KR0178722B1 - 시시디카메라의 다이내믹 영역 확장방법 및 장치 - Google Patents

시시디카메라의 다이내믹 영역 확장방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체촬상소자(Charge Coupled Device; 이하 CCD라 함)를 사용하는 카메라의 신호처리회로에 관한 것으로, 본 발명은 CCD카메라시스템에 있어서, CCD출력신호에서 클립되는 데이타유무와 포화영역내의 데이타유무를 검출하는 포화출력검출부, 상기 포화출력검출부로부터 인가받은 두개의 데이타에 따라 다이내믹 영역 확장을 위한 제어신호를 발생하는 마이크로크로세서, 상기 마이크로프로세서의 제어신호에 따라 CCD의 전자셔터의 셔터속도를 조절하는 셔터속도조절부 및 CCD출력신호를 증폭하는 증폭부를 포함한다. 따라서, 본 발명에 의한 다이내믹 영역 확장방법 및 장치는 CCD의 최대 다이내믹 영역을 벗어나는 입력신호도 클립하지 않고 유효한 화상정보를 활용할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

시시디 카메라의 다이내믹 영역 확장방법 및 장치
제1도는 일반적인 자동노출회로를 나타낸 구성도.
제2도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 다이내믹 영역 확장장치를 나타낸 구성도.
제3도는 CCD 출력신호에서 포화영역에 속하는 신호와 클립되는 신호를 설명하기 위한 그래프.
제4도는 제2도 장치에서의 제어동작을 설명하기 위한 순서도.
제5도는 종래기술과 본 발명에 의한 광입력신호의 출력을 비교하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 조리개 18 : 조리개조절부
22 : CCD 24 : 조리개조절용 데이타검출부
26 : 마이크로프로세서 28 : 포화출력검출부
30 : 셔터속도조절부 32 : 증폭부
본 발명은 고체촬상소자(Charge Coulped Device ; 이하 CCD라 함)를 사용하는 카메라의 신호처리회로에 관한 것으로, 특히 CCD의 최대 다이내믹 영역(dynamic range)을 넘는 큰 입력신호를 클립(clip)하지 않고 출력할 수 있는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장방법 및 장치에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 카메라의 자동노출회로를 나타낸 구성도이다. 조리개(10)는 광화상신호를 입력받아 CCD(12)에 인가한다. CCD(12)는 광신호를 전기적인 영상신호로 변환하여 출력하고, 이를 조리개조절용 데이타검출부(14)에 인가한다. 그러면, 조리개조절용 데이타검출부(14)는 입력신호의 레벨값을 평균하여 그 값을 마이크로프로세서(16)에 인가한다. 마이크로프로세서(16)는 상기 평균값에 의해 조리개조절부(18)를 제어하는 제어신호를 발생한다. 즉, 입력신호의 레벨이 클 경우에는 조리개를 작게 열어 주고 반대로 입력신호의 레벨이 작을 경우에는 조리개를 크게 열어주므로써 항상 일정한 크기의 화상신호를 출력하도록 한다. 그러면, 조리개조절부(18)는 마이크로프로세서(16)에서 인가받은 제어신호에 따라 상술한 바와 같이 조리개(10)의 개폐를 조정하여 CCD(12)에 입력되는 빛의 양을 조절하게 된다.
그러나, 조리개를 통하여 입력되는 빛의 양을 조절하더라도 CCD의 최대 다이내믹 영역을 넘는 광신호가 입력되는 경우 입력된 광화상의 고휘도 부분은 잘려나가게 된다. 즉, CCD의 최대 다이내믹 영역이상의 신호들은 서로간의 레벨구분없이 모두 최대값을 나타내게 된다. 따라서, 고휘도 신호들은 그 레벨구분이 불명확하게 되는 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 조리개를 통한 자동노출조절후에 CCD의 최대 다이내믹 영역을 넘는 광입력신호에 대해서 이를 클립시키지 않고 원래의 신호대로 출력할 수 있는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 방법을 구현한 장치를 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적은 고체촬상소자(CCD)를 사용하는 카메라시스템의 신호처리방법에 있어서, 상기 CCD의 출력신호에서 최대 다이내믹 영역 이상의 데이타(Dclp)가 있는지와 포화영역내에 데이타(Dsat)가 있는지를 검출하는 단계, 상기 데이타들(Dclp,Dsat)과 현재 CCD에서 출력되는 신호를 소정의 크기로 증폭하기 위한 증폭계수 및 현재 전자셔터의 셔터속도를 검사하여 증폭계수를 재설정하는 단계, 및 셔터속도를 재설정하는 단계를 포함하는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장방법에 의하여 달성된다.
상술한 본 발명의 다른 목적은 고체촬상소자(CCD)를 사용하는 카메라 시스템에 있어서, 상기 CCD의 출력신호에서 최대 다이내믹 영역 이상의 데이타가 있는지와 포화영역내에 데이타가 있는지를 검출하는 포화출력검출부, 마이크로프로세서의 제어신호에 따라 상기 CCD의 출력신호를 증폭하는 증폭부, 상기 증폭부로부터 인가받은 신호의 평균레벨값을 검출하는 조리개 조절용 데이타검출부, 상기 포화출력검출부에서 인가받은 두개의 데이타와 상기 증폭부의 증폭계수 및 셔터속도조절부의 셔터속도에 따라 제어신호들을 발생하고 상기 조리개조절용 데이타검출부에서 인가받은 평균레벨값에 따라 또 다른 제어신호를 발생하는 마이크로프로세서, 상기 마이크로프로세서의 제어신호에 따라 전자셔터의 셔터속도를 조절하는 셔터속도조절부, 및 상기 마이크로프로세서의 다른 제어신호에 따라 조리개를 조절하는 조리개 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장장치에 의하여 달성된다.
이하, 첨부한 제2도 내지 제5도를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 의한 다이내믹 영역 확장장치를 나타낸 구성도이다. 제2도 장치는 우선, 조리개(10)와 CCD(22)를 구비하고 있다. CCD(22)의 출력신호는 포화출력검출부(28)에 인가된다. 포화출력검출부(28)는 현재 클립되고 있는 데이타의 유무(Dclp)와 포화영역내의 데이타의 유무(Dsat)를 마이크로프로세서(26)에 공급한다.
마이크로프로세서(26)는 포화출력검출부(28)로부터 입력받은 데이타들(Dclp,Dsat)과 셔터속도조절부(30) 및 증폭부(32)의 현재상태에 따라 제 1제어신호(Cts)를 발생한다. 제 1제어신호(Cts)는 셔터속도조절부(30)에 공급된다.
마이크로프로세서(26)는 또한, 포화출력검출부(28)로부터 입력받은 데이타들(Dclp,Dsat)과 셔터속도조절부(30) 및 증폭부(32)의 현재상태에 따라 제 2제어신호(Ctm)를 발생한다. 제 2제어신호(Ctm)는 CCD(22)의 출력단에 연결된 증폭부(32)에 공급된다.
한편, 증폭부(32)의 출력신호는 조리개조절용 데이타검출부(24)에 인가된다. 조리개조절용 데이타검출부(24)는 레벨평균값(avr)을 발생하여 마이크로프로세서(26)에 인가한다. 마이크로프로세서(26)는 이에따라 조리개조절부(18)를 제어하기 위한 제 3제어신호(Cti)를 발생한다.
이와같이 구성된 본 발명에 의한 CCD카메라의 다이내믹 영역 확장장치의 동작을 제3도 및 제4도를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
CCD(22)는 조리개(10)를 통해 인가받은 신호를 광전변환한다. 포화출력검출부(28)는 CCD(22)에서 출력되는 데이타의 포화정도를 검출한다.
데이타의 포화정도를 설명하기 위한 그래프가 제3도에 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 본 발명은 포화영역을 갖는다. 포화영역은 다이내믹 영역의 고휘도구간의 임의의 레벨에서부터 최대레벨까지의 구간을 말하며, 시스템의 특성에 따라 구간범위를 조정할 수 있다. 그리고, CCD의 최대 다이내믹 영역을 벗어나는 데이타는 클립되는 것을 알 수 있다.
포화출력검출부(28)는 CCD(22)의 출력신호에서 클립되는 데이타의 유무(Dclp)와, 포화영역내의 데이타유무(Dsat)를 조사하여 마이크로프로세서(26)에 인가한다. 그러면, 마이크로프로세서(26)는 포화출력검출부(28)에서 인가받은 데이타들(Dclp,Dsat)과 증폭부(32)의 증폭계수(mul) 및 셔터속도조절부(30)의 셔터속도(shut)를 이용하여 다이내믹 영역을 확장하기 위한 본 발명의 제어동작을 한다.
먼저, 마이크로프로세서(26)는 시스템의 동작초기에 계수들을 초기화한다. 즉, 셔터속도조절부(30)의 셔터속도(shut)는 최소스텝으로 하고 증폭부(32)의 증폭계수(mul)값은 최소값인 1로 한다(단계 100). 그런다음, 포화출력검출부(28)에서 인가받은 신호(Dclp)에 따라 클립되고 있는 데이타가 있는지를 판단한다(단계 110). 단계 110에서 클립되는 데이타가 없으면 이번에는 포화출력검출부(28)에서 인가받은 다른 신호(Dsat)에 따라 포화영역내에 데이타가 있는지를 판단한다(단계 120). 포화영역내에도 데이타가 존재하지 않을 경우 증폭계수(mul)가 초기상태값이 1인지 판단한다(단계 130). 증폭계수(mul)가 1일때 셔터속도(shut)를 판단하여(단계 140) 셔터속도(shut) 또한 초기상태인 최소스텝이면 이 경우 현재 입력되는 광신호의 휘도부분은 포화되지 않은 상태를 나타낸다. 따라서 이 경우에는 별도의 제어동작을 하지 않고 입력신호를 그대로 출력하도록 한다(경우 A).
상기 단계 140에서 셔터속도(shut)가 최소스텝이 아니면 다시말해, 클립되고 있는 데이타뿐만 아니라 포화영역내에도 데이타가 존재하지 않고 증폭계수(mul)가 1인 상황에서 셔터속도(shut)가 기본스텝인 최소스텝인 아니라면 이때는 셔터만으로 광신호의 포화를 억제한 상태이다. 즉, 전자셔터를 빠르게 동작시켜 CCD에 축적되는 시간을 줄여주므로써 광입력이 포화되는 것을 억제한 것이다. 이 경우 포화영역내에 데이타가 존재하지 않으므로 CCD가 포화하기까지는 다소 여유가 있다. 따라서, 광입력신호의 효율을 극대화하기 위해서는 광입력신호의 축소율을 한단계 낮추어 좀더 큰 신호를 출력시키도록 한다. 그러기 위해서 셔터속도(shut)는 현재보다 한스텝 느리게 하고 증폭계수(mul)는 최대값으로 바꾸어 준다(경우 B). 증폭계수(mul)에 의한 최대조절능력은 전자셔터의 한스텝범위 이내가 된다.
상기 단계 130에서 증폭계수(mul)가 1인 아니면 이것은 현재 광입력신호의 포화가 억제되고 있는 상태임을 나타낸다. 이때 포화영역내에 데이타가 존재하지 않으므로 CCD가 포화되기까지는 다소 여유가 있다. 따라서, 이 경우에는 증폭계수(mul)를 한단계(K) 낮추어 조리개(10)를 통한 제어동작이 이루어지도록 한다(경우 A). 즉, 증폭계수를 낮추는 것에 의해 광입력신호의 축소율을 한단계 낮추면 조리개(10)가 확대되어 CCD출력신호의 레벨이 증가하게 된다.
상기 단계 120에서 클립되는 데이타는 없지만 포화영역내에 데이타가 존재할 경우 현재 광입력신호의 효율이 극대화되어 있는 상태를 나타낸다. 이때는 별도의 제어동작없이 현재 입력신호의 상태를 유지하도록 한다(경우 D).
상기 단계 110에서 클립되는 데이타가 있으면 이때의 증폭계수(mul)가 최대값인지를 판단한다(단계 150). 여기서 증폭계수(mul)가 최대값이 아니라면 광입력신호의 포화정도는 조절가능한 범위가 된다. 이 경우에는 증폭계수(mul)를 한단계(K) 높여주므로써 광입력신호의 축소율을 또한 한단계 높여준다(경우 E). 그러면, 조리개(10)는 조여지며 CCD출력신호를 좀 더 작은 레벨로 만들게 된다.
상기 단계 150에서 증폭계수(mul)가 최대값을 가지면 이때의 셔터속도(shut)가 또한 최대스텝인지를 판단한다(단계 160). 단계 160에서 증폭계수(mul)가 최대값이고 셔터속도(shut)가 최대스텝이 아니라면 이 경우는 현재 셔터속도(shut)에서의 최대조절능력을 벗어난 상태가 된다. 따라서, 셔터속도(shut)는 한스텝 더 빠르게 하고 증폭계수(mul)는 최소값인 1로 바꾸어 광입력신호의 축소율을 한단계 높여준다(경우 F).
마지막으로, 상기 단계160에서 셔터속도(shut)가 최대스텝이면 이때는 광입력의 포화정도가 이미 최대조절범위를 벗어난 것이므로 현재의 상태만을 유지한다(경우 G).
이로써 초기상태부터 각 제어단계를 거쳐 조절된 두개의 데이타(shut,mul)는 각각 셔터속도조절부(30)와 증폭부(32)에 공급할 제 1 및 제 2제어신호(Cts,Ctm)로 변환된다. 셔터속도조절부(30)는 마이크로프로세서(26)로부터 제 1제어신호(Cts)룰 입력받아 CCD(22)에서 전자셔터의 속도를 조절한다. 그리고, 증폭부(32)는 마이크로프로세서(26)로부터 제 2제어신호(Ctm)를 입력받아 CCD(22)의 출력신호를 증폭한다.
제5도는 종래기술과 본 발명에 의한 광입력신호의 출력을 비교한 것으로 (a)는 종래의 자동노출회로에 의한 광입력신호의 변환을 나타내며 (b)는 본 발명에 의한 다이내믹 영역 확장장치에서의 광입력신호의 변환을 나타낸다. 먼저 제 5(a)도는 조리개(10)를 통해 CCD(22)로 입력되는 신호에서 CCD의 최대 다이내믹 영역을 넘는 고휘도 부분은 클립되고, 후단의 신호처리 블럭에서 고휘도가 압축되어 최종 출력된다. 반면에 제 5(b)도는 상술한 바와같이 광입력신호가 CCD의 다이내믹 영역을 넘지 않도록 신호를 1/N 축소한다. CCD출력신호는 CCD의 전단에서 축소한 비율 즉, N배 만큼 확대하므로써 입력신호 본래의 크기로 복원된다. 그런후에 신호처리 블럭에서 고휘도가 압축된 최종신호가 출력된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 다이내믹 영역 확장방법 및 장치는 CCD의 최대 다이내믹 영역을 벗어나는 입력신호도 클립하지 않고 유효한 화상정보로 활용할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 고체촬상소자(CCD)를 사용하는 카메라시스템에 있어서, 상기 CCD의 출력신호에서 최대 다이내믹 영역 이상의 데이타가 있는지와 포화영역내에 데이타가 있는지를 검출하는 포화출력검출부; 마이크로프로세서의 제 1제어신호에 따라 상기 CCD의 출력신호를 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부로부터 인가받은 신호의 평균레벨값을 검출하는 조리개조절용 데이타검출부; 상기 포화출력검출부에서 인가받은 두개의 데이타와 상기 증폭부의 증폭계수 및 셔터속도조절부의 셔터속도에 따라 제 1및 제 2제어 신호를 발생하고 상기 조리개조절용 데이타검출부에서 인가받은 평균레벨값에 따라 제 3제어신호를 발생하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서의 제 2제어신호에 따라 전자셔터의 셔터속도를 조절하는 셔터속도조절부; 및 상기 마이크로프로세서의 제 3제어신호에 따라 조리개를 조절하는 조리개조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포화영역은 상기 CCD의 다이내믹 영역의 최대레벨값으로부터 임의로 정해둔 고휘도구간인 것을 특징으로 하는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 증폭부는 CCD의 출력신호를 1배에서 사전 설정된 최대값까지 증폭하는 것을 특징으로 하는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장장치.
  4. 고체촬상소자(CCD)를 사용하는 카메라시스템의 신호처리방법에 있어서, 상기 CCD의 출력신호에서 최대 다이내믹 영역 이상의 데이타(Dclp)가 있는지와 포화영역내에 데이타(Dsat)가 있는지를 검출하는 단계; 상기 데이타들(Dclp,Dsat)과 현재 CCD에서 출력되는 신호를 소정의 크기로 증폭하기 위한 증폭계수 및 현재 전자셔터의 셔터속도를 검사하여 증폭계수를 재설정하는 단계; 및 상기 데이타들(Dclp,Dsat)과 현재 CCD에서 출력되는 신호를 소정의 크기로 증폭하기 위한 증폭계수 및 현재 전자셔터의 셔터속도를 검사하여 셔터속도를 재설정하는 단계를 포함하는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 증폭계수 및 전자셔터의 셔터속도를 재설정하는 단계를 클립되는 데이타와 포화되는 데이타가 없을때 증폭계수가 1이 아니면 증폭계수를 K배 낮추는 단계; 클립되는 데이타와 포화되는 데이타가 없을때 증폭계수가 1이고 셔터속도가 최대스텝이 아니면 셔터속도를 한 스텝 낮추고 증폭계수를 최대값으로 하는 단계; 클립되는 데이타와 포화되는 데이타가 없을때 증폭계수가 1이고 셔터속도가 최대스텝이면 현재의 증폭계수와 셔터속도를 출력하는 단계; 클립되는 데이타가 없고 포화되는 데이타가 있을때 현재의 증폭계수와 셔터속도를 출력하는 단계; 클립되는 데이타가 있을때 증폭계수가 최대값이 아니면 증폭계수를 K배 높이는 단계; 클립되는 데이타가 있을때 증폭계수가 최대값이고 셔터속도가 최대스텝이 아니면 셔터속도를 한 스텝 높이고 증폭계수를 1로 하는 단계; 클립되는 데이타가 있을때 증폭계수가 최대값이고 셔터속도가 최대스텝일때 현재의 증폭계수와 셔터속도를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시시디(CCD) 카메라의 다이내믹 영역 확장방법. 여기서, K는 증폭계수의 한 단계에 해당하는 증폭비율을 나타낸다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101031968B1 (ko) * 2009-04-16 2011-04-29 박종연 롤 형 접착 크리너

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