KR100441595B1 - 색온도 변환장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

입력되는 모든 영상의 색온도를 로버슨 알고리듬에서 구한 색온도와 거의 정확하게 검출할 수 있는 색온도 변환장치 및 방법이 개시된다. 색온도 변환장치는, 입력되는 영상데이터의 RGB신호를 CIE좌표계의 XYZ값으로 변환하는 XYZ변환부, 변환된 XYZ값에 대응되는 픽셀의 X좌표 및 Y좌표를 산출하는 색도계산부, X좌표에 근거하여 색온도를 산출할 경우에 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에 위치되는 색온도와 영상데이터의 실제 색온도 사이의 X좌표차이값 및 Y좌표차이값에 기초하여 색도계산부에 의해 산출된 X좌표를 보정하는 오프셋보정부, 보정된 X좌표에 기초하여 입력되는 영상데이터의 색온도를 산출하는 색온도계산부, 및 색온도계산부에 의해 산출된 색온도를 소정 색온도로 변환시켜 출력하기 위한 색온도변환부를 구비한다. 이로써, 색온도 변환장치는 입력되는 모든 영상의 색온도를 로버슨 알고리듬에서 구한 색온도와 거의 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 넓은 범위에서 색온도를 검출하여 사용자가 원하는 영상을 변환시킬 수 있게 된다.

Description

색온도 변환장치 및 방법{Color conversion system and method using the same}
본 발명은 색온도 변환장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 칼라디스플레이 시스템에서의 색조변환을 위한 색온도변환장치 및 방법에 관한 것이다.
사람이 정경을 바라볼 때 전체적으로 느껴지는 색조는 조명의 특성에 따라 서로 다르게 나타난다. 예를 들면, 백열등 하에서는 전체적으로 붉은 색조를 띄고, 일광 하에서는 백열등에 비하여 푸른 색조를 나타낸다. 즉, 색조는 색온도가 높으면 푸른색 계열로 나타나고, 색온도가 낮으면 붉은색 계열로 나타난다. 이때, 전체적으로 나타나는 색조는 색온도와 관련되며, 색조를 변경하려면 색온도를 변경해야만 한다. 색온도(color temperature)란 완전한 열방사에 의한 빛의 온도를 말하는 것으로써, 그 단위는 켈빈(Kelvin)[K]이다.
칼라 디스플레이 시스템은 TV, DTV, TFT(Thin Film Transistor) 모니터, 칼라 프린터, 디지털 카메라, 프로젝터, 핸드폰과 같이 사용자에게 정보를 시각적으로 전달할 필요가 있는 기기들에 널리 사용되고 있다. 칼라 디스플레이 시스템의 시각적 특성때문에 상관색온도(correlated color temperature)를 정확히 계산할 필요가 있다. 광원의 상관색온도란 광원의 칼라가 같은 경우 흑체(blackbody radiator)의 온도로써, 그 단위는 켈빈[K]이다. 즉, 상관색온도는 광원의 파장을 표준 비교 측정 수치인 켈빈 스케일로 나타낸 것이다.
칼라 모델(color models)은 칼라를 색조(hue), 채도(saturation), 색도(chroma), 명도(lightness) 및 휘도(brightness)와 같은 속성들(attributes)에 따라 분류(classify)하여 분류된 그 칼라를 특정짓는데 사용된다. 칼라 모델에는 RGB(red, green, blue) 모델, HSB/HLS 모델, 문셀(Munsell) 칼라 시스템 및 CIE 칼라 모델 등이 있다. CIE 칼라 모델은 조명장치(lightings)에 관한 표준을 정하는 국제 조명 위원회(International Commission on Ilumination)에서 결정한 것이다. CIE 칼라 모델에는 CIE_XYZ, CIE_LUV, 및 CIE_LAB가 있다. CIE_XYZ 칼라 모델은 RGB 3자극값(tristimulus values)을 모두 양의 부호를 가지는 다른 3자극값의 세트인 XYZ로 나타낸 것이다. CIE_XYZ 칼라 모델은 색도(chromaticity) 다이아그램을 이용한 모델이다.
일반적으로 색온도를 검출하는 방법으로 CIE_XYZ 칼라 모델의 X축과 Y축을 이용하는 로버슨 알고리듬(Robertson algorithm)이 이용된다. 도 1은 로버슨 알고리듬을 이용한 색온도 검출방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 도 1의 색온도 검출방법을 도식화한 도면이다. 도면을 참조하여 로버슨 알고리듬을 이용한 색온도 검출방법을 설명한다.
종래의 색온도 검출방법은 '칼라 사이언스(Color Science)' 제 2판, 페이지 224 내지 229에 개시되어 있다. 종래의 색온도 검출방법은 광원에 대응하는 2차원 색도 좌표값으로부터 가장 근접한 색온도선(isotemperature line)을 선택함으로써 광원의 색온도를 구하는 방법이다. 색온도선은 선택된 광원에 대한 색온도값을 표시한 선이다. 입력된 영상의 RGB 색도 좌표값으로 부터 계산된 CIE 1931 다이아그램의 2차원 색도 좌표값(이하, XY 색도 좌표값이라 함) (xs, ys)을 입력받는다(S110).
XY 색도 좌표값 (xs, ys)는 CIE 1960 UCS 다이아그램의 2차원 색도 좌표값(이하, UV 색도 좌표값이라 함) (Us, Vs)으로 변환된다(S120). UV 색도 좌표값 (Us, Vs)는 수학식 1에 의해 계산된다.
,
CIE 1960 UCS 다이어그램의 UV 색도 좌표값으로 부터 계산된 UV 색도 좌표값 (Us, Vs)에 가장 인접한 두 개의 색온도선을 선택한다(S130).
UV 색도 좌표값 (Us, Vs)과 선택된 두 개의 색온도선 사이의 거리(dj, dj+1)를 구한다(S140). 거리(dj)는 수학식 2에 의해 계산된다.
여기서, Us와 Vs는 입력된 영상에 대한 UV 색도 좌표값이다. 그리고, Uj와 Vj는 기울기가 tj인 선택된 j 번째 색온도선이 통과하는 UV 색도 좌표값들을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이 입력된 색도 좌표값 (Us, Vs)는 선택된 두 개의 색온도선 사이에 놓이므로, 상기 수학식 2에 의해 계산된 거리의 비율인 dj/dj+1는 항상 음의 값이 된다.
거리 계산 단계(S140)에서 계산된 두 개의 거리값(dj, dj+1)으로 부터 상관 색온도(Tc)를 계산한다(S150). 여기서, 선택된 두 개의 색온도 Tj와 Tj+1사이의 플랭키안 궤적(Planckian Locus: PL)은 선택된 두 개의 색온도선 A와 B의 교차점을 그 중심점으로 하는 원호로 대체할 수 있다고 하는 가정이 전제된다. 또한, 상관 색온도는 이 원호를 따르는 거리의 선형함수라고 가정된다. 상기한 두 개의 가정에 의해 입력된 UV 색도 좌표값 (Us, Vs)에 대응하는 상관 색온도(Tc)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서, θj과 θj+1는 선택된 두 개의 색온도선 각각과 UV좌표 (Us, Vs)를 지나 색온도선 A, B의 교차점과 만나는 상관 색온도선 사이의 각도이다. θj과 θj+1가 작은 인접 색온도선에 대해서는이 되므로 수학식 3은 다음과 같이 된다.
상기한 바와 같은 종래 2차원 색온도 계산 방법은 계산이 복잡하여, 이를 하드웨어로 구현하려면 UV 색도 좌표를 사용하는 2차원 계산 장치가 필요하다. 특히, 하드웨어 구현시 상관 색온도(Tc)의 정밀도를 고려하면, 거리(dj)를 계산하기 위한 제곱근기가 필요하다. 여기에 입력값의 범위를 지정하기 위한 비교기, 곱셈기, 나눗셈기 등이 더 필요하다. 결과적으로, 종래 2차원 색온도 검출 방법을 하드웨어로 구현하는 것은 크기와 원가면에서 실용성 및 활용성이 매우 낮은 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 1차원의 색도값(Xs)을 이용하여 색온도를 계산하고, 계산된 색온도에 기초하여 입력된 영상의 RGB의 색온도값을 목표하는 RGB의 색온도값으로 변환하는 색온도 변환장치가 연구되었다.
도 3은 일반적인 색온도 변환장치를 개략적으로 도면이다. 도면을 참조하면, 색온도 변환장치는 XYZ변환부(301), 픽셀정리부(303), 색도계산부(305), 색온도계산부(307), 변환행렬산출부(309), 행렬연산부(311), 및 목표색온도 출력부(313)를구비한다.
도면을 참조하면, XYZ변환부(301)는 인지광원을 검출하기 위해 입력되는 영상데이터의 RGB신호를 CIE좌표계의 XYZ값으로 변환시킨다. 픽셀정리부(303)는 XYZ변환부(301)에 의해 변환된 CIE좌표계의 XYZ값을 수신하여 조명색도 Xs의 계산을 위해 불필요한 픽셀을 제거한다. 불필요한 픽셀이 제거된 CIE좌표계의 XYZ값은 색도계산부(305)에 전송된다. 색도계산부(305)는 수신된 CIE좌표계의 XYZ값으로부터 조명색도 Xs를 계산한다. 계산된 조명색도 Xs는 색온도계산부(307)에 전송된다. 색온도계산부(307)는 색도계산부(305)로부터 입력된 1차원의 조명색도 Xs에 기초하여 수학식 5에 의해 입력된 영상데이터의 색온도를 계산한다.
1) 입력 영상의 색온도(Tcc
2) 입력 영상의 색온도(Tc)가 7000K ≤Tc〈 25000K인 경우,
1차원 색도 좌표값을 이용하여 산출된 색온도는 도 4와 같이, CIE 좌표계의 화이트 라인(white line)에 위치하고 대부분의 영상은 화이트포인트 라인의 근처에 조명 색도값이 위치하기때문에 수학식 5에 의해 산출된 색온도는 로버슨 알고리듬을 이용하여 검출된 색온도와 큰 차이가 없다.
변환행렬산출부(309)는 목표로 하는 색온도를 산출하기 위한 변환행렬을 계산한다. 변환행렬은 입력된 영상데이터의 색온도와 목표색온도의 상관관계를 이용하여 수학식 6에 따라 계산된다.
여기서,은 변환 매트릭스이고,은 목표 색온도에 대한 매트릭스이며,은 입력 영상의 색온도에 대한 매트릭스이다.
행렬연산부(311)는 변환행렬산출부(309)에 의해 산출된 변환행렬과 CIE 좌표계의 XYZ 신호를 RGB값으로 변환하기 위한 행렬을 곱한다. 이로써, CIE 좌표계에 대한 변환행렬은 RGB에 대한 변환행렬로 전환된다. 행렬연산부(311)에 의해 전환된 변환행렬은 목표색온도 출력부(313)에 전송된다. 목표색온도 출력부(313)는 행렬연산부(311)로부터 수신한 변환행렬을 입력된 영상데이터의 XYZ변환된 행렬에 곱하여 목표색온도의 RGB값 즉, 목표색온도의 영상데이터를 출력한다. 출력되는 영상데이터는 수학식 7과 같이 표현된다.
여기서,는 목표 색온도에 따른 RGB 요소이고,
는 변환 매트릭스이고,
는 입력 영상의 색온도에 따른 3자극 요소이다.
상기한 바와 같이, 일반적인 색온도 변환장치는 하드웨어의 크기 문제로 인해 조명 색도값인 Xs와 Ys를 같이 사용하는 색온도를 구하는 로버슨 알고리듬을 사용하지 않고, Ys와 관계없이 Xs와 색온도의 관계식인 수학식 5를 사용하여 색온도를 구하게 된다. 이렇게 구한 색온도는 도 4의 화이트포인트 라인에 위치하게 된다. 대부분의 영상이 화이트포인트 라인의 근처에 조명 색도값이 위치하므로 로버슨 알고리듬과 수학식 5를 이용하여 검출한 색온도의 차이는 크지 않다.
그러나, 조명 색도값 중 Xs값만을 사용하기 때문에 조명 색도값이 화이트포인트 라인보다 멀리 떨어진 단색 패턴의 영상(Green 영상)이 입력될 경우 정확한 색온도를 검출하지 못하게 된다. 또한, 색온도 변환장치에 사용된 색온도 검출수식에 의하면 색온도를 구하는 식이 4,000K ~ 25,000K 까지의 범위를 가지고 있기 때문에 색온도가 낮은 영상이 입력되는 경우 하드웨어에서 색온도가 3,000K(3,000K ~ 4,000K는 4,000K ~ 7,000K 의 수식을 사용한다)으로 고정되게 된다. 이로 인해 색온도가 낮은 붉은 영상이 입력될 경우 색온도를 제대로 검출하지 못하게 된다.
상기의 문제들로 인해 입력되는 영상이 심하게 왜곡되는 경향이 발생되며,색온도 변환장치는 사용자가 원하는 색온도로 영상을 변환시키지 못하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 입력되는 모든 영상의 색온도를 로버슨 알고리듬에서 구한 색온도와 거의 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 넓은 범위에서 색온도를 검출하여 사용자가 원하는 영상을 변환시킬 수 있는 색온도 변환장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 로버슨 알고리듬을 이용한 색온도 검출방법을 나타낸 흐름도,
도 2는 도 1의 색온도 검출방법을 도식화한 도면,
도 3은 일반적인 색온도 변환장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 4는 도 3의 색온도계산에 사용된 CIE 좌표계를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 색온도 변환장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 6은 도 5의 장치에 의한 색온도 변환과정을 나타낸 흐름도,
도 7은 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에 위치되는 색온도와 영상데이터의 실제 색온도 사이의 X좌표차이값 및 Y좌표차이값을 산출하는 방법을 도식적으로 나타낸 도면,
도 8은 도 7의 X좌표차이값과 Y좌표차이값의 관계를 도식적으로 나타낸 도면,
도 9는 조명 색도값인 X좌표값을 보정하는 방법을 도식적으로 나타낸 도면,
도 10은 로버슨 알고리듬과 수치해석에 의해 산출한 식을 도시한 그래프, 그리고
도 11은 로버슨 알고리듬에 의해 산출된 색온도와 도 5의 장치에 의해 산출된 색온도의 차이를 보여주기 위한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
401 : XYZ변환부 403 : 픽셀정리부
405 : 색도계산부 407 : 오프셋보정부
409 : 색온도계산부 420 : 색온도변환부
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 색온도 변환장치는, 입력되는 영상데이터의 RGB신호를 CIE좌표계의 XYZ값으로 변환하는 XYZ변환부, 변환된 상기 XYZ값에 대응되는 픽셀의 X좌표 및 Y좌표를 산출하는 색도계산부, 상기 X좌표에 근거하여 색온도를 산출할 경우에 상기 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에 위치되는 색온도와 상기 영상데이터의 실제 색온도 사이의 X좌표차이값 및 Y좌표차이값에 기초하여 상기 색도계산부에 의해 산출된 상기 X좌표를 보정하는 오프셋보정부, 보정된 상기 X좌표에 기초하여 입력되는 상기 영상데이터의 색온도를 산출하는 색온도계산부, 및 상기 색온도계산부에 의해 산출된 상기 색온도를 소정 색온도로 변환시켜 출력하기 위한 색온도변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 색도계산부는 다음식에 의해 X좌표값을 산출한다.
1) 입력되는 상기 영상데이터의 색온도(T)가 4000K ≤T ≤25000K인 경우에는,
2) 입력 영상의 색온도(T)가 1650K ≤Tc≤4000K인 경우에는,
에 의하여 입력되는 영상데이터의 X좌표값을 산출한다.
또한, 상기 색도계산부는, 다음식에 의해 상태 1 내지 상태 3 중의 어느 하나에 의해 상기 화이트포인트라인 상에 위치되는 상기 색온도의 Y좌표(Yc)를 산출한다.
1) 상태 1
입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위가 4000K < T < 25000K이고, X좌표 ≤ 0.38405인 경우
Yc= 3.0817580(X좌표)3-5.8733867(X좌표)2+3.75112997(X좌표)-0.37001483
2) 상태 2
입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위가 2222K < T < 4000K이고, X좌표 ≤ 0.50338인 경우
Yc= -0.9549476(X좌표)3-1.37418593(X좌표)2+2.09137015(X좌표)-0.16748867
3) 상태 3
그 외의 경우
Yc= -1.1063814(X좌표)3-1.34811020(X좌표)2+2.18555832(X좌표)-0.20219683
상기 오프셋보정부는 산출된 상기 화이트포인트라인 상의 Y좌표(Yc)와 입력되는 상기 영상데이터의 Y좌표의 차이로부터 상기 Y좌표차이값을 산출한다.
또한, 상기 오프셋보정부는, 산출된 상기 Y좌표차이값을 다음식에 대입하여 상기 X좌표차이값을 산출한다.
여기서,이고,
이며, a, b, c, 및 d는 산출된 상기 X좌표의 범위 및 상기 Y좌표차이값의 범위에 대하여 최대 및 최소의 영역에 위치된 네 개의 점이다. 또한, e 및 f는 상기 X좌표에 의해 산출된 상기 색온도가 지나는 점이고,는 i+1 번째 a점에 입력된 영상데이터의 X좌표값(i=1, 2, ... )이며,는 상기 X좌표차이값이고,는 상기 Y좌표차이값이다.
한편, 본 발명에 따른 색온도 변환장치에 의하면, 입력되는 영상데이터의 RGB신호를 CIE좌표계의 XYZ값으로 변환하는 단계, 변환된 상기 XYZ값에 대응되는 픽셀의 X좌표 및 Y좌표를 산출하는 단계, 상기 X좌표에 근거하여 색온도를 산출할 경우에 상기 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에 위치되는 색온도와 상기 영상데이터의 실제 색온도 사이의 X좌표차이값 및 Y좌표차이값에 기초하여 상기 색도계산부에 의해 산출된 상기 X좌표를 보정하는 단계, 보정된 상기 X좌표에 기초하여 입력되는 상기 영상데이터의 색온도를 산출하는 단계, 및 상기 색온도산출단계에 의해 산출된 상기 색온도를 소정 색온도로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 색온도 변환방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 색온도 변환장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도면을 참조하면, 색온도 변환장치는, XYZ변환부(401), 픽셀정리부(403), 색도계산부(405), 오프셋보정부(407), 색온도계산부(409), 및 색온도변환부(420)를 구비한다. 색온도변환부(420)는 변환행렬산출부(421), 행렬연산부(423), 및 목표색온도출력부(425)를 구비한다.
XYZ변환부(401)는 3 ×3 행렬을 연산하여 입력되는 영상데이터의 RGB신호를 CIE좌표계의 XYZ값으로 변환시킨다. 픽셀정리부(403)는 XYZ변환부(401)에 의해 변환된 CIE좌표계의 XYZ값을 수신하여 모든 픽셀에 대해 조명색도 계산에 불필요한 자체 발광에 의한 픽셀을 제거한다. 색도계산부(405)는 불필요한 픽셀이 제거된 XYZ값을 수신하여 X좌표값 및 Y좌표값을 산출한다. 오프셋보정부(407)는 색도계산부(405)에 의해 산출된 X좌표값에 근거하여 색온도를 산출할 경우에 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에 위치되는 색온도와 영상데이터의 실제 색온도 사이의 X좌표차이값 및 Y좌표차이값에 기초하여 색도계산부(405)에 의해 산출된 X좌표값을 보정한다. 색온도계산부(409)는 오프셋보정부(407)에 의해 보정된 X좌표값에 기초하여입력되는 영상데이터이 색온도를 산출한다. 변환행렬산출부(421)는 소정의 목표로 하는 색온도를 산출하기 위한 3 ×3의 제1변환행렬을 산출한다. 행렬연산부(423)는 CIE좌표계의 XYZ값을 RGB값으로 변환하는 3 ×3의 제2변환행렬과 변환행렬산출부(421)에 의해 산출된 제1변환행렬을 곱하여 3 ×3의 제3변환행렬을 산출한다. 목표색온도츨력부(425)는 행렬연산부(423)에 의해 산출된 제3변환행렬과 입력되는 영상데이터의 XYZ값을 연산하여 목표로하는 색온도의 RGB값을 산출한다.
도 6은 도 5의 장치에 의한 색온도 변환과정을 나타낸 흐름도이다. 도면을 참조하여 본 발명에 따른 색온도 변환장치의 작용을 보다 상세하게 설명한다.
XYZ변환부(401)는 3 ×3 행렬을 연산하여 입력되는 영상데이터의 RGB신호를 CIE좌표계의 XYZ값으로 변환한다(S601). 변환된 XYZ값은 픽셀정리부(403)로 전송된다. 픽셀정리부(403)는 XYZ변환부(401)에 의해 변환된 CIE좌표계의 XYZ값을 수신하여 모든 픽셀에 대해 조명색도 계산에 불필요한 자체 발광에 의한 픽셀을 제거한다(S603). 불필요한 픽셀이 제거된 XYZ값은 색도계산부(405)에 전송된다. 색도계산부(405)는 불필요한 픽셀이 제거된 XYZ값을 수신하여 수학식 8 및 수학식 9에 의해 X좌표값 및 Y좌표값을 산출한다(S605).
1) 입력되는 상기 영상데이터의 색온도(T)가 4000K ≤T ≤25000K인 경우에는,
2) 입력 영상의 색온도(T)가 1650K ≤Tc≤4000K인 경우에는,
1) 상태 1
입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위가 4000K < T < 25000K이고, X좌표 ≤ 0.38405인 경우
Yc= 3.0817580(X좌표)3-5.8733867(X좌표)2+3.75112997(X좌표)-0.37001483
2) 상태 2
입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위가 2222K < T < 4000K이고, X좌표 ≤ 0.50338인 경우
Yc= -0.9549476(X좌표)3-1.37418593(X좌표)2+2.09137015(X좌표)-0.16748867
3) 상태 3
그 외의 경우
Yc= -1.1063814(X좌표)3-1.34811020(X좌표)2+2.18555832(X좌표)-0.20219683
오프셋보정부(407)는 색도계산부(405)에 의해 산출된 Y좌표에 기초하여 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상의 Y좌표(Yc)와 입력되는 영상데이터의 Y좌표의 차이로부터 Y좌표차이값을 산출한다(S607). 도 7을 참조하면, 입력되는 영상데이터의 X좌표를 이용하여 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상의 Y좌표(Yc)를 구하면, 영상데이터의 Y좌표와 화이트포인트라인 상의 Y좌표 사이에는 Y좌표차이값만큼의 오차가 있음을 알 수 있다.
오프셋보정부(407)는 산출된 상기 Y좌표차이값을 수학식 10에 대입하여 X좌표차이값을 산출한다(S607).
여기서,이고,
이며, a, b, c, 및 d는 산출된 상기 X좌표의 범위 및 상기 Y좌표차이값의 범위에 대하여 최대 및 최소의 영역에 위치된 네 개의 점이다. 또한, e 및 f는 상기 X좌표에 의해 산출된 상기 색온도가 지나는 점이고,는 i+1 번째 a점에 입력된 영상데이터의 X좌표값(i=1, 2, ... )이며,는 상기 X좌표차이값이고,는 상기 Y좌표차이값이다. 입력되는 영상데이터의 조명색도값 X좌표 및 Y좌표를 이용하여 로버슨 알고리듬에 의한 색온도를 구한다. 로버슨 알고리듬에 의한 색온도 산출방법은 상기한 바와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
로버슨 알고리듬에 의한 색온도를 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에서의 색온도와 X좌표의 관계식인 수학식 5에 대입하면 입력되는 영상데이터의 X좌표 및Y좌표를 지나는 색온도선이 CIE좌표계의 화이트포인트라인과 교차하는 점의 X좌표값(X_dd)을 알 수 있다. 구하여진 X좌표(X_dd)와 입력되는 영상데이터의 X좌표의 차이를 구함으로써 X좌표차이값을 산출할 수 있게 된다.
도 8은 도 7의 X좌표차이값과 Y좌표차이값의 관계를 도식적으로 나타낸 도면이다. 여기서, X좌표값이 0.15~0.58, 0.02의 간격을 가지고 있고 Y좌표차이값이 -0.125, -0.1, -0.075, -0.05, -0.025, 0, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 일때의 X좌표차이값을 메모리(도시하지 않음)에 저장한다. 조명 색도값이 입력된다면 해당되는 X좌표값 범위와 Y좌표차이값의 범위를 찾아 4개의 점을 저장된 값에서 추출하게 된다. 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이 X좌표가 0.15~0.17 사이의 값이 입력되고 산출된 Y좌표차이값이 0.4~0.5 사이의 값을 가지는 경우 X좌표가 0.15와 0.17의 라인과 Y좌표차이값이 0.4와 0.5라인과 만나는 4개의 점에 해당되는 메모리에 저장된 X좌표차이값을 가지고 비례식인 수학식 10을 이용하면 입력되는 조명 색도값에 해당하는 X좌표차이값을 구할 수 있다. 먼저 도 9에서 저장된 값 중 a와 b를 이용하여 수학식 10을 이용하여 e값을 구하고, 같은 방법으로 f값을 구한다. 이렇게 구한 e 및 f 값을 수학식 10에 대입하면 최종 보정해야할 X좌표차이값을 구할 수 있다. 이렇게 얻은 X좌표차이값에 X좌표값을 더하면 최종 보정된 X좌표값을 구할 수 있게 된다. 이와 같은 방법으로 오프셋보정부(407)는 색도계산부(405)에 의해 산출된 X좌표값에 근거하여 색온도를 산출할 경우에 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에 위치되는 색온도와 영상데이터의 실제 색온도 사이의 X좌표차이값 및 Y좌표차이값에 기초하여 색도계산부(405)에 의해 산출된 X좌표값을 보정한다(S609). 색온도계산부(409)는 오프셋보정부(407)에 의해 보정된 X좌표값에 기초하여 입력되는 영상데이터이 색온도를 산출한다(S611). 여기서, 색온도는 수학식 5에 의한 방법에서 경계점인 4000K의 부분(X좌표값 = 0.38405)에 불연속이 생기는 문제를 해결하기 위하여 수학식 5와 수학식 8을 모두 사용하여 도 10과 같이 구하였다. 수학식 5에 의한 방법과 수학식 8에 의한 방법은 거의 일치함을 알 수 있다. 이렇게 해석적으로 구한 식을 색온도계산부(409)에 적용하여 1650K~25000K 범위의 색온도를 구할 수 있게 되며 이로써, 색온도의 왜곡을 줄일 수 있게 된다. 변환행렬산출부(421)는 소정의 목표로 하는 색온도를 산출하기 위한 3 ×3의 제1변환행렬을 산출한다. 행렬연산부(423)는 CIE좌표계의 XYZ값을 RGB값으로 변환하는 3 ×3의 제2변환행렬과 변환행렬산출부(421)에 의해 산출된 제1변환행렬을 곱하여 3 ×3의 제3변환행렬을 산출한다. 목표색온도츨력부(425)는 행렬연산부(423)에 의해 산출된 제3변환행렬과 입력되는 영상데이터의 XYZ값을 연산하여 목표로하는 색온도의 RGB값을 출력한다(S613).
본 발명에 따른 색온도 변환장치를 이용하여 CIE좌표계로부터 가장 멀리 떨어져 있는 특정 단색패턴을 입력하여 시뮬레이션 한 결과는 표 1과 같다.
입력되는 영상데이터 로버슨 알고리듬에 의한 결과 1차원방법에 의한 결과 본 발명에 의한 결과
Red 1667 1650 1650
Green 7245 25000 7254
Blue 25000 25000 25000
Cyan 25000 25000 25000
Yellow 3629 1812 3620
Magenta 1979 4773 2180
표 1에서 2차원인 로버슨 알고리듬을 이용하여 구한 색온도는 1650K ~ 25000K 를 계산영역으로 사용하였다. 본 발명에 의한 색온도 변환장치를 사용한 결과 거의 모든 영상이 로버슨 알고리듬에서 구한 색온도에 근접한다는 사실을 알 수 있다.
도 11은 조명색도 X좌표값과 Y좌표값을 0.15~0.56, 0.23~0.8까지 단계별로 주었을 경우 로버슨 알고리듬과 본 발명에 의한 색온도 변환장치에 의한 색온도의 차이를 퍼센트로 나타내었다. 대체적으로 전 범위에서 약 5퍼센트 정도의 오차를 가짐을 알 수 있고, 4000K 이하의 경우 3퍼센트 정도의 오차를 가짐을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 색온도 변환장치는 입력되는 모든 영상의 색온도를 로버슨 알고리듬에서 구한 색온도와 거의 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 넓은 범위에서 색온도를 검출하여 사용자가 원하는 영상을 변환시킬 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (8)

  1. 입력되는 영상데이터의 RGB신호를 CIE좌표계의 XYZ값으로 변환하는 XYZ변환부;
    입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위에 따라 대응되는 픽셀의 X좌표를 산출하며, 산출된 상기 X좌표의 범위에 기초하여 상기 픽셀의 Y좌표를 산출하는 색도계산부;
    상기 색도계산부에 의해 산출된 상기 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에 위치되는 상기 Y좌표와 입력되는 상기 영상데이터의 Y좌표의 차이로부터 Y좌표차이값을 산출하고, 산출된 상기 Y좌표차이값에 기초하여 산출된 상기 X좌표를 보정하는 오프셋보정부;
    보정된 상기 X좌표에 기초하여 입력되는 상기 영상데이터의 색온도를 산출하는 색온도계산부; 및
    상기 색온도계산부에 의해 산출된 상기 색온도를 RGB값으로 변환하여 출력하는 색온도변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 색온도 변환장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 색도계산부는 다음의 식에 의해 X좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 색온도 변환장치:
    1) 입력되는 상기 영상데이터의 색온도(T)가 4000K ≤T ≤25000K인 경우,
    2) 입력 영상의 색온도(T)가 1650K ≤Tc≤4000K인 경우,
  3. 제 2항에 있어서, 상기 색도계산부는,
    상태 1 내지 상태 3 중의 어느 하나에 의해 상기 화이트포인트라인 상에 위치되는 상기 색온도의 Y좌표(Yc)를 산출하고,
    1) 상태 1
    입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위가 4000K < T < 25000K이고, X좌표 ≤ 0.38405인 경우
    Yc= 3.0817580(X좌표)3-5.8733867(X좌표)2+3.75112997(X좌표)-0.37001483
    2) 상태 2
    입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위가 2222K < T < 4000K이고, X좌표 ≤ 0.50338인 경우
    Yc= -0.9549476(X좌표)3-1.37418593(X좌표)2+2.09137015(X좌표)-0.16748867
    3) 상태 3
    그 외의 경우
    Yc= -1.1063814(X좌표)3-1.34811020(X좌표)2+2.18555832(X좌표)-0.20219683
    상기 오프셋보정부는 산출된 상기 화이트포인트라인 상의 Y좌표(Yc)와 입력되는 상기 영상데이터의 Y좌표의 차이로부터 상기 Y좌표차이값을 산출하는 것을 특징으로 하는 색온도 변환장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 오프셋보정부는,
    산출된 상기 Y좌표차이값을 다음의 식에 대입하여 상기 X좌표차이값을 산출하는 것을 특징으로 하는 색온도 변환장치:
    여기서,,
    ,
    a, b, c, 및 d는 산출된 상기 X좌표의 범위 및 상기 Y좌표차이값의 범위에 대하여 최대 및 최소의 영역에 위치된 네 개의 점,
    e 및 f는 상기 X좌표에 의해 산출된 상기 색온도가 지나는 점,
    는 i+1 번째 a점에 입력된 영상데이터의 X좌표값(i=1, 2, ... )
    는 상기 X좌표차이값이고,
    는 상기 Y좌표차이값이다.
  5. 입력되는 영상데이터의 RGB신호를 CIE좌표계의 XYZ값으로 변환하는 단계;
    입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위에 따라 대응되는 픽셀의 X좌표를 산출하며, 산출된 상기 X좌표의 범위에 기초하여 상기 픽셀의 Y좌표를 산출하는 단계;
    산출된 상기 CIE좌표계의 화이트포인트라인 상에 위치되는 상기 Y좌표와 입력되는 상기 영상데이터의 Y좌표의 차이로부터 Y좌표차이값을 산출하고, 산출된 상기 Y좌표차이값에 기초하여 산출된 상기 X좌표를 보정하는 단계;
    보정된 상기 X좌표에 기초하여 입력되는 상기 영상데이터의 색온도를 산출하는 단계; 및
    상기 색온도산출단계에 의해 산출된 상기 색온도를 RGB값으로 변환하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 색온도 변환방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 X좌표산출단계는 다음의 식에 의해 X좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 색온도 변환방법:
    1) 입력되는 상기 영상데이터의 색온도(T)가 4000K ≤T ≤25000K인 경우,
    2) 입력 영상의 색온도(T)가 1650K ≤Tc≤4000K인 경우,
  7. 제 6항에 있어서, 상기 Y좌표산출단계는,
    상태 1 내지 상태 3 중의 어느 하나에 의해 상기 화이트포인트라인 상에 위치되는 상기 색온도의 Y좌표(Yc)를 산출하고,
    1) 상태 1
    입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위가 4000K < T < 25000K이고, X좌표 ≤ 0.38405인 경우
    Yc= 3.0817580(X좌표)3-5.8733867(X좌표)2+3.75112997(X좌표)-0.37001483
    2) 상태 2
    입력되는 상기 영상데이터의 색온도의 범위가 2222K < T < 4000K이고, X좌표 ≤ 0.50338인 경우
    Yc= -0.9549476(X좌표)3-1.37418593(X좌표)2+2.09137015(X좌표)-0.16748867
    3) 상태 3
    그 외의 경우
    Yc= -1.1063814(X좌표)3-1.34811020(X좌표)2+2.18555832(X좌표)-0.20219683
    상기 보정단계는 산출된 상기 화이트포인트라인 상의 Y좌표(Yc)와 입력되는 상기 영상데이터의 Y좌표의 차이로부터 상기 Y좌표차이값을 산출하는 것을 특징으로 하는 색온도 변환방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 보정단계는,
    산출된 상기 Y좌표차이값을 다음의 식에 대입하여 상기 X좌표차이값을 산출하는 것을 특징으로 하는 색온도 변환방법:
    여기서,,
    ,
    a, b, c, 및 d는 산출된 상기 X좌표의 범위 및 상기 Y좌표차이값의 범위에 대하여 최대 및 최소의 영역에 위치된 네 개의 점,
    e 및 f는 상기 X좌표에 의해 산출된 상기 색온도가 지나는 점,
    는 i+1 번째 a점에 입력된 영상데이터의 X좌표값(i=1, 2, ... )
    는 상기 X좌표차이값이고,
    는 상기 Y좌표차이값이다.
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