KR102591521B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR102591521B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 개선된 다이나믹 톤 매핑(dynamic tone mapping)을 제공하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 톤 커브를 이용하여 입력 영상의 휘도를 조절하는 톤 매핑을 수행하는 제어부, 및 톤 매핑에 의해 휘도가 조절된 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함하고, 제어부는 입력 영상에서 오브젝트(object)와 배경(background)를 분리하기 위한 임계값(threshold value)을 산출하고, 임계값에 기초하여 톤 커브를 변경할 수 있다.

Description

디스플레이 장치
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다이나믹 톤 매핑(dynamic tone mapping)의 효과를 강화한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
사람의 눈으로 느낄 수 있는 밝기의 동적 범위(dynamic range)는 수십 만에서 수십 억까지 매우 넓은 범위를 형성한다. 구체적인 밝기의 단위로, 사람의 눈은 0.00001 내지 1000000 (nits) 이상의 명암을 구분 가능하다. 반면, 수백의 동적 범위만으로도 대부분의 영상 정보를 나타내는데 충분하기 때문에 일반적인 영상을 재생하는 디스플레이 장치는 256의 동적 범위를 가진다. 하지만, 방대한 연산을 통하여 실제 자연 영상과 유사한 영상을 생성하거나, 보다 상세한 정보를 표현해야 하는 의료 영상 같은 경우에는 256보다 넓은 동적 범위로 영상을 표현해야 한다.
즉, 기존에는 디스플레이에 입력된 영상은 표준 동적 범위(Standard Dynamic Range, SDR)의 영상으로, 밝기의 범위가 사람의 눈으로 보는 범위보다 좁아 실감 화질을 구현하는데 한계가 있었다. 이를 위해, 광역 동적 범위(High Dynamic Range, HDR) 기술이 등장했다. HDR 기술은 밝은 곳은 더 밝게, 어두운 곳은 더 어둡게 만들어, 사람이 실제 눈으로 보는 것에 가깝도록 밝기의 범위를 확장시키는 기술이다.
HDR 기술을 적용한 영상(이하, HDR 영상)을 일반적인 디스플레이 장치나 인쇄 장치 등에서 재생하기 위해서는 각 장치에서 지원하는 제한된 동적 범위를 가진 영상으로 변환해야 한다. 이를 위해, 톤 매핑(tone mapping)이란 작업이 필요한데, 톤 매핑은 HDR 영상을 디스플레이 장치나 인쇄 장치 등에서 재생할 수 있는 제한된 동적 범위를 가진 영상, 즉 저역 동적 범위(Low Dynamic Range, LDR) 영상으로 변환해 주는 프로세스를 의미한다.
톤 매핑의 하나인 스태틱 톤 매핑(static tone mapping)은 영상의 특성을 반영하지 못하는 한계가 있었다. 따라서, 최근에는 장면에 따라 톤 매핑시 이용되는 톤 커브를 적응적으로 변경하는 다이나믹 톤 매핑(dynamic tone mapping)이 주로 사용되고 있다.
한편, 다이나믹 톤 매핑은, 장면 별 최대 밝기에 따라 톤 커브를 변경하여 영상의 휘도를 조절하는 것인데, 픽셀 각각이 표시하는 대상(subject)과 관계없이 최대 밝기에만 기초하여 영상의 휘도를 조절하기 때문에 출력 영상의 밝기 범위가 좁거나, 콘트라스트가 약하게 출력되는 한계가 있다. 즉, 기존 다이나믹 톤 매핑에 따르면, 밝기 범위가 좁아 영상이 지나치게 밝거나 어둡게 출력되는 문제, 혹은 밝은 영역과 어두운 영역을 구분하기 어려운 문제 등이 발생한다.
본 발명은 다이나믹 톤 매핑시, 영상의 밝기 범위를 확장시킬 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명은 다이나믹 톤 매핑시, 영상의 콘트라스트를 보다 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명은 다이나믹 톤 매핑시, 영상의 밝기 범위를 확장시키며, 영상의 콘트라스트를 향상시킴으로써 영상을 보다 밝고, 선명하게 표현하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 톤 커브를 이용하여 입력 영상의 휘도를 조절하는 톤 매핑을 수행하는 제어부, 및 톤 매핑에 의해 휘도가 조절된 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함하고, 제어부는 입력 영상에서 오브젝트(object)와 배경(background)를 분리하고, 오브젝트 또는 배경 중 적어도 하나의 휘도를 조절할 수 있다.
제어부는 입력 영상에서 오브젝트의 휘도를 상승시킬 수 있다.
제어부는 입력 영상에서 배경의 휘도를 감소시킬 수 있다.
제어부는 입력 영상에서 오브젝트와 상기 배경을 분리하기 위한 임계값(threshold value)을 산출하고, 임계값에 기초하여 톤 커브를 변경할 수 있다.
제어부는 임계값에 기초하여 톤 커브를 변경함으로써 오브젝트 또는 배경 중 적어도 하나의 휘도를 조절할 수 있다.
제어부는 오츠(Otsu) 알고리즘을 이용하여 입력 영상에서 임계값을 산출할 수 있다.
제어부는 임계값을 중심값과 비교하고, 비교 결과에 기초하여 톤 커브를 변경하며, 중심값은 입력 영상의 신호 레벨 중 중간값일 수 있다.
제어부는 임계값이 중심값 보다 크면, 출력 휘도가 감소하도록 톤 커브를 변경하고, 임계값이 중심값 보다 작으면, 출력 휘도가 증가하도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
제어부는 입력 영상의 신호 레벨을 어두운 영역 클래스와 밝은 영역 클래스로 구분하고, 어두운 영역 클래스 및 밝은 영역 클래스 각각의 특성에 기초하여, 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도 변경 여부 및 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도 변경 여부를 획득할 수 있다.
제어부는 어두운 영역 클래스의 어두운 영역 임계값과, 밝은 영역 클래스의 밝은 영역 임계값을 각각 산출하고, 어두운 영역 임계값 및 밝은 영역 임계값 각각에 기초하여 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도 변경 여부 및 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도 변경 여부를 획득할 수 있다.
제어부는 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값 보다 크면 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도를 감소시킬 수 있다.
제어부는 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값 보다 작으면 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도를 증가시킬 수 있다.
제어부는 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값 보다 크면 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도를 감소시키며, 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값 보다 작으면 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도를 증가시킬 수 있다.
제어부는 입력 영상의 신호 레벨에 대한 히스토그램을 획득하는 히스토그램 산출부, 히스토그램에 기초하여 입력 영상의 최대 밝기를 획득하는 최대 밝기 추출부, 최대 밝기에 기초하여 톤 커브를 조절하는 톤 커브 결정부, 톤 커브 결정부에 의해 조절된 톤 커브를 이용하여 입력 영상을 톤 매핑하는 톤 매핑 수행부를 포함할 수 있다.
제어부는 입력 영상의 특성에 기초하여 톤 커브 결정부에 의해 조절된 톤 커브를 변경하는 톤 매핑 강화부를 더 포함하고, 톤 매핑 수행부는 톤 매핑 강화부에 의해 변경된 톤 커브를 이용하여 입력 영상을 톤 매핑할 수 있다.
톤 매핑 강화부는 전기-광학 전달 함수(Electro-Optical Transfer Function, EOTF)를 이용하여 입력 영상을 변환한 결과를 산출하는 밝기 분포 변환 예측부, 톤 커브 결정부에 의해 조절된 톤 커브를 이용하여 밝기 분포 변환 예측부에 의해 산출된 영상을 톤 매핑하는 톤 매핑 결과 예측부, 톤 매핑 결과 예측부에 의해 휘도 조절된 영상에서 적어도 하나의 임계값을 산출하는 임계값 산출부, 임계값에 기초하여 톤 커브를 변경하는 밝기 범위 확장부, 및 밝기 범위 확장부에 의해 변경된 톤 커브를 임계값에 기초하여 변경하는 콘트라스트 향상부를 포함할 수 있다.
톤 커브 결정부가 제1 톤 커브를 획득하고, 밝기 범위 확장부가 제1 톤 커브를 제2 톤 커브로 변경하고, 콘트라스트 향상부가 제2 톤 커브를 제3 톤 커브로 변경할 수 있다.
제어부는 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램의 밝기 범위가 넓어지도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
제어부는 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램 중 밝은 영역 클래스의 레벨은 증가하고, 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램 중 어두운 영역 클래스의 레벨은 감소하도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 영상에서 오브젝트와 배경을 분리한 후 오브젝트 및 배경 각각의 휘도를 선택적으로 조절함으로써, 영상을 보다 선명하게 표시할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 오브젝트와 배경을 분리하는 임계값에 기초하여 톤 커브를 변경하기 때문에, 배경 대비 오브젝트를 보다 선명하게 표현 가능한 이점이 있습니다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 톤 커브를 변경시, 영상의 특성에 따라 밝기 범위의 확대 방향, 콘트라스트 향상 영역 등을 선택하여 톤 커브를 변경함으로써, 필요한 부분만을 휘도를 조절하여 밝고, 선명한 영상을 표시할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원격제어장치의 블록도이다.
도 3은 본발명의 일 실시 예에 따른 원격제어장치의 실제 구성 예를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 원격 제어 장치를 활용하는 예를 보여준다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 톤 매핑을 수행하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 톤 매핑을 수행하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 영상의 밝기 범위가 확장되도록 톤 커브를 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 영상의 콘트라스트가 개선되도록 톤 커브를 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치에 입력되는 HDR 영상 신호의 히스토그램과 출력 영상의 휘도 히스토그램을 나타내는 예시 도면이다.
도 13은 도 5에 도시된 제어부에 따른 출력 영상과 도 6에 도시된 제어부에 따른 출력 영상의 예시 도면이다.
이하, 본 발명과 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 디스플레이 장치는 방송 수신 기능을 지원하는 스마트 TV 등인 경우로 가정하여 설명하나, 디스플레이 장치는 스마트폰 등을 포함할 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 도 1에 도시된 구성 요소들을 반드시 포함하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 방송 수신부(130), 외부장치 인터페이스부(135), 저장부(140), 사용자입력 인터페이스부(150), 제어부(170), 무선 통신부(173), 디스플레이부(180), 오디오 출력부(185), 전원공급부(190)를 포함할 수 있다.
방송 수신부(130)는 튜너(131), 복조부(132) 및 네트워크 인터페이스부(133)를 포함할 수 있다.
튜너(131)는 채널 선국 명령에 따라 특정 방송 채널을 선국할 수 있다. 튜너(131)는 선국된 특정 방송 채널에 대한 방송 신호를 수신할 수 있다.
복조부(132)는 수신한 방송 신호를 비디오 신호, 오디오 신호, 방송 프로그램과 관련된 데이터 신호로 분리할 수 있고, 분리된 비디오 신호, 오디오 신호 및 데이터 신호를 출력이 가능한 형태로 복원할 수 있다.
네트워크 인터페이스부(133)는 디스플레이 장치(100)를 인터넷망을 포함하는 유/무선 네트워크와 연결하기 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 네트워크 인터페이스부(133)는 접속된 네트워크 또는 접속된 네트워크에 링크된 다른 네트워크를 통해, 다른 사용자 또는 다른 전자 기기와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
네트워크 인터페이스부(133)는 접속된 네트워크 또는 접속된 네트워크에 링크된 다른 네트워크를 통해, 소정 웹 페이지에 접속할 수 있다. 즉, 네트워크를 통해 소정 웹 페이지에 접속하여, 해당 서버와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
그리고, 네트워크 인터페이스부(133)는 컨텐츠 제공자 또는 네트워크 운영자가 제공하는 컨텐츠 또는 데이터들을 수신할 수 있다. 즉, 네트워크 인터페이스부(133)는 네트워크를 통하여 컨텐츠 제공자 또는 네트워크 제공자로부터 제공되는 영화, 광고, 게임, VOD, 방송 신호 등의 컨텐츠 및 그와 관련된 정보를 수신할 수 있다.
또한, 네트워크 인터페이스부(133)는 네트워크 운영자가 제공하는 펌웨어의 업데이트 정보 및 업데이트 파일을 수신할 수 있으며, 인터넷 또는 컨텐츠 제공자 또는 네트워크 운영자에게 데이터들을 송신할 수 있다.
네트워크 인터페이스부(133)는 네트워크를 통해, 공중에 공개(open)된 애플리케이션들 중 원하는 애플리케이션을 선택하여 수신할 수 있다.
외부장치 인터페이스부(135)는 인접하는 외부 장치 내의 애플리케이션 또는 애플리케이션 목록을 수신하여, 제어부(170) 또는 저장부(140)로 전달할 수 있다.
외부장치 인터페이스부(135)는 디스플레이 장치(100)와 외부 장치 간의 연결 경로를 제공할 수 있다. 외부장치 인터페이스부(135)는 디스플레이 장치(100)에 무선 또는 유선으로 연결된 외부장치로부터 출력된 영상, 오디오 중 하나 이상을 수신하여, 제어부(170)로 전달할 수 있다. 외부장치 인터페이스부(135)는 복수의 외부 입력 단자들을 포함할 수 있다. 복수의 외부 입력 단자들은 RGB 단자, 하나 이상의 HDMI(High Definition Multimedia Interface) 단자, 컴포넌트(Component) 단자를 포함할 수 있다.
외부장치 인터페이스부(135)를 통해 입력된 외부장치의 영상 신호는 디스플레이부(180)를 통해 출력될 수 있다. 외부장치 인터페이스부(135)를 통해 입력된 외부장치의 음성 신호는 오디오 출력부(185)를 통해 출력될 수 있다.
외부장치 인터페이스부(135)에 연결 가능한 외부 장치는 셋톱 박스, 블루레이 플레이어, DVD 플레이어, 게임기, 사운드 바, 스마트폰, PC, USB 메모리, 홈 씨어터 중 어느 하나일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
또한, 디스플레이 장치(100)에 미리 등록된 다른 사용자 또는 다른 전자 기기 중 선택된 사용자 또는 선택된 전자기기에, 디스플레이 장치(100)에 저장된 일부의 컨텐츠 데이터를 송신할 수 있다.
저장부(140)는 제어부(170) 내의 각 신호 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장하고, 신호 처리된 영상, 음성 또는 데이터신호를 저장할 수 있다.
또한, 저장부(140)는 외부장치 인터페이스부(135) 또는 네트워크 인터페이스부(133)로부터 입력되는 영상, 음성, 또는 데이터 신호의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있으며, 채널 기억 기능을 통하여 소정 이미지에 관한 정보를 저장할 수도 있다.
저장부(140)는 외부장치 인터페이스부(135) 또는 네트워크 인터페이스부(133)로부터 입력되는 애플리케이션 또는 애플리케이션 목록을 저장할 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 저장부(140) 내에 저장되어 있는 컨텐츠 파일(동영상 파일, 정지영상 파일, 음악 파일, 문서 파일, 애플리케이션 파일 등)을 재생하여 사용자에게 제공할 수 있다.
사용자입력 인터페이스부(150)는 사용자가 입력한 신호를 제어부(170)로 전달하거나, 제어부(170)로부터의 신호를 사용자에게 전달할 수 있다. 예를 들어, 사용자입력 인터페이스부(150)는 블루투스(Bluetooth), WB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee) 방식, RF(Radio Frequency) 통신 방식 또는 적외선(IR) 통신 방식 등 다양한 통신 방식에 따라, 원격제어장치(200)로부터 전원 온/오프, 채널 선택, 화면 설정 등의 제어 신호를 수신하여 처리하거나, 제어부(170)로부터의 제어 신호를 원격제어장치(200)로 송신하도록 처리할 수 있다.
또한, 사용자입력 인터페이스부(150)는, 전원키, 채널키, 볼륨키, 설정치 등의 로컬키(미도시)에서 입력되는 제어 신호를 제어부(170)에 전달할 수 있다.
제어부(170)에서 영상 처리된 영상 신호는 디스플레이부(180)로 입력되어 해당 영상 신호에 대응하는 영상으로 표시될 수 있다. 또한, 제어부(170)에서 영상 처리된 영상 신호는 외부장치 인터페이스부(135)를 통하여 외부 출력장치로 입력될 수 있다.
제어부(170)에서 처리된 음성 신호는 오디오 출력부(185)로 오디오 출력될 수 있다. 또한, 제어부(170)에서 처리된 음성 신호는 외부장치 인터페이스부(135)를 통하여 외부 출력장치로 입력될 수 있다.
그 외, 제어부(170)는, 디스플레이 장치(100) 내의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 사용자입력 인터페이스부(150)를 통하여 입력된 사용자 명령 또는 내부 프로그램에 의하여 디스플레이 장치(100)를 제어할 수 있으며, 네트워크에 접속하여 사용자가 원하는 애플리케이션 또는 애플리케이션 목록을 디스플레이 장치(100) 내로 다운받을 수 있도록 할 수 있다.
제어부(170)는 사용자가 선택한 채널 정보 등이 처리한 영상 또는 음성신호와 함께 디스플레이부(180) 또는 오디오 출력부(185)를 통하여 출력될 수 있도록 한다.
또한, 제어부(170)는 사용자입력 인터페이스부(150)를 통하여 수신한 외부장치 영상 재생 명령에 따라, 외부장치 인터페이스부(135)를 통하여 입력되는 외부 장치, 예를 들어, 카메라 또는 캠코더로부터의, 영상 신호 또는 음성 신호가 디스플레이부(180) 또는 오디오 출력부(185)를 통해 출력될 수 있도록 한다.
한편, 제어부(170)는 영상을 표시하도록 디스플레이부(180)를 제어할 수 있으며, 예를 들어 튜너(131)를 통해 입력되는 방송 영상, 또는 외부장치 인터페이스부(135)를 통해 입력되는 외부 입력 영상, 또는 네트워크 인터페이스부를 통해 입력되는 영상, 또는 저장부(140)에 저장된 영상이 디스플레이부(180)에서 표시되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 디스플레이부(180)에 표시되는 영상은 정지 영상 또는 동영상일 수 있으며, 2D 영상 또는 3D 영상일 수 있다.
또한, 제어부(170)는 디스플레이 장치(100) 내에 저장된 컨텐츠, 또는 수신된 방송 컨텐츠, 외부로부터 입력되는 외부 입력 컨텐츠가 재생되도록 제어할 수 있으며, 컨텐츠는 방송 영상, 외부 입력 영상, 오디오 파일, 정지 영상, 접속된 웹 화면, 및 문서 파일 등 다양한 형태일 수 있다.
무선 통신부(173)는 유선 또는 무선 통신을 통해 외부 기기와 통신을 수행할 수 있다. 무선 통신부(173)는 외부 기기와 근거리 통신(Short range communication)을 수행할 수 있다. 이를 위해, 무선 통신부(173)는 블루투스(Bluetooth™), BLE(Bluetooth Low Energy), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 무선 통신부(173)는 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 디스플레이 장치(100)와 무선 통신 시스템 사이, 디스플레이 장치(100)와 다른 디스플레이 장치(100) 사이, 또는 디스플레이 장치(100)와 디스플레이 장치(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
여기에서, 다른 디스플레이 장치(100)는 본 발명에 따른 디스플레이 장치(100)와 데이터를 상호 교환하는 것이 가능한(또는 연동 가능한) 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 스마트워치(smartwatch), 스마트 글래스(smart glass), HMD(head mounted display)), 스마트 폰과 같은 이동 단말기가 될 수 있다. 무선 통신부(173)는 디스플레이 장치(100) 주변에, 통신 가능한 웨어러블 디바이스를 감지(또는 인식)할 수 있다. 나아가, 제어부(170)는 감지된 웨어러블 디바이스가 본 발명에 따른 디스플레이 장치(100)와 통신하도록 인증된(authenticated) 디바이스인 경우, 디스플레이 장치(100)에서 처리되는 데이터의 적어도 일부를, 무선 통신부(173)를 통해 웨어러블 디바이스로 송신할 수 있다. 따라서, 웨어러블 디바이스의 사용자는, 디스플레이 장치(100)에서 처리되는 데이터를, 웨어러블 디바이스를 통해 이용할 수 있다.
디스플레이부(180)는 제어부(170)에서 처리된 영상 신호, 데이터 신호, OSD 신호 또는 외부장치 인터페이스부(135)에서 수신되는 영상 신호, 데이터 신호 등을 각각 R, G, B 신호로 변환하여 구동 신호를 생성할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 디스플레이 장치(100)는 본 발명의 일 실시 예에 불과하므로. 도시된 구성요소들 중 일부는 실제 구현되는 디스플레이 장치(100)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다.
즉, 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 또한, 각 블록에서 수행하는 기능은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 것이며, 그 구체적인 동작이나 장치는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 디스플레이 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 달리, 튜너(131)와 복조부(132)를 구비하지 않고 네트워크 인터페이스부(133) 또는 외부장치 인터페이스부(135)를 통해서 영상을 수신하여 재생할 수도 있다.
예를 들어, 디스플레이 장치(100)는 방송 신호 또는 다양한 네트워크 서비스에 따른 컨텐츠들을 수신하기 위한 등과 같은 셋톱 박스 등과 같은 영상 처리 장치와 영상 처리 장치로부터 입력되는 컨텐츠를 재생하는 컨텐츠 재생 장치로 분리되어 구현될 수 있다.
이 경우, 이하에서 설명할 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 동작 방법은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 디스플레이 장치(100)뿐 아니라, 분리된 셋톱 박스 등과 같은 영상 처리 장치 또는 디스플레이부(180) 및 오디오출력부(185)를 구비하는 컨텐츠 재생 장치 중 어느 하나에 의해 수행될 수도 있다.
다음으로, 도 2 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원격제어장치에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원격제어장치의 블록도이고, 도 3은 본발명의 일 실시 예에 따른 원격제어장치의 실제 구성 예를 보여준다.
먼저, 도 2를 참조하면, 원격제어장치(200)는 지문인식부(210), 무선통신부(220), 사용자 입력부(230), 센서부(240), 출력부(250), 전원공급부(260), 저장부(270), 제어부(280), 음성 획득부(290)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 무선통신부(220)는 전술하여 설명한 본 발명의 실시 예들에 따른 디스플레이 장치 중 임의의 어느 하나와 신호를 송수신한다.
원격제어장치(200)는 RF 통신규격에 따라 디스플레이 장치(100)와 신호를 송수신할 수 있는 RF 모듈(221)을 구비하며, IR 통신규격에 따라 디스플레이 장치(100)와 신호를 송수신할 수 있는 IR 모듈(223)을 구비할 수 있다. 또한, 원격제어장치(200)는 블루투스 통신규격에 따라 디스플레이 장치(100)와 신호를 송수신할 수 있는 블루투스 모듈(225)를 구비할 수 있다. 또한, 원격제어장치(200)는 NFC(Near Field Communication) 통신 규격에 따라 디스플레이 장치(100)와 신호를 송수할 수 있는 NFC 모듈(227)을 구비하며, WLAN(Wireless LAN) 통신 규격에 따라 디스플레이 장치(100)와 신호를 송수신할 수 있는 WLAN 모듈(229)을 구비할 수 있다.
또한, 원격제어장치(200)는 디스플레이 장치(100)로 원격제어장치(200)의 움직임 등에 관한 정보가 담긴 신호를 무선 통신부(220)를 통해 전송한다.
한편, 원격제어장치(200)는 디스플레이 장치(100)가 전송한 신호를 RF 모듈(221)을 통하여 수신할 수 있으며, 필요에 따라 IR 모듈(223)을 통하여 디스플레이 장치(100)로 전원 온/오프, 채널 변경, 볼륨 변경 등에 관한 명령을 전송할 수 있다.
사용자 입력부(230)는 키패드, 버튼, 터치 패드, 또는 터치 스크린 등으로 구성될 수 있다. 사용자는 사용자 입력부(230)를 조작하여 원격제어장치(200)으로 디스플레이 장치(100)와 관련된 명령을 입력할 수 있다. 사용자 입력부(230)가 하드키 버튼을 구비할 경우 사용자는 하드키 버튼의 푸쉬 동작을 통하여 원격제어장치(200)으로 디스플레이 장치(100)와 관련된 명령을 입력할 수 있다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 원격제어장치(200)는 복수의 버튼을 포함할 수 있다. 복수의 버튼은 지문 인식 버튼(212), 전원 버튼(231), 홈 버튼(232), 라이브 버튼(233), 외부 입력 버튼(234), 음량 조절 버튼(235), 음성 인식 버튼(236), 채널 변경 버튼(237), 확인 버튼(238) 및 뒤로 가기 버튼(239)을 포함할 수 있다.
지문 인식 버튼(212)은 사용자의 지문을 인식하기 위한 버튼일 수 있다. 일 실시 예로, 지문 인식 버튼(212)은 푸쉬 동작이 가능하여, 푸쉬 동작 및 지문 인식 동작을 수신할 수도 있다. 전원 버튼(231)은 디스플레이 장치(100)의 전원을 온/오프 하기 위한 버튼일 수 있다. 홈 버튼(232)은 디스플레이 장치(100)의 홈 화면으로 이동하기 위한 버튼일 수 있다. 라이브 버튼(233)은 실시간 방송 프로그램을 디스플레이 하기 위한 버튼일 수 있다. 외부 입력 버튼(234)은 디스플레이 장치(100)에 연결된 외부 입력을 수신하기 위한 버튼일 수 있다. 음량 조절 버튼(235)은 디스플레이 장치(100)가 출력하는 음량의 크기를 조절하기 위한 버튼일 수 있다. 음성 인식 버튼(236)은 사용자의 음성을 수신하고, 수신된 음성을 인식하기 위한 버튼일 수 있다. 채널 변경 버튼(237)은 특정 방송 채널의 방송 신호를 수신하기 위한 버튼일 수 있다. 확인 버튼(238)은 특정 기능을 선택하기 위한 버튼일 수 있고, 뒤로 가기 버튼(239)은 이전 화면으로 되돌아가기 위한 버튼일 수 있다.
다시 도 2를 설명한다.
사용자 입력부(230)가 터치스크린을 구비할 경우 사용자는 터치스크린의 소프트키를 터치하여 원격제어장치(200)로 디스플레이 장치(100)와 관련된 명령을 입력할 수 있다. 또한, 사용자 입력부(230)는 스크롤 키나, 조그 키 등 사용자가 조작할 수 있는 다양한 종류의 입력수단을 구비할 수 있으며 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.
센서부(240)는 자이로 센서(241) 또는 가속도 센서(243)를 구비할 수 있으며, 자이로 센서(241)는 원격제어장치(200)의 움직임에 관한 정보를 센싱할 수 있다.
예를 들어, 자이로 센서(241)는 원격제어장치(200)의 동작에 관한 정보를 x, y, z 축을 기준으로 센싱할 수 있으며, 가속도 센서(243)는 원격제어장치(200)의 이동속도 등에 관한 정보를 센싱할 수 있다. 한편, 원격제어장치(200)는 거리측정센서를 더 구비할 수 있어, 디스플레이 장치(100)의 디스플레이부(180)와의 거리를 센싱할 수 있다.
출력부(250)는 사용자 입력부(230)의 조작에 대응하거나 디스플레이 장치(100)에서 전송한 신호에 대응하는 영상 또는 음성 신호를 출력할 수 있다. 출력부(250)를 통하여 사용자는 사용자 입력부(230)의 조작 여부 또는 디스플레이 장치(100)의 제어 여부를 인지할 수 있다.
예를 들어, 출력부(250)는 사용자 입력부(230)가 조작되거나 무선 통신부(220)를 통하여 디스플레이 장치(100)와 신호가 송수신되면 점등되는 LED 모듈(251), 진동을 발생하는 진동 모듈(253), 음향을 출력하는 음향 출력 모듈(255), 또는 영상을 출력하는 디스플레이 모듈(257)을 구비할 수 있다.
또한, 전원공급부(260)는 원격제어장치(200)로 전원을 공급하며, 원격제어장치(200)가 소정 시간 동안 움직이지 않은 경우 전원 공급을 중단함으로써 전원 낭비를 줄일 수 있다. 전원공급부(260)는 원격제어장치(200)에 구비된 소정 키가 조작된 경우에 전원 공급을 재개할 수 있다.
저장부(270)는 원격제어장치(200)의 제어 또는 동작에 필요한 여러 종류의 프로그램, 애플리케이션 데이터 등이 저장될 수 있다. 만일 원격제어장치(200)가 디스플레이 장치(100)와 RF 모듈(221)을 통하여 무선으로 신호를 송수신할 경우 원격제어장치(200)와 디스플레이 장치(100)는 소정 주파수 대역을 통하여 신호를 송수신한다.
원격제어장치(200)의 제어부(280)는 원격제어장치(200)와 페어링된 디스플레이 장치(100)와 신호를 무선으로 송수신할 수 있는 주파수 대역 등에 관한 정보를 저장부(270)에 저장하고 참조할 수 있다.
제어부(280)는 원격제어장치(200)의 제어에 관련된 제반사항을 제어한다.
제어부(280)는 사용자 입력부(230)의 소정 키 조작에 대응하는 신호 또는 센서부(240)에서 센싱한 원격제어장치(200)의 움직임에 대응하는 신호를 무선 통신부(220)를 통하여 디스플레이 장치(100)로 전송할 수 있다.
또한, 원격제어장치(200)의 음성 획득부(290)는 음성을 획득할 수 있다.
음성 획득부(290)는 적어도 하나 이상의 마이크(291)을 포함할 수 있고, 마이크(291)를 통해 음성을 획득할 수 있다.
다음으로 도 4를 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 원격 제어 장치를 활용하는 예를 보여준다.
도 4의 (a)는 원격 제어 장치(200)에 대응하는 포인터(205)가 디스플레이부(180)에 표시되는 것을 예시한다.
사용자는 원격 제어 장치(200)를 상하, 좌우로 움직이거나 회전할 수 있다. 디스플레이 장치(100)의 디스플레이부(180)에 표시된 포인터(205)는 원격 제어 장치(200)의 움직임에 대응한다. 이러한 원격 제어 장치(200)는, 도면과 같이, 3D 공간 상의 움직임에 따라 해당 포인터(205)가 이동되어 표시되므로, 공간 리모콘이라 명명할 수 있다.
도 4의 (b)는 사용자가 원격 제어 장치(200)를 왼쪽으로 이동하면, 디스플레이 장치(100)의 디스플레이부(180)에 표시된 포인터(205)도 이에 대응하여 왼쪽으로 이동하는 것을 예시한다.
원격 제어 장치(200)의 센서를 통하여 감지된 원격 제어 장치(200)의 움직임에 관한 정보는 디스플레이 장치(100)로 전송된다. 디스플레이 장치(100)는 원격 제어 장치(200)의 움직임에 관한 정보로부터 포인터(205)의 좌표를 산출할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 산출한 좌표에 대응하도록 포인터(205)를 표시할 수 있다.
도 4의 (c)는, 원격 제어 장치(200) 내의 특정 버튼을 누른 상태에서, 사용자가 원격 제어 장치(200)를 디스플레이부(180)에서 멀어지도록 이동하는 경우를 예시한다. 이에 의해, 포인터(205)에 대응하는 디스플레이부(180) 내의 선택 영역이 줌인되어 확대 표시될 수 있다.
이와 반대로, 사용자가 원격 제어 장치(200)를 디스플레이부(180)에 가까워지도록 이동하는 경우, 포인터(205)에 대응하는 디스플레이부(180) 내의 선택 영역이 줌아웃되어 축소 표시될 수 있다.
한편, 원격 제어 장치(200)가 디스플레이부(180)에서 멀어지는 경우, 선택 영역이 줌아웃되고, 원격 제어 장치(200)가 디스플레이부(180)에 가까워지는 경우, 선택 영역이 줌인될 수도 있다.
또한, 원격 제어 장치(200) 내의 특정 버튼을 누른 상태에서는 상하, 좌우 이동의 인식이 배제될 수 있다. 즉, 원격 제어 장치(200)가 디스플레이부(180)에서 멀어지거나 접근하도록 이동하는 경우, 상, 하, 좌, 우 이동은 인식되지 않고, 앞뒤 이동만 인식되도록 할 수 있다. 원격 제어 장치(200) 내의 특정 버튼을 누르지 않은 상태에서는, 원격 제어 장치(200)의 상, 하, 좌, 우 이동에 따라 포인터(205)만 이동하게 된다.
한편, 포인터(205)의 이동속도나 이동방향은 원격 제어 장치(200)의 이동속도나 이동방향에 대응할 수 있다.
한편, 본 명세서에서의 포인터는, 원격 제어 장치(200)의 동작에 대응하여, 디스플레이부(180)에 표시되는 오브젝트를 의미한다. 따라서, 포인터(205)로 도면에 도시된 화살표 형상 외에 다양한 형상의 오브젝트가 가능하다. 예를 들어, 점, 커서, 프롬프트, 두꺼운 외곽선 등을 포함하는 개념일 수 있다. 그리고, 포인터(205)가 디스플레이부(180) 상의 가로축과 세로축 중 어느 한 지점(point)에 대응하여 표시되는 것은 물론, 선(line), 면(surface) 등 복수 지점에 대응하여 표시되는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 톤 매핑을 수행하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
특히, 도 5는 도 1에 도시된 제어부의 내부 블록도의 일 예에 해당할 수 있다.
제어부(170)는 톤 커브를 이용하여 입력 영상의 휘도를 조절할 수 있다.
제1 실시 예에 따르면, 제어부(170)는 디코더(501)와, 히스토그램 산출부(503), 최대 밝기 추출부(505), 톤 커브 결정부(507), 밝기 분포 변환부(509) 및 톤 매핑 수행부(511)를 포함할 수 있다.
디코더(501)는 HDR 영상을 입력받을 수 있다. 디코더(501)는 외부로부터 수신된 HDR 영상을 입력받을 수 있고, 디코더(501)는 입력된 HDR 영상을 디코딩할 수 있다.
한편, 디코더(501)는 HDR 영상을 입력받을 때 메타 데이터를 함께 입력받을 수 있다. 메타 데이터는 HDR 영상에 대한 정보를 포함할 수 있다. 메타 데이터는 HDR 영상의 휘도 정보, 장면(Scene) 별 최대 밝기 정보, HDR 영상임을 식별하기 위한 식별 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
히스토그램 산출부(503)는 HDR 영상의 히스토그램을 산출할 수 있다. HDR 영상의 히스토그램은, HDR 영상의 픽셀들 각각의 밝기값들의 분포 정보를 의미할 수 있다. 히스토그램 산출부(503)는 HDR 영상의 픽셀들 각각의 신호 레벨(예를 들어, 0 내지 1023)에 대한 분포도인 히스토그램을 산출할 수 있다.
히스토그램 산출부(503)는 디코더(501)에서 디코딩된 HDR 영상 및 메타 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 HDR 영상의 히스토그램을 산출할 수 있다.
최대 밝기 추출부(505)는 HDR 영상의 장면 별 최대 밝기를 추출할 수 있다. 최대 밝기 추출부(505)는 히스토그램 산출부(503)에서 산출된 HDR 영상의 히스토그램에 기초하여 HDR 영상의 장면 별 최대 밝기를 추출할 수 있다. 또는, 최대 밝기 추출부(505)는 HDR 영상과 함께 입력 받은 메타 데이터에 기초하여 HDR 영상의 장면 별 최대 밝기를 추출할 수도 있다.
톤 커브 결정부(507)는 HDR 영상에 톤 매핑을 수행할 톤 커브를 결정할 수 있다. 톤 커브는, HDR 영상의 밝기 범위를 디스플레이부(180)가 출력 가능한 휘도 범위로 매핑하는 커브일 수 있다.
톤 커브 결정부(507)는 HDR 영상의 피크 밝기에 기초하여, 디스플레이부(180)가 출력 가능한 휘도 범위에 맞게 HDR 영상의 휘도를 조절하기 위한 톤 커브를 결정할 수 있다.
밝기 분포 변환부(509)는 전기-광학 전달 함수(Electro-Optical Transfer Function, EOTF)를 이용하여, HDR 영상 픽셀들의 밝기 정보를 출력할 수 있다. 밝기 분포 변환부(509)는 전기적인 신호로 수신된 HDR 영상을 원래의 선형적인 색상으로 변환할 수 있다.
톤 매핑 수행부(511)는 밝기 분포 변환부(509)로부터 출력된 HDR 영상에 톤 매핑을 수행할 수 있다. 특히, 톤 매핑 수행부(511)는 톤 커브 결정부(507)에서 결정된 톤 커브를 이용하여 HDR 영상에 톤 매핑을 수행할 수 있다. 톤 매핑은, HDR 영상을 디스플레이부(180)의 패널(미도시)에서 표시할 수 있는 제한된 동적 범위를 가진 영상, 즉, LDR(Low Dynamic Range) 영상으로 변환하는 프로세스일 수 있다.
톤 매핑 수행부(511)가 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 톤 커브를 이용하여 휘도 조절하는 것을 다이나믹 톤 매핑이라 할 수 있다.
톤 매핑 수행부(511)는 톤 매핑된 HDR 영상을 디스플레이부(180)의 패널(미도시)로 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, HDR 영상의 피크 밝기에 기초하여 톤 커브를 조절하여 톤 매핑을 수행할 경우, 장면마다의 영상 특성을 반영하여, 영상을 보다 선명하게 출력 가능한 이점이 잇다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 톤 매핑을 수행하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
마찬가지로, 도 6은 도 1에 도시된 제어부의 내부 블록도의 일 예에 해당할 수 있다.
제어부(170)는 톤 커브를 이용하여 입력 영상의 휘도를 조절하고, 디스플레이부(180)는 톤 매핑에 의해 휘도가 조절된 영상을 표시할 수 있다.
제2 실시 예에 따르면, 제어부(170)는 디코더(501), 히스토그램 산출부(503), 최대 밝기 추출부(505), 톤 커브 결정부(507), 밝기 분포 변환부(509), 톤 매핑 수행부(511) 및 톤 매핑 강화부(600)를 포함할 수 있다.
디코더(501), 히스토그램 산출부(503), 최대 밝기 추출부(505), 톤 커브 결정부(507) 및 밝기 분포 변환부(509) 각각에 대한 설명은 도 5에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
톤 매핑 수행부(511)는 밝기 분포 변환부(509)로부터 출력된 HDR 영상에 톤 매핑을 수행할 수 있다. 특히, 제2 실시 예에 따르면, 톤 매핑 수행부(511)는 톤 매핑 강화부(600)에서 결정된 톤 커브를 이용하여 HDR 영상에 톤 매핑을 수행할 수 있다.
톤 매핑 수행부(511)는 톤 매핑을 수행한 HDR 영상을 디스플레이부(180)로 출력할 수 있다.
톤 매핑 강화부(600)는 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 톤 커브에 의한 톤 매핑의 결과를 미리 예측하고, 예측 결과에 기초하여 톤 커브를 변경할 수 있다.
톤 매핑 강화부(600)는 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 톤 커브를 HDR 영상에 적용할 경우의 결과를 미리 산출하고, 산출된 결과에 기초하여 출력 영상의 밝기 범위가 확장되거나, 출력 영상의 콘트라스트가 향상되도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
톤 매핑 강화부(600)는 밝기 분포 변환 예측부(601), 톤 매핑 결과 예측부(603), 임계값 산출부(605), 밝기 범위 확장부(607) 및 콘트라스트 향상부(609) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
밝기 분포 변환 예측부(601)는 밝기 분포 변환부(509)가 출력할 HDR 영상 픽셀들의 밝기 정보를 산출할 수 있다. 즉, 밝기 분포 변환 예측부(601)는 밝기 분포 변환부(509)와 동일한 동작을 수행할 수 있다. 톤 매핑 강화부(600)는 톤 커브 결정부(507)에서 결정된 톤 커브를 이용하는 톤 매핑의 결과를 예측하기 위해, 밝기 분포 변환 예측부(601)가 밝기 분포 변환부(509)와 동일하게, HDR 영상 픽셀들의 밝기 정보를 출력할 수 있다.
밝기 분포 변환 예측부(601)는, 밝기 분포 변환부(509)와 동일하게, 전기-광학 전달 함수(Electro-Optical Transfer Function, EOTF)를 이용하여, HDR 영상 픽셀들의 밝기 정보를 출력할 수 있다. 또는, 밝기 분포 변환 예측부(601)는 밝기 분포 변환부(509)로부터 HDR 영상 픽셀들의 밝기 정보를 전달받을 수도 있다.
톤 매핑 결과 예측부(603)는 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 톤 커브를 이용하여 밝기 분포 변환 예측부(601)가 출력한 HDR 영상을 톤 매핑한 결과를 산출할 수 있다.
즉, 톤 매핑 결과 예측부(603)는 톤 커브 결정부(507)에서 결정된 톤 커브로 HDR 영상에 톤 매핑을 수행할 경우의 출력 영상을 예측할 수 있다. 톤 매핑 결과 예측부(603)는 톤 커브 결정부(507)에 의해 조절된 톤 커브를 이용하여 밝기 분포 변환 예측부(601)에 의해 산출된 영상을 톤 매핑할 수 있다.
임계값 산출부(605)는 톤 매핑 결과 예측부(603)에 의해 예측된 출력 영상에 기초하여 임계값을 산출할 수 있다. 임계값 산출부(605)는 톤 매핑 결과 예측부(603)에 의해 휘도 조절된 영상에서 적어도 하나의 임계값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 임계값 산출부(605)는 영상의 밝은 영역 클래스와 어두운 영역 클래스를 구분하기 위한 임계값, 밝은 영역 클래스 내의 임계값, 어두운 영역 클래스 내의 임계값을 산출할 수 있다.
임계값(threshold value)은, 영상 속 물체(object)와 배경(background)을 분리하기 위한 값일 수 있다.
본 발명에서, 임계값은, 출력될 영상의 특성을 나타내는 것으로, 영상의 밝기 범위를 확장시키기 위한 기준이 되는 값일 수 있다. 또는, 임계값은 어두운 영역 클래스와 밝은 영역 클래스를 구분하는 기준이 되는 값일 수 있다.
임계값은 영상의 밝기 범위가 좁아 영상이 너무 밝게 출력되거나, 혹은 너무 어둡게 출력될 것인지를 판단하기 위한 기준 값일 수 있다. 또는, 임계값은 영상의 콘트라스트 개선 영역을 판단하기 위한 클래스 구분의 기준 값일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 임계값 산출부(605)는 오츠(Otsu) 알고리즘을 이용하여 임계값을 산출할 수 있다.
오츠 알고리즘은, 임계값 T를 기준으로 영상의 픽셀들을 두 클래스로 분류했을 때 두 클래스간의 intra-class variance를 최소화하거나, 또는 inter-class variance를 최대화하는 T를 찾는 방법으로, 입력 영상에서 임계값 T보다 어두운 픽셀들의 비율을 α, 밝기 평균을 μ1, 분산을 σ12, 임계값 T보다 밝은 픽셀들의 비율을 β, 밝기 평균을 μ2, 분산을 σ22라 했을 때 (α+β=1), intra-class 분산과 inter-class 분산은 각각 다음과 같은 수학식 1과, 수학식 2에 의해 계산된다.
[수학식 1]
intra-class variance = ασ12+βσ22
[수학식 2]
inter-class variance = αβ(μ1-μ2)2
즉, 오츠 알고리즘은 임계값 T를 최소값(예를 들어, 0)부터 최대값(예를 들어, 1023)까지 단계적으로 변화시키면서 intra-class variance가 최소가 되는 T 혹은 inter-class variance가 최대가 되는 T를 획득하는 방법이다.
임계값 산출부(605)는 오츠 알고리즘을 통해 획득한 T를 영상에서 물체(object)와 배경(background)을 분리하기 위한 임계값으로 인식할 수 있다.
즉, 임계값 산출부(605)는 입력 영상에서 오브젝트와 배경을 분리할 수 있다. 임계값 산출부(605)는 임계값을 기초로, 임계값 보다 작은 신호 레벨을 갖는 픽셀들을 오브젝트에 대응하는 픽셀들로 인식하고, 임계값 보다 큰 신호 레벨을 갖는 픽셀들을 배경에 대응하는 픽셀들로 인식함으로써 입력 영상에서 오브젝트와 배경을 분리할 수 있다.
후술하는 콘트라스트 향상부(609)는 톤 커브에서 오브젝트에 대응하는 픽셀들의 휘도 조절 부분을 변경하여 오브젝트의 휘도를 상승시키거나, 톤 커브에서 배경에 대응하는 픽셀들의 휘도 조절 부분을 변경하여 배경의 휘도를 감소시킬 수 있다.
즉, 톤 매핑 강화부(600)는 임계값 산출부(605)를 통해 입력 영상에서 오브젝트와 배경을 분리하고, 콘트라스트 향상부(609)를 통해 오브젝트 또는 배경 중 적어도 하나의 휘도가 조절되도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
밝기 범위 확장부(607)는 임계값 산출부(605)를 통해 산출한 임계값에 기초하여 밝기 범위의 확장 여부, 밝기 범위의 확장 방향 등을 결정할 수 있다.
밝기 범위는, 예상되는 출력 영상의 최소 밝기부터 최대 밝기까지의 거리를 의미할 수 있다.
밝기 범위가 좁을수록 영상이 지나치게 밝거나, 지나치게 어두울 가능성이 높다. 특히, 밝기 범위가 좁으면서, 임계값이 중심값으로부터 멀어질수록 영상이 지나치게 밝거나, 지나치게 어둡게 출력될 수 있다.
따라서, 밝기 범위 확장부(607)는 임계값을 중심값과 비교하고, 비교 결과에 기초하여 톤 커브를 변경할 수 있다.
밝기 범위 확장부(607)는 임계값과 중심값을 비교함으로써, 밝기 범위의 확장 여부, 밝기 범위의 확장 방향 등을 결정할 수 있다.
중심값은, 영상 신호 레벨 중 중간값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 입력되는 HDR 영상의 신호 레벨은 0 내지 1,023일 수 있고, 이 경우 중심값은 512일 수 있다.
밝기 범위 확장부(607)는 임계값과 중심값을 비교하고, 임계값이 중심값에 가까워지도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 그리고, 임계값이 중심값에 가까워지도록 톤 커브가 변경될 때, 밝기 범위가 함께 확장될 수 있다.
밝기 범위 확장부(607)는 임계값이 중심값 보다 크면 임계값이 낮아지도록 톤 커브를 변경하고, 임계값이 중심값 보다 작으면 임계값이 높아지도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
한편, 밝기 범위 확장부(607)는 임계값이 중심값에 가까워지도록 밝기 범위의 확장 방향을 결정한 후 밝기 범위의 확장 정도를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 밝기 범위 확장부(607)는 기 설정된 변화량만큼 임계값이 중심값 방향으로 이동하도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 예를 들어, 임계값이 700으로 산출되고, 변화량이 100으로 설정되어 있는 경우, 임계값이 700에서 600으로 변경되도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 밝기 범위 확장부(607)는 임계값이 중심값에 일치하도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 예를 들어, 임계값이 700인 경우, 임계값이 700에서 512로 변경되도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 입력 영상의 신호 레벨을 어두운 영역 클래스와 밝은 영역 클래스로 구분하고, 어두운 영역 클래스 및 밝은 영역 클래스 각각의 특성에 기초하여, 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도 변경 여부 및 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도 변경 여부를 획득할 수 있다. 이 때, 어두운 영역 클래스는 영상의 배경을 표현하는 픽셀들을 나타내고, 밝은 영역 클래스는 영상의 오브젝트를 표현하는 픽셀들을 나타낼 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 영상 신호를 밝은 영역 클래스와 어두운 영역 클래스로 구분할 때, 밝은 영역 클래스와 어두운 영역 클래스 각각에 대한 콘트라스트 강화 여부를 판단하고, 콘트라스트 강화 여부에 따라 톤 커브를 변경할 수 있다. 즉, 콘트라스트 향상부(609)는 영상 속 오브젝트의 휘도를 상승시킬지 여부와 영상 속 배경의 휘도를 감소시킬지 여부를 획득한 후, 톤 커브를 변경할 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 클래스의 출력 휘도가 상승하도록 톤 커브를 변경함으로써 입력 영상에서 오브젝트의 휘도를 상승시키고, 어두운 영역 클래스의 출력 휘도가 감소하도록 톤 커브를 변경함으로써 입력 영상에서 배경의 휘도를 감소시킬 수 있다.
먼저, 콘트라스트 향상부(609)가 영상 신호를 밝은 영역 클래스와 어두운 영역 클래스로 구분하는 방법을 설명한다.
일 실시 예에 따르면, 콘트라스트 향상부(609)는 영상 신호의 레벨이 0 내지 511인 픽셀들을 밝은 영역 클래스, 영상 신호의 레벨이 512 내지 1023인 픽셀들을 어두운 영역 클래스로 구분할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 콘트라스트 향상부(609)는 임계값 산출부(605)에 의해 산출된 임계값을 기초로 영상 신호를 밝은 영역 클래스와 어두운 영역 클래스로 구분할 수 있다. 예를 들어, 콘트라스트 향상부(609)는 영상 신호의 레벨이 임계값 산출부(605)에 의해 산출된 임계값 보다 작은 픽셀들을 밝은 영역 클래스, 영상 신호의 레벨이 임계값 산출부(605)에 의해 산출된 임계값 보다 큰 픽셀들을 어두운 영역 클래스로 구분할 수 있다.
다음으로, 콘트라스트 향상부(609)가 밝은 영역 클래스와 어두운 영역 클래스 각각에 대한 콘트라스트 강화 여부를 판단하는 방법을 설명한다.
콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 클래스 및 어두운 영역 클래스 각각에 대해 밝은 영역 임계값 및 어두운 영역 임계값을 산출함으로써, 콘트라스트 강화 여부를 판단할 수 있다. 콘트라스트 향상부(609)는 어두운 영역 임계값에 기초하여 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도 변경 여부를 획득하고, 밝은 영역 임계값에 기초하여 및 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도 변경 여부를 획득할 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 임계값 산출부(605)를 통해 밝은 영역 임계값 및 어두운 영역 임계값 각각을 산출할 수 있다.
임계값 산출부(605)는 밝은 영역 임계값 및 어두운 영역 임계값 각각을 산출할 수 있다. 임계값 산출부(605)는 밝은 영역 클래스에 해당하는 픽셀들에 오츠 알고리즘을 적용하여 밝은 영역 임계값을 산출하고, 어두운 영역 클래스에 해당하는 픽셀들에 오츠 알고리즘을 적용하여 어두운 영역 임계값을 산출할 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값에 가까워지도록 톤 커브를 변경하고, 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값에 가까워지도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 콘트라스트 향상부(609)는 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값 보다 크면 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도를 감소시키고, 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값 보다 작으면 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도를 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 밝은 영역 기준값 및 어두운 영역 기준값은 각각 미리 설정된 고정값일 수 있다. 예를 들어, 밝은 영역 기준값이 800이고, 어두운 영역 기준값이 200일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 이 때, 콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 임계값이 800에 가까워지도록 톤 커브를 변경하고, 어두운 영역 임계값이 200에 가까워지도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
이 때, 콘트라스트 향상부(609)는 임계값을 기준값 방향으로 기 설정된 변화량만큼 변경시키거나, 혹은 임계값이 기준값에 일치하도록 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 임계값과 밝은 영역 기준값의 차, 어두운 영역 임계값과 어두운 영역 기준값의 차에 따라 톤 커브를 변경할 수 있다. 즉, 콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 기준값에서 밝은 영역 임계값을 뺀 값이 클수록 변경량을 증가시키고, 어두운 영역 임계값에서 어두운 영역 기준값을 뺀 값이 클수록 변경량을 증가시켜 톤 커브를 변경할 수 있다. 다른 예로, 콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 임계값 및 어두운 영역 임계값 각각이 밝은 영역 기준값 및 어두운 영역 기준값으로 변경되도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 밝은 영역 기준값은 밝은 영역 클래스의 평균값이고, 어두운 영역 기준값은 어두운 영역 클래스의 평균값일 수 있다. 마찬가지로, 이 때, 콘트라스트 향상부(609)는 임계값을 기준값 방향으로 기 설정된 변화량만큼 변경시키거나, 혹은 임계값이 기준값에 일치하도록 변경시킬 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 임계값 각각에 대해 밝은 영역 기준값을 설정하고, 어두운 영역 임계값 각각에 대해 어두운 영역 기준값을 설정할 수 잇다. 예를 들어, 콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 임계값이 700이면 밝은 영역 기준값을 750으로 설정하고, 밝은 영역 임계값이 720이면 밝은 영역 기준값을 760으로 설정할 수 있다. 이 경우, 영상이 너무 많이 왜곡되는 것을 최소화할 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 입력 영상의 오브젝트와 배경을 분리한 후, 오브젝트의 휘도를 상승시키거나, 배경의 휘도를 감소하도록 톤 커브를 변경함으로써 영상의 콘트라스트를 높일 수 있다. 콘트라스트 향상부(609)는 오브젝트의 휘도만 상승시키거나, 배경의 휘도만 감소시키거나, 오브젝트의 휘도를 높이는 동시에 배경의 휘도를 저감시킬 수 있다.
밝기 범위 확장부(607) 및 콘트라스트 향상부(609) 각각이 톤 커브를 변경하는 방법에 대해서는 도 7 내지 도 11에서 더 자세히 설명하기로 한다.
톤 매핑 수행부(511)는 톤 매핑 강화부(600)로부터 톤 커브를 수신할 수 있다. 톤 매핑 수행부(511)는 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 후 밝기 범위 확장부(607) 및 콘트라스트 향상부(609)를 통해 변경된 톤 커브를 수신할 수 있다.
톤 매핑 수행부(511)는 매핑 강화부(600)로부터 수신한 톤 커브를 이용하여 밝기 분포 변환부(509)에서 출력된 HDR 영상에 톤 매핑을 수행하고, 디스플레이부(180)는 톤 매핑에 따라 휘도 조절한 영상을 표시할 수 있다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 영상의 밝기 범위가 확장되도록 톤 커브를 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시된 좌측의 그래프들은 영상 신호의 레벨에 대한 히스토그램이고, 도 7 및 도 8에 도시된 우측의 그래프들은 톤 커브일 수 있다.
톤 커브는 입력 휘도에 대한 출력 휘도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 입력 휘도의 범위는 0 내지 10,000 니트(nit)이고, 출력 휘도의 범위는 0 내지 1,000 니트(nit)일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로 이에 제한되지 않는다.
도 7의 (a)에 도시된 히스토그램은, 톤 매핑 결과 예측부(603)가 예측한 출력 영상에 대한 히스토그램일 수 있다. 임계값 산출부(605)는 도 7의 (a)에 도시된 히스토그램에 기초하여 임계값을 산출할 수 있고, 이 때 임계값은 중심값(예를 들어, 512)보다 클 수 있다. 도 7의 (a)에 도시된 제1 톤 커브(711)는 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 톤 커브일 수 있다.
밝기 범위 확장부(607)는 임계값 산출부(605)에 의해 산출된 임계값이 중심값 보다 크므로, 임계값이 작아지는 방향으로 톤 커브를 변경할 수 있다. 예를 들어, 밝기 범위 확장부(607)는 제1 톤 커브(711)를 도 7의 (b)에 도시된 제2 톤 커브(712)로 변경함으로써 임계값을 감소시킬 수 있고, 이 때 제2 톤 커브(712)의 출력 휘도는 제1 톤 커브(711)의 출력 휘도 보다 작을 수 있다.
즉, 밝기 범위 확장부(607)는 임계값이 중심값 보다 크면, 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 톤 커브의 출력 휘도가 감소하도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 이와 같이, 변경된 톤 커브를 HDR 영상에 적용할 경우 출력될 영상의 히스토그램은, 도 7의 (a)에 도시된 히스토그램에서 도 7의 (b)에 도시된 히스토그램으로 달라질 수 있다. 즉, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 변경된 톤 커버가 HDR 영상에 적용될 경우에는 임계값이 중심값에 가까워질 수 있다.
또한, 변경된 톤 커브에 의해 출력될 영상의 밝기 범위가 넓어질 수 있다. 도 7의 (b)에 도시된 히스토그램의 최소 레벨과 최대 레벨 사이의 거리는 도 7의 (a)에 도시된 히스토그램의 최소 레벨과 최대 레벨 사이의 거리 보다 긴 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 출력 영상의 밝기 범위가 확장될 경우, 영상이 지나치게 밝게 표현되는 것을 최소화하며, 영상이 보다 풍부하게 표현되는 이점이 있다.
마찬가지로, 도 8의 (a)에 도시된 히스토그램은, 톤 매핑 결과 예측부(603) 가 예측한 출력 영상에 대한 히스토그램일 수 있고, 임계값 산출부(605)는 도 8의 (a)에 도시된 히스토그램에 기초하여 임계값을 산출할 경우, 임계값은 중심값 보다 작을 수 있다. 도 8의 (a)에 도시된 제1 톤 커브(811)는 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 톤 커브일 수 있다.
밝기 범위 확장부(607)는 임계값 산출부(605)에 의해 산출된 임계값이 중심값 보다 작으므로, 임계값이 커지는 방향으로 톤 커브를 변경할 수 있다. 예를 들어, 밝기 범위 확장부(607)는 제1 톤 커브(811)를 도 8의 (b)에 도시된 제2 커브(812)로 변경함으로써 임계값을 증가시킬 수 있고, 이 때 제2 톤 커브(812)의 출력은 제1 톤 커브(811)의 출력 보다 클 수 있다.
즉, 밝기 범위 확장부(607)는 임계값이 중심값 보다 작으면, 톤 커브 결정부(507)에 의해 결정된 톤 커브의 출력 휘도가 증가하도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 이와 같이, 변경된 톤 커브를 HDR 영상에 적용할 경우 출력될 영상의 히스토그램은, 도 8의 (a)에 도시된 히스토그램에서 도 8의 (b)에 도시된 히스토그램으로 달라질 수 있다. 즉, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 변경된 톤 커브가 HDR 영상에 적용될 경우에는 임계값이 중심값에 가까워질 수 있다.
즉, 밝기 범위 확장부(607)는 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램의 밝기 범위가 넓어지도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
또한, 변경된 톤 커브에 의해 출력될 영상의 범위가 넓어질 수 있다. 도 8의 (b)에 도시된 히스토그램의 최소 레벨과 최대 레벨 사이의 거리는 도 8의 (a)에 도시된 히스토그램의 최소 레벨과 최대 레벨 사이의 거리 보다 긴 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 출력 영상의 밝기 범위가 확장될 경우, 영상이 지나치게 어둡게 표현되는 것을 최소화하며, 영상이 보다 풍부하게 표현되는 이점이 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 영상의 콘트라스트가 개선되도록 톤 커브를 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
마찬가지로, 도 9 내지 도 11에 도시된 좌측의 그래프들은 영상 신호의 레벨에 대한 히스토그램이고, 도 9 내지 도 11에 도시된 우측의 그래프들은 톤 커브일 수 있다.
톤 커브는 입력 휘도에 대한 출력 휘도를 나타내며, 도 8의 입력 휘도의 범위는 0 내지 10,000 니트(nit)이고, 출력 휘도의 범위는 0 내지 1,000 니트(nit)일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로 이에 제한되지 않는다.
도 9의 (a)에 도시된 히스토그램은, 밝기 범위 확장부(607)에 의해 변경된 톤 커브가 적용될 경우 영상의 히스토그램일 수 있다. 도 9의 (a)에 도시된 제2 톤 커브(911)는 밝기 범위 확장부(607)에 의해 변경된 톤 커브일 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 임계값 산출부(605)를 이용하여 어두운 영역 클래스의 임계값인 어두운 영역 임계값 및 밝은 영역 클래스의 임계값인 밝은 영역 임계값 각각을 산출할 수 있다. 이하, 어두운 영역 클래스는 배경을 표현하는 픽셀들의 집합이고, 밝은 영역 클래스는 오브젝트를 표현하는 픽셀들의 집합일 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값 보다 큰 경우 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값에 가까워지도록 톤 커브를 변경하고, 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값 보다 작은 경우 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값에 가까워지도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 구체적으로, 콘트라스트 향상부(609)는 톤 커브 중 어두운 영역을 나타내는 입력 휘도에 대한 출력 휘도를 감소시키고, 밝은 영역을 나타내는 입력 휘도에 대한 출력 휘도를 증가시켜 톤 커브를 변경할 수 있다. 즉, 콘트라스트 향상부(609)는 톤 커브를 제2 톤 커브(911)에서 제3 톤 커브(912)로 변경할 수 있다. 이 때, 어두운 영역에 대한 제3 톤 커브(912)의 출력 휘도는 제2 톤 커브(911) 출력 휘도 보다 작고, 밝은 영역에 대한 제3 톤 커브(912)의 출력 휘도는 제2 톤 커브(911)의 출력 휘도 보다 클 수 있다.
어두운 영역을 나타내는 입력 휘도는 최소 휘도값(예를 들어, 0 nit) 내지 중간 휘도값(예를 들어, 5,000 nit)이고, 밝은 영역을 나타내는 입력 휘도는 중간 휘도값(예를 들어, 5,000 nit) 내지 최대 휘도값(예를 들어, 10,000 nit)일 수 있다.
이를 통해, 배경의 휘도를 감소시키면서, 오브젝트의 휘도를 상승시킴으로써, 영상의 콘트라스트가 높게 출력되는 이점이 있다.
즉, 어두운 영역임에도 밝게 표시되는 영역을 보다 어둡게 표시되도록 조절하고, 밝은 영역임에도 어둡게 표시되는 영역을 보다 밝게 표시되도록 조절함으로써, 영상의 콘트라스트를 높일 수 있는 이점이 있다.
마찬가지로. 도 10의 (a)에 도시된 히스토그램은, 밝기 범위 확장부(607)에 의해 변경된 톤 커브가 적용될 경우 영상의 히스토그램일 수 있다. 도 10의 (a)에 도시된 제2 톤 커브(1011)는 밝기 범위 확장부(607)에 의해 변경된 톤 커브일 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 임계값 산출부(605)를 이용하여 어두운 영역 클래스의 임계값인 어두운 영역 임계값 및 밝은 영역 클래스의 임계값인 밝은 영역 임계값 각각을 산출할 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값과 동일하거나 어두운 영역 기준값에 가까운 경우, 어두운 영역에 대한 톤 커브를 변경하지 않을 수 있다. 반면, 콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값 보다 작은 경우 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값에 가까워지도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 구체적으로, 콘트라스트 향상부(609)는 톤 커브 중 어두운 영역을 나타내는 입력 휘도에 대한 출력 휘도는 유지시키고, 밝은 영역을 나타내는 입력 휘도에 대한 출력 휘도를 증가시켜 톤 커브를 변경할 수 있다. 즉, 콘트라스트 향상부(609)는 톤 커브를 제2 톤 커브(1011)에서 제3 톤 커브(1012)로 변경할 수 있다. 이 때, 어두운 영역에 대한 제3 톤 커브(1012)의 출력 휘도는 제2 톤 커브(1011) 출력 휘도와 동일하고, 밝은 영역에 대한 제3 톤 커브(1012)의 출력 휘도는 제2 톤 커브(1011)의 출력 휘도 보다 클 수 있다.
어두운 영역을 나타내는 입력 휘도는 최소 휘도값(예를 들어, 0 nit) 내지 중간 휘도값(예를 들어, 5,000 nit)이고, 밝은 영역을 나타내는 입력 휘도는 중간 휘도값(예를 들어, 5,000 nit) 내지 최대 휘도값(예를 들어, 10,000 nit)일 수 있다.
이를 통해, 오브젝트의 휘도를 상승시킴으로써, 영상의 콘트라스트가 높게 출력되는 이점이 있다.
즉, 어두운 영역이 적절한 밝기로 표현되고 있는 경우에는 별도의 조절을 하지 않고, 밝은 영역임에도 어둡게 표시되는 영역만이 보다 밝게 표시되도록 조절함으로써, 영상의 왜곡을 최소화하면서, 콘트라스트를 높일 수 있는 이점이 있다.
마찬가지로. 도 11의 (a)에 도시된 히스토그램은, 밝기 범위 확장부(607)에 의해 변경된 톤 커브가 적용될 경우 영상의 히스토그램일 수 있다. 도 11의 (a)에 도시된 제2 톤 커브(1111)는 밝기 범위 확장부(607)에 의해 변경된 톤 커브일 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 임계값 산출부(605)를 이용하여 어두운 영역 클래스의 임계값인 어두운 영역 임계값 및 밝은 영역 클래스의 임계값인 밝은 영역 임계값 각각을 산출할 수 있다.
콘트라스트 향상부(609)는 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값과 동일하거나 밝은 영역 기준값에 가까운 경우, 밝은 영역에 대한 톤 커브를 변경하지 않을 수 있다. 반면, 콘트라스트 향상부(609)는 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값 보다 큰 경우 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값에 가까워지도록 톤 커브를 변경할 수 있다. 구체적으로, 콘트라스트 향상부(609)는 톤 커브 중 밝은 영역을 나타내는 입력 휘도에 대한 출력 휘도는 유지시키고, 어두운 영역을 나타내는 입력 휘도에 대한 출력 휘도를 감소시켜 톤 커브를 변경할 수 있다. 즉, 콘트라스트 향상부(609)는 톤 커브를 제2 톤 커브(1111)에서 제3 톤 커브(1112)로 변경할 수 있다. 이 때, 밝은 영역에 대한 제3 톤 커브(1112)의 출력 휘도는 제2 톤 커브(1111) 출력 휘도와 동일하고, 어두운 영역에 대한 제3 톤 커브(1112)의 출력 휘도는 제2 톤 커브(1111)의 출력 휘도 보다 작을 수 있다.
어두운 영역을 나타내는 입력 휘도는 최소 휘도값(예를 들어, 0 nit) 내지 중간 휘도값(예를 들어, 5,000 nit)이고, 밝은 영역을 나타내는 입력 휘도는 중간 휘도값(예를 들어, 5,000 nit) 내지 최대 휘도값(예를 들어, 10,000 nit)일 수 있다.
이를 통해, 배경의 휘도를 감소시킴으로써, 영상의 콘트라스트가 높게 출력되는 이점이 있다.
즉, 밝은 영역이 적절한 밝기로 표현되고 있는 경우에는 별도의 조절을 하지 않고, 어두운 영역임에도 밝게 표시되는 영역만이 보다 어둡게 표시되도록 조절함으로써, 영상의 왜곡을 최소화하면서, 콘트라스트를 높일 수 있는 이점이 있다.
즉, 콘트라스트 향상부(609)는 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램 중 밝은 영역 클래스의 레벨은 증가하고, 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램 중 어두운 영역 클래스의 레벨은 감소하도록 톤 커브를 변경할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)에서는 톤 커브 결정부(507)가 제1 톤 커브를 획득하고, 밝기 범위 확장부(607)가 제1 톤 커브를 제2 톤 커브로 변경하고, 콘트라스트 향상부(609)가 제2 톤 커브를 제3 톤 커브로 변경할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치에 입력되는 HDR 영상 신호의 히스토그램과 출력 영상의 휘도 히스토그램을 나타내는 예시 도면이다.
도 12의 (a) 좌측 그래프와 도 12의 (b) 좌측 그래프는 입력되는 HDR 영상 신호의 레벨에 따라 산출된 히스토그램이고, 도 12의 (a)의 우측 그래프와 도 12의 (b) 우측 그래프는 HDR 영상 신호가 디스플레이부(180)에서 출력될 때의 휘도를 측정한 결과를 정리한 히스토그램이다.
즉, 도 12에 따르면, 입력되는 HDR 영상 신호와 비교하여, 디스플레이부(180)에서 출력되는 영상은 그 중심점이 이동되며, 밝기 범위가 넓은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 영상의 표현력이 풍부해지며, 콘트라스트가 개선되는 것을 알 수 있다.
도 13은 도 5에 도시된 제어부에 따른 출력 영상과 도 6에 도시된 제어부에 따른 출력 영상의 예시 도면이다.
즉, 도 13의 좌측 도면들은 도 5에 도시된 제어부(170)가 HDR 영상을 처리한 경우 디스플레이부(180)에서 출력되는 영상을 나타내고, 도 13의 우측 도면들은 도 6에 도시된 제어부(170)가 HDR 영상을 처리한 경우 디스플레이부(180)에서 출력되는 영상을 나타낸다. 즉, 도 13에 보이는 바와 같이, 제어부(170)가 톤 매핑 강화부(600)를 더 포함할 경우, 영상의 표현 범위가 더 확장되며, 콘트라스트가 개선되면서, 영상이 보다 밝고 선명하게 표시되는 것을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 톤 커브를 이용하여 입력 영상의 휘도를 조절하는 톤 매핑을 수행하는 제어부; 및
    상기 톤 매핑에 의해 휘도가 조절된 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상에서 오브젝트(object)와 배경(background)을 분리하고, 상기 오브젝트의 휘도 상승 여부 및 상기 배경의 휘도 감소 여부를 획득하고, 상기 오브젝트의 휘도 상승 및 상기 배경의 휘도 감소 중 적어도 하나가 적용되도록 톤 커브를 조절하여 상기 오브젝트 또는 배경 중 적어도 하나의 휘도를 조절하는
    디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상에서 상기 오브젝트의 휘도를 상승시키는
    디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상에서 상기 배경의 휘도를 감소시키는
    디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상에서 상기 오브젝트와 상기 배경을 분리하기 위한 임계값(threshold value)을 산출하고, 상기 임계값에 기초하여 상기 톤 커브를 변경하는
    디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 임계값에 기초하여 상기 톤 커브를 변경함으로써 상기 오브젝트 또는 배경 중 적어도 하나의 휘도를 조절하는
    디스플레이 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    오츠(Otsu) 알고리즘을 이용하여 상기 입력 영상에서 임계값을 산출하는
    디스플레이 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 임계값을 중심값과 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 톤 커브를 변경하며,
    상기 중심값은 상기 입력 영상의 신호 레벨 중 중간값인
    디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 임계값이 상기 중심값 보다 크면, 출력 휘도가 감소하도록 상기 톤 커브를 변경하고,
    상기 임계값이 상기 중심값 보다 작으면, 출력 휘도가 증가하도록 상기 톤 커브를 변경하는
    디스플레이 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상의 신호 레벨을 어두운 영역 클래스와 밝은 영역 클래스로 구분하고,
    상기 어두운 영역 클래스 및 상기 밝은 영역 클래스 각각의 특성에 기초하여, 상기 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도 변경 여부 및 상기 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도 변경 여부를 획득하는
    디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 어두운 영역 클래스의 어두운 영역 임계값과, 상기 밝은 영역 클래스의 밝은 영역 임계값을 각각 산출하고,
    상기 어두운 영역 임계값 및 상기 밝은 영역 임계값 각각에 기초하여 상기 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도 변경 여부 및 상기 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도 변경 여부를 획득하는
    디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값 보다 크면 상기 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도를 감소시키는
    디스플레이 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값 보다 작으면 상기 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도를 증가시키는
    디스플레이 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 어두운 영역 임계값이 어두운 영역 기준값 보다 크면 상기 톤 커브 중 어두운 영역의 출력 휘도를 감소시키며, 상기 밝은 영역 임계값이 밝은 영역 기준값 보다 작으면 상기 톤 커브 중 밝은 영역의 출력 휘도를 증가시키는
    디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상의 신호 레벨에 대한 히스토그램을 획득하는 히스토그램 산출부,
    상기 히스토그램에 기초하여 상기 입력 영상의 최대 밝기를 획득하는 최대 밝기 추출부,
    상기 최대 밝기에 기초하여 톤 커브를 조절하는 톤 커브 결정부,
    상기 톤 커브 결정부에 의해 조절된 톤 커브를 이용하여 상기 입력 영상을 톤 매핑하는 톤 매핑 수행부를 포함하는
    디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상의 특성에 기초하여 상기 톤 커브 결정부에 의해 조절된 톤 커브를 변경하는 톤 매핑 강화부를 더 포함하고,
    상기 톤 매핑 수행부는
    상기 톤 매핑 강화부에 의해 변경된 톤 커브를 이용하여 상기 입력 영상을 톤 매핑하는
    디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 톤 매핑 강화부는
    전기-광학 전달 함수(Electro-Optical Transfer Function, EOTF)를 이용하여 상기 입력 영상을 변환한 결과를 산출하는 밝기 분포 변환 예측부,
    상기 톤 커브 결정부에 의해 조절된 톤 커브를 이용하여 상기 밝기 분포 변환 예측부에 의해 산출된 영상을 톤 매핑하는 톤 매핑 결과 예측부,
    상기 톤 매핑 결과 예측부에 의해 휘도 조절된 영상에서 적어도 하나의 임계값을 산출하는 임계값 산출부,
    상기 임계값에 기초하여 상기 톤 커브를 변경하는 밝기 범위 확장부, 및
    상기 밝기 범위 확장부에 의해 변경된 톤 커브를 상기 임계값에 기초하여 변경하는 콘트라스트 향상부를 포함하는
    디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 톤 커브 결정부가 제1 톤 커브를 획득하고,
    상기 밝기 범위 확장부가 상기 제1 톤 커브를 제2 톤 커브로 변경하고,
    상기 콘트라스트 향상부가 상기 제2 톤 커브를 제3 톤 커브로 변경하는
    디스플레이 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램의 밝기 범위가 넓어지도록 상기 톤 커브를 변경하는
    디스플레이 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램 중 밝은 영역 클래스의 레벨은 증가하고, 상기 입력 영상의 신호 레벨에 따른 히스토그램 중 어두운 영역 클래스의 레벨은 감소하도록 상기 톤 커브를 변경하는
    디스플레이 장치.
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