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KR20180031154A - 디스플레이 장치 및 이의 영상 처리 방법 - Google Patents

디스플레이 장치 및 이의 영상 처리 방법 Download PDF

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KR20180031154A
KR20180031154A KR1020160119138A KR20160119138A KR20180031154A KR 20180031154 A KR20180031154 A KR 20180031154A KR 1020160119138 A KR1020160119138 A KR 1020160119138A KR 20160119138 A KR20160119138 A KR 20160119138A KR 20180031154 A KR20180031154 A KR 20180031154A
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dynamic range
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region
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박승호
최성훈
위호천
문영수
안태경
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삼성전자주식회사
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Abstract

디스플레이 장치 및 이의 영상 처리 방법이 제공된다. 본 디스플레이 장치의 영상 처리 방법은 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 상기 입력된 영상으로부터 적어도 하나의 영역을 검출하고, 적어도 하나의 영역에 대한 다이내믹 레인지 및 밝기 정보와 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 적어도 하나의 매핑 함수를 생성하며, 적어도 하나의 매핑 함수를 이용하여 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성하고, 적어도 하나의 가상 영상 및 입력된 영상을 합성하며, 합성된 영상을 출력할 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 이의 영상 처리 방법{Display apparatus and method for processing image thereof}
본 발명은 디스플레이 장치 및 이의 영상 처리 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 매핑 함수를 이용하여 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 변경할 수 있는 디스플레이 장치 및 이의 영상 처리 방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치의 다이내믹 레인지는 디스플레이가 표현 가능한 가장 어두운 계조 대비 가장 밝은 계조의 비율을 의미한다. 최근의 디스플레이 장치는 다이내믹 레인지가 넓어지고 고광량의 밝기가 표현 가능해 짐에 따라, HDR(high dynamic range) 영상의 표현이 가능해 졌다.
그러나, 기존의 영상들은 8-bit LDR(low dynamic range) 영상으로 제작되고 있다. 이러한 LDR 영상을 HDR 디스플레이에 화질 처리 없이 표현하면 부자연스러운 영상이 생성된다. 그러므로, LDR 영상을 HDR 디스플레이에 적합하게 보여지도록 다이내믹 레인지를 변경해주는 기술인 inverse tone mapping 기술이 필요하다.
다이내믹 레인지가 넒은 장면을 200 nit의 다이내믹 레인지가 좁은 LDR 디스플레이에 표현하기 위하여 LDR 영상 생성 시, 다이내믹 레인지의 압축이 필요하다. 카메라로부터 LDR 영상이 생성 되는 경우, 인간의 시각이 웨버에 법칙에 의해 저계조 변화에 민감하기 때문에 저계조에 비하여 상대적으로 고계조의 압축량이 많다. 따라서, LDR 영상에서는 고계조의 디테일의 손실이 발생한다. 특히, 다이내믹 레인지가 넓은 장면일수록 압축에 의한 고계조의 디테일 손실은 증가한다.
또한, LDR 영상은 200nit의 LDR 디스플레이의 밝기에 자연스럽게 보여지도록 생성되었으므로, LDR 영상을 HDR 디스플레이에 재생 시에는 중저계조의 밝기를 LDR 디스플레이에서의 보여지는 밝기로 유지 시켜야 한다. 그렇지 않으면, 어두운 장면이 밝게 보이는 등 부자연스럽게 표현 된다.
따라서, LDR 영상을 HDR 디스플레이에 재생 시, 중저계조의 밝기를 유지하면서, 중저계조에 비해 상대적으로 많이 압축된 고계조의 다이네믹 레인지를 확장하여 입력된 영상의 디테일을 복원하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 입력된 영상의 다이내믹 레인지 및 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보에 따라 상이한 매핑 함수를 생성하고, 생성된 매핑 함수를 이용하여 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 조절하여 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 적응적으로 조절할 수 있는 디스플레이 장치 및 이의 영상 처리 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 장치의 영상 처리 방법은, 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 상기 입력된 영상으로부터 적어도 하나의 영역을 검출하는 단계; 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 적어도 하나의 매핑 함수를 생성하는 단계; 상기 적어도 하나의 매핑 함수를 이용하여 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성하는 단계; 상기 적어도 하나의 가상 영상 및 입력된 영상을 합성하는 단계; 및 상기 합성된 영상을 출력하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 검출하는 단계는, 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 결정된 값 이상의 밝기를 가지는 적어도 하나의 고계조 영역을 검출할 수 있다.
또한, 상기 검출하는 단계는, 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지 분석을 위하여 적어도 하나의 고계조 영역에 표시되는 오브젝트를 나타내는 컨텍스트 정보를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 적어도 하나의 매핑 함수는 적어도 하나의 고계조 영역과 대응되며, 상기 적어도 하나의 매핑 함수 각각은, 대응되는 고계조 영역의 컨텍스트 정보 및 밝기의 정보를 바탕으로 결정된 X 좌표값과 대응되는 고계조 영역의 밝기 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 결정된 Y 좌표값을 가지는 포인트를 기준으로 상이한 기울기를 가질 수 있다.
또한, 상기 가상 영상을 생성하는 단계는, 상기 컨텍스트 정보에 따라 상이한 색상 도메인을 이용하여 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성할 수 있다.
그리고, 상기 검출하는 단계는, 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 결정된 값 미만의 밝기를 가지는 적어도 하나의 저계조 영역을 더 검출하며, 상기 적어도 하나의 고계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 언더 커브 형태이며, 상기 적어도 하나의 저계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 오버 커브 형태일 수 있다.
또한, 상기 합성하는 단계는, 고계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제1 가상 영상에는 고계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하고, 저계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제2 가상 영상에는 저계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하여 합성할 수 있다.
그리고, 상기 검출하는 단계는, 상기 입력된 영상의 컨텍스트 정보, 히스토그램, 누적 분포 함수(cumulative distribution function), 색상 채널 유사도(color channel correlation), 노이즈 특징 중 적어도 하나를 분석하여 상기 적어도 하나의 영역을 검출할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 장치는, 영상을 입력받는 영상 입력부; 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 상기 입력된 영상으로부터 적어도 하나의 영역을 검출하고, 상기 적어도 하나의 영역에 대한 밝기 컨텍스트 정보 및 밝기 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 적어도 하나의 매핑 함수를 생성하며, 상기 적어도 하나의 매핑 함수를 이용하여 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성하고, 상기 적어도 하나의 가상 영상 및 입력된 영상을 합성하는 영상 처리부; 및 상기 합성된 영상을 출력하는 영상 출력부;를 포함한다.
그리고, 상기 영상 처리부는, 상기 입력된 영상의 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 이상의 밝기를 가지는 적어도 하나의 고계조 영역을 검출할 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 입력된 영상의 다이나믹 레인지 분석을 위하여 적어도 하나의 고계조 영역에 표시되는 오브젝트를 나타내는 컨텍스트 정보를 판단할 수 있다.
그리고, 상기 적어도 하나의 매핑 함수는 적어도 하나의 고계조 영역과 대응되며, 상기 적어도 하나의 매핑 함수 각각은, 대응되는 고계조 영역의 컨텍스트 정보 및 밝기 등의 정보를 를 바탕으로 결정된 X 좌표값과 대응되는 고계조 영역의 밝기 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 결정된 Y 좌표값을 가지는 포인트를 기준으로 상이한 기울기를 가질 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 컨텍스트 정보에 따라 상이한 색상 도메인을 이용하여 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성할 수 있다.
그리고, 상기 영상 처리부는, 상기 입력된 영상의 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 미만의 밝기를 가지는 적어도 하나의 저계조 영역을 더 검출하며, 상기 적어도 하나의 고계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 언더 커브 형태이며, 상기 적어도 하나의 저계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 오버 커브 형태일 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 고계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제1 가상 영상에는 고계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하고, 저계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제2 가상 영상에는 저계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하여 합성할 수 있다.
그리고, 상기 영상 처리부는, 상기 입력된 영상의 컨텍스트 정보, 히스토그램, 누적 분포 함수(cumulative distribution function), 색상 채널 유사도(color channel correlation), 노이즈 특징 중 적어도 하나를 분석하여 상기 적어도 하나의 영역을 검출할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의하면, LDR 영상이 HDR 디스플레이에 의해 출력될 때, LDR 영상 중 고계조 영역에서의 디테일 복원력이 향상될 수 있다. 또한, LDR 영상의 밝기와 디스플레이의 최대 밝기를 사용하여, 중저계조 영역에 대해 입력된 영상의 밝기를 유지시켜 왜곡을 최소화할 수 있다.
또한, 입력된 영상의 컨텍스트에 따라 상이한 색상 도메인을 이용함으로써, 입력된 영상의 컬러 왜곡을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 장치의 구성의 나타내는 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 영상 처리부의 구성을 구체적으로 나타내는 블럭도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 입력된 영상으로부터 복수의 영역을 검출하는 것을 설명하기 위한 도면,
도 4a 내지 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 매핑 함수를 설명하기 위한 도면,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기한 컨텍스트 정보를 가지는 영상을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 장치의 영상 처리 방법을 설명하기 위함 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시의 실시 예에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
본 개시의 실시 예에서 ‘모듈’ 혹은 ‘부’는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의‘모듈’ 혹은 복수의‘부’는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 ‘모듈’ 혹은 ‘부’를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는"포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 다양한 실시 예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에서 사용된 "제 1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 다양한 실시 예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 개시의 다양한 실시예에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 다양한 실시 예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 대해서 살펴본다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)의 구성을 간략히 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 영상 입력부(110), 영상 처리부(120) 및 영상 출력부(130)를 포함한다. 이때, 디스플레이 장치(100)는 디지털 TV일 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 모니터, 노트북 PC, 데스크탑 PC, 태블릿 PC, 키오스크 등과 같이 다양한 디스플레이 장치로 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이를 구비하지 않은 셋탑 박스, 게임기 등과 같이, 영상을 처리할 수 있는 전자 장치 역시 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
영상 입력부(110)는 외부로부터 영상을 입력받는다. 이때, 입력된 영상은 8 비트의 LDR 영상일 수 있다.
한편, 영상 입력부(110)는 방송 컨텐츠를 수신받기 위한 튜너, 외부 기기로부터 영상 컨텐츠를 수신하기 위한 단자(예를 들어, HDMI 단자 등), 외부 서버로부터 영상 컨텐츠를 수신하기 위한 통신 모듈 등으로 구현될 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 영상을 입력받기 위한 다른 구성으로 구현될 수 있다.
영상 처리부(120)는 영상 입력부(110)로부터 입력된 영상을 처리하여 영상 출력부(130)로 출력한다. 특히, 영상 처리부(120)는 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 입력된 영상으로부터 적어도 하나의 영역을 검출할 수 있다. 그리고, 영상 처리부(120)는 적어도 하나의 영역에 대한 컨텍스트 정보 및 밝기 정보와 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 적어도 하나의 매핑 함수를 생성할 수 있다. 그리고, 영상 처리부(120)는 적어도 하나의 매핑 함수를 이용하여 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성하고, 적어도 하나의 가상 영상 및 입력된 영상을 합성할 수 있다.
구체적으로, 영상 처리부(120)는 입력된 영상의 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 이상의 밝기를 가지는 적어도 하나의 고계조 영역을 검출할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부(120)는 입력된 영상의 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 이상의 밝기를 가지는 하늘 영역, 눈 영역 등을 고계조 영역으로 검출할 수 있다.
그리고, 영상 처리부(120)는 적어도 하나의 고계조 영역에 표시되는 오브젝트를 나타내는 컨텍스트 정보를 판단할 수 있다. 즉, 영상 처리부(120)는 검출된 고계조 영역에 포함된 오브젝트를 분석하여 컨텍스트 정보를 획득할 수 있다. 또한, 영상 처리부(120)는 메타 데이터 등과 같은 다양한 정보를 이용하여 컨텍스트 정보를 획득할 수 있다.
그리고, 영상 처리부(120)는 검출된 고계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 생성할 수 있다. 이때, 매핑 함수는 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 디스플레이 장치(100)에 포함된 디스플레이의 다이내믹 레인지에 매핑되도록 변환하기 위한 함수일 수 있다. 특히, 영상 처리부(120)는 대응되는 고계조 영역의 컨텍스트 정보 및 밝기 등의 정보를 바탕으로 결정된 X 좌표값과 대응되는 고계조 영역의 밝기 정보와 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 결정된 Y 좌표값을 가지는 포인트를 기준으로 상이한 기울기를 가지는 매핑 함수를 생성할 수 있다.
이때, X 좌표값은 고계조와 저계조를 구분하기 위한 값으로, X 좌표값을 기준으로 저계조 영역에 대해서는 원본 밝기를 최대한 유지하며, 고계조 영역에서는 디스플레이 장치(100)의 특성에 맞게 밝기를 최대한 확장하도록 매핑 함수의 저계조 영역 및 고계조 영역에 대한 기울기가 산출될 수 있다. 예를 들어, 매핑 함수는 저계조 영역에서는 원본 밝기를 최대한 유지하도록 기울기가 작은 직선을 가지며, 고계조 영역에서는 밝기를 최대한 확장하도록 기울기가 큰 직선을 가질 수 있다.
또한, X 좌표 값은 클러스터링 혹은 Otsu thresholding 등의 방법을 통해 고계조 구분점으로서 결정될 수 있다. 또한, 다이나믹 레인지를 추정하는 컨텍스트 정보에 따라 결정된 X 좌표 값이 변화될 수 있다. 예를 들면, 컨텍스트 정보가 하늘인 경우에는 다이나믹 레인지가 넓은 장면이므로 고계조 영역의 밝기를 최대한 확장하도록 매핑 함수의 기울기를 증가시키기 위하여 X 좌표값이 증가될 수 있다. 입력된 영상에서 추출하는 컨텍스트 정보는 하늘, 눈, 조명 등의 오브젝트 정보와 컬러 채도 히스토그램, 엣지 강도 히스토그램 등의 정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 처리부(120)는 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 미만의 밝기를 가지는 적어도 하나의 저계조 영역을 더 검출할 수 있다.
그리고, 영상 처리부(120)는 저계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 더 생성할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 고계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 언더 커브 형태이며, 적어도 하나의 저계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 오버 커브 형태일 수 있다.
그리고, 영상 처리부(120)는 입력된 영상과 매핑 함수를 이용하여 적어도 하나의 가상 영상을 생성할 수 있다. 이때, 가상 영상은 입력된 영상에 매핑 함수를 적용하여 다이내믹 레인지를 확장한 영상으로서, 추출된 영상의 개수에 대응되는 개수만큼 생성될 수 있다.
그리고, 영상 처리부(120)는 적어도 하나의 가상 영상 및 원본 영상을 합성하여 다이내믹 레인지가 확장된 최종 영상을 생성할 수 있다. 적어도 하나의 가상 영상과 원본 영상을 합성할 때, 영상 처리부(120)는 고계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제1 가상 영상에는 고계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하고, 저계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제2 가상 영상에는 저계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하여 합성할 수 있다. 이때, 영상 처리부(120)는 가상 영상에 부여된 가중치를 이용하여 원본 영상과 가상 영상들의 가중 덧셈을 통하여 영상을 합성 할 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 원본 영상 각각의 픽셀값과 가상 영상 각각의 픽섹값에 대하여 다양한 연산방법을 통해 영상을 합성 할 수도 있다
그리고, 영상 처리부(120)는 합성된 영상을 영상 출력부(130)로 출력할 수 있다.
한편, 영상 처리부(120)는 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부(120)는 CPU(Central processing unit), GPU(graphic processing unit), AP(application unit) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 처리부(120)는 영상의 채도를 유지하기 위하여 컨텍스트 정보에 따라 상이한 색상 도메인을 이용하여 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성할 수 있다. 이에 대해서는 추후에 상세히 설명하기로 한다.
영상 출력부(130)는 영상 처리부(120)에 의해 생성된 최종 영상을 출력한다. 이때, 영상 출력부(130)는 디스플레이로 구현될 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 외부 장치로 영상을 출력하기 위한 영상 출력 단자 등으로 구현될 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 7b를 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 영상 처리부(120)의 구성을 더욱 상세히 도시한 블럭도이다. 영상 처리부(120)는 영상 분석부(121), 매핑 함수 생성부(123), 가상 영상 합성부(125)를 포함한다.
우선, 영상 분석부(121)는 영상 입력부(110)를 통해 입력된 영상을 분석한다. 특히, 영상 분석부(121)는 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 적어도 하나의 고계조 영역 또는 적어도 하나의 저계조 영역을 검출할 수 있다. 이때, 영상 분석부(121)는 입력된 영상의 오브젝트를 분석하여 입력된 영상으로부터 적어도 하나의 영역을 검출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 입력된 영상에 하늘이 존재하는 경우, 영상 분석부(121)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 하늘이 존재하는 영역(310)을 고계조 영역으로 검출할 수 있다. 이때, 영상 분석부(121)는 하늘 이외의 영역인 초원 영역(320)을 저계조 영역으로 검출할 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 하늘이 존재하는 영역(310)을 고계조 영역으로 검출하였으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 눈(snow)이 존재하는 영역, 하얀 색 벽이 존재하는 영역, 불빛이 존재하는 영역 등을 고계조 영역으로 검출할 수 있다.
또한, 영상 분석부(121)는 오브젝트 특징을 이용하여 컨텍스트 정보를 획득할 수 있다.　
한편, 영상 분석부(121)는 입력된 영상의 히스토그램, 누적 분포 함수(cumulative distribution function), 색상 채널 유사도(color channel correlation), 노이즈 특징 중 적어도 하나를 분석하여 적어도 하나의 고계조 영역 또는 적어도 하나의 저계조 영역을 검출할 수 있다.
매핑 함수 생성부(123)는 영상 분석부(121)에 의해 검출된 고계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 생성할 수 있다. 이때, 매핑 함수 생성부(123)는 고계조 영역의 개수에 대응되도록 복수의 매핑 함수를 생성할 수 있다.
매핑 함수 생성부(123)는 고계조 영역에 대응되는 매핑 함수로 도 4a에 도시된 바와 같이, 언더 커브 형태의 매핑 함수를 생성할 수 있다. 즉, 언더 커브 형태의 매핑 함수는 도 4b에 도시된 바와 같이, 특정 포인트를 기준으로 저계조 영역(0~Px1)에 대해서는 원본의 밝기를 최대로 유지하도록 기울기가 작으며, 고계조 영역(PX1~PXmax)에 대해서는 다이내믹 레인지를 확장하도록 기울기가 큰 형태의 매핑 함수일 수 있다.
이때, 기울기가 변하는 특정 포인트는 대응되는 고계조 영역의 컨텍스트 정보 및 밝기 등의 정보를 바탕으로 결정된 X 좌표값과 대응되는 고계조 영역의 밝기 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 결정된 Y 좌표값을 가질 수 있다.
구체적으로, 매핑 함수 생성부(123)는 기울기가 변하는 특정 포인트의 X 좌표값을 컨텍스트 정보에 대응되는 값으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 매핑 함수 생성부(123)는 고계조 영역의 컨텍스트 정보가 눈(snow) 영역인지 하늘 영역인지 여부에 따라 상이한 X 좌표값을 결정할 수 있다.
그리고, 매핑 함수 생성부(123)는 아래의 수학식 1과 같은 방법을 이용하여 기울기가 변하는 특정 포인트의 Y 좌표값을 결정할 수 있다.
Figure pat00001
즉, 매핑 함수 생성부(123)는 입력된 영상의 최대 밝기와 디스플레이의 최대 밝기의 비율로 기울기가 변하는 특정 포인트의 Y값을 결정할 수 있다.
한편, 매핑 함수 생성부(123)는 고계조 영역에 대응되는 매핑 함수만을 생성할 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 도 5에 도시된 바와 같이, 중저계조 영역에 대응되는 오버 커브 형태의 매핑 함수를 생성할 수 있다.
이때, 오버 커브 형태의 매핑 함수는 특정 포인트를 기준으로 저계조 영역(0~Px2)에 대해서는 중저계조의 디테일 복원을 위해 기울기가 크며, 고계조 영역(PX2~PXmax)에 대해서는 원본을 유지하기 위해 기울기가 작은 형태의 매핑 함수일 수 있다.
특히, 오버 커브 형태의 매핑 함수에서 기울기가 변하는 특정 포인트는 언더 커브 형태의 매핑함수를 이용하여 생성될 수 있다. 구체적으로, 매핑 함수 생성부(123)는 언더 커브 형태의 매핑 함수의 X 좌표값(PX1)과 같은 값을 기울기가 변하는 특정 포인트의 X 좌표값(PX2)으로 결정할 수 있다. 또한, 매핑 함수 생성부(123)는 도 5에 도시된 바와 같이, (0,0) 좌표와 (PXmax, PYmax) 좌표를 잇는 리니어한 선을 기준으로 언더 커브 형태의 매핑 함수의 Y좌표값(PY1)과 대칭인 점을 Y 좌표값(PY2)으로 결정할 수 있다.
한편, 매핑 함수 생성부(123)는 스무딩 과정을 통해 도 4a에 도시된 언더 커브 형태의 매핑 함수 또는 도 5에 도시된 오버 커브 형태의 매핑 함수를 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같은 곡선 형태의 매핑 함수로 처리할 수 있다.
가상 영상 합성부(125)는 매핑 함수 생성부(123)에 의해 생성된 적어도 하나의 매핑 함수를 이용하여 적어도 하나의 가상 영상을 생성할 수 있다. 즉, 가상 영상 합성부(125)는 입력된 영상에 적어도 하나의 매핑 함수를 적용하여 다이내믹 레인지가 변경된 적어도 하나의 가상 영상을 생성할 수 있다.
이때, 가상 영상 합성부(125)는 컨텍스트 정보에 따라 상이한 색상 도메인을 이용하여 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 변경한 가상 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, 도 7a에 도시된 바와 같이, 고계조 영역에 하늘이 포함된 경우, 다이내믹 레인지를 변경하여도 채도나 색상 왜곡이 크지 않으나, 도 7b에 도시된 바와 같이, 고계조 영역이 하늘이 아닌 눈(또는 하얀색 천, 하얀색 종이 등)이 포함되면, 다이내믹 레인지의 변경으로 인해 채도가 향상될 때, 채도나 색상의 왜곡이 발생할 수 있다.
따라서, 색상 왜곡을 최소화하기 위하여, 고계조 영역의 컨텍스트 정보가 특정 오브젝트를 포함하는 경우(예를 들어, 눈, 종이, 천 등을 포함하는 경우), 가상 영상 합성부(125)는 RGB 색상 도메인이 아닌 Ycbcr 색상 도메인 또는 Lab 색상 도메인에서 다이내믹 레인지를 변경하여 가상 영상을 생성할 수 있다. 즉, 가상 영상 합성부(125)는 Ycbcr 색상 도메인에서 Y채널 또는 Lab 색상 도메인에서 L 채널에 본 발명을 적용하여 디테일 표현만 향상시키고, 색상 왜곡을 최소화할 수 있다.
가상 영상 합성부(125)는 생성된 적어도 하나의 가상 영상과 입력된 영상을 합성하여 최종 영상을 생성할 수 있다. 이때, 가상 영상 합성부(125)는 적어도 하나의 가상 영상에 상이한 가중치를 부가하여 영상을 합성할 수 있다. 즉, 가상 영상 합성부(125)는 고계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제1 가상 영상에는 고계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하고, 저계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제2 가상 영상에는 저계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하여 합성할 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 하늘 영역(310)에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제1 가상 영상에는 고계조 픽셀이 존재하는 영역(예를 들어, 하늘 영역)에 높은 가중치를 부여하고, 잔디 영역(320)에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제2 가상 영상에는 저계조 픽셀이 존재하는 영역(예를 들어, 잔디 영역)에 높은 가중치를 부여할 수 있다.
상술한 바와 같이, 각각의 가상 영상에 상이한 가중치를 적용하여 가상 영상을 합성함으로써, 가상 영상 합성부(125)는 계조별로 디테일 및 컬러가 가장 향상된 최종 영상을 획득할 수 있게 된다.
한편, 가상 영상 합성부(125)는 디테일, 밝기 정보, color saturation 정보, contrast 정보, contrast 역전 정보, color hue 정보 등과 같은 다양한 정보를 이용하여 가중치를 획득할 수 있다.
또한, 가상 영상 합성부(125)는 생성된 적어도 하나의 가상 영상과 입력된 영상을 합성하여 최종 영상을 생성할 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 가상 영상이 복수 개 생성된 경우, 복수의 가상 영상에 상이한 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 복수의 가상 영상을 합성하여 최종 영상을 생성할 수도 있다.
그리고, 가상 영상 합성부(125)는 최종 영상을 영상 출력부(130)로 출력할 수 있다.
이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 장치(100)의 영상 처리 방법에 대해 설명하기로 한다.
우선, 디스플레이 장치(100)는 영상을 입력받는다(S810). 이때, 입력된 영상은 LDR 영상일 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)는 입력된 영상을 분석하여 입력된 영상으로부터 적어도 하나의 영역을 검출한다(S820). 이때, 디스플레이 장치(100)는 입력된 영상의 다이내믹 레인지 등을 분석하여 고계조 영역을 검출할 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 저계조 영역 역시 검출할 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)는 적어도 하나의 영역에 대한 밝기 정보와 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 적어도 하나의 매핑 함수를 생성한다(S830). 이때, 디스플레이 장치(100)는 고계조 영역에 대해 언더 커브 형태의 매핑 함수를 생성할 수 있으며, 저계조 영역에 대해 오버 커브 형태의 매핑 함수를 생성할 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)는 적어도 하나의 매핑 함수를 이용하여 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성한다(S840). 이때, 디스플레이 장치(100)는 검출된 영역의 컨텍스트 정보에 따라 상이한 색상 도메인을 이용하여 적어도 하나의 가상 영상을 생성할 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)는 적어도 하나의 가상 영상 및 입력된 영상을 합성한다(S850). 이때, 디스플레이 장치(100)는 적어도 하나의 가상 영상 및 입력된 영상 각각에 상이한 가중치를 적용하여 합성할 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)는 합성된 영상을 출력한다(S860).
상술한 바와 같은 영상 처리 방법에 의해, LDR 영상이 HDR 디스플레이에 의해 출력될 때, LDR 영상 중 고계조 영역에서의 디테일 복원력이 향상될 수 있다.
한편, 상술한 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 부팅 방법은 프로그램으로 구현되어 디스플레이 장치 또는 입력 장치에 제공될 수 있다. 특히, 디스플레이 장치의 제어 방법을 포함하는 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110: 영상 입력부
120: 영상 처리부
130: 영상 출력부

Claims (16)

  1. 디스플레이 장치의 영상 처리 방법에 있어서,
    입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 적어도 하나의 영역을 검출하는 단계;
    상기 적어도 하나의 영역에 대한 다이내믹 레인지 및 밝기 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 적어도 하나의 매핑 함수를 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 매핑 함수를 이용하여 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 가상 영상 및 입력된 영상을 합성하는 단계; 및
    상기 합성된 영상을 출력하는 단계;를 포함하는 영상 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 입력된 영상의 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 이상의 밝기를 가지는 적어도 하나의 고계조 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 입력된 영상의 다이나믹 레인지 분석을 위하여 적어도 하나의 고계조 영역에 표시되는 오브젝트를 나타내는 컨텍스트 정보를 판단하는 단계;를 포함하는 영상 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 매핑 함수는 적어도 하나의 고계조 영역과 대응되며,
    상기 적어도 하나의 매핑 함수 각각은,
    대응되는 고계조 영역의 컨텍스트 정보 및 밝기 정보를 바탕으로 결정된 X 좌표값과 대응되는 고계조 영역의 밝기 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 결정된 Y 좌표값을 가지는 포인트를 기준으로 상이한 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가상 영상을 생성하는 단계는,
    상기 컨텍스트 정보에 따라 상이한 색상 도메인을 이용하여 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 입력된 영상의 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 미만의 밝기를 가지는 적어도 하나의 저계조 영역을 더 검출하며,
    상기 적어도 하나의 고계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 언더 커브 형태이며, 상기 적어도 하나의 저계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 오버 커브 형태인 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 합성하는 단계는,
    고계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제1 가상 영상에는 고계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하고, 저계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제2 가상 영상에는 저계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하여 합성하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 입력된 영상의 컨텍스트 정보, 히스토그램, 누적 분포 함수(cumulative distribution function), 색상 채널 유사도(color channel correlation), 노이즈 특징 중 적어도 하나를 분석하여 상기 적어도 하나의 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  9. 디스플레이 장치에 있어서,
    영상을 입력받는 영상 입력부;
    상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지를 분석하여 적어도 하나의 영역을 검출하고, 상기 적어도 하나의 영역에 대한 다이내믹 레인지 및 밝기 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 적어도 하나의 매핑 함수를 생성하며, 상기 적어도 하나의 매핑 함수를 이용하여 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성하고, 상기 적어도 하나의 가상 영상 및 입력된 영상을 합성하는 영상 처리부; 및
    상기 합성된 영상을 출력하는 영상 출력부;를 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 입력된 영상의 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 이상의 밝기를 가지는 적어도 하나의 고계조 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 적어도 하나의 고계조 영역에 표시되는 오브젝트를 나타내는 컨텍스트 정보를 판단하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 매핑 함수는 적어도 하나의 고계조 영역과 대응되며,
    상기 적어도 하나의 매핑 함수 각각은,
    대응되는 고계조 영역의 컨텍스트 정보 및 밝기 정보를 바탕으로 결정된 X 좌표값과 대응되는 고계조 영역의 밝기 정보와 상기 디스플레이 장치의 다이내믹 레인지 정보를 바탕으로 결정된 Y 좌표값을 가지는 포인트를 기준으로 상이한 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 컨텍스트 정보에 따라 상이한 색상 도메인을 이용하여 상기 입력된 영상의 다이내믹 레인지가 변환된 적어도 하나의 가상 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 입력된 영상의 다이나믹 레인지를 분석하여 결정된 값 미만의 밝기를 가지는 적어도 하나의 저계조 영역을 더 검출하며,
    상기 적어도 하나의 고계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 언더 커브 형태이며, 상기 적어도 하나의 저계조 영역에 대응되는 적어도 하나의 매핑 함수는 오버 커브 형태인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    고계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제1 가상 영상에는 고계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하고, 저계조 영역에 대응되는 매핑 함수를 이용하여 생성된 제2 가상 영상에는 저계조 픽셀에 높은 가중치를 부여하여 합성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 입력된 영상의 컨텍스트 정보, 히스토그램, 누적 분포 함수(cumulative distribution function), 색상 채널 유사도(color channel correlation), 노이즈 특징 중 적어도 하나를 분석하여 상기 적어도 하나의 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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