KR20080064324A

KR20080064324A - 주변광 적응적인 색 보정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080064324A
Application number: KR1020070001089A
Authority: KR
Inventors: 빙한; 박두식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-01-04
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2008-07-09
Also published as: EP1942680A2; JP2008165231A; US20080165292A1; CN101217674B; CN101217674A; US8243210B2; KR100866486B1; JP5611508B2; EP1942680A3

Abstract

본 발명은 주변광 적응적인 색 보정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 주변광 적응적인 색 보정 장치는 주변광의 영향으로 프로젝터 스크린상에 디스플레이된 적어도 흑색 및 백색이 포함된 참조 영상의 색 정보를 측정하는 색 정보 센서와, 상기 측정된 색 정보 및 프로젝터 프로파일을 참조하여 색채 현시 매칭 및 색역 매핑을 위한 색 보정 정보를 산출하는 색 보정 정보 산출부 및 상기 색 보정 정보를 참조하여 입력 영상을 처리하고 색 보정된 영상을 상기 프로젝터로 출력하는 영상 데이터 보정부를 포함한다.

주변광, 색채 현시(color appearance), 색 보정

Description

주변광 적응적인 색 보정 장치 및 방법{Ambient light adaptive color correction method and device for projector}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주변광 적응적인 색 보정 장치가 포함된 프로젝터 시스템을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주변광 적응적인 색 보정 장치를 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주변광 적응적인 색 보정 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 4는 도 3의 과정에서 입력된 영상에 대하여 색 보정 작업이 수행되는 것을 나타낸 흐름도이다.

도 5는 암실 및 조명광 환경에서 프로젝터의 색 특성을 나타낸 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 색 보정 방법에 따라 흑색점 보정이 수행되는 것을 나타낸 그래프이다.

도 7은 조명 환경에서 보정 전 및 보정 후의 네 쌍의 실험 영상을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

12 : 색 정보 센서 100 : 저장부

101 : 프로젝터 프로파일 갱신부 102 : 색 변환 파라미터 산출부

103 : 색역 경계 산출부 104 : 흑색점 보정부

201 : 색 공간 변환부 202 : 색역 매핑부

203 : 채도 향상부 204 : 색 공간 역변환부

본 발명은 색 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주변광 적응적인 색 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

지난 몇 년간 디지털 프로젝터의 응용 분야는 급속도로 증가하게 되었다. 특히, LCD(Liquid Crystal Display) 및 DLP(Digital Light Processing) 기술의 발달로 인하여 제조자들은 사업용뿐만 아니라 개인용으로 휴대가 가능한 프로젝터를 생산하게 되었다. 종래 프로젝터의 전형적인 시청 환경은 암실에서 프로젝터 스크린으로 영상을 투사시키는 것으로 구현된다. 그리고, 그 응용 범위가 확대됨에 따라 사무실 및 태양광 환경과 같이 일반적인 조명이 존재하는 환경에서 프로젝터를 사용하고자 하는 요구가 증대하게 되었다. 따라서, 주변광의 영향이 고려되어 프로젝터에 의한 좋은 품질의 색상이 재현되도록 하는 것이 요구된다.

일본 공개 특허 2973477호는 프로젝터 스크린에 투사된 영상의 색과 밝기를 감지하여 감지된 정보에 따라 화이트 밸런스(white balance) 및 밝기를 조절하는 프로젝터를 개시하고 있다. 이에 따라, 색 재생산은 영상의 색채 현시(color appearance)에 대한 고려 없이 재생산된 색을 색채계(colormeter)에 따라 목적 색값에 대응시키는 것으로 구현될 수 있다. 그러나, 인간의 색 인지는 복잡하고 색채 현시는 시청 환경 및 영상에 포함된 백색의 비율에 영향을 받으므로 서로 다른 조명 환경에서 단순한 색체계에 의한 매칭보다는 전체 영상에 대한 색채 현시 매칭이 바람직하다.

또한, 세이코 엡손(Seiko Epson)사에 의하여 출원된 일본 공개 특허 2001-320725는 주변광의 영향으로 백색 영상이 투사된 프로젝터 스크린에서 RGB 또는 XYZ 색값과 같은 색 정보를 측정하는 색 센서를 이용하는 적응 프로젝터를 개시하고 있다. 이에 따라, 보정된 색 즉, 보색(complementary color)는 CIELAB 색 공간으로 생성될 수 있다. 이와 같은 색 보정은 다단계의 회색(grey) 레벨로 반복적으로 수행될 수 있으며, 결과는 감마-보정 룩업 테이블의 형태로 저장된다.

그러나, 다음 이유로 인하여 적응 프로젝터는 항상 만족할만한 색 보정을 수행할 수 없다. 1. 백색에 대한 보색이 프로젝터 스크린에 투사되더라도 프로젝터 스크린에 투사된 재생산된 색은 크로매틱 그레이(chromatic grey) 현상으로 인하여 항상 회색 또는 무색일 수 없다. 2. 더욱이 무색이 아닌 색에 대하여 보색 쌍을 이용한 색 보정이 수행된 경우, 그러한 색의 색채 현시가 기대했던 색채 현시라는 보장도 없다. 따라서, 개시된 발명의 적응 프로젝터는 서로 다른 조명 환경에 매칭하는 색채 현시를 구현하지 못할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 종래 기술들은 색채 현시 매칭을 통한 색 보정을 제공하지 못한다. 또한, 종래 기술들은 색역 매핑을 고려하지 않고 있다. 한편, 프로젝터 에 의하여 디스플레이될 수 있는 색역은 서로 다른 외부 조명 환경에 심하게 영향을 받는다. 결론적으로, 조명실에서 보정된 영상의 색채 현시는 암실에서 보정된 영상의 색채 현시와 유사할 수 없고 사용자에 의하여 만족될 수 없는 것이다.

본 발명은 색채 현시 매칭 및 색역 매핑을 이용하여 주변광 적응적인 색 보정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 암실에서의 프로젝션 영상과 유사한 색채 현시를 구현하는 주변광 적응적인 색 보정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 보정 후 정확한 색상 및 상대적으로 밝은 휘도를 갖는 영상을 구현하여 출력하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 주변광 적응적인 색 보정 장치는 주변광의 영향으로 프로젝터 스크린상에 디스플레이된 적어도 흑색 및 백색이 포함된 참조 영상의 색 정보를 측정하는 색 정보 센서와, 상기 측정된 색 정보 및 프로젝터 프로파일을 참조하여 색채 현시 매칭 및 색역 매핑을 위한 색 보정 정보를 산출하는 색 보정 정보 산출부 및 상기 색 보정 정보를 참조하여 입력 영상을 처리하고 색 보정된 영상을 상기 프로젝터로 출력하는 영상 데이터 보정부 를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 주변광 적응적인 색 보정 방법은 주변광의 영향으로 프로젝터 스크린상에 디스플레이된 적어도 흑색 및 백색이 포함된 참조 영상의 색 정보를 측정하는 단계와, 상기 측정된 색 정보 및 프로젝터 프로파일을 참조하여 색채 현시 매칭 및 색역 매핑을 위한 색 보정 정보를 산출하는 단계 및 상기 색 보정 정보를 참조하여 입력 영상을 처리하고 색 보정된 영상을 상기 프로젝터로 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 주변광 적응적인 색 보정 방법은 (a) 주변광의 영향으로 프로젝터 스크린상에 디스플레이된 참조 영상의 색 정보를 측정하는 단계와, (b) 암실 및 조명 광 환경에서의 밝기 비율을 측정하여 상기 밝기 비율이 임계치를 초과하는 경우 (c) 단계로의 진행을 종료하는 단계와, (c) 상기 측정된 색 정보 및 프로젝터 프로파일을 참조하여 색채 현시 매칭 및 색역 매핑을 위한 색 보정 정보를 산출하는 단계 및 (d) 상기 색 보정 정보를 참조하여 입력 영상을 처리하여 색 보정된 영상을 상기 프로젝터로 출력하는 단계를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주변광 적응적인 색 보정 장치가 포함된 프로젝터 시스템을 나타낸 도면으로서, 프로젝터 시스템은 유채색의 빛을 발산하는 프로젝터(11), 유채색의 영상이 투사되는 프로젝터 스크린(2), 외부 빛에 대한 색 정보를 측정하는 색 정보 센서(12), 입력 영상 데이터를 수신하고 색 정보 센서(12)에 의하여 감지된 색 정보에 근거하여 보정된 영상 데이터를 프로젝터(11)로 출력하는 색 보정 장치(10)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 색 보정 장치(10)는 색 보정 정보 산출부(220)와 영상 데이터 보정부(210)를 포함하여 구성된다. 색 보정 정보 산출부(220)는 색 정보 센서(12)에 의하여 감지된 색 정보 및 프로젝터 프로파일에 명시된 프로젝터의 특성에 근거하여 색 보정 정보를 산출하는 역할을 한다. 그리고, 영상 데이터 보정부(210)는 색 보정 정보 산출부(220)에 의하여 산출된 색 보정 정보를 참조하여 입력된 영상 데이터를 보정된 색값으로 처리하여 프로젝터(11)로 출력하는 역할을 한다.

여기서, 색 보정 정보 산출부(220)는 프로젝터 프로파일을 저장하는 저장부(100), 프로젝터 프로파일을 갱신하는 프로젝터 프로파일 갱신부(101), 색 공간 변환 파라미터를 계산하는 색 변환 파라미터 산출부(102), 색역 경계를 계산하는 색역 경계 산출부(103) 및 흑색점을 보정하는 흑색점 보정부(104)를 포함하여 구성된다. 색 보정 정보 산출부(220)의 동작에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

영상 데이터 보정부(210)는 각각의 픽셀이 R₁, G₁, B₁ 디지털 값으로 전송된 입력 영상을 수신하고 처리하여 보정된 R₂, G₂, B₂ 값으로 변환하는 역할을 한다. 이 때, 영상 데이터 보정부(210)는 색 공간 변환부(201), 색역 매핑부(202), 채도 향상부(203) 및 색 공간 역변환부(204)를 이용할 수 있다. 색역 매핑 알고리즘에 매칭된 색채 현시는 주변광의 영향이 존재하는 프로젝터 스크린(2)에 투사된 출력 영상이 암실에서의 색채 현시와 유사하도록 하게 하기 위하여 영상 처리 과정에 적용된다. 영상 처리 동작에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

이하, 주변광 적응적인 색 보정 방법을 도면을 통하여 상세히 설명하기로 한다. 색 보정 방법에 대한 전체 과정은 크게 두 개의 부분으로 분류될 수 있는데, 첫 번째는 도 3에 도시된 바와 같이 S101-S107 단계에 명시된 색 보정 정보 산출 과정이고, 두 번째는 도 4에 도시된 바와 같이 S201-S204 단계에 명시된 영상 데이터 보정 과정이다.

본 발명의 실시예에 따라 색 보정 과정은 참조 영상의 색도 및 휘도를 측정(S101)하는 것으로 시작되는데, 이는 외부 광의 영향에 따른 색 정보를 획득하는 것으로 수행될 수 있다. 복수 개의 프로젝션 참조 영상이 프로젝터 스크린(2)에 투사된다. 그리고, 색 정보 센서(12)는 외부 광의 영향이 존재하는 프로젝터 스크 린(2)상에 디스플레이된 영상들의 색도 및 휘도를 측정한다. 백색 및 흑색 프로젝션 참조 영상은 본 발명의 시스템에 의하여 요구되는 최소한의 측정치이다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따라 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 프로젝션 참조 영상은 각 색의 채도 및 휘도를 획득하기 위하여 측정된다. 프로젝터 프로파일에 저장된 R, G, B 영상의 기본 채도 및 휘도는 프로젝터(11)의 주요 3색으로부터 측정될 수 있는 것이다.

그리고, S102 단계에서 암실과 조명 환경간의 휘도 비율이 계산되어 조명 환경에서 색 보정 및 영상 처리가 수행될 것인지를 결정한다. 프로젝터 스크린(2)은 반사 재질이므로 외부 광의 휘도가 특정 임계치를 초과하는 경우 투사된 영상의 선명도에 물리적인 제한이 있을 수 있다. 조명 환경에서 백색 및 흑색 영상의 측정된 휘도에 따라 휘도 비율은 다음 수학식을 이용하여 산출될 수 있다.

휘도 비율 = Lwc / Lw

여기서, Lwc는 S101 단계에서 측정된 조명 환경에서 백색 영상의 휘도를 나타내고, Lw는 암실에서 백색 영상의 휘도를 나타낸다. Lw는 조명 환경에서의 백색 영상의 휘도에서 흑색 영상의 휘도를 뺀 것으로 산출될 수 있다. 즉, S101 단계에서 측정된 조명 환경에서 흑색 영상의 휘도가 Lbkc라고 할 때, Lw = Lwc - Lbkc인 것이다. 프로젝터 프로파일 갱신부(101)는 휘도 비율과 소정 임계치의 크기를 비교하는데(S103), 만일 휘도 비율이 임계치보다 큰 경우 이는 사용자에 의하여 인식되고 영상 처리는 종료된다. 여기서, 임계치는 기 설정되어 프로젝터(11)에 저장된 것일 수 있다.

만일 휘도 비율이 임계치보다 크지 않은 경우 프로젝터 프로파일의 갱신이 수행된다(S104). 기본적으로, 저장부(100)는 프로젝터(11)의 룩업 테이블, 주요 3색의 채도 및 암실 또는 선호되는 목적 환경에서의 흑색 값을 저장한다. 암실에서의 색 정보는 프로젝터 프로파일의 기본 값으로 저장되고, 프로젝터(11)가 특정 목적 환경에 적용되는 경우 선호되는 목적 환경에서의 값은 프로젝터 프로파일의 기본 값으로 설정된다.

S101 단계에서 전술한 바와 같이, 백색 및 흑색 참조 영상을 측정하는 경우, 백색 또는 흑색 영상만이 측정될 때 프로젝터(11)의 주요 3색에 대한 기본 값은 후술하는 색 변환 매트릭스를 산출하는데 적용된다. 조명 환경에서 측정된 백색 및 흑색에 따라 프로젝터 프로파일이 갱신된다. 또한, 적색, 녹색, 청색, 백색 및 흑색 영상이 모두 조명 환경에서 측정된 경우 프로젝터(11)의 주요 3색에 대한 채도는 조명 환경에서 측정된 R, G, B 값에서 흑색 값을 뺀 것으로 산출될 수 있다. 테이블 1은 암실 및 조명 환경에서 적색, 녹색, 청색, 백색 및 흑색의 참조 영상에 대하여 측정된 CIE 자극값(X, Y, Z)의 예를 나타내고 있다.

테이블 1. 암실 및 조명실에서 참조 프로젝션 영상의 X, Y, Z 값

	암실			조명실
	암실			측정된 원래값			흑색 보정값
	X	Y	Z	X	Y	Z	X_Xbk	Y_Ybk	Z_Zbk
White	110.56	126.40	144.68	159.75	178.60	176.64	109.28	125.72	143.18
Red	67.80	30.35	0.58	116.89	82.05	34.09	66.42	29.17	0.63
Green	19.56	90.20	12.40	69.37	142.30	45.74	18.90	89.42	12.28
Blue	23.20	6.02	131.64	73.30	58.56	164.79	22.83	5.68	131.33
Black	0.15	0.16	0.13	50.47	52.88	33.47	0.00	0.00	0.00

테이블 1에 기재된 바와 같이 색에 대한 외부 조명의 영향이 조명 환경에서 프로젝터 스크린(2)의 흑색 영상을 측정하는 것으로 추정될 수 있음을 알 수 있다. R, G, B에 대하여 새롭게 산출된 채도는 프로젝터 프로파일의 기본 값을 갱신한다. 반면, 프로젝터 프로파일은 조명광에서 흑백 색값으로 갱신된다.

유사하게 프로젝터 프로파일에 저장된 원래 룩업 테이블은 조명 환경에서 갱신될 필요가 없다. 왜냐하면, 암실 및 조명실에서 측정된 톤 커브는 거의 도 5와 유사하기 때문이다. 도 5의 톤 커브는 테이블 2에 나타낸 바와 같이 암실 및 조명실에서의 그레이 레벨(grey level)에 대하여 측정된 CIE 자극값으로부터 얻어질 수 있다.

테이블 2. 암실 및 조명실에서의 그레이 레벨에 대한 X, Y, Z값

그레이레벨	암실			조명실
	암실			측정된 원래값			흑색 보정값
	X	Y	Z	X	Y	Z	X	Y	Z
32	1.74	1.87	2.24	52.22	54.82	35.57	1.75	1.94	2.10
64	7.47	8.44	10.05	57.84	61.33	43.21	7.37	8.45	9.74
96	16.24	18.94	21.94	66.54	71.80	54.93	16.07	18.92	21.46
128	29.43	34.01	39.13	79.46	86.69	71.82	28.98	33.81	38.35
160	45.75	52.22	60.12	95.32	104.50	92.40	44.85	51.62	58.94
192	64.57	74.14	84.33	113.96	126.30	116.42	63.49	73.42	82.95
224	86.45	99.26	113.63	135.65	151.40	145.65	85.18	98.52	112.18
255	110.56	126.40	144.68	159.75	178.60	176.64	109.28	125.72	143.18

S104 단계에서 참조 영상에 대하여 갱신된 색값을 참조하면 RGB 색 공간과 XYZ 색 공간간의 변환 작업에 대한 색 공간 변환 파라미터는 색 변환 파라미터 산출부(102)에 의하여 산출될 수 있다. 변환 단계에 대한 자세한 설명은 색 공간 변환 단계인 S201 단계 및 색 공간 역변환 단계인 S204 단계를 통하여 후술하기로 한다.

색 공간 변환에 대한 "이론과 실습, 색 연구 및 응용, 18/5: 299-314, 로이 번스, 리카르도 모타, 마크 고진스키(1993)"에 따르면, 3x3 행렬을 사용하여 색 변환을 수행하는 경우 색 공간 변환 파라미터(3x3 행렬)가 산출될 수 있다. 우선, 프로젝터(11)의 주요 3색의 강도가 다음 수학식 2에 의하여 산출될 수 있다.

여기서, (x_R, y_R), (x_G, y_G) 및 (x_B, y_B)는 갱신된 프로젝터 프로파일에 저장된 주요 3색의 채도이거나 주요 3색의 기본 채도일 수 있다. (X_w, Y_w, Z_w)는 암실에서의 백색점인데, 이는 조명 환경에서 프로젝터 프로파일에 저장된 흑백 색값을 이용하여 산출될 수 있다. X_Bk, Y_Bk, Z_Bk는 암실에 대한 프로파일에 저장된 흑색 값이다. 색 공간 변환 파라미터(3x3 행렬)은 수학식 3을 통하여 얻어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 영상 데이터 보정 단계에서 입력된 색 데이터는 프로젝터(11)에 대하여 대응되어 출력되는 색 데이터로 변환된다. 프로젝터(11)에서 디스플레이되는 색역은 서로 다른 외부 조명 환경의 영향을 심하게 받으므로 영상 데이터 보정 단계로의 색역 매핑을 포함시키는 것이 바람직하다. 따라서, 갱신된 프로젝터 프로파일에 저장된 데이터에 따라, 암실 및 조명 환경에서 프로젝터(11)에 디스플레이되는 색역은 S106 단계에서 일반적인 색역 경계에 의하여 산출되고 룩업 테이블이 생성된다. 이에 대한 자세한 설명은 모로빅 제이(Morovic J.) 및 루오 엠 알(Luo M. R.)에 의하여 저술된 "색역 매핑의 기초(The Fundamentals of Gamut Mapping), 저널 오브 이미징 사이언스 앤드 테크놀로지, 45/3:283-290, 2001"에 기술되어 있다.

조명 환경에서 흑색점을 보정하는 목적은 보정 후 출력 영상에 발생하는 크로매틱 그레이 현상(Chromatic Grey Phenomenon)을 해결하기 위함이다. 프로젝터 스크린(2)에 매핑된 색에도 불구하고, 주변광 환경에서 표준 프로젝터 스크린에 투사된 흑색 영상의 크로매틱 값은 항상 크로매틱하지 않다. 이는 도 5의 조명 환경에서 흑색 XYZ 값을 통해서 알 수 있다. 즉, 조명 환경에서 흑색 X, Y, Z 값은 각각 50.47, 52.88 및 33.47이다. 색 공간 역변환 단계인 S204 단계가 수행되면 수학식 4가 색값 X_iY_iZ_i를 디지털 출력 데이터로 변환하기 위하여 사용된다. S204 단계에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 결국, X_iY_iZ_i에서 조명 환경에서의 크로매틱 흑색값(수학식 4에서 [X_Bk Y_Bk Z_Bk]_ambient _light로 표기됨)을 뺀 것이 크로매틱 그레이인 것이다. 이는 외부 조명의 휘도가 높은 경우 더욱 명확해진다.

바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따라 암실 및 조명 환경에서의 그 위치에 따라 흑색점의 위치를 조정하도록 하기 위하여 주변광에서 흑색점을 보정하는 방법이 포함될 수 있다. 이는 도 6에 예시되어 있다. 암실 및 조명 환경에서 측정된 흑색점의 위치는 도 6의 CIE 크로매틱 다이어그램에 나타낸 바와 같다. 본 발명의 방법에 따르면, 주변광에서의 흑색점은 암실 및 조명 환경에서 측정된 흑색점간의 직선을 따라 조정될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 흑색점 보정 방법을 수행하기 위한 연산 수학식은 다음과 같다.

여기서, r은 조명 환경에서 흑색점의 위치를 조정하기 위한 파라미터인데, 그 값은 0에서 1사이의 값으로 설정될 수 있다. 도 6은 r이 0으로 설정된 경우 보 정이 수행되지 않는 것을 나타내고 있다. 즉, 조명 환경(x_Bk _{_} _am, y_Bk _{_} _am)에서 측정된 흑색점의 채도는 직접 사용될 수 있는 것이다. r이 1로 설정된 경우 조명 환경에서 흑색점의 채도는 암실(x_Bk _{_} _dark, y_{Bk_dark})에서의 흑색점으로 간주된다. 서로 다른 프로젝터는 크로매틱 그레이 현상을 회피하기 위하여 제조자에 의하여 설정된 서로 다른 r값을 가질 수 있다. 본 발명에서 r은 1로 설정된 것을 가정한다.

조명 환경에서 흑색의 휘도는 갱신된 프로젝터 프로파일에 저장된 것과 동일하다고 가정한다. (x_Bk _{_} _adjusted, y_Bk _{_} _adjusted) 및 흑색의 휘도에 따라 [X_Bk, Y_Bk, Z_Bk]_adjusted는 수학식 4를 이용하여 산출될 수 있다.

결국, S101 단계 내지 S107 단계를 통하여 특정 주변광에서의 색 보정 정보는 입력 영상 데이터에 대한 처리 및 보정 전에 산출될 수 있는 것이다. 즉, 시스템은 S201 내지 S204 단계를 통하여 입력 영상 데이터에 대한 영상 데이터 보정을 수행하는 것이다.

S201 단계에서 입력 영상에 포함된 디지털 R₁, G₁, B₁ 값은 우선 프로젝터 프로파일에 저장된 룩업 테이블 및 S105 단계에서 산출된 색 정보 파라미터에 따라 장치 독립적인 색채계인 X_i1, Y_i1, Z_i1로 변환된다.

우선, 수학식 7을 이용하여 R₁, G₁, B₁값(수학식 7에서는 dR_i, dG_i, dB_i로 표기함)을 [I_R I_G I_B]로 변환한다.

그리고, 수학식 8을 이용하여

를 X_i1, Y_i1, Z_i1로 변환한다.

결국 여기서, 각 픽셀의 X_i1, Y_i1, Z_i1값은 인간이 지각할 수 있는 속성(색채 현시 속성)으로 변환된다. 1997년에 CIE는 색채 현시 속성을 성취할 수 있는 대응 색채 현시를 예견하기 위하여 잠정 색채 현시 모델(Interim Color Appearance Model, CIECAM97)을 제안하였다. 그리고, 2002년에는 CIE에 의하여 CIECAM02가 채택되었다. 이는 CIECAM97에 대한 새로운 버전으로서, 정확성이 향상되고 모델의 구조가 단순화된 것이다. 본 발명에서는 X_i1, Y_i1, Z_i1값을 J_i1, C_i1, H_i, Sat_i값으로 변환하기 위하여 CIECAM02가 사용된다. 여기서, J는 밝기를, C는 색도를, H는 색상을, Sat는 채도를 나타낸다. CIECAM02 공간 변환에 대한 시각 환경 파라미터는 이 러한 설정을 이용한다. 한편, 필요한 경우 색 보정 장치(10)는 CIELAB과 같은 균일 색 공간을 이용할 수도 있다.

외부 조명의 영향에 따라 프로젝터(11)의 흑색 레벨이 증가하므로, 암실 환경에서와 비교할 때 조명 환경에서 프로젝터(11)의 색역은 감소하게 된다. S201 단계에서 출력된 값 즉, 암실에서 프로젝터(11)의 색역에 포함된 색을 나타내는 값은 S202 단계에서 조명 환경에서의 프로젝터(11)의 색역으로 매핑된다. 다양한 색역 매핑 방법이 적용될 수 있다. 영상 대비(contrast) 및 색상(hue)을 유지하기 위하여 시그모이드 라이트 리스케일링 함수(Sigmoidal Lightness Rescaling Function)가 사용된다. 색역 매핑부(202)를 통하여 출력된 값은 밝기(J_i2), 색도(C_i2), 색상(H_i) 및 채도(Sat_i)이다. 여기서, 채도는 Sat_i으로 유지된 반면, 밝기 및 색도는 각각 J_i2 및 C_i2으로 갱신된 것을 유의하여야 한다.

S202 단계의 색역 매핑에 따라 색이 보다 높은 밝기 및 낮은 색도로 변환된 것을 알 수 있다. 결국, 색의 채도는 급격하게 감소하고, 나쁜 품질의 영상이 된 것이다. 따라서, 채도를 향상시키는 작업을 포함시키는 것이 바람직하다. 채도의 정의는 수학식 9에 나타낸 바와 같다.

따라서, 색도의 범위가 제한적일 때 채도를 향상시키기 위하여 색의 밝기를 조정하는 것이 가능하다. 일반적으로 밝기는 감마 보정이 가능하다. 영상의 밝기를 감소시키기 위한 종래의 방법은 영상의 각 색의 감마를 동일하게 보정하는 것 즉, 전역적인 감마 보정을 수행하는 것이다. 한편, 이러한 방법은 비채색(non-saturated color) 및 채색(saturated color)의 밝기를 동시에 감소시킨다. 결과적으로, 모든 영상의 밝기가 어두워지는 것이다. 따라서, 이러한 방법은 특히 그레이 영상에서 선호될 수 없다.

본 발명에서 제안되는 새로운 채도 향상 방법은 국부적인 감마 보정인데, 여기서 각각의 색에 적용된 감마값은 색역 매핑 이전에 원래 영상의 채도에 의하여 결정된다. 제안된 채도 향상 방법은 수학식 10 및 수학식 11과 같다.

여기서, a, b 및 c는 상수로서 그 값은 적용된 프로젝터에 따라 서로 다르게 설정될 수 있다. 수학식 10은 선형 함수일 수 있는 것으로서, 그 값이 0일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 a, b 및 c는 각각 0, 0.0075 및 1로 설정되었다. 일반적으로 밝기를 감소시키기 위하여 수학식 10과 11에서의 감마 값은 1보다 커야 한다. J_en은 감마 보정(J_3i)이 수행된 이후의 밝기를 나타내고, J는 색역 매핑(J_2i) 이후의 색의 원래 밝기를 나타내며, Sat는 원래 채도(S_i)를 나타낸다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 채도 향상 방법에 따라 감마 보정은 더욱 작은 채도를 갖는 색들에는 적게 적용된다. 이와 같이, 색 보정이 수행된 이후의 영상의 전반적인 밝기는 초과되어 조정되지 않게 된다. S203 단계를 통하여 출력된 데이터는 감마 보정된 밝기인 J_3i, 색도 C_2i 및 색상 H로 구성된다.

마지막으로, 각 픽셀의 (J_3i, C_2i, H)는 S204 단계에서 디지털 RGB 신호로 변환된다. S204 단계는 S201 단계와 유사하다.

우선, 이전에 획득된 색 속성인 밝기 J_3i, 색도 C_2i 및 색상 H는 S201에서의 역 색채 현시 모델과 유사한 방식으로 XYZ 색채계로 변환된다. CIECAM02인 경우, 시각 환경 파라미터는 이러한 평균값을 취하게 된다. 수학식 12를 통하여 산출된 백색점은 S107 단계에서 보정된 흑색점으로 조정된다.

그리고, S105 단계에서 산출된 색 변환 파라미터, 프로젝터 프로파일에 저장된 룩업 테이블 및 S107 단계에서 보정된 흑색점을 이용하여 XYZ값은 디지털 출력값인 R_2i, G_2i 및 B_2i로 변환된다.

여기서, 색 공간 역 변환 단계에서 수학식의 X_i, Y_i, Z_i는 각각 X_2i, Y_2i, Z_2i를 가리키는데, 이에 따라 디지털 RGB값(R_2i, G_2i, B_2i)이 대응되어 산출될 수 있다. 그리고, 출력된 디지털 값인 R_2i, G_2i 및 B_2i는 프로젝터(11)로 직접 전달되거나 프로젝터(11)로 전달되기 전에 대비(contrast) 향상 방법에 의한 처리가 수행될 수 있다.

본 발명의 색 보정 방법 및 시스템을 평가하기 위하여 4개의 유채색 영상들에 대한 색 보정이 수행되었다. 입력 영상들은 본 발명의 실시예에 따른 색 보정 프로젝션 시스템을 통하여 보정이 수행되었다. 도 7에 도시된 영상의 쌍에서 보정이 수행되지 않은 영상들은 좌측에, 보정이 수행된 영상들은 우측에 배치되어 있다. 이러한 영상들에 대한 색 보정은 일반적인 사무실 환경에서 측정된 색 정보에 따라 수행되었다. 그리고, 보정된 영상들은 명백히 보정되지 않은 영상들보다 밝음을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 색 보정 프로젝터 시스템을 이용하여 사무실 환경에서 영상들이 전형적인 프로젝터 스크린(2)에 투사된 경우, 주변광의 영향이 존재하는 프로젝터 스크린(2)에 투사되어 출력된 영상은 암실에서의 색채 현시와 유사하게 된다. 특히, 정확한 색상과 상대적으로 밝은 휘도를 얻을 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주변광 적응적인 색 보정 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 색채 현시 매핑 및 색역 매핑을 이용하여 주변광 적응적인 색 보정을 수행함으로써 암실에서의 프로젝션 영상과 유사한 색채 현시를 구현하는 장점이 있다.

둘째, 색 보정 후 정확한 색상 및 상대적으로 밝은 휘도를 갖는 영상을 구현하는 장점도 있다.

Claims

주변광의 영향으로 프로젝터 스크린상에 디스플레이된 적어도 흑색 및 백색이 포함된 참조 영상의 색 정보를 측정하는 색 정보 센서;

상기 측정된 색 정보 및 프로젝터 프로파일을 참조하여 색채 현시 매칭 및 색역 매핑을 위한 색 보정 정보를 산출하는 색 보정 정보 산출부; 및

상기 색 보정 정보를 참조하여 입력 영상을 처리하고 색 보정된 영상을 상기 프로젝터로 출력하는 영상 데이터 보정부를 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 프로젝터 프로파일은 상기 프로젝터의 룩업 테이블, 세 가지 주요색의 기본값 및 암실 또는 목적 환경에서의 흑색의 색값을 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 색 정보 센서는 주변광의 영향에 따른 상기 흑백 참조 영상의 색 정보를 측정하고, 상기 색 보정 정보 산출부는 상기 측정된 흑백 색 정보 및 상기 프로젝터 프로파일에 포함된 적색, 녹색, 청색의 기본 색값을 참조하여 상기 색 보정 정보를 산출하는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 색 정보 센서는 주변광의 영향에 따른 흑색, 백색, 적색, 녹색, 청색 참조 영상의 색 정보를 측정하고, 상기 색 보정 정보 산출부는 상기 측정된 색값을 참조하여 상기 색 보정 정보를 산출하는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 색 보정 정보 산출부는 색 공간 변환 파라미터를 산출하는 색 변환 파라미터 산출부; 및

색역 경계를 계산하는 색역 경계 산출부를 포함하고,

상기 영상 데이터 보정부는 상기 입력 영상의 색을 RGB 값에서 색채 현시 값으로 변환하는 색 공간 변환부;

암실에서의 색역에 따른 상기 색채 현시 값을 조명실에서의 색역에 따른 색채 현시 값으로 변환하는 색역 매핑부; 및

상기 보정된 색채 현시 값을 상기 프로젝터으로의 출력을 위한 RGB 값으로 변환하는 색 공간 역변환부을 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 색 보정 정보 산출부는 상기 주변광 환경에서 흑색점을 보정하는 흑색점 보정부; 및

상기 주변광 환경에서 상기 보정된 흑색점에 따라 상기 보정된 색채 현시 값을 RGB 값으로 변환하는 색 공간 변환부를 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 흑색점 보정부는 주변광 환경에서 상기 흑색점을 보정하기 위하여 다음 수학식을 이용하는데,

여기서, (x_Bk _, _am , y_Bk _, _am)은 주변광 환경에서 흑색 값을 나타내고, (x_Bk _, _dark , y_Bk _, _dark)는 암실에서 흑색 값을 나타내고, (x_Bk _, _adjusted , y_Bk _, _adjusted)는 조정 후 흑색 값을 나타내고, r은 0에서 1사이의 값으로 설정되며, 주변광 환경에서 흑색 휘도는 불변하는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 영상 데이터 보정부는 색값의 밝기를 조정함으로써 채도를 향상시키는 채도 향상부를 더 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 밝기는 국부 감마 보정 방식에 의하여 수행되는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 국부 감마 보정 방식은 다음 수학식으로 표현되는데,

여기서, a, b, c는 상수로서 감마 값이 1보다 큰 경우 상기 프로젝터에 의하여 결정되고, J_en은 감마 보정이 수행된 이후의 밝기를 나타내고, J는 색역 매핑 이후의 색의 밝기를 나타내며, Sat은 색역 매핑이 수행되기 이전의 원래 채도 값을 나타내는 주변광 적응적인 색 보정 장치.
(a) 주변광의 영향으로 프로젝터 스크린상에 디스플레이된 적어도 흑색 및 백색이 포함된 참조 영상의 색 정보를 측정하는 단계;

(b) 상기 측정된 색 정보 및 프로젝터 프로파일을 참조하여 색채 현시 매칭 및 색역 매핑을 위한 색 보정 정보를 산출하는 단계; 및

(c) 상기 색 보정 정보를 참조하여 입력 영상을 처리하고 색 보정된 영상을 상기 프로젝터로 출력하는 단계를 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 프로젝터 프로파일은 상기 프로젝터의 룩업 테이블, 세 가지 주요색의 기본값 및 암실 또는 목적 환경에서의 흑색의 색값을 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 (a) 단계는 주변광의 영향에 따른 상기 흑백 참조 영상의 색 정보를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 측정된 흑백 색 정보 및 상기 프로젝터 프로파일에 포함된 적색, 녹색, 청색의 기본 색값을 참조하여 상기 색 보정 정보를 산출하는 단계를 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 (a) 단계는 주변광의 영향에 따른 흑색, 백색, 적색, 녹색, 청색 참조 영상의 색 정보를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 측정된 색값을 참조하여 상기 색 보정 정보를 산출하는 단계를 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 색 공간 변환 파라미터를 산출하는 단계; 및

색역 경계를 계산하는 단계를 포함하고,

상기 (c) 단계는 상기 입력 영상의 색을 RGB 값에서 색채 현시 값으로 변환하는 단계;

암실에서의 색역에 따른 상기 색채 현시 값을 조명실에서의 색역에 따른 색채 현시 값으로 변환하는 단계; 및

상기 보정된 색채 현시 값을 상기 프로젝터로의 출력을 위한 RGB 값으로 변환하는 단계를 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 상기 주변광 환경에서 흑색점을 보정하는 단계를 더 포함하고,

상기 (c) 단계는 상기 주변광 환경에서 상기 보정된 흑색점에 따라 상기 보정된 색채 현시 값을 RGB 값으로 변환하는 단계를 더 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 흑색점을 보정하는 단계는 주변광 환경에서 상기 흑색점을 보정하기 위하여 다음 수학식이 이용되는데,

여기서, (x_Bk _, _am , y_Bk _, _am)은 주변광 환경에서 흑색 값을 나타내고, (x_Bk _, _dark , y_Bk _, _dark)는 암실에서 흑색 값을 나타내고, (x_Bk _, _adjusted , y_Bk _, _adjusted)는 조정 후 흑색 값을 나타내고, r은 0에서 1사이의 값으로 설정되며, 주변광 환경에서 흑색 휘도는 불변하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 15 항에 있어서,

색값의 밝기를 조정함으로써 채도를 향상시키는 단계를 더 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 밝기는 로컬 감마 보정 방식에 의하여 수행되는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 로컬 감마 보정 방식은 다음 수학식으로 표현되는데,

여기서, a, b, c는 상수로서 감마 값이 1보다 큰 경우 상기 프로젝터에 의하여 결정되고, J_en은 감마 보정이 수행된 이후의 밝기를 나타내고, J는 색역 매핑 이 후의 색의 밝기를 나타내며, Sat은 색역 매핑이 수행되기 이전의 원래 채도 값을 나타내는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 (b) 단계는 상기 주변광 환경에서 흑색점을 보정하는 단계를 포함하고,

상기 (c) 단계는 상기 조명 광 환경에서 상기 보정된 흑색점을 참조하여 상기 보정된 색채 현시 값을 RGB 값으로 변환하는 단계를 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 흑색점을 보정하는 단계는 주변광 환경에서 상기 흑색점을 보정하기 위하여 다음 수학식이 이용되는데,

여기서, (x_Bk _, _am , y_Bk _, _am)은 주변광 환경에서 흑색 값을 나타내고, (x_Bk _, _dark , y_Bk _, _dark)는 암실에서 흑색 값을 나타내고, (x_Bk _, _adjusted , y_Bk _, _adjusted)는 조정 후 흑색 값을 나타내고, r은 0에서 1사이의 값으로 설정되며, 주변광 환경에서 흑색 휘도는 불변하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 r은 1의 값을 갖는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 a, b 및 c는 각각 0, 0.0075 및 1의 값을 갖는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
(a) 주변광의 영향으로 프로젝터 스크린상에 디스플레이된 참조 영상의 색 정보를 측정하는 단계;

(b) 암실 및 조명 광 환경에서의 밝기 비율을 측정하여 상기 밝기 비율이 임계치를 초과하는 경우 (c) 단계로의 진행을 종료하는 단계;

(c) 상기 측정된 색 정보 및 프로젝터 프로파일을 참조하여 색채 현시 매칭 및 색역 매핑을 위한 색 보정 정보를 산출하는 단계; 및

(d) 상기 색 보정 정보를 참조하여 입력 영상을 처리하여 색 보정된 영상을 상기 프로젝터로 출력하는 단계를 포함하는 주변광 적응적인 색 보정 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 조명 비율은 다음 수학식을 이용하여 산출되는데,

조명 비율 = Lwc/Lw

여기서, Lwc는 조명 광 환경에서 백색 영상의 밝기를 나타내고, 조명 광 환 경에서 백색 영상의 밝기에서 조명 광 환경에서 흑색 영상의 밝기를 뺀 것으로 산출될 수 있는 Lw는 암실 환경에서 백색 영상의 밝기를 나타내는 주변광 적응적인 색 보정 방법.