KR20040085933A - 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화면의 일부분이 다른 부분에 비해 매우 밝아질 때 상대적으로 다른 부분이 너무 어두워져서 그 부분에 대한 감시가 어려워지게 되는 것을 방지함으로써 항상 최적의 감시가 이루어질 수 있도록 한 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법에 관한 것이다.

줌 렌즈부를 통과한 빛이 CCD부에서 전기신호로 변환되어 자동이득부에서 증폭되도록 하고,

상기의 증폭된 신호가 A/D변환부를 거쳐 영상처리부에 전달되어 화면의 분할된 영역에 대한 밝기를 판단할 수 있는 AE 데이터는 물론 WHITE BALANCE, FOCUS, 화면밝기에 대한 데이터를 추출해 내도록 하고,

상기의 영상신호처리부에서 넘겨진 정보로부터 마이콤의 휘도 레벨 평가부에서는 현재의 밝기정도를 계산해내고 노출제어부에서 현재의 밝기와 목표밝기를 비교하여 노출을 제어하도록 함으로써 화면 중 일부가 다른 부분에 비하여 상대적으로 너무 밝거나 어두운 상태에 따른 가중치를 변화시키지 않을 경우에 이로 인하여 화면 전체의 밝기를 어둡거나 밝게 함에 의하여 밝거나 어두운 부분 일부에 의하여 전체 화면의 밝기가 변화되는 데에 따르는 단점을 해소할 수 있도록 한 것이다.

Description

줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법{Automatic exposure control method of Camera for watch all style zoom}

본 발명은 고체촬상소자(CCD: Charge Coupled Device)를 이용한 캠코더나 줌 일체형 감시용 카메라에 구비되어 있는 조리개(lris)의 개폐량 및 이득을 자동으로 조절하여 최적의 노출상태를 유지하도록 하는 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법에 관한 것으로, 특히 화면의 일부분이 다른 부분에 비해 매우 밝아질 때, 상대적으로 다른 부분이 너무 어두워져서 그 부분에 대한 감시가 어려워지게 되는 것을 방지함으로써, 항상 최적의 감시가 이루어질 수 있도록 한 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 고체촬상소자(CCD: Charge Coupled Device)를 이용한 캠코더나 줌 일체형 감시용 카메라는 자동 조리개(lris)를 구비한 상태에서 조리개의 개폐량 및 이득을 조절하면서 최적의 노출상태를 유지하도록 하였음은 이미 잘 알려진 사실이다.

종래의 줌 일체형 감시용 카메라는 화면의 일부분에 강한 빛이 있을 경우에 그 빛으로 인하여 화면전체의 밝기가 커지므로 노출을 줄이게 되고, 이에 따라 그 이외의 부분이 상대적으로써 어두워짐으로써, 원활한 감시에 어려움이 있었다.

또한, 화면의 일부분이 아주 어두워 지면 화면전체의 밝기가 어두워지게 되므로 노출을 키우게 되고, 이에 따라 그 이외의 부분도 같이 밝아짐으로써 심할 경우에는 하얗게 포화되는 현상이 발생하여 감시용 카메라의 기능을 다하지 못하는 경우가 있었다.

상기 종래의 일반적인 줌 일체형 카메라는 도 1에 도시한 것과 같이, 포커스렌즈 및 줌렌즈 같은 광학 렌즈(101a)들과 빛의 양을 조절하는 조리개(101b)로 구성되어 있는 줌 렌즈부(101)와,

상기 줌 렌즈부(101)를 통과한 빛을 전기적인 신호로 바꿔주는 CCD부(102)와,

상기의 CCD부(102)에서 변환된 전기신호를 증폭시켜 주는 자동이득부(103)와,

상기의 자동이득부(103)에서 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 바꿔주는 A/D변환부(104)와,

상기의 A/D변환부(104)에서 디지털로 변환된 신호로부터 영상신호를 만들어내는 영상신호처리부(105)와,

상기의 영상신호처리부(105)에서 넘겨진 정보로부터 현재의 밝기정도를 계산해내어 현재의 밝기와 목표밝기를 비교하여 노출을 제어하는 제어부(108)와,

상기의 조리개(101b)의 개폐를 구동하는 조리개구동부(106)와,

도면에 도시하지 않은 홀센서를 통하여 조리개(101b)의 열림량을 검출하는 조리개 열림량 검출부(107)들로 구성하였다.

상기와 같은 종래의 줌 일체형 카메라에 의하여서는, 마이콤이 영상신호처리부(105)에서 읽어 온 AE 데이터를 가지고 각 영역별 밝기를 구한 후에 고정된 영역별 가중치를 가지고 화면 전체에 대한 밝기를 계산해서 그 결과를 목표밝기와 비교하였다.

이때, 화면의 특정 부면에 밝은 빛이 있을 경우에 이 화면에 대한 전체 밝기는 상당히 커지게 된다. 따라서, 현재의 밝아진 상태를 목표밝기에 맞추기 위해서 노출을 줄이게 된다.

상기의 제어부(108)가 조리개구동부(106)와 자동이득부(103)를 동시에 제어하도록 되어있으므로 조리개를 모두 열었음에도 불구하고 주변의 광량이 부족하여 목표밝기가 되지 못하였을 경우에는 자동이득부(103)에서 회로적으로 영상신호를 증폭시킴으로써, 원래의 신호에 어느 정도 전기적인 노이즈는 감수하더라도 목표로 하는 밝기를 얻을 수 있도록 한다.

이때 자동이득부(103)의 최대 이득을 제한함으로써, 원래신호가 훼손되는 것과 원하는 밝기를 조절 할 수 있다. 즉, 원래 신호에 노이즈가 어느 정도 생기더라도 밝기를 크게 하기를 원할 경우에는 최대이득을 크게 정하면 된다.

이때, 제어부(108)에서 조리개구동부(106)와 자동이득부(103)를 제어할 때에는 노출을 감소시켜야 할 경우에는 이득이 최소인지 확인한 후에 조리개를 닫아야 한다. 그리고 노출을 키워야 할 경우에는 우선 조리개를 열어서 노출을 키우고, 조리개가 완전 개방된 상태에서도 원하는 밝기가 되지 않을 경우에는 이득을 키워야 한다. 왜냐하면, 이득을 키운다는 것은 원래신호에 노이즈가 발생한다는 것을 의미하기 때문이다.

결과적으로 특정부분의 매우 밝은 영역이 화면전체의 밝기 중에서 상당부분을 차지하게 때문에 기타영역의 밝기는 상대적으로 상당히 작아질 수밖에 없다. 따라서, 그 부분이 상대적으로 어두워짐으로서 화면 전체에 대한 원활한 감시가 어려워지게 되었다.

반대로, 화면의 특정부분이 아주 어두운 상황에서는 이 화면에 대한 전체 밝기는 상당히 작아지게 된다. 따라서, 현재의 어두워진 상태를 목표밝기에 맞추기 위해서 노출을 키우게 된다. 결과적으로, 특정부분의 매우 어두운 영역이 화면전체의 밝기를 어둡게 만들기 때문에 기타영역의 밝기는 상대적으로 커지게 된다. 따라서, 심할 경우에 하얗게 포화되는 현상이 생김으로써 화면 전체에 대한 원활한 감시가 어려워지는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 화면의 일부분이 다른 부분에 비해 매우 밝아질 때, 상대적으로 다른 부분이 너무 어두워져서 그 부분에 대한 감시가 어려워지게 되는 것을 방지함으로써 항상 최적의 감시가 이루어질 수 있도록 한 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 화면의 일부분이 다른 부분에 비해 상대적으로 어두워질 때 상대적으로 다른 부분이 밝아져서 그 부분에 대한 감시가 어려워지게 되는 것을 방지함을 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법은 포커스렌즈 및 줌렌즈 같은 광학 렌즈들과 빛의 양을 조절하는 조리개로 구성되어 있는 줌 렌즈부와,

상기 줌 렌즈부를 통과한 빛을 전기적인 신호로 바꿔주는 CCD부와,

상기의 CCD부에서 변환된 전기신호를 증폭시켜 주는 자동이득부와,

상기의 자동이득부에서 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 바꿔주는 A/D변환부와,

상기의 A/D변환부에서 디지털로 변환된 신호로부터 영상신호를 만들어내며 각종 정보화면의 분할된 영역에 대한 밝기를 판단할 수 있는 AE(Auto Exposure) 데이터는 물론 WHITE BALANCE, FOCUS, 화면밝기에 대한 데이터를 추출해 내는 영상신호처리부와,

상기의 영상신호처리부에서 넘겨진 정보로부터 현재의 밝기정도를 계산해내는 마이콤의 휘도 레벨 평가부와,

상기의 휘도 레벨 평가부에서 평가한 현재의 밝기와 목표밝기를 비교하여 노출을 제어하는 마이콤의 노출제어부와,

상기의 조리개의 개폐를 구동하는 조리개구동부와,

도면에 도시하지 않은 홀센서를 통하여 조리개의 열림량을 검출하는 조리개 열림량 검출부들로 구성하여 영상신호의 매번 수직동기 주기로 자동노출제어방법의 동작이 수행되도록 하되,

상기 렌즈부를 통하여 CCD부에 도달한 빛은 고체촬상소자인 CCD에 의해서 전기적인 신호로 변환되고, 자동이득부에서 적절한 이득으로 증폭시킨 후 A/D변환부로 전달하여 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키게 된다.

상기 영상처리부에서는 디지털 신호를 아날로그 영상신호로 만들어서 출력시키는 동시에 화면을 5개의 영역으로 나누어 각각의 영역에 대한 밝기를 판단할 수 있는 AE(Auto Exposure) 데이터도 만들어 출력하도록 한다.

상기의 마이콤이 현재의 밝기를 알 수 있는 AE 데이터를 영상신호처리부에서 읽어와서 현재의 밝기를 평가해서 목표밝기와 비교를 한 후, 조리개를 구동하거나 이득을 조절함으로써 화면 중 일부가 다른 부분에 비하여 상대적으로 너무 밝거나 어두운 상태에 따른 가중치를 변화시키지 않을 경우에 이로 인하여 화면 전체의 밝기를 어둡거나 밝게함에 의하여 밝거나 어두운 부분 일부에 의하여 전체 화면의 밝기가 변화되는 데에 따르는 단점을 해소할 수 있도록 하면서 목표밝기가 되도록 노출을 제어하도록 한 것이다.

도 1은 일반적인 줌 일체형 카메라의 자동노출 제어장치의 구성을 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 영상처리부에서 출력되는 영상신호를 디스플레이하는 화면을 5개의 영역으로 분할한 상태를 도시한 개략도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 줌 일체형 카메라의 자동노출 제어장치의 구성을 도시한 블록도.

도 4은 본 발명의 AE 데이터를 읽어와서 평가한 현재의 밝기를 목표밝기와 비교하여 목표밝기가 되도록 제어하는 과정을 나타낸 플로챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 줌 렌즈부 2 : CCD부

3 : 자동이득부 5 : 영상신호처리부

6 : 조리개구동부 7 : 조리개 열림량 검출부

8 : 노출제어부 9 : 휘도 레벨 평가부

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 구성도로서,

포커스렌즈 및 줌렌즈 같은 광학 렌즈(1a)들과 빛의 양을 조절하는 조리개(1b)로 구성되어 있는 줌 렌즈부(1)와,

상기 줌 렌즈부(1)를 통과한 빛을 전기적인 신호로 바꿔주는 CCD부(2)와,

상기의 CCD부(2)에서 변환된 전기신호를 증폭시켜 주는 자동이득부(3)와,

상기의 자동이득부(3)에서 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 바꿔주는 A/D변환부(4)와,

상기의 A/D변환부(4)에서 디지털로 변환된 신호로부터 영상신호를 만들어내며 각종 정보를 추출해 내는 영상신호처리부(5)와,

상기의 영상신호처리부(5)에서 넘겨진 정보로부터 현재의 밝기정도를 계산해내는 휘도 레벨 평가부(9)와,

상기의 휘도 레벨 평가부(9)에서 평가한 현재의 밝기와 목표밝기를 비교하여 노출을 제어하는 노출제어부(8)와,

상기의 휘도 레벨 평가부(9)와 노출제어부(8)에 의해 마이콤이 구성되도록 한다.

상기의 조리개(1b)의 개폐를 구동하는 조리개구동부(6)와,

도면에 도시하지 않은 홀센서를 통하여 조리개(1b)의 열림량을 검출하는 조리개 열림량 검출부(7)들로 구성한 것이다.

상기의 영상신호처리부(5)에서 추출되는 정보에는 WHITE BALANCE, FOCUS, 화면밝기에 대한 데이터 등이 있다.

본 발명의 자동노출제어방법에 의한 노출제어의 동작 주기는 영상신호의 매번 수직동기 신호의 주기로 수행된다.

먼저 렌즈부(1)를 통하여 CCD부(2)에 도달한 빛은 고체촬상소자인 CCD에 의해서 전기적인 신호로 변환되고, 자동이득부(3)에서 적절한 이득으로 증폭시켜 A/D변환부(4)로 전달되면, A/D변환부(4)에서는 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키게 된다.

상기의 영상처리부(5)에서는 디지털 신호를 아날로그 영상신호로 만들어서 출력시키는 동시에 도 2에 도시한 바와 같이 하나의 화면을 5개의 영역으로 나누어서 각각의 영역에 대한 밝기를 판단할 수 있는 AE(Auto Exposure) 데이터를 만들어 출력하도록 한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법은마이콤이 현재의 밝기를 알 수 있는 AE(Auto Exposure) 데이터를 영상신호처리부에서 읽어와서 현재의 밝기를 평가해서 목표밝기와 비교를 한 후, 조리개를 구동하거나 이득을 조절함으로써 목표밝기가 되도록 노출을 제어하는 것으로서 그 과정을 도 4에 도시한 플로차트를 참고로 설명하면 다음과 같다.

우선 마이콤의 휘도 레벨 평가부(9)에서는 영역별 AE 데이터를 영상신호처리부(5)에서 읽어온다(단계 11). 다음에 AE 데이터를 정규화해서 영역별 밝기(B0,B1,B2,B3,B4)를 계산한다(단계 12).

상기의 영역별 밝기는 정규화된 영역 0의 밝기(B0), 정규화된 영역 1의 밝기(B1), 정규화된 영역 2의 밝기(B2), 정규화된 영역 3의 밝기(B3), 정규화된 영역 4의 밝기(B4)를 각각 나타낸다.

여기에서 AE 데이터를 정규화하는 이유는 데이터가 상당히 큰 값이기 때문에 1byte의 값으로 정규화 함으로서 비교 및 관리가 용이해 지도록 하기 위함이다.

상기와 같이 계산한 영역별 밝기에 의하여 화면 전체의 밝기가 어둡거나 밝은 가를 판단하여(단계 13) 화면 전체가 어둡거나 밝지 않으면, 정규화된 영역 0의 밝기(B0)가 특정영역이 매우 밝다고 판단되는 기준밝기(Bth_H)(목표밝기 + x)보다 밝은 가를 판단하여(단계 14), 밝다면 상기의 가중치가 기본 가중치인가를 판단하여(단계 15), 맞으면 가중치를 감소시키도록 한다(단계 16)

상기의 단계 14에서 밝지 않으면, 정규화된 영역 0의 밝기(B0)가 특정영역이 매우 어둡다고 판단되는 기준밝기(Bth_L)(목표밝기 - y)보다 어두운 가를 판단하여(단계 17), 어둡다면 상기의 가중치가 기본 가중치인가를 판단하여(단계18), 맞으면 가중치를 증가시키도록 한다(단계 19).

여기서 화면 중 일부가 다른 부분에 비하여 상대적으로 너무 밝거나 어두운 상태에 따른 가중치를 변화시키지 않을 경우에는, 주위에 비하여 너무 밝거나 어두운 부분으로 인하여 화면 전체의 밝기를 어둡거나 밝게 조절됨에 의하여 다른 부분이 상대적으로 어둡게 되거나 밝게 변화되는 데에 따르는 문제점이 발생할 수 있게 된다.

상기의 단계 17에서 어둡지 않다면, 현재의 가중치를 정규화된 영역 0의 기본 가중치로 설정한다(단계 20).

그리고 정규화된 영역 1의 밝기(B1)가 특정영역이 매우 밝다고 판단되는 기준밝기(Bth_H)(목표밝기 + x)보다 밝은 가를 판단하여(단계 21), 밝다면 상기의 가중치가 기본 가중치인가를 판단하여(단계 22), 맞으면 가중치를 감소시키도록 한다(단계 23)

상기의 단계 21에서 밝지 않으면, 정규화된 영역 1의 밝기(B1)가 특정영역이 매우 어둡다고 판단되는 기준밝기(Bth_L)(목표밝기 - y)보다 어두운 가를 판단하여(단계 24), 어둡다면 상기의 가중치가 기본 가중치인가를 판단하여(단계 25), 맞으면 가중치를 증가시키도록 한다(단계 26).

상기의 단계 24에서 어둡지 않다면, 현재의 가중치를 정규화된 영역 1의 기본 가중치로 설정한다(단계 27).

이와 같은 방법으로 정규화된 영역 2와 정규화된 영역 3에 대하여 동일하게 진행한 다음에는 정규화된 영역 4의 밝기(B4)가 특정영역이 매우 밝다고 판단되는기준밝기(Bth_H)(목표밝기 + x)보다 밝은 가를 판단하여(단계 31), 밝으면 상기의 가중치가 기본 가중치인가를 판단하여(단계 32), 맞으면 가중치를 감소시키도록 한다(단계 33)

상기의 단계 31에서 밝지 않으면, 정규화된 영역 4의 밝기(B4)가 특정영역이 매우 어둡다고 판단되는 기준밝기(Bth_L)(목표밝기 - y)보다 어두운 가를 판단하여(단계 34), 어둡다면 상기의 가중치가 기본 가중치인가를 판단하여(단계 35), 맞으면 가중치를 증가시키도록 한다(단계 36).

상기의 단계 34에서 어둡지 않다면, 현재의 가중치를 정규화된 영역 4의 기본 가중치로 설정한다(단계 37).

상기의 단계 13에서, 화면 전체가 어둡거나 밝으면, 화면 전체의 밝기를 계산하는 연산을 수행하도록 한다(단계 38).

상기 화면 전체의 밝기를 구하는 과정은, 구해진 영역별 밝기(B0,B1,B2,B3,B4)에 영역별 가중치(w0,w1,w2,w3,w4)를 곱하는 연산을 수행하고 이들 결과를 모두 더한 후에, 가중치의 합으로 나누는 연산을 수행함으로써 화면전체의 밝기를 계산한다.

그러므로 화면 전체의 밝기 = (B0*W0+B1*W1+B2*W2+B3*W3+B4*W4) / (W1+W2+W3+W4)의 식으로 표시할 수 있다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명의 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법에 의하여서는 줌 렌즈부를 통과한 빛이 CCD부에서 전기신호로 변환되어 자동이득부에서 증폭되도록 하고,

상기의 증폭된 신호가 A/D변환부를 거쳐 영상처리부에 전달되어 화면의 분할된 영역에 대한 밝기를 판단할 수 있는 AE 데이터는 물론 WHITE BALANCE, FOCUS, 화면밝기에 대한 데이터를 추출해 내도록 하고,

상기의 영상신호처리부에서 넘겨진 정보로부터 마이콤의 휘도 레벨 평가부에서는 현재의 밝기정도를 계산해내고 노출제어부에서 현재의 밝기와 목표밝기를 비교하는 중에 조리개 열림량 검출부를 통해 조리개의 열림량을 검출하면서 조리개구동부를 통하여 조리개의 개폐를 구동하도록 함으로써 화면의 특정부분에 강한 빛이나 매우 어두운 부분이 생기더라도 그것에 의한 전체화면의 밝기의 변화를 최소화함으로써 기타 다른 부분이 상대적으로 어두워지거나 포화되는 것을 방지하여 원활한 감시 및 촬영이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

Claims (3)

1. 우선 마이콤의 휘도 레벨 평가부에서 영역별 AE 데이터를 영상신호처리부에서 읽어온 다음에 AE 데이터를 정규화해서 영역별 밝기(B0,B1,B2,B3,B4)를 계산하는 단계와,

   상기와 같이 계산한 영역별 밝기에 의하여 화면 전체의 밝기가 어둡거나 밝은 가를 판단하여 화면 전체가 어둡거나 밝지 않으면, 각각의 정규화된 영역의 밝기가 특정영역이 매우 밝다고 판단되는 기준밝기보다 밝은 가를 판단하는 단계와,

   밝다면 상기의 가중치가 기본 가중치인가를 판단하여 가중치를 감소시키는 단계와,

   상기의 단계에서 밝지 않으면, 정규화된 영역들의 밝기가 특정영역이 매우 어둡다고 판단되는 기준밝기보다 어두운 가를 판단하는 단계와,

   어둡다면 상기의 가중치가 기본 가중치인가를 판단하여 맞으면 가중치를 증가시키도록 하는 단계와,

   상기의 단계에서 어둡지 않다면, 현재의 가중치를 정규화된 영역의 기본 가중치로 설정하는 단계와,

   상기의 특정영역이 매우 밝다고 판단되는 기준밝기보다 밝은 가와 어두운 가를 판단하면서 가중치를 조절하는 과정을 모든 정규화된 영역들에 대해 순차적으로 수행하는 단계와,

   화면 전체가 어둡거나 밝으면, 화면 전체의 밝기를 계산하는 연산을 수행하는 단계들에 의해 수행됨을 특징으로 하는 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기의 영역별 밝기는,

   화면을 5영역으로 분할한 상태에서, 각 영역의 AE 데이터가 상당히 큰 값이기 때문에 1byte의 값으로 정규화 함으로써 정규화된 영역 0의 밝기, 정규화된 영역 1의 밝기, 정규화된 영역 2의 밝기, 정규화된 영역 3의 밝기 및 정규화된 영역 4의 밝기로 구하도록 한 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 화면 전체의 밝기를 구하는 과정은,

   구해진 영역별 밝기(B0,B1,B2,B3,B4)에 영역별 가중치(w0,w1,w2,w3,w4)를 곱하는 연산을 수행하고,

   상기 곱하는 연산에 의한 결과값을 모두 더하고,

   상기의 결과값을 더한 계산값을 가중치의 합으로 나누는 연산을 수행하는 과정들에 의해 수행하도록 한 줌 일체형 감시용 카메라의 자동노출제어방법.