KR101511783B1 - 자동초점조절 방법 및 자동초점조절 기능을 구비한 카메라 - Google Patents

자동초점조절 방법 및 자동초점조절 기능을 구비한 카메라 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자동초점조절 방법은 카메라의 자동 초점 조절 방법에 있어서, 초점 렌즈의 초기 위치를 확인하는 과정과, 피사체와의 거리를 측정하는 과정과, 측정된 거리에 기초하여, 초점 렌즈가 이동해야 할 변위를 결정하고 초점 렌즈를 이동시키는 과정과, 초점 조정 값을 측정하고, 초점 렌즈의 위치를 최적의 초점 조정 값을 나타내는 위치로 조정하는 과정을 포함한다.
자동, 초점, 조절, AF, 거리, 보상

Description

자동초점조절 방법 및 자동초점조절 기능을 구비한 카메라{METHOD FOR ADJUSTING AUTO FOCUS AND CAMERA HAVING A FUNCTION OF THE SAME}
본 발명은 카메라에 관한 것으로, 특히 카메라의 자동 초점 조절을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
통상의 카메라는 피사체의 이미지를 필름이나 이미지 센서면(image sensor)에 형성하기 위한 렌즈부(lens system)와 상기 렌즈부에 의해 형성된 이미지를 전기 신호로 검출하기 위한 이미지 센서(image sensor)를 포함한다. 상기 렌즈와 피사체간의 거리에 따라 렌즈부의 초점도 변화한다. 피사체의 위치에 따른 이미지면의 위치 변화량이 그 카메라의 초점 심도(depth of focus)범위 내에 있을 경우에 한하여 우수한 품질의 사진 촬상이 가능하다.
따라서 통상적인 카메라는 우수한 품질의 사진 촬상을 위하여, 피사체와의 거리 변화에 따라 초점을 자동으로 조절할 수 있는 기능, 즉 자동초점조절(Auto Focus: AF) 기능이 요구된다.
현재 사용되고 있는 대표적인 자동초점조절 알고리즘은 힐 클라이밍(hill climbing) 방식이다. 상기 힐 클라이밍(hill climbing) 방식의 자동초점 알고리즘 은, 현재 위치에서 초점 렌즈를 앞뒤로 움직여 본 후 포커스가 맞는 방향으로 초점 렌즈를 움직여 최적의 초점 위치를 찾는 방법이다. 구체적으로, 1차적으로 초점 렌즈의 위치가 이동할 수 있는 영역을 복수의 스텝으로 분할한 후, 상기 초점 렌즈의 각 스텝별 초점 조정값을 취득한다. 상기 취득한 초점 조정값 중에서 가장 큰 수치가 되는 지점을 1차 적정점(PF; Peak Focus)으로 설정한다. 그런 다음, 1차 적정점을 중심으로 한 주변의 미리 정해진 영역을 설정하고, 상기 미리 정해진 영역을 다시 복수의 스텝으로 분할한다. 그리고, 상기 초점 렌즈의 각 스텝별 초점 조정값을 취득하고, 초점 조정값 중에서 가장 큰 수치가 되는 지점을 최종 적정점으로 설정한다.
이러한 힐 클라이밍 방식은 피사체에 초점을 맞추기 위해 초점 렌즈를 스텝 별로 움직여 초점 조정값들을 검출하고, 초점 조정값이 최대가 되는 스텝에 초점 렌즈를 위치하게 함으로써 스텝의 숫자만큼 시간이 걸리게 되는 문제가 있다. 나아가, 이미지를 촬상하는데 있어서 자동초점조정을 수행하는 시간이 길어지게 되고, 동영상 촬영 시 연속적인 자동초점조절이 용이하지 않아 선명한 동영상을 촬영할 수 없게 되는 문제가 야기된다.
본 발명은 전술한 점을 고려하여 안출된 것으로서, 자동초점조절이 완료될 때까지의 시간을 줄이면서 동시에 정확하게 자동초점조절을 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 자동 초정 조절에 사용될 거리를 측정할 때 발생하는 오차를 보상하여 다양한 환경에서도 정확게 거리를 측정할 수 있는 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 자동초점조절 방법은 카메라의 자동 초점 조절 방법에 있어서, 초점 렌즈의 초기 위치를 확인하는 과정과, 피사체와의 거리를 측정하는 과정과, 측정된 거리에 기초하여, 초점 렌즈가 이동해야 할 변위를 결정하고 초점 렌즈를 이동시키는 과정과, 초점 조정 값을 측정하고, 초점 렌즈의 위치를 최적의 초점 조정 값을 나타내는 위치로 조정하는 과정을 포함한다.
미리 정해진 조건에 대응하는 각 유형에 따라, 피사체와의 거리를 지시하는 값과 거리 사이의 관계를 미리 설정하는 과정을 더 포함하며, 상기 피사체와의 거리를 측정하는 과정은, 거리 측정 센서를 이용하여 거리를 지시하는 값을 측정하는 과정과, 현재의 조건에 대응하는 유형에, 측정된 상기 거리를 지시하는 값을 적용하고, 상기 거리를 지시하는 값이 해당되는 영역을 확인하는 과정과, 피사체와의 거리를 지시하는 값과 거리 사이의 관계에 기초하여, 상기 영역의 기울기를 연산하는 과정과, 상기 기울기에 기초에 기초하여, 상기 피사체와의 거리를 연산하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 미리 정해진 조건은, 이미지 신호 처리기(ISP; Image Signal Processor)에 의해 측정되는 조명, 반사율, 및 색감을 포함하는 촬영정보를 조합한 조건일 수 있다.
바람직하게, 상기 미리 정해진 조건은, 온도센서에 의해 측정되는 온도정보를 더 포함하여 조합한 조건일 수 있다.
상기 촬영정보는, 거리 측정 센서가 거리를 지시하는 영역의 조명, 반사율, 및 색감을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 초점 렌즈의 위치를 조정하는 과정은, 미리 정해진 간격을 이동하여 초점 조정 값을 측정하되, 미리 정해진 횟수만큼 반복하여 수행하는 과정과, 초점 렌즈를 초점 조정 값이 최고값을 지시하는 위치로 이동시키는 과정을 포함한다.
상기 측정된 거리에 기초하여 초점 렌즈가 이동된 지점을 기준으로 하여 상기 초점 렌즈의 위치를 조정하는 것이 바람직하다
상기 측정된 거리에 대응하여, 미리 정해진 간격 및 미리 정해진 횟수를 설정하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자동초점조절 기능을 구비한 카메라는 고정 렌즈 및 이동이 가능한 초점 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리와, 상기 초점 렌즈의 위치를 측정하는 인코더(Encoder)와, 상기 초점 렌즈를 구동하는 구동부와, 피사체로 부터 반사되는 특정 파장 대역의 가시광 신호를 입력받아 영상 신호로 변환하는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서로부터의 입력받은 영상 신호를 처리하는 이미지 신호 처리기(ISP; Image Signal Processor)와, 피사체와의 거리를 측정하는 거리 측정기와, 상기 거리 측정기로부터 측정된 거리에 대응하여 초점 렌즈의 위치를 조정하고, 서로 다른 위치에 대한 초점 조정 값을 연산하여, 초점 렌즈의 위치를 최적의 초점 조정 값을 나타내는 위치로 재 조정하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 미리 정해진 조건에 대응하는 각 유형에 따라, 피사체와의 거리를 지시하는 값과 거리 사이의 관계를 미리 설정하고, 거리측정기로부터의 거리를 지시하는 값을 현재의 조건에 대응하는 유형에 적용하고, 상기 거리를 지시하는 값이 해당되는 영역을 확인한 후, 상기 관계에 기초하여, 상기 영역의 기울기 및 피사체와의 거리를 연산하는 것이 바람직하다.
상기 미리 정해진 조건은, 이미지 신호 처리기(ISP; Image Signal Processor)에 의해 측정되는 조명, 반사율, 및 색감을 포함하는 촬영정보를 조합한 조건일 수 있다.
온도정보를 측정하여 제어부에 제공하는 온도센서를 더 포함하며, 상기 미리 정해진 조건은, 상기 온도정보를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 촬영정보는, 거리 측정 센서가 거리를 지시하는 영역의 조명, 반사율, 및 색감을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 미리 정해진 간격을 이동하여 초점 조정 값을 측정하되, 미리 정해진 횟수만큼 반복하여 수행하고, 초점 렌즈를 초점 조정 값이 최고값을 지 시하는 위치로 이동시켜, 상기 초점 렌즈의 위치를 재 조정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 거리에 대응하여, 미리 정해진 간격 및 미리 정해진 횟수를 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 자동초점조정방법 및 장치에 따르면, 거리 측정을 이용하여 초점 렌즈의 위치를 조정함으로써 종래에 비하여 상대적으로 빠르게 초점 렌즈의 위치를 조정하고, 초점 조정값을 이용하여 초점 렌즈의 위치를 정밀하게 조절함으로써 초점 렌즈의 위치를 정확하게 조정할 수 있다.
또한, 거리측정기 출력의 오차를 보상한 알고리즘을 적용한 뒤 거리를 연산함으로써, 다양한 환경에서도 정확하고 빠르게 자동초점조절을 수행할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
종래기술에 따른 자동초점조절 방법은 초점 렌즈의 조절을 위해 두 번(Coarse Search 및 Second Search)의 힐 크라이밍을 수행한다. 이에 따라, 초점 렌즈의 위치를 여러번 이동시키고, 이동된 위치에서 초점 조정값을 반복하여 연산함으로써, 자동초점조절이 완료될 때까지 많은 시간이 소요되고, 많은 연산이 요구 되는 문제가 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 자동초점조절이 완료될 때까지의 시간을 최소화하면서 정확하게 자동초점조절을 수행하기 위하여, 피사체와의 거리를 측정하여 1차적으로 초점 렌즈의 위치를 조정하고, 일부 영약에 대해 2차적으로 초점 조정값을 이용하여 초점 렌즈의 위치를 조정하는 방법을 제안한다. 또한, 거리측정기 출력의 오차를 보상한 알고리즘을 적용한 뒤 거리를 연산함으로써, 다양한 환경에서도 정확게 거리를 측정할 수 있는 방법을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 기능을 구비한 카메라의 대략적인 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 기능을 구비한 카메라는 파사체에 대한 영상 신호를 생성하는 촬상부(10), 상기 영상 신호를 처리하는 이미지 신호 처리기(ISP; Image Signal Processor)(20), 피사체와의 거리를 측정하는 거리 측정기(30), 카메라에 구비된 구성요소들의 동작을 제어하는 제어부(40), 렌즈의 구동하는 구동부(50), 및 이미지를 표시하는 표시부(60)를 포함한다.
상기 촬상부(10)는 카메라의 전방에 고정되어 피사체의 이미지를 형성하는 이미지 캡쳐 렌즈(11), 상기 이미지 캡쳐 렌즈(11)의 후방에 이동 가능하게 정렬되는 초점 렌즈(13), 상기 초점 렌즈(13)의 위치를 검출하여 제어부(40)로 전송하는 인코더(17), 및 피사체로부터 반사되는 특정 파장 대역의 가시광 신호를 입력받아 영상 신호로 변환하는 이미지 센서(15)를 구비한다.
이미지 캡쳐 렌즈(11) 및 초점 렌즈(13)는 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 비구면 렌즈 등의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 이미지 캡쳐 렌즈(11) 및 초점 렌즈(13)는 광축(Optical Axis)에 대해 회전 대칭성을 가질 수 있으며, 광축은 다수의 렌즈면의 정점을 지나는 축으로 정의될 수 있다.
이미지 센서(15)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor), CCD(Charge-Coupled Device)와 같은 촬상 소자 일 수 있다.
인코더(17)는 초점 렌즈(13)의 위치를 검출하고, 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 제어부(40)에 제공한다.
인코더(17)는 통상적으로 홀 센서(Hall Sensor)와 영구자석의 조합으로 구현될 수 있으며, 상기 홀 센서는 이미지 캡쳐 렌즈(11) 및 초점 렌즈(13)가 마련되는 어셈블리의 하단부에 설치되어 초점 렌즈(13)의 위치 변화를 검출하게 된다. 홀 센서는 영구자석에 의해 인가되는 자계의 세기에 따라 그 출력 전압이 변하며, 제어부(40)에서 홀 센서로부터 입력된 위치 검출 신호의 전압을 바탕으로 초점 렌즈(13)의 위치를 파악한다.
이미지 신호 처리기(ISP)(20)는 상기 이미지 센서(15)로부터 입력되는 이미지 신호를 프레임 단위로 처리하며, 상기 표시부(60)의 화면 특성(크기, 화질, 해상도 등)에 맞도록 변환된 이미지 프레임을 출력한다.
거리측정기(30)는 적외선, 초음파, 레이져 등의 신호를 방출하는 송신부(Tx)와, 피사체에 의해 반사된 상기 방출 신호를 검출하는 수신부(Rx)를 구비한다. 또한, 거리측정기(30)는 상기 방출 신호가 피사체에 의해 반사되어 수신될 때까지의 시간을 확인하여 피사체와의 거리를 연산한 후, 그 결과를 제어부(40)에 제공한다.
구동부(50)는 제어부(40)의 제어에 따라 초점 렌즈(13)를 이동시킨다. 예컨대, 구동부(50)는 구동력을 제공하는 액추레이터와, 구동력에 의해 초점 렌즈(13)를 그 광축을 따라 진퇴 이동시키는 캐리어를 포함한다.
상기 표시부(60)는 상기 이미지 신호 처리기(ISP)(20)로부터 입력된 이미지 프레임을 화면에 표시한다. 또한, 상기 표시부(60)는 자동초점조절 절차에서 이미지 프레임 상의 자동초점조절 윈도우를 화면에 표시할 수 있다.
제어부(40)는 카메라의 전반적인 기능을 수행하기 위한 알고리즘을 제공한다.
특히, 제어부(40)는 자동 초점 조절 기능을 통해 피사체의 거리에 따른 초점 위치를 파악하고, 상기 초점 위치에 대응하여 상기 초점 렌즈(13)를 위치시키기 위한 제어신호를 생성한다.
이하에서는 도 2 내지 도 10을 참조하여, 제어부(40)가 자동 초점 조절 기능을 수행하는 과정을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 방법의 순서를 도시하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 우선 S100단계에서는, 인코더(17)를 이용하여 초점 렌즈의 초기값을 확인한다. 즉, 제어부(40)가 인코더(17)에 구비된 홀 센서의 출력 전압(Vh)을 읽어들인다. 그리고, 제어부(40)는 자계의 세기를 지시하는 상기 출력 전 압(Vh)과 인코더(17)에 구비된 영구자석의 위치를 바탕으로 초점 렌즈(13)의 위치를 확인한다.
S200단계에서는, 제어부(40)가 거리측정기(30)로부터 거리를 지시하는 출력 전압(Vd)을 입력받고, 출력전압(Vd)과 거리 사이의 관계를 이용하여 피사체와의 거리를 측정한다.
S200단계에서 거리를 지시하는 정보로서 상기 출력 전압(Vd)을 별도의 보상을 수행하지 않고 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 일반적으로 거리측정기(30)는 광을 방출하는 송신부(Tx), 상기 광을 반사하는 피사체, 및 피사체에 의해 반사된 상기 방출 신호를 검출하는 수신부(Rx)의 위치를 고려한 삼각법으로 거리를 연산한다. 이때, 주변 환경, 피사체의 특성 등이 거리측정기(30)의 출력 전압(Vd)에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 정확한 거리 연산을 수행하기 위해서는, 거리 연산에 영향을 미치는 요인들 대한 보상을 수행하는 것이 바람직하다.
일반적으로 광원의 종류, 피사체 반사도, 색, 주변 온도 등의 요인에 따라 거리에 대한 거리측정기(30)의 출력 전압(Vd)이 변화한다. 따라서, 거리 연산에 영향을 미치는 요인들의 조합에 따른 유형(case)을 설정하고, 실험을 통해, 상기 각 유형(case)별 거리 대 DMS 출력 전압(Vd) 사이의 관계를 나타내는 테이블을 미리 생성하는 것이 바람직하다. 이때, 각 요인에 대한 정보 중, 일부의 정보는 이미지 신호 처리기(ISP)(20)에서 출력되는 값을 통해 확인할 수 있다. 즉, 광원의 종류는 AWB 상태로, 피사체 반사도는 계조(Gradation) 구분 정보로, 색은 RGB 비율을 통해 확인할 수 있다. 또한, 온도 정보는 시스템 내부의 온도 정보를 측정하기 위해 카메라의 내부에 마련된 온도센서(예컨대, Thermistor)등을 활용하여 측정할 수 있다.
나아가, 미리 생성된 상기 각 유형(case)별 테이블은, 도 3과 같이 예시될 수 있다. 또한, 도 3을 통해 예시되는 각 유형별 테이블은 도 4와 같이, 거리 대 DMS 출력 전압(Vd) 사이의 관계를 나타내는 곡선 그래프로 표현하고, 상기 곡선을 복수의 영역으로 분할할 수 있다. 그리고, 분할된 영역을 각각 미리 정해진 영역(예컨대, Region 1, Region 2, Region n)으로 설정할 수 있다. 이때, 그래프에서 변화율이 큰 부분은 구간의 폭을 좁게 설정하고, 변화율이 작은 부분은 구간의 폭을 넓게 설정함으로써, 제한된 자원을 활용하여 특정 환경에서 비교적 정확하게 거리 대 DMS 출력 관계를 표현할 수 있다.
한편, 거리 연산에 영향을 미치는 요인들의 조합에 따른 각 유형(case)은 하기의 표 1과 같이 예시될 수 있다.
광원 종류 반사율 색감(color) 온도
case 1 직사광 흰색 적색 16~20oC
case 2 AC광 흰색 적색 16~20oC
: : : : :
case n AC광 검정 청색 0~5oC
도 5는 도 2의 S200단계의 순서를 상세하게 도시하는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 도 2의 S200단계는 S210, S220, S230, S240단계를 포함할 수 있다.
S210단계에서는, 제어부(40)가 거리측정센서(DMS; Distance Measurement Sensor)를 구비한 거리측정기(30)의 동작을 지시하고, 거리측정기(30)로부터 거리를 지시하는 출력 전압(Vd)을 입력받는다.
S220단계에서, 제어부(40)는 이미지 신호 처리기(ISP)(20)로부터 광원의 종류, 피사체 반사도, 색감 등의 요인을 입력받고, 온도센서(미도시)로부터 온도 정보를 입력받는다. 그리고, 입력받은 상기 요인들이 조합된 값과 일치하는 미리 정해진 유형을 확인한다. 또한, 제어부(40)는 S210단계에서 입력받은 상기 출력 전압(Vd)이 상기 어느 유형의 어느 영역에 포함되는지 확인하여 한다.
한편, 도 6을 참조하면, 거리측정기(30)는 도시된 바와 같이 촬상부(10)와 근접하여 위치하기 때문에, 실제 거리측정기에서 발광된 빛은 화면의 중심을 기준으로 거리측정기(30) 광원의 위치와 촬상부(10)의 렌즈(11) 사이의 거리만큼 이격된 부분에서 반사된다. 따라서, 피사체 중, 빛이 도달하는 중심을 기준으로 적절하게 거리측정기(30)의 윈도우를 설정하여 정보를 얻게 되면, 자동초점조절을 위한 거리를 측정하는데 필요한 요인들을 좀 더 정확하게 확보할 수 있다.
따라서, S220단계에서, 이미지 신호 처리기(ISP)(20)로부터 광원의 종류, 피사체 반사도, 색감 등에 대한 정보를 입력받을 때, 실제 거리측정에 사용되는 화면의 특정 부분, 즉 거리측정기(30)의 거리를 측정하는 부분을 윈도우로 설정하고, 상기 윈도우에 해당되는 부분의 요인들을 입력받는 것이 바람직하다.
다음으로 S230단계에서, 제어부(40)는 상기 출력 전압(Vd)이 속한 영역(예컨대, 도 4의 region 1)의 경사도(기울기)를 연산한다. 예컨대, 상기 경사도는 S220단계에서 확인된 영역의 시작점과 종료점의 X축 증가량에 대한 Y축 증가량을 연산함으로써, 획득할 수 있다.
상기 S230단계를 통해 상기 영역의 경사도가 연산되면, 제어부(40)는 상기 경사도를 이용하여 피사체까지의 거리를 연산한다(S240). 예컨대, 상기 거리는 하기의 수학식 1의 연산을 통해 획득될 수 있다.
Figure 112008075921433-pat00001
Dn, Dn +1은 도 4의 X축 변수인 거리를 지시하며, Vd ,n, Vd ,n+1은 Y축 변수인 출력 전압(Vd)을 지시한다.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 방법은 S200단계에서 측정된 거리를 기준으로 렌즈의 위치를 조정한다(S300단계).
S300단계에서, 제어부(40)는 구동부(50) 액추레이터의 스트로크(St) 대 구동 전압(Vout)의 관계(예컨대, 도 7의 그래프에 도시된 관계)를 통해 구동부(50)에 포함된 캐리어를 이동시키기 위한 구동 전압(Vout)을 연산한다. 상기 구동 전압(Vout)은 하기의 수학식 2를 연산하여 결정될 수 있다.
Vout = α·St+(Vh + Voffset)
α는 도 7의 그래프에 도시된 스트로크(St)의 단위 증가량에 대한 구동 전압(Vout)의 증가량을 지시하고, Vh 는 홀 센서의 출력 전압값이고, Voffset은 홀 센서출력의 오차 보정값을 지시한다.
또한, S300단계에서 제어부(40)는 도 8에 도시되는 피사체와 렌즈 사이의 거리(D) 관계, 초점 렌즈(13)의 초기위치와 현재위치 사이의 거리(S)관계를 이용하여 구동부(50)를 제어하기 위한 신호를 생성한다. 상기 구동부(50)를 제어하기 위한 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호일 수 있으며, 제어부(40)는 비율(Duty)을 연산하여 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성할 수 있다. 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 비율(Duty)은 하기의 수학식 3을 통해 연산할 수 있다.
Figure 112008075921433-pat00002
Figure 112008075921433-pat00003
다음으로, S400단계에서, 캡쳐신호를 입력받으면 S500단계를 진행하고, 캡쳐신호를 입력받지 못하면 S200 및 S300단계를 반복하여 프리뷰 상태에서도 자동초점조절을 연속적으로 수행한다.
S400단계에서 입력되는 캡쳐신호는 사용자가 사진의 촬영을 지시하기 위해 입력하는 정보, 예컨대 사용자가 카메라의 셧터를 작동시킴으로써 발생되는 신호일 수 있다. 나아가, S400단계에서 입력되는 캡쳐 신호는 동영상 촬영시, 미리 설정된 시간 단위(예컨대, 1/30 초)마다 동영상에 포함되는 각 프레임의 촬영을 지시하는 신호일 수 있다.
S500단계에서는 S300단계에서 조정된 초점 렌즈(13)의 위치를 기준으로 한, 특정 영역의 초점 조정값을 연산하고, 연산된 상기 초점 조정값에 기초하여 초점 렌즈의 위치를 조정한다. 그리고, S600단계에서는 이미지 센서(15)가 위치 조정된 초점 렌즈(13)를 통해 촬상되는 영상 신호를 이미지 신호 처리부(ISP)(20)로 제공하여, 이미지의 촬영을 수행한다.
한편, 도 9는 도 2의 S500의 상세 순서를 도시하는 흐름도이다. 도 9를 참조하면, S500단계는 S510, S520, S530, S540, S550, S560, S570단계를 포함한다.
S510단계에서는 S300단계에서 조정된 초점 렌즈(13)의 위치에 대한 초점 조정값을 연산한다. 연산된 초기 초점 조정값은 버퍼 또는 레지스터 등의 저장매체에 임시 저장된다.
520단계에서는 200단계에서 설정된 거리를 확인하고, 상기 설정된 거리가 근거리 또는 원거리인지를 확인한다. 예컨대, 상기 설정된 거리가 미리 설정된 근거리 기준 값보다 상대적으로 더 작은 값을 갖는 경우 근거리로 설정하고, 미리 설정된 원거리 기준 값보다 상대적으로 더 큰 값을 갖는 경우 원거리로 설정할 수 있다. 또한, 상기 설정된 거리가 근거리 기준 값보다 상대적으로 더 크고 원거리 기준 값보다 상대적으로 더 작은 값을 지시할 경우, 중간 거리로 설정할 수도 있다.
또한, 520단계에서 상기 설정된 거리가 근거리 또는 원거리인지 확인되면, 근거리 또는 원거리에 대응하여 (S300단계에서 조정된 초점 렌즈(13)의 위치를 기준으로 한)상기 특정 영역에 대한 초점 조정값을 연산한 스텝의 횟수 및 스텝 사이의 이동 거리 등을 설정한다. 예컨대, 근거리일 경우, 상기 특정 영역을 4개의 스텝으로 균등 분할하고, 원거리일 경우 8개의 스텝으로 균등 분할한다.
다음으로, 530단계에서는 제어부(40)가 S510단계의 초기 초점 조정값이 연산된 위치를 기준으로 한 스텝만큼 이동하기 위한 제어신호를 생성하여 구동부(50)에 전송한다. 이에 대응하여 구동부(50)는 초점 렌즈(13)를 초기 초점 조정값이 연산된 위치로부터 한 스텝 이동시킨다.
530단계를 통해 초점렌즈(13)의 이동이 완료되면, 540단계에서 제어부(40)는 초점 조정값을 연산하고, 연산한 초점 조정값을 버퍼 또는 레지스터 등의 저장매체에 임시 저장한다.
그리고, S550단계에서는 초점 렌즈(13)가 이동한 횟수를 확인한 후, 이동한 횟수가 S520단계에서 설정한 횟수에 미치지 못할 경우, S530, S540단계를 반복하여 수행한다. 반면, 초점 렌즈(13)가 S520단계에서 설정한 횟수만큼 이동하였을 경우, S560단계를 수행한다.
S560단계에서, 제어부(40)는 각 스텝에서 연산된 초점 조정값들 중, 가장 큰 값을 갖는 초점 조정값을 확인한다. 그리고, S570단계에서는 가장 큰 값을 갖는 초점 조정값에 대응하는 초점 렌즈(13)의 위치를 적정점으로하여, 상기 적정점에 대응하는 위치로 초점 렌즈(13)를 이동시키기 위한 제어신호를 생성한다.
이하, 도 10을 참조하여 S500단계를 좀 더 상세하게 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 방법에서 초점 렌즈의 위치에 따라 연산된 초점 조정값을 예시하는 그래프이다. 도 10을 참조하면, S520단계를 통해, S300단계에서 조정된 초점 렌즈(13)의 위치가 기준점에 위치하고 상기 설정된 거리가 근거리로 확인되는 경우, S520단계에서는 초점 렌즈(13)의 원점과 상기 기준점을 4개의 영역으로 분할하고 각 스텝 사이의 이동 거리를 L로 설정한다. 그리고, 530단계에서는 기준점에 위치한 초점 렌즈(13)를 초점 렌즈(13)의 원점 방향으로 L만큼 이동시키고, S540단계에서는 이동된 지점에서의 초점 조정값을 연산하여 임시 저장한다.
나아가, S550단계에서는 초점 렌즈(13)가 이동한 횟수를 확인한다. 이동한 횟수가 S520단계에서 설정한 횟수에 미치지 못하므로, 다시 530단계를 통해, 초점 렌즈(13)를 초점 렌즈(13)의 원점 방향으로 L만큼 한 스템 이동시키고, S540단계에서는 이동된 지점에서의 초점 조정값을 연산하여 임시 저장한다. 이러한 과정(S530, S540, S550)을 반복하여, S520단계에서 설정한 횟수만큼 초점 렌즈(13)를 이동시키고, 이동된 각 위치의 초점 조정값을 연산한다.
560단계에서는 연산된 초점 조정값을 비교하여, 세번째 연산된 초점 조정값이 가장 큰 값을 나타내는 점인 것을 확인한다. 그리고, S570 단계에서는 제어부(40)는 세번째 연산된 초점 조정값이 연산된 위치로 초점 렌즈(13)를 이동시키기 위한 제어신호(예컨대, 펄스 폭 변조 신호)를 생성하여 구동부(50)에 입력한다. 이에 대응하여, 구동부(50)는 초점 렌즈(13)의 위치를 조정하게 된다.
전술한 바와 같은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조정방법 및 장치에 따르면, 거리 측정을 이용하여 초점 렌즈의 위치를 조정함으로써 종래에 비하여 상대적으로 빠르게 초점 렌즈의 위치를 조정하고, 초점 조정값을 이용하여 초점 렌즈의 위치를 정밀하게 조절함으로써 초점 렌즈의 위치를 정확하게 조정할 수 있다.
또한, 거리측정기 출력의 오차를 보상한 알고리즘을 적용한 뒤 거리를 연산함으로써, 다양한 환경에서도 정확하고 빠르게 자동초점조절을 수행할 수 있다.
이로써, 프리뷰간 응답속도가 빠르고 지속적인 자동초점조절이 수행 가능하여, 거의 실시간으로 자동초점조절이 수행하여 디스플레이에 출력할 수 있다. 나아가, coarse Search에 소요되는 시간을 제거하여 자동초점조절 수행 속도 개선이 가능하다. 특히, 근거리 자동초점조절시 일반적으로 현 소요시간 대비 50% 이상 개선이 가능해진다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라의 자동 초점 조절 방법 및 장치의 동작이 이루어질 수 있다. 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 기능을 구비한 카메라의 대략적인 구성을 도시하는 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 방법의 순서를 도시하는 흐름도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유형별 테이블을 예시하는 도면,
도 4는 도 3에 예시되는 유형별 테이블의 거리 대 DMS 출력 전압(Vd) 사이의 관계를 나타내는 곡선 그래프.
도 5는 도 2의 S200단계의 순서를 상세하게 도시하는 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 기능을 구비한 카메라에 구비된 거리측정기와 촬상부의 위치적 관계를 예시하는 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 방법에서 액추레이터의 스트로크(St) 대 구동 전압(Vout)의 관계를 예시하는 그래프,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 방법에서, 피사체와 렌즈 사이의 거리(D) 관계 및 초점 렌즈의 초기위치와 현재위치 사이의 거리(S)관계를 예시하는 도면,
도 9는 도 2의 S500의 상세 순서를 도시하는 흐름도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절 방법에서 초점 렌즈의 위치에 따라 연산된 초점 조정값을 예시하는 그래프.

Claims (15)

  1. 카메라의 자동초점조절 방법에 있어서,
    초점 렌즈의 초기 위치를 확인하는 과정과,
    미리 정해진 조건에 대응하는 각 유형에 따라, 피사체와의 거리를 지시하는 값과 거리 사이의 관계에 기초하여, 피사체와의 거리를 측정하는 과정과,
    측정된 거리에 기초하여, 초점 렌즈가 이동해야 할 변위를 결정하고 초점 렌즈를 이동시키는 과정과,
    초점 조정 값을 측정하고, 초점 렌즈의 위치를 상기 초점 조정 값을 나타내는 위치로 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피사체와의 거리를 측정하는 과정은,
    거리 측정 센서를 이용하여 거리를 지시하는 값을 측정하는 과정과,
    현재의 조건에 대응하는 유형에, 측정된 상기 거리를 지시하는 값을 적용하고, 상기 거리를 지시하는 값이 해당되는 영역을 확인하는 과정과,
    피사체와의 거리를 지시하는 값과 거리 사이의 관계에 기초하여, 상기 영역의 기울기를 연산하는 과정과,
    상기 기울기에 기초에 기초하여, 상기 피사체와의 거리를 연산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 조건은, 이미지 신호 처리기(ISP; Image Signal Processor)에 의해 측정되는 조명, 반사율, 및 색감을 포함하는 촬영정보를 조합한 조건임을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 미리 정해진 조건은, 온도센서에 의해 측정되는 온도정보를 더 포함하여 조합한 조건임을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 촬영정보는,
    거리 측정 센서가 거리를 지시하는 영역의 조명, 반사율, 및 색감을 포함하는 정보인 것을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 초점 렌즈의 위치를 조정하는 과정은,
    미리 정해진 간격을 이동하여 초점 조정 값을 측정하되, 미리 정해진 횟수만큼 반복하여 수행하는 과정과,
    초점 렌즈를 초점 조정 값이 최고값을 지시하는 위치로 이동시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측정된 거리에 기초하여 초점 렌즈가 이동된 지점을 기준으로 하여 상기 초점 렌즈의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 측정된 거리에 대응하여, 미리 정해진 간격 및 미리 정해진 횟수를 설정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
  9. 자동 초점 조절 기능을 구비한 카메라에 있어서,
    고정 렌즈 및 이동이 가능한 초점 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리와,
    상기 초점 렌즈의 위치를 측정하는 인코더(Encoder)와,
    상기 초점 렌즈를 구동하는 구동부와,
    피사체로부터 반사되는 특정 파장 대역의 가시광 신호를 입력받아 영상 신호로 변환하는 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서로부터의 입력받은 영상 신호를 처리하는 이미지 신호 처리기(ISP; Image Signal Processor)와,
    미리 정해진 조건에 대응하는 각 유형에 따라, 피사체와의 거리를 지시하는 값과 거리 사이의 관계에 기초하여, 피사체와의 거리를 측정하는 거리 측정기와,
    상기 거리 측정기로부터 측정된 거리에 대응하여 초점 렌즈의 위치를 조정하고, 서로 다른 위치에 대한 초점 조정 값을 연산하여, 초점 렌즈의 위치를 상기 초점 조정 값을 나타내는 위치로 재 조정하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 자동초점조절 기능을 구비한 카메라.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    거리측정기로부터의 거리를 지시하는 값을 현재의 조건에 대응하는 유형에 적용하고, 상기 거리를 지시하는 값이 해당되는 영역을 확인한 후, 상기 관계에 기초하여, 상기 영역의 기울기 및 피사체와의 거리를 연산함을 특징으로 하는 자동초점조절 기능을 구비한 카메라.
  11. 제9항에 있어서, 상기 미리 정해진 조건은, 이미지 신호 처리기(ISP; Image Signal Processor)에 의해 측정되는 조명, 반사율, 및 색감을 포함하는 촬영정보를 조합한 조건임을 특징으로 하는 자동초점조절 기능을 구비한 카메라.
  12. 제11항에 있어서,
    온도정보를 측정하여 제어부에 제공하는 온도센서를 더 포함하며,
    상기 미리 정해진 조건은, 상기 온도정보를 더 포함하여 조합함을 특징으로 하는 자동초점조절 기능을 구비한 카메라.
  13. 제11항에 있어서, 상기 촬영정보는,
    거리 측정 센서가 거리를 지시하는 영역의 조명, 반사율, 및 색감을 포함하는 정보인 것을 특징으로 하는 자동초점조절 기능을 구비한 카메라.
  14. 제9항 내지 제13항 중, 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는,
    미리 정해진 간격을 이동하여 초점 조정 값을 측정하되, 미리 정해진 횟수만큼 반복하여 수행하고, 초점 렌즈를 초점 조정 값이 최고값을 지시하는 위치로 이동시켜, 상기 초점 렌즈의 위치를 재 조정하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 기능을 구비한 카메라.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 측정된 거리에 대응하여, 미리 정해진 간격 및 미리 정해진 횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 기능을 구비한 카메라.
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