KR100855370B1 - 자동 초점 조절장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동 초점 조절장치는, 렌즈를 구비하며 피사체의 영상을 촬상하는 촬상단; 상기 촬상단로부터 촬상된 영상을 신호처리하는 영상 처리단; 상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이단; 상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 다수의 영역으로 나누고, 상기 다수의 영역 중 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하여 각 그룹의 초점값을 산출하는 초점산출단; 최초 프레임의 그룹 중 다음 한 프레임의 한 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 다음 한 프레임의 상기 한 그룹에 대한 초점값을 서로 비교하여 최적의 초점값을 검출하는 중앙처리단; 및 상기 중앙처리단에서 검출된 그룹의 초점값이 최적의 초점값이 아닐 경우 상기 촬상단의 렌즈를 이동시켜 초점을 조절하는 엑츄에이터 제어단;을 포함하여, 빠른 시간 내에 자동으로 영상의 초점을 조절할 수 있다.

초점, 촬상, 엑츄에이터 구동, 렌즈이동, CCD, CMOS

Description

자동 초점 조절장치 및 그 방법{Apparatus and Method for controlling Auto focusing}

도 1은 종래 기술에 의한 자동 초점 조절장치를 나타낸 블럭도.

도 2는 종래 기술에 의한 자동 초점 조절장치의 타이밍도.

도 3은 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치를 나타낸 블럭도.

도 4는 본 발명의 초점산출단을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 5는 본 발명의 초점 산출부를 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 6과 도 7a 및 도7b는 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치에 사용되는 윈도우를 나타낸 설명도.

도 8은 본 발명에 따른 렌즈의 이동거리에 따른 초점값의 변화를 나타낸 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치의 타이밍도.

도 10은 본 발명에 따른 자동 초점 조절방법을 순차적으로 나타낸 순서도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

210 : 촬상단 220 : 영상 처리단

230 : 디스플레이단 240 : 초점산출단

241 : 하이패스 필터부 242 : 초점 산출부

242a : 에지값 산출부 242b : 가중치 산출부

242c : 초점값 산출부 243 : 윈도우 제어부

250 : 중앙처리단 260 : 엑츄에이터 제어단

261 : 엑츄에이터 구동부 262 : 엑츄에이터

본 발명은 빠른 시간 내에 자동으로 초점을 조절하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피사체의 영상을 다수의 영역으로 나누고 기 설정된 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 한 그룹당 초점을 조절하여 초점값을 산출 및 비교함으로써 최적의 초점을 검출하여 초점 조절시간을 줄일 수 있는 자동 초점 조절장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대폰 및 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 휴대용 단말기는 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 영상을 촬영할 수 있는 카메라 모듈(Camera Module)이 가장 대표적이라 할 수 있다.

이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 현재 800만 화소 이상의 고화소 중심으로 변화고 점차적으로 소형화됨과 동시에 자동 초점 조절기능(AF: Auto Focusing) 및 광학 줌(Optical Zoom) 등과 같은 다양한 부가 기능의 구현으로 변화되고 있으며, 이러한 부가 기능의 구현에 대한 연구가 진행되고 있다.

이때, 자동 초점 조절기능 및 광학 줌은 카메라 모듈에 장착되는 렌즈를 이동시켜 피사체의 초점을 조절할 수 있는 기능으로서 부가적인 카메라용 망원경 없이 원,근거리 촬영이 가능한 기능이다.

이하, 관련도면을 참조하여 종래 기술에 의한 자동 초점 조절장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래 기술에 의한 자동 초점 조절장치를 나타낸 블럭도이며, 도 2는 종래 기술에 의한 자동 초점 조절장치의 타이밍도이다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 의한 자동 초점 조절장치는, 피사체의 영상을 촬상하는 촬상단(110)과, 상기 촬상된 영상을 처리하기 위한 영상 처리단(120)과, 상기 처리된 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이단(130)과, 상기 처리된 영상을 필터링시키는 필터단(140)과, 영상의 초점값을 계산하기 위한 중앙처리단(150) 및 상기 중앙처리단(150)에 의해 제어되어 촬상단(110)의 초점을 조절하기 위한 엑츄에이터 제어단(160)으로 이루어진다.

여기서, 상기 촬상단(110)은 렌즈(미도시함)와 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS 이미지센서(미도시함)가 장착되는데, 상기 렌즈는 촬상단(110)의 상하방 향으로 이동하면서 피사체의 영상 촬상시 영상의 초점 및 줌을 조절하고, 상기 이미지센서는 렌즈를 통해 입사되는 피사체의 영상을 촬상하여 광신호를 전기적 신호로 변환시킨다.

상기 영상 처리단(120)은, 상기 촬상단(110), 디스플레이단(130) 및 필터단(140)과 연결되고, 상기 촬상단(110)으로부터 촬상된 영상을 자동 화이트 밸런스(Auto White Balance), 자동노출(Auto Exposure) 및 감마보정(Gamma Correction) 등의 신호처리를 진행함으로써 상기 디스플레이단(130)을 통해 디스플레이되는 영상의 이미지를 사람의 시각에 맞게 변환시킨다.

상기 필터단(140)은, 상기 영상 처리단(120) 및 중앙처리단(150)와 연결되고, 상기 영상 처리단(120)로부터 처리된 영상을 필터링시킨다. 이때, 상기 필터단(140)은 하이패스필터(HPF: High Pass Filter)를 사용하여 상기 영상 내에 포함되어 있는 고주파 성분만을 통과시킨다.

상기 영상의 이웃하는 화소간의 화소값 차이가 없는 경우에는 저주파 성분만 발생하여 상기 필터단(140)을 통과하는 신호가 없으며, 이웃하는 화소간의 화소값에 차이가 있는 경우에는 고주파 성분이 발생하여 상기 필터단(140)을 통과하는 신호가 발생한다. 즉, 상기 고주파 성분의 발생 여부에 따라서 상기 영상 내에 이웃하는 화소간의 화소값 차이가 발생하는 에지 영역의 포함 여부를 확인할 수 있다. 상기 필터단(140)은 이의 하이패스 필터를 통해 필터링된 하나의 영상 즉, 한 프레임(Frame)의 영상 내에 포함된 고주파 성분을 모두 합산하여 현 영상의 초점값을 산출한다.

상기 중앙처리단(150)은 상기 필터단(140) 및 엑츄에이터 제어단(160)과 연결되고, 상기 필터단(140)에 의해 필터링된 고주파 성분의 합산된 값인 영상의 초점값을 이전 프레임 영상의 초점값과 비교하여 최적의 초점값을 검출하며, 최적의 초점값이 검출될 때까지 렌즈를 상하방향으로 이동시키며 초점을 조절하도록 상기 엑츄에이터 제어단(160)에 제어신호를 전달한다.

상기 엑츄에이터 제어단(160)은, 엑츄에이터 구동부(161) 및 엑츄에이터(162)로 이루어지고, 상기 중앙처리단(150) 및 촬상단(110)과 연결되며, 상기 중앙처리단(150)에서 비교된 초점값이 최적의 초점값이 아닐 경우 상기 촬상단(110)의 렌즈를 이동시켜 초점을 조절한다.

이때, 상기 엑츄에이터 구동부(161)는 상기 중앙처리단(150)에서 비교된 초점값이 최적의 초점값이 아닐 경우 상기 엑츄에이터(162)를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하며, 상기 엑츄에이터(162)는 상기 엑츄에이터 구동부(161)로부터 구동신호를 인가받아 상방향 또는 하방향으로 상기 촬상단(110)의 렌즈를 이동시켜 영상의 초점을 조절한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 자동 초점 조절장치는, 최초로 피사체를 촬상한 한 프레임의 영상에 대한 초점값을 산출하고, 상기 엑츄에이터 제어단(160)에서 초점을 조절하여 새로운 한 프레임의 영상에 대한 초점값을 산출하며 이를 서로 비교함으로써 최적의 초점값을 갖는 영상의 초점위치를 최적의 초점으로 산출하게 된다.

만약, 최적의 초점이 검출되지 않을 경우, 상기 중앙처리단(150)에서 상기 엑츄에이터 제어단(160)을 지속적으로 구동시켜 초점을 변화시킴에 따라 각 프레임의 영상에 대한 초점값을 비교하여 최적의 초점을 산출하게 된다.

그러나, 종래 기술에 의한 자동 초점 조절장치는, 최적의 초점을 검출하기 위해 한 프레임의 전체 영상에 대한 초점값을 산출해야 함에 따라 센서의 화소수가 증가할수록 프레임 비율이 떨어져 초점값을 산출하기 위한 시간이 많이 소모되는 문제점이 있었다.

특히, 점차적으로 촬상단(110)을 이루는 카메라 모듈이 보편화됨에 따라 CCD 센서보다 상대적으로 가격이 저렴한 CMOS가 주로 사용되는데, 상기 CCD 센서보다 저조도에서 속도가 느린 CMOS 센서 사용시 상술한 바와 같은 한 프레임의 영상을 필터링시켜 최적의 초점을 검출할 경우 CCD 센서를 사용할 경우보다 더욱 많은 시간이 소모되어 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 피사체의 영상을 다수의 영역으로 나누고 기 설정된 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 한 그룹당 초점을 조절하여 초점값을 산출 및 비교하여 최적의 초점을 검출함으로써 최적의 초점을 검출하는데 소모되는 시간을 줄일 수 있는 자동 초점 조절장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치는, 렌즈를 구비하며 피사체의 영상을 촬상하는 촬상단; 상기 촬상단로부터 촬상된 영상을 신호처리하는 영상 처리단; 상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이단; 상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 다수의 영역으로 나누고, 상기 다수의 영역 중 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하여 각 그룹의 초점값을 산출하는 초점산출단; 최초 프레임의 그룹 중 다음 한 프레임의 한 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 다음 한 프레임의 상기 한 그룹에 대한 초점값을 서로 비교하여 최적의 초점값을 검출하는 중앙처리단; 및 상기 중앙처리단에서 검출된 그룹의 초점값이 최적의 초점값이 아닐 경우 상기 촬상단의 렌즈를 이동시켜 초점을 조절하는 엑츄에이터 제어단;을 포함한다.

이때, 상기 초점산출단은, 상기 영상 처리단에서 처리된 영상에 포함된 저주파 성분을 제거하고 고주파 성분만을 통과시키기 위한 하이패스 필터부; 상기 하이패스 필터부를 통과한 영상 각 그룹의 고주파 성분을 가산연산하여 각 그룹별 초점값을 산출하는 초점 산출부; 및 상기 초점 산출부와 연결되고, 상기 하이패스 필터부를 통해 인가된 영상을 다수의 영역으로 나누기 위한 윈도우 제어부;를 포함한다.

특히, 상기 초점 산출부는, 상기 하이패스 필터부와 연결되고 상기 하이패스 필터부를 통과한 프레임의 각 그룹별 고주파 성분의 에지값을 산출하는 에지값 산출부; 상기 에지값 산출부와 연결되고 최초의 한 프레임에 대한 에지값을 모두 합산한 후 이를 각 그룹의 에지값으로 나누어 각 그룹의 가중치를 산출하는 가중치 산출부; 및 상기 에지값 산출부 및 가중치 산출부와 연결되고 한 프레임의 각 그룹별 에지값에 상기 가중치를 각각 곱셈 연산하여 각 그룹별 초점값을 산출하는 초점값 산출부;를 포함한다. 이때, 상기 초점 산출부는, 8개의 영역 또는 8의 배수 개로 증가하는 영역을 하나의 그룹으로 분류하며, 상기 윈도우 제어부는, 상기 영상의 전 영역에 대한 초점값이 산출되도록 영상의 폭과 동일한 폭 또는 상기 영상의 폭보다 좁은 폭에 대한 초점값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엑츄에이터 제어단은, 상기 엑츄에이터 제어단은, 최초 프레임에 대한 초점값 산출 이후에 촬상된 프레임의 한 그룹에 대한 초점값이 산출된 다음 상기 촬상단의 렌즈를 상방향 또는 하방향으로 이동시켜 초점을 조절하며, 상기 초점산출단에서 산출된 초점값이 최적의 초점값일 경우, 상기 최적의 초점값에 해당되는 초점으로 피사체를 재촬상하여 영상 처리한 후 이를 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 초점 조절방법은, a) 최초 한 프레임의 영상을 촬상하여 신호처리하며, 신호처리된 영상을 하이패스 필터를 통해 필터링시키고 상기 프레임을 다수의 영역으로 나누어 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 각 그룹의 초점값을 산출하는 단계; b) 초점을 조절하여 다음 한 프레임의 한 그룹을 촬상하고, 상기 촬상된 한 그룹을 신호처리하는 단계; c) 상기 b) 단계에서 촬상 후 신호처리된 한 그룹의 초점값을 산출하는 단계; d) 최초 한 프레임의 그룹 중 상기 b) 단계에서 초점값이 산출된 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 상기 b) 단계에서 산출된 한 그룹에 대한 초점값을 비교하는 단계; 및 e) 상기 d) 단계에서 비교된 초점값이 최적의 초점값이 아닐 경우 b) 단계로 피드백시키는 단계;를 포함한다.

이때, 상기 a) 단계는, a-1) 상기 신호처리된 영상에 포함된 저주파 성분을 제거하고 고주파 성분만을 통과시키는 단계; a-2) 상기 프레임을 다수의 영역으로 나누고, 상기 다수의 영역 중 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하며, 상기 프레임의 각 그룹별로 이의 고주파 성분을 가산연산하여 각 그룹별 에지값을 산출하는 단계; a-3) 상기 에지값을 모두 합산한 후 각 그룹별 에지값으로 이를 나누어 각 그룹별 가중치를 산출하는 단계; 및 a-4) 상기 산출된 각 그룹별 가중치를 이에 해당되는 그룹별 에지값과 곱셈연산하여 각 그룹의 초점값을 산출하는 단계;를 포함한다.

특히, 상기 한 프레임의 각 그룹은 8개의 영역 또는 8의 배수 개로 증가하는 영역으로 이루어지며, 상기 에지값 산출시, 상기 영상의 전 영역에 대한 에지값이 산출되도록 영상의 폭과 동일한 폭에 대한 에지값을 산출하거나 상기 영상의 폭보다 좁은 폭에 대한 에지값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 c) 단계에서 다음 한 프레임의 초점값을 산출하는 방법은, c-1) 상기 b) 단계에서 촬상 후 신호처리된 한 그룹을 하이패스 필터를 통해 필터링시켜 고주파 성분을 합산하여 에지값을 산출하는 단계; 및 c-2) 상기 산출된 에지값과 최초 한 프레임의 그룹 중 상기 에지값이 산출된 그룹에 대응되는 그룹의 가중치를 곱셈연산하여 초점값을 산출하는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 d) 단계에서 최적의 초점값을 검출하는 방법은, 각 프레임의 그 룹별로 최초 한 프레임의 한 그룹에 해당되는 초점값과 이에 대응되는 다음 한 프레임의 한 그룹에 해당되는 초점값을 비교하여 이들의 차이가 증가하다가 감소하는 순간의 초점값이 최적의 초점값 이후 초점값이라 판단하여 감소하는 순간의 초점값 이전의 초점값을 최적의 초점값으로 검출하며, 상기 d) 단계에서 비교된 초점값이 최적의 초점값일 경우, 상기 최적의 초점값에 해당되는 초점으로 피사체를 재촬상하여 영상 처리한 후 이를 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 관련도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치 및 그 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치를 나타낸 블럭도, 도 4는 본 발명의 초점산출단을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 5는 본 발명의 초점 산출부를 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 6과 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치에 사용되는 윈도우를 나타낸 설명도, 도 8은 본 발명에 따른 렌즈의 이동거리 에 따른 초점값의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치의 타이밍도이다.

우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치는, 피사체의 영상을 촬상하기 위한 촬상단(210)과, 상기 촬상된 영상을 신호처리하기 위한 영상 처리단(220)과, 상기 신호처리된 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이단(230)과, 상기 신호처리된 영상을 다수의 영역으로 나누고 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 각 그룹의 초점값을 산출하는 초점산출단(240)과, 최초 한 프레임의 그룹 중 다음 한 프레임의 한 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 다음 한 프레임의 상기 한 그룹에 대한 초점값을 서로 비교하여 최적의 초점값을 검출하는 중앙처리단(250) 및 상기 중앙처리단(250)에 의해 제어되어 상기 촬상단(210)의 초점을 조절하는 엑츄에이터 제어단(260)으로 이루어진다.

여기서, 상기 촬상단(210)은, 상하방향으로 이동되며 초점을 변화시키는 렌즈(미도시함)와 고촬상소자인 이미지센서(미도시함)를 포함하고 상기 영상 처리단(220) 및 엑츄에이터 제어단(260)과 연결되며, 상기 엑츄에이터 제어단(260)에 의해 상기 렌즈가 상하방향으로 이동되어 영상의 초점을 조절하여 이미지센서에 피사체의 광을 입사시킨다.

상기 이미지센서는 CCD 센서 또는 CMOS 센서인 것이 바람직한데, 상기 이미지센서는 상기 입사된 광을 디스플레이하기 위하여 전기적 신호로 변환시켜 상기 영상 처리단(220)으로 전달한다.

상기 영상 처리단(220)은 상기 촬상단(210)과 디스플레이단(230) 및 초점산 출단(240)과 연결되고, 상기 촬상단(210)으로부터 촬상된 영상을 자동 화이트 밸런스, 자동노출 및 감마보정 등의 신호처리를 진행함으로써 상기 디스플레이단(230)을 통해 디스플레이되는 영상의 이미지를 사람의 시각에 맞게 변환시킨다.

상기 초점산출단(240)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 하이패스 필터부(241)와 초점 산출부(242) 및 윈도우 제어부(243)로 이루어지며, 상기 영상의 한 프레임을 다수의 영역으로 나누고, 상기 나눠진 영상 중 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 분류된 그룹의 고주파 성분을 합산함으로써 각 그룹의 초점값을 산출한다.

이때, 상기 하이패스 필터(241)는, 상기 영상 처리단(220) 및 초점값 산출부(242)와 연결되고 상기 영상 처리단(220)로부터 신호처리된 영상을 필터링시키는데, 하이패스 필터부(241)는 상기 영상의 저주파 성분을 통과시키기 않고 고주파 성분만을 통과시켜 이를 상기 초점값 산출부(242)에 전달한다.

보다 자세히 설명하면, 상기 영상의 서로 이웃하는 화소의 화소값 차이가 작을 경우 즉, 동일한 피사체를 나타내어 서로를 구분짓는 경계 영역인 에지 영역이 포함되지 않은 영상에는 저주파 성분이 검출되고, 서로 이웃하는 화소의 화소값 차이가 클 경우 즉, 서로 다른 피사체를 나타내어 서로를 구분짓는 에지 영역이 포함된 영상에는 고주파 성분이 검출된다. 이에 따라, 상기 영상을 하이패스 필터부(241)를 통과시킴으로써 고주파 성분의 검출 여부에 따라 상기 영상에 에지 영역의 포함 여부를 검출할 수 있다.

상기 초점 산출부(242)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 에지값 산출부(242a), 가중치 산출부(242b) 및 초점값 산출부(242c)를 포함하고, 상기 하이패스 필터부(241)와 윈도우 제어부(243) 및 중앙처리단(250)과 연결되며, 영상의 각 그룹별로 하이패스 필터부(241)를 통과한 고주파 성분을 가산연산하여 각 그룹별 초점값을 산출한다.

이때, 상기 초점 산출부(242)의 에지값 산출부(242a)는, 상기 하이패스 필터부(241)와 가중치 산출부(242b) 및 초점값 산출부(242c)와 연결되고 상기 하이패스 필터부(241)를 통과한 프레임의 각 그룹별 고주파 성분의 에지값을 산출한다. 에지값 산출방법은, 상기 하이패스 필터부(241)를 통과한 프레임에 에지 영역이 포함되어 있는 경우 에지 영역에서 발생되는 고주파 성분이 검출되며 각 그룹별 내에 있는 모든 영역의 고주파 성분을 합산함으로써 에지값을 산출한다. 만약, 상기 프레임에 에지 영역이 포함되어 있지 않을 경우 고주파 성분이 발생되지 않기 때문에 에지값은 '0'이 된다.

또한, 상기 가중치 산출부(242b)는 에지값 산출부(242a) 및 초점값 산출부(242c)와 연결되고 최초의 한 프레임의 모든 그룹에 대한 에지값을 합산한 후 이를 각 그룹의 에지값으로 나누어 각 그룹의 가중치를 산출한다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 그룹 1의 에지값이 10, 그룹 2의 에지값이 20, ... 그룹 n의 에지값이 25이고 이들 에지값의 총 합이 100 이라면, 상기 총 합인 100을 각 그룹별 에지값으로 나눔에 따라 그룹 1의 가중치는 10, 그룹 2의 가중치는 5, ... 그룹 n의 가중치는 4로 산출된다.

그리고, 상기 초점값 산출부(242c)는 상기 에지값 산출부(242a) 및 가중치 산출부(242b)와 연결되고 한 프레임의 각 그룹별 에지값에 상기 가중치를 각각 곱셈 연산하여 각 그룹별 초점값을 산출한다. 즉, 상기 그룹 1은 이의 에지값 10에 가중치 10을 곱셈 연산함으로써 100의 초점값을 가지며, 그룹 2는 이의 에지값 20에 가중치 5를 곱셈 연산함으로써 100의 초점값을 가지고, 그룹 n은 이의 에지값 25에 가중치 4를 곱셈 연산함으로써 100의 초점값을 갖게 된다.

또한, 상기 윈도우 제어부(243)는 상기 초점 산출부(242)와 연결되고 상기 하이패스 필터부(241)를 통해 인가된 영상을 다수의 영역으로 나눈다. 즉, 도 6과 같이, 상기 윈도우 제어부(243)는 상기 영상을 다수의 영역(영역1~영역m)으로 구분하고, 상기 초점 산출부(242)는 상기 윈도우 제어부(243)에 의해 나눠진 각 영역 중 사전에 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹(그룹 1~그룹 n)으로 분류하여 각 그룹별 초점값을 산출한다.

이때, 상기 초점 산출단(242)에서는 상기 영역 중 8개의 영역 또는 8의 배수 개로 증가하는 영역을 하나의 그룹으로 분류하는 것이 바람직하며 특히, 상기 윈도우 제어부(243)는 상기 영상의 고주파 성분을 검출하기 위한 윈도우(window)의 폭을 상기 영상의 폭과 동일하도록 설정하거나 또는 상기 영상의 폭보다 좁은 폭을 갖도록 설정할 수 있다.

상기 윈도우 제어부(243)에서 상기 윈도우의 폭을 영상의 폭보다 좁게 형성할 경우, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 대부분의 조동 초점 조절장치의 이용자들은 피사체를 중앙에 위치시키므로 초점값을 산출하기 위한 윈도우의 폭을 영상의 여백까지 늘릴 필요없이 도 7a의 'x' 만큼의 여백을 남김으로써 초점값을 산 출하기 위한 시간을 줄일 수 있으며, 'x' 여백 만큼의 시간동안 렌즈를 이동시킬 수 있게 됨에 따라 한 영역 또는 한 그룹 당 렌즈를 이동시켜 초점을 조절할 수 있는 이점이 있다.

상기 중앙처리단(250)은, 상기 초점산출단(240)의 초점 산출부(242) 및 엑츄에이터 제어단(260)과 연결되고 최초 프레임의 그룹 중 다음 한 프레임의 한 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 상기 대응되는 다음 한 프레임의 한 그룹에 대한 초점값을 서로 비교하여 최적의 초점값을 검출한다.

이때, 상기 초점산출단(240)에서 산출된 초점값과 비교되는 최초 한 프레임의 각 그룹에 대한 초점값의 산출 이유는 현 영상에 대한 최적의 초점을 검출하기 위한 기준 초점값이 필요하므로 최초 한 프레임의 각 그룹에 대한 초점값을 산출한다.

또한, 상기 엑츄에이터 제어단(260)은, 엑츄에이터 구동부(261) 및 엑츄에이터(262)로 이루어지고 상기 엑츄에이터 구동부(261)는 상기 중앙처리단(250)에서 검출된 초점이 최적의 초점이 아닐 경우 상기 엑츄에이터(262)에 구동신호를 전달하여 이를 구동시킴으로써 촬상단(210)의 렌즈를 상하방향으로 이동시켜 초점을 조절하며, 상기 검출된 초점이 최적의 초점일 경우 최적의 초점으로 피사체를 다시 촬상하여 영상의 신호처리 후 이를 디스플레이한다.

특히, 상기 엑츄에이터 구동부(261)는 상기 촬상된 영상의 프레임 중 한 그룹에 대한 초점이 산출된 후 상기 촬상단의 렌즈를 상방향 또는 하방향으로 이동시켜 초점을 조절함으로써 한 프레임의 영상에서 그룹당 초점을 달리하여 초점값을 산출하므로 전체 프레임에 대한 초점값이 아닌 몇 개의 그룹에 대한 초점값으로도 최적의 초점을 검출할 수 있어 최초의 프레임과 그 다음 한 프레임만으로도 최적의 초점을 검출할 수 있게 됨에 따라 초점 조절 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

예를 들면, 상기 자동 초점 조절장치의 렌즈이동거리에 따른 초점값을 나타낸 도 8에 도시한 바와 같이, 최초의 한 프레임의 영상에 대한 초점값이 'A'이고 두번째 한 프레임 중 제1 그룹의 초점값이 'B'일 경우 상기 중앙처리단(250)에서는 상기 영상에 대한 최적의 초점이 이루어지지 않은 것으로 판단하여 상기 엑츄에이터 제어단(260)으로 렌즈를 이동시키기 위한 제어신호를 전달한다.

만약, 렌즈를 지속적으로 이동시켜 P번째 그룹의 초점값이 지속적으로 상승하다가 감소하는 'D'일 경우 상기 중앙처리단(250)에서는 상기 영상에 대한 최적의 초점은 'E' 초점값을 갖는 렌즈의 위치가 최적의 초점이라고 판단하여 최적의 초점을 검출한다. 이와 같이, 최적의 초점이 검출될 경우 상기 렌즈를 이전 'E' 초점값에 해당하는 위치로 렌즈를 이동시킨 후 영상을 재촬상하여 신호처리함으로써 디스플레이 한다.

이와 같이 동작하는 자동 초점 조절장치의 타이밍도를 살펴보면, 도 9에 도시한 바와 같다. 우선, Vsync 클럭은 프레임 단위 및 프레임의 각 그룹 단위로 동기를 맞추며 촬상단(210)의 렌즈를 수직방향(상하방향)으로 이동시키기 위한 클럭이고, Hsync 클럭은 한 프레임 내의 한 영역에 대한 동기를 맞추며 상기 렌즈를 수평방향(좌우방향)으로 이동시키기 위한 클럭이다.

이때, 상기 Vsync 클럭이 로우 레벨(Low Level) b'일 경우 상기 렌즈를 수직으로 이동시키며, Vsync 클럭이 하이 레벨(High Level) a'이고 Hsync 클럭이 하이 레벨일 경우 상기 렌즈를 수평방향으로 이동시킨다.

특히, 본 발명의 초점 산출단(242)은 상기 Vsync 클럭이 하이 레벨 a'이고 Hsync 클럭이 하이 레벨인 a+1일 경우 제1 영역에 대한 고주파 성분을 저장하고 a+2일 경우 제2 영역에 대한 고주파 성분을 제1 영역에 대한 고주파 성분과 가산연산하며 하나의 그룹의 마지막 제k 영역에 대한 고주파 성분까지 가산연산하게 되면 한 그룹에 대한 에지값이 산출되고 이를 이용하여 초점값을 산출하게 된다.

이렇게 한 그룹에 대한 초점값이 산출되면 최초의 한 프레임의 그룹 중 상기 산출된 다음 한 프레임의 한 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 상기 다음 한 프레임의 한 그룹에 대한 초점값을 서로 비교하여 최적의 초점 여부를 판단한다. 상기 초점값에 해당하는 초점이 최적의 초점이 아닐 경우 Hsync 클럭의 L 시점에 렌즈를 상하방향으로 이동시켜 초점을 조절한 후 상기와 같은 방식에 의해 다음 한 프레임의 다음 그룹의 초점값을 산출하여 비교한다. 즉, 최초의 한 프레임의 그룹 1과 다음 한 프레임의 그룹 1에 대한 각 초점값을 비교하여 최적의 초점이 아닐 경우 최초의 한 프레임의 그룹 2와 다음 한 프레임의 그룹 2에 대한 초점값을 서로 비교한다.

이와 같이, 한 프레임의 초점값을 산출한 후 이전 한 프레임의 초점값과 비교하는 종래와 달리 본 발명은 한 프레임을 다수의 영역으로 나누고 이 중 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 각 그룹별 초점값을 산출하여 비교 함으로써 최적의 초점을 검출함에 따라 다수의 프레임이 아닌 최초의 프레임과 다음 한 프레임의 영상만으로도 최적의 초점을 검출할 수 있으므로 최적의 초점을 검출하는 시간을 효과적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명에 따른 이미지센서는 상대적으로 초당 프레임의 촬영속도가 느린 CMOS 센서를 사용할 경우에 대하여 설명하였지만 이는 이에 한정되지 않고 CCD 센서를 사용할 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

이하, 관련도면을 참조하여 상술한 자동 초점 조절장치를 이용한 초점 조절방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 10은 본 발명에 따른 자동 초점 조절방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치를 이용한 초점 조절방법은, 최초 한 프레임의 영상을 촬상하여 신호처리하고 신호처리된 영상을 필터링시키며 상기 한 프레임을 다수의 영역으로 나누어 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류함으로써 각 그룹의 초점값을 산출한다(S310).

이때, 상기 최초의 한 프레임의 각 그룹에 대한 초점값을 산출하는 방법은, 하이패스 필터부를 통해 상기 신호처리된 영상에 포함된 저주파 성분을 제거하고 고주파 성분만을 통과시킨다. 그 다음, 상기 프레임을 다수의 영역으로 나누고 상기 다수의 영역 중 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 상기 프레임의 각 그룹별로 이의 고주파 성분을 가산연산함으로써 각 그룹별 에지값을 산 출한다.

그리고, 상기 산출된 에지값을 모두 합산한 후 각 그룹별 에지값으로 각각 나누어 각 그룹별 가중치를 산출한다. 그런 다음, 상기 산출된 각각의 가중치를 각 그룹의 에지값과 곱셈 연산함으로써 각 그룹의 초점값을 산출한다. 특히, 상기 한 프레임의 각 그룹은 8개의 영역 또는 8의 배수 개로 증가하는 영역으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각 그룹에 대한 에지값 산출시 상기 영상의 전 영역에 대한 에지값이 산출되도록 영상의 폭과 동일한 폭에 대한 에지값을 산출하거나 또는 상기 영상의 폭보다 좁은 폭에 대한 에지값을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 최초 한 프레임의 각 그룹에 대한 초점값이 모두 산출된 후, 초점을 조절하여 다음 한 프레임의 한 그룹만을 촬상하고 상기 촬상된 그룹을 신호처리 한다(S320).

그 다음으로, 상기 신호처리된 다음 한 프레임의 한 그룹에 대한 초점값을 산출한다(S330). 이때, 상기 다음 한 그룹에 대한 초점값을 산출하는 방법은, 상기 신호처리된 한 그룹을 하이패스 필터를 통과시켜 에지 영역이 아닌 영상에서 발생되는 저주파 성분을 차단하고 에지 영역의 영상에서 발생되는 고주파 성분만을 필터링시킴에 따라 각 영역의 고주파 성분을 검출하여 한 그룹에 해당하는 영역의 고주파 성분을 모두 합산함으로써 한 그룹의 에지값을 산출한다. 이후 상기 산출된 에지값과 최초 한 프레임의 그룹 중 상기 에지값이 산출된 그룹과 대응되는 그룹의 가중치를 곱셈 연산하여 상기 그룹의 초점값을 산출한다.

상기 한 그룹의 초점값을 산출한 후, 상기 산출된 초점값을 최초의 한 프레 임 그룹 중 상기 S320 단계에서 초점값이 산출된 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 상기 S320 단계에서 산출된 초점값을 비교한다(S340).

상기 S340 단계에서 비교된 초점값이 최적의 초점값이 아닐 경우 상기 S320 단계로 피드백되어 초점을 조절한 후 상기 초점값이 산출된 그룹의 다음 그룹에 대한 초점값을 산출하고 이를 최초 한 프레임의 그룹 중 상기 초점값이 재산출된 그룹과 대응되는 그룹의 초점값과 상기 재산출된 초점값을 비교한다.

만약, 상기 S340 단계에서 비교된 초점값이 최적의 초점값일 경우, 상기 초점으로 피사체를 재촬상하여 영상에 대한 신호처리를 진행한 후 이를 디스플레이한다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치 및 그 방법은, 피사체의 영상을 다수의 영역으로 나누고 기 설정된 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 한 그룹당 초점을 조절하여 초점값을 산출 및 비교하여 최적의 초점을 검출함으로 써 최적의 초점을 검출하는데 소모되는 시간을 줄일 수 있게 됨에 따라 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

1. 렌즈를 구비하며 피사체의 영상을 촬상하는 촬상단;

   상기 촬상단로부터 촬상된 영상을 신호처리하는 영상 처리단;

   상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이단;

   상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 다수의 영역으로 나누고, 상기 다수의 영역 중 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하여 각 그룹의 초점값을 산출하는 초점산출단;

   최초 프레임의 그룹 중 다음 한 프레임의 한 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 다음 한 프레임의 상기 한 그룹에 대한 초점값을 서로 비교하여 최적의 초점값을 검출하는 중앙처리단; 및

   상기 중앙처리단에서 검출된 그룹의 초점값이 최적의 초점값이 아닐 경우 상기 촬상단의 렌즈를 이동시켜 초점을 조절하는 엑츄에이터 제어단;

   을 포함하는 자동 초점 조절장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 초점산출단은,

   상기 영상 처리단에서 처리된 영상에 포함된 저주파 성분을 제거하고 고주파 성분만을 통과시키기 위한 하이패스 필터부;

   상기 하이패스 필터부를 통과한 영상 각 그룹의 고주파 성분을 가산연산하여 각 그룹별 초점값을 산출하는 초점 산출부; 및

   상기 초점 산출부와 연결되고, 상기 하이패스 필터부를 통해 인가된 영상을 다수의 영역으로 나누기 위한 윈도우 제어부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 초점 산출부는,

   상기 하이패스 필터부와 연결되고 상기 하이패스 필터부를 통과한 프레임의 각 그룹별 고주파 성분의 에지값을 산출하는 에지값 산출부;

   상기 에지값 산출부와 연결되고 최초의 한 프레임에 대한 에지값을 모두 합산한 후 이를 각 그룹의 에지값으로 나누어 각 그룹의 가중치를 산출하는 가중치 산출부; 및

   상기 에지값 산출부 및 가중치 산출부와 연결되고 한 프레임의 각 그룹별 에지값에 상기 가중치를 각각 곱셈 연산하여 각 그룹별 초점값을 산출하는 초점값 산출부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 초점 산출부는, 8개의 영역 또는 8의 배수로 증가하는 영역을 하나의 그룹으로 분류하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 윈도우 제어부는, 상기 영상의 전 영역에 대한 초점값이 산출되도록 영상의 폭과 동일한 폭에 대한 초점을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절장치.
6. 제2항에 있어서,

   상기 윈도우 제어부는, 상기 영상의 폭보다 좁은 폭에 대한 초점값을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 엑츄에이터 제어단은, 최초 프레임에 대한 초점값 산출 이후에 촬상된 프레임의 한 그룹에 대한 초점값이 산출된 다음 상기 촬상단의 렌즈를 상방향 또는 하방향으로 이동시켜 초점을 조절하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 초점산출단에서 산출된 초점값이 최적의 초점값일 경우, 상기 최적의 초점값에 해당되는 초점으로 피사체를 재촬상하여 영상 처리한 후 이를 디스플레이하는 것을 특징으로 자동 초점 조절장치.
9. a) 최초 한 프레임의 영상을 촬상하여 신호처리하며, 신호처리된 영상을 하이패스 필터를 통해 필터링시키고 상기 프레임을 다수의 영역으로 나누어 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하며 각 그룹의 초점값을 산출하는 단계;

   b) 초점을 조절하여 다음 한 프레임의 한 그룹을 촬상하고, 상기 촬상된 한 그룹을 신호처리하는 단계;

   c) 상기 b) 단계에서 촬상 후 신호처리된 한 그룹의 초점값을 산출하는 단계;

   d) 최초 한 프레임의 그룹 중 상기 b) 단계에서 초점값이 산출된 그룹에 대응되는 그룹의 초점값과 상기 b) 단계에서 산출된 한 그룹에 대한 초점값을 비교하는 단계; 및

   e) 상기 d) 단계에서 비교된 초점값이 최적의 초점값이 아닐 경우 b) 단계로 피드백시키는 단계;

   를 포함하는 자동 초점 조절방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 a) 단계는,

    a-1) 상기 신호처리된 영상에 포함된 저주파 성분을 제거하고 고주파 성분만을 통과시키는 단계;

    a-2) 상기 프레임을 다수의 영역으로 나누고, 상기 다수의 영역 중 기 설정된 수만큼의 영역을 하나의 그룹으로 분류하며, 상기 프레임의 각 그룹별로 이의 고주파 성분을 가산연산하여 각 그룹별 에지값을 산출하는 단계;

    a-3) 상기 에지값을 모두 합산한 후 각 그룹별 에지값으로 이를 나누어 각 그룹별 가중치를 산출하는 단계; 및

    a-4) 상기 산출된 각 그룹별 가중치를 이에 해당되는 그룹별 에지값과 곱셈연산하여 각 그룹의 초점값을 산출하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 한 프레임의 각 그룹은 8개의 영역 또는 8의 배수 개로 증가하는 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절방법.
12. 제10항에 있어서,

    상기 에지값 산출시, 상기 영상의 전 영역에 대한 에지값이 산출되도록 영상 의 폭과 동일한 폭에 대한 에지값을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절방법.
13. 제10항에 있어서,

    상기 에지값 산출시, 상기 영상의 폭보다 좁은 폭에 대한 에지값을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절방법.
14. 제10항에 있어서,

    상기 c) 단계에서 다음 한 프레임의 초점값을 산출하는 방법은,

    c-1) 상기 b) 단계에서 촬상 후 신호처리된 한 그룹을 하이패스 필터를 통해 필터링시켜 고주파 성분을 합산하여 에지값을 산출하는 단계; 및

    c-2) 상기 산출된 에지값과 최초 한 프레임의 그룹 중 상기 에지값이 산출된 그룹에 대응되는 그룹의 가중치를 곱셈연산하여 초점값을 산출하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 d) 단계에서 최적의 초점값을 검출하는 방법은, 각 프레임의 그룹별로 최초 한 프레임의 한 그룹에 해당되는 초점값과 이에 대응되는 다음 한 프레임의 한 그룹에 해당되는 초점값을 비교하여 이들의 차이가 증가하다가 감소하는 순간의 초점값이 최적의 초점값 이후 초점값이라 판단하여 감소하는 순간의 초점값 이전의 초점값을 최적의 초점값으로 검출하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 d) 단계에서 비교된 초점값이 최적의 초점값일 경우, 상기 최적의 초점값에 해당되는 초점으로 피사체를 재촬상하여 영상 처리한 후 이를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절방법.

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