WRGB CFA 기반의 영상 시스템을 위한 새로운 색상 재구성 방법

Abstract

최근 디지털 카메라는 계속해서 작은 CMOS 이미지 센서에 더 많은 화소를 담아가는 추세인데, 이러한 추세는 화소의 민감도를 감쇄시키는 결과를 낳고 있다. 이러한 화질에 대한 문제들, 예를 들어 blur 또는 노이즈의 문제, 은 광다이오드의 절감으로부터 기인하여 발생한다. 가시광선의 주파수 대역에서 빛의 에너지의 손실 없는 전달을 위하여, White-RGB (WRGB) 영상 시스템이 기존의 Bayer CFA의 초록색 화소의 자리를 하얀색 화소로 대체하여 사용한다. 물론 하얀 화소에는 색깔에 대한 정보는 들어있지 않다. 그러므로, 일반적인 Bayer CFA 기반의 접근 방법들과 달리, WRGB CFA 기반의 영상 시스템에는 실용적 구현을 위하여 색 재현 단계가 추가적인 문제로 발생하였다. 영상의 화질을 올리기 위하여, 네 가지 문제점이 고려되어야 하는데, 이 네 가지 문제점은 윤곽선의 흐려짐, 하드웨어 설계, 색 정보의 정확성 과 노이즈의 영향이다. 위의 네 문제를 해결하기 위하여 세 가지 방식의 접근 방법이 현재까지 연구되고 있다. 첫 번째, 적응 사선형 색 분리 방법은 영상의 밝기 영역에서 대각 방향의 참조 블록들을 이용하고 위치 기반의 색 비율 추정 기법을 사용하여 윤곽선 흐려짐 현상을 방지하는 방식으로 제안되었다. 색조 (hue), 포화도 (saturation) 및 흰 색상의 영역은 하드웨어 설계에 사용된다. 평행한 방식의 하드웨어 설계를 통하여, 거의 66%의 계산 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다. 두 번째로, 색조 (hue)의 물리적 필터를 닮은 가상의 색상 필터를 이용한 색 분리 방법이 제안되었다. 이 방법은, 필터링 단계에서 가상의 필터는 기존의 RGB 화소와 흰색 화소에서 재현된 색상의 정보의 차이를 줄임으로써 색상 정보의 오류를 줄인다. 또한 파장 기반의 접근 방법과 달리, 제안하는 가상 필터 기반의 방법은 파장의 길이에 대한 정확한 정보 없이도 실제 WRGB 기반 시스템에 설계가 가능하다는 장점이 있다. 마지막으로 본 학위 논문에서 제안하는 비국부적 색 분리 방법을 기반한 융합 색 재현 방법이 있다. 일반적인 지역 기반의 방법과 달리, 이 방법은 raw 영상 정보의 색 분포의 통계를 사용하여 색상 정보를 재현하였다. 고 해상도의 WRGB 영상 센서 (2608-by-1960)이 색 재현 평가에 사용되었다. 최근 연구된 여러 방법들과 비교하여, 본 논문에서 제안된 방법을 사용한 실험 결과들은 앞서 언급된 네 가지 문제점들이 해결된 것을 확인할 수 있었다.