KR20020026119A

KR20020026119A - 영상신호의 콘트라스트 향상 장치

Info

Publication number: KR20020026119A
Application number: KR1020000057744A
Authority: KR
Inventors: 최상엄
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-09-30
Filing date: 2000-09-30
Publication date: 2002-04-06
Also published as: DE10150296B4; US20020039152A1; CN1161981C; CN1347246A; US6771320B2; DE10150296A1; KR100343744B1; FR2814890B1; FR2814890A1

Abstract

본 발명은 영상신호 처리장치에서 영상신호의 내재 성질에 따라 항상 최적의 명암 대비를 얻을 수 있게 하고, 부수적으로 승산기를 통해 감마 보정(Gamma Correction)을 수행하는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 기술적 구성 요지는, 입력영상신호의 크기와 제1기준값을 비교하여 기준값보다 작거나 큰 픽셀 수를 카운트하고, 그 카운트 값과 제2기준값의 차에 상응하는 DC 맵핑계수를 출력하는 영상정보 발생기를 포함하여 구성된 DC 맵핑계수 발생부와; 상기 입력영상신호의 최소값을 감산처리한 신호를 대수변환하는 대수변환기 및, 그 대수변환된 영상신호를 필터링하여 저주파 성분과 고주파 성분을 분리하는 저역필터 및 고역필터와; 상기 저주파 성분을 강조하기 위하여, 그 저주파 성분과 상기 DC 맵핑계수를 승산하는 제1승산기와; 제4기준값을 이용하여 상기 제1승산기의 최대 출력값을 보정하는 제2가산기와; 보정된 저주파신호 처리성분의 차를 구하는 제3감산기 및, 그 감산 결과와 제5기준값을 가산하여 고주파 성분의 증폭계수를 구하는 제3가산기와; 상기 고주파 성분을 강조하기 위하여, 그 고주파 성분과 상기 제3가산기에서 출력되는 증폭계수를 승산하는 제2승산기와; 상기 각기 강조된 저주파 성분과 고주파 성분을 합성하는 제4가산기로 이루어진다.

Description

영상신호의 콘트라스트 향상 장치{CONTRAST ENHANCEMENT APPARATUS OF VIDEO SIGNAL}

본 발명은 영상신호의 화질을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 특히 영상신호의 콘트라스트를 고르게 실시간으로 처리하는데 적당하도록 한 영상신호의 콘트라스트 향상 장치에 관한 것이다.

영상 디스플레이 장치에서 화질을 향상시키기 위한 방법으로서, 윤곽의 경계부를 강조하여 선명(Sharp)하게 느낄 수 있도록 하는 방법과, 호모모픽 필터(Homomorphic filter)와 같이 명암 대비를 향상시켜 선명(Clear)하게 느낄 수 있도록 하는 방법이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 호모모픽 필터를 이용한 콘트라스트 향상 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 입력영상신호()를 대수(log) 변환하기 위한 대수변환기(101)와; 상기 대수변환기(101)에 의해 대수 변환된 영상신호(Ylog1)를 저주파 성분()과 고주파 성분()으로 분리하는 여파기(102)와; 상기 저주파 성분()을 감쇄계수(a)로 감쇄시키기 위한 제1승산기(103)와; 상기 고주파 성분()을 증폭계수(b)로 증폭시키기 위한 제2승산기(103B)와; 상기 제1승산기(103A)에 의해 감쇄된 저주파 성분()과 상기 제2승산기(103B)에 의해 증폭된 고주파 성분()을 합성하기 위한 가산기(104)와; 상기 가산기(104)에 의해 합성된 신호()를 영상신호로 복원하기 위한 지수(Exponential) 변환기(105)로 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

입력영상신호()가 대수 변환기(101)에 입력되어 대수 변환되고, 그 대수 변환된 영상신호()가 여파기(102)에 입력되어 저주파 성분()과 고주파 성분()으로 분리된다.

이때, 제1승산기(103A)는 상기 저주파 성분()의 콘트라스트를 향상시키기 위해 그 저주파 성분()에 감쇄계수(a)를 승산하여 a배 만큼 감쇄된 저주파 성분()을 출력하고, 제2승산기(103B)는 상기 고주파 성분()의 콘트라스트를 향상시키기 위해 그 고주파 성분()에 증폭계수(b)를 승산하여 b배 만큼 증폭된 고주파 성분()을 출력한다.

그리고, 상기 감쇄된 저주파 성분()과 증폭된 고주파 성분()이 가산기(104)에서 서로 합성되는데, 그 합성된 신호()는 대수 변환된 신호이므로 지수 변환기(105)를 통해 지수 변환하여 원래의 영상신호()로 복원 출력하게 된다.

이와 같이 종래의 호모모픽 필터에서는 고정된 증폭 또는 감쇄계수(a,b)를 이용하여 입력 영상신호()의 저주파 성분()은 감쇄시키고, 고주파 성분()은 증폭시켜 영상신호의 콘트라스트가 향상되도록 하였다.

이와 같이 종래의 콘트라스트 향상 기술에 있어서는 고정된 계수를 이용하여 영상신호의 저주파 성분을 감쇄시키거나 고주파 성분을 증폭시키게 되어 있어 입력 영상신호에 적응적으로 대처하는데 어려움이 있었다. 또한, 단순히 입력 영상신호에 따라 계수를 다르게 설정하는 방법은 실시간 처리에 적용하는데 어려움이 있고,더욱이 저주파 성분이 감쇄될 경우 DC 레벨의 전이 현상이 나타나므로 최종의 출력 영상신호를 다시 스케일링 해야 하고, 이를 위해 신호 성분의 최소,최대값을 구해야 하므로 실시간 처리에 더욱 어려움이 있었다. 결과적으로, 상기와 같은 이유로 인하여 입력 영상신호에 대해 실시간 처리가 불가능하므로 영상신호의 콘트라스트를 고르게 향상시킬 수 없는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 영상신호의 내재 성질에 따라 항상 최적의 명암 대비를 얻을 수 있게 하고, 부수적으로 승산기를 통해 감마 보정(Gamma Correction)을 수행하는 영상신호의 콘트라스트 향상 장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 호모모픽 필터를 이용한 콘트라스트 향상 장치의 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 영상신호의 콘트라스트 향상 장치의 일실시 예시 블록도.

도 3의 (a)-(d)는 본 발명에 의해 처리된 영상신호의 누적확률분포함수 그래프.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

200A : DC 맵핑계수 발생부200B : 호모모필터

201 : 비교기 202 : 카운터

203 : 제1감산기204 : DC 맵핑계수 발생기

205 : 제1가산기206 : 최소값 검출기

207 : 제2감산기208 : 대수변환기

209A : 저역필터209B : 고역필터

210 : 제1승산기211 : 제2가산기

212 : 제3감산기213 : 제3가산기

214 : 제2승산기215 : 제4가산기

216 : 지수변환기217 : 제5가산기

본 발명의 제1특징에 따르면, 영상신호의 크기와 제1기준값을 비교하여 작은 값의 픽셀 수를 카운트하거나 또는 큰 값의 픽셀 수를 카운트하는 영상정보 발생기와, 호모모픽 필터의 DC 레벨 보상을 위한 DC 맵핑기가 포함된 구조를 갖는다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 영상정보 발생기는 카운트된 수와 제2기준값과의 차에 비례하는 DC 맵핑값을 얻는다.

본 발명의 제3특징에 따르면, 영상정보 발생기에서 획득된 정보가 DC 맵핑기에 인가될 때 필드 또는 프레임 단위로 △만큼 증가 또는 감소하게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 영상신호의 콘트라스트 향상 장치의 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 입력영상신호()의 크기와 제1기준값()을 비교하는 비교기(201)와; 상기 비교 결과치에 대하여, 기준치보다 작거나 큰 픽셀 수를 카운트하는 카운터(202)와; 상기 카운터(202)의 출력값과 제2기준값()의차를 구하는 제1감산기(203)와; 상기 제1감산기(203)의 출력값에 상응되는 DC 맵핑값을 출력하는 DC 맵핑계수 발생기(204)와; 상기 DC 맵핑계수 발생기(204)의 출력값과 사용자에 의해 설정되는 제3기준값()의 가산하여 그 결과치를 DC 맵핑계수()로 출력하는 제1가산기(205)와; 상기 수직동기신호()에 동기하여 상기 입력영상신호()의 최소값()을 검출하는 최소값 검출기(206)와; 상기 입력영상신호()와 최소값()의 차를 구하는 제2감산기(207)와; 상기 제2감산기(207)의 출력신호를 대수변환하는 대수변환기(208)와; 상기 대수변환기(208)에 의해 대수변환된 영상신호()를 저역필터링하여 저주파 성분()을 출력하는 저역필터(209A)와; 상기 대수변환기(208)에 의해 대수변환된 영상신호()를 고역필터링하여 고주파 성분을 출력하는 고역필터(209B)와; 상기 저역필터(209A)에서 출력되는 저주파 성분()을 강조(증폭 또는 감쇄)하기 위해 그 저주파 성분()에 상기 제1가산기(205)에서 출력되는 DC 맵핑계수()를 승산하는 제1승산기(210)와; 제4기준값()을 이용하여 상기 제1승산기(210)의 최대 출력값을 보상(보정)하는 제2가산기(211)와; 상기 저역필터(109A)에서 출력되는 저주파 성분()과 상기 제2가산기(211)에 의해 보정된 저주파신호 처리성분의 차를 구하는 제3감산기(212)와; 상기 제3감산기(212)의 출력값과 제5기준값()을 가산하여 증폭계수를 구하는 제3가산기(213)와; 상기 고역필터(209B)에서 출력되는 고주파 성분을 강조하기 위해 그 고주파 성분()에 상기 제3가산기(213)에서 출력되는 증폭계수를 승산하는 제2승산기(214)와; 상기 고역필터(209B)에서 출력되는고주파 성분을 강조하기 위해 그 고주파 성분()에 상기 제3가산기(213)의 출력값을 승산하는 제2승산기(214)와; 상기 제2승산기(214)에 의해 강조된 고주파 성분과 상기 제2가산기(211)에 의해 보정된 저주파신호 처리성분을 합성하는 제4가산기(215)와; 상기 제4가산기(215)의 출력신호를 지수 변환하여 원래의 영상신호로 복원하는 지수변환기(216)와; 상기 복원된 영상신호에 상기 최소값 검출기(206)의 구해진 최소값()을 가산하여 최종의 복원된 영상신호()를 출력하는 제5가산기(217)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

DC 맵핑계수 발생부(200A)는 비교기(201), 카운터(202), 제1감산기(203) 및 DC 맵핑계수 발생기(204)로 이루어진 영상정보 발생부를 포함하여 구성된 것으로, 상기 비교기(201)에서는 입력영상신호()의 크기와 제1기준값()을 비교하고, 카운터(202)에서는 수직동기신호()를 이용하여 제1기준값()보다 작거나 큰 픽셀 수를 카운트한다. 또한, DC 맵핑계수 발생부(200A)의 제1감산기(203)에서는 상기 카운터(202)의 카운트 출력값과 제2기준값()의 차를 구하고, DC 맵핑계수 발생기(204)에서는 그 차값에 상응되는 DC 맵핑계수를 수직동기신호()에 동기시켜 출력한다.

상기 영상정보 발생부를 통해 획득된 정보가 DC 맵핑계수 발생부(200A)에 인가될 때, 그 DC 맵핑계수 발생부(200A)에서 DC 맵핑계수가 필드 또는 프레임 단위로 △만큼 증가되거나 감소하게 된다.

상기 맵핑계수 발생기(204)에서 출력되는 DC 맵핑계수가 제1가산기(205)에공급되어, 사용자에 의해 설정되는 제3기준값()과 가산되는데, 이 가산된 결과가 실제 DC 맵핑계수()이다.

한편, 상기 DC 맵핑계수 발생부(200A)와 별도로 호모모필터(200B)의 최소값 검출기(206)에서는 수직동기신호()에 동기하여 상기 입력영상신호()의 최소값()을 검출하고, 제2감산기(207)에서는 그 최소값()을 감산 처리한다.

상기 제2감산기(207)의 출력신호가 대수변환기(208)에 의해 대수 변환되고, 그 대수 변환된 영상신호()는 저역필터(209A)와 고역필터(209B)의 필터링에 의해 저주파 성분()과 고주파 성분을 분리된다.

상기 저역필터(209A)에서 출력되는 저주파 성분()이 승산기(210)에서 상기 가산기(205)의 출력 DC 맵핑계수()와 승산되는데, 이에 의해 그 저주파 성분()이 강조(증폭 또는 감쇄)된다.

제2가산기(211)는 상기 강조 처리된 저주파 성분의 최대값을 보정하기 위해 제4기준값()과 가산하고, 이렇게 보정된 저주파 성분이 직접 제4가산기(215)의 제1입력으로 제공된다. 여기서, 제4기준값()은 사용자가 직접 설정할 수 있는 것으로, 다음과 같은 연산식으로 구해서 사용할 수도 있다.

여기서,는 입력영상신호()의 최대 허용값

이때, 제3감산기(212)에서는 저역필터(109A)에서 출력되는 원래의 저주파 성분()과 상기 보정 처리된 저주파 성분의 차를 구하여 그 결과치를제3가산기(213)의 제2입력으로 제공한다.

또한, 상기 제3가산기(213)에서는 제5기준값()과 상기 제3감산기(212)로부터 입력되는 값을 가산하여 그 가산 결과를 제2승산기(214)의 증폭계수로 제공한다. 따라서, 상기 제2승산기(214)는 상기 고역필터(209B)에서 출력되는 고주파 성분에 상기 증폭계수를 승산하게 되는데, 이에 의해 그 고주파 성분이 이 강조(증폭 또는 감쇄)된다.

상기 제2승산기(214)에 의해 강조된 고주파 성분과 상기 제2가산기(211)에 의해 보정된 저주파신호 처리성분이 제4가산기(215)에 의해 합성된 후 지수변환기(216)에 의해 지수 변환되어 원래의 영상신호가 복원된다.

상기 지수변환기(216)에서 출력되는 신호가 제5가산기(217)에 공급되어 상기 최소값 검출기(206)의 구해진 최소값()과 가산된 후 최종의 복원된 영상신호()로 출력된다.

한편, 도 3은 상기와 같은 처리과정에 의한 누적확률분포함수(cdf)를 나타낸 것이다. 도 3의 (a)와 같이 어두운 영상에 대해 휘도(Y) 레벨이 낮은 부위가 기준 점선보다 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3의 (b)와 같이 밝은 영상에 대해서는 휘도 레벨이 낮게 나타나는 성질을 이용한다. 즉, DC 맵핑계수 발생부(200A)에서 출력되는 DC 맵핑계수는 입력영상신호()의 밝고 어두움에 따라 음수 또는 양수 값으로 나타나며, 그 크기는 정도를 의미한다. 도 3의 (c)는 휘도(Y) 레벨이 중간인 경우, 도 3의 (d)는 밝고 어두운 영상이 혼재된 경우의 cdf를 나타낸 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 영상신호의 내재 성질에 따라 DC 맵핑계수를 적절한 형태로 생성하여 호모모픽 필터측으로 공급하고, 영상정보 발생기에서 획득된 정보가 DC 맵핑기에 인가될 때 필드 또는 프레임 단위로 △만큼 증가 또는 감소되게 함으로써, 실시간으로 향상된 콘트라스트를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

입력영상신호의 크기와 제1기준값을 비교하여 기준값보다 작거나 큰 픽셀 수를 카운트하고, 그 카운트 값과 제2기준값의 차에 상응하는 DC 맵핑계수를 출력하는 영상정보 발생기를 포함하여 구성된 DC 맵핑계수 발생부와; 상기 입력영상신호의 최소값을 감산처리한 신호를 대수변환하는 대수변환기 및, 그 대수변환된 영상신호를 필터링하여 저주파 성분과 고주파 성분을 분리하는 저역필터 및 고역필터와; 상기 저주파 성분을 강조하기 위하여, 그 저주파 성분과 상기 DC 맵핑계수를 승산하는 제1승산기와; 제4기준값을 이용하여 상기 제1승산기의 최대 출력값을 보정하는 제2가산기와; 상기 저주파 성분과 상기 제2가산기에 의해 보정된 저주파신호 처리성분의 차를 구하는 제3감산기 및, 그 감산 결과와 제5기준값을 가산하여 고주파 성분의 증폭계수를 구하는 제3가산기와; 상기 고주파 성분을 강조하기 위하여, 그 고주파 성분과 상기 제3가산기에서 출력되는 증폭계수를 승산하는 제2승산기와; 상기 제1승산기 및 제2승산기에 의해 각기 강조된 저주파 성분과 고주파 성분을 합성하는 제4가산기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 영상신호의 콘트라스트 향상 장치.
제1항에 있어서, 영상정보 발생기는 상기 입력영상신호의 크기와 제1기준값을 비교하는 비교기(201)와; 상기 비교 결과치에 대하여, 기준값보다 작거나 큰 픽셀 수를 카운트하는 카운터와; 상기 카운터(202)의 출력값과 제2기준값의 차를 구하는 제1감산기와; 상기 제1감산기의 출력값에 상응되는 DC 맵핑값을 출력하는 DC 맵핑계수 발생기로 구성된 것을 특징으로 하는 영상신호의 콘트라스트 향상 장치.
제1항에 있어서, DC 맵핑계수 발생부는 상기 영상정보 발생부를 통해 획득된 정보가 인가될 때, DC 맵핑계수가 필드 또는 프레임 단위로 △만큼 증가되거나 감소되도록 구성된 것을 특징으로 하는 영상신호의 콘트라스트 향상 장치.
제1항에 있어서, 제4기준값은 사용자가 아래의 연산식을 이용하여 직접 구하는 것임을 특징으로 하는 영상신호의 콘트라스트 향상 장치.

: 입력영상신호의 최대 허용값
제1항에 있어서, 상기 제4가산기의 출력신호를 지수 변환하여 원래의 영상신호로 복원하는 지수변환기와; 상기 복원된 영상신호에 최소값 검출기에 의해 구해진 최소값을 가산하여 최종의 복원된 영상신호를 출력하는 제5가산기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 영상신호의 콘트라스트 향상 장치.