KR100968543B1 - 적외선 발광다이오드를 이용한 카메라 및 적외선 발광다이오드 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선 발광다이오드를 이용한 카메라 및 적외선 발광다이오드 제어 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따르면, 적외선 발광다이오드를 이용하는 카메라가 비디오 신호의 동기신호(vertical line sync signal, VSYNC)에 기초하여 셔터 노출과 동기 되는 IRED 제어신호--여기서 상기 IRED 제어신호는 상기 셔터의 노출 시간과 동기 되는 동작으로 IRED를 제어하는 신호를 의미함--를 생성한다. 그리고, 외부에서 조사되는 광량에 따라 주간모드 혹은 야간모드를 판단하며, 상기 야간모드의 경우 상기 생성된 IRED 제어신호에 따라 상기 IRED를 구동하여 피사체를 조명한다.

이로서 본 발명에 따른 카메라는 셔터 노출과 동기된 동작으로 적외선 발광다이오드를 제어함으로써 적외선 발광다이오드의 수명연장, 가시거리 증대, 발열 감소 및 소비전력을 감소시키는 효과가 있다.

적외선 발광다이오드(IRED), 카메라, 셔터, WDR

Description

적외선 발광다이오드를 이용한 카메라 및 적외선 발광다이오드 제어 방법{Camera Using Infrared Emitting Diode and Method for Controlling Infrared Emitting Diode}

본 발명은 적외선 발광다이오드를 이용한 카메라 및 적외선 발광다이오드 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 야간 영상을 모니터링 하거나 저장 및 재생하여 야간영상의 피사체를 정확히 확인할 수 있는 적외선 발광다이오드를 이용한 카메라 및 적외선 발광다이오드 제어 방법에 관한 것이다.

최근 들어 보안 시장은 계속 팽창하고 있으며, 특히 야간 감시에 대한 중요성이 증대되고 있다. 야간 번호판 인식, 야간 방범, 야간 도로 방범 등 적용 분야도 계속 확대되고 있다. 다시 말해서 빛이 없는 야간에도 영상을 모니터링 하거나 저장 및 재생 하여 영상의 피사체를 정확히 확인해야 하는 필요성이 증대되고 있다.

이에 대해 카메라 수신부의 자체의 성능 향상으로 많은 카메라들이 야간 영상을 식별 기능을 향상 시키고 있다. 그러나 이것만으로는 빛이 없는 야간 영상의 피사체를 구분하는 데에는 많은 한계를 드러내고 있다. 따라서 요즘은 빛이 전혀 없는 상황에서도 투광기를 사용한 카메라로 피사체를 구별 가능하게 되었다.

한편, 첨부된 도 1을 통하여 종래의 감시카메라와 투광기를 설명한다.

도 1은 종래의 카메라와 외부 투광기를 나타낸 블록도이다.

종래에는 도 1과 같이 조리개 및 렌즈(11)로 들어온 빛 에너지를 CCD(Charge Couple Device) 모듈에서 전기신호인 비디오 신호로 변환 하는 카메라 장치(12)에 조명용 투광기(13)를 부착하여 사용하였다. 이 때 투광기(13)의 적외선 발광다이오드(InfraRed Emitting Diode, IRED)는 주야간을 식별하기 위해서 포토셀을 사용한다. 이는 보통 실리콘 포토셀과 CDS 포토셀이 있는데, 주로 CDS 포토셀을 사용한다. 이 CDS를 통해서 들어오는 빛의 양으로 IRED를 켜고, 끄고를 한다. 결과적으로 야간에는 IRED를 계속 켜 놓게 된다.

그래서, 종래의 투광기를 이용한 감시 카메라는 야간 영상의 피사체를 식별할 수 있는 장점이 있으나 야간 영상을 획득하는 동안 IRED를 항상 켜두어야 하기 때문에 다음과 같은 문제점 발생한다.

1) IRED를 사용 시 열이 많이 발생하는 데 이는 제품의 신뢰성을 떨어뜨리고, 또한 냉각을 위한 추가적인 팬을 장착해야 하는 경우 추가 비용이 발생하는 문제점이 있다.

2) IRED를 항상 켜 두기 때문에 IRED의 광원의 세기가 제한되어 가시 거리도 제한되는 문제점이 있다.

3) 야간에 촬영할 경우에 IRED 광원의 밝기 제한으로 셔터의 노출시간을 최대로 하는 방법이 가장 밝고 선명한 영상을 얻게 되지만, 피사체의 움직임이 있는 경우에 노출시간이 길어지므로 상이 번지는 현상이 발생한다. 노출시간을 줄이기 위해서는 광원의 세기를 늘리는 방법이 있으나 비용, 발열 등의 문제로 실제로는 사용하지 못하는 문제점이 있다.

4)야간에 움직이는 물체, 예를 들어 주행하는 자동자의 번호판을 영상을 획득하는 방법으로 외부신호에 동기 하여 노출을 하는 방식이 사용되기도 한다. 이 경우 스트로브(Strobe) 광원과 동기식 카메라를 사용하게 되는데, 일반적인 감시카메라가 초당 30장의 영상을 획득하는 것과는 다르게 동기식 카메라는 외부 신호에 의해서 초당 몇 장의 영상을 획득하도록 설계되어 있는 고가격의 특수용도 카메라로 일반 영상감시 시장에서는 사용되지 않고 있다.

5) IRED를 조명으로 사용하는 경우 조명의 직진성의 강하여 중심부의 영상이 밝고 주변이 어두운 영상을 얻게 된다. 일반적으로 감시카메라 영상의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 넓히는 방법으로 이를 극복한다. 가장 대표적이고 효율적인 방법으로 광역역광보정(Wide Dynamic Range, WDR) 기능을 사용하는데, 이는 짧은 노출과 긴 노출의 두영상을 획득하여 합성하는 방식을 사용한다. 그러나 야간영상의 경우 짧은 노출에서 적당한 밝기의 영상을 획득하기 어려움으로 인하여 WDR방식을 효율적으로 사용하지 못하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 셔터 노출과 동기된동작으로 영상을 획득하는 시간에만 적외선 발광다이오드를 동작하는 적외선 발광 다이오드를 제어하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 적외선 발광다이오드를 제어함으로써 야간 영상의 번짐 현상 감소, 야간 영상에 WDR 적용을 효과적으로 지원하는 카메라를 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 발광다이오드(InfraRed Emitting Diode, IRED)를 이용한 카메라는,

렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절하는 셔터부; 비디오 신호의 동기신호(vertical line sync signal, VSYNC)에 기초하여 셔터 노출과 동기 되는 IRED 제어신호--여기서 상기 IRED 제어신호는 상기 셔터의 노출 시간과 동기 되는 동작으로 IRED를 제어하는 신호를 의미함--를 생성하는 제어신호 발생기를 가지는 카메라 모듈; 및 상기 IRED 제어신호에 따라 상기 IRED를 구동하여 피사체를 조명하는 투광기를 포함하되, 상기 IRED 제어신호는 상기 IRED를 켜고 끄는 IRED 온/오프(On/Off) 신호와 상기 IRED 광원의 세기를 제어하기 위하여 전류를 제어하는 전류 제어신호를 포함하며, 상기 제어신호 발생기는 상기 셔터 노출 시간 동안에 고주파를 사용하여 상기 IRED를 켜고 끄고를 반복하고, 상기 반복에 따라 광원의 세기를 늘리는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 발광다이오드(InfraRed Emitting Diode, IRED)를 이용하는 카메라의 IRED 제어 방법은,

삭제

a) 비디오 신호의 동기신호(vertical line sync signal, VSYNC)에 기초하여 셔터 노출과 동기 되는 IRED 제어신호--여기서 상기 IRED 제어신호는 상기 셔터의 노출 시간과 동기 되는 동작으로 IRED를 제어하는 신호를 의미함--를 생성하는 단계; b) 외부에서 조사되는 광량에 따라 주간모드 혹은 야간모드를 판단하는 단계; 및 c) 상기 야간모드의 경우 상기 생성된 IRED 제어신호에 따라 상기 IRED를 구동하여 피사체를 조명하는 단계를 포함하되, 상기 IRED 제어신호는 상기 IRED를 켜고 끄는 IRED 온/오프(On/Off) 신호와 상기 IRED 광원의 세기를 제어하기 위하여 전류를 제어하는 전류 제어신호를 포함하며, 상기 제어신호 발생기는 상기 셔터 노출 시간 동안에 고주파를 사용하여 상기 IRED를 켜고 끄고를 반복하고, 상기 반복에 따라 광원의 세기를 늘리는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 발광다이오드(InfraRed Emitting Diode, IRED)를 이용한 카메라는,

렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절하는 셔터부; 상기 셔터부의 동작을 제어하는 셔터 노출 제어신호에 기초하여 상기 셔터 노출과 동기 되는 IRED 제어신호--여기서 상기 IRED 제어신호는 상기 셔터의 노출 시간과 동기 되는 동작으로 IRED를 제어하는 신호를 의미함--를 생성하는 제어신호 발생기를 가지는 카메라 모듈; 및 상기 IRED 제어신호에 따라 상기 IRED를 구동하여 피사체를 조명하는 투광기를 포함하되, 상기 IRED 제어신호는 상기 IRED를 켜고 끄는 IRED 온/오프(On/Off) 신호와 상기 IRED 광원의 세기를 제어하기 위하여 전류를 제어하는 전류 제어신호를 포함하며, 상기 제어신호 발생기는 상기 셔터 노출 시간 동안에 고주파를 사용하여 상기 IRED를 켜고 끄고를 반복하고, 상기 반복에 따라 광원의 세기를 늘리는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명의 실시 예에 따라 셔터 노출과 동기된 동작으로 적외선 발광다이오드를 제어함으로써 적외선 발광다이오드의 수명연장, 가시거리 증대, 발열 감소 및 소비전력 감소의 효과가 있다.

또한, 야간 영상의 번짐 현상을 감소시키고, 야간 영상에 WDR 기능을 효율적으로 지원하는 효과를 기대할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유 사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 발광다이오드를 이용한 카메라 및 적외선 발광다이오드 제어 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 현재 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 촬상소자로 CCD와 CMOS 2 가지 방식의 센서가 감시 카메라에 사용되고 있다. CCD(Charge Coupled Device)는 빛을 전기 신호로 바꿔서 디지털 형식으로 변환하는 역할을 한다. 다시 말해서 광자 에너지를 전하로 변환하고, 이 전하를 아나로그 쉬프트 레지스터(Analog Shift Register)를 통하여 전달한다. CMOS(Complementary Metal--Oxide Semiconductor)는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 역할을 하는 픽셀의 조합이다. 이 픽셀은 보통 전계효과트랜지스터(MOSFET) 또는 트랜지스터 그리고 포토 다이오드들로 이루어 진다. 본 발명은 CCD와 CMOS 카메라에 모두 적용되며, 이하 설명에 있어서 편의상 CCD 센서를 기준으로 설명하지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 카메라는 감시 카메라, CCD 카메라, 네트워크 감시 카메라, 야간 감시 카메라 중 적어도 하나를 포함하는 의미를 갖는다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 발광다이오드를 이용한 카메라를 나타낸 블록도이다.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 발광다이오드를 이용한 카메라(100)는 셔터부(110), CCD 카메라 모듈(120), 투광기(130)를 포함한다.

셔터부(110)는 아이리스(Iris)를 이용하여 렌즈에 통과하는 빛 에너지의 양을 조절하는 역할을 한다.

CCD 카메라 모듈(120)는 셔터부(110)를 통하여 들어온 빛 에너지를 전기적신호로 변환하여 비디오 영상을 출력하고, 셔터부(110)의 셔터 노출신호 혹은 비디오 신호의 동기 신호(vertical line sync signal, VSYNC)에 따른 IRED 제어신호를 생성하여 투광기(130)로 제공한다.

투광기(130)는 적외선 발광다이오드(InfraRed Emitting Diode, IRED)(131), CDS 포토셀(132) 및 IRED 구동부(133)를 포함하며, CCD 카메라 모듈(120)로부터 수신되는 IRED 제어신호에 기초하여 IRED를 발광함으로써 피사체에 빛을 비추는 역할을 한다.

적외선 발광다이오드(이하, IRED라 명명함)(131)는 적어도 하나의 IRED 소자로 구성되고, CDS 포토셀(132)은 조사되는 광량에 따라 저항을 변동하여 주간일 경우 IRED(131)의 사용을 해제시키고, 야간일 경우 IRED(131)의 사용을 대기(Standby)시키는 주/야 센싱 신호를 생성한다.

IRED 구동부(133)는 CDS 포토셀(132)의 주/야 센싱 신호와 상기 IRED 제어신 호에 기초하여 IRED(131)에 전원을 인가함으로써 IRED(131)를 구동한다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 투광기(130)는 도 2에서와 같이 외장형으로 제작할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 카메라(100)의 본체에 내장하여 일체형으로 구현 할 수도 있다.

한편, 도 3을 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 IRED를 이용한 카메라(100)의 CCD 카메라 모듈(120)를 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 IRED를 이용한 카메라에 내장되는 CCD 카메라 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 IRED를 이용한 카메라(100)의 CCD 카메라 모듈(120)는 CCD 센서(121), 입력신호 처리부(122), 디지털 영상 처리부(Digital Image Processor)(123), 버티컬 드라이버(Vertical Driver)(124), 타이밍 발생부(Timing Generator)(125), 마이컴(Micom)(126), 메모리부(EEPOM)(127), 제어신호 발생기(Programmable logic device, PLD)(128)를 포함한다.

CCD 센서(121)는 셔터부(110)를 통하여 외부로부터 입력되는 빛 에너지를 전기적 입력 신호로 바꾸는 역할을 한다.

입력신호 처리부(122)는 CDS(Correlated Double Sampling)(122a), 자동이득제어기(Automatic Gain Control, AGC)(122b) 및 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter, ADC)(122c)를 포함한다.

CDS(122a)는 CCD 센서(121)로부터 수신되는 상기 입력 신호의 신호대잡음 비(S/N)를 줄이기 위하여 상기 입력 신호를 샘플링 하여 AGC(122b)로 전달한다. 즉, 상기 입력신호를 전달하기 전과 전달한 후, 두 번을 샘플링 하여 서로 빼주는 동작을 함으로써 입력신호를 전달하기 전에 발생한 잡음과 화소 고유의 불균일성을 제거할 수 있도록 한다.

AGC(122b)는 상기 입력신호에 대하여 미리 설정된 적정 처리범위를 유할 수 있도록 자동으로 이득을 조절하는 역할을 하고, ADC(122c)는 상기 입력신호를 디지털 영상 처리부(123)에서 처리할 수 있도록 디지털 신호로 변환한다.

디지털 영상 처리부(123)는 입력신호 처리부(122)의 ADC(122c)로부터 수신된 디지털 신호를 폐쇄회로 텔레비전(Closed--Circuit Television, CCTV) 등에서 사용되는 컴포지트 비디오 신호로 변환하여 카메라 외부장치로 전달한다.

버티컬 드라이버(124)는 타이밍 발생부(125)에서 출력된 펄스를 CCD 센서(121)에서 사용하기 적합한 센서 제어신호로 변환하여 전달하는 기능을 수행한다. 이 때, 버티컬 드라이버(124)가 전달하는 컨트롤 신호의 파형은 VSYNC로 표현될 수 있다. 여기서, VSYNC에 대한 설명은 뒤에서 다시 언급하기로 한다.

타이밍 발생부(125)는 디지털 영상 처리부(123), 버티컬 드라이버(124), 마이컴(126)에 카메라의 동작을 위한 각종 펄스(Pulse)를 제공하는 역할을 한다. 특히, 타이밍 발생부(125)는 셔터 노출시간과 동기 되는 VSYNC를 제어신호 발생기로 전달한다.

마이컴(Micom)(126)은 카메라(100)의 전반적인 구동을 위한 자동 조리개 조절기능(Auto Exposure), 자동 초점 기능(Auto Focus)기능 등의 제어에 필요한 연산 및 계산 결과 값을 제공하는 역할을 한다. 특히, 본 발명의 실시 예에 서는 셔터 노출신호 혹은 VSYNC를 기준으로 하는 지연시간(Delay)과 노출시간(Exposure Duration)을 제어신호 발생기(128)로 전달하는 역할을 한다.

메모리부(127)는 EEPOM과 같은 플래시 메모리일 수 있으며 카메라(100)의 구동을 위한 다양한 데이터가 저장된다.

제어신호 발생기(128)는 투광기(130)의 IRED(131)를 제어하는 IRED 제어신호를 생성하여 IRED 구동부(133)로 제공하는 역할을 하며, 이 때 생성되는 IRED 제어신호는 셔터 노출신호 및 VSYNC와 동기 되는 신호로써 다음과 같은 두 가지 방법으로 생성할 수 있다.

제어신호 발생기(128)는 CCD 카메라 모듈(120)의 마이컴(126)으로부터 셔터 노출 신호를 받아서 투광기(130)로 IRED 제어신호를 생성하여 전달하는 제1 방법과 타이밍 발생기로부터 전달되는 VSYNC와 이를 기준으로 하는 지연시간(Delay)과 노출시간(Exposure Duration)을 마이컴(126)으로부터 수신하고 설정된 값에 따라서 IRED 제어신호를 생성하여 전달하는 제2 방법을 통하여 IRED 제어신호를 생성한다.

여기서, 상기 제1 방법은 셔터 노출 신호가 일반적으로 15V를 사용하기 때문에 TTL 신호로 변환하는 회로를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제2 방법은 영상신호 중 VSYNC를 기준으로 셔터 노출 시간을 동기화 하는 방식으로 IRED 제어신호를 생성하며 VSYN신호를 기준으로 지연시간과 노출 시간을 설정하여 IRED(131)를 제어 할 수 있도록 설정 기능을 제공한다.

한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제어신호 발생기의 구조를 나타낸 블록도이다.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어신호 발생기(128)에서 생성되는 IRED 제어신호는 IRED on/off 신호와 전류 제어신호를 포함한다.

IRED On/Off 신호는 IRED(131)를 켜고 끄는 신호이고, 전류 제어신호는 IRED(131)의 전류를 제어하기 위한 신호로 광원의 세기를 제어하는 데 사용된다.

한편, 도 5와 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 IRED on/off 신호에 대한 타이밍을 나타낸다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어신호 발생기(128)은VSYNC 신호를 기준으로 지연시간(Delay)와 IRED on시간(Exposure Duration)을 사용자가 설정하거나 셔터 노출 시간에 따라서 자동으로 동기 시켜서 만든다. 그리고, 이 동기화된 신호에 의해서 IRED(131)의 온/오프(on/off)를 반복하기 때문에 영상의 밝기를 항상 일정하게 유지 할 수 있다.

즉, IRED(131)는 야간에 셔터부(110)가 빛 에너지를 받아 들이는 시간 동안은 항상 켜져 있고, 빛 에너지를 받아 들이지 않는 시간에는 항상 꺼져 있게 된다. 이렇게 함으로써 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)는 IRED(131)를 효율적으로 사용할 수 있는 장점을 가진다.

따라서 보통의 경우 영상 획득이 초당 30장인 경우 영상 획득은 약 33msec 주기로 획득을 하게 된다. 그리고, 야간에 움직이는 영상의 번짐 현상을 최소로 줄이기 위해서 1msec 동안만 셔터를 노출 시켜 사용할 수 있다. 이 경우에는 이동중인 차량도 번짐 없는 영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.

특히, 제어신호 발생기(128)가 IRED(131)의 동작시간을 셔터 노출시간에 동기 시키므로 IRED(131)가 켜져 있는 시간을 감소시켜 발열감소 및 소비전력감소는 물론 수명도 극대화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 6에서 볼 수 있듯이, 기존의 감시 카메라에서와 같이 셔터 노출 시간 동안에 고주파를 사용하여 on/off를 반복하여 영상 떨림 등의 효과를 얻기 위해서 사용할 수 있다. 또한 LED의 특성상 더욱 큰 전류 세기를 공급할 수 있으므로 같은 열량을 발생하면서도 더욱 긴 가시 거리를 확보할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 7을 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)가 IRED를 이용하는 방법을 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 IRED 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)의 제어신호 발생기(128)는 마이컴(126)으로부터 설정된 셔터 노출 신호를 수신하면(S710), 상기 셔터 노출 시간과 동기 되어 IRED(131)의 온/오프 및 전류을 제어하는 IRED 제어신호를 생성한다(S720). 그리고, 상기 생성된 IRED 제어신호를 투광기(130)의 IRED 구동부(133)로 전달한다(S730).

투광기(130)의 IRED 구동부(133)는 CDS 포토셀(132)의 주/야 센싱 신호를 통해 야간모드인지 판단하여, 야간모드 경우 IRED 제어신호에 따라 IRED(131)를 제어한다. 즉, IRED 제어신호를 토대로 IRED(131)를 온/오프 시키고, 전류를 제어하여 IRED(131)의 밝기를 조절한다.

다음, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 도 7의 S720 단계에서 카메라(100)의 제어신호 발생기(128)는 VSYNC 신호를 기준으로 설정된 지연시간(Delay)와 IRED on시간(Exposure Duration)을 토대로 IRED 제어신호를 생성할 수 도 있다. 이 때 생성되는 IRED 제어신호는 결과적으로 VSYNC 신호를 기준으로 하는 셔터 노출 신호와 동기 되는 신호이며, 그 이후에 단계는 상기 S730 단계 내지 S750 단계와 동일하다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.

본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)는 IRED 제어신호를 사용하여 IRED(131)를 켜고 끄고를 수 내지 수십 Hz로 반복적함으로써 아래와 같이 여러 가지의 기대 효과가 발생한다. 다만, 아래 기대 효과가 다소 교환 조건으로써 효과가 있는 부분도 있으나 이는 적용 시점에 선택 가능 하며, 아래 기대 효과 중에서 적어도 한가지 이상의 효과를 중복해서 얻을 수 있다.

ㄱ. 야간 영상의 번짐 현상 감소

ㄴ. 야간 영상에 광역역광보정(WDR) 효과 적용

ㄷ. IRED의 가시 거리 증대

ㄷ. IRED 의 수명 연장

ㄹ. IRED 의 발열 감소 및 소비 전력 감소

한편, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 IRED 제어신호이용에 의한 전력소비량을 나타낸다.

첨부된 도 8을 참조하면, 동일 전류로 구동 시 PWM(Pulse width modulation)의 전력 소비는 지속적으로 LED를 구동 할 때 소비되는 전력보다 듀티(duty) 비율만큼의 에너지를 줄일 수 있다. 즉, 듀티(duty) 비율만큼 높은 전류로 LED에 구동 되는 PWM의 소비 전력과 LED에 지속적인 전류로 구동되는 소비 전력은 같게 된다.

그리고, PWM으로 구동 시 열 또한 적게 발생 된다. 하지만, LED의 열적 특성은 제품의 열 특성뿐만 아니라 구동 시 주변 온도와 관련이 있기 때문에 구동되는 애플리케이션(application)이 열적으로 어떤 방열구조를 가지고 있는가와 제품이 동작되는 주변 온도에 따라 PWM으로 구동 가능한 전류의 값이 제한 된다.

또한, 도 8에서 PWM에 따른 광량은 측정하는 방법 및 LED의 사용 목적에 따라 다르게 볼 수 있다. 예컨대, 적분구 형태의 측정 장비로 연속적인 광량을 측정한다면 PWM으로 구동한 제품의 광량은 동일 전류를 연속적으로 구동한 제품의 밝기의 듀티(duty)비 정도만큼 줄어들게 된다. 하지만, 카메라(100)처럼 셔터에 열리는 순간에만 밝기가 요구되는 경우에는 LED의 턴-온(Turn-on) 되는 시점에서의 밝기가 중요하므로 PWM 구동이 더 효과적이라고 할 수 있으며, 이러한 부분이 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)에 적용되는 IRED 제어신호에 해당 된다.

한편, 야간 영상은 빛의 양이 아주 적거나 없는 경우이므로 카메라의 사용시 빛의 양을 최대한 활용해야 한다. 이를 위해서 일반적으로는 카메라 자체의 아이리스(Iris)를 최대한 열고, AGC도 가능하면 최대한 사용하게 된다. 그리고 이와 더불어 셔터의 노출 시간을 늘리는 방법이 있다. 그러나, 셔터의 노출 시간을 늘리는 것은 움직이는 피사체에 대한 번지는 현상이 발생하여 영상의 화질이 저하되며, AGC도 어느 한계를 넘어서면 노이즈가 많이 증가 하게 되는 문제점이 있다.

그러므로 이런 경우 셔터 노출 시간을 가능한 한 최대한 줄여서 움직이는 영상을 획득하고, 빛의 양이 더욱 제한 되어 외부 조명을 사용하게 된다. 특히 IRED 조명은 침입자 등 사람의 눈에는 식별이 되지 않으면서 야간 조명으로서 사용될 수 있다.

셔터 노출 시간을 최대한 줄이기 위해서는 외부 조명의 광원의 세기가 더욱 커질 필요가 있다. 따라서 광원의 세기가 큰 IRED를 사용하면 해결할 수 있다. 그러나 광원의 세기를 늘이는 것은 비용 상승과 기술의 한계에 직면하게 된다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)는 동일 IRED를 사용하면서 제안한 PWM 방식의 on/off기능을 사용해서 LED에 사용 가능한 최대 전류를 수배 늘릴 수 있다. 이는 LED 특성상 PWM 방식으로 같은 수명을 유지 하면서 가능 하다. 결과적으로 더 큰 밝기로 LED를 켜서 셔터의 노출 시간을 줄이면서 같은 영상 밝기를 유지 하여 움직이는 영상을 획득 할 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 9와 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 IRED 스펙의 일부를 나타낸다.

먼저, 첨부된 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)의 IRED를 1/10 duty cycle로 사용할 경우 100mA까지의 전류를 흘릴 수 있어서 항상 켜 두는 경우 20mA보다 이론적으로 5배 정도의 광원의 세기를 얻을 수 있다. 예를 들면, 1/10 duty cycle, 0.1msec pulse, 100mA의 전류로 IRED를 2msec동안 켤 경우의 광량은 계속적으로 20mA의 전류로 10msec동안 켜는 경우와 거의 동일한 광량을 얻을 수 있다. 즉, 동일 광량에 대해 셔터 노출시간을 1/5정도로 감소 시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)는 IRED의 성능 개선에 따라 순간적인 전류 허용량이 증가 하는 추세이므로 향후에는 더욱 개선된 성능을 얻을 수 있는 효과가 기대된다.

다음, 첨부된 도 10을 참조하면, 서울 반도체의 LI521의 스펙 일부를 보여준다. 이는 상기 도 9가 5배 정도의 광원의 세기를 얻을 수 있는 것과 비교하면 10배의 광원을 세기를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 이와 같은 IRED 특성 및 성능향상에 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)는 더 많은 광원의 세기를 향후 얻을 수 있을 것을 기대된다.

한편, 도 11은 OSRAM 사의 LED 스펙의 일부를 나타낸 그래프이다.

첨부된 도 11을 참조하면, LED는 duty ratio(D)와 duty duration(tp)에 의해서 허용 전류(forward current)를 더 높일 수가 있다. 이는 LED에 따라 특성 차이가 있을 수 있으나 일반적으로 PWM 방식의 전원 공급에 의해서 허용 전류를 효과적으로 활용할 수 있음을 보여 준다.

다음, 도 12와 도 13을 통하여 야간 영상에서 셔터 노출 시간에 따른 번짐 현상의 차이를 설명한다.

도 12와 도 13은 야간 영상에서 셔터 노출 시간에 따른 번짐 현상의 차이를 나타낸 사진이다.

첨부된 도 12와 도 13을 참조하면, 동일하게 선풍기를 켜 놓은 상태에서 셔터 노출 시간을 줄이는 방법으로 움직이는 피사체를 또렷하게 획득할 수 있음을 단 순히 보여주기 위한 실험에 따른 결과를 보여준다.

먼저 도 12의 15msec 셔터 노출을 한 영상의 경우 선풍기의 움직이는 날개가번져 보여서 구분하기 힘들다. 반면, 도 13의 1msec 영상은 선풍기 날개가 3개로 이루어져 있음을 알 수 있고 마치 멈춰있는 것으로 보인다. 이는 1msec 동안만 셔터 노출을 하여 영상을 획득하였기 때문에 나타나는 현상이다. 이 실험은 영상의 밝기를 AGC로 조정하여 노이즈가 증가 하였지만 IRED를 사용하여 밝기를 맞추어 준다면 노이즈를 최소화 하면서 번짐 현상을 방지 할 수 있음을 보여준다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)는 IRED 제어신호를 이용하여 IRED(131)의 밝기를 제어함으로써 셔터 노출시간을 줄일 수 있어 번짐 현상을 최소화 할 수 있는 이점을 가진다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)는 복수의 영상을 획득하고, 복수의 영상신호를 생성하거나 조작한 뒤 각각에 대해 처리하고 마지막에 이를 하나의 영상신호로 합성하는 이중 채널 구조를 가질 수 있으며, 이를 다음의 도 14와 도 15를 통하여 설명한다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 이중 채널 구조의 개념도를 나타낸다.

첨부된 도 14를 참조하면, 롱(Long) 채널은 어두운 부분의 처리를 담당하고 숏(Short) 채널은 밝은 부분을 처리하므로 CCD로부터 얻은 신호를 최대한 보존해 가공한 뒤 마지막 단계에서 모니터의 dB에 최적으로 맞게 합성한다. 이러한 조작이 영상의 상태에 따라 자동으로 이루어지는데, 만약 WDR이 필요 없는 화상이 입력되면 2채널은 같은 값을 가지고 동일한 처리를 하게 된다. 이 구조에서 한 채널에 메 모리를 두게 되면 2개의 서로 다른 노출 정보를 얻은 뒤 이를 합성할 수 있어 보다 높은 다이나믹 레인지(Dynamic Range)를 얻을 수 있다.

도 15는 WDR 카메라와 아날로그 카메라 및 역광보정 카메라와의 비교 결과를 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따른 카메라(100)는 도 15에서와 같이 이중 채널 구조의 WDR 구현에서도 효과를 볼 수 있다. 2개의 영상을 획득한다는 이야기는 셔터 노출을 2번 한다는 이야기 이다. 따라서 야간 영상의 경우에 IRED 제어신호를 사용하여 빛의 밝기를 다르게 하여 도 14와 같이 어두운 영상과 밝은 영상을 획득하여 어두운 부분과 밝은 부분이 모두 잘 보이도록 하였다. 즉, 야간 영상의 촬영시 조명에 따라 밝은 곳과 비교적 어두운 곳이 존재하므로, 이를 적용함으로써 밝은 영상과 어두운 영상이 보정된 출력결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

한편, IRED의 특성을 보면 계속해서 켜 두는 경우와 Duty cycle을 갖는 경우에 최대 순방향 전류가 차이가 있다. 즉 셔터 노출이 있는 경우에만 IRED 제어신호로 IRED를 켜게 되면 같은 IRED를 사용하더라도 더 높은 광원을 얻을 수 있다. 이는 가시 거리의 증대 시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 카메라는 CDS 센서를 이용하여 야간에만 IRED의 켜서 IRED의 사용 수명을 연장하였다. 보통 IRED의 수명은 사용 기간과 사용 환경의 온도에 의해서 결정된다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 IRED 제어신호를 사용하여 IRED의 사용 시간을 셔터 노출 시간에만 사용하기 때문에 발열 적고 사용 시간이 줄어 들어 상당한 수명을 연장하는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 종래의 카메라와 외부 투광기를 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 발광다이오드를 이용한 카메라를 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 IRED를 이용한 카메라에 내장되는 CCD 카메라 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제어신호 발생기의 구조를 나타낸 블록도이다.

도 5와 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 IRED on/off 신호에 대한 타이밍을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 IRED 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 IRED 제어신호 이용에 의한 전력소비량을 나타낸다.

도 9와 도10은 본 발명의 실시 예에 따른 IRED 스펙의 일부를 나타낸다.

도 11은 OSRAM 사의 LED 스펙의 일부를 나타낸 그래프이다.

도 12와 도 13은 야간 영상에서 셔터 노출 시간에 따른 번짐 현상의 차이를 나타낸 사진이다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 이중 채널 구조의 개념도를 나타낸다.

도 15는 WDR 카메라와 아날로그 카메라 및 역광보정 카메라와의 비교 결과를 나타낸다.

Claims (13)

1. 적외선 발광다이오드(InfraRed Emitting Diode, IRED)를 이용한 카메라에 있어서,

   렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절하는 셔터부;

   비디오 신호의 동기신호(vertical line sync signal, VSYNC)에 기초하여 셔터 노출과 동기 되는 IRED 제어신호--여기서 상기 IRED 제어신호는 상기 셔터의 노출 시간과 동기 되는 동작으로 IRED를 제어하는 신호를 의미함--를 생성하는 제어신호 발생기를 가지는 카메라 모듈; 및

   상기 IRED 제어신호에 따라 상기 IRED를 구동하여 피사체를 조명하는 투광기를 포함하되,

   상기 IRED 제어신호는 상기 IRED를 켜고 끄는 IRED 온/오프(On/Off) 신호와 상기 IRED 광원의 세기를 제어하기 위하여 전류를 제어하는 전류 제어신호를 포함하며, 상기 제어신호 발생기는 상기 셔터 노출 시간 동안에 고주파를 사용하여 상기 IRED를 켜고 끄고를 반복하고, 상기 반복에 따라 광원의 세기를 늘리는 것을 특징으로 하는 카메라.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 카메라 모듈은,

   상기 셔터부를 통하여 외부로부터 입력되는 빛을 전기적 입력신호로 변경하는 촬상소자;

   상기 입력신호를 디지털 입력신호로 변경 처리하는 입력신호 처리부;

   상기 입력신호 처리부로부터 수신된 디지털 입력신호를 컴포지트 비디오 신호로 변환하여 외부로 출력하는 디지털 영상 처리부;

   상기 카메라의 전반적인 제어에 필요한 연산과 그 결과값을 제공하며, 상기 VSYNC를 기준으로 하는 지연시간(Delay)과 노출시간(Exposure Duration)을 상기 제어신호 발생기로 제공하는 마이컴;

   상기 카메라의 동작을 위한 펄스(Pulse)를 생성하는 타이밍 발생부; 및

   상기 타이밍 발생부에서 생성된 펄스를 상기 촬상소자에서 사용하는 VSYNC로 변환하여 전달하는 버티컬 드라이버를 포함하며,

   상기 타이밍 발생부는 상기 VSYNC를 상기 제어신호 발생기로 제공하는 것을 특징으로 하는 카메라.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 촬상소자는,

   상기 VSYNC에 따라 동작하는 적어도 하나의 CCD(Charge Coupled Device) 혹은 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)인 것을 특징으로 하는 카메라.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 투광기는,

   적어도 하나의 IRED 소자로 구성되는 IRED부;

   조사되는 광량에 따라 저항을 변동하여 주간일 경우 IRED부의 사용을 해제시키고, 야간일 경우 IRED부의 사용을 대기(Standby)시키는 주/야 센싱 신호를 생성하는 CDS 포토셀; 및

   상기 CDS 포토셀의 주/야 센싱 신호와 상기 IRED 제어신호에 기초하여 IRED부를 구동하는 IRED 구동부

   를 포함하는 카메라.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 IRED 구동부는,

   상기 IRED 제어신호에 따라 상기 IRED부에 전원을 인가하고, 상기 IRED부의 광량을 조절하는 것을 특징으로 하는 카메라.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 IRED 구동부는,

   상기 IRED부를 펄스폭 변조(Pulse width modulation)방식으로 구동하는 것을 특징으로 하는 카메라.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어신호 발생기는,

   움직이는 피사체를 촬영시 셔터노출 시간(상기 IRED부의 발광시간)을 줄이고 상기 IRED 제어신호의 전류세기(광량)를 증가시키는 것을 특징으로 하는 카메라.
9. 적외선 발광다이오드(InfraRed Emitting Diode, IRED)를 이용하는 카메라의 IRED 제어 방법에 있어서,

   a) 비디오 신호의 동기신호(vertical line sync signal, VSYNC)에 기초하여 셔터 노출과 동기 되는 IRED 제어신호--여기서 상기 IRED 제어신호는 상기 셔터의 노출 시간과 동기 되는 동작으로 IRED를 제어하는 신호를 의미함--를 생성하는 단계;

   b) 외부에서 조사되는 광량에 따라 주간모드 혹은 야간모드를 판단하는 단계;

   c) 상기 야간모드의 경우 상기 생성된 IRED 제어신호에 따라 상기 IRED를 구동하여 피사체를 조명하는 단계를 포함하되,

   상기 IRED 제어신호는 상기 IRED를 켜고 끄는 IRED 온/오프(On/Off) 신호와 상기 IRED 광원의 세기를 제어하기 위하여 전류를 제어하는 전류 제어신호를 포함하며, 상기 제어신호 발생기는 상기 셔터 노출 시간 동안에 고주파를 사용하여 상기 IRED를 켜고 끄고를 반복하고, 상기 반복에 따라 광원의 세기를 늘리는 것을 특징으로 하는 카메라의 IRED 제어 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 a) 단계는,

    상기 VSYNC와 상기 VSYNC를 기준으로 하는 지연시간(Delay)과 노출시간(Exposure Duration)을 토대로 상기 IRED 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하 는 카메라의 IRED 제어 방법.
11. 삭제
12. 적외선 발광다이오드(InfraRed Emitting Diode, IRED)를 이용한 카메라에 있어서,

    렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절하는 셔터부;

    상기 셔터부의 동작을 제어하는 셔터 노출 제어신호에 기초하여 상기 셔터 노출과 동기 되는 IRED 제어신호--여기서 상기 IRED 제어신호는 상기 셔터의 노출 시간과 동기 되는 동작으로 IRED를 제어하는 신호를 의미함--를 생성하는 제어신호 발생기를 가지는 카메라 모듈; 및

    상기 IRED 제어신호에 따라 상기 IRED를 구동하여 피사체를 조명하는 투광기를 포함하되,

    상기 IRED 제어신호는 상기 IRED를 켜고 끄는 IRED 온/오프(On/Off) 신호와 상기 IRED 광원의 세기를 제어하기 위하여 전류를 제어하는 전류 제어신호를 포함하며, 상기 제어신호 발생기는 상기 셔터 노출 시간 동안에 고주파를 사용하여 상기 IRED를 켜고 끄고를 반복하고, 상기 반복에 따라 광원의 세기를 늘리는 것을 특징으로 하는 카메라.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 카메라 모듈은,

    롱(Long) 채널과 숏(Short) 채널을 포함하는 이중 채널 구조를 갖는 것을 특징 으로 하는 카메라.

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