[논문]카메라의 여러 노출 영상에서 장면의 다이내믹 레인지 추정을 통한 효율적인 HDR 영상 획득

박대근; 박기현; 권오설; 하영호

카메라의 여러 노출 영상에서 장면의 다이내믹 레인지 추정을 통한 효율적인 HDR 영상 획득
Acquisition of efficient HDR image using estimation of dynamic range of scene in camera images with various exposures 원문보기

박대근 (경북대학교 전자전기컴퓨터학부) , 박기현 (경북대학교 전자전기컴퓨터학부) , 권오설 (경북대학교 전자전기컴퓨터학부) , 하영호 (경북대학교 전자전기컴퓨터학부)

It is needed many images with different exposure to acquire high dynamic range (HDR) image of a scene using digital still camera. This paper proposed to acquire HDR image with small error using reduced number of image. Proposed method takes two pictures with different exposure and estimates dynamic range of scene using information two images, and takes three pictures with calculated proper exposure to acquire HDR image.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

기존의 방법[1], [2] 에서는 노출이 다른 영상을 10장 이상 찍고, 이 영상을 합성해서 HDR 영상을 얻는다. 본 논문에서는 필요한 영상의 수를 줄이면서도 오차가 크지 않은 HDR 영상을 얻는 방법을 제안하였다.

제안 방법

그리고 원본 HDR 영상에서 카메라 응답 곡선의 역함수를 사용하여 각각의 노출 시간을 입력으로 주어 가상 영상을 만든다[3]. 그리고 여러 장의 가상 영상을 합성하여 HDR 영상을 만들고, 이 HDR 영상과 원본 HDR 영상과의 오차를 구한다.
시뮬레이션을 통하여 HDR 영상을 평가하였다. 먼저 기존의 방법으로 HDR 영상을 만들고, 이 영상을 원본 HDR 영상이라 정의한다.
영상으로. 장면의 다이내믹 레인지를 추정하고, 이를 이용하여 중복되는 다이내믹 레인지를 줄여 5장의 영상을 이용하여 HDR 영상을 얻는 방법을 제안하였다. 기존의 10장 이상의 영상을 사용한 방법과 비교했을 때, 영상을 적게 이용하더라도 제안한 방법으로 얻은 HDR 영상의 오차가 크게 차이가 나지 않음을 확인하였다.

대상 데이터

그림 2에서처럼 카메라에서 노출 시간을 달리 해서 만들 수 있는 최대의 다이내믹 레인지를 카메라의 다이내믹 레인지 3개만으로도 포함할 수 있기 때문에 본 논문에서는 HDR 영상 획득을 위해서 노출이 다른 영상 3장만을 사용하였다. 3장의 영상 중에서 한 장의 노출 시간은 카메라의 다이내믹 레인지가 장면의 다이내믹 레인지 중간, 그리고 다른 2장의 노출 시간은 장면의 다이내믹 레인지 중간에서 대칭되게 놓이도록 설정하였다.
본 논문에서는 노출이 다른 두 장의 영상으로. 장면의 다이내믹 레인지를 추정하고, 이를 이용하여 중복되는 다이내믹 레인지를 줄여 5장의 영상을 이용하여 HDR 영상을 얻는 방법을 제안하였다.
캐논 10D와 코니카미놀타 Dynax 5D 카메라 두 대를 사용해서 실험하였다. 표 1에서 오차는 원본 HDR 영상의 radiance와의 차이를 나타낸다.

데이터처리

노출 시간이 변함에 따라 영상의 최대 그레이레벨과 최소 그레이레벨의 증감이 장면에 관계없이 일정한 경향을 가지고 있다. 그림 1에서 노출 시간 증가의 단계가 증가할 때, 영상의 최소 그레이레벨이 장면에 관계없이 일정한 경향을 가지고 증가하며, 이러한 경향을 3차 다항 회귀방정식을 이용하여 모델링하였다. 마찬가지로 노출 시간이 감소할 때에도 일정한 경향이 나타나며 모델링이 가능하다.

성능/효과

장면의 다이내믹 레인지를 추정하고, 이를 이용하여 중복되는 다이내믹 레인지를 줄여 5장의 영상을 이용하여 HDR 영상을 얻는 방법을 제안하였다. 기존의 10장 이상의 영상을 사용한 방법과 비교했을 때, 영상을 적게 이용하더라도 제안한 방법으로 얻은 HDR 영상의 오차가 크게 차이가 나지 않음을 확인하였다.
표 1에서 오차는 원본 HDR 영상의 radiance와의 차이를 나타낸다. 영상을 11장 사용한 기존의 방법과 영상 5장 사용한 제안한 방법 사이의 HDR 영상의 오차가 크게 차이가 없음을 확인할 수 있다.

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