KR102405309B1

KR102405309B1 - 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법

Info

Publication number: KR102405309B1
Application number: KR1020187012317A
Authority: KR
Inventors: 김기영; 한승훈; 문영수; 안태경; 강우석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2022-06-07
Also published as: US10621710B2; US20190057493A1; KR20180109845A; WO2017138672A1

Abstract

디스플레이 장치가 개시된다. 본 디스플레이 장치는 디스플레이 및 입력된 제1 영상에 각각 제1 게인(gain) 및 제2 게인을 적용하여 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성하고, 제2 영상에 기설정된 열화 모델을 적용하여 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성하며, 열화된 제2 영상의 픽셀과 제3 영상의 픽셀 간 차이 값이 기설정된 조건을 만족하면, 차이 값에 기초하여 제2 영상의 픽셀 값을 보정하고, 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 디스플레이를 통해 출력하는 프로세서를 포함한다.

Description

디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법

본 발명은 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 입력된 영상을 디스플레이하는 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법에 대한 것이다.

콘트라스트 개선(Contrast Enhancement, CE) 기술은 입력 영상의 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 넓혀 줌으로써 영상의 콘트라스트를 향상시키는 기술이다. 특히, 영상 내부의 국부 콘트라스트를 향상시키기 위해 영상을 분할하여 처리하는 기술을 로컬 콘트라스트 개선(Local Contrast Enhancement, LCE) 기술이라고 한다. 일반적으로, 로컬 콘트라스트 개선 기술은 영상을 복수 개의 블록으로 분할하여 평균 휘도를 분석하며, 분석한 결과를 이용하여 블록별로 콘트라스트를 개선하게 된다.

다만, 종래의 Transfer function을 이용한 콘트라스트 개선 기술들은 입력과 출력이 Transfer function을 통해 1:1로 매핑되기 때문에 출력 비트수가 입력 비트수에 비해 크더라도 하위 비트를 채우지 못하게 되어 넓어진 출력 비트수를 충분히 활용하지 못한다.

그에 따라, 입력 대비 출력의 히스토그램을 분석하면 히스토그램의 범위가 넓어져 콘트라스트는 향상되나, 저계조 및 고계조에서 뭉침이 발생하여 디테일이 손상되거나 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 넓어지는 계조에서 컨투어(Contour)가 발생하는 문제가 있다.

이러한 문제는 특히 출력 비트수가 개선된 디스플레이 장치에서 상대적으로 낮은 비트수를 갖는 영상을 출력하는 경우에 발생한다.

따라서, 콘트라스트를 개선하더라도 계조 뭉침 및 컨투어가 발생하는 문제를 개선할 필요성이 대두되었다.

본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 입력된 영상의 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장하여 출력하는 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법을 제공함에 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 디스플레이 장치는 디스플레이 및 입력된 제1 영상에 각각 제1 게인(gain) 및 제2 게인을 적용하여 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성하고, 상기 제2 영상에 기설정된 열화 모델을 적용하여 상기 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성하며, 상기 열화된 제2 영상의 픽셀과 상기 제3 영상의 픽셀 간 차이 값이 기설정된 조건을 만족하면, 상기 차이 값에 기초하여 상기 제2 영상의 픽셀 값을 보정하고, 상기 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 상기 디스플레이를 통해 출력하는 프로세서를 포함한다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 디스플레이 장치의 디스플레이 방법은 입력된 제1 영상에 각각 제1 게인(gain) 및 제2 게인을 적용하여 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성하는 단계, 상기 제2 영상에 기설정된 열화 모델을 적용하여 상기 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성하는 단계, 상기 열화된 제2 영상의 픽셀과 상기 제3 영상의 픽셀 간 차이 값이 기설정된 조건을 만족하면, 상기 차이 값에 기초하여 상기 제2 영상의 픽셀 값을 보정하는 단계 및 상기 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 출력하는 단계를 포함한다.

이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 입력된 영상의 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장하더라도 계조 뭉침 또는 컨투어(Contour)의 발생을 최소화한 영상을 출력할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 이해를 돕기 위한 비트수를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 디스플레이 장치의 세부 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다이내믹 레인지를 확장하며 콘트라스트를 개선하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4c는 열화 모델의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 입력 영상, 열화 영상 및 그 차이(에러)를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상의 히스토그램을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 콘트라스트가 개선된 영상의 결과물을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 디스플레이 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예에 대해서, 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 명세서에 기재된 내용은, 본 발명의 범위를 특정한 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 하나의 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 기능적 또는 통신적으로(operatively or communicatively) 연결(coupled)되어 있다거나, 접속되어(connected to) 있다고 언급하는 것은, 각 구성요소들이 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 간접적으로 연결되는 경우까지 모두 포함할 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서(disclosure)에서 사용된 용어들은, 임의의 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 설명의 편의상 단수 표현을 사용할 수도 있으나, 이는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 표현까지 포함하는 의미로 해석될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 명세서에서 정의된 용어일지라도 본 명세서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 이해를 돕기 위한 비트수를 설명하기 위한 도면이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 영상의 각 픽셀은 R, G, B의 색상 데이터를 가지며, 각 색상 데이터마다 특정 비트수를 가질 수 있다. 예를 들어, 영상은 하나의 픽셀을 표현하기 위해 각각 8 비트수를 가지는 R, G, B 데이터로 구성될 수 있다. 이 경우, 하나의 픽셀을 표현하기 위해 총 24 비트가 필요하다. 또한, 영상의 한 프레임을 표현하기 위해서는 24 비트 × 해상도 만큼의 비트가 필요하게 된다.

여기서, 비트수는 디지털 데이터에서 데이터를 처리하는 하드웨어나 소프트웨어의 잠재적 정밀도를 나타내는 정도를 나타낸다. 일반적으로 유효 비트가 많을수록 데이터 처리 결과는 더 정밀할 수 있으며, 비트수는 비트 심도, 비트 뎁스(Bit Depth) 등으로도 표현될 수 있다. 이하에서는 각 색상 데이터의 비트수를 영상의 비트수 및 픽셀의 비트수라는 용어와 혼용한다.

도 1b는 비트수에 따른 색상 표현의 차이를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 8 비트의 R 색상은 총 256 단계의 색상을 표현할 수 있다. 또는, 10 비트의 R 색상은 총 1024 단계의 색상을 표현할 수 있다. 따라서, 비트수가 커질수록 색상을 정밀하게 표현할 수 있다.

여기서, 비트수는 영상을 구성하는 픽셀의 비트수를 나타낼 수도 있으나, 디스플레이 장치가 지원하는 비트수를 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치는 하드웨어적으로 8 비트수의 영상을 지원하고, 디스플레이 장치에 입력된 영상은 10 비트수의 영상일 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치는 10 비트수의 영상을 8 비트수의 영상으로 변환하여 디스플레이할 수 있다. 따라서, 영상의 비트수와 디스플레이 장치가 지원하는 비트수가 일치하지 않는 경우 영상의 디스플레이 시에 왜곡이 발생할 수 있다.

또한, 디스플레이 장치가 하드웨어적으로 지원하는 최대 비트수가 디스플레이 장치에 입력된 영상의 비트수보다 큰 경우에도 왜곡이 발생할 수 있다. 이하에서는 입력된 영상의 비트수를 확대하는 방법을 구체적으로 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 구성을 나타내는 블럭도이다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)는, 하나 혹은 그 이상의 디스플레이를 구비하며, 어플리케이션을 실행하거나 컨텐츠를 표시 가능하도록 구성되는 장치로, 예를 들어, 디지털 텔레비전(Digital television), 태블릿(Tablet) 개인 컴퓨터(Personal Computer: PC), 휴대용 멀티미디어 재생 장치(Portable Multimedia Player: PMP), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), 스마트 폰(Smart Phone), 휴대폰, 디지털 액자, 디지털 사이니지(Digital Signage) 및 키오스크 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 디스플레이(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.

디스플레이(110)는 프로세서(120)의 제어에 의해 다양한 영상을 디스플레이할 수 있다. 특히, 디스플레이(110)는 입력된 영상의 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 확장된 영상을 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(110)는 10 비트수로 영상을 출력하고 입력된 영상의 비트수가 8 비트인 경우, 디스플레이(110)는 후술할 프로세서(120)에 의해 다이내믹 레인지가 확장된 영상을 디스플레이할 수 있다.

여기서, 다이내믹 레인지는 가장 낮은 단계로부터 가장 높은 단계까지의 비율을 의미한다. 예를 들어, 10 비트수의 영상은 8 비트수의 영상보다 다이내믹 레인지가 확장되었다고 할 수 있다. 즉, 상술한 예에서 프로세서(120)는 8 비트수의 영상을 디스플레이(110)에 대응되도록 10 비트수로 변환할 수 있다.

그리고, 디스플레이(110)는 LCD(Liquid Crystal Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 디스플레이(110)는 경우에 따라 플렉서블 디스플레이, 투명 디스플레이 등으로 구현되는 것도 가능하다.

프로세서(120)는 디스플레이 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어한다.

프로세서(120)는 입력된 제1 영상에 각각 제1 게인(gain) 및 제2 게인을 적용하여 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성할 수 있다. 프로세서(120)는 제1 영상의 모든 픽셀에 대하여 색상 데이터별로 제1 게인 및 제2 게인을 적용하여 다이내믹 레인지를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성할 수 있다.

여기서, 프로세서(120)는 디스플레이 장치(100)의 출력 비트수 및 입력된 제1 영상의 비트수에 기초하여 제1 및 제2 게인을 설정하고, 설정된 제1 및 제2 게인을 입력된 제1 영상에 각각 적용하여 제2 영상 및 제3 영상을 생성할 수 있다. 디스플레이 장치(100)의 출력 비트수는 디스플레이 장치(100)의 하드웨어적인 성능을 의미한다.

특히, 프로세서(120)는 아래의 수학식을 통해 제1 게인 및 제2 게인을 설정할 수도 있다.

여기서, k는 디스플레이 장치(100)의 비트수, n는 제1 영상의 비트수.

예를 들어, 디스플레이 장치(100)의 비트수가 10 비트이고, 제1 영상의 비트수가 8인 경우, 프로세서(120)는 제1 게인을 1023/255로 설정하고, 제2 게인을 4로 설정할 수 있다. 다만, 이는 일 실시 예에 불과하고, 프로세서(120)는 얼마든지 다른 값으로 제1 게인 및 제2 게인을 설정할 수도 있다.

프로세서(120)는 제1 영상의 모든 픽셀에 대하여 색상 데이터별로 제1 게인 및 제2 게인을 곱하여 다이내믹 레인지를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 제1 게인 및 제2 게인을 2진수로 변환하여 제2 영상 및 제3 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 제2 게인을 곱하는 경우에는 제1 영상의 색상 데이터 비트의 하위 2 비트를 추가할 수 있다.

또는, 프로세서(120)는 픽셀의 각 색상 데이터를 10진수로 변환한 값에 제1 게인 및 제2 게인을 곱하고 소수점을 처리한 후 다시 2진수로 변환하여 제2 영상 및 제3 영상을 생성할 수도 있다. 프로세서(120)는 소수점을 처리하기 위해 올림, 반올림, 내림 등을 사용할 수 있으며, 그 밖의 다양한 방법을 이용할 수 있다.

이상과 같은 방법으로 생성된 제2 영상 및 제3 영상은 다이내믹 레인지가 확장된 영상이나, 다이내믹 레인지 내의 모든 단계 값을 사용하지 않는 영상일 수 있다.

프로세서(120)는 생성된 제2 영상에 기설정된 열화 모델을 적용하여 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성할 수 있다. 열화 모델은 콘트라스트(Contrast)를 열화시키기 위한 함수로, Inverse Sigmoid 함수, Lower Gamma 함수 및 Upper Gamma 함수 중 적어도 하나일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 얼마든지 다른 함수가 이용될 수 있다. 또한, 열화 모델로서 어떠한 함수가 이용될지는 영상의 특성에 기초하여 결정될 수 있다.

프로세서(120)는 아래의 수학식을 통해 열화 모델을 적용할 수 있다.

여기서, H는 열화 모델 함수, x는 제2 영상에 포함된 픽셀 값, y는 x의 열화 후 하위 비트를 절단(Truncation)한 값.

상술한 바와 같이 생성된 제2 영상은 다이내믹 레인지 내의 모든 단계 값을 사용하지 않는 영상일 수 있으며, 열화 모델의 적용에 따라 열화된 제2 영상은 다이내믹 레인지 내에서 이용하는 단계 값의 개수가 증가할 수 있다. 열화 모델에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

그리고, 프로세서(120)는 아래의 수학식을 통해 열화된 제2 영상의 픽셀과 제3 영상의 픽셀 간 차이 값을 계산할 수 있다.

여기서, ε은 열화된 제2 영상의 픽셀과 제3 영상의 픽셀 간 차이 값, y'은 제3 영상의 픽셀 값.

프로세서(120)는 차이 값을 계산하기 위해 y'과 Hx의 비트 수를 어느 한 쪽에 맞출 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 임의의 비트를 채워 y'과 Hx의 비트 수를 동일하게 하여 차이 값을 계산할 수 있다.

프로세서(120)는 차이 값이 기설정된 조건을 만족하면, 제2 영상의 픽셀 값에 차이 값을 더하여 제2 영상을 보정할 수 있다. 여기서, 기설정된 조건은 차이 값이 기설정된 임계 값보다 작은 경우일 수 있다.

프로세서(120)는 차이 값이 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 입력된 제1 영상으로 이용하여 상술한 과정을 반복하여 수행할 수 있다.

프로세서(120)는 상술한 과정을 반복하는 중에 차이 값이 기설정된 임계 값보다 작은 경우 및 과정의 반복 횟수가 기설정된 임계 횟수 이상인 경우 중 적어도 하나인 경우, 최종적으로 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 출력할 수 있다.

프로세서(120)는 차이 값이 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 차이 값에 제3 게인을 적용하여 제2 영상의 픽셀 값을 보정하고, 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 입력된 제1 영상으로 이용하여 과정을 반복하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 제2 영상의 픽셀 값에 차이 값과 제3 게인을 곱한 값을 더하여 제2 영상을 보정할 수도 있다. 이 경우, 좀더 빠르게 기설정된 조건을 만족할 수 있게 된다.

프로세서(120)는 기설정된 조건을 만족하는 픽셀에 대하여는 상술한 과정을 반복하지 않고 기설정된 조건을 만족하지 못한 픽셀에 대하여만 상술한 과정을 반복할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 제2 영상, 제3 영상, 열화된 제2 영상 및 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 생성하는 과정에 있어서, 기설정된 조건을 만족하지 못한 픽셀의 색상 데이터에 대하여만 상술한 과정을 반복할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 프로세서(120)는 모든 픽셀의 색상 데이터에 대하여 기설정된 조건을 만족할 때까지 상술한 과정을 반복할 수도 있다.

한편, 프로세서(120)는 제1 영상을 기설정된 개수의 복수의 영역으로 분할하고, 복수의 영역 각각을 입력된 제1 영상으로 이용하여 상술한 과정을 반복할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 제1 영상을 4 × 4의 16개의 화면으로 분할하고, 각 분할된 화면에 대하여 상술한 과정은 반복하여 픽셀 값을 보정한 제2 영상을 생성할 수도 있다.

이 경우, 최종적으로 보정된 영상은 블록 경계가 표시될 수 있으며, 프로세서(120)는 블록 경계에 디블록킹 필터 등을 적용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 블록 간 차이를 감소시키기 위한 필터라면 어떤 것이라도 무방하다.

한편, 이상에서는 제1 영상으로부터 제2 영상 및 제3 영상을 생성하여 최종적으로 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 출력하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 프로세서(120)는 픽셀 단위로 상술한 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 제2 영상 및 제3 영상을 생성하는 것이 아니라, 첫 번째 영역의 픽셀 값의 비트수를 변경하고 열화 모델을 적용하여 차이 값을 계산한 후 보정된 픽셀 값을 계산할 수 있다.

그리고, 프로세서(120)는 차이 값이 기설정된 조건을 만족하면, 보정된 픽셀 값을 저장하고, 다음 픽셀에 대하여 동일한 과정을 반복할 수 있다.

프로세서(120)는 차이 값이 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 보정된 픽셀 값을 이용하여 다시 열화 모델을 적용하여 차이 값을 계산한 후 보정된 픽셀 값을 계산할 수 있다.

이때, 프로세서(120)는 전체 영상 또는 영상의 블록별 특성에 기초하여 열화 모델을 결정할 수 있다. 즉, 픽셀 단위로 영상을 처리하는 경우에도, 프로세서(120)는 영상 단위로 영상을 처리하는 경우와 동일하게 열화 모델을 결정할 수 있다.

그리고, 프로세서(120)는 이 과정을 모든 픽셀에 대하여 수행할 수 있다. 여기서, 프로세서(120)는 각 영역의 영상 특성에 따라 열화 모델을 결정하여 영역별로 상이한 열화 모델을 적용할 수 있다.

도 2b는 도 2a에 도시된 디스플레이 장치(100)의 세부 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2b에 도시된 구성 중 도 2a에 도시된 구성과 중복되는 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.

프로세서(120)는 RAM(121), ROM(122), 메인 CPU(123), 그래픽 처리부(124), 제1 내지 n 인터페이스(125-1 ~ 125-n), 버스(126)를 포함한다.

RAM(121), ROM(122), 메인 CPU(123), 그래픽 처리부(124), 제1 내지 n 인터페이스(125-1 ~ 125-n) 등은 버스(126)를 통해 서로 연결될 수 있다.

제1 내지 n 인터페이스(125-1 내지 125-n)는 상술한 각종 구성요소들과 연결된다. 인터페이스들 중 하나는 네트워크를 통해 외부 장치와 연결되는 네트워크 인터페이스가 될 수도 있다.

메인 CPU(123)는 스토리지(130)에 액세스하여, 스토리지(130)에 저장된 O/S를 이용하여 부팅을 수행한다. 그리고, 스토리지(130)에 저장된 각종 프로그램, 컨텐츠, 데이터 등을 이용하여 다양한 동작을 수행한다.

ROM(122)에는 시스템 부팅을 위한 명령어 세트 등이 저장된다. 턴온 명령이 입력되어 전원이 공급되면, 메인 CPU(123)는 ROM(122)에 저장된 명령어에 따라 스토리지(130)에 저장된 O/S를 RAM(121)에 복사하고, O/S를 실행시켜 시스템을 부팅시킨다. 부팅이 완료되면, 메인 CPU(123)는 스토리지(130)에 저장된 각종 프로그램을 RAM(121)에 복사하고, RAM(121)에 복사된 프로그램을 실행시켜 각종 동작을 수행한다.

그래픽 처리부(124)는 연산부(미도시) 및 렌더링부(미도시)를 이용하여 아이콘, 이미지, 텍스트 등과 같은 다양한 객체를 포함하는 화면을 생성한다. 연산부(미도시)는 수신된 제어 명령에 기초하여 화면의 레이아웃에 따라 각 객체들이 표시될 좌표값, 형태, 크기, 컬러 등과 같은 속성값을 연산한다. 렌더링부(미도시)는 연산부(미도시)에서 연산한 속성값에 기초하여 객체를 포함하는 다양한 레이아웃의 화면을 생성한다. 예를 들어, 그래픽 처리부(124)는 환경 조건에 대한 다양한 가이드 정보를 제공하기 위한 UI 화면을 생성할 수 있다. 한편, 상술한 프로세서(120)의 동작은 스토리지(130)에 저장된 프로그램에 의해 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 스토리지(130)는 디스플레이 장치(100)를 구동시키기 위한 O/S(Operating System) 소프트웨어 모듈, 다이내믹 레인지 확장 모듈, 영상 분석 모듈과 같은 다양한 데이터를 저장한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다이내믹 레인지를 확장하며 콘트라스트를 개선하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 프로세서(120)는 영상을 분석한다(S310). 프로세서(120)는 영상의 화면 전체를 분석하거나 화면을 분할하여 영역별로 분석할 수 있다. 프로세서(120)는 분석 결과에 따라 어떠한 열화 모델을 적용할지 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 화면 전체 또는 분할된 영역별 평균 밝기 및 표준 편차 중 적어도 하나를 산출하여 적용할 열화 모델을 결정할 수 있다.

화면을 분할하는 경우, 프로세서(120)는 입력 영상의 해상도 등을 고려하여 분할될 영역의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 해상도가 큰 영상은 해상도가 낮은 영상보다 화면을 분할하는 크기를 작게 할 수 있다. 이때, 화면을 너무 작게 분할하는 경우 영상의 국부적인 특성을 반영하여 다이내믹 레인지를 넓힐 수 있으나, 주변과의 차이가 커져 Halo artifact가 발생할 수 있다. 그에 따라, 프로세서(120)는 해상도 뿐만 아니라 주변과의 차이 등을 고려하여 분할될 영역의 크기를 결정할 수도 있다.

영상 분석이 완료되면, 프로세서(120)는 영상에 열화 모델을 적용한다(S320). 특히, 프로세서(120)는 영상의 하위 비트를 절단하여 비트수를 열화시킬 수 있다.

도 4a 내지 도 4c에는 열화 모델의 일 예를 도시하였으며, 열화 모델은 Inverse Sigmoid 함수, Lower Gamma 함수 및 Upper Gamma 함수 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Lower Gamma 함수 및 Upper Gamma 함수를 이용하는 경우는 Inverse Sigmoid 함수를 이용하는 경우와 유사하므로 Inverse Sigmoid 함수를 이용하는 경우에 대하여만 설명한다.

먼저, Inverse Sigmoid 함수의 x 값은 다이내믹 레인지를 확장한 값일 수 있다. 여기서, x 값은 단순히 n 비트수에 기설정된 게인을 곱하여 만든 k 비트수의 값일 수 있다. 그에 따라, 도 4d에 도시된 바와 같이, 다이내믹 레인지가 확장되더라도 세모 표시된 비트 값을 이용하지 않을 수 있다.

도 4a의 Inverse Sigmoid 함수에 이러한 x 값을 입력하게 되면 함수의 연속성으로 인해 다양한 비트 값을 사용할 수 있게 된다. 또한, Inverse Sigmoid 함수를 이용하면 어두운 부분(x1)은 좀더 밝게 변경(y1)되고, 밝은 부분(x2)은 좀더 어둡게 변경(y2)된다. 따라서, 도 4c에 도시된 바와 같이, Inverse Sigmoid 함수를 이용하면 다이내믹 레인지가 작아지고 콘트라스트가 열화된다. 또한, 이용하지 않던 비트 값을 사용하게 된다.

다만, 상술한 바와 같이, 프로세서(120)는 열화된 값을 제3 영상으로부터 빼주기 때문에 결론적으로는 다이내믹 레인지가 확장된다. 일반적으로, Inverse Sigmoid 함수는 중계조를, Lower Gamma 함수는 저계조를, Upper Gamma 함수는 고계조의 콘트라스트를 열화시킬 수 있다.

이후, 프로세서(120)는 에러를 계산하게 된다(S330). 도 5a 내지 도 5c는 입력 영상, 열화 영상 및 그 차이(에러)를 나타낸다.

먼저, 도 5a와 도 5b를 비교하면, 도 5b의 영상에서 밝은 색상은 도 5a의 영상보다 약간 어둡고, 도 5b의 영상에서 어두운 색상은 도 5a의 영상보다 약간 밝다. 즉, 도 5b의 영상은 도 5a의 영상보다 콘트라스트가 열화되어 선명도가 떨어지며, 가장 높은 값과 가장 낮은 값의 차이도 더 작은 것을 알 수 있다.

프로세서(120)는 도 5a와 도 5b의 차이를 도 5c와 같이 산출할 수 있으며, 도 5c의 차이 값을 제2 영상에 더하여 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 생성할 수 있다.

그리고, 프로세서(120)는 에러가 기설정된 조건을 만족하는지 여부를 판단한다(S340). 프로세서(120)는 에러가 기설정된 조건을 만족하면 보정된 제2 영상을 출력한다(S350).

프로세서(120)는 에러가 기설정된 조건을 만족하지 못하면 보정된 제2 영상에 열화 모델을 적용하여 다시 에러를 계산한다. 프로세서(120)는 이 과정을 반복하여 에러가 기설정된 값보다 작아지는 경우 및 반복 횟수가 기설정된 횟수 이상이 되는 경우 중 적어도 하나에 최종적으로 보정된 제2 영상을 출력할 수 있다.

특히, 프로세서(120)는 에러가 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 에러에 제3 게인을 적용하여 제2 영상의 픽셀 값을 보정하고, 픽셀 값이 보정된 제2 영상에 열화 모델을 적용하여 다시 에러를 계산할 수 있다. 즉, 프로세서(120)는 제3 게인을 이용하여 수렴 속도를 빠르게 할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상의 히스토그램을 나타낸다.

도 6a는 비트수가 확장된 입력 영상의 히스토그램이고, 도 6b는 비트수가 확장된 입력 영상의 픽셀 값이 보정된 영상의 히스토그램이다. 도 6b는 도 6a에 비하여 더 촘촘하게 도시되어 있으며, 이는 콘트라스트가 확장된 결과이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 콘트라스트가 개선된 영상의 결과물을 나타낸다.

도 7a는 입력 영상을 나타내고, 도 7b는 상술한 방법에 따라 영상 처리한 결과를 나타낸다. 영상 처리 결과 저계조 및 고계조의 디테일의 손상이나 컨투어 발생을 억제하면서 콘트라스트가 증가하였다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 디스플레이 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 입력된 제1 영상에 각각 제1 게인 및 제2 게인을 적용하여 다이내믹 레인지를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성한다(S810). 그리고, 제2 영상에 기설정된 열화 모델을 적용하여 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성한다(S820). 그리고, 열화된 제2 영상의 픽셀과 제3 영상의 픽셀 간 차이 값이 기설정된 조건을 만족하면, 차이 값에 기초하여 제2 영상의 픽셀 값을 보정한다(S830). 그리고, 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 출력한다(S840).

또한, 차이 값이 상기 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 입력된 제1 영상으로 이용하여 과정을 반복하여 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 기설정된 조건은 차이 값이 기설정된 임계 값보다 작은 경우 및 과정의 반복 횟수가 기설정된 임계 횟수 이상인 경우 중 적어도 하나일 수 있다.

또한, 반복하여 수행하는 단계는 차이 값이 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 차이 값에 제3 게인을 적용하여 제2 영상의 픽셀 값을 보정하고, 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 입력된 제1 영상으로 이용하여 과정을 반복하여 수행할 수 있다.

그리고, 제2 영상 및 제3 영상을 생성하는 단계(S810)는 디스플레이 장치의 출력 비트수 및 입력된 제1 영상의 비트수에 기초하여 제1 및 제2 게인을 설정하는 단계 및 설정된 제1 및 제2 게인을 입력된 제1 영상에 각각 적용하여 제2 영상 및 제3 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 게인은 아래의 수학식을 통해 산출될 수 있다.

여기서, k는 디스플레이 장치의 비트수, n는 제1 영상의 비트수.

그리고, 제1 영상을 기설정된 개수의 복수의 영역으로 분할하고, 복수의 영역 각각을 입력된 제1 영상으로 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 열화 모델은 Inverse Sigmoid 함수, Lower Gamma 함수 및 Upper Gamma 함수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 입력된 영상의 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장하더라도 계조 뭉침 또는 컨투어의 발생을 최소화한 영상을 출력할 수 있다.

한편, 이러한 다양한 실시 예에 따른 방법들은 프로그래밍되어 각종 저장 매체에 저장될 수 있다. 이에 따라, 저장 매체를 실행하는 다양한 유형의 전자 장치에서 상술한 다양한 실시 예에 따른 방법들이 구현될 수 있다.

구체적으로는, 상술한 제어 방법을 순차적으로 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims

디스플레이 장치에 있어서,
디스플레이; 및
입력된 제1 영상에 각각 제1 게인(gain) 및 제2 게인을 적용하여 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성하고, 상기 제2 영상에 기설정된 열화 모델을 적용하여 상기 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성하며, 상기 열화된 제2 영상의 픽셀과 상기 제3 영상의 픽셀 간 차이 값이 기설정된 조건을 만족하면, 상기 차이 값에 기초하여 상기 제2 영상의 픽셀 값을 보정하는 보정 동작을 수행하고,
상기 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 상기 디스플레이를 통해 출력하는 프로세서;를 포함하는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 차이 값이 상기 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 상기 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 상기 입력된 제1 영상으로 이용하여 상기 보정 동작을 반복하여 수행하는, 디스플레이 장치.
제2항에 있어서,
상기 기설정된 조건은,
상기 차이 값이 기설정된 임계 값보다 작은 경우 및 상기 보정 동작의 반복 횟수가 기설정된 임계 횟수 이상인 경우 중 적어도 하나인, 디스플레이 장치.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 차이 값이 상기 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 상기 차이 값에 제3 게인을 적용하여 상기 제2 영상의 픽셀 값을 보정하고, 상기 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 상기 입력된 제1 영상으로 이용하여 상기 보정 동작을 반복하여 수행하는, 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 디스플레이 장치의 출력 비트수 및 상기 입력된 제1 영상의 비트수에 기초하여 상기 제1 및 제2 게인을 설정하고, 상기 설정된 제1 및 제2 게인을 상기 입력된 제1 영상에 각각 적용하여 상기 제2 영상 및 상기 제3 영상을 생성하는, 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 게인은 아래의 수학식을 통해 산출되는, 디스플레이 장치.

여기서, k는 상기 디스플레이 장치의 비트수, n는 상기 제1 영상의 비트수.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 영상을 기설정된 개수의 복수의 영역으로 분할하고, 상기 복수의 영역 각각을 상기 입력된 제1 영상으로 이용하는, 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 열화 모델은,
Inverse Sigmoid 함수, Lower Gamma 함수 및 Upper Gamma 함수 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치.
디스플레이 장치의 디스플레이 방법에 있어서,
입력된 제1 영상에 각각 제1 게인(gain) 및 제2 게인을 적용하여 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 확장한 제2 영상 및 제3 영상을 생성하는 단계;
상기 제2 영상에 기설정된 열화 모델을 적용하여 상기 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성하는 단계;
상기 열화된 제2 영상의 픽셀과 상기 제3 영상의 픽셀 간 차이 값이 기설정된 조건을 만족하면, 상기 차이 값에 기초하여 상기 제2 영상의 픽셀 값을 보정하는 단계; 및
상기 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 출력하는 단계;를 포함하는 디스플레이 방법.
제9항에 있어서,
상기 차이 값이 상기 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 상기 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 상기 입력된 제1 영상으로 이용하여 상기 제2 영상 및 상기 제3 영상을 생성하는 단계, 상기 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성하는 단계 및 상기 보정하는 단계를 반복하여 수행하는 단계;를 더 포함하는, 디스플레이 방법.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제10항에 있어서,
상기 기설정된 조건은,
상기 차이 값이 기설정된 임계 값보다 작은 경우 및 상기 제2 영상 및 상기 제3 영상을 생성하는 단계, 상기 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성하는 단계 및 상기 보정하는 단계의 반복 횟수가 기설정된 임계 횟수 이상인 경우 중 적어도 하나인, 디스플레이 방법.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제10항에 있어서,
상기 반복하여 수행하는 단계는,
상기 차이 값이 상기 기설정된 조건을 만족하지 못하면, 상기 차이 값에 제3 게인을 적용하여 상기 제2 영상의 픽셀 값을 보정하고, 상기 픽셀 값이 보정된 제2 영상을 상기 입력된 제1 영상으로 이용하여 상기 제2 영상 및 상기 제3 영상을 생성하는 단계, 상기 제2 영상을 열화시킨 영상을 생성하는 단계 및 상기 보정하는 단계를 반복하여 수행하는, 디스플레이 방법.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제9항에 있어서,
상기 제2 영상 및 제3 영상을 생성하는 단계는,
상기 디스플레이 장치의 출력 비트수 및 상기 입력된 제1 영상의 비트수에 기초하여 상기 제1 및 제2 게인을 설정하는 단계; 및
상기 설정된 제1 및 제2 게인을 상기 입력된 제1 영상에 각각 적용하여 상기 제2 영상 및 상기 제3 영상을 생성하는 단계;를 포함하는, 디스플레이 방법.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제13항에 있어서,
상기 제1 및 제2 게인은 아래의 수학식을 통해 산출되는, 디스플레이 방법.

여기서, k는 상기 디스플레이 장치의 비트수, n는 상기 제1 영상의 비트수.
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제9항에 있어서,
상기 제1 영상을 기설정된 개수의 복수의 영역으로 분할하고, 상기 복수의 영역 각각을 상기 입력된 제1 영상으로 이용하는 단계;를 더 포함하는, 디스플레이 방법.