KR101408255B1

KR101408255B1 - 콘트라스트 개선 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101408255B1
Application number: KR1020070122313A
Authority: KR
Inventors: 김수형; 김성균
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2014-06-16
Also published as: KR20090055403A

Abstract

본 발명은 콘트라스트 커브를 평균휘도레벨값에 따라 적절히 변화시켜 히스토그램 분석없이 영상의 콘트라스트를 개선하면서 상하위 계조 뭉침 현상을 개선하는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 이전 프레임의 평균휘도레벨값을 입력받는 평균휘도레벨 입력부와; 상기 이전 프레임의 평균휘도레벨값과 사용자의 설정값을 근거로 로우,미들,하이 그레이커브를 생성하고 이들의 중간값을 취하여 콘트라스트커브를 생성함에 있어서, 많은 영상 픽셀이 분포된 계조 영역에서는 해당 영역의 그레이커브 기울기를 1에 가깝게 설정하고, 대응되는 계조 영역의 그레이커브 기울기를 0에 가깝게 설정하는 콘트라스트커브 생성부와; 상기 콘트라스트커브 생성부에서 생성된 콘트라스트 커브에 입력되는 휘도신호를 맵핑시켜 콘트라스트가 향상된 휘도신호를 출력하는 맵핑부에 의해 달성된다.

콘트라스트 커브, 평균휘도레벨

Description

콘트라스트 개선 장치 및 방법{CONTRAST IMPROVEMENT APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 영상처리장치에서 콘트라스트를 개선하는 기술에 관한 것으로, 특히 콘트라스트 커브를 변화시켜 히스토그램 분석없이 영상의 콘트라스트를 개선하면서 상하위 계조 뭉침 현상을 개선하는데 적당하도록 한 콘트라스트 개선 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 히스토그램은 영상 내의 픽셀들에 대한 명암값의 분포를 나타낸 것이다. 즉, 한 영상에 존재하는 밝은 점과 어두운 점에 대한 분포의 범위와 값을 표현한 것이다.

도 1은 히스토그램 분포를 나타낸 그래프이고, 도 2는 영상의 상위, 하위 영역의 콘트라스트를 개선하기 위한 종래 기술에 의한 콘트라스트 커브를 나타낸 것이다.

도 1에서 "Max_Black"은 히스토그램 분포의 전체 면적의 1.5∼1.6%를 차지하는 블랙 영역의 최대값을 의미하며, "Min White"는 그 "Max_Black" 영역과 동일한 면적의 화이트 영역의 최소값을 의미한다. 이러한 값에 따라 도 2의 콘트라스트 커브를 생성한다.

그런데, 종래에 있어서는 영상의 상위, 하위 영역의 콘트라스트를 개선하기 위하여, 도 2에서와 같이 상기 "Min White"와 "Max_Black" 영역을 포기하고 나머지 영역 내에서 콘트라스트 커브를 생성하였다. 도 2에서 드레쉬홀드값(TH1),(TH2)은 콘트라스트를 개선할 영역을 지정하는 파라미터로 사용자에 의해 설정된다.

이와 같이 종래의 콘트라스트 개선 방법에 있어서는 0에서 블랙영역의 최대값까지 0으로 처리되고, 화이트영역의 최소값에서 255 영역이 모두 255로 처리되어 해당 영역의 계조를 모두 손실하게 되므로, 계조의 뭉침이 발생되어 영상의 섬세한 표현력이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 히스토그램에 대하여 분석 작업을 수행하지 않고, 이전 프레임의 평균 휘도 레벨값을 고려하여 블랙 영역의 콘트라스트 커브의 기울기와 화이트 영역의 콘트라스트 커브의 기울기를 결정하여 블랙영역과 화이트 영역의 계조 손실을 최소화하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 평균휘도레벨값과 사용자의 설정값을 근거로 로우,미들,하이 그레이커브를 생성하고 이들의 중간값을 취하여 콘트라스트커브를 생성함에 있어서, 많은 영상 픽셀이 분포된 계조 영역에서는 해당 영역의 그레이커브 기울기를 1에 가깝게 설정하고, 대응되는 계조 영역의 그레이커브 기울기를 0에 가깝게 설정하는 콘트라스트커브 생성부와; 상기 콘트라스트커브 생성부에서 생성된 콘트라스트 커브에 입력되는 휘도신호를 맵핑시켜 콘트라스트가 향상된 휘도신호를 출력하는 맵핑부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중간 계조 영역의 콘트라스트를 개선하기 위하여, 중간 그레이를 중심점으로 기울기를 변화시켜 원하는 기울기의 미들그레이커브를 생성하는 과정과; 평균휘도레벨값이 작을수록 로우그레이커브의 기울기를 1에 가깝게 설정하고, 그 평균휘도레벨값이 클수록 로우그레이커브의 기울기를 0에 가깝게 설정하는 과정과; 상기 평균휘도레벨값이 작을수록 하이그레이커브의 기울기를 0에 가깝게 설정하고, 그 평균휘도레벨값이 클수록 하이그레이 커브의 기울기를 1에 가깝게 설정하는 과정과; 상기 미들그레이커브, 로우그레이커브 및 하이그레이커브의 중간값을 취하여 콘트라스트 커브를 생성하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 히스토그램 분석과정 없이, 영상의 평균 휘도레벨값에 따라 비교적 많은 영상 픽셀이 분포된 계조 영역에서는 해당 그레이커브의 기울기를 1에 가깝게 설정하여 계조 뭉침이 최소화되도록 하고, 상대적으로 적은 영상 픽셀이 분포된 계조 영역에서는 해당 영역의 그레이커브의 기울기를 0에 가깝게 설정하여 일부 계조의 뭉침을 감수하고 콘트라스트 개선 정도를 높일 수 있도록 콘트라스트 커브를 생성하여 입력 휘도의 콘트라스트를 개선함으로써, 상,하위 영역의 콘트라스트 개선은 물론 상,하위 계조 영역의 계조 뭉침이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 중간 영역의 콘트라스트도 개선할 수 있게 되어 블랙 및 화이트 익스텐션(Black and White extension) 알고리즘에 비하여 우수한 콘트라스트 개선 효과를 얻을 수 있다.

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

도 3은 본 발명에 의한 콘트라스트 개선 장치의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 콘트라스트커브를 생성하는데 필요한 이전 프레임의 평균휘도레벨값(APL)을 입력하는 평균휘도레벨 입력부(31)와; 상기 평균휘도레 벨값(APL)과 사용자의 설정값을 근거로 로우,미들, 하이 그레이커브를 생성하고 이들의 중간값을 취하여 콘트라스트커브를 생성함에 있어서, 많은 영상 픽셀이 분포된 계조 영역에서는 계조 손실을 최소화 하기 위해 해당 그레이커브의 기울기를 1에 가깝게 설정하고, 그 많은 영상 픽셀이 분포된 계조 영역과 대응되는 계조 영역에서는 해당 그레이커브의 기울기를 0에 가깝게 설정하는 콘트라스트커브 생성부(32)와; 상기 콘트라스트커브 생성부(32)에서 생성된 콘트라스트 커브에 입력되는 휘도신호(Y)를 맵핑시켜 콘트라스트가 향상된 휘도신호를 출력하는 맵핑부(33)로 구성하였다.

상기 콘트라스트커브 생성부(32)는 중간 계조 영역의 콘트라스트를 개선하기 위하여, 중간 그레이를 중심점으로 기울기를 변화시켜 원하는 기울기의 미들그레이커브(Curve_b)를 생성하는 미들그레이커브 생성부(41)와; 평균휘도레벨값(APL)이 작을수록 하위 계조 영역의 계조 손실을 최소화 하기 위해 로우그레이커브(Curve_a)의 기울기를 최대 로우그레이커브(Max_Curve_a)에 가깝게 설정하고, 그 평균휘도레벨값(APL)이 클수록 하위 계조 영역의 콘트라스트를 개선하기 위해 로우그레이커브(Curve_a)의 기울기를 최소 로우그레이커브(Min_Curve_a)에 가깝게 설정하는 로우그레이커브 생성부(42)와; 상기 평균휘도레벨값(APL)이 작을수록 화이트 영역의 콘트라스트를 개선하기 위해 하이그레이커브(Curve_c)의 기울기를 최소 하이그레이커브(Min_Curve_c)에 가깝게 설정하고, 그 평균휘도레벨값(APL)이 클수록 상위 계조 영역의 계조 손실을 최소화 하기 위해 하이그레이커브(Curve_c)의 기울기를 최대 하이그레이커브(Max_Curve_c)에 가깝게 설정하는 하이그레이커브 생성 부(43)와; 상기 미들그레이커브(Curve_b), 로우그레이커브(Curve_a) 및 하이그레이커브(Curve_c)의 중간값을 취하여 콘트라스트 커브(Contrast Curve)를 생성하는 콘트라스트커브 합성부(44)로 구성되었다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

평균휘도레벨 입력부(31)는 콘트라스트커브를 생성하는데 필요로 하는 이전 프레임의 평균휘도레벨값(APL)을 입력한다. 상기 평균휘도레벨 입력부(31)는 현재 프레임의 평균휘도레벨값을 계산하여 사용할 수 있지만, 구현상의 용이성 등을 고려할 때 이전 프레임의 평균휘도레벨값(APL)을 입력받는 것이 바람직하다.

콘트라스트커브 생성부(32)는 후술하는 바와 같이 로우그레이커브(Curve_a), 미들그레이커브(Curve_b), 하이그레이커브(Curve_c)를 생성한 후 이들의 중간값을 취하여 목적한 형태의 콘트라스트커브를 생성하게 되는데, 도 5a 내지 도 5c는 프레임의 평균 휘도 레벨값(APL)에 따라 생성된 바람직한 콘트라스트커브의 예를 나타낸 것이다.

도 5a는 프레임의 평균 휘도 레벨값(APL)이 중간 그레이(예: 128 gray)보다 작을 때(APL<128) 사용되는 콘트라스트 커브를 나타낸 것이다. APL이 128보다 작을 때에는 대부분의 영상 픽셀이 128 그레이(gray)보다 작다고 볼 수 있으므로 많은 영상 픽셀이 분포된 하위 계조 영역의 계조 손실을 최소화 하기 위해 로우그레이커브(Curve_a)의 기울기를 최대 로우그레이커브(Max_Curve_a)에 가깝게 설정한다. 그리고, 화이트 영역의 콘트라스트를 개선하기 위해 하이그레이커브(Curve_c)의 기울 기를 최소 하이그레이커브(Min_Curve_c)에 가깝게 설정한다.

도 5c는 프레임의 평균 휘도 레벨값이 128보다 클 때(APL>128) 사용되는 콘트라스트 커브를 나타낸 것이다. APL이 128보다 클 때에는 대부분의 영상 픽셀이 128 그레이보다 크다고 볼 수 있으므로 상위 계조 영역의 계조 손실을 최소화 하기 위해 하이그레이커브(Curve_c)의 기울기를 최대 하이그레이커브(Max_Curve_c)에 가깝게 설정한다. 그리고, 하위 계조 영역의 콘트라스트를 개선하기 위해 로우그레이커브(Curve_a)의 기울기를 최소 로우그레이커브(Min_Curve_a)에 가깝게 설정한다.

도 5b는 프레임의 평균 휘도 레벨값이 128일 때(APL=128) 사용되는 콘트라스트 커브를 나타낸 것이다. APL이 128일 때에는 중간 계조 영역에 가장 많은 영상 픽셀이 분포하므로 상기 로우그레이커브(Curve_a)와 하이그레이커브(Curve_c)의 기울기를 모두 중간 기울기(0.5)로 설정하여 중간 영역의 콘트라스트를 개선하도록 하였다.

상기 콘트라스트커브 생성부(32)는 도 4에서와 같이 미들그레이커브 생성부(41), 로우그레이커브 생성부(42) 및 하이그레이커브 생성부(43)를 구비하여 각각의 미들그레이커브(Curve_b), 로우그레이커브(Curve_a), 하이그레이커브(Curve_c)를 생성한다.

상기 로우그레이커브 생성부(42)는 상기 평균휘도레벨 입력부(31)로부터 평균휘도레벨값(APL)을 공급받고, 사용자에 의해 설정되는 최대 로우그레이커브(Max_Curve_a) 및 최소 로우그레이커브(Min_Curve_a)의 파라미터에 따라 로우그레이커브(Curve_a)를 생성한다.

도 6a는 상기 로우그레이커브(Curve_a)가 APL에 따라 최대 로우그레이커브(Max_Curve_a)나 최소 로우그레이커브(Min_Curve_a) 쪽으로 변화되는 기울기를 나타낸 것이다.

상기 하이그레이커브 생성부(43)는 상기 평균휘도레벨 입력부(31)로부터 평균휘도레벨값(APL)을 공급받고, 사용자에 의해 설정되는 최대 하이그레이커브(Max_Curve_c), 최소 하이그레이커브(Min_Curve_c)의 파라미터에 따라 하이그레이커브(Curve_c)를 생성한다.

도 6b는 상기 하이그레이커브(Curve_c)가 APL에 따라 최대 하이그레이커브(Max_Curve_c)나 최소 하이그레이커브(Min_Curve_c) 쪽으로 변화되는 기울기를 나타낸 것이다.

상기 미들그레이커브 생성부(41)는 중간 계조 영역의 콘트라스트를 개선하기 위하여, 도 6c에서와 같이 128 그레이를 중심점으로 기울기를 변화(증가)시켜 원하는 기울기의 미들그레이커브(Curve_b)를 생성한다. 여기서, 미들그레이커브(Curve_b)의 기울기를 b라 할 때 최종 휘도 Conv Y는 다음의 [수학식1]로 표현된다.

Conv Y = b(Y-128) + 128, 단 b > 1

콘트라스트커브 합성부(44)는 상기 그레이커브 생성부(41)에서 생성된 미들그레이커브(Curve_b)와, 로우그레이커브 생성부(42)에서 생성된 로우그레이커브(Curve_a)와, 하이그레이커브 생성부(43)에서 생성된 하이그레이커브(Curve_c)의 중간값을 취하여 목적한 최종의 콘트라스트 커브(Contrast Curve)를 생성하게 된다.

맵핑부(33)는 상기와 같은 과정을 통해 상기 콘트라스트커브 생성부(32)에서 생성된 콘트라스트 커브(Contrast Curve)에 입력되는 휘도신호(Y)를 맵핑시켜 콘트라스트가 향상된 휘도신호(Contrast Enhanced Y)를 출력하게 된다.

참고로, 상기 설명에서 최대 기울기[Max_Curve_a],[Max_Curve_c] 및 최소 기울기[Min_Curve_a],[Min_Curve_c]는 다음과 같은 관계에 있는 것이 바람직하다.

0 < Min_Curve_a < 0.5

0.5 < Max_Curve_a < 1

0 < Min_Curve_c < 0.5

0.5 < Max_Curve_c < 1

도 1은 히스토그램 분포를 나타낸 그래프.

도 2는 종래 기술에 의한 콘트라스트 커브.

도 3은 본 발명에 의한 콘트라스트 개선 장치의 전체 블록도.

도 4는 도 3에서 콘트라스트커브 생성부의 상세 블록도.

도 5a 내지 5c는 본 발명에서, 프레임의 평균 휘도 레벨값에 따른 콘트라스트 커브.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 로우,미들, 하이 그레이커브의 기울기 변화를 나타낸 예시도.

Claims

이전 프레임의 평균휘도레벨값을 입력받는 평균휘도레벨 입력부와;

상기 이전 프레임의 평균휘도레벨값과 사용자의 설정값을 근거로 로우, 미들 및 하이 그레이커브를 생성하고, 상기 평균휘도 레벨값과 중간 그레이를 비교하여 상기 평균휘도 레벨값이 상기 중간 그레이보다 작을 경우 상기 로우 그레이커브의 기울기를 최대 로우 그레이커브에 가깝게 설정하며, 상기 평균휘도 레벨값이 상기 중간 그레이보다 클 경우 상기 하이 그레이커브의 기울기를 최소 하이그레이커브에 가깝게 설정하고, 상기 평균휘도 레벨값이 상기 중간 그레이와 동일할 경우 상기 로우 그레이커브와 하이 그레이커브를 모두 중간 기울기로 설정하는 콘트라스트커브 생성부와;

상기 콘트라스트커브 생성부에서 생성된 콘트라스트 커브에 입력되는 휘도신호를 맵핑시켜 콘트라스트가 향상된 휘도신호를 출력하는 맵핑부

를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 콘트라스트 개선 장치.
제1항에 있어서, 콘트라스트커브 생성부는

중간 계조 영역의 콘트라스트를 개선하기 위하여, 중간 그레이를 중심점으로 기울기를 변화시켜 원하는 기울기의 미들그레이커브를 생성하는 미들그레이커브 생성부와;

평균휘도레벨값이 작을수록 로우그레이커브의 기울기를 1에 가깝게 설정하고, 그 평균휘도레벨값이 클수록 로우그레이커브의 기울기를 0에 가깝게 설정하는 로우그레이커브 생성부와;

상기 평균휘도레벨값이 작을수록 하이그레이커브의 기울기를 0에 가깝게 설 정하고, 그 평균휘도레벨값이 클수록 하이그레이커브의 기울기를 1에 가깝게 설정하는 하이그레이커브 생성부와;

상기 미들, 로우, 및 하이 그레이커브의 중간값을 취하여 콘트라스트 커브를 생성하는 콘트라스트커브 합성부로 구성된 것을 특징으로 하는 콘트라스트 개선 장치.
제2항에 있어서, 중간 그레이는 128인 것을 특징으로 하는 콘트라스트 개선 장치.
제2항에 있어서, 미들그레이커브 생성부는 미들그레이커브(Curve_b)의 기울기를 b라 할 때 최종 휘도 Conv Y를 다음의 [수학식]으로 구하는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 개선 장치.

Conv Y = b(Y-128) + 128, 단 b > 1
제2항에 있어서, 로우그레이커브 생성부는 평균휘도레벨값이 0일 때 커브의 기울기를 사용자가 설정한 최대 기울기[Max_Curve_a]로 설정하고, 그 평균휘도레벨값이 255일 때에는 커브의 기울기를 사용자가 설정한 최소 기울기[Min_Curve_a]로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 콘트라스트 개선 장치.
제2항에 있어서, 하이그레이커브 생성부는 평균휘도레벨값이 255일 때 커브의 기울기를 사용자가 설정한 최대 기울기[Max_Curve_c]로 설정하고, 그 평균휘도레벨값이 0일 때에는 커브의 기울기를 사용자가 설정한 최소 기울기[Min_Curve_c]로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 콘트라스트 개선 장치.
중간 그레이를 중심점으로 기울기를 변화시켜 원하는 기울기의 미들그레이커브를 생성하는 미들그레이커브 생성과정과;

평균휘도레벨값이 작을수록 커브의 기울기를 사용자가 설정한 최대 기울기[Max_Curve_a]에 가깝게 설정하고, 그 평균휘도레벨값이 클수록 커브의 기울기를 사용자가 설정한 최소 기울기[Min_Curve_a]에 가깝게 설정하는 로우그레이커브 생성과정과;

상기 평균휘도레벨값이 작을수록 커브의 기울기를 사용자가 설정한 최소 기울기[Min_Curve_c]에 가깝게 설정하고, 그 평균휘도레벨값이 클수록 커브의 기울기를 사용자가 설정한 최대 기울기[Max_Curve_c]에 가깝게 설정하는 하이그레이커브 생성과정과;

상기 미들그레이커브, 로우그레이커브 및 하이그레이커브의 중간값을 취하여 콘트라스트 커브를 생성하는 콘트라스트커브 합성과정을 포함하여 이루어지고,

상기 평균휘도레벨값은 이전 프레임의 평균휘도레벨값인 것을 특징으로 하는 콘트라스트 개선 방법.
삭제
제7항에 있어서, 최대 기울기[Max_Curve_a],[Max_Curve_c] 및 최소 기울기[Min_Curve_a],[Min_Curve_c]는 다음의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 개선 방법.

0 < Min_Curve_a < 0.5

0.5 < Max_Curve_a < 1

0 < Min_Curve_c < 0.5

0.5 < Max_Curve_c < 1