KR101921995B1 - image sensor for visible color and near infrared imaging and sensing method - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상 촬영용 영상 센서는, 가시광선의 제1 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제1 픽셀; 가시광선의 제2 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제2 픽셀; 가시광선의 전체 파장 영역의 빛을 감지하고 근적외선 빛에는 반응하지 않는 제3 픽셀; 가시광선의 전체 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제4 픽셀; 조명 환경에 따라 상기 제1 내지 제4 픽셀을 2개 이상의 그룹으로 구분하는 적응적 픽셀 그룹화 조정부; 상기 구분된 그룹들에 대하여 각 그룹마다 노출시간을 서로 다르게 조정하는 다중 노출 조정부; 및 상기 다중 노출 조정부가 출력하는 상기 각 그룹의 노출시간을 조정하는 신호를 상기 각 그룹에 속하는 픽셀들에게 전달하는 픽셀 그룹 연결 소자를 포함할 수 있다.The present invention provides an image sensor for a visible light color image and a near infrared ray image, comprising: a first pixel for sensing light in a wavelength range corresponding to a first color of a visible light and near-infrared light; A second pixel for sensing light and near-infrared light in a wavelength range corresponding to a second color of the visible light; A third pixel that senses light in the entire wavelength region of the visible light and does not react to the near-infrared light; A fourth pixel for sensing light and near-infrared light in the entire wavelength range of the visible light; An adaptive pixel grouping adjustment unit that divides the first through fourth pixels into two or more groups according to an illumination environment; A multiple exposure adjuster that adjusts the exposure time for each group differently for the divided groups; And a pixel group connecting element for transmitting a signal for adjusting the exposure time of each group output by the multiple exposure adjuster to pixels belonging to each group.

Description

가시광선 칼라 및 근적외선 영상 촬영용 영상 센서 및 센싱 방법{image sensor for visible color and near infrared imaging and sensing method}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to an image sensor and a sensing method for visible light color and near-

본 발명은 가시광선 칼라 영상과 근적외선 영상을 동시에 또는 선택적으로 촬영할 수 있는 영상 센서에 관한 것이다. The present invention relates to an image sensor capable of simultaneously or selectively photographing a visible light color image and a near infrared ray image.

영상 센서 중 CMOS 영상 센서는 반도체 CMOS 제조 기술을 이용하여 제작된 영상촬영 소자이다. CMOS 영상 센서는 빛을 받아서 전압 신호로 바꾸는 기능을 갖는 픽셀(pixel)들의 2차원 배열을 포함한다. 2차원 배열의 각 픽셀은 그 픽셀로 입사하는 빛 신호를 포토다이오드를 이용하여 광전자들(photoelectrons)로 바꾼 후에, 광전자들의 개수에 비례하는 전압 신호를 출력한다. CMOS 영상 센서를 만드는 반도체 재료는 실리콘(Si)이다. 실리콘이 반응하는 빛의 파장 λ의 영역은 실리콘이 빛을 흡수할 수 있는 한계인 1100 nm 미만으로 제한된다.즉, CMOS 영상센서는 빛의 파장 λ가 1100 nm 미만인 가시광선(visible light)과 근적외선(near infrared)에 반응한다.Among CMOS image sensors, CMOS image sensor is a CMOS image sensor. A CMOS image sensor includes a two-dimensional array of pixels having the function of receiving light and converting it into a voltage signal. Each pixel of the two-dimensional array converts a light signal incident on the pixel into photoelectrons using a photodiode, and then outputs a voltage signal proportional to the number of photoelectrons. The semiconductor material that makes CMOS image sensors is silicon (Si). The area of the wavelength? Of the light to which the silicon reacts is limited to less than 1100 nm, which is the limit for silicon to absorb light. That is, a CMOS image sensor has a visible light with a wavelength λ of less than 1100 nm and a near- (near infrared).

종래의 기술에서는 CMOS 영상센서를 이용하여 칼라 영상을 촬영하기 위하여 R, G, B 세 종류의 칼라 필터들을 Bayer 패턴의 형태로 픽셀 배열 위에 구성한다. Bayer 패턴을 구성하는 단위 셀(unit cell)은 대각선 위치에 있는 2개의 G(green)픽셀과 또 다른 대각선 위치에 있는 1개의 R(red)픽셀, 1개의 B(blue)픽셀로 구성된다. 이와 같은 2×2 단위 셀을 필요한 개수만큼 2 차원으로 반복하여 원하는 픽셀 배열을 구성한다. In the prior art, three types of color filters of R, G, and B are formed on a pixel array in the form of a Bayer pattern in order to capture a color image using a CMOS image sensor. The unit cell constituting the Bayer pattern is composed of two G (green) pixels at a diagonal position and one R (red) pixel and another B (blue) pixel at another diagonal position. The required number of 2x2 unit cells are repeated two-dimensionally to form a desired pixel array.

CMOS 영상 센서는 입사하는 빛의 밝기에 따라서 픽셀이 빛을 받아서 신호 전자로 바꾸어 축적하는 픽셀의 노출시간(exposure time)을 조정한다. 대부분의 CMOS 영상센서는 다양한 밝기의 상황에서 최적의 영상을 촬영할 수 있도록 픽셀의 노출시간을 자동으로 제어하는 자동 노출조정 AEC(auto exposure control) 회로를 포함하고 있다. 기존의 RGB Bayer 패턴 CMOS 영상센서는 R픽셀, G픽셀, B픽셀을 구별하지 않고 동일한 하나의 노출시간으로 구동한다. 따라서 이와 같은 CMOS 영상센서는 1개의 AEC 회로만을 포함한다. The CMOS image sensor adjusts the exposure time of a pixel, which receives light and converts it into signal electrons according to the brightness of incident light. Most CMOS image sensors include an auto exposure control (AEC) circuit that automatically controls the exposure time of a pixel to capture the best image in a variety of brightness situations. Conventional RGB Bayer pattern CMOS image sensors drive R, G, and B pixels at the same exposure time without distinguishing them. Therefore, such a CMOS image sensor includes only one AEC circuit.

현재 픽셀 위에 증착 되는 R, G, B 칼라 필터들은 각각 목표로 하는 가시광선의 R, G, B 파장의 영역 이외에 적외선 영역의 빛도 통과시키는 물질적 특성을 가지고 있다. 따라서 RGB Bayer 패턴의 픽셀 배열을 이용하여 정확한 가시광선 칼라 영상을 획득하기 위하여 외부에 적외선 차단 필터(IR cutoff filter)를 추가로 배치하여 적외선 빛이 픽셀 배열로 입사하는 것을 차단하는 방법을 사용한다. 물론 이 경우에는 근적외선 영상은 촬영할 수가 없다. The R, G, and B color filters deposited on the current pixel have material properties that pass the light in the infrared region in addition to the R, G, and B wavelength regions of the target visible light, respectively. Therefore, in order to obtain an accurate visible light color image using a pixel array of the RGB Bayer pattern, an IR cutoff filter is additionally disposed to block infrared light from entering the pixel array. Of course, in this case, the near infrared ray image can not be photographed.

일반적으로 이용되고 있는 많은 감시용 카메라는 적외선 차단 필터를 기계적으로 광로에 삽입 또는 제거하는 장치를 갖추고 있다. 주간에는 적외선 차단 필터를 광로에 삽입하여 적외선을 차단한 상태로 정확한 가시광선 칼라 영상을 촬영하고, 야간에는 적외선 차단 필터를 광로에서 제거하고 근적외선 광원으로 물체를 조명하면서 근적외선 영상을 촬영하는 방법을 쓰고 있다.Many surveillance cameras commonly used have a device for mechanically inserting or removing an IR filter into the optical path. In the daytime, the infrared ray cut filter is inserted into the optical path to capture the correct visible ray color image while the infrared ray is blocked. At night, the infrared ray cut filter is removed from the optical path and the near infrared ray light is used to illuminate the object. have.

상술한 종래 기술 구조는 구조가 복잡하여 비용이 증가하고, 반복되는 기계적 동작으로 인하여 고장 발생 확률이 높아진다. 또한, 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상을 동시에 촬영할 수가 없다.The above-described prior art structure has a complicated structure, increases the cost, and increases the probability of failure occurrence due to repeated mechanical operations. Further, it is impossible to simultaneously photograph a visible light color image and a near infrared ray image.

US 3971065US 3971065 US 20130242148 A1US 20130242148 A1

본 발명은 가시광선 및 근적외선을 동시에 이용하여 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상을 동시에 또는 선택적으로 촬영할 수 있는 영상 센서를 제공하고자 한다.The present invention provides an image sensor capable of simultaneously or selectively photographing a visible light color image and a near infrared ray image by using a visible light and a near infrared light simultaneously.

보다 구체적으로, 본 발명은, 가시광선 영역의 칼라 영상을 획득하기 위하여 외부에 적외선 차단 필터를 별도로 사용하지 않아도 되는 가시광선 및 근적외선 겸용 영상 센서를 제공하고자 한다.More specifically, the present invention provides an image sensor for both visible and near-infrared rays, which does not require an infrared cutoff filter to obtain a color image in the visible light region.

보다 구체적으로, 본 발명은, 가시광선의 전 영역 및 근적외선 영역의 빛을 함께 이용함으로써 감도가 높은 영상 센서를 제공하고자 한다.More specifically, the present invention aims to provide an image sensor having high sensitivity by using light in the entire region of the visible light and near-infrared region together.

본 발명의 일 측면에 따른 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상 촬영용 영상 센서는, 가시광선의 제1 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제1 픽셀; 가시광선의 제2 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제2 픽셀; 가시광선의 전체 파장 영역의 빛을 감지하고 근적외선 빛에는 반응하지 않는 제3 픽셀; 가시광선의 전체 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제4 픽셀; 조명 환경에 따라 상기 제1 내지 제4 픽셀을 2개 이상의 그룹으로 구분하는 적응적 픽셀 그룹화 조정부; 상기 구분된 그룹들에 대하여 각 그룹마다 노출시간을 서로 별개로 조정하는 다중 노출 조정부; 및 상기 다중 노출 조정부가 출력하는 상기 각 그룹의 노출시간을 조정하는 신호를 상기 각 그룹에 속하는 픽셀들에게 전달하는 픽셀 그룹 연결 소자를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an image sensor for a visible light color image and a near infrared ray image, comprising: a first pixel for sensing light in a wavelength region corresponding to a first color of a visible light and near-infrared light; A second pixel for sensing light and near-infrared light in a wavelength range corresponding to a second color of the visible light; A third pixel that senses light in the entire wavelength region of the visible light and does not react to the near-infrared light; A fourth pixel for sensing light and near-infrared light in the entire wavelength range of the visible light; An adaptive pixel grouping adjustment unit that divides the first through fourth pixels into two or more groups according to an illumination environment; A multiple exposure adjustment unit for adjusting the exposure time for each of the divided groups separately from each other; And a pixel group connecting element for transmitting a signal for adjusting the exposure time of each group output by the multiple exposure adjuster to pixels belonging to each group.

여기서, 상기 제4 픽셀의 출력 신호와 상기 제3 픽셀의 출력 신호의 차이로부터 상기 근적외선 영상신호를 추출하고; 상기 제1 픽셀의 출력 신호와 상기 근적외선 영상신호의 차이로부터 상기 제1 색상의 영상신호를 추출하고; 상기 제2 픽셀의 출력 신호와 상기 근적외선 영상신호의 차이로부터 상기 제2 색상의 영상신호를 추출하고; 상기 제1 색상의 영상신호와 상기 제2 색상의 영상신호를 합한 값과 상기 제3 픽셀의 출력 신호의 차이로부터 상기 제1 색상 및 상기 제2 색상과 다른 제3 색상의 영상신호를 추출하는 칼라/IR 영상 추출부를 더 포함할 수 있다.Extracting the near infrared ray image signal from a difference between the output signal of the fourth pixel and the output signal of the third pixel; Extracting the image signal of the first color from the difference between the output signal of the first pixel and the near-infrared image signal; Extracting the image signal of the second color from the difference between the output signal of the second pixel and the near-infrared image signal; A color extracting unit that extracts a video signal of a third color different from the first color and the second color from a difference between a sum of the video signal of the first color and the video signal of the second color, / IR image extracting unit.

여기서, 상기 영상센서를 가시광선 영상 촬영 모드 또는 근적외선 영상 촬영 모드 또는 가시광선 영상 및 근적외선 영상을 동시에 촬영하는 모드로 조정하는 모드 조정부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a mode adjusting unit that adjusts the image sensor to a mode for simultaneously photographing a visible light image photographing mode, a near-infrared image photographing mode, a visible light image, and a near-infrared image.

여기서, 상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부가 구분한 그룹 및 상기 다중 노출 조정부가 각 그룹마다 서로 별개로 조정한 노출시간에 대한 정보를 기록하는 노출 속성정보 기록부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an exposure attribute information recording unit for recording information on the group classified by the adaptive pixel grouping coordinator and the exposure time separately adjusted for each group by the multiple exposure coordinator.

본 발명의 다른 측면에 따른 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상 촬영을 위한 센싱 방법은, 가시광선의 제1 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제1 픽셀; 가시광선의 제2 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제2 픽셀; 가시광선의 전체 파장 영역의 빛을 감지하고 근적외선 빛에는 반응하지 않는 제3 픽셀; 및 가시광선의 전체 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제4 픽셀을 포함하는 이미지 센서에 대한 센싱 방법에 있어서, 상기 조명 환경에 따라 적응적으로 상기 제1 내지 제4 픽셀을 2개 이상의 그룹으로 구분하는 단계; 상기 2개 이상의 각 그룹들에 적용할 노출 시간들을 서로 별개로 결정하는 단계; 상기 결정된 노출 시간들로 상기 제1 내지 제4 픽셀을 노출하고 픽셀 신호를 획득하는 단계; 상기 제1 내지 제4 픽셀의 출력 신호들로부터 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sensing method for a visible light color image and a near infrared ray image sensing, including: a first pixel sensing light in a wavelength region corresponding to a first color of a visible light and near-infrared light; A second pixel for sensing light and near-infrared light in a wavelength range corresponding to a second color of the visible light; A third pixel that senses light in the entire wavelength region of the visible light and does not react to the near-infrared light; And a fourth pixel for sensing light and near-infrared light in the entire wavelength range of the visible light, the sensing method comprising: adaptively converting the first to fourth pixels into two or more groups according to the illumination environment A step of discriminating; Determining exposure times to be applied to the two or more groups separately from each other; Exposing the first to fourth pixels with the determined exposure times and obtaining a pixel signal; And extracting the visible light color image and the near infrared ray image from the output signals of the first to fourth pixels.

여기서, 상기 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상을 추출하는 단계에서는, 상기 제4 픽셀의 출력 신호와 상기 제3 픽셀의 출력 신호의 차이로부터 상기 근적외선 영상신호를 추출하고; 상기 제1 픽셀의 출력 신호와 상기 근적외선 영상신호의 차이로부터 상기 제1 색상의 영상신호를 추출하고; 상기 제2 픽셀의 출력 신호와 상기 근적외선 영상신호의 차이로부터 상기 제2 색상의 영상신호를 추출하고; 상기 제1 색상의 영상신호와 상기 제2 색상의 영상신호를 합한 값과 상기 제3 픽셀의 출력 신호의 차이로부터 상기 제1 색상 및 상기 제2 색상과 다른 제3 색상의 영상신호를 추출할 수 있다.Here, in the step of extracting the visible light color image and the near infrared ray image, the near infrared ray image signal is extracted from the difference between the output signal of the fourth pixel and the output signal of the third pixel; Extracting the image signal of the first color from the difference between the output signal of the first pixel and the near-infrared image signal; Extracting the image signal of the second color from the difference between the output signal of the second pixel and the near-infrared image signal; And extracting a video signal of a third color different from the first color and the second color from the difference between the sum of the video signal of the first color and the video signal of the second color and the output signal of the third pixel have.

여기서, 상기 조명 환경에 따라 가시광선 영상 촬영 모드 또는 근적외선 영상 촬영 모드 또는 상기 가시광선 영상 및 근적외 영상을 동시에 촬영하는 모드로 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include adjusting the visible light image mode or the near infrared image mode or the mode for simultaneously photographing the visible light image and the near infrared image according to the illumination environment.

상술한 구성의 본 발명의 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상 촬영용 영상 센서를 실시하면, 가시광선 및 근적외선을 동시에 이용하여 가시광선 칼라영상 및 근적외선 영상을 동시에 또는 선택적으로 촬영할 수 있는 이점이 있다.The image sensor for visible light color image and near infrared ray image of the present invention having the above-described configuration can advantageously simultaneously or selectively capture a visible light color image and a near infrared ray image by using visible light and near infrared light simultaneously.

본 발명의 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상 촬영용 영상 센서는 가시광선 영역의 칼라 영상을 획득하기 위하여 외부에 적외선 차단 필터를 별도로 사용하지 않는 기술을 구현함으로써, 영상센서를 사용하는 영상 시스템을 간략화하고 비용을 절감하며 내구성을 높이는 이점이 있다.The image sensor for visible light color image and near infrared ray image of the present invention realizes a technique of not using an infrared ray cutoff filter in the outside in order to obtain a color image in the visible light region, thereby simplifying the image system using the image sensor, And the durability is improved.

본 발명의 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상 촬영용 영상 센서는 가시광선의 전 영역 및 근적외선 영역의 빛을 함께 이용함으로써 촬영 감도를 높일 수 있는 이점이 있다.The image sensor for visible light color image and near infrared ray image of the present invention has an advantage of increasing the sensitivity of photographing by using the light of all the visible light region and the near infrared region together.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상 촬영용 영상 센서를 도시한 블록도.
도 2는 도 1의 영상 센서를 구성하는 픽셀 배열의 RBWVC 단위 셀 및 픽셀을 그룹화하여 노출시간을 조정하는 적응적 픽셀 그룹화 조정부, 다중 자동노출 조정부, 픽셀 그룹 연결 소자를 도시한 회로 개념도.
도 3은 도 2의 적응적 픽셀 그룹화 조정부, 다중 자동노출 조정부, 픽셀그룹 연결 소자에 의하여 노출시간이 조정되는 MNRBWVC 픽셀배열의 개념도.
도 4는 도 1의 영상 센서에서 수행할 수 있는 센싱 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 5는 상기 수학식 1 내지 16까지 근적외선 영상과 가시광선 칼라 영상을 계산하는 과정의 일 실시예를 나타내는 흐름도.
도 6은 도 5에서 디모자익킹 전과 후에 신호의 잡음을 줄이기 위한 잡음 필터링 과정을 추가한 다른 실시예를 나타내는 흐름도.
1 is a block diagram illustrating an image sensor for a visible light color image and a near infrared ray image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit conceptual diagram illustrating an RBW V C unit cell of a pixel array constituting the image sensor of FIG. 1, and an adaptive pixel grouping adjusting unit, a multiple automatic exposure adjusting unit, and a pixel group connecting device for grouping pixels to adjust an exposure time.
3 is a conceptual diagram of an MNRBW V C pixel array in which the exposure time is adjusted by the adaptive pixel grouping adjuster, the multiple auto exposure adjuster, and the pixel group connecting element of FIG.
FIG. 4 is a flow chart illustrating an embodiment of a sensing method that can be performed by the image sensor of FIG. 1;
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of calculating a near-infrared ray image and a visible ray color image according to Equations 1 to 16. FIG.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a noise filtering process for reducing signal noise before and after demodulating in FIG. 5;

본 발명은 가시광선 및 근적외선 빛을 이용하여 가시광선 영역의 칼라 영상과 근적외선 영상을 동시에 촬영할 수 있는 영상 센서, 특히, CMOS 영상센서에 관한 기술이다. 가시광선 및 근적외선 파장 영역의 빛에 대하여 고유의 특성을 갖는 몇 종류의 칼라 필터의 배열(color filter array)을 영상센서의 2차원 픽셀 배열 위에 배치한다. 픽셀 위에 구성된 칼라 필터의 종류에 따라서 그 픽셀의 빛에 대한 감도가 크게 차이가 날 수 있다. 그러한 픽셀의 종류에 따른 감도 차이를 극복하고 최적의 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상을 획득하기 위하여 픽셀의 노출시간(exposure time)을 적응적으로 조정하는 장치로서 적응적 픽셀 그룹화 조정부(adaptive pixel grouping control part, 다중 노출 조정부(multiple auto exposure control part), 픽셀 그룹 연결 소자(pixel group connecting device)를 포함하는 영상센서를 제시한다. 가시광선과 근적외선이 섞인 빛을 입력으로 받아서 가시광선 칼라 영상과 근적외선 영상을 동시에 출력할 수 있는 칼라 필터의 배열을 고안하고, 각 칼라 채널 신호들을 이용하여 가시광선 칼라 영상과 근적외선 영상을 추출하는 방법을 제시한다.The present invention relates to an image sensor, particularly, a CMOS image sensor capable of simultaneously capturing a color image and a near-infrared image in a visible light region using visible light and near-infrared light. Several types of color filter arrays having unique characteristics for light in the visible and near-infrared wavelength regions are arranged on the two-dimensional pixel array of the image sensor. The sensitivity of the pixel to light may vary greatly depending on the type of color filter formed on the pixel. An adaptive pixel grouping controller (hereinafter referred to as " adaptive pixel grouping ") is an apparatus for adaptively adjusting an exposure time of a pixel in order to overcome sensitivity differences according to the types of pixels and to obtain an optimal visible light color image and a near- We propose an image sensor that includes a part, a multiple auto exposure control part, and a pixel group connecting device. It receives visible light and near infrared rays as input, We design an array of color filters that can output simultaneously and propose a method of extracting visible light color image and near infrared image using each color channel signal.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In describing the present invention, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements may not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.It is to be understood that when an element is referred to as being connected or connected to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but it may be understood that other elements may exist in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.It is to be understood that the term " comprising, " or " comprising " as used herein is intended to specify the presence of stated features, integers, But do not preclude the presence or addition of steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 발명의 설명을 명확하게 하기 위해 과장될 수 있다.In addition, the shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated in order to clarify the description of the invention.

[실시예] [Example]

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상 촬영용 영상센서를 도시한다. 도시한 영상센서(100)는 가시광선의 제1 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제1 픽셀(111); 가시광선의 제2 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제2 픽셀(112); 가시광선의 전체 파장 영역의 빛을 감지하고 근적외선 빛에는 반응하지 않는 제3 픽셀(113); 가시광선의 전체 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 제4 픽셀(114)을 포함한다. 여기서 상기 제1 색상과 제2 색상은 가시광선 영역의 레드(R), 블루(B), 그린(G) 색상 중 임의로 선택한 두 개의 색상일 수 있다. 예를 들어서 상기 제1 색상은 레드(R), 상기 제2 색상은 블루(B)일 수 있다. 이 경우에 그린(G) 색상은 전체 가시광선 출력 신호에서 상기 레드(R) 및 블루(B)의 출력 신호를 빼는 방식으로 산출된다. 이하, 본 실시예의 설명에서는 상기 제1 색상 및 제2 색상을 R 및 B로 구체화하여 설명하겠다. 픽셀 배열(130)은 R픽셀, B픽셀, WV픽셀, C픽셀로 이루어진 2×2 RBWVC 단위 셀(120)을 필요한 개수만큼 2차원적으로 반복하여 구성한다.FIG. 1 illustrates an image sensor for a visible light color image and a near infrared ray image according to an embodiment of the present invention. The image sensor 100 includes a first pixel 111 for detecting light in a wavelength region corresponding to a first color of a visible light and near-infrared light; A second pixel 112 for sensing light in a wavelength region corresponding to a second color of the visible light and near-infrared light; A third pixel 113 that senses light in the entire wavelength range of the visible light and does not react to the near-infrared light; And a fourth pixel 114 for sensing light and near-infrared light in the entire wavelength range of the visible light. Here, the first color and the second color may be two colors arbitrarily selected from red (R), blue (B), and green (G) colors in the visible light region. For example, the first color may be red (R), and the second color may be blue (B). In this case, the green (G) color is calculated by subtracting the red (R) and blue (B) output signals from the entire visible light output signal. Hereinafter, the first color and the second color will be described as R and B in the description of the present embodiment. The pixel array 130 consists of a 2 × 2 RBW V C unit cell 120 consisting of R pixels, B pixels, W V pixels, and C pixels in a required number of two-dimensional repeats.

도시한 영상 센서(100)는, 조명 환경에 따라 상기 제1 내지 제4 픽셀을 2개 이상의 그룹으로 구분하는 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160), 상기 구분된 그룹들에 대하여 각 그룹마다 노출시간을 서로 별개로 조정하는 다중 자동노출 조정부(180) 및 상기 다중 자동노출 조정부(160)가 출력하는 상기 각 그룹의 노출시간을 조정하는 신호를 상기 각 그룹에 속하는 픽셀들에게 전달하는 픽셀 그룹 연결 소자(150)를 포함한다.The image sensor 100 includes an adaptive pixel grouping adjustment unit 160 for dividing the first to fourth pixels into two or more groups according to an illumination environment, A plurality of automatic exposure adjusting units (180) for adjusting the exposure time of each group output from the plurality of automatic exposure adjusting units (160), and a pixel group connecting element 150).

상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부(adaptive pixel grouping control part)(160)는 조명 환경이 변하는 것에 따라서 적응적으로 상기 제1 내지 제4 픽셀(111 ~ 114)을 2개 이상의 그룹으로 구분하여 그룹화 하는 기능을 갖는다. 상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)는 영상센서(100) 외부의 명령(또는 설정)에 따라서 수동적으로 작동하거나 또는 영상센서(100) 내부의 영상신호 정보 등을 이용한 자체 판단으로 능동적으로 작동할 수 있다. The adaptive pixel grouping control unit 160 adaptively groups the first through fourth pixels 111 through 114 into two or more groups according to changes in the illumination environment . The adaptive pixel grouping adjustment unit 160 may be operated manually according to an instruction (or setting) outside the image sensor 100 or may be actively operated by self determination using image signal information within the image sensor 100 have.

상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)가 수동적으로 작동하는 경우는 외부에서 조명환경에 대한 정보를 아는 사용자가 영상의 촬영 목적에 알맞게 픽셀을 그룹화 하는 설정을 할 수 있다. 상기 조명환경에 대한 정보는 조명장치가 발광하는 빛의 파장 성분 및 세기에 대한 정보이다. 상기 외부 명령은 외부의 조도계나 색온도계 또는 색 분석 장치로부터 출력되는 신호에 의한 명령을 포함한다. 또 다른 예로 자연 태양광 조명일 경우에는 영상 촬영 시각이나 날짜 정보일 수 있다. When the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 is operated manually, a user who knows information about an external illumination environment can set a grouping of pixels according to a photographing purpose of the image. The information on the illumination environment is information on a wavelength component and intensity of light emitted from the illumination device. The external command includes an instruction by an external illuminometer, a color thermometer, or a signal output from the color analyzer. As another example, in the case of natural sunlight illumination, it may be the time of photographing or date information.

상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)가 능동적으로 작동하는 경우는 영상을 촬영하면서 조명 환경이 변화하는 것에 따라서 이전 영상 프레임들의 영상신호 정보를 수집하고 분석함으로써 적절한 순간에 새로운 영상 프레임의 시작 직전에 픽셀 그룹을 바꿀 수 있다. 즉, 영상 촬영 중에 조명환경의 변화에 따라서 실시간으로 픽셀 그룹을 조정할 수 있다. 또 다른 예로 촬영을 위하여 인위적으로 조명하는 광원을 상기 픽셀 배열(130)에 직접 조사 또는 간접 조사(반사광 조사)를 한 상태에서 상기 픽셀 배열(130)으로부터 나오는 각 픽셀별 출력 신호의 상대적 크기를 상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)가 자체적으로 분석함으로써 영상 촬영 전에 픽셀을 그룹화 할 수도 있다.When the adaptive pixel grouping adjuster 160 actively operates, the image signal information of the previous image frames is collected and analyzed according to the change of the illumination environment while the image is being photographed. Thus, at the appropriate moment, You can change the group. That is, the pixel group can be adjusted in real time in accordance with the change of the illumination environment during image capturing. As another example, the relative size of the output signal for each pixel output from the pixel array 130 in a state in which a light source that artificially illuminates for photographing is directly irradiated to the pixel array 130 or indirectly irradiated (reflected light is irradiated) The adaptive pixel grouping adjuster 160 may group the pixels prior to imaging by self analysis.

다중 자동노출 조정부(multiple auto exposure control part)(180)는 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)가 픽셀들을 그룹화 한 것에 따라서 각 그룹마다 픽셀의 노출시간(exposure time)을 서로 별개로 독립적으로 자동 조정한다. 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)와 다중 자동노출 조정부(180)은 신호선 또는 신호선 다발(161)을 통하여 필요한 정보들을 교환한다. 도 1에서는, 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)와 다중 자동노출 조정부(180)가 그 기능에 따라서 명시적으로 두 블록으로 나누어 표현되었지만 하나의 블록으로 통합하여 각 기능을 수행하는 것으로 구현될 수도 있다.The multiple auto exposure control part 180 determines the exposure time of a pixel for each group according to the grouping of the pixels by the adaptive pixel grouping adjuster 160 Independently and automatically adjust independently of each other. The adaptive pixel grouping adjustment unit 160 and the multiple automatic exposure adjustment unit 180 exchange necessary information through a signal line or a signal line bundle 161. In FIG. 1, the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 and the multiple automatic exposure adjustment unit 180 are expressly divided into two blocks according to their functions, but may be implemented by integrating them into one block to perform each function .

상기 픽셀 그룹 연결 소자(pixel group connecting device)(150)는 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)의 제어 신호를 받아서 다중 자동노출 조정부(180)가 생성하는 각 그룹의 노출시간 조정 신호를 해당 그룹에 속하는 픽셀들에게 연결하여 전달하는 기능을 갖는다. 픽셀 그룹 연결소자(150)는 신호선 다발(170)을 통하여 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)의 제어를 받는다. 다중 자동노출 조정부(180)의 출력인 노출시간 조정 신호들은 신호선 다발(190)을 통하여 픽셀 그룹 연결 소자(150)의 입력단으로 전달된다. 도시한 바와 같이, 상기 픽셀 그룹 연결 소자(150)는 픽셀 배열(130)구동을 위한 로우 드라이버(row driver)(200)의 부분구조를 이룰 수 있다.The pixel group connecting device 150 receives the control signal of the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 and supplies the exposure time adjustment signal of each group generated by the multiple automatic exposure adjustment unit 180 to a corresponding group And has a function of connecting and transmitting pixels. The pixel group connecting element 150 is controlled by the adaptive pixel grouping adjusting unit 160 through the signal line bundle 170. The exposure time adjustment signals output from the multiple automatic exposure adjustment unit 180 are transmitted to the input terminal of the pixel group connecting element 150 through the signal line bundle 190. As shown, the pixel group connection element 150 may form a partial structure of a row driver 200 for driving the pixel array 130. [

상기 로우 드라이버(row driver)(200)는 픽셀 배열(130)에서 각 행을 따라서 각 행에 속하는 픽셀들의 동작을 동시에 제어하는 기능을 한다.The row driver 200 functions to simultaneously control the operation of pixels belonging to each row along each row in the pixel array 130. [

도시한 컬럼 신호읽기 회로(column signal reading circuit)(210)는 픽셀 배열(130)에서 각 행(row)의 동작이 진행됨에 따라서 그 행에 속한 픽셀들의 신호를 열 병행(column parallel)적으로 읽어내는 기능을 수행한다.The illustrated column signal reading circuit 210 reads the signals of the pixels belonging to the row in a parallel manner as the operation of each row proceeds in the pixel array 130 It performs the function of issuing.

도시한 영상 센서(100)는, 촬영된 픽셀들의 출력 신호들을 이용하여 가시광선 영역의 칼라 영상 및/또는 근적외선 영상을 추출하는 칼라/IR 영상 추출부(220); 상기 영상센서(100)를 가시광선 영상 촬영 모드 또는 근적외선 영상 촬영 모드 또는 가시광선 영상 및 근적외선 영상을 동시에 촬영하는 모드로 조정하는 모드 조정부(230); 및 상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)가 구분한 그룹 및 상기 다중 자동노출 조정부(180)가 각 그룹마다 서로 다르게 별개로 조정한 노출시간에 대한 정보를 기록하는 노출 속성정보 기록부(exposure meta data writter)(240) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The image sensor 100 includes a color / IR image extracting unit 220 for extracting a color image and / or a near-infrared image in a visible light region using output signals of pixels photographed; A mode adjusting unit 230 for adjusting the image sensor 100 to a mode for simultaneously photographing a visible ray image photographing mode or a near infrared ray image photographing mode or a visible light image and a near infrared ray image; An exposure meta data writer for recording information on exposure time adjusted independently for each group by the multiple automatic exposure adjusting unit 180 and a group classified by the adaptive pixel grouping adjusting unit 160, (240). ≪ / RTI >

상기 칼라/IR 영상 추출부(color/IR image extraction part)(220)는 컬럼 신호읽기 회로(210)의 출력 신호들을 연산하여 가시광선의 칼라 영상신호 및 근적외선 영상신호를 추출하는 기능을 수행한다. The color / IR image extraction unit 220 performs a function of extracting a color image signal and a near-infrared image signal of a visible light ray by calculating output signals of the column signal reading circuit 210.

상기 모드 조정부(mode control part)(230)는 가시광선 칼라 영상 촬영 모드, 근적외선 영상 촬영 모드, 가시광선 칼라 영상 및 근적외선 영상을 동시에 촬영하는 모드 중에서 선택적으로 영상센서(100)모드를 조정한다. 상기 모드 조정은 영상센서(100) 외부의 명령에 따라서 수동적으로 작동하거나 또는 영상 센서(100) 내부의 영상신호 정보 등을 이용한 자체적 판단으로 능동적으로 작동할 수 있다. The mode controller 230 selectively adjusts the mode of the image sensor 100 from among a mode for simultaneously photographing a visible light color image mode, a near-infrared image mode, a visible light color image, and a near-infrared image. The mode adjustment may be performed manually according to a command external to the image sensor 100 or may be actively performed based on self-determination using image signal information in the image sensor 100 or the like.

도 1에서는, 칼라/IR 영상 추출부(220)와 모드 조정부(230)가 그 기능에 따라서 명시적으로 두 블록으로 나누어 표현되었지만 하나의 블록으로 통합하여 각 기능을 수행하는 것으로 구현될 수도 있다.In FIG. 1, the color / IR image extracting unit 220 and the mode adjusting unit 230 are expressly divided into two blocks in accordance with their functions, but may be implemented by integrating them into one block to perform each function.

본 발명의 사상에 따른 영상 센서로 촬영된 영상은 특정 파장 대역의 빛에 대하여 차별적 노출시간에 의한 가중치가 부여된 영상으로 볼 수 있다. 일반적으로는 본 영상 센서는 내부에서 자체적으로 각 픽셀 그룹의 노출시간의 차이를 고려하여 픽셀들의 출력 신호 값을 규격화하는 과정을 먼저 수행하고 후속되는 영상 신호처리를 진행한다. 그러나 보다 심화된 영상 분석이나 영상 변환에서 본 발명의 사상에 따른 영상 센서로 촬영된 영상 데이터가 사용되는 경우, 상기 가중치로 인하여 조작자가 원하지 않는 결과를 유발할 수 있다. 이러한 부작용을 방지하기 위해 상기 노출 속성정보 기록부(240)는, 본 발명의 사상에 따른 영상 센서(100)로 촬영된 영상 데이터에 헤더나 메타 데이터 형식으로 차별적 노출시간에 대한 속성정보(예: 상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)가 구분한 그룹과 상기 다중 자동노출 조정부(180)가 각 그룹마다 서로 다르게 조정한 노출시간에 대한 정보)를 기록하는 역할을 수행할 수 있다.The image photographed by the image sensor according to an embodiment of the present invention can be regarded as a weighted image by differential exposure time with respect to light of a specific wavelength band. Generally, the image sensor performs a process of normalizing the output signal value of the pixels in consideration of the difference of the exposure time of each pixel group in itself, and proceeds with the subsequent image signal processing. However, when image data photographed by an image sensor according to the present invention is used in a further image analysis or image conversion, an operator may cause an undesired result due to the weight. In order to prevent such a side effect, the exposure attribute information recording unit 240 records attribute information (for example, the above-mentioned attribute information) in the header or the metadata format on the image data photographed by the image sensor 100 according to the present invention, Information about exposure time adjusted differently for each group by the multiple automatic exposure adjusting unit 180 and the groups classified by the adaptive pixel grouping adjusting unit 160).

도 2는 도 1의 영상센서(100)에서 픽셀 배열(130)을 생성하는 단위 셀(120)에 대하여 설명한다. 또한, 단위 셀(120)의 픽셀들과 픽셀 그룹 연결 소자(150), 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160), 다중 자동노출 조정부(180)들의 신호 연결 구조를 명시적으로 도시한다. FIG. 2 illustrates a unit cell 120 that generates a pixel array 130 in the image sensor 100 of FIG. In addition, the signal connection structure of the pixels of the unit cell 120, the pixel group connecting device 150, the adaptive pixel grouping adjusting unit 160, and the multiple automatic exposure adjusting units 180 are explicitly shown.

상기 단위 셀(120)은 4개의 픽셀로 구성되어 있다. R픽셀(111)과 B픽셀(112)은 서로 대각선 방향에 위치하고, WV픽셀(113)과 C픽셀(114)은 서로 대각선 방향에 위치한 예를 제시하였다. 그러나 단위 셀의 서로 다른 4개의 픽셀들은 필요에 따라서 그 위치를 임의로 바꿀 수 있음은 물론이다. The unit cell 120 includes four pixels. The R pixel 111 and the B pixel 112 are positioned diagonally with respect to each other and the W V pixel 113 and the C pixel 114 are positioned diagonally with respect to each other. However, it is needless to say that four different pixels of the unit cell can arbitrarily change their positions as needed.

R픽셀(red pixel)(111)은 가시광선의 R(red) 파장 영역과 근적외선 빛에 반응하는 픽셀이다. 일반적인 R픽셀은 실리콘 반도체소자로 구성된 픽셀 위에 R필터(red filter)를 배치하여 만든다. R필터는 가시광선 영역에서 R 파장 영역을 밴드패스(band pass)하여 픽셀로 전달한다. 현재 픽셀위에 증착되는 R필터는 필터 물질의 특성상 적외선을 투과시키는 것이 실제 상황이다. R필터가 적외선 영역의 파장을 통과 시키더라도 픽셀의 광소자의 재질인 실리콘 반도체 물질의 특성상 픽셀은 파장이 1100nm 미만인 근적외선 영역까지 반응한다. 따라서, 외부에 별도의 적외선 차단 필터를 사용하지 않는 경우에는 R픽셀로부터 얻는 출력신호는 R+IRR로 표현할 수 있다. 여기서 R은 R필터가 투과시킨 가시광선의 빨간 빛에 기인한 출력이고, IRR은 R필터가 투과시킨 근적외선에 기인한 출력이다. An R pixel 111 is a pixel that reacts to an R (red) wavelength region of visible light and near-infrared light. A typical R pixel is made by placing an R filter on a pixel made up of a silicon semiconductor device. The R filter bandpasses the R wavelength region in the visible light region and transmits the band-pass filtered light to the pixel. The R filter that is deposited on the current pixel is the actual situation that transmits the infrared rays due to the characteristic of the filter material. Although the R filter passes the wavelength of the infrared region, the pixel reacts up to the near infrared region having a wavelength of less than 1100 nm due to the characteristics of the silicon semiconductor material, which is a material of the optical element of the pixel. Therefore, when no external infrared cutoff filter is used, the output signal obtained from the R pixel can be expressed by R + IR R. Here, R is the output due to the red light of the visible light transmitted through the R filter, and IR R is the output due to the near-infrared light transmitted through the R filter.

B픽셀(blue pixel)(112)은 가시광선의 B(blue) 파장 영역과 근적외선 빛에 반응하는 픽셀이다. 일반적인 B픽셀은 실리콘 반도체소자로 구성된 픽셀 위에 B필터(blue filter)를 배치하여 만든다. B필터는 가시광선 영역에서 B 파장 영역을 밴드패스하여 픽셀로 전달한다. 현재 픽셀 위에 증착되는 B필터는 필터 물질의 특성상 적외선을 투과시키는 것이 실제 상황이다. B필터가 적외선 영역의 파장을 통과 시키더라도 픽셀의 광소자의 재질인 실리콘 반도체 물질의 특성상 픽셀은 파장이 1100nm 미만인 근적외선 영역까지 반응한다. 따라서, 외부에 별도의 적외선 차단 필터를 사용하지 않는 경우에는 B픽셀로부터 얻는 출력신호는 B+IRB로 표현할 수 있다. 여기서 B는 B필터가 투과시킨 가시광선의 파란 빛에 기인한 출력이고, IRB는 B필터가 투과시킨 근적외선에 기인한 출력이다. The blue pixel 112 is a pixel that reacts to the blue wavelength region of the visible light and near-infrared light. A typical B pixel is made by placing a blue filter on a pixel made up of a silicon semiconductor device. The B filter bandpasses the B wavelength region in the visible light region and transmits it to the pixel. The B filter that is deposited on the current pixel is the actual situation to transmit the infrared ray because of the characteristic of the filter material. Although the B filter passes the wavelength in the infrared region, the pixel reacts up to the near infrared region having a wavelength of less than 1100 nm due to the characteristics of the silicon semiconductor material which is the material of the optical element of the pixel. Therefore, when an external infrared cutoff filter is not used, the output signal obtained from the B pixel can be expressed as B + IR B. Here, B is the output due to the blue light of the visible light transmitted through the B filter, and IR B is the output due to the near-infrared light transmitted through the B filter.

WV(visible white)픽셀(113)은 가시광선 영역의 전체 파장 영역의 빛에 반응하고 근적외선 영역의 빛에는 반응하지 않는 픽셀이다. 픽셀 위에 WV필터(visible white filter)를 배치한 픽셀이다. WV필터는 가시광선 파장 영역의 빛은 모두 통과시키고 적외선 영역의 빛은 차단하는 필터이다. 가시광선에는 투명하고 적외선은 차단하는 물질로 만들어진 필터이다. 따라서, 본 발명과 같이 외부에 별도의 적외선 차단 필터를 사용하지 않는 경우에도 WV 픽셀로부터 얻는 출력신호는 근적외선에 의한 신호성분이 없이 백색 가시광선에만 기인한 것으로서 W로 표현할 수 있다. W V (visible white) pixel 113 is a pixel that responds to light in the entire wavelength region of the visible light region and does not react to light in the near-infrared region. And a W V filter (a visible white filter) is disposed on the pixel. W V filter is a filter that passes all light in the visible wavelength range and blocks the light in the infrared range. It is a filter made of a substance that is transparent to visible light and blocks infrared rays. Therefore, even when an external infrared cutoff filter is not used as in the present invention, the output signal obtained from a W V pixel is only due to white visible light without a signal component due to near infrared rays, and can be expressed as W.

C(clear)픽셀(114)은 가시광선 및 적외선 전체 파장 영역의 빛에 반응하는 픽셀이다. 픽셀 위에 C필터(clear filter)를 배치한 픽셀이다. C필터는 입사하는 가시광선과 적외선 영역의 모든 빛을 통과시키는 투명한 물질로 구성된 필터이다. C필터가 적외선 영역의 파장을 통과시키더라도 픽셀의 광소자의 재질인 실리콘 반도체 물질의 특성상 픽셀은 파장이 1100nm 미만인 근적외선 영역까지 반응한다. 따라서, 외부에 별도의 적외선 차단 필터를 사용하지 않는 경우에는 C픽셀로부터 얻는 출력신호는 W+IR로 표현할 수 있다. 여기서, W는 백색 가시광선 기인한 출력이고 IR은 근적외선에 기인한 출력이다. C (clear) pixel 114 is a pixel that responds to light in the visible and infrared full wavelength regions. It is a pixel with a C filter placed on the pixel. C filter is a filter made of a transparent material that transmits all the light in the incident visible light ray and the infrared light region. C filter passes the wavelength of the infrared ray region, the pixel reacts up to the near infrared ray region having a wavelength of less than 1100 nm due to the characteristic of the silicon semiconductor material which is the material of the optical element of the pixel. Therefore, when an external infrared cutoff filter is not used, the output signal obtained from the C pixel can be expressed as W + IR. Here, W is an output which is a white visible ray and IR is an output due to near-infrared rays.

요약하면 R픽셀, B픽셀, WV픽셀, C픽셀로부터 각각 출력되는 신호 R+P, B+P, WVP, C+P는 하기 수학식 1 내지 4와 같다.In summary, the signals R + P , B + P , W VP , and C + P output from the R pixel, the B pixel, the W V pixel, and the C pixel are expressed by the following equations (1) to (4).

[수학식 1][Equation 1]

R+P = R + IRR R + P = R + IR R

[수학식 2]&Quot; (2) "

B+P = B + IRB B + P = B + IR B

[수학식 3]&Quot; (3) "

WVP = WW VP = W

[수학식 4]&Quot; (4) "

C+P = W + IRC + P = W + IR

상술한 기호 R+P, B+P, C+P에서 아래 첨자 +는 가시광선과 근적외선 신호가 섞여 있음을 나타내고, WVP에서 아래 첨자 V는 가시광선 신호만 있음을 나타낸다. 아래 첨자 P는 픽셀로부터 출력된 상태로서 아직 후속 신호처리에 의하여 가공되지 않은 신호임을 나타낸다.In the symbols R + P , B + P , and C + P described above, the subscript + indicates that the visible light and the near infrared light signal are mixed, and in W VP , the subscript V indicates that only the visible light signal exists. The subscript P indicates that the signal has been output from the pixel and has not yet been processed by subsequent signal processing.

단위 셀을 이루는 R픽셀(111), B픽셀(112), WV픽셀(113), C픽셀(114)은 각각 빛에 반응하는 빛의 파장 영역의 넓이 차이가 크다. 예를 들어서 가시광선의 전 파장 영역을 고르게 포함하고 근적외선 영역의 성분은 미약한 광원으로 사물을 조명하는 환경에서는 R픽셀이나 B픽셀에 비하여 WV픽셀과 C픽셀의 평균 출력신호 값들이 상당히 크게 나올 것이 예상된다. 이때 기존의 기술처럼 하나의 AEC(auto exposure control) 회로를 이용하여 모든 픽셀의 노출시간(exposure time)을 동일하게 조정하는 경우를 고찰하면 다음과 같은 문제에 직면한다. R픽셀 또는 B픽셀이 충분하게 출력신호가 나오게 노출시간을 조정하면 WV픽셀과 C픽셀의 출력신호는 포화되어서 영상정보를 잃어버리게 된다. 반대로 WV픽셀과 C픽셀이 알맞은 출력신호가 나오도록 노출시간을 조정하면 R픽셀과 B픽셀은 픽셀의 수광소자에서 빛에 의하여 생성되는 광전자의 개수가 줄어들어서 회로의 잡음 전자 개수에 비교하여 충분히 크지 못한 상황이 된다. 즉, R픽셀이나 B픽셀의 출력신호들의 신호대비 잡음의 비율 SNR(signal to noise ratio)가 작아져서 영상의 화질을 악화시키는 결과를 초래한다. 따라서, 이러한 조명환경에서는 R픽셀과B픽셀을 하나의 그룹으로 하여 함께 픽셀의 노출시간을 조정한고, WV픽셀과 C픽셀을 또 다른 하나의 그룹으로 하여 함께 픽셀의 노출시간을 조정하는 것이 바람직하다. 이 때 두 그룹의 노출시간은 독립적으로 조정한다.The R pixel 111, the B pixel 112, the W V pixel 113, and the C pixel 114 constituting the unit cell each have a large difference in the wavelength region of the light corresponding to the light. For example, in an environment that uniformly covers the entire wavelength range of visible light and illuminates objects with a weak light source, the average output signal values of W V and C pixels are significantly larger than R and B pixels It is expected. In this case, when the exposure time of all the pixels is adjusted by using a single auto exposure control (AEC) circuit as in the conventional technique, the following problems are encountered. If the exposure time is adjusted so that the R pixel or the B pixel is sufficiently output, the output signals of the W V pixel and the C pixel are saturated and the image information is lost. On the contrary, if the exposure time is adjusted so that the output signal of the W V pixel and that of the C pixel are adjusted to be appropriate, the R pixel and the B pixel can reduce the number of photoelectrons generated by the light in the light receiving element of the pixel, It becomes a situation that is not great. That is, the signal to noise ratio (SNR) of the output signals of the R pixel or the B pixel is reduced, resulting in deterioration of image quality. Therefore, in such an illumination environment, it is preferable to adjust the exposure time of the pixel together with the R pixel and the B pixel as one group, and to adjust the exposure time of the pixel together with the W V pixel and the C pixel as another group Do. At this time, the exposure time of the two groups is adjusted independently.

또 다른 예로 조명이 가시광선은 미약하게 포함하고 있고, 근적외선을 주로 포함하는 경우를 살펴보자. 이 경우에는 근적외선에는 반응하지 않는 WV픽셀의 출력신호 값은 R픽셀, B픽셀, C픽셀의 값보다 많이 작아진다. 이 경우 WV픽셀에 노출시간을 알맞게 조정하면 R픽셀, B픽셀, C픽셀은 포화되어서 근적외선 영상정보를 잃어버리게 된다. 반대로 R픽셀, B픽셀, C픽셀에 알맞게 노출시간을 조정하면 WV픽셀의 출력신호의 SNR이 줄어들어서 가시광선 영역의 화질이 악화 된다. 따라서 이러한 조명환경에서는 R픽셀, B픽셀, C픽셀을 하나의 그룹으로 하여 함께 픽셀의 노출시간을 조정하고, WV픽셀은 또 다른 하나의 그룹으로 하여 픽셀의 노출시간을 조정하는 것이 바람직하다. 이 때 두 그룹의 노출시간은 독립적으로 조정한다. As another example, let us consider a case where the light contains a small amount of visible light and mainly includes near infrared light. In this case, the output signal value of the W V pixel which does not react to the near-infrared ray becomes much smaller than the value of the R pixel, the B pixel, and the C pixel. In this case, if the exposure time is appropriately adjusted to the W V pixel, the R pixel, the B pixel, and the C pixel are saturated, and the near infrared ray image information is lost. On the contrary, if the exposure time is adjusted in accordance with the R pixel, the B pixel, and the C pixel, the SNR of the output signal of the W V pixel is reduced and the image quality of the visible light region is deteriorated. Therefore, in such an illumination environment, it is preferable to adjust the exposure time of the pixel together with the R pixel, the B pixel, and the C pixel as one group, and the W V pixel as another group to adjust the exposure time of the pixel. At this time, the exposure time of the two groups is adjusted independently.

또 다른 예로 조명이 다른 파장 영역의 빛보다 근적외선 영역 및 가시광선의 R(red) 파장 영역을 주로 포함하는 경우를 살펴보자. 일출 및 일몰시 야외 감시 카메라 등에서 발생될 수 있는 경우이다. 이 경우에는 R픽셀의 값과 C픽셀의 값이 B픽셀의 값이나 WV픽셀의 값보다 상당히 크게 나올 것이다. 따라서, 이러한 조명환경에서는 R픽셀, C픽셀을 하나의 그룹으로 하여 함께 픽셀의 노출시간을 조정하고, B픽셀, WV픽셀은 또 다른 하나의 그룹으로 하여 픽셀의 노출시간을 조정하는 것이 바람직하다. 이 때 두 그룹의 노출시간은 독립적으로 조정한다. As another example, let us consider a case where the illumination mainly includes the near-infrared region and the R (red) wavelength region of the visible light rather than the light of the other wavelength region. It can occur in outdoor surveillance cameras at sunrise and sunset. In this case, the value of R pixel and the value of C pixel will be significantly larger than the value of B pixel or W V pixel. Therefore, in such an illumination environment, it is preferable to adjust the exposure time of the pixel together with the R pixel and the C pixel as one group, and adjust the exposure time of the pixel with the B pixel and the W V pixel as another group . At this time, the exposure time of the two groups is adjusted independently.

본 발명에서는 다양한 조명환경에 따라서 적응적으로 픽셀을 그룹화 하여 각 그룹의 노출시간을 독립적으로 조정하는 방법을 제시한다.In the present invention, a method of independently adjusting the exposure time of each group by grouping pixels adaptively according to various illumination conditions is presented.

적응적 픽셀 그룹화 조정부(adaptive pixel grouping control part)(160)는조명 환경이 변하는 것에 따라서 적응적으로 상기 제1 내지 제4 픽셀(111 ~ 114)을 2개 이상의 그룹으로 구분하여 그룹화 하는 기능을 갖는다. 다중 자동노출 조정부(multiple auto exposure control part)(180)는 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)가 픽셀들을 그룹화 한 것에 따라서 각 그룹마다 노출시간을 서로 별개로 독립적으로 자동 조정한다.The adaptive pixel grouping control unit 160 has a function of adaptively grouping the first to fourth pixels 111 to 114 into two or more groups according to changes in the illumination environment . The multiple auto exposure control part 180 automatically adjusts the exposure time independently for each group independently of the grouping of the pixels by the adaptive pixel grouping adjuster 160.

구체적인 예를 이용하여 도 2에 표시된 구조들이 연계 작동하여 픽셀의 노출시간을 조정하는 동작을 설명한다. 첫 번째 예로 가시광선의 전 파장 영역을 고르게 포함하고 근적외선 영역의 성분은 미약한 광원으로 사물을 조명하는 환경을 고찰한다. 이러한 경우 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)은 R픽셀(111)과 B픽셀(112)를 제1 그룹으로 지정하고, WV픽셀(113)과 C픽셀(114)을 제2그룹으로 지정하여 2개의 그룹으로 나눈다. 이와 같은 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)의 픽셀 그룹화는 외부의 명령에 따라서 수동적으로 작동하거나 또는 영상센서의 픽셀들로부터 출력되는 영상신호의 정보를 이용한 판단으로 능동적으로 작동할 수 있다.Using the concrete example, the structures shown in Fig. 2 operate in conjunction to adjust the exposure time of the pixel. As a first example, we consider an environment that evenly covers the entire wavelength range of visible light and illuminates objects with a weak light source in the near infrared region. In this case, the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 designates the R pixel 111 and the B pixel 112 as the first group, designates the W V pixel 113 and the C pixel 114 as the second group, Group. The pixel grouping of the adaptive pixel grouping adjuster 160 may actively operate according to an external command, or may be actively operated by using information of a video signal output from the pixels of the image sensor.

이렇게 정하여진 그룹화 정보를 신호선 또는 신호선 다발(161)을 통하여 다중 자동노출 조정부(multiple auto exposure control part)(180)에 전달한다. 다중자동노출 조정부(multiple auto exposure control part)(180)의 제1자동 노출조정 회로 AEC1(181)은 도1의 픽셀배열(130)로부터 출력되는 픽셀 영상신호들 중 상기 제1 그룹에 속하는 다수의 R픽셀(111)과 B픽셀(112)의 영상신호를 이용하여 제1그룹 노출시간 T1의 적정 값을 결정한다. 이어서 제1 그룹 노출 조정신호를 신호선(191)으로 출력한다. 제2자동 노출조정 회로 AEC2(182)는 도 1의 픽셀배열(130)로부터 출력되는 픽셀 영상신호들 중 상기 제2 그룹에 속하는 다수의 WV픽셀(113)과 C픽셀(114)의 영상신호를 이용하여 적정한 제2그룹 노출시간T2의 적정 값을 결정한다. 이어서 제2그룹 노출조정 신호를 신호선(192)로 출력한다.The grouping information thus determined is transmitted to a multiple auto exposure control part 180 through a signal line or a signal line bundle 161. The first automatic exposure adjustment circuit AEC1 181 of the multiple auto exposure control part 180 is adapted to receive a plurality of pixel image signals output from the pixel array 130 of FIG. An appropriate value of the first group exposure time T1 is determined using the video signals of the R pixel 111 and the B pixel 112. [ And then outputs the first group exposure adjustment signal to the signal line 191. The second automatic exposure adjustment circuit AEC2 182 includes a plurality of W V pixels 113 belonging to the second group and pixel signals of C pixels 114 belonging to the second group among the pixel image signals output from the pixel arrangement 130 of FIG. The appropriate value of the second group exposure time T2 is determined. And then outputs the second group exposure adjustment signal to the signal line 192.

한편, 픽셀 그룹 연결 소자(pixel group connecting device)(150)는 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)로부터 신호선 다발(170)을 통하여 제어 신호를 받는다. 그 제어 신호에 따라 픽셀 그룹 연결 소자(150)은 다중 자동노출 조정부(180)가 생성하여 신호선 다발(190)을 통하여 픽셀 그룹 연결 소자(150)의 입력단으로 전달하는 각 그룹의 노출시간 조정 신호를 정확하게 해당 그룹에 속하는 픽셀들에게 전달하는 기능을 갖는다.On the other hand, the pixel group connecting device 150 receives a control signal from the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 through the signal line bundle 170. The pixel group connecting element 150 generates an exposure time adjusting signal for each group which is generated by the multiple automatic exposure adjusting unit 180 and transmitted to the input terminal of the pixel group connecting element 150 through the signal line bundle 190 To the pixels belonging to the group correctly.

본 실시예에서는 4개의 mux 소자를 이용하여 구현한 픽셀 그룹 연결 소자를 설명한다. 상기 다중 자동노출 조정부(180)에 속하는 제1자동 노출조정 회로AEC1(181)의 출력 신호선(191)과 제2자동 노출조정 회로 AEC2(182)의 출력 신호선(192)은 각각 4개의 mux 소자인 MUX1(151), MUX2(152), MUX3(153), MUX4(154)의 입력단으로 연결되어 있다. 그리고 상기 MUX1(151), MUX2(152), MUX3(153), MUX4(154)의 출력은 각각 신호선(141, 142, 143, 144)을 통하여 차례대로 R픽셀(111), B픽셀(112), WV픽셀(113), C픽셀(114)로 연결되어 있다. 한편, 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)는 신호선(171, 172, 173, 174)을 통하여 차례대로 상기 MUX1(151), MUX2(152), MUX3(153), MUX4(154)의 입력단과 출력단의 연결 상태를 조정하는 제어신호를 각 mux에 전달한다. 상기 제어신호에 따라서 각 mux의 출력단은 상기 신호선(191) 또는 신호선(192)중에서 한 쪽과 연결된다.In this embodiment, a pixel group connecting device implemented using four mux elements will be described. The output signal line 191 of the first automatic exposure adjusting circuit AEC1 181 belonging to the multiple automatic exposure adjusting unit 180 and the output signal line 192 of the second automatic exposure adjusting circuit AEC2 182 belong to four mux elements MUX1 151, MUX2 152, MUX3 153, and MUX4 154, respectively. The outputs of the MUX1 151, the MUX2 152, the MUX3 153 and the MUX4 154 are sequentially supplied to the R pixel 111 and the B pixel 112 through the signal lines 141, 142, 143 and 144, A W V pixel 113, and a C pixel 114, respectively. The adaptive pixel grouping adjustment unit 160 adjusts the input and output terminals of the MUX1 151, the MUX2 152, the MUX3 153 and the MUX4 154 through the signal lines 171, 172, 173, And transmits a control signal to each mux for adjusting the connection state. The output terminal of each mux is connected to one of the signal line 191 and the signal line 192 according to the control signal.

현재의 예시에서는 R픽셀(111)과 B픽셀(112)이 제1그룹에 속함으로, MUX1(151)과 MUX2(152)의 출력은 신호선(191)과 연결된다. 즉, R픽셀(111)과 B픽셀(112)의 노출시간은 제1자동 노출 조정회로AEC1(181)에 의하여 노출시간이 T1이 되도록 조정된다. 한편 WV픽셀(113)과 C픽셀(114)은 제2 그룹에 속함으로, MUX3(153)과 MUX4(154)의 출력은 신호선(192)과 연결된다. 즉, WV픽셀(113)과 C픽셀(114)의 노출시간은 제2자동 노출 조정회로 AEC2(182)에 의하여 노출시간이 T2가 되도록 조정된다.In the present example, the R pixel 111 and the B pixel 112 belong to the first group, and the outputs of the MUX1 151 and the MUX2 152 are connected to the signal line 191. [ That is, the exposure time of the R pixel 111 and the B pixel 112 is adjusted by the first automatic exposure adjusting circuit AEC1 181 such that the exposure time is T1. On the other hand, the W V pixel 113 and the C pixel 114 belong to the second group, and the outputs of the MUX3 153 and the MUX4 154 are connected to the signal line 192. [ That is, the exposure time of the W V pixel 113 and the C pixel 114 is adjusted by the second automatic exposure adjusting circuit AEC2 182 such that the exposure time is T2.

또 다른 예로 조명이 가시광선은 미약하게 포함하고 있고, 근적외선을 주로 포함하는 경우를 살펴보자. 이 경우에는 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)는 근적외선에 반응하여 영상신호가 크게 나오는 R픽셀(111), B(112), C픽셀(114)을 하나의 그룹으로 지정하고, 근적외선에 반응하지 않아 영상신호가 작게 나오는 WV픽셀(113)을 또 다른 그룹으로 지정하게 된다. 즉, R픽셀(111), B(112), C픽셀(114)을 제1그룹으로 지정하고, WV픽셀(113)을 제2그룹으로 지정한다. 이에 따라 다중 자동노출 조정부(180)의 제1 자동 노출 조정회로 AEC1(181)은 도 1의 픽셀배열(130)로부터 출력되는 픽셀 영상신호들 중 상기 제1 그룹에 속하는 다수의 R픽셀(111), B픽셀(112), C픽셀(114)의 영상신호를 이용하여 제1그룹 노출시간 T1의 적정 값을 결정한다. 이어서 제1 그룹 노출 조정신호를 신호선(191)으로 출력한다. 제2 자동 노출조정 회로 AEC2(182)는 도 1의 픽셀배열(130)로부터 출력되는 픽셀 영상신호들 중 상기 제2 그룹에 속하는 다수의 WV픽셀(113)의 영상신호를 이용하여 제2그룹 노출시간 T2의 적정 값을 결정한다. 이어서 제2그룹 노출 조정신호를 신호선(192)으로 출력한다. 한편 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)는 신호선(171, 172, 173,174)를 통하여 제어신호를 보내어, MUX1(151), MUX2(152), MUX4(154)의 출력은 신호선(191)과 연결되고 MUX3(153)의 출력은 신호선(192)와 연결되도록 제어한다. 이에 따라 신호선(191)의 노출 조정신호들이 신호선(141,142,144)를 거쳐서 R픽셀(111), B(112), C픽셀(114)에 전달되고, 신호선(192)의 노출 조정신호들은 신호선(143)을 거쳐서 WV픽셀(113)과 연결된다. 즉, R픽셀(111), B픽셀(112), C픽셀(114)의 노출시간은 제1자동 노출 조정회로 AEC1(181)에 의하여 노출시간이 T1이 되도록 조정되고, WV픽셀(113)의 노출시간은 제2자동 노출 조정회로 AEC2(182)에 의하여 노출시간이 T2가 되도록 조정된다.As another example, let us consider a case where the light contains a small amount of visible light and mainly includes near infrared light. In this case, the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 assigns the R pixel 111, the B 112, and the C pixel 114 in which a video signal largely comes out in response to the near-infrared rays as a group and does not react to the near- The W V pixel 113 in which the video signal is small is designated as another group. That is, the R pixel 111, the B pixel 112 and the C pixel 114 are designated as the first group, and the W V pixel 113 is designated as the second group. Accordingly, the first automatic exposure adjustment circuit AEC1 181 of the multiple automatic exposure adjustment unit 180 may include a plurality of R pixels 111 belonging to the first group among the pixel image signals output from the pixel arrangement 130 of FIG. 1, The B pixel 112, and the C pixel 114, the appropriate value of the first group exposure time T1 is determined. And then outputs the first group exposure adjustment signal to the signal line 191. The second automatic exposure adjustment circuit AEC2 182 uses the video signals of the plurality of W V pixels 113 belonging to the second group among the pixel video signals output from the pixel arrangement 130 of FIG. And determines an appropriate value of the exposure time T2. And then outputs the second group exposure adjustment signal to the signal line 192. On the other hand, the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 sends control signals through the signal lines 171, 172, 173 and 174, and the outputs of the MUX1 151, the MUX2 152 and the MUX4 154 are connected to the signal line 191, (153) is connected to the signal line (192). The exposure adjustment signals of the signal line 191 are transmitted to the R pixel 111, the B 112 and the C pixel 114 through the signal lines 141, 142 and 144 and the exposure adjustment signals of the signal line 192 are transmitted to the signal line 143, And is connected to the W V pixel 113 through the W V pixel 113. That is, R pixels (111), B pixels (112), C exposure time of the pixel 114 is adjusted so that the T1 exposure time by a first automatic exposure adjusting circuit AEC1 (181), W V pixel 113 Is adjusted by the second automatic exposure adjusting circuit AEC2 182 such that the exposure time is T2.

도 3은 위에서 서술한 도 2의 RBWVC 단위 셀을 반복하여 만든 MN픽셀 배열의 개념도이다. 행 구조(row structure)(131)는 N개의 2×2 RBWVC 단위 셀(120) 및 픽셀배열(130) 영역을 횡으로 가로지르며 각 단위 셀의 R픽셀들과 연결된 신호선(141), B픽셀들과 연결된 신호선(142), WV픽셀들과 연결된 신호선(143), C픽셀들과 연결된 신호선(144)을 포함한다. 또한, 행 구조(row structure)(131)는 픽셀 그룹 연결 소자(150)를 포함한다. 픽셀 그룹 연결 소자(150)를 구성하는 4개의 mux 소자(151, 152, 153,154)의 출력과 단위 셀의 픽셀들의 연결 구조는 앞의 도 2와 동일하다. 또한 4개의 mux 소자(151, 152, 153,154)와 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160), 다중 자동노출 조정부(180)의 신호 연결 구조 역시 앞의 도 2와 동일하다. 이러한 행 구조(row structure)(131)를 M번 반복하여 M×N 픽셀배열(130)을 갖는 영상센서를 형성한다.3 is a conceptual diagram of an MN pixel array in which the RBW V C unit cell of FIG. 2 described above is repeatedly formed. A row structure 131 is formed by horizontally crossing N 2 × 2 RBW V C unit cells 120 and a pixel array 130 and includes a signal line 141 connected to R pixels of each unit cell, A signal line 142 connected to pixels, a signal line 143 connected to W V pixels, and a signal line 144 connected to C pixels. In addition, the row structure 131 includes a pixel group connecting element 150. The output of the four mux elements 151, 152, 153 and 154 constituting the pixel group connecting element 150 and the connection structure of the pixels of the unit cell are the same as in FIG. Also, signal connection structures of the four mux elements 151, 152, 153, and 154, the adaptive pixel grouping adjustment unit 160, and the multiple automatic exposure adjustment unit 180 are the same as in FIG. This row structure 131 is repeated M times to form an image sensor having an M x N pixel array 130.

도 2와 도 3에서는 다중 자동노출 조정부(180)가 2개의 독립적인 자동 노출 조정회로 AEC1(181)과 AEC2(182)를 포함하는 예시를 표현하였다. 그러나, 다중 자동노출부(180)가 2개 이상의 독립적인 자동 노출 조정회로를 포함하도록 확장할 수 있음은 물론이다. 또한, 이렇게 확장된 경우에는 상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)는 픽셀 배열(130)에 속하여 있는 픽셀들을 2개 이상의 그룹으로 구분하여 그룹화 할 수 있는 것도 물론이다.2 and 3 illustrate an example in which the multiple autoexposure adjuster 180 includes two independent automatic exposure adjustment circuits AEC1 181 and AEC2 182. However, it goes without saying that the multiple automatic exposure unit 180 may be extended to include two or more independent automatic exposure adjustment circuits. In addition, the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 can group the pixels belonging to the pixel array 130 into two or more groups.

아래에서는 도 1에서와 같이 RBWVC 단위 셀을 반복하여 만든 픽셀 배열(130)로부터 컬럼 신호 읽기회로(210)를 거쳐서 출력된 픽셀 신호들을 이용하여 근적외선 영상과 가시광선 칼라 영상을 구하는 영상신호처리 방법을 설명한다. 후술하는 영상신호 처리 방법은 도 1의 칼라/IR 영상 추출부(220)에서 수행할 수 있다.1, image signal processing for obtaining a near-infrared ray image and a visible ray color image using the pixel signals output from the pixel array 130 by repeating the RBW V C unit cell through the column signal reading circuit 210 Explain the method. The method of processing a video signal to be described later can be performed by the color / IR image extracting unit 220 of FIG.

본 발명과 같이 각 픽셀들의 노출시간이 다른 경우에는 픽셀로부터 나온 출력신호를 노출시간의 비율로 규격화(normalization)하는 것이 영상신호처리의 첫 단계이다. 제1 그룹에 속한 픽셀들의 노출시간을 T1, 제2그룹에 속한 노출시간을 T2로 명칭한다. 편의상 상기 제1그룹의 노출시간 T1을 기준으로 하여 각 픽셀들의 출력 신호를 규격화 하는 것을 서술한다. 그러나, 상기 제2그룹의 노출시간 T2를 기준으로 규격화하고 수식을 전개하더라도 결과적으로 동등한 영상을 얻는다. 단, 계산과정에서 포화된 영상신호들의 포화 상태가 풀리는 것을 방지하기 위해서는 노출 시간이 가장 긴 그룹의 노출 시간을 기준으로 규격화 하는 것이 바람직하다. In the case where the exposure time of each pixel is different as in the present invention, it is the first step of the image signal processing that the output signal from the pixel is normalized by the ratio of the exposure time. The exposure time of pixels belonging to the first group is denoted by T1, and the exposure time belonging to the second group is denoted by T2. For convenience, description will be made of normalizing the output signal of each pixel based on the exposure time T1 of the first group. However, even if the exposure time T2 of the second group is standardized and the formula is developed, an equivalent image is obtained as a result. However, in order to prevent saturation of the saturated video signals in the calculation process, it is preferable to standardize the exposure time of the group having the longest exposure time based on the exposure time.

일반성을 잃지 않고 임의로 제1그룹에 R픽셀과 B픽셀이 소속되고 제2그룹에 WV픽셀, C픽셀이 소속된 경우를 예로 하여 수식을 전개한다. 이때 R픽셀과 B픽셀의 노출시간은 T1이고 WV픽셀과 C픽셀의 노출시간은 T2가 된다.The equations are developed by taking the case where the R pixel and the B pixel belong to the first group and the W V pixel and the C pixel belong to the second group, respectively, without losing the generality. In this case, the exposure time of the R pixel and the B pixel is T1, and the exposure time of the W V pixel and the C pixel is T2.

R픽셀, B픽셀, WV픽셀, C픽셀로부터 출력되는 신호 R+P, B+P, WVP, C+P는 상기 수학식 1 내지 4와 같다. 이러한 신호 들을 상기 제1그룹 노출시간 T1으로 규격화할 경우에 규격화된 R픽셀, B픽셀, WV픽셀, C픽셀 신호들은 하기 수학식 5 내지 수학식 8과 같다.The signals R + P , B + P , W VP , and C + P output from the R pixel, the B pixel, the W V pixel, and the C pixel are as shown in Equations 1 to 4. When these signals are normalized to the first group exposure time T1, the normalized R pixel, B pixel, W V pixel, and C pixel signals are expressed by the following equations (5) to (8).

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112016108367017-pat00001
Figure 112016108367017-pat00001

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112016108367017-pat00002
Figure 112016108367017-pat00002

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112016108367017-pat00003
Figure 112016108367017-pat00003

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112016108367017-pat00004
Figure 112016108367017-pat00004

아래 첨자 N은 노출시간 비율에 따라서 규격화된 값을 표시한다. The subscript N indicates the normalized value according to the exposure time ratio.

RBWVC 단위 셀을 반복하여 도 3과 같이 2차원 픽셀 배열을 만들면 R픽셀, B픽셀, WV픽셀, C픽셀은 각각 한 행(row)과 한 열(column) 걸러서 한 번씩 배치된다. 구현에 따라서, 2차원 픽셀 배열의 모든 (i, j) 위치에 R+N, B+N, WVN, C+ N값을 모두 대응시키기 위하여 디모자익킹(demosaicking)을 수행할 수 있다. 본 발명의 목적을 달성하기 위한 영상신호처리의 여러 과정들 중에서 지금 단계에서 디모자익킹을 수행하는 것이 필요하다. 디모자익킹 방법은 수 회에 걸쳐 공지된 다양한 종래기술에 따른 디모자익킹의 여러 방법들 중 어느 하나를 선택하거나 또는 조합하여 사용하면 된다. 그러므로, 본 실시예에서는 디모자익킹 방법을 구체적으로 설명하는 것을 생략하겠다. 디모자익킹을 수행하여 배열의 (i, j) 위치에 대하여 얻은 각 칼라 채널의 값은 하기 수학식 9 내지 수학식 12로 표현될 수 있다.When a two-dimensional pixel array is formed as shown in FIG. 3 by repeating RBW V C unit cells, R pixels, B pixels, W V pixels, and C pixels are arranged one row at a time and one row at a time. According to the implementation, demosaicking may be performed to match all values of R + N , B + N , W VN , and C + N to all (i, j) positions of the two-dimensional pixel array. In order to achieve the object of the present invention, it is necessary to perform demodulation in the present stage among various processes of the video signal processing. The demodulating method may be selected from several methods of demodulating according to various conventional techniques known in the art and used in combination. Therefore, in the present embodiment, a detailed description of the demodulating method will be omitted. The values of the respective color channels obtained for the (i, j) positions of the array by performing the di-mocking can be expressed by the following equations (9) to (12).

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112016108367017-pat00005
Figure 112016108367017-pat00005

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112016108367017-pat00006
Figure 112016108367017-pat00006

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112016108367017-pat00007
Figure 112016108367017-pat00007

[수학식 12] &Quot; (12) "

Figure 112016108367017-pat00008
Figure 112016108367017-pat00008

상기 수학식들에서 아래 첨자 D는 디모자익된(demosaicked) 신호 값을 표현한다. In the above equations, the subscript D represents a demosaicked signal value.

근적외선 영상과 가시광선 칼라 영상을 구하는 것은 바로 2차원 픽셀 배열의 모든 위치 (i, j)에서 IR 값과 R, G, B 값들을 구하는 것을 의미한다. 상기 수학식 9 내지 12로부터 다음과 같이 근적외선 영상과 가시광선 칼라 영상을 계산할 수 있다. Obtaining the near infrared ray image and the visible ray color image means to obtain the IR value and the R, G, B values at every position (i, j) of the two-dimensional pixel array. From the equations (9) to (12), the near infrared ray image and the visible ray color image can be calculated as follows.

먼저, 상기 수학식 11 및 수학식 12에서 C 채널 값과 WV채널 값의 차이로 근적외선 IR 값을 하기 수학식 13과 같이 계산한다.In the equations (11) and (12), the near IR IR value is calculated by the following Equation (13) as the difference between the C channel value and the W V channel value.

[수학식 13]&Quot; (13) "

Figure 112016108367017-pat00009
Figure 112016108367017-pat00009

여기서, 조절 변수(adjusting parameter) aW는 WV픽셀과 C 픽셀이 가시광선의 전체 파장영역인 W(white)영역에서 파장 별 반응도(spectral responsivity)가 차이가 나는 데서 기인하는 색 오차를 보정하기 위한 변수이다. 조절 변수 aW값은 두 픽셀의 파장별 반응도 측정분석이나 또는 실제 영상의 칼라 튜닝(color tuning) 과정으로 그 값을 결정할 수 있다. Here, the adjustment parameter a W is a correction parameter for correcting the color error due to the difference in spectral responsivity in the W (white) region where W V pixel and C pixel are the entire wavelength region of the visible light, Variable. The control variable a W value can be determined by analyzing the response of the two pixels by wavelength or by color tuning the actual image.

다음, 상기 수학식 9, 수학식 10 및 수학식 13을 이용하여 R, B 값을 하기 수학식 14 및 수학식 15와 같이 계산한다.Next, R and B values are calculated according to the following equations (14) and (15) using Equations (9), (10) and (13).

[수학식 14]&Quot; (14) "

Figure 112016108367017-pat00010
Figure 112016108367017-pat00010

[수학식 15]&Quot; (15) "

Figure 112016108367017-pat00011
Figure 112016108367017-pat00011

상기 수학식 14 및 15에서 조절 변수 aRIR과 aBIR는 각각 R픽셀과 B픽셀 및 C픽셀의 근적외선에 대한 파장 별 반응도 차이에 따라서 정해지는 값들이다. 해당 픽셀들의 근적외선 파장 별 반응도 측정분석이나 또는 실제 영상의 칼라 튜닝과정으로 그 값을 결정할 수 있다.In the above equations (14) and (15), the adjustment variables a RIR and a BIR are values determined in accordance with wavelength difference of near infrared rays of R pixel, B pixel and C pixel, respectively. The values of the pixels can be determined by analyzing the response of the near-infrared wavelengths or by performing color tuning of the actual image.

다음, 상기 수학식 11, 수학식 14 및 수학식 15를 이용하여 G 값을 하기 수학식 16과 같이 계산한다.Next, the G value is calculated using Equation (11), Equation (14) and Equation (15) as follows.

[수학식 16]&Quot; (16) "

Figure 112016108367017-pat00012
Figure 112016108367017-pat00012

상기 수학식 16에서 조절변수 aR은 R픽셀과 WV픽셀이 가시광선의R(red) 파장 영역에서 파장 별 반응도가 차이가 나는 데서 기인하는 색 오차를 보정하기 위한 변수이다. 조절변수 aB는 B픽셀과 WV픽셀이 가시광선의 B(blue) 파장 영역에서 파장 별 반응도가 차이가 나는 데서 기인하는 색 오차를 보정하기 위한 변수이다. 조절변수 aR과 aB는 R픽셀, B픽셀, WV픽셀의 가시광선 영역 파장 별 반응도 측정분석이나 또는 실제 영상의 칼라 튜닝 과정으로 그 값을 결정할 수 있다. 2차원 픽셀 배열의 모든 위치 (i, j)에 대하여, 상기 수학식 13으로 계산한 IRD(i,j) 값들이 바로 근적외선 영상이고, 상기 수학식 14 내지 16으로 계산한 RD(i, j), BD(i, j), GD(i, j) 값들이 바로 칼라 영상이다.In the expression (16), the adjustment variable a R is a parameter for correcting the color error due to the difference in reactivity of the R pixel and the W V pixel in the R (red) wavelength region of the visible light due to the wavelength. The control variable a B is a parameter for correcting the color error due to the difference in the reactivity of the B pixel and the W V pixel in the blue wavelength region of the visible light. A control variable R and a B may determine that value to the R pixel, B pixel, V pixel W visible light wavelengths reaction analysis or measurement or color tuning of the real image of the. The IR D (i, j) values calculated by Equation (13) are the near infrared ray images for all positions (i, j) of the two-dimensional pixel array, and R D (i, j), B D (i, j) and G D (i, j) are directly color images.

도 4는 본 발명의 사상에 따른 영상 센서에서 수행할 수 있는 가시광선 칼라 영상과 근적외선 영상을 생성하는 과정으로서 센싱 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. FIG. 4 is a flowchart illustrating a sensing method for generating a visible light color image and a near-infrared image that can be performed by an image sensor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도시한 센싱 방법은, 조명 환경에 따라서 적응적으로 도 1 내지 3의 제1 내지 제4 픽셀을 2개 이상의 그룹으로 구분하는 단계(S1); 상기 2개 이상의 각 그룹들에 적용할 노출 시간들을 서로 별개로 결정하는 단계(S3); 상기 결정된 노출 시간들로 상기 제1 내지 제4 픽셀을 노출시키고 픽셀의 신호를 획득하는 단계(S5); 상기 제1내지 제4픽셀의 출력 신호들로부터 가시광선 칼라 영상 및/또는 근적외선 영상을 추출하는 단계(S7); 상기 영상을 추출하는 단계에서 획득한 영상 신호를 외부로 출력하는 단계(S9)를 포함할 수 있다.The sensing method includes: S1) dividing the first to fourth pixels of FIGS. 1 to 3 into two or more groups adaptively according to an illumination environment; Separately determining exposure times to be applied to the two or more groups (S3); Exposing the first through fourth pixels at the determined exposure times and acquiring a signal of the pixel (S5); Extracting a visible ray color image and / or a near-infrared ray image from the output signals of the first to fourth pixels (S7); And outputting the image signal obtained in the step of extracting the image to the outside (S9).

구현에 따라 조명 환경에 적응적으로 가시광선 영상 촬영 모드 또는 근적외선 영상 촬영 모드 또는 상기 가시광선 영상 및 근적외선 영상을 동시에 촬영하는 모드로 조정하는 단계(S6)를 더 포함할 수 있다. 상기 S6단계의 모드 선택에 따라서 상기 S5단계의 영상신호 처리과정 및 상기 S9단계의 신호 출력 형태가 변경된다.According to the embodiment, the method may further include a step (S6) of adjusting the visible light ray imaging mode or the near infrared ray imaging mode or the mode for simultaneously photographing the visible light ray image and the near infrared ray image adaptively to the illumination environment. The signal output process of step S5 and the signal output process of step S9 are changed according to the mode selection of step S6.

상기 S1 단계는 도 1의 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160)에 의해 수행될 수 있으며, 상기 S3 단계는 도 1의 다중 자동노출부(180)에 의해 수행될 수 있다.The step S1 may be performed by the adaptive pixel grouping adjustment unit 160 of FIG. 1, and the step S3 may be performed by the multiple automatic exposure unit 180 of FIG.

상기 S5 단계는 도 1의 픽셀 배열(130), 픽셀 그룹 연결 소자(150), 로우 드라이버(row driver)(200) 및 컬럼 신호읽기 회로(column signal reading circuit)(210)를 이용하여 수행될 수 있다.The step S5 may be performed using the pixel array 130, the pixel group connecting element 150, the row driver 200, and the column signal reading circuit 210 of FIG. have.

상기 S7 단계는 도 1의 칼라/IR 영상 추출부(color/IR image extraction part)(220)에 의해 수행될 수 있다.The step S7 may be performed by the color / IR image extraction unit 220 of FIG.

상기 S6 단계는 도 1의 모드 조정부(230)에 의해 수행될 수 있다.The step S6 may be performed by the mode adjusting unit 230 of FIG.

도 5는 상기 수학식 1 내지 16까지 근적외선 영상과 칼라 영상을 계산하는 과정의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다. 2차원 픽셀 배열의 R픽셀, B픽셀, WV픽셀, C픽셀들로부터 출력되는 신호 R+P, B+P, WVP, C+ P신호들을 시작으로 해서 근적외선 영상 IRD와 칼라 영상 RD, GD, BD를 얻는 과정이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of calculating near-infrared images and color images according to Equations 1 to 16. Referring to FIG. The near infrared rays image IR D and the color image R D are generated starting from the signals R + P , B + P , W VP and C + P signals output from the R pixel, B pixel, W V pixel and C pixels of the two- , G D , and B D.

도시한 영상 산출 방법은, 2차원 픽셀 배열의 R픽셀, B픽셀, WV픽셀, C픽셀 로부터 출력 신호를 획득하는 단계(S10); 상기 획득된 출력 신호들을 규격화하는 단계(S20); 상기 규격화된 신호들을 디모자익킹하는 단계(S30); 상기 디모자익킹된 신호들로부터 근적외선 영상을 산출하는 단계(S40); 상기 디모자익킹된 신호들로부터R 영상 및 B 영상을 산출하는 단계(S50); 상기 디모자익킹된 WV신호들 및 상기 R 영상 및 B 영상으로부터 G 영상을 산출하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.Showing a video output method, comprising: obtaining an output signal from the two-dimensional pixel arrangement of R pixels, B pixels, W V pixels, the pixel C (S10); Normalizing the obtained output signals (S20); Demodulating the normalized signals (S30); Calculating a near infrared ray image from the demodulated signals (S40); Calculating an R image and a B image from the demodulated signals (S50); And calculating a G image from the demagnetized W V signals and the R image and the B image (S60).

상기 규격화하는 단계(S20)에서는, 상술한 수학식 5 내지 8에 따른 규격화 과정을 수행할 수 있다. 상기 디모자익킹하는 단계(S30)에서는, 상술한 수학식 9 내지 12에 따른 디모자익킹 과정을 수행할 수 있다.In the normalizing step S20, the normalization process according to the above-described equations (5) to (8) can be performed. In the demagnetizing step S30, the demodulating process according to Equations (9) to (12) may be performed.

영상의 해상도가 문제가 되지 않는 응용에서는 디모자이킹하는 단계(S30)을 생략하고 하나의 단위 셀에 속하여 있는 R, B, WV, C 4개의 픽셀 출력 신호만을 이용하여 각 단위 셀별로 근 적외선 영상 및 가시광선 칼라 영상의 정보를 추출할 수 있다. 그러나 이 경우에는 영상의 해상도가 가로 세로 방향 모두 대략 반으로 줄어든다.In the application in which the resolution of the image is not an issue, the demosaicing step S30 is omitted and only the R, B, W, V , and C pixel output signals belonging to one unit cell are used, And information of a color image of a visible ray can be extracted. In this case, however, the resolution of the image is reduced to about half in both the horizontal and vertical directions.

도 6은 도 5에서 디모자익킹 전과 후에 신호의 잡음을 줄이기 위한 잡음 필터링 과정을 추가한 다른 실시예를 나타내는 흐름도이다. FIG. 6 is a flowchart illustrating a noise filtering process for reducing signal noise before and after demodulating in FIG. 5 according to another embodiment of the present invention.

도시한 흐름도에 따른 영상 산출 방법은, 상기 규격화하는 단계(S20) 이후 제1 필터링 단계(S25)를 수행하고, 상기 디모자익킹하는 단계(S30) 이후 제2 필터링 단계(S35)를 수행하는 것 외에는 상기 도 4의 경우와 거의 동일하다.The image calculation method according to the flowchart may further include performing a first filtering step S25 after the normalizing step S20 and performing a second filtering step S35 after the demagnetizing step S30 Is substantially the same as the case of Fig.

도 6 또는 도 5에서 도시한 영상 산출 방법은 도 1의 칼라/IR 영상 추출부(220)에서 수행한다.The image calculation method shown in FIG. 6 or FIG. 5 is performed by the color / IR image extraction unit 220 of FIG.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 가시광선과 근적외선을 동시에 수광 할 수 있는 RBWVC 패턴의 단위 셀을 반복하여 구성한 2차원 픽셀 배열을 이용하는 CMOS 영상센서를 제시한다. 그리고 2차원 픽셀배열의 R픽셀, B픽셀, WV픽셀, C픽셀들로부터 출력되는 신호들을 이용하여 근적외선 영상과 가시광선 칼라 영상을 획득하는 방법을 제시한다. 특히 적응적 픽셀 그룹화 조정부(160), 다중 자동노출 조정부(180)및 픽셀 그룹 연결 소자(150)를 결합하여 픽셀을 조명환경에 따라서 적응적으로 그룹화하고 각 그룹의 노출시간을 독립적으로 조정함으로써 다양한 조명 환경에서 영상정보의 손실이 없으며 SNR이 높은 최적의 근적외선 영상과 칼라 영상을 얻는 방법을 제시한다. As described above, in the present embodiment, a CMOS image sensor using a two-dimensional pixel array in which unit cells of an RBW V C pattern capable of simultaneously receiving visible light and near-infrared light are repeated is proposed. Then, a method of acquiring a near-infrared ray image and a visible ray color image using signals output from R pixels, B pixels, W V pixels and C pixels of a two-dimensional pixel array is presented. In particular, by combining the adaptive pixel grouping adjuster 160, the multiple automatic exposure adjuster 180, and the pixel group connecting device 150 to adaptively group the pixels according to the illumination environment and independently adjust the exposure time of each group, We propose a method to obtain optimal near infrared ray image and color image with high SNR without loss of image information in lighting environment.

본 실시예에서는 가시광선의 파장 영역 전체에 반응하는 WV픽셀과 C 픽셀을 단위 셀 당 각각 하나씩 배치한다. 따라서, 가시광선의 G파장 영역에 반응하는 G픽셀이 단위 셀 당 2개가 있는 기존의 RGB Bayer픽셀 패턴을 이용하는 영상센서들에 비하여 가시광선에 대한 센서의 감도(sensitivity)가 증가한다. In this embodiment, one W V pixel and one C pixel which are responsive to the entire wavelength region of the visible light are arranged for each unit cell. Thus, the sensitivity of the sensor to visible light increases as compared to image sensors that use conventional RGB Bayer pixel patterns with two G pixels per unit cell that react to the G wavelength region of the visible light.

또한, 본 발명의 영상센서는 가시광선 칼라 영상을 얻기 위하여 영상센서 외부에 적외선 차단 필터를 사용할 필요가 없다. In addition, the image sensor of the present invention does not need to use an infrared cut filter outside the image sensor in order to obtain a visible light color image.

종래에는 근적외선 영상 및 가시광선 칼라 영상을 선택적으로 촬영할 수 있는 영상센서의 경우, 근적외선 영상 촬영 모드 및 가시광선 칼라 영상 촬영 모드를 스위칭하기 위해서, 카메라 시스템에 적외선 차단 필터를 광로에 삽입 또는 제거하는 기계적 장치를 구비하여야 한다. Conventionally, in the case of an image sensor capable of selectively picking up a near infrared ray image and a visible ray color image, in order to switch a near infrared ray image photographing mode and a visible light color image photographing mode, Equipment.

반면, 본 실시예의 영상센서를 이용하면 카메라 시스템에 적외선 차단 필터를 광로에 삽입 또는 제거하는 기계적 장치를 제거할 수 있다. 그에 따라, 카메라 시스템을 간략화하고 비용을 절감하며 내구성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, if the image sensor of this embodiment is used, a mechanical device for inserting or removing the infrared cut filter into the optical path can be removed from the camera system. Accordingly, the camera system can be simplified, costs can be reduced, and durability can be improved.

이 경우, 도 1의 모드 조정부(230)는 가시광선 칼라 영상 촬영 모드 및 근적외선 영상 촬영 모드로 전환함에 있어서, 영상센서 외부에서 적외선 차단 필터의 삽입 제거 등의 광학적 조정을 수행함이 없이, 칼라/IR 영상 추출부의 영상처리 과정 및 영상처리 과정을 거치고 난 영상신호들의 출력형태를 조정한다. In this case, when the mode adjusting unit 230 of FIG. 1 switches to the visible light color image photographing mode and the near infrared ray image photographing mode, the mode adjusting unit 230 may adjust the color / IR And adjusts the output format of the image signals that have undergone image processing and image processing of the image extracting unit.

근적외선 영상 촬영 모드인 경우 상기 수학식 13에 따른 근적외선 신호 값을 산출하고, 가시광선 칼라 영상 촬영 모드인 경우 상기 수학식 14 내지 16에 따른 R, B, G 값을 산출한다. 다시 말해, 상기 모드 조정부(230)는, 근적외선 영상 촬영 모드인 경우 도 6 또는 도 5의 흐름도에서 S40까지 수행하고, 칼라 영상 촬영 모드인 경우 S60까지의 모든 단계를 수행하도록 칼라/IR 영상 추출부의 과정을 조절할 수 있다.In the case of the near infrared ray image taking mode, the near infrared rays signal value according to Equation (13) is calculated, and in the case of the visible light color image taking mode, the R, B, and G values according to Equations (14) to (16) are calculated. In other words, in the case of the near infrared ray imaging mode, the mode adjusting unit 230 performs the steps up to S40 in the flowchart of FIG. 6 or FIG. 5, and performs all the steps up to S60 in the color image shooting mode. The process can be controlled.

상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.It should be noted that the above-described embodiments are intended to be illustrative, not limiting. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

100 : 영상센서
111 : 가시광선의 제1 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 픽셀
112 : 가시광선의 제2 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 픽셀
113 : 가시광선의 전체 파장 영역의 빛을 감지하고 근적외선 빛에는 반응하지 않는 픽셀
114 : 가시광선의 전체 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 픽셀
150 : 픽셀 그룹 연결 소자(pixel group connecting device)
160 : 적응적 픽셀 그룹화 조정부(adaptive pixel group connecting device)
180: 다중 자동노출 조정부(multiple auto exposure control part)
200 : 로우 드라이버(row driver)
210 : 컬럼 신호읽기 회로(column signal reading circuit)
220 : 칼라/IR 영상 추출부(color/IR image extraction part)
230 : 모드조정부 mode control part)
240 : 노출 속성정부 기록부(exposure meta data writter)
100: Image sensor
111: a pixel that detects light in the wavelength region corresponding to the first color of the visible light and near-infrared light
112: a pixel that detects light in the wavelength region corresponding to the second color of the visible light and near-infrared light
113: a pixel that senses light in the entire wavelength region of visible light and does not react to near-infrared light
114: a pixel that detects light and near-infrared light in the entire wavelength range of visible light
150: pixel group connecting device
160: an adaptive pixel group connecting device
180: Multiple auto exposure control part
200: row driver
210: a column signal reading circuit
220: color / IR image extraction part
230: Mode control part mode control part)
240: exposure meta data writer

Claims (7)

가시광선의 R 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 R 픽셀;
가시광선의 B 색상에 해당하는 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 B 픽셀;
가시광선의 전체 파장 영역의 빛을 감지하고 근적외선 빛에는 반응하지 않는 Wv 픽셀;
가시광선의 전체 파장 영역의 빛 및 근적외선 빛을 감지하는 C 픽셀;을 포함하는 영상 센서에 있어서,
가시광선에 대한 영상 촬영 및 근적외선에 대한 영상 촬영을 동시에 수행하기 위한 구성으로서,
조명 환경에 따라 상기 4 가지 픽셀을 2개 이상의 그룹으로 구분하는 적응적 픽셀 그룹화 조정부;
상기 구분된 그룹들에 대하여 각 그룹마다 노출시간을 서로 별개로 조정하는 다중 노출 조정부; 및
상기 다중 노출 조정부가 출력하는 상기 각 그룹의 노출시간을 조정하는 신호를 상기 각 그룹에 속하는 픽셀들에게 전달하는 픽셀 그룹 연결 소자
를 포함하되,
상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부는,
R 픽셀과 B 픽셀을 하나의 그룹으로 하고, Wv 픽셀과 C 픽셀을 또 다른 하나의 그룹으로 하여 함께 픽셀의 노출시간을 조정하거나,
R 픽셀, B 픽셀, C 픽셀을 하나의 그룹으로 하고, Wv 픽셀은 또 다른 하나의 그룹으로 하여 픽셀의 노출시간을 조정하거나,
R 픽셀, C 픽셀을 하나의 그룹으로 하고, B 픽셀, Wv 픽셀은 또 다른 하나의 그룹으로 하여 픽셀의 노출시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 영상 센서.
An R pixel for detecting light in a wavelength range corresponding to the R color of the visible light and near-infrared light;
A B pixel for detecting light and near-infrared light in a wavelength range corresponding to the B color of the visible light;
A Wv pixel that senses light in the entire wavelength range of the visible light and does not react to near-infrared light;
And a C pixel for sensing light in a whole wavelength region of the visible light and near-infrared light,
A configuration for simultaneously performing image capture for visible light and image capture for near infrared light,
An adaptive pixel grouping adjustment unit that divides the four pixels into two or more groups according to an illumination environment;
A multiple exposure adjustment unit for adjusting the exposure time for each of the divided groups separately from each other; And
And a pixel group connecting device for transmitting a signal for adjusting the exposure time of each of the plurality of groups outputted by the multiple exposure adjusting unit to pixels belonging to each group,
, ≪ / RTI &
Wherein the adaptive pixel grouping adjustment unit comprises:
The R pixel and the B pixel are grouped into one group, the Wv pixel and the C pixel are grouped into another group to adjust the exposure time of the pixel,
The R pixel, the B pixel, and the C pixel as one group, the Wv pixel as another group, and adjust the exposure time of the pixel,
The R pixel and the C pixel are grouped into one group, and the B pixel and the Wv pixel are grouped into another group to adjust the exposure time of the pixel.
제1항에 있어서,
상기 C 픽셀의 출력 신호와 상기 Wv 픽셀의 출력 신호의 차이로부터 근적외선 영상신호를 추출하고;
상기 R 픽셀의 출력 신호와 상기 근적외선 영상신호의 차이로부터 상기 R 색상의 영상신호를 추출하고;
상기 B 픽셀의 출력 신호와 상기 근적외선 영상신호의 차이로부터 상기 B 색상의 영상신호를 추출하고;
상기 R 색상의 영상신호와 상기 B 색상의 영상신호를 합한 값과 상기 Wv 픽셀의 출력 신호의 차이로부터 가시광선의 G 색상의 영상신호를 추출하는 칼라/IR 영상 추출부
를 더 포함하는 영상센서.
The method according to claim 1,
Extracting a near infrared ray image signal from a difference between the output signal of the C pixel and the output signal of the Wv pixel;
Extracting the R-color image signal from the difference between the output signal of the R pixel and the near-infrared image signal;
Extracting the B color image signal from the difference between the output signal of the B pixel and the near infrared ray image signal;
A color / IR image extracting unit for extracting a G color image signal of a visible ray from a difference between a sum of the R color image signal and the B color image signal and an output signal of the Wv pixel,
And an image sensor.
제1항에 있어서,
상기 영상 센서를 가시광선 영상 촬영 모드 또는 근적외선 영상 촬영 모드 또는 가시광선 영상 및 근적외선 영상을 동시에 촬영하는 모드로 조정하는 모드 조정부를 더 포함하는 영상센서.
The method according to claim 1,
And a mode adjuster for adjusting the image sensor to a mode for simultaneously photographing a visible light image photographing mode, a near-infrared image photographing mode, or a visible light image and a near-infrared image.
제1항에 있어서,
상기 적응적 픽셀 그룹화 조정부가 구분한 그룹 및 상기 다중 노출 조정부가 각 그룹마다 서로 다르게 조정한 노출시간에 대한 정보를 기록하는 노출 속성정보 기록부
를 더 포함하는 영상 센서.
The method according to claim 1,
An exposure attribute information recording unit for recording information on an exposure time adjusted by the adaptive pixel grouping adjustment unit and a different exposure adjustment unit for each group,
And an image sensor.
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