KR100885803B1 - 이미지센서 및 그의 조명원제어방법 - Google Patents

이미지센서 및 그의 조명원제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인체내 촬상 기술에 관한것으로, 무광상태를 만들기 위해 이미지센서 내에서 조명원을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 이미지센서의 조명원제어회로 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 하여 프레임 단위로 이미지 프로세싱이 이루어지는 캡슐내시경용 이미지 센서에 있어서, 복수의 프레임중에서 일정주기의 프레임 마다 외부의 조명원을 오프시키기 위한 제어신호를 생성하는 조명원제어신호 생성수단을 포함하는 캡슐내시경용 이미지센서를 제공한다.
캡슐내시경, 블랙레벨, 암잡음, 아날로그/디지털 변환기, 픽셀

Description

이미지센서 및 그의 조명원제어방법{IMAGE SENSOR AND METHOD FOR CONTROL LIGHT SOURCE THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 캡슐내시경 및 캡슐내시경의 출력신호를 받아 신호처리하는 영상데이터보상회로를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 조명원제어방법을 나타낸 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 조명원 201 : 픽셀
202 : 아날로그회로 203 : 아날로그/디지털 변환회로
204 : 디지털회로 205 : 블랙레벨 보상회로
206 : 암잡음 보상회로 207 : 캡슐내시경
208 : 영상데이터 보상회로
본 발명은 인체내 촬상 기술에 관한것으로 특히, 캡슐내시경용 이미지센서에 관한 것이다.
인체내 촬상 시스템으로 알려진 장비 중에는 내시경(Endoscope)이 대표적인데, 위나 장의 상하 이미지를 제공하는데 이용되며, 최근엔 의료용 분야 등에 있어서 폭넓게 이용되고 있다.
캡슐내시경은 2000년 이후 새롭게 개발된 내시경으로, 환자가 알약처럼 삼키면 내장에 들어가 의사들이 비디오 화면이나 컴퓨터 모니터를 통해 장기나 체강의 내부를 직접 살필 수 있게 만든 캡슐 형태의 초소형 내시경을 말한다.
일반 내시경은 검사에 따르는 고통과 불쾌감 등으로 인해 많은 환자들이 내시경 검사를 회피하고, 대신 약물치료를 받으려는 경우가 있는데, 캡슐내시경은 이러한 단점을 보완하고, 특히 위장관 가운데 가장 긴 소장 등의 질환 진단에 이용할 목적으로 개발되었다.
이와 같이 캡슐내시경은 일정 온도를 갖는 인체내 환경에서 동작해야 한다. 이로 인하여 캡슐내시경 내의 이미지센서에 완전히 빛이 들어오지 않는 상태에서도 인체내의 온도에 의해 전류가 발생한다. 이를 암전류(dark current)라 하고, 암전류가 발생하면 이미지센서는 광학적요인에 의한 전기신호성분 이외에도 다른 전기신호성분을 가지게 된다. 따라서, 빛을 가하지 않은 경우에도 일정치의 신호레벨이 검출되는 잡음이 발생하는데, 이를 블랙레벨(black level)이라고 한다.
이러한 블랙레벨을 제거하기 위해 종래에는 광차폐막(Metal Shielded Pixel)으로 포토다이오드의 주변을 덮어서 광학적 흑색화소영역을 형성하였다. 이렇게 광 학적 흑색화소영역을 형성한 상태에서 여타의 조명을 끈 상태 즉, 빛이 없는 상태에서 이미지센서를 통해 블랙레벨의 평균치를 구하고, 이를 빛이 있는 상태에서 촬영한 유효영상데이터에 감산을 통해 블랙레벨에 관한 문제를 해결하였다.
그러나, 이와 같이 광차폐막은 이미지센서의 면적을 증가시키고 결과적으로 캡슐내시경의 크기를 증가시키게 되고, 제조비용 또한 증가시킨다.
그리고, 암전류로 인해 암잡음도 발생되는데, 이를 해결하기 위한 방법으로 원천적으로 암전류가 발생되지 않게끔 포토다이오드와 소자분리막의 계면에 불순물을 첨가하가나 여타의 물질막을 형성하였으나, 이 또한 캡슐내시경의 크기를 증가시키는 요인이된다.
또한, 상술한 블랙레벨에 관한 문제해결 방안은 캡슐내시경 내의 아날로그회로와 디지털회로에서 문제를 해결하므로 인해 전력낭비의 문제점이 추가로 발견되고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 무광상태를 만들기 위해 이미지센서 내에서 조명원을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 이미지센서 및 그의 조명원제어방법을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
그리고, 영상데이터의 블랙레벨 및 암잡음에 대한 보상을 인체 외부에서 소프트웨어적으로 수행하는 이미지센서 및 그의 조명원제어방법를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
또한, 전력 절약효과를 갖는 이미지센서 및 그의 조명원제어방법을 제공하는 것을 제3 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 프레임 단위로 이미지 프로세싱이 이루어지는 캡슐내시경용 이미지 센서에 있어서, 복수의 프레임중에서 일정주기의 프레임 마다 외부의 조명원을 오프시키기 위한 제어신호를 생성하는 조명원제어신호 생성수단을 포함하는 캡슐내시경용 이미지센서를 제공한다.
프레임 단위로 이미지 프로세싱이 이루어지는 캡슐내시경용 이미지 센서에 있어서, 복수의 프레임중에서 일정주기의 프레임 마다 외부의 조명원을 오프시키기 위한 제어신호를 생성하는 조명원제어신호 생성수단을 포함하는 캡슐내시경용 이미지센서, 상기 조명원제어신호 생성수단에 의해 제어되는 조명원 및 상기 이미지 센서의 출력신호인 영상데이터를 보상하기 위한 영상데이터보상부를 포함하는 캡슐내시경 시스템을 제공한다.
또한, 프레임 단위로 이미지 프로세싱이 이루어지는 이미지센서의 조명원 제어방법에 있어서,
상기 프레임을 카운팅하는 단계, 상기 카운팅값과 조명원제어신호 생성설정값을 비교하는 단계 및 상기 비교의 결과가 동일하면 조명원제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 조명원제어방법을 제공한다.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 캡슐내시경 및 캡슐내시경의 출력신호를 받아 신호처리하는 영상데이터보상회로를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 캡슐내시경(207, 200)은 인체 내에서 환부를 촬영하여 인체 외부로 전송하는 이미지센서(207)와 환부에 빛을 비추는 조명원(200)을 구비한다.
그리고, 영상데이터보상회로(208)는 블랙레벨을 보상하기 위한 블랙레벨 보상회로(205), 암잡음을 보상하기 위한 암잡음 보상회로(206)를 구비한다.
이들 각 구성요소를 더욱 자세하게 설명하면 하기와 같다.
우선, 이미지센서(207)는 광학적으로 촬영된 광학영상을 전기적 아날로그영상신호로 변환하는 픽셀(201), 픽셀(201)에서 출력된 아날로그영상신호를 필터링하여 FPN(Fixed Pattern Noise)과 같은 잡음을 제거하는 아날로그회로(202), 아날로그회로(202)에 포함되며, 아날로그영상신호를 디지털영상신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환회로(203), 조명원(200)을 제어하기 위한 조명원제어신호 생성부를 포함하고 디지털영상신호를 신호처리하며 이를 인체 외부에 전송하는 디지털회로(204)로 구현할 수 있다.
여기서, 조명원제어신호 생성부는 이미지센서(207)의 출력프레임을 카운팅하는 프레임카운터와 저전력을 위해 펀쳐된(punctured)프레임을 판단하기 위한 펀쳐된프레임 판별부를 포함한다.
그리고, 영상데이터보상회로(208)는 전송되어 온 디지털영상신호(=영상프레임) - 유광상태에서 촬영하여 생성된 유효영상프레임, 무광상태에서 촬영하여 생성된 다크영상프레임 및 저전력을 위해 생성된 펀쳐된프레임을 포함한다. - 에 대해 블랙레벨을 보상하는 블랙레벨 보상회로(205), 전송되어 온 디지털영상신호에 대해 암잡음을 보상하는 암잡음보상회로(206)로 구현할 수 있다.
이와 같이 구비된 캡슐내시경(200, 207) 및 영상데이터보상회로(208)의 동작을 간략하게 설명하면, 조명원(200)에 의해 빛을 받아 픽셀(201)에서 생성된 아날로그영상신호는 노이즈를 제거한 후 디지털영상신호(유광상태에서 생성된 프레임으로써, 이하 유효영상프레임이라 칭함)로 변환되어 영상데이터 보상회로(208)에 전달된다.
이때, 유효영상프레임과 대비되는 프레임으로써, 조명원(200)을 끈 상태에서 생성된 디지털영상신호(무광상태에서 생성된 프레임으로써, 이하 다크영상프레임이라 칭함)가 상기 연속되는 유효영상프레임의 적정 주기마다 생성되어 유효영상프레임과 함께 영상데이터 보상회로(208)에 전달된다.
이후, 유효영상프레임과 다크영상프레임을 통해 영상데이터 보상을 수행한다.
여기서, 블랙레벨의 보상방법은 다크영상프레임을 유효영상프레임에 차감하여 보상하는데, 여기서, 다크영상프레임은 단위픽셀별 평균값을 통해 유효영상프레임과 비교되거나, 단위픽셀별로 즉, 개별적으로 비교될 수 있다.
그리고, 암잡음의 보상방법은 단위픽셀별 다크영상프레임의 평균값을 단위픽셀별 유효영상프레임의 평균값에 차감하여 보상한다.
이러한 블랙레벨 및 암잡음의 보상은 소프트웨어적으로 이루어지는데, 이는 캡슐내시경 내에 면적을 많이 차지하는 메모리를 적용할 수 없어서, 실시간 영상데이터 처리를 위해 제한적으로 알고리즘을 적용해야 했던 하드웨어 구현보다 영상데이터 보상방법을 유연하게 대처할 수 있다.
그리고, 다크영상프레임을 단위픽셀별로 누적하여 각 프레임별로 비교가 가능하여 보다 정확하게 결함이 있는 단위픽셀을 찾아낼 수 있다.
여기서, 다크영상프레임을 생성하기 위해 조명원(200)을 제어하기 위한 방법을 더욱 자세하게 설명하면 하기와 같다.
도 2는 본 발명에 따른 조명원제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 조명원제어방법은 유광상태에서 인체 내의 환부를 촬영하여 광학영상신호를 생성하는 단계(300), 광학영상신호를 아날로그영상신호 변환하는 단계(301), 아날로그영상신호를 디지털영상신호(영상프레임)로 변환하는 단계(302), 디지털영상신호가 펀쳐된프레임인지를 판단하는 단계(303), 디지털영상신호가 펀쳐된프레임이 아닐경우, 즉 유효영상프레임일 경우에 이를 카운팅하는 단계(304), 카운팅값이 미리 설정한 다크영상프레임 생성설정값과 동일할 경우 조명원제어신호(LEDOFFsig)를 생성하는 단계(305)로 이루어진다.
여기서, 디지털영상신호가 펀쳐된프레임인지를 판단하는 단계(303)에서 디지털영상신호가 펀쳐된프레임일 경우 광학영상신호를 생성하는 단계(300)로 이동한다. 그리고, 카운팅값이 미리 설정한 다크영상프레임 생성설정값과 동일하지 않을 경우 디지털영상신호가 펀쳐된프레임인지를 판단하는 단계(303)로 이동한다.
또한, 조명원제어신호(LEDOFFsig)를 생성하는 단계(305) 이후에는 최초단계로 이동하여 연속적인 영상프레임을 출력한다.
정리해보면, 유광상태에서 촬영하여 생성된 유효영상프레임(이때, 펀쳐된프레임은 제외)이 일정갯수(다크영상프레임 설정값과 동일)만큼 생성되면 이에 맞추어 조명원을 끈 상태에서 다크영상프레임을 생성하는 것이다.
전술한 바와 같이, 종래에서는 캡슐내시경 내에서 블랙레벨 및 암잡음을 보상하기 위해 광차폐막과 같은 장치를 구비하기 때문에 캡슐내시경의 크기를 증가시키고, 이에 따라 전력낭비 문제도 발생되는 것을, 본 발명에서는 무광상태에 촬영하여 생성된 다크영상프레임과 유광상태에서 촬영하여 생성된 유효영상프레임을 인체 외부(캡슐내시경 외부)에서 소프트웨어로 블랙레벨 및 암잡음을 보상하여 앞서 설명한 문제점을 해결한다.
그리고, 전력의 낭비를 줄이기 위해 복수의 프레임중 선택적으로 아날로그회로를 끈 상태에서 촬영하여 펀쳐된프레임을 생성한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 캡슐내시경용 이미지센서에 광차폐층과 같은 추가적인 층을 생성치 않아 캡슐내시경용 이미지센서의 크기를 감소시킨다. 그리고, 캡슐내시경용 이미지센서 내에 조명원을 제어하는 회로를 구비하여 추가적인 회로를 구성치 않아도 되며, 블랙레벨 및 암잡음을 보상하기 위한 회로를 캡슐내시경 외부에 구비함으로써, 캡슐내시경의 크기 감소 및 전력절약효과를 얻는다.
또한, 블랙레벨 및 암잡음의 보상은 소프트웨어로 구현/처리됨으로, 여러 프레임에 걸친 영상데이터의 정보처리를 저장계산처리함으로써, 보상의 효율 및 용이성을 증가시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 프레임단위로 이미지를 처리하는 캡슐내시경용 이미지센서에 있어서,
    상기 프레임을 카운팅하여, 일정주기의 프레임마다 외부의 조명원을 끄기 위한 제어신호를 생성하는 조명원제어신호 생성수단을 포함하며,
    상기 조명원제어신호 생성수단은 상기 프레임을 카운팅하기 위한 프레임카운터를 갖는 캡슐내시경용 이미지센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조명원제어신호 생성수단은 저전력을 위해 생성된 펀쳐된 프레임을 판단하기 위한 펀쳐된프레임 판별수단을 더 포함하는 캡슐내시경용 이미지센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프레임카운터는 상기 펀쳐된프레임을 카운팅하지 않는 캡슐내시경용 이미지센서.
  5. 환부에 빛을 비추는 조명원과, 프레임 단위로 이미지를 처리하는 이미지센서를 갖는 캡슐내시경; 및
    상기 캡슐내시경의 외부에 구비되어 상기 이미지센서의 영상데이터 - 상기 영상데이트는 유효영상 프레임, 다크영상 프레임 및 펀쳐된 프레임의 영상데이터를 갖음 - 를 보상하기 위한 영상데이터보상부를 포함하며,
    상기 이미지센서는 상기 프레임을 카운팅하여 일정주기의 프레임마다 외부의 조명원을 끄기 위한 제어신호를 생성하는 조명원제어신호 생성수단을 포함하는 캡슐내시경 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영상데이터보상부는,
    블랙레벨을 보상하기 위한 블랙레벨 보상회로; 및
    암잡음을 보상하기 위한 암잡음 보상회로
    를 포함하는 캡슐내시경 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 블랙레벨의 보상은 상기 다크영상프레임 - 또는 단위픽셀별 다크영상프레임의 평균값 - 을 상기 유효영상프레임에 차감시켜 보상하는 캡슐내시경 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 암잡음의 보상은 상기 이미지센서의 단위 픽셀별 다크영상프레임의 평균값을 단위픽셀별 유효영상프레임의 평균값에 차감시켜 보상하는 캡슐내시경 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 프레임의 카운팅은 상기 조명원제어신호 생성수단 내에 구비된 프레임카운터에 의해 수행되는 캡슐내시경 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 조명원제어신호 생성수단은 상기 펀쳐된프레임을 판단하기 위한 펀쳐된프레임 판별수단을 더 포함하는 캡슐내시경 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프레임카운터는 상기 펀쳐된프레임을 카운팅하지 않는 캡슐내시경 시스템.
  12. 프레임 단위로 이미지 프로세싱이 이루어지는 이미지 센서의 조명원 제어방법에 있어서,
    상기 프레임을 카운팅하는 단계;
    상기 카운팅값과 조명원제어신호 생성설정값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교의 결과가 동일하면 조명원제어신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 이미지 센서의 조명원제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비교의 결과가 동일하지 않으면 상기 카운팅을 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 조명원제어방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프레임을 카운팅하는 단계 이전에,
    상기 프레임이 저전력을 위한 펀쳐된프레임인지를 판단하는 단계; 및
    상기 프레임이 펀쳐된프레임이면 카운팅하지않는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 조명원제어방법.
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KR20040044232A (ko) * 2002-11-20 2004-05-28 엘지전자 주식회사 영상표시기기의 신호처리장치 및 방법
JP2005150774A (ja) 2002-12-27 2005-06-09 Casio Comput Co Ltd 照明装置及び撮像装置

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