KR101675800B1 - 영상 포화 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 영상 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이 할 영상신호로부터 포화 정도를 판단하여 피사체에 출력되는 적외선 조명을 제어하는 영상 포화 방지 장치에 관한 것이다. 영상 포화 방지 장치는 조명 드라이버에 의해 구동되는 적외선 조명을 구비한 영상 처리 장치로서, 조명이 비추는 피사체를 촬영하여 디스플레이 가능한 영상 신호로 처리하는 신호 처리부 및 영상 신호와 임계값을 비교하여 영상 신호의 포화 발생 여부를 판단하고, 영상 신호에 포화가 발생한 것으로 판단되면 적외선 조명의 발광 휘도를 낮추도록 조명 드라이버의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

영상 포화 방지 장치{Apparatus for protecting image saturation}

본 발명은 디지털 영상 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이 할 영상신호로부터 포화 정도를 판단하여 피사체에 출력되는 적외선 조명을 제어하는 영상 포화 방지 장치에 관한 것이다.

디지털 영상 처리 장치 중 감시용 카메라는 외부 조도 환경이 열악한 상황에서도 감시 기능을 수행할 수 있어야 한다. 이러한 기능을 수행하기 위해 감시 카메라 내부에는 AGC(auto gain control) 및 AE(auto exposure) 기능이 구비되어 외부 조도에 관계없이 영상의 밝기를 일정하게 유지시키고 있다.

그러나 감시 카메라가 영상 밝기 조절 범위를 넘어서는 환경에 노출되는 경우, 특히 외부 조도가 매우 낮을 경우에는 화면에 랜덤 노이즈가 발생하여 피사체를 구분하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 상황에 대처하기 위해 적외선 카메라와 일체형으로 또는 분리형으로 적외선 조명을 구비하여, 조도가 매우 낮은 환경이나 빛이 전혀 없는 환경에서도 큰 무리 없이 감시 기능을 구현할 수 있게 된다.

일반적으로 적외선 조명이 켜진 상태에서 피사체가 카메라로 접근하게 되면 도 5a와 같이 영상의 일부분에 포화가 발생하게 된다.

적외선 카메라의 영상포화 방지 회로에 관한 국내 공개특허공보 제2008-0007719호(이하, 선행기술)는 촬영되는 피사체의 영상이 포화되지 않도록 주변 밝기에 따라 적외선 LED의 발광 휘도를 조정한다. 도 2를 참조하면, 선행기술의 영상포화 방지 회로는 렌즈(101), CCD부(102), CDS/AGC부(103), DSP부(104), 광전셀(107), CDS 센서부(108), 필터 교환기(109), 적외선 LED 드라이버(110) 및 적외선 LED(111) 이외에 영상이 포화되는 것을 방지할 수 있도록 적분기(105) 및 비교기(106)를 포함한다. 영상포화 방지 회로는 적분기(105)가 렌즈(10)를 통해 입사되는 외부 빛의 세기에 대응하는 영상신호를 적분하고, 비교기(106)가 적분 처리된 영상 신호의 측정 조도치와 기준 조도치를 비교하여 영상신호의 측정 조도치가 기준 조도치 보다 높으면 적외선 LED 드라이버(110)에 피드백 전압을 걸어서 적외선 LED(111)의 구동 전류를 제어한다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 디스플레이 할 영상신호로부터 포화 정도를 판단하여 피사체에 출력되는 적외선 조명을 제어하는 영상 포화 방지 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 영상 포화 방지 장치는 조명 드라이버에 의해 구동되는 적외선 조명을 구비한 영상 처리 장치로서, 상기 조명이 비추는 피사체를 촬영하여 디스플레이 가능한 영상 신호로 처리하는 신호 처리부; 및 상기 영상 신호와 임계값을 비교하여 상기 영상 신호의 포화 발생 여부를 판단하고, 상기 영상 신호에 포화가 발생한 것으로 판단되면 상기 적외선 조명의 발광 휘도를 낮추도록 상기 조명 드라이버의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 영상신호를 제1 임계값과 비교하는 제1 비교기; 및 상기 영상신호를 제2 임계값과 비교하는 제2 비교기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 임계 시간 내에서 상기 제1 비교기의 출력신호가 상기 제2 비교기의 출력신호 보다 작으면 상기 영상신호에 포화가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 영상신호가 일정 레벨을 유지하도록 클램프하여 상기 제1 및 제2 비교기로 출력하는 클램프;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 임계값은 상기 클램프에서 출력되는 영상신호 포화 레벨의 일정 비율인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값 및 상기 영상의 평균 밝기값의 평균값인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 임계 시간은 일 수평 동기 신호 시간 보다 짧은 시간으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 비교기의 출력신호 개수가 기준 개수 이하이면, 상기 영상신호에서 적어도 두 개 이상의 피사체에 대해 포화가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 일 영상 프레임 내에서 상기 제1 비교기의 출력신호 개수가 기준 개수 이하인 경우가, 기준 개수 이하이면, 영상 프레임에 포화가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 기준 개수는 상기 일 영상 프레임 내의 영상 신호 라인 개수보다 작은 개수로 설정하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 적외선 조명이 구비된 감시 카메라를 이용하여 피사체를 촬영할 시에, 카메라에 근접한 피사체에 적외선 조명이 과다하게 집중되어 피사체 영상에 포화가 발생한 경우, 이를 검출하고 조명을 적절히 제어하여 적정한 노출의 영상을 획득하고 최적의 감시 기능을 수행할 수 있다.

또한, 피사체의 영상 포화 현상을 방지함으로써 감시 카메라가 피사체의 윤곽, 경계면 등을 어느 조건에서도 선명하게 촬영할 수 있어 감시 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 영상 포화 방지 장치의 구성을 보이는 블록도 이다.
도 2는 도 1 중 일 수평 동기 신호 동안 출력되는 포화된 영상 신호 파형도 이다.
도 3은 도 1 중 일 수평 동기 신호 동안 제1 및 제2 비교기의 출력 신호를 보이는 도면이다.
도 4는 도 1 중 영상 프레임에서 영상 포화 발생 여부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 영상 포화 및 영상 포화가 방지된 영상의 비교를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 영상 포화 방지 장치의 구성을 보이는 블록도 이다.

도 1에 도시된 바와 같이 영상 포화 방지 장치는 렌즈(101), CCD(103), CDS/AGC부(105), 디지털 신호 처리부(107), 클램프(109), 제1 비교기(111), 제2 비교기(113), 제어부(115), 조명 드라이버(117) 및 조명(119)을 포함한다. 포함한다.

렌즈(101)는 필터부(미도시)를 포함한 광학계(OPS)로, 촬영하는 영상의 빛을 광학적으로 처리하며, 줌 업/다운이 가능하다.

CCD(Charge Coupled Device)(103) 또는 CMOS (Complementary Metal-Oxide- Semiconductor)는 렌즈(101)를 통하여 입력되는 광량을 축적하고 그 축적된 광량에 따라 렌즈(101)에서 촬상된 영상을 수직 동기신호에 맞추어 출력한다. 영상 획득은 피사체로부터 반사되어 나오는 빛을 전기적인 신호로 변환시켜 주는 CCD(103)에 의해 이루어진다. CCD(103)를 이용하여 컬러 영상을 얻기 위해서는 컬러 필터를 필요로 하며, 대부분 CFA(Color filter array) 라는 필터(미도시)를 채용하고 있다. CFA는 한 픽셀마다 한 가지 컬러를 나타내는 빛만을 통과시키며 규칙적으로 배열된 구조를 가지고 있으며, 배열 구조에 따라 여러 가지 형태를 가지고 있다.

CDS/AGC부(105)는 CCD(103)에서 출력되는 아날로그 신호를 처리하여, 그 고주파 노이즈를 제거하고 진폭을 조정한 후, 디지털 신호로 변환시킨다.

디지털 신호 처리부(107)는 CDS/AGC부(105)에서 출력되는 영상신호를 휘도신호 및 색상신호에 필요한 지연 또는 이득을 제어하여 디스플레이 가능한 영상신호를 출력한다. 디지털 신호 처리부(107)는 온도변화에 민감한 CCD(103) 및 CFA 필터에서 발생하는 암 전류에 의한 블랙레벨(Black level)을 제거하고, 인간 시각의 비선형성에 맞추어 정보를 부호화 하는 감마 보정을 수행한다. 디지털 신호 처리부(107)는 감마 보정된 소정 데이터의 RGRG라인 및 GBGB 라인으로 구현된 베이어 패턴을 RGB 라인으로 보간하는 CFA 보간을 수행하고, 보간된 RGB 신호를 YUV 신호로 변환하고, 고 대역 필터에 의해 Y 신호를 필터링 하여 영상을 뚜렷하게 처리하는 에지 보상과, 표준 컬러 좌표계를 이용하여 U, V 신호의 컬러 값을 정정하는 컬러 정정을 수행하며, 이들의 노이즈를 제거한다.

클램프(109)는 디지털 신호 처리부(107)에서 출력되는 디스플레이 가능한 영상신호가 일정 레벨을 유지하도록 클램핑한다. 클램프(109)는 클램프 회로(미도시) 또는 영상 앰프(미도시)가 그 역할을 수행할 수 있다.

도 2에는 일 수평 동기 신호 동안 클램프(109)를 통과한 포화된 영상 신호 파형도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 영상신호의 대부분은 평균밝기 보다 밝기 레벨이 낮고(어둡고), 포화가 된 부분은 밝기 레벨이 매우 높은(밝은) 상태이다.

본 발명에서는 클램핑된 영상신호로부터 영상 포화를 검출하기 위해 두 개의 임계값을 갖는 두 개의 비교기(111, 113) 출력 신호를 이용한다.

제1 비교기(111)는 클램핑된 영상신호를 제1 임계값과 비교하여 제1 출력신호를 생성한다. 여기서, 제1 임계값은 T_H(threshold high)로 정의하며, 클램프(109)에서 출력되는 영상신호 포화 레벨의 일정 비율 이상 예를 들어, 90% 이상으로 설정할 수 있다.

도 3a에는 클램핑된 영상신호에 대한 제1 비교기(111)의 제1 임계값 T_H가 도시되어 있고, 도 3b에는 제1 비교기(111)에서 클램핑된 영상신호를 제1 임계값과 비교한 결과로써의 제1 출력 파형 폭 ?T_H가 도시되어 있다.

제2 비교기(113)는 클램핑된 영상신호를 제2 임계값과 비교하여 제2 출력신호를 생성한다. 여기서, 제2 임계값은 T_L(threshold low)로 정의하며, 제1 임계값 T_H 및 현재 영상의 평균 밝기의 평균값으로 설정할 수 있다.

도 3a에는 클램핑된 영상신호에 대한 제2 비교기(113)의 제2 임계값 T_L이 도시되어 있고, 도 3c에는 제2 비교기(113)에서 클램핑된 영상신호를 제2 임계값과 비교한 결과로써의 제2 출력 파형 폭 ?T_L이 도시되어 있다.

제어부(115)는 일 수평 동기 신호(1H) 구간 동안, 임의의 임계 시간(t_DETECT) 내에서 제2 비교기(111)의 제1 출력 파형 폭 ?T_H 및 제2 비교기(113)의 제2 출력 파형 폭 ?T_L을 분석하여, 제1 출력 파형 폭 ?T_H 이 제2 출력 파형 폭 ?T_L 보다 작으면, 영상신호에 포화가 발생한 것으로 판단하고, 조명 드라이버(117)의 구동을 제어한다. 여기서 임의의 임계 시간(t_DETECT)은 일 수평 동기 신호 시간 보다 짧은 시간으로 설정할 수 있다.

제어부(115)는 영상신호에 포화가 발생한 것으로 판단되면, 조명(119)의 발광 휘도를 현재 보다 낮게 하도록 조명 드라이버(117)의 구동을 제어할 수 있다.

그러나 제어부(115)의 분석결과, 제1 출력 파형 폭 ?T_H 이 제2 출력 파형 폭 ?T_L 보다 작지 않으면, 영상신호에 포화가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 조명(119)의 발광 휘도를 현재 상태를 하도록 조명 드라이버(117)의 구동을 제어할 수 있다.

조명 드라이버(117)는 제어부(115)의 제어 하에, 적외선 조명으로써의 조명(119)의 조도를 제어한다.

다음에 제2 실시 예로써의 제어부(115)의 영상 포화 판단을 설명하기로 한다.

제어부(115)는 일 수평 동기 신호(1H) 구간 동안, 제1 비교기(111)에서 출력되는 제1 출력 파형 폭 ?T_H 개수(NT_1H)를 카운트 하여, 제1 출력 파형 폭 ?T_H 개수(NT_1H)가 기준 개수(n1_{H _ DETECT}) 이하이면, 영상신호에 포함된 두 개 이상의 피사체에 포화가 발생한 것으로 판단하고, 조명 드라이버(117)의 구동을 제어한다.

또한 본 실시 예에서는 제1 출력 파형 폭 ?T_H의 개수(NT_1H)를 이용하여 영상 포화를 판단하였으나, 제2 비교기(113)에서 출력되는 제2 출력 파형 폭 ?T_L의 개수를 이용해도 무방하다.

다음에 제3 실시 예로써의 제어부(115)의 영상 포화 판단을 설명하기로 한다.

제어부(115)는 일 수직 동기 신호(1V) 구간 동안 즉, 일 영상 프레임에서, 일 수직 동기 신호(1V) 구간 동안 제1 비교기(111)에서 출력되는 제1 출력 파형 폭 ?T_H 개수(NT_LINE)를 카운트 하여, 제1 출력 파형 폭 ?T_H 개수(NT_LINE)가 기준 개수(N_{LINE _ DETECT}) 이하이면, 영상 프레임에 포화가 발생한 것으로 판단하고, 조명 드라이버(117)의 구동을 제어한다. 여기서, 기준 개수(N_{LINE _ DETECT})는 일 영상 프레임의 영상 신호 라인 개수보다 작은 개수로 설정할 수 있다.

또한 본 실시 예에서는 제1 출력 파형 폭 ?T_H의 개수(NT_LINE)를 이용하여 영상 포화를 판단하였으나, 제2 비교기(113)에서 출력되는 제2 출력 파형 폭 ?T_L의 개수를 이용해도 무방하다.

도 4에는 제1 내지 제3 실시 예를 종합하여 제어부(115)가 영상 포화 발생 여부를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 4a에는 일 영상 프레임에서 영상 신호 포화를 설명하기 위한 평면도로써, 제어부(115)는 일 수평 동기 신호(1H) 구간 동안, 제1 비교기(111)에서 출력되는 제1 출력 파형 폭 ?T_H 개수(NT_1H)를 카운트 하여, 제1 출력 파형 폭 ?T_H 개수(NT_1H)가 기준 개수(n1_{H _ DETECT}) 이하이면, 영상신호에 포함된 두 개 이상의 피사체에 포화가 발생한 것으로 판단한다. 또한 제어부(115)는 일 수직 동기 신호(1V) 구간 동안 즉, 일 영상 프레임에서, 일 수직 동기 신호(1V) 구간 동안 제1 비교기(111)에서 출력되는 제1 출력 파형 폭 ?T_H 개수(NT_LINE)를 카운트 하여, 제1 출력 파형 폭 ?T_H 개수(NT_LINE)가 기준 개수(N_{LINE _ DETECT}) 이하이면, 영상 프레임에 포화가 발생한 것으로 판단한다. 도 4b는 일 영상 프레임에서 임의의 영상 신호 포화를 설명하기 위한 사시도로써, 해당 설명은 도 4a와 동일하다.

도 5a에는 영상이 포화된 예를 보여주고 있고, 도 5b에는 조명(119)을 제어하여 영상이 포화되지 않은 예를 보여주고 있다.

종래의 적분기 및 비교기를 포함한 영상포화 방지 회로의 경우, 전체 영상 정보의 적분값을 조명 제어의 기준값으로 사용하여 조명에 의해 피사체가 포화된 부분의 정보만 검출하는 것이 불가능하고, 이로 인해 적외선 조명의 밝기 제어도 올바로 수행할 수 없었다. 또한 적분기 입력값으로 CDS/AGC의 출력 신호를 이용하기 때문에 조명 제어와 카메라가 동시에 설계되어야 함으로써 시스템 확장성이 저하되는 문제점이 있었다.

그러나 본 발명은 전체 영상의 밝기 정보가 아닌 디스플레이 가능한 영상 신호 즉, 카메라에 근접한 피사체로부터 포화 정도를 검출하여 조명을 제어하여 영상 포화 현상을 방지함으로써, 카메라가 피사체의 윤곽, 경계면 등을 어느 조건에서도 선명하게 촬영할 수 있어 감시 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다. 또한 영상 포화 정도 판단을 위해 외부로 출력되는 디스플레이 가능한 영상 신호를 이용하기 때문에 조명 제어와 카메라가 동시에 설계되지 않아도 됨으로써 시스템 확장성을 극대화 할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

101: 렌즈 103: CCD
105: CDS/AGC 107: DSP
109: 클램프 111: 제1 비교기
113: 제2 비교기 115: 제어부
117: 조명 드라이버 119: 조명

Claims (10)

1. 조명 드라이버에 의해 구동되는 적외선 조명을 구비한 영상 처리 장치로서,
   상기 조명이 비추는 피사체를 촬영하여 디스플레이 가능한 영상 신호로 처리하는 신호 처리부;
   상기 영상신호가 일정 레벨을 유지하도록 클램핑하는 클램프;
   상기 클램프에 의해 클램핑된 영상신호를, 상기 클램프에 의해 클램핑된 영상신호에 대한 포화레벨의 일정 비율 이상인 제1 임계값과 비교하여 제1 출력 파형 폭을 생성하는 제1 비교기;
   상기 클램프에 의해 클램핑된 영상신호를, 상기 제1 임계값 및 현재 촬영한 피사체에 대한 영상신호의 평균 밝기값의 평균값인 제2 임계값과 비교하여 제2 출력 파형 폭을 생성하는 제2 비교기; 및
   일 수평 동기 신호 구간 동안, 상기 제1 출력 파형 폭이 상기 제2 출력 파형 폭 보다 작으면, 상기 영상 신호에 포화가 발생한 것으로 판단되면 상기 적외선 조명의 발광 휘도를 낮추도록 상기 조명 드라이버의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 영상 포화 방지 장치.
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