KR101651624B1

KR101651624B1 - 자동초점조절장치

Info

Publication number: KR101651624B1
Application number: KR1020090129053A
Authority: KR
Inventors: 이상용
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2016-08-29
Also published as: KR20110072212A

Abstract

카메라 모듈을 이용하여 동영상 저장시 초점(focus)을 조절하는 자동초점조절장치에 관한 것이다. 상기 자동초점조절장치는 고주파수 대역의 신호를 통과시켜 렌즈 위치에 따른 제1 초점값(focus value)을 출력하며, 렌즈 위치의 제1 방향으로의 변화에 따라 제1 초점값이 증가하면 상기 렌즈를 제1 방향으로 이동시키고, 상기 제1 초점값이 감소하면 상기 렌즈를 상기 제1 방향의 반대방향으로 이동시키는 신호를 출력하는 제1 HPF부, 상기 제1 HPF부 보다 더 높은 주파수인 고주파수 대역의 신호를 통과시켜 렌즈 위치에 따른 제2 초점값을 출력하며, 상기 제2 초점값이 미리 설정된 임계값 보다 크다면 렌즈의 위치를 고정시키는 신호를 출력하는 제2 HPF부,및 상기 제1 HPF부 및 제2 HPF부로부터 신호를 입력받아 상기 렌즈를 이동시켜 초점을 조절하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

초점값, 자동 초점, 렌즈, 주파수

Description

자동초점조절장치{Auto Focusing Apparatus}

본 발명은 카메라 모듈에서의 동영상 저장시 자동초점조절장치에 관한 것이다.

최근 기술이 발전함에 따라 고화소급의 카메라 모듈이 개발되고 있으며, 이러한 카메라 모듈에서는 피사체의 초점을 자동으로 맞춰주는 자동 초점(Auto Focus, 이하 'AF'라 한다) 기능이 구비되는 경우가 많다. 보통 AF 기능은 VCM(Voice Coil Motor) 등의 액츄에이터(Actuator)를 제어하는 방식으로 설계가 이루어진다.

종래 카메라 모듈에서 SoC 타입은 CMOS 이미지 센서 내에 AF 알고리즘이 내장되어 있으며, MI 타입은 ISP(ImageSignal Processing) 내에 AF 알고리즘이 내장되어 있다. AF 알고리즘이 어디에 내장되어 있든 간에 AF를 정확하게 구현하고 빠른 응답 시간을 구현하기 위해서는, VCM의 특성을 분석한 후에 피사체와의 거리에 따른 최적의초점 값을 검출하는 방법으로 초점 렌즈를 직접 제어하는 알고리즘이 필요하다.

이러한 AF 동작은 이미지 캡처를 위한 일회성AF 및 동영상 저장시의 연속 AF로 분류할 수 있다. AF 동작은 일반적으로 힐 클라이밍 알고리즘을 통하여 수행되는데, 힐 클라이밍(hill climbing) 알고리즘은 렌즈가 최원거리에서부터 최근거리까지 움직이면서 초점값(focus value)을 측정하여 최적값을 찾는다. 이미지 캡처시에는 한번의 AF 동작후 캡처된다. 그러나 동영상 저장시에는 일정시간 간격으로 연속적으로 AF 동작을 수행하게 된다. 따라서, 지속적으로 포커스 인 및 포커스 아웃 현상이 발생되어 품질 좋은 동영상을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 카메라 모듈에서의 실시간 초점이 잘 맞는 동영상을 저장하게 하는 자동초점조절장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동초점조절장치는 카메라 모듈을 이용하여 동영상 저장시 초점(focus)을 조절하는 자동초점조절장치에 있어서, 고주파수 대역의 신호를 통과시켜 렌즈 위치에 따른 제1 초점값(focus value)을 출력하며, 렌즈 위치의 제1 방향으로의 변화에 따라 제1 초점값이 증가하면 상기 렌즈를 제1 방향으로 이동시키고, 상기 제1 초점값이 감소하면 상기 렌즈를 상기 제1 방향의 반대방 향으로 이동시키는 신호를 출력하는 제1 HPF부, 상기 제1 HPF부 보다 더 높은 주파수인 고주파수 대역의 신호를 통과시켜 렌즈 위치에 따른 제2 초점값을 출력하며, 상기 제2 초점값이 미리 설정된 임계값 보다 크다면 렌즈의 위치를 고정시키는 신호를 출력하는 제2 HPF부,및 상기 제1 HPF부 및 제2 HPF부로부터 신호를 입력받아 상기 렌즈를 이동시켜 초점을 조절하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

본 실시예에 따른 카메라 모듈을 이용하여 동영상 저장시 초점(focus)을 조절하는 자동초점조절장치는 지속적으로 포커스 인 및 포커스 아웃 현상이 발생되는 문제점을 해결하여 실시간 초점이 잘 맞는 동영상을 저장하게 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이 다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 힐 클라이밍(hill climbing) 알고리즘을 이용한 일회성 AF 동작을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 렌즈 위치에 따른 초점값을 보여주고 일정한 간격으로 탐색을 진행하여 초점값을 구하고 초점값이 감소하면 반대방향으로 간격을 줄여서 탐색을 진행하여 최적의 초점값을 구한다.

도 2는 힐 클라이밍(hill climbing) 알고리즘을 이용한 동영상 저장시의 연속 AF 동작을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같이 일회성 AF 동작을 수행한 후 일정 시간 간격으로 다시 일회성 AF 동작을 수행하는 방식을 반복함으로써 자동초점조절을 수행한다. 따라서, 동영상 저장시에는 시간이 지남에 따라 피사체와 거리가 변화하기 때문에 지속적으로 포커스 인 및 포커스 아웃 현상이 발생된다. 여기서, 포커스 인은 초점이 맞는 상태를 말하고, 포커스 아웃은 초점에서 벗어난 상태를 말한다.

본 실시예에 따른 동영상 저장시에 이용되는 연속 자동초점조절(AF)방법은 고주파수 HPF(high pass filter)와 저주파수 HPF(high pass filter)를 이용한다. 저주파수 HPF를 이용하는 경우는 렌즈가 어느 한 방향으로 한 스텝만큼 이동하여 저주파수 HPF의 초점값이 증가하면 이동한 스텝의 렌즈 이동방향이 초점에 근접해가는 방향이라고 판단한다. 고주파수 HPF를 이용하는 경우는 현재의 렌즈의 위치에서 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 크다면 포커스 인이라고 판단하고 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 크지 않다면 포커스 아웃이라고 판단한다. 여기서, 임계값은 카메라 모듈에 따라 적정한 값을 설정할 수 있다.

여기서, 고주파수 HPF는 1MHz HPF일 수 있으며, 저주파수 HPF는 1kHz HPF일 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과하고 고주파수 HPF의 통과대역이 저주파수 HPF의 통과대역 보다 주파수가 높다면 다양한 통과대역이 가능함은 당업자에게 자명할 것이다.

도 3은 본 실시예에 따른 연속 자동초점조절방법을 보여주는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 동영상 촬영 버튼을 누르고 포커스 영역을 설정한다(S110). 포커스 영역은 화각의 중앙 영역일 수 있다. 그런 다음, 초점 렌즈의 초기위치에서 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 작은지 판단한다(S120). 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 작지 않다면 포커스 인이라고 판단하고, 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 작다면 포커스 아웃 상태이므로 후술된 방법에 따라 자동초점조절을 수행한다. 어느 한 방향으로 한 스텝만큼 전류를 증가시켜서 초점 렌즈를 이동시킨다(S130).

그런 다음, 저주파수 HPF의 초점값이 증가하는지 판단한다(S140).

도 4는 본 실시예에 따라 저주파수 HPF를 이용하여 렌즈 이동방향의 적정여부를 판단하는 일 예를 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 어느 한 방향으로 한 스텝만큼 전류를 증가시켜서 초점 렌즈를 이동시킨 후 초점값이 증가하면 이동한 스텝의 렌즈 이동방향이 초점에 근접해가는 방향이라고 판단할 수 있다. 만약, 초점값이 감소한다면 이동한 스텝의 렌즈 이동방향이 초점에서 멀어지는 방향이라고 판단할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 어느 한 방향으로 한 스텝만큼 초점 렌즈를 이동하여 저주파수 HPF의 초점값이 증가했다면 이러한 스텝의 렌즈 이동방향으로 저주파수 HPF를 이용하여 힐 클라이밍 알고리즘을 수행한다(S150). 여기서, 초점을 조절하기 위한 힐 클라이밍 알고리즘은 일 예에 불과하고 저주파수 HPF를 이용하여 다양한 초점조절을 위한 알고리즘을 수행할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

도 5는 본 실시예에 따라 저주파수 HPF를 이용하여 힐 클라이밍 알고리즘을 수행하는 일 예를 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 한 스텝만큼씩 초점 렌즈를 이동시켜서 이동시마다 저주파수 HP의 초점값이 증가하는지 판단하여 저주파수 HPF의 초점값이 증가한다면(2) 계속 동일한 방향으로 한 스텝만큼씩 초점 렌즈를 이동시키고(3), 다시 저주파수 HPF의 초점값이 감소한다면 진행하던 방향과 반대방향으로 한 스텝만큼씩 초점 렌즈를 이동시키는(4) 방식으로 힐 클라이밍 알고리즘을 수행할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 어느 적정 시점에서 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 작은지 판단한다(S160). 힐 클라이밍 알고리즘의 수행정도에 따라 S160을 수행하는 시점은 미리 설정되어 있을 수 있다. 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 작지 않다면 포커스 인이라고 판단하고 현재 초점 렌즈 위치를 고정할 수 있 다(S170).

도 6은 본 실시예에 따라 고주파수 HPF를 이용하여 포커스 인 및 포커스 아웃을 판단하는 일 예를 보여주는 도면이다.

다시 도 3을 참조하면, S170에서 미리 설정된 시간이 경과하면 다시 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 작은지 판단(S160)하여 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 작지 않다면 포커스 인이라고 판단하고 다시 현 초점 렌즈 위치를 고정하고 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 작다면 저주파수 HPF를 이용하여 힐 클라이밍 알고리즘을 수행한다(S150).

도 7은 본 실시예에 따라 연속 자동초점조절하는 카메라 모듈을 나타내는 블록도이다.

도 7을 참조하면, 카메라 모듈(10)은 렌즈 모듈(100), 이미지 센서부(200) 및 이미지 신호 처리부(300)를 포함한다.

렌즈 모듈(100)은 다수의 렌즈를 포함하여 피사체의 광 이미지를 입사 받는다. 이미지 센서부(200)는 렌즈 모듈(100)로부터 입사받은 광 이미지를 전기적 신호인 원본 영상 데이터로 변환하여 영상 시스템에서 처리가능하게 한다. 여기서, 원본 영상 데이터는 로 데이터(raw data)를 의미하고, 빛의 강약에 따른 전기적 신호의 변화만이 기록된 정보이다. 이미지 신호 처리부(300)는 이미지 센서부(200)로부터 영상 데이터를 입력 받아 더 나은 화질을 위하여 영상보상처리하거나 자동초점조절을 위한 렌즈 모듈 제어신호를 출력하며, 이미지 프로세싱부(310), 이미지 향상부(320), 자동초점조절부(330), 제어부(340), 메모리(350) 및 자동초점 드라이 버(360)를 포함한다.

이미지 프로세싱부(310)는 이미지 센서부(200)로부터 입력 받은 영상 데이터를 처리 모듈에 적합하게 신호처리하여 이미지 향상부(320) 및 자동초점조절부(330)에 보낸다.

이미지 향상부(320)는 더 나은 화질을 위하여 렌즈 셰이딩 보상(lens shading correction), 적합 컬러 보간(Adaptive Color Interpolation), 컬러 보정(Color Correction), 감마 제어(GAMMA Control), 색상/게인 제어(Hue/Gain Control), 영상 효과(Image Effect), 자동 노출(Auto Exposure), 자동 화이트 밸런스(Auto White Balance), 역광 보정 등을 처리한다.

자동초점조절부(330)는 고주파수 HPF부(331) 및 저주파수 HPF부(333)를 포함한다.

고주파수 HPF부(331)는 현재의 렌즈의 위치에서의 고주파수 HPF의 초점값이 임계값보다 크다면 포커스 인으로 판단하고 크지 않다면 포커스 아웃이라고 판단하여 자동초점을 조절한다. 저주파수 HPF부(333)는 한 스텝만큼 이동하여 저주파수 HPF의 초점값의 증가 및 감소에 따라 이동한 스텝의 렌즈 이동방향이 초점에 근접해가는 방향인지 멀어져가는 방향인지를 판단하여 자동초점을 조절한다.

제어부(340)는 자동초점조절부(330)로부터 초점조절신호를 입력받아 메모리(350)에 저장된 렌즈 모듈(100)을 이동시키기 위한 코드값을 적용시켜 자동초점조절을 위한 렌즈 모듈 제어신호를 출력한다. 자동초점 드라이버(360)는 제어부(340)로부터 렌즈 모듈 제어신호를 입력 받아 렌즈 모듈(100)에 보낸다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터,데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 카메라 모듈 100: 렌즈 모듈

200: 이미지 센서부 300: 이미지 신호 처리부

310: 이미지 프로세싱부 320: 이미지 향상부

330: 자동초점조절부 331: 고주파수 HPF부

333: 저주파수 HPF부 340: 제어부

350: 메모리 360: 자동초점 드라이버

Claims

카메라 모듈을 이용하여 동영상 저장시 초점(focus)을 조절하는 자동초점조절장치에 있어서,

고주파수 대역의 신호를 통과시켜 렌즈 위치에 따른 제1 초점값(focus value)을 출력하며, 렌즈 위치의 제1 방향으로의 변화에 따라 제1 초점값이 증가하면 상기 렌즈를 제1 방향으로 이동시키고, 상기 제1 초점값이 감소하면 상기 렌즈를 상기 제1 방향의 반대방향으로 이동시키는 신호를 출력하는 제1 HPF부;

상기 제1 HPF부 보다 더 높은 주파수인 고주파수 대역의 신호를 통과시켜 렌즈 위치에 따른 제2 초점값을 출력하며, 상기 제2 초점값이 미리 설정된 임계값 보다 크다면 렌즈의 위치를 고정시키는 신호를 출력하는 제2 HPF부;및

상기 제1 HPF부 및 제2 HPF부로부터 신호를 입력받아 상기 렌즈를 이동시켜 초점을 조절하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하며,

상기 제2 HPF부의 상기 제2 초점값이 상기 임계값 보다 작은 경우에만 상기 렌즈를 상기 제1 방향으로 이동시켜 상기 제1 HPF의 상기 제1 초점값의 증가 또는 감소를 검출하는 자동초점조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 초점값이 증가하면 상기 제1 방향은 초점에 근접하는 방향인 자동초점조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 초점값이 미리 설정된 임계값 보다 크다면 상기 제2 초점값을 출력 하는 렌즈의 위치는 포커스 인인 자동초점조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 HPF부가 통과시키는 고주파수 대역은 1kHz인 자동초점조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 HPF부가 통과시키는 고주파수 대역은 1MHz인 자동초점조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 렌즈를 상기 제1 방향 또는 상기 제1 방향의 반대방향으로 이동시킨 후, 상기 제1 HPF부의 제1 초점값을 이용하여 힐 클라이밍 알고리즘을 수행하는 자동초점조절장치.
제 6 항에 있어서,

상기 힐 클라이밍 알고리즘을 수행한 후, 상기 제2 초점값이 상기 임계값 보다 크다면 상기 렌즈의 위치를 고정시키는 자동초점조절장치.