KR100356186B1 - 줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법 - Google Patents

줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 줌 카메라에 있어 자동 포커스 제어 방법에 관한 것이다.
종래에는 피사체의 위치에 대한 포커스 곡선을 감안하여 볼 때, 줌 배율에 따라서는 포커스 렌즈를 이동시켜도 초점이 맞지 않는 영역이 발생하게 되는 데, 이에 따라 자동 포커스 조정일 경우 포커스를 맞추기 위해 포커스 렌즈 모터가 계속 동작되므로써, 감시 카메라, 실물 화상기등에 적용하게 될 경우 일정 배율의 줌 위치에서 근접한 피사체의 초점을 맞추어야 하는 감시카메라, 실물 화상기 등과 같은 경우 심각한 문제를 야기할 수 있게 된다.
본 발명에서는 줌 배율 상태에 따라서 근거리에 있는 피사체의 초점이 맞지 않을 경우 줌 렌즈를 소정의 설정된 배율에 따라서 이동시키면서 초점을 자동으로 맞추어 줄 수 있도록 하므로써, 최적의 줌 배율에서 자동으로 초점이 맞추어 질 수 있도록 하므로써, 특정 줌 렌즈 배율에서 초점이 맞지 않게 되는 문제점을 해결할 수 있도록 하며, 또한, 줌 배율을 조정하여 자동 포커싱을 수행함에 있어서, 사용자가 원래 설정한 줌 위치를 고려하여 주므로써, 최대한의 사용자의 요구를 충족시킬 수 있도록 함에 그 특징이 있는 것이다.

Description

줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법{Method for automatic focus control in a zoom camera}
본 발명은 줌 카메라(zoom camera)에 있어 자동 포커스(auto focus) 제어 방법에 관한 것으로, 사용자가 줌 사용시에 정확한 초점(focus)를 맞추어 줄 수 있도록 한 줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 줌 카메라의 구성을 나타낸 블록도로서, 이를 참조하여 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.
렌즈부(1)와, 렌즈부(1)의 줌/포커스 렌즈 모터부(2)와, 렌즈부(1)를 통해 입력된 영상에 대한 촬상소자로서, 입력된 영상을 전기적인 영상신호로 변환시키는 반도체 광학소자(CCD; Charge Coupled Device)(3)와, CCD(3)의 구동 시키는 CCD 구동부(4)와, CCD(3)를 통해 변환된 영상신호에 대한 증폭 및 디지털 신호로 변환시키는 아날로그 신호처리부(5)와, 변환된 디지털 영상신호를 디지털 신호처리하여 모니터(8)로 영상신호를 출력하는 디지털 신호처리부(6)와, 디지털 신호처리부(6)를 제어하여 카메라의 색과 밝기를 조정하며, 줌/포커스 제어를 담당하는 제어부(7)와, 상기 CCD(3)의 동작 펄스와 NTSC/PAL 포맷에 맞는 타이밍(timming)을 발생시키는 제어타이밍 발생부(9)와, 상기 제어부(7)의 제어를 받아 줌/포커스 렌즈 모터부(2)를 동작시키는 줌/포커스 모터구동부(10)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 카메라에 대하여 그 동작을 설명하면 다음과 같다.
렌즈부(1)를 통해 입력된 영상은 CCD(3)를 통해 전기적인 영상신호로 변환되고, 이와 같이 변환된 영상신호는 아날로그 신호처리부(4)에서 증폭 및 디지털신호로 변환된다.
이와 같이 변환된 디지털 신호는 디지털 신호처리부(5)에서 디지털 신호처리되고, 제어부(7)의 제어를 받아 그 색과 밝기를 조정하여 모니터(8)를 통해 표시된다.
이때, 디지털 신호처리부(5)에서는 포커스 제어에 적합하도록 이미지의 에지데이터(edge data)를 고역필터링(high pass filtering)한 적분 데이터를 제어부(7)에 제공하게 된다.
이에 따라 제어부(7)에서는 줌/포커스 모터구동부(9)를 제어하여 줌/포커스 렌즈부(2)에서 포커스 렌즈를 동작시켜 입력 영상의 포커스를 맞추게 된다.
여기서, 사용자는 사용자 키이 인터페이스를 통해 촬영하고자 하는 피사체에 대하여 줌을 사용하여 더욱 상세한 또는 광범위한 영상을 촬영하게 되는 바,
본 발명에서는 이와 같은 줌 카메라에 있어서, 자동 포커스 제어 방법을 제시하고자 하는 것이다.
줌 카메라는 렌즈 메카니즘(mechanism)에 설계된 제어 방법에 의해 줌 모터를 구동하여 일반적으로 x1배~x16배까지 줌 렌즈를 이송시켜 배율을 제어한다.
도 2는 줌 렌즈와 포커스 렌즈의 이동곡선을 나타낸 것으로, 여기서 도면에 도시된 바와 같이, 저배율(x1배)은 와이드(WIDE) 위치로 명명하고, 고배율(x16배)은 텔레(TELE)라 명명하고 설명하기로 한다.
도 2에서의 (z1)은 줌 렌즈의 이동곡선으로서 와이드에서 텔레까지 거리가 변할때까지 거리가 변할때의 줌 포지션(position)에 관한 것이다.
여기서, (f1)~(f6)는 포커스 렌즈 이동곡선에 관한 것으로, 피사체가 렌즈에서 1㎜(f1)~ 무한대(f6)까지 제어가능한 제어가능한 범위를 나타내는 것이다.
그리고, (L)은 포커스 렌즈의 제한 라인(focus lens mechanical limit line)을 나타낸 것이다.
이와 같은 줌/포커스 이동곡선은 줌 메카니즘의 설계에 따라 특성이 결정되며, 특히 줌 렌즈 이동은 텔레에서 와이드까지의 이동을 렌즈 특성에 맞게 제어 데이터를 작성하고, 이 데이터를 기준으로 하여 사용자가 지정한 줌 배율에 따라서, 줌 렌즈의 위치를 이동시켜 줌 배율을 제어하게 된다.
그리고, 포커스 렌즈는 원촛점(FAR)에서 근촛점(NEAR)로 모터를 이동시키면서 디지털 신호처리부(6)에서 제공한 고역통과 필터링 적분 데이터가 피크(peak)값이 될 때 포커스 렌즈를 동작시키는 모터를 정지시키면 초점이 맞게 된다.
그러나, 이와 같은 이동곡선을 살펴보면, 줌 배율 위치에 따라서 포커스 제어가 불가능한 위치가 발생하게 되는 바, 줌 배율이 높아지면서 도 2에서 f4,f5,f6의 곡선에서와 같이 근거리에 있는 피사체는 초점이 맞는 구간이 없는 현상이 발생하게 된다.
도 3은 이와 같은 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 줌 배율에 따른 포커스 제어 곡선의 일예를 나타낸 것이다.
도 3에서 보면, 현재 줌 렌즈의 위치가 x9배(p1)에 있고, 피사체가 70cm 근접거리의 위치(p2)에 있을 경우, 줌 렌즈의 특성상 포커스 모터를 원촛점(FAR)에서 근촛점(NEAR)으로 이송시켜도 피사체 위치 70cm에 해당하는 실제 피사체에 대한 포커스 이동곡선(f12)과 일치하는 점이 없어, 초점이 일치된 화상을 볼 수 없게 된다.
이와 같이, 피사체의 위치에 대한 포커스 곡선을 감안하여 볼 때, 줌 배율에 따라서는 포커스 렌즈를 이동시켜도 초점이 맞지 않는 영역이 발생하게 되는 데, 이에 따라 자동 포커스(auto focus) 조정일 경우 포커스를 맞추기 위해 포커스 렌즈 모터가 계속 동작된다.
이와 같은 줌 카메라의 자동 포커스 제어방법을 감시 카메라, 실물 화상기등에 적용하게 될 경우 일정 배율의 줌 위치에서 근접한 피사체의 초점을 맞추어야 하는 감시카메라, 실물 화상기 등과 같은 경우 심각한 문제를 야기할 수 있게 된다.
본 발명에서는 이와 같은 점을 감안하여 줌 렌즈의 배율 상태에 따라서 근거리에 있는 피사체의 초점이 맞지 않을 경우 줌 렌즈를 소정의 설정된 배율에 따라서 이동시키면서 초점을 자동으로 맞추어 줄 수 있도록 하므로써, 최적의 줌 배율에서 자동으로 초점이 맞추어 질 수 있도록 함에 그 목적한 바가 있는 것으로, 특정 줌 렌즈 배율에서 초점이 맞지 않게 되는 문제점을 해결할 수 있도록 한 것이다.
또한, 줌 배율을 조정하여 자동 포커싱을 수행함에 있어서, 사용자가 원래 설정한 줌 위치를 고려하여 자동 포커싱을 수행하도록 하므로써, 최대한의 사용자의 요구를 충족시킬 수 있도록 함에 그 특징이 있는 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 일반적인 줌 카메라의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 줌 카메라의 줌 렌즈 및 포커스 렌즈의 줌 배율에 따른 이동곡선을 타낸 도면.
도 3은 줌 카메라에 있어서, 줌 배율에 따른 포커스 렌즈 제어곡선을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 있어, 그 동작상태를 나타내기 위한 줌 배율에 따른 포커스 렌즈 제어곡선을 나타낸 도면.
도 5a,5b,5c는 본 발명 줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법의 실행수순을 나타낸 플로우챠트.
본 발명 줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법은,
현재의 입력 포커스 적분 데이터와 이전 포커스 모터를 제어하기 위하여 사용된 포커스 적분 데이터를 비교하는 제 1과정과,
비교결과 변화가 발생하였을 경우 자동 포커스 조정과정을 실행하기에 앞서, 현재의 줌 위치와 포커스 위치를 저장하는 제 2과정과,
현재의 입력 포커스 데이터와 이전 상태에서의 포커스 데이터에 따라 포커스 렌즈의 초기 이동방향을 결정하여 포커스 렌즈를 이동 시켜, 원촛점(FAR)에서 근촛점(NEAR)으로 또는 근촛점(NEAR)에서 원촛점(FAR) 까지 현재의 줌 위치에서의 전구간에 걸쳐 포커스 데이터를 읽어 최대값(peak data)을 검출하여 자동 포커스 조정과정을 실행하는 제 3과정과,
자동 포커스 조정과정을 통해 현재의 줌 위치에서 최대값이 검출되지 않으면, 줌의 위치를 소정의 설정된 배율만큼 감소시켜 상기의 자동조정과정을 반복실행하여 최대값을 검출하여 초점이 맞는 위치를 검출해내는 제 4과정과,
초점이 맞는 위치를 찾게 되면, 사용자가 설정한 줌의 위치를 인식하여, 사용자가 설정한 줌의 위치와 현재의 줌 위치를 비교하는 제 5과정과,
현재의 줌의 위치와 사용자가 설정한 줌의 위치가 같을 경우에는 자동 포커스 조정과정을 완료하고, 현재의 줌의 위치와 사용자가 설정한 줌의 위치가 다를 경우에는 현재의 줌의 위치와 자동 포커스 조정과정을 거치기전 저장된 줌의 위치를 비교하는 제 6과정과,
자동 포커스 조정과정을 거친 줌의 위치가 저장된 줌의 위치가 더 클경우에는 포커스 조정과정을 완료하고, 그렇지 않을 경우에는 포커스 데이터가 근촛점 끝점(NEAR END) 포인트인가를 판단하여 근촛점 끝점(NEAR END) 포인트인 경우에는 완료하고, 근촛점 끝점(NEAR END) 포인트가 아닌경우에는 줌의 위치를 소정의 설정된 배율만큼 증가시켜 상기한 제 2과정에서부터 반복진행하여 사용자가 지정한 줌의 위치에 가깝게 최대한 복귀시키는 제 7과정의 실행수순으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이와 같은 실행수순을 갖는 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 그 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명을 적용하여, 도 3에서와 같이 나타나는 문제점을 해결할 수 있게 됨을 나타낸 것으로,
현재 줌 렌즈의 위치가 'p1'에 위치하고, 피사체가 70cm 의 위치(p2)에 있을 경우 앞서의 종래에서도 설명한 바와 같이 초점이 일치된 화상을 볼 수 없게 된다.
이는 포커스 모터는 일치 가능할 초점을 찾기 위해 70cm에 위치하는 피사체의 실제 포커스 이동곡선(f12)상의 위치(p4)와 같이 원촛점(FAR)에서 근촛점(NEAR)으로 또는 근촛점(NEAR)에서 원촛점(FAR)으로를 반복하여 포커스 모터가 구동하게 되나, 포커스 이동곡선(f12)와 일치하는 점이 없기 때문이다.
따라서, 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 줌 렌즈의 위치를 p1의 위치에서 p3의 위치로 이동시키고, 포커스 모터로 초점이 맞도록 제어를 하게 되면, p4의 위치에서 초점이 맞출 수 있도록 함에 주 기술적 특징이 있는 것으로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 그 실시예를 참조하여 그 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 줌 카메라의 자동 포커스 제어가 이루어지기 위해서는 사용자가 줌의 위치를 조정하거나, 촬영하고자 하는 피사체가 이동되는 등의 변동이 발생하게 되는 바, 제어부(7)에서는 이를 디지털 신호처리부(6)로부터 입력된 포커스 데이터와 기존에 포커스 모터를 제어하는데 사용된 포커스 적분 데이터를 비교하여 변화가 있을 때, 이를 감지하게 된다.
이와 같이 포커스 적분 데이터가 변경되면, 자동 포커스 제어를 실행하기전에 현재의 줌 위치(ZOOM_S)와 포커스 위치(FOCUS_S)를 해당 레지스터(ZOOM_P, FOCUS_P)에 각각 저장한다.
이후, 자동 포커스 조정 과정을 수행하게 되는 바,
입력되는 이미지에 대한 포커스 적분 데이터를 이용하여 포커스 렌즈의 이동방향(FAR 또는 NEAR)을 결정하고, 포커스 렌즈의 끝부분을 검색하기 위해 원촛점 끝점-플레그(FAR END_flag)와 근촛점 끝점-플레그(NEAR END_flag)를 초기화 시키게 된다.
이후, 포커스 모터를 구동시켜 포커스 렌즈를 이동시켜, 포커스 데이터를 읽어들이게 되는 바, 제어부(7)에서는 입력된 포커스 적분 데이터의 최대값(peak data)을 검출하게 된다.
제어부(7)에서는 포커스 렌즈를 원촛점(FAR)에서 근촛점(NEAR)까지 또는 근촛점(NEAR)에서 원촛점(FAR)까지 전 구간에 걸쳐 피크 데이터를 검출하게 되는 것으로,
각 방향(FAR, NEAR)의 끝점 위치(FAR END, NEAR END)를 검출하기 위하여 설정된 플레그(FAR END_flag, NEAR END_flag)를 판단하여 전구간에 대하여 검색을 완료하였는 가를 판단하게 된다.
이중에 피크데이터가 검출되면, 초점이 맞은 것으로 간주하여 1차적인 자동 포커싱 과정을 완료하게 되며, 그래도 피크 데이터를 검출하지 못하였다면 도 5b에서와 같은 줌 배율을 증가시키는 과정을 수행하게 된다.
먼저, 줌 배율을 증가시키는 과정을 설명하고, 초점이 맞은 뒤 2차적으로 수행되는 도 5c에서와 같은 자동포커싱과정을 이후 설명하기로 한다.
이와 같이 초점을 찾지 못하였다면 입력된 영상의 밝기 데이터를 읽어 현재 저조도이고, 고휘도 상태인가를 판별하게 된다.
이의 판별은 제어부(7) 내부에 저장된 저조도 참조값(기준값)과 고휘도 참조값(기준값)을 읽어, 입력 영상의 밝기 데이터와 비교하여 판별하게 되며, 저조도를 판별하기 위한 기준값인 저조도 참조값보다 밝기 데이터가 작으면 저조도로 판별하게 되고, 고휘도 참조값보다 밝기 데이터가 크면 고휘도로 판별하게 되는 것이다.
이와 같은 상황에서는 자동 포커싱 수행이 어려우므로, 자동 포커싱 동작을 완료하게 된다.
저조도 및 고휘도 상태가 아닐 경우에는 줌 배율을 소정의 설정된 배율, 본 실시예에 있어서는 x1배율로 설정하기로 한다.
줌배율을 x1배 만큼 감소시키고, 이 줌 위치를 레지스터(ZOOM_S)에 저장하게 되며, 이후 포커스 데이터에 따라 포커스 렌즈의 이동방향을 결정하여 다시 상기와 같은 과정을 반복 진행하여 초점을 맞추게 된다.
초점이 맞게 된 후 2차적으로 수행되는 도 5c에서와 같은 자동 포커싱 과정은 원래 사용자가 설정한 줌의 위치(ZOOM_FACTOR)를 감안하고자 하는 것으로, 실제 초점은 맞았더라도 사용자가 원하는 줌의 위치가 있으므로, 이에 최대한 가깝게 영상을 얻을 수 있도록 하고자 하는 것으로,
사용자가 원래 설정한 줌의 위치(ZOOM_FACTOR)는 사용자가 줌을 설정한 키이를 이용하여 줌을 조정하게 됨에 따라 제어부(7) 내부에 저장되어 있는 바, 이와같은 사용자 설정 줌의 위치(ZOOM_FACTOR)와 현재 줌의 위치(ZOOM_S)를 비교하게 된다.
사용자 설정 줌의 위치(ZOOM_FACTOR)와 현재 줌의 위치(ZOOM_S)가 같을 경우에는 상관없으므로, 그대로 완료하면 되고, 그렇지 않을 경우에는 자동 포커싱 과정을 수행하기 전에 저장된 줌의 위치(ZOOM_P)와 현재의 줌의 위치(ZOOM_S)를 비교하게 된다.
이는 사용자가 줌의 위치를 조정한 후에도 상기한 바와같이 줌의 위치를 변경하여 자동 포커싱을 수행한 경우가 있으므로, 이전 줌의 위치(ZOOM_P)를 고려하여 줌 배율을 사용자가 설정한 줌의 위치(ZOOM_FACTOR)로 가깝게 가기 위한 것이다.
저장된 줌의 위치(ZOOM_P)가 현재의 줌의 위치(ZOOM_S)보다 작을 경우에 즉, 줌 배율이 더 낮을 경우에는(줌 배율을 감소시키는 자동 포커싱 과정을 수행하게 되므로, 그러한 경우는 없겠지만) 그대로 자동 포커싱 과정을 완료하게 된다.
그러나, 저장된 줌의 위치(ZOOM_P)가 현재의 줌의 위치(ZOOM_S)보다 같거나 클 경우에는 현재의 포커스 렌즈 위치가 근촛점 끝점(NEAR END)인가를 판단하여 근촛점 끝점(NEAR END)일 경우에는 더 이상 줌 배율을 증가시켜도 초점이 맞는 부분이 없으므로, 그대로 자동 포커싱 과정을 완료하게 된다.
그러나, 근촛점 끝점(NEAR END) 포인트가 아닐 경우에는 줌 배율을 x1배 증가시켜 적분 데이터의 변동을 판단하게 된 시점부터의 자동 포커싱 수행과정을 반복진행하여 초점을 다시 맞추어주게 된다.
즉, 현재의 줌의 위치(ZOOM_S)는 x1배 증가시킨 줌의 위치가 되는 것이고, 레지스터(ZOOM_P)에 저장되는 줌 배율 또한 이 값으로 저장되어, 앞서와 같은 자동 포커싱 과정을 수행하게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 줌 렌즈의 배율상태에 따라 근거리에 있는 피사체의 초점이 맞지 않는 경우 줌배율을 이동시켜 초점이 자동으로 맞추어 주도록 하므로써, 피사체의 이동시 최적의 줌 상태서 자동으로 초점이 맞추어줄 수 있게 된다.
또한, 사용자가 설정한 줌 배율을 고려하여 자동 포커싱을 수행하게 되므로써, 최대한 사용자의 요구를 충족시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 현재의 입력 포커스 적분 데이터와 이전 포커스 모터를 제어하기 위하여 사용된 포커스 적분 데이터를 비교하는 제 1과정과,
    비교결과 변화가 발생하였을 경우 자동 포커스 조정과정을 실행하기에 앞서, 현재의 줌 위치와 포커스 위치를 저장하는 제 2과정과,
    현재의 입력 포커스 데이터와 이전 상태에서의 포커스 데이터에 따라 포커스 렌즈의 초기 이동방향을 결정하여 포커스 렌즈를 이동시켜 원촛점(FAR)에서 근촛점(NEAR)으로 또는 근촛점(NEAR)에서 원촛점(FAR) 까지 현재의 줌 위치에서의 전구간에 걸쳐 포커스 데이터를 읽어 최대값(peak data)을 검출하여 자동 포커스 조정과정을 실행하는 제 3과정과,
    자동 포커스 조정과정을 통해 현재의 줌 위치에서 최대값이 검출되지 않으면, 줌의 위치를 소정의 설정된 배율만큼 감소시켜 상기의 자동조정과정을 반복실행하여 최대값을 검출하여 초점이 맞는 위치를 검출해내는 제 4과정의 실행수순을 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 4과정에 있어서, 자동 포커스 조정과정을 통해 현재의 줌 위치에서 최대값이 검출되지 않으면, 현재 입력된 영상의 밝기 데이터와 내부의 설정된 저조도에 대한 기준값을 비교하여 저조도를 판단하는 단계와, 저조도 상태인 경우에는 자동 포커스 조정을 완료하고, 저조도 상태가 아닌 경우에만 줌 배율을 감소시키는 과정을 진행하도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 4과정에 있어서, 자동 포커스 조정과정을 통해 현재의 줌 위치에서 최대값이 검출되지 않으면, 현재 입력된 영상의 밝기 데이터와 내부의 설정된 고휘도에 대한 기준값을 비교하여 고휘도 상태인가를 판단하는 단계와, 고휘도 상태인 경우에는 자동 포커스 조정을 완료하고, 고휘도 상태가 아닌 경우에는 줌 배율을 감소시키는 과정을 진행하도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 제 4과정에서 초점이 맞는 위치를 찾게 되면, 사용자가 설정한 줌의 위치를 인식하여, 사용자가 설정한 줌의 위치와 현재의 줌의 위치와 비교하는 제 5과정과,
    현재의 줌의 위치와 사용자가 설정한 줌의 위치가 같을 경우에는 자동 포커스 조정과정을 완료하고, 현재의 줌의 위치와 사용자가 설정한 줌의 위치가 다를 경우에는 현재의 줌의 위치와 자동 포커스 조정과정을 거치기전 저장된 줌의 위치를 비교하는 제 6과정과,
    자동 포커스 조정과정을 거친 줌의 위치가 저장된 줌의 위치가 더 클경우에는 포커스 조정과정을 완료하고, 그렇지 않을 경우에는 포커스 데이터가 근촛점 끝점(NEAR END) 포인트인가를 판단하여 근촛점 끝점(NEAR END) 포인트인경우에는 완료하고, 근촛점 끝점(NEAR END) 포인트가 아닌경우에는 줌의 위치를 소정의 설정된 배율만큼 증가시켜 상기한 제 2과정에서부터 반복진행하여 사용자가 지정한 줌의 위치에 가깝게 최대한 복귀시키는 제 7과정의 실행수순으로 이루어짐을 특징으로 하는 줌 카메라의 자동 포커스 제어 방법.
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