KR20070081629A - 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법 및 그방법이 실행 가능한 촬영 장치 - Google Patents

촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법 및 그방법이 실행 가능한 촬영 장치 Download PDF

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    • G01N2203/0039—Hammer or pendulum

Abstract

본 발명은 촬영 이미지 보정에 관한 것으로, 특히 촬영 피사체의 밝기분포에 따라 이미지를 보정하여 최적의 이미지를 제공하고자 하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법은 촬영 이미지 프레임의 밝기분포에 따라 노출을 조정하여 재촬영 이미지 프레임을 획득하고, 촬영 이미지 프레임과 재촬영 이미지 프레임을 합성한다. 이 같이 본 발명에 따른 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법은 촬영 이미지 프레임과 그 프레임의 밝기분포에 따라 노출을 조정하여 획득한 재촬영 이미지 프레임을 합성하므로, 밝기 차이가 큰 경우에도 자연스러운 이미지를 제공할 수 있다.
촬영 장치, 피사체, 밝기 분포, 노출.

Description

촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법 및 그 방법이 실행 가능한 촬영 장치{Image compensation method considering of luminous distribution of a subject and photographing apparatus}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 장치 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 촬영 장치 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법을 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법을 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이미지 프레임을 다수 블록으로 분할한 것을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 촬상부 110 : 화소 어레이
120 : 광전 변환부 200 : 영상 처리부
210 : 자동이득제어부 220 : A/D 변환부
230 : 신호 처리부 300 : 프레임 메모리
400 : 프레임 분할부 500 : 블록 구분부
510 : 블록별 휘도 산출부 520 : 명암 구별부
600 : 암블록 휘도 산출부 700 : 촬상 제어부
800 : 이미지 합성부 900 : 이득 조절부
본 발명은 촬영 이미지 보정에 관한 것으로, 특히 촬영 피사체의 밝기분포에 따라 이미지를 보정하여 최적의 이미지를 제공하고자 하는 기술에 관한 것이다.
종래 카메라의 자동 노출 방법은 프레임 단위로 처리되어진다. 연산부에서는 현재 프레임에 대하여 평균 휘도값(luminance Y)을 계산한다. 계산된 평균 휘도값이 허용범위(target luminance Y)보다 작을 경우에는 노출 시간을 늘이거나 또는 내부에서 영상신호를 증폭하는 자동이득컨트롤(Auto Gain Control)의 이득(gain)을 크게 높여 프레임 평균 휘도를 올려주고, 반대로 프레임의 평균 휘도값(luminance Y)이 허용범위(target luminance Y)보다 클 경우에는 노출 시간을 줄이거나 이득(gain)을 낮추어 프레임의 평균 휘도를 내려서 노출 상태를 일정하게 유지시켰다.
이처럼 프레임 연산에 기본을 둔 자동 노출 방법에서는 화면의 화면의 일부분에 밝기가 센 광원이나 밝을 빛을 반사시키는 물체가 있을 경우, 그 밝은 빛으로 인하여 이미지 프레임 화면 전체의 평균 밝기가 커지게 되므로, 노출 시간을 줄이거나 이득을 줄인다. 그러나 이 경우에 밝은 부분 이외의 영역은 상대적으로 어두워지게 되어서 원래 이미지와는 다른 이미지 데이터를 얻게 되는 결과를 초래하게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 촬영 피사체의 밝기분포를 고려하여 최적의 이미지를 제공함을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법은 촬영 이미지 프레임의 밝기분포에 따라 노출을 조정하여 재촬영 이미지 프레임을 획득하고, 촬영 이미지 프레임과 재촬영 이미지 프레임을 합성한다.
본 발명의 이 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법은 촬영 이미지 프레임과 그 프레임의 밝기분포에 따라 노출을 조정하여 획득한 재촬영 이미지 프레임을 합성하므로, 밝기 차이가 큰 경우에도 자연스러운 이미지를 제공할 수 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촬영 장치 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 촬영 장치는 예를 들어 디지털 카메라가 될 수 있으며, 아니면 그 기능을 탑재한 휴대폰과 같은 이동통신 단말기가 될 수도 있다. 이 같은 촬영 장치는 도시된 바와 같이 시간차를 두고 피사체를 반복 촬상하는 촬상부(100)와, 반복 촬상된 신호를 촬상 이미지 프레임 및 재촬상 이미지 프레임으로 처리하는 영상 처리부(200)와, 촬상 이미지 프레임을 저장하는 프레임 메모리(300)와, 촬상 이미지 프레임 및 재촬상 이미지 프레임을 동일하게 다수의 블록들로 분할하는 프레임 분할부(400)와, 촬상 이미지 프레임의 분할된 블록들을 밝은 블록들과 어두운 블록들로 구분하는 블록 구분부(500)와, 구분된 어두운 블록들의 평균 휘도값을 산출하는 암블록 휘도 산출부(600)와, 촬상부(100)의 반복 촬상을 제어하되, 재촬상 제어시 산출된 평균 휘도값을 고려하여 노출을 조정하는 촬상 제어부(700)와, 프레임 메모리(300)에 저장된 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록들을 분할된 재촬상 이미지 프레임 중 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록들에 해당하는 블록들로 대체하는 이미지 합성부(800)를 포함한다.
촬상부(100)는 렌즈계와, 촬상 소자를 포함한다. 촬상 소자는 CMOS 혹은 CCD 소자가 될 수 있으며, 도시된 바와 같이 화소 어레이(110)와 광전 변환부(120)를 포함한다. 화소 어레이(110)는 렌즈계를 통과한 빛에 반응하여 전하를 축적한다. 그리고 광전 변환부(120)는 광도소자(CDS)로써 화소 어레이(110)에 축적되어 있는 전하를 사용 가능한 전기적인 신호로 변환한다. 이러한 촬상부(100)는 후술할 촬상 제어부(700)의 제어에 따라 시간차를 두고 반복 촬상을 수행한다.
영상 처리부(200)는 일 실시예에 따라 자동이득제어부(AGC : Automatic Gain Control)(210)와, A/D 변환부(220)와, 신호 처리부(230)를 포함한다. 자동이득제어부(210)는 광전 변환부(120)에서 변환된 전기적인 신호를 주어진 이득(gain)에 따라 증폭시킨다. A/D 변환부(220)는 자동이득제어부(210)에서 증폭된 전기적인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨다. 신호 처리부(230)는 디지털로 변환된 촬상 신호를 휘도(luminance) 및 색(chrominance)을 갖는 영상신호로 처리하여 이미지 프레임을 제공한다.
프레임 메모리(300)는 한 프레임을 저장할 수 있는 메모리로써, 영상 처리부(200)에서 1차로 처리된 촬상 이미지 프레임을 저장한다.
프레임 분할부(400)는 촬상 이미지 프레임 및 재촬상 이미지 프레임을 동일하게 도 5에서와 같이 다수의 블록들로 나눈다. 본 발명의 실시예에 따라 프레임을 나누는 블록수가 많으면 최종적으로 보다 자연스러운 영상 결과를 얻을 수 있으나, 계산량이 크게 늘어나게 되므로 프로세서의 성능에 맞추어 적당하게 블록을 나눈다.
블록 구분부(500)는 프레임 분할부(400)에서 나뉘어진 촬상 이미지 프레임의 블록이 밝은지 어두운지를 구분한다. 일 실시예에 따라 이러한 명암 구분을 위해 블록 구분부(500)는 블록별 휘도 산출부(510)와 명암 구별부(520)를 포함한다. 블록별 휘도 산출부(510)는 적분기로 구현 가능하며, 각 블록의 평균 휘도값을 산출한다. 명암 구별부(520)는 블록별 휘도 산출부(510)의 산출 결과를 이용하여 각 블록의 명암을 구분한다. 구체적으로 명암 구별부(520)는 블록별 휘도 산출부 (510)에서 산출된 각 블록의 평균 휘도값들 중 최대 평균 휘도값을 추출한다. 그리고 블록별로 평균 휘도값과 추출된 최대 평균 휘도값의 차를 구하며, 구해진 차가 기준값 이상인지 이하인지를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 해당 블록이 밝은지 어두운지를 구별한다.
암블록 휘도 산출부(600)는 적분기로 구현 가능하며, 명암 구별부(520)에서 구별된 암블록들에 대한 전체 평균 휘도값을 구한다.
촬상 제어부(700)는 촬상부(100)의 반복 촬상을 제어한다. 본 실시예에 있어서, 촬상 제어부(700)는 재촬상 제어시 암블록 휘도 산출부(600)에서 산출된 암블록들에 대한 전체 평균 휘도값을 고려하여 노출을 조정한다. 휘도값에 따른 노출 조정 정보는 사전에 메모리에 테이블로 기록되어 있을 수 있으며, 촬상 제어부(700)는 메모리에 기록된 테이블을 참조하여 노출 조정을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따라 노출 조정은 셔터 스피드 혹은 조리개 혹은 둘 모두를 조정하는 것일 수 있다.
이미지 합성부(800)는 최초 촬상되어 프레임 메모리(300)에 저장된 촬상 이미지 프레임과, 시간 간격을 두고 획득된 재촬상 이미지 프레임을 합성한다. 본 실시예에 있어서, 이미지 합성부(800)는 명암 구별부(520)에서 구별된 암블록들에 대한 정보를 참조하여 프레임 메모리(300)에 저장된 촬상 이미지 프레임 중 암블록들은 모두 지워버리고, 프레임 분할부(400)에서 분할된 재촬상 이미지 프레임 중 촬상 이미지 프레임의 암블록에 해당하는 블록들을 프레임 메모리(300)의 해당 영역에 기록하여 2 이미지 프레임을 합성한다.
본 발명의 이 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 촬영 장치는 촬영 이미지 프레임과 그 프레임의 밝기분포에 따라 노출을 조정하여 획득한 재촬영 이미지 프레임을 합성하므로, 밝기 차이가 큰 경우에도 자연스러운 이미지를 제공할 수 있다. 또한 상술한 바에 따라 단일 프레임 메모리만을 가지고 이미지 합성이 가능하므로, 추가적인 메모리 사용이 필요 없다.
본 발명의 추가적인 양상에 따라 촬상 제어부(700)는 블록별 휘도 산출부(510)에서 산출된 블록별 평균 휘도값의 평균이 허용범위를 벗어나는 경우에, 촬상부(100)의 반복 촬상을 제어한다. 만일 블록별 평균 휘도값의 평균이 허용범위 이내라면, 프레임 전체가 너무 밝거나 너무 어두운 경우로 볼 수 있으므로 불필요하게 재촬상을 수행할 필요가 없다.
또다른 추가적인 양상에 따라 촬상 제어부(700)는 암블록 휘도 산출부(600)에서 산출된 암블록들이 프레임에서 차지하는 비율이 소정 비율 이상인 경우에, 촬상부(100)의 반복 촬상을 제어한다. 만일 프레임에서 암블록들이 차지하는 비율이 소정 비율 미만이어서 이미지 전체의 밝기분포가 고른 것으로 판단된다면, 불필요하게 재촬상을 수행할 필요가 없으므로 암블록들이 차지하는 비율을 고려함이 바람직하다.
이하 이 같은 구성을 갖는 촬영 장치에서 실행 가능한 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정에 대해 도 1 및 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법을 도시한 흐름도이다. 촬상부(100)를 통해 최초 촬상된 신호는 영상 처리부(200)에서 휘도(luminance) 및 색(chrominance)의 영상신호로 처리되어 촬상 이미지 프레임으로 제공되며, 프레임 메모리(300)에 기록된다. 프레임 분할부(400)는 이 같은 촬상 이미지 프레임을 도 5에서와 같이 다수의 블록들로 분할한다(단계 S300).
다음으로 블록 구분부(500)는 블록별 평균 휘도값(Y1_BlockMean_ab)과 그 합의 평균인 프레임 평균 휘도값(Y1_FrameMean)을 산출한다(단계 S310). 그리고 산출된 프레임 평균 휘도값(Y1_FrameMean)이 허용범위(target luminance Y) 내에 포함되는지를 비교(단계 S320)하고, 포함되는 경우에만 이하 단계를 계속 수행한다. 단계 S320은 본 발명의 추가적인 양상에 따라 포함될 수 있는 과정이며, 이 같은 과정은 만일 프레임 평균 휘도값(Y1_FrameMean)이 허용범위 이내라면 프레임 전체가 너무 밝거나 너무 어두운 경우로 볼 수 있으므로, 불필요하게 본 발명에 따른 이미지 보정을 수행할 필요가 없기 때문에 포함된 과정이다.
프레임 평균 휘도값(Y1_FrameMean)이 허용범위(target luminance Y) 내에 포함되면, 블록 구분부(500)는 분할된 블록들을 밝은 블록(명블록)들과 어두운 블록(암블록)들록 구분한다(단계 S330). 일 실시예에 따라 단계 S330은 다음과 같이 구체적인 단계로 나뉠 수 있다. 우선 블록 구분부(500)는 블록별 평균 휘도값(Y1_BlockMean_ab)들 중에서 최대 평균 휘도값(MAX_Y1_BlockMean)을 추출한다(단계 S332). 그리고 각 블록별 평균 휘도값(Y1_BlockMean_ab)과 최대 평균 휘도값(MAX_Y1_BlockMean)과의 차를 구하여, 그 차가 기준값(Th_Block)보다 큰지 작은지를 비교한다(단계 S334). 비교 결과 기준값(Th_Block)보다 크면 해당 블록을 암블 록으로 구분하여 '1'을 할당하고, 기준값(Th_Block)보다 작으면 해당 블록을 명블록으로 구분하여 '0'을 할당한다(단계 S336)(단계 S338).
계산식 1)
if(abs(MAX_Y1_BlockMean - Y1_BlockMean_ab)>=Th_Block)
Block_ab == 1
else
Block_ab == 0
a = 1 ~ N(세로 블록 크기)
b = 1 ~ M(가로 블록 크기)
계산식 1은 블록 구분을 수식으로 표현한 것이다. 블록의 평균 휘도값 (Y1_BlockMean_ab)을 최대 평균 휘도값(MAX_Y1_BlockMean)과 비교했을 때 그 차이가 기준값(Th_Block)보다 작을 경우에는 밝은 영역이라고 판별하여 후술하는 바에 따라 암블록들의 평균 휘도값을 산출하는 데 제외시키기 위해 '0'을 할당하고, 기준값(Th_Block)보다 클 경우에는 어두운 영역이라고 판별하여 후술하는 바에 따라 암블록들의 평균 휘도값을 산출하는 데 반영하기 위해 '1'을 할당한다. '0'이 할당된 블록들은 이후의 과정에서 명블록들을 제외시키는 마스크 역할을 한다.
블록 구분이 완료되면, 암블록이 전체 촬상 이미지 프레임에서 차지하는 비율이 소정 비율 이상인지를 체크한다(단계 S340). 체크 결과 소정 비율 이상인 경우에만 이하 과정을 계속적으로 수행한다. 단계 S340은 본 발명의 추가적인 양상에 따라 포함될 수 있는 과정이며, 이 같은 과정은 만일 암블록이 소정 비율 미만 이라면 이미지 전체의 밝기분포가 고른 것으로 볼 수 있으므로, 불필요하게 본 발명에 따른 이미지 보정을 수행할 필요가 없기 때문에 포함된 과정이다.
암블록이 소정 비율 이상이면, 암블록 휘도 산출부(600)는 '1'로 할당된 블록의 평균 휘도값을 적분하여 암블록들의 평균 휘도값(Y2_FrameMean)을 산출한다(단계 S350). 암블록 평균 휘도값 계산식은 다음과 같다.
계산식 2)
Y2_FrameMean = SUM((Block_ab)and(Y_BlockMean_ab))/SUM(Block_ab)
계산식 2에서와 같이, 블록 구분의 과정을 거치면서 얻은 결과인 Block_ab와 각 블록의 평균 휘도값(Y_BlockMean_ab)의 곱 연산을 모든 블록의 평균 휘도값을 더하고 암블록의 수를 세어서 나누면, 암블록 전체의 평균 휘도값(Y2_FrameMean)을 얻을 수 있다.
촬상 제어부(700)는 재촬상이 이루어지도록 촬상부(100)를 제어하되, 암블록 평균 휘도값(Y2_FrameMean)이 허용범위(target luminance Y)에 속할 수 있도록 노출 조정을 반영하여 촬상부(100)의 재촬상을 제어한다. 노출 조정은 셔터 스피드 혹은 조리개 중 어느 하나를 제어함에 의해 이루어질 수 있으며, 아니면 2 모두를 제어함에 의해 이루어질 수 있다. 촬상부(100)에서 재촬상된 신호는 영상 처리부(200)에서 휘도(luminance) 및 색(chrominance)를 갖는 재촬상 이미지 프레임으로 처리된다(단계 S360). 프레임 분할부(400)는 획득된 재촬상 이미지 프레임을 상술한 촬상 이미지 프레임의 분할과 동일하게 분할한다.
이미지 합성부(800)는 촬상 이미지 프레임과 재촬상 이미지 프레임을 합성하 되, 블록 구분부(500)에서 구분된 블록 정보인 '0'과 '1'을 참조하여 촬상 이미지 프레임과 재촬상 이미지 프레임을 합성한다(단계 S370). 구체적으로 이미지 합성부(800)는 프레임 메모리(300)에 저장된 촬상 이미지 프레임 중 '1'이 할당된 블록들은 모두 삭제시키고, 그 삭제 영역에 프레임 분할부(400)에서 분할된 재촬상 이미지 프레임 중 촬상 이미지 프레임의 '1'이 할당된 블록에 해당하는 블록들을 기록한다. 계산식은 다음과 같다.
계산식 3) New_BlockMean_ab =
Y1_BlockMean_ab*(~Block_ab) + Y2_BlockMean_ab*Block_ab
계산식 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 블록 구분부(500)의 블록 구분 결과 '0'인 블록들은 촬상 이미지 프레임을 사용하고 '1'인 블록들은 재촬상 이미지 프레임을 사용하여 이미지를 합성한다. 이에 따라 촬상 이미지 프레임과 재촬상 이미지 프레임의 합성이 이루어진다.
이 같이 본 발명에 따른 촬영 장치는 촬영 이미지 프레임과 그 프레임의 밝기분포에 따라 노출을 조정하여 획득한 재촬영 이미지 프레임을 합성하므로, 밝기 차이가 큰 경우에도 자연스러운 이미지를 제공할 수 있다. 또한 상술한 바에 따라 단일 프레임 메모리만을 가지고 이미지 합성이 가능하므로, 추가적인 메모리 사용이 필요 없다.
도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 촬영 장치 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이 촬영 장치는 시간차를 두고 피사체를 반복 촬상하는 촬상부(100)와, 촬상부(100)의 반복 촬상을 제어하는 촬상 제어부(700)와, 반 복 촬상된 신호를 주어진 이득으로 증폭하는 자동이득제어부(210)와, 반복 촬상되어 증폭된 신호를 촬상 이미지 프레임 및 재촬상 이미지 프레임으로 처리하는 영상 처리부(200)와, 처리된 촬상 이미지 프레임을 저장하는 프레임 메모리(300)와, 촬상 이미지 프레임 및 재촬상 이미지 프레임을 동일하게 다수의 블록들로 분할하는 프레임 분할부(400)와, 촬상 이미지 프레임의 분할된 블록들을 밝은 블록들과 어두운 블록들로 구분하는 블록 구분부(500)와, 구분된 어두운 블록들의 평균 휘도값을 산출하는 암블록 휘도 산출부(600)와, 산출된 평균 휘도값을 고려하여 자동이득제어부(210)의 이득을 조절하는 이득 조절부(900)와, 촬상부(100)의 반복 촬상을 제어하되, 이득 조절부(900)에 의해 이득이 조절되면 촬상부(100)의 재촬상을 제어하는 촬상 제어부(700)와, 프레임 메모리(300)에 저장된 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록들을 분할된 재촬상 이미지 프레임 중 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록들에 해당하는 블록들로 대체하는 이미지 합성부(800)를 포함한다.
촬상부(100)는 렌즈계와, 촬상 소자를 포함한다. 촬상 소자는 CMOS 혹은 CCD 소자가 될 수 있으며, 도시된 바와 같이 화소 어레이(110)와 광전 변환부(120)를 포함한다. 화소 어레이(110)는 렌즈계를 통과한 빛에 반응하여 전하를 축적한다. 그리고 광전 변환부(120)는 광도소자(CDS)로써 화소 어레이(110)에 축적되어 있는 전하를 사용 가능한 전기적인 신호로 변환한다. 이러한 촬상부(100)는 후술할 촬상 제어부(700)의 제어에 따라 시간차를 두고 반복 촬상을 수행한다.
자동이득제어부(AGC : Automatic Gain Control)(210)는 광전 변환부(120)에서 변환된 전기적인 신호를 주어진 이득(gain)에 따라 증폭시킨다. 영상 처리부 (200)는 일 실시예에 따라 A/D 변환부(220)와, 신호 처리부(230)를 포함한다. A/D 변환부(220)는 자동이득제어부(210)에서 증폭된 전기적인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨다. 신호 처리부(230)는 디지털로 변환된 촬상 신호를 휘도(luminance) 및 색(chrominance)을 갖는 영상신호로 처리하여 이미지 프레임을 제공한다.
프레임 메모리(300)는 한 프레임을 저장할 수 있는 메모리로써, 영상 처리부(200)에서 1차로 처리된 촬상 이미지 프레임을 저장한다.
프레임 분할부(400)는 촬상 이미지 프레임 및 재촬상 이미지 프레임을 동일하게 도 5에서와 같이 다수의 블록들로 나눈다. 본 발명의 실시예에 따라 프레임을 나누는 블록수가 많으면 최종적으로 보다 자연스러운 영상 결과를 얻을 수 있으나, 계산량이 크게 늘어나게 되므로 프로세서의 성능에 맞추어 적당하게 블록을 나눈다.
블록 구분부(500)는 프레임 분할부(400)에서 나뉘어진 촬상 이미지 프레임의 블록이 밝은지 어두운지를 구분한다. 일 실시예에 따라 이러한 명암 구분을 위해 블록 구분부(500)는 블록별 휘도 산출부(510)와, 명암 구별부(520)를 포함한다. 블록별 휘도 산출부(510)는 적분기로 구현 가능하며, 각 블록의 평균 휘도값을 산출한다. 명암 구별부(520)는 블록별 휘도 산출부(510)의 산출 결과를 이용하여 각 블록의 명암을 구분한다. 구체적으로 명암 구별부(520)는 블록별 휘도 산출부(510)에서 산출된 각 블록의 평균 휘도값들 중 최대 평균 휘도값을 추출한다. 그리고 블록별로 평균 휘도값과 추출된 최대 평균 휘도값의 차를 구하며, 구해진 차 가 기준값 이상인지 이하인지를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 해당 블록이 밝은지 어두운지를 구별한다.
암블록 휘도 산출부(600)는 적분기로 구현 가능하며, 명암 구별부(520)에서 구별된 암블록들에 대한 전체 평균 휘도값을 구한다.
이득 조절부(900)는 상술한 자동이득제어부(210)의 이득(gain)을 조절한다. 본 실시예에 있어서, 이득 조절부(900)는 암블록 휘도 산출부(600)에서 산출된 암블록들에 대한 전체 평균 휘도값을 고려하여 자동이득제어부(210)의 이득을 조절한다. 휘도값에 따른 이득 조절 정보는 사전에 테이블로 기록되어 있을 수 있으며, 이득 조절부(900)는 메모리에 기록된 테이블을 참조하여 이득 조절을 수행할 수 있다.
촬상 제어부(700)는 촬상부(100)의 반복 촬상을 제어한다. 본 실시예에 있어서, 촬상 제어부(700)는 이득 조절부(900)에 의해 이득 조절이 완료되면, 촬상부(100)에서 재촬상을 수행하도록 제어한다.
이미지 합성부(800)는 최초 촬상되어 프레임 메모리(300)에 저장된 촬상 이미지 프레임과, 시간 간격을 두고 획득된 재촬상 이미지 프레임을 합성한다. 본 실시예에 있어서, 이미지 합성부(800)는 명암 구별부(520)에서 구별된 암블록들에 대한 정보를 참조하여 프레임 메모리(300)에 저장된 촬상 이미지 프레임 중 암블록들은 모두 지워버리고, 프레임 분할부(400)에서 분할된 재촬상 이미지 프레임 중 촬상 이미지 프레임의 암블록에 해당하는 블록들을 프레임 메모리(300)의 해당 영역에 기록하여 2 이미지 프레임을 합성한다.
이하 이 같은 구성을 갖는 촬영 장치에서 실행 가능한 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정에 대해 도 2 및 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법을 도시한 흐름도이다. 촬상부(100)를 통해 최초 촬상된 신호는 자동이득제어부(210)에서 주어진 이득으로 증폭된다. 영상 처리부(200)는 주어진 이득으로 증폭된 촬상신호를 휘도(luminance) 및 색(chrominance)의 촬상 이미지 프레임으로 변환한다(단계 S400). 촬상 이미지 프레임은 프레임 메모리(300)에 기록되며, 프레임 분할부(400)는 이 같은 촬상 이미지 프레임을 도 5에서와 같이 다수의 블록들로 분할한다(단계 S410).
다음으로 블록 구분부(500)는 블록별 평균 휘도값(Y1_BlockMean_ab)과 그 합의 평균인 프레임 평균 휘도값(Y1_FrameMean)을 산출한다(단계 S420). 그리고 산출된 프레임 평균 휘도값(Y1_FrameMean)이 허용범위(target luminance Y) 내에 포함되는지를 비교(단계 S430)하고, 포함되는 경우에만 이하 단계를 계속 수행한다. 단계 S430은 본 발명의 추가적인 양상에 따라 포함될 수 있는 과정이며, 이 같은 과정은 만일 프레임 평균 휘도값(Y1_FrameMean)이 허용범위 이내라면 프레임 전체가 너무 밝거나 너무 어두운 경우로 볼 수 있으므로, 불필요하게 본 발명에 따른 이미지 보정을 수행할 필요가 없기 때문에 포함된 과정이다.
프레임 평균 휘도값(Y1_FrameMean)이 허용범위(target luminance Y) 내에 포함되면, 블록 구분부(500)는 분할된 블록들을 밝은 블록(명블록)들과 어두운 블록(암블록)들록 구분한다(단계 S440). 일 실시예에 따라 단계 S440은 다음과 같이 구 체적인 단계로 나뉠 수 있다. 우선 블록 구분부(500)는 블록별 평균 휘도값(Y1_BlockMean_ab)들 중에서 최대 평균 휘도값(MAX_Y1_BlockMean)을 추출한다(단계 S442). 그리고 각 블록별 평균 휘도값(Y1_BlockMean_ab)과 최대 평균 휘도값(MAX_Y1_BlockMean)과의 차를 구하여, 그 차가 기준값(Th_Block)보다 큰지 작은지를 비교한다(단계 S444). 비교 결과 기준값(Th_Block)보다 크면 해당 블록을 암블록으로 구분하여 '1'을 할당하고, 기준값(Th_Block)보다 작으면 해당 블록을 명블록으로 구분하여 '0'을 할당한다(단계 S446)(단계 S448).
계산식 4)
if(abs(MAX_Y1_BlockMean - Y1_BlockMean_ab)>=Th_Block)
Block_ab == 1
else
Block_ab == 0
a = 1 ~ N(세로 블록 크기)
b = 1 ~ M(가로 블록 크기)
계산식 4는 계산식 1과 동일하며, 블록 구분을 수식으로 표현한 것이다. 블록의 평균 휘도값 (Y1_BlockMean_ab)을 최대 평균 휘도값(MAX_Y1_BlockMean)과 비교했을 때 그 차이가 기준값(Th_Block)보다 작을 경우에는 밝은 영역이라고 판별하여 후술하는 바에 따라 암블록들의 평균 휘도값을 산출하는 데 제외시키기 위해 '0'을 할당하고, 기준값(Th_Block)보다 클 경우에는 어두운 영역이라고 판별하여 후술하는 바에 따라 암블록들의 평균 휘도값을 산출하는 데 반영하기 위해 '1'을 할당한다. '0'이 할당된 블록들은 이후의 과정에서 명블록들을 제외시키는 마스크 역할을 한다.
블록 구분이 완료되면, 암블록이 전체 촬상 이미지 프레임에서 차지하는 비율이 소정 비율 이상인지를 체크한다(단계 S450). 체크 결과 소정 비율 이상인 경우에만 이하 과정을 계속적으로 수행한다. 단계 S450은 본 발명의 추가적인 양상에 따라 포함될 수 있는 과정이며, 이 같은 과정은 만일 암블록이 소정 비율 미만이라면 이미지 전체의 밝기분포가 고른 것으로 볼 수 있으므로, 불필요하게 본 발명에 따른 이미지 보정을 수행할 필요가 없기 때문에 포함된 과정이다.
암블록이 소정 비율 이상이면, 암블록 휘도 산출부(600)는 '1'로 할당된 블록의 평균 휘도값을 적분하여 암블록들의 평균 휘도값(Y2_FrameMean)을 산출한다(단계 S460). 암블록 평균 휘도값 계산식은 다음과 같다.
계산식 5)
Y2_FrameMean = SUM((Block_ab)and(Y_BlockMean_ab))/SUM(Block_ab)
계산식 2와 동일한 계산식 5에서와 같이, 블록 구분의 과정을 거치면서 얻은 결과인 Block_ab와 각 블록의 평균 휘도값(Y_BlockMean_ab)의 곱 연산을 모든 블록의 평균 휘도값을 더하고 암블록의 수를 세어서 나누면, 암블록 전체의 평균 휘도값(Y2_FrameMean)을 얻을 수 있다.
이득 조절부(900)는 암블록 평균 휘도값(Y2_FrameMean)이 허용범위(target luminance Y)에 속할 수 있도록 재촬상될 신호의 증폭 이득을 조절한다(단계 S470). 촬상 제어부(700)는 촬상부(100)의 반복 촬상을 제어하되, 이득 조절부 (900)에서 자동이득제어부(210)의 이득 조절을 완료하면 재촬상이 이루어지도록 촬상부(100)를 제어한다. 촬상부(100)에서 재촬상된 신호는 자동이득제어부(210)에서 조절된 이득으로 증폭된다. 영상 처리부(200)는 증폭된 재촬상신호를 휘도(luminance) 및 색(chrominance)의 재촬상 이미지 프레임으로 변환한다(단계 S480). 프레임 분할부(400)는 재촬상 이미지 프레임을 상술한 촬상 이미지 프레임의 분할과 동일하게 분할한다.
이미지 합성부(800)는 촬상 이미지 프레임과 재촬상 이미지 프레임을 합성하되, 블록 구분부(500)에서 구분된 블록 정보인 '0'과 '1'을 참조하여 촬상 이미지 프레임과 재촬상 이미지 프레임을 합성한다(단계 S490). 구체적으로 이미지 합성부(800)는 프레임 메모리(300)에 저장된 촬상 이미지 프레임 중 '1'이 할당된 블록들은 모두 삭제시키고, 그 삭제 영역에 프레임 분할부(400)에서 분할된 재촬상 이미지 프레임 중 촬상 이미지 프레임의 '1'이 할당된 블록에 해당하는 블록들을 기록한다. 계산식은 다음과 같다.
계산식 6) New_BlockMean_ab =
Y1_BlockMean_ab*(~Block_ab) + Y2_BlockMean_ab*Block_ab
계산식 3과 동일한 계산식 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, 블록 구분부(500)의 블록 구분 결과 '0'인 블록들은 촬상 이미지 프레임을 사용하고 '1'인 블록들은 재촬상 이미지 프레임을 사용하여 이미지를 합성한다. 이에 따라 촬상 이미지 프레임과 재촬상 이미지 프레임의 합성이 이루어진다.
참고로 도 1 및 도 3의 블록 구성들은 물리적인 단위가 아니라 논리적인 단 위이다. 예를 들어 신호 처리부(230), 프레임 분할부(400), 블록 구분부(500), 암블록 휘도 산출부(600), 이미지 합성부(800)는 단일의 이미지 처리 프로세서(ISP) 칩으로 구현될 수 있다.
한편 도 1, 3과 도 2, 4를 통해 재촬상 이미지 프레임 획득 전 노출을 조정하거나 이득을 조절하는 것으로 한정하였으나, 노출 조정 및 이득 조절이 함께 이루어질 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 촬영 장치는 촬영 이미지 프레임과 그 프레임의 밝기분포에 따라 노출을 조정하여 획득한 재촬영 이미지 프레임을 합성하므로, 밝기 차이가 큰 경우에도 자연스러운 이미지를 제공할 수 있다.
또한 상술한 바에 따라 단일 프레임 메모리만을 가지고 이미지 합성이 가능하므로, 추가적인 메모리 사용이 필요 없다.
한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 촬상 이미지 프레임의 밝기분포에 따라 노출을 조정하여 재촬상 이미지 프레임을 획득하고, 상기 촬상 이미지 프레임과 상기 재촬상 이미지 프레임을 합성하여 최종 이미지 프레임을 제공하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법이 :
    a) 촬상 이미지 프레임을 다수의 블록들로 분할하는 단계와;
    b) 상기 분할된 블록들을 상대적으로 밝은 블록들과 어두운 블록들로 구분하는 단계와;
    c) 상기 구분된 어두운 블록들의 평균 휘도값을 산출하는 단계와;
    d) 상기 산출된 평균 휘도값을 고려한 노출 조정을 반영하여 재촬상 이미지 프레임을 획득하는 단계와;
    e) 상기 촬상 이미지 프레임과 상기 재촬상 이미지 프레임을 합성하되, 상기 촬상 이미지 프레임의 밝은 블록들과 상기 재촬상 이미지 프레임 중 상기 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록에 해당하는 부분들을 합성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 b)가 :
    상기 촬상 이미지 프레임의 평균 휘도값이 허용범위를 벗어나는 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 단계 b)가 :
    b1) 블록별 평균 휘도값들 중 최대 평균 휘도값을 추출하는 단계와,
    b2) 블록별로 평균 휘도값과 상기 추출된 최대 평균 휘도값과의 차가 기준값 이하이면 해당 블록을 밝은 블록으로 구분하고, 기준값 이상이면 해당 블록을 어두운 블록으로 구분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 단계 c)가 :
    상기 구분된 어두운 블록들이 소정 비율 이상인 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  6. a) 주어진 이득으로 증폭된 촬상 신호를 처리하여 휘도 및 색신호를 갖는 촬상 이미지 프레임으로 변환하는 단계와;
    b) 상기 변환된 촬상 이미지 프레임을 다수의 블록들로 분할하는 단계와;
    c) 상기 분할된 블록들을 상대적으로 밝은 블록들과 어두운 블록들로 구분하 는 단계와;
    d) 상기 구분된 어두운 블록들의 평균 휘도값을 산출하는 단계와;
    e) 상기 산출된 평균 휘도값을 고려하여 이득을 조절하는 단계와;
    f) 상기 조절된 이득으로 증폭된 재촬상 신호를 재촬상 신호를 처리하여 휘도 및 색신호를 갖는 재촬상 이미지 프레임으로 변환하는 단계와;
    g) 상기 촬상 이미지 프레임과 상기 재촬상 이미지 프레임을 합성하되, 상기 촬상 이미지 프레임의 밝은 블록들과 상기 재촬상 이미지 프레임 중 상기 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록에 해당하는 부분들을 합성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 단계 d)가 :
    상기 촬상 이미지 프레임의 평균 휘도값이 허용범위를 벗어나는 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 단계 d)가 :
    d1) 블록별 평균 휘도값들 중 최대 평균 휘도값을 추출하는 단계와,
    d2) 블록별로 평균 휘도값과 상기 추출된 최대 평균 휘도값과의 차가 기준값 이하이면 해당 블록을 밝은 블록으로 구분하고, 기준값 이상이면 해당 블록 을 어두운 블록으로 구분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 e)가 :
    상기 구분된 어두운 블록들이 소정 비율 이상인 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정 방법.
  10. 시간차를 두고 피사체를 반복 촬상하는 촬상부와;
    상기 반복 촬상된 신호를 촬상 이미지 프레임 및 재촬상 이미지 프레임으로 처리하는 영상 처리부와;
    상기 처리된 촬상 이미지 프레임을 저장하는 프레임 메모리와;
    상기 촬상 이미지 프레임 및 상기 재촬상 이미지 프레임을 동일하게 다수의 블록들로 분할하는 프레임 분할부와;
    상기 촬상 이미지 프레임의 분할된 블록들을 밝은 블록들과 어두운 블록들로 구분하는 블록 구분부와;
    상기 구분된 어두운 블록들의 평균 휘도값을 산출하는 암블록 휘도 산출부와;
    상기 촬상부의 반복 촬상을 제어하되, 재촬상 제어시 상기 산출된 평균 휘도값을 고려하여 노출을 조정하는 촬상 제어부와;
    상기 프레임 메모리에 저장된 상기 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록들을 상기 분할된 재촬상 이미지 프레임 중 상기 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록들에 해당하는 블록으로 대체하는 이미지 합성부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정이 가능한 촬영 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 블록 구분부가 :
    상기 촬상 이미지 프레임의 분할된 블록별 평균 휘도값을 산출하는 블록별 휘도 산출부와, 상기 산출된 블록별 평균 휘도값들 중 최대 평균 휘도값을 추출하고, 블록별로 평균 휘도값과 최대 평균값의 차에 따라 해당 블록이 밝은지 어두운지를 구별하는 명암 구별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정이 가능한 촬영 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 촬상 제어부가 :
    상기 산출된 블록별 평균 휘도값의 평균이 허용범위를 벗어나는 경우에 상기 촬상부의 반복 촬상을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정이 가능한 촬영 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 촬상 제어부가 :
    상기 구분된 어두운 블록들이 소정 비율 이상인 경우에 상기 촬상부의 반복 촬상을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미 지 보정이 가능한 촬영 장치.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촬상 제어부가 셔터 스피드, 조리개 중 하나 이상을 제어하여 노출을 조정하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정이 가능한 촬영 장치.
  15. 시간차를 두고 피사체를 반복 촬상하는 촬상부와;
    상기 반복 촬상된 신호를 주어진 이득으로 증폭하는 자동이득제어부와;
    상기 반복 촬상되어 증폭된 신호를 촬상 이미지 프레임 및 재촬상 이미지 프레임으로 처리하는 영상 처리부와;
    상기 처리된 촬상 이미지 프레임을 저장하는 프레임 메모리와;
    상기 촬상 이미지 프레임 및 상기 재촬상 이미지 프레임을 동일하게 다수의 블록들로 분할하는 프레임 분할부와;
    상기 촬상 이미지 프레임의 분할된 블록들을 밝은 블록들과 어두운 블록들로 구분하는 블록 구분부와;
    상기 구분된 어두운 블록들의 평균 휘도값을 산출하는 암블록 휘도 산출부와;
    상기 산출된 평균 휘도값을 고려하여 상기 자동이득제어부의 이득을 조절하는 이득 조절부와;
    상기 촬상부의 반복 촬상을 제어하되, 상기 이득 조절부에 의해 이득이 조절 되면 상기 촬상부의 재촬상을 제어하는 촬상 제어부와;
    상기 프레임 메모리에 저장된 상기 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록들을 상기 분할된 재촬상 이미지 프레임 중 상기 촬상 이미지 프레임의 어두운 블록들에 해당하는 블록들로 대체하는 이미지 합성부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정이 가능한 촬영 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 블록 구분부가 :
    상기 촬상 이미지 프레임의 분할된 블록별 평균 휘도값을 산출하는 블록별 휘도 산출부와, 상기 산출된 블록별 평균 휘도값들 중 최대 평균 휘도값을 추출하고, 블록별로 평균 휘도값과 최대 평균값의 차에 따라 해당 블록이 밝은지 어두운지를 구별하는 명암 구별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정이 가능한 촬영 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 촬상 제어부가 :
    상기 산출된 블록별 평균 휘도값의 평균이 허용범위를 벗어나는 경우에, 상기 촬상부의 반복 촬상을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정이 가능한 촬영 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 촬상 제어부가 :
    상기 구분된 어두운 블록들이 소정 비율 이상인 경우에, 상기 촬상부의 반복 촬상을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬영 피사체의 밝기분포를 고려한 이미지 보정이 가능한 촬영 장치.
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