KR19990074457A - 촬상장치의 화이트성분 추출방법 - Google Patents

Abstract

촬상소자에 의해 촬상된 피사체에 대응하는 영상신호로부터 휘도신호를 분리하고, 분리된 휘도신호에 대하여 기 설정된 기준레벨로부터 휘도신호의 최대레벨(MAX)이 검출될 때까지 레벨-업하면서 휘도신호의 레벨과 적색 및 청색성분의 레벨값을 검출하며, 휘도신호의 최대레벨(MAX)이 검출되면 검출된 적색성분의 레벨값 중 가장 낮은 레벨의 휘도신호레벨을 추출하여 화이트성분으로 결정한다.

따라서, 기준 화이트성분을 추출할 수 있으며, 이에 따라 화이트 밸런스를 최적의 상태로 조정할 수 있다.

Description

촬상장치의 화이트성분 추출방법

본 발명은 촬상장치의 화이트성분 추출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비디오 카메라(Video Camera) 또는 디지털 스틸 카메라(Digital Steel Camera) 등과 같은 촬상장치에 있어서, 화이트 밸런스(White Balance)를 최적의 상태로 조정할 수 있도록 광원(Light)에 가장 근접한 화이트성분을 추출하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 캠코더(Camcoder)라 불리는 비디오 카메라는 피사체의 동화상을 연속적으로 촬상하고, 촬상된 화상을 기록매체에 기록하도록 한 장치로서, 아날로그방식의 카메라에 의한 정지화상보다 실감있는 동화상을 제공할 수 있다는 장점 때문에 소비층이 급속하게 확산되었다. 또한, 디지털 스틸 카메라는 앞서 언급한 아날로그 카메라와는 상이하게 정지화상에 대한 화상신호를 전기적인 신호로 변환하여 전기적으로 가공하거나 기록 및 재생하는 등의 작업과정을 수행하는 차세대 비디오 카메라이며, 촬상된 화상신호를 디지털적으로 처리하는 전자 카메라의 일종이다.

반도체 기술의 발전에 힘입어 카메라 제조사들이 디지털신호 처리기술을 응용한 디지털 스틸 카메라를 개발 및 출시하면서 디지털 스틸 카메라가 아날로그 카메라 및 비디오 카메라의 대체 품목으로 주목을 받았다.

이와 같은 디지털 스틸 카메라 또는 비디오 카메라 등의 촬상장치에 적용된 화이트 밸런스 조정장치로는, 일본국 특허공개공보 제 1988-219291호 혹은 미국특허공보 4,797,733호에 기재된 바와 같이, 화이트 컬러 또는 무채색으로 간주할 수 있는 비디오 화면내의 부분에서 비디오신호를 추출하고, 이 부분의 평균화된 신호의 적색(Red, R) 및 청색(Blue, B) 사이의 비(Rate)가 1로 되고 또는 흑체복사의 색온도변화 궤적에 따르도록 비디오신호의 적색 및 청색성분의 이득을 제어한다.

이러한 종래의 화이트 밸런스 조정장치는 화이트부분의 평균화신호값과 색온도에 있어서의 R－B(＝0)에 대응하는 기준신호값을 비교하는 것에 의해 화이트 밸런스를 조정하기 위한 신호를 발생한다. 이것은 화이트컬러 또는 무채색성분이 있는 경우에 화이트 밸런스를 자동적으로 조정하는데 효과적이다.

한편, 화면내에 화이트컬러 또는 무채색성분이 없는 경우에는 화이트 밸런스가 기준조정상태로 고정된다. 기준조정은 실용적인 조명하에서의 색온도의 변화범위를 관점으로 볼 때 400∼500。K 범위 이내에 설정한다. 따라서, 화면내에 화이트부분이 없고, 자동조정을 실행할 수 없는 경우에는 조명조건에 따라서 오류(Error)의 범위가 확대될 수도 있다.

일본국 특허공개공보 제1988-109686호에 기재된 바와 같이, 시간이 지남에 따른 조명의 색온도변화에 대한 화이트 밸런스 조정응답특성은 적분 색차신호의 시정수, 화이트 밸런스 조정회로의 저역통과 필터 및 카운터 구동펄스의 펄스주기에 의해 고정적으로 결정된다.

이 경우에 조명의 급격한 변화에 대한 고응답성 및 화면의 유채색부분에 대한 안정성을 거의 얻을 수 없다. 다시 말해서, 응답특성만을 향상시키기 위해서 조정속도를 증가시키면 패닝(Panning: 카메라의 이동촬영 때의 화각(Angle of View) 및 피사체의 변화) 또는 동적 피사체에 대한 감도가 너무 높게 되어 안정성이 저하된다.

한편, 안정성을 향상시키기 위하여 조정속도를 감소시키면 높은 조명에서 낮은 조명으로의 피사체의 조명조건의 변화에 대한 평활도를 얻을 수 없다. 그리고, 대부분 고체촬상소자를 갖는 촬상관은 색온도가 3100。K에서는 적색(R)성분은 크고 청색(B)성분은 적다. 반대로, 색온도가 5100。K에서는 적색(R)성분은 적고 청색(B)성분은 크다. 따라서, 적색(R)성분과 청색(B)성분의 크기가 동일하게 화이트 밸런스를 조정하여야 한다.

종래에는 화이트 밸런스를 자동으로 조정하기 위하여 화면전체의 휘도값에 대한 평균값을 산출하여 이를 기준 화이트값으로 설정하였다. 이러한 경우, 여러 가지 색상의 빛(광)들이 혼합된 상태를 화이트성분으로 인식할 가능성이 발생한다. 정교한 화이트 밸런스를 위해서는 정확하고 순수한 화이트성분을 검출하는 것이 매우 중요한 요소임에도 불구하고, 이와 같은 혼합색상이 화이트성분으로 오판될 경우 화이트 밸런스를 정확하게 조정할 수 없다는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 촬상관을 통해 입력된 휘도성분으로부터 정확한 화이트성분을 검출하여 최적의 화이트 밸런스를 조정할 수 있도록 한 촬상장치의 화이트성분 추출방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 적용된 촬상장치의 일예로서 디지털 스틸 카메라의 개략적 블럭도,

도 2는 본 발명에 의한 화이트성분 추출방법의 수행과정을 나타내는 동작흐름도,

도 3에는 도 2의 수행상태를 나타내는 신호파형도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

3: 촬상관 4: 샘플링 및 이득조절부

5: 아날로그/디지털 변환부 6: 신호처리부

7: 마이크로 컴퓨터 UP: 상위한계레벨

BOTTOM: 하위한계레벨 TOP: 상위설정레벨

MAX: 최대레벨

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 촬상소자에 의해 촬상된 피사체에 대응하는 영상신호로부터 휘도신호를 분리하고, 분리된 휘도신호에 대하여 기 설정된 기준레벨로부터 휘도신호의 최대레벨(MAX)이 검출될 때까지 레벨-업하면서 휘도신호의 레벨과 적색 및 청색성분의 레벨값을 검출하며, 휘도신호의 최대레벨(MAX)이 검출되면 검출된 적색성분의 레벨값 중 가장 낮은 레벨의 휘도신호레벨을 추출하여 화이트성분으로 결정하도록 한 점에 있다.

여기서, 기 설정된 기준레벨은 기 설정된 상위설정레벨(TOP)로부터 헥사단위로 30H단계만큼 낮은 휘도레벨이다.

또한, 최대레벨은 기준레벨로부터 레벨-업하면서 휘도성분이 검출되는가를 판단하였을 때 휘도신호가 검출되는 최종레벨을 말한다.

또한, 기준레벨로부터 헥사단위로 1단계씩 레벨-업하면서 휘도신호의 레벨과 적색 및 청색성분의 레벨값을 검출한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1에는 본 발명에 적용된 촬상장치의 일예로서 디지털 스틸 카메라의 개략적 블럭도가 도시되어 있다.

도 1을 보면, 렌즈(1)는 광축방향으로 전진 및 후퇴하면서 피사체를 확대 및 축소하고 피사체의 이미지(Image)를 입력받고, 조리개(2)는 노출정도를 제어한다.

촬상관(3)은 조리개(2)를 통해 입사되는 피사체의 이미지를 수직동기펄스에 따라 전기적인 영상신호로 변환하며, 통상 전하결합소자(CCD: Charge Coupled Device)가 사용된다. 샘플링 및 이득조절부(4)는 촬상관(3)에서 변환된 전기적인 영상신호를 수평동기펄스에 의해 상호연관 샘플링하고 이득을 조절하며, 아날로그/디지털 변환부(5)는 샘플링 및 이득조절부(4)에서 이득조절된 영상신호를 디지털화한다.

신호처리부(6)는 아날로그/디지털 변환부(5)에서 변환된 디지털 영상데이터를 신호처리함과 동시에 마이크로 컴퓨터(7)로부터 입력된 화이트 밸런스 조정신호에 대응하여 영상데이터의 화이트 밸런스를 조정한다. 여기서, 신호처리부(6)는 디지털 영상데이터를 신호처리하는 과정에서 추출되는 휘도신호를 마이크로 컴퓨터(7)로 전달하고, 마이크로 컴퓨터(7)의 분석결과에 따른 화이트성분을 기초로 하여 화이트 밸런스를 조정한다.

마이크로 컴퓨터(7)는 디지털 스틸 카메라의 소정위치에 장착된 화이트 밸런스 조정키(8)와 셔터(9)의 입력여부에 따라 화이트 밸런스를 조정하기 위한 조정신호와 피사체를 촬상하기 위한 제어신호를 발생하고, 디지털 스틸 카메라의 전체동작을 제어한다. 특히, 마이크로 컴퓨터(7)는 신호처리부(6)로부터 입력된 휘도신호로부터 기 설정된 프로그램에 따라 최적의 화이트성분을 검출하고, 검출된 화이트성분에 대응하는 휘도레벨데이터를 신호처리부(6)에 제공하여 화이트 밸런스를 최적의 상태로 조정할 수 있도록 한다.

표시계(10)는 신호처리부(6)에서 신호처리된 영상신호 및 재생신호를 사용자가 육안으로 식별할 수 있도록 표시하며, 데이터 압축/복원부(11)는 마이크로 컴퓨터(7)의 제어신호에 따라 신호처리부(6)에서 신호처리되고 화이트 밸런스의 조정작업이 완료된 영상데이터를 소정비율로 압축하여 기록매체(12)에 기록함과 동시에, 기록매체(12)로부터 재생된 압축데이터를 표시계(10)에 표시가능한 형태로 복원한다.

그리고, 타이밍 제어부(13)는 마이크로 컴퓨터(7)의 제어신호에 따라 샘플링 및 이득조절부(4)에서 요구하는 샘플링시점을 제어하고, 피사체를 촬상하기 위한 수평동기신호를 발생한다.

수직동기신호 발생부(14)는 타이밍 제어부(13)로부터 출력된 수평동기신호로부터 수직동기신호를 발생하여 촬상관(3)에 제공함으로써, 피사체의 촬상시점과 전하결합소자의 전하축적시간을 동기화시킨다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 본 발명은 동작을 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 디지털 스틸 카메라의 일반적인 동작상태는 이미 공지된 기술에 속하므로 이에 대한 설명은 간략화하거나 생략하기로 하고, 본 발명에 직접 및 간접적으로 관련된 동작관계에 대해 집중적으로 기술하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 의한 화이트성분 추출방법의 수행과정을 나타내는 동작흐름도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 수행상태를 나타내는 신호파형도가 도시되어 있다.

사용자가 화이트 밸런스를 조정하기 위하여 화이트 밸런스 조정키(8)를 입력하면 촬상관(3)에 동작전원이 공급되고, 촬상관(3)내의 전하결합소자에 의해 포착된 피사체에 대응하는 영상신호가 출력된다(S1). 이때, 타이밍 제어부(13)는 마이크로 컴퓨터(7)의 제어에 의해 수평동기펄스를 발생하여 샘플링 및 이득조절부(4)와 수직동기신호 발생부(14)에 각각 공급하며, 수직동기신호 발생부(14)에서 발생된 수직동기신호가 촬상관(3)에 공급됨에 따라 한 화면분량의 영상신호에 대한 수직동기가 이루어진다.

촬상관(3)에서 출력된 영상신호는 샘플링 및 이득조절부(4)를 통해 기 설정된 샘플링주파수로 샘플링되고 이후, 이득조절값에 의해 소정레벨로 이득조정된다. 이때, 샘플링시점은 타이밍 제어부(13)에서 발생한 타이밍 제어신호에 의해 결정된다. 이와 같이 이득조절된 영상신호는 아날로그/디지털 변환부(5)를 통해 디지털화된 영상데이터로 변환된 후 신호처리부(6)에 제공된다.

신호처리부(6)는 입력된 영상데이터로부터 휘도성분과 색성분을 각각 분리하고, 분리된 휘도성분을 마이크로 컴퓨터(7)에 제공한다(S2). 마이크로 컴퓨터(7)는 신호처리부(6)로부터 제공되는 휘도성분을 이용하여 최적의 화이트성분을 검출한다.

즉, 휘도신호의 레벨은 도 3에 도시된 바와 같이 상위한계레벨(UP)과 하위한계레벨(BOTTOM) 사이에 존재하게 되는데, 상위한계레벨(UP)로부터 소정값만큼 낮은 휘도레벨을 상위설정레벨(TOP)로 기 설정하고, 상위설정레벨(TOP)로부터 30H(Hexa)단계(헥사값(16진수)을 기준으로 함)만큼 낮은 레벨을 기준레벨로 하여(S3) 이 기준레벨로부터 최대레벨(MAX)까지 한 단계씩 순차적으로 레벨-업(Level-Up)시키면서 휘도성분의 검출여부를 판단함과 동시에 휘도성분에 포함된 적색(R) 및 청색(B)성분을 레벨값을 검출한다(S4).

여기서, 기준레벨을 상위설정레벨(TOP)로부터 30H단계 낮은 레벨로 설정한 이유는 다음과 같다.

(1) 기준레벨이 상위설정레벨(TOP)로부터 30H단계보다 더 낮은 레벨(예컨대, 40H단계)로 설정된 경우는 화이트성분이 적고 색성분(R, B)이 크므로, 화이트성분의 변화량이 커져 최적의 화이트성분을 검출하기가 난해하다. 화이트성분의 변화량이 커지면 이 변화량을 모두 실시간으로 처리하기 위하여 매우 빠른 속도의 프로세서가 요구되는데, 현실적으로 이러한 고속의 프로세서를 실현한다는 것이 매우 난해하며, 또한 고가의 프로세서를 장착함에 따라 경비부담이 가중된다.

(2) 기준레벨이 상위설정레벨(TOP)로부터 30H단계보다 더 높은 레벨(예컨대, 20H단계)로 설정된 경우는 휘도성분이 검출되지 않는 경우가 발생한다. 이는 화이트성분을 추출할 수 없는 경우를 의미하며, 결과적으로 화이트 밸런스 조정작업을 수행할 수 없다는 결론에 도달한다.

따라서, 기준레벨을 설정함에 있어서, 상위설정레벨(TOP)로부터 30H단계 낮은 레벨로 설정하는 것이 매우 효과적이다.

이후, 휘도성분이 검출되는 최대레벨(MAX)까지 이와 같은 과정을 반복 수행하고(S5), 레벨-업과정이 최대레벨(MAX)까지 도달하면 현재까지 검출된 각 단계별 휘도레벨과 적색(R) 및 청색(B)레벨을 각각 비교하여 적색(R)레벨이 가장 낮은 단계의 휘도레벨을 화이트성분으로 결정한다(S6). 이때, 적색(R)레벨이 가장 낮은 단계의 휘도레벨을 화이트성분으로 결정하는 이유는 적색레벨이 가장 낮은 신호성분(예컨대, 마젠타(Magenta))에서 색감도가 가장 우수하여 동일한 화이트레벨에서 시각적으로 화이트레벨이 가장 높게 인식되기 때문이다. 따라서, 시각적으로 가장 우수한 화이트성분을 검출할 수 있다.

한편, 이러한 과정은 디지털 스틸 카메라 이외에 아날로그방식의 비디오 카메라에서도 동일하게 적용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

결국, 본 발명에 의한 촬상소자의 화이트성분 추출방법에 따르면 다음과 같은 이점이 있다.

즉, 촬상된 영상신호로부터 휘도신호를 분리하고, 기 설정된 기준레벨로부터 휘도신호의 최대레벨(MAX)까지의 각 단계별 휘도레벨 및 적색(R)과 청색(B)레벨을 검출한 후, 각 단계별 적색(R)레벨이 가장 낮은 휘도레벨을 추출하여 기준 화이트값으로 설정함으로써, 최적의 화이트성분을 추출할 수 있다. 이에 따라, 화이트 밸런스의 조정오차를 극소화할 수 있다.

Claims (4)

1. 촬상소자에 의해 촬상된 피사체에 대응하는 영상신호로부터 휘도신호를 분리하는 단계;

   상기 분리단계에서 분리된 상기 휘도신호에 대하여 기 설정된 기준레벨로부터 상기 휘도신호의 최대레벨(MAX)이 검출될 때까지 레벨-업하면서 상기 휘도신호의 레벨과 적색 및 청색성분의 레벨값을 검출하는 단계;

   상기 휘도신호의 최대레벨(MAX)이 검출되면 상기 검출단계에서 검출된 상기 적색성분의 레벨값 중 가장 낮은 레벨의 상기 휘도신호레벨을 추출하여 화이트성분으로 결정하는 단계를 포함하는 촬상소자의 화이트성분 추출방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기 설정된 기준레벨은,

   기 설정된 상위설정레벨(TOP)로부터 헥사단위로 30H단계만큼 낮은 휘도레벨인 것을 특징으로 하는 촬상소자의 화이트성분 추출방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 최대레벨은,

   상기 기준레벨로부터 레벨-업하면서 상기 휘도성분이 검출되는가를 판단하였을 때 상기 휘도신호가 검출되는 최종레벨인 것을 특징으로 하는 촬상소자의 화이트성분 추출방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 검출단계는,

   상기 기준레벨로부터 헥사단위로 1단계씩 레벨-업하면서 상기 휘도신호의 레벨과 상기 적색 및 청색성분의 레벨값을 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 촬상소자의 화이트성분 추출방법.