KR20030009181A - 화상 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

피사체로부터의 광을 전하로 변환하고 전하를 축적하는 복수의 광전변환부를 가지는 센서 유닛과; 센서 유닛에서 전하의 축적시간을 제어하는 센서 구동 회로와; 피사체에 광을 조사하는 광원과; 센서 유닛의 주위 온도를 검출하는 온도 검출 회로와; 온도 검출 회로의 출력에 의하여 센서 구동 회로와 광원을 제어하는 제어 회로를 포함하는 화상 처리 장치를 제공한다.

Description

화상 처리 장치{IMAGE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 피사체로부터의 광을 전하로 변환하고 전하를 축적하는 센서 유닛과 센서 유닛에서 전하의 축적시간을 제어하는 센서 구동 회로를 가지는 화상 처리 장치에 관한 것이다.
손가락 또는 바코드 등의 피사체를 처리하는 화상 처리 장치에서, 손 진동의 범위내일 경우, 노광 시간이 길수록 센서의 보다 작은 민감도를 사용할 수 있고, 피사체에 조사되는 LED 빔 등의 광의 조도를 낮게 형성하여도 된다. 따라서, 화상 처리 장치의 전력 소비를 절감할 수 있다.
그러나, 노광 시간이 길어지는 경우, 주위 온도가 높을 때 또는 장치가 자동차의 프런트 보드 위에 장착되었을때, 센서의 암전류가 증가하고, 직사 광선에 의한 가열때문에 장치 내부의 온도가 상승한다. 즉, 노이즈가 증가하여 손가락 또는 바코드의 신호들을 분리할 수 없다.
또한, 손가락을 투과한 광으로부터 지문을 검출하는 장치에서, 손가락을 투과한 광에 의하여 생성된 신호에서 쉐이딩이 발생한다. 손가락의 주변부보다 중심부에서 신호 레벨이 더욱 저하하기 때문에 암전류에 기인한 노이즈의 영향은 손가락의 중심부에서 더 크다.
본 발명은 상기 언급한 결점을 고려하여 착안되었고, 본 발명의 목적은 주위 환경 조건에 의한 영향이 없이 바코드나 손가락의 화상을 처리할 수 있는 화상 처리 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 화상 처리 장치의 실시예의 구성을 도시한 블록도.
도 2는 화상 처리 장치의 동작을 나타내고, 온도에 대한 노광 시간과 광량의 관계를 도시한 특성도.
도 3은 화상 처리 장치의 동작을 나타내고, 온도에 대한 노광 시간과, 광량 및 이득의 관계를 도시한 특성도.
도 4는 센서의 구성을 도시한 블록도.
도 5는 센서의 화소 영역에서 한 개의 화소의 구성을 도시한 회로도.
도 6은 센서의 작동을 도시한 타이밍 차트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 센서
2: PGA(programmable gain amplifier)(프로그래머블 이득 증폭기)
3: A/D변환기4: 화상 인식 회로
5: 구동 회로6:제어 회로
7: CPU8: 메모리
9: 표시장치10: 외광
11: LED광12: 피사체
13: 온도 센서
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예로서, 피사체로부터의 광을 전하로 변환하고 전하를 축적하는 복수의 광전변환부를 가지는 센서 유닛과; 센서 유닛에서 전하의 축적시간을 제어하는 센서 구동 회로와; 피사체에 광을 조사하는 광원과; 센서 유닛의 주위 온도를 검출하도록 배치된 온도 검출 회로와; 온도 검출 회로의 출력에 의하여 센서 구동 회로와 광원을 제어하도록 배치된 제어 회로를 포함하는 화상 처리 장치를 제공한다.
피사체에 조사되는 광도는 피사체의 단위 면적에 입사하는 방사속(W)으로 표시되는 방사조도(조도)에 의하여 규정될 수 있는 것에 유의하여야 한다(문헌「Optical Technology Handbook, page 318, section 4.1.3, published by Askura Shoten」).
본 발명의 또 다른 목적과 특징은 이하의 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 명백해 진다.
본 발명을 이하 설명한다.
도 1은 본 발명의 화상 처리 장치의 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 피사체(12)의 일예로, 2차원 바코드 또는 지문을 들 수 있다. 피사체(12)에 조사된 외부광(10)은 태양광, 안내등 등이다. 외부광이 어두운 경우, 이 상황에서는LED(11)인 발광소자로부터의 광이 조사된다. 여기서, 광(10)과 LED(11)로부터의 광이 피사체(12)위에 조사되고, LED(11)을 온-오프 함으로써 광도를 변화시킬 수 있다. 그러나, 광원은 LED 등의 단일의 발광소자로 구성되거나, 또는 광량을 변화시킬 수 있는 복수의 LED 등의 발광소자로 구성되어도 된다. 또한, 외부광(10)의 밝기를 제어할 수 있을 경우, LED(11)을 설치하지 않고 단일의 외부광(10)만을 사용하여도 된다.
피사체(12)로부터 반사되거나 피사체(12)를 투과한 광이 촬상 수단으로서 기능하는 센서(1)에 입사되고, 센서(1)에 의하여 신호로 광전변환된다. 다음에, A/D 변환기의 해상도의 범위 전체에 걸쳐서 아날로그 입력 신호의 레벨을 제어하는 PGA(programmable gain amplifier)(프로그래머블 이득 증폭기)에 신호가 입력되고, A/D 변환기(3)에 의해 아날로그-디지털 변환된다. A/D 변환기(3)로부터의 출력은 화상 처리 회로(4)에서 화상 인식 처리된다. 피사체가 2차원 바코드인 경우, 화상 처리 회로(4)는 그 내용을 검출한다. 피사체가 지문일 경우, 화상 처리 회로(4)는 미리 등록된 사용자 자신의 지문과 읽혀진 지문의 판독 데이터가 서로 일치하는 지의 여부를 판정한다. 다음에, 판정의 결과를 메모리(8)에 저장한다. 또한, 화상 처리의 결과는 CPU(7)를 통하여 표시장치(9)에 표시된다. 화상 처리 회로(4)의 출력은 CPU(7)에 입력되고, 센서(1)의 주위 온도를 측정하는 온도 센서(13)로부터의 출력이 또한 CPU(7)에 입력된다. 온도 센서(13)는, 예를 들면, 저항의 변화 또는 밴드 갭 전압의 변화를 검출할 수 있는 회로이다. 또한, 온도 센서(13)는 센서(1)와는 별도로 설치되어도 되고, 또는 센서(1)에 형성된 동일한반도체칩에 설치되어도 된다. 또한, 암전압의 변화는 온도 센서(13)를 특별히 설치하지 않고 센서(1)에 의해 검출하여도 된다. CPU(7)는 제어 회로(6)에 제어 신호를 전송하고, 제어 회로(6)는 센서(1)을 구동하는 구동 회로(5)와, PGA(2)와, A/D 변환기(3)와, LED(l1)의 동작을 제어한다.
센서(1)의 주위 온도가 온도 센서(13)로부터의 온도 검출 신호에 따른 소정의 온도보다 높은 것으로 판정되었을 경우, CPU(7)는 암전류의 영향을 줄이기 위하여 제어 회로(6)를 통해 센서(1)의 축적시간(Ts)을 짧게 한다. 외부광(10)이 약하여 축적 시간이 노광부족을 야기할 경우, 노광량을 증가하기 위하여 외부광(10)에 부가하여 LED(11)를 온한다. 이 때, 외부광(10)이 약하기 때문에, LED(11)의 광량을 증가시킨다. 외부광(10)이 강한 경우, LED(11)를 온하지만, 그 광량은 감소된다.
또한, 센서(1)의 주위 온도가 온도 센서(13)로부터의 온도 검출 신호에 의한 소정의 온도 이하인 것으로 판정되었을 경우, CPU(7)는 제어 회로(6)를 통하여 센서(1)의 축적시간(Ts)을 길게한다. 외부광(10)이 강하여 축적 시간을 길게함으로써 노광과다를 야기할 경우, LED(11)를 오프한다. 외부광(10)이 약할 경우, LED(11)를 온하지만, 축적시간이 길기 때문에 그 광량을 감소한다.
여기서, 외부광(10)이 강한지 또는 약한지의 여부는 예비 노광에서 센서(1)로부터 얻은 신호를 사용하여 판정하여도 된다. 또는, 측광 센서를 설치함으로써 측광 센서로부터 얻은 신호를 사용하여 판정하여도 된다.
외부광
강 약
온도 고 Ts는 짧고,LED는 약함 Ts는 짧고,LED는 강함
저 Ts는 길고,LED는 오프 Ts는 길고,LED는 약함
상기에 설명한 바와 같이, 주위 온도에 의거하여 판독 감도의 설정(LED의 광량, 축적 시간(Ts))을 변경한다. 상기 설명을 표 1의 형태로 요약한다. LED의 광량을 제어하는 것에 부가하여 PGA(2)의 이득을 제어하여도 되는 것에 유의하여야 한다.
도 2는 화상 처리 장치의 동작을 나타내고 온도에 대한 노광 시간과 광량의 관계를 도시한 특성도이다. 도 3은 화상 처리 장치의 동작을 나타내고 온도에 대한 노광 시간과, 광량 및 이득의 관계를 도시한 특성도이다. 센서(1)의 주위 온도가 높은 경우, 센서(1)의 암전류가 증가하기 때문에 SN비가 열화된다. 인증 판정이 가능한 범위로 SN비를 증가시키기 위해서는, 센서(1)의 축적 시간을 짧게하여 암전류를 감소한다. 이를 달성하기 위한 수단으로서 로터리 셔터를 사용한다. 온도가 높을 경우, 축적 시간을 보다 더 짧게 한다. 축적 시간이 짧을 경우 광량이 불충분해지기 때문에 LED(11)의 인가 전압을 증가시키거나 또는, 통전한 LED의 개수를 증가하여 광량을 확보한다.
도 3에서 온도가 낮을 경우, 암전류 노이즈가 작기 때문에 PGA(2)의 이득을 크게 설정한다. 따라서, LED(11)의 광량을 감소할 수 있다. 온도가 높을 경우, 암전류의 영향을 줄이기 위하여 PGA(2)의 이득을 낮춘다. 그러나, 도 2와 비교하여 이득이 크게 설정되기 때문에 적은 광량을 사용하여도 된다. 따라서, LED(11)의 소비 전류를 저감할 수 있다.
다음에, 축적 시간(노광 시간)의 제어를 설명한다.
도 4는 센서(1)의 구조를 도시한 블록도이다. 도 5는 센서(1)의 화소 영역에서 한 개의 화소의 구성을 도시한 회로도이다.
도 4에서, 참조 번호(20)은 내부에 배치된 복수의 화소를 가지는 화소 영역을 나타내고; (21)은 판독하기 위한 화소 행을 순차적으로 선택하는 시프트 레지스터 등의 제 1의 수직 주사 회로(Vs·SR)를 나타내고, (22)는 축적을 개시하기 위하여 화소 행을 순차적으로 리세트하는 시프트 레지스터 등의 제 2의 수직 주사 회로(Vc·SR)를 나타내고, (23)은 출력 신호(Vout)를 출력하기 위하여 센서 신호로부터의 노이즈 신호를 차분(감산)하는 차동앰프를 나타내고, (24)는 화소 영역(20)으로부터의 노이즈 신호와 센서 신호를 저장하는 메모리를 나타내고, (25)는 메모리(24)로부터 노이즈 신호와 센서 신호를 차동앰프(23)에 출력하기 위하여, 각각의 화소마다 메모리(24)를 주사하는 수평 주사 회로를 나타낸다.
도 5에 도시한 바와 같이, 화소 영역(20)의 한 개의 화소는 포토다이오드(PD)와, 포토다이오드(PD)의 음극측으로부터의 신호를 출력하도록 증폭하는 증폭용 트랜지스터(MSF)와, 화소로부터의 신호를 선택적으로 출력하는 선택용 트랜지스터(MSEL)와, 포토다이오드(PD)를 리세트하는 리세트용 트랜지스터(MRES)를 포함한다. 메모리(24)의 한 개의 화소 열은, 축적 용량(CS), (CN)과; 화소로부터의 화소 신호와 노이즈 신호를 축적 용량(CS), (CN)으로 전송하는 트랜지스터(MS11), (MN11)와; 축적 용량(CS), (CN)로부터의 화소 신호와 노이즈신호를 화소 신호 출력(Sout)과 노이즈 신호(Nout)로서 수평 출력선에 출력하는 트랜지스터(MS21), (MN21)를 포함한다.
신호(ΦVc)를 H 레벨로 설정함으로써, 소정의 화소 행의 리세트용 트랜지스터(MRES)가 온되고, 화소 행의 각각의 화소는 동시에 리세트 된다. 다음에, 신호(ΦVs)를 H 레벨로 설정함으로써, 소정의 화소 행의 선택용 트랜지스터(MSEL)가 온되고, 화소 행의 각각의 화소로부터의 화소 신호가 각각 수직 출력선에 출력된다. 리세트 동작을 제어하는 신호(ΦVc)와 신호 출력을 제어하는 신호(ΦVs)의 개시 시간을 변경함으로써, 리세트로부터 신호 출력까지의 시간, 즉, 축적 시간(노광 시간)을 제어할 수 있다. 이것을 또한 롤링 셔터라 칭한다.
화소 앰프로서 기능하는 증폭용 트랜지스터 MSF의 V번째의 분산은 화소에서 출력된 신호로부터 노이즈 신호를 차분함으로써 제거할 수 있다. 즉, 화소로부터의 신호를 트랜지스터(MS11)를 통하여, 축적 용량(CS)에 판독출력한 후, 포토다이오드(PD)를 리세트하고, 이 시점에서의 출력 신호는 트랜지스터(MN11)를 통하여 노이즈 신호로서 축적 용량(CN)에 판독출력된다. 축적 용량(CS)으로부터의 신호와 축적 용량(CN)으로부터의 노이즈 신호는 각각 수평 주사 회로(25)에 의해 제어된 트랜지스터(MS21), (MN21)를 통하여 화소 신호 출력(Sout)과 노이즈 신호(Nout)로서 각 수평 출력선에 판독출력되고, 차동앰프(26)에 의해 차분된다. 그 결과, V번째의 분산을 제거할 수 있고, 높은 SN비를 실현할 수 있다.
도 6은 센서(1)의 동작을 도시한 타이밍 차트이다. 판독 감도의 설정(LED의 광량, 축적 시간(Ts))은 주위 온도에 의거하여 변화된다. 또한, 필요에 따라서 LED(11)의 광량을 제어하고, 동시에, PGA(2)의 이득을 제어한다. 노광 조건(축적 시간(Ts))과 LED(11)의 광량을 판정한 후에 본구동을 행한다. 그 후, 데이터 처리와 인증 판정을 행한다. 신호(ΦVc), (ΦVs)의 주사 간격에 의하여 본구동의 시간에서의 노광시간을 설정할 수 있다.
화소 리세트 신호(ΦVc)에 대하여 화소 판독출력 신호(ΦVs)를 12.5 msec 만큼 지연시킴으로써 12.5 msec의 축적 시간을 실현할 수 있고, 다음에 출력(Vout1)도 또한 12.5 msec 만큼 지연된다.
마찬가지로, 화소 리세트 신호(ΦVc)에 대하여 화소 판독 신호(ΦVs)를 1OO msec 만큼 지연시킴으로써 1OO msec의 축적 시간을 실현할 수 있고, 출력(Vout2)도 또한 1OO msec 만큼 지연된다. LED(11)는 노광의 개시(예를 들면, 제 1행의 화소가 리세트된 시간)로부터 모든 축적 신호가 판독출력될 때(예를 들면, 마지막 행의 화소의 판독출력이 완성된 시간)까지 계속된다. 즉, Vout1인 경우에는, LED(11)가 LED1의 기간동안 계속되고, Vout2인 경우에는, LED(11)가 LED2의 기간동안 계속된다.
또는, LED(11)를 노광전에 잠깐 온하여도 되고, 모든 화소의 판독출력이 완료된 후 잠깐 오프하여도 된다. 각 행마다 리세트와 판독출력을 행하는 동작은 상기에서 설명되지만, 리세트와 판독출력을 각 화소마다 행하여도 된다.
이와 같은 방식으로, 주위 온도에 의거하여 판독 감도를 설정한 후 본구동에 의하여 인증할 수 있기 때문에, 인증을 단시간 내에 낮은 전력 소비로 행한다.
상기 설명한 바와 같이, 센서의 암전류 노이즈를 감소할 수 있기 때문에, 광범위한 환경조건 하에서 바코드나 지문의 인증을 행할 수 있다. 또한, 염가의 반도체 프로세스에 의하여 제조된 센서를 화상 처리 장치에 이용할 수 있기 때문에, 휴대용 기기의 사용자가 소정의 숫자를 입력함으로써 다른 휴대용 단말기와 통신할 수 있는 휴대용 기기에 화상 처리 장치에 장착하는 것이 가능해진다.
본 발명의 매우 광범위한 다양한 실시예를 본 발명의 정신과 범위로부터 일탈함이 없이 구성되어도 된다. 첨부 청구항에 규정된 것을 제외하고, 본 발명이 명세서에 설명된 특별한 실시예로 제한되어 있지 않다는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (5)

  1. 피사체로부터의 광을 전하로 변환하고 전하를 축적하는 복수의 광전변환부를 가지는 센서 유닛과;
    상기 센서 유닛에서 전하의 축적시간을 제어하도록 배치된 센서 구동 회로와;
    피사체에 광을 조사하는 광원과;
    상기 센서 유닛의 주위 온도를 검출하도록 배치된 온도 검출 회로와;
    상기 온도 검출 회로의 출력에 의하여 상기 센서 구동 회로와 상기 광원을 제어하도록 배치된 제어 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 회로는 주위 온도가 소정의 온도보다 높을 경우에는, 상기 센서 유닛에서 전하의 축적 시간을 짧게 하고 또한 상기 광원으로부터의 광을 강하게 하도록 제어하는 제 1모드와, 주위 온도가 소정의 온도보다 낮은 경우에는, 상기 센서 유닛에서 전하의 축적 시간을 길게하고 또한 상기 광원으로부터의 광을 약하게 하도록 제어하는 제 2모드를 가지는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 주위 온도가 소정의 온도보다 높을 경우에는, 상기 센서 유닛에서 전하의 축적 시간을 짧게하고 또한 상기 광원을 온하도록 제어하는 제 1모드와, 주위 온도가 소정의 온도보다 낮은 경우에는, 상기 센서 유닛에서 전하의 축적 시간을 길게하고 또한 상기 광원을 오프하도록 제어하는 제 2모드를 가지는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 피사체는 지문이고, 상기 화상 처리 장치는 미리 등록된 지문 정보와 상기 센서 유닛으로부터의 지문 정보가 서로 일치하는 지의 여부를 측정하기 위하여 배치된 화상 처리 회로를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는 휴대용 단말기의 사용자가 소정의 숫자를 입력하였을 경우 다른 휴대용 단말기와 통신할 수 있는 휴대용 단말기인 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
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