누어 유사한 블록들을 모아서 잡음을 제거하는 방법이 있다. 그러나 종래의 잡음 제거 기술은 실제 영상의 잡음과는 다르게 독립적인 가우시안(gaussian) 잡음을 모델로 하는 경우가 많다. 촬영된 영상의 잡음은 신호 의존적인 잡음이므로 종래 방법 등 이용하여 잡음을 제거하는 경우 잡음 제거 효과를 기대하기 어렵다. 신호 의존적인 잡음 제거 방법의 경우 다양한 크기를 가지는 덩어리 형태의 잡음을 제거하기 위해 다 해상도 영상 분리 방법을 사용한다. 다 해상도 영상 분리 방법 중 웨이블릿 변환(wavelet transform) 등의 변환 평면을 이용하는 경우 잡음 제거 시 울림(ringing) 등의 일그러짐(artifact)가 나타난다. 또한 다 해상도 영상 분리 방법을 사용하는 경우 저 해상도 영상에 대해서 잡음 제거 필터를 적용하기 때문에 영상의 평탄화가 심해질 수 있다. 따라서 다 해상도 영상 분리 방법을 적용하기 위해서는 자연스러운 잡음 제거를 위해 일그러짐 없이 신호 성분 보존이 가능한 영상 분리 방법을 사용할 필요가 있다. 또한 낮은 하드웨어 사양에서도 사용할 수 있는 영상 분리 방법을 사용할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 일반 환경에서뿐만 아니라 저조도, 고감도 환경에서 발생되는 영상 내의 잡음을 제거하는 영상 처리 방법 및 영상 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 영상 처리 방법은 입력 영상을 고주파 성분 및 잡음이 제거된 저주파 성분으로 분리하는 단계; 상기 분리된 고주파 성분으로부터 잡음을 제거하는 단계; 및 상기 분리된 저주파 성분 및 상기 잡음이 제거된 고주파 성분을 결합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 입력 영상은 휘도성분(Y) 및 색차성분(CbCr)으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 저주파 성분 분리 단계는 상기 입력 영상을 제1 필터링하여 제1 저주파 성분을 분리하는 단계; 상기 제1 저주파 성분을 제2 필터링하여 제2 저주파 성분을 분리하는 단계; 및 상기 제2 저주파 성분을 제3 필터링하여 제3 저주파 성분을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 저주파 성분 분리 단계는 상기 입력 영상을 미디언 필터링하는 단계; 및 상기 미디언 필터링된 신호의 중심 화소를 포함하여 제1 주변영역(n×n)의 화소들을 제1 바이래터럴 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 저주파 성분 분리 단계는 상기 제1 저주파 성분 신호의 중심 화소를 포함하여 상기 제1 주변영역 보다 더 큰 제2 주변영역으로부터 화소들을 서브 샘플링하고 제2 바이래터럴 필터링하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3 저주파 성분 분리 단계는 상기 제2 저주파 성분 신호의 중심 화소를 포함하여 상기 제2 주변영역 보다 더 큰 제3 주변영역으로부터 화소들을 서브 샘플링하고 제3 바이래터럴 필터링하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고주파 성분 분리 단계는 상기 입력영상과 제1 저주파 성분을 연산하여 제1 고주파 성분을 분리하는 단계; 상기 제1 저주파 성분 및 상기 제2 저주파 성분을 연산하여 제2 고주파 성분을 분리하는 단계; 및 상기 제2 저주파 성분 및 상기 제3 저주파 성분을 연산하여 제3 고주파 성분을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고주파 성분의 잡음 제거 단계는 상기 제1 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화(soft thresholding) 처리하는 단계; 상기 제2 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화 처리하는 제2 임계화 처리하는 단계; 및 상기 제3 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 임계화 처리는 상기 분리된 고주파 성분이 임계값 보다 작은 경우 잡음으로 판단하여 0을 출력하고, 상기 분리된 고주파 성분이 상기 임계값 보다 작지 않으면 상기 고주파 성분에서 상기 임계값을 감산하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적인 과제를 해결하기 위한 영상 처리 장치는 입력 영상을 고주파 성분 및 잡음이 제거된 저주파 성분으로 분리하는 분리부; 상기 분리된 고주파 성분으로부터 잡음을 제거하는 제거부; 및 상기 분리된 저주파 성분 및 상기 임계 처리된 고주파 성분을 결합하는 결합부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 입력 영상의 색신호(RGB)를 휘도성분(Y) 및 색차성분(CbCr)으로 변환하는 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 분리부는 상기 입력 영상을 제1 필터링하여 제1 저주파 성분을 분리하는 제1 필터부; 상기 제1 저주파 성분을 제2 필터링하여 제2 저주파 성분을 분리하는 제2 필터부; 및 상기 제2 저주파 성분을 제3 필터링하여 제3 저주파 성분을 분리하는 제3 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 필터부는 상기 입력 영상을 미디언 필터링하는 미디언 필터부; 및 상기 미디언 필터링된 신호의 중심 화소를 포함하여 제1 주변영역(n×n)의 화소들을 제1 바이래터럴 필터링하는 제1 바이래터럴 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 필터부는 상기 제1 저주파 성분 신호의 중심 화소를 포함하여 상기 제1 주변영역 보다 더 큰 제2 주변영역으로부터 화소들을 서브 샘플링하고 제2 바이래터럴 필터링하는 제2 바이래터럴 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3 필터부는 상기 제2 저주파 성분 신호의 중심 화소를 포함하여 상기 제2 주변영역 보다 더 큰 제3 주변영역으로부터 화소들을 서브 샘플링하고 제3 바이래터럴 필터링하는 제3 바이래터럴 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 분리부는 상기 입력영상 및 제1 저주파 성분으로부터 제1 고주파 성분을 분리하는 제1 연산부; 상기 제1 저주파 성분 및 상기 제2 저주파 성분으로부터 제2 고주파 성분을 분리하는 제2 연산부; 및 상기 제2 저주파 성분 및 상기 제3 저주파 성분으로부터 제3 고주파 성분을 분리하는 제3 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 제 16항에 있어서, 상기 제거부는 상기 제1 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화(soft thresholding) 처리하는 제1 임계화 처리부; 상기 제2 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화 처리하는 제2 임계화 처리부; 및 상기 제3 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화 처리하는 제3 임계화 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 임계화 처리부는 상기 고주파 성분이 임계값 보다 작은 경우 잡음으로 판단하여 0을 출력하고, 상기 고주파 성분이 상기 임계값 보다 작지 않으면 상기 고주파 성분에서 상기 임계값을 감산하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 잡음의 세기가 심한 저조도, 고감도 환경뿐만 아니라 일반 환경에서도 에지 성분이 잘 보존되면서 컬러 잡음 정도가 우수한 영상을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 처리 장치를 나타내는 블록도 이다.
도 2는 도 1에 도시된 영상 신호 처리부의 일 실시 예에 따른 블록도 이다.
도 3은 도 2에 도시된 영상 신호 처리부의 상세도 이다.
도 4는 도 3 중 저주파 성분 분리를 설명하는 도면이다.
도 5는 종래의 잡음 제거 결과 영상 및 본 발명에 따른 잡음 제거 결과 영상을 보이는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상 처리 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
도 7은 도 6 중 저주파 성분 분리 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
도 8은 도 6 중 고주파 성분 분리 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
도 9는 도 6 중 분리된 고주파 성분의 잡음을 제거하는 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의7 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 관한 영상 처리 장치를 나타낸 블럭도이다. 도 1에서는 영상 처리 장치의 예로 디지털 카메라(100)를 도시한다. 그러나 본 발명에 의한 영상 처리 장치는 도 1의 디지털 카메라(100)에 한정되지 않고, 디지털 일안 반사식 카메라(digital single-lens reflex camera, DSLR), 하이브리드 카메라(hybrid camera) 외에도 다양한 디지털 기기로 구현될 수 있다. 도 1에 도시된 디지털 카메라(100)의 구성을 설명함에 있어서, 동작에 따라 상세히 설명한다.
우선 피사체를 촬영하는 과정에 대해 설명하면, 피사체로부터의 광속은 촬상부(110)의 광학계인 줌 렌즈(111) 및 포커스 렌즈(113)를 투과하고, 조리개(115)의 개폐 정도에 따라 그 광량이 조정된 후, 촬상 소자(117)의 수광면에 이르러 피사체의 상이 결상된다. 촬상 소자(117)의 수광면에 결상되는 상은 광전 변환 처리에 의하여 전기적인 영상 신호로 변환된다.
촬상 소자(117)로는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) 등을 사용할 수 있다. 조리개(115)는 통상 상태 또는 릴리스 버튼을 반쯤 눌러 형성된 첫 번째 릴리스 신호를 받고 행해지는 오토포커싱 알고리즘 실행시에는 개방 상태가 되고, 상기 릴리스 버튼을 지그시 눌러 형성된 두 번째 릴리스 신호를 받아 노출 처리가 실행될 수 있다.
상기 줌 렌즈(111) 및 포커스 렌즈(113)는 각각 줌 렌즈 구동부(112) 포커스 렌즈 구동부(113)에 의해 그 위치 등이 제어된다. 예를 들어 광각(wide angle)-줌 신호가 발생하면 줌 렌즈(111)의 포커스 거리(focal length)가 짧아져서 화각이 넓어지고, 망원(telephoto)-줌 신호가 발생하면 줌 렌즈(111)의 포커스 거리가 길어져서 화각이 좁아진다. 줌 렌즈(111)의 위치가 설정된 상태에서 포커스 렌즈(113)의 위치가 조정되므로, 화각은 포커스 렌즈(113)의 위치에 대하여 거의 영향을 받지 않는다. 조리개(115)는 조리개 구동부(114)에 의해 개방 정도 등이 제어된다. 촬상 소자(117)도 촬상 소자 제어부(118)에 의해 감도 등이 제어된다.
이들 줌 렌즈 구동부(112), 포커스 렌즈 구동부(114), 조리개 구동부(116), 및 촬상 소자 제어부(118)는 노출 정보, 초점 정보 등을 기준으로 CPU(200)에서 연산된 결과에 따라 해당 구성부들을 제어한다.
그리고 영상 신호 형성 과정에 관하여 설명하면, 촬상 소자(121)로부터 출력된 영상 신호는 영상 신호 처리부(120)에 출력된다. 영상 신호 처리부(120)에서는 촬상 소자(117)로부터 입력되는 영상 신호가 아날로그 신호인 경우 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 영상 신호에 대하여 각종의 화상 처리가 행해진다. 이러한 처리가 행해진 영상 신호는 기억부(130)에 임시 저장된다.
구체적으로 영상 신호 처리부(120)는 사람의 시각에 맞게 영상 데이터를 변환하도록 오토 화이트 밸런스(Auto White Balance)나 오토익스포저(Auto Exposure), 감마 코렉션(Gamma Correction) 등의 신호 처리를 행하여 화질을 개선하고, 개선된 화질의 영상 신호를 출력하는 역할을 한다. 또한, 신호 처리부(130)에서 색필터 배열보간(color filter array interpolation), 색 매트릭스(color matrix), 색보정(color correction), 색 향상(color enhancement) 등의 영상 처리를 수행하게 된다.
특히 본 발명의 영상 신호 처리부(120)는 RGB 입력 영상 신호를 YCbCr 입력 영상 신호로 변환하고, YCbCr 입력 영상 신호를 저주파 성분과 고주파 성분으로 분리한 후, 분리된 고주파 성분에 대해 부드러운 임계 처리(soft threshoding)를 수행하고, 분리된 저주파 성분 및 임계 처리된 고주파 성분을 결합하여 노이즈가 제거된 최종 영상 신호를 생성한다. 이러한 영상 신호 처리부(120)의 동작에 관해서는 이하 도 2 내지 도 5에서 자세히 후술한다.
기억부(130)는 전원의 공급 여부와 관계없이 상기 디지털 카메라(100)의 동작에 관한 프로그램이 저장되는 프로그램 기억부와, 전원이 공급되는 동안 상기 영상 데이터와 그 밖에 데이터들을 임시 저장하는 주기억부를 구비할 수 있다.
프로그램 기억부에는 디지털 카메라(100)를 작동하는 운영 프로그램 및 다양한 응용 프로그램들이 저장되어 있다. 그리고 상기 프로그램 기억부에 저장된 프로그램들에 따라 CPU(200)는 각 구성부들을 제어한다.
주기억부는 영상 신호 처리부(120) 또는 보조 기억부(140) 등으로부터 출력된 영상 신호를 임시로 저장한다.
상기 주기억부는 디지털 카메라(100)가 동작하도록 전원이 공급되는 것과 별개로, 전원부(160)가 직접 연결될 수 있다. 따라서 디지털 카메라(100)가 부팅을 빨리 하도록 미리 프로그램 기억부에 저장된 코드를 주기억부에 복사 및 실행 가능한 코드로 변경할 수 있으며, 또한 디지털 카메라(100)를 재 부팅하는 경우 상기 주기억부에 저장된 데이터들을 빨리 읽어 올 수 있다.
주기억부에 저장된 영상 신호는 표시 구동부(155)로 출력되어 아날로그 신호로 변환되는 것과 동시에 표시 출력하는데 있어서 최적인 형태의 영상 신호로 변환된다. 그리고 변환된 상기 영상 신호는 표시부(150)에 디스플레이 되어 소정 영상으로 사용자에게 보여 질 수 있다. 상기 표시부(150)는 촬영 모드를 진행하는 동안에 촬상 소자(117)에 의해 얻어진 영상 신호를 연속적으로 표시하여 촬영 범위를 결정하기 위한 뷰 파인더 수단으로서의 역할을 하기도 한다. 이와 같은 표시부(150)로 액정 표시장치(LCD), 유기 발광 표시장치(OLED), 전기 영동 표시장치(EDD) 등 다양한 표시장치가 사용될 수 있다.
상기와 같이 생성된 영상 신호를 기록하는 과정에 대해서 설명하면, 상기 영상 신호는 기억부(130)에 임시 저장되고, 이때 보조 기억부(140)에는 상기 영상 신호뿐만 아니라 상기 영상 신호에 관한 다양한 정보가 함께 저장된다. 그리고 저장된 영상 신호와 정보는 압축/신장부(145)에 출력된다. 압축/신장부(1450)에서는 압축 회로에 의해 저장을 위한 최적의 형태로 압축 처리 즉, JPEG과 같은 부호화 처리가 행해져 이미지 파일을 형성하고, 상기 이미지 파일은 보조 기억부(140)에 저장된다.
보조 기억부(140)로 외장형의 플래시 메모리 등의 고정형의 반도체 메모리나, 카드 형상이나 스틱 형상으로 되고 장치에 대하여 착탈이 자유롭게 가능한 카드형 플래시 메모리 등의 반도체 메모리 외 하드 디스크나 플로피 디스크 등의 자기 기억 매체 등의 다양한 형태의 것이 사용될 수 있다.
영상을 재생하는 과정을 설명하면, 보조 기억부(140)에 압축되어 기록된 이미지 파일은 압축/신장부(145)에 출력되고 신장 회로에 의해 신장 처리, 즉 복호화 처리가 행해져 상기 이미지 파일로부터 영상 신호를 추출한다. 그리고 상기 영상 신호는 기억부(130)로 출력된다. 상기 영상 신호는 기억부(130)에 임시 저장된 후, 표시 구동부(155)를 통해 표시부(150)에서 소정의 영상으로 재생될 수 있다.
한편, 상기 디지털 카메라(100)는 사용자 등의 외부 신호를 입력 받는 조작부(170)를 포함한다. 상기 조작부(170)로 정해진 시간 동안 촬상 소자(121)에 빛에 노출하기 위해 열리고 닫히는 셔터 릴리즈 버튼, 전원을 공급하기 위해 입력하는 전원 버튼, 입력에 따라 화각을 넓어지게 하거나 화각을 좁아지게 하는 광각-줌 버튼 및 망원-줌 버튼과, 문자 입력 또는 촬영 모드, 재생 모드 등의 모드 선택, 화이트 밸런스 설정 기능 선택, 노출 설정 기능 선택 등의 다양한 기능 버튼들이 있다.
또한, 플래시(181) 및 상기 플래시(181)를 구동하는 플래시 구동부(182)를 포함한다. 플래시(181)는 어두운 곳에서 촬영할 경우 밝은 빛을 순간적으로 비추어 피사체를 밝게 해주는 발광 장치이다.
스피커(183) 및 램프(185) 각각은 음성 신호 및 빛의 신호를 출력하여 디지털 카메라(100)의 동작 상태 등을 알리는 기능을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 수동 모드에서 사용자가 촬영 변수를 설정한 시점과 촬영하고자 하는 시점의 촬영 조건이 변경된 경우, 이를 알리는 알림 신호를 상기 스피커(183) 또는 램프(185)를 통해 경고음, 또는 광신호로서 구현될 수 있다. 상기 스피커(183)는 스피커 구동부(184)에 의해 음성의 종류, 음성 크기 등이 제어되며, 램프(185)는 램프 구동부(186)에 의해 발광 여부, 발광 시간, 발광 종류 등이 제어될 수 있다.
CPU(200)는 기억부(130)에 저장된 운용 시스템 및 응용 프로그램에 따라 연산 처리하고, 상기 연산 결과를 임시 저장하며, 상기 연산 결과에 따라 해당 구성부를 제어하여 상기와 같이 디지털 카메라(100)가 동작하도록 한다.
이하 도 1의 영상 신호 처리부(120)의 일 실시 예에 대하여 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 영상신호 처리부(120)는 영상 변환부(200), 영상 분리부(210) 및 잡음 제거부(220)를 포함한다.
영상 변환부(200)는 RGB 입력 영상 신호를 YCbCr 입력 영상 신호로 변환하여 휘도 성분과 컬러 성분으로 분리한다. 컬러 영상의 잡음은 휘도 성분과 컬러 성분에 대해서 서로 다른 특성을 보인다. 휘도 잡음은 컬러 잡음에 비해 잡음 덩어리의 크기가 작고 고주파 성분이 많다. 컬러 잡음은 공간적인 상관 관계가 높아 덩어리가 크고 저주파 성분이 많다. 따라서 휘도 잡음과 컬러 잡음을 따로 따로 처리하여 잡음 제거 효과를 높이도록 한다.
영상 분리부(210)는 변환된 YCbCr 입력 영상 신호를 다해상도 바이래터럴 필터링 과정을 통하여 고주파 성분과 저주파 성분으로 분리한다. 도 3에는 영상 분리부(210)의 상세도가 개시되어 있다.
도 3을 참조하면, 영상 분리부(210)는 미디언-바이래터럴 필터(211), 제2 바이래터럴 필터(212), 제3 바이래터럴 필터(213), 제1 연산부(214), 제2 연산부(215) 및 제3 연산부(216)을 포함한다.
미디언 바이래터럴 필터(211)는 YCbCr 입력 영상 신호(I)에 대해 미디언 필터링 및 제1 바이래터럴 필터링을 통하여 제1 저주파 성분(IL 1)을 출력한다. YCbCr 입력 영상 신호(I)에 대해 미디언 필터링을 수행하게 되면 YCbCr 입력 영상 신호(I)로부터 임펄스 잡음이 제거된다. 이러한 미디언 필터링된 신호를 다시 제1 바이래터럴 필터링을 수행하는데, 도 4a에 도시된 바와 같이 중심 화소(41)를 포함하여 제1 주변영역(예를 들어, 3×3)(43)의 화소들을 제1 바이래터럴 필터링하여 제1 저주파 성분(IL 1)을 출력한다. 바이래터를 필터는 영상의 공간적인 거리와 밝기값 의 차이 정보를 사용하여 영상에서의 에지 정보를 유지시키면서 평활화 시키는 비선형 필터이다. 이러한 바이래터럴 필터에 의해 화소값은 주변 화소값으로 가중평균 되어 잡음 성분을 제거한 저주파 성분을 생성할 수 있다.
제2 바이래터럴 필터(212)는 미디언 바이래터럴 필터(211)에서 출력되는 제1 저주파 성분(IL 1)에 대해 제2 바이래터럴 필터링을 통하여 제2 저주파 성분(IL 2)을 출력한다. 여기서 제2 바이래터럴 필터(212)는 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 저주파 성분(IL 1)의 중심 화소(41)를 포함하여 제1 주변영역 보다 더 큰 제2 주변영역(예를 들어, 9×9)(45)으로부터 화소들을 서브 샘플링하여 제2 바이래터럴 필터링하여 제2 저주파 성분(IL 2)을 출력한다.
제3 바이래터럴 필터(213)는 제2 바이래터럴 필터(212)에서 출력되는 제2 저주파 성분(IL 2)에 대해 제3 바이래터럴 필터링을 통하여 제3 저주파 성분(IL 3)을 출력한다. 여기서 제3 바이래터럴 필터(213)는 도 4c에 도시된 바와 같이 제2 저주파 성분(IL 2)의 중심 화소(41)를 포함하여 제2 주변영역 보다 더 큰 제3 주변영역(예를 들어, 17×17)(47)으로부터 화소들을 서브 샘플링하여 제3 바이래터럴 필터링하여 제3 저주파 성분(IL 3)을 출력한다.
본 실시 예에서는 다 해상도의 바이래터럴 필터를 사용하여 불규칙한 크기를 갖는 잡음 덩어리들을 효과적으로 제거한 저주파 성분을 생성한다. 일반적으로 바이래터럴 필터를 다해상도로 적용하는 경우 필터의 크기에 비례하여 연산량이 증가함으로써 영상 처리 시간이 급격히 증가한다. 그러나, 본 실시 예에서는 필터의 크기가 커지더라도 필터 내에서 일정 간격으로 화소를 서브 샘플링(sub sampling)하여 실제 필터 연산에 사용되는 화소 수를 일정하게 고정한다. 따라서 필터의 크기에 상관없이 연산량은 동일하며 큰 크기의 잡음 덩어리를 효과적으로 제거할 수 있다.
이와 같이 미디언-바이래터럴 필터(211), 제2 바이래터럴 필터(212) 및 제3 바이래터럴 필터(213)를 이용하여 YCbCr 입력 영상 신호(I)로부터 제1 저주파 성분(IL 1), 제2 저주파 성분(IL 2) 및 제3 저주파 성분(IL 3)을 분리한다.
이어서, 제1 연산부(214), 제2 연산부(215) 및 제3 연산부(216)를 이용하여 고주파 성분을 분리하는 내용을 설명한다.
역시 도 3을 참조하면, 제1 연산부(214)는 YCbCr 입력 영상 신호(I) 및 제1 저주파 성분(IL 1)의 차를 연산하여 제1 고주파 성분(IH 1)을 생성한다.
제2 연산부(215)는 제1 저주파 성분(IL 1) 및 제2 저주파 성분(IL 2)의 차를 연산하여 제2 고주파 성분(IH 2)을 생성한다.
제3 연산부(216)는 제2 저주파 성분(IL 2) 및 제3 저주파 성분(IL 3)의 차를 연산하여 제3 고주파 성분(IH 3)을 생성한다.
이와 같이 고주파 성분은 바이래터럴 필터의 크기를 증가시키면서 생성된 저주파 성분들을 이용하여 생성되며, 바이래터럴 필터의 특성에 따라 고주파 성분은 잡음 성분을 다수 포함하게 된다.
따라서, 다음에 고주파 성분으로부터 잡음을 제거하는 잡음 제거부(220)를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 잡음 제거부(220)는 제1 임계 처리부(221), 제2 임계 처리부(222), 제3 임계 처리부(223) 및 가산부(224)를 포함한다.
제1 임계 처리부(221)는 제1 고주파 성분(IH 1)의 크기를 임계값(예를 들어 5 내지 10)과 비교하여 제1 고주파 성분(IH 1)의 크기가 임계값 보다 작으면 잡음으로 판단하고 그 값을 0으로 출력하며, 제1 고주파 성분(IH 1)의 크기가 임계값 보다 작지 않으면 잡음이 아닌 영상신호로 판단하고, 제1 고주파 성분(IH 1)을 임계값과의 차이만큼 감산하여 잡음이 제거된 제1 고주파 성분(
Figure pat00001
)을 출력한다. 여기서 제1 내지 제3 임계 처리부(221, 222, 223)는 소프트 임계 처리(soft thresholding) 방식을 이용한다.
제2 임계 처리부(222)는 제2 고주파 성분(IH 2)의 크기를 임계값과 비교하여 제2 고주파 성분(IH 2)의 크기가 임계값 보다 작으면 잡음으로 판단하고 그 값을 0으로 출력하며, 제2 고주파 성분(IH 2)의 크기가 임계값 보다 작지 않으면 잡음이 아닌 영상신호로 판단하고, 제2 고주파 성분(IH 2)을 임계값과의 차이만큼 감산하여 잡음이 제거된 제2 고주파 성분(
Figure pat00002
)을 출력한다.
제3 임계 처리부(223)는 제3 고주파 성분(IH 3)의 크기를 임계값과 비교하여 제3 고주파 성분(IH 3)의 크기가 임계값 보다 작으면 잡음으로 판단하고 그 값을 0으로 출력하며, 제3 고주파 성분(IH 3)의 크기가 임계값 보다 작지 않으면 잡음이 아닌 영상신호로 판단하고, 제3 고주파 성분(IH 3)을 임계값과의 차이만큼 감산하여 잡음이 제거된 제3 고주파 성분(
Figure pat00003
)을 출력한다.
가산부(224)는 최종 잡음이 제거된 영상신호(
Figure pat00004
)를 출력하기 위한 연산 수단으로서, 영상 분리부(210)에서 다 해상도 바이래터럴 필터링에 의해 잡음이 제거되어 분리된 분리된 제1 저주파 성분(IL 1), 제2 저주파 성분(IL 2) 및 제3 저주파 성분(IL 3)과 임계 처리되어 잡음이 제거된 제1 고주파 성분(
Figure pat00005
),제2 고주파 성분(
Figure pat00006
) 및 제3 고주파 성분(
Figure pat00007
)을 가산한다.
도 5는 종래의 다 해상도 바이래터럴 필터링 방법을 적용한 결과 영상(도 5a) 및 본 실시 예에 따른 잡음 제거 방법을 적용한 결과 영상(도 5b)을 비교한 도면이다. 도 5a-1는 다 해상도 바이래터럴 필터링 방법을 적용한 결과 영상이고, 도 5a-2는 도 5a-1에서 중앙의 필기구 부분을 확대한 영상이다. 확대한 도 5a-1을 보면 컬러 잡음이 남아 있는 것을 볼 수 있고, 필기구의 에지 성분들이 손상되어 톱니 형태로 나타나는 것을 볼 수 있다. 또한 영상이 과도하게 평탄화가 되어 부자연스러운 것을 알 수 있다. 도 5b-1은 본 실시 예의 잡음 제거 방법을 적용한 결과 영상이고, 도 5b-2는 도 5b-1에서 중앙의 필기구 부분을 확대한 영상이다. 도 5b-2는 도 5a-2와 비교 시에, 에지 성분이 잘 보존되어 있고, 컬러 잡음 제거 정도가 더 우수한 것을 볼 수 있다.
본 실시 예는 디지털 카메라 또는 캠코더 등의 정지 영상 취득 장치를 이용하여 획득한 컬러 영상 데이터에 대해 디테일과 에지 성분의 손실을 최소화 하면서 잡음 성분을 제거할 수 있으며, 영상 취득 시 감도 범위는 저감도에서 고감도 영상까지 넓게 사용 가능하다.
이어서, 도 6 내지 도 9를 참조하여 영상 처리 방법을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 영상 처리 방법의 동작을 보이는 흐름도로서, 도 6을 참조하면, RGB 입력 영상 신호를 YCbCr 입력 영상 신호로 변환한다(610단계).
이후 YCbCr 입력 영상 신호로부터 고주파 성분 및 잡음이 제거된 저주파 성분을 분리한다(620단계).
도 7에는 저주파 성분 분리 방법의 동작을 보이는 흐름도가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, YCbCr 입력 영상 신호를 미디언 필터링하여 임펄스 잡음을 제거한다(621단계).
이후 미디언 필터링된 신호의 중심 화소를 포함한 3×3 인접 영역의 화소를 바이래터럴 필터링하여 잡음이 제거된 제1 저주파 성분을 획득한다(622단계).
이어서, 상기 잡음이 제거된 제1 저주파 성분의 중심 화소를 포함한 9×9 인접 영역의 화소를 서브 샘플링한 후 바이래터럴 필터링하여 잡이 제거된 제2 저주파 성분을 획득한다(623단계).
이어서, 상기 잡음이 제거된 제2 저주파 성분의 중심 화소를 포함한 17×17 인접 영역의 화소를 서브 샘플링 한 후 바이래터럴 필터링하여 잡이 제거된 제2 저주파 성분을 획득한다(624단계).
일반적으로 바이래터럴 필터를 다해상도로 적용하는 경우 필터의 크기에 비례하여 연산량이 증가함으로써 영상 처리 시간이 급격히 증가한다. 그러나, 본 실시 예에서는 필터의 크기가 커지더라도 필터 내에서 일정 간격으로 화소를 서브 샘플링(sub sampling)하여 실제 필터 연산에 사용되는 화소 수를 일정하게 고정한다. 따라서 필터의 크기에 상관없이 연산량은 동일하며 큰 크기의 잡음 덩어리를 효과적으로 제거할 수 있다.
도 8은 도 6 중 고주파 성분 분리 방법의 동작을 보이는 흐름도로서, 도 8을 참조하면, YCbCr 입력 영상 신호 및 제1 저주파 성분의 감산을 통해 제1 고주파 성분을 획득한다(625단계).
이어서, 제1 저주파 성분 및 제2 저주파 성분의 감산을 통해 제2 고주파 성분을 획득한다(626단계).
이어서, 제2 저주파 성분 및 제3 저주파 성분의 감산을 통해 제3 고주파 성분을 획득한다(627단계).
이와 같이 고주파 성분은 바이래터럴 필터의 크기를 증가시키면서 생성된 저주파 성분들을 이용하여 생성되며, 바이래터럴 필터의 특성에 따라 고주파 성분은 잡음 성분을 다수 포함하게 된다.
다시 도 6으로 돌아와, YCbCr 입력 영상 신호로부터 고주파 성분 및 잡음이 제거된 저주파 성분이 분리된 후에, 분리된 고주파 성분의 잡음을 제거한다(630단계)
도 9에는 도 6 중 분리된 고주파 성분의 잡음을 제거하는 방법의 동작을 보이는 흐름도가 도시되어 있다. 도 9에 도시된 잡음 제거 방법은 소프트 임계 처리(soft thresholding) 방식을 이용한 것으로, 임계값은 크거나 작게 설정할 수 있으며, 예를 들어 5 내지 10 사이의 값일 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 고주파 성분의 크기와 임계값을 비교하고(631단계), 제1 고주파 성분의 크기가 임계값 보다 작은가를 판단한다(632단계).
제1 고주파 성분의 크기가 임계값 보다 작으면 잡음으로 판단하고 0을 출력한다(633단계).
그러나 제1 고주파 성분의 크기가 임계값 보다 작지 않으면, 잡음이 아닌 영상신호로 판단하고, 제1 고주파 성분을 임계값과의 차이만큼 감산하여 잡음이 제거된 제1 고주파 성분을 출력한다(634단계).
다음 고주파 신호가 존재하는 경우(635단계), 즉 제2 고주파 신호 및 제3 고주파 신호에 대해서도 동일한 방식을 사용하여 잡음이 제거된 제2 고주파 성분 및 제3 고주파 성분을 출력한다.
다시 도 6으로 돌아와서 마지막으로 다 해상도 바이래터럴 필터링에 의해 잡음이 제거된 제1 저주파 성분, 제2 저주파 성분 및 제3 저주파 성분과, 소프트 임계 처리 방식에 의해 잡음이 제거된 제1 고주파 성분, 제2 고주파 성분 및 제3 고주파 성분을 모두 가산하여 최종 잡음이 제거된 영상 신호를 출력한다(640단계).
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
120: 영상신호 처리부 200: 영상 변환부
210: 영상 분리부 211: 미디언 바이래터럴 필터
212,213: 바이래터럴 필터 214-216: 연산부
123: 잡음 제거부 220: 잡음 제거부
221-223: 임계 처리부 224-226: 가산부

Claims (18)

  1. 입력 영상을 고주파 성분 및 잡음이 제거된 저주파 성분으로 분리하는 단계;
    상기 분리된 고주파 성분으로부터 잡음을 제거하는 단계; 및
    상기 분리된 저주파 성분 및 상기 잡음이 제거된 고주파 성분을 결합하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 입력 영상은 휘도성분(Y) 및 색차성분(CbCr)으로 구성된 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 저주파 성분 분리 단계는
    상기 입력 영상을 제1 필터링하여 제1 저주파 성분을 분리하는 단계;
    상기 제1 저주파 성분을 제2 필터링하여 제2 저주파 성분을 분리하는 단계; 및
    상기 제2 저주파 성분을 제3 필터링하여 제3 저주파 성분을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제1 저주파 성분 분리 단계는
    상기 입력 영상을 미디언 필터링하는 단계; 및
    상기 미디언 필터링된 신호의 중심 화소를 포함하여 제1 주변영역(n×n)의 화소들을 제1 바이래터럴 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제2 저주파 성분 분리 단계는
    상기 제1 저주파 성분 신호의 중심 화소를 포함하여 상기 제1 주변영역 보다 더 큰 제2 주변영역으로부터 화소들을 서브 샘플링하고 제2 바이래터럴 필터링하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제3 저주파 성분 분리 단계는
    상기 제2 저주파 성분 신호의 중심 화소를 포함하여 상기 제2 주변영역 보다 더 큰 제3 주변영역으로부터 화소들을 서브 샘플링하고 제3 바이래터럴 필터링하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 고주파 성분 분리 단계는
    상기 입력영상과 제1 저주파 성분을 연산하여 제1 고주파 성분을 분리하는 단계;
    상기 제1 저주파 성분 및 상기 제2 저주파 성분을 연산하여 제2 고주파 성분을 분리하는 단계; 및
    상기 제2 저주파 성분 및 상기 제3 저주파 성분을 연산하여 제3 고주파 성분을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 고주파 성분의 잡음 제거 단계는
    상기 제1 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화(soft thresholding) 처리하는 단계;
    상기 제2 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화 처리하는 제2 임계화 처리하는 단계; 및
    상기 제3 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 임계화 처리는
    상기 분리된 고주파 성분이 임계값 보다 작은 경우 잡음으로 판단하여 0을 출력하고, 상기 분리된 고주파 성분이 상기 임계값 보다 작지 않으면 상기 고주파 성분에서 상기 임계값을 감산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  10. 입력 영상을 고주파 성분 및 잡음이 제거된 저주파 성분으로 분리하는 분리부;
    상기 분리된 고주파 성분으로부터 잡음을 제거하는 제거부; 및
    상기 분리된 저주파 성분 및 상기 임계 처리된 고주파 성분을 결합하는 결합부를 포함하는 영상 처리 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 입력 영상의 색신호(RGB)를 휘도성분(Y) 및 색차성분(CbCr)으로 변환하는 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 분리부는
    상기 입력 영상을 제1 필터링하여 제1 저주파 성분을 분리하는 제1 필터부;
    상기 제1 저주파 성분을 제2 필터링하여 제2 저주파 성분을 분리하는 제2 필터부; 및
    상기 제2 저주파 성분을 제3 필터링하여 제3 저주파 성분을 분리하는 제3 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제1 필터부는
    상기 입력 영상을 미디언 필터링하는 미디언 필터부; 및
    상기 미디언 필터링된 신호의 중심 화소를 포함하여 제1 주변영역(n×n)의 화소들을 제1 바이래터럴 필터링하는 제1 바이래터럴 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제2 필터부는
    상기 제1 저주파 성분 신호의 중심 화소를 포함하여 상기 제1 주변영역 보다 더 큰 제2 주변영역으로부터 화소들을 서브 샘플링하고 제2 바이래터럴 필터링하는 제2 바이래터럴 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제3 필터부는
    상기 제2 저주파 성분 신호의 중심 화소를 포함하여 상기 제2 주변영역 보다 더 큰 제3 주변영역으로부터 화소들을 서브 샘플링하고 제3 바이래터럴 필터링하는 제3 바이래터럴 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 분리부는
    상기 입력영상 및 제1 저주파 성분으로부터 제1 고주파 성분을 분리하는 제1 연산부;
    상기 제1 저주파 성분 및 상기 제2 저주파 성분으로부터 제2 고주파 성분을 분리하는 제2 연산부; 및
    상기 제2 저주파 성분 및 상기 제3 저주파 성분으로부터 제3 고주파 성분을 분리하는 제3 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제거부는
    상기 제1 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화(soft thresholding) 처리하는 제1 임계화 처리부;
    상기 제2 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화 처리하는 제2 임계화 처리부; 및
    상기 제3 고주파 성분을 성분을 부드러운 임계화 처리하는 제3 임계화 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 임계화 처리부는
    상기 고주파 성분이 임계값 보다 작은 경우 잡음으로 판단하여 0을 출력하고, 상기 고주파 성분이 상기 임계값 보다 작지 않으면 상기 고주파 성분에서 상기 임계값을 감산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
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