KR101691043B1 - 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주간뿐만 아니라 야간에도 촬영한 영상을 컬러영상으로 구현하여 야간에도 촬영영역의 이미지를 흑백영상으로 촬영할 때보다 매우 선명하게 얻는 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라에 관한 것으로서, 주간일 시에는 적외선 차단 필터로 입사광을 필터링하여 컬러영상 데이터를 생성하게 하고, 야간일 시에는 적외선을 조사하게 한 상태에서 더미 필터로 입사광을 필터링함과 동시에 색농도를 주간일 때보다 상대적으로 낮게 조절하여 화상처리한 컬러영상 데이터를 생성한다.

Description

적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라{CLOSED CIRCUIT TELEVISION CAMERA FOR COLOR IMAGE AT NIGHT USING INFRARED LIGHT}

본 발명은 주간뿐만 아니라 야간에도 촬영한 영상을 컬러영상으로 구현하여 야간에도 촬영영역의 이미지를 흑백영상으로 촬영할 때보다 매우 선명하게 얻는 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라에 관한 것이다.

폐쇄회로 텔레비전(CCTV : closed circuit television) 카메라는 피사체를 3원색(적색, 녹색, 청색)으로 각각 센싱하여 컬러영상을 얻을 수 있는 컬러 이미지 센서를 사용하여 주간뿐만 아니라 야간에도 컬러영상으로 촬영할 수 있지만, 대체로 최저 조도가 10Lux 이상이어야만 3원색을 구현할 수 있는 이미지 센서의 한계에 의해서, 주변 조도가 높은 주간에는 컬러영상으로 촬영하고, 주변 조도가 낮은 야간에는 가로등이나 투광기로 조명하지 아니하는 한 컬러영상을 얻을 수 없고 충분한 광량으로 조명하지 아니하면 선명한 컬러영상을 얻을 수 없으므로 일반적으로 흑백영상으로 촬영하도록 구성한다.

이와 같은 주야 촬영방식을 위한 카메라는 한국 공개특허 제10-2014-0028637호에 개시한 바와 같이 주간에는 가시광선을 투과시키고 적외선을 차단하여 적외선의 입사에 따라 붉은 색으로 편향되는 컬러색상의 왜곡을 방지하는 적외선 차단 필터로 입사광을 필터링한 후 이미지 센서로 촬상하고, 야간에는 적외선을 촬영방향을 향해 조사하면서 적외선 차단 필터를 이미지 센서로부터 분리하여 입사광을 필터링 없이 직접 이미지 센서에 촬상하도록 동작시킨다.

하지만, 야간에 적외선을 조사하며 흑백영상으로 촬영하더라도 단색 표현에 의해 피사체를 확연하게 구분할 수 있는 영상을 얻기 어려우며, 특히, 라이트를 밝히며 달리는 차가 지나갈 시에 라이트가 있는 위치 또는 라이트가 비춘 피사체만 지나치게 밝게 표현되고 나머지 상대적으로 조도가 낮은 영역은 쉽게 구분하기 어려울 정도로 어둡게 표현되는 문제가 발생한다.

이는, 적외선을 조사함에 따라 피사체에서 복사, 반사 또는 산란되는 광이 입사되고, 또한 미약하더라도 주변으로부터 빛을 받은 피사체로부터 광이 입사되어서, 3원색 성분이 존재하는데도, 이를 흑백으로 표현하도록 화상처리하기 때문이다.

KR 10-2014-0028637 A 2014.03.10.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 주간에는 선명한 컬러영상으로 촬영하고, 야간에는 적외선을 조사하며 촬영한 영상 신호를 색보정하여 피사체의 식별이 용이한 컬러형상을 얻는 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라에 있어서, 가시광을 투과시키고 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터(11)와, 가시광 및 적외선을 투과시키는 더미 필터(12), 중에 선택한 필터를 이용하여 촬영영역으로부터 입사되는 입사광을 필터링하는 필터부(10); 필터링된 입사광을 광전변환 및 A/D변환한 디지털 신호를 출력하는 촬상부(20); 디지털 신호를 화상처리하여 영상 데이터를 생성하는 화상처리부(30); 촬영영역을 향해 적외선을 조사하기 위해 마련된 조명부(40); 촬영영역의 조도를 센싱하며, 주야를 구분하기 위해 마련된 센서부(50); 주간일 시에는 적외선 차단 필터(11)로 입사광을 필터링하여 컬러영상 데이터를 생성하게 하고, 야간일 시에는 조명부(40)로 적외선을 조사하게 한 상태에서 더미 필터(12)로 입사광을 필터링함과 동시에 화상처리부(30)에서 색농도를 주간일 때보다 상대적으로 낮게 조절하여 화상처리한 컬러영상 데이터를 생성하게 하는 제어부(60);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 제어부(60)는 야간에 적용하는 색농도를 조도에 비례하게 함을 특징으로 한다.

상기 제어부(60)는 야간에 적용하는 색농도를 미리 설정한 임계 조도까지 조도에 비례하게 낮추며, 조도가 임계 조도 미만일 시에는 색농도를 0%로 조절하여 화상처리부(30)에서 흑백영상 데이터를 생성하게 함을 특징으로 한다.

상기 센서부(50)는 촬영영역으로부터 입사되는 광속을 센싱하는 센서로 구성하고, 센싱한 광속으로부터 촬영영역의 조도를 획득함을 특징으로 한다.

상기 센서부(50)는 상기 화상처리부(30)에서 화상처리하는 중에 밝기 정보를 획득하고, 획득한 밝기 정보로부터 촬영영역의 조도를 획득함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 야간 촬영 모드로 동작할 시에 적외선을 조사하며 촬영하여 촬영영역으로부터 입사되는 광량을 높이고, 동시에, 조도에 따라 색농도를 조정하여 컬러성분을 살림으로써 입사광의 컬러 성분과 흑백 성분이 조화된 선명한 영상을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 블록구성도.
도 2는 도 1에 도시한 폐쇄회로 텔레비전 카메라로 이루어지는 야간 컬러영상 획득방법의 순서도.
도 3은 조도에 따라 변동시키는 색농도의 그래프(a) 및 주간에서 야간으로 변동할 시의 조도 감소에 따라 적용하는 색농도의 변동 그래프(b).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐쇄회로 텔레비전 카메라로 야간에 촬영하여 얻은 컬러영상에서 캡쳐한 이미지.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라의 블록구성도이고, 도 2는 도 1에 블록구성도로 도시한 폐쇄회로 텔레비전 카메라로 이루어지는 야간 컬러영상 획득방법의 순서도이고, 도 3은 조도에 대한 색농도 적용 비율의 그래프(a) 및 주간에서 야간으로 변동할 시의 조도 감소에 따른 색농도 적용 비율의 변동 그래프(b)이다.

본 발명의 실시예에 따른 폐쇄회로 텔레비전 카메라는 촬영영역(1)으로부터 입사되는 가시광을 수광하여 얻는 신호를 통상적인 화상처리를 수행함으로써 컬러영상을 생성하는 주간 촬영 모드와, 촬영영역(1)을 향해 적외선을 조사하면서 촬영영역(1)으로부터 입사되는 가시광 및 적외선광을 수광하여 얻는 신호를 화상처리할 시에 색농도를 주간 촬영 모드보다 낮게 조정하도록 화상처리함으로써 색농도 조정된 컬러영상을 생성하는 야간 촬영 모드를 갖추며, 이에, 주간에는 통상적인 카메라처럼 선명한 컬러영상을 출력하고, 야간에는 주간의 컬러영상처럼 선명한 색상을 얻을 수는 없지만 흑백영상으로 촬영할 때보다 더욱 선명한 컬러영상을 출력한다.

이를 위해서, 본 발명은 적외선을 선택적으로 차단하는 필터부(10), 광을 수광하여 전기적 신호를 얻는 촬상부(20), 수광하여 얻는 전기적 신호를 화상처리하는 화상처리부(30), 적외선을 조사하는 조명부(40), 조도를 센싱하는 센서부(50), 및 조도에 따라 주간 촬영 모드와 야간 촬영 모드 중에 선택한 모드를 수행하도록 제어하는 제어부(60)를 포함하여 구성되며, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 필터부(10)는 가시광을 투과시키고 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터(11)와, 가시광 및 적외선을 모두 투과시키며 예를 들면 투명 유리로 구성할 수 있는 더미 필터(12)와, 적외선 차단 필터(11)와 더미 필터(12) 중에 제어부(60)에 제어되어 선택한 필터로 입사광을 필터링하게 동작하는 필터교체부(13)를 포함하여 구성된다.

여기서, 입사광은 촬영영역(1)으로부터 입사되는 광이다.

적외선 차단 필터(11)와 더미 필터(12)를 구비한 필터군 및 필터를 선택하게 동작하는 필터교체부(13)는 예를 들어 공개특허 제10-2014-0028637호에 개시된 바와 같이 공지된 기술을 채용할 수 있으므로, 구조에 대해 상세한 설명을 생략한다.

상기 촬상부(20)는 필터부(10)로 필터링된 입사광을 컬러 이미지 센서로 광전변환하여 아날로그 전기신호를 얻은 후 아날로그 전기신호를 A/D 변화하여 디지털 신호로 출력하며, 이를 위해서 CCD(charge coupled device) 계열 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 계열과 같은 광전 변환 소자를 구비하여 화소별 컬러 정보를 나타내는 RGB 아날로그 전기신호를 출력하는 이미지 센서, 아날로그 전기신호를 노이즈 제거 또는 증폭 후 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 포함하여 구성되며, 통상적인 카메라처럼 렌즈, 줌렌즈, 조리개 등도 구비할 수 있다.

상기 화상처리부(30)는 촬상부(20)에서 출력되는 디지털 신호를 화상처리하여 컬러영상 데이터를 생성 출력하며, 화상처리를 위한 화이트 밸런스 처리부(31), 색농도 조정부(32) 및 기타 화상처리부(33)를 포함한다.

상기 화이트 밸런스 처리부(31)는 광원에 따라 색 변화가 가장 큰 화이트 색상을 검출하여 검출한 화이트 색상의 R,G,B 구성비로 색 온도를 판단한 후, 색 온도에 따라 게인을 걸어 R, G, B의 색비를 조정하는 화이트 밸런스 조정을 수행하며, 일반적으로 카메라에서는 AWB(Auto White Balance) 알고리즘을 채용한다.

상기 색농도 조정부(32)는 색농도(saturation)를 조절하며, 본 발명에 따르면 주간 모드와 야간 모드 중에 주야에 맞는 모드로 동작한다.

색농도는 광원의 가시 출력에 대해 상대적인 대역폭을 표현하기 위한 값으로서, 일 예로 색농도가 증가하면 색상이 좀 더 "순수"하게 보이고, 반대로 색농도가 낮아지면 색상은 상대적으로 "퇴색"된 것처럼 보이며, 일반적으로 0%~100%의 백분율로 나타낸다.

그리고, RGB 성분이 충분히 수광되는 주간을 기준으로 적절한 색농도를 갖게 카메라를 셋팅하여 촬영 동작을 시킨다. 이와 같이 적절하게 셋팅한 색농도를 적용하는 것이 상기한 주간 모드이다.

본 발명에 따르면, 야간 모드를 더욱 구비한다.

야간 모드는 조도가 높은 주간일 때보다 조도가 낮은 야간일 때에 상대적으로 낮게 조절하도록 색농도를 조절하는 동작 모드이다.

도 3(a)에 도시한 구체적인 실시예를 참조하면, 조도 Lth를 기준으로 조도(L)가 Lth를 초과할 시에 주간으로 판정하고 Lth 이하일 때에 야간으로 판정하도록 되어 있다.

그리고, 조도(L)가 Lth를 초과한 주간에는 사전에 셋팅된 색농도 Rth를 적용하는 주간 모드로 동작한다.

조도(L)가 Lth 이하인 야간에는 사전에 셋팅된 색농도 Rth보다 낮은 색농도(R)를 적용하되, 색농도(R)를 조도(L)에 비례하게 하여 조도가 낮을수록 색농도를 낮게 조정한다.

도면에 그래프로 표시한 색농도(R)는 사전에 셋팅된 색농도 Rth를 100%로 보고 상대적인 값인 백분율로 표시하였다.

한편, 조도(L)가 매우 낮게 되어 색농도(R)의 조정 의미가 없게 되는 미리 설정한 임계 조도 L0 미만일 시에는 색농도(L)를 "0"으로 조절하여서, 흑백영상 데이터를 생성하게 한다. 즉, 야간에 적용하는 색농도는 조도가 Lth에서 L0까지 감소할 시에 Rth에서 0까지 선형적으로 감소하게 설정된다.

도 3(b)에 도시한 실제 상황에 따르면, 주간(L>Lth)에는 사전에 셋팅된 색농도 Rth를 적용한 주간 촬영 모드를 수행하고, 야간(L<=Lth)에 이르러 조도가 점차 낮아지면 조도가 감소하는 만큼 색농도를 낮추며, 미리 설정한 임계 조도 L0에 이르면 색농도를 0으로 조정한다.

그리고, 색농도 조절부(32)의 동작 모드 선택 및 야간에서의 색농도 조정값은 제어부(60)에 의해 정해진다.

상기 기타 화상처리부(33)는 예를 들어 색조 조정, 화소 보간, 명도 조정, 감마 보정 등의 화상처리를 담당하며, 이러한 기타 화상처리는 공지된 기술이므로 본 발명의 설명에서는 그 설명을 생략한다.

이와 같이 구성되는 화상처리부(30)는 촬상부(20)로부터 전달받는 디지털 신호를 화이트 밸런스 처리부(31), 색농도 조정부(32) 및 기타 화상처리부(33)에 의해 화상처리되어 컬러영상 데이터를 생성한다. 물론, 미리 설정한 임계 조도 이하에서는 실질적으로 흑백영상 데이터를 생성하게 된다.

상기 조명부(40)는 촬상부(20)의 촬영범위에 속한 촬영영역(1)을 향해 적외선을 조사하기 위해 마련된 구성요소로서, 야간에 적외선을 조사하도록 제어부(60)에 의해 제어된다.

상기 센서부(50)는 촬영영역(1)의 조도를 센싱하여 주야를 구분하기 위해 마련되고, 센싱한 조도값을 제어부(60)에 전달한다.

상기 센서부(50)는 촬영영역(1)으로부터 입사되는 광속을 센싱하여 조도를 획득하는 광센서로 구성하여서, 센싱한 광속으로부터 촬영영역의 조도를 획득한다.

다른 실시예로서, 상기 센서부(50)는 상기 화상처리부(30)에서 화상처리하는 중에 밝기 정보를 획득하고, 획득한 밝기 정보로부터 촬영영역(1)의 조도를 획득하게 구성할 수도 있다. 즉, 촬상부(20)로부터 전달받는 디지털 신호를 화상처리하여 컬러영상 데이터를 생성할 시에, 빛의 강도(intensity) 또는 진폭(amplitude)을 나타내는 명도(Brightness) 성분을 추출하여 명도 성분으로부터 촬영영역(1)의 조도를 획득하며, 이와 같이 조도를 획득할 시에는 상기 센서부(50) 및 후술하는 제어부(60)를 화상처리부(30)에 이식하여 화상처리부(30)의 구성요소와 연동하며 동작하게 하여야 할 것이다.

상기 제어부(60)는 주간 촬영 모드를 수행하기 위한 제어 프로세서와 야간 촬영 모드를 수행하기 위한 제어 프로세서를 구비하며, 필터부(10)의 필터교체부(13), 화상처리부(30)의 색농도 조정부(32), 조명부(40) 및 센서부(50)에 연결되어 센서부(50)의 센싱값에 따라 제어동작을 수행한다.

상기 제어부(60)에 의해 제어 동작은 도 2를 참조하며 설명한다.

센서부(50)에서 센싱되는 촬영영역(1)의 조도를 실시간 모니터링하여(S10), 미리 설정한 조도(Lth)를 기준으로 주야를 판단한다(S20).

그리고, 주간으로 판단되는 경우, 주간 촬영 모드(S30)로 제어 동작을 수행한다.

주간 촬영 모드(S30)는 조명부(40)를 소등시킨 상태로 두고, 필터교체부(13)에서 적외선 차단 필터(11)를 선택하게 하는 제어동작과, 색농도 조정부(32)를 주간 모드로 동작하게 하는 제어동작을 수행한다.

이에 따라, 촬영영역(1)으로부터 입사되는 광을 적외선 차단 필터(11)로 필터링한 후 촬상부(20)에 의해 촬상되게 함으로써 적외선이 차단된 광을 촬상되게 하고, 색농도를 사전에 셋팅된 색농도 Rth으로 적용하여 화상처리하게 한다. 이에, 선명한 주간 컬러영상 데이터를 획득하게 한다.

야간으로 판단되는 경우, 야간 촬영 모드(S40)로 제어 동작을 수행한다.

야간 촬영 모드(S40)는 필터교체부(13)에서 더미 필터(12)를 선택하게 하는 제어동작과, 조명부(40)를 점등시키는 제어동작과, 색농도 조정부(32)를 야간 모드로 동작하게 하는 제어동작을 수행한다.

이에 따라, 촬영영역(1)을 향해 적외선을 조사한 상태에서, 촬영영역(1)으로부터 입사되는 광을 더미 필터로 필터링한 후 촬상부(20)에 의해 촬상되게 함으로써, 가시광 및 적외선이 모두 촬상되게 하며, 동시에, 화상처리부(30)에서 색농도를 도 3(a)에 도시한 바와 같이 조도에 따라 색농도를 조정하며 화상처리한 야간 컬러영상 데이터를 획득하게 한다. 야간 촬영 모드를 수행하는 중에 조도가 임계 조도 미만일 시에는 색농도를 0%로 조정하므로, 실질적으로 흑백영상 데이터를 획득하게 된다.

도 4는 야간 촬영하여 얻은 컬러영상을 캡쳐한 이미지이다.

먼저, 도 4(a)는 횡단보도를 촬영한 영상으로서, 촬영영역의 고유 색상이 완전하게 보이지는 아니하지만 예를 들어 주변 조명 또는 간판등에서 조사된 불빛에 의해 야간이지만 조도가 높은 편이므로, 색농도가 높게 반영되어 어느 정도 색상 구분이 가능하고, 촬영영역 전체를 선명하게 구분할 수 있고, 정지선에 멈춰있는 차량이 형태뿐만 아니라 번호판도 선명하며, 횡단하는 중에 있는 사람의 윤곽 및 의상을 야간임에도 선명하게 구분할 수 있다.

다음으로, 도 4(b)도 횡단보도를 촬영한 영상으로서, 차량이 지나가는 중의 이미지와 지나간 후의 이미지를 보여준다. 도 4(b)를 살펴보면, 야간에 촬영하였음에도 지나가는 차량의 윤곽, 운전자의 윤곽 및 번호판을 식별할 정도로 이미지를 얻을 수 있고, 차량이 지나가기 전후의 배경영상을 거의 차이 없다고 할 정도로 선명한 이미지를 얻게 된다.

다음으로, 도 4(c)는 야간 조도가 매우 낮은 도로의 영상으로서, 차량이 지가는 중의 이미지와 차량이 없을 시의 이미지를 보여준다. 이에 따르면, 지나가는 차량의 윤곽도 선명하게 볼 수 있고, 차량이 지나가기 전후의 차선도 거의 차이 없이 선명하게 볼 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라는 주간과 마찬가지로 야간에도 컬러영상을 획득하되 적외선으로 촬영영역을 조사하고 적외선도 수광시키도록 필터를 교체하므로, 촬영영역의 이미지 정보를 보다 많은 수광량으로 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 종래기술처럼 흑백영상 데이터를 생성하는 것이 아니라 조도에 따라 조정한 색농도를 적용하여 화상처리하므로, 색농도의 반영에 의해서 흑백영상보다 상대적으로 선명한 영상을 획득할 수 있다.

이때, 색농도를 조도에 비례한 값으로 적용하므로, 조도에 따라 컬러 성분과 흑백 성분이 적절한 양으로 반영되어, 조도에 맞는 최적의 영상을 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10 : 필터부
11 : 적외선 차단 필터 12 : 더미 필터 13 : 필터교체부
20 : 촬상부
30 : 화상처리부
31 : 화이트 밸런스 처리부 32 : 색농도 조정부
33 : 기타 화상처리부
40 : 조명부
50 : 센서부
60 : 제어부

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 가시광을 투과시키고 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터(11)와, 가시광 및 적외선을 투과시키는 더미 필터(12), 중에 선택한 필터를 이용하여 촬영영역으로부터 입사되는 입사광을 필터링하는 필터부(10);
   필터링된 입사광을 광전변환 및 A/D변환한 디지털 신호를 출력하는 촬상부(20);
   디지털 신호를 화상처리하여 영상 데이터를 생성하는 화상처리부(30);
   촬영영역을 향해 적외선을 조사하기 위해 마련된 조명부(40);
   촬영영역으로부터 입사되는 광속을 센싱하는 센서로 구성하여서 센싱한 광속으로부터 촬영영역의 조도를 획득하거나, 또는 상기 화상처리부(30)에서 화상처리하는 중에 밝기 정보를 획득하여서 획득한 밝기 정보로부터 촬영영역의 조도를 획득하여 주야를 구분하는 센서부(50);
   주간일 시에는 적외선 차단 필터(11)로 입사광을 필터링하여 컬러영상 데이터를 생성하게 하고, 야간일 시에는 조명부(40)로 적외선을 조사하게 한 상태에서 더미 필터(12)로 입사광을 필터링함과 동시에 화상처리부(30)에서 색농도를 주간일 때보다 상대적으로 낮게 조절하되 색농도를 미리 설정한 임계 조도까지 조도에 비례하게 낮추며 화상처리한 컬러영상 데이터를 생성하게 하고, 조도가 임계 조도 미만일 시에는 색농도를 0%로 조절하여 화상처리부(30)에서 흑백영상 데이터를 생성하게 하는 제어부(60);
   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 적외선을 이용하여 야간 컬러영상을 구현하는 폐쇄회로 텔레비전 카메라.

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