KR101932545B1 - 이미지처리프로세서를 포함한 영상처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CMOS 이미지 센서를 이용하는 영상처리장치에서 CMOS 이미지 센서의 디지털 출력을 이용하여 비디오 렌즈를 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 수직동기화신호 및 수평동기화신호를 각각 별개로 생성한 후 합성하고, 이 후 DC레벨로 변환된 휘도신호와 합성하여 비디오 렌즈를 제어하는 렌즈제어신호를 생성한다.

Description

이미지처리프로세서를 포함한 영상처리장치{Imaging Device including Image Signal Processing}
본 발명은 CMOS 이미지 센서를 이용하는 영상처리장치에 관한 것으로, CMOS 이미지 센서의 디지털 신호를 이용하여 별도의 회로를 구성하여 비디오 렌즈를 제어하는 방법을 개시한다.
CCD 이미지 센서의 경우 아날로그 신호가 출력되며, 영상신호와 동기신호가 함께 출력되어 비디오 렌즈를 제어하는 제어신호로 바로 활용이 가능하다. 그러나, CMOS 이미지 센서의 경우 디지털 신호가 출력되므로, 비디오 렌즈를 제어하기 위해서는 이득(Gain) 및 OSD(화면표시기능) 정보가 빠진 비디오 신호가 사용되어야 한다. 그 결과 CMOS 이미지 센서를 이용하는 영상촬영장치의 ISP에 이득(Gain) 및 OSD(화면표시기능) 정보 등이 빠진 별도의 영상신호 단자가 없을 경우 비디오 렌즈를 제어할 수 없는 문제점이 있다.
KR 2013-0123763
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 CMOS 이미지 센서를 이용하는 영상촬영장치의 ISP에 이득(Gain) 및 OSD(화면표시기능) 정보 등이 빠진 별도의 영상신호 단자가 없는 경우에도 비디오 렌즈를 제어하는 방법을 개시한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 영상촬영장치는 CMOS 이미지 센서의 디지털 신호를 수신하는 수신부; 수직동기화(Vsync)신호 및 수평동기화(Hsync)신호를 각각 생성하고, 생성된 수직동기화신호 및 수평동기화신호를 합성하여 Composite Sync신호를 생성하는 동기신호발생부; 상기 CMOS 이미지 센서의 디지털 신호에 포함된 휘도 신호를 PWM(Pulse Width Modulation)형태로 생성하고, 생성된 PWM 형태의 휘도신호를 적분하여, 상기 휘도신호를 진폭이 변동되는 DC 레벨(Level)의 형태로 변환하여 출력하는 휘도신호생성부;및 상기 Composite Sync신호 내에서 상기 수직동기화(Vsync)신호구간 및 상기 수평동기화(Hsync)신호구간을 제외한 나머지 구간에 상기 DC 레벨 형태로 변환된 상기 휘도신호를 실어 렌즈제어신호를 형성하는 렌즈제어신호생성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 CMOS 이미지 센서를 사용한 영상촬영장치에서 비디오 렌즈를 제어하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, CMOS 이미지 센서를 이용하는 영상처리장치의 내부 구성도를 도시한다.
도 2 내지 3(a) 및 (b)는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, ISP 내부의 동기신호 발생부의 회로도 및 출력의 일 예를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 도 3(a) 내지 3(b)에 도시된 휘도신호를 적분하기 위한 회로도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 휘도신호생성부에서 출력되는 DC 레벨 형태로 변환된 휘도신호의 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 아날로그스위칭회로
도 7(a) 내지 (b)는 휘도신호의 DC레벨이 기설정된 임계값보다 높은 경우의 일 예와 기설정된 임계값보다 낮은 경우의 일예에 따라 출력되는 렌즈제어신호를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예로서, 영상처리장치(도 1, 300)의 ISP(200) 에서 CMOS 이미지 센서의 디지털 출력을 수신하여 비디오 렌즈를 제어하는 과정을 도시한 회로도를 도시한다.
현재 CMOS 이미지 센서를 이용하는 영상촬영장치에서는 Sink 신호가 포함된 영상신호가 렌즈 제어신호로 출력된다. 그 결과, 이득(Gain) 및 OSD(화면표시기능) 정보가 포함된 출력 영상신호와 별도로 OSD 등이 포함되지 않은 영상신호를 별도의 출력 단자로 할당하여 DAC 출력을 생성하여야 한다.
본원 발명의 바람직한 일 실시예에서는 별도의 출력 단자 없이도 CMOS 이미지 센서에서 출력되는 디지털 신호를 기초로 비디오 렌즈를 제어하는 방법을 개시한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, CMOS 이미지 센서를 이용하는 영상처리장치의 내부 구성도를 도시한다.
영상처리장치(300)는 CMOS 이미지 센서(100) 및 ISP(Imaging Signal Processing)부(200)를 포함한다. 영상처리장치(300)의 예로는 CCTV, 폐쇄형텔레비전, 박스형 CCTV, 카메라, 스마트폰, 노트북, 컴퓨터, 핸드헬드 장치, 카메라 촬영모듈이 구비된 장치를 모두 포함한다.
ISP(Imaging Signal Processing)부(200)는 CMOS 이미지 센서(100)로부터 디지털 신호를 수신하여 비디오 렌즈의 조리개를 제어하는 렌즈제어신호를 출력함으로써 비디오 렌즈를 제어한다.
상세히, ISP(Imaging Signal Processing)부(200)는 수신부(201), 클럭발생부(210), 수직동기화신호(Vsync) 생성부(220), 수평동기화신호(Hsync) 생성부(230), 동기신호발생부(240), 휘도신호생성부(250) 및 렌즈제어신호생성부(260)를 포함한다.
각 구성의 주요 기능은 아래와 같다. 참고로, 동기신호발생부(240)와 관련해서는 도 2 내지 3의 설명을 참고하고, 휘도신호생성부(250)와 관련해서는 도 4내지 5, 그리고 렌즈제어신호생성부(260)와 관련해서 도 6 내지 7을 참고하여 설명한다.
수신부(201)는 CMOS 이미지 센서의 디지털 신호를 수신한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 영상처리장치(300)는 별도의 영상 출력없이 PWM 단자(미 도시)를 활용하여 수직동기화신호(Vsync) 생성부(220)에서 수직동기화신호 Vsync를 생성하고, 수평동기화신호(Hsync) 생성부(230)에서 수평동기화신호 Hsync를 생성한다.
클럭발생부(220)는 수직동기화신호(Vsync) 생성부(220)에서 생성된 수직동기화신호 Vsync 및 수평동기화신호(Hsync) 생성부(230)에서 생성된 수평동기화신호 Hsync의 동기를 맞추기 위한 클럭을 생성한다.
보다 구체적으로, 수직동기화신호 생성부(220)는 프레임 단위의 판독을 지시하는 수직동기펄스를 생성하고, 수평동기화신호 생성부(230)는 라인 단위의 판독을 지시하는 수평동기펄스를 생성한다.
동기신호 발생부(240)는 클럭 발생부(210)에서 생성되는 구동클럭을 분주하여 Compositesync(이하, Csync)동기신호를 생성할 수 있다. 일 예로, CMOS 이미지 센서(100)를 구성하는 픽셀 어레이 상에서 판독위치를 지시하며, 각 프레임에 대한 판독종료와 동시에 수직동기화신호(Vsync)를 출력하여 새로운 프레임의 판독을 지시하고, 수평라인의 판독종료와 동시에 수평동기화신호(Hsync)를 출력하여 다음 번 수평라인의 판독을 지시할 수 있다.
동기신호 발생부(도 1, 240)의 내부 구성도와 관련하여 도 2 를 참고한다.
동기신호 발생부(도 1, 240 및 도 2, 200)는 수평동기화신호(Hsync)(S210)과 수직동기화신호(Vsync)(S220)를 합성하여 Csync신호(S230)를 생성한다. 이 경우 수평동기화신호(Hsync)(S210)과 수직동기화신호(Vsync)(S220)는 동기된 상태로 동기신호 발생부(도 1, 240 및 도 2, 200)에 입력되어 Csync신호로 합성된다.
또한, 동기신호 발생부(도 1, 240 및 도 2, 200)를 통과한 수평동기화신호(Hsync)(S210)의 위상과 동기신호 발생부(도 1, 240 및 도 2, 200)를 통과한 수직동기화신호(Vsync)(S220)의 위상은 동일하도록 구현된다.
바람직하게, 동기신호 발생부(도 2, 200)는 AND 게이트(210)로 구현이 가능하다. 수평동기화신호(Hsync)(S210)를 생성하는 PWM 단자의 출력과 수직동기화신호(Vsync)(S220)를 생성하는 PWM 단자의 출력을 AND 게이트(210)에 연결하여 Csync(S230)을 생성한다.
이 경우, AND 게이트(210)를 통과한 수직동기화신호(Vsync)(S220)와 수평동기화신호(Hsync)(S210)가 동일한 위상을 유지하도록 구현하기 위해, 수직동기화신호(Vsync)(S220)는 50Hz 주파수로, 수평동기화신호(Hsync)(S210)는 50Hz로 나누어 떨어지는 주파수를 갖도록 구현한다. 도 8 을 참고하면, 수평동기화신호(Hsync)(VIDEO_IRIS_HD, S810)는 20KHz로 세팅하고, 수직동기화신호(Vsync)(VIDEO_IRIS_VD, S820)는 50Hz로 세팅한다.
휘도신호생성부(250)는 수신부(210)로부터 CMOS 이미지 센서(100)에서 출력된 디지털 신호를 전달받아, 상기 CMOS 이미지 센서(100)의 출력 디지털 신호에 포함된 휘도 신호를 PWM(Pulse Width Modulation)형태로 생성한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 휘도신호생성부(250)는 수신한 CMOS 이미지 센서(100)에서 출력된 디지털 신호 데이터를 기준으로 Gain 및 OSD가 적용되지 않은 순수한 휘도 신호를 기준으로 약 15KHz 기준 주파수에서, 휘도에 따라 Duty가 변동되는 PWM신호를 생성한다.
PWM 형태로 생성된 휘도신호는 도 3(a) 내지 3(b)를 참고한다. 도 3(a)는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 휘도 레벨이 높은 경우의 PWM 신호이며, 도 3(b)는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 휘도 레벨이 낮은 경우의 PWM 신호를 도시한다.
휘도신호생성부(250)는 PWM 형태로 생성된 휘도신호를 적분하여 진폭이 변동되는 DC 레벨(Level)의 형태로 변환한 후 출력한다.
도 4 는 도 3(a) 내지 3(b)에 도시된 휘도신호를 적분하기 위한 회로도를 도시한다. 적분회로에는 PWM 형태로 생성된 휘도신호(S400)가 입력되고, DC 레벨 형태로 변환된 휘도신호(S410)가 출력된다.
도 5는 휘도신호생성부(도 2, 250)에서 출력되는 DC 레벨 형태로 변환된 휘도신호의 예를 도시한다. 휘도레벨이 높은 경우에는 S510과 같이 레벨이 높은 신호가 출력되고, 휘도레벨이 낮은 경우에는 S520과 같이 레벨이 낮은 신호가 출력된다.
즉, 영상의 휘도가 높을 수록, DC레벨 형태로 변환된 휘도신호도 높은 레벨을 출력한다. 또한 영상의 휘도가 낮을 수록, DC레벨 형태로 변환된 휘도신호도 낮은 레벨을 출력한다. 따라서 영상이 밝을수록 휘도신호의 DC 레벨도 높아지고, 영상이 어두어질수록 휘도신호의 DC레벨도 낮아진다.
렌즈제어신호생성부(260)는 휘도신호생성부(250)에서 생성된 휘도신호와 동기화신호생성부(240)에서 생성된 Csync 신호를 합성하여 비디오 렌즈를 제어하는 신호를 생성한다.
상세히, 비디오 렌즈를 제어하는 렌즈제어신호는 Csync신호 내에서 수직동기화(Vsync)신호구간 및 수평동기화(Hsync)신호구간을 제외한 나머지 구간에 휘도신호생성부(250)에서 DC 레벨 형태로 변환된 휘도신호를 정보를 부가한다. 렌즈제어신호의 일 예는 도 8의 S850 신호를 참고한다.
렌즈제어신호생성부(260)는 도 6에 도시된 아날로그스위칭회로(600)을 포함할 수 있다. 아날로그스위칭회로(600)를 이용하여 DC 레벨 형태의 휘도신호(S610)와 Csync 신호(S620)를 기초로, 상기 DC 레벨 형태의 휘도신호(S610)의 레벨에 따라 이에 대응하는 출력신호를 출력한다.
도 7(a)는 휘도신호의 DC레벨이 높은 경우의 렌즈제어신호의 일 예를 도시한다. 도 7(b)는 휘도신호의 DC레벨이 낮은 경우의 렌즈제어신호의 일 예를 도시한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 렌즈제어신호는 휘도신호의 DC레벨 변화에 따라 신호 레벨이 변화되므로 비디오렌즈를 제어할 수 있다. 일 예로 휘도신호의 DC레벨이 낮아지면 렌즈제어신호는 조리개를 개방하고 , 휘도신호의 DC레벨이 높아지면 렌즈제어신호는 조리개를 조인다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예로서, 영상처리장치(도 1, 300)의 ISP(200) 에서 CMOS 이미지 센서의 디지털 출력을 수신하여 비디오 렌즈를 제어하는 과정을 도시한 회로도를 도시한다.
수평동기화(Hsync)신호(S810) 및 수직동기화(Vsync)신호(S820)는 동기화되어 신호합성부(800)에서 Csync(S830)신호로 합성된다. 이 후, CMOS 이미지 센서의 디지털 신호의 휘도 정보로부터 PWM형태의 휘도신호를 생성하고, 생성된 PWM 형태의 휘도신호를 적분하여, 휘도신호를 진폭이 변동되는 DC 레벨(Level)의 형태로 변환한다(S840).
이 후, Csync 신호 내에서 수직동기화(Vsync)신호구간 및 수평동기화(Hsync)신호구간을 제외한 나머지 구간에 상기 DC 레벨 형태로 변환된 상기 휘도신호를 실어 렌즈제어신호(S850)를 형성한다. 이 후, 렌즈제어신호(S850)를 기초로 비디오 렌즈를 제어한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야 에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (10)

  1. CMOS 이미지 센서로부터 디지털 신호를 수신하는 수신부;
    상기 디지털 신호를 이용하여 수직동기화(Vsync)신호 및 수평동기화(Hsync)신호를 각각 생성하고, 생성된 수직동기화신호 및 수평동기화신호를 합성하여 Composite Sync신호를 생성하는 동기신호생성부;
    상기 디지털 신호에 포함된 휘도 신호를 PWM(Pulse Width Modulation)형태로 생성하고, 상기 휘도신호를 진폭이 변동되는 DC 레벨(Level)의 형태로 변환하여 출력하는 휘도신호생성부;및
    상기 Composite Sync신호 내에서 상기 DC 레벨 형태로 변환된 상기 휘도신호를 실어 렌즈제어신호를 형성하는 렌즈제어신호생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직동기화신호 및 수평동기화신호는 동기된 상태로 AND 게이트에 입력되어 상기 Composite Sync신호로 합성되는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 휘도신호생성부는
    휘도가 변화하면 상기 DC 레벨의 값이 변화하는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    휘도신호의 크기의 변화에 따라 상기 PWM 형태의 휘도신호의 듀티(Duty)가 변경되는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 휘도신호의 DC 레벨이 작아질수록 상기 렌즈제어신호는 비디오 렌즈의 조리개의 개방량을 증가시키고, 상기 휘도신호의 DC 레벨이 커질수록 상기 렌즈제어신호는 비디오 렌즈의 조리개의 조임량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직동기화(Vsync)신호 및 상기 수평동기화(Hsync)신호는 PWM 형태인 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  7. CMOS 이미지 센서로부터 디지털 신호를 수신하는 수신부;
    수직동기펄스를 생성하는 수직동기화(Vsync)신호 생성부;
    수평동기펄스를 생성하는 수평동기화(Hsync)신호 생성부;
    상기 수직동기펄스 및 수평동기펄스를 동기된 상태로 AND 게이트에 입력하여 Composite Sync신호로 합성하는 동기신호생성부;
    상기 수신부에서 수신한 디지털 신호에 포함된 휘도 신호를 진폭이 변동되는 DC 레벨(Level)의 형태로 변환하여 출력하는 휘도신호생성부;및
    상기 DC 레벨 형태로 변환된 상기 휘도신호 및 상기 Composite Sync신호를 이용하여 비디오 렌즈의 조리개를 제어하는 렌즈제어신호를 출력하는 렌즈제어신호생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 휘도신호생성부는
    PWM 형태로 생성된 휘도신호를 입력받고, DC 레벨 형태로 변환된 휘도신호를 출력하는 적분회로부;를 포함하고, 이 경우 PWM 형태로 생성된 휘도신호는 상기 CMOS 이미지 센서로부터 수신한 디지털 신호에 포함된 휘도 신호를 기초로 생성되는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 렌즈제어신호생성부는
    상기 Composite Sync신호 내에서 수직동기화(Vsync)신호구간 및 수평동기화(Hsync)신호구간을 제외한 나머지 구간에 상기 DC 레벨 형태로 변환된 상기 휘도신호를 실어 상기 렌즈제어신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 수직동기펄스 및 상기 수평동기펄스의 동기를 맞추기 위한 클럭을 생성하는 클럭발생부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상촬영장치.












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