KR101518321B1

KR101518321B1 - 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR101518321B1
Application number: KR1020140000174A
Authority: KR
Inventors: 김민석; 고병건
Original assignee: 주식회사 라온텍
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2015-05-07

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치는 디스플레이할 수 있는 입력영상이 입력되고, 입력영상에 대한 동적 B&W 확장Stretching을 수행하기 위한 밝기 레벨의 히스토그램(histogram) 추출과 확장변수를 추출하는 확장변수추출부(110), 밝기 레벨 보정용 적용되는 오프셋(Offset)값의 최고치가 반영되는 감마보정 데이터를 저장하는 감마보정 LUT부(130), 감마보정 데이터에 확장변수를 적용하여 디스플레이가 표현가능한 데이터비트수로 수축하여 출력하도록 하는 출력영상 LUT를 생성하는 감마확장 데이터발생부(150) 및 출력영상 LUT에서 출력영상 데이터 비트로 압축하는 과정에서 발생하는 오차를 수평으로 이웃하는 화소 및 수직으로 이웃하는 화소로 피드백하는 오차확산프로세서부(170)를 포함한다.

Description

오차확산법을 적용한 디스플레이 장치{Display apparatus for using error diffusion}

본 발명의 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치에 관한 것이고, 더욱 자세하게는 밝기 레벨 보정용 오프셋(offset) 적용, 영상 명암비 향상용 동적(Dynamic) B/W 확장(stretching), 감마보정 등의 알고리즘을 통합함으로써 실시간 고속 영상 처리 프로세서의 계산량을 줄일 수 있어 하드웨어를 간소화할 수 있는 있고 계산 과정에서 영상 정보가 소실되는 것을 최소화 할 수 있는 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

종래의 모노 프린터와 같은 이미지 출력 장치에서는 입력된 영상에 드러난 다단계의 계조(gray scale)를 표현하기 위해 하프토닝(halftoning) 기법이 주로 이용되고 있다.

하프토닝 기법은 영상에서 명도가 낮은 부분은 도트(dot)의 수를 증가시켜 출력하고, 명도가 높은 부분은 도트의 수를 적게 하여 출력함으로써, 연속 계조 영상(gray scale image)을 이진 영상(binary image)으로 변환하여 표시한다.

이러한 하프토닝 기법은 크게 순차적 디더법(ordered dither method)과 오차 확산법(error diffusion method)이 있다.

먼저, 순차적 디더법은 고정된 임계값을 이용하여 각 화소의 계조값을 이진화하는 방법이다. 순차적 디더법에서는 각 화소의 계조값이 미리 정해진 임계값에 따라 일률적으로 정해지므로, 계조값을 결정하는 속도가 매우 빠르지만, 고정된 임계값을 이용함으로 인해 화질의 열화가 생기는 단점이 있다.

다음으로, 오차 확산법은 화소의 이진화로 인한 양자화 오차를 주위의 화소로 확산시키는 방법이다. 구체적으로 오차 확산법은 화소를 이진화 한 후 발생하는 이진화 오차를 오차 확산 필터를 도입하여 주어진 필터의 가중치로 필터링 하여 그 결과를 주위 화소값에 더함으로 원영상을 갱신하여 평균 에러를 0으로 만든다. 오차확산법은 연속 계조 영상을 재현하는데 좋은 성능을 보이지만 특정 명암값에서 이진 화소가 균일하게 분포하지 못함으로 인해 규칙적인 패턴이 발생하거나 뭉쳐지는 형태 등으로 분포되어 저주파 성분에 민감한 인간 시각에 거슬리게 보이게 된다. 또한 오차 확산 필터가 원영상의 평균계조도를 영으로 유지하도록 설계되므로 이를 사용하여 처리된 이진 영상은 에지(edge) 영역의 열화를 수반한다.

또한, 입력 영상의 밝기 상태에 따라 영상의 명암비 또는 선명도를 높여 주는 방법을 동적(Dynamic) Black & White 확장(Stretching) 기법이라고 한다. 이 방법이 실시간으로 입력되는 영상을 처리하기 위해서는 많은 데이터 계산량이 발생하며, 이를 처리하는 고속 하드웨어에서 많은 부동 소수점 (floating value)을 처리하지 못하여 많은 영상 정보를 상실하게 된다.

또한 화면의 수직, 수평방향으로 밝기 균일성을 향상시키기 위해 보정 오프셋(offset)을 적용할 경우에 디스플레이의 표현 가능한 데이터 범위를 넘어서게 되고 이를 표현 가능한 데이터 범위내로 수축(shrink) 하는 과정에서 적지 않은 영상정보가 소실되는 문제점이 발생한다.

등록특허공보 10-0679744

따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 밝기 레벨 보정용 오프셋(offset) 적용, 영상 명암비 향상용 동적(Dynamic) B/W 확장(stretching), 감마보정 등의 알고리즘을 통합함으로써 실시간 고속 영상 처리 프로세서의 계산량을 줄일 수 있어 하드웨어를 간소화할 수 있는 있고 계산 과정에서 영상 정보가 소실되는 것을 최소화 할 수 있는 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 다른 과제는, 여러 알고리즘을 고속 하드웨어로 처리함에 있어서 데이터 해상도의 한계로 인해 발생하는 영상 손실을 최소화할 수 있는 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

또한, 오차확산프로세서부(170)는 입력영상과 확산되는 오차를 순차적으로 합산하는 제1 다단계합산부(171), 발생되는 오차에 위치별 가중치를 적용하는 가중치 계산부(175), 가중치가 적용된 오차들을 합산하는 제2 다단계합산부(173) 및 합산된 오차를 저장하고, 제1 다단계합산부(171)에 공급하는 라인오차 저장부(177)를 포함할 수 있다.

또한, 입력영상은 입력영상에 밝기 균일도 보상을 위한 밝기 레벨 보정용 오프셋Offset값을 적용하는 경로를 거쳐서 제1 다단계합산부(171)에 입력되는 것을 포함할 수 있다.

또한, 감마보정 LUT부(130)는 시리얼 통신 (I2C, SPI)을 통해 업데이트되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치는 밝기 레벨 보정용 오프셋Offset값 적용, 영상 명암비 향상용 동적 B&W 확장Stretching, 감마보정 등의 알고리즘을 통합하여 알고리즘을 효율적으로 구현함으로써 실시간 고속 영상 처리 프로세서의 계산량을 줄일 수 있어 하드웨어를 간소화할 수 있는 효과가 있고 계산 과정에서 영상 정보가 소실되는 것을 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치는 밝기레벨 보정용 오프셋(offset) 적용, 영상 명암비 향상용 동적 B&W 확장Stretching, 감마보정 등의 알고리즘을 효율적으로 구현함으로써, 밝기 오프셋Offset 적용에 감마보정특성을 용이하게 반영할 수 있을 뿐만 아니라 계조 확장(Stretching)과 오프셋(Offset) 적용으로 인한 디스플레이 가능 범위내로 데이터를 수축(shrink)하는 과정을 를 같이 계산하므로 계산량을 줄이고, 이중으로 발생하여 사라지는 부동 소수점 오차값을 Floating 오차량을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치는 확장(Stretching)과 오프셋(Offset) 적용으로 인한 shrink를디스플레이 가능 범위내로 데이터를 수축(shrink)하는 과정을 계산할 때, 처리 비트수의 한계 때문에 버려야 하는 부동 소수점 오차를 오차확산법으로 표현할 수 있기 때문에 8bit 디스플레이로써 10bit 이상의 고해상도 영상으로 표현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치의 확장변수추출부(110)를 설명하기 위한 도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치 중 수축비율과 확장비율을 설명하기 위한 도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 2를 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치는 확장변수추출부(110), 감마보정 LUT부(130), 감마확장 데이터발생부(150) 및 오차확산프로세서부(170)를 포함한다.

확장변수추출부(110)는 디스플레이할 수 있는 입력영상이 입력되고, 입력영상에 대한 동적 B&W 확장을 수행하기 위한 밝기 레벨 히스토그램histogram 추출과 확장변수를 추출한다.
예를 들면, 8비트의 입력영상이 10~250의 밝기값을 가지면서 입력되는 경우에, 입력영상은 241범위인데, 확장변수는 256범위로 확장하는 것을 말하며, 구체적으로 241/256으로 표현한다.

감마보정 LUT(Look up Table)부(130)는 적용되는 밝기 레벨 보정용 오프셋Offset값의 최고치가 반영되는 감마보정 데이터를 저장한다. 이러한 감마보정 LUT(Look up Table)부(130)는 오프셋Offset값의 최고치가 시리얼 통신 (I2C, SPI)을 통해 업데이트될 수 있다.

감마확장 데이터발생부(150)는 감마보정 데이터에 확장변수를 적용하여 출력영상 LUT(Look up Table)(180)를 생성한다. 이러한 감마확장 데이터발생부(150)는 저장된 감마보정 LUT(Look up Table)에 입력영상의 임의의 프레임으로부터 추출한 확장변수를 적용하고, 이를 계산하여 오차확산 프로세서부에서 최종 출력되는 출력영상을 비교, 출력하는 하여 출력영상 LUT(Look up Table)(180)를 생성할 수 있다.

이와 같이 생성되는 출력영상 LUT(Look up Table)(180)은 입력영상이 없는 의 프레임 Blank 구간에서 수행되므로 입력영상의 유효 구간(valid period)에서는 출력영상 LUT(Look up Table)(180)에 비교 출력Mapping & OUT 과정만 수행할 수 있다.

오차확산프로세서부(170)는 출력영상 LUT(Look up Table)(180)를 출력영상 데이터 비트로 압축하는 과정에서 발생하는 오차를 피드백한다. 이러한 오차확산프로세서부(170) 제1 다단계합산부(171), 가중치 계산부(175), 제2 다단계합산부(173) 및 라인오차 저장부(177)를 포함할 수 있다.

제1 다단계합산부(171)는 입력영상과 확산되는 오차를 순차적으로 합산한다. 여기서 입력영상은 밝기 균일도 보상을 위한 오프셋(Offset)값을 적용하는 경로를 거쳐 입력될 수 있다. 이와 같이, 제1 다단계합산부(171)에 입력된 오프셋(Offset)값이 적용된 입력영상은 이전 라인 및 이전 화소에서 확산된 오차를 합산할 수 있다.

여기서 디스플레이의 처리 가능한 데이터 비트 수보다 크게 합산된 값은 출력영상 LUT(Look up Table)(180)에 미리 저장된 값으로 전환서 처리되어 디스플레이의 처리 가능한 데이터 비트로 압축될 수 있다. 이때 디스플레이의 처리 가능한 데이터 비트 수보다 크게 합산된 값은 출력영상 LUT(Look up Table)(180)에서 처리되어 디스플레이의 처리 가능한 데이터 비트로 압축되는 동안 발생하는 오차 또한, 오차 LUT(Look up Table)(190)에 매핑(Mapping)하여 출력하며, 가중치 계산부(175)와 파이프라인 방식인 제2 다단계합산부(173)를 순차적으로 거쳐서 제1 다단계합산부(171)로 입력될 수 있다.

가중치 계산부(175)는 발생되는 오차에 위치별 가중치를 적용한다.

제2 다단계합산부(173)는 가중치가 적용된 오차들을 합산한다.

라인오차 저장부(177)는 합산된 오차를 저장하고, 제1 다단계합산부(171)에 공급한다.

지금까지 설멸한 오차확산프로세서부(170)는 입력영상을 제1 다단계합산부(171), 제2 다단계합산부(173), 출력영상 LUT(Look up Table)(180), 오차 LUT(Look up Table)(190), 가중치 계산부(175) 및 라인오차저장부의 과정을 반복함으로써 순차적으로 보정되어 디스플레이가 처리 가능한 비트로 변환되어 출력할 수 있다.

이와 같이, 오차 확산 처리 프로세서부에서는 출력영상 LUT(Look up Table)(180), 오차 LUT(Look up Table)(190)이 형성됨으로써, 보다 정밀한 결과가 출력될 수 있다. 게다가, 복수 개의 LUT(Look up Table)은 각 알고리즘들에 필요한 계산을 미리 진행된 결과를 저장해 둠으로써 합산기(Adder)와 곱셈기(Multiplier)의 사용을 최소화하도록 하여 하드웨어의 부담을 줄일 수 있어 영상처리 시간을 현저하게 줄일 수 있다. 게다가 합산기(Adder)들을 순차적으로 입력하는 데이터를 순서대로 처리하는 파이프 라인(pipe-line) 방식으로 배열하여 처리함으로써 순차적으로 입력되는 입력영상을 실시간으로 처리할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치에서 밝기레벨 보정용 오프셋offset 적용, 영상 명암비 향상용 동적 B&W 확장, 감마보정 등의 알고리즘을 수행하는 복수 개의 LUT(Look up Table)을 구성할 수 있다.

도 3a은 감마보정 LUT(Look up Table)부(130)에 적용되는 수축비율을 나타낸 것으로, 수축비율은 255/(255+offset.max)에 의해 계산될 수 있고, 도 3b는 확산변수추출부에 적용되는 확장비율을 나탄낸 것으로 확장비율은 255/(MAX_RGB-MIN_RGB)에 의해 계산될 수 있다. 이때 SMAX_RGB= MIN_RGB*확장비율이고, SMIN_RGB= MAX_RGB*확장비율이다.

도 3c은 감마보정 LUT(Look up Table)부(130)에 적용되는 수축비율과 확산변수추출부에 적용되는 확장비율을 함께 적용한 것을 나타낸 것이다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 제한된 최종 디스플레이에 대한 출력영상을 출력함에 있어서, 밝기레벨 보정용 오프셋offset 적용, 영상 명암비 향상용 동적 B&W 확장B/W stretching, 감마보정 등의 알고리즘들이 수행되면서 발생한 부동 소수점floating 값들에 대해 오차확산법을 적용함으로써 영상 손실을 최소화할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치에서 밝기레벨 보정용 오프셋offset 적용, 영상 명암비 향상용 동적 B&W 확장, 감마보정 등의 알고리즘을 통합함으로써 실시간 고속 영상 처리 프로세서의 계산량을 줄이고 이를 구현하기 위한 하드웨어를 간소화할 수 있다.

이와 같이, 여러 알고리즘을 고속 하드웨어로 처리함에 있어서 데이터 해상도의 한계로 인해 발생하는 영상 손실을 최소화할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

110: 확장변수추출부 130: 감마보정 LUT
150: 감마확장 데이터발생부 170: 오차확산프로세서부
171: 제1 다단계합산부 173: 제2 다단계합산부
175: 가중치 계산부 177: 라인오차 저장부
180: 출력영상 LUT 190: 오차 LUT

Claims

디스플레이할 수 있는 입력영상이 입력되고, 상기 입력영상에 대한 영상 명암비 향상용 동적 B&W 확장(Stretching)을 수행하기 위한 밝기 레벨 히스토그램(histogram) 추출과 확장변수를 추출하는 확장변수추출부(110);
적용되는 밝기 보정용 오프셋(Offset)값의 최고치가 반영되는 감마보정 데이터를 저장하는 감마보정 LUT부(130);
상기 감마보정 데이터에 상기 확장변수를 적용하여 디스플레이가 표현가능한 데이터비트수로 수축하여 출력하도록 하는 출력영상 LUT를 생성하는 감마확장 데이터발생부(150); 및
상기 출력영상 LUT에서 출력영상 데이터 비트로 압축하는 과정에서 발생하는 오차를 수평으로 이웃하는 화소 및 수직으로 이웃하는 화소로 피드백하는 오차확산프로세서부(170);
를 포함하는 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치.
청구항 1에서 있어서,
상기 오차확산프로세서부(170)는
상기 입력영상과 확산되는 오차를 순차적으로 합산하는 제1 다단계합산부(171);
발생되는 상기 오차에 위치별 가중치를 적용하는 가중치 계산부(175);
가중치가 적용된 상기 오차들을 합산하는 제2 다단계합산부(173); 및
합산된 오차를 저장하고, 상기 제1 다단계합산부(171)에 공급하는 라인오차 저장부(177);를 포함하는 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치.
청구항 2에서 있어서,
상기 입력영상은 상기 입력영상에 밝기 균일도 보상을 위한 상기 오프셋(Offset) 값을 적용하는 경로를 거쳐서 상기 제1 다단계합산부(171)에 입력되는 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치.
청구항 1에서 있어서,
상기 감마보정 LUT부(130)는 시리얼 통신 (I2C, SPI)을 통해 업데이트되는 오차확산법을 적용한 디스플레이 장치.