KR101015779B1 - 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법에 관한 것으로, 렌즈를 구비하며 피사체의 영상을 촬상하는 촬상단; 상기 촬상단으로부터 촬상된 영상을 신호처리하는 영상 처리단; 및 상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 다수의 윈도우으로 나누고, 상기 다수의 윈도우 중 기설정된 수만큼의 윈도우을 하나의 그룹으로 분류하여 가중치를 할당하는 중앙 처리단으로 구성되며, 상기 중앙 처리단은 상기 그룹의 최대 초점값을 산출하는 초점값 산출부; 상기 그룹의 초점거리를 산출하는 초점거리 산출부; 및 상기 초점거리 산출부로부터 산출된 초점거리의 평균을 산출하는 초점거리 산출부;를 포함하는 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법을 제공한다.
자동 초점 조절(AF), 최대 초점값, 초점 거리

Description

자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법{Auto-focusing controller and the auto-focusing control method which uses this}
본 발명은 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 촬상된 영상을 동일한 가중치를 가진 다수개의 그룹으로 나누고 각 그룹의 최대 초점값, 각 그룹간의 초점거리 차이 및 초점거리 평균값을 이용하여 가중치를 할당하는 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰 및 PDA 등과 같은 휴대용 단말기는 그 기술과 발전과 더불어 단수한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등의 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 영상을 촬영할 수 있는 카메라 모듈이 가장 대표적이라 할 수 있다.
이러한, 카메라 모듈은 기존의 30만 화소에서 고화소 중심으로 변화하고 점차적으로 소형화됨에 동시에 자동 초점 조절기능(AF) 및 광학 줌(Optical Zoom) 등 과 같은 다양한 부가 기능의 구현으로 변화되고 있으며 이러한 부가 기능의 구현에 대한 연구가 진행되고 있다.
일반적으로, 자동 초점 카메라 모듈의 작동방식은 보통 휴대폰에 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor) 센서를 통해 입수된 영상을 신호 처리한 후, 고역통과필터를 통과시켜 나온 에지를 통해 산출된 초점값을 추출하여 중앙처리부로 전달한다. 중앙처리부는 산출된 초점값을 근거로 포커스 렌즈의 이동 방향 및 거리를 판단하여 렌즈 구동부에 명령을 내리며, 이에 따라 렌즈가 이동하게 되면서 자동적으로 초점이 맞추어지게 된다.
이때, 상기 중앙처리부는 피사체가 중앙에 위치한다는 가정하에 중앙 윈도우에 가중치를 할당하는 자동 초점 알고리즘을 사용하고 있다. 그 이유는 사용자 대부분이 화면의 중앙부에 관심을 두기 때문이다.
그러나, 이러한 자동 초점 작동방식은 모든 피사체가 중앙에 위치한다는 가정하에서는 신뢰성이 보장되나, 피사체가 가장자리 윈도우에 위치하거나 다양하게 분포하여 있을 경우에 정확한 초점 성능을 기대할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법에 제기되는 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 촬상된 영상을 동일한 가중치를 가진 다수개의 그룹으로 나누고 각 그룹의 최대 초점값, 각 그룹간의 초점거리 차이 및 초점거리 평균값을 이용하여 가중치를 할당함으로써, 피사체의 환경 및 분포에 따라 용이하게 초점을 조절할 수 있는 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 렌즈를 구비하며 피사체의 영상을 촬상하는 촬상단; 상기 촬상단으로부터 촬상된 영상을 신호처리하는 영상 처리단; 및 상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 다수의 윈도우으로 나누고, 상기 다수의 윈도우 중 기설정된 수만큼의 윈도우을 하나의 그룹으로 분류하여 가중치를 할당하는 중앙 처리단으로 구성되며, 상기 중앙 처리단은 상기 각 그룹의 최대 초점값을 산출하는 초점값 산출부; 상기 그룹의 최대 초점값의 초점거리 평균값을 산출하는 초점거리 평균값 산출부; 및 상기 각 그룹의 초점거리를 산출하는 초점거리 산출부;를 포함하는 자동 초점 조절 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
그리고 상기 중앙 처리단은 상기 영상을 적어도 9개의 윈도우로 나누고, 적어도 5개의 그룹으로 분류하는 윈도우 제어부가 더 포함될 수 있다.
이때, 상기 영상은 중앙영역에 위치하는 중앙 윈도우와 상기 중앙 영역의 주위를 둘러싸는 형상의 다수개의 주변 윈도우로 구성될 수 있다.
또한, 상기 초점초점거리 평균값 산출부는 상기 초점값 산출부로부터 산출된 최대 초점값의 평균값을 산출할 수 있다.
그리고 상기 중앙 처리단의 제어 신호에 의하여 상기 촬상단의 렌즈를 구동시키는 구동단 더 포함될 수 있다.
그리고 상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이단이 더 포함될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 영상을 촬상하여 신호처리하고, 신호 처리된 영상을 기 설정된 수 만큼의 윈도우을 하나의 그룹으로 분류하여 각 그룹의 최대 초점값 및 초점거리를 산출하는 단계; 상기 각 그룹의 초점거리 평균값을 산출하는 단계; 상기 최대 초점값 및 초점거리를 분석하여, 근거리 그룹들의 위치를 추출하는 단계; 상기 근거리 그룹간의 초점 거리 차이와 상기 그룹의 초점거리 평균값을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 해당되는 근거리 그룹에 속한 윈도우에 가중치를 할당하는 단계;를 포함하는 자동 초점 조절 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 상기 각 그룹의 초점거리 평균값을 산출하는 단계에서. 상기 초점거리 평균값은 상기 각 그룹의 최대 초점값의 평균을 구하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 근거리 그룹의 위치를 추출하는 단계 이후에, 상기 근거리 그룹이 중앙 영역에 위치하는지의 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 근거리 그룹의 상기 초점거리와 각 그룹간의 초점거리 차이를 비교하는 단계에서, 상기 근거리 그룹이 중앙영역에 위치할 때, 각 그룹간의 초점거리의 차이가 상기 각 그룹간의 초점거리 평균값 보다 작은 경우로 비교할 수 있다.
또한, 상기 근거리 그룹의 초점거리와 각 그룹간의 초점거리 차이를 비교하는 단계에서, 상기 근거리 그룹이 주변영역에 위치하는 경우, 상기 그룹의 초점거리의 차이가 상기 각 그룹간의 초점거리 평균값 보다 작은 경우로 비교할 수 있다.
그리고 상기 비교 결과에 해당되는 근거리 그룹에 속한 윈도우에 가중치를 할당하는 단계 이후에, 가중치가 할당된 상기 윈도우에 대응되는 위치로 렌즈를 이송시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법은 촬상된 영상을 동일한 가중치를 가진 다수개의 그룹으로 나누고 각 그룹의 최대 초점값, 각 그룹간의 초점거리 차이 및 초점거리 평균값을 이용하여 가중치를 할당함으로써, 피사체의 환경 및 분포에 따라 용이하게 초점을 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
도 1 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법에 대하여 상세히 설명한다.
자동 초점 조절장치
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 조절장치에 대한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 조절장치(100)는 피사체의 영상을 촬상하기 위한 촬상단(110), 상기 촬상된 영상을 신호처리하기 위한 영상 처리단(120), 상기 신호처리된 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이단(130), 중앙 처리단(140) 및 구동단(150)을 포함하여 이루어진다.
상기 촬상단(110)은 상,하 방향으로 이동되며 초점을 변화시키는 렌즈와 고 촬상소자인 이미지센서를 포함하고, 상기 영상 처리단(120) 및 구동단(150)과 연결된다. 상기 촬상단(110)은 상기 구동단(150)에 의해 상기 렌즈가 상하방향으로 이동되어 영상의 초점을 조절하여 상기 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(120)으로 전달한다.
상기 영상 처리단(120)은 상기 촬상단(110), 디스플레이단(130) 및 중앙 처 리단(140)과 연결되고 상기 촬상단(100)으로부터 촬상된 영상을 자동 화이트 밸런스, 자동노출 및 감마보정 등의 신호처리를 진행함으로써 상기 디스플레이단(130)을 통해 디스플레이되는 영상의 이미지를 사람의 시각에 맞게 변환시킨다.
상기 중앙 처리단(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 윈도우 제어부(141), 초점값 산출부(142), 초점거리 평균값 산출부(143) 및 초점거리 산출부(144)로 이루어진다.
상기 중앙 처리단(120)은 상기 영상 처리단(120)에서 신호처리된 영상을 제어하여 그 제어신호를 상기 구동단(150)으로 전달한다.
상기 윈도우 제어부(141)는 상기 영상을 다수의 윈도우로 나누고, 상기 다수의 윈도우 중 기설정된 수만큼의 윈도우를 하나의 그룹으로 분류한다. 이때, 각 그룹의 가중치는 동일한 값으로 초기화되어 있다.
그리고 상기 영상은 중앙영역에 위치하는 중앙 윈도우와 상기 중앙 영역의 주위를 둘러싸는 형상의 다수개의 주변 윈도우로 구성된다. 본 발명은 상기 영상을 적어도 9개의 윈도우으로 나누고, 적어도 5개의 그룹으로 분류하였다. 이에 대해서는 이후 자세하게 설명하기로 한다.
상기 초점값 산출부(142)는 상기 윈도우 제어부(141)에 의해 분류된 각 그룹별로 최대 초점값을 산출한다. 이때, 초점이 잘 맞는 경우는 초점값이 높게 나오고 초점이 잘 맞지 않는 경우는 초점값이 낮게 나오게 된다.
상기 초점거리 산출부(143)는 상기 윈도우 제어부(141)에 의해 분류된 각 그룹의 초점거리를 산출하고, 상기 초점거리 평균값 산출부(144)는 상기 초점거리 산 출부(143)에 의해 산출된 각 그룹의 초점거리의 평균값을 산출한다. 이때, 상기 평균값이 크면 상기 피사체가 근거리에 위치하여 있고, 상기 평균값이 작으면 상기 피사체가 원거리에 위치하여 있는 것이다.
이와 같이, 상기 중앙 처리단(140)은 상기 영상 처리단(120)으로부터 신호 처리된 영상을 입력받은 후에 동일한 가중치를 가진 다수개의 그룹으로 나누고, 상기 각 그룹별 최대 초점값, 초점거리 차이 및 초점거리 평균값을 이용하여 상기 그룹에 가중치를 할당함으로써, 피사체의 환경 및 분포에 따라 용이하게 초점을 조절할 수 있다. 이때, 상기 중앙 처리단(140)에 의한 가중치가 할당된 자동 초점 조절 방법에 관하여는 후술하기로 한다.
상기 구동단(150)은 엑츄에이터로, 상기 엑츄에이터는 판스프링 또는 와이어 판스프링을 채용하여 자석, 코일 등의 로렌쯔 힘을 이용하는 보이스 코일(Voice coil)방식과 압전소자를 이용한 피에죠 방식으로 구성될 수 있다. 상기 구동단(150)은 상기 중앙 처리단(140)으로부터 검출된 제어 신호에 따라 상기 촬상단(110)의 렌즈를 구동시킨다.
자동 초점 조절 방법
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 조절 방법에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 조절 방법에 대한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 채용되는 다수의 윈도우를 나타낸 설명도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 조절 방법은 앞서 설명한 도 1 및 도 2와 같은 구성으로 이루어진 자동 초점 조절 장치(100)를 이용하여 자동 초점 조절하는 방법으로 이하 중복되는 설명은 생략한다.
먼저, 피사체의 영상을 촬상하여 신호처리한다. 이는 상기 촬상단(110) 및 영상 처리단(120)에 의해 이루어진다. 그 다음, 신호처리된 상기 영상을 다수의 윈도우로 나누고, 상기 다수의 윈도우 중 기설정된 수만큼의 윈도우를 하나의 그룹으로 분류하여 각 그룹의 최대 초점값 및 각 그룹의 초점거리를 산출한다.(S100)
다음으로, 각 그룹의 초점거리의 평균값을 산출한다.(S110) 상기 초점거리 평균값은 상기 초점거리의 평균값이다. 이는 상기 중앙 처리단(140)에 의해 이루어진다.
상기 영상은 중앙영역에 위치하는 중앙 윈도우와 상기 중앙 영역의 주위를 둘러싸는 형상의 다수개의 주변 윈도우로 구성된다. 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 9개의 윈도우로 나누고, 적어도 5개의 그룹으로 분류될 수 있다. 도면에 도시된 도면부호 중 w는 윈도우, G은 다수개의 윈도우로 이루어진 그룹을 의미한다.
다음으로, 상기 최대 초점값 및 초점거리를 분석하여 근거리 그룹의 위치를 추출한다.(S120) 이때, 상기 근거리 그룹은 상기 최대 초점값이 높고 초점거리가 최소로 산출된 그룹이다. 그 다음, 추출된 상기 근거리 그룹이 중앙 영역에 위치하는지 판단한다.(S130)
만약, 상기 근거리 그룹이 중앙 영역에 위치하는 경우 즉, 상기 근거리 그룹이 G1,G3 일 경우 상기 그룹간의 초점거리 차이와 상기 그룹의 초점거리 평균값을 비교한다.(S133) 이때, 상기 그룹간의 초점거리 차이가 상기 초점거리 평균값 보다 작은 경우, 중앙 윈도우에 가중치가 할당된다.(S140) 즉, 상기 근거리 그룹의 정중앙에 위치한 W1에 가중치가 할당될 수 있다.
또한, 상기 근거리 그룹이 주변영역에 위치하는 경우 즉, 상기 근거리 그룹이 G4,G5 일 경우 상기 그룹간의 초점거리 차이와 상기 그룹의 초점거리 평균값을 비교한다.(S135) 이때, 상기 각 그룹간의 초점거리 차이가 상기 초점거리 평균값 보다 작은 경우, 주변 윈도우에 가중치가 할당된다. 즉, G3,G4 인 경우 W3.W4,W5,W6,W7,W8에 가중치가 할당될 수 있다.
다음으로, 상기 가중치가 할당된 윈도우와 대응되는 위치로 렌즈를 이송시킨 다,(S150) 이는 구동단(150)에 의해 이루어진다. 그 다음 상기 가중치가 할당된 윈도우를 참조하여 최적의 초점을 맞춰 상기 피사체를 재촬영하여 영상에 대한 신호처리를 진행한 후 이를 디스플레이한다. 이는 상기 촬상단(110) 및 디스플레이단(130)에 의해 이루어진다.
이처럼, 상기 자동 초점 조절 방법은 촬상된 영상을 동일한 가중치를 가진 다수개의 그룹으로 나누고 상기 각 그룹별 최대 초점값 및 초점거리 평균값 및 각 그룹간의 초점거리 차이를 이용하여 상기 그룹에 가중치를 할당함으로써, 피사체의 환경 및 분포에 따라 용이하게 초점을 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변경 및 개량 형태 또는 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 조절장치에 대한 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 조절 방법에 대한 순서도.
도 4는 본 발명의 실시예에 채용되는 다수의 윈도우를 나타낸 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 자동 초점 조절장치
110 : 촬상단 120 : 영상 처리단
130 : 디스플레이단 140 : 중앙 처리단
150 : 구동단

Claims (10)

  1. 렌즈를 구비하며 피사체의 영상을 촬상하는 촬상단;
    상기 촬상단으로부터 촬상된 영상을 신호처리하는 영상 처리단; 및
    상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 다수의 윈도우으로 나누고, 상기 다수의 윈도우 중 기설정된 수만큼의 윈도우을 하나의 그룹으로 분류하여 가중치를 할당하는 중앙 처리단으로 구성되며,
    상기 중앙 처리단은
    상기 그룹의 최대 초점값을 산출하는 초점값 산출부;
    상기 그룹의 초점거리를 산출하는 초점거리 산출부; 및
    상기 초점거리 산출부로부터 산출된 초점거리의 평균을 산출하는 초점거리 평균값 산출부;
    를 포함하는 자동 초점 조절 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중앙 처리단은 상기 영상을 적어도 9개의 윈도우로 나누고, 적어도 5개의 그룹으로 분류하는 윈도우 제어부가 더 포함되는 자동 초점 조절 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 영상은 중앙영역에 위치하는 중앙 윈도우와 상기 중앙 영역의 주위를 둘러싸는 형상의 다수개의 주변 윈도우로 구성되는 자동 초점 조절 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중앙 처리단의 제어 신호에 의하여 상기 촬상단의 렌즈를 구동시키는 구동단 더 포함되는 자동 초점 조절 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 처리단에서 신호처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이단이 더 포함되는 자동 초점 조절 장치.
  6. 영상을 촬상하여 신호처리하고, 신호 처리된 영상을 기 설정된 수 만큼의 윈도우을 하나의 그룹으로 분류하여 각 그룹의 최대 초점값 및 초점거리를 산출하는 단계;
    상기 각 그룹의 초점거리 평균값을 산출하는 단계;
    상기 최대 초점값 및 초점거리를 분석하여, 근거리 그룹들의 위치를 추출하는 단계;
    상기 근거리 그룹간의 초점 거리 차이와 상기 각 그룹간의 초점거리 평균값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 해당되는 상기 근거리 그룹에 속한 윈도우에 가중치를 할당하는 단계;
    를 포함하는 자동 초점 조절 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 근거리 그룹의 위치를 추출하는 단계 이후에,
    상기 근거리 그룹이 중앙 영역에 위치하는지의 여부 판단하는 단계를 더 포함하는 자동 초점 조절 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 근거리 그룹간의 초점 거리 차이와 상기 각 그룹간의 초점거리 평균값을 비교하는 단계에서,
    상기 근거리 그룹이 중앙영역에 위치할 때, 상기 근거리 그룹간의 초점거리 차이가 상기 각 그룹간의 초점거리 평균값 보다 작은 경우를 비교하는 자동 초점 조절 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 근거리 그룹간의 초점 거리 차이와 상기 각 그룹간의 초점거리 평균값을 비교하는 단계에서,
    상기 근거리 그룹이 주변영역에 위치할 때, 상기 근거리 그룹간의 초점거리 차이가 상기 각 그룹간의 초점거리 평균값 보다 작은 경우를 비교하는 자동 초점 조절 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 비교 결과에 해당되는 근거리 그룹에 속한 윈도우에 가중치를 할당하는 단계 이후에,
    가중치가 할당된 상기 윈도우에 대응되는 위치로 렌즈를 이송시키는 단계가 더 포함되는 자동 초점 조절 방법.
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