KR20080112757A - 실시간으로 자동초점조절 기능과 줌 기능을 수행하는카메라 시스템 - Google Patents

Abstract

카메라 시스템에서 실시간으로 자동초점조절(Auto Focus) 기능과 줌(Zoom) 기능을 수행하는 방법에 있어서, 최초 촬상된 피사체의 거리와 비교하여 이동한 피사체의 거리 변동을 계산하는 과정과, 계산된 거리 변동값을 이용하여 거리 변동에 맞는 줌 배율을 선택하여 줌 렌즈를 이동하는 과정과, 계산된 거리 변동값을 이용하여 거리 변동에 맞는 AF 렌즈 위치를 선택하여 AF 렌즈를 이동하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

듀얼 카메라, AF, zoom

Description

실시간으로 자동초점조절 기능과 줌 기능을 수행하는 카메라 시스템{REAL TIME CAMERA SYSTEM PERFORMING AUTO-FOCUS AND ZOOM}

도 1은 본 발명에 적용되는 줌(Zoom) 카메라 시스템의 일 예시 내부 구성도

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 카메라의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실시간 카메라 시스템에서 자동초점조절을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실시간 카메라 시스템에서 자동 줌 배율을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도

본 발명은 카메라에 관한 것으로서, 특히 상기 카메라의 자동초점조절(Auto Focus : AF)과 줌(Zoom) 시스템에 관한 것이다.

통상의 카메라는 피사체의 이미지를 필름이나 이미지 센서면(image sensor)에 형성하기 위한 렌즈계(lens system)와 상기 렌즈계에 의해 형성된 이미지를 전기 신호로 검출하기 위한 이미지 센서(image sensor)를 포함한다. 이때의 필름이나 이미지 센서면이 상기 렌즈계의 이미지면이 된다. 상기 렌즈계의 초점은 렌즈와 피사체간의 거리에 따라 그 위치가 변화한다. 따라서 피사체의 위치에 따른 이미지면의 위치 변화량이 그 카메라의 초점 심도(depth of focus)범위 내에 있을 경우에 한하여 우수한 품질의 사진을 촬상할 수 있다. 즉, 선명한 이미지를 얻기 위해서, 상기 이미지 센서는 그 수광면이 상기 렌즈계의 초점 심도 내에 위치하여야 한다.

따라서 통상적인 카메라, 특히 피사체와의 거리 변화에 따른 초점 위치의 변화가 큰 매크로(macro) 기능, 다시 말해서 근접 촬상 기능을 갖는 카메라는 피사체와의 거리에 따라 렌즈와 센서의 상대 위치를 조절할 수 있는 장치가 부가되어야 하는데, 이 상대 위치를 자동으로 조절하는 수단을 구비한, 즉 자동으로 피사체의 초점을 맞추는 카메라를 오토포커스 카메라(AF Camera)라고 한다.

멀리 있는 피사체를 확대하거나, 피사체의 일정 부위를 확대하기 위해 사용하는 기능을 줌(Zoom) 기능이라고 하고 이 기능을 탑재한 카메라를 줌 카메라라고 한다. 줌는 광학 줌과 디지털 줌으로 나뉘는데, 광학 줌은 여러 개의 렌즈를 조합해서 초점 거리를 늘리거나 줄여 피사체를 확대하는 것이고, 디지털 줌은 렌즈와는 별개로 CCD(Charge Coupled Device)에서 이미지를 확대하여 보여주는 것이다.

통상적으로 카메라 자동초점조절 기능을 수행하기 위한 방법들로는 범위 스캔(Range Scan), 적외선 센싱(Infrared Rays Sensing), 위상 스캔(Phase Scan)과 같은 방법들을 주로 사용한다.

범위 스캔 방법은 피사체의 최적 위치를 찾기 위해 미리 정한 특정 범위 전체를 스캔하고 매 위치에서 AF 처리된 영상을 데이터로 계산하여 최적의 위치를 판 단하는 방법이다.

적외선 센싱 방법은 먼저 카메라에 부착된 적외선 광원을 피사체에 조사한다. 조사하고 돌아오는 광원을 적외선 감지기(Detector)가 감지하여 지연 시간을 계산하고, 피사체까지의 거리를 판단하여 이 거리에 맞는 위치로 렌즈를 이동하여 AF를 수행하는 방법이다. 적외선 센싱 방법은 어두운 곳에서의 활용도가 우수하며, 비교적 저렴한 비용으로 구성할 수 있다.

위상 스캔 방법은 카메라에 부착된 위상 검출 센서를 통해 위상차를 측정하여 렌즈가 움직여야 하는 방향을 미리 판단하여 렌즈를 한쪽 방향으로만 스캔해서 최적의 위치를 찾는 방법이다. 위상 스캔 방법은 AF 속도가 빠르고 비교적 선명한 초점을 인식하여 나타낼 수 있다.

상기에 나열한 몇 가지 방법 중 적외선 센싱 방법은 반사면이나 유리창 같은 적외선을 흡수하는 피사체는 포커싱이 불가능하고 범위가 제한적인 문제점을 가지고 있고, 위상 스캔 방법은 렌즈를 통해 들어오는 이미지의 광량을 정확히 측정하기 위해 센서가 더 추가되어야 하는 문제점을 가지고 있기 때문에 현재 폰 카메라의 경우에는 주로 범위 스캔 방법을 사용하고 있다.

하지만 범위 스캔 방법을 사용하게 되면 피사체의 최적 위치를 탐색하는데 시간이 많이 걸리게 되고, 여러 위치를 스캔해야 하므로 전력 소모도 많아지는 단점이 있다. 특히 엑츄에이터(Actuator)의 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor : VCM)를 사용하는 경우에는 이동시 발생하는 에러가 오토 포커싱을 방해하는 문제점이 발생한다.

줌 기능의 경우에는 보통 수동으로 줌 배율을 조정하여 원하는 피사체의 크기를 맞추게 되는데, 피사체의 움직임이 많아질 경우에는 피사체의 크기를 일정하게 유지하기 위해 사용자가 수동으로 피사체의 원하는 크기만큼의 줌 배율을 조정하고 제어하는데 한계가 있다.

따라서 본 발명에서는 자동초점조절(Auto Focus) 소요 시간을 줄이고 엑츄에이터(Actuator)에 의해 이동되는 렌즈(Lens)의 이동을 최소화하여 파워 소모를 줄이고, 피사체와 카메라까지의 거리에 대한 정보를 바탕으로 화면상에 피사체의 크기가 일정하게 유지되도록 자동으로 줌 배율을 조정할 수 있는 카메라 시스템을 제안하고자 한다.

이를 달성하기 위한 본 발명의 견지에 따르면, 카메라 시스템에서 실시간으로 자동초점조절(Auto Focus) 기능과 줌(Zoom) 기능을 수행하는 방법에 있어서, 최초 촬상된 피사체의 거리와 비교하여 이동한 피사체의 거리 변동을 계산하는 과정과, 계산된 거리 변동값을 이용하여 거리 변동에 맞는 줌 배율을 선택하여 줌 렌즈를 이동하는 과정과, 계산된 거리 변동값을 이용하여 거리 변동에 맞는 AF 렌즈 위치를 선택하여 AF 렌즈를 이동하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 실시간으로 자동초점조절(Auto Focus) 기능과 줌(Zoom) 기능을 수행하는 카메라 시스템에 있어서, 피사체의 정지영상 또는 동영상 촬상을 위해 줌과 자동초점조절을 수행하는 고화소 카메라와, 실시간으로 고화소 카메라의 줌과 자동초점조절의 수행을 위해, 수학식 2의 거리 계산을 돕기 위 한 단초점 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구성 및 동작 방법에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

기존의 자동초점조절(Auto Focus : AF) 방법은 피사체의 최적 위치를 탐색하는데 시간이 많이 걸리게 되고, 여러 위치를 스캔 해야 하므로 전력 소모도 많아지는 단점이 있었다. 또한 기존의 줌(Zoom)조절 방법은 피사체의 움직임이 많아질 경우에는 피사체의 크기를 일정하게 유지하기 위해 사용자가 수동으로 피사체의 원하는 크기만큼의 줌 배율을 조정하고 제어하는데 한계가 있었다.

이하 본 발명에서는 실시간으로 AF 기능과 줌(Zoom) 기능을 수행하여 AF 소요 시간을 줄이고 렌즈의 이동을 최소화함으로써 전력 소모를 줄일 수 있는 새로운 카메라 시스템을 제안한다. 본 발명에서 사용된 카메라 모듈은 각각 그 기능이 특화되어 특정 목적에 따라 개별적으로 사용될 수 있는 다수의 카메라 모듈로서 2개의 카메라 모듈이 사용되며, 고화소 카메라 모듈과 단초점 카메라 모듈이 각각 1대씩 장착된 것을 예로 하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 적용되는 줌(Zoom) 카메라 시스템의 일 예시 내부 구성도 이다. 도 1은 통상적으로 사용되는 광학 줌 카메라 모듈을 도시하고 있으며, 홀더를 손으로 직접 조작하여 이동시키는 수동 방식이 아닌, 모터와 기어의 조합으로 가동시키는 모터 드라이브 방식을 사용하고 있다.

도 1을 살펴보면, 경통(101)이 고정되어 있으면서 제 1렌즈(103), 제 2렌즈(105), 제 3렌즈(107)를 각각 독립적으로 고정하거나 단순 직선상으로 이동시켜 화면 내에 피사체를 촬영할 때 각 렌즈로 입사되는 광선의 각도인 화각을 변환하여야 한다. 제 1렌즈(103)는 이미지 센서(109)에 결상되는 물체의 크기를 결정하며, 제 2렌즈(105)는 제 1렌즈(103)와 연동하여 광학 수차를 보정하게 된다. 제 3렌즈(107)는 피사체의 거리에 따라 이미지 센서(109)면에 렌즈의 초점을 맞추는 역할을 한다.

상기 도 1과 같이 화질의 손실 없이 촬영 화면 배율을 변환하는 광학 줌 렌즈 카메라 모듈을 포함한 2개의 카메라 모듈을 사용하여 피사체까지의 거리를 계산하는 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 하기와 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 카메라의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도로서, 총 2개의 카메라 모듈 중 하나는 정지영상이나 동영상 촬상을 위한 고화소 카메라 모듈과 단초점 카메라 모듈을 사용 할 수 있고, 2대의 동일한 고화소 카메라 모듈을 사용할 수도 있다.

이제 도 2를 살펴보면, 두개의 카메라 모듈이 수평으로 나란하게 위치해 있고, 각 모듈의 기본적인 구성은 렌즈(201, 205)와 이미지 센서(203, 207)로 이루어져 있다. 본 발명에서 사용되는 카메라 모듈은 두개의 고화소 카메라 모듈로 이루 어 질 수도 있고, 하나의 고화소 카메라 모듈과 단초점 카메라 모듈로 이루어 질 수도 있다. 도 2에서는 후자의 경우를 예로 설명한다.

먼저 고화소 카메라 모듈에서 피사체를 원하는 크기로 줌 인, 또는 줌 아웃 한 다음, AF를 실행하여 초점을 맞춘다. 이렇게 얻어진 이미지 정보를 제어부에 저장한 다음, 피사체가 렌즈 방향으로 오거나 렌즈 반대 방향으로 갈 경우, 하기의 수학식을 이용하여 제어부에 저장된 이미지와 비교하여 줌과 AF를 자동으로 실행하게 된다.

L=(FD)/Δ

수학식 1에서 L은 피사체에서 고화소 카메라 모듈의 렌즈 중심까지의 거리를 의미하고, F는 고화소 카메라 모듈의 렌즈 중심에서 이미지 센서까지의 수직적인 거리를 의미한다. D는 두 렌즈의 중심과 중심 사이의 거리를 의미하고, Δ는 이미지 센서면에 입력되는 두 입력 신호의 차, 즉 고화소 카메라에서 피사체까지의 거리 L에서 L이 끝나는 지점과 단초점 카메라 렌즈 중심까지의 거리에서 단초점 카메라 렌즈 중심에서 피사체까지의 수직적인 거리의 차를 의미한다.

피사체의 이동에 따라서 2대의 카메라를 통하여 피사체까지의 거리가 상기 수학식 1을 통하여 계산이 되고, 그 거리에 해당하는 위치에 렌즈를 한 번에 이동시킴으로써 AF 동작을 수행 할 수 있다. 이 경우에 스캔이라는 동작이 필요 없게 되어 한 번에 렌즈를 최적의 위치로 이동 할 수 있다. 이는 실시간 AF 시간을 단축 할 수 있고, 스캔이라는 동작이 필요 없기 때문에 전력 소모를 최소한으로 줄일 수 있다.

본 발명의 듀얼 카메라 시스템에서 AF를 수행하는 과정과, 줌을 수행하는 과정을 각각의 흐름도를 이용하여 설명하면 하기와 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실시간 카메라 시스템에서 자동초점조절을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 301단계에서 피사체에 대한 거리 계산을 하게 된다. 303단계에서 피사체에 대한 거리 계산이 종료되면 AF가 완료되는 엑츄에이터의 위치를 선택한다. 305단계에서 선택한 위치로 렌즈를 옮기고 307단계에서 촬상으로 AF 수행이 완료된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실시간 카메라 시스템에서 자동 줌 배율을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 피사체가 이동 후에 401단계에서 피사체의 거리 변동을 상기의 수학식 1을 통하여 계산한다. 403단계에서 거리 변동에 알맞은 줌 배율을 선택하여 405단계에서 배율을 변동하여 407단계에서 촬상한다.

상기에서 설명한 두 흐름도는 통상적으로 별개로 수행하게 되지만, 본 발명과 연동하여 수행하는 경우에는 피사체의 거리를 먼저 조절하고 초점조절을 수행하게 된다. 즉, 줌 기능을 먼저 수행하고 AF 기능을 수행하게 된다.

본 발명에서 단초점 렌즈는 실시간 촬상을 위해 단순히 거리 계산을 돕기 위한 도구로만 쓰여 지며, 실시간으로 줌과 AF를 수행하여 디스플레이 해주는 기능은 고화소 카메라에서 담당하게 된다.

상기에서와 같이 수학식 1을 이용하여 실시간으로 줌과 AF를 수행하여 AF 시간을 단축시키고, 전력 낭비도 최소화 할 수 있다. 또한 피사체와 카메라 사이의 거리가 달라져도 수학식 1에 의해 실시간으로 계산되는 거리 정보를 바탕으로 줌 배율을 조정함으로써 디스플레이부에 나타나는 피사체의 크기를 일정하게 유지 할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 실시간으로 자동초점조절 기능과 줌 기능을 수행하는 카메라 시스템의 구성 및 동작이 이루어질 수 있다. 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실시간으로 자동초점조절(Auto-Focus) 기능과 줌(Zoom) 기능을 수행하는 카메라 시스템의 구성에서 스캔(Scan)이라는 동작을 생략하고 렌즈를 최적 위치로 이동하여 자동초점조절 시간을 단축하고 파워 소모를 줄이는 효과가 있고, 거리 정보를 바탕으로 줌 배율을 조정하여 항상 일정한 피사체의 크기로 디스플레이하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 카메라 시스템에서 실시간으로 자동초점조절(Auto Focus) 기능과 줌(Zoom) 기능을 수행하는 방법에 있어서,

   최초 촬상된 피사체의 거리와 비교하여 이동된 상기 피사체의 거리 변동을 계산하는 과정과,

   상기 계산된 거리 변동값을 이용하여 거리 변동에 맞는 줌 배율을 선택하여 줌 배율을 변동하는 과정과,

   상기 계산된 거리 변동값을 이용하여 거리 변동에 맞는 AF 렌즈 위치를 선택하여 AF 렌즈를 이동하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 기능과 줌 기능을 수행하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 이동한 피사체의 거리 변동을 계산하는 과정은

   듀얼 카메라를 사용하여 하기의 수학식을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 기능과 줌 기능을 수행하는 방법.

   L=(FD)/Δ

   수학식 2에서 L은 피사체에서 고화소 카메라 모듈의 렌즈 중심까지의 거리를 의미하고, F는 고화소 카메라 모듈의 렌즈 중심에서 이미지 센서까지의 수직적인 거리를 의미한다. D는 두 렌즈의 중심과 중심 사이의 거리를 의미하고, Δ는 이미 지 센서면에 입력되는 두 입력 신호의 차, 즉 고화소 카메라에서 피사체까지의 거리 L에서 L이 끝나는 지점과 단초점 카메라 렌즈 중심까지의 거리에서 단초점 카메라 렌즈 중심에서 피사체까지의 수직적인 거리의 차를 의미한다.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 줌 렌즈와 AF 렌즈는 피사체의 거리를 먼저 조절하고 초점조절을 수행하는, 즉 줌 기능을 먼저 수행하고 AF 기능을 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 기능과 줌 기능을 수행하는 방법.
4. 실시간으로 자동초점조절(Auto Focus) 기능과 줌(Zoom) 기능을 수행하는 카메라 시스템에 있어서,

   피사체의 정지영상 또는 동영상 촬상을 위해 줌과 자동초점조절을 수행하는 고화소 카메라와,

   실시간으로 상기 고화소 카메라의 줌과 자동초점조절의 수행을 위해, 상기 수학식 2의 거리 계산을 돕기 위한 단초점 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 고화소 카메라와 단초점 카메라는 수평으로 나란히 배치되어 줌과 자동초점조절을 수행하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.

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