KR20100056266A - 촬상 장치 및 초점 조정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촬상될 화상에서 휘도값이 소정 범위 이내인 부분에 대해 초점의 검출을 수행함으로써, 초점 조정의 시간이 크게 단축되며 정확도가 향상되는 촬상 장치와 초점 조정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 관한 촬상 장치는, 화상을 촬상하여 전기적인 화상 신호로 변환하는 촬상소자와, 화상 신호로부터 화상의 각 부분의 휘도값을 검출하는 휘도 검출부와, 화상에서 휘도 검출부에 의해 검출된 휘도값이 소정 범위 이내인 부분에 대해 초점의 검출을 수행하는 초점 검출부를 구비한다.

Description

촬상 장치 및 초점 조정 방법{Photographing apparatus and method for focusing}
본 발명은 촬상 장치 및 초점 조정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촬상될 화상에서 휘도값이 소정 범위 이내인 부분에 대해 초점의 검출을 수행함으로써, 초점 조정의 시간이 크게 단축되며 정확도가 향상되는 촬상 장치와 초점 조정 방법에 관한 것이다.
촬상 장치는 렌즈를 포함한 광학계에 의해 결상된 영상광을, 씨씨디(CCD; charge coupled device)나 씨모스(CMOS; complementary metal-oxide semiconductor)와 같은 광전 변환 소자에 의해 전기신호로 광전 변환한 후, 광전 변환된 영상 신호에 소정의 영상 처리를 실시하여, 정지 영상이나 동영상을 출력하는 장치를 말한다.
일반적으로 비디오 카메라나 디지털 카메라와 같은 촬상 장치에는 피사체까지의 거리를 측정하고 포커스 렌즈를 자동적으로 이동하여 초점이 맞는 사진을 촬영할 수 있게 하는 오토 포커스(auto-focusing, AF; 자동 초점 조정) 기능이 내장된다. 디지털 카메라 등에 적용되는 오토 포커스 방식에는 여러 가지 방식이 존 재하지만, 촬상 화상의 콘트라스트(contrast)가 가장 높은 위치를 탐색하는 방식이 주로 이용되고 있다. 이러한 방식에서는 선명의 영상의 촬영을 위해, 씨씨디나 씨모스 소자를 통해 들어오는 영상 정보로부터 에지(edge) 정보를 추출하여 오토 포커싱을 수행한다.
도 1은 종래 기술에 따른 촬상 장치에서 수행되는 오토 포커스 기능의 동작을 나타내는 설명도이다.
촬상소자의 영상 정보를 이용하여 오토 포커스를 수행하는 종래의 촬상 장치에서는, 도 1에 도시된 것과 같이 AF 검색창(AF searching window; 1)을 작은 영역들로 구분하고 각 부분에 대해 에지 성분 검출을 수행한다. 그런데 종래에는 AF 검색창(1)에 광원(5)이 존재함으로 인해 휘도가 매우 높아 포화된 부분이 존재하는 경우, 이 부분에 대해서도 에지 성분을 추출하는 AF 동작을 수행한다. 이로 인해 AF 동작의 정확도가 크게 저하되는 문제점이 있었다.
또한 AF 검색창에 휘도가 매우 낮아 어두운 부분이 존재하는 경우에도 이 부분에 대해 에지 성분을 추출하는 AF 동작을 수행하므로, 이로 인해 AF 동작의 정확도가 크게 저하되는 문제점이 있었다.
또한 종래 기술에 따른 촬상 장치에서 수행되는 AF 동작은, AF 검색창에 포함된 모든 영역에 대해 에지 성분을 추출하기 때문에 처리 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 자동 초점 조정(오토 포커스) 동작의 처리 시간이 크게 감소되는 촬상 장치와 초점 조정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 자동 초점 조정(오토 포커스) 기능의 정확도가 크게 향상된 촬상 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 촬상될 화상에서 휘도값이 소정 범위 이내인 부분에 대해 초점의 검출을 수행하는 촬상 장치와 초점 조정 방법을 제공한다.
본 발명에 관한 촬상 장치는, 화상을 촬상하여 전기적인 화상 신호로 변환하는 촬상소자와, 화상 신호로부터 화상의 각 부분의 휘도값을 검출하는 휘도 검출부와, 화상에서 휘도 검출부에 의해 검출된 휘도값이 소정 범위 이내인 부분에 대해 초점의 검출을 수행하는 초점 검출부를 구비한다.
본 발명에 있어서, 휘도 검출부는 화상을 복수 개의 휘도 검출 영역들로 구분하여 각각의 휘도 검출 영역들에서의 대표 휘도값을 산출할 수 있고, 초점 검출부는 화상을 복수 개의 초점 검출 영역들로 구분하여 대표 휘도값이 소정 범위 이내인 휘도 검출 영역들에 대응하는 초점 검출 영역에서만 초점의 검출을 수행할 수 잇다.
본 발명에 있어서, 휘도 검출 영역들과 초점 검출 영역들은 서로 대응하도록 화상에서 동일하게 구분될 수 있다.
본 발명에 있어서, 초점 검출부는 화상 신호의 휘도값의 고주파 성분을 추출하여 초점의 검출을 수행할 수 있다.
본 발명에 관한 초점 조정 방법은, 화상을 전기적인 화상 신호로 변환하는 단계와, 화상 신호에서 화상의 각 부분의 휘도값을 검출하는 휘도값 검출 단계와, 화상에서 휘도값이 소정 범위 이내인 부분에 대해 초점의 검출을 수행하는 초점 검출 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 초점 검출 단계는, 화상을 복수 개의 휘도 검출 영역들로 구분하여 각각의 휘도 검출 영역들에서의 대표 휘도값을 산출할 수 있고, 화상을 복수 개의 초점 검출 영역들로 구분하여 대표 휘도값이 소정 범위 이내인 휘도 검출 영역들에 대응하는 초점 검출 영역에서만 초점의 검출을 수행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 초점 검출 단계는 화상 신호의 휘도값의 고주파 성분을 추출하여 초점의 검출을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 촬상 장치와 자동 초점 조정 방법은, 촬상소자에 의해 광전 변환된 화상에서 너무 밝거나 너무 어두워 휘도값이 소정 범위를 벗어나는 경우에는, 범위를 벗어난 휘도값을 갖는 화상의 부분들을 제외한 나머지 부분들에 대해서만 초점의 검출을 수행하므로 자동 초점 조정을 위해 소요되는 시간이 단축될 수 있고, 자동 초점 조정 기능의 정확도가 향상되는 장점이 있다.
이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 본 발명에 관한 촬상 장치의 구성과 작용을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 촬상 장치의 블록도이다.
도 2에 나타난 촬상 장치는, 화상을 촬상하여 전기 신호로 변환하는 촬상소자(20)와, 촬상소자(20)의 전기 신호를 화상 데이터로 변환하는 화상 변환부(41)와, 화상 데이터에서 휘도값을 검출하는 휘도 검출부(46)와, 초점의 검출을 수행하는 초점 검출부(47)를 구비한다.
촬상소자(20)의 앞에 배치되는 광학계(10)는 복수 개의 렌즈들(12)을 포함하여, 외부의 영상광을 촬상소자(20)의 촬상면에 결상시키는 기능을 수행한다. 렌즈들(12)은 서로의 간격이 변동 가능하게 배치된다. 렌즈들(12)의 간격이 변동되면 광학계(10)의 줌 배율과 초점 등이 조절될 수 있다.
렌즈들(12)은 줌모터나 포커스 모터와 같은 구동수단을 갖는 줌 구동부(11)와 포커스 구동부(13)에 의해 구동됨으로써 서로에 대한 위치가 변동될 수 있다. 렌즈들(12)은 피사체의 크기를 확대하거나 축소시키는 줌렌즈와, 피사체의 초점을 조절하는 포커스렌즈를 구비할 수 있다. 줌 구동부(11)와 포커스 구동부(13)는 제어부(40)의 구동 회로부(42)로부터 제어 신호를 인가 받아 작동된다. 따라서 줌 구동부(11)는 광학계(10)가 복수 개의 확대 배율들 중 어느 하나를 갖도록 광학계(10)를 구동할 수 있다.
촬상소자(20)는 씨씨디(CCD; charge coupled device) 또는 씨모스(CMOS; complementary metal-oxide-semiconductor)와 같은 광전 변환 소자를 포함하여, 광학계(10)를 통해 입사된 영상광을 전기적 신호인 화상 신호로 변환한다. 영상광이 전기적 신호로 변환되는 과정은, 먼저 아날로그 신호로 변환되는 단계와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계 등의 세부 단계들로 이루어질 수 있다.
제어부(40)는 촬상소자(20), 줌 구동부(11), 포커스 구동부(13), 표시부(30) 등과 전기적으로 연결되며, 각각의 구성 요소의 작동을 제어하기 위해 이들 구성 요소와 제어 신호를 주고받거나, 데이터를 처리하는 등의 기능을 수행한다. 제어부(40)는 화상 변환부(41)와, 구동 회로부(42)와, 표시 제어부(43)와, 회도 검출부(46)와, 초점 검출부(47)와, 메모리(15)에 대한 데이터 저장을 제어하는 메모리 제어부(45) 등을 구비한다.
제어부(40)는 마이크로 칩이나, 마이크로 칩을 구비하는 회로보드로 구현될 수 있으며, 제어부(40)에 포함되는 각 구성 요소들은 제어부(40)에 내장되는 소프트웨어나 회로들에 의해 구현될 수 있다.
메모리 제어부(45)는 메모리(15)로의 화상 데이터의 기록과, 메모리(15)에 기록된 화상 데이터나 설정 정보 등의 독출을 제어한다. 메모리(15)는 예를 들면, SDRAM(synchronous DRAM) 등의 반도체 기억 소자로 이루어져 촬상된 화상의 데이터가 저장될 수 있다.
휘도 검출부(46)는 화상 신호로부터 휘도값을 검출하는 기능을 수행한다. 휘도 검출부(46)는 제어부(40)에 구비되는 AE(auto exposure; 자동 노출) 검출 회로에 의해 구현될 수 있다.
초점 검출부(47)는 화상에서 휘도 검출부(46)에 의해 검출된 휘도값이 소정 범위 이내인 부분들에 대해 초점의 검출을 수행하는 기능을 한다. 초점 검출부(47)는 제어부(40)에 의해 구비되는 AF(Auto focusing; 자동 초점) 검출 회로에 의해 구현될 수 있다.
휘도 검출부(46)는 화상을 복수 개의 휘도 검출 영역들로 구분하고, 각각의 휘도 검출 영역에 대한 대표 휘도값을 산출한다. 초점 검출부(47)는 화상을 복수 개의 초점 검출 영역들로 구분하고 대표 휘도값이 소정 범위 이내인 휘도 검출 영역들에 대응하는 초점 검출 영역들에 대해서 초점의 검출을 수행한다.
도 3은 도 2에 나타난 촬상 장치에 의한 자동 초점 조정의 원리를 설명하는 개념도이다.
휘도 검출부(46)는 촬상소자(20)에 의해 촬상된 화상을 복수 개의 휘도 검출 영역들(61)로 구분한다. 휘도 검출부(46)는 촬상소자(20)에 의해 변환된 전기적인 화상 신호로부터, 각각의 화소들의 휘도값을 평균하여 산출하여 평균값을 해당 휘도 검출 영역(61)의 휘도 레벨을 나타내는 대표 휘도값으로 정한다.
한편, 초점 검출부(47)는 촬상소자(20)에 의해 촬상된 화상을 복수 개의 초점 검출 영역들(71)로 구분한다. 초점 검출 영역들(71)은 바람직하게는 휘도 검출 영역들(61)에 대응하도록 화상에서 동일한 모양과 크기로 구분될 수 있다.
초점 검출부(47)는 화상에 광원(5)이 존재함으로 인해 휘도 검출 영역들(61) 중 대표 휘도값이 소정 범위를 벗어나는 과휘도 영역(62)에 대응하는 초점 검출 영역들의 일부분(72)을 제외한 나머지 초점 검출 영역들(71)에 대해서 초점의 검출을 수행할 수 있다.
초점 검출부(47)가 각각의 초점 검출 영역들(71)에 대해 초점 위치를 검출할 때에는 종래에 공지된 포커싱(focusing) 기술이 사용될 수 있다. 초점 위치의 검출은, 예를 들어, 초점 렌즈를 구동하여 초점 평가치(AF 평가값)를 취득하는 방 법으로 수행될 수 있다. 즉 초점 렌즈를 이동시켜 화상 신호 중의 고주파 성분을 추출하고, 초점 검출 영역(71)에서 추출된 신호를 적분함으로써 초점 위치가 산출된다. 초점 검출 영역(71)에서의 AF 평가값은 하나의 최대값을 갖는 곡선으로 이루어지고, AF 평가값이 최대가 되는 초점 렌즈의 위치가 초점 위치로 간주될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 실시예의 촬상 장치에 따르면, 촬상소자에 의해 광전 변환된 화상에서 너무 밝거나 너무 어두워 휘도값이 소정 범위를 벗어나는 경우에는, 초점 검출부(47)가 범위를 벗어난 휘도값을 갖는 화상의 부분들을 제외한 나머지 부분들에 대해서만 초점의 검출을 수행하므로 초점 검출을 위해 소요되는 시간이 단축될 수 있고, 초점 검출 기능의 정확도가 향상되는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 초점 조정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4에 나타난 초점 조정 방법은, 화상을 전기적인 화상 신호로 변환하는 광전 변환 단계(S100)와, 휘도값을 검출하는 휘도값 검출 단계(S101, S110)와, 화상에 대한 초점의 검출을 수행하는 초점 검출 단계(S120~S170))를 포함한다.
화상을 전기적인 화상 신호로 변환하는 광전 변환 단계(S100)는 씨씨디(CCD; charge coupled device)나 씨모스(CMOS; complementary metal-oxide semiconductor)와 같은 광전 변환 소자에 의해 수행될 수 있다.
휘도값 검출 단계는 화상 신호에서 화상의 각 부분에 대한 휘도값을 검출하는 단계로서, 화상을 복수 개의 휘도 검출 영역들로 설정하는 단계(S101)와, 각 각의 휘도 검출 영역에서 대표 휘도값을 산출하는 단계(S110)를 포함한다. 대표 휘도값은 화상 신호로부터 각각의 화소들의 휘도값을 평균하여 산출된 평균값으로 정해질 수 있다. 그러나 본 발명의 대표 휘도값은 반드시 평균값에만 한정되는 것은 아니며 각각의 회도 검출 영역의 회도값을 나타내는 다양한 산술값들이 이용될 수 있다.
초점 검출 단계는, 휘도 검출 영역들의 대표 휘도값을 미리 정해진 휘도 범위와 비교하는 단계(S120)와, 비교 결과 소정 범위 내인 대표 휘도값을 갖는 휘도 검출 영역을 유효 영역으로 설정(S130)하고, 소정 범위를 벗어난 대표 휘도값을 갖는 휘도 검출 영역을 유효 영역에서 제외(S140)하는 단계들을 포함한다. 따라서 이후의 초점 평가치를 계산하는 단계(S190)에서는 유효 영역들에 대해서만 초점 위치를 검출할 수 있다.
또한 초점 검출 단계는 화상을 복수 개의 초점 검출 영역들(k)로 설정하는 단계(S160)와, 각각의 초점 검출 영역들이 유효 영역에 대응하는지를 판단하고(S180), 유효 영역에 해당하는 초점 검출 영역에 대해서만 초점 평가치를 계산하는 단계(S190)를 포함하며, 전체 초점 검출 영역들에 대해 이들 단계들을 반복한다(S200, S210).
초점 검출 단계에서 구분되는 초점 검출 영역들은, 바람직하게는 휘도 검출 영역과 동일하도록 화상에 대해 화상에서 동일한 모양과 크기로 구분될 수 있다. 따라서 초점 검출 영역들의 개수 k는 휘도 검출 영역들의 개수와 일치할 수 있다.
각각의 초점 검출 영역에 대해 초점 위치를 검출할 때에는 종래에 공지된 오토 포커싱(auto-focusing) 기술이 사용될 수 있다. 초점 위치의 검출은, 예를 들어, 초점 렌즈를 구동하여 초점 평가치(AF 평가값)를 취득함으로써 이루어질 수 있다. 즉 초점 렌즈를 이동시켜 화상 신호 중의 고주파 성분을 추출하고, 초점 검출 영역에 대해 추출된 신호를 적분함으로써 초점 위치가 산출된다. 초점 검출 영역의의 AF 평가값은 하나의 최대값을 갖는 곡선으로 이루어지고, AF 평가값이 최대가 되는 초점 렌즈의 위치가 초점 위치로 간주될 수 있다.
이와 같은 방식에 의해 초점 위치가 정해지면, 초점 렌즈를 초점 위치로 이동시킴으로써 자동 초점 조정(S220)을 실시할 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예의 단계들을 갖는 자동 초점 방법에 의하면, 전기적인 화상 신호로 광전 변환된 화상에서 너무 밝거나 너무 어두워 휘도값이 소정 범위를 벗어나는 경우에는, 미리 정해진 범위를 벗어난 휘도값을 갖는 화상의 부분들을 제외한 나머지 부분들에 대해서만 초점의 검출을 수행하므로 초점 검출을 위해 소요되는 시간이 단축될 수 있고, 초점 검출 기능의 정확도가 향상되는 장점이 있다.
본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 촬상 장치에서 수행되는 오토 포커스 기능의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 촬상 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타난 촬상 장치에 의한 자동 초점 조정의 원리를 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 초점 조정 방법을 나타내는 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5: 광원 41: 화상 변환부
10: 광학계 42: 구동 회로부
11: 줌 구동부 43: 표시 제어부
12: 렌즈들 45: 메모리 제어부
13: 포커스 구동부 46: 회도 검출부
15: 메모리 47: 초점 검출부
20: 촬상소자 61: 휘도 검출 영역
30: 표시부 62: 과휘도 영역
40: 제어부 71: 초점 검출 영역

Claims (8)

  1. 화상을 촬상하여 전기적인 화상 신호로 변환하는 촬상소자;
    상기 화상 신호로부터 상기 화상의 각 부분의 휘도값을 검출하는 휘도 검출부; 및
    상기 화상에서 상기 휘도 검출부에 의해 검출된 상기 휘도값이 소정 범위 이내인 부분에 대해, 초점의 검출을 수행하는 초점 검출부;를 구비하는, 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휘도 검출부는 상기 화상을 복수 개의 휘도 검출 영역들로 구분하여 각각의 휘도 검출 영역들에서의 대표 휘도값을 산출하고, 상기 초점 검출부는 상기 화상을 복수 개의 초점 검출 영역들로 구분하여 상기 대표 휘도값이 소정 범위 이내인 상기 휘도 검출 영역들에 대응하는 상기 초점 검출 영역에서만 초점의 검출을 수행하는, 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 휘도 검출 영역들과 상기 초점 검출 영역들은 서로 대응하도록 상기 화상에서 동일하게 구분되는, 찰상 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초점 검출부는 상기 화상 신호의 휘도값의 고주파 성분을 추출하여 초점의 검출을 수행하는, 촬상 장치.
  5. 화상을 전기적인 화상 신호로 변환하는 단계;
    상기 화상 신호에서 상기 화상의 각 부분의 휘도값을 검출하는 휘도값 검출 단계; 및
    상기 화상에서 상기 휘도값이 소정 범위 이내인 부분에 대해, 초점의 검출을 수행하는 초점 검출 단계;를 포함하는, 초점 조정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초점 검출 단계는, 상기 화상을 복수 개의 휘도 검출 영역들로 구분하여 각각의 휘도 검출 영역들에서의 대표 휘도값을 산출하고, 상기 화상을 복수 개의 초점 검출 영역들로 구분하여 상기 대표 휘도값이 소정 범위 이내인 상기 휘도 검출 영역들에 대응하는 상기 초점 검출 영역에서만 초점의 검출을 수행하는, 초점 조정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 휘도 검출 영역들과 상기 초점 검출 영역들은 서로 대응하도록 상기 화상에서 동일하게 구분되는, 초점 조정 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초점 검출 단계는 상기 화상 신호의 휘도값의 고주파 성분을 추출하여 초점의 검출을 수행하는, 초점 조정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023204423A1 (ko) * 2022-04-21 2023-10-26 주식회사 케이랩 초점 거리 측정 장치 및 방법

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