색상이동 모델링을 이용한 멀티채널 디스플레이의 색 보정

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 디스플레이 장치는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3원색에 기초한 색역(Color gamut) 영역에서 색상을 표현한다. 그러나 최근 더 넓은 영역의 색역에서 색상을 표현하고자 추가적인 채널을 사용하는 디스플레이 장치들이 개발 중이다. 특히 노란색(Y) 혹은 흰색(W) 등과 같은 채널을 추가하여 사용한다.
먼저 RGBY를 사용하는 디스플레이의 경우 실제 영상에서 많이 쓰이는 색임에도 빛의 삼원색과 달라 표현의 문제가 있던 노란색(Y)을 추가하여 색 재현성을 높였다. 노란색의 서브픽셀을 추가함으로써 색상 영역을 넓힐 수 있고 결과적으로 노란색, 청록색의 색상 표현력을 크게 높일 수 있다.
다음으로 높은 밝기를 필요로 하는 디스플레이 장치에서는 빛의 이용 효율을 큰 폭으로 높일 수 있는 화이트 채널을 추가하여 RGBW 채널을 사용한다. 화이트(W) 채널을 추가함으로써 기존의 RGB 채널을 사용하는 디스플레이와 동일한 밝기를 내기 위해서 더 적은 전력을 사용하게 되고, 영상의 대비 또한 향상 시킬 수 있다.
하지만 화이트 채널을 추가한 고휘도 디스플레이를 시청할 경우 인각 시각은 디스플레이에서 표현하는 원본의 색이 아닌 다른 색으로 인지한다. 이는 인간 시각이 디스플레이의 휘도에 영향을 받아 감도 곡선의 변화를 가져오게 되고, 그에 따라 원색에 대해 색상이 이동한 다른 색으로 인지를 하는 것이다. 그러므로 화이트 채널을 추가한 디스플레이와 추가하지 않은 디스플레이 간에 인지되는 색을 시각적으로 같게 하기 위해서는 화이트 채널을 사용한 디스플레이에서의 색상이동현상을 관찰하고, 이를 보정하는 알고리즘이 필요하다.
이러한 색상이 다르게 보이는 현상을 Abney 효과(Abney effect)[1]라고 한다. Abney 효과는 색자극의 순도가 변하면 색상이 다르게 보이는 현상을 말한다. 예를 들면 노란색 부근 색의 순도를 높이면 색상이 그대로 유지되지 않고 채도의 단계에 따라 색상이 달라지는 것이다. 이같이 파장이 같아도 색의 순도가 변함에 따라 그 색상이 변화하는 것을 Abney 효과라고 한다. Abney[2]는 색상의 밝기를 일정하게 하고, 거기에 백색광을 가해 자극 순도를 변화시키면 그 현상이 보인다고 보고하였다. Newhall[3]은 CIE 색도도(CIE chromaticity diagram)에서 채도의 변화에 따른 일정한 색상의 궤적이 일반적으로 직선이 아니라는 것을 제안하였다. 또한 Robertson[4]은 Abney 효과는 단색과 백색 자극의 혼합에 대해 일정하게 인지된 색상의 선을 연결한 것으로 설명하였다. 이러한 이론에서 특정 색의 강한 자극에 대해, 인간 시각의 감도 곡선이 순응을 하게 되고, 그로 인해 색을 인지하게 되는 감도 곡선의 비율에 변화를 가져오고, 결과적으로 인간 시각은 원본 자극의 색이 아닌 다른 색으로 원본 자극의 색을 인지하게 된다는 것이다.
기존의 색상 이동 연구 결과는 대부분이 단파장에 대한 색상이동의 결과로, 추가적인 화이트 채널을 가지는 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터에 색상이동현상을 적용하기는 어려움이 있다. 본 논문에서는 색상 비교 실험을 통해 추가적인 화이트 채널을 가지는 DLP 프로젝터에서 일어나는 색상이동현상을 모델링하고, 이 색상이동모델을 기반으로 화이트 추가에 따라 색상이 달라 보이는 현상을 같게 인지되도록 하는 색을 보정하는 방법을 제안하였다. 먼저 색상의 전 영역에서 색상이동의 양을 알아내기 위해, 같은 밝기를 가지는 패치를 등 간격으로 생성하였다. 생성된 패치는 차례로 화이트가 추가한 상태와 추가하지 않은 상태의 프로젝터로 투영하게 되고, 이때 투영된 각각의 패치는 측정학적으로 동일한 색 좌표 값을 가진다. 관찰자는 화이트가 추가된 상태와 추가하지 않은 상태의 색을 관찰 후, 화이트가 추가된 패치가 인각 시각적으로 화이트를 추가하지 않은 상태의 패치와 색이 같아 보이도록 색상 값만을 조절한다. 색상 이동의 값은 색상의 값을 조절하기 전의 값과 조절한 후의 값의 차이로 결정하였다. 또한 색상이동의 값은 구간별로 6개의 4차 방정식으로 모델링되고, 입력 색상에 대해 색상이동의 양을 계산하는 함수로 사용된다. 색상이동은 색상 값을 다루기 쉬운 CIELCH 색 공간에서 이루어진다. 제안된 색상이동모델의 유효성을 확인하기 위하여 화이트를 추가한 프로젝터에 테스트 영상을 사용하여 주관적인 색상 매칭 실험을 수행하였고, 결과는 z-score[7]를 사용하여 나타내었다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 ········································································ 1
• II. 프로젝터의 색상이동현상 ··································· 4
• III. 제안한 색상이동현상의 모델 및 보정 ·············· 9
• 3.1 패치의 생성 ······················································ 11
• 3.2 인지적인 색상이동량의 정량화 ····················· 16
• 3.3 색상이동모델 ···················································· 24
• 3.4 프로젝터에서의 색 보정 ································· 27
• IV. 실험 및 고찰 ························································ 29
• 4.1 프로젝터에서의 색 보정 ································· 29
• 4.2 주관적인 색상 평가 ········································· 38
• V. 결론 ········································································ 39
• 참 고 문 헌 ··························································· 41
• 영 문 초 록 ··························································· 43