KR101426242B1 - 컬러 영상의 그레이 계조를 변환하는 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 컬러 영상의 그레이 계조를 변환하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 컬러 영상의 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들이 기설정된 컬러매핑 정보에 기초하여, 컬러 영상의 입력 RGB값에 대응하는 중간 RGB값을 결정하고, 입력 RGB값의 그레이 변화량에 기초하여, 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 결정하고, 그레이 영역에 속하는 입력 RGB값을 중간 RGB값을 이용하여 변환하는 그레이 계조 변환 방법이 제안된다.

Description

컬러 영상의 그레이 계조를 변환하는 방법 및 그 장치{Method and apparatus for converting gray level of color image}
본 발명은, 컬러 영상의 색상 변환에 관한 것이며, 더 상세하게는 컬러 영상의 그레이 계조의 색온도를 변환하는 방법에 관한 것이다.
그레이 계조의 색온도를 보정하면, 그레이 영역의 성분이 변할 뿐만 아니라 유색 영역의 컬러 성분들까지 변화하게 된다. 예를 들어, x,y 컬러 좌표 상에서, 그레이 계조 곡선에 범프(Bump)가 발생하는 경우에, 이를 보정하기 위해 그레이 계조의 R성분 곡선, G성분 곡선과 B성분 곡선 중 일부 색상 성분의 곡선을 보정한다면, 원색 계조의 컬러 구성이 변형되는 현상이 발생한다.
또한, 그레이 계조의 색온도를 변경함에 따라 그레이 계조를 구성하는 R성분 곡선, G성분 곡선과 B성분 곡선의 값들이 변화하므로, 색온도가 변하는 방향에 따라, 특정 색역의 채도가 감소하면서 시청자의 화질 만족도에 부정적인 영향을 미치게 된다.
본 발명은 그레이 계조의 색온도를 보정하는 방법으로서, 그레이 영역과 유색 영역을 구분하여 그레이 영역의 색온도를 변환하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 컬러 영상의 그레이 계조를 변환하는 방법은, 컬러 영상의 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들이 기설정된 컬러매핑 정보에 기초하여, 상기 컬러 영상의 입력 RGB값에 대응하는 중간 RGB값을 결정하는 단계; 상기 입력 RGB값의 그레이 변화량에 기초하여, 상기 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 결정하는 단계; 및 상기 그레이 영역에 속하는 입력 RGB값을 상기 중간 RGB값을 이용하여 변환하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따라 상기 그레이 영역에 속하는 입력 RGB값을 상기 중간 RGB값을 이용하여 변환하는 단계는, 상기 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 제1 입력 RGB값을 위해, 상기 결정된 중간 RGB값을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 그레이 영역에 속하는 입력 RGB값을 상기 중간 RGB값을 이용하여 변환하는 단계는, 상기 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 제1 입력 RGB값을 위해, 상기 중간 RGB값와 별개인 임의의 RGB값을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 컬러 영상의 입력 RGB값에 대응하는 중간 RGB값을 결정하는 단계는,상기 입력 RGB값에 대응하는 입력 그레이 계조를 결정하는 단계; 및 상기 컬러 영상의 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들이 기설정된 룩업테이블 중에서 상기 입력 그레이 계조에 매핑되는 상기 중간 RGB값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치는, 컬러 영상의 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들이 기설정된 컬러매핑 정보에 기초하여, 상기 컬러 영상의 입력 RGB값에 대응하는 중간 RGB값을 결정하고, 상기 입력 RGB값의 그레이 변화량에 기초하여 상기 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 결정하는 그레이 영역 결정부; 및 상기 그레이 영역에 속하는 입력 RGB값을 상기 중간 RGB값을 이용하여 변환하고, 상기 입력 RGB값의 출력 RGB값을 결정하는 변환부를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 변환부는, 상기 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 제1 입력 RGB값을 위해, 상기 결정된 중간 RGB값을 출력할 수 있다.
본 발명은, 일 실시예에 따른 그레이 계좌 변환 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 포함한다.
도 1a 는 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치의 블록도를 도시한다.
도 1b 는 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2 는 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치의 구체적인 동작들의 흐름도를 도시한다.
도 3 은 그레이 계조에 따른 색온도의 변화를 도시한다.
도 4 은 색편차를 보정함에 따라 생성된 RGB 감마 곡선을 도시한다.
도 5 는 그레이 계조의 색온도를 변경함에 따라 생성된 RGB 감마 곡선을 도시한다.
이하, 도 1a 내지 5를 참조하여, 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치 및 그레이 계조 변환 방법을 상술한다.
도 1a 는 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)는, 그레이 영역 결정부(110) 및 변환부(120)를 포함한다. 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)는, 컬러 영상을 입력받아, 컬러 영상의 픽셀값들을 분석하여 컬러 영상의 그레이 영역을 결정하고, 그레이 영역에서만 그레이 계조가 변환된 영상을 생성할 수 있다.
이 때, 컬러 영상의 그레이 계조(Gray level)는, 그레이 레벨 또는 그레이 톤(gray tone)이라고도 명명될 수 있다.
일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)는, 컬러 픽셀값의 RGB값을 이용하여 컬러 영상의 그레이 계조를 변환한다. 이하 본 명세서에서 소정 RGB값은 R 성분값, G 성분값 및 B 성분값을 총칭하는 것이다. 또한 그레이 계조 변환 장치(100)는 RGB값을 이용하여 각종 동작을 수행하는데, 예외적인 설명이 없는 경우에는, RGB값을 이용한 동작이 수행된다면, R 성분값을 이용하는 동작, G 성분값을 이용하는 동작 및 B 성분값을 이용하는 동작을 포함하는 별개의 동작들이 수행됨을 의미한다.
일 실시예에 따른 그레이 영역 결정부(110)는, 컬러 영상의 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들이 기설정된 컬러매핑 정보에 기초하여, 컬러 영상의 입력 RGB값에 대응하는 중간 RGB값을 결정할 수 있다.
또한 일 실시예에 따른 그레이 영역 결정부(110)는, 입력 RGB값의 그레이 변화량에 기초하여, 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 변환부(120)는, 그레이 영역 결정부(110)의 결정에 따라 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 입력 RGB값에 대해, 변환된 RGB값으로 출력할 수 있다. 변환부(120)는, 그레이 영역의 입력 RGB값을 중간 RGB값을 이용하여 변환할 수 있다.
따라서, 변환부(120)는, 입력 RGB값의 변환 결과들에 따라, 입력 RGB값에 대응하여 최종적으로 출력될 RGB값을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 그레이 영역 결정부(110) 및 변환부(120)의 동작은, 이하 도 1b를 참조하여 상술한다.
도 1b 는 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 방법의 흐름도를 도시한다.
단계 s115에서, 그레이 영역 결정부(110)에, 컬러 픽셀들의 RGB값들이 입력된다. 그레이 영역 결정부(110)는, 컬러 영상의 그레이 계조별로 목표 RGB값들이 매핑되어 있는 컬러매핑 정보에 기초하여, 입력된 RGB값에 대응하는 중간 RGB값을 결정할 수 있다.
먼저, 그레이 영역 결정부(110)는 입력 RGB값에 대응하는 입력 그레이 계조를 결정할 수 있다. 컬러 영상의 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들이 기설정된 룩업테이블(Look-Up Table) 중에서, 입력 그레이 계조에 매핑되는 목표 RGB값을 검출할 수 있다. 검출된 목표 RGB값이 하여 입력 RGB값에 대응하는 중간 RGB값으로 결정할 수 있다.
더 상세하게는, 그레이 영역 결정부(110)는 룩업테이블의 그레이 계조들 중에서, 입력 그레이 계조에 이웃하는 제1, 2 그레이 계조들을 검출할 수 있다. 그레이 영역 결정부(110)는 룩업테이블에서 제1 그레이 계조에 대응하는 제1 목표 RGB값과, 제2 그레이 계조에 대응하는 제2 목표 RGB값을 결정할 수 있다. 그레이 영역 결정부(110)는, 검출된 제1 목표 RGB값과 제2 목표 RGB값을 보간한 값을, 입력 RGB값에 대응하는 중간 RGB값으로 결정할 수 있다. 중간 RGB값은 목표 RGB값들이 수록된 룩업테이블에 기초하여 결정되므로, 중간 RGB값도 목표 RGB값의 일종으로 볼 수 있다.
단계 s125에서, 일 실시예에 따른 그레이 영역 결정부(110)는, 입력 RGB값의 그레이 변화량에 기초하여 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 판단할 수 있다. 그레이 변화량은, 소정 RGB값과 그레이 축과의 거리를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따라, 그레이 영역 결정부(110)는, 입력 RGB값의 그레이 변화량을 결정하기 위해, 입력 RGB값에 대응하는 YCrCb값을 결정할 수 있다. 그레이 영역 결정부(110)는, 입력 RGB값의 YCrCb값을 이용하여 입력 RGB값의 새츄레이션 정도를 결정할 수 있다. 입력 RGB값의 새츄레이션 정도를 이용하여 입력 RGB값의 그레이 변화량이 결정될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 그레이 영역 결정부(110)는 입력 RGB값 중에서 R값 및 G값 간의 R-G차이값, R값 및 B값 간의 R-B차이값, G값 및 B값 간의 G-B차이값을 결정하는 결정할 수 있다. 입력 RGB값의 R-G차이값, R-B차이값 및 G-B차이값을 이용하여 입력 RGB값의 그레이 변화량이 결정될 수 있다.
입력 RGB값의 그레이 변화량을 결정하는 방법은 상술한 실시예들에 한정되지 않는다. 다양한 실시예에 따라 결정된 입력 RGB값의 그레이 변화량에 기초하여, 그레이 영역 결정부(110)는 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역 중 어느 색상 영역에 속하는지 결정할 수 있다.
단계 s135에서, 일 실시예에 따른 변환부(120)는, 그레이 영역 결정부(110)에서 입력 RGB값이 그레이 영역 및 유색 영역 중에서 어느 영역에 속하는 것으로 결정되었는지에 따라 다른 방식으로, 입력 RGB값을 위한 출력 RGB값을 결정할 수 있다.
그레이 영역 결정부(110)에서 입력 RGB값이 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 경우에, 일 실시예에 따른 변환부(120)는, 입력 RGB값에 대응하는 출력값으로서, 그레이 영역 결정부(110)에서 결정된 중간 RGB값을 결정할 수 있다. 즉, 룩업테이블에 기초하여 결정된 목표 RGB값이 출력될 수 있다.
그레이 영역 결정부(110)에서 입력 RGB값이 유색 영역에 속하는 것으로 결정된 경우에, 일 실시예에 따른 변환부(120)는, 입력 RGB값에 대응하는 출력값으로서, 입력 RGB값을 그대로 유지할 수 있다. 즉, 유색 영역에 속하는 입력 RGB값은 변환하지 않은 채 그대로 출력될 수도 있다.
그레이 영역 결정부(110)에서 입력 RGB값이 유색 영역에 속하는 것으로 결정된 경우에, 다른 실시예에 따른 변환부(120)는, 중간 RGB값을 입력 RGB값의 그레이 변화량에 반대로 비례하도록 조절하고, 조절된 중간 RGB값을 입력 RGB값에 합산함으로써 입력 RGB값에 대응하는 출력값을 결정할 수 있다.
또 다른 예로, 그레이 영역 결정부(110)에서 입력 RGB값이 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 경우에, 변환부(120)는, 입력 RGB값을 위해 중간 RGB값와 별개인 임의의 RGB값을 출력할 수도 있다.
앞서, 단계 s115에서 감마 역조정(Gamma-uncorrection)된 입력 RGB값이 이용된 경우에는, 단계 135에서도 변환된 입력 RGB값에 대해 추가적으로 감마 조정을 수행할 수 있다.
색온도는 광원의 빛을 수치적으로 표시한 값이다. 따라서 컬러 영상의 픽셀값에도 색온도가 결정될 수 있다. 그레이 계조의 색온도는 일반적으로 빛의 세기에 비례한다. 컬러 픽셀의 RGB성분들에 따라 빛의 세기가 결정되므로, RGB값이 변경되면 색온도도 변경되고, 색온도를 변경하기 위해 RGB값이 변경될 수 있다.
하지만, RGB성분들 중 각 컬러 성분의 색온도가 다르므로, 동일한 그레이 계조라 하더라도 그레이 계조를 구성하는 컬러 성분들의 비율이 변하면, 그레이 계조의 색온도가 달라지는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 그레이 계조의 색온도를 임의로 조절하기 컬러 영상의 입력 RGB값을 임의로 변환하면, 그레이 계조 뿐만 아니라 컬러 성분의 비율이 변할 수 있다. 즉, 영상 전체적으로 그레이 계조의 색온도가 균일하지 않아 시각적으로 화질이 저하되는 부작용이 야기될 수 있다.
이에 반해 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)는, 컬러 영상 중에서 그레이 영역을 결정하고, 그레이 영역에서만 입력 RGB값을 변환함으로써 그레이 계조들마다 색온도가 모두 동일한 값을 갖도록 할 수 있다. 따라서 입력 RGB값을 변환함에 따라 수반되는 색온도 조정의 효과가 그레이 영역에만 제한될 수 있으므로, 그레이 계조의 색온도가 균일하지 못하여 발생하는 화질저하 현상이 최소화될 수 있다.
따라서 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)를 이용하면, 컬러 영상 중에서 원색 영역에 분포하는 채도가 높은 색상은 유지한 채, 그레이 영역에 분포하는 그레이 계조의 색온도만을 보정함으로써 화이트 밸런싱 효과가 극대화될 수 있다.
또한 다른 실시예로서, 그레이 영역의 입력 RGB값만 조정할 수 있으므로, 그레이 영역의 그레이 계조의 색온도만 사용자가 원하는 임의의 온도로 변환하고, 그레이 영역 이외의 유색영역의 색은 그대로 보존할 수 있다. 이에 따라 채도가 높은 색상은 유지한 채 그레이 계조의 색상만 다양하게 변환될 수 있다.
이하 도 2 를 참조하여 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)의 동작 들을 단계별로 수학적 원리를 근거로 상술한다.
도 2 는 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(109)의 구체적인 동작들의 흐름도를 도시한다.
일 실시예에 그레이 계조 변환 장치(100)의 동작들은, 크게 감마 역수정 단계(s210), 그레이 매핑 단계(s220), 그레이 가중치 결정 단계(s230) 및 그레이 수정 단계(s240), 감마 수정 단계(s250)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 그레이 영역 판단부(110)는 감마 역수정 단계(s210), 그레이 매핑 단계(s220) 및 그레이 가중치 결정 단계(s230)를 수행하고, 변환부(120)는 그레이 수정 단계(s240) 및 감마 수정 단계(s250)를 수행할 수 있다.
감마 역수정 단계(s210)에 입력 RGB값(R_in, G_in, B_in)이 입력되고, 감마 수정 단계(s250)에서 출력 RGB값(R_out, G_out, B_out)이 출력된다. 단계 s210, s220, s230, s240, s250의 동작들은 RGB값의 컬러성분별로 수행될 수 있다.
단계 s210의 감마 역수정 단계에서, 그레이 계조 변환 장치(100)는 컬러 영상의 입력 RGB값을 선형 RGB값으로 변환할 수 있다.
일반적인 카메라나 방송용 카메라 등의 광학기기에 의해 아날로그 또는 디지털 영상신호가 획득된다. 광학기기에 의해 획득된 초기영상신호는, 방송 영상 또는 사진 영상의 형태로 TV나 모니터, 모바일 디스플레이 등의 디스플레이 장치로 전송되기 전에, 디스플레이 장치의 특성에 맞도록 처리될 수 있다.
일례로, 광학기기에 의해 획득된 초기영상신호는 광학기기에 장착된 이미지 센서의 특성에 비례하는 신호이지만, 컬러 표준에 따라 초기영상신호를 감마 수정하여 변형된 데이터가 디스플레이 장치로 전송될 수 있다. 영상신호가 2.2 감마를 가진 디스플레이 장치로 출력된다는 가정에 따라, 초기영상신호에 대해 2.2 감마값을 반영하여 감마 수정을 수행하고, 감마 수정된 데이터가 저장매체나 파일에 저장될 수 있다. 감마 수정된 영상 데이터는 CRT 모니터 상에서 디스플레이될 수 있도록, BT 601, BT 709, 및 SRGB 등의 컬러 표준에 따른 컬러 포맷에 맞도록 다시 조정될 수 있다.
광학기기가 특정 색으로부터 측정하는 컬러 정보는, 컬러 XYZ 영역 상의 값으로 표현될 수 있다. 광학기기에 의해 측정되는 XYZ값은 감마 수정 전의 선형 RGB값에 비례한다.
일 실시예에 그레이 계조 변환 장치(100)는 선형 RGB값을 이용하여 컬러 영상의 그레이 계조를 조정할 수 있다. 조정대상이 되는 그레이 계조들은 연속적으로 분포되지 않고, 소정 간격에 따라 분포될 수 있다. 예를 들어, 0 내지 255의 그레이 계조들 중에서 [0, 32, 64, 96, ...]과 같이 소정 간격에 따라 분포된 그레이 계조들이 조정 대상일 수 있다. 조정 대상인 그레이 계조들 사이에서 대응되는 RGB 값은, RGB값의 선형 관계에 기초하여 추정될 수 있다. 따라서 그레이 계조 변환 장치(100)가 이미 감마 수정된 입력 RGB값을 수신한 경우에는, 수신된 입력 RGB값을 감마 역수정을 통해 선형 RGB값으로 변환할 수 있다.
단계 s210에서 영상신호가 감마 역수정 단계를 통해 선형 RGB값으로 변환된 후에 단계 s220, s230, s240를 통해 그레이 계조가 변환된 선형 RGB값들은, 최종적으로 출력되기 전에 단계 s250의 감마 수정 단계에서 감마 조정을 통해 디스플레이 장치에 적합한 형태의 데이터로 변환될 수 있다.
수학식 1 및 2에 따라, 감마 조정 전의 선형 RGB값이, 각각 sRGB 컬러 포맷 및 709 RGB 컬러포맷에 따르는 디스플레이 장치로 출력하기 위한 신호로 변환될 수 있다.
수학식 1은 선형 RGB값을 sRGB 컬러포맷으로 변환하기 위한 변환식이다. 수학식 1에서, Csrgb 은 입력영상의 sRGB값으로 0 내지 255 의 값을 0~1로 정규화(normalization)한 값이다. 컬러성분별로 R성분값인 Rsrgb, G성분값인 Gsrgb, B성분값인 Bsrgb을 나타낸다. Clinear는 감마 역수정된 선형 RGB값으로, 입력영상의 R성분값인 Rlinear, G성분값인 Glinear, B성분값인 Blinear을 나타낸다.
Figure 112013034038051-pat00001
TV 방송 영상의 경우에는 BT 709 컬러 규격에 따라 감마 수정 및 역수정이 수행될 수 있다. 수학식 2에서, C709 RGB은 0~1로 정규화한 입력영상의 RGB값이다.
Figure 112013034038051-pat00002
단계 s210의 감마 역수정 단계와 s250의 감마 수정 단계는 서로 역동작이다. 즉, 단계 s250에서 수학식 1 또는 2에 따라 선형 RGB값(Clinear)이 컬러 규격에 맞는 값(Csrgb 또는 C709 RGB)으로 변환되어 출력된다. 단계 s210에서는 수학식 1 또는 2의 역동작에 따라 컬러 규격에 맞도록 변형된 값(Csrgb 또는 C709 RGB)을 선형 RGB값(Clinear)으로 다시 변환할 수 있다.
단계 s220의 그레이 매핑 단계에서, 룩업테이블을 이용하여 입력 RGB값들을 각각 대응되는 목표 RGB값들로 매핑될 수 있다.
일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)는, 그레이 계조별로 대응되는 목표 RGB값 정보를 수록하는 룩업테이블을 이용할 수 있다. 그레이 계조 변환 장치(100)는 입력 RGB값을 사용자가 지정하는 목표 RGB값으로 매핑시킬 때, 입력 RGB값의 그레이 계조를 이용하여 대응되는 목표 RGB값을 검출할 수 있다. 이에 따라, 그레이 성분이 아닌 RGB값에 대해서도 컨투어(Contour) 없이 매핑 효과가 적용될 수 있다.
수학식 3에 따라, 입력 RGB값의 그레이 계조가 결정될 수 있다. 임의의 입력 RGB값 (RS1,GS1,BS1)은 대응하는 그레이 계조값 (Ks,Ks,Ks)으로 변환될 수 있다. w1, w2, w3은 각각 R성분, G성분, B성분에 대한 가중치이다. 예를 들어, 수학식 3에 따라 그레이 계조 Ks가 입력 RGB값의 밝기값을 나타내도록 w3 ≤ w1 ≤ w2 의 관계가 설정될 수 있다. 예를 들어, BT 609 컬러 규격에 따른 YCbCr 컬러포맷에서는, (w1, w2, w3) = (0.299, 0.587, 0.114) 값이 사용할 수 있다.
Figure 112013034038051-pat00003
일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)는, 룩업테이블를 이용하여, 입력 RGB값의 그레이 계조에 대응되는 목표 RGB값을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 룩업테이블은, 조정 대상이 되는 그레이 계조들과 각 그레이 계조에 매핑되는 목표 RGB값들에 대한 정보를 포함한다. 일 실시예에 따른 룩업테이블을 이용하여, 사용자가 지정한 그레이 계조와 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들에 대한 정보가 제공될 수 있다. 따라서 룩업테이블에 기초하여 선택되는 그레이 계조와 목표 RGB값은 사용자 지정 그레이 계조 및 사용자 지정 RGB값으로 해석될 수 있다.
또한, 룩업테이블은 제한된 개수의 그레이 계조들에 매핑되는 목표 RGB값만을 제공할 수 있다. 룩업테이블에서 기설정된 그레이 계조들을 많을수록 그레이 계조 조정의 목표 정확도가 높아질 수 있다. 그레이 계조 조정의 목표 정확도가 높아질수록 룩업테이블에서 기설정된 조정 대상지점이 많아지고 룩업테이블의 크기가 커진다. 룩업테이블의 크기가 커질수록 룩업테이블이 저장되는 하드웨어의 크기도 커지며 비용부담이 증가하지만, 그레이 계조별로 불특정하게 변하는 색편차가 더 정확히 보정될 수 있다는 장점이 있다.
일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)는, 룩업테이블에서 정의되지 않은 입력 RGB값의 그레이 계조에 매핑된 목표 RGB값을, 룩업테이블에서 제공되는 RGB값들을 보간함으로써 생성할 수 있다.
예를 들어, 룩업테이블에서 입력 RGB값의 그레이 계조는 정의되어 있지 않지만, 룩업테이블에서 정의된 제1 그레이 계조와 제2 그레이 계조 사이에 입력 RGB값의 그레이 계조가 존재하는 경우에는, 제1 그레이 계조의 목표 RGB값과 제2 그레이 계조의 목표 RGB값을 보간함으로써, 입력 RGB값의 그레이 계조에 대응하는 목표 RGB값을 추정할 수 있다.
수학식 4에 따르면, 입력 RGB값의 그레이 계조인 입력 그레이 계조 KS는 룩업테이블에서 정의되어 있지 않지만, 룩업테이블에 정의된 그레이 계조들 중에서, 입력 그레이 계조 KS에 인접하면서, KS보다 작거나 같은 그레이 계조 KS1와 크거나 같은 그레이 계조 KS2 를 이용하여, 입력 그레이 계조 KS에 대응되는 목표 RGB값이 결정될 수 있다.
그레이 성분은 RGB성분이 모두 동일하므로, 그레이 계조 KS1과 KS2의 (R, G, B) 성분값은 각각 (KS1, KS1, KS1) 및 (KS2, KS2, KS2)이다. 룩업테이블에 따라, 그레이 계조 KS1은 목표 RGB값 (RT1,GT1,BT1)로 매핑되고, 그레이 계조 KS2는 목표 RGB값 (RT2,GT2,BT2)로 매핑될 수 있다. 룩업테이블의 매핑 결과를 보간함에 따라, 입력 그레이 계조 KS의 RGB성분 (KS, KS, KS)은 (Rout1,Gout1,Bout1)으로 매핑될 수 있다.
Figure 112013034038051-pat00004
단계 s230의 그레이 가중치 결정 단계에서, 입력 RGB값이 컬러 좌표의 그레이 축에서 얼마나 가까운지, 즉 입력 RGB값에 대해 그레이 축으로부터 거리가 결정될 수 있다. 입력 RGB값과 그레이 축의 거리에 따라 입력 RGB값이 그레이 영역에 속하지는지, 아니면 유색 영역에 속하는지 결정될 수 있다.
입력 RGB값과 그레이 축의 거리 또는 입력 RGB값의 그레이 변화량을 나타내는 값으로서 그레이 가중치가 결정될 수 있다. 입력 RGB값의 그레이 가중치를 기초로 그레이 영역에 속하는 입력 RGB값과, 유색 영역에 속하는 입력 RGB값이 구분될 수 있다.
입력 RGB값과 그레이축 사이의 거리는, RGB-CMWK 큐브 그래프에서 입력 RGB값에 해당하는 좌표점에서, 흑색점과 백색점을 잇는 선에 수선을 내렸을 때, 수선의 길이로 표현될 수 있다. 다만, 수선을 찾기 위한 프로세스과 수선의 길이를 결정하기 위한 프로세스에서 제곱근 연산이 필요하므로, RGB-CMWK 큐브 그래프를 이용하여 입력 RGB값과 그레이축 사이의 거리를 결정하는 프로세스를 하드웨어로 구현하려면 리소스가 많이 필요하다.
따라서 컬러 포맷에 따라 입력 RGB값과 그레이축 사이의 거리를 근사화하는 실시예들이 이하 수학식 5 내지 8를 참조하여 제안된다.
먼저 YCrCb 컬러 포맷을 이용하는 방식을 상술한다. 수학식 5의 RGB-YCrCb 변환식에 따라 입력 RGB값에 대한 크로마 성분인 CB값과 CR값이 결정될 수 있다.
Figure 112013034038051-pat00005
또한, 그레이 계조의 크로마 성분인 CB값과 CR값이 0이고 원색일수록 크로마 성분 CB값과 CR값이 증가한다. 수학식 6 또는 7을 이용하여, 입력 RGB값의 CB값과 CR값을 이용하여 입력 RGB값과 그레이축 사이의 거리를 나타내는 그레이 가중치 weight가 근사화될 수 있다. 여기서 w1와 w2는 사용자가 조절 가능한 가중치로, w1와 w2를 조절함에 따라 색온도가 조절되어 출력된 최종 RGB값에 유색영역의 영향이 높아지거나 낮아질 수 있다.
Figure 112013034038051-pat00006
Figure 112013034038051-pat00007
수학식 6 또는 7에 따라, 컬러 성분의 새츄레이션 정도가 정의될 수 있다. 수학식 6에 따르는 경우에 비해서 수학식 7에 따르는 경우에, 입력 RGB값과 그레이축 사이의 거리를 결정하기 위해 필요한 하드웨어 리소스가 더 적으므로, 하드웨어 능력(capacity)에 따라 수학식 6 및 7 중에서 weight 결정식이 선택되어 이용될 수도 있다.
다른 예로, RGB 컬러 포맷을 이용하여 입력 RGB값과 그레이축 사이의 거리가 결정될 수도 있다. RGB 그래프 상에서, R성분, G성분, B성분이 동일한 그레이 직선에서 먼 좌표일수록, 한 성분과 나머지 성분들 간의 차이값(즉, |R-(G+B)/2|, |G-(R+B)/2|, |B-(G+R)/2|)이 증가한다. 또한 두 컬러성분들 간의 차이값(|R-B|, |G-B|, |R-G|)은 동일할지라도 전체 밝기가 밝을수록 두 컬러성분들 간의 차이가 시각적으로 작게 느껴진다는 특징을 이용하여, 수학식 8에 따라 입력 RGB값과 그레이축 사이의 거리가 결정될 수도 있다.
Figure 112013034038051-pat00008
또한, 단순한 실시예로, 입력 RGB값의 R성분, G성분, B성분이 모두 동일한값을 갖는 그레이 계조에 대한 그레이 가중치 weight는 0이다. 또한 그레이축으로부터 거리가 멀리 떨어진 원색의 입력 RGB값에 대한 그레이 가중치 weight는 1로 결정될 수도 있다.
따라서, 수학식 6, 7 또는 8 등에 따라 결정된 입력 RGB값의 그레이 가중치 weight에 따라, 입력 RGB값이 그레이 영역에 속하는지 유색 영역에 속하는지 결정될 수 있다.
단계 s240의 그레이 수정 단계에서, 입력 RGB값과 그레이 축 간의 거리에 따라 입력 RGB값의 색온도가 변경될 수 있다.
단계 s230에서 입력 RGB값이 그레이 축에 얼마나 가까운지가 결정됨에 따라, 최종적으로 출력되는 RGB값에, 사용자가 지정한 목표 RGB값이 얼마나 많이 적용될지 결정될 수 있다.
아래 수학식 9에서, Rout2, Gout2, Bout2은 최종적으로 결정되는 출력 RGB값을 나타내고, 그레이 가중치 weight는 단계 230에서 결정된 입력 RGB값과 그레이축 사이의 거리를 나타낸다.
Figure 112013034038051-pat00009
즉, 수학식 9에 따르면, 룩업테이블에서 따라 결정된 사용자 지정 RGB값 Rout1, Gout1, Bout1과 입력 그레이 계조 Ks와의 거리가 그레이 가중치 weight에 음(-)의 방향으로 비례하게 조절된 값이 입력 RGB값(Rs, Gs, Bs)에 합산됨으로써, 출력 RGB값 Rout2, Gout2, Bout2이 결정된다.
따라서, 그레이 가중치 weight가 어떻게 결정되는지 여부에 따라, 출력 RGB값에 사용자 지정 RGB값이 얼마나 적용되는지 여부가 결정될 수 있다.
예를 들어, 그레이 계조의 그레이 가중치 weight가 0이고 입력 RGB값이 그레이 계조값과 동일하므로, 수학식 9에 따르면 출력 RGB값 Rout2, Gout2, Bout2은 사용자 지정 RGB값 Rout1, Gout1, Bout1로 결정될 수 있다. 또한, 원색의 그레이 가중치 weight가 1이므로, 수학식 9에 따르면 출력 RGB값 Rout2, Gout2, Bout2은 입력 RGB값 RS, GS, BS로 결정될 수 있다.
즉, 입력 RGB값이 그레이 영역에 속하는지 유색 영역에 속하는지 여부에 따라, 최종적으로 출력되는 RGB값에 사용자가 지정한 그레이 계조가 적용되는 비율이 결정될 수 있다. 특히 그레이 가중치에 따라 그레이 영역에 속하는 입력 RGB값만이 목표 RGB값으로 변환되어 출력되고, 원색 영역의 입력 RGB값은 변환되지 않고 입력 RGB값이 그대로 출력될 수 있다.
또 다른 예로, 입력 RGB값과 목표 RGB값의 합산 비율을 그레이 가중치 weight에 따라 조절함에 따라, 목표 RGB값과 입력 RGB값을 이용하여 최종적으로 출력 RGB값이 결정될 수 있다. 수학식 9에 따르면, 사용자 지정 RGB값과 입력 그레이 계조 Ks와의 거리가 그레이 가중치 weight에 음(-)의 방향으로 비례하게 조절된 값이, 입력 RGB값에 합산됨으로써, 출력 RGB값이 결정된다.
그레이 가중치 weight가 상대적으로 낮은 값인 영역, 즉 그레이 영역에 근사한 영역에서는, 높은 비율의 사용자 지정 RGB값이 입력 RGB값에 합산되므로, 사용자 지정 RGB값에 근사한 값이 출력될 수 있다. 그레이 가중치가 상대적으로 높은 값인 영역, 즉 유색 영역에 근사한 영역에서는, 낮은 비율의 목표 RGB값이 입력 RGB값에 합산되므로, 입력 RGB값에 근사한 값이 출력될 수 있다.
이상 단계 s210 내지 s240을 통해 컬러 포맷에서 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 RGB값이 변환함에 따라, 그레이 계조의 색온도가 균일하게 변환될 수 있다.
이상 단계 s210에서 감마 역수정을 통해 선형 RGB값이 생성된 경우에는, 단계 s250의 감마 수정 단계에서, 선형 RGB값에 대해 다시 감마 조정한 후 출력할 수 있음은 전술한 바와 같다.
이상 수학식 1 내지 9를 참조하여 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)의 구체적인 동작들이 상술되었다. 다만 수학식 1 내지 9는 다양한 실시예들 중 일부일 뿐이며, 본 발명의 사상에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)의 동작이 수학식 1 내지 9를 이용한 동작들로만 한정하여 해석되지 않음을 유의해야 한다.
일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)가 그레이 계조의 색온도를 변환한 결과를 도 3, 4, 5를 참조하여 상술한다.
도 3 은 그레이 계조에 따른 색온도의 변화를 도시한다.
제1 그래프(310)와 제2 그래프(350)는, 각각 그레이 계조의 색온도를 조정하기 이전과 이후에, CIE 규격에 따라 색온도별로 매핑되는 x성분값과 y성분값의 분포도를 나타낸다. CIE-(x,y) 값은 스펙트로 라디오미터(Spectro-radiometer)에 의하여 측정될 수 있다.
제1 그래프(310)에 따르면, 그레이 계조의 색온도를 조정하기 전에는 색온도에 따라 x성분값(320)과 y성분값(330)이 균일하지 않게 분포한다.
일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)에 따라 그레이 계조의 색온도를 조정한 이후에는, 제2 그래프(350)와 같이 그레이 계조가 변하더라도 x성분값(360)과 y성분값(370)이 각각 균일한 값을 갖게 된다. 이에 따라, 그레이 계조에서 색온도 편차가 시각적으로 거의 인지되지 않을 수 있다.
도 4 은 색편차를 보정함에 따라 생성된 RGB 감마 곡선을 도시한다.
일반적으로 그레이 계조의 적색 성분, 녹색 성분 및 청색 성분은 모두 동일하다. 하지만, 그레이 계조들 간의 색편차를 보정하면 그래프 410과 같이 그레이 계조별로, 녹색 성분에 대비한 적색 성분의 가감치(420)와, 녹색 성분에 대비한 청색 성분의 가감치(430)가 변동할 수 있다.
그래프 440은 색온도를 고려하지 않고 그래프 410과 같이 색편차를 보정한 결과를 도시한다. 그래프 440에 따르면, 그레이 계조(460)의 적색 성분, 녹색 성분 및 청색 성분과 비교하여, 순적색 성분(445), 순청색 성분(450) 및 순녹색 성분(455)이 모두 변하는 현상이 발견된다.
하지만, 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)를 이용하면, 그래프 470과 같이, 그레이 계조 간의 색편차를 보정하기 위하여 적색 성분과 청색 성분을 가감하더라도 색온도를 균일하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 순적색 성분(475), 순청색 성분(480) 및 순녹색 성분(485)은 전혀 변화 없이, 그레이 계조(490)의 적색, 청색, 녹색 성분와 동일하게 유지되는 효과가 확인될 수 있다.
따라서, 색온도를 고려하지 않는 색편차 보정에 따르면 순적색, 순청색, 순녹색 성분들이 변하는 반면에, 일 실시예에 따른 그레이 계좌 변환 장치(100)를 이용하여 색편차를 보정하면 그레이 영역만의 색편차가 보정되므로 순적색, 순청색, 순녹색 성분들은 변경되지 않을 수 있다.
도 5 는 그레이 계조의 색온도를 변경함에 따라 생성된 RGB 감마 곡선을 도시한다.
그래프 510은 그레이 계조의 색온도를 6500K 모드에서 16000K 모드로 변화시킬 때, 그레이 계조별로 녹색 성분에 대비한 적색의 가감치(520)와 청색의 가감치(530)를 나타낸다.
그래프 510에 따라 그레이 계조별로 적색 성분 및 청색 성분에 각각 적색의 가감치(520)와 청색의 가감치(530)를 적용한다면, 그레이 계조의 색온도 변화는 일정할 수 있다.
하지만, 그레이 계조를 구성하는 컬러 성분을 고려하지 않고 색온도를 변화시킨다면, 그래프 540과 같이 그레이 감마 곡선(560)과 비교하여, 적색 감마 곡선(545), 청색 감마 곡선(550) 및 녹색 감마 곡선(555)이 모두 변하는 현상이 발생한다.
일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)를 이용하여 그레이 영역만의 색온도만을 변경한다면, 그래프 570과 같이 적색 감마 곡선(575), 청색 감마 곡선(580) 및 녹색 감마 곡선(585)은 변동없이 그레이 감마 곡선(590)와 동일하게 유지되는 효과가 확인될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)를 이용하여 실제 영상의 그레이 영역의 색상을 변경하더라도, 인물의 피부색이나 옷 영역과 같은 원색을 유지하면서 채도 손실을 방지할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 그레이 계조 변환 장치(100)는, 입력영상에서 색온도 변화의 영향을 받는 그레이 영역의 크기를 미리 지정할 수 있다. 또한, 선택된 그레이 영역의 RGB값을 사용자가 지정하는 목표 RGB 값으로 변환할 수 있다.
이에 따라, 그레이 계조별 RGB값을 보정하더라도 그레이 계조별로 색온도가 균일하여 그레이 계조들 간의 색편차가 감소되므로 정확한 컬러 성분이 구현될 수 있다. 또한, 채도가 높은 색은 원색은 변동없이 유지하면서 그레이 계조의 색온도만을 변경할 수도 있으므로, 화이트 밸런싱과 같은 화질 차별화 기술이 구현될 수도 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 컬러 영상의 그레이 계조를 변환하는 방법에 있어서,
    상기 컬러 영상의 입력 RGB값에 대응하는 입력 그레이 계조를 결정하는 단계;
    상기 컬러 영상의 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들이 기설정된 룩업테이블 중에서 상기 입력 그레이 계조에 매핑되는 중간 RGB값을 결정하는 단계;
    상기 입력 RGB값의 그레이 변화량에 기초하여, 상기 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 입력 RGB값이 상기 그레이 영역에 속하는 경우와 상기 입력 RGB값이 상기 유색 영역에 속하는 경우에 서로 다른 방식으로 상기 중간 RGB값을 이용하여 상기 입력 RGB값을 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 입력 RGB값을 변환하는 단계는,
    상기 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 제1 입력 RGB값을 위해, 상기 결정된 중간 RGB값을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 그레이 계조 변환 방법은,
    상기 유색 영역에 속하는 것으로 결정된 제2 입력 RGB값을 위해, 상기 제2 입력 RGB값을 그대로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 그레이 계조 변환 방법은,
    상기 유색 영역에 속하는 것으로 결정된 제2 입력 RGB값을 위해, 상기 중간 RGB값을 상기 제2 입력 RGB값의 그레이 변화량에 반대로 비례하도록 조절하고, 상기 조절된 중간 RGB값을 상기 제2 입력 RGB값에 합산한 값을 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 입력 RGB값을 변환하는 단계는,
    상기 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 제1 입력 RGB값을 위해, 상기 중간 RGB값과 별개인 임의의 RGB값을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서, 상기 룩업테이블 중에서 상기 입력 그레이 계조에 매핑되는 중간 RGB값을 결정하는 단계는,
    상기 룩업테이블의 그레이 계조들 중에서, 상기 입력 그레이 계조보다 크거나 같은 그레이 계조들 중에서 입력 그레이 계조에 이웃하는 제1 그레이 계조와 제2 그레이 계조를 검출하는 단계;
    상기 룩업테이블에서 상기 제1 그레이 계조에 대응하는 제1 목표 RGB값과, 상기 제2 그레이 계조에 대응하는 제2 목표 RGB값을 결정하는 단계; 및
    상기 검출된 제1 목표 RGB값과 제2 목표 RGB값을 보간하여 상기 중간 RGB값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 결정하는 단계는,
    상기 입력 RGB값에 대응하는 YCrCb값을 결정하는 단계;
    상기 결정된 YCrCb값을 이용하여 상기 입력 RGB값의 새츄레이션 정도를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 새츄레이션 정도를 이용하여 상기 입력 RGB값의 그레이 변화량을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 결정하는 단계는,
    상기 입력 RGB값 중에서 R값 및 G값 간의 RG차이값, R값 및 B값 간의 RB차이값, G값 및 B값 간의 GB차이값을 결정하는 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 RG차이값, RB차이값 및 GB차이값을 이용하여 상기 입력 RGB값의 그레이 변화량을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 중간 RGB값을 결정하는 단계는, 상기 컬러 영상의 RGB값을 감마 역조정(Gamma-uncorrection)하여 상기 입력 RGB값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 입력 RGB값을 변환하는 단계는, 상기 변환된 입력 RGB값을 감마 조정(Gamma-correction)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 방법.
  11. 그레이 계조 변환 장치에 있어서,
    컬러 영상의 입력 RGB값에 대응하는 입력 그레이 계조를 결정하고, 상기 컬러 영상의 그레이 계조별로 매핑되는 목표 RGB값들이 기설정된 룩업테이블 중에서 상기 입력 그레이 계조에 매핑되는 중간 RGB값을 결정하고, 상기 입력 RGB값의 그레이 변화량에 기초하여 상기 입력 RGB값이 그레이 영역 또는 유색 영역에 속하는지 여부를 결정하는 그레이 영역 결정부; 및
    상기 입력 RGB값이 상기 그레이 영역에 속하는 경우와 상기 입력 RGB값이 상기 유색 영역에 속하는 경우에 서로 다른 방식으로 상기 중간 RGB값을 이용하여 상기 입력 RGB값을 변환하고, 상기 입력 RGB값에 대응되는 출력 RGB값을 결정하는 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 장치.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 변환부는,
    상기 그레이 영역에 속하는 것으로 결정된 제1 입력 RGB값을 위해, 상기 결정된 중간 RGB값을 출력하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 변환부는,
    상기 유색 영역에 속하는 것으로 결정된 제2 입력 RGB값을 위해, 상기 제2 입력 RGB값을 그대로 출력하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 장치.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 변환부는,
    상기 유색 영역에 속하는 것으로 결정된 제2 입력 RGB값을 위해, 상기 중간 RGB값을 상기 제2 입력 RGB값의 그레이 변화량에 반대로 비례하도록 조절하고, 상기 조절된 중간 RGB값을 상기 제2 입력 RGB값에 합산한 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 그레이 계조 변환 장치.
  15. 제1 항 내지 제5 항 및 제7 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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