KR100970621B1

KR100970621B1 - 영상 보정 장치

Info

Publication number: KR100970621B1
Application number: KR1020030033402A
Authority: KR
Inventors: 한동일; 최병태; 이승엽; 장경훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2010-07-15
Also published as: US7259798B2; KR20040101700A; US20040239815A1

Abstract

본 발명은 입력되는 디지털 영상을 디스플레이 장치의 특성에 맞게 보정할 때 사용자가 원하는 색 영역(Gamut)의 해상도를 조정하는 영상 보정 장치에 관한 것으로서, 특히 입력 영상의 상위 비트를 이용하여 3차원 룩업 테이블을 구성하고 3차원 룩업 테이블의 출력과 입력 영상의 하위 비트를 이용하여 보간을 수행하여 최종적인 색 변환값을 얻는 영상 매핑부의 전/후에 색영역의 간격을 보정하는 보정 장치와 역보정 장치를 각각 추가함으로써, 영상의 색상을 변화시켜 디스플레이 장치의 변화와 관계없이 일치된 색상을 제공하거나 입력되는 영상의 색 재현성을 높여 주는 장치의 구현시 필요한 하드웨어의 양을 대폭 줄이면서 원하는 색영역의 해상도를 향상시킬 수 있다.

색영역, 보정, 해상도

Description

영상 보정 장치{Image compensation apparatus}

도 1은 일반적인 세 개의 1차원 룩업 테이블을 이용한 감마 보정의 예를 보인 도면

도 2는 종래의 3차원 룩업 테이블을 이용하여 각각의 RGB 값에 대응하는 출력 RGB 값을 얻는 예를 보인 도면

도 3은 축소된 3차원 룩업 테이블을 이용하여 각각의 RGB 값에 대응하는 출력 RGB 값을 얻는 예를 보인 도면

도 4는 상위 3비트의 정보를 이용하여 3차원 룩업 테이블을 구성할 경우, R, G, B 각각의 색영역이 등간격일 때의 R,G,B 각각에 대한 변환 값이 3차원 룩업 테이블에 저장되는 예를 좌표축상에 나타낸 도면

도 5는 도 3의 색 보간부의 보간 예를 설명하기 위한 도면

도 6은 상위 3비트의 정보를 이용하여 3차원 룩업 테이블을 구성할 경우, R, G, B 각각의 색영역이 등간격일 때의 R,G,B 각각에 대한 변환 값이 3차원 룩업 테이블에 저장되는 다른 예를 좌표축상에 나타낸 도면

도 7은 본 발명에 따른 영상 보정 장치의 일 예를 보인 구성 블록도

도 8a, 도 8b는 도 7의 보정부와 역보정부의 보정/역보정 예를 보인 그래프

도 9는 상위 3비트의 정보를 이용하여 3차원 룩업 테이블을 구성할 경우, R, G, B 각각의 색영역의 간격을 다르게 보정하였을 때의 R,G,B 각각에 대한 변환 값이 3차원 룩업 테이블에 저장되는 예를 좌표축상에 나타낸 본 발명의 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 보정부 200 : 영상 매핑부

300 : 역보정부

본 발명은 입력되는 디지털 영상을 디스플레이 장치의 특성에 맞게 보정할 때 사용자가 원하는 색 영역(Gamut)의 해상도를 조정하는 영상 보정 장치에 관한 것이다.

디지털 TV로 인하여 영상의 해상도가 대폭 늘어나게 되었고 이로 인하여 시청자는 기존의 아날로그 TV에 비하여 매우 선명한 영상을 시청할 수 있게 되었다. 또한 고해상도의 영상을 표현하기 위한 고해상도의 디스플레이 장치가 속속 개발되고 있으며 이에 따라서 기존에 많이 사용되던 Direct View 형식의 CPT뿐만 아니라 대화면 프로젝션 TV, PDP TV, 프로젝터 등이 디지털 TV의 디스플레이 장치로 각광을 받고 있다.

그러나 각각의 디스플레이마다 독특한 디스플레이 특성을 가지고 있으며 이러한 특성을 보정하기 위하여 기존에는 도 1과 같이 세 개의 1차원 룩업 테이블을 이용한 감마 보정 등의 방법이 사용되어 왔다. 이 방법은 고전적으로 널리 사용되 어 왔으며 입력되는 영상의 R, G, B 성분에 대해서 각각의 보정 곡선을 저장하여 입력 대 출력 특성을 보정하는 장치이다. 이 방법은 디스플레이 장치의 감마 특성을 보정할 수는 있으나 CRT, LCD 프로젝션 TV, PDP 등 다양한 디스플레이 장치의 고유한 특성으로 인한 색감의 저하 등은 조정이 불가능하며 카메라로 촬영하기 전의 원 영상에 대한 색감을 재현할 수 없는 문제점이 있다.

도 1과 같은 문제를 해결하기 위해서, 즉 디스플레이 장치에 관계없이 카메라로 촬영되는 영상과 같은 색상을 디스플레이 장치로 출력하기 위해서 기존에는 도 2와 같이 각각의 RGB 값에 대응하는 출력 RGB 영상을 룩업 테이블에 저장하여 사용하는 방법이 제안되어 있다. 즉, 256 단계의 R 영상, 256 단계의 G 영상, 256 단계의 B 영상에 대하여 모든 종류의 입력 조합에 대하여 디스플레이 장치의 특성을 고려하여 출력 값을 저장해 놓으면 어떠한 디스플레이 장치를 사용하더라도 출력 디스플레이 장치의 특성을 보정할 수 있다. 다시 말해, 임의의 RGB 영상 입력에 대해서 256x256x256x24 비트의 룩업 테이블을 이용하여 입력 영상을 보정하여 출력시킴으로써 영상의 화질 개선 효과나 디스플레이 장치의 특성을 보정할 수 있다.

그러나 이 방법은 이론적으로 완벽한 방법이나 이를 하드웨어로 구현하는 데에는 큰 문제가 존재한다. 즉 256x256x256x24 비트의 3차원 룩업 테이블을 구현하기 위해서는 약 400Mbit의 메모리가 필요로 하며 ASIC으로 구현시 룩업 테이블만 약 5억 게이트의 하드웨어를 필요로 하므로, 실제로 하드웨어로 구현하는 것은 불가능한 방법이다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 영상 보정 장치가 본 출원인에 의해 출원된 바 있다(출원번호 2002-25336호, 출원인 2002.5.8).

본 발명의 목적은 3차원 룩업 테이블의 복잡도와 필요한 하드웨어 양을 줄이면서 동시에 보정/역보정 장치를 추가하여 입력되는 디지털 영상을 디스플레이 장치의 특성에 맞게 보정할 때 원하는 색영역의 해상도를 개선시키는 영상 보정 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 보정 장치는, 입력되는 영상의 색영역의 간격을 서로 다르게 보정하는 보정부와, 상기 보정부에서 색영역이 보정된 영상의 상위 n비트에 대응하는 3차원 변환 데이터를 저장하는 3차원 룩업 테이블와, 상기 3차원 룩업 테이블에서 출력되는 3차원 변환 데이터와 상기 보정된 영상의 하위 m비트에 대응하는 3차원 데이터를 이용하여 선형 보간을 수행하여 최종 색 변환된 영상을 출력하는 색 보간부와, 상기 색 보간부에서 출력되는 영상의 색영역을 일정한 등간격이 되도록 역보정하는 역보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상 과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 3 내지 도 6은 본 출원인에 의해 출원된 영상 보정 장치에서 제안된 도면들이다.

도 3 내지 도 6을 참조하여 본 출원인에 의해 출원된 영상 보정 장치를 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 3에 도시된 영상 보정 장치의 룩업 테이블은 축소된 3차원 룩업 테이블로서, 입력 영상의 해상도를 모두 사용하지 않고 이를 대폭 줄여서 사용하고, 나머지 부분에 대한 정보는 3차원 정육면체 모양 내부의 한 점을 선형 보간하여 계산한다.

통상, 3차원 룩업 테이블에 사용되는 데이터를 분석하여 보면 각각의 R,G,B 성분에 대하여 각각 단조 증가 형태로 증가되는 경향을 얻을 수 있다. 따라서, 3차원 룩업 테이블을 256x256x256의 해상도를 사용하지 않고 이보다 훨씬 작은 65x65x65, 혹은 33x33x33 해상도의 룩업 테이블을 사용하고, 나머지 부분의 정보는 선형 보간을 이용하여 계산하여도 256x256x256의 룩업 테이블을 이용한 결과와 거의 유사한 값을 얻을 수 있다. 그리고 이로 인하여 엄청난 하드웨어의 절감이 가능해진다.

예를 들면, 도 3과 같이 R, G, B 각각 8비트의 입력 영상에 대해서 9x9x9x24 비트의 룩업 테이블(301)을 사용하고, 나머지 부분은 색 보간부(303)에서 선형 보간을 수행하여 새로운 영상을 출력함으로써, 종래 기술인 도 2와 같이 이론적으로 완벽한 경우와 거의 비슷한 화질을 얻을 수 있으면서, 필요한 룩업 테이블의 양을 17,496 비트 정도로 줄일 수 있다. 즉, 도 3은 입력되는 R, G, B나 Y, Cb, Cr 등의 영상의 상위 3비트 부분에 대한 3차원 변환 데이터를 저장하는 3차원 룩업 테이블(301)과 입력 영상의 하위 5비트 부분과 상기 3차원 룩업 테이블(301)의 출력을 이용하여 선형 보간을 수행함에 의해 최종적으로 색 변환된 영상을 출력하는 색 보간부(303)로 구성된다.

여기서, 상기 룩업 테이블(301)을 3차원으로 구성함으로써 기존의 1차원 룩업 테이블에 비교하여 매우 큰 화질 개선 기능을 갖게 한다. 또한 상기 룩업 테이블(301)을 색 보간부(303)와 함께 사용함으로써 1차원 룩업 테이블을 사용한 경우와 비슷한 복잡도를 갖게 된다.

만일, 도 3과 같이 상위 3비트의 정보를 이용하여 3차원 룩업 테이블(301)을 구성할 경우 도 4와 같이 R, G, B 각각의 성분에 대해서 0, 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224, 256 좌표 값에 대한 변환 값을 3차원 룩업 테이블(301)에 저장할 수 있다.

즉, 상기 3차원 룩업 테이블(301)에는 R,G,B 각각에 대해 0, 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224, 256 좌표 값에 대한 변환 값만 저장되어 있으므로 만일, 상기 값을 제외한 다른 값(예, 165)이 들어오면 이는 상기 룩업 테이블(301)의 변환 값만으로는 정확하게 변환할 수 없으므로 상기 룩업 테이블(301)의 출력과 상기 룩업 테이블(301)로 입력되지 않은 하위 비트를 이용하여 색 보간부(303)에서 선형 보간함에 의해 165에 대해 정확하게 변환된 값을 얻는다.

이때, 상기 9x9x9 룩업 테이블(301)과 같이 보간이 필요한 경우는 한 점에 대한 R, G, B 값을 출력하면 안되며 색 보간부(303)에서 3차원 데이터를 보간하기 위한 입방체의 각 꼭지점에 대한 변환 값 정보를 제공하여야 하며 도 3 내지 도 5에 H, I, J, K, L, M, N, O 점으로 표시를 하고 있다.

즉, 상기 3차원 룩업 테이블(301)은 입방체의 8개의 꼭지점에 해당하는 색 변환값을 색 보간부(303)로 제공함으로써, 색 보간부(303)에서 입력되는 영상을 이용하여 최종 색 변환값을 계산하기 용이하도록 한다.

예를 들어서 현재 입력 영상의 (R, G, B) = (46, 80, 150) 일 경우 즉 R 값이 46, G 값이 80, B 값이 150일 경우 3차원 룩업 테이블(301)에서는 H=(32, 64, 128), I=(64, 64, 128), J=(64, 96, 128), K=(32, 96, 128), L=(32, 64, 160), M=(64, 64, 160), N=(64, 96, 160), O=(32, 96, 160) 위치의 R, G, B 색 변환 값을 제공하게 된다. 즉 각각의 H, I, J, K, L, M, N, O 꼭지점들은 각각 R, G, B에 대한 새로운 변환 값을 저장하고 있으며 이 값을 보간부(303)에서 사용하게 된다.

일 예로, 룩업 테이블(301)에 저장되어 있는 R=32에 대한 변환 값이 42, G=64에 대한 변환 값이 74, G=128에 대한 변환 값이 138이라고 가정하면, 3차원 룩업 테이블(301)에서는 H=(32,64,128)에 대한 변환값으로 H=(42,74,128)를 색 보간부(303)로 출력한다.

상기 색 보간부(303)에서는 3차원 룩업 테이블(301)에서 제공하는 입방체 8개의 꼭지점에 대한 변환 값 정보와 입력 영상의 하위 5비트를 사용하여 실제 입력되는 R,G,B 값에 대한 변환 값 즉, 입방체 내부의 한점의 색 변환값을 선형 보간을 이용하여 계산해내며, 도 5에 상세히 나타내었다.

도 5를 보면, H, I, J, K, L, M, N, O 등 8개의 꼭지점은 각각 R, G, B 값에 대한 8 비트의 변환값을 가지고 있으며, 이 변환된 8개의 꼭지점 값이 룩업 테이블(301)에서 색 보간부(303)로 출력된다. 따라서, 상기 색 보간부(303)는 상기 8개의 꼭지점에 대한 변환값과 입력되는 영상의 R, G, B 성분의 하위 5비트 정보를 이용하여 최종 변환 값을 계산해 낸다. 즉, H, I 값과 R[4:0] 값을 이용하여 HI 위치의 변환값을 계산해 내고 K, J 값과 R[4:0] 값을 이용하여 JK 위치의 변환값을 계산해 낸다. 또한 HI, JK 위치의 변환 값과 G[4:0] 값을 이용하여 HIJK 위치의 변환 값을 계산해 낼 수 있다. 이와 같은 방법으로 8개의 꼭지점 값과 R[4:0], G[4:0], B[4:0] 값을 이용하여 최종 p 점에서의 변환 값을 계산해 낼 수 있다.

그런데, 도 4를 보면 R,G,B 각각에 대해 룩업 테이블에 저장되는 좌표 값의 간격 즉, 색영역들이 모두 등간격이다. 예컨대, 0, 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224, 256 값 사이의 간격 즉, 색영역이 모두 같은 크기이다. 이것은 어떤 색영역이든 동일하게 보간되기 때문에 해상도가 동일함을 의미한다. 일예로, 어두운 부분은 색의 변화가 많지 않아 인간의 시각에 민감하지 않으며, 밝은 부분은 색의 변화가 많아 인간의 시각에 민감하지만, 도 6의 경우 어두운 부분이나 밝은 부분이나 색 영역이 모두 같다.

본 발명은 특정 색영역에 대해서는 간격을 좁혀서 세밀하게 보간을 하여 해상도를 높이고, 다른 특정 색영역에 대해서는 간격을 넓혀서 듬성듬성 보간을 하여 해상도를 낮추도록 하는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 영상 보정 장치의 개략도로서, 영상 매핑부(300)의 전단에 R,G,B 각각에 대해 색영역의 크기를 보정하는 3개의 보정부(100)가 추가되고, 상기 영상 매핑부(300) 후단에는 R,G,B 각각에 대해 상기 보정부(100)의 역과정을 수행하는 3개의 역보정부(500)가 추가된다.

상기 영상 매핑부(300)는 일 실시예로 상기된 도 3과 같은 구성으로 이루어진다고 가정한다.

이때, R,G,B의 색 영역을 모두 동일하게 비선형적으로 보정할 수도 있고, R,G,B 각각을 서로 다르게 비선형적으로 보정할 수도 있다.

도 8a는 상기 보정부(100)의 색영역 보정의 일 예를 보이고 있고, 도 8b는 상기 역보정부(500)의 색영역 역보정의 일 예를 보이고 있다.

즉, 도 8a는 입력되는 색 신호의 좌표값을 비선형적으로 보정하여 색영역의 크기를 다르게 하고 있다. 도 8b는 상기 도 8a의 역과정으로 영상 매핑부(300)에서 출력되는 색 신호의 좌표를 보정한다. 이때, 상기 보정부(100)와 역보정부(500)는 1차원 룩업 테이블로 구성될 수 있다.

상기 보정부(100)의 보정 방법에 따라 R,G,B 좌표값으로 구해지는 입방체의 크기가 달라진다.

도 6은 종래의 색영역의 간격이 등간격일 때의 좌표값에 따른 입방체의 크기의 예를 보이고 있고, 도 9는 본 발명에 따른 보정에 의해 색영역의 간격이 등간격이 아닐때의 좌표값에 따른 입방체의 크기의 예를 보이고 있다.

예를 들어서 현재 입력 영상의 (R, G, B) = (46, 80, 50) 일 경우 즉 R 값이 46, G 값이 80, B 값이 50일 경우, 도 6은 R,G,B 각각의 색영역의 간격이 등간격이 므로 입방체는 정육면체 형태로 나타난다. 그러나, 본 발명의 보정부(100)에서 도 9와 같은 색영역으로 R,G,B 각각이 보정되었다고 가정하면, 입방체는 직육면체 형태로 나타난다.

그러면, 상기 영상 매핑부(300)의 3차원 룩업 테이블(301)은 도 9와 같은 형태의 입방체의 각 꼭지점에 대한 변환 값을 색보간부(303)로 출력하고, 색보간부(303)는 상기 도 9의 입방체 8개의 꼭지점에 대한 변환값 정보와 입력 영상의 하위 5비트를 사용하여 실제 입력되는 R,G,B 값에 대한 변환 값 즉, 입방체 내부의 한점의 색 변환값을 선형 보간을 이용하여 계산한다.

상기 색보간부(303)에서 출력되는 보간값은 역보정부(500)에서 보정부(100)의 역과정을 거쳐 원래의 형태로 보정되어 최종 출력된다.

이렇게 함으로써, 본 발명은 원하는 색영역의 해상도를 임의대로 조정하여 향상시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 특정 색영역에 대해서 보다 세밀하게 표현할 수 있다.

한편, 본 발명은 RGB 색좌표계 뿐 아니라 다양한 좌표계에서도 사용될 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 영상 보정 장치에 의하면, 입력 영상의 상위 비트를 이용하여 3차원 룩업 테이블을 구성하고 3차원 룩업 테이블의 출력과 입력 영상의 하위 비트를 이용하여 보간을 수행하여 최종적인 색 변환값을 얻는 영상 매핑부의 전/후에 색영역의 간격을 보정하는 보정 장치와 역보정 장치를 각각 추가 함으로써, 영상의 색상을 변화시켜 디스플레이 장치의 변화와 관계없이 일치된 색상을 제공하거나 입력되는 영상의 색 재현성을 높여 주는 장치의 구현시 필요한 하드웨어의 양을 대폭 줄이면서 원하는 색영역의 해상도를 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

입력되는 영상의 색 성분의 색 영역을 나타내는 좌표값의 간격을 비등간격으로 보정하는 보정부;

상기 보정부에서 보정된 색 영역 좌표값 중 상위 n비트에 대응하는 변환 데이터를 저장하는 룩업 테이블;

상기 룩업 테이블에서 출력되는 변환 데이터와 상기 보정부가 보정한 영상의 색 영역 좌표값 중 하위 m비트에 대응하는 변환 데이터를 이용하여 선형 보간을 수행하여 색 영역이 변환된 영상을 출력하는 색 보간부; 및

상기 색 보간부에서 출력되는 영상의 색 성분의 색 영역 좌표값의 간격을 등간격으로 역보정하는 역보정부;를 포함하는 영상 보정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보정부는 입력되는 영상의 색 성분 중 특정 색 성분의 색 영역 좌표값의 간격을 비등간격으로 보정한 데이터를 저장하는 1차원 룩업 테이블을 포함하는 영상 보정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 역보정부는

상기 보정부의 역과정으로 상기 색 보간부에서 출력되는 영상의 색 성분 중 특정 색 성분의 색 영역 좌표값의 간격을 등간격으로 보정한 데이터를 저장하는 1차원 룩업 테이블을 포함하는 영상 보정 장치.