KR20010013304A - Extended dynamic range imaging system and method - Google Patents

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KR20010013304A
KR20010013304A KR19997011299A KR19997011299A KR20010013304A KR 20010013304 A KR20010013304 A KR 20010013304A KR 19997011299 A KR19997011299 A KR 19997011299A KR 19997011299 A KR19997011299 A KR 19997011299A KR 20010013304 A KR20010013304 A KR 20010013304A
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나다니엘 제이. 맥카프레이
도날드 제이. 사우어
피터 에이. 레빈
프란시스 피. 판투소
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윌리암 제이. 버크
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Abstract

In one embodiment, an imager (201) has an array of photodetectors, each of which accumulates charge during an integration period as a result of light detected during the integration period, the array having a charge capacity which increases during the integration period. A charge capacity controller (202) coupled to the imager (201) adjusts how the imager (201) increases the charge capacity of the array based upon the brightness distribution detected by the imager (201) during at least one previous integration period.In one embodiment, an imager (201) has an array of photodetectors, each of which accumulates a charge during an integration period as a result of light detected during the integration period, the array having a charge capacity that increases during the integration period. A charge capacity controller (202) coupled to the imager (201) adjusts how the imager (201) increases the array capacity charge based on the brightness distribution detected by the imager (201) during at least one previous integration period.

Description

영상 시스템의 동적 범위를 확장하기 위한 시스템 및 방법{EXTENDED DYNAMIC RANGE IMAGING SYSTEM AND METHOD}System and method for extending the dynamic range of an imaging system {EXTENDED DYNAMIC RANGE IMAGING SYSTEM AND METHOD}

오늘날에는 전하 결합장치(CCD) 영상 센서 및 상보형 금속 산화물 반도체 CMOS 영상 센서를 포함하는 다양한 형태의 영상기 또는 영상 센서가 사용되고 있다. 이들 장치는 전형적으로 각각 CCD 및 CMOS 영상 시스템에 통합된다. 이러한 시스템은 화소 어레이를 포함하며, 각각의 화소 어레이는 CCD와 같은 광 감지 센서 엘리먼트를 포함하거나, 또는 CMOS 영상 센서의 경우에 가상 게이트 매립형 n-채널 광검출기, N+ - p-기판 광다이오드 또는 광게이트 검출기를 포함한다. 이러한 광 감지 센서 엘리먼트는 여기에서는 광검출기로써 언급될 것이다.Various types of imagers or image sensors are in use today, including charge coupled device (CCD) image sensors and complementary metal oxide semiconductor CMOS image sensors. These devices are typically integrated into CCD and CMOS imaging systems, respectively. Such a system comprises a pixel array, each pixel array comprising a light sensing sensor element such as a CCD, or in the case of a CMOS image sensor a virtual gate buried n-channel photodetector, an N + -p-substrate photodiode or light A gate detector. Such photosensitive sensor elements will be referred to herein as photodetectors.

이러한 장치에서, 광검출기는 광검출기의 관련 감지 영역 근처의 광 강도에 따라 광 집적기간동안 전하 및 전압을 축적한다. 전하가 축적됨에 따라, 광검출기는 충전되기 시작한다. 광검출기에 저장된 전하는 때때로 CCD 형 광검출기의 "전하 우물(well)"에 저장되는 것으로 말하여 진다. 만일 광검출기가 전하에 의해 완전히 충전된다면, 초과 전하는 블루밍(blooming)을 부분적으로 방지하기 위하여 차단된다. 불루밍은 화소 포화 이상의 초과 전하가 인접 화소쪽으로 확산하여 블루링 및 관련 영상 인조잡상을 유발하는 현상이다. 그러나, 만일 집적기간의 끝 그리고 임의의 추가 광자가 광검출기를 때리기 전에 광검출기가 완전히 충전된다면, 추가적으로 전하가 축적되지 않을 수 있다. 따라서, 예를들어, 만일 매우 밝은 광이 광검출기에 공급되면, 이는 광검출기가 집적기간 끝 전에 완전히 충전되어 정보가 포화 및 손실되도록 한다.In such a device, the photodetector accumulates charges and voltages during the light integration period depending on the light intensity near the relevant sensing area of the photodetector. As the charge accumulates, the photodetector begins to charge. The charge stored in the photodetector is sometimes referred to as being stored in the "charge well" of the CCD photodetector. If the photodetector is fully charged by charge, excess charge is blocked to partially prevent blooming. Blooming is a phenomenon in which excess charge above pixel saturation diffuses toward adjacent pixels, causing blue rings and associated image artifacts. However, if the photodetector is fully charged before the end of the integration period and before any additional photons hit the photodetector, additional charge may not accumulate. Thus, for example, if very bright light is supplied to the photodetector, this causes the photodetector to be fully charged before the end of the integration period so that the information is saturated and lost.

1976년 4월 27일에 허여된 Levine("Levine")의 미합중국 특허 제 3,953,733호에는 상기와 같은 문제점을 막기 위하여 CCD 영상기를 동작시키는 방법이 개시되어 있으며, 상기 특허는 여기에 참조에 의해 통합된다. CCD의 전극에 공급된 전압은 공핍영역이 전극 아래에 형성되도록 하며, 이는 주어진 최대 전하 용량의 "전위 우물" 또는 전하 우물을 형성한다. 가장 큰 전극전압은 대응하게 큰 전하용량 우물이 형성되도록 한다. CCD 전극 전압과 같이 광검출기의 최대 전하 용량을 제어하는 전압은 전하 용량 제어 전압으로써 언급되며, 광검출기에 축적될 수 있는 최대 전하는 광검출기의 전하 용량으로써 언급될 것이다. 전하 용량 제어전압은 때때로 블루밍 장벽 전압으로써 언급된다. 왜냐하면, 전하 용량 제어전압은 광의 과부하동안 인접 화소쪽으로 확산하는 전하를 막기 위하여 화소 광다이오드로부터 전하를 제거하는 블루밍 드레인으로써 동작하기 때문이다.US Patent No. 3,953,733 to Levine (“Levine”), issued April 27, 1976, discloses a method of operating a CCD imager to prevent such problems, which is incorporated herein by reference. . The voltage supplied to the electrodes of the CCD causes a depletion region to form below the electrode, which forms a "potential well" or charge well of a given maximum charge capacity. The largest electrode voltage causes a correspondingly large charge capacity well to form. The voltage that controls the maximum charge capacity of the photodetector, such as the CCD electrode voltage, is referred to as the charge capacity control voltage, and the maximum charge that can accumulate in the photodetector will be referred to as the charge capacity of the photodetector. The charge capacitance control voltage is sometimes referred to as the blooming barrier voltage. This is because the charge capacitance control voltage operates as a blooming drain that removes charge from the pixel photodiode to prevent charge from diffusing to adjacent pixels during light overload.

전형적으로, 공급된 전하 용량 제어전압은 집적 기간 전반에 걸쳐 일정하여, 주어진 전하 용량은 영상기 어레이의 각 화소에 대한 집적 기간 전반에 걸쳐 유지된다. Levine의 특허에서, 전하 용량 제어전압은 CCD 영상기의 광 동적범위를 증가시키기 위하여 집적 기간동안 변화된다. 예를들어, 일 실시예에서, Levine 특허는 집적 기간의 끝 근처에서 이산 스텝에서 전하 용량 제어전압을 증가시킴으로써 비선형 형식으로 전하 용량 제어전압(전하 용량)을 증가시키는 방법을 개시하고 있다. Levine 특허는 연속적으로 증가하는 전하 용량 제어 전압을 실행하는 다중 이산 스텝을 사용하여 또는 전하 용량 제어 전압 파형을 증가시키고 이러한 파형의 기울기를 증가시키는 방식을 사용하여, 영상 시스템의 동작 범위를 확장시키기 위하여 집적 기간의 끝 근처에서 전하 용량 제어전압 및 전하 용량을 증가시키는 다른 방법을 개시하고 있다.Typically, the supplied charge capacitance control voltage is constant throughout the integration period such that a given charge capacity is maintained throughout the integration period for each pixel of the imager array. In Levine's patent, the charge capacitance control voltage is changed during the integration period to increase the optical dynamic range of the CCD imager. For example, in one embodiment, the Levine patent discloses a method of increasing the charge capacity control voltage (charge capacity) in a non-linear fashion by increasing the charge capacity control voltage in discrete steps near the end of the integration period. The Levine patent uses multiple discrete steps to execute a continuously increasing charge capacitance control voltage, or by increasing the charge capacitance control voltage waveform and increasing the slope of the waveform to extend the operating range of the imaging system. Another method of increasing the charge capacity control voltage and charge capacity near the end of the integration period is disclosed.

그러나, 비록 이 방법이 주어진 영상기의 동적 범위를 확장시키기 위하여 사용될지라도, 확장된 동적 범위는 주어진 프레임에 대해 이용될 수 없다. 예를들어, 주어진 장면은 상당히 어두워서, 콘트라스트 비 및 장면 정보 내용을 손실시키면서 동적범위를 낭비한다. 이는 예를들어 감시용 영상 시스템의 경우에 발생한다.However, although this method is used to extend the dynamic range of a given imager, the extended dynamic range cannot be used for a given frame. For example, a given scene is quite dark, which wastes dynamic range while losing contrast ratio and scene information content. This occurs for example in the case of surveillance imaging systems.

본 발명은 영상 시스템, 특히 영상 시스템의 동적범위를 확장하기 위하여 집적기간의 끝 부분에서 광검출기의 전하 용량을 증가시키는 영상 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an imaging system, in particular an imaging system that increases the charge capacity of a photodetector at the end of an integration period to extend the dynamic range of the imaging system.

도 1A-C는 본 발명의 실시예에 따라 영상기의 동적 범위를 확장하는 방법을 기술하는 파형도.1A-C are waveform diagrams illustrating a method of extending the dynamic range of an imager in accordance with an embodiment of the invention.

도 2는 본 발명에 따라 시스템의 동적 범위를 확장하기 위하여 사용된 전하 용량 제어 전압 함수를 동적으로 결정하는 비디오 처리 시스템의 블록도.2 is a block diagram of a video processing system that dynamically determines a charge capacity control voltage function used to extend the dynamic range of the system in accordance with the present invention.

도 3은 도 2의 비디오 처리시스템의 동작 방법을 기술하는 전형적인 히스토그램.3 is a typical histogram illustrating a method of operation of the video processing system of FIG.

본 발명은 영상 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 영상기는 광검출기의 어레이를 가지며, 각각의 어레이는 집적기간동안 검출된 광의 결과로써 집적기간동안 전하를 축적하며 집적기간동안 증가하는 전하 용량을 가진다. 영상기에 접속된 전하 용량 제어기는 영상기가 적어도 하나의 이전 집적기간동안 영상기에 의해 검출된 명암값 분포에 기초하여 어레이의 전하 용량을 증가시키는 방식을 조절한다.The present invention relates to an imaging system and method. In one embodiment of the invention, the imager has an array of photodetectors, each array accumulating charge during integration as a result of light detected during integration and having increasing charge capacity during integration. The charge capacity controller connected to the imager adjusts the manner in which the imager increases the charge capacity of the array based on the intensity distribution detected by the imager during at least one previous integration period.

이하에서는 도면을 참조로하여 본 발명을 더 상세히 설명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1A-C에는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상기의 동적범위를 확장시키는 방법을 기술하는 파동도가 도시되어 있다. 각각의 도 1A-C는 시간에 대한 상대 신호 전하의 그래프에서 3개의 광 광레벨을 도시하고 있으며, 여기서 I3는 가장 강한 광 레벨이며, I2는 양한 강도의 광레벨이다. 상대 신호 전하는 주어진 일정 강도에 응답하여 광다이오드의 전하 축적 영역 또는 우물에 축적된 전하이다. 시간은 전형적으로 1/30 또는 1/67 초인 집적기간의 t=0 내지 t=100%으로 도시되어 있다. 상대 신호 전하는 범위 0.0 내지 1.0 범위로 도시되어 있으며, 여기서 1.0은 광검출기의 포화를 지시하는 광검출기의 최대 전하 용량을 나타낸다.1A-C show wave diagrams describing a method for extending the dynamic range of an imager in accordance with one embodiment of the present invention. Each of FIGS. 1A-C shows three light levels in the graph of relative signal charge over time, where I3 is the strongest light level and I2 is the light level of positive intensity. The relative signal charge is the charge accumulated in the charge accumulation region or well of the photodiode in response to a given constant intensity. The time is shown as t = 0 to t = 100% of the integration period, which is typically 1/30 or 1/67 seconds. The relative signal charge is shown in the range 0.0 to 1.0, where 1.0 represents the maximum charge capacity of the photodetector indicating the saturation of the photodetector.

도 1A는, 종래의 광검출기가 동작하는 것과 마찬가지로, 고정된 전하 용량 제어전압이 전체 집적기간동안 공급되는 광레벨 I1, I2 및 I3에 대한 집적기간동안 시간 대 상대 신호 전하를 도시하고 있다. 기술된바와같이, 높은 광레벨 I2 및 I3 둘다는 집적기간이 완료되기 전에 포화된다. 왜냐하면, 각각은 광검출기의 전하 용량이 초과되도록 하기 때문이다. 따라서, 광 레벨 I2 및 I3 둘다는 비록 그들이 다를지라도 광검출기로부터 판독된 동일한 신호에서 발생된다. 따라서, 광 레벨 I2 및 I3 둘다가 집적기간의 끝 전에 포화되기 때문에, 발생된 영이 이들 광 레벨 이상에서 임의의 광 레벨을 상세히 디스플레이하는 것이 가능하다. 전체 집적기간동안 임의의 일정한 전하 용량 제어 전압에서 동작하도록 구성된 광검출기의 어레이는 광 레벨 I1, I2 및 I3가 모드 측정될 수 있도록 충분한 동적 범위를 가지지 않는다.Figure 1A shows time versus relative signal charge during integration periods for light levels I1, I2 and I3, where a fixed charge capacitance control voltage is supplied for the entire integration period, as does a conventional photodetector. As described, both high light levels I2 and I3 saturate before the integration period is completed. This is because each causes the charge capacity of the photodetector to be exceeded. Thus, both light levels I2 and I3 occur in the same signal read from the photodetector, although they are different. Thus, since both light levels I2 and I3 are saturated before the end of the integration period, it is possible for the generated zero to display any light level in detail above these light levels. The array of photodetectors configured to operate at any constant charge capacitance control voltage during the entire integration period does not have sufficient dynamic range for the light levels I1, I2 and I3 to be mode measured.

이는 장면내 동적 범위가 동적 범위를 초과하여 포화 또는 불루밍되어 결과적으로 정보를 손실시킬 수 있는 감시목적과 같은 포화의 경우일 수 있다. 만일 영상기 렌즈가 기계적인 이리스를 조절하여 조절된다면, 이는 모든 3개의 광레벨 I1, I2 및 I3의 기울기를 효율적을 낮게 하여 그들이 포화되지 않도록 하며 또한 정보의 손실을 야기할 수 있는 영상의 어두운 영역에서의 신호 대 잡음비가 감소된다.This may be the case for saturation, such as for surveillance purposes where the dynamic range in the scene may saturate or bloom beyond the dynamic range, resulting in loss of information. If the imager lens is adjusted by adjusting the mechanical iris, this effectively lowers the slope of all three light levels I1, I2 and I3 so that they do not saturate and may also cause loss of information. The signal-to-noise ratio at is reduced.

따라서, Levine 특허에서 앞서 기술된 바와같이, 집적기간동안 임의의 방식으로 전하 용량 제어전압을 측정하는 전하 용량 제어 전압함수를 사용하여 영상 시스템의 동적 범위를 확장하는 것이 유용하다. 본 발명의 일 실시예에서, 전하 용량 제어 전압 함수는 제 1 전하 용량 제어 전압 V1이 집적 기간의 제 1 부분동안 광검출기에 공급되고 높은 전하 용량 제어 전압 V2가 집적기간의 제 1 부분 다음부터 집적기간의 끝까지 광검출기에 공급되는 2 스텝의 비선형 전압 함수이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전압은 최대 전하 용량 제어전압이며, 즉 전압 V2는 광검출기가 최대 전하 용량을 가지도록 하며, 전압 V1은 전압 V2의 일부분이어서 광검출기가 최대 전하 용량의 대응 부분인 전하 용량을 가지도록 한다.Thus, as previously described in the Levine patent, it is useful to extend the dynamic range of an imaging system using a charge capacity control voltage function that measures the charge capacity control voltage in any manner during the integration period. In one embodiment of the invention, the charge capacitance control voltage function is such that the first charge capacitance control voltage V1 is supplied to the photodetector during the first portion of the integration period and the high charge capacitance control voltage V2 is integrated after the first portion of the integration period. It is a two-step nonlinear voltage function supplied to the photodetector up to the end of the period. In one embodiment of the invention, the voltage is the maximum charge capacity control voltage, that is, voltage V2 causes the photodetector to have the maximum charge capacity, and voltage V1 is part of the voltage V2 such that the photodetector is the corresponding portion of the maximum charge capacity. Have a phosphorus charge capacity.

따라서, 전하 용량 제어 전압 V1은 집적기간의 특정 부분인 제 1 기간동안 공급되며, 전하 용량 제어 전압 V2는 제 1 기간후 집적기간의 나머지 기간과 동일한 제 2 기간동안 공급된다. 전압 V1이 공급되는 제 1 기간의 길이를 증가시키고 V2가 공급되는 제 2 시간을 감소시킴으로써, 높은 전체 동적범위가 얻어질 수 있다.Thus, the charge capacitance control voltage V1 is supplied during the first period which is a specific part of the integration period, and the charge capacity control voltage V2 is supplied during the second period equal to the remaining period of the integration period after the first period. By increasing the length of the first period in which the voltage V1 is supplied and decreasing the second time in which V2 is supplied, a high overall dynamic range can be obtained.

본 발명에서, 전하 용량 제어 전압 함수는 장면의 콘트라스트 비 및 정보 내용을 최대로 하면서 포화를 막기 위하여 충분한 동적 범위를 제공하도록 변화된다. 앞서 기술된 2 스텝 비선형 전압 함수에서, 전하 용량 제어 전압 함수는 집적기간이 제 1 및 제 2 기간사이에서 분할되는 방법을 변경시킴으로써 변화된다. 더 넓은 동적 범위는 높은 강도의 광 레벨에 대한 콘트라스트 정보의 어느 정도의 손실을 감수하면서 제 1 기간을 길게하고 제 2 기간을 짧게 함으로써 얻어질 수 있다. 최대 전하 용량 제어전압이 전체 집적기간동안 공급되는 경우 포화되며그들이 제 2 기간동안 추가 전하를 부가하지 않기 때문에 포화되지 않는 강한 광레벨은 그들이 낮은 강도의 광레벨보다 짧은 기간동안 광검출기에 여분의 전하를 부가하기 때문에 "압축"으로써 언급될 수 있다.In the present invention, the charge capacity control voltage function is changed to provide sufficient dynamic range to prevent saturation while maximizing the contrast ratio and information content of the scene. In the two step nonlinear voltage function described above, the charge capacity control voltage function is changed by changing the way in which the integration period is divided between the first and second periods. A wider dynamic range can be obtained by lengthening the first period and shortening the second period while taking some loss of contrast information for high intensity light levels. When the maximum charge capacity control voltage is supplied for the entire integration period, it is saturated, and because they do not add additional charge during the second period, the unsaturated strong light level causes extra charge in the photodetector for a period shorter than the low intensity light level. It may be referred to as "compression" because it adds.

따라서, 전하 용량 제어전압 V1은 시간 t=0 내지 t1에서 공급되며, 전하 용량 제어전압 V2는 시간 Δt1동안 공급되며, 여기서 Δt1은 집적기간의 시간 t1 과 끝사이의 기간이다. v1이 공급되는 기간 t1을 증가시키고 V2가 공급되는 시간 Δt1을 감소시킴으로써, 보다 높은 전체 동적 범위가 얻어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 주어진 제 1 전하 용량 제어전압 V1 및 제 2 전하 용량 제어 전압 V2에 대하여, 전하 용량 제어 전압 함수는 시간 t1이 발생할때를 변경시킴으로써 변화된다.Thus, the charge capacitance control voltage V1 is supplied at times t = 0 to t1, and the charge capacitance control voltage V2 is supplied for the time Δt1, where Δt1 is the period between the time t1 and the end of the integration period. By increasing the period t1 in which v1 is supplied and decreasing the time Δt1 in which V2 is supplied, a higher overall dynamic range can be obtained. Thus, in one embodiment of the present invention, for a given first charge capacity control voltage V1 and a second charge capacity control voltage V2, the charge capacity control voltage function is changed by changing when time t1 occurs.

이러한 전하 용량 제어 전압 함수는 전압 V1이 전압 V2로 변화하는 다른 시간을 각각 가진 도 1B 및 도 1C에 기술된다. 도 1B를 참조하면, 전하 용량 제어 전압 V1은 최대 전하 용량 제어전압 V2의 80%로 설정된다. 전압 V1은 시간 t1에서 전압 V2로 증가된다. 따라서, 시간 t1까지, 가장 큰 전압 V2가 시간 t1 후에 공급될 때 존재하는 최대 전하 용량의 단지 80%인 전하 용량 때문에 포화점이 존재한다. 이는 콘트라스트 전하 용량 제어전압이 전체 집적기간 전반에 걸쳐 사용되는 도 1A에 도시된 실시예를 사용하여 가능하지 않는 광레벨 I2 및 I3사이의 콘트라스트 차이를 허용한다. 이는 비록 광 레벨 I3가 계속 포화될지라도 광레벨 I2가 존재하지 않아 강 레벨 I3이 영상에서 광 레벨을 분할하기 위하여 사용될 수 있는 광 레벨 I2보다 더 많은 광검출기의 전하를 발생시키기 때문이다.This charge capacity control voltage function is described in FIGS. 1B and 1C, respectively, with different times when voltage V1 changes to voltage V2. Referring to FIG. 1B, the charge capacity control voltage V1 is set to 80% of the maximum charge capacity control voltage V2. The voltage V1 is increased to the voltage V2 at time t1. Thus, by time t1, there is a saturation point because of the charge capacity which is only 80% of the maximum charge capacity present when the largest voltage V2 is supplied after time t1. This allows for a contrast difference between light levels I2 and I3 which is not possible using the embodiment shown in FIG. 1A where the contrast charge capacity control voltage is used throughout the entire integration period. This is because even though light level I3 continues to saturate, there is no light level I2 and the strong level I3 generates more photodetector charge than the light level I2 that can be used to divide the light level in the image.

그러나, 광 레벨 I3이 포화되기 때문에, 제 1 기간 t1은 광 레벨 I3 주위의 강도의 광레벨이 서로 구별되도록 하지 않는다. 도 1C에서, 전압 V1은 시간 t1보다 늦은 시간 t2에서 전압 V2로 스위칭된다. 이러한 실시예에서, 광레벨 I2 및 I3는 둘다 포화되지 않아서 I3까지의 모든 광레벨이 서로 구별되도록 한다.However, since the light level I3 is saturated, the first period t1 does not allow the light levels of the intensity around the light level I3 to be distinguished from each other. In Fig. 1C, voltage V1 is switched to voltage V2 at time t2 later than time t1. In this embodiment, the light levels I2 and I3 are both not saturated so that all light levels up to I3 are distinguished from each other.

본 발명에서, 비디오 데이터의 각 프레임이 광검출기의 어레에에서 포착되기 전에, 전하 용량 제어 전압 함수는 장면의 콘트라스트 비 및 정보 내용을 최대로하면서 포착된 장면 또는 영상의 가장 밝은 부분에 대한 포화를 막는 충분한 동적범위를 제공하기 위하여 최적으로 조절된다. 이는 장면내의 가장 밝은 대상물이 영상기의 포화 용량에 도달하도록 제 1 기간을 설정하기 위하여 이전 영상으로부터의 동적 피드백 제어를 사용함으로써 행해진다. 이전 프레임 또는 영상으로부터의 정보는 이전 프레임의 명도값 분포가 포착될 다음 프레임의 명도값 분포의 신뢰성 있는 예측자인 가정에 기초하여 사용된다.In the present invention, before each frame of video data is captured at the photodetector's array, the charge capacity control voltage function provides a saturation for the brightest portion of the captured scene or image while maximizing the contrast ratio and information content of the scene. The membrane is optimally adjusted to provide sufficient dynamic range. This is done by using dynamic feedback control from the previous image to set the first period so that the brightest object in the scene reaches the saturation capacity of the imager. Information from the previous frame or image is used based on the assumption that the brightness value distribution of the previous frame is a reliable predictor of the brightness value distribution of the next frame.

전하 용량 제어 전압을 변경시키면, 화소 전하 용량이 효율적으로 변화되며, 최대 전하 용량의 일부분이 대부분의 프레임 시간동안 집적되도록 하여 집적기간의 끝 근처에서 전하 용량을 최대 전하 용량으로 증가시킴으로써 화소의 동적 범위를 확장할 수 있다. 이는 장면의 밝은 영역 및 어두운 영역에서 상세한 영상을 도시에 발생시킬 수 있다. 전하 용량 제어전압의 동적 조절은 집적기간동안 비선형 광검출 응답을 효율적으로 발생시킨다.Changing the charge capacity control voltage effectively changes the pixel charge capacity, allowing a portion of the maximum charge capacity to be integrated for most of the frame time, thereby increasing the charge capacity to the maximum charge capacity near the end of the integration period. Can be extended. This can generate a detailed image in the city in the bright and dark areas of the scene. Dynamic regulation of the charge capacitance control voltage effectively generates a nonlinear photodetection response during the integration period.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라 시스템의 동적 범위를 확장시키기 위하여 사용되는 전하 용량 제어 전압 함수를 동적으로 결정하는 비디오 처리 시스템)200)의 블록도가 도시되어 있다. 시스템(200)은 광검출기를 각각 가지는 화소의 어레이를 포함하는 영상기(201)를 포함한다. 시스템(200)은 영상기(201)에 접속된 전하 용량 제어기(202)를 더 포함한다. 전하 용량 제어기(202)는 히스토그래머(204), 피드백 함수 발생기(206), 콘트라스트 보정기(205), 히스토그램 등화/투영 블록(207) 및 MUX(210, 211)을 포함한다. 시스템(200)은 전하 용량 제어기(202)의 MUX(211)의 출력에 접속된 출력 모니터(220)를 포함한다. 영상기(201)의 화소 어레이는 예를들어 CCD 또는 CMOS 어레이일 수 있으며, 일 실시예에서 집적 기간동안 각각의 화소에 의해 축적된 전하량에 대응하는 각 화소에 대한 12-비트 출력 화소값(4096 레벨)을 제공한다. 출력 모니터(220)는 8비트 입력 화소 정보를 필요로한다. 히스트그래머(204) 및 콘트라스트 보정기(205)는 라인(212)을 통해 영상기(201)에 접속되거나 접속가능하며, 피드백 함수 발생기(206)는 라인(213)을 통해 영상기(201)에 접속되거나 접속가능하다.2 is a block diagram of a video processing system 200 that dynamically determines a charge capacity control voltage function used to extend the dynamic range of the system in accordance with one embodiment of the present invention. System 200 includes an imager 201 that includes an array of pixels each having a photodetector. The system 200 further includes a charge capacity controller 202 connected to the imager 201. The charge capacity controller 202 includes a histogram 204, a feedback function generator 206, a contrast corrector 205, a histogram equalization / projection block 207, and a MUX 210, 211. System 200 includes an output monitor 220 connected to the output of MUX 211 of charge capacitance controller 202. The pixel array of imager 201 may be, for example, a CCD or CMOS array, and in one embodiment a 12-bit output pixel value 4096 for each pixel corresponding to the amount of charge accumulated by each pixel during the integration period. Level). The output monitor 220 needs 8 bit input pixel information. The histogram 204 and contrast corrector 205 are connected or connectable to the imager 201 via a line 212, and the feedback function generator 206 is connected to the imager 201 via a line 213. Connected or connectable.

포착된 화소의 프레임에 대한 출력 화소정보는 영상기(201)에 의해 버스(212)를 통해 히스트그래머(204) 및 콘트라스트 보정기(205)에 공급된다. 탭 라인(216)은 MUX(210, 211)의 입력으로써 출력 화소정보를 추가로 제공한다. 히스토그래머(204)의 출력은 라인(214)을 통해 피드백 함수 발생기(206)의 입력에 그리고 히스트그램 등화/투영 블록(207)에 공급된다. 피드백 블록은 함수 정보를 라인(213)을 통해 영상기(201)에 제공하며, 역 함수 정보를 콘트라스트 보정기(205)의 입력에 제공한다. 콘트라스트 보정기(205)의 출력은 MUX(210) 및 라인(217)을 통해 히스토그램 등화/투영 블록(207) 및 MUX(211)에 공급된다. 히스토그램 등화/투영 블록(207)의 출력은 라인(218) 및 MUX(211)을 통해 모니터(220)의 입력에 공급된다.The output pixel information for the captured frame of the pixel is supplied by the imager 201 to the histogram 204 and the contrast corrector 205 via the bus 212. The tab line 216 further provides output pixel information as an input of the MUXs 210 and 211. The output of histogram 204 is supplied via line 214 to the input of feedback function generator 206 and to histogram equalization / projection block 207. The feedback block provides function information to imager 201 via line 213 and provides inverse function information to the input of contrast corrector 205. The output of contrast corrector 205 is fed to histogram equalization / projection block 207 and MUX 211 via MUX 210 and line 217. The output of histogram equalization / projection block 207 is supplied to the input of monitor 220 via line 218 and MUX 211.

당업자에게 명백한 바와같이, 전하 용량 제어기(202)의 함수 일부 또는 모두(즉, 히스트그래머(204), 피드백 함수 발생기(206), 콘트라스트 보정기(205), 히스토그램 등화/투영 블록(207), 및 MUX(210, 211)은 전용 디지털 신호 처리 하드웨어, 특정 응용 집적회로(ASIC)에 의해 또는 적절히 프로그램된 범용 컴퓨터 프로세서에 의해 실시간으로 실행될 수 있다.As will be apparent to those skilled in the art, some or all of the functions of the charge capacity controller 202 (ie, histogram 204, feedback function generator 206, contrast corrector 205, histogram equalization / projection block 207, and MUXs 210 and 211 may be executed in real time by dedicated digital signal processing hardware, by a specific application integrated circuit (ASIC), or by a suitably programmed general purpose computer processor.

시스템(200)은 영상기(201)의 실행을 최적화하기 위하여 전하 용량 제어 전압 함수를 동적으로 조절하기 위하여 다음과 같이 동작한다. 첫째, 장면(프레임 0)은 영상기(201)에 의해 포착되며, 히스토그래머(204)에 공급된다. 당업자에게 명백한 바와같이, 히스토그래머는 화소의 그레이 레벨, 즉 명암값 또는 강도를 나타내는 "빈"에 수신된 화소를 정렬시킨다. 따라서, 히스토그래머(204)는 주어진 프레임의 전역 명암값 분포를 나타내는 정보를 포함하는 히스토그램을 제공한다. 이러한 분포로부터, 전하 용량 제어 전압 함수는 영상기(201)의 그레이 스케일 해상도의 전체 4096 레벨로 다음 영상을 확장 또는 압축시키기 위하여 조절될 수 있다.The system 200 operates as follows to dynamically adjust the charge capacitance control voltage function to optimize the performance of the imager 201. First, the scene (frame 0) is captured by imager 201 and supplied to histogram 204. As will be apparent to those skilled in the art, the histogram aligns the received pixels to the gray level of the pixel, i. Thus, histogram 204 provides a histogram that includes information indicative of the global intensity distribution of a given frame. From this distribution, the charge capacity control voltage function can be adjusted to expand or compress the next image to the full 4096 level of the gray scale resolution of the imager 201.

피드백 함수 발생기(206)는 다음 프레임을 포착하기 위하여 영상기(201)에 대한 제 1 기간을 설정하는 함수 정보를 발생시켜서, 프레임(0)에서 가장 밝은 대상물의 레벨에서의 광이 영상기의 포화지점에 도달하도록 한다. 광이 주어진 레벨에 도달하는 겨우, 영상기의 포화 지점은 집적기간의 끝에서 광검출기가 이러한 레벨의 광이 거의 전체 전하레벨에 도달하도록 하는 것을 의미한다. 따라서, 2 스텝 비선형 전압 함수에 대한 함수 발생기(206)에 의해 발생된 함수 정보는 제 1 전압(V1)이 제 2 전압 V2로 변화되는 집적기간동안의 시간을 나타내는 수이다.The feedback function generator 206 generates function information that sets the first period for the imager 201 to capture the next frame so that light at the level of the brightest object in frame 0 is saturated in the imager. Try to reach the point. Only when the light reaches a given level, the saturation point of the imager means that at the end of the integration period the photodetector causes this level of light to reach almost the full charge level. Therefore, the function information generated by the function generator 206 for the two step nonlinear voltage function is a number representing the time during the integration period in which the first voltage V1 is changed to the second voltage V2.

예를들어, 히스토그램(300)은 대상물(화소의 클러스터)로 고려되는 영상의 가장 밝은 부분의 강도 또는 명암값이 무었인지를 결정하기 위하여 피드백 함수 발생기(206)에 의해 사용될 수 있다. 이러한 분석은 단순히 프레임에서 가장 밝은 화소의 강도 레벨을 사용하는 것보다 오히려 결함있는(항상 흰색) 화소 또는 약간 밝은 화소에 기초하여 결정되는 것을 막기 위하여 행해진다. 따라서, 예를들어, 다음 프레임을 위해 사용되는 전하 용량 제어 전압 함수가 가장 밝은 100 화소의 강도 레벨 또는 그레이 스케일에 기초하는지를 결정하기 위하여 피드백 함수 발생기(206)에 의해 상기와 같은 결정이 행해진다. 따라서, 예를들어, 만일 프레임(0)의 가장 밝은 대상물(단순히 분리된 화소가 아님)이 대략 I2의 상도를 가진다면, 피드백 함수 발생기(206)는 도 1B에 도시된 바와같이 t1보다 약간 늦은 제 1기간을 설정하는 함수 정보를 발생시킨다. 그러나, 만일 프레임(0)의 가장 밝은 대상물이 대략 I3의 강도를 가진다면, 피드백 함수 발생기(206)는 도 1C에 도시된 바와같이 제 1 기간을 대략 t2로 설정하는 함수 정보를 발생시킨다.For example, the histogram 300 may be used by the feedback function generator 206 to determine what the intensity or contrast value of the brightest portion of the image considered as the object (cluster of pixels). This analysis is done to avoid being determined based on defective (always white) pixels or slightly bright pixels rather than simply using the intensity levels of the brightest pixels in the frame. Thus, for example, such a determination is made by feedback function generator 206 to determine if the charge capacity control voltage function used for the next frame is based on the intensity level or gray scale of the brightest 100 pixels. Thus, for example, if the brightest object (not simply a separate pixel) of frame 0 has a roughness of approximately I2, the feedback function generator 206 is slightly later than t1 as shown in FIG. 1B. Function information for setting the first period is generated. However, if the brightest object of frame 0 has an intensity of approximately I3, the feedback function generator 206 generates function information that sets the first period to approximately t2 as shown in FIG. 1C.

따라서, 본 발명의 전하 용량 제어 전압 함수의 동적 조절을 사용함으로써, 포착될 다음 프레임은 영상기의 동적 범위내로 효율적으로 압축되나, 콘트라스트 비 및 장면 정보 내용을 최대화하는데 필요한 최소 내용으로 압축된다.Thus, by using the dynamic adjustment of the charge capacity control voltage function of the present invention, the next frame to be captured is efficiently compressed within the dynamic range of the imager, but to the minimum content necessary to maximize the contrast ratio and scene information content.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 영상기(201)는 함수 발생기(206)에 의해 제공된 함수 정보에 따라 집적기간동안 전하 용량 제어전압을 제어한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 함수 발생기(206)는 발생된 함수에 따라서 집적기간동안 라인(213)을 통해 영상기(201)에 전하 용량 제어전압을 직접 제공한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 피드백 함수 발생기(206)는 프레임(0)에서 가장 밝은 대상물의 레벨에서의 광만이 영상기를 포화시키지 않도록 하기 위하여 그러나 이 레벨에서의 광이 개략적으로 또는 정확하게 영상기를 포화시키도록 하지 않기 위하여 함수 정보를 발생시킨다.In one embodiment of the invention, the imager 201 controls the charge capacitance control voltage during the integration period in accordance with the function information provided by the function generator 206. In another embodiment of the present invention, function generator 206 provides a charge capacitance control voltage directly to imager 201 through line 213 during the integration period in accordance with the generated function. In yet another embodiment of the present invention, the feedback function generator 206 is configured so that only light at the level of the brightest object in frame 0 does not saturate the imager, but the light at this level is roughly or accurately imaged. Generate function information in order not to saturate the group.

시스템(200)은 포착된 비디오 프레임에 대한 신호처리를 필수적으로 더 제공한다. 첫째, 전하 용량 제어 전압의 동적 조절이 집적기간동안 비선형 광검출 응답을 효율적으로 발생시키기 때문에 이 함수의 역함수는 피드백 함수 발생기(206)에 의해 발생되며 콘트라스트 보정기(205)에 공급된다. 이는 전하가 화소에 의해 지시된 전하를 야기하는 대응하는 광 강도 레벨에 적합하게 매핑되도록 축적되는 비선형 방식을 허용한다. 이는 화소 칼라가 다음 영상 센서 엘리먼트에 의해 표현되는 칼라 영상에 필수적인 실제 칼라 및 콘트라스트 표현을 유지하는데 도움이 된다. 콘트라스트 보정은 여러 센서 엘리먼트가 칼라 화소를 만들기 위하여 결합될 때 중요하다. 만일 하나의 칼라 성분(예를들어, 적색)을 포함하는 하나의 센서 엘리먼트가 낮은 휘도를 가진다면, 적색은 압축되지 않는 반면에 다른 엘리먼트(예를들어 청색)는 불균형 압축에 대한 보정없이 압축되며, 검출된 칼라는 장면의 실제 표현이 아니다. 각각의 화소에 대한 역함수를 실행함으로써, 이 경우의 적색 화소는 일정하게 유지되며 청색 화소는 센서 엘리먼트의 휘도사이의 콘트라스트를 복구하기 위하여 복원된다.System 200 essentially further provides signal processing for captured video frames. First, the inverse of this function is generated by the feedback function generator 206 and supplied to the contrast corrector 205 because the dynamic adjustment of the charge capacitance control voltage efficiently generates a nonlinear photodetection response during the integration period. This allows a non-linear manner in which charge is accumulated to suitably map to the corresponding light intensity level causing the charge directed by the pixel. This helps to keep the actual color and contrast representations that the pixel color is essential for the color image represented by the next image sensor element. Contrast correction is important when several sensor elements are combined to make color pixels. If one sensor element containing one color component (e.g. red) has a low brightness, the red is not compressed while the other element (e.g. blue) is compressed without correction for unbalanced compression. However, the detected color is not a real representation of the scene. By executing the inverse function for each pixel, the red pixel in this case is kept constant and the blue pixel is restored to recover the contrast between the luminance of the sensor elements.

이 콘트라스트 보정은 콘트라스트가 유지되기위히여 필요하고 영상이 영상 화소의 동적 범위(예를들어, 12비트)로부터 높은 광학 동적 범위, 예를들어 16비트로 확장될 것이다. 따라서, 콘트라스트 보정기(105)의 출력은 비록 영상기(201)의 각 화소가 단지 12비트의 해상도만을 가질지라도 예를들어 16비트 동적 범위를 가질 수 있다.This contrast correction is necessary for the contrast to be maintained and the image will extend from the dynamic range of the image pixels (eg 12 bits) to the high optical dynamic range, eg 16 bits. Thus, the output of contrast corrector 105 may have a 16-bit dynamic range, for example, although each pixel of imager 201 has only 12 bits of resolution.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 히스토그램 등화/투영블록(207)은 8비트 해상도의 출력 모니터(220)상에 수신된 입력영상(예를들어, 라인(216) 및 MUX(210)을 통한 영상기(201)로부터의 12비트 영상 또는 콘트라스트 보정기(205) 및 MUX(210)을 통한 16비트의 콘트라스트 보정 영상)의 넓은 동적범위를 최적으로 디스플레이하기 위하여 사용된다. 이는 비디오 체인내의 각 링크의 정보내용을 최적화함으로써 출력 모니터(220)상이 최대 정보량을 효율적으로 디스플레이하기 위하여 사용된다.In one embodiment of the invention, the histogram equalization / projection block 207 is an input image (e.g., image via line 216 and MUX 210) received on an output monitor 220 with 8-bit resolution. Is used to optimally display a wide dynamic range of a 12-bit image or contrast corrector 205 and 16-bit contrast corrected image through MUX 210). This is used to efficiently display the maximum amount of information on the output monitor 220 by optimizing the information content of each link in the video chain.

히스토그램 등화 및 히스토그램 투영은 소위 "점 처리" 기술을 사용하여 콘트라스트를 강화하는 통상적인 방법이다. 이러한 기술을 사용하면, 그레이 레벨의 균일 밀도를 가진 영상은 보는 사람에서 가장 중요한 정보를 제공하기 위하여 보이는 콘트라스트를 최대로하기 위하여 발생된다. 이러한 기술은 제한된 해상도의 모니터상에 최적으로 디스플레이하기 위하여 클립핑없이 보다 작은 해상도 모니터에 고해상도 데이터를 매핑한다. 따라서, 히스토그램 등화/투영 블록(207)의 히스토그램 등화는 장면의 밝은 그리고 어두운 영역의 세밀한 부분이 적절히 강화되도록 그레이 스케일을 재분배한다. 이러한 처리를 실행하기 위하여, 히스토그램 등화/투영 블록(207)은 피드백 함수 발생기(206)으로부터 이미 이용가능한 히스토그램만을 필요로한다.Histogram equalization and histogram projection are conventional methods of enhancing contrast using so-called "dot processing" techniques. Using this technique, images with uniform density of gray levels are generated to maximize the contrast seen to provide the most important information in the viewer. This technology maps high resolution data onto smaller resolution monitors without clipping for optimal display on limited resolution monitors. Thus, histogram equalization of histogram equalization / projection block 207 redistributes the gray scale so that the details of the bright and dark areas of the scene are appropriately enhanced. To perform this process, histogram equalization / projection block 207 needs only the histogram already available from the feedback function generator 206.

라인(216)은 콘트라스트 보정기(205)의 콘트라스트 보정이 필요한 경우 라인(216)을 통해 출력 모니터(220)에 비보정 비디오를 전송하기 위하여 멀티플렉서(211)를 설정함으로써 바이패스되도록 한다. 라인(217)은 히스토그램 등화/투영 블록(207)의 히스토그램 등화/투영이 라인(217)을 통해 비보정 비디오를 출력 모니터(220)에 전송하기 위하여 멀티플렉서(211)를 설정하여 바이패스되도록 한다. 따라서, MUX(210, 211)을 적절히 스위칭함으로써, 4개의 비디오 신호중 하나는 출력 모니터(220)사에 디스플레이되거나, (1) 비처리되거나(즉, 콘트라스트 보정기(205) 및 히스토그램 등화/투영 블록(207)을 스킵하며), (2) 콘트라스트 강화되거나(즉, 히스토그램 등화/투영 블록(207)을 스킵하며, (3) 히스토그램 강화되거나(히스토그램 등화/투영 블록(207)을 스킵하며) 또는 (4) 히스토그램 및 콘트라스트 강화된다.Line 216 is bypassed by setting multiplexer 211 to send uncorrected video via line 216 to output monitor 220 when contrast correction of contrast corrector 205 is needed. Line 217 causes the histogram equalization / projection of histogram equalization / projection block 207 to be bypassed by setting multiplexer 211 to send uncorrected video to output monitor 220 via line 217. Thus, by appropriately switching the MUXs 210 and 211, one of the four video signals is either displayed on the output monitor 220, (1) unprocessed (i.e., the contrast corrector 205 and the histogram equalization / projection block). 207), (2) contrast enhancement (i.e., skip histogram equalization / projection block 207), (3) histogram enhancement (skip histogram equalization / projection block 207), or (4) A) Histogram and contrast are enhanced.

본 발명의 동적 피드백은 도 1B 및 1C에 도시된 2-전압 비선형 함수와 다른 전하 용량 제어 전압 함수와 함께 사용될 수 있다. 예를들어, 다중 이산 스텝 및 전압 또는 연속적으로 증가하는 전하 용량 제어 전압은 전하 용량 제어 전압 파형을 선형적으로 증가시키는 바와같이 사용될 수 있다. 이들 경우에, 히스토그래머(204)에 의해 제공된 전역 명암값 분포 정보는 이들 함수를 적절히 조절하기 위하여 사용된다. 따라서, 예를들어, 만일 연속적으로 증가하는 전하 용량 제어전압이 사용된다면, 이전 프레임에서 가장 밝은 대상물의 명암값은 이 명암값의 광레벨이 포화되도록 전하 용량 제어 전압 함수의 형상을 조절하기 위하여 사용된다. 이러한 경우에, 피드백 함수 발생기(206)는 전하 용량 제어 전압 함수를 바꾸는 방법을 영상기(201)에 명령하는 함수 정보를 발생시킨다.The dynamic feedback of the present invention can be used with a charge capacity control voltage function other than the two-voltage nonlinear function shown in FIGS. 1B and 1C. For example, multiple discrete steps and voltages or continuously increasing charge capacity control voltages can be used as linearly increasing the charge capacity control voltage waveform. In these cases, global intensity distribution information provided by histogram 204 is used to appropriately adjust these functions. Thus, for example, if a continuously increasing charge capacitance control voltage is used, the contrast value of the brightest object in the previous frame is used to adjust the shape of the charge capacitance control voltage function so that the light level of this contrast value is saturated. do. In this case, the feedback function generator 206 generates function information instructing the imager 201 how to change the charge capacitance control voltage function.

바로 이전 프레임과 다른 이전 프레임으로부터의 히스토그램이 사용될 수 있다. 예를들어, 마지막 5개의 프레임의 실행 평균의 히스토그램이 사용될 수 있다.Histograms from immediately preceding frames and other previous frames may be used. For example, a histogram of the running average of the last five frames can be used.

당업자는 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않고 본 발명을 변형할 수 있다. 따라서, 본 발명은 청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다.Those skilled in the art can modify the present invention without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the invention is limited only by the spirit and scope of the claims.

Claims (13)

(a) 집적기간동안 검출된 광의 결과로써 상기 집적기간동안 전하를 각각 축적하며, 상기 집적기간동안 증가하는 전하 용량을 가지는 광검출기 어레이를 구비하는 영상기와;(a) an imager having a photodetector array each accumulating charge during the integration period as a result of light detected during the integration period, the photodetector array having an increased charge capacity during the integration period; (b) 상기 영상기에 접속되며, 상기 영상기가 적어도 하나의 이전 집적기간동안 상기 영상기에 의해 검출된 명암값 분포에 기초하여 상기 어레이의 전하 용량을 증가하는 방식을 조절하는 전하 용량 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.(b) connected to the imager, the imager comprising a charge capacity controller that adjusts the manner of increasing the charge capacity of the array based on the intensity distribution detected by the imager during at least one previous integration period. Imaging system characterized by the above. 제 1항에 있어서, 상기 영상기는 상기 각각의 광검출기에 의해 축적된 전하에 따라 상기 집적기간동안 비디오 프레임을 제공하며, 함수를 변화시키는 방식을 지정하는 함수 및 함수 정보에 따라 상기 집적기간동안 어레이의 전하 용량을 증가시키며;2. The array according to claim 1, wherein the imager provides a video frame during the integration period in accordance with the charge accumulated by the respective photodetectors, and the array during the integration period in accordance with function and function information specifying how to change the function. To increase the charge capacity of; 상기 전하 용량 제어기는 상기 영상기에 의해 제공된 적어도 하나의 이전 비디오 프레임의 명암값 분포에 따라 상기 함수 정보를 발생시키는 함수 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.And the charge capacitance controller comprises a function generator for generating the function information in accordance with a distribution of contrast values of at least one previous video frame provided by the imager. 제 2항에 있어서, 상기 전하 용량 제어기는 상기 영상기 및 상기 함수 발생기에 접속된 히스토그래머를 포함하며, 상기 히스토그래머는 상기 영상기에 의해 제공된 비디오 프레임을 수신하며 상기 함수 발생기에 상기 명암값 분포를 가지는 히스토그램을 제공하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.3. The charge capacity controller of claim 2, wherein the charge capacity controller comprises a histogram connected to the imager and the function generator, the histogram receiving a video frame provided by the imager and providing the contrast value to the function generator. An imaging system comprising a histogram having a distribution. 제 3항에 있어서, 상기 전하 용량 제어기는 상기 히스토그래머 또는 영상기에 접속된 히스토그램 등화/투영 블록을 포함하며, 상기 히스토그램 등화/투영 블록은 상기 비디오 프레임의 정보 내용을 모니터상에 최적으로 디스플레이하기 위하여 현재의 비디오 프레임에 대한 히스트그램을 사용하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.4. The apparatus of claim 3, wherein the charge capacity controller comprises a histogram equalization / projection block connected to the histogram or imager, the histogram equalization / projection block to optimally display information content of the video frame on a monitor. And a histogram for the current video frame. 제 2항에 있어서, 상기 전하 용량 제어기는 콘트라스트 보정기를 더 포함하며,3. The charge capacitor of claim 2 further comprising a contrast corrector, 상기 함수 발생기는 역함수 정보를 발생시키며;The function generator generates inverse function information; 상기 콘트라스트 보정기는 상기 영상기에 의해 제공된 비디오 프레임을 수신하며, 상기 함수 발생기에 의해 제공된 역함수 정보를 수신하며, 상기 집적기간동안 증가되는 광검출기의 어레이의 전하 용량에 의해 야기된 비디오 프레임의 현상을 제거하기 위하여 역함수 정보를 사용하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.The contrast corrector receives the video frame provided by the imager, receives the inverse information provided by the function generator, and eliminates the phenomenon of the video frame caused by the charge capacity of the array of photodetectors increased during the integration period. An inverse function information in order to perform 제 2항에 있어서, 상기 영상기는 상기 집적기간의 제 1 부분동안 상기 광검출기의 어레이에 제 1 전하 용량 제어전압을 공급하고 상기 제 1 부분후에 상기 광검출기의 어레이에 제 2 전하 용량 제어 전압을 공급함으로서 상기 집적기간동안 상기 광검출기의 어레이에 대한 전하 용량을 증가시키며;3. The imager of claim 2, wherein the imager supplies a first charge capacitance control voltage to the array of photodetectors during the first portion of the integration period and applies a second charge capacitance control voltage to the array of photodetectors after the first portion. Supplying increases charge capacity for the array of photodetectors during the integration period; 상기 제 1 부분의 길이는 상기 함수 발생기에 의해 제공된 함수 정보에 따라 결정되며, 상기 제 2 전하 용량 제어전압은 상기 제 1 전하 용량 제어전압보다 큰 것을 특징으로 하는 영상 시스템.And the length of the first portion is determined according to the function information provided by the function generator, and wherein the second charge capacitance control voltage is greater than the first charge capacitance control voltage. 제 2항에 있어서, 상기 함수 발생기는 상기 영상기에 의해 제공된 가장 최근의 이전 비디오 프레임의 명암값 분포에 따라 상기 함수 정보를 발생시키며;3. The apparatus of claim 2, wherein the function generator generates the function information according to a distribution of contrast values of the most recent previous video frame provided by the imager; 상기 함수정보는 상기 함수 발생기에 의해 발생되어, 상기 가장 최근의 이전 비디오 프레임에서 가장 밝은 대상물의 명암값 레벨을 가지고 상기 집적기간동안 상기 영상기의 광검출기상에 매핑하는 광은 상기 전하가 상기 집적기간의 끝에서 상기 광검출기의 전하 용량을 초과하여 축적되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.The function information is generated by the function generator so that the light that has the intensity level of the brightest object in the most recent previous video frame and maps onto the photodetector of the imager during the integration period is such that the charge And to prevent accumulation above the charge capacity of the photodetector at the end of the period. 제 7항에 있어서, 상기 함수정보는 상기 함수 발생기에 의해 발생되어, 상기 광은 전하가 상기 집적기간의 끝에서 상기 광검출기의 전하 용량에 거의 도달하나 초과 축적되도록 하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.8. The imaging system of claim 7, wherein the function information is generated by the function generator such that the light causes charge to reach but exceed the charge capacity of the photodetector at the end of the integration period. 제 1항에 있어서, 상기 영상기는 가상 게이트 매립형 n-채널 광검출기의 어레이를 가진 상보형 금속 산화물 반도체 영상기이며, 상기 각각의 광검출기는 상기 광검출기에 공급된 전하 용량 제어 전압의 크기에 비례하는 전하 용량을 가지는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.2. The imager of claim 1, wherein the imager is a complementary metal oxide semiconductor imager having an array of virtual gate buried n-channel photodetectors, each photodetector proportional to the magnitude of the charge capacitance control voltage supplied to the photodetector. Imaging system having a charge capacity. 제 1항에 있어서, 상기 영상기는 어레이 전하 결합 장치(CCD) 광검출기를 포함하며, 상기 각각의 CCD 광검출기는 상기 CCD 광검출기에 공급된 전하 용량 제어 전압의 크기에 비례하는 전하 용량을 가지는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.10. The method of claim 1, wherein the imager comprises an array charge coupling device (CCD) photodetector, wherein each CCD photodetector has a charge capacity proportional to the magnitude of the charge capacity control voltage supplied to the CCD photodetector. Imaging system characterized by the above. 집적 기간동안 검출된 광의 결과로써 상기 집적기간동안 전하를 각각 축적하는 광검출기 어레이를 가진 영상기에 접속된 전하 용량 제어기를 포함하며;A charge capacity controller connected to the imager having photodetector arrays each accumulating charge during the integration period as a result of light detected during the integration period; 상기 광검출기 어레이는 상기 집적기간동안 증가하는 전하 용량을 가지며;The photodetector array has an increasing charge capacity during the integration period; 상기 전하 용량 제어기는 상기 영상기가 적어도 하나의 이전 집적기간동안 상기 영상기에 의해 검출된 명암값 분포에 기초하여 상기 어레이의 전하 용량을 증가하는 방식을 조절하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.And the charge capacity controller adjusts the manner in which the imager increases the charge capacity of the array based on the intensity distribution detected by the imager during at least one previous integration period. (a) 집적기간동안 검출된 광의 결과로써 각각의 광검출기가 전하를 축적하는 집적기간동안 영상기의 광검출기 어레이의 전하 용량을 증가시키는 단계와;(a) increasing the charge capacity of the photodetector array of the imager during the integration period in which each photodetector accumulates charge as a result of light detected during the integration period; (b) 상기 어레이의 전하 용량이 적어도 하나의 이전 집적기간동안 상기 영상기에 의해 검출된 명암값 분포에 기초하여 증가되는 방식을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.(b) adjusting the manner in which the charge capacity of the array is increased based on the intensity distribution detected by the imager during at least one previous integration period. (a) 집적기간동안 검출된 광의 결과로써 각각의 광검출기가 전하를 축적하는 집적기간동안 영상기의 광검출기 어레이의 전하 용량을 증가시키는 수단과;(a) means for increasing the charge capacity of the photodetector array of the imager during the integration period in which each photodetector accumulates charge as a result of light detected during the integration period; (b) 상기 어레이의 전하 용량이 적어도 하나의 이전 집적기간동안 상기 영상기에 의해 검출된 명암값 분포에 기초하여 증가되는 방식을 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상시스템.and (b) means for adjusting the manner in which the charge capacity of the array is increased based on the intensity distribution detected by the imager during at least one previous integration period.
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