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적외선 영상 선명도 개선을 위한 ADRC 기반 초고해상도 기법 및 가시광 영상과의 융합 기법
Infrared Image Sharpness Enhancement Method Using Super-resolution Based on Adaptive Dynamic Range Coding and Fusion with Visible Image 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.53 no.11 = no.468, 2016년, pp.73 - 81  

김용준 (인하대학교 전자공학과) ,  송병철 (인하대학교 전자공학과)

초록
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일반적으로 적외선 열화상 영상은 가시광선 영상보다 약한 선명도를 가지며, 디테일 정보도 거의 없다. 그래서 종래 영상확대 알고리즘 방법으로 적외선 영상을 확대할 경우 가시광 영상에 비해 효과적이지 않다. 이런 문제점을 해결하기 위해 본 논문은 입력 적외선 영상을 ADRC 기반 초고해상도 기법으로 일차적으로 확대하고, 대응하는 가시광선 영상과 융합하는 방법을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 크게 확대 과정과 융합 과정으로 나뉜다. 먼저 입력된 적외선 영상을 ADRC 기반의 초고해상도 알고리즘으로 확대한다. 사전의 학습과정에서 고해상도 영상들에 소위 pre-emphasis를 적용한 후 학습을 함으로써 선명도 향상을 꾀했다. 융합 과정에서는 먼저 입력 IR영상과 대응하는 가시광선 영상에서 고주파 정보를 추출하고, IR영상의 복잡도에 따라 적응적으로 상기 추출된 고주파 정보를 합성하는 방식으로 최종적인 확대 적외선 영상이 얻어진다. 모의 실험 결과 제안 알고리즘은 최신 SR기법 중 하나인 A+기법보다 JNB수치가 평균 0.2184만큼 높은 우수한 정량적 결과를 보인다. 뿐만 아니라 주관적 화질에서도 상당한 우위를 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In general, infrared images have less sharpness and image details than visible images. So, the prior image upscaling methods are not effective in the infrared images. In order to solve this problem, this paper proposes an algorithm which initially up-scales an input infrared (IR) image by using adap...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • SR 알고리즘으로 적외선 영상을 확대시키더라도 동일 해상도의 가시광 영상에 비해 선명도가 떨어지며 디테일이 적다는 것을 그림 4를 통해 확인 할 수 있다. 따라서 가시광 영상으로부터 고주파 정보를 추출하여 합성시키는 기법을 제안한다. 앞서 살펴본 융합 알고리즘의 경우 식 (2)을 이용하여 고주파 정보를 찾게 되는데 이럴 경우 많은 연산량이 소모되게 되어 실제로 제품에 적용시키기 어렵다.
  • 본 논문에서는 적외선 영상의 특성을 고려하여 ADRC 를 적용시킨 확대 알고리즘을 제안하였을 뿐만 아니라 확대된 영상의 선명도를 개선시키기 위해 가시광 영상으로부터 고주파정보를 추출하고 이를 영상의 복잡도에 따라 적응적으로 게인 값을 곱하여 융합하는 방법을 제안한다. 그 결과 성능이 우수한 SR기법으로 알려진 A+기법으로 적외선 영상을 확대하였을 때보다 더 선명한 영상을 얻을 수 있었으며, 정량적 평가에 있어서도 더 우수하다고 할 수 있다.
  • 또한 영상확대 과정에서 에지 판별은 3×3 블록의 분산을 계산하여 판별하였고 문턱치는 5 로 결정하였다. 에지 판별에 있어 문턱치가 다소 작은 측면이 있지만 적외선 영상의 경우 에지 영역에서 블러가 되어 있기 때문에 문턱치를 일반 가시광 영상에서처럼 높게 잡게 될 경우 에지 영역이 충분히 검출되지 않기 때문에 에지 영역이 충분히 검출되도록 실험적으로 정하였다. 또한 영상융합에서 적외선 영상과 가시광 영상의 에지정도의 문턱치는 각각 0.

가설 설정

  • [13] 두 영상이 완벽히 정합되었다고 가정하고, 고주파 추출 영역을 결정하기 위해 확대된 적외선 영상과 이에 정합된 가시광 영상의 에지 픽셀을 분류하기 위해 앞선 융합 알고리즘에서 사용한 에지정도인 식 (1)를 각각 측정하여 사전에 정의한 문턱치를 모두 만족할 경우 에지 픽셀로 분류한다. 단순히 기울기를 구하여 특정 문턱치로 에지 픽셀을 분류할 경우 적외선 영상의 블러와 노이즈 때문에 에지 영역을 판별하는데 어려움이 있기 때문에 에지정도를 이용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SR은 어떻게 구분되는가? 선형 기법들의 성능 한계를 극복하기 위한 방법으로 소위 초고해상도 (super-resolution; SR) 기법들이 각광을 받고 있다.[1∼8] SR은 크게 단일 영상 SR기법과 다중 영상 SR 기법으로 구분되는데, 단일 영상기반 SR방식이 연산량 측면에서 유리하기 때문에 최근 TV나 카메라 등 다양한 응용에 적용되는 추세이다. 단일 영상기반 SR기법들을 중에서도 학습기반의 알고리즘에 대해 살펴보면 다음과 같다.
적외선 열화상 영상의 단점은? 일반적으로 적외선 열화상 영상은 가시광선 영상보다 약한 선명도를 가지며, 디테일 정보도 거의 없다. 그래서 종래 영상확대 알고리즘 방법으로 적외선 영상을 확대할 경우 가시광 영상에 비해 효과적이지 않다.
종래 영상확대 알고리즘 방법의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것은? 그래서 종래 영상확대 알고리즘 방법으로 적외선 영상을 확대할 경우 가시광 영상에 비해 효과적이지 않다. 이런 문제점을 해결하기 위해 본 논문은 입력 적외선 영상을 ADRC 기반 초고해상도 기법으로 일차적으로 확대하고, 대응하는 가시광선 영상과 융합하는 방법을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 크게 확대 과정과 융합 과정으로 나뉜다.
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참고문헌 (18)

  1. Freedman et al., "Image and video upscaling from local self-examples", ACM T. Graphics, vol. 30, no. 2, 2011. 

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  3. C. F. Granda and E. J. Candes, "Super-resolution via transform-invariant group-sparse regularization," Proc. ICCV, pp. 3336-3343, 2013. 

  4. H. Chang, D. Y. Yeung and Y. Xiong. "Superresolution through neighbor embedding," Proc. CVPR, pp. 275-282, 2004. 

  5. S. Farsiu, M. D. Robinson, M. Elad, and P. Milanfar, "Fast and robust multiframe super resolution," IEEE Trans. Image Proc., vol. 13, no. 10, pp. 1327-1344, Oct. 2004. 

  6. J. Yang, J. Wright, T. Huang, and Y. Ma, "Image superresolution via sparse representation", IEEE Trans. Image Proc., vol. 19, no. 11, pp. 2861-2873, 2010. 

  7. R. Timofte, V. De and L. V. Gool, "Anchored neighborhood regression for fast example-based super-resolution", Proc. ICCV, pp. 1920-1927, 2013. 

  8. I. H. Choi, Y. Nam, and B. C. Song, "A contentadaptive sharpness enhancement algorithm using 2D FIR filters trained by pre-emphasis," J. Vis. Commun. Image R., pp. 579-591, April 2013. 

  9. K. Choi, C. Kim, M. H. Kang, and J. B. Ra, "Resolution improvement of infrared images using visible image information," IEEE Signal Processing Letters, vol. 18, no. 10, 2011. 

  10. S. Yin, L. Cao, Q. Tan and G. Jin, "Infrared and visible image fusion based on NSCT and fuzzy logic," Proc. IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, 2010. 

  11. A. Gyaourova, G. Bebis and I. Pavlidis, "Fusion of infrared and visible images for face recognition," Proc. ECCV, vol. 3024, pp. 456-468, 2004. 

  12. M. Irani and P. Anandan, "Robust multi-sensor image alignment," Proc. ICCV, pp. 959-966, 1998. 

  13. J. H. Lee, Y. S. Kim, D. Lee, D. G. Kang and J. B. Ra, "Robust CCD and IR iamge registration using gradient-based statistical information," IEEE Signal Processing Letters, vol. 17, no. 4, 2010. 

  14. S. Sonn, G. A. Bilodeau, P. Galinier, "Fast and accurate registration of visible and infrared videos," Proc. CVPR, 2013. 

  15. A. Polesel, G. Ramponi, V. J. Mathews, "Image enhancement via adaptive unsharp masking", IEEE Trans. Image Proc., vol. 9, no. 3, pp. 505-510, 2000. 

  16. T. Kondo, and K. Kawaguchi, "Adaptive dynamic range encoding method and apparatus," US-patent 5, 444, 487, 1995. 

  17. R. Ferzli and L. J. Karam, "A no-reference objective image sharpness metric based on the notion of just noticeable blur (JNB)," IEEE Trans. Image Proc., vol. 18, no. 4, pp. 717-728, 2009. 

  18. N. J. W. Morris et al., "Statistics of infrared images", Proc. CVPR, 2007. 

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