영상 처리 장치 및 방법{IMAGE PROCESSING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 유기 발광 표시 장치에서의 부하로 인하여 필요 이상으로 증감하는 휘도를 조정하여 전력 소비를 절감하는 영상 처리 장치와 그 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 컴퓨터, 디지털 TV와 같은 대형 디스플레이를 갖는 디지털 기기로부터 모바일 폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player) 등 소형 디스플레이를 갖는 디지털 기기까지 소비자의 다양한 욕구를 충족하기 위한 다양한 디지털 기기의 보급이 확대되고 있다.

특히 최근 영상 표시 장치에서 디스플레이 패널이 대형화되어 가는 추세에 따라 로드 이펙트(Load Effect) 현상으로 인해 패널의 휘도 불균형이 문제가 된다. 로드 이펙트는 패널의 전체 셀에 동일한 전류를 공급하지 못함으로써 특정 부분의 휘도가 필요 이상으로 증가되거나, 혹은 특정 부분의 휘도가 과도하게 감소되어 정확하지 않은 휘도 표시와 과도한 전력 소비를 유발하는 원인이 된다.

따라서 영상 표시 장치에서 정확한 계조를 표시하도록 함으로써 표시 품질을 향상시키고 전력 소비를 절감하는 영상 처리 장치와 방법에 대한 개발이 필요하다.

본 발명의 실시 예를 통해 해결하려는 과제는 영상 표시 장치에서 로드 이펙트로 인한 휘도 불균형을 개선하여 정확한 계조를 표시하고 이를 통해 전력 소비를 절감할 수 있는 영상 처리 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치는 외부 영상 소스로부터 입력 영상 데이터를 전달받아 표시 영상의 계조 정보를 취득하는 영상 입력부, 표시 패널의 온 픽셀율(On pixel ratio)의 변화에 따른 각 계조별 표시 영상의 휘도 변화율 및 상기 휘도 변화율이 반영된 최종 휘도를 산출하는 모델링부, 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율 조건에서 상기 입력 영상 데이터의 계조 정보에 포함된 소정의 계조값에 대응하는 타겟 휘도가 표시되도록 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에 따른 휘도 변화율을 보상하는 보상 계조값을 취득하는 계조 리맵핑부, 및 상기 보상 계조값에 의해 상기 입력 영상 데이터를 보상한 출력 영상 데이터를 출력하는 영상 출력부를 포함한다.

일 실시 예로서 상기 계조 리맵핑부는, 상기 모델링부에서 산출한 상기 휘도 변화율과 상기 최종 휘도를 바탕으로, 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에서 상기 입력 영상 데이터의 계조값의 타겟 휘도를 표시하는 보상 계조값을 취득할 수 있다.

다른 실시 예로서 상기 계조 리맵핑부는, 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에 따라 상기 입력 영상 데이터의 계조값에 대응하는 보상 계조값을 연산할 수 있다.

이때 상기 보상 계조값은, 계조 보상에 의해 표시 패널의 특성에 따라 변화되는 온 픽셀율로 인한 오차를 상쇄하는 보상 상수를 적용하여 산출될 수 있다.

또한 영상 처리 장치는 상기 영상 입력부와 연결되어 입력 영상 데이터의 온 픽셀율 상태에서 계조 정보에 따라 실제 표시되는 영상의 휘도를 측정하는 샘플링부를 더 포함할 수 있다.

상기 샘플링부는 상기 모델링부에서 OPR 변화율에 따른 휘도 변화율과 최종 휘도를 산출할 때 이용되는 표시 패널의 특성에 따른 설정값을 계산한다.

상기 설정값은, 입력 영상 데이터의 온 픽셀율 상태에서 상기 표시 패널에 입력 영상 데이터의 계조값으로 표시될 때, 상기 계조값에 대한 이상 휘도와 상기 온 픽셀율에 대응하는 휘도 차에 대한 실제 측정된 휘도 증가율의 비인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 타겟 휘도는 상기 입력 영상 데이터의 계조 정보에 포함된 소정의 계조값으로 표시되는 이상적인 휘도에 소정의 마진을 포함한 휘도 범위에 포함되는 휘도값일 수 있다.

한편 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 영상 처리 방법은 외부 영상 소스로부터 입력 영상 데이터를 전달받아 표시 영상의 계조 정보를 취득하고, 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율(On pixel ratio)을 산출하는 단계, 표시 패널의 온 픽셀율의 변화에 따른 각 계조별 표시 영상의 휘도 변화율 및 상기 휘도 변화율이 반영된 최종 휘도를 산출하는 단계, 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율 조건에서 상기 입력 영상 데이터의 계조 정보에 포함된 계조값에 대응하는 타겟 휘도가 표시되도록 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에 따른 휘도 변화율을 보상하는 보상 계조값을 취득하는 단계, 및 상기 보상 계조값에 의해 상기 입력 영상 데이터를 보상한 출력 영상 데이터를 출력하는 단계를 포함한다.

상기 휘도 변화율과 최종 휘도는 표시 패널의 특성에 따른 설정값을 이용하여 산출되고, 상기 휘도 변화율과 최종 휘도를 산출하는 단계 이전에, 상기 온 픽셀율 상태에서 표시 패널에 표시되는 소정의 계조에 대응하는 이상 휘도와 상기 온 픽셀율에 대응하는 휘도 차에 대하여 실제 측정된 휘도 증가율의 비로 상기 설정값이 계산되는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 보상 계조값을 취득하는 단계는, 상기 휘도 변화율과 최종 휘도를 바탕으로, 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에서 상기 입력 영상 데이터의 계조값의 타겟 휘도를 표시하는 보상 계조값을 취득하는 단계일 수 있다.

또한 상기 보상 계조값을 취득하는 단계는, 상기 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에 따라 상기 입력 영상 데이터의 계조값에 대응하는 보상 계조값을 연산하는 단계일 수 있다.

상기 보상 계조값의 연산은 계조 보상에 의해 표시 패널의 특성에 따라 변화되는 온 픽셀율로 인한 오차를 상쇄하는 보상 상수를 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면 표시 장치에서 휘도 불균형을 유발하는 원인인 로드 이펙트 현상을 개선하는 영상 처리 장치와 방법을 제공할 수 있다.

특히 저계조 영역에서의 보상을 통해 전체 계조에서 정확한 휘도를 나타낼 수 있고, 이로 인해 불필요한 전력 소비를 줄일 수 있다.

또한 종래 영상 표시 장치의 영상 처리는 온 픽셀율(OPR)에 따라 감마저항 스트링 회로의 설정을 바꾸기 때문에 별도의 휘도 측정이 필요하고, 이는 표시 장치의 양산에 불리하게 되는데, 본 발명에 따르면 온 픽셀율(OPR)에 따른 감마저항 스트링 회로를 변경하지 않기 때문에 별도의 휘도 측정이나 튜닝이 필요치 않게 되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 127 계조에서 OPR 변화에 따른 휘도 증가율의 관계를 나타낸 그래프.
도 3은 255 계조에서 OPR 변화에 따른 휘도 증가율의 관계를 나타낸 그래프.
도 4는 255 계조와 239 계조에서의 OPR 변화율에 따른 휘도 증가율의 실제 측정값과 모델링에 의해 계산된 값을 도시한 그래프.
도 5는 종래 기술과 본 발명의 일 실시 예에 따른 기술에 의한 영상 데이터 보상 후의 계조와 휘도 간 관계를 간략히 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 데이터의 보상 방식을 간략히 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 영상 처리 방법을 나타내는 흐름도.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 처리 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 영상 처리 장치(100)는 영상 입력부(101), 모델링부(103), 계조 리맵핑부(105), 샘플링부(107), 메모리부(109), 및 영상 출력부(111)로 구성될 수 있다. 본 발명의 영상 처리 장치는 도 1의 영상 처리 장치의 구성에 한정되지 않으며 본 발명에 따른 영상 처리 방식을 구현할 수 있는 수단을 포함하면 충분할 것이다.

영상 입력부(101)는 소정의 영상 소스로부터 입력 영상 데이터(Data-in)를 전달 받아 각 프레임마다 표시 장치의 표시 패널에 표시될 영상 데이터의 표시 정보를 추출하거나 취득한다. 여기서 표시 정보는 입력 영상을 이루는 RGB 형태의 신호나 YCbCr 형태의 신호에서 취득되는 화소의 밝기값, 즉 계조 정보를 포함한다.

영상 입력부(101)는 상기 입력 받은 입력 영상 데이터(Data-in)를 화소 단위로 구분하여 화소의 밝기값을 얻을 수 있다. 화소의 밝기값은 예를 들어 8비트 계조 데이터를 사용하여 표현되며, 256 계조 중 하나일 수 있다.

모델링부(103)는 화소의 밝기값에 기초하여 화소의 최종 휘도를 계산한다. 이때 계산되는 화소의 최종 휘도는 실제 발광 휘도가 소정의 산술식에 의해 계산된 휘도의 추정값에 의해 조절된 휘도이다.

모델링부(103)에서 계산되는 최종 휘도는 표시 패널의 재료적 특성이 반영된 설정값을 이용한다. 이 설정값은 휘도의 추정값을 결정한다. 설정값은 소정의 계조에서의 휘도증가율을 해당 계조에서의 (이상 휘도-OPR 휘도)로 나누어 산출되는 값이다. 상기 설정값은 표시 패널의 재료 특성에 따라 달라진다.

여기서 상기 이상 휘도(Ideal Luminance)는 소정 계조에 따라 화소가 이상적으로(ideal) 발광하였을 때의 휘도를 풀 화이트의 255 계조의 휘도로 나누어 산출되는 비율이다. 이하에서 상기 이상 휘도를 감마 휘도(Gamma Luminance)라고도 표시할 수 있다.

예를 들어, 풀 화이트 255 계조 데이터에서 이상적으로 300nit의 휘도가 표시되는 경우, 300nit가 100% 감마 휘도이다. 그리고 255 계조보다 낮은 계조 데이터들에 따라 표시되는 휘도를 300nit 로 나눈 백분율로서 해당 계조의 감마 휘도를 나타낸다. 예를 들어, 127 계조에 따른 휘도가 150nit 인 경우, 127 계조의 감마 휘도는 50%가 된다.

OPR 휘도(OPR Luminance)는 소정 계조에서 이상적으로 표시되는 상기 감마 휘도값이 온 픽셀율(on pixel ratio, OPR)에 따라 변경되는 것을 백분율로 정의한 것이다.

여기서 온 픽셀율(OPR)은 표시 패널의 일부에 소정 계조를 표시하는 제1 영역의 화소의 개수와 전체 표시 패널의 화소 개수의 비율이다.

표시 패널의 상기 제1 영역을 제외한 나머지 영역은 블랙 계조와 같은 소정의 계조로 표시될 수 있다. 상기 제1 영역의 크기를 변동시키면서 온 픽셀율을 증감시킬 수 있고, 증감되는 온 픽셀율에 따라서 해당 계조에서 표시되는 이상 휘도가 변경되는 것을 OPR 휘도로 정의할 수 있다.

만일 온 픽셀율이 각각 25%, 50%라면, 상술한 예에서 255 계조의 OPR 휘도는 각각 25%, 50%이고, 127 계조의 OPR 휘도는 50%의 감마 휘도에 대하여 각각 12.5%, 25%로 계산된다.

본 발명에서 감마 휘도와 OPR 휘도를 백분율로 환산하여 계산하였으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니며 휘도 단위를 그대로 적용할 수 있음은 물론이다.

모델링부(103)에서 OPR의 변화율에 따른 최종 휘도값을 계산하는 것은, 실제 표시 패널에서 영상을 표시하여 테스트한 결과 소정의 계조 데이터가 표시하는 실제 휘도의 변화율이 상기 이상 휘도와 상기 OPR 휘도와의 차이에 비례하는 특성을 이용한다.

모델링부(103)는 계조 데이터에 대한 실제 휘도를 일일이 측정하지 않고서도 표시 패널에서 표시될 최종 휘도값을 산출해낸다. 상기 실제 휘도 변화율은 다음의 수식 1로 표시된다.

(수식 1)

실제 휘도 변화율(R_Lvar)= (RL-IL) / IL

여기서, RL은 실측 휘도, IL은 상기 소정의 계조 데이터가 이상적으로 표시될 때의 휘도이다.

종래 기술은 로드 이펙트(부하 효과)에 따라 풀 화이트가 증가한다는 가정 하에, 풀 화이트가 정확하게 이상적인 휘도로 표시되도록 전체적인 영상 데이터의 감마 전압을 낮추는 방법이 사용되었다. 그러나, 실제 로드 이펙트는 표시 패널에서 표시되는 영상의 휘도를 증가시키기도 하지만, 휘도를 감소시키기도 한다. 따라서, 일괄적으로 전체 영상 데이터의 감마 전압을 풀 화이트의 이상적 휘도에 맞추어 낮추는 경우 일부 계조 영역에서 감소된 휘도를 더욱 감소시켜 표시 품질을 나빠지게 할 염려가 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 처리 장치의 모델링부(103)는 실제 휘도가 증가되는 계조 영역뿐만 아니라, 감소되는 계조 영역에서 표시되는 휘도의 증감율을 정확하게 계산하고, 모델링 과정을 통해 표시 패널의 전체 계조에 따른 최종 휘도를 취득한다. 도 1에 도시된 블록도를 참조하면, 모델링부(103)는 메모리부(109)에 연결되어 있으며, 메모리부(109)에 모델링 작업을 통해 취득된 전체 계조의 OPR 변화율에 따른 최종 휘도값을 룩업 테이블 형태로 저장할 수 있다.

도 2와 도 3은 각각 127 계조와 255 풀 화이트 계조에서 온 픽셀율(OPR) 변화에 따른 휘도 증가율의 관계를 실제 휘도를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다.

특히, 도 2는 표시 패널의 제1 영역에서의 영상 데이터가 127 계조인 경우에 나머지 패널 영역(바탕색, GND)을 0 계조 또는 192 계조로 하여 온 픽셀율을 변화시킴에 따라 변동하는 휘도 증가율을 측정한 것이다.

도 2를 참조하면, 바탕색(GND)이 0 계조이든, 192 계조이든 관계없이 이상 휘도(감마 휘도)와 OPR 휘도 차(Gamma-OPR)에 비례하여 127 계조의 휘도가 증가됨을 알 수 있다.

한편, 바탕색(GND)을 0 계조로 하고 표시 패널의 제1 영역에서의 영상 데이터를 255 풀 화이트 계조로 표시하는 경우 온 픽셀율의 변화에 따른 휘도 증가율을 표시한 도 3에서도 마찬가지로, 상기 휘도 증가율은 이상 휘도(감마 휘도)와 OPR 휘도 차(Gamma-OPR)에 비례함을 알 수 있다. 측정 결과 255 계조에서 휘도 증가율/Gamma-OPR(상술한 바에 따른 설정값)은 약 0.3513이다. 표시 상수는 풀 화이트 255 계조에서 표시되는 영상 데이터의 휘도를 실측하여 얻어진 값이고, 표시 패널의 화소의 구성 물질 특성에 따라 달라지는 고유의 값이 된다. 예를 들어 255 계조에서 실측한 값으로 구했으나, 동일한 표시 패널에서는 다른 계조에서도 마찬가지로 동일한 설정값을 구할 수 있다.

도 1의 영상 처리 장치(100)에서 샘플링부(107)는 영상 입력부(101)와 연결되어 실제 영상 데이터에서 소정의 계조에 대하여 온 픽셀율의 변화에 따른 실제 휘도를 샘플링하여 측정할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 모델링부(103)에서 계산되는 설정값은 샘플링부(107)에서 계산될 수 있다. 즉, 표시 패널에서 소정의 계조에 대한 설정값(휘도 증가율/Gamma-OPR)을 OPR에 따른 실제 휘도 증가율을 측정함으로써 계산할 수 있다. 이때 온 픽셀율(OPR)은 입력되는 영상 데이터를 합산하여 전체 표시 패널의 화소 수로 나눔으로써 구해질 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따라서는 본 발명의 영상 처리 장치(100)에 상기 샘플링부(107)가 반드시 포함되지 않을 수 있으며, 표시 패널 특성에 따른 상기 설정값은 표시 패널에 대한 오프셋값으로 주어질 수 있다.

한편, 본 발명에서는 저계조 영역에서 실제 휘도의 변화율을 측정하여 그래프로 도시하지 않았으나, 저계조 영역에서는 도 2 또는 도 3과 같이 반드시 해당 계조에 대한 OPR 변화율에 따른 휘도 변화율이 증가하는 것이 아니라 감소될 수 있으며, 그 휘도 감소율 역시 해당 계조에서의 이상 휘도(감마 휘도)와 OPR 휘도 차(Gamma-OPR)에 비례한다.

온 픽셀율(OPR)이 감소함에 따라 이상 휘도(감마 휘도)와 OPR 휘도 차(Gamma-OPR)가 증가하여, 고계조 영역에서의 휘도 증가율 혹은 저계조 영역에서의 휘도 감소율이 비례적으로 커지게 된다. 그로 인해 최종 휘도가 해당 계조에 대응하는 휘도에 비해 온 픽셀율에 따라 비례적으로 증가되거나 감소하게 된다.

따라서, 본 발명의 영상 처리 장치의 모델링부(103)는 산술적으로 실제 휘도에 대응하는 최종 휘도를 구할 때 이상 휘도(감마 휘도)와 OPR 휘도 차(Gamma-OPR)를 활용한다. 즉, 모델링부(103)에서 계산된 최종 휘도는 현재 영상에서 로드 이펙트로 인한 해당 계조의 휘도 변화율을 반영한 것으로서, 실체 실측한 휘도와 차이가 거의 없다.

모델링부(103)에서 이용되는 산술식은 다음 수식 2 및 수식 3과 같으며, 해당 계조에 대한 최종 휘도가 온 픽셀율의 변화에 따라 구해진다.

아래 수식들은 풀 화이트 255 계조의 휘도를 100%로 상정하고, 온 픽셀율 변화에 따른 최종 휘도를 계산한 것이다.

(수식 2)

Del_Lx = DelG_Lx * 0.35

(수식 3)

M_LX = ((G/255)^2.2 + DelG_Lx * 0.35) * 100

여기서, Del_Lx는 휘도 증가율, DelG_Lx는 이상 휘도(감마 휘도)와 OPR 휘도 차(Gamma-OPR)이고, 0.35는 해당 표시 패널의 설정값이다. 상기 설정값은 표시 패널 화소의 물질 특성에 따라 달라짐은 상술하였다.

또한, M_LX는 모델링 기법을 통해 산술적으로 구한 최종 휘도이고, G는 입력 영상 데이터에 포함된 계조 정보로서, 모델링 과정에서는 전 계조 영역의 계조값이 적용된다.

상기의 수식을 이용하여 모델링부(103)에서 255 계조에 대하여 온 픽셀율의 변화에 따른 휘도 증가율(MODEL(%))을 반영하여 계산한 최종 휘도(MODEL)를 아래의 표 1로 나타내었다.

비교를 위하여 아래 표 1에서는 실제 측정한 휘도 증가분(REAL(%))과 실제 최종 휘도(REAL)를 측정한 값을 함께 표시하였다.

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 온 픽셀율(OPR)이 감소할수록 이상 휘도(감마 휘도)와 OPR 휘도 차(Gamma-OPR)가 증가하여 휘도 증가분이 커지게 되어, 최종 휘도가 255 계조의 이상적인 휘도값인 300nit 보다 큰 폭으로 차이가 나게 됨을 알 수 있다.

그리고, 실제로 측정한 휘도 증가분과 최종 휘도의 실측값(REAL)과 모델링부(103)에서 산출한 휘도 증가율에 따른 최종 휘도값(MODEL)의 차이가 거의 없음을 알 수 있다. 구체적으로 모델링에 의한 휘도와 실제 측정한 휘도의 차이는 3% 이내임을 알 수 있고, 이는 모델링부(103)를 통한 휘도 산출이 상당히 정확하다는 사실을 입증한다.

따라서, 입력 영상 데이터를 전달받고 그에 따른 휘도값을 실제로 측정하여 보상하는 종래 방식보다 모델링 기법으로 산출한 최종 휘도값에 근거하여 보상하는 본 발명의 영상 처리 방식이 편의성과 간편성을 제공할 뿐만 아니라 보상의 정확도 면에서도 만족할만한 효과를 낼 수 있게 된다.

도 4는 상기의 표 1에 게시한 255 계조에서의 측정값(실측 휘도값)과 모델링값(모델링에 의해 산출한 휘도값)을 그래프로 도시하였다. 아울러 239 계조에서의 측정값과 모델링값에 의한 휘도 차이를 보여주기 위하여 함께 도시하였다.

도 4의 표에서 알 수 있듯이, 255 계조와 239 계조에서의 최종 휘도 각각은 모델링부(103)에 의해 계산된 최종 휘도의 모델링값과 측정값이 거의 비슷하므로, 모델링 기법을 이용하여 산술적으로 계산된 최종 휘도에 의해 계조 데이터를 보상하면 로드 이펙트에 의해 휘도가 증가되는 계조 영역뿐만 아니라 휘도가 감소되는 계조 영역에서도 정확하게 맞춤형의 보상을 할 수 있다.

도 1로 돌아와서, 영상 처리 장치(100)는 모델링부(103)와 연결된 계조 리맵핑부(105)를 포함한다.

계조 리맵핑부(105)는 입력 영상 데이터에 따른 온 픽셀율에 대한 휘도 변화율을 반영하여 타겟 휘도로 영상이 표시될 수 있도록 입력 영상 데이터의 계조 데이터를 보상하여 새로운 계조 데이터로 영상 데이터를 리맵핑한다.

여기서 타겟 휘도는 입력 영상 데이터의 원래 계조 데이터가 표시하는 이상적인 휘도에 소정의 마진을 포함한 휘도 범위에 포함되는 휘도값을 말한다. 상기 소정의 마진은 특별히 제한되지 않으며 표시 패널의 표시 품질에 대응하여 가변적으로 설정될 수 있다.

계조 리맵핑부(105)에서 새로운 보상 계조 데이터를 구하는 일 실시 예로서, 모델링부(103)에서 산술적으로 계산한 각 계조별 OPR 변화에 따른 최종 휘도값을 이용할 수 있다.

즉, 모델링부(103)가 계조별로 OPR 변화율에 따라 산출한 휘도 변화율과 최종 휘도값이 룩업 테이블 형태로 메모리부(109)에 저장된 경우, 이를 이용하여 입력 영상 데이터의 온 픽셀율(OPR)에 따른 계조값의 타겟 휘도에 대응하는 새로운 보상 계조값을 찾을 수 있다. 계조 리맵핑부(105)는 새로운 보상 계조값으로 리맵핑하여 출력 영상 데이터를 생성할 수 있다.

예를 들어, 입력 영상 데이터의 온 픽셀율(OPR)이 50%인 것으로 구해지고, 입력 영상 데이터의 소정 계조 정보가 127 계조이면, 계조 리맵핑부(105)는 모델링부(103)에서 생성한 OPR 변화율에 따른 휘도 증가율과 최종 휘도값의 룩업 테이블을 기초로 하여, 50%의 OPR에 해당하는 최종 휘도값들 중 127 계조에 대응하는 타겟 휘도와 동일한 최종 휘도값에 대응하는 계조값을 취득하여 이를 새로운 보상 계조로 리맵핑할 수 있다.

한편, 계조 리맵핑부(105)는 새로운 보상 계조 데이터를 구하는 다른 일 실시 예로서, 입력 영상 데이터(Data-in)에서 산출한 온 픽셀율(OPR)을 이용하여 수식을 통해 입력 영상 데이터의 계조 정보를 보상할 수 있다.

새롭게 맵핑되어야 하는 계조(F_Gray)값의 산출은 다음의 수식 4에 따른다.

(수식 4)

F_Gray = ((G_in/255)^2.2 - Del_Lx)^(1/2.2)*255 + K_o

여기서, F_Gray는 입력 영상 데이터의 해당 계조가 보상된 후의 계조값이고, G_in은 입력 영상 데이터의 계조 정보에 해당하는 계조값이며, Del_Lx는 상기 수식2에서 계산된 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에 대응하는 휘도 증가율이다.

그리고, K_o는 계조를 리맵핑함으로써 변화되는 온 픽셀율로 인하여 보상해주어야 하는 보상 상수다. 즉, 계조 보상에 의해 표시 패널의 특성에 따라 온 픽셀율이 다르게 변화하면서 오차가 발생할 수 있는데, 이를 상쇄하기 위한 오프셋값이다. 상기 보상 상수는 해당 표시 패널의 물질 특성에 따라 달라지는 값으로서, 패널에 따른 오프셋값으로 기 설정될 수 있다.

계조 리맵핑부(105)는 입력 영상 데이터에 포함된 계조 정보를 보상하여 새롭게 구한 계조값을 맵핑하여 메모리부(109)에 저장하거나 영상 출력부(111)를 통해 출력 영상 데이터(Date-out)로서 전달할 수 있다.

다음의 표 2는, 입력 영상 데이터에 포함된 계조가 255이고, K_o를 4로 가정하여 OPR 변화에 따라 계산된 보상 계조값(F_Gray)을 나타낸 것이다.

표 2에서, OPR의 변화에 따라 계산된 보상 계조값에 대응하여 달라지는 OPR을 추가로 기재하였다. 그리고, 보상 후의 휘도 %는 255 계조에서 이상적으로 표시되는 휘도값인 300nit를 100%로 하였을 때 보상 후의 휘도를 백분율로 나타낸 것이고, 보상 후의 최종 휘도는 계조값 보상 후에 예상되는 휘도값을 산출한 것이다.

상기 표 2를 참조하면, OPR이 달라진다고 하여도 보상 후에는 최종 휘도가 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 즉, 표 1의 OPR에 따른 휘도값과 대비할 때 표 2의 보상 후 최종 휘도는 OPR이 바뀌더라도 255 계조에서 300nit의 이상적인 휘도값에 거의 근사하도록 일정하게 보상됨을 알 수 있다.

도 5는 종래 기술과 본 발명의 일 실시 예에 따른 기술에 의한 영상 데이터 보상 후의 계조와 휘도 간 관계를 간략히 나타낸 그래프이다.

도 5에서, 전체 계조 영역에서의 실제 휘도는 (a)선으로 표시하고, 종래 보상 방식에 의해 보상된 이후의 휘도는 (b)선으로 표시하며, 본 발명의 보상 방식에 의해 보상된 이후의 휘도는 (c)로 표시하였다.

실제 휘도(a)는 소정의 기준 계조(Gref)를 중심으로 고계조 영역에서는 로드 이펙트로 인해 해당 계조에 대응하는 이상적인 표시 휘도에 비하여 높은 휘도로 표시되고, 저계조 영역에서는 오히려 해당 계조에 대응하는 이상적인 표시 휘도에 비하여 낮은 휘도로 표시될 수 있다. 따라서 종래 방식과 같은 보상 기술에 의해 보상하면 (b)와 같이 일률적으로 풀 화이트 계조에 맞추어 휘도를 감소시키게 되므로 정확한 휘도로 보상될 수 없는 문제가 있다.

그러나 본 발명의 실시 예에 따른 영상 처리 장치와 방법에 의하면 휘도 변화율과 OPR 변화율에 따른 모델링 기법과 이를 이용한 계조 리맵핑 산출에 의해서, (c) 선과 같이 기준 계조(Gref)보다 낮은 계조 영역에서는 휘도를 증가시키고, 기준 계조(Gref)보다 높은 계조 영역에서는 휘도를 감소시킬 수 있어서 정확한 계조 정보의 보상이 가능하게 된다.

기준 계조는 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에 대응하는 휘도(OPR 휘도)를 표시하는 계조값일 수 있다.

한편, 모델링부(103)에서 산출한 계조별 휘도 변화율에 근거하여 휘도 증가율에서 감소율로 변경되는 계조값을 기준 계조로 구할 수 있다.

즉, 본 발명의 영상 처리 장치의 모델링부(103)에서 각 계조별로 OPR 변화율에 따라 휘도 변화율(증가율 및 감소율 포함)을 계산하고 최종 휘도를 산출함으로써, 휘도 변화율이 증가 추세에서 감소 추세로 전환되는 기준 계조(Gref) 지점을 역으로 찾아낼 수 있다.

계조 리맵핑부(105)는 모델링부(103)에서 계산된 값들을 이용하여 상기 기준 계조를 중심으로 고계조 영역에서는 휘도를 감소하는 보상값을 적용하고, 저계조 영역에서는 휘도를 증가하는 보상값을 적용하여 입력 영상 데이터의 계조값을 변경하여 출력할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 데이터의 보상 방식을 간략히 나타낸 그래프인데, 구체적으로 상기 기준 계조(Gref)가 186 계조인 경우 그 상위 계조인 203 계조와 그 하위 계조인 170 계조에서의 보상 방식을 표시하였다.

도 6을 참조하면, 기준 계조(186)보다 고계조 영역에 속한 203 계조는 이상적인 표시 휘도(도 6에서 두꺼운 화살표의 실선으로 표시함)보다 높은 휘도로 표시되는 바, 보상 산출식에 의해 휘도를 감소시켜야 한다. 그리고, 기준 계조(186)보다 저계조 영역에 속한 170 계조는 이상적인 표시 휘도보다 낮은 휘도로 표시되는 바, 보상 산출식에 의해 휘도를 증가시켜야 한다.

예를 들어 OPR 휘도가 50%인 경우, 170 계조는 약 4%의 휘도를 증가시켜야 하고, 203 계조는 6%의 휘도를 감소시켜야 한다. 그러나, 이상 휘도(감마 휘도)와 OPR 휘도 차(Gamma-OPR)가 170 계조의 경우와 203 계조의 경우가 각각 똑같이 10%라 하더라도 203 계조 보상은 6% 감소이고, 170 계조 보상은 4% 증가이므로, 실제 전력은 2% 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

그러나 상기 경우는 일 실시 예일 뿐이고, 본 발명에 따른 다른 실시 형태로서 기준 계조 이상의 고계조 영역에서의 데이터 감마 전압을 감소시키고 기준 계조 이하의 저계조 영역에서의 데이터 감마 전압을 그대로 보상없이 유지하는 방식도 가능하다.

저계조 영역에서의 감마 전압 보상이 없으므로 실제 전력 소비의 감소 효과가 증대될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 영상 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.

먼저 영상 처리 장치의 영상 입력부에 외부 영상 소스에서 전달되는 영상 데이터가 입력된다(S1).

상기 입력된 영상 데이터를 분석하여 계조 정보를 취득한다(S2). 해당 프레임에서 입력 데이터 신호에 포함된 계조 정보를 취득하는 것은 출력 영상 데이터로 공급하기 전에 계조값을 보상하고 새로운 계조값으로 변경하기 위함이다. 또한 입력 영상 데이터로부터 온 픽셀율 정보를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 표시 패널에 대하여 온 픽셀율(OPR)을 변경시켜서 OPR 변화에 따른 휘도 변화율을 실측할 수 있다(S3). 이러한 상기 S3의 단계는 반드시 영상 처리 과정에서 포함되는 필수적인 과정은 아니며, 미리 표시 패널에 대하여 실측하는 과정을 별도로 거쳐서 소정의 계조에 대한 OPR의 변화에 따른 실제 휘도 변화율을 측정할 수 있다.

상기 이상 휘도와 OPR 휘도의 차에 대한 상기 실제 휘도 변화율을 계산함으로써 해당 표시 패널의 설정값을 취득할 수 있는데, 상기 설정값은 계조별 OPR 변화에 따른 휘도 변화율과 최종 휘도를 모델링하기 위해 계산하는 수식에 이용된다.

표시 패널의 설정값은 본 발명에 따른 영상 처리 과정에 포함되거나 별도의 과정을 거쳐 취득될 수 있으며, 모델링을 위해 패널의 오프셋값으로 제공될 수 있다.

그러면 상기 설정값을 이용하여 계조별 OPR 변화에 따른 휘도 변화율을 계산하고, 최종 휘도값을 산출하여 각 계조별로 모델링한다(S4). 상기 모델링 과정에 의한 결과값들은 메모리부에 계조별로 OPR 변화에 따라 룩업 테이블 형태로 저장될 수 있다.

다음으로 입력 영상 데이터의 계조값을 보상한 새로운 보상 계조값으로 출력 영상 데이터를 리맵핑(Remapping)한다(S5). 상기 보상 계조값은 상기 S4 단계에서 취득되는 연산 결과값(모델링을 통해 산출된 휘도 변화율 및 최종 휘도)들을 바탕으로 입력 영상 데이터의 계조값의 타겟 휘도에 대응하는 계조값을 찾음으로써 취득할 수 있다. 또는 입력 영상 데이터의 온 픽셀율에 따른 휘도 변화를 반영하여 새로운 계조값을 연산함으로써 보상 계조값을 구할 수 있다.

상기 보상 계조값은 S4 단계에서 모델링하여 저장된 OPR 변화에 따른 휘도 변화율과 최종 휘도값으로부터 역으로 추적되거나, 또는 입력 영상 데이터의 온 픽셀율을 반영한 보상 계조값의 연산식을 통하여 계산될 수 있다.

그런 다음 보상된 계조 데이터를 포함하는 출력 영상 데이터를 출력한다(S6).

본 발명의 영상 처리 방법에 따르면 OPR 휘도를 나타내는 기준 계조 대비 낮은 계조 영역에서 감소되는 휘도값을 정확하게 증가시켜 보상할 수 있기 때문에 출력 영상 데이터를 정확한 계조값으로 리맵핑할 수 있다.

기존에는 OPR에 따라 감마 저항 스트링을 바꾸어 감마 전압을 변경함으로써 휘도 측정이 별도로 필요하게 되어 생산율이 저하되는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명의 영상 처리 방법에 따르면 모델링과 산술 과정을 통해 감마 저항 스트링의 변경없이 입력 영상 데이터에 대하여 계조값을 보상하고 리맵핑한다. 따라서 영상 데이터에 따라 발광되는 표시 패널의 휘도를 별도로 측정하거나 감마 전압을 튜닝하는 과정이 필요하지 않게 되어 휘도 보상이 편리하다.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.

100: 영상 처리 장치 101: 영상 입력부
103: 모델링부 105: 계조 리맵핑부
107: 샘플링부 109: 메모리부
111: 영상 출력부