WO2012161384A1 - 오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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WO2012161384A1
WO2012161384A1 PCT/KR2011/007613 KR2011007613W WO2012161384A1 WO 2012161384 A1 WO2012161384 A1 WO 2012161384A1 KR 2011007613 W KR2011007613 W KR 2011007613W WO 2012161384 A1 WO2012161384 A1 WO 2012161384A1
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zoom
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motor
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PCT/KR2011/007613
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정성호
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에이치디씨 주식회사
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    • H04N25/615—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise the noise originating only from the lens unit, e.g. flare, shading, vignetting or "cos4" involving a transfer function modelling the optical system, e.g. optical transfer function [OTF], phase transfer function [PhTF] or modulation transfer function [MTF]

Definitions

  • the present invention relates to an autofocus camera system and a control method thereof, and more particularly, to separate a focus function and a zoom function so as to be driven through a separate driving source, but stepping into a 1/3 "size CCD (Charge-Coupled Device)
  • the present invention relates to an autofocus camera system and a method for controlling the autofocusing and zooming functions that can be performed by CCTV, which reduces the operation time, improves the efficiency, and includes an automatic correction function.
  • CTV Closed Circuit Television
  • a CCD (Charge-Coupled Device) camera is widely used as an imaging means mounted in such a CCTV system.
  • CCD is an abbreviation of a term meaning a solid-state image pickup device, and is a 6mmx4mm photoelectric conversion sensor that converts light into an electrical signal.
  • the structure stores a photoelectric conversion portion that converts light into an electrical signal and converted charges.
  • the light intensity from the lens is first recorded on the CCD (equivalent to the film of the optical camera), and the light of the captured image is separated by the RGB color filter attached to the CCD. Separated into different colors.
  • the separated color is then converted into an electrical signal from the hundreds of thousands of light sensors that make up the CCD (410,000 pixels are attached to one CCD for a 410,000-pixel digital camera), and the analog signal from the CCD is zero.
  • the video signal is converted into a digital signal of 1 and 1, and the image is displayed on the monitor.
  • the initial CCD camera was not equipped with a zoom function for adjusting the magnification of the lens like a general optical camera, it was inconvenient to always photograph only a fixed magnification.
  • the adjustment ring rotates at the rear of the camera housing so that the adjustment ring adjusts the gear and lens focus, the gear at the zoom part (spur gear type), and the gear and lens of the adjustment ring by rotating the adjustment ring at the upper side of the housing.
  • the gear of the zoom part helical gear type
  • a motor is installed inside the housing and the focus and zoom are adjusted using the motor.
  • the conventional CCTV has a limitation that can not cope with an error occurs because there is no function to verify and correct the error generated during the autofocus of the CCD camera.
  • the present invention was created in view of the above-described problems in the prior art, and the autofocus and zoom function is applied to CCTV using a 1/3 "size CCD camera applied to various types of board cameras.
  • the two stepping motors can be used to quickly implement autofocus and zoom functions, and two channels can be secured to separate the user interface from the video signal processing, improving control and processing efficiency, and autofocus errors.
  • the main purpose of the present invention is to provide an autofocus camera system and its control method which are equipped with verification and correction functions to obtain clearer and more accurate images.
  • the present invention is a means for achieving the above object, the main processor embedded in the CCTV, a memory unit connected to the main processor, an input unit connected to the main processor to provide a user interface, an output unit for outputting the contents processed in the main processor, CCD camera for capturing a subject, an image processing unit for converting an analog signal captured by the CCD camera into a digital signal and transmitting the same to a main processor, and is configured to perform focus in a zoom in / out and zoom in / out state when capturing a subject.
  • a CCTV camera system comprising a focus lens and a zoom lens;
  • An RS-485 transceiver is connected to the main processor and is designed to input and output a control command through RS-485 communication;
  • the focus lens and the zoom lens are independently driven by a separately installed focus motor and a zoom motor, and are controlled by a focus motor driver and a zoom motor driver connected to the main processor, the focus motor and the zoom motor being a stepping motor;
  • the image picked up by the CCD camera is output to CVBS to the user as an analog signal itself through a BNC connector without passing through the image processor;
  • the digital signal converted by the image processor is stored in a memory unit as autofocus position information;
  • the focus motor driver performs autofocusing by using the luminance and contrast ratios shown in the image of the corresponding point after moving the focus point to the focus point divided into several steps according to the size of the lens. Provide a focus camera system.
  • the main processor is further connected to the MTF calculation unit and the focus error detection unit, the focus error detection unit detects and corrects the focus error during autofocus by referring to the MTF value for each lens calculated by the MTF calculation unit. have.
  • the input unit may further include an initialization button allocated from the main processor to initialize the focus in case of a focus error.
  • a method for controlling autofocus using the autofocus camera system includes: calculating an average value of luminance obtained at a plurality of points of the captured image; Average luminance calculated from the same image used in the average value calculating step, and focus motor driver controls the focus motor by referring to a look up table (LUT) stored in a memory unit and calculates a focus lens.
  • LUT look up table
  • a section moving step of moving to a section closer to the contrast ratio Adjusting the focus motor clockwise and counterclockwise by the basic step number around the moved section to re-acquire each image at the moved step number, and calculating a contrast ratio from each image;
  • the main processor compares the calculated two contrast ratios and focuses while rewinding in the opposite direction while rotating the focus motor by the set number of steps as opposed to the larger difference in the contrast ratios;
  • the focus completion step of calculating the luminance average value and the contrast ratio at the time and storing them in the memory unit also provides a control method of the autofocus camera system, characterized in that consisting of.
  • the focus motor is rotated clockwise in the counterclockwise direction by the basic number of steps. It is also a feature that it stops when it reaches a point where the change of luminance does not occur while rewinding, and focuses on it.
  • the focus motor is rotated counterclockwise by a basic number of steps counterclockwise. It is also a feature that it stops when it reaches a point where the change of luminance does not occur while rewinding, and focuses on it.
  • the present invention it is possible to implement autofocus with a 1/3 "CCD in a CCTV camera, and to drive and control zooming and autofocus with respective stepping motors, so that high speed driving is possible, and user interface and video are provided through two channels.
  • driving efficiency and control efficiency can be improved, autofocus error can be verified and corrected by itself, and RS-485 communication method is adopted to zoom in / out, home position return function, and quick response to other command list. Possible effects can be achieved.
  • FIG. 1 is an exemplary configuration block diagram of an autofocus camera system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of autofocusing control in a control method of an autofocus camera system according to the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a zoom control in a control method of an autofocus camera system according to the present invention.
  • FIG. 1 is an exemplary configuration block diagram of an autofocus camera system according to the present invention.
  • the autofocus camera system includes a main processor 100.
  • the main processor 100 is a chipset that performs overall control necessary for autofocusing and zooming in / out, focus error reading and correction, RS-485 communication, Modulation Transfer function (MTF), etc. according to the present invention in CCTV. .
  • a memory unit 200 is connected to the main processor 100.
  • the memory unit 200 is a memory device, and includes an EEPROM 210, an SDRAM 220, a NAND flash 230, and the like. Accordingly, data is stored, updated, and the like under the control of the main processor 100.
  • the lens driving focus motor 300 for auto focus AF and the lens driving zoom motor 400 for zoom in / out are separately installed with each other. They are all used with stepping motors for precise control.
  • a focus motor driver 310 and a zoom motor driver 410 are connected to the main processor 100, respectively, whereby the driving of the focus motor 300 and the zoom motor 400 is controlled.
  • the focus motor driver 310 and the zoom motor driver 410 implement autofocus while moving the focus and zoom by lens (3-16mm, 5-50mm baric focal lens) used in the CCD camera 500.
  • MTF (Modulation Transfer Function) calculation unit 600 is connected to the main processor 100 for this purpose.
  • the MTF calculator 600 calculates a numerical value of the optical capability of the lens mounted on the CCD camera 500, and the MTF value for each lens is stored in the memory unit 200.
  • the MTF calculation unit 600 is for finding and correcting an error of autofocus.
  • autofocusing utilizes a comparison of the contrast ratio with the focus zone, that is, the edge portion of the image (outermost four portions) of the image, after the lens is moved for autofocusing. As described later, it can be simply controlled.
  • the lens is designed to be able to move in multiple steps, and is controlled by the driver described above.
  • the lens is designed to allow 6 steps of moving (5.25 times optical).
  • it can be designed to allow 11 step movements (10 times optical).
  • a section point that can be quickly moved is made into a look up table (LUT) and stored in the memory unit 200. Then, the focus lens can be quickly moved to a section corresponding to the position of the zoom lens according to the zoom, and the time required for focus can be shortened if a fine adjustment operation is subsequently performed.
  • LUT look up table
  • the focus motor driver 310 and the zoom motor driver 410 step the respective focus motor 300 and the zoom motor 400 step by step. After that, autofocusing is implemented by a point comparison method described below in a zoom in / out function when the corresponding area is reached.
  • the home position of the stepping motors driven by the drivers is provided with a set value, and is designed to automatically move to the home position in case of an error or a focusing / zoom error, and the moving distance of the lens is calculated based on the home position. do.
  • the home position is always a reference position when the camera is powered on and booted, or when the user presses the reset button to reset the home position.
  • an RS-485 communication method An RS-485 transceiver 610 for RS-485 communication is connected to the main processor 100 for this purpose.
  • the RS-485 communication may be designed to be interlocked control by Pelco-D or P Protocol.
  • the contrast ratio is compared based on a maximum of 5 points with the center of the screen being captured as 1 point and the 4 corners of the screen as 1 point each. It is preferable to increase the accuracy of the focusing by reading the average value and to control the focusing.
  • a focus error detection unit 620 is further connected to the main processor 100.
  • the focus error detection unit 620 acquires a value that the lens actually moves during autofocusing and zooming in and out, and thus the actual movement value of the lens.
  • the MTF value of each lens stored in the memory unit 200 is compared with each other to check whether there is a focus error.
  • the error is automatically corrected by moving to the home position and then refocusing.
  • the CCD camera 500 used in the present invention is preferably designed to reduce the volume as much as possible by employing a 1/3 "size CCD mainly used as a boat camera, two channels in the CCD camera 500
  • the image processor 510 and the Composite Video Baseband Signal (CVBS) output unit 520 are connected to process the image signal captured by the controller.
  • CVBS Composite Video Baseband Signal
  • the image processor 510 is connected to the video terminal of the main processor 100, converts the analog image captured by the CCD camera 500 into a digital image, and then transmits the image to the main processor 100 as data for autofocusing. In this case, the transmitted data is stored in the memory unit 200.
  • CVBS output unit 520 is connected to the CCD camera 500 and the Bayonet-Neil-Concelman (BNC) connector to output an analog image so that the user can view it as it is without digital conversion. That is, it realizes the same image as the existing CCTV.
  • BNC Bayonet-Neil-Concelman
  • the main processor 100 is connected to an input unit 700 for inputting a command signal and an output unit 800 for displaying the processed information.
  • the input unit 700 has a focus reset button as a separately allocated button. 710 may be further provided.
  • the autofocusing control method starts from the homing step S100 in which the coordinates of the focus motor 300 are returned or maintained at the home position at the time of initial power-up or system booting.
  • the main processor 100 receiving the image of the displaced position from the CCD camera 500 is the MTF calculation unit 600.
  • An average value calculating step (S120) of calculating a luminance mean value of one point of focus center of the video image and four points of the corner of the image through the image is performed.
  • the contrast ratio is calculated from the image (S130), and the focus motor driver 310 controls the driving of the focus motor 300 with reference to a look up table (LUT) to calculate an average luminance and control of the focus lens.
  • Section moving to the near ratio e.g. 6 steps for 3-16mm lens and 11 steps for 5-50mm lens, divided according to average luminance and contrast ratio by lens position.
  • the focus motor 300 is rotated clockwise and counterclockwise by the number of basic steps about the moved section, respectively, to acquire each image at the moved step number again, and the contrast ratio from each image. Adjusting step (S150) to calculate the is performed.
  • the main processor 100 performs a comparison step (S160) of comparing the calculated two contrast ratios.
  • the focus motor 300 is rotated counterclockwise by the basic number of steps and clockwise.
  • the forward luminance focus step S170 is performed to focus on the starting point.
  • the focus motor 300 is rotated clockwise by the basic number of steps. While rewinding in the counterclockwise direction, the motor stops when it reaches a point where the change of luminance does not occur, and performs a reverse luminance focus step S180 of focusing the starting point.
  • the focus completion step S190 of calculating the luminance average value and the contrast ratio at the time and storing the result in the memory unit 200 is performed.
  • the MTF value can be used to easily detect and auto-correct errors during autofocus.
  • the zoom in / out control method starts from the homing step S200 in which the coordinates of the zoom motor 400 are returned or maintained at the home position at the time of initial power-up or system booting.
  • the zoom motor driver 410 rotates the zoom motor 400 to zoom in.
  • the motor driver 410 rotates the zoom motor 400 to zoom out (S230 and S240).
  • the control on the zoom in / out is terminated by storing the zoom position value at that time in the memory unit 200.
  • the autofocus camera system and its control method according to the present invention can perform the autofocus function in a short time with zoom in / out, find and correct a focus error, and perform signal processing on an image.
  • main processor 200 memory

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Abstract

본 발명은 오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, CCTV에 내장되는 인프로세서, 메인프로세서와 연결된 메모리부, 입력부, CCD카메라, 영상처리부, 포커스렌즈 및 줌렌즈를 포함하는 CCTV 카메라 시스템에 있어서; RS-485 통신을 통해 제어명령이 입출력되도록 설계되고; 상기 메인프로세서에 연결된 포커스모터 드라이버와 줌모터 드라이버에 의해 제어되며, 커스모터와 줌모터는 스태핑모터로 이루어지고; 상기 포커스모터 드라이버는 렌즈의 크기에 따라 여러 단계의 구간으로 나뉜 포커스 포인트로 구간이동 후 해당 지점의 이미지에 나타난 루미넌스와 컨트래스트 비를 이용하여 오토포커싱을 수행하는 것을 특징으로 하여, CCTV 카메라에서 1/3" CCD로 오토포커스를 구현할 수 있고, 줌과 오토포커스를 각각의 스태핑모터로 구동 제어할 수 있어 쾌속 구동이 가능하며, 구동효율과 제어효율을 높이고, 오토포커스의 오류를 자체 검증하고 수정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법
본 발명은 오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포커스 기능과 줌 기능을 분리하여 별개의 구동원을 통해 구동되게 하되 1/3" 크기의 CCD(Charge-Coupled Device)로도 스태핑모터로 직접 구동하여 제어하는 방식을 통해 오토포커싱과 줌 기능을 CCTV에서 수행가능하게 함으로써 작동시간을 단축시키고 효율을 향상시키며 자동 보정기능도 포함하도록 한 오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 취약지역이나 사람들의 왕래가 많은 곳 혹은 산업설비 등에서 감시/관리, 차량용, 지하철 전동차용 등 다양한 분야에서 CCTV(폐쇄회로 텔리비전:Closed Circuit Television) 시스템이 설치 운용되고 있다.
최근에는 백화점, 은행, 전시장 등은 물론 학교주변, 주택가와 같은 곳 까지 설치가 확대 운영되고 있는데, 각종 범죄로부터 안전을 확보하기 위한 일환이며, 더욱 더 확대될 전망이다.
이러한 CCTV 시스템에 탑재되는 촬상수단으로 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라가 많이 사용된다.
이때, CCD는 고체 촬상소자를 의미하는 용어의 약어이며, 빛을 전기 신호로 변환하는 6mmx4mm 크기의 광전변환센서로서, 구조는 빛을 전기적 신호로 변환하는 광전변환 부분과 변환된 전하를 저장했다 전송하는 전송 부분으로 나뉘어져 있고, 그 작동원리를 보면 렌즈로부터 들어온 빛의 세기는 먼저 CCD(광학카메라의 필름에 해당됨)에 기록됨과 동시에, 촬영된 영상의 빛은 CCD에 붙어 있는 RGB색필터에 의해 각기 다른 색으로 분리된다.
이어서, 분리된 색은 CCD를 구성하는 수십 만 개의 광센서(41만 화소의 디지털 카메라의 경우 1개의 CCD에 41만 개의 광센서가 붙어 있음)에서 전기적 신호로 바뀌며, CCD에서 나온 아날로그 신호는 0과 1의 디지털 신호로 변환되어 영상 신호가 만들어지고, 모니터를 통해 나타나게 된다.
그런데, 초기 CCD 카메라는 일반 광학용 카메라와 같이 렌즈의 배율을 조정하는 줌 기능이 장착되어 있지 않았기 때문에 항상 고정된 배율의 화상만 촬영해야 하는 불편함이 있었다.
이를 개선하여 현재 출시되고 있는 대부분의 CCD 카메라는 줌기능과 포커싱 기능을 갖추고 있고, 관련 특허 기술도 다수 개시되어 있다.
이러한 기술로, 카메라 하우징 뒷부분에서 조절링을 회전시켜 조절링이 기어와 렌즈 포커스, 줌 부분의 기어(평기어 타입)를 조절하는 형태, 하우징 상단 측면에서 조절링을 회전시켜 조절링의 기어와 렌즈의 포커스, 줌 부분의 기어(헬리컬 기어 타입)를 조절하는 형태, 하우징 상단 측면에서 하우징을 회전시켜 렌즈의 포커스와 줌을 조절하는 형태(기어없이 하우징을 분리시켜 단순하게 렌즈의 조절부분을 조립하는 형태), 하우징 안쪽에 모터를 설치하고 이 모터를 이용하여 포커스와 줌을 조절하는 형태 등을 들 수 있다.
그러나, 이와 같은 구조는 CCTV 카메라의 볼륨을 크게 하기 때문에 제조, 설치 등에 있어 많은 단점과 한계를 가지므로 보통 1/4인치 크기를 갖고 오토포커싱이 가능한 CCD 카메라들이 등장하였다(물론, 보드카메라의 경우에는 1/3인치의 CCD가 사용되기도 한다).
그런데, 이들 CCD 카메라들은 볼륨을 줄이기 위해 하나의 모터를 이용하여 오토포커싱과 줌 기능을 동시에 처리하고 있어 구조 및 제어가 복잡하고, 특정 줌 배율에서 포커싱이 이루어지지 않는 문제는 물론 처리시간이 길어지는 단점이 있었다. 즉, 하나의 모터를 사용할 경우에는 매뉴얼로 조정하여 줌과 포커스의 구간 조절을 구현해야 하므로 카메라 설계가 어렵고, 복잡하며, 제어도 난해하고, 처리시간도 길어지는 단점이 있었던 것이다.
뿐만 아니라, 종래 CCTV에 구현된 신호처리방식은 하나의 채널을 통해 아날로그신호와 디지털신호 상호간의 변환이 수시로 이루어져야 하기 때문에 유저인터페이스와 비디오신호처리시 부하가 가중되고, 메모리가 커지면서 효율적인 제어가 어려웠다.
덧붙여, 종래 CCTV에서는 CCD 카메라의 오토포커스시 발생된 오류를 검증하고 수정할 수 있는 기능이 없어 오류 발생시 대처할 수 없다는 한계도 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 다양한 형태의 보드카메라에 적용되고 있는 1/3" 크기의 CCD 카메라를 이용하여 오토포커스와 줌 기능을 CCTV에 구현시키되, 2개의 스태핑모터를 활용하여 오토포커스와 줌 기능을 신속하게 구현할 수 있고, 2개의 채널을 확보하여 사용자 인터페이스와 비디오신호처리를 분리함으로써 제어 및 처리효율을 향상시키며, 오토포커스에 대한 오류 검증 및 수정 기능을 갖추어 보다 선명하고 정확한 영상을 취득할 수 있도록 한 오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, CCTV에 내장되는 메인프로세서, 메인프로세서와 연결된 메모리부, 유저 인터페이스를 제공하도록 메인프로세서에 연결된 입력부, 메인프로세서에서 처리된 내용을 출력하는 출력부, 피사체를 촬상하는 CCD카메라, CCD카메라에서 촬상된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여 메인프로세서로 전송하는 영상처리부, 피사체 촬상시 영상을 줌 인/아웃 및 줌 인/아웃 상태에서 포커스를 수행하도록 구비된 포커스렌즈 및 줌렌즈,를 포함하는 CCTV 카메라 시스템에 있어서; 상기 메인프로세서에는 RS-485 트랜시버가 연결되어, RS-485 통신을 통해 제어명령이 입출력되도록 설계되고; 상기 포커스렌즈와 줌렌즈는 독립적으로 각각 분리 설치된 포커스모터와 줌모터에 의해 구동되되, 상기 메인프로세서에 연결된 포커스모터 드라이버와 줌모터 드라이버에 의해 제어되며, 포커스모터와 줌모터는 스태핑모터로 이루어지고; 상기 CCD카메라에서 촬상된 영상은 상기 영상처리부를 거치지 않고 BNC커넥터를 통해 아날로그 신호 자체로 유저에게 CVBS로 출력되며; 상기 영상처리부에서 변환된 디지털 신호는 오토포커스의 위치정보로 메모리부에 저장되고; 상기 포커스모터 드라이버는 렌즈의 크기에 따라 여러 단계의 구간으로 나뉜 포커스 포인트로 구간이동 후 해당 지점의 이미지에 나타난 루미넌스(Luminance)와 컨트래스트 비를 이용하여 오토포커싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 오토포커스 카메라 시스템을 제공한다.
이때, 상기 메인프로세서에는 MTF산출부와 포커스오류검출부가 더 연결되어, 상기 MTF산출부가 산출한 렌즈별 MTF값을 참조하여 포커스오류검출부가 오토포커스시 포커스 오류를 검출하고 보정하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 입력부에는 포커스 오류시 포커스를 초기화시키도록 메인프로세서로부터 할당된 초기화버튼이 더 구비된 것에도 그 특징이 있다.
뿐만 아니라, 상기 오토포커스 카메라 시스템을 이용하여 오토포커스를 제어하는 방법에 있어서; 전원인가시 또는 시스템 부팅시 포커스모터의 좌표가 홈 포지션으로 복귀 또는 유지되는 원점복귀단계; 줌 또는 유저의 요청에 의해 영상변위가 발생되면, CCD카메라로부터 변위된 위치의 영상을 입력받은 메인프로세서는 촬상된 이미지의 다수 포인트에서 얻어진 루미넌스(Luminance) 평균값을 산출하는 평균값 산출단계; 평균값 산출단계에서 사용된 동일 이미지로부터 컨트래스트 비를 산출하고, 메모리부에 저장되어 있는 LUT(Look Up Table)를 참고하여 포커스모터 드라이버가 포커스모터의 구동을 제어하여 포커스렌즈를 산출된 평균 루미넌스와 컨트래스트 비에 근접한 구간으로 이동시키는 구간이동 단계; 이동된 구간을 중심으로 포커스모터를 기본 스텝수만큼 시계방향과, 반시계방향으로 각각 회전시켜 이동된 스텝수에서의 각 이미지를 다시 획득하고, 각 이미지로부터 컨트래스트 비를 산출하는 조절단계; 조절단계 후 메인프로세서는 산출된 두 개의 컨트래스트 비를 비교하여 컨트래스트 비의 차이가 큰 쪽 반대로 포커스모터를 설정된 스텝수만큼 회전시킨 상태에서 다시 반대방향으로 감으면서 포커스를 맞추는 포커스단계; 포커스가 맞춰지면 그때의 루미넌스 평균값과 컨트래스트 비를 산출한 후 메모리부에 저장하는 포커스완료단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오토포커스 카메라 시스템의 그 제어방법도 제공한다.
이 경우, 상기 포커스단계에서, 비교결과 시계방향으로 이동된 컨트래스트 비가 그 반대방향으로 이동된 컨트래스트 비 보다 클 경우, 포커스모터를 반시계방향으로 기본 스텝수만큼 회전시킨 상태에서 시계방향으로 다시 감으면서 루미넌스의 변화가 발생하지 않는 지점에 이르면 정지하고 이를 기점으로 포커스를 맞추는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 포커스단계에서, 비교결과 반시계방향으로 이동된 컨트래스트 비가 그 반대방향으로 이동된 컨트래스트 비 보다 클 경우, 포커스모터를 시계방향으로 기본 스텝수만큼 회전시킨 상태에서 반시계방향으로 다시 감으면서 루미넌스의 변화가 발생하지 않는 지점에 이르면 정지하고 이를 기점으로 포커스를 맞추는 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, CCTV 카메라에서 1/3" CCD로 오토포커스를 구현할 수 있고, 줌과 오토포커스를 각각의 스태핑모터로 구동 제어할 수 있어 쾌속 구동이 가능하며, 2채널을 통해 유저 인터페이스와 비디오신호 처리를 분리함으로써 구동효율과 제어효율을 높이고, 오토포커스의 오류를 자체 검증하고 수정할 수 있으며, RS-485 통신방식을 채택하여 줌 인/아웃, 원점복귀 기능, 기타 명령리스트에 대한 신속한 응답이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 오토포커스 카메라 시스템의 예시적인 구성 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 오토포커스 카메라 시스템의 제어방법 중 오토포커싱 컨트롤 예를 보인 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 오토포커스 카메라 시스템의 제어방법 중 줌 컨트롤 예를 보인 플로우챠트이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 오토포커스 카메라 시스템의 예시적인 구성 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오토포커스 카메라 시스템은 메인프로세서(100)를 포함한다.
상기 메인프로세서(100)는 CCTV에서 본 발명과 관련된 오토포커싱 및 줌 인/아웃, 그리고 포커스 오류 판독 및 보정, RS-485 통신, MTF(Modulation Transfer function) 등 구현에 필요한 전반적인 제어를 수행하는 칩셋이다.
그리고, 상기 메인프로세서(100)에는 메모리부(200)가 연결되는데, 상기 메모리부(200)는 기억장치로서, EEPROM(210), SDRAM(220), 낸드플래시(230) 등이 구비되어 용도에 따라 메인프로세서(100)의 제어하에 데이터의 저장, 갱신 등을 수행한다.
특히, 본 발명에서는 오토포커스(AF)를 위한 렌즈 구동용 포커스모터(300)와, 줌(Zoom) 인/아웃을 위한 렌즈 구동용 줌모터(400)가 서로 별개로 독립 설치되는데, 쾌속 구동과 정확한 제어를 위해 이들은 모두 스태핑모터가 사용된다.
아울러, 상기 메인프로세서(100)에는 각각 포커스모터 드라이버(310)와, 줌모터 드라이버(410)가 연결되며, 이들에 의해 상기 포커스모터(300) 및 줌모터(400)의 구동이 제어된다.
이때, 상기 포커스모터 드라이버(310)와 줌모터 드라이버(410)는 CCD 카메라(500)에 사용되는 렌즈별(3-16mm, 5-50mm 배리포컬렌즈)로 포커스와 줌을 이동하면서 오토포커스를 구현하도록 제어하게 되는데, 이를 위해 MTF(Modulation Transfer Function)산출부(600)가 메인프로세서(100)에 연결된다.
상기 MTF산출부(600)는 CCD카메라(500)에 탑재되는 렌즈의 광학적 능력을 수치화한 값을 연산하는 부분으로, 각 렌즈별 MTF값은 메모리부(200)에 저장된다.
특히, 상기 MTF산출부(600)는 오토포커스의 오류를 찾아내고 보정하기 위한 것이다.
그리고, 오토포커싱은 오토포커싱을 위해 렌즈가 움직인 후 포커스 존, 즉 포커스 센터 대비 이미지의 에지부 4 부분(최외각 4 부분)과의 컨트래스트 비(Contrast Ratio)를 서로 비교하는 것을 활용함으로써 후술하는 바와 같이, 간단하게 제어될 수 있다.
이를 위해, 렌즈는 다수 단계로 구간이동이 가능하도록 설계되고, 앞서 설명한 드라이버에 의해 제어되게 되는데, 이를 테면 3-16mm 렌즈의 경우 6단계의 구간이동(옵티컬의 5.25배)이 가능하게 설계되고, 5-50mm 렌즈의 경우는 11단계의 구간이동(옵티컬의 10배)이 가능하게 설계될 수 있다.
이와 같이, 신속하게 이동할 수 있는 구간 포인트를 LUT(Look UP Table)로 만들어 메모리부(200)에 저장한다. 그러면, 줌에 따른 줌 렌즈의 위치에 맞는 구간으로 포커스 렌즈를 신속히 이동시킬 수 있고, 이후 미세 조정작업이 수반되면 포커스에 걸리는 시간을 줄일 수 있다.
따라서, 유저(User)가 줌과 포커스에 관한 선택으로 명령이 하달되면, 포커스모터 드라이버(310)와 줌모터 드라이버(410)는 각각의 포커스모터(300)와 줌모터(400)를 구간별로 스태핑시킨 다음, 해당 영역에 이르렀을 때 줌 인/아웃 기능을 수행한 상태에서 후술되는 포인트 비교 방식으로 오토포커싱을 구현하게 된다.
아울러, 상기 드라이버들에 의해 구동되는 스태핑 모터들의 홈 포지션은 세팅된 값으로 제공되며, 에러 발생시 혹은 포커싱/줌 오류시 자동으로 홈 포지션으로 이동되도록 설계되고, 렌즈의 이동거리는 홈 포지션을 기준으로 산출된다.
특히, 상기 홈 포지션은 카메라의 전원이 온되어 부팅되었을 때, 혹은 유저(User)가 초기화 버튼을 눌러 초기화시켰을 때 등의 경우 항상 기준이 되는 포지션이다.
또한, 상기 오토포커싱과 줌 인/아웃 기능은 RS-485 통신방식으로 제어되는데, 이를 위해 상기 메인프로세서(100)에는 RS-485 통신을 가능하게 하는 RS-485 트랜시버(610)가 연결된다.
이 경우, 상기 RS-485 통신은 Pelco-D 또는 P Protocol에 의해 연동 제어되도록 설계될 수 있다.
아울러, 오토포커싱시 포커스의 정확성 유무를 판별할 수 있도록 촬상되고 있는 화면의 중앙 센터를 1포인트로하고, 화면의 4 모서리 부분을 각각 1포인트씩으로 하여 최대 5포인트를 기준으로 컨트래스트 비를 비교 판독하되, 평균값으로 판독하여 포커싱을 제어하도록 함으로써 포커싱의 정확도를 높이고, 신속한 포커싱이 이루어지도록 제어됨이 바람직하다.
한편, 상기 메인프로세서(100)에는 포커스오류검출부(620)가 더 연결되는데, 상기 포커스오류검출부(620)는 오토포커싱과 줌 인/아웃시 렌즈가 실제로 움직인 값을 취득하여 렌즈의 실제 움직임 값과 메모리부(200)에 저장된 렌즈별 MTF값을 비교하여 일치 여부를 판독함으로써 포커스의 오류 여부를 확인하게 된다.
이때, 포커스의 오류가 발생되는 요인은 여러가지가 있을 수 있는데, 이 경우에는 자동적으로 홈 포지션으로 이동한 다음 재 포커싱이 이루어지도록 하여 오류를 수정하도록 설계된다.
또한, 본 발명에서 사용되는 CCD카메라(500)는 보트카메라로 주로 활용되는 1/3" 크기의 CCD를 채용하여 볼륨을 최대한 줄일 수 있도록 설계됨이 바람직하고, 상기 CCD카메라(500)에는 2개의 채널을 통해 촬상된 영상신호를 처리할 수 있도록 영상처리부(510)와 CVBS(Composite Video Baseband Signal) 출력부(520)가 연결된다.
상기 영상처리부(510)는 메인프로세서(100)의 비디오 단자에 연결되며, CCD카메라(500)에서 촬상한 아날로그 영상을 디지털 영상으로 변환한 다음 메인프로세서(100)로 전송하여 오토포커싱을 위한 데이터로 활용하게 되며, 전송된 데이터는 메모리부(200)에 저장된다.
그리고, 상기 CVBS출력부(520)는 상기 CCD카메라(500)와 BNC(Bayonet-Neil-Concelman) 커넥터를 통해 연결되어 아날로그 영상을 디지털 변환없이 그대로 유저(User)가 볼 수 있도록 출력하게 된다. 즉, 기존의 CCTV와 같은 영상을 구현하게 된다.
이와 같이, CCD카메라(500)에서 촬상된 영상을 기존처럼 하나의 채널을 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하거나 또는 영상 구현을 위해 다시 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해야 하는 불편함, 그 과정에서 영상 왜곡과 손실 등을 미연에 방지할 수 있게 된다.
또한, 메인프로세서(100)에는 명령 신호를 입력하기 위한 입력부(700)와, 처리된 정보를 표시하기 위한 출력부(800)가 연결되며, 특히 입력부(700)에는 별도로 할당된 버튼으로서 포커스초기화버튼(710)이 더 구비될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참고하여 오토포커스 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2에서와 같이, 오토포커싱(AF) 제어방법은 최초 전원인가시 또는 시스템 부팅시 포커스모터(300)의 좌표가 홈 포지션으로 복귀 또는 유지되는 원점복귀단계(S100)로부터 시작된다.
이어, 줌(Zoom) 또는 유저(User)의 요청에 의해 영상변위가 발생되면(S110), CCD카메라(500)로부터 변위된 위치의 영상을 입력받은 메인프로세서(100)는 MTF산출부(600)를 통해 영상 이미지의 포커스 센터 1포인트와, 이미지의 모서리 4포인트의 루미넌스(Luminance) 평균값을 산출하는 평균값 산출단계(S120)가 수행된다.
이후, 이미지로부터 컨트래스트 비를 산출하고(S130), LUT(Look Up Table)를 참고하여 포커스모터 드라이버(310)가 포커스모터(300)의 구동을 제어하여 포커스렌즈를 산출된 평균 루미넌스와 컨트래스트 비에 근접한 구간(예. 3-16mm 렌즈의 경우는 6단계, 5-50mm 렌즈의 경우는 11단계로 렌즈의 위치별 평균 루미넌스와 컨트래스트 비에 따라 나누어져 있음)으로 이동시키는 구간이동 단계(S140)가 수행된다.
그런 다음, 이동된 구간을 중심으로 포커스모터(300)를 기본 스텝수만큼 시계방향과, 반시계방향으로 각각 회전시켜 이동된 스텝수에서의 각 이미지를 다시 획득하고, 각 이미지로부터 컨트래스트 비를 산출하는 조절단계(S150)가 수행된다.
이 상태에서, 메인프로세서(100)는 산출된 두 개의 컨트래스트 비를 비교하는 비교단계(S160)를 수행한다.
상기 비교단계(S160)에서 시계방향으로 이동된 컨트래스트 비가 그 반대방향으로 이동된 컨트래스트 비 보다 클 경우, 포커스모터(300)를 반시계방향으로 기본 스텝수만큼 회전시킨 상태에서 시계방향으로 다시 감으면서 루미넌스의 변화가 발생하지 않는 지점에 이르면 정지하고 이를 기점으로 포커스를 맞추는 정방향 루미넌스 포커스단계(S170)를 수행한다.
반면, 상기 비교단계(S160)에서 반시계방향으로 이동된 컨트래스트 비가 그 반대방향으로 이동된 컨트래스트 비 보다 클 경우, 포커스모터(300)를 시계방향으로 기본 스텝수만큼 회전시킨 상태에서 반시계방향으로 다시 감으면서 루미넌스의 변화가 발생하지 않는 지점에 이르면 정지하고 이를 기점으로 포커스를 맞추는 역방향 루미넌스 포커스단계(S180)를 수행한다.
이렇게 하여, 포커스가 맞춰지면 그때의 루미넌스 평균값과 컨트래스트 비를 산출한 후 메모리부(200)에 저장하는 포커스완료단계(S190)를 수행한다.
이와 같이, 렌즈에 따라 구간이동을 통해 신속한 이동이 가능하도록 여러 단계의 구간을 설정하고, 줌의 위치에 따라 구간이동 후 미세 포커스를 루미넌스와 컨트래스트를 이용하여 맞춤으로써 오토포커싱 시간을 단축할 수 있다.
뿐만 아니라, MTF값을 이용하여 오토포커스시 오류를 쉽게 찾아내고, 이를 자동 보정할 수 있다.
한편, 영상 변위를 유발시키는 줌 인/아웃에 따른 제어방법은 도 3과 같다.
도 3에서와 같이, 줌 인/아웃 제어방법은 최초 전원인가시 또는 시스템 부팅시 줌모터(400)의 좌표가 홈 포지션으로 복귀 또는 유지되는 원점복귀단계(S200)로부터 시작된다.
이어, 사용자의 요청에 따라 줌 팩터(Factor)가 입력되면(S210), 입력된 값(CMD)가 촬상할 영상을 확대할 것인지 축소할 것인지를 판단하게 된다(S220).
예컨대, 확대할 것으로 판단되면, 즉 피사체를 당겨서 촬상하는 줌 인으로 판단되면 줌모터 드라이버(410)는 줌모터(400)를 줌 인시키도록 회전시키고, 피사체를 밀어서 촬상하는 줌 아웃으로 판단되면 줌모터 드라이버(410)는 줌모터(400)를 줌 아웃시키도록 회전시킨다(S230,S240).
그리고, 선택한 조건이 일치하면 그때의 줌 위치값을 메모리부(200)에 저장함으로써 줌 인/아웃에 대한 제어가 종료된다.
물론, 이러한 줌 인/아웃은 오토포커스(Auto Focus)시 영상을 변위시키므로 영향을 미치며, 이에 관하여는 전술한 바와 같다.
이와 같이, 본 발명에 따른 오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법은 줌 인/아웃과 함께 오토포커스 기능을 단시간에 정확하게 수행할 수 있고, 포커스 오류를 찾고 보정할 수 있으며, 영상에 대한 신호처리를 2 채널로 나누어 처리함으로써 제어가 용이하고 정확하며, 처리효율이 향상되는 장점을 제공한다.
*부호의 설명
100 : 메인프로세서 200 : 메모리부
300 : 포커스모터 400 : 줌모터
500 : CCD카메라 600 : MTF산출부
700 : 입력부 800 : 출력부

Claims (6)

  1. CCTV에 내장되는 메인프로세서, 메인프로세서와 연결된 메모리부, 유저 인터페이스를 제공하도록 메인프로세서에 연결된 입력부, 메인프로세서에서 처리된 내용을 출력하는 출력부, 피사체를 촬상하는 CCD카메라, CCD카메라에서 촬상된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여 메인프로세서로 전송하는 영상처리부, 피사체 촬상시 영상을 줌 인/아웃 및 줌 인/아웃 상태에서 포커스를 수행하도록 구비된 포커스렌즈 및 줌렌즈,를 포함하는 CCTV 카메라 시스템에 있어서;
    상기 메인프로세서에는 RS-485 트랜시버가 연결되어, RS-485 통신을 통해 제어명령이 입출력되도록 설계되고;
    상기 포커스렌즈와 줌렌즈는 독립적으로 각각 분리 설치된 포커스모터와 줌모터에 의해 구동되되, 상기 메인프로세서에 연결된 포커스모터 드라이버와 줌모터 드라이버에 의해 제어되며, 포커스모터와 줌모터는 스태핑모터로 이루어지고;
    상기 CCD카메라에서 촬상된 영상은 상기 영상처리부를 거치지 않고 BNC커넥터를 통해 아날로그 신호 자체로 유저에게 CVBS로 출력되며;
    상기 영상처리부에서 변환된 디지털 신호는 오토포커스의 위치정보로 메모리부에 저장되고;
    상기 포커스모터 드라이버는 렌즈의 크기에 따라 여러 단계의 구간으로 나뉜 포커스 포인트로 구간이동 후 해당 지점의 이미지에 나타난 루미넌스(Luminance)와 컨트래스트 비를 이용하여 오토포커싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 오토포커스 카메라 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서;
    상기 메인프로세서에는 MTF산출부와 포커스오류검출부가 더 연결되어, 상기 MTF산출부가 산출한 렌즈별 MTF값을 참조하여 포커스오류검출부가 오토포커스시 포커스 오류를 검출하고 보정하는 것을 특징으로 하는 오토포커스 카메라 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서;
    상기 입력부에는 포커스 오류시 포커스를 초기화시키도록 메인프로세서로부터 할당된 초기화버튼이 더 구비된 것을 특징으로 하는 오토포커스 카메라 시스템.
  4. 청구항 1에 기재된 오토포커스 카메라 시스템을 이용하여 오토포커스를 제어하는 방법에 있어서;
    전원인가시 또는 시스템 부팅시 포커스모터의 좌표가 홈 포지션으로 복귀 또는 유지되는 원점복귀단계;
    줌 또는 유저의 요청에 의해 영상변위가 발생되면, CCD카메라로부터 변위된 위치의 영상을 입력받은 메인프로세서는 촬상된 이미지의 다수 포인트에서 얻어진 루미넌스(Luminance) 평균값을 산출하는 평균값 산출단계;
    평균값 산출단계에서 사용된 동일 이미지로부터 컨트래스트 비를 산출하고, 메모리부에 저장되어 있는 LUT(Look Up Table)를 참고하여 포커스모터 드라이버가 포커스모터의 구동을 제어하여 포커스렌즈를 산출된 평균 루미넌스와 컨트래스트 비에 근접한 구간으로 이동시키는 구간이동 단계;
    이동된 구간을 중심으로 포커스모터를 기본 스텝수만큼 시계방향과, 반시계방향으로 각각 회전시켜 이동된 스텝수에서의 각 이미지를 다시 획득하고, 각 이미지로부터 컨트래스트 비를 산출하는 조절단계;
    조절단계 후 메인프로세서는 산출된 두 개의 컨트래스트 비를 비교하여 컨트래스트 비의 차이가 큰 쪽 반대로 포커스모터를 설정된 스텝수만큼 회전시킨 상태에서 다시 반대방향으로 감으면서 포커스를 맞추는 포커스단계;
    포커스가 맞춰지면 그때의 루미넌스 평균값과 컨트래스트 비를 산출한 후 메모리부에 저장하는 포커스완료단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오토포커스 카메라 시스템의 그 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서;
    상기 포커스단계에서, 비교결과 시계방향으로 이동된 컨트래스트 비가 그 반대방향으로 이동된 컨트래스트 비 보다 클 경우, 포커스모터를 반시계방향으로 기본 스텝수만큼 회전시킨 상태에서 시계방향으로 다시 감으면서 루미넌스의 변화가 발생하지 않는 지점에 이르면 정지하고 이를 기점으로 포커스를 맞추는 것을 특징으로 하는 오토포커스 카메라 시스템의 그 제어방법.
  6. 청구항 4에 있어서;
    상기 포커스단계에서, 비교결과 반시계방향으로 이동된 컨트래스트 비가 그 반대방향으로 이동된 컨트래스트 비 보다 클 경우, 포커스모터를 시계방향으로 기본 스텝수만큼 회전시킨 상태에서 반시계방향으로 다시 감으면서 루미넌스의 변화가 발생하지 않는 지점에 이르면 정지하고 이를 기점으로 포커스를 맞추는 것을 특징으로 하는 오토포커스 카메라 시스템의 그 제어방법.
PCT/KR2011/007613 2011-05-23 2011-10-13 오토포커스 카메라 시스템 및 그 제어방법 WO2012161384A1 (ko)

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