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영상의 명암대비 향상을 위한 차별적 압축 방법 기반의 히스토그램 평활화
Histogram Equalization based on Differential Compression for Image Contrast Enhancement 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.19 no.1, 2014년, pp.96 - 108  

이재원 (전남대학교 전자컴퓨터공학과) ,  홍성훈 (전남대학교 전자컴퓨터공학부, 정보통신연구소)

초록
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기존 히스토그램 평활화 방법을 사용하여 영상의 명암대비를 증가시킬 경우 과도한 밝기 변화로 인한 과포화 현상(over-enhancement), 계조현상(false contouring) 및 영상의 세부 정보가 없어지는 등의 왜곡이 발생한다. 특히 밝기 분포가 특정한 밝기 레벨에 밀집되어 있는 경우 이러한 왜곡이 두드러지게 나타나게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 임계치를 이용한 히스토그램 클리핑을 통해 입력 히스토그램을 변형하는 개선된 평활화 방법들이 제시되었지만, 입력영상의 히스토그램 특성을 고려하지 않고 전체 히스토그램에 대해 동일한 임계치를 적용하기 때문에 명암대비 향상효과가 감소하고, 입력 영상의 특성을 유지하지 못해 부자연스러운 영상이 얻어지기도 한다. 본 논문에서는 기존 방식에서 발생하는 문제를 해결하기 위하여 입력영상의 히스토그램의 빈도수에 따른 차별적 압축방법을 적용하여 과도한 밝기 변화가 발생하는 문제를 억제하면서도 입력영상의 특성을 유지하는 새로운 평활화 방식을 제 안한다. 또한 입력영상의 특성에 따라 압축률의 강도를 제어하여 보다 효과적으로 명암대비 향상을 수행하는 방법을 제시한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In case of contrast of the image enhancement by using the conventional histogram equalization, over-enhancement, false contouring and distortion such as the details disappearance of the image occurs due to the excessive brightness change. Especially, these distortion appears when the brightness dist...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 과포화 현상을 막기 위해 빈도수를 제한하는 과정에서 과도한 제한으로 인해 명암대비 효과가 좋지 못하거나 연산량이 적지 않아 실시간 연산에 적합하지 않다는 단점이 존재한다. 따라서 본 논문에서는 히스토그램의 빈도수에 따라 히스토그램을 차등 압축하는 방법을 사용하여 과도한 명암대비 증가로 인한 과포화 현상을 억제하면서도 입력영상의 특성을 유지하는 차별적 압축 방법 기반의 히스토그램 평활화를 이용한 영상의 명암대비 향상 기법을 제시한다.
  • 이러한 문제 해결을 위하여 다수의 변형된 방법이 제안되었지만 이 방법들도 영상의 특성을 반영하지 못해 부자연스러운 영상이 얻어지는 단점을 보였다. 본 논문에서는 기존 방법들에서 나타나는 화질열화를 억제하기 위하여 차등 히스토그램 압축 평활화 기법을 제안하였다. 제안된 방법은 입력 히스토그램의 특성을 유지하기 위해 히스토그램 클리핑 방법 대신 각 레벨에 대한 평균 빈도수에 따른 차별적 히스토그램 압축을 이용하여 히스토그램을 변형하고, 히스토그램 변형으로 인해 손실된 빈도수에 대한 보상을 수행한 후 구해진 매핑함수를 이용하여 평활화 한다.
  • 반면에 빈도수가 적은 밝기값은 이웃한 밝기값과 합쳐져서 작은 영상 영역의 정보가 손실되는 level-saturation 현상이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 다음 절에서 차등 압축을 통한 히스토그램 변형방법에 기반한 히스토그램 평활화를 수행하는 방법을 제안한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
영상의 명암대비를 향상시키는 대표적인 방법은? 이러한 명암대비 개선 기술은 가전제품, 의료 영상처리 등 다양한 영상처리 응용분야에서 사용된다. 영상의 명암대비를 향상시키는 대표적인 방법으로 히스토그램 평 활화(Histogram Equalization) 방법이 있다. 그러나 일반적인 히스토그램 평활화 방법은 입력영상의 히스토그램이 특정 밝기값에 집중적으로 분포하는 경우 과포화 현상과 계조현상이 발생하고, 발생 빈도수가 적은 히스토그램에 해당하는 밝기값은 명암대비 향상처리가 수행되지 않거나 해당 밝기값이 없어지게 되어 작은 영상영역의 세부정보가 손실되는 현상이 나타난다.
기존 히스토그램 평활화 방법을 사용하여 영상의 명암대비를 증가시킬 경우 생기는 문제는? 기존 히스토그램 평활화 방법을 사용하여 영상의 명암대비를 증가시킬 경우 과도한 밝기 변화로 인한 과포화 현상(over-enhancement), 계조현상(false contouring) 및 영상의 세부 정보가 없어지는 등의 왜곡이 발생한다. 특히 밝기 분포가 특정한 밝기 레벨에 밀집되어 있는 경우 이러한 왜곡이 두드러지게 나타나게 된다.
밝기 분포가 특정한 밝기 레벨에 밀집되어 있는 경우 왜곡이 두드러지는데 이를 해결하기 위해 제시되었던 방법은? 특히 밝기 분포가 특정한 밝기 레벨에 밀집되어 있는 경우 이러한 왜곡이 두드러지게 나타나게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 임계치를 이용한 히스토그램 클리핑을 통해 입력 히스토그램을 변형하는 개선된 평활화 방법들이 제시되었지만, 입력영상의 히스토그램 특성을 고려하지 않고 전체 히스토그램에 대해 동일한 임계치를 적용하기 때문에 명암대비 향상효과가 감소하고, 입력 영상의 특성을 유지하지 못해 부자연스러운 영상이 얻어지기도 한다. 본 논문에서는 기존 방식에서 발생하는 문제를 해결하기 위하여 입력영상의 히스토그램의 빈도수에 따른 차별적 압축방법을 적용하여 과도한 밝기 변화가 발생하는 문제를 억제하면서도 입력영상의 특성을 유지하는 새로운 평활화 방식을 제 안한다.
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참고문헌 (11)

  1. Stephen M. Pizer, R. Eugene Johnston, James P. Ericksen, Bonnie C. Yankaskas, and Keith E. Muller, "Contrast-limited adaptive histogram equalization: speed and effectiveness", In Proceedings of the First Conference on Visualization in Biomedical Computing, 1990, vol. 1, no. 1, PP.337-345, May 1990. 

  2. Bing-Jian Wang, Shang-Qian Liu, Qing Li, and Hui-Xin Zhou, "A real- time contrast enhancement algorithm for infrared images based on plateau histogram", Infrared Physics & Technology, vol. 48, no. 1, pp. 77-82, April 2006. 

  3. Nicholas Sia Pik Kong, Haidi Ibrahim, Chen Hee Ooi, and Derek Chan Juinn Chieh, "Enhancement of microscopic images using modified self-adaptive plateau histogram equalization", submitted for publication in Proceedings of 2009 International Conference on Graphic and Image Processing (ICGIP 2009), Kota Kinabalu, Malaysia, vol. 1, no. 1, November 2009. 

  4. Seungjoon Yang, Jae Hwan Oh, and Yungfun Park, "Contrast enhancement using histogram equalization with bin underflow and bin overflow", In Image Processing, 2003. ICIP 2003. Proceedings. 2003 International Conference on, vol. 1, no.1, pp. 881-884, September 2003. 

  5. Qing Wang, and Rabab K. Ward, "Fast image/video contrast enhancement based on weighted thresholded histogram equalization", IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 53, no. 2, pp. 757-764, May 2007 

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  7. Chen Hee Ooi, Sia Pik Kong, Haidi Ibrahim, "Bi-Histogram Equalization with a Plateau Limit for Digital Image Enhancement", IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 55, No. 4, pp. 2072 -2080, NOVEMBER 2009 

  8. Chen Hee Ooi and Nor Ashidi Mat Isa, "Quadrants Dynamic Histogram Equalization for Contrast Enhancement", IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 56, no. 4, pp. 2543-2551, May 2010 

  9. M. Eramian and D. Mould, "Histogram equalization using neighborhood metrics", Computer and Robot Vision, the 2nd Canadian Conference on IEEE CNF, Proceedings, vol. 1, no.1, pp. 397-404, May, 2005. 

  10. Nyamlkhagva Sengee, Altansukh Sengee, and Heung-Kook Choi, "Contrast Enhancement using Histogram Equalization with a New Neighborhood Metrics", Journal of Korean Multimedia Society, vol. 11, no. 6, pp. 737- 745, June 2008. 

  11. Nyamlkhagva Sengee, Altansukh Sengee, and Heung-Kook Choi, "Image Contrast Enhancement using Bi-Histogram Equalization with Neighborhood Metrics", IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 56, no. 4, pp. 2727 - 2734, Nov. 2010. 

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