KR940011702B1 - 촬상장치와 그 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

촬상장치와 그 방법

제1도는 본 발명에 의한 촬상장치의 제1의 실시예를 설명하는 블럭도.

제2도는 가변γ보정회로의 입출력 특성도.

제3도 및 제4도는 제1도에 있어서의 가변 γ보정회로의 구성예의 설명도.

제5도는 본 발명의 제2의 실시예를 설명하는 블럭도.

제6도는 본 발명의 제3의 실시예를 설명하는 블럭도.

제7도는 본 발명의 제4의 실시예를 설명하는 블럭도.

제8도는 본 발명의 제5의 실시예를 설명하는 블럭도.

제9도는 적색, 청색 신호레벨의 색온도 의존 특성도.

본 발명은 촬상장치에 관한 것으로, 특히 컬러 비디오 카메라등에 있어서의 최적인 디지탈 신호처리기능을 구비한 촬상장치에 관한 것이다.

본 발명에 관련된 비디오 카메라 디지탈 신호처리예에 대해서는 일본국 특허공고공보 소화63-45153호에 거론되어 있다.

고체 촬상소자에는 여러가지 구성의 것이 있지만, 크게 나누어서 MOS형과 CCD형이 있다. 일반적으로, MOS형 센서는 다선 출력이지만, CCD형 센서는 단일선 출력이다. 신호처리의 디지탈화를 고려한 경우, 단일선 출력인 CCD형 센서는 A/D변환기를 1개 밖에 필요로 하지 않으므로, 다수의 A/D변환기를 필요로 하는 MOS형 센서보다 유리하다. 또, CCD형에 있어서도 여러가지 방식이 있지만, 현재는 텔레비젼학회 기술보고, TEBS101-1, ED836, pp.1~pp.6에 거론되어 있는 화소혼합 리드방식의 CCD센서가 일반적으로 되어 있다. 이 CCD에 대해서는 일본국 특허공고공보 소화63-45153호에 거론되어 있는 화소혼합 리드방식의 CCD센서와 구성은 다르지만, 마찬가지의 방식에 의해 신호처리의 디지탈화가 가능하다.

상기의 화소혼합 리드방식의 CCD센서를 이용한 비디오 카메라의 신호처리 디지탈화의 실현에 있어서는 해결해야 할 많은 문제점이 있으며, 그 하나로서 A/D변환기의 양자화 비트수의 문제가 있다.

A/D변환기에 있어서, 소정범위의 입력전압은 모두 일률적으로 일정한 디지탈값으로 변환된다. 이때, 입력되는 아날로그값이 1 : 1로서 디지탈값으로 변환되지 않으므로, 오차가 발생한다. 이 오차가 양자화 잡음으로서 신호성분에 들어온다.

영상신호처리에 있어서, 양자화 잡음에 의한 S/N비의 저하가 문제로 되지 않는 양자화 비트수는 카메라의 최종 출력단에서의 휘도신호에서 8비트이고, 색신호에서는 6비트라고 일반적으로 통용되고 있다.

상술한 CCD센서를 이용한 디지탈 신호처리에 의한 비디오 카메라에서는 휘도신호 및 색신호의 생성에 있어서 하기의 처리를 실행하지만, 그 결과 양자화 잡음이 증가한다.

휘도신호 처리로서 :

감마처리 ; 브라운관이 2.2승 특성을 보정하기 위해 신호를(1/2.2)승한다. 이 때문에, 휘도신호의 저레벨시의 이득이 증가하여 양자화 잡음이 강조된다.

색신호 처리로서 :

감마처리 ; 상기와 동일함.

매트릭스 ; 마젠다색(Mg), 시안색(Cy), 황색(Ye), 녹색(G)라는 각 보색의 필터에 대응해서 얻어지는 센서 출려신호를 연산해서 RGB 등의 색신호를 생성한다. 이때, RGB의 색신호는 주로 감산처리에 의해 생성되므로, 생성된 RGB 신호는 원래의 신호레벨보다 작게 된다. 신호성분이 작게 되므로, 잡음성분이 외관상 크게 되어 양자화 잡음에 의해 S/N비가 저하한다.

화이트 밸런스 ; 상기 매트릭스에서 생성되는 RGB신호의 레벨은 광원의 색온도에 의해 변화한다. 이것을 보정하기 위해 R,B신호의 이득을 증가한다. 이때, 이득을 증가시킨 색신호의 양자화 잡음도 동일한 이득으로 강조되므로, S/N비가 저하한다.

이상의 처리에 의한 양자화 잡음의 증가는 특히 색신호 처리쪽이 많다. 최종출력에 있어서, 색신호에 포함되는 양자화 잡음레벨을 상기의 6비트 양자화의 경우와 동일한 레벨로 하기 위해서는 센서에서 출력된 신호를 A/D하는 A/D변환기의 양자화수를 최저라도 하더라도 10비트정도 필요로 하게 된다. 그러나, 비디오용의 10비트 이상의 A/D변환기의 실현은 현상태로는 곤란하므로, 상기의 카메라의 신호처리의 디지탈화를 곤란하게 하는 요인으로 되고 있다.

본 발명의 목적은 신호처리측에서의 양자화 잡음의 증가를 저감하여 이 A/D변환기의 문제를 해결한 촬상장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 피사체를 비추고 있는 광원의 색온도를 검출하는 색온도 검출회로, γ특성이 외부에서 공급된 제어신호에 의해 가변되는 γ보정회로(가변 γ보정회로라 한다) 및 상기 색온도 검출회로에서 출력되는 검지 색온도정보에 따라서 상기 가변 γ보정회로의 γ보정특성을 제어하는 γ제어회로를 마련하는 것에 의해서 달성된다.

현재의 고체 촬상소자에 사용되고 있는 반도체는 실리콘(Si)이다. Si는 장파장측(적색방향)의 감도가 높고, 또 단파장측(청색방향)의 감도가 낮다고 하는 광전 변환특성을 갖는다. 적색과 청색성분의 감도의 밸런스를 취하기 위해, 시안색 필터등을 사용해서 센서로 입사하는 광의 적색성분을 억제하고 있다. 그러나, 적색성분을 너무 감쇠시키면, 휘도감도가 낮게 되므로, 상기 방법에 의한 적색, 청색성분의 감도 밸런스 보정에도 한도가 있다. 따라서, 일반적으로는 적색성분의 감도를 높이는 측에 필터의 특성을 설정하고 있으므로, 청색신호는 적색신호보다 레벨이 낮게 된다. 한편, 광원의 색온도가 변환하면, 적색신호 및 청색신호의 레벨이 변호한다. 제9도에 이 변환의 상태를 도시한다. 제9도에서 적색신호는 색온도가 높을수록 감소하고, 색온도가 낮을수록 증가한다. 또, 청색신호는 색온도가 높을수록 증가하고, 색온도가 낮을수록 감소하는 것을 알 수 있다.

γ보정은 브라운관의 2.2승 특성을 역보정하는 것으로, 제2도의 보정곡선 4로 나타낸 바와 같이, 입력신호의 저레벨 영역에 대해서 이득이 높고(γ보정곡선의 경사가 급격), 입력신호가 고레벨로 될수록 이득이 낮게 되는 특성(γ보정곡선의 경사가 완만)으로 되어 있다.

이상에서, 상기 색신호의 양자화 잡음의 증가가 문제로 되는 것은 일반적으로는 신호레벨이 원래 낮은 청색신호가 더욱 감소하는 낮은 색온도 일때이며, 또한 청색신호가 저레벨 일때이다. 이 경우, 화이트 밸런스를 취하기 위해, 청색신호성분 전체의 이득을 올릴 필요가 있다. 그 결과, 양자화 잡음도 높은 이득으로 증가되므로, 신호전체의 S/N비가 나빠진다.

상기 γ제어회로는 상기 색온도 검출회로에서 공급된 상기 색온도가 청색성분의 레벨이 작은 낮은 색온도시에 그 검지 색온도에 따라서 상기 가변 γ보정회로를 제어하여 저레벨의 이득이 적게 되도록 γ특성을 변경한다. 이 결과, 청색신호에 포함되는 양자화 잡음이 증가하는 낮은 온도시에 문제로 되는 저레벨 영역에서 이득이 감소하므로, γ보정에 의한 양자화 잡음 증가가 억제되어 최종적으로 양자화 잡음의 증가를 억제할 수 있다. 이 γ보정특성의 변경에 의해 색재현이 변화하지만, 색재현이 변화하는 것은 상당히 색온도가 낮은 경우일때이며, 양자화 잡음의 증가에 비하면 화질저하는 경미하다.

마찬가지로, 적색성분의 레벨이 작은 높은 색온도시에는 화이트 밸런스를 취하기 위해 적색신호 성분의 이득을 높인다. 그 결과, 적색신호에 포함되는 양자화 잡음이 증가한다. 여기서 검지한 색온도에 따라서 가변 γ보정회로를 제어하고, R신호에 관하여 입력신호의 저레벨 영역의 이득이 작게 되도록 γ특성을 변경한다. 그 결과, 최종적으로 양자화 잡음의 증가를 억제할 수 있다.

이하, 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고 그 반복적인 설명은 생략한다.

제1도는 본 발명에 의한 촬상장치의 제1의 실시예를 도시한 블럭도로서, 이 실시예는 본 발명의 기본구성이다.

제1도에 있어서, (1a), (1b) 및 (1c)는 γ보정특성이 가변인 가변 γ보정회로, (2)는 색온도를 검지하는 색온도 검출회로, (3)은 γ보정특성을 제어하는 γ제어회로이다.

이 실시예의 동작은 다음과 같다.

우선, 색온도 검출회로(2)에서는 피사체를 비추고 있는 광원의 색온도를 검출하여 검지 색온도를 γ제어회로(3)에 공급한다. γ제어회로(3)에서는 공급된 검지 색온도에서 색신호의 양자화 잡음의 증가가 문제로 되는 낮은 색온도 또는 높은 색온도(일반적으로는 상술한 바와 같이, 청색신호의 양자화 잡음이 증가하는 낮은 색온도측만)인가 아닌가를 판단하고, 양자화 잡음이 증가하는 영역에 있어서 가변 γ보정회로(1a),(1b),(1c)를 제어해서 입력신호의 저레벨 영역의 이득이 낮은 γ보정특성을 변경한다. 가변 γ보정회로(1a),(1b),(1c)에서는 입력된 적색(R)신호, 녹색(G)신호, 청색(B)신호를 γ제어회로에 의해 설정된 γ보정특성으로 γ보정을 실행한다. 여기서, 상기의 낮은 온도시 및 높은 온도시에는 화이트 밸런스에 의해 B신호 및 R신호의 이득이 증가되고 있으므로, 양자화 잡음도 증가하지만, 양자화 잡음의 증가가 문제로 되는 저레벨의 이득은 γ보정시에 상술한 바와 같이 감소하고 있어 최종적으로는 양자화 잡음의 증가를 방지할 수 있다.

이상, 이 실시예에 의하면 본 발명의 목적인 광원의 색온도 변화에 의한 색신호의 양자화 잡음의 증가를 방지할 수 있다.

제2도는 제1도에 있어서의 가변 γ보정회로의 γ보정특성의 일예를 도시한 특성도로서, γ보정은 보통회로의 간단화를 위해 꺽은선과 근사하고 있다. γ보정특성은 입출력 모두 "1"로 정규화되어 있다.

제2도에 있어서, 4가 통상의 색신호용의 γ보정의 일예이다. 특성 4에 있어서는 저레벨의 입력에 대해서 이득의 경사가 크고, 양자화 잡음의 증폭도도 크게 되어 있다. 이 입출력 특성을 γ₁로 나타내고, 입력신호를 x, 출력신호를 γ(x)로 하면, γ특성은

γ(x)={γ₁(x)-x}K+x(0≤K≤1) (1)

로 나타내어진다. γ₁(x)는 어떤 γ특성에 따라 γ보정한 결과이고, K는 계수이다. 통상, K=1이고, K를 0에 가깝게 하면, 제2도의 5로 나타낸 특성에 가깝고, 입력신호의 저레벨 영역의 이득을 내릴 수 있다.

제3도 및 제4ㄷ는 제1도에 있어서의 가변 γ보정회로의 구성예의 설명도이다.

제3도에 있어서, (1)은 γ특성이 고정인 γ보정회로, (5)는 감산회로, (6)은 가산회로, (7)은 계수 승산회로이다. 이 예에서는 우선, 입력된 신호 x를 γ보정회로(1)과 감산회로(5) 및 가산회로(6)에 공급한다. γ보정회로(1)에서는 입력된 신호 x를 γ보정해서(예를들면, 제2도의 4로 표시한 특성에 의해), γ보정후의 γ₁(x)를 감산회로(5)에 공급한다. 감산회로(5)에서는 공급된 γ₁(x)에서 신호 x를 감산하고, 연산에 의해서 얻은{γ₁(x)-x}를 계수 승산회로(7)에 공급한다. 계수 승산회로에서는 입력된 신호{γ₁(x)-x}를 K배하여 {γ₁(x)-x}×K를 가산회로(6)에 공급한다. 가산회로(6)에서는 공급된 신호(x)에 {γ₁(x)-x}×K를 가산하여 상기 (1)식과 동일한

{γ₁(x)-x}×K+x=(=γ(x))

를 출력한다. 계수 K의 값을 변경하는 것에 의해 γ특성을 가변할 수 있다.

다음에, 제4도에 도시한 구성예를 설명한다. 제4도에 있어서 (8)은 비선형회로, (7)은 계수 승산회로, (6)은 가산회로이다. 이 예에서는 비선형회로(8)에 있어서 입력된 신호에 대해서, 예를들면 제4도의 9로 나타내는 특성(제2도의 특성 4에서 특성 5를 뺀것에 상당)에 의해, 직접{γ₁(x)-x} 신호를 출력하고, 이 신호를 K배한 후, 입력신호 x와 가산하는 것에 의해 (1)식의

{γ₁(x)-x}×K+x

를 출력한다.

제5도는 본 발명에 의한 촬상장치의 제2의 실시예를 설명하는 블럭도로서, (9a),(9b)는 화이트 밸런스용의 가변 이득증폭기, (10)은 트랙킹 회로, (11)은 색차 매트릭스회로이다. 또, 제1도의 실시예와 동일한 기능을 갖는 부분에 대해서는 동일부호를 붙이고 있다.

현재, 색온도의 검출법(화이트 밸런스방식)에는 크게 나누어서, (1) 내부 측광방식과 (2) 외부 측광방식이 있다. 제5도의 실시예는 내부 측광방식의 화이트 밸런스를 채용하고 있다.

이 실시예의 동작에 대해서 다음에 설명한다.

우선, 트랙킹회로(10)은 제9도에 도시한 바와 같이, R,B신호가 변화한 경우 이득을 일정하게 유지하기 위한 제어회로로서, 색온도 검출회로(2)에서 공급된 신호에 따라서 R신호의 이득과 B신호의 이득 조정신호를 발생하고 가변 이득증폭기(9a),(9b)에 각각 공급한다. 가변 이득증폭기(9a),(9b)는 승산회로로 구성되어 있으며, 입력된 R신호, B신호에 트랙킹 회로에서 공급된 R신호 이득 조정신호와 B신호 이득 조정신호를 승산하는 것에 의해 이득을 조정해서 이득 조정후의 R신호와 B신호를 가변 γ보정회로(1a) 및 (1c)에 공급한다. 색차 매트릭스회로(11)에서는 공급하는 가변 γ보정회로(1a),(1b),(1c)에 의해 γ보정한 후의 적색(R')신호, 녹색(G')신호, 청색(B')신호를 연산 처리해서 색차신호(R-Y),(B-Y)를 생성한다. 이때의 연산은, 예를들어 NTSC방식에 있어서는 다음식에 의한다.

R-Y=0.7R'-0.59G'-0.11B' (2)

B-Y=0.89R'-0.59G'-0.3R' (3)

또, 색온도 검출회로(2)에 있어서는 상기 (B-Y),(R-Y)를 연산처리해서 평균값을 산출해서 출력하고, γ제어회로(3) 및 트랙킹회로(10)에 공급한다. 여기서, 가변 이득증폭기(9a),(9b), γ보정회로(1a),(1c), 색차 매트릭스회로(11), 색온도 검출회로(2) 및 트랙킹 회로는, 소위 제어루프를 구성하고 있으며, 백색등의 무채색부에 있어서는

R-Y0

B-Y0

으로 되도록 동작한다. 이 조건이 충족되고 있을때, 제어루프는 평형상태에 있고, 상기 평형상태에 있어서 색온도 검출회로(2)에서는 광원의 색온도에 상당하는 신호가 출력된다. 따라서, γ제어회로(3)에서는 색온도 검출회로(2)에서 공급되는 상기 신호에서 색온도를 검지할 수 있고, 이 검지 색온도에 따라서 제1의 실시예와 마찬가지로 가변 γ보정회로(1a),(1b),(1c)를 제어하는 것에 의해 제1의 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

제6도는 본 발명에 의한 촬상장치의 제3의 실시예를 설명하는 블럭도로서, 이 실시예는 외부 측광방식의 화이트 밸런스를 채용한 경우를 나타낸 것이다.

제6도에 있어서, (12)는 광원의 색온도 측광용의 센서(일반적으로는 광다이오드에 적색, 청색등의 색필터를 부착한 것)이다. 다른 부분은 상술한 실시예와 동일한 기능을 갖고 있으며, 여기에서는 동일한 기호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

이 실시예에서는 색온도 검출회로(2)에 있어서, 센서(12)에서 얻은 신호(예를들면, 청색레벨, 적색레벨, 신호등)에서 색온도를 검출하고, 이 검출신호를 트랙킹 회로(10) 및 γ제어회로(3)에 공급하여 화이트 밸런스 및 제1의 실시예와 마찬가지로 γ보정특성의 제어를 실행한다. 그 결과, 이 실시예에 있어서도 상술한 실시예와 마찬가지로 해서 상술한 색온도 변화에 의한 색신호의 양자화 잡음의 증가를 방지할 수 있다.

제7도는 본 발명에 의한 촬상장치의 제4의 실시예를 설명하는 블럭도로서, 이 실시예는 1개의 가변 γ보정회로에서 점순차로 R신호, G신호, B신호를 γ보정하도록 구성한 것이며, 가변 γ보정회로(1)의 처리속도가 충분히 빠른 경우에는 이와 같이 회로를 구성하는 것에 의해 적은 회로규모로 실현할 수 있다.

제8도는 본 발명에 의한 촬상장치의 제5의 실시예를 설명하는 블럭도로서, (13)은 낮은 조도 검출회로이다. 이 실시예는 제1의 실시예의 구성에 낮은 조도검출회로(13)을 마련하여 γ보정특성의 제어를 높은 색온도 및 낮은 색온도시 뿐만 아니라 낮은 조도시에도 실행하도록 한 것이다. 낮은 조도로 되면, AGC회로가 동작하여 각 색신호의 이득이 높아진다. 그 결과, 양자화 잡음도 크게 된다. 그래서, γ특성을 가변하고, 최종적인 양자화 잡음을 억제하도록 하였다. 낮은 조도 검출회로(13)은, 예를들면 도시하지 않은 휘도신호를 평균화하고, 이 평균값이 일정값보다 낮을때를 낮은 조도라고 판단해서 이 검지신호를 γ제어회로(3)에 공급한다. γ제어회로(3)은 낮은 조도 검출회로(13)에서 공급된 신호에 따라 가변 γ보정회로(1a),(1b),(1c)를 제어해서 낮은 조도시에 저레벨의 이득을 감소시킨 γ보정특성으로 변경한다. 이 결과, 이 실시예에 의하면 광원이 낮은 색온도 및 높은 색온도시에 발생하는 양자화 잡음의 증가를 방지함과 동시에 낮은 조도시의 양자화 잡음의 증가도 마찬가지로 방지할 수 있다.

이상 설명한 실시예는 모두 디지탈 신호처리를 전체로 해서 양자화 잡음의 증가를 방지한다는 점에서 기술해 왔다. 그러나, 이들의 실시예는 당연히 양자화 잡음뿐만 아니라 통상의 잡음(예를들면, 랜덤한 잡음)도 동시에 저감할 수 있고, 각 처리를 아날로그 처리로 하여도 높은 색온도 및 낮은 색온도시의 잡음증가를 방지하는 효과가 있다.

또, (1)식의 연산을 실행하는 γ보정회로는 색신호뿐만 아니라 휘도신호에 대해서도 적용할 수 있다. (1)식의 특성을 갖도록 γ보정회로를 구성하는 것 자체가 종래에는 없는 새로운 것으로서, 그 용융은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

Claims (10)

1. 촬상되는 피사체를 조사하는 광원의 색온도를 검출하는 색온도 검출수단(2), 상기 촬상되는 색신호의 입력에 대해서 비선형의 출력을 내보내도록 입/출력 특성을 결정하는 입/출력 특성 결정수단(1), 상기 색온도 검출수단으로부터의 출력에 따라서 상기 입/출력 특성의 비선형을 가변해서 상기 색신호의 γ보정을 실행하는 입/출력 특성 가변수단(3)을 포함하는 촬상장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 입/출력 특성 결정수단은 상기 색신호에 대한 γ보정을 실행하는 γ보정회로(1), 상기 γ보정회로에 출력된 제1의 신호에서 상기 색신호를 감산하는 감산회로(5), 상기 제1의 신호를 계수 K(0K1)배하는 승산회로(7) 및 상기 승산회로에서 출력된 신호를 상기 색신호에 가산하는 가산회로(6)을 포함하는 촬상장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 입/출력 특성 결정수단은 상기 색신호를 받으며, 비선형 입/출력 특성을 갖는 신호를 출력하는 비선형회로(8), 상기 비선형회로에서 출력된 상기 신호를 계수 K(0K1)배하는 승산회로(7) 및 상기 승산회로에서 출력된 신호를 상기 색신호에 가산하는 가산회로(6)를 포함하는 촬상장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 입/출력 특성 가변수단(3)은 양자화 잡음을 저감하도록 0과 1 사이에서 상기 계수 K의 값을 제어하는 수단을 포함하는 촬상장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 입/출력 특성 가변수단(3)은 양자화 잡음을 저감하도록 0과 1 사이에서 상기 계수 K의 값을 제어하는 수단을 포함하는 촬상장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 계수 K의 값을 제어하는 상기 수단(3)은 낮은 색온도가 검출되었을때 저레벨영역의 상기 입/출력 특성의 이득을 감소하도록 상기 계수 K의 값을 조정하는 수단을 포함하는 촬상장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 계수 K의 값을 제어하는 상기 수단(3)은 낮은 색온도가 검출되었을때 저레벨영역의 상기 입/출력 특성의 이득을 감소하도록 상기 계수 K의 값을 조정하는 수단을 포함하는 촬상장치.
8. 제1항에 있어서, 검출된 휘도신호와 기준값을 비교해서 낮은 조도상태를 검출하는 검출수단을 또 포함하고, 상기 입/출력 특성의 가변수단은 상기 낮은 조도상태가 검출되었을때 상기 입/출력 특성의 이득을 저감하는 수단을 포함하는 촬상장치.
9. 입력신호를 받는 수단, 상기 입력신호에 대한 γ보정을 실행하는 γ보정회로(1), 상기 γ보정회로에서 출력된 신호에서 상기 입력신호를 감산하는 감산회로(5), 상기 감산회로에서 출력된 신호를 계수 K(0K1)배하는 승산회로(7), 0과 1 사이에서 상기 계수 K의 값을 제어하는 제어회로, 상기 승산회로에서 출력된 신호를 상기 입력신호에 가산하는 가산회로(6)과 상기 가산회로에서 출력된 신호를 출력하는 수단을 포함하는 γ보정장치.
10. 입력신호를 받는 수단, 상기 입력신호를 받으며, 비선형 입/출력 특성을 갖는 신호를 출력하는 비선형 회로(8), 상기 비선형 회로에서 출력된 신호를 계수 K(0K1)배하는 승산회로(7), 0과 1 사이에서 상기 계수 K의 값을 제어하는 제어회로, 상기 승산회로에서 출력된 신호를 상기 입력신호에 가산하는 가산회로(6)과 상기 가산회로에서 출력된 신호를 출력하는 수단을 포함하는 γ보정장치.