KR20050085140A - 디스플레이된 이미지의 지각 콘트라스트를 개선하는 방법 - Google Patents

디스플레이된 이미지의 지각 콘트라스트를 개선하는 방법 Download PDF

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에브게니 레이비
샌디프 엠. 다랄
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

픽셀화된 비디오 프레임에 관한 한 세트의 픽셀 의존 속성을 측정하는 단계로서, 상기 프레임의 각 픽셀은 각 그레이 레벨이 명도 레벨과 연관되는 그레이 레벨을 가지는, 측정 단계와; 해당 기준을 만족시키는 픽셀 의존 속성의 상기 세트의 각각의 그리고 모든 픽셀 의존 속성에 응답하여, 글로벌 명도 신호에 따라 상기 비디오 프레임의 전체 명도를 감소시키고, 로컬 명도 제어 신호에 따라 상기 비디오 프레임의 각 픽셀의 그레이 레벨의 명도를 증가시키는 단계를 포함하는 이미지 처리 방법이 개시되며, 특정 그레이 레벨 명도가 증가하는 양은 특정 그레이 레벨과 측정된 픽셀 의존 속성의 함수에 의존한다.

Description

디스플레이된 이미지의 지각 콘트라스트를 개선하는 방법{METHOD OF IMPROVING THE PERCEPTUAL CONTRAST OF DISPLAYED IMAGES}
본 발명은 이미지 디스플레이 시스템 분야에 관한 것으로, 특히 디스플레이된 이미지에서의 픽셀의 콘트라스트를 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
반사성 및 투과성 액정 디스플레이(LCD)는 음극선관(CRT)과 마이크로-미러 디바이스(DMD) 기반의 디스플레이 디바이스에 비해 콘트라스트의 부족을 겪게 된다. 예를 들어, 기존의 반사성 LCD 프로젝터에 있어서, 대부분 짧은 파장을 가진 지각 가능한 양의 광이 심지어 픽셀이 오프되어도 LCD 픽셀로부터 여전히 반사된다는 사실로 인해, 이미지의 다크(dark) 구역이 다크 청색처럼 보인다. 이것은 디스플레이된 이미지에서의 콘트라스트 감소와 다크 영역의 원치 않는 채색을 초래한다.
간단한 명도 조절로는 이러한 문제를 해결하지 못하는데, 이는 다크 영역이 늘어나고 밝은 영역이 잘려나가서 밝은 영역에 있는 상세한 부분의 손실이 생기는 콘트라스트가 감소한 이미지를 초래하기 때문이다. 간단한 콘트라스트 조절 역시 이러한 문제를 해결하지 못하는데, 이는 다크 구역이 보전되는데 반해, 밝은 영역이 바뀌어 재차 상세한 부분의 손실을 가져오기 때문이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전형적인 디스플레이 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 디스플레이 시스템의 전자 구성성분의 개략 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 히스토그램 분석기의 개략 블록도.
도 4는 도 2에 도시된 히스토그램 분석기의 동작의 흐름도.
도 5는 도 2에 도시된 히스토그램 분석기의 대안적인 동작의 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 글로벌 명도와 로컬 명도 제어 신호를 발생시키기 위한 전형적인 구현예를 도시하는 도면.
도 7은 이미지에 대한 본 발명의 동작의 그래프도.
그러므로 본 발명은 원치 않는 채색을 도입하지 않으면서, 이미지 콘트라스트를 유지하는 반사성 및 투과성 LCD 시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명의 제 1 양태는 이미지 처리 방법으로서, 이 방법은 픽셀화된 비디오 프레임에 관한 한 세트의 픽셀 의존 속성을 측정하는 단계로서, 프레임의 각 픽셀은 그레이 레벨을 가지고, 각 그레이 레벨은 명도 레벨과 연관되는 측정 단계와, 대응하는 기준을 만족하는 픽셀 의존 속성 세트의 각각의 그리고 모든 픽셀 의존 속성에 응답하여, 글로벌 명도 신호에 따라 비디오 프레임의 전체 명도를 감소시키고 로컬 명도 제어 신호에 따라 비디오 프레임의 각 픽셀의 그레이 레벨의 명도를 감소시키는 단계를 포함하고, 특별한 그레이 레벨 명도의 양은 특정 그레이 레벨과 측정된 픽셀 의존 속성의 함수에 의존하여 증가된다.
본 발명의 제 2 양태는 이미지 처리 장치로서, 이 장치는 픽셀화된 비디오 프레임에 대한 한 세트의 픽셀 의존 속성을 측정하는 수단으로서, 프레임의 각 픽셀은 그레이 레벨을 가지고, 각 그레이 레벨은 명도 레벨과 연관되는 측정 수단; 대응하는 기준을 만족하는 픽셀 의존 속성의 세트의 각각의 그리고 모든 픽셀 의존 속성에 응답하여 일정 양만큼 비디오 프레임의 전체 명도를 감소시키는 수단; 및 대응하는 기준을 만족하는 픽셀 의존 속성의 세트의 각각의 그리고 모든 픽셀 의존 속성에 대한 각각의 그리고 모든 응답에 응답하여 다른 양만큼 프레임의 각 픽셀의 그레이 레벨의 명도를 증가시키는 수단을 포함하고, 특정 그레이 레벨 명도의 양은 특정 그레이 레벨과 측정된 픽셀 의존 속성의 함수에 의존하여 증가된다.
본 발명의 제 3 양태는 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템으로서, 이 시스템은 광원; 광원으로부터 방출된 광을 감쇠시키고 글로벌 명도 제어 신호에 응답하는 광 감쇠 디바이스; 광 감쇠 디바이스로부터 나온 출사광이 투영되는 반사성 전자 광학 조절 디바이스로서, 이 전자 광학 조절은 로컬 명도가 조정된 비디오 신호에 응답하는 반사성 전자 광학 조절 디바이스; 디스플레이 스크린 위로 전자 광학 조절 디바이스로부터 반사된 광을 투영하는 수단; 이미지의 픽셀화된 비디오 프레임을 수신하고 글로벌 명도 제어 신호를 출력하도록 적응된 히스토그램 분석기를 포함하고, 이 글로벌 명도 제어 신호는 프레임에서의 모든 픽셀의 명도를 감소시키며 로컬 명도 조정된 비디오 신호를 출력하기 위해 적응되며, 로컬 명도 조정된 비디오 신호는 픽셀화된 프레임의 선택된 그레이 레벨을 증가시키고, 히스토그램 분석기는 프레임의 픽셀, 글로벌 명도 제어 신호, 및 픽셀의 분석에 기초한 로컬 명도 조정된 비디오 신호를 분석하기 위해 적응된다.
본 발명의 이러한 특징은 첨부된 청구항에서 설명된다. 하지만, 본 발명 자체는 첨부 도면과 함께 읽혀질 때, 예시적인 실시예의 다음 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 사용된 바와 같은 주관적으로 인식된 사항과 그것의 다양한 형태는 그것이 스크린 위에 투영될 때 비디오 프레임을 관찰자가 보는 것에 관한 것임을 이해해야 한다. 그레이 레벨은 그레이 레벨 스케일에 대한 이산 값으로 한정된다. 예를 들어, 0 내지 255(그레이의 256개의 음영)의 그레이 레벨 스케일에 대해서, 그레이 레벨(8비트 버스)은 이산 값(0, 1, 2 내지 255)을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전형적인 디스플레이 시스템의 개략도이다. 도 1에서, 디스플레이 시스템(100)은 전자 장치(105), 광원(110), 광학 섹션(115), 및 투영 섹션(120)을 포함한다. 광원(110)은 전구(125), 포물면 거울(130), 격자(135), 조정 가능한 격막(diaphragm)(140), 및 렌즈(145)를 포함한다. 광학 섹션(115)은 빔 분할 거울(150), 렌즈(155), 3개의 회전 가능한 프리즘(160), 및 편광자(165)를 포함한다. 투영 섹션(120)은 반사성 디스플레이(170), 편광 빔 분할기(175), 및 투영 렌즈(180)를 포함한다. 반사성 디스플레이(170)는 액정 온(on) 실리콘(LCoS)과 같은 LCD 패널이나 임의의 다른 LCD 기반의 전자-광학 조절 디바이스일 수 있다. 조정 가능한 격막(140)은 투과성 LCD와 같은 임의의 광-감쇠 디바이스나 편광 트위스티드 네마틱 셀(polarizing twisted nematic cell)로 대체될 수 있다.
디스플레이 시스템(100)은 단일 패널 스크롤링 시스템으로 본 발명이 적용될 수 있는 시스템의 일 예로서 사용된다. 단일 패널 스크롤링 디스플레이 시스템에서, 적색, 녹색, 및 청색(RGB)의 3개의 이웃하는 컬러의 줄무늬가 생성되고, 각 줄무늬는 반사성 디스플레이 높이의 1/3이다. 이 줄무늬는 컬러 이미지를 생성하기 위해 반사성 디스플레이에 보내진 비디오 신호와 동기적으로 반사성 디스플레이의 상부로부터 하부까지 연속해서 스캐닝 된다. 다른 타입의 시스템은 단일 패널 스크롤링 컬러 투과성 LCD 시스템, 3개의 패널 반사성 LCD 시스템, 및 3개의 패널 투과성 LCD 시스템을 포함한다.
전자 장치(105)는 비디오 신호(185)를 수신하고 글로벌 명도 제어 신호(190)를 생성하며, 이 신호(190)는 조정 가능한 격막의 열리는 크기를 제어하고 또한 광학 섹션(115)에서 이용 가능한 광의 총량을 제어하는데 사용된다. 글로벌 명도 제어 신호(190)는 글로벌 신호인데, 이는 조정 가능한 격막(140)을 조름으로써(stop down)(광이 덜 통과하게 함), 동등하게 비디오 프레임에서 픽셀의 모든 그레이 레벨의 명도에 영향을 미치기 때문이다. 전자 장치(105)는 또한 반사성 디스플레이(170)의 개별 픽셀을 제어하기 위해 사용된 로컬 명도 조정된 비디오 신호(195)를 생성한다. 로컬 명도 조정된 비디오 신호(195)는 로컬 신호인데, 이는 그레이 레벨의 선택된 범위에서만 비디오 프레임에서의 픽셀의 그레이 레벨의 명도를 조정하기 때문이다. 그레이 레벨은 픽셀의 속성이다. 이 속성은 조정되는 그레이 레벨의 명도이므로, 모든 픽셀의 명도를 반드시 개별적으로 조정할 필요는 없다. 예를 들어, 그레이 레벨(27)의 명도가 조정되면(0 내지 255의 그레이 레벨 스케일로), 27의 그레이 레벨을 가지는 이들 모든 픽셀은 명도의 조정을 실현하게 된다. 그러므로 그레이 레벨의 명도를 조정하는 것은 비디오 프레임에서 그레이 레벨의 모든 픽셀의 명도를 효과적으로 조정하는 것임을 이해해야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 디스플레이 시스템의 전자 구성 성분의 개략적인 블록도이다. 도 2에서, 전자 장치(105)는 비디오 신호 소스 수신기(200), 광학 아날로그/디지털(A/D) 변환기(205), 히스토그램 분석기(210), 명도 및 컬러 처리기(215), 및 디스플레이 패널 구동기(220)를 포함한다.
비디오 신호 소스 수신기(200)는 비디오 신호(185)를 수신한다. 비디오 포맷은 아날로그이거나 디지털 적색, 녹색, 청색(RGB) 포맷 또는 YUV 포맷{여기서, Y는 루마(luma) 신호이고, U와 V는 크로마(chroma) 신호이다}일 수 있다. 비디오 포맷의 다른 변형으로는 RF 조절된 포맷과 YUV 포맷의 YcbCr과 YIQ 변형이 있다. 비디오 신호(185)가 디지털이면, 디지털 비디오 신호(225)는 직접 히스토그램 분석기(210)에 나타난다. 비디오 포맷이 디지털이 아니면, 디지털 비디오 신호(225)를 생성하기 위해 신호는 A/D 변환기(205)를 통해 처리된다. 히스토그램 분석기(210)는 디지털 비디오 신호(225)를 수신한다. 히스토그램 분석기(210)는 글로벌 명도 제어 신호(190)와 로컬 명도 조정된 비디오 신호(195)를 생성한다. 글로벌 명도 제어 신호(190)는 조정 가능한 격막(140)(도 1)에 결합된다. 로컬 명도 조정된 비디오 신호(195)는 디스플레이 패널(170)(도 1)에 결합되기 전에, 명도 및 컬러 처리기(215)와 디스플레이 패널 구동기(220)를 통해 처리된다. 명도 및 컬러 처리기(215)는 로컬 그레이 레벨 명도 조정에 관해 이미 처리된 디지털화된 신호에 대해서 동작한다.
도 3은 도 2에 도시된 히스토그램 분석기(210)의 개략 블록도이다. 도 3에서, 히스토그램 분석기(210)는 명도 계산기(230), 문턱 회로(235), 살색(flesh) 색조(tone) 검출기(240), 및 결정 및 명도 조정 회로(245)를 포함한다. 명도 계산기(230), 문턱 회로(235), 및 살색 색조 검출기(240)는 각각 디지털 비디오 신호(225)를 수신한다. 명도 계산기(230), 문턱 회로(235), 및 살색 색조 검출기(240)는 각각 한번에 오직 1개의(그리고 동일한) 비디오 프레임에 대해 동작한다.
명도 계산기(230)는 비디오 프레임의 전체 명도를 측정한다. 일 예에서, 명도 계산기(230)는 프레임에서의 모든 픽셀의 평균 명도를 결정한다. 제 2 예에서, 명도 계산기(230)는 프레임에서의 모든 픽셀의 중간 명도를 결정한다. 명도 계산기(230)는 전체 명도 신호(251)를 생성하고, 이 명도 신호(251)는 결정 및 명도 조정 회로(245)에 의해 수신된다.
문턱 회로(235)는 "다크(dark)" 픽셀의 개수, "화이트(white)" 픽셀의 개수, 및 "그레이(gray)" 픽셀의 개수를 측정하고, 다크 개수 신호(252), 화이트 개수 신호(253), 및 그레이 개수 신호(254)를 생성하며, 이들은 결정 및 명도 조정 회로(245)에 의해 수신된다. "다크" 픽셀이라고 계산되는 픽셀의 경우, 그것의 명도는 제 1 미리 결정된 그레이 레벨보다 적어야 한다. "화이트" 픽셀이라고 계산되는 픽셀의 경우에는 그것의 명도가 제 2 미리 결정된 그레이 레벨보다 커야 한다. "그레이" 픽셀이라고 계산되는 픽셀의 경우에는 그것의 명도가 더 낮은 미리 결정된 그레이 레벨과 더 높은 미리 결정된 그레이 레벨 사이에 있어야 한다. 임의의 단일 픽셀은 1개의 카운트("다크", "화이트" 또는 "그레이")로만 카운트 될 수 있고, 모든 픽셀이 카운트될 필요는 없다. 다시 말해, 미리 결정된 그레이 레벨(즉, 제 1, 제 2의 더 낮고 더 높은 그레이 레벨들)은 중복될 수 없지만 인접할 필요는 없고, 임의의 명시된 다크, 화이트 또는 그레이 픽셀의 카테고리 내에 있지 않을 수 있다.
살색 색조 검출기(240)는 살색 색조 컬러라고 검출되는 픽셀의 개수를 측정하고 살색 색조 개수 신호(255)를 생성하며, 이 신호(255)는 결정 및 명도 조정 회로(245)에 의해 수신된다.
이후 결정 및 명도 조정 회로(245)는 프레임의 글로벌 명도를 조정하는 것과 전체 명도 신호(251), 다크 개수 신호(252), 화이트 개수 신호(253), 그레이 개수 신호(254), 및 룩업(lookup) 테이블이나 트레인(trained) 회로에서 동작하는 살색 색조 개수 신호(255)에 기초한 그레이 레벨의 범위를 조정할 것을 결정한다. 이 과정은 도 4, 도 5, 및 도 6에 도시되어 있고, 아래에 기술된다. 글로벌 명도 조정은 전체 명도를 항상 감소시키는 것이다{조정 가능한 격막(140)을 작게 하는 것. 도 1 참조}. 로컬 그레이 레벨 명도 조정은 항상 그레이 레벨 명도를 증가시키는 것이다(조정되지 않는 가장 흑색이고 가장 화이트인 그레이 레벨은 제외). 하지만, 이러한 조정 모두 동시에 수행된다.
도 4는 도 2에 도시된 히스토그램 분석기의 동작의 흐름도이다. 실험은 이미지의 인지된 콘트라스트를 개선하기 위해서는, 전술한 5개의 기준(즉, 전체 명도, 다크 픽셀의 개수, 화이트 픽셀의 개수, 그레이 픽셀의 개수, 및 살색 색조 픽셀의 개수)이 모두 고려되어야 하고, 경험적으로 결정된 범위 내에 모든 기준이 있는 것이 최상이라는 점을 보여주었다.
단계 300에서, 비디오 프레임이 수신된다. 단계 305에서, 비디오 프레임의 전체 명도인 "X1"이 결정된다. 일 예에서, 프레임의 전체 명도는 프레임에서의 모든 픽셀의 평균 명도이다. 제 2 예에서, 프레임의 전체 명도는 프레임에서의 모든 픽셀의 중간 명도이다. 단계 310에서, 전체 명도 "X1"은 미리 결정된 명도 값인 "V1"과 비교된다. "X1"이 "V1"보다 작다면 방법은 단계 320으로 진행한다. "X1"이 "V1"보다 작지 않다면, 프레임의 전체 명도는 픽셀 조정이 투영된 프레임에 인지 가능한 영향을 미치지 않기에 충분히 높게 되고, 이 방법은 단계 315로 진행한다. 낮은 명도와 넓은 다크 영역을 가지는 이미지에서만, 다크 채색의 효과를 볼 수 있다. 본 발명에 의해 임의의 개선이 이루어진 높은 명도의 이미지에서는, 처리를 보장하기에 충분히 크게 인지된 이미지를 변경하지 않는다. 밝은 이미지에서는, 다크 영역이 존재할지라도 사람의 눈은 높은 전체 명도에 적응하고 본래 이미지의 낮은 콘트라스트나 다크 영역 채색 효과를 알아차리지 않는다. 단계 315에서, 어떠한 픽셀 조정도 수행되지 않고, 이러한 명도 제어 신호는 풀(full)인 상태로 남으며, 이 프레임은 표준 명도와 컬러 처리를 위해 통과되며 방법은 단계 300으로 되돌아간다. 단계 320에서, "X1"이 저장된다.
단계 325에서, 비디오 프레임에서의 다크 픽셀의 개수인 "X2"가 결정된다. 일 예에서, 다크 픽셀은 풀-스케일(full-scale) 명도의 0과 10% 사이의 명도를 가진 픽셀이다. 이 백분율은 실험을 통해 결정된다. 단계 330에서, 다크 픽셀의 개수인 "X2"가 미리 결정된 값인 "V2"와 비교된다. "X2"가 "V2"보다 크다면, 이 방법은 단계 335로 진행한다. "X2"가 "V2"보다 크지 않다면, 픽셀 조정이 투영된 프레임에 인지 가능한 영향을 미치기에는 불충분한 다크 구역이 프레임에 존재하고 이 방법은 단계 315로 진행한다. 전술한 바와 같이, 낮은 명도와 넓은 다크 영역을 가지는 이미지에서만, 다크 채색의 효과를 볼 수 있다. 밝은 이미지에서는, 다크 영역이 존재할지라도, 사람의 눈이 높은 전체 명도에 적응하고, 전체 이미지의 낮은 콘트라스트나 다크 영역 채색 효과를 알아차리지 못한다. 단계 335에서, "X2"가 저장된다.
단계 340에서는, 비디오 프레임에서의 화이트 픽셀의 개수인 "X3"가 결정된다. 일 예에서, 화이트 픽셀은 풀 스케일 명도의 90%와 100% 사이의 명도를 가진 픽셀이다. 백분율은 실험적으로 결정된다. 단계 345에서, 화이트 픽셀의 개수인 "X3"는 미리 결정된 값인 "V3"와 비교된다. "X3"는 "V2"보다 작으면 이후 방법은 단계 350으로 진행한다. "X3"가 "V3"보다 작지 않다면, 픽셀 조정이 투영된 프레임에 인지 가능한 영향을 미치지 않는 프레임에서의 충분한 화이트 구역이 존재하고, 방법은 단계 315로 진행한다. 높은 개수의 "화이트" 픽셀을 가지는 이미지가 그것의 로컬 명도가 증가하게 되면, 원치 않는 "화이트" 클리핑(clipping)이 일어날 수 있다. 단계 350에서는 "X3"이 저장된다.
단계 355에서, 비디오 프레임에서의 그레이 픽셀의 개수인 "X4"가 결정된다. 일 예에서, 그레이 픽셀은 풀 스케일 명도의 30%와 70% 사이의 명도를 가진 픽셀이다. 백분율은 실험적으로 결정된다. 단계 360에서, 그레이 픽셀의 개수인 "X4"는 미리 결정된 값인 "V4"와 비교된다. "X4"가 "V4"보다 크다면, 방법은 단계 365로 진행한다. "X4"가 "V4"보다 크지 않다면, 픽셀 조정이 투영된 프레임에 인지 가능한 영향을 미치는 프레임에서의 불충분한 그레이 구역이 존재하고, 방법은 단계 315로 진행한다. "그레이" 픽셀만이 로컬하게(locally) 밝게 될 픽셀이므로, 그들의 개수가 작다면, 처리된 사진은 본래의 이미지에 비해 훨씬 낮은 전체 명도를 가지게 되고, 이는 원치 않는 것이다. 단계 365에서는, "X4"가 저장된다.
단계 370에서, 비디오 프레임에서의 살색 색조 픽셀의 개수인 "X5"가 결정된다. 살색 색조 픽셀은 당업자에게 알려진 임의의 개수의 알고리즘에 의해 결정될 수 있다. 단계 375에서 살색 색조 픽셀의 개수인 "X5"는 미리 결정된 값인 "V5"와 비교된다. "X5"가 "V5"보다 작다면, 방법은 단계 380으로 진행한다. "X5"가 "V5"보다 작지 않다면, 픽셀 조정이 투영된 프레임의 살색 색조 구역에 인지 가능한 악영향을 미치는 프레임에서의 충분한 살색 색조 구역이 존재하고, 방법은 단계 315로 진행한다. 살색 색조 픽셀의 개수가 상당히 많다면, 살색 색조 픽셀의 명도를 변경시키는 것은 실물 그대로가 아닌 살색 색조를 초래하게 된다. 단계 380에서는, "X5"가 저장된다.
단계 385에서는 "X1", "X2", "X3", "X4" 및 "X5"의 값에 기초하여, 글로벌 명도 설정이 선택되거나 계산된다{이는 글로벌 명도 제어 신호(190)를 구성하는 조정 가능한 격막 설정일 수 있다(도 1과 도 2 참조)}. 또한 "X1", "X2", "X3", "X4" 및 "X5"의 값에 기초하여, 명도 조정될 낮은 그레이 레벨 범위, 중간-그레이(mid-gray) 레벨 범위, 및 높은 그레이 레벨 범위가 선택되거나 계산된다. 낮은 그레이 레벨 범위 내의 그레이 레벨 모두 및 높은 그레이 범위 내의 그레이 레벨 모두가 동일한 양만큼 명도 조정되지는 않는다는 사실을 주목하라. 낮은 그레이 레벨은 그레이 레벨이 최소 픽셀 명도로부터 더 멀어질수록 점진적으로 명도가 증가된다. 높은 그레이 레벨은 그레이 레벨이 최대 픽셀 명도로부터 더 가까워질수록 점진적으로 명도가 감소한다. 중간-그레이 레벨은 동일한 양만큼 조정되고, 그 양은 글로벌 명도 조정 전에 본래 그레이 레벨 명도가 복원되도록 정해진다. 이는 본래 프레임의 전체 명도를 충분히 유지한다. 명도 변화량은 "X1", "X2", "X3", "X4" 및 "X5"의 값에 의해 제어된 함수이다. 이는 예시적으로 도 6에 도시되어 있고, 하기에 설명된다. 명도 조정될 그레이 스케일 증분과 조정량은 로컬 명도 조정된 비디오 신호(195)를 구성하고, 높거나 낮은 그레이 스케일 범위 내에 그레이 스케일 레벨을 가지는 픽셀에 관한 이득의 증가 또는 감소로서 구현될 수 있다. 프레임 처리가 완료된 후, 방법은 단계 300으로 되돌아간다.
도 4에 도시된 결정의 시퀀스는 "X1"과 "V1"의 비교로부터 "X5"와 "V5"의 비교까지 순차적으로 수행되고, "X1"과 "V1"의 비교, "X2"와 "V2"의 비교, "X3"과 "V3"의 비교, "X4"과 "V4"의 비교, 및 "X5"와 "V5"의 비교는 임의의 시퀀스로 수행될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 도 4는 모든 5개의 테스트(즉, "X1"<"V1", "X2">"V2", "X3"<"V3", "X4">"V4", 및 "X5"<"V5")가 수행되고 통과되어야 함을 가리키지만, 이는 인지된 콘트라스트에서의 최상의 가능한 개선을 얻고, 하나 또는 그 이상의 테스트 기준이 제거될 수 있는 인지된 콘트라스트에서의 더 적은 개선을 위해서만 요구된다.
도 5는 도 2에 도시된 히스토그램 분석기의 대안적인 동작의 흐름도이다. 도 5에 도시된 방법은 본질적으로 직렬 처리보다는 병렬 처리가 수행된다는 점을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 동일한 방법으로, 앞에서 설명되었다. 그러므로 단계 300A, 305A, 315A, 320A, 325A, 335A, 340A, 350A, 355A, 365A, 370A, 380A, 및 385A는 도 4의 단계 300, 305, 315, 320, 325, 335, 340, 350, 355, 365, 370, 380, 및 385와 동일하다. 도 5에서, 비디오 프레임이 단계 300A에서 수신된 후, 단계 305A, 325A, 340A, 355A 및 370A를 통해 동시에 처리되고, 각각의 값인 "X1", "X2", "X3", "X4", 및 "X5"는 그들이 이용 가능하게 될 때 단계 320A, 335A, 350A, 및 365A, 및 380A에서 각각 저장된다. 단계 390에서는, "X1", "X2", "X3", "X4", 및 "X5"가 5개의 테스트인 "X1"<"V1", "X2">"V2", "X3"<"V3", "X4">"V4", 및 "X5"<"V5"를 거쳐서 미리 결정된 값인 "V1", "V2", "V3", "V4", 및 "V5"와 각각 비교된다. 그 결과가 모든 5개의 테스트가 사실로 나타나면, 방법은 단계 385A로 되돌아가고, 아니면 방법은 단계 315A로 되돌아간다. 단계 300A는 단계 315A나 단계 385A 다음에 반복된다.
도 5가 모든 5개의 테스트(즉, "X1"<"V1", "X2">"V2", "X3"<"V3", "X4">"V4", 및 "X5"<"V5")가 수행되고 통과되어야 함을 가리키는데, 이는 인지된 콘트라스트에서의 최상의 가능한 개선을 얻는데만 요구될 뿐이고, 인지된 콘트라스트에서의 개선이 덜할 경우에는 하나 또는 그 이상의 테스트 기준이 제거될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 글로벌 명도와 로컬 명도 제어 신호를 생성하기 위한 전형적인 구현예를 도시하는 도면이다. 도 6에서, 결정 및 명도 조정 회로는 버스(401, 402, 403, 404, 405), 멀티플렉서(410), 버스(415), 어드레스 디코더(425)와 I/O 회로(430)를 가지는 ROM(420), 및 로컬 명도 조정 회로(435)를 포함한다.
도 6에서, 값인 "X1", "X2", "X3", "X4", 및 "X5"는 각 버스(401, 402, 403, 404, 405) 상에서 구동된다. 각 버스(401, 402, 403, 404, 405)의 폭은 각각 "B1", "B2", "B3", "B4", 및 "B5"이다. 일 예에서, "B1"은 4비트이고, "B2"는 2 내지 3비트이며, "B3"는 2 내지 3비트이고, "B4"는 3 내지 4비트이며, "B5"는 2비트이다. 버스(401, 402, 403, 404, 405) 상의 신호는 멀티플렉서(410)에 의해 함께 버스(415) 상으로 멀티플렉싱된다. 버스(410)는 적어도 "M"비트의 폭을 가지고, 여기서 "M"은 버스(401, 402, 403, 404, 405)의 폭의 합이다. 현재의 예를 계속하면 "M"은 적어도 13 내지 16비트이다. 버스(415) 상에서 멀티플렉싱된 신호는 판독 전용 메모리(ROM)(420)의 로(row) 어드레스 회로(425)에 결합한다. ROM(420)은 "A" 비트+"B" 비트의 폭과 2M 비트의 길이를 가진다. 일 예에서, "A"="B"=4비트이다. 본 예에서, ROM(425)은 8, 192 내지 262, 1448비트의 제어 워드를 포함한다. "A"와"B" 비트는 프레임에 적용될 명도 조정의 정확한 세트를 선택하기 위해 "M"을 거쳐 "X1", "X2", "X3", "X4", 및 "X5"를 사용하는 비디오 프레임으로 이루어질 다른 가능한 명도 조정의 세트를 나타낸다. 각 제어 워드의 "A" 비트는 전체 명도 제어 신호(190)를 생성하기 위해, ROM(425)의 I/O 회로(435)에 의해 사용되고, 각 제어 워드의 "B" 비트는 내부 신호(440)를 생성하기 위해 I/O 회로(435)에 의해 사용된다. 내부 신호(440)는 로컬 명도 조정된 비디오 신호(195)를 생성하기 위해 로컬 명도 조정 회로(435)에 의해 사용된다. ROM(420)에서의 각 워드는 실험에 의해 결정된다.
대안적으로, 퍼지(fuzzy) 논리나 뉴럴(neural) 네트워크에 기초한 학습 알고리즘을 사용하는 트레인 가능한 회로로 ROM(420)을 대체할 수 있다. 통상, 5개의 선택된 입력 기준과 2개의 선택된 출력 기준이 그러한 네트워크가 요구하는 모든 것이다.
도 7은 이미지에 대한 본 발명의 동작의 그래픽 표현이다. 그레이 레벨로의 명도가 매핑된다. 비선형 파워-로우(power-law) 감마 특징을 따르는 디스플레이 디바이스를 가정한다. 각 박스(box)는 수평으로 그레이 스케일 증분을 나타낸다. 낮은 그레이의 그레이 레벨은 중간-그레이의 그레이 레벨보다 어둡고, 중간-그레이의 그레이 레벨은 높은 그레이의 그레이 레벨보다 어둡다. 가장 낮은 그레이의 그레이 레벨은 최소의 명도를 가지고 순수한 흑색에 가장 가깝다. 가장 높은 그레이의 그레이 레벨은 가장 큰 명도를 가지고 순수한 화이트에 가장 가깝다.
도 7에는, 3개의 관련된 비디오 프레임의 그레이 레벨이 명도에 관해서 그래프로 그려져 있다. 약 2.2의 감마값이 3개의 프레임이 디스플레이되는 디스플레이 디바이스에 관해 가정된다. 곡선(445)은 명도 응답에 대한 본래의 비디오 프레임 그레이 레벨을 나타낸다. 곡선(450)은 본 발명에 따른 전체 명도 조정(감소)이 곡선(445)에 의해 나타난 본래의 프레임에 적용된 이후의 비디오 프레임을 나타낸다. 곡선(455)은 본 발명에 따른 로컬 명도 조정(감소)이 곡선(450)에 의해 나타난 글로벌 명도 조정된 프레임에 적용된 이후의 비디오 프레임을 나타낸다. 곡선(445, 455)은 중간-그레이의 그레이 레벨 구역에서 서로 중복된다. 곡선(445)에 의해 나타난 본래 프레임의 중간-그레이 레벨은 곡선(455)에 의해 나타낸 변환된 비디오 이미지에서 변경되지 않는다는 점을 주목하라.
실제에 있어서는, 본 발명은 곡선(445)에 의해 나타난 비디오의 본래 프레임을 취하고, 곡선(455)에 의해 나타난 비디오의 새로운 프레임을 생성하기 위한 비선형 변환을 수행한다.
실험은 본 발명에서 낮은 그레이 픽셀에 관해 일어나는 것처럼, 명도에 있어서의 증가는 디스플레이된 이미지에서의 컬러의 인지된 손실을 초래한다는 점을 보여주었다. 하지만, 본 발명은 그레이 레벨 속성과 마찬가지로 픽셀의 컬러 채도(saturation) 속성에 동등하게 적용 가능하고 이러한 상황을 개선하는데 사용될 수 있다. 컬러 채도에 있어서, 중간-그레이의 그레이 레벨 픽셀(또는 대안적으로 그레이 레벨에 관계없이 모든 픽셀)의 컬러 채도는 중간-그레이의 그레이 레벨의 명도 증가 레벨에 비례하는 양만큼 증가된다. 구현은 명도의 컬러 제어 회로와 컬러 처리기(215)(도 2 참조)를 내부 신호(440)(도 6 참조)에 결합시킴으로써 이루어지게 된다.
그러므로 이미지 콘트라스트를 유지하면서, 원치 않는 채색을 도입하지 않는 반사성 디스플레이 시스템이 설명되었다.
본 발명의 실시예의 설명은 본 발명의 이해를 위해 기술되었다. 본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 제한되지 않고, 이제 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 당업자에게 분명해지게 되는 다양한 수정, 재배치, 및 대체가 가능하게 된다는 점이 이해될 것이다. 그러므로 다음 청구항이 본 발명의 진정한 정신과 범위 내에 있는 모든 그러한 수정예와 변경예를 커버하는 것으로 의도된다.
본 발명은 이미지 디스플레이 시스템 분야, 특히 디스플레이된 이미지에서의 픽셀의 콘트라스트를 제어하는 데 이용 가능하다.

Claims (20)

  1. 이미지 처리 방법으로서,
    픽셀화된 비디오 프레임에 관한 픽셀 의존 속성의 세트를 측정하는 단계로서, 상기 프레임의 각 픽셀은 그레이 레벨을 가지고, 각 그레이 레벨은 명도 레벨과 연관되는, 측정 단계와,
    해당 기준을 만족시키는 픽셀 의존 속성의 상기 세트의 각각의 그리고 모든 픽셀 의존 속성에 응답하여, 글로벌 명도 신호에 따라 상기 비디오 프레임의 전체 명도를 감소시키고, 로컬 명도 제어 신호에 따라 상기 비디오 프레임의 각 픽셀의 그레이 레벨의 명도를 증가시키는 단계를 포함하고, 특정 그레이 레벨 명도가 증가하는 양은 특정 그레이 레벨과 상기 측정된 픽셀 의존 속성의 함수에 의존하는, 이미지 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 픽셀 의존 속성의 상기 세트는 하나 또는 그 이상의 픽셀 의존 속성을 포함하고, 각각의 상기 픽셀 의존 속성은 제 1 속성, 제 2 속성, 제 3 속성, 제 4 속성, 및 제 5 속성으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며;
    상기 제 1 속성은 상기 비디오 프레임에서의 모든 픽셀의 평균 또는 중간 명도이고;
    상기 제 2 속성은 상기 프레임에서의 다크 픽셀의 개수이며, 각 다크 픽셀은 그레이 레벨 값의 제 1 범위 내의 값을 가지고;
    상기 제 3 속성은 상기 프레임에서의 화이트 픽셀의 개수이며, 각각의 화이트 픽셀은 그레이 레벨 값의 제 2 범위 내의 값을 가지고;
    상기 제 4 속성은 상기 프레임에서의 그레이 픽셀의 개수이며, 각각의 그레이 픽셀은 그레이 레벨 값의 제 3 범위 내의 값을 가지고;
    상기 제 5 속성은 상기 프레임에서의 살색 색조 픽셀의 개수인, 이미지 처리 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 범위의 그레이 레벨 값은 중복되지 않는, 이미지 처리 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 속성에 대응하는 상기 기준은 제 1 값보다 적은 상기 비디오 프레임에서의 모든 픽셀의 평균 또는 중간 명도이고;
    상기 제 2 속성에 대응하는 상기 기준은 제 2 값보다 큰 상기 비디오 프레임에서의 다크 픽셀의 상기 개수이며;
    상기 제 3 속성에 대응하는 상기 기준은 제 3 값보다 적은 상기 프레임에서의 화이트 픽셀의 상기 개수이고;
    상기 제 4 속성에 대응하는 상기 기준은 제 4 값보다 큰 상기 비디오 프레임에서의 그레이 픽셀의 상기 개수이며;
    상기 제 5 속성에 대응하는 상기 기준은 제 5 값보다 적은 상기 프레임에서의 살색 색조 픽셀의 상기 개수인, 이미지 처리 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 비디오 프레임의 전체 명도는 결정된 상기 비디오 프레임의 평균 또는 중간 명도에 대응하는 실험을 통해 생성된 값에 기초한 양만큼 감소되는, 이미지 처리 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 특정 그레이 레벨 명도는 상기 비디오 프레임에서의 다크 픽셀의 개수, 화이트 픽셀의 개수, 그레이 픽셀의 개수, 및 살색 색조 픽셀의 개수의 조합에 대응하여 실험을 통해 생성된 값에 기초한 양만큼 증가하는, 이미지 처리 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 중간-그레이의 레벨에 적용된 명도의 증가에 비례하거나 글로벌 명도의 감소에 비례하여 또는 그 둘 다에 비례하여 각 픽셀의 컬러 채도 레벨을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 이미지 처리 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 비디오 프레임의 전체 명도의 상기 감소와, 상기 비디오 프레임의 각 픽셀의 그레이 레벨 명도의 상기 증가 전의 상기 비디오 프레임 픽셀의 중간-그레이의 그레이 레벨의 명도는, 상기 비디오 프레임의 전체 명도의 상기 감소와, 상기 비디오 프레임의 각 픽셀의 그레이 레벨 명도의 상기 증가 후와 실질적으로 동일한, 이미지 처리 방법.
  9. 이미지 처리 장치로서,
    픽셀화된 비디오 프레임에 대한 픽셀 의존 속성의 세트를 측정하는 수단으로서, 상기 프레임의 각 픽셀은 그레이 레벨을 가지고, 각각의 그레이 레벨은 명도 레벨과 연관되는, 측정 수단;
    해당 기준을 만족하는 상기 픽셀 의존 속성 세트의 각각의 그리고 모든 픽셀 의존 속성에 응답하여 일정량만큼 상기 비디오 프레임의 전체 명도를 감소시키는 수단; 및
    해당 기준을 만족하는 상기 픽셀 의존 속성 세트의 각각의 그리고 모든 픽셀 의존 속성에 응답하여 다른 양만큼 상기 비디오 프레임의 각 픽셀의 그레이 레벨의 명도를 증가시키는 수단을 포함하고, 특정 그레이 레벨 명도가 증가하는 양은, 상기 측정된 픽셀 속성의 함수와 특정 그레이 레벨에 의존하는, 이미지 처리 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 한 세트의 픽셀 의존 속성을 측정하는 상기 수단은 하나 또는 그 이상의 수단을 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 수단의 각 수단은, 상기 비디오 프레임에서의 모든 픽셀의 평균 또는 중간 명도를 결정하는 수단, 각 다크 픽셀이 그레이 레벨 값의 제 1 범위 내의 값을 가지는, 상기 프레임에서의 다크 픽셀의 개수를 결정하는 수단, 각 화이트 픽셀이 그레이 레벨 값의 제 2 범위 내의 값을 가지는, 상기 프레임에서의 화이트 픽셀의 개수를 결정하는 수단, 각 그레이 픽셀이 그레이 레벨 값의 제 3 범위 내의 값을 가지는, 상기 프레임에서의 그레이 픽셀의 개수를 결정하는 수단, 및 상기 프레임에서의 살색 색조 픽셀의 개수를 결정하는 수단으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 이미지 처리 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 측정된 평균 또는 중간 명도에 대응하는, 실험을 통해 생성된 값의 리스트에 기초하여, 상기 비디오 프레임의 전체 명도가 감소하는 양을 선택하는 수단을 더 포함하는, 이미지 처리 장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 비디오 프레임에서의 다크 픽셀의 개수, 화이트 픽셀의 개수, 그레이 픽셀의 개수, 및 살색 색조 픽셀의 개수의 조합에 대응하여, 실험을 통해 생성된 값의 리스트에 기초하여, 특정 그레이 레벨 명도가 증가하는 양을 선택하는 수단을 더 포함하는, 이미지 처리 장치.
  13. 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템으로서,
    광원;
    상기 광원으로부터 방출된 광을 감쇠하는 광 감쇠 디바이스로서, 글로벌 명도 제어 신호에 응답하는, 광 감쇠 디바이스;
    상기 광 감쇠 디바이스로부터의 출사 광이 투영되는 반사성 전기 광학 변조 디바이스로서, 상기 전기 광학 변조는 로컬 명도 조정된 비디오 신호에 응답하는, 반사성 전기 광학 변조 디바이스;
    상기 전기 광학 변조 디바이스로부터 반사된 광을 상기 디스플레이 스크린 위에 투영하는 수단;
    히스토그램 분석기로서, 상기 이미지의 픽셀화된 비디오 프레임을 수신하고, 상기 프레임에서의 모든 픽셀의 명도를 감소시키는 상기 글로벌 명도 제어 신호를 출력하도록 적응되고, 상기 픽셀화된 프레임의 선택된 그레이 레벨을 증가시키는 상기 로컬 명도 조정된 비디오 신호를 출력하도록 적응되며, 상기 프레임의 픽셀을 분석하도록 적응되는 히스토그램 분석기를 포함하고,
    상기 글로벌 명도 제어 신호와 상기 로컬 명도 조정된 비디오 신호는 상기 픽셀의 상기 분석에 기초하는, 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 히스토그램 분석기는
    상기 비디오 프레임에서의 모든 픽셀의 평균 또는 중간 명도를 결정하고, 명도 신호를 생성하기 위해 적응된 명도 계산 회로;
    문턱 회로로서, 상기 프레임에서의 그레이 레벨 값의 제 1 범위 내의 값을 가지는 다크 픽셀의 개수를 결정하도록 적응되고, 상기 프레임에서의 그레이 레벨 값의 제 2 범위 내의 값을 가지는 화이트 픽셀의 개수를 결정하도록 적응되며, 상기 프레임에서의 그레이 레벨 값의 제 3 범위 내의 값을 가지는 그레이 픽셀의 개수를 결정하도록 적응되는 문턱 회로; 및
    상기 프레임에서의 살색 색조 픽셀의 개수를 결정하도록 적응된 살색 색조 회로를 더 포함하는, 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 수단을 더 포함하고, 각 수단은 상기 명도 신호가 제 1 값보다 작은지를 결정하는 수단; 다크 픽셀의 상기 개수가 제 2 값보다 큰지를 결정하는 수단; 화이트 픽셀의 상기 개수가 제 3 값보다 작은지를 결정하는 수단, 그레이 픽셀의 상기 개수가 제 4 값보다 큰지를 결정하는 수단, 살색 색조 픽셀의 상기 개수가 제 5 값보다 작은지를 결정하는 수단으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 상기 글로벌 명도 제어 신호와 상기 로컬 명도 조정된 비디오 신호는, 상기 명도 신호가 측정되고 상기 제 1 값보다 작으며 다크 픽셀의 상기 개수가 측정되고 상기 제 2 값보다 크며, 화이트 픽셀의 상기 개수가 측정되고 상기 제 3 값보다 작으며 그레이 픽셀의 상기 개수가 측정되고 상기 제 4 값보다 크며 살색 색조 픽셀의 상기 개수가 측정되고 상기 제 5 값보다 작은 경우에만 상기 프레임에서의 픽셀의 그레이 레벨의 명도 변경을 일으키는, 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템.
  16. 제 14항에 있어서, 제어 워드의 표를 더 포함하고, 선택 가능한 특정 제어 워드는 상기 명도 신호, 다크 픽셀의 상기 개수, 화이트 픽셀의 상기 개수, 그레이 픽셀의 상기 개수, 및 살색 색조 픽셀의 상기 개수의 조합을 나타내는 신호에 기초하며, 상기 제어 워드는 상기 글로벌 명도 제어 신호와 상기 로컬 명도 조정된 비디오 신호를 결정하는, 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제어 워드는 실험을 통해 생성되는, 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템.
  18. 제 13항에 있어서, 중간-그레이의 그레이 레벨 픽셀의 컬러 채도를 중간-그레이의 그레이 레벨의 명도 증가에 비례하여 증가시키는 수단을 더 포함하는, 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템.
  19. 제 13항에 있어서, 상기 반사성 전기 광학 변조 디바이스는, 액정 디스플레이 디바이스, 액정 온(on) 실리콘 디스플레이 디바이스 및 마이크로-미러(micro-mirror) 디스플레이 디바이스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템.
  20. 제 13항에 있어서, 상기 광 감쇠 디바이스는 조정 가능한 격막(diaphragm), 투과 액정 디스플레이 디바이스, 및 편광 트위스티드 네마틱 셀로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 이미지를 디스플레이 스크린 위로 투영하는 시스템.
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