KR101215020B1 - Ultra highspeed camera appratus manufactured with low cost - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An ultra high speed camera apparatus is provided to photographs the motion of a moving object with super-high speed by low price image sensors and to reproduce the motion. CONSTITUTION: An image data collecting and processing unit(4) compensates an auto exposure, a white balance and a view angle difference by acquisition and process of image data. An image signal processing control unit(5) determines the same reference objects on each image. The image signal processing control unit removes an unnecessary outer portion from each image. A display section(10) reproduces image data which is successively stored in a scratch pad memory(8) on a monitor(14). [Reference numerals] (1) Image sensing unit; (10) Display section; (11) HDD(raw data); (12) Image codec; (13) HDD(encoded data); (14) Monitor; (15) Network; (2) Clock converting unit; (3) Phase converting unit; (4) Image data collecting and processing unit #1-#8; (5) Image signal processing control unit; (6) Image data storage unit #1-#8; (7) Display control and storage control unit; (8) Scratch pad memory; (9) Data BUS/switch; (AA) #1-#8 image sensing clock

Description

저가로 제작이 가능한 초고속 카메라 장치{Ultra Highspeed Camera Appratus Manufactured with Low Cost}Ultra Highspeed Camera Appratus Manufactured with Low Cost

본 발명은 저가로 제작이 가능한 초고속 카메라에 관한 것이다.The present invention relates to a high speed camera that can be manufactured at low cost.

일반적인 카메라에 의한 동영상 촬영시에는 대개 초당 30 프레임 또는 60프레임으로 촬영하여 그대로 재생하면 되지만, 충돌시험, 스포츠 트레이닝, 파괴 시험시의 과정을 정밀 촬영하는 특수 용도용 초고속 카메라에서는 초당 수백 내지 수천 프레임으로 초고속 촬영하여 촬영된 영상을 초당 30 프레임 또는 60프레임으로 재생하게 된다.While video recording with a typical camera is usually performed at 30 or 60 frames per second, the camera can be played back as it is.However, in the high-speed camera for special use that precisely captures the crash test, sports training, and destruction test, it can be performed at hundreds to thousands of frames per second. Super high-speed video is captured at 30 or 60 frames per second.

그런데, 이렇게 초고속 카메라에서 초고속 촬영하기 위해서는 이미지 센서가 초당 수백 내지 수천 프레임으로 촬영 가능하도록 이미지 센서의 동작 속도가 초고속으로 이루어져야 한다.However, in order to shoot in high speed in such a high speed camera, the operation speed of the image sensor should be made at a very high speed so that the image sensor can shoot at hundreds to thousands of frames per second.

그러나, 이렇게 초고속 동작을 하는 이미지 센서는 엄청난 고가이므로, 초고속 카메라의 가격은 수억원에 달할 정도로 고가라서, 일반인이 구입하기가 거의 불가능하여 방송국과 같이 충분한 구입 자금이 있는 기관만이 구입 가능하다.However, since the ultra-fast image sensor is incredibly expensive, the price of the ultra-high speed camera is hundreds of millions of dollars.

본 발명은, 종래기술의 초고속 카메라의 가격이 엄청나다는 점을 감안하여, 저가격으로 제작이 가능한 초고속 카메라를 제공한다.The present invention provides an ultra-high speed camera that can be manufactured at low cost in view of the enormous price of the ultra-high speed camera of the prior art.

본 발명은, 초고속 카메라 장치에 있어서,
다수개의 이미지 센서들을 가진 이미지 센서부(1);
이미지 센서들용 기준 펄스열을 형성하는 클럭 발생부(2);
상기 기준 펄스열과의 위상차가 점증하는 인가 펄스열들을 형성하여 이미지센서들에 인가하는 위상변환기부(3);
각각이, 대응하는 각 이미지 센서에서 촬영된 이미지 데이터들을 수집하고, 각 이미지 센서의 오토 익스포저값과 화이트 바란스값을 일치시키도록 처리하는 이미지 데이터 수집 및 처리부들(4);
이미지 데이터 수집 및 처리부들(4)에서 이미지 데이터들을 수신하여, 각 이미지에서 공통적으로 존재하는 이동하지 않은 동일한 기준 객체들을 판별하여, 각 이미지에서 이 기준 객체가 항상 동일한 위치에 나타나도록 불필요한 외곽 부분을 제거하여 동일한 배경이 되도록 처리하고 제어하는 이미지 신호 처리 제어부(5);
상기 이미지 신호 처리 제어부(5)에 의해 동일 배경화된 이미지들을 일시적으로 저장하는 이미지 데이터 저장부들(6);
이미지 데이터 저장부들(6)에 저장된 이미지 데이터들을 순차적으로 독출하여 순차적으로 저장하여 초고속 카메라용 이미지 데이터들을 형성하는 메모리장치(8);
메모리장치(8)에서 데이터를 수신하여 모니터(14)에 영상을 디스플레이 하도록 제어하는 디스플레이부(10)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention, in a high speed camera device,
An image sensor unit 1 having a plurality of image sensors;
A clock generator 2 for forming a reference pulse train for the image sensors;
A phase shifter unit (3) for forming applied pulse trains of increasing phase difference from the reference pulse train and applying them to image sensors;
Image data collection and processing units 4, each of which collects image data photographed by each corresponding image sensor and processes to match the auto exposure value and the white balance value of each image sensor;
Image data collection and processing units 4 receive image data to determine the same non-moving reference objects that are common in each image, and to remove unnecessary outlines so that this reference object always appears at the same location in each image. An image signal processing control unit 5 for removing and processing and controlling the same background to be the same background;
Image data storages (6) for temporarily storing the same background image by the image signal processing control section (5);
A memory device 8 for sequentially reading out image data stored in the image data storage units 6 and storing the image data sequentially to form image data for a high speed camera;
And a display unit 10 which receives data from the memory device 8 and controls to display an image on the monitor 14.

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본 발명은, 어레이 형태로 배열된 다수의 이미지 센서들에서 순차적으로 이미지 데이터들을 획득하고, 이렇게 획득된 이미지 데이터들을 처리하여 오토 익스포저와 화이트 바란스와 화각 차이를 보상하여 이미지 데이터 저장부(6)에 일시 저장한 후에 스크래치 패드 메모리(8)에 순차적으로 저장하고, 스크래치 패드 메모리(8)에 순차적으로 저장된 이미지 데이터들을 디스플레이부(10)에 순차적으로 출력하여 모니터(14)로 재생하는 방법을 사용하므로, 고가의 단일 이미지 센서를 가진 기존의 고가의 초고속 카메라와 같이, 저가의 이미지 센서들을 사용하여 이동체의 동작을 초고속으로 촬영하여 재생할 수 있게 되어 저가로 초고속 카메라를 제작하는 것이 가능해진다.The present invention sequentially acquires image data from a plurality of image sensors arranged in an array form, processes the image data thus obtained, and compensates the difference between the auto exposure, the white balance, and the angle of view to the image data storage unit 6. After the temporary storage, the data is sequentially stored in the scratch pad memory 8, and the image data sequentially stored in the scratch pad memory 8 is sequentially output to the display unit 10 to be reproduced by the monitor 14. Like the existing high speed ultra high speed camera with a single high cost image sensor, low cost image sensors can be used to capture and reproduce the movement of a moving object at high speed, thereby making it possible to manufacture a high speed camera at low cost.

도1은 본 발명의 전체적인 구성도.
도2는 본 발명에서 사용되는 위상변환부의 클럭들을 도시함.1 is an overall configuration diagram of the present invention.
Figure 2 shows the clocks of the phase shifter used in the present invention.

본 발명에서는 초당 촬영해야 하는 프레임수가 증가할수록 이미지 센서의 가격이 기하급수적으로 증가하므로, 비교적 저가인 일반적인 이미지 센서를 사용하여 초고속 카메라를 만드는 방법을 제공한다.In the present invention, the price of the image sensor increases exponentially as the number of frames to be taken per second increases, thereby providing a method of making an ultra-high speed camera using a relatively low-cost general image sensor.

즉, 본 발명은 일반적인 이미지 소자를 여러개 병렬로 배열하여 어레이를 형성하고, 각 이미지센서에 일정한 시간 간격으로 클럭을 인가하여 순차적으로 촬영한 후에, 이 촬영된 영상들을 모아서 이것들을 순차적으로 디스플레이함으로써 초고속 카메라를 형성하는 방법을 사용한다.
That is, the present invention forms an array by arranging a plurality of general image elements in parallel, applies a clock to each image sensor at a predetermined time interval, and sequentially photographs the images, and then collects the photographed images and displays them sequentially. Use a method of forming a camera.

이제, 본 발명의 상기와 같은 동작을 달성하기 위한 구체적인 구성을 도1을 참고로 하여 설명하기로 한다.
Now, a specific configuration for achieving the above operation of the present invention will be described with reference to FIG.

이미지 센서부(1)는 기존의 일반적인 이미지 센서(예:120프레임/초 촬영 가능 이미지 센서)를 다수개 사용하여 수평방향으로 어레이 형태로 배열한다. 여기서 도1에서는 도시의 편의상 8개의 이미지 센서를 사용하는 것(120X8=960프레임/초 촬영가능)으로 기재하였으나, 더 고속의 카메라를 제작하기 위해서는 이미지 센서의 개수를 증가시키면 된다. 이때, 기구적으로 화각 차이가 작도록(10% 이내)가 되도록 이미지 센서들의 간격을 가능하면 좁게 설치한다.The image sensor unit 1 is arranged in an array form in the horizontal direction by using a plurality of existing general image sensors (eg, 120 frames / second imageable image sensor). In FIG. 1, eight image sensors are used (120 × 8 = 960 frames / sec.) For convenience of illustration, but the number of image sensors may be increased in order to manufacture a higher speed camera. At this time, the interval between the image sensors is as narrow as possible so that the angle of view is mechanically small (within 10%).

클럭 발생부(2)에서는 도2의 맨 위의 파형처럼 바람직하게는 이미지센서들이 허용하는 최대 주파수의 기준 펄스열을 형성하고, 이 클럭이 위상 변환부(3)에 입력되어 위상 변환부(3)에서 PLL을 통해 도2의 나머지 파형처럼 위상차가 점증하는 인가 펄스열을 형성하여 이미지 센서부(1)의 각 이미지 센서에 차례로 입력된다.In the clock generator 2, as in the waveform at the top of FIG. 2, preferably, a reference pulse string of the maximum frequency allowed by the image sensors is formed, and the clock is input to the phase shifter 3 so that the phase shifter 3 In the PLL, an applied pulse string in which the phase difference increases gradually as in the remaining waveforms of FIG. 2 is input to each image sensor of the image sensor unit 1 in turn.

그리고, 각 이미지 센서에서 획득되는 이미지들의 색감과 밝기를 동일하게 해야, 아래에서 설명하는 연속적인 이미지 재생시에 각 이미지가 동일한 색감과 밝기로 재생되기 때문에, 각 이미지에서의 빛의 양의 값(오트 익스포저값)과 색온도 값(화이트 바란스값)을 일치시키는 보상 과정을 수행해야 한다.In addition, the color and brightness of the images acquired by each image sensor must be the same. Since each image is reproduced with the same color and brightness during continuous image reproduction described below, the amount of light in each image (auto Compensation process should be performed to match the exposure value) and the color temperature value (white balance value).

그래서, 이미지 데이터 수집 및 처리부(4)에서는 각각의 이미지 센서에서 들어오는 촬영 이미지 데이터들을 수신하여 이미지 처리를 하여 중앙의 이미지 센서의 오토 익스포저(auto expose)값과 화이트 바란스(white balance)값을 산정하여 중앙값으로 정하여, 나머지 이미지 센서들의 이미지 데이터들의 오토 익스포저값과 화이트 바란스값이 이러한 중앙값이 되도록 이미지 처리를 하여 나머지 이미지들도 중앙의 이미지들과 동일한 오토 익스포저값과 화이트 바란스값을 가지게 보상을 한다.Therefore, the image data collection and processing unit 4 receives the captured image data from each image sensor and performs image processing to calculate the auto exposure value and the white balance value of the central image sensor. By setting the median value, the image processing is performed such that the auto exposure value and the white balance value of the image data of the remaining image sensors are the median values, and the remaining images are compensated to have the same auto exposure value and the white balance value as the central images.

이미지 신호 처리 제어부(5)는 각각의 이미지 데이터 수집 및 처리부(4)를 제어하고, 각각의 이미지 데이터 수집 및 처리부(4)로부터 이미지 데이터들을 수신하여 각 이미지에서 공통적으로 존재하는 이동하지 않은 동일한 기준 객체들(나무, 건물 등)을 판별하여, 각 이미지에서 이 기준 객체가 항상 동일한 위치에 나타나도록 불필요한 좌우 외곽 부분을 제거하여 동일한 배경이 되도록 처리하고 제어한다. 그러면, 각 이미지에서 좌우 외각 부분이 약간씩 짤리지만, 최종적으로 남는 짤리지 않는 이미지들은 모두 동일한 기준 객체들(배경)하에, 이동체의 위치가 변하는 이미지들이 된다. The image signal processing control section 5 controls each image data collection and processing section 4, receives image data from each image data collection and processing section 4, and the same non-moving reference common to each image. Objects (trees, buildings, etc.) are identified, and the left and right outer parts are removed and processed to be the same background so that this reference object always appears in the same position in each image. Then, the left and right outer portions of each image are slightly cut off, but the remaining remaining uncut images are all changed images under the same reference objects (background).

이때, 상기에서 설명한 바와 같이, 기구적으로 화각 차이가 작도록(10% 이내가 되도록) 이미지 센서들의 간격이 가능하면 좁게 설치되어 있으므로, 전체적으로 짤리는 부분이 10% 이하가 된다.At this time, as described above, since the distance between the image sensors is as narrow as possible so that the angle of view difference is mechanically small (to be within 10%), the cut portion is less than 10% as a whole.

이렇게 하여, 이미지 데이터 수집 및 처리부(4)에 의해 각 이미지의 오토 익스포저값과 화이트 바란스값이 중앙 이미지 센서의 값들과 일치하도록 처리되고, 이미지 신호 처리 제어부(5)에 의해 동일한 배경화된 이미지 데이터로 처리되어 최종적인 이미지 데이터가 일시적으로 이미지 데이터 저장부(6)에 저장된다.In this way, the image data collection and processing section 4 is processed such that the auto exposure value and the white balance value of each image coincide with the values of the central image sensor, and the same background image data is processed by the image signal processing control section 5. The final image data is temporarily stored in the image data storage section 6 as described above.

디스플레이 제어 및 저장 제어부(7)은 이미지 데이터 수집 및 처리부(4)에 의해 처리된 이미지 데이터들이 순차적으로 데이터버스/스위치(9)를 통해 스크래치패드 메모리(8)에 저장되도록 제어를 하고, 디스플레이부(10)에 적절한 이미지를 출력하도록 제어한다.The display control and storage control unit 7 controls the image data processed by the image data collection and processing unit 4 to be sequentially stored in the scratchpad memory 8 through the data bus / switch 9, and the display unit Control to output the appropriate image to (10).

스크래치 패드 메모리(8)은 공통 메모리(common memory)로서, 이미지 데이터 저장부(6)에 일시적으로 저장된 이미지 데이터들을 순차적으로 독출하여 순차적으로 저장하여 초고속 카메라용 이미지 데이터들을 형성한다.The scratch pad memory 8 is a common memory and sequentially reads and sequentially stores image data temporarily stored in the image data storage unit 6 to form image data for a high speed camera.

그리고, 이렇게 스크래치 패드 메모리(8)에 저장된 데이터는 원시 데이터(raw data) 형태로 HDD(raw data)(11)에 저장되거나, 이미지 코덱부(12)에서 압축되어 HDD(encoded data)(13)에 저장된다.The data stored in the scratch pad memory 8 may be stored in the raw data 11 in the form of raw data, or compressed in the image codec unit 12 to encode the data 13. Are stored in.

또한, 디스플레이부(10)은 스크래치 패드 메모리(8)에서 데이터를 수신하거나, HDD(raw data)(11)에서 원시 데이터를 받거나, HDD(encoded data)(13)에서 압축된 데이터를 수신하여 풀어서, 모니터(14)에 영상을 디스프레이한다.In addition, the display unit 10 receives data from the scratch pad memory 8, receives raw data from the raw data 11, or receives and decompresses the compressed data from the HDD 13. The video is displayed on the monitor 14.

또한, 스크래치 패드 메모리(8)에 저장된 원시 데이터는 이미지 코덱부(12)에서 압축되어 네트워크부(15)를 통해 실시간으로 외부로 전송 가능하게 된다.
In addition, the raw data stored in the scratch pad memory 8 may be compressed in the image codec unit 12 and transmitted to the outside in real time through the network unit 15.

결국, 본 발명의 초고속카메라는, 이미지 센서부(1)에 존재하는 다수의 이미지 센서들에 일정시간 간격으로 클럭을 인가하여 이미지 데이터들을 획득하고, 이렇게 획득된 이미지 데이터들을 처리하여 오토 익스포저와 화이트 바란스와 화각 차이를 보상하여 이미지 데이터 저장부(6)에 일시 저장한 후에 스크래치 패드 메모리(8)에 순차적으로 저장하고, 스크래치 패드 메모리(8)에 순차적으로 저장된 이미지 데이터들을 디스플레이부(10)에 순차적으로 출력하여 모니터(14)로 재생하는 방법을 사용하므로, 단일의 이미지 센서를 가진 기존의 고가의 초고속 카메라와 같이, 이동체의 동작을 초고속으로 촬영하여 재생하는 효과를 달성하게 된다.
As a result, the ultra-high speed camera of the present invention obtains image data by applying a clock to a plurality of image sensors existing in the image sensor unit 1 at a predetermined time interval, and processes the obtained image data to process the auto exposure and white. Compensation for the balance and angle of view difference is temporarily stored in the image data storage unit 6 and then sequentially stored in the scratch pad memory 8, and the image data sequentially stored in the scratch pad memory 8 is stored in the display unit 10. Since the method of outputting sequentially and reproducing to the monitor 14 is used, as in the existing expensive ultrafast camera having a single image sensor, an effect of capturing and reproducing the movement of the moving object at a high speed is achieved.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니라 이상에서 기재한 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점에 유의해야 한다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, it should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, but various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention described above.

Claims (8)

초고속 카메라 장치에 있어서,
다수개의 이미지 센서들을 가진 이미지 센서부(1);
이미지 센서들용 기준 펄스열을 형성하는 클럭 발생부(2);
상기 기준 펄스열과의 위상차가 점증하는 인가 펄스열들을 형성하여 이미지센서들에 인가하는 위상변환기부(3);
각각이, 대응하는 각 이미지 센서에서 촬영된 이미지 데이터들을 수집하고, 각 이미지 센서의 오토 익스포저값과 화이트 바란스값을 일치시키도록 처리하는 이미지 데이터 수집 및 처리부들(4);
이미지 데이터 수집 및 처리부들(4)에서 이미지 데이터들을 수신하여, 각 이미지에서 공통적으로 존재하는 이동하지 않은 동일한 기준 객체들을 판별하여, 각 이미지에서 이 기준 객체가 항상 동일한 위치에 나타나도록 불필요한 외곽 부분을 제거하여 동일한 배경이 되도록 처리하고 제어하는 이미지 신호 처리 제어부(5);
상기 이미지 신호 처리 제어부(5)에 의해 동일 배경화된 이미지들을 일시적으로 저장하는 이미지 데이터 저장부들(6);
이미지 데이터 저장부들(6)에 저장된 이미지 데이터들을 순차적으로 독출하여 순차적으로 저장하여 초고속 카메라용 이미지 데이터들을 형성하는 메모리장치(8);
메모리장치(8)에서 데이터를 수신하여 모니터(14)에 영상을 디스플레이 하도록 제어하는 디스플레이부(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 카메라 장치. In a high speed camera device,
An image sensor unit 1 having a plurality of image sensors;
A clock generator 2 for forming a reference pulse train for the image sensors;
A phase shifter unit (3) for forming applied pulse trains of increasing phase difference from the reference pulse train and applying them to the image sensors;
Image data collection and processing units 4, each of which collects image data photographed by each corresponding image sensor and processes to match the auto exposure value and the white balance value of each image sensor;
Image data collection and processing units 4 receive image data to determine the same non-moving reference objects that are common in each image, and to remove unnecessary outlines so that this reference object always appears at the same location in each image. An image signal processing control unit 5 for removing and processing and controlling the same background to be the same background;
Image data storages (6) for temporarily storing the same background image by the image signal processing control section (5);
A memory device 8 for sequentially reading out image data stored in the image data storage units 6 and storing the image data sequentially to form image data for a high speed camera;
And a display unit (10) for receiving data from the memory device (8) and controlling to display an image on the monitor (14). 제1항에 있어서,
상기 이미지 센서들은 화각이 10% 이내의 차이가 되도록 어레이 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 초고속 카메라 장치.The method of claim 1,
The image sensors are super fast camera device, characterized in that arranged in an array so that the angle of view is within 10%. 제1항에 있어서,
상기 각 이미지 센서의 오토 익스포저값과 화이트 바란스값이 일치하도록 처리하는 것은, 중앙의 이미지 센서의 오토 익스포저값과 화이트 바란스값으로 나머지 이미지 센서들의 오토 익스포저값과 화이트 바란스값이 되도록 처리하는 것을 특징으로 하는 초고속 카메라 장치. The method of claim 1,
Processing such that the auto exposure value and the white balance value of each image sensor coincide with each other is characterized by processing the auto exposure value and the white balance value of the central image sensor to be the auto exposure value and the white balance value of the remaining image sensors. Ultra-fast camera device. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 클럭 발생부(2)에서 형성되는 기준 펄스열은 이미지 센서들이 허용하는 최대 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 초고속 카메라 장치.The method of claim 1,
The reference pulse train formed by the clock generator (2) has a high speed camera device, characterized in that it has the maximum frequency allowed by the image sensor. 제1항에 있어서,
상기 메모리장치(8)은 스크래치 패드 메모리인 것을 특징으로 하는 초고속 카메라 장치.The method of claim 1,
And the memory device (8) is a scratch pad memory. 제1항에 있어서,
상기 메모리장치(8)의 이미지 데이터를 인코딩하여 저장하는 인코딩 데이터 저장장치(13)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 카메라 장치.The method of claim 1,
And an encoding data storage device (13) for encoding and storing the image data of the memory device (8). 제1항에 있어서,
상기 메모리장치(8)의 이미지 데이터를 그대로 저장하는 원시 데이터 저장장치(11)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 카메라 장치.The method of claim 1,
Ultra-high speed camera device further comprises a raw data storage device (11) for storing the image data of the memory device (8) as it is.
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Citations (2)

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