KR101231474B1 - 카메라의 자동노출 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라의 자동노출 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 렌즈를 통해 입력되는 광영상을 전기적 신호인 영상촬상신호로 변환하는 이미지센서와, 상기 이미지 센서의 구동을 위한 구동 기본클럭을 공급하는 클럭 발생부와, 상기 클럭 발생부로부터의 구동 기본클럭을 입력받아 더 높은 주파수의 클럭을 생성하는 PLL과, 소정의 임계치보다 낮은 조도 환경 하에서 자동노출 작업이 이루어질 때, 상기 구동 기본클럭을 더 높은 주파수의 클럭으로 변환되도록 상기 PLL을 제어하는 제어부를 포함한다. 또한, 본 발명은 자동노출 촬영 모드로 동작되어 렌즈를 통해 입력되는 광신호를, 이미지센서에서 전기적 신호인 영상촬상신호로 변환하는 단계와, 상기 변환된 영상촬상신호가 소정의 임계치보다 낮은 조도를 가진 경우에는, 클럭 분주/증폭기인 PLL을 특정 값으로 설정 변환하여 이미지 센서의 구동 기본클럭을 증가시켜 프레임 비율을 높이는 단계를 포함한다.

카메라, AE, 자동노출, 조도, 프레임, 광량, 클럭, 이미지센서, ISP, PLL

Description

카메라의 자동노출 장치 및 그 동작 방법{Auto exposure apparatus of camera and method for operating the same}

도 1은 종래의 이미지센서의 자동노출 알고리즘을 도시한 플로차트이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 자동노출 장치의 블록 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지센서의 자동노출 알고리즘을 도시한 플로차트이다.

도 4는 PLL 변경 설정 전과 PLL 변경 설정 후의 결과값을 도시한 그림이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지센서의 자동노출 알고리즘의 프로그래밍 일 예이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20: 렌즈부 21: 조리개

22: 클럭 발생부 23: 이미지 센서

24: PLL 25: 제어부

26: 조리개 구동부 27: 렌즈 구동부

본 발명은 조도가 낮은 환경 하에서의 카메라의 자동노출 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이미지센서(Image Sensor)는 디지털카메라나 캠코더에 장착되어 피사체의 광신호를 전기적인 신호(촬상 영상신호)로 변환하여주는 소자를 말한다.

상기 이미지센서는 렌즈부 및 조리개를 통과한 피사체의 광신호를 전기적 신호(촬상영상신호)로 변환 출력하며, 제어부로부터 영상처리를 위한 자동노출 알고리즘에 따른 제어를 받아 동작한다. 상기 자동노출 알고리즘은 상기 제어부에서 동작될 수 있지만, 프로세서가 구비된 이미지센서인 경우에는 상기 자동노출 알고리즘이 이미지센서 내에 구비되어 동작될 수 있다.

상기 자동노출 알고리즘(Auto Exposure Algorithm)은 아날로그 및 디지털의 색상채도(color saturation) 조절과 셔터폭(shutter width) 제어를 통한 광량의 개선 방식으로서, 도 1에 상기 이미지센서의 자동노출 알고리즘을 도시하였다.

상기 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 자동노출 알고리즘은 변환 출력된 촬상영상신호가 조도가 낮은 경우(S11), 셔터폭 확장(S12) 및 자동노출 존(AE zone) 확장(S13) 및 색상채도 조절(S14) 등의 동작을 수행함으로써 적정의 노출값으로서 LCD 프리뷰 및 촬상이 이루어 질 수 있도록 한다(S15).

그런데, 상기와 같이 조도가 낮은 환경 하에서, 셔터폭 확장 및 색상채도 조절 등을 통한 광량의 개선방식만으로는 프레임 비율(frame rate)의 한계를 가지게 되는 문제가 있다. 예를 들어, 손떨림 보정이 되지 않는 카메라에서 조도가 낮은 환경에서는 사진이 흔들려 찍히는 상황이 발생된다. 물론, 감도를 낮추어서 이러한 문제를 개선할 수도 있겠으나, 조도가 낮은 환경 하에서는 개선정도가 작으며, 특히, 센서 감도의 하향 조정은 영상 퀄러티(image quality)측면에서 볼 때 물체가 어두워지는 문제를 가진다.

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 안출된 것으로서, 조도가 낮은 환경에서 자동노출 촬영이 이루어질 때, 입사되는 영상이 흔들림 없이 찍힐 수 있도록 하는 방안을 제시함을 목적으로 한다.

상기 목적을 이루기 위하여 카메라의 자동노출 장치는, 렌즈를 통해 입력되는 광영상을 전기적 신호인 영상촬상신호로 변환하는 이미지센서와, 상기 이미지 센서의 구동을 위한 구동 기본클럭을 공급하는 클럭 발생부와, 상기 클럭 발생부로부터의 구동 기본클럭을 입력받아 더 높은 주파수의 클럭을 생성하는 PLL과, 소정의 임계치보다 낮은 조도 환경 하에서 자동노출 작업이 이루어질 때, 상기 구동 기본클럭을 더 높은 주파수의 클럭으로 변환되도록 상기 PLL을 제어하는 제어부를 포함한 다.

또한, 본 발명은 자동노출 촬영 모드로 동작되어 렌즈를 통해 입력되는 광신호를, 이미지센서에서 전기적 신호인 영상촬상신호로 변환하는 제1단계와, 상기 변환된 영상촬상신호가 소정의 임계치보다 낮은 조도를 가진 경우에는, 클럭 분주/증폭기인 PLL을 특정 값으로 설정 변환하여 이미지 센서의 구동 기본클럭을 증가시켜 프레임 비율을 높이는 제2단계를 포함한다. 상기 제2단계에서, 소정의 임계치보다 낮은 조도를 가진 경우에는, 셔터폭 확장, 자동노출 존(AE zone) 확장, 채도조절을 통하여 광보정을 수행하는 단계를 더 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 자동노출 장치의 블록 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

렌즈부(10)는 줌렌즈(zoom lens), 포커스렌즈(focus lens) 등을 포함하고 있다. 상기 줌렌즈는 줌모터에 의해 광축방향으로 전후 이동되어 피사체의 배율이 확대 및 축소되도록 하는 렌즈이고 포커스렌즈는 포커스모터에 의해 광축방향으로 전후 이동되어 피사체의 포커스가 맞아지도록 하는 렌즈이다. 상기 줌모터와 포커스모터 각각은 제어부에 의해 제어되는 렌즈 구동부(27)에 의해 각각 구동된다. 상기 렌즈부(20) 후단에 위치하는 조리개(21)는 조리개 구동부(26)에 의해 구동 개폐되어 입사 광량을 조절한다. 상기 조리개 구동부(26)는 제어부(25)에 의해 제어되어 상기 조리개(21)를 구동시키며, 또한 홀 센서(hall sensor)를 구비하여 상기 조리개(20)의 개폐정도를 감지하고 감지된 값을 제어부로 출력한다.

이미지센서(23; Image Sensor)는 렌즈부(20) 및 조리개(21)를 통과한 피사체의 광신호를 전기적 신호(촬상영상신호)로 변환 출력한다. 상기 이미지센서(23)는 영상처리를 위한 오토포커싱(auto focusing)을 위한 자동노출 알고리즘(Auto Exposure Algorithm) 등을 포함하며, 디지털 변환된 촬상영상신호를 영상신호(Y,C)로 처리하여 출력한다.

클럭 발생부(22)는 이미지센서(23)의 구동에 필요로 하는 구동 기본클럭을 공급하는 클럭 생성부로서, 오실레이터 등의 클럭 발생장치를 이용해 구동 기본클럭을 이미지 센서(23)에 공급한다.

PLL(24;Phase Locked Loop)은 클럭 발생부로부터 입력되는 구동 기본클럭을 분주하거나 증폭시키는 모듈이다. 또한, 상기 PLL(24)은 이미지에 대한 프레임 시작점의 클럭을 동기화시키는 위상고정루프로서, 이미지센서(23)에서 출력되는 영상신호를 프레임 동기화시켜 출력한다. 도 2에서는 상기 PLL(23)이 이미지센서 내에 구비되어 있는 것으로 도시하였으나, 이미지센서 내부가 아닌 외부에 PLL이 구비되도록 구현할 수 있다.

제어부는 소정의 임계치보다 낮은 조도 환경하에서 자동노출 작업이 이루어질 때 상기 구동 기본클럭을 더 높은 주파수의 클럭으로 변환되도록 상기 PLL을 제어 하는 기능을 수행한다. 자동노출 모드 동작 시에 제어부내에 구비된 자동노출 알고리즘(Auto Exposure Algorithm)에 따라 동작한다. 상기 자동노출 알고리즘은 상기 제어부에 구비되어 동작될 수 있지만, 프로세서가 구비된 이미지센서인 경우에는 상기 자동노출 알고리즘이 이미지센서 내에 구비되어 동작될 수 있다.

상기 자동노출 알고리즘은 피사체의 밝기를 카메라모듈이 스스로 판단하여 자동적으로 노출을 정해 주는 기능을 수행하는 알고리즘으로서, 일반적으로 자동 카메라에서의 자동노출은 CCD 감도(ISO), 조리개 값, 셔터 속도를 모두 고려해서 프로그래밍 결정되어 있으며, "노출값"은 ISO 100, f/2.4, 1/100과 같이 표시된다.

상기 자동노출 알고리즘에 있어서, 종래에는 도 1의 플로차트와 같이 조도가 일정 임계치보다 낮을 경우 셔터폭 확장(S12) 및 자동노출 존(AE zone) 확장(S13) 및 색상채도 조절(S14) 등의 동작을 수행하여 노출값을 조정하였으나, 본 발명에서는 이러한 물리적 광량조절뿐만 아니라 추가적으로 데이터 전송 관점에서 접근하여 이미지 전송속도를 향상시킴으로서 조도가 낮은 환경 하에서도 사진 흔들림 없이 자동노출이 이루어지도록 한다. 즉, 종래에는 조도가 낮을 시에 도 1과 같이 물리적 광량 조절을 통한 자동노출만을 수행하는 한계가 있었으나, 본 발명은 프레임 비율(frame rate)을 고려하여 자동노출을 수행하는 특징을 가진다.

이를 위하여, 조도가 일정 임계치보다 낮을 경우(이하에서는, '저조도'라 함)에는, PLL 설정을 통해 클럭을 증폭시켜 결과적으로 프레임을 증가시킴으로써, 조도가 낮은 환경 하에서도 사진 흔들림 없이 자동노출이 이루어지도록 하는 특징을 가진다. 예를 들어, 이미지센서에 입력되는 기본 클럭이 평소에는 24Mhz라고 가정 할 경우, 저조도 환경 하에서 촬영이 이루어질 때는 PLL 설정을 통해 클럭을 최대 58Mhz까지 증가시킴으로서 2배 이상 빠른 프레임 비율(frame rate)을 가질 수 있도록 한다. 이것은 그 만큼의 떨림 화상의 보상이 되고, 디지털 카메라의 LCD 프리뷰(LCD preview) 시에도 보다 빠른 화상 변화를 제공할 수 있으며, 자동노출(Auto Exposure), 자동 화이트 밸런스(Auto White Balance) 등의 안정화 속도 또한 2배 이상으로 빠르게 된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지신호처리부의 자동노출 알고리즘을 도시한 플로차트이다.

본 발명의 자동노출 알고리즘은 이미지센서에서 변환 출력되는 촬상영상신호의 조도가 특정 임계치보다 낮은 경우(S31), 셔터폭 확장(S32) 및 자동노출 존(AE zone) 확장(S34) 및 색상채도 조절(S35) 등의 물리적 광량 조절 동작을 수행함과 아울러 PLL을 설정하는 과정(S33)을 추가로 포함한다.

저조도 환경에서 촬영이 이루어질 때 상기 PLL 설정은, 일반적인 정상 촬영일 때의 자동노출 시의 PLL 설정값보다 2배 이상 값을 가지도록 설정하는 과정(S33)을 가지는 것이다.

PLL 설정(S33)을 평소 일반적 촬영 때보다 두 배 이상 높게 설정하게 되면, 클럭이 두 배 이상 높아지지 때문에 프레임 비율(frame rate) 역시 두 배 이상의 값을 가지게 되어, LCD 프리뷰(LCD preview)에 좀 더 자연스러운 화상이 디스플레이된다. PLL 설정을 두 배 했을 때의 프레임 비율의 실험치를 도 4에 도시하였는 데, 도 4(a)와 같이 평소에 24Mhz의 구동 기본클럭이 인가될 때 센서, 카메라본체, 디스플레이 모듈이 각 5.0 FPS(Frame Per Sec.)를 가지는데 반해, 도 4(b)와 같이 48Mhz 클럭을 가지도록 PLL 설정이 이루어질 시에는, 각각의 모듈은 종래보다 두 배 많은 10.0 FPS의 프레임 비율을 가짐을 알 수 있다.

한편, 상기 도 3의 알고리즘을 프로그래밍 한 예시를 도 5에 도시하였는데, 도 5를 참조하면, 부호 51부분이 추가적으로 들어가 있음을 알 수 있다. 즉, 부호 51은 저조도 환경 일 때는 PLL의 관련 레지스터 값을 특정 값으로 설정하여 구동 기본클럭을 분주시켜 클럭수를 증가시키는 프로그래밍이다. 결국, 저조도로 판단될 경우, PLL의 관련 레지스터를 특정값으로 설정함으로써, 클럭을 두 배 이상 증가시킴을 알 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, PLL 설정을 통한 프레임 비율을 증가 시키는 자동노출 알고리즘을 적용함으로써, 저조도 환경 하에서도 영상 흔들림 없는 자동노출이 이루어지는 효과가 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 렌즈를 통해 입력되는 광영상을 전기적 신호인 영상촬상신호로 변환하는 이미지센서와,

   상기 이미지 센서의 구동을 위한 구동 기본클럭을 공급하는 클럭 발생부와,

   상기 클럭 발생부로부터의 구동 기본클럭을 입력받아 구동 기본클럭보다 더 높은 주파수의 클럭을 생성하는 PLL과,

   소정의 임계치보다 낮은 조도 환경 하에서 자동노출 작업이 이루어질 때, 상기 구동 기본클럭을 상기 더 높은 주파수의 클럭으로 변환되도록 상기 PLL을 제어하는 제어부

   를 포함하는 카메라의 자동노출 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 PLL은 상기 이미지센서 내에 구비되어 있는 카메라의 자동노출 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 저조도 상태에서 셔터폭 확장, 자동노출 존(AE zone) 확장, 채도조절을 통하여 광보정을 수행하는 카메라의 자동노출 장치.
4. 자동노출 촬영 모드로 동작되어 렌즈를 통해 입력되는 광신호를, 이미지센서에서 전기적 신호인 영상촬상신호로 변환하는 제1단계와,

   상기 변환된 영상촬상신호가 소정의 임계치보다 낮은 조도를 가진 경우에는, 클럭 분주/증폭기인 PLL을 특정 값으로 설정 변환하여 이미지 센서의 구동 기본클럭을 증가시켜 프레임 비율을 높이는 제2단계

   를 포함하는 카메라의 자동노출 장치의 동작 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2단계에서, 소정의 임계치보다 낮은 조도를 가진 경우에는, 셔터폭 확장, 자동노출 존(AE zone) 확장, 채도조절을 통하여 광보정을 수행하는 단계를 더 포함하는 카메라의 자동노출 장치의 동작 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 PLL을 특정 값으로 설정 변환하는 것은 2배 이상의 주파수 클럭을 갖도록 PLL을 설정하는 것인 카메라의 자동노출 장치의 동작 방법.

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