KR20090080381A - 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치 및 방법 - Google Patents

디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치 및 방법에 관한 것으로, 프리뷰 영상의 영상주파수와 이미지 센서의 공간주파수를 이용하여 모아레 발생 여부를 판단하고 모아레가 발생하는 것으로 판단되는 경우, 이미지 센서로 입사되는 빛의 광경로를 미세하게 변경시켜 모아레를 제거하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 모아레 현상으로 인한 화질저하를 개선할 수 있고, 모아레가 발생되지 않는 경우에도 불필요하게 필터링을 수행하여 해상도가 저하되는 문제점을 개선할 수 있다.
디지털 이미징 기기, 모아레, 이미지 센서, 광경로, 공간주파수

Description

디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치 및 방법{AN APPARATUS FOR MOIRE PATTERN ELIMINATION OF DIGITAL IMAGING DEVICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 모아레(moire pattern)를 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 저역 통과 필터링(low pass filtering)을 통해 디지털 이미징 기기에서 발생하는 모아레를 제거하는 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치 및 방법과 관련된다.
디지털 이미징 기기는 격자화된 촬상 소자를 이용하여 피사체를 촬영하는 것이 일반적이다. 이러한 디지털 이미징 기기에서 사용되는 대표적인 촬상 소자로는 CCD(charge-coupled device)가 있다. 이것은 빛 신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로서 피사체의 이미지를 광학계를 이용해 일정한 고체 소자에 결상시키고 결상된 상을 고체소자 내에서 전자적으로 주사하여 전기신호로 변환해 출력하는 소자이다.
촬상 소자를 이용한 디지털 이미징 방식은 촬영과 동시에 영상을 획득할 수 있고 촬영된 영상을 저장하기가 용이하기 때문에 개인용 카메라, 휴대폰 내장형 카메라 등에서 다수 적용되고 있다.
그러나, 이러한 디지털 이미징 기기는 필름 카메라와 같은 아날로그 이미징 기기와 달리 격자화된 이미지 센서로 인해 모아레(moire pattern)가 발생하는 경우가 있다. 여기서 모아레란 반복된 무늬를 갖는 피사체를 촬영하는 경우 이 무늬가 이미지 센서의 공간주파수와 유사한 영역에서 고주파 성분이 간섭을 일으켜 발생된 불균일한 영상을 말한다.
모아레를 제거하는 기존의 방법으로는 OLPF(optical low pass filter)라는 복굴절 소자를 이용하여 입사된 빛을 굴절각이 다른 두 개 이상의 빛으로 나누어서 이미지 센서에 결상시키는 방법이 있다.
그러나 이러한 방법은 별도의 복굴절 소자가 필요하기 때문에 광학계의 부피를 증가시키는 문제점이 있다. 특히 모아레가 발생하지 않는 경우에도 일률적으로 필터링을 하기 때문에 영상의 선명도를 저하시키는 요인이 되고 있다.
최근에는 모아레를 제거하기 위해 영상처리 칩에서 디지털 적으로 화상데이터를 합하여 해결하려는 시도가 제안되었으나 추가적인 영상처리 과정으로 인해 디지털 이미징 기기의 전체적인 성능면에서 좋지 않다.
본 발명은 전술한 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 해상도 저하 없이 필요시에만 모아레를 제거하는 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적은 모아레 발생 여부를 판단하여 모아레가 발생하는 것으로 판단되는 경우에 이미지 센서로 입사되는 빛의 광경로를 미세하게 변경시켜서 저역 통과 필터링하는 것으로 달성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치는, 프리뷰 영상의 영상주파수와 이미지센서의 공간주파수를 이용하여 모아레 발생 여부를 판단하는 모아레 감지부; 및 모아레 감지부에 의해 모아레가 발생하는 것으로 판단되면, 이미지센서로 입사되는 빛의 광경로를 변경시켜서 저역 통과 필터링을 수행하는 광경로 조절부;를 포함한다.
광경로 조절부는 이미지센서로 빛을 전달하는 광학필터 또는 전반사 프리즘을 포함하며, 광학필터 또는 상기 전반사 프리즘의 회전 구동에 의해 광경로가 변경되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 광경로 조절부는 이미지센서 또는 이미지센서로 빛을 전달하는 렌즈부의 위치를 이동시켜서 광경로를 변경시키는 것도 가능하다.
이때, 광경로 조절부는 피사체를 촬영하기 위해 이미지센서가 빛에 노출되는 시간 동안에 광경로를 적어도 하나의 화소만큼 이동시키는 것이 바람직하다.
모아레 감지부는 이미지센서의 공간주파수를 중심으로 하는 일정영역에 프리 뷰 영상의 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 판단하는 것이 바람직하다. 또한, 이미지센서의 공간주파수를 중심으로 이미지센서의 공간주파수의 ±25% 범위 내에 프리뷰 영상의 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 판단하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 디지털 이미징 기기의 모아레 제거방법은, 프리뷰 영상의 영상주파수를 획득하는 단계; 획득된 영상주파수와 이미지센서의 공간주파수를 이용하여 모아레 발생여부를 판단하는 단계; 및 모아레가 발생되는 것으로 판단되면, 이미지센서로 입사되는 빛의 광경로를 변경하여 모아레를 제거하는 단계;를 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 1에서, 디지털 이미징 기기는 렌즈부(103), 이미지센서(104), 영상처리 부(105), 영상표시부(106) 및 저장부(107)를 구비할 수 있으며, 이러한 디지털 이미징 기기로는 CCD 등의 이미지센서를 이용한 개인용 디지털 카메라, 휴대폰에 내장된 카메라, 차량의 후방에 배치된 후진 안내 카메라, 각종 검사 장치용 카메라 등을 예로 들 수 있다.
이러한 디지털 이미징 기기를 사용하여 일정한 피사체를 촬영하는 경우, 외부의 빛은 렌즈부(103)를 거쳐 이미지센서(104)에 결상되고, 이미지센서(104)는 결상된 광신호를 전기적인 영상신호로 변환하게 된다. 변환된 영상신호는 영상처리부(105)에서 소정의 영상처리 과정을 거친 후 영상표시부(106)에 표시되거나 저장부(107)에 저장된다.
이때, 이미지센서(104)는 격자 구조로 배치된 다수의 촬상 소자(예컨대, CCD 센서 또는 CMOS 센서 등)로 이루어지기 때문에 반복된 패턴을 갖는 피사체를 촬영하게 되면 이미지센서(104)가 영상을 디지털화하는 과정에서 고주파 성분들이 간섭을 일으켜 모아레(moire)가 발생하게 되는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 모아레 제거장치(100)는 이러한 모아레를 제거하기 위한 것으로, 도시된 바와 같이, 광경로 조절부(101) 및 모아레 감지부(102)를 포함하여 구성된다.
광경로 조절부(101)는 이미지센서(104)로 입사되는 빛을 저역 통과 필터링(low pass filtering)하는 부분으로, 모아레 감지부(102)의 제어에 따라 이미지센서(104)로 입사되는 빛의 광경로를 미세하게 변경시키는 기능을 수행한다.
도 2a 및 도 2b는 광경로 조절부(101)의 구성을 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광경로 조절부(101)는 렌즈부(103)와 이미지센서(104) 사이에 위치하여 이미지센서(104)로 빛을 전달하는 광학필터(201) 또는 전반사 프리즘(202)을 포함한다.
이때, 광학필터(201) 또는 전반사 프리즘(202)은 도시된 바와 같이 일정 각도로 회전을 하여 이미지센서(104)로 입사되는 빛의 광경로를 변경시키는 것이 가능하다. 광학필터(201) 또는 전반사 프리즘(202)을 회전시키기 위해 광경로 조절부(101)는 상기 광학필터(201) 또는 전반사 프리즘(202)을 회전 구동시키는 별도의 구동장치(미도시)가 구비될 수 있음은 물론이다.
또한, 도시하지는 않았으나, 광경로 조절부(101)는 렌즈부(103) 또는 이미지센서(104)의 위치를 이동시켜서 광경로가 변경되도록 하는 것도 가능하다. 예컨대, 이미지센서(104)의 위치를 광축의 수직방향으로 미세하게 상승시키거나 하강시켜서 광경로를 변경시킬 수 있다.
또한, 광경로 조절부(101)는 모아레 감지부(102)의 제어에 따라 이미지센서(104)가 빛에 노출되는 시간 동안에 광경로를 적어도 하나의 화소만큼 이동시켜서 저역 통과 필터링을 수행한다. 여기서 화소(pixel)란 이미지센서(104)의 단위 촬상 소자를 의미한다.
도 3을 참조하여, 이미지센서(104)로 입사되는 빛의 광경로가 변경되었을 때 저역 통과 필터링을 통해 모아레가 제거되는 원리를 살펴본다.
도 3은 최초 t1 시간에 A화소(301)로 빛이 입사되었으나 광경로 조절부(101)에 의해 t2 시간에는 인접한 B화소(302)로 빛이 입사되어 광경로가 변경되는 것을 나타낸 것이다. 여기서, t1부터 t2까지의 시간은 피사체를 촬영하기 위해 이미지센서(104)가 빛에 노출된 시간을 의미하고, A화소(301) 및 B화소(302)는 이미지센서(104)의 단위 촬상 소자를 의미한다.
즉, 피사체를 촬영하는 일정 시간 동안에 하나의 화소로 입사되던 빛이 시간적으로 분할되어 다른 화소로 이동되기 때문에 촬영시 입사되는 빛을 나누어서 이미지센서(104)에 결상시키는 효과를 볼 수 있다. 이렇게 되면 이미지센서(104)로 입사되는 빛이 뭉개지면서 고주파 성분이 차단되기 때문에 모아레를 제거할 수 있게 되는 것이다.
다시 도 1에서, 모아레 감지부(102)는 모아레 발생여부를 판단하여 모아레가 발생되는 것으로 판단되면 광경로 조절부(101)를 제어함으로써 전술한 바와 같이 광경로가 변경되도록 한다. 즉, 상기한 광경로 조절부(101)의 동작은 모아레 감지부(102)의 모아레 발생 여부를 판단한 결과에 따른다.
이를 위해 모아레 감지부(102)는 주파수 분석부(110) 및 주파수 비교부(120)를 포함할 수 있다(도 4참조).
주파수 분석부(110)는 프리뷰 영상을 주파수 분석하여 프리뷰 영상의 영상주파수를 획득하는 부분이다. 프리뷰 영상이란 피사체를 실제 촬영하기 전에 영상표시부(106)에서 표시되는 촬영 전 영상을 말하며, 프리뷰 영상의 영상주파수란 상기 프리뷰 영상에 대한 영상신호를 주파수 분석한 결과값을 말한다. 즉, n차원의 공간 패턴(보통 2차원 화상)을 n차원 푸리에 변환하였을 때, 푸리에 변환면의 n차원 좌표계에 대한 영상 패턴의 특성 값을 영상주파수라고 볼 수 있다. 예컨대, 주파수 분석부(110)는 이미지센서(104)에서 얻어진 영상신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하여 프리뷰 영상에 대한 영상주파수를 스펙트럼 형태로 획득하는 것이 가능하다.
주파수 비교부(120)는 주파수 분석부(110)에서 얻어진 프리뷰 영상의 영상주파수와 이미지센서(104)의 공간주파수를 비교하는 부분이다. 여기서 이미지센서(104)의 공간주파수는 이미지 센서부(104)가 갖는 고유한 특성 값으로 이미지센서(104)를 구성하는 단위 촬상 소자들 간의 거리에 역수를 취한 값을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 주파수 비교부(120)는 프리뷰 영상의 영상주파수와 이미지센서(104)의 공간주파수를 비교하여, 이미지센서(104)의 공간주파수를 중심으로 하는 일정영역에 프리뷰 영상의 영상주파수가 존재하는지 여부를 판단한다. 이때 상기 일정영역은 이미지센서(104)의 공간주파수를 중심으로 이미지센서(104)의 공간주파수의 대략 ±25% 범위 내인 것이 바람직하다.
만약, 이미지센서(104)의 공간주파수를 중심으로 하는 일정영역에 프리뷰 영상의 영상주파수가 존재하게 되면 영상과 센서 간의 주파수 간섭으로 인해 모아레가 발생될 가능성이 큰 것으로 볼 수 있다. 따라서, 이미지센서(104)의 공간주파수 부근의 특정 영역에 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 판정하는 것이 가능하다.
도 5는 프리뷰 영상을 주파수 분석한 스펙트럼을 나타낸 것으로, 모아레 발생영역(401)은 이미지센서 공간주파수(403)의 약 ±25% 범위로 설정되었다.
즉, 모아레 감지부(102)는 프리뷰 영상을 주파수 분석하여 도 5와 같은 프리 뷰 영상의 영상주파수를 획득하고 획득된 영상주파수가 모아레 발생영역(401)에 존재하는지 여부를 판단하게 된다. 판단 결과, 모아레 발생영역(401)에 프리뷰 영상의 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 보고 광경로 조절부(101)를 제어하여 모아레가 제거되도록 한다.
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 디지털 이미징 기기의 모아레 제거방법을 설명하기로 한다.
먼저, 사용자가 피사체를 촬영하기 위해 디지털 이미징 기기를 조작하게 되면 이미지센서(104)에 외부의 빛이 결상되어 프리뷰 영상이 얻어진다.
모아레 감지부(102)는 이러한 프리뷰 영상을 주파수 분석하여 프리뷰 영상의 영상주파수를 획득한다(S401). 프리뷰 영상에 대한 영상정보는 이미지센서(104)로부터 입력받는 것이 가능하며, 입력된 영상정보를 고속 푸리에 변환하여 도 5와 같은 스펙트럼 형태의 영상주파수를 획득하는 것이 가능하다.
다음으로, 모아레 감지부(102)는 획득된 프리뷰 영상의 영상주파수와 이미지센서(104)의 공간주파수를 이용하여 모아레 발생여부를 판단한다(S402). 이미지센서(104)의 공간주파수는 이미지센서(104)를 구성하는 단위 촬상 소자들 간의 거리에 역수를 취한 값을 사용할 수 있다. 이때 모아레 감지부(102)는 이미지센서(104)의 공간주파수의 인접한 부근에 상기 단계 S401에서 획득된 프리뷰 영상의 특정 주파수가 있는지 여부에 따라 모아레 발생여부를 판단하는 것이 가능하다.
예컨대, 이미지센서(104)의 공간주파수를 중심으로 하는 일정영역에 프리뷰 영상의 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 볼 수 있으며, 상기 일정영역은 이미지센서(104)의 공간주파수를 중심으로 이미지센서(104)의 공간주파수의 약 ±25% 범위 내로 설정되는 것이 바람직하다.
모아레가 발생되는 것으로 판단되면, 모아레 감지부(102)는 소정의 제어신호를 생성하여 광경로 조절부(101)로 인가하고, 광경로 조절부(101)는 이미지센서(104)로 입사되는 빛의 광경로를 변경시켜 모아레를 제거한다(S403). 이때 광경로는 피사체를 촬영하기 위해 이미지센서(104)가 빛에 노출되는 시간 동안에 적어도 하나의 화소만큼 이동되어 저역 통과 필터링이 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서, 전술한 구성 및 방법에 의하면, 모아레 감지부(102)가 모아레 발생 여부를 판단하여 모아레가 발생되는 경우 또는 모아레 발생 가능성이 큰 경우에만 광경로 조절부(101)를 제어하기 때문에 영상의 선명성을 보장함과 동시에 최적화된 환경 하에 모아레를 제거할 수 있게 되는 것이다.
또한, 이미지센서(104)가 빛에 노출되는 시간 동안에 광경로가 변경되기 때문에 노출 종료와 동시에 자동으로 저역 통과 필터링이 이루어져서 별도의 영상보정이 요구되지 않는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 이미징 기기 및 모아레 제거장치에 대한 블록구성도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 광경로가 변경되는 것을 나타낸 참고도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 광경로가 변경되는 경우 모아레가 제거되는 원리를 설명하기 위한 참고도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모아레 감지부에 대한 블록구성도,
도 5는 프리뷰 영상의 주파수 분석 결과 및 센서의 공간주파수를 나타낸 참고도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모아레 제거방법에 대한 흐름도이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
101 : 광경로 조절부 102 : 모아레 감지부
103 : 렌즈부 104 : 이미지센서
105 : 영상처리부 106 : 영상표시부
201 : 광학필터 202 : 전반사 프리즘

Claims (10)

  1. 프리뷰 영상의 영상주파수와 이미지센서의 공간주파수를 이용하여 모아레 발생 여부를 판단하는 모아레 감지부; 및
    상기 모아레 감지부에 의해 모아레가 발생하는 것으로 판단되면, 상기 이미지센서로 입사되는 빛의 광경로를 변경시켜서 저역 통과 필터링을 수행하는 광경로 조절부;를 포함하는 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경로 조절부는 상기 이미지센서로 빛을 전달하는 광학필터 또는 전반사 프리즘을 포함하며, 상기 광학필터 또는 상기 전반사 프리즘의 회전 구동에 의해 상기 광경로가 변경되는, 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경로 조절부는 상기 이미지센서 또는 상기 이미지센서로 빛을 전달하는 렌즈부의 위치를 이동시켜서 상기 광경로가 변경되도록 하는, 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경로 조절부는 상기 모아레 감지부의 제어에 따라 상기 이미지센서가 빛에 노출되는 시간 동안에 상기 광경로를 적어도 하나의 화소만큼 이동시키는, 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모아레 감지부는 상기 이미지센서의 공간주파수를 중심으로 하는 일정영역에 상기 프리뷰 영상의 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 판단하는, 디지털 이미징 기기의 모아레 제거 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모아레 감지부는 상기 이미지센서의 공간주파수를 중심으로 상기 이미지센서의 공간주파수의 ±25% 범위 내에 상기 프리뷰 영상의 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 판단하는, 디지털 이미징 기기의 모아레 제거장치.
  7. 프리뷰 영상의 영상주파수를 획득하는 단계;
    상기 획득된 영상주파수와 이미지센서의 공간주파수를 이용하여 모아레 발생여부를 판단하는 단계; 및
    모아레가 발생되는 것으로 판단되면, 상기 이미지센서로 입사되는 빛의 광경로를 변경하여 모아레를 제거하는 단계;를 포함하는 디지털 이미징 기기의 모아레 제거방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 모아레 발생여부를 판단하는 단계는 상기 이미지센서의 공간주파수를 중심으로 하는 일정영역에 상기 프리뷰 영상의 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 판단하는 단계인, 디지털 이미징 기기의 모아레 제거방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 모아레 발생여부를 판단하는 단계는 상기 이미지센서의 공간주파수를 중심으로 상기 이미지센서의 공간주파수의 ±25% 범위 내에 상기 영상주파수가 존재하는 경우 모아레가 발생하는 것으로 판단하는 단계인, 디지털 이미징 기기의 모아레 제거방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 모아레를 제거하는 단계는 상기 이미지센서가 빛에 노출되는 시간 동안에 상기 광경로를 적어도 하나의 화소만큼 이동시키는 단계인, 디지털 이미징 기기의 모아레 제거방법.
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