KR20030047530A

KR20030047530A - 자동 휘도 조정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20030047530A
Application number: KR1020010078178A
Authority: KR
Inventors: 소노고이치
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-06-18
Also published as: US7948563B2; JP2003283954A; JP3818956B2; KR100425312B1; US20030107682A1

Abstract

본 발명은 휘도 조정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 표시 화상의 평균 휘도 레벨에 따라서 복수의 휘도 영역에서 해당 영역별로 자동적으로 휘도를 조정하기 위한 자동 휘도 조정 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 표시 화상의 평균 휘도를 검출하여, 검출된 평균 휘도 값에 따라서 미리 설정된 복수의 휘도 레벨 영역별로 콘트라스트 및 밝기를 자동적으로 조정함으로써, 낮은 휘도의 영상에서는 콘트라스트 및 밝기에 관련된 증폭도를 증가시켜 밝게 하여 화상을 보기 쉽게 하며, 높은 휘도에서는 반대로 증폭도를 감소시켜 눈부심을 억제하여 화상의 명암에 관계없이 사용자에게 적당하게 밝기의 화상을 제공할 수 있는 효과가 발생되며, 특히 복수의 레벨로 분할하고 콘트라스트 및 휘도를 영역별로 제어하여 화상의 급격한 변화를 방지할 수 있는 효과가 발생되며, 뿐만 아니라 영역간에 완충 영역을 부가하여 게인 조정이 발산되어 화면상에서 깜박이는 문제점을 개선할 수 있는 효과가 발생된다.

Description

자동 휘도 조정 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling brightness and/or contrast gain automatically}

일반적으로 디지털 방식의 디스플레이 장치에서는 도 1에 도시된 바와 같이각 비트에 대해 가중치를 준 시분할된 화상 신호를 순서대로 표시하며, 그 적분값으로 화상의 휘도 차이를 표현하고 있다. 즉 어두운 화상에서는 가중치가 낮은 D0-D2 비트만을 적절히 ON/OFF 하여 화상을 표시하고, 밝은 화상에서는 D0-D7의 비트를 적절히 ON/OFF 하여 화상을 표시한다.

그런데, 디지털 디스플레이 장치에서 응답 속도가 충분히 빠르지 못한 경우에는 입력된 화상 신호의 휘도가 비트 값에 따라서 충분히 상승하기 전에 표시 ON 기간이 종료되어 의도한 화상보다 어두워지는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 기술에 의한 액정 소자들을 이용한 아날로그 방식의 디스플레이 장치의 전기 광학 특성은 통상적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 비선형적 특성을 갖는다. 이러한 비선형적인 특성을 감마 보정 기술을 이용하여 일부 보상하기도 하나 매우 어두운 부분과 매우 밝은 부분에서는 인가하는 전압에 대해 콘트라스트의 차이가 적고 보정을 충분히 할 수 없기 때문에 어두운 화상에서는 너무 어둡게 디스플레이 되고, 밝은 화상에서는 너무 밝게 디스플레이 되는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 표시 화상의 평균 휘도를 검출하여, 검출된 평균 휘도 값에 따라서 미리 설정된 복수의 휘도 레벨 영역별로 콘트라스트 및 밝기를 자동적으로 조정하는 자동 휘도 조정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 디지털 디스플레이 장치의 시분할 표시 방식에 의한 휘도 저하 문제를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 아날로그 디스플레이 장치의 전기 광학 특성을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 자동 휘도 조정 장치의 구성도이다.

도 4는 도 3에 도시된 휘도 레벨 영역 판단부의 세부 구성도이다.

도 5는 본 발명에 의한 자동 휘도 조정 방법의 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 설정된 복수의 휘도 영역을 도시한 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 자동 휘도 조정 장치는신호처리 장치에 있어서, 표시 화상의 평균 휘도 값 및 최대 휘도 값을 연산하기 위한 휘도 연산부, 상기 최대 휘도 값을 적용하여 휘도 레벨을 복수의 휘도 영역으로 구분하고, 상기 연산된 평균 휘도 값이 상기 복수의 휘도 영역 중 어느 휘도 영역에 대응되는지를 판단하기 위한 휘도 레벨 영역 판단부 및 상기 휘도 레벨 영역 판단부에서 판단된 휘도 영역에 상응하여 휘도 레벨에 관련된 증폭도를 제어하는 자동 휘도 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

상기 다른 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 자동 휘도 조정 방법은 휘도 조정 방법에 있어서, (a) 표시 화상의 평균 휘도 값을 연산하기 위한 단계, (b) 휘도 레벨을 복수의 휘도 영역으로 구분하고, 상기 단계(a)에서 연산된 평균 휘도 값이 어느 휘도 영역에 포함되는 판단하는 단계 및 (c) 상기 단계(b)에서 판단된 휘도 영역에 상응하여, 휘도 레벨에 관련된 증폭도를 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 자동 휘도 조정 장치는 콘트라스트 조정부(31), 밝기 조정부(32), 감마 보정부(33), 휘도 연산부(34), 휘도 레벨 영역 판단부(35), 자동 휘도 제어부(36) 및 가산기1,2(37, 38)를 구비한다.

데이터 입력 단자로부터 입력된 화상 신호는 다음과 같이 신호처리 된다.

즉, 콘트라스트 조정부(32)에 의하여 블랙 레벨과 화이트 레벨 사이의 크기 차를 사용자가 설정한 콘트라스트 계수(C_COEFF)에 따라서 결정되고, 밝기조정부(32)에 의하여 밝기를 결정하는 기준 레벨 전압을 사용자가 설정한 밝기 계수(B_COEFF)에 따라서 결정되며, 각각 결정된 계수들에 따라서 콘트라스트 및 밝기를 조정한 후에 감마 보정부(33)에 의하여 비선형적 광학 특성을 선형적으로 보정하는 감마 보정의 신호처리를 실행한다.

위와 같이 신호처리된 화상 신호는 휘도 연산부(34)에 입력되어, 휘도 연산부(34)에서 화면 전체 또는 사용자가 임의로 설정하는 범위의 화상을 1 Video Fie1d 기간의 화상 신호 휘도값을 R(적), G(녹), B(청)로 나누어 가산 적분한다. 적분된 결과는 각각 R_MEAN, G_MEAN, B_MEAN 신호로 휘도 레벨 영역 판단부(35)에 입력된다. 또한 동시에 전백(all white) 표시를 행하였을 때의 최대 휘도 적분값 MAX_MEAN도 계산되어 휘도 레벨 영역 판단부(35)로 입력된다.

휘도 레벨 영역 판단부(35)의 세부 구성도를 도 4에 도시하였다.

그러면, 도 4를 참조하여 휘도 레벨 영역 판단부(35)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 휘도 레벨 영역 판단부(35)는 적분 연산부(41), 평균 연산부(42), 지연 버퍼(43), 비교부(44), 문턱값 연산부(45) 및 가산기(46)를 구비한다.

적분 연산부(41)에서는 휘도 연산부(34)에서 연산된 R_MEAN, G_MEAN, B_MEAN 신호를 입력하여, 수학식 1에 의하여 R,G,B 전체의 평균 휘도값(TOTAL_MEAN)을 계산한다.

TOTAL_MEAN=a×R_MEAN+b×G_MEAN+c×B_MEAN

여기에서, a, b, c는 사용자가 임의로 정하는 정수이고, 그 합계는 1(즉, a+b+c=1)이다. 수학식 1에 의하여 적분값의 색밸런스를 조정한 결과에 해당되는 평균값인 TOTAL_MEAN이 계산되어, 평균 연산부(42)에 입력된다.

평균 연산부(42)에서는 다음과 같은 시간적인 평균 연산을 실행한다. 즉, V_SYNC를 카운트하고, 임의로 설정한 Video Field수의 TOTAL_MEAN의 평균값(Mf)을 구한다. 평균값(Mf)은 수학식 2와 같이 단순 가산 평균을 계산해도 되고, 수학식 3과 같이 가중 평균을 계산해도 된다.

(여기에서, n은 평균 내고자 하는 필드의 총 수이다.)

그리고, 문턱값 연산부(45)에서는, 화면 전체 또는 사용자가 임의로 설정하는 범위의 화상의 최대 휘도 적분값 MAX_MEAN과, 미리 설정한 4개의 문턱값 LIMIT1, LIMIT2, LIMIT3, LIMIT4를 적산하여, 평균 연산부(42)의 출력값과 비교하기 위한 MEAN_LIMIT1, MEAN_LIMIT2, MEAN_LIMIT3, MEAN_LIMIT4를 출력한다.

비교부(44)에서는 평균 연산부(42)의 출력값과, 문턱값 연산부(45)의 출력값MEAN_LIMIT1, MEAN_LIMIT2, MEAN_LIMIT3, MEAN_LIMIT4의 비교를 행한다.

본 발명의 일 실시 예에서는 도 6에 도시한 바와 같이 4개의 문턱값 MEAN_LIMIT1, MEAN_LIMIT2, MEAN_LIMIT3, MEAN_LIMIT4에 의해 5개로 분할된 영역을 각각 0∼MEAN_LIMIT1까지를 LEVEL= A, MEAN_LIMIT2∼MEAN_LIMIT3까지를 LEVEL=B, MEAN_LIMIT4 이상을 LEVEL=C, MEAN_LIMIT1∼MEAN_LIMIT2 및 MEAN_LIMIT3∼MEAN_LIMIT4를 LEVEL=D로 구분하고, 그 결과를 MEAN_LEVEL 신호로서 출력한다.

여기에서, LEVEL=D 휘도 영역은 완충 영역으로서, 휘도 영역들 사이에서의 미세 변화에 따른 급격한 휘도 변화를 방지하는 역할을 실행한다.

본 발명의 일 실시 예에서는 휘도 영역을 5개로 분할하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 그 이상 또는 그 이하의 개수로 휘도 영역을 분할할 수 있다.

다음으로, 자동 휘도 제어부(36)는 평균 레벨 영역 판단부(35)로부터 판단된 휘도 영역 정보(MEAN_LEVEL)를 이용하여 도 5에 도시된 바와 같은 흐름도에 의한 제어 동작을 실행한다.

우선, 단계501에서는 자동 휘도 제어를 오프시키는 스위치 신호 QB 및 자동 휘도 조정의 상한 제한값 및 하한 제한값을 설정하여 입력시킨다. 그리고 나서, 단계502에서 휘도 레벨 영역 판단부(35)로부터 출력된 MEAN_LEVEL 신호가 자동 휘도 제어부(36)에 입력되면, 단계 503에서 MEAN_LEVEL=A, B, C, D의 각각의 경로로 조건 분기한다.

단계503의 휘도 영역 판단 결과 MEAN_LEVEL=A일 때 즉 화상의 평균 휘도가낮을 때는, 단계504에서 콘트라스트 및 밝기의 자동 휘도 조정 게인값 APL이 0보다 큰 지를 비교한다. APL이 양의 값을 갖는 경우에는 콘트라스트 조정부(31) 및 밝기 조정부(32)에서 설정된 증폭도를 증가시키도록 작용하고, 음의 값을 갖는 경우에는 증폭도를 감소시키도록 작용한다.

단계504의 비교 결과 APL이 0 또는 양의 값을 갖는 경우에는, 단계505에서 APL이 상한 제한값(UPPER LIMIT)을 초과하는지를 판단한다. 단계550의 판단 결과 UPPER LIMIT를 초과하는 경우에는 단계 507에서 APL 값을 UPPER LIMIT 값으로 유지한다. 이는 APL의 값이 조정 한계보다 커지지 않도록 제한하기 위함이다.

만일 단계 505의 판단 결과 APL 값이 UPPER LIMIT 값을 초과하지 않거나 또는 단계 504의 판단 결과 APL 값이 음의 값을 갖고 단계506의 판단 결과 QB라고 하는 사용자에 의해 설정되는 스위치가 ON되어 있지 않은 경우에는 단계508에서 화상의 콘트라스트 또는 밝기, 혹은 그 양방의 게인을 수학식 4와 같이 증가시킨다.

APL=APL+VELO_UP

여기에서, VELO_UP는 조정 게인값의 증가분이다.

만일 단계506의 판단 결과 QB 스위치가 온되는 경우에는, 단계509에서 신속하게 APL의 값을 0으로 리세트 시킨다.

단계503의 판단 결과 MEAN_LEVEL=B일 때, 즉 화상이 너무 밝지도 않고 너무 어둡지도 않은 적정한 휘도인 경우에는, APL의 값을 0으로 되돌리도록 제어하여 본래 화상의 휘도값이 그대로 표시되도록 한다.

즉, 단계510에서 APL 값이 음의 값을 갖는지를 판단하여, 음의 값을 갖는 경우에는 단계512에서 APL 값을 증가시켜 0으로 되돌리도록 하며, 단계510의 판단 결과 APL 값이 양의 값을 갖는 경우에는 단계511에서 APL 값을 감소시켜 0으로 되돌린다.

단계503의 판단 결과 MEAN_LEVEL=C일 때, 즉 화상의 평균 휘도가 높고, 너무 밝을 때는, 단계513에서 APL이 0보다 큰 지를 비교한다.

단계513의 비교 결과 APL이 음의 값을 갖는 경우에는, 단계514에서 APL이 하한 제한값(LOWER LIMIT)을 초과하는지를 판단한다. 단계514의 판단 결과 LOWER LIMIT를 초과하는 경우에는 단계 516에서 APL 값을 LOWER LIMIT 값으로 유지한다. 이는 APL의 값이 조정 한계보다 커지지 않도록 제한하기 위함이다.

만일 단계514의 판단 결과 APL 값이 LOWER LIMIT 값을 초과하지 않거나 또는 단계 515의 판단 결과 APL 값이 0 또는 양의 값을 갖고 단계515의 판단 결과 QB 스위치가 ON되어 있지 않은 경우에는 단계517에서 화상의 콘트라스트 또는 밝기, 혹은 그 양방의 게인을 수학식 5와 같이 감소시킨다.

APL=APL-VELO_DN

여기에서, VELO_DN은 조정 게인값의 감소분이다.

만일 단계515의 판단 결과 QB 스위치가 온되는 경우에는, 단계518에서 신속하게 APL의 값을 0으로 리세트 시킨다.

마지막으로 단계503의 판단 결과 MEAN_LEVEL=D일 때, 즉 화상의 평균 휘도가MEAN_LEVEL=A와 B의 사이, 또는 C와 D의 사이에 있을 때는, 중간 완충 영역으로서, APL은 현재의 값을 계속 유지하게 한다. 이는 영역간 근방에서 미세한 평균 휘도 변화가 있었을 때, 게인 조정이 발산되거나, 값이 상하로 심하게 변화하여 화면상에서 깜박이는 것을 방지하기 위함이다.

이와 같이 하여 자동 휘도 제어부(36)에서 얻어진 자동 휘도 조정 게인값 APL은 가산기(37, 38)에 인가되어, 사용자가 설정하는 콘트라스트 및 휘도의 조정값과 가산하여, 각각 콘트라스트 조정부(31) 및 밝기 조정부(32)에 인가됨으로써, 피드백형의 자동 휘도 조정을 동작시킬 수 있다.

자동 휘도 조정 게인은, 콘트라스트 및 휘도를 동시에 제어할 수도 있고, 레벨마다 각각 구동시킬 수도 있다. 예컨대, 화면의 평균 휘도가 어두운 경우는 콘트라스트만큼의 게인을 올려 콘트라스트를 확실하게 하여 보기 편한 화상으로 하고, 평균 휘도가 밝은 경우는 휘도만큼의 게인을 내리고, 눈부심을 억제하는 등의 제어를 행함으로써, 모든 화상에 대하여 최적의 밝기를 유지하며, 보기 편한 화상을 표시할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서는, 자동 휘도 조정 레벨을 5분할로 설명하였지만, 더 많은 레벨로 분할하여 미세한 제어를 행하거나, 적은 레벨로 분할하여 제어를 간소화할 수 있음은 물론이다. 또한 콘트라스트와 휘도를 대신하여 감마의 게인을 조정하는 회로도 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, E²PROM, 플로피 디스크, 광 디스크, 하드 디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.

첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 표시 화상의 평균 휘도를 검출하여, 검출된 평균 휘도 값에 따라서 미리 설정된 복수의 휘도 레벨 영역별로 콘트라스트 및 밝기를 자동적으로 조정함으로써, 낮은 휘도의 영상에서는 콘트라스트 및 밝기에 관련된 증폭도를 증가시켜 밝게 하여 화상을 보기 쉽게 하며, 높은 휘도에서는 반대로 증폭도를 감소시켜 눈부심을 억제하여 화상의 명암에 관계없이 사용자에게 적당하게 밝기의 화상을 제공할 수 있는 효과가 발생되며, 특히 복수의 레벨로 분할하고 콘트라스트 및 휘도를 영역별로 제어하여 화상의 급격한 변화를 방지할 수 있는 효과가 발생되며, 뿐만 아니라 영역간에 완충 영역을 부가하여 게인 조정이 발산되어 화면상에서 깜박이는 문제점을 개선할 수 있는 효과가 발생된다.

Claims

신호처리 장치에 있어서,

표시 화상의 평균 휘도 값 및 최대 휘도 값을 연산하기 위한 휘도 연산부;

상기 최대 휘도 값을 적용하여 휘도 레벨을 복수의 휘도 영역으로 구분하고, 상기 연산된 평균 휘도 값이 상기 복수의 휘도 영역 중 어느 휘도 영역에 대응되는지를 판단하기 위한 휘도 레벨 영역 판단부; 및

상기 휘도 레벨 영역 판단부에서 판단된 휘도 영역에 상응하여 휘도 레벨에 관련된 증폭도를 제어하는 자동 휘도 제어부를 포함함을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 휘도 영역들 사이에 완충 영역을 설정하고, 상기 완충 영역에 상기 평균 휘도 값이 존재하는 경우에는 현재의 휘도 레벨에 관련된 증폭도를 그대로 유지하도록 제어함을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 장치.
제1항에 있어서, 상기 휘도 연산부는 1필드 단위로 화상 신호의 휘도 값을 R(적), G(녹), B(청) 신호로 나누어 적분 연산한 R,G,B 평균 휘도 값을 생성시키고, 전백(ALL WHITE) 표시하였을 때의 적분 연산하여 최대 휘도 값을 생성시킴을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 장치.
제1항에 있어서, 상기 휘도 레벨 영역 판단부는

상기 평균 휘도값(R_MEAN, G_MEAN, B_MEAN)을 입력하여, 필드 단위로 색밸런스를 고려한 R,G,B 전체의 평균 휘도값(TOTAL_MEAN)을 연산하는 적분 연산부;

소정의 복수 필드에 대한 상기 R,G,B 전체의 평균 휘도값(TOTAL_MEAN)들의 필드 평균 휘도값(Mf)을 연산하는 필드 평균 연산부;

상기 최대 휘도 값을 입력하여, 상기 최대 휘도 레벨을 최상위 레벨 영역의 상한 값으로 결정하고, 0(zero) 레벨에서 최대 휘도값 사이에 소정의 개수로 휘도 영역을 분할하는 문턱 값들을 연산하기 위한 문턱값 연산부; 및

상기 평균 필드 휘도값(Mf)과 문턱값들을 비교하여 상기 평균 필드 휘도값이 존재하는 휘도 영역을 판정하기 위한 비교부를 포함함을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 장치.
제4항에 있어서, 상기 적분 연산부는 다음과 같은 수학식

TOTAL_MEAN= a×R_MEAN+b×G_MEAN+c×B_MEAN

(여기에서, a+b+c =1)

에 의하여 상기 R,G,B 전체의 평균 휘도값(TOTAL_MEAN)을 연산함을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 장치.
제4항에 있어서, 상기 필드 평균 연산부는 다음과 같은 수학식

(여기에서, n은 평균 내고자 하는 필드의 총 수이다.)

에 의하여 필드 평균 휘도값(Mf)을 연산함을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 장치.
제4항에 있어서, 상기 필드 평균 연산부는 다음과 같은 수학식

(여기에서, n은 평균 내고자 하는 필드의 총 수이다.)

에 의하여 필드 평균 휘도값(Mf)을 연산함을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 장치.
제1항에 있어서, 상기 휘도 레벨에 관련된 증폭도는 밝기(brightness) 및 콘트라스트(contrast)의 증폭도임을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 장치.
휘도 조정 방법에 있어서,

(a) 표시 화상의 평균 휘도 값을 연산하기 위한 단계;

(b) 휘도 레벨을 복수의 휘도 영역으로 구분하고, 상기 단계(a)에서 연산된평균 휘도 값이 어느 휘도 영역에 포함되는 판단하는 단계; 및

(c) 상기 단계(b)에서 판단된 휘도 영역에 상응하여, 휘도 레벨에 관련된 증폭도를 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 방법.
제9항에 있어서, 상기 복수의 휘도 영역들 사이에 완충 영역을 설정하고, 상기 완충 영역에 상기 평균 휘도 값이 존재하는 경우에는 현재의 휘도 레벨에 관련된 증폭도를 그대로 유지하도록 제어함을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 방법.
제9항에 있어서, 상기 휘도 레벨에 관련된 증폭도는 밝기(brightness) 및 콘트라스트(contrast)의 증폭도임을 특징으로 하는 자동 휘도 조정 방법.