KR102076873B1 - 표시 디바이스 제어 - Google Patents

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KR102076873B1
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Abstract

주변 광 레벨에 따라 표시 데이터의 동적 범위 압축의 강도 및 스크린 휘도를 표시 디바이스에서 제어하는 방법. 주변 광 레벨 값들이 하나 이상의 주변 광 센서들로부터 요구된다. 주변 광 레벨 값들이 제1 평균값을 획득하도록 제1 방법을 이용하여, 그리고 제2 평균값을 획득하도록 제2의, 상이한 방법을 이용하여 평균화된다. 제1 평균값은 스크린 휘도를 제어하기 위해 이용되고, 제2 평균값은 동적 범위 압축의 강도를 제어하기 위해 이용된다.

Description

표시 디바이스 제어 {DISPLAY DEVICE CONTROL}
본 발명은 표시 디바이스(display device)를 제어하기 위한 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 표시 제어 시스템에 관한 것이다.
표시 디바이스내에 주변 광 센서를 통합함으로써, 주변 광 센서가 스크린 휘도(screen brightness) 또는 감마 곡선(gamma curve) 또는 이러한 2 제어들의 조합을 변경하도록 사용될 수 있다는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 특허 출원 US 2005/68332는 주변 광 센서를 통합한 표시 디바이스를 기술한다. 스크린 휘도는 주변 광 레벨에 기초하여 표시 디바이스의 백라이트(backlight)의 세기를 조정하는 것에 의해 제어된다. 표시 디바이스의 감마 곡선은 백라이트에 있어서의 변화에 대해 이미지 컬러 휘도를 보상하도록 변경된다. 감마 곡선의 변경은 동적 범위의 압축(dynamic range compression)의 형태이다.
본 발명의 목적은, 주변 광 레벨에 따라 동적 범위 압축 및 스크린 휘도의 제어를 향상시키는 것이다.
일 양태에 따른 실시예들에 따르면, 주변 광 레벨에 따라 표시 데이터의 동적 범위 압축의 강도 및 스크린 휘도를 표시 디바이스에서 제어하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
하나 이상의 주변 광 센서로부터 주변 광 레벨 값들을 획득하는 단계;
제1 방법을 이용하여 주변 광 레벨 값들을 평균화해서 제1 평균값을 획득하는 단계;
제2의, 상이한 방법을 이용하여 주변 광 레벨 값들을 평균화해서 제2 평균값을 획득하는 단계;
스크린 휘도를 제어하기 위해 상기 제1 평균값을 이용하는 단계; 및
동적 범위 압축의 강도를 제어하기 위해 상기 제2 평균값을 이용하는 단계를 포함한다.
실시예들은, 동일 방식을 이용하여 스크린 휘도와 동적 범위 압축의 강도의 양쪽을 제어하도록 주변 광 레벨을 평균화하는 것은, 스크린 휘도와 동적 범위 압축에 있어서의 변경들이 표시 디바이스에 표시되는 이미지의 관찰자에 대해 갖는 상이한 효과로 인해서, 최적이 아니라는 인식에 기초한다.
특징들 및 장점들이, 첨부 도면들을 참조하여 이루어지는, 예시로서만 주어지는, 바람직한 실시예들의 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은, 주변 광 레벨에 따라 동적 범위 압축 및 스크린 휘도의 제어를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 표시 제어 시스템을 나타낸다;
도 2는 실시예들에 따른 표시 제어 시스템을 나타낸다; 그리고
도 3은 실시예들에 따른 표시 장치를 나타낸다.
도 1은 종래 기술의 표시 제어 시스템(1)을 나타낸다. 주변 광 센서(2)는 표시 디바이스에 입사하는 주변 광을 측정하고 주변 광 레벨을 출력으로서 제공한다. 주변 광 레벨 프로세서(3)는 이동창 평균(moving window averaging)과 같은 통계학적 방법에 의해 주변 광 레벨을 처리한다. 주변 광 레벨 프로세서에 의해 출력되는 평균값은, 평균값에 따라 백라이트(backlight)의 세기를 설정하기 위한 신호를 생성하는 백라이트 제어부(4)의 입력이다. 신호는 표시 제어기(5)에 입력된다. 주변 광 레벨은 일반적으로 어두운 조건에서 표시 휘도를 감소시키고 밝은 조건에서 그 휘도를 증가시키도록 사용된다.
주변 광 레벨 프로세서(3)에 의해 출력되는 동일 평균값은 또한 전체 표시 휘도와 무관하게 그 상대 휘도 값들을 증가 또는 감소시키기 위해 표시 디바이스의 개별적인 픽셀들의 휘도를 변화시킬 수 있는 비디오 프로세서(6)를 위한 입력으로서 사용된다. 이러한 유형의 처리는 동적 범위 압축 또는 톤 매핑(tone mapping)으로서 알려져 있다; 예컨대, ACM Transactions on Graphics, Vol. 27, No. 3, Article 68(2008년 8월)의 알. 만티우크(R. Mantiuk) 등에 의한 논문 ‘Display Adaptive Tone Mapping’을 참조할 것. 평균값은, 주변 광 변경시에 더 양호한 시각적 체험을 달성하기 위해서, 동적 범위 압축의 강도를 제어하도록 비디오 프로세서(6)에서 사용된다.
비디오 프로세서(6)의 비디오 입력은 백라이트 세기를 나타내는 백라이트 제어부(4)로부터의 신호 및 평균 신호에 따라 처리된다. 비디오 프로세서의 비디오 출력은 표시 제어기(5)로 입력된다.
동적 범위 압축은 표시 디바이스의 명암비에 표시될 컨텐트(content)를 순응시킨다. 표시 디바이스의 명암비는, 표시 디바이스가 동시에 생성할 수 있는 가장 어두운 그리고 가장 밝은 픽셀들의 휘도에서의 차이로서 정의된다. 표시될 컨텐트는 주어진 이미지 또는 비디오 프레임내에서 가장 어두운 그리고 가장 밝은 세부들의 휘도에서의 차이에 의해 결정되는 동적 범위를 갖는다. 컨텐트를 최적으로 보여주기 위해서, 표시 디바이스의 명암비는 표시될 컨텐트의 최대 동적 범위보다 더 커야 된다.
표시 디바이스의 명암비는, 주로, 표시 디바이스의 스크린 표면으로부터의 반사에 기이하여, 완벽한 어둠에 비해 주변 광의 실재에서 감소된다. 주변 광 레벨이 증가됨에 따라, 컨텐트의 동적 범위 및 표시 디바이스의 명암은 2 방식으로 매치될 수 있다. 첫 번째로, 표시 휘도를 증가시키는 것에 의해서, 예컨대, OLED 표시 디바이스상의 백색 픽셀과 관련된 최대 전력을 증가시키는 것에 의해 또는 LCD 표시 디바이스의 LED 백라이트에 공급되는 전력을 증가시키는 것에 의해, 표시 디바이스의 명암비가 증가될 수 있다. 두 번째로, 컨텐트의 동적 범위는, 감소된 명암에 매치하도록 다양한 알고리즘들 중 하나를 이용하는 동적 범위 압축 모듈에 의해 감소될 수 있다.
표시 휘도와 동적 범위 압축의 강도의 양쪽을 제어하기 위한 동일한 평균 신호의 사용은, 표시 휘도와 동적 범위 압축에서의 변화의 상이한 효과로 인해서, 최적이 아니다.
인간의 눈은 표시 휘도에서의 변경에 매우 민감함으로써, 빠른 변경들이 보는 사람을 자극시키는 관찰 가능한 깜박임을 보통 초래한다. 또한, 몇몇의 표시 디바이스들 - 예컨대, 이것들은 OLED 기술에 기초함 - 은 휘도를 연속적으로 변경시킬 수 없고 불연속적인 휘도 레벨들을 선택만 할 수 있다. 주변 광에 기초한 하나의 레벨과 다음 레벨간의 천이는 2개의 불연속적인 값들 사이의 빠른 절환을 회피하기 위해서 완충되어야 한다. 이 때문에, 히스테리시스 및 이동창 시간 필터링의 일반 기술들이 널리 채용된다.
하지만, 상이한 처리 강도들이 그 시각적 컨텐트에 따라 이미지 또는 비디오 프레임의 상이한 영역들에 적용될 수 있다는 것을 의미하는 것으로서, 특히, 동적 범위 알고리즘이 국소적으로 적용되는 경우에, 동적 범위 압축의 강도에서의 변경들이 보는 사람을 자극하지 않고 신속하게 유효해질 수 있다.
그러한 국소적으로 적용하는 알고리즘의 예시들이 잘 알려져 있다; 예컨대, 특허 US 7302110을 참조할 것. 표시 명암에 대한 주변 광의 효과가 주로, 사용자에게 가시적인 가장 어두운 픽셀 세기인, 최소의 그레이 레벨(grey level)을 증가시키기 때문에, 그러한 국소적으로 적용하는 알고리즘은 주변 광에 의해 가장 크게 영향을 받는 그 픽셀들만을 선택적으로 조정할 수 있다. 이것은, 실제 광 레벨 어림셈이 오류거나 빠르게 변경되는 경우에, 이미지 품질을 열화시키는 위험 없이, 더 긴-기간 평균과는 대조적으로, 실제 광 레벨에 기초할 수 있다는 것을 함의한다.
따라서, 휘도를 위한 주변 광 레벨 제어와 동적 범위 압축 제어의 상이한 처리를 이용하고 주변 광의 상이한 에스터메이터(estimator)들을 제공하는 것이 유리하다. 이것은, 본 발명에 따른 표시 제어 시스템에서 실현된다. 도 2는 본 발명에 따른 표시 제어 시스템(10)의 일 실시예를 나타낸다. 주변 광 센서(11)는 주변 광 레벨을 측정한다. 주변 공 레벨 값들은 제1 주변 광 레벨 프로세서(12)와 제2 주변 광 레벨 프로세서(13)에 의해 처리된다 - 상기 2개의 프로세서들은 주변 광 레벨들의 처리의, 제1 및 제2의, 상이한 방법을 각각 이용함 -.
제1 프로세서(12)는 휘도 제어부(14)에 입력되는 주변 광 레벨 값들의 제1 평균값을 형성하는데 제1 방법을 이용한다. 휘도 제어부(14)의 출력 신호는 표시 제어기(15)의 입력이며, 그것은, 예컨대, 표시 디바이스의 백라이트의 세기를 설정하는 것에 의해 또는 OLED 표시 디바이스에서와 같이 픽셀의 최대 밝기를 설정하는 것에 의해 표시 휘도를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
제2 프로세서(13)는, 동적 범위 압축의 강도를 설정하는데 사용되는, 비디오 프로세서(16)에 입력되는 주변 광 레벨 값들의 제2 평균값을 형성하는데 제2 방법을 사용한다. 비디오 프로세서의 비디오 출력은 표시 제어기(15)에 입력된다. 도시된 실시예가 비디오 입력을 사용하더라도, 실시예들은 또한 정적인 이미지들의 입력을 위해 사용될 수 있다.
도 2가 분리된 프로세서들로서 주변 광 레벨 프로세서들(12 및 13)을 나타낼지라도, 그것들은 단일 프로세서내로 통합될 수 있다. 요소들(12~15) 중 임의의 것에 사용되는 프로세서들에 동일하게 적용되며, 그것들 중 2개 이상이 하나의 프로세서에 통합될 수 있다. 처리는 회로내의 하드웨어에서 실행되거나 디지털 프로세서내의 컴퓨터 프로그램으로서 실행될 수 있다.
주변 광 센서(11)로부터 획득되는 주변 광 레벨들은, 예컨대, 사용자에 의해 그 손에 의해 센서를 덮는 것에 의해 유발되는 부정확한 측정에 기인하는 빠른 변경들을 회피하기 위해서, 시간 평균화될 수 있다. 시간 평균화에 대한 일반적인 방법은, 주변 광 레벨의 N개의 최근의 리딩(reading)들 Li에 걸친 시간-종속 제1 평균값 AL1j을 형성하는 이동창 방법이다:
Figure 112014026818510-pct00001
여기서, 연속적인 리딩들은 Δt의 간격들에서 취해진다. Δt의 값은, 대략 0.015초 내지 대략 1초의 범위일 수 있는, 데이터를 주변 광 센서가 공급하는 비율에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, Δt는 0.1초와 동등할 수 있다. 평균화를 위한 다른 방법들이 또한 가능하다.
방법은, 개별적인 리딩 Li이 현재의 평균으로부터 현저히 벗어나는, |Li+1 - Li| > Lth의 경우에, Lth가 미리 정해진 스레스홀드 값이 되며, 그 다음에 평균화 창이 리셋되도록 된, 리셋 스레스홀드(reset threshold)를 확립하는 것에 의해 정밀해질 수 있다. 방법은, 예를 들어, 사용자가 실내 등을 켜거나 끄는 경우에, 불연속적인 빠른 변경을 허용하면서, 표시 디바이스의 제어에 있어서의 변동을 안정시킨다.
휘도 제어에 대한 평균화 기간, N Δt는 예컨대, 30초 이상일 수 있다. 이러한 기간은, 보는 사람에게 관찰 가능한 깜박임을 일으키는 경향이 적은, 동적 범위 압축을 제어하기 위한 목적을 위해 반드시 긴 것은 아니다. 그러므로, 동적 범위 압축을 제어하기 위한 평균화 기간은 휘도 제어에 대해서보다 더 짧다. 전자의 평균화 기간은 1초 미만일 수 있다.
주변 광 레벨들을 평균화하기 위한 방법은, 예컨대, 제2 평균값 AL2j를 형성하기 위한 재귀 방법을 대안적으로 사용할 수 있다:
Figure 112014026818510-pct00002
여기서, r은, 가장 빠른 적용이 요구되는, 예컨대 이동 차량의 경우에, 1로 설정되거나, 예컨대 더 부드러운 변동이 요구되는 경우에, 0.25로 감소될 수 있는, 재귀 계수이다. 간격 Δt는 상기 설명된 범위내, 예컨대 0.1 초일 수 있다. 간격은, 주변 광 레벨의 동일한 리딩들을 사용하는데 양쪽의 방법들을 허용하는, 제1 평균값을 결정하기 위해 사용되는 간격과 바람직하게 동등하다.
다양한 실시예들에 있어서, 이동창 평균화 방법은 스크린 휘도 제어와 동적 범위 제어의 양쪽을 위해 주변 광 센서 데이터용으로 사용될 수 있다. 스크린 휘도 제어 평균화 방법은, 30초의 평균화 시간에 대응하는 상대적으로 큰 값, 예컨대 300으로 설정되는 N을 가질 수 있고, 동적 범위 제어 평균화 방법은, 상대적으로 작은 값, 예컨대, 1초의 평균화 시간에 대응하는, 15분의 1 미만이고 바람직하게 그 10분의 1인 값, 예컨대, 10으로 설정되는 N을 가질 수 있다. 스크린 휘도 제어와 동적 범위 제어의 양쪽을 위해 재귀 평균화 방법을 이용하는 것이 대안이다. 스크린 휘도 제어 평균화 방법은 상대적으로 작은 값, 예컨대 0.05로 설정되는 r을 가질 수 있고, 동적 범위 제어 평균 방법은 상대적으로 높은 값, 예컨대, 5배보다 더 많은 그리고 바람직하게 그 값의 10배보다 더 많은 값, 예컨대, 0.75로 설정되는 r을 가질 수 있다. 추가적인 대안은 스크린 휘도 제어를 위해 이동창 평균화 방법을 그리고 동적 범위 제어를 위해 재귀 평균화 방법을 이용하는 것, 또는 그 역으로 이용하는 것이다. 당업자에게 친숙한 것일 다른 평균화 기술들이 또한 사용될 수 있다.
주변 광 센서(11)는 단일 센서의 위치로 인해서 부정확한 리딩을 회피하도록 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 방법은 복수의 센서들에 걸쳐 상이한 공간적 평균들을 형성할 수 있다: 상기 제1 방법은 주변 광 센서들에 걸쳐 제1 가중 평균(weighted average)을 형성하고 제2 방법은 주변 광 센서들에 걸쳐 제2의, 상이한 가중 평균을 형성한다.
휘도 제어를 위한 제1 평균화 방법은, 확산 주변 광의 측정을 만들기 위해 주변 광 센서들에 걸쳐 동등하게 공간적 평균화를 바람직하게 이용한다. 제1 평균 값 AL1은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112014026818510-pct00003
여기서, 총계는 K 센서들 1의 주변 광 값들 L에 걸쳐 있다. 상기 방법은, 예컨대, Lj<Lth인 센서들을 제외하는 것에 의해, 폐색된 센서들의 총계 주변 광 값들로부터 배제하는 것에 의해 세밀해질 수 있고, 여기서 Lth는 폐색된 센서와 관련된 영(zero)의 또는 영에 가까운 값을 바람직하게 갖는 미리 정해진 스레스홀드 값이다.
동적 범위 압축을 제어하기 위한 제2 평균값은 바람직하게, 표시 디바이스의 스크린에 대한 주변 광의 반사의 반사성 요소(specular component)의 측정을 만들기 위해 표시 디바이스 그 자체에 장착되는 그 센서들쪽으로 더 크게 가중치를 준다. 이것은 표시되는 컨텐트로 하여금, 표시 디바이스 자체에 직접적으로 떨어지는 주변 광에서의 변화에 응답할 수 있게 한다.
공간적 평균화는 제1 방법에 있어서의 제1 세트의 센서들에 걸친 그리고 제2 방법에 있어서의 제2 세트의 센서들에 걸친 평균화를 포함할 수 있다. 2개의 세트들은 중첩하거나 해체될 수 있다. 하나의 세트는 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다.
주변 광에 대한 2개의 분리된 그리고 독집적인 평균값들의 사용은 사용자에게 표시되는 컨텐트의 더 양호한 시각적 체험을 제공하고 주변 광 조건들의 넓은 범위하에서 안정적인 시각적 품질을 만들 수 있는 능력을 제공한다. 표시 제어 시스템은 시간적 평균화 또는 공간적 평균화 또는 그 양쪽을 이용할 수 있다. 복수의 주변 광 센서들을 이용할 때, 차등 공간적 평균화는 균등 시간적 평균화와 그리고 차등 시간적 평균화와 결합될 수 있다.
도 3은 실시예들에 따라, 표시 디바이스(21) 및 실시예들에 따라 표시 제어 시스템(10)을 포함하는 표시 장치(20)를 개략적으로 도시한다. 표시 디바이스, 예컨대, LCD, OLED 또는 다른 표시 디바이스는 유저에게 보이기 위한 컨텐트의 이미지를 형성한다.
여기서 언급되는 프로세서들 또는 처리 시스템들은 실재에 있어서, 선택적으로 칩셋(chipset), 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit; “ASIC”), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field-programmable gate array; “FPGA”) 등으로서 제공되는, 단일 칩 또는 직접 회로 또는 다수의 칩들 또는 집적 회로들에 의해 제공될 수 있다. 칩 또는 칩들은, 예시적인 실시예들에 따라 동작하도록 구성될 수 있는, 적어도 하나 이상의 데이터 프로세서 또는 프로세서들, 디지털 신호 프로세서 또는 프로세서들을 채용하기 위한 회로(어쩌면 펌웨어도 함께)를 포함할 수 있다. 이에 관하여, 예시적인 실시예들은, 프로세서에 의해, 또는 하드웨어에 의해, 또는 하드웨어와 지속성(non-transitory) 컴퓨터-판독 가능 저장 매체에 저장된 펌웨어 및/또는 소프트웨어의 조합에 의해 실행될 수 있고, 메모리에 저장되는 컴퓨터 소프트웨어에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있다.
삭제
상기 실시예들은 본 발명의 예시적인 예들로서 이해되어진다. 본 발명의 추가적인 실시예들이 예견된다. 임의의 하나의 실시예에 관련하여 설명된 임의의 특징은, 단독으로 또는 설명된 다른 특징들과 조합하여 사용될 수 있고, 임의의 다른 실시예들 중 하나 이상의 특징들 또는 임의의 다른 실시예들의 임의의 조합과 조합하여 또한 사용될 수 있다. 또한, 앞서 설명되지 않은 등가들과 변형들이 또한, 첨부된 청구 범위에서 규정되는, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고 채용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 주변 광 레벨에 따라 표시 데이터(display data)의 동적 범위 압축(dynamic range compression)의 강도 및 스크린 휘도(screen brightness)를 표시 디바이스(display device)에서 제어하는 방법으로서,
    하나 이상의 주변 광 센서로부터 주변 광 레벨 값들을 획득하는 단계;
    제1 방법을 이용하여 주변 광 레벨 값들을 평균화해서 제1 평균값을 획득하는 단계;
    상기 제1 방법과 상이한 제2 방법을 이용하여 주변 광 레벨 값들을 평균화해서 제2 평균값을 획득하는 단계;
    스크린 휘도를 제어하기 위해 상기 제1 평균값을 이용하는 단계; 및
    동적 범위 압축의 강도를 제어하기 위해 상기 제2 평균값을 이용하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 방법은 제1 시간 평균화(temporal averaging)를 이용하고, 상기 제2 방법은 상기 제1 시간 평균화와 상이한 제2 시간 평균화를 이용하고,
    상기 제1 시간 평균화 및 제2 시간 평균화 중 적어도 하나는 이동창 평균화(moving window averaging)를 이용하는, 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 시간 평균(average)은 상기 제2 시간 평균보다 더 긴 기간에 걸치는(over), 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    하나 이상의 최근 획득된 주변 광 레벨들 중 적어도 하나가 현재의 제1 또는 제2 평균값으로부터 미리 정해진 스레스홀드 값(threshold value)보다 더 많이 벗어난 경우에, 평균화 창(averaging window)이 리셋(reset)되는, 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 시간 평균화는 재귀 평균화(recursive averaging)를 이용하는, 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    복수의 주변 광 센서를 이용하며, 상기 제1 방법은 주변 광 센서들에 걸친 제1 가중 평균(weighted average)을 추가적으로 사용하고 상기 제2 방법은 주변 광 센서들에 걸친, 상기 제1 가중 평균과 상이한, 제2 가중 평균을 추가적으로 사용하는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 가중 평균은 상기 복수의 주변 광 센서들에 걸쳐 동등하게 가중치를 주는, 방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 가중 평균은, 상기 복수의 주변 광 센서들 중 표시 디바이스의 전방과 동일한 방향으로 면하는 주변 광 센서들쪽으로 더 크게 가중치를 주는, 방법.
  10. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 7, 및 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적 범위 압축은 국소 적응적(locally adaptive)인, 방법.
  11. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 7, 및 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하기 위한 프로세서를 포함하는 표시 제어 시스템(display control system).
  12. 표시 디바이스 및 청구항 11에 기재된 표시 제어 시스템을 포함하는 표시 장치.
  13. 컴퓨터 프로그램이 기록되는 컴퓨터 판독가능 기록 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 청구항 1, 청구항 3, 청구항 7, 및 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하도록 된, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  14. 삭제
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