주성분 분석법과 양방향 필터를 이용한 톤 매핑 방법

Abstract

본 논문에서는 높은 동적 범위(High Dynamic Range)영상을 일반 디스플레이 장치로 표현하기 위하여 기존의 톤 매핑 알고리즘을 소개하고 주성분 분석법(Principle Component Analysis)과 양방향 필터(Bilateral Filter)를 이용한 톤 매핑 기법을 제안하였다. 톤 매핑 이란 높은 동적 범위의 영상을 일반 디스플레이 장치에서 사용할 수 있게 낮은 동적 범위 영상으로 만들어 주는 방법이다. 디스플레이 장치는 사람의 시각이 인지 가능한 밝기의 범위를 모두 표현할 수 없기 때문에 밝기의 범위가 줄어든 저 명암 대비 영상으로 변환하여 보여주어야 한다. 기존의 톤 매핑 기법으로는 히스토그램 기반의 톤 매핑 방법, 로그 함수 기반의 톤 매핑 방법, 존 시스템 기반의 톤 매핑 방법 등이 있으며, 이 방법들은 비교적 간단하고 효과적인 기능 때문에 많이 사용되고 있다. 하지만 영상의 밝기가 어두운 부분 또는 밝은 부분으로 집중되어 있는 영상에 적용 시에 입력 영상의 전체적인 밝기와 밝고 어두운 영역에서의 디테일을 보존하지 못하는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 상기의 문제점들을 해결하기 위한 방법을 제안하였다. 첫 번째 주성분 분석법(Principle Component Analysis)은 다차원 신호를 분석하여, 데이터의 차원을 낮추는데 많이 사용되는 다 변량 통계 분석 방법으로 주어진 데이터를 분산이 최대가 되는 축으로 변환하는 것이다. 톤 매핑 과정에서 필요한 밝기 정보를 얻기 위해 입력영상의 Red, Green, Blue 채널을 분리하여 주성분 분석을 수행한다. 두 번째 양방향 필터를 사용하여 주성분 분석법을 통해 구한 밝기 정보를 기본 영상과 디테일 영상으로 구분한다. 기본 영상 동적 영역 분할과 재분배를 수행하고, 기본 영상의 밝기 값과 향상된 밝기 값을 이용하여 후광 현상을 제거 하였다. 기존의 제안되었던 기법들과 시각적 비교를 통해 제안된 기법의 성능을 평가 하였다. 제안된 방법은 기존의 방법들에 비해 후광현상이 거의 발생하지 않았으며, 디테일 정보를 잘 보존 하였으며, 자연스러운 색상을 표시해주고 있다.