KR20100058949A - 자동초점 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라에서의 자동초점 처리 방법에 관한 것으로서, 포커스 렌즈를 시작 기준점에 위치시켜 피사체의 영상을 수렴하는 과정과, 상기 영상에 대한 R,G,B 각각의 에지값을 측정하는 과정과, 상기 측정한 R,G,B의 에지값을 비교하여, G의 에지값이 최고점을 가지도록 하는 방향으로 상기 포커스 렌즈를 이동시켜 포커싱을 수행하는 과정을 포함한다.

카메라, 자동초점, AF, R, G, B, 에지, 렌즈, 힐클라이밍

Description

자동초점 처리 방법{Method for auto focusing}

본 발명은 카메라에서의 자동초점 처리 방법에 관한 것이다.

카메라의 자동 초점 기능은 흐릿한 영상을 뚜렷한 영상으로 만들기 위해 포커스 렌즈의 위치를 조절하는 기능으로서, 사용자가 원하는 피사체를 향하여 자동 초점 버튼을 누르면, 포커스 렌즈가 앞/뒤로 이동하여 피사체의 영상이 이미지 센서에 가장 선명하게 맺히도록 하는 기능이다.

상기 자동초점 기능을 수행하기 위한 다양한 자동초점 알고리즘(AF algorithm; Auto Focus algorithm)이 있는데, 이러한 자동초점 알고리즘으로는 풀 서치(Full Search) 방식, 힐 클라이밍(hill climbing) 방식이 있다.

특히, 힐 클라이밍(hill climbing) 방식의 자동초점 알고리즘은, 종래의 풀 서치(Full Search) 방식의 시간이 많이 걸리는 단점을 보완하기 위한 것으로서, 현재 위치에서 포커스 렌즈를 앞뒤로 움직여 본 후 포커스가 맞는 방향으로 포커스 렌즈를 움직여 최적의 포커스 위치를 찾는 방법이다.

하지만, 이러한 풀 서치 방식, 힐 클라이밍 방식 모두, 검색을 위하여 최소한 10개 이상의 프레임을 분석하여 포커싱이 최대인 지점을 찾아서 액츄에이터가 그 지점으로 렌즈를 이동시키는 방식이기 때문에, 자동초점 수행하는데 있어 시간이 여전히 많이 걸리는 문제가 있다.

본 발명의 실시 예는 빠른 시간 내에 자동초점을 처리할 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시 예는 포커스 렌즈를 시작 기준점에 위치시켜 피사체의 영상을 수렴하는 과정과, 상기 영상에 대한 R,G,B 각각의 에지값을 측정하는 과정과, 상기 측정한 R,G,B의 에지값을 비교하여, G의 에지값이 최고점을 가지도록 하는 방향으로 상기 포커스 렌즈를 이동시켜 포커싱을 수행하는 과정을 포함한다.

R의 에지값이 가장 큰 경우에는 G의 에지값이 최고점을 가질 때까지 상기 포커스 렌즈를 이미지센서 방향으로 이동시키며, B의 에지값이 가장 큰 경우에는 G의 에지값이 최고점을 가질 때까지 상기 포커스 렌즈를 피사체 방향으로 이동시키며, G의 에지값이 가장 크거나 R,G,B의 에지값이 임계치 이내로 유사한 경우에는 상기 포커스 렌즈를 G의 에지값이 증가하는 방향으로 이동시킨다.

본 발명의 실시 예는 풀 서치나 힐 클라이밍 방식과 달리, R,G,B 각각의 에지를 비교하여 액츄에이터가 이동할 방향을 알게 되기 때문에 빠른 오토 포커싱(AF)을 수행할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명 될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자동초점 처리를 위한 블록도이다.

렌즈부(10)는 다수의 렌즈군으로 이루어지는데, 포커싱(focusing)이 이루어질 때 렌즈 이동이 이루어지는 포커스 렌즈(11)를 포함한다.

액츄에이터(40)는 VCM(Voice Coil Motor)과 같은 렌즈 구동장치로서 영상신호처리부의 제어를 받아 포커스 렌즈(11) 이동이 이루어지도록 한다.

이미지센서(20)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(CMOS Image Sensor)로 이루어져 렌즈부(10)를 통과한 피사체의 광신호를 전기적인 영상 신호로 변환하는 기능을 수행한다.

영상신호처리부(30)는 액츄에이터(40)를 구동하여 포커스 렌즈(11)를 움직여 피사체와의 오토 포커싱을 수행하는 자동초점 알고리즘을 구비한다. 이러한 자동초점은 이미지센서에 맺힌 영상에 대하여 R,G,B 채널별로 분리하여, 이들 R,G,B 각 채널의 에지(edge)값을 이용하여 자동초점을 수행한다.

자동초점이 이루어진 상태라 하면, G채널의 상이 이미지센서에 정확히 맺혀 있는 상태를 말하므로, 본 발명은 이러한 G채널의 에지값이 가장 크도록 포커스 렌즈를 이동시켜 자동초점이 이루어지도록 한다.

도 2는 피사체의 광영상이 포커스 렌즈를 통해 이미지센서에 맺힌 모습을 도시한 그림으로서, R,G,B 채널별로 맺히는 상의 에지(edge)가 다름을 알 수 있다.

이는 R(650nm)>G(550nm)>B(450nm)와 같은 R,G,B 파장의 차이로 인하여 각 영역별로 포커싱 위치가 차이가 나기 때문이다. 즉, R,G,B 각 파장의 차이로 인해 상대적으로 R채널은 원거리에, G채널은 중간에, B채널은 근거리에 상이 맺히는 것이다.

따라서 본 발명은 이러한 R,G,B 특성을 이용하여, G의 상이 가장 잘 맺히는 상태로 포커스 렌즈를 이동시켜 자동초점을 수행한다.

이를 위하여 영상신호처리부는, 영상의 R,G,B 각 채널의 에지값을 측정하여, R채널의 에지값이 가장 높을 경우 원거리 방향(이미지센서 방향)으로 포커스 렌즈를 이동시켜 자동초점을 이루며, G채널의 에지값이 가장 높을 경우 포커스 렌즈를 현재 위치 그대로 두고 약간의 미세한 포커스 렌즈 이동을 통해 정확한 자동초점을 수행하며, B채널이 가장 잘 맞을 경우 근거리 방향(피사체 방향)으로 포커스 렌즈를 이동시켜 자동초점을 이룬다.

이러한 자동초점 알고리즘에 대하여 도 3의 플로차트와 함께 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동초점 처리 과정을 도시한 플로차트이다.

오토포커스 모드(S31)가 시작되면, 영상신호처리부는 포커스 렌즈를 미리 설정해 놓은 시작 기준점에 위치(S32)시킨다.

그후, 포커스 렌즈를 통해 이미지센서에 맺히는 상에 대하여 R,G,B 각각의 에지(edge)를 측정(S33)한다.

상기 측정한 R,G,B의 에지값을 비교하여, G의 에지값이 최고점을 가지도록 하는 방향으로 상기 포커스 렌즈를 이동시켜 포커싱을 수행하는데, 이에 대한 실시 예를 설명한다.

R,G,B 각각의 에지를 측정하면, R,G,B의 특성 상으로 인해 각 에지의 값이 i)R>G>B, ii)R<G<B, iii)R<G>B 이렇게 세가지 경우로서 나타난다. 다만, 특이한 경우로서 노이즈 또는 단말기 오차로 인해 R,G,B 이들 세 에지값이 임계치 이내의 유사한 값으로 나타날 수있는데, 이는 R<G>B의 경우와 마찬가지로 처리한다.

예컨대, i)R의 에지값이 가장 큰 경우에는 G의 에지값이 최고점을 가질 때까지 상기 포커스 렌즈를 이미지센서 방향으로 이동시키며, ii)B의 에지값이 가장 큰 경우에는 G의 에지값이 최고점을 가질 때까지 상기 포커스 렌즈를 피사체 방향으로 이동시키며, iii)G의 에지값이 가장 크거나 R,G,B의 에지값이 임계치 이내로 유사한 경우에는 상기 포커스 렌즈를 G의 에지값이 증가하는 방향으로 이동시킨다.

이들 세가지 경우에 렌즈를 이동하여 포커싱이 이루어지는 예를 설명한다.

i) R>G>B와 같이 R의 에지가 B의 에지보다 큰 값을 가진 경우에는, 도 4(a)와 같이 비교적 R이 이미지센서에서 가장 포커싱된 상태이므로 포커스 렌즈를 원거리 방향, 즉, 이미지센서 방향으로 이동시켜 G의 에지값을 증가시켜 도 4(c)와 같이 G가 이미지센서에 포커싱되도록 한다.

이를 위하여 R의 에지가 B의 에지보다 큰 값을 가진 경우에는, 포커스 렌즈를 이미지센서 방향(원거리 방향)으로 한 스텝 이동(S34)시키고 나서 G의 에지값을 측정(S35)한다.

포커스 렌즈를 이미지센서 방향으로 한 스텝 이동시킨 후 측정한 G의 에지값이 이전의 G에지값 보다 증가한 경우(S36a)에는, G의 포커싱이 올바른 방향으로 이루어지고 있기 때문에 다시 포커스 렌즈를 이미지센서 방향으로 한 스텝 이동(S34)시키는 과정을 다시 가진다.

그 후, G의 에지값을 측정(S35)한 결과, G의 에지값이 이전의 에지값보다 작은 경우(S36b)에는 이전 단계의 포커스 렌즈 위치일 때 G의 에지값이 최고를 가지는 것이 되기 때문에, 이전 단계의 위치로 포커스 렌즈를 복귀 위치시켜 포커싱 완료(S37)한다.

도 5(a)는 이러한 G의 에지값에 따른 포커싱 모습을 도시한 그래프로서, 포커스 렌즈 위치를 이미지센서 방향으로 이동시켜 나가다가 최고점을 지나 G의 에지값이 멀어지게 되면 다시 이전 단계로 복귀하여 G의 에지값 최고일 때 포커스 렌즈를 위치시켜 포커싱 수행함을 알 수 있다.

ii) R<G<B와 같이 B의 에지가 R의 에지보다 큰 값을 가진 경우에는, 도 4(b)와 같이 B가 이미지센서에 가장 포커싱된 상태이므로 포커스 렌즈를 근거리 방향, 즉, 피사체 방향으로 이동시켜 도 4(c)와 같이 G가 이미지센서에 포커싱되도록 한다.

이를 위하여 B의 에지가 R의 에지보다 큰 값을 가진 경우에는, 포커스 렌즈를 피사체 방향(근거리 방향)으로 한 스텝 이동(S38)시키고 나서 G의 에지값을 측 정(S39)한다.

포커스 렌즈를 피사체 방향으로 한 스텝 이동시킨 후 측정한 G의 에지값이 이전의 G의 에지값 보다 증가한 경우(S40a)에는, G의 포커싱이 올바른 방향으로 이루어지고 있기 때문에 다시 포커스 렌즈를 피사체 방향으로 한 스텝 이동(S38)시키는 과정을 다시 가진다.

그 후, G의 에지값을 측정한 결과, G의 에지값이 이전의 에지값보다 작은 경우(S40b)에는 이전 단계의 포커스 렌즈 위치일 때 G의 에지값이 최고를 가지는 것이 되기 때문에, 이전 단계의 위치로 포커스 렌즈를 복귀 위치시켜 포커싱 완료(S41)한다.

도 5(b)는 이러한 G의 에지값에 따른 포커싱 모습을 도시한 그래프로서, 포커스 렌즈 위치를 피사체 방향(근거리 방향)으로 이동시켜 나가다가 최고점을 지나 G의 에지값이 멀어지게 되면 다시 이전 단계로 복귀하여 G의 에지값 최고일 때 포커스 렌즈를 위치시켜 포커싱 수행함을 알 수 있다.

iii) R<G>B와 같이 G의 에지가 R이나 B의 에지보다 큰 값을 가진 경우거나, 또는, R,G,B가 서로 유사한 경우에는, 측정한 G의 에지값이 증가하는 경우에는 G의 에지값이 최고점이 될 때까지 최초 방향으로 포커스 렌즈를 단계적으로 이동시켜 포커싱 수행하며, 측정한 G의 에지값이 감소하는 경우에는 최초 방향의 역방향으로 포커스 렌즈를 단계적으로 이동시켜 G의 에지값이 최고점이 되도록 포커싱한다.

비교적 G의 포커싱이 맞은 상태인 G의 에지가 R이나 B의 에지보다 큰 값을 가진 경우이거나, 이외에도, 노이즈나 기타 기기상의 이유로 R,G,B의 에지가 임계치 이내로 서로 유사하게 나올 경우에는, 이미지센서 방향(원거리 방향) 또는 피사체 방향(근거리 방향) 중에서 어느 한 방향('최초 방향'이라 함)으로 하여 포커스 렌즈를 일단 한 스텝 이동(S42)시킨다.

포커스 렌즈를 이동시킨 후 G의 에지값을 측정(S43)하여 G의 에지값이 증가하는지를 판정한다.

G의 에지값이 증가(S44a)한다면 올바른 방향으로 포커싱이 이루어지기 때문에 해당 방향으로 포커스 렌즈를 스텝 단위씩 계속 이동(S42)시킨다. 예컨대, 최초 방향으로 이미지센서 방향으로 포커스 렌즈를 이동시켰는데, G의 에지값이 증가한다면 이미지센서 방향으로 계속하여 이동시켜 나간다.

반면에, 만약, 어느 한 방향으로 포커스 렌즈를 이동시킨 후 G의 에지값이 감소(S44b)한다면 반대 방향으로 포커스 렌즈를 한 스텝 이동(S45)시킨다. 예컨대, 최초에 이미지센서 방향으로 포커스 렌즈를 이동시켰는데, G의 에지값이 감소한다면 반대 방향인 피사체 방향으로 포커스 렌즈를 이동시킨다.

반대 방향으로 포커스 렌즈를 이동시켜 G의 에지값이 증가하는 경우(S46a)에는 반대 방향으로 포커스 렌즈를 한 스텝 이동(S45)시킨다.

렌즈 이동에 의해 G의 에지값이 증가하다가 감소한 경우(S46b)에는 이전 단계의 포커스 렌즈 위치일 때 G의 에지값이 최고를 가지는 것이 되기 때문에, 이전 단계의 포커스 렌즈 위치에 포커스 렌즈를 위치시켜 포커싱 완료(S47)한다.

즉, G의 에지값이 가장 크거나 R=G=B의 값이 유사할 때, 포커스 렌즈의 이동 최초 방향을 이미지센서 방향으로 이동시켜 G의 에지값이 작아짐을 확인하고 반대 방향인 피사체 방향으로 포커스 렌즈를 이동시켜, G의 에지값 최고일 때 포커스 렌즈를 위치시켜 포커싱 수행할 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자동초점 처리를 위한 블록도이다.

도 2는 피사체의 광영상이 포커스 렌즈를 통해 이미지센서에 맺힌 모습을 도시한 그림이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동초점 처리 과정을 도시한 플로차트이다.

도 4는 이미지센서에 맺히는 상의 R,G,B를 각각 도시한 그림이다.

도 5는 G의 에지값에 따른 오토 포커싱이 이루어지는 모습을 도시한 그래프이다.

Claims (7)

1. 포커스 렌즈를 시작 기준점에 위치시켜 피사체의 영상을 수렴하는 과정;

   상기 영상에 대한 R,G,B 각각의 에지값을 측정하는 과정;

   상기 측정한 R,G,B의 에지값을 비교하여, G의 에지값이 최고점을 가지도록 하는 방향으로 상기 포커스 렌즈를 이동시켜 포커싱을 수행하는 과정

   을 포함하는 자동초점 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, R의 에지값이 가장 큰 경우에는 G의 에지값이 최고점을 가질 때까지 상기 포커스 렌즈를 이미지센서 방향으로 이동시키며, B의 에지값이 가장 큰 경우에는 G의 에지값이 최고점을 가질 때까지 상기 포커스 렌즈를 피사체 방향으로 이동시키며, G의 에지값이 가장 크거나 R,G,B의 에지값이 임계치 이내로 유사한 경우에는 상기 포커스 렌즈를 G의 에지값이 증가하는 방향으로 이동시키는 자동초점 처리 방법.
3. 제2항에 있어서, R의 에지값이 가장 큰 경우에는,

   이미지센서 방향으로 포커스 렌즈를 한 스텝 이동시키는 제R-1과정;

   G의 에지값을 측정하는 제R-2과정;

   G의 에지값이 최고점이 될 때까지 이미지센서 방향으로 포커스 렌즈를 단계적으로 이동시켜 포커싱을 수행하는 제R-3과정

   을 포함하는 자동초점 처리 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제R-3과정은,

   이미지센서 방향으로 포커스 렌즈를 한 스텝씩 이동시키는 과정;

   G의 에지값이 최고점을 지나 처음으로 감소하면 G의 에지값이 최고점을 갖는 이전 단계의 포커스 렌즈 위치로 복귀하여 포커싱을 수행하는 과정

   을 포함하는 자동초점 처리 방법.
5. 제2항에 있어서, B의 에지값이 가장 큰 경우에는,

   피사체 방향으로 포커스 렌즈를 한 스텝 이동시키는 제B-1과정;

   G의 에지값을 측정하는 제B-2과정;

   G의 에지값이 최고점이 될 때까지 피사체 방향으로 포커스 렌즈를 단계적으로 이동시켜 포커싱을 수행하는 제B-3과정

   을 포함하는 자동초점 처리 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제B-3과정은,

   피사체 방향으로 포커스 렌즈를 한 스텝씩 이동시키는 과정;

   G의 에지값이 최고점을 지나 처음으로 감소하면 G의 에지값이 최고점을 갖는 이전 단계의 포커스 렌즈 위치로 복귀하여 포커싱을 수행하는 과정

   을 포함하는 자동초점 처리 방법.
7. 제2항에 있어서, G의 에지값이 가장 크거나 R,G,B의 에지값이 임계치 이내로 유사한 경우에는,

   이미지센서 방향 또는 피사체 방향 중 어느 한 방향을 최초 방향으로 하여 포커스 렌즈를 한 스텝 이동시키는 과정;

   G의 에지값을 측정하는 과정;

   측정한 G의 에지값이 증가하는 경우에는 G의 에지값이 최고점이 될 때까지 최초 방향으로 포커스 렌즈를 단계적으로 이동시켜 포커싱 수행하며, 측정한 G의 에지값이 감소하는 경우에는 최초 방향의 역방향으로 포커스 렌즈를 단계적으로 이동시켜 G의 에지값이 최고점이 되도록 포커싱 수행하는 과정

   을 포함하는 자동초점 처리 방법.

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