KR102276575B1 - 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판 - Google Patents

외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판 Download PDF

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Abstract

외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판에 대한 발명이 개시 된다.
개시된 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판은, 외부 햇빛과 인공조명 등의 영향과 온도에 따른 표시소자(LED)의 특성 차이를 최소화하여 표출 영상을 개선하기 위한 것으로, 전광판의 백색이 기준에서 벗어남을 기준에 근접하도록 이동시키어 햇빛 등에 의해 무시되어지는 저 레벨의 색상은 어둡게 하고 인식가능한 색상의 편차를 늘려 구분이 쉽도록 하여 전광판의 시인성을 높이고, 또한 온도에 따라 달라지는 휘도를 조정하여 온도에도 주변 환경에 자동으로 적응하게 하면서 영상을 보상 및 조정하여 전광판 표출영상의 품질을 높인 것이다.

Description

외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판{Intelligent Eelectronic Display Board That Increases Visibility By Responding To External Environmental Factors In Real Time}
본 발명은 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판에 관한 것으로, 특히 햇빛이나 외부 조명 등과 같은 외부광원이 전광판에 비치게 되더라도 전광판에서 표출하는 색상과 휘도 및 화이트 밸런스를 표출하고자 하는 색상에 가깝게 조정하여 색상 변위로 인한 화질 저하의 발생을 없게 한 전광판에 관한 것이다.
일반적으로 텔레비전 방송도 4K, 8K로 해상도가 높아지고 있으며 전광판 시장도 사이니지 시장으로 통합되어 규모가 커지고 있으며 미래에는 미디어매체인 전광판 활용이 더욱더 많아지는 추세가 예상되며 디지털 기술의 발달로 전광판도 고화질이 요구되는 시대로 접어들고 있다.
그러나 수요만큼 주거지나 상업지역에 설치되는 전광판도 많아져 야간에는“인공조명에 의한 빛 공해 방지법”등으로 인해 전광판 밝기를 제한하고 있는데, 그만큼 현대 사회에서 LED 전광판이 생활에 밀접하게 사용되고 있음을 알 수 있는데, 수요가 많은 만큼 점점 기술발전도 이루어지고 있다.
디스플레이 장치에서 가장 이상적인 것은 자연 그대로 재현하는 것이다. 그러나 영상 촬영장비나 디스플레이 소자특성과 기술의 한계에 의해 완전한 재생은 불가능하며 그 외에도 외부 영향으로 빛이 왜곡되어 표출 영상의 품질이 저하됨은 잘 알려져 있다.
인간의 시각은 태양빛이나 기타 광원의 빛을 사물이 반사하는 빛을 받아들여 사물이나 색상을 인지하게 되는데, 전광판의 정보 또한 발광소자인 LED의 적, 녹, 청색의 조합에 의해 여러 색상으로 재현하고 이 빛이 인간의 눈에 도달하여 전광판의 정보내용을 인지할 수 있게 하고, 전광판이 설치되는 장소도 다양하여 옥외용은 태양의 영향하에 놓이게 되고, 실내의 경우도 실내조명의 영향을 직간접적으로 받아 전광판에서 표출하는 광원에 외부 광원이 합친 광이 사람들의 눈에 보이게 한다.
전광판의 화이트 밸런스는 주로 암실에서 측정하여 기준을 정하며 설치 위치에 따라 약간의 조정을 거쳐 사용하게 된다. 그러나 옥외에 설치되는 전광판은 방향에 따라 다른데, 동향(東向)으로 향하게 설치한 전광판은 아침에 직접 햇빛을 받는 반면, 서향(西向)의 전광판은 해질 무렵에 직광을 받게 된다.
이러한 태양빛의 색 온도는 태양각도나 날씨에 따라 붉은 태양빛이나 노랑 태양빛 푸른 태양빛 등 다양한 색 온도를 띄게 되는데, 지구의 대기에는 질소와 산소를 포함하는 대기와 수증기, 미세먼지 등이 포함되어 있어 빛의 산란에 영향을 주는데 정오의 햇빛은 푸른 계열을 띄게 되고, 석양 노을은 적색 계열을 띄게 된다. 빛의 산란은 빛이 입자를 만나 진행방향과 다른 여러 방향으로 흩어지는 현상을 말하는 데, 빛의 산란에는 레일리 산란(Rayleigh scattering)과 미 산란(Mie Scattering)이 있다.
레일리 산란(Rayleigh Scattering)은 산란을 유발하는 입자의 크기가 매우 작아 빛의 파장보다도 작을 때 일어나는데 햇빛이 대기를 지나면서 기체 분자에 의해 산란되는 산란각 θ는 파장의 4제곱에 반비례하는 “빛의 세기 ∝ 1/(파장)4승”라는 식을 갖기 때문에 가시광선에서 가장 파장이 짧은 파란빛이 가장 파장이 긴 빨간빛보다 훨씬 큰 각도로 산란한다.
이와 같은 레일리 산란은 푸른 하늘이나 저녁 붉은 노을이 지는 현상을 일으키며 이러한 태양빛이 그대로 전광판에 비추어지는 경우, 정오의 햇빛은 색 온도가 높은 청색 계열의 빛으로 비추어지고 아침과 저녁에는 노을 현상으로 색 온도가 낮은 붉은 계열의 빛이 전광판에 비추어져 전광판의 화이트 밸런스가 동일하지 않게 된다.
한편, 미 산란은 파장보다 입자가 큰 물질에서 산란되는 빛의 산란을 말하는데, 미 산란은 수증기 물 분자, 미세먼지, 꽃가루 등에서 나타나기 때문에, 봄에 미세먼지나 꽃가루가 많을 때 하늘이 뿌연 원인이 된다.
상기와 같은 빛의 산란 이외에도 푸르킨예 현상(Purkinje’s phenomenon effect)이 있다. 이 현상은 색광에 대한 시감도가 명암순응상태에 의해 달라지는 현상인데, 명(明) 순응시에는 붉은색이나 주홍색이, 암(暗) 순응시에는 파란색이 상대적으로 밝게 보이므로 이러한 시감도에 대응한 전광판의 색상구현이 바람직하다. 그리고 LED는 온도에도 민감하여 주변온도에 따라 밝기와 파장이 변하며 특히 RED LED가 심하여 낮은 온도에서는 광도가 높아지고 높은 온도에서는 광도가 낮아져 겨울에는 적색계열 화이트, 여름에는 청색계열 화이트가 표출되어 이러한 온도에 따라 전광판을 보정하는 전광판으로 이건 출원인이 특허를 받고 있는 특허 제10-0350306호와 특허 제10-1738849호의 “전광판 화이트밸런스 유지장치”가 있다.
이와 같이 전광판의 제조와 보정기술의 발달로 고급화 고화질이 이루어지고 있으나, 실제 옥외나 옥내에 설치되는 전광판은 외부 태양빛이나 혹은 조명의 간섭으로 전광판의 시인성은 아직도 떨어지고 있음이 현실정이다. 즉, 대중에게 정보를 전달하는 LED 전광판은 대게 공공장소에 설치되며 옥외용은 태양 영향이 적은 북향 전광판은 극소수이고 대체 적으로 위치 특성상 남향이나 동, 서향이 많기 때문에 햇빛에 노출되어 햇빛의 영향을 많이 받게 된다.
태양 고도가 낮은 아침이나 저녁 무렵에는 빛의 산란에 의해 색온도가 낮은 붉은색 계열의 햇빛이 전광판에 비추어지게 되고, 태양 고도가 높은 정오 시간에는 색 온도가 높은 빛을 받게 되어 전광판 빛이 햇빛에 영향을 받은 상태로 표출하게 된다.
일반적으로 정오의 햇빛은 5,400°K근처, 흐린 날의 낮 빛은 6500∼7000°K, 맑은 날 푸른 하늘빛은 1만 2000∼1만 8000°K 정도의 색 온도의 추세로 측정된다.
햇빛은 이러한 색상 이외에도 빛의 세기에 따라 밝기가 영향을 주며 장소에 따라 다소 다르나 측정결과 그늘은 5,000 lx(룩스)근처 이며 노을이 발생하는 아침, 저녁에는 7,500 룩스 전후 한낮은 태양이 강할 경우 8만에서 10만 정도로 관측되었으나 기온이나 계절, 미세한 구름량 등의 여러 요소가 많아 참고치일 뿐 절대치는 아니다.
하기 표1은 맑은 날 가을날 하루를 정하여 측정한 조도와 색 좌표인데, 계측기 방향을 정남향으로 하여 측정한 한 예의 결과이나 약간의 구름이 영향을 주는 점을 감안해야 한다.
Figure 112021008689154-pat00001
상기 표1에서 정오 부근에는 색온도 5,100°K 햇빛이 주사되는 경우이고, 석양에는 색온도 3,500°K의 붉은 햇빛이 비추고 있음을 의미한다. 도 6은 하루 햇빛 색 좌표 위치를 도시한 것으로 석양과 정오의 경우이다. 전광판이 햇빛을 받을 경우 이러한 색상이 다른 햇빛이 전광판에 더해져 전광판LED 빛이 영향을 받은 상태로 표출되면 도 7의 표시와 같은 영향을 받는다.
도 7은 햇빛 영향 전광판의 색 좌표 이동 상태를 표시한 도면이다.
암실에서 측정된 데이터는 도 7의 암실과 같이 LED고유의 파장의 색상이므로 광범위한 범위로 색 재현이 가능하여 선명하고 순수 색의 표현이 가능하나 햇빛이 더해지면 적, 녹, 청색은 화이트 방향으로 이동되고 그 이동범위는 햇빛의 세기가 셀수록 더 많이 이동되어, 색 재현 범위가 매우 좁아 전광판 영상이 흐릿한 느낌이 생겨 화질의 저하를 가져온다. 중앙 백색도를 보면 햇빛의 색상과 세기에 따라 이동되어 암실에서 측정하여 기준으로 삼은 화이트밸런스가 목표점에서 멀어진다. 이러한 색 이동은 전광판 영상품질의 저하를 가져오므로 가장 이상적인 것은 암실의 측정범위와 동일하게 표출되도록 하는 것이 바람직하나, 현실적으로 불가능하지만 최적으로 목표 점에 이동되도록 하는 것이다.
또한 햇빛이 전광판에 비추어지면 햇빛반사에 의해 콘트라스트가 낮아져 뿌옇게 보이며 흑색이 검게 보이지 않고 회색을 띠게 되며 어두운 색에서 감쇄 되어 보이지 않게 되며 이를 조정함이 바람직하다.
따라서 햇빛이나 외부 조명과 같은 외부 광원이 전광판에 비치게 되더라도 전광판에서 표출하는 색상과 휘도 및 화이트 밸런스의 변화로 인한 색상의 변위가 생겨 화질 저하가 발생하는 일이 없게 하는 전광판의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
KR 특허 제10-0350306호 KR 특허 제10-1738849호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발한 것으로, 외부환경 인자인 햇빛과 인공조명 등의 영향과 온도에 따른 표시소자(LED)의 특성 차이를 최소화하여 표출 영상을 개선하기 위한 것으로, 전광판의 백색이 기준에서 벗어남을 기준에 근접하도록 이동시키어 햇빛 등에 의해 무시되어지는 저 레벨의 색상은 어둡게 하고 인식 가능한 색상의 편차를 늘려 구분이 쉽도록 하여 전광판의 시인성을 높이고, 또한 온도에 따라 달라지는 휘도를 조정하여 온도에도 주변 환경에 자동으로 적응하게 하면서 영상을 보상 및 조정하여 전광판 표출영상의 품질을 높인 지능형 전광판을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판은, LED 스크린에 미치는 외부 정보를 수집하는 조도, 색좌표, 온도를 각각 감지하는 센서들과 상기 센서들로부터 각각 수집된 정보에 의해 상기 LED 스크린을 구동하기 위한 데이터를 생성하는 프로세서와 종합적으로 영상데이터를 조정하는 조정치를 산출하는 AI 제어부를 포함하는 제어부; 및 비디오 소스 영상데이터에 상기 AI 제어부의 환경에 대응한 조정값을 적용하여 상기 LED 스크린에 화질이 개선된 이미지를 표출하는 이미지 프로세싱 컨트롤러(Image Processing Controller)를 포함하고,
상기 제어부는, 외부환경 인자의 영향에 대응키 위해 빛의 조도, 색상, 및 온도를 각각 감지하기 위한 조도센서, 색좌표 센서, 및 온도센서로 이루어진 센서들; 상기 조도센서로부터 측정된 빛의 세기로 콘트라스트가 낮아져 희미해진 LED 스크린의 시인성을 높이고자 영상신호의 일정구간을 설정하고 저, 중, 고 레벨을 구분하여 선택적으로 영상신호 레벨을 조정하기 위한 이미지 레벨 스케일러; 상기 색좌표 센서로부터 측정된 외부광원의 x, y 색 좌표 값을 읽어 D65 좌표 근처인지를 판단하여 근접할 경우 x, y 좌표에 대한 연산은 생략하고 색상의 편차가 심한 좌표 값이 읽어지면 x, y 색상보정을 실행하여 좌표 이동에 필요한 적, 녹, 청 데이터 값을 산출하는 색좌표 프로세서; 상기 이미지 레벨 스케일러로부터 출력되는 외부광원의 조도값에 대한 영상이미지레벨 변화와 상기 색좌표 프로세서로부터 출력되는 외부광원 색 좌표 적, 녹, 청 데이터 값을 혼합하여 햇빛 혹은 조명과 같은 외부광원에 대해 영향을 조정, 연산하는 빛 데이터 믹서 및 프로세서(Light data Mixer & Processer); 전광판 위치정보와 전광판 태양 그늘을 형성하는 LED모듈 선 스크린정보에 의해 햇빛 영향을 주는 상태를 판단하여 외부광원인 태양의 고도와 방위각을 연산하고, 또한 태양의 고도나 방위각이 전광판에 영향이 없을 때는 조정 없이 온도에 의한 LED 밝기만 조정하도록 연산을 실행하기 위한 태양고도 프로세서; 여러 LED 온도의 특성을 메모리하여 상기 온도센서로부터 측정된 온도에 따라 가감할 수 있는 보정데이터를 산출하는 LED 온도 데이터 룩업 프로세서(Data Lookup Processor); 및 상기 빛 데이터 믹서 및 프로세서(Light data Mixer & Processer)의 출력 데이터와 상기 태양고도 프로세서의 출력데이터, LED 온도 특성정보, 전광판의 외부적 사용 환경정보를 종합하여 종합적 조정 값을 산출하기 위한 AI 제어부(Control System)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 이미지 레벨 스케일러는, 외부광원 조도에 의한 영향의 대응으로 영상신호를 상위이미지레벨 g1과 하위이미지레벨 g2와 상, 하위를 구분하는 이미지레벨 변경기준값 s를 변수로 하여, 상위이미지 레벨 스케일링의 상위 값은
결과값(R) = (
Figure 112021008689154-pat00002
)+s : 연산식을 적용하고
하위이미지 레벨 스케일링의 하위값은
결과값(R) =
Figure 112021008689154-pat00003
: 연산식을 적용하여
영상신호의 레벨을 임의 및 자동으로 변경할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
상기 색좌표 프로세서는, 외부광원 색상에 의한 영향으로 전광판의 화이트 목표치 D65인 색좌표 x-0.3128, y-0.3292를 이루기 위해, 색상인 색좌표 이동의 x축 값 연산은
측정점 x - 목표점 x = x' 값이면(상수 * x' * 조도세기 = RED제어값)
IF RED제어값이 +이면 RED 밝기 감소시키고
RED 제어값이 -이면 RED 밝기 증가시키며
y축 값 연산은
측정점 y - 목표점 y = y'값이면(상수 * x' * 조도세기 = GREEN/BLUE 제어값
IF GREEN/BLUE 제어값 +이면 BLUE 밝기 증가시키고
GREEN/BLUE 제어값 -이면 GREEN 밝기 증가시키며
미세 조정으로 적, 녹, 청색의 비율 조정을 추가하여 영상데이터를 증가시킬 경우는 16진수 FF에서 올림수가 발생하므로 영상데이터 처리 시 최대치를 FF(십진수 255)로 제한하여 색상을 구현하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 태양고도 프로세서는, 태양 고도각 연산을
태양시간각도(h : hour angle) : 1시간을 15도씩으로 계산하되, 남중고도 12시를 0도로 하고 남중고도 직전은 (-), 직후는(+)
태양적위(δ)=arcsin[sin(-23.33°)*cos(360°/365.24*(N+10)+360°/π*0.0167*sin(360°/365.24)*(N-2))]
태양천정각(θ) = acos(sin
Figure 112021008689154-pat00004
*sinδ + cos
Figure 112021008689154-pat00005
*cosδ*cos h)
태양고도(α) = asin(sin
Figure 112021008689154-pat00006
*sinδ + cos
Figure 112021008689154-pat00007
*cosδ*cos h)
태양 방위각(Φ)
Φ = acos(sinδ*cos
Figure 112021008689154-pat00008
- cosΗ*cosδ*sin
Figure 112021008689154-pat00009
)/sinθ(h 값이 0보다 클 경우)
Φ = 360-acos( (sinδ*cos
Figure 112021008689154-pat00010
- cosΗ*cosδ*sin
Figure 112021008689154-pat00011
)/sinθ(h값이 0보다 작을 경우)
로 연산하여 전광판 설치 위치의 태양 고도와 방위각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 스크린에는 상기 조도 센서를 가리기 위한 선 스크린을 포함하고, LED에 햇빛을 가려진 그늘과 상기 조도센서의 선 스크린의 고도각을 일치시켜, 상기 LED에 햇빛을 가려진 그늘과 조도센서의 선스크린에 의한 그늘을 같게 하여 상기 조도센서의 측정 데이터가 상기 LED 스크린의 LED에 비추어지는 햇빛형태를 동일하게 하여 측정의 정확도를 높일수 있게 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하기 실시 예에 의하면, 외부 햇빛과 인공조명 등의 영향과 온도에 따른 표시소자(LED 등)의 특성 차이를 최소화하여 표출 영상을 개선함으로써 시인성을 높인 효과를 부여한다.
또한 LED 전광판과 같은 디스플레이 장치에 적용할 수 있는 효과도 제공한다.
도 1은 본 발명의 전체 시스템 구성도이고,
도 2는 도 1의 환경감지/스크린 제어부에 대한 상세 블록도이고,
도 3은 도 1의 전광판에 햇빛이 가해지는 경우를 예시한 도면이며,
도 4는 도 3의 전광판에 태양빛이 가해지는 태양빛의 레일리 산란(Rayleigh Scattering)과 미 산란(Mie Scattering) 형태를 예시한 도면이며,
도 5는 도 3의 전광판에 가해지는 태양 고도에 의한 레일리 산란 예를 정오와 석양으로 구분하여 예시한 도면이고,
도 6은 태양광을 측정한 것으로 정오와 석양 무렵에 측정한 색 좌표를 예시한 도면이고,
도 7은 전광판의 적, 녹, 청색 및 백색을 암실과 오전, 오후 색상 좌표를 측정한 것으로, 태양광 영향 전광판의 색좌표 이동 상태를 나타낸 도면이며,
도 8은 본 발명에 사용하기 위한 날씨 정보 수집 사이트를 예시한 도면으로, (a)는 사이트 화면 예이고, (b)는 고도/ 방위 예를 도시한 것이다
도 9는 전광판의 고도 각을 예시한 도면으로, (a)는 LED모듈 선 스크린 고도각 으로 그늘지는 각도범위를 도시한 것이고, (b)는 센서 선 스크린 고도각으로 LED모듈과 일치하도록 인위적으로 센서 상단에 선 스크린을 부착한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 연산 흐름도(Flow Chart)이고,
도 11은 일일 오전 전광판 환경값 예를 표시한 도면으로, (a)는 시간별 온도 미세먼지 태양 고도 및 방위각 조도, 색좌표 측정값을 표시한 것이고, (b)는 전광판에 비치는 햇빛 색좌표이다.
도 12는 일일 측정된 햇빛을 색 좌표에 표기한 그래프이며,
도 13은 도 2의 영상신호 이미지 레벨 스케일링 예시도로, (a)는 본 발명의 영상신호 레벨을 달리하여 영상신호의 저 레벨과 고 레벨 부분을 저감 시키는 예시 도이고, (b)는 반대로 중간 레벨의 영상신호를 저감 시키는 예시 도이며, (c)는 이미지 레벨변경기준값을 60으로 설정하고 상위값과 하위값을 설정하여 이미지 레벨 스케일링을 시행한 것으로 저 레벨의 영상 신호를 저감 시키는 예시도이다.
본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다.
본 발명에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시 예나 이 실시 예에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 발명에 사용되는 모든 용어들은 이하의 발명 내용을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 발명에서 사용되는 "포함하는" "구비하는" "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시 예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 발명에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
또한 본 발명에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
또 본 발명에서 사용되는 "정면" "전방" 등의 방향 지시어는 첨부된 도면에서 x축 방향을 기준으로 하고, "후면", "후방" 등의 방향 지시어는 그 반대 방향을 의미한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판의 실시 예를 상세하게 설명한다.
또한, 이하에서 설명하는 본 발명에 따른 전광판은 외부 간섭 요인으로 실내 조명 보다는 태양광인 햇빛의 영향을 받게 되는 실외 전광판의 경우를 일 예로 들어 설명한다. 그 이유는 실내에 설치되는 전광판은 실내조명의 영향이 전광판의 극소의 특수지역에만 영향을 주기 때문이다.
도 1은 본 발명의 전체 시스템 구성도이다.
도면 표시와 같이, 본 발명에 따른 전광판(100)은, LED 스크린(110), 이 LED 스크린(110)에 미치는 외부 정보를 수집하는 조도, 색좌표, 온도를 각각 감지하는 센서들(122-1,122-2,122-3)로 이루어진 센서들(122)과 이 센서(122)로부터 수집된 정보에 의해 LED 스크린(110)을 구동하기 위한 데이터를 생성하는 프로세서들과 종합적으로 영상데이터를 조정하는 조정치를 산출하는 AI 제어부를 포함하는 제어부(120), 소스 비디오 영상데이터를 상기 제어부(120)의 조정데이터에 의해 목표치로 조정을 실행하는 이미지 프로세싱 컨트롤러(Image Processing Controller)(140)를 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 LED 스크린(110)에 태양광이 비춰 지게 되면서 LED 스크린(110)에 영향을 주는 것과, 그리고 주변의 온도가 높거나 낮으면 LED 특성상 LED 밝기가 달라져 색상변화가 발생하는 것 등의 외부환경 인자에 의해 저하될 우려가 있는 전광판의 화질을 개선할 수 있게 한다.
도 2는 도 1의 제어부(120)에 대한 상세 블록도이다. 이 도면을 참조하여 도 1을 보다 상세하게 설명한다.
도면 표시와 같이, 제어부(120)는, 조도, 색좌표, 온도를 각각 감지하는 센서들(122-1,122-2,122-3)을 포함하고 있다.
전광판의 LED 스크린(110)에 영향을 주는 외부 광원 즉 햇빛의 세기와 색상은 조도센서(122-1)와 색 좌표센서(122-2)에서 감지되는데, 예컨데 크로마 메터(Chroma Meter)를 사용하면 조도와 색 좌표를 동시에 측정할 수 있어 매우 바람직하다. 또한 전광판의 LED 스크린(110)의 화질에 영향을 미치는 것은 조도가 높은 햇빛과 D65로 조정된 색상에서 벗어난 적색계열의 색 좌표를 띤 햇빛이 비추어질 때 화질에 영향이 심해진다. 그리고 날씨는 구름 등에 의해 변화가 심한데 주변의 비행체에 의해 순간적 변화가 나타날 수 있어 이러한 경우를 모두 반영하면 전광판이 이상 동작할 수 있어 일정시간의 통계와 일정량의 변화값을 정하고 이를 판단하여 적용하는 것이 바람직하며, 이러한 연산을 실행하기 위해 '이미지 레벨 스케일러(123)' '색 좌표 프로세서(124)' '빛 데이타 믹서 및 프로세서(Light Data Mixer & Processor)(125)' 'LED 온도 데이타 조회 프로세서(Lookup Processor)(126)' '태양고도 프로세서(Processor)(127)'등의 프로세서와 그리고 AI 제어부(AI Control System)(128)를 포함하고 있다.
상기 조도센서(122-1)는 햇빛과 같은 외부광원의 영향에 대응키 위해 빛의 세기를 감지하고, 상기 색좌표 센서(122-2)는 색상을 감지한다.
상기 이미지 레벨 스케일러(123)는 빛의 세기로 대비(콘트라스트)가 낮아져 희미해진 LED Screen(110)의 시인성을 높이고자 영상신호의 일정구간을 설정하고 저, 중, 고 레벨을 구분하여 선택적으로 영상신호 레벨을 조정한다.
상기 색좌표 프로세서(124)는 후술하는 측정된 외부광원의 x, y 색 좌표 값을 읽어 D65 좌표 근처인지의 여부를 판단하여 근접할 경우 x, y 좌표에 대한 연산은 생략하고, 색상의 편차가 심한 좌표 값이 읽어지면 x, y 색상보정을 실행하여 좌표 이동에 필요한 적, 녹, 청 데이타 값을 산출한다.
상기 빛 데이타 믹서 및 프로세서(Light Data Mixer & Processor)(125)는 상기 이미지 레벨 스케일러(123)의 출력인 외부광원의 조도 값에 대한 영상이미지 레벨 변화와 상기 색좌표 프로세서(124)의 출력인 외부광원 색 좌표 적, 녹, 청 데이타 값을 혼합하여 외부광원에 대해 영향을 조정, 연산한다.
상기 LED 온도 데이타 조회 프로세서(Lookup Processor)(126)는 태양의 고도와 방위각을 연산하고 전광판 위치정보(129)와 전광판에 태양 그늘을 형성하게 되는 LED모듈 선 스크린정보(129-2)에 의해 햇빛 영향을 주는 상태를 판단하여 후술하는 태양의 고도나 방위각이 전광판에 영향이 없을 때는 조정 없이 온도에 의한 LED 밝기만 조정하도록 연산을 실행한다.
상기 AI 제어부(AI Control System)(128)는 외부광원에 대해 영향을 조정, 연산하는 상기 빛 데이타 믹서 및 프로세서(Light Data Mixer & Processor)(125)의 출력데이터와 전광판의 스크린에 비춰지는 태양의 고도와 방위각의 정보를 연산하는 상기 태양고도 프로세서(127)의 출력데이터 및 LED 온도센서(122-3)로부터 입력되는 LED 온도 특성정보 등의 LED 전광판의 외부적 사용 환경정보를 종합적으로 관리하여 종합적인 조정 값을 산출한다.
상기 이미지 프로세싱 컨트롤러(Image Processing Controller)(140)는 통상의 입력되는 비디오 소스 영상데이터에 상기 AI 제어부(AI Control System)(128)의 환경에 대응한 조정값을 적용하여 상기 LED 스크린(110)으로부터 영상을 표출시키는 작용을 실행한다.
도 6은 태양광을 측정한 것으로 정오와 석양 무렵에 측정한 색 좌표를 예시한 도면이고, 도 7은 전광판의 적, 녹, 청색 및 백색을 암실과 오전, 오후 색상 좌표를 측정한 것으로, 태양광 영향 전광판의 색좌표 이동 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1 표시의 전광판이 정남향으로 설치한 것이라고 가정하여, 전광판에 비추어지는 맑은 가을날의 햇빛의 색 좌표를 측정한 x, y좌표를 도식화한 것이다(표1의 가을 하루 햇빛의 색 좌표 참조)
도면 표시와 같이, 석양의 경우 노을이 많이 생겨 색 온도 3500°k의 적색의 햇빛이 전광판에 비추지는 것임을 알 수 있고, 정오에는 색 온도 5169°k 햇빛이 전광판에 비추어지는 것을 알수 있다.
도 7은 하기 표 2를 색 좌표에 표기한 것인데, 실험실인 암실에서 순수 LED 전광판 상태를 측정한 것과 햇빛이 비추어질 때 전광판의 색상 x, y좌표를 측정한 것이다. 밝을수록 백색 쪽으로 이동이 있어 색 재현범위가 좁아 짐을 알 수 있다.
Figure 112021008689154-pat00012
표 2와 도 7 역시 정남향으로 설치된 전광판이 선 스크린이 짧아서 햇빛의 영향을 비교적 많이 받는 경우의 LED 전광판을 측정한 것으로 절대치는 아니며 그날의 기상과 전광판의 설치형태 방향에 따라 다를수 있으나, 중요한 것은 선 스크린이 설치되어 있다고 하여도 햇빛의 영향을 받고 있음은 확실하다는 것을 알수 있다.
상기와 같이 전광판의 화질은 외부 영향으로 화질의 저하가 있을 수 있는 것임을 알 수 있는데, 이에 더하여 본 출원인이 특허를 취득하고 있는 특허문헌1의 제10-0350306호 “전광판 화이트밸런스 유지장치”와 같이 외부 온도에 따라서 동일한 전류에도 전광판의 LED의 밝기가 변할 수 있다.
특히 RED LED의 경우 낮은 온도에서 밝아지고 고온에서는 어두워지는 특성이 심해 화이트밸런스가 목표치에 벗어나는 것을 보정할 필요가 있다. 이는 외부 환경인 조광과 기온에 따라 전광판 화질의 영향을 받게 되는 것을 알수 있는데, 이러한 문제점 개선을 위하여 본 발명은 도 1 내지 도 2와 같은 구성을 구현한 것이다.
도 8은 본 발명에 사용하기 위한 날씨 정보 수집 사이트를 예시한 도면으로, (a)는 사이트 화면 예이고, (b)는 고도/방위 예를 도시한 것이다. 도 9는 전광판의 고도 각을 예시한 도면으로, (a)는 LED모듈 선 스크린 고도각으로 그늘지는 각도범위를 도시한 것이고, (b)는 센서 선 스크린 고도각으로 LED모듈과 일치하도록 인위적으로 센서 상단에 선 스크린을 부착한 예시 도이다.
도면 표시와 같이, 전광판의 LED 모듈인 LED에 햇빛을 가려진 그늘과 센서의 그늘을 같게 할때, 도 1,2의 표시와 같은 구성에 의하여, 센서의 측정 데이터가 전광판의 LED모듈의 LED에 비추어지는 햇빛 형태가 동일하여 정확한 측정이 이루어진다. 햇빛은 노을이 생기는 색 온도가 낮은 적색계열의 색 좌표와 빛의 세기인 조도에 따라 전광판이 영향을 많이 받으며 조도가 높을 경우에는 전광판에 표출되는 어두운 레벨의 영상은 보이지 않으며 색 온도가 낮은 햇빛에는 표출색상의 좌표이동이 이루어져 화이트 밸런스가 무너지는 현상이 발생하는데 이를 조정하여 영향이 적어지도록 해야 한다.
이러한 태양의 조도와 색상인 색 좌표의 상관관계를 조정 연산하는 기능을 도 2의 빛 데이타 믹서 및 프로세서(Light Data Mixer & Processor)(125)에서 실행한다.
예컨데, 전광판 LED 스크린(110)에 비추어지는 색상의 색 온도가 낮은 적색계열의 햇빛이 비추어지면 햇빛과 전광판 LED 빛이 합쳐진 빛인 적색이 포함된 전광판 영상을 보게 되므로 전광판에서는 적색을 감하거나 청색과 녹색을 더하여 화이트 밸런스를 조정하여 표출한다. 백색인 경우 D65에 색 온도가 6500°K 되도록 조정해 준다.
도 9의 표시와 같이, LED 스크린(110)의 LED 모듈에 선 스크린(130)을 설치하여 햇빛을 가려주는 경우, 햇빛이 발광체인 LED에 직접 조명되지 않아 도 8의 표시와 같은 태양 고도가 높은 정오 특히 여름 낮에는 그늘이 형성되어 영향이 적으나, 태양 고도가 낮아진 겨울이나 아침과 저녁에는 LED에 직광이 비추어져 전광판 LED 스크린(110)에서 반사되는 빛이 많아 전광판의 표출영상은 어두운 레벨은 보이지 않아 화질저하가 있게 된다. 이때는 도 2의 이미지 레벨 스케일러(123)에서 영상데이터 간 편차를 두어 어두운 부분과 밝은 부분의 차이가 더 나도록 영상데이터를 조정하여 선명한 화면구현을 하며, 이러한 햇빛의 조도에 따라 보정상수가 정해지면 햇빛 색상에 따라 화이트가 목표 좌표 색상에 일치하도록 전광판 표출 영상을 조정하는 데, 이 또한 도 2의 빛 데이타 믹서 및 프로세서(Light Data Mixer & Processor)(125)에서 실행한다.
도 10은 본 발명의 연산 흐름도(Flow Chart)로, 도 2를 참조하여 같이 설명한다.
도면 표시와 같이, 전광판의 환경정보 설정단계(S10,S20,S30,S40)는 전광판의 LED 스크린(110)에 비추어지는 햇빛의 색 좌표, 조도, 온도센서(122-1,122-2,122-3)에 의해 수집되고, 전광판 위치 설정은 설치할 곳과 방향을 입력하여 태양의 고도와 방위각을 알 수 있으며(도 8 및 도9 참조). 이러한 정보가 전광판 위치 및 선스크린 정보로 상기 4가지가 환경정보에 해당한다.
전광판의 화이트 밸런스를 D65인 6500°K(좌표 x-0.3128, y-0.3292)를 기준으로 석양 노을 3500°K(좌표 x-0.4030, y-0.3864) 햇빛이 전광판에 낮은 고도에서 비추어지면, 적색계열의 햇빛이 전광판 LED 불빛과 혼합되어 표출되고 6500°K와 유사한 햇빛은 영향이 적게 된다.
따라서 상기 단계(S10)에서 측정 입력된 외부 x, y 색 좌표 값을 읽어 D65 좌표에 근접하는가의 여부를 판단(S12)하여 근접할 경우 x, y 좌표에 대한연산은 생략하고, 색상의 편차가 심한 좌표 값(D65 좌표에서 멀어지는 값)이 읽어지는 경우 x, y 좌표 편찬 연산(S12)에 따른 x, y 색상보정을 하여 좌표 이동에 필요한 적, 녹, 청 data 값을 산출한다(S13). 노을빛이 비추어지면 적색을 감하거나 청색과 녹색을 더하는 함수를 산출하며, 6500°K와 유사한 범위는 실제 전광판을 작동시켜 화이트를 표출하고 이동하는 좌표에 따라 범위를 설정하는 것이 바람직하다.
상기 조도센서(122-1)에서 읽어들인 외부 조도값(S20)은 높을수록 낮은 레벨의 영상이 보이지 않아 이미지 레벨 스케일링(S21)을 통한 영상 데이터의 조정이 필요하며 표출하고자 하는 영상데이터의 레벨간 편차를 더하여 레벨차가 지도록 함수를 조정하면(S14) 더 선명한 화면구현이 가능하다.
즉, 전광판이 햇빛의 영향은 적색계열의 햇빛에 의해 색상이 변하는 것과 조도에 의해 저 레벨의 영상이 보이지 않는 점이 영향으로 나타나는데, 본 발명은 이러한 문제점을 보완하고 더해 온도에 대한 보정을 실행하여(S30) 양질의 화질이 되도록 하였다.
온도에 대한 LED 보정은 본 출원인의 특허 제10-0350306호의 “전광판 화이트밸런스 유지장치”와 유사하나 LED는 제조회사별로 다른 온도특성으로 인하여, 사용하는 여러 LED 온도 특성은 LED 온도 데이타 조회 프로세서(Lookup Processor)(126)에 메모리 하였다가 선택하여 온도에 따라 가감할 수 있는 보정지수를 산출하여 AI 제어부(128)에 제공할 수 있다.
상기 전광판 위치 정보와 전광판 태양 그늘을 형성하는 선 스크린 정보(S40)에 의해 햇빛 영향을 주는 고도 방위각 상태를 판단하며(S41), 태양의 고도나 방위각이 전광판에 영향이 없을 때는 조정단계(S42)없이 온도에 의한 LED 밝기 보정만 하도록 연산하고(S15), 입력되는 소스영상신호를 환경정보 연산 값으로 조정하여(S16) 전광판에 표출하게 하면 개선된 영상이 전광판 표시면인 LED 스크린(110)에 표출되어 화질개선이 이루어지게 된다.
상기 전광판의 방위각과 고도를 연산하기 위한 식은 다음과 같다.
- 적위(δ, declination of the Sun) : 날마다 변하는 태양빛과 적도가 이루 는 각도
- 지역의 위도(
Figure 112021008689154-pat00013
, latitude)
- 지역의 경도(longitude)
- 시간 각(h, hour angle) : 1시간을 15도씩으로 계산하되, 남중고도 12시를 0도로하고 남중고도 직전은 (-), 직후는(+).
- 태양천정각(θ, solor zenith angle): 천정(하늘)과 태양이 이루는 각도
- 태양고도(α, solar elevation angle):지면과 태양이 이루는 각도(90- θ)
- 태양방위(Φ,soloar azimuth angle): 북쪽을 기준으로 시계방향으로 설정 (북>동>남>서),xyz 좌표 방향과 반대
태양적위 계산 공식은 다음과 같다.
δ = arcsin[sin(-23.33°)*cos(360°/365.24*(N+10)+360°/π
*0.0167*sin(360°/365.24)*(N-2))]
상기 공식에서 N은 1 월 1 일이 시작될 때 세계시 (UT) 자정에 N = 0으로 시작하는 연중 일이다.
태양시간각도 계산공식(h)
태양시간각도는 정로를 기준 0도로 해서 오전일 경우 -로 오후 일때는 +로 계산한다.
오전 10시 30분일 경우 -22.5입니다.(시간당 15° * 정오전 1.5시간)
경도 값의 경우 표준시 위치를 기준으로 보정을 해줘야 정확한 고도 값을 산출할 수 있다.
태양고도(α) 계산공식
θ = acos(sin
Figure 112021008689154-pat00014
*sinδ + cos
Figure 112021008689154-pat00015
*cosδ*cos h)
α = asin(sin
Figure 112021008689154-pat00016
*sinδ + cos
Figure 112021008689154-pat00017
*cosδ*cos h)
태양 방위각(Φ) 계산공식
h 값이 0보다 클 경우 값을 그대로 표기한다.
Φ = acos( (sinδ*cos
Figure 112021008689154-pat00018
- cosΗ*cosδ*sin
Figure 112021008689154-pat00019
)/sinθ
h 값이 0보다 작을 경우 아래와 같이 계산해서 표기한다.
Φ = 360-acos( (sinδ*cos
Figure 112021008689154-pat00020
- cosΗ*cosδ*sin
Figure 112021008689154-pat00021
)/sinθ
도 11은 일일 오전 전광판 환경값 예를 표시한 도면으로, (a)는 시간별 온도 미세먼지 태양 고도 및 방위각 조도, 색좌표 측정값을 표시한 것이고, (b)는 전광판에 비치는 햇빛 색좌표이다. 도 12는 일일 측정된 햇빛을 색 좌표에 표기한 그래프이다.
도 11의 표시와 같이, 동절기 하루 중 오전 8시 31분부터 12시 51분까지 10분 간격으로 기온과 날씨, 미세먼지 태양 고도와 방위각, 전광판에 비추어지는 햇빛 조도, 색 좌표 및 색 온도를 측정한 값으로, 8시 51분 태양이 비추면서 색 온도가 낮은 햇빛이 전광판에 비추어지고, 태양 고도가 높아진 정오로 갈수록 색 온도가 낮아지며 구름에 햇빛이 가리면 또한 색 온도가 낮아지는 것을 알수 있다.
이러한 정보는 도 2의 AI 제어부(Control System)(128)에 저장하여 빅 데이터로 활용할 수 있으며, 전광판이 사용된 온도 데이터 햇빛의 일조량 등의 자료로도 활용할 수 있다. 상기 AI 제어부(Control System)(120)는 전광판의 외부적 사용환경 정보를 종합하여 관리하며 극한의 온도가 감지되면 화재 위험성을 관리자에게 알려 주는 역할도 한다. 이와 같은 종합 정보는 빅 데이터로 활용되어 전광판의 설계나 현 설치장소에 전광판을 신규로 설치할 경우 기초자료로도 활용할 수 있다.
태양등 외부 조광에 의한 조도와 색도, 사용 온도 및 태양 고도와 방위 정보와 같은 환경정보는 도 2의 제어부(120)서 종합되어 전광판을 조정하기 위해 연산되고, 연산 조정된 데이터는 상기 제어부(120)의 AI 제어부(Control System)(128)에서 이미지 프로세싱 컨트롤러(Image Processing Controller)(140)로 보내지며 이미지 프로세싱 컨트롤러(140)는 비디오 소스 영상신호(데이터)에 적용하여 전광판의 LED 스크린(110)에 표출하여 본 발명이 적용된 영상을 보여주게된다.
한편, 하기 표3은 색 좌표 이동 예를 보여주는 것인데, 표 3에서 색 좌표가 측정좌표와 같이 측정되고 목표점으로 이동하려면, BLUE를 증가시키거나 RED를 감소하면 이동하며 정확한 위치를 위해서는 GREEN을 가감해야만 가능하며 다음의 연산으로 실행한다.
Figure 112021008689154-pat00022
1) x축 값 연산
측정점 x - 목표점 x = x' 값이면
상수 * x' * 조도세기 = RED제어값
IF RED제어값이 +이면 RED 밝기 감소시킴
RED제어값이 -이면 RED 밝기 증가시킴(RED를 증가시킬 경우는 16진수 FF에서 올림수가 발생하므로 영상데이터 처리 시 최대치를 FF로 제한함)
2) y축 값 연산
측정점 y - 목표점 y = y'값이면
상수 * x' * 조도세기 = GREEN/BLUE 제어값
IF GREEN/BLUE 제어값 +이면 BLUE 밝기 증가시킴
GREEN/BLUE 제어값 -이면 GREEN 밝기 증가시킴(증가 시킬 경우는 16진수 FF에서 올림수가 발생 하므로 영상데이터 처리 시 최대치를 FF로 제한함)
이와 같이 조정하면 좌표 이동을 할 수 있으며 정확한 조정을 위해서는 상기 공식에 국한된 것이 아니고 적, 녹, 청색의 비율 조정이 필요하다. 이러한 연산은 도 2의 색좌표 Processor(124)에서 기본 값을 연산하며 조도를 감안한 상세 연산은 빛 데이타 믹서 및 프로세서(Light Data Mixer & Processor)(125)에서 실행한다.
그리고 전광판에 고도가 낮은 햇빛이 LED 스크린 표면에 직접 비추어 질 때 콘트라스트가 낮아져 낮은 밝기의 영상은 희미하게 되어 보이지 않을 때는, 도 2의 이미지 레벨 스케일러(123)에서 영상신호를 조정하여 시인성을 높인다. 이에 대해서는 도 13을 참조하여 설명한다.
도 13은 도 2의 영상신호 이미지 레벨 스케일링 예시도로, (a)는 본 발명의 영상신호 레벨을 달리하여 영상신호의 저 레벨과 고 레벨 부분을 저감시키는 예시도이고, (b)는 반대로 중간 레벨의 영상신호를 저감시키는 예시도이며, (c)는 이미지 레벨변경기준값을 60으로 설정하고 상위값과 하위값을 설정하여 이미지 레벨 스케일링을 시행한 것으로 저 레벨의 영상 신호를 저감 시키는 예시도이다.
도면 표시와 같이, 도 13은 전광판에 햇빛이 비추어질 때 시인성을 높이는 방법을 설명하는 것으로, (a)는 영상신호의 일반적인 감마 보정에 대한 그래프(CRT 특성과 인간의 시감도를 감안한 감마보정에 대한 것)인데, 본 발명은 이러한 일반적인 보정과 다르게 적, 녹, 청(R,G,B)인 각 8Bit 영상신호의 레벨을 나누어 영상신호 구간별 영상신호에 가산하여 레벨을 올려 주거나 하위레벨은 절하하여 영상신호 간 밝기 폭을 확대시켜 시인성이 높도록 해 준다.(본 발명에서는 8bit로 설명하고 있으나 소스가 10bit나 12bit인 경우는 확장하면 되어 8bit로만 한정되는 것은 아니다.)
신호 레벨을 정확히 상, 하 2단계로 나눈다고 하면, 도 13의 (a)와 (b)와 같이, 이진수 00000000~01111111(십진수0~127)과 이진수 10000000~11111111(십진수128~255)로 나눌 수 있으나, 도 13의 (c)는 낮은 단계에서 구분한 것으로 영상신호 그레이 스케일을 십진수 255단계 중 십진수 60에서 구분하여 이미지 레벨의 변화를 준 것으로 영상 데이터 60 이하는 낮게 하여 햇빛에 영향으로 보이지 않는 부분을 상쇄한 것이며 이미지 레벨을 스케일링한 도면에서 확인할 수 있다. 이미지 레벨 스케일 공식은 다음과 같다
우선 변수의 경우
- 상위이미지레벨 지수를 g1
- 하위이미지레벨 지수를 g2
- 이미지레벨 변경기준 값(변곡점)을 s
- 영상입력 RGB데이터를 각 데이터를 D라 하면, 아래와 같은 공식으로 처리한다.
영상신호의 상위이미지 레벨 스케일링은
결과값(R) = (
Figure 112021008689154-pat00023
)+s 의 공식으로 계산하며
영상신호의 하위이미지 레벨 스케일링은
결과값(R) =
Figure 112021008689154-pat00024
의 공식으로 계산한다.
결과값으로 나온 R 값을 출력의 각 RGB데이터로 변화해 출력하면, 영상데이터 이미지 레벨이 스케일링 된다.
따라서 변수가 ① 상위이미지레벨 지수 g1
② 하위이미지레벨 지수 g2’
③ 이미지레벨변경기준 값(변곡점) s로
3가지를 변경할 수 있으며, 설치장소나 전광판의 밝기에 따라 인위적으로 설정하거나 자동으로 변경할수 있다.
예컨데, 도 13의 (c)의 저 레벨 저감에 대해 자동 실행한다면 태양의 고도가 낮은 아침과 저녁 석양 무렵의 설정이 (c)와 같다고 하면 흐린 날씨나 태양의 고도가 올라가 햇빛을 가려주는 선 스크린이 역할을 하면 저 레벨의 영상도 잘 보이게 되어 (c)와 같이 설정하면 오히려 영상의 품질은 떨어지게 하여 하위 값을 낮추거나 변곡점을 변경할 필요가 있는데, 이러한 행위를 자동적으로 변경 설정할 수 있게 하였다.
도 13의 (a) (b) (c)는 이미지 레벨을 스케일링하기 위한 여러 변형 형태이며, 필요에 따라 적당한 구간을 설정할 수 있도록 하였다.
도 13의 (a)는 영상신호를 조정할 때 저 휘도와 고 휘도 레벨을 낮출 때 사용하며, 반대로 (b)는 중간휘도 레벨 영상신호를 저감시킬 때 사용한다.
따라서 일부 구간의 영상데이터를 조정하거나 시인성이 떨어지는 불필요한 부분의 영상신호 레벨을 조절하여 전력절감 효과도 얻을수 있다.
이러한 여러 기능은 운영프로그램에 포함되어 운영자로 하여금 선택할 수 있게 하였다.
본 발명은 햇빛이나 조명에 의해 전광판의 색상이 변하거나 햇빛 반사로 전광판의 영상이 희미해지는 화질저하를 개선하기 위한 발명이나 햇빛 영향이 없는 전광판에도 화질개선을 위해 적용할 수 있다.
본 발명은 모든 전광판 혹은 디스플레이 장치에 적용하여 외부의 광원에 영향 없이 화질의 시인성을 높이는 이익을 제공한다.
100 : 지능형 전광판
110 : LED 스크린
120 : 제어부
122 : 센서
122-1 : 조도센서
122-2 : 색좌표 센서
122-3 : 온도 센서
123 : 이미지 레벨 스케일러
124 : 색 좌표 프로세서
125 : 빛 데이타 믹서 및 프로세서(Light Data Mixer & Processor)
126 : LED 온도 데이타 조회 프로세서(Lookup Processor)
127 : 태양고도 프로세서
128 : AI 제어부
130 : 선 스크린
140 : 이미지 프로세싱 컨트롤러(Image Processing Controller)

Claims (6)

  1. 삭제
  2. LED 스크린에 미치는 외부 정보를 수집하는 조도, 색좌표, 온도를 각각 감지하는 센서들과 상기 센서들로부터 각각 수집된 정보에 의해 상기 LED 스크린을 구동하기 위한 데이터를 생성하는 프로세서와 종합적으로 영상데이터를 조정하는 조정치를 산출하는 AI 제어부를 포함하는 제어부; 및
    비디오 소스 영상데이터에 상기 AI 제어부의 환경에 대응한 조정값을 적용하여 상기 LED 스크린에 화질이 개선된 이미지를 표출하는 이미지 프로세싱 컨트롤러(Image Processing Controller);를 포함하고,
    상기 제어부는, 외부환경 인자의 영향에 대응키 위해 빛의 조도, 색상, 및 온도를 각각 감지하기 위한 조도센서, 색좌표 센서, 및 온도센서로 이루어진 센서들;
    상기 조도센서로부터 측정된 빛의 세기로 콘트라스트가 낮아져 희미해진 LED 스크린의 시인성을 높이고자 영상신호의 일정구간을 설정하고 저, 중, 고 레벨을 구분하여 선택적으로 영상신호 레벨을 조정하기 위한 이미지 레벨 스케일러;
    상기 색좌표 센서로부터 측정된 외부광원의 x, y 색 좌표 값을 읽어 D65 좌표 근처인지를 판단하여 근접할 경우 x, y 좌표에 대한 연산은 생략하고 색상의 편차가 심한 좌표 값이 읽어지면 x, y 색상보정을 실행하여 좌표 이동에 필요한 적, 녹, 청 데이터 값을 산출하는 색좌표 프로세서;
    상기 이미지 레벨 스케일러로부터 출력되는 외부광원의 조도값에 대한 영상이미지레벨 변화와 상기 색좌표 프로세서로부터 출력되는 외부광원 색 좌표 적, 녹, 청 데이터 값을 혼합하여 햇빛 혹은 조명과 같은 외부광원에 대해 영향을 조정, 연산하는 빛 데이터 믹서 및 프로세서(Light data Mixer & Processer);
    전광판 위치정보와 전광판 태양 그늘을 형성하는 LED모듈 선 스크린정보에 의해 햇빛 영향을 주는 상태를 판단하여 외부광원인 태양의 고도와 방위각을 연산하고, 또한 태양의 고도나 방위각이 전광판에 영향이 없을 때는 조정 없이 온도에 의한 LED 밝기만 조정하도록 연산을 실행하기 위한 태양고도 프로세서;
    여러 LED 온도의 특성을 메모리하여 상기 온도센서로부터 측정된 온도에 따라 가감할 수 있는 보정데이터를 산출하는 LED 온도 데이타 조회 프로세서(Data Lookup Processor); 및
    상기 빛 데이터 믹서 및 프로세서(Light data Mixer & Processer)의 출력 데이터와 상기 태양고도 프로세서의 출력데이터, LED 온도 특성정보, 전광판의 외부적 사용 환경정보를 종합하여 종합적 조정 값을 산출하기 위한 AI 제어부(Control System);를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이미지 레벨 스케일러는, 외부광원 조도에 의한 영향의 대응으로 영상신호를 상위이미지레벨 g1과 하위이미지레벨 g2와 상, 하위를 구분하는 이미지레벨 변경기준값 s를 변수로 하여, 상위이미지 레벨 스케일링의 상위 값은
    결과값(R) = (
    Figure 112021058142524-pat00025
    )+s : 연산식을 적용하고
    하위이미지 레벨 스케일링의 하위값은
    결과값(R) =
    Figure 112021058142524-pat00026
    : 연산식을 적용하여
    영상신호의 레벨을 임의 및 자동으로 변경할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 색좌표 프로세서는, 외부광원 색상에 의한 영향으로 전광판의 화이트 목표치 D65인 색좌표 x-0.3128, y-0.3292를 이루기 위해, 색상인 색좌표 이동의 x축 값 연산은
    측정점 x - 목표점 x = x' 값이면(상수 * x' * 조도세기 = RED제어값)
    IF RED제어값이 +이면 RED 밝기 감소시키고
    RED 제어값이 -이면 RED 밝기 증가시킴 시키며
    y축 값 연산은
    측정점 y - 목표점 y = y'값이면(상수 * x' * 조도세기 = GREEN/BLUE 제어값
    IF GREEN/BLUE 제어값 +이면 BLUE 밝기 증가시키고
    GREEN/BLUE 제어값 -이면 GREEN 밝기 증가시키며
    미세 조정으로 적, 녹, 청색의 비율 조정을 추가하여 영상데이터를 증가시킬 경우는 16진수 FF에서 올림수가 발생하므로 영상데이터 처리 시 최대치를 FF(십진수 255)로 제한하여 색상을 구현하게 하는 것을 특징으로 하는 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 태양고도 프로세서는, 태양 고도각 연산을
    태양시간각도(h : hour angle) : 1시간을 15도씩으로 계산하되, 남중고도 12시를 0도로 하고 남중고도 직전은 (-), 직후는(+)
    태양적위(δ)=arcsin[sin(-23.33°)*cos(360°/365.24*(N+10)+360°/π
    *0.0167*sin(360°/365.24)*(N-2))]
    태양천정각(θ) = acos(sin
    Figure 112021008689154-pat00027
    *sinδ + cos
    Figure 112021008689154-pat00028
    *cosδ*cos h)
    태양고도(α) = asin(sin
    Figure 112021008689154-pat00029
    *sinδ + cos
    Figure 112021008689154-pat00030
    *cosδ*cos h)
    태양 방위각(Φ)
    Φ = acos(sinδ*cos
    Figure 112021008689154-pat00031
    - cosΗ*cosδ*sin
    Figure 112021008689154-pat00032
    )/sinθ(h 값이 0보다 클 경우)
    Φ = 360-acos( (sinδ*cos
    Figure 112021008689154-pat00033
    - cosΗ*cosδ*sin
    Figure 112021008689154-pat00034
    )/sinθ(h값이 0보다 작을 경우)
    로 연산하여 전광판 설치 위치의 태양 고도와 방위각을 산출하는 것을 특징으로 하는 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 LED 스크린에는 상기 조도 센서를 가리기 위한 선 스크린을 포함하고, LED에 햇빛을 가려진 그늘과 상기 조도센서의 선 스크린의 고도각을 일치시켜, 상기 LED에 햇빛을 가려진 그늘과 조도센서의 선스크린에 의한 그늘을 같게 하여 상기 조도센서의 측정 데이터가 상기 LED 스크린의 LED에 비추어지는 햇빛형태를 동일하게 하여 측정의 정확도를 높일수 있게 한 것을 특징으로 하는 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022158683A1 (ko) * 2021-01-22 2022-07-28 삼익전자공업 주식회사 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판
KR102620884B1 (ko) * 2023-07-04 2024-01-04 주식회사 싸인텔레콤 Led 디지털 사이니지

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117672162B (zh) * 2024-02-01 2024-05-03 深圳市欧灵科技有限公司 基于环境因素的显示亮度控制方法、装置、设备及介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100350306B1 (ko) 2000-05-10 2002-08-24 삼익전자공업 주식회사 전광판 화이트밸런스 유지장치
JP2012191308A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Toshiba Corp 表示色調整制御装置及びｌｅｄ表示色調整システム
KR20140094161A (ko) * 2013-01-21 2014-07-30 삼성전자주식회사 주위 광원에 따른 디스플레이 영상의 변환 방법 및 장치
KR101738849B1 (ko) 2015-07-29 2017-06-08 삼익전자공업 주식회사 스마트폰 카메라와 네크워크를 이용한 화이트 밸런스 조정 전광판
KR20190000765A (ko) * 2017-06-23 2019-01-03 삼성전자주식회사 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법
KR102179298B1 (ko) * 2020-07-31 2020-11-16 삼익전자공업 주식회사 주변 환경에 따른 그림자와 태양각에 따른 음영 보상(補像) led 전광판

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102276575B1 (ko) * 2021-01-22 2021-07-14 삼익전자공업 주식회사 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100350306B1 (ko) 2000-05-10 2002-08-24 삼익전자공업 주식회사 전광판 화이트밸런스 유지장치
JP2012191308A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Toshiba Corp 表示色調整制御装置及びｌｅｄ表示色調整システム
KR20140094161A (ko) * 2013-01-21 2014-07-30 삼성전자주식회사 주위 광원에 따른 디스플레이 영상의 변환 방법 및 장치
KR101738849B1 (ko) 2015-07-29 2017-06-08 삼익전자공업 주식회사 스마트폰 카메라와 네크워크를 이용한 화이트 밸런스 조정 전광판
KR20190000765A (ko) * 2017-06-23 2019-01-03 삼성전자주식회사 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법
KR102179298B1 (ko) * 2020-07-31 2020-11-16 삼익전자공업 주식회사 주변 환경에 따른 그림자와 태양각에 따른 음영 보상(補像) led 전광판

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022158683A1 (ko) * 2021-01-22 2022-07-28 삼익전자공업 주식회사 외부 환경인자에 실시간으로 대응하여 시인성을 높여주는 지능형 전광판
KR102620884B1 (ko) * 2023-07-04 2024-01-04 주식회사 싸인텔레콤 Led 디지털 사이니지

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