KR101145701B1 - 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로 보다 상세하게는 별도의 자동초점 카메라 모듈을 사용하지 않으면서 자동초점 기능을 구현할 수 있는 신호처리부를 구비함으로써 실제 자동초점 카메라 모듈에서와 같은 효과를 얻을 수 있는 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈은, 집광을 위한 렌즈부, 상기 렌즈부를 통해 얻은 피사체의 이미지를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 이미지센서, 상기 이미지센서에서 출력된 전기적신호를 입력받아 처리하여 영상신호를 출력하고 상기 렌즈부의 초점을 자동으로 조절하는 신호처리부 및 상기 신호처리부에서 출력된 영상신호를 디스플레이하는 디스플레이부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈은, 집광을 위한 렌즈부, 상기 렌즈부를 통해 얻은 피사체의 이미지를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 이미지센서, 상기 이미지센서에서 출력된 전기적신호를 입력받아 처리하여 영상신호를 출력하고 상기 렌즈부의 초점을 자동으로 조절하는 신호처리부 및 상기 신호처리부에서 출력된 영상신호를 디스플레이하는 디스플레이부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로 보다 상세하게는 별도의 자동초점 카메라 모듈을 사용하지 않으면서 자동초점 기능을 구현할 수 있는 신호처리부를 구비함으로써 실제 자동초점 카메라 모듈에서와 같은 효과를 얻을 수 있는 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈에 관한 것이다.
최근의 모바일 기기나 노트북PC 또는 범퍼 장착용 자동차 후면 감시카메라 같은 장치에는 촬상 작업을 수행할 수 있는 카메라 모듈이 설치되어 있다. 또한 이러한 장치에 구비되는 카메라 모듈은 휴대 장치의 소형화에 적합하게 매우 작은 크기로 구성되어야 할 필요가 있다.
통상적으로 소형 휴대 장치에 구비되는 카메라 모듈은 이미지센서 모듈과 상기 이미지센서 모듈의 일측에 구비된 렌즈 모듈을 구비한다. 이미지 센서 모듈은 촬상 소자, 상기 촬상 소자와 전기적으로 연결된 회로기판 및 상기 촬상된 신호를 외부회로로 보내기 위한 기판 등을 구비한다. 한편, 렌즈 모듈에는 하나 이상의 렌즈가 설치되고, 적외선 필터와 같은 것이 더 구비될수 있다.
이러한 촬상 장치는 광축을 따라 이동하며 초점을 조절하는 렌즈부를 갖는 카메라 모듈을 구비한다. 최근 들어 이러한 카메라 모듈에서는 더 넓은 영역에 대해 초점을 맞추기 위해 일반적으로 자동초점(Auto Focusing:AF) 카메라 모듈을 사용한다.
도 1은 종래의 자동초점 카메라 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면 종래의 자동초점 카메라 모듈은 렌즈부(110), 모터(120), 제어부(130), 이미지센서(140), 신호처리장치(150) 및 디스플레이부(160)를 구비한다.
즉, 종래의 자동초점 카메라 모듈은 기존의 카메라 모듈에 AF 기능을 추가하기 위해서는 렌즈의 자동초점 조절을 위한 모터(120) 및 이를 제어하기 위한 제어부(Micro Control Unit:MCU, 130)와 같은 별도의 AF 모듈을 필요로 하고 이런 AF 모듈을 외부의 메인보드와 연결하기 위한 전원 및 신호단자가 요구된다.
따라서 카메라 모듈의 전체적인 구조가 복잡해지고 고정초점 카메라 모듈에 비해 가격이 높고 양산성이 떨어지는 문제가 있었다.
도 2는 종래의 자동초점 카메라 모듈에 따른 이미지센서의 컬러필터 어레이의 베이어 패턴을 나타내는 도면이다.
디지털 카메라나 핸드폰 카메라의 경우 비용을 감소시키고 회로 디자인을 효율적으로 하기 위하여 하나의 씨모스 이미지 센서(CIS)를 사용하여 도 2와 같은 베이어 패턴(Bayer Pattern)의 형태로 컬러의 계조 데이터를 얻는다. 이와 같이 베이어 패턴을 사용하는 경우에는 한 픽셀에 R(Red), G(Green), B(Blue) 중 어느 하나의 컬러에 대한 계조 데이터만이 나타나므로 어느 하나의 픽셀에 대하여 나머지 2가지 컬러에 대한 계조 데이터들을 얻기 위하여, 하나의 픽셀을 중심 픽셀로 하고, 그 중심 픽셀 주위의 계조 데이터들을 이용하는 보간(interpolation)을 수행한다.
한편, 이러한 보간 방법에 의하여 출력되는 RGB 데이터는 많은 노이즈 성분을 포함하고 있으며 이러한 노이즈 성분을 제거하기 위해 보간된 RGB 데이터에 대하여 노이즈 제거 필터를 적용하는 기술들이 연구되고 있다.
도 3은 종래의 AF 카메라 모듈에 따른 신호처리장치(ISP)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면 종래의 AF 카메라 모듈에 따른 신호처리장치(150)는 컬러보간부(151), 컬러매트릭스부(152), 감마부(153), 휘도신호생성부(154) 및 노이즈 제거부(155)를 구비한다.
컬러보간부(151)는 베이어 패턴에 따른 데이터를 입력 받아 보간을 수행하고, 컬러매트릭스부(152) 및 감마부(153)는 보간된 데이터를 이용하여 베이어 패턴에 따른 R, G, B의 영상에 대한 계조 데이터를 출력한다.
휘도신호생성부(154)는 R, G, B의 영상에 대한 계조 데이터를 처리하여 휘도신호데이터들을 출력한다. 노이즈 제거부(155)에서는 상기 RGB 데이터 및 휘도신호데이터에 포함된 노이즈를 제거한다.
이러한 종래의 신호처리장치(150)는 두 개의 라인버퍼를 구비한다.
먼저, 제1라인버퍼(156)는 베이어 패턴의 데이터에서 RGB 데이터를 출력하는 단계에서 사용된다. 즉, 컬러보간부(151)로부터 휘도신호생성부(154)에 이르는 단계에서 사용되며, 이때 제1라인버퍼(156)는 5x5 마스크가 사용된다.
한편, 제2라인버퍼(157)는 RGB 데이터 및 휘도신호데이터에 포함된 에지와 노이즈를 개선하는 단계에서 사용된다. 이때 휘도 성분에서 마스크를 구성하기 위해서는 휘도 성분 뿐만 아니라 색차 성분(Chrominance)까지 마스크를 구성해야 되기 때문에 더 많은 메모리가 필요하게 된다.
즉 베이어 패턴에서와 같이 5x5 마스크를 사용하고자 한다면 휘도 성분에서는 15개의 라인버퍼를 필요로 하게 된다.
이와 같이 종래의 자동초점 카메라 모듈에서 자동초점 기능을 수행하기 위해서는 별도의 AF 모듈을 구비해야 하고, 신호처리장치에 추가적인 메모리를 구비해야 하는 문제가 있었다.
따라서 카메라 모듈을 소형화하는 것이 곤란하고, 이로 인해 그 제조 비용이 상승하여 적정한 가격에 카메라 모듈을 양산하는 것이 곤란한 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 신호처리장치의 구조를 개선하여 별도의 AF 카메라 모듈을 사용하지 않으면서도 실제 AF모터를 이용해 초점을 맞추는 것과 같은 효과를 낼 수 있는 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈은, 집광을 위한 렌즈부(410); 상기 렌즈부를 통해 얻은 피사체의 이미지를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 이미지센서(420); 상기 이미지센서에서 출력된 전기적신호를 입력받아 처리하여 영상신호를 출력하고 상기 렌즈부의 초점을 자동으로 조절하는 신호처리부(430); 및 상기 신호처리부에서 출력된 영상신호를 디스플레이하는 디스플레이부(440)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 신호처리부(430)는, 상기 이미지센서에 구비된 컬러필터의 베이어 패턴에 따른 영상데이터를 보간하는 컬러보간부(431); 상기 이미지센서에 구비된 컬러필터의 베이어 패턴에 따른 영상데이터에 포함된 노이즈를 제거하고 에지 특성을 개선시키는 가상 자동초점 조절부(432); 상기 컬러보간부의 출력신호와 상기 가상 자동초점 조절부의 출력신호를 합산하여 출력하는 합산기(433); 상기 합산기의 출력신호를 입력받아 R(Red), G(Green) 및 B(Blue) 영상데이터를 출력하는 컬러매트릭스부(434); 상기 R(Red), G(Green) 및 B(Blue) 영상데이터의 계조 전압을 조정하여 출력하는 감마부(435); 및 상기 감마부의 출력신호를 입력받아 휘도 신호를 생성하여 출력하는 휘도신호생성부(436);를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호처리부(430)는 상기 컬러보간부 및 상기 가상 자동초점 조절부의 정보를 저장하는 라인버퍼(437)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈에 의하면 휘도 성분에서 선명도와 노이즈를 개선하는 종래의 기술에 비해 보다 적은 하드웨어를 이용하면서도 선명도와 노이즈를 더욱 효과적으로 개선할 수 있으며, 또한 더 넓은 영역의 마스크를 사용함으로써 선명도와 노이즈를 더 크게 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 자동초점 카메라 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 자동초점 카메라 모듈에 따른 이미지센서의 컬러필터 어레이의 베이어 패턴을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 자동초점 카메라 모듈에 따른 신호처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈의 신호처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈에서 가상 자동초점 기능을 구현하기 위한 데이터의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 자동초점 카메라 모듈에 따른 이미지센서의 컬러필터 어레이의 베이어 패턴을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 자동초점 카메라 모듈에 따른 신호처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈의 신호처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈에서 가상 자동초점 기능을 구현하기 위한 데이터의 흐름을 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈은 렌즈부(410), 이미지센서(420), 신호처리장치(430) 및 디스플레이부(440)를 구비한다.
도 4를 참고하면 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈은 도 1에 도시된 종래의 자동초점 카메라 모듈과 달리 렌즈를 구동하는 모터와 이를 제어하기 위한 제어부(MCU)가 사용되지 않음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 핵심적인 아이디어는 렌즈를 구동하는 모터와 이를 제어하기 위한 제어부(MCU)를 사용하지 않으면서도 자동초점 기능을 수행할 수 있도록 신호처리장치의 구성을 조정하는데 있다.
상기 렌즈부(410)는 피사체의 이미지를 얻기 위한 집광 기능을 수행하며, 상기 이미지센서(420)는 상기 렌즈부(410)를 통해 얻은 피사체의 이미지를 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 상기 신호처리부(430)는 상기 이미지센서(420)에서 출력된 전기적신호를 입력받아 처리하여 영상신호를 출력하고 상기 렌즈부(410)의 초점을 자동으로 조절하며, 상기 디스플레이부(440)는 상기 신호처리부(430)에서 출력된 영상신호를 디스플레이한다.
렌즈부(410), 이미지센서(420) 및 디스플레이부(440)는 종래 기술과 동일한 것이므로 상세한 설명은 생략하고 신호처리장치(430)에 대해 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈의 신호처리장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈에서 가상 자동초점(Virtual AF) 기능을 구현하기 위한 데이터의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5를 참고하면 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈의 신호처리장치(430)는 컬러보간부(431), 가상 자동초점 조절부(432), 합산기(433), 컬러매트릭스부(434), 감마부(435) 및 휘도신호생성부(436)를 구비한다.
종래의 자동초점 카메라 모듈과 달리 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈에 사용된 신호처리장치(430)는 선명도와 노이즈 억제를 위한 알고리즘이 베이어(Bayer)단에서 이루어진다.
즉, 상기 컬러보간부(431)는 상기 이미지센서(420)에 구비된 컬러필터의 베이어 패턴에 따른 영상데이터에 대해 R, G, B 중 어느 하나의 픽셀을 중심픽셀로 하여 주위의 계조 데이터 들을 이용하여 나머지 2개의 컬러에 대한 보간(interpolation)을 수행한다.
상기 가상 자동초점 조절부(432)는 상기 이미지센서(420)에 구비된 컬러필터의 베이어 패턴에 따른 영상데이터에 포함된 노이즈를 제거하고 에지 특성을 개선시킨다.
상기 합산기(433)는 상기 컬러보간부(431)의 출력신호와 상기 가상 자동초점 조절부(432)의 출력신호를 합산하여 합산된 신호를 출력하고, 상기 컬러매트릭스부(434)는 상기 합산기(433)의 출력신호를 입력받아 R(Red), G(Green) 및 B(Blue) 영상데이터를 출력한다.
상기 감마부(435)는 상기 컬러매트릭스부(434)의 출력신호를 입력받아 상기 R(Red), G(Green) 및 B(Blue) 영상데이터의 계조 전압을 조정하여 출력하고, 상기 휘도신호생성부(436)는 상기 감마부(435)의 출력신호를 입력받아 휘도 신호를 생성하여 출력한다.
도 5를 참고하면 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈의 신호처리장치(430)는 하나의 라인버퍼(437)만으로 데이터 보간(interpolation)과 가상 자동초점 조절 기능을 동시에 수행하여, 베이어 단에서 에지 및 노이즈 개선을 동시에 수행할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈에 의하면 휘도 성분에서 선명도와 노이즈를 개선하는 종래의 기술에 비해 보다 적은 하드웨어를 이용하면서도 선명도와 노이즈를 더욱 효과적으로 개선할 수 있으며, 또한 더 넓은 영역의 마스크를 사용함으로써 선명도와 노이즈를 더 크게 개선할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
Claims (3)
- 삭제
- 고정초점 카메라 모듈에 있어서,
집광을 위한 렌즈부(410)
상기 렌즈부를 통해 얻은 피사체의 이미지를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 이미지센서(420);
상기 이미지센서에서 출력된 전기적신호를 입력받아 처리하여 영상신호를 출력하고 상기 렌즈부의 초점을 자동으로 조절하는 신호처리부(430); 및
상기 신호처리부에서 출력된 영상신호를 디스플레이하는 디스플레이부(440)를 구비하되,
상기 신호처리부(430)는
상기 이미지센서에 구비된 컬러필터의 베이어 패턴에 따른 영상데이터를 보간하는 컬러보간부(431);
상기 이미지센서에 구비된 컬러필터의 베이어 패턴에 따른 영상데이터에 포함된 노이즈를 제거하고 에지 특성을 개선시키는 가상 자동초점 조절부(432);
상기 컬러보간부의 출력신호와 상기 가상 자동초점 조절부의 출력신호를 합산하여 출력하는 합산기(433);
상기 합산기의 출력신호를 입력받아 R(Red), G(Green) 및 B(Blue) 영상데이터를 출력하는 컬러매트릭스부(434);
상기 R(Red), G(Green) 및 B(Blue) 영상데이터의 계조 전압을 조정하여 출력하는 감마부(435); 및
상기 감마부의 출력신호를 입력받아 휘도 신호를 생성하여 출력하는 휘도신호생성부(436);를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈. - 제 2 항에 있어서, 상기 신호처리부(430)는
상기 컬러보간부 및 상기 가상 자동초점 조절부의 정보를 저장하는 라인버퍼(437)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동초점 기능이 내장된 고정초점 카메라 모듈.
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