An Adaptive Color Transient Improvement Algorithm

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

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

3. 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

4. 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

5. 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

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

7. 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

8. 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

9. 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

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

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

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

13. Proposed adaptive CTI Algorithm • 최종 신호 출력 G - 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

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

15. Experimental Results 디지털 영상 처리

16. 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