KR101987764B1 - 선명도 향상 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선명도 향상 장치 및 방법에 관한 것으로, 입력 컨텐츠의 휘도 성분을 이용하여 상기 입력 컨텐츠에서의 엣지 픽셀을 감지하는 엣지 감지부와; 상기 엣지 픽셀에 대한 적어도 하나의 히스토그램을 생성하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 히스토그램 분석부와; 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정하는 게인 조절부를 포함하는 선명도 향상 장치를 제공한다.

Description

선명도 향상 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DETAIL ENHANCEMENT}
본 발명은 선명도 향상 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 선명도 향상시 발생할 수 있는 부작용을 방지할 수 있는 선명도 향상 장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 디스플레이 장치는 영상 또는 텍스트를 출력하며, 사용자에게 명확한 영상 또는 텍스트를 제공하기 위해 영상 또는 텍스트에 대한 선명도 향상(detail enhancement)을 수행한다. 선명도 향상은 주변 픽셀과의 관계에 따라 값을 가감하여 인접 픽셀과의 차이를 크게 하는 방법으로 수행되며, 인접 픽셀을 참조하기 때문에 로컬 콘트라스트(local contrast)가 향상되면서 엣지(edge)가 분명해져 영상이 선명해 질 수 있다.
그러나, 선명도 향상을 수행하면 사선방향에서 구분이 명확해 지면서 계단과 같은 형태로 보여지는 현상인 에일리어싱(aliasing)이나 경계 면에서 오버슈트(overshoot), 언더슈트(undershoot)와 같은 영향으로 주변에 띠 모양처럼 테두리가 둘러지는 현상인 할로(halo)와 같은 부작용이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 디스플레이되는 컨텐츠에 대한 선명도 향상을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 디스플레이되는 컨텐츠에 대한 선명도 향상을 수행하는 경우 발생하는 부작용을 제거할 수 있는 선명도 향상을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 입력 컨텐츠의 휘도 성분을 이용하여 상기 입력 컨텐츠에서의 엣지 픽셀을 감지하는 엣지 감지부와; 상기 엣지 픽셀에 대한 적어도 하나의 히스토그램을 생성하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 히스토그램 분석부와; 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정하는 게인 조절부를 포함하는 선명도 향상 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 입력 컨텐츠의 휘도 성분을 이용하여 상기 입력 컨텐츠에서의 엣지 픽셀을 감지하는 과정과; 상기 엣지 픽셀에 대한 적어도 하나의 히스토그램을 생성하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 과정과; 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정하는 과정을 포함하는 선명도 향상 방법을 제공한다.
본 발명은 선명도 향상을 수행하는 경우, 부작용이 발생할 수 있는 영역을 미리 판단하여 게인을 조절할 수 있으므로 선명도 향상을 수행하는 경우 발생하는 부작용을 제거할 수 있다.
또한, 선명도 향상시 주변 픽셀에 적용된 게인을 고려하므로 불연속 지점의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선명도 향상 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 엣지 감지부의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 히스토그램 분석부에서 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3에서 설명한 방법으로 생성된 히스토그램을 나타내는 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 의한 게인 조절부에서 픽셀의 게인을 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 선명도 향상 방법을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선명도 향상 장치(10)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 선명도 향상 장치(10)는 휘도 성분 추출부(100), 엣지(edge) 감지부(110), 히스토그램 분석부(120) 및 게인(gain) 조절부(130)를 포함하며, 부스트(boost)부(140)를 더 포함할 수 있다.
휘도 성분 추출부(100)는 영상 또는 텍스트와 같은 컨텐츠가 입력되면 입력 컨텐츠의 휘도 성분을 추출하며, 프레임 단위로 추출할 수 있다.
엣지 감지부(110)는 추출된 휘도 성분을 이용하여 컨텐츠에서의 엣지를 감지한다. 여기서, 엣지란 일 예로 영상에 복수의 물체가 포함되어 있는 경우 물체 사이의 경계에 관한 것으로, 밝기가 낮은 값에서 높은 값으로, 또는 그 반대로 변하는 지점에 존재하는 부분을 가리킨다.
히스토그램 분석부(120)는 엣지에 해당하는 픽셀에 대한 게인 변수 값을 산출하며, 엣지에 해당하는 픽셀을 중심으로 주변 픽셀을 고려한 히스토그램을 생성하여 게인 변수 값을 산출한다.
게인 조절부(130)는 픽셀 각각에 대한 게인을 조절하는데, 본 발명에서는 엣지에 해당하는 픽셀에 대해서는 소정의 비선형 게인 함수를 적용하고, 엣지에 해당하지 않는 픽셀에 대해서는 선형 게인 함수 또는 미리 결정된 게인을 적용할 수 있다.
부스트부(140)는 게인이 적용된 컨텐츠를 부스트하여 출력하는데, 이때, 부스트한 결과 휘도가 최대값을 초과하는 경우 클리핑(clipping)하여 휘도의 과도한 향상을 억제하며, 특정 픽셀의 휘도가 주변 픽셀의 휘도 보다 과도하게 높거나 낮아 불연속 지점이 발생하는 것을 방지하기 위해 주변 픽셀 사이의 부스트 값을 고려한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 엣지 감지부(110)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 엣지 감지부(110)는 어느 픽셀이 엣지 인지 여부를 판단하기 위해 임의의 마스크를 이용하는데, 일 예로, 3x3 마스크로서 x축 마스크(210), y축 마스크(220), x축 좌향 마스크(230), y축 상향 마스크(240), x축 우향 마스크(250) 및 y축 하향 마스크(260)를 이용할 수 있다. 상술한 마스크를 영상에 중첩하여 소정 연산을 수행하면 픽셀의 엣지 여부를 알 수 있는데, 마스크를 이용한 엣지 판단 방법은 기존에 알려져 있으므로 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 히스토그램 분석부(120)에서 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 히스토그램 분석부(120)는 엣지로 판단된 픽셀 각각에 대해서 주변 픽셀의 계조 값을 이용하여 게인 변수 값을 산출 하며, 게인 조절부(130)는 비선형 게인 함수를 이용하여 엣지로 판단된 픽셀 각각에 적용되는 게인을 결정한다.
도 3을 참조하여 상술한 내용에 대해 살펴보면, 도번 300 픽셀이 엣지로 판단된 경우, 히스토그램 분석부(120)는 도번 300 픽셀을 중심으로 7x7 로컬 영역을 결정하고, 7x7 로컬 영역에서 5x5 로컬 영역을 결정한 뒤 엣지로 판단된 픽셀을 중심으로 하는 로컬 영역 뿐만 아니라 주변 영역에 대해서 히스토그램을 생성한다. 이는 인접한 픽셀이 위치한 영역의 분포를 고려하여 정확성을 높이기 위한 것으로, 도 3에서는 중심 영역(360) 외에 y축 상향 좌편 영역(320), y축 상향 영역(330), y축 상향 우편 영역(340), y축 좌편 영역(350), y축 우편 영역(370), y축 하향 좌편 영역(380), y축 하향 영역(390) 및 y축 하향 우편 영역(395) 등 8가지 영역에 대해 히스토그램을 생성한다.
여기서, 7x7 로컬 영역, 5x5 로컬 영역은 임의로 변경 가능하며, 9가지 방향에 각각 대응하는 9개의 히스토그램을 생성할 수 있다.
도 4는 도 3에서 설명한 방법으로 생성된 히스토그램을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 히스토그램은 9가지 히스토그램 중 어느 하나의 히스토그램을 나타낸 것이며, 히스토그램에서 빈도수(400)는 각 계조값을 갖는 픽셀의 수를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 히스토그램에서 픽셀의 평균 계조 값(410)은 항상 히스토그램의 최대 계조값과 최소 계조값 사이에 존재하므로 평균 계조값을 기준으로 좌측 영역과 우측 영역으로 나눌 수 있으며, 좌측 영역과 우측 영역에서의 피크(peak) 빈도수(420,430)를 구할 수 있다. 이때, 피크 빈도수가 클수록 휘도가 균일한 영역임을 나타내고, 피크 빈도수가 작을수록 휘도가 다양함을 의미하며, 두 피크 빈도수에 각각 대응하는 계조값의 차(440)가 클수록 명암 대비가 크다는 것을 의미한다. 따라서, 픽셀의 게인 변수 값은 좌측 영역과 우측 영역의 피크 빈도수(420,430) 및 두 피크 빈도수에 각각 대응하는 계조값 사이의 차(440)를 이용하여 산출할 수 있으며, 일 예로, [수식 1]과 같은 수식을 이용할 수 있다.
[수식 1]
픽셀의 게인 변수 값 = Peak_NLeft x Peak_NRight x Peak_Dis
여기서, Peak_NLeft : 좌측영역 피크 빈도수,
Peak_NRight : 우측영역 피크 빈도수,
Peak_Dis : 좌측 영역 및 우측 영역의 피크 빈도수에 각각 대응하는 계조 값의 차이
히스토그램 분석부(120)는 엣지로 판단된 픽셀에 대해서는 해당 픽셀에 대한 9가지 로컬 영역에 대해 히스토그램을 생성하므로, 각 히스토그램에서 8개의 게인 변수 값을 산출하고, 그 중에서 가장 큰 값을 픽셀의 게인 변수 값으로 결정할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 의한 게인 조절부(130)에서 픽셀의 게인을 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 게인 조절부(130)는 엣지에 해당되는 픽셀에 대해서는 비선형 게인 함수를 이용하여 게인을 조절할 수 있다. 즉, 픽셀의 게인 변수 값에 따라 비선형적으로 동작하는 함수를 이용하여 각 픽셀에 적용되는 게인을 조절 할 수 있다.
또한, 게인 조절부(130)는 엣지에 해당되지 않는 픽셀에 대해서는 백그라운드(background)와 같이 밝기가 변동되지 않는 영역에 있는 픽셀과 밝기가 변동되는 영역에 있지만 엣지에 해당되지 않는 픽셀을 구분하여 픽셀의 게인을 조절 할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 게인 조절부(130)는 밝기가 변동되지 않는 영역에 있는 픽셀(500)에 대해서는 미리 결정된 게인을 적용하고, 밝기가 변동되는 영역에 있지만 엣지에 해당되지 않는 픽셀(510)에 대해서는 선형 게인 함수를 이용하여 게인을 조절할 수 있다. 이때, 선형 게인 함수는 픽셀의 엣지 강도에 따라 게인이 변동되며, 픽셀의 엣지 강도는 엣지 감지부(110)에서 픽셀이 엣지 인지 여부를 감지할 때 결정될 수 있다.
한편, 게인 조절부(130)는 게인 함수로부터 결정된 게인을 각 픽셀에 적용하는 경우, 주변 픽셀에 적용된 게인을 고려할 수 있다. 일 예로 도 5c에서 제5 픽셀(560)에 대해 게인을 적용하는 경우, 게인 조절부(130)는 게인 함수로부터 결정된 게인을 그대로 적용할 수도 있으나, 제1 픽셀(520), 제2 픽셀(530), 제3 픽셀(540) 및 제4 픽셀(550)에 적용된 게인을 고려하여 다소 조정된 게인을 제5 픽셀(560)에 적용할 수 있다. 참고로, 도 5c에서 o은 게인이 적용된 픽셀을 나타내며, x는 게인이 아직 적용되지 않은 픽셀을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 선명도 향상 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 휘도 성분 추출부(100)에서 입력 컨텐츠의 휘도 성분을 추출하면(600), 엣지 감지부(110)는 엣지 픽셀을 감지하는데, 엣지 픽셀이 감지된 경우(610의 예), 히스토그램 분석부(120)는 엣지 픽셀에 대한 히스토그램을 생성하고(620) 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 결정한다(630). 이때, 히스토그램 분석부(120)는 엣지 픽셀을 중심으로 하는 로컬 영역 뿐만 아니라, 주변 로컬 영역에 대해서도 히스토그램을 생성하여 게인 변수 값을 결정한다. 엣지 픽셀에 대한 게인 변수 값이 결정되면, 게인 조절부(130)는 비선형 게인 함수를 이용하여 엣지 픽셀에 대한 게인을 결정하고, 주변 픽셀에 적용된 게인을 고려하여 엣지 픽셀에 게인을 적용한다(640).
한편, 엣지 감지부(110)에서 엣지 픽셀이 아닌 것으로 판단된 픽셀에 대해서는 미리 결정된 게인 또는 선형 게인 함수를 이용하여 게인을 결정하고, 해당 픽셀에 게인을 적용한다(660). 부스트부(140)는 게인 적용된 픽셀을 부스트하여 출력하는데(650), 주변 픽셀에 적용된 부스트 정도를 고려하여 불연속 지점의 발생을 방지한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 휘도 성분 추출부 110: 엣지 감지부
120: 히스토그램 분석부 130: 게인 조절부
140: 부스트부

Claims (18)

  1. 선명도 향상 장치에 있어서,
    입력 컨텐츠의 휘도 성분을 이용하여 상기 입력 컨텐츠에서의 엣지 픽셀을 감지하는 엣지 감지부와;
    상기 엣지 픽셀에 대한 적어도 하나의 히스토그램을 생성하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 히스토그램 분석부와;
    상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정하는 게인 조절부를 포함하고,
    상기 히스토그램 분석부는 상기 엣지 픽셀을 중심으로 하는 로컬 영역에 대한 히스토그램 및 상기 엣지 픽셀 주변 영역에 대한 히스토그램을 생성하고,
    상기 히스토그램에서 평균 계조 값을 기준으로 좌측 영역 및 우측 영역에서의 피크 빈도수와 상기 좌측 영역 및 우측 영역에서의 피크 빈도수에 대응하는 계조 값의 차이를 이용하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 컨텐츠의 휘도 성분을 추출하는 휘도 성분 추출부와;
    상기 게인이 적용된 상기 입력 컨텐츠를 부스트하여 출력하는 부스트부를 더 포함하는 선명도 향상 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히스토그램 분석부는 중심 픽셀은 다르지만 동일한 사이즈의 영역에 대하여 상기 히스토그램을 생성하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히스토그램 분석부는 복수의 히스토그램 각각에 대해 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하고, 그 중 최대 값을 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 게인 조절부는 비선형 게인 함수를 이용하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 게인 조절부는 밝기가 변동되지 않는 영역에 있는 픽셀에 대해서는 미리 결정된 게인을 적용하고, 밝기가 변동되는 영역에 있지만 엣지에 해당되지 않는 픽셀에 대해서는 선형 게인 함수를 이용하여 게인을 결정하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 게인 조절부는 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정한 후 상기 엣지 픽셀 주변의 픽셀에 적용된 게인을 기초로 상기 결정된 게인을 조절하여 상기 엣지 픽셀에 적용하는 것을 특징으로 하는 선명도 향상 장치.
  10. 선명도 향상 방법에 있어서,
    입력 컨텐츠의 휘도 성분을 이용하여 상기 입력 컨텐츠에서의 엣지 픽셀을 감지하는 과정과;
    상기 엣지 픽셀에 대한 적어도 하나의 히스토그램을 생성하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 과정과;
    상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정하는 과정을 포함하고,
    상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 과정은,
    상기 엣지 픽셀을 중심으로 하는 로컬 영역에 대한 히스토그램 및 상기 엣지 픽셀 주변 영역에 대한 히스토그램을 생성하는 과정과,
    상기 히스토그램에서 평균 계조 값을 기준으로 좌측 영역 및 우측 영역에서의 피크 빈도수와 상기 좌측 영역 및 우측 영역에서의 피크 빈도수에 대응하는 계조 값의 차이를 이용하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 과정을 더 포함하는 선명도 향상 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 입력 컨텐츠의 휘도 성분을 추출하는 과정과;
    상기 게인이 적용된 상기 입력 컨텐츠를 부스트하여 출력하는 과정을 더 포함하는 선명도 향상 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 과정은 중심 픽셀은 다르지만 동일한 사이즈의 영역에 대하여 상기 히스토그램을 생성하는 과정을 포함하는 선명도 향상 방법.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하는 과정은 복수의 히스토그램 각각에 대해 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값을 산출하고, 그 중 최대 값을 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값으로 결정하는 과정을 포함하는 선명도 향상 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 게인을 결정하는 과정은 비선형 게인 함수를 이용하여 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정하는 과정을 포함하는 선명도 향상 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 게인을 결정하는 과정은 밝기가 변동되지 않는 영역에 있는 픽셀에 대해서는 미리 결정된 게인을 적용하고, 밝기가 변동되는 영역에 있지만 엣지에 해당되지 않는 픽셀에 대해서는 선형 게인 함수를 이용하여 게인을 결정하는 과정을 포함하는 선명도 향상 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 게인을 결정하는 과정은 상기 엣지 픽셀의 게인 변수 값에 대응하는 게인을 결정한 후 상기 엣지 픽셀 주변의 픽셀에 적용된 게인을 기초로 상기 결정된 게인을 조절하여 상기 엣지 픽셀에 적용하는 과정을 포함하는 선명도 향상 방법.
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