KR0119485Y1 - 비디오카메라시스템에 있어서 감마보정회로 - Google Patents

비디오카메라시스템에 있어서 감마보정회로

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KR0119485Y1
KR0119485Y1 KR92028465U KR920028465U KR0119485Y1 KR 0119485 Y1 KR0119485 Y1 KR 0119485Y1 KR 92028465 U KR92028465 U KR 92028465U KR 920028465 U KR920028465 U KR 920028465U KR 0119485 Y1 KR0119485 Y1 KR 0119485Y1
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Abstract

감마보정회로는 비디오카메라시스템에 있어서, 색신호레벨과 휘도신호레벨에 대한 감마보정을 별도로 처리하여 지수함수적으로 변화하는 감마특성에 의하여 휘도신호의 레벨이 변화되는 것을 막기 위한 것이다. 이를 위하여 촬상소자를 통해 인가되는 영상신호에 대하여 디지탈변환한 뒤 색신호와 휘도신호로 분리하기 전에 상기 디지탈변환되어 인가되는 영상신호의 색신호에 대하여 감마특성에 따라 소정치 증폭하여 출력하기 위한 제1감마보정부; 제1감마보정부에서 출력되는 신호에서 영상신호의 근접 화소간의 생신호레벨간의 차를 검출하기 위한 레벨차검출부; 인가되는 영상신호의 화소간의 평균레벨인 휘도신호의 레벨을 검출하기 위한 평균레벨검출부; 평균레벨검출부에서 출력되는 신호에 대하여 제1감마보정부에서와 같이 소정치 증폭하여 출력하기 위한 제2감마보정부; 레벨차검출부에서 출력되는 신호와 제2감마보정부에서 출력되는 신호를 더하여 감마보정된 신호를 출력하기 위한 가산기를 포함하도록 구성된다.

Description

비디오카메라시스템에 있어서 감마보정회로
제1도는 일반적인 감마특성그래프이다.
제2도는 색신호분리전에 감마보정을 한 경우의 레벨변화의 예이다.
제3도는 본 고안의 감마보정회로를 적용한 비디오카메라 시스템의 블럭도이다.
제4도는 제3도에 도시된 감마보정기의 일실시예이다.
제5도는 제4도에 도시된 감마보정기에 대한 구체적인 예이다.
제6a~e도는 제5도에 도시된 회로도의 각부의 출력파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
400:감마보정기 410:제1감마보정부
420:레벨차검출부 430:평균레벨검출부
440:제2감마보정부 421:제1타이밍조절수단
422:레벨차검출수단 431:제2타이밍조절수단
432:휘도레벨검출수단
본 고안은 비디오카메라시스템에 있어서 감마(γ)보정회로에 관한 것으로, 특히 색신호분리전에 감마보정을 하기 위한 감마보정회로에 관한 것이다.
일반적으로 감마보정은 재생되는 영상신호에 대하여 인간의 시각특성을 고려하여 출력되도록 보정하는 것이다. 즉 비디오카메라시스템에 있어서, 촬상소자를 통해 촬영된 피사체가 브라운관을 통해 디스플레이되는데 있어서 카메라시스템이 갖고 있는 특성과 브라운관이 갖고 있는 특성에 의해 촬영된 피사체의 어두운 부분과 밝은 부분이 변하는 성질에 대하여 인간의 시각특성에 맞게 조절하여 재생되는 화면이 비디오카메라시스템을 통해서 보지 않은 경우와 동일하게 볼 수 있도록 보정해 주는 것이다.
디지탈신호처리를 이용한 비디오카메라시스템의 경우에는 일반적으로 8비트의 분해능으로 충분한 다이나믹 레인지(Dynamic Range)를 확보할 수 있으나 상술한 바와 같은 감마보정을 하기 위해서는 감마보정을 위해 인가되는 입력신호가 10비트 이상이 되어야 하므로 감마보정처리를 하기 전까지는 10비트이상의 데이터로 처리되도록 회로가 구성되어야 하는 문제점이 있었다.
여기서 감마보정회로로 인가되는 입력신호가 10비트이상이 되어야 하는 이유를 설명하면, 제1도에 도시된 일반적인 감마특성곡선에서 나타낸 바와 같이 감마보정 출력신호는 다음(1)식과 같이 입력되는 신호의 감마승을 한 것이 되어 감마보정회로는 지수함수특성을 갖게 된다.
출력 = (입력)γ-(1)
따라서 입력되는 신호의 비트는 상술한 바와같이 통상적으로 10비트이상이어야 하고, 출력신호의 비트는 인가되는 입력신호에 해당되는 8비트(상술한 디지탈신호처리회로의 최상의 분해능을 갖는 비트이므로)의 신호로 변환하여 출력하게 된다. 따라서 상술한 바와 같이 회로의 뒷단에서 감마보정을 할 경우에는 감마보정회로전까지의 회로는 10비트 이상의 데이터로 처리되도록 구성되어야 하는 것이다.
또한 색신호분리를 한 후 감마보정을 할 경우에는 휘도신호와 각각의 색신호에 대한 보정회로를 구비하여야 하므로 회로가 복잡해지는 문제가 있었다.
이와같은 문제들을 해결하기 위하여 색신호를 분리하기 전에 감마보정을 하는 기술이 개시되었는데, 이와같이 감마보정을 한 경우에는 상술한 바와같이 회로가 복잡해지는 문제는 해결되나, 상기 (1)식에서와 같이 입력레벨에 따라 증폭도자체가 지수함수적으로 변화하게 되므로, 제2도와 같이 S1과 S2레벨이 분리되기 전에 감마보정회로를 통과하면 S1과 S2레벨의 감마출력에 의해 그 평균레벨인 휘도레벨이 변화되게 되는 문제가 발생된다. 여기서 S1과 S2는 1화소당의 색신호레벨이다.
따라서 본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 비디오카메라시스템에 있어서, 색신호레벨과 휘도신호레벨에 대한 감마보정을 별도로 처리하여 지수함수적으로 변화하는 감마특성에 의하여 휘도신호의 레벨이 변화되는 것을 막기 위한 감마보정회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 촬상소자를 통해 인가되는 영상신호에 대하여 디지탈변환한 뒤 색신호와 휘도신호로 분리하기 전에 상기 디지탈변환되어 인가되는 영상신호에 대하여 감마보정을 하는 감마보정회로에 있어서; 상기 영상신호가 인가되면, 상기 영상신호의 색신호에 대하여 감마특성에 따라 소정치 증폭하여 출력하기 위한 제1감마보정부; 상기 제1감마보정부에서 출력되는 신호에서 상기 영상신호의 근접화소간의 색신호레벨간의 차를 검출하기 위한 레벨차검출부; 상기 영상신호가 인가되면, 화소간의 평균레벨인 휘도신호의 레벨을 검출하기 위한 평균레벨검출부; 상기 평균레벨검출부에서 출력되는 신호에 대하여 상기 제1감마보정부에서와 같이 소정치 증폭하여 출력하기 위한 제2감마보정부; 상기 레벨차검출부에서 출력되는 신호와 상기 제2감마보정부에서 출력되는 신호를 더하여 감마보정된 신호를 출력하기 위한 가산기를 포함함을 특징으로 한다.
이어서 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 대하여 상세히 기술하기로 한다.
제3도는 본 고안에 따른 감마보정회로를 적용한 비디오카메라시스템의 블럭도로서, 여기서 비디오카메라시스템은 인가되는 영상신호에 대하여 기록 및 재생할 수 있는 것이다.
제3도에 도시된 시스템은 고체촬상소자(CCD,Charge Coupled Device)를 통해 인가되는 영상신호에 대하여 외적요인에 의한 영향을 배제하기 위해 0레벨을 기준으로 하여 데이터레벨을 샘플링하기 위한 상관 2중 샘플링기(100)와, 상관 2중 샘플링기(100)에서 출력된 신호를 디지탈신호로 변환하기 위한 A/D변환기(200)와, A/D변환기(200)에서 출력되는 신호의 이득을 자동적으로 조정하기 위한 자동이득조정기(300)와, 자동이득조정기(300)에서 출력되는 신호에 대하여 본 고안에 따른 감마보정을 하기 위한 감마보정기(400)와, 감마보정기(400)에서 출력되는 신호를 1H(Horizontal, 수평주사라인)기간동안 지연하여 출력하기 위한 1H지연기(500)와, 1H지연기(500)에서 출력되는 신호를 재차 1H지연하기 위한 1H지연기(600)와, 감마보정기(400)에서 출력되는 신호와 1H지연기(500,600)에서 출력되는 각각의 신호를 입력신호로 받아 윤곽보정을 한 휘도신호를 출력하기 위한 휘도신호처리기(700)와, 상기 감마보정기(400)에서 출력되는 신호와 1H지연기(500,600)에서 출력되는 각각의 신호를 입력신호로 받아 각 수평주사라인에 대하여 색신호의 동시화 처리를 하여 출력하기 위한 색신호처리기(800)로 구성된다.
제4도는 제3도에 도시된 감마보정기(400)의 일실시예로서, 색신호와 휘도신호에 대하여 각각 감마보정을 하도록 한 것이다.
제4도에 도시된 회로도는 자동이득조정기(300)에서 출력되는 신호가 인가되면 제1도와 같은 감마특성에 따라 보정하기 위한 제1감마보정부(410)와, 제1감마보정부(410)에서 출력되는 신호의 화소간의 색신호레벨의 차(제2도의 S1-S2)를 검출하기 위한 레벨차검출부(420)와, 상기 자동이득조정기(300)에서 출력되는 신호가 인가되면 색신호레벨간의 평균레벨((S1+S2)/2)인 휘도신호의 레벨을 검출하기 위한 평균레벨검출부(430)와, 평균레벨검출부(430)에서 출력되는 신호에 대하여 제1감마보정부(410)에서와 같이 감마특성에 따라 감마보정을 하기 위한 제2감마보정부(440)와, 레벨차검출부(420)에서 출력되는 신호와 제2감마보정부(440)에서 출력되는 신호를 더하여 감마보정된 신호를 출력하기 위한 가산기(450)으로 구성된다.
제5도는 제4도의 회로도를 좀더 구체화한 회로도로서, 특히 레벨차검출부(420)와, 평균레벨검출부(430)에 대하여 구체화한 회로도이다.
제5도에 도시된 회로도는 상기 레벨차검출부(420) 및 평균레벨차검출부(430)에 대하여 다음과 같이 구성된다.
레벨차검출부(420)는 제1감마보정부(410)에서 출력되는 신호중 레벨을 비교할 제2도의 S1과 S2의 색신호에 대한 레벨신호의 타이밍을 조절하기 위한 제1타이밍조절수단(421)과, 제1타이밍조절수단(421)에서 출력되는 신호를 비교하여 두 신호간의 레벨차를 검출하기 위한 레벨차검출수단(422)으로 이루어진다.
좀더 상세하게 설명하면, 제1타이밍조절수단(421)은 제1감마보정수단(410)에서 출력되는 제2도의 S1레벨신호에 대하여 소정의 클럭신호들(CLK1,CLK2)에 의하여 샘플링하고 홀드하는 제1,제3샘플홀드기(4211,4213)와, 제2도의 S2레벨신호에 대하여 소정의 클럭신호(CLK2)에 의하여 샘플링하고 홀드하는 제2샘플홀드기(4212)로 이루어진다. 레벨차검출수단(422)은 제2샘플홀드기(4212)에서 출력되는 신호와 제3샘플홀드기(4213)에서 출력되는 신호를 감산하고 감산된 값에 대한 사인비트(Sign Bit)를 출력하는 감산기(4221)로 이루어진다. 여기서 사인비트는 음의 신호발생시 세트된다.
제4도에 도시된 평균레벨검출수단(430)은 제1감마보정부(410)에서 출력되는 신호에 대하여 제1타이밍조절기(421)와 같이 타이밍을 조절하기 위한 제2타이밍조절기(431)와, 제2타이밍조절기(431)에서 출력되는 신호간의 평균값인 휘도신호의 레벨을 검출하기 위한 휘도신호레벨검출수단(432)으로 구성된다. 특히 제2타이밍조절기(431)는 제1타이밍조절기(421)의 제1,3샘플홀드기(4211,4213)와 같이 인가되는 S1레벨신호를 소정의 클럭신호(CLK1,CLK2)에 의해 클럭되어 샘플링 홀드하기 위한 제4,6샘플 홀드기(4311,4313)와, S2레벨신호를 소정의 클럭신호(CLK2)에 클럭시켜 샘플링 홀드하기 위한 제5샘플홀드기(4312)로 이루어지고, 휘도신호레벨검출수단(432)은 제5샘플홀드기(4312)에서 출력되는 신호와 제6샘플홀드기(4313)에서 출력되는 신호를 가산하기 위한 가산기(4321)와, 가산기(4321)에서 출력되는 신호의 평균치를 구하기 위하여 1/2승산하기 위한 승산기(4322)로 이루어진다.
제6a~e도는 제5도의 각부에서 출력되는 신호의 파형도로서, 제6a도는 제1감마보정부(410)에서 출력되는 신호의 파형이고, 제6b도는 제1샘플홀드기(4211)에서 출력되는 신호의 파형이고, 제6c도는 제3샘플홀드기(4213)에서 출력되는 신호의 파형이고, 제6d도는 제2샘플홀드기(4212)에서 출력되는 신호의 파형이고, 제6e도는 감산기(4221)에서 출력되는 파형이다.
그러면 제3~6도를 참조하여 본 고안의 작동에 대하여 설명하기로 한다.
자동이득조정기(300)에서 인가되는 영상신호에 대하여 이득이 조정되어 신호가 인가되면, 감마보정기(400)는 제4도의 제1감마보정부(410)와 평균레벨검출부(430)로 인가된다.
제1감마보정부(410)는 인가되는 신호에 대하여 제1도에 도시된 감마특성과 같이 색신호에 대하여 소정치 증폭하여 레벨차검출부(420)로 출력한다. 레벨차검출부(420)는 제1감마보정부(410)에서 출력되는 제6a도와 같은 신호를 제1타이밍조절부(421)로 출력한다. 제1타이밍조절부(421)는 인가되는 제6a도와 같은 신호를 제1샘플홀드기(4211)와 제2샘플홀드기(4212)로 인가한다. 제1샘플홀드기(4211)는 클럭신호(CKL1)에 동기되어 인가되는 제6a도의 신호를 제6b도와 같이 샘플링하여 출력하고 제6a도의 S21신호가 발생되는 기간동안 S11값이 유지되도록 한다. 제2샘플홀드기(4212)는 제6a도와 같이 인가되는 신호에 대하여 클럭신호(CLK2)에 의해 동기시켜 S21신호를 샘플링하고 다음의 S12신호가 발생되는 기간동안에 상기 S21신호가 유지되도록 제어하여 제6d도와 같이 출력시킨다.
제1샘플홀드기(4211)에서 출력된 제6b도와 같은 신호는 제3샘플홀드기(4213)으로 출력된다. 제3샘플홀드기(4213)는 제2샘플홀드기(4212)에 인가된 클럭신호(CLK2)와 동일한 클럭신호에 동기되어 제1샘플홀드기(4211)에서 출력된 제6b도의 신호를 제6c도와 같이 타이밍을 이루도록 조절하여 출력한다.
제2샘플홀드기(4212)에서 출력된 신호와 제3샘플홀드기(4213)에서 출력된 신호는 레벨차검출수단(422)는 출력된다. 레벨차검출수단(422)은 감산기(4221)를 통해 제2샘플홀드기(4212)에서 출력된 신호와 제3샘플홀드기(4213)에서 출력된 신호를 감산한다.
제6도를 참조하여 설명하면, 우선 제2샘플홀드기(4212)에서 출력되는 제6d도의 S21과 제3샘플홀드기(4213)에서 출력되는 제6c도의 S11신호가 갖고 있는 레벨간의 차(S11-S21)를 검출하여 출력한다. 이때 감산으로 인해 발생되는 사인비트도 함께 출력한다. 따라서 감산기(4221)에서 출력되는 신호의 비트는 9비트 된다.
한편, 평균레벨검출수단(430)은 자동이득조정기(300)에서 출력되는 신호가 인가되면, S1과 S2의 양레벨의 평균레벨(제2도에 도시된 바와 같이)인 휘도신호의 레벨을 검출하도록 처리한다.
즉 평균레벨검출수단(430)은 자동이득조정기(300)에서 출력되는 제6a도와 같은 신호가 인가되면 제3~5샘플홀드기(4311~4313)로 이루어진 제2타이밍조절수단(430)를 통해 제1타이밍조절기(410)에서와 같이 타이밍을 조절하여 제6c도 및 제6d도와 같이 출력한다. 출력된 신호는 휘도신호레벨검출수단(432)으로 인가된다. 휘도신호레벨검출수단(432)은 제5샘플홀드기(4312)에서 출력되는 신호와 제6샘플홀드기(4313)에서 출력되는 신호를 가산기(4321)를 통해 가산한다. 가산기(4321)에서 가산된 값은 다음단의 승산기(4322)로 출력한다. 이때 승산기(4322)로 가산된 결과에 의한 오버플로우(Overflow) 발생비트도 함께 출력한다. 이에 따라 승산기(4322)는 평균치를 구하기 위하여 인가되는 신호에 대하여 1/2승산하여 출력하고 가산기(4321)로 부터 출력되는 오버플로우비트에 의해 오버플로우 없는 신호를 출력하게 된다.
승산기(4322)에서 출력된 신호는 제2감마보정부(440)로 출력되어 제1감마보정부(410)에서와 같이 휘도신호에 대한 감마보정을 한 후 출력한다. 이때 출력되는 신호의 비트는 8비트이므로 상기 레벨차검출부(420)에서 출력되는 비트수와 일치시키기 위하여 0의 1비트데이터를 사인비트로 부가하여 다음단의 가산기(450)로 출력한다. 가산기(450)는 감산기(4221)에서 출력된 신호와 제2감마보정부(440)에서 출력된 신호를 가산하고 사인비트는 제거하여 순수한 데이터비크신호만을 감마보정된 신호로 출력한다. 따라서 가산기(450)에서 출력되는 신호는 8비트의 신호가 된다.
상술한 바와같이 본 고안은 비디오카메라시스템에 있어서 인가되는 영상신호에 대한 감마보정을 색신호분리전에 처리하고, 색신호와 휘도신호의 감마보정을 별도로 처리하여 감마보정특성으로 인하여 휘도신호의 레벨이 변하는 것을 막을 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 촬상소자를 통해 인가되는 영상신호에 대하여 디지탈변환한 뒤 색신호와 휘도신호로 분리하기 전에 상기 디지탈변환된어 인가되는 영상신호에 대하여 감마보정을 하는 감마보정회로에 있어서; 상기 영상신호가 인가되면, 상기 영상신호의 색신호에 대하여 감마특성에 따라 소정치 증폭하여 출력하기 위한 제1감마보정부; 상기 제1감마보정부에서 출력되는 신호에서 상기 영상신호의 근접 화소간의 색신호레벨간의 차를 검출하기 위한 레벨차검출부; 상기 영상신호가 인가되면, 화소간의 평균레벨인 휘도신호의 레벨을 검출하기 위한 평균레벨검출부; 상기 평균레벨검출부에서 출력되는 신호에 대하여 상기 제1감마보정부에서와 같이 소정치 증폭하여 출력하기 위한 제2감마보정부; 상기 레벨차검출부에서 출력되는 신호와 상기 제2감마보정부에서 출력되는 신호를 더하여 감마보정된 신호를 출력하기 위한 가산기를 포함함을 특징으로 하는 감마보정회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레벨차검출부는 상기 제1감마보정부에서 출력되는 상기 근접 화소간의 레벨을 비교할 수 있도록 상기 화소간의 타이밍을 조절하기 위한 타이밍조절수단과, 상기 타이밍조절수단에서 타이밍조절되어 출력되는 상기 화소의 레벨에 해당되는 두 신호의 레벨차를 검출하기 위한 레벨차검출수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 감마보정회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 타이밍조절수단은 소정의 클럭신호에 의해서 샘플링 홀드하기 위한 소자를 이용하여 상기 레벨을 검출하기를 원하는 상기 두 신호에 대한 레벨을 검출함을 특징으로 하는 감마보정회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 레벨차검출수단은 상기 타이밍조절수단에서 출력되는 두 신호의 레벨을 감산하기 위한 감산기를 포함함을 특징으로 하는 감마보정회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 평균레벨검출부는 인가되는 영상신호에 대한 상기 근접 화소간의 평균레벨을 검출하기 위하여 상기 화소간의 레벨을 비교할 수 있도록 상기 화소간의 타이밍을 조절하기 위한 타이밍조절수단과, 상기 타이밍조절수단에서 출력된 비교대상이 되는 두 산호의 평균레벨인 휘도신호의 레벨을 검출하기 위한 휘도신호레벨검출수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 감마보정회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 타이밍조절수단은 소정의 클럭신호에 의해서 샘플링 홀드하기 위한 소자를 이용하여 상기 화소간의 색신호 레벨을 검출함을 특징으로 하는 감마보정회로.
  7. 제5항에 있어서, 상기 휘도신호레벨검출수단은 상기 타이밍조절수단에서 출력되는 상기 두 신호를 가산하기 위한 가산기와, 가산기에서 출력된 신호의 평균치를 구하기 위하여 1/2승산하기 위한 승산기를 포함함을 특징으로 하는 감마보정회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 감마보정회로는 상기 레벨차검출부에서 출력되는 신호와 상기 제2감마보정부에서 출력되는 신호의 비트를 맞추기 위하여 양의 부호를 나타내는 사인비트를 상기 제2감마보정부에서 출력되는 비트에 부가함을 특징으로 하는 감마보정회로.
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