KR102370400B1 - 영상 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 조명이 존재하는 환경에서 입력 영상을 디스플레이 패널에 표시할 때 외부 조명에 따른 인지 특성을 고려하여 영상의 시인성을 향상시키기 위한 영상 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 외부 환경이 존재하는 환경에서 입력 영상을 보정함에 있어서 JND(Just Noticeable Difference)를 고려함으로써 인간의 인지 특성을 보다 정확하게 반영할 수 있다. 본 발명에 따른 영상 처리 장치를 사용함으로써 외부 환경이 존재하는 환경하에서 패널의 물리적인 구성 변경 없이도 영상의 시인성을 개선할 수 있으며, 종래 기술에 비해 계조 구분력 및 계조 표현력을 향상시킬 수 있다.

Description

영상 처리 장치{APPARATUS FOR PROCESSING IMAGE}
본 발명은 영상 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 조명이 존재하는 환경에서 입력 영상을 디스플레이 패널에 표시할 때 외부 조명에 따른 인지 특성을 고려하여 영상의 시인성을 향상시키기 위한 영상 처리 장치에 관한 것이다.
인간의 시각은 베버의 법칙(Weber's law)에 따라 밝기에 대해 비선형적인 특성을 갖는다. 베버의 법칙에 따르면 처음 자극에 대해 일정 비율 이상으로 자극을 받아야 자극의 변화를 인지할 수 있다. 따라서 인간은 어두운 환경에서 밝기 변화에 민감하고 밝은 환경에서는 밝기 변화에 둔감하다. 실외 환경에서 디스플레이 패널에 입력되어 표시되는 입력 영상을 시청할 때, 명순응(light adaptation) 현상에 의해 인지 시각의 감도 곡선이 변하게 된다. 그러나 패널의 휘도는 고정되어 있기 때문에 시감의 응답치가 낮아져 계조 구분력이 저하된다.
이러한 현상을 보상하기 위해서 디스플레이 패널의 백라이트(Backlight)의 출력을 높여 패널의 밝기를 증가시키는 방법이 사용된다. 그러나 이러한 방법은 물리적으로 패널의 구조를 변경해야 하므로 제조 비용이 증가하고, 패널의 소비 전력이 증가하게 된다는 문제가 있다.
이와 같은 제조 비용 및 소비 전력의 증가를 방지하기 위해, 영상 처리를 통해 패널에 표시되는 영상의 밝기를 보정하는 방법이 사용된다. 영상 처리를 이용할 경우 패널의 구조를 물리적으로 변경하지 않아도 되며, 패널의 소비 전력이 증가하지 않는다. 그러나 이러한 영상 처리를 통해 밝기를 보정한 영상은 하위 계조 영역에 대한 구분력이 저하되고, 상위 계조 영역에 대한 표현력이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 외부 조명이 존재하는 환경에서 패널에 입력 영상을 표시할 때 발생하는 영상의 계조 구분력의 저하 현상을 패널의 물리적인 구조를 변경하지 않으면서 영상 처리 만으로 해결할 수 있는 영상 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 외부 조명이 존재하는 환경에서 패널에 입력 영상을 표시할 때 패널의 백 라이트 출력을 높이지 않고도 영상의 계조 구분력의 저하 현상을 해결할 수 있는 영상 처리 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 기존의 영상 처리에 의한 밝기 보정 방법에 비해 영상의 하위 계조 영역에 대한 구분력 및 상위 계조 영역에 대한 표현력을 향상시킬 수 있는 영상 처리 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상 처리 장치는, 입력 영상으로부터 추출된 입력 영상 휘도와 외부 조명에 의한 외부 휘도를 이용하여 합성 휘도를 생성하고, 상기 합성 휘도에 대한 히스토그램을 생성하는 제1 변환부, 미리 정해진 JND(Just Noticeable Difference) 레벨에 기초하여 상기 히스토그램을 보정하는 히스토그램 보정부 및 보정된 상기 히스토그램을 변환하여 보정 휘도를 생성하고, 상기 보정 휘도로부터 상기 외부 휘도를 분리하여 출력 영상을 생성하는 제2 변환부를 포함한다.
본 발명에서는 외부 조명이 존재하는 환경 하에서 디스플레이 패널에 표시될 입력 영상의 밝기를 보정하기 위해 입력 영상의 휘도와 외부 조명의 휘도를 합성하고, 합성된 휘도를 히스토그램으로 변환한다. 그리고 나서 변환된 히스토그램에 대하여 평활화, 스트레칭, 양자화를 적용함으로써 영상의 밝기를 보정한다. 이렇게 보정된 히스토그램에서 외부 조명에 의한 휘도를 분리함으로써 영상 보정이 완료된다.
특히 본 발명에서는 히스토그램 보정 시 외부 조명에 의한 인간의 인지 특성을 반영하기 위하여 미리 정해진 JND 레벨에 기초하여 히스토그램을 보정한다. 여기서 JND 레벨은 외부 조명에 의한 외부 휘도에 미리 정해진 상수를 곱함으로써 결정될 수 있다. 이와 같이 결정된 JND 레벨은 히스토그램 보정 과정 중 양자화 과정에서 사용될 수 있다. 본 발명에서는 JND 레벨을 반영한 양자화를 통해 히스토그램을 보정함으로써 종래의 양자화 과정에 비해 인간의 인지 특성을 보다 효율적으로 반영할 수 있다.
결국 본 발명에 따르면 히스토그램 보정을 통해 영상의 밝기를 보정하는 과정에서 외부 조명에 의해 결정되는 JND 레벨을 고려함으로써 인간의 인지 특성에 따른 영상의 계조 구분력 및 계조 표현력을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 외부 조명이 존재하는 환경에서 패널에 입력 영상을 표시할 때 발생하는 영상의 계조 구분력의 저하 현상을 패널의 물리적인 구조를 변경하지 않으면서 영상 처리 만으로 해결할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 외부 조명이 존재하는 환경에서 패널에 입력 영상을 표시할 때 패널의 백 라이트 출력을 높이지 않고도 영상의 계조 구분력의 저하 현상을 해결할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 기존의 영상 처리에 의한 밝기 보정 방법에 비해 영상의 하위 계조 영역에 대한 구분력 및 상위 계조 영역에 대한 표현력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 평균 영상 레벨(Average Picture Level, APL)을 이용한 영상의 밝기 보정 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 2는 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용되기 이전의 영상.
도 3은 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용된 이후의 영상.
도 4는 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용되기 이전의 영상.
도 5는 외부 조명이 존재하는 환경에서 패널에 도 4의 영상을 출력할 때 인지되는 영상.
도 6은 외부 조명이 존재하는 환경에서 종래의 APL을 이용한 영상 밝기 보정을 적용했을 때 패널에 출력되는 영상.
도 7은 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용되기 이전의 영상의 계조 히스토그램.
도 8은 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용된 이후의 영상의 계조 히스토그램.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치의 구성도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 히스토그램 생성부에 의해 생성되는 합성 휘도에 대한 히스토그램.
도 11은 도 10의 히스토그램에 평활화를 적용한 결과.
도 12는 도 11의 히스토그램에 스트레칭을 적용한 결과.
도 13은 도 12의 히스토그램에 JND 레벨을 고려한 양자화를 적용한 결과.
도 14는 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용된 이후의 영상.
도 15는 본 발명에 따른 영상 처리 장치에 의해 밝기가 보정된 영상.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 평균 영상 레벨(Average Picture Level, APL)을 이용한 영상의 밝기 보정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
종래 기술에 따르면, 먼저 패널에 표시하고자 하는 입력 영상의 RGB 신호를 YUV 신호로 변환한다. 그리고 나서, 변환된 YUV 신호로부터 추출된 휘도 성분(Y)의 평균(APL)을 계산한다. APL은 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015093255824-pat00001
[수학식 1]에서, Yk는 각각의 휘도 성분을 의미하고, N은 휘도 성분(Yk)의 개수를 의미한다.
그 다음으로, YUV 신호로부터 추출된 휘도 성분을 일정한 증폭 비율에 따라 증폭시킨다. 이 때 증폭 비율을 게인(gain)이라고 하며, 게인은 [수학식 1]에 의해 계산된 APL에 따라 결정된다. 예컨대 APL 및 그에 대응되는 게인을 정의한 룩업테이블에 따라서 게인이 결정될 수 있다.
이와 같이 결정된 게인을 이용하여 YUV 신호로부터 추출된 휘도 성분(Y)을 일정 비율로 증폭시킨다. 도 1은 입력 데이터(휘도 성분)를 게인을 이용하여 증폭시킬 때 출력되는 출력 데이터를 나타낸 그래프이다. 게인을 이용하여 입력 데이터를 일정 비율로 증가시키게 되면 선분(102)과 같은 비율로 출력 데이터가 나타나게 된다. 그러나 이와 같은 증폭 시 도 1의 선분(104)과 같이 상위 계조의 휘도 성분이 지나치게 커져 패널의 최대 밝기를 초과하게 된다. 이에 따라 도 1과 같이 일정 값 이상의 데이터에 대해서는 선분(106)과 같이 롤 오프(roll off)를 적용하여 증폭 비율을 낮춘다.
도 2는 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용되기 이전의 영상을 나타내고, 도 3은 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용된 이후의 영상을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정을 적용하면 도 2의 영상에 비해 전체적인 영상의 밝기가 증가하게 된다. 이에 따라 외부 조명이 존재하는 환경에서도 패널의 구조 변경 없이도 영상 처리만을 통해 영상 시인성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용되기 이전의 영상을 나타내고, 도 5는 외부 조명이 존재하는 환경에서 패널에 도 4의 영상을 출력할 때 인지되는 영상을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같은 영상을 외부 조명이 없는 환경에서 디스플레이 패널에 표시할 경우 어두운 부분과 밝은 부분이 비교적 명확하게 구분되며 영상 내 객체들 또한 서로 명확히 구분된다. 그러나 도 4와 같은 영상을 외부 조명이 존재하는 환경에서 디스플레이 패널에 표시할 경우, 도 5와 같이 외부 조명으로 인해 영상의 계조가 전반적으로 저하된다. 즉, 외부 조명이 존재할 경우 도 5와 같이 영상 내에서 어두운 부분와 밝은 부분의 구분력이 현저하게 저하된다.
도 6은 외부 조명이 존재하는 환경에서 APL을 이용한 영상 밝기 보정을 적용했을 때 패널에 출력되는 영상을 나타낸다. 도 4와 같은 영상에 대하여 전술한 바와 같이 APL을 기초로 한 영상 보정을 적용할 경우, 입력 영상은 도 6과 같이 패널 상에 출력된다. 도 6에 표시된 영상은 도 5에 표시된 영상에 비해 어두운 부분과 밝은 부분에 대한 구분력이 다소 향상되나, 하위 계조 영역(1502)에서는 여전히 객체들을 구분하기 어렵다. (계조 구분력 저하) 또한 도 6에 표시된 영상은 도 5의 영상에 비해 밝기가 개선되나 상위 계조 영역(1504)에서 밝은 부분과 어두운 부분이 명확하게 구분되지 않는다. (계조 표현력 저하)
도 7은 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용되기 이전의 영상의 계조 히스토그램을 나타내고, 도 8은 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용된 이후의 영상의 계조 히스토그램을 나타낸다.
종래의 APL 기반 영상 보정 방법은 전술한 바와 같이 APL에 따라 결정되는 게인을 이용하여 영상의 밝기를 일정 비율로 증폭시키는 방법이다. 이러한 증폭은 도 7과 같은 기존 영상의 계조 히스토그램에 도 8과 같이 스트레칭이 적용되는 결과로 나타난다.
그러나 도 7과 같이 계조 히스토그램에 단순히 스트레칭만을 적용할 경우 하위 계조 영역에서는 밝기 변화가 인간에 의해 충분히 인지될 만큼 스트레칭이 이루어지지 않는다. 또한 상위 계조 영역에서는 필요 이상의 스트레칭으로 인해 계조 표현력이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 영상 처리 기반 밝기 보정 방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부 조명이 존재하는 환경에서 영상의 밝기를 보정함에 있어서 외부 조명에 의해 결정되는 JND를 고려하여 영상의 밝기를 보정함으로써 인간의 인지 특성에 보다 적합하도록 영상의 밝기를 보정할 수 있다.
이하에서는 도 9 내지 도 15를 통해 본 발명에 의한 영상 처리 장치의 구성 및 영상 처리 방법이 보다 상세하게 기술된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치는 제1 변환부(902), 히스토그램 보정부(904), 제2 변환부(906)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 변환부(902)는 입력 영상으로부터 추출된 입력 영상 휘도와 외부 조명에 의한 외부 휘도를 이용하여 합성 휘도를 생성한다. 또한 제1 변환부(902)는 생성된 합성 휘도에 대한 히스토그램을 생성한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 변환부(902)는 입력 영상 변환부(902a), 디감마 보정부(902b), 휘도 합성부(902c), 히스토그램 생성부(902d)를 포함한다.
히스토그램 보정부(904)는 제1 변환부(902)로부터 출력되는 히스토그램을 보정하여 영상의 밝기를 개선한다. 본 발명의 일 실시예에서, 히스토그램 보정부(904)는 미리 정해진 JND 레벨에 기초하여 히스토그램을 보정한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 히스토그램 보정부(904)는 평활화부(904a), 스트레칭부(904b), 양자화부(904c)를 포함한다.
제2 변환부(906)는 히스토그램 보정부(904)에 의해 보정된 히스토그램을 변환하여 보정 휘도를 생성하고, 생성된 보정 휘도로부터 외부 휘도를 분리함으로써 출력 영상을 생성한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 변환부(906)는 보정 휘도 변환부(906a), 휘도 분리부(906b), 감마 보정부(906c), 출력 영상 변환부(906d)를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 영상 처리 장치는 JND 레벨 계산부(908)를 더 포함할 수 있다. JND 레벨 계산부(908)는 외부 조명에 의한 휘도, 즉 외부 휘도를 기초로 양자화부(904c)에서 사용될 JND 레벨을 결정할 수 있다. JND(Just Noticeable Difference)란 두 자극 사이의 차이를 식별할 수 있는 최소 강도 차이를 의미한다. 본 발명에서는 히스토그램에 대한 양자화를 수행할 때 외부 조명 하에서 인간이 밝기의 변화를 식별할 수 있는 최소 강도 차이, 즉 JND의 레벨을 고려함으로써 영상의 계조 표현력 및 계조 구분력을 향상시킨다.
이하에서는 외부 조명이 존재하는 환경에서, 도 9의 제1 변환부(902), 히스토그램 보정부(904), 제2 변환부(906)를 통해 입력 영상이 출력 영상으로 변환되는 과정이 보다 상세하게 기술된다.
먼저 디스플레이 패널을 통해 표시될 입력 영상이 입력 영상 변환부(902a)로 입력된다. 입력 영상은 RGB 신호로 이루어져 있는데, 입력 영상 변환부(902a)는 입력 영상의 RGB 신호를 YUV 신호로 변환한다. 그리고 나서, 입력 영상 변환부(902a)는 변환된 YUV 신호의 휘도 성분, 즉 Y 성분을 입력 영상 휘도로서 추출한다.
다음으로, 디감마 보정부(902b)는 입력 영상 변환부(902a)에 의해 추출된 입력 영상 휘도에 디감마 보정을 적용한다. 이와 같은 디감마 보정의 적용을 통해 인간의 인지 특성으로 인해 입력 영상의 밝기 왜곡을 보상할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 디감마 보정부(902b)는 [수학식 2]에 따라서 디감마 보정을 적용할 수 있다.
Figure 112015093255824-pat00002
[수학식 2]에서 Ldata(x, y)는 좌표 (x, y)에 위치하는 픽셀의 보정된 입력 영상 휘도(Y 성분)를 의미한다. 또한 Y(x, y)는 좌표 (x, y)에 위치하는 픽셀의 입력 영상 휘도(Y 성분)을 의미한다. 또한
Figure 112015093255824-pat00003
는 미리 정해진 감마 계수를 의미하고, C는 입력 영상이 표시될 패널의 휘도를 나타낸다.
다음으로, 휘도 합성부(902c)는 디감마 보정부(902b)를 통해 보정된 입력 영상 휘도에 외부 휘도를 합성하여 합성 휘도를 생성한다. 여기서 외부 휘도는 외부 조명의 휘도를 나타내는 값으로, 별도의 센서를 통해 획득될 수 있다. 이와 같이 본 발명에서는 입력 영상의 휘도에 외부 조명에 의한 휘도를 합성함으로써, 외부 조명이 존재하는 환경에서 실제로 인간이 느끼는 영상의 휘도를 얻을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 휘도 합성부(902c)는 [수학식 3]과 같이 합성 휘도를 계산할 수 있다.
Figure 112015093255824-pat00004
[수학식 3]에서 Lsyn(x, y)는 합성 휘도를 의미한다. 또한 Ldata(x, y)는 디감마 보정부(902b)를 통해 보정된 입력 영상 휘도를 나타내고, Lex는 외부 휘도를 나타낸다.
다음으로, 히스토그램 생성부(902d)는 이하에서 설명되는 히스토그램 보정을 위하여 휘도 합성부(902c)로부터 생성되는 합성 휘도를 히스토그램으로 변환한다. 도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 히스토그램 생성부(902d)에 의해 생성되는 합성 휘도에 대한 히스토그램이 도시되어 있다. 도 10에서 Lex는 외부 휘도를, Lsyn은 합성 휘도의 최대값을 각각 나타낸다.
제1 변환부(902)에 의해 도 10과 같은 히스토그램이 생성되면, 히스토그램 보정부(904)에 의해 히스토그램에 대한 보정이 수행된다. 먼저 평활화부(904a)는 히스토그램 생성부(902d)에 의해 생성되는 히스토그램에 대하여 평활화(equalization)를 적용한다. 평활화부(904a)에 의해서, 히스토그램 생성부(902d)에 의해 생성되는 히스토그램의 특정 부분에 치우쳐 있는 데이터가 넓고 고르게 분포된다. 도 11은 평활화부(904a)에 의해서 도 10의 히스토그램에 평활화를 적용한 결과를 나타낸다.
다음으로 스트레칭부(904b)는 평활화부(904a)에 의해 평활화된 히스토그램의 데이터를 스트레칭한다. 평활화부(904a)에 의해 수행되는 히스토그램 평활화는 데이터의 밀도에 따라서 서로 다른 비율로 데이터를 확장시키는 것이다. 반면에 스트레칭부(904b)에 의해 수행되는 스트레칭은 데이터의 밀도와는 관계없이 모든 데이터를 일정한 비율로 확장시킨다.
도 12는 스트레칭부(904b)에 의해 도 11의 히스토그램에 스트레칭을 적용한 결과를 나타낸다. 이와 같은 평활화 및 스트레칭에 의해 합성 휘도에 대한 히스토그램의 명암 분포가 보다 균일하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 히스토그램에 대한 평활화 및 스트레칭이 모두 수행되는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 평활화 및 스트레칭 중 어느 하나만이 수행될 수도 있다. 또한 평활화 및 스트레칭 순서는 서로 바뀔 수도 있다.
다음으로, 양자화부(904c)는 스트레칭부(904b)에 의해 스트레칭이 적용된 히스토그램에 대하여 양자화를 적용한다. 본 발명의 일 실시예에서 양자화부(904c)는 미리 정해진 JND 레벨을 고려하여 양자화를 수행한다.
이 때 JND 레벨은 미리 저장된 값일 수도 있고, 도 9에 도시된 JND 레벨 계산부(908)를 통해 획득될 수도 있다. JND 레벨 계산부(908)는 외부 조명의 휘도 값, 즉 외부 휘도에 미리 정해진 상수를 곱함으로써 JND 레벨을 결정할 수 있다.
양자화부(904c)는 도 12와 같이 JND 레벨에 기초하여 양자화 구간을 설정한다. 즉, 도 12와 같이 양자화부(904c)에 의해 설정되는 각각의 양자화 구간의 간격은 JND 레벨과 동일하다. 이와 같이 본 발명에서는 JND 레벨에 기초하여 양자화를 수행함으로써, 입력 영상의 밝기 보정에 있어서 인간의 인지 특성을 보다 정확하게 반영할 수 있다.
양자화부(904c)는 도 12와 같이 JND 레벨에 기초하여 양자화 구간을 설정한 후, 히스토그램의 각 데이터를 가장 가까운 양자화 구간으로 이동시킴으로써 양자화를 수행한다. 그 결과, 히스토그램의 데이터들은 도 13과 같이 각각의 양자화 구간에 수렴하게 된다.
위와 같은 과정을 통해 히스토그램 보정부(904)에 의한 보정이 완료되면, 제2 변환부(906)에 의한 영상 변환이 수행된다. 제2 변환부(906)에 의한 영상 변환 과정은 제1 변환부(902)의 영상 변환 과정과 서로 상보적으로 이루어진다.
보정 휘도 변환부(906a)는 히스토그램 보정부(904)에 의해 보정이 완료된 히스토그램을 입력받고, 해당 히스토그램을 보정 휘도로 변환한다. 이 때 보정 휘도 변환부(906a)에 의해 생성되는 각 픽셀에 대한 보정 휘도는 히스토그램 생성부(902d)에 입력되는 보정 휘도와 달라지게 된다.
휘도 분리부(906b)는 보정 휘도 변환부(906a)로부터 출력되는 보정 휘도로부터 외부 휘도를 분리한다. 이는 앞서 휘도 합성부(902c)에 의해 영상의 원래 휘도에 합성되었던 외부 휘도를 분리하는 과정이다. 본 발명의 일 실시예에서 휘도 분리부(906b)는 [수학식 4]와 같이 외부 휘도를 보정 휘도로부터 분리할 수 있다.
Figure 112015093255824-pat00005
[수학식 4]에서 L'data(x, y)는 좌표 (x, y)의 픽셀에 대한 외부 휘도가 분리된 보정 휘도를 나타낸다. 또한 Lsyn'(x, y)는 보정 휘도 변환부(906a)로부터 출력되는 좌표 (x, y)의 픽셀에 대한 보정 휘도를 나타내고, Lex는 외부 휘도를 나타낸다.
다음으로, 감마 보정부(906c)는 외부 휘도가 분리된 보정 휘도에 대하여 감마 보정을 적용한다. 감마 보정부(906c)에 의한 감마 보정은 앞서 디감마 보정부(902b)에 의해 수행된 감마 보정에 대하여 상보적으로 이루어진다. 즉, 감마 보정부(906c)는 [수학식 5]와 같이 미리 정해진 감마 계수(
Figure 112015093255824-pat00006
) 및 입력 영상이 표시될 패널의 휘도(C)를 이용하여 감마 보정을 수행할 수 있다.
Figure 112015093255824-pat00007
마지막으로 출력 영상 변환부(906d)는 감마 보정부(906c)에 의해 감마 보정이 적용된 보정 휘도의 YUV 신호를 RGB 신호로 변환하여 출력 영상을 생성한다. 출력 영상 변환부(906d)에 의해 생성된 출력 영상은 앞서 히스토그램 보정부(904)에 의해 수행된 보정으로 인해 입력 영상보다 높은 계조 구분력 및 계조 표현력을 갖게 된다.
도 14는 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용된 이후의 영상을 나타낸다. 또한 도 15는 본 발명에 따른 영상 처리 장치에 의해 밝기가 보정된 영상을 나타낸다.
도 14에 도시된 종래 기술에 따른 APL을 이용한 영상 밝기 보정이 적용된 이후의 영상과 도 15에 도시된 본 발명에 따른 영상 처리 장치에 의해 밝기가 보정된 영상을 비교하면, 하위 계조 영역(1502)에서 도 14의 영상에서 보이지 않았던 객체들이 도 15에서 보다 뚜렷하게 나타나고 다른 객체들과의 구분력도 증가한 것을 확인할 수 있다. 즉 본 발명에 따른 영상 처리 장치에 의해 보정된 영상은 종래 기술에 비해 하위 계조 영역(1502)에서의 계조 구분력이 향상된다.
또한 도 15의 상위 계조 영역(1504)에서는 밝은 부분에서 명확히 구분되지 않았던 객체들의 경계가 더욱 뚜렷해짐을 알 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 종래 기술에 따른 APL 기반 영상 보정 과정에서는 상위 계조 영역에 대한 롤 오프에도 불구하고 밝은 부분의 객체들 간 구분이 명확하지 못한 단점이 있다. 이러한 문제는 도 14의 영상에서도 잘 나타난다. 그러나 본 발명에 따른 영상 처리 장치에 의해 보정된 영상은 종래 기술에 비해 상위 계조 영역(1504)에서의 계조 표현력이 향상된다.
결국 전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 외부 조명이 존재하는 환경에서 패널에 입력 영상을 표시할 때 발생하는 영상의 계조 구분력의 저하 현상을 패널의 물리적인 구조를 변경하지 않으면서 영상 처리 만으로 해결할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 외부 조명이 존재하는 환경에서 패널에 입력 영상을 표시할 때 패널의 백 라이트 출력을 높이지 않고도 영상의 계조 구분력의 저하 현상을 해결할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 기존의 영상 처리에 의한 밝기 보정 방법에 비해 영상의 하위 계조 영역에 대한 구분력 및 상위 계조 영역에 대한 표현력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (8)

  1. 입력 영상으로부터 추출된 입력 영상 휘도와 외부 조명에 의한 외부 휘도를 이용하여 합성 휘도를 생성하고, 상기 합성 휘도에 대한 히스토그램을 생성하는 제1 변환부;
    미리 정해진 JND 레벨에 기초하여 상기 히스토그램을 보정하는 히스토그램 보정부;
    보정된 상기 히스토그램을 변환하여 보정 휘도를 생성하고, 상기 보정 휘도로부터 상기 외부 휘도를 분리하여 출력 영상을 생성하는 제2 변환부; 및
    상기 외부 휘도 및 미리 정해진 상수를 이용하여 상기 JND 레벨을 결정하는 JND 레벨 계산부를 포함하는
    영상 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환부는
    상기 입력 영상의 RGB 신호를 YUV 신호로 변환하고 상기 YUV 신호의 휘도 성분을 상기 입력 영상 휘도로서 추출하는 입력 영상 변환부;
    상기 입력 영상 휘도에 디감마 보정을 적용하는 디감마 보정부;
    상기 디감마 보정이 적용된 상기 입력 영상 휘도와 외부 센서로부터 입력되는 상기 외부 휘도를 합성하여 상기 합성 휘도를 생성하는 휘도 합성부; 및
    상기 합성 휘도를 히스토그램으로 변환하는 히스토그램 생성부를 포함하는
    영상 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디감마 보정부는
    미리 정해진 감마 계수 및 패널 휘도를 이용하여 상기 입력 영상 휘도에 상기 디감마 보정을 적용하는
    영상 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히스토그램 보정부는
    상기 히스토그램을 평활화하는 평활화부;
    평활화된 상기 히스토그램을 스트레칭하는 스트레칭부; 및
    스트레칭된 상기 히스토그램을 상기 JND 레벨에 기초하여 양자화하는 양자화부를 포함하는
    영상 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 양자화부는
    상기 JND 레벨에 기초하여 상기 히스토그램에 양자화 구간을 설정하고, 상기 히스토그램의 각 데이터를 가장 가까운 양자화 구간으로 이동시키는
    영상 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 변환부는
    보정된 상기 히스토그램을 변환하여 상기 보정 휘도를 생성하는 보정 휘도 변환부;
    상기 보정 휘도로부터 상기 외부 휘도를 분리하는 휘도 분리부;
    상기 외부 휘도가 분리된 상기 보정 휘도에 감마 보정을 적용하는 감마 보정부; 및
    상기 감마 보정이 적용된 상기 보정 휘도를 휘도 성분(Y)으로 갖는 YUV 신호를 RGB 신호로 변환하여 출력 영상을 생성하는 출력 영상 변환부를 포함하는
    영상 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감마 보정부는
    미리 정해진 감마 계수 및 패널 휘도를 이용하여 상기 보정 휘도에 상기 감마 보정을 적용하는
    영상 처리 장치.
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