KR20070040547A - 카메라의 자동 초점장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라의 자동 초점장치 및 그 방법에 관한 것으로 특히, 카메라의 자동 초점동작시 피사체의 움직임을 기반으로 초점추출영역을 변화시켜 초점값을 산출하는 것으로, 렌즈와; 상기 렌즈를 통한 영상을 수신하는 이미지 센서와; 상기 렌즈를 구동하는 모터와; 상기 모터의 구동을 제어하는 모터 구동부와; 초점추출영역을 분할하고, 상기 모터 구동부를 통하여 모터를 구동하여 상기 초점추출영역의 각 분할된 부분에서 초점값을 산출하여 최적의 초점값을 결정하는 영상처리부를 포함하여 구성되어, 자동초점 성능을 향상시킬 수 있고, 따라서 불필요한 자동초점동작을 방지하며 최적의 초점거리에 빠르게 수렴시킬 수 있어, 모터의 전력 소모량을 감소시킬 수 있으며, 초점동작의 시간을 단축시킬 수 있는 것이다.

렌즈, 모터, 영상처리부, 초점, 영역

Description

카메라의 자동 초점장치 및 그 방법{Method and apparatus for auto-focusing for camera}

도 1은 종래의 자동 초점동작을 나타내는 그래프

도 2는 종래의 자동 초점영역을 나타내는 화면도

도 3은 종래의 자동 초점영역을 이용하여 설정되는 초점위치를 나타내는 화면도

도 4는 본 발명의 카메라의 자동 초점장치의 일 실시예를 나타내는 블럭도

도 5는 본 발명의 초점추출영역을 나타내는 개략도

도 6은 본 발명의 초점추출영역에서 초점값을 구한 상태를 나타내는 개략도

도 7은 본 발명의 초점추출영역에서 피사체의 초점을 구하는 상태를 나타내는 화면도

도 8은 도 7의 초점추출영역에서의 초점값을 나타내는 개략도

도 9는 본 발명의 초점추출영역에서 이동하는 피사체의 초점을 구하는 상태를 나타내는 화면도

도 10은 도 9의 초점추출영역에서의 초점값을 나타내는 개략도

도 11은 도 9의 피사체의 이동에 따른 초점추출영역의 이동을 나타내는 화면도

도 12는 도 9의 피사체의 다른 이동에 따른 초점추출영역의 이동을 나타내는 화면도

도 13은 본 발명의 자동 초점동작을 나타내는 그래프

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

10 : 렌즈 20 : 이미지 센서

30 : 모터 40 : 모터 구동부

50 : 영상처리부 60 : 초점추출영역

70 : 프레임 80 : 피사체

본 발명은 카메라의 자동 초점장치 및 그 방법에 관한 것으로 특히, 카메라의 자동 초점동작시 피사체의 움직임을 기반으로 초점추출영역을 변화시켜 초점값을 산출함으로써 자동초점 성능을 향상시키는 카메라의 자동 초점장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 카메라의 자동초점은 카메라계의 촬상면에 피사체의 상이 정확하게 맺히도록 하는 것으로, 액티브(Active) 방식과 패시브(Passive) 방식이 사용된다.

상기 액티브 방식은 카메라쪽에서 광선, 전파 또는 음파 등을 쏘아서 되돌아오는 반사 정보를 이용하여 카메라와 피사체의 거리 정보를 구하는 것이다. 특히 적외선을 이용한 액티브 방식은 어두운 곳에서도 초점을 잘 맞출 수 있으나, 적외선을 반사하는 유리 너머의 피사체나 적외선을 흡수하는 검은 피사체는 초점을 맞추기 어렵다.

반면, 상기 패시브 방식은 초점이 잘 맞을수록 피사체상의 콘트라스트가 높아지는 특성을 이용하여, 렌즈계로부터 얻어진 화상 정보에서 고주파 성분을 추출하여 초점 여부를 판별한다.

따라서 상기 패시브 방식은 어두운 피사체에 초점을 맞추는 것은 어렵지만 유리너머에 있는 피사체에 대해서는 초점을 맞출 수 있고, 피사계 심도가 얕은 경우나 피사체가 먼 곳에 위치하는 경우에 있어서도 정확하게 초점을 맞출 수 있는 등, 많은 우수한 특징을 가지고 있어, 다양하게 사용되고 있다.

상기와 같은 자동초점 방식은 카메라가 영상의 자동초점을 수행하기 위해 영상의 고정된 일정 영역에서 초점 값(focus value)을 추출하여 자동초점 동작을 수행하는 방식이 사용되어 왔다.

그러나 상기와 같이, 고정된 영역에서 초점 값을 추출하여 자동초점을 수행하는 방식은, 움직이는 물체에 대해 효과적인 자동 초점을 수행 할 수 없다.

즉, 고정된 초점 추출 영역에서 초점 값을 추출하는 방법은 초점거리 변화 없이 물체의 수평 또는 수직 이동이 발생하면, 기존에 측정된 초점 값이 변화 되어, 최고의 초점 값에 수렴하기 위해 결국 다시 자동초점 동작을 수행하게 된다.

따라서 이러한 불필요한 동작으로 인해 자동초점 동작 속도가 느려질 뿐만 아니라, 도 1에서와 같이, 초점 거리는 변화가 없음에도 불구하고 새로운 초점거리 를 설정하게 되어 초점이 흐려진 영상을 추출하는 단점을 갖는다.

즉, 최초 피사체의 초점값을 산출하고(a), 이후 피사체가 이동하게 되었을 때 초점 거리의 변화가 없음에도 새로운 초점거리를 산출하게(b) 되어 오동작이 발생하는 것이다.

상기와 같은 단점을 개선하기 위해 영상의 경계가 가장 잘 나타난 특정 점을 기준으로 그 점의 위치 이동을 실시간으로 모니터링 하여, 자동초점 추출 영역을 변경하는 기술이 소개되었다.

이는 도 2에서 도시하는 바와 같이, 먼저, 초기 전체 영역(1)에서 초점 값을 검출하는 표준 영역(2)을 선정한다. 그리고 이 표준 영역(2)에서 가장 높은 피크점(3)을 검출하게 되고, 이 피크점(3)을 기준으로 다음 프레임에서 피크점(3)을 찾아 초점영역을 변경하는 방법이다.

즉, 피사체가 이동하게 되면, 도 3에서와 같이, 이에 따라 위치가 이동된 피크점(3)을 중심으로 새로운 작은 영역(4)을 선정하고, 다음 프레임에서 이 작은 영역(4) 내부에서 이동되는 피크점(3)을 추적한다. 그러면 결국 최종의 작은 영역(5)을 기반으로 초점 거리를 맞추고 영상을 촬영하게 된다.

그러나 상기와 같은 방법은 피크점이라는 특정 점을 기준으로 하기 때문에 영상의 노이즈에 의하여 피크점의 선정에 혼선이 있거나, 피크점의 위치를 오인할 수 있어, 결국 자동초점 영역을 잘못 결정하여 초점 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자동초점영역을 분할하고 이 분할된 영역에서 추출된 초점값을 기반으로 움직이는 물체를 추적함으로써 자동초점 성능을 향상시킬 수 있고, 따라서 불필요한 자동초점동작을 방지하며 최적의 초점거리에 빠르게 수렴시킬 수 있어, 모터의 전력 소모량을 감소시킬 수 있으며, 초점동작의 시간을 단축시킬 수 있는 카메라의 자동 초점장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 렌즈와, 상기 렌즈를 통한 영상을 수신하는 이미지 센서와, 상기 렌즈를 구동하는 모터와, 상기 모터의 구동을 제어하는 모터 구동부와, 이 모터 구동부를 구동하고 최적의 초점값을 결정하는 영상처리부를 포함하여 구성함으로써 달성된다.

상기 영상처리부에는, 초점추출영역을 분할하고 상기 모터 구동부를 통하여 모터를 구동하여 상기 초점추출영역의 각 분할된 부분에서 초점값을 산출함으로써 최적의 초점값을 결정하게 된다.

상기 영상처리부는, 세부적으로, 영상의 상기 초점추출영역을 설정하는 게이트 회로와, 상기 게이트 회로를 통과한 영상의 고주파 성분을 추출하는 하이패스필터와, 상기 하이패스필터에서 추출된 영상의 초점값을 각각의 분할된 추점추출영역에 누적하는 누적회로와, 상기 추출된 초점값을 저장하는 메모리와, 게이트 제어회로를 통하여 상기 게이트 회로를 제어하고 상기 영상의 각 초점추출영역에서 추출된 이전 프레임의 초점값과 현재 프레임의 초점값을 비교하여 상기 모터 구동부를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성된다.

최적의 초점값을 산출함에 있어서, 상기 초점추출영역의 위치는 피사체의 움직임을 감지하여 변경 가능한 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 초점추출영역의 변경은, 상기 각 분할된 초점추출영역에서 상기 초점값이 변화되는 경우, 상기 분할된 초점추출영역 중 초점값이 변경된 영역을 중심으로 새로운 초점추출영역을 산정하여 초점값을 산출하는 것이다.

특히, 상기 분할된 초점추출영역 중 초점값이 증가한 영역을 중심으로 이동시킴으로써 새로운 초점추출영역을 산정한다.

상기 초점추출영역은 균등분할되어 구성되도록 하며, 바람직하게는 9개의 영역으로 분할되도록 하며, 경우에 따라서, 4개의 영역 또는 16개의 영역으로 분할하여 구성할 수도 있다.

상기와 같은 자동 초점장치의 제어 방법은, 상기 분할된 초점추출영역에서 각각의 초점값을 감지하여 최적의 초점거리를 찾는 제 1단계와, 상기 분할된 초점추출영역에서 초점값이 변경되는 경우 이 변경된 영역을 중심으로 새로운 초점추출영역을 산정하는 제 2단계와, 상기 산정된 새로운 초점추출영역을 기반으로 최적의 초점거리를 찾는 제 3단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1단계는, 렌즈를 구동하여 이 렌즈를 통한 영상의 이미지 센서의 감지값을 이용하여 최적의 초점거리를 찾도록 하는 패시브 방식을 이용하며, 경우에 따라서는 적외선 센서 등 각종 센서를 이용하여 반사된 값을 이용하여 최적의 초점거리를 찾는 액티브 방식도 사용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 카메라의 자동 초점장치는 렌즈(10)와, 상기 렌즈(10)를 통한 영상을 수신하는 이미지 센서(20)와, 상기 렌즈(10)를 구동하는 모터(30)와, 상기 모터(30)의 구동을 제어하는 모터 구동부(40)와, 이 모터 구동부(40)를 구동하고 최적의 초점값을 결정하는 영상처리부(50)를 포함하여 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기 영상처리부(50)의 게이트 회로(51)는 상기 카메라의 렌즈(10)와 이미지 센서(20)를 통한 영상을 분할하여, 도 5와 같은 초점추출영역(60)을 설정한다.

상기 초점추출영역(60)은 도 5에서 도시하는 바와 같이, 9개의 영역으로 균등분할되어 설정되는 것이 바람직하다.

상기 게이트 제어회로(55)에 의하여 제어되는 게이트 회로(51)를 통과한 이와 같은 영상이 9개로 분할된 각각의 초점추출영역에서 하이패스필터(52)를 통과하면서 영상의 고주파 성분을 추출하고, 이 하이패스필터(52)에서 추출된 영상의 초점값을 누적회로(53)에서 각각의 분할된 추점추출영역(60)에 누적하면 도 6과 같은 상태로 각 초점추출영역(61: AREA1 ~ 9)에서의 값이 추출된다.

그러면, 상기 추출된 초점값은 메모리(54)에 저장되고, 상기 마이크로프로세서(56)에서 상기 영상의 각 초점추출영역(60)에서 추출된 이전 프레임의 초점값과 현재 프레임의 초점값을 비교하여 상기 모터 구동부(40)를 제어하게 된다.

상기 초점값의 추출은 힐 클라이밍 알고리즘(Hill-Climbing Algorithm)을 이 용하여 산출하게 되는데, 이는 앞서 말한 패시브 방식의 자동초점 방법이며, 경우에 따라서는 별도의 광선, 전파 또는 음파 등을 쏘아서 되돌아오는 반사 정보를 이용하여 카메라와 피사체의 거리 정보를 이용하는 액티브 방식이 사용될 수도 있다.

이하, 도 7 내지 도 12를 참고하여, 본 발명의 자동초점 동작을 상세히 설명한다.

도 7에서는 카메라의 프레임(70)에 피사체(80)가 존재하고, 이 피사체(80)를 중심으로 분할된 초점추출영역(60)이 설정된 상태를 나타내고 있다.

상기와 같은 초점추출영역(60)의 각 영역(61)에서 초점값을 산출하게 되면 도 8과 같이, 피사체(80)가 존재하는 중앙열의 영역(61)에서는 초점값이 높게 산출되고(FV HIGH), 그 이외의 영역(61)에서는 초점값이 낮은 상태로 산출된다(FV LOW).

이러한 상태에서, 도 9에서와 같이, 피사체(80)가 프레임 내에서 좌측으로 평행이동 하는 경우에는 도 10과 같이, 초점추출영역(60) 중 좌측 영역(61)의 열의 초점값이 높게 산출되고, 그 외의 영역(61)에서는 초점값이 낮은 상태가 된다.

그러면 이와 같이 각 영역(61)에서 초점값이 변경되는 것을 고려하여 초점값이 높아진 부분을 중심으로 새로운 초점추출영역(60')을 설정하게 되는 것이다.

그러면 상기 도 8과 같이, 중앙부분의 열의 영역(61)이 초점값이 높은 상태가 되고, 이와 같이 초점값이 유지되는 상황에서 새로운 초점추출영역(60')에서 초점거리를 찾게 되면, 먼저 산출된 초점값과 동일하게 되므로 불필요한 모터(30)의 구동 없이 빠르게 새로운 초점을 결정할 수 있게 된다.

도 12에서는 피사체(80)가 프레임(70)의 좌측상단으로 평행이동하는 상태를 나타내고 있으며, 이러한 경우에도 변경된 초점값을 중심으로 새로운 초점추출영역(60'')을 산출하여 보다 빠르게 초점거리를 결정할 수 있게 된다.

또한, 피사체(80)가 프레임(70)에서 이동하면서 거리도 바뀌게 되는 경우일지라도 이미 산정된 초점값을 중심으로 새롭게 초점추출영역(60)을 산출하여 초점거리를 결정하게 되므로 최단 시간 내에 초점거리를 결정할 수 있게 되는 것이다.

즉, 도 13에서와 같이, 렌즈 위치의 불필요한 이동 없이, ①, ②, ③, ④로 표시된 경로만큼의 렌즈 이동 정도로 최적의 초점거리를 결정할 수 있게 된다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

이상과 같은 본 발명은 자동초점영역을 분할하고 이 분할된 영역에서 추출된 초점값을 기반으로 움직이는 물체를 추적함으로써 자동초점 성능을 향상시킬 수 있고, 따라서 불필요한 자동초점동작을 방지하며 최적의 초점거리에 빠르게 수렴시킬 수 있어, 모터의 전력 소모량을 감소시킬 수 있으며, 초점동작의 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (11)

1. 렌즈와;

   상기 렌즈를 통한 영상을 수신하는 이미지 센서와;

   상기 렌즈를 구동하는 모터와;

   상기 모터의 구동을 제어하는 모터 구동부와;

   초점추출영역을 분할하고, 상기 모터 구동부를 통하여 모터를 구동하여 상기 초점추출영역의 각 분할된 부분에서 초점값을 산출하여 최적의 초점값을 결정하는 영상처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 초점추출영역의 위치는 피사체의 움직임을 감지하여 변경 가능한 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 초점추출영역의 변경은, 상기 각 분할된 초점추출영역에서 상기 초점값이 변화되는 경우, 상기 분할된 초점추출영역 중 초점값이 변경된 영역을 중심으로 새로운 초점추출영역을 산정하여 초점값을 산출하는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 초점추출영역의 변경은, 상기 분할된 초점추출영역 중 초점값이 증가된 영역을 중심으로 하여 새로운 초점추출영역을 산정하는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 초점추출영역은 균등분할되어 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 초점추출영역은 9개의 영역으로 분할되어 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 초점값 산출은 힐 클라이밍 알고리즘(Hill-Climbing Algorithm)을 사용하는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 영상처리부는,

   영상의 상기 초점추출영역을 설정하는 게이트 회로와;

   상기 게이트 회로를 통과한 영상의 고주파 성분을 추출하는 하이패스필터와;

   상기 하이패스필터에서 추출된 영상의 초점값을 각각의 분할된 추점추출영역에 누적하는 누적회로와;

   상기 추출된 초점값을 저장하는 메모리와;

   게이트 제어회로를 통하여 상기 게이트 회로를 제어하고, 상기 영상의 각 초점추출영역에서 추출된 이전 프레임의 초점값과 현재 프레임의 초점값을 비교하여 상기 모터 구동부를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징 으로 하는 카메라의 자동 초점장치.
9. 제 1항의 카메라의 자동 초점장치의 제어 방법에 있어서,

   상기 분할된 초점추출영역에서 각각의 초점값을 감지하여 최적의 초점거리를 찾는 제 1단계;

   상기 분할된 초점추출영역에서 초점값이 변경되는 경우, 이 변경된 영역을 중심으로 새로운 초점추출영역을 산정하는 제 2단계;

   상기 산정된 새로운 초점추출영역을 기반으로 최적의 초점거리를 찾는 제 3단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 제 1단계는, 렌즈를 구동하여 이 렌즈를 통한 영상의 이미지 센서의 감지값을 이용하여 최적의 초점거리를 찾도록 하는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점방법.
11. 제 8항에 있어서, 상기 제 2단계는, 상기 각 분할된 초점추출영역에서 상기 초점값이 변화되는 경우, 상기 분할된 초점추출영역 중 초점값이 증가된 영역을 중심으로 새로운 초점추출영역을 산정하는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점방법.

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