KR101176789B1 - 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, CMOS 타입 이미지 센서를 채용한 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 있어서, 투광기; 투광기 구동 제어부;를 포함하고, 투광기 구동 제어부는, 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 롤링 셔터 주기와 동일한 주기로 상기 투광기의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템{THE SYSTEM FOR CONTROLLING LIGHTING OF CCTV CAMERA}

본 발명은, CMOS 타입 이미지 센서를 채용한 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 있어서, 투광기; 투광기 구동 제어부;를 포함하고, 투광기 구동 제어부는, 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 롤링 셔터 주기와 동일한 주기로 상기 투광기의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 관한 것이다.

본 발명은, 상기 투광기 구동 제어부는 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 프레임 동기 신호 및 각 라인 노광 축적 기간의 타이밍 신호로부터 롤링 셔터 주기를 검출하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 관한 것이다.

본 발명은, 광센서;를 추가로 포함하고, 상기 투광기 구동 제어부는, 상기 광센서의 조도 감지값에 따라서 상기 투광기의 점등 광량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 관한 것이다.

본 발명은, 상기 카메라의 셔터 스피드를 설정할 수 있는 경우에는, 상기 투광기 구동 제어부는 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 프레임 동기 신호 및 상기 셔터 스피드를 이용하여 상기 투광기의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 폐쇄회로 텔레비전 카메라에 사용되는 촬상소자로서의 이미지 센서는 CCD 타입 및 CMOS 타입으로 크게 나눌 수 있다.

도 1 내지 도 3은 CCD 타입 이미지 센서 및 CMOS 타입 이미지 센서의 동작 원리를 서술하기 위하여 개략적으로 각 센서의 특징을 도시한 도면이다.

CCD 타입 이미지 센서는 전하 전송부 채널이 형성되어 있는 반면에, CMOS 타입 이미지 센서는 1~4개 정도의 트랜지스터를 포함하는 셀(CELL) 구조로 이루어져 있어서 셀에서 바로 전압으로 변환된다.

또한 CCD 타입 이미지 센서가 노광되는 셔터 방식은 글로벌셔터라고 하며, 이는 촬상소자 전체에 대해서 일괄 노광 및 일괄 읽기를 행하는 방식이다.

그런데 CMOS 타입 이미지 센서의 셔터 방식은 롤링 셔터라고 불리는데, 이는 라인마다 노광되어 전하가 축적되고 다시 라인마다 데이터를 읽어들이는데, 노광 축적 및 읽기 처리를 수행할 때 각 라인마다 소정의 타이밍이 지연되어서 행해지게 된다.

따라서 CMOS 타입 이미지 센서를 채용하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 경우에는 CMOS 타입 이미지 센서의 동작 원리 특성에 따라서 투광기를 제어할 필요성이 있다.

한편 본 발명과 유사한 기술분야의 선행문헌을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 10-2012-0014950호에 폐쇄회로 텔레비전 카메라용 조명 장치에 대해 기재되어 있다.

이는 카메라의 비디오 신호를 분석하여 이에 따라 조명을 제어하는 것에 대한 것으로서, CMOS 타입 이미지 센서의 동작을 제어하는 신호를 이용하여 투광기를 제어하는 것과는 관련성이 없다.

본 발명은 CMOS 타입 이미지 센서의 동작 원리 특성에 따라서 투광기를 제어할 수 있는 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 CMOS 타입 이미지 센서를 롤링셔터 방식으로 노광해도 소자의 각 라인의 노광 축적 시간 중에 투광기로부터 조사되는 광량이 각 라인간에 일정하게 할 수 있는 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 CMOS 타입 이미지 센서의 롤링 셔터 구동 동기 신호를 이용함으로써 롤링 셔터 주기와 동일하게 투광기 구동 주기를 제어할 수 있는 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 CMOS 타입 이미지 센서의 노광 축적 기간 동안에 동일한 광량을 조사하되, 주변 조도를 감지하여 광량의 정도를 제어할 수 있는 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은, CMOS 타입 이미지 센서를 채용한 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 있어서, 투광기; 투광기 구동 제어부;를 포함하고, 투광기 구동 제어부는, 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 롤링 셔터 주기와 동일한 주기로 상기 투광기의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명은, 상기 투광기 구동 제어부는 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 프레임 동기 신호 및 각 라인 노광 축적 기간의 타이밍 신호로부터 롤링 셔터 주기를 검출하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명은, 광센서;를 추가로 포함하고, 상기 투광기 구동 제어부는, 상기 광센서의 조도 감지값에 따라서 상기 투광기의 점등 광량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명은, 상기 카메라의 셔터 스피드를 설정할 수 있는 경우에는, 상기 투광기 구동 제어부는 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 프레임 동기 신호 및 상기 셔터 스피드를 이용하여 상기 투광기의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명인 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템은 CMOS 타입 이미지 센서의 동작 원리 특성에 따라서 투광기를 제어할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

본 발명인 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템은 CMOS 타입 이미지 센서를 롤링 셔터 방식으로 노광해도 소자의 각 라인의 노광 축적 시간 중에 투광기로부터 조사되는 광량이 각 라인간에 일정하게 할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

본 발명인 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템은 CMOS 타입 이미지 센서의 롤링 셔터 구동 동기 신호를 이용함으로써 롤링 셔터 주기와 동일하게 투광기 구동 주기를 제어할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

본 발명인 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템은 CMOS 타입 이미지 센서의 노광 축적 기간 동안에 동일한 광량을 조사하되, 주변 조도를 감지하여 광량의 정도를 제어할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

도 1 내지 도 3은 CCD 타입 이미지 센서 및 CMOS 타입 이미지 센서의 동작 원리를 서술하기 위하여 개략적으로 각 센서의 특징을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 CMOS 타입 이미지 센서의 동작을 제어하는 신호의 타임 차트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 CMOS 타입 이미지 센서의 노광 축적 타이밍과 축적 데이터 읽기 타이밍을 서술하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템의 제어 동작의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템의 제어 동작의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

도 4는 CMOS 타입 이미지 센서의 동작을 제어하는 신호의 타임 차트를 개략적으로 도시한 도면이다.

폐쇄회로 텔레비전 카메라에 포함된 프레임 주기 제어부는 CMOS 타입 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 신호를 이미지 센서 및 화상 처리부에 제공하게 되는데, 이 신호에 따라서 이미지 센서의 노광 축적 타이밍 및 축적 데이터 읽기 타이밍이 결정된다.

프레임 동기신호는 H 레벨과 L 레벨의 신호로 되어있고, H 레벨에 있는 일정시간이 1 화면을 구성하는 화상 데이터를 전송하는 시간에 해당된다.

또한 수평 동기 신호 역시 H 레벨과 L 레벨과의 신호로 되어있고, 이 신호가 H 레벨에 있는 일정시간이 화상을 구성하는 수평 방향의 1행 분의 화상 데이터를 전송하는 시간에 해당한다.

예를 들어 1280 X 1024의 화소로 구성되는 비디오 화상의 예를 들면, 수평 동기 신호가 H 레벨에 있을 때 1 행 즉 1280 화소 분의 화상 데이터가 출력되는데, 프레임동기신호가 H 레벨에 있을 때 수평 동기 신호의 H 레벨 신호가 1024 번 반복하게 된다.

픽셀 클럭은 일정한 주파수의 단형파이고, 이 픽셀 클럭으로 화상 데이터를 출력하는 타이밍을 결정한다.

여기에서, 각 화소에 대하여 2 개의 데이터 즉 색상정보 및 휘도정보가 생성되기 때문에 픽셀 클럭 2개가 1 화소 분의 화상 데이터를 전송하게 된다.

즉 수평 동기 신호가 H 레벨에 있을 때 1280 화소 분의 데이터를 전송한다면, 1280 클럭의 픽셀 클럭이 발생하게 된다.

이와 같이 프레임 주기 제어부는 프레임 동기 신호, 수평 동기 신호 및 픽셀 클럭을 이용하여 화면, 행 및 화소의 데이터를 출력하도록 하며, 이 과정에서 노광 축적 타이밍 및 축적 데이터 읽기 타이밍이 결정된다.

도 5는 CMOS 타입 이미지 센서의 노광 축적 타이밍과 축적 데이터 읽기 타이밍을 서술하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

부호 Fs는 프레임 주기 제어부에 의해 출력되는 프레임 동기 신호이며 프레임 동기신호 Fs에 의해 주변 장치가 구동됨은 물론, CMOS 타입 이미지 센서에서 각 프레임에 있어서의 노광 축적 및 축적 데이터 읽기가 개시된다.

또한 부호 Line 1 ~ Line n은 CMOS 타입 이미지 센서 각 라인(이 각각 노광되어 전하를 축적하기 위한 시간을 단순화해 나타내 보인 노광 축적 기간이며, 부호 R 1 ~ R n은, CMOS 타입 이미지 센서의 각 라인에 축적된 전하를 데이터 읽기 처리하는 시간을 단순화해 나타내 보인 것이다.

또한 부호 Dt는 각 라인의 노광 축적 시간 사이의 소정의 지연시간이 순차적으로 발생되는 것을 나타낸다.

또한 축적 데이터 읽기 시간 사이에도 소정의 지연시간이 순차적으로 발생됨을 알 수 있다.

또한 Dummy Line은 더미 행이며 롤링 셔터 방식에 있어서 1 프레임(1라인 ~ n라인)분의 읽기 동작이 종료하고 다음의 프레임의 읽기 동작으로 이행하는 동안(리셋트 동작과 읽기 동작이 평행으로 행해지는 기간)에 생길 가능성이 있는 리셋트 전원의 변동에 의한 노이즈의 발생을 억제하기 위해서 구비된다.

그리고 투광기에 사용되는 발광소자로서 LED를 채용했을 경우에, LED의 구동을 일정한 주기에 의해 점등과 소등이 반복되는 PWM(Pulse Width Modulation) 구동 방법을 많이 사용하여 왔다.

이는 발광소자를 연속 점등 구동하는 방식과 비교해서 발광소자의 방열 효과를 향상시켜, 그 발광 효율을 향상시키기 위함이다.

그런데 도 5의 경우 PWM 제어 신호의 점등 타이밍이 각 라인의 노광 축적 시작 타이밍과 일치하지 않는바, 즉 CMOS 타입 이미지센서가 롤링 셔터방식으로 노광 축적을 하기 때문에 PWM 제어 신호가 노광 축적 타이밍과 맞지 않으면 투광 효과가 제대로 발휘될 수 없게 된다.

즉 CMOS 타입 이미지 센서 각 라인에의 노광 축적 시간 중에 투광기를 점등 또는 소등하는 타이밍, 회수 또는 점등시간이 각 라인간 또는 프레임간에 다르게 되면 조사되는 광량이 각 라인간에 일정하지 않게 됨으로써 바람직한 투광 효과가 나타나지 않게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

먼저, CMOS 이미지 센서 모듈 및 영상 제어블록은 폐쇄회로 텔레비전 카메라에 내장되어 있는 구성으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 투광기 제어 시스템은 영상 제어블록에 포함된 프레임 주기 제어부의 신호를 이용하여 투광기를 제어하게 됨을 밝힌다.

즉 프레임 주기 제어부에 의해 CMOS 타입 이미지센서의 노광 축적 타이밍 또는 축적 데이터 읽기 타이밍이 결정되고 투광기 제어 시스템은 이를 이용하므로, 카메라의 프레임 주기 제어부와 투광기 제어 시스템은 각각 독립된 기능을 유지하게 된다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 투광기 제어 시스템은 CMOS 타입 이미지 센서를 이용하는 카메라라면 종류에 관계없이 채용될 수 있도록 구성된다.

카메라 동작을 살펴보면, 렌즈를 통해 유입된 피사체 광상은 CMOS 타입 이미지 센서에 의해 광전변환 되어 촬상 신호로서 출력된다. 출력신호는 상관 이중 샘플링 및 게인이 조정되어 12Bit Digital A/D변환된다. A/D변환된 촬상신호는 화상데이터 처리부에 보내진다.

CMOS 타입 이미지 센서의 구동과 노광 축적 및 축적 데이터 읽기는 프레임 주기 제어부의 신호에 의해서 제어되며, 투광기 제어 시스템은 프레임 주기 제어부의 신호를 통하여 투광기를 PWM구동 제어한다.

즉 타이밍 구동 제어부는 프레임 주기 제어부로부터 발생한 타이밍 신호를 분석하여 노광 축적 타이밍 및 축적 데이터 읽기 타이밍 신호를 분리하여, 투광기 구동 제어부에 출력한다.

또한 투광기 구동 제어부는 노광 축적 타이밍 신호 및 축적 데이터 읽기 타이밍 신호를 이용하여 투광기 발광소자를 PWM구동한다.

설계조건에 따라, 타이밍 구동 제어부와 투광기 구동 제어부는 하나의 구성으로 통합하여 설계될 수 있음은 물론이다.

투광기의 발광소자는 LED로 구성되는 광원으로 구성하며, 투광기 구동 제어부에서 발생되는 소정의 펄스 신호로서의 PWM 제어 구동된다.

광센서는 광도를 감지하여 타이밍 구동 제어부로 출력하도록 하고, 타이밍 구동 제어부는 광도 분석을 하여서 촬영 환경이 어둡고 광량 부족의 경우에는 투광기 구동 제어부로 하여금 광량이 증가될 수 있도록 투광기를 제어하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템의 제어 동작의 일 예를, 도 8은 투광기 제어 시스템의 제어 동작의 다른 예를 개략적으로 각각 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 부호 Fs1, Fs2는 프레임 동기 신호이며, 프레임 동기 신호 Fs1, Fs2에 따라 CMOS 타입 이미지 센서가 구동되어 각 프레임에 있어서의 노광 축적 및 축적 데이터 읽기가 시작된다.

각 라인의 노광 축적 시작 타이밍은 소정의 지연 시간 Dt(T1)가 일정하게 순차 발생하며, 각 라인의 축적 데이터 읽기 시작 타이밍 역시 소정의 지연 시간 T2 가 순차 발생되는데, T1 = T2 인 경우이다.

부호 Si는 투광기 구동 제어부에서 PWM 구동되는 투광기 광원의 점등과 소등 타이밍 신호를 나타내며, 광량의 정도에 따라서 구동 가능한 예를 나타내고 있다.

즉 부호 S1은 단위시간 당의 평균 광량을 적게 하기 위하여 소등기간 T off와 비교해 점등 기간 T on를 짧게 했을 경우의 예, 부호 S2는 소등기간 T off와 점등기간 T on을 동일하게 했을 경우의 예, 부호 S3은 단위시간 당의 평균 광량을 크게 하기 위해서 소등기간 T off와 비교해 점등 기간 T on을 길게 한 경우의 예를 각각 나타내 보이고 있다.

즉 투광기 제어 시스템의 타이밍 구동 제어부는 프레임주기 Fs, 노광 축적 시간 Line, 축적 데이터 읽기 시간 R, 지연시간 Dt 신호를 투광기 구동부에 전송하고, 투광기 구동 제어부는 이 신호들을 이용하여 투광기를 PWM 구동 제어하게 된다.

따라서 투광기의 PWM 제어 신호의 주기 즉 투광기 광원의 점등 주기는 지연 시간 Dt (= T1)과 동일하거나 배수가 되도록 함으로써, 각 라인의 노광 축적 시간에 일정한 광량이 조사될 수 있다.

도 8의 경우는, 각 라인의 노광 축적 기간 사이의 지연시간 Dt (=T1)이 각 라인의 축적 데이터 읽기 기간 R(R1 ~ Rn)사이의 지연시간인 T2 보다 긴 시간이 되는 예를 나타내고 있다.

이 경우에도, 노광 축적 기간 사이의 지연 시간 T1에 맞추어서 타이밍 구동 제어부가 투광기를 제어하도록 함으로써, 노광 축적 시간 내에는 일정한 광량이 조사되도록 설계될 수 있다.

기본적으로는, 타이밍 구동 제어부에서 프레임 동기 신호, 노광 축적 타이밍 신호 및 축적 데이터 읽기 신호를 이용하여 매 프레임마다 투광기를 제어하도록 한다.

그런데, 설계조건에 따라서는, 타이밍 구동 제어부에서의 분석한 각 타이밍 신호가 전회와 동일한 경우에, 점등 또는 소등주기 T1을 기준주기 설정치 T Base로서 설정하여 이것에 근거해 PWM 제어 신호를 출력하도록 할 수 있다.

또한 롤링 셔터 주기(셔터 스피드)를 설정할 수 있는 구성이 카메라에 내장되어 있다면, 이를 이용하여 셔터 스피드를 설정하고 프레임 주기 제어부의 프레임 동기 신호 및 설정된 셔터 스피드를 이용하여 투광기를 제어할 수 있도록 설계될 수 있다.

상기에서 도 1 내지 도 8을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 8의 구성 및 기능에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Fs : 프레임 동기 신호
Line : 라인의 노광 축적 기간
R : 축적 데이터 읽기 기간
Dt : 노광 축적 기간 사이의 지연 시간

Claims (4)

1. CMOS 타입 이미지 센서를 채용한 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템에 있어서,
   투광기; 투광기 구동 제어부;를 포함하고,
   투광기 구동 제어부는,
   상기 CMOS 타입 이미지 센서의 롤링 셔터 주기와 동일한 주기로 상기 투광기의 점등을 제어하되, 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 프레임 동기 신호 및 각 라인 노광 축적 기간의 타이밍 신호로부터 롤링 셔터 주기를 검출하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   광센서;를 추가로 포함하고,
   상기 투광기 구동 제어부는, 상기 광센서의 조도 감지값에 따라서 상기 투광기의 점등 광량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 카메라의 셔터 스피드를 설정할 수 있는 경우에는,
   상기 투광기 구동 제어부는 상기 CMOS 타입 이미지 센서의 프레임 동기 신호 및 상기 셔터 스피드를 이용하여 상기 투광기의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는, 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 투광기 제어 시스템.
   

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