KR100411348B1

KR100411348B1 - 에지 검출 방법과 장치

Info

Publication number: KR100411348B1
Application number: KR10-2001-0088262A
Authority: KR
Inventors: 전성배; 윤경로
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-12-29
Filing date: 2001-12-29
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2021-12-29
Also published as: US7274366B2; US20030128213A1; KR20030059402A

Abstract

본 발명은 이미지 및 비디오의 에지(edge)를 검출하는 방법과 에지 검출 장치에 관한 것이다.

본 발명은 DCT변환되어 이미지나 비디오 에지의 서로 다른 방향성을 각각 반영하는 복수 개의 계수를 추출하고, 상기 추출된 에지 방향성을 반영하는 계수의 크기와 부호를 비교하며, 상기 에지 방향성을 반영하는 계수의 크기와 부호를 비교한 결과에 따라 해당 이미지나 비디오에 대한 에지 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 에지 검출방법과 그 장치로서, 상기 에지 방향성을 반영하는 계수는 DCT 변환의 제1 AC계수(AC₀₁)와 제2 AC계수(AC₁₀)를 사용하며, 이 2개의 AC 계수의 절대값과 부호를 비교하여 8방향에 대한 에지 성분을 구하고 그 에지 성분을 인덱스로 맵핑하여 출력함을 특징으로 한다.

Description

에지 검출 방법과 장치{APPARATUS AND METHOD OF DDGE DETECTION}

이미지 및 비디오 압축 환경인 JPEG, MPEG, H.26x 계열의 이미지 혹은 비디오에서 에지를 검출하는 방법은 이미지 및 신호처리 기술에서 매우 중요하다. 에지의 검출은 다른 여러 가지 응용 분야에서 기본 입력으로 사용되기 때문에 많은 연구가 있었다. 에지 검출의 응용 분야는 여러 가지 이미지 향샹(Image Enhancement)에 이용되며, 오브젝트 추출(Object Segmentation)에도 이용된다. 또한 최근에는 이미지 검색(Image Retrieval)과 비디오 시퀀스를 편집단위로 구분하는 샷 세그멘테이션(Shot Segmentation) 알고리즘에도 사용하며, 움직임 추출(Motion Extraction)에도 유용하게 사용되며 텍스트 검출에서도 유용한 특징소로 이용된다.

또한 최근의 연구인 초 해상도 이미지 복원(Super resolution Image Restoration)에도 유용하게 사용될 수 있다. 무엇보다도 에지 성분은 이미지의 특성을 결정짓는 중요한 요소이다.

근래에 이미지나 비디오를 네트웍을 통하여 전송하고 수신하는 요구가 많아 졌으며, 낮은 통신 대역폭 문제를 해결하고 이미지나 비디오와 같은 대용량의 데이터를 효율적으로 저장하기 위하여 이미지 압축 기술이 개발되었다. 이미지 압축의 대표적인 방법은 JPEG 코덱이며, 동영상은 MPEG, H.26x 계열이 있다. 현재 사용되는 이미지 및 동영상 압축의 기본 개념은 공간 도메인(Spatial Damain)에 있는 이미지를 주파수 도메인(Frequency Domain)으로 변환(Transform)하여, 공간적 리던던시(Redundancy)를 이용하여 이미지를 압축하는 방법을 기본적으로 사용한다. 이때 가장 널리 사용되는 변환 방법이 바로 DCT(Discrete Cosine Transform) 방법이다.

기존의 대표적인 에지 검출 방법은 공간 도메인에서 공간 필터(SpatialFilter)를 이용한 하이 패스 필터링(High Pass Filtering) 방법이 널이 이용된다.

도1은 공간필터를 이용한 수평 에지 검출의 예를 나타낸 도면으로서, 기본적으로 공간 필터 방식에서 사용되는 에지 검출용 필터(Filter)와 입력 이미지 그리고 이에 따른 출력 이미지를 나타낸 것이다. 그러나 이러한 공간 필터 방법은 정확한 에지 성분을 검출할 수 있는 장점이 있으나 많은 연산을 필요로 하므로 여러 가지 시스템에 쓰이기에는 매우 많은 제약을 받는다.

공간 필터를 이용한 에지 검출방법은 기본적으로 도1에서와 같이 마스크(Mask)를 이용하여 이미지의 매 픽셀(pixel)에 대하여 에지 이미지의 픽셀을 구한다. 이를 좀 더 상세히 살명하면, 원 이미지의 픽셀은 에지 이미지의 한 픽셀에 대응되며, 이 때의 매핑(mapping)은 3 ×3 매트릭스를 마스크로 사용하는 도1의 경우를 예로 하면 한 픽셀의 에지를 구하기 위하여 아홉번의 곱셈 연산과 여덟번의 덧셈 연산을 요구하고, 모든 픽셀에 대하여 이런 연산이 수행되어야 에지 이미지가 얻어진다. 또한 이러한 공간 필터(마스크)의 1회 스캔으로 한 방향의 에지 성분이 구해지므로 4방향 또는 8방향의 에지를 구하기 위해서는 각기 다른 마스크를 똑같은 방식으로 적용해야 한다. 즉, 공간 필터를 이용한 에지 검출방법은 정확한 에지를 검출할 수 있는 장점이 있으나 그 수행 속도가 매우 느리다.

많은 응용에서는 정확한 에지 성분을 요구한다기 보다는 실제와 근사한 에지 성분의 입력으로 충분하며, 빠른 속도의 에지 검출을 요구한다. 따라서 DCT를 이용한 압축 도메인에서 가장 간단한 처리만을 거쳐서 실제 에지 성분에 근사하며 여러 응용에 널리 사용될 수 있는 에지 검출 알고리즘이 요구된다.

본 발명은 블록 단위로 이미지나 비디오 신호를 처리하는 시스템에서 이미지나 비디오의 에지를 검출하는 방법과 그 장치를 제공함을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 이미지나 동영상 압축에서 매우 널리 쓰이는 DCT도메인에서의 직접적인 에지 추출을 가능하게 함으로써 수행 속도가 가장 큰 문제로 인식되는 실시간 시스템에 에지 영상을 입력으로 제공할 수 있는 수단을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 DCT변환되어 이미지나 비디오 에지의 서로 다른 방향성을 각각 반영하는 복수 개의 계수를 추출하는 단계, 상기 추출된 에지 방향성을 반영하는 계수의 크기와 부호를 비교하는 단계, 상기 에지 방향성을 반영하는 계수의 크기와 부호를 비교한 결과에 따라 해당 이미지나 비디오에 대한 에지 성분을 추출하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에지 검출방법을 제공한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 DCT변환되어 이미지나 비디오 에지의 수직 방향성을 각각 반영하는 제1의 AC계수(AC₀₁)와 수평 방향성을 반영하는 제2의 AC계수(AC₁₀)의 크기와 부호를 비교하여 해당 블록에 대한 에지 성분을 추출하는 전처리 에지 검출수단과, 상기 전처리 에지 검출수단에 의해서 추출된 에지 정보를 저장하는 에지 정보 저장수단과, 상기 에지 정보와 원본 이미지를 동시에 입력으로 하여 공간필터를 적용한 최종 에지 성분을 추출하는 후처리 에지 검출수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에지 검출 장치를 제공한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 DCT 도메인에서 에지 방향성을 반영하는 계수로 2개의 AC성분을 이용한 에지 검출 기법으로서, 제1 AC계수와 제2 AC계수의 절대값과 부호성분을 이용하여 에지의 위치, 크기, 방향을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 DCT 도메인에서 2개의 AC성분을 이용한 에지 검출 기법으로서, 제1AC 계수와 제2 AC계수의 절대값과 부호성분을 이용하여 에지를 검출하되, 상기 2개의 AC 성분을 이용한 에지 검출 알고리즘을 전처리 필터로 하여 에지를 검출한 후, 상기 검출된 에지 성분과 원본 이미지를 동시에 입력으로 하는 공간 필터를 후처리 필터로 적용해서 최종적으로 에지를 검출하는 것을 특징으로 한다.

도1은 공간 필터를 적용한 수평 에지 검출 방법을 설명하기 위한 도면

도2는 8 ×8 DCT 에서 DC성분과 AC성분을 설명하기 위한 도면

도3은 8 ×8 DCT 변환의 계수(AC₀₁,AC₁₀)를 도식화한 도면

도4는 본 발명에서 에지 인덱스와 에지 성분을 설명하기 위한 도면

도5는 본 발명에서 에지 성분과 AC계수와의 관계를 설명하기 위한 도면

도6은 원본 이미지, 공간 필터링, 본 발명의 에지 검출을 비교하여 설명하기 위한 도면

도7은 본 발명의 에지 검출장치의 개념을 설명하기 위한 블록 다이어그램

도8a는 본 발명의 에지 검출장치 제1실시예의 구성을 나타낸 도면

도8b는 본 발명의 에지 검출장치 제2실시예의 구성을 나타낸 도면

MPEG 또는 JPEG에서 이용되는 DCT는 8 화소 × 8 화소를 하나의 블록으로 하는 공간 도메인의 이미지를 8 ×8 행렬 구조의 주파수 도메인 성분으로 변환하는데, 이때 변환된 주파수 도메인 행렬의 (0,0)성분을 DC 값이라고 하며 나머지를 AC값이라고 한다. DC값은 8 ×8 블록의 평균값이다. 도2는 DCT블록에서의 DC성분과 AC성분을 설명하기 위한 도면이다. DCT는 변환(Transform)을 위한 기본 함수(Basis Function)가 정의되어 있는데, 도3은 8 ×8 DCT에서의 2차원 기본 함수(2-D basis Function)중 AC₀₁과 AC₁₀를 도식화 한 것이다.

이미지를 DCT로 변환하면 DCT의 특성상 세로 에지가 지배적인 블록은 AC₀₁이크게 나타나고 가로 에지가 지배적인 블록은 AC₁₀가 크게 나타난다. 좀더 정확한 DCT 도메인에서의 에지 검출 알고리즘은 AC₀₁, AC₁₀, AC₀₂, AC₂₀, AC₁₁등을 모두 이용하여 에지의 성분을 검출하지만 본 발명의 알고리즘은 AC₀₁과 AC₁₀만을 이용하여 높은 수준의 정확도를 가지는 에지 검출 알고리즘을 구현한다.

도4는 본 발명에서 이용하는 에지 인덱스를 나타낸 것이다. 에지가 없는 블록은 인덱스0로 간주하고 8방향 에지를 구한다. 8방향 에지를 구하는 이유는 대부분의 에지 검출 알고리즘이 8방향 에지를 기본으로 하고 있으며, 8방향 에지만으로도 충분히 이미지의 특성을 표현할 수 있기 때문이다.

도5는 에지 인덱스와 AC성분간의 상관관계를 표시한 도면이다. 즉, 본 발명에서는 두개의 AC 성분(AC₀1, AC₁₀)으로 이루어진 벡터의 각 원소 배열로부터 빠른 수행 시간 내에 에지 성분을 검출한다. 앞서 설명한 바와 같이 AC₀₁은 수직 에지 성분이 강한 곳에서 절대값이 크게 나타나고 AC₁₀는 수평 에지 성분이 강한 곳에서 절대값이 크게 나타난다. 또한 AC₀₁과 AC₁₀의 절대값(abs)의 차이 또는 abs(AC₀₁/AC₁₀)은 에지의 방향 성분을 나타내며, AC₀₁이 큰가 AC₁₀가 큰가는 얼마나 수직이나 수평에 가까운 에지인가를 나타낸다. 또한 AC₀₁과 AC₁₀의 절대값은 에지 성분의 세기, 즉 에지의 선명도를 나타낸다. 다음의 Pseudo Code는 에지성분의 인덱스를 구하는 알고리즘을 간략히 설명하기 위한 것이다.

int GetEdgeType(AC₀₁,AC₁₀)

{

int nType=0;

int nDiff = abs(abs(AC₁₀)-abs(AC₀₁));

if(abs(AC₀₁)>nT1 abs(AC₁₀)<nT2) nType=1; // 수직에지

else if(abs(AC₁₀)>nT1 abs(AC₀₁)<nT2) nType=5; // 수평에지

// AC₀₁과 AC₁₀의 절대값이 모두 일정 수준 이상이고 그 절대값의 차이

가 작을 때

// 45도 또는 135도에 가까운 에지

else if(nDiff <nT3 abs(AC₀₁)>nT4 abs(AC₁₀)>nT4)

{

if(AC₀₁0 AC₁₀0) nType=3;

if(AC₀₁0 AC₁₀<0) nType=7;

if(AC₀₁<0 AC₁₀0) nType=7;

if(AC₀₁<0 AC₁₀<0) nType=3;

}

// AC₀₁과 AC₁₀의 절대값의 차이가 어느 정도 수준 이상이고 수평 에지

성분이 강할 때

// 22.5도 또는 157.5도에 가까운 에지

else if(abs(AC₁₀)-abs(AC₀₁)>nT6 abs(AC₁₀) >nT7)

{

if(AC₀₁0 AC₁₀0) nType=4;

if(AC₀₁0 AC₁₀<0) nType=6;

if(AC₀₁<0 AC₁₀0) nType=6;

if(AC₀₁<0 AC₁₀<0) nType=4;

}

// AC₀₁과 AC₁₀의 절대값의 차이가 어느 정도 수준 이상이고 수직 에지

성분이 강할 때

// 67.5도 또는 112.5도에 가까운 에지

else if(abs(AC₀₁)-abs(AC₁₀)>nT6 abs(AC₀₁) >nT7)

{

if(AC₀₁0 AC₁₀0) nType=2;

if(AC₀₁0 AC₁₀<0) nType=8;

if(AC₀₁<0 AC₁₀0) nType=8;

if(AC₀₁<0 AC₁₀<0) nType=2;

}

// 특별한 에지 성분이 검출되지 않았을 때

else nType=0;

return nType;

}

상기 에지 성분의 인덱스를 구하기 위한 알고리즘과 도5에서 nT1-nT7은 임계치(Threshold Value), nType은 에지 성분의 인덱스, '*'연산은 AC₀₁과 AC₁₀의 부호를 확인하기 위한 곱셈연산이다.

상기 에지 성분의 인덱스를 구하기 위한 알고리즘과 도5를 참조하여 DCT 압축 환경에서의 에지 성분을 판명하는 방법의 의미를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

수직 에지(nType=1의 경우)는 AC₀₁의 절대값이 제1임계치(nT1)보다 크고 AC₁₀의 절대값이 제2임계치(nT2)보다 작으면 발생한다[abs(AC₀₁)>nT1 abs(AC₁₀)<nT2]. 즉, 수평 에지 성분인 AC₁₀이 0에 가깝고, 수직 에지 성분(AC₀₁)의 절대값(abs)이 상대적으로 매우 크면 수직 에지 성분이 나타남을 모델링하여 수직 에지 성분을 검출한다 (인덱스=1).

반대로 수평 에지(nType=5인 경우)는 AC₁₀의 절대값이 제1임계치(nT1)보다 크고 AC₀₁의 절대값이 제2임계치(nT2)보다 작으면 발생한다[abs(AC₁₀)>nT1 abs(AC₀₁)<nT2]. 이는 수직 에지 성분인 AC₀₁이 0에 가깝고, 수평 에지 성분(AC₁₀)의 절대값이 상대적으로 매우 크면 수평 에지 성분이 나타남을 모델링하여 수평 에지 성분을 검출 한다 (인덱스=5).

수직 에지 성분과 수평 에지 성분의 절대값이 비슷하고 두 절대값 모두 일정 임계치 이상이면 45도 또는 135도에 가까운 에지 성분이 있는 것이다(nType=3 또는 nType=7인 경우).

Pseudo Code에서는 두 성분의 절대값의 차이가 제 3 임계치(nT3) 보다 작은 경우를 두 에지 성분의 절대값이 비슷한 경우로 모델링 하였으나 이 부분은 수평 에지 성분의 절대값을 수직 에지 성분의 절대값으로 나눈 값 (abs(AC₁₀)/abs(AC₀₁))이 1을 중심으로 한 두개의 임계치 사이인 경우로 바꾸어 구현 될 수도 있다 [1+nT5<abs(AC₁₀)/abs(AC₀₁)<1+nT5].

즉, 두 AC성분의 절대값이 비슷하고 두 성분의 값 모두 제 4 임계치(nT4) 보다 큰 경우[(abs(abs(AC₁₀)-abs(AC₀₁))<nT3 abs(AC₀₁)>nT4 abs(AC₁₀)>nT4)]는 45도 또는 135도에 가까운 에지 성분이 나타난다. 이때, 45도에 가까운 에지 인지 135도에 가까운 에지 인지는 AC₁₀와 AC₀₁의 부호에 따라 결정된다. 두 값의 부호가같으면(AC₀₁*AC₁₀0) 45도에 가까운 에지가 나타나고(인덱스=3), 두 값의 부호가 다르면(AC₀₁*AC₁₀<0) 135도에 가까운 에지가 나타난다(인덱스=7).

수평 에지 성분과 수직 에지 성분의 절대값의 차가 크고 절대값이 큰쪽의 절대값이 일정 수준 이상이면, 이는 수평 또는 수직에 치우친 에지가 발생하는 경우이다(nType=2, nType=4, nType=6, nType=8인 경우).

수평 에지 성분의 절대값이 수직 에지의 절대값보다 크고 그 차이가 제 6임계치(nT6) 보다 크고 절대값이 큰 쪽인 수평 에지 성분(AC₁₀)의 절대값이 제 7임계치(nT7) 보다 큰 경우[abs(AC₁₀)-abs(AC₀₁)>nT6 abs(AC₁₀)>nT7]에는 22.5도 또는 157.5도에 가까운 에지 성분이 있는 경우이다. 이때 두 AC 성분의 부호가 같으면[AC₀₁*AC₁₀0] 22.5도에 가까운 에지가 발생하고(인덱스=4) 두 AC값의 부호가 다르면[AC₀₁*AC₁₀<0] 157.5도에 가까운 에지(인덱스=6)가 나타난다.

수직 에지 성분의 절대값이 수평 에지의 절대값보다 크고 그 차이가 제 6임계치(nT6) 보다 크고 절대값이 큰 쪽인 수직 에지 성분(AC₀₁)의 절대값이 제 7임계치(nT7) 보다 큰 경우에는 67.5도 또는 112.5도에 가까운 에지 성분이 있는 경우이다[abs(AC₀₁)-abs(AC₁₀)>nT6 abs(AC₀₁)>nT7]. 이때 두 AC 성분의 부호가 같으면[AC₀₁*AC₁₀0] 67.5도에 가까운 에지가 발생하고(인덱스=2), 두 AC값의 부호가 다르면[AC₀₁*AC₁₀<0] 112.5도에 가까운 에지(인덱스=8)가 나타난다. 또한 위의 에지검출 방법에 의하여 에지가 검출되지 않은 부분은 해당 블록에 지배적인 에지 성분이 존재하지 않음을 의미한다(인덱스=0).

도6은 원 영상(b)과 공간 필터를 이용한 에지 검출 영상(a), 그리고 본 발명의 에지 검출 알고리즘에 의해 추출된 에지 영상(c)을 비교한 것이다. 공간 필터를 이용한 에지 영상(a)은 본 발명의 DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용하여 검출된 에지 영상 보다 정교하게 에지를 검출하였으나, 특정 부분에 있어서는 에지를 잘 검출하지 못한 부분도 있으며, 상대적으로 노이즈도 많다. DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용하여 검출된 에지 영상(c)은 원 영상에 비하여 정확도는 상대적으로 떨어지지만, 분명한 에지들을 잘 검출하였으며, 원영상에 비하여 노이즈가 적다. 따라서 DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용하여 검출된 에지 영상은 샷 세그멘테이션, 초해상도 이미지 복원, 오브젝트 추출, 텍스트 추출, 움직임 추출, 이미지 향상 등에 중요한 입력 수단으로 활용될 수 있다.

또한 본 발명 DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용한 에지 검출 방법은 기존의 공간 필터를 이용한 에지 추출 방법에 비하여 그 속도가 매우 빠르므로, 본 발명의 발명 DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용한 에지 검출 방법을 전처리 필터(Pre-filter)로 이용하고 전처리 필터에 의하여 검출된 에지 블록에 대하여서만 공간 필터를 이용한 정확한 에지 성분의 검출을 수행하는 두 단계 에지 검출 알고리즘을 구현할 수 있으며, 이렇게 조합(Hybrid)된 에지 검출 알고리즘은 속도 향상과 에지의 정확성에서 둘다 만족스러운 결과를 보장할 수 있다.

도7은 본 발명 DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용한 에지 검출 방법은 기존의 공간 필터를 이용한 에지 추출 방법을 이용한 합성 에지 추출기(hybrid edge detector)의 개념을 블록 다이어그램으로 나타낸 것이다. 즉, 전처리 필터인 DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용한 에지 검출 방법에서는 매 블록을 스캔하면서 에지 인덱스를 구하고, 후처리 필터에서는 에지가 검출된 블록에 대하여서만 공간 필터를 이용한 에지 검출을 수행한다. 전처리 필터는 원본 이미지를 입력으로 하여 1단계 에지 이미지를 출력한다. 1단계 에지 이미지는 매 블록에 대하여 에지 인덱스를 기록한 이미지이다. 1단계 에지 이미지와 원본 이미지를 입력으로 공간 필터를 적용하면 완성된 에지 이미지가 출력된다. 공간 필터는 1단계 에지 이미지에서 에지 성분이 있는 블록에 대하여서만 에지 검출을 시도하며, 1단계 에지 이미지에 기록된 에지 방향을 참고하여 해당 방향의 에지만을 검출하면 더욱더 빠른 에지 검출 알고리즘을 구현할 수 있다.

도8a는 도7의 개념을 바탕으로 하는 본 발명의 에지 검출 장치 제1실시예 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다. 도8a에 나타낸 바와 같이 본 발명의 에지 검출장치는 압축된 입력 이미지(1)로부터 DCT 도메인에서 2개의 AC성분을 이용해서 에지를 검출하는 제1 에지 검출부(2)와, 상기 제1 에지 검출부(2)에 의해서 검출된 에지 성분의 위치와 방향 정보를 추출하기 위한 에지 정보 저장부(3)와, 상기 입력 이미지(1)를 상기 에지 정보 저장부(3)의 에지 위치와 방향정보를 기반으로 하여 복원하는 복원기(4)와, 상기 복원기(4)에 의해서 복원된 이미지에 대하여 공간 필터를 적용한 에지 검출을 수행하여 에지 이미지(6)를 최종 출력하는 제2 에지 검출부(5)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 에지 검출부(2)는 앞서 설명한 바와 같이 DCT 도멘인에서 두개의 AC성분(AC₀₁,AC₁₀)을 이용해서 에지를 검출하는 전처리 필터(pre-filter)로 동작한다. 제1 에지 검출부(2)에 의해서 검출된 에지 정보는 에지 정보 저장부(3)에 저장되며, 에지 정보 저장부(3)는 상기 전처리 필터링에 의해서 구해진 에지 이미지를 저장하는 메모리이다. 복원기(4)는 디코더(Decoder)로서 상기 입력 이미지(1)를 에지 정보 저장부(3)의 에지 위치와 방향 정보를 기반으로 하여 복원하고, 복원된 이미지를 제2 에지 검출부(5)에 입력한다. 제2 에지 검출부(5)는 공간 필터를 이용해서 에지를 검출하는 후처리 필터로 동작한다. 제2 에지 검출부(5)는 공간 필터를 이용해서 최종적으로 에지를 검출하고, 검출된 에지 이미지(6)를 출력한다.

도8a는 도7의 개념을 바탕으로 하는 본 발명의 에지 검출 장치 제2실시예 구성을 나타낸 블록 다이어그램으로서, 도8a와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부호로 표기하여 중복되는 설명은 생략한다. 다만 도8b에 나타낸 에지 검출장치에서는 에지 위치와 방향정보를 제2 에지 검출부(5a)에 공급해 주며, 복원기(4a)는 입력 이미지(1)를 복원하여 제2 에지 검출부(5a)에 입력하고, 제2 에지 검출부(5a)는 입력된 복원 이미지에 대하여 상기 전처리 필터링에 의해서 구해진 에지 위치와 방향 정보를 이용해서 최종적으로 에지 이미지(6)를 구하여 출력한다.

상기한 바와 같이 전처리 필터링과 후처리 필터링의 2단계 필터를 이용하면, 아주 섬세한 에지가 있는 부분의 에지는 제거되며, 지배적인 에지가 존재하는 부분에 대하여서는 보다 정확한 에지가 검출된다. 전처리 필터의 수행시간이 A이고 후처리 필터의 수행시간이 B라고 하면 A<<B인 관계가 성립한다. 또한 전처리 필터에 의해 검출된 에지블록의 비율을 P라고 하면(0<P<1), 전체 수행 시간은 A + P ×B가 된다. 만약 P가 30%라고 하면 대략 전체 수행시간은 0.3B가 되므로 수행 속도가 매우 빨라지게 된다. 또한 일반적으로 공간 필터 방법은 한 방향 에지를 검출하기 위하여 하나의 에지 필터가 이용되므로 8방향 에지를 검출하기 위하여서는 8개의 필터로 이미지를 스캔해야 한다. 따라서 그 수행속도는 대략 0.3B/8 정도 즉, 0.0375B 정도가 된다.

요약하면 본 발명 DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용한 에지 검출 방법은 기존의 공간 필터를 이용한 에지 추출 방법은 블록에서 지배적인 에지 성분이 있는가를 압축 도메인에서 빠른 프로세싱 과정을 거쳐서 정확하게 추출함으로써 에지를 입력으로 하는 여러 가지 이미지 처리 기법에 입력으로 활용될 수 있으며, DCT 도메인에서 두개의 AC계수를 이용한 에지 검출 방법을 전처리 필터로 사용하고 기존의 공간 필터를 이용한 에지 추출 방법을 후처리 필터로 사용하면 빠른 수행속도로서 섬세한 에지를 검출하는 알고리즘을 구성할 수 있는 장점이 있다.

에지의 검출은 이미지 프로세싱에서 가장 오래된 문제 중의 하나이며 그 응용 범위가 상당히 넓다. 단순한 공간 필터를 통하여 원하는 에지 영상을 쉽게 추출할 수 있다. 그러나 기존의 방법은 압축되지 않은 이미지에 대하여 적용이 가능하며, 에지를 복원하기 위하여 공간 필터로 이미지를 전체적으로 스캔하여야 하는 단점이 있어서 그 수행속도가 매우 느리다. 대부분의 시스템에서는 영상을 압축된 형태로 보관하고 이를 전송하기 때문에 실제적으로 에지의 추출도 압축 도메인에서 수행하는 것이 수행 속도 향상을 위하여 매우 중요하다. 또한 많은 응용 분야에서는 에지의 정교성보다는 어느 영역에 어떤 방향의 에지 성분이 존재하는가가 매우 중요할 때가 많이 있다.

본 발명은 이미지나 동영상 압축에서 매우 널리 쓰이는 DCT도메인에서의 직접적인 에지 추출을 가능하게 함으로써 수행 속도가 가장 큰 문제로 인식되는 실시간 시스템에 에지 영상을 입력으로 제공할 수 있는 수단을 제공한다. 또한 에지의 방향을 8방향으로 추출하게 되므로 대부분의 응용에 무리 없이 사용될 수 있다. 또한 정확한 에지 검출을 위하여 본 발명 DCT 영상에서의 에지 검출 방법을 전처리 필터로 이용하고, 공간 필터를 후처리 방법으로 이용하면 보다 빠르고 정교한 에지 검출 알고리즘을 구현할 수 있다.

Claims

DCT변환되어 이미지나 비디오 에지의 서로 다른 방향성을 각각 반영하는 복수 개의 계수를 추출하는 단계, 상기 추출된 에지 방향성을 반영하는 계수의 크기와 부호를 비교하는 단계, 상기 에지 방향성을 반영하는 계수의 크기와 부호를 비교한 결과에 따라 해당 이미지나 비디오에 대한 에지 성분을 추출하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에지 검출방법.
제 1 항에 있어서, 상기 에지 방향성을 반영하는 계수는 DCT 변환의 제1 AC계수(AC₀₁)와 제2 AC계수(AC₁₀)인 것을 특징으로 하는 에지 검출방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에지 방향성을 반영하는 계수의 크기와 부호에 따라 추출되는 에지 성분은 에지의 크기, 위치, 방향정보인 것을 특징으로 하는 에지 검출방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에지 방향성을 반영하는 계수의 크기와 부호에 따라 추출되는 에지 성분은 수평과 수직 및 대각선을 포함하는 8방향에 대한 에지 성분 인덱스로 맵핑하는 것을 특징으로 하는 에지 검출방법.
제 2 항에 있어서, 상기 제1 AC계수(AC₀₁)와 제2 AC계수(AC₁₀)의 크기와 부호에 따른 에지 성분의 추출은 nDiff = abs(abs(AC₁₀)-abs(AC₀₁)), nT는 임계치, nType=에지 성분 인덱스일 때,

(a). (abs(AC₀₁)>nT1 abs(AC₁₀)<nT2) 이면 수직에지,

(b). (abs(AC₁₀)>nT1 abs(AC₀₁)<nT2) 이면 수평에지,

(c). (nDiff <nT3 abs(AC₀₁)>nT4 abs(AC₁₀)>nT4) AC₀₁*AC₁₀0 이면 45도에 가까운 에지,

(d). (nDiff <nT3 abs(AC₀₁)>nT4 abs(AC₁₀)>nT4) AC₀₁*AC₁₀<0 이면 135도에 가까운 에지,

(e). (abs(AC₁₀)-abs(AC₀₁)>nT6 abs(AC₁₀) >nT7) AC₀₁*AC₁₀0 이면 22.5도에 가까운 에지,

(f). (abs(AC₁₀)-abs(AC₀₁)>nT6 abs(AC₁₀) >nT7) AC₀₁*AC₁₀<0 이면 157.5도에 가까운 에지,

(g). (abs(AC₀₁)-abs(AC₁₀)>nT6 abs(AC₀₁) >nT7) AC₀₁*AC₁₀0 이면 67.5도에 가까운 에지,

(h). (abs(AC₀₁)-abs(AC₁₀)>nT6 abs(AC₀₁) >nT7) AC₀₁*AC₁₀<0 이면 112.5도에 가까운 에지,

(i). 위 (a) 내지 (h) 이외의 경우이면 에지 없음

;의 판단 조건에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 에지 검출방법.
DCT변환되어 이미지나 비디오 에지의 수직 방향성을 각각 반영하는 제1의 AC계수(AC₀₁)와 수평 방향성을 반영하는 제2의 AC계수(AC₁₀)의 크기와 부호를 비교하여 해당 블록에 대한 에지 성분을 추출하는 전처리 단계, 상기 추출된 에지 이미지와 원본 이미지를 동시에 입력으로 하여 공간필터를 적용한 최종 에지 성분을 추출하는 후처리 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 에지 검출 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 전처리 단계에서 추출되는 에지 성분은 8방향에 대한 에지 성분과 에지가 없는 블록들을 구분하여 각각에 대한 에지 인덱스로 맵핑한 형태로 에지 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 에지 검출방법.
제 6 항에 있어서, 상기 후처리 단계에서 공간필터는 전처리 단계에서 구한 블록 에지 이미지에서 에지가 검출된 블록에 대해서만 적용하여 최종 에지 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 에지 검출방법.
제 6 항에 있어서, 상기 후처리 단계에서 공간필터는 전처리 단계에서 구한 블록 에지 이미지에서 에지가 검출된 블록에 대하여 그 검출된 에지 성분의 방향을고려하여 해당 방향으로만 적용하여 최종 에지 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 에지 검출방법.
DCT변환되어 이미지나 비디오 에지의 수직 방향성을 각각 반영하는 제1의 AC계수(AC₀₁)와 수평 방향성을 반영하는 제2의 AC계수(AC₁₀)의 크기와 부호를 비교하여 해당 블록에 대한 에지 성분을 추출하는 전처리 에지 검출수단과, 상기 전처리 에지 검출수단에 의해서 추출된 에지 정보를 저장하는 에지 정보 저장수단과, 상기 에지 정보와 원본 이미지를 동시에 입력으로 하여 공간필터를 적용한 최종 에지 성분을 추출하는 후처리 에지 검출수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에지 검출 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 전처리 에지 검출수단에 의해서 추출된 에지 정보는 에지의 크기, 위치, 방향 정보인 것을 특징으로 하는 에지 검출장치.
제 10 항에 있어서, 상기 후처리 에지 검출수단은 전처리 에지 검출수단에서 구한 블록 에지 이미지에서 에지가 검출된 블록에 대해서만 공간필터를 적용하여 최종 에지 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 에지 검출장치.
제 10 항에 있어서, 상기 후처리 에지 검출수단은 전처리 에지 검출수단에서구한 블록 에지 이미지에서 에지가 검출된 블록에 대하여 그 검출된 에지 성분의 방향을 고려하여 해당 방향으로만 공간필터를 적용하여 최종 에지 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 에지 검출장치.