KR20070090106A - 카메라 시스템의 제어방법 및 그 방법을 이용한 카메라시스템 - Google Patents

카메라 시스템의 제어방법 및 그 방법을 이용한 카메라시스템 Download PDF

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Abstract

복수의 고체 촬상 소자를 가지는 카메라 시스템을 제어하는 방법이 제공된다. 그 방법은 상기 복수의 고체 촬상 소자에 위상 제어되는 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호를 공급하는 단계; 상기 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호에 따라 상기 복수의 고체 촬상 소자의 화소 열과 행을 선택하는 단계; 선택된 상기 화소 열과 행의 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양방향에 서로 인접하는 복수의 화소 신호를 서로 가산하는 단계; 상기 가산된 화소 신호를 이용하는 휘도 신호와 색 신호를 처리하고 컬러 화상 신호를 출력하도록 휘도 신호와 색 신호에 동기 신호를 부가하는 단계를 포함한다.

Description

카메라 시스템의 제어방법 및 그 방법을 이용한 카메라 시스템{Method of controlling camera system and camera system using the method}
도 1은 CCD 고체 촬상 소자의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 CCD 카메라 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 타이밍 차트를 나타낸다.
도 3a 및 3b는 CCD 카메라 시스템의 전형적인 화소 배열을 나타내는 도면이다.
도 4는 CCD 카메라 장치의 다른 제어방법을 설명하기 위한 타이밍 차트를 나타낸다.
도 5a 및 5b는 CCD 카메라 시스템의 다른 전형적인 화소 배열을 나타내는 도면이다.
도 6은 CMOS형 고체 촬상 소자의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 CMOS형 카메라 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 타이밍 차트를 나타낸다.
도 8은 CMOS형 카메라 시스템의 다른 제어방법을 설명하기 위한 타이밍 차트를 나타낸다.
도 9는 CCD형 카메라 시스템의 구성을 나타내는 블록 개략도이다.
도 10은 CMOS형 카메라 시스템의 구성을 나타내는 블록 개략도이다.
도 11은 종래 기술의 고감도 컬러 카메라 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12a 및 12b는 도 11에 나타낸 고감도 컬러 카메라 시스템의 동작을 설명하기 위한 전형적인 화소 배열을 나타내는 도면이다.
도 13은 고감도 컬러 카메라 시스템의 동작을 설명하기 위한 다른 전형적인 화소 배열을 나타내는 도면이다.
도 14a 내지 14c는 고감도 컬러 카메라 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 전형적인 화소 배열을 나타내는 도면이다.
본 발명은 2006년 3월 1일자로 일본 특허청에 제출된 일본 특허출원 JP2006-055143에 관련된 주제를 포함하며, 전체 내용은 참조로서 포함되어 있다.
본 발명은 3판식(three-plate) 고감도 컬러 카메라 시스템에 관한 것으로, 특히, 고감도와 고해상도를 양립하는 카메라 시스템의 제어방법 및 그 방법을 이용한 카메라 시스템에 관한 것이다.
관련된 기술로, 복수의 고체 촬상 소자를 가지는 고감도와 고해상도를 양립하는 컬러 카메라 시스템이 알려져 있다.
JP-B-7-075409에 나타낸 종래의 고감도 컬러 카메라 시스템(300)이 도 11의 블록도에 나타낸다.
고감도 컬러 카메라 장치(300)는 고체 촬상 소자(302 ~ 304), 위상 제어회로(307), 화소 가산 제어회로(308), 샘플 및 홀드회로(310B, 310G 및 310R)와 동기 신호 발생회로(311)를 포함하도록 구성된다. 카메라 시스템에서, 고체 촬상 소자(302 ~ 304)의 수평 방향으로 배치된 화소들이 서로 가산되어, 고감도 특성을 실현하고 있다. 화소 가산 처리에서, 화소 가산 제어회로(308)로부터 출력된 화소 가산 제어신호가 B(파랑)고체 촬상 소자(302)와 R(빨강)고체 촬상 소자(304)에 공급되고, G(초록)고체 촬상 소자(303)에 위상 제어회로(307)에 의해 제어된 위상으로 화소 가산 제어신호가 공급된다.
도 12a는 수평 방향의 화소 가산 처리가 화소에 수행되지 않은 통상 동작의 화소 배열을 나타낸다. 도 12b는 고감도 컬러 카메라 장치(300)에서 수평 2 화소가 서로 가산되는 경우의 화소의 공간적 배열을 나타낸다. 카메라 시스템(300)에서, G고체 촬상 소자(303)에 공급된 화소 가산 제어신호가 B고체 촬상 소자(302) 및 R고체 촬상 소자(304)에 공급된 화소 가산 제어신호에 대해서, G화소와 B화소 및 R화소가 다음 1 화소씩 교대로 배치되도록, 1 화소 분만큼 이동된다. 이 결과로서, 휘도 신호 성분의 수평 해상도의 저하가 감소된다(도 12b 참조).
도 13은, JP-A-2002-034049에 나타낸 종래의 컬러 카메라 시스템의 화소의 공간적 배열을 나타내는 개략도이다. 이 배열에서, G화소가 B화소 및 R화소에 대해서 수평 및 수직 양방향으로 각각 1／2화소씩 이동된다. 식(1)에 나타낸 바 와 같이, 휘도 신호(Y)(예를 들면, Y121, Y122, Y211, Y212)가 G고체 촬상 소자에 배치된 화소수의 4배의 화소 신호의 증가된 양을 얻도록 산출되고 보간된다.
［식 1］
Y121 = 0.3*R21 ＋ 0.59*G21 ＋ 0.11*B21
Y122 = 0.3*R22 ＋ 0.59*G21 ＋ 0.11*B22
Y211 = 0.3*R21 ＋ 0.59*G11 ＋ 0.11*B21
Y212 = 0.3*R22 ＋ 0.59*G11 ＋ 0.11*B22
(부호 * 은 곱셈 기호를 나타낸다.)
보간을 통해 G화소 수의 4배의 휘도 신호의 증가된 양을 얻는 대신에, 고감도 특성은 고체 촬상 소자상에 배치된 화소수를 1／4로 감소시키고 1 화소에 대한 수광 면적을 증가시킴으로써 실현된다.
JP-B-7-075409에 나타낸 고감도 컬러 카메라 시스템(300)에서는, G화소와 B 및 R화소가 차례차례 교대로 배치되어, 휘도 신호 성분의 수평 해상도에서 저하가 G고체 촬상 소자(303)와 B 및 R고체 촬상 소자(302 및 304)에 각각 공급된 화소 가산 제어신호를 제어함으로써 감소된다.
그러나, 휘도 신호는 대부분 G신호로 구성되기 때문에, 도 12b에 나타낸 바와 같이, 고감도 컬러 카메라 시스템(300)에서는, 수평 2 화소 가산 처리 후, G화 소가 수평 방향으로 2δ(δ는 고체 촬상 소자의 인접하는 화소 사이의 간격에 상응)에 상응하는 간격에 의해 서로 분리되어, 화소 가산 처리가 수행되지 않은 경우에 비해 수평 해상도의 열화가 커진다.
JP-A-2002-034049에 나타낸 고감도 컬러 카메라 시스템에서는, G화소를 B 및 R화소에 대해서 수평 및 수직 방향으로 각각 1／2 화소에 상응하는 양만큼 이동되어 배치할 필요가 있다.
도 14b는 G화소가 이상적인 방법에서 이동된 경우의 화소 배치를 나타낸다. 휘도 신호가 이러한 화소 배열에서 보간될 때, 최대 실효 해상도가 얻어질 수 있다. 그러나, 도 14c에 나타낸 바와 같이, 고체 촬상 소자의 위치 맞춤 처리에서 위치의 격차가 비교적 크다. G화소가 G'화소의 위치로 이동되면, 보간을 통해 얻어진 휘도 신호(Y)는 G'화소가 B 및 R화소에 가까워지는 만큼 B 및 R화소의 근방을 향해 이동되어, 실효적인 해상도가 감소한다.
상기 언급된 상황의 관점에서, 고감도 및 고해상도로 화상을 제작할 필요성이 있다.
본 발명의 제 1실시예에 의하면, 복수의 고체 촬상 소자를 가지는 카메라 시스템을 제어하는 방법이 제공되고, 그 방법은 상기 복수의 고체 촬상 소자에 위상 제어된 수평 가산 제어 신호와 수직 가산 제어 신호를 공급하는 단계와, 상기 수평 가산 제어 신호와 수직 가산 제어 신호에 따라 상기 복수의 고체 촬상 소자의 화소 열과 행을 선택하는 단계와, 선택된 상기 화소 열과 행의 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양방향에 인접하는 복수의 화소 신호를 서로 가산하는 단계와, 가 산된 화소 신호를 이용하여 휘도 신호와 색 신호를 처리하고 컬러 화상 신호를 출력하도록 동기 신호를 휘도 신호 및 색 신호에 부가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 2실시예에 의하면, 복수의 고체 촬상 소자와, 상기 복수의 고체 촬상 소자에 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양방향에 서로 인접하는 복수의 화소 신호를 가산하기 위해 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호가 이용되고, 위상 제어된 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호를 공급하는 제어회로와, 상기 제어회로로부터 출력된 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호에 따라 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 수직 양방향에 서로 인접하는 복수의 화소 신호의 가산된 화소 신호가 상기 복수의 고체 촬상 소자로부터 출력되고, 상기 가산된 화소 신호를 이용하여 휘도 신호와 색 신호가 처리되고, 동기 신호가 상기 휘도 신호와 색 신호에 부가되어 컬러 화상 신호를 출력하는 신호 처리회로를 포함하는 카메라 시스템이 제공된다.
제 1실시예에 의한 카메라 시스템의 제어방법에서, 복수의 화소는 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양 방향에서 임의의 간격으로 전기적으로 이동된다. 따라서, 어두운 장소에서 고감도 및 고해상도로 영상을 얻을 수 있다.
제 2실시예에 의한 카메라 시스템에서, 고체 촬상 소자의 화소는 제어 신호를 이용함으로써, 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양 방향에서 임의의 간격으로 전기적으로 이동된다. 따라서, 고정밀로 화소를 배열할 수 있다.
CCD(charge coupled device)형 이미저(imager)와 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)형 이미저가 고체 촬상 소자로서 알려지고, 본 발명의 실시예는 어느 이미저의 형태에도 적용될 수 있다.
먼저, CCD형 이미저(고체 촬상 소자)를 채용한 카메라 시스템의 제어방법을 도 1 ~ 도 5를 참조하여 설명한다. 실시예에서, 다판(multi-plate)식 고체 촬상 소자, 예를 들면, 3판식 컬러 카메라 시스템이 카메라 시스템의 예로서 이용된다.
이후, 본 발명의 실시예에 따른 CCD형 카메라 시스템의 제어방법이 도 1 ~ 도 5를 참조하여 설명된다. 3판식 CCD 카메라 시스템에서는, 고체 촬상 소자(11)는 3개의 고체 촬상 소자, 즉, R고체 촬상 소자(11R), B고체 촬상 소자(11R) 및 G고체 촬상 소자(11G)를 가지도록 구성된다.
도 1에서, 편의를 위해 단일 고체 촬상 소자(11)만 나타낸다. 도 1에 나타낸 고체 촬상 소자(11)의 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)(도시하지 않음)에서, 화소(12)는 매트릭스(matrix)로 배열되고, 수직 레지스터(13)는 열(column) 방향으로 화소 열 상에 교대로 배치되고, 수평 레지스터(14)는 수직 레지스터(13)의 출력에 접속된다. 수평 레지스터(14)의 출력은 플로팅 디퓨전 앰프(floating diffusion amplifier, FD앰프)(17)에 접속되고, 화소 신호가 FD앰프(17)로부터 출력된다.
수평 전송 클록(H 전송 클록)(15)은 타이밍 발생기(도시하지 않음)로부터 R, B, G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)의 수평 레지스터(14)에 각각 공급되고, 수직 전송 클록(V 전송 클록)(16)은 수직 레지스터(13)에 각각 공급된다.
보통의 밝은 장소에서 촬영이 되면, 각 화소(12)에서 받아서 발생된 전하는 수직 레지스터(13)에 전송되고, 수직 레지스터(13)의 전하는 V 전송 클록(16)과 동기하여 수평 레지스터(14)에 출력된다. 수평 레지스터(14)의 화소 신호는 H 전송 클록(15)과 고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)의 FD앰프(17)에 차례로 전송되어 다음 단의 S／H(샘플 및 홀드)회로에 출력한다. 도 3a은 화소 가산 처리가 수행 되지 않은 경우의 화소 배열을 나타낸다.
한편, 어두운 곳에서 촬영이 되면, 다음에 설명되는 타이밍 발생기(207)로부터 출력된 제어 신호가 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)에 각각 공급된다.
이후, 화소의 수평 가산의 예를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 화소의 수평 방향으로 배열된 화소의 열은 라인(1), 라인(2), 라인 3과 같이 열의 수직 방향의 순서로 나타낸다. 라인과 행으로 특정된 화소의 각 위치는 화소 어드레스로 나타낸다
H 전송 클록(15)이 t1, t2, … , t8,… 등에서 수평 레지스터(14)에 공급되면, h 전송 클록과 동기하여, 리셋 펄스가 t1, t3, t5, t7, …, 등에서 R 및 B고체 촬상 소자(11R 및 11B)에 공급되고, t2, t4, t6, t8, …등에서 G고체 촬상 소자(11G)의 라인(1)에 공급된다(도 2a ~ c의 타이밍 차트 참조).
유사하게, 리셋 펄스는 t2, t4, t6, t8, … 등에서 R 및 B고체 촬상 소자(11R, 11B)의 라인(2)에 공급되고, t1, t3, t5, t7, … 등에서 G고체 촬상 소자(11G)의 라인(2)에 공급된다(도 2d 및 e의 타이밍 차트 참조).
이와 같이, R 및 B화소와 G화소는 라인(1)의 모든 H 전송 클록에서 수평 방 향으로 교대로 차례차례 선택된다. 동시에, R 및 B화소와 G화소는 라인(1)과 라인(2) 사이의 H 전송 클록 중 한 클록에 의해(도 2의 타이밍 차트 (a)) 서로 위상-이동되고, 따라서 수직 홀수 라인과 수직 짝수 라인 사이에 위상-변조된다.
그 결과, R 및 B고체 촬상 소자(11R 및 11B)의 라인(1)(이하, "라인(1)(R 및 B)으로 간단히 기재한다)에서, 어드레스(1)의 화소(이하, "화소 어드레스(1)"로 간단히 기재한다)가 t1에서 선택되고, 화소 어드레스(1)와 화소 어드레스(2)가 t2에서 선택되어, 가산된 화소 신호를 출력한다. t2에서, 화소 어드레스(2)는 G고체 촬상 소자(11G)의 라인(1)(이하, "라인(1)(G)"으로 간단히 기재한다)에서 선택되어 출력된다. t3에서, 화소 어드레스(3)는 라인(1)(R 및 B)에서 선택되고, 화소 어드레스(2 및 3)는 라인(1)(G)에서 선택된다. t4에서, 화소 어드레스(3 및 4)는 라인(1)(R 및 B)에서 선택되고, 화소 어드레스(4)는 라인(1)(G)에서 선택된다. 다음의 화소 어드레스가 상기 기술된 바와 같이 동일한 방법으로 선택된다. 라인(1)에서 화소가 어드레스 선택되고, 가산 처리되어 FD앰프(17)로부터 출력되는 양상은 도 2의 타이밍 차트(f 및 g)에서 나타낸다.
라인(2)(G)에서 화소 어드레스(1)는 t1에서 선택된다. t2에서, 화소 어드레스(2)는 라인(2)(R 및 B)에 선택되고, 화소 어드레스(1 및 2)는 라인(2)(G)에 선택된다. t3에서, 화소 어드레스(2 및 3)가 라인(2)(R 및 B)에 선택되고, 화소 오드레스(3)가 라인(2)(G)에 선택된다. t4에서, 화소 어드레스(4)가 라인(2)(R 및 B)에 선택되고, 화소 어드레스(3 및 4)가 라인(2)(G)에 선택된다. 다음의 화소 어드레스가 상기 기술된 바와 같이 동일한 방법으로 선택된다. 라인(2)에서 화소가 어드레스 선택되고, 가산 처리되어 FD앰프(17)로부터 출력되는 양상은 도 2의 타이밍 차트(h 및 i)에서 나타낸다.
이와 같이, R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)의 수평 방향으로 서로 인접하는 2 화소가 리셋 펄스를 이용하여 서로 가산되고 2 화소가 수직 홀수 라인과 수직 짝수 라인 사이에 수평 1 화소에 해당하는 위상 이동을 가지도록 변조된다. 이 경우, 리셋 펄스는 B 및 R고체 촬상 소자(11B, 11R)에 공급되고, 수직 1 화소에 해당하는 위상 이동으로 G고체 촬상 소자(11G)에 출력된다.
수평 방향으로 2 화소를 가산함으로써 얻어진 화소 신호는 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)에 출력되고, S／H 회로 등을 통해 다음 단의 신호 처리회로에 공급된다. R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)로부터 출력된 화소 배열이 도 3b에 나타낸다.
따라서, 가산된 G화소와 가산된 B 및 R화소는 각각 수평 및 수직 방향의 양방향의 교대로 공간적으로 배치되고 G화소는 수평 방향으로 δ(δ는 G고체 촬상 소자의 인접하는 화소 사이의 간격에 해당)에 해당하는 간격에 의해 서로 분리되어, 보간 처리 후의 수평 해상도가 도 12b의 경우와 비교하여 현저하게 개선된다.
다음에, 본 발명의 실시예로 CCD로 구성된 CCD형 카메라 시스템을 제어하는 다른 방법에 대해 설명한다. CCD형 카메라 시스템은 도 1과 동일한 구성을 가지지만, 다른 방법으로 제어된다. 도 4는 CCD로 구성된 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)를 구동하는 V전송 클록, H전송 클록, 리셋 펄스 등의 타이밍 차트를 나타낸다.
도 4의 타이밍 차트(a 내지 t)는 수직 타이밍에 관한 것이다. V 전송 클록(R 및 B)(t1a 및 t1b)과 V 전송 클록(G)(t1c)은 H 동기 신호의 t1에 동기 하여 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)에 공급된다. t2에서, V전송 클록(R 및 B)(t2a 및 t2b)과 V전송 클록(G)(t2c 및 t2d)은 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)에 공급된다.
계속해서, 도 4의 타이밍 차트(a 내지 c)에 나타낸 바와 같이, 시각 t3, t4, … 등에서, V 전송 클록(R 및 B)과 V 전송 클록(G)은 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)에 공급된다.
그 결과, H 동기 신호의 t1에서, 수직 방향의 라인(1)(화소 어드레스 라인(1))과 라인(2)(화소 어드레스 라인(2))가 출력(R 및 B)에서 선택되고, 수직 방향의 화소 어드레스 라인(1)이 출력(G)에서 선택된다. 이하에, 라인(1), 라인(2), … 등은, 동일한 방법으로, 화소 어드레스 라인(1), 화소 어드레스 라인(2),… 등으로 기재된다.
t2에서, 수직 방향의 화소 어드레스 라인(3 및 4)이 출력(R 및 B)에서 선택되고, 수직 방향의 화소 어드레스 라인(2 및 3)이 출력(G)에서 선택된다. 화소가 수직 방향에서 선택되고 가산된 화소 신호가 출력(R 및 B)과 출력(G)으로부터 출력되는 양상은 도 4의 타이밍 차트(d 및 e)에 나타낸다.
다음에, 상술한 수직 타이밍의 각 H 동기 기간 내에 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)를 구동하는 수평 타이밍에 대해 설명한다. 도 4의 타이밍 차트(f)는 H 전송 클록(t1, t2,…, t8,… 등)을 나타낸다. H 전송 클록과 동기 하여, t1, t3, t5,… 등에서 R 및 B고체 촬상 소자(11R 및 11B)에 리셋 펄스(R 및 B)가 공급되고, t2, t4, t6,…등에서 G고체 촬상 소자(11G)에 리셋 펄스(G)가 공급된다.
이 결과, 도 4의 타이밍 차트(i 및 j)에 나타낸 바와 같이, t1에서, 화소 어드레스(1)는 출력(R 및 B)에서 선택되고, t2에서, 화소 어드레스(1 및 2)와 화소 어드레스(2)가 출력(R 및 B)과 출력(G)에서 각각 선택된다. t3에서, 화소 어드레스(3)는 출력(R 및 B)에서 선택되고, 화소 어드레스(2 및 3)는 출력(G)에서 선택된다. 계속해서 수평 방향의 화소 어드레스가 상기와 같은 동일한 방법으로 선택되고, 가산된 화소 신호가 출력(R 및 B)과 출력(G)으로부터 출력된다.
이와 같이, 수직 및 수평 화소 가산의 예에서, R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)의 인접하는 수직 2 라인을 가산하는 V 전송 클록과 인접하는 수평 2 화소를 가산하는 리셋트 펄스가 타이밍 발생기에 의해 발생된다. 타이밍 발생기는 V 전송 클록에 1 H 기간에 해당하는 위상 이동과 리셋 펄스에 수평 1 화소에 해당하는 위상 이동을 G고체 촬상 소자(11G)에 공급한다.
이러한 제어 신호의 공급으로 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)에 발생된 전하는 S／H회로를 통해서 다음 단의 신호 처리회로에 화소 신호로서 출력된다.
수평 2 화소 및 수직 2 화소 가산 처리를 통해 얻어진 화소 배열의 예를 도 5b에 나타낸다.
그러나, 도 5b에 나타내는 화소 배열은 도 5a와 비교하여, 해상도에서 두드 러진 열화가 나타난다. 따라서, 이 경우에 휘도(Y) 신호가 추가로 배치된다. 즉, 휘도(Y) 신호는 상술한 식(1)에 따라 G화소와 인접하는 R 및 B화소를 이용하여 계산되고, G화소와 R 및 B화소 사이에 배치되어 보간된다. 이러한 배열에 의해, 감도와 실효 해상도가 향상된다.
본 실시예에서, G화소와 B 및 R화소는 화소 가산 제어 신호(V 전송 클록 및 리셋트 펄스 등)의 위상 차이에 의해 서로 전기적으로 이동된다. 이러한 전기적인 위상 제어에 의한 화소 이동의 정밀도가 기계적인 위치 맞춤에 비해 현격히 높기 때문에, 휘도 신호의 보간에 의한 실효 해상도가 크게 향상된다.
다음에, 도 6 및 도 7을 참조하여 CMOS로 구성된 CMOS형 카메라 시스템의 제어방법이 다른 실시예로 설명된다.
도 6은 CMOS형 카메라 시스템의 블록도를 나타낸다. CMOS형 카메라 시스템은 R, B 및 G고체 촬상 장치(100R, 100B 및 100G)를 가지도록 구성되고, 이 R, B 및 G고체 촬상 소자(101R, 101B 및 101G)는, 각각 화소(수광 소자)(102), 행 선택 라인(103), 열 선택 라인(104), V(수직) 드라이버(105), 디코더(106), I－V(전류-전압)변환기(107), A／D(아날로그-디지털)변환기(108), 타이밍 발생기(109), 선택기(110), 가산기(111) 및 출력 회로(112) 등으로 구성된다.
타이밍 발생기(109)로부터 행 선택 신호, 즉, 행 선택 카운터 출력(1)과 행 선택 카운터 출력(2)은 디코더(106)에 공급되어 디코더(106)에 의해 디코드되고, 디코드된 결과가 V 드라이버(105)에 출력된다. V 드라이버(105)로부터 출력된 행 선택 신호에 따라 임의의 행이 선택된다.
타이밍 발생기(109)로부터 열 선택 신호, 즉, 열 선택 카운터 출력(1)과 열 선택 카운터 출력(2)은 선택기(110)에 공급되고, 임의의 열이 열 선택 신호에 따라 선택된다. 1 또는 2개의 선택된 열로부터 도출된 화소 신호는 가산기(111)에 출력되어 서로 가산 처리된 후 출력 회로(112)에 공급된다.
보통의 밝은 장소에서 촬영이 되면, V 드라이버(105)로부터 출력된 행 선택 신호에 따라 행 선택 라인(103)이 선택되고, 열 선택 카운터 출력(1 및 2)으로부터 출력된 열 선택 신호에 따라 임의의 열이 선택된다. 그 결과, 선택된 화소 신호는 열 신호 라인(104)을 통해 I－V변환기(107)에 공급되어 A／D변환기(108)에 출력된다. A／D변환기(108)로부터 출력된 화소 신호는 가산기(111)와 출력 회로(112)를 통해 CMOS형 고체 촬상 장치(101R, 101B 및 101G)로부터 다음 단의 신호 처리 회로에 출력된다. 이 경우 전기적인 화소 배열은 도 3a와 동일하게 나타낸다.
다음에, 어두운 곳의 촬영에 있어서의 수평 화소 가산 처리의 예에 대해 설명한다. 먼저, 타이밍 차트를 참조하여 수직 타이밍을 설명한다. H 동기 신호의 t1, t2, t3,… 등에 동기하여 타이밍 발생기(109)의 행 선택 카운터 출력(1)으로부터 행 선택 신호가 디코더(106)에 출력된다. 이때, 수직 방향의 라인(화소 어드레스 라인)에 대한 행 선택 신호는 행 선택 카운터 출력(2)으로부터 출력되지 않는다(도 7의 타이밍 차트(a 내지 c) 참조).
행 선택 카운터 출력(1)에 따라, t1에서 화소의 수직 방향의 화소 어드레스 라인(1)이 선택되고, t2에서 화소 어드레스 라인(2)이 선택되고, 유사하게 t3에서 화소 어드레스 라인(3)이 선택된다. 이때, 행 선택 카운터 출력(2)으로부터 수직 방향의 화소 어드레스 라인에 대한 선택 신호는 출력되지 않는다.
다음에, 1 수평 동기 기간 내의 수평 타이밍이 타이밍 차트를 참조하여 설명한다. 라인(1)(=n; n은 양의 홀수 정수)에 관한 수평 타이밍이 도 7의 타이밍 차트(d ~ h)에 나타낸다. MCK(마스터 클록)의 t1에서, 열 선택 카운터 출력(1)(R 및 B)에서 화소의 수평 방향의 화소 어드레스(1)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(R 및 B)에서 화소 어드레스(2)가 선택된다. 또한, 열 선택 카운터 출력(1)(G)에서 화소 어드레스는 선택되지 않고, 열 선택 카운터 출력(2)(G)에서 화소 어드레스(1)가 선택된다. 그 결과, 수평 방향의 선택된 화소 어드레스(1 및 2)가 가산기(111)에 의해 서로 가산되고, 이 가산된 결과가 출력(R 및 B)에 출력된다. 그러나 출력(G)으로부터 가산 결과는 출력되지 않는다.
t2에서, 열 선택 카운터 출력(1)(R 및 B)에서 수평 방향의 화소 어드레스(3)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(R 및 B)에서 화소 어드레스(4)가 선택된다. 또한, 열 선택 카운터 출력(1)(G)에서 화소 어드레스(2)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(G)에서 화소 어드레스(3)가 선택된다. 그 결과, 수평 방향의 선택된 화소 어드레스(3 및 4)가 가산기(111)에 의해 서로 가산되고, 출력(R 및 B)으로부터 가산 결과가 출력된다. 유사하게, 선택된 화소 어드레스(2 및 3)가 가산기(111)에 의해 서로 가산되고, 가산 결과는 출력(G)으로부터 출력된다. 계속해서, 유사한 동작이 도 7의 타이밍 차트(g 및 h)에 나타낸 바와 같이, t3, t4, … 등에서 반복되게 수행된다.
라인(2)(=n＋1; n은 양의 홀수 정수)에 관한 수평 타이밍이 도 7의 타이밍 차트(i 내지 m)에 나타낸다. MCK의 t1에서, 열 선택 카운터 출력(1)(R 및 B)에서 수평 방향의 화소 어드레스는 선택되지 않고, 열 선택 카운터 출력(2)(R 및 B)에서 화소 어드레스(1)가 선택된다. 또한, 열 선택 카운터 출력(1)(G)에서 화소 어드레스(1)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(G)에서 화소 어드레스(2)가 선택된다. 가산기(111)로부터 출력된 가산 결과가 출력(R 및 B)으로부터 출력되지 않고, 가산기(111)에 의한 가산 결과가 출력(G)으로부터 출력된다.
t2에서, 열 선택 카운터 출력(1)(R 및 B)에서 수평 방향의 화소 어드레스(2)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(R 및 B)에서 화소 어드레스(3)가 선택된다. 또한, 열 선택 카운터 출력(1)(G)에서 화소 어드레스(3)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(G)에서 화소 어드레스(4)가 선택된다. 그 결과, 수평 방향의 화소 어드레스(2 및 3)가 가산기(111)에 의해 서로 가산되고, 출력(R 및 B)으로부터 가산 결과가 출력된다. 유사하게, 화소 어드레스(3 및 4)가 가산기(111)에 의해 서로 가산되고, 가산 결과가 출력(G)으로부터 출력된다. 계속해서, 유사한 동작이 도 7의 타이밍 차트(i 및 m)에 나타낸 바와 같이, t3, t4,… 등에서 반복적으로 수행된다.
이와 같이, R, B 및 G고체 촬상 소자(101R, 101B 및 101G)에서, 수평 방향으로 서로 인접하는 2 화소가 서로 가산되고 그리고 2 화소가 수직 홀수 라인과 수직 짝수 라인 사이에 수평 1 화소에 해당하는 위상 이동을 가지도록 변조된다. 수평 방향으로 가산된 화소 신호가 R, B 및 G고체 촬상 소자(101R, 101B 및 101G)로 부터 각각 출력된다.
그리고, 소정의 신호 처리가 다음 단의 신호 처리 회로에서 수행된다. CMOS형 카메라 시스템(100)으로부터 출력된 화소의 배열 예가 도 3b에 나타내는 배열과 같게 된다.
따라서, 가산된 G화소와 가산된 B 및 R화소가 각각 수평 및 수직의 양방향으로 1 화소씩 교대로 공간적으로 배열되고, G화소는 수평 방향의 δ(δ는 G고체 촬상 소자의 인접하는 화소 사이의 간격에 해당)에 해당하는 간격에 의해 서로 분리되고, 보간 처리 후의 수평 해상도는 도 12b와 비교하여 현저하게 향상된다.
다음에, 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예인 수직 및 수평 화소 가산처리를 이용하여 CMOS로 구성된 CMOS형 카메라 시스템의 제어방법에 대해 설명한다.
도 8의 타이밍 차트(a 내지 c)는 수직 타이밍에 관한 것이고, 행 선택 카운터 출력(1 및 2)에 대한 타이밍의 구체적인 예를 나타낸다. H 동기 신호의 t1에 동기하여, 수직 방향의 화소 어드레스 라인(1)이 행 선택 카운터 출력(1)(R 및 B)d에서 선택되고, 수직 방향의 화소 어드레스 라인(2)이 행 선택 카운터(2)(R 및 B)에서 선택된다. 이때, 행 선택 카운터 출력(1)(G)에서 화소 어드레스 라인은 선택되지 않고, 행 선택 카운터 출력(2)(G)에서 화소 어드레스 라인(1)이 선택된다.
t2에서, 행 선택 카운터 출력(1)(R 및 B)에서 화소 어드레스 라인(3)이 선택되고, 행 선택 카운터(2)(R 및 B)에서 화소 어드레스 라인(4)이 선택된다. 이때, 행 선택 카운터 출력(1)(G)에서 화소 어드레스 라인(2)이 선택되고, 행 선택 카운터 출력(2)(G)에서 화소 어드레스 라인(3)이 선택된다. 계속해서, 수평 방향의 화소 어드레스 라인은 상기와 같이 동일한 방법으로 선택된다.
다음에, 도 8의 타이밍 차트(d 내지 f)를 참조하여, 1 H 동기 기간에 있어서의 수평 타이밍에 대해 설명한다. MCK의 t1, t2, t3,…등에 동기하여, 열 선택 카운터 출력(1 및 2)(R 및 B)과 열 선택 카운터(1 및 2)(G)가 동작되고, 수평 방향의 화소 어드레스가 선택된다.
t1에서, 열 선택 카운터 출력(1)(R 및 B)에서 수평 방향의 화소 어드레스(1)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(R 및 B)에서 화소 어드레스(2)가 선택된다. 또한, 열 선택 카운터 출력(1)(G)에서 화소 어드레스는 선택되지 않고, 열 선택 카운터 출력(2)(G)에서 화소 어드레스(1)가 선택된다. 이때, 가산기(111)에 의한 화소 어드레스(1 및 2)의 가산 결과가 출력(R 및 B)으로부터 출력된다. 그러나, 가산 결과가 출력(G)으로부터 출력되지 않는다.
t2에서, 열 선택 카운터 출력(1)(R 및 B)에서 화소 어드레스(3)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(R 및 B)에서 화소 어드레스(4)가 선택된다. 또한, 열 선택 카운터 출력(1)(G)에서 화소 어드레스(2)가 선택되고, 열 선택 카운터 출력(2)(G)에서 화소 어드레스(3)가 선택된다. 이때, 가산기(111)에 의한 화소 어드레스(3 및 4)의 가산 결과가 출력(R 및 B)으로부터 출력되고, 가산기(111)에 의한 화소 어드레스(2 및 3)의 가산 결과가 출력(G)으로부터 출력된다. 계속해서, 도 8의 타이밍 차트(d 내지 h)에 나타낸 바와 같이 유사한 동작이 반복적으로 수행된다.
이와 같이, 수직 2 라인을 가산하고 행 선택 카운터 출력(1 및 2)으로부터 공급된 제어신호와 수평 2 라인을 가산하고 열 선택 카운터 출력(1 및 2)으로부터 공급된 제어신호가 R 및 B고체 촬상 소자(101R 및 101B)에 공급되고, 그리고 수평 및 수직 방향으로 1 화소에 해당하는 위상 이동으로 G고체 촬상 소장(101G)에 출력된다.
그 결과, 수직 2 라인 및 수평 2 화소를 서로 가산함으로써 얻어진 화소 ㅅ신호는 CMOS형 R, B 및 G고체 촬상 소자(101R, 101B 및 101G)로부터 출력되고, 다음 단의 신호 처리 회로에서 소정의 신호 처리가 수행된다. 화소의 배열은 도 5b와 같게 된다.
도 5b에 나타낸 화소 배열이 CCD형 R, B 및 G고체 촬상 소자(11R, 11B 및 11G)의 경우와 동일하기 때문에, G화소와 G화소에 인접하는 R 및 B화소를 이용하여 휘도 신호(Y)를 보간함으로써 실효 해상도와 감도가 향상될 수 있다.
따라서, 열 선택 카운터 출력(1 및 2)의 위상을 수직 홀수 라인과 수직 짝수 라인 사이에 변조함으로써 수평 화소 가산 처리시의 수평 해상도의 열화를 방지할 수 있다.
게다가 G화소와 B 및 R화소는 열 선택 카운터 출력(1 및 2)과 행 선택 카운터 출력(1 및 2)의 위상차이에 의해서 서로 전기적으로 이동된다. 이러한 전기적인 위상 제어에 의한 화소 이동의 정밀도 기계적인 위치 맞춤의 정도와 비교하여 현격히 높기 때문에, 휘도 신호의 보간에 의한 실효 해상도는 크게 향상된다.
비록 2 화소 가산의 예에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 임의의 화소수를 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양방향으로 가산해도 좋다.
다음에, 본 발명의 다른 실시 형태예인 CCD형 고체 촬상 소자를 이용한 CCD형 카메라 시스템(200)의 블록도를 도 9에 나타낸다.
CCD 카메라 시스템(200)은 3판식(three-plate type)의 촬상 장치의 예이며, 색분해 프리즘(도시하지 않음); R CCD형 고체 촬상 소자(201), B CCD형 고체 촬상 소자(202) 및 G CCD형 고체 촬상 소자(203); S／H 회로(204R, 204B 및 204G); 처리회로(205); 인코더(206); 및 타이밍 발생기(207)를 가지도록 구성된다.
색분해 프리즘(도시하지 않음)은 입력된 화상을 직통 혹은 반사해 3개의 R, B 및 G CCD형 고체 촬상 장치(이후, "R, B 및 G CCD"라고 간단히 기재함)(201 내지 203)에 입력 화상을 공급한다. 예를 들면, 렌즈를 통해 화상이 입력되면, 색분해 프리즘을 통해 직통한 화상은 G CCD(203)에 입력되고 색분해 프리즘에서 반사한 화상은 R 및 B CCD(201 및 202)에 각각 입력된다.
R, B 및 G CCD(201 내지 203)에서는, 도 1에 나타낸 것과 유사하게, 화소 라인 사이에 수직 전송용 V 레지스터가 배치되고, 수평 방향으로 H 레지스터가 배치되며, FD 앰프로부터 화소 신호가 출력된다.
S/H 회로(204R, 204B 및 204G)의 입력은, R, B, G CCD(201 내지 203)의 출력과 타이밍 발생기(207)의 출력에 접속되고, S/H 회로(204R, 204B 및 204G)의 출력은 처리회로(205)에 접속된다. S/H 회로(204R, 204B 및 204G)에서, R, B 및 G CCD(201 내지 203)로부터 공급된 화소 신호는 타이밍 발생기(207)로부터 공급된 타 이밍 신호에 동기하여 샘플링되고 홀드된다. 홀드 된 화소 신호는 다음 단의 처리회로(205)에 출력된다.
타이밍 발생기(207)는 R, B 및 G CCD(201 내지 203)에 V전송 클록, H전송 클록 혹은 리셋 펄스를 공급하고, S/H 회로(204R, 204B 및 204G)에 샘플링 클록을 출력한다. 타이밍 발생기(207)는 가산 모드를 설정하기 위한 제어 신호가 공급되어, 수평 및 수직 화소(라인)를 위한 제어신호가 R, B 및 G CCD(201 내지 203)에 출력된다.
처리회로(205)는 샘플링 및 홀드된 화소 신호에 신호 처리를 행한다. 처리회로(205)는, 예를 들면, A/D변환기(도시하지 않음), 보정 처리부를 가지는 신호 처리부, 휘도 신호 처리부, 색 신호 처리부 등을 가지도록 구성된다.
보정 처리부는 필요한 데이터를 추출하도록 R, B 및 G CCD(201 내지 203)로부터 출력된 화소 신호를 샘플링하고 홀드하며, 적정한 레벨로 조정하기 위해 이득 제어(AGC) 처리를 행하고, 흑 레벨(black level) 조정을 행한다. 처리부(pre-processing unit)로부터 출력 신호는 다음 단의 A/D변환기에 출력된다.
A/D변환기는 전처리부로부터 공급된 출력 신호를 10 ~ 12비트의 정밀도의 디지털 신호로 변환하고, 다음 단의 신호 처리부에 디지털 신호를 출력한다.
신호 처리부는 보정 처리부, 휘도 신호 처리부와 색 신호 처리부 등을 가지도록 구성되고, 디지털 신호 처리를 수행한다. 보정 처리부에서는, 흑 검출(black detection)처리, 디지털 이득 제어(digital gain control)처리, 렌즈-쉐이딩(lens-shading) 보정처리, 화소 결함 보정처리, 화소 보간처리, 휘도 신호(데 이터)와 색 신호(데이터)의 분리처리 등이 수행된다.
휘도 신호 처리부는 수직 및 수평 방향으로 위도 신호의 에지 보정처리와 감마(γ) 보정처리와 같은 다양한 화상처리를 수행한다.
색 신호 처리부에서는, 클램핑(clamping)처리, 색 신호의 노이즈나 잘못된 색 신호의 제거처리, RGB 매트릭스(matrix)처리, R, B 및 G 색의 각 계수를 변화하는 화이트 밸런스 조정, 감마(γ) 보정처리, R－G 혹은 B－G 변환처리, 색 차이 신호(Cr 혹은 Cb) 생성처리, Hue 혹은 Gain 조정처리 등이 수행된다.
인코더(206)는 처리회로(205)로부터 출력된 색 차이 신호(R－Y 및 B－Y)와 휘도 신호(Y)가 공급되고 동기 신호의 가산과 아날로그 콤포지트(composite) 신호를 출력한다. 아날로그 컴포지트 신호 외에, 아날로그 컴포넌트(component) 신호와 같은 다른 신호, 디지털 컴퍼넌트 신호가 인코더(206)로부터 출력된다.
다음에, 도 1 내지 5와 도 9를 참조하여, CCD로 구성된 CCD형 카메라 시스템(200)의 동작을 어두운 장소와 일반적으로 밝은 장소에 대해 설명한다.
밝은 장소에서의 촬영에서는, 보통의 동작이 수행된다. 이 경우 화소 배열 예는 도 3a에 나타내며, 화소 가산처리에 의한 휘도 향상을 위한 처리는 행해지지 않는다. 한편, 어두운 곳에 있어서의 촬영에서는, 고감도로 촬영을 행할 필요가 있다. 구체적인 예로서 수직 2 화소 또는 수직 2 화소와 수평 2 화소(라인)를 가산함으로써 고감도를 얻는 동작을 설명한다(도 3b 및 도 5b 참조). 이 경우, 가산된 화소수는 이것에 한정되지 않는다.
어두운 곳에서 CCD형 카메라 시스템(200)이 동작 되면, 피사체(photographic subject)는 광학 시스템을 통해 R, B 및 G고체 촬상 소자(201 내지 203)에 촬상된다.
먼저, 수평 2 화소 가산이 어두운 곳에서 촬영에 대해 설명한다. 가산 모드 설정(신호)가 타이밍 발생기(207)에 공급되고, 수평 2 화소 가산처리에 대한 제어 신호는 타이밍 발생기(207)로부터 생성된다. 그리고, 타이밍 발생기(207)로부터 R, B 및 G CCD(201 내지 203)에 V 전송 펄스, H 전송 펄스 및 리셋 펄스가 공급되고, 수평 방향으로 화소 어드레스가 선택되고, 출력 라인(1 또는 2)으로부터 수평 방향으로 가산된 화소 신호가 출력된다(도 2의 타이밍 차트(f 내지 i) 참조).
R, B 및 G CCD(201 내지 203)로부터 출력된 각각의 화소 신호는 S/H 회로(204R, 204B 및 204G)에 공급되어 타이밍 발생기(207)로부터 공급된 타이밍 신호에 동기하여 샘플링되고 홀드 된다. 홀드 된 화소 신호는 처리회로(205)에 출력된다.
처리회로(205)에서, 입력된 화소 신호는 A/D변환기에 의해 디지털 데이터(신호)로 변환되고, 변환된 데이터는 흑 레벨 계산처리 및 이득 제어처리가 행해져 밝기의 조정을 한다.
이득-제어된 화소 데이터는 쉐이딩 보정처리, 결함 보정처리 및 화소 보간처리된 후, 색 데이터와 휘도 데이터로 분리된다.
분리된 색 데이터와 휘도 데이터는 휘도 데이터는 휘도 신호 처리부와 색 신호 처리부에 각각 공급된다.
휘도 신호 처리부에 입력된 휘도 신호는 LPF(로우 패스 필터)(도시하지 않 음)에 의해 대역 외의 신호나 노이즈가 제거되고 수직 및 수평 방향으로 에지-강조된 데이터가 출력되도록 필터된다. 휘도 신호는 감마(γ) 보정 처리된다.
반면에, 분리된 색 데이터는 CLPF(색도 LPF)에 의해 고-주파수 성분을 제거하도록 필터되고, 노이즈 및 잘못된 색 신호도 색 데이터로부터 제거된다. RGB 매트릭스에 R, B 및 G의 3원색 신호가 판정되고, 화이트 밸런스 조정처리와 감마(γ) 보정처리를 행한다.
감마(γ) 보정된 색 데이터는 색 차이 신호, 즉, Cr(=R－Y)과 Cb(=B－Y)를 생성하도록 R－G 또는 B－G변환된다.
색 차이 신호(R－Y 및 B－Y)와 휘도 신호(Y)는 처리회로(205)로부터 인코더(206)에 공급된다. 인코더(206)에서, 타이밍 발생기(207)로부터 공급된 타이밍 신호에 동기하여 발생된 수평 및 수직 동기 신호가 색 차이 신호에 가산되고, 아날로그 컴포넌트 신호, 아날로그 컴포지트 신호와 R, B 및 G 디지털 컴포넌트 신호 등이 인코더(206)로부터 출력된다.
도 3b는 처리회로의 입력단에서 화소의 공간적 배열을 나타낸다. 처리회로에 의해 보간 처리의 결과로서 얻어진 화소의 공간적 배열에서, 휘도 신호(Y)가 도 3a에 나타낸 동일한 해상도를 가지는 YCbCr(444) 또는 YCbCr(422) 신호 또는 도 3a에 나타낸 동일한 공간적 배열을 가지는 RGB 신호가 된다.
다음에, 도 9를 참조하여, 어두운 곳에서 촬영에 있어서의 수평 2 화소 및 수직 2 화소(라인) 가산 처리에 대한 CCD형 카메라 시스템(200)의 동작에 대해 설명한다.
가산 모드 설정(신호)에 의해 수평 2 화소 및 수직 2 화소(라인) 가산 처리가 타이밍 발생기(207)에서 실행되면, 설정 모드에 따라 도 4의 타이밍 차트(a ~ c)에 나타낸 H 동기 신호에 동기 한 V 전송 클록, 도 4의 타이밍 차트(f ~ h)에 나타낸 H 전송 클록 및 리셋 펄스가 R, B 및 G CCD(201 내지 203)에 공급된다.
그 결과, 도 4의 타이밍 차트(d 및 e)에 나타내는 수직 방향의 화소 어드레스 라인과 도 4의 타이밍 차트(i 및 j)에 나타내는 수평 방향의 화소 어드레스가 선택되고, 수평 방향의 또는 수직 방향으로 2 화소를 가산함으로써 얻어진 화소 신호가 R, B 및 G CCD(201 내지 203)로부터 출력된다. R, B 및 G CCD(201 내지 203)로부터 출력된 화소 신호는 S/H 회로(204R, 204B 및 204G)에 출력되어, 상술한 화상 처리와 동일한 처리를 한다.
이 경우, 해상도를 향상시키기 위해 보간처리가 처리회로(205)에 의해 휘도 신호(Y)에 행해진다. G화소와 G화소에 인접하는 R 혹은 B화소 사이에 배치된 휘도 신호(Y)는 G화소와 수평 및 수직 방향으로 1／2 화소에 의해 인접한 G화소 신호로부터 이동된 R 혹은 B화소 신호를 이용함으로써 보간을 통해 유도된다(도 5b 참조).
이 화소 배열은 JP-A-2002-034049에 기재된 바와 동일하고, 보간을 통해 G화소수의 4배의 증가된 양의 휘도 신호를 얻을 수 있어 감도가 증가한다. 또한, 화소 가산처리를 통해 1／4로 감소된 G화소수를 보간하여 휘도 신호의 화소수를 증가함으로써 실효적인 해상도를 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, G화소와 B 및 R화소는 화소 가산 제어 신호(V 전송 클록, 리셋 펄스 등)의 위상차이에 의해 서로 전기적으로 이동된다. 이러한 전기적인 위상 제어에 의한 화소 이동의 정밀도는 기계적인 위치 맞춤의 정밀도와 비교하여 현격히 높기 때문에, 휘도 신호의 보간에 의한 실효 해상도는 크게 향상된다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예인 CMOS로 구성된 CMOS형 카메라 시스템(250)에 대해 설명한다.
도 10는 CMOS형 카메라 시스템(250)의 블록도를 나타낸다. CMOS형 카메라 시스템(250)은 R CMOS형 고체 촬상 소자(251R), B CMOS형 고체 촬상 소자(251B) 및 G CMOS형 고체 촬상 소자(251G), 처리회로(253)와 인코더(254) 등을 가지도록 구성된다.
R CMOS형 고체 촬상 소자(251R)는 광검출 소자와 화소 신호 추출에 관련된 회로 이외에 타이밍 발생기(TG)(252R)와 동일 기판상에 형성된다. 유사하게, B CMOS형 고체 촬상 소자(251B)와 G CMOS 고체 촬상 소자(251G)는 타이밍 발생기(TG)(252B)와 타이밍 발생기(TG)(252G)와 각각 동일 기판상에 형성된다.
처리회로(253)와 인코더(254)는 도 9에 나타낸 동일한 기능을 갖고, 따라서, 여기에서는 상세한 설명은 생략된다.
밝은 장소에서의 촬영에서는, 보통의 동작이 수행된다. 이 경우 화소 신호의 배열 예는 도 3a 및 도 5a에 나타내고, 화소 가산을 이용함으로써 휘도를 향상하기 위한 처리는 행해지지 않는다. 한편, 어두운 장소에 있어서의 촬영에서는, 고감도로 촬영을 할 필요가 있다.
어두운 장소에 있어서의 촬영 시에 수평 2 화소 또는 수직 2 화소 및 수평 2 화소(라인)를 가산함으로써 고감도를 얻는 동작에 대해 설명한다(도 3b 및 도 5b 참조). 이 경우, 가산된 화소수는 이것에 한정되지 않는다.
어두운 장소에서 CMOS형 카메라 시스템(250)이 동작되면, 피사체가 광학 시스템을 통해 R, B 및 G고체 촬상 소자(251R, 251B 및 251G)에 촬상된다.
어두운 장소에서 촬영되면, 가산 모드 설정의 제어 신호와 RGB 식별 ID(신호)가 각 타이밍 발생기(252R, 252B 및 252G)에 공급된다.
먼저, 수평 2 화소 가산 처리의 예에 대해 설명한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 수평 2 화소 가산 처리에 대한 열 선택 카운터 출력(1 및 2)의 열 선택 신호는 선택기(110)에 출력되고, 행 선택 카운터 출력(1)의 행 선택 신호는 디코더(106)에 출력된다. 디코더(106)에 의해 디코드 된 행 선택 신호는 V 드라이버(105)에 출력되고, 행(행 선택 라인)(103)은 수평 동기 신호에 동기하여 차례차례 선택된다. 화소의 수평 방향으로 화소 어드레스는 열 선택 카운터 출력(1 및 2)의 열 선택 신호에 따라 선택되고, 수평 방향으로 가산된 화소 신호는 출력 라인(1) 또는 출력 라인(2)로부터 출력된다(도 7의 타이밍 차트(g, h, i 및 m 참조).
수평 방향으로 가산된 화소 신호는 각 R, B 및 G CMOS형 고체 촬상 소자(251R, 251B, 251G) 내에서 I-V(전류－전압) 변환처리, A／D 변환처리 되고, 변환된 신호는 처리회로(253)에 출력되어 아날로그 컴포지트 신호로서 인코더(254)로부터 출력된다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예인 수평 2 화소 및 수직 2 화소(라인) 가산 처리에 대한 CMOS형 카메라 시스템(250)의 동작에 대해 설명한다.
밝은 장소에서 촬영되면, CMOS형 카메라 시스템(250)에 의해 일반적인 동작이 수행되고, 화소 가산 처리 등은 행해지지 않는다.
어두운 장소에서 촬영되면, 가산 모드 설정의 제어 신호와 RGB 식별 ID(신호)가 타이밍 발생기(252R, 252B 및 252G)에 각각 공급된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 수직 2 화소(라인) 가산 처리에 대한 행 선택 카운터 출력(1 및 2)의 행 선택 신호가 디코더(106)에 출력된다. 디코더(106)에 의해 디코드 된 행 선택 신호는 V 드라이버(105)에 출력되고, 화소의 수직 방향으로 어드레스의 2 행은 수평 동기 신호에 동기 하여 차례차례 선택된다. 따라서, 수직 방향의 2 화소(라인)는 열 마다 서로 가산된다(도 8의 타이밍 차트(a ~ c) 참조).
수평 2 화소 가산 처리에 대한 열 선택 카운터 출력(1 및 2)의 열 선택 신호는 선택기(110)에 출력되고 2 열에 해당하는 신호 라인이 선택된다.
수직 방향으로 2 화소(라인)를 가산함으로써 얻어진 화소 신호의 2 열이 수평 방향으로 선택되어 선택기(110)를 통해 가산기(111)에 공급되기 때문에, 수평 2 화소와 수직 2 화소(라인)가 수평 및 수직 양방향으로 서로 가산되는 화소 신호를 얻을 수 있다(도 8의 타이밍 차트(e ~ h) 참조).
도 5b에 나타낸 바와 같이, 수평 2 화소 및 수직 2 화소(라인)를 서로 가산함으로써 얻어진 G화소는 2δ(δ는 화소 가산 처리 전의 인접한 화소 사이의 간격에 해당)에 해당하는 간격으로 서로 분리되고, B화소(및 R화소)는 수평 및 수직 방향의 δ에 해당하는 양으로 G화소로부터 이동된 위치에 배치된다.
따라서, G화소는 수평 방향으로 2δ에 해당하는 양으로 서로 분리되고, 따라서 이 상태에서는 해상도가 열화된다. 따라서, 예를 들면, 처리회로(253)에 상술한 종래의 기능에 더하여, JP-A-2002-034049에 기재된 휘도 신호를 보간하는 기능이 제공된다. 게다가, 어두운 장소에서 촬영되면, G고체 촬상 소자와 수평 및 수직 방향의 1／2 화소로 G고체 촬상 소자로부터 이동된 R 및 B고체 촬상 소자의 화소 신호를 이용하여 보간이 수행된다.
수평 2 화소 및 수직 2 화소(라인) 가산처리를 통해 얻어진 화소 신호는 처리회로(253)에 의해 휘도 신호(Y)의 보간 처리와 다른 신호 처리를 하고 인코더(254)로, 예를 들면, 아날로그 컴포지트 신호로서 출력된다.
즉, 어두운 장소에서 촬영시에 화소 가산 설정 모드의 설정에 따라 수평 2 화소 및 수직 2 화소(라인) 가산처리를 통해 얻어진 화소 신호를 이용하여 휘도 신호가 보정되면, 수평 해상도는 열화된다. 따라서, G화소 신호와 G화소에 인접하는 R 혹은 B화소 사이에 배치된 휘도 신호(Y)는 G화소 신호와 수평 및 수직 방향의 1／2화소로 인접한 G화소로부터 이동된 R 또는 B화소 신호를 이용함으로써 보간된다.
따라서, 수평 2 화소 및 수직 2 화소(라인) 가산 처리의 예에서는, 보간을 통해 G화소수의 4배의 휘도 신호의 증가된 양을 얻을 수 있어 감도가 증가한다. 게다가, 보간처리를 통해 휘도 신호의 양을 증가시킴으로써, 화소 가산 처리를 통해 1／4로 감소된 화소수를 증가하여, 실효적인 수평 및 수직 해상도를 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, G화소와 B 및 R화소는 화소 가산 제어 신호(V 전송 클록 및 리셋 펄스 등)의 위상차이에 의해 서로 전기적으로 이동된다. 이러한 전기적인 위상 제어에 의한 화소 이동의 정밀도는, 기계적인 위치 맞춤의 정밀도와 비교하여 현격히 높기 때문에, 휘도 신호의 보간에 의한 실효 해상도가 크게 향상된다.
지금까지, 수평 2 화소 가산처리나 수평 2 화소 및 수직 2 화소(라인) 가산처리를 이용한 카메라 시스템의 제어방법과 그것을 이용한 카메라 시스템에 대해 설명하였다. 그러나, 가산된 화소수는 4 또는 8이어도 좋고, 이들 숫자에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 수평 가산 제어 신호의 위상은 수직 홀수 라인과 수직 짝수 라인 사이에서 변조되기 때문에, 수평 화소 가산처리시의 수평 해상도의 저하를 방지할 수 있다.
수직 라인 가산처리와 수평 화소 가산처리를 조합하면, G화소와 R 및 B화소 사이에 배치되는 휘도 신호는 G고체 촬상 소자에 공급된 화소 가산 제어 신호의 위상과 B 및 R고체 촬상 소자에 공급된 화소 가산 제어 신호의 위상을 제어함으로써 보간되고, 그것에 의해 실효 해상도의 저하를 가능한 한 최대로 억제하면서 고감도 특성을 얻을 수 있다.
G화소와 B 및 R화소는 화소 가산 제어 신호의 위상차이에 의해서 서로 전기적으로 이동되고 이러한 전기적인 위상 제어에 의한 화소 이동의 정밀도는 기계적인 위치 맞춤의 정밀도와 비교하여 현격히 높기 때문에, 휘도 신호의 보간에 의한 실효 해상도는 크게 향상된다.
수직 화소(라인) 가산처리와 수평 화소 가산처리를 조합하고 수직 화소 가산처리에서 가산된 화소수와 수평 화소 가산처리에서 그것과 동일하게 하기 때문에, 가산처리 전후의 어스펙트비를 변경하지 않고 고감도 특성을 실현할 수 있다.
밝은 장소에서, 화소 가산처리를 수행하지 않고 고해상도로 촬영할 수 있다. 어두운 장소에서도, 수평 및 수직 화소 가산처리와 화소 가산 제어 신호의 위상 제어를 조합하는 것으로, 해상도의 저하를 억제하면서 고감도로 촬영할 수 있다.
이것은 당업자에 의해 이해되고, 첨부된 청구항과 그와 동등한 실질적인 범위 내에서 다양한 수정, 결합, 부분 결합 및 교체는 설계 요구 및 다른 요소들에 근거하여 발생될 수 있다.
본 발명에 있어서의 카메라 제어방법은 화소 가산처리시 전기적으로 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 방향으로 화소를 임의의 간격을 이동함으로써 어두운 장소에서 고감도 및 고해상도로 촬영을 할 수 있다.
본 발명에 있어서의 카메라 시스템은 제어 신호를 이용하여 전기적으로 고체 촬상 소자의 화소를 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양방향으로 임의의 간격으로 이동시킴으로써 정밀도 좋게 화소를 배치할 수 있다.

Claims (9)

  1. 복수의 고체 촬상 소자를 가지는 카메라 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 고체 촬상 소자에 위상 제어되는 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호를 공급하는 단계와,
    상기 수평 가산 제어신호와 상기 수직 가산 제어신호에 따라 상기 복수의 고체 촬상 소자의 화소 열과 행을 선택하는 단계와,
    선택된 상기 화소 열과 행의 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양방향에 서로 인접하는 복수의 화소 신호를 서로 가산하는 단계와,
    가산된 상기 화소 신호를 이용하는 휘도 신호와 색 신호를 처리하고 컬러 화상 신호를 출력하도록 휘도 신호와 색 신호에 동기 신호를 부가하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 카메라 시스템의 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 고체 촬상 소자의 적어도 하나는 다른 고체 촬상 소자와 다른 위상의 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템의 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수평 가산 제어신호의 위상은 수직 홀수 라인과 수직 짝수 라인 사이에 서 변조되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템의 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 카메라 시스템은 상기 복수의 고체 촬상 소자에 입력된 화상의 밝기에 따라 인접하는 화소 신호를 서로 가산하거나 또는 전체 화소 신호를 이용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템의 제어방법.
  5. 카메라 시스템에 있어서,
    복수의 고체 촬상 소자와,
    상기 복수의 고체 촬상 소자에 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 및 수직 양방향에 서로 인접하는 복수의 화소 신호를 가산하기 위해 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호가 이용되고, 위상 제어된 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호를 공급하는 제어회로와
    상기 제어회로로부터 출력된 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호에 따라 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 수직 양방향에 서로 인접하는 복수의 화소 신호의 가산된 화소 신호가 상기 복수의 고체 촬상 소자로부터 출력되고, 상기 가산된 화소 신호를 이용하여 휘도 신호와 색 신호가 처리되고, 동기 신호가 상기 휘도 신호와 색 신호에 부가되어 컬러 화상 신호를 출력하는 신호 처리회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 복수의 고체 촬상 소자의 적어도 하나는 다른 고체 촬상 소자와 위상이 다른 수평 가산 제어신호와 수직 가산 제어신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 수평 가산 제어신호의 위상은 수직 홀수 라인과 수직 짝수 라인 사이에서 변조되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제어회로는 신호 변환수단을 포함하고,
    상기 신호 변환수단은 상기 복수의 고체 촬상 소자에 입력된 화상의 밝기에 따라, 서로 인접하는 화소 신호를 가산하거나 또는 전체 화소 신호를 이용하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 신호 처리회로는 상기 고체 촬상 소자에 서로 인접하는 화소 신호를 이용하여 휘도 신호를 보간하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
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