KR100585004B1 - 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치 - Google Patents

이미지센서의 디지털 신호 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이미지센서의 디지털 신호 처리시 메모리의 중복 사용으로 인한 집적도 감소의 문제와 알고리즘의 한계를 극복할 수 있는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, R(Red)G(Green)B(Blue) 디지털 신호를 입력받아 라인 단위로 저장하는 라인 메모리부; 상기 라인 메모리부로부터 상기 RGB 신호를 제공받아 복수의 커널을 형성하기 위한 커널 형성부; 상기 복수의 커널을 이용하여 허위 색을 검출하기 위한 허위 색 검출부; 상기 복수의 커널을 이용하여 모서리를 검출하기 위한 모서리 검출부; 상기 라인 메모리수단으로부터 상기 RGB 신호를 제공받아 보간하는 보간부; 보간된 상기 RGB 신호를 YCbCr 신호로 변환하기 위한 색공간 변환부; 및 상기 허위색 검출부 및 상기 모서리 검출부의 출력에 응답하여 상기 YCbCr 신호에서 허위 색 억압과 모서리 향상을 실시하기 위한 이미지 향상부를 포함하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치를 제공한다.
라인 메모리, 허위 색 억압(False color suppression), 모서리 향상(Edge enhancement), 이미지센서.

Description

이미지센서의 디지털 신호 처리 장치{DIGITAL SIGNAL PROCESSING APPARATUS OF IMAGE SENSOR}
도 1은 종래기술에 따른 이미지센서의 디지털 동작 부분을 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 도시한 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 라인 메모리부 21 : RGB 커널 형성부
22 : 보간부 23 : 모서리 검출부
24 : 허위 색 검출부 25 : 색공간 변환부
26 : 이미지 향상부 261 : 모서리 향상부
262 : 허위 색 억압부
본 발명은 이미지센서(Image sensor)에 관한 것으로, 특히 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메모리 사용을 최소화 하면서 모서리 향상(Edge enhancement)과 허위 색 억압(False color suppression)이 가능한 CMOS 이미지센서에 관한 것이다.
이미지센서란 반도체가 빛에 반응하는 성질을 이용하여 이미지를 재생해내는 장치를 나타내는 바, 각각의 피사체에서 나오는 각기 다른 빛의 밝기 및 파장을 감지하여 전기적인 값을 읽어내는 장치이다, 이 전기적인 값을 신호처리가 가능한 레벨로 만들어 주는 것이 이미지센서의 역할이다.
즉, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이 중 전하결합소자(CCD; Charge Coupled Device)는 개개의 MOS 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다, CMOS 이미지센서는 저전력 소비라는 큰 장점을 가지고 있기 때문에 휴대폰 등 개인휴대용 시스템에 매우 유용하다. 따라서, 이미지센서는 PC(Personal Computer)용 카메라, 의학용, 완구용 등 다양하게 그 응용이 가능하다.
따라서, CMOS 이미지센서를 설계하는 데 속도 보다 면적을 최소화하는 것이 중요하다. 그러나,메모리는 특성상 면적을 많이 차지하고 전력 손실이 크므로 이러한 메모리의 사용을 최소화하는 것이 중요하다.
도 1은 종래기술에 따른 이미지센서의 디지털 동작 부분을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 이미지센서는 디지털 변환된 R(Red, 적색)G(Green, 녹색)B(Blue, 청색) 신호를 입력받아 라인 단위로 저장하는 제1 라인 메모리부(10)와, 제1 라인 메모리부(10)로부터 제공되는 RGB 디지털 신호를 입력받아 RGB의 베이어 패턴으로 커널을 형성하는 커널 형성부(11)와, 커널 형성부(11)로 부터 제공되는 커널을 이용하여 각 화소에 대해 해당 RGB로 보간하는 보간부(12)와, 보간되어 출력되는 RGB 신호를 휘도 Y와 컬러 Cb,Cr의 포맷으로 변환하는 색공간 변환부(13)와, YCbCr로 색공간 변환된 신호를 입력받아 라인 단위로 저장하는 제2 라인 메모리부(14)와, 제2 라인 메모리부(14)로부터 제공되는 YCbCr 신호를 이용하여 커널을 형성하는 YCbCr 커널 형성부(15)와, YCbCr 커널 형성부(15)에 의해 형성된 커널 안에서 모서리를 찾아 향상시키고, 허위 색을 찾아 억압함으로써 이미지를 향상시키기 위한 이미지 향상부(16)를 구비하여 구성된다.
여기서, 이미지 향상부(16)는 허위 색을 찾아 허위 색 억압을 실시하는 허위 색 억압부(161)와 모서리를 찾아 모서리에 해당하는 부분에서 Y값을 증감시켜 모서리 부분의 강조하기 위한 모서리 향상부(162)를 포함한다.
제1 라인 메모리부(10)에 입력되는 RGB 데이터 신호는 화소 배열부(도시하지 않음)로부터 제공되는 아날로그 신호가 디코더, 아날로그 버스, 가변증폭기 및 아날로그/디지털 변환기 등의 아날로그 신호 처리부 거쳐 출력되는 신호이다.
도 1의 구조에서 알 수 있듯이 종래의 이미지센서에서는 색 보간을 위한 제1 라인 메모리부(10)와 허위 색 억압 및 모서리 향상을 위한 제2 라인 메모리부(13)의 두 개의 별도의 메모리와 커널 형성부를 필요로 한다. 제1 라인 메모리부(10)와 제2 라인 메모리부(14)는 각각 RGB와 YCbCr이라는 서로 다른 포맷의 데이터를 저장하여야 하므로 이에 따른 집적도의 문제가 발생한다.
한편, 전술한 도 1의 구성에서 제1 라인 메모리부(10)와 제2 라인 메모리부(14), RGB 커널 형성부(11) 및 YCbCr 커널 형성부(15)를 하나로 묶어서 사용한다면 허위 색 억압과 모서리 향상을 위한 동작시 알고리즘의 한계에 직면하게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 이미지센서의 디지털 신호 처리시 메모리의 중복 사용으로 인한 집적도 감소의 문제와 알고리즘의 한계를 극복할 수 있는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, R(Red)G(Green)B(Blue) 디지털 신호를 입력받아 라인 단위로 저장하는 라인 메모리부; 상기 라인 메모리부로부터 상기 RGB 신호를 제공받아 복수의 커널을 형성하기 위한 커널 형성부; 상기 복수의 커널을 이용하여 허위 색을 검출하기 위한 허위 색 검출부; 상기 복수의 커널을 이 용하여 모서리를 검출하기 위한 모서리 검출부; 상기 라인 메모리수단으로부터 상기 RGB 신호를 제공받아 보간하는 보간부; 보간된 상기 RGB 신호를 YCbCr 신호로 변환하기 위한 색공간 변환부; 및 상기 허위색 검출부 및 상기 모서리 검출부의 출력에 응답하여 상기 YCbCr 신호에서 허위 색 억압과 모서리 향상을 실시하기 위한 이미지 향상부를 포함하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치를 제공한다.
CMOS 이미지센서의 화소 부분에서는 한 화소당 하나의 컬러 필터만을 가져 베이어 패턴(Bayer pattern 또는 모삭 패턴(Mosaic pattern))으로 이미지를 얻는다. 디지털 부분에서 이 패턴을 가지고 색 보간을 하는데, 이를 위해 베이어 정보를 라인 메모리에 저장한다.
본 발명은 이 라인 메모리를 모서리 향상과 허위 색 억압에서도 공유한다. 그러나, RGB 모두 화소에서 가져오는 값을 아날로그 부분에서 증폭시키는데 그 증폭률이 각각 다르기 때문에 하나의 성분으로 일치시켜야 한다. RGB 중 G 성분은 RB 성분의 주파수에 2배로서 더 많은 이미지 정보를 가지고 있으며, 이미지의 전체 윤곽을 나타내는 광도와 가장 밀접한 관계가 있다. 따라서, 라인 메모리에 있는 베이어 정보 중 R과 B는 임시로 G 정보로 보간, 대치하여 모서리 향상과 허위 색 억압을 수행한다. 결과적으로 메모리가 별도로 필요 없으면서도 알고리즘을 구현하기에는 충분한 자원을 확보한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 도시한 블럭도이다
도 2를 참조하면, 본 발명의 이미지센서는 RGB 디지털 신호를 입력받아 라인 단위로 저장하는 라인 메모리부(20)와, 라인 메모리부(20)로부터 RGB 신호를 제공받아 복수의 RGB 커널을 형성하기 위한 RGB 커널 형성부(21)와, 상기 복수의 커널을 이용하여 허위 색을 검출하기 위한 허위색 검출부(23)와, 상기 복수의 커널을 이용하여 모서리를 검출하기 위한 모서리 검출부(24)와, 라인 메모리부(20)로부터 RGB 신호를 제공받아 보간하는 보간부(22)와, 보간된 RGB 신호를 YCbCr 신호로 변환하기 위한 색공간 변환부(25)와, 허위색 검출부(23)와 모서리 검출부(24)의 출력에 응답하여 YCbCr 신호에서 허위 색 억압과 모서리 향상을 실시하기 위한 이미지 향상부(26)를 구비하여 구성된다.
허위색 검출부(23)와 모서리 검출부(24)는 RGB 신호를 이용하여 복수의 커널을 형성하기 위한 커널 형성부(21)에서 제공하는 색 정보를 이용한다.
이미지 향상부(26)는 허위 색 검출부(241)의 출력에 응답하여 허위 색이 존재하는 해당 화소에 대해 허위 색 억압을 실시하는 허위 색 억압부(260)와, 모서리 검출부(242)의 출력에 응답하여 모서리에 해당하는 해당 화소 부분에서 Y값을 증감시켜 모서리 부분의 강조하기 위한 모서리 향상부(261)를 포함한다.
제1 라인 메모리부(10)에 입력되는 RGB 데이터 신호는 화소 배열부(도시하지 않음)로부터 제공되는 아날로그 신호가 디코더, 아날로그 버스, 가변증폭기 및 아 날로그/디지털 변환기 등의 아날로그 신호 처리부 거쳐 출력되는 신호이다.
커널 형성시 해당 화소의 값 중 R과 B가 모두 G값으로 변환하여 G로 표현하며, 허위 색 검출을 위한 커널과 모서리 검출을 위한 커널은 서로 그 일부가 공유된다. 허위 색 검출을 위한 커널은 3*3의 화소 배열을 이루며, 모서리 검출을 위한 커널은 1*5 또는 5*1의 화소 배열을 이룬다. 또한, 모서리 검출과 상기 허위 색 검출 및 상기 보간 동작은 모두 병렬로 실시된다.
이하 전술한 구성을 갖는 이미지센서의 동작을 살펴 본다.
모서리 향상과 허위 색 억압을 하기에 앞서 경계선 부분과 허위 색 부분을 찾는 것이 중요하다. 이를 위해 현재 화소뿐 아니라 주변 정보를 봐서 두 기능을 수행할 지 결정해야 하기 때문에 주변 화소를 저장하는 라인 메모리부(22)가 필요하다.
종래의 경우는 전술한 바와 같이 보간부 앞에 제1 라인 메모리부가 필요하고, 색공간 변환이 후 모서리 향상과 허위 색 억압을 위한 제2 라인 메모리부가 필요하므로 두 개의 라인 메모리부가 따로 필요하였다.
그러나, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 색 보간을 위해 존재하는 라인 메모리부(22) 하나 만을 이용하여 허위 색 및 모서리를 검출해야 하므로 커널 형성부(240)를 통하여 허위 색 검출 및 모서리 검출을 위한 커널을 형성한다.
모서리 검출을 위해서는 보통 라플라시안(Laplacian)이나 소벨 마스크(Sobel mask)를 사용하는데, 이를 위해서 3*4 커널이 필요하고, 허위 색을 검출하기 위해서는 1*5 도는 5*1의 커널이 필요하다. 이 두 커널은 공통인 부분이 존재하므로, 커널을 형성하는 하드웨어 역시 공유할 수 있다. 이 커널을 만들 때는 주변 값들을 이용하여 R과 B를 모두 G로 임시 대치시킨다.
G 값을 대치시킴에 있어서, 대부분 R과 B를 중심으로 하는 주변 G의 4개중 중간 값을 취하거나, 수직 방향이나 수평 방향의 두 G 값의 평균을 이용한다. 이렇게 형성된 커널을 이용하여 모서리를 검출하고 허위 색을 검출한다.
모서리 향상은 광도(Y)를 허위 색 억압은 채도(Cb,Cr)를 변화시키므로 두 기능 모두 색공간 변환 이 후 YCbCr 값을 가지고 수행한다. 따라서, 모서리를 검출하는 부분과 허위 색을 검출하는 부분을 색 보간과 병렬로 수행한 후, 후단의 허위 색 억압 및 모서리 향상과 동기를 맞춰주어야 한다. 모서리 향상과 허위 색 억압은 기존 방식 그대로 적용할 수 있다.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 색 보간을 위해 사용하는 라인 메모리를 모서리 향상과 허위 색 억압을 위한 부분에서도 공유함으로써, 메모리가 별도로 필요 없으면서도 알고리즘을 구현하기에는 충분한 자원을 확보할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 허위 색 억압과 모서리 향상을 위한 별도의 메모리 사용을 방지할 수 있어 메모리의 중복 사용으로 인한 집적도 감소의 문제와 알고리즘의 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. R(Red)G(Green)B(Blue) 디지털 신호를 입력받아 라인 단위로 저장하는 라인 메모리수단;
    상기 라인 메모리수단으로부터 상기 RGB 신호를 제공받아 복수의 커널을 형성하기 위한 커널 형성수단;
    상기 복수의 커널을 이용하여 허위 색을 검출하기 위한 허위 색 검출수단;
    상기 복수의 커널을 이용하여 모서리를 검출하기 위한 모서리 검출수단;
    상기 라인 메모리수단으로부터 상기 RGB 신호를 제공받아 보간하는 보간수단;
    보간된 상기 RGB 신호를 YCbCr 신호로 변환하기 위한 색공간 변환수단; 및
    상기 허위색 검출수단 및 상기 모서리 검출수단의 출력에 응답하여 상기 YCbCr 신호에서 허위 색 억압과 모서리 향상을 실시하기 위한 이미지 향상수단
    을 포함하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 허위 색 검출수단은 상기 복수의 커널 중 그 일부를 이용하며, 상기 모서리 검출수단은 상기 복수의 커널 중 다른 일부를 이용하여 모서리를 검출하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 커널 형성시 해당 화소의 값 중 R과 B가 모두 G값으로 변환하여 G로 표현하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 허위 색 검출을 위한 커널과 상기 모서리 검출을 위한 커널은 서로 그 일부가 공유된 것을 특징으로 하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 허위 색 검출을 위한 커널은 3*3의 화소 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 모서리 검출을 위한 커널은 1*5 또는 5*1의 화소 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모서리 검출과 상기 허위 색 검출 및 상기 보간 동작은 모두 병렬로 실시되는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 이미지 향상수단은,
    상기 허위 색 검출수단의 출력에 응답하여 허위 색이 존재하는 해당 화소에 대해 허위 색 억압을 실시하는 허위 색 억압부와, 상기 모서리 검출수단의 출력에 응답하여 모서리에 해당하는 해당 화소 부분에서 광도 값을 증가시켜 모서리 부분의 강조하기 위한 모서리 향상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서의 디지털 신호 처리 장치.
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