KR920001022Y1 - 화이트 밸런스를 최적화하기 위한 광학필터 구동회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

화이트 밸런스를 최적화하기 위한 광학필터 구동회로

제1도는 일반적인 색파장에 따른 상대이득 곡선도.

제2도는 본 고안에 따른 회로도.

제3도는 화이트 피사체을 촬상한 경우의 화이트 밸런스 동작 곡선도.

제4도는 본 고안에 따른 광학 필터 디스크 어셈블리도

제5도는 본 고안의 적용에 따른 일실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10-12 : 제1-3버퍼 13 : 적분기

14 : 샘플링회로 15 : 앤드게이트

16 : 증폭기 17-20 : 제1-4비교기

21 : 로직회로 22-24 : 단안정 멀티 바이브레이트

25 : LED구동회로 26 : 모터 드라이버

본 고안은 비데오 카메라(vidol camera)의 화이트 밸런스(white balance)를 위한 광학필터(Filter)구동회로에 관한 것으로 특히 사용장소에 대한 조명의 색온도 및 밝기 조건에 따른 화이트 밸런스를 최적화할 수 있는 광학 필터의 자동 선택변환회로에 관한 것이다.

일반적으로 인간의 눈에는 특정한 조명조건(예를 들면 태양광이나 형광등, 백열등등)하에서도 흰색은 흰색으로 느껴진다. 상기 흰색일 경우 빛의 삼원색dls드(Red :이하 R이라 칭함), 그린(Green : 이하 G라 칭함), 블루(Blue : 이하 B라 칭함)의 상대이득은 동등하게 된다. 그런데 촬상소자인 비디콘(vidicon)이나 플럼비론 (Plumbicon)등의 촬상관, CCD (Charge Coupled Device) , MID (Mos Image Device)등은 각 조명조건하에서 각각의 필터를 통과한 R,G.B의 상대이득이 다르게 된다.

이러한 상태는 제1도에서 나타난 것과같이 색온도가 낮은 경우에는 적색은 이득이 크고 청색은 이득이 작으며, 색온도가 높을 경우에는 역으로 청색의 이득이 크고 적색의 이득이 작아진다. 따라서 비데오 카메라에서 출력된 흰색영상신호는 조명의 색온도가 높으면, 푸른색 계통이 되고 낮으면 붉은색 계통의 색상이 되어 올바른 색을 재현할 수가 없었다.

그래서 광학적 색온도 변환필터를 사용하거나 전기적으로 R 및 B신호 처리용 증폭기의 이득을 제어해야 한다. 상기 증폭기 이득 제어는 이득이 적은 색은 이들을 키워서 증폭하고, 이득이 큰색은 증폭기 이득을 낮추어 중폭시킴에 따라 어떤 조명 조건에서도 흰색일 경우에는 R,G,B의 상대이득을 같게 해주어 색상을 올바르게 맞추는 것이었다. 그러나 이 경우 신호 이득의 기준이되는 G의 이득과 비교하여 차이가 많이 나게 되면 전기적인 보정 즉 증폭도를 많이 키워야 하는데, 상기 증폭도를 많이 키우면 그에 따른 노이즈(noise)도 같이 증폭되므로 전체적으로 화질이 나쁘게 되었다. 그래서 상기 광학적 색온도 변환필터를 사용하펴 광학적으로 파장에 따른 투과 특성을 조절함에 의해 R 및 B의 G에 대한 상대이득을 변환하는 방법이 흔히 사용되어 졌다. 그러나 상기 필터의 특성은 이미 제작시에 R, G,B에 대한 이득이 결정되므로 상술한 전기적인 보정에 있어서와 같이 리니어(Linear)한 오토 화이트 밸런스 보정이 불가능하여 전기적인 보정의 보조 역할로만 사용되고 있을 뿐이었다.

상술한 바와 같이 종래에는 비데오 카메라를 동작시키는 사람이 색온도 필터의 변환을 적절히 선택하기 어려운 문제점이 있으며, 또한 상기 색온도 필터의 적절한 변환없이 오토 화이트 밸런스를 취했을 경우 전기적 과대 보정에 따른 화상신호의 열화를 초래하는 문제점이 있었다. 따라서 본 고안의 목적은 비데오 카메라에 있어서 사용장소에 대한 조명의 색온도 및 밝기 조건에 따른 화이트 밸런스 동작을 최적화하여 화상신호의 열화를 방지하기 위한 광학필터의 자동선택변환회로를 제공함에 있다.

이하 본 고안을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 고안에 따른 회로도로서, R및 B이득 제어신포(Ri,Bi) 및 휘도신호 (Yi)를 각각 버퍼링 출력하는 버퍼수단(10, 11, 12)과, 상기 버퍼링 출력되는 휘도신호 (Yi)의 평균치를 인가되는 오토 화이트 밸런스 세트신호(Wb)와 수직 구동신호(Vd)의 조합입력에 따라 수직주기로 샘플링하는 샘플링수단(13, 14)과, 상기 샘플링 수단(13, 14)의 출력신호에 대응되는 비교 기준 레벨을 생성하는 기준레벨수단(16)과, 상기 기준레벨수단(16)으로부터 출력되는 비교 기준 레벨에 응답하여 각기 설정된 설정레벨과 상기 버퍼링된 R 및 B이득 제어신호 (Ri,Bi)를 각각 비교하여 색온도변환 필터의 구동을 제어하기 위한 판단 신호를 출력하는 제1비교수단(17.20)과, 상기 기준레벨수단 (1 6)의 비교기준레벨과 미리 설정된 기준레벨을 각기 비교하여 광량 조절변환필터구동을 제어하기 위한 판단 신호를 출력하는 제2비교수단(18, 19)과, 상기 오토 화이트 밸런스 세트신호(Wb)를 입력하여 설정된 시정수기간 동안 일정 펄스폭을 갖는 신호를 출력함에 의해 동작기간중에만 타이머식으로 전원을 공급하는 전원 공급수단(22,Q1)과, 상기 제1,2비교수단(17-20)의 판단 출력신호 및 인가되는 필터 위치 제어신호에 대응하여 상기 색온도 변환 필터와 광량조절 변환 필터를 포함하는 광학필터의 위치를 변환시키고 그 변환상태를 표시하기 위한 출력신호를 생성하는 광학필터 변환수단(21,25,26)과, 상기 광학필터 변환수단 (21,25,26)의 출력신호에 의해 상기 광학필터의 위치가 변환될 경우 자동적으로 화이트 밸런스를 재동작시키기 위한 세트신호를 출력하는 자동 트리거 수단(23,24)으로 구성된다.

제3도는 화이트 피사체를 촬상한 경우의 화이트 밸런스 동작곡선도를 나타낸 것이다.

제4도는 본 고안에 따른 광학 필터의 디스크 어셈블리도이다.

제5도는 본 고안의 적용에 따른 일실시예도이다. 상술한 구성에 의거 본 고안을 제2-4도를 참조하여 상세히 설명한다.

제2도를 참조하여. 우선, R이득 제어 신호(Ri)와 B이득 제어 신호(Bi)는 각각 R 및 B신호 이득을 제어해주는 신호로써 종래의 카메라 회로에 영향을 주지 않도록 하기 위해 각각 제1 및 제3버퍼(10, 12)를 통해 완충 출력되게 한다. 또한 Y신호(Yi)는 휘도신호 입력이며, 이 신호는 제2버퍼(11)를 통해 완충된 신호로써 출력된 후 적분기 (13)에 의해 상기 휘도 신호의 평균신호가 된다. 상기 평균신호는 샘플링회로(14)로 출력된다. 이때 외부의 오토 화이트 밸런스용 스위치(SW)가 눌러져서 오트 화이트 밸런스 세트신호(Wb)가 샘플링 게이트 펄스 발생용 앤드게이트(15) 제1입력단자로 입력하면, 상기 앤드게이트(15)는 제2입력단자로 인가되는 수직 구동 펄스(Vd)와 상기 오토화이트 밸런스 세트신호 (Wb)를 논리곱한 출력을 상기 샘플링회로(14)로 인가한다.

또한 상기 오토 화이트 밸런스용 스위치 (SW)가 눌러지면 타이머(Timer)용 단안정 멀터바이브레이터 (Monostable Multivibrator) (22)의 트리거단자(T)에는 하이상태의 트리거(Trigger)신호가 인가된다. 그러면 상기 단안정 멀티바이브레이터(22)는 트리거 되며, 그의 반전 출력단자()에는 로우가 걸리므로 시정수(VR1,C1)에 의해 정해진 시간동안 일정한 펄스폭을 갖는 신호가 저항(R1,R2)을 통해 전원 공급용 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가된다.

따라서, 상기 트랜지스터(Q1)가 턴온하여 회로의 각부에 전원(Vcc1)을 공급하게 된다. 상기 정해진 시간이 지나면 트랜지스터(Q1)는 오프상태가 되어 회로 각부에 공급되는 전원(Vcc1)이 차단된다. 상기 단안정멀티바이브케이터(22)의 리셋트단자 ( R)에는 공급전원(Vcc)이 연결되어 있으므로 상기 전원공급 수단은 언제든지 동작 가능한 상태이며 평상시 하이상태에 있도록 저항(R3)에 의해 제어되어 있음을 알수 있다.

여기서 상기 단안정멀티바이브레이터(22) 및 상기 트랜지스터(Q1), 저항(Rl-R3.VR1,Cl)는 상기 전원공급 수단에 대응된다. 상기 앤드게이트(15)는 상기 샘플링회로(14)의 샘플링펄스를 수직 주기에 일치시키기 위한 것으로 이 앤드게이트(15)의 출력신호가 포지티브(positive)신호일때 샘플링회로(14)의 샘플링동작이 이루어지게 된다. 상기 샘플링회로(14)에 의해 샘플링되어진 출력신호는 신호홑드(hold)용 캐패시터 (C2)에 인가되어 상기 캐패시터(C2)의 용량만큼 축적된다. 상기 축적된 상기 신호는 다음번 샘플링동작까지 이 신호값이 홀드되고, 이 흘드된 전압은 전압 플로워 구성의 증폭기(16)입력단자(+)로 인가됨을 알 수 있다. 상기 증폭기(16)의 출력전압 즉, 상기 비교기준 레벨은 증폭기(16)의 반전입력단자(-)로 귀환되는 동시에 가변저항 (VR2) 및 제2및 제3비교기(18,19)의 입력단자(+) 및 반전입력단자(-)로 공급된다. 또한 여기서 상기 가변 저항(VR2)은 상기 증폭기(16)의 출력전압을 제1비교기(17) 및 제4비교기(20)의 기준레벨전압설정용으로 사용하도록 적정 레벨로 세트시키기 위한 가변저항이다. 따라서 상기 증폭기(16)의 출력전압은 상기 제2,3비교기 (18,19)로 인가되는 한편 상기 가변저항(VR2)을 통해 트랜지스터(Q2,Q3)의 베이스측의 바이어스 저항 (R4, R5)에 각각 공급된다.

상기 가변저항(VR2)은 트랜지스터(Q2,Q3)의 베이스에 흐르는 전류를 가변설정시키게 되며, 상기 증폭기 (16)의 출력변동에 의해 상기 트랜지스터(Q2,Q3)의 에미터와 콜렉터간의 전압 변동률이 달라진다. 그러므로 상기 Y신호(Yi)의 평균치가 수직주기로 샘플링된 후 이 신호레벨에 비례한 출력신호에 의해 제1,제4비교기 (17,20)의 기준전압인 설정레벨이 가변되어짐을 알 수 있게 된다.

상기 설정된 설정 레벨의 가변은 과대광량 입사시에 화이트 밸런스의 전기적 보정을 늘려주어서 비데오 신호의 열화를 적게 해준다. 또한 입사 광량이 적은 경우에는 화이트 밸런스에 보정을 광학필터에 의존하여 전기적인 조정범위를 줄여 신호대 잡음비 (S/N)의 열화를 막아주고 있는 것이다. 따라서 상기 화이트 밸런스 보정은 제3도 같이 나타나게 된다. 상기 Y신호(Yi)의 평균치가 높을 경우 증폭기(16)을 통해 트랜지스터 (Q2,Q3)의 베이스에 높은 전압이 걸게되면, 상기 트랜지스터(Q2,Q3)의 에미터 전위는 올라 가게 되므로 기준 레벨 설정 용 제3,4가변저항(VR3,VR4)을 통해 제1,4비교기 (17,20)입력단자에 걸리는 전압은 상승하게 된다. 상기 제1, 4비교기(17,20)의 출력신호사 하이상태에서 로우상태로 떨어지기 위해서는 제1및 제2버퍼(10,21)의 출력신호 값이 커야한다. 따라서 상기 제1.4비교기(17,20)의 출력신호는 광학필터내의 색온도 변환 필터의 변환 동작을 결정하는 판단기준이 됨을 알 수 있다.

상기 제2.3비교기(18, 19)는 각각 기준전압 설정용 제5.6가변저항(VR5,VR6)을 통해 기준전압이 설정되어 있다. 상기 제2비교기(18)의 비반전 입력단자(+)와 제3비교기(19)의 반전입력단자(-)에는 상기 증폭기(16)의 비교기준 레벨인 출력전압이 가해지는데, 상기 제2,3비교기(18,19)는 상기 출력 전압의 값을 상기 각각의 설정 기준전압과 비교하여 하이 또는 로우 상태로써 로직회로(21)의 입력단자(B,C)에 출력한다. 상기 입력단자(B,C)로 인가되는 신호는 입사광량의 비교결과로써 광량조절(Neutral Density ; 이하 ND라 칭함) 변환필터를 구동하기 위한 입력신호로 사용된다. 즉, 상기 입력단자(B,C)로 인가되는 신호는 상기 제2비교수단의 판단 신호에 대응된다.

상기 입력단자(B,C)로 입력되는 상기 신호에 따른 상기 광량조절 필터의 구동은 하기의 〈표1〉과 같은 조건으로 나타낼 수 있다.

[표 1]

상기(표1)에서 출력(G)은 로직회로(21)의 출력단(G)을 의미하며, 따라서 출력 (G)가 “로우”일 경우 상기 전원공급 수단의 전원이 공급되지 않게 된다.

한편, 상기 제1비교기(17)는 R이득 제어전압(Ri)을 상기 설정 기준전압과 비교하여 그에 따른 결과를 상기로직회로(21)의 입력단자(A)로 출력된다. 또한 상기 제4비교기(20)는 B이득 제어전압(Bi)을 상기 설정 기준 전압과 비교하여 그에 따른 결과를 상기 로직회로(21)의 입력단자(D)로 출력한다. 상기 입력단자(A,D)로 입력되는 신호는 상기 제1비교수단의 판단신호 이며, 이는 즉 색온도 변환필터를 구동시키기 위한 입력신호로써 하기 〈표2〉와 같은 조건으로 나타낼 수 있다.

[표 2]

상기 입력신호는 로직회로(21)에서 제4도와 같이 구성된 필터의 위치를 나타내는 2비트(bits)의 필터위치 제어신호(E.F)와 로직 결합된다. 상기 필터위치 및 로직회로(21)의 필터위치 제어신호(E,F)의 관계는 하기 〈표3〉과 같이 나타낼 수 있다.

[표 3]

상기 (표3)에서 우회전이며 색온도가 높은 방향이고, 좌회전이며 색온도가 낮은 방향임을 이해하여야 한다.

상기 로직회로(21)는 게이트 소자를 사용하거나 프로그래머블 로직 어레이 (Programable Logic Array: 이하 PLA이라 칭함) 소자 또는 마이크로 프로세스(M-Process)에서의 입출력포트를 사용하여 소프트 웨어적으로 처리가 가능하다. 따라서 상기 로직회로(21)의 동작에 대한 입력조건 및 그 조건에 따른 출력상태는 하기 〈표4〉과 같이 나타낼 수 있다.

[표 4]

여기서 상기 로직회로(21)의 각 입력조건의 로직상태는 2⁶=64(즉 입력신호가 A-F까지 6개이므로)가 존재하나 실제적으로 일어날 수 있는 유용한 입력조건은 12가지 상태로서도 동작 진행이 만족한다. 상기 로직회로 (21)의 출력단자(H.1)로 부터 출력되는 신호는 2비트 제어신호로써 정지 및 좌회전, 우회전의 세가지 로직이 되는데, 이는 광학필터 구동용 모터 드라이브(26)를 구동하기 위한 위치변환 신호이다.

또한 상기 로직회로(21)의 출력단자(El, Fl)로 출력되는 신호는 단순히 상기 필터위치 제어신호(E, F)를 내부 로직 게이트로써 완충시킨 출력이며, 상기 필터위치 제어신호(E,F)와 동일상태를 갖는다. 상기 로직회로(21)의 출력단자(El, Fl)로 부터 출력되는 신호는 LED구동회로(25)의 입력단자(E2,F2)로 입력하여 필터위치를 외부에 표시하기 위한 신호가 된다. 이를 위해 상기 LED구동회로(25) 각 출력단자에 4개(제4도의 ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ필터표시용)의 발광다이오드(LED1-LED4)의 캐소우드단자가 연결되고, 애노우드단자에 저항(R8)이 연결되며, 이 저항(R8)을 통해 공급전원(+Vcc)이 인가되도록 되어 있다.

따라서 상기 LED구동회로(25)로 부터 인가되는 출력신호에 따라 발광다이오드 (LED1-LED4)가 발광되어 형태의 필터위치를 사용자가 알 수 있게 된다. 상기 발광다이오드(LEDI-LED4)의 발광상태는 하기 (표5)와 같은 조건으로 동작시키는 것이 바람직하다.

[표 5]

상기 〈표5〉에서 발광다이오드(LEDI-LED4)로우(L)에서 각기 발광되어진다.

또한, 상기 로직회로(21)의 출력단자(G)로 출력되는 신호는 필터 변환 동작의 유무상태에 따라 하이 또는 로우상태를 출력한다. 예를 들어 상기 로우상태가 필터 변환 동작이 필요없는 상태라면 공급전원(Vccl)을 차단하기 위해 리트리거러블 (Retrigera ble)단안정 멀티바이브레이터(22)의 리셋트단자(R)에 로우 신호가 인가 되어지게 한다.

또한 로직회로(21)의 출력단자(J)로 출력되는 신호는 필터 변환 동작이 진행되는 동안은 하이상태를 유지하며, 상기 필터가 변환되어진 후 화이트 밸런스를 다시 cnl록 화이트밸런스를 세트신호를 만드는 단안정 멀티바이브레이터(23,24)에 상기 신호가 공급된다. 또한 상기 단자(J)로 출력되는 신호는 모터드라이버(26)로 인가되어 출력단자(H,l)조건에 따라 모터구동신호(K.L)가 아무때나 출력되는 것을 막아준다. 상기 단안정 멀티바이브레이터(23,24)의 출력단자(M)의 출력신호인 상기 세트신호는 각각 캐패시터(C3) 및 저항(R8)의 시정수와 캐패시터(C4) 및 저항(R9)의 시정수에 따른 펄스신호로서, 상기 로직회로(21)의 출력단자(J)로 출력되는 신호가 하이에서 로우로 천이할 때 출력된다.

따라서 상기 출력단자(J)에 걸리는 신호가 로우 상태가 되면 단안정 멀티바이브레이터(23)의 출력단자(Q)에는 하이 상태가 출력되어 상기 시정수(R8,C3)만큼의 펄스폭을 갖는 신호가 출력되어진다. 그러므로 상기 멀티바이브레이터 (23)의 출력단자 (Q)가 로우상태가 되면 단안정 멀티바이브레이터(24)는 트리거가 걸려 출력단자 (Q)가 하이상태로 되어 시정수(R9,C4)에 의한 펄스폭을 갖는 포지티브펄스를 출력하여 오트화이트 밸런스 세트출력신호 (M)가 제공된다.

제5도는 본 고안이 적용된 일실시예로서, 일반적인 비데오 카메라의 화이트 밸런스 계통도에 본 고안이 적용된 예이다.

상술한 바와 같이 본 고안은 조명의 색온도조건과 광량의 다소를 판단하여 화이트밸런스가 최적으로 맞도록 필터를 자동으로 선택해주면서 전기적인 보정량을 조명 조건에 따라 알맞게 함으로써 화질이 좋은 제품과 더불어 사용하기 편리한 이점이 있다.

Claims (1)

1. R 및 B이득 제어신호 및 휘도신호를 갖는 비데오 카메라의 화이트 밸런스를 위한 광학 필터 구동회로에 있어서, R 및 B이득 제어신호(Ri,Bi) 및 휘도신호(Yi)를 각각 버퍼링 출력하는 버퍼수단(10, 11, 12)과, 상기 버퍼링 출력되는 휘도신호(Yi)의 평균치를 인가되는 오트 화이트 밸런스 세트신호(Wb)와 수직 구동신호(Vd)의 조합입력에 따라 수직주기로 샘플링하는 샘플링수단(13, 14)과, 상기 샘플링수단(13, 14)의 출력신호에 대응 되는 비교 기준 레벨을 생성하는 기준레벨 수단(16)과, 상기 기준레벨수단 (16)으로부터 출력되는 비교 기준레벨에 응답하여 각기 설정된 설정레벨과 상기 버퍼링된 R 및 B이득 제어신호(Ri,Bi)를 각기 비교하여 색온도 변환 필터의 구동을 제어하기 위한 판단 신호를 출력하는 제1비교수단(17,20)과, 상기 기준레벨수단(16)의 비교기준레벨과 미리 설정된 기준레벨을 각기 비교하여 광량 조절변환필터 구동을 제어하기 위한 판단 신호를 출력하는 제2비교수단(18,19)과, 상기 오토 화이트 밸런스 세트신호 (Wb)를 입력하여 설정된 시정수 기간 동안 일정 펄스폭을 갖는 신호를 출력함에 의해 동작기간중에만 타이머식으로 전원을 공급하는 전원 공급수단(22,Q1)과, 상기 제1,2비교수단(17-20)의 판단 출력신호 및 인가되는 필터 위치 제어신호에 대웅하여 상기 색온도 변환 필터와 광량조절 변환 필터를 포함하는 광학필터의 위치를 변환시키고 그 변환상태를 표시하기 위한 출력신호를 생성하는 광학필터 변환수단(21.25.26)과, 상기 광학필터 변환수단(21,25,26)의 출력신호에 의해 상기 광학필터의 위치가 변환될 경우 자동적으로 화이트 밸런스를 재동작시키기 위한 세트신호를 출력하는 자동 트리거 수단(23,24)으로 구성됨을 특징으로 하는 화이트 밸런스를 최적화하기 위한 광학 필터 구동회로.