KR20110122457A - 영상 촬상 장치 및 방법 - Google Patents

영상 촬상 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 촬상 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은 픽셀값이 (R, G, B)인 저노출 시간의 제1 영상 이미지를 획득하고, 픽셀값이 (r, g, b)인 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 획득하는 픽셀부와, 상기 제1 영상 이미지와 상기 제2 영상 이미지를 중첩시켜 합성 영상 이미지를 생성하는 영상 합성부를 포함하여, Y-noise, R-noise, G-noise, B-noise가 모두 감소된 합성 영상 이미지를 생성할 수 있다. 본 발명에서는 합성 영상 이미지의 Y-noise, R-noise, G-noise, B-noise가 감소되어 선명도가 증가하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

영상 촬상 장치 및 방법{Apparatus and method for capturing image}
본 발명은 영상 촬상 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 디지털 카메라 및 카메라 폰 등과 같이 카메라를 장착한 장치들의 보급이 확산되고 있다.
카메라는 일반적으로 렌즈 및 영상 센서 등을 포함하여 구성되는데, 렌즈는 피사체에 반사된 광신호를 모으는 역할을 하며, 영상 센서는 렌즈에 의해 모아진 광신호를 검출하여 전기적인 영상 신호로 변환하는 역할을 한다.
영상 센서는 크게 촬상관과 고체 영상 센서로 분류될 수 있으며, 고체 영상 센서의 대표적인 예로서 전하 결합소자(CCD, Charge Coupled Device)와 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor)가 있다.
영상 센서에서 동적 범위(Dynamic Range)는 영상 센서가 감지할 수 있는 광신호 크기의 범위로서, 동적 범위의 크기에 따라 강한 광신호 및 약한 광신호의 감지 여부가 결정된다. 예를 들어, 동적 범위가 작으면 입사되는 광신호 세기를 모두 감지할 수 없으므로 너무 밝거나 너무 어두운 영상이 생성되는 것이다.
물론, 입사되는 광신호에 대한 노출 시간을 조절함으로써 영상의 어두운 부분과 밝은 부분을 구별할 수도 있으나, 노출 시간 조절만으로 확장된 동적 범위의 영상을 구현함에 있어서는 한계가 존재한다. 즉, 강한 광신호가 입사되는 경우 노출 시간을 짧게 하고, 약한 광신호가 입사되는 경우 노출 시간을 길게 함으로써 신호 레벨을 유지함과 동시에 확장된 동적 범위를 구현할 수 있으나, 강한 광신호와 약한 광신호가 동시에 입사되는 경우 이는 노출 시간 조절만으로는 충분히 신호 레벨을 유지할 수 없기 때문이다.
또한, 약한 광신호가 입사되는 경우 노출 시간을 길게 하면, 게인(gain)이 증가하여 영상에 노이즈가 발생하는 문제점이 있다. 이때, 노이즈 감소 기법을 이용하여 노이즈를 제거할 경우에는 이미지의 선명도(sharpness)가 감소하는 문제점이 있다.
본 발명은 영상 이미지의 선명도를 높이면서 노이즈를 제거할 수 있는 영상 촬상 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 픽셀값이 (R, G, B)인 저노출 시간의 제1 영상 이미지를 획득하고, 픽셀값이 (r, g, b)인 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 획득하는 픽셀부, 상기 제1 영상 이미지와 상기 제2 영상 이미지를 중첩시켜 합성 영상 이미지를 생성하는 영상 합성부를 포함하는 영상 촬상 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 픽셀값이 (R, G, B)인 저노출 시간의 제1 영상 이미지를 획득하는 단계, 픽셀값이 (r, g, b)인 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 획득하는 단계, 상기 제1 영상 이미지와 상기 제2 영상 이미지를 중첩시켜 합성 영상 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 영상 촬상 방법이 제공된다.
본 발명의 실시 예에서는 저노출 시간의 제1 영상 이미지와 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 중첩함으로써, Y-noise, R-noise, G-noise, B-noise가 모두 감소된 합성 영상 이미지를 생성할 수 있다. 본 발명의 합성 영상 이미지는 Y-noise, R-noise, G-noise, B-noise가 감소되어 선명도가 증가하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 촬상 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 노출 시간이 815인 제1 영상 이미지의 존별 노이즈를 나타내는 도면이다.
도 4는 노출 시간이 815인 제1 영상 이미지와 노출 시간이 2000인 제2 영상 이미지를 중첩한 합성 영상 이미지의 존별 노이즈를 나타내는 도면이다.
도 5는 노출시간이 815인 제1 영상 이미지와 노출 시간이 6000인 제2 영상 이미지를 중첩한 합성 영상 이미지의 존별 노이즈를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 데이터를 그래프로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4의 데이터를 그래프로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 5의 데이터를 그래프로 나타내는 도면이다.
도 9는 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지에 대해 존별 Y-noise를 나타내는 그래프이다.
도 10은 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지에 대해 존별 R-noise를 나타내는 그래프이다.
도 11은 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지에 대해 존별 G-noise를 나타내는 그래프이다.
도 12는 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지에 대해 존별 B-noise를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
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. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 영상 촬상 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 촬상 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 영상 촬상 장치는 픽셀부(10), 영상 합성부(20)를 포함한다.
픽셀부(10)는 다수의 CIS(CMOS Image Sensor)들로 구성된다. 또한, 각각의 픽셀은 능동형 또는 수동형으로 구성될 수 있다. 픽셀부(100)는 외부 피사체로부터 입사되는 광신호에 상응하는 전기적 신호를 발생한다. 발생된 전기적 신호는 디지털화된다. 또한, 발생된 전기적 신호는 해당하는 픽셀에서 증폭되고, 별도의 회로를 통해 디지털화될 수도 있다. 상기 도 1에서 도시되지 아니하였으나, 픽셀부(10)에 의해 획득된 외부 영상에 상응하는 전기적 신호를 디지털화하기 위한 별도의 회로가 더 구비될 수 있다.
또한, 픽셀부(10)를 구성하는 다수의 픽셀들은 베이어 타입으로 구성되며, 픽셀부(10)는 서로 다른 노출 시간(exposure time)을 가진 영상 이미지들을 출력한다.
본 발명에서 픽셀부(10)는 입사되는 광신호에 상응하여 픽셀값이 (R, G, B)인 저노출 시간의 제1 영상 이미지를 획득하고, 픽셀값이 (r, g, b)인 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 획득하여, 제1 영상 이미지 및 제2 영상 이미지를 영상 합성부(20)로 출력한다.
영상 합성부(20)는 제1 영상 이미지와 제2 영상 이미지의 불투명도(opacity)를 5:5로 하여 제1 영상 이미지와 제2 영상 이미지를 중첩(merge)시켜 합성 영상 이미지를 생성한다.
이때, 영상 합성부(20)의 합성 영상 이미지의 픽셀값은 ((R+r)/2, (G+g)/2, (B+b)/2) 이다.
본 발명에서 고노출 시간은 저노출 시간의 대략 7~8배 범위에 포함되도록 설정한다. 예를 들어, 저노출 시간이 815 시간 일 때, 고노출 시간은 5705~6520 범위에 포함되는 시간으로 설정한다. 이러한 수치는 실험을 통해 유추된 값으로, 아래에서는 실험 데이터를 통해 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지를 예시적으로 나타낸 도면으로, (a)는 노출 시간이 815인 제1 영상 이미지고, (b)는 노출 시간이 6000인 제2 영상 이미지고, (c)는 제1 영상 이미지와 제2 영상 이미지가 중첩된 합성 영상 이미지를 나타내는 도면이다.
이와 같이, 본 발명에서는 저노출 시간의 제1 영상 이미지와 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 중첩하여 합성 영상 이미지를 생성함으로써, 도 2의 (c)와 같이 육안으로 확인 가능할 정도로 노이즈가 개선되어 선명도가 증가한 영상을 출력할 수 있다.
도 3은 노출 시간이 815인 제1 영상 이미지의 존별 노이즈를 나타내는 도면이고, 도 4는 노출 시간이 815인 제1 영상 이미지와 노출 시간이 2000인 제2 영상 이미지를 중첩한 합성 영상 이미지의 존별 노이즈를 나타내는 도면이고, 도 5는 노출시간이 815인 제1 영상 이미지와 노출 시간이 6000인 제2 영상 이미지를 중첩한 합성 영상 이미지의 존별 노이즈를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5에서 존은 영상 이미지를 15개의 존으로 나눈 것이고, Y-noise는 휘도(luminance) 노이즈이고, R-noise는 레드(red) 픽셀들의 노이즈이고, G-noise는 그린(green) 픽셀들의 노이즈이고, B-noise는 블루(blue) 픽셀들의 노이즈이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4의 합성 영상 이미지의 존별 노이즈는 도 3의 제1 영상 이미지의 존별 노이즈보다 낮아졌으며, 도 5의 합성 영상 이미지의 존별 노이즈는 도 3의 제1 영상 이미지의 존별 노이즈보다 낮아졌다.
이때, 도 4의 합성 영상 이미지의 존별 노이즈보다 도 5의 합성 영상 이미지의 존별 노이즈가 더 낮을 걸 알 수 있다.
이를 통해, 본 발명에서는 고노출 시간을 저노출 시간의 2~3배 범위로 설정하는 합성 영상 이미지의 노이즈 보다 고노출 시간을 저노출 시간의 7~8배 범위로 설정하는 합성 영상 이미지의 노이즈가 더 낮다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 고노출 시간이 저노출 시간의 7~8배 범위에 포함되도록 설정함으로써, 제1 영상 이미지에 비해 노이즈가 개선되고 선명도가 높은 합성 영상 이미지를 생성할 수 있다.
도 6 내지 도 8 각각은 도 3 내지 도 5의 데이터를 그래프로 나타낸 도면이다.
상기 언급한 바와 같이, 도 6 내지 도 8을 통해 고노출 시간을 저노출 시간의 2~3배 범위로 설정하는 합성 영상 이미지의 노이즈 보다 고노출 시간을 저노출 시간의 7~8배 범위로 설정하는 합성 영상 이미지의 노이즈가 더 낮다는 것을 알 수 있다.
도 9는 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지에 대해 존별 Y-noise를 나타내는 그래프이고, 도 10은 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지에 대해 존별 R-noise를 나타내는 그래프이고, 도 11은 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지에 대해 존별 G-noise를 나타내는 그래프이고, 도 12는 제1 영상 이미지, 제2 영상 이미지 및 합성 영상 이미지에 대해 존별 B-noise를 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 합성 영상 이미지는 저노출 시간(815)의 제1 영상 이미지 및 고노출 시간(6000)의 제2 영상 이미지보다 Y-noise, R-noise, G-noise, B-noise가 모두 낮은 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 저노출 시간의 제1 영상 이미지와 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 중첩함으로써, Y-noise, R-noise, G-noise, B-noise가 모두 감소된 합성 영상 이미지를 생성할 수 있다. 본 발명의 합성 영상 이미지는 Y-noise, R-noise, G-noise, B-noise가 감소되어 선명도가 증가하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 픽셀부
20: 영상 합성부

Claims (6)

  1. 픽셀값이 (R, G, B)인 저노출 시간의 제1 영상 이미지를 획득하고, 픽셀값이 (r, g, b)인 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 획득하는 픽셀부, 및
    상기 제1 영상 이미지와 상기 제2 영상 이미지를 중첩시켜 합성 영상 이미지를 생성하는 영상 합성부를 포함하는 영상 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합성 영상 이미지의 픽셀값은 ((R+r)/2, (G+g)/2, (B+b)/2)인 영상 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고노출 시간은 상기 저노출 시간의 7~8배 범위에 포함되는 영상 촬상 장치.
  4. 픽셀값이 (R, G, B)인 저노출 시간의 제1 영상 이미지를 획득하는 단계,
    픽셀값이 (r, g, b)인 고노출 시간의 제2 영상 이미지를 획득하는 단계, 및
    상기 제1 영상 이미지와 상기 제2 영상 이미지를 중첩시켜 합성 영상 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 영상 촬상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 합성 영상 이미지의 픽셀값은 ((R+r)/2, (G+g)/2, (B+b)/2)인 영상 촬상 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고노출 시간은 상기 저노출 시간의 7~8배 범위에 포함되는 영상 촬상 방법.
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