다 해상도 프레임 구조에 기반한 고속 움직임 추정 기법

송병철,나종범,Song, Byung-Cheol,Ra, Jong-Beom 대한전자공학회 2000 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.37 No.5

고속 움직임 추정을 위한 다 해상도 블록 정합 기법을 제안한다 최저 해상도 계층에서 전역 탐색을 통해 최소 정함 오치를 갖는 움직임 벡터를 선택하고, 공간적으로 인접한 블록들의 움직임 벡터들 중에서 최소 정합 오차를 갖는 움직임 벡터를 찾는다 이 때, 주변 움직임 벡터들의 보다 정확한 탐색을 위해 저 해상도 계층에서도 움직임 벡터의 양자화 없이 탐색을 할 수 있는 효과적인 방법을 제안한다. 이렇게 얻어진 2개의 움직임 벡터들은 중간 해상도 계층에서의 탐색을 위한 초기 탐색 중심점들로 사용된다 중간 계층에서, 각 초기점을 중심으로 훨씬 좁아진 영역에서의 지역 탐색을 수행한다. 최저 해상도 계층에서 주변 움직임 벡터 탐색을 위해 사용했던 방법을 이용하면, 각 지역 탐색을 정수 화소 단위로 수행할 수 있다 지역 탐색 영역 내에서 최소 정함 오차를 갖는 움직임 벡터를 찾고, 이 벡터를 중심으로 마지막 계층에서의 마지막 탐색을 수행한다 그러나, 중간 해상도 계층에서 이미 정수 화소 단위의 정확한 움직임 벡터 추정을 수행했기 때문에, 마지막 최고 해상도 계층에서의 지역 탐색은 전체 성능에 미미한 영향을 주게 된다. 따라서 최고 해상도 계층에서의 탐색을 생략하더라도 성능 저하 없이 탐색 속도를 향상시킬 수 있다 모의 실험을 통해 최고 계층에서의 지역 탐색을 생략하더라도 제안한 블록 정합 기법이 전역 탐색 기법에 비해 보편적인 MPEG2 부호화 환경 하에서 최대 02dB의 PSNR 저하만을 보이며, 200배 이상의 계산 속도를 가점을 보인다 또한, 제안한 기법은 규칙적인 데이터 흐름을 가지am로 하드웨어 구현에도 적합하다. We present a multi-resolution block matching algorithm (BMA) for fast motion estimation At the coarsest level, a motion vector (MV) having minimum matching error is chosen via a full search, and a MV with minimum matching error is concurrently found among the MVs of the spatially adjacent blocks Here, to examine the spatial MVs accurately, we propose an efficient method for searching full resolution MV s without MV quantization even at the coarsest level The chosen two MV s are used as the initial search centers at the middle level At the middle level, the local search is performed within much smaller search area around each search center If the method used at the coarsest level is adopted here, the local searches can be done at integer-pel accuracy A MV having minimum matching error is selected within the local search areas, and then the final level search is performed around this initial search center Since the local searches are performed at integer-pel accuracy at the middle level, the local search at the finest level does not take an effect on the overall performance So we can skip the final level search without performance degradation, thereby the search speed increases Simulation results show that in comparison with full search BMA, the proposed BMA without the final level search achieves a speed-up factor over 200 with minor PSNR degradation of 02dB at most, under a normal MPEG2 coding environment Furthermore, our scheme IS also suitable for hardware implementation due to regular data-flow.

형태론적 영상 분할을 위한 마커 배양기를 이용한 마커의 추출

박현상,나종범,Park, Hyun-Sang,Ra Jong-Beom 대한전자공학회 1998 電子工學會論文誌, S Vol.s35 No.11

형태론적 영상 분할의 성능은 적절한 마커의 선택에 전적으로 의존한다. 본 논문에서는 경사영상의 국소 최저점으로부터 성장한 담수지역들이 충분한 크기를 가질 때, 마커로 등록하는 마커 배양기를 제안한다. 마커 배양기는 범람 과정이 진행되는 동안, 정의된 마커 영역의 성장, 새로운 마커 영역의 추출, 부적절한 영역에 대한 처리 연기 등을 수행한다. 마커로서의 타당성 진단은 형태론적 필터의 형태소 크기에 의존하는 다중 기준에 의해서 이루어진다. 제안한 마커 배양기는 기존의 방법에 비해서 영역 병합 과정 없이도, 적은 수의 영역으로 동등한 화질을 실현하고, 전송 정보량과 화질 관점에서 우수한 성능을 가지기 때문에, 영역 기반 부호화기를 위한 영상 분할에 적합하다. The performance of morphological image segmentation heavily depends on a proper selection of markers. In this paper, we propose a marker incubator where only a catchment basin that has grown sufficiently large through flooding simulation is registered as a marker. Marker incubator does following things at each flooding level; growing defined marker regions, finding new marker regions, and postponing irrelevant regions to be examined at the next level. The examination for a region to be a valid marker is performed by two size-oriented criterions that are derived from the structuring element size of a morphological filter. The simulation result shows that the image segmentation with the proposed marker incubator achieves the comparable image quality to Wang's method in a less number of markers even without region merging. Additionally, since the proposed method also performs better in terms of image quality and information for transmission, it is well suited for region-based image coding.

동영상 부호화기 내부에서의 효과적인 DCT영역 전처리 필터링

김성득,나종범,Kim, Sung-Deuk,Ra, Jong-Beom 대한전자공학회 2000 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.37 No.5

Efficient implementation of pre-filtering has been an important issue in video sequence coding, because it can remove camera noise and improve coding efficiency dramatically This paper introduces a novel pre-filtering scheme that is performed inside a video encoder The proposed pre-filtering is based on the approximated generalized Wiener filtering and two-dimensional discrete cosine transform (DCT) factorization. and is achieved by scaling the DCT coefficients of original image blocks for intra block coding and those of motion-compensated error blocks for inter block coding, respectively Even though the pre-filtering operation is embedded in a video encoder, its additional computational complexity is marginal compared to the encoding process, and the overall architecture of the conventional video encoder is maintained In spite of its simplicity, the proposed pre-filtering scheme provides good filtering and coding performance for noisy video sequences. 전처리 필터링은 카메라로부터 들어오는 잡음을 제거하여 부호화 효율을 높여주기 때문에, 전처리 과정의 효과적인 구현은 동영상 압축에서 중요한 연구분야 중의 하나였다 본 논문에 근사화된 일반화 위너 필터링(approximated generalized Wiener filtering)과 이차원 DCT의 분해(factorization)를 바탕으로, 부호화기 내부에서 수행되는 효과적인 전처리 필터링 방법을 제안한다 제안한 전처리 필터링은 원 영상 블록 (original image block)과 움직임 보상된 차 영상 블록(motion-compensated error block)의 DCT계수들에 적절한 값들을 곱하는 것으로 수행된다 전처리 필터링이 동영상 압축기에 깊이 파묻혀 있지만, 전처리 과정으로 인한 연산량의 증가는 전체 부호화 과정에 비해 크지 않으며, 전통적인 블록 부호화 기법의 틀은 그대로 유지한다 간결한 구조와 연산에도 불구하고 제안한 방법은 잡음이 있는 동영상에 대해서 좋은 필터링 및 부호화 성능을 나타낸다.

Resolution Improvement of the Positron Computerized Tomography with a New Positron Camera Tomographic System

홍기상,나종범,Hong, Ki-Sang,Ra, Jong-Beom The Institute of Electronics and Information Engin 1979 전자공학회지 Vol.16 No.6

새로운 구조의 양전자 전산 단층 촬영기(Positron Computerized Tomography)를 제안하고 그 시스템의 성능을 컴퓨터로 예측하였다. 이 새로운 구조의 시스템은 sampling 간격을 임의로 할 수 있기 때문에 기존의 시스템에 비해서 보다 높은 분해능의 단층 영상을 얻을 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 이 시스템에 어떠한 artifact가 생기나 살펴 보았고 Poisson noiserk 더해졌을 때의 영상을 비교함으로써 이 시스템이 기존의 시스템보다 나은 영상을 얻을 수 있음을 확인하였다. A new circular ring position camera tomographic system termed "Oscillatory Dichotomic Ring" system is proposed and its performance is simulated. It is basically a circular ring system, composed of two half rings, which has the capability of scanning so that any sampling intervals can be obtained. Since finer sampling means poorer photon statistcs, simulations with varous signal dependent statistical noise effects, ray sampling and arrangement as well as related artifacts peculiar to the proposed Dichotomic Ring system are made.

정밀한 다중센서 영상정합을 위한 통계적 상관성의 증대기법

김경수,이진학,나종범,Kim, Kyoung-Soo,Lee, Jin-Hak,Ra, Jong-Beom 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.42 No.4

영상정합은 동일한 장면에 대해서 서로 다른 시간 혹은 서로 다른 특성의 센서로부터 서로 다른 위치에서 얻은 영상들의 위치적 대응관계를 찾는 기법이다. 이 논문에서는 특성이 다른 적외선 센서와 광학 센서로부터 얻은 영상의 정합을 위한 새로운 알고리즘을 제안한다. 지금까지 제안된 서로 다른 특성의 영상을 위한 정합기법은 크게 특징점 기반 영상정합기법과 밝기값 기반 영상정합기법으로 구분될 수 있다. 특징점 기반의 영상정합기법은 정확하게 대응하는 특징점을 선택하는 것이 성능에 결정적인 영향을 준다 그러나 적외선 영상과 가시광선 영상에서는 특징점이 서로 같지 않은 경우가 많기 때문에 강인하지 못하다 그리고 밝기 값 기반의 정합기법에서는 정규상호정보를 유사성 척도로 사용한 영상정합기법이 가장 좋은 성능을 제공하는 것으로 알려져 있다. 그러나 정규상호정보 기반의 영상정합기법은 두 영상의 통계적 상관성이 전역적이어야 한다는 가정을 전제하는데, 적외선 영상과 가시광선 영상에서는 이를 보장하지 못하는 경우가 많아 정규상호정보를 유사성 척도로 사용하는 영상정합기법에서도 좋은 성능을 기대하기 힐들다. 따라서 이 논문에서는 적외선 영상과 가시광선 영상의 통계적 상관성의 해석에 기반한 두 단계 영상정합기법을 제안한다. 정확하고 강인한 정합을 위해서 첫 단계에서는 두 영상에서 통계적 상관성이 높은 부분을 추출하는 ESCR기법과 두 영상을 통계적 상관성이 높도록 필터링하는 ESCF기법을 수행한다. 그리고 두 번째 단계에서는 첫 단계에서의 결과 영상에 대해서 정규상호정보를 유사성 척도로 한 영상정합을 수행한다. 다양한 적외선 영상과 가시광선 영상을 이용한 실험으로부터 제안하는 두 단계 영상정합기법이 기존의 정규상호정보 기반의 영상정합기법에 비해 정확도와 강인함, 그리고 실행 속도의 측면에서 더욱 향상된 성능을 제공함을 확인하였다. Image registration is a process to establish the spatial correspondence between images of the same scene, which are acquired at different view points, at different times, or by different sensors. This paper presents a new algorithm for robust registration of the images acquired by multiple sensors having different modalities; the EO (electro-optic) and IR(infrared) ones in the paper. The two feature-based and intensity-based approaches are usually possible for image registration. In the former selection of accurate common features is crucial for high performance, but features in the EO image are often not the same as those in the R image. Hence, this approach is inadequate to register the E0/IR images. In the latter normalized mutual Information (nHr) has been widely used as a similarity measure due to its high accuracy and robustness, and NMI-based image registration methods assume that statistical correlation between two images should be global. Unfortunately, since we find out that EO and IR images don't often satisfy this assumption, registration accuracy is not high enough to apply to some applications. In this paper, we propose a two-stage NMI-based registration method based on the analysis of statistical correlation between E0/1R images. In the first stage, for robust registration, we propose two preprocessing schemes: extraction of statistically correlated regions (ESCR) and enhancement of statistical correlation by filtering (ESCF). For each image, ESCR automatically extracts the regions that are highly correlated to the corresponding regions in the other image. And ESCF adaptively filters out each image to enhance statistical correlation between them. In the second stage, two output images are registered by using NMI-based algorithm. The proposed method provides prospective results for various E0/1R sensor image pairs in terms of accuracy, robustness, and speed.

고속 움직임 추정 알고리즘에 적합한 VLSI 구조 연구

이재헌(Jaehun Lee),나종범(Jong Beom Ra) 한국방송·미디어공학회 1998 방송공학회논문지 Vol.3 No.1

Warping을 이용한 움직임 보상을 통한 3차원 의료 영상의 압축

소윤성,조현덕,김종효,나종범,So, Yun-Sung,Cho, Hyun-Duck,Kim, Jong-Hyo,Ra, Jong-Beom 대한의용생체공학회 1997 의공학회지 Vol.18 No.3

본 논문에서는 3차원 의료 영상의 압축을 위한 인터프레임 부호화 방법을 제안한다. 슬라이스 사이의 변화를 뼈나 조직의 움직임으로 간주하여 움직임 보상 기법을 통해 이전 프레임으로부터 현재 프레임을 예측하고, 변환 부호화를 사용하여 오차 영상을 압축한다. 의료 영상의 슬라이스 사이의 복잡한 변화를 잘 예측하기 위해 동영상 부호화에서 가장 널리 사용되는 블럭 정합 알고리즘 (BMA) 대신 bilinear 변환을 통한 영상 warping을 사용하였다. 이 warping 방법은 슬라이스 사이에서 object가 없어지는 경우 예측 성능이 저하되는데, 이러한 단점을 보완하기 위해 블럭 겹침 움직임 보상 (OBMC) 기법을 결합하였다. 움직임 보상된 오차 영상의 부호화에는 EZW 부호화를 사용하였고, 이 때 각 프레임의 wavelet 계수의 양자화 오차를 동일하게 하여 프레임마다 일정한 화질을 얻도록 하였다. 모의 실험에서 warping을 사용한 인터프레임 부호화는 각 프레임을 독립적으로 부호화하는 방식보다 높은 압축 성능을 보였고, OBMC를 결합함으로써 warping만을 사용했을 때보다 성능이 더 개선되었다. In this paper, an interframe coding method for volumetric medical images is proposed. By treating interslice variations as the motion of bones or tissues, we use the motion compensation (MC) technique to predict the current frame from the previous frame. Instead of a block matching algorithm (BMA), which is the most common motion estimation (ME) algorithm in video coding, image warping with biolinear transformation has been suggested to predict complex interslice object variation in medical images. When an object disappears between slices, however, warping prediction has poor performance. In order to overcome this drawback, an overlapped block motion compensation (OBMC) technique is combined with carping prediction. Motion compensated residual images are then encoded by using an embedded zerotree wavelet (EZW) coder with small modification for consistent quality of reconstructed images. The experimental results show that the interframe coding suing warping prediction provides better performance compared with interframe coding, and the OBMC scheme gives some additional improvement over the warping-only MC method.

고속 움직임 추정 알고리즘에 적합한 VLSI 구조 연구

李在薰(Jaehun Lee),羅鐘範(Jong Beom Ra) 대한전자공학회 1998 대한전자공학회 학술대회 Vol.1998 No.6

객체 추적 카메라 제어를 위한 고속의 움직임 검출 및 추적 알고리즘

강동구(Dong-Goo Kang),나종범(Jong Beom Ra) 한국방송·미디어공학회 2002 방송공학회논문지 Vol.7 No.2

다 해상도 프레임 구조에 기반한 고속 움직임 추정 기법

송병철(Byung Cheol Song),나종범(Jong Beom Ra) 대한전자공학회 1998 대한전자공학회 학술대회 Vol.1998 No.11