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다시점 비디오의 휘도 및 색차 성분 불일치 보상을 위한 히스토그램 매칭 기반의 전처리 기법
New Prefiltering Methods based on a Histogram Matching to Compensate Luminance and Chrominance Mismatch for Multi-view Video 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SP, 신호처리, v.47 no.6 = no.336, 2010년, pp.127 - 136  

이동석 (광운대학교 전자공학과) ,  유지상 (광운대학교 전자공학과)

초록
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다시점 비디오는 카메라간의 다른 위치와 불완전한 카메라 보정(calibration)으로 인접한 시점의 영상 내에 존재하는 동일물체 간에 색상 차이가 발생할 수 있다. 이러한 색상 불일치(color mismatch)는 시점 간 움직임 예측(inter-view prediction) 수행 시, 오정합을 발생시켜 다시점 비디오 부호화(Multi-view Video Coding : MVC) 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 논문에서는 이웃하는 영상 간에 존재하는 휘도색차 성분 불일치를 보상하여 다시점 비디오 부호화의 압축률을 향상시키는 전처리 기법을 제안한다. 제안된 기법에서는 모든 시점의 영상을 히스토그램 매칭 기법에 의해 정해진 참조 시점 영상의 색상을 기준으로 보정된다. 또한 히스토그램 매칭 수행 전에 YCbCr 색상공간 변경 시에 색차 성분의 대표 값 추출(chrominance subsampling)에 사용되는 Cosited filter를 영상의 각 색상성분에 적용하여 성능을 더욱 높일 수 있다. 히스토그램 매칭은 YCbCr 색상공간에서 RGB 색상공간으로 변환하여 각 색상성분에 적용한다. 이 과정에서 영상에 존재하는 에지의 방향성과 화소 값의 존재 범위를 고려한 효과적인 색상 변환 기법이 사용된다. 실험을 통해 제안하는 전처리 기법이 다른 기법들에 비해 향상된 부호화 효율을 가지는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In multi-view video, illumination disharmony between neighboring views can occur on account of different location of each camera and imperfect camera calibration, and so on. Such discrepancy can be the cause of the performance decrease of multi-view video coding by mismatch of inter-view prediction ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 실제 주어진 YCbCr 영상에서 화소들의 값은 256레벨 범위 전역에 걸쳐 존재하지 않는다. 따라서 색상 보정의 성능을 향상하기 위해 본 논문에서는 새로운 색상 변환 기법을 제안한다. 식 (7)과 (8)은 YCbCr과 RGB, 두 색상 공간에서 화소의 실제 존재 범위가 0부터 255일 경우에 적용되는 변환식이다.
  • 본 논문에서는 Fecker가 제안한 전처리 기법을 개선한 효율적인 조명 불일치 보상 기법 등을 포함한 새로운 전처리 기법을 제안하고 있으며 이 기법을 통해 다시점 비디오의 압축 효율이 향상됨을 입증되었다. 제안하는 기법에서는 YCbCr 색상 구조에서 RGB 색상 구조로 변환 시에 영상의 에지 방향성과 화소 값의 존재 범위를 고려한 새로운 색상 변환 기법을 사용한다.
  • 본 논문에서는 RGB 색상 공간에서 time-constant 히스토그램 매칭 기법을 이용하여 색상차를 보상하는 기법을 개선하여 더욱 향상된 압축 효율을 가지는 다시점 비디오의 조명 보상 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 영상의 방향성을 고려한 ELA 선형 보간 기법과 Cosited 필터를 결합한 전처리 필터와 영상의 색상 성분별로 화소의 실제 존재 범위에 맞춰 새로운 변환 행렬식을 도출하는 색상 변환 기법을 적용하여 RGB 색상공간에서의 히스토그램 매칭의 조명 보상 효과를 더욱 향상시킨다.
  • 본 논문에서는 다시점 비디오 부호화 시에 각 시점영상 간의 조명 차이로 인한 압축 효율 저하의 문제를 해결하기 위하여 히스토그램 매칭 기법을 이용한 효과적인 조명 불일치 보상 기법을 제안하였다. 다시점 비디오는 영상별로 촬영 위치의 차이 등으로 인한 인접시점 영상 간 조명 불일치 현상이 발생하게 되고, 이는 다시점 비디오 부호화 성능 저하의 원인이 된다.
  • 다시점 비디오는 영상별로 촬영 위치의 차이 등으로 인한 인접시점 영상 간 조명 불일치 현상이 발생하게 되고, 이는 다시점 비디오 부호화 성능 저하의 원인이 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 RGB 색상구조에서 수행되는 히스토그램 매칭의 조명 보상 효과를 향상시키기 위해서 방향성을 고려한 전처리 필터링 기법과 영상의 화소 존재 범위를 고려하여 재조정된 계수를 사용하는 새로운 색상 변환 기법을 제안하였다. 제안하는 기법을 다시점 비디오 부호화에 적용하여 부호화의 성능이 크게 향상됨을 확인할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
다시점 비디오 부호화의 가장 큰 특징은? 다시점 비디오 부호화의 가장 큰 특징은 전후 프레임의 상관도 뿐 아니라 시점간의 상관성도 이용한다는 것이다. 즉 시간적 중복성을 제거하는 움직임 보상 기법뿐 아니라, 인접한 시점 영상간의 공간적 중복성도 제거하는 시점 간 보상 기법(inter-view compensation or disparity compensation)을 이용하여 부호화 효율을 증대시킨다는 것이다[1].
다시점 비디오은 어디에서 사용되고 있는가? 다시점 비디오는 기존의 단일시점 비디오와는 다르게, 서로 다른 위치에 배열된 여러 대의 카메라로 영상을 촬영하고, 획득한다. 다시점 비디오는 렌티큘러(lenticular) 디스플레이를 이용한 무안경식 3DTV와 영상의 시점을 사용자가 자유롭게 선택하는 것이 가능한 자유시점 TV(free-viewpoint television), 그리고 3차원 비디오를 이용한 의료산업 분야 등에서 폭넓게 사용되고 있다. 다시점 비디오는 데이터의 양이 단일시점 영상 보다 월등히 많으므로 저장이나 전송 시에 효율적인 부호화 기법을 필요로 한다.
다시점 영상에서 조명 불일치의 원인은? 다시점 영상에서 조명 불일치의 원인은 크게 두 가지로 생각할 수 있다. 첫 번째는 다시점 비디오를 촬영하고 획득하는 카메라 간의 잘못된 보정 때문이다. 서로 다른 카메라는 내부 특성(intrinsic parameter)이 서로 달라 노출과 초점 등의 특성들이 일치하지 않을 수 있고, 카메라간 동일한 특성을 가지도록 조정하는 것이 카메라 보정 수행의 목적이다. 그러나 잘못된 카메라보정으로 내부 특성이 서로 다른 다시점 카메라 시스템에서 획득된 다시점 영상은 전반적인 조명 불일치(global illumination mismatches)가 발생할 수 있다. 또 다른 원인은 서로 다른 카메라의 위치 때문이다. 만약 모든 시점의 카메라가 이상적으로 보정되어 다시점 카메라 시스템에 존재하는 모든 카메라의 내부 특성이 같아도 카메라 간의 위치와 방향이 서로 다르므로 획득된 영상 간의 불가피한 색상 차이가 발생할 수 있다. 이러한 경우 국부적인 조명 불일치(local illumination mismatches)가 발생하는데, 이는 동일한 물체라도 카메라의 위치에 따라서 촬영 시, 조명 환경과 물체의 절대위치가 다르기 때문이다[5].
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참고문헌 (10)

  1. ITU-T RECOMMENDATION H.264 "Advanced Video Coding for Generic Audiovisual Services". May 2003. 

  2. C. Doutre, P. Nasiopoulos, "A Colour Correction Preprocessing Method for Multiview Video Coding," Department of Electronic and Computer Engineering, University of British Columbia. 

  3. 이동석, 유지환, 유지상, "히스토그램 매칭을 이용한 다시점 비디오의 휘도와 색차 성분 보상 기법", 한국방송공학회 학술대회, Nov. 2009, pp. 191-194. 

  4. 이동석, 서영호, 김동욱, 유지상, "다시점 비디오의 조명 보상을 위한 에지 방향성을 고려한 새로운 전처리 기법", 한국방송공학회 학술대회, Jul. 2010. 

  5. U. Fecker, M. Barkowsky, and A. Kaup, "Histogram-Based Prefiltering for Luminance and Chrominance Compensation of Multiview Video," IEEE Trans. ,vol. 18, no 9, Sep. 2008. 

  6. U. Fecker, M. Barkowsky, and A. Kaup, "Time-constant histogram matching for colour compensation of multi-view video sequences," in Proc. 26th Picture Coding Symp. (PCS2007), Lisbon, Portugal, Nov.2007. 

  7. P. Brox, I. Baturone, and S. Sanchez-Solano, "Interlaced to progressive scan conversion using a fuzzy edge-based line average algorithm," in Proc. IEEE Int. Workshop Intell. Signal Process., Faro, Portugal, Sep. 2005, pp. 10-15. 

  8. Keith Jack, "Video Demystified 3rd edition", Harris, 2001. 

  9. Y.-L. Lee, J.-H. Hur, Y.-K. Lee, K.-H. Han, S. Cho,N. Hur, J. Kim, J.-H. Kim, P.-L. Lai, A. Ortega, Y. Su, P. Yin, and C. Gomila, "CE11: illumination compensation," in Joint Video Team (JVT) of ISO/IEC MPEG &ITU-T VCEG, Document JVT-U052r2, Hangzhou, China, Oct. 2006. 

  10. Y. Su, A. Vetro, and A. Smolic, "Common test conditions for multiview video coding," (2006) Doc. JVT-U211, [Online]. Available: http://ftp3.itu.ch/av-arch/jvt-site/ 

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