KR19980014689A - 히스토그램을 이용한 감마보정장치 - Google Patents

히스토그램을 이용한 감마보정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히스토그램을 이용한 감마보정장치에 관한 것으로, 카메라에서 촬영된 입력영상신호를 감마보정하는 장치에 있어서, 히스토그램을 이용하여 상기 입력영상신호의 한 화면단위의 휘도분포를 분석하며, 분석결과를 나타내는 신호를 출력하는 화면분석부와, 상기 분석결과신호를 이용하여 상기 입력영상신호를 위한 보정량을 발생하는 보정량계산부와, 상기 보정량을 입력받아 상기 입력영상신호를 감마보정하도록 제어하는 제어부, 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 입력영상신호를 감마보정하여 출력하는 신호처리부를 포함한다. 이와 같은 본 발명은 캠코더등의 역광보정이나 화면의 밝기차가 큰 휘도신호를 보정하는데 유용한 감마보정장치를 제공하는 효과를 갖는다.

Description

히스토그램을 이용한 감마보정장치
본 발명은 카메라등의 휘도신호처리에 사용되는 감마보정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 히스토그램을 이용하여 화면의 휘도분포를 분석하며, 분석한 결과를 토대로 입력영상신호를 감마보정할 수 있도록 한 히스토그램을 이용한 감마보정장치에 관한 것이다.
일반적으로 TV카메라에서 출력되는 영상의 휘도전압과 브라운관에서 출력되는 휘도전압은 정확히 비례하지 않는다. 즉, 브라운관은 입력되는 휘도신호의 전압이 작을 때에는 단위전압의 변화에 대하여 출력전압의 변화량이 작고, 입력되는 휘도신호의 전압이 커질수록 단위전압의 변화에 대한 출력전압의 변화량도 커지는 지수곡선형태의 입출력특성을 갖는다. 일반적으로 카메라신호를 수신받는 측에서는 감마보정회로를 구비하고 있어서 이러한 브라운관의 입출력특성을 보정하여 출력한다. 이를 도 1의 그래프를 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 브라운관의 입출력특성을 보정하기 위한 감마보정곡선을 나타낸 그래프이다. 도시한 바와 같이, 일반적인 감마보정곡선은 상술한 브라운관의 입출력특성과 반대되는 특성을 갖는다. 이러한 감마보정곡선을 브라운관에 입력되는 휘도전압에 가산해 주면 입출력전압이 정비례하는 특성을 얻을 수 있게 된다.
한편, 일반적으로 캠코더를 이용하여 피사체를 촬상할 때 광원에 의하여 피사체의 표현이 제대로 되지 않는 경우가 있다. 일반적인 캠코더는 역광보정기능을 구비하고 있어서 광원에 의한 피사체의 밝기를 조절하여 준다. 그러나, 밝은피사체와 어두운피사체가 혼재되어 있는 장면을 촬상하는 경우 피사체의 표현은 어느 한 쪽을 희생하면서 이루어 진다. 이를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 일반적인 역광보정회로를 통해 피사체의 밝기를 조절하는 경우의 데이타유실을 보여주는 그래프이다.
일반적인 역광보정회로에서는 피사체가 어둡게 나타나는 것을 보정하기 위하여 조리개를 개방하거나 입력되는 영상의 이득을 높여준다. 이 경우 도 2a에 나타낸 바와 같이, 저휘도부분의 밝기는 개선되지만 고휘도부분의 데이타가 유실되어 피사체를 섬세하게 표현할 수 없게 된다. 반대로 도 2b에 나타낸 바와 같이, 조리개의 개방량을 줄이거나 입력영상의 이득을 줄여 고휘도부분을 키워주면 어두운피사체는 더욱 어두어져 형상을 알아볼 수 없게 되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 밝은피사체나 어두운피사체가 혼재하는 경우에도 화면의 밝기를 적절히 표현해 줄 수 있는 장치가 요구되었다.
도 1은 일반적인 감마보정곡선의 입출력특성을 나타낸 그래프,
도 2는 일반적인 역광보정회로에 의하여 피사체의 밝기를 조절했을 때의 데이타의 유실을 설명하기 위한 그래프,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감마보정장치를 나타낸 구성도,
도 4는 도 3의 화면분석부(33) 및 보정량계산부(34)를 나타낸 상세구성도,
도 5는 본 발명에 의한 히스토그램으로 화면을 분석한 예를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 신축적인 감마보정곡선을 나타낸 그래프.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 전처리기32 : A/D변환기
33 : 화면분석부34 : 보정량계산부
35 : 제어부36 : 신호처리부
따라서, 본 발명에 의한 히스토그램을 이용한 감마보정장치는, 카메라에서 촬영된 입력영상신호를 감마보정하는 장치에 있어서, 히스토그램을 이용하여 상기 입력영상신호의 한 화면단위의 휘도분포를 분석하며, 분석결과를 나타내는 신호를 출력하는 화면분석부, 상기 분석결과신호를 이용하여 상기 입력영상신호를 위한 보정량을 발생하는 보정량계산부, 상기 보정량을 입력받아 상기 입력영상신호를 감마보정하도록 제어하는 제어부, 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 입력영상신호를 감마보정하여 출력하는 신호처리부를 포함한다.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 화면의 밝기차가 큰 경우나 카메라등에서 역광보정을 함께 수행하도록 일반적인 감마보정곡선을 신축적으로 변화시키는 방법을 제시한다.
도 3은 본 발명에 의한 감마보정장치를 나타낸 구성도이다.
도 3의 장치는 입력신호를 증폭하는 전처리기(31)와, 증폭된 신호를 입력받아 디지탈형태로 변환시켜 출력하는 A/D변환기(32)를 구비한다. A/D변환기(32)에는 한 화면단위의 휘도신호의 분포를 분석하는 화면분석부(33)가 연결되며, 화면분석부(33)의 분석결과를 토대로 입력신호를 위한 보정량을 발생하는 보정량계산부(34)가 연결된다. 보정량계산부(34)에는 보정량을 이용하여 입력신호를 보정하도록 제어하는 제어부(35)를 구비한다. 그리고, A/D변환기(32)에는 제어부(35)의 제어에 따라 입력신호의 입출력특성을 보정하여 출력하는 신호처리부(36)가 연결된다.
한편, 도 4는 도 3의 화면분석부(33)와 보정량계산부(34)의 상세구성도를 나타낸 것이다.
화면분석부(33)는 한 화면을 구성하는 화소들의 레벨을 개별적으로 판별하는 레벨판별기(331)와, 레벨판별결과에 따라 휘도신호의 각 레벨에 해당하는 화소수를 적산하는 적산기(332), 및 적산기(332)의 출력을 입력받아 한 화면의 휘도신호의 분포를 분석하는 히스토그램분석기(333)로 구성된다. 보정량계산부(34)는 화소수에 대응하는 감마보정곡선의 기울기값을 저장하는 룩업테이블(Look Up Table)(341)과, 룩업테이블(341)로부터 출력되는 기울기들을 연결하여 입력신호를 적응적으로 보정하기 위한 신축적인 감마보정곡선을 생성하는 감마곡선생성부(342)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3의 장치에서 전처리기(31)는 고체촬상소자(미도시됨)로부터 출력되는 영상을 입력받는다. 전처리기(31)는 입력받은 영상신호의 레벨을 소정의 크기로 증폭시켜 출력한다. 레벨증폭된 영상신호는 A/D변환기(32)에서 디지탈신호로 변환되어 신호처리부(36)로 인가된다.
한편, 디지탈변환된 영상신호는 입력신호를 위한 보정량을 산출하기 위해 화면분석부(33)로도 입력된다. 화면분석부(33)는 입력휘도신호로부터 현재 화면의 휘도분포를 분석한다.
즉, 화면분석부(33)의 레벨판별기(331)는 한 화면을 구성하는 화소들의 레벨을 개별적으로 판별한다. 적산기(332)는 휘도신호의 각각의 레벨에 해당하는 화소수를 적산한다. 히스토그램분석기(333)는 한 화면을 구성하는 모든 화소에 대한 레벨분포를 분석한다.
도 5는 히스토그램을 이용한 화면의 휘도분포를 분석하는 예를 보여주는 그래프이다. 히스토그램분석기(333)는 휘도신호의 각 레벨에 대응하는 화소수들을 분석하며, 분석결과를 보정량계산부(34)로 인가한다. 보정량계산부(34)는 히스토그램분석기(333)로부터 입력되는 분석결과를 토대로 현재 화면의 밝기를 최적으로 보정해 줄 수 있는 신축적인 감마보정곡선을 만든다.
즉, 도 1의 일반적인 감마보정곡선을 소정의 구간들로 분할하면, 분할된 각 구간에서의 기울기는 분할된 구간의 간격이 작을 수록 직선에 근접하게 표현할 수 있다.
히스토그램을 분석한 결과, 임의 휘도레벨을 갖는 화소수가 많을 경우에는 해당 휘도신호의 레벨을 줄이는 보정을 해 주어야 하며, 해당 휘도신호의 레벨을 갖는 화소수가 적을 때에는 휘도신호의 레벨을 키워주는 보정을 해 주어야 한다.
이를 위해, 보정량계산부(34)의 룩업테이블(341)에는 각 화소수에 대응하는 감마보정곡선의 기울기값들이 기저장된다.
히스토그램분석기(333)로부터의 분석결과는 룩업테이블(341)내의 데이타를 읽어내기 위한 번지로 사용된다. 즉, 히스토그램분석기(333)로부터의 분석결과를 번지로 하는 룩업테이블(341)내의 기울기값이 출력되어 감마곡선생성부(342)로 입력된다. 감마곡선생성부(342)는 룩업테이블(341)로부터 읽혀진 기울기들을 연결하여 신축적인 감마보정곡선을 생성한다.
도 6은 본 발명에 의한 신축적인 감마보정곡선을 나타낸 그래프이다. 도 6에서 0ga0h와 0gc0h부분은 점선으로 도시한 일반적인 감마보정곡선보다 기울기가 큰 것을 알 수 있다. 이는 해당 휘도신호의 레벨을 갖는 화소수가 작아 레벨을 키워주는 부분이다. 반면에, 0gb0h는 일반적인 감마보정곡선보다 기울기가 작은 것을 알 수 있으며, 해당 휘도신호의 레벨을 줄여주는 부분이 된다.
감마곡선생성부(342)로부터 생성된 감마곡선은 제어부(35)로 입력된다. 제어부(35)는 감마곡선생성부(342)로부터 생성된 신축적인 감마곡선을 이용하여 입력신호를 보정하도록 신호처리부(36)를 제어한다. 신호처리부(36)는 제어부(35)의 제어에 따라 휘도신호(Y)와 색신호로부터 분리된 적색신호(R), 녹색신호(G), 및 청색신호(B)를 각각 감마보정하여 출력한다.
이와 같은 본 발명의 감마보정장치는 히스토그램을 이용하여 한 화면단위의 휘도분포를 분석하며, 분석결과를 토대로 일반적인 감마곡선을 신축적으로 조정하여 입력신호의 감마특성을 보정하여 준다. 따라서, 본 발명은 캠코더등의 역광보정이나 화면의 밝기차가 큰 휘도신호의 보정에 유용한 감마보정장치를 제공한다.
본 발명의 목적은 히스토그램(Histogram)을 이용하여 화면의 휘도분포를 분석하며, 분석결과에 근거하는 신축적인(flexible) 감마보정곡선을 만들어 화면의 밝기를 적응적으로 보정할 수 있도록 한 히스토그램을 이용한 감마보정장치를 제공함에 있다.

Claims (5)

  1. 카메라에서 촬영된 입력영상신호를 감마보정하는 장치에 있어서,
    히스토그램을 이용하여 상기 입력영상신호의 한 화면단위의 휘도분포를 분석하며, 분석결과를 나타내는 신호를 출력하는 화면분석부;
    상기 분석결과신호를 이용하여 상기 입력영상신호를 위한 보정량을 발생하는 보정량계산부;
    상기 보정량을 입력받아 상기 입력영상신호를 감마보정하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 입력영상신호를 감마보정하여 출력하는 신호처리부를 포함하는 히스토그램을 이용한 감마보정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화면분석부는 상기 한 화면을 구성하는 화소들의 레벨을 개별적으로 판별하는 레벨판별기; 상기 휘도신호의 각 레벨에 해당하는 화소수를 적산하는 적산기; 상기 적산결과를 입력받아 한 화면단위의 히스토그램을 분석하는 히스토그램분석기로 구성되는 것을 특징으로 하는 히스토그램을 이용한 감마보정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보정량계산부는 일반적인 감마보정곡선을 신축적으로 조절하여 상기 보정량으로 발생하는 것을 특징으로 하는 히스토그램을 이용한 감마보정장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 보정량계산부는 소정의 휘도신호의 레벨을 갖는 화소수가 많을 경우 해당 휘도신호의 레벨을 줄이고, 소정의 휘도신호의 레벨을 갖는 화소수가 적을 경우 해당 휘도신호의 레벨을 키우는 동작으로, 상기 일반적인 감마보정곡선의 기울기를 신축적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 히스토그램을 이용한 감마보정장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 보정량계산부는 휘도신호의 각 레벨의 화소수에 대응하는 감마보정곡선의 기울기들을 저장하는 룩업테이블; 및 상기 룩업테이블로부터 출력되는 기울기들을 연결하여 상기 신축적인 감마보정곡선을 생성하는 감마곡선생성부로 구성되는 것을 특징으로 하는 히스토그램을 이용한 감마보정장치.
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