KR100587587B1 - 영상표시장치의 진짜색 재현 방법 - Google Patents

영상표시장치의 진짜색 재현 방법 Download PDF

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Abstract

영상표시장치의 종류나 제품에 무관하게
Figure 112005066283903-pat00001
표준 영상 장치에서 보여지는 색과 일치된 색을 나타내도록 각 영상표시장치의 색 특성에 맞게 입력 신호를 변환시키는 영상표시장치의 진짜색 재현 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 영상표시장치에 입력되는 입력신호가 표준영상장치에 입력되었을 때 화면으로 출력될 색의 삼자극치를 계산하는 제1단계와, 상기 삼자극치에서 상기 영상표시장치의 바탕색의 삼자극치를 각각 감해서 영상표시장치에서 나타내고자하는 목표색의 삼자극치로 설정하는 제2단계와, 영상표시장치의 삼원색의 색도 좌표를 측정하여 특성행렬을 구하고 상기 영상표시장치의 특성행렬을 이용하여 영상표시장치의 삼원색 각각의 감도특성함수를 구하는 제3단계와, 상기 영상표시장치의 특성행렬을 이용하여 영상표시장치에서 목표색을 나타내는데 필요한 각 원색의 Y 휘도를 알아내는 제4단계와, 상기 영상표시장치의 감도특성함수를 이용하여 상기 휘도에 대응되는 입력신호를 산출하는 제5단계로 이루어진다.
sRGB 표준영상장치, 영상표시장치 간 색 일치, 진짜색, 색역, 색온도, 감마

Description

영상표시장치의 진짜색 재현 방법{True color reproduction method of a video display device}
도 1은 영상표시장치의 특성행렬과 감마특성함수를 산출하는 과정도
도 2는 영상표시장치가 표준영상장치의 진짜색과 일치된 색을 나타낼 수 있는 입력 신호를 구하는 과정도
도 3은 영상표시장치와 표준영상장치의 색역이 다를 경우 목표색을 변조시키는 과정도
디지털 정보화시대에서 컴퓨터 모니터나 TV, 그리고 전광판 같은 영상 표시 장치는 정보를 즉각적으로 눈으로 볼 수 있게 해주는 장치로써 현대사회에서 없어서는 안 될 중요한 매체가 되고 있다. 그러나 영상 표시 장치의 종류나 제조 회사에 따라 동일한 정보를 다른 색으로 보여주기 때문에 정확한 정보를 제공하지 못하고 있는 실정이다. 이러한 문제가 이전에는 대수롭지 않았으나. 점차 디지털 카메라나 스캐너와 같은 장치가 보편화되면서 아날로그 정보를 간편하게 디지털 정보로 바꿀 수 있게 됨에 따라 영상 표시 장치의 색 왜곡은 산업 전반에 치명적인 영향을 미치고 있다. 예를 들어 인터넷 쇼핑 매장에 전시되어 있는 상품의 색이 실물과 다르게 보여 반품되는 경우가 빈번하고, 원격 진료 시 얼굴색이 실제와 다르게 보이면 오진의 가능성이 높아진다. 따라서 영상 표시 장치가 종류나 제조 회사에 무관하게 실물의 진짜색을 나타낼 수 있는 기술이 절실히 필요하다. 종래에는 영상의 밝기만을 증가시키는 영상 처리 기술이 주로 개발되었으며 실물의 진짜색을 내게 하는 기술에는 관심이 없었다. 현재는 영상표시장치 색 일치를 위하여 외국 제품을 수입하여 국내에서 판매되고 있으나 가격이 비쌀 뿐 아니라 정확도가 낮아 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다.
영상표시장치는 색을 나타내는 특성이 제품마다 다르기 때문에 동일한 신호가 입력되어도 화면에 표시되는 색이 다르게 된다. 색 특성이 다른 가장 근본적인 이유는 영상표시장치가 내는 세 종류의 빛이 제품마다 달라 나타낼 수 있는 색 영역이 다르기 때문이다. 마치 그림을 그릴 때 원색 물감을 어떤 색으로 선택하느냐에 따라 표현할 수 있는 혼합색의 범위(색역)가 달라지는 것과 같다. 또한 최대 입력 신호에 대해 방출되는 삼원색 빛의 세기비율을 나타내는 색온도가 제품마다 다르게 설정되어 있기 때문이다. 마지막으로 중요한 이유는 영상표시장치의 입력신호에 대해 방출되는 빛의 휘도 관계를 나타내는 감마가 제품마다 다르기 때문이다.
본 발명은 영상표시장치의 종류나 제품에 무관하게
Figure 112003049262763-pat00002
표준영상장치가 내는 진짜색과 일치된 색을 나타내도록 영상표시장치의 색 특성 요소인 색역, 색온 도, 그리고 감마를 고려하여 입력 신호를 변환시키는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에서는 1996년 HP사와 MS사를 중심으로 제정된
Figure 112005066283903-pat00003
색공간을 준수하는 영상표시장치를 표준으로 한다.
Figure 112005066283903-pat00004
색 공간의 색역은 HDTV 규격인 ITU-R BT.709을 따르고 백색의 색온도는 6500K이며 감마는 2.2 지정되어 있다. 또한 관측조건은 ISO 규격, 그리고 관측자나 측정방법은 CIE/IEC 규격에 따라 객관적으로 정의되어 있다. 따라서 표준영상장치에 입력되는 신호
Figure 112005066283903-pat00005
와 화면으로 출력되는 색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00006
는 일대일 대응된다. 일반적으로 영상표시장치의 색 특성은
Figure 112005066283903-pat00007
표준영상장치와 다르므로 영상표시장치에서 동일한 삼자극치를 나타내기 위해서는 입력 신호
Figure 112005066283903-pat00008
가 각 장치의 색 특성에 맞는 입력 신호
Figure 112005066283903-pat00009
으로 변환되어야 한다. 이를 위해서는 영상표시장치의 색 특성 변수인 색역, 색온도, 감마를 정확히 산출해 내고 이를 고려하여 각 영상표시장치에 알맞은 입력신호를 추정해 내는 기술이 필요하다.
상기의 목적을 이루기 위하여 본 발명은, 영상표시장치에 입력되는 입력신호가 표준영상장치에 입력되었을 때 화면으로 출력될 색의 삼자극치를 계산하는 제1단계와, 상기 삼자극치에서 상기 영상표시장치의 바탕색의 삼자극치를 각각 감해서 영상표시장치에서 나타내고자하는 목표색의 삼자극치로 설정하는 제2단계와, 영상표시장치의 삼원색의 색도 좌표를 측정하여 특성행렬을 구하고 상기 영상표시장치의 특성행렬을 이용하여 영상표시장치의 삼원색 각각의 감도특성함수를 구하는 제3단계와, 상기 영상표시장치의 특성행렬을 이용하여 영상표시장치에서 목표색을 나타내는데 필요한 각 원색의 Y 휘도를 알아내는 제4단계와, 상기 영상표시장치의 감도특성함수를 이용하여 상기 휘도에 대응되는 입력신호를 산출하는 제5단계를 포함한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.
삭제
도 1은 영상표시장치의 특성행렬과 감마특성함수를 정확히 산출하는 과정을 나타내는 순서도이다.
먼저, 센서부를 통해 측정된 Y 자극치 휘도와 입력 신호의 관계를 산출함으로써, 대상 영상 표시 장치의 밝기(Brightness)와 명암도(Contrast)를 최적상태로 세팅한다(S100). 좀더 상세하게 설명하면, 영상 표시 장치의 명암도 및 밝기 조절 장치의 명암도 레벨 및 밝기 레벨을 소정의 값으로 세팅하는 단계, 다수의 무채색 화면을 순차적으로 상기 영상 표시 장치에 전시하여 상기 전시된 무채색 화면 각각의 휘도(luminance)를 센서부를 통해 측정하여 상기 측정된 휘도 값들에 따른 영상 신호를 얻는 단계, 상기 밝기 조절 장치의 밝기 레벨을 변화시키면서 상기 밝기 레벨의 변화에 따른 다수의 영상 신호들을 얻어 상기 영상 신호들과 밝기의 관계를 산출하는 단계(제 1 산출 단계), 상기 명암도 조절 장치의 지정된 명암도 레벨을 다른 값으로 세팅한 뒤, 상기 영상 신호를 얻는 단계 내지 상기 영상 신호들의 관계를 산출하는 단계를 반복하는 단계(제 2 산출 단계), 및 상기 제 1 및 제 2 산출 단계 각각에서 얻은 상기 영상 신호들의 관계들을 이용하여 최적의 밝기 레벨을 산출하고 상기 최적의 밝기 레벨로 상기 밝기 조절 장치를 조정한 뒤 상기 명암도 조절 장치의 명암도 레벨을 사용자가 조정하는 단계로 이루어지며, 이는 종래기술인 특허 등록번호 제 0375867호(영상표시장치의 최적상태 설정을 위한 밝기 및 명암도 조정 방법 및 장치)에 기재되어 있다.
그 다음으로 입력 신호
Figure 112003049262763-pat00010
를 0,0,0부터 255,255,255 사이를 등간격으로 N 단계로 나누어서 영상표시장치에 입력하여 화면에 바탕색부터 최대 백색까지 N단계의 무채색을 순차적으로 나타낸 후, 255,0,0, 0,255,0, 0,0,255를 입력하여 최대 휘도의 삼원색을 순차적으로 나타낸다(S110). 본 발명에서는 많은 실험을 통해서 최적의 N값으로 33을 구하였다. 이때 33단계로 나누어 입력하는 것은 입력신호를 적정한 단계로 나누어 입력함으로써 최소한의 측정회수로 대상 장치의 색특성을 산출하기 위한 것이다.
33 단계로 나뉘어진 입력신호가 영상표시장치에 입력되면, 측색기로 영상표시장치에서 출력되는 각 색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00011
를 측정하게 된다(S120). 33등분 이외의 입력 신호에 대한 출력색의 삼자극치는 보간법으로 구한다. 따라서 입력신호가 너무 적은 단계로 이루어지면 정확한 입력신호의 재현이 어렵게 되고, 입력신호가 너무 많은 단계로 이루어지면 측정회수가 증대하게 된다.
상기 측정된 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00012
로부터 색도좌표
Figure 112005066283903-pat00013
를 구한다(S130). 이는 식 1에서
Figure 112005066283903-pat00014
가 구해지며,
Figure 112005066283903-pat00015
이므로
Figure 112005066283903-pat00016
두 좌표를 이용하여 임의의 색을 표현할 수 있는 특성을 가진다.
식 1
Figure 112003049262763-pat00017
,
Figure 112003049262763-pat00018
,
Figure 112003049262763-pat00019
구해진 색도좌표
Figure 112003049262763-pat00020
로부터, 대상 영상표시장치 장치의 빨간색이 최대의 세기로 방출될 때의 색도좌표
Figure 112003049262763-pat00021
가 구해지며, 대상 영상표시장치의 녹색이 최대의 세기로 방출될 때의 색도좌표
Figure 112003049262763-pat00022
가 구해지며, 대상 영상표시장치의 파란색이 최대의 세기로 방출될 때의 색도좌표
Figure 112003049262763-pat00023
가 구해진다. 이로부터 대상 영상표시장치의 특성행렬은 식2로 산출된다(S140).
식 2
Figure 112003049262763-pat00024
상기 식2의 특성행렬 M은 역행렬
Figure 112005066283903-pat00025
로 변환되고, 식3과 같이 역행렬
Figure 112005066283903-pat00026
과 상기 측정된 영상표시장치의 무채색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00027
를 곱함으로써 각 무채색을 나타내기 위해 영상표시장치에서 방출된 삼원색의 Y 자극치 휘도, 즉
Figure 112005066283903-pat00028
를 산출할 수 있다. 33단계의 무채색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00029
를 수학식 3에 대입하면 각 입력 신호에 대한 삼원색의 Y 자극치를 계산할 수 있다.
식 3
Figure 112003049262763-pat00030
이상의 과정으로부터, 영상표시장치의 입력신호
Figure 112003049262763-pat00031
의 33단계 변화에 대해 출력되는 무채색의 Y 자극치 휘도
Figure 112003049262763-pat00032
가 얻어진다. 따라서, 입력신호
Figure 112003049262763-pat00033
와 휘도값
Figure 112003049262763-pat00034
의 관계함수를 33개의 좌표값으로부터 얻을 수 있으며, 상기 얻어진 함수는 이로부터 감마값을 산출할 수 있는 감마특성함수이다(S150).
이때 입력 신호 0부터 255까지 전 구간에 대해 동일 함수로 정확하게 묘사되지 않는 경우는 다음과 같이 두 구간으로 나누어 각 구간의 함수를 구하면 정확도를 높일 수 있다. 즉,
Figure 112003049262763-pat00035
일때는 ,
Figure 112003049262763-pat00036
일때는
Figure 112003049262763-pat00037
로 구분하여 구한다.
도 2는 특성행렬과 감마특성함수를 적용하여 영상표시장치가 표준영상장치의 진짜색을 나타낼 수 있도록 영상표시장치의 색온도와 감마를 고려하여 입력 신호를 구하는 과정을 나타낸다. 즉, 영상표시장치에서 나타내고자하는 목표색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00038
를 설정하고 이를 영상표시장치로 정확하게 나타낼 수 있는 입력 신호
Figure 112005066283903-pat00039
을 산출하는 단계들로 구성된다.
영상표시장치에 입력되는 신호
Figure 112005066283903-pat00040
로 부터 표준 영상 장치에서 나타낼 색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00041
를 식 4를 사용하여 계산하고(S210), 이로부터 영상표시장치의 바탕색 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00042
를 뺀
Figure 112005066283903-pat00043
를 영상표시장치에서 나타내고자하는 목표색의 삼자극치로 정한다(S220). 실제 영상표시장치는 신호가 (0,0,0)인 흑색상태에도 암전류가 흘러서 화면에 색이 나타나며, 이를 바탕색이라 표현한다. 따라서 목표색을 정확하게 표시하기 위해서는 목표색 삼자극치에서 바탕색 삼자극치를 감한 삼자극치를 낼 수 있는 입력신호를 구해야 한다.
식 4
Figure 112003049262763-pat00044
인 경우는
Figure 112003049262763-pat00045
Figure 112003049262763-pat00046
인 경우는
Figure 112003049262763-pat00047
두 경우 모두
Figure 112003049262763-pat00048
에 대응되는 입력 신호
Figure 112003049262763-pat00049
는
Figure 112003049262763-pat00050
다음으로 도 1에서 산출된 영상표시장치의 특성행렬을 적용하여 영상표시장치에서 목표색을 나타내는데 필요한 삼원색의 Y 자극치 휘도
Figure 112003049262763-pat00051
를 알아낸다(S230). 다음으로 도 1에서 산출된 영상표시장치의 감마특성함수에 상기 삼원색의 Y 자극치 휘도
Figure 112003049262763-pat00052
를 적용함으로써 이에 해당되는 입력 신호
Figure 112003049262763-pat00053
을 구한다(S240). 식 5에는 일례로써
Figure 112003049262763-pat00054
을 구하는 방법을 나타내었다. 이때, 감마특성함수는 입력신호의 크기에 따라 두개 이상의 함수로도 표현될 수 있다.
식 5
Figure 112003049262763-pat00055
의 해
Figure 112003049262763-pat00056
,
Figure 112003049262763-pat00057
의 해
Figure 112003049262763-pat00058
Figure 112003049262763-pat00059
이면
Figure 112003049262763-pat00060
,
Figure 112003049262763-pat00061
이면
Figure 112003049262763-pat00062
일반적으로 영상표시장치의 색역(나타낼 수 있는 색의 범위)은 표준영상장치의 색역과 다소의 차이를 보인다. 영상표시장치의 색역이 표준영상장치의 색역보다 좁은 경우, 두 장치의 공통 색역 내에 위치하는 색들은 정확하게 나타낼 수 있으나 공통 색역 밖의 색은 나타낼 수 없다. 따라서 두 장치의 색역 차이가 큰 경우에는 영상을 이루고 있는 색들 중에 영상표시장치로 표현할 수 없는 색의 수가 증가하게 된다. 이런 경우에는 도 3에 나타낸 바와 같이 영상을 이루고 있는 색들의 밝기와 색도를 일정하게 변조시켜 영상표시장치의 목표색으로 정함으로써 각 색은 표준영상장치의 출력색과 차이가 있지만 영상표시장치로 전 색을 다 나타내어 전체적인 색감을 일치시키는 방법을 사용한다.
도 3은 표준영상장치 출력색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00063
를 수학식 6을 사용하여 밝기와 색도를 나타내는 X
Figure 112005066283903-pat00064
로 변환시킨 다음(S310) 수학식 7을 사용하여 밝기와 색도를
Figure 112005066283903-pat00065
로 변조한다(S320). 이를 다시 수학식 8을 사용하여
Figure 112005066283903-pat00066
로 변환하고(S330), 여기서 영상표시장치의 바탕색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00067
를 뺀
Figure 112005066283903-pat00068
을 목표색의 삼자극치로 정하는 과정을 나타낸다(S340). 상기 목표색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00069
와 상기 영상표시장치의 특성행렬을 이용하여 영상표시장치에서 목표색을 나타내는 데 필요한 삼원색의 Y자극치 휘도를 알아낸 뒤, 상기 영상표시장치의 감도특성함수를 이용하여 상기 삼원색의 Y 자극치 휘도에 대응되는 입력신호
Figure 112005066283903-pat00070
를 산출한다. 그래서, 입력신호
Figure 112005066283903-pat00071
을 영상표시장치에 입력하면 화면에 나타나는 색은 표준영상장치의 화면에 출력되는 색의 삼자극치
Figure 112005066283903-pat00072
와는 차이가 있지만 영상을 구성하는 색 간의 관계는 그대로 유지되어 전체적인 색감이 일치된다.
수학식 6
Figure 112003049262763-pat00073
여기서
Figure 112003049262763-pat00074
은 D65 광원의 삼자극치
수학식 7
Figure 112003049262763-pat00075
여기서
Figure 112003049262763-pat00076
은 영상표시장치의 최저 밝기와 최대 밝기를 나타내고,
Figure 112003049262763-pat00077
은 표준영상장치의 최저 밝기와 최대 밝기를
나타낸다.
Figure 112003049262763-pat00078
,
Figure 112003049262763-pat00079
여기서
Figure 112003049262763-pat00080
으로 영상표시장치와 표준영상장치의 색역의 차이가
클수록 적은 값을 갖는다.
수학식 8
Figure 112003049262763-pat00081
여기서
Figure 112003049262763-pat00082
은 D65 광원의 삼자극치
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 색역, 색온도 혹은 감마가 서로 다른 영상표시장치들 간의 색 일치를 이룰 수 있을 뿐 아니라 사물의 진짜색을 나타낼 수 있어 정확한 정보 전달이 가능하게 된다. 정지 영상의 경우 본 발명의 알고리즘을 구현한 소프트웨어로 각 픽셀의 신호를 변환시키고, 동 영상의 경우는 알고리즘이 기록된 칩을 영상 표시 장치에 내장함으로써 실시간으로 신호를 변환시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 영상표시장치에 입력되는 입력신호가 표준영상장치에 입력되었을 때 화면으로 출력될 색의 삼자극치를 계산하는 제1단계와,
    상기 삼자극치에서 상기 영상표시장치의 바탕색의 삼자극치를 각각 감해서 영상표시장치에서 나타내고자하는 목표색의 삼자극치로 설정하는 제2단계와,
    영상표시장치의 삼원색의 색도 좌표를 측정하여 특성행렬을 구하고 상기 영상표시장치의 특성행렬을 이용하여 영상표시장치의 삼원색 각각의 감도특성함수를 구하는 제3단계와,
    상기 영상표시장치의 특성행렬을 이용하여 영상표시장치에서 목표색을 나타내는데 필요한 각 원색의 Y 휘도를 알아내는 제4단계와,
    상기 영상표시장치의 감도특성함수를 이용하여 상기 휘도에 대응되는 입력신호를 산출하는 제5단계
    로 이루어진 영상표시장치의 진짜색 재현방법.
  2. 삭제
  3. 상기 제1항에 있어서,
    상기 영상표시장치의 특성행렬을 구하는 단계는,
    센서부를 통해 측정된 Y 자극치 휘도와 입력신호의 관계를 산출함으로써, 영상표시장치의 밝기(brightness)와 명암도(contrast)를 최적상태로 세팅하는 단계와,
    상기 영상표시장치의 입력신호를 0, 0, 0부터 255, 255, 255사이를 N등분하여 입력하여 화면에 N 단계의 무채색을 순차적으로 나타낸 후, (255, 0, 0), (0, 255, 0), (0, 0, 255)를 입력하여 최대휘도의 삼원색을 순차적으로 나타내는 단계와,
    상기 영상표시장치에서 출력되는 각 색의 삼자극치를 상기 N개의 분할된 입력신호에 대하여 색측정 장치를 이용하여 구하는 단계와,
    상기 색출력에 대한 삼자극치로부터 빨간색, 파란색, 녹색이 각각 최대의 세기로 방출될 때의 색도좌표를 구하고, 이를 이용하여 상기 영상표시장치의 특성행렬을 산출하는 단계
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상표시장치의 진짜색 재현 방법.
  4. 상기 제1항에 있어서,
    상기 영상표시장치의 감도특성함수를 구하는 단계는,
    상기 영상표시장치의 특성행렬과 측정된 영상표시장치의 무채색의 삼자극치를 곱함으로써 각 무채색을 이루기 위해 영상표시장치에서 방출된 삼원색의 Y 자극치 휘도를 산출하는 단계와,
    상기 N개의 분할된 입력신호와 N 개의 출력되는 삼원색의 Y 자극치 휘도로부터 감도특성함수를 구하는 단계
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상표시장치의 진짜색 재현 방법.
  5. 상기 제1항에 있어서,
    상기 감마특성함수는 두개 이상의 함수로 표현될 수 있는 것을 특징으로 하는 영상표시장치의 진짜색 재현 방법.
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