KR20220012583A - 표시장치 및 이를 이용한 차량용 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상을 표시하는 표시패널, 상기 표시패널을 구동하는 구동부, 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 외부로부터 공급된 RGB 데이터신호를 YCbCr 데이터신호로 변환하고, 상기 YCbCr 데이터신호의 밝기를 향상시키기 위해 기준 지점을 기준으로 좌우 비대칭하는 게인값을 갖는 게인 결정 그래프를 기반으로 영상 처리를 수행하는 표시장치를 제공한다.

Description

표시장치 및 이를 이용한 차량용 표시장치{Display Device and Vehicle Display Device using the same}
본 발명은 표시장치 및 이를 이용한 차량용 표시장치에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 발광표시장치(Light Emitting Display: LED), 양자점표시장치(Quantum Dot Display; QDD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD) 등과 같은 표시장치의 사용이 증가하고 있다.
앞서 설명한 표시장치들은 서브 픽셀들을 포함하는 표시패널, 표시패널을 구동하는 구동 신호를 출력하는 구동부 및 표시패널 또는 구동부에 공급할 전원을 생성하는 전원 공급부 등이 포함된다.
위와 같은 표시장치들은 표시패널에 형성된 서브 픽셀들에 구동 신호 예컨대, 스캔신호 및 데이터신호 등이 공급되면, 선택된 서브 픽셀이 빛을 투과시키거나 빛을 직접 발광을 하게 됨으로써 영상을 표시할 수 있게 된다.
본 발명은 입력된 RGB 데이터신호에서 영상 처리를 수행하지 않고, 밝기 성분(Y)과 컬러 성분(Cb,Cr) 데이터신호로 변환시킨 후 변환된 YCbCr 데이터신호를 기반으로 밝기(Brightness), 국부 대비(Local Contrast), 채도(Colorfulness) 및 선명도(Sharpness) 등을 향상시켜 영상 표현력(재현력)을 개선시키는 것이다.
본 발명은 영상을 표시하는 표시패널, 상기 표시패널을 구동하는 구동부, 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 외부로부터 공급된 RGB 데이터신호를 YCbCr 데이터신호로 변환하고, 상기 YCbCr 데이터신호의 밝기를 향상시키기 위해 기준 지점을 기준으로 좌우 비대칭하는 게인값을 갖는 게인 결정 그래프를 기반으로 영상 처리를 수행하는 표시장치를 제공한다.
상기 게인 결정 그래프는 영상의 분포도가 높은 부분에서 높은 게인값을 갖도록 상기 기준 지점이 정의되고, 상기 기준 지점 대비 낮은 게인값을 갖도록 상기 좌우 비대칭하는 게인값이 정의될 수 있다.
상기 게인 결정 그래프는 평균화상레벨의 20% 이하에서는 영상의 대비와 저계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 증가하는 게인값을 갖고, 상기 평균화상레벨의 20% 이상에서는 영상의 고계조 뭉침을 최소화하며 고계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 감소하는 게인값을 가질 수 있다.
상기 게인 결정 그래프에서 상기 저계조 표현을 위한 게인값은 상기 고계조 표현을 위한 게인값보다 높을 수 있다.
상기 제어부는 상기 YCbCr 데이터신호의 국부 대비를 향상시키기 위해 상기 YCbCr 데이터신호에 대한 N×M(N과 M은 3이상 정수)의 픽셀 블록의 평균 밝기 성분에서, 중심 픽셀의 밝기가 주변 픽셀의 평균 밝기보다 밝으면 중심 픽셀의 밝기를 높이고, 상기 중심 픽셀의 밝기가 상기 주변 픽셀의 평균 밝기보다 밝지 않으면 상기 중심 픽셀의 밝기를 낮출 수 있다.
상기 제어부는 상기 YCbCr 데이터신호의 컬러 성분의 채도를 향상하기 위해 색도별로 포화 범위가 다름을 기반으로 각 색에 대한 가중치를 달리할 수 있다.
상기 제어부는 상기 RGB 데이터신호를 YCbCr 데이터신호로 변환하는 제1변환부와, 상기 YCbCr 데이터신호에서 밝기 성분과 컬러 성분을 연산함과 더불어 상기 밝기 성분에 대해 상이한 방식으로 제1평균화상레벨과 제2평균화상레벨을 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제2평균화상레벨을 기반으로 상기 YCbCr 데이터신호의 밝기를 향상시키는 밝기 향상부와, 상기 연산부로부터 출력된 밝기 성분, 상기 제1평균화상레벨 및 상기 밝기 향상부로부터 출력된 밝기 이득을 기반으로 상기 YCbCr 데이터신호의 국부 대비를 향상시키는 국부 대비 향상부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 국부 대비 향상부로부터 출력된 향상된 밝기 성분과 상기 연산부로부터 출력된 컬러 성분을 기반으로 상기 YCbCr 데이터신호의 컬러 성분을 향상시키는 채도 향상부와, 상기 국부 대비 향상부로부터 출력된 향상된 밝기 성분과 상기 채도 향상부로부터 출력된 향상된 컬러 성분을 결합한 후 YCbCr 데이터신호 체계를 RGB 데이터신호 체계로 변환하여 출력하는 제2변환부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 조도 센서로부터 전달된 센싱값을 기반으로 외광이 설정된 조도보다 높은지 또는 낮은지를 판단하는 조도 판별부를 더 포함하고, 상기 조도 판별부는 상기 센싱값이 내부 설정값 이상이면 상기 제1변환부를 동작시킬 수 있다.
다른 측면에서 본 발명은 영상을 표시하는 표시패널, 상기 표시패널을 구동하는 구동부, 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 표시장치 및 자동차 외부의 외광을 센싱하는 조도 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 조도 센서를 통해 전달된 센싱값이 내부 설정값 이상이면 외부로부터 공급된 RGB 데이터신호를 YCbCr 데이터신호로 변환하고, 상기 YCbCr 데이터신호의 밝기를 향상시키기 위해 기준 지점을 기준으로 좌우 비대칭하는 게인값을 갖는 게인 결정 그래프를 기반으로 영상 처리를 수행하는 차량용 표시장치를 제공한다.
상기 게인 결정 그래프는 평균화상레벨의 20% 이하에서는 영상의 대비와 저계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 증가하는 게인값을 갖고, 상기 평균화상레벨의 20% 이상에서는 영상의 고계조 뭉침을 최소화하며 고계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 감소하는 게인값을 가질 수 있다.
본 발명은 국부 영상에 대한 평균화상레벨 정보를 이용하여 밝기(Brightness), 국부 대비(Local Contrast), 채도(Colorfulness) 및 선명도(Sharpness) 등을 향상시켜 영상 표현력(재현력)을 개선시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 입력된 RGB 데이터신호에서 영상 처리를 수행하지 않고, 밝기 성분(Y)과 컬러 성분(Cb,Cr) 데이터신호로 변환시킨 후 컬러별 최적의 포화(saturation) 개선 기술을 통해 채도(Cholorfulness)를 향상시켜 영상 표현력(재현력)을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 서브 픽셀을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 차량용 표시장치를 포함하는 자동차를 나타낸 예시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 차량용 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 차량용 표시장치의 주요 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 타이밍 제어부의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 구성들의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 8 내지 도 16은 밝기 향상부, 국부 대비 향상부 및 채도 향상부에 대한 이해를 돕기 위한 도면들이다.
도 17은 실시예 적용 전과 적용 후를 비교 설명하기 위한 도면이고, 도 18은 실시예 적용 전 제2평균화상레벨에 대한 게인의 변화를 보여주기 위한 도면이고, 도 19는 실시예의 적용 후 제2평균화상레벨에 대한 게인의 변화를 보여주기 위한 도면이고, 도 20은 원본 이미지에 대한 영상 처리 후 비교예와 실시예를 표현력을 보여주기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 표시장치는 텔레비전, 영상 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터, 자동차 전기장치, 스마트폰 등으로 구현될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 표시장치는 발광표시장치(Light Emitting Display Apparatus: LED), 양자점표시장치(Quantum Dot Display Apparatus; QDD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display Apparatus: LCD) 등으로 구현될 수 있다.
그러나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 빛을 직접 발광하는 방식으로 영상을 표현하는 발광표시장치를 일례로 한다. 발광표시장치는 무기 발광다이오드를 기반으로 구현되거나 유기 발광다이오드를 기반으로 구현될 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 유기 발광다이오드를 기반으로 구현된 것을 일례로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 서브 픽셀을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치에는 영상 공급부(110), 타이밍 제어부(120), 스캔 구동부(130), 데이터 구동부(140), 표시패널(150) 및 전원 공급부(180) 등이 포함된다.
영상 공급부(110)(또는 호스트시스템)는 외부로부터 공급된 영상 데이터신호 또는 내부 메모리에 저장된 영상 데이터신호와 더불어 각종 구동신호를 출력한다. 영상 공급부(110)는 데이터신호와 각종 구동신호를 타이밍 제어부(120)에 공급할 수 있다.
타이밍 제어부(120)는 스캔 구동부(130)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC), 데이터 구동부(140)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC) 및 각종 동기신호(수직 동기신호인 Vsync, 수평 동기신호인 Hsync) 등을 출력한다.
타이밍 제어부(120)는 데이터 타이밍 제어신호(DDC)와 함께 영상 공급부(110)로부터 공급된 데이터신호(DATA)를 데이터 구동부(140)에 공급한다. 타이밍 제어부(120)는 IC(Integrated Circuit) 형태로 형성되어 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
스캔 구동부(130)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC) 등에 응답하여 스캔신호(또는 스캔전압)를 출력한다. 스캔 구동부(130)는 스캔라인들(GL1~GLm)을 통해 표시패널(150)에 포함된 서브 픽셀들에 스캔신호를 공급한다. 스캔 구동부(130)는 IC 형태로 형성되거나 게이트인패널(Gate In Panel) 방식으로 표시패널(150) 상에 직접 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
데이터 구동부(140)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC) 등에 응답하여 데이터신호(DATA)를 샘플링 및 래치하고 감마 기준전압을 기반으로 디지털 형태의 데이터신호를 아날로그 형태의 데이터전압으로 변환하여 출력한다.
데이터 구동부(140)는 데이터라인들(DL1~DLn)을 통해 표시패널(150)에 포함된 서브 픽셀들에 데이터전압을 공급한다. 데이터 구동부(140)는 IC 형태로 형성되어 표시패널(150) 상에 실장되거나 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
전원 공급부(180)는 외부로부터 공급되는 외부 입력전압을 기반으로 고전위의 제1패널전원(EVDD)과 저전위의 제2패널전원(EVSS)을 생성 및 출력한다. 전원 공급부(180)는 제1패널전원 및 제2패널전원(EVDD, EVSS)뿐만아니라 스캔 구동부(130)의 구동에 필요한 전압(예: 스캔하이전압, 스캔로우전압)이나 데이터 구동부(140)의 구동에 필요한 전압(드레인전압, 하프드레인전압) 등을 생성 및 출력할 수 있다.
표시패널(150)은 스캔 구동부(130)와 데이터 구동부(140)를 포함하는 구동부로부터 출력된 스캔신호와 데이터전압을 포함하는 구동신호 그리고 전원 공급부(180)로부터 출력된 제1패널전원 및 제2패널전원(EVDD, EVSS)에 대응하여 영상을 표시한다. 표시패널(150)의 서브 픽셀들은 직접 빛을 발광한다.
표시패널(150)은 유리, 실리콘, 폴리이미드 등 강성 또는 연성을 갖는 기판을 기반으로 제작될 수 있다. 그리고 빛을 발광하는 서브 픽셀들은 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 픽셀 또는 적색, 녹색, 청색 및 백색을 포함하는 픽셀로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 하나의 서브 픽셀(SP)에는 스위칭 트랜지스터(SW)와 구동 트랜지스터, 스토리지 커패시터, 유기 발광다이오드 등을 포함하는 픽셀회로(PC)가 포함된다. 유기전계발광표시장치에서 사용되는 서브 픽셀(SP)은 빛을 직접 발광하는바 회로의 구성이 복잡하다. 또한, 빛을 발광하는 유기 발광다이오드는 물론이고 유기 발광다이오드에 구동전류를 공급하는 구동 트랜지스터 등의 열화를 보상하는 보상회로 등이 다양하다. 따라서, 서브 픽셀(SP)에 포함된 픽셀회로(PC)를 블록형태로 도시하였음을 참조한다.
한편, 위의 설명에서는 타이밍 제어부(120), 스캔 구동부(130), 데이터 구동부(140) 등을 각각 개별적인 구성인 것처럼 설명하였다. 그러나 발광표시장치의 구현 방식에 따라 타이밍 제어부(120), 스캔 구동부(130), 데이터 구동부(140) 중 하나 이상은 하나의 IC 내에 통합될 수 있다.
도 3은 차량용 표시장치를 포함하는 자동차를 나타낸 예시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 차량용 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도 1의 표시장치는 자동차(100)의 내부에 설치될 수 있다. 자동차(100)의 내부에 설치된 표시장치는 차량용 표시장치(200)로 명명될 수 있다. 차량용 표시장치(200)는 자동차(100) 내부의 계기판은 물론이고 인포테인먼트(infotainment) 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
차량용 표시장치(200)는 자동차(100) 외부의 외광을 센싱하는 조도 센서(300)와 연동하여 동작할 수 있다. 차량용 표시장치(200)가 조도 센서(300)와 연동하여 동작할 경우 고조도 환경 하에서 야외 시인성을 더욱 향상할 수 있다. 예컨대, 차량용 표시장치(200)는 조도 센서(300)와 연동하여 센싱값이 특정 조도 이상일 경우, 밝기(Brightness)를 향상한다거나, 대비(Contrast)를 향상한다거나, 채도(Colorfulness)를 향상하는 등의 영상 처리를 통해 야외 시인성을 향상할 수 있다.
차량용 표시장치(200)의 야외 시인성 향상을 위한 영상 처리와 관련된 예는 다음의 도 4를 참고할 수 있다. 도 4(a)의 PP1은 고조도 환경에 대응하여 도 4(b)의 PP1과 같이 대비가 향상될 수 있고, 도 4(a)의 PP2는 고조도 환경에 대응하여 도 4(b)의 PP2와 같이 컬러가 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 차량용 표시장치의 주요 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 타이밍 제어부의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 차량용 표시장치는 타이밍 제어부(120), 데이터 구동부(140), 표시패널(150) 및 조도 센서(300) 등을 포함할 수 있다. 타이밍 제어부(120)는 조도 센서(300)를 통해 출력된 센싱값(AS)을 기반으로 외부로부터 입력된 데이터신호(DATA)에 대한 영상 처리를 수행하여 보상 데이터신호(CDATA)로 출력할 수 있다. 그리고 데이터 구동부(140)는 디지털 형태의 보상 데이터신호(CDATA)를 아날로그 형태의 보상 데이터전압(Cdata)으로 변경하여 표시패널(150)에 공급할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 타이밍 제어부(120)는 조도 판별부(121), 제1변환부(122), 연산부(123), 밝기(Brightness) 향상부(124), 국부 대비(Local Contrast) 향상부(125), 채도(Colorfulness) 향상부(126) 및 제2변환부(128)를 포함할 수 있다.
조도 판별부(121)는 자동차 외부의 외광이 내부에 설정된 조도(특정 조도)보다 높은지 또는 낮은지를 판단하는 역할을 할 수 있다. 조도 판별부(121)는 조도 센서(300)를 통해 출력된 센싱값(AS)과 내부 설정값을 비교한 후 센싱값이 내부에 설정된 조도(특정 조도) 이상이면 제1변환부를 동작시키기(제어하기) 위한 제1변환부 제어신호를 출력할 수 있다.
제1변환부(122)는 외부로부터 입력된 RGB (적색, 녹색 및 청색) 형태의 데이터신호(DATA)를 YCbCr (Y; 밝기 성분, CbCr; 컬러 성분) 형태의 데이터신호로 변환하는 역할을 할 수 있다. 제1변환부(122)는 조도 판별부(121)로부터 출력된 제1변환부 제어신호에 대응하여 입력된 RGB 형태의 데이터신호(DATA)를 YCbCr 형태의 데이터신호로 변환하여 출력할 수 있다.
연산부(123)는 제1변환부(122)로부터 출력된 YCbCr 형태의 데이터신호에 대한 평균화상레벨(Average Picture Level; APL)을 구하는 역할을 할 수 있다. 연산부(123)는 밝기 성분(Y)에 대해 2가지의 상이한 연산 방식을 기준으로 제1평균화상레벨과 제2평균화상레벨을 구할 수 있는데 이에 대한 설명은 이하에서 다룬다.
밝기 향상부(124)는 입력된 데이터신호에 대한 밝기를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 밝기 향상부(124)는 밝기를 향상시키기 위해 연산부(123)로부터 출력된 밝기 성분(Y)과 제2평균화상레벨 등을 기반으로 밝기 이득을 연산할 수 있다.
국부 대비 향상부(125)는 입력된 데이터신호에 대한 국부 대비를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 국부 대비 향상부(125)는 국부 대비를 향상시키기 위해 연산부(123)로부터 출력된 밝기 성분(Y)과 제1평균화상레벨, 밝기 향상부(124)로부터 출력된 밝기 이득 등을 기반으로 국부 대비 이득을 연산할 수 있다.
채도 향상부(126)는 입력된 데이터신호에 대한 채도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 채도 향상부(126)는 채도를 향상시키기 위해 국부 대비 향상부(125)로부터 출력된 밝기와 연산부(123)로부터 출력된 컬러 성분(CbCr)을 기반으로 채도 이득을 연산할 수 있다.
제2변환부(128)는 밝기 성분(Y)과 컬러 성분(CbCr)을 구분하고 이들에 대한 영상 처리를 위해 변환된 YCbCr 형태의 체계를 다시 입력된 RGB (적색, 녹색 및 청색) 형태로 변환하여 보상 데이터신호(CDATA)로 출력하는 역할을 할 수 있다. YCbCr 체계를 RGB 체계로 변환하기 위한 구성은 이 분야에서 일반적으로 이용되는 것인 바 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 실시예에서는 제1변환부(122)와 연산부(123)를 각기 구분된 블록으로 도시 및 설명하였으나 이는 하나의 블록으로 통합될 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서는 제1변환부(122)와 연산부(123)가 하나의 블록으로 통합되어 연산부(123)로만 이루어진 것을 일례로 설명한다.
도 7은 도 6에 도시된 구성들의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 8 내지 도 15는 밝기 향상부, 국부 대비 향상부 및 채도 향상부에 대한 이해를 돕기 위한 도면들이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 연산부(123)는 제1연산부(123a), 제2연산부(123b), 제3연산부(123c) 및 제3연산부(123d)를 포함할 수 있다. 이하, 서로 상이한 2개의 평균화상레벨을 구분하기 위해, 제1평균화상레벨은 APL을 그리고 제2평균화상레벨은 WAPL을 병기한다.
제1연산부(123a)는 외부로부터 입력된 RGB 데이터신호에서 밝기 성분(Y)을 추출하기 위한 연산을 수행하는 역할을 할 수 있다. 제2연산부(123b)는 제1연산부(123a)로부터 출력된 밝기 성분(Y)에서 제2평균화상레벨(WAPL)을 추출하기 위한 연산을 수행하는 역할을 할 수 있다. 제3연산부(123c)는 제1연산부(123a)로부터 출력된 밝기 성분(Y)에서 제1평균화상레벨(APL)을 추출하기 위한 연산을 수행하는 역할을 할 수 있다. 제3연산부(123d)는 외부로부터 입력된 RGB 데이터신호에서 컬러 성분(CbCr)을 추출하기 위한 연산을 수행하는 역할을 할 수 있다.
제2연산부(123b)는 제1연산부(123a)로부터 출력된 밝기 성분(Y)에서 제2평균화상레벨(WAPL)을 추출하기 위해 다음과 같은 수학식 1을 이용할 수 있다. 그리고 제2연산부(123b)는 하기의 수학식 1을 기반으로 R/G/B 기준, 3×3의 픽셀 블록(3×3 Pixel Block)씩 제2평균화상레벨(WAPL)을 연산할 수 있다. 여기서, 3×3의 픽셀 블록은 하나의 예시일 뿐이므로 이는 N×M(N과 M은 3이상 정수)의 픽셀 블록으로 표현할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1은 입력된 RGB 데이터신호에서 가중치 평균 밝기 정보를 연산할 목적으로 제1평균화상레벨(APL)을 연산하는 수식에 제곱을 취한 형태로 정의될 수 있다. 제1평균화상레벨(APL)을 연산하는 수식에 제곱을 취하여 제2평균화상레벨(WAPL)을 연산하면, 이후의 영상 처리 시 어두운 영상에 대한 표현력을 향상(밝기 보상과 관계함)시킬 수 있다.
덧붙여, 위와 같이 다수로 독립된 연산부(123)를 기반으로 입력된 RGB 데이터신호를 밝기 성분(Y)과 컬러 성분(CbCr)으로 변환하면, 밝기 성분(Y)과 컬러 성분(CbCr) 각각에 대한 최적의 이득을 용이하게 연산할 수 있다.
밝기 향상부(124)는 밝기를 향상시키기 위해 3×3의 픽셀 블록(3×3 Pixel Block)별 제2평균화상레벨(WAPL) 특성과 입력된 데이터신호의 계조(gray)에 따라 픽셀(Pixel)별 차등적으로 게인을 적용하기 위한 밝기 이득(Brighness Gain)을 연산할 수 있다.
도 7 및 도 8을 함께 참고하면, 제2연산부(123b)는 3×3의 픽셀 블록(3×3 Pixel Block)을 추출하고 이들에 대한 고계조 분포 특성을 판단하기 위한 일환으로 제2평균화상레벨(WAPL)을 연산후 연산된 값을 밝기 향상부(124)에 제공할 수 있다.
밝기 향상부(124)는 하기의 수학식 2를 기반으로 제2평균화상레벨(WAPL)에 따른 입력 계조의 게인을 적용하기 위한 밝기 이득(Brighness Gain; Gain)을 연산할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 수학식 2에서, local gain은 제2평균화상레벨(WAPL)에 따른 대칭 게인 적용을 위한 로컬 게인을 의미할 수 있고, pixel gain은 해당 픽셀에 따른 픽셀 게인으로서, 어두울수록 증가하는 가중치를 의미할 수 있다.
도 9(a)와 같이, 로컬 게인(Local Gain)은 좌측과 우측의 게인이 서로 대칭하도록 중심부가 게인값인 1까지 돌출된 그래프 형상을 가질 수 있다. 도 9(a)에서 볼 수 있듯이, 게인값 1을 기준으로 좌측은 최저 계조인 0을 향해 게인값이 하강하고, 우측은 최고 계조인 255를 향해 게인값이 하강할 수 있다. 그리고 양측의 하강 곡선은 게인값 1을 기준으로 좌우 대칭하는 형상을 형성하기 위해 유사/동일한 게인값을 가지며 하강할 수록 바람직하다.
도 9(b)와 같이, 픽셀 게인(Pixel Gain)은 최저 계조인 0에서 가장 높은 게인값 1을 가지며 최고 계조인 255를 향해 게인값이 하강하는 그래프 형상을 가질 수 있다. 픽셀 게인(Pixel Gain)을 이와 같이 마련하면, 저계조일수록 높은 게인을 적용할 수 있기 때문에 저계조 표현력을 향상할 수 있다.
도 10에 도시된 제2평균화상레벨(WAPL)에 따른 입력 계조의 게인 결정 그래프는 앞서 설명한 도 9(a)의 로컬 게인(Local Gain)과 도 9(b)의 픽셀 게인(Pixel Gain)을 기반으로 마련될 수 있다.
도 9(a)와 도 9(b)를 기반으로 도 10의 게인 결정 그래프를 마련하면, 밝기 개선을 위한 픽셀 게인(Pixel Gain)을 적용하면서 저계조와 고계조의 표현력을 모두 향상시킬 수 있는 비대칭 게인 또한 적용할 수 있다.
도 10의 게인 결정 그래프는 입력 영상의 밝기를 향상시키기 위해 도 11과 같이 IEC62087 표준 동영상의 평균화상레벨 히스토그램(APL Histogram) 분포와 유사한 형태로 제2평균화상레벨(WAPL)에 따른 게인을 형성하도록 구현될 수 있다.
IEC62087 표준 동영상의 평균화상레벨 히스토그램(APL Histogram) 분포를 보면 많은 영상이 약 20%의 평균화상레벨을 중심으로 분포하고 있음을 알 수 있다. 표준 동영상에서 가장 많이 분포하는 영역에 큰 게인을 부여하면 밝기를 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 도 10의 게인 결정 그래프는 IEC62087 표준 동영상의 평균화상레벨 히스토그램(APL Histogram) 분포와 유사한 형태로 제2평균화상레벨(WAPL)에 따른 게인을 형성한다.
도 10 및 도 11을 참고하면 알 수 있듯이, 밝기를 향상하기 위한 게인 결정 그래프는 제2평균화상레벨(WAPL)에서 영상의 분포도가 높은 약 20% 부분을 높은 게인값을 갖는 기준 지점으로 정의하고, 이 기준 지점을 기준으로 좌우 비대칭하며 낮은 게인값을 갖도록 구현할 수 있다.
위의 그래프에 따르면, 20% 이하에서는 영상의 대비와 저계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 증가하는 게인값을 갖고, 20% 이상에서는 영상의 고계조 뭉침을 최소화하며 고계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 감소하는 게인값을 가질 수 있다. 그리고 위의 그래프에 따르면, 저계조 표현을 위한 게인값은 고계조 표현을 위한 게인값보다 높을 수 있다.
그러므로 도 10의 게인 결정 그래프는 입력 영상의 특성에서 가장 많이 분포하는 특성에 대해 높으 게인을 주기 위해 IEC62087 표준 동영상의 평균화상레벨 히스토그램(APL Histogram) 분포를 참고하고, 유사한 형태의 게인을 얻기 위해 수학식 2에서 설명한 픽셀 게인과 로컬 게인을 조합하여 그래프를 생성한 것이다.
국부 대비 향상부(125)는 국부 대비를 향상시키기 위해 평균 밝기에 대비 중심 픽셀(Pixel)의 밝기를 고려하여 픽셀별 차등 게인을 적용하기 위한 국부 대비 이득을 연산할 수 있다.
국부 대비 향상부(125)는 국부 대비 이득을 기반으로 향상된(또는 조정된) 밝기 성분(ENY)(Enhanced Y)을 출력할 수 있다. 국부 대비 향상부(125)로부터 출력된 향상된(또는 조정된) 밝기 성분(ENY)(Enhanced Y)을 기반으로 영상의 선명도(Sharpness) 또한 더욱 향상될 수 있다.
도 7 및 도 12를 함께 참고하면, 제1연산부(123a)는 3×3의 픽셀 블록(3×3 Pixel Block)을 추출하고 이들에 대한 평균 밝기를 판단하기 위한 일환으로 밝기 성분(Y)을 연산후 연산된 값을 국부 대비 향상부(125)에 제공할 수 있다.
제1연산부(123a)는 하기의 수학식 3을 기반으로 평균 밝기(Yavg)를 연산할 수 있다.
Figure pat00004
국부 대비 향상부(125)는 평균 밝기 성분에서, 중심 픽셀의 밝기가 주변 픽셀의 평균 밝기보다 밝은 경우 중심 픽셀의 밝기를 높일 수 있다. 국부 대비 향상부(125)는 평균 밝기 성분에서, 중심 픽셀의 밝기가 주변 픽셀의 평균 밝기보다 밝지 않은 경우 중심 픽셀의 밝기를 낮출 수 있다.
국부 대비 향상부(125)는 하기의 수학식 4를 기반으로 픽셀별 차등 게인을 적용하기 위한 국부 대비 이득(Local Contrast Gain; Gainc)을 연산할 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
상기 수학식 4에서, Curr은 중심 픽셀을 의미하고, Yavg는 3×3 영역의 평균 밝기(밝기 함)를 의미하고, weight는 이득 보정을 위한 가중치를 의미할 수 있다.
상기 수학식 4에 따르면, (1)중심 픽셀의 밝기 > 평균 밝기이고, Gain > 0 이면, 중심 픽셀의 밝기는 증가할 수 있다. (2)중심 픽셀의 밝기 < 평균 밝기이고, Gain < 0 이면, 중심 픽셀의 밝기는 감소할 수 있다.
채도 향상부(126)는 채도를 향상시키기 위해 컬러 성분(CbCr)별 밝기 성분(Y)을 고려한 차등 게인을 적용하여 컬러 포화(Saturation)를 방지하고, 각 컬러 성분(CbCr)별 최적의 포화 게인(saturation gain)을 적용할 수 있는 채도 이득(Colorfulness Gain)을 연산할 수 있다.
채도 향상부(126)는 채도 이득을 기반으로 향상된(또는 조정된) 컬러 성분(ENC)(Enhanced Cb/Cr)을 출력할 수 있다. 채도 향상부(126)로부터 출력된 향상된(또는 조정된) 컬러 성분(ENC)(Enhanced Cb/Cr)을 기반으로 영상의 채도는 더욱 향상될 수 있다.
도 7 및 도 13을 함께 참고하면, 컬러 성분(CbCr)별 포화 게인(saturation gain)이 다른 이유는 명도(Lightness)와 색도(Hue)에 따른 포화 범위(Saturation Range)가 다름을 통해 알 수 있다.
예컨대, 노란색(Y)이 포화 영역에 도달하는 거리는 사이언(C), 녹색(G), 마젠타(M), 적색(R) 또는 청색(B)이 포화 영역에 도달하는 거리보다 길다. 그리고 사이언(C), 녹색(G), 마젠타(M), 적색(R) 및 청색(B)의 순으로 포화 영역에 도달하는 거리는 점차 줄어든다.
위와 같은 차이점을 참고하면, 도 14와 같이 포화 범위(Saturation Range)가 감소하기 시작하는 밝기 성분(Y)을 색도(Hue)별로 데이터화할 수 있다.
도 13 및 도 14를 함께 참고하면, 밝기가 높을수록 포화 범위가 감소하며, 색상마다 밝기에 따른 포화 범위가 다르고, 동일 밝기에서도 색도(Hue)에 따라 포화 범위(Saturation Range)가 다르다.
예컨대, 청색(Blue)은 밝기(Y)가 대략 33일 때부터 포화 범위(Saturation Range)가 감소하기 시작하는 반면, 노란색(Yellow)은 밝기(Y)가 대략 225일 때부터 포화 범위(Saturation Range)가 감소하기 시작한다. 도 14는 이해를 돕기 위해 노란색(Yellow)과 청색(Blue) 이상 2개의 시료만 도시한 것이다.
이하, 채도 향상과 관련된 이해를 돕기 위한 신호의 입출력 절차를 설명하면 다음의 도 15와 같다.
도 15에 도시된 바와 같이, 입력 픽셀(Pixel(I, J)은 RGB 체계에서 YCbCr체계로 변환(RGB to YCbCr)(S120)됨과 더불어 RGB 체계에서 색도 체계로 변환(RGB to Hue)(S125)될 수 있다.
YCbCr에서 밝기 성분(Y)은 밝기 향상과 국부 대비 향상 과정을 거쳐 제1밝기 성분(Y')에서 제2밝기 성분(Y'')으로 조정(Brightness/Local Contrast 향상(Y'-> Y'')(S130)될 수 있다.
제2밝기 성분(Y'')과 색도 성분(H)을 기반으로 컬러 성분별 포화 게인을 산출하기 위한 포화 가중치(saturation weight)가 결정(S140)될 수 있다. 포화 가중치(saturation weight) 결정 시, 고계조로 갈수록 가중치를 줄이기 위해 다음과 같은 처리 방식을 따를 수 있다.
if Y'' < LUT(H)
weight = 1
else
weight = 1 - (Y'' - LUT(H)) / (255 - LUT(H))
포화 가중치(saturation weight)가 결정되면, 제1컬러 성분은 제1'컬러 성분으로 제2컬러 성분은 제2'컬러 성분으로 각각 조정(Cb → Cb', Cr → Cr')(S150)될 수 있다. 컬러 성분 조정 시, 외부로부터 컬러별 게인(Col, Gain)을 별도로(또는 추가로) 인가받을 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기의 설명에 따르면, 제1'컬러 성분은 Cb' = Col_Gain × weight × Cb × Y''/ Y으로 정의될 수 있고, 제2'컬러 성분은 Cr' = Col_Gain × weight × Cr × Y''/ Y으로 정의될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
조정이 완료된 밝기 및 컬러 성분은 다시 RGB 체계로 변환(Y''Cb'Cr' to RGB)된 후 입력 픽셀(Pixel(i, j)과 동일한 형식을 같지만 보정된 출력 픽셀(Pixel(i, j) 형태로 출력될 수 있다.
앞서 설명한 처리 방식에 따라 밝기와 색도에 대한 가중치 결정을 위한 룩업테이블을 구현할 수 있는데, 그 예는 도 16과 같을 수 있다. 도 16의 가중치 결정 룩업테이블(Weight 결정 LUT)에 따르면, 색도(Hue)별로 포화 범위가 다름을 기반으로, 각 색에 대한 가중치를 달리하여 게인값을 구할 수 있기 때문에 채도는 더욱 향상될 수 있다.
도 7 내지 도 16을 참고하면, 밝기 향상부(124)는 제1연산부(123a)로부터 출력된 밝기 성분(Y)과 제2연산부(123b)로부터 출력된 제2평균화상레벨(WAPL)을 기반으로 밝기 이득(Brightness Gain)을 연산할 수 있으나, 외부로부터 별도의 밝기 향상 이득(BEG)(Brightness Enhance Gain)을 추가 제공받을 수도 있다.
채도 향상부(126)는 국부 대비 향상부(125)로부터 출력된 향상된(또는 조정된) 밝기 성분(ENY)(Enhanced Y)과 제4연산부(123d)로부터 출력된 컬러 성분(Cb/Cr)을 기반으로 채도 이득(Colorfulness Gain)을 연산할 수 있으나, 외부로부터 별도의 채도 향상 이득(CEG)(Colorfulness Enhance Gain)을 추가 제공받을 수도 있다.
제2변환부(128)는 국부 대비 향상부(125)로부터 출력된 향상된(또는 조정된) 밝기 성분(ENY)(Enhanced Y)과 채도 향상부(126)로부터 출력된 향상된(또는 조정된) 컬러 성분(ENC)(Enhanced Cb/Cr)을 결합한 후 YCbCr 데이터신호를 원래의 입력분과 같은 RGB 데이터신호 체계로 변환할 수 있다.
도 17은 실시예 적용 전과 적용 후를 비교 설명하기 위한 도면이고, 도 18은 실시예 적용 전 제2평균화상레벨에 대한 게인의 변화를 보여주기 위한 도면이고, 도 19는 실시예의 적용 후 제2평균화상레벨에 대한 게인의 변화를 보여주기 위한 도면이고, 도 20은 원본 이미지에 대한 영상 처리 후 비교예와 실시예를 표현력을 보여주기 위한 도면이다.
도 17(a)는 실시예 적용 전의 제2평균화상레벨을 나타내고, 도 17(b)는 실시예 적용 후의 제2평균화상레벨을 나타낸다. 도 17에서는 제2평균화상레벨이 0, 32, 128, 255 이상 4개의 구간에 대한 게인만 도시 및 설명한다.
도 17과 더불어 도 18 및 도 19를 함께 참고하면, 실시예 적용 전에는 제2평균화상레벨이 0인 최저 계조 구간에서 255인 최고 계조 구간으로 갈수록 하강하는 게인값을 갖도록 설정되고, 이를 기반으로 영상이 구현될 수 있음을 알 수 있다.
반면, 실시예 적용 후에는 제2평균화상레벨이 0인 최저 계조 구간과 255인 최고 계조 구간이 유사/동일하고 32인 저계조 구간과 128인 중간 계조 구간이 유사/동일한 게인값을 갖도록 설정되고, 이를 기반으로 영상이 구현될 수 있음을 알 수 있다.
상기와 같은 게인 산출 방식의 차이점은 도 20에서 볼 수 있는 비교예와 실시예와 같이 영상의 밝기, 대비(Contrast), 고계조 표현력/국부 대비(Local Contrast), 채도(Colorfulness) 및 저계조 표현력에 대한 차이점으로 나타날 수 있다.
도 20을 보면 알 수 있듯이, 실시예는 원본 이미지와 비교 시 저계조 표현력이 다소 떨어지거나 동등한 수준을 나타낼 뿐, 나머지 영상의 밝기, 대비(Contrast), 고계조 표현력/국부 대비(Local Contrast), 채도(Colorfulness)에서 우수한 수준을 나타냄을 알 수 있다.
그러나 비교예(실시예 적용 전)는 영상의 밝기와 저계조 표현력만 우수할 뿐, 나머지 대비(Contrast), 고계조 표현력/국부 대비(Local Contrast)가 다소 떨어지거나 동등한 수준을 나타냄을 알 수 있다.
그러므로, 실시예는 영상의 밝기, 대비(Contrast), 고계조 표현력/국부 대비(Local Contrast), 채도(Colorfulness)를 원본 이미지 대비 우수한 수준으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명은 국부 영상에 대한 평균화상레벨 정보를 이용하여 밝기(Brightness), 국부 대비(Local Contrast), 채도(Colorfulness) 및 선명도(Sharpness) 등을 향상시켜 영상 표현력(재현력)을 개선시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 입력된 RGB 데이터신호에서 영상 처리를 수행하지 않고, 밝기 성분(Y)과 컬러 성분(Cb,Cr) 데이터신호로 변환시킨 후 컬러별 최적의 포화(saturation) 개선 기술을 통해 채도(Cholorfulness)를 향상시켜 영상 표현력(재현력)을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
120: 타이밍 제어부 140:데이터 구동부
150: 표시패널 300: 조도 센서
121: 조도 판별부 122: 제1변환부
123: 연산부 124: 밝기 향상부
125: 국부 대비 향상부 126: 채도 향상부
128: 제2변환부

Claims (12)

  1. 영상을 표시하는 표시패널;
    상기 표시패널을 구동하는 구동부; 및
    상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 외부로부터 공급된 RGB 데이터신호를 YCbCr 데이터신호로 변환하고, 상기 YCbCr 데이터신호의 밝기를 향상시키기 위해 기준 지점을 기준으로 좌우 비대칭하는 게인값을 갖는 게인 결정 그래프를 기반으로 영상 처리를 수행하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게인 결정 그래프는
    영상의 분포도가 높은 부분에서 높은 게인값을 갖도록 상기 기준 지점이 정의되고,
    상기 기준 지점 대비 낮은 게인값을 갖도록 상기 좌우 비대칭하는 게인값이 정의되는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게인 결정 그래프는
    평균화상레벨의 20% 이하에서는 영상의 대비와 저계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 증가하는 게인값을 갖고, 상기 평균화상레벨의 20% 이상에서는 영상의 고계조 뭉침을 최소화하며 고계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 감소하는 게인값을 갖는 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 게인 결정 그래프에서 상기 저계조 표현을 위한 게인값은 상기 고계조 표현을 위한 게인값보다 높은 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 YCbCr 데이터신호의 국부 대비를 향상시키기 위해 상기 YCbCr 데이터신호에 대한 N×M(N과 M은 3이상 정수)의 픽셀 블록의 평균 밝기 성분에서, 중심 픽셀의 밝기가 주변 픽셀의 평균 밝기보다 밝으면 중심 픽셀의 밝기를 높이고, 상기 중심 픽셀의 밝기가 상기 주변 픽셀의 평균 밝기보다 밝지 않으면 상기 중심 픽셀의 밝기를 낮추는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 YCbCr 데이터신호의 컬러 성분의 채도를 향상하기 위해 색도별로 포화 범위가 다름을 기반으로 각 색에 대한 가중치를 달리하는 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 RGB 데이터신호를 YCbCr 데이터신호로 변환하는 제1변환부와,
    상기 YCbCr 데이터신호에서 밝기 성분과 컬러 성분을 연산함과 더불어 상기 밝기 성분에 대해 상이한 방식으로 제1평균화상레벨과 제2평균화상레벨을 연산하는 연산부를 포함하는 표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제2평균화상레벨을 기반으로 상기 YCbCr 데이터신호의 밝기를 향상시키는 밝기 향상부와,
    상기 연산부로부터 출력된 밝기 성분, 상기 제1평균화상레벨 및 상기 밝기 향상부로부터 출력된 밝기 이득을 기반으로 상기 YCbCr 데이터신호의 국부 대비를 향상시키는 국부 대비 향상부를 포함하는 표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 국부 대비 향상부로부터 출력된 향상된 밝기 성분과 상기 연산부로부터 출력된 컬러 성분을 기반으로 상기 YCbCr 데이터신호의 컬러 성분을 향상시키는 채도 향상부와,
    상기 국부 대비 향상부로부터 출력된 향상된 밝기 성분과 상기 채도 향상부로부터 출력된 향상된 컬러 성분을 결합한 후 YCbCr 데이터신호 체계를 RGB 데이터신호 체계로 변환하여 출력하는 제2변환부를 포함하는 표시장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    조도 센서로부터 전달된 센싱값을 기반으로 외광이 설정된 조도보다 높은지 또는 낮은지를 판단하는 조도 판별부를 더 포함하고,
    상기 조도 판별부는 상기 센싱값이 내부 설정값 이상이면 상기 제1변환부를 동작시키는 표시장치.
  11. 영상을 표시하는 표시패널, 상기 표시패널을 구동하는 구동부, 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 표시장치; 및
    자동차 외부의 외광을 센싱하는 조도 센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 조도 센서를 통해 전달된 센싱값이 내부 설정값 이상이면 외부로부터 공급된 RGB 데이터신호를 YCbCr 데이터신호로 변환하고, 상기 YCbCr 데이터신호의 밝기를 향상시키기 위해 기준 지점을 기준으로 좌우 비대칭하는 게인값을 갖는 게인 결정 그래프를 기반으로 영상 처리를 수행하는 차량용 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 게인 결정 그래프는
    평균화상레벨의 20% 이하에서는 영상의 대비와 저계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 증가하는 게인값을 갖고, 상기 평균화상레벨의 20% 이상에서는 영상의 고계조 뭉침을 최소화하며 고계조 표현력을 향상시키기 위해 계조가 높아질수록 점진적으로 감소하는 게인값을 갖는 차량용 표시장치.
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