KR100732676B1

KR100732676B1 - Contrast enhancement apparatus and the contrast enhancement method thereof

Info

Publication number: KR100732676B1
Application number: KR1020050110963A
Authority: KR
Inventors: 윤미현; 이상진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-06-27
Also published as: KR20070053028A

Abstract

콘트라스트 향상장치 및 그 방법이 개시된다. 본 콘트라스트 향상장치의 콘트라스트 향상방법은 비선형 RGB 영상을 역감마보정하여 선형 RGB 영상으로 변환하고, 선형 RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환하는 단계, 변환된 YCbCr 영상 중 휘도(Y) 신호의 특성을 고려하여 매핑함수의 모양을 결정할 변곡점을 산출하고, 산출한 변곡점을 이용해 매핑함수를 산출하고, 변환된 YCbCr 영상과 매핑함수를 매핑하는 단계, 매핑된 YCbCr 영상 중 색차 신호(Cb,Cr)을 매핑에 의한 변환비율만큼 보상하는 단계, 및 색 보상된 YCbCr 영상을 선형 RGB 영상으로 변환하고, 선형 RGB 영상을 감마보정하여 비선형 RGB 영상으로 변환하는 단계를 포함한다. 이에 의해, 원 영상의 왜곡이 감소되며, 어두운 부분은 더 어둡게 밝은 부분은 더 밝게 함으로써 섬세한 부분이 손상되지 않고, 콘트라스트가 향상된다.Disclosed are an apparatus for improving contrast and a method thereof. The contrast enhancement method of the present contrast enhancement apparatus includes converting a nonlinear RGB image into a linear RGB image by inverse gamma correction, converting the linear RGB image into a YCbCr image, and considering the characteristics of the luminance (Y) signal among the converted YCbCr images. Computing an inflection point to determine the shape of the mapping function, calculating a mapping function using the calculated inflection point, mapping the converted YCbCr image and the mapping function, by mapping the color difference signals (Cb, Cr) of the mapped YCbCr image by mapping Compensating for the conversion ratio, and converting the color-compensated YCbCr image into a linear RGB image, and gamma correcting the linear RGB image to convert it into a nonlinear RGB image. As a result, the distortion of the original image is reduced, and the darker portions are made darker, and the brighter portions are made brighter so that the delicate portions are not damaged and the contrast is improved.

콘트라스트, 히스토그램, Min_Tilt, Max_Tilt, 매핑 함수 Contrast, Histogram, Min_Tilt, Max_Tilt, Mapping Function

Description

Contrast enhancement apparatus and the contrast enhancement method

도 1은 종래의 콘트라스트 향상장치의 블록도,1 is a block diagram of a conventional contrast enhancing device,

도 2는 종래의 콘트라스트 향상 과정을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a conventional contrast enhancement process,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 향상장치의 블록도, 3 is a block diagram of a contrast enhancing apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 향상장치에 구비된 콘트라스트 향상부의 구체적인 블록도,4 is a detailed block diagram of a contrast enhancement unit provided in a contrast enhancement device according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 향상부의 콘트라스트 향상 과정을 설명하기 위한 도면, 그리고5 is a view for explaining a contrast enhancement process of the contrast enhancement unit according to an embodiment of the present invention; and

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 향상장치의 콘트라스트 향상방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.6 is a flowchart provided to explain the contrast enhancement method of the contrast enhancement apparatus according to the embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

310 : 영상 변환부 320 : 콘트라스트 향상부310: image conversion unit 320: contrast enhancement unit

321 : PDF 산출부 323 : 평균 산출부321: PDF calculator 323: Average calculator

325 : Min/Max 산출부 327 : Min/Max 결정부325: Min / Max calculation unit 327: Min / Max determination unit

329 : Min_Tilt/Max_Tilt 산출부 331 : 매핑함수 산출부329: Min_Tilt / Max_Tilt calculator 331: mapping function calculator

333 : 매핑부 340 : 색보상부333: mapping unit 340: color compensation unit

350 : 영상 역변환부350: reverse image converter

본 발명은 영상신호를 처리하는 영상처리시스템 중에서, 콘트라스트 향상장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 입력되는 영상의 특성에 따라 산출한 변곡점을 이용하여 매핑함수(Mapping Function)를 산출하고, 산출된 매핑함수를 이용해 영상의 어두운 부분은 더 어둡게 하고 밝은 부분은 더 밝게 하여 전체적인 콘트라스트(contrast)를 향상시키며, 칼라 변화는 최소화하는 콘트라스트 향상장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for improving contrast in an image processing system for processing an image signal. More specifically, a mapping function is calculated using an inflection point calculated according to characteristics of an input image. In addition, the present invention relates to a contrast enhancement device and method for darkening darker portions of an image and brighter brighter portions to improve overall contrast and minimize color change by using a calculated mapping function.

일반적으로, 입력되는 영상의 레벨의 동적범위는 영상처리를 위한 하드웨어범위보다 작게 분포하며, 콘트라스트 향상장치는 이와 같이 하드웨어범위보다 작게 분포하는 영상의 레벨의 동적범위를 하드웨어범위에 가깝도록 신장함으로써 콘트라스트를 향상시킨다.In general, the dynamic range of the level of the input image is distributed smaller than the hardware range for image processing, and the contrast enhancement device extends the dynamic range of the level of the image distributed smaller than the hardware range to be closer to the hardware range. To improve.

도 1은 종래의 콘트라스트 향상장치의 블록도이며, 도 2는 종래의 콘트라스트 향상 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 콘트라스트 향상장치 및 그 방법을 보다 상세하게 설명한다.1 is a block diagram of a conventional contrast enhancement device, and FIG. 2 is a view for explaining a conventional contrast enhancement process. Hereinafter, a conventional contrast enhancing device and a method thereof will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

콘트라스트 향상장치는 히스토분포 산출부(110), 히스토정보 산출부(120), 평균산출부(130), 기울기산출부(140), 비율산출부(150), 필터링부(160), 및 스트레칭부(170)를 포함한다.The contrast enhancing device includes a histogram distribution unit 110, a histogram information calculating unit 120, an average calculating unit 130, a gradient calculating unit 140, a ratio calculating unit 150, a filtering unit 160, and It includes a stretching unit 170.

히스토분포 산출부(110)는 소정단위의 입력 영상의 히스토그램 분포, 최소레벨(Min), 및 최대레벨(Max)를 산출하고, 히스토정보 산출부(120)는 히스토분포 산출부(110)가 산출한 현재 입력 영상과 이전 입력 영상의 히스토그램 분포를 이용하여 히스토 정보를 산출한다. 평균산출부(130)는 입력 영상의 평균레벨(Mean)을 산출한다. 그리고, 기울기산출부(140)는 평균레벨(Mean)과 기설정된 스트레칭 점(L,U)을 이용해 재스트레칭 점(L_B,U_W)을 산출하고, 재스트레칭 점(L_B,U_W)과 최소레벨(Min), 및 최대레벨(Max)를 이용하여 블랙/화이트 스트레칭 기울기(SL_W,SL_B)를 산출한다. 또한, 기울기산출부(140)는 블랙/화이트 스트레칭 기울기(SL_W,SL_B)에 가중치를 부여한 블랙/화이트 스트레칭 기울기(SL'_W,SL'_B)를 산출할 수 있다. 히스토 정보에 기초하여 화면 변화비율을 산출하며, 필터링부(160)는 화면 변화비율에 대응하여 블랙/화이트 스트레칭 기울기(SL_W,SL_B)를 조정한다. 스트레칭부(170)는 조정된 블랙/화이트 스트레칭 기울기(F_SL_W,F_SL_B)와 입력 영상을 매핑하여 스트레칭한다.The histogram distribution calculator 110 calculates a histogram distribution, a minimum level Min, and a maximum level Max of the input image in a predetermined unit, and the histogram information calculator 120 calculates the histogram distribution 110. The histogram information is calculated by using the histogram distributions of the current input image and the previous input image. The average calculator 130 calculates an average level Mean of the input image. The slope calculation unit 140 calculates the re-stretching points L _B and U _W using the average level Mean and the preset stretching points L and U, and re-stretching points L _B and U _W. And the minimum level Min and the maximum level Max are used to calculate the black / white stretching slopes SL _W and SL _B. In addition, the slope calculation unit 140 may calculate the black / white stretch gradient black / white stretch slope (SL _'W, SL' _B) to give the weight to _(W SL, SL _B). The screen change ratio is calculated based on the histogram information, and the filtering unit 160 adjusts the black / white stretching inclinations SL _W and SL _B in response to the screen change ratio. The stretching unit 170 stretches the mapped black / white stretching slopes F_SL _W and F_SL _B by mapping the input image.

그런데, 종래의 콘트라스트 향상장치의 콘트라스트 향상방법은, 평균레벨(Mean)에 연동하여 스트레치 기울기를 산출함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 블랙 스트레치(Black Stretch) 영역 및 화이트 스트레치(White Stretch) 영역에 급격한 기울기 변화를 가졌다.However, in the conventional contrast enhancement apparatus, the contrast enhancement method calculates the stretch slope in conjunction with the average level Mean, and as shown in FIG. 2, a black stretch region and a white stretch region. Had a sharp slope change in.

따라서, 원 영상을 과도하게 변화시켜 윤곽에 아티팩트가 발생하게 된다. 또한, 블랙/화이트 스트레치되는 부분의 섬세한 성분이 손상될 뿐만 아니라 블랙으로 잠기는 부분의 칼라 값이 손실되어 영상이 검게 나타나는 문제점이 발생할 수 있다. Therefore, the original image is excessively changed, causing artifacts in the contour. In addition, the delicate component of the black / white stretched portion may be damaged, and the color value of the black-locked portion may be lost, resulting in a black image.

따라서, 본 발명의 목적은, 입력 영상의 특성을 고려함과 동시에 매핑 함수의 기울기를 급격하게 변화시키지 않는 방법을 이용하여 부작용을 최소화시키고, 콘트라스트는 최대한 향상시키는 콘트라스트 향상장치 및 그 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a contrast enhancement apparatus and method for minimizing side effects and improving contrast as much as possible by taking into consideration the characteristics of an input image and using a method that does not radically change the slope of a mapping function. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콘트라스트 향상장치의 콘트라스트 향상방법은 비선형 RGB 영상을 역감마보정하여 선형 RGB 영상으로 변환하고, 상기 선형 RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환하는 단계, 상기 변환된 YCbCr 영상 중 휘도(Y) 신호의 특성을 고려하여 매핑함수의 모양을 결정할 변곡점을 산출하고, 상기 산출한 변곡점을 이용해 상기 매핑함수를 산출하고, 상기 변환된 YCbCr 영상과 상기 매핑함수를 매핑하는 단계, 상기 매핑된 YCbCr 영상 중 색차 신호(Cb,Cr)을 상기 매핑에 의한 변환비율만큼 보상하는 단계, 및 상기 색 보상된 YCbCr 영상을 선형 RGB 영상으로 변환하고, 상기 선형 RGB 영상을 감마보정하여 비선형 RGB 영상으로 변환하는 단계를 포함한다.Contrast enhancement method of the contrast enhancement device according to the present invention for achieving the above object comprises the step of converting the non-linear RGB image to a linear RGB image by inverse gamma correction, converting the linear RGB image to a YCbCr image, the converted YCbCr image Calculating an inflection point for determining the shape of the mapping function in consideration of characteristics of the luminance (Y) signal, calculating the mapping function using the calculated inflection point, and mapping the converted YCbCr image and the mapping function, the mapping function Compensating the color difference signals (Cb, Cr) of the mapped YCbCr image by the conversion ratio by the mapping, and converting the color-compensated YCbCr image into a linear RGB image, and gamma correcting the linear RGB image to perform a nonlinear RGB image. Converting to.

그리고, 상기 매핑 단계는, 확률밀도함수를 이용해 상기 휘도 신호의 그레이 레벨의 발생빈도를 히스토그램 분포로 산출하는 단계, 상기 히스토그램 분포를 이용해 평균레벨(Mean)을 산출하는 단계, 상기 히스토그램 분포에서 기설정된 소정 범위에 해당하는 픽셀수가 포함된 그레이 레벨을 최소레벨(Min), 최대레벨(Max)로 산출하고, 상기 휘도 신호의 특성을 고려하여 상기 최소레벨, 최대레벨을 조정하는 단계, 상기 평균레벨과 상기 최소레벨의 중간값을 최소경사레벨(Min_Tilt)로 산출하고, 상기 평균레벨과 상기 최대레벨의 중간값을 최대경사레벨(Max_Tilt)로 산출하는 단계, 및 상기 평균레벨, 상기 최소레벨, 상기 최소경사레벨, 상기 최대경사레벨, 상기 최대레벨을 이용하여 상기 매핑함수를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The mapping may include calculating a frequency of occurrence of gray levels of the luminance signal as a histogram distribution using a probability density function, calculating a mean level Mean using the histogram distribution, and a predetermined value from the histogram distribution. Calculating a gray level including the number of pixels corresponding to a predetermined range as a minimum level (Min) and a maximum level (Max), and adjusting the minimum level and the maximum level in consideration of characteristics of the luminance signal, the average level and Calculating a median value of the minimum level as a minimum slope level (Min_Tilt), and calculating a median value of the average level and the maximum level as a maximum slope level (Max_Tilt), and the average level, the minimum level, and the minimum level. Comprising the step of calculating the mapping function using the gradient level, the maximum slope level, the maximum level.

또한, 상기 최소레벨 및 상기 최대레벨을 조정하는 단계는, 상기 최소레벨을 제1 문턱값보다 낮게, 제2 문턱값보다 높게 조정하고, 상기 최대레벨을 제3 문턱값을 기준으로 조정하며, 기설정된 소정 크기의 윈도우 안에 상기 조정된 최소레벨 이하 또는 상기 조정된 최대레벨 이상의 그레이 레벨을 가지는 픽셀이 일정 수 이상 분포할 경우, 상기 조정된 최소레벨을 더 낮게 조정 또는 상기 조정된 최대레벨을 더 높게 조정하는 것이 바람직하다.The adjusting of the minimum level and the maximum level may include adjusting the minimum level lower than the first threshold value and higher than the second threshold value, adjusting the maximum level based on a third threshold value. If the pixels having a gray level below the adjusted minimum level or above the adjusted maximum level are distributed in a predetermined number or more within a predetermined sized window, the adjusted minimum level is adjusted lower or the adjusted maximum level is made higher. It is preferable to adjust.

한편, 본 발명의 콘트라스트 향상장치는, 비선형 RGB 영상을 역감마보정하여 선형 RGB 영상으로 변환하고, 상기 선형 RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환하는 영상 변환부, 상기 변환된 YCbCr 영상 중 휘도(Y) 신호의 특성을 고려하여 매핑함수의 모양을 결정할 변곡점을 산출하고, 상기 산출한 변곡점을 이용해 상기 매핑함수를 산출하여, 상기 변환된 YCbCr 영상과 상기 매핑함수를 매핑하는 콘트라스트 개선부, 상기 매핑된 YCbCr 영상 중 색차 신호(Cb,Cr)을 상기 매핑에 의한 변환비율만큼 보상하는 색 보상부, 및 상기 색 보상된 YCbCr 영상을 선형 RGB 영상으로 변환 하고, 상기 선형 RGB 영상을 감마보정하여 비선형 RGB 영상으로 변환하는 영상 역변환부를 포함한다.On the other hand, the contrast enhancement device of the present invention, the image conversion unit for converting the non-linear RGB image by the reverse gamma correction to a linear RGB image, and converts the linear RGB image to a YCbCr image, the luminance (Y) signal of the converted YCbCr image Contrast improvement unit for calculating the inflection point to determine the shape of the mapping function in consideration of the characteristics of, and calculating the mapping function using the calculated inflection point, the contrast enhancement unit for mapping the converted YCbCr image and the mapping function, the mapped YCbCr image A color compensator for compensating the color difference signals Cb and Cr by the conversion ratio by the mapping, and converting the color-compensated YCbCr image into a linear RGB image, and gamma correcting the linear RGB image to a nonlinear RGB image. And an image inverse transform unit.

또한, 상기 콘트라스트 향상부는, 확률밀도함수를 이용해 상기 휘도 신호의 그레이 레벨의 발생빈도를 히스토그램 분포로 산출하는 PDF 산출부, 상기 히스토그램 분포를 이용해 평균레벨(Mean)을 산출하는 평균 산출부, 상기 히스토그램 분포에서 기설정된 소정 범위에 해당하는 픽셀수가 포함된 그레이 레벨을 최소레벨(Min), 최대레벨(Max)로 산출하고, 상기 휘도 신호의 특성을 고려하여 상기 최소레벨, 최대레벨을 조정하는 Min/Max 산출결정부, 상기 평균레벨과 상기 최소레벨의 중간값을 최소경사레벨(Min_Tilt)로 산출하고, 상기 평균레벨과 상기 최대레벨의 중간값을 최대경사레벨(Max_Tilt)로 산출하는 Min_Tilt/Max_Tilt 산출부, 상기 평균레벨, 상기 최소레벨, 상기 최소경사레벨, 상기 최대경사레벨, 상기 최대레벨을 이용하여 상기 매핑함수를 산출하는 매핑함수 산출부, 및 상기 변환된 YCbCr 영상과 상기 매핑함수를 매핑하는 매핑부를 포함하는 것이 바람직하다.The contrast enhancing unit may include a PDF calculator for calculating a frequency of gray level occurrence of the luminance signal using a probability density function as a histogram distribution, an average calculator for calculating a mean level using the histogram distribution, and the histogram. The gray level including the number of pixels corresponding to the predetermined range in the distribution is calculated as the minimum level Min and the maximum level Max, and Min / Adjusts the minimum level and the maximum level in consideration of the characteristics of the luminance signal. Max calculation determining unit calculates the intermediate value between the average level and the minimum level as the minimum slope level (Min_Tilt), and calculates the Min_Tilt / Max_Tilt which calculates the intermediate value between the average level and the maximum level as the maximum slope level (Max_Tilt). The mapping unit calculates the mapping function by using the average level, the minimum level, the minimum slope level, the maximum slope level, and the maximum level. A number calculator and a mapping unit for mapping the converted YCbCr image and the mapping function may be included.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 향상장치의 블록도이다.3 is a block diagram of a contrast enhancing apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 콘트라스트 향상장치는 입력 영상의 특성에 따라 콘트라스트(contrast)를 개선하기 위한 매핑함수(mapping function)를 산출하고, 산출된 매핑함수를 이용해 영상의 어두운 부분은 더 어둡게 하고 밝은 부분은 더 밝게 하여 전체적인 콘트라스트를 향상시키며, 칼라 변화는 최소화한다.The contrast enhancer calculates a mapping function to improve contrast according to the characteristics of the input image, and uses the calculated mapping function to make the darker parts of the image darker and the brighter parts brighter. Improves contrast and minimizes color change.

도 3을 참조하면, 본 콘트라스트 향상장치는 영상 변환부(310), 콘트라스트 향상부(320), 색 보상부(340), 및 영상 역변환부(350)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the apparatus for improving contrast includes an image converter 310, a contrast enhancer 320, a color compensator 340, and an image inverse converter 350.

영상 변환부(310)는 입력 영상을 변환한다. 구체적으로, CRT모니터에 디스플레이되는 영상은 선형 RGB 영상에 0.45배만큼 감마보정이 된 비선형 RGB 영상이므로, 영상 변환부(310)는 다시 선형 RGB 영상이 되도록 비선형 RGB 영상에 1/0.45배 즉, 약 2.2배만큼 역 감마보정한다. 그리고, 영상 변환부(310)는 역 감마보정된 선형 RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환한다.The image converter 310 converts the input image. Specifically, since the image displayed on the CRT monitor is a nonlinear RGB image gamma-corrected by 0.45 times to the linear RGB image, the image converter 310 is 1 / 0.45 times to the nonlinear RGB image so that it becomes a linear RGB image. Inverse gamma correction by 2.2 times. The image converter 310 converts the inverse gamma corrected linear RGB image to a YCbCr image.

콘트라스트 향상부(320)는 영상 변환부(310)에 의해 변환된 YCbCr 영상의 특성을 고려하여 콘트라스트를 개선한다. 여기서, 콘트라스트 개선 대상 입력 영상은 휘도(Y)신호이다. The contrast enhancer 320 improves the contrast in consideration of the characteristics of the YCbCr image converted by the image converter 310. Here, the contrast enhancement target input image is a luminance Y signal.

개략적으로, 콘트라스트 향상부(320)는 영상의 콘트라스트 향상을 위한 매핑함수의 모양을 결정하는 변곡점들을 산출하고, 산출한 변곡점들을 이용해 매핑함수를 산출한다. 그리고, 콘트라스트 향상부(320)는 산출한 매핑함수와 입력 영상을 매핑하여 입력 영상의 콘트라스트를 향상시킨다. 콘트라스트 향상부(320)의 구체적인 콘트라스트 향상 과정에 대해서는 이하 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.In outline, the contrast enhancer 320 calculates inflection points for determining the shape of the mapping function for contrast enhancement of an image, and calculates a mapping function using the calculated inflection points. The contrast enhancing unit 320 improves the contrast of the input image by mapping the calculated mapping function and the input image. A detailed contrast enhancement process of the contrast enhancement unit 320 will be described below with reference to FIG. 4.

색 보상부(340)는 콘트라스트 향상부(320)에 의해 콘트라스트 향상된 Y의 변화 비율만큼 색차 신호(Cb, Cr)를 변화시켜 색을 보상한다. 이는, YCbCr 영상에서 Y를 높이거나 낮추면 Cb, Cr은 고정되어 있으므로, 이를 RGB 영상으로 변환하여 디스플레이하면 색이 변하는 현상을 방지하기 위함이다. 수학식 1은 색 보상부(340)의 색 보상에 이용되는 식이다.The color compensator 340 compensates for the color by changing the color difference signals Cb and Cr by a change ratio of the contrast enhanced Y by the contrast enhancer 320. This is because Cb and Cr are fixed when the Y is increased or decreased in the YCbCr image, and thus, when the display is converted to an RGB image and displayed, the color is changed. Equation 1 is used for color compensation of the color compensator 340.

수학식 1에서,

는 콘트라스트 개선에 의한 Y의 변화 비율이다. 색 보상부(340)는 변화 비율

를 Cb, Cr에 적용하여 색 변화를 보상한다.In Equation 1,

Is the rate of change of Y due to contrast improvement. The color compensator 340 has a change ratio

Is applied to Cb and Cr to compensate for color change.

영상 역변환부(350)는 콘트라스트 향상 및 색 보상된 YCbCr 영상을 선형 RGB 영상을 변환하고, 선형 RGB 영상을 감마보정하여 비선형 RGB 영상으로 변환한다. 이는, 디스플레이의 특성에 맞게 변환하여 시각 특성에 맞는 영상을 출력하기 위함이다. 이때, 이 출력 영상은 어두운 부분은 더 어둡게, 밝은 부분은 더 밝게 전체적인 콘트라스트가 향상되고, 칼라 변화는 최소화된 영상이다.The image inverse converter 350 converts the contrast-enhanced and color-compensated YCbCr image into a linear RGB image, and gamma corrects the linear RGB image into a nonlinear RGB image. This is for outputting an image that matches the visual characteristics by converting it according to the characteristics of the display. In this case, the output image is an image in which dark parts are darker and light parts are brighter, and overall contrast is improved, and color change is minimized.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 향상장치에 구비된 콘트라스트 향상부의 구체적인 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 향상부의 콘트라스트 향상 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 콘트라스트 향상부의 콘트라스트 향상 과정을 보다 상세하게 설명한다.4 is a detailed block diagram of a contrast enhancement unit included in the contrast enhancement device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a view for explaining a contrast enhancement process of the contrast enhancement unit according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the contrast enhancement process of the contrast enhancement unit will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5.

콘트라스트 향상부(320)는 PDF 산출부(321), 평균 산출부(323), Min/Max 산출부(325), Min/Max 결정부(327), Min_Tilt/Max_Tilt 산출부(329), 매핑함수 산출부(331), 및 매핑부(333)를 포함한다.The contrast enhancer 320 includes a PDF calculator 321, an average calculator 323, a Min / Max calculator 325, a Min / Max determiner 327, a Min_Tilt / Max_Tilt calculator 329, and a mapping function. The calculator 331 and the mapping unit 333 are included.

PDF 산출부(321)는 입력 영상의 그레이 레벨(gray level)의 발생빈도를 확률밀도함수(Probability Density Function : PDF)로 산출하여, 히스토그램 분포를 산출한다. 히스토그램은 입력 영상의 그레이 레벨 분포를 나타내는 그래프로써, 횡축을 0 ~ 255의 그레이 레벨로 하고, 종축은 각 그레이 레벨에 상응하는 픽셀수를 나타내어 입력 영상의 명암 분포를 도식적으로 표현한다. The PDF calculator 321 calculates a histogram distribution by calculating a frequency of occurrence of gray levels of the input image as a probability density function (PDF). The histogram is a graph showing the gray level distribution of the input image. The horizontal axis is a gray level of 0 to 255, and the vertical axis represents the number of pixels corresponding to each gray level, and graphically expresses the light and dark distribution of the input image.

평균 산출부(323)는 PDF 산출부(321)에 의해 산출된 히스토그램 분포를 이용해 입력 영상의 평균레벨(Mean)을 산출한다. The average calculator 323 calculates an average level Mean of the input image using the histogram distribution calculated by the PDF calculator 321.

Min/Max 산출부(325)는 PDF 산출부(321)에 의해 산출된 히스토그램 분포를 이용해 입력 영상의 최소레벨(Min) 및 최대레벨(Max)을 산출한다. 구체적으로, Min/Max 산출부(325)는 히스토그램 분포에서 그레이 레벨 0에서부터 기설정된 소정 범위에 해당하는 픽셀수가 포함된 그레이 레벨을 Min으로 산출한다. 일 예로, 기설정된 소정 범위가 20%이면 0에서부터 20%에 해당하는 픽셀수가 포함된 그레이 레벨이 Min으로 산출된다. 그리고, Min/Max 산출부(325)는 히스토그램 분포에서 그레이 레벨 255에서부터 기설정된 소정 범위에 해당하는 픽셀수가 포함된 그레이 레벨을 Max로 산출한다. 일 예로, 기설정된 소정 범위가 20%이면 255에서부터 20%에 해당하는 픽셀수가 포함된 그레이 레벨이 Max로 산출된다.The Min / Max calculator 325 calculates the minimum level Min and the maximum level Max of the input image using the histogram distribution calculated by the PDF calculator 321. In detail, the Min / Max calculator 325 calculates the gray level including the number of pixels corresponding to a predetermined range from the gray level 0 in the histogram distribution as Min. For example, if the predetermined range is 20%, the gray level including the number of pixels corresponding to 20% to 0% is calculated as Min. The Min / Max calculator 325 calculates the gray level including the number of pixels corresponding to a predetermined range from the gray level 255 in the histogram distribution as Max. For example, if the predetermined range is 20%, the gray level including the number of pixels corresponding to 20% from 255 is calculated as Max.

Min/Max 결정부(325)는 Min/Max 산출부(325)가 산출한 Min, Max을 기초로 영상 특성을 고려하여 Min/Max를 결정한다. 이때, 산출된 Min에 많은 픽셀수가 몰려있으면 과도한 블랙 스트레치에 의해 영상이 너무 어두워지는 잠김 현상이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해, Min/Max 결정부(325)는 산출된 Min이 제1 문턱값 (Th1)을 넘지 않도록 즉, 제1 문턱값보다 낮게 조정한다. 그리고, Min이 너무 작으면 잠김 효과가 없어지게 된다. 이를 방지하기 위해, Min/Max 결정부(325)는 산출된 Min이 제2 문턱값(Th2)보다 작지 않게 즉, 제2 문턱값보다 높게 조정한다. The Min / Max determiner 325 determines Min / Max in consideration of image characteristics based on Min and Max calculated by the Min / Max calculator 325. At this time, if a large number of pixels are concentrated in the calculated Min, a lock phenomenon may occur in which the image is too dark due to excessive black stretch. To prevent this, the Min / Max determination unit 325 adjusts the calculated Min so as not to exceed the first threshold Th1, that is, lower than the first threshold. And if Min is too small, there will be no locking effect. To prevent this, the Min / Max determination unit 325 adjusts the calculated Min not to be smaller than the second threshold Th2, that is, higher than the second threshold.

또한, Min/Max 결정부(325)는 산출된 Max에 많은 픽셀수가 몰려 있으면 과도한 화이트 스트레치에 의해 영상이 너무 밝아지는 현상이 발생하므로 산출된 Max를 제3 문턱값(Th3)보다 높게 조정한다. 반면, Min/Max 결정부(325)는 산출된 Max이 너무 크면 화이트 스트레치가 되지 않으므로 산출된 Max를 제3 문턱값보다 낮게 조정한다.In addition, when a large number of pixels is concentrated in the calculated Max, the Min / Max determiner 325 may cause the image to become too bright due to excessive white stretch, and thus adjust the calculated Max higher than the third threshold Th3. On the other hand, the Min / Max determiner 325 adjusts the calculated Max lower than the third threshold value because the white stretch is not made if the calculated Max is too large.

그리고, 입력 영상의 어느 한 부분에 조정된 Min 이하 또는 Max 이상의 그레이 레벨을 가지는 픽셀이 몰려있는 경우에는 이 부분의 영상이 뭉개지는 현상이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해, Min/Max 결정부(325)는 입력 영상에 소정 크기의 윈도우를 설정한다. 설정한 윈도우 안에 조정된 Min 이하 또는 Max 이상의 그레이 레벨을 가지는 픽셀이 일정 수 이상 분포할 경우, Min/Max 결정부(325)는 조정된 Min을 더 낮게 조정하고, Max를 더 높게 조정한다. 즉, Min/Max 결정부(325)는 0 ~ Min, Max ~ 255 사이의 범위를 좁혀 영상의 뭉개짐을 방지한다.When a pixel having a gray level of less than or equal to Min or more than Max is crowded in any part of the input image, the phenomenon of crushing the image of this portion occurs. To prevent this, the Min / Max decision unit 325 sets a window having a predetermined size in the input image. When a pixel having a gray level of less than or equal to the adjusted Min or more than Max is distributed in a predetermined number or more, the Min / Max determination unit 325 adjusts the adjusted Min lower and adjusts Max higher. That is, the Min / Max decision unit 325 narrows the range between 0 and Min, Max and 255 to prevent crushing of the image.

Min_Tilt/Max_Tilt 산출부(329)는 Min/Max 결정부(325)에 의해 결정된 Min, Max를 이용해 최소 경사 레벨(Min_Tilt), 최대 경사 레벨(Max_Tilt)를 산출한다. 구체적으로, Min_Tilt/Max_Tilt 산출부(329)는 Mean과 Min의 중간값을 Min_Tilt로 산출하고, Mean과 Max의 중간값을 Max_Tilt로 산출한다.The Min_Tilt / Max_Tilt calculator 329 calculates the minimum tilt level Min_Tilt and the maximum tilt level Max_Tilt using Min and Max determined by the Min / Max determiner 325. In detail, the Min_Tilt / Max_Tilt calculator 329 calculates the median value between Mean and Min as Min_Tilt, and calculates the median value between Mean and Max as Max_Tilt.

매핑함수 산출부(331)는 Min, Min_Tilt, Max, Max_tilt를 이용하여 도 5에 도시된 매핑함수를 산출한다. 이때, 매핑함수 산출부(331)는 이전 영상의 Min, Min_Tilt, Max, Max_tilt를 저장하여 입력 영상의 값이 이전 영상의 값보다 기준 이상으로 커지거나 작아지면 기준 범위에 속하도록 그 값을 조절하여 매핑함수를 산출한다. 이로써, 장면이 전환될 때 발생하는 플리커(flicker) 현상이 방지된다. The mapping function calculator 331 calculates the mapping function shown in FIG. 5 using Min, Min_Tilt, Max, and Max_tilt. At this time, the mapping function calculating unit 331 stores the Min, Min_Tilt, Max, Max_tilt of the previous image, and adjusts the value so that the input image is within the reference range when the value of the input image is larger or smaller than the value of the previous image. Calculate the mapping function. This prevents the flicker phenomenon that occurs when the scene is switched.

구체적으로, 매핑함수 산출부(331)는 낮은 그레이 스케일을 가진 영상의 섬세함을 살리기 위해 0부터 Min 사이에 0이 아닌 Min/2의 기울기를 갖도록 하여 Min 이하의 입력 값에 대한 매핑함수를 결정한다. 마찬가지로, 매핑함수 산출부(331)는 높은 그레이 스케일을 가진 영상의 섬세함을 살리기 위해 Max부터 255 사이에 기울기를 갖도록 하여 Max 이상의 입력 값에 대한 매핑함수를 결정한다.In detail, the mapping function calculating unit 331 determines a mapping function for an input value of Min or less by setting a slope of Min / 2 other than 0 between 0 and Min in order to preserve the fineness of an image having a low gray scale. . Similarly, the mapping function calculator 331 determines the mapping function for the input value of Max or higher by having a slope between Max and 255 in order to make use of the fineness of the image having a high gray scale.

그리고, 매핑함수 산출부(331)는 Min에서 Min_Tilt 사이의 입력 값에 대해서는 출력 값이 일대일 대응이 되도록 1의 기울기를 갖도록 매핑함수를 결정한다. 마찬가지로, 매핑함수 산출부(331)는 Max_Tilt에서 Max 사이의 입력 값에 대해서 출력 값이 일대일 대응이 되도록 1의 기울기를 갖도록 매핑함수를 결정한다. 이로 인해, 영상의 입출력이 일대일 대응되므로 그레이 레벨 표현 범위가 동일하게 되어 색 정보를 잃어버리거나, 윤곽에 아티팩트가 발생하는 것이 방지된다. The mapping function calculator 331 determines the mapping function such that the output value has a slope of 1 so that the output value has a one-to-one correspondence with respect to an input value between Min and Min_Tilt. Similarly, the mapping function calculator 331 determines the mapping function such that the output value has a slope of 1 so that the output value has a one-to-one correspondence with respect to the input value between Max_Tilt and Max. As a result, since the input and output of the image correspond one-to-one, the gray level expression range is the same, so that color information is not lost or artifacts are generated in the outline.

매핑함수 산출부(331)는 Min_Tilt와 Max_Tilt의 출력 값을 직선으로 이어 매핑함수를 결정한다. 이로 인해, 입력 영상의 낮은 그레이 레벨은 더 낮은 그레이 레벨로 높은 그레이 레벨은 더 높은 그레이 레벨로 매핑됨으로써, 콘트라스트가 향상된다. The mapping function calculator 331 determines the mapping function by connecting the output values of Min_Tilt and Max_Tilt in a straight line. As a result, the low gray level of the input image is mapped to the lower gray level and the high gray level to the higher gray level, thereby improving contrast.

매핑부(333)는 매핑함수 산출부(331)가 산출한 매핑함수와 입력 영상을 매핑 하여, 콘트라스트 향상된 영상을 출력한다.The mapping unit 333 maps the mapping function calculated by the mapping function calculator 331 and the input image, and outputs a contrast-enhanced image.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘트라스트 향상장치의 콘트라스트 향상방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 콘트라스트 향상장치의 콘트라스트 향상방법에 대해서는 이상에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.6 is a flowchart provided to explain the contrast enhancement method of the contrast enhancement apparatus according to the embodiment of the present invention. Since the contrast enhancement method of the contrast enhancement device has been described in detail with reference to FIGS. 3 to 5, a detailed description thereof will be omitted.

도 6을 참조하면, 영상 변환부(310)는 비선형 RGB 영상인 입력 영상을 역감마보정하여 YCbCr 영상으로 변환한다(S610). RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환하는 대표적인 방법으로는 CCIR 권고안 601-1이 있다.Referring to FIG. 6, the image converter 310 converts an input image, which is a nonlinear RGB image, into an YCbCr image by inverse gamma correction (S610). A representative method of converting RGB images to YCbCr images is CCIR Recommendation 601-1.

PDF 산출부(321)는 변환된 입력 영상의 히스토그램 분포를 산출한다(S620). 이때, PDF 산출부(321)는 확률밀도함수를 이용한다. The PDF calculator 321 calculates a histogram distribution of the converted input image (S620). In this case, the PDF calculator 321 uses a probability density function.

그리고, 평균 산출부(323)는 PDF 산출부(321)에 의해 산출된 히스토그램 분포를 이용해 입력 영상의 평균레벨(Mean)을 산출하고, Min/Max 산출부(325)는 히스토그램 분포를 이용해 입력 영상의 최소레벨(Min) 및 최대레벨(Max)을 산출한다(S630). Min/Max 결정부(327)는 Min/Max 산출부(325)가 산출한 Min, Max을 기초로 영상 특성을 고려하여 Min/Max를 결정한다(S640). Min_Tilt/Max_Tilt 산출부(329)는 Min/Max 결정부(325)에 의해 결정된 Min, Max와 Mean을 이용해 최소 경사 레벨(Min_Tilt), 최대 경사 레벨(Max_Tilt)를 산출한다(S650).The average calculator 323 calculates an average level Mean of the input image using the histogram distribution calculated by the PDF calculator 321, and the Min / Max calculator 325 uses the histogram distribution to input the image. The minimum level Min and the maximum level Max are calculated (S630). The Min / Max determiner 327 determines Min / Max in consideration of image characteristics based on Min and Max calculated by the Min / Max calculator 325 (S640). The Min_Tilt / Max_Tilt calculator 329 calculates the minimum tilt level Min_Tilt and the maximum tilt level Max_Tilt using Min, Max, and Mean determined by the Min / Max determiner 325 (S650).

매핑함수 산출부(331)는 Min, Min_Tilt, Max, Max_tilt를 이용하여 매핑함수를 산출한다(S660). 매핑부(333)는 입력 영상에 매핑함수 산출부(331)가 산출한 매핑함수를 적용한다(S670).The mapping function calculator 331 calculates a mapping function using Min, Min_Tilt, Max, and Max_tilt (S660). The mapping unit 333 applies the mapping function calculated by the mapping function calculator 331 to the input image (S670).

색 보상부(340)는 콘트라스트 향상된 영상의 변화 비율만큼 색 변화를 보상한다(S680). 영상 역변환부(350)는 매핑함수 적용에 의해 콘트라스트 향상 및 색 보상된 YCbCr 영상을 비선형 RGB 영상으로 변환한다(S690). 마찬가지로, 변환방법으로는 CCIR 권고안 601-1이 있다.The color compensator 340 compensates for the color change by the change ratio of the contrast-enhanced image (S680). The image inverse transform unit 350 converts the YCbCr image with contrast enhancement and color compensation by applying the mapping function to a nonlinear RGB image (S690). Similarly, the conversion method is CCIR Recommendation 601-1.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 원 영상의 왜곡이 감소되며, 어두운 부분은 더 어둡게 밝은 부분은 더 밝게 함으로써 섬세한 부분이 손상되지 않고, 콘트라스트가 향상된다. As described above, according to the present invention, the distortion of the original image is reduced, the darker portions are darker, and the brighter portions are brighter, so that the delicate portions are not damaged and the contrast is improved.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 이해되어져서는 안 될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

Claims

Inversely gamma correcting a nonlinear RGB image to convert it into a linear RGB image, and converting the linear RGB image into a YCbCr image;

The inflection point for determining the shape of the mapping function is calculated in consideration of the characteristics of the luminance (Y) signal of the converted YCbCr image, the mapping function is calculated using the calculated inflection point, and the converted YCbCr image and the mapping function Mapping;

Compensating a color difference signal (Cb, Cr) of the mapped YCbCr image by the conversion ratio by the mapping; And

And converting the color-compensated YCbCr image into a linear RGB image, and gamma correcting the linear RGB image to a non-linear RGB image.

The method of claim 1,

The mapping step,

Calculating a frequency of occurrence of the gray level of the luminance signal as a histogram distribution using a probability density function;

Calculating a mean level using the histogram distribution;

Calculating a gray level including the number of pixels corresponding to a predetermined range in the histogram distribution as a minimum level Min and a maximum level, and adjusting the minimum level and the maximum level in consideration of characteristics of the luminance signal. step;

Calculating an intermediate value between the average level and the minimum level as a minimum slope level (Min_Tilt) and calculating an intermediate value between the average level and the maximum level as a maximum slope level (Max_Tilt); And

And calculating the mapping function by using the average level, the minimum level, the minimum slope level, the maximum slope level, and the maximum level.

The method of claim 2,

Adjusting the minimum level and the maximum level,

Adjust the minimum level below a first threshold and above a second threshold, adjust the maximum level based on a third threshold,

If the pixel having a gray level below the adjusted minimum level or above the adjusted maximum level is distributed in a predetermined number or more in a predetermined sized window, the adjusted minimum level is lowered or the adjusted maximum level is further increased. A contrast improving method of a contrast improving device, characterized in that the adjustment is made high.

An image converter converting a nonlinear RGB image into a linear RGB image by performing gamma correction, and converting the linear RGB image into a YCbCr image;

An inflection point for determining the shape of the mapping function is calculated in consideration of the characteristics of the luminance (Y) signal among the converted YCbCr images, and the mapping function is calculated using the calculated inflection point, thereby converting the converted YCbCr image and the mapping function. Contrast improvement unit for mapping;

A color compensator for compensating the color difference signals Cb and Cr among the mapped YCbCr images by the conversion ratio by the mapping; And

And an image inverse converting unit converting the color-compensated YCbCr image into a linear RGB image, and gamma correcting the linear RGB image to convert to a nonlinear RGB image.

The method of claim 4, wherein

The contrast improvement unit,

A PDF calculator for calculating a frequency of occurrence of gray levels of the luminance signal as a histogram distribution using a probability density function;

An average calculating unit calculating an average level Mean using the histogram distribution;

Calculating a gray level including the number of pixels corresponding to a predetermined range in the histogram distribution as a minimum level Min and a maximum level, and adjusting the minimum level and the maximum level in consideration of characteristics of the luminance signal. Min / Max calculation decision unit;

A Min_Tilt / Max_Tilt calculator for calculating a median value between the average level and the minimum level as a minimum slope level (Min_Tilt) and calculating a median value between the average level and the maximum level as a maximum slope level (Max_Tilt);

A mapping function calculator configured to calculate the mapping function using the average level, the minimum level, the minimum slope level, the maximum slope level, and the maximum level; And

And a mapping unit which maps the converted YCbCr image and the mapping function.