KR100528887B1 - 게인 보정 장치 - Google Patents

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KR100528887B1
KR100528887B1 KR10-2004-0010955A KR20040010955A KR100528887B1 KR 100528887 B1 KR100528887 B1 KR 100528887B1 KR 20040010955 A KR20040010955 A KR 20040010955A KR 100528887 B1 KR100528887 B1 KR 100528887B1
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Abstract

게인 보정 장치에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 게인 보정 장치는 선명도 향상장치로부터 영상의 미세부분에 대한 선명도를 조절하기 위한 입력 게인값을 입력받아, 입력 게인값을 보정함에 있어서, 입력 게인값이 소정 한계값의 범위를 벗어나는 경우, 입력 게인값을 한계값 내의 소정 값으로 보정하여 제1 보정 게인값을 출력하고, 입력 게인값이 한계값의 범위 이내인 경우 입력 게인값을 출력하는 제1 게인 컨트롤러를 포함하며, 제1 보정 게인값 및 입력 게인값 중 어느 하나에 입력 휘도값을 더하여 입력 영상의 미세부분에 대한 선명도를 조절하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 저휘도에서 영상의 미세부분에 대한 선명도를 과도하게 향상시키는 것을 방지하고, 고휘도에서 영상의 미세부분에 대한 선명도를 충분히 향상시킴으로써 영상의 미세부분에 대한 품질을 전체적으로 향상시키는 효과가 있다.

Description

게인 보정 장치{Gain correcting device}
본 발명은 게인 보정 장치에 관한 것으로, 특히 전체적인 이미지의 세부적인 선명도를 향상시키고, 이미지의 일부 부분에서 발생하는 아티펙트(artifact)를 감소시키기 위한 게인 보정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 프로세싱에서 영상의 미세부분에 대한 선명도(sharpness)를 향상시키기 위해 선명도 향상장치가 사용된다. 선명도 향상장치는 영상의 선명도를 향상시켜 보다 생생한 화질이 재현되도록 하는 장치를 말한다. 영상의 획득이나 전송 과정 등에서 노이즈가 인가되거나 흐려짐과 같은 화질의 열화가 발생하게 되므로, 영상의 미세부분에서 에지(edge) 성분을 강조하여 영상의 선명도를 향상시킬 수 있으며, 이에 의해 전체적으로 재현되는 화질도 개선할 수 있다.
이와 같이 구성된 종래의 선명도 향상장치에 의하면, 영상의 미세부분에 대한 선명도를 향상시키기 위해 휘도값의 게인을 증가시켜야 한다. 그러나, 게인이 과도하게 증가하는 경우, 영상의 일부 경계 부분이 너무 진해져서 마치 그림을 그린 것과 같은 느낌을 주는 아티펙트가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 이러한 아티펙트를 방지하기 위해 게인을 줄이는 경우, 사용자가 원하는 만큼의 이미지 향상을 기대하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 휘도의 게인값을 적절히 조정하여 이미지의 미세부분에 대한 선명도를 향상시키는 동시에 이미지의 일부 부분에서 발생하는 아티펙트를 감소시키기 위한 게인 보정 장치 및 방법을 제공하기 위함이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 게인 보정 장치에 의하면 선명도 향상장치로부터 영상의 미세부분에 대한 선명도를 조절하기 위한 입력 게인값을 입력받아, 입력 게인값을 보정하기 위한 게인 보정 장치에 있어서, 입력 게인값이 소정 한계값의 범위를 벗어나는 경우, 입력 게인값을 한계값 내의 소정 값으로 보정하여 제1 보정 게인값을 출력하고, 입력 게인값이 한계값의 범위 이내인 경우 입력 게인값을 출력하는 제1 게인 컨트롤러를 포함하며, 제1 보정 게인값 및 입력 게인값 중 어느 하나에 입력 휘도값을 더하여 입력 영상의 미세부분에 대한 선명도를 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 게인 보정 장치에 의하면 제1 게인 컨트롤러로부터 입력받은 제1 보정 게인값에 입력 휘도값에 따라 소정 가중치를 주어 제1 보정 게인값을 재보정한 제2 보정 게인값을 출력하는 제2 게인 컨트롤러를 더 포함하며, 제2 보정 게인값에 입력 휘도값을 더하여 입력 영상의 미세부분에 대한 선명도를 조절하는 것이 바람직하다.
여기서, 제1 게인 컨트롤러 및 제2 게인 컨트롤러는, 각각 독립적으로 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명의 주요한 구성부분인 제1 게인 컨트롤러는, 입력 휘도값과 소정 변수를 승산하여 제1 승산값을 출력하는 제1 곱셈기, 입력 휘도값으로부터 제1 승산값을 감산하여 소정 값을 출력하는 감산기, 입력 휘도값과 제1 승산값을 가산하여 소정 값을 출력하는 가산기, 선명도 향상장치로부터 입력받은 입력 게인값과 감산기로부터 입력받은 소정 값을 비교하여, 이 중 최대값을 출력하는 제1 비교기, 및 제1 비교기로부터 입력받은 최대값과 가산기로부터 입력받은 소정 값을 비교하여, 이 중 최소값을 출력하는 제2 비교기를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 소정 변수는, 0.0에서 1.0 이내의 소정 값인 것이 바람직하다.
또한, 제2 비교기에서 출력되는 최소값은, 제1 게인 컨트롤러의 제1 보정 게인값인 것이 바람직하다.
또한, 소정 한계값의 범위는, 감산기에서 출력되는 소정 값인 최소한계값 (LMIN), 및 가산기에서 출력되는 소정 값인 최대한계값(LMAX)에 의해 구분되는 것이 바람직하다.
본 발명의 주요한 구성부분인 제2 게인 컨트롤러는, 입력 휘도값의 로그값에 비례하는 가중치 변수(β)를 산출하는 가중치 변수 산출기, 소정 변수와 가중치 변수(β)를 승산하여 제2 승산값을 출력하기 위한 제2 곱셈기, 및 제1 컨트롤러에서 입력된 제1 보정 게인값 및 선명도 향상장치로부터 입력된 게인값 중 어느 하나와 제2 승산값을 승산하여 제2 보정 게인값을 출력하기 위한 제3 곱셈기를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 가중치 변수(β)는, 다음의 수학식에 의해 산출되는 것이 바람직하다.
여기서, β는 가중치 변수, Y는 입력 휘도값이다.
여기서, 소정 변수는, 0.0에서 1.0 이내의 소정 값인 것이 바람직하다.
이하에서는 예시된 첨부도면을 참조하면 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 게인 보정 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 게인 보정 장치(300)는 제1 게인 컨트롤러(100) 및 제2 게인 컨트롤러(200)를 포함한다.
제1 게인 컨트롤러(100)는 종래의 선명도 향상장치(50)에서 입력받은 게인값(G)에 기초하여 제1 보정 게인값(G´)을 산출한다. 제2 게인 컨트롤러(200)는 제1 게인 컨트롤러(100)로부터 입력받은 제1 보정 게인값(G´)에 기초하여 제2 보정 게인값(G´)을 출력한다. 최종적으로 보정된 제2 보정 게인값(G˝)이 휘도값(Y)에 합해져서 이미지의 미세부분에 대한 선명도를 조절하게 된다.
도 2는 제1 게인 컨트롤러의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 제1 게인 컨트롤러(100)는 곱셈기(110), 가산기(120), 감산기(130) 및 비교기(140)를 포함한다. 비교기(140)는 제1 비교기(142) 및 제2 비교기(144)를 포함한다.
곱셈기(110)는 제1 게인 컨트롤러(100)에 입력되는 휘도값(Y)과 게인보정변수(α)를 승산하여 산출한 제1 승산값을 가산기(120) 및 감산기(130)에 출력한다. 여기서, 제1 승산값은 Yα이다. 또한, 게인보정변수(α)는 0.0에서 1.0 사이의 값을 가지며, 0.0에 가까울수록 선명도 향상장치(50)의 휘도 보정 효과를 감소시키며, 1.0에 가까울수록 선명도 향성장치(50)의 휘도 보정 효과를 증가시킨다.
감산기(120)는 입력 휘도값(Y)에서 곱셈기(110)로부터 제공되는 출력값(Yα)을 감산하여 최소한계값(LMIN)을 산출한다. 여기서, 최소한계값(LMIN)은 아래의 수학식 1과 같다.
LMIN = Y(1-α)
수학식 1에서, LMIN은 최소한계값, Y는 휘도, α는 제1 게인 컨트롤러의 게인보정변수이다.
가산기(130)는 입력 휘도값(Y)과 곱셈기(110)로부터 제공되는 출력값(Yα)을 가산하여 최대한계값(LMAX)을 산출한다. 여기서, 최대한계값(LMAX)은 아래의 수학식 2와 같다.
LMAX = Y(1+α)
수학식 2에서, LMAX는 최대한계값, Y는 휘도, α는 게인보정변수이다.
제1 비교기(142)는 선명도 향상장치(50)로부터 입력된 게인값(G)과 감산기(130)에서 산출된 최소한계값(LMIN)을 비교하여, 이 중 최대값을 제2 비교기(144)로 출력한다.
제2 비교기(144)는 제1 비교기(142)에서 출력된 최대값과 가산기(120)에서 산출된 최대한계값(LMAX)을 비교하여, 이 중 최소값을 출력한다. 제2 비교기(144)에서 최종적으로 출력된 최소값이 제2 게인 컨트롤러(200)로 입력되는 제1 보정 게인값(G´)이다.
위와 같은 과정에 의해, 제1 게인 컨트롤러(100)에서 출력되는 제1보정 게인값(G′)은 아래의 수학식 2와 같다.
G´= MIN(MAX(G, Y(1-α)), Y(1+α))
수학식 3에서 MIN(x,y)는 x와 y 중 최소값을 선택하는 함수를 의미하며, MAX(x,y)는 x와 y 중 최대값을 선택하는 함수를 의미하며, 게인보정변수 α는 0.0에서 1.0 사이의 값을 갖는다.
즉, 제 1게인 컨트롤러(100)는 종래의 선명도 향상장치(50)로부터 입력된 게인값(G)이 소정 한계값(L)을 초과하는 경우에, 상기 게인값(G)을 소정 한계값(L) 내의 소정 값으로 보정한다.
도 3은 입력 휘도가 동일한 3개의 픽셀(A, B, C)에 대해 각각 서로 다른 게인값(GA, GB, GC)을 갖는 경우. 제1 게인 컨트롤러가 동작하여 각 픽셀의 휘도가 보정되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 픽셀 A의 경우 휘도값(Y)이 선명도 향상장치(50)에서 제공된 소정 게인값(GA)에 해당하는 만큼 증가한다. 이 때, 게인값(GA)이 최대한계값 (LMAX) 내에 존재하므로, 제1 게인 컨트롤러(100)는 선명도 향상장치(50)로부터 입력된 게인값(GA)을 그대로 출력한다.
픽셀 B의 경우 최대한계값(LMAX)을 초과하여 게인값(GA)이 적용되므로, 제1 게인 컨트롤러(100)는 게인값(GB)을 최대한계값(LMAX)으로 보정함으로써 제1 보정 게인값(GB´)을 출력한다. 이와 마찬가지로, 픽셀 C의 경우 게인값(GB)이 최소한계값 (LMIN) 미만이므로, 제1 게인 컨트롤러(100)는 게인값(GB)을 최소한계값(LMIN )으로 보정함으로써 제1 보정 게인값(GB´)을 출력한다.
도 4는 제2 게인 컨트롤러의 구성을 나타내는 블럭도이며, 도 5는 제2 게인 컨트롤러에 입력되는 휘도값(Y)과 각 휘도값(Y)에 따라 달리 적용되는 가중치 변수(β)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제2 게인 컨트롤러(200)는 가중치 변수 산출기(210), 제2 곱셈기(220) 및 제3 곱셈기(230)를 포함한다. 제1 게인 컨트롤러(100)로부터 입력되는 제1 보정 게인값(G´)에 입력되는 휘도(Y) 및 입력되는 휘도(Y)에 따라 달리 설정되는 가중치(weight factor)를 승산하여 제2 보정 게인값(G˝)을 출력한다.
가중치 변수 산출기(210)는 휘도값(Y)을 입력받아 가중치 변수(β)를 산출하여 제2 곱셈기(220)로 출력한다. 제2 곱셈기(220)는 제2 게인보정변수(γ)와 가중치 변수 산출기(210)에서 산출된 가중치 변수(β)를 승산하여, 제2 승산값을 제3 곱셈기(230)로 출력한다. 여기서, 제2 승산값은 βγ이다.
제3 곱셈기(230)는 제1 게인 컨트롤러(100)에서 입력된 제1 보정 게인값(G´)과 제2 곱셈기(220)에서 입력된 제2 승산값(βγ)을 다시 승산하여 제3 승산값을 출력한다. 여기서, 제3 승산값이 바로 제2 게인 보정값(G˝)이며, 그 값은 βγG´이다.
먼저, 가중치 변수 산출기(210)에 입력된 휘도값(Y)은 로그 스케일로 변환된 후 가우시안 함수를 통과하여 휘도값(Y)에 따라 가중치가 각각 다르게 산출된다. 이와 같이 산출된 가중치를 8로 나누어 가중치 변수(β)를 구한다. 즉, 가중치 변수(β)는 다음과 같은 수학식 4로 표현할 수 있다.
여기서, Y는 휘도값, β는 가중치 변수, [log2Y]는 가우시안 함수로서 log2Y보다 크지 않은 최대 정수 값을 말한다.
수학식 4에서 가우시안 함수 [log2Y]는 log 함수를 하드웨어적으로 설계하지 않고 간단한 비트 선택으로 구현이 가능하다. 즉, Y가 8비트의 입력인 경우, 최하위 비트로부터 마지막으로 '1'이 나오는 곳의 위치가 가우시안 함수 [log2Y]의 결과값이 된다.
예를 들어, Y가 10진수로 '54'인 경우에 대해 살펴보면 다음과 같다. 10진수 '54'를 2진수로 변환하면 '00110110'이며, 최하위 6번째 비트에서 마지막으로 '1'이 나왔으므로, 가우시안 함수 [log2Y]는 6이 된다.
이 결과값을 8로 나눈 값을 가중치 변수 β로 정의한다. 즉, [log2Y]/8이 β가 된다. 도 5를 참조하면, 가중치 변수 β는 입력 휘도값의 로그 스케일에 비례함을 알 수 있다. 이와 같이 입력되는 휘도값(Y)에 따라 가중치를 설정함으로써 저휘도에서 영상의 미세 부분에 대한 게인을 과도하게 증가시키는 것을 방지할 수 있으며, 고휘도에서 게인값을 충분히 향상시킬 수 있다.
한편, 제2 곱셈기(220)는 가중치 변수 산출기(210)에서 산출된 가중치 변수(β)와 γ를 승산하여 제2 승산값(γβ)을 제3 곱셈기(230)로 출력한다. 여기서, γ는 제2 게인 컨트롤러(200)의 게인보정변수이며, 0.0에서 1.0의 값을 갖는다. 또한, 제2 승산값은 γβ이다. 제3 곱셈기(230)는 제1 게인 컨트롤러(100)로부터 출력된 제1 보정 게인값(G´)과 제2 곱셈기(220)에서 산출된 제2 승산값을 승산하여 아래와 같은 제2 보정 게인값(G˝)을 출력한다.
G˝= γβG´
수학식 5에서, G˝는 제2 보정 게인값, G´는 제1 보정 게인값, γ는 제2 게인 컨트롤러의 게인보정변수, β는 가중치 변수를 말한다.
이와 같은 과정에 의해 최종적으로 산출된 제2 보정 게인값(G˝)이 각 픽셀의 휘도값에 더해져서 입력영상의 미세 부분에 대한 성능을 조절하게 된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서 제1 게인 컨트롤러(100)와 제2 게인 컨트롤러(200)를 통과하여 최종적으로 이미지의 미세부분에 대한 선명도가 조절되는 것으로 구현하였으나, 역순으로 제2 게인 컨트롤러(200)에서 게인값이 보정된 후, 제1 게인 컨트롤러(100)에서 게인값이 재보정되도록 하는 것도 가능한다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예로서, 제1 이득 컨트롤러(100)와 제2 이득 컨트롤러(200) 중 어는 하나만을 사용하여 이미지의 미세부분에 대한 선명도를 조절하는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 게인 보정 장치에 의하면 저휘도에서 영상의 미세부분에 대한 선명도를 과도하게 향상시키는 것을 방지하고, 고휘도에서 영상의 미세부분에 대한 선명도를 충분히 향상시킴으로써 영상의 미세부분에 대한 품질을 전체적으로 향상시키는 효과가 있다.
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 범위에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 게인 보정 장치의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명의 구성부분인 제1 게인 컨트롤러의 구성을 나타내는 블럭도,
도 3은 입력 휘도가 동일한 3개의 픽셀(A, B, C)에 대해 각각 서로 다른 게인값(GA, GB, GC)을 갖는 경우. 제1 게인 컨트롤러가 동작하여 각 픽셀의 휘도가 보정되는 예를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 구성부분인 제2 게인 컨트롤러의 구성을 나타내는 블럭도, 그리고
도 5는 제2 게인 컨트롤러에 입력되는 휘도값(Y)과 각 휘도에 따라 달리 적용되는 가중치와의 관계를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 *
50: 선명도 향상장치 100: 제1 게인 컨트롤러
110: 제1 곱셈기 120: 가산기
130: 감산기 140: 비교기
142: 제1 비교기 144: 제2 비교기
200: 제2 게인 컨트롤러 210: 가중치 변수 산출기
220: 제2 곱셈기 230: 제3 곱셈기
300: 게인 보정 장치

Claims (10)

  1. 선명도 향상장치로부터 영상의 미세부분에 대한 선명도를 조절하기 위한 입력 게인값을 입력받아, 상기 입력 게인값을 보정하기 위한 게인 보정 장치에 있어서,
    상기 입력 게인값이 소정 한계값의 범위를 벗어나는 경우, 상기 입력 게인값을 상기 한계값 내의 소정 값으로 보정하여 제1 보정 게인값을 출력하고, 상기 입력 게인값이 상기 한계값의 범위 이내인 경우 상기 입력 게인값을 출력하는 제1 게인 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 제1 보정 게인값 및 상기 입력 게인값 중 어느 하나에 입력 휘도값을 더하여 입력 영상의 미세부분에 대한 선명도를 조절하는 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 게인 컨트롤러로부터 입력받은 상기 제1 보정 게인값에 상기 입력 휘도값에 따라 소정 가중치를 주어 상기 제1 보정 게인값을 재보정한 제2 보정 게인값을 출력하는 제2 게인 컨트롤러;를 더 포함하며,
    상기 제2 보정 게인값에 상기 입력 휘도값을 더하여 입력 영상의 미세부분에 대한 선명도를 조절하는 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 게인 컨트롤러 및 상기 제2 게인 컨트롤러는,
    각각 독립적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 게인 컨트롤러는,
    입력 휘도값과 소정 변수를 승산하여 제1 승산값을 출력하는 제1 곱셈기;
    상기 입력 휘도값으로부터 상기 제1 승산값을 감산하여 소정 값을 출력하는 감산기;
    상기 입력 휘도값과 상기 제1 승산값을 가산하여 소정 값을 출력하는 가산기;
    상기 선명도 향상장치로부터 입력받은 입력 게인값과 상기 감산기로부터 입력받은 소정 값을 비교하여, 이 중 최대값을 출력하는 제1 비교기; 및
    상기 제1 비교기로부터 입력받은 최대값과 상기 가산기로부터 입력받은 소정 값을 비교하여, 이 중 최소값을 출력하는 제2 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소정 변수는,
    0.0에서 1.0 이내의 소정 값인 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2 비교기에서 출력되는 최소값은,
    상기 제1 게인 컨트롤러의 제1 보정 게인값인 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 소정 한계값의 범위는,
    상기 감산기에서 출력되는 소정 값인 최소한계값(LMIN), 및
    상기 가산기에서 출력되는 소정 값인 최대한계값(LMAX)에 의해 구분되는 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제2 게인 컨트롤러는,
    상기 입력 휘도값의 로그값에 비례하는 가중치 변수(β)를 산출하는 가중치 변수 산출기;
    소정 변수와 상기 가중치 변수(β)를 승산하여 제2 승산값을 출력하기 위한 제2 곱셈기; 및
    상기 제1 컨트롤러에서 입력된 제1 보정 게인값 및 상기 선명도 향상장치로부터 입력된 게인값 중 어느 하나와 상기 제2 승산값을 승산하여 제2 보정 게인값을 출력하기 위한 제3 곱셈기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가중치 변수(β)는,
    다음의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치:
    여기서, β는 가중치 변수, Y는 입력 휘도값이다.
  10. 제8항에 있어서, 상기 소정 변수는,
    0.0에서 1.0 이내의 소정 값인 것을 특징으로 하는 게인 보정 장치.
KR10-2004-0010955A 2004-02-19 2004-02-19 게인 보정 장치 KR100528887B1 (ko)

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