KR102553308B1 - 이미지 검출 장치 및 이를 이용한 이미지 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 검출 장치 및 이를 이용한 이미지 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 이미지 검출 장치 및 이를 이용한 이미지 검출 방법은 컬러 이미지 센서, 제1 적외선 조명, 제2 적외선 조명, 모노 이미지 센서, 및 이미지 신호 프로세서를 포함할 수 있다. 컬러 이미지 센서는 컬러 이미지 데이터를 출력하고, 모노 이미지 센서는 피사체에 반사된 제1 적외선 또는 제2 적외선을 감지한다. 이미지 신호 프로세서는 컬러 이미지 데이터에 근거하여 조도값을 측정하고, 제1 적외선에 의한 적외선 이미지 데이터에 근거하여 피사체의 거리값을 측정한다. 이미지 프로세서는 조도값, 거리값, 및 제2 적외선에 의한 적외선 이미지 데이터에 근거하여 피사체의 식별 이미지를 획득한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 조도 센서 또는 거리 센서 없이 조도값을 측정하고, 피사체의 거리를 측정할 수 있어, 식별 이미지를 정확하게 검출 할 수 있다.

Description

이미지 검출 장치 및 이를 이용한 이미지 검출 방법{IMAGE DETECTING DEVICE AND IMAGE DETECTING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 이미지 검출 장치 및 이를 이용한 이미지 검출 방법에 관한 것이다.
디지털 카메라 및 디지털 캠코더와 같은 디지털 이미지 촬영 장치는 이미지 센서를 이용하여 이미지를 획득한다. 최근에는 스마트폰 또는 PC의 전면에도 이미지 센서를 이용하여 이미지를 획득한다. 이미지 센서는 CCD (Charge Coupled Device) 및 CIS (CMOS Image Sensor)를 포함한다.
이미지 센서는 복수의 이미지 센서 픽셀들을 포함한다. 이미지 센서 픽셀들은 어레이 형태로 배열된다. 이미지 센서 픽셀들은 입사된 광에 따라 아날로그 신호들을 출력한다. 이미지 센서 픽셀들로부터 출력되는 아날로그 신호들은 디지털 신호들로 변환되고, 디지털 신호들은 디지털 처리되어 이미지 데이터로 저장된다.
최근의 이미지 센서는 얼굴 인식 또는 홍채 인식등 식별 이미지를 검출하는 이미지 검출 장치의 구성요소로 사용되고 있다. 또한, 식별 이미지의 정확한 검출 기능 및 본래의 이미지 촬영 기능을 모두 만족시키면서 하나의 이미지 센서로 둘 이상의 기능을 구현하는 것에 대한 요구가 지속적으로 제기되고 있다.
본 발명은 식별 이미지의 정확한 검출을 위한 이미지 검출 장치 및 이를 이용한 이미지 검출 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 검출 장치는 컬러 이미지 센서, 제1 적외선 조명, 제2 적외선 조명, 모노 이미지 센서, 및 이미지 신호 프로세서를 포함할 수 있다.
제1 적외선 조명은 피사체에 제1 적외선을 제공하고, 제2 적외선 조명은 피사체에 제2 적외선을 제공할 수 있다. 컬러 이미지 센서는 컬러 이미지 데이터를 출력하고, 모노 이미지 센서는 적외선 이미지 데이터를 출력할 수 있다.
이미지 신호 프로세서는 컬러 이미지 데이터에 근거하여 조도값을 측정하고, 제1 적외선에 의한 적외선 이미지 데이터에 근거하여 거리값을 측정한다. 이미지 신호 프로세서는 조도값, 거리값, 및 제2 적외선에 의한 적외선 이미지 데이터에 근거하여 피사체의 식별 이미지를 획득한다. 이미지 신호 프로세서는 조도값이 기준값 이하인 경우 제2 적외선 조명을 활성화시킨다. 이미지 신호 프로세서는 거리값이 기준 범위 이내인 경우 식별 이미지를 획득한다. 식별 이미지는 홍채 이미지일 수 있다.
이미지 신호 프로세서는 컬러 이미지 보정부, 조도 계산부, 및 자동 노출 컨트롤러를 포함할 수 있다. 컬러 이미지 보정부는 컬러 이미지 데이터를 보정하여 컬러 섬네일 데이터를 생성한다. 조도 계산부는 컬러 섬네일 데이터에 근거하여 조도값을 산출한다. 자동 노출 컨트롤러는 조도값에 근거하여 컬러 이미지 센서의 노출 시간을 제어한다.
이미지 신호 프로세서는 모노 이미지 보정부 및 거리 계산부를 포함할 수 있다. 모노 이미지 보정부는 제1 적외선에 의한 제1 적외선 이미지 데이터를 보정하여 제1 모노 섬네일 데이터를 생성한다. 모노 이미지 보정부는 제1 적외선 조명이 오프 상태인 경우의 제2 적외선 이미지 데이터를 보정하여 제2 모노 섬네일 데이터를 생성한다. 거리 계산부는 제1 모노 섬네일 데이터와 제2 모노 섬네일 데이터의 차이에 근거하여 거리값을 산출한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 검출 방법은 피사체에 제1 적외선을 제공하는 단계, 제1 적외선을 제공하는 시간과 모노 이미지 센서의 감지 시간을 동기화시키는 단계, 적외선 이미지 데이터를 생성하는 단계, 피사체의 거리를 측정하는 단계, 및 피사체의 식별 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.
적외선 이미지 데이터는 피사체에 반사된 제1 적외선을 감지하여 생성한다. 피사체의 거리는 적외선 이미지 데이터에 근거하여 생성한다. 피사체의 식별 이미지를 획득하는 단계는 피사체의 거리가 기준 범위 이내인 경우 진행된다.
피사체의 식별 이미지를 획득하는 단계는 컬러 이미지 데이터를 생성하는 단계, 조도값을 측정하는 단계, 제2 적외선을 피사체에 제공하는 단계, 및 식별 이미지를 획득하는 단계를 포함한다. 조도값은 컬러 이미지 데이터를 근거로 측정하고, 제2 적외선은 조도값이 기준값 이하인 경우 피사체에 제공한다. 모노 이미지 센서는 피사체에 반사된 제2 적외선을 감지하여 식별 이미지를 획득한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 별도의 센서 없이 조도값을 측정하고, 피사체의 거리를 측정할 수 있어, 식별 이미지를 정확하게 검출 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 검출 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 검출 장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 이미지 센서를 이용한 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 검출 장치를 이용한 이미지 검출 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 검출 시스템을 도시한 블록도이다.
도 8 및 도 9는 컬러 이미지 센서 및 모노 이미지 센서의 단면도이다.
도 10은 적외선 차단 모드에서의 이미지 검출 장치를 도시한 블록도이다.
도 11 및 도 12는 적외선 차단 모드에서의 피사체의 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 적외선 투과 모드에서의 이미지 검출 장치를 도시한 블록도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 검출 장치를 이용한 이미지 검출 방법을 도시한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 신호 프로세서를 도시한 블록도이다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 검출 시스템(1000)을 도시한 블록도이다. 예를 들어, 이미지 검출 시스템(1000)은 스마트폰, 스마트 패드, 스마트텔레비전, 스마트시계, 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 이미지 검출 시스템(1000)은 이미지 검출 장치(1100), 어플리케이션 프로세서(1200), 디스플레이(1300), 스토리지 장치(1400), 랜덤 액세스 메모리(1500), 및 모뎀(1600)을 포함한다.
이미지 검출 장치(1100)는 컬러 이미지 센서(1110), 모노 이미지 센서(1120), 제1 적외선 조명(1130), 제2 적외선 조명(1140), 및 이미지 신호 프로세서(1150)를 포함한다.
컬러 이미지 센서(1110)는 가시광선 대역의 빛을 감지하고, 모노 이미지 센서(1120)는 적외선 대역의 빛을 감지한다. 컬러 이미지 센서(1110)는 컬러 이미지 데이터(CID)를 출력하고, 모노 이미지 센서(1120)는 적외선 이미지 데이터(MID)를 출력한다. 구체적인 내용은 후술된다.
제1 적외선 조명(1130) 및 제2 적외선 조명(1140)은 적외선 대역의 조명을 제공한다. 제1 적외선 조명(1130)은 제1 적외선을 제공하고, 제2 적외선 조명(1140)은 제2 적외선을 제공한다.
피사체와 이미지 검출 장치(1100) 사이의 거리를 측정하기 위하여, 모노 이미지 센서(1120)는 피사체에 반사된 제1 적외선을 감지한다. 피사체와 이미지 검출 장치(1100) 사이의 거리가 가까운 경우에도 제1 적외선이 피사체에 반사되어 모노 이미지 센서(1120)에 도달할 수 있도록, 모노 이미지 센서(1120)와 제1 적외선 조명(1130)은 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
제1 적외선 조명(1130)은 실시간으로 피사체의 거리를 측정하기 위하여 오랜 시간 동안 제1 적외선을 피사체에 제공할 수 있다. 오랜 시간 제1 적외선을 제공하기 위하여 제1 적외선 조명(1130)은 저전력의 제1 적외선을 피사체에 제공할 수 있다.
제2 적외선 조명(1140)은 얼굴 인식, 홍채 인식, 또는 피사체의 3D 인식 등 다양한 목적으로 이용될 수 있다. 저조도의 환경에서, 피사체를 감지하기 위하여 모노 이미지 센서(1120)는 피사체에 반사된 제2 적외선을 감지한다. 야간 또는 조명이 없는 실내와 같은 저조도 환경에서, 홍채와 같은 피사체의 일부를 감지하고자 하는 경우, 제2 적외선 조명(1140)은 피사체에 제2 적외선을 제공한다. 가시광선 조명을 사용할 경우, 눈부심 등으로 인하여 정확한 이미지 검출이 어려울 수 있으므로, 제2 적외선 조명(1140)은 적외선 대역의 제2 적외선을 제공한다.
홍채 인식을 위하여 안경을 착용한 사용자에게 제2 적외선을 제공하는 경우, 제2 적외선이 안경에서 반사될 수 있다. 제2 적외선 조명(1140)과 모노 이미지 센서(1120)가 서로 인접하도록 배치되는 경우, 안경에서 반사된 제2 적외선이 모노 이미지 센서(1120)에 도달하여 정확한 이미지 검출이 어려울 수 있다. 또한, 제2 적외선 조명(1140)과 모노 이미지 센서(1120)가 서로 인접하도록 배치되는 경우, 망막 뒤의 모세혈관에서 제2 적외선 반사될 수 있으므로, 적목현상(redeye effect)이 발생할 수 있다. 따라서, 제2 적외선 조명(1140)과 모노 이미지 센서(1120)는 일정한 거리를 갖도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 적외선 조명(1130)과 모노 이미지 센서(1120) 사이의 거리는 제2 적외선 조명(1140)과 모노 이미지 센서(1120) 사이의 거리보다 가까울 수 있다.
피사체를 원거리에서도 감지할 수 있도록, 제2 적외선 조명(1140)은 고전력의 제2 적외선을 피사체에 제공할 수 있다.
이미지 신호 프로세서(1150)는 컬러 이미지 센서(1110), 모노 이미지 센서(1120), 제1 적외선 조명(1130), 및 제2 적외선 조명(1140)을 제어하는 제어 동작 및 다양한 데이터를 연산하는 연산 동작을 수행할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(1150)는 컬러 이미지 센서(1110) 및 모노 이미지 센서(1120)가 제공하는 데이터들을 근거로 다양한 영상 처리를 수행하고, 영상 처리된 데이터를 어플리케이션 프로세서(1200)에 제공할 수 있다.
이미지 신호 프로세서(1150)는 컬러 이미지 센서(1110)로부터 컬러 이미지 데이터(CID)를 수신하고, 컬러 이미지 데이터(CID)에 근거하여 조도값을 측정할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(1150)는 모노 이미지 센서(1120)로부터 제1 적외선에 의한 적외선 이미지 데이터(MID)에 근거하여 피사체의 거리를 측정할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(1150)는 조도값, 거리값, 및 제2 적외선에 의한 적외선 이미지 데이터(MID)에 근거하여 피사체의 식별 이미지를 획득할 수 있다. 구체적인 내용은 후술된다.
어플리케이션 프로세서(1200)는 이미지 검출 시스템(1000)을 제어하는 제어 동작 및 다양한 데이터를 연산하는 연산 동작을 수행할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1200)는 운영 체제 및 다양한 어플리케이션들을 실행할 수 있다. 도 1은 어플리케이션 프로세서(1200)와 이미지 신호 프로세서(1150)가 분리되어 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고, 어플리케이션 프로세서(1200)와 이미지 신호 프로세서(1150)는 하나의 칩으로 형성될 수 있다.
디스플레이(1300)는 이미지 검출 장치(1100)에 의하여 생성된 데이터 또는 스토리지 장치(1400) 또는 랜덤 액세스 메모리(1500)에 저장된 데이터를 수신하여 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(1300)는 LCD (Liquid Crystal Display), OLED (Organic Light Emitting Diode), AMOLED (Active Matrix OLED), 플렉서블 디스플레이, 전자잉크 등을 포함할 수 있다.
스토리지 장치(1400)는 어플리케이션 프로세서(1200)의 보조기억장치로 사용될 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(1200)에 의해 실행되는 운영 체제 또는 다양한 어플리케이션들의 소스 코드들, 운영 체제 또는 어플리케이션들에 의해 장기적인 저장을 목적으로 생성되는 다양한 데이터가 스토리지 장치(1400)에 저장될 수 있다. 스토리지 장치(1400)는 플래시 메모리, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), FeRAM (Ferroelectric RAM), RRAM (Resistive RAM) 등을 포함할 수 있다.
랜덤 액세스 메모리(1500)는 어플리케이션 프로세서(1200)의 주기억장치로 사용될 수 있다. 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(1500)는 어플리케이션 프로세서(1200)에 의해 처리되는 다양한 데이터 및 프로세스 코드들을 저장할 수 있다. 랜덤 액세스 메모리(1500)는 DRAM (Dynamic RAM), SRAM (Static RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), FeRAM (Ferroelectric RAM), RRAM (Resistive RAM) 등을 포함할 수 있다.
모뎀(1600)은 외부 장치와 통신할 수 있다. 예를 들어, 모뎀(22)은 LTE (Long Term Evolution), CDMA (Code Division Multiple Access), 블루투스 (Bluetooth), NFC (Near FieLD Communication), 와이파이(WiFi), RFID (Radio Frequency IDentification) 등과 같은 다양한 무선 통신 방식들, 또는 USB (Universal Serial Bus), SATA (Serial AT Attachment), SPI (Serial Peripheral Interface), I2C (Inter-integrated Circuit), HS-I2C, I2S, (Integrated-interchip Sound) 등과 같은 다양한 유선 통신 방식들 중 적어도 하나에 기반하여 통신을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 컬러 이미지 센서(1110)는 컬러 픽셀 어레이(1111), 컬러 센서 로우 드라이버(1112), 컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113), 컬러 센서 타이밍 컨트롤러(1114)를 포함한다.
컬러 픽셀 어레이(1111)는 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀은 복수의 단위 필셀(Unit pixel)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 픽셀은 4개의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 각각의 픽셀은 레드 픽셀(R1), 제1 그린 픽셀(G1), 제2 그린 픽셀(G2), 및 블루 픽셀(B1)을 포함할 수 있다. 각각의 단위 픽셀들은 각각의 색상에 대응되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 도 2와 달리, 각각의 픽셀은 3개의 단위 픽셀들로 구성될 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 각각의 단위 픽셀은 입사되는 광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다.
컬러 센서 로우 드라이버(1112)는 컬러 픽셀 어레이(1111)의 동작을 제어할 수 있다. 컬러 센서 로우 드라이버(1112)는 행(row) 선택 신호를 생성하고, 컬러 픽셀 어레이(1111)에 행 선택 신호를 제공할 수 있다. 컬러 픽셀 어레이(1111)는 행 선택 신호에 의하여 선택되는 행(row)으로부터 전기적 신호를 컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113)에 제공한다.
컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113)는 단위 픽셀들로부터 전기적 신호를 감지한다. 컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113)는 아날로그-디지털 변환 동작을 수행하여 전기적 신호를 컬러 이미지 데이터(CID)로 변환할 수 있다. 컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113)는 이미지 신호 프로세서(1150)에 컬러 이미지 데이터(CID)를 제공한다.
컬러 센서 타이밍 컨트롤러(1114)는 컬러 이미지 센서(1110)의 동작을 제어할 수 있다. 컬러 센서 타이밍 컨트롤러(1114)는 컬러 센서 로우 드라이버(1112) 및 컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113)에 제어 신호를 제공하여 컬러 이미지 센서(1110)를 구동시킨다.
이미지 신호 프로세서(1150)는 컬러 이미지 보정부(1151), 조도 계산부(1152), 및 자동 노출 컨트롤러(1153)를 포함한다.
컬러 이미지 보정부(1151)는 컬러 이미지 센서(1110)로부터 컬러 이미지 데이터(CID)를 수신하고, 컬러 이미지 데이터(CID)를 서브샘플링 하여 컬러 섬네일 데이터(CTD)를 생성한다. 구체적으로 컬러 이미지 보정부(1151)는 컬러 픽셀 어레이(1111)에 대한 크롭(crop) 동작 및 서브샘플링 동작을 수행하여 컬러 섬네일 데이터(CTD)를 생성할 수 있다.
예를 들어, 컬러 이미지 보정부(1151)는 컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113)로부터 1280 x 720 개의 픽셀에 대응되는 컬러 이미지 데이터(CID)를 수신하여 1280 x 704 개의 픽셀에 대응되는 컬러 이미지 데이터(CID)를 선택할 수 있다. 또는, 컬러 이미지 보정부(1151)는 컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113)로부터 1280 x 704 개의 픽셀에 대응되는 컬러 이미지 데이터(CID)를 선택하여 수신할 수 있다. 컬러 이미지 보정부(1151)는 1280 x 704 개의 픽셀에 대응되는 컬러 이미지 데이터(CID)의 각 행을 1/10로 서브샘플링 하고, 각 열을 1/11로 서브샘플링 하여 128 x 64 개의 컬러 섬네일 데이터(CTD)를 생성할 수 있다. 각각의 컬러 섬네일 데이터(CTD)는 레드 픽셀(R1), 제1 그린 픽셀(G1), 제2 그린 픽셀(G2), 및 블루 픽셀(B1)에 대응되는 4개의 단위 픽셀들에 대응되도록 형성될 수 있다.
이러한, 크롭 동작 및 서브샘플링 동작에 기초하여 컬러 섬네일 데이터(CTD)를 생성함으로써 이미지 검출 장치(1100)의 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
조도 계산부(1152)는 컬러 이미지 보정부(1151)에서 생성된 컬러 섬네일 데이터(CTD)에 기초하여 주변부의 조도값을 측정한다. 조도값은 컬러 섬네일 데이터(CTD)들 전체의 휘도값의 합에 비례한다. 즉, 조도값은 수학식 1과 같다.
Figure 112016083339423-pat00001
수학식 1을 참조하면, 조도값(Lux value)은 컬러 섬네일 데이터(CTD)들 전체의 휘도값(YD)과 보정계수(AF)의 곱에 아날로그 이득(AG)과 노출 시간(IT)을 나눈 것과 같다. 아날로그 이득(AG)은 컬러 센서 칼럼 감지 회로(1113)에서 아날로그-디지털 변환 동작을 수행할 때의 이득을 의미한다. 노출 시간(IT)은 컬러 픽셀 어레이(1111)가 광에 노출된 시간을 의미한다.
조도 계산부(1152)는 조도값에 근거하여 조도 데이터(LD)를 자동 노출 컨트롤러(1153)에 제공한다. 또한, 도시되지 않았으나, 조도 계산부(1152)는 조도 데이터(LD) 또는 컬러 섬네일 데이터(CTD)들을 이미지 신호 프로세서(1150)의 다른 구성요소 또는 어플리케이션 프로세서(1200)에 제공할 수 있다.
자동 노출 컨트롤러(1153)는 조도 데이터(LD)를 수신하여 노출 시간 제어 신호(ITS)를 컬러 센서 타이밍 컨트롤러(1114)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 조도 데이터(Id)에 대응되는 조도값이 증가할수록 단위 픽셀들의 광 집적 시간이 감소될 수 있다. 따라서, 자동 노출 컨트롤러(1153)는 컬러 센서 타이밍 컨트롤러(1114)에 노출 시간 제어 신호(ITS)를 제공하여 노출 시간을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 검출 장치(1100)는 별도의 조도 센서 없이도, 컬러 이미지 센서(1110)를 이용하여 조도값을 산출할 수 있다. 따라서, 이미지 검출 장치(1100)는 조도 센서를 위하여 이미지 검출 장치(1100) 또는 이미지 검출 시스템(1000)에 제공되는 홀의 개수를 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 이미지 센서, 제1 및 제2 적외선 조명, 및 이미지 신호 프로세서를 도시한 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노 이미지 센서를 이용한 거리 측정 방법 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 모노 이미지 센서(1120)는 모노 픽셀 어레이(1121), 모노 센서 로우 드라이버(1122), 모노 센서 칼럼 감지 회로(1123), 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)를 포함한다.
모노 픽셀 어레이(1121)는 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 컬러 픽셀 어레이(1111)와 달리, 모노 픽셀 어레이(1121)는 동일한 대역의 빛을 감지하는 픽셀들로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 각각의 픽셀들은 적외선 대역의 빛을 감지할 수 있다. 모노 픽셀 어레이(1121)는 적외선 투과 필터를 포함할 수 있다. 각각의 픽셀은 입사되는 광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다.
모노 센서 로우 드라이버(1122)는 모노 픽셀 어레이(1121)의 동작을 제어할 수 있다. 모노 센서 로우 드라이버(1122)는 행(row) 선택 신호를 생성하고, 모노 픽셀 어레이(1121)에 행 선택 신호를 제공할 수 있다.
모노 센서 칼럼 감지 회로(1123)는 모노 픽셀 어레이(1121)로부터 전기적 신호를 감지한다. 모노 센서 칼럼 감지 회로(1123)는 아날로그-디지털 변환 동작을 수행하여 전기적 신호를 적외선 이미지 데이터(MID)로 변환할 수 있다. 모노 센서 칼럼 감지 회로(1123)는 이미지 신호 프로세서(1150)에 적외선 이미지 데이터(MID)를 제공한다.
모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)는 모노 이미지 센서(1120)의 동작을 제어할 수 있다. 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)는 모노 센서 로우 드라이버(1122) 및 모노 센서 칼럼 감지 회로(1123)에 제어 신호를 제공하여 모노 이미지 센서(1120)를 구동시킨다. 또한, 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)는 제1 적외선 조명 드라이버(1131) 및 제2 적외선 조명 드라이버(1141)에 제어 신호를 제공하여 제1 적외선 조명(1130) 및 제2 적외선 조명(1140)을 구동시킨다.
구체적으로, 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)는 제1 적외선 조명(1130) 또는 제2 적외선 조명(1140)이 적외선을 제공하는 시간과 모노 이미지 센서(1120)의 감지 시간을 동기화 시킬 수 있다. 즉, 모노 이미지 센서(1120)가 순차적으로 모노 픽셀들에 대응되는 빛을 감지하는 도중에, 제1 적외선 조명(1130) 또는 제2 적외선 조명(1140)이 오프 상태로 동작하여 실제 모노 이미지 센서(1120)에 제공되는 광량과 다르게 측정됨을 방지하기 위하여 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)는 조명과 센서의 구동 타이밍을 동기화 시킬 수 있다. 또한, 이러한 동기화는 모노 이미지 센서(1120)의 감지 중에 광의 급격한 변화에 따른 롤링 셔터(rolling shutter) 현상을 방지한다. 제1 적외선 조명(1130) 및 제2 적외선 조명(1140)은 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)에 의하여 조명 제공 시간을 모노 이미지 센서(1120)의 감지 시간과 동기화하므로, 계속 조명을 제공할 필요가 없게 되어 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
이미지 신호 프로세서(1150)는 모노 이미지 보정부(1156) 및 거리 계산부(1157)를 포함한다.
모노 이미지 보정부(1156)는 모노 이미지 센서(1120)로부터 적외선 이미지 데이터(MID)를 수신하고 적외선 이미지 데이터(MID)를 보정하여 모노 섬네일 데이터(MTD)를 생성한다. 구체적으로 모노 이미지 보정부(1156)는 모노 픽셀 어레이(1121)에 대한 크롭(crop) 동작 및 서브샘플링 동작을 수행하여 모노 섬네일 데이터(MTD)를 생성할 수 있다. 이러한, 크롭 동작 및 서브샘플링 동작에 기초하여 모노 섬네일 데이터(MTD)를 생성함으로써 이미지 검출 장치(1100)의 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
모노 이미지 센서(1120)는 피사체에 반사된 제1 적외선에 또는 제2 적외선을 감지하여 제1 적외선 이미지 데이터(MID1)를 출력한다. 모노 이미지 센서(1120)는 제1 적외선 조명(1130) 및 제2 적외선 조명(1140)이 동작하지 않는 경우에 피사체에 반사된 적외선을 감지하여 제2 적외선 이미지 데이터(MID2)를 출력한다.
모노 이미지 보정부(1156)는 제1 적외선 이미지 데이터(MID1)를 보정하여 제1 모노 섬네일 데이터(MTD1)를 생성한다. 또한, 모노 이미지 보정부(1156)는 제2 적외선 이미지 데이터(MID2)를 보정하여 제2 모노 섬네일 데이터(MTD2)를 생성한다.
거리 계산부(1157)는 제1 모노 섬네일 데이터(MTD1) 및 제2 모노 섬네일 데이터(MTD2)에 기초하여 피사체와 모노 이미지 센서(1120) 사이의 거리, 즉 거리값(dd)을 산출한다.
거리 계산부(1157)는 거리값(dd)에 근거하여 거리 데이터(SDD)를 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)에 제공한다. 또한, 도시되지 않았으나, 거리 계산부(1157)는 거리 데이터(SDD) 또는 제1 및 제2 모노 섬네일 데이터(MTD1, MTD2)들을 이미지 신호 프로세서(1150)의 다른 구성요소 또는 어플리케이션 프로세서(1200)에 제공할 수 있다. 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)는 거리 데이터(SDD)에 근거하여 모노 이미지 센서(1120), 제1 적외선 조명(1130), 및 제2 적외선 조명(1140)의 구동 여부를 결정할 수 있다.
제1 적외선 조명(1130)은 제1 적외선 조명 드라이버(1131) 및 제1 적외선 광원(1132)을 포함할 수 있다. 제2 적외선 조명(1140)은 제2 적외선 조명 드라이버(1141) 및 제2 적외선 광원(1142)을 포함할 수 있다.
제1 적외선 조명 드라이버(1131)는 제1 적외선 광원(1132)의 구동을 제어할 수 있다. 제2 적외선 조명 드라이버(1141)는 제2 적외선 광원(1142)의 구동을 제어할 수 있다. 도 3과 달리, 제1 적외선 조명 드라이버(1131) 및 제2 적외선 조명 드라이버(1141)는 이미지 신호 프로세서(1150) 또는 어플리케이션 프로세서(1200)에 배치될 수 있다. 또한, 별도의 제1 적외선 조명 드라이버(1131) 및 제2 적외선 조명 드라이버(1141) 없이, 모노 센서 타이밍 컨트롤러(1124)가 제1 적외선 광원(1132) 및 제2 적외선 광원(1142)을 구동시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 이미지 검출 장치(1100)의 제1 적외선 조명(1130)은 사용자(USER)에 제1 적외선을 제공한다. 제1 적외선은 사용자(USER)에게 반사되어 돌아온다. 모노 이미지 센서(1120)는 반사된 제1 적외선을 감지한다. 모노 이미지 센서(1120)는 반사된 제1 적외선의 빛 세기(Ion)에 기초하여 사용자(USER)와 모노 이미지 센서(1120) 사이의 거리값(dd)을 측정할 수 있다. 사용자(USER)와 모노 이미지 센서(1120) 사이의 거리, 즉 거리값(dd)은 수학식 2와 같다.
Figure 112016083339423-pat00002
수학식 2를 참조하면, 거리값(dd)은 반사된 제1 적외선의 빛 세기(Ion)와 제1 적외선 조명(1130)이 오프 상태인 경우에 사용자(USER)로부터 반사된 빛 세기(Ioff)의 차이의 제곱근에 반비례한다. 제1 적외선의 빛 세기(Ion)과 제1 적외선 조명(1130)이 오프 상태인 경우에 사용자(USER)로부터 반사된 빛 세기(Ioff)의 차이는 제1 모노 섬네일 데이터(MTD1)와 제2 모노 섬네일 데이터(MTD2)의 차이에 근거하여 산출할 수 있다. 반사계수(RC)는 사용자(USER)에 입사된 광과 반사된 광의 진폭비를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 검출 장치를 이용한 이미지 검출 방법을 도시한 순서도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 식별 이미지를 획득하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 이미지 검출 장치(1100)를 이용한 이미지 검출 방법(S1000)은 제1 적외선을 제공하는 단계(S100), 제1 적외선의 제공 시간과 모노 이미지 센서의 감지 시간을 동기화하는 단계(S200), 제1 적외선 이미지 데이터를 생성하는 단계(S300), 제2 적외선 이미지 데이터를 생성하는 단계(S400), 피사체의 거리를 측정하는 단계(S500), 피사체의 거리가 기준 범위인지 판단하는 단계(S600), 및 식별 이미지를 획득하는 단계(S700)를 포함한다.
제1 적외선을 제공하는 단계(S100)에서 제1 적외선 조명(1130)은 피사체에 제1 적외선을 제공한다. 제1 적외선은 피사체에 반사되어 모노 이미지 센서(1120)에 도달한다.
제1 적외선의 제공 시간과 모노 이미지 센서의 감지 시간을 동기화하는 단계(S200)에서 모노 이미지 센서(1120)는 피사체에 반사된 제1 적외선을 감지한다. 이 경우, 상술한 바와 같이 이미지 검출 장치(1100)의 소비 전력 저감, 롤링 셔터 현상 방지, 및 정확한 데이터 획득을 위하여 제1 적외선을 제공하는 시간과 모노 이미지 센서(1120)의 감지 시간이 동기화 될 수 있다.
제1 적외선 이미지 데이터를 생성하는 단계(S300)에서 모노 이미지 센서(1120)는 피사체에 반사된 제1 적외선을 감지하여 제1 적외선 이미지 데이터(MID1)를 생성한다.
제2 적외선 이미지 데이터를 생성하는 단계(S400)에서 모노 이미지 센서(1120)는 제1 적외선이 제공되지 않은 경우의 피사체에 반사된 적외선을 감지하여 제2 적외선 이미지 데이터(MID2)를 생성한다.
피사체의 거리를 측정하는 단계(S500)에서 이미지 신호 프로세서(1150)는 제1 적외선 이미지 데이터(MID1) 및 제2 적외선 이미지 데이터(MID2)에 근거하여 피사체의 거리를 측정한다. 피사체의 거리를 측정하는 단계(S500)는 제1 적외선 이미지 데이터(MID1)를 보정하여 제1 모노 섬네일 데이터(MTD1)를 생성하는 단계, 제2 적외선 이미지 데이터(MID2)를 보정하여 제2 모노 섬네일 데이터(MTD2)를 생성하는 단계, 및 제1 모노 섬네일 데이터(MTD1)와 제2 모노 섬네일 데이터(MTD2)의 차이에 근거하여 피사체와 모노 이미지 센서(1120) 사이의 거리값(dd)을 산출하는 단계를 포함한다.
피사체의 거리가 기준 범위인지 판단하는 단계(S600)에서 이미지 신호 프로세서(1150) 또는 어플리케이션 프로세서(1200)는 거리값(dd)이 기준 범위인지 판단한다. 예를 들어, 홍채 인식을 목적으로 하는 경우, 약 20㎝ 내지 25㎝로 기준 범위가 정의될 수 있다. 홍채 인식을 목적으로 하는 경우, 홍채 이미지의 지름이 100 내지 200 픽셀 이상을 갖도록 정의되는 거리값(dd)이 기준 범위일 수 있다. 또한, 얼굴 인식을 목적으로 하는 경우, 약 25㎝ 이상으로 기준 범위가 정의될 수 있다.
거리값(dd)이 기준 범위가 아닌 경우, 이미지 검출 장치(1100)는 식별 이미지를 획득하기 어려우므로 식별 이미지를 생성하는 단계(S700)로 진행하지 않고, 제1 적외선을 제공하는 단계(S100)로 돌아간다. 이미지 검출 시스템(1000)은 사용자로 하여금 기준 범위 내로 위치하도록 유도하는 메시지를 디스플레이(1300)를 통하여 제공할 수 있다.
거리값(dd)이 기준 범위 이내인 경우, 식별 이미지를 생성하는 단계(S700)가 진행된다. 식별 이미지를 생성하는 단계(S700)에서 모노 이미지 센서(1120)는 피사체를 감지하여 일부 이미지 데이터를 생성할 수 있고, 이미지 신호 프로세서(1150)는 일부 이미지 데이터에 근거하여 식별 이미지를 획득할 수 있다.
도 6을 참조하면, 식별 이미지를 생성하는 단계(S700)는 컬러 이미지 데이터를 생성하는 단계(S710), 조도값을 측정하는 단계(S720), 조도값이 기준값 이하인지 판단하는 단계(S730), 제2 적외선을 생성하는 단계(S740), 및 피사체의 일부를 감지하는 단계(S750)를 포함한다.
컬러 이미지 데이터를 생성하는 단계(S710)에서 컬러 이미지 센서(1110)는 가시광선 대역의 빛을 감지하여 컬러 이미지 데이터(CID)를 생성한다.
조도값(Lux value)을 측정하는 단계(S720)에서 이미지 신호 프로세서(1150)는 컬러 이미지 데이터(CID)를 근거로 조도값을 측정한다. 조도값을 측정하는 단계(S720)는 컬러 이미지 데이터(CID)를 서브샘플링하여 컬러 섬네일 데이터를 생성하는 단계 및 컬러 섬네일 데이터에 근거하여 조도값을 산출하는 단계를 포함한다.
조도값이 기준값 이하인지 판단하는 단계(S730)에서 이미지 신호 프로세서(1150) 또는 어플리케이션 프로세서(1200)는 조도값이 기준값 이하인지 판단한다. 사용자의 홍채 또는 얼굴과 같은 피사체의 일부를 감지하기 위한 최소한의 밝기가 조도값의 기준값일 수 있다.
조도값이 기준값 이하인 경우, 피사체를 감지하기 어려운 저조도 환경이므로, 제2 적외선을 제공하는 단계(S740)로 진행한다. 조도값이 기준값보다 큰 경우, 별도의 광을 제공하지 않고도, 피사체를 감지할 수 있는 환경이므로, 곧바로 피사체의 일부를 감지하는 단계(S750)로 진행한다.
제2 적외선을 제공하는 단계(S740)에서 제2 적외선 조명(1140)은 피사체에 제2 적외선을 제공한다. 제2 적외선은 피사체에 반사되어 모노 이미지 센서(1120)에 도달한다. 제2 적외선을 통하여, 저조도 환경에서 피사체를 감지할 수 있다.
피사체의 일부를 감지하는 단계(S750)에서 모노 이미지 센서(1120)는 피사체에 반사된 제2 적외선을 감지하여 피사체의 일부를 인식한다. 피사체의 일부는 사용자의 얼굴 또는 홍채를 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 이미지 신호 프로세서(1150)는 인식된 피사체의 일부에 근거하여 식별 이미지를 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 검출 시스템(2000)을 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 이미지 검출 시스템(2000)은 이미지 검출 장치(2100), 어플리케이션 프로세서(2200), 디스플레이(2300), 스토리지 장치(2400), 랜덤 액세스 메모리(2500), 및 모뎀(2600)을 포함한다. 어플리케이션 프로세서(2200), 디스플레이(2300), 스토리지 장치(2400), 랜덤 액세스 메모리(2500), 및 모뎀(2600)은 도 1의 구성요소들과 유사한 특징을 갖고, 유사한 기능을 수행할 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
이미지 검출 장치(2100)는 컬러 이미지 센서(2110), 모노 이미지 센서(2120), 적외선 조명(2130), 및 이미지 신호 프로세서(2140)를 포함한다.
컬러 이미지 센서(2110)는 가시광선 대역의 빛을 감지하여 컬러 이미지 데이터(CID)를 생성한다. 모노 이미지 센서(2120)는 모노 이미지 데이터(MID)를 생성한다. 모노 이미지 센서(2120)는 적외선 대역의 빛을 감지하는 적외선 투과 모드 및 적외선 대역의 빛을 차단하는 적외선 차단모드를 선택적으로 갖는다. 구체적인 내용은 후술된다.
적외선 조명(2130)은 적외선 투과 모드에서 피사체에 반사되어 모노 이미지 센서(2120)에 도달하는 적외선을 제공한다. 도 7은 하나의 적외선 조명(2130)을 도시하였으나, 이에 제한되지 않고, 적외선 조명(2130)은 복수의 조명들을 포함할 수 있다.
이미지 신호 프로세서(2140)는 컬러 이미지 센서(2110)로부터 컬러 이미지 데이터(CID)를 수신하고, 모노 이미지 센서(2120)로부터 모노 이미지 데이터(MID)를 수신한다. 적외선 차단 모드에서, 이미지 신호 프로세서(2140)는 컬러 이미지 데이터(CID) 및 모노 이미지 데이터(MID)에 근거하여 피사체의 거리를 측정한다. 적외선 투과 모드에서, 이미지 신호 프로세서(2140)는 적외선 조명(2130)에 의한 모노 이미지 데이터(MID)에 근거하여 피사체의 일부를 감지하여 식별 이미지를 생성할 수 있다.
도 8은 도 7의 컬러 이미지 센서(2110)의 단면도이고, 도 9는 도 7의 모노 이미지 센서(2120)의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 컬러 이미지 센서(2110)는 제1 픽셀(2111), 컬러 필터(2112), 마이크로 렌즈(2113), 적외선 차단 필터(2114), 및 외부 렌즈(2115)를 포함한다.
제1 픽셀(2111)은 복수로 제공될 수 있고, 제1 픽셀(2111)은 입사되는 광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 컬러 필터(2112)는 복수로 제공될 수 있고, 가시광선의 대역 중 특정 대역의 빛을 투과시키고 나머지는 차단시킨다. 컬러 필터(2112)들 각각은 레드 컬러 필터, 그린 컬러 필터, 및 블루 컬러 필터 중 어느 하나일 수 있고, 제1 픽셀(2111)들 상에 각각 배치된다. 컬러 필터(2112)는 레드, 그린, 및 블루 중 어느 하나의 색상에 대응되는 대역의 빛을 제1 픽셀(2111)에 투과시킨다. 다만, 이에 제한되지 않고, 시안, 마젠타, 및 옐로우 중 어느 하나의 색상에 대응되는 대역의 빛을 제1 픽셀(2111)에 투과시킬 수 있다.
마이크로 렌즈(2113)는 복수로 제공될 수 있고, 컬러 필터(2112) 상에 배치된다. 마이크로 렌즈(2113)는 제1 픽셀(2111)로 들어가는 빛을 집광시켜 제1 픽셀(2111)의 센싱 효과를 증대시킨다. 외부 렌즈(2115)는 피사체로부터 오는 빛을 굴절시킬 수 있고, 제1 픽셀(2111)에 상이 맺히도록 할 수 있다.
적외선 차단 필터(2114)는 마이크로 렌즈(2113) 상에 배치된다. 적외선 차단 필터(2114)는 적외선 대역의 빛을 차단함으로써, 노이즈를 감소시키고, 컬러 이미지 센서(2110)의 색 재현성을 향상시킬 수 있다. 적외선 차단 필터(2114)는 컬러 이미지 센서(2110)에 고정될 수 있다.
도 9를 참조하면, 모노 이미지 센서(2120)는 제2 픽셀(2121), 마이크로 렌즈(2122), 적외선 차단 필터(2123), 적외선 통과 필터(2124), 외부 렌즈(2125), 및 액츄에이터(2126)를 포함한다.
제2 픽셀(2121)은 복수로 제공될 수 있고, 제2 픽셀(2121)은 입사되는 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 컬러 이미지 센서(2110)와 달리, 모노 이미지 센서(2120)는 컬러 필터를 포함하지 않는다.
적외선 차단 필터(2123) 및 적외선 통과 필터(2124)는 선택적으로 제2 픽셀(2121) 및 마이크로 렌즈(2122) 상에 배치된다. 적외선 차단 필터(2123)는 적외선 대역의 빛을 차단하고, 적외선 통과 필터(2124)는 적외선 대역의 빛을 투과시킨다. 적외선 통과 필터(2124)는 대역 통과 필터(band-pass filter)일 수 있다. 적외선 차단 필터(2123) 및 적외선 통과 필터(2124)는 동일 층 상에 배치될 수 있고, 서로 연결된 형상일 수 있다.
액츄에이터(2126)는 적외선 차단 필터(2123) 및 적외선 통과 필터(2124) 중 어느 하나가 제2 픽셀(2121) 상에 배치되도록 제어한다. 액츄에이터(2126)는 모터를 포함할 수 있고, 이미지 신호 프로세서(2140)로부터 모드 선택 신호를 수신하여, 제2 픽셀(2121) 상에 배치되는 필터를 결정할 수 있다.
구체적으로, 적외선 차단 필터(2123)가 제2 픽셀(2121) 상에 배치되는 경우 이미지 검출 장치(2100)는 적외선 차단 모드로 동작한다. 적외선 통과 필터(2124)가 제2 픽셀(2121) 상에 배치되는 경우, 이미지 검출 장치(2100)는 적외선 투과 모드로 동작한다.
도 10은 적외선 차단 모드에서의 이미지 검출 장치를 도시한 블록도이다. 도 11 및 도 12는 적외선 차단 모드에서의 피사체의 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 적외선 차단 필터(2123)는 제2 픽셀(2121) 상에 배치된다. 이 경우, 모노 이미지 센서(2120)는 적외선 대역의 빛을 감지할 수 없고, 이미지 검출 장치(2100)는 적외선 차단 모드로 동작한다. 적외선 대역의 빛을 감지할 수 없으므로, 적외선 조명(2130)은 오프 상태로 동작 하고, 이를 해칭(hatching)으로 표현하였다.
컬러 이미지 센서(2110) 및 모노 이미지 센서(2120)은 모두 가시광선 대역의 빛을 감지할 수 있다. 컬러 이미지 센서(2110)는 컬러 필터에 의하여 특정 색상에 대응되는 대역의 빛을 감지할 수 있고, 모노 이미지 센서(2120)는 화이트(white) 픽셀을 포함하는 것으로 볼 수 있다.
도 11을 참조하면, 컬러 이미지 센서(2110) 및 모노 이미지 센서(2120)가 일정한 거리를 두고 이격되어 있다. 컬러 이미지 센서(2110) 및 모노 이미지 센서(2120)는 사용자(USER)에 반사된 빛을 감지할 수 있다. 모노 이미지 센서(2120)는 제1 화각(a1)을 가질 수 있고, 컬러 이미지 센서(2110)는 제2 화각(a2)을 가질 수 있다. 사용자(USER)와 이미지 검출 장치(2100) 사이의 거리를 측정하기 위하여, 컬러 이미지 센서(2110)에서 감지한 컬러 이미지 데이터(CID)와 모노 이미지 센서(2120)에서 감지한 모노 이미지 데이터(MID)를 매칭(matching)할 수 있다. 컬러 이미지 데이터(CID)와 모노 이미지 데이터(MID)의 매칭을 위하여, 컬러 이미지 센서(2110)에서 감지한 영상의 크기와 모노 이미지 센서(2120)에서 감지한 영상의 크기가 동일하게 할 수 있다. 따라서, 제1 화각(a1)과 제2 화각(a2)이 동일한 크기를 갖도록 할 수 있다.
도 12를 참조하면, 모노 이미지 센서(2120)가 감지한 제1 이미지(I1)와 컬러 이미지 센서(2110)가 감지한 제2 이미지(I2)를 매칭하였다. 이미지 신호 프로세서(2140)는 모노 이미지 데이터(MID)에 의한 제1 이미지(I1)와 컬러 이미지 데이터(CID)에 의한 제2 이미지(I2)의 차이를 계산한다. 이러한 차이는 동공간의 거리차(d1)를 기준으로 산출할 수 있다.
구체적으로, 제1 이미지(I1)와 제2 이미지(I2)는 감지 대역이 상이한 센서를 이용하였으므로, 다른 이미지를 갖는다. 다만, 도 2를 참조하면, 이미지 신호 프로세서(2140)는 컬러 이미지 센서(2110)에서 감지한 컬러 이미지 데이터(CID)를 이용하여 제2 이미지(I2)의 밝기 정보를 산출할 수 있다. 또한, 이미지 신호 프로세서(2140)는 모노 이미지 데이터(MID)에 근거하여 제1 이미지(I1)의 밝기 정보를 산출할 수 있다. 별도의 조명이 없는 경우, 동공은 가장 어두운 영역에 속한다. 동공은 직사광의 조명이 아닌 경우, 모든 빛을 흡수한다. 따라서, 가장 밝기가 낮은 영역을 동공으로 가정할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(2140)는 제1 이미지(I1) 및 제2 이미지(I2)에서 동공에 대응하는 영역을 결정하고, 동공간의 거리차(d1)를 산출할 수 있다.
이미지 신호 프로세서(2140)는 동공간의 거리차(d1)에 근거하여 이미지 검출 장치(2100)와 사용자(USER) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 이러한 거리값은 기설정된 캘리브래이션(calibration) 정보에 근거하여 산출될 수 있다.
또한, 적외선 차단 모드에서 이미지 신호 프로세서(2140)는 컬러 이미지 센서(2110) 및 모노 이미지 센서(2120)를 이용하여 저조도 환경에서의 스테레오 카메라(stereoscopic camera)를 기반으로 영상 화질을 개선할 수 있다. 저조도 환경에서, 이미지 신호 프로세서(2140)는 모노 이미지 센서(2120)의 밝기 정보를 이용하여 컬러 이미지 데이터(CID)와의 조합으로 화질을 개선할 수 있다.
도 13은 적외선 투과 모드에서의 이미지 검출 장치(2110)를 도시한 블록도이다.
도 13을 참조하면, 적외선 통과 필터(2124)는 제2 픽셀(2121) 상에 배치된다. 이 경우, 모노 이미지 센서(2120)는 적외선 대역의 빛을 감지할 수 있고, 이미지 검출 장치(2100)는 적외선 투과 모드로 동작한다. 적외선 조명(2130)은 온 상태로 동작할 수 있다.
이미지 검출 장치(2100)와 피사체 사이의 거리값에 근거하여, 적외선 투과 모드는 적외선 차단 모드로부터 변경될 수 있다. 예를 들어, 홍채 인식을 목적으로 하는 경우, 홍채의 지름이 최소 100 내지 200 픽셀을 갖도록 거리값이 형성될 때, 이미지 신호 프로세서(2140)는 적외선 차단 모드에서 적외선 투과 모드로 변환할 수 있다.
적외선 조명(2130)은 피사체에 반사되어 모노 이미지 센서(2120)에 도달한다. 모노 이미지 센서(2120)는 적외선 조명(2130)에 의한 모노 이미지 데이터(MID)에 근거하여 피사체를 감지할 수 있다. 모노 이미지 센서(2120)는 야간이나 어두운 실내와 같은 저조도 환경에서도, 적외선 조명(2130)을 이용하여 피사체를 감지할 수 있다. 다만, 별도의 조명이 존재하는 환경의 경우, 컬러 이미지 센서(2110)에 의한 컬러 이미지 데이터(CID)와 모노 이미지 데이터(MID)를 조합하여 슈도(pseudo) 컬러 이미지 데이터(CID)가 생성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 검출 장치를 이용한 이미지 검출 방법을 도시한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 이미지 검출 장치(2100)를 이용한 이미지 검출 방법(S2000)은 적외선 차단 모드를 활성화하는 단계(S2100), 모노 이미지 데이터 및 컬러 이미지 데이터를 생성하는 단계(S2100), 피사체의 거리를 측정하는 단계(S2300), 피사체의 거리값이 기준값 이하인지 판단하는 단계(S2400), 적외선 투과 모드를 활성화하는 단계(S2500), 및 식별 이미지를 생성하는 단계(S2600)를 포함한다.
적외선 차단 모드를 활성화하는 단계(S2100)에서 적외선 차단 필터(2123)는 제2 픽셀(2121) 상에 배치된다. 적외선 조명(2130)은 오프 상태로 동작한다.
모노 이미지 데이터 및 컬러 이미지 데이터를 생성하는 단계(S2200)에서 컬러 이미지 센서(2110) 및 모노 이미지 센서(2120)는 피사체에 반사된 빛을 감지한다. 이미지 신호 프로세서(2140)는 컬러 이미지 센서(2110)로부터 수신한 전기적 신호에 근거하여 컬러 이미지 데이터(CID)를 생성하고, 모노 이미지 센서(2120)로부터 수신한 전기적 신호에 근거하여 모노 이미지 데이터(MID)를 생성한다.
피사체의 거리를 측정하는 단계(S2300)에서 이미지 신호 프로세서(2140)는 컬러 이미지 데이터(CID) 및 모노 이미지 데이터(MID)에 근거하여 피사체의 거리를 측정한다. 피사체의 거리를 측정하는 단계(S300)는 컬러 이미지 데이터(CID) 및 모노 이미지 데이터(MID)를 매칭하는 단계, 컬러 이미지 데이터(CID) 및 모노 이미지 데이터(MID)의 차이값을 추출하는 단계, 및 차이값을 캘리브래이션하여 피사체와 이미지 검출 장치(2100) 사이의 거리를 계산하는 단계를 포함한다.
피사체의 거리가 기준값 이하인지 판단하는 단계(S2400)에서 이미지 신호 프로세서(2140) 또는 어플리케이션 프로세서(2200)는 피사체와 이미지 검출 장치(2100)사이의 거리가 기준값 이하인지 판단한다. 예를 들어, 홍채 인식을 목적으로 하는 경우, 약 25㎝로 기준 값이 정의될 수 있다.
거리값(dd)이 기준값 이하가 아닌 경우, 피사체의 일부를 인식하기 어려우므로 식별 이미지를 생성하는 단계(S2600)로 진행하지 않고, 적외선 차단모드를 유지한다. 이미지 검출 시스템(2000)은 사용자로 하여금 기준값 이하로 위치하도록 유도하는 메시지를 디스플레이(2300)를 통하여 제공할 수 있다.
거리값(dd)이 기준값 이하인 경우, 적외선 투과 모드를 활성화하는 단계(S2500)로 진행한다. 적외선 투과 모드를 활성화하는 단계(S2500)에서 적외선 통과 필터(2124)는 제2 픽셀(2121) 상에 배치된다. 적외선 조명(2130)은 온 상태로 동작한다. 적외선 조명(2130)은 피사체에 적외선을 제공한다. 적외선은 피사체에 반사되어 모노 이미지 센서(2120)에 도달한다. 적외선을 통하여, 저조도 환경에서 피사체의 일부를 감지할 수 있다.
식별 이미지를 생성하는 단계(S2600)에서 모노 이미지 센서(2120)는 피사체에 반사된 제2 적외선을 감지하여 피사체의 일부를 인식한다. 피사체의 일부는 사용자의 얼굴 또는 홍채를 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 이미지 신호 프로세서(2140)는 감지된 피사체를 근거로 식별 이미지를 획득한다. 또한, 이미지 신호 프로세서(2140)는 컬러 이미지 센서(2110)에 의한 컬러 이미지 데이터(CID)와의 조합으로 개선된 이미지를 획득할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 신호 프로세서(3150)를 도시한 블록도이다. 도 15의 이미지 신호 프로세서(3150)는 도 1의 이미지 검출 장치(1100)에 포함되는 이미지 신호 프로세서(1150) 또는 도 7의 이미지 검출 장치(2100)에 포함되는 이미지 신호 프로세서(2140)일 수 있다.
도 15를 참조하면, 이미지 신호 프로세서(3150)는 모드 선택부(3511), 조도 측정 모듈(3152), 거리 측정 모듈(3153), 이미지 획득 모듈(3154), 및 압축부(3159)를 포함할 수 있다. 이미지 획득 모듈(3154)은 일반 이미지 획득 모듈(3155), 홍채 인식 모듈(3156), 얼굴 인식 모듈(3157), 및 3D 이미지 획득 모듈(3158)을 포함할 수 있다.
모드 선택부(3511)는 컬러 이미지 데이터(CID)를 또는 적외선 이미지 데이터(모노 이미지 데이터)(MID)를 수신한다. 모드 선택부(3511)는 수신된 데이터를 조도 측정 모듈(3152), 거리 측정 모듈(3153), 및 이미지 획득 모듈(3154) 중 어느 하나에 제공할 수 있다. 모드 선택부(3511)는 스위치를 포함할 수 있고, 이미지 신호 프로세서(3150)의 각각의 모듈에 선택적으로 연결될 수 있다.
모드 선택부(3511)는 조도값(Lux value)을 측정하는 조도 측정 모드, 거리값(dd)을 측정하는 거리 측정 모드, 피사체의 일부를 감지하여 식별 이미지를 획득하는 식별 이미지 검출 모드, 및 컬러 이미지 데이터(CID)를 획득하는 일반 이미지 검출 모드를 결정할 수 있다. 또한, 식별 이미지 검출 모드는 사용자(USER)의 홍채를 인식하는 홍채 인식 모드, 사용자(USER)의 얼굴을 인식하는 얼굴 인식 모드, 및 듀얼 이미지 센서를 이용한 3D 이미지 획득 모드를 포함할 수 있다.
도 10의 적외선 차단 모드는 영상 화질 개선을 위한 경우, 일반 이미지 검출 모드에 대응될 수 있고, 거리 측정을 위한 경우, 거리 측정 모드에 대응될 수 있다. 도 13의 적외선 투과 모드는 식별 이미지 검출 모드에 대응될 수 있다.
조도 측정 모드에서, 모드 선택부(3511)는 조도 측정 모듈(3152)과 연결된다. 조도 측정 모듈(3152)은 도 2의 컬러 이미지 보정부(1151), 조도 계산부(1152), 및 자동 노출 컨트롤러(1153)를 포함할 수 있고, 컬러 이미지 데이터(CID)를 이용하여 조도 데이터(LD)를 출력할 수 있다. 조도값이 기준값 이하인 경우 도 1의 제2 적외선 조명(1140) 또는 도 7의 적외선 조명(2130)을 활성화시킬 수 있다. 이 경우, 모드 선택부(3511)는 식별 이미지 검출 모드로 변환하여 홍채, 얼굴, 또는 3D 이미지 등을 인식할 수 있다. 또는, 모드 선택부(3511)는 식별 이미지 인식에 최적화된 피사체의 거리값을 확보하기 위하여 거리 측정 모드로 변환할 수 있다.
거리 측정 모드에서, 모드 선택부(3511)는 컬러 이미지 데이터(CID) 또는 적외선 이미지 데이터(모노 이미지 데이터)(MID)를 거리 측정 모듈(3153)에 전달한다. 거리 측정 모듈(3153)은 도 3의 모노 이미지 보정부(1156) 및 거리 계산부(1157)를 포함하여, 적외선 이미지 데이터(MID)를 이용하여 거리값(dd)을 산출할 수 있다. 또는, 거리 측정 모듈(3153)은 도 10의 적외선 차단 모드에서 컬러 이미지 데이터(CID) 및 모노 이미지 데이터(MID)를 매칭하여 거리값(dd)을 측정할 수 있다. 거리 측정 모듈(3153)은 거리값(dd)을 측정하여 거리 데이터(SDD)를 출력할 수 있다. 거리값(dd)이 기준 범위 이내인 경우, 모드 선택부(3511)는 식별 이미지 검출 모드로 변환할 수 있다.
일반 이미지 검출 모드에서, 모드 선택부(3511)는 컬러 이미지 데이터(CID) 또는 적외선 이미지 데이터(모노 이미지 데이터)(MID)를 일반 이미지 모듈(3515)에 전달한다. 일반 이미지 모듈(3515)은 컬러 이미지 데이터(CID)를 수신하고, 일반적인 이미지를 출력한다. 이 경우, 모노 이미지 데이터(MID)의 밝기 정보에 근거하여 이미지 화질을 개선할 수 있다.
홍채 인식 모드에서, 모드 선택부(3511)는 컬러 이미지 데이터(CID) 또는 적외선 이미지 데이터(모노 이미지 데이터)(MID)를 홍채 인식 모듈(3156)에 전달하고, 사용자(USER)의 홍채를 인식할 수 있다. 홍채 인식 모듈(3156)은 상술한 본 발명의 피사체의 일부를 인식하는 방법을 수행한다. 얼굴 인식 모드에서, 모드 선택부(3511)는 컬러 이미지 데이터(CID) 또는 적외선 이미지 데이터(모노 이미지 데이터)(MID)를 얼굴 인식 모듈(3157)에 전달하고, 사용자(USER)의 얼굴을 인식할 수 있다. 얼굴 인식 모듈(3157)은 상술한 본 발명의 피사체의 일부를 인식하는 방법을 수행한다. 3D 이미지 획득 모듈에서, 모드 선택부(3511)는 컬러 이미지 데이터(CID) 또는 적외선 이미지 데이터(모노 이미지 데이터)(MID)를 3D 이미지 획득 모듈(3158)에 전달하고, 모노 이미지 센서(1120, 2120) 및 컬러 이미지 센서(1110, 2110)를 이용하여 3D 이미지를 획득한다.
압축부(3519)는 이미지 획득 모듈(3154)로부터 획득된 이미지를 압축하여, 어플리케이션 프로세서(1200, 2200)에 제공한다. 구체적으로, 압축된 이미지는 스토리지 장치(1400, 2400)에 저장될 수 있고, 디스플레이(1300, 2300)에 표시될 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.
1000, 2000: 이미지 검출 시스템 1100, 2100: 이미지 검출 장치
1110,2110: 컬러 이미지 센서 1120, 2120: 모노 이미지 센서
1130: 제1 적외선 조명 1140: 제2 적외선 조명
2130: 적외선 조명 1150, 2140, 3150: 이미지 신호 프로세서

Claims (10)

  1. 가시광선 대역의 빛을 감지하여 컬러 이미지 데이터를 출력하는 컬러 이미지 센서;
    피사체에 제1 적외선을 제공하는 제1 적외선 조명;
    상기 피사체에 제2 적외선을 제공하는 제2 적외선 조명;
    상기 피사체에 반사된 상기 제1 적외선 또는 상기 제2 적외선을 감지하여 적외선 이미지 데이터를 출력하는 모노 이미지 센서; 및
    상기 컬러 이미지 데이터에 근거하여 조도값을 측정하고, 상기 제1 적외선에 의한 상기 적외선 이미지 데이터에 근거하여 상기 피사체의 거리값을 측정하고, 상기 조도값, 상기 거리값, 및 상기 제2 적외선에 의한 상기 적외선 이미지 데이터에 근거하여 상기 피사체의 식별 이미지를 획득하는 이미지 신호 프로세서를 포함하고,
    상기 제1 적외선 조명 및 상기 모노 이미지 센서 사이의 제1 간격은, 상기 제2 적외선 조명 및 상기 모노 이미지 센서 사이의 제2 간격보다 짧은 이미지 검출 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 신호 프로세서는 상기 조도값이 기준값 이하인 경우 상기 제2 적외선 조명을 활성화시키는 이미지 검출 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 이미지 신호 프로세서는 상기 거리값이 기준 범위 이내인 경우 상기 식별 이미지를 획득하는 이미지 검출 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 식별 이미지는 홍채 이미지를 포함하는 이미지 검출 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 신호 프로세서는,
    상기 컬러 이미지 데이터를 보정하여 컬러 섬네일 데이터를 생성하는 컬러 이미지 보정부;
    상기 컬러 섬네일 데이터에 근거하여 상기 조도값을 산출하는 조도 계산부; 및
    상기 조도값에 근거하여 상기 컬러 이미지 센서의 노출 시간을 제어하는 자동 노출 컨트롤러를 포함하는 이미지 검출 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 신호 프로세서는,
    상기 제1 적외선에 의한 제1 적외선 이미지 데이터를 보정하여 제1 모노 섬네일 데이터를 생성 하고, 상기 제1 적외선 조명이 오프 상태인 경우의 제2 적외선 이미지 데이터를 보정하여 제2 모노 섬네일 데이터를 생성하는 모노 이미지 보정부; 및
    상기 제1 모노 섬네일 데이터와 상기 제2 모노 섬네일 데이터의 차이에 근거하여 상기 피사체와 상기 모노 이미지 센서 사이의 거리값을 산출하는 거리 계산부를 포함하는 이미지 검출 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 모노 이미지 센서는,
    상기 제1 적외선 또는 상기 제2 적외선을 제공하는 시간과 상기 모노 이미지 센서의 감지 시간을 동기화 시키는 모노 센서 타이밍 컨트롤러를 포함하는 이미지 검출 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 신호 프로세서는,
    상기 조도값을 측정하는 조도 측정 모드, 상기 거리값을 측정하는 거리 측정 모드, 상기 피사체의 일부를 감지하여 상기 식별 이미지를 획득하는 식별 이미지 검출 모드, 및 상기 컬러 이미지 데이터를 획득하는 일반 이미지 검출 모드 중 하나를 결정하는 모드 선택부를 포함하고,
    상기 모드 선택부는 상기 거리 측정 모드에서 상기 거리값이 기준 범위 이내인 경우, 상기 거리 측정 모드를 상기 식별 이미지 검출 모드로 변환하는 이미지 검출 장치.
  9. 제1 적외선 조명에 의해, 피사체에 제1 적외선을 제공하는 단계;
    상기 제1 적외선을 제공하는 시간과 모노 이미지 센서의 감지 시간을 동기화시키는 단계;
    상기 동기화된 시간 동안 모노 이미지 센서에 의해, 상기 피사체에 반사된 상기 제1 적외선을 감지하여 적외선 이미지 데이터를 생성하는 단계;
    상기 적외선 이미지 데이터에 근거하여 상기 모노 이미지 센서와 상기 피사체 사이의 거리를 측정하는 단계; 및
    상기 피사체의 거리가 기준 범위 이내인 경우, 상기 피사체의 식별 이미지를 획득하는 단계를 포함하되,
    상기 식별 이미지를 획득하는 단계는:
    컬러 이미지 센서에 의해, 가시광선 대역의 빛을 감지하여 컬러 이미지 데이터를 생성하는 단계;
    상기 컬러 이미지 데이터를 근거로 조도값을 측정하는 단계;
    제2 적외선 조명에 의해, 상기 조도값이 기준값 이하인 경우 제2 적외선을 상기 피사체에 제공하는 단계; 및
    상기 모노 이미지 센서에 의해, 상기 피사체에 반사된 상기 제2 적외선을 감지하여 상기 식별 이미지를 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 적외선 조명 및 상기 모노 이미지 센서 사이의 제1 간격은, 상기 제2 적외선 조명 및 상기 모노 이미지 센서 사이의 제2 간격보다 짧은 이미지 검출 방법.
  10. 삭제
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