KR100647550B1 - 영상 노이즈 제거 장치 - Google Patents

영상 노이즈 제거 장치 Download PDF

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Abstract

이 발명에 따른 영상 노이즈 제거 장치에서는, 촬영부가 설정된 축적 시간에 따라 피사체 상을 촬상 처리하여 해당 영상 신호를 생성하며, 이 영상 신호는 1프레임을 형성하면서 메모리에 저장된다. 마이크로 프로세서는 주변 조도가 낮은 경우에 메모리에 저장된 영상 신호를 리드하고, 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 축적 시간에 따라 리드된 영상 신호의 증폭 변수값을 반비례적으로 증가시키고, 영상 신호의 칼라 레벨을 반비례적으로 증가시키고, 영상 신호의 감마 보정값을 제1 설정값으로 설정한다. 이와는 달리, 축적 시간이 설정 시간 이상인 경우에는 영상 신호를 증폭시키지 않으며, 영상 신호의 칼라 레벨을 설정 레벨로 고정시키고, 영상 신호의 감마 보정값을 제1 설정값보다 작으면서 1보다는 작은 제2 설정값으로 설정하여 보정처리한다. 따라서, 주변 조도가 낮아서 촬상 소자의 빛의 축적시간이 증가되어도 선명한 영상을 촬영 및 재현할 수 있다.
카메라, DSC, CCD, 감마보정

Description

영상 노이즈 제거 장치{DEVICE FOR REMOVING A NOISE IN VIDEO}
도 1는 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거 장치의 블록도이다.
도 2는 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거 방법의 메인 루틴의 순서도이다.
도 3a∼도 3c는 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거 방법의 서브 루틴의 순서도이다.
도 4a∼도 4c는 이 발명의 실시예에 따른 노이즈 제거를 위한 제어 변수의 특성을 나타낸 그래프이다.
이 발명은 영상 노이즈 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 피사체를 전자적으로 촬영하는 영상 카메라에 있어서, 촬영된 영상 신호 의 노이즈를 제거하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 영상 카메라는 피사체의 2차원 정보를 전기적으로 기록하는 것로, 피사체의 광학적 영상을 전기적 영상으로 변환시켜 메모리에 저장시키고, 필요 에 따라 메모리에 저장된 영상을 리드(read)하여 프린트하거나 또는 컴퓨터로 전송 하여 처리할 수 있는 카메라이며, 디지털 스틸 카메라, CCD(charge coupled device) 카메라 등이 있다.
메모리를 이용하지 않는 카메라(사진 카메라 등)는 주변이 어두운 경우 별도의 광을 공급하지 않는한 피사체를 구별할 수 없으나, 영상 카메라는 메모리를 이용함에 따라 주변이 어두운 경우에도 메모리에 저장된 영상 데이터를 처리하여 피사체를 인식할 수가 있다.
영상 카메라에서 촬상 소자의 촬상 시간은 1/60초 이상이다. 동영상을 출력하는 CCD 카메라 등에서는 1초에 60장(field)의 영상을 출력해야 촬영되는 영상이 동영상으로 관찰되며, 촬상 기간에는 메모리에 저장되어 있는 촬영된 영상을 계속해서 출력하여 영상의 연속성이 유지되도록 해야 한다.
주변 조도가 낮은 경우에는 촬상 소자의 촬상 기간 즉, 빛을 축적하는 시간을 증가시켜 영상의 휘도 성분이 증가하도록 한다. 예를 들어, 촬상 소자가 4필드 축적인 경우에, 촬상 소자가 4필드에 해당하는 시간(4/60초) 동안에는 촬영 렌즈를 통하여 입사되는 피사체 빛을 계속 축적하기만 하면서, 이전에 메모리에 저장하였던 영상 신호를 출력하여 표시부상에 영상이 계속하여 디스플레이되도록 한다.
그러나, 이와 같이 동작하는 영상 카메라에서는 장시간 동안 빛의 축적이 이루어짐에 따라, 영상 신호 중 빛 성분이 증가하여 휘도 신호가 증가되나, 이에 비례하여 노이즈 성분도 증가하게 되어 선명도가 떨어지게 되는 문제점이 있다.
그러므로, 이 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 영상 카메라에서 주변 조도가 낮아서 촬상 소자가 일정 시간 동안 입사되는 빛을 축적하는 경우에 발생가능한 노이즈를 제거하여 선명한 영상을 얻기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 이 발명에 따른 영상 노이즈 제거장치는 촬상 소자의 축적 시간에 따라 제어 변수를 가변시켜 영상 신호의 선명도 보정, 칼라 보정 및 감마 보정을 수행하였다.
이를 위하여, 이 발명에 따른 영상 노이즈 제거 장치는, 설정된 축적 시간에 따라 피사체 상을 촬상 처리하여 해당 영상 신호를 생성하는 촬영부, 촬영부로부터 출력되는 영상 신호가 저장되는 메모리, 및 주변 조도가 낮은 경우에 메모리에 저장된 영상 신호를 리드하고, 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 축적 시간에 따라 리드된 영상 신호의 증폭 변수값을 반비례적으로 증가시키고, 축적 시간이 설정시간 이상인 경우에는 영상 신호를 증폭시키지 않으며, 보정 처리된 영상 신호를 메모리에 저장시키는 마이크로 프로세서를 포함한다.
이외에, 마이크로 프로세서는, 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 축적시간에 따라 메모리로부터 리드된 영상 신호의 칼라 레벨을 비례적으로 증가시키고, 축적 시간이 설정 시간 이상인 경우에는 영상 신호의 칼라 레벨을 설정값으로 고정시킨다.
또한, 마이크로 프로세서는, 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 메모리로부터 리드된 영상 신호의 감마 보정값을 제1 설정값으로 하고, 축적 시간이 설정시간 이상인 경우에는 제2 설정값으로 하며, 이 경우 제1 설정값은 제2 설정값보다 작으며, 제2 설정값은 1보다 작은 값이다.
또한 위에 기술한 목적을 달성하기 위하여, 이 발명에 따른 영상 노이즈 제거 방법은, 주변 조도가 낮은 경우에 메모리에 저장된 영상 신호를 리드하고, 축적시간이 설정 시간 내인 경우에는 축적 시간에 따라 리드된 영상 신호의 증폭 변수값을 반비례적으로 증가시키고, 영상 신호의 칼라 레벨을 반비례적으로 증가시키고, 영상 신호의 감마 보정값을 제1 설정값으로 설정한다.
이와는 달리, 축적 시간이 설정 시간 이상인 경우에는 영상 신호를 증폭시키지 않으며, 영상 신호의 칼라 레벨을 설정 레벨로 고정시키고, 영상 신호의 감마 보정값을 제1 설정값보다 작으면서 1보다는 작은 제2 설정값으로 설정하여 보정처리한다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1에 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거 장치의 블록도가 도시되어 있고, 도 2에 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거 방법의 메인 루틴의 순서도가 도시되어 있고, 도 3a ∼도 3c에 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거 방법의 서브 루틴의 순서도가 도시되어 있고, 도 2에 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거 방법의 동작 순서도가 도시되어 있고, 도 4a ∼도 4c에 이 발명의 실시예에 따른 노이즈 제거를 위한 제어 변수의 특성을 나타낸 그래프가 되어 있다.
첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거장치는 촬영 렌즈(10), CCD(15), 아날로그 신호 처리부(20), A/D 변환부(25), DSP(digital signal processor)(30), 프레임 메모리(35), 마이크로 프로세서(40), 표시부(50), 타이밍 신호 생성부(55) 및 구동 신호 생성부(60)로 이루어진다.
촬영 렌즈(10)는 촬영하고자 하는 피사체 상을 CCD(15)의 입사면상에 결상시키고, CCD(15)는 입사면상에 결상되는 피사체상을 촬상하여 해당 아날로그 신호를 출력한다.
아날로그 신호 처리부(20)는 일반적인 디지털 스틸 카메라에서 CCD(15)로부터 출력되는 아날로그 신호를 상관 이중 샘플링하는 CDS(correlated double sampling), 아날로그 신호의 이득을 조절하는 AGC 등을 포함한다.
A/D 변환부(25)는 아날로그 신호 처리부(20)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, DSP(30)는 이 디지털 신호를 처리하여 영상 신호를 생성한다. 프레임 메모리(35)에는 DSP(30)로부터 출력되며 디스플레이 하고자 하는 1프레임의 영상 신호가 저장된다.
마이크로 프로세서(40)는 이러한 영상 신호의 선명도(sharpness) 보정, 칼라(color) 보정, 감마(
Figure 112000006468514-pat00001
) 보정을 수행하여 노이즈를 제거한다.
표시부(50)는 LCD(liquid crystal display)로 이루어지며, DCP(30)로부터 인가되는 영상 신호에 따라 구동되어 해당 영상을 디스플레이한다. 타이밍 신호 생성 부(60)는 마이크로 프로세서(40)의 제어에 따라 타이밍 신호를 생성하며, 이 타이밍 신호에 따라 구동 신호 생성부(65)가 CCD(15)의 촬상 동작을 구동시키기 위한 구동 신호를 생성한다.
이러한 구조로 이루어진 이 발명의 실시예에 따른 영상 노이즈 제거 장치의 동작에 대하여 설명한다.
디지털 스틸 카메라에 전원이 인가되면 마이크로 프로세서(40)는 타이밍 신호 생성부(60)를 구동시키며, 타이밍 신호 생성부(60)는 마이크로 프로세서(40)의 제어에 따라 타이밍 신호를 생성한다. 구동 신호 생성부(65)는 이 타이밍 신호에 따라 CCD(15)를 구동시키기 위한 구동 신호를 생성하여 CCD(15)로 출력한다.
피사체에 해당하는 빛은 촬영 렌즈(10)를 통과하여 CCD(15)의 입사면상에 결상되며, CCD(15)는 구동 신호 생성부(65)로부터 인가되는 구동 신호에 따라 결상된 피사체 상을 촬상하여 해당하는 아날로그 신호를 출력한다.
이 때, 주변 조도가 저조도인 경우, 마이크로 프로세서(40)는 피사체 인식이이루어지도록 CCD(15)가 설정 시간 동안 빛을 받아들이는 축적 모드를 설정하고, 해당 제어 신호를 타이밍 생성부(55)로 출력한다. 이에 따라 구동 신호 생성부(60)가 설정 시간 동안 CCD(15)가 빛을 축적하도록 하다가 설정 시간이 경과되면 CCD(15)를 구동시켜 축적된 빛신호가 전기적인 신호로 변환되어 출력되도록 한다.
이 발명의 실시예에서는 주변 조도에 따라 축적 모드의 축적 시간 즉, CCD(15)가 빛을 받아들이기만 하는 시간을 1 필드(1/60초)에서 60필드(60/60초)내에서 가변시켜 설정한다.
축적 시간이 설정되면, CCD(15)는 설정된 축적 시간 동안 촬영 렌즈(10)를 통하여 입사되는 빛을 축적하였다가 해당 시간이 경과되면 축적된 빛에 해당하는 아날로그 신호를 출력한다. 이 아날로그 신호는 아날로그 신호 처리부(20)로 입력되며, 아날로그 신호 처리부(20)는 입력되는 아날로그 신호를 상관 이중 샘플링 처리하여 노이즈를 제거하고, 신호 이득을 조절하여 출력한다. 이와 같이 아날로그 신호 처리부(20)에 의하여 처리된 아날로그 신호는 A/D 변환부(25)에 의하여 디지털 신호로 변환되어 DSP(30)로 입력된다.
DSP(30)는 입력되는 디지털 신호를 통상의 신호 처리 방식에 따라 처리하여 해당하는 영상 신호를 생성한다. 이 영상 신호는 마이크로 프로세서(40)의 제어에 따라 프레임 메모리(35)에 저장되어 1화면에 해당하는 1프레임을 형성한다(S100 ∼S300).
이와 같이 생성된 영상 신호 중 휘도 성분이 CCD(15)의 장시간 노광에 따라 증가되어 주변 조도가 저조도임에도 불구하고 피사체 인식이 이루어질 수 있으나, 장시간 노광에 따라 노이즈 성분도 증가되어 영상의 선명도가 떨어지게 된다.
이러한 노이즈 성분을 제거하기 위하여, 마이크로 프로세서(40)는 첨부한 도2에 도시되어 있듯이 노이즈 제거 동작을 수행한다.
먼저, 마이크로 프로세서(40)는 프레임 메모리(35)로부터 촬영된 영상 신호를 리드하고(S400), 영상의 선명도를 향상시키기 위하여 첨부한 도 3a에 도시된 루틴에 따라 선명도 보정을 수행한다(S500).
첨부한 도 3a에 도시된 바와 같이, 마이크로 프로세서(40)는 축적 시간이 설정 시간내인지를 판단한다(S510∼S520). 즉, 축적 시간이 1 필드 이상이고 32 필드(32/60초) 이하인 경우에는 첨부한 도 4a에 도시된 그래프와 같이, 축적 시간에 따라 신호의 게인값을 조절하기 위한 게인(gain) 제어 변수값을 반비례적으로 증가시켜 리드된 영상 신호의 게인값을 변화시킨다(S530).
이와는 달리, 축적 시간이 32필드 이상인 경우에는 축적 시간에 상관없이 게인 제어 변수값을 0으로 하여 선명도를 0으로 유지시킨다(S540).
이 발명의 실시예에서는 32 필드 축적 시간을 한계 시간으로 설정하였으며, 이는 이 축적 시간을 경계로 라여 노이즈 성분이 급격하게 증가하기 때문이다. 그러나, 반드시 한계 시간이 32필드로 한정되지는 않는다.
이와 같이 선명도 제어를 수행한 다음, 마이크로 프로세서(40)는 영상 신호의 첨부한 도 3b에 도시된 루틴에 따라 칼라 보정을 수행한다(S600).
첨부한 도 3b에 도시되어 있듯이, 축적 시간이 설정 시간내인지를 판단하여(S610∼S620), 축적 시간이 1 필드 이상이고 32 필드(32/60초) 이하인 경우에는 첨부된 도 4b에 도시된 그래프와 같이, 축적 시간에 따라 영상 신호의 칼라 레벨을 100%에서부터 반비례적으로 증가시킨다(S610).
이와는 달리, 축적 시간이 32필드 이상인 경우에는 축적 시간에 상관없이 칼라 레벨을 20%로 고정시킨다(S620).
다음에, 마이크로 프로세서(40)는 첨부한 도 3c에 도시된 루틴에 따라 영상 신호의 감마(
Figure 112000006468514-pat00002
) 성분을 보정한다(S700).
일반적으로 영상 카메라에서는 눈으로 보는 피사체가 위에 기술한 바와 같이 촬상된 다음 처리되어 영상으로 디스플레이되는 경우, 피사체가 100% 정확하게 영상으로 재생되지 않는다. 왜냐하면 피사체의 광신호가 전기적인 신호로 변환 및 처 리되어 생성되는 영상 신호가 최종적으로 모니터(표시부(50))에 입력되는 경우, 모니터의 특성에 의해 왜곡 현상이 발생하기 때문이다. 모니터 출력은 광량의 변화에 따라 1차 함수적인 선형적인 변화를 하지 않고, 낮은 광량쪽과 높은 광량쪽에 둔감한 2차 함수적인 곡선으로 변화하는 왜곡 현상을 나타내므로, 이러한 모니터의 특성을 감안하여 영상 신호를 보정하는 것이 감마 보정인 것이다.
일반적으로 좋은 화질과 높은 S/N비가 요구되고, 중간 휘도에서 화면을 밝게 강조하고자 하는 경우에 감마 함수 r을 0.45로 설정하며, 좋은 화질과 높은 S/N 비가 요구되고 중간 휘도에서 화면을 밝게 강조하고자 하면서도 노이즈를 감소시키고 자 하는 경우에는 감마 함수 r을 0.6 내지 0.7로 설정한다. 또한, 컴퓨터 등에서 카메라의 전기적 신호를 이용하여 화상 처리하고자 하는 경우에는 감마 함수 r을 1로 설정하여 사용한다. 일반적으로 감마 함수 r의 값이 높아질수록 저휘도시에 화면이 전체적으로 밝아져서 노이즈가 적게 보이며, 감마 함수 r 값이 1보다 크게 되면 화면의 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분과의 차(컨트라스트비;contrast ratio)가 커지게 된다.
발명의 실시예에서는 이러한 감마 보정 특성을 이용하여, 첨부한 도3c에 도시되어 있듯이, 축적 시간이 설정 시간내인지를 판단하여(S710∼S720), 축적시간이 1 필드 이상이고 32 필드(32/60초) 이하인 경우에는 감마 함수 r을 0.4로 설정하여 감마 보정하고(S730), 축적 시간이 32필드 이상인 경우에는 감마 함수 r을 0.7로 설정하여 감마 보정한다(S740).
이와는 달리, 축적 시간이 1 필드 이상이고 32 필드(32/60초) 이하인 경우에 감마 함수 r을 0.7로 설정하였다면, 축적 시간이 32필드 이상인 경우에는 감마 함수 r을 1로 설정하여 감마 보정을 한다. 이는 저휘도 영역과 고휘도 영역은 노이즈 성분이 많기 때문에 배제하고 중간 휘도 부분을 강조하기 위한 것이다.
이와 같이 주변 조도가 낮은 경우에, CCD(15)의 빛의 축적 시간에 따라 촬영된 영상 신호의 색신호 성분, 게인, 감마 성분을 보정한 다음, 보정된 영상 신호를 표시부(55)를 통하여 디스플레이하거나, 압축하여 도시하지 않은 메모리 카드등에 저장한다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에 따라, 영상 카메라에서 주변 조도가 낮은 경우에, 촬상 소자의 빛의 축적 시간에 따라 촬영된 영상 신호의 색신호 성분, 게인, 감마 성분을 보정함으로써, 저조도인 경우에도 밝으면서 선명한 영상을 재현할 수가 있다.
이 발명은 다음의 기술되는 청구 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.

Claims (5)

  1. 설정된 축적 시간에 따라 피사체 상을 촬상 처리하여 해당 영상 신호를 생성하는 촬영부;
    상기 촬영부로부터 출력되는 영상 신호가 저장되는 메모리; 및
    주변 조도가 낮은 경우에 상기 메모리에 저장된 영상 신호를 리드하고, 상기 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 축적 시간에 따라 상기 리드된 영상 신호의 증폭 변수값을 반비례적으로 증가시키고, 축적 시간이 설정 시간 이상인 경우에는 영상 신호를 증폭시키지 않으며, 보정 처리된 영상 신호를 상기 메모리에 저장시키는 마이크로 프로세서를 포함하는 영상 노이즈 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는, 상기 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 축적시간에 따라 상기 리드된 영상 신호의 칼라 레벨을 비례적으로 증가시키고, 축적시간이 설정 시간 이상인 경우에는 영상 신호의 칼라 레벨을 설정값으로 고정시키며, 보정 처리된 영상 신호를 상기 메모리에 저장시키는 영상 노이즈 제거 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는, 상기 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 상기 리드된 영상 신호의 감마 보정값을 제1 설정값으로 하고, 상기 축적 시간이 설정 시간 이상인 경우에는 제2 설정값으로 하며, 상기 제1 설정값은 제2 설정값보다 작으며, 상기 제2 설정값은 1보다 작은 값인 영상 노이즈 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 촬영부는,
    피사체 상을 결상하는 촬영 렌즈,
    결상된 상기 피사체 상을 촬상하여 해당하는 아날로그 신호를 출력하는 촬상소자,
    상기 촬상 소자에서 출력되는 아날로그 신호를 처리하여 노이즈를 제거하는 아날로그 신호 처리부,
    상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부, 및
    상기 디지털 신호를 처리하여 해당 영상 신호를 생성하는 디지털 신호 처리부를 포함하는 영상 크기 조절이 가능한 촬영 장치.
  5. 주변 조도가 낮은 경우에, 영상 신호의 축적 시간이 설정 시간 내이면 축적시간에 따라 상기 영상 신호의 증폭 변수값을 반비례적으로 증가시키고, 축적 시간이 설정 시간 이상인 경우에는 상기 영상 신호를 증폭시키지 않는 단계; 상기 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 축적 시간에 따라 상기 영상 신호의 칼라 레벨을 비례적으로 증가시키고, 축적 시간이 설정 시간 이상인 경우에는 상기 영상 신호의 칼라 레벨을 설정값으로 고정시키는 단계; 및
    상기 축적 시간이 설정 시간 내인 경우에는 상기 영상 신호의 감마 보정값을 제1 설정값으로 하고, 상기 축적 시간이 설정 시간 이상인 경우에는 제2 설정값으로 하며, 상기 제1 설정값은 제2 설정값보다 작게 하고, 상기 제2 설정값은 1보다 작은 값으로 하는 단계를 포함하는 영상 노이즈 제거방법.
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