KR20100023056A - 적응형 옵틱을 구비한 이미징 시스템 - Google Patents

적응형 옵틱을 구비한 이미징 시스템 Download PDF

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KR20100023056A
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오씨 칼레보
한누 카코리
미카 쿤나리
미코 올릴라
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노키아 코포레이션
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Abstract

본 발명은 이미징 옵틱이 캡쳐되고 있는 이미지에 영향을 미치지 않고 조절될 수 있는 비-노출 시간을 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 이미지 시퀀스는 적오도 두 개의 이미지를 획득하고, 이 중 하나는 측정 이미지로 사용되고 또 다른 하나는 최종 이미지로 사용된다. 노출 시간은 측정 이미지와 최종 이미지를 위해 결정된다. 측정 이미지와 최종 이미지를 위한 노출 시간을 이용하여, 비-노출 시간이 결정될 수 있다. 이에 따라, 이미징 옵틱은 비-노출 시간동안 조절될 수 있다.

Description

적응형 옵틱을 구비한 이미징 시스템{Imaging system with adjustable optics}
본 발명은 영상 분야에 관한 것이다. 보다 상세히, 적응형 옵틱을 구비한 영상 시스템에서 영상과 관련된 것이다.
지난 수년간 디지털 카메라와 같은 디지털 영상 시스템은 영상 기술 분야에서 주목할 만한 역할을 담당해 왔다. 디지털 카메라는 하나 이상 장착된 프로세서에 의해 특성이 나타나는 것으로 디지털 형식으로 이미지를 저장한다. 전기적인 특성상, 디지털 카메라(또는 디지털 카메라 모듈)는 또 다른 전기 장치에 이미 집적된 기술이 구현되어 있으며, 그 일반적인 예로 디지털 카메라가 장착된 휴대용 전화기(휴대폰)을 들 수 있다. 마스터 장치(예를 들어, 카메라 모듈이 장착되어 있는 장치)에 따라, 카메라 모듈은 장치 내의 다른 많은 구성부품이나 시스템과 통신이 가능하다. 예를 들어, 카메라 폰의 경우, 카메라 모듈은 하나 이상의 프로세서와 통신하여 동작하고, 디지털 카메라의 경우, 다른 종류의 전용 신호 처리 구성장치를 포함할 수 있다.
디지털 영상 시스템 분야에서 적응형 옵틱는 오토-포커스이나 광학줌 기능과 같이 캡쳐된 영상의 특성을 조절하기 위해 전기적으로 이미지 포커스을 제어하는데 사용될 수 있다. 이러한 기능은 영상장치에서 보다 중요한 역할을 차지하고 있다. 오토-포커스이나 줌 기능은 이동형 렌즈 성분을 지닌 기존의 렌즈 옵틱으로 수행되었고 최근에는 굴절력(refractive power)에 영향을 끼치기 위해 적응형 모양이나 다른 적응형 수단을 지닌 렌즈를 이용한 광학 시스템을 이용하여 수행된다.
영상 시스템은 장면 이미지를 생성하기 위해 빛을 모으는 렌즈 시스템을 포함한다. 빛은 전기적으로 빛을 기록하는 반도체 장치로 포커스가 모인다. 이러한 반도체 장치는 일반적으로, 예를 들어 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 CCD(Charge-Coupled Device) 센서와 같은 장치일 수 있다.
센서는 감광(light-sensitive) 픽셀의 집합으로 구성되고, 감광 픽셀은 빛을 전하로 변환시키고, 전하는 추후에 디지털 영상 데이터로 변환된다. 센서에는 비닝(binning)이라는 기술이 적용될 수 있다. 비닝은 영상 시스템의 유효감도(effective sensitivity)를 증가시키고 영상 내의 픽셀의 양을 감소시키기 위해 인접한 픽셀들을 결합하는 기술이다.
영상 시스템은 또한 셔터 수단을 포함한다. 주요 셔터 타입으로는 글로벌셔터(global shutter)와 롤링 셔터(rolling shutter)가 있다. 최근에는 롤링 셔터는 CMOS 센서와 함께 사용되고, 글로벌 셔터는 CCD 센서와 함께 사용된다. 그러나, 이 경우 셔터는 다른 방식으로 사용될 수도 있다. 셔터 수단은 이미지 센서의 노출을 제한하기 위해 사용된다. 셔터 동작은 리셋, 노출 및 판독 동작과 같은 동작들이 적어도 포함되고, 또한 열림 및 닫힘과 같은 동작도 발생한다. 글로벌 및 롤링 셔터 수단은 모두 전기적으로 또는 기계적으로 구현될 수 있으며, 기계적 구현에 있어서는 다양한 구경이나 ND(Neutral Density) 필터들이 사용될 수 있다. 롤링 셔터는 실질적으로 라인 단위로 이미지를 노출하는 특성이 있다. 글로벌 셔터는 한번에 영상 내의 모든 픽셀을 노출한다.
영상 시스템은 주로 한 영상 내의 하나 이상의 영역으로부터 현재 포커스값을 측정하고 측정한 결과값을 영상 시스템 내에 포함되어 있는 제어부에서 활용하는 포커스검출기를 또한 포함한다. 포커스는 영상 내의 인접한 영역간의 콘트라스트에 기초하여 측정되고, 그 결과에 따라 제어부는 영상 내의 콘트라스트를 chleog화 할 수 있는 최적의 포커스를 찾는다.
영상 시스템은 또한 영상 픽셀 내의 현재 빛의 노출 레벨을 측정하고 그 결과값이 역시 제어부에서 사용되는 노출검출기도 포함한다. 제어부는 현재 노출 레벨을 이용하여 목표 노출레벨과 비교한다. 노출 시간을 비교한 결과에 따라, 아날로그 이득값, 디지털 이득값, 구경 및 ND 필터가 제어된다. 제어부는 또한 사용자 인터페이스를 통해 수신하고 있는 정보를 이용한다. 예를 들면 사용자가 특정 영상에 줌 기능을 적용하고자 하는 경우, 제어부는 렌즈의 위치를 변경시킨다. 옵틱 드라이버는 렌즈 시스템이 이동되는 경우 사용되고, 주로 I2C(Inter-Intergrated Cirguit) 명령이나 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 이용하여 제어된다.
영상 시스템은 입력 장치를 포함하거나 또는 연결되어 있다(예, 줌 기능을 위한 제어 버튼, 영상 선택, 셔터 제어기). 플래쉬도 영상 시스템에서 자주 사용된다. 포커스 검출기, 노출 검출기, 제어부를 포함하는 모든 영상 처리 및 실질적인 영상 처리는 카메라 모듈,카메라 프로세서, 애플리케이션 엔진, 베이스밴드 엔진이나 이상의 조합에서 수행될 수 있다. 이러한 처리는 또한 소프트웨어나 하드웨어 처리부를 통해 수행될 수 있다. 영상 처리에 있어 적어도 검출기나 제어부는 실시간으로 동작해야 한다.
본 명세서에서, 영상은 스틸 영상, 비디오 영상 또는 뷰파인더 영상을 나타낼 수 있다. 스틸 영상은 움직이지 않는 것에 기초한 시각 정보를 생성한다. 스틸 영상은 찍힌 후 바로 메모리에 저장된다. 비디오 영상은 시간에 따라 변화하는 시각 동영상을 생성한다. 비디오 영상은, 연속적으로 이미지를 제공하기 위해 일련의 시각 영상이 찍힌다. 뷰파인더 영상은 뷰파인더 디스플레이에 영상을 제공한다. 디지털 영상 시스템에서 뷰파인더는 사용자가 캡쳐하고 있는 장면을 미리 보여주기 위해 집적된 칼라 디스플레이를 말한다. 디스플레이 상에 보이는 뷰파인더 영상은 주로 이미지 센서에서 찍히고 센서 또는 프로세서에서 원 해상도보다 해상도를 낮춘 후에 뷰파인더 디스플레이에 디스플레이된다. 이반적으로 뷰파인더 영상을 저장할 필요는 없다. 뷰파인더 영상은 뷰파인더 디스플레이 상에 즉각적으로 업데이트 되어 사용자가 지연시간 없이 화면상에서 영상을 바로 볼 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다.
영상에 있어 포커스는 자동(오토-포커스) 또는 사용자의 동작에 따라 수동으로 이루어 질 수 있다. 또한, AF(auto-focus) 기능은 싱글샷 오토-포커스이나 연속 오토-포커스 기능을 이용하여 구현될 수 있다. 싱글샷 오토-포커스은 주로 스틸 영상을 촬영할 때 이용되고, 연속 오토-포커스은 비디오 영상 촬영에 이용된다.
싱글샷 오토-포커스은 주로 렌즈가 그 범위내에서 고정된 증분값을 이용하여 이동하는 방식으로 구현되고, 포커스 검출기가 검출한 값을 기록한다. 스캐닝이 끝나면, 렌즈는 콘트라스트가 최대인 지점으로 이동한다. 싱글샷 오토-포커스은 예를 들어,촬영버튼을 반쯤 누르는 경우에 활성화된다. 촬영버튼이 완전히 눌린 경우에는, 영상 옵틱은 이미 적절하게 조정되어 있는 상태로, 즉시 영상이 촬영되어 사용자에게 촬영의 만족감을 제공한다. 포커스 시스템의 성능은 최적의 포커스를 찾는데 걸리는 시간과 포커스된 영상의 정확성에 의해 결정된다.
연속 오토-포커스에서, 포커스 검출기에서 검출된 값은 실질적으로 연속적으로 촬영된 영상으로부터 결정되고, 포커스 검출기의 결과값이 영상 옵틱을 조정할 필요가 있다는 것을 표시할 때마다, 영상 옵틱을 조정함으로써 포커스가 개선된다. 특히, 비디오 영상에서 촬영된 영상들은 실시간으로 뷰파인더 디스플레이에도 디스플레이 된다. 연속 오토-포커스의 이점은 옵틱이 지속적으로 포커스를 유지할 수 있으므로 뷰파인더 영상이 항상 포커스가 맞춰진 상태에 있다는 것이다. 이러한 기능은 비디오 촬영에 있어 필수 기능일 뿐만 아니라 스틸 영상을 촬영할 때에도 매우 유용하다. 한장의 스틸 영상은 기본적인 연속 포커스과 함께 퀵 싱글샷 포커스을 통해 세부 튜닝을 함으로써 지연 없이 또는 최소한의 지연으로 촬영을 수행할 수 있다.
이상에서 스틸 영상, 비디오 영상 및 뷰파인더 디스플레이에서 각각 다른 조건의 포커스 요건이 요구된다는 것이 명확해졌다. 롤링 셔터 타입의 또는 글로벌 셔터 타입의 노출 제어 중 어느 것이 사용되는지에 따라 노출동안 오토-포커스(또는 줌)에 사용되는 렌즈 동작은 여려 형태의 아티팩트(artifact)를 형성할 수 있다. 특히, 롤링 셔터가 사용되는 경우, 이미지 간의 블랭크 시간이 주로 짧기 때문에(영상 센서가 어떠한 광학 영상 정보도 수집하지 못한 경우), 렌즈가 움직이기에는 시간이 부족하고 그 결과 이미지에 아티팩트가 발생하게 된다. 또한, 최근의 고-해상도 센서들이 사용되는 경우, 카메라 모듈과 연속한 일련의 이미지 간에 인터페이스의 대역폭 제한으로 인해 뷰파인더의 이미지를 주로 서브샘플링, 비닝, 또는 다운스케일링 된다. 그 결과 뷰파인더 영상의 해상도가 제한되어 있으므로 오토-포커스 검출의 품질은 연속한 이미지 처리과정에서 후반부의 이미지에 제한된다.
롤링 셔터가 사용되는 대부분의 주요한 애플리케이션에서는 검출 지역에 대한 이미지 정보가 포커스 검출기에서 사용되는 경우, 오토-포커스 검출 정보는 전용 하드웨어나 소프트웨어를 통해 즉각 계산할 수 있다. 즉, 오토-포커스은 서브-샘플링, 비닝 또는 다운스케일링된 이미지를 토대로 할 필요없이, 전체 이미지의 전 해상도를 이용하여 이미지에서 선택된 부분에 수행될 수 있다.
주로, 포커스 검출 지역은 이미지 영역의 중간에 위치한다. 이 경우 현재 이미지의 모든 라인이 완전히 노출되고 전송되기 이전에 다음 프레임에서 렌즈 동작에 대한 결정이 이루어질 수 있다. 하지만 이 경우 문제점은 이미지의 중앙 부분에서 오토-포커스 처리가 수행된 이후에 렌즈들이 즉각적으로 움직일 경우, 현재 이미지의 마지막 라인들은 움직이고 있는 렌즈에 의해 노출되고 이로 인해 발생한 아티팩트가 캡쳐된 또는 시야에 있는 이미지에서 보이게 된다.
결국 렌즈의 동작이 멈추기 이전에 다음 이미지 프레임의 노출이 시작되는 경우 비슷한 종류의 아티팩트가 발생 될 수 있다. 이런 상황은 포커스 렌즈와 광학 줌 렌즈 동작 모두에서 발생할 수 있다. 이러한 상황에서 롤링 셔터를 이용할 경우 이미지의 첫 라인들이 훼손되고, 글로벌 셔터를 이용할 경우 전체 이미지가 손상된다. 줌 렌즈는 예를 들어, 이미지 프레임 간에 이미지 센서가 노출되지 않고 있는 경우에만 이동이 가능하다. 언제 렌즈 동작을 수행하라는 명령을 내릴지는 매우 중요하다. 또한, 전용 하드웨어가 사용될 경우, 렌즈가 실제로 움직이기 전에 지연이 발생할 수 있다.
이미지 포커스, 특히 싱글 샷 오토-포커스을 요구하는 경우에는 상당히 많은 시간을 요구하므로, 카메라가 이미지에 포커스을 맞출 때쯤에는 이미 찍고자 하는 장면을 놓치게 하는 경우가 발생한다. 이런 상황은 주로 객체가 빠르게 움직이거나 상황이 빠르게 변화는 예를 들어, 스포츠나 기타 활동 영상의 경우에서 빈번하게 볼 수 있다.
적응형 옵틱을 사용하는 롤링 셔터 이용 예는 관련 기술에서 찾아 볼 수 있다. 예를 들어, 캡쳐되고 있는 이미지에 대한 영향을 고려하지 않고 렌즈를 움직인 직후 렌즈를 움직이라는 명령이 주어질 수 있다. 이러한 경우, 일반적으로 이미지의 마지막 라인이 훼손되게 된다. 다른 일 예에서, 렌즈 동작에 대한 명령은 전체 이미지가 캡쳐된 직후에 이루어진다. 이 경우에는 전체 이미지가 캡쳐될 때까지 렌즈 동작이 다소 지연된다. 블랭킹(blanking) 길이 및 노출 시간에 따라, 렌즈는 블랭크구간을 움직인다. 하지만, 구간이 짧은 반면에 렌즈 동작은 상대적으로 긴 시간동안 계속되어 주로 다음 이미지의 첫 라인이 훼손된다.
기존에는 오토-포커스 검출은 프레임 단위로 오토-포커스 검출값을 측정하여 수행되었다. 이런 유형의 검출 방법은 전체 이미지 프레임이나, 또는 전체 서브-샘플링 된 이미지 프레임이 포커스 검출이 수행될 때 AD로 변환되어야만 한다. 하지만, 적합한 이미지 뷰잉이나 적합한 포커스 검출을 수행시 시간 부족으로 일부 프레임은 빈번히 이 과정을 스킵한다. 그 결과 포커스 시간은 더 길어지게 된다. 비디오 영상의 경우, 프레임들은 거의 스킵되지 않지만, 노출로 인한 아티팩트가 발생하게 되어 레코딩된 비디오 시퀀스 상에서 렌즈의 동작을 볼 수 있게 된다.
이상에 서술한 바와 같이, 렌즈가 포커스이나 줌 등의 목적으로 움직여야할 때에, 캡쳐된 이미지에 손상을 가하지 않고 이미지를 적합하게 노출하기 위해서는 기존의 문제점을 해결하기 위한 해결책이 요구된다.
본 발명에서, 포커스이나 줌을 위해 영상 옵틱을 조정하는 과정에서 이미지 센서 상태에 대해서는 완전히 기술되지 않았다. 본 발명은 옵틱의 조절할 수 있는 시간을 최대화하고, 동시에 캡쳐된 이미지에서 발생하는 아티팩트를 최소화하는 것을 목적으로 한다. 또한, 사용자에게 개선된 사용법을 제공하기 위해 응답시간을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 옵틱 조절 동작을 함께 적절히 이용하여 이미지 노출에 대한 해결책을 제시하고 캡쳐된 이미지에서 발생하는 아티팩트를 동시에 최소화 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 이미지 포커스 과정에서 응답 시간을 최소화 하기 위한 다양한 방법을 제공하는 것이다.
이미지 시퀀스를 획득하기 위한 이미징 방법, 이미징 장치, 이미징 모듈 및 컴퓨터 판독 매체가 개시되었다. 이는 적어도 두 개의 이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하는 단계로서, 적어도 하나의 이미지는 측정이미지로 사용되고, 다른 적어도 하나의 이미지는 최종이미지로 사용되는, 획득 단계; 측정이미지 노출 시간 및 최종이미지 노출 시간을 결정하는 단계; 상기 측정이미지 노출 시간 및 상기 최종이미지 노출 시간 간의 비-노출 시간을 결정하는 단계; 및 상기 비-노출 시간동안 이미징 옵틱 조정을 허용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 1 실시예는 옵틱 조절을 위한 타이밍 방법이라 불린다. 본 실시예에서는 오토-포커스 검출 방식에 의해 적합한 타이밍이 결정된다. 타이밍은 오토 포커스 및/또는 줌 옵틱이 어떻게 조절되어야 하는지를 알려준다.
본 발명의 제 1 실시예가 포커스 또는 줌 옵틱이 조절될 수 있는 정확한 때를 규정하고 있으므로, 이미지 아타팩트는 발생되지 않을 수 있다. 주어진 상황에서 프레임 블랭크 시간이 작은 경우, 본 발명은 블랭크 시간을 넘어 옵틱 제어를 위한 마진(margin)에 더 많은 시간을 할당할 것이다.
상기 제 1 실시예는 또한 제어 루프에서 레이턴스를 최소화하고 실시간 기능을 개선한다. 그 이유는 오토포커스 통계 계산량이 이전 프레임에서 이미 수행되었으므로, 옵틱 조절은 다음 프레임 이전에 이미 적용될 수 있기 때문이다.
오토-포커스/줌 하드웨어에서 세틀링(settling) 타임은, 예를 들면, 옵틱 위치를 위해 이를 옮기기 시작한 후 최종적으로 멈추기까지 요구되는 전체 시간, 블랭크 시간과 같은 범위일 수 있다. 따라서, 관심 픽셀을 노출하기 전에 충분히 긴 세틀링 시간을 제공하는 것이 중요하다. 긴 세틀링 시간은 오토-포커스/줌 활성화 제어기에서 작은 시작 전류를 요하므로, 배터리가 장착된 제한된 전원 용량을 구비한 휴대 장치에서 특히 유용하다. 전체 비-노출 시간이 옵틱 조절을 위해 사용될 때, 활성화기는 너무 빠를 필요는 없다. 즉 더 적은 전원으로 옵틱 조절이 가능하다.
본 발명의 제 2 실시예는 하나의 프레임 내에서 다수개의 옵틱 위치로부터 오토-포커스를 검출하는 것이다. 이는 검출 영역 픽셀이 노출되지 않았을 때 옵틱 조절을 통해 수행되지만, 여전히 전체 이미지 프레임의 노출동안 수행된다. 검출 영역은 이미지 내의 관심 영역이고, 이는 포커스 검출에 이용된다.
본 발명의 제 2 실시예는 포커스 검출을 더 빠르게 하는 방법을 제시한다. 또한, 연속적인 포커스가 항상 필요한 것이 아니므로, 더 낮은 소비전력이라는 이점을 얻을 수 있다. 이로써 이용성을 개선한다.
본 발명의 제 3 실시예는 블랭크 구간 또는 노출 및 렌즈 동작 시간을 제어한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 방법은 최소 두 개의 이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하는 단계로서, 상기 최소 두 개의 이미지 중 적어도 하나의 이미지는 측정이미지로 사용되고, 다른 적어도 하나의 이미지는 최종이미지로 사용되는, 획득 단계; 측정이미지 노출 시간 및 최종이미지 노출 시간을 결정하는 단계; 상기 측정이미지 노출 시간 및 상기 최종이미지 노출 시간 간의 비-노출 시간을 결정하는 단계; 및 상기 비-노출 시간동안 이미징 옵틱 조정을 허용하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 방법은 상기 이미지 시퀀스 내에서 더 작은 이미지가 상기 측정이미지로 사용되고, 더 큰 이미지는 상기 최종이미지로 사용되는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 방법은 상기 측정이미지는 비디오 영상이나 뷰파인더 영상의 경우 상기 최종이미지로 사용되는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 방법은 적어도 상기 최종이미지를 저장하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 방법은 상기 비-노출 시간을 연장하는 단계를 더 포함하고, 상기 비-노출 시간을 연장하는 단계는, 상기 측정이미지의 크기 제어 방법, 상기 측정이미지의 서브-샘플링 방법, 상기 이미지 시퀀스 판독을 위해 사용되는 채널 레이트 변경 방법, 상기 측정이미지 노출 시간 또는 상기 최종이미지 노출 시간 제어 방법 또는 상기 측정이미지 노출시간 및 상기 최종이미지 노출 시간 두가지를 모두 제어하는 방법 각각에 의해 또는 이상에 기술된 방법들의 조합에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 측정이미지는 측정 이미지 프레임, 이미지 프레임 내의 측정영역 중 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 오토 포커스 통계를 상기 측정이미지로부터 포커스 값을 수집함으로써 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 비-노출 시간을 상기 오토-포커스 통계와 이미지 센서내의 픽셀량을 포함하는 정보, 줌 하드웨어에서 전송 클럭 주파수 지연가능시간에 의해 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 적어도 하나의 측정영역은 적어도 상기 측정이미지내에서 정의되고, 이 경우 오토-포커스는 적어도 하나의 렌즈 위치에서 상기 적어도 하나의 측정영역 내에서 측정되는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 포커스 측정값은 상기 적어도 하나의 측정영역의 하부 영역들(sub-areas)로부터 고주파 컨텐트 또는 밴드-패스 주파수 컨텐트를 수집함으로써 획득되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서,상기 옵틱은 제 1 측정영역의 마지막 라인 판독지점과 동일한 이미지 내의 제 2 측정영역의 첫 라인 노출시작 지점 사이, 제 1 이미지 내의 제 1 측정영역 노출 지점과 제 2 이미지 내의 상기 제 2 측정영역 노출 지점 사이, 또는 이미징 동안 지속적으로 조정되는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미지 센서로부터 전송되지 않은 픽셀들을 포워딩하는 블랭크 시간을 이용하여 비-노출 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 옵틱 조정을 위해 상기 비-노출 시간을 정의하는 최대 블랭크 시간을 획득하기 위해 채널 레이트를 증가시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 비-노출 시간을 정의하기 위해 프레임에 블랭크 라인들 또는 픽셀들을 삽입함으로써 노출 시간에 따라 상기 블랭크 시간을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 이미지 시퀀스는 스틸 영상, 비디오 영상 또는 뷰파인더 영상 또는 이러한 영상의 조합으로 형성되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 옵틱 조절에 사용될 비-노출 시간을 결정하는 방법은 최소 하나의 측정이미지와 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하는 단계; 오토-포커스 통계를 상기 측정이미지로부터 계산하는 단계; 및 상기 오토-포커스 통계를 이용하여 상기 최종이미지를 위해 사용될 비-노출 시간을 결정하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 옵틱 조절에 사용될 비-노출 시간을 결정하는 방법은 최소 하나의 측정이미지와 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하는 단계; 적어도 상기 측정이미지 내에서 적어도 하나의 측정영역을 정의하는 단계; 상기 측정영역 내에서 적어도 하나의 렌즈 위치로부터 오토-포커스를 측정하는 단계; 상기 측정영역의 마지막 라인의 판독지점 및 다음 측정영역의 첫 라인의 노출 시작지점 간을 비-노출시간으로 정의하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 옵틱은 상기 측정영역의 마지막 라인 판독지점과 연속한 이미지 내의 상기 측정영역의 첫 라인 노출시작 지점 사이, 하나의 이미지 내의 하나의 측정영역 노출 지점과 동일한 상기 이미지 내의 다음 측정영역 노출 지점 사이의 시간 동안, 또는 이미징 동안 지속적으로 조정되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서,이미징 옵틱 조절에 사용될 비-노출 시간을 결정하는 방법은 최소 하나의 측정이미지와 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하는 단계; 상기 이미지 시퀀스 내에서 발생하고, 이미지 센서에서 전송되지 않은 픽셀들을 포워드 하는 블랭크 시간을 적어도 하나 이상 정의하는 단계; 최대 블랭크 시간을 획득하기 위해 채널 레이트를 증가시켜 상기 블랭크 시간 내의 이미지 옵틱 조절을 제어하거나 또는 프레임에 블랭크 라인들 또는 픽셀들을 삽입하여 상기 블랭크 시간을 제어함으로써 비-노출 시간을 정의하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징 장치는 적응형 이미징 옵틱, 프로세서에 이미지 시퀀스로서 제공될 빛을 모으도록 구현되는 이미지 센서로서, 상기 이미지 시퀀스는 최소 두 개의 이미지를 포함하고, 상기 최소 두 개의 이미지 중 적어도 하나는 측정이미지이고, 다른 하나는 최종이미지인, 이미지 센서, -이미지들의 노출을 제어하는 노출 제어부를 포함하고, 상기 이미징 장치는 측정이미지 노출 시간 및 최종이미지 노출 시간을 결정하고; 상기 측정이미지 노출 시간 및 상기 최종이미지 노출 시간 간의 비-노출 시간을 결정하며;그리고 상기 비-노출 시간동안 상기 이미징 옵틱의 조정을 허용하도록 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 이미지 시퀀스에서 더 작은 이미지를 상기 측정이미지로 이용하고, 더 큰 이미지를 상기 최종이미지로 이용하도록 추가로 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 측정 이미지는 비디오 영상 또는 뷰파인더 영상에서 상기 최종이미지인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 최종이미지를 저장하도록 추가로 구현된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 측정이미지에서 오토-포커스 통계를 계산하도록 추가로 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 오토-포커스 통계, 이미지 센서 내의 픽셀량을 포함하는 정보, 줌 하드웨어에서 전송 클락 주파수 지연가능시간에 의해 상기 비-노출 시간을 결정할 수 있도록 추가로 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 적어도 상기 측정 이미지에서 적어도 하나의 측정영역을 정의하는 단계; 및 적어도 하나의 렌즈 위치에서 상기 적어도 하나의 측정영역 내의 오토-포커스를 측정하는 단계를 더 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 비-노출 시간을 정의하기 위해 채널 레이트를 증가시켜 최대 블랭크 시간을 획득하도록 추가로 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 비-노출 시간을 정의하기 위해 프레임에 블랭크 라인들 또는 픽셀들을 삽입하여 노출 시간에 따라 블랭크 시간을 제어하는 단계를 더 구현하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 이미지 시퀀스는 스틸 영상, 비디오 영상 또는 뷰파인더 영상 또는 이상의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 셔터수단은 롤링 셔터이거나 또는 글로벌 셔터인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서 이미징 모듈은 최소 두 개의 이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하고, 이 경우 상기 최 두 개의 이미지 중 적어도 하나의 이미지는 측정이미지로 사용되고, 다른 적어도 하나의 이미지는 최종이미지로 사용되며; 측정이미지 노출 시간 및 최종이미지 노출 시간을 결정하고; 상기 측정이미지 노출 시간 및 상기 최종이미지 노출 시간 간의 비-노출 시간을 결정하며; 및 상기 비-노출 시간동안 이미징 옵틱 조정을 허용하도록 구현되는 비-노출 시간을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서 이미징 모듈은 최소 하나의 측정 이미지 및 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지시퀀스를 획득하고; 상기 측정이미지에서 오토-포커스 통계를 계산하며; 상기 오토-포커스 통계를 이용하여 비-노출 시간을 결정하고, 이 경우 비-노출 시간은 상기 최종이미지에 사용되도록 구현하는 것을 특징으로 하는 비-노출 시간을 결정한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서 이미징 모듈은 최소 하나의 측정 이미지 및 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지시퀀스를 획득하고; 적어도 상기 측정 이미지에서 적어도 하나의 측정영역을 정의하며; 적어도 하나의 렌즈 위치에서 상기 적어도 하나의 측정영역 내의 오토-포커스를 측정하고; 및 상기 측정영역의 마지막 라인의 판독지점과 다음 측정영역의 첫 라인의 노출 시작지점간에서 비-노출 시간을 정의하도록 구현하는 것을 특징으로 하는 비-노출 시간을 결정한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서 이미징 모듈은 최소 하나의 측정 이미지 및 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지시퀀스를 획득하고; 상기 이미지 시퀀스에서 발생하고, 이미지 센서로부터 전송되지 않은 픽셀들이 포워드 하는 블랭크 시간을 적어도 하나 이상 정의하며; 최대 블랭크 시간을 획득하도록 채널 레이트를 증가시킴으로서 상기 블랭크 시간 내의 이미지 옵틱 조절을 제어하거나 또는 픽셀에 블랭크 라인들 또는 픽셀들을 삽입함으로써 상기 블랭크 시간을 제어하여 비-노출 시간을 정의하도록 구현하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징을 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 최소 두 개의 이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하고, 이 경우 상기 최소 두 개의 이미지 중 적어도 하나의 이미지는 측정이미지로 사용되며, 다른 적어도 하나의 이미지는 최종이미지로 사용되고, 측정이미지 노출 시간 및 최종이미지 노출 시간을 결정하며 상기 측정이미지 노출 시간 및 상기 최종이미지 노출 시간 간의 비-노출 시간을 결정하고; 그리고 상기 비-노출 시간동안 이미징 옵틱 조정을 허용하도록 컴퓨터상에서 구현하기 위한 명령들을 포함한다.
본원 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징을 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 최소 하나의 측정이미지와 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하고; 오토-포커스 통계를 상기 측정이미지로부터 계산하며; 상기 오토-포커스 통계를 이용하여 비-노출 시간을 결정하고, 이 경우 상기 비-노출 시간은 상기 최종 이미지를 위해 사용되도록 컴퓨터상에서 구현하기 위한 명령들을 포함한다.
본원 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징을 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 최소 하나의 측정이미지와 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하고; 적어도 상기 측정이미지 내에서 적어도 하나의 측정영역을 정의하며; 상기 측정영역 내에서 적어도 하나의 렌즈 위치로부터 오토-포커스를 측정하고; 상기 측정영역의 마지막 라인의 판독지점 및 다음 측정영역의 첫 라인의 노출 시작지점 간을 상기 비-노출시간으로 정의하도록 컴퓨터상에서 구현하기 위한 명령들을 포함한다.
본원 발명의 바람직한 일 실시예로서, 이미징을 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 최소 하나의 측정이미지와 최소 하나의 최종이미지를 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하고; 상기 이미지 시퀀스에서 발생하고, 이미지 센서로부터 전송되지 않은 픽셀들을 포워드 하는 블랭크 시간을 적어도 하나 이상 정의하며; 최대 블랭크 시간을 획득하기 위해 채널 레이트를 증가시켜 상기 블랭크 시간 내의 이미지 옵틱 조절을 제어하거나 또는 프레임에 블랭크 라인들 또는 픽셀들을 삽입하여 상기 블랭크 시간을 제어함으로써 상기 비-노출 시간을 정의하도록 컴퓨터상에서 구현하기 위한 명령들을 포함한다.
본 실시예는 훼손되지 않은 비디오나 뷰파인더 영상을 제공하고, 이러한 이미지는 해당 이미지의 빛 및 제어 조건하에서 최대 반복 주파수에서 제공될 수 있다. 하지만, 최대 이미지 주파수를 요구하지 않는 경우, 고정된 이미지 주파수로 옵틱 조절을 할 수 있고 옵틱이 조절될 경우(많이, 조금, 전혀) 최대 노출 시간을 확보한다. 이와 유사하게, 노출 시간이 짧고, 줌이 가속화되거나 또는 일시적인 피크 효과가 감소되는 경우, 옵틱은 더 느리게 조절된다.
제 3 실시예는 또한 자동 밤/낮 모드를 유동적으로 전환이 가능케하여, 노출 시간보다 더 크지는 않지만 이에 따라 이미지 주파수를 늦출 수 있다.
본 발명에서 이미지 시퀀스는 적오도 두 개의 이미지를 획득하고, 이 중 하나는 측정 이미지로 사용되고 또 다른 하나는 최종 이미지로 사용된다. 노출 시간은 측정 이미지와 최종 이미지를 위해 결정된다. 측정 이미지와 최종 이미지를 위한 노출 시간을 이용하여, 비-노출 시간이 결정될 수 있다. 이에 따라, 이미징 옵틱은 비-노출 시간동안 조절될 수 있다.
도 1 은 이미지 시퀀스의 일 예를 도시한다.
도 2 는 옵틱 조절을 위한 타이밍 방식의 일 예를 도시한다.
도 3 은 오토-포커스 창을 포함하는 이미지 프레임의 일 예를 도시한다.
도 4는 오토-포커스 시스템의 일 예를 도시한다.
도 5 는 프레임 구간동안 하나의 옵틱 위치 및 조절의 일 예를 도시한다.
도 6 은 하나의 프레임 내의 N 개의 옵틱 위치를 측정하는 방식의 일 예를 도시한다.
도 7 은 옵틱 위치의 기능으로서 포커스 측정의 일 예를 도시한다.
도 8 은 하나의 프레임 동안 풀 포커스 스캔의 일 예를 도시한다.
도 9 는 글로벌 셔터에서 포커스 스캔의 일 예를 도시한다.
도 10은 정적 블랭크 구간 방식의 일 예를 도시한다.
도 11 은 동적 블랭크 구간 방식의 일 예를 도시한다.
도 12 는 본 발명에 따른 장치의 일 예를 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
본 발명은 적응형 옵틱을 이용하는 영상 시스템에 관한 것이다. 영상 시스템은 스틸영상 카메라, 디지털 비디오 카메라, 스틸 영상 또는 비디오 영상 또는 모두를 구동할 수 있는 이동 단말기, 또는 영상을 구동할 수 있는 다른 전기 장치일 수 있다. 영상 시스템은 이동할 수 있는 적응형 옵틱(예, 오토-포커스 렌즈 또는 광학 줌 렌즈)과 센서(예, CCD 센서 또는 CMOS 센서)를 포함한다.
시스템은 또한 이미지 센서와 관련된 이미지 처리 수단을 더 포함하고 카메라 모듈, 별개의 처리 회로, 이동 단말의 애플리케이션 엔진 또는 이들의 혼합된 형태에 장착될 수 있다. 처리 회로는 적어도 이미지를 형성하고, 이미지를 개선시키는 기능과 실시간 제어, 예를 들어 EC(lightening), WB(white balance) 및 F(sharpness)와 같은 개선시키는 기능을 포함한다. 실시간 처리는 자동으로 구현될 수 있으며, 사용자는 어떠한 동작을 취할 필요는 없다.
영상 시스템은 또한 입력 장치를 포함하거나 입력장치에 연결될 수 있다. 입력장치를 통해 카메라 동작을 제어할 수 있다. 이러한 동작의 예로는 줌 제어, 객체 선택, 모드 선택 및 이미지 캡쳐나 비디오 영상을 활성화 등이 있다. 이하에서 서술하는 렌즈는 예를 들어, 기존의 렌즈나 리퀴드 렌즈 또는 이와 유사한 것을 포함한다. 따라서, 당업자는 "렌즈 동작" 또는 "렌즈 움직임" 등의 용어에서 동작과 움직임을 기존 렌즈의 실질적인 동작으로 이해하게 될 것이다. 다만, 예를 들어, 리퀴드 렌즈가 사용되는 경우, 움직임 및 동작은 다소 다른 조절 동작으로 해석된다. 즉, 이 경우에는 움직임을 통해 빛이 이미지 센서로 투영되고 이미지의 윤곽이 형성된다.
본 발명의 배경 기술에서 서술한 바와 같이, 영상 시스템은 또한 글로벌 셔터나 롤링 셔터와 같은 셔터 수단을 포함한다. 이하에서도 명료성을 위해 이런 용어가 사용된다. 이 용어가 본 발명의 기술범위를 불필요하게 제한하도록 해석되어서는 안되며, 본 발명의 주요 기술적 개념 내지 특징을 이해하기 위해 해석되어야 한다.
도 1 은 적어도 두 개의 프레임 F1, F2를 포함하는 이미지 시퀀스의 일 예를 도시한다.
적어도 두 개의 프레임 중 한 프레임은 측정이미지 F1이고 다른 프레임은 최종이미지 F2이다. 최종이미지는 저장되어 있는 이미지이고, 측정이미지는 예를 들어 포커스나 노출 시간을 측정하기 위해 사용될 수 있는 이미지이다.
측정영역 M1 은 측정이미지 F2에서 정의되고 측정에 사용된다. 최종이미지는 센서에서 획득되고 있는 로(raw) 이미지일 수 있다. 따라서, 디지털 이미지 처리나 다른 알고리듬은 실제로 저장되기 이전에 최종이미지에 적용될 수 있다.
하나의 이미지 프레임 내에는 여러 가지 측정이미지가 존재할 수 있다. 측정이미지는 일반적으로 최종이미지보다 작고, 저장되지 않는다. 그러나 이미지 시퀀스가 비디오 영상 시퀀스인 경우에는 측정이미지들은 최종이미지로 판단되어 저장된다.
"블랭크 시간"은 센서가 프레임/라인, 픽셀 리세팅, 다른 센서 구조에서 발생된 이유 또는 사용자가 정의한 제어방식으로 인해 의미 있는 이미지 데이터를 기록할 수 없는 시간과 관련되어 있다. "블랭크 시간"은 반드시 이미지가 노출되지 않는 시간만을 의미하는 것을 아니라, 픽셀들이 센서에서 앞으로 전송되지 않는 시간을 의미할 수도 있다.
도 1 에 두 개의 프레임 F1, F2 간의 블랭크 시간이 도시되어 있다. 롤링 셔터에서 빛은 지속적으로 수신되지만, 실제로 판독을 하기 직전에는 픽셀과 라인들은 노출 시간 전에 리셋 된다. 센서에서 픽셀이 노출되지 않는 시간은 수직 블랭크 구간 내이다. 센서는 여전히 각 블랭크 구간 동안 노출될 수 있다(예를 들어, 적어도 다음 라인은, 라인 블랭크구간 동안 노출된다). 블랭크 시간은 이미지 프레임간에, 라인 간에 또한 픽셀 간에 발생할 수 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이 양 이미지는 각각 고유의 노출시간을 지닌다. 최종이미지 F2의 노출은 부분적으로 블랭크 시간과 겹친다. 하지만, 측정이미지 F1의 노출은 최종이미지 F2와는 완전히 다르게 반응한다. 측정이미지 F1의 노출은 측정영역 M1을 판독하기 이전에 시작된다. 도 1에서 주의하여야 하는 것은 최종이미지 F2의 노출은 최종이미지 F2 이후의 블랭크 시간까지 지속되지 않는다는 점이다.
F1과 F2 사이의 "비-노출시간"은 블랭크 시간 시작지점에서 적어도 다음 픽셀, 라인 또는 이미지에 노출이 수행되지 않는 구간 및 렌즈가 동작할 수 있는 구간까지 걸리는 시간이다. 도 1에서, 비-노출 시간은 측정이미지 F1의 노출이 끝나는 지점에서 시작한다. 그리고, 비-노출 시간은 렌즈의 동작에 필요한 시간에 따라 연장될 수 있다. 비디오의 경우, 비-노출 시간은 뷰파인더 또는 측정이미지들만큼은 연장될 수 없다.
비-노출 시간을 연장하는 방법은 채널 레이트(rate)를 증가시켜, 이미지를 보다 빠르게 판독하는 것이다. 이런 식으로 구현하면, 이미지가 보다 빠르게 판독되므로, 블랭크에 더 오랜 시간이 걸리게 되고, 이 시간은 렌즈 동작에 이용될 수 있다. 종래 기술에서는 채널 레이트를 증가시키는 법에 대한 단점을 기술하고 있다. 그 이유는 비용과 채널 레이트를 증가시 EMC-노이즈가 발생될 수 있기 때문이다. 하지만, 채널 레이트를 증가는 더 적은 과정을 통해 또는 차등 신호 인터페이스를 통해 가능하게 되었다.
뷰파인더 영상의 경우에는, 더 적은 영상을 대상으로 포커스과 측정을 수행한다. 따라서, 이미지는 서브-샘플링되고, 비닝(binned)되거나, 다운-스케일링 되므로 더 적은 크기의 이미지를 제공할 수 있게 된다. 더 적은 이미지는 더 빠르게 판독될 수 있다. 따라서, 비-노출시간이 더 길어진다. 스틸 영상의 경우, 측정이미지들은 실제 최종이미지보다 더 작으므로, 비-노출 시간이 자동적으로 남게 된다.
기본적인 방법은 일련의 이미지 프레임 또는 일련의 이미지 섹션, 예를 들어 라인을 형성하는 이미지 시퀀스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 이미지 시퀀스의 적어도 일 부분은 렌즈를 제어하는데 이용된다.
블랭크 시간이 이미지간, 라인간 또는 픽셀 간의 이미지 시퀀스 내에서 정의되고, 비-노출 시간도 정의된다. 블랭크 시간의 일부를 구성하는 비-노출 시간 동안 렌즈는 끝부분에서 움직인다. 이를 해결하는 이유는 렌즈가 노출에 기초하여 동작(오토-포커스, 줌)하지 않도록 하는 것이다. 따라서, 렌즈가 움직이는 시간 구간과 노출이 다 수행되지 않은 구간(예를 들어 비-노출시간)이 정의된다. 비-노출 시간은 기본적으로 연속한 이미지와 그들의 노출 간의 간격(gap)으로 정의될 수 있다.
영상 시스템은 비-노출시간 동안 동작을 수행하도록 하는 수단을 포함한다. 이러한 동작은, 예를 들어, 노출시간을 정의하는 것, 이미지 내에 정보가 있는 위치를 정의하는 것 등을 포함한다. 또한, 시스템은 비-노출시간 동안 픽셀의 동작과 이미 수행된 동작에 대한 파악이 필요하다. 또한, 각 동작 수행시 발생하는 지연도 모두 파악하고 동작해야 한다. 예를 들어, 렌즈 동작의 상이성 정도에 따라 어느 정도의 지연이 발생하는지를 파악해야 한다. 또한, 이상의 수단들은 포커스가 사라졌는지 또는 잘못되었는지를 알 수 있어야 한다.
이하에서는 여러 실시예를 통해 본 발명에 대해 서술하겠다.
1) 렌즈 동작에 있어 타이밍 방식
도 2 는 렌즈 동작에 있어 타이밍 방식(timing solution)을 도시한다. 센서에서 픽셀 데이터는 노출된 후 전송된다(1). 프로세서(110)는 측정되고 있는 이미지의 이미지 데이터를 수신하고, 또한 예를 들어, 오토-포커스 검출이 이루어지는 오토-포커스 로직(112)을 포함한다.
검출부(112)가 오토-포커스 통계를 계산하거고, 그 후 이미징 센서에서 계산된 통계를 제어 CPU(113)으로 전송된다(예를 들어, 이미지 프레임 내에서 전송되거나 I2C를 통해 전송된다). 계산이 수행된 후에, 오토-포커스 통계량은 제어 CPU(113)부에 전달된다(3). 제어 CPU(113)는 오토-포커스 통계를 판독하고(4) 비-노출 시간이 얼마나 필요한지를 결정한다. 예를 들어, 오토-포커스 및/또는 줌 렌즈들은 어떻게 변경해야 하는지를 결정한다.
렌즈 동작이 필요하다고 결정한 경우, 제어 CPU(113)는 또한 사용자 인터페이스로부터 수신한 정보를 이용할 수 있다. 센서(100)로부터 이미지 데이터를 수신하는 수신기 로직(111)에서 라인 카운터가 사용될 수 있다. 제어 CPU(113)는 오토-포커스 통계가 계산된 이후에 수신기에서 라인 카운터의 기록을 판독한다(5). 그리고 이미지 센서 내의 픽셀의 개수, 전송 클럭 주파수 및 줌 하드웨어에서 발생할 수 있는 지연을 파악함으로써, 렌즈를 동작시킬 수 있는지 없는지를 결정할 수 있다.
일 실시예로, 1600*1200 센서로부터 이미지 프레임이 초당 20 프레임의 속도(f/s)로 수신되고, 전송 시간이 라인당 40 μs이며, 프레임 마다 5개의 블랭킹 라인이 있다. 라인 넘버 1020이 수신되는 때에 렌즈 조절이 결정이 이미 결정되었다면, 아직 이미지의 끝에 180개의 라인이 남아 있고(1200-1020), 이미지 전송을 마치는데 7.2 밀리세컨드가 요구된다. 따라서, 줌 하드웨어에서 지연이 1 밀리세컨드인 경우, 그로 인해 25 라인(1000μs/ 40μs) 만큼의 지연시간이 요구되고, 라인넘버 1175(1200-25)가 수신된 이후에 줌 하드웨어(114, 115)에 명령을 할 수 있고(6, 7) 그 후, 줌 옵틱은 현재 이미지가 완성된 이후 움직이기 시작할 수 있다.
렌즈 구동부(114)에 대한 명령(6)은 렌즈의 동작이 현재 이미지 노출을 흩뜨리지 않는 것이 확실해 진 이후에 할 수 있다. 제어 CPU(113)는 또한 노출값과 블랭크구간을 제어함으로써, 렌즈 동작으로 인해 다음 이미지 프레임이 훼손되지 않게 된다.
현재 또는 다음 이미지 프레임이 필요하지않는 경우, 제어 CPU(113)는 다음 포커스 검출 지역이 렌즈 동작으로 훼손되지는 않았는지 파악해야 한다. 예를 들어, 싱글 샷 포커스는 가능한 빨리 맞추어야 한다. 따라서, 글로벌 셔터가 사용되는 경우, 가능한 빨리 렌즈를 동작시키기 위해 글로벌 셔터의 타이밍은 알고 있어야 한다.
도 3 은 측정이미지 프레임 내의 오토-포커스 위치를 도시한다. 오토-포커스 위치는 측정 지역으로 간주 될 수 있고 센서배열부(100) 내의 참조 번호 101-108 로 표시되었다. 3개의 라인 노출 시간을 이용하는 (CMOS) 센서 내의 첫 5줄과 관련된 일 노출(롤링 셔터의 경우) 실시예가 테이블 1 에 도시되었다.
Figure pat00001
[Table 1 : 타이밍 방식을 위한 노출의 일 실시예]
본 실시예를 설명하기 위해, 테이블 4의 Step 4 를 예로 들어 보겠다. Step 4에서, 첫번째 라인(line 1)이 판독된 후, 두 개의 열이(row 2, 3)이 노출된다. 그리고 4번째 줄(line 4)이 리셋된다. 그 후 5번째 라인(line 5)가 Step 8에서 판독될 때까지 다음 단계들이 진행된다. 이전 단계들 Step 1-3은 노출 동작을 초기화 하고, 이러한 동작은 주로 수직 블랭크 구간동안 이루어진다. Step 1-4에서 line 1의 작동을 추적하면, 해당 라인이 먼저 판독되고, 그 후 두 개의 라인 동안 노출되며 마지막으로 판독되는 것을 볼 수 있다. 반면, 리셋의 기능을 추적하면, Step 1에서 line 1부터 시작하여 Step 5 동안 line 5에 이를 때까지 한 라인씩 앞으로 이동한다. 본 실시예에서, 이후의 라인과 블랭크 시간은 도시되지 않았다. 그리고 블랭크 시간은 노출 시간보다 더 큰 것으로 가정하고, line 1은 현 이미지의 마지막 라인이 판독될 때까지 다음 이미지를 위해 리셋될 필요는 없다.
본 실시예에서, 라인 카운터는 영상 센서 상태를 파악하기 위해 수신부 로직(111)과 관련된 내용에서 기술하였다. 이에 더하여, 라인 카운터는 또한 시간 측정을 위해 사용될 수도 있다. 본 실시예에서는, 노출 시간이 매우 짧고, 렌즈 동작이 매우 짧은 상황에서 시간 측정을 하는 기능을 하고 있다. 짧은 노출 시간은 노출 시간이 블랭크 시간 내에 렌즈가 움직이는 시간인 수직 블랭크 구간보다 더 짧다는 것을 의미한다. 주로, 짧은 노출 시간은 다음의 예(e.g.)보다 더 짧을 수 있다는 것을 의미한다. e.g. 50/(20*(1200+50))s =1/500s =2 ms, 이 경우 50은 블랭크 라인의 양(=본 실시예에서, 최대 노출 시간), 20은 일초당 판독되는 프레임의 양(2Mpix 영상은 1200 라인을 포함한다). 따라서, 노출 시간은 이보다 더 짧으므로, 블랭크 구간 내에서 렌즈가 동작할 시간은 충분하다. 왜냐하면, 그렇지 않으면 다음 이미지의 첫 라인이 현재 이미지의 마지막 라인이 판독되기 이전에 노출되기 때문이다.
또한 주의할 것은 예를 들어 블랭크 라인의 양이 더블인 경우, 블랭크 시간은 더블이 되지 않는다는 점이다. 이유는 (100/(20*(1200+100))s=1/260s~=3.85ms 이기 때문이다. 또한 주의할 것은 센서 픽셀의 판독이 동시에 가속화되어야한다. 그렇지 않으면 센서에서 초당 20 프레임을 지닐 수 없기 때문이다. 일반적으로, 롤링 셔터가 이미지 왜곡을 발생시키지 않기 위해서는 적어도 초당 15프레임이 요구된다. 실제로 더 짧은 시간 내에 이미지 판독이 가능하므로, 이미지 왜곡이 줄어들게 되어, 정적(static) 블랭크 시간을 가능한 크게 증가시키는 것이 또한 가능하다. 또한 블랭크 시간을 작게 유지시켜 센서로부터 두배의 프레임양을 캡쳐하는 것이 가능하다. 하지만, 실제 작동에서, 렌즈 동작은 영상에 영향을 미치므로, 최대 노출 시간 역시 감소하게 된다. 이후에 서술될, 또 다른 실시예(3. 블랭크 시간을 이용한 렌즈 움직임 및 이미지 노출)에서는 블랭크 시간이 정적으로(3.1) 또는 동적으로(3.2) 증가 되는 경우 사용될 수 있다.
테이블 1은 1200 가시 이미지 라인과 50 블랭크 라인을 구비한 센서의 첫 5줄의 일 실시예를 도시한다. Step 4에서 첫 라인의 판독이 시작되고, 블랭크 시간동안 Step 1-3이 발생한다. 노출 시간은 3개의 라인 동안이고, 1200 개의 라인과 50개의 블랭크 라인을 구비한 센서, 그리고 40μs 내에서 라인 판독이 이루어지는 실시예에 노출 시간을 접목시키면, 노출 시간은 120μs가 된다. 따라서, 47개의 라인이 렌즈 동작(=비-노출 시간)동안에 남게될 것이고, 이는 47*40 =1.88ms 를 의미한다. 따라서 본 예에서 센서의 전체 블랭크 시간은 50*40μs=2ms 이다.
2)빠른 포커스 검출 방식( fast focus solution )
도 4 는 오토-포커스 시스템의 일 예를 도시한다. 오터 포커스 시스템은 적어도 센서(300), 포커스 검출부(312), 오토-포커스 제어부(314), 옵틱 드라이버(315) 및 옵틱(optics, 316)을 포함한다.
기본 방식은 렌즈를 그 범위내에서 동작시키고, 컨트라스트 값을 기록한 후에 최적의 컨트라스트 값을 가진 위치로 렌즈를 이동시키는 것이다. 본 발명의 실시예는 관련 기술을 이용할 때보다 더 빠르게 포커스를 찾게 해준다.
본 발명의 주요 개념은 하나 또는 다수개의 프레임 내에서 하나 또는 다수 개의 렌즈 위치로부터 포커스를 측정하는 것이다. 이로 인해 포커스 검색이 더 빨라진다. 이 실시예는 이하의 방법으로 구현이 가능하다.
본 방법에서는 렌즈들 위한 위치가 고정된 증분값을 지닐 필요는 없지만, 오토-포커스 제어 방식은 측정을 수행하기 위해 새로운 렌즈의 위치를 선택해야 한다.
2.1 하나의 프레임 내에서 하나의 렌즈 위치 측정
도 5 는 하나의 프레임 판독 시간 Tf 내에서 하나의 렌즈 위치가 측정되는 일 실시예를 도시한다. 이미지 프레임 내의 측정영역 M에서 컨트라스트가 검출된다. 렌즈 위치에 대한 측정값은 측정영역 M의 하부영역에서 고주파수(및/ 또는 밴드패스) 컨텐트를 수집함으로써 획득된다. 측정된 하부영역의 세트만이 평가 단계에서 사용되는 것도 가능하다. 렌즈는 측정영역 M의 마지막 라인을 판독하는 지점과 다음 프레임 N+1(도 5에 도시 안됨)내의 측정영역 M의 첫 라인의 노출이 시작되는 지점간의 렌즈 동작 시간 동안 Pn 과 Pn +1 위치를 이동한다. 렌즈가 이 시간틀을 벗어나 동작하는 경우, 측정영역 내의 라인들은 혼합된 데이터를 획득하게 되고, 측정영역은 더이상 단 하나의 렌즈 위치에 대응하지 않는다. Pn +1 위치는 다음 프레임 N+1 내에서 측정된다.
렌즈 동작을 위해 할당된 시간은, 비-노출 시간의 예를 들면 다음과 같다.
Figure pat00002
이 때, Texp는 노출 시간이다.
2.2 하나의 프레임에서 N 개의 렌즈 위치 측정
도 6은 하나의 노출 프레임 내에서 두 개의 렌즈 위치가 측정되는 것을 도시한다. 컨트라스트는 이미지 프레임 I 내의 M1 및 M2 영역에서 검출된다. 측정값은 고주파수(및/또는 밴드 패스) 컨텐트를 하부-영역으로부터 모음으로써 파악된다. 평가 단계에서 측정된 하부영역 세트만을 이용할 수도 있다.
M1 영역 내의 첫 라인의 노출은 Llead 라인 판독에서 시작된다. 이는 M1 영역 내의 첫 라인이 Llead 라인 판독 동안 노출되고 있음을 의미한다. 렌즈는 이미지 프레임 N 내의 M1 영역의 마지막 라인을 판독하는 지점과 M2 영역의 첫 라인의 노출이 시작되는 지점 간의 TLensM1 - M2시간 동안 Pn 과 Pn +1 위치를 이동한다.
이 렌즈는 이미지 프레임 N 내의 M2 영역의 마지막 라인 판독 지점과 다음 프레임 N+1 내의 M1 영역 내의 첫 라인의 노출 시작점 사이의 TLensM2 - M1 시간(도시 안됨) Pn +1 과 Pn +2 위치를 이동한다.
렌즈가 이 시간틀 바깥에서 동작하는 경우, 측정영역 내의 라인들은 혼합된 데이터를 획득하게 되고, 측정영역은 단 하나의 렌즈 위치에 대응하지 않는다. Pn +2 위치 및 Pn +3위치는 다음 프레임에서 측정된다. 노출 시간 Texp 는 하나의 프레임 내에서 일반적으로 상수이나, 당업자는 하나의 프레임 내에서 변할 수도 있음을 알 것이다.
Figure pat00003
도 7 은 렌즈 동작 범위를 스캔한 후의 결과를 도시한다. 도 7 은 도 6과 관련되어 있고 두 개의 별개 측정영역과 관련된 커브를 도시한다. 두 개의 별개 측정영역 중 하나의 영역은 다른 영역보다 더 많은 정보가 있다. 피크 포커스 위치는 커브를 종합하여 계산될 수 있다.
노출 시간 Texp 는 얼마나 많은 측정이 하나의 프레임 내에서 수행될 수 있는지를 정의하는데 사용된다. 또한, 예를 들어, MTF/PSF(Modulation Transfer Function, 모듈레이션 전이 기능/Point Spread Fuction, 포인트 확산 기능)과 같은 렌즈 특성 값이 포커스를 평가하기 위해 이용될 수 있다.
2.2 실시예는 두 개의 측정영역을 예를 들어 설명하고 있으나, 당업자는 단지 두 개의 영역에 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다. 또한, 렌즈 위치가 2.2 실시예에서는 연속하여 기술되었으나, 위치 역시 상이할 수 있다. 렌즈 위치들 간의 거리는 항상 같을 필요는 없다. 측정영역의 크기나 위치는 노출 시간과 렌즈 동작에 필요한 시간에 따라 변할 수 있다.
2.3. 하나의 프레임(또는 두 개의 프레임) 내에서 연속적인 순간
본 실시예는 (도 8 참고) 2.1 실시예와 유사하나, 특정 렌즈 위치에서 렌즈가 멈춘다는 점에 있어 차이가 있다. M 영역의 하부 영역들은 전체 렌즈 동작 범위의 부분구간으로부터의 데이터를 포함한다. 따라서, 포커스 값을 해석할 때는 이를 고려하여야 한다. 또한, 노출시간은 이러한 계산을 고려하여 이루어져야 한다. 본 실시예는 이미지가 문서나 명함과 같이 편평한 객체일 때 유용하다.
본 실시예에서, 렌즈는 고정된 속도로 이동하나, 예를 들어 프레임 동안 다양한 범위의 싸이클과 같이 다양한 속도나 경로로 움직일 수 있다. 또 다른 구현예로서, 제 1 프레임간에서 렌즈들은 최소에서 최대까지 동작할 수 있고 렌즈들은 제 2 프레임 간에서 최대에서 최소로 동작을 복원할 수 있다. 이런 방식으로, 두 개의 커브들이 생성될 수 있고, 그 이미지 내의 다른 영역 내의 다른 컨트라스트 지역의 영향이 감소 될 수 있다. 또한, 렌즈 특성값(예, MTF/PSF)은 포커스를 계산할 때 이용될 수 있다.
2.4 글로벌 셔터를 이용한 빠른 포커스
상기에서 서술한 바와 같이, 글로벌 셔터는 일반적으로 CCD 센서들과 함께 사용된다. 하지만, DMOS 센서들도 글로벌 리셋과 글로벌 셔터를 포함할 수 있다. 도 9 는 그랍된 이미지(810)가 오토-포커스 계량에 사용되고, 풀(full) 이미지(800)가 뷰파인더 영상로 사용될 수 있는 예를 도시한다.
제 1 타이밍 챠트(801)는 프레임 레이트와 포커스 속도가 ADC(Analog to Digital Conversion) 속도에 제한되는 일반적인 동작 모드를 포함한다. 당연히, 노출 시간이 매우 길 경우 노출 시간은 또한 제한요소가 될 수 있다. 제 2 타이밍 챠트(802)는 포커스 스피드가 최대화되고, 뷰파인더 영상은 전혀 캡쳐되지 않은 시스템을 도시한다.
이 경우, 포커스 속도는 렌즈 동작, 리셋 및 노출 시간에 의해 제한된다. 제 3 타이밍 챠트(803)는 빠른 포커스이 이루어 질 수 있으나, 미리보기 이미지는 여전히 적당한 프레임 레이트로 보이는 예를 도시한다. 크라핑이 수행되면, 크라핑 영역 외의 전하들은 무시되거나 AD로 변환되지 않는다.
빠른 포커스 검출법은 포커스를 찾는데 필요한 시간에 있어 상당한 이점이 있다. 예를 들어, "X"가 필요한 측정량에 대응된다면, 시간은 2.1 실시예(노출 시간을 제한함으로써)에 의해 줄어들 수 있고, 2.2 실시예에 의해 시간은 X/N으로 줄어들 수 있다. 2.3 실시예에 의하 경우 시간은 측정시 증가되는 프레임 레이트에 의해 줄어들 수 있다. 2.3 실시예는 또한 지속적인 초점이 필요하지 않으므로 전력 소비까지도 줄일 수 있다.
3) 블랭크 시간을 이용한 렌즈 이동 및 이미지 노출
본 실시예는 블랭크 구간이 제어되거나(동적으로 변화하는 블랭크 구간) 또는 노출 및 렌즈 동작 시간이 제어되는(정적 블랭크 구간)에 관하여 설명한다. 동적으로 변하는 블랭크 구간이 사용될 때, 최대 이미지프레임 레이트는 이미지 정보를 훼손시키지 않는 알려진 노출값과 렌즈 동작 시간 내에서 획득될 수 있다. 또한, 렌즈 동작이 있거나 또는 심지어 없는 경우에도 최대 이미지 프레임 레이트 내에서 자동 낮-밤 장면 변화를 이용할 수 있게 한다. 프레임 레이트는 동적으로 변하는 블랭크 구간이 사용될 때 상수는 아니다. 하지만, 정적 블랭크 구간에서는 프레임 레이트가 상수일 수 있다.
블랭크 시간 시나리오는 모두 롤링 셔터와 글로벌 셔터에서 사용될 수 있다. 글로벌 셔터를 사용하는 경우, 전체 이미지가 센서에서 다 전송되지 않아도, 렌즈 동작이 셔터 렌즈가 닫힌 직후 시작한다는 것을 유념해야 한다. 또한 두 셔터 모두에서 블랭크 해법은 이미징 센서 내의 시스템 클락을 변화시키지 않고서도 구현될 수 있음을 유념해야 한다. 이는 PLL(Phase Locking Loop_가 세팅되어 있을 때 나쁜 화질의 이미지를 전송하거나 이미지 프레임을 스킵할 필요가 없는 상황과 같은 경우 큰 이점이 된다.
3.1 정적( static ) 블랭크 구간
본 실시예(도 10)에 따른 일 구현에서, 원하는 이미지 주파수는 렌즈가 움직이는 방식에 따라 블랭크 시간의 정의되는 제약 내에서 렌즈가 동작할 수 있는 방식에서 노출 시간을 최대로 제한 한 이후 버스에서 사용되고 있는 레이트에 기초하여 최대 블랭크 시간을 이용함으로써 획득된다. 노출 시간은 짧아진 노출 시간이 아날로그나 디지털 이득값으로 대체되는 방식으로 제한될 수 있다.
참고번호 96a, 96b 는 완전히 가시화된 이미지 프레임의 노출 시간을 나타내고, 참고번호 97a, 97b 는 AF-통계 블락의 비-노출 시간을 나타낸다. 도 10에서, 프레임 블랭크 92a, 92b. 92c, 라인 블랭크 91a, 91b, 삽입된/부수 데이터 94a, 94b, 94c, 94d 가 도시되었다. 라인 판독은 98 사인에 의해 표시된다. 그리고, 노출시간은 95에 의해 가시 데이터는 99에 의해 표시된다.
이러한 시스템에서, 전체 라인의 양을 상수로 설정함으로써 이미지 주파수가 상수를 유지하도록 한다. 하지만, 이득을 증가시켜 동적 영역을 감소시키는 방식 외에 다른 방식으로 이미지를 훼손시키지 않으면서도, 버스 레이트의 제한범위와 판독 레이트의 제한 범위 내에서, 여전히 노출제한을 위한 시간과, 렌즈 동작에 필요한 제한 시간이 넉넉하다.
정적 블랭크 구간이 사용될 때, 노출 및 렌즈 동작시간이 제한되므로, 이미지는 이미지 내에 어떠한 아티팩트도 발생시키지 않고 캡쳐 될 수 있다. 이는 요구되는 프레임 레이트 내에서 인터페이스에 의해 동작할 수 있도록 블랭크 시간은 가능한 길어야 함을 의미한다. 또한, 긴 노출이나, 긴 렌즈 동작시간이 요구되는 경우, 다른 또는 두 개의 셔터는 제한되어야만 한다. 이는 노출 시간은 예를 들어, 아날로그 이득(gain) 값을 이용하여 보상되어야만 하고, 줌 속도는 감소되는 것을 의미한다.
3.2 동적 블랭크 구간
본 발명의 또 다른 실시예에서 롤링 셔터는 프레임 블랭크 시간 102a, 102b, 102c이 각 이미지에서 사용된다. 이는 렌즈 동작과 다음 이미지의 첫 라인 노출에 필요하다. 따라서, 프레임 블랭크 시간 102a, 102b, 102c 은 이미지에 따라 변경되고 완전한 이미지를 위해 충분한 비-노출 시간을 획득하기 위해서는 대응되는 노출 시간 105a, 105b보다 더 커야한다.
렌즈 움직임은 이전 프레임(Frame N-1)의 마지막 가시(visible) 라인이 노출된 직후 시작될 수 있다. 렌즈 움직임 제어는 따라서, 렌즈가 동작하기로 되어 있는 방향으로(줌 제어 또는 오토-포커스 제어) 렌즈가 마지막 가시 픽셀(라인)의 노출에서 동작을 시작하기까지 지연시간이 필요하다. 또한, 렌즈 동작이 발생한 직후, 제 1 픽셀(라인)의 노출이 해당 라인 상의 픽셀을 리세팅 함으로써 시작될 수 있다. 어떤 동작(-줌 또는 오토포커스 제어-)이 실행중인지, 렌즈 동작량과 방향이 무엇인지를 알고 있는 한, 다음 이미지(N+1 프레임) 처리를 위해 요구되는 렌즈 동작과 시간(106a, 107a, 106b, 107b)은 현재 이미지(N 프레임)가 노출되기 이전에 미리 알 수 있다. 뷰파인더 영상의 경우, 포커스은 중요하다.
따라서, 이 경우 렌즈 동작 시간(107a, 107b)은 스틸 또는 비디오 영상의 경우 렌즈 동작 시간(106a, 106b)와 다르다. 줌 제어는 사용자가 하고, 렌즈를 계속 앞뒤로 자주 움직이지 않기 위해서 지속적인 오토-포커스 제어를 수행함에 있어 상당한 이력현상(hysteresis)이 있을 수밖에 없다. 또한, 다음 이미지(N+1 프레임)의 노출(105b)을 이미 알고 있으므로 현재 이미지(N 프레임) 프레임 블랭크 영역(102b) 내에서 요구되는 블랭크 라인의 양은 쉽게 계산된다.
본 실시예에서, 센서의 판독 레이트는 변화지 않으므로, 센서의 시스템 클락과의 충돌은 없으나, 가시 및 블랭크 라인들의 양은 전송되고 이미지 내에 있도록 해야 한다. 라인 블랭크 영역(101a, 101b)내의 블랭크 픽셀은 가시 이미지 109a, 109b와 같이 디스플레이되고 있는 이미지에 포함되지 않은 픽셀들이다. 또한 수직 블랭크, 보조/삽입된 데이터, 가짜 픽셀, 다크 픽셀, 블랙 픽셀, 제조업자의 특정 데이터와 같은 다른 비가시 이미지 영역이 있을 수 있다. 가시 라인의 양을 변화시키는 것은 이미지가 디지털로 줌 되는 때에 주로 행해지는 이미지 크라핑(cropping)에 대응된다.
도 11에서는 블랭크 라인을 삽입하여 프레임 블랭크를 변화시키는 것이 도시되고 있으며, 여기서 SMIA(Standard Mobile Imaging Architecture) 스펙의 센서를 이용하고 있다. 또한, 라인(101a, 101b)의 끝에 픽셀을 삽입하여 라인 블랭크를 변화시키는 것도 가능하다.
SMIA 센서는 원래 시스템 클락을 변화시키지 않고 일정한 이미지 주파수를 제어하는 기능을 수행한다. 이러한 센서들은 또한 판독 레이트에 대한 필요나 이미지 제한에 대한 이미지의 지속적인 노출없이 긴 노출 시간을 구현하도록 제작되었다. 또한, 렌즈 동작은 이미지의 어느 면에서도 보이지 않는다. 따라서, 이러한 시스템은 이미지를 훼손시키지 않고 원하는 때에 렌즈를 움직일 수 있는 방식으로 이미지를 노출하여 원하는 노출 시간을 획득하면서 가능한 큰 이미지 주파수를 제공한다.
또한 주의할 것은 블랭크 영역은 보다 적합한 뷰파인더 프레임 업데이트를 획득하기 위해 절대적으로 필요한 것보다 심지어 약간 더 동적으로 증가될 수 있다. 예를 들면, 블랭크 라인이 부가되어, 현재 프레임 시작에서 다음 프레임 시작까지가 그런식으로 증가되어 예를 들어, 1, 2,...,n/60s 이 된다.
3.3. 총괄( General )
도 10 및 11 은 정적 및 동작 블랭크 구간 방식을 각각 도시한다. 도 10 및 11에서, 렌즈 동작 시간, 노출 시간 및 포커스 데이터 영역이 도시되었다.
도 10 및 11에서 가장 큰 차이점은 도 10에서는 블랭크 시간이 동일하고, 렌즈 동작(96a, 97a, 96b, 97b)가 요구되는 노출시간(95a, 95b)(또는 반대로)에 기초하여 변경된다. 도 11에서는 렌즈 동작(106a, 107a, 106b, 107b) 시간과 노출 시간(105a, 105b)이 알려져 있고 블랭크 구간은 이에 기초하여 변경된다.
이전 3.1 및 3.2 과정은 다음 방식으로 글로벌 셔터에도 적용된다.
렌즈 동작이 시작될 수 있으면, 그 후 이미지의 노출은 글로벌 셔터에 의해 닫힌다.렌즈 동작은 센서로부터 해당 이미지 판독이 지속되는 시간이 얼마나 긴지와 관계없이 시작된다. 마찬가지로, 픽셀의 글로벌 리셋(또는 글로벌 셔터의 개방)과 그에 따른 새로운 이미지의 노출은 렌즈가 정확한 위치로 이동하고 이전의 가시 이미지가 센서에서 판독된 직후에 시작될 것이고, 글로벌 셔터는 이상의 판독 후에 개방된다.
유념할 것은 이 경우, 비-노출 시간은 셔터가 닫힌 이후 센서가 판독되는 동안의 시간과 다음 이미지에서 사용된 첫 라인이 리세팅 되기(일반적으로, 글로벌 리셋) 전의 블랭크 시간이다. 비-노출 시간동안, 센서는 최종이미지 내의 가시 픽셀이나 측정에 사용되는 픽셀에 빛을 수신하지(또는 버리지) 못한다.
최대 이미지 주파수(3.2)를 타겟으로 한 과정이 사용되지 않는 경우, 더 많은 시간이 렌즈 동작에 사용되고 노출에는 더 짧은 시간이 사용되는 것을 유념해야 한다. 이로 인해, 광학 줌/오토-포커스 렌즈는 일반적인 것보다 동일한 경로에서 더 빨라지거나 또는 더 작은 임시 수용량을 지니고 동작한다.
일부 경우에는, 뷰파인더 영상이 일시적으로 훼손되는 것을 방지하려고 하지 않는다. 왜냐하면, 그러한 이미지를 추가적으로 사용하기 위해 저장하지 않기 때문이다. 따라서, 가능한 빠른 자동-포커스 기능이 긴 노출 시간과 함께 (3.1, 3.2) 두 과정에서 모두 구현될 수 있다. 이러한 구현은 포커스 제어에 속하지 않는 픽셀/픽셀 라인의 노출 구간 동안 렌즈 움직임으로 얻어진다. 이 움직임은 뷰파인더 영상에서는 보이나 최종으로 저장된 스틸 영상에서는 보이지 않는다. 또한 비디오 영상의 경우, 첫번째 오토-포커스 제어를 가능한 빨리 구현하는 것이 좋다. 그에 따라 통계로 사용되는 영역이 손상되지 않는 한 이미지는 훼손될 수 있다.
유념할 것은 컨트롤 렌즈의 제한 값에 따라 판독 레이트 상에서 노출시간은 언제나 제어할 수 있기 때문에 제어 렌즈는 거의 필요하지 않다. 따라서, 최대 이미지 주파수(3.2)를 타겟으로 하는 구현에서, 블랭크 시간은 0(또는 센서 제한값)으로 자주 세팅될 수 있다. 또한, 최대 이미지 주파수를 타겟으로 한 구현은 낮/밤 모드 자동 제어에서(렌즈 동작에 관계없이) 잘 동작한다. 이 경우 블랭크는 빛 조건에 따라 증가되지만, 뷰파인더 영상은 필요 이상으로 느려지지는 않는다.
해당, 빛 및 제어 상황에서 최대 이미지 주파수를 지닌 원하는 결과나 훼손되지 않은 이미지가 구현된다. 또한, 최대 이미지 주파수가 목표가 아닌 경우 고정된 이미지 주파수를 지닌 렌즈 동작이 가능하고, 렌즈가 이동하는 방식에 따라 최대 노출 아이템을 보장할 수 있다. 이와 비슷하게, 노출 시간이 짧은 경우, 줌을 빠르게 하거나 또는 렌즈 움직임이 느려질 때 일시적인 피크 효과를 감소시키는 것도 가능하다.
구현
이상의 실시예들은 이동 장치, 디지털 카메라, 웹 카메라나 이와 비슷한 전자 장치의 일부인 영상 시스템의 제어 CPU상에서 구현될 수 있다. 보다 빠르고 보다 정확한 타이밍을 위해 전용 하드웨어가 이미징 센서나 수신단에 요구될 수도 있다.
도 12는 전기 장치의 구현 예를 도시한다. 도 12의 장치(1200)는 전송부(1221) 및 수신부(1222)를 구비하거나 또는 이에 연결된 통신 수단(1220)을 포함한다. 또한, 전송부(1281) 및 수신부(1282)를 역시 구비한 다른 통신 수단(1280)을 포함할 수 있다. 제 1 통신 수단(1220)은 원격통신을 위한 것이고, 다른 통신 수단(1280)은 블루투스 시스템, WLAN(Wireless Local Area Network) 또는 다른 장치와 로컬로 사용하기 위한 다른 시스템과 같이 단거리 통신 수단 종류로 사용될 수 있다.
도 12의 실시예에 따른 장치(1200)는 또한 시각 정보 및 이미징 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부(1240)를 포함한다. 또한, 상기 장치(1200)는 데이터 입력을 위해 키패드(1250)와 같은 인터랙션 수단을 포함한다. 디스플레이가 터치-스크린 디스플레이인 경우, 키패드(1250) 대신 또는 이에 더하여, 첨펜을 포함할 수도 있다.
장치(1200)는 이어폰(1261) 및 마이크로폰(1262)와 같은 오디오 수단(1260)을 포함하고 선택적으로 오디오 정보를 코딩(필요한 경우에는 디코딩)하는 코덱을 포함한다. 장치(1200)는 영상 시스템(1210)을 포함하거나 이와 연결되어 있다.
제어부(1230)는 기능을 제어하거나 장치(1200) 내에서 애플리케이션을 실행하기 위해 장치(1200)에 통합될 수 있다. 제어부(1230)는 하나 이상의 프로세서(CPU, DSP)를 포함할 수 있다. 또한, 장치는 예를 들어, 데이터, 애플리케이션 및 컴퓨터 프로그램 코드를 저장하기 위해 메모리(1270)를 포함한다. 당업자는 영상 시스템은 시스템의 성능을 향상시키기 위해 여러 기능이 더 통합될 수 있음을 이해할 것이다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1), 제 2 이미지 프레임(FRAME N), 제3 이미지 프레임(FRAME N+1)을 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하는 단계;
    상기 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1)의 노출과 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출 사이의 제 1 블랭크 구간(102a)을 결정하는 단계;
    상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출과 상기 제 3 이미지 프레임(FRAME N+1)의 노출 사이의 제 2 블랭크 구간(102b)을 결정하는 단계;
    상기 제 1 블랭크 구간(102a) 동안 이미징 옵틱들을 조정하여 오토포커싱을 수행하여, 상기 이미징 옵틱들을 조정하는 동안 상기 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1)과 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)이 노출되지 않도록 하는, AF수행단계;
    상기 제 2 블랭크 구간(102b) 동안 이미징 옵틱들을 조정하여 오토포커싱을 수행하여, 상기 이미징 옵틱들을 조정하는 동안 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)과 상기 제 3 이미지 프레임(FRAME N+1)이 노출되지 않도록 하는, AF수행단계;를 포함하고, 이 경우 상기 제 2 블랭크 구간(102b) 동안 이미징 옵틱들을 조정하는 방향 및 정도는 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출 전에 결정되고, 상기 제 2 블랭크 구간(102b)은 상기 제 1 블랭크 구간(102a)의 길이와 다르며, 픽셀들은 상기 블랭크 구간들(102a, 102b) 동안 이미지 센서(300)로부터 포워딩 되지 않는 것을 특징으로 하는 이미징 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 제 1 라인의 노출은 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 제 2 라인의 노출보다 일찍 시작하는 것을 특징으로 하는 이미징 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1)의 노출이 끝난 직후 즉시 상기 이미징 옵틱들의 조절을 시작하는 단계; 및
    상기 이미징 옵틱들의 조정을 멈춘 직후 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출을 시작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 블랭크 구간(102b)은 블랭크 라인들을 포함하고, 상기 방법은
    상기 제 2 블랭크 구간(102b)의 길이를 변화시키기 위해 상기 제 2 블랭크 구간(102b)에 블랭크 라인들을 삽입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 내의 시스템 클락에 영향을 미치지 않고 가시(visible) 라인들 및 블랭크 라인들을 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 방법.
  6. 이하의 단계들을 컴퓨터 상에서 구현하기 위한 프로그램들을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체로서, 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는
    제 1 이미지 프레임(FRAME N-1), 제 2 이미지 프레임(FRAME N), 제3 이미지 프레임(FRAME N+1)을 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하는 단계;
    상기 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1)의 노출과 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출 사이의 제 1 블랭크 구간(102a)을 결정하는 단계;
    상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출과 상기 제 3 이미지 프레임(FRAME N+1)의 노출 사이의 제 2 블랭크 구간(102b)을 결정하는 단계;
    상기 제 1 블랭크 구간(102a) 동안 이미징 옵틱들을 조정하여 오토포커싱을 수행하여, 상기 이미징 옵틱들을 조정하는 동안 상기 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1)과 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)이 노출되지 않도록 하는, AF수행단계;및
    상기 제 2 블랭크 구간(102b) 동안 이미징 옵틱들을 조정하여 오토포커싱을 수행하여, 상기 이미징 옵틱들을 조정하는 동안 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)과 상기 제 3 이미지 프레임(FRAME N+1)이 노출되지 않도록 하는, AF수행단계;를 포함하고, 이 경우 상기 제 2 블랭크 구간(102b) 동안 이미징 옵틱들을 조정하는 방향 및 정도는 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출 전에 결정되고, 상기 제 2 블랭크 구간(102b)은 상기 제 1 블랭크 구간(102a)의 길이와 다르며, 픽셀들은 상기 블랭크 구간들(102a, 102b) 동안 이미지 센서(300)로부터 포워딩 되지 않는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
  7. 이미징 장치(1210)로서,
    이미징 옵틱들(316); 및
    제 1 이미지 프레임(FRAME N-1), 제 2 이미지 프레임(FRAME N), 제3 이미지 프레임(FRAME N+1)을 포함하는 이미지 시퀀스를 획득하는 이미지 센서(300)를 포함하고, 상기 이미징 장치(1210)는
    상기 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1)의 노출과 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출 사이의 제 1 블랭크 구간(102a)을 결정하고
    상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출과 상기 제 3 이미지 프레임(FRAME N+1)의 노출 사이의 제 2 블랭크 구간(102b)을 결정하며
    상기 제 1 블랭크 구간(102a) 동안 이미징 옵틱들을 조정하여 오토포커싱을 수행하여, 상기 이미징 옵틱들을 조정하는 동안 상기 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1)과 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)이 노출되지 않도록 하고
    상기 제 2 블랭크 구간(102b) 동안 이미징 옵틱들을 조정하여 오토포커싱을 수행하여, 상기 이미징 옵틱들을 조정하는 동안 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)과 상기 제 3 이미지 프레임(FRAME N+1)이 노출되지 않도록 하며, 그에 따라 상기 제 2 블랭크 구간(102b) 동안 이미징 옵틱들을 조정하는 방향 및 정도는 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출 전에 결정되고, 상기 제 2 블랭크 구간(102b)은 상기 제 1 블랭크 구간(102a)의 길이와 다르며, 픽셀들은 상기 블랭크 구간들(102a, 102b) 동안 이미지 센서(300)로부터 포워딩 되지 않도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 이미지 센서(300)는 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 제 1 라인의 노출을 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 제 2 라인의 노출보다 일찍 시작하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 이미징 장치는
    상기 제 1 이미지 프레임(FRAME N-1)의 노출이 끝난 직후 즉시 상기 이미징 옵틱들의 조절을 시작하고, 상기 이미징 옵틱들의 조정을 멈춘 직후 상기 제 2 이미지 프레임(FRAME N)의 노출을 시작하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  10. 제 7항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 블랭크 구간(102b)의 길이를 상기 제 3 이미지 프레임(FRAME N+1)의 노출 시간을 이용하여 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 블랭크 구간(102b)은 블랭크 라인들을 포함하고, 상기 장치는 상기 제 2 블랭크 구간(102b)의 길이를 변화시키기 위해 상기 제 2 블랭크 구간(102b)에 블랭크 라인들을 삽입도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 이미징 장치는
    상기 이미지 센서 내의 시스템 클락에 영향을 미치지 않고 가시(visible) 라인들 및 블랭크 라인들을 전송하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
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