KR101356516B1 - 주변 광원에 의한 화이트 밸런스 보상 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주변 광원에 의한 화이트 밸런스 보상 장치 및 방법에 관한 것으로, 외부 광원으로부터 R,G,B 광량을 측정하여 색온도 및 백색의 영역을 검출하는 단계; 상기 검출된 외부 광원의 색온도와 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도와의 차이 값을 연산하여 색온도 변화 궤적을 R,G,B 색좌표의 이동(shift) 정도로 계산하는 단계; 상기 계산된 R,G,B 색좌표의 변화 정도에 상응하는 화이트 밸런스 이득 제어 전압 값을 이용하여 색온도를 보정하는 단계; 및 상기 보정된 색온도를 일정하게 유지하여 입력 영상 화면을 디스플레이 하는 단계를 포함하여 이루어지며, TV를 둘러싼 광원에 의한 색온도 편이를 고려한 화이트 보상 방법으로 사용자에게 다양한 환경 속에서도 늘 선명한 영상을 제공할 수 있다.

색온도, 화이트 밸런스

Description

주변 광원에 의한 화이트 밸런스 보상 장치 및 방법{Apparatus and method for compensation of white balance}

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변 광원의 색온도 편이에 의한 화이트 보상 디스플레이 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 사람의 눈은 조명이 달라지더라도 반사체의 색을 인식하는 데 어느 정도의 적응력을 가지나 TV 카메라의 촬상관은 이러한 적응력을 가지지 못하기 때문에 이를 보상해 주는 장치가 필요하다. 배경 조명, 예컨대 자연 조명, C 조명, D65 조명등에 관계없이 물체가 가지는 색상의 일관성을 부여하기 위하여 기준이 되는 C 조명 또는 D65 조명등의 에너지 스펙트럼 분포를 가지는 광학 필터를 카메라 앞에 부착하거나 화이트(white)의 색 좌표를 기준 조명의 색 좌표와 같아지도록 RGB 이득을 조정하여 영상 신호를 처리한다.

종래의 TV 또는 모니터에서 색 재현 특성은 백색(white)을 기준으로 하기 때문에, 기준이 되는 백색 좌표가 달라지면 동일한 영상 신호에 대해서 재현되는 칼라 스페이스(color space)가 다르게 된다. 실제 TV 또는 모니터 제품의 백색(white)은 주변 광원을 전혀 고려하지 않아 주변 광원에 의해 색 재현 특성이 점 차로 변하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주변 광원을 측정하여 화이트 변이 곡선을 재설정하여 장소나 시간에 따른 주변 광원의 영향을 받지 않고 사용자에게 신선한 화이트 느낌을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화이트 밸런스 보상 장치는 외부 광원으로부터 R,G,B 광량을 측정하여 색온도 및 백색의 영역을 검출하는 RGB 칼라 센서부; 상기 검출된 외부 광원의 색온도와 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도와의 차이 값을 연산하여 색온도 변화 궤적을 R,G,B 색좌표의 이동(shift) 정도로 계산하는 색온도 연산부; 상기 계산된 R,G,B 색좌표의 변화 정도에 상응하는 화이트 밸런스 이득 제어 값으로 색온도를 보정하는 화이트 이득 보상부; 상기 화이트 이득 보상부에 상기 색온도를 보정하기 위해 R,G,B 전압 값을 제어하는 제어부; 및 상기 설정된 색온도에 해당하는 백색의 R,G,B 색좌표 와 R,G,B 전압 값을 룩 업 테이블로 저장하는 메모리를 포함한다.

상기 RGB 칼라 센서부는 컬러 매칭 함수를 이용하여 외부 광원의 색온도 및 R,G,B 분포 곡선의 백색의 영역을 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 RGB 칼라 센서부는 분광 감도 특성 필터를 구비한 디지털 카메라를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 화이트 이득 보상부는 상기 색온도의 보정 범위를 2,500 ~ 10,000K° 의 변화 궤적으로 조정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 화이트 밸런스 조정된 R,G,B 색좌표를 현 기준 색온도로 설정 것을 특징으로 한다.

상기 메모리는 상기 보정된 색온도의 R,G,B 색좌표를 상기 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도로 갱신하여 저장하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 주변 광원에 의한 화이트 밸런스 보상 방법에 있어서, 외부 광원으로부터 R,G,B 광량을 측정하여 색온도 및 백색의 영역을 검출하는 단계; 상기 검출된 외부 광원의 색온도와 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도와의 차이 값을 연산하여 색온도 변화 궤적을 R,G,B 색좌표의 이동(shift) 정도로 계산하는 단계; 상기 계산된 R,G,B 색좌표의 변화 정도에 상응하는 화이트 밸런스 이득 제어 전압 값을 이용하여 색온도를 보정하는 단계; 및 상기 보정된 색온도를 일정하게 유지하여 입력 영상 화면을 디스플레이하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 보정된 색온도의 R,G,B 색좌표를 상기 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도로 갱신하여 저장하는 단계를 더 포함한다.

상기 화이트 밸런스 이득 제어 전압 값은 Cb, Cr 이득 값인 것을 특징으로 한다.

상기 보정된 색온도는 2,500 ~ 10,000K°의 보정 범위를 갖는 것을 특징으로한다.

본 발명은 TV를 둘러싼 광원에 의한 색온도 편이를 고려한 화이트 보상 방법 을 제공하여 사용자에게 다양한 환경 속에서도 늘 선명한 영상을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략한다.

도 1은 RGB 이득에 따른 UV 색도 좌표와 화이트 값을 나타낸 예시도이다.

YUV는 PAL방식의 아날로그 비디오를 위해 개발되었지만 디지털 비디오에서도 유럽의 비디오 표준인 CCIR601을 위해 사용하고 있다. YUV는 사람의 눈이 광도에 가장 민감한 특성을 이용한 색체계이다. Y는 광도, 휘도(luminance)를 나타내며, U,V는 색도(Chrominance)를 나타낸다. RGB 색좌표와는 수학식 1과 같은 관계가 있다.

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

U = B - Y

V = R - Y

여기에서 색온도에 따른 표준 화이트 포인트(W/P)는 D65 혹은 6500K이다. 색온도라는 것은 Red, Green, Blue의 이득 값이 얼마만큼의 비율로 혼합되는지에 따라 달라진다.

도 2는 화이트 적용에 따른 색온도 변이 곡선을 나타낸 예시도이다.

일반적으로 휘도는 색온도가 올라갈수록 높아지지만 어느 구간에서부턴 높은 색온도에도 불구하고 인간 시감 특성상 휘도 값이 떨어지게 된다. 도 2에서 (a)구간까지 색도온 11,000K일 때 휘도는 일정한 밝기로 유지된다. (a ~ b)구간은 과도구간으로 색온도가 15,000K까지 올라가면 휘도도 일정한 기울기를 가지며 밝기가 상승한다. (b ~ c) 구간은 색온도가 15,000K일 때 적용구간으로 고휘도로 밝기가 안정된다. (c) 이상 구간은 광학 특성에 따라 휘도가 높아질수록 색온도가 떨어지게 된다.

도 3은 본 발명에 의한 주변 광원의 색온도 차에 의한 화이트 보상 디스플레이 장치의 내부 구성도이다.

RGB 칼라 센서부(30)는 외부 조명에 대한 R,G,B 광량을 측정한다. 이때, 밝기에 비례하는 색상과 온도를 매칭 시키는 컬러 매칭 함수에 의해 측정한 외부 광원의 색온도 및 빛의 파장에 대한 R,G,B 분포 곡선으로부터 백색의 영역을 검출한다. RGB 칼라 센서부(30)는 분광 감도 특성 필터를 구비한 디지털 카메라 등을 이용하여 용이하게 구현할 수 있다.

색온도 연산부(32)는 RGB 칼라 센서부(30)로부터 측정된 외부 광원의 색온도와 공장출하시 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도의 차이 값을 연산하여 색온도 변화 궤적을 R,G,B 색좌표의 이동(shift) 정도로 계산한다.

화이트 이득 보상부(34)는 색온도 연산부(32)로부터 계산된 R,G,B 색좌표의 변화 정도에 상응하는 화이트 밸런스 이득 제어 신호를 인가하여 색온도를 보정한 다. 색온도 변화량에 따른 화이트 밸런스 보정 범위는 2,500 ~ 10,000K°의 색온도 변화 궤적을 갖는다. 이때, R 계조는 고정하고, G 계조 및 B 계조의 색좌표 값의 상한치를 제어하는 방식으로 색온도를 조정한다.

디스플레이부(36)는 화이트 이득 보상부(34)에 의해 색온도가 보정된 출력 영상을 디스플레이한다.

제어부(38)는 색온도 연산부(32)로부터 계산된 외부 광원과의 색온도 차이만큼 R,G,B 각각에 대한 이득을 조절하는 전압 제어 값을 화이트 이득 보상부(34)로 출력한다. 화이트 밸런스 조정 후 기준 백색에 해당하는 R,G,B 전압 값을 통해 얻은 R,G,B 색좌표를 현 기준 색온도로 설정한다.

메모리(39)는 MPCD(Minimum Perceptible Color Difference) 곡선상의 모든 색온도에 대해 해당하는 백색 R,G,B 색좌표 와 R,G,B 전압 값을 룩 업 테이블로 저장한다. 또한, 제어부(38)에서 화이트 밸런스 조정 후 현 기준 색온도로 설정된 R,G,B 색좌표 값을 갱신한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주변 광원에 의한 칼라 쉬프트를 나타낸 예시도이다.

D65(6500K, 8MPCD) 광원에서 보이는 칼라가 텅스텐 광원(Tungsten, 3200K)의 영향에 의해 XY 좌표계가 광원의 색온도 축으로 화살표의 양만큼 쉬프트되어져야 인간 시각으로 동일한 칼라로 인식하게 된다. 이러한 표준 광원에서 특정 칼라가 다른 광원에서 맵핑되어 져서, 인간 시각에서 동일한 칼라로 인식되어지는 칼라를 상응 칼라(Corresponding color)라고 한다.

이러한 이유로, 주변 광원에 따른 화이트 보상 이득을 동일하게 주면 TV 화면의 화이트가 충분히 다르게 보일 수 있다는 것을 의미하며, 광원의 색온도 측정을 통해 해당하는 화이트의 상응 칼라 값을 연산하거나 룩업테이블화하여 보상하면, 광원에 상관없이 사용자는 동일한 색감의 선명하고 신선한 화이트를 느낄 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 주변 광원에 의한 화이트 이득 변경을 Cb Cr 좌표에 나타낸 예시도이다.

본 발명에서 UV 좌표에서 원점에 가까운 신호에 대해 Cb,Cr 값을 더해주어 최종적으로 R,G,B 이득 값을 변경시켜 색 온도를 올려준다. 이때, Blue 색 신호의 이득 값이 증가하면 인간 시각적 특성상 선명도가 올라가므로 Cb 값을 더 많이 더해준다.

D65 광원에서 기준 백색 (Cb',Cr') 좌표계가 텅스텐 광원에 의해 (Cb",Cr") 백색 좌표계로 Cb,Cr 이득 제어에 의한 좌표의 이동으로 일정한 색온도의 화이트 보상이 이루어짐을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 한 주변 광원의 색온도 차에 의한 입력 영상의 화이트 보상 방법을 나타낸 순서도이다.

주변 광원의 변화에 따른 외부 광원의 광량을 감지한다.(S601).

감지된 외부 광원으로부터 R,G,B 광량을 측정하여 색온도 및 백색의 영역을 검출한다(S603). 이때, 밝기에 비례하는 색상과 온도를 매칭 시키는 컬러 매칭 함수에 의해 측정한 외부 광원의 색온도 및 빛의 파장에 대한 R,G,B 분포 곡선으로부 터 백색의 영역을 검출한다.

검출된 외부 광원의 색온도와 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도와의 차이 값을 연산하여 색온도 변화 궤적을 R,G,B 색좌표의 이동(shift) 정도로 계산한다(S605).

계산된 R,G,B 색좌표의 변화 정도에 상응하는 화이트 밸런스 이득 제어 전압 값을 이용하여 색온도를 보정하여 일정한 색온도를 유지하는 화이트 이득을 보상한다(S607).

한편, 본 발명에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

도 1은 RGB 이득에 따른 UV 색도 좌표와 화이트 값을 나타낸 예시도.

도 2는 후레쉬 화이트 적용에 따른 색온도 변이 곡선을 나타낸 예시도.

도 3은 본 발명에 의한 주변 광원의 색온도 차에 의한 화이트 보상 디스플레이 장치의 내부 구성도.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주변 광원에 의한 칼라 쉬프트를 나타낸 예시도.

도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 주변 광원에 의한 화이트 이득 변경을 Cb Cr 좌표에 나타낸 예시도.

도 6은 본 발명에 의한 한 주변 광원의 색온도 차에 의한 입력 영상의 화이트 보상 방법을 나타낸 순서도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

30. RGB 칼라 센서부 32.색온도 연산부

34. 화이트 이득 보상부 36. 디스플레이부

38. 제어부 39. 메모리

Claims (10)

1. MPCD(Minimum Perceptible Color Difference) 곡선 상의 모든 색온도에 해당하는 백색 R,G,B 색좌표와 R,G,B 전압 값을 룩 업 테이블로 저장하는 단계;

   외부 광원으로부터 R,G,B 광량을 측정하여 색온도 및 백색의 영역을 검출하는 단계;

   상기 검출된 외부 광원의 색온도와 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도와의 차이 값을 연산하여 색온도 변화 궤적을 R,G,B 색좌표의 이동(shift) 정도로 계산하는 단계;

   상기 저장된 룩 업 테이블에 기초하여, 상기 계산된 R,G,B 색좌표의 이동 정도에 상응하는 화이트 밸런스 이득 제어 전압 값을 이용하여 색온도를 보정하는 단계, 여기서 R 계조는 고정하고 G 계조 및 B 계조의 색좌표 값의 상한치가 제어됨; 및

   상기 보정된 색온도를 일정하게 유지하여 입력 영상 화면을 디스플레이 하는 단계를 포함하여 이루어진 주변 광원에 의한 화이트 밸런스 보상 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보정된 색온도의 R,G,B 색좌표를 상기 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도로 갱신하여 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어진 주변 광원에 의한 화이트 밸런스 보상 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 화이트 밸런스 이득 제어 전압 값은 Cb, Cr 이득 값인 것을 특징으로 하는 주변 광원에 의한 화이트 밸런스 보상 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 보정된 색온도는 2,500 ~ 10,000K°의 보정 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 주변 광원에 의한 화이트 밸런스 보상 방법.
5. MPCD(Minimum Perceptible Color Difference) 곡선 상의 모든 색온도에 해당하는 백색 R,G,B 색좌표와 R,G,B 전압 값을 룩 업 테이블로 저장하는 메모리;

   외부 광원으로부터 R,G,B 광량을 측정하여 색온도 및 백색의 영역을 검출하는 RGB 칼라 센서부;

   상기 검출된 외부 광원의 색온도와 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도와의 차이 값을 연산하여 색온도 변화 궤적을 R,G,B 색좌표의 이동(shift) 정도로 계산하는 색온도 연산부;

   상기 저장된 룩 업 테이블에 기초하여, 상기 계산된 R,G,B 색좌표의 이동 정도에 상응하는 화이트 밸런스 이득 제어 값으로 색온도를 보정하는 화이트 이득 보상부, 여기서 R 계조는 고정하고 G 계조 및 B 계조의 색좌표 값의 상한치가 제어됨; 및

   상기 화이트 이득 보상부에 상기 색온도를 보정하기 위해 R,G,B 전압 값을 제어하는 제어부;를 포함하는 화이트 밸런스 보상 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 RGB 칼라 센서부는 컬러 매칭 함수를 이용하여 외부 광원의 색온도 및 R,G,B 분포 곡선의 백색의 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 화이트 밸런스 보 상 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 RGB 칼라 센서부는 분광 감도 특성 필터를 구비한 디지털 카메라를 구비하는 것을 특징으로 하는 화이트 밸런스 보상 장치.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 화이트 이득 보상부는 상기 색온도의 보정 범위를 2,500 ~ 10,000K°의 변화 궤적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 화이트 밸런스 보상 장치.
9. 제 5항에 있어서,

   상기 제어부는 화이트 밸런스 조정된 R,G,B 색좌표를 현 기준 색온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 화이트 밸런스 보상 장치.
10. 제 5항에 있어서,

    상기 메모리는 상기 보정된 색온도의 R,G,B 색좌표를 상기 설정된 기준 백색(white balance)의 색온도로 갱신하여 저장하는 것을 특징으로 하는 화이트 밸런스 보상 장치.

Images