KR100601312B1

KR100601312B1 - 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 보정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100601312B1
Application number: KR1019990045341A
Authority: KR
Inventors: 이석근
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2006-07-13
Also published as: KR20010037684A

Abstract

본 발명은 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 보정 장치 및 방법이다. CCD 촬영부는 개폐 동작을 수행하여 입사되는 빛의 광량을 조절하는 전자 셔터와 상기 전자 셔터를 통해 입사되는 피사체 빛을 촬상하여 해당하는 영상 신호를 출력하는 CCD 촬상 소자를 포함하고, 아날로그 디지털 변환부는 CCD 촬영부로부터 출력된 영상 신호를 디지털 영상 데이터로 변환하며, 노출 제어부는 디지털 영상 데이터를 처리하여 촬영된 1프레임의 영상중 촬영하고자 하는 피사체 영역을 추출하고, 피사체 영역의 휘도 레벨 분포를 산출하고, 추출된 데이터를 휘도 레벨에 대한 히스토그램 분석을 통하여 전자 셔터의 노출 보정을 제어한다.

그 결과 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 제어시, 중앙 측광 영역 내에서 피사체의 유효한 윤곽 추출이 가능한 경우에는 피사체 영역을 추출하고, 추출된 영역 내의 데이터에 대하여 휘도 레벨에 따른 히스토그램을 구하여 이를 분석하여 피사체 영역을 중심으로 적절한 노출 보정을 자동적으로 수행할 수 있다.

DSC, 디지털 스틸 카메라, 노출, 보정, 에지 검출, 휘도, 히스토그램, 윤곽

Description

디지털 스틸 카메라의 자동 노출 보정 장치 및 방법{Apparatus for correlating of exposure automatically of a digital still camera and method for performing the same}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 장치의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : CCD촬영부 110 : 촬영 렌즈

120 : CCD촬상부 130 : 전자 셔터

200 : 아날로그 디지털변환부 300 : 노출 제어부

400 : 디지털 제어부 500 : LCD부

600 : 메모리부 700 : 시스템 제어부

본 발명은 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보 다 상세하게는 디지털 스틸 카메라에 있어서 영상 데이터의 에지 검출을 이용하여 정확하게 전자 셔터의 노출을 보정할 수 있는 노출 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

벨 연구소의 보이엘(Boyle) 등에 의해 발명된 후 사반 세기가 경과된 전하 결합 소자(Charge-coupled Device; 이하 CCD라 칭함.) 기술의 응용으로 현재 가장 실용화가 진행 중인 것은 이미지 센서 분야로서, 이러한 이미지 센서는 비디오 카메라, 감시 카메라, 의료용 카메라, 공업 계측, 팩시밀리, 이미지 스캐너, 바코드 리더 등의 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

더욱이, 최근에는 디지털 스틸 카메라용으로 구조를 최적화시킨 CCD 이미지 센서도 등장하기에 이르렀다.

이처럼 CCD를 이용한 모든 광학용 기기에 있어서는 선명한 화질과 색잡음 제거는 필수 조건으로, 특히 디지털 스틸 카메라와 같은 디지털 화상 기록 장치는 정지 영상을 보존하는데 이용되므로 화질의 중요성은 더욱 강조된다.

이러한 디지털 스틸 카메라의 노출 제어는 여러 가지 방법이 있을 수 있으나, 다음의 두 가지 방법을 가장 많이 사용한다.

첫 번째 방법은 광학 카메라에서 주로 사용하는 방법으로 렌즈를 통해 입력되는 영상을 영역별로 분할한 후 유효한 영역에서의 휘도 레벨 값을 적절한 휘도 레벨 값으로 제어하는 방식이다.

두 번째 방법은 입력 영상의 휘도 레벨 값에 대한 히스토그램을 추출하여 포화 영역의 데이터를 일정한 비율로 제어하는 방식이다.

첫 번째 방식에 의하면, 분할된 영역의 배치에 따라서 성능이 달라지고, 유효한 영역에서 휘도 레벨 값의 평균을 제어하는 방식이므로 보정된 영상의 노출 보정의 정확성이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 휘도 레벨의 평균값으로 노출 보정을 수행하는 경우 노출 보정 과정에서 영상 데이터의 휘도 레벨 분포에 대한 고려가 포함되지 않았으므로 보정된 데이터가 광량 부족이나 포화 영역을 포함할 수 있다.

또한 두 번째 방식에 의하면, 영상 데이터의 히스토그램을 분석하여 영상에서의 포화 영역을 항상 일정 비율 이하로 제어하므로 영상 데이터의 휘도 레벨 분포를 고려하여 영상 전체로 보면 정확한 노출 보정이 이루어지나, 영상에서 촬영자가 중점적으로 촬영하고자 하는 영역에 대한 고려가 없으므로 영상에서 배경과 피사체의 휘도 레벨 차가 큰 경우 적절하지 못한 노출 보정이 이루어지는 문제점이 있다.

일본의 다까기와 다데오에 의해 1992년 8월 28일에 출원되고, 1993년 8월 24일에 특허 허여된 촬영된 화면 타입에 의존하는 카메라 노출 계산 장치(Camera exposure calculation device dependent on type of scene to be photographed; USPN 제5,239,333호)는 촬영자가 촬영하고자 하는 영상의 종류, 예를 들어, 클로즈-업(close-up), 사람, 풍경 등의 정보를 입력하면 이 정보를 가지고 영역 분할된 측광 센서로 입력된 광량 정보로 촬영하고자 하는 영상에 적합한 노출 제어를 수행한다.

그러나 USPN 제5,239,333호의 발명은 촬영자가 일일이 촬영하고자 하는 영상의 종류를 입력하여야 하는 번거로움이 발생하는 문제점이 있다.

또한 일본의 다까기와 다데오에 의해 1991년 10월 10일에 출원되고, 1994년 6월 7일에 특허 허여된 카메라용 노출 계산 장치(Exposure calculation device for camera; USPN 제5,319,416호)는 복수의 측광 센서를 영역별로 배치하여 경계 추출을 통하여 적절한 노출을 제어한다. 이러한 USPN 제5,319,416호에 따르면, 고안한 카메라에서의 적용을 전제로 하여 설계되었으므로 측광 센서는 노출 제어를 위하여 전용으로 배치되었다.

이렇게 배치된 측광 센서는 복수로 되어 있기는 하나 숫자에 제한이 있을 수밖에 없고, 각각의 측광 센서는 한 픽셀의 휘도 레벨 값이 아닌 특정 영역에서의 광량의 평균값을 나타내게 되어 영상 전체에 대한 정확한 노출 보정이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 발명의 기술과 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 제어시 피사체 영역을 중심으로 노출 보정을 정확히 수행할 수 있는 노출 보정 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 제어시 피사체 영역을 중심으로 노출 보정을 정확히 수행할 수 있는 노출 보정 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 장치는, CCD 촬영부에 의해 촬영된 영상 신호를 디지털 영상 신 호로 변환하여 이를 근거로 상기 CCD 촬영부의 노출 보정을 수행하는 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 장치에 있어서,

개폐 동작을 수행하여 입사되는 빛의 광량을 조절하는 전자 셔터와 상기 전자 셔터를 통해 입사되는 피사체 빛을 촬상하여 해당하는 영상 신호를 출력하는 CCD 촬상 소자를 포함하는 CCD촬영부;

상기 CCD 촬영부로부터 출력된 영상 신호를 디지털 영상 데이터로 변환하는 아날로그 디지털변환부; 및

상기 디지털 영상 데이터를 처리하여 촬영된 1프레임의 영상중 촬영하고자 하는 피사체 영역을 추출하고, 피사체 영역의 휘도 레벨 분포를 산출하고, 상기 추출된 데이터를 상기 휘도 레벨에 대한 히스토그램 분석을 통하여 상기 전자 셔터의 노출 보정을 제어하는 노출 제어부를 포함한다.

또한 상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 방법은, CCD 촬영부에 의해 촬영된 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하여 이를 근거로 상기 CCD 촬영부의 노출 보정을 수행하는 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 방법에 있어서,

촬상된 영상의 중앙 측광 영역에서 휘도 레벨 데이터를 추출하는 제1 단계;

상기 추출된 휘도 레벨 데이터에서 피사체 경계치를 추출하는 제2 단계;

상기 추출된 피사체 경계치에서 히스토그램을 추출하는 제3 단계; 및

상기 제3 단계에서 추출된 히스토그램에 따른 포화 영역과 상기 제1 단계에서 추출된 영상의 중앙 측광 영역과의 비를 계산하여 이에 따라 노출 보정을 수행 한 후 영상을 입력하는 제4 단계를 포함한다.

이러한 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 장치 및 방법에 의하면, 디지털 스틸 카메라에서 자동 노출 제어시, 중앙 측광 영역 내에서 피사체의 유효한 윤곽 추출이 가능할 경우에는 피사체 영역을 추출하고, 추출된 영역 내의 데이터에 대하여 휘도 레벨에 따른 히스토그램을 구하여 이를 분석하여 피사체 영역을 중심으로 적절한 노출 보정을 자동적으로 수행할 수 있다.

그러면, 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 관해 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 장치는 CCD촬영부(100), 아날로그 디지털변환부(200), 노출 제어부(300), 디지털 제어(Digital Control Processing)부(400), LCD부(500), 메모리부(600) 및 시스템 제어부(700)를 포함한다.

CCD촬영부(100)는 입사되는 영상을 소정의 크기로 변환하는 촬영 렌즈(110), 촬영 렌즈(110)에 의해 크기 변환된 영상을 촬상하는 CCD촬상부(120), 및 입사되는 광량을 제어하는 전자 셔터(130)를 포함하여, 시스템 제어부(700)의 제어에 응답하여 촬상 렌즈(110)에 의해 촬상된 영상을 전자 셔터(130)의 셔터 스피드에 따라 촬영하고, 이렇게 촬영된 영상을 아날로그 디지털변환부(200)에 출력한다.

아날로그 디지털변환부(200)는 CCD촬영부(100)로부터 아날로그 타입의 영상 신호를 제공받아 디지털 타입의 영상 데이터로 변환한 후, 디지털 영상 데이터를 노출 제어부(300) 및 디지털 제어부(400)에 각각 출력한다.

노출 제어부(300)는 피사체 영역 추출부(310), 경계 영역 추출부(320), 전자 셔터 제어부(330) 및 히스토그램 추출부(340)를 포함하여, 아날로그 디지털변환부(200)로부터 제공되는 디지털 영상 데이터의 에지 검출을 통하여 촬영하고자 하는 피사체 영역을 추출하고, 추출된 데이터를 휘도 레벨에 대한 히스토그램 분석을 통하여 전자 셔터(130)의 노출 보정을 수행한다.

보다 상세히는, 피사체 영역 추출부(310)는 영상 데이터의 전체 영역으로부터 피사체 영역을 추출한다. 일반적으로 카메라 사용자는 촬영하고자 하는 피사체를 화면의 중앙부에 일치시켜 촬영을 행하고 있으므로, 이러한 피사체 영역의 추출은 화면의 중앙 블럭으로부터 배경 부분을 제외시키는 방법을 통해 피사체 영역을 추출할 수 있다.

경계 영역 추출부(320)는 피사체 영역 추출부(310)에서 추출된 피사체 영역, 즉 화면 중앙부에서 추출된 피사체 영역에서 에지 검출 알고리즘을 이용하여 피사체의 경계 영역을 정확히 추출한다. 일반적으로 에지 검출 알고리즘은 영상 신호의 윤곽을 검출하는 방식으로 이용될 수 있는 원화상 신호를 미분하는 방식으로 영상 신호의 에지 성분을 검출하는 알고리즘이다.

히스토그램 추출부(330)는 추출된 피사체 경계 영역 내의 휘도 레벨 분포에 따라 히스토그램을 추출한다. 이러한 히스토그램을 추출하는 이유는 일반적으로 에지 검출 알고리즘은 영역 내의 피사체의 모양이나 배치에 따라 정확한 경계를 추출 하기 어려운 경우도 발생하므로 경계 영역 추출부(320)에서 추출된 경계 영역이 유효하지 않으면 중앙 측광 영역 전체의 휘도 분포값에 대하여 히스토그램을 추출하여 노출 보정을 수행하여 경계치 추출 실패에 따른 노출 보정의 오류를 방지하기 위함이다.

전자 셔터 제어부(340)는 추출된 히스토그램으로부터 포화 영역의 비율을 구하여 이 비율이 적정 수준으로 유지되도록 CCD촬영부(100)의 전자 셔터(130)의 셔터 스피드를 제어하는데, 이때 포화 영역의 비율을 구하는 방식은 추출된 히스토그램을 일정 범위 내에서 산술 평균을 취하는 방식이다.

보다 상세히는, 전자 셔터 제어부(340)는 포화 영역이 포화 영역의 산술 평균치보다 큰 경우에는 전자 셔터(130)의 노출 시간을 감소시키도록 제어하고, 또한 포화 영역이 포화 영역의 산술 평균치보다 작은 경우에는 전자 셔터(130)의 노출 시간을 노출을 증가시키도록 제어한다.

즉, 포화 영역이 포화 영역의 산술 평균치보다 큰 경우는 피사체의 휘도 레벨이 배경 화면보다 밝은 경우이므로 전자 셔터(130)의 노출을 감소시키도록 디지털 스틸 카메라가 허용하는 범위의 한계치, 예를 들어 1/1000초까지 전자 셔터(130)의 노출 시간이 짧아지도록 노출을 보정하고, 또한 포화 영역이 포화 영역의 산술 평균치보다 작은 경우는 피사체의 휘도 레벨이 배경 화면보다 어두운 경우이므로 전자 셔터(130)의 노출을 증가시키도록 디지털 스틸 카메라가 허용하는 범위의 한계치, 예를 들어 1/8초까지 전자 셔터(130)의 노출 시간이 길어지도록 노출 보정한다.

디지털 제어부(400)는 시스템 제어부(700)의 제어에 따라 아날로그 디지털변환부(200)로부터 제공되는 디지털 영상 데이터를 LCD부(500) 및 메모리부(600)에 각각 출력한다.

LCD부(500)는 디지털 제어부(400)로부터 제공되는 디지털 영상 데이터를 디스플레이하고, 메모리부(600)는 시스템 제어부(700)의 제어에 따라 디지털 제어부(400)로부터 디지털 영상 데이터를 제공받아 이를 저장한다.

시스템 제어부(700)는 CCD부(100), 디지털 제어부(400) 및 메모리부(600)에 1픽쳐의 화면을 촬영하는 제어 신호를 각각 출력한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 내지 2에 도시되어 있듯이, 디지털 스틸 카메라의 전원을 온시키고(단계 S10), CCD부(100)로부터 촬상된 영상 신호를 제공받아 디지털 영상 데이터로 변환한다(단계 S20).

이어 단계 S20에서 변환된 디지털 영상 데이터의 중앙 측광 영역에서 휘도 레벨 데이터를 추출한다(단계 S30).

이어 단계 S30에서 추출된 휘도 레벨 데이터에서 피사체 경계치를 추출하고(단계 S40), 추출된 피사체 경계치에서 히스토그램을 추출한다(단계 S50).

이어 단계 S50에서 추출된 히스토그램에 따른 포화 영역과 추출된 영상의 중앙 측광 영역과의 비를 계산하여(단계 S60), 포화 영역이 일정 계수를 곱한 중앙 측광 영역과 동일한 경우에는 그대로 영상을 입력한다(단계 S80). 이때 일정 계수 는 0.01 내지 0.99 중 어느 하나의 계수이고 사용자가 설정 가능하다.

또한 단계 S60에서 포화 영역이 일정 계수를 곱한 중앙 측광 영역보다 큰 경우에는 전자 셔터의 셔터 스피드를 제어하여 노출을 감소시키고(단계 S70), 이에 따라 영상을 입력한다(단계 S80). 이때 노출 감소의 정도는 사용자에 의해 정의되며, 디지털 스틸 카메라 자체에서 허용하는 값, 예를 들어 1/1000초 이내까지 지정될 수 있다.

또한 단계 S60에서 포화 영역이 일정 계수, 예를 들어 0.01 내지 0.99중 어느 하나를 곱한 중앙 측광 영역보다 작은 경우에는 전자 셔터(130)의 셔터 스피드를 제어하여 노출을 증가시키고(단계 S90), 이에 따라 영상을 입력한다(단계 S80). 이때 노출 증가의 정도는 사용자에 의해 정의되며, 디지털 스틸 카메라 자체에서 허용하는 값, 예를 들어 1/8초 이내까지 지정될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 촬영하고자하는 영상에서 피사체와 배경의 배치를 고려하여 영역을 분할하고, 분할된 영역 중 피사체 영역에서 에지 검출 알고리즘을 사용하여 정확한 피사체 영역을 추출함으로써, 노출 보정시 배경과 피사체의 휘도 레벨 차에 따른 노출 보정의 오차를 줄일 수 있다.

또한, 추출된 영역 내의 데이터에 대하여 휘도 레벨에 따른 히스토그램을 구하여 포화 픽셀의 비율을 항상 일정 수준 이하로 제어함으로써, 유효 영역의 평균값 제어에 따른 부정확한 노출 제어를 피하고, 유효 영역 내의 피사체를 중심으로 최적화된 노출 제어 영상을 얻을 수 있다.

Claims

CCD 촬영부에 의해 촬영된 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하여 이를 근거로 상기 CCD 촬영부의 노출 보정을 수행하는 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 장치에 있어서,

개폐 동작을 수행하여 입사되는 빛의 광량을 조절하는 전자 셔터와 상기 전자 셔터를 통해 입사되는 피사체 빛을 촬상하여 해당하는 영상 신호를 출력하는 CCD 촬상 소자를 포함하는 CCD촬영부;

상기 CCD 촬영부로부터 출력된 영상 신호를 디지털 영상 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환부; 및

상기 디지털 영상 데이터를 처리하여 촬영된 1프레임의 영상중 촬영하고자 하는 피사체 영역을 추출하고, 피사체 영역의 휘도 레벨 분포를 산출하고, 상기 추출된 데이터를 상기 휘도 레벨에 대한 히스토그램 분석을 통하여 상기 전자 셔터의 노출 보정을 제어하는 노출 제어부를 포함하는 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 보정 장치.
제1항에 있어서, 상기 노출 제어부가

상기 디지털 영상 데이터의 전체 영역으로부터 피사체 영역을 추출하는 피사체 영역 추출부;

상기 추출된 피사체 영역에서 에지 검출 알고리즘에 따라 피사체의 경계 영 역을 추출하는 경계 영역 추출부;

상기 추출된 피사체 경계 영역 내의 휘도 레벨 분포에 따라 히스토그램을 추출하는 히스토그램 추출부; 및

상기 추출된 히스토그램으로부터 포화 영역의 비율을 구하여 이 비율이 적정 수준으로 유지되도록 상기 CCD촬영부의 전자 셔터 스피드를 제어하는 전자 셔터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 보정 장치.
CCD 촬영부에 의해 촬영된 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하여 이를 근거로 상기 CCD 촬영부의 노출 보정을 수행하는 디지털 스틸 카메라의 노출 보정 방법에 있어서,

촬상된 영상의 중앙 측광 영역에서 휘도 레벨 데이터를 추출하는 제1 단계;

상기 추출된 휘도 레벨 데이터에서 피사체 경계치를 추출하는 제2 단계;

상기 추출된 피사체 경계치에서 히스토그램을 추출하는 제3 단계; 및

상기 제3 단계에서 추출된 히스토그램에 따른 포화 영역과 상기 제1 단계에서 추출된 영상의 중앙 측광 영역과의 비를 계산하여 이에 따라 노출 보정을 수행한 후 영상을 입력하는 제4 단계를 포함하는 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 보정 방법.
제3항에 있어서, 상기 제4 단계에서 히스토그램에 따른 포화 영역과 영상의 중앙 측광 영역과의 비는 포화 영역에서 일정 계수를 곱한 중앙 측광 영역을 감산 한 값인 것을 특징으로 하는 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 보정 방법.
제4항에 있어서, 상기 제4 단계가

상기 포화 영역이 일정 계수를 곱한 중앙 측광 영역보다 큰 경우에는 노출을 감소시켜 영상을 입력하는 단계;

상기 포화 영역이 일정 계수를 곱한 중앙 측광 영역보다 작은 경우에는 노출을 증가시켜 영상을 입력하는 단계; 및

상기 포화 영역이 일정 계수를 곱한 중앙 측광 영역과 동일한 경우에는 영상을 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 스틸 카메라의 자동 노출 보정 방법.