KR100213223B1 - 고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치 - Google Patents

고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치 Download PDF

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Abstract

고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치가 개시된다. 본 발명은 고체 촬상 소자(CCD)를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치를 공개한다. 영상을 촬영하여 신호처리하는 신호처리장치 및 신호처리된 영상을 기록/재생하는 기록/재생장치를 포함하는 카메라 시스템에 있어서, 그 장치는 영상을 촬영하여 전기적 영상 신호로 변환하고, 변환된 전기적 영상 신호를 출력하는 CCD, 전기적 영상 신호를 입력하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 신호를 출력하는 CDS와, CDS로부터 출력되는 신호의 이득을 조절하는 AGC와, 이득이 조절된 영상 신호의 휘도 성분에 대한 감마를 보정하여 출력하는 제1감마 보정 수단과, 이득이 조절된 영상 신호의 감마를 보정하는 제2감마 보정 수단과, 제2감마 보정 수단으로부터 출력되는 신호를 소정 횟수 지연하여 색차신호를 추출하고, 추출된 색차신호를 출력하는 색차신호발생수단과, 제1감마보정수단의 출력과 색차신호 발생수단의 출력을 입력하여 믹싱하고, 믹싱된 신호를 복합영상 신호로서 출력하는 믹서와, 믹서로부터 출력되는 아날로그 복합 영상신호를 디지탈 복합영상신호로 변환하여 출력하는 ADC 및 입력한 디지탈 복합영상신호를 디지탈 신호처리하고, 신호 처리된 신호를 기록/재생장치로 출력하는 디지탈 신호처리수단을 구비하는 것을 특징으로 하고, 보색 신호를 색차 신호로 변환한 다음, 원색 신호로 용이하게 전환하므로서, 신호 처리가 간단해지는 효과가 있다.

Description

고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치
본 발명은 고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템에 관한 것으로서, 특히, 고체 촬상 소자(CCD:Charge Coupled Divece)를 이용하는 카메라 시스템의 신호 처리 장치에 관한 것이다.
CCD를 이용한 카메라 시스템으로는 비디오 일체형 카메라 시스템(CAMCODER:캠코더)과 감시용 카메라 시스템등과 같은 것이 있다. CCD를 이용한 카메라 기술에서는 CCD표면에 원색 필터를 채용하지 않고, 색재현성에 큰 영향을 미치지 않는 범위내에서 보색 필터를 채용하고 있다. 그러므로, 보색 필터를 채용한 CCD를 이용한 카메라 시스템은 보색 신호를 원색 신호로 변환시켜 주는 기능을 갖고 있어야 한다. 이러한 CCD를 이용한 카메라 시스템은 영상을 촬영하여 신호처리하는 신호 처리장치와 신호처리된 영상 신호를 입력하여, 기록/재생하는 기록/재생장치로 구헝된다.
한편, 종래의 보색 필터를 채용한 CCD를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치를 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 CCD를 이용한 카메라 시스템의 종래의 신호 처리 장치의 개략적인 블럭도로서, 상관 더블 샘플러(CDS:Correlated Double Sampler)(10), 타이밍 발생기(timing generator)(12), 자동 이득 조정기(AGC:Automatic Gain Controller)(14), 세개의 샘플 홀드부(S/H:Sample Holder)들(16, 18 및 20) 및 신호 처리부(22)로 구성된다.
도 1에 도시된 CDS(10)는 입력단자 IN을 통해 CCD(미도시)로부터 출력되는 신호를 입력하여 잡음을 제거하고, 원하는 정보만을 샘플링하여 AGC(14)로 출력한다. AGC(14)는 CDS(10)로부터 입력되는 신호의 레벨을 마이콤(미도시)로부터 발생되는 제어신호(C)에 응답하여 소정 레벨로 조정한다.
한편, CDS(10)로부터 출력되는 신호는 화소(pixel) 단위별로 샘플링되기 위해서, S/H들(16, 18 및 20)로 입력된다. 여기서, S/H들(16 및 18)은 타이밍 발생기(12)로부터 출력되는 색신호 처리용 샘플링 펄스를 각각 입력하여 샘플 홀드를 수행하고, S/H(20)은 타이밍 발생기(12)로부터 출력되는 휘도 신호 처리용 샘플링 펄스를 입력하여 샘플 홀드 기능을 수행한다.
신호 처리부(22)는 세개의 S/H들(16, 18 및 20) 및 AGC(14)로부터 출력되는 신호를 입력하여, 알.지.비.(RGB) 변환, 감마 보정 및 색차 신호를 발생하기 위한 신호 처리를 수행하며, 신호 처리된 신호를 기록 및/또는 재생하거나, 화면에 디스플레이할 수 있도록 해당 부로 출력단자 OUT를 통해 출력한다.
전술한 바와 같이, 도 1에 도시된 종래의 CCD를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치는 보색 신호를 원색 신호로 전환하기 위해, 세개의 S/H를 사용하므로 회로 및 프로세서가 복잡해 지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 보색 신호를 원색 신호로 용이하게 전환하기 위해, 보색 신호를 색차 신호로 전환한 다음 원색 신호로 전환하는 CCD를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 CCD를 이용한 카메라 시스템의 종래의 신호 처리 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 의한 CCD를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 색차 신호 발생부의 본 발명에 의한 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 색차 신호 발생부의 등가회로도이다.
도 5a∼5c들은 도 3에 도시된 각 부의 펴형도들이다.
상기 과제를 이루기 위해, 영상을 촬영하여 신호처리하는 신호처리장치 및 상기 신호처리된 영상을 기록/재생하는 기록/재생장치를 포함하는 카메라 시스템에 있어서, 본 발명에 의한 신호처리장치는 상기 영상을 촬영하여 전기적 영상 신호로 변환하고, 변환된 전기적 영상 신호를 출력하는 고체 촬상 소자와, 상기 전기적 영상 신호를 입력하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 신호를 출력하는 상관 더블 샘플러와, 상기 상관 더블 샘플러로부터 출력되는 신호의 이득을 조절하는 자동 이득 조절수단과, 상기 이득이 조절된 영상 신호의 휘도 성분에 대한 감마를 보정하여 출력하는 제1감마 보정 수단과, 상기 이득이 조절된 상기 영상 신호의 감마를 보정하는 제2감마 보정 수단과, 상기 제2감마 보정 수단으로부터 색차 신호를 추출하고, 추출된 색차 신호를 출력하는 색차 신호 발생 수단과, 상기 제1감마 보정수단의 출력과 상기 색차 신호 발생수단의 출력을 입력하여 믹싱하고, 믹싱된 신호를 복합 영상 신호로서 출력하는 믹서와, 상기 믹서로부터 출력되는 아날로그 복합 영상 신호를 디지탈 복합 영상 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환수단 및 입력한 상기 디지탈 복합 영상 신호를 디지탈 신호처리하고, 신호 처리된 신호를 상기 기록/재생장치로 출력하는 디지탈 신호 처리수단으로 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 CCD를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치의 블록도로서, 광학적으로 촬영된 영상(IN)을 전기적 영상 신호로 변환하고, 변환된 전기적 영상 신호를 출력하는 CCD(40), 전기적 영상 신호를 입력하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 신호를 출력하는 CDS(42), CDS(42)로부터 출력되는 신호의 이득을 조절하는 AGC(44), 이득이 조절된 영상 신호의 휘도 성분에 대한 감마를 보정하여 출력하는 제1감마 보정부(46), 이득이 조절된 영상 신호의 감마를 보정하는 제2감마 보정부(48)와, 제2감마 보정부(48)로부터 색차 신호를 추출하고, 추출된 색차 신호를 출력하는 색차 신호 발생부(50)와, 제1감마 보정부(46)의 출력과 색차 신호 발생부(50)의 출력을 입력하여 믹싱하고, 믹싱된 신호를 복합 영상 신호로서 출력하는 믹서(54)와, 믹서(54)로부터 출력되는 아날로그 복합 영상 신호를 디지탈 복합 영상 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부(ADC:Analogue to Digital Converter)(56), 타이밍 발생기(52) 및 입력한 디지탈 복합 영상 신호를 디지탈 신호처리하고, 신호 처리된 신호를 기록/재생장치(미도시)로 출력하는 디지탈 신호 처리부(58)로 구성된다.
도 1에 도시된 CCD(40)는 피사체를 촬상한 영상 데이타를 카메라 렌즈를 통해 입력단자 IN을 통해 입력한다. CCD(40)로 입력된 영상은 CCD(40) 소자의 겉표면에 특수하게 부착된 보색필터에 의해 선별적으로 분류(sortting)되며, 내부 광 다이오드에 에너지를 가하여 광 신호가 전기적인 신호로 변환(광전효과)된다.
이렇게 CCD(40)로부터 발생된 데이타 성분과 잡음 성분이 믹싱된 신호는 CDS(42)로 입력되어, 데이타와 잡음성분이 분리된다. 즉, CDS(42)는 타이밍 발생기(52)로부터 출력되는 기준 레벨 샘플 홀드 펄스 및 데이타 레벨 샘플 홀드 펄스에 응답하여, 원하는 데이타만 샘플링한다.
AGC(44)는 CDS(42)로부터 출력되는 데이타신호를 입력하고, 입력한 데이타 신호를 마이콤(미도시)으로부터 출력되는 제어신호(C)에 응답하여 이득을 조절하고, 이득이 조절된 신호를 제1 및 제2감마 보정부들(46 및 48)로 각각 출력한다.
제1감마 보정부(46)는 저역 통과 필터(미도시) 및 휘도 감마 보정부(미도시)로 구성되며, 저역 통과 필터는 AGC(44)로부터 출력되는 신호에서 휘도 성분만 추출되고, 휘도 감마 보정부는 추출된 휘도 성분을 입력하여 감마 보정한다.
제2감마 보정부(48)는 휘도 성분과 색도 성분이 혼합된 복합 신호를 AGC(44)로부터 입력하여 감마 보정을 실시하고, 감마 보정된 복합 신호를 색차 신호 발생부(50)로 출력한다.
도 3은 도 2에 도시된 색차 신호 발생부(50)의 본 발명에 의한 회로도로서, 제2감마 보정부(48)로부터 입력한 신호를 소정시간 지연하여 제1신호로서 출력하고, 반사된 신호를 입력하여 제2신호로서 출력하는 지연부(68) 및 제1신호를 입력하여 반사시켜 반사된 신호로서 지연부(62)로 출력하는 반사부의 기능을 하는 저항(Rb)(70)으로 구성되는 신호 지연부(62)와, 신호 지연부(62)와 제2감마 보정부(48) 사이에 마련되어, 제2신호가 제2감마 보정부(48)로 입력되는 것을 차단하는 신호 분리부의 기능을 하는 저항(Ra)(60)과, 제1신호와 제2신호의 차 성분을 추출하고, 추출된 차 성분을 색차신호로서 출력하는 색차 신호 추출부의 기능을 하는 차동 증폭기(64) 및 입력한 색차 신호로부터 휘도 성분을 제거하여 믹서(54)로 출력하는 대역 통과 필터(BPF:Band Pass Filter)(66)로 구성된다.
본 발명에 의한 색차 신호 발생부(50)의 저항(Ra)(60)은 지연부(68)로부터 출력되는 궤환 신호가 제2감마 보정부(48)로 입력되는 것을 차단하기 위한 역할을 한다.
도 4는 도 3에 도시된 색차 신호 발생부(50)의 등가회로로서, 전압(V0)은 제2감마 보정부(48)로부터 출력되는 전압이고, 전압(V2)는 입력 전압에 비해 2회 지연된 신호를 나타낸다.
저항(Rb)(70)은 임피던스가 매우 큰 저항으로서, 차동 증폭기(64)로 입력되는 신호를 전(全) 반사시키는 역할을 한다. 한편, 저항(Ra)과 저항(Rb) 사이의 전압(V)은 다음 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
수학식 1로부터 V는 지연 시간(Td)이 입력 파형의 반 주기로 되는 경우와 같은 값을 갖는다. 만일, 제2감마 보정부(48)로부터 출력되는 신호가 S0이고, 한번 지연된 신호가 S1이고, 두번 지연된 신호가 S2이라고 가정하면, Va의 값은 S1의 레벨과 같은 상태이며, 차동 증폭기(64)의 출력은 S0-S1의 레벨차로 검출되어 진다.
도 5a∼5c들은 도 3에 도시된 각 부의 펴형도들로서, 도 5a는 지연되지 않은 신호의 파형도, 도 5b는 한번 지연된 신호의 파형도, 도 5c는 두번 지연된 신호의 파형도를 각각 나타낸다.
도 5a∼5c들에 도시된 바와 같이, 도 5c에 도시된 2회 지연된 신호(S2)와 도 5a에 도시된 지연되지 않은 신호(S0)는 같은 시간상 같은 선으로 두 신호는 합하여 평균된 값(S3)으로 차동 증폭기(64)로 입력되고, 다른 선은 도 5b에 도시된 1회 지연된 신호(S1)가 차동 증폭기(46)로 입력된다. 그러므로, 차동 증폭기(64)로부터 출력되는 신호(S4)는 다음 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
여기서, (S0 + S2)/2를 S3로 정의하였다.
한편, CCD(40)의 보색 신호 출력 특성을 참고하면 다음과 같다.
홀수 필드의 S1은 Ye + Mg (Ye:Yellow=R+G, Mg:Magenta=R+G, Cy:Cyan=G+B)이고, S2는 Cy + Mg 이며, 짝수 필드의 S1은 Ye + G이고, S2는 Cy + Mg이다. 그러므로, 차동 증폭기(64)로부터 출력되는 홀수 필드의 색차 신호는 2R - G이고, 짝수 필드의 색차 신호는 -(2B - G)이다.
한편, BPF(66)는 색차 신호 발생부(50)로부터 출력되는 색차 신호 2R - G 및 -(2B - G)를 입력하여, 휘도 성분을 제거하고, 휘도 성분이 제거된 색차신호를 믹서(54)로 출력한다.
제1감마 보정부(45)에서 감마 보정된 신호와, 색차 신호들은 믹서(54)에서 복합 영상 신호로서 믹싱되어, ADC(56)에서 디지탈 신호로 변환되고, 변화된 디지탈 신호는 디지탈 신호 처리부(58)로 입력되어 재생/기록부 또는 디스플레이부(미도시)로 출력단자 OUT를 통해 출력된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치는 종래의 아날로그 신호처리 개념에 디지탈 신호 처리 개념을 도입하여 보색 신호를 원색신호로 전환하기 위한 복잡한 과정을 거치지 않고, 보색 신호를 색차 신호로 변환한 다음, 원색 신호로 용이하게 전환하므로서, 신호 처리가 간단해지는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 영상을 촬영하여 신호처리하는 신호처리장치 및 상기 신호처리된 영상을 기록/재생하는 기록/재생장치를 포함하는 카메라 시스템에 있어서, 상기 신호처리장치는
    상기 영상을 촬영하여 전기적 영상 신호로 변환하고, 변환된 전기적 영상 신호를 출력하는 고체 촬상 소자;
    상기 전기적 영상 신호를 입력하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 신호를 출력하는 상관 더블 샘플러;
    상기 상관 더블 샘플러로부터 출력되는 신호의 이득을 조절하는 자동 이득 조절수단;
    상기 이득이 조절된 영상 신호의 휘도 성분에 대한 감마를 보정하여 출력하는 제1감마 보정 수단;
    상기 이득이 조절된 상기 영상 신호의 감마를 보정하는 제2감마 보정 수단;
    상기 제2감마 보정 수단으로부터 출력되는 신호를 소정 횟수 지연하여 색차 신호를 추출하고, 추출된 색차 신호를 출력하는 색차 신호 발생 수단;
    상기 제1감마 보정수단의 출력과 상기 색차 신호 발생수단의 출력을 입력하여 믹싱하고, 믹싱된 신호를 복합 영상 신호로서 출력하는 믹서;
    상기 믹서로부터 출력되는 아날로그 복합 영상 신호를 디지탈 복합 영상 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환수단; 및
    입력한 상기 디지탈 복합 영상 신호를 디지탈 신호처리하고, 신호 처리된 신호를 상기 기록/재생장치로 출력하는 디지탈 신호 처리수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 색차 신호 발생수단은
    상기 제2감마 보정 수단으로부터 입력한 신호를 소정시간 지연하여 제1신호로서 출력하고, 반사된 신호를 입력하여 제2신호로서 출력하는 지연 수단;
    상기 제1신호를 입력하여 반사시켜 상기 반사된 신호로서 상기 지연 수단으로 출력하는 반사수단;
    상기 지연수단과 상기 제2감마 보정 수단 사이에 마련되어, 상기 제2신호가 상기 제2감마 보정 수단으로 입력되는 것을 차단하는 신호 분리수단;
    상기 제1신호와 상기 제2신호의 차 성분을 추출하고, 추출된 차 성분을 상기 색차신호로서 출력하는 색차 신호 추출수단; 및
    입력한 상기 색차 신호로부터 상기 휘도 성분을 제거하여 상기 믹서로 출력하는 대역 통과 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자를 이용한 카메라 시스템의 신호 처리 장치.
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