[논문]인접 픽셀 값과의 기울기 정보를 이용한 확대 영상의 화질 개선 기법

정수목

doi:10.9708/jksci.2012.17.2.059

[국내논문] 인접 픽셀 값과의 기울기 정보를 이용한 확대 영상의 화질 개선 기법
Quality improvement scheme of magnified image by using gradient information between adjacent pixel values 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.17 no.2, 2012년, pp.59 - 67

초록
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본 논문에서는 실제 영상에 일반적으로 존재하는 지역성과 실제 영상에 존재하는 단순 볼록 곡면 특성과 단순 오목 곡면의 특성을 충실히 반영하도록 확대 영상의 보간 픽셀 값들을 추정하기 위하여 인접 픽셀 값과의 기울기 정보를 이용하는 효율적인 보간 기법을 제안하였다. 제안된 기법을 적용하여 확대한 영상의 화질 향상을 측정하기 위하여 PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)을 사용하였다. 제안된 기법을 적용하여 확대한 다양한 영상들의 PSNR 값들이 기존의 보간 기법들을 적용하여 확대한 영상들의 PSNR 값보다 큰 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, an efficient interpolation scheme using gradient information between adjacent pixel values was proposed to estimate the value of interpolated pixel to have the locality which exists in real image and the characteristic of simple convex surface and simple concave surface which exist partially in the real image. PSNR(Peak Signal to Noise Ratio) was used to evaluate the performance of the proposed scheme. The PSNR values of the magnified images using the proposed scheme are greater than those of the magnified images using the previous interpolation schemes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 보간 된 픽셀 값이 실제 영상에 일반적으로 존재하는 지역성과 실제 영상에 존재하는 단순 볼록 곡면 특성과 단순 오목 곡면의 특성을 보다 충실히 갖도록 하기 위하여 인접 픽셀 값과의 기울기 정보를 이용하여 보간 픽셀 값을 추정하는 효율적인 기법을 제안하였다.
본 논문에서는 확대 영상의 화질을 개선하기 위하여 인접 픽셀 값과의 기울기 정보를 이용한 확대 영상의 화질 개선 기법을 제안하였다.
양 선형 보간법의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 단순 볼록 곡면인지 혹은 단순 오목 곡면인지를 판단하는 기법과 단순 볼록 곡면 혹은 단순 오목 곡면에서 곡면의 특성을 고려하여 보간 값을 효과적으로 구할 수 있는 기법을 본 논문에서 제안하였다.

제안 방법

보간 값을 구하는 영역이 실제 영상의 단순 볼록 곡면 혹은 단순 오목 곡면이면 역방향 사상된 좌표에 인접한 픽셀 값들과의 기울기 정보를 이용하여 구성된 방정식을 사용하여 가로축과 세로축 방향으로 상, 하, 좌, 우 4개의 픽셀 값을 추정한 후 4개의 값에 양 선형 보간법을 적용하여 최종 보간 값을 구한다. 제안된 기법을 적용하여 보간 값을 구하면, 단순 볼록 곡면 혹은 단순 오목 곡면 부분에서의 보간 값이 실제 영상의 픽셀 값에 근접하게 되어 확대 영상의 화질이 개선되는 효율적인 기법이다.
본 논문에서 제안된 인접 픽셀 값과의 기울기 정보를 이용한 확대 영상의 화질 개선 기법에 대한 성능을 평가하기 위하여 64x64 픽셀 크기의 Lenna, Mona Liza, Space shuttle, Mars probe, Rocket Launching 실험 영상들에 대하여 영상 확대 실험을 수행하였다.
실험 영상들에 대하여 최근방 이웃 보간법, 양 선형 보간법, 3차회선 보간법, 제안 기법인 인접 픽셀 값과의 기울기 정보를 이용한 확대 영상의 화질 개선 기법을 적용하여 가로축 방향과 세로축 방향으로 각각 4배 확대한 확대 영상을 생성한 후, PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)을 측정하여 각 기법들의 성능을 비교 평가하였다.
역방향 사상된 좌표에서의 보간 값 계산에 실제 영상의 곡면 특성을 효과적으로 반영하기 위하여 역방향 사상된 좌표 주변 4개의 기준 픽셀에서 가로축 방향과 세로축 방향으로 직선방정식을 구하여 이를 단순 볼록(오면) 곡면의 픽셀 값 계산에 사용한다.
이와 같이 가로축으로 4번의 보간을 수행하여 구해진 보간값 Vr1, Vr2, Vr3, Vr4를 가지고 세로축 방향으로 동일한 방법으로 보간을 수행하여 (xr, yr)에서의 픽셀 값 Vr을 구하여 이를 확대 영상의 보간 픽셀 값으로 한다.
입력 영상의 회색 사각형 안쪽에서 구해지는 보간 값들로 이루어지는 확대 영상 부분에 해당하는 실제 영상이 단순 볼록 곡면 혹은 단순 오목 곡면을 갖는지에 대한 예측은 입력 영상의 인접 픽셀 값과의 기울기를 이용하여 판단한다. 임의의 두 지점 (x1, y1), (x2, y2)를 지나는 직선의 방정식은 식 (12)와 같이 주어지고 기울기는 (y2-y1)/(x2-x1)이다.
제안된 기법은 보간 값을 구하는 영역이 실제 영상의 단순 볼록 곡면 혹은 단순 오목 곡면인지를 역방향 사상된 좌표에 인접한 픽셀 값들과의 기울기 정보를 이용하여 판단한다.

성능/효과

64x64픽셀 크기를 갖는 입력 영상들을 가로축 방향과 세로축 방향으로 각각 4배 확대하는 경우, 제안기법을 적용하여 확대한 확대 영상에서의 PSNR 값은 기존의 기법을 적용하여 영상을 확대한 경우에 비하여 화질이 0.0103dB ~ 3.9489dB 개선되었다.
<표 1>의 실험결과에서 보는 바와 같이 제안 기법을 적용 하여 실험 영상을 확대한 경우, 기존의 기법들에 비하여 확대 영상의 화질이 0.0103dB ~ 3.9489dB 개선되었다. 이러한 화질 향상은 단순 볼록 곡면 혹은 단순 오목 곡면의 특성을 잘 반영하도록 인접 픽셀 값과의 기울기 정보를 이용하여 보간 값을 구함으로 구해진 보간 값이 실제 영상의 픽셀 값에 근접하게 되어 확대 영상이 실제 영상에 더욱 가깝게 되었기 때문이다.
보간 값을 구하는 영역이 실제 영상의 단순 볼록 곡면 혹은 단순 오목 곡면이면 역방향 사상된 좌표에 인접한 픽셀 값들과의 기울기 정보를 이용하여 구성된 방정식을 사용하여 가로축과 세로축 방향으로 상, 하, 좌, 우 4개의 픽셀 값을 추정한 후 4개의 값에 양 선형 보간법을 적용하여 최종 보간 값을 구한다. 제안된 기법을 적용하여 보간 값을 구하면, 단순 볼록 곡면 혹은 단순 오목 곡면 부분에서의 보간 값이 실제 영상의 픽셀 값에 근접하게 되어 확대 영상의 화질이 개선되는 효율적인 기법이다.
확대 영상의 보간 픽셀 값 추정 시, 입력 영상으로 역방향 사상된 좌표 주변의 4개의 픽셀 값과, 주변 4개의 픽셀과의 상대적인 거리에 의해서 결정되는 가중치 외에 인접 픽셀들과의 픽셀 값 기울기 정보를 이용하여 보간을 수행하는 기법을 적용하면 추정된 보간 픽셀 값은 실제 영상에 일반적으로 존재하는 지역성(locality)과 실제 영상에 존재하는 단순 볼록 곡면 특성과 단순 오목 곡면의 특성을 더욱 충실히 반영하게 되어 확대 영상의 화질을 개선할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영차 보간법의 단점은 무엇인가?	영차 보간법(zero order interpolation)은 보간 기법 중가장 간단하게 구현할 수 있는 기법이지만 확대 영상의 화질이 저하되는 단점이 있다.[3] 선형 보간법(linear interp olation), 스플라인 보간법(spline interpolation), 3차회선 보간법(cubic convolution interpolation) 등이 확대 영상의 화질을 개선하기 위하여 제안되었으나 영상의 경계면에서 흐림이 발생하는 단점이 있다.
	양 선형 보간법은 무엇인가?	양 선형 보간법(bilinear interpolation)은 확대 영상에서 나타나는 블록화 현상을 제거할 수 있어 확대 영상의 품질을 향상 시키는 보간 기법이다. 영상 확대에 일반적으로 사용 되고 있는 양 선형 보간법은 확대 영상의 픽셀 좌표로부터 역방향 사상된 입력 영상의 실수 좌표에 해당하는 보간 값을 추정하기 위하여 입력 영상의 실수 좌표 주변에 있는 4개의 픽셀 값과, 주변 4개의 픽셀과의 상대적인 거리에 의해서 결정 되는 가중치를 사용하여 가로축 방향과 세로축 방향으로 보간을 수행하여 계산된 보간 값을 확대 영상의 보간 픽셀 값으로 결정한다.
	보간 기법에서 확대 영상의 보간 픽셀 값을 추정하기 위해 거치는 두 단계는 무엇인가?	보간 기법에서는 확대 영상의 보간 픽셀 값을 추정하기 위하여 두 단계절차를 수행한다. 첫 번째 단계에서는 확대 영상의 픽셀 위치에 대응하는 입력 영상의 실수(real value) 좌표를 구하기 위하여 역방향 사상(backward mapping)을 한다. 두 번째 단계에서는 역방향 사상된 입력 영상의 실수 좌표 주위에 있는 픽셀 값과 위치 정보를 이용하여 역방향 사상된 실수 좌표에서의 픽셀 값을 계산한 후 이를 확대 영상의 보간 픽셀 값으로 한다.

참고문헌 (11)

W. K. Pratt, Digital Image Processing, New York: Wiley, 1991.
M. Petrou, P. Bosdogianni, Image Processing : The Fundamentals, John Wiley & Sons Inc. Jan. 2002.
T. Acharya, A. K. Ray, Image Processing: Principles and Applications, Wiley-Interscience, Sep. 2005.
R. Crane, Simplified Approach to Image Processing, Prentice Hall, 1997.
K. P. Hong, J. K. Wang, I. S. Reed, and W. S. Hsieh, "Image data compression using cubic convolution spline interpolation", IEEE Tran. Image Processing, Vol.9, No.11(2000), pp1988-1995.

상세보기
R. G. Keys, "Cubic convolution interpolation for digital image processing", IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Process, Vol.29(1981), pp.1153-1 160.

상세보기
X. Li, M. Orchard, "New edge-directed interpolation", IEEE Trans. Image Process., Vol.10, No.10(2001), pp1521-1527.

상세보기
J. W. Hwang, H. S. Lee, "Adaptive image interpol ation based on local gradient features", IEEE Signal Processing Letters, Vol.11, No.3(2004), pp.359-362.

상세보기
T. W. Chan, O. C. Au, T. S. Chong, and W. S. Chau, "An Adaptive interpolation using spatial varing filter", IEEE Int. Conf. Consumer Electron(2005). pp.109-110.
T. Mori, K. Kameyama, Y. Ohmiya, and J. Lee, "Image Resolution Conversion Based on an Edge-Adaptive Interpolation Kernel", IEEE Pacific Rim Conference, pp. 497-500, 2007.
S.M. Jung, "Quality Improvement Scheme of Interp olation Image using the Characteristics of the Adjacent Pixels" Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.16, no.11, pp.96-102, Nov. 2011.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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