KR20110075129A - Camera having a wide dynamic range function - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 예를 들어, 고휘도 피사체와 저휘도 피사체가 동시에 존재하는 장면을 촬영할 때 수행되는 와이드 다이나믹 레인지(WDR: Wide Dynamic Range) 기능이 구비된 카메라에 관한 것이다. The present invention relates to a camera equipped with a wide dynamic range (WDR) function, which is performed when photographing a scene in which a high luminance subject and a low luminance subject exist simultaneously.
일반적으로 널리 알려진 와이드 다이나믹 레인지(WDR) 기능은, 도 1에 도시한 바와 같이, 카메라의 이미지 센서(Image Sensor)에 고휘도 피사체와 저휘도 피사체가 동시에 촬영되는 경우, 예를 들어, 필드(Filed) 단위의 주기로, 셔터 스피드(Shutter Speed)를 길게 제어하는 롱셔터(Long Shutter) 스피드 동작과 짧게 제어하는 숏셔터(Shot Shutter) 스피드 동작을 교번적으로 수행하게 된다. In general, a wide dynamic range (WDR) function, which is widely known, is used when, for example, a high luminance subject and a low luminance subject are simultaneously photographed by an image sensor of a camera, for example, filed. In a unit cycle, a long shutter speed operation for controlling the shutter speed long and a short shutter speed operation for short control are alternately performed.
그리고, 상기 롱셔터 스피드에 의해 출력되는 Y 신호에는, 높은 게인(Gain High)을 적용하여, 저휘도 피사체의 휘도 레벨을 상대적으로 높게 증폭시키고, 상기 숏셔터 스피드에 의해 출력되는 Y 신호에는, 낮은 게인(Gain Low)을 적용하여, 고휘도 피사체의 휘도 레벨을 상대적으로 낮게 증폭시킨 후, 각각의 출력 신호를 합성하게 된다. A high gain is applied to the Y signal output by the long shutter speed to amplify the luminance level of the low luminance subject relatively high, and a low value is applied to the Y signal output by the short shutter speed. Gain is applied to amplify the luminance level of the high-luminance subject to a relatively low level, and then synthesize the respective output signals.
이에 따라, 상기 고휘도 피사체의 휘도 레벨과, 상기 저휘도 피사체의 휘도 레벨이 거의 동일하게 되도록 한 후, 컬러 신호 처리 프로세스인 화이트 밸런스(White Balance) 동작을 수행하게 된다. Accordingly, the luminance level of the high-luminance subject and the luminance level of the low-luminance subject are substantially the same, and then a white balance operation, which is a color signal processing process, is performed.
한편, 도 2는 일반적인 씨씨디 카메라에 대한 실시예의 구성을 도시한 것으로, 예를 들어, 와이드 다이나믹 레인지(WDR) 기능이 구비된 씨씨디(CCD) 카메라에는, 이미지 센서부(11), 제1 게인 조절부(12), 제2 게인 조절부(13), 합성부(14), 화이트 밸런스 조정부(15), 센서 구동부(16), 그리고 마이컴(17) 등이 포함 구성된다.2 illustrates a configuration of an embodiment of a general CD camera. For example, an
또한, 상기 이미지 센서부(11)에는, 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, Cy,Ye,G,Mg가 배열된 모자이크 패턴(Mosaic Pattern)의 씨씨디(CCD) 이미지 센서가 사용되며, 상기 씨씨디 이미지 센서에서는, YDrDb 신호를 출력하되, In addition, for example, as illustrated in FIG. 3, a mosaic pattern CDD image sensor in which Cy, Ye, G, and Mg are arranged is used as the
Y={(G+Cy)+(Mg+Ye)}/2={(G+B+G)+(R+B+R+G)}/2={2B+3G+2R}Y = {(G + Cy) + (Mg + Ye)} / 2 = {(G + B + G) + (R + B + R + G)} / 2 = {2B + 3G + 2R}
Dr={(Mg+Ye)-(G+Cy)}={2R-G}, -Db={(G+Ye)-(Mg+Cy)}={2B-G}의 연산식을 적용하게 된다. Dr = {(Mg + Ye)-(G + Cy)} = {2R-G}, -Db = {(G + Ye)-(Mg + Cy)} = {2B-G} do.
이에 따라, 상기 이미지 센서부(11)에서는, 상기 연산식에 의해 YDrDb 신호를 출력하게 되는 데, 상기 센서 구동부(16)에서는, 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 상기 이미지 센서부(11)를 롱셔터 스피드와 숏셔터 스피드로 구동 제어하여, 롱셔터 스피드의 YDrDb 신호와, 숏셔터 스피드의 YDrDb 신호가, 상기 제1 게인 조 절부(12)와 제2 게인 조절부(13)로 각각 입력되도록 한다.As a result, the
그리고, 상기 제1 게인 조절부(12)에서는, 상기 롱셔터 스피드에 의해 출력되는 YDrDb 신호 중 Y 신호에 대해 높은 게인을 적용하여, 저휘도 피사체의 휘도 레벨을 상대적으로 높게 증폭시키고, 상기 제2 게인 조절부(13)에서는, 상기 숏셔터 스피드에 의해 출력되는 YDrDb 신호 중 Y 신호에 대해 낮은 게인을 적용하여, 고휘도 피사체의 휘도 레벨을 상대적으로 낮게 증폭시키게 된다.The first
또한, 상기 합성부(14)에서는, 상기와 같이 제1 게인 조절부(12)와 제2 게인 조절부(13)를 거쳐 출력되는 YDrDb 신호들을 합성하여, 상기 화이트 밸런스 조정부(15)로 출력하게 되는 데, 상기 제1 게인 조절부(12)와 제2 게인 조절부(13)에서는, YDrDb 신호 중 Y 신호만을 서로 다른 게인 값으로 증폭시키기 때문에, 컬러 신호인 DrDb 신호에는 아무런 영향을 주지 않으므로, 정상적인 화이트 밸런스 동작을 수행할 수 있게 된다.In addition, the synthesizing
한편, 도 4는 일반적인 씨모스 카메라에 대한 실시예의 구성을 도시한 것으로, 예를 들어, 와이드 다이나믹 레인지(WDR) 기능이 구비된 씨모스(CMOS) 카메라에는, 이미지 센서부(21), 제1 게인 조절부(22), 제2 게인 조절부(23), 합성부(24), 화이트 밸런스 조정부(25), 센서 구동부(26), 그리고 마이컴(27) 등이 포함 구성된다.4 illustrates a configuration of an embodiment of a general CMOS camera. For example, in a CMOS camera having a wide dynamic range (WDR) function, an
또한, 상기 이미지 센서부(21)에는, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, B,G,R,G가 배열된 바이엘 패턴(Bayer Pattern)의 씨모스(CMOS) 이미지 센서가 사용되며, 상기 씨모스 이미지 센서에서는, RGB 신호를 출력하되, G=(G+G)/2, B=B, R=R 의 연산식을 적용하게 된다. In addition, as illustrated in FIG. 4, for example, a CMOS image sensor having a Bayer pattern in which B, G, R, and G are arranged is used. In the CMOS image sensor, an RGB signal is output, but G = (G + G) / 2, B = B, and R = R are applied.
이에 따라, 상기 이미지 센서부(21)에서는, 상기 연산식에 의해 RGB 신호를 출력하게 되는 데, 상기 센서 구동부(26)에서는, 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 상기 이미지 센서부(21)를 롱셔터 스피드와 숏셔터 스피드로 구동 제어하여, 롱셔터 스피드의 RGB 신호와 숏셔터 스피드의 RGB 신호가, 상기 제1 게인 조절부(22)와 제2 게인 조절부(23)로 각각 입력되도록 한다.Accordingly, the
그리고, 상기 제1 게인 조절부(22)에서는, 상기 롱셔터 스피드에 의해 출력되는 RGB 신호 중 Y 신호에 가까운 성분을 갖는 G 신호에 대해 높은 게인을 적용하여, G 신호의 레벨을 상대적으로 높게 증폭시키고, 상기 제2 게인 조절부(23)에서는, 상기 숏셔터 스피드에 의해 출력되는 RGB 신호 중 Y 신호에 가까운 성분을 갖는 G 신호에 대해 낮은 게인을 적용하여, G 신호의 레벨을 상대적으로 낮게 증폭시키게 된다.The first
또한, 상기 합성부(24)에서는, 상기와 같이 제1 게인 조절부(22)와 제2 게인 조절부(23)를 거쳐 출력되는 RGB 신호들을 합성하여, 상기 화이트 밸런스 조정부(25)로 출력하게 되는 데, 상기 제1 게인 조절부(22)와 제2 게인 조절부(23)에서는, RGB 신호 중 컬러 신호인 G 신호를 서로 다른 게인 값으로 증폭시키기 때문에, 컬러 틀어짐 현상이 발생하게 되므로, 화이트 밸런스 동작을 정상적으로 수행할 수 없게 되는 문제점이 있다. In addition, the
본 발명은, 예를 들어, 바이엘(Bayer) 패턴의 씨모스(CMOS) 이미지 센서를 사용하는 카메라에서, 롱셔터(Long Shutter) 스피드의 RGB 신호와 숏셔터(Short Shutter) 스피드의 RGB 신호를, 롱셔터 스피드의 YDrDb 신호와 숏셔터 스피드의 YDrDb 신호로 각각 변환한 후, 각각의 Y 신호들에 대해서만 서로 다른 게인 값들을 적용하는 와이드 다이나믹 레인지 기능이 구비된 카메라를 제공하기 위한 것이다. For example, in a camera using a Bayer pattern CMOS image sensor, an RGB signal of a long shutter speed and an RGB signal of a short shutter speed, The present invention provides a camera having a wide dynamic range function that converts a long shutter speed YDrDb signal and a short shutter speed YDrDb signal, and applies different gain values only to the respective Y signals.
본 발명에 따른 와이드 다이나믹 레인지 기능이 구비된 카메라는, 롱셔터 스피드의 RGB 신호와 숏셔터 스피드의 RGB 신호를 출력하는 이미지 센서부; 상기 롱셔터 스피드의 RGB 신호와 숏셔터 스피드의 RGB 신호를, 롱셔터 스피드의 YDrDb 신호와 숏셔터 스피드의 YDrDb 신호로 각각 변환하는 변환부; 상기 롱셔터 스피드의 YDrDb 신호 중 Y 신호에 높은 게인을 적용하고, 상기 숏셔터 스피드의 YDrDb 신호 중 Y 신호에 낮은 게인을 적용하는 게인 조절부; 상기 게인 조절부에 의해 각각 증폭된 출력 신호들을 합성하는 합성부; 및 상기 합성된 출력 신호의 화이트 밸런스를 조정하는 화이트 밸런스 조정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,A camera having a wide dynamic range function according to the present invention includes an image sensor unit for outputting a long shutter speed RGB signal and a short shutter speed RGB signal; A conversion unit for converting the long shutter speed RGB signal and the short shutter speed RGB signal into a long shutter speed YDrDb signal and a short shutter speed YDrDb signal, respectively; A gain adjusting unit applying a high gain to a Y signal among the YDrDb signals of the long shutter speed and a low gain to a Y signal of the YDrDb signals of the short shutter speed; A synthesis unit for synthesizing the output signals amplified by the gain control unit, respectively; And a white balance adjusting unit for adjusting white balance of the synthesized output signal.
또한, 상기 이미지 센서부에는, 바이엘 패턴의 씨모스 이미지 센서가 사용되는 것을 특징으로 하며, In addition, the image sensor unit, characterized in that the Bayer pattern CMOS image sensor is used,
또한, 상기 변환부는, 상기 RGB 신호를 YDrDb 신호로 변환하되, Y=0.299×R+0.587×G+0.114×B, Dr=(R-Y)/Y, Db=(B-Y)/Y의 연산식을 적용하는 것을 특징으로 한다. The converting unit converts the RGB signal into a YDrDb signal, and applies a calculation formula of Y = 0.299 × R + 0.587 × G + 0.114 × B, Dr = (RY) / Y, and Db = (BY) / Y. Characterized in that.
본 발명에 따른 와이드 다이나믹 레인지 기능이 구비된 카메라는, 예를 들어 바이엘(Bayer) 패턴의 씨모스(CMOS) 이미지 센서를 사용하는 카메라에서, 롱셔터(Long Shutter) 스피드의 RGB 신호와 숏셔터(Short Shutter) 스피드의 RGB 신호를, 롱셔터 스피드의 YDrDb 신호와 숏셔터 스피드의 YDrDb 신호로 각각 변환한 후, 각각의 Y 신호들에 대해 서로 다른 게인 값들을 적용하는 와이드 다이나믹 레인지 기능을 수행함으로써, 컬러 신호(Dr,Db)와는 무관하게 Y 신호에 대해서만 서로 다른 게인 값들을 적용하여, 컬러 신호(Dr,Db)의 틀어짐 현상을 미연에 방지할 수 있게 되므로, 컬러 신호 처리 프로세스인 화이트 밸런스 동작을 정상적으로 수행할 수 있게 된다. A camera equipped with a wide dynamic range function according to the present invention is, for example, in a camera using a Bayer pattern CMOS image sensor, an RGB signal of a long shutter speed and a short shutter ( Short Shutter) converts the RGB signal of the long shutter speed into a YDrDb signal of the long shutter speed and a YDrDb signal of the short shutter speed, and then performs a wide dynamic range function to apply different gain values to the respective Y signals. By applying different gain values only to the Y signal irrespective of the color signals Dr and Db, the distortion of the color signals Dr and Db can be prevented in advance, thereby performing the white balance operation, which is a color signal processing process. You can do it normally.
이하, 본 발명에 따른 와이드 다이나믹 레인지 기능이 구비된 카메라에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of a camera equipped with a wide dynamic range function according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 와이드 다이나믹 레인지 기능이 구비된 카메라에는, 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 이미지 센서부(31), YDrDb 변환부(32), 제1 게인 조절부(33), 제2 게인 조절부(34), 합성부(35), 화이트 밸런스 조정부(36), 센서 구동부(37), 그리고 마이컴(38) 등이 포함 구성된다.In the camera equipped with the wide dynamic range function according to the present invention, for example, as illustrated in FIG. 6, the
또한, 상기 이미지 센서부(31)에는, 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, B,G,R,G가 배열된 바이엘 패턴(Bayer Pattern)의 씨모스(CMOS) 이미지 센서가 사용되며, 상기 씨모스 이미지 센서에서는, RGB 신호를 출력하되, G=(G+G)/2, B=B, R=R의 연산식을 적용하게 된다. In addition, as illustrated in FIG. 7, for example, a CMOS image sensor having a Bayer pattern in which B, G, R, and G are arranged is used. In the CMOS image sensor, an RGB signal is output, but G = (G + G) / 2, B = B, and R = R are applied.
그리고, 상기 YDrDb 변환부(32)에서는, 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 RGB 신호를 YDrDb 신호로 변환하되, Y=0.299×R+0.587×G+0.114×B, Dr=(R-Y)/Y, Db=(B-Y)/Y의 연산식을 적용하게 된다. In the
이에 따라, 상기 이미지 센서부(31)에서는, RGB 신호를 출력하게 되고, 상기 YDrDb 변환부(32)에서는, 상기 RGB 신호를 YDrDb 신호로 변환 출력하게 되는 데, 상기 센서 구동부(37)에서는, 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 상기 이미지 센서부(31)를 롱셔터 스피드와 숏셔터 스피드로 구동 제어하여, 롱셔터 스피드의 RGB 신호와, 숏셔터 스피드의 RGB 신호가, 상기 YDrDb 변환부(32)로 입력되도록 한다.Accordingly, the
그리고, 상기 YDrDb 변환부(32)에서는, 상기 롱셔터 스피드의 RGB 신호와 숏셔터 스피드의 RGB 신호를, 상기 롱셔터 스피드의 YDrDb 신호와 숏셔터 스피드의 YDrDb 신호로 각각 변환한 후, 상기 제1 게인 조절부(33)와 제2 게인 조절부(34)로 각각 입력하게 된다. The
한편, 상기 제1 게인 조절부(33)에서는, 상기 롱셔터 스피드의 YDrDb 신호 중 Y 신호에 대해 높은 게인을 적용하여, 저휘도 피사체의 휘도 레벨을 상대적으로 높게 증폭시키고, 상기 제2 게인 조절부(34)에서는, 상기 숏셔터 스피드의 YDrDb 신호 중 Y 신호에 대해 낮은 게인을 적용하여, 고휘도 피사체의 휘도 레벨을 상대 적으로 낮게 증폭시키게 된다. On the other hand, the first
또한, 상기 합성부(35)에서는, 상기와 같이 제1 게인 조절부(33)와 제2 게인 조절부(34)를 거쳐 출력되는 YDrDb 신호들을 합성하여, 상기 화이트 밸런스 조정부(36)로 출력하게 되는 데, 상기 제1 게인 조절부(33)와 제2 게인 조절부(34)에서는, YDrDb 신호 중 Y 신호만을 서로 다른 게인 값으로 증폭시키기 때문에, 컬러 신호인 DrDb 신호에는 아무런 영향을 주지 않으므로, 컬러 신호 처리 프로세스인 화이트 밸런스 동작을 정상적으로 수행할 수 있게 된다. In addition, the synthesizing
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. , Alteration, substitution, addition, or the like.
도 1은 일반적인 와이드 다이나믹 레인지(WDR) 동작을 설명하기 위해 도시한 것이고, 1 is a diagram for explaining a general wide dynamic range (WDR) operation,
도 2는 일반적인 씨씨디 카메라에 대한 실시예의 구성을 도시한 것이고,2 shows a configuration of an embodiment of a typical CD camera,
도 3은 일반적인 모자이크 패턴의 씨씨디 이미지 센서에 의해 출력되는 YDrDb 신호의 실시예를 도시한 것이고, 3 illustrates an embodiment of a YDrDb signal output by a CD image sensor of a general mosaic pattern.
도 4는 일반적인 씨모스 카메라에 대한 실시예의 구성을 도시한 것이고,4 shows a configuration of an embodiment of a general CMOS camera,
도 5는 일반적인 바이엘 패턴의 씨모스 이미지 센서에 의해 출력되는 RGB 신호의 실시예를 도시한 것이고, FIG. 5 illustrates an embodiment of an RGB signal output by a CMOS image sensor of a general Bayer pattern.
도 6은 본 발명에 따른 와이드 다이나믹 레인지 기능이 구비된 카메라에 대한 구성을 도시한 것이고,6 illustrates a configuration of a camera equipped with a wide dynamic range function according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따라 바이엘 패턴의 씨모스 이미지 센서에 의해 출력되는 RGB 신호가 YDrDb 신호로 변환하는 실시예를 도시한 것이다. FIG. 7 illustrates an embodiment in which an RGB signal output by a Bayer pattern CMOS image sensor is converted into a YDrDb signal according to the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명[Description of Drawings]
31 : 이미지 센서부 32 : YDrDb 변환부31: image sensor unit 32: YDrDb conversion unit
33,34 : 게인 조절부 35 : 합성부33,34: gain control unit 35: synthesis unit
36 : 화이트 밸런스 조정부 37 : 센서 구동부36: white balance adjustment unit 37: sensor drive unit
38 : 마이컴 38: micom
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Cited By (2)
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KR20150082907A (en) * | 2014-01-08 | 2015-07-16 | 삼성전자주식회사 | Image sensor |
US10356314B2 (en) | 2015-11-25 | 2019-07-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensor and image capturing apparatus |
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2009
- 2009-12-28 KR KR1020090131481A patent/KR20110075129A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20150082907A (en) * | 2014-01-08 | 2015-07-16 | 삼성전자주식회사 | Image sensor |
US10356314B2 (en) | 2015-11-25 | 2019-07-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensor and image capturing apparatus |
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