KR101715853B1

KR101715853B1 - 색역 확장 방법 및 유닛과, 그를 이용한 광색역 표시 장치

Info

Publication number: KR101715853B1
Application number: KR1020100115844A
Authority: KR
Inventors: 박태용
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2017-03-13
Also published as: KR20120054458A

Abstract

본 발명은 기억색에 대해서는 선호색 맵핑 방법을 적용하고, 기억색을 제외한 다른 색에 대해서는 색역 확장 방법을 적용함으로써 감성 화질 및 색 재현성을 향상시킬 수 있는 색역 확장 방법 및 유닛과, 그를 이용한 광색역 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 색역 확장 방법은 입력 영상 신호에서 기억색 영역을 검출하는 단계와; 기억색 영역의 영상 신호를 선호색으로 변환하는 단계와; 기억색 영역을 제외한 비기억색의 영상 신호를 디스플레이 광색역으로 확장하는 단계와; 기억색 영역에 대한 선호색 영상 신호와, 비기억색 영역에 대한 광색역 영상 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

Description

색역 확장 방법 및 유닛과, 그를 이용한 광색역 표시 장치{COLOR GAMUT EXPANSION METHOD AND UNIT, AND WIDE COLOR GAMUT DISPLAY APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 색역 확장 방법에 관한 것으로, 특히 기억색을 제외한 색역 확장으로 감성 화질 및 색 재현성을 향상시킬 수 있는 색역 확장 방법 및 유닛과, 그를 이용한 광색역 표시 장치에 관한 것이다.

디지털 영상 표시 장치가 고해상도화 및 고선명화 방향으로 발전하면서 색 재현성이 향상되고 있다. 표시 장치의 특성에 따라 표현할 수 있는 색 재현 영역, 즉 색역(Color gamut)이 다르므로, 표시 장치는 자신의 색 재현 특성에 맞추어 색역을 압축하거나, 색역을 확장하는 색역 맵핑 기술을 필요로 한다.

최근에는 자연색에 가까운 영상을 표시할 수 있는 광색역(Wide Color Gamut; WCG) 표시 장치가 이용되고 있다. 예를 들면, 광색역 디스플레이 장치로는 적녹청(RGB) 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 백라이트를 이용한 액정 표시 장치, 광색역(WCG) 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL) 백라이트를 이용한 액정 표시 장치, 액티브 매트릭스 유기 발광 다이오드(Active Matrix Organic Light Emitting Diode; AMOLED) 표시 장치 등이 있다.

광색역 표시 장치는 색재현 범위를 넓히기 위하여, 도 1에 도시된 색좌표와 같이 표준 색공간(Standard RGB; sRGB)의 입력 영상을 색 재현 범위가 넓은 광색역(WCG) 색공간으로 확장하는 색역 확장 방법을 필요로 한다. 광색역(WCG) 색공간은 표준 색공간(sRGB) 보다 큰 색역을 갖으므로 자연색에 가까운 영상을 표시할 수 있다. 그러나, 기존의 디지털 영상 표시 장치는 모든 입력 영상에 대하여 동일한 색역 확장 방법을 적용함에 따라 화질이 저하되는 문제점이 있다.

예를 들면, 한국 등록 특허 제10-08433088호의 광색역 공간의 영상을 출력하는 장치 및 방법(이하, 종래의 색역 확장 방법)에서는 입력 영상의 표준 색역과 재현 장치의 광색색역 모양을 바탕으로 색역 확장 함수를 도출하고, 모든 입력 영상을 그 함수에 따라 색역 확장을 처리하는 기법을 개시하고 있다.

그러나, 종래의 색역 확장 방법은 입력 영상의 컬러 분포 및 통계적 특성을 고려하지 않음으로써 입력 영상의 그라데이션(Gradation) 및 컬러 특성이 유지되지 않아 화질이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 종래의 색역 확장 방법에서는 색역 모양이 크게 차이가 나는 경우 채도(Chroma)가 부자연스럽게 확장되어 아티팩트(Artifact)가 발생되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 색역 확장 방법에서는 피부색(Skin), 잔디색(Grass), 바다/하늘색(Sea/Sky)과 같은 기억색에 대해서도 다른 색들과 동일하게 색역 확장 방법을 적용한다. 대부분의 사용자는 사람의 색 기억 공간에 기억되어서 색인지 과정에 큰 영향을 주는 피부색(Skin), 잔디색(Grass), 바다/하늘색(Sea/Sky)과 같은 기억색을 기준으로 화상의 선명도를 판단한다. 그러나, 종래의 색역 확장 방법은 기억색에 대하여 다른 색과 동일한 색역 확장 방법을 적용하므로 색역 확장으로 피부색 영역이 붉게 보이는 현상이 발생함으로써 자연스러움(Naturalness)의 향상이 어려운 문제점이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 기억색에 대해서는 선호색 맵핑 방법을 적용하고, 기억색을 제외한 다른 색에 대해서는 색역 확장 방법을 적용함으로써 감성 화질 및 색 재현성을 향상시킬 수 있는 색역 확장 방법 및 유닛과, 그를 이용한 광색역 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 색역 확장 방법은 입력 영상 신호에서 기억색 영역을 검출하는 단계와; 기억색 영역의 영상 신호를 선호색으로 변환하는 단계와; 기억색 영역을 제외한 비기억색의 영상 신호를 디스플레이 광색역으로 확장하는 단계와; 기억색 영역에 대한 선호색 영상 신호와, 비기억색 영역에 대한 광색역 영상 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

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본 발명의 실시예에 따른 색역 확장 유닛은 입력 영상 신호에서 기억색 영역을 검출하는 기억색 검출부와; 기억색 검출부로부터 공급된 기억색 영역의 영상 신호를 선호색으로 변환하는 선호색 변환부와; 기억색 검출부로부터 공급된 기억색 영역을 제외한 비기억색 영역에 대한 YCbCr 색공간의 영상 신호를 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)으로 변환하는 색공간 변환부와; 색공간 변환부로부터 공급된 입력 영상에 대한 영상 색역을, 미리 설정된 디스플레이 광색역의 다수의 분할 영역과 동일하게 다수의 분할 영역으로 분할하는 색역 분할부와; 색역 분할부로부터 공급된 각 분할 영역의 영상 색역을, 각 분할 영역에서의 영상 색역과 스플레이 색역 경계 간의 관계를 고려하여, 디스플레이 광색역으로 확장하는 색역 확장부와; 색역 확장부로부터 공급된 광색역 영상 신호의 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)을 상기 YCbCr 색공간으로 역변환하여 출력하는 색공간 역변환부를 구비한다.

기억색은 피부색, 잔디색, 바다 및 하늘색을 포함한다. 기억색 검출부는, YCbCr 색공간의 입력 영상 신호에서, 후술하는 수학식 2와 같은 가우시안 확률 함수를 이용하여 가중치(P)를 산출하고; 산출된 가중치(P)를 미리 설정된 각 기억색의 임계치(Pth)와 비교하여 임계치(Pth) 이상인 경우 각 기억색으로 판단하고, 임계치(Pth) 보다 작은 경우 비기억색으로 판단하여 기억색 영역 및 비기억색 영역을 검출한다.

선호색 변환부는, 각 기억색의 발생 확률을 가중치로 한 가우시안 선호색 맵핑 함수를 이용하여 선호색으로 변환한다. 구체적으로, 선호색 변환부는, 기억색 영역에 대한 휘도 및 색차 신호(Y/Cb/Cr) 각각을, 후술하는 수학식 3 내지 6을 이용하여 선호색의 휘도 및 색차 신호(Y'/Cb'/Cr')로 변환한다.

색공간 변환부는, YCbCr 색공간의 영상 신호를 LCh 색공간의 명도 및 채도와 색상 각도(L/C/h) 신호로 변환한다. 색역 분할부는, 영상 색역 및 디스플레이 색역의 명도(L)를 ΔL의 간격을 갖는 n개(n은 자연수)의 영역으로 분할하고, 색상 각도(h)를 Δh의 간격을 갖는 m개(m은 자연수)의 영역으로 분할한다. 색역 확장부는, 각 분할 영역에서, 영상 색역의 입력 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 디스플레이 광색역으로 확장하거나, 색상 각도(h)만 유지하면서 명도(L) 및 채도(C)를 디스플레이의 광색역으로 확장한다. 색공간 역변환부는, 광색역으로 확장된 영상 신호의 LCh 색공간을 YCbCr 색공간으로 역변환한다.

색역 확장부는, 영상 색역의 입력 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 후술하는 수학식 7을 이용하여 디스플레이 광색역으로 확장한다.

본 발명의 색역 확장 유닛은, 기억색 검출부 이전에 접속되고, 입력 영상 신호의 RGB 색공간을 YCbCr 색공간으로 변환하는 RGB-YCbCr 색공간 변환부와; 선호색 변환부로부터 공급된 기억색 영역에 대한 선호색 영상 신호와, 색공간 역변환부로부터 공급된 비기억색 영역에 대한 광색역 영상 신호의 YCbCr 색공간을 RGB 색공간으로 역변환하여 출력하는 YCbCr-RGB 색공간 역변환부를 추가로 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 광색역 표시 장치는, 전술한 색역 확장 유닛을 이용하여 기억색 영역에 대한 선호색 영상 신호와, 비기억색 영역에 대한 광색역 영상 신호를 표시 장치에 표시한다.

광색역 표시 장치는 액정 표시 장치 또는 유기 발광다이오드 표시 장치이다.

본 발명에 따른 색역 확장 방법 및 유닛과, 그를 이용한 광색역 표시 장치는, 입력 영상에서 기억색 영역은 사람이 선호하는 선호색으로 보정함으로써 자연스러운 감성 화질을 향상시킬 수 있음과 아울러, 기억색을 제외한 비기억색 영역은 디스플레이 특성에 맞는 광색역으로 확장함으로써 색 재현 범위를 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 표준 색역과 광색역 관계를 나타낸 색좌표계.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 색역 확장 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명에서 피부색 영역 검출에 이용되는 가우시안 확률 모델을 예를 들어 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에서 입력 영상으로부터 피부색 영역을 검출한 예를 나타낸 사진.
도 5는 본 발명에서 입력 영상 색역을 분할하는 방법을 예를 들어 나타낸 3차원 그래프.
도 6은 본 발명의 한 분할 영역에서의 색역 확장 방법을 예를 들어 나타낸 3차원 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 색역 확장 유닛의 구성을 나타낸 블록도.
도 8은 도 7에 나타낸 색역 확장 유닛을 적용한 본 발명의 실시예에 따른 광색역 액정 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 9a 내지 도 9d는 종래의 표준 영상 및 종래의 색역 확장 영상과 본원 발명의 실시예에 따른 색역 확장 영상을 비교하여 나타낸 사진.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 색역 확장 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.

단계 12(S12)에서는 외부로부터의 영상 신호(RGB, YCbCr)를 입력한다. 입력 영상 신호는 표준 영상 신호인 RGB 영상 신호가 입력되거나, 디지털 고화질 텔레비젼의 표준 영상 신호(BT. 709)로 휘도 및 색차 신호인 YCbCr 영상 신호가 입력된다. 입력 영상 신호가 RGB 영상 신호로 입력되는 경우 입력된 RGB 영상 신호를 YCbCr 영상 신호로 변환하는 색공간 변환 단계(RGB → YCbCr)를 추가로 포함한다. RGB 영상 신호는 아래의 수학식 1과 같은 통상의 RGB→YCbCr 색공간 변환 함수를 이용하여 YCbCr 영상 신호로 변환된다. RGB 영상 신호는 아래의 색공간 변환 함수를 적용하여 미리 설정된 룩업 테이블(Look-up Table) 통해 YCbCr 영상 신호로 변환되기도 한다.

단계 14(S14)에서는 상기 단계 12(S12)로부터 입력된 YCbCr 영상 신호에서 기억색 영역을 검출한다. 기억색은 피부색(Skin), 잔디색(Grass), 바다/하늘색(Sea/Sky)을 포함하며, 기억색 영역은 다양한 색공간에서 다양한 방법으로 검출될 수 있다.

예를 들면, YCbCr 색공간에서 아래의 수학식 2과 같이 가우시안 확률 모델, 즉 가우시안 확률 함수를 이용하여 피부색(기억색) 영역을 검출할 수 있다.

상기 수학식 2에서 P는 가중치를 나타내고, Cb 및 Cr은 입력 색차 신호를, m_Cb 및 m_Cr은 사전 실험으로 많은 영상으로부터 추출한 Cb, Cr 평면에서의 피부색(기억색) 분포의 평균값을 나타내며, σ_Cb 및σ_Cr은 사전 실험으로 많은 영상으로부터 추출한 상기 Cb, Cr 평면에서의 피부색(기억색) 분포의 표준편차를 나타낸다. 피부색(기억색) 분포의 평균값(m_Cb, m_Cr) 및 표준 편차(σ_Cb, σ_Cr)는 피부색(기억색)을 포함하는 많은 영상을 이용한 사전 실험을 통해 설계자에 의해 미리 설정된다. 상기 수학식 1에서 가중치(P)는 0~1의 값을 갖으며, 1에 가까울수록 피부색(기억색)일 확률이 높음을 나타내고, 0에 가까울수록 피부색(기억색)일 확률이 낮음을 나타낸다.

구체적으로, 상기 단계 14(S14)에서는 입력 색차 신호(Cb, Cr)에 상기 수학식 2의 가우시안 확률 함수를 적용하여 가중치(P)를 산출하고, 산출된 가중치(P)를 피부색(기억색)을 판단하기 위한 임계치(Pth)와 비교한다. 산출된 가중치(P)가 임계치(Pth) 이상이면 피부색(기억색)으로 판단하고, 임계치(Pth) 보다 작으면 비피부색(비기억색)으로 판단한다. 피부색(기억색)의 임계치(Pth)는 피부색(기억색)을 포함하는 많은 영상을 이용한 사전 실험을 통해 설계자에 의해 미리 설정된다. 이에 따라, 상기 수학식 2와 같은 가우시안 확률 함수를 이용하여 산출된 가중치(P)가 임계치(Pth) 이상인 화소를 피부색(기억색) 영역으로 검출한다.

도 3은 상기 수학식 2의 가우시안 확률 함수를 이용하여 색차 신호(Cb)에 대한 가중치(P)의 관계를 나타낸 가우시안 확률 함수 그래프이고, 도 4는 상기 가우시안 확률 함수를 이용하여 입력 영상(YCbCr)으로부터 피부색 영역을 추출한 영상을 예를 들어 나타낸 것이다. 예를 들어, 도 3에서 피부색 판단의 임계치(Pth)가 0.1로 설정된 경우 그 임계치(Pth) 이상의 가중치(P)를 갖는 색차 신호(Cb, Cr)를 피부색으로 판단하여 피부색 영역으로 검출한다. 도 4에서 화이트에 가까운 영역이 가중치(P)가 1에 가까운 피부색 영역을 나타내고, 블랙에 가까운 영역은 가중치(P)가 0에 가까운 비피부색 영역을 나타낸 것으로, 전술한 가우시안 확률 함수를 이용하여 피부색 영역을 비교적 정확하게 검출할 수 있음을 알 수 있다.

전술한 피부색과 다른 기억색들인 잔디색, 바다/하늘색 영역도 전술한 피부색 영역과 동일하게 상기 수학식 2의 가우시안 확률 함수를 이용하여 각각 검출한다. 상기 수학식 2에서 잔디색, 바다/하늘색 각각의 분포 평균값(m_Cb, m_Cr) 및 표준 편차(σ_Cb,σ_Cb)와, 잔디색, 바다/하늘색 각각의 판단 기준이 되는 임계치(Pth)는 잔디색을 포함하는 많은 영상과, 바다/하늘색을 포함하는 많은 영상을 이용한 사전 실험을 통해 설계자에 의해 각각 설정된다. 상기 수학식 2와 같은 가우시안 확률 함수를 이용하여 산출된 가중치(P)가 잔디색 또는 바다/하늘색 각각의 임계치(Pth) 이상인 화소를 잔디색 또는 바다/하늘색 영역으로 검출한다.

단계 16(S16)에서는 상기 단계 14(S14)에서 기억색 영역으로 판단되어 검출된 기억색 영역의 YCbCr 영상 신호를 선호색 맵핑 방법을 통해 사용자가 선호하는 선호색 영상 신호(Y'Cb'Cr')으로 변환한다. 기억색을 사용자가 선호하는 선호색으로 변환하는 방법은 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들면, 아래의 수학식 3 내지 6와 같이 기억색의 발생 빈도(확률)을 가중치로 적용한 가우시안 선호색 맵핑 함수를 적용하여 기억색을 선호색으로 변환한다.

상기 수학식 3에서 Y는 기억색 영역에서 각 화소의 입력 휘도를 나타내고, ΔY는 상기 수학식 4와 같이 기억색에 대한 목표 선호색의 휘도(Yt)와, 기억색 영역의 평균 휘도(Yavg)와의 차이값을 나타내고, Pm은 상기 수학식 6와 같은 가우시안 선호색 맵핑 함수를 이용하여 산출된 가중치를 나타낸다. 그리고, 상기 수학식 6에서 m_Y, m_Cb, m_Cr은 사전 실험으로 많은 영상으로부터 추출한 YCbCr 3차원 공간에서의 각 기억색 분포의 평균값을 나타내며; σ_Y, σ_Cb, σ_Cr은 사전 실험으로 많은 영상으로부터 추출한 YCbCr 3차원 공간에서의 각 기억색 분포의 표준편차를 나타낸다. 상기 수학식 3 내지 6에 있어서, 목표 선호색의 휘도(Yt)와, 각 기억색 분포의 평균값(m_Y, m_Cb, m_Cr) 및 표준 편차(σ_Y, σ_Cb, σ_Cr)는 기억색을 포함하는 많은 영상을 이용하는 사전 실험을 통해 설계자 의해 각각 미리 설정된다.

상기 수학식 3 내지 6을 참조하면, 기억색 영역의 각 화소에 대한 입력 휘도(Y)에 선호색 보정량(ΔY×Pm)을 가산함으로써 입력 휘도(Y)가 선호색 휘도(Y')로 변환된다. 선호색 보정량(ΔY×Pm)은, 목표 선호색의 휘도(Yt)와 기억색 영역의 평균 휘도(Yavg)와의 차이값(ΔY)에, 상기 기억색 영역의 각 화소의 가중치(Pm)를 곱함으로써 산출된다. 상기 기억색 영역의 평균 휘도(Yavg)는, 상기 수학식 5와 같이 상기 기억색 영역에 포함되는 각 화소(i, j; 여기서 i, j는 기억색 영역에서 각 화소의 인덱스)의 휘도(Yij)와, 각 화소의 가중치(Pm)와의 곱(Yij×Pm)을 상기 기억색 영역에서 합산한 값{Σ(Yij×Pm)}을, 상기 기억색 영역에서 상기 각 화소의 가중치(Pm)를 합산한 값{Σ(Pm)}을 나눔으로써 산출한다. 상기 기억색 영역의 각 화소의 가중치(Pm)는 상기 수학식 6과 같은 가우시안 선호색 맵핑 함수를 이용하여 산출된다.

전술한 수학식 3 내지 6은 기억색 영역의 각 화소에 대한 YCbCr 영상 신호 중에서, 휘도 신호(Y)를 선호색의 휘도 신호(Y')로 변환하는 방법을 위주로 기재하고 있으나, 각 화소의 색차 신호(Cb, Cr)도 상기 휘도 신호(Y)와 동일하게 상기 수학식 3 내지 6을 이용하여 선호색의 색차 신호(Cb', Cr')로 변환할 수 있다. 이때, 상기 수학식 3 내지 5를 색차 신호(Cb/CR) 각각에 적용하는 경우 상기 휘도 성분에 대한 변수(Y,ΔY, Yt, Yavg)를 색차 성분(Cb/Cr)에 대한 변수(Cb,ΔCb, Cb_t, Cb_avg/Cr,ΔCr, Cr_t, Cr_avg)로 치환한다.

한편, 상기 단계 14(S14)에서 기억색 영역이 아닌 화소로 판단된 입력 영상 신호(YCbCr)는, 단계 20(S20)으로 진행하여 광색역 맵핑을 위해 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)의 영상 신호로 변환된다.

일반적으로, 색공간은 장치 의존적인 색공간(Device-dependent Color Space)과 장치 독립적인 색공간(Device-independent Color Space)으로 구분된다. 장치 의존적인 색공간은 전술한 RGB, YCbCr 등의 색공간을 포함하고, 장치 독립적인 색공간은 CIE XYZ, CIE LAB, CIE LCh 등의 색공간을 포함한다. CIE LAB 색공간은 국제 조명 위원회(Commission Internationale de l'Eclairage)에서 정의한 색공간으로 L*(Lightness; 명도), a*(적색-녹색), b*(황색-청색)를 표현한다. CIE XYZ 색공간은 RGB의 삼극치(Tristimulus Values)를 표현한다. CIE LCH는 L(Lightness; 명도), C(Chroma; 채도), h(Hue; 색상 각도)를 표현한다. 전술한 기억색을 선호색으로 변환하는 과정에서는 장치 의존적인 YCbCr 색공간을 이용하였으나, 색역 확장 과정에서는 장치 독립적인 LAB 또는 LCh 색공간을 이용하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 단계 20(S20)에서는 상기 단계 14(S14)에서 비기억색으로 판단되어 입력되는 YCbCr 영상 신호의 색공간을 LAB 또는 LCh 색공간으로 변환한다. YCbCr 영상 신호는 YCbCr → RGB → XYZ →LAB 또는 LCh와 같은 순차적인 색공간 변환 과정을 통해 LAB 또는 LCh 색공간의 영상 신호로 변환된다. 상기 색공간의 변환은 통상의 색공간 변환 함수를 통해 변환되거나, 룩-업 테이블의 맵핑 방법에 의해 변환될 수 있다. 이하에서는 YCbCr 색공간이 LCh 색공간으로 변환된 경우만을 예로 들어 설명하기로 한다.

단계 22(S22)에서 LCh 색공간의 입력 영상에 대한 영상 색역의 명도(L)를 n(n은 자연수)개의 영역으로 분할하고, 영상 색역의 색상 각도(h)를 m(m은 자연수)개의 영역으로 분할함으로써, 영상 색역을 n×m개의 영역으로 분할한다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 영상 색역의 명도(L)를 ΔL의 간격을 갖는 n개의 영역으로 분할하고, 색상 각도(h)를 Δh의 간격을 갖는 m개의 영역으로 분할한다. 도 5는 LCh 색공간에서 4개의 명도(L) 영역과, m개 중 1개의 색상 각도(h)의 영역을 예를 들어 나타낸 것이다.

단계 24(S24)에서 n×m개의 영역으로 분할된 영상 색역의 각 영역을 출력 색역인 디스플레이 광색역으로 확장한다. 이를 위하여, 디스플레이 광색역도 전술한 영상 색역과 동일하게 n개의 명도(L) 영역과, m개의 색상 각도(h) 영역으로 미리 분할되어 공급된다. 영상 색역의 각 분할 영역은 입력 영상의 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 아래의 수학식 7을 이용하여 디스플레이 광색역의 각 분할 영역으로 확장된다.

상기 수학식 7에서 Cin은 입력 색역인 영상 색역의 입력 채도를 나타내고, Cwcgd는 각 분할 영역에 속하는 디스플레이 광색역의 경계를, α는 채도 확장량 조절 인자(즉, 채도 확장 가중치)를, Cout은 출력 색역인 디스플레이 광색역으로 확장된 채도를 나타낸다. 여기서, 각 분할 영역에 속하는 디스플레이 광색역의 경계(Cwcgd)와, 채도 확장량 조절 인자(α)는 각 디스플레이의 광색역 특성에 맞게 설계자에 의해 미리 설정된다. 채도 확장량 조절 인자(α)는 채도(C)가 낮을수록 작게 설정되고, 채도(C)가 높을수록 크게 설정된다. 상기 수학식 7을 참조하면, 각 분할 영역에서 영상 색역과 디스플레이 광색역의 경계 간의 관계를 고려하여 광색역의 경계 이하로 색역이 확장됨을 알 수 있다.

도 6을 참조하면, 1개의 분할 영역에 내에서 각 화소별로, 영상 색역의 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지하면서 입력 영상의 채도(Cin)가 상기 수학식 7을 이용한 색역 확장 함수를 통해 디스플레이 광색역의 채도(Cout)로 확장됨을 알 수 있다. 이때, 비기억색 영역의 영상 신호(LCh)는 채도 성분(C)만 확장되어서, 광색역 영상 신호(LC'h)로 변환된다.

이와 달리, 입력 영상 색역은 각 분할 영역에서 색상 각도(h)만 유지하면서 명도(L) 및 채도(C)를, 디스플레이의 광색역으로 확장할 수 있다. 이때 영상 색역의 명도(L)도 상기 채도(C)와 동일하게 상기 수학식 7을 적용하여 광색역의 명도(L)로 확장할 수 있다. 이때, 비기억색 영역의 영상 신호(LCh)는 명도 성분(L) 및 채도 성분(C)이 확장되어서, 광색역 영상 신호(L'C'h)로 변환된다.

단계 26(S26)에서는 상기 단계 24(S24)에서 디스플레이의 광색역으로 확장된 광색역 영상 신호(LC'h 또는 L'C'h)를, YCbCr 색공간의 영산 신호(Y"Cb"Cr")로 역변환한다. 광색역 영상 신호(LC'h 또는 L'C'h)는 LCh → XYZ → RGB →YCbCr와 같은 순차적인 색공간 역변환 과정을 통해 YCbCr 색공간의 영상 신호(Y"Cb"Cr")로 변환된다. 상기 색공간의 역변환은 통상의 색공간 역변환 함수를 통해 변환되거나, 룩-업 테이블의 맵핑 방법에 의해 역변환될 수 있다.

단계 28(S28)에서는 상기 단계 16(S16)에서 선호색 맵핑 방법을 통해 선호색으로 변환된 기억색 영역의 선호색 영상 신호(Y'Cb'Cr')와, 상기 단계 20(S20) 내지 단계 24(S24)를 통해 디스플레이 광색역으로 변환된 비기억색 영역의 광색역 영상 신호(Y"Cb"Cr")를 RGB 색공간으로 변환하여 출력한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 색역 확장 유닛의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 7에 나타낸 색역 확장 유닛은 제1 색공간 변환부(32), 기억색 검출부(34), 선호색 변환부(38), 제1 색공간 역변환부(40), 제2 색공간 변환부(42), 색역 분할부(44), 색역 확장부(45), 제2 색공간 역변환부(48)를 구비한다. 또한, 색역 확장 유닛은 기억색 검출부(34), 선호색 변환부(38) 및 색역 확장부(44)와 접속된 메모리(36)를 구비한다.

제1 색공간 변환부(32)는 외부로부터 입력되는 영상 신호(RGB)의 색공간을 YCbCr 색공간으로 변환하여, YCbCr 영상 신호를 기억색 검출부(34)로 출력한다. RGB 영상 신호는 통상의 색공간 변환 함수를 이용하거나, 그 함수에 따라 미리 설정된 룩업 테이블을 이용하여 YCbCr 신호로 변환된다.

기억색 검출부(34)는 제1 색공간 변환부(32) 또는 외부로부터 공급된 YCbCr 영상 신호에서 기억색 영역을 검출한다. YCbCr 영상 신호는 제1 색공간 변환부(32)를 경유하지 않고 외부로부터 기억색 검출부(34)로 공급되기도 한다. 기억색은 피부색(Skin), 잔디색(Grass), 바다/하늘색(Sea/Sky)을 포함한다. 각 기억색 영역은 전술한 수학식 2와 같은 가우시안 확률 함수를 이용하여 검출된다. 기억색 검출부(34)는 입력된 YCbCr 영상 신호 중에서 색차 신호(Cb, Cr)에 전술한 수학식 2의 가우시안 확률 함수를 적용하여 가중치(P)를 산출하고, 산출된 가중치(P)를 각 기억색의 임계치(Pth)와 비교한다. 산출된 가중치(P)가 각 기억색의 임계치(Pth) 이상이면 기억색으로 판단하고, 임계치(Pth) 보다 작으면 비기억색으로 판단함으로써, 기억색 영역을 검출한다. 가중치(P)는 0~1의 값을 갖으며, 1에 가까울수록 기억색일 확률이 높고, 0에 가까울수록 비기억색일 확률이 높음을 나타낸다. 기억색 검출부(34)는 기억색 영역의 영상 신호(YCbCr)를 선호색 변환부(38)로 출력하고, 비기억색 영역의 영상 신호(YCbCr)를 제2 색공간 변환부(42)로 출력한다.

메모리(36)에는 전술한 수학식 2에서 이용되는 각 기억색 분포의 평균값(m_Cb, m_Cr) 및 표준 편차(σ_Cb, σ_Cr)와, 상기 기억색 판단시 이용되는 각 기억색의 임계치(Pth)가 설계자에 의해 미리 설정되어 저장된다.

선호색 변환부(38)는 기억색 검출부(34)로부터 공급된 기억색 영역의 영상 신호(YCbCr)를 선호색 맵핑 방법을 이용하여 사용자가 선호하는 선호색 영상 신호(Y'Cb'Cr')으로 변환하여 제1 색공간 역변환부(40)로 출력한다. 선호색 변환부(38)는 전술한 수학식 3 내지 6와 같이 기억색의 발생 빈도(확률)을 가중치로 적용한 가우시안 선호색 맵핑 함수를 적용하여 기억색 영상 신호(YCbCr)를 선호색 영상 신호(Y'Cb'Cr')로 변환한다. 전술한 수학식 3 내지 6을 참조하면, 기억색 영역의 각 화소에 대한 입력 휘도(Y)에 선호색 보정량(ΔY×Pm)을 가산함으로써 입력 휘도(Y)가 선호색 휘도(Y')로 변환된다. 선호색 보정량(ΔY×Pm)은, 목표 선호색의 휘도(Yt)와 기억색 영역의 평균 휘도(Yavg)와의 차이값(ΔY)에, 상기 기억색 영역의 각 화소의 가중치(Pm)를 곱함으로써 산출된다. 상기 기억색 영역의 평균 휘도(Yavg)는 전술한 수학식 5를 통해, 상기 기억색 영역의 각 화소의 가중치(Pm)는 상기 수학식 6과 같은 가우시안 선호색 맵핑 함수를 이용하여 각각 산출된다. 또한, 상기 기억색 영역의 각 화소에 대한 색차 신호(Cb, Cr) 각각도 상기 휘도 신호(Y)와 동일하게 상기 수학식 3 내지 6을 이용하여 선호색의 색차 신호(Cb', Cr')로 변환된다.

메모리(36)에는 전술한 수학식 3 내지 6에서 이용되는 각 기억색 분포의 평균값(m_Y, m_Cb, m_Cr) 및 표준 편차(σ_Y, σ_Cb, σ_Cr)와, 목표 선호색의 휘도(Yt) 및 색차(Cb_t, Cr_t))가 설계자에 의해 미리 설정되어 저장된다.

제1 색공간 역변환부(40)는 선호색 변환부(38)로부터 공급되는 각 기억색 영역의 선호색 영상 신호(Y'Cb'Cr')의 YCbCr 색공간을 RGB 색공간으로 변환하여 RGB 색공간의 영상 신호(R'G'B')를 출력한다. Y'Cb'Cr' 영상 신호는 통상의 색공간 역변환 함수를 이용하거나, 그 함수에 따라 미리 설정된 룩업 테이블을 이용하여 R'G'B' 신호로 변환된다.

제2 색공간 변환부(42)는 기억색 검출부(34)로부터 공급된 비기억색 영역의 영상 신호(YCbCr)를 광색역 맵핑을 위해 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)으로 변환하여 색역 분할부(44)로 출력한다. 제2 색공간 변환부(42)는 비기억색 영역에 대한 영상 신호(YCbCr)의 YCbCr 색공간을 YCbCr → RGB → XYZ →LAB 또는 LCh와 같은 순차적인 색공간 변환 과정을 통해 LAB 또는 LCh 색공간으로 변환한다. 상기 색공간의 변환은 통상의 색공간 변환 함수를 통해 변환되거나, 룩-업 테이블의 맵핑 방법에 의해 변환될 수 있다. 이하에서는 YCbCr 색공간이 LCh 색공간으로 변환된 경우만을 예로 들어 설명하기로 한다. 제2 색공간 변환부(42)는 색공간 변환된 LCh 영상 신호를 색역 분할부(44)로 출력한다.

색역 분할부(44)는 제2 색공간 변환부(42)로부터 공급된 LCh 영상 신호의 영상 색역을 다수 영역으로 분할하여 색역 확장부(46)로 출력한다. 색역 분할부(44)는 영상 색역의 명도(L)를 n(n은 자연수)개의 영역으로 분할하고, 영상 색역의 색상 각도(h)를 m(m은 자연수)개의 영역으로 분할함으로써, 영상 색역을 n×m개의 영역으로 분할한다.

색역 확장부(46)는 색역 분할부(44)로부토 공급된 각 분할 영역의 영상 색역을 해당 분할 영역의 디스플레이 광색역으로 확장하여, 광색역의 영상 신호(LC'h 또는 L'C'h)를 제2 색공간 역변환부로 출력한다. 색역 확장부(46)는 각 분할 영역에서 영상 색역의 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 전술한 수학식 7을 이용하여 광색역으로 확장하고, 확장된 광색역 영상 신호(LC'h)를 제2 색공간 역변환부(48)로 출력한다. 이와 달리, 색역 확장부(46)는 각 분할 영역에서 영상 색역의 색상 각도(h)만 유지하면서 명도(L) 및 채도(C)를, 디스플레이의 광색역으로 확장하고, 확장된 광색역 영상 신호(LC'h')를 제2 색공간 역변환부(48)로 출력할 수 있다. 이때, 영상 색역의 명도(L)도 상기 채도(C)와 동일하게 상기 수학식 7을 적용하여 광색역의 명도(L)로 확장할 수 있다. 각 분할 영역의 영상 색역은 영상 색역과 디스플레이 광색역의 경계 간의 관계를 고려하여 광색역의 경계 이하로 색역이 확장된다.

메모리(36)에는 색역 확장부(46)에서 이용되는 디스플레이 광색역의 분할 영역(n개의 명도(L) 영역과, m개의 색상 각도(h) 영역)에 대한 정보와, 전술한 수학식 7에서 이용되는 각 분할 영역에 속하는 디스플레이 광색역의 경계(Cwcgd)와, 채도 확장량 조절 인자(α)가 각 디스플레이의 광색역 특성에 맞게 설계자에 의해 미리 설정되어 저장된다.

제2 색공간 역변환부(48)는 색역 확장부(46)로부터 공급된 광색역의 영상 신호(LC'h 또는 L'C'h)의 색공간을 YCbCr 색공간의 영상 신호(Y"Cb"Cr")로 역변환하여 제1 색공간 역변환부(40)로 출력한다. 광색역으로 확장된 LC'h 또는 LCh 색공간의 L'C'h 영상 신호는 LCh → XYZ → RGB →YCbCr와 같은 순차적인 색공간 역변환 과정을 통해 YCbCr 색공간의 Y"Cb"Cr" 영상 신호로 변환된다. 상기 색공간의 역변환은 통상의 색공간 역변환 함수를 통해 변환되거나, 룩-업 테이블의 맵핑 방법에 의해 역변환될 수 있다.

제1 색공간 역변환부(40)는 제2 색공간 역변환부(48)로부터 공급되는 비기억색 영역의 광색역 영상 신호(Y"Cb"Cr")의 YCbCr 색공간을 RGB 색공간으로 변환하여 RGB 색공간의 영상 신호(R"G"B")를 출력한다. Y"Cb"Cr" 영상 신호는 통상의 색공간 역변환 함수를 이용하거나, 그 함수에 따라 미리 설정된 룩업 테이블을 이용하여 R"G"B" 영상 신호로 변환된다.

도 8은 도 7에 도시된 색역 확장 유닛이 적용된 본 발명의 실시예에 따른 광색역 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 광색역 액정 표시 장치는 색역 확장 유닛(50), 타이밍 컨트롤러(52), 게이트 드라이버(56) 및 데이터 드라이버(58)를 포함하는 패널 구동부(54), 패널 구동부(54)에 의해 구동되는 액정 패널(60)을 구비한다. 여기서, 로컬 디밍 드라이버(10)는 타이밍 컨트롤러(20)에 내장될 수 있다.

색역 확장 유닛(50)은 입력 영상 신호(RGB 또는 YCbCr)에서 피부색, 잔디색, 파다/하늘색을 포함하는 각 기억색 영역을 검출하고, 검출된 각 기억색 영역에 대해서는 사용자가 선호하는 각 선호색의 영상 신호(Y'Cb'Cr')로 변환하여 출력한다. 이때, 색역 확장 유닛(50)은 입력 영상 신호가 RGB 영상 신호인 경우 RGB 색공간을 YCbCr 색공간으로 변환한다. 색역 확장 유닛(50)은 YCbCr 색공간에서 전술한 수학식 2와 같은 가우시안 확률 함수를 이용하여 각 화소의 가중치(Pm)를 산출하고, 산출된 가중치(Pm)를 각 기억색의 임계치(Pth)와 비교하여 그 임계치(Pth) 이상인 경우를 해당 기억색 영역으로 판단하고, 임계치(Pth) 보다 작은 경우 비기억색으로 판단함으로써 각 기억색 영역을 검출한다. 색역 확장 유닛(50)은 검출된 기억색 영역의 각 화소의 YCbCr 영상 신호를, 전술한 수학식 3 내지 6와 같이 각 기억색의 발생 빈도(확률)을 가중치로 적용한 가우시안 선호색 맵핑 함수를 적용함으로써, 선호색 영상 신호(Y'Cb'Cr')로 변환하여 출력한다.

또한, 색역 확장 유닛(50)은 비기억색 영역의 YCbCr 영상 신호를 장치 독립적인 색공간(LCh)으로 변환하고, 영상 색역 및 디스플레이 색역을 다수의 영역으로 분할한다. 색역 확장 유닛(50)은 영상 색역의 명도(L)를 n(n은 자연수)개의 영역으로 분할하고, 영상 색역의 색상 각도(h)를 m(m은 자연수)개의 영역으로 분할함으로써, 영상 색역을 n×m개의 영역으로 분할한다. 디스플레이 색역도 영상 색역과 동일하게 n×m개의 영역으로 분할된 각 분할 영역의 정보가 미리 설정되어 제공된다. 색역 확장 유닛(50)은 각 분할 영역에서 영상 색역을 디스플레이 광색역으로 확장한 다음, 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)을 YCbCr 색공간의 영상 신호(Y"Cb"Cr")로 역변환하여 출력한다. 색역 확장 유닛(50)은 각 분할 영역에서 영상 색역의 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 전술한 수학식 7을 이용하여 디스플레이 광색역으로 확장하거나, 각 분할 영역에서 영상 색역의 색상 각도(h)만 유지하면서 명도(L) 및 채도(C)를 전술한 수학식 7을 이용하여 디스플레이의 광색역으로 확장할 수 있다. 각 분할 영역의 영상 색역은 영상 색역과 디스플레이 광색역의 경계 간의 관계를 고려하여 광색역의 경계 이하로 색역이 확장된다.

또한, 색역 확장 유닛(50)은 각 기억색 영역에서 선호색으로 변환된 선호색 영상 신호(Y'Cb'Cr')와, 비기억색 영역에서 디스플레이 광색역으로 확장된 광색역 영상 신호(Y"Cb"Cr")를 RGB 색공간의 영상 신호(R'G'B')로 변환하여 타이밍 컨트롤러(52)로 출력한다.

타이밍 컨트롤러(52)는 색역 확장 유닛(50)으로부터 공급된 영상 신호를 데이터를 정렬하여 패널 구동부(22)인 데이터 드라이버(24)로 출력한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(52)는 색역 확장 유닛(50)을 경유하여 입력된 다수의 동기 신호, 즉 수직 동기 신호, 수평 동기 신호, 데이터 이네이블 신호, 도트 클럭을 이용하여 데이터 드라이버(24)의 구동 타이밍을 제어하는 데이터 제어 신호와, 게이트 드라이버(26)의 구동 타이밍을 제어하는 게이트 제어 신호를 생성하여 데이터 드라이버(24) 및 게이트 드라이버(26)로 데이터 제어 신호 및 게이트 제어 신호를 각각 출력한다. 한편, 타이밍 컨트롤러(52)는 액정의 응답 속도를 향상시키기 위하여 인접 프레임간의 데이터 차에 따라 오버슈트(Overshoot) 값 또는 언더슈트(Undershoot) 값을 부가하여 데이터를 변조하는 오버 드라이빙 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.

패널 구동부(54)는 액정 패널(60)의 게이트 라인(GL)을 구동하는 게이트 드라이버(56)와, 액정 패널(60)의 데이터 라인(DL)을 구동하는 데이터 드라이버(58)를 포함한다.

게이트 드라이버(56)는 타이밍 컨트롤러(52)로부터 공급된 게이트 제어 신호에 응답하여 액정 패널(60)의 게이트 라인(GL)을 순차 구동한다.

데이터 드라이버(58)는 타이밍 컨트롤러(52)로부터 공급된 데이터 제어 신호에 응답하여 타이밍 컨트롤러(52)로부터의 디지털 영상 신호를 감마 전압을 이용하여 아날로그 영상 신호(화소 전압 신호)로 변환하여서 액정 패널(60)의 데이터 라인(DL)으로 공급한다.

액정 패널(60)은 다수의 화소들이 배열된 화소 매트릭스를 통해 영상을 표시한다. 각 화소는 휘도 보상된 데이터 신호에 따른 액정 배열의 가변으로 광투과율을 조절하는 적, 녹, 청 서브화소의 조합으로 원하는 색을 구현한다. 각 서브화소는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)와 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다.

또한, 도 8에 도시된 액정 표시 장치는 액정 패널(60)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(64)과, 백라이트 유닛(64)을 구동하는 백라이트 드라이버(62)를 더 구비한다.

백라이트 드라이버(62)는 외부 또는 타이밍 컨트롤러(52)로부터의 휘도 제어 신호에 응답하여 백라이트 유닛(64)의 휘도를 조정하면서 백라이트 유닛(64)을 구동한다.

백라이트 유닛(64)은 백라이트 드라이버(62)에 의해 구동되어 광을 생성하는 광원과, 액정 패널(60)로 광을 안내하면서 광효율을 향상시키는 다수의 광학 시트들을 구비한다. 광원으로는 냉음극 형광 램프(CCFL), 외부 전극 형광 램프(External Electrode Fluorescent Lamp; EEFL), 또는 발광 다이오드(LED)가 이용된다. 광색역 액정 표시 장치를 위하여 백라이트 유닛(62)은 RGB-LED 또는 광색역-CCFL를 이용할 수 있다.

도 9a 내지 도 9d는 종래의 표준 영상 및 종래의 색역 확장 영상과 본원 발명의 실시예에 따른 색역 확장 영상을 비교하여 나타낸 사진으로, 각 영상을 실제 광색역 액정 표시 장치에 표시한 후 디지털 카메라로 촬영한 사진들이다.

도 9a는 종래의 표준 영상(BT. 709)을 선호색 변환 및 색역 확장 과정없이 광색역 액정 표시 장치에 그대로 표시한 경우로, 원본 영상을 나타낸다. 도 9b는 종래의 표준 영상(BT. 709)의 모든 색을 종래의 광색역으로 확장하여 광색역 액정 표시 장치에 표시한 경우로, 스킨색이 붉게 표현되어 자연스러움(Naturalness)이 떨어지는 문제점이 있음을 알 수 있다. 도 9c는 색역 확장 과정없이 피부색 영역만을 종래의 선호색 맵핑 방법을 적용하여 선호색으로 변환하여 광색역 액정 표시 장치에 표시한 경우로, 피부색 영역이 선호색으로 변환되어 자연스러움이 향상되었지만 피부색을 제외한 비기억색의 색 재현 범위가 도 9a를 원본 영상과 동일하게 제한되어 있음을 알 수 있다. 도 9d는 본 발명의 실시예에 따른 색역 확장 방법을 적용하여 피부색 영역은 선호색으로 변환하고, 비피부색(비기억색) 영역은 광색역으로 확장하여 표시한 경우로, 피부색 영역이 선호색으로 변환되어 자연스러움이 향상됨과 아울러 피부색을 제외한 비기억색의 색 재현 범위도 도 9a의 원본 영상 대비 향상됨으로써 기억색 영역 및 비기억색 영역이 모두 화질이 향상되었음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 색역 확장 방법 및 유닛과, 그를 이용한 광색역 표시 장치는, 입력 영상에서 기억색 영역은 사람이 선호하는 선호색으로 보정함으로써 자연스러운 감성 화질을 향상시킬 수 있음과 아울러, 기억색을 제외한 비기억색 영역은 디스플레이 특성에 맞는 광색역으로 확장함으로써 색 재현 범위를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 색역 확장 유닛을 광색역 액정 표시 장치에 적용한 경우만을 예로 들어 설명하였으나, OLED 표시 장치나 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDO) 등과 같은 다양한 디지털 표시 장치에도 용이하게 적용할 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다.

32: 제1 색공간 변환부 34: 기억색 검출부
36: 메모리 38: 선호색 변환부
40: 제1 색공간 역변환부 42: 제2 색공간 변환부
44: 색역 분할부 46: 색역 확장부
48: 제2 색공간 역변환부 50: 색역 확장 유닛
52: 타이밍 컨트롤러 54: 패널 구동부
56: 게이트 드라이버 58: 데이터 드라이버
60: 액정 패널 62: 백라이트 드라이버
64: 백라이트 유닛

Claims

입력 영상 신호에서 기억색 영역을 검출하는 단계와;
상기 기억색 영역의 영상 신호를 선호색으로 변환하는 단계와;
상기 기억색 영역을 제외한 비기억색의 영상 신호를 디스플레이 광색역으로 확장하는 단계와;
상기 기억색 영역에 대한 선호색 영상 신호와, 상기 비기억색 영역에 대한 광색역 영상 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 기억색은 피부색, 잔디색, 바다 및 하늘색을 포함하고;
상기 기억색 영역을 검출하는 단계는,
YCbCr 색공간의 입력 영상 신호에서, 아래의 수학식 2와 같은 가우시안 확률 함수를 이용하여 가중치(P)를 산출하는 단계와;
산출된 가중치(P)를 미리 설정된 각 기억색의 임계치(Pth)와 비교하여 상기 임계치(Pth) 이상인 경우 상기 각 기억색으로 판단하고, 상기 임계치(Pth) 보다 작은 경우 비기억색으로 판단하는 단계를 포함하는 색역 확장 방법.
<수학식 2>

상기 수학식 2에서, P는 가중치, Cb 및 Cr은 입력 색차 신호, m_Cb 및 m_Cr은 사전 실험에서 추출된 Cb, Cr 평면에서의 각 기억색 분포의 평균값, σ_Cb 및σ_Cr은 사전 실험에서 추출된 상기 Cb, Cr 평면에서의 각 기억색 분포의 표준편차임.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 기억색 영역의 영상 신호를 선호색으로 변환하는 단계는,
상기 각 기억색의 발생 확률을 가중치로 한 가우시안 선호색 맵핑 함수를 이용하여 선호색으로 변환하는 단계를 포함하는 색역 확장 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 기억색 영역의 영상 신호를 선호색으로 변환하는 단계는,
상기 기억색 영역에 대한 휘도 및 색차 신호(Y/Cb/Cr) 각각을 아래의 수학식 3 내지 6을 이용하여 선호색의 휘도 및 색차 신호(Y'/Cb'/Cr')로 변환하는 색역 확장 방법.
<수학식 3>

<수학식 4>

<수학식 5>

<수학식 6>

상기 수학식 3에서 Y는 상기 기억색 영역에서 각 화소의 입력 휘도; ΔY는 상기 수학식 4와 같이 상기 기억색에 대한 목표 선호색의 휘도(Yt)와 상기 기억색 영역의 평균 휘도(Yavg)와의 차이값; Pm은 상기 수학식 6와 같은 가우시안 선호색 맵핑 함수를 이용하여 산출된 가중치; m_Y, m_Cb, m_Cr은 사전 실험에서 추출된 YCbCr 색공간에서의 각 기억색 분포의 평균값; σ_Y, σ_Cb, σ_Cr은 사전 실험에서 추출된 YCbCr 색공간에서의 각 기억색 분포의 표준편차이고, Yij는 상기 기억색 영역에서 i, j 화소(여기서, i, j는 화소의 인덱스)의 휘도이고;
상기 수학식 3 내지 5를 상기 색차 신호(Cb/CR) 각각에 적용하는 경우 상기 휘도 성분에 대한 변수(Y,ΔY, Yt, Yavg)를 색차 성분(Cb/Cr)에 대한 변수(Cb,ΔCb, Cb_t, Cb_avg/Cr,ΔCr, Cr_t, Cr_avg)로 치환함.
청구항 1에 있어서,
상기 비기억색의 영상 신호를 디스플레이 광색역으로 확장하는 단계는,
YCbCr 색공간의 영상 신호를 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)으로 변환하는 단계와;
상기 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)에서 영상 색역을, 미리 설정된 디스플레이 광색역의 다수의 분할 영역과 동일하게 다수의 분할 영역으로 분할하는 단계와;
상기 다수의 분할 영역 각각에서 상기 영상 색역과 상기 디스플레이 색역 경계 간의 관계를 고려하여 상기 영상 색역을 해당 광색역으로 확장하는 단계와;
상기 광색역으로 확장된 영상 신호를 YCbCr 색공간으로 역변환하는 단계를 포함하는 색역 확장 방법.
청구항 5에 있어서,
YCbCr 색공간의 영상 신호를 LCh 색공간의 명도 및 채도와 색상 각도(L/C/h) 신호로 변환하고;
상기 영상 색역 및 디스플레이 색역의 명도(L)를 ΔL의 간격을 갖는 n개(n은 자연수)의 영역으로 분할하고, 색상 각도(h)를 Δh의 간격을 갖는 m개(m은 자연수)의 영역으로 분할하고;
상기 각 분할 영역에서, 상기 영상 색역의 입력 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 디스플레이 광색역으로 확장하거나, 색상 각도(h)만 유지하면서 명도(L) 및 채도(C)를 디스플레이의 광색역으로 확장하며;
상기 광색역으로 확장된 영상 신호의 상기 LCh 색공간을 상기 YCbCr 색공간으로 역변환하는 색역 확장 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 영상 색역의 입력 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 아래의 수학식 7을 이용하여 디스플레이 광색역으로 확장하는 색역 확장 방법.
<수학식 7>

상기 수학식 7에서, Cin은 영상 색역의 입력 채도, Cwcgd는 각 분할 영역에 속하는 디스플레이 광색역의 경계, α는 채도 확장량 조절 인자, Cout은 디스플레이 광색역으로 확장된 채도임.
청구항 1에 있어서,
상기 기억색 영역을 검출하는 단계 이전에, 상기 입력 영상 신호의 RGB 색공간을 YCbCr 색공간으로 변환하는 단계와;
상기 선호색 영상 신호 및 광색역 영상 신호를 출력하는 단계 이후에, 상기 출력 영상 신호의 YCbCr 색공간을 상기 RGB 색공간으로 역변환하는 단계를 추가로 포함하는 색역 확장 방법.
입력 영상 신호에서 기억색 영역을 검출하는 기억색 검출부와;
상기 기억색 검출부로부터 공급된 상기 기억색 영역의 영상 신호를 선호색으로 변환하는 선호색 변환부와;
상기 기억색 검출부로부터 공급된 상기 기억색 영역을 제외한 비기억색 영역에 대한 YCbCr 색공간의 영상 신호를 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)으로 변환하는 색공간 변환부와;
상기 색공간 변환부로부터 공급된 입력 영상에 대한 영상 색역을, 미리 설정된 디스플레이 광색역의 다수의 분할 영역과 동일하게 다수의 분할 영역으로 분할하는 색역 분할부와;
상기 색역 분할부로부터 공급된 각 분할 영역의 영상 색역을, 상기 각 분할 영역에서의 상기 영상 색역과 상기 디스플레이 색역 경계 간의 관계를 고려하여, 디스플레이 광색역으로 확장하는 색역 확장부와;
상기 색역 확장부로부터 공급된 광색역 영상 신호의 상기 장치 독립적인 색공간(LAB 또는 LCh)을 상기 YCbCr 색공간으로 역변환하여 출력하는 색공간 역변환부를 구비하고,
상기 기억색은 피부색, 잔디색, 바다 및 하늘색을 포함하고;
상기 기억색 검출부는
상기 YCbCr 색공간의 입력 영상 신호에서, 아래의 수학식 2와 같은 가우시안 확률 함수를 이용하여 가중치(P)를 산출하고; 산출된 가중치(P)를 미리 설정된 각 기억색의 임계치(Pth)와 비교하여 상기 임계치(Pth) 이상인 경우 상기 각 기억색으로 판단하고, 상기 임계치(Pth) 보다 작은 경우 비기억색으로 판단하여 상기 기억색 영역 및 비기억색 영역을 검출하는 색역 확장 유닛.
<수학식 2>

상기 수학식 2에서, P는 가중치, Cb 및 Cr은 입력 색차 신호, m_Cb 및 m_Cr은 사전 실험에서 추출된 Cb, Cr 평면에서의 각 기억색 분포의 평균값, σ_Cb 및σ_Cr은 사전 실험에서 추출된 상기 Cb, Cr 평면에서의 각 기억색 분포의 표준편차임.
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청구항 9에 있어서,
상기 선호색 변환부는,
각 기억색의 발생 확률을 가중치로 한 가우시안 선호색 맵핑 함수를 이용하여 선호색으로 변환하는 색역 확장 유닛.
청구항 11에 있어서,
상기 선호색 변환부는,
상기 기억색 영역에 대한 휘도 및 색차 신호(Y/Cb/Cr) 각각을 아래의 수학식 3 내지 6을 이용하여 선호색의 휘도 및 색차 신호(Y'/Cb'/Cr')로 변환하는 색역 확장 유닛.
<수학식 3>

<수학식 4>

<수학식 5>

<수학식 6>

상기 수학식 3에서 Y는 상기 기억색 영역에서 각 화소의 입력 휘도; ΔY는 상기 수학식 4와 같이 상기 기억색에 대한 목표 선호색의 휘도(Yt)와 상기 기억색 영역의 평균 휘도(Yavg)와의 차이값; Pm은 상기 수학식 6와 같은 가우시안 선호색 맵핑 함수를 이용하여 산출된 가중치; m_Y, m_Cb, m_Cr은 사전 실험에서 추출된 YCbCr 색공간에서의 각 기억색 분포의 평균값; σ_Y, σ_Cb, σ_Cr은 사전 실험에서 추출된 YCbCr 색공간에서의 각 기억색 분포의 표준편차이고, Yij는 상기 기억색 영역에서 i, j 화소(여기서, i, j는 화소의 인덱스)의 휘도이고;
상기 수학식 3 내지 5를 상기 색차 신호(Cb/CR) 각각에 적용하는 경우 상기 휘도 성분에 대한 변수(Y,ΔY, Yt, Yavg)를 색차 성분(Cb/Cr)에 대한 변수(Cb,ΔCb, Cb_t, Cb_avg/Cr,ΔCr, Cr_t, Cr_avg)로 치환함.
청구항 9에 있어서,
상기 색공간 변환부는, 상기 YCbCr 색공간의 영상 신호를 LCh 색공간의 명도 및 채도와 색상 각도(L/C/h) 신호로 변환하고,
상기 색역 분할부는, 상기 영상 색역 및 디스플레이 색역의 명도(L)를 ΔL의 간격을 갖는 n개(n은 자연수)의 영역으로 분할하고, 색상 각도(h)를 Δh의 간격을 갖는 m개(m은 자연수)의 영역으로 분할하고;
상기 색역 확장부는, 상기 각 분할 영역에서, 상기 영상 색역의 입력 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 디스플레이 광색역으로 확장하거나, 색상 각도(h)만 유지하면서 명도(L) 및 채도(C)를 디스플레이의 광색역으로 확장하며;
상기 색공간 역변환부는, 광색역으로 확장된 영상 신호의 상기 LCh 색공간을 상기 YCbCr 색공간으로 역변환하는 색역 확장 유닛.
청구항 13에 있어서,
상기 색역 확장부는,
상기 영상 색역의 입력 명도(L) 및 색상 각도(h)를 유지한 상태에서 채도(C)만 아래의 수학식 7을 이용하여 디스플레이 광색역으로 확장하는 색역 확장 유닛.
<수학식 7>

상기 수학식 7에서, Cin은 영상 색역의 입력 채도, Cwcgd는 각 분할 영역에 속하는 디스플레이 광색역의 경계, α는 채도 확장량 조절 인자, Cout은 디스플레이 광색역으로 확장된 채도임.
청구항 9에 있어서,
상기 기억색 검출부 이전에 접속되고, 상기 입력 영상 신호의 RGB 색공간을 YCbCr 색공간으로 변환하는 RGB-YCbCr 색공간 변환부와;
상기 선호색 변환부로부터 공급된 상기 기억색 영역에 대한 선호색 영상 신호와, 상기 색공간 역변환부로부터 공급된 상기 비기억색 영역에 대한 광색역 영상 신호의 YCbCr 색공간을 RGB 색공간으로 역변환하여 출력하는YCbCr-RGB 색공간 역변환부를 추가로 구비하는 색역 확장 유닛.
청구항 9와, 청구항 11 내지 15 중 어느 한 청구항에 기재된 색역 확장 유닛을 이용하여 상기 기억색 영역에 대한 상기 선호색 영상 신호와, 상기 비기억색 영역에 대한 상기 광색역 영상 신호를 표시 장치에 표시하는 광색역 표시 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 광색역 표시 장치는 액정 표시 장치 또는 유기 발광다이오드 표시 장치인 광색역 표시 장치.