KR100563141B1 - 고화소 줌 카메라 시스템 - Google Patents

고화소 줌 카메라 시스템 Download PDF

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Abstract

IEEE1394를 기반으로 카메라 영상의 모니터 디스플레이와 동시에 PC 전송 및 저장이 동시에 가능한 고화소 줌 카메라 시스템이 개시된다.
본 발명에 따른 고화소 줌 카메라 시스템은 RGB 비디오의 모니터 출력과 IEEE1394를 이용한 PC 전송이 동시에 가능토록 지원하고, 고화소 영상의 IEEE1394 출력이 실시간 가능하도록 구현한 알고리즘을 탑재하며, PC에서 IEEE1394를 이용한 영상 저장 및 재생 등의 카메라 제어를 지원할 뿐만 아니라 카메라 설치를 위하여 길이가 긴 선을 채택할 수 있고, 피사체의 정확한 판단을 위한 여러 가지 기능(Zoom, AF, AE, AWB, 영상반전, 흑백, 음화)을 지원하여 PC와 별도의 모니터로 동시 관측이 가능하므로 의료용, 교육용, 산업용, 및 공업용 줌 카메라 시스템에 적용시 매우 효과적이다.
줌 카메라, 고화소, IEEE1394

Description

고화소 줌 카메라 시스템{Zoom camera system with high-pixel}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 IEEE1394 일체형 고화소 줌 카메라 시스템의 구조를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고화소 줌 카메라와 분리된 IEEE1394 시스템의 구조를 나타낸 블록도.
도 3a 및 도 3b에는 도 2의 상세 구조를 나누어 도시한 블록도.
도 4는 도 3b의 이미지 애플리케이션 FPGA부를 상세 도시한 블록도.
도 5는 도 3b의 IEEE 1394 인터페이스를 상세 도시한 블록도.
본 발명은 PC 전송 고화소 줌 카메라 시스템에 관한 것으로, 특히 카메라 영상의 모니터 디스플레이와 PC 전송 및 저장이 동시에 가능한 카메라 응용, 영상 처리, 및 PC 응용의 IEEE1394 제어 기반의 고화소 카메라 응용시스템에 관한 것이다.
종래의 고화소 줌 카메라 시스템은 카메라 영상을 모니터로 디스플레이하면서 PC 전송 및 저장이 편리한 시스템은 시중에 출시되어 있지 아니하며 일부 유사 제품이 유통되고 있지만 가격이 고가이고 일반 PC와의 호환성이 낮다는 문제점이 있다.
또한, 영상반전, 흑백, 음화 등의 영상 처리 기능에 있어 데이터 전송 및 수신을 위한 데이터 송수신 구조가 표준화가 되어 있지 않음에 따라 데이터의 보관 및 영상 처리에 어려움이 있고, 고화소 카메라의 영상을 5m 이상의 긴 선이 가능토록 디지털 데이터로 출력하는 방법도 공지된 기술로 존재하지 않는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 카메라 영상의 모니터 디스플레이와 PC 전송 및 저장이 동시에 가능한 카메라 응용, 영상 처리, 및 PC 응용의 IEEE1394를 이용한 고화소 줌 카메라 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 고화소 줌 카메라 시스템은,
렌즈를 모터 드라이버와 모터를 이용하여 구동하여 촬영하고자 하는 물체로부터 상을 집광하여 CCD 소자에 의하여 촬상하는 줌 메카니즘;
상기 CCD 소자에 의하여 촬상된 영상에 색보정과 밝기 보정을 포함한 신호처리를 담당하는 아날로그 신호 처리부 및 디지털 신호 처리부;
1394 버스의 셋업(Setup), 접속(connect), 및 해제(disconnect)를 제어하는 버스 제어 과정과, 카메라의 줌(Zoom) 제어, 포커스(Focus) 제어, 밝기(Brightness), 및 콘트라스트(Contrast) 제어를 위한 제어 데이터를 생성하여 카메라로 보내는 역할을 담당하는 카메라 제어 과정, 디코딩된 데이터를 입력받아 송수신 데이터를 만드는 링크 인터페이스 과정, 입력된 데이터의 메모리에 저장 및 링크 인터페이스에 저장된 데이터를 전송하는 메모리 제어 과정을 포함한 일련의 제어 과정으로 상기 줌 메카니즘과 상기 아날로그 신호 처리부 및 상기 디지털 신호 처리부를 제어하는 마이컴;
신호처리된 영상 데이터를 전송할 수 있는 포맷으로 변환하는 디지털 전송 포맷 FPGA부;
PC와의 전기 및 기계적인 인터페이스를 다루며, 접속 통신 및 접속 해제를 위한 과정을 포함한 데이터를 통신 매체와 조화할 수 있는 신호로 바꾸는 IEEE 1394 물리계층 인터페이스;
상기 IEEE 1394 물리계층 인터페이스를 통해 데이터가 들어오고 나가는 움직임을 관장하는 프로그램 내의 프로토콜을 담당하는 IEEE 1394 링크계층 인터페이스;
전송을 위한 버퍼링 및 소정 거리 이상의 전송선을 통해서 전송할 수 있도록 신호를 증폭하여 전송하는 전송부;
케이블을 통해 전송된 영상 데이터를 버퍼링 및 수신하는 수신부;
수신된 데이터를 영상반전, 흑백, 음화로 변환하여 RGB 인코더 및 IEEE1394 전송 FPGA부로 영상 데이터를 동시에 전송하는 이미지 애플리케이션 FPGA부;
상기 이미지 애플리케이션 FPGA부로부터 수신된 디지털 영상 데이터를 모니터 출력을 위한 아날로그 영상 신호로 변환하는 RGB 인코더;
인코딩된 아날로그 영상 신호를 증폭하여 송출하는 RGB 신호 증폭부;
증폭된 아날로그 영상 신호를 수신하여 영상을 표시하는 모니터; 및
PC와 연결이 되어 영상의 전송이 시작되면 상기 PC로 고화소의 영상을 전송하는 IEEE1394 전송 FPGA부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지 애플리케이션 FPGA부는,
카메라에서 전송된 디지털 데이터에서 프레임 동기 신호, 수평 동기 신호, 및 이미지 데이터 신호를 분리하는 디코더;
디코딩된 데이터를 IEEE1394 인터페이스에 맞도록 변환 및 전송하는 IEEE1394 대응 디지털 데이터 전송부;
대략 15 ㎐의 카메라 영상을 RGB 모니터 출력을 위하여 프레임 레이트를 변경하여 RAM에의 데이터 쓰기 및 읽기를 지원하도록 하는 프레임 레이트 변환부;
프레임 레이트 변환 및 전체 시스템의 타이밍 신호를 생성하는 동기 신호 발생부; 및
YCrCb의 카메라 영상 데이터를 24비트 RGB 신호로 색공간을 변환하는 색공간 변환부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이컴은,
디코딩된 데이터를 입력받는 디지털 데이터 입력 인터페이스;
송수신 데이터를 만드는 링크 인터페이스;
입력된 데이터를 메모리에 저장하고, 링크 인터페이스에 저장된 데이터를 전송하는 메모리 제어부;
1394 버스의 셋업(Setup), 접속(connect), 및 해제(disconnect)를 제어하는 버스 제어 계층; 및
카메라의 줌(Zoom) 제어, 포커스(Focus) 제어, 밝기(Brightness), 및 콘트라스트(Contrast) 제어를 위한 제어 데이터를 생성하여 카메라로 보내는 역할을 담당하는 카메라 제어 계층;을 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 IEEE 1394를 이용하여 이미지를 피씨(PC)로 전송 가능하도록 하는 고화소 줌 카메라 시스템의 구조를 블록도로써 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면,본 발명의 실시예에 따른 고화소 줌 카메라 시스템은 줌 렌즈(102)와 CCD 소자(106) 및 모터 드라이버(104)로 구성된 줌 메카니즘(10)과, 아날로그 신호 처리부(122), 디지털 신호 처리부(124), 마이컴(126), 이미지 애플리케이션 FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이; Field Programmable Gate Array, 이하 FPGA라 칭함)부(128), IEEE 1394 링크계층 인터페이스(130), IEEE 1394 물리계층 인터페이스(132) 및 PC(134)로 이루어진다.
줌 메카니즘(10)에서는 모터 드라이버(104)에 의하여 줌 렌즈(102)가 구동되고 집광된 광은 CCD 소자(106)에 의하여 촬상되며, 아날로그 신호 처리부(122)와 디지털 신호 처리부(124)에 의하여 신호 처리가 이루어진다. 또한, 외부동기신호(Trigger)에 의해 카메라 신호가 출력되도록 마이컴 및 FPGA를 설계하며, 신호 처리 과정은 이하에서 보다 상세히 설명된다.
다음으로, IEEE 1394 물리계층 인터페이스(132)는 PC(134)와의 전기적, 기계 적인 인터페이스를 다루며, 접속 통신 및 접속 해제를 위한 과정을 포함한 데이터를 통신 매체와 조화할 수 있는 신호로 바꾼다. 이 계층은 통신 프로토콜을 정의한 OSI 모델 7개의 계층 중 첫 번째 계층에 해당한다. IEEE 1394 링크계층 인터페이스(130)는 IEEE 1394 물리계층 인터페이스(132)를 통해 데이터가 들어오고 나가는 움직임을 관장하는 프로그램 내의 프로토콜을 담당한다. 이 계층은 통신 프로토콜을 정의한 OSI 모델 7개의 계층 중 두 번째 계층에 해당한다.
도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고화소 줌 카메라 시스템의 구조를 블록도로써 나타내었다. 도 2를 참조하면,본 발명의 실시예에 따른 IEEE1394를 이용한 PC 전송 고화소 줌 카메라 시스템은 RGB 비디오와 IEEE1394를 이용한 PC로 카메라 영상 동시 출력할 수 있도록 구성되어 있으며, 프로그레시브 줌 카메라(202)를 포함한 줌 메카니즘(20)과, PC(232) 및 모니터(230)로 영상을 출력하는 IEEE1394 제어부(22)로 구성된다.
도 3a 및 도 3b에는 도 2의 상세 구조를 나누어 도시하였다. 줌 메카니즘(30)은 렌즈(302)를 모터 드라이버(304)와 모터를 이용하여 구동하며, 초점과 밝기를 제어하고 집광된 광은 CCD(306)에 의하여 촬상되며, 아날로그 신호 처리부(322)와 디지털 신호 처리부(324)는 CCD(306)에 의하여 촬상된 영상에 색보정, 밝기 보정을 포함한 신호처리를 담당한다. 마이컴(326)은 1394 버스의 셋업(Setup), 접속(connect), 및 해제(disconnect)를 제어하는 버스 제어 과정과, 카메라의 줌(Zoom) 제어, 포커스(Focus) 제어, 밝기(Brightness), 및 콘트라스트(Contrast) 제어를 위한 제어 데이터를 생성하여 카메라로 보내는 역할을 담당하는 카메라 제어 과정, 디코딩된 데이터를 입력받아 송수신 데이터를 만드는 링크 인터페이스 과정, 입력된 데이터의 메모리에 저장 및 링크 인터페이스에 저장된 데이터를 전송하는 메모리 제어 과정을 포함한 일련의 제어 과정으로 줌 메카니즘(30)과 아날로그 신호 처리부(322) 및 디지털 신호 처리부(324)의 제어를 한다. 디지털 전송 포맷 FPGA부(328)는 신호처리된 영상 데이터를 전송할 수 있는 포맷으로 변환한다. 전송부(330)는 전송을 위한 버퍼링 및 5 m 이상의 전송선을 통해서 전송할 수 있도록 신호를 증폭한다.
수신부(332)는 케이블을 통해 전송된 영상 데이터를 버퍼링 및 수신한다. 이미지 애플리케이션 FPGA부(340)는 수신된 데이터를 사용자의 선택에 따라 영상반전, 흑백, 음화로 변환하여 모니터 출력을 위한 RGB 인코더(342) 및 IEEE1394 전송 FPGA부(350)로 영상 데이터를 동시에 전송한다. 여기서, 오토 포커스(AF), 오토 인핸스먼트(AE), 및 오토 화이트 밸런스(Auto White Balance: AWB), RGB 변환, 영상반전, 흑백, 음화를 포함한 여러 가지 기능들은 프로그래밍되어 FPGA에 올려지고 마이컴에 의하여 실행됨으로써 동작된다.
다음으로, RGB 인코더(342)는 이미지 애플리케이션 FPGA부(340)로부터 수신된 디지털 영상 데이터를 모니터 출력을 위한 아날로그 영상 신호로 변환한다. RGB 신호 증폭부(344)는 인코딩된 아날로그 영상 신호를 증폭하여 모니터(346)로 송출하고, 모니터(346)에서는 증폭된 아날로그 영상 신호를 수신하여 영상을 화면에 표시된다. 이로써, RGB 비디오의 모니터 출력과 IEEE1394를 이용한 PC 전송이 동시에 가능하다.
IEEE1394 전송 FPGA부(350)는 PC(356)와 연결이 되어 영상의 전송이 시작되면 PC(356)로 고화소의 영상을 전송하는 역할을 한다. IEEE1394 링크계층 인터페이스(352)는 IEEE 1394 물리계층 인터페이스(354)를 통해 데이터가 들어오고 나가는 움직임을 관장하는 프로그램 내의 프로토콜을 담당한다. 이 계층은 통신 프로토콜을 정의한 OSI 모델 7개의 계층 중 두 번째 계층에 해당한다. IEEE1394 물리계층 인터페이스(354)는 PC(356)와의 전기적, 기계적인 인터페이스를 다루며, 접속 통신 및 접속 해제를 위한 과정을 포함한 데이터를 통신 매체와 조화할 수 있는 신호로 바꾼다. 이 계층은 통신 프로토콜을 정의한 OSI 모델 7개의 계층 중 첫 번째 계층에 해당한다. 상기한 통신 프로토콜 계층들은 PC에서의 제어, PC로의 영상 데이터를 송수신하기 위한 프로토콜로 이해되어야 하며, CPU(36)의 제어에 의하여 작동한다. RSC-232C 인터페이스(362), 키보드(364), 및 리모콘(366)은 CPU(360)와의 인터페이스를 위한 것으로 설명을 생략한다.
도 4에는 도 3b의 이미지 애플리케이션 FPGA부(340)를 블록도로써 상세 도시하였다. 도 4를 참조하면, 디코더(402)는 카메라에서 전송된 디지털 데이터에서 프레임 동기 신호, 수평 동기 신호, 및 이미지 데이터 신호를 분리하는 역할을 한다. IEEE 1394 대응 디지털 데이터 전송부(406)는 디코딩된 데이터를 IEEE 1394 인터페이스에 맞도록 변환 및 전송한다.
프레임 레이트 변환부(410)는 대략 15 ㎐의 카메라 영상을 RGB 모니터 출력을 위하여 프레임 레이트를 변경하여 RAM에의 데이터 쓰기 및 읽기를 지원한다. 동기 신호 발생부(412)는 프레임 레이트 변환 및 전체 시스템의 타이밍 신호(HD, VD, 메모리 체인지 신호)를 생성한다. 색공간 변환부는 YCrCb의 카메라 영상 데이터를 24비트 RGB 신호로 색공간을 변환한다.
도 5에는 도 3b의 IEEE 1394 인터페이스를 블록도로써 상세 도시하였다. 도 5를 참조하면, 참조 번호 50으로 참조되는 부분은 소프트웨어 구동에 의하여 구현되는 부분으로 IEEE 1394 프로토콜을 해석하고 제어하는 부분에 해당한다. 프로토콜 계층은 카메라 제어 계층과, 1394의 버스 제어 계층, 및 이미지 제어를 위한 애플리케이션 계층으로 나뉘어질 수 있다. 버스 제어 계층(504)는 1394 버스의 셋업(Setup), 접속(connect), 및 해제(disconnect)를 제어한다. 카메라 제어 계층(502)은 카메라(502a)의 줌(Zoom) 제어, 포커스(Focus) 제어, 밝기(Brightness), 및 콘트라스트(Contrast) 제어를 위한 제어 데이터를 생성하여 카메라(502a)로 보내는 역할을 담당한다. 상기와 같이 마이컴에서의 제어 과정을 프로토콜 계층별로 구성함으로써 고화소 영상의 IEEE 1394 출력이 실시간 가능하도록 구현한 알고리즘을 탑재하는 것이 가능한 것이다.
도 5에서 나머지 부분은 H/W 부분으로 디코딩된 데이터를 입력받는 디지털 데이터 입력 인터페이스(420), 입력된 데이터를 메모리에 저장하고, 링크 인터페이스(530)에 저장된 데이터를 전송하는 메모리 제어부(524), 송수신 데이터를 만드는 링크 인터페이스(530), 및 IEEE 1394 케이블로 송수신하기 위한 IEEE1394 물리 계층 인터페이스(332)를 구비한다.
상기와 같은 고화소 줌 카메라 시스템은 RGB 비디오의 모니터 출력과 IEEE1394를 이용한 PC 전송이 동시에 가능하다.
또한, 고화소 영상의 IEEE1394 출력이 실시간 가능하도록 구현한 알고리즘을 탑재하며, PC에서 IEEE1394를 이용한 영상 저장 및 재생 등의 카메라 제어를 지원할 뿐만 아니라 카메라 설치를 위하여 길이가 긴 선을 채택할 수 있고, 피사체의 정확한 판단을 위한 여러 가지 기능(Zoom, AF, AE, AWB, 영상반전, 흑백, 음화)을 지원하여 PC와 별도의 모니터로 동시 관측이 가능하므로 의료용, 산업용, 및 공업용 줌 카메라 시스템에 적용시 매우 효과적이다.
이상의 실시예는 본원 발명에 대한 이해를 돕기 위한 설명적인 것이며 첨부된 청구항들에 의하여 정의되는 본원 발명의 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 고화소 줌 카메라 시스템의 권리 범위는 상기 실시예에 한정되지 아니한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 시스템은 RGB 비디오의 모니터 출력과 IEEE1394를 이용한 PC 전송이 동시에 가능토록 지원하고, 고화소 영상의 IEEE1394 출력이 실시간 가능하도록 구현한 알고리즘을 탑재하며, PC에서 IEEE1394를 이용한 영상 저장 및 재생 등의 카메라 제어를 지원할 뿐만 아니라 카메라 설치를 위하여 길이가 긴 선을 채택할 수 있고, 피사체의 정확한 판단을 위한 여러 가지 기능(Zoom, AF, AE, AWB, 영상반전, 흑백, 음화)을 지원하여 PC와 별도의 모니터로 동시 관측이 가능하므로 의료용, 교육용, 산업용, 및 공업용 줌 카메라 시스템에 적용시 또는 IEEE1394와 외부동기 신호에 의해 동작되는 일체형 고화소 줌 카메라를 요구하는 산업용, 공업용에 매우 효과적이다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 렌즈를 모터 드라이버와 모터를 이용하여 구동하여 촬영하고자 하는 물체로부터 상을 집광하여 CCD 소자에 의하여 촬상하는 줌 메카니즘과;
    상기 CCD 소자에 의하여 촬상된 영상에 색보정과 밝기 보정을 포함한 신호처리를 담당하는 아날로그 신호 처리부 및 디지털 신호 처리부과;
    1394 버스의 셋업(Setup), 접속(connect) 및 해제(disconnect)를 제어하는 버스 제어 과정과, 카메라의 줌(Zoom) 제어, 포커스(Focus) 제어, 밝기(Brightness) 및 콘트라스트(Contrast) 제어를 위한 제어 데이터를 생성하여 카메라로 보내는 역할을 담당하는 카메라 제어 과정, 디코딩된 데이터를 입력받아 송수신 데이터를 만드는 링크 인터페이스 과정, 입력된 데이터의 메모리에 저장 및 링크 인터페이스에 저장된 데이터를 전송하는 메모리 제어 과정을 포함한 일련의 제어 과정으로 상기 줌 메카니즘과 상기 아날로그 신호 처리부 및 상기 디지털 신호 처리부를 제어하는 마이컴과;
    신호처리된 영상 데이터를 전송할 수 있는 포맷으로 변환하는 디지털 전송 포맷 FPGA부와;
    PC와의 전기 및 기계적인 인터페이스를 다루며, 접속 통신 및 접속 해제를 위한 과정을 포함한 데이터를 통신 매체와 조화할 수 있는 신호로 바꾸는 IEEE 1394 물리계층 인터페이스와;
    상기 IEEE 1394 물리계층 인터페이스를 통해 데이터가 들어오고 나가는 움직임을 관장하는 프로그램 내의 프로토콜을 담당하는 IEEE1394 링크계층 인터페이스와;
    전송을 위한 버퍼링 및 소정 거리 이상의 전송선을 통해서 전송할 수 있도록 신호를 증폭하여 전송하는 전송부와;
    케이블을 통해 전송된 영상 데이터를 버퍼링 및 수신하는 수신부와;
    수신된 데이터를 영상반전, 흑백, 음화로 변환하여 RGB 인코더 및 IEEE1394 전송 FPGA부로 영상 데이터를 동시에 전송하는 이미지 애플리케이션 FPGA부와;
    상기 이미지 애플리케이션 FPGA부로부터 수신된 디지털 영상 데이터를 모니터 출력을 위한 아날로그 영상 신호로 변환하는 RGB 인코더와;
    인코딩된 아날로그 영상 신호를 증폭하여 송출하는 RGB 신호 증폭부와;
    증폭된 아날로그 영상 신호를 수신하여 영상을 표시하는 모니터와;
    PC와 연결이 되어 영상의 전송이 시작되면 상기 PC로 고화소의 영상을 전송하는 IEEE1394 전송 FPGA부를 포함하여 구성되고,
    상기 이미지 애플리케이션 FPGA부는, 카메라에서 전송된 디지털 데이터에서 프레임 동기 신호, 수평 동기 신호, 및 이미지 데이터 신호를 분리하는 디코더와; 디코딩된 데이터를 1394 인터페이스에 맞도록 변환 및 전송하는 1394 대응 디지털 데이터 전송부와; 대략 15 ㎐의 카메라 영상을 RGB 모니터 출력을 위하여 프레임 레이트를 변경하여 RAM에의 데이터 쓰기 및 읽기를 지원하도록 하는 프레임 레이트 변환부와; 프레임 레이트 변환 및 전체 시스템의 타이밍 신호를 생성하는 동기 신호 발생부와; YCrCb의 카메라 영상 데이터를 24비트 RGB 신호로 색공간을 변환하는 색공간 변환부를 포함하며,
    상기 마이컴은, 디코딩된 데이터를 입력받는 디지털 데이터 입력 인터페이스와, 송수신 데이터를 만드는 링크 인터페이스와; 입력된 데이터를 메모리에 저장하고, 링크 인터페이스에 저장된 데이터를 전송하는 메모리 제어부와; 1394 버스의 셋업(Setup), 접속(connect) 및 해제(disconnect)를 제어하는 버스 제어 계층과; 카메라의 줌(Zoom) 제어, 포커스(Focus) 제어, 밝기(Brightness) 및 콘트라스트(Contrast) 제어를 위한 제어 데이터를 생성하여 카메라로 보내는 역할을 담당하는 카메라 제어 계층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고화소 줌 카메라 시스템.
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CN108243185B (zh) * 2017-12-21 2020-05-12 中国科学院西安光学精密机械研究所 基于ax88180的科学级ccd千兆以太网通信系统及方法

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