KR19990049877A

KR19990049877A - 카메라시스템의 자동 초점조정장치 및 그에 따른 초점조정방법

Info

Publication number: KR19990049877A
Application number: KR1019970068882A
Authority: KR
Inventors: 이호성
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 1999-07-05
Also published as: CN1220410A; EP0924544A3; EP0924544A2; JPH11183788A

Abstract

본 발명에 따른 스포팅 이미지의 자동초점장치 및 그에 따른 자동초점방법에 관한 것으로서, 소정의 제어신호에 따라 초점모터를 구동하는 초점모터 구동부와, 상기 초점모터의 동작에 따라 움직이는 초점렌즈와, 상기 초점렌즈의 위치에 따라 입력된 영상신호를 촬상하는 촬상소자부와, 상기 촬상소자부에 의해 촬영된 영상신호를 처리하는 신호처리부를 구비하는 카메라 시스템의 자동 초점조절장치에 있어서, 상기 신호처리부에서 출력되는 영상신호의 초점값을 계산하는 초점값 계산부; 및 상기 초점값 계산부에서 출력된 초점값에 따라 상기 초점렌즈가 움직일 방향을 결정하여, 상기 초점모터구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

카메라시스템의 자동 초점조정장치 및 그에 따른 초점조정방법

본 발명은 카메라 시스템의 자동 초점조정장치 및 그에 따른 자동 초점조정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스포팅 영상화면도 일반영상화면과 동일한 특성으로 동작되는 자동 초점조정장치 및 그에 따른 초점조정방법에 관한 것이다.

카메라 시스템의 자동 초점조정방법은 CCD로부터 출력된 영상신호의 주파수 성분을 검출하여, 고주파 성분이 가장 많은 방향으로 초점렌즈를 이동시켜가면서 초점을 맞춘다. 그러나, 이 방법은 스포팅 이미지(Spotting image)와 같은 특수한 영상화면에 대해서는 디포커싱(de focusing)되는 방향으로 고주파성분이 증가하게되므로 초점이 정확히 맞춰지지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 스포팅 이미지와 같은 특수한 영상신호에 대해서도 오동작을 하지 않는 자동초점조정장치를 제공하는 것을 제1목적으로 하고, 그에 따른 초점조정방법을 제공하는 것을 제2목적으로 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 일반적인 자동 초점조절장치의 구성 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 초점값 계산부의 일 예를 도시한 도면이다.

도 3은 도 2의 초점계산부에 의해 계산된 초점값을 이용하여 일반 영상화면을 촬상한 경우, 초점을 맞추는 방향을 나타낸 도면이다.

도 4는 도 2의 초점계산부에 의해 계산된 초점값을 이용하여 스포팅이미지를 촬상한 경우, 초점을 맞추는 방향을 나타낸 도면이다.

도 5는 도 1에 도시된 초점계산부의 다른 예를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 자동초점방법의 개략적인 흐름도이다.

도 7은 도 5에 도시된 제1 및 제2필터의 주파수 대역을 나타낸 도면이다.

도 8은 보통 영상신호 촬영시, 렌즈의 위치에 따른 제1 및 제2 초점값의 특성도이다.

도 9는 스포팅이미지 촬영시, 렌즈의 위치에 따른 제1 및 제2 초점값의 특성도이다.

도 10은 일반 영상화면에서 렌즈의 위치에 따른 제1, 제2초점값에 의해 산출된 제3초점값의 특성도이다.

도 11은 스포팅이미지에서 렌즈의 위치에 따른 제1, 제2초점값에 산출된 제3초점값의 특성도이다.

도 12는 제1 및 제2초점값의 변화율을 정의한 도면이다.

상기의 제1목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 소정의 제어신호에 따라 초점모터를 구동하는 초점모터 구동부와, 상기 초점모터의 동작에 따라 움직이는 초점렌즈와, 상기 초점렌즈의 위치에 따라 입력된 영상신호를 촬상하는 촬상소자부와, 상기 촬상소자부에 의해 촬영된 영상신호를 처리하는 신호처리부를 구비하는 카메라 시스템의 자동 초점조절장치는 상기 신호처리부에서 출력되는 영상신호의 초점값을 계산하는 초점값 계산부; 및 상기 초점값 계산부에서 출력된 초점값에 따라 상기 초점렌즈가 움직일 방향을 결정하여, 상기 초점모터구동부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 초점값계산부는 서로 다른 주파수통과대역을 갖는 제1 및 제2필터;, 상기 제1 및 제2필터를 통과한 영상신호의 특정영역을 지정하는 제1 및 제2초점영역지정부; 상기 제1 및 제2 초점영역지정부에서 출력된 영상신호의 필드 및/또는 프레임별 주파수대역에 포함된 영상신호를 각각 합산하여 제1 및 제2 초점값을 출력하는 제1 및 제2합산부; 및, 상기 제1 및 제2합산부에서 출력되는 제1 및 제2 초점값을 나누어서 제3초점값을 출력하는 제산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1초점값은 검출하고자 하는 주파수대역에 비해 좁은 주파수대역에 포함된 영상신호의 합이며, 상기 제2초점값은 상기 제1초점값을 검출하고자 하는 주파수대역보다 저주파대역이 더 넓은 주파수 대역에 포함된 영상신호의 합이며, 제3초점값은 상기 제2초점값을 제1초점값으로 나눈 값이거나, 상기 제1초점값을 제2초점값으로 나눈 값임을 특징으로 한다.

상기의 제2목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 카메라 시스템의 자동 초점조정방법은 (a) 서로 다른 주파수대역을 통과한 영상신호를 각각 합산하여 제 1 및 제2 초점값을 산출하는 과정; (b)상기 (a)과정에서 산출된 제1 및 제2초점값을 제산하여 제3초점값을 산출하는 과정; (c) 상기 (b)과정에서 산출된 제3초점값의 변화율에 따라 초점렌즈의 이동방향을 결정하는 과정을 포함하며, 여기서, 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 크면 제3초점값이 증가하는 방향으로 초점렌즈를 이동시키고, 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 작으면 제3초점값이 감소하는 방향으로 이동시키며, 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 크면 제3초점값이 감소하는 방향으로 초점렌즈를 이동시키고, 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 작으면 제3초점값이 증가하는 방향으로 초점렌즈를 이동시킴을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 장치는 초점렌즈(10), 촬상소자부(12), 신호처리부(14), 초점값 계산부(16), 제어부(18), 초점모터 구동부(20) 및 초점모터(22)를 포함한다.

초점모터 구동부(20)는 소정의 제어신호에 따라 초점모터(22)를 구동하는 수단이고, 초점렌즈(10)는 초점모터(22)의 동작에 따라 움직인다.

촬상소자부(12)는 초점렌즈(10)의 위치에 따라 입력된 영상신호를 촬상하는 수단이고, 신호처리부(14)는 촬상소자부(12)에 의해 촬영된 영상신호를 처리하는 수단이다.

초점값 계산부(16)는 신호처리부(14)에서 출력되는 영상신호의 초점값을 계산하는 수단으로서, 신호처리부(14)에서 출력된 영상신호 중에서 초점값을 계산하기 위한 특정영역을 지정하고, 지정된 영역에서 프레임 또는 필드별로 구분된 주파수대역에 포함된 영상신호를 합산하여 초점값을 출력한다.

제어수단(18)은 초점값 계산부(16)에서 출력된 초점값에 따라 초점렌즈(10)가 움직일 방향을 결정하여 초점모터구동부(20)를 제어하는 수단으로서, 이전초점값과 현재초점값을 연속적으로 비교하여, 초점값이 가장 큰 방향 즉, 고주파성분이 가장 많이 검출되는 방향으로 초점렌즈(10)를 이동하도록 제어하는 제어신호를 출력한다.

도 2는 도 1에 도시된 초점값 계산부의 일례를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 초점 계산부(16)는 신호처리부(14)에서 출력된 영상신호의 특정 주파수대역만을 통과시키는 필터(160)와, 필터(160)를 통과한 영상신호가 다중의 초점을 가지고 있을 때, 특정한 영역을 지정하는 초점영역지정부(162)와, 초점영역지정부(162)에서 출력된 영상신호를 필드별 또는 프레임별로 구분된 주파수대역에 포함된 영상신호를 합산하는 합산부(164)로 이루어진다.

도 3은 도 2의 초점계산부에 의해 계산된 초점값을 이용하여 일반 영상화면을 촬상한 경우, 초점을 맞추는 방향을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 초점계산부에 의해 계산된 초점값을 이용하여 스포팅이미지를 촬상한 경우, 초점을 맞추는 방향을 나타낸 도면으로서, 초점렌즈(10)가 이동될 수 있는 범위의 한 끝에서 다른 한끝으로 이동함에 따라 출력되는 이전 초점값과 현재 초점값을 비교하여, 초점값이 가장 큰 위치로 초점렌즈(10)를 이동시킴으로써, 초점이 자동으로 조절된다.

촬상소자부(12)에 의해 촬상되는 영상신호는 어두운 화면, 밝은 화면, 고주파 성분이 많은 화면, 저주파 성분이 많은 화면 등 여러 가지 형태의 화면이 있을 수 있다. 일반적인 영상신호에 대해서는 도 3에 도시된 바와 같이, 일정영역으로 구분된 영역에서 영상신호의 주파수 성분을 검출하여, 검출된 주파수성분을 각각 비교함으로써, 고주파성분이 가장 많은 영상영역에 렌즈를 위치시킴으로써, 자동초점조절이 가능하다. 그러나, 실제로 영상신호를 촬영하다 보면, 특수한 경우의 영상신호 예를 들면, 어두운 배경에서 촛불을 촬영한 경우라든지, 어두운 밤거리에서 가로등 불빛이 있는 화면을 촬영한 경우(이와 같은 상황에서 촬영된 영상신호를 스포팅 이미지(Spotting image)라고 한다.), 초점이 흐려지면서 불빛의 밝기가 퍼져 나가서, 전체화면에서 차지하는 불빛의 크기가 커지면서 불빛의 엣지가 전체화면에서 차지하는 비중이 커지게 되며, 이러한 불빛의 엣지는 고주파성분을 가지게 되므로, 이 화면의 초점조절을 위한 주파수 특성은 도 4에 도시된 바와 같이, 일반적인 영상화면의 특성과는 정반대의 특성을 갖게 되므로 자동 초점조절장치가 오동작을 발생하게 된다.

도 5는 도 1에 도시된 초점계산부의 다른 예를 도시한 도면으로서, 도 5에 도시된 초점계산부에 의하면, 스포팅이미지를 촬상한 경우라도 일반영상화면을 촬상한 경우와 동일하게 자동초점조절이 가능하다.

도 5에 도시된 초점계산부는 서로 다른 주파수 대역을 통과시키는 제1 및 제2필터(160a)(160b)와, 제1 및 제2필터(160a)(160b)를 통과한 영상신호가 다중의 초점을 가지고 있을 때, 각각의 특정한 영역을 지정하는 제1 및 제2초점영역지정부(162a)(162b)와, 제1 및 제2 초점영역지정부(162a)(162b)에서 출력된 영상신호를 필드별 또는 프레임별로 그 주파수대역에 포함된 영상신호를 각각 합산하여 제1 및 제2 초점값을 출력하는 제1 및 제2합산부(164a)(164b) 및, 제1 및 제2합산부(164a)(164b)에서 출력되는 제1 및 제2 초점값을 나누어서 제3초점값을 출력하는 제산부(166)로 이루어진다.

도 6은 본 발명에 따른 자동초점방법의 개략적인 흐름도로서, 크게 초점값 계산과정(60) 및 자동 초점조절과정(62)으로 이루어진다.

먼저, 초점값 계산과정(60)에서는 입력되는 영상신호를 서로 다른 주파수 대역을 통과시켜 필터링한 후, 소정영역으로 구분시키고, 구분된 영역의 주파수대역에 포함된 영상신호를 합산한 초점값을 각각 출력하고, 각각 출력된 초점값을 제산하여 제3의 초점값을 계산한다. 도 5에 도시된 초점계산부와 연관시켜 그 동작을 살펴보면, 서로 다른 주파수 대역을 통과시키는 제1 및 제2필터(160a)(160b)에 의해 영상신호를 필터링하고, 필터링된 영상신호가 다중의 초점을 가지고 있을 때, 제1 및 제2초점영역지정부(162a)(162b)에 의해 특정한 영역을 지정하며, 제1 및 제2합산부(164a)(164b)에 의해 특정영역이 지정된 영상신호를 필드별 또는 프레임별로 그 주파수대역에 포함된 영상신호를 합산하여 제1 및 제2 초점값을 출력한다. 또한, 제산기(166)에 의해 제1 및 제2 초점값을 나누어서 제3초점값을 출력한다.

도 7은 도 5에 도시된 제1 및 제2필터(160a)(160b)의 주파수 대역을 나타낸 도면으로서, 참조부호 70은 제1필터의 주파수통과대역을, 참조부호 72는 제2필터의 주파수 통과대역을 나타낸다. 제1필터(160a)는 검출하고자 하는 주파수대역을 기준으로 통과시키는 주파수대역이 좁고, 제2필터(160b)는 제1필터(160a)보다는 저주파 영역 쪽으로 넓은 주파수를 통과시킨다. 제1필터(160a)의 통과대역(b,d)과 제2필터(160b)의 통과대역(a,c)은 적용되는 제품이나 설계자의 의도에 따라 변경될 수 있다.

도 8은 보통 영상신호 촬영시, 렌즈의 위치에 따른 제1 및 제2 초점값의 특성도로서, 참조부호 80은 제1필터(160a)에 의한 제1초점값의 특성을, 참조부호 82는 제2필터(160b)에 의한 제2초점값의 특성을 각각 나타낸다.

도 9는 스포팅 이미지 촬영시, 렌즈의 위치에 따른 제1 및 제2 초점값의 특성도로서, 참조부호 90은 제1필터(160a)에 의한 제1초점값의 특성을, 참조부호 92는 제2필터(160b)에 의한 제2초점값의 특성을 각각 나타낸다.

도 8 및 도 9에 있어서, "가영역"은 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 큰 영역이고, "나영역"은 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 작은 영역으로서, "가영역"과 "나영역"은 일반영상화면과 스포팅 이미지에 구별없이 상기와 같은 공통특성을 갖음을 알 수 있다. 따라서, 제3초점값은 이 공통특성을 이용하여 산출된다.

도 10은 일반 영상화면에서 렌즈의 위치에 따른 제1, 제2초점값에 의해 산출된 제3초점값의 특성도이고, 도 11은 스포팅 이미지에서 렌즈의 위치에 따른 제1, 제2초점값에 산출된 제3초점값의 특성도이다.

도 10 및 도 11에 있어서, 100 및 110은 제1필터(160a)에 의한 제1 초점값의 특성을, 102 및 112는 제2필터(160b)에 의한 제2 초점값의 특성을, 104 및 114는 제3필터에 의한 제3 초점값의 특성을 각각 나타낸다.

도 10 및 도 11에 도시된 제3초점값의 특성(104)(114)은 도 5에 도시된 제산부(166)에 의해 산출되는 것으로서, 제2초점값을 제1초점값으로 나눈값 즉, 제2초점값의 변화율과 제1초점값의 변화율에 대한 변화율이다.

따라서, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제3초점값은 일반화면과 스포팅 이미지에 상관없이 동일한 특성을 갖게 된다. 즉, 3개의 초점값을 이용하여 렌즈를 임의의 끝점에서 다른 끝지점으로 이동시켰을 때, 렌즈의 위치에 따른 초점값을 표시하면, 렌즈의 이동에 따른 자동초점영역은 크게 2개의 영역으로 구분될 수 있다. 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 작은 영역(가 영역)과 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 큰 영역(나 영역)으로 구분된다. 여기서 변화율이란 제1 및 제2초점값의 레인지가 서로 다를 수 있기 때문에 두 초점값의 변화율을 렌즈가 움직인 변화량에 대한 자동초점변화량으로 해석하기에는 다소 무리가 있다. 따라서 도 12에서 정의하는 바와 같은 변화율을 이용한다.

도 12는 초점값의 변화율을 정의한 도면으로서, 다음의 수학식 1과 같이, 렌즈의 위치에서 초점값의 최대치와 최소치의 비를 계산하여 변화율을 계산한다.

여기서,MAX()는 입력값 중에서 최대치를 취하는 함수이고, MIN()는 입력값 중에서 최소치를 취하는 함수이며,

x1 , x2

는 초점렌즈의 위치를 나타내며, 함수 f()는 초점값을 나타낸다. 즉 도면에 표시된 함수f_a()는 제1초점값을 나타내며, 함수f_b()는 제2초점값을 나타낸다.

이어서, 자동초점 조절과정(62)에서는 초점값 계산과정(60)에서 구해진 제3초점값을 이용하여 초점렌즈가 움직일 방향을 판단하여 초점 렌즈모터를 구동하여 초점을 맞추어 나간다.

제3초점값은 일반화면 및 특수 화면에서 동일한 형태의 출력특성을 가지며, 제1초점값과 제2초점값으로 구해진 "가영역"과 "나영역"도 일반화면 및 특수화면에서 동일한 형태의 출력특성을 가지므로 본 발명의 의도대로 이들을 통하여 일반화면과 특수화면에서도 오동작을 일으키지 않고 자동초점조절을 수행할 수 있다.

한편 본 발명의 일실시예를 설명에서 제3초점값을 구하는데 있어, 제2초점값을 제1초점값으로 나눈값을 사용하였으나, 그와는 반대로 제1초점값을 제2초점값으로 나눈 경우에도 동일한 결과를 얻는다.

즉, 제2초점값을 제1초점값으로 나눈 경우, 제2초점값의 변화율이 제1초점값의 변화율보다 큰 가영역에서는 제3초점값이 증가하는 방향으로 초점이 맞춰지며, 제2초점값의 변화율이 제1초점값의 변화율보다 작은 "나영역"에서는 제3초점값이 감소하는 방향으로 초점이 맞춰진다. 반면, 제1초점값을 제2초점값으로 나눈 경우, 제2초점값의 변화율이 제1초점값의 변화율보다 큰 가영역에서는 제3초점값이 감소하는 방향으로 초점이 맞춰지며, 제2초점값의 변화율이 제1초점값의 변화율보다 작은 "나영역"에서는 제3초점값이 증가하는 방향으로 초점이 맞춰진다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동초점조절장치 및 그 방법에 의하면, 일반적인 영상신호 및 특수한 상황의 영상신호라도, 동일한 출력특성을 나타내는 자동초점값을 생성하고, 생성된 초점값을 통하여 자동초점조절을 수행함으로써, 정상적인 자동초점조절이 수행될 수 있다.

Claims

소정의 제어신호에 따라 초점모터를 구동하는 초점모터 구동부와, 상기 초점모터의 동작에 따라 움직이는 초점렌즈와, 상기 초점렌즈의 위치에 따라 입력된 영상신호를 촬상하는 촬상소자부와, 상기 촬상소자부에 의해 촬영된 영상신호를 처리하는 신호처리부를 구비하는 카메라 시스템의 자동 초점조절장치에 있어서,

상기 신호처리부에서 출력되는 영상신호의 초점값을 계산하는 초점값 계산부; 및

상기 초점값 계산부에서 출력된 초점값에 따라 상기 초점렌즈가 움직일 방향을 결정하여, 상기 초점모터구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 자동 초점조정장치.
제1항에 있어서, 상기 초점값계산부는

서로 다른 주파수통과대역을 갖는 제1 및 제2필터;,

상기 제1 및 제2필터를 통과한 영상신호의 특정영역을 지정하는 제1 및 제2초점영역지정부;

상기 제1 및 제2 초점영역지정부에서 출력된 영상신호의 필드 및/또는 프레임별 주파수대역에 포함된 영상신호를 각각 합산하여 제1 및 제2 초점값을 출력하는 제1 및 제2합산부; 및,

상기 제1 및 제2합산부에서 출력되는 제1 및 제2 초점값을 나누어서 제3초점값을 출력하는 제산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조정장치.
제2항에 있어서, 상기 제1초점값은 검출하고자 하는 주파수대역에 비해 좁은 주파수대역에 포함된 영상신호의 합이며, 상기 제2초점값은 상기 제1초점값을 검출하고자 하는 주파수대역보다 저주파대역이 더 넓은 주파수 대역에 포함된 영상신호의 합임을 특징으로 하는 자동 초점조정장치.
제2항에 있어서, 상기 제3초점값은 상기 제2초점값을 제1초점값으로 나눈값임을 특징으로 하는 자동 초점조정장치.
제2항에 있어서, 제3초점값은 상기 제1초점값을 제2초점값으로 나눈값임을 특징으로 하는 자동 초점조정장치.
카메라 시스템에 있어, 자동 초점조정방법에 있어서,

(a) 서로 다른 주파수대역을 통과한 영상신호를 각각 합산하여 제 1 및 제2 초점값을 산출하는 과정;

(b)상기 (a)과정에서 산출된 제1 및 제2초점값을 제산하여 제3초점값을 산출하는 과정; 및

(c) 상기 (b)과정에서 산출된 제3초점값의 변화율에 따라 초점렌즈의 이동방향을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조정방법.
제6항에 있어서, 상기 제1초점값은 검출하고자 하는 주파수대역에 비해 좁은 주파수대역에 포함된 영상신호의 합이며, 상기 제2초점값은 상기 제1초점값을 검출하고자 하는 주파수대역보다 저주파대역이 더 넓은 주파수 대역에 포함된 영상신호의 합임을 특징으로 하는 자동 초점조정방법.
제6항에 있어서, 상기 제3초점값은 상기 제2초점값을 제1초점값으로 나눈 값임을 특징으로 하는 자동 초점조정방법.
제6항에 있어서, 상기 제3초점값은 상기 제1초점값을 제2초점값으로 나눈 값임을 특징으로 하는 자동 초점방법
제6항에 있어서, 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 크면 제3초점값이 증가하는 방향으로 초점렌즈를 이동시키고, 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 작으면 제3초점값이 감소하는 방향으로 이동시켜 산출됨을 특징으로 하는 자동초점조정방법.
제6항에 있어서, 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 크면 제3초점값이 감소하는 방향으로 초점렌즈를 이동시키고, 제1초점값의 변화율이 제2초점값의 변화율보다 작으면 제3초점값이 증가하는 방향으로 초점렌즈를 이동시켜 산출됨을 특징으로 하는 자동초점조정방법.