KR101722479B1 - 카메라의 백라이트 보정 장치 및 방법 - Google Patents

카메라의 백라이트 보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 카메라의 백라이트 보정 장치 및 방법은, 예를 들어, 매우 높은 휘도 레벨의 피사체와 매우 낮은 휘도 레벨의 피사체를 동시에 촬영하더라도, 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지를 출력할 수 있게 되며, 더욱이, GRGB 바이엘 패턴의 픽셀들이 배열된 촬상 소자에서, 휘도(Y) 성분과 컬러(C) 성분이 혼합된 전기 신호가 출력되더라도, 휘도 신호와 컬러 신호를 분리하여, 상기 휘도 신호에 대해 백라이트 보정 동작을 수행한 후, 상기 백라이트가 보정된 휘도 신호와, 상기 컬러 신호를 합성함으로써, 정상적인 백라이트 보정 동작을 수행할 수 있게 된다.

Description

카메라의 백라이트 보정 장치 및 방법 {Apparatus and method for compensating backlight of camera}
본 발명은, 예를 들어, 고휘도 피사체와 저휘도 피사체가 동시에 존재하는 백라이트(Backlight) 상태의 동영상을 촬영하기 위한 카메라의 백라이트 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 동영상을 촬영하는 카메라에는, 씨씨디(CCD: Charge Coupled Device) 또는 씨모스(CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor)와 같은 촬상 소자(Photographing Device)가 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 상기 카메라에서는, 고휘도 레벨의 피사체를 촬영하는 경우, 상기 촬상 소자에 입사되는 광량을 감소시키기 위해, 아이리스(IRIS)의 오픈 량을 자동으로 감소시키거나, 상기 촬상 소자의 출력 신호를 증폭하기 위한 아날로그 게인(Gain) 값을 자동으로 감소시키게 된다.
또한, 상기 카메라에서는, 상기와 같이 아이리스 오픈 량과 아날로그 게인 값을 자동으로 감소시킨 상태에서도, 적정 휘도 레벨의 피사체 촬영이 불가능한 경우, 상기 촬상 소자의 각 픽셀(Pixel)들에 의해 충전되는 전하(Charge) 량을 감소시키기 위해, 상기 촬상 소자의 셔터 스피드(Shutter Speed)를, 쇼트(Short) 셔터 스피드로 조절하게 된다.
한편, 상기 카메라에서는, 저휘도 레벨의 피사체를 촬영하는 경우, 상기 촬상 소자에 입사되는 광량을 증가시키기 위해, 아이리스(IRIS)의 오픈 량을 자동으로 증가시키거나, 상기 촬상 소자의 출력 신호를 증폭하기 위한 아날로그 게인(Gain) 값을 자동으로 증가시키게 된다.
또한, 상기 카메라에서는, 상기와 같이 아이리스 오픈 량과 아날로그 게인 값을 자동으로 증가시킨 상태에서도, 적정 휘도 레벨의 피사체 촬영이 불가능한 경우, 상기 촬상 소자의 각 픽셀(Pixel)들에 의해 충전되는 전하(Charge) 량을 증가시키기 위해, 상기 촬상 소자의 셔터 스피드(Shutter Speed)를, 롱(Long) 셔터 스피드로 조절하게 된다.
이에 따라, 상기 카메라에서는, 고휘도 레벨의 피사체를 촬영하거나, 또는 저휘도 레벨의 피사체를 촬영하는 경우, 아이리스 오픈 량과, 아날로그 게인 값, 그리고 셔터 스피드를 자동으로 조절하여, 적절 레벨의 피사체 촬영 동작을 수행할 수 있게 된다.
그러나, 상기 카메라에서는, 동영상 촬영 동작을 수행하던 도중, 예를 들어 매우 높은 휘도 레벨의 피사체와 매우 낮은 휘도 레벨의 피사체를 동시에 촬영하는 백라이트(Backlight) 촬영 상태가 되는 경우, 각각의 피사체들에 대한 적정 휘도 레벨의 피사체 촬영 동작을 수행할 수 없게 된다.
본 발명은, 예를 들어, 백라이트 상태의 동영상을 정상적으로 촬영할 수 있도록 함은 물론, 휘도(Y) 성분과 컬러(C) 성분이 혼합된 GRGB 바이엘 패턴(Bayer Pattern)의 픽셀들이 배열된 촬상 소자를 사용하는 카메라에 적합한 백라이트 보정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 카메라의 백라이트 보정 방법은, 촬영 이미지를 휘도 데이터와 컬러 데이터로 분리하는 1단계; 상기 휘도 데이터에 대해 백라이트 보정 동작을 수행하는 2단계; 및 상기 백라이트 보정된 휘도 데이터와, 상기 컬러 데이터를 합성하는 3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 1단계는, GRGB 바이엘 패턴(Bayer Patten)으로 픽셀들이 배열된 촬상 소자에 의해 촬영되는 필드 단위의 이미지를, 휘도 데이터와 컬러 데이터로 분리하는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 2단계는, 상기 촬상 소자의 셔터 스피드를, 롱 셔터 스피드와 쇼트 셔터 스피드로 가변하면서 촬영되는 이미지의 휘도 데이터를, 필드 단위로 합성하여, 상기 휘도 데이터에 대해 백라이트 보정 동작을 수행하는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 2단계는, 상기 롱 셔터 스피드로 촬영된 이미지의 휘도 데이터에 대해, 디지털 게인을 증가시키고, 상기 쇼트 셔터 스피드로 촬영된 이미지의 휘도 데이터에 대해, 디지털 게인을 감소시키는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 2단계는, 상기 롱 셔터 스피드와 쇼트 셔터 스피드로 가변하면서 촬영되는 N 개의 이미지의 휘도 데이터를, 인접 필드 단위로 합성하여, N-1 개의 이미지의 휘도 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하며,
또한, 본 발명에 따른 카메라의 백라이트 보정 장치는, 촬영 이미지를 휘도 데이터와 컬러 데이터로 분리하기 위한 분리부; 상기 휘도 데이터에 대해 백라이트 보정 동작을 수행하기 위한 백라이트 보정부; 및 상기 백라이트 보정된 휘도 데이터와, 상기 컬러 데이터를 합성하기 위한 합성부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 분리부는, GRGB 바이엘 패턴으로 픽셀들이 배열된 촬상 소자에 의해 촬영되는 필드 단위의 이미지를, 휘도 데이터와 컬러 데이터로 분리하는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 백라이트 보정부는, 상기 촬상 소자의 셔터 스피드를, 롱 셔터 스피드와 쇼트 셔터 스피드로 가변하면서 촬영되는 이미지의 휘도 데이터를, 필드 단위로 합성하여, 상기 휘도 데이터에 대해 백라이트 보정 동작을 수행하는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 백라이트 보정부는, 상기 롱 셔터 스피드로 촬영된 이미지의 휘도 데이터에 대해, 디지털 게인을 증가시키고, 상기 쇼트 셔터 스피드로 촬영된 이미지의 휘도 데이터에 대해, 디지털 게인을 감소시키는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 백라이트 보정부는, 상기 롱 셔터 스피드와 쇼트 셔터 스피드로 가변하면서 촬영되는 N 개의 이미지의 휘도 데이터를, 인접 필드 단위로 합성하여, N-1 개의 이미지의 휘도 데이터를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 백라이트 상태의 동영상을 정상적으로 촬영할 수 있도록 함은 물론, 휘도(Y) 성분과 컬러(C) 성분이 혼합된 GRGB 바이엘 패턴(Bayer Pattern)의 픽셀들이 배열된 촬상 소자를 사용하는 카메라에 적합한 백라이트 보정 장치 및 방법을 제공함으로써, 매우 높은 휘도 레벨의 피사체와 매우 낮은 휘도 레벨의 피사체를 동시에 촬영하더라도, 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지를 출력할 수 있게 되며, 더욱이, GRGB 바이엘 패턴의 픽셀들이 배열된 촬상 소자에서, 휘도(Y) 성분과 컬러(C) 성분이 혼합된 전기 신호가 출력되더라도, 휘도 신호와 컬러 신호를 분리하여, 상기 휘도 신호에 대해 백라이트 보정 동작을 수행한 후, 상기 백라이트가 보정된 휘도 신호와, 상기 컬러 신호를 합성함으로써, 정상적인 백라이트 보정 동작을 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 백라이트 보정 장치 및 방법이 적용되는 카메라에 대한 실시예의 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 보정 장치 및 방법이 적용되는 카메라에 대한 실시예의 일부 구성을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 WDR 프로세서에 대한 실시예의 구성을 도시한 것이고,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 백라이트 보정 동작에 대한 실시예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 카메라의 백라이트 보정 장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 백라이트 보정 장치 및 방법이 적용되는 카메라에는, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 줌 렌즈(10), 포커스 렌즈(11), 아이리스(12), 촬상 소자(13), 아날로그 프론트 엔드(AFE: Analog Front End)(14), 디지털 신호 처리부(15), 드라이버(16), 타이밍 클럭 발생부(17), 백라이트 검출부(18), 메모리(19), 그리고 마이컴(20) 등이 포함 구성된다.
그리고, 상기 아날로그 프론트 엔드(14)에는, 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 자동 이득 조절기(AGC)(140)와, A/D 컨버터(141) 등이 포함 구성되고, 상기 디지털 신호 처리부(15)에는, Y/C 분리기(150), 휘도(Y) 프로세서(151), 컬러(C) 프로세서(152), WDR(Wide Dynamic Range) 프로세서(153), 그리고 Y/C 합성기(154) 등이 포함 구성된다.
한편, 상기 촬상 소자(13)에서는, 상기 줌 렌즈(10)와 포커스 렌즈(11), 그리고 아이리스(12)를 통해 입사되는 광을, 각 픽셀(Pixel) 단위의 아날로그 전기 신호로 변환하여 출력하게 되는 데, 상기 촬상 소자(13)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, GRGB 바이엘 패턴(Bayer Pattern)으로 픽셀들이 배열되어 있기 때문에, 휘도(Y) 성분과 컬러(C) 성분이 혼재된 아날로그 전기 신호를 출력하게 된다.
또한, 상기 아날로그 프론트 엔드(14)에서는, 상기 아날로그 전기 신호의 레벨이, 소정 레벨 이상이 되도록 자동 이득 조절(AGC: Auto Gain Control) 동작을 수행한 후, 디지털 신호로 변환 출력하는 아날로그 신호 처리 동작을 수행하게 되고, 상기 디지털 신호 처리부(15)에서는, 상기 디지털 신호를 비디오 데이터로 변환 출력하는 디지털 신호 처리 동작을 수행하게 된다.
그리고, 상기 백라이트 검출부(18)에서는, 상기 비디오 데이터를 분석하여, 백라이트 촬영 상태 여부를 검출하게 되는 데, 예를 들어, 한 이미지의 비디오 데이터 내에, 매우 높은 휘도 레벨의 피사체와 매우 낮은 휘도 레벨의 피사체가 동시에 존재하게 되면, 백라이트 촬영 상태라고 검출하게 된다.
한편, 상기 마이컴(20)에서는, 상기 백라이트 검출부(18)에서 출력되는 검출 신호에 따라, 백라이트 촬영 모드를 설정하게 되는 데, 예를 들어, 상기 백라이트 검출부(18)는, 상기 디지털 신호 처리부(15) 또는 마이컴(20) 내에, 소프트웨어 등으로 포함 구성될 수 있다.
또한, 상기 마이컴(20)에서는, 상기와 같이 백라이트 촬영 모드를 설정하게 되면, 상기 타이밍 클럭 발생부(17)를 동작 제어하여, 상기 드라이버(16)에 인가되는 타이밍 클럭 펄스(Timing Clock Pulse)를 가변시킴으로써, 상기 드라이버(16)에 의해 구동되는 촬상 소자(13)의 셔터 스피드(Shutter Speed)를, 롱(Long) 셔터 스피드와 쇼트(Short) 셔터 스피드로 가변시키게 된다.
그리고, 상기 디지털 신호 처리부(15)에서는, 상기 롱 셔터 스피드에 의해 출력되는 이미지와, 상기 쇼트 셔터 스피드에 의해 출력되는 이미지를, 서로 다른 디지털 게인 값으로 조절한 후 합성하여 정상적인 이미지를 출력하는 백라이트 보정 동작을 수행하게 된다.
예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, GRGB 바이엘 패턴으로 픽셀들이 배열된 촬상 소자(10)에서는, 휘도(Y) 성분과 컬러(C) 성분이 혼재된 전기 신호를 출력하기 때문에, 상기 디지털 신호 처리부(15)의 Y/C 분리기(150)에서는, GRGB 바이엘 패턴 데이터를, 휘도(Y) 신호와 컬러(C) 신호로 분리하게 된다.
한편, 상기 휘도(Y) 신호는, 상기 휘도 프로세서(151)를 거쳐, WDR(Wide Dynamic Range) 프로세서(152)로 입력되는 데, 상기 WDR 프로세서(152)에는, 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 메모리 유니트(1530)와, 디지털 게인 조절기(1531), 그리고 믹서(1532) 등이 포함 구성된다.
그리고, 상기 메모리 유니트(1530)는, 예를 들어, 롱(Long) 셔터 스피드에 의해 촬영된 휘도 데이터와, 쇼트(Short) 셔터 스피드에 의해 촬영된 휘도 데이터를, 각각 임시 저장하기 위한 짝수 개(예: 6 개)의 라인 메모리(Line Memory)들이 시용된다.
한편, 상기 디지털 게인 조절기(1531)는, 상기 라인 메모리를 거쳐 출력되는 휘도 데이터에 대한 디지털 게인 값을 가변 조절하게 되는 데, 상기 롱 셔터 스피드의 휘도 데이터에 대한 디지털 게인 값과, 상기 쇼트 셔터 스피드의 휘도 데이터에 대한 디지털 게인 값은, 서로 다르게 적용된다.
예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 마이컴(20)에서는, 백라이트 촬영 모드가 설정되면, 상기 타이밍 클럭 발생부(17)를 동작 제어하여, 상기 드라이버(16)에 인가되는 구동 펄스를 가변 제어하게 된다.
그리고, 상기 촬상 소자(13)의 셔터 스피드를, 1 필드 주기로 하여, 롱 셔터 스피드와 쇼트 셔터 스피드로 가변하게 되는 데, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 홀수 번째(Odd 1) 필드에서는, 롱(Long) 셔터 스피드를 적용하여, 매우 낮은 휘도 레벨의 피사체가, 낮은 휘도 레벨의 피사체 이미지로 촬영되도록 한다.
또한, 상기 마이컴(20)에서는, 상기 디지털 게인 조절기(15310)를 동작 제어하여, 상기 낮은 휘도 레벨의 피사체 이미지에 대한 디지털 게인 업(Up) 동작을 수행하게 되므로, 상기 낮은 휘도 레벨의 피사체 이미지는, 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지로 변환된다.
그리고, 제1 짝수 번째(Even 1) 필드에서는, 쇼트(Short) 셔터 스피드를 적용하여, 매우 높은 휘도 레벨의 피사체가, 높은 휘도 레벨의 피사체 이미지로 촬영되도록 한 후, 상기 디지털 게인 조절기(1531)를 동작 제어하여, 상기 높은 휘도 레벨의 피사체 이미지에 대한 디지털 게인 다운(Down) 동작을 수행하게 되므로, 상기 높은 휘도 레벨의 피사체 이미지는, 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지로 변환된다.
한편, 상기와 같은 일련의 과정을 거쳐 변환된 제1 짝수 번째(Even 1)의 피사체 이미지는, 상기 WDR 프로세서(153)의 믹서(1532)에 의해, 상기 제1 홀수 번째(Odd 1)의 피사체 이미지와 합성되므로, 제1 홀수 번째(Odd 1)의 피사체 이미지와 제1 짝수 번째(Even 1)의 피사체 이미지가 합성된 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지가, 상기 믹서(1532)를 통해 출력된다.
그리고, 제2 홀수 번째(Odd 2) 필드에서는, 롱(Long) 셔터 스피드를 적용하여, 매우 낮은 휘도 레벨의 피사체가, 낮은 휘도 레벨의 피사체 이미지로 촬영되도록 하고, 상기 디지털 게인 조절기(1531)를 동작 제어하여, 상기 낮은 휘도 레벨의 피사체 이미지에 대한 디지털 게인 업(Up) 동작을 수행하게 되므로, 상기 낮은 휘도 레벨의 피사체 이미지는, 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지로 변환된다.
한편, 상기 제2 홀수 번째(Odd 2)의 피사체 이미지는, 상기 WDR 프로세서(153)의 믹서(1532)에 의해, 상기 제1 짝수 번째(Even 1)의 피사체 이미지와 합성되므로, 제1 짝수 번째(Even 1)의 피사체 이미지와 제2 홀수 번째(Odd 2)의 피사체 이미지가 합성된 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지가, 상기 믹서(1532)를 통해 출력된다.
그리고, 상기와 같이 믹서(1532)를 통해 출력되는 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지, 즉, 적정 레벨의 휘도 데이터는, 상기 Y/C 합성기(154)로 입력된 후, 상기 컬러 프로세서(152)를 거쳐 입력되는 컬러 데이터와 혼합되어, 원래의 RGRB 바이엘 패턴의 피사체 이미지로 복원되는 데, 예를 들어, 상기 컬러 프로세서(152)에서는, 상기 백라이트 보정 동작에 소요되는 시간만큼, 상기 컬러 데이터의 출력 시점을 지연(Delay)시켜, 휘도 데이터와 컬러 데이터가 서로 동기화되도록 한다.
이에 따라, 백라이트 촬영 모드시, 매우 높은 휘도 레벨의 피사체와 매우 낮은 휘도 레벨의 피사체를 동시에 촬영하더라도, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 홀수 번째 필드에서는, 롱 셔터 스피드 적용과 디지털 게인 업 조절 동작을 수행하여, 매우 낮은 휘도 레벨의 피사체 이미지를, 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지로 변환하고, 짝수 번째 필드에서는, 쇼트 셔터 스피드 적용과 디지털 게인 다운 조절 동작을 수행하여, 매우 높은 휘도 레벨의 피사체 이미지를, 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지로 변환한 후, 상기 각각의 이미지를 합성하여 적정 휘도 레벨의 피사체 이미지를 출력할 수 있게 된다.
더욱이, GRGB 바이엘 패턴의 픽셀들이 배열된 촬상 소자에서, 휘도(Y) 성분과 컬러(C) 성분이 혼합된 전기 신호가 출력되더라도, 휘도 신호와 컬러 신호를 분리하여, 상기 휘도 신호에 대해 백라이트 보정 동작을 수행한 후, 상기 백라이트가 보정된 휘도 신호와, 상기 컬러 신호를 합성함으로써, 정상적인 백라이트 보정 동작을 수행할 수 있게 된다.
참고로, 상기 Y/C 분리기(152)와 Y/C 합성기(154)는, 휘도 성분과 컬러 성분을 분리하거나 합성하기 위해 널리 사용되는 공지의 구성이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하였다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
10 : 줌 렌즈 11 : 포커스 렌즈
12 : 아이리스 13 : 촬상 소자
14 : 아날로그 프론트 엔드 15 : 디지털 신호 처리부
16 : 드라이버 17 : 타이밍 클럭 발생부
18 : 백라이트 검출부 19 : 메모리
20 : 마이컴 140 : 자동 이득 조절기
141 : A/D 컨버터 150 : Y/C 분리기
151 : 휘도 프로세서 152 : 컬러 프로세서
153 : WDR 프로세서 154 : Y/C 합성기
1530 : 메모리 유니트 1531 : 디지털 게인 조절기
1532 : 믹서

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 셔터 스피드를 롱 셔터 스피드와 쇼트 셔터 스피드로 가변하면서 이미지를 촬영하는 촬상 소자;
    상기 촬영된 이미지를 휘도 데이터와 컬러 데이터로 분리하기 위한 분리부;
    상기 롱 셔터 스피드에 의해 촬영된 이미지의 제1 휘도 데이터와 상기 쇼트 셔터 스피드에 의해 촬영된 이미지의 제2 휘도 데이터를 각각 저장하기 위한 복수의 라인 메모리;
    상기 라인 메모리를 거쳐 출력되는, 상기 제1 휘도 데이터에 대해 디지털 게인을 증가시키고, 상기 제2 휘도 데이터에 대해 디지털 게인을 감소시키고, 변경된 디지털 게인이 각각 적용된 상기 제1 휘도 데이터와 상기 제2 휘도 데이터를 합성하여 백라이트 보정된 휘도 데이터를 획득하는 백라이트 보정부; 및
    상기 백라이트 보정된 휘도 데이터와, 상기 컬러 데이터를 합성하기 위한 합성부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라의 백라이트 보정 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 분리부는, GRGB 바이엘 패턴으로 픽셀들이 배열된 촬상 소자에 의해 촬영되는 필드 단위의 이미지를, 휘도 데이터와 컬러 데이터로 분리하는 것을 특징으로 하는 카메라의 백라이트 보정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 백라이트 보정부는, 상기 촬상 소자의 셔터 스피드를, 롱 셔터 스피드와 쇼트 셔터 스피드로 가변하면서 촬영되는 이미지의 휘도 데이터를, 필드 단위로 합성하여, 상기 휘도 데이터에 대해 백라이트 보정 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 카메라의 백라이트 보정 장치.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 백라이트 보정부는, 상기 롱 셔터 스피드와 쇼트 셔터 스피드로 가변하면서 촬영되는 N 개의 이미지의 휘도 데이터를, 인접 필드 단위로 합성하여, N-1 개의 이미지의 휘도 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 카메라의 백라이트 보정 장치.
KR1020100124603A 2010-12-08 2010-12-08 카메라의 백라이트 보정 장치 및 방법 KR101722479B1 (ko)

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