KR20110067550A - 오토 포커스 카메라 모듈에서의 렌즈 셰이딩 보상방법 - Google Patents

오토 포커스 카메라 모듈에서의 렌즈 셰이딩 보상방법 Download PDF

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Abstract

오토 포커스(auto focus) 기능을 이용하여 다수의 렌즈를 포함하는 렌즈부로부터 광 이미지를 입사 받아 이미지 센서에서 전기적 신호인 영상 데이터로 변환하고 상기 영상 데이터를 이미지 신호 처리부에서 렌즈 셰이딩 보상(lens shading correction)하는 방법에 관한 것이다. 상기 렌즈 셰이딩 보상방법은 각 픽셀들이 균일한 밝기값을 가진 표준 영상 입력에 대하여 미리 설정된 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱의 렌즈 위치에 따라 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인(gain)을 획득하는 단계, 상기 오토 포커스(auto focus) 기능을 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계, 상기 영상 데이터를 획득시 이용된 렌즈 위치에 따라 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 획득하는 단계,및 상기 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 이용하여 상기 영상 데이터를 렌즈 셰이딩 보상하는 단계를 포함한다.
렌즈 셰이딩 보상, 광축, 중심 대비 주변 게인, 오토 포커스

Description

오토 포커스 카메라 모듈에서의 렌즈 셰이딩 보상방법{Lens shading correction method in the auto focus camera module}
본 발명은 카메라 모듈에서의 렌즈 셰이딩 보상방법에 관한 것이다.
카메라 모듈은 휴대용 전화기, 노트북 컴퓨터, PDA(personal digital assistants) 등 다양한 카메라 기능을 가진 제품에 장착되는데, 최근 일반 디지털 카메라와 비교할 때에도 손색이 없을 정도로 카메라 모듈의 성능이 향상되고 있다.
일반적으로, 영상 촬상 장치 등에 의해 촬상된 영상에는 피사체에 해당하는 대상물의 여러가지 정보를 가지고 있지만, 대상물, 촬영 기기의 성능 혹은 촬영 조건등에 의해 그 영상 신호에 해당하는 휘도신호 및 색신호의 성분이 편중되거나 왜곡되는 경우가 빈번하게 발생한다. 따라서, 카메라 모듈은 피사체를 촬영시 렌즈 셰이딩 보상(lens shading correction), 노출 보정(auto exposure) 및 화이트 밸런스(auto white ) 등의 보정을 거친 후 이미지의 캡쳐를 진행한다.
이러한 카메라 모듈에서 이미지 센서의 주변영역은 렌즈의 광학 특성으로 인 해 충분한 빛을 받지 못하고 이로 인해 신호의 감쇄가 야기되는데 이를 렌즈 셰이딩 (lens shading)이라 한다. 렌즈 셰이딩에 의한 신호의 감쇄는 픽셀의 위치 및 컬러에 따라 달라진다. 따라서, 이미지 신호 처리기(image signal processor: ISP)는 더 향상된 이미지를 얻기 위하여 렌즈 셰이딩 보상(lens shading correction)이라는 영상처리과정을 통하여 주변의 영역의 신호의 감쇄를 보상한다.
고정 렌즈 셰이딩 보상(fixed lens shading correction)은 양상되는 카메라 모듈에 동일한 렌즈 셰이딩 보상을 적용하는 것이다. 렌즈 셰이딩 보상을 적용하기 위한 게인 테이블이 카메라 모듈에 일괄적으로 생성되어 메모리에 저장되며, 이미지 신호 처리기에서 메모리에 저장된 게인 테이블을 이용하여 각 픽셀마다의 게인을 보상하여 렌즈 왜곡을 보정하게 된다. 하지만, 오토 포커스(auto focus) 기능이 있는 카메라 모듈은 피사체에 포커싱을 맞추기 위해 렌즈가 움직이면서 렌즈 셰이딩 보상의 왜곡 편차가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 오토 포커스(auto focus) 기능이 있는 카메라 모듈에서 피사체에 포커싱을 맞추기 위해 렌즈가 움직이면서 발생되는 렌즈 셰이딩 보상의 왜곡 편차를 최소화시킨 렌즈 셰이딩 보상방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 셰이딩 보상방법은 오토 포커스(auto focus) 기능을 이용하여 다수의 렌즈를 포함하는 렌즈부로부터 광 이미지를 입사 받아 이미지 센서에서 전기적 신호인 영상 데이터로 변환하고 상기 영상 데이터를 이미지 신호 처리부에서 렌즈 셰이딩 보상(lens shading correction)하는 방법에 있어서, 각 픽셀들이 균일한 밝기값을 가진 표준 영상 입력에 대하여 미리 설정된 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱의 렌즈 위치에 따라 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인(gain)을 획득하는 단계, 상기 오토 포커스(auto focus) 기능을 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계, 상기 영상 데이터를 획득시 이용된 렌즈 위치에 따라 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 획득하는 단계,및 상기 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 이용하여 상기 영상 데이터를 렌즈 셰이딩 보상하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따른 렌즈 셰이딩 보상방법은 오토 포커스(auto focus) 기능이 있는 카메라 모듈은 피사체에 포커싱을 맞추기 위해 렌즈가 움직이면서 렌즈 셰이딩 보상의 왜곡 편차가 발생할 수 있는 문제점을 해결하여 렌즈 셰이딩 보상에 따른 왜곡 편차가 최소화된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 원거리 포커싱과 근거리 포커싱에서의 렌즈 셰이딩 보상 전의 밝기 상태를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 렌즈 셰이딩 보상 전에는 렌즈의 광학 특성으로 인해 왜곡 상태가 발생하며 렌즈의 중심부의 밝기와 주변부의 밝기가 일정하지 않는 상태를 나타내며, 근거리 포커싱인 경우 보다 원거리 포커싱일때 왜곡상태가 더 심하다.
도 2는 원거리 포커싱과 근거리 포커싱에서의 원거리 포커싱으로 최적화된 렌즈 셰이딩 보상 후의 밝기 상태를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 이미지의 중심으로부터의 거리에 따라 게인(gain)을 보상하는 렌즈 셰이딩 보상을 한 것이다. 이러한 렌즈 셰이딩 보상 후에는 렌즈의 중심 부의 밝기와 주변부의 밝기가 일정한 상태를 나타내지만, 원거리 포커싱으로 최적화된 렌즈 셰이딩 보상을 사용할 경우 근거리 포커싱인 경우는 주변 영역(A 참조)이 과잉 보정되어 중심보다 주변이 밝아지는 왜곡이 발생한다.
오토 포커스 기능을 가진 카메라 모듈에서는 렌즈 위치가 원거리 포커싱에서 근거리 포커싱으로 움직이면서 발생하는 틸트(tilt)에 의해 광축이 쉬프트된다. 원거리 포커싱은 렌즈가 이미지 센서와 가까워지고 상대적으로 근거리 포커싱은 렌즈가 이미지 센서와 멀어지면서 주변의 광량이 변화되어 중심 대비 주변 게인이 변화된다.
도 3은 본 실시예에 따른 렌즈 셰이딩 보상 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 각 픽셀들이 균일한 밝기값을 가진 표준 영상 입력에 대하여 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱인 경우의 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인(gain)을 획득한다(S110). 여기서, 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱인 경우 렌즈 위치는 카메라 모듈에서 설정되어 있을 수 있다. 예를 들어, 원거리 포커싱 경우의 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인(gain)과 근거리 포커싱 경우의 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인(gain)을 표준 영상 입력에 대하여 각각 획득할 수 있다. 또한, S110은 카메라 모듈이 제작되고나서 출고 전에 시행될 수 있다.
도 4는 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱인 경우의 광축 이동을 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 이미지 센서 픽셀을 x축과 y축으로 본 것으로 원거리 포커싱 광축(210)이 렌즈 위치가 변함에 따라 근거리 포커싱 광축(220)으로 변화된다.
도 5는 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱인 경우의 중심 대비 주변 게인(gain)을 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 광축을 중심으로 광축으로부터의 거리에 따른 중심 대비 주변 게인(gain)으로서 원거리 포커싱의 중심 대비 주변 게인(310)이 렌즈 위치가 변함에 따라 근거리 포커싱의 중심 대비 주변 게인(320)으로 변화된다.
다시 도 3을 참조하면, 카메라 모듈이 정상적으로 동작된다면(S120), 오토 포커스 기능을 이용하여 피사체를 촬영하여 이미지 데이터를 획득한다(S130).
그런 다음, 피사체를 촬영하여 이미지 데이터를 획득할 시의 렌즈 위치에 따라 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 획득하여 저장한다(S140). 본 실시예에 따른 렌즈 위치에 따라 수정된 광축 좌표는 다음 수학식 1 및 2와 같다.
Figure 112009077185641-PAT00001
Figure 112009077185641-PAT00002
여기서, d는 렌즈 위치, min는 원거리 포커싱 렌즈 위치, max는 근거리 포커싱 렌즈 위치, CXmin은 원거리 포커싱 광축 x좌표, CYmin은 원거리 포커싱 광축 y좌표, CXmax는 근거리 포커싱 광축 x좌표, CYmax는 근거리 포커싱 광축 y좌표, centerX(d)는 렌즈 위치에 따른 광축 x좌표 및 centerY(d)는 렌즈 위치에 따른 광 축 y좌표이다.
본 실시예에 따른 수정된 중심 대비 주변 게인는 다음 수학식 3과 같다.
Figure 112009077185641-PAT00003
여기서, d는 렌즈 위치, min는 원거리 포커싱 렌즈 위치, max는 근거리 포커싱 렌즈 위치, Gmin는 원거리 포커싱의 중심 대비 주변 게인, Gmax는 근거리 포커싱의 중심 대비 주변 게인 및 Gain(d)는 렌즈 위치에 따른 중심 대비 주변 게인이다.
그런 다음, 이미지 데이터를 이미지 신호 처리부(image signal processor: ISP)에서 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 이용하여 렌즈 셰이딩 보상처리한다(S150). 다음으로, 렌즈 셰이딩 보상처리를 통하여 보정된 이미지 데이터를 출력한다(S160). 보정된 이미지 데이터를 디스플레이를 통하여 출력할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 렌즈 셰이딩 보상을 수행하는 카메라 모듈을 포함하는 영상시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 영상시스템(10)은 카메라 모듈(400) 및 디스플레이(500)를 포함하고, 카메라 모듈(400)은 렌즈부(410), 이미지 센서부(420), 광축·게인 수정부(430), 메모리(440), 이미지 신호 처리부(450)를 포함한다.
렌즈부(410)는 다수의 렌즈를 포함하여 피사체의 광 이미지를 입사 받는다. 이미지 센서부(420)는 렌즈부(410)로부터 입사받은 광 이미지를 전기적 신호인 원 본 영상 데이터로 변환하여 영상 시스템에서 처리가능하게 한다. 여기서, 원본 영상 데이터는 로 데이터(raw data)를 의미하고, 빛의 강약에 따른 전기적 신호의 변화만이 기록된 정보이다.
광축·게인 수정부(430)는 본 실시예에 따라 렌즈부(410)에서 피사체를 촬영하여 이미지 데이터를 획득할 시의 렌즈 위치에 따라 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 획득한다.
메모리(440)는 표준 영상 입력에 대하여 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱인 경우의 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인(gain)과 원거리 포커싱 렌즈 위치 및 근거리 포커싱 렌즈 위치에 대한 정보를 저장하고 있으며, 광축·게인 수정부(430)에서 획득된 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인과 이하에서 설명되는 이미지 신호 처리부(450)에서 처리된 영상 데이터를 인코더를 거쳐 인코딩된 압축 영상 데이터를 저장한다. ·
이미지 신호 처리부(450)는 오토 포커스 기능을 이용하여 촬영시 메모리(440)에 저장된 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 이용하여 이미지 센서부(420)로부터 입력받은 원본 영상 데이터를 미리 설정된 기준에 따라 렌즈 셰이딩 보상처리한다. 그밖에, 이미지 신호 처리부(450)는 적합 컬러 보간(Adaptive Color Interpolation), 컬러 보정(Color Correction), 감마 제어(GAMMA Control), 색상/게인 제어(Hue/Gain Control), 영상 효과(Image Effect), 자동 노출(Auto Exposure), 자동 화이트 밸런스(Auto White Balance), 역광 보정 등을 처리할 수 있다.
디스플레이(500)는 메모리(440)에 저장된 영상 데이터를 읽어서 화면에 출력한다. 디스플레이(500)는 액정 디스플레이(LCD) 또는 유기 발광 소자 디바이스(OLED) 등이 될 수 있다. 이러한 영상 시스템은 휴대용 전화기에 탑재될 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터,데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 원거리 포커싱과 근거리 포커싱에서의 렌즈 셰이딩 보상 전의 밝기 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 원거리 포커싱과 근거리 포커싱에서의 원거리 포커싱으로 최적화된 렌즈 셰이딩 보상 후의 밝기 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 렌즈 셰이딩 보상 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱인 경우의 광축 이동을 보여주는 도면이다.
도 5는 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱인 경우의 중심 대비 주변 게인(gain)을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 렌즈 셰이딩 보상을 수행하는 카메라 모듈을 포함하는 영상시스템을 나타내는 블록도이다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 영상 시스템 400: 카메라 모듈
500: 디스플레이 410: 렌즈부
420: 이미지 센서부 430: 광축·게인 수정부
440: 메모리 450: 이미지 신호 처리부

Claims (4)

  1. 오토 포커스(auto focus) 기능을 이용하여 다수의 렌즈를 포함하는 렌즈부로부터 광 이미지를 입사 받아 이미지 센서에서 전기적 신호인 영상 데이터로 변환하고 상기 영상 데이터를 이미지 신호 처리부에서 렌즈 셰이딩 보상(lens shading correction)하는 방법에 있어서,
    각 픽셀들이 균일한 밝기값을 가진 표준 영상 입력에 대하여 미리 설정된 원거리 포커싱 및 근거리 포커싱의 렌즈 위치에 따라 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인(gain)을 획득하는 단계;
    상기 오토 포커스(auto focus) 기능을 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계;
    상기 영상 데이터를 획득시 이용된 렌즈 위치에 따라 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 획득하는 단계;및
    상기 수정된 광축 좌표 및 중심 대비 주변 게인을 이용하여 상기 영상 데이터를 렌즈 셰이딩 보상하는 단계를 포함하는 렌즈 셰이딩 보상방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정된 광축 좌표 중 x좌표는
    Figure 112009077185641-PAT00004
    를 이용하여 획득하는 렌즈 셰이딩 보상방법.
    여기서, d는 렌즈 위치, min는 원거리 포커싱 렌즈 위치, max는 근거리 포커싱 렌즈 위치, CXmin은 원거리 포커싱 광축 x좌표, CXmax는 근거리 포커싱 광축 x좌표, centerX(d)는 수정된 광축 좌표 중 x좌표임.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정된 광축 좌표 중 y좌표는
    Figure 112009077185641-PAT00005
    를 이용하여 획득하는 렌즈 셰이딩 보상방법.
    여기서, d는 렌즈 위치, min는 원거리 포커싱 렌즈 위치, max는 근거리 포커싱 렌즈 위치, CYmin은 원거리 포커싱 광축 y좌표, CYmax는 근거리 포커싱 광축 y좌표, 및 centerY(d)는 수정된 광축 좌표 중 y좌표이다.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정된 중심 대비 주변 게인은
    Figure 112009077185641-PAT00006
    를 이용하여 획득하는 렌즈 셰이딩 보상방법.
    여기서, d는 렌즈 위치, min는 원거리 포커싱 렌즈 위치, max는 근거리 포커싱 렌즈 위치, Gmin는 원거리 포커싱의 중심 대비 주변 게인, Gmax는 근거리 포커 싱의 중심 대비 주변 게인 및 Gain(d)는 수정된 중심 대비 주변 게인임.
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