KR20130019583A - Image sensor of 3d camera - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3D 카메라의 이미지 센서에 관한 것으로, 이미지 센서를 구성함에 있어서 복수의 픽셀들의 어레이(array)의 배열에 그 특징이 있다.
The present invention relates to an image sensor of a 3D camera, and is characterized by an arrangement of an array of a plurality of pixels in constructing an image sensor.
최근 이미지 센서를 구비한 휴대 장치(디지털 카메라, 휴대용 단말기 등)가 개발되어 판매되고 있고, 이미지 센서는 픽셀 또는 포토사이트(photosite)라고 불리는 작은 포토다이오드(photodiode)의 어레이로서 구성된다. 일반적으로 픽셀은 빛으로부터 색상을 직접적으로 추출하지 아니하고, 넓은 스펙트럼 밴드의 광자(photon)를 전자(electron)로 변환시킨다. 따라서 이미지 센서의 픽셀은 넓은 스펙트럼 밴드의 빛 중 색상 획득에 필요한 밴드의 빛만을 입력받을 필요가 있다. 이미지 센서의 픽셀은 컬러 필터 등과 결합하여 특정 색상에 대응하는 광자만을 전자로 변환할 수 있다.Recently, portable devices (digital cameras, portable terminals, etc.) with image sensors have been developed and sold, and the image sensors are configured as an array of small photodiodes called pixels or photosites. In general, pixels do not extract color directly from light, but instead convert photons of a broad spectral band into electrons. Therefore, the pixel of the image sensor needs to receive only the light of the band required for color acquisition among the light of the broad spectrum band. The pixel of the image sensor may be combined with a color filter to convert only photons corresponding to a specific color into electrons.
이러한 이미지 센서들을 이용하여 3차원 영상을 획득하기 위해서는 색상뿐만 아니라 물체와 이미지 센서 간의 거리에 관한 정보가 필요하다. 일반적으로 물체와 이미지 센서 간의 거리에 관해 재구성된 영상을 해당 분야에서는 깊이 이미지(depth image)로 표현하며, 이러한 깊이 이미지는 적외선(infrared light)을 이용하여 얻어질 수 있다.In order to acquire a 3D image using these image sensors, not only the color but also information on the distance between the object and the image sensor is required. In general, a reconstructed image of a distance between an object and an image sensor is represented as a depth image in the related field, and the depth image may be obtained by using infrared light.
종래에는 3차원 영상을 획득하기 위하여 색상과 거리에 관한 정보를 얻기 위해 Bayer 패턴(미국 특허 제 3,971,065호에서 개시되어 있음)을 적용한 이미지 센서가 이용되었다. 기존의 CMOS, CCD 센서의 구조는 로 구성되어 있으며, 이러한 Bayer 컬러 필터 배열의 예시는 도 1에서 나타나 있다.Conventionally, an image sensor using a Bayer pattern (disclosed in US Pat. No. 3,971,065) has been used to obtain color and distance information in order to obtain a 3D image. The structure of the conventional CMOS and CCD sensor is composed of. An example of such Bayer color filter arrangement is shown in FIG. 1.
종래의 3D 카메라의 경우, 3D 이미지를 구현하기 위해, RGB(적색, 녹색, 청색)를 위한 CMOS 이미지 센서 및 IR(적외선)을 위한 CMOS 이미지 센서 두개가 필요하였고, RGB를 위한 CMOS 이미지 센서에 의해 색상 정보를 얻고, IR을 위한 CMOS 이미지 센서에 의해 깊이 정보를 얻었으며, 이를 이용해 3D 이미지를 구현하였다.Conventional 3D cameras require two CMOS image sensors for RGB (red, green, blue) and two CMOS image sensors for IR (infrared) to implement 3D images. Color information was obtained, depth information was obtained by CMOS image sensor for IR, and 3D image was used.
도 2에서 보는 것처럼, XBOX 360에서는 적외선 레이저 프로젝터, RGB를 위한 CMOS 이미지 센서, 및 IR을 위한 CMOS 이미지 센서를 포함하고 있고, 이에 의해 3D 이미지를 구현하고 있다.As shown in FIG. 2, the XBOX 360 includes an infrared laser projector, a CMOS image sensor for RGB, and a CMOS image sensor for IR, thereby implementing 3D images.
이와 같이 종래 기술의 3D 카메라의 경우에는 2개의 카메라, 즉 가시광(visible) 카메라와 IR 감지 카메라가 필요하지만, 본 발명에서는 이미지 센서에서 Bayer 패턴의 배치의 구성을 변경함으로써 하나의 카메라에서 가시광 영역 및 IR 영역 모두를 수신할 수 있게 되었다.
As described above, in the case of the 3D camera of the prior art, two cameras, that is, a visible camera and an IR sensing camera, are required. However, in the present invention, the visible light region and All IR areas can be received.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적외선을 생성하는 광원; 복수의 픽셀들; 및 광 검출 엘리먼트를 포함하고, 상기 복수의 픽셀들은 2x2 픽셀 그룹의 어레이로 배열되며, 상기 2x2 픽셀 그룹의 어레이는 적색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 녹색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 청색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 및 적외선을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀을 포함하는, 이미지 센서를 포함하는 3D 카메라를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a light source for generating infrared light; A plurality of pixels; And a light detection element, wherein the plurality of pixels is arranged in an array of 2x2 pixel groups, the array of 2x2 pixel groups comprising pixels arranged with a filter for passing red light, pixels arranged with a filter for passing green light, blue light. Provided is a 3D camera comprising an image sensor comprising a pixel arranged with a filter for passing through, and a pixel arranged with a filter for passing through the infrared ray.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 복수의 픽셀들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀들은 2x2 픽셀 그룹의 어레이로 배열되며, 상기 2x2 픽셀 그룹의 어레이는 적색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 녹색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 청색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 및 적외선을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀을 포함하는, 이미지 센서를 제공한다.
According to a further embodiment of the present invention, a plurality of pixels, the plurality of pixels are arranged in an array of 2x2 pixel groups, the array of 2x2 pixel groups pass through the green light, a pixel arranged a filter for passing red light An image sensor is provided that includes a pixel in which a filter to be arranged is arranged, a pixel in which a filter for passing blue light is arranged, and a pixel in which a filter for passing infrared light is arranged.
도 1은 종래 기술에 따른 Bayer 패턴의 픽셀 배열을 나타낸다.
도 2는 종래의 2개의 카메라를 이용한 3D 카메라를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 이미지 센서의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이미지 센서의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 이미지 센서의 픽셀 배열 패턴을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 이미지 센서의 개략적인 동작 모습을 나타낸다.
도 7a는 본 발명의 이미지 센서를 통해 물체에 대한 컬러 이미지를 얻은 것이고, 도 7b는 본 발명의 이미지 센서를 통해 물체에 대한 깊이 이미지를 얻은 것이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다. 1 shows a pixel arrangement of a Bayer pattern according to the prior art.
2 shows a 3D camera using two conventional cameras.
3 is a schematic perspective view of an image sensor according to the present invention.
4 shows a cross-sectional view of an image sensor according to the invention.
5 shows a pixel arrangement pattern of the image sensor according to the present invention.
6 shows a schematic operation of the image sensor according to the present invention.
7A shows a color image of the object through the image sensor of the present invention, and FIG. 7B shows a depth image of the object through the image sensor of the present invention.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.The following description provides a simplified description of one or more embodiments in order to provide a basic understanding of embodiments of the invention. This section is not intended to be a comprehensive overview of all possible embodiments, nor is it intended to identify key elements of all elements or to cover the scope of all embodiments. Its sole purpose is to present the concept of one or more embodiments in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(300)를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 3에서처럼 이미지 센서(300)에는 픽셀(310)이 다수개 배치되어 어레이(array)를 형성하고 있다.3 is a perspective view schematically showing an
도 4는 도 3의 픽셀(310)의 단면을 도시한다. 도 4에서 보는 것처럼, 픽셀(310)은 필터(410) 및 광 검출 엘리먼트(light-detector element; 420)를 포함한다.4 shows a cross section of the
광 검출 엘리먼트(420)는 필터(410)를 투과한 광에 응답하여 전하를 생성할 수 있으며, 광 검출 엘리먼트(420)의 예로는 포토다이오드(photo-diode) 등이 있다.The photodetecting
필터(410)는 가시광 성분을 광 검출 엘리먼트(420)로 선택적으로 투과시킬 수 있고, 이때 필터(410)는 그 종류에 따라 가시광 성분의 특정 대역(band)을 선택적으로 투과시킬 수 있다.The
예를 들면, 필터(410)는 그 종류에 따라 적색(red) 광에 대응하는 대역을 투과시킬 수 있고, 녹색(green) 광에 대응하는 대역을 투과시킬 수 있으며, 청색(blue) 광에 대응하는 대역을 투과시킬 수 있다.For example, the
도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 이미지 센서(300)의 일부분으로서 16개의 픽셀의 배열이 도시되어 있다.Referring to Figure 5, an arrangement of sixteen pixels is shown as part of the
"G"라고 표시된 픽셀은 녹색에 관한 픽셀 이미지를 얻는 센서를 나타내고, "R"이라고 표시된 픽셀은 적색에 관한 픽셀 이미지를 얻는 센서를 나타내며, "B"라고 표시된 픽셀은 청색에 관한 픽셀 이미지를 얻는 센서를 나타낸다.A pixel labeled "G" represents a sensor that obtains a pixel image of green color, a pixel labeled "R" represents a sensor that obtains a pixel image of red color, and a pixel labeled "B" represents a pixel image of blue color. Indicates a sensor.
종래기술로서 도 1의 경우 Bayer 패턴을 나타내며, 이 경우 첫번째 라인은 GRGRGR의 순으로 픽셀이 배치되고, 두번째 라인은 BGBGBG의 순으로 픽셀이 배치되어 있었지만, 본 발명에 따른 이미지 센서의 경우에는 도 5에서 보는 것처럼, 녹색에 관한 픽셀 이미지를 얻는 센서가 2x2의 픽셀 당 두 개인 중 하나를 IR 감지 센서로 교체하였다.In the prior art, the Bayer pattern of FIG. 1 shows a Bayer pattern. In this case, pixels are arranged in the order of GRGRGR and pixels in the order of BGBGBG in the second line. As you can see, we replaced one of the two sensors per pixel of 2x2 with an IR sensing sensor to get a pixel image about green.
따라서 픽셀에 배치되는 필터의 배열은 도 5에서와 같이, 2x2의 픽셀 당 적색광을 통과시키는 필터("R 필터"), 녹색광을 통과시키는 필터("G 필터"), 청색광을 통과시키는 필터("B 필터"), 및 적외선을 통과시키는 필터("IR 필터")가 각각 하나씩 배치된다.Thus, as shown in FIG. 5, an arrangement of filters arranged in pixels includes a filter for passing red light ("R filter") per pixel of 2x2, a filter for passing green light ("G filter"), and a filter for passing blue light (" B filter ") and a filter for passing infrared rays (" IR filter "), one each.
이러한 배치에 의해 필터(410)는 그 특성에 따라 가시광 성분을 선택적으로 투과시킬 수 있을 뿐만 아니라 비가시광인 적외선 성분을 광 검출 엘리먼트(420)로 투과시킬 수 있다.This arrangement allows the
본 발명에 따른 픽셀 어레이를 통해, 물체의 컬러 이미지를 얻고, 또한 IR 필터를 통해 깊이 이미지를 얻을 수 있다. 종래의 경우에는 두 개의 카메라를 통해 컬러 이미지 및 깊이 이미지를 얻었지만, 본 발명의 경우에는 하나의 카메라의 이미지 센서에 컬러 필터 및 IR 필터를 모두 갖고 있으므로 하나의 카메라로 3차원 이미지를 얻을 수 있게 된다.With the pixel array according to the invention it is possible to obtain a color image of the object and also to obtain a depth image through the IR filter. In the conventional case, a color image and a depth image were obtained through two cameras, but in the present invention, since the image sensor of one camera has both a color filter and an IR filter, it is possible to obtain a 3D image with one camera. do.
도 6a는 본 발명의 이미지 센서를 통해 물체에 대한 컬러 이미지를 얻은 것이고, 도 6b는 본 발명의 이미지 센서를 통해 물체에 대한 깊이 이미지를 얻은 것이다. 이러한 이미지를 조합하여 3차원 이미지를 얻을 수 있게 되는 것이다. 도 6b에서 보면, 카메라로부터 멀리 있는 부분은 검게 나타나 있고, 카메라에서 가까운 곳에 있는 부분은 밝은 색으로 나타나 있으며, 이를 통해 물체에 대한 깊이 이미지를 얻게 되는 것이다.6A shows a color image of an object through the image sensor of the present invention, and FIG. 6B shows a depth image of an object through the image sensor of the present invention. By combining these images, a three-dimensional image can be obtained. In FIG. 6B, a part far from the camera is shown in black, and a part near the camera is shown in bright colors, thereby obtaining a depth image of an object.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (2)
상기 복수의 픽셀들은 2x2 픽셀 그룹의 어레이로 배열되며,
상기 2x2 픽셀 그룹의 어레이는 적색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 녹색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 청색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 및 적외선을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀을 포함하는, 이미지 센서를 포함하는 3D 카메라.
A light source generating infrared light; A plurality of pixels; And a light detecting element,
The plurality of pixels is arranged in an array of 2x2 pixel groups,
The array of 2x2 pixel groups includes a pixel arranged with a filter for passing red light, a pixel arranged with a filter for passing green light, a pixel arranged with a filter for passing blue light, and a pixel arranged with a filter for passing infrared light. , 3D camera containing image sensor.
상기 복수의 픽셀들은 2x2 픽셀 그룹의 어레이로 배열되며,
상기 2x2 픽셀 그룹의 어레이는 적색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 녹색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 청색광을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀, 및 적외선을 통과시키는 필터가 배열된 픽셀을 포함하는, 이미지 센서.Includes a plurality of pixels,
The plurality of pixels is arranged in an array of 2x2 pixel groups,
The array of 2x2 pixel groups includes a pixel arranged with a filter for passing red light, a pixel arranged with a filter for passing green light, a pixel arranged with a filter for passing blue light, and a pixel arranged with a filter for passing infrared light. , Image sensor.
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CN104735427A (en) * | 2013-12-24 | 2015-06-24 | 浙江大华技术股份有限公司 | Image sensor |
KR20150109187A (en) * | 2014-03-19 | 2015-10-01 | 엘지전자 주식회사 | Structured light system |
US9386243B2 (en) | 2013-12-27 | 2016-07-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Lens shading correction method and image signal processing device and image sensor system employing the method |
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