KR970010630B1 - 전하 결합 소자 카메라 조리개 구동 장치 - Google Patents

전하 결합 소자 카메라 조리개 구동 장치 Download PDF

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Abstract

내용없음

Description

전하 결합 소자 카메라 조리개 구동 장치
제1도는 종래의 컬러 CCD 카메라의 영상부 블럭도이고,
제2도는 본 발명에 따른 컬러 CCD 카메라의 영상부 블럭도이고,
제3도는 본 발명에 따른 컬러 CCD 카메라 영상부에 제2타이밍 제어부의 회로도이고,
제4도는 본 발명에 따른 컬러 CCD 카메라 영상부의 XSUB 신호의 파형도이고,
제5도는 본 발명에 따른 컬러 CCD 카메라 영상부의 제2타이밍 신호 발생기(IC)의 내부 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : CCD 촬상부 11 : CCD 소자
12 : 수직 구동기 20 : 제1타이밍 제어부
21 ; 제1타이밍 발생기(IC) 22 : 동기 신호 발생기
23 : 수정 발지기 24 : 1/2 디바이더
30 : 화이트 밸런스 IC 40 : 샘플/홀더 및 AGC IC
50 : 영상 처리기 60 : 인코더
70 : 6db 앰프 80 : 영상 신호 처리부
90 : 제2타이밍 제어부 91 ; 제2타이밍 발생기(IC)
92 : 휘도 판별기(비교기) 911 : 셔터 속도 제어부
912 : 셔터 업/다운 제어부 913 : 하이/로우 판단부
914 : 모드 매트릭스부
본 발명은 감시용 전하 결합 소자(Charge Coupled Device ; 이하 CCD라 칭함) 카메라에 관한 것으로, 특히 피사체 주변의 휘도 변화에 따라 셔터(Shutter) 속도를 자동적으로 조절시켜 주어 휘도 신호를 일정하게 유지시켜 주는 별도의 타이밍 발생기를 채용한 CCD 카메라에 관한 것이다.
제1도는 종래의 컬러 CCD 카메라의 영상부 블럭도이다. 이 도면을 참조하여 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.
피사체의 반사광으로부터 전기적인 화소 신호를 축적하는 CCD 촬상부(10)와, 이 CCD 촬상부로부터의 영상 신호를 인가 받아 영상 신호를 처리하는 영상 신호 처리부(80)와, R, G, B의 3색상이 동시에 겹쳤을 때 완벽한 횐 색상이 구현될 수 있도록 균형을 맞춰주는 화이트 밸런스부(30)와, 상기 CCD 촬상부(10), 화이트 밸런스부(30) 및 영상신호 처리부(80)의 동작에 필요한 구동 클럭 및 동기 신호 등을 제공하는 타이밍제어부(20)로 구성되어 있다.
그리고, CCD 촬상부(10)는 CCD 소자(11)와 수직 구동기(12)로 구성되며, 타이밍 제어부(20)는 타이밍 발생기(21), 동기 신호 발생기(22), 수정 발진기(23) 및 1/2 디바이더(24)로 구성된다.
또한, 화이트 밸런스부(30)은 화이트 밸런스 IC로 구성되며, 영상 신호 처리부(80)는 샘플/홀더 및 AGC IC(40), 영상 처리기(50), 인코더(60), 6db 증폭기(70) 그리고 3개의 딜레이로 구성된다.
이상과 같이 구성된 컬러 CCD 카메라 영상부의 동작을 살펴보면 다옴과 같다.
타이밍 제어부(20)는 CCD 촬상부(10)에서 필요로 하는 구동용의 각종 타이밍 클럭을 제공하게 되며, CCD 촬상부(10)에서는 타이밍 회로에서 공급한 타이밍 클럭에 맞추어 화소(영상) 신호를 출력하게 된다.
CCD 촬상부(10)로부터 출력된 영상 신호는 샘플/홀더 기능 및 AGC(automatic gain contro1) 회로(40)에 입력되고, 입력된 영상 신호는 AGC 회로에 의해 이득이 제어된 후, 영상 신호의 색신호와 휘도 신호를 만들고 처리하는 영상 처리기(50)에 인가된다.
이 영상 처리기(50)에서 처리된 영상 신호는 인코더(60)에서 NTSC 등의 방송 규격에 맞도록 색신호와 휘도 신호를 변조(modulation)시킴과 아울러 그 레벨을 조정한 다음, 다시 6db 증폭기(70)를 통해서 2배로 증폭시켜서 최종적인 복합 영상 신호를 얻게 된다.
이와 같이 종래 방식은 CCD카메라가 설치되는 장소 즉 피사체의 조도에 맞도록 매뉴얼 렌즈의 조리개를 조절하여 CCD로 입사되는 광량을 조절하여 피사체가 정확히 보일 수 있도록 한다.
조리개가 없는 렌즈를 사용하는 경우에는 제1도에 도시된 바와 같은, 타이밍 제어 회로(20)의 타이밍 발생기(IC,21)의 3 입력의 셔트 스피드 제어 단자를 적절히 선택하여 CCD로 입사되는 광량을 제어할 수 있도록 되어 있다.
그런데 이러한 CCD 카메라는 복합 영상 신호의 휘도 신호가 낮을 경우 높혀주고 높을 경우 낮추어 주는 부분으로서 AGC가 있으나, AGC의 기능만 가지고는 제어될 수 있는 범위가 극히 제한되어 있기 때문에 광범위한 휘도 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
또한 CCD 촬상부(10)의 CCD 소자로 입사되는 광량이 너무 많은 경우는 그 광량을 전기적 신호로 변환하여 모니터로 관측하면, 피사체를 제대로 구분할 수 없게되며, CCD 소자로 입사되는 광량이 많으면 많을 수록 그 현상은 심해지게 된다.
이를 해결하기 위한 수단으로 타이밍 제어 회로(20)의 타이밍 발생기(IC, 21)에도 3 입력의 셔트 스피드 제어 단자를 적절히 선택하여 휘도 신호(복합 영상 신호를 지칭)를 적절한 값으로 일정하게 유기하기 위한 기능 즉, CCD로 입사되는 광량을 제어할 수 있는 기능이 있으나, 신호 조절이 연속적이지 못하고(8 step 밖에 안됨), 수동으로 조작해야 하는 불편함이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로, 피사체의 조도에 영향을 거의 받지 않고 항상 피사체를 잘 볼 수 있도록 휘도 신호를 항상 일정한 레벨로 유지시키기 위해서, AGC 기능 이의에, 자동적으로 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 조절하여 주는 제2타이밍 제어수단을 채용한 컬러 CCD 카메라를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 제2타이밍 제어 수단을 채용한 컬러 CCD 카메라는, 조리개를 거쳐 입사되는 피사체의 반사광으로부터 전기적인 화소신호를 축적하는 CCD 촬상 수단과, 상기 CCD 촬상부로부터의 화소 신호를 인가 받아 색 신호 및 휘도 신호를 만들고, 이를 소정의 영상 규격에 맞도록 색신호 및 휘도 신호를 변조하여 복합 영상 신호로 만들어 주는 영상 신호 처리 수단과, 상기 영상 신호 처리 수단에서 복합 영상 신호를 만들때 적, 녹, 청의 3색상이 동시에 겹쳤을때 완벽한 횐 색상이 구현될 수 있도록 균형을 맞춰주는 화이트 밸런스 수단과, 상기 CCD 촬상 수단, 상기 영상 신호 처리 수단 및 상기 화이트 밸런스 수단에 구동 클럭 및 동기 신호를 제공하는 제1타이밍 제어 수단을 구비하는 컬러 CCD 카메라에 있어서, 상기 영상 신호 처리 수단과 상기 타이밍 제어 수단 사이에 휘도 신호를 일정한 레벨로 유지할 수 있도록 CCD 소자에 축적되는 전히의 양을 자동으로 조절하여 주는 제2타이밍 제어 수단을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
조리개를 거쳐 입사되는 피사체의 반사광으로부터 전기적인 화소 신호를 축적하는 CCD 촬상부(10)와, 이 CCD 촬상부로부터의 영상 신호를 인가 받아 영상 신호를 처리하는 영상 신호 처리부(80)와, R, G, B의 3색상이 동시에 겹쳤을때 완벽한 흰 색상이 구현될 수 있도록 균형을 맞춰주는 화이트 밸런스부(30)와, 상기 CCD 촬상부(10), 화이트 밸런스부(30), 영상 신호 처리부(80)의 동작에 필요한 구동 클럭 및 동기 신호 등을 제공하는 제1타이밍 제어부(20), 그리고 셔터 속도를 조절하여 주는 신호를 발생시켜 휘도를 적절하게 하여주는 제2타이밍 제어부(90)로 구성되어 있다.
그리고, CCD 촬상부(10)는 CCD 소자(11)와 수직 구동기(12)로 구성되며, 제1타이밍 제어부(20)는 제1타이밍 발생기(21), 동기 신호 발생기(22), 수정 발진기(23) 및 1/2 디바이더(24)로 구성된다.
또한 화이트 밸런스부(30)은 화이트 밸런스 IC로 구성되며, 영상 신호 처리부(80)는 샘플/홀더 및 AGC IC(40), 영상 처러기(50), 인코더(60), 6db 증폭기(70) 그리고 3개의 딜레이로 구성된다.
그리고 여기에 제2타이밍 제어부(90)가 추가된 점에 본 발명의 CCD 카메라 구성에 특징이 있다. 이 제2타이밍 제어부(90)는 위의 샘플/홀더 및 AGC IC(40)에서 CCD 소자에서 만들어진 광량 비례 휘도 신호(IRIS 신호)를 독출하여 상기 제2타이밍 제어부(90)의 휘도 신호 크기 판단기(비교기, 92)에서 휘도를 판단한 다음 그 판단 신호를 제2타이밍 발생기(91)로 보내어 전하 축적 시간을 결정하는 신호를 만들 수 있도록 하는 셔터 속도르 조절하는 제2타이밍 제어 신호를 발생시켜 CCD 촬상부(10)의 수직 구동기(1기로 보내는 역할을 한다.
이상과 같이 구성된 컬러 CCD 카메라 영상부의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
제1타이밍 제어부(20)는 CCD 촬상부(10)에서 필요로 하는 구동용의 각종 타이밍 클럭을 제공하게 되며, CCD 촬상부(10)에서는 제1타이밍 제어부(20)에서 공급한 타이밍 클럭에 맞추어 화소(영상) 신호를 출력하게 된다.
CCD 촬상부(10)로부터 출력된 영상 신호는 샘플/홀더 기능 및 AGC(automatic gain control) 회로(40)에 입력되고, 입력된 영상 신호는 AGC 회로에 의해 이득이 제어된 후, 영상 신호의 색신호와 휘도 신호를 만들고 처리하는 영상 처리기(50)에 인가된다.
이 영상 처리기(50)에서 처리된 영상 신호는 인코더(60)에서 NTSC, PAL, SECOM 등의 방송 규격에 맞도록 색신호와 휘도 신호를 변조(modulation)시킴과 아울러 그 레벨을 조정한 다음, 다시 6db 증폭기(70)를 통해서 2배로 증폭시켜서 최종적인 복합 영상 신호를 얻게 된다.
그리고 특히 본 발명의 CCD 카메라에서는 제2타이밍 제어부(90)가 있어서, 광량에 비례하는 휘도 신호(IRIS 신호)를 이용하여 CCD 소자의 전하 축적 시간을 결정하는 신호 즉 타이밍 제어 신호(XSUB)를 만들어 CCD 촬상부(10)의 수직 구동기(12)에 공급하여 셔터 속도를 조절함으로써, CCD에 입사되는 광량을 조절하여 축적되는 전하의 량을 조절하게 된다.
제3도는 본 발명의 CCD 카메라의 특징부라 할 수 있는 제2타이밍 제어부(90)의 회로도이다. 이 도면을 참조하여 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.
CCD 소자의 전하를 방전시키는 주기적인 하향 펄스를 가진 XSUB 신호를 다른 제어 신호(제4도 참조)로 제어하여 XSUB 신호의 전하 방전 펄스가 일정 구간 제거된 CCD 소자 전하 축적 시간 결정 신호를 만들어 주는 제2타이밍 신호 발생기(91)와, 이 제2타이밍 신호 발생기(91)에 휘도 신호의 크기를 판별하여 제공하는 휘도 신호 판별기(92; 비교기)가 있다.
이와 같이 구성된 제2타이밍 제어부(90)의 동작을 제4도의 파형도를 참조하면서 설명한다.
제4도에서 XSUB 신호는 타이밍 제어부(20)에서 공급되는 신호로 CCD 소자가 광량에 따라 축적한 전하를 방전시키는 주기적인 하향 펄스를 가진 신호이다. 이 신호에서 도시된 바와 같은 A 구간 만큼 하향 펄스를 제거하면 이 구간 만큼은 CCD 소자가 전하를 축적하게 된다. 즉 XSUB 파형에서 하향 펄스가 많으면 많을 수록 CCD 소자에 축적되는 전하의 양은 적어지게 된다.
이는 이 하향 펄스가 발생될때 마다 CCD 소자에 축적되어 있는 전하는 방전하게 되며, CCD의 전하 충전 시간은 XUBS의 최후 하강 신호로부터 XSG1 신호의 하강 펄스까지이다.
따라서 XSUB 신호의 하강 펄스 수를 제어함으로써, 휘도 신호를 항상 일정하도록 제어하게 된다. 구체적으로는 CCD 소자에 입사되는 빛이 많으면 XSUB의 하향 펄스 수를 증가시켜서 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 줄이고, 입사되는 빛이 적으면 XSUB 신호의 펄스 수를 감소시켜서 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 증가시키게 된다.
이러한 원리에 입각하여 실제 회로에서는, 제3도에 도시된 바와 같이, 회도 신호 판별기(92)의 아래 비교기의 +입력 단자에는 광량에 비례하는 휘도 신호(IRlS 신호)를 인가하고, 아래 비교기의 -입력단자에는 비교 기준이 되는 기준 전압을 설정 입력하여, 비교기 +단자에 입력되는 휘도 신호가 기준 전압 보다 클 경우 하이 신호를 출력하여 제2타이밍 발생기(91)의 EEUD 단자에 인가된다. 또한 휘도 신호(IRIS 신호)를 저항기(R47)를 통하여 일정한 크기로 약화시킨 윗 비교기의 -단자에 인가하고 이 윗 비교기의 +단자에는 또 다른 기준 전압을 이나하여 휘도 신호가 이 기준 전압 보다 작을 경우에 하이 출력을 발생시켜, 제5도에 도시된 바와 같은, 제2타이밍 발생기(91)의 EENR 단자에 인가되도록 한다.
이와 같이 제2타이밍 발생기(91)의 EENR 단자 및 EEUD 단자에 인가된 휘도 신호 크기 판단 신호는 제2타이밍 발생기(91)의 하이/로우 판단부(9l3)에서 판단되며, 그 판단 출력에 의해 결국 다음 표 l과 같은 XSUB 신호의 1 수직 동기 기간의 하강 펄스가 출력되도록 제어되며, 이에 따라 셔터 속도가 제어된다.
[표 1]
또한, 제3도에 도시된 바와 같은 제2타이밍 제어부(90)는 전자 조리개 구동 만을 위한 제2타이밍 발생기(91)와 회도 레벨을 자동적으로 일정하게 출력시키기 위해서 출력되고 있는 휘도 신호의 크기(광량의 크기)를 판별하는 휘도 판별기(92)로 구성되어 입력 신호로는 주 클럭 28.6MHz가 제2타이밍 발생기(91)로 입력되고, 휘도 신호인 IRIS 신호가 판별기(92)에 입력되며, 자동으로 전자 조리개를 제어할 것인지 아닌지를 선택할 수 있는 전자 셔터 제어 신호(ESC) 신호 입력과, 셔터 속도를 제어하기 위한 최종 신호인 XSUB 신호를 출력한다.
제2타이밍 발생기(IC, 92)는 EEM0, SMDl, SMD2의 입력이 하이로 되는 경우에는 셔터 속도가 1/50,000초로 고정되고, 이 EEM0, SNlD1(셔터모드 선택 단자), SMD2(셔터모드 선택 단자)의 입력 전부가 로우로되는 경우에는 1/60초로 고정된다. 여기서, l/50,000로 고정되는 경우에는 외부에서 타이밍 발생기(91)의 EEUD와 EENR의 입력 제어에 따라 1/60초에서 1/50,000초로 증감이 가능하다. 즉, 1/60초, l/61초 1/62초,... 1/49,999초, 1/50,000초의 형식으로 제어가 가능하다.
따라서, 상기 표 1과 같이 EEUD와 EENR의 입력에 따라 셔터 속도를 제어할 수 있는데, 이는 결국 제2도에 도시된 것과 같은, CCD 촬상부(10)로 입력되는 XSUB 신호의 펄스 수를 제어함으로써 가능하게 되며, XSUB 신호는 제4도에 도시된 파형과 같이, 1수직 동기 기간 동안 하강 펄스 수가 많으면 많을 수록 CCD에 충전되는 전하는 많이 방전되는 동시에 충전 시간이 적어지기 때문에, 이 XSUB 신호의 하강 펄스수를 제어함으로써 최종적으로 출력되는 휘도 신호 레벨을 제어할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 CCD 카메라는 CCD 소자에 입사되는 빛의 양에 따라 변하는 휘도 신호의 레벨을 일정하게 유지할 수 있도록, CCD 소자의 전하 축적 시간을 결정하는 신호의 전하 축적 구간을 이미 CCD 소자에서 축적되어 적분된 휘도 신호의 크기가 크면 축적 구간을 줄여 주고, 작으면 축적 구간을 길게하여 주는 제2타이밍 제어 수단을 구비함으로써, 자동적으로 적당한 휘도의 영상을 수상할 수 있을 뿐만 아니라 휘도 신호를 제어하는 범위가 넓어서 아주 어두운 곳이나 아주 밝은 곳에서도 피사체를 잘 볼 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 조리개를 거쳐 입사되는 피사체의 반사광으로부터 전기적인 화소 신호를 축적하는 CCD 촬상 수단과, 상기 CCD 촬상부로부터의 화소 신호는 인가 받아 색 신호 및 휘도 신호를 만들고, 이를 소정의 영상 규격에 맞도록 색신호 및 휘도 신호를 변조하여 복합 영상 신호로 만들어 주는 영상 신호 처리 수단과, 상기 영상 신호 처리 수단에서 복합 영상 신호를 만들때 적, 녹, 청이 3색상이 동시에 겹쳤을때 완벽한 흰 색상이 구현될 수 있도록 균형을 맞춰주는 화이트 밸런스 수단과, 상기 CCD 촬상 수단, 상기 영상 신호 처리 수단 및 상기 화이트 밸런스 수단에 구동 클럭 및 동기 신호를 제공하는 제1타이밍 제어 수단을 구비하는 컬러 CCD 카메라에 있어서, 상기 영상 신호 처리 수단과 타이밍 제어 수단 사이에 휘도 신호를 일정한 레벨로 유지할 수 있도록 CCD 소자에 축적되는 전하의 양을 자동으로 조절하여 주는 제2타이밍 제어 수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 CCD 카메라.
  2. 제1항에 있어서 상기 제2타이밍 제어 수단은 상기 조리개의 셔터 속도를 조절하여 휘도를 조절하는 타이밍 제어 신호 발생 수단과, 휘도 레벨을 자등적으로 일정하게 출력시키기 위해 출력되는 휘도 신호의 크기를 판별하여 주는 휘도 신호 크기 판별 수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 CCD 카메라.
  3. 제2항에 있어서, 상기 타이밍 제어 신호 발생 수단은 셔터의 속도를 조절하는 셔터 속도 제어 수단과, 상기 휘도 신호 크기 판별 수단으로부터 휘도 신호 크기 판별 신호를 인가 받아 이 신호의 하이/로우를 판단하는 하이/로우 판단 수단과, 전자 셔터 제어 신호(ESC) 신호 및 EEUD 신호의 합성 신호를 판별하여 셔터 모드를 지정하여 주는 매트릭스 셔터 모드 지정 수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 CCD 카메라.
  4. 제2항에 있어서 상기 휘도 신호 크기 판별 수단은 상기 조리개로부터 인가되는 광량의 크기에 따른 휘도 신호를 기준 전압 레벨과 비교하여 그 비교값을 출력하여 상기 타이밍 수단에 제공하는 비교 수단을 적어도 1개 이상 구비하여 된 것을 특징으로 하는 제2타이밍 제어 수단을 채용한 CCD 카메라.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102012767B1 (ko) * 2018-03-14 2019-08-21 (주) 픽셀플러스 이미지 센서

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