KR100243362B1

KR100243362B1 - 가변 연속 휘도 조절회로를 채용한 전하 결합 소자 카메라

Info

Publication number: KR100243362B1
Application number: KR1019940008106A
Authority: KR
Inventors: 정운철
Original assignee: 유무성; 삼성항공산업주식회사
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1994-04-18
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR950029834A

Abstract

본 발명은 감시용 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; 이하 CCD라 칭함) 카메라에 관한 것으로, 특히 피사체 주변의 휘도 변화에 따라 셔터(Shutter)속도를 자동적으로 조절시켜 주어 휘도 신호를 일정하게 유지시켜 주는 가변 연속 휘도 조절 회로를 채용한 CCD카메라에 관한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 가변 연속 휘도 제어 수단을 채용한 CCD 카메라는 CCD소자에 입사되는 빛의 양에 따라 변하는 휘도 신호의 레벨을 일정하게 유지할 수 있도록, CCD소자의 전하 축적 시간을 결정하는 신호의 전하 축적 구간을 이미 CCD소자에서 축적되어 적분된 휘도 신호의 크기가 크면 축적 구간을 줄여 주고, 작으면 축적 구간을 길게하여 줌으로써, 자동적으로 적당한 휘도의 영상을 수상할 수 있을 뿐만 아니라 휘도 신호를 제어하는 범위가 넓어서 아주 어두운 곳이나 아주 밝은 곳에서도 피사체를 잘 볼 수 있는 장점이 있다.

Description

가변 연속 휘도 조절 회로를 채용한 전하 결합 소자 카메라

제1도는 종래의 컬러 CCD 카메라의 영상부 블럭도.

제2도는 본 발명에 따른 컬러 CCD 카메라의 영상부 블럭도.

제3도는 본 발명에 따른 컬러 CCD 카메라 영상부의 가변 연속 휘도 제어부의 회로도.

제4도는 본 발명에 따른 컬러 CCD 카메라 영상부의 가변 연속 휘도 제어 회로의 파형도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : CCD 촬상부 11 : CCD 소자

12 : 수직 구동기 20 : 타이밍 제어부

21 : 타이밍 발생기 22 : 동기 신호 발생기

23 : 수정 발진기 24 : 1/2 디바이더

30 : 화이트 밸런스 IC 40 : 샘플/홀더 및 AGC IC

50 : 영상 처리기 60 : 인코더

70 : 6db 앰프 80 : 영상 신호 처리부

99 : 가변 연속 휘도 제어부

본 발명은 감시용 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; 이하 CCD라 칭함) 카메라에 관한 것으로, 특히 피사체 주변의 휘도 변화에 따라 셔터(Shutter)속도를 자동적으로 조절시켜 주어 휘도 신호를 일정하게 유지시켜 주는 가변 연속 휘도 조절 회로를 채용한 CCD 카메라에 관한 것이다.

제1도는 종래의 컬러 CCD 카메라의 영상부 블럭도이다. 이 도면을 참조하여 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.

피사체의 반사광으로부터 전기적인 화소 신호를 축적하는 CCD촬상부(10)와, 이 CCD 촬상부로 부터의 영상 신호를 인가 받아 영상 신호를 처리하는 영상 신호 처리부(80)와, R, G, B의 3색상이 동시에 겹쳤을 때 완벽한 흰 색상이 구현될 수 있도록 균형을 맞춰주는 화이트 밸런스부(30)와, 상기 CCD 촬상부(10), 화이트 밸런스부(30) 및 영상 신호 처리부(80)의 동작에 필요한 구동 클럭 및 동기 신호 등을 제공하는 타이밍 제어부(20)로 구성되어 있다.

그리고, CCD 촬상부(10)는 CCD 소자(11)와 수직 구동기(12)로 구성되며, 타이밍 제어부(20)는 타이밍 발생기(21), 동기 신호 발생기(22), 수정 발진기(23) 및 1/2 디바이더(24)로 구성된다.

또한 화이트 밸런스부(30)은 화이트 밸런스 IC로 구성되며, 영상신호 처리부(80)는 샘플/홀더 및 AGC IC(40), 영상 처리기(50), 인코더(60), 6db 증폭기(70) 그리고 3개의 딜레이로 구성된다.

이상과 같이 구성된 컬러 CCD 카메라 영상부의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

타이밍 제어부(20)는 CCD 촬상부(10)에서 필요로 하는 구동용의 각종 타이밍 클럭을 제공하게 되며, CCD 촬상부(10)에서는 타이밍 회로에서 공급한 타이밍 클럭에 맞추어 화소(영상) 신호를 출력하게 된다.

CCD 촬상부(10)로부터 출력된 영상 신호는 샘플/홀더 기능 및 AGC(automatic gain control) 회로(40)에 입력되고, 입력된 영상 신호는 AGC 회로에 의해 이득이 제어된후, 영상 신호의 색신호와 휘도 신호를 만들고 처리하는 영상 처리기(50)에 인가된다.

이 영상 처리기(50)에서 처리된 영상 신호는 인코더(60)에서 NTSC, PAL등의 방송 규격에 맞도록 색신호와 휘도 신호를 변조(modulation) 시킴과 아울러 그 레벨을 조정한 다음, 다시 6db 증폭기(70)를 통해서 2배로 증폭시켜서 최종적인 복합 영상 신호를 얻게 된다.

그런데, 이러한 CCD 카메라는 복합 영상 신호의 휘도 신호가 낮을 경우 높혀주고 높을 경우 낮추어 주는 부분으로서 AGC가 있으나, AGC의 기능만 가지고는 제어될 수 있는 범위가 극히 제한되어 있기 때문에 광범위한 휘도 제어가 어렵다는 문제점이 있다.

또한 타이밍 제어 회로(20)에도 휘도 신호(복합 영상 신호를 지칭)를 적절한 값으로 일정하게 유지하기 위한 기능이 있으나, 신호 조절이 연속적이지 못하고(8 step 밖에 안됨), 수동으로 조작해야 하는 불편함이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로, 피사체의 조도에 영향을 거의 받지 않고 항상 피사체를 잘 볼 수 있도록 휘도 신호를 항상 일정한 레벨로 유지시키기 위해서, AGC 기능 이외에, 자동적으로 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 조절하는 가변 연속 휘도 조절 회로를 채용한 컬러 CCD 카메라를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가변 연속 휘도 조절 회로를 채용한 컬러 CCD 카메라는, 피사체의 반사광으로부터 전기적인 화소 신호를 축적하는 CCD 촬상수단과, 상기 CCD 촬상부로부터의 화소 신호를 인가 받아 색 신호 및 휘도 신호를 만들고, 이를 NTSC 영상 규격에 맞도록 색신호 및 휘도 신호를 변조하여 복합 영상 신호로 만들어 주는 영상 신호 처리 수단과, 상기 영상 신호 처리 수단에, 복합 영상 신호를 만들때 적, 녹, 청의 3색상이 동시에 겹쳤을 때 완벽한 흰 색상이 구현될 수 있도록 균형을 맞춰주는 화이트 밸런스 수단과, 상기 CCD촬상 수단, 상기 영상 신호 처리 수단 및 상기 화이트 밸런스 수단에 구동 클럭 및 동기 신호를 제공하는 타이밍 제어 수단을 구비하는 컬러 CCD 카메라에 있어서, 상기 영상 신호 처리 수단과 상기 타이밍 제어 수단 사이에 휘도 신호를 일정한 레벨로 유지할 수 있도록 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 자동으로 조절하여 주는 가변 연속 휘도 제어 수단을 구비한 점에 특징이 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

피사체의 반사광으로부터 전기적인 화소 신호를 축적하는 CCD촬상부(10)와, 이 CCD 촬상부로부터의 영상 신호를 인가 받아 영상 신호를 처리하는 영상 신호 처리부(80)와, R, G, B의 3색상이 동시에 겹쳤을 때 완벽한 흰 색상이 구현될 수 있도록 균형을 맞춰주는 화이트 밸런스부(30)와, 상기 CCD 촬상부(10), 화이트 밸런스부(30) 및 영상 신호 처리부(80)의 동작에 필요한 구동 클럭 및 동기 신호 등을 제공하는 타이밍 제어부(20)로 구성되어 있다.

또한 화이트 밸런스부(30)은 화이트 밸런스 IC로 구성되며, 영상 신호 처리부(80)는 샘플/홀더 및 AGC IC(40), 영상 처리기(50), 인코더(60), 6db 증폭기(70) 그리고 3개의 딜레이로 구성된다.

그리고 여기에 가변 연속 휘도 제어부(99)가 추가된 점에 본 발명의 CCD 카메라 구성에 특징이 있다. 이 가변 연속 휘도 제어부(99)는 위의 샘플/홀더 및 AGC IC(40)에서 CCD 소자에서 만들어진 광량 비례 휘도 신호를 독출하여 상기 타이밍 제어부(20)의 셔트 속도를 조절하는 단자에 전하 축적 시간을 결정하는 신호를 만들어 넣어 주는 역할을 한다.

CCD 촬상부(10)로부터 출력된 영상 신호는 샘플/홀더 기능 및 AGC(automatic gain control)회로(40)에 입력되고, 입력된 영상 신호는 AGC 회로에 의해 이득이 제어된후, 영상 신호의 색신호와 휘도 신호를 만들고 처리하는 영상 처리기(50)에 인가된다.

이 영상 처리기(50)에서 치리된 영상 신호는 인코더(60)에서 NTSC, PAL등의 방송 규격에 맞도록 색신호와 휘도 신호를 변조(modulation)시킴과 아울러 그 레벨을 조정한 다음, 다시 6db 증폭기(70)를 통해서 2배로 증폭시켜서 최종적인 복합 영상 신호를 얻게 된다.

그리고 특히 본 발명의 CCD 카메라에서는 가변 연속 휘도 제어부(99)가 있어서, 광량에 비례하는 휘도 신호를 이용하여 CCD 소자의 전하 축적 시간을 결정하는 신호를 제어하고, 이 제어된 신호를 타이밍 제어부(20)에 공급하여 셔터 속도를 조절함으로써, CCD에 입사되는 광량을 조절하여 축적되는 전하의 량을 조절하게 된다.

제3도는 본 발명의 CCD카메라의 특징부라 할 수 있는 가변 연속 휘도 제어부의 회로도이다. 이 도면을 참조하여 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.

CCD 소자의 전하를 방전시키는 주기적인 하향 펄스를 가진 XSUB신호(제1신호)에서 다른 제어 신호(제2신호)를 받아 XSUB 신호의 전하방전 펄스가 일정 구간 제거된 CCD소자 전하 축적 시간 결정 신호(제3신호)를 만들어 주는 원샷(one shot) 멀티바이브레이터(102)와, 광량 비례 휘도 신호를 적분하여 주는 적분기(100)와, 적분기(100)에서 적분된 휘도 신호를 비교 기준 파형인 톱니파와 비교하여 주는 비교기(101)가 있다.

그리고 비교 기준 파형인 톱니파를 만들기 위한 톱니파 발생기(104)와, 이 톱니파 발생부에 정형파를 공급하는 파형 정형기(103) 및 톱니파 발생기(104)에서 발생된 톱니파에 적절한 직류 오프셋 전압을 가해주기 위한 직류 오스셋기(105)가 있다.

이와 같이 구성된 가변 연속 휘도 제어부의 동작을 제4도의 파형도를 참조하면서 설명한다.

제3도에서 XSUB 신호는 타이밍 제어부(20)에서 공급되는 신호로 CCD소자가 광량에 따라 축적한 전하를 방전시키는 주기적인 하향 펄스를 가진 신호이다. 이 신호에서 제4도(e)에 도시된 바와 같이 A구간 만큼 하향 펄스를 제거하면 이 구간 만큼은 CCD소자가 전하를 축적하게 된다. 즉 (e)의 파형에서 하향 펄스가 많으면 많을 수록 CCD 소자에 축적되는 전하의 양은 적어지게 된다.

이는 이 하향 펄스가 발생될 때 마다 CCD 소자에 축적되어 있는 전하는 방전하게 되며, CCD의 전하 충전 시간은 XUBS의 최후 하강 신호로 부터 XSG1신호의 하강 펄스 까지이다.

따라서 XSUB신호의 하강 펄스 수를 제어함으로써, 휘도 신호를 항상 일정하도록 제어하게 된다. 구체적으로는 CCD소자에 입사되는 빛이 많으면 XSUB의 하향 펄스 수를 증가시켜서 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 줄이고, 압사되는 빛이 적으면 XSUB 신호의 펄스 수를 감소시켜서 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 증가시키게 된다.

이러한 원리에 입각하여 실제 회로에서는, 제3도에 도시된 바와 같이, 비교기(101)의 +입력 단자에는 광량에 비례하는 휘도 신호를 적분기(100)로 적분하여 DC신호(휘도 신호에 비례)로 인가하고, 비교기(101)의 -입력 단자에는 비교 기준이 되는 톱니파를 입력하여, 비교기 +단자에 입력되는 적분된 휘도 신호가 제4도(f)의 VI과 같아지면 (g)와 같은 비교기 출력이 나와서 CCD 소자의 전하를 축적하는 신호를 결정하는 원샷 멀티바이브레이터(102)의 출력은 (e)의 A구간 만큼의 전하 축적 시간을 가진 파형으로 되며, 비교기 +단자에 입력되는 적분된 휘도 신호가 제4도(f)의 V2와 같아지면 (h)와 같은 비교기 출력이 나와서 원샷 멀티바이브레이터(102)의 출력은 (e)의 A'구간 만큼의 전하 축적 시간을 가진 파형으로 된다.

이와 같이 V2와 같이 CCD소자에 많은 빛이 입사되어 적분된 휘도 신호가 커질수록 원샷 멀티바이브레이터(102)의 전하 축적 구간이 A'처럼 좁아져서 전하 축적 구간을 줄임으로써 일정한 휘도 조절이 이루어지도록 되어 있다.

또한 여기서 (g),(h)와 같은 비교기 출력 펄스는 후단의 원샷 멀티바이브레이터(102)의 CLR단자로 입력되어서, 비교기 출력이 '하이'인 구간에서는 XSUB신호의 하향 펄스가 그대로 출력되게 하며, '로우'인 구간에서는 XSUB신호의 하향 펄스를 없애주어(클리어시켜) CCD 소자에 전하가 충전되도록 한다.

다음으로 비교기의 비교기준이 되는 톱니파의 발생은 톱니파 발생부(104)의 R6, C4에 의해 C4에 충전되는 전압이 시간이 지남에 따라 증가되도록 하고, XSG1의 하향 신호 주기로(파형 정형화기의 출력 파형으로는 작은 펄스가 있을 때 마다) Q1을 도통시켜 C4에 충전된 전압을 방전시킴으로써 톱니파를 얻을 수 있게 된다.

그리고 이 파형 정형화기(103)는 멀티바이브레이터로 구성되며, XSG1 신호의 하향 펄스의 폭은 매우 좁아 이파형의 위상 반전파로는 Q1을 충분히 턴-온시킬 수 없기 때문에 Q1을 충분히 도통시킬 수 있도록 파형을 정형하기 위한 것이다. 이 때 정형되는 펄스 폭은 C3 및 R4의 값을 조정함으로써 조정될 수 있다.

다음으로 톱니파 발생부(104)에서 발생된 톱니파에는 DC오프셋 전압이 첨가되는데 비교기(101)의 +단자에 인가되는 적분된 휘도 신호에도 DC전압이 실려있기 때문이다. 그리고 여기서 C6는 톱니파 전압을 직류 전압과 결합시키기 위한 결합 콘덴서이며, DC 오프셋 전압을 적절하게 조정하기 위해 가변 저항기를 구비하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 연속 휘도 제어 수단을 채용한 CCD 카메라는 CCD소자에 입사되는 빛의 양에 따라 변하는 휘도 신호의 레벨을 일정하게 유지할 수 있도록, CCD소자의 전하 축적 시간을 결정하는 신호의 전하 축적 구간을 이미 CCD소자에서 축적되어 적분된 휘도 신호의 크기가 크면 축적 구간을 줄여 주고, 작으면 축적 구간을 길게하여 줌으로써, 자동적으로 적당한 휘도의 영상을 수상할 수 있을 뿐만 아니라 휘도 신호를 제어하는 범위가 넓어서 아주 어두운 곳이나 아주 밝은 곳에서도 피사체를 잘 볼 수 있는 장점이 있다.

Claims

피사체의 반사광으로부터 전기적인 화소 신호를 축적하는 CCD 촬상 수단과, 상기 CCD 촬상부로부터의 화소 신호를 인가 받아 색 신호 및 휘도 신호를 만들고, 이를 NTSC 영상 규격에 맞도록 색신호 및 휘도 신호를 변조하여 복합 연상 신호로 만들어 주는 영상 신호 처리 수단과, 상기 영상 신호 처리 수단에서 복합 영상 신호를 만들때 적, 녹, 청의 3색상이 동시에 겹쳤을 때 완벽한 흰 색상이 구현될 수 있도록 균형을 맞춰주는 화이트 밸런스 수단과, 상기 CCD촬상 수단, 상기 영상 신호 처리 수단 및 상기 화이트 밸런스 수단에 구동 클럭 및 동기 신호를 제공하는 타이밍 제어 수단을 구비하는 컬러 CCD 카메라에 있어서, 상기 영상 신호 처리 수단과 상기 타이밍 제어 수단 사이에 휘도 신호를 일정한 레벨로 유지할 수 있도록 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 자동으로 조절하여 주는 가변 연속 휘도 제어 수단을 구비한 점에 특징이 있는 가변 연속 휘도 제어 수단을 채용한 CCD 카메라.
제1항에 있어서, 가변 연속 휘도 제어 수단은 CCD소자가 빛으로 부터 전하를 축적함에 있어서 이 전하를 주기적으로 방전시키는 전하 방전 신호를 가지는 주기적인 펄스를 가지는 제1신호와, 이 제1신호에서 CCD 축적 전하를 방전하는 상기 전하 방전 신호를 클리어시켜 주는 클럭인 제2신호에 따라 상기 제1신호의 전하 방전 신호를 소정의 구간 동안 없애주어 CCD소자가 그 구간 동안 빛으로 부터 전하를 축적할 수 있도록 하는 제3신호를 만들어 주는 전하 축적 파형 형성 수단과, 상기 제2신호를 만들어 주는 비교 수단과, 상기 비교 수단의 제1단자에 인가되는, 상기 영상 신호 처리 수단에서 나오는 광량 비례 휘도 신호를 상기 적분된 휘도 신호로 만들어 주는 적분 수단과, 상기 비교 수단의 제2단자에 인가되고, 상기 적분된 휘도 신호의 비교 기준이 되는 톱니파를 만들어 주는 톱니파 발생 수단과, 상기 톱니파 발생 수단에 톱니파 발생에 필요한 정형화된 펄스를 공급하기 위한 파형 정형화 수단과, 상기 톱니파 발생 수단에서 발생된 톱니파에 직류 오프셋 전압을 인가하여 주는 직류 오프셋 전압을 인가하여 주는 직류 오프셋 전압 수단을 구비하는 점에 특징이 있는 가변 연속 휘도 제어 수단을 채용한 CCD 카메라.
제2항에 있어서, 전하 축적 파형 형성 수단은 원샷 멀티바이브레이터를 구비하여 된 점에 특징이 있는 가변 연속 휘도 제어 수단을 채용한 CCD 카메라.
제2항에 있어서, 직류 오프셋 전압 조절 수단은 상기 톱니파 발생 수단에서 발생된 톱니파에 더해지는 직류 전압 레벨을 조절할 수 있는 가변 전압 수단을 구비하는 점에 특징이 있는 가변 연속 휘도 제어 수단을 채용한 CCD 카메라.
제2항에 있어서, 파형 정형 수단은 입력되는 펄스의 진폭을 넓혀주는 펄스 폭 확장 수단을 가진 멀티바이브레이터를 구비하여 된 점에 특징이 있는 가변 연속 휘도 제어 수단을 채용한 CCD 카메라.
제2항 또는 제3항에 있어서, 비교 수단 및 전하 축적 파형 형성 수단은 상기 적분된 휘도 신호가 비교 기준이 되는 상기 톱니파 보다 작을 때 상기 제3파형의 전하 축적 구간을 넓혀 주도록 제작된 점에 특징이 있는 가변 연속 휘도 제어 수단을 채용한 CCD 카메라.