KR20030002865A - 이미지 센서의 칼라 보간 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 추가되는 메모리없이 에지 센싱 보간을 수행하여 이미지의 손상을 줄일 수 있는 보간 장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, R(Red), G(Green), B(Blue) 중 하나의 컬러값만을 번갈아 출력하는, RGB 컬러 필터 어레이를 구비한 이미지 센서를 위한 컬러 보간 장치에 있어서, 상기 이미지 센서로부터 출력되는 R, G, B 컬러값을 차례대로 입력받아 저장하는 제1 내지 제3 라인 메모리; 상기 제1 내지 제3 라인 메모리 중 현재 상기 이미지 센서로부터의 R, G, B 컬러값의 라이트 동작이 이루어지지 않는 2개의 라인 메모리로부터 출력되는 컬러값을 차례로 제1 라인 및 제2 라인으로 입력받아 저장하는 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단; 및 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단으로부터 컬러값을 입력받아 에지 센싱 보간 동작을 수행하여 보간된 R, G, B 컬러값을 출력하는 보간 수단을 포함하되, 상기 보간 수단은, 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 저장되어 있는 컬러값의 수직 및 수평 성분과 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 저장되어 있는 컬러값의 유형에 응답하여 보간 동작을 수행한다.

Description

이미지 센서의 칼라 보간 장치{Color interpolation apparatus in image sensor}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 R(Red), G(Green), B(Blue) 중 하나의 컬러값만을 번갈아 출력하는 격자 모양의 RGB 컬러 필터 어레이를 구비한 이미지 센서의 컬러 보간 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서란 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 찍어(capture)내는 장치를 말하는 것이다. 자연계에 존재하는 각 피사체의 부분부분은 빛의 밝기 및 파장 등이 서로 달라서 감지하는 장치의 각 픽셀에서 다른 전기적인 값을 보이는데, 이 전기적인 값을 신호처리가 가능한 레벨로 만들어 주는 것이 바로 이미지 센서가 하는 일이다.
이를 위해 이미지 센서는 수만에서 수백만 개의 픽셀로 구성된 픽셀 어레이와, 픽셀에서 감지한 아날로그(analog) 전압을 디지털(digital) 전압으로 바꿔주는 아날로그-디지털 변환 장치와, 아날로그-디지털 변환 장치로부터의 디지털 값을 저장하는 저장 장치 등으로 구성된다.
한편, 각 픽셀은 빛을 감지하는 소자를 구비하여 포톤(photon)을 전자-홀(electron-hole) 쌍으로 바꿔 전하를 축적하게 되는데, 이때 빛의 세기 및 빛을 비추는 시간에 따라 축적되는 전하량이 달라지며, 상기 전하량을 측정하면 빛의 화상 데이터를 전기적 양으로 바꿀 수 있어 다루기 쉬워진다. 이렇게 얻은 아날로그 전압값을 아날로그-디지털 변환 장치에서 다루기 쉬운 디지털 값으로 변환하여 저장하고 여러 프로세싱에 이용한다.
그리고, 각 픽셀은 해당 픽셀에 씌워진 컬러 필터에 상응하는 특정 컬러만을 감지한다.
도 1은 베이어 패턴으로 불리는 통상적인 픽셀 어레이 패턴을 도시한 도면이다. 베이어 패턴에 따라, 픽셀 어레이는 제1 라인의 RGRG 컬러 필터 및 제2 라인의 GBGB 컬러 필터의 반복으로 구현된다. 베이어 패턴 픽셀 어레이를 갖는 이미지 센서는 각각의 픽셀로부터 해당 픽셀의 R/G/B 값에 관한 정보를 모두 획득하는 대신에 그 픽셀에 씌워진 컬러 필터에 상응하는 특정 컬러를 감지한다. 따라서, 이들 특정 컬러 데이터로부터 최종 및 완전 컬러값들을 획득해야만 하며, 이것을 컬러 보간이라 한다.
다시 말해, 컬러 보간(color interpolation)은 이웃한 픽셀의 단일 컬러값들로부터 해당 픽셀의 RGB 컬러값을 유추하여 출력함으로써, 이미지 센서의 불완전한 이미지 데이터(저해상도 이미지 데이터)를 완전한 이미지 데이터(고해상도 이미지 데이터)로 변환하는 것이다.
따라서, 일반적인 이미지 센서는 이러한 보간 동작을 위한 보간 장치를 구비하게 된다.
도 2는 2 × 2 라인별 보간 동작을 수행하는 종래의 보간 장치에 대한 구성도이다. 도면을 참조하면, 종래의 보간 장치는 이미지 센서로부터 출력되는 R, G, B 컬러값을 입력받아 라인 단위로 차례대로 저장하는 제1 내지 제3 라인 메모리(100, 120, 140), 상기 제1 내지 제3 라인 메모리(100, 120, 140) 중 현재라이트(write)가 되지 않는 2개의 라인 메모리(120, 140)로부터 출력되는 제1 라인의 컬러값(G1, B2) 및 제2 라인의 컬러값(R3, G4)을 저장하는 2 × 2 보간 윈도우 레지스터(160), 2 × 2 보간 윈도우 레지스터(160)로부터 컬러값을 입력받아 보간 동작을 수행하여 보간된 R, G, B 컬러값을 출력하는 보간 회로부(180)로 이루어진다. 참고로, 도 2에서는 설명의 편리함을 위해 현재 이미지 센서로부터의 R, G, B 컬러값이 제1 라인 메모리(100)에 라이트되어 나머지 제2 및 제3 라인 메모리(120, 140)에 저장된 컬러값을 2 × 2 보간 윈도우 레지스터(160)에 보내는 것으로 도시하였다. 그리고, 도 2에 도시된 2 × 2 보간 윈도우 레지스터(160)는 제1 라인의 GBGB형태, 제2 라인의 RGRG형태로 반복 구성되는 베이어 패턴(Bayer pattern)의 픽셀 어레이에서 하나의 픽셀씩 쉬프트한 해당 컬러값을 저장한다.
도 2에서 보간 회로부(180)는 2 × 2 보간 윈도우 레지스터(160)에 저장된 이웃한 픽셀의 컬러값을 이용하여 아래와 같은 보간 동작을 통해 해당 픽셀의 RGB 컬러값(보간된 출력값)을 출력한다.
G1 : R = R3, B = B2, G = (G1 + G4)/2
B2 : R = R3, B = B2, G = (G1 + G4)/2
R3 : R = R3, B = B2, G = (G1 + G4)/2
G4 : R = R3, B = B2, G = (G1 + G4)/2
상기한 바와 같이 보간 동작을 수행하는 종래의 보간 장치는 간단한 구성으로 하드웨어적인 측면에서 이득이나, 윤곽선 재연과 윤곽선 부근 컬러 왜곡이 심하며, 2 × 2 픽셀이 모두 같은 R, G, B 컬러값을 가지기 때문에 해상도가 떨어지는 문제가 있다.
다른 한편, 이러한 종래의 보간 장치가 가진 문제를 해결하기 위해 3 × 3으로 에지 센싱 보간을 하기도 하는 데, 이 경우에는 추가로 메모리가 1라인 더 필요하여 칩 크기가 전반적으로 커지는 또다른 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 추가되는 메모리없이 에지 센싱 보간을 수행하여 이미지의 손상을 줄일 수 있는 보간 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 베이어 패턴으로 불리는 통상적인 픽셀 어레이 패턴을 도시한 도면.
도 2는 2 × 2 라인별 보간 동작을 수행하는 종래의 보간 장치에 대한 구성도.
도 3은 3 × 2 에지 센싱 보간 동작을 수행하는 본 발명의 일실시예에 따른 보간 장치의 구성도.
도 4는 3 × 2 보간 윈도우 레지스터에 저장되는 픽셀들의 어레이를 개념적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명
200 : 제1 라인 메모리
220 : 제2 라인 메모리
240 : 제3 라인 메모리
260 : 3 × 2 보간 윈도우 레지스터
280 : 보간 회로부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, R(Red), G(Green), B(Blue) 중 하나의 컬러값만을 번갈아 출력하는, RGB 컬러 필터 어레이를 구비한 이미지 센서를 위한 컬러 보간 장치에 있어서, 상기 이미지 센서로부터 출력되는 R, G, B 컬러값을 차례대로 입력받아 저장하는 제1 내지 제3 라인 메모리; 상기 제1 내지 제3 라인 메모리 중 현재 상기 이미지 센서로부터의 R, G, B 컬러값의 라이트 동작이 이루어지지 않는 2개의 라인 메모리로부터 출력되는 컬러값을 차례로 제1 라인 및 제2 라인으로 입력받아 저장하는 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단; 및 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단으로부터 컬러값을 입력받아 에지 센싱 보간 동작을 수행하여 보간된 R, G, B 컬러값을 출력하는 보간 수단을 포함하되, 상기 보간 수단은, 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 저장되어 있는 컬러값의 수직 및 수평 성분과 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 저장되어 있는 컬러값의 유형에 응답하여 보간 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 3 × 2 에지 센싱 보간 동작을 수행하는 본 발명의 일실시예에 따른 보간 장치의 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 보간 장치는 이미지 센서로부터 출력되는 R, G, B 컬러값을 입력받아 라인 단위로 차례대로 저장하는 제1 내지 제3 라인 메모리(200, 220, 240), 상기 제1 내지 제3 라인 메모리(200, 220, 240) 중 현재 라이트(write)가 되지 않는 2개의 라인 메모리(220, 240)로부터 출력되는 제1 라인의 컬러값(G1, B2, G3) 및 제2 라인의 컬러값(R4, G5, R6)을 저장하는 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260), 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260)로부터 컬러값을 입력받아 보간 동작을 수행하여 보간된 R, G, B 컬러값을 출력하는 보간 회로부(280)로 이루어진다. 참고로, 도 3에서는 설명의 편리함을 위해 현재 이미지 센서로부터의 R, G, B 컬러값이 제1 라인 메모리(200)에 라이트되어 나머지 제2 및 제3 라인 메모리(220, 240)에 저장된 컬러값을 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260)에 보내는 것으로 도시하였으나, 타이밍에 따라 제2 라인 메모리(220)에 라이트가 되는 경우 제1 및 제3 라인 메모리(200, 240)에 저장된 컬러값을 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260)에 보내기도 하고, 제3 라인 메모리(240)에 라이트가 되는 경우 제1 및 제2 라인 메모리(200, 220)에 저장된 컬러값을 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260)에 보내기도 한다. 그리고, 도 3에 도시된 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260)는 제1 라인의 GBGB형태, 제2 라인의 RGRG형태로 반복 구성되는 베이어 패턴(Bayer pattern)의 픽셀 어레이에서 하나의 픽셀씩 쉬프트한 해당 컬러값을 저장한다.
도 3에서 보간 회로부(280)는 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260)에 저장된 이웃한 픽셀의 컬러값을 이용하여 에지 센싱 보간 동작을 수행할 시 아래 수학식 1에 기재된 두 가지 연산을 먼저 실시한다.
상기 수학식 1에 기재된 ΔH는 수평 성분을, ΔV는 수직 성분을 각각 나타낸다. 그리고, 수평 성분(ΔH)과 수직 성분(ΔV)의 평균값을 문턱값(ΔT)라 했을 때 보간 동작 시 ΔH가 ΔT보다 큰 값을 가지면(즉, ΔH > ΔT), 수평성분이 많이 있는 것으로, ΔV가 ΔT보다 큰 값을 가지면(즉, ΔV > ΔT), 수직성분이 많이 있는 것으로 판단한다.
이어서, 보간 회로부(280)는 상기 판단에 따라 본격적인 보간 동작을 수행하되, 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260)에 저장되는 유형에 따라 아래와 같은 해당 픽셀의 RGB 컬러값(보간된 출력값)을 출력한다.
먼저, 도 3의 3 × 2 보간 윈도우 레지스터(260)에 저장된 바와 같이 제1 라인이 GBG, 제2 라인이 RGR인 유형에서는
ΔH > ΔT일 때,
R = R4
G = G5
B = B2
ΔV > ΔT일 때,
R = (R4 + R6)/2
G = (G1 + G3)/2
B = B2
그 외의 경우,
R = (R4 + R6)/2
G = (G1 + G3 + G5)/3
B = B2
으로 각각 보간한다.
다음으로, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 라인이 GRG, 제2 라인이 BGB인 유형에서는
ΔH > ΔT일 때,
R = R2
G = G5
B = B4
ΔV > ΔT일 때,
R = R2
G = (G1 + G3)/2
B = (B4 + B6)/2
그 외의 경우,
R = R2
G = (G1 + G3 + G5)/3
B = (B4 + B6)/2
으로 각각 보간한다.
마지막으로, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 라인이 BGB, 제2 라인이 GRG인 유형에서는
ΔH > ΔT일 때,
R = R5
G = G2
B = B1
ΔV > ΔT일 때,
R = R5
G = (G4 + G6)/2
B = (B1 + B3)/2
그 외의 경우,
R = R5
G = (G2 + G4 + G6)/3
B = (B1 + B3)/2
으로 각각 보간한다. 이때, 수직성분(ΔV), 수평성분(ΔH)은 상기 수학식 1과 유사하게로 결정된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 추가되는 메모리 없이 2개의 라인 메모리로 에지 센싱 보간을 수행함으로써 이미지 데이터의 해상도를 높일 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. R(Red), G(Green), B(Blue) 중 하나의 컬러값만을 번갈아 출력하는, RGB 컬러 필터 어레이를 구비한 이미지 센서를 위한 컬러 보간 장치에 있어서,
    상기 이미지 센서로부터 출력되는 R, G, B 컬러값을 차례대로 입력받아 저장하는 제1 내지 제3 라인 메모리;
    상기 제1 내지 제3 라인 메모리 중 현재 상기 이미지 센서로부터의 R, G, B 컬러값의 라이트 동작이 이루어지지 않는 2개의 라인 메모리로부터 출력되는 컬러값을 차례로 제1 라인 및 제2 라인으로 입력받아 저장하는 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단; 및
    상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단으로부터 컬러값을 입력받아 에지 센싱 보간 동작을 수행하여 보간된 R, G, B 컬러값을 출력하는 보간 수단을 포함하되,
    상기 보간 수단은,
    상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 저장되어 있는 컬러값의 수직 및 수평 성분과 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 저장되어 있는 컬러값의 유형에 응답하여 보간 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 보간 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 제1 라인이 G1B2G3,제2 라인이 R4G5R6의 컬러값이 저장된 경우 상기 보간 수단은,
    수평성분(ΔH) 및 수직성분(ΔV)을 하기 식과 같이 구한 후,
    상기 수평성분(ΔH)이 상기 수직성분(ΔT)과 상기 수평성분(ΔH)의 평균값(ΔT)보다 클 때는, R4의 값을 보간된 R 컬러값으로, G5을 보간된 G값으로, B2을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하고,
    상기 수직성분(ΔH)이 상기 평균값(ΔT)보다 클 때는, "(R4+ R6)/2"의 값을 보간된 R 컬러값으로, "(G1+ G3)/2"을 보간된 G값으로, B2을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하고,
    나머지의 경우에는, "(R4+ R6)/2"의 값을 보간된 R 컬러값으로, "(G1+ G3+ G5)/3"을 보간된 G값으로, B2을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 보간 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 제1 라인이 G1R2G3, 제2 라인이 B4G5B6의 컬러값이 저장된 경우 상기 보간 수단은,
    수평성분(ΔH) 및 수직성분(ΔV)을 하기 식과 같이 구한 후,
    상기 수평성분(ΔH)이 상기 수직성분(ΔT)과 상기 수평성분(ΔH)의 평균값(ΔT)보다 클 때는, R2의 값을 보간된 R 컬러값으로, G5을 보간된 G값으로, B4을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하고,
    상기 수직성분(ΔH)이 상기 평균값(ΔT)보다 클 때는, R2의 값을 보간된 R 컬러값으로, "(G1+ G3)/2"을 보간된 G값으로, "(B4+ B6)/2"을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하고,
    나머지의 경우에는, R2의 값을 보간된 R 컬러값으로, "(G1+ G3+ G5)/3"을 보간된 G값으로, "(B4+ B6)/2"을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 보간 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 3 × 2 보간 윈도우 저장 수단에 제1 라인이 B1G2B3, 제2 라인이 G4R5G6의 컬러값이 저장된 경우 상기 보간 수단은,
    수평성분(ΔH) 및 수직성분(ΔV)을 하기 식과 같이 구한 후,
    상기 수평성분(ΔH)이 상기 수직성분(ΔT)과 상기 수평성분(ΔH)의 평균값(ΔT)보다 클 때는, R5의 값을 보간된 R 컬러값으로, G2을 보간된 G값으로, B1을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하고,
    상기 수직성분(ΔH)이 상기 평균값(ΔT)보다 클 때는, R5의 값을 보간된 R 컬러값으로, "(G4+ G6)/2"을 보간된 G값으로, "(B1+ B3)/2"을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하고,
    나머지의 경우에는, R5의 값을 보간된 R 컬러값으로, "(G2+ G4+ G6)/3"을 보간된 G값으로, "(B1+ B3)/2"을 보간된 B 컬러값으로 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 보간 장치.
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