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히스토그램 정보와 dark channel prior를 이용한 다해상도 기반 단일 영상 안개 제거 알고리즘
A Single Image Defogging Algorithm Based on Multi-Resolution Method Using Histogram Information and Dark Channel Prior 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.39 no.6, 2015년, pp.649 - 655  

양승용 (Department of Control and Instrumental Engineering, Graduate School of Korea Maritime and Ocean University) ,  양정은 (Department of Control and Instrumental Engineering, Graduate School of Korea Maritime and Ocean University) ,  홍석근 (Division of Information Technology Engineering, Korea Maritime and Ocean University) ,  조석제 (Division of Information Technology Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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본 논문에서는 효과적인 단일 영상 안개 제거 알고리즘을 제안한다. 잘 알려진 안개 제거 알고리즘인 dark channel prior(DCP)는 경계선 영역에서의 후광 현상(halo artifact) 및 결과 영상의 저대비를 초래하고 전달량 정제(refinement) 과정에서 긴 계산 시간을 필요로 한다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 제안한 방법은 전달량을 추정할 때 DCP와 히스토그램 정보로 구성된 비용함수를 이용하고, 빠른 처리를 위해 다해상도 기법을 이용한다. 히스토그램 정보는 안개 제거 결과의 저대비 현상을 방지해주고, 에지 정보를 참고하는 다해상도 기법은 계산 시간을 감소시키고 후광 현상을 방지할 수 있다. 다수의 안개 영상에 대한 실험을 통해 제안한 방법이 기존의 방법들보다 효율적이고 우수함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a defogging algorithm for a single image. Dark channel prior (DCP), which is a well-known defogging algorithm, can cause halo artifacts on boundary regions, low-contrast defogging images, and requires a large computational time. To solve these problems, we use histogram inf...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 안개 영상에서 전달량을 효율적으로 추정하여 안개를 제거하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 DCP 기반으로 안개 영역을 추정하는 과정에서 히스토그램 정보를 추가하여 저대비 및 색 왜곡을 방지하였다.
  • 본 논문에서는 안개 영상에서 전달량을 효율적으로 추정 하여 안개를 제거하기 위해 히스토그램 분포와 DCP를 이용한 다해상도 기반의 단일 영상 안개 제거 기법을 제안하였다. 제안한 방법은 안개 모델링을 이용하여 DCP와 히스 토그램 분포 특성에 대한 비용항의 가중합 형태로 전달량에 관한 비용함수를 정의하였고, 안개 제거 처리 전후 색의 왜곡이 적은 DCP의 특성에 입각하여 DCP로 얻은 기준 전달량을 이용하여 색 왜곡 정도에 따른 가중치를 계산한 후 비용함수에 적용하였다.

가설 설정

  • Tan et al. [2]은 인접한 화소들의 깊이값이 비슷하다는 가정과 안개 영역에서는 밝기 차이의 합이 아닌 안개 없는 영역보다 적다는 가정을 이용하여 지역적으로 안개 영역을 찾아내는 방법을 제안하였고 Fattal et al. [11]은 안개 영상에서 반사율을 추정하여 안개를 제거하는 방법을 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
dark channel prior의 개선해야 할 점은 무엇인가? 본 논문에서는 효과적인 단일 영상 안개 제거 알고리즘을 제안한다. 잘 알려진 안개 제거 알고리즘인 dark channel prior(DCP)는 경계선 영역에서의 후광 현상(halo artifact) 및 결과 영상의 저대비를 초래하고 전달량 정제(refinement) 과정에서 긴 계산 시간을 필요로 한다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 제안한 방법은 전달량을 추정할 때 DCP와 히스토그램 정보로 구성된 비용함수를 이용하고, 빠른 처리를 위해 다해상도 기법을 이용한다.
안개를 형성하는 수증기 입자들은 카메라로 획득한 영상에 어떤 영향을 미치는가? 안개는 대기 중 수증기가 뭉쳐서 형성된 입자들에 의해 발생된다. 이 입자들은 빛을 더 산란시키는 특성을 갖기 때문에 장면의 대비(contrast)를 축소시키고 채도(saturation)를 감소시킨다. 따라서 이러한 영상에 대한 컴퓨터 시각 기능의 성능을 높이기 위해 안개와 같은 외부 요인들을 제거하는 과정이 필요하다.
컴퓨터 시각 기술이란 무엇인가? 최근 선박 및 플랜트 감시와 해양 생태 조사를 효율적으로 수행할 수 있는 지능형 무인 시스템에 대한 관심이 높아짐에 따라 관련 시설의 운영 및 제어를 위한 컴퓨터 시각(computer vision) 분야에 대한 연구가 진행되고 있다[1]. 컴퓨터 시각은 카메라로 획득한 시각정보를 분석하여 특정 물체 인식 및 장면을 이해하는 기술이다. 이러한 기술은 선박이나 플랜트 등에 적용되어 인간의 시각 기능을 구현하는 것이 가능하지만 해변이나 해상에서 운용되기 때문에 카메라로 획득한 영상이 안개(fog)와 같은 탁한 매질(tubid medium)에 영향을 받기 쉽다.
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참고문헌 (15)

  1. E. R. Davies, Machine Vision, Third Edition : Theory, Algorithms, Practicallities (Signal Processing and its Applications), Morgan Kaufmann, 2005. 

  2. R. T. Tan, "Visibility in bad weather from a single image," Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 1-8, 2008. 

  3. J. H. Kim, J. Y. Sim, and C. S. Kim, "Single image dehazing based on contrast enhancement," Proceedings of the IEEE Acoustics, Speech and Signal Processing, pp. 1273-1276, 2011. 

  4. K. He, J. Sun, and X. Tang, "Single image haze removal using dark channel prior," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 33, no. 12, pp. 2341-2353, 2011. 

  5. Y. Y. Schechner, S. G. Narasimhan, and S. K. Nayar, "Instant dehazing of images using polarization," Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 1984-1991, 2001. 

  6. S. Shwartz, E. Namer, and Y. Y. Schechner, "Blind haze separation," Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 1984-1991, 2006. 

  7. S. G. Narasimhan and S. K. Nayar, "Chromatic framework for vision in bad weather," Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 598-605, 2000. 

  8. S. G. Narasimhan and S. K. Nayar, "Contrast restoration of weather degraded image," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 25, no. 6, pp. 713-724, 2003. 

  9. J. Kopf, B. Neubert, B. Chen, M. Cohen, C. Cohen-Or, O. Deussen, M. Uyttendaele, and D. Lischinski, "Deep photo: Model-based photograph enhancement and viewing," ACM Transactions on Graphics, vol. 27, no. 5, pp. 1-10, 2008. 

  10. K. Gibson, D. Vo, and T. Nguyen, "An inversigation of dehazing effects on image and video coding," IEEE Transactions on Image Processing, vol. 21, no. 2, pp. 662-673, 2012. 

  11. R. Fattal, "Single image dehazing," ACM Transactions on Graphics, vol. 27, no. 3, pp. 1-9, 2008. 

  12. K. He, J. Sun, and X. Tang, "Guided image filtering," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 35, no. 6, pp. 1397-1409. 2012. 

  13. S. Yang, Q. Zhu, J. Wang, D. Wu, and Y. Xie, "An improved single image haze removal algorithm based on dark channel prior and histogram specification," Proceedings of the 3rd International Conference on Multimedia Technology, pp. 279-292, 2013. 

  14. R. C. Gonzalez and R. E. Woods, Digital Image Processing, Third Edition, Prentice Hall, 2007. 

  15. N. Hautiere, J. Tarel, D. Aubert, and E. Dumout, "Blind contrast enhancement assessment by gradient ratioing at visible edges," Image Analysis & Stereology Journal, vol. 27, no. 2, pp. 1-7, 2008. 

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