An Adaptive Color Transient Improvement Algorithm 디지털 영상처리 과제논문 #3 2006. 04. 12 세종대학교 전자공학과 권도형 디지털 영상 처리

Index Introduction Proposed Adaptive CTI Algorithm Experimental Results Conclusion 디지털 영상 처리

Introduction NTSC (National Television Standards Committee) - 최초 흑백 TV의 송신 규격을 위해 창설된 후, 1953년 칼라 TV 시스템을 위한 규격으로 확장된 국제 TV방송을 위한 Protocol로 미국에서 채택됨 - 525 주사선(Lines per Frame), 59.94 Fields per Second, 3.57945 MHz Subcarrier(부반송파) 사용 - RGB 색상을 명도신호(Y)와 색상신호(I, Q)로 분리하여 전송. PAL (Phase Alternate Line) - 1967년 색상 변환 시 오류(Hue Errors)를 최소화 하려는 취지에서 등장 - PAL-B와 PAL-M 두 방식이 가장 많이 사용 - SECAM 보다 Sound면에서 우월한 것으로 판단 디지털 영상 처리

Introduction 크기 640 * 512 화소 영상의 자료를 RGB와 YUV형태로 저장 시의 메모리 소모 공간 비교 명도신호(Y)와 색상신호로 영상을 표시하면 RGB보다 메모리를 효율적으로 사용할 수 있고, 빠른 속도로 자료를 처리할 수 있다 사람의 시각이 명도신호에는 민감하나 색상신호에는 덜 민감한 특징을 이용 디지털 영상 처리

Introduction NTSC, PAL과 같은 컬러 TV 방송 표준들은 휘도 신호 대역폭과 비교하면 색 신호 대역폭은 다소 좁다. 색 신호의 제한된 대역폭은 상대적으로 느린 색 천이 (chrominance transient) 를 일으키고, 이는 수신된 영상 안에 손상된 컬러 엣지(edge)를 발생시킨다. 일반적인 정정 신호는 전반적인 이득을 제어하기 위해 제어 패러미터와 곱해진다. 기존의 기술은 서로 다른 이미지 영역들에서의 차이에도 불구하고 전체 이미지에 대해 일정한 제어 패러미터를 사용한다. Adaptive CTI(color transient improvement) Algorithm 은 국부 이미지 특성에 적응적이므로, 보다 자연스러운 컬러 엣지 천이 개선을 달성할 수 있다. Adaptive CTI Algorithm 은 서로 다른 이미지 영역들이 서로 다르게 다루어질 수 있도록 국부(local) 이미지 특성에 따라 이득 제어 함수(gain control function)가 제공되고, 국부 이미지 특성에 따라 정정 신호는 잡음(noise)의 오버슛이나 언더슛을 발생되지 않도록 제어됨으로써 언더슛과 오버슛 제거를 위한 후 처리의 필요성이 사라지게 된다. 디지털 영상 처리

Proposed adaptive CTI Algorithm < Fig 1. Block diagram of the proposed algorithm > 디지털 영상 처리

Proposed adaptive CTI Algorithm 가우스 필터 - 입력 신호 F는 가우스 필터와 같은 저대역 통과 필터로 보내진다. - 우수한 평탄화(smoothness) 특성을 가진다. - 표준 편차 1을 가지는 가우스 필터의 근사형태인 7탭 필터가 저대역 통과 필터로 사용되어 입력신호를 평활시킨다. - 출력은 2차 미분계산기로 보내진다. 2차미분 산출기 - 출력은 “2차 미분 부호 유닛”과 “이득 제어 함수 유닛”으로 보내짐. - 가우스 필터로부터 받은 평탄화된 신호로부터 산출되기 때문에 잡음에 대해 덜 민감한 특징을 가진다. 디지털 영상 처리

Proposed adaptive CTI Algorithm 2차 미분 부호 유닛 - 2차 미분 F ’’의 부호를 산출한다. - sign(F ’’)로 나타낸다. - 부호 판별 조건은 다음과 같다. - 2차 미분의 출력 부호는 “로직 제어 유닛”으로 보내지고, 이곳에서 천이 곡선이 위쪽이나 아래쪽으로 밀릴 것인지의 여부를 결정한다. 디지털 영상 처리

Proposed adaptive CTI Algorithm 이득 제어 함수 유닛 - 먼저 2차 미분의 절대값 lF ’’l을 계산하고 나서 이득 제어 함수 g를 생성함. - 이득 제어 함수의 기본 조건 (i) 0과 1사이에 있는 연속적인 증가 함수이다. (ii) 2차 미분 F ’’ 의 작은 절대값에 대해 0에 가깝고, 2차 미분 F ’’ 보다 큰 절대값에 대해 1에 가까워야 한다. - 이득 제어 함수는 다음과 같이 표현될 수 있다. ( F ’’ 는 평탄화된 입력신호 F 로부터 산출된 2차미분, C는 0보다 큰 고정 상수) - C는 함수 g의 세기를 결정한다. 디지털 영상 처리

<FIG.2. C=2.5 일때 이득 제어 함수 예> Proposed adaptive CTI Algorithm <FIG.2. C=2.5 일때 이득 제어 함수 예> 디지털 영상 처리

Proposed adaptive CTI Algorithm 국부 최소값까지의 거리 유닛 - 현 신호의 샘플 위치를 중심으로 반경r의 간격을 찾음으로써 국부 최소값 Fmin 을 계산한다. - 국부 최소값을 찾아낸 후 입력신호 F와 국부 최소값 Fmin 과의 차를 계산. - 출력으로 Fmin-F 값을 로직 제어 유닛으로 보낸다. 국부 최대값까지의 거리 유닛 - 현 신호의 샘플 위치를 중심으로 반경r의 간격을 찾음으로써 국부 최대값 Fmax 을 계산한다. - 국부 최대값을 찾아낸 후 입력신호 F와 국부 최대값 Fmax 과의 차를 계산. - 출력으로 Fmax-F값을 로직 제어 유닛으로 보낸다. 디지털 영상 처리

Proposed adaptive CTI Algorithm 로직 제어 유닛 - 2차 미분 부호 유닛의 출력인 sign(F ‘’) 를 입력으로 받는다. - 국부 최소값까지의 거리 유닛의 출력인 Fmin -F 값을 입력으로 받는다. - 국부 최대값까지의 거리 유닛의 출력인 Fmax-F값을 입력으로 받는다. - 입력으로 받은 2차 미분 부호에 따라 다음과 같은 값을 출력으로 내보낸다. <로직 제어 유닛> Input case output case sign(F ‘’) = 1 sign(F ‘’) = -1 sign(F ‘’) = 0 Fmin –F Fmax-F 디지털 영상 처리

Proposed adaptive CTI Algorithm - 로직 제어 유닛의 출력 R과 이득 제어 함수 g가 곱셈 노드에서 결합하고 곱셈 노드 의 출력은 이득 제어 함수 g에 기반한 적응적 정정 신호 AR이 되고, AR은 덧셈 노드 에서 최초 입력 신호 F와 결합해 개선된 신호 출력 G를 산출한다. - 시스템의 최종 출력 G는 다음과 같다. F ‘’ > 0 이면, G=F + g(lF ‘’l) * (Fmin –F) F ‘’ < 0 이면, G=F + g(lF ‘’l) * (Fmax –F) F ‘’ = 0 이면, G=F - 또한 이득제어함수 g(lF ‘’l)는 0 ≤ g(lF ‘’l) ≤ 1 이므로 다음과 같이 나타내어 지고, 이는 즉 개선된 신호에는 언더슛이나 오버슛은 존재하지 않는다. F ‘’ > 0 이면, G=F + g(lF ‘’l) * Fmin–F ≥ F +1*(Fmin–F) = Fmin F ‘’ < 0 이면, G=F + g(lF ‘’l) * Fmax–F ≥ F +1*(Fmax–F) = Fmax 디지털 영상 처리

Proposed adaptive transit 가산 G=F + g(lF ‘’l) * Fmax–F 감산 G=F + g(lF ‘’l) * Fmin–F 디지털 영상 처리

Experimental Results 디지털 영상 처리

Conclusion 제안한 알고리즘은 적응적인 컬러 천이 개선을 위해 국부 이미지 특성에 따른 게인 함수를 사용했다 오버슛이나 언더슛이 발생되지 않도록 제어됨으로써 보다 자연스러운 컬러 엣지 천이 개선을 달성했다. 이로 인해 오버슛이나 언더슛의 제거를 위한 후처리 과정의 필요성이 사라졌다. 디지털 영상 처리