KR20060083287A - 자동 포커스의 정밀도 향상 방법 - Google Patents

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KR20060083287A
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이병권
서준혁
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삼성테크윈 주식회사
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    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems

Abstract

본 발명은 디지털 영상 처리 장치의 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동 포커스 수행 전에 포커스 렌즈의 민감도를 크게하여 자동 포커스 수행 시에 정밀성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 자동 포커스의 정밀도 향상 방법은 이미지를 촬영하여 저장하는 디지털 영상 처리 장치의 동작 방법으로써, (a) 상기 디지털 영상 처리 장치가 반셔터 상태가 되면, 조리개를 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환하는 단계, (b) 상기 조리개 상태에서 적정 노출을 수행하는 단계 및 (c) 상기 노출상태에서 자동 포커스를 수행하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 반셔터 상태에서 조리개를 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환하여 포커스 렌즈의 민감도를 크게 함으로써 자동 포커스 수행 시에 정밀성을 향상시킬 수 있다.

Description

자동 포커스의 정밀도 향상 방법{Method for improving precision of auto focus in digital image processing device}
도 1은 디지털 영상 처리 장치의 일 실시 예인 디지털 카메라의 앞쪽 및 위쪽 외형을 보여주는 사시도이다.
도 2는 자동 포커스 정밀도 향상을 위한 디지털 영상 처리 장치의 전체적 구성을 보이는 블록도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 포커스의 정밀도 향상 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
도 4는 도 3중 자동 포커스 수행 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
본 발명은 디지털 영상 처리 장치의 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동 포커스 수행 전에 포커스 렌즈의 민감도를 크게 하여 자동 포커스 수행 시에 정밀성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 영상 처리 장치의 일 실시 예인 디지털 카메라에서 자동 노출(Auto exposure)이란, 피사체의 밝기를 카메라가 판단하여 자동적으로 노출을 정해 주는 기능이다. 디지털 카메라에서의 자동 노출은 CCD 감도(ISO), 조리개 값, 셔터 속도를 모두 고려해서 결정된다.
또한 디지털 카메라에서 자동 포커스(Auto focus)는 카메라가 자동으로 초점을 맞추는 것으로 피사체가 멀리 떨어져 있는 경우 초음파를 발사해서 이것이 되돌아오는 시간을 계산해서 거리를 추정하는 방법과 비교적 거리가 멀지 아니한 경우 적외선을 발사해서 거리를 측정하는 방법, 그리고 피사체의 휘도의 차이가 존재하는 부위에 그 휘도 차이를 극명하게 하여 거리를 측정하는 방법 등의 세 가지 방법이 있다
자동 포커스를 위한 자동 노출 관련 설정에 대한 종래 기술은 자동 포커스 직전의 노출 상태를 고정하므로, 조리개 상태는 외부 휘도에 따른 상태가 된다.
자동 포커스 렌즈의 민감도와 관련된 수식인 초점 심도는 초점이 맞는 범위를 나타내는 것으로, 이를 수식으로 표현하면 F_number×허용 착란원 지름으로 나타낼 수 있다. 여기서 F_number는 초점거리/조리개 구경으로 나타낸다. 즉, 초점심도에 대한 수식을 표현하면 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112005002221635-PAT00001
수학식 1에서 초점거리 및 허용 착란원 지름을 고정되어 있으므로, 초점 심도는 조리개 구경에 따라 그 값이 달라지게 된다.
즉, 조리개의 구경이 큰 상태에서는 초점 심도가 얕아져 자동 포커스 렌즈의 민감도는 더욱 향상되어 보다 정밀한 합초 위치로 포커스 렌즈를 이동시킬 수 있게 된다.
그러나, 조리개의 구경이 작은 상태에서는 초점 심도가 깊어져 자동 포커스 렌즈의 민감도가 떨어질 수 있다. 특히 디지털 카메라가 망원(Telephoto)-줌 조건이거나, 콘트라스트 대비가 적은 단색 피사체 조건에서는 포커스 렌즈의 민감도가 떨어지게 되어 촬영된 피사체의 해상도 저하의 문제가 발생될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 반셔터 상태에서 조리개를 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환하여 포커스 렌즈의 민감도를 크게 함으로써 자동 포커스 수행 시에 정밀성을 향상시키는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 상기 기술적인 과제를 해결하기 위한 자동 포커스의 정밀도 향상 방법은 이미지를 촬영하여 저장하는 디지털 영상 처리 장치의 동작 방법으로써, (a) 상기 디지털 영상 처리 장치가 반셔터 상태가 되면, 조리개를 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환하는 단계; (b) 상기 조리개 상태에서 적정 노출을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 노출상태에서 자동 포커스를 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 조리개가 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환된 상태에서 셔터 스피드 및 AGC(Automatic gain contrl) 게인값을 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 디지털 영상 처리 장치가 망원(Telephoto)-줌 상태이거나 또는 콘트라스트의 대비가 미약한 단색 피사체 촬영 시에 상기 방법을 수행하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 디지털 영상 처리 장치의 일 실시 예인 디지털 카메라의 앞쪽 및 위쪽 외형을 보여주는 사시도써, 셔터(11), 조리개(15) 및 렌즈부(15)를 포함한다.
도 2는 자동 포커스 정밀도 향상을 위한 디지털 영상 처리 장치의 전체적 구성을 보이는 블록도 이다. 이어서, 도 1 및 도 2를 참조하여 자동 포커스의 정밀도 향상할 수 있는 디지털 영상 처리 장치를 설명한다.
조리개(13)는 렌즈를 투과하는 빛의 양과 초점 심도를 조절하는데, 빛은 렌즈에 있는 빛은 렌즈에 있는 조리개를 통과하여 OEC(21)에 도달하며 적당한 빛의 양은 이 조리개(13)를 열거나 닫음으로써 조절된다. 일반적으로 어두운 곳에서는 조리개(13)를 열어 많은 빛을 통과시키고, 밝은 곳에서는 조리개(13)를 닫음으로써 적은 양의 빛을 통과시켜 노출을 적당히 조절한다.
참조 부호 MA(23)는 조리개(aperture, 도시되지 않음)를 구동하기 위한 모터를 가리킨다. 여기서, 지정 노출 모드인 경우와 그렇지 않은 경우에 따라 조리개 구동 모터(MA)의 회전각이 달라진다. 지정 노출 모드란, 피사 영역에서 사용자가 원하는 일부 영역이 디지털 영상 처리 장치의 디스플레이 패널(41)에 표시된 지정 검출 영역에 일치되면, 이 지정 검출 영역의 평균 휘도에 대한 상기 디지털 영상 처리 장치의 노광량을 설정하는 모드를 말한다.
렌즈부(15)와 필터부(17)를 포함한 광학계(OPS)(19)는 피사체로부터의 빛을 광학적으로 처리한다.
광학계(OPS)의 렌즈부(20)는 줌 렌즈(ZL), 포커스 렌즈(FL), 및 보상 렌즈(CL)를 포함한다.
사용자가 광각(wide angle)-줌 버튼(미도시) 또는 망원(telephoto)-줌 버튼(미도시)을 누르면, 이에 상응하는 신호가 마이크로제어기(31)에 입력된다. 이에 따라, 마이크로제어기(31)가 모터 구동부(29)를 제어함에 따라, 줌 모터(MZ)(25)가 구동되어 줌 렌즈(ZL)(15-1)가 이동된다. 즉, 광각(wide angle)-줌 버튼이 눌러지면 줌 렌즈(ZL)(15-1)의 초점 길이(focal length)가 짧아져서 화각이 넓어지고, 망원(telephoto)-줌 버튼이 눌려지면 줌 렌즈(ZL)(15-1)의 초점 길이(focal length)가 길어져서 화각이 좁아진다. 이와 같은 특성에 따라 마이크로제어기(31)는 광학계(OPS)(19)의 설계 데이터로부터 줌 렌즈(ZL)(15-1)의 위치에 대한 화각(
Figure 112005002221635-PAT00002
)을 구할 수 있다. 여기서, 줌 렌즈(ZL)(15-1)의 위치가 설정된 상태에서 포커스 렌즈(FL)(15-2)의 위치가 조정되므로, 화각(
Figure 112005002221635-PAT00003
)은 포커스 렌즈(FL)(15-2)의 위치에 대하여 거의 영향을 받지 않는다.
한편, 피사체에 대하여 자동 또는 수동으로 초점이 맞추어진 경우, 포커스 렌즈(FL)(15-2)의 현재 위치는 피사체 거리(Dc)에 대하여 변한다. 여기서, 줌 렌즈(ZL)(15-1)의 위치가 설정된 상태에서 포커스 렌즈(FL)(15-2)의 위치가 조정되므로, 피사체 거리(Dc)는 줌 렌즈(ZL)(15-1)의 위치에 영향을 받는다.
자동 포커스 수행 시에, 마이크로제어기(31)가 모터 구동부(29)를 제어함에 의하여 포커스 모터(MF)(27)가 구동된다. 이에 따라 포커스 렌즈(FL)(15-2)가 맨 앞쪽에서 맨 뒤쪽으로 이동되며, 이 과정에서 영상 신호의 고주파 함량이 가장 많아지는 포커스 렌즈(FL)의 위치 예를 들어, 포커스 모터(MF)(15-2)의 위치 스텝 수가 설정된다.
보상 렌즈(CL)(15-3)는 전체적인 굴절율을 보상하는 역할을 하므로 별도로 구동되지 않는다.
광학계(OPS)(19)의 필터부(17)에 있어서, 광학적 저역통과필터(OLPF, Optical Low Pass Filter)(17-1)는 고주파 함량의 광학적 노이즈를 제거한다. 적외선 차단 필터(IRF, Infra-Red cut Filter)(17-2)는 입사되는 빛의 적외선 성분을 차단한다.
CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)의 광전 변환부(OEC)(21)는 광학계(OPS)로부터의 빛을 전기적 아날로그 신호로 변환시킨다. 아날로그-디지털 변환부(33)는 OEC(21)에서 출력되는 전기적인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
DRAM(Dynamic Random Access Memory, 37)에는 디지털 신호 처리기(507)로부터의 디지털 영상 신호가 일시 저장된다.
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, 39)에는 디지털 신호 처리기(507)의 동작에 필요한 알고리듬 및 설정 데이터가 저장된다.
도 3은 포커스 렌즈의 민감도를 크게 하여 자동 포커스 수행 시에 정밀성을 향상시키는 방법으로 마이크로 제어기(31)의 제어 알고리즘에 의해 수행되며, 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 셔터(11)를 S1 상태 즉, 반누름 상태로 전환한다(301단계). 디지털 영상 처리 장치에서 셔터(11)는 2단의 구조로 즉, 반셔터와 완전셔터로 구분된다. 반셔터는 디지털 영상 처리 장치가 초점을 잡고 빛의 양을 조절할 수 있도록 해 주는, 일종의 예비단계라 할 수 있다. 이후, 완전셔텨를 누르면, 정해진 초점 및 조절된 빛의 양에 의해 피사체가 촬영된다. 현재 디지털 영상 처리 장치에서는 초점 및 빛의 양을 조절하기 위해 각각 자동 포커스 및 자동 노출 기능이 구현되어 있다.
셔터(11)가 반누름 상태가 되면, 휘도 조건에 상관없이 조리개(13)를 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환한다(303단계). 종래에는 자동 노출에 의해 조리개(13)의 개구경 값이 자동값으로 설정되어 있었다. 그러나, 상기 수학식 1에서와 같이 조리개의 구경이 큰 상태에서는 초점 심도가 얕아져 자동 포커스 렌즈의 민감도는 더욱 향상되어 보다 정밀한 합초 위치로 포커스 렌즈를 이동시킬 수 있게 된다. 따라서, 셔터(11)가 반누름 상태가 되면, 조리개(13)를 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환하기 위해 조리개 모터(23)를 동작시킨다.
조리개(13)가 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환되면, 자동 포커스 수행을 위한 적절한 노출을 수행한다(305단계). 빛의 양을 자동으로 조절하는 자동 노출 기능은 AGC(Automaic gain control) 게인, 조리개(13) 값, 셔터(11) 속도를 고려해 결정되며, 자동 노출은 상기 값들을 조합하여 미리 정해져 있다. 조리개(13)가 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환되었기 때문에, 촬영 프레임당 노출 속도(시간)을 전자적으로 바꿀 수 있도록 하는 셔터 속도를 빨리 해주거나, AGC 게인을 낮게 설정하여 적절한 자동 노출이 되도록 한다.
자동 노출이 수행되면, 자동 포커스 과정을 수행한다(307단계). 종래에는 조리개의 개구경 값이 정해져 있었기 때문에 포커스 렌즈(FL)(15-2)의 민감도에 상관없이 자동 포커스 과정을 수행하였으나, 본 발명에서는 조리개(13)가 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환되어 포커스 렌즈(FL)(15-2)의 민감도가 더욱 향상되어 자동 포커스 과정을 보다 정밀하게 수행할 수 있게 된다. 이를 디지털 카메라가 망원(Telephoto)-줌 조건이거나, 콘트라스트 대비가 적은 단색 피사체 조건에 적용하게 되면, 피사체의 해상도 저하 없이 원할한 영상을 촬영할 수 있게 된다.
도 4는 도 3중 자동 포커스 수행 방법의 동작을 보이는 흐름도로써, 포커스 모터(MF)(27)의 구동에 의하여 포커스 렌즈(FL)(15-2)가 시작 위치로 이동된다(307-1단계).
다음에 포커스 렌즈(FL)(15-2)의 현재 위치가 종료 위치가 될 때까지 제1 스텝 수 예를 들어, 8 스텝 수 단위로 포커스 모터(MF)(27)가 구동되면서 포커스 값 즉, 영상 신호의 고주파 함량이 판독된다(307-2, 307-3단계).
다음에 판독된 포커스 값들중에서 최대 포커스 값의 위치를 점검한다(307-4단계). 즉, 최대 포커스 값의 위치의 주위에서 고주파 함량이 가장 많은 최종 위 치 스텝 수가 찾아져 설정된다.
다음에, 포커스 모터(MF)의 구동에 의하여 포커스 렌즈(FL)가 최대 포커스 값의 위치로 이동된다(307-5단계).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반셔터 상태에서 조리개를 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환하여 포커스 렌즈의 민감도를 크게 함으로써 자동 포커스 수행 시에 정밀성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 이미지를 촬영하여 저장하는 디지털 영상 처리 장치의 동작 방법으로써,
    (a) 상기 디지털 영상 처리 장치가 반셔터 상태가 되면, 조리개를 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환하는 단계;
    (b) 상기 조리개 상태에서 적정 노출을 수행하는 단계; 및
    (c) 상기 노출상태에서 자동 포커스를 수행하는 단계를 포함하는 자동 포커스의 정밀도 향상 방법
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조리개가 현재값보다 큰 개구경 상태로 전환된 상태에서 셔터 스피드 및 AGC(Automatic gain contrl) 게인값을 변경하는 것을 특징으로 하는 자동 포커스의 정밀도 향상 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 디지털 영상 처리 장치가 망원(Telephoto)-줌 상태이거나 또는 콘트라스트의 대비가 미약한 단색 피사체 촬영 시에 상기 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 자동 포커스의 정밀도 향상 방법.
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KR101009345B1 (ko) * 2008-08-27 2011-01-19 삼성전자주식회사 합초 위치 검출 장치, 촬상 장치 및 합초 위치 검출 방법
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