KR100454447B1 - 일체형 ccd카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감시 카메라에 관한 것으로서, 밤이나 조명이 없는 곳에서 적외선 조명을 밝혀주는 적외선 조명기와, 외부의 화상정보를 입력하는 렌즈와, 화상정보를 필터링하는 필터부와, 외부 광원으로부터 입력되는 광을 축적하였다가 상기 렌즈에서 수집된 화상정보와 함께 수직동기신호에 맞추어 외부로 출력하는 CCD와, CCD에서 나온 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 DSP로 구성되어 있으며, 상기 렌즈는 가시광선은 물론 근적외선에서도 투과감도가 좋은 것을 특징으로 하고, 또 상기 필터는 종래의 가시광선 대역에서의 투과감도와 해로운 적외선(620㎚ ~ 820㎚) 대역을 제거한 근적외선 대역에서의 특정한 투과감도로 제한되는 것을 특징으로 한다.

Description

일체형 CCD카메라{ALL IN ONE CCD CAMERA}

본 발명은, 감시 카메라에 관한 것으로서, 상세하게는 CCD카메라의 렌즈부, OLPF 및 적외선 조명기를 일체로 구성한 일체형 CCD카메라에 관한 것이다.

일반적으로 CCD카메라는 일반 주택을 비롯하여 백화점, 은행, 전시장 등의 장소에서 침입, 도난 또는 화재 등을 비롯한 재해에 대하여 예방하고 방지하며 발생하더라도 신속하게 처리하기 위하여 설치하며, 공장 등에서는 기계의 작동상태나 공정흐름 등을 손쉽게 점검하기 위하여 폐쇄회로 감시장치인 CCD카메라 시스템을 이용하고 있다.상기 CCD카메라에서 사용되는 렌즈(Lens)는 저역대역의 광빔을 통과시키는 저역통과필터(Optical Low Pass Filter; OLPF)와 IR Coating 렌즈로 구분되며, 주간 사용시 상기 OLPF는 광빔에 포함된 적외선 영역의 빛을 차단하는 적외선 차단필터(Infra-Red Cut Filter; IRCF)를 부가적으로 사용함으로써 주간 사용시 발생하는 광학적 노이즈를 보다 엄밀하게 차단하고 있다.

즉, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 외부의 화상정보를 입력하는 렌즈부(110)와, 외부 광원으로부터 입력되는 광을 축적하였다가 상기 렌즈에서 수집된 화상정보와 함께 수직동기신호에 맞추어 외부로 출력하는 CCD(120)와, 상기 CCD에서 출력되는 신호를 필터링하는 필터부(130)와, 상기 필터를 통한 화상정보를 전기신호로 변환하는 촬상부(140)와, 외부 전원에 의해 상기 촬상부를 통해 전기신호로 출력되는 화상정보를 영상신호로 변환하여 출력하는 비디오 신호 처리부(150)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, CCD(Charge Coupled Device)는 고체촬상소자를 의미하는 용어의 약자로 빛을 전기신호로 변환하는 광전변환센서로서, 구조는 빛을 전기적 신호로 변환하는 광전변환 부분과 변환된 전하를 저장했다 전송하는 전송부분으로 크게 나뉘어져 있다.도 2에 나타내는 바와 같이 그 작동원리를 보면, 렌즈로부터 들어온 빛의 세기는 먼저 CCD에 기록됨과 동시에, 촬상된 영상의 빛은 CCD에 붙어 있는 RGB색 필터에 의해 각기 다른 색으로 분리된다. 이어서 분리된 색은 CCD를 구성하는 수십만개의 광센서(41만 CCD의 경우 총 화소수 41만개의 광센서가 밀칩되어 있다)에서 전기적 신호로 변환되어 CCD에서 나온 아날로그 신호를 DSP(Digital Signal Processing)칩을 사용하여 0과 1의 디지털 신호로 변환시켜서 영상신호가 만들어지고, 모니터를 통해서 나타나게 된다.한편, 종래의 CCD와 필터(Optical Low Pass Filter; OLPF)의 감도특성을 나타내면 도 3의 (a), (b)에 나타내는 바와 같다.

기존의 CCD카메라는 가시광선 영역에서의 촬영(주간 촬영)이 필요하므로, CCD의 감도특성은 400㎚ ~ 640㎚ 파장대역에서 투과율 특성이 좋으며, 파장이 적외선 및 자외선 대역으로 갈수록 감도특성이 현격하게 떨어지게 되며, OLPF는 640㎚에서 적외선 대역을 컷오프함으로써 근적외선 대역을 감지할 수 없으며, 렌즈 또한 650㎚ 대역에서 적외선 대역이 컷오프되거나, 적외선 감도특성이 현저하게 떨어진다.따라서, 종래의 컬러 CCD카메라에서는 내장된 OLPF가 640㎚ 이상의 적외선 대역을 컷오프함으로써, 사람의 눈으로 인식할 수 있는 가시광선, 예컨데 340㎚∼780㎚ 대역에서만 영상을 촬영할 수 있도록 구성되어 있으므로 조명이 열악한 상태에서는 선명한 영상을 촬영할 수 없었다. 즉, 통상 일반조명이 불가능한 장소의 감시, 밀어 또는 밀수 등의 감시 , 동물 또는 식물 등의 연구관찰, 기타 각종 영비 방범업무 등에는 사용할 수 없었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 1개의 렌즈를 사용하되, OLPF이 특정 주파수 대역을 컷오프하고, 투과율을 특정하여 가시광선으로 촬영이 가능한 낮에는 선명한 컬러영상으로, 밤에는 적외선 조명을 이용한 선명한 흑백영상을 촬영하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 CCD카메라 구성도,

도 2는 CCD의 일반적인 작동원리를 나타내는 도면,

도 3은 종래의 일실시예에 따른 CCD 및 OLPF의 감도특성도,

도 4는 본 발명에 따른 CCD카메라의 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 렌즈 및 OLPF의 감도특성도,

도 6은 본 발명에 사용한 렌즈, OLPF 및 CCD의 감도특성도이다.<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>110: 렌즈부 120: CCD130: 필터부 140: 촬상부150: 비디오신호 처리부400: 적외선 조명기 410: 카메라모듈420: 회로부 430: 렌즈440: OLPF(필터) 450: CCD460: DSP 470: 엔코더

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 밤이나 조명이 없는 곳에서 적외선 조명을 행하는 적외선 조명기와, 상기 조명기의 조명에 의해 외부의 화상정보를 입력하는 렌즈와, 상기 렌즈에 의해 입력된 화상정보를 필터링하는 OLPF와, 외부 광원으로부터 입력되는 광을 축적하였다가 상기 렌즈에서 수집된 화상정보와 함께 수직동기신호에 맞추어 외부로 출력하는 CCD와, 상기 CCD에서 보내진 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 DSP 칩으로 구성된 CCD 카메라에 있어서, 상기 조명기, 렌즈, OLPF, CCD 및 DSP 칩이 일체로 구성되고, 상기 OLPF는 가시광선 영역에서는 95% 이상의 투과율을 가지고 적외선 대역에서는 50% 이하의 투과율을 가지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 CCD카메라는 적외선 조명기(400), 카메라 모듈(410), 회로부(420)로 구성되어 있으며, 상기 카메라 모듈(410)은 순서대로 최하단부에 CCD(450), 그 상측에 OLPF(440), 그리고 그 위에 렌즈(430)가 결합된 구성으로 이루어져 있으며, 또한 상기 회로부(420)는 DSP(460), 엔코터(470) 등으로 이루어져 있다.

상기 적외선 조명기(400)는 다수의 적외선 LED로 이루어져 있으며, 밤에는 광센서에 의해 일정 조도이하에서 적외선 LED가 자동으로 점등되고, CCD카메라 회로부(420)의 DSP(460)칩에 의해 CHROMA suppress 기능을 응용하여 빛의 감도를 감지하여 AGC Gain양에 따른 색신호를 Suppress하여 저조도이하 일대에 색신호를 완전히 차단함으로 자동으로 컬러모드에서 흑백모드로 전환된다.본 발명의 일 실시례로서는 내장된 광센서에 의해 주위의 조도가 1룩스 이하일 경우 적외선 조명기를 '온'으로 자동전환함으로써 촬영하고자 하는 장소에 대해 적외선을 조명하고, DSP칩을 칼라모드에서 흑백모드로 전환함으로써 보다 선명한 영상을 촬영할 수 있도록 회로구성된다.상기 자동점등 및 모드전환(컬러-흑백)은 광센서에서 전달되는 신호에 의해 간단한 회로구성으로 구현가능하므로, 이하 상세한 설명은 생략한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 적용되는 OLPF는 종래의 가시광선 투과감도를 가지며, 또한 적외선 대역중 해로운 적외선 대역(620㎚ ~ 820㎚)을 제외한 근적외선 대역을 투과하는 적당한 투과율을 가지고 있다. 여기서, 적외선의 투과감도가 너무 좋으면 태양빛과 같은 자연광이 있는 낮에는 절대온도 이상의 물체 또는 태양광선으로부터 분자의 회전, 진동 등에 의해 적외선이 방출되므로, 나뭇잎 등의 색이 자연색으로 촬영되지 않고 단색이 혼재된 초록색으로 보이게 된다. 즉, 사물이 희뿌옇게 보이게 되므로 렌즈(430) 역시 가시광선과 근적외선 대역에서 투과감도가 가능한 좋아야 한다.

도 6에 나타내는 바와 같은 감도특성을 가진 광학재료를 이용하여 본 발명의 CCD카메라를 구성함으로써, 보다 선명한 화상을 얻을 수 있다.

상기 렌즈(430)의 투과감도 특성을 보면 종래의 렌즈보다 적외선 투과율을 좋게하고, 더불어 가시광선과 적외선 대역을 동시에 만족할 수 있게 각 파장대의 굴절율을 계산하여 특수 코팅을 하며 고스트 및 심도, 렌즈MTF(Modulation Transfer Function)의 특성을 고려하여, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 95% 이상의 투과율을 유지하는 것이 바람직한데, 코팅방법 등은 종래의 IR코팅렌즈에서 이미 사용되고 있는 공지의 기술을 그대로 적용이 가능하므로, 이하에서 상세한 설명은 생략한다.즉, 본원 발명의 OLPF는 주·야간 공용이 가능하도록 가시광선에서는 95% 이상의 투과율을 유지해야 하며, 가시광선 및 적외선의 간섭에 의해 광학적 노이즈를 차단하기 위해 620~820nm의 적외선 대역을 필터링하는 것에 그 기술적 특징이 있다.

또한, OLPF(440)의 특성은 적외선 대역에서 특히 적외선 조명상태에서 선명한 영상을 촬영하기 위해 투과율을 도 6(b)와 같이 가시광선 영역에서는 95% 이상의 투과감도를 유지하며, 적외선 대역에서는 50% 이하로 투과율을 유지하도록 하는 것이 선명한 영상을 얻기에 바람직하며, 자칫 투과율만을 너무 강조하면 가시광선에서의 색온도가 틀어지므로 가시광선 및 적외선 투과율 구성비를 실험적 데이터에 의해 결정해야 한다.

또한, CCD카메라 회로부(420)의 DSP(460)칩에서는 광센서에 의해 조도가 1룩스 정도일때 자동으로 컬러모드에서 흑백모드로 전환될 수 있도록 회로가 구성되어 있으며, 또 DSP(460)의 데이터 입력을 낮에는 컬러모드가 되도록 하고, 밤에는 흑백모드가 되도록 데이터 처리 한다.

이상, 본 발명의 일 실시예를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 그것에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 대체가능하도록 변형된 것은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.

본 발명에 의한 일체형 CCD카메라는 적외선 조명기와, 렌즈와 OLPF 및 CCD로 구성된 카메라모듈과, DSP와 엔코더로 구성된 회로부를 일체로 구성하고, 특히 OLPF를 통해 주파수 간섭이 발생하는 특정 주파수 영역을 필터링함으로써 가시광선으로 촬영이 가능한 낮에는 선명한 컬러영상으로 촬영하고, 조도가 현격하게 떨어지는 야간에는 적외선 조명을 이용하여 선명한 흑백영상을 촬영할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 밤이나 조명이 없는 곳에서 적외선 조명을 행하는 적외선 조명기와, 상기 조명기의 조명에 의해 외부의 화상정보를 입력하는 렌즈와, 상기 렌즈에 의해 입력된 화상정보를 필터링하는 OLPF와, 외부 광원으로부터 입력되는 광을 축적하였다가 상기 렌즈에서 수집된 화상정보와 함께 수직동기신호에 맞추어 외부로 출력하는 CCD와, 상기 CCD에서 보내진 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 DSP 칩으로 구성된 CCD 카메라에 있어서,

   상기 조명기, 렌즈, OLPF, CCD 및 DSP 칩이 일체로 구성되고,

   상기 OLPF는 620~820nm의 적외선 대역이 필터링되며,

   상기 OLPF는 가시광선 영역에서는 95% 이상의 투과율을 나타내고, 적외선 대역에서는 50% 이하의 투과율을 나타내는 것을 특징으로 하는 일체형 CCD카메라.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 적외선 조명기는 내부의 광센서에 의해 외부의 조도가 1룩스 이하일 경우 온으로 자동전환되며, 상기 DSP칩은 내부의 광센서에 의해 조도가 1룩스 이하인 경우 컬러모드에서 흑백모드로 자동전환시키는 것을 특징으로 하는 일체형 CCD카메라.
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