KR20010018866A

KR20010018866A - 플라즈마 디스플레이(ｐｄｐ)에서 동영상 의사윤곽 현상의 정량적 평가방법

Info

Publication number: KR20010018866A
Application number: KR1019990034995A
Authority: KR
Inventors: 최윤석; 김춘우
Original assignee: 김춘우
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2019-08-23
Also published as: KR100302142B1

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이(PDP)에서 동영상 의사윤곽 현상의 정량적 평가방법에 관한 것으로, 원래 영상과 시뮬레이션 결과 영상의 에지를 검출하여 에지 영역만을 나타내고, 두 에지 영상의 상관관계를 계산하며, 상관관계가 최대가 되는 지점으로 시뮬레이션 결과 영상을 이동시키는 단계(S100)와, 디스플레이의 입력신호에 대한 출력 휘도를 측정하여 1D-LUT를 만들고, 이를 이용하여 원래 영상의 계조값을 모니터의 출력값으로 변환하는 단계(S200)와, 휘도가 낮아질수록 인간시각이 오차에 더 민감함을 나타내는 웨버의 법칙으로 파워 함수를 근사 적용하는 단계(S300)와, 윤곽 가공이 많고 큰 오차값을 갖는 가공에 의해 작은 오차들을 억제시키는 시뮬레이션 결과 영상의 문턱값을 웨버의 법칙의 결과에 적용하는 단계(S400)와, 원래 영상에서 인접된 픽셀간의 계조값 차이의 증가가 에지부분에서 시각의 오차에 대한 민감도를 감소시키므로 원래 영상에서 두 픽셀 사이의 계조값 차이를 가중값 함수를 적용하는 단계(S500)와, MSE(Mean Squared Error) 계산을 적용하는 단계(S600)를 수행하여 시각 실험결과와 일치하는 의사윤곽을 정량화한 것이다.

Description

플라즈마 디스플레이(ＰＤＰ)에서 동영상 의사윤곽 현상의 정량적 평가방법{Fixed Quantity Evaluation Method of Dynamic False Contour Phenomena of Plasma Display}

본 발명은 플라즈마 디스플레이(Plasma Display 또는 Plasma Display Panel; PDP)에서 동영상 의사윤곽 현상의 정량적인 평가방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위치보정, 디스플레이 감마 보정(Display Gamma Transform), 웨버의 법칙(Weber's Law), 오차의 문턱값(Threshold), 원영상에서의 계조(階調) 차이에 대한 가중값(Weight) 함수를 이용하여 플라즈마 디스플레이에서 발생하는 의사윤곽 정도를 정량화하여 오차 계산결과와 시각 평가결과가 유사하고, 계산량이 적어 빠른 속도로 서브필드 패턴(Subfield Pattern)에 대한 의사윤곽 정도를 평가할 수 있는 플라즈마 디스플레이에서 동영상 의사윤곽 현상의 정량적인 평가방법에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마는 충분히 이온화되고 도전성이 있어 자계에 의하여 영향을 받는 가스로, 중성입자와 함께 거의 동수의 음·양의 대전입자가 있고, 가스 전체로서는 중성으로 되어 있다. 20,000K 이상의 고온에서는 완전히 전리한다. 고체 중에서는 플라즈마는 전자와 플러스로 대전한 도너(Donor) 또는 정공과 마이너스로 대전한 억셉터(Acceptor)의 어느 하나의 모양으로 존재한다. 고유 반도체 내에서의 정공 및 전자의 모양으로 존재하는 플라즈마도 있다.

이러한 플라즈마를 이용한 플라즈마 디스플레이(표시장치)는 기체의 방전에 따르는 발광 현상을 이용한 평판 패널 표시장치로, 플라즈마 표시 패널은 2장의 유리판을 전극 형성면을 안쪽으로 하여 마주보게 하고 방전가스를 기밀 봉함한 구조이다. 방전가스로서는 일반적으로 네온을 주체로 한 혼합 묽은 가스가 사용되며 발광 표시색은 주홍색이다. 패널의 구동에는 200V 정도의 고전압이 필요한데, 방전 개시의 임계값 특성이 매우 급준하다는 것이라든가, 축적효과가 있기 때문에 선 순차 구동에 위해 2차원으로 배열하고 있는 화소를 래스터 주사함으로써 대용량의 표시를 할 수 있다. 휴대형 개인용 컴퓨터를 비롯하여 각종 정보 단말 표시장치에 사용되고 있다. 또, 내면에 도포한 형광체를 방전현상으로 생기는 자외선으로 발광시키는 방식에 의해 풀 컬러도 가능하다. 장래의 벽걸이 텔레비전을 실현할 것으로서 기대되고 있다.

이와 같은 종래의 플라즈마 디스플레이는 최근에 이르러 화질의 문제가 대두되고 있다. 현재 플라즈마 디스플레이의 화질은 일반 모니터의 브라운관과는 비교할 수 없을 정도로 뒤떨어진 상태, 특히 콘트라스트가 낮은 실정이다.

종래에 NTSC 방식을 정할 때에 디스플레이로서 브라운관을 선정하였으므로, 이와는 전혀 다른 발광 및 표시원리를 갖는 플라즈마 디스플레이에서 발생하는 예기치 못한 문제는 당연한 것이고, 이러한 문제 중에서 대두된 것이 동화상 의사윤곽이다. 의사윤곽은 표시장치 화면상을 시점이 이동할 때에 관측되는 화상의 흐트러짐 현상이다. 그 발생은 화소 발광시간 길이와 시점 이동 속도와의 곱 및 발광의 시간적 비균일성에 의존하여 계조(階調; 텔레비전의 화상을 표시하기 위해서는 물론 밝기 레벨은 점등과 소등의 2개만으로서는 불충분하여 약간 어둡거나 약간 밝은 등의 여러 가지의 레벨이 필요하다. 이 중간적인 밝기를 계조 또는 중간조하고 함)나 컬러의 흐트러짐을 동반하는 것이다.

플라즈마 디스플레이의 의사윤곽 현상은 디스플레이 장치를 통해 사람이 직접 보는 것으로서 평가하거나, 컴퓨터 시뮬레이션(Computer Simulation) 결과로 영상에서 원래 영상과의 단순 MSE(Mean Squared Error; 오차의 제곱들의 합을 구한 후에 평균을 계산한 것) 계산과정을 이용해서 평가한다. 직접 플라즈마 디스플레이를 이용한 평가는 시간 및 비용이 많아지게 된다. 그리고, 단순한 MSE 계산의 경우에는 원래 영상과의 차이를 보면 눈에 잘 드러나지 않는 부분의 오차가 더 크게 작용한다. 예를 들면, 시뮬레이션 결과로서 영상은 원래 영상과 크기가 다르기 때문에 위치보정이 없으면 두 영상의 에지(edge)부분에서 불일치로 인해서, 이 부분의 오차가 의사윤곽 보다 더 크게 작용하게 된다. 또한, 디스플레이 장치특성 및 시각 특성을 고려하지 않기 때문에 의사윤곽을 잘 반영하는 정량화 방법이라 할 수 없다.

이와 같이 플라즈마 디스플레이에서 동영상 의사윤곽을 감소시키기 위하여 첫째, 발광의 불균일성을 적게하는 방법으로, 브라운관과 같이 1필드 내에서 발광하는 기간을 충분히 좁은 범위로 하면 좋다. 즉 최대발광 기간을 되도록 짧게 하면 좋다. 그러나, 플라즈마 디스플레이는 휘도를 높이기 위해서 발광기간을 길게하도록 노력해 왔으므로 이 방법은 바람직하지 못하고, 발광의 시간적인 불균일성을 적게하는 다른 방법은 반대로 발광기간을 시간적으로 또는 망막상에서 공간적으로 가능한 한 균일하게 분산시키는 것이다.

둘째, 발생하여 버린 계조의 흐트러짐을 눈에 띄지 않게 하는 것이다. 이것에는 오차확산이라는 방법이 있다. 인쇄와 같이 잉크를 칠할 것인가 아니면 칠하지 않을 것인가 하는 2개의 값으로 화상을 표시하는 경우에 자주 사용한다. 어떤 점의 표시가 지나치게 밝으면 주위를 그 만큼 어둡게 함으로써 흐트러짐을 확산시키는 것이다. 또한, 비트(Bit) 표시의 장황성을 이용하여 흐트러짐을 시간 및 공간적으로 3차원으로 확산시킨다.

셋째, 원래 화상과 실제로 표시되는 화상의 밝기를 동등하게 하기 위하여 등화 펄스를 가하는 것이다. 계조의 흐트러짐을 미리 예측할 수가 있기 때문에 어두운 흐트러짐이 발생될 것으로 예측되면 이 부분에 대응하는 원신호에 보정용 발광을 가하면 되고, 밝은 흐트러짐이 예측되는 경우에는 원신호의 발광강도를 줄이면 된다. 화상의 이동속도와 방향에 대응하여 이 보정을 하면 화질은 더욱 개선되는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같이 플라즈마 디스플레이에서 발생하는 동영상 의사윤곽을 감소시킴으로써 종래의 문제점을 극복하기 위하여, 원래 영상과 시뮬레이션 결과로서 영상의 위치를 맞추어 주는 위치 보정과정, 디스플레이 감마보정, 시각의 비선형적인 특성을 나타내는 웨버의 법칙, 작은 오차들을 무시하기 위한 오차의 문턱값, 원래 영상에서 계조 차이에 대한 가중치 함수 및 MSE(Mean Squared Error) 계산을 이용하여 플라즈마 디스플레이에서 발생하는 의사윤곽 정도를 정량화하여 오차 계산결과와 시각 평가결과가 유사하고, 적은 계산량으로 시각 평가와 일치하는 의사윤곽 정량화 방법을 제공하기 위한 것이 목적이다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이에서 동영상 의사윤곽(擬似輪郭) 현상의 정량적 평가를 나타낸 흐름도,

도 2는 종래 서브필드에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그림,

도 3은 본 발명에서 개선된 서브필드에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그림.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 원래 영상과 시뮬레이션 결과 영상의 에지를 검출하여 에지 영역만을 나타내고, 두 에지 영상의 상관관계를 계산하며, 상관관계가 최대가 되는 지점으로 시뮬레이션 결과 영상을 이동시키는 단계와, 디스플레이의 입력신호에 대한 출력 휘도를 측정하여 1D-LUT를 만들고, 이를 이용하여 원래 영상의 계조값을 모니터의 출력값으로 변환하는 단계와, 휘도가 낮아질수록 인간시각이 오차에 더 민감함을 나타내는 웨버의 법칙으로 파워 함수를 근사 적용하는 단계와, 윤곽 가공이 많고 큰 오차값을 갖는 가공에 의해 작은 오차들을 억제시키는 시뮬레이션 결과 영상의 문턱값을 웨버의 법칙의 결과에 적용하는 단계와, 원래 영상에서 인접된 픽셀간의 계조값 차이의 증가가 에지부분에서 시각의 오차에 대한 민감도를 감소시키므로 원래 영상에서 두 픽셀 사이의 계조값 차이를 가중값 함수를 적용하는 단계와, MSE 계산을 적용하는 단계를 수행하는 것이 특징이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 전체적인 흐름을 나타낸 블록도이다.

단계(S100)는 위치를 보정하는 것이다. 위치를 보정하는 단계는 시뮬레이션 결과 영상의 크기가 속도에 따라 다르기 때문에 원래 영상과의 차이를 계산할 때에 위치의 불일치로 인하여 영상의 에지(edge) 부분에서 오차가 과도하게 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로 다음과 같은 방법을 이용한다.

첫 번째, 원래 영상과 시뮬레이션 결과 영상의 에지를 검출하여 에지 영역만을 나타내고, 두 번째, 두 에지 영상의 상관관계(Correlation)를 계산하며, 세 번째, 상관관계가 최대가 되는 지점으로 시뮬레이션 결과 영상을 이동시켜 일치시킨다.

위의 과정에 의해 결정된 위치에서 의사윤곽 정도를 계산하게 된다.

단계(S200)에서는 디스플레이 감마보정을 하는 단계로, 디스플레이 장치는 입력신호에 대한 출력 휘도가 지수 함수적인 특징이 있기 때문에 입력신호에 대한 출력 휘도를 측정하여 1D-LUT를 만들고, 이를 이용하여 원래 영상의 계조값을 모니터의 출력값으로 변환한다.

단계(S300)에서는 웨버의 법칙(Weber's law)을 수행하는 단계로, 시각의 비선형적인 특성에 의해 휘도(Luminance)가 낮아질수록(밝은 곳 보다 어두운 곳일수록) 인간의 시각이 오차에 더 민감함을 나타내는 웨버의 법칙을 근사적으로 적용한다. 웨버의 법칙은 주로 사용하는 방법인 파워(Power) 함수로써 적용하였다. 단계(S300)까지의 오차계은 수학식 1과 같다.

여기에서, i₁(x,y)는 원래 영상이고, i₂(x,y)는 시뮬레이션 영상이며, G는 디스플레이 감마보정이다.

단계(S400)에서는 문턱값(Threshold)을 적용하는 과정이다. 즉 시뮬레이션 결과 영상은 주로 윤곽 가공이 많고, 큰 오차값을 갖는 가공에 의해 작은 오차들이 억제 되게 되므로 오차의 문턱값을 상기 수학식 1의 결과에 적용한다.

단계(S500)는 계조값 차이에 가중치(Weight)를 적용하는 과정으로, 오차의 문턱값이 적용된 결과로, 큰 오차에 대한 가중치를 주기 위하여 원래 영상에서 인접한 픽셀(Pixel) 사이의 계조값 차이가 증가할 경우, 즉 에지 부분에서는 인간의 시각 오차에 대한 민감도가 감소하므로, 수학식 2와 같이 원래 영상에서 두 픽셀의 계조값 차이를 가중치 함수로서 적용하며, 상수 a=15가 사용되었다.

,

여기에서 a는 감쇄지수이다.

단계(S600)은 MSE(Mean Squared Error) 계산을 나타낸 것으로, MSE는 오차의 제곱들의 합을 구한 후에 평균을 계산한 것으로, 수학식 3과 같다.

여기서, M은 영상의 가로방향 사이즈 (행수)이고, N은 영상의 세로방향 사이즈 (열수)를 나타낸다. 즉 전체 화소수로 평균을 내는 것이다.

오차의 문턱값은 시각 실험을 기준으로 정하여 좋은 패턴(Pattern)과 좋지 않은 패턴을 선택하여 시뮬레이션 영상을 만들고, 이를 이용하여 시각 실험을 한다. 시각 실험에 의해 내려진 패턴의 순위에 일치하도록 문턱값을 조절한다.

상기 오차계산 방법을 128계조 8-서브필드(Subfield) 패턴 최적화에 적용하였다. 표 1은 시각 실험 결과와 오차계산 결과 비교한 것이다.

표 1은 본 발명에서 제안하는 실시예로, 보다 구체적으로 정량화된 계산값이 인간의 시각평가와 일치하는지의 여부를 확인하는 것이다.

이는 10개의 영상에 서브필드 패턴 6가지(패턴번호 1-6)를 적용하여 모두 60개의 시뮬레이션 결과 영상을 계산(영상 10개 × 패턴수 6가지 = 60)한다. 즉 하나의 영상에 대하여 6가지의 시뮬레이션 결과 영상을 얻은 것이다.

또한, 6개의 시뮬레이션 영상으로부터 본 발명에서 적용된 방법에 의해 의사윤곽 정량화값을 계산한다. 예를 들어, 상기 영상 1의 패턴 1에 대한 계산값은 0.39이고, 패턴 2에 대한 계산값은 1.05이다.

동일한 시뮬레이션 영상으로부터 의사윤곽 정도를 단순한 MSE값의 계산에 의해서도 구할 수 있다. 이는 단순한 MSE계산이 잘 맞지 않는다는 것을 보여주기 위한 것이다. 여기에서 단순 MSE계산은 위치보정이나 감마보정 등과 같이 본 발명에서 적용된 방법을 사용하지 않은 채, 원래 영상과 시뮬레이션 영상 사이의 오차를 제곱하여 평균한 것이다. 사용된 MSE 계산식은 수학식 4와 같다.

또한, 각 영상마다 6개씩의 시뮬레이션 영상을 15명에게 보여주고 가장 좋은 것부터 순위를 매기도록 하였다. 이와 같이 15명이 제시한 순위를 종합하여 최종 순위를 결정한다.

또한, 표 1에서 사람들은 패턴 1을 1등으로 패턴 2를 2등... 패턴 6을 6등으로 평가하였다(첫 번째 열). 단순 MSE만을 사용하여 계산한 경우(두 번째 열)에 사람들이 매긴 순위와 일치하지는 않는다. 즉 패턴 4의 MSE(=60.81)가 패턴 1에 대한 MSE(=63.22)보다 작게 나온다. 반면에 본 발명의 정량적 평가방법(세 번째 열)을 사용하면 인간의 시각 평가 순위와 계산값들의 순위가 일치함을 알 수 있다.

본 발명에서는 최적화 결과 중에서 기존의 최적 패턴을 포함하여 상위 4개 패턴과 중간 2개 패턴을 선택하였고, 10가지 일반영상을 이용하여 시각 평가를 하였다. 표 1에서 패턴번호는 6개 패턴에 부여한 번호이다. 제안하는 오차기준으로 계산한 결과 영상 8번과 10번을 제외하고는 시각 평가와 유사함을 알 수 있다.

시각 평가는 표 2의 조건에서 10개 영상별로 6개 패턴에 대한 순위를 내리는 방법으로 시각 실험을 하였다.

최고 휘도	45cd/m²
관시 거리	4h
주변 밝기	Low
영상 크기	256×256(픽셀)
해 상 도	800×600
디스플레이	싱크마스터 7x

따라서, 본 발명에서 개선된 서브필드에 의한 의사윤곽 시뮬레이션 결과는 도 2와 같고, 종래의 시뮬레이션 결과인 도 1 보다 현저한 차이가 있음을 알 수 있다. 즉 도 1은 종래의 8필드 패턴(1 2 4 8 16 32 64 128)을 나타낸 것이고, 도 2에서 사용된 필드 패턴(8 1 2 64 128 32 16 4)을 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 디스플레이에서 동영상 의사윤곽 현상의 정량적 평가방법은 원래 영상과 시뮬레이션 결과로서 영상의 위치를 맞추어 주는 위치 보정과정, 디스플레이 감마보정, 시각의 비선형적인 특성을 나타내는 웨버의 법칙, 작은 오차들을 무시하기 위한 오차의 문턱값, 원래 영상에서 계조 차이에 대한 가중치 함수 및 MSE 계산을 이용하여 플라즈마 디스플레이에서 발생하는 의사윤곽 정도를 정량화하여 오차 계산결과와 시각 평가결과가 유사하고, 계산량이 적은 장점을 갖는다.

Claims

원래 영상과 시뮬레이션 결과 영상의 에지를 검출하여 에지 영역만을 나타내고, 두 에지 영상의 상관관계를 계산하며, 상관관계가 최대가 되는 지점으로 시뮬레이션 결과 영상을 이동시키는 단계(S100)와,

디스플레이의 입력신호에 대한 출력 휘도를 측정하여 1D-LUT를 만들고, 이를 이용하여 원래 영상의 계조값을 모니터의 출력값으로 변환하는 단계(S200)와,

휘도가 낮아질수록 인간시각이 오차에 더 민감함을 나타내는 웨버의 법칙으로 다음의 파워 함수를 근사 적용하는 단계(S300)와,

(i₁(x,y); 원래 영상, i₂(x,y); 시뮬레이선 영상, G; 디스플레이 감마보정)

윤곽 가공이 많고 큰 오차값을 갖는 가공에 의해 작은 오차들을 억제시키는 시뮬레이션 결과 영상의 문턱값을 웨버의 법칙의 결과에 적용하는 단계(S400)와,

원래 영상에서 인접된 픽셀간의 계조값 차이의 증가가 에지부분에서 시각의 오차에 대한 민감도를 감소시키므로 원래 영상에서 두 픽셀 사이의 계조값 차이를 다음의 가중값 함수를 적용하는 단계(S500)와,

(a; 감쇄지수)

다음의 MSE(Mean Squared Error; 오차의 제곱들의 합을 구한 후에 평균을 계산한 것) 계산과정을 적용하는 단계(S600)

를 수행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이(PDP)에서 동영상 의사윤곽 현상의 정량적 평가방법.