KR20010046326A - 광원변화에 따라 백색 보정을 하는 디지털 카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 디지털 카메라는 원래 영상을 이미지 센서에 촬상시켜 각 픽셀마다 R, G, B 중 하나의 칼라 신호를 갖게 하는 촬상부, 각 픽셀의 전기적인 칼라 신호에 대하여 보간을 수행하는 칼라 보간 회로, 피사체의 색깔을 이용하여 색온도를 측정하는 색온도 센서, 색온도를 분석하여 각각의 픽셀에 해당하는 설정된 감마 LUT의 값에 해당하는 어드레스를 계산하며, 각각의 광원이 소정 개의 휘도 영역으로 나누어져 있을 때, 이 휘도 영역 중에서 색온도와 보간처리된 칼라 신호로 특정 휘도 영역을 설정하고 이 특정 휘도 영역에서 RGB 데이터를 YCrCb 데이터로 변환하는데 필요한 계수들을 추출하는 주제어기, 보간 처리된 칼라 신호를 동일한 비율이 되도록 조절하여 피사체의 백색 부분을 표현하는 백색 밸런스 회로, 감마 LUT 어드레스에 해당하는 감마 LUT값을 이용하여 각 픽셀에 대하여 감마 보정을 수행하는 감마 보정 회로 그리고 주제어기에서 추출된 계수를 이용하여 RGB 데이터를 YCbCr 데이터로 변환하는 칼라 변환 회로를 포함하여 보다 자연스러운 색재현이 가능하다.

Description

광원변화에 따라 백색 보정을 하는 디지털 카메라{A DIGITAL STILL CAMERA OPERATING WHITE CORRECTION IN RESPONSE TO VARIABLE LIGHT SOURCE}

본 발명은 디지털 카메라(digital camera)에 관한 것으로, 특히 광원 변화에 따라 백색 보정을 수행하는 디지털 카메라에 관한 것이다.

디지털 기술의 발전에 따라 종래 필름 카메라를 대신하여 필름을 사용하지 않고도 이미지를 촬영할 수 있는 디지털 카메라의 발전이 비약적으로 이루어지고 있다.

이러한 디지털 카메라의 핵심은 영상을 캡쳐(capturing)하는 이미징 헤드 부분과 디지털 변환된 신호를 처리하는 이미지 처리 부분이라고 할 수 있다. 디지털 카메라의 화질과 칼라는 아직은 필름 카메라를 대체할 수 있는 수준은 아니므로 보다 경쟁력있는 카메라를 개발하기 위해서는 이러한 이미지 처리 분야의 연구, 개선이 필요하며 특히 자연색 재현을 위한 칼라처리는 이미지 처리 분야의 핵심요소이다.

그런데 종래의 자연색 재현을 위한 칼라 처리는 다양한 촬영 조건에서 서로 다른 광원을 검출하고 그 결과에 따라 서로 다른 기준값에 따라 감마보정과 칼라변환을 하는 것이 아니라, 서로 다른 광원을 하나의 기준값에 의해 감마보정하고 칼라보정함으로써 자연색을 재현하는데 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자연색을 재현하는데 있어서 다양한 촬영 조건에서의 서로 다른 광원을 검출하고 그 결과에 따라 서로 다른 기준값을 기초로 하여 감마보정과 칼라변화를 수행함으로써 보다 자연스러운 색재현 및 색보정을 자동적으로 수행할 수 있는 디지털 카메라를 제공하기 위한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 디지털 카메라의 블럭도이다.

도2는 본 발명에 따른 디지털 카메라에 포함된 주제어기의 블럭도이다.

도3은 본 발명에 적용되는 감마 LUT와 그 어드레스이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 사용되는 광원에 따라 서로 다른 감마 보정 LOOK-UP TABLE(이하, '감마 보정 LUT'라 칭함.)를 사용하고, 각 광원별로 소정 개의 휘도 영역이 나뉘어져 그에 따르는 칼라변환식을 제공함으로써 자연색을 좀더 실제에 가깝게 재현한다.

본 발명에 따른 디지털 카메라는 촬상부, 칼라 보간 회로, 색온도 센서, 주제어기, 백색 밸런스 회로, 감마 보정 회로 그리고 칼라 변환 회로를 포함한다.

촬상부는 피사체를 일정 시간 동안 칼라 필터로 통과시킨 다음 이미지 센서에 촬상시켜 각 픽셀마다 R, G, B 중 하나의 칼라 신호를 갖게 한다.

칼라 보간 회로는 각 픽셀의 전기적인 칼라 신호에 대하여 보간을 수행한다.

색온도 센서는 피사체의 색깔을 이용하여 색온도를 측정하고 측정된 색온도를 전기적 신호로 변환한다.

주제어기는 색온도 센서에 의하여 검출된 색온도를 분석하여 광원의 종류를 검출하고, 검출된 광원에 따라 감마 LUT를 설정한 다음, 각각의 픽셀에 해당하는 감마 LUT값의 어드레스를 계산한다. 또한, 색온도에 의해 설정되는 각 광원에 따라 소정 개의 휘도영역으로 나뉠 때, 색온도 센서에 의하여 검출된 색온도와 칼라 보간 회로에서 보간 처리된 칼라 신호를 이용하여 특정 휘도 영역을 설정하고, 이 특정 휘도영역에서 칼라 신호를 휘도신호와 색채신호로 변환하는데 필요한 계수들을 추출한다.

백색 밸런스 회로는 칼라 보간 회로에서 보간 처리된 칼라 신호를 동일한 비율이 되도록 조절하여 피사체의 백색 부분을 표현한다.

감마 보정 회로는 주제어기로부터 감마 LUT 어드레스를 입력받아 이 감마 LUT 어드레스에 해당하는 감마 LUT값을 이용하여 각 픽셀에 대하여 감마 보정을 수행한다.

칼라 변환 회로는 주제어기에서 추출된 계수를 이용하여 칼라 신호를 휘도 신호와 색채 신호로 변환한다.

주제어기는 광원 검출부, 감마 LUT 어드레스 계산부, 휘도 계산부, 휘도 영역 계산부 그리고 계수 추출부를 포함한다.

광원 검출부는 색온도 센서에 의하여 검출된 색온도 신호를 입력받아 색온도에 따른 광원의 종류를 검출하고 이 결과에 따라 휘도 계산에 필요한 계수를 산출한다.

감마 LUT 어드레스 계산부는 광원 검출부에서 검출된 광원의 종류에 해당하는 감마 LUT를 설정하고 각 픽셀에 해당하는 감마 LUT의 값으로 감마 보정하기 위하여 각 픽셀에 해당하는 감마 LUT의 값의 어드레스를 계산한다.

휘도 계산부는 검출된 광원에 따라 광원 검출부에서 산출된 휘도 계산용 계수를 이용하여 휘도를 계산한다.

휘도 영역 계산부는 각 광원마다 두 개로 나누어져 있는 휘도 영역 중 휘도 계산부에서 계산된 휘도를 바탕으로 하나의 휘도 영역을 설정한다.

계수 추출부는 칼라 신호에서 휘도 신호와 색채 신호로 변환하기 위하여 휘도 영역 계산부에서 구한 각 휘도 영역의 계수들을 추출한다.

이 때, 광원 검출부에서 구한 휘도 계산용 계수는 오프 라인 상태에서 구해져 미리 디지털 카메라에 저장되는 것을 특징으로 한다.

또한, 칼라 신호에서 휘도 신호와 색채 신호로 칼라 변환하기 위하여 계수 추출부에서 구한 계수들은 오프 라인 상태에서 구해져 미리 디지털 카메라에 저장되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 디지털 카메라의 블록도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 디지털 카메라는 촬상부(100), 증폭기(110), 제1 신호 변환기(120), 칼라 보간 회로(color interpolation circuit)(130), 색온도 센서(140), 제2 신호 변화기(150), 주제어기(160), 백색 밸런스 회로(170), 감마 보정 회로(180), 윤곽 보정 회로(190), 칼라 변환 회로(200)를 포함한다.

촬상부(100)는 피사체의 영상을 전기적 신호로 변환하는 것으로, 촬영 렌즈를 통해 입사되는 피사체의 빛을 칼라 필터링하는 칼라 필터와, 칼라 필터링된 빛을 촬상하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하는 이미지 센서로 이루어지며, 각 픽셀(pixel)마다 R(red), G(green), B(blue) 중 하나의 칼라 성분을 갖게 한다.

칼라 보간 회로(130)는 증폭기(110)를 통하여 증폭되고 제1 신호 변환기(120)를 통하여 디지털 신호로 변환된 각 픽셀의 전기적인 칼라 신호 에 대하여 보간을 수행한다.

색온도 센서(140)는 피사체의 색깔을 이용하여 색온도를 측정하고 이 측정된 온도를 전기적 신호로 변환한다. 이 때 피사체의 색깔은 태양, 형광등과 같이 광원에 따라 다르므로 광원의 종류에 따라 색온도 또한 변화된다.

제2 신호 변환기(150)는 색온도 센서(140)에서 측정된 색온도에 해당하는 전기적 신호를 증폭한다.

주제어기(160)는 색온도 센서(140)에 의하여 검출된 색온도를 입력받아 도3에 도시한 바와 같이 색온도를 4가지 종류(D65, D50, F2, A)로 분류하고 이에 따른 감마 LUT 어드레스를 계산한 다음, 이 계산된 감마 LUT 어드레스를 감마 보정 회로(180)에 출력한다. 또한, 주제어기(160)는 색온도 센서(140)에 의하여 검출된 색온도와 칼라 보간 회로(130)에서 보간 처리된 칼라 신호를 입력받아 색온도에 따라 휘도 계산에 필요한 계수들을 추출하여 칼라 변환 회로(200)로 출력한다.

도2는 본 발명에 따른 디지털 카메라에 포함된 주제어기의 블럭도이다.

도2에 도시한 바와 같이 주제어기(160)는 광원 검출부(161), 감마 LUT 어드레스 계산부(162), 휘도 계산부(163), 휘도 영역 계산부(164) 그리고 계수 추출부(165)를 포함한다.

광원 검출부(161)는 색온도 센서(140)와 제2 신호 증폭기(150)를 통하여 출력된 색온도 신호(R2, G2, B2)를 입력받아 색온도에 따른 광원의 종류를 검출하고 이 결과에 따라 휘도 계산에 필요한 계수를 산출한다.

감마 LUT 어드레스 계산부(162)는 감마 보정을 하기 위하여 광원 검출부(161)에서 검출된 광원의 종류에 따라 4가지 종류의 감마 LUT(D65, D50, F2, A)중 하나를 설정하고 각 픽셀을 감마 보정하기 위하여 설정된 감마 LUT에서 각 픽셀에 해당하는 어드레스를 계산하여 감마 보정 회로(180)로 출력한다.

휘도 계산부(163)는 광원 검출부(161)에서 검출된 광원에 따라 산출된 휘도 계산용 계수를 이용하여 휘도를 계산한다. 이러한 휘도 계산용 계수는 각각의 광원에 대하여 칼라 신호에서 휘도 신호로의 변환 관계를 구하여 카메라 내에 미리 저장되어 있다.

휘도 영역 계산부(164)는 휘도 계산부(163)에서 계산된 휘도를 바탕으로 각 광원마다 두 개로 나누어져 있는 휘도 영역 중 하나의 휘도 영역을 설정한다.

계수 추출부(165)는 각 휘도 영역에 해당하는 계수들을 추출하여 칼라 변화 회로(200)로 출력하는데, 이 때, 계수들은 RGB 데이터와 YCbCr 데이터 사이의 칼라 변환 관계에 필요한 계수이다. 이 계수들도 역시 광원과 휘도에 따라 구하여져 미리 카메라에 저장된다.

백색 밸런스 회로(170)는 칼라 보간 회로(130)에서 보간 처리된 칼라 신호 Ri, Gi, Bi를 동일한 비율이 되도록 조절하여 칼라 신호 Rw, Gw, Bw를 출력함으로써 피사체의 백색 부분을 표현한다.

감마 보정 회로(180)는 주제어기(160)의 감마 LUT 어드레스 계산부(162)로부터 감마 LUT 어드레스를 입력받아 그 어드레스에 해당하는 LUT값을 이용하여 각 픽셀에 대하여 감마 보정을 수행하고 감마 보정된 칼라 신호 Rg, Gg, Bg를 출력한다.

윤곽 보정 회로(190)는 주제어기(160)의 제어에 따라 감마 보정된 칼라 신호(Rg, Gg, Bg)로부터 화면의 윤곽을 추출하여 윤곽처리를 수행하여 Ro, Go, Bo를 출력한다.

칼라 변환 회로(200)는 주제어기(160)의 계수 추출부(165)에서 추출된 계수를 이용하여 컬러 신호를 휘도 신호와 색채 신호로 변환한다.

이러한 구조로 이루어진 이 발명의 실시예에 따른 광원 변화에 따라 백색 보정을 하는 디지털 카메라의 동작을 설명한다.

사용자가 디지털 카메라의 셔터(도시하지 않음.)를 누르면 주제어기(160)는 촬상부 구동 회로(210)를 제어하여 촬상부(100)로 제어신호를 출력한다.

촬상부 구동 회로(210)로부터 제어신호를 입력받은 촬상부(100)는 피사체의 빛을 일정 시간 동안 칼라 필터에 통과시킨 다음 이미지 센서(도시하지 않음)에 촬상시킴으로써 이미지 센서의 각 픽셀(pixel)마다 R(red), G(green), B(blue) 중 하나의 칼라 신호를 갖게 한다.

이러한 칼라 신호는 증폭기(110)을 통하여 증폭되고 제1 신호 변환기(120)를 통하여 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환된 후 칼라 보간 회로(130)로 입력된다.

칼라 보간 회로(130)는 디지털 신호로 변환된 칼라 신호를 보간법을 이용하여 각각의 픽셀에 대하여 보간을 수행한 후, 그 결과인 칼라 신호 Ri, Gi, Bi를 주제어기(160)과 백색 밸런스 회로(170)에 동시에 출력한다.

한편, 주제어기(160)는 색온도 센서(140)로부터 검출되어 제2 신호 변환기(150)를 통하여 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환된 원래의 영상의 색온도 신호(R2, G2, B2)를 입력받는다. 이 때, 색온도 신호(R2, G2, B2)를 입력받는 주제어기(160) 내의 광원 검출부(161)는 광원에 따라 색온도가 달라지는 것을 이용하여 색온도를 나타내는 색온도 신호(R2, G2, B2)를 토대로 광원의 종류를 검출하고 그 결과를 어드레스 계산부(162)로 출력한다.

광원의 종류를 입력받은 감마 LUT 어드레스 계산부(162)는 이를 바탕으로 4가지의 감마 LUT(D65, D50, F2, A)중 하나를 선택하고 각 픽셀의 감마 보정을 위하여 각 픽셀에 해당하는 감마 LUT의 어드레스를 계산하고 이 어드레스를 감마 보정 회로(180)로 출력한다.

도3은 본 발명에 적용되는 감마 LUT와 그 어드레스를 나타낸다.

감마 LUT는 광원에 따라 D65, D50, F2, A와 같이 4가지로 분류되며, 이 때 D65, D50, F2, A는 색온도는 6500K, 5500K, 4200K, 3000K를 나타내며, 이것은 광원에 따라 색온도가 다르다는 것을 의미한다. 따라서, 광원 검출부(161)는 색온도 신호 R2, G2, B2를 분석하여 색온도를 검출하고 이 색온도가 존재하는 영역을 검출하여 광원의 종류를 검출한다.

이미지 센서의 각 픽셀에 대하여 감마 보정이 이루어져야 하므로 감마 LUT 어드레스 계산부(162)는 광원의 검출에 의하여 선택된 감마 LUT를 이용하여 각 픽셀에 대응되는 감마 LUT의 값을 지정하기 위한 어드레스를 계산한다.

예를 들어 입력값이 10비트이고 출력값이 8비트일 경우 감마 LUT의 크기는 1024×8 즉, 1KB가 된다. 이것은 8비트의 크기를 갖는 감마 LUT의 값이 1024개 모여 하나의 감마 LUT가 구성된다는 것을 의미하며 도3의 400h는 1024를 16진법으로 표시한 것을 의미한다.

따라서, 각각의 감마 LUT는 1KB의 크기를 갖고 그 어드레스는 D65에 해당하는 감마 LUT가 0에서 399h, D50에 해당하는 감마 LUT가 400h에서 799h, F2에 해당하는 감마 LUT가 800h에서 B99h 그리고 A에 해당하는 감마 LUT가 C00h에서 C99h까지 이다.

또한, 주제어기(160)의 광원 검출부(161)는 색온도 신호(R2, G2, B2)를 입력받으면 이를 바탕으로 컬러 신호에서 휘도 신호로 변환하기 위한 계수를 검출하여 휘도 계산부(163)로 출력한다. 이 때, 이 계수들은 오프 라인(off-line)상태에서 미리 구하여 디지털 카메라에 저장된 값이다.

본 발명에 따른 디지털 카메라는 각 광원별로 2개씩의 휘도영역을 가지고 있다. 즉, D65, D50, F2, A의 각각에 해당하는 광원에 대하여 휘도가 2개의 영역으로 나누어져 있으므로, 휘도 계산부(163)는 광원 검출부(161)에서 광원의 종류를 입력받고, 칼라 보간 회로(130)에서 출력된 칼라 신호(Ri, Gi, Bi)를 이용하여 휘도를 계산한 다음 이를 휘도 영역 계산부(164)에 출력한다.

따라서, 휘도 계산부(163)로부터 휘도를 입력받은 휘도 영역 계산부(164)는 이 휘도를 분석하여 검출된 광원의 종류에 해당하는 휘도 영역 중 어느 휘도 영역에 있는지를 판단하고 이 결과를 계수 추출부(165)로 출력한다.

휘도 영역 계산부(164)로부터 휘도 영역을 입력받은 계수 추출부(165)는 컬러 신호를 휘도 및 색채 신호로 변환하기 위한 계수를 추출하기 위하여 그 휘도 영역에 해당하는 계수를 추출하여 칼라 변화 회로(200)로 출력한다. 이 때, 계수들은 오프 라인상태에서 구하여져 미리 디지털 카메라에 저장된 값이다.

감마 LUT 어드레스 계산부(162)로부터 계산된 어드레스를 입력받은 감마 보정 회로(180)는 이 어드레스를 기초로 각 픽셀에 해당하는 감마 LUT의 값을 찾아내어 백색 밸런스 회로를 통하여 백색 보정된 칼라 신호(Rw, Gw, Bw)를 감마 보정하여 칼라 신호(Rg, Gg, Bg)를 윤곽 보정 회로(190)에 출력한다.

윤곽 보정 회로(190)는 감마 보정된 칼라 신호(Rg, Gg, Bg)로 화면의 윤곽을 추출하여 윤곽처리를 수행하고 그 결과(Ro, Go, Bo)를 칼라 변환 회로(200)로 출력한다.

칼라 변환 회로(200)는 주제어기(160)의 계수 추출부(165)로부터 출력된 계수와 칼라 신호(Ro, Go, Bo)를 이용하여 컬러 신호를 휘도 및 색채 신호로 변환한다.

이상과 같이 함으로써 광원과 휘도에 따른 피사체의 재현을 보다 자연스럽게 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 하나의 실시예일 뿐 본 발명이 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 또한 상기 실시예 외에 많은 변경이나 변형이 가능한 것은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 디지털 카메라에 따르면 다양한 촬영 조건에서의 서로 다른 광원을 검출하고 그 결과에 따라 서로 다른 감마보정과 칼라변환을 수행함으로써 보다 자연스러운 색재현 및 색보정을 자동적으로 수행할 수 있다.

Claims (4)

1. 촬영 렌즈를 통해 입사되는 피사체의 빛을 칼라 필터링하는 칼라 필터와, 칼라 필터링된 빛을 촬상하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하는 이미지 센서를 포함하여 각 픽셀마다 R, G, B 중 하나의 칼라 성분을 갖게 하는 촬상부;

   상기 각 픽셀의 전기적인 칼라 신호에 대하여 보간을 수행하는 칼라 보간 회로;

   입력되는 피사체의 색깔 색온도를 측정하여 상기 측정된 색온도에 해당하는 전기적인 색온도 신호를 출력하는 색온도 센서;

   상기 색온도 센서에 의하여 검출된 색온도를 분석하여 광원의 종류를 검출하고 상기 검출된 광원에 따라 감마 LUT를 설정한 다음, 상기 각각의 픽셀에 해당하는 상기 설정된 감마 LUT 값의 어드레스를 계산하며, 상기 색온도에 의해 설정되는 광원이 소정 개의 휘도영역으로 나뉠 때, 상기 색온도 센서에 의하여 검출된 색온도와 상기 칼라 보간 회로에서 보간 처리된 칼라 신호를 이용하여 특정 휘도 영역을 설정하고 상기 특정 휘도영역에서 컬러 신호를 휘도 및 색채 신호로 변환하는데 필요한 계수들을 추출하는 주제어기;

   상기 칼라 보간 회로에서 보간 처리된 칼라 신호를 동일한 비율이 되도록 조절하여 피사체의 백색 부분을 표현하는 백색 밸런스 회로;

   상기 주제어기로부터 상기 감마 LUT 어드레스를 입력받아 상기 감마 LUT 어드레스에 해당하는 상기 감마 LUT값을 이용하여 각 픽셀에 대하여 감마 보정을 수행하는 감마 보정 회로; 그리고

   상기 주제어기에서 추출된 계수를 이용하여 RGB 데이터를 YCbCr 데이터로 변환하는 칼라 변환 회로를 포함하는 디지털 카메라.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주제어기는,

   색온도 센서에 의하여 검출된 색온도 신호를 입력받아 색온도에 따른 광원의 종류를 검출하고 이 결과에 따라 휘도 계산에 필요한 계수를 산출하는 광원 검출부;

   상기 광원 검출부에서 검출된 광원의 종류에 해당하는 감마 LUT를 설정하고 각 픽셀에 해당하는 상기 감마 LUT의 값으로 감마 보정하기 위하여 각 픽셀에 해당하는 상기 감마 LUT의 값의 어드레스를 계산하는 감마 LUT 어드레스 계산부;

   검출된 광원에 따라 상기 광원 검출부에서 산출된 상기 휘도 계산용 계수를 이용하여 휘도를 계산하는 휘도 계산부;

   각 광원마다 소정 개로 나누어져 있는 휘도 영역 중 상기 휘도 계산부에서 계산된 휘도를 바탕으로 하나의 휘도 영역을 설정하는 휘도 영역 계산부; 그리고

   RGB 데이터에서 YCbCr 데이터로 칼라 변환하기 위하여 상기 휘도 영역 계산부에서 구한 상기 각 휘도 영역에 해당하는 계수들을 추출하는 계수 추출부를 포함하는 주제어기를 특징으로 하는 디지털 카메라.
3. 제1항에 있어서,

   상기 광원 검출부에서 구한 상기 휘도 계산용 계수는 오프 라인 상태에서 구해져 미리 디지털 카메라에 저장되는 것을 특징으로 하는 주제어기.
4. 제1항에 있어서,

   컬러 신호에서 휘도 및 색채 신호로 칼라 변환하기 위하여 상기 계수 추출부에서 구한 계수들은 오프 라인 상태에서 구해져 미리 디지털 카메라에 저장되는 것을 특징으로 하는 주제어기.