Penalized weighted least squares and interpolation based local contrast enhancement method

Abstract

영상 획득 과정에서 주위의 조도 환경, 짧은 노출 시간, 영상 획득 시스템의 하드웨어적인 한계 등에 의해 콘트라스트가 저하된 영상은 화질이 선명하지 않을 뿐만 아니라 영상 해석 알고리즘의 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 영상 콘트라스트 향상 기법이 널리 연구되어 왔다. 영상의 콘트라스트 향상에 대한 기존의 기법은 크게 전역 콘트라스트 향상 기법과 지역 콘트라스트 향상 기법으로 분류할 수 있다. 전역 콘트라스트 향상 기법은 히스토그램 평활화 (Histogram Equalization), 히스토그램 변형 기법 (Histogram Modification) 등으로 부분적인 콘트라스트 개선이 힘들고 적용 이후에 영상의 밝기가 과도하게 변화하는 graying-out의 한계점이 있다. 그리고 지역 콘트라스트 향상 기법은 AHE (Adaptive Histogram Equalization), POSHE (Partially Overlapped Sub-block Histogram Equalization) 등으로 영상의 일부만을 고려하기 때문에 과잉 개선(over-enhancing)될 수 있을 뿐만 아니라 block 사이에 경계선이 나타나는 block effect가 발생하는 한계점을 가진다. 따라서 본 논문에서는 기존의 콘트라스트 개선 기법들의 한계점을 극복하고 영상의 효과적인 콘트라스트 향상을 위해 block 사이의 histogram의 차이를 고려하고 bi-linear interpolation을 적용하는 지역 콘트라스트 개선 기법을 제안한다. Block 사이의 히스토그램의 차이가 적도록 목적 함수를 설계하고 bi-linear interpolation을 적용함으로써 기존의 지역 콘트라스트 향상 기법이 가지는 block effect의 한계점을 극복하였다. 또한, 히스토그램 변형 기법을 통하여 과잉 개선의 문제점을 극복하였다. 결과 영상의 주관적 성능 평가와 AMBE (Absolute Mean Brightness Error), discrete entropy, EME (measure of enhancement)의 객관적인 수치로 성능을 평가하여 제안하는 기법의 우수한 성능을 확인하였다.;Images acquired using imaging devices often have low contrast due to poor ambient lighting condition, short exposure time, hardware limitation of image acquisition system, etc. Since not only the perceptual quality of a low contrast image is poor but also the performance of image analysis is degraded, image contrast enhancement methods have been studied extensively. Previous research on the image contrast can be classified into global approach and local approach. Global enhancement methods, such as HE (Histogram Equalization) and Histogram Modification, have disadvantage since the methods do not show satisfactory performance in enhancing local details. In addition, the methods might show graying-out artifact over the entire image region. Local enhancement methods that are designed to enhance local details, such as AHE (Adaptive Histogram Equalization), POSHE (Partially Overlapped Sub-block Histogram Equalization) also have problems since those methods may generate over-enhanced images and/or images with block artifact. In this paper, we propose a novel local contrast enhancement method that generates similar intensity transformation function between adjacent block to reduce block artifact. Moreover, we apply bi-linear interpolation to remove the block artifact completely. In addition, we also applied histogram modification method to prevent over-enhancing from occurring. In experiments, the proposed method showed better performance in terms of subjective evaluation. The proposed method also showed satisfactory performance in terms of quantitative measures such as AMBE (Absolute Mean Brightness Error), discrete entropy, EME (measure of enhancement).