KR20090092363A - 영상 획득 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 획득 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 촬상소자, 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 포함하는 영상 획득 장치에 있어서, 상기 프로세서는 상기 촬상소자의 수광부 노출시간에 연동하여 상기 조명의 발광시간을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 획득 장치 및 이에 적용되는 영상 획득 방법에 관한 것이다.

이를 통하여 조명의 구동시간을 줄여 조명장치의 수명을 연장할 수 있고, 영상 획득 장치의 전력소모를 줄일 수 있으며, 전체 영상에 대하여 넓은 다이내믹 레인지를 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

영상 획득 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD OF OBTAINING IMAGE}

본 발명은 영상 획득 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조명의 구동시간을 줄여 조명장치의 수명을 연장할 수 있고, 영상 획득 장치의 전력소모를 줄일 수 있으며, 전체 영상에 대하여 넓은 다이내믹 레인지를 확보할 수 있는 영상 획득 장치 및 방법에 관한 것이다.

영상 획득 장치는 캠코더나 카메라와 같은 장치를 포함하여 이미지를 획득하는 장치를 의미하는 것으로, 이러한 영상 획득 장치는 CCD 또는 CMOS 센서와 같은 촬상소자를 통해 영상을 획득하게 된다.

그런데, 이러한 일반적인 CCD 카메라를 이용하여 역광 상황을 촬영하는 경우, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 짧은 노출(단노출)을 주는 경우에는 밝은 부분인 형광등 부분만 구분이 되고, 아래쪽의 color chart부분은 잘 보이지 않고 구분이 명확하지 않게 되며, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 오랜 노출(장노출)을 주는 경우에는 하부의 color chart부분은 구분이 잘 이루어지나, 상부의 밝은 부분인 형광등과 갓 부분은 포화되어 서로 구분이 되지 않아 넓은 다이내믹 레인지를 확보하지 못하며 이에 대한 대응이 불가하다.

또한, 적외선 LED를 부착한 카메라 세트의 경우에는 광 검지센서 등을 이용하여 야간에만 상기 적외선 LED를 상시 발광하는 수준이나 이와 같은 경우에는 전력이 과다하게 소모되며, LED수명이 단축되는 문제점이 있다.

따라서 조명의 구동시간을 줄여 조명장치의 수명을 연장할 수 있고, 영상 획득 장치의 전력소모를 줄일 수 있으며, 전체 영상에 대하여 넓은 다이내믹 레인지를 확보할 수 있는 영상 획득 장치 및 방법의 개발이 절실한 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 조명의 구동시간을 줄여 조명장치의 수명을 연장할 수 있고, 영상 획득 장치의 전력소모를 줄일 수 있으며, 전체 영상에 대하여 넓은 다이내믹 레인지를 확보할 수 있는 영상 획득 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

촬상소자, 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 포함하는 영상 획득 장치에 있어서,

상기 프로세서는 상기 촬상소자의 수광부 노출시간에 연동하여 상기 조명의 발광시간을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 획득 장치를 제공한다.

또한 본 발명은

촬상소자, 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 포함하는 영상 획득 장치를 통하여 영상을 획득하는 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 수행하는 영상 획득 방법에 있어서,

상기 촬상소자의 수광부 노출시간에 연동하여 상기 조명의 발광시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 획득 방법을 제공한다.

본 발명의 영상 획득 장치 및 방법에 따르면, 조명의 구동시간을 줄여 조명장치의 수명을 연장할 수 있고, 영상 획득 장치의 전력소모를 줄일 수 있으며, 전체 영상에 대하여 넓은 다이내믹 레인지를 확보할 수 있는 효과가 있다.

특히, 피사체(촬상 대상)와의 거리를 고려하여 조명의 조사 타이밍, 조명의 발광강도 또는 노출시간을 조절하는 경우에는 조명을 더욱 효율적으로 사용하게 되므로 상기 기술한 효과를 더욱 극대화할 수 있고, 전체 영상에 대하여 보다 효과적인 다이내믹 레인지를 확보할 수 있다.

도 1은 종래 CCD카메라로 (a)단노출의 경우와 (b)장노출의 경우에 대하여 역광상황을 촬영한 사진이다.

도 2는 본 발명의 영상 획득 장치 및 방법을 시스템적으로 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 종래기술과 본 발명의 영상 획득 장치 및 방법에 따른 노출제어신호 및 조명제어신호의 실시예들을 함께 시간축을 따라 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4는 조명광의 조사에 따른 거리별 피사체(촬상 대상)로부터의 반사광 도달의 지연시간 및 적정 노출제어신호를 시간축에 대하여 개략적으로 도시한 도면이다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 영상 획득 장치에 관한 것으로, 촬상소자, 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 포함하는 영상 획득 장치에 있어서, 상기 프로세서는 상기 촬상소자의 수광부 노출시간에 연동하여 상기 조명의 발광시간을 제어하는 제어모듈을 포함하여 구성된다.

이에 대한 구체적인 실시예는 도 2에 도시한 바와 같으며, 이하 도면을 참고하여 상세하게 설명하도록 한다. 즉, 상기 영상 획득 장치는 통상의 카메라, 캠코더를 포함하는 이미지(동영상 포함)를 획득하는 다양한 공지의 장치가 이에 해당하고 바람직하게는 감시용 카메라 또는 CCTV용 카메라가 이에 해당한다. 이러한 영상 획득 장치는 촬상소자, 조명 및 이들을 제어하는 프로세서를 포함하여 구성되며, 상기 프로세서는 영상 획득 장치를 전체를 제어하는 하나의 프로세서로 구성할 수도 있고, 촬상소자 구동용 프로세서, 조명 구동용 프로세서 및 영상신호처리용 프로세서 등이 각각 별도로 구분되어지거나 부분적으로 이들이 결합한 형태로 이루어질 수도 있다.

상기 프로세서는 도 1에 도시한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여, 상기 촬상소자가 피사체(촬상 대상)로부터 오는 영상신호(빛)를 수신하는 수광부의 노출시간이 상기 조명의 발광과 연동하도록 제어하는 제어모듈을 포함한다. 상기 수광부의 노출시간은 수광부 전단에 별도의 셔터를 구비하여 이를 개방한 후 닫을 때까지의 시간을 노출시간으로 할 수도 있고, 별도의 셔터를 구비하지 않고, 영상신호를 프로세서로 전달하기 시작한 후, 이를 종료할 때까지의 시간을 노출시간으로 할 수도 있다.

이러한 상기 수광부의 노출시간에 연동하여 상기 조명의 발광시간을 조절한다. 상기 조명의 발광시간이라 함은 조명의 발광시작 시점 또는 발광종료 시점 또는 발광유지시간을 의미하는 것으로, 수광부의 노출시각을 기준으로 이와 일정한 관계를 가지는 시점에서 상기 조명의 발광시작 또는 발광종료 또는 발광유지시간을 결정하도록 하여 수광부의 노출이 조명광이 조사된 상태의 피사체를 촬상하도록 노출시간과 발광시간을 연동하는 것이고, 바람직하게는 상기 제어모듈은 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점과 동일하거나 그 이전으로 보정하거나, 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 종료시점과 동일하거나 그 이전으로 보정하는 프로세스를 수행하는 모듈인 것이 좋다. 이에 대한 예로, a) 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점과 동일하게 하고(하거나), 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 종료시점과 동일하게 보정하거나, b) 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점 그 이전으로 보정하고(보정하거나), 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 종료시점과 동일하게 하거나, c) 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점과 동일하게 하고(하거나), 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 이전으로 보정하거나, d) 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점 이전으로 보정하고(보정하거나), 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 종료시점 이전으로 보정하는 프로세스를 수행하도록 제어모듈을 설정할 수 있다.

이에 대한 구체적인 예가 도 3에 도시되는데, 종래의 경우에는 일정 시점으로부터 노출시간과 상관없이 상기 발광이 이루어지나, 실시예 1의 경우에는 노출시작(또는 셔터 on)과 함께 조명의 발광이 시작되어 노출종료(또는 셔터 off)와 함께 조명의 발광이 종료되는 제어방식을 도시한 것이고, 실시예 2의 경우에는 조명이 발광되어 조명의 빛이 도 2에 도시한 바와 같이 촬상 대상에 조사되어 되돌아오는 시간을 고려하여 조명의 발광시작 및 종료를 일정한 시간 간격을 두고 셔터의 노출 시작 및 종료 시간(노출시간)보다 일정시간 이전에 실시하는 실시예를 도시한 것이다.

그런데 이와 같은 조명의 발광과 수광부의 상기 조명의 발광에 따른 조명광에 대한 수광 사이의 시간지연은 수광부나 조명으로부터 촬상 대상까지의 거리에 따라 적정 시간지연의 양이 달라지므로, 본 발명의 영상 획득 장치는 바람직하게는, 도 2에 이에 대한 구체적인 예를 도시한 바와 같이, 상기 영상 획득 장치로부터 촬상 대상까지의 이격거리를 측정하여 상기 프로세서에 전달하는 이격거리 측정수단을 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 이격거리로부터, 조명광이 촬상소자에 수광되는데 소요되는 시간을 이론지연시간으로 설정하는 지연시간설정모듈을 더 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 조명의 발광시간 시작 또는 종료 각각을 상기 노출시간 시작시점 또는 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정하는 프로세스를 수행하는 제어모듈을 포함하도록 구성하는 것이 좋다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 영상 획득 장치로부터 1미터 이격된 피사체(촬상 대상)의 경우에는 조명광으로부터 조사된 빛이 피사체에 반사되어 수광부로 수광될 때까지 1/광속의 2배(왕복이므로)에 해당하는 6.6 나노초의 이론지연시간이 이론적으로 발생하고, 50미터 이격된 피사체의 경우에는 50/광속의 2배에 해당하는 330 나노초의 이론지연시간이 발생하므로, 도 4의 첫 번째 줄의 조명광 조사가 있는 경우에 거리별 피사체로부터 반사된 반사광이 수광부에 인입되는 신호는 이론적으로 도 4의 둘째 줄에서 넷째 줄에 도시한 바와 같이 된다. 따라서 수광부의 노출은 50미터 이격 피사체의 경우에 도 4의 다섯째 줄에 해당하는 노출시간으로 되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 본 발명은 상기 기술한 바와 같이, 촬상 대상까지의 이격거리를 측정하여 상기 프로세서에 전달하는 이격거리 측정수단을 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 이격거리로부터, 조명광이 촬상소자에 수광되는데 소요되는 시간을 i)상기 기술한 바와 같이 연산을 수행하거나, ii)일정간격의 이격거리에 대하여 각각의 지연시간을 룩업 테이블 형태로 저장하고 실제 이격거리에 대하여 상기 테이블을 조회하여 지연시간을 설정하거나, iii)상기 룩업 테이블로부터 해당 이격거리가 정확히 존재하지 않는 경우에는 정확한 이격거리에 대한 지연시간을 interpolation 기법 등을 통하여 구하고, 이를 이론지연시간으로 설정하는 지연시간설정모듈을 더 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 조명의 발광시간 시작 또는 종료 각각을 상기 노출시간 시작시점 또는 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정하는 프로세스를 수행하는 제어모듈을 포함할 수 있다. 여기서 상기 제어모듈은 a) 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정(발광시간의 종료는 상기 발광시작으로부터 일정시간으로 이후로 정할 수 있다.)하거나, b) 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정(발광시간의 시작은 상기 발광종료로부터 일정시간으로 이전으로 정할 수 있다.)하거나, c) 상기 조명의 발광시간 시작 및 종료를 상기 노출시간 시작시점 및 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정하는 프로세스를 수행하도록 할 수 있다.

상기 이론지연시간은 이론적으로는 상기 기술한 바와 같이, 이격거리를 광속으로 나눈 값의 2배에 해당하는 값이고, 실제 시스템의 구성에서는 조명구동 신호전달 시간, 조명의 신호수신과 이에 따른 동작사이에 발생하는 작동지연시간 등 다양한 부수적인 지연 또는 단축 시간 존재하므로 상기 이론적 지연시간을 기준으로 실제 시스템에서 발생하는 다양한 변수들을 포함하여 보정시간을 산출하여 적용하는 것이 필요하다. 따라서 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간은 이와 같은 부수적인 보정을 포함할 수 있고, 상기 이론지연시간을 포함한다는 의미는 그 값을 그대로 포함하거나 그 값을 기준으로 기타의 보정을 수행할 수 있음을 의미하는 것이다. 또한 상기 기술한 바와 같은 이론지연시간의 룩업 테이블을 별도로 구성할 수도 있고, 이를 별도로 구성하지 않고, 이격거리에 대하여 바로 i)일정간격의 이격거리에 대하여 각각의 최종 보정시간을 룩업 테이블 형태로 저장하고 실제 이격거리에 대하여 상기 테이블을 조회하여 최종 보정시간을 바로 구하거나, ii)상기 룩업 테이블로부터 해당 이격거리가 정확히 존재하지 않는 경우에는 정확한 이격거리에 대한 최종 보정시간을 interpolation 기법 등을 통하여 구하도록 할 수도 있다.

또한 피사체와의 거리를 설정하여 목표하는 피사체를 촬영하는 경우에는 상기와 같은 기법을 적용할 수 있으며, 이와 반대로 일정한 거리에 존재하는 피사체를 피사체에 상관하지 않고 촬영하는 경우에는, 상기 영상 획득 장치로부터 촬상 대상까지의 이격거리를 입력하는 이격거리 입력수단을 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 이격거리로부터, 조명광이 촬상소자에 수광되는데 소요되는 시간을 이론지연시간으로 설정하는 지연시간설정모듈을 더 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 조명의 발광시간 시작 또는 종료 각각을 상기 노출시간 시작시점 또는 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정하는 프로세스를 수행하는 제어모듈인 형태로 구성할 수 있다. 이에 따라 영상 획득 장치로부터 입력된 일정한 이격거리에 존재하는 영상을 집중적으로 선명하게 획득할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명 및 기법은 상기 이격거리측정수단을 구비한 형태와 유사하게 적용될 수 있으며, 단지 이격거리의 입력이 어떤 형태로 이루어지는 지가 다를 뿐이다.

이외에 이에 부가하여 이격거리가 멀어지는 경우에 빛의 강도는 거리의 제곱에 반비례하여 낮아지므로 동일한 강도의 조명광을 위해서는 조명의 발광강도를 증가시키거나 노출시간을 증가시켜 동일한 강도의 조명광 도달이 가능하도록 할 수 있다. 즉, 상기 프로세서는 상기 이격거리에 비례하여 상기 조명의 발광강도 또는 노출시간을 증가시키는 조절모듈을 더 포함하도록 구성할 수 있다. 상기 이격거리에 비례한다는 의미는 반드시 직선적으로 비례하는 것만을 의미하는 것이 아니라 이격거리가 증대됨에 따라 발광강도 또는 노출시간을 증대한다는 의미하는 것으로 이격거리에 따른 선형적 비례뿐만 아니라, 거리의 제곱에 비례하거나, 기타 비선형적 증대를 포함하는 의미이다.

또한 본 발명은 이와 같은 영상 획득 방법을 제공하는 바, 이는 촬상소자, 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 포함하는 영상 획득 장치를 통하여 영상을 획득하는 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 수행하는 영상 획득 방법에 있어서, 상기 촬상소자의 수광부 노출시간에 연동하여 상기 조명의 발광시간을 제어하는 형태로 구성된다.

이에 대한 구체적인 설명은 상기 기술한 바와 같으며, 이는 상기 기술한 바와 같이, 바람직하게는 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점과 동일하거나 그 이전으로 보정하거나, 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 종료시점과 동일하거나 그 이전으로 보정하도록 할 수 있다.

이외에 바람직하게는 피사체와 영상 획득 장치와의 거리이격에 따라 발생할 수 있는 지연시간을 고려하여, i) 상기 영상 획득 장치로부터 촬상 대상까지의 이격거리를 측정하여 상기 프로세서에 전달하는 단계 및, 상기 이격거리로부터, 조명광이 촬상소자에 수광되는데 소요되는 시간을 이론지연시간으로 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 조명의 발광시간 시작 또는 종료 각각을 상기 노출시간 시작시점 또는 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정하도록 할 수 있거나, ii) 상기 영상 획득 장치로부터 촬상 대상까지의 이격거리를 입력하여 상기 프로세서에 전달하는 단계 및, 상기 이격거리로부터, 조명광이 촬상소자에 수광되는데 소요되는 시간을 이론지연시간으로 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 조명의 발광시간 시작 또는 종료 각각을 상기 노출시간 시작시점 또는 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정할 수 있도록 할 수 있다.

더욱 바람직하게는 피사체와 영상 획득 장치와의 거리이격에 따라 발생할 수 있는 조명광 강도의 약화를 고려하여 상기 조명의 발광은 상기 이격거리에 비례하여 상기 조명의 발광강도를 증가하거나 상기 노출시간을 증가하여 설정하도록 할 수 있다.

이에 대한 실질적인 구체적 설명은 상기 영상 획득 장치에서 설명한 것과 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

Claims (7)

1. 촬상소자, 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 포함하는 영상 획득 장치에 있어서,

   상기 프로세서는 상기 촬상소자의 수광부 노출시간에 연동하여 상기 조명의 발광시간을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 획득 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어모듈은 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점과 동일하게 하거나, 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 종료시점과 동일하게 하는 프로세스를 수행하는 모듈인 것을 특징으로 하는 영상 획득 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어모듈은 상기 조명의 발광시간 시작을 상기 노출시간 시작시점 그 이전으로 보정하거나, 상기 조명의 발광시간 종료를 상기 노출시간 종료시점 그 이전으로 보정하는 프로세스를 수행하는 모듈인 것을 특징으로 하는 영상 획득 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 영상 획득 장치로부터 촬상 대상까지의 이격거리를 측정하여 상기 프로세서에 전달하는 이격거리 측정수단을 더 포함하고,

   상기 프로세서는 상기 이격거리로부터, 조명광이 촬상소자에 수광되는데 소요되는 시간을 이론지연시간으로 설정하는 지연시간설정모듈을 더 포함하고,

   상기 제어모듈은 상기 조명의 발광시간 시작 또는 종료 각각을 상기 노출시간 시작시점 또는 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정하는 프로세스를 수행하는 제어모듈인 것을 특징으로 하는 영상 획득 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 영상 획득 장치로부터 촬상 대상까지의 이격거리를 입력하는 이격거리 입력수단을 더 포함하고,

   상기 프로세서는 상기 이격거리로부터, 조명광이 촬상소자에 수광되는데 소요되는 시간을 이론지연시간으로 설정하는 지연시간설정모듈을 더 포함하고,

   상기 제어모듈은 상기 조명의 발광시간 시작 또는 종료 각각을 상기 노출시간 시작시점 또는 종료시점으로부터 상기 이론지연시간을 포함하는 보정시간만큼 이전으로 조정하는 프로세스를 수행하는 제어모듈인 것을 특징으로 하는 영상 획득 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 프로세서는 상기 이격거리에 비례하여 상기 조명의 발광강도 또는 노출시간을 증가시키는 조절모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 획득 장치.
7. 촬상소자, 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 포함하는 영상 획득 장치를 통하여 영상을 획득하는 조명, 및 이들을 제어하고 상기 촬상소자로부터 입력된 영상신호를 처리하여 출력하는 프로세서를 수행하는 영상 획득 방법에 있어서,

   상기 촬상소자의 수광부 노출시간에 연동하여 상기 조명의 발광시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 획득 방법.