KR100710302B1 - 디스플레이 장치의 색보정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 입력소스로부터 제공되는 영상들을 동일한 색으로 재현하기 위한 것으로, 디스플레이 장치에 수신된 영상신호의 R,G,B 값을 각각 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환하는 단계와; 상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계와; 상기 디스플레이 장치의 특성화 모델을 근거로 하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 디스플레이 가능한 영상신호로 변환하는 단계를 포함한다.

특성화 모델, GOG, 색역 사상, 색역 확장

Description

디스플레이 장치의 색보정 장치 및 방법{Apparatus and method for compensating color of video signal in a display device}

도 1은 본 발명의 색보정 장치의 구성을 나타낸 블록도,

도 2는 도 1의 제 2 영상신호 변환부(9개 채널에 기반한 역방향 GOG 모델)을 나타낸 블록도,

도 3은 D65광원하의 ITUBT.709 색도값과 PDP 기준 백색점으로 Bradford 변환을 사용하여 변환한 색도값을 나타낸 그래프,

도 4는 xy 색 공간 상에서 디스플레이 장치의 색역을 나타낸 도면,

도 5는 xy 색 공간 상에서 색역 확장하는 방법을 나타낸 도면,

도 6은 색역 확장을 수행하지 않은 공통 영역을 나타낸 도면,

도 7은 입력 RGB값으로부터 최종 출력값 R'G'B'을 변환하는 과정을 나타낸 흐름도,

도 8은 입력 RGB값으로부터 최종 출력값 R'G'B'을 변환하는 과정을 매트릭스 형태로 나타낸 도면,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11 : 제 1 영상신호 변환부 12 : 색신호 변환부

13 : 색역 사상 및 확장부 14 : 제 2 영상신호 변환부

15 : 제 3 영상신호 변환부 21 : 매트릭스 변환부

22 : 휘도 보상부 23 : 모델링부

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 다양한 입력소스로부터 제공되는 영상들을 동일한 색으로 재현하기 위한 디스플레이 장치의 색보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 서로 다른 입력원에서 제공되는 영상신호들이 하나의 디스플레이 장치에서 디스플레이 될 때, 그 영상신호들의 색상은 조금씩 다르게 재현된다. 예를 들어, 공중파, 위성을 통해 동일한 방송 프로그램이 디스플레이 장치에 제공된다고 하더라도 상기 디스플레이 장치 상에서 보여지는 상기 방송 프로그램의 색상은 입력원에 따라 조금씩 다르다. 또한, 동일한 영상을 서로 다른 디스플레이 장치에 디스플레이 하는 경우에도 상기 디스플레이 장치에 따라 상기 영상의 색은 다르게 나타난다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 디스플레이 장치가 표현할 수 있는 색의 범위를 충분히 사용하는 동시에 가능한 디스플레이 장치가 표현할 수 있는 유사한 색으로 변환하는 색역 사상과 입력 사상의 화질을 향상하기 위한 색역 확장 과정이 적용되어야 한다.

방송 신호의 경우, 표준 색역이 정의되어 있지만, 캠코더, DVD 등과 같은 입 력 장치와 LCD, PDP, LCD 프로젝션 등과 같은 출력 장치는 제조 회사별로 표현할 수 있는 색 표현 범위가 다르게 설정되어 있다. 따라서, 출력 장치에서 최적의 색을 표현하기 위해서는 출력 장치에 따른 색역 사상 및 확장 과정이 적용된다.

기존의 색역 사상 및 확장 기법은 인간 시각 특성이 반영된 균등 색 자극 공간(CIELAB, CIECAM97...)에서 수행된다. 하지만 이러한 경우, 디스플레이 장치의 색 공간에서 균등 색 공간으로의 변환 과정이 필요하며, 균등 색 공간에서 디스플레이 장치가 표현할 수 있는 색역의 3차원 경계를 설정해야 한다. 이처럼 기존의 색역 사상 및 확장 기법은 복잡한 과정을 포함하고 있으며, 동영상에 직접 적용하기 위해서는 하드웨어 구현 및 연산의 복잡도가 증가한다.

본 발명은 상술한 종래 기술들의 단점을 보완하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간소화된 과정을 통해 영상의 색을 일정하게 재현하는 디스플레이 장치의 색보정 장치 및 색보정 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 색보정 장치는, 수신된 영상신호의 R,G,B 값을 각각 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환하는 제 1 영상 변환부; 상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 색역 사상 및 확장부와; 상기 디스플레이 장치의 특성화 모델을 근거로 하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 디스플레이 가능한 영상신호로 변환하는 제 2 영상 변환부를 포함한다.

상기 제 1 영상 변환부는, 상기 영상신호의 R,G,B 값을 각각 다수개씩 샘플링하고, 상기 샘플링된 R,G,B 값들을 각각 상기 표준 색 자극치 값으로 변환한다.

상기 색역 사상 및 확장부는, 상기 디스플레이 장치의 백색점을 기준으로 상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상을 수행한다. 상기 색역 사상 및 확장부는, 상기 수신된 영상신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역을 비교하고, 상기 영상신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역 간의 차이에 따라 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 확장을 수행한다.

상기 디스플레이 장치의 특성화 모델은, 9개 채널의 GOG(Gain Offset Gamma) 모델이다.

상기 제 2 영상 변환부는, 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 다수개의 채널로 분리하는 매트릭스 변환부와; 상기 채널별로 분리된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z의 휘도값을 보상하는 휘도 보상부와; 상기 채널별로 분리된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 채널별로 설정된 함수에 대입하는 다수개의 모델링부를 포함한다.

본 발명의 색보정 방법은, 디스플레이 장치에 수신된 영상신호의 R,G,B 값을 각각 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환하는 단계와; 상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계와; 상기 디스플레이 장치의 특성화 모델을 근거로 하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 디스플레이 가능한 영상신호로 변환하는 단계를 포함한다.

상기 디스플레이 장치에 수신된 영상신호의 R,G,B 값을 각각 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환하는 단계는, 상기 영상신호의 R,G,B 값을 각각 다수개씩 샘플링하 는 단계와; 상기 샘플링된 R,G,B 값들을 각각 상기 표준 색 자극치 값으로 변환하는 단계를 포함한다.

상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계에서, 상기 디스플레이 장치의 백색점을 기준으로 상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상을 수행한다.

상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계는, 상기 수신된 영상신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역을 비교하는 단계와; 상기 영상신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역 간의 차이에 따라 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 확장을 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 색보정 방법은, 상기 디스플레이 장치의 색 순응 모델을 이용하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z의 색도 값을 변경하는 단계를 더 포함한다. 상기 색 순응 모델은, 본 크리스(von Kries) 모델, 브래드포드(Bradford) 모델 중에 어느 하나 이다.

본 발명의 다른 형태의 색보정 장치는, 디스플레이 장치에 수신된 R,G,B 신호에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 색역 사상 및 확장부와; 상기 R,G,B 신호를 각각 다수개의 채널로 분리하고, 상기 채널별 R,G,B 신호를 기설정된 특성화 모델에 적용하여 디스플레이 될 영상 데이터를 출력하는 영상 변환부를 포함한다.

상기 영상 변환부는, 상기 R,G,B 신호를 각각 3개씩의 채널로 분리하고, 상 기 채널별 R,G,B 신호 값을 각각 채널별로 설정된 함수에 대입하여 디스플레이 될 영상 데이터를 계산한다.

본 발명의 다른 형태의 색보정 방법은, 디스플레이 장치에 수신된 R,G,B 신호에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계와; 상기 R,G,B 신호를 각각 다수개의 채널로 분리하는 단계와; 상기 채널별 R,G,B 신호를 기설정된 특성화 모델에 적용하는 단계를 포함한다.

상기 채널별 R,G,B 신호를 기설정된 특성화 모델에 적용하는 단계에서, 상기 채널별 R,G,B 신호 값을 각각 채널별로 설정된 함수에 대입하여 디스플레이 될 영상 데이터를 계산한다.

상기 색보정 방법은, 상기 R,G,B 신호 각각의 간섭 성분을 제거하는 단계를 더 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 색보정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 영상신호 변환부(11)는 공중파, 위성, 케이블 등을 통해 방송신호를 수신하고, 상기 수신된 방송신호의 R,G,B 값을 각각 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환한다. 상기 제 1 영상신호 변환부(11)는 상기 방송신호의 R,G,B 값을 각각 다수개씩 샘플링하고, 상기 샘플링된 R,G,B 값들을 각각 상기 표준 색 자극치 값으로 변환한다.

색신호 변환부(12)는 상기 제 1 영상신호 변환부(11)에서 출력된 상기 표준 색 자극치값을 수신하고, 디스플레이 장치의 색 순응 모델을 이용하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z의 색도 값을 조절한다. 상기 색 순응 모델은 본 크리스(von Kries) 모델 또는 브래드포드(Bradford) 모델 중 하나이다.

색역 사상 및 확장부(13)는 상기 색신호 변환부(12)에서 출력된 상기 표준 색 자극치 값을 수신하고, 디스플레이 장치의 백색점을 기준으로 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행한다. 또한, 상기 색역 사상 및 확장부(13)는 상기 방송신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역을 비교하고, 상기 방송신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역 간의 차이에 따라 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 확장을 수행한다.

제 2 영상신호 변환부(14)는 상기 색역 사상 및 확장부(13)에서 출력된 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 수신하고, 디스플레이 장치의 특성화 모델을 근거로 하여 상기 표준 색 자극치 값을 디스플레이 가능한 영상데이터로 변환한다. 여기서, 상기 특성화 모델은 9개 채널의 GOG(Gain Offset Gamma) 모델이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 영상신호 변환부(14)는, 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 다수개의 채널로 분리하는 매트릭스 변환부(21)와, 상기 채널별로 분리된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z의 휘도값을 보상하는 휘도 보상부(22)와, 상기 채널별로 분리된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 채널별로 설정된 함수에 대입하여 디스플레이 될 영상 데이터를 계산하는 다수개의 모델링부(23)를 포함한다.

제 3 영상신호 변환부(15)는 DVD 플레이어, VCR 등과 같은 외부 기기로부터 외부 영상신호를 수신하고, 상기 수신된 외부 영상신호의 종류를 판단한다. 그리 고, 상기 수신된 외부 영상신호의 R,G,B를 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환한 후, 상기 색신호 변환부(12)에 전송한다.

본 발명의 색보정 방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

동일한 입력 영상 신호를 출력 영상 신호에 정확하게 표현하기 위해서는 각 장치의 기준 백색점(white reference point), 장치가 표현할 수 있는 색역의 범위 등을 고려한 칼라 운영 시스템이 필요하다. 즉 정확한 색 재현을 위해서는 입력 신호와 출력 신호의 기준 백색점의 차이를 인간 시각 특성에 기반한 색 순응 모델을 사용하여 보상하고, 표현할 수 있는 색역의 범위를 조절하는 색역 사상(color gamut mapping) 및 색역 확장 기법을 적용하여야 한다.

HDTV 표준 방송 입력 신호인 ITUBT.709 신호의 경우 기준 백색점은 D65로 정의되어 있으나, 동일색 재현을 위한 출력 장치인 PDP, LCD, LCD projection의 경우 기준 백색점은 9,000K~11,000K의 범위를 가진다. 따라서 기준 백색점이 다른 장치의 경우, 기준 백색점이 다른 환경에서 동일하게 인지되는 색을 재현하는 기법인 인간 시각 특성 기반의 색 순응 모델이 적용 되어야 한다. 그리고 ITUBT.709 입력 신호의 색역이 출력 디스플레이 장치인 PDP, LCD, LCD projection에 비해 상대적으로 작게 나타나기 때문에 출력 장치에 따라 최적의 값을 재현하기 위해서는 색역 사상 및 색역 확장 과정의 칼라 운영 시스템이 필요하다. 기준 백색점 변환을 위해서는 정확도와 성능의 최적화를 위해서 Bradford 변환 모델을 적용하였고, 색역 사상 및 색역 확장은 색상값은 유지하면서 최대 채도를 유지할 수 있도록 색도값 좌표인 xy평면 상에서의 색역 변환을 수행한다.

HDTV 표준 방송 신호로써 ITU.BT-709에 정의된 값은 기준 광원이 D65이고, 백색점의 xy 색도 좌표는 (0.3127, 0.329)이다. 이 때의 소스 삼원색의 색도값은 Red의 경우 (0.64, 0.33), Green은 (0.3, 0.6), Blue는 (0.15, 0.06)으로 정의되어 있다. 선형화된 RGB에 대한 CIEXYZ값으로의 변환 함수는 다음과 같다.

그의 역변환은

같이 수행된다. 표준 방송 신호의 경우, 입력과 출력에 대한 규정된 변환 함수가 존재하기 때문에 이를 각 디스플레이 장치의 입력값으로 인가한다.

HDTV 표준 방송 신호인 ITUBT.709 신호를 CIEXYZ값으로 상기 변환 함수를 사용하여 변환하고, 이를 xy 색도값 좌표로 다음과 같이 계산한다.

,

디스플레이 장치의 경우 표준 방송 신호의 규격에 정확하게 대응하는 값으로 설정하게 되면 정확한 색 표현이 가능하지만 일반적인 경우 장치의 색 온도, 주색 성분의 색도값, 및 색역 등이 다르기 때문에 적절한 칼라 운영 시스템을 적용하여야 한다.

디스플레이 장치의 색온도는 디스플레이 장치에 백색값(R=255, G=255, B=255)을 인가하여 측색기로 CIEXYZ값을 측정하여 계산한다. 출력 디스플레이 장치의 경우, 국내 디스플레이 장치의 백색 선호도에 의해서 표준 HDTV 신호의 6503K와는 달리 9000K 이상의 색온도로 설정되어 있다. 즉 표준 방송 신호의 백색점이 D65 광원으로 설정되어 있지 않고, 좀 더 파란색의 색감이 나타나는 높은 색온도의 값으로 설정되어 있다. 그렇기 때문에 디스플레이 장치의 색온도를 측정하여 입력 신호에 D65 광원에 대응되는 장치의 백색점을 기준으로 하는 신호로 변환할 필요가 있다. 측정된 디스플레이 장치의 색온도는 PDP(8,991K), LCD Projection(10,760K), LCD(11,683K) 순으로 색온도가 높게 나타나고 있다.

기준 백색점의 색채나 강도 등에 의해 색이 다르게 인지되는 색 자극을 색의 비항등성이라 한다. 입력 표준 신호인 ITUBT.709신호는 D65광원하의 색 자극으로 정의되어 있으나, 이를 기준 백색점이 9,300K~11,000K 범위의 출력 디스플레이 장치인 PDP, LCD, LCD projection에 나타내기 위해서는 색채 순응(chromatic adaptation) 변환 과정이 필요하다. 광원에 따라 CIEXYZ값을 변환하기 위해서는 대표적인 색 순응 선형 모델인 본 크리스(von Kries) 모델, 비선형 모델인 브래드포드(Bradford) 모델 등이 있다. 선형 모델인 von Kries 모델의 경우 연산은 간단하지만 정확도가 감소하고, 비선형 모델인 Bradford 변환 모델의 경우 모델의 복잡도는 증가하지만 정확한 변환 관계를 유도할 수 있다.

상기 von Kries 모델의 경우 특정 조명하의 색 순응으로부터 다른 조명하의 색 순응시에는 최대 자극치 비례계수의 비만 변한다고 가정하여 선형 변환식으로 표현된다.

여기서 L, M, S는 초기상태에서 cone의 응답을 나타내고,

는 순응된 후의 cone의 응답이며,

는 세 cone의 초기 상태 출력에 곱해지는 감도 비례 계수이다. vonKries 모델에서 비례 계수

는 기준 백색점의 최대 자극치의 역수로써 다음과 같이 계산되어진다.

,

,

따라서 vonKries 모델은 서로 다른 두 순응 조건 1, 2에서 대응색이 되면,

가 되고, 최종적으로 두 대응색 사이의 관계는 다음과 같이 주어진다.

이다. 하지만 이러한 von Kries 모델은 변환 관계 설정 및 계산은 간단하지만, 두 조명광의 차이가 큰 경우나 장치의 주색 스펙트럼의 중첩이 많을 경우 선형 변환만으로 색 순응 처리가 수행되므로 정확도가 감소하는 단점이 있다.

상기 von Kries 모델의 단점을 향상하기 위해서 다양한 비선형 모델에 대한 연구가 수행되고 있다. 그 중 최근 국제 조명 기구 CIE에서 실험 결과 가장 정확하게 색 순응 모델을 적용한 기법은 Bradford 색 순응 모델이다. 이 모델은 CIECAM97s 색 공간 모델에도 적용되어, 기준 백색점 변화를 반영한 인간 시각 특성 모델링에 주요한 요소로 사용되고 있다.

먼저 각 장치의 색 좌표에서 CIE XYZ값으로 변환한다. 변환된 CIE XYZ값을 다음과 같이 원추 세포의 R, G, B로 변환한다.

다음으로 변환하고자 하는 기준 자극치

,

,

는

이다.
여기서

,

,

는 변환하고자 하는 기준 백색점의 최대값이고,

,

,

는 입력 기준 백색점의 최대값이다.

값을 계산하기 위해 인가되는 지수값

는

와 같이 구해진다.

변환된

,

,

값에서 최종 색 순응 변환된 CIE

,

,

값은

이다. 따라서 본 발명에서는 방송 신호의 경우 D65광원을 기준 백색점으로 설정하고 있고, 디스플레이 장치는 9,300K 이상의 기준 백색점을 나타내므로 기준 백색점 변환을 위하여 Bradford 변환 모델을 사용한다.

입력 신호를 ITUBT.709 신호로 가정하고, Macbeth 차트 영상을 CIE XYZ값으로 변환한 뒤 Bradford 색 순응 모델을 적용하여 CIE X'Y'Z'값을 계산한다. 도 3은 Macbeth 차트 영상을 입력 신호인 D65광원하에서 나타낸 색도값 xy값과 이를 Bradford 색 순응 변환을 적용하여 변환된 색도값 좌표 x'y'값으로 나타낸 것이다. Macbeth 차트 영상의 CIE XYZ값을 ITUBT.709 신호에 정의된 변환 관계식으로 획득하고, 이를 색도값 좌표로 나타낸 것이 원(●)으로 나타나 있다. D65하의 CIE XYZ값을 PDP 기준 백색점으로 Bradford 색 순응 변환 모델을 적용한 뒤, 이를 색도값 좌표로 나타낸 것이 사각형(■)으로 표시되어 있다. 도 3에서 실선으로 연결된 삼각형은 입력 신호인 ITUBT.709신호의 색역을 나타낸다.

광원에 따라 인간이 인지 되는 색도값 좌표는 다르게 나타나므로, 광원의 특성을 반영한 색도값 변화를 색 순응 모델을 사용하여 변환 하여야 한다. 그래서 입력 신호인 ITUBT.709 신호를 각 장치의 백색점을 기준으로 값을 변환함으로써 디스플레이 장치의 CIE XYZ_Device-white 값을 획득할 수 있다.

입력 신호 기준 백색점과 출력 신호 기준 백색점을 Bradford 색 순응 변환을 적용하여 변환한다. 변환 뒤의 값의 분포를 입력 신호의 색도값 색역과 출력 디스플레이 장치의 색도값 색역으로 나타내면, Macbeth 차트 영상을 색 순응 변환 후의 값으로 나타내었을 때, 출력 대상 장치인 PDP 색역의 경계값을 벗어나는 영역이 발생한다. 그러므로 색 순응 모델 적용후, 색역을 벗어나는 값은 색역 사상을 수행하여 표현할 수 없는 색을 가능한한 유사한 색으로 표현하여야 한다.

색역 사상은 장치가 표현할 수 없는 색역 밖의 색을 가능한한 유사한 색으로 표현함으로써 색 재현을 향상하고자 하는 기법이다. 일반적인 색역 사상의 경우, 인간 시각 특성을 반영한 CIELAB 색공간에서 색상, 휘도, 채도값을 사용하여 최적의 값으로 사상하는 방법이 연구 되고 있다. 하지만 CIELAB 색 공간에서 색역 사상을 수행할 경우, 색역 사상의 성능은 향상되지만 색역의 경계값 설정 및 연산의 복잡도가 증가하는 단점이 있다.

색역 사상 방법으로는 크게 색역 압축 및 절단 방법으로 분류할 수 있다. 상기 색역 압축 방법은 색역 외부의 값을 색역의 경계값으로 사상하고, 상기 색역 절 단 방법은 색역 외부의 값을 색역의 내부값으로 압축하여 사상한다. 영상의 계조를 정확하게 표현하기 위해서는 색역 압축의 방법이 효과적이지만, 색역 내부의 값들도 변화되기 때문에 색차가 크게 나타나는 단점이 있다. 이에 반해 색역 절단 방법의 경우, 색의 중첩 현상이 나타날 수 있지만 색역의 차이가 크지 않을 경우 사상의 결과가 우수한 장점이 있다.

그래서 본 발명에서는 DTV의 동영상에 효과적으로 적용하기 위해, 색역의 경계값 설정 및 연산이 복잡한 CIELAB 색 공간 대신에 간단한 CIExy 색 공간에서의 색역 사상 기법을 도출 하였으며, 색역 외부의 값을 색역의 경계값으로 사상하는 색역 절단 방법을 적용한다. 즉 색도 평면 xy 색 공간에서 색상은 유지하면서, 최대 채도 영역으로 절단하는 색역 사상 기법을 적용한다. xy 평면상에서 장치의 백색점을 기준으로 직선을 연결하면 동일한 색상값이 유지될 수 있고, 최대 채도를 유지하게 하기 위하여 색역 밖의 임의의 점과 장치의 백색점을 연결하는 선과 장치의 색역 경계가 만나는 교점으로 색역을 벗어나는 값을 사상한다. 도 4는 디스플레이 장치 색역밖의 색을 백색점을 기준으로 사상하는 방법을 보여주고 있다.

입력되는 밝기값 Y와 색역 사상된 xy값을 획득할 수 있으므로, 최종 X와 Z값이 다음과 같이 도출된다. CIEXYZ 삼자극치값의 합이

과 같고, CIEXYZ값에서 색도값 좌표 xy값을 획득하는 식은

이 된다. 위 식에서 Y와 y값은 색역 사상후 획득된 값을 알 수 있으므로, T값이 도출된다. 획득된 T값을 다시 위 식에 대입하면 X를 알 수 있으며, 이를 위 식에 대입하면 Z값이 나온다.

Macbeth 차트 영상을 색 순응 변환을 수행한 후, 색역 밖의 색들을 xy 색도 평면상에서 색역 사상한 후의 xy값을 나타내면, 색역 밖의 색들이 xy 평면상에서 기준 백색점을 향하여 색역의 경계로 절단된 색도값 좌표를 가지는 것을 알 수 있다.

표준 입력 신호 ITUBT.709 신호의 색역과 출력 장치인 PDP, LCD, LCD projection의 색역을 xy 색도값 색공간에 나타내면 입력 신호의 색역이 상대적으로 출력 장치의 색역보다 좁은 영역을 차지하고 있다. 즉 입력 신호인 ITUBT.709 신호를 변화없이 출력 장치에 인가하게 되면, 출력 장치가 표현할 수 있는 색의 범위보다 작아 출력 장치에 나타난 영상의 계조 표현이 낮게 된다.

이러한 단점을 보완하기 위해 입력 신호의 색역을 출력 장치의 색역으로 확장하는 색역 확장 기법이 필요하다. 본 연구에서 적용된 색역 확장 기법은 색역 사상 기법에 기반하여 xy 색도값 색 공간에서 수행된다.

색역 사상 기법과 유사한 방법으로 기준 백색점을 기준으로 입력 색 자극값을 입력 신호와 출력 디스플레이 장치의 색역 크기값의 비로 확장한다. 도 5에서 색역 확장 과정을 보여 주고 있다. 입력 i값이 인가되면 장치의 백색점 O에서 입력 신호의 색역과의 경계점 t1과 출력 디스플레이 장치의 색역과의 경계점 t2까지의 거리비로 확장하여 iout이 획득된다. 색역 확장을 위한 변환식은 다음과 같이 구성된다.

여기서 는 색역 확장의 정도를 결정하는 계수이다. 값을 적절하게 조절함으로써 입력 영상의 채도를 향상하여 디스플레이에 나타낼 수 있다. 기본적으로 α를 1로 설정하게 되면 입력 신호의 경계의 값을 출력 신호의 경계값으로 변환할 수 있게 된다.

하지만 디스플레이 장치마다 표현할 수 있는 색역의 범위가 다르기 때문에, 색역 확장을 위한 대상 색들의 범위를 제한할 필요가 있다. 즉 입력 신호 색역의 특정 영역에서만 색역 확장을 수행하고 공통의 영역은 색역 확장의 변화를 인가하지 않아야 동일색 재현이 가능하다. 도 6에서 입력 ITUBT.709 신호의 색역과 입력 신호 색역에서 색역 확장을 수행하지 않는 영역이 사선으로 나타나 있다. 실험에서는 입력 신호 색역 크기의 80%에 해당하는 영역으로 설정하였다. 최종적으로 공통 색역을 벗어나는 영역에 대해서 색역 확장의 알고리즘이 적용됨으로써, 장치가 표현할 수 있는 색을 최대한 정확하게 표현할 수 있다.

Macbeth 차트 영상에 대해 PDP 장치에 대해 색역 확장 기법이 적용된 후의 색도값을 xy 좌표에 나타내면, 디스플레이 장치의 백색점을 기준으로 색도값 좌표 의 채도가 향상되는 방향으로 커지는 것을 알 수 있다.

채도 향상을 위한 비례 계수를 조절하여 채도 향상된 값을 나타내면, 비례 계수의 값이 증가할수록 영상의 채도가 향상됨을 알 수 있다.

표준 입력 신호인 ITUBT.709 신호의 경우, 절대적인 밝기값 Y는 정의 되어 있지 않고 CIEXYZ의 상대적인 비값으로 정의 되어 있다. 백색점에 대해서 Y값을 1로 정규화 하였을 경우, 대응하는 X는 0.95이고 Z는 1.08이다. 그러므로 대상으로 하는 디스플레이 장치에 값을 나타내기 위해서는 대상 장치의 측정된 최대 Y값으로 변환하여야 한다. 또한 측정된 PDP, LCD, LCD projection의 경우 R, G, B값이 230 이상인 레벨에서 포화 영역이 존재하는 특성을 보인다. 포화되는 장치의 경우, 장치의 최대 밝기값을 사용하여 대응하는 값을 추출하게 되면 계조 표현이 감소하게 된다.

그래서 디스플레이 자체의 밝기 특성과 유사하게 표현하기 위해, 밝기 값 변환시 저 계조에서는 입력 특성에 맞게 조정하고 고 계조에서는 포화되도록 설정한다. 또한, 저 계조와 고 계조에 대해 2단계 사상 방법을 적용한다. 저 계조에서는 밝기값을 그대로 유지하고, 고 계조에서는 선형적인 압축을 사용하여 디스플레이 장치에 적합한 밝기값의 계조 표현을 수행한다. 밝기값 계조 표현식은 다음과 같다.

여기서 Y는 입력 밝기값이고, Y _threshold 는 장치의 최대 밝기값에 70%로 설정하였으며, Y _n `는 입력 신호의 밝기값에 계조 표현을 하기 위해 설정된 최대값이고, Y _{device_max} 는 장치의 최대 밝기값이다. 이렇게 밝기값의 계조 표현을 수행함으로써 장치가 표현할 수 있는 밝기값의 계조를 장치의 특성에 맞게 나타낼 수 있다.

디스플레이 장치의 특성에 따라 재현되는 칼라의 신뢰성을 확보하기 위해서는 장치의 특성화, 표현할 수 있는 색의 범위, 및 주위 시청 환경에 따른 고려가 필수적이다. 디스플레이 장치로는 기존의 CRT형 TV를 비롯하여 프로젝션 TV, PDP, LCD 등 다양한 장치들이 연구되고 있다. 그러나 이러한 출력 장치들은 전자빔에 의한 형광체의 발광, 가스 방전에 의한 형광체의 발광, 유리판 전극의 전압차이에 의한 액정 분자의 배열 변화 등 출력 방식에서 다양한 차이가 있다. 따라서 이러한 출력 방식의 차이로 인해, 재현되는 색상에는 많은 차이가 있다.

일반적으로 CRT는 RGB 삼원색의 입력 값에 따라 삼원색의 색도 좌표나 무채색에(gray-scale) 대한 상관색온도 변화가 거의 없어 비교적 정확한 색재현이 가능하지만, LCD의 경우 RGB 입력 값에 따른 색도 좌표 및 무채색에 대한 상관색온도의 변화가 매우 크며, 특히 PDP의 경우 Blue셀이 갖는 약한 휘도 특성으로 인하여 Red 와 Green셀의 최대 휘도를 이용할 수 없는 문제점이 있다. 따라서 개별적인 출력장치가 갖는 색재현 특성으로 인하여 표준 입력 RGB신호에 대한 출력 색자극사이에 서로 많은 차이가 있다. 즉 임의의 색자극(X_oY_oZ_o)에 해당하는 RGB값을 입력할 경우 각 장치에서 출력되는 자극(X_AY_AZ_A…)이 서로 일치 하지 않는다.

TV에서의 색재현의 목표는 사용된 입력 장치와 출력 장치의 종류와 관계없이 원영상과 동일한 색자극을 출력하는 것이다. 그러나 입력 및 출력 장치의 전달 특성 그리고 각 장치간의 색역 차이 등으로 인해 원영상과 재현된 영상사이에는 필연적인 색차가 존재한다.

이와 같이 독립적인 보정과정을 거치지 않을 경우, 출력 장치의 종류에 따라 각기 다른 출력 자극을 나타낸다. 따라서 이러한 색차를 극복하기 위해서는 다양한 출력 장치에 대한 전달 특성의 정확한 모델링과 또한 장치 독립적인 색변환 과정을 수행하였다. 본 발명에서는 PDP, LCD에 대한 특성화 함수를 조사하여 적용한다. 입력 신호인 RGB값을 인가하여 대응되는 CIEXYZ값을 측정하여 변환 모델을 추정함으로써 디스플레이 장치의 특성화가 수행된다.

디스플레이 장치의 특성화 수행을 위해, R, G, B 값을 8등분하여 균등하게 나뉜값을 디스플레이 장치에 인가하고 이를 분광 방사 휘도계(Minolta, CS1000)를 사용하여 표준 자극치 CIEXYZ값을 획득한다. 측정은 국제 표준 환경(IEC)에 따라 수행되고, 디스플레이 장치는 초기화 상태로 두고 측정한다. 1시간 이상 예열된 디스플레이 장치를 암실 상황에서, 디스플레이 장치 높이의 4배 이상 떨어진 거리에서 측정한다. 측정 패치의 크기는 디스플레이 높이의 1/5에 해당하는 크기를 가운데 지점에 위치하였고, 배경색은 검은색으로 한다.

디스플레이 장치의 특성화를 위해 사용된 샘플 패치의 개수는 총 27개이다. R, G, B 각각 9개씩 27개의 샘플 패치에 대해서 측정한 후 측정된 값에 기반하여 RGB에 대응하는 CIEXYZ값의 관계식을 모델링하여 디스플레이 장치의 입출력 특성을 모델링한다.

대표적인 디스플레이 장치의 특성화 모델인 GOG(Gain Offset Gamma) 모델은 CRT에 적용하기 위해 개발되었다. CRT에 인가되는 전압은 0에서 255까지의 디지털 값에 비례하고 빔의 전류는 그 전압에 지수적인 특성을 갖는다. 또한 인광체의 빛 밝기는 빔의 전류에 비례한다. 그래서 CRT에 주어지는 디지털 값과 CRT 빛 밝기와의 입출력 특성은 gain, offset, gamma로써 나타낼 수 있고 각 채널에 대해서 다음과 같이 표현된다.

여기서 d는 채널에 주어지는 디지털 값의 정규화된 값을 나타내고, kg는 gain, ko는 offset값을 나타낸다. 각 채널의 gain, offset, gamma값이 추정되면 디지털 값과 빛 밝기간의 모델링이 완성되고, 행렬 연산을 수행하여 CIEXYZ값을 추정하게 된다. 행렬의 각 열의 값은 각 채널의 최대 CIEXYZ값을 나타낸다. 이러한 행렬 연산은 RGB 각각의 채널은 독립적이며, CIEXYZ값은 덧셈법칙이 성립함을 가정하여 연산한다.

위 식에서 사용된 RGB값은 gain, offset, gamma 특성을 고려한 값이고, 이를 사용하여 CIEXYZ값을 획득한다. 이러한 과정을 통해서 디스플레이 장치의 입출력값의 특성화가 수행된다. 비록 GOG 모델이 CRT의 특성화를 위해 연구된 모델이지만, 연산의 복잡도가 낮고 구현이 용이한 장점이 있어 다른 디스플레이에 대한 적용도 용이하다. 하지만 특성화 모델링 수행시 입력 R, G, B값에 대응하는 밝기값 Y 채널간의 관계만을 추정하여 적용함으로써 채널간의 상관관계를 고려하지 못하는 단점이 발생한다.

기존 GOG 모델에서 XYZ 값에 대한 디스플레이 장치의 전기-빛 입출력 특성을 실제 측정을 통해 그래프로 비교해 보면 XYZ 값 마다 서로 다른 전기-빛 입출력 특성이 나타나는 것을 알 수 있다. 즉 기존의 GOG 모델은 RGB값에 대응하는 XYZ의 전기-빛 입출력 곡선이 모두 동일하다고 가정하고, 휘도값 (luminance, Y)의 전기-빛 입출력 곡선만을 모델링하여 X, Z를 구할 때에도 사용하기 때문에 특성화 수행시 큰 오차가 나타나게 된다. 따라서 XYZ 값을 각각 모델링 하여 특성화에 이용하는 것이 특성화의 정확도를 높일 수 있는 방법이다. 그러므로 본 연구에서는 디스플레이 장치의 전기-빛 입출력 곡선을 XYZ 값에 대해 각각 모델링하여 특성화를 수행하는 알고리즘을 제안함으로써, 단일 Y 값의 전기-빛 입출력 곡선만을 모델링하는 방법에 비해 특성화의 정확도를 높이고자 다.

측정된 CIEXYZ값을 사용하여 9개 채널의 특성화 모델링이 수행됨으로써 모델링의 정확도가 향상된다. 모델링의 추정값으로 9개의 gain, offset, gamma값이 도출된다.

개선된 GOG 디스플레이 특성화 모델에서는 디스플레이의 XYZ 값에 대한 전기-빛 입출력 곡선이 각각 다름을 고려하여 RGB 채널별로 전기-빛 입출력 곡선을 독립적으로 모델링 한다. Y 값을 추정할 때는 각 채널에서 구한 Y의 전기-빛 입출력 곡선을 사용하고, X와 Z 값을 추정할 때는 Y의 전기-빛 입출력 곡선을 사용하지 않고, X는 각 채널에서 구한 X의 전기-빛 입출력 곡선을, Z는 각 채널에서 구한 Z의 전기-빛 입출력 곡선을 이용한다. 최종적으로 구한 XYZ값은 기존 모델과 동일하게 선형 변환을 통해서 다음과 같이 구해진다.

여기서

,

,

는 각 채널별로 가장 큰 디지털 값을 입력으로 주었을 때 출력되는 빛의 CIEXYZ 값이고, X _R , X _G , X _B , Y _R , Y _G , Y _B , Z _R , Z _G , Z _B 는 각각 gain, offset, gamma의 추정으로부터 연산된 Red 채널, Green 채널, Blue 채널에 해당하는 값이다.

PDP 디스플레이 장치의 경우, 저 계조에서 GOG 모델과 유사하게 나타나지 않기 때문에 GOG 모델을 적용하였을 경우, 오차가 크게 발생한다. 즉 PDP에서는 일정 수준 이상의 RGB값이 입력으로 인가 되더라도, 이에 대응하는 XYZ값의 변화가 거의 나타나지 않는다. 그래서 RGB값이 변하더라도 대응하는 XYZ값이 변하지 않는 영역은 GOG 모델 대신에 선형적으로 모델링하고, 그 이후의 값부터 GOG 모델링을 적용한다. 실제 RGB값이 60정도 변하더라도 대응하는 Y값은 1정도의 변화만 유지한다. 그래서 저 계조 영역에서는 선형화 모델링을 수행하고, 특정값 이상부터 GOG 모델링을 수행한다. 이런 과정을 사용하여 GOG 모델이 추정할 수 없는 특성을 보완하여 모델링의 색차를 감소시킨다.

개선된 GOG 모델 및 저 계조 모델을 디스플레이 장치에 적용함으로써 기존 GOG 모델에 비해 색차를 감소시키고, 디스플레이 특성화를 일반화 할 수 있다. PDP 디스플레이 장치에 대해 RGB값에 대한 XYZ값의 특성화 곡선을 나타내면, PDP의 경우 저 계조에서 값의 증가가 낮고, 고 계조 영역에서는 포화 영역이 발생하고 있 다. 전반적으로 R, G, B값에 대한 X, Y, Z값의 특성화 곡선이 유사하게 나타남을 알 수 있다. 평균 색차는 인간 시각 특성의 인지 한계를 벗어나지 않는 2 이하의 값으로 정확한 모델링이 수행된다.

LCD 디스플레이 장치에 대해 R, G, B값에 대한 X, Y, Z값의 특성화 곡선을 나타내면, LCD의 경우 고 계조 영역에서 급격하게 포화되는 특성을 나타내므로 PDP에 비해 모델링의 정확도가 다소 감소하고 있음을 알 수 있다. 또한 R 채널에 대한 Z값의 경우 값이 거의 변하지 않는 특성이 나타난다.

GOG 모델의 경우, RGB에 대응되는 CIEXYZ값을 추정하는 정방향의 특성화 과정을 역으로 수행하게 되면 CIEXYZ에 대응하는 RGB값을 획득할 수 있다. 하지만 개선된 GOG 모델의 경우 수학적인 역의 과정이 불가능하다. 정방향 특성화의 경우 측정을 통해 RGB에 대응되는 CIEXYZ의 9개 값을 정확하게 추정할 수 있으나, 역 변환 과정의 경우 CIEXYZ값에 대응하는 RGB의 9개 값을 추정할 수 없다. 개선된 GOG 모델에서 입력 XYZ값이 인가 되었을 경우, 역 변환 행렬로 추정되어야 하는 값은 다음과 같이 9개이다.

여기서 RX, RY, RZ, GX, GY, GZ, BX, BY, BZ가 역 변환을 위해 추정되어야 할 값이지만 수학적인 변환 과정에서 성립하지 않는다. 그래서 이러한 역 변환 과 정을 추정하기 위해 RGB값과 CIEXYZ값은 선형적인 비례 관계가 성립한다는 가정과 최종 출력 RGB값의 오차를 감소하기 위해, CIEXYZ값의 최대값의 비를 사용하여 디스플레이 장치의 역 특성화 모델을 적용하였다. 또한 채널간의 상관성을 역 특성화 과정에 적용함으로써 특성화의 성능을 향상시킨다.

먼저 CIEXYZ값에 대응되는 휘도 성분이 반영된 초기 RGB값을 다음과 같이 획득한다.

획득된 값에서 채널 의존적인 값을 제거하여 RGB에 대응되는 정확한 XYZ값을 설정한다. 채널 의존적인 값의 모델링이란 획득된 RGB값의 휘도 값이 한 채널의 값만 존재해야 함에도 불구하고 원색들의 분광분포의 일부분이 겹쳐짐으로 해서 발생하는 채널의존적인 값들(간섭 성분)이 존재한다.

그래서 본 발명에서는 이 값들을 이차 수식으로 모델화하여 임의의 CIEXYZ값들이 입력으로 주어질 때 역행렬을 거친 정규화한 휘도값에서 제거하여 채널 독립적인 값을 얻는다. 채널 의존적인 값을 제거 하기 위한 모델은 다음과 같다.

여기서,

는 i채널에 의한 G 채널의 채널 의존적인 값들이며, α는 최적화 알고리즘을 통해 구해진 상수이다. 위 수식은 절편이 0인 2차 방정식으로 구성하여 연산을 간단화 한다. 모델의 정확도는 추세선이 계산된 데이터값을 얼마나 정확하게 표현하는 지로 판단한다. 추세선의 값이 1이 될 경우 완벽한 모델화가 됨을 의미하며, 0이 될 경우 데이터를 전혀 모델화하지 못함을 의미한다. 적용된 모델의 최적화 후 도출된 추세선의 평균값은 0.962로 모델링이 정확하게 됨을 알 수 있다.

채널 의존적인 값을 모델링하고 난 후 채널 독립적인 값은 다음 수식을 사용하여 획득된다.

위 식를 통해 얻어진 값들을 그대로 채널-독립 역 특성화의 입력으로 할 경우, 9채널의 전기-빛 입출력 곡선이 다름에도 RGB채널에 해당하는 각 3채널에 들어가는 입력 값이 동일하게 인가되므로, 3채널의 출력의 값이 모두 다르게 나타난다. 따라서 3채널의 채널 독립적인 전기-빛 입출력을 가지는 이 값들은 다시 각각의 채널에 맞는 9채널의 전기-빛 입출력 곡선에 해당하는 값들로 변환해야 한다. 9채널의 채널-독립 전기-빛 입출력 곡선과 3채널의 전기-빛 입출력 곡선의 차는 다음과 같다.

여기서

는 각 9채널의 채널-독립 전기-빛 입출력과 채널 독립적인 값의 차이고,

는 특성화 과정에서 추정된 9채널의 전기-빛 입출력 값이다. b는 채널간의 특성을 보존하기 위해 최적화 알고리즘을 통해 구해진 상수이다. 채널의 특성에 맞게 수정된 값과 채널 의존적인 값을 제한 채널 독립적인 값을 합하면 9채널-독립 특성화의 전기-빛 입출력 곡선과 동일한 입출력 관계가 된다. 이를 특성화 과정에서 사용된 GOG 변수들을 사용하여 9채널의 전기-빛 입출력 곡선의 역 과정을 통해 디스플레이 장치의 디지털 값을 추정한다.

여기서,

는 9채널의 전기-빛 입출력 곡선의 역 과 정을 통해 추정된 디지털 값이다.

9채널의 전기-빛 입출력 곡선의 역 과정을 통해 추정된 디지털 값은 오차가 포함되어 있어 3개의 값이 모두 동일하지 않다. 그래서 각 RGB채널마다 3개의 디지털 값들은 원색 RGB채널의 최대 삼자극치의 비로 가중치를 주어 최종 디지털 값을 결정한다. 최대자극치의 값이 클수록 오차에 대한 민감도가 떨어져 추정된 디지털 값이 보다 정확하기 때문이다.

여기서,

,

,

는 각 채널별로 가장 큰 디지털 값을 입력으로 주었을 때 출력되는 빛의 CIEXYZ 값이다.

특성화의 정확도는, 역 특성화의 결과가 원 영상과 동일하게 나타나는 것으로 판단할 수 있다. 즉 변환 과정의 오차가 적을수록 모델의 정확도가 향상되며, 결과 영상의 손실도 줄어든다. 영상의 배경 및 얼굴색 재현이 제안된 방법에서 정확하게 표현하고 있음을 알 수 있다.

입력 RGB 신호로부터 CIEXYZ값으로 변환하고, 색 순응 변환과 색역 사상 및 확장 후 디스플레이 특성화를 사용하여 CIEX‘Y’Z‘값에서 대응되는 최종 디스플 레이 장치의 R'G'B'값을 추정한다. 이러한 전체적인 과정을 DTV 시스템에 적용하기 위해서는 입력 RGB값에 대응되는 최종 출력 R'G'B'값에 대한 변환 관계 추정을 통하여 시스템화의 효율성을 높이고자 한다. 도 7은 입출력 관계식 모델링을 위한 전반적인 과정이 나타나 있다.

이러한 변환 관계식을 추정하기 위해 R, G, B 영역에서 각 단계를 6단계로 분리하여 216개의 데이터를 ITUBT.709 변환식을 사용하여 CIEXYZ값으로 변환한다. 변환된 값을 Bradford 모델을 적용하여 색 순응 변환을 수행하여 CIEX'Y'Z'값을 획득한 후, 색역 사상 및 확장 과정을 거쳐 CIEX''Y''Z''값을 도출한다. 이를 최종 출력단인 디스플레이 장치에 인가하면, 출력 장치 특성화로 CIEX''Y''Z''에 대응되는 최종 R'G'B'값을 획득할 수 있다. 도 8에서 입력 RGB 샘플 216개에 대응하는 출력 R'G'B'값을 획득하는 흐름도가 나타나 있다.

입력 RGB값과 최종 출력 R'G'B'값의 관계식은 다항 회귀 방정식을 사용하여 추정할 수 있다. 다항 회귀 방정식은 입력과 출력의 관계를 다항식의 형태로 구성하여 계수를 추정하는 방법이다. 즉 RGB값과 이에 대응하는 최종 출력값 R'G'B'값의 함수를 다항식으로 정의하고, 그 다항식의 계수를 추정함으로써 RGB와 R'G'B'의 변환 관계를 설정할 수 있다.

다항 회귀 방정식의 형태는 다음과 같다. 입력 RGB값과 출력 R'G'B'값을 다음과 같이 두고, 계수 ax,0~19를 추정하는 것이다.

위 식에서 추정하는 계수의 숫자에 따라, 정확한 변환 관계를 유도할 수 있다. 전반적으로 변환 성능의 향상을 위해서는 추정되어야 할 계수가 많을수록 유리하나, 변환식 및 알고리즘이 복잡해지는 단점이 있다.

각 항의 계수를 구하기 위해서 선형적인 계산이 필요하다. 따라서 식을 행렬의 형식으로 만들어 사용하면 다음과 같이 표현할 수 있다.

여기서 P는 216개의 최종 출력 R'G'B'값이고 다음과 같다.

V는 입력 되는 RGB값으로 RGB값의 조합으로 총 20까지의 데이터를 생성할 수 있다.

추정 되는 계수 값 a는 사용되는 RGB값의 조합에 따라 추정되는 계수의 개수가 결정된다.

그래서 추정되는 계수는 완전 역 변환이 성립되지 않으므로, 다음과 같이 가상의 역변환(pseudo inverse) 과정으로 획득할 수 있다.

여기서

는 전치행렬을 나타낸다.

그러므로 획득된 다항 회귀 방정식의 계수값만을 사용하여 입력 RGB값을 최종 출력 R'G'B'값에 대한 변환 매트릭스를 구할 수 있고, 이 매트릭스를 사용하여 임의의 입력 영상에 대해 대응하는 값을 획득할 수 있다. 즉 다항 회귀 방정식의 계수로써 입력 RGB에 대한 최종 출력 R'G'B' 관계를 설정할 수 있다.

서로 다른 입력 장치에 대해서 동일한 색을 재현하기 위하여, ITUBT.709 신호를 기준으로 최종 출력 되어야할 final_R, final_G, final_B를 추정한다. 이를 기준으로 임의의 카메라 A에서 획득되는 R'G'B'값도 final_R, final_G, final_B으로 변환하고, 카메라 B에서 획득되는 R''G''B''값도 final_R, final_G, final_B으로 변환하면 된다.

Macbeth Colorchecker 영상을 표준 영상으로, 이를 ITUBT.709 방송신호로 간주하여 RGB값을 CIEXYZ값으로 변환한다. 변환된 CIEXYZ값을 칼라 운영 시스템과 디스플레이 특성화 과정을 거친 후의 최종 R'G'B'값을 획득한다. 이를 표준 입력 신호에 대해 대상 디스플레이에서 출력되어야 할 표준 RGB값으로 정의한 후, 임의의 다른 입력 장치에서 획득되는 RGB값도 표준 RGB값으로 변환하는 관계식을 추정하여 입력 장치간의 색일치 과정을 수행한다.

입력 장치인 카메라에 대해서 표준 광원하의 RGB값을 획득하기 위해서 카메라로 촬영된 영상에서 각 패치의 RGB값은 패치의 크기의 80% 영역의 값을 평균하여 각 패치의 대표값으로 설정한다. 각 패치에 대해 평균값을 사용함으로써 카메라의 잡음 성분 및 광원에 의한 왜곡 성분을 상쇄하고자 한다. 동일한 환경에서 Sony 카메라와 Olympus 카메라로 촬영한 후 각각의 R‘G’B‘값 및 R''G''B''값을 획득한다.

S 카메라로 획득된 R'G'B'값과 O 카메라로 획득된 R''G''B''값에 대해서 ITUBT.709 신호로 가정하고 출력되어야 할 FinalR'G'B'값은 다항 회귀 방정식의 형태로 추정한다.

변환 함수 A는 S 카메라로 획득된 영상에서의 R'G'B'값과 최종 출력단FinalR'G'B‘값과의 관계 함수이며, 변환 함수 B는 O 카메라로 획득된 영상에서의 R''G''B''값과 최종 출력단 FinalR'G'B‘값과의 관계 함수이다. 각각의 변환 함수는 상술한 과정을 반복하여 추정하게 된다.

입력 신호를 ITUBT.709 HDTV 표준 방송 신호로 가정한 뒤, 이를 PDP 및 LCD 디스플레이 특성에 맞게 나타냄으로써 동일색 재현 과정을 수행하였다. 디스플레이 출력 장치는 색 순응 변환, 색역 사상 및 확장, 9개 채널 GOG 모델의 변환 함수를 사용하여 장치에 따른 RGB값을 출력한다.

Macbeth 그래픽 영상과 PDP와 LCD에 대한 결과의 정확한 비교를 위해서는 디스플레이 장치에 특성화한 결과를 나타내어 동일색 재현 비교를 수행하여야 한다. PDP의 경우 동일한 입력 신호를 인가하였을 경우, 상대적으로 LCD에 비해 채도가 낮은 특성을 보인다. PDP 결과 영상이 채도가 높게 나타나서 장치에 인가하였을 경우, LCD와 유사하게 나타남을 알 수 있다. 동일색 재현 결과 영상에서 PDP의 결과 가 채도가 높게 나타나서 실제 인가하였을 경우, LCD와 비슷하게 나타났다.

디스플레이 장치에 동일한 색을 재현하기 위해 Bradford 색 순응 모델, xy 색도값 평면상에서의 색역 사상 및 확장, 디스플레이 장치의 특성화 과정을 통해 표준 색 자극치에 대응되는 장치의 RGB값을 획득한다. 각 장치의 RGB값을 인가함으로써 표준 색 자극치값을 동일하게 나타내어 디스플레이 장치간 색 일치 과정을 수행한다. 동일한 RGB값을 디스플레이에 인가 했을때와 각 장치에 따른 RGB값을 인가했을 경우를 상호 비교하여 색 재현 능력이 유사하게 됨을 알 수 있다.

본 발명에서는 디스플레이 장치에 동일색을 재현하기 위해 기준 백색점이 다른 신호들에 대해 입력 신호의 표준 색 자극치를 색 순응 모델을 사용하여 출력 장치 백색점의 표준 색 자극치값으로 변환한다. 실험에서 국제 조명 기구에서 검증된 모델인, Bradford 색 순응 모델을 적용하여 색 순응 변환 과정을 수행함으로써 정확도를 향상시킨다. 또한 DTV 동영상 신호 처리를 위해, 색역의 경계 설정과 연산의 복잡도가 낮은 xy 평면상에서의 색역 사상 및 확장을 수행하여 출력 장치에 따른 표준 색 자극치값으로 변환한다. 적용된 색역 사상 및 확장 기법은 xy 평면상에서 색상은 일정하게 유지하면서, 채도를 향상하는 방향으로 입력 신호를 출력 색역에 맞게 조절함으로써 장치가 표현할 수 있는 색을 효과적으로 나타낸다.

칼라 운영 시스템으로 변환된 표준 색 자극치값을 각 장치에 대응되는 RGB값으로 9개 채널 역 특성화 GOG 모델을 사용하여 획득함으로써 디스플레이 장치간 색 일치를 수행한다. 9개 채널에 대한 특성화 과정이 수행되어, 채널의 중첩도 및 상 관관계가 설정되어 정확한 변환 관계가 추정된다.

또한, 단일 디스플레이 장치에서 입력 신호에 독립적인 색 재현을 위해, 표준 방송 신호를 기준으로 디지털 카메라에서 획득되는 각각의 RGB값을 대응되는 표준 RGB값으로 변환함으로써 입력 신호에 독립적인 색 처리 과정을 수행한다. 이러한 입력 신호 및 출력 디스플레이 장치에 독립적인 색 처리 기법을 수행함으로써 DTV 입출력 장치에 대해 독립적인 색 재현이 가능하다.

이상에서 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야 한다.

Claims (22)

1. 디스플레이 장치에 수신된 영상신호의 R,G,B 값을 각각 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환하는 단계와;

   상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계와;

   상기 디스플레이 장치의 특성화 모델을 근거로 하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 디스플레이 가능한 영상신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 장치에 수신된 영상신호의 R,G,B 값을 각각 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환하는 단계는,

   상기 영상신호의 R,G,B 값을 각각 다수개씩 샘플링하는 단계와;

   상기 샘플링된 R,G,B 값들을 각각 상기 표준 색 자극치 값으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계에서,

   상기 디스플레이 장치의 백색점을 기준으로 상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상을 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계는,

   상기 수신된 영상신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역을 비교하는 단계와;

   상기 영상신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역 간의 차이에 따라 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 확장을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 장치의 특성화 모델은,

   9개 채널의 GOG(Gain Offset Gamma) 모델인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 장치의 색 순응 모델을 이용하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z의 색도 값을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 색 순응 모델은,

   본 크리스(von Kries) 모델, 브래드포드(Bradford) 모델 중에 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
8. 수신된 영상신호의 R,G,B 값을 각각 표준 색 자극치 값 X,Y,Z로 변환하는 제 1 영상 변환부;

   상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 색역 사상 및 확장부와;

   상기 디스플레이 장치의 특성화 모델을 근거로 하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 디스플레이 가능한 영상신호로 변환하는 제 2 영상 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 1 영상 변환부는,

   상기 영상신호의 R,G,B 값을 각각 다수개씩 샘플링하고, 상기 샘플링된 R,G,B 값들을 각각 상기 표준 색 자극치 값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 디스 플레이 장치의 색보정 장치.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 색역 사상 및 확장부는,

    상기 디스플레이 장치의 백색점을 기준으로 상기 변환된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 사상을 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 색역 사상 및 확장부는,

    상기 수신된 영상신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역을 비교하고, 상기 영상신호의 색역과 상기 디스플레이 장치의 색역 간의 차이에 따라 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z에 대한 색역 확장을 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 디스플레이 장치의 특성화 모델은,

    9개 채널의 GOG(Gain Offset Gamma) 모델인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
13. 제 8 항에 있어서,

    상기 디스플레이 장치의 색 순응 모델을 이용하여 상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z의 색도 값을 변경하는 색신호 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 색 순응 모델은,

    본 크리스(von Kries) 모델, 브래드포드(Bradford) 모델 중에 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
15. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 2 영상 변환부는,

    상기 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 다수개의 채널로 분리하는 매트릭스 변환부와;

    상기 채널별로 분리된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z의 휘도값을 보상하는 휘도 보상부와;

    상기 채널별로 분리된 표준 색 자극치 값 X,Y,Z를 채널별로 설정된 함수에 대입하는 다수개의 모델링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
16. 디스플레이 장치에 수신된 R,G,B 신호에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 단계와;

    상기 R,G,B 신호를 각각 다수개의 채널로 분리하는 단계와;

    상기 채널별 R,G,B 신호를 기설정된 특성화 모델에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 R,G,B 신호를 각각 다수개의 채널로 분리하는 단계에서,

    상기 R,G,B 신호를 각각 3개씩의 채널로 분리하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 채널별 R,G,B 신호를 기설정된 특성화 모델에 적용하는 단계에서,

    상기 채널별 R,G,B 신호 값을 각각 채널별로 설정된 함수에 대입하여 디스플레이 될 영상 데이터를 계산하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 R,G,B 신호 각각의 간섭 성분을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 방법.
20. 디스플레이 장치에 수신된 R,G,B 신호에 대한 색역 사상 및 색역 확장을 수행하는 색역 사상 및 확장부와;

    상기 R,G,B 신호를 각각 다수개의 채널로 분리하고, 상기 채널별 R,G,B 신호를 기설정된 특성화 모델에 적용하여 디스플레이 될 영상 데이터를 출력하는 영상 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 영상 변환부는,

    상기 R,G,B 신호를 각각 3개씩의 채널로 분리하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.
22. 제 20 항에 있어서,

    상기 영상 변환부는,

    상기 채널별 R,G,B 신호 값을 각각 채널별로 설정된 함수에 대입하여 디스플레이 될 영상 데이터를 계산하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 색보정 장치.

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