KR101906173B1 - 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정 방법은 현재 깊이 화면을 미리 설정된 제1 크기의 대상 블록으로 분할하는 블록 분할 단계, 상기 현재 깊이 화면의 이전 프레임 또는 다음 프레임인 참조 깊이 화면의 미리 설정된 제2 크기의 탐색 영역 내에서 탐색 블록을 선택하는 단계, 상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값의 제1 평균치와 상기 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값의 제2 평균치에 기초하여 신축 비율을 계산하는 단계, 상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하는 단계, 상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 단계 및 상기 대상 블록과 상기 탐색 영역 내의 복수의 신축된 탐색 블록 각각들 사이의 움직임 추정 차신호를 결정하는 단계를 포함하는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법을 제공할 수 있다.

Description

깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법 및 장치{Method and Device of Zoom Motion Estimation for Depth Video}

본 발명은 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 객체와 카메라와의 거리의 영향을 제거하여 움직임 추정 성능을 향상시킨 움직임 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.

움직임 추정은 색상신호 또는 명도신호에 대하여 현재화면내의 블록과 시간방향으로 이웃한 화면 내에서 가장 가까운 블록을 찾는 것을 의미한다. 보통 블록크기가 작을수록 추정의 정확도가 커지지만 추정에 필요 되는 복잡도가 증가되는 단점이 있다.

MPEG-1,2에서는 명도신호에 대하여 수평방향으로 16화소, 수직방향으로 16화소로 블록이 구성되어 있으며, H. 264에서는 16x16, 8x8, 4x4 등의 블록크기를 가변적으로 선택할 수 있도록 하고 있다.

움직임 추정시의 평가척도로는 크게 MSE (평균제곱오차: Mean Square Error)와 MAE (평균절대오차: Mean Absolute Error)가 사용된다. 정확도는 MSE가 우수하나, 복잡도가 크기 때문에 MAE가 많이 사용되고 있다.

색상신호 또는 명도신호에 대하여 신축 움직임 추정에 있어서 복잡도를 낮추기 위한 여러 연구가 이루어져왔다. 여러 신축 비율의 참조 화면을 생성하여 신축 움직임을 추정하는 방법, 블록기반의 고속 스케일링을 이용한 확대 및 축소 움직임 추정 방법, 계산 효율, 정확도 등을 고려한 반복적 최소-자승 추정에 대한 다양한 개선방법 등이 있다. 기존 색상 영상에서 신축 움직임 추정 방법 중 여러 신축 비율의 참조 화면을 생성하여 신축 움직임을 추정하는 방법은 시간상의 각각의 참조 화면들에 대해 다양한 신축 비율로 신축한 참조 화면을 생성한다. 그 후 현재 영상의 블록에 대해 참조 화면들 중 제일 유사한 블록을 선택하여 신축 추정을 하는 방법이다. 이 방법은 신축 움직임을 추정하기 위해 각 참조 화면마다 여러 신축 비율에 대한 참조 화면을 새로 생성해야 하기 때문에 메모리 소모가 크고, 신축 움직임 추정에 있어 정확도를 높이기 위해서는 많은 신축 비율에 대해서 참조 화면이 생성되고 이를 참조하는 과정이 추가되어야 하므로 계산 복잡도가 커진다는 문제점이 있다.

카메라의 색상 정보만을 통해 신축 비율을 추정하는 방법은 정확한 신축 비율을 추정하는데 어려움이 크고, 계산 복잡도를 개선하는데도 한계가 있다. 이러한 어려움을 극복하기 대한민국등록특허공보(10-1371826)의 신축 움직임 추정장치 및 그 추정방법은 깊이 카메라를 이용하여 객체의 신축 비율을 추정하여 움직임 추정 및 움직임 보상을 하는 방법이 제안하여 신축 움직임 추정을 위한 복잡도를 개선하면서도 움직임 추정 정확도를 높이고 있다. 다만, 선행기술은 움직임 추정 차신호 계산 시 객체가 카메라 방향으로 이동함에 따라 깊이 영상 내에서 객체의 크기의 변화의 영향을 반영하고 있으나, 깊이 값으로 이루어진 화소의 값의 변화의 영향은 제거하지 못하고, 색상 영상의 부호화에 한정해서 사용된다는 한계가 있다.

KR 10-1371826 B1

본 발명의 목적은 객체가 카메라 방향으로 이동하거나 카메라 방향에서 멀어짐에 따른 깊이 영상 내의 객체의 크기 변화와 화소 값의 변화의 영향을 제거하여 움직임을 추정할 수 있는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 참조 화면 내의 탐색 블록에 대해서만 신축 연산을 적용함으로써 연산량과 메모리 기억량을 감소시킬 수 있는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법 및 장치를 제공함에 있다.

실시예는 현재 깊이 화면을 미리 설정된 제1 크기의 대상 블록으로 분할하는 블록 분할 단계; 상기 현재 깊이 화면의 이전 프레임 또는 다음 프레임인 참조 깊이 화면의 미리 설정된 제2 크기의 탐색 영역 내에서 탐색 블록을 선택하는 단계; 상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값의 제1 평균치와 상기 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값의 제2 평균치에 기초하여 신축 비율을 계산하는 단계; 상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하는 단계; 상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 단계; 및 상기 대상 블록과 상기 탐색 영역 내의 복수의 신축된 탐색 블록 각각들 사이의 움직임 추정 차신호를 결정하는 단계;를 포함하는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법을 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 실시예는 결정된 복수의 움직임 추정 차신호에 대해 평균절대오차 또는 평균제곱오차를 계산하는 단계; 및 상기 평균절대오차 또는 평균제곱오차가 최소값을 가지는 움직임 추정 차신호에 대응하는 대상 블록과 탐색 블록의 상대적인 좌표 정보와 해당 탐색 블록의 신축 비율을 움직임 벡터로 결정하는 단계;를 더 포함하는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법을 제공할 수도 있다.

또 다른 측면에서, 실시예는 상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 단계, 상기 신축된 탐색 블록을 보간하여 상기 신축된 탐색 블록의 크기를 상기 대상 블록의 제1 크기와 일치시키는 단계; 및 상기 보간된 탐색 블록과 상기 대상 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 단계;를 포함하는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법을 제공할 수도 있다.

또 다른 측면에서, 상기 신축 비율은

을 충족하고, X는 기 설정된 상수인 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법을 제공할 수도 있다.

또 다른 측면에서, 상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 단계는, 상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제1 평균치를 차 연산하여 차 연산된 대상 블록을 생성하고, 상기 신축된 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제2 평균치를 차 연산하여 차 연산되고 신축된 탐색 블록을 생성하고, 상기 차 연산된 대상 블록과 상기 차 연산되고 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법을 제공할 수도 있다.

또 다른 측면에서, 상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하는 단계는, 상기 탐색 블록의 가로 및 세로 각각의 크기를 상기 신축 비율로 확대 또는 축소하는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법을 제공할 수도 있다.

또 다른 측면에서, 실시예는 적어도 하나의 메모리; 및 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는 현재 깊이 화면을 미리 설정된 제1 크기의 대상 블록으로 분할하고, 상기 현재 깊이 화면의 이전 프레임 또는 다음 프레임인 참조 깊이 화면의 미리 설정된 제2 크기의 탐색 영역 내에서 탐색 블록을 선택하고, 상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값의 제1 평균치와 상기 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값의 제2 평균치에 기초하여 신축 비율을 계산하고, 상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하고, 상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하고, 상기 대상 블록과 상기 탐색 영역 내의 복수의 신축된 탐색 블록 각각들 사이의 움직임 추정 차신호를 결정하도록 구성되는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 장치를 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 프로세서는, 결정된 복수의 움직임 추정 차신호에 대해 평균절대오차 또는 평균제곱오차를 계산하고, 상기 평균절대오차 또는 평균제곱오차가 최소값을 가지는 움직임 추정 차신호에 대응하는 대상 블록과 탐색 블록의 상대적인 좌표 정보와 해당 탐색 블록의 신축 비율을 움직임 벡터로 결정하도록 구성되는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 장치를 제공할 수도 있다.

또 다른 측면에서, 상기 프로세서는, 상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제1 평균치를 차 연산하여 차 연산된 대상 블록을 생성하고, 상기 신축된 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제2 평균치를 차 연산하여 차 연산되고 신축된 탐색 블록을 생성하고, 상기 차 연산된 대상 블록과 상기 차 연산되고 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하도록 구성되는 깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 장치를 제공할 수도 있다.

또 다른 측면에서, 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 명령어들은 적어도 하나의 프로세서로 하여금 동작들을 수행하게 하기 위해 상기 프로세서에 의해 실행가능하고, 상기 동작들은, 현재 깊이 화면을 미리 설정된 제1 크기의 대상 블록으로 분할하고, 상기 현재 깊이 화면의 이전 프레임 또는 다음 프레임인 참조 깊이 화면의 미리 설정된 제2 크기의 탐색 영역 내에서 탐색 블록을 선택하고, 상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값의 제1 평균치와 상기 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값의 제2 평균치에 기초하여 신축 비율을 계산하고, 상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하고, 상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하고, 상기 대상 블록과 상기 탐색 영역 내의 복수의 신축된 탐색 블록 각각들 사이의 움직임 추정 차신호를 결정하도록 구성하는 것을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 제공할 수도 있다.

본 발명의 실시예는 객체의 이동에 따른 크기의 영향과 깊이 값의 변동량의 영향을 제거하여 움직임 추정의 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 탐색 블록에 대해서만 신축 연산을 적용함으로써 연산량과 메모리 기억량을 감소시킬 수 있다.

또한, 탐색 영역 내의 탐색 블록과 대상 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하므로 움직임 추정의 복잡도를 낮추고 연산량을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 깊이 영상에서 신축을 이용하여 움직임을 추정할 수 있도록 한 움직임 추정 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정 방법에 대한 예시적은 다이어그램이다.
도 3은 대상 블록이 표시된 현재 깊이 화면과 탐색 블록과 신축이 적용된 탐색 블록이 표시된 참조 깊이 화면에 대한 예시도이다.
도 4는 현재 및 참조 깊이 화면의 예시도이다.
도 5는 종래의 움직임 추정 방법에 따라 구해진 움직임 벡터와 본 발명의 실시예에 따라 구해진 움직임 벡터를 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 깊이 영상에서 신축을 이용하여 움직임을 추정할 수 있도록 한 움직임 추정 장치를 도시하는 블록도이다.

움직임 추정 장치(100)는 영상 데이터를 데이터수신장치(200)로 제공할 수 있다.

움직임 추정 장치(100)와 데이터수신장치(200)는 데스크톱 컴퓨터들, 노트북 (즉, 랩톱) 컴퓨터들, 태블릿 컴퓨터들, 셋톱 박스들, 이른바 "스마트" 폰들과 같은 전화기 핸드셋들, 이른바 "스마트" 패드들, 텔레비전들, 카메라들, 디스플레이 디바이스들, 디지털 미디어 플레이어들, 비디오 게이밍 콘솔들, 비디오 스트리밍 디바이스 등을 포함한 매우 다양한 디바이스들 중 임의의 것을 포함할 수도 있다.

일부 구현예에서는, 움직임 추정 장치(100)와 데이터수신장치(200)는 무선 통신을 위한 구성(10)이 갖추어질 수 있다.

또한, 데이터수신장치(200)는 영상 처리된 영상 데이터를 컴퓨터 판독 가능 매체를 통해 수신할 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체는 움직임 추정 장치(100)로부터 영상처리된 영상 데이터를 데이터수신장치(200)로 이동시킬 수 있는 임의 유형의 매체 또는 디바이스를 포함할 수 있다. 일 예로, 컴퓨터 판독 가능 매체는 움직임 추정 장치(100)가 영상 데이터를 데이터수신장치(200)로 직접 실시간으로 송신하는 것을 가능하게 하는 통신 매체, 이를테면 송신 채널을 포함할 수 있다.

영상 처리된 영상 데이터는 통신 표준, 이를테면 무선 통신 프로토콜에 따라 변조되고 데이터수신장치(200)로 송신될 수도 있다. 통신 매체는 임의의 무선 또는 유선 통신 매체, 이를테면 라디오 주파수 스펙트럼 또는 하나 이상의 물리적 송신 라인들을 포함할 수도 있다. 통신 매체는 패킷 기반 네트워크, 이를테면 로컬 영역 네트워크, 광역 네트워크, 또는 인터넷과 같은 글로벌 네트워크의 부분을 형성할 수도 있다. 통신 매체는 라우터들, 스위치들, 기지국들, 또는 움직임 추정 장치(100)로부터 데이터수신장치(200)로의 통신을 용이하게 하는데 유용할 수도 있는 임의의 다른 장비를 포함할 수도 있다. 몇몇 예들에서 영상 처리된 영상 데이터가 출력 인터페이스(130)로부터 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 이를 테면 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독가능 저장 매체, 즉, 데이터 저장 디바이스로 출력될 수도 있다. 마찬가지로 영상 데이터는 데이터수신장치(200)의 입력 인터페이스(230)에 의해 저장 디바이스로부터 엑세스될 수도 있다. 저장 디바이스는 하드 드라이브, 블루-레이 디스크들, DVD들, CD-ROM들, 플래시 메모리, 휘발성 또는 비휘발성 메모리, 또는 영상 데이터를 저장하기 위한 임의의 다른 적합한 디지털 저장 매체들과 같은 다양한 분산형 또는 국부적으로 액세스되는 비일시적 데이터 저장 매체들 중 임의의 것을 포함할 수도 있다. 추가의 예에서, 저장 디바이스는 움직임 추정 장치(100)에 의해 생성된 영상 데이터를 저장할 수도 있는 파일 서버 또는 다른 중간 저장 디바이스에 해당할 수도 있다.

데이터수신장치(200)는 저장 디바이스로부터의 저장된 영상 데이터에 스트리밍 또는 다운로드를 통해 액세스할 수도 있다.

도 1의 예에서 움직임 추정 장치(100)는 영상 소스(110) 및 영상처리부(120)를 포함할 수 있다. 또한, 움직임 추정 장치(100)는 출력 인터페이스(130)를 더 포함할 수 있다.

데이터수신장치(200)는 입력 인터페이스(230) 및 데이터처리부(220)를 포함할 수 있다. 또한, 데이터수신장치(200)는 디스플레이 디바이스(210)를 더 포함할 수 있다.

다른 예에서 움직임 추정 장치(100)와 데이터처리부(220)는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

예를 들어 움직임 추정 장치(100)는 외부 비디오 소스, 이를테면 외부 카메라로부터 영상을 수신할 수 있고, 외부 카메라는 깊이 영상(depth image)을 생성하는 깊이 영상 촬영 디바이스가 될 수 있다. 마찬가지로, 데이터수신장치(200)는 통합형 디스플레이 디바이스(210)를 구비하기 보다는 외부 디스플레이 디바이스(210)와 인터페이싱 할 수도 있다.

움직임 추정 장치(100)의 영상 소스(110)는 깊이 영상 촬영 디바이스, 이를테면 카메라, 이전에 촬영된 깊이 영상을 포함하는 아카이브 (archive), 및/또는 깊이 영상 콘텐츠 제공자로부터의 깊이 영상을 수신하는 인터페이스를 포함할 수도 있다.

일부 구현예에서 깊이 영상 촬영 디바이스는 장면의 깊이 정보를 256 단계의 8비트 영상 등으로 표현한 깊이 영상을 제공할 수 있다. 깊이 영상의 한 픽셀을 표현하기 위한 비트수는 8비트가 아니라 변경될 수 있다. 깊이 영상 촬영 디바이스는 적외선 등을 이용하여 깊이 영상 촬영 디바이스로부터 객체 및 배경까지의 거리를 측정하여 거리에 비례 또는 반비례하는 값을 갖는 깊이 영상을 제공할 수 있다.

깊이 영상의 화소 값은 예를 들어, RGB의 색상 정보가 아닌 일 예로 mm 단위(이에 한정하는 것은 아님)의 정수로 된 깊이 정보가 될 수 있다.

움직임 추정 장치(100)와 데이터수신장치(200) 각각은 하나 이상의 메모리와 하나 이상의 마이크로프로세서들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP들), 주문형 집적회로들 (ASIC들), 필드 프로그램가능 게이트 어레이들 (FPGA들), 개별 로직 회로, 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 또는 그것들의 임의의 조합과 같은 다양한 형태로 구성될 수 있다.

메모리는 컴퓨터 판독가능 명령들 또는 프로세서 판독가능 명령들과 같은 명령들(예를 들어, 실행가능 명령들)을 포함한다. 명령들은 하나 이상의 프로세서들 각각에 의해서와 같이 컴퓨터에 의해 실행가능한 하나 이상의 명령어들을 포함할 수도 있다.

예를 들어 하나 이상의 명령들은 하나 이상의 프로세서들로 하여금 깊이 영상의 움직임 벡터를 결정하고 깊이 영상을 부호화하기 위해 깊이 영상을 프로세싱하는 것을 포함하는 동작들을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행가능 할 수도 있다.

상세하게는, 영상처리부(120)는 명령어들을 저장하는 하나 이상의 메모리(121)와 상기 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서(122)를 포함할 수 있다.

영상처리부(120)의 프로세서(122)는 깊이 영상의 움직임 벡터를 결정하기 위한 기법들이 적용되도록 구성될 수 있다.

일부 구현예에서는, 영상처리부(120)의 프로세서(122)는 깊이 영상을 부호화하기 위한 기법들이 적용되도록 구성될 수 있다.

다른 구현예에서는 영상처리부(120)의 프로세서(122)는 깊이 영상을 부호화 및 복호화하는 기법이 적용되도록 구성될 수도 있다.

데이터처리부(220)는 영상처리부(120)로부터의 영상 데이터를 외부 장치로 전송, 디스플레이, 분석 등을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.

일부 구현예에서는, 데이터처리부(220)는 영상처리부(120)로부터의 부호화된 영상 데이터를 복호화할 수 있도록 구성될 수도 있다.

도 1에 도시되지 않았지만, 몇몇 실시예에서, 움직임 추정 장치(100)와 데이터처리장치는 통합된 장치가 될 수 있다. 이를테면 움직임 추정 장치(100)는 깊이 영상을 부호화하고, 부호화된 영상 데이터를 복호화할 수 있도록 구성될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정 방법에 대한 예시적은 다이어그램이다. 그리고 도 3은 대상 블록이 표시된 현재 깊이 화면과 탐색 블록과 신축이 적용된 탐색 블록이 표시된 참조 깊이 화면에 대한 예시도이고, 도 4는 현재 및 참조 깊이 화면의 예시도이며, 도 5는 종래의 움직임 추정 방법에 따라 구해진 움직임 벡터와 본 발명의 실시예에 따라 구해진 움직임 벡터를 나타낸 것이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정 방법은, 현재 깊이 화면을 미리 설정된 크기로 분할하는 현재 깊이 화면의 블록 분할 단계(S100), 참조 깊이 화면의 탐색 영역 내에서 미리 설정된 크기의 탐색 블록을 선택하는 탐색 블록 선택 단계(S200), 현재 깊이 화면의 대상 블록과 탐색 블록 각각의 깊이 값의 평균치를 계산하는 블록 내 화소들의 깊이 값의 평균치 계산 단계(S300), 대상 블록의 평균치와 탐색 블록의 평균치를 이용하여 신축 비율을 계산하는 신축 비율 계산 단계(S400), 계산된 신축 비율을 이용하여 탐색 블록의 크기를 신축하는 탐색 블록 신축 단계(S500), 대상 블록의 깊이 값과 평균치 그리고 탐색 블록의 깊이 값과 평균치를 이용하여 객체의 이동에 따른 깊이 값의 변화의 영향을 제거하는 깊이 값 변동량 제거 단계(S600), 대상 블록과 탐색 블록의 차신호를 계산하여 움직임 추정 차신호를 결정하는 단계(S700) 및 대상 블록에 대한 움직임 추정 차신호의 최소값을 고려하여 탐색 블록의 좌표와 신축 비율을 대상 블록의 움직임 벡터로 결정하는 대상 블록 움직임 벡터 결정 단계(S800)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정 방법의 각 단계를 보다 상세하게 설명한다.

현재 깊이 화면을 미리 설정된 크기로 분할하는 현재 깊이 화면의 블록 분할 단계(S100).

움직임 추정 장치(100)의 프로세서(122)는 현재의 깊이 영상을 미리 설정된 제1 크기의 블록으로 분할할 수 있다.

예를 들어 깊이 영상은 m*n의 블록 단위로 분할될 수 있다. 복수의 블록 각각은 m*n(m, n은 자연수) 화소로 이루어진 영역으로 정의할 수 있다.

이를테면 m*n의 블록은 8*8화소나 16*16화소로 이루어진 영역으로 정의할 수 있고 해상도가 증가하면 기본 단위는 32*32나 64*64 화소로 이루어진 영역으로 정의할 수도 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 프로세서(122)는 깊이 영상을 분할하지 않고, 깊이 영상의 움직임 추정 차신호를 계산할 수도 있다.

또한, 여기서의 미리 설정된 제1 크기는 서로 반비례하는 정확도와 복잡도를 고려하여 미리 결정될 수 있다.

예를 들어 블록의 크기가 작을수록 움직임 추정의 정확도가 증가하지만 블록의 수가 많아져 추정에 요구되는 연산의 복잡도가 증가하고 움직임 벡터의 정보가 증가한다. 따라서 정확도와 복잡도를 고려하여 블록의 제1 크기를 설정할 수 있다.

또한, 프로세서(122)는 현재 깊이 화면을 복수의 블록으로 분할하고 분할된 각 블록의 위치 및 화소 내의 깊이 값의 정보를 메모리(121)에 저장할 수 있다.

참조 깊이 화면의 탐색 영역 내에서 미리 설정된 크기의 탐색 블록을 선택하는 탐색 블록 선택 단계(S200).

움직임 추정 장치(100)의 프로세서(122)는 현재 깊이 화면의 이전 프레임의 깊이 영상 또는 현재 깊이 화면의 다음 프레임의 깊이 영상인 참조 깊이 화면의 미리 설정된 제2 크기의 탐색 영역 내에서 전술한 미리 설정된 제1 크기의 탐색 블록을 선택할 수 있다. 여기서의 제2 크기의 탐색 영역은 K*L(K>M, L>N, K 및 L은 자연수)의 크기가 될 수 있다.

또한, 탐색 영역의 기준 점은 현재 깊이 화면의 복수의 블록 중에서 움직임 추정 대상인 대상 블록의 위치와 공간상으로 동일한 위치가 될 수 있다. 즉, 참조 깊이 화면 내에서 대상 블록의 위치와 동일한 위치가 될 수 있다.

또한, 프로세서(122)는 기준 점을 중심으로 제2 크기의 탐색 영역에 있는 제1 크기의 탐색 블록을 선택할 수 있다.

또한, 탐색 영역 내의 모든 블록들 각각을 탐색 블록으로 하여 각 탐색 블록에 대해 이하의 동작이 수행될 수 있다.

또한, 프로세서(122)는 탐색 블록의 위치 및 화소 내의 깊이 값의 정보를 메모리(121)에 저장할 수 있다.

현재 깊이 화면의 대상 블록과 탐색 블록 각각의 깊이 값의 평균치를 계산하는 블록 내 화소들의 깊이 값의 평균치 계산 단계(S300).

프로세서(122)는 대상 블록 내의 화소들의 깊이 값들의 제1 평균치(Rc)와 탐색 블록 내의 화소들의 깊이 값들의 제2 평균치(Rr)를 연산할 수 있다.

일 예로, 객체가 깊이 영상 촬영 디바이스와 가까워지는 경우 참조 깊이 화면 내의 객체의 크기는 현재 깊이 화면의 객체의 크기보다 크게 나타나고, 해당 객체에 대응하는 화소들의 깊이 값은 더 작은 값을 가지게 된다. 따라서 제1 평균치(Rc)는 제2 평균치(Rr)보다 큰 값이 될 수 있다.

이와 달리, 객체가 깊이 영상 촬영 디바이스로부터 멀어지는 경우 참조 깊이 화면 내의 객체의 크기는 현재 깊이 화면의 객체의 크기보다 작게 나타나고, 해당 객체에 대응하는 화소들의 깊이 값은 더 큰 값을 가지게 된다. 따라서 제1 평균치(Rc)는 제2 평균치(Rr)보다 작은 값이 될 수 있다.

또한, 프로세서(122)는 계산된 제1 및 제2 평균치(Rc, Rr)를 메모리(121)에 저장할 수 있다.

대상 블록의 평균치와 탐색 블록의 평균치를 이용하여 신축 비율을 계산하는 신축 비율 계산 단계(S400).

프로세서(122)는 제1 및 제2 평균치(Rc, Rr)를 이용하여 수학식 1을 충족하는 신축 비율(S)을 연산할 수 있다.

[수학식 1]

수학식 1에서 x는 깊이 영상 촬영 디바이스의 초점에 따라서 미리 결정되는 상수 값이다.

또한, 프로세서(122)는 계산된 신축 비율(S)을 메모리(121)에 저장할 수 있다.

계산된 신축 비율을 이용하여 탐색 블록의 크기를 신축하는 탐색 블록 신축 단계(S500).

프로세서(122)는 계산된 신축 비율(S)을 이용하여 탐색 블록의 크기를 신축할 수 있다. 즉, 프로세서(122)는 신축 비율(S)을 이용하여 참조 깊이 화면의 크기를 신축하는 것이 아닌 탐색 블록을 신축함으로써 상대적으로 연산량과 메모리 기억량을 감소시킬 수 있다.

프로세서(122)는 탐색 블록 제1 크기의 가로와 세로 모두 신축 비율(S)로 신축함으로써 (S*m)*(S*n) 크기로 탐색 블록으로 확대할 수 있다.

예를 들어, 참조 깊이 화면에서의 객체가 현재 깊이 화면에서의 객체보다 깊이 영상 촬영 디바이스에 더 가까운 경우 탐색 블록 내의 화소들의 깊이 값의 평균이 대상 블록 내의 깊이 값의 평균보다 작으므로 Rc>Rr 관계가 되어 신축 비율(S)은 1보다 커지게 된다. 따라서 탐색 블록의 크기는 확대된다.

또한, 프로세서(122)는 확대된 탐색 블록에 속하는 화소들의 위치 정보와 깊이 값의 정보를 메모리(121)에 저장할 수 있다.

대상 블록의 깊이 값과 평균치 그리고 탐색 블록의 깊이 값과 평균치를 이용하여 객체의 이동에 따른 깊이 값의 변화의 영향을 제거하는 깊이 값 변동량 제거 단계(S600).

예를 들어 깊이 영상에서는 객체가 깊이 영상 촬영 디바이스 방향으로 이동함에 따라 깊이 영상 내에서 객체의 크기가 변할 뿐만 아니라 깊이 값으로 이루어진 화소의 값도 변하게 된다. 그리고 같은 객체가 신축이 일어났을 때는 객체의 신축에 따라 깊이 값이 변경되더라도 같은 객체를 구성하고 있는 화소에 대해서는 상대적인 깊이 값의 분포가 유사하게 된다. 따라서 신축 움직임 추정을 함에 있어서 객체와 깊이 영상 촬영 디바이스간의 거리의 영향을 제거하여야 올바른 차신호를 구할 수 있다.

이를 위해 프로세서(122)는 움직임 추정 차신호를 계산하기 전에 현재 깊이 화면의 대상 블록의 전체 화소들의 깊이 값에 제1 평균치(Rc)를 빼는 차 연산을 하여 차 연산된 대상 블록을 생성하고, 신축된 탐색 블록의 화소들의 깊이 값에 제2 평균치(Rr)를 빼는 차 연산을 수행하여 차 연산되고 신축된 탐색 블록을 생성한다. 따라서 차 연산이 적용된 대상 블록과 차 연산이 적용되고 신축된 탐색 블록의 화소 값의 평균을 0으로 일치시켜 깊이 영상 촬영 디바이스 방향으로(또는 이로부터 멀어지며) 이동하는 객체의 깊이 값의 변화의 영향을 제거한다.

대상 블록과 탐색 블록의 차신호를 계산하여 움직임 추정 차신호를 결정하는 단계(S700).

프로세서(122)는 신축된 탐색 블록에 대해 선형 보간, 삼차 보간 등의 보간법을 이용하여 신축된 탐색 블록의 크기를 대상 블록의 크기와 일치되도록 한다.

보간법은 블록의 크기를 조절할 수 있는 보간(interpolation)이라면 어떠한 보간법이라도 적용될 수 있고, 특정 보간법에 한정하는 것은 아니다.

또한, 프로세서(122)는 크기가 서로 일치하는 탐색 블록과 대상 블록의 차 신호를 계산하여 움직임 추정 차신호를 결정하고, 계산된 차 신호에 대해 MAE(평균절대오차: Mean Absolute Error) 또는 MSE(평균제곱오차: Mean Square Error) 중 어느 하나를 계산한다.

또한, 프로세서(122)는 탐색 영역 내의 모든 블록들 각각에 대해 전술한 과정에 따라 탐색 블록과 대상 블록의 차 신호를 계산하고, 계산된 차 신호에 대해 MAE 또는 MSE 중 어느 하나를 계산한다.

대상 블록에 대한 움직임 추정 차신호의 최소값을 고려하여 탐색 블록의 좌표와 신축 비율을 대상 블록의 움직임 벡터로 결정하는 대상 블록 움직임 벡터 결정 단계(S800).

프로세서(122)는 계산된 MAE(또는 MSE)가 최소값을 가지는 탐색 블록을 선택하고, 대상 블록과 탐색 블록의 상대적인 좌표 정보와 해당 탐색 블록의 신축 비율(S)을 움직임 벡터로 결정할 수 있다.

도 5를 참조하면, 도 4의 깊이 영상에 대한 종래의 움직임 추정 방법에 따른 움직임 벡터 대비(비교예) 본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정 방법에 따른 움직임 벡터가 더욱 정확하게 나타남을 알 수 있다.

또한, 수학식 2에 따라 신축이 적용되지 않은 움직임 추정 성능(비교예 1)과 객체의 깊이 값의 변화의 영향을 제거하지 않은 상태의 움직임 추정 성능(비교예 2) 그리고 본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정 성능을 평가하면, 표 1과 같이 신축이 적용되지 않은 경우나 객체의 깊이 값의 변화의 영향을 제거하지 않은 상태에서의 MES는 본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정의 MSE보다 낮은 값을 가지므로, 본 발명의 실시예에 따른 움직임 추정이 더욱 정확함을 알 수 있다.

[수학식 2]

수학식 2는 대상 블록 I와 참조 화면 내 움직임 추정이 예측된 블록 K의 차이의 제곱의 합을 의미한다.

	MSE
비교예1	136.91
비교예2	98.17
실시예	77.16

이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

또한 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100: 움직임 추정 장치
110: 영상 소스
120: 영상처리부
121: 메모리
122: 프로세서
130: 출력인터페이스
200: 데이터수신장치
210: 디스플레이 디바이스
220: 데이터 처리부
230: 입력 인터페이스

Claims (10)

1. 현재 깊이 화면을 미리 설정된 제1 크기의 대상 블록으로 분할하는 블록 분할 단계;
   상기 현재 깊이 화면의 이전 프레임 또는 다음 프레임인 참조 깊이 화면의 미리 설정된 제2 크기의 탐색 영역 내에서 탐색 블록을 선택하는 단계;
   상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값의 제1 평균치와 상기 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값의 제2 평균치에 기초하여 신축 비율을 계산하는 단계;
   상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하는 단계;
   상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 단계; 및
   상기 대상 블록과 상기 탐색 영역 내의 복수의 신축된 탐색 블록 각각들 사이의 움직임 추정 차신호를 결정하는 단계;를 포함하고,
   상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 단계는, 깊이 값 변동량 제거 단계를 포함하고,
   상기 깊이 값 변동량 제거에서,
   상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제1 평균치를 차 연산하여 차 연산된 대상 블록을 생성하고,
   상기 신축된 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제2 평균치를 차 연산하여 차 연산되고 신축된 탐색 블록을 생성하고,
   상기 차 연산된 대상 블록과 상기 차 연산되고 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는
   깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   결정된 복수의 움직임 추정 차신호에 대해 평균절대오차 또는 평균제곱오차를 계산하는 단계; 및
   상기 평균절대오차 또는 평균제곱오차가 최소값을 가지는 움직임 추정 차신호에 대응하는 대상 블록과 탐색 블록의 상대적인 좌표 정보와 해당 탐색 블록의 신축 비율을 움직임 벡터로 결정하는 단계;를 더 포함하는
   깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 신축 비율은

   

   을 충족하고, X는 기 설정된 상수인
   깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법.
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하는 단계는,
   상기 탐색 블록의 가로 및 세로 각각의 크기를 상기 신축 비율로 확대 또는 축소하는
   깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 방법.
7. 적어도 하나의 메모리; 및
   적어도 하나의 프로세서;를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 프로세서는
   현재 깊이 화면을 미리 설정된 제1 크기의 대상 블록으로 분할하고,
   상기 현재 깊이 화면의 이전 프레임 또는 다음 프레임인 참조 깊이 화면의 미리 설정된 제2 크기의 탐색 영역 내에서 탐색 블록을 선택하고,
   상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값의 제1 평균치와 상기 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값의 제2 평균치에 기초하여 신축 비율을 계산하고,
   상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하고,
   상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하고,
   상기 대상 블록과 상기 탐색 영역 내의 복수의 신축된 탐색 블록 각각들 사이의 움직임 추정 차신호를 결정하도록 구성되고,
   상기 프로세서는,
   결정된 복수의 움직임 추정 차신호에 대해 평균절대오차 또는 평균제곱오차를 계산하고,
   상기 평균절대오차 또는 평균제곱오차가 최소값을 가지는 움직임 추정 차신호에 대응하는 대상 블록과 탐색 블록의 상대적인 좌표 정보와 해당 탐색 블록의 신축 비율을 움직임 벡터로 결정하도록 구성되고,
   상기 프로세서는, 깊이 값 변동량을 제거하도록 구성되고,
   상기 깊이 값 변동량 제거는,
   상기 대상 블록 내 전체 화소들의 깊이 값에 상기 제1 평균치를 차 연산하여 차 연산된 대상 블록을 생성하고,
   상기 신축된 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제2 평균치를 차 연산하여 차 연산되고 신축된 탐색 블록을 생성하며,
   상기 차 연산된 대상 블록과 상기 차 연산되고 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 것인
   깊이 영상에서 신축을 이용한 움직임 추정 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    상기 명령어들은 적어도 하나의 프로세서로 하여금 동작들을 수행하게 하기 위해 상기 프로세서에 의해 실행가능하고,
    상기 동작들은,
    현재 깊이 화면을 미리 설정된 제1 크기의 대상 블록으로 분할하고,
    상기 현재 깊이 화면의 이전 프레임 또는 다음 프레임인 참조 깊이 화면의 미리 설정된 제2 크기의 탐색 영역 내에서 탐색 블록을 선택하고,
    상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값의 제1 평균치와 상기 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값의 제2 평균치에 기초하여 신축 비율을 계산하고,
    상기 신축 비율에 따라 상기 탐색 블록을 신축하고,
    상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하고,
    상기 대상 블록과 상기 탐색 영역 내의 복수의 신축된 탐색 블록 각각들 사이의 움직임 추정 차신호를 결정하도록 구성하는 것을 포함하고,
    상기 대상 블록과 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 것은, 깊이 값 변동량 제거하는 것을 포함하고,
    상기 깊이 값 변동량 제거는,
    상기 대상 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제1 평균치를 차 연산하여 차 연산된 대상 블록을 생성하고,
    상기 신축된 탐색 블록 내 화소들의 깊이 값에 상기 제2 평균치를 차 연산하여 차 연산되고 신축된 탐색 블록을 생성하며,
    상기 차 연산된 대상 블록과 상기 차 연산되고 신축된 탐색 블록 사이의 움직임 추정 차신호를 계산하는 것인
    비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.

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