KR20140037477A - 색상 및 채도 보정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화질 개선을 위한 색상 및 채도 보정 방법 및 장치에 관한 것으로, 입력되는 영상 데이터의 색상 값과 채도 값을 목표 값으로 변환하고, 상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 영상 데이터의 밝기 값을 이용하여 저채도 영역을 설정하고, 상기 영상 데이터가 상기 저채도 영역 내에 위치하는 경우, 상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 저채도 영역의 경계 값을 이용하여 상기 저채도 영역의 색상 값과 채도 값을 보정한다.

Description

색상 및 채도 보정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COMPENSATING HUE AND SATURATION}

본 발명은 화질 개선을 위한 색상 및 채도 보정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상 출력 장치에 적용하기 위한 색상 및 채도 보정 방법 및 장치에 관한 것이다.

영상 출력 장치에서 효율적인 화질 향상을 위해서는 입력 영상의 각 픽셀 별 색상(hue), 명도, 채도(색 농도)를 각각 독립적으로 제어해야 한다. 예를 들어 채도를 향상시킬 경우 명도나 색상 성분에는 변화가 발생하지 않아야 한다. 이 때문에 종래에는 밝기(luminance; Y)와 색차 신호(chrominance; C)로 이루어진 YCbCr 입력 신호 중 색차(CbCr) 신호들을 이용하여 채도 및 색상을 향상시키는 방법을 사용하였다.

그러나 CbCr 신호를 이용한 채도 보정 방식은 저채도 영역에서는 고채도 영역과 동일한 시각적 효과를 얻지 못하는 단점이 있다. 예를 들어 sRGB 색 영역(gamut)에서 YCC 채도(chroma)값과 CIECAM02 C값의 관계를 나타내는 그래프에서 동일한 비율로 YCC chroma값이 증가할 경우, 저채도 영역에서의 채도 변화가 고채도 영역보다 크게 나타나며 그 정도는 색상에 따라 다르다. 또한CbCr값을 조절하여 색상을 보정하는 경우 고채도 영역의 색상은 물체의 색 변화로 인식되지만 저채도 영역에서의 색상 변화는 영상의 색 온도 변화로 인지되는 현상이 발생한다.

즉, YCbCr 색 공간에서 CbCr 값들을 조절하여 원하는 색상과 채도를 변화시킬 경우 고채도 영역에서의 시각적인 변화와 저채도 영역에서 시각적인 변화 정도가 다른 현상이 발생한다. 이러한 문제 때문에 US 공개특허 2008/0266314에서는 저채도 영역의 이득 값을 적게 조절하는 방식으로 저채도와 고채도 영역을 구분하여 채도 변환을 하고 있으나, 채도만 조절할 경우에는 색상 변화에 따른 색 온도 왜곡 문제가 잔존한다. 그 외에도 국내 공개특허 KR 2005-0087266에서 제안하는 바와 같은 색 온도 변환 기술도 적용 가능하나, 이는 고채도 영역에 영향을 주어 색 재현력이 감소하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전체 영상 범위에서 채도 및 색상을 원하는 값으로 조정한 후에 고채도 영역에서는 목표한 색상과 채도로 유지시키면서 저채도 영역에서 원본에 가까운 색감을 가질 수 있도록 하는 색상 및 채도 보정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 영상 표시 장치에서 색상 및 채도를 보정하는 방법은, 입력되는 영상 데이터의 색상 값과 채도 값을 목표 값으로 변환하는 과정과, 상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 영상 데이터의 밝기 값을 이용하여 저채도 영역을 설정하는 과정과, 상기 영상 데이터가 상기 저채도 영역 내에 위치하는 경우, 상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 저채도 영역의 경계 값을 이용하여 상기 저채도 영역의 색상 값과 채도 값을 보정하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 영상 표시 장치에서 색상 및 채도를 보정하는 장치는, 입력되는 영상 데이터의 색상 값과 채도 값을 목표 값으로 변환하는 채도 및 색상변환부와, 상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 영상 데이터의 밝기 값을 이용하여 저채도 영역을 설정하고, 상기 영상 데이터가 상기 저채도 영역 내에 위치하는 경우, 상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 저채도 영역의 경계 값을 이용하여 상기 저채도 영역의 색상 값과 채도 값을 보정하는 저채도 영역 색상 보정부를 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 색상 및 채도 보정 장치의 전체 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 채도 및 색상 변환부의 상세 구성을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저채도 영역 색상 보정부의 상세 구성을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경계 값을 계산하는 예를 YCbCr 공간 상에 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저채도 영역 처리 비율을 계산할 때 g_h 또는 g_c의 변화와 ratio와의 관계를 도시한 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 색좌표 변환의 예를 도시한 도면
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 저채도 영역 색상 보정부의 동작을 도시한 순서도
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 색상 및 채도 보정 방법을 적용한 영상을 종래기술에 따른 방법을 적용한 영상과 비교한 도면

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하기로 한다.

본 실시예에서는 YCbCr 색공간에서의 영상 신호가 채도 변환 장치로 입력되는 경우 및 영상 출력 장비는 디스플레이 인 경우를 가정하고 있다. 하지만, 본 발명은 YCbCr 뿐만 아니라 임의의 밝기 정보와 채도 정보로 나누어지는 색 공간, 예를 들어 HSV(Hue, Saturation, Value), HSI(Hue, Saturation, Intensity), HSL(Hue, Saturation, Lightness), CIELAB, CIELUV, CIECAM02 Jab 등과 같은 색 공간을 이용할 수 있고, 영상 출력 장치 또한 프린터, 디지털 카메라, 디지털 캠코더 등 다른 종류의 영상 출력 장치일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 색상 및 채도 보정 장치의 전체 구성을 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 색상 및 채도 보정 장치는 채도 및 색상 변환부(100)와 저채도 영역 색상 보정부(200)를 포함한다. 채도 및 색상 변환부(100)는 입력 신호의 채도를 증가 또는 감소시키고 색상을 변환시키는 기능을 하며, 저채도 영역 색상 보정부(200)는 저채도 영역의 색상과 채도를 원 영상의 색값에 가깝게 보정하여 출력하는 기능을 한다. 도 1에서 입력되는 신호는 YCbCr 신호인 것으로 도시하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 입력되는 신호는 YCbCr 뿐만 아니라 임의의 밝기 정보와 색도 정보로 나뉘는 색 공간을 이용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 채도 및 색상 변환부(100)의 상세 구성을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 채도 및 색상 변환부(100)는 색상 및 채도 계산부(110)와 색상 및 채도 변경부(120)를 포함한다. 색상 및 채도 계산부(110)는 입력되는 원 영상 신호들(Y_in, Cb_in, Cr_in)로부터 다음 수학식 1에 따라 원 영상의 채도(chroma_in)와 색상(hue_in)을 계산한다.

색상 및 채도 변경부(120)는 색상 및 채도 계산부(110)에서 계산된 채도(chroma_in)와 색상(hue_in)을 원하는 게인 만큼 증가 또는 감소시켜서 새로운 채도(New_chroma)와 색상(New_hue)값을 출력한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저채도 영역 색상 보정부(200)의 상세 구성을 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저채도 영역 색상 보정부(200)는 바운더리 계산부(210), 처리비율 계산부(220), 색좌표 변환부(230) 및 파라미터 저장부(240)를 포함한다.

바운더리 계산부(210)는 원 영상의 색상을 변환한 후 얻은 색상 값과 원 영상의 밝기 정보를 이용하여 저채도 영역 범위를 나타내는 경계(boundary) 값을 찾는다. 즉, 채도 및 색상 변환부(100)에서 변환 후 얻어진 new_hue와 원 영상의 Y_in 및 파라미터 저장부(240)에서 입력된 S 값을 이용하여 하기의 [수학식 2]에 따라 저채도 처리 영역 경계의 좌표인 Cb_b와 Cr_b 값을 계산하고, Cb_b와 Cr_b 값을 이용하여 최종적으로 저채도 영역의 경계 값을 계산한다.

상기 수학식에서 a1~d1, a2~d2, e는 상수이며, S 값에 따라 처리 영역 크기의 변경이 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경계 값을 계산하는 예를 YCbCr 공간 상에 나타낸 것이다.

처리비율 계산부(220)는 수학식 3과 같이 바운더리 계산부(210)로부터 전달된 경계값을 이용하여 채도 및 색상 변환부(100)에서 출력된 new_chroma와 new_hue가 원 영상의 색상 및 채도 값인 chroma_in과 hue_in에 가까워지는 정도인 ratio_H와 ratio_C를 계산한다. 　

수학식 3에서 g_h와 g_c는 채도 및 색상 변환 정도를 조절하는 상수로 파라미터 저장부(240)로부터 입력되는 값이다. 도 5는 g_h 또는 g_c의 변화와 ratio와의 관계를 도시한 도면이다.

색좌표 변환부(230)는 수학식 4와 같이 처리비율 계산부(220)에서 계산된 ratio_H와 ratio_C를 이용하여 저채도 영역에서의 채도와 색상을 조정한 값인 chroma_out과 hue_out을 계산한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 색좌표 변환의 예를 도시한 것이다.

도 6에 도시한 바와 같이, chroma_out과 hue_out은 New_chroma가 boundary에 가까울수록 new_chroma와 new_hue에 가까운 값을 가지며, New_chroma가 boundary에서 멀수록 chroma_in과 hue_in에 가까운 값을 가지게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 저채도 영역 색상 보정부(200)의 동작을 도시한 순서도이다.

도 7을 참조하면, 저채도 영역 색상 보정부(200)는 710 단계에서 원 영상의 신호(Y_in, Cb_in, Cr_in)과 채도 및 색상 변환부(100)에서 변환된 채도와 색상 신호(New_chroma, New_hue)를 입력받고, 720 단계에서 수학식 2에 따라 저채도 처리 영역 경계의 좌표인 Cb_b와 Cr_b 값과 경계값을 계산한다. 730 단계에서는 현재 처리하고자 하는 신호가 저채도 영역 내에 위치한 화소인지를 확인하고, 저채도 영역 내에 위치한 화소인 경우 740 단계로 진행하여 수학식 3에 따라 저채도 영역 처리를 위한 색상과 채도의 비율(ratio_H, ratio_C)을 각각 계산한다. 그리고 750 단계에서는 740 단계에서 계산한 색상과 채도의 비율(ratio_H, ratio_C)을 이용하여 수학식 4에 따라 저채도 영역에서의 채도와 색상을 조정한 값인 chroma_out과 hue_out을 계산한다. 760 단계에서는 모든 화소가 처리되었는지를 확인하고, 모든 화소가 처리되었으면 모든 과정을 종료하고, 아직 처리할 화소가 남아 있는 경우에는 저채도 영역의 경계를 계산하는 720 단계로 되돌아간다. 또한 730 단계에서 현재 처리하고자 하는 신호의 화소가 저채도 영역 내에 위치한 화소가 아닌 경우에는 760 단계로 진행한다.

이와 같이 본 발명에 따르면 YCbCr과 같은 밝기와 채도 성분으로 구성된 색공간을 이용하여 채도 및 색상을 변환하는 종래 기술에서 발생할 수 밖에 없는 저채도 영역의 불균일한 변화를 해결함으로써 고채도 영역에서는 채도 및 색상 향상이 발생하면서 저채도 영역에서는 원본의 색감이 유지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 원 영상의 색 값이 boundary로 설정된 경계값에 가까울수록 채도 및 색상 변환 값인 chroma_out과 hue_out에 가까운 값을 출력하며, 원점에 가까운 값일수록 원 영상의 채도 및 색상 값인 chroma_in과 hue_in에 가까워지도록 출력한다. 또한 채도와 색상 값을 조정하는 게인(gain) 값을 분리 시켜 채도와 색상 각각에 의해 색감이 틀어지는 경우에 채도와 색상을 각각 필요에 따라 조정할 수 있다.

　도 8과 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 색상 및 채도 보정 방법을 적용한 영상을 종래기술에 따른 방법을 적용한 영상과 비교한 예이다.

도 8을 보면, 영상에서 실선으로 표시된 영역은 고채도 영역 처리의 효과를 나타낸 것이며, 점선으로 표시된 영역은 저채도 영역 처리의 효과를 나타낸 것이다. 종래 기술에서 저채도 영역에 고채도 영역과 동일한 채도 및 색상 변환 알고리즘을 적용한 경우 색이 붉게 변화한 것을 볼 수 있으나, 본 발명에서 제안된 방법을 적용한 경우 고채도 영역에서는 향상된 채도 및 색상 변환이 발생하지만 저채도 영역에서는 원본 영상의 색감을 유지하는 것을 확인할 수 있다.

도 9를 보면, 종래 기술에 따라 저채도 영역에 고채도 영역과 동일한 채도 및 색상 변환 알고리즘을 적용한 경우 고채도 중심의 색상 및 채도 변환으로 인해 저채도 영상에서 원본 영상과 색감이 달라 보이지만, 본 발명에 따른 저채도 영역의 색상 및 채도 보정 방법을 적용하였을 때 저채도 영상에서 원본 영상으로 색감이 유지가 되는 것을 볼 수 있다.

전술한 실시예들은 본 발명의 예시로서 이해될 것이다. 위의 실시예들 중 어느 하나와 연관되어 기술된 모든 특징은 단독으로 이용되거나 기술된 다른 특징들과 조합하여 이용될 수 있으며, 실시예들 중 다른 실시예의 하나 또는 그 이상의 특징들과 조합하여 이용되거나 실시예들 중 다른 실시예들의 조합으로 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명이 특정한 실시예들을 참조하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는 첨부된 청구항들 및 그와 동등한 것들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항들에 있어 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (12)

1. 영상 표시 장치에서 색상 및 채도를 보정하는 방법에 있어서,
   입력되는 영상 데이터의 색상 값과 채도 값을 목표 값으로 변환하는 과정과,
   상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 영상 데이터의 밝기 값을 이용하여 저채도 영역을 설정하는 과정과,
   상기 영상 데이터가 상기 저채도 영역 내에 위치하는 경우, 상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 저채도 영역의 경계 값을 이용하여 상기 저채도 영역의 색상 값과 채도 값을 보정하는 과정을 포함하는 색상 및 채도 보정 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보정하는 과정은, 상기 변환된 채도 값이 상기 저채도 영역의 경계 값에 가까울수록 상기 변환된 색상 값과 채도 값의 보정 비율을 작게 설정함을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 저채도 영역을 설정하는 과정은, 다음 수학식에 따라 상기 경계값을 계산함을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 방법,
   

   

   
   상기 수학식에서, boundary는 경계값이고, a1 내지 d1, a2 내지 d2 및 e는 상수이고, S는 처리 영역의 크기를 결정하기 위하여 미리 설정된 값이고, Y_in은 상기 입력된 영상 데이터의 밝기 값이고, new_hue는 상기 변환된 색상 값임.
4. 제2항에 있어서,
   상기 채도 값이 변환되는 색 공간은 밝기와 컬러 신호로 이루어진 YCbCr 색공간, HSV 색공간, HIS 색공간, CIELAB, CIELUV, 및 CIECAM02 Jab 중 하나인 것을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기 변환된 색상 값과 채도 값의 보정 비율은 다음 수학식에 의해 계산됨을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 방법,
   

   

   
   상기 수학식에서 ratio_H는 상기 변환된 색상 값의 보정 비율이고, ratio_C는 상기 변환된 채도 값의 보정 비율이고, new_chroma는 상기 변환된 채도 값이고, g_h와 g_c는 상수임.
6. 제5항에 있어서,
   상기 보정하는 과정은, 다음 수학식에 의해 상기 저채도 영역의 색상 값과 채도 값을 보정함을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 방법,
   

   

   
   상기 수학식에서 chroma_out은 보정된 채도 값이고, hue_out은 보정된 색상 값이고, chroma_in은 상기 입력되는 영상 데이터의 채도 값이고, hue_in은 상기 입력되는 영상 데이터의 색상 값임.
7. 영상 표시 장치에서 색상 및 채도를 보정하는 장치에 있어서,
   입력되는 영상 데이터의 색상 값과 채도 값을 목표 값으로 변환하는 채도 및 색상변환부와,
   상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 영상 데이터의 밝기 값을 이용하여 저채도 영역을 설정하고, 상기 영상 데이터가 상기 저채도 영역 내에 위치하는 경우, 상기 변환된 색상 값과 채도 값 및 상기 저채도 영역의 경계 값을 이용하여 상기 저채도 영역의 색상 값과 채도 값을 보정하는 저채도 영역 색상 보정부를 포함하는 색상 및 채도 보정 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 저채도 영역 색상 보정부는, 상기 변환된 채도 값이 상기 저채도 영역의 경계 값에 가까울수록 상기 변환된 색상 값과 채도 값의 보정 비율을 작게 설정함을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 입력되는 영상 데이터는 YCbCr 색 공간으로 표현되고,
   상기 저채도 영역 색상 보정부는, 다음 수학식에 따라 상기 경계값을 계산함을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 장치,
   

   

   
   상기 수학식에서, boundary는 경계값이고, a1 내지 d1, a2 내지 d2 및 e는 상수이고, S는 처리 영역의 크기를 결정하기 위하여 미리 설정된 값이고, Y_in은 상기 입력된 영상 데이터의 밝기 값이고, new_hue는 상기 변환된 색상 값임.
10. 제8항에 있어서,
    상기 채도 값이 변환되는 색 공간은 밝기와 컬러 신호로 이루어진 YCbCr 색공간, HSV 색공간, HIS 색공간, CIELAB, CIELUV, 및 CIECAM02 Jab 중 하나인 것을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 저채도 영역 색상 보정부는, 상기 변환된 색상 값과 채도 값의 보정 비율은 다음 수학식에 의해 계산함을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 장치,
    

    

    
    상기 수학식에서 ratio_H는 상기 변환된 색상 값의 보정 비율이고, ratio_C는 상기 변환된 채도 값의 보정 비율이고, new_chroma는 상기 변환된 채도 값이고, g_h와 g_c는 상수임.
12. 제11항에 있어서,
    상기 저채도 영역 색상 보정부는, 다음 수학식에 의해 상기 저채도 영역의 색상 값과 채도 값을 보정함을 특징으로 하는 색상 및 채도 보정 방법,
    

    

    
    상기 수학식에서 chroma_out은 보정된 채도 값이고, hue_out은 보정된 색상 값이고, chroma_in은 상기 입력되는 영상 데이터의 채도 값이고, hue_in은 상기 입력되는 영상 데이터의 색상 값임.

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