KR100625576B1 - 플라즈마 표시 패널의 화상처리방법 및 화상처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 표시 패널의 화상 처리 방법 및 화상처리장치에 관한 것이다. 본 발명의 화상처리장치 및 화상처리방법은 입력되는 계조신호를 분석하여 객체를 구분하고 객체를 필터링 하고자 하는 특정 위치에 따라 필터의 크기를 가변하여 필터링을 실시하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명은 객체와 객체를 구분하고 필터의 크기를 가변하여 각 객체의 영역을 필터링함으로써 해상도의 저하를 막을 수 있다.

Description

플라즈마 표시 패널의 화상처리방법 및 화상처리장치{Method and Device for Processing Image of Plasma Display Panel}

도 1(a)와 도 1(b)는 플라즈마 표시 패널의 피크 휘도 변화에 따른 각 계조의 광량 차이를 설명하기 위한 것이다.

도 2는 계조 선형성을 향상하기 위한 화상 처리 방법의 기본적인 개념을 설명하기 위한 것이다.

도 3은 하이 부스트 필터링을 이용한 화상처리방법의 일실시예를 나타낸 것이다.

도 4는 하이 부스트 필터링을 위한 2차원 마스크의 일례이다.

도 5는 피킹 필터링에 사용되는 필터링을 나타낸 것이다.

도 6은 동일한 크기의 마스크를 이용하여 필터링이 이루어질 때 나타나는 문제점을 설명하기 위한 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 화상처리장치의 블록 구성도이다.

도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 화상처리장치의 계조표현력 향상부에 의해 화상처리 방법을 설명하기 위한 것이다.

본 발명은 플라즈마 표시 패널에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 플라즈마 표시 패널의 화상 처리 방법 및 화상처리장치에 관한 것이다.

도 1(a)와 도 1(b)는 플라즈마 표시 패널의 피크 휘도 변화에 따른 각 계조의 광량 차이를 설명하기 위한 것이다. 도 1(a)에 도시된 것은 피크 휘도가 500cd/m2일 때, 256개의 계조별 광량을 나타낸 것이다. 도 1(b)에 도시된 것은 피크 휘도가 1000cd/m2일 때, 256개의 계조별 광량을 나타낸 것이다.

피크 휘도가 500cd/m2이고 계조가 256일 때, 각 계조 사이의 광량차는 1~2cd이다. 하지만 피크 휘도가 1000cd/m2이고 계조가 256일 때, 각 계조의 사이의 광량차는 3~4cd이다.

각 계조 사이의 광량차가 작으면 도 2a에서와 같이 사람이 보기에 각 계조에서의 광량 변화가 자연스럽다. 하지만, 각 계조 사이의 광량차가 크면 각 계조에서의 광량 변화가 크므로 도 2b에서와 같이 사람의 육안으로는 단차가 생기는 것으로 보인다.

이와 같이 플라즈마 표시 패널의 휘도가 높아짐에 따라 각 계조 사이의 광량차가 커지면 계조 선형성(gray linearity) 및 계조표현력이 나빠지는 문제점이 발생한다.

또한, 종래에는 8비트의 계조신호를 8비트 이상으로 변환하기 위해 단순히 스케일링(scaling)이나 감마(gamma)를 8비트 이상으로 맵핑하는 방법 및 소수점을 이용하는 방법이 있었다. 하지만, 상기 방법들은 표현하는 비트수는 증가하지만 실 제 표현할 수 있는 계조수가 증가하지 못하는 문제점이 있다.

도 2는 계조 선형성을 향상하기 위한 화상 처리 방법의 기본적인 개념을 설명하기 위한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 계조 사이의 광량차가 크기 때문에 계조와 계조 사이를 다시 나누어 계조표현을 한다.

예를 들어, 127계조와 128계조 각각의 광량 사이의 차가 크므로 8비트 영상신호인 127계조와 128계조 사이를 4등분하여 127.25, 127.50 및 127.75계조를 생성한다.

이 때, 계조와 계조 사이를 나누기 위하여 필터링 마스크가 사용된다. 예를 들어, 가우시안 필터링(gaussian filtering), 하이 부스트 필터링(high boost filtering) 및 피킹 필터(peaking filter) 등이 사용될 수 있다. 즉, 영상 정보를 이용하여 실제 표현되는 계조수를 256개 이상을 가지도록 하여 계조 표현력 및 계조 선형성을 향상시킬 수 있다. 이러한 계조표현력 향상 방법을 GUC(Gradation Up Conversion)라 정의한다.

도 3은 하이 부스트 필터링을 이용한 화상처리방법의 일실시예를 나타낸 것이다. 도 3에 도시되어 있듯이, 계조와 계조 사이를 나누기 위하여 하이 부스트 필터링을 이용한다. 도 3과 다음의 수학식1을 참고하여 하이 부스트 필터링을 자세히 설명한다.

High boost = (A)(Original) - Lowpass

= (A-1)(Original) + Original - Lowpass

= (A-1)(Original) + Highpass

여기서 A는 게인(gain)이고, Original은 8 비트 또는 10 비트의 원신호를 의미한다. 10 비트는 선형 스케일러에 의하여 스케일링된 신호이다. Lowpass는 저주파 성분을 의미한다. Highpass는 고주파 성분을 의미한다. 즉, 하이 부스트 필터링은 도 3의 (a)와 같은 원신호에 도 3의 (b)와 같은 고주파 성분을 더하여 도 3의 (c)와 같은 신호를 얻음으로써 선명도를 높이는 것이다. 도 4는 하이 부스트 필터링을 위한 2차원 마스크의 일례이다.

하이 부스트 필터링은 다음의 수학식 2와 같이 변형될 수도 있다.

High boost = Original + (B)Highpass

원 이미지에 가중치(B)를 곱한 고주파 성분을 비례적으로 더하여 선명도를 향상시키는 방법이다.

정수 계조와 정수 계조를 나누는데 피킹 필터가 이용될 수도 있다. 피킹 필터는 에지(edge)를 추출하여 추출된 에지 성분을 원 이미지에 비례적으로 강조하는 방법이다. 에지를 추출하는 방법의 예로 에버리지 마스킹(average masking)을 사용한다. 에버리지 마스킹은 가중치가 균등하다. 피킹 필터는 다음의 수학식 3을 통하여 구할 수 있다.

Peaking = (Original) + A(sobel masking)

피킹 필터는 도 5에 도시되어 있다.

이와 같은 방법들을 통하여 계조와 계조 사이를 다시 나누어 계조 선형성을 향상시킨다.

그러나 이와 같은 필터링 방법들은 동일한 크기의 필터를 사용하게 된다. 이 경우, 서로 다른 객체와 객체 사이의 경계 영역을 필터링할 때에도 동일한 크기의 필터가 사용되기 때문에 영상 번짐 또는 영상왜곡 등과 같은 해상도의 저하를 가져올 수 있다.

도 6은 동일한 크기의 마스크를 이용하여 필터링이 이루어질 때 나타나는 문제점을 설명하기 위한 것이다.

화면의 첫째 라인과 둘째 라인 상에 존재하는 셀에 대하여 3 x 3 마스크를 이용하여 필터링이 수행될 때, 좌측 상단에 있는 필터는 배경이 되는 객체3의 영역 안에 완전히 있는 것이 아니기 때문에 영상 번짐 또는 영상 왜곡과 같은 해상도의 저하가 발생한다.

또한 객체1과 객체3의 경계 영역에 대하여 필터링할 경우 필터가 객체1과 객체3의 영역 대하여 동시에 필터링을 수행하기 때문에 해상도의 저하가 발생한다. 객체2와 객체3의 경계 영역에 대하여 필터링을 할 경우에도 마찬가지로 필터가 객체2와 객체3의 영역에 대하여 동시에 필터링을 수행하기 때문에 해상도의 저하가 발생한다.

이와 같이 동일한 크기의 필터를 이용하여 필터링을 수행할 경우 서로 다른 객체와 객체 사이의 경계 영역에서 계조표현력의 저하가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 필터링을 이용하여 계조와 계조를 나눌 때 객체와 객체 사이에서 해상도의 저하를 최소화할 수 있는 플라즈마 표시 패널의 화상처리방법 및 화상처리장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 플라즈마 표시 패널의 화상처리방법 및 화상처리장치는 입력되는 계조신호를 분석하여 객체를 구분하고 상기 객체를 필터링 하고자 하는 특정 위치에 따라 필터의 크기를 가변하여 필터링을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 계조표현력 향상부는 필터의 크기를 가변하는 과정에서 필터링을 계산한 값의 변화량이 기준값을 넘으면 객체의 경계라고 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 계조표현력 향상부는 특정 객체 내에 있는 중심 픽셀의 위치에 따라 필터의 크기를 가변시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 계조표현력 향상부는 영상 자체의 경계 영역에 존재하는 셀에 대해서는 원래 계조값이 이용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 7은 본 발명에 따른 화상처리장치의 블록 구성도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화상처리장치는 선형 스케일러(710) 및 계조표현력 향상부(720)를 포함한다.

선형 스케일러(710)는 8 비트의 계조신호를 n 비트의 계조신호로 변환한다. 이와 같은 선형 스케일러(710)의 기능은 본 발명의 화상처리장치에 의한 소수부가 있는 계조신호의 처리를 보다 쉽게 하기 위한 것이다. 이 때, 8 비트의 계조신호와 n 비트 계조신호는 모두 정수이다. 여기서, n 비트는 8 비트 보다 큰 정수 비트이다.

계조표현력 향상부(720)는 입력되는 계조신호를 분석하여 객체를 구분하고 이러한 객체를 필터링 하고자 하는 특정 위치에 따라 필터의 크기를 가변하여 필터링을 실시하여 정수 계조신호를 소수부가 있는 계조신호로 변환한다. 즉, n 비트의 계조신호를 처리하여 n 비트 이상의 계조 신호로 변화시킨다.
보다 상세히 설명하면, 계조 신호는 각각의 객체, 예컨대, 객체 1은 배경이 되는 객체 3과는 달리 객체를 인식할 수 있는 데이터를 갖기 때문에 배경이 되는 객체 3과는 다른 계조값을 갖게된다. 이와 같이, 계조표현력 향상부(720)는 서로 다른 계조값을 이용하여 계조신호를 분석하여 객체를 구분한다.
여기서 객체를 구분하는 방법을 살펴보면, 소정의 픽셀을 중심으로 크기가 서로 다른 적어도 둘 이상의 필터링 마스크로 중심 픽셀의 계조 데이터를 필터링한다. 여기서, 필터링된 중심 픽셀의 계조값과 필터링하기 전 계조값의 차이값이 소정의 기준값을 초과했을 때, 서로 다른 객체 간에 필터링이 이루어졌음을 판단하게 된다.
이때, 기준값을 초과하지 않는 범위내에서 필터링 마스크의 크기는 기준값 이하의 크기 중 최대 크기로 결정한다.
여기서, 필터링하고자 하는 특정 위치, 즉 중심 픽셀이 객체의 어느 위치에 해당하느냐에 따라 필터의 크기를 달리하는데 이러한 필터는 영상 자체의 경계, 혹은 객체 간의 경계를 넘지 않는 범위에서 필터의 크기가 결정된다.
필터의 크기를 결정하는 방법은 이후의 도 8 내지 도 10을 통해 보다 상세히 설명한다.

계조표현력 향상부(720)는 선형 스케일러(710)를 통하여 10 비트의 계조신호를 입력받을 수도 있지만 8 비트의 영상 신호를 직접 입력받을 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 화상처리장치는 선형 스케일러(710)를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다.

도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 화상처리장치의 계조표현력 향상부에 의해 화상처리 방법을 설명하기 위한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화상처리장치는 계조 표현력을 향상시키기 위해 필터로 n 비트의 계조 데이터를 필터링하여 n 비트 이상의 계조 데이터로 변환하되, 필터링시 객체 간의 경계를 넘지 않는 범위내에서 필터링 마스크의 크기를 조절하여 필터링하게 된다.
이때, 필터링 마스크의 크기를 결정하기 위한 파라미터들을 정의하면 다음과 같다.
|d(x,y)-o(x,y,m,n)|≤기준값
- d(x,y)는 임의의 필터링 마스크에 해당하는 중심 픽셀의 계조 데이터이다.
이때, 중심 픽셀은 하나의 객체 내에 임의의 특정한 위치를 나타내며, x, y는 화면 내의 픽셀의 좌표이다.
- K(2m+1,2n+1)는 필터링 마스크이다.
- o(x,y,m,n)는 중심 픽셀 d(x,y)이 필터링 마스크 K(2m+1, 2n+1)에 의해 필터링된 중심 픽셀의 계조 데이터를 나타낸 것이다.
본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널의 화상처리 방법은 상술한 수학식 4의 조건을 만족하는 최대 크기의 필터링 마스크를 결정한다.
여기서, 본 발명은 초기 m, n은 0으로 설정하고, m과 n을 독립적으로 점차 증가시키면서 상술한 수학식 4의 조건을 만족하는 o(x,y,m,n)의 최대값을 구한다. 이때, 필터링 마스크 K의 크기를 채용하여 필터링하도록 한다.
즉, 도 8에서 소정의 중심 픽셀 d1에서는 필터링 마스크 M1이 최대의 필터링 마스크 크기이다. 또한, 소정의 중심 픽셀 d2에서는 필터링 마스크 M2가 최대의 필터링 마스크 크기이다. 또한, d3에서는 필터링 마스크 M3, d4에서는 필터링 마스크 M4, d5에서는 필터링 마스크 M5가 최대의 필터링 마스크 크기이다. 반면, 소정의 중심 픽셀 d6에서는 필터링 마스크 M4가 최대의 필터링 마스크 크기이다. 그 이유는 배경인 객체 3와 타원의 형상인 객체 1간의 경계를 넘지 않는 범위에서 필터가 결정되야 하기 때문에 배경인 객체 3의 크기가 줄어들게 되는 d6의 경우는 필터링 마스크 M4가 최대의 필터링 마스크 크기이다. 만약에 객체 3와 객체 1의 경계를 넘는 필터링 마스크가 채용된다면, 앞서 설명한 기준값을 초과하게 된다.
이때, 필터링 마스크의 크기가 결정됨에 따라 동일 객체 내에서는 여러개의 필터링 마스크로 이웃하는 픽셀 간에 영향을 주는 것이 가능하므로, 동일 픽셀에 대해 적어도 하나 이상의 필터링 마스크가 사용되기 때문에 화면의 왜곡을 억제할 수 있으며, 계조 표현력이 향상되어 해상도가 향상된다.
여기서, 계조표현력 향상부(720)는 필터링 마스크에 의해 필터링을 계산한 값의 변화량이 기준값을 넘을 경우 객체와 객체의 경계라고 판단하여 객체들 사이를 구분한다.

삭제

예를 들어, d3의 위치가 3번째 수직 라인과 3번째 수평 라인의 교차점에 위치하는 셀(3,3)이라면, d3는 마스크의 중심이므로 M3는 5 X 5 마스크이다. 따라서, 계조표현력 향상부(720)는 M3를 이용하여 필터링을 수행한다. 다음으로 계조표현력 향상부(720)는 셀(3,3)의 좌측으로 인접한 셀(4,3)을 중심으로 하여 M3 마스크를 이용하여 필터링을 수행한다.

만약 셀(3,3)을 중심으로 한 필터링 계산값과 셀(4,3)을 중심으로 한 필터링 계산값이 기준값보다 크다면 계조표현력 향상부(720)는 객체들 사이의 경계라 판단하여 크기가 작은 필터를 이용하여 필터링을 수행한다.

계조표현력 향상부(720)는 이와 같은 과정을 반복하여 도 9에서와 같이, 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널의 화상처리 장치는 중심 픽셀이 타원 객체 2 안에 위치하여 타원 객체의 경계와 중심 픽셀간의 거리에 따라 필터의 크기를 결정할 수 있다. 이때, 필터의 크기는 배경이 되는 객체와 타원의 객체 간의 경계를 넘지 않는 범위에서 필터의 크기가 결정된다. 따라서, 소정의 중심 픽셀의 위치에 따라 필터링 마스크 M1에서 M5까지 여러개의 필터링 마스크를 사용하여 필터링을 할 수 있다. 또한, 도 10에서는 중심 픽셀이 계조표현 객체에 위치할 때, 필터링 마스크의 크기를 여러개를 사용할 수 있다. 이와 같이, 각 객체의 영역에 대하여 필터 크기를 가변하면서 필터링을 수행한다.

한편, 영상 자체의 경계 영역에 존재하는 셀에 대해서는 필터링을 수행하는 대신에 원래 계조값이 이용된다. 예를 들어, 1번째 수평 라인과 2번째 수평 라인 상에 존재하는 셀의 경우 셀(1,1)을 중심으로 3 X 3인 M1 마스크를 이용하여 필터링을 실행할 경우, M1 마스크는 도 6의 좌측 상단에 위치하는 필터와 같이 영상 자체의 경계 영역에 존재하게 된다. 이와 같은 경계 영역에서 필터링이 수행되면 해상도 저하의 문제가 발생하므로 원래 계조값이 그대로 사용된다.

이와 같은 화상처리방법 및 화상처리장치는 플라즈마 표시 패널에서 뿐만 아니라 디지털 신호를 표시하는 다른 표시 장치에서 적용가능하다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사 상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서와 같이 본 발명은 객체와 객체를 구분하고 필터의 크기를 가변하여 각 객체의 영역을 필터링함으로써 해상도의 저하를 막을 수 있다.

Claims (9)

1. 계조신호를 입력받아 처리하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리장치에 있어서,

   상기 입력되는 계조신호를 분석하여 필터링된 계조값과 필터링 하기전의 계조값을 비교하여 객체를 구분하고 상기 객체를 필터링 하고자 하는 특정 위치에 따라 필터의 크기를 가변하여 필터링을 실시하는 계조표현력 향상부를 포함하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 입력된 계조신호의 비트를 증가시키는 선형 스케일러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 계조표현력 향상부는 상기 필터의 크기를 가변하는 과정에서 필터링을 계산한 값의 변화량이 기준값을 넘으면 객체의 경계라고 판단하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 특정 위치는 객체 내에서 중심 픽셀인 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 계조표현력 향상부는 영상 자체의 경계 영역에 존재하는 셀에 대해서는 원래 계조값이 이용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리장치.
6. 계조신호를 입력받아 처리하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리방법에 있어서,

   상기 입력되는 계조신호를 분석하여 필터링된 계조값과 필터링 하기전의 계조값을 비교하여 객체를 구분하고 상기 객체를 필터링 하고자 하는 특정 위치에 따라 필터의 크기를 가변하여 필터링을 실시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 필터의 크기를 가변하는 과정에서 필터링을 계산한 값의 변화량이 기준값을 넘으면 객체의 경계라고 판단하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 특정 위치는 객체 내에서 중심 픽셀인 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리방법.
9. 제6항에 있어서,

   영상 자체의 경계 영역에 존재하는 셀에 대해서는 원래 계조값이 이용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시 패널의 화상처리방법.

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