KR101109593B1 - 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정 방법 - Google Patents

디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법은, 피사체의 움직임의 정도를 계산하고, 피사체의 움직임 정도에 따라 초점위치 검색 범위를 조정하여 AF를 수행한다.
본 발명에 의하면 피사체의 움직임 정도에 따라 초점위치 검색 범위를 조정하므로, 피사체의 변화가 크지 않은 상황에서 여러장의 촬영을 수행하는 경우에 AF 시간을 매우 단축할 수 있다.

Description

디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정 방법{Auto focusing method of digital image processing device}
도 1은 TTL 방식에 의한 AF 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 개념이 적용될 수 있는 예시적인 디지털 카메라의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 디지털 이미지 처리장치의 일예로서 도 2와 같은 디지털 카메라의 뒷면의 일예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자동초점조정방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 5는 피사체의 움직임을 예시한 프리뷰 화면이다.
도 6 및 도 7은 피사체의 움직임을 판단하기 위한 화소 영역을 예시한 도면이다.
도 8은 도 4의 S102 단계의 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 발명은, 디지털 카메라와 같은 디지털 이미지 처리장치에 관한 것으로서, 특히 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정(Auto Focus, AF) 방법에 관한 것이다.
종래의 디지털 카메라는 AF 수행시 초점렌즈를 초기위치부터 최종위치까지 일정한 범위내에서 이동시키면서 초점위치를 찾는다.
도 1은 소위 고주파 등산법(TTL, through the lens)에 의한 AF방법을 설명하기 위한 그래프로서, 초점 렌즈를 초기위치(A)에서 최종위치(C) 방향으로 이동시키며 초점치(FV, Focus Value)의 변화를 추적한다.
TTL 방식에 의한 AF는 초점 렌즈를 이동시키면서 입력되는 피사체의 영상의 고주파 성분 즉 초점치를 분석하여 초점을 맞추는 방식이다. 초점 렌즈가 초점위치(B)에 있으면 피사체 영상의 윤곽이 가장 선명하게 된다. 즉 초점위치(B)에서는 피사체 영상의 고주파 성분이 최대가 된다. 초점 렌즈가 A→C 로 이동하며 초점 위치(B)에 가까워지면 초점치(FV)가 증가하는 경향이고, 초점위치(B)를 통과하면 초점치가 감소하는 경향을 나타낸다. 이와 같이 초점치(FV)가 증가하는 경향에서 감소하는 경향으로 반전하는 위치 즉 초점치의 최대값을 검출하여 초점을 맞춘다.
이와같이 AF 수행시 초점렌즈를 매번 초기위치(A)부터 최종위치(C)까지 일정한 범위내에서 이동시키면서 초점위치를 찾으므로, 피사체의 변화가 없는 경우에도 일정시간 이상이 소요된다. 따라서 사용자가 피사체의 변화가 크지 않은 상황에서 계속 촬영을 할 경우에는 촬영에 소요되는 시간이 길다고 느끼게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, AF 시간을 단축하여 보다 빠른 촬영을 수행하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점 조정방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법은, (a) 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 단계; 및 (b) 피사체의 움직임 정도에 따라 초점위치 검색 범위를 조정하여 AF(Auto Focus)를 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계는 프레임 전체 영역에서 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다.
상기 (a) 단계는 프레임 내의 자동초점조정 영역에서 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다.
상기 (a) 단계는 AE(Auto Exposure) 정보에 의해 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다. 여기서 상기 (a) 단계는 이전 프레임의 휘도 정보와 현재 프레임의 휘도 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다.
상기 (a) 단계는 AWB(Auto White Balance) 정보에 의해 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다. 여기서 상기 (a) 단계는 이전 프레임의 AWB 정보와 현재 프레임의 AWB 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다.
상기 (a) 단계는 AF 정보에 의해 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다. 여기서 상기 (a) 단계는 이전 프레임의 AF 정보와 현재 프레임의 AF 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다.
상기 (b) 단계는 피사체의 움직임이 소정 기준치 미만인 경우에는 이전의 AF 수행결과를 유지하고, 피사체의 움직임이 소정 기준치 이상인 경우에만 AF를 수행하는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계는 피사체의 움직임의 정도를 소정 개수의 단계로 분류하고, 상기 각 단계마다 초점 렌즈의 검색범위에 차등을 두어 AF를 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 구성과 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면에 도시된 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 의미한다.
도 2는 본 발명의 개념이 적용될 수 있는 예시적인 디지털 카메라의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
렌즈부와 필터부를 포함한 광학계(OPS)는 피사체로부터의 빛을 광학적으로 처리한다. 광학계(OPS) 안의 렌즈부는 줌 렌즈, 포커스 렌즈, 및 보상 렌즈를 포함한다.
CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)의 광전 변환부(OEC)는 광학계(OPS)로부터의 빛을 전기적 아날로그 신호로 변환시킨다. 여기서, DSP(7)는 타이밍 회로(2)를 제어하여 광전 변환부(OEC)와 아날로그-디지털 변환부(1)의 동작을 제어한다. 아날로그-디지털 변환부로서의 CDS-ADC(Correlation Double Sampler and Analog-to-Digital Converter) 소자(1)는, 광전 변환부(OEC)로부터의 아날로그 신호를 처리하여, 그 고주파 노이즈를 제거하고 진폭을 조정(auto gain control, AGC)한 후, 디지털 신호로 변환시킨 다. DSP(7)는 CDS-ADC 소자(1)로부터의 디지털 신호를 처리하여 휘도 및 색도 신호로 분류된 디지털 이미지 신호를 발생시킨다.
DRAM(Dynamic Random Access Memory, 4)에는 DSP(7)로부터의 디지털 이미지 신호 및 기타 임시 처리 데이터가 임시 저장된다.
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, 5)에는 DSP(7)의 동작에 필요한 알고리듬 및 설정 데이터가 저장된다. 메모리 카드 인터페이스(6)에는 사용자의 메모리 카드가 착탈된다.
DSP(Digital Signal Processor, 7)로부터의 디지털 이미지 신호는 LCD 구동부(14)에서 LCD 패널의 디스플레이 신호로 변환되어 칼라 LCD 패널(17)에 이미지가 디스플레이된다.
한편, DSP(7)로부터의 디지털 이미지 신호는, USB(Universal Serial Bus) 접속부(18) 또는 RS232C 인터페이스(8)와 그 접속부(19)를 통하여 직렬 통신으로써 전송될 수 있고, 비데오 필터(9) 및 비데오 출력부(20)를 통하여 비데오 신호로서 전송될 수 있다.
오디오 처리기(13)는, 마이크로폰(MIC)으로부터의 음성 신호를 DSP(7) 또는 스피커(SP)로 출력하고, DSP(7)로부터의 오디오 신호를 스피커(SP)로 출력한다.
사용자 입력부(INP)에는, 셔터 버튼, 모드 선택 버튼, 기능 선택 버튼, 줌 버튼, 방향이동 버튼 등이 포함될 수 있다. 사용자 입력부(INP)는 사용자에 의해 조작되어, 사용자의 지시에 따라 각 기능 수행을 위한 명령을 발생한다.
마이크로제어기(12)는 렌즈 구동부(10)를 제어하고, 이에 따라 줌 모터(MZ), 포커스 모터(MF), 및 조리개(aperture) 모터(MA)가 광학계(OPS) 안의 줌 렌즈, 포커스 렌즈, 및 조리개를 각각 구동한다. 마이크로제어기(12)에 의하여 구동되는 발광부(LAMP)에는, 셀프-타이머 램프, 자동-초점 램프, 플래시 대기 램프 등이 포함될 수 있다. 한편, 마이크로제어기(12)는 플래시-광량 센서(16)로부터의 신호에 따라 플래시 제어기(11)의 동작을 제어하여 플래시(15)를 구동한다.
마이크로제어기(12)의 기능은 DSP(7)와 원칩(one chip)화되어 구현될 수도 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 디지털 카메라는, 도 2의 구성요소들을 모두 구비하여야 하는 것은 아니며, 당업자라면 사양에 따라 그 구성요소 중 일부가 삭제되거나, 또 다른 구성요소가 추가되거나, 일부 구성요소가 변형되거나, 여러 구성요소의 기능이 통합되어 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 디지털 이미지 처리장치의 일예로서 도 2와 같은 디지털 카메라의 뒷면의 일예를 보여주는 도면이다.
도 3의 디지털 카메라의 뒤쪽에는, 뷰 파인더(100), 자동초점램프(101), 플래시 상태램프(102), 모드다이얼(103), 셔터버튼(104), LCD버튼(105), 광각줌 버튼(106), 망원줌 버튼(107), 메뉴/확인버튼(108), 방향/기능버튼(109), DC전원입력단자(110), 외부출력단자(111), 재생모드버튼(112), LCD 모니터(113), 수동초점 버튼(114), 자동노출 잠금버튼(115), 촬영화질 조정버튼(116) 등이 구비된다.
LCD 모니터(113)에는 디지털 카메라의 현재 설정된 촬영모드와 상태를 나타내는 OSD(on screen display)가 표시되어 있다.
5기능 버튼(106)은 중앙에 메뉴(MENU)진입/확인(OK) 버튼, 상하좌우 방향 버튼을 구비한다. 모니터에 메뉴가 표시된 경우에 상하좌우 방향 버튼은 방향이동이 아닌 특수한 기능 버튼으로 작용할 수 있다.
도 3에 도시된 여러 기능 버튼들은 디지털 카메라의 사양에 따라 그 명칭에서 나타나는 기능 이외에도 두 가지 이상의 복합적인 기능을 수행할 수 있도록 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자동초점조정방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 피사체의 움직임의 정도를 계산하고(S100), 피사체의 움직임 정도에 따라 AF를 수행한다(S102). S102 단계는 피사체의 움직임 정도에 따라 초점위치 검색 범위를 조정하여 AF를 수행한다.
도 5는 피사체의 움직임을 예시한 프리뷰 화면으로서, 이전 프레임과 현재 프레임을 비교하여 볼 때 배경은 변화가 없고 사람의 위치만이 우에서 좌로 이동하였다.
S100 단계에서는 도 5에 예시한 바와 같이 입력 프레임 영상이 변화한 경우에 사람의 움직임에 의한 피사체의 변화 정도를 계산한다.
디지털 카메라에서 촬영을 수행할 때 렌즈를 통해 들어온 영상정보는 사람의 눈으로 인식되는 것과 가장 가까운 상태의 영상을 얻기 위해 AE(Auto Exposure), AF, AWB(Auto White Balance) 등의 처리를 하게 된다.
디지털 카메라는 셔터 반 누름(S1) 상태에서 AF를 수행하기 위한 AE를 하고, AF 수행이 끝난 후에 저장될 캡쳐 영상에 대한 노출 설정을 하게 된다. 그리고 셔터 완전 누름(S2)이 되면 렌즈를 통해 들어온 영상을 저장하게 되는데 이 때 AWB 조정을 하게 된다. AWB 조정은 프리뷰 모드에서 매 프레임마다 수행되어 적정 색상을 유지하게 된다. 이러한 AE, AF, AWB 과정 중에서 약 90% 이상의 대부분의 시간이 AF 에 소요된다. 따라서 AF 기간을 단축하면 전체 촬영기간을 단축할 수 있다.
S100 단계는 AE 정보에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다. 즉 이전 프레임의 휘도 정보와 현재 프레임의 휘도 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다.
또한 S100 단계는 AWB 정보에 의해 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다. 즉 이전 프레임의 AWB 정보와 현재 프레임의 AWB 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다.
또한 S100 단계는 AF 정보에 의해 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다. 즉 이전 프레임의 AF 정보와 현재 프레임의 AF 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산할 수 있다.
도 6은 영상의 전체 프레임 영역에 대하여 피사체의 움직임 정도를 계산하는 예이다.
도 6과 같이 전체 프레임 영역을 MN 개의 블록으로 나누고 각 블록마다의 AE, AWB 화소정보를 이용하여 다음 수학식 1,2 에 의하여 피사체의 움직임 정도를 계산할 수 있다.
Figure 112005042381287-pat00001
Figure 112005042381287-pat00002
수학식 1에서 Ai는 이전 프레임의 휘도정보이고 Bi는 현재 프레임의 휘도 정보이다.
또한 수학식 2에서 Ci는 이전 프레임의 색 정보이고 Di는 현재 프레임의 색 정보이다.
도 7은 영상의 프레임 내에서 AF 영역에서만 피사체의 움직임 정도를 계산하는 예이다. 도 6의 영상 전체 영역에 대한 움직임 정도 계산시보다 계산량을 줄일 수 있다. 특히 도 7의 AF 영역에 대하여 다음 수학식 3에 의하여 피사체의 움직임 정도를 계산할 수 있다.
Figure 112005042381287-pat00003
여기서 FVk-1은 이전 프레임의 초점치 정보이고, FVk는 현재 프레임의 초점치 정보이다.
수학식 1 내지 수학식 3에 예시한 방법 중 어느 하나 또는 둘 이상의 적정한 조합에 의하여 피사체의 움직임을 계산할 수도 있다. 즉 AE, AWB, AF 어느 하나의 프레임간 차이에 의한 움직임 계산의 부정확성을 보완하기 위하여 두 가지 기준 이상의 조합에 의한 움직임 계산을 수행할 수 있다.
도 8은 도 4의 S102 단계의 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
먼저 S100 단계에서 계산한 피사체의 움직임 정도에 따라 움직임이 있는가를 판단한다(S200). 움직임이 있는가의 판단은 수학식 1 내지 수학식 3 등으로 계산된 피사체의 움직임이 소정 기준값 이상인가의 여부로 판단할 수 있다.
움직임이 없다고 판단되면 이전의 AF 수행결과를 유지한다(S202).
움직임이 있다고 판단되면, 기준값 이상으로 발생한 움직임 양을 소정 레벨로 분류한다. 예컨대 움직임 발생량이 작은 레벨1에서 움직임 발생량이 큰 레벨3까지 3단계로 분류할 수 있다(S204, S208, S212).
움직임 발생량이 가장 큰 레벨3의 경우에는 종래의 AF방식과 마찬가지로 초점렌즈의 전 검색범위에서 초점위치를 찾는 방식으로 AF를 수행한다(S214). 도 1을 참조하면 S214 단계는 초점렌즈를 초기위치(A)부터 최종위치(C)까지 이동하면서 AF를 수행한다.
움직임 발생량이 중간 정도인 레벨2의 경우에는, 초기위치(도 1의 A)부터 초점위치를 검색하는 것이 아니라, 이전 초점위치(B)를 중심으로 예컨대 1/2 범위에서 초점위치를 검색한다(S210). 도 1을 참조하면 S210 단계는 A,B 의 중간 위치정 도에서 B,C 의 중간위치 정도까지의 범위내에서 AF를 수행한다.
움직임 발생량이 가장 작은 레벨1의 경우에는, 초기위치(도 1의 A)부터 초점위치를 검색하는 것이 아니라, 이전 초점위치(B)를 중심으로 예컨대 1/4 범위에서 초점위치를 검색한다(S206). 도 1을 참조하면 S206 단계는 이전 초점위치(B)를 중심으로 S210 단계의 절반에 해당하는 범위에서 AF를 수행한다.
전술한 실시예들은 본 발명이 적용될 수 있는 디지털 이미지 처리장치의 일예로서 디지털 카메라를 중심으로 기술하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명이 이미지 촬영 기능을 내장하고 자동초점조정을 수행하는 캠코더, 카메라폰, PDA(personal digital assistant) 등에도 적용 가능함을 이해할 것이다. 또한 본 발명은 MP3와 같은 음악 재생, 방송수신, 게임, 전자사전, 동영상 재생, 디지털카메라 등의 복합적인 기능을 갖춘 휴대형의 차세대 멀티미디어 플레이어인 PMP(portable multimedia player)에도 적용될 수 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 피사체의 움직임 정도에 따라 초점위치 검색 범위를 조정하므로, 피사체의 변화가 크지 않은 상황에서 여러장의 촬영을 수행하는 경우에 AF 시간을 매우 단축할 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면들에 표현된 예시들에 한정되는 것은 아니다. 전술한 실시 예들에 의해 가르침 받은 당업자라면, 다음의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위 및 목적 내에서 치환, 소거, 병합 등에 의하여 전술한 실시 예들에 대해 많은 변형이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. (a) 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 단계; 및
    (b) 상기 계산된 피사체의 움직임 정보를 소정 개수의 단계로 분류하고, 상기 각 단계마다 초점 렌즈의 검색 범위에 차등을 두어 AF(Auto Focus)를 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    프레임 전체 영역에서 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    프레임 내의 자동초점조정 영역에서 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    AE(Auto Exposure) 정보에 의해 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    이전 프레임의 휘도 정보와 현재 프레임의 휘도 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    AWB(Auto White Balance) 정보에 의해 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    이전 프레임의 AWB 정보와 현재 프레임의 AWB 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    AF 정보에 의해 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    이전 프레임의 AF 정보와 현재 프레임의 AF 정보의 차이에 의하여 피사체의 움직임의 정도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점 조정방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    피사체의 움직임이 소정 기준치 미만인 경우에는 이전의 AF 수행결과를 유지하고, 피사체의 움직임이 소정 기준치 이상인 경우에만 AF를 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 이미지 처리장치의 자동초점조정방법.
  11. 삭제
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