KR101665511B1 - 광역 역광 보정 하드웨어 장치 및 이를 포함하는 촬영 장치 - Google Patents

광역 역광 보정 하드웨어 장치 및 이를 포함하는 촬영 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광역 역광 보정 하드웨어 장치 및 이를 포함하는 촬영 장치를 개시한다.
본 발명은 광역 역광 보정을 위한 프로세스 간에 중복되는 알고리즘을 공유할 수 있도록 하드웨어 IP를 구성함으로써 설계면적을 줄일 수 있다.

Description

광역 역광 보정 하드웨어 장치 및 이를 포함하는 촬영 장치{Wide dynamic Range Hardware Apparatus and Photographing apparatus}
본 발명은 광역 역광 보정 하드웨어 장치 및 이를 포함하는 촬영 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 설계 면적을 줄일 수 있는 광역 역광 보정 하드웨어 장치 및 이를 포함하는 촬영 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라를 이용한 촬영 시 피사체 뒤의 배경이 너무 밝다면 피사체의 밝기가 상대적으로 어두워 보이게 된다. 이러한 현상을 역광이라 하며, 보다 좋은 화질의 영상을 획득하기 위해서는 역광 보정이 필요하다.
촬상소자를 이용한 촬영장치에서 역광보정(BACK LIGHT COMPENSATION, BLC)은 피사체가 역광상태 하에서 촬영될 경우 모니터에 재생 시, 배경은 밝고 피사체는 어둡게 되어 피사체가 식별불능 상태가 되는 것을 방지하기 위하여 대두된 기능으로, 한마디로 역광상태의 화질을 개선시키기 위하여 사용되는 기능을 말한다.
BLC를 통해 보정된 이미지는 전체적인 화면의 밝기를 조절함으로써 어두운 부분을 밝게 보정하는 반면 밝은 부분까지 밝아지기 때문에 피사체의 경계가 불분명해지거나 밝은 부분의 정보가 손실되는 단점이 있다.
이를 보완하기 위한 광역 역광 보정(Wide Dynamic Range, WDR) 기술은 밝은 부분이 잘 보이도록 노출을 조절한 영상과 어두운 부분이 잘 보이도록 노출이 조절된 서로 다른 영상들을 융합하여 밝은 부분과 어두운 부분이 모두 선명하게 잘 보이는　영상을 생성할 수 있게 한다.
이러한 WDR 기능이 적용된 제품으로는 보안 및 감시를 위한 보안 카메라, 일반 디지털 카메라와, 방송 촬영 장비, 자동차용 카메라, 휴대폰 카메라 등 모든 영상 촬영 장비 등에　폭넓게 사용되고 있다.
현재, WDR을 이용한 역광 보정은, 노출 시간이 서로 다른 영상을 처리하여 조합하기 때문에 설계 면적이 크고, 많은 계산 시간과 소비전력을 요한다. 따라서, 설계 면적을 줄이면서 저 소비전력으로 역광 보정을 수행할 수 있는 방안이 요청된다.
본 발명은 플래시와 같은 추가적인 기기를 사용하지 않고 영상 획득 시 실시간으로 역광을 보정할 수 있는 광역 역광 보정 하드웨어 장치 및 이를 포함하는 촬영 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광역 역광 보정 하드웨어 장치는, 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와, 상기 축소 영상과 소정 시간 차이로 입력되고 상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호에 각각 가중계수를 승산하는 제1승산기; 상기 제1 노출 시간보다 긴 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와, 상기 축소 영상과 소정 시간 차이로 입력되고 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호에 각각 가중계수를 승산하는 제2승산기; 및 상기 가중계수가 적용된 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호를 가산하여 제1합성신호를 생성하고, 상기 가중계수가 적용된 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 가산하여 제2합성신호를 생성하는 가산기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 촬영 장치는, 서로 다른 노출 시간을 갖는 영상을 획득하는 촬상소자; 및 상기 서로 다른 노출 시간 중 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제1 노출 시간보다 긴 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호를 가중계수를 적용하여 합성하고, 상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 가중계수를 적용하여 합성하는 광역역광보정부;를 포함할 수 있다.
본 발명은 광역 역광 보정 프로세스 간에 중복되는 알고리즘을 공유할 수 있도록 하드웨어 IP를 구성함으로써 설계면적을 줄일 수 있다. 이로 인해, 반도체 칩의 면적을 줄일 수 있게 되고, 웨이퍼 당 생산할 수 있는 칩의 개수가 늘어나게 되어 생산 단가를 낮출 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 불필요한 회로를 줄임으로써 낮은 소비전력으로 프로세스를 수행할 수 있다.
그리고, 본 발명은 광역 역광 보정 하드웨어 IP를 DSP에 내장할 수 있기 때문에 추가적인 부품이 필요하지 않으므로 생산 원가 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 역광 보정(WDR) 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 WDR 알고리즘을 수행하는 하드웨어 IP 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 부분 선형 근사 방식을 설명하는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 계수생성기의 예를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 2의 WDR 하드웨어 장치가 축소 영상의 휘도 신호를 처리하는 프로세스를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 2의 WDR 하드웨어 장치가 원본 영상의 휘도 신호를 처리하는 프로세스를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 도 2의 WDR 하드웨어 장치가 내장된 촬영 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역 역광 보정(WDR) 방법을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 WDR 방법은 빠른 셔터 스피드로 촬영된 노출 시간이 짧은 영상(a)과 느린 셔터 스피드로 촬영된 노출 시간이 긴 영상(b)을 획득하고, 영상(a)과 영상(b)의 원본 영상(original size image)과 축소 영상(small size image)을 처리하여 역광 보정된 WDR 영상(c)을 출력한다.
영상(a)의 축소 영상과 영상(b)의 축소 영상을 처리하여 각 화소에 대한 휘도의 최대값과 최소값을 검출하는 프로세스가 수행되고, 이후, 영상(a)의 원본 영상과 영상(b)의 원본 영상을 처리하여 휘도를 보정하는 프로세스가 수행된다. 휘도 보정 프로세스에서는 상기 검출된 휘도의 최대값과 최소값이 이용된다.
여기서, 축소 영상을 처리하는 프로세스와 원본 영상을 처리하는 프로세스는 중복되는 연산을 포함하고 있다. 따라서 상기 두 프로세스를 처리하는 하드웨어 IP(Hardware Intellectual Property)를 구성하여, 각 연산이 프로세스 순서에 따라 시간적인 차이를 두고 동일 연산 회로에 의해 수행되도록 한다. 상기 하드웨어 IP는 디지털 영상 처리 장치의 디지털 신호 처리부(DSP)에 내장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 WDR 알고리즘을 수행하는 하드웨어 IP 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 WDR 알고리즘을 수행하는 하드웨어 IP(이하, "WDR 하드웨어 장치"라 칭함)(10)는 제1연산부(100)와 제2연산부(200)를 포함한다.
제1연산부(100)는 노출 시간이 짧은 영상의 휘도 신호(YS)와 노출 시간이 긴 영상의 휘도 신호(YL)를 가중계수를 적용하여 합성한다.
상기 제1연산부(100)는 제1선택기(101), 제1계수생성기(105), 제1승산기(107), 제2선택기(111), 선형변환기(113), 제2계수생성기(115), 제2승산기(117), 가산기(120)를 포함한다.
제1선택기(101)는 노출 시간이 짧은 원본 영상의 휘도 신호(YS1)와 상기 원본 영상을 축소한 축소 영상의 휘도 신호(YS2)를 임시 저장하고, YS1 신호와 YS2 신호를 소정의 타이밍으로 선택적으로 출력한다. 상기 제1선택기(101)는 각 화소에서 휘도의 최대값과 최소값을 획득하기 위해 YS2를 출력하고, 상기 획득된 휘도의 최대값과 최소값을 이용하여 휘도가 보정된 영상 신호를 생성하기 위해 YS1을 출력한다. 상기 제1선택기(101)는 제어신호에 따라 신호를 선택적으로 출력할 수 있도록 레지스터 회로로 구성될 수 있다.
제2선택기(111)는 노출 시간이 긴 원본 영상의 휘도 신호(YL1)와 상기 원본 영상을 축소한 축소 영상의 휘도 신호(YL2)를 임시 저장하고, YL1 신호와 YL2 신호를 소정의 타이밍으로 선택적으로 출력한다. 상기 제2선택기(111)는 각 화소에서 휘도의 최대값과 최소값을 획득하기 위해 YL2를 출력하고, 상기 획득된 휘도의 최대값과 최소값을 이용하여 휘도가 보정된 영상 신호를 생성하기 위해 YL1을 출력한다. 상기 제2선택기(101)는 제어신호에 따라 신호를 선택적으로 출력할 수 있도록 레지스터 회로로 구성될 수 있다.
즉, 상기 제1선택기(101)와 상기 제2선택기(111)는 각각 휘도의 최대값과 최소값을 획득하기 위해 YS2와 YL2를 동시에 출력하고, 휘도 보정된 영상 신호를 생성하기 위해 YS1과 YL1을 동시에 출력한다.
선형변환기(113)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제2선택기(111)로부터 출력되는 YL(YL1, YL2) 신호를 부분 선형(picewise linear) 근사 방식으로 처리한다. 도 3을 참조하면, 상기 부분 선형 근사 방식에 의해, 입력-휘도 신호(YL)를 휘도 레벨에 따라 출력-휘도 신호(YL')의 증폭률을 다르게 적용하여 신호 처리할 수 있다. 본 실시예에서는 5개의 (x, y) 좌표에 대한 입력-휘도 신호(YL)와 출력-휘도 신호(YL')를 나타내고 있다. 상기 선형 변환에 의해 긴 노출 시간에 획득된 영상의 휘도값을 센서(촬상소자)의 특징에 맞게 변환할 수 있게 된다.
제1계수생성기(105)는 YS1의 휘도 레벨과 YL1'의 휘도 레벨을 함께 고려하여 YS1의 가중계수(S1)를 계산한다. 또한, 제1계수생성기(105)는 YS2의 휘도 레벨과 YL2'의 휘도 레벨을 함께 고려하여 YS2의 가중계수(S2)를 각각 계산한다.
제1승산기(107)는 YS1 신호에 제1계수생성기(105)로부터 입력된 가중계수(S1)를 승산하여 휘도 신호(MS1)를 출력한다. 또한 제1승산기(107)는 YS2 신호에 제1계수생성기(105)로부터 입력된 가중계수(S2)를 승산하여 휘도 신호(MS2)를 출력한다.
제2계수생성기(115)는 YS1의 휘도 레벨과 YL1'의 휘도 레벨을 함께 고려하여 YL1'의 가중계수(L1)를 각각 계산한다. 또한, 제2계수생성기(115)는 YS2의 휘도 레벨과 YL2'의 휘도 레벨을 함께 고려하여 YL2'의 가중계수(L2)를 각각 계산한다.
제2승산기(117)는 YL1 신호에 제2계수생성기(115)로부터 입력된 가중계수(L1)를 승산하여 휘도 신호(ML1)를 출력한다. 또한 제2승산기(117)는 YL2 신호에 제2계수생성기(115)로부터 입력된 가중계수(L2)를 승산하여 휘도 신호(ML2)를 출력한다.
이때, 가중계수 S(S1, S2)와 가중계수 L(L1, L2)은 다음 수학식1과 같이 서로 상보적인 관계를 갖는다.
[수학식1]
S1 + L1 = 256
S2 + L2 = 256
도 2에서는 제1계수생성기(105)와 제2계수생성기(115)가 각각 별개로 구비되어 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 단일 계수생성기(119)로 구성하여 제1승산기(107')와 제2승산기(117')로 각각 가중계수 S(S1, S2)와 가중계수 L(L1, L2)를 출력할 수 있다.
가산기(120)는 제1승산기(107)의 출력 신호 MS(MS1, MS2)와 제2승산기의 출력 신호 ML(ML1, ML2)를 가산한다. 가산에 의해 합성된 휘도 신호 YF(YF1, YF2)는 다음 수학식2와 같다. 휘도 신호(YF)는 제2연산부(200)의 제3선택기(201)로 출력된다.
[수학식2]
YF1 = (MS1 + ML1)/256 = (S1/256)*YS1 + (L1/256)*YL1
YF2 = (MS2 + ML2)/256 = (S2/256)*YS2 + (L2/256)*YL2
제2연산부(200)는 상기 제1연산부(100)에서 출력되는 휘도 신호(YF)를 보정하여 다이나믹 레인지 휘도 신호(YW)를 생성한다.
상기 제2연산부(200)는 제3선택기(201), 피크검출기(203), 저장부(205), 휘도보정기(207)를 포함한다.
제3선택기(201)는 YF 신호가 축소 영상에 대한 신호(YF1)인지 원본 영상에 대한 신호(YF2)인지를 판단하고, 소정의 타이밍으로 피크검출기(203) 또는 휘도보정기(207)로 선택적으로 출력한다. 상기 제3선택기(201)는 YF 신호가 축소 영상에 대한 신호(YF1)이면 피크검출기(203)로 출력하고, YF 신호가 원본 영상에 대한 신호(YF2)이면 휘도보정기(207)로 출력한다. 제3선택기(201)는 제어신호에 따라 신호를 선택적으로 출력할 수 있도록 레지스터 회로로 구성될 수 있다.
피크검출기(203)는 상기 제3선택기(201)로부터 YF1 신호를 입력받고 각 화소에 대한 휘도의 최대값(MAX)과 최소값(MIN)을 계산한다.
저장부(205)는 상기 계산된 휘도의 최대값(MAX)과 최소값(MIN)을 임시 저장하는 버퍼로서 역할을 한다. 저장부(205)는 플립플롭 또는 내부 메모리로 구성될 수 있다.
휘도보정기(207)는 상기 제3선택기(201)로부터 YF2 신호를 입력받고, 상기 저장부(205)로부터 대응하는 각 화소에 대한 휘도의 최대값(MAX)과 최소값(MIN)을 입력받는다. 휘도보정기(207)는 입력된 최대값(MAX)과 최소값(MIN)을 이용하여 YF2 신호의 휘도를 보정하고, 다이나믹 레인지 신호(YW)를 출력한다. YW 신호는 다음 수학식3에 의해 계산된다.
[수학식 3]
Figure 112010009406857-pat00001
본 발명의 가중계수는 값이 가변하는 변수이기 때문에 승산기(곱셈 연산기)의 사용이 필수로 요구된다. 따라서, 본 발명에 따른 WDR 하드웨어 장치는 축소 영상 신호와 원본 영상 신호를 처리하는 각 프로세스에 공통으로 적용되는 곱셈 연산을 공유하므로 설계면적을 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 2의 WDR 하드웨어 장치가 축소 영상의 휘도 신호를 처리하는 프로세스를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
제1선택기(101)는 짧은 노출 시간의 축소 영상 휘도 신호(YS2)와 짧은 노출 시간의 원본 영상 휘도 신호(YS1) 중 축소 영상 휘도 신호(YS2)를 입력한다(S501).
제2선택기(111)는 긴 노출 시간의 축소 영상 휘도 신호(YL2)와 긴 노출 시간의 원본 영상 휘도 신호(YL1) 중 축소 영상 휘도 신호(YL2)를 입력한다(S511).
선형변환기(113)는 긴 노출 시간의 축소 영상 휘도 신호(YL2)가 센서 특성에 맞는 휘도 값을 갖도록 선형 변환한다(S513).
제1승산기(107)는 가중계수(S2)를 YS2 신호에 승산하여 가중처리한다(S503).
제2승산기(117)는 가중계수(L2)를 YL2 신호에 승산하여 가중처리한다(S515).
가산기(120)는 가중처리된 YS2 신호와 가중처리된 YL2 신호를 가산하여 수학식2와 같이 YF2 신호를 출력한다.
제3선택기(201)는 YF2 신호를 피크검출기(203)로 출력하고, 피크검출기(203)는 YF2로부터 각 화소에 대한 휘도의 최대값과 최소값을 검출한다. 검출된 휘도의 최대값과 최소값은 메모리 등에 저장된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 2의 WDR 하드웨어 장치가 원본 영상의 휘도 신호를 처리하는 프로세스를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
제1선택기(101)는 짧은 노출 시간의 축소 영상 휘도 신호(YS2)와 짧은 노출 시간의 원본 영상 휘도 신호(YS1) 중 원본 영상 휘도 신호(YS1)를 입력한다(S601).
제2선택기(111)는 긴 노출 시간의 축소 영상 휘도 신호(YL2)와 긴 노출 시간의 원본 영상 휘도 신호(YL1) 중 원본 영상 휘도 신호(YL1)를 입력한다(S611).
선형변환기(113)는 긴 노출 시간의 원본 영상 휘도 신호(YL1)가 센서 특성에 맞는 휘도 값을 갖도록 선형 변환한다(S613).
제1승산기(107)는 가중계수(S1)를 YS1 신호에 승산하여 가중처리한다(S503).
제2승산기(117)는 가중계수(L1)를 YL1 신호에 승산하여 가중처리한다(S515).
가산기(120)는 가중처리된 YS1 신호와 가중처리된 YL1 신호를 가산하여 수학식2와 같이 YF1 신호를 출력한다.
제3선택기(201)는 YF1 신호를 휘도보정기(207)로 출력하고, 휘도보정기(207)는 YF2로부터 검출되어 저장된 각 화소에 대한 휘도의 최대값과 최소값을 입력받아 긴 노출 시간의 영상과 짧은 노출 시간의 영상을 합성한 영상에 대한 휘도값을 보정한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 2의 WDR 하드웨어 장치가 내장된 촬영 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 디지털 카메라를 예로서 설명하겠으며, 본 발명의 촬영 장치는 디지털 카메라에 한정되지 않으며, 정지영상 및 동영상을 비롯하여 디지털 영상 처리를 수행하는 핸드폰, 캠코더, 감시 카메라, 로봇, PDA(personal digital assistants), PMP(personal multimedia player) 등 다양한 디지털 이미지 처리 장치를 포함한다.
도 7을 참조하면, 본 발명을 구현할 수 있는 디지털 촬영 장치(1)는 광학부(20), 촬상소자(30), 촬상소자 제어부(35), 디지털 신호 처리부(DSP, 50), 및 표시부(60)를 포함할 수 있다.
광학부(20)는 피사체로부터의 입력된 광학 신호를 촬상소자(30)로 제공한다. 광학부(20)는 초점 거리(focal length)에 따라 화각이 좁아지거나 또는 넓어지도록 제어하는 줌 렌즈 및 피사체의 초점을 맞추는 포커스 렌즈 등 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학부(20)는 광량을 조절하는 조리개를 더 포함할 수 있다.
상기 광학부(20)를 투과한 광학 신호는 촬상소자(30)의 수광면에 이르러 피사체의 상을 결상한다. 상기 촬상소자(30)는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 촬상소자(30)는 촬상소자 제어부(35)에 의해 감도 등이 조절될 수 있다. 촬상소자 제어부(35)도 실시간으로 입력되는 영상 신호에 의해 자동으로 생성되는 제어 신호 또는 사용자의 조작에 의해 수동으로 입력되는 제어 신호에 따라 촬상소자(30)를 제어할 수 있다. 촬상소자(30)는 피사체에 대하여 긴 노출 시간을 설정하여 촬영한 영상과 짧은 노출 시간을 설정하여 촬영한 영상을 획득한다.
표시부(60)는 디지털 촬영 장치(1)의 동작 상태 또는 디지털 촬영 장치(1)에서 촬영한 이미지 정보를 표시한다. 표시부(60)는 시각적인 정보 및/또는 청각적인 정보를 사용자에게 제공할 수 있으며, 표시부(60)는 액정 디스플레이 패널(LCD), 유기 발광 디스플레이 패널(OLED), 전기 영동 디스플레이 패널(EPD) 등으로 이루어질 수 있다. 표시부(60)는 사용자의 터치를 통하여 입력을 받을 수 있도록 터치스크린 형태로 구비되어, 조작부(미도시)와 더불어 사용자 입력 인터페이스로서 동작할 수 있다.
디지털 신호 처리부(50)는 상기 디지털 촬영 장치(1)로 입력되는 영상 신호를 처리하고, 이에 따라 또는 외부 입력 신호에 따라 각 구성 요소들을 제어한다. 상기 디지털 신호 처리부(50)는 촬상소자(30), 표시부(60) 등과 전기적으로 연결되며, 각각의 구성 요소의 작동을 제어하기 위해 이들 구성 요소와 제어 신호를 주고받거나, 데이터를 처리하는 등의 기능을 수행한다. 상기 디지털 신호 처리부(50)는 마이크로 칩이나, 마이크로 칩을 구비하는 회로 보드로 구현될 수 있으며, 디지털 신호 처리부(50)에 포함되는 각 구성 요소들은 디지털 신호 처리부(50)에 내장되는 소프트웨어나 회로들에 의해 구현될 수 있다. 상기 디지털 신호 처리부(50)는 WDR 알고리즘을 수행하기 위한 WDR 하드웨어 IP를 포함할 수 있다.
디지털 신호 처리부(50)는 영상신호변환부(51), 광역역광보정부(53), RGB변환부(59)를 포함한다.
영상신호변환부(51)는 촬상소자(30), 예를 들면 CCD 이미지 센서에서 획득한 서로 다른 노출 시간을 갖는 원 데이터(raw data)의 영상 신호들을 수신한다. 영상신호변환부(51)는 피사체에 대하여 노출 시간이 상대적으로 짧은 영상 신호와 노출 시간이 상대적으로 긴 영상 신호를 각각 입력받고, 상기 원본 영상 신호를 축소한 축소 영상 신호를 생성한다. 또한, 영상신호변환부(51)는 수신된 영상 신호들을 휘도(Luminance) 성분을 포함하는 휘도 신호(Y)와 색차(Chroma) 성분을 포함하는 색차 신호(C)로 변환한다.
각 영상 신호는 1개의 휘도(Y)　성분과　2개의 색차(C) 성분으로 분할되는데, 휘도(Y, Luminance)는 밝고 어두운 정도를 표현하는 성분이며, 색차(C, Chrominance)는 색상(Color) 정보를 표현하는 성분이며, 2가지 색차 성분은 Cr, Cb 값을 갖는다. Cr은 레드 성분에서 기준값(Reference Value)과의 차이를 나타내고, Cb는 블루 성분에서 기준값과의 차이를 나타낸다.
WDR을 위해 영상의 휘도 성분과 색차 성분을 나누어 처리한다. 이는 일반적인 RGB 색 공간을 사용할 때보다 하드웨어의 복잡도를 줄이고, R,G,B 성분을 각각 조절 시 발생하는 색상 불균형 문제를 줄일 수 있다.
영상신호변환부(51)는 노출 시간이 짧은 영상 신호를 입력받아 휘도 신호(YS)와 색차 신호(CS)로 변환하여 출력하고, 노출 시간이 긴 영상 신호를 입력받아 휘도 신호(YL)와 색차 신호(CL)로 변환하여 출력한다. YS 신호는 원본 영상에 대한 휘도 신호(YS1)과 축소 영상에 대한 휘도 신호(YS2)를 포함하고, YL 신호는 원본 영상에 대한 휘도 신호(YL1)와 축소 영상에 대한 휘도 신호(YL2)를 포함한다.
광역역광보정부(53)는 휘도합성부(55)와 색차합성부(57)를 포함한다.
휘도합성부(55)는 도 2의 WDR 하드웨어 IP가 적용될 수 있으며, 따라서 구체적인 설명은 생략하겠다. 휘도합성부(55)는 서로 다른 노출 시간을 갖는 축소 영상들을 처리하여 휘도의 최대값과 최소값을 구하는 프로세스와, 서로 다른 노출 시간을 갖는 원본 영상들을 처리하여 휘도값이 보정된 다이나믹 레인지 휘도 신호를 생성하는 프로세스를 시간적인 차이를 두고 처리한다. 상기 두 프로세스에서 중복되는 선형 변환, 승산 연산, 가산 연산 등은 휘도합성부(55)의 동일한 연산 회로를 통해 처리할 수 있다. 휘도합성부(55)는 제어 신호에 따라 프로세스를 구분하여 처리한다.
상기 두 개의 프로세스를 각각 별개로 처리하는 경우 많은 계산 시간과 소비 전력을 요구하게 된다. 본 발명의 실시예는 상기 두 개의 프로세스를 수행하기 위한 하드웨어 IP를 구성하고, 유사한 알고리즘이 동일한 연산회로에서 시간적인 차이를 두고 처리되도록 하고 있다. 따라서, 불필요한 설계 면적과 소비 전력을 줄일 수 있다.
휘도합성부(55)는 서로 다른 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호(YS)와 원본 영상의 휘도 신호(YL)를 시간차를 두고 처리한다. 축소 영상의 휘도 신호(YS)는 각 화소(pixel)에 대한 휘도의 최대값과 최소값을 구하기 위해 사용하며, 축소 영상을 사용하는 것은 프로세스 시간을 단축하기 위함이다. 원본 영상의 휘도 신호(YL)는 상기 휘도의 최대값과 최소값을 이용하여 휘도값이 보정된 다이나믹 레인지 휘도 신호를 생성하기 위해 사용한다.
휘도합성부(55)는 서로 다른 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호(YS)와 원본 영상의 휘도 신호(YL) 프로세스를 선택하기 위해 레지스터 회로로 모드선택기를 구성한다.
색차합성부(57)는 노출 시간이 짧은 영상의 색차 신호(CS)와 노출 시간이 긴 영상의 색차 신호(CL)의 평균을 취한 다이나믹 레인지 색차 신호(CW)를 출력한다.
RGB합성부(59)는 휘도합성부(55)의 다이나믹 레인지 휘도 신호(YW)와 색차합성부(57)의 다이나믹 레인지 색차 신호(CW)를 RGB 신호로 변환하여 WDR 영상 신호를 출력한다.
본 발명에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서 상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨데, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨데, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 상기 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 상기 메모리에 저장되고, 상기 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명에서 인용하는 공개 문헌, 특허 출원, 특허 등을 포함하는 모든 문헌들은 각 인용 문헌이 개별적으로 및 구체적으로 병합하여 나타내는 것 또는 본 발명에서 전체적으로 병합하여 나타낸 것과 동일하게 본 발명에 병합될 수 있다.
본 발명의 이해를 위하여, 도면에 도시된 바람직한 실시 예들에서 참조 부호를 기재하였으며, 상기 실시 예들을 설명하기 위하여 특정 용어들을 사용하였으나, 상기 특정 용어에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당업자에 있어서 통상적으로 생각할 수 있는 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 잇는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순선에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와, 상기 축소 영상과 소정 시간 차이로 입력되고 상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호에 각각 가중계수를 승산하는 제1승산기;
    상기 제1 노출 시간보다 긴 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와, 상기 축소 영상과 소정 시간 차이로 입력되고 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호에 각각 가중계수를 승산하는 제2승산기; 및
    상기 가중계수가 적용된 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호를 가산하여 제1합성신호를 생성하고, 상기 가중계수가 적용된 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 가산하여 제2합성신호를 생성하는 가산기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 역광 보정 하드웨어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 선택적으로 출력하는 제1선택기; 및
    상기 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 선택적으로 출력하는 제2선택기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 역광 보정 하드웨어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가중계수를 계산하여 상기 제1승산기와 상기 제2승산기로 각각 출력하는 계수생성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 역광 보정 하드웨어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 축소 영상의 휘도 신호의 가중계수를 계산하는 제1계수생성기; 및
    상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 축소 영상의 휘도 신호의 가중계수를 계산하는 제2계수생성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 역광 보정 하드웨어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 선형 변환하는 선형변환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 역광 보정 하드웨어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1합성신호와 상기 제2합성신호를 선택적으로 출력하는 제3선택기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 역광 보정 하드웨어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1합성신호로부터 각 화소별로 휘도의 최대값과 최소값을 검출하는 피크검출기; 및
    상기 휘도의 최대값과 최소값을 이용하여 상기 제2합성신호의 휘도 신호를 보정하는 휘도보정기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광역 역광 보정 하드웨어 장치.
  8. 서로 다른 노출 시간을 갖는 영상을 획득하는 촬상소자; 및
    상기 서로 다른 노출 시간 중 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제1 노출 시간보다 긴 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호를 가중계수를 적용하여 합성하고, 상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 가중계수를 적용하여 합성하는 광역역광보정부;를 포함하고,
    상기 광역역광보정부는,
    상기 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와, 상기 축소 영상과 소정 시간 차이로 입력되고 상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호에 각각 가중계수를 승산하는 제1승산기;
    상기 제1 노출 시간보다 긴 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와, 상기 축소 영상과 소정 시간 차이로 입력되고 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호에 각각 가중계수를 승산하는 제2승산기; 및
    상기 가중계수가 적용된 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호를 가산하여 제1합성신호를 생성하고, 상기 가중계수가 적용된 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 가산하여 제2합성신호를 생성하는 가산기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 광역역광보정부는,
    상기 제1 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 선택적으로 출력하는 제1선택기; 및
    상기 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 선택적으로 출력하는 제2선택기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 광역역광보정부는,
    상기 가중계수를 계산하여 상기 제1승산기와 상기 제2승산기로 각각 출력하는 계수생성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 광역역광보정부는,
    상기 제1 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 축소 영상의 휘도 신호의 가중계수를 계산하는 제1계수생성기; 및
    상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호와 축소 영상의 휘도 신호의 가중계수를 계산하는 제2계수생성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 광역역광보정부는,
    상기 제2 노출 시간을 갖는 축소 영상의 휘도 신호와 상기 제2 노출 시간을 갖는 원본 영상의 휘도 신호를 선형 변환하는 선형변환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 광역역광보정부는,
    상기 제1합성신호와 상기 제2합성신호를 선택적으로 출력하는 제3선택기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 광역역광보정부는,
    상기 제1합성신호로부터 각 화소별로 휘도의 최대값과 최소값을 검출하는 피크검출기; 및
    상기 휘도의 최대값과 최소값을 이용하여 상기 제2합성신호의 휘도 신호를 보정하는 휘도보정기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
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