KR101173584B1 - 공간 광 변조된 디스플레이 시스템에서 이미지를 처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

공간 광 변조된 디스플레이 시스템에서 이미지를 처리하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 디스플레이 디바이스 상에 이미지를 디스플레이하기 위해 동적 범위 리미터에 제공될 비디오 신호를 최고점에 도달하게 하기 위한 회로를 제공한다. 이 회로는 비디오 신호를 수신하도록 구성된 필터 출력을 포함하는 피킹 필터를 포함한다. 제 1 필터 출력은 비디오 신호에 관한 피킹 신호를 제공한다. 제 2 필터 출력은 피킹 신호에 기초한 최고점에 도달한 비디오 신호를 제공한다. 이 회로는 제 2 필터 출력에 결합된 스로틀 입력을 포함하는 스로틀 회로를 더 포함한다. 스로틀 출력은 최고점에 도달한 비디오 신호에 기초한 스로틀 신호를 제공한다. 스케일러는 제 1 필터 출력과 동적 범위 리미터 사이에 결합된다. 이 스케일러는 또한 스로틀 출력에 결합된다. 스케일러는 이 스로틀 신호에 기초한 피킹 신호를 조정한다. 따라서, 피킹은 디스플레이된 이미지 부분에 대한 입력 신호의 밝기 변화뿐만 아니라, 동적 범위 리미터의 동적 범위 한계에 기초한 비디오 신호에 적합하게 적용된다.

Description

공간 광 변조된 디스플레이 시스템에서 이미지를 처리하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR IMAGE PROCESSING IN SPATIAL LIGHT MODULATED DISPLAY SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로 디스플레이 시스템에서 이미지를 처리하기 위한 장치 와 방법에 관한 것으로, 특히 공간 광 변조된 디스플레이 시스템에서 이미지 데이터를 처리하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
공간 광 변조(SLM: Spatial Light Modulating) 시스템은 디지털 광 처리(DLPTM) 시스템을 포함한다. DMD와 DLPtm은 텍사스 인스트루먼트사의 등록 상표이다. SLM 기술에서의 최근의 발전은 정사각형 모양의 픽셀 대신 다이아몬드 모양의 픽셀을 제공하는 SLM 소자에 의존한다. SLM 시스템에 관한 처리 기술은, 소위 "매끄러운 픽셀(smooth pixel)" 처리 기술을 포함한다. 매끄러운 픽셀 기술에 따르면, 디스플레이된 이미지는 제 1 세트의 픽셀을 제 2 세트의 픽셀과 결합함으로써 형성된다. 제 2 세트는 제 1 세트가 대체된 것이다. 결합된 제 1 세트와 제 2 세트가 디스플레이된 이미지를 형성한다.
SLM 시스템의 일 예에서는, SLM 소자의 어레이가 디스플레이될 각각의 인입 사진 또는 프레임에 관한 제 1 및 제 2 픽셀 세트를 제공한다. 제 1 픽셀 세트와 제 2 픽셀 세트로부터의 결합된 픽셀은 그 어레이에서의 SLM 소자의 개수보다 많은 디스플레이된 픽셀을 제공한다.
하지만, 이러한 기술에는 결점이 존재한다. 제 1 세트의 픽셀이 디스플레이된 이미지에서의 제 2 세트로부터의 픽셀과 효율적으로 겹쳐진다. 그 결과, 겹쳐지는 픽셀의 구역에서의 광은 각각의 겹쳐진 픽셀로부터의 광이 결합된 것이다. 이는 때때로 의도된 것보다 더 밝은 또는 의도된 것보다 덜 밝은 이미지 부분을 만든다. 이러한 문제점을 다루기 위해, 2005년 3월 22일에 공통 발명자인 Rumreich에 의해 출원되고 공동 양도된 공동 계류중인 출원 PCT/US2005/09621호에서는 겹쳐지는 픽셀 밝기의 영향에 대항하기 위한 새로운 필터와 방법이 설명된다. 출원인의 새로운 필터는 매끄러운 픽셀 타입 디스플레이 시스템에 의해 제공된 이미지를 개선하는 것으로 나타났다.
픽셀 밝기 필터링 기술을 사용하여, 픽셀에 대한 임의의 밝기 변화 또는 픽셀의 밝기 처리 동안에 픽셀에 인가된 이득은, 최종 픽셀 세기가 디스플레이가 가능한 최대값을 초과하게 할 수 있다. 그러한 경우, 최대값을 초과하는 값은, 통상 최대값에서 예컨대 리미터 회로에 의해 클리핑(clipping)된다. 이러한 최대값에 픽셀 출력 세기를 클리핑하는 것은, 잘못된 윤곽선(false contours) 및 다른 아티팩트(artifact)를 만드는데, 이는 세기 정보의 일부가 손실되기 때문이다. 그러므로, 픽셀 밝기 처리가 클리핑을 최소화하는 것과 동시에 이미지 품질을 개선하는 것을 허용하는 회로와 방법이 필요하다.
본 발명의 실시예는 디스플레이 디바이스 상에 이미지를 디스플레이하기 위해 동적 범위 리미터에 제공될 비디오 신호를 피킹(peaking)하기 위한 회로를 제공한다. 이 회로는 비디오 신호를 수신하도록 구성된 필터 입력을 포함하는 피킹(peaking) 필터를 포함한다. 제 1 필터 출력은 비디오 신호에 피킹 신호를 제공한다. 제 2 필터 출력은 피킹 신호에 기초한 피크 레벨의 비디오 신호를 제공한다. 이 회로는 또한 제 2 필터 출력에 결합된 스로틀 입력을 포함하는 스로틀 회로를 포함한다. 스로틀(throttle) 출력은 피크 레벨의 비디오 신호에 기초한 스로틀 신호를 제공한다. 스케일러(scaler)가 제 1 필터 출력과 동적 범위 리미터 사이에 결합된다. 이 스케일러는 또한 스로틀 출력에 결합된다. 이 스케일러는 스로틀 신호에 기초하여 피킹 신호를 조정한다. 따라서, 피킹은 디스플레이된 이미지 부분에 대한 입력 신호의 밝기 변화뿐만 아니라, 동적 범위 리미터의 동적 범위 한계에 기초한 비디오 신호에 적합하게 적용된다.
본 발명의 실시예가, 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 아래에 설명된다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예를 구현하는데 적합한 공간 광 변조(SLM) 소자의 어레이를 포함하는 디스플레이 시스템을 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 시스템의 전자 서브시스템을 더 상세히 도시하는 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 필터를 포함하는 SLM 시스템을 도 시하는 블록도.
도 4는 수신된 픽셀 데이터와 조정된 픽셀 데이터 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 조정된 픽셀 데이터의 제 1 픽셀 세트를 도시하는 도면.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 다른 조정된 픽셀 데이터의 제 2 픽셀 세트를 도시하는 도면.
도 4c는 도 4a와 도 4b에 도시된 제 1 픽셀 세트와 제 2 픽셀 세트를 포함하는 픽셀 매트릭스를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 필터의 블록도.
도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 도 5의 픽셀 데이터 필터에서 사용하기에 적합한 탐색표 예를 도시하는 도면.
도 7은 도 5에 도시된 픽셀 데이터 프로세서의 일 실시예의 상세도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 다른 스로틀 회로의 블록도.
도 9는 도 8에 도시된 스로틀 회로를 더 상세히 보여주는 블록도.
공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator) 디바이스의 비디오 이미지 투영 및 인쇄와 같은 광범위한 이미징(imaging) 응용에서의 사용이 증가하고 있다. 통상적인 광 변조기는 액정 디바이스(LCD)과 디지털 마이크로-미러 디바이스(DMDtm) 와 같은 디바이스를 포함한다. 통상적인 공간 광 변조기는, 디스플레이 표면 상에 2차원의 이미지를 형성하기 위해, 입사 광 위에서 동작하는 변조기 소자의 2차원 어레이를 포함한다. 어레이에서의 각 광 소자를 변조하기 위해, LCD 기반의 디바이스는 편광 특징을 사용한다. DMDTM 기반의 디바이스는 개별 광 소자를 변조하기 위해 작은 마이크로-미러의 어레이를 사용한다. 공간 광 변조기 어레이에서의 각 소자는 대응하는 구동 전압 레벨에 응답하여 가변 광 세기를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에서, SLM 어레이에서의 각 소자는 디스플레이된 이미지의 적어도 한 픽셀에 대응한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예를 구현하기에 적합한 공간 광 변조(SLM) 어레이(500)를 포함하는 시스템(100)의 예를 도시하는 그림으로 나타내는 도면이다. 시스템(100)은 광학 시스템(400)에 결합된 적어도 하나의 광원(301)을 포함한다. 광학 시스템(400)은 중계 및 조명 광학 장치(300)와 투명 광학 장치(200)를 포함한다. 광학 시스템(400)은 공간 광 변조 소자(502)의 적어도 한 어레이(500)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 어레이(500)는 반사성 광 소자(502)의 반도체-기반의 어레이를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, SLM 어레이(500)는 광 스위칭 소자(502)의 이진 펄스 폭 변조된(PWM: Pulsed Width Modulated) 어레이(500)를 포함한다. 일 실시예에서, PWM 어레이(500)의 소자(502)는 Digital Micro-mirror Devicetm(DMD)tm의 미러와 같은 마이크로-전자기계(micro-electromechanical) 시스템을 포함한다.
전자 서브시스템(600)은 비디오 신호(601)를 수신하기 위한 입력과, SLM 어레이(500)에 결합된 출력을 포함한다. 전자 서브시스템(600)은, 어레이(500)의 소자(502)를 구동하기 위해 PWM 신호를 제공하도록 인입 비디오 신호(601)를 처리한다. PWM 신호는 비디오 신호(601)에 의해 제공된 픽셀 값에 따라, 어레이(500)의 소자(502)의 각도와 체재 시간(dwell time)을 제어한다. 디스플레이 스크린(499) 상에 디스플레이된 픽셀의 밝기와 같은 특성은 각각의 대응하는 마이크로-미러 소자(502)의 체재 시간에 관련된다.
전자 장치의 서브시스템(600)은 비디오 신호(미도시)의 소스로부터 비디오 신호(601)를 수신한다. 비디오 신호(601)는 디스플레이 디바이스(499) 상에 투영되고 디스플레이될 비디오 이미지에 대응하는 비디오 이미지 데이터를 포함한다. 전자 장치의 서브시스템(600)은 비디오 신호(601)를 처리하고, 처리된 비디오 신호(602)를 구동 어레이(500)에 제공한다.
광학 시스템(400)은 적어도 하나의 중계 및 조명 광학 장치 부분(300), 적어도 하나의 투영 광학 장치 부분(200) 및 적어도 하나의 광원(301)을 포함한다. 광원(301)으로부터의 광은 적어도 하나의 중계 광학 장치 부분(300)을 투과한다. 중계 광학 장치 부분(300)으로부터의 광은, SLM 어레이(500)의 광 반사 소자(502)로 투영된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 매우 다양한 적합한 비디오 신호 소스 중 적어도 하나에 의해 비디오 신호(601)가 제공된다. 본 발명의 다양한 실시예를 포함하는 적합한 비디오 신호 소스는 총체적으로 언급하기에는 너무 많다. 하지만, 몇 가 지 예를 들자면 디지털 다기능 디스크(DVD: digital versatile disk) 시스템, 셋톱 박스, 방송 비디오 소스, 인터넷 비디오 소스, 케이블 비디오 소스, 위성 비디오 소스, 무선 및 전화(wireless and telephonic) 소스가 있지만 이들에 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 비디오 소스가 영화, 텔레비전 영화, 비디오 마스터 등을 포함하는 디지털 비디오 중간(intermediate) 시스템을 포함한다.
비디오 신호 소스와 관계없이, 본 발명의 실시예에 관한 적합한 비디오 신호(601)는 특히 아날로그 비디오 신호, 디지털 비디오 신호, 성분 비디오 신호 및 복합 비디오 신호를 포함한다. 적합한 신호 포맷은 특히 National Television Standards Committee(NTSC) 포맷, Phase Alternate Lines(PAL), 및 PAL 플러스(plus) 포맷을 포함한다. 디스플레이될 이미지의 픽셀에 대응하는 픽셀 값을 제공하는 임의의 비디오 포맷은 본 발명의 다양한 실시예에서 사용하기에 적합하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 전자 장치 서브시스템(600)의 기능 블록을 도시한다. 전자 장치 서브시스템(600)은 비디오 신호(601)를 수신하기 위한 수신기(610)를 포함한다. 수신기(610)는 비디오 처리 유닛(640)에 결합된다. 비디오 처리 유닛(640)은 SLM 어레이 구동기(690)에 결합된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신기(610)는 입력에서 비디오 신호(601)를 수신한다. 본 발명의 실시예의 일 예에서, 수신기(610)는 종래의 비디오 신호 수신 및 디코딩 기술에 따라, 비디오 신호(601)를 디코딩하고 비디오 신호(601)의 아날로그-디지털(A/D) 변환, 휘도-크로미넌스 분리(Y/C 분리), 및 크로미넌스 복조를 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비디오 처리 유닛(640)은 종래 기술에 따라 비디오 신호(601)의 순차 주사 변환과 재샘플링(re-sampling)과 같은 비디오 처리 기능을 더 제공한다. 비디오 처리 유닛(640)은 SLM 디바이스 구동기(690)에 결합된다. SLM 디바이스 구동기(690)는 SLM 어레이(500)의 소자(503)를 구동하기 위한 구동 신호를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 비디오 프로세서는 비디오 신호(601)에 따라 광을 변조하도록, 어레이(500)의 소자(503)를 구동하는 데 있어 구동기(690)가 사용하기 위한 강화된 크로미넌스(2C) 및 휘도(2Y) 신호를 제공한다.
비디오 처리 유닛(640)은 픽셀 그룹 생성기(680)에 결합된 픽셀 필터(320)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 픽셀 그룹 생성기(680)는 소위 "매끄러운 픽셀" 처리 기술에 관한 픽셀 그룹을 제공하는 종래의 디바이스이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 픽셀 필터(320)는 본 명세서에서 설명된 본 발명의 다양한 실시예에 따른 픽셀 처리 기능을 구현하도록, 비디오 처리 유닛(640)의 프로세서를 프로그래밍함으로써 구현된다. 본 발명의 대안적인 실시예에서는, 프로세서를 프로그래밍할 필요없이 하드웨어에 의해 픽셀 필터(320)의 기능이 제공된다. 또 다른 본 발명의 실시예에서는 픽셀 필터(320)의 일부 기능을 하드웨어로 구현하면서 다른 기능은 다른 기능을 수행하기 위해 프로그래밍된 프로세서에 의해 구현된다. 하지만, 당업자라면 본 명세서의 상세한 설명을 읽음으로써, 광범위한 하드웨어 및 소프트웨어 결합이 본 발명을 구현하기에 적합하게 된다는 것을 알게 된다. 그러므로, 본 발명의 픽셀 필터는 하나의 특정 하드웨어와 프로세서 장치에 국한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신기 부분(610)은 비디오 신호(601)에 기초하여 픽셀 필터(320)에 휘도(Y) 신호(620)를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신기 부분(610)은 비디오 신호(601)에 기초하여 픽셀 필터(320)에 크로미넌스(C) 신호(649)를 제공한다.
본 발명의 일부 실시예에서는, 비디오 신호 프로세서(640)가 예컨대 컬러 공간 변환, 감마 정정 제거, 에러 확산, 온 스크린(on screen) 디스플레이 능력, 적색, 녹색, 청색(RGB) 입력 수신 능력 및 사용자 동작 가능한 이미지 제어를 포함하는 추가 처리 기능을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 구동기(690)는 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA)(690)는 비디오 신호 프로세서(640)로부터 RGB 비디오 신호를 수신하고, PWM 제어 기능, 이미지를 재포맷(reformatting), 비트 평면 변환 및 적어도 부분적으로 RGB 비디오 신호에 기초한 DMD 구동 신호 기능을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시스템(600)은 또한 전자 장치 서브시스템(600)을 위한 메모리(622), 타이밍 및 제어 회로(621)를 포함한다.
당업자라면 바로 알 수 있듯이, 프로세서는 매우 다양한 구성 및 능력으로 시스템 전반에 걸쳐 공통으로 내장될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 진보적 회로, 시스템 및 방법을 구현하는 임의의 프로세서 구성은, 본 발명의 범주 내에 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 도시하는 블록도이다. 디스플레이 스크 린(499)은 픽셀의 매트릭스(450)를 포함하는 이미지를 디스플레이하도록, SLM 어레이(500)에 관해 배치된다. 매트릭스(450)는 적어도 제 1 픽셀 그룹(410)과 제 2 픽셀 그룹(430)을 포함한다(또한 도 4에 도시되어 있음). 본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 매트릭스(450)는 2개보다 많은 픽셀 그룹을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 매트릭스(450)를 포함하는 픽셀의 개수는 제 1 및 제 2 픽셀 그룹(410, 430)을 제공하기 위해 사용된 SLM 배열(500)의 소자(502)의 개수보다 많다.
도 3에 도시된 것처럼, 광원(301)으로부터의 광은 중계 광학 장치 서브 시스템(300)을 투과한다. 본 발명의 일 실시예에서, 광학 장치 서브시스템(300)은 컬러 광을 제공하기 위한 수단을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 장치 서브시스템(300)은 적색, 녹색 및 청색 광을 번갈아가며 생성하는 컬러 휠(color wheel)을 포함한다. 본 발명의 대안적인 일 실시예에 따르면, 광원(301)은 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원을 포함한다. 컬러 광이 어레이(500) 위로 투영되고, 어레이(500)로부터 반사된다. 어레이(500)로부터 반사된 광은 투영 광학 장치 서브시스템(200)을 경유하여 디스플레이(499)로 제공된다.
어레이(500)의 소자(502)는 픽셀 데이터 세트(620)에 의해 제공된 픽셀 값에 따라 구동된다. 매트릭스(450)의 각 픽셀은 인입 픽셀 데이터 세트(620)의 픽셀 값에 대응한다. 픽셀 데이터 세트(620)는 비디오 신호(601)에 기초하여 생성된다. 도 3에서, 픽셀 데이터 세트(620)는 글자 A부터 O까지의 배치로 나타난다.
픽셀 프로세서(320)는 픽셀 데이터 세트(620)의 픽셀 값을 조정하고, 픽셀 그룹 생성기(675)에 조정된 픽셀 데이터 세트(678)를 제공한다. 도 3에서, 조정된 픽셀 데이터 세트(678)는 글자 A'부터 O'까지의 배치로 나타난다. 픽셀 그룹 생성기(675)는 조정된 픽셀 데이터 세트(678)를 제 1 픽셀 데이터 그룹(679)과 제 2 픽셀 데이터 그룹(680)으로 분리한다. 본 발명의 일 실시예에서, 픽셀 그룹 생성기(675)는 "매끄러운 픽셀" 처리 기술과 같은 알려진 픽셀 처리 기술에 따라 동작한다. 매끄러운 픽셀 처리에 따르면, 예컨대 입력 픽셀 데이터 세트(620)는 제 1 픽셀 데이터 그룹과 제 2 픽셀 데이터 그룹으로 분리된다. 제 1 픽셀 데이터 그룹과 제 2 픽셀 데이터 그룹은 디스플레이된 매트릭스를 포함하는 제 1 및 제 2 픽셀 그룹을 제공한다.
하지만, 종래의 픽셀 처리 기술은 픽셀 필터(320)를 포함하지 않을 뿐만 아니라, 종래의 시스템 또한 픽셀 생성기(675)에 조정된 픽셀 데이터 세트(678)를 제공하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 매트릭스(450)를 포함하는 제 1 픽셀 그룹(410)과 제 2 픽셀 그룹(430)은 종래의 매끄러운 픽셀 처리 기술을 통해 상당한 장점을 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 데이터 세트(620), 조정된 픽셀 데이터 세트(678), 픽셀 데이터 그룹(679, 680), 픽셀 그룹(410, 430) 및 픽셀 매트릭스(450) 사이의 관계를 도시한다. 도 4에 도시된 것처럼, 제 1 픽셀 그룹(410)은 인접 픽셀(412)의 행들(h)과 열들(c)을 포함한다. 편의상, 단일 표시기(412)가 그룹(410)의 개별 픽셀을 표시한다. 제 2 픽셀 그룹(430)은 인접하는 개별 픽셀(432)의 행들(h)과 열들(c)을 포함한다.
픽셀 그룹(410, 430)은 서로로부터, 예컨대 거리(d)만큼 이동한 것으로 보이도록 디스플레이 스크린(499) 위에 투영된다. 본 발명의 일 실시예에서, 픽셀 그룹(410, 430)은 실질적으로 디스플레이 스크린(499)의 표면의 평면의 x-방향으로 서로 이동해 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 제 2 픽셀 그룹(430)은 단일 픽셀 높이의 약 절반과 같은 거리만큼 제 1 픽셀 그룹(410)으로부터 이격되어 디스플레이된다. 그러므로, 최종 픽셀 매트릭스(450)는 겹쳐지는 픽셀을 포함한다. 즉, 제 1 픽셀 그룹(410)으로부터의 개별 픽셀은 제 2 픽셀 그룹(430)으로부터의 개별 픽셀과 겹쳐진다.
본 발명의 일 실시예에서, SLM 소자(502)는 다이아몬드 모양의 소자를 포함한다. 그러므로, 매트릭스(450)의 픽셀은 실질적으로 다이아몬드 모양의 픽셀을 포함한다(도 4에 도시된 예). 하지만 정사각형 픽셀과 같은 다른 픽셀 모양이 알려져 있고, 이들은 본 발명의 일부 응용에 적합하다.
도 3은 픽셀 그룹(410, 430)에 관한 간격을 제공하기 위한 종래 수단의 일 예로서의 광학 소자(210)를 도시한다. 광학 소자(210)는 제 1 각도(φ1)로 스크린(499) 위로 픽셀 세트(410, 430) 중 하나를 반사시킨다. 광학 소자(210)는 후속적으로 제 2 각도(φ2)로 나머지 픽셀 세트를 투영한다. 이러한 기술은 SLM 디바이스(500) 위에서의 이용 가능한 소자(502)의 개수보다 많은 디스플레이된 픽셀에 매트릭스(450)를 제공한다는 장점을 가진다. 본 발명의 일 실시예에서, 매트릭 스(450)를 포함하는 픽셀의 개수는 SLM 디바이스(500)의 이용 가능한 마이크로-미러(502)의 개수의 약 2배이다.
하지만, 위에서 설명한 기술은 겹쳐지는 픽셀을 초래한다. 겹쳐지는 각 픽셀로부터의 광들이 결합한다. 그러므로, 주어진 픽셀에 관해 디스플레이된 밝기는, 때때로 픽셀 데이터 세트(620)에 제공된 밝기 값에 대응하지 못한다. 어떤 경우에는 겹쳐지는 픽셀의 디스플레이된 밝기가 의도된 밝기보다 더 밝다. 다른 경우에서는, 겹쳐지는 픽셀의 디스플레이된 밝기가 의도된 밝기보다 덜 밝다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 픽셀 데이터 세트(620)가 픽셀 필터(320)에 제공된다. 필터(320)는 수정된 픽셀 데이터 세트(678)를 제공한다. 픽셀 데이터 그룹(679, 680)은 수정된 픽셀 데이터 세트(678)로부터 형성된다. 픽셀 데이터 그룹(679, 680)의 픽셀 값은 픽셀 그룹(410, 430)을 각각 생성하기 위해 사용된다. 디스플레이된 결합된 픽셀 그룹(410, 430)이 매트릭스(450)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 픽셀 필터(320)는 다음 그림으로 표현되는 것처럼 데이터 세트(678)의 조정된 예를 제공한다.
Figure 112007084485325-pct00001
제 1 픽셀 데이터 그룹(679)은 A', C', E', G', I', K', M', O으로 표시된 픽셀 데이터를 포함한다. 제 2 픽셀 데이터 그룹(680)은 B', D', F', H', J', L', N'으로 표시된 픽셀을 포함한다. 픽셀 그룹(410, 430)은 픽셀 데이터 그룹(679, 680)에 각각 기초하여 생성된다. 매트릭스(410)는 제 1 픽셀 그룹(410)과 제 2 픽 셀 그룹(430)을 포함한다.
매트릭스(450)의 그림으로부터 알 수 있듯이, 제 1 픽셀 그룹(410)으로부터의 픽셀은 적어도 부분적으로 픽셀 그룹(430)의 픽셀과 겹쳐지고 그 반대도 성립한다. 예컨대, 제 1 픽셀 그룹(410)에서의 G 픽셀 위치는, 제 2 픽셀 그룹(430)으로부터의 B, F, L 및 H 픽셀 위치에 의해 겹쳐진다. 이러한 겹쳐짐은 매트릭스(410)에 의해 나타나는 이미지의 세기 왜곡(intensity distortion)을 야기한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 겹쳐짐에 의해 야기된 픽셀 세기의 왜곡은, 도 3, 도 5, 도 7에 도시된 이미지 강화 필터 장치(320)에 의해 감소된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 필터(320)의 일 실시예를 도시한다. 픽셀 필터(320)는
Figure 112007084485325-pct00002
에 의해 주어진 어레이(h)에 따라 픽셀 데이터 세트(620)의 각 픽셀에 대해 동작하는 적어도 하나의 2차원 필터를 포함하고, 여기서 β는 세기 왜곡이 제거될 픽셀 데이터 세트(620)의 픽셀과 연관된 스케일링(scaling) 인자이고,
α는 세기 왜곡이 제거될 픽셀 데이터 세트(620)와 겹쳐지는 픽셀에 관한 스케일링 인자이다.
특히, 필터(320)는 매트릭스(450)에서의 각 픽셀과 겹쳐지는 픽셀의 세기 기여를 보상하기에 충분한 양만큼 데이터 세트(620)의 각 픽셀의 세기 값(I)을 조정 한다. 예컨대, 도 4에서 픽셀 데이터 세트(620)에서의 픽셀(G)의 세기(IG)는, 디스플레이된 매트릭스(450)에서의 겹쳐지는 픽셀인 B(IB), F(IF), L(IL), H(IH)에 의해 야기된 세기 왜곡이 감소하도록 양(β)만큼 스케일링된다. 본 발명의 일 실시예에서, 조정된 픽셀(G')은 아래에 예시된 관계에 따라 조정된 세기 값(IG')을 가진다.
Figure 112007084485325-pct00003
여기서, β는 세기 왜곡이 제거되는 픽셀(G)과 연관된 스케일링 인자이고,
α는 픽셀(G)의 세기에 기여하는 겹쳐지는 픽셀과 연관된 스케일링 인자이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, β와 α의 관계는 β= 1 + 4α로 주어진다. 이 관계는 단위 DC 이득을 제공한다. 하지만, 본 발명은 이러한 점에 제한되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서, α는 대략 +1/8이고 β는 대략 3/2이다. 이들 예를 선택함으로써, 스케일링 인자가 본 발명의 일부 실시예에서의 왜곡을 보상하면서, 단위 DC 이득을 제공한다는 것이 밝혀졌다.
위의 예에 따르면, 데이터 세트(620)와 조정된 데이터 세트(678)의 예에 관한 픽셀 데이터는 다음과 같이 나타난다.
Figure 112007084485325-pct00004
도 5는 도 3에 도시된 3개의 유사한 필터(320a, 320b, 320c) 중 하나를 나타 내는 필터 배치의 예를 도시하는 블록도이다. 필터(320)는 컴포넌트 비디오 신호(620)의 각각의 적색, 녹색 및 청색 성분에서의 각 픽셀에 관해 수학식 1에서 설명된 관계를 구현한다. 편의상, 한 필터(320)의 동작이 픽셀 G의 예에 관련하여 설명된다. 도 4에 도시된 것처럼 겹쳐지는 픽셀 그룹(410, 430)이 본 명세서에서 논의의 목적상 일 예로서 참조된다. 하지만, 인입 픽셀 세트(620)를 포함하는 각 픽셀이 겹쳐지는 픽셀에 의해 야기된 세기 왜곡을 제거하기 위해 동일한 방식으로 처리하기에 적합하다는 것을 이해하게 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 필터(320)가 도시되어 있다. 픽셀 필터(320)는 지연 회로(646)를 포함한다. 지연 회로(646)는 픽셀 데이터 세트(620)의 픽셀 데이터를 수신한다. 지연 회로(646)는 복수의 픽셀에 관한 픽셀 데이터를 실질적으로 동시에 제공하도록 수신된 픽셀 데이터를 지연시킨다. 도 5에 도시된 예에서, 지연 회로(646)는 픽셀(H, L, F, B){매트릭스(450)에서 겹쳐지는 픽셀(G)의 예}에 관한 픽셀 데이터를 가산기(648)에 제공한다. 동시에, 지연 회로(646)는 픽셀(G) 예에 관한 데이터를 제 2 스케일러(652)에 제공한다. 가산기(648)는 픽셀(H, L, F, B)에 관한 픽셀 값의 합을 나타내는 출력을 제 1 스케일러(651)에 제공한다. 제 1 스케일러(651)는 스케일링된 출력을 제공하기 위해 그것의 입력에 스케일링 인자(α)를 인가한다. 제 2 스케일러(652)는 스케일링된 출력을 제공하기 위해 제 1 스케일러의 입력에 스케일링 인자(β)를 인가한다. 스케일러(651, 652)의 스케일링된 출력은 감산기(653)에 의해 결합된다. 감산기(653)의 차이 출력은 픽셀(G) 예에 관한 조정된 값(G')을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 감산기(653)의 차이 출력은 선택적으로 리미터에 제공된다. 그러한 경우, 리미터(654)에 의해 제공된 연속적인 출력 값은 조정된 픽셀 데이터 세트(678)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 스케일러(655)에 관한 스케일링 인자는 제 1 조정기(655)에 의해 제공된 조정 인자(X)에 의해 조정 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 스케일러(652)에 관한 스케일링 인자는 제 2 조정기(657)에 의해 제공된 조정 인자(Y)에 의해 조정 가능하다.
도 6은 조정 가능한 스케일링 인자를 포함하는 픽셀 필터(320)의 일 실시예를 구현하기 위한 픽셀 필터 제어 회로(700)를 도시한다. 필터 제어 회로(700)는 탐색표(150)를 포함한다. 탐색표(150)는 X(154)와 Y(156)에 관한 조정 인자의 복수의 선택 가능한 XY 쌍을 저장한다. 탐색표의 각 XY 쌍은 탐색표(150)의 필터 제어 설정(152) 중 하나에 대응한다. 도 6에 도시된 예에서는, 예컨대 0부터 8까지의 8개의 가능한 필터 제어 설정이 제공된다. 스케일러 조정 인자(X, Y)를 선택하기 위해, 8개의 제어 설정 중 하나를 나타내는 필터 제어 신호가 탐색표(150)의 필터 제어 입력(688)에 제공된다. 입력(688)에 의해 선택된 제 1 제어 설정에 대응하는 XY 값 쌍은 조정 인자(X, Y)를 제 1 조정기(655)와 제 2 조정기(657)에 제공한다. 이러한 방식으로, 탐색표(150)는 스케일러(655, 652)에 관한 조정 가능한 스케일링 인자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 탐색표(150)의 X값과 Y값은 스케일링 인자(α,β)의 조정을 허용하면서, 스케일링 인자(α,β) 사이의 주어진 관계를 유지한다. 본 발명의 일 실시예에서, α와 β사이의 주어진 관계는
β= 1 + α
로 주어진 단위 이득 관계이다.
도 7은 도 6에 도시된 필터의 일 실시예의 더 상세한 도면이다. 픽셀 데이터 세트(620)를 나타내는 비디오 신호가 풀 라인 지연 레지스터(803, 805)에 제공된다. 라인 지연 레지스터(803, 805)는 비디오 신호를 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이된 비디오의 전체 라인만큼 지연시킨다. 본 예의 목적상, 라인 지연 레지스터(803, 805)의 지연은 다음 예에 의해 예시된 원칙에 따라 선택된다. 픽셀(M)에 관한 데이터가 예컨대 입력(620)에서 나타난다면, 라인 지연 레지스터(805)의 출력은 H가 되고 라인 지연 레지스터(803)의 출력은 C가 된다. 도 7에 도시된 것처럼, 라인 지연 레지스터(805, 803)의 출력과 본래의 비디오 입력 신호, 예컨대 M은 각각 지연 레지스터(807, 809, 800)의 제 2 뱅크(bank)에 결합된다. 지연 레지스터(803, 800)의 출력은 가산기(812)에 의해 더해진다. 가산기(812)의 출력은 가산기(823)의 제 1 입력에 제공된다.
가산기(823)로의 제 2 입력이 다음과 같이 제공된다. 지연 소자(809)의 출력은 지연 소자(811)에 제공된다. 지연 소자(811)의 출력은 가산기(813)의 한 입력에 제공된다. 가산기(813)의 나머지 입력은 지연 소자(807)의 출력에 의해 제공된다. 가산기(813)의 합 출력은 가산기(823)의 제 2 입력에 결합된다.
위의 예에 따르면, 합 H+L+B+F가 제공된다. 픽셀(H, L, B, F)은 도 1의 매트릭스(450)에서의 겹쳐지는 픽셀(G)이다. 이 합은 픽셀(G)과 겹쳐지는 픽셀 각각에 관한 픽셀 세기 값의 합을 나타낸다. 이후 상기 합(H+L+B+F)은 스케일링 인자(α)에 의해 스케일링된다. 스케일링은 다음과 같이 본 발명의 일 실시예에서 이루어진다. 합(H+L+B+F)이 곱셈기(814)에 제공된다. 곱셈기(814)는 곱셈기 입력(655)에 표시된 제 1 곱셈기(X)에 따라 합(H+L+B+F)을 곱한다. 곱셈기(655)의 출력은 분할기(651)에 제공된다. 도 7에 도시된 실시예에서, 분할기(651)는 곱셈기(655)의 출력을 32로 나눈다. 그러므로, 가산기(823)로부터의 합(H+L+B+F) 출력은 x/32의 인자만큼 스케일링되고, 여기서 32는 상수이며, x/32는 스케일링 인자(α)를 포함한다. 예컨대, 도 7에서 x=4이라면, α=4/32 또는 1/8이다. 따라서, 위의 예에서 픽셀에 관한 스케일링된 합은 (1/8)(H+L+B+F)이다.
유사하게, 곱셈기(804)에 데이터 값(G)을 제공함으로써, 제 2 스케일링 인자(β)가 픽셀 데이터 값(G)에 인가된다. 곱셈기(804)의 출력은 1/8 분할기(652)에 제공된다. 그러므로, G는 스케일링 인자(β)를 포함하는 y/8의 인자만큼 스케일링된다. 감산기(817)는 스케일링된 픽셀 세기 데이터 값인 β(G) 및 겹쳐지는 픽셀의 세기 값의 스케일링된 합, 즉 (α)(H+L+B+F) 사이의 차이를 나타내는 출력을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 감산기(817)의 출력이 리미터(654)에 제공된다. 리미터(654)는 픽셀 세기 값의 범위 내로 감산기(817)에 의해 제공된 차이 값을 유지시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 추가 지연 레지스터, 예컨대 819가 회로 안정 시간을 고려하기 위해 도 7에서의 필터 회로에 제공된다.
예컨대, 단위 이득 관계 외에, β와 α사이의 다양한 다른 관계가 가능하다 는 점을 당업자가 알게 된다. 표(600)는 매우 다양한 관계를 구현하기에 적합하다. 나머지 관계는 표(600)에서의 xy 쌍의 적절한 값을 대체함으로써 바로 달성될 수 있다. 유리하게 이러한 쌍들은, 표에 있는 x와 y쌍의 모든 값에 관한 β와 α사이의 특별한 관계가 유지되도록 주문 제작될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 탐색표(150)는 반도체 메모리와 같은 메모리(미도시)에서 구현된다. 그러한 경우, 그 메모리는 x와 y의 값을 저장한다. 이 메모리는 도 7의 필터(645)의 입력 x(655로 표시됨)와 y(657로 표시됨)에 각각 결합된 x와 y 출력을 포함한다. 8개의 x,y쌍을 포함하는 탐색표 실시예에서, x는 α가 0과 7/32 사이에서 1/32만큼씩 증가하는 식으로 배치되도록 선택 가능하다. 동일한 표에 관해, y는 β가 1과 15/8 사이에서 1/8만큼씩 증가하는 식으로 배치되도록 선택 가능하다.
당업자라면 위의 필터들이 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어의 다양한 결합으로 구현 가능하다는 것을 바로 알게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탐색표 값은 전자 메모리에 저장된다. 예컨대, 데이터 세트는 버스 레지스터, RAM 또는 DLP 마이크로프로세서와 연관된 다른 데이터 저장 디바이스에 저장될 수 있다. 여전히 본 발명은 메모리 타입과 관련하여 제한되지 않고, 그러한 값을 저장하기 위해 다른 적합한 방법이 존재한다. 본 발명의 일 실시예에서, 필터 제어 값은 DLP 디스플레이 시스템과의 사용자 동작 가능한 인터페이스를 경유하여 사용자에 의해 선택 가능하다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 필터 제어 값은 DLP 시스템을 제어하기 위해 제공된 시스템 마이크로프로세서(미도시)에 의해 자동으로 조정된다.
또한, 도 5와 도 7이 본 발명에 따른 필터의 실시예를 나타내지만, 당업자라면 본 발명의 특별한 성분 배치에 제한되지 않는다는 것을 인식하게 된다. 예컨대, 본 발명을 구현하기 위한 다른 필터 아키텍처가 가능하다. 즉, 겹쳐지는 픽셀에 의해 야기된 세기 왜곡을 적어도 부분적으로 보상하기 위해 픽셀 세기를 조정하도록, 다른 필터 아키텍처가 픽셀 값에 대해 동작하는데 적합하다. 또한 본 발명의 많은 실시예에서 β= 1 + 4α를 선택하는 것이 유리하지만, 본 발명은 그러한 값에 제한되지는 않는다. β와 α값은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 관계와 다른 값을 가지기 위해 선택 가능하다.
동적 범위 한계에 대한 개선된 응답
위에서 설명된 픽셀 필터링과 처리 기술은, 매끄러운 픽셀 처리와 같은 특정 타입의 픽셀 처리를 통해 잃어버린 본래 화상 선명도(sharpness)를 복원하는 작용을 한다. 하지만, 이용된 필터링 기술에 관계없이, 픽셀 밝기 레벨에서의 과도 피크(transient peak)는 때때로 신호 경로의 동적 범위를 초과한다. 과도 밝기 레벨을 클리핑(clipping)하기 위해 동적 범위 리미터가 종종 이용된다. 즉, 동적 범위 리미터는 시스템에서의 디스플레이 디바이스의 동적 범위 능력을 초과하는 픽셀의 밝기 값을 감소시킨다. 클리핑 양은 픽셀 밝기 값과 신호 경로의 동적 범위 한계 사이의 차이에 기초한다. 클리핑 결과, 디스플레이된 화상의 유실이 초래할 수 있다.
이러한 개념을 예시하기 위해, 픽셀 밝기 값 세트의 일 예가 아래 표 1에 도 시되어 있다. 이 예의 경우, 0은 검은색을 나타내고, 50은 회색, 100은 최대 흰색을 나타낸다. 그러므로, 이러한 화상 예는 회색 배경(50) 위의 단일 흰색 픽셀(100)을 포함한다.
Figure 112007084485325-pct00005
도 3을 참조하여 위에서 설명한 것처럼, 필터 예는 필터(320a, 320b, 320c)를 포함한다. 각 필터는
Figure 112007084485325-pct00006
로 정의된 어레이(h)로 각 이미지의 픽셀을 둘러싸는 2차원 필터이고, 여기서 β는 세기 왜곡이 제거될 픽셀과 연관된 스케일링 인자이고, α는 왜곡에 기여하는 각각의 대응하는 인접 픽셀에 관한 스케일링 인자이다.
이 예에서, 도 3과 도 6의 필터는 표 2에 도시된 예시적인 값을 포함한다.
Figure 112007084485325-pct00007
표 3은 도 3과 도 6의 필터에 의한 선명화(sharpening) 후에 디스플레이에 제공되는 픽셀 밝기 값을 보여준다.
Figure 112007084485325-pct00008
표 3으로부터 볼 수 있듯이, 필터링을 통해 흰색 픽셀이 "흰색보다 더 하얗게" 된다.인접 픽셀은 50의 회색 배경값 보다 약간 더 어둡다. 125의 픽셀 값을 수용하기에 충분한 동적 범위를 가지는 시스템에서 이용된 도 3과 도 5의 필터의 실시예에 있어서, 필터는 의도된 선명화 효과를 만들어낸다. 하지만, 일 응용예에서는 픽셀 값의 동적 범위가, 예컨대 100인 최대값으로 국한된다. 최대값이 100인 경우, 필터의 출력은 표 4에 도시되어 있다.
Figure 112007084485325-pct00009
디스플레이에 제공될 때 표 4에 주어진 밝기 값이 "유실된" 흰색 점의 출현을 만들어낼 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 그러한 동적 범위 제한의 영향을 보상하기 위한 방법 및 장치를 포함한다. 본 발명의 실시예는 동적 범위 제한의 영향을 적합하게 보상한다는 장점을 더 제공한다. 그러한 식으로, 본 발명의 실시예는 픽셀 단위로(pixel by pixel basis) 보상을 적용한다. 보상의 양은 픽셀이 둘러싸거나 인접하는 예측된 양에 기초하고, 한 이미지에서의 주어진 픽셀이 클리핑된다. 본 발명의 일 실시예에서, 클리핑의 양이 평가되고 클리핑의 예상된 양에 따라 픽셀 값을 조정함으로써 보상이 적용된다. 그러한 식으로, 본 발명의 실시예가 디스플레이된 이미지의 주어진 영역에 관해 최적인 것보다 더 많은 보상을 적용하는 것을 회피하게 된다. 본 발명의 실시예는 전반적인 밝기를 유지하면서 클리핑을 감소시키기에 충분한 양만큼 픽셀을 조정한다. 이를 행하기 위해, 본 발명의 실시예는 시스템의 동적 범위 한계를 초과하도록 예상된 픽셀의 값을 감소시킨다. 동시에, 동적 범위 한계를 초과하는 것으로 예상되지 않는 근처의 픽셀 값은 증가된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응 필터(800)를 도시한다. 스로틀(throttle) 회로(825)는 801에서 연속적인 픽셀 밝기 값을 수신한다. 이 연속적인 값은 또한 밝기 처리를 위해 픽셀 밝기 프로세서(802)에 제공된다. 픽셀 밝기 프로세서(802)로부터의 밝기 처리된 픽셀은 스로틀 회로(825)에 제공된다. 스로틀 회로(825)는 밝기 프로세서(802)와 시스템 디스플레이(이러한 디스플레이의 예는 도 3에서 499로 도시되어 있음) 사이의 신호 경로의 동적 범위 한계에 기초하여, 입력(801)에서 각 픽셀을 적합하게 처리한다. 스로틀 회로(825)는 스로틀 신호(807)를 제공한다. 스로틀 신호(807)는 신호 경로의 동적 범위 한계를 초과하는 픽셀의 밝기를 감소시키면서 디스플레이된 이미지의 전반적인 밝기를 유지하도록 밝기 프로세서(802)의 출력에 인가된다.
본 발명의 일 실시예에서, 픽셀 밝기 프로세서(802)는 필터이다. 본 발명의 일 실시예에서, 픽셀 밝기 프로세서(802)는 위에서 설명되고, 도 2 내지 도 7에 도시된 것과 같은 필터 중 하나이다. 본 발명의 일 실시예에서, 픽셀 밝기 프로세서(802)는 피킹 이득 조정(805)을 포함한다.
도 1에 도시된 예와 같은 SLM 시스템은 다양한 목적으로 픽셀 밝기 데이터를 처리한다. 한 가지 이유는 도 3에서 410으로 도시된 것과 같은 지그재그 모양의(staggered) 픽셀 디스플레이에서 겹쳐지는 픽셀로 인한 밝기 변동에 관해서 이미지를 보상하는 것이다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 픽셀 밝기가 감마 또는 디-감마(de-gamma) 함수에 따라 보상된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 픽셀 밝기는 주어진 원색에 관한 특히 강한 원색 성분을 가지는 광원에 관해 보상된다. 본 발명의 일 실시예에서, 픽셀 밝기 프로세서(802)는 피킹 필터이다. 본 발명의 일 실시예에서, 픽셀 프로세서(802)는 도 5에 도시된 타입의 피킹 필터이다. 본 발명의 일 실시예는 선명화를 위한 픽셀 프로세서, 다른 이미지 및 픽셀 밝기 변환 함수를 포함한다. 특히, 본 발명은 신호 경로의 동적 범위를 넘는 픽셀 밝기 값의 과도 피크를 초래할 수 있는 타입의 높은 주파수의 강조 필터링을 수행하는 임의의 프로세서(802) 또는 필터와 사용하기에 적합하다.
픽셀 밝기 처리의 타입에 관계없이, 픽셀 프로세서(802)는 인입 픽셀 데이터를 처리하고 밝기 처리된 출력(803)을 제공한다. 처리된 출력(803)은 스케일러(804)에 의해 스케일링된다. 도 8에 도시된 실시예에 따르면, 스케일러(804)의 스케일링된 출력은 가산기(818)에 의해 801에서 입력 신호에 더해진다. 가산기(818)의 출력은 리미터(815)에 제공된다. 위에서 논의된 것처럼, 리미터(815)는 디스플레이 디바이스에 적절한 밝기 범위를 초과하는 픽셀 값을 제한한다. 픽셀 데이터는 처리되고 제한된 후, 데이터 포맷팅 로직에 의해 포맷되고 디스플레이를 사용하여 디스플레이된다(디스플레이의 예로는, 도 3에서 499로 표시된 것을 보라).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필터(800)는 스로틀 회로(825)와 스케일러(804)를 포함한다. 스로틀 회로(825)의 입력(862)은 가산기(808)를 경유하여 픽셀 프로세서(802)에 결합된다. 프로세서 입력(801)과 프로세서 출력(803)은 가산기(808)의 입력에 결합된다. 스로틀 신호(807)는 스로틀 회로(825)의 출력에서 제공된다. 스로틀 신호(807)는 스케일러(804)에 관한 가변 스케일링 인자로서 작용한다. 스로틀 회로(825)는 인입 픽셀 데이터(801)와 처리된 픽셀 데이터(803) 모두를 가산기(808)를 경유하여 수신한다. 801에서의 임의의 주어진 인입 픽셀에 있어, 스로틀 회로(825)는, 인입 픽셀을 포함하고 그것에 인접한 픽셀들이 리미터(815)의 범위를 초과하는 밝기 값을 가질 가능성이 있는지를 결정한다.
예컨대, 도 4a와 도 4b에서 제 1 픽셀 세트와 제 2 픽셀 세트가 각각 도시되어 있다. 제 1 픽셀 세트와 제 2 픽셀 세트 모두를 포함하는 디스플레이된 픽셀 매트릭스는 도 4c에 의해 나타나 있다. 제 1 픽셀 세트는 픽셀(G)로 주어진 예를 포함한다. 인입 픽셀 데이터의 픽셀(G)에 있어서, 제 2 픽셀 세트의 픽셀(H, L, B, F)은 디스플레이된 픽셀 매트릭스에서 픽셀(G)에 인접해 있다.
이제 도 8로 되돌아가서 픽셀(G)의 예를 논의하면, 스로틀 회로(825)가 피크 레벨의 비디오 신호(862)를 포함하는 픽셀 값에 기초하여 적어도 하나의 픽셀(G, H, L, B, F)에 리미터(815)에 의해 적용될 클리핑의 양을 추정한다. 스로틀 회로(825)는 입력(862)에서 픽셀(G, H, L, B, F)의 밝기 값이 동적 범위 한계를 초과하는 양에 기초한 출력 신호를 제공한다. 이후 스로틀 회로(825)는 밝기 값 픽셀이 동적 범위 한계를 초과하는 양에 기초하여 피킹 필터(802)의 출력에서 대응하는 픽셀 값을 조정하는 스로틀 신호 출력을 제공한다. 이러한 식으로, 피킹이 입력(801)에서 입력 신호의 픽셀에 선택적으로 적용된다. 선택은 입력 신호(801)로 나타난 이미지의 일부를 포함하는 픽셀의 밝기 값에 기초한다.
본 발명의 대안적인 실시예는 데이터의 프레임을 디스플레이하기 위해 오직 한 픽셀 세트를 이용하는 시스템에서 사용하기에 적합하다. 즉, 본 발명의 실시예는 매끄러운 픽셀 또는 지그재그 모양의 픽셀 기술을 이용하지 않는 시스템에서 사용하기에 적합하다. 그러한 경우, 인접 픽셀은 주어진 픽셀에 이웃하는 픽셀을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 스로틀 회로(825)가 프로세서(802)에 의한 처리가 주어진 픽셀 또는 인접한 픽셀의 클리핑을 초래하는지를 결정한다면, 스로틀 회로(825)는 스로틀 신호(807)를 조정한다. 스로틀 신호(807)의 조정량은 주어진 픽셀 또는 인접한 픽셀에 적용될 클리핑의 양에 기초한다. 본 발명의 일 실시예에서, 조정량은 인접한 픽셀의 밝기 값을 대략 동적 범위 리미터(815)의 동적 범위 한계 내에 있는 값으로 제한하기에 충분하다.
스케일러(804)는 스로틀 신호(807)에 기초하여 픽셀 프로세서(802)의 출력(803)에서 픽셀 밝기 값의 크기를 조정한다. 본 발명의 적응 실시예에서, 스로틀 신호(807)는 픽셀 단위로 인접한 픽셀 밝기 값의 크기를 조정한다. 그러므로 각 픽셀은 그것의 대응하는 인접 픽셀에 따라 처리된다. 그러므로 상이한 스케일링 인자가 디스플레이된 이미지의 각 부분에 관한 최적의 스케일링에 기초하여 적용된다. 그러한 식으로, 스로틀 회로(800)는 동적 범위 한계를 수용하기 위해 선명화 레벨을 적합하게 조정한다.
본 발명의 일 실시예에서, 프로세서(802)는 피킹 필터를 포함한다. 피킹 필터 출력(803)은 스케일러(804)에 제공된다. 스케일러(804)는 스로틀 신호(807)에 따라 피크 레벨의 출력 값의 크기를 조정한다. 스케일러(804)의 출력은 리미터(815)에 제공된다.
도 9는 도 8의 스로틀 회로를 더 상세히 도시한다. 처리될 연속적인 픽셀이 본 발명의 일 실시예에 따라 필터 장치(900)의 입력(801)에 제공된다. 도 3과 연관되어 설명된 320으로 표시된 필터를 이용하는 일 실시예에서는, 필터(903)가
Figure 112007084485325-pct00010
로 정의된 어레이(h)로 각 이미지의 연속적인 픽셀을 둘러싸는 2차원 필터를 포함한다.
도 9에 도시된 예에서, 어레이 값이 예는
Figure 112007084485325-pct00011
이다.
위에서 제공된 값들의 예는 예시 및 논의의 목적을 위한 것임을 주목하는 것이 중요하다. 매우 다양한 어레이 값이 가능하고 본 발명의 다양한 실시예에 관해 도 2 내지 도 7을 참조하여 위에서 설명된 것과 같이 결정된다. 도 9에서 도시된 실시예에서는, 이득 제어(905)가 필터(903)에 제공된다. 본 발명의 일부 실시예에서는, 이득 제어(905)가 도 5와 도 6에서 도시된 이득 제어와 유사한 방식으로 동작한다.
이득 제어(905)의 출력이 스케일러(904)에 제공된다. 스케일러(904)는 스로틀 회로(925)에 의해 제공된 스로틀 신호(907)에 따라 이득 제어(905) 출력의 크기를 조정한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 스케일러(904)의 출력은, 가산기(918)와 같은 결합기에 의해 입력(801)에서 신호와 결합된다. 가산기(918)의 출력은 리미터(654)에 제공된다. 리미터(654)는 출력 픽셀의 밝기 값을 조정하기에 충분한 양만큼, 가산기(918)의 출력을 디스플레이에 관한 동적 범위 내에 있게 클리핑한다.
본 발명의 대안적인 일 실시예에서, 도 8의 프로세서(802)는 도 9에 903으로 표시된 2차원의 하이-패스(high-pass) 어레이로서 구현된다. 본 발명의 일 실시예에서, 하이 패스 어레이(903)의 출력은 곱셈기(905)에 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하이 패스 어레이(903)의 출력은 피킹 신호이다. 피킹 신호는 801에서 비디오 신호 입력을 "피크 레벨에 있도록(peak)" 하기 위해 사용된다. 곱셈기(905)는 하이 패스 어레이(903) 출력의 진폭을 조정하고, 따라서 제어 레지스터(921)에 저장된 값에 따라 피킹 신호를 조정하여 하이 패스 어레이(903)의 출력에 "피킹 이득(peaking gain)"을 제공하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, 피킹 이득은, 예컨대 일 실시예에서 당업자에 의해 그리고 또 다른 실시예에서는 뷰어(viewer)에 의해, 디스플레이된 비디오 이미지의 지각된 품질에 기초한 입력 비디오 신호의 최적의 피킹을 위해 조정 가능하다. 곱셈기(905)의 출력은 스케일러(904)와 가산기(975)에 제공된다. 스케일러(904)는 피킹 신호를 가산기(918)에 결합한다. 가산기(918)는 피킹 신호를 입력 비디오 신호(801)와 결합한다. 입력 신호(801)는 또한 가산기(975)에 제공된다. 가산기(975)의 출력은 피크 레벨의 비디오 신호(906)이다. 이 피크 레벨의 비디오 신호는 스로틀 회로(925)에 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스로틀 회로(925)는 절대값 회로(951), 코어링(coring) 회로(953), 및 필터(955)를 포함한다. 스케일러(904)와 함께, 스로틀 회로(925)는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 신호를 피크시키기 위한 회로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 스로틀 회로(925)는 예컨대 분수 곱셈(fractional multiplying)에 의해 곱셈기(905)로부터의 피킹 신호 출력의 크기를 조정하고, 이를 통해 피킹 신호를 조정한다. 입력 비디오 신호(801)에 적용된 피킹의 양은 피킹 신호에 기초한다. 본 발명의 일 실시예에서, 피킹 신호의 이득은 레지스터(915)에 저장된 값으로부터 유도된다. 본 발명의 일 실시예에서, 이득은 피킹 신호에 관해서 0의 이득과 1(unity)의 이득 사이에서 제공하도록 가변적이다.
이제 스로틀 회로(925)가 필터(903)의 피킹 신호 출력에 관한 단위 이득을 제공하는 경우의 예가 논의된다. 하이 패스 어레이(903)의 출력은 레지스터(921)에 의해 제공된 값에 따라 회로(905)에 의해 조정된다. 조정된 하이 패스 어레이 출력은 곱셈기(904)에 의해 크기가 조정되고, 곱셈기(904)의 크기가 조정된 출력이 입력(801)에서 신호에 가산기(918)에 의해 더해진다. 가산기(918)는 리미터(654)에 출력 신호(919)로서 합을 제공한다. 리미터(654)는, 예컨대 클리핑에 의해, 출력 신호(919)의 값이 대략 리미터 출력과 디스플레이 사이의 신호 경로와 같은 다음 신호 경로의 동적 범위 한계 내로 유지되도록 제한한다.
스로틀 회로(925)의 스로틀 신호(907) 출력이 모든 조건 하에서 1이라면, 이 시스템은 본 명세서의 도 1 내지 도 7에 도시된 필터와 유사한 방식으로 행동하게 된다. 하지만 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 스로틀 신호(907)는 가변적이다. 일 실시예에서, 스로틀 신호(907)는 0과 1 사이에서 가변적이다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 스로틀 신호(907)에 관한 다른 조정 한계가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에서는, 0의 값이 피크 레벨에 있는 것을 완전히 금지시키는데 반해, 1의 값은 스로틀링 없이 필터(903)에 의해 결정된 것과 같은 피킹을 허용한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스로틀 신호(907)는 스로틀 회로(925)에 응답하여 적합하게 제어된다.
스로틀 회로(925)는 비디오 입력 신호(801)에 의해 나타난 비디오 이미지의 부분으로 적용될 클리핑의 양을 평가한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스로틀 회로(925)는 코어링 회로(953)의 입력에 결합된 절대값 회로(951)를 포함한다. 코어링 회로(953)의 출력은 지연 회로(955)에 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 피크 레벨의 비디오 신호(906)가 절대값 회로(951)에 제공된다. 절대값 회로(951)는 피크 레벨의 비디오 신호(906)의 연속적인 픽셀의 절대값을 결정한다. 사실상, 절대값 회로(951)는 인입 픽셀 값의 범위 중심에 관해, 피크 레벨의 비디오 신호(906)의 연속적인 인입 픽셀의 양의 값과 음의 값을 함께 포함한다(fold).
절대값 회로(951)의 출력은 코어링 회로(953)에 결합된다. 코어링 회로(953)는 입력에서 가장 양 및 가장 음인 클리핑되지 않은 픽셀 값에 대응하는 임계(threshold)를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서,코어링 회로(953)는 클리핑 임계에 관해 자신의 입력에서 픽셀을 평가한다. 본 발명이 일 실시예에서, 코어링 회로(953)는 클리핑 임계에 관해 픽셀 밝기를 평가하기 위해, 그것의 입력에서 비선형 함수를 픽셀에 적용한다.
코어링 회로(953)의 출력은 지연 회로(955)에 제공된다. 본 발명의 일 실시예에서, 지연 회로(955)는 코어링 회로(953)에 의해 제공된 연속적인 픽셀을 수신하는 2차원 필터를 포함한다. 지연 회로(955)는 주어진 픽셀과, 어레이(I)로 표시되는 이웃하는 픽셀을 포함하는 비디오 신호의 일부를 평가한다. 지연 회로(955)로의 각각의 연속적인 입력 값에 있어, 대응하는 지연된 클리핑 추정 값의 출력이 지연 회로(955)의 출력에서 제공된다. 주어진 입력 값에 대응하는 지연된 클리핑 추정 값은 다음과 같이 결정된다. 각각의 주어진 연속적인 입력 값에 있어서, 어레이(I)의 대응하는 "최대(max)" 픽셀이 식별된다. 이 최대 픽셀 값은 어레이(I)에서의 가장 높은 값이다.
지연 회로(955)는 지연된 클리핑 추정 값(estimate)(x)을 제공한다. X는 리미터(654)에 의해 강제된 동적 범위 내로 최대 픽셀의 밝기 값을 가져오기에 충분한 양만큼 최대 픽셀의 밝기를 조정하는 스케일러이다. 스로틀 신호(907)는 지연된 클리핑 추정 값에 기초한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지연 회로(955)의 출력은 곱셈기(957)에 의해 이득 조정된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 곱셈기(957)의 곱셈 인자는 제어 레지스터(915)에 의해 제공된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제어 레지스터(915)는 스로틀 신호(907)의 이득을 조정하기 위해, 지연 회로(955)의 출력에 인가될 값(본 명세서에서는 스로틀 이득이라고 한다)을 저장한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 곱셈기(957)의 출력은 리미터(958)에 의해 제한되고 인버터(959)에 의해 반전된다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 스로틀 신호(907)에 관한 극성 및 범위 설정 회로가 제공된다.
위에서 설명한 회로는 제한이 일어날 것이라고 예측되는 부근에서의 피킹의 양을 감소시키고, 흰색 또는 검은색 디테일(detail)의 유실을 방지한다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 회로(903, 955)는 복수의 라인 지연을 이용함으로써 구현된다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서는, 도 7에 도시된 회로에 의해 제안된 것과 같은 라인 지연 배치가 회로(903, 955)에 관해 이용된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 라인 지연의 개수는 하이 패스 어레이(903)에 의해 계산된 라인의 한 라인 위와 한 라인 아래의 예측된 제한에 관한 회로(903, 955)를 구현하도록 선택된다. 예컨대, 도 9에 도시된 것과 같은 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위해서는 4개의 라인 지연이 이용된다. 2개의 라인 지연은 3개의 수직으로 정렬된 픽셀로의 동시 접근을 지닌 하이-패스 어레이(903)를 제공한다. 유사하게, 도 9에 도시된 것처럼, 지연 회로(955)의 일 실시예는 위에서 설명한 계산을 허용하기 위해 2개의 추가 라인 지연으로 구현된다.
도 9에 도시된 회로의 일 실시예는 2개의 라인 지연을 포함하고, 이로 인해 이 실시예에 관한 라인 지연의 총량을 절감한다. 이 실시예는 지연 회로(955)에서 X들로 표시된 하이-패스 어레이(903)에 근사화 함으로써 구현된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지연 회로(955)의 X들을 구현하는 하이-패스 어레이에 관해 사용된 근사(approximation)는 표 7에 도시되어 있다. 이러한 근사는 2개의 어레이를 포함한다. 2개의 어레이의 예는 표 7에 도시되어 있다.
Figure 112007084485325-pct00012
표 7의 근사를 사용하면 0의 계수와 연관된 지연에 관한 필요성을 제거한다. 그러나 이는 양호한 성능을 제공하는 것으로 밝혀진 본 발명의 일 실시예이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라, 본 발명의 다른 및 추가 실시예가 본 발명의 기본 범주로부터 벗어나지 않고 예상될 수 있으며, 그 범주는 다음에 오는 청구항에 의해 결정된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 디스플레이 시스템, 특히 공간 광 변조된 디스플레이 시스템에서 이미지 데이터를 처리하는 것에 이용 가능하다.

Claims (13)

  1. 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹 회로(800, 900)로서, 상기 비디오 신호는 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이하기 위해, 동적 범위 리미터(654)에 제공될 비디오 이미지를 나타내는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹(peaking) 회로(800, 900)에 있어서,
    상기 비디오 신호를 수신하도록 구성된 필터 입력(801), 상기 비디오 신호(801)에 관한 피킹 신호(902)를 제공하기 위한 제 1 필터 출력, 및 상기 피킹 신호(902)에 기초한 피킹 레벨의 비디오 신호를 제공하는 제 2 필터 출력을 포함하는, 피킹 필터(802, 903)와,
    상기 제 2 필터 출력에 결합된 스로틀(throttle) 입력과 상기 피크 레벨의 비디오 신호에 기초한 스로틀(throttle) 신호를 제공하는 스로틀 출력을 포함하는 스로틀 회로(825, 925)로서, 상기 스로틀 신호는 동적 범위 한계를 초과하는 픽셀의 밝기를 감소시키면서, 디스플레이된 비디오 이미지의 전체 밝기를 유지하도록 제공되는, 스로틀 회로(825, 925)와,
    곱셈기를 통해 상기 제 1 필터 출력에 결합되고, 상기 동적 범위 리미터에 결합되고, 상기 스로틀 출력에 추가로 결합된, 스케일러를 포함하고,
    상기 동적 범위 리미터의 동적 범위 한계 및 상기 디스플레이된 비디오 이미지의 부분의 밝기에 기초하여, 피킹이 상기 비디오 신호에 적용되도록, 상기 스케일러는 상기 스로틀 신호에 기초하여 상기 피킹 신호를 조정하고,
    상기 스로틀 회로는
    상기 제 2 필터 출력에 결합된 클리핑 추정기와,
    상기 클리핑 추정기에 결합되고, 지연된 클리핑 추정 값을 제공하는 지연 회로를 포함하고,
    상기 스로틀 신호는 적어도 부분적으로 상기 지연된 클리핑 추정 값에 기초하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹 회로.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 클리핑 추정기는 절대값 회로를 포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹 회로.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 지연 회로는 상기 피킹 신호의 피킹 레벨이 상기 비디오 이미지의 연속 픽셀에 관해 조정 가능하도록, 상기 비디오 신호를 포함하는 비디오 이미지의 연속 픽셀에 관한 지연된 클리핑 추정 값을 제공하고, 상기 지연된 클리핑 추정 값에 기초하여 상기 스로틀 신호를 제공하도록 구성된 필터를 포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹 회로.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 스로틀 회로는 상기 지연 회로의 출력에 결합된 스로틀 신호 이득 조정 회로를 더 포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹 회로.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 곱셈기에 결합된 피킹 이득 조정 회로를 더 포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹 회로.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 비디오 신호는 제 1 픽셀 세트와 제 2 픽셀 세트를 포함하고, 상기 제 1 픽셀 세트와 제 2 픽셀 세트는 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이하기 위한 이미지의 프레임을 포함하며, 상기 스케일러는, 상기 제 1 픽셀 세트 및 제 2 픽셀 세트에 관한 상기 피크 레벨의 비디오 신호를 동적 범위 내에 있도록 클리핑하는 값이 상기 이미지의 상기 프레임 구역에서 최소가 되도록 상기 스로틀 신호에 기초하여 상기 피킹 신호를 조정하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹 회로.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 스로틀 회로는, 상기 스케일러에 극성과 범위가 조정된 스로틀 신호를 제공하는 극성 및 범위 조정 회로를 더 포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 피킹 회로.
  9. 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 방법으로서, 상기 비디오 신호는 동적 범위 리미터에 제공되는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 방법에 있어서,
    상기 비디오 신호에 관한 피킹 신호를 제공하기 위해 상기 비디오 신호를 필터링하는 단계,
    상기 피크 레벨의 비디오 신호를 제공하기 위해 상기 피킹 신호에 따라 상기 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하는 단계,
    상기 동적 범위 리미터에 의해 상기 피크 레벨의 비디오 신호에 인가되도록 클리핑 값을 추정하는 단계,
    상기 피크 레벨의 비디오 신호를 동적 범위 내에 있도록 클리핑하는 값을 최소화하기 위해 상기 추정된 클리핑 값에 따라 상기 피킹 신호를 조정하는 단계를
    포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 추정 단계는
    상기 피크 레벨의 비디오 신호에 대응하는 절대값을 결정하는 단계,
    상기 비디오 신호를 포함하는 비디오 이미지의 연속 픽셀에 관한 클리핑 값을 예측하기 위해 동적 범위 내에 상기 절대값을 비교하는 단계,
    클리핑이 예측되는 상기 비디오 이미지의 픽셀에 관해 클리핑 값이 최소화되도록, 상기 클리핑 값에 따라 상기 피킹 신호를 조정하는 단계를
    포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 조정 단계는, 클리핑이 동적 범위를 초과하는 상기 비디오 이미지의 픽셀에 관한 클리핑 값을 최소화하기 위해, 상기 피킹 신호를 조정함으로써 수행되는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 조정 단계는 스로틀 신호를 제공함으로써 수행되고, 상기 조정 단계는 상기 스로틀 신호의 이득을 조정하는 단계를 더 포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 조정 단계는 상기 이득을 조정하는 단계 이후에 상기 스로틀 신호의 극성과 범위를 조정하는 단계를 더 포함하는, 비디오 신호가 피크 레벨을 갖도록 하기 위한 방법.
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