WO2016021805A1 - 고속 자동초점 조정장치 및 방법 - Google Patents

고속 자동초점 조정장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2016021805A1
WO2016021805A1 PCT/KR2015/003611 KR2015003611W WO2016021805A1 WO 2016021805 A1 WO2016021805 A1 WO 2016021805A1 KR 2015003611 W KR2015003611 W KR 2015003611W WO 2016021805 A1 WO2016021805 A1 WO 2016021805A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
value
focus
lens
focus lens
weight
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/003611
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김대봉
권영상
윤주현
박현우
이상원
Original Assignee
한화테크윈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화테크윈 주식회사 filed Critical 한화테크윈 주식회사
Publication of WO2016021805A1 publication Critical patent/WO2016021805A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B3/00—Focusing arrangements of general interest for cameras, projectors or printers
    • G03B3/10—Power-operated focusing

Definitions

  • the present invention relates to a high speed autofocus adjusting device and a method thereof, and more particularly, to an apparatus and method for quickly focusing when a zoom lens of an imaging device is changed to change magnification in an environment of low illumination. will be.
  • Auto Focus is a function that makes the image of a blurry subject blurred by the focusing lens so that the image is clearly focused on the image sensor.
  • IRAF Infrared Auto-Focusing
  • TTLAF Through-The-Lens Auto-Focusing
  • CDAF Contrast Detection Auto-Focusing
  • CDAF is a method of estimating the focus position by calculating the frequency component of the image.At this time, the frequency component of the image is calculated to obtain a Finite Impulse Response (FIR) filter, an Infinite Impulse Response (IIR) filter, and a Discrete Cosine Transform (DCT). Filters and the like can be used.
  • FIR Finite Impulse Response
  • IIR Infinite Impulse Response
  • DCT Discrete Cosine Transform
  • a Focus Value (hereinafter, referred to as a focus value) according to the position of a focus lens.
  • the sum of the frequency components extracted from the designated window in the image is called a focus value, and the point with the largest focus value becomes the in-focus point.
  • An object of the present invention is to provide an automatic focus adjusting apparatus and method for quickly and precisely focusing in an environment having low ambient light or a spot light source and having a luminance of an image signal higher than a reference luminance value. To provide.
  • a high speed auto focus adjusting apparatus including: a discrete cosine transform unit for applying a discrete cosine transform to divide an image signal received by an imaging device into a brightness component and a frequency component;
  • a discrete cosine transform unit for applying a discrete cosine transform to divide an image signal received by an imaging device into a brightness component and a frequency component;
  • a low light determination unit determining 0; And a lens position calculator configured to calculate a focus value with respect to the position of a focus lens using the brightness component multiplied by the frequency component and the weight, and to obtain a position of a focus lens having a focal point value.
  • a fast autofocus adjustment method including: a discrete cosine transform step of dividing a video signal received by an image pickup device into a brightness component and a frequency component by applying a discrete cosine transform;
  • the weight value is determined as a non-zero number in consideration of the brightness amplification value of the image pickup device and the luminance value of the image signal, and otherwise, the weight value is determined.
  • the focus of the imaging device can be quickly and accurately even in a condition in which the ambient light is low or there is a spot light source so that a lot of noise occurs in the video signal and frequency components are easily distorted. Can be adjusted.
  • a Focus Value (hereinafter, referred to as a focus value) according to the position of a focus lens.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a discrete cosine transform unit and a lens position calculator constituting a high speed autofocus adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3A illustrates a brightness component and a frequency component of an image signal to which a discrete cosine transform is applied by a discrete cosine transform unit.
  • 3B shows the result of applying the 2D discrete cosine transform to the image signal in detail.
  • FIG. 4 is a graph showing how the brightness component is lowered toward the focal point.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a fast autofocus adjusting method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of applying a Hill Climb Algorithm, which is one of methods for finding a focus point in a focus value function.
  • FIG. 8 schematically shows a focus value function (hereinafter, A 'function) when 50 is applied to a weight determination constant required to calculate an A function under the same conditions as in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a focus value function (hereinafter, referred to as an A '' function) calculated by determining a weight determination constant of an A function as an arbitrary value under the same conditions as in FIG. 7.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of finding a focal point value by changing a weight determination constant according to an embodiment of the present invention.
  • a high speed auto focus adjusting apparatus including: a discrete cosine transform unit for applying a discrete cosine transform to divide an image signal received by an imaging device into a brightness component and a frequency component;
  • a discrete cosine transform unit for applying a discrete cosine transform to divide an image signal received by an imaging device into a brightness component and a frequency component;
  • a low light determination unit determining 0; And a lens position calculator configured to calculate a focus value with respect to the position of a focus lens using the brightness component multiplied by the frequency component and the weight, and to obtain a position of a focus lens having a focal point value.
  • the discrete cosine converter is, extracting a low frequency (Low Frequency) component less affected by noise from the frequency component in accordance with the values of the horizontal and vertical components of the frequency component, the lens position calculator, The low frequency component and the brightness component multiplied by the weight may calculate a focus value for the position of the focus lens and obtain a position of the focus lens having a focal point value.
  • a low frequency (Low Frequency) component less affected by noise from the frequency component in accordance with the values of the horizontal and vertical components of the frequency component
  • the low frequency component and the brightness component multiplied by the weight may calculate a focus value for the position of the focus lens and obtain a position of the focus lens having a focal point value.
  • the low light determination unit may determine the weight by further considering the number of frequency components used to calculate a focus value for the position of the focus lens among the frequency components calculated by the discrete cosine transform unit. Can be.
  • the low light determining unit may determine the weight by further considering the brightness component at the position of the specific focus lens.
  • the low light determination unit determines at least two or more weights
  • the lens position calculation unit calculates at least two or more focus value functions for the position of the focus lens according to the weight determined by the low light determination unit
  • the position of the focus lens having the focal point value can be obtained from the calculated focus value function.
  • the lens position calculating unit gives priority to a focus value function calculated according to the at least two weights, and has a position of a focus lens having the focal point value from the focus value function according to the priority. Can be obtained.
  • the lens position calculator is configured to change the weight value to a second weight value lower than the weight value in consideration of the brightness amplification value of the imaging device and the brightness value of the video signal, wherein the frequency component and the By using the brightness component multiplied by a second weight value, a new focus value function having a position of a focus lens as a variable may be calculated, and the position of the focus lens having the focal point value may be obtained through the new focus value function.
  • the lens position calculator may calculate the position of the focus lens having the focal point value by using a hill climb algorithm.
  • the lens position calculating unit obtains the position of the focus lens having the focal point value by changing the position of the focus lens in a specific direction and speed from the focus value with respect to the position of the focus lens.
  • the hill climb algorithm By repeating the hill climb algorithm in such a manner that the direction and speed of changing the position of the focus lens are changed from the position of the focus lens whose focus value is reduced as the position is changed, the position of the focus lens having the focal point value can be obtained. Can be.
  • the lens position calculating unit is a position of a focus lens by the brightness component multiplied by the frequency component, the weight and a second weighted value each time the direction and speed of changing the position of the focus lens are different.
  • the new focus value for, and the position of the focus lens having the focal point value can be obtained from the calculated new focus value.
  • a fast autofocus adjustment method including: a discrete cosine transform step of dividing a video signal received by an image pickup device into a brightness component and a frequency component by applying a discrete cosine transform;
  • the weight value is determined as a non-zero number in consideration of the brightness amplification value of the image pickup device and the luminance value of the image signal, and otherwise, the weight value is determined.
  • the discrete cosine transform step includes extracting a low frequency component that is less susceptible to noise from the frequency component according to the values of the horizontal and vertical components of the frequency component.
  • the calculating of the lens position may include calculating a focus value with respect to the focus lens position by using the low frequency component and the brightness component multiplied by the weight, and calculating the position of the focus lens having the focal point value.
  • the weight is determined by further considering the number of frequency components used to calculate a focus value for the position of the focus lens among the frequency components calculated by the discrete cosine transform unit. You can decide.
  • the weight may be determined by further considering the brightness component at the position of the particular focus lens.
  • the low light level determining step includes determining at least two or more weights
  • the lens position calculating step includes calculating a focus value function for a position of a focus lens according to the weight determined in the low light level determining step. At least two calculations may be made, and the position of the focus lens having the focal point value may be obtained from the calculated focus value function.
  • the step of calculating the lens position gives a priority to the focus value function calculated according to the at least two or more weights, and according to the priority of the focus lens having the focal point value from the focus value function You can get the location.
  • the step of calculating the lens position in consideration of the brightness amplification value of the image pickup device and the luminance value of the image signal, changing the weight to a second weight value lower than the weight, and the frequency component,
  • a new focus value function having a position of a focus lens as a variable may be calculated, and the position of the focus lens having the focal point value may be obtained through the new focus value function.
  • the lens position calculating step using the Hill Climb Algorithm, it is possible to obtain the position of the focus lens having the focal point value.
  • the heel climb algorithm is repeated in a manner of changing the direction and speed of changing the position of the focus lens from the position of the focus lens whose focus value is reduced according to the change of the position of, and the position of the focus lens having the focal value is determined. You can get it.
  • the step of calculating the lens position comprises the step of varying the direction and speed of changing the position of the focus lens, the brightness component multiplied by the frequency component and the second weight value different from the weight component.
  • the new focus value for the position may be calculated, and the position of the focus lens having the focal point value may be obtained based on the calculated new focus value.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a discrete cosine transform unit, a low illuminance determination unit, and a lens position calculation unit configuring a high speed autofocus adjusting apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the high speed autofocus adjusting apparatus includes a discrete cosine converter 210, a low light determiner 230, and a lens position calculator 250.
  • the discrete cosine transformer 210 converts the DC and AC components by applying a two-dimensional discrete cosine transform (two-dimensional discrete cosine transform) to an image signal using a time axis.
  • the DC component may also be referred to as a DC coefficient, a component representing an average brightness of the image signal (hereinafter referred to as a brightness component), and the AC component may also be referred to as an AC coefficient, and a frequency of the image signal.
  • the component hereinafter, referred to as frequency component is shown.
  • 3A illustrates a brightness component and a frequency component of an image signal to which a discrete cosine transform is applied by a discrete cosine transform unit.
  • both the brightness component and the frequency component may be represented by two components, a horizontal component and a vertical component.
  • 3B shows the result of applying the 2D discrete cosine transform to the image signal in detail.
  • the discrete cosine converter 210 divides an image signal into brightness components and frequency components, and then selects some frequency components based on low frequencies resistant to noise in frequency components, and determines weights of brightness components to be described later with Equation 1. Can be used to
  • the brightness component of the image signal is located at a portion where the values of the horizontal component and the vertical component are both 0 in the result of applying the 2D discrete cosine transform to the image signal. Indicates.
  • Whether the frequency component is a low frequency component or a high frequency component may be determined according to the values of the horizontal component and the vertical component constituting each frequency component. Referring to FIG. 3B, frequency components having values of horizontal and vertical components each smaller than 3 are low frequency components, and frequency components having values of horizontal and vertical components each larger than 4 may be classified as high frequency components.
  • the low frequency component or the high frequency component is determined according to the reference value preset in the discrete cosine transforming unit 210. It may be classified as either, or as a value that cannot be used to obtain a focus value function according to Equation (1).
  • the low illuminance determination unit 230 determines the weight as a non-zero number in consideration of the brightness amplification value of the imaging device and the luminance value of the image signal, Otherwise, the weight is determined to be zero.
  • the weight is a value for the above-described brightness component, which will be described later with Equations 1 and 2.
  • the lens position calculator 250 calculates a Focus Value Function (hereinafter, referred to as a focus value function) by using a brightness component multiplied by a frequency component and a weight, and obtains an in-focus value while changing the position of the focus lens, and obtains an in-focus value.
  • a Focus Value Function hereinafter, referred to as a focus value function
  • Equation 1 is an equation for obtaining a focus value function.
  • FV (x) is a focus value function calculated using a brightness component multiplied by a frequency component and a weight, and a schematic form is similar to the graph of FIG. 1. Since x is the number of times that the focus motor for moving the focus lens is moved, and the focus motor is changed when the focus motor is operated, the focus value according to the focus value function depends on the position of the focus lens.
  • the number of times the focus motor has been operated is a value defined because the focus motor does not continuously move and has a characteristic of stopping the operation at a very short interval and resuming the operation. That is, since the position of the focusing lens which can be moved by one operation of the focusing motor is limited, many changes of the focusing lens require a lot of stopping and restarting of the focusing motor. For example, suppose the position of the initial focusing lens is at coordinate 400 and the position of the focusing lens changes by 30 every time the focusing motor is operated. In the above example, if the focusing lens is positioned at coordinates 340 or 460 The number of times the focus motor has been operated is two.
  • FV (1) is the first acquired focus value when the focus motor is moved once, and at the same time, it is also interpreted as the focus value for the position of the current focus lens changed from the position of the initial focus lens to the one motion of the focus motor. can do.
  • the distance that the focus lens moves may vary depending on the user setting.
  • fvac (x) is defined as the sum of the frequency components of the video signal calculated by the discrete cosine transform unit 210.
  • fvdc (x) is defined as the brightness component of the video signal.
  • the variable x is the number of times the focus motor has been operated.
  • the frequency components added to define fvac (x) may be all or part of the frequency components calculated by the discrete cosine transform. Referring to FIG. 3B, since the lower frequency component located at the upper left has a stronger characteristic for noise, fvac (x) may be configured around the low frequency component to obtain a reliable result.
  • w denotes a weight (hereinafter, referred to as a weight) for the brightness component.
  • a weight for the brightness component. Multiplying the brightness component by the weight in Equation 1 is to take advantage of the tendency that the component representing the average brightness of the video signal decreases toward the focal point and the frequency component increases in a low illumination environment with low ambient illumination.
  • the brightness component Since the tendency to decrease toward this focal point becomes more pronounced, it becomes easier to obtain the focal point value by applying a weight to the brightness component.
  • FIG. 4 is a graph showing how the brightness component is lowered toward the focal point.
  • the position of the focus lens having the focal point value is around 820 where the brightness component is the smallest in FIG. 4.
  • Equation 2 is an equation for obtaining a weight.
  • fvac (1) means the sum of the frequency components at the new focus lens position which is located after the focus motor moves at the position of the initial focus lens.
  • fvdc (1) means the brightness component at the new focus lens position which is located after the focus motor moves at the position of the initial focus lens.
  • a is a constant (hereinafter, referred to as weight determination constant) that directly affects w, which is a weight for the brightness component, and is determined according to Gain and Clip count.
  • the weight defined in the present invention is not only a value required for multiplying the brightness component (DC component) to obtain a focus value, but also includes information on the brightness component fvdc (1) in the weight itself. do.
  • Gain refers to the degree to amplify the brightness of the video signal.
  • AE Auto Exposure
  • Iris In low light environment, gain is increased when brightness is not maintained even though Iris and Shutter resources are used up. High gain means that the amount of light is greatly amplified, so that the brightness of the imaging environment can be secured, but noise is also amplified. Gain is a direct factor for judging low light environment, and high gain means low light environment.
  • Clip count refers to the number of pixels larger than the reference luminance value among pixels calculated when the digital image signal processed by the internal image sensor of the image pickup apparatus is used, and thus is a direct factor for determining the above-described spot environment.
  • High clip count means spot environment.
  • a is a design parameter according to the lens, image sensor, and ISP (Image Signal Processor) of the imaging device.
  • ISP Image Signal Processor
  • the unique value does not mean having a single value, but rather means having a plurality of values having a specific relationship, and the description of the plurality of weight determination constants is a hill climb in FIGS. 5 and 9. It will be described later along with an algorithm (Hill Climb Algorithm).
  • N means the total number of frequency components that are selected to yield a focus value function in all frequency components.
  • the discrete cosine converter 210 may extract only the low frequency components less affected by noise (noise) from the frequency components according to the values of the horizontal and vertical components of the frequency component, thereby calculating a focus value function.
  • N the total number of frequency components selected to be, may be a meaningful value and may be a different value each time.
  • Equation 3 represents an offset value of the focus value.
  • o is an offset value of the focus value, and the focus value has a negative value according to the position of the focus lens, thereby preventing the focus value function from being difficult to express on the graph.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a fast autofocus adjusting method according to an embodiment of the present invention.
  • the discrete cosine transform unit applies a discrete cosine transform to separate the image signal received by the image pickup device into a brightness component and a frequency component (S510).
  • the low illuminance determination unit determines the weight as a non-zero number in consideration of the brightness amplification value of the imaging device and the luminance value of the image signal, and otherwise sets the weight to 0. Determine (S530).
  • the lens position calculating unit calculates a focus value function using a frequency component and a brightness component multiplied by a weight, calculates a focus value for the position of the focus lens from the function, and obtains a position of the focus lens having a focal point value (S550). .
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of applying a Hill Climb Algorithm, which is one of methods for finding a focus point in a focus value function.
  • the direction step is a step of determining in which direction the focus lens is moved when starting auto focusing (hereinafter, AF) (S620).
  • Climb step is to go to near the near focus value at a high speed in order to perform AF quickly (S640).
  • Fast speed means to increase the amount of change in the position of the focus lens, and if the focus value function to which the appropriate weight determination constant is applied, it has a certain degree of inclination or more, and thus it is possible to quickly approach the near focal point value in the climbing stage.
  • the reverse step is a step in which the moving direction of the position of the focus lens is reversed while searching for the vicinity of the focal point at a high speed in the climbing step (S660).
  • the start of the reverse step starts at the point where the focus value rises and then suddenly drops according to the change of the position of the focus lens in the climb step.
  • the peak confirmation step is a step of finely searching for a focal value near the focal value after the reverse step (S680).
  • the steeper the slope between the focal point value and the near focus value the easier it is to find the focal value.
  • the application of the reverse step and the steeper the slope of the focus value function in the pick confirm step will be described in detail later with reference to FIG. 10.
  • the four steps constituting the aforementioned hill climb algorithm may be sequentially performed by the lens position calculator, and all or part of the four steps may be repeatedly performed to find the correct focal point value.
  • the focus value function (hereinafter, A function) including the brightness component includes both the brightness component and the frequency component according to an embodiment of the present invention, but the focus value function (hereinafter, the B function) calculated by using only the frequency component is the brightness component. This is not included. That is, the B function is the same as the case where the weight is 0 in the A function (see Equation 1), and the left vertical axis represents the focal value of the A function and the right vertical axis represents the focal value of the B focus value function. In the A function, the weight decision constant is 10.
  • the position of the focusing lens having the focal point is between 793 and 829 of the horizontal axis, and the A function has a sharp change in the focusing value according to the position of the focusing lens, but the B function has a focusing value according to the position of the focusing lens at 613 or less of the horizontal axis. It shows a flat slope with almost no change.
  • the reason why the focus value of each focus value function does not show perfect tendency is that noise due to the low light spot environment is mixed with the video signal and the noise is amplified by the gain.
  • Hill Climb Algorithm is a method to find the focus point based on the degree of change of the focus value in the focus function curve. If there is a low slope (below 613 of the horizontal axis) like the B function, the function itself It is difficult to find the focal point because there is no change in the focus value due to the noise applied to it. However, when the change in the focus value according to the position of the focus lens is clear like the A function, it is easy to find the focus point by the hill climb algorithm.
  • the inclination between the focal point value and the near focus value is low, it is difficult to specify the focal point value due to clustering of noises around the focal point value, so that the efficiency of the pick confirmation step is reduced.
  • the gradient is also higher than the B function, making it much easier to find the focal point.
  • the A function is a focus value function reflecting the brightness component calculated by applying the weight determination constant 10, so that it is easy to determine in which direction the focus lens should be moved in the direction of the step (clear gradient), and 2) pick Since it is not difficult to specify the focal point value in the confirm phase (a clear focal point value), it is possible to focus at high speed in a low light spot environment by applying the autofocus adjusting device and method according to the present invention.
  • FIG. 8 schematically shows a focus value function (hereinafter, A 'function) when 50 is applied to a weight determination constant required to calculate an A function under the same conditions as in FIG. 7.
  • the A ′ function shows a higher slope by applying a higher weight determination constant than FIG. 7.
  • the inclination of the A 'function near the focal point value is lower than that of the B function, it has lower performance than the A function of FIG.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a focus value function (hereinafter, referred to as an A '' function) calculated by determining a weight determination constant of an A function as an arbitrary value under the same conditions as in FIG. 7.
  • the slope near the focal point value is greater than the B function, so there is no problem in the pick confirmation step, but before that, a problem occurs in the direction of the direction and the climb.
  • the focal point value may have a focal point value when the focus lens is located between 793 and 829 of the horizontal axis, thereby yielding a low reliability result.
  • the weight determination constant a should be appropriately determined and used according to the characteristics of the imaging apparatus and the environment to be imaged.
  • the weight determination constant reflecting the characteristics of each imaging apparatus is determined in advance through experiments, and the number is not limited to one.
  • the weight determination constant a varies depending on the gain and the clip count of the imaging device.
  • the weight determination constant group of the S imaging apparatus may be configured with 10, 50, and 85
  • the weight determination constant group of the T imaging apparatus may be configured with 20, 45, and 95.
  • the plurality of weight determination constants determined through the experiment may be used while being changed to determine the focal point value, and the number of weight determination constants included in the weight determination constant group may vary according to the characteristics of the imaging apparatus.
  • the low light determination unit may determine a plurality of different weights according to a plurality of different weight determination constants belonging to the weight determination constant group. Obviously, different focal value functions are determined by different weights, and each focal value function differs only in the schematic form in the graph, and the positions of the focal lenses having the focal point value are the same.
  • the lens position calculator may find the position of the focus lens having the focal point value by repeatedly performing the hill climb algorithm based on the above facts. A detailed description thereof will be described later with reference to FIGS. 10 and 11.
  • different focus value functions calculated by different weights may be prioritized by the lens position calculator.
  • the lens position calculator may calculate the position of the focus lens having the focal point value by applying a hill climb algorithm to the focus value function according to the priority.
  • the manner in which the lens position calculator gives priority to the plurality of focus value functions is not limited to a specific method.
  • the lens position calculator may assign the priority of the focus value function in descending or ascending order of the weight determination constant.
  • the weight determination constants 10 and 30 are assumed to be values selected according to the characteristics of the imaging device by experiment.
  • the two focal value functions calculated by substituting the two weight determination constants have enough inclination to perform the direction step and the climbing step, and the inclination of the focal value and the nearby focal value is also sufficient to make it difficult to find the focal value.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of finding a focal point value by changing a weight determination constant according to an embodiment of the present invention.
  • the discrete cosine transform unit separates the digital image signal into a brightness component and a frequency component through two-dimensional discrete cosine transform, the low light determination unit determines a non-zero weight, and the lens position calculating unit weights the brightness component.
  • the focal value function is calculated from the multiplied value and the frequency component (S1110).
  • the weight multiplied by the brightness component is any one of a plurality of weights, and is a value determined through experiments reflecting the lens characteristics of the imaging device, so that the focal point value is found by the hill climb algorithm as shown in FIG. 10. There is no difficulty.
  • the focus value function is calculated by setting the weight decision constant to 30, and the direction and climbing steps are performed.
  • the method of calculating and performing the pick confirmation step In this case, the weight determination constant groups are 30 and 10, and the number of weight determination constants predefined in the group may vary.
  • the lens position calculator determines the position of the current focus lens and sets a moving direction (direction S1120). Therefore, the lens position calculator selects the direction in which the focus lens increases as the direction in which the focus lens moves, and if the focus value increases as the focus lens moves in both directions, the lens position calculating unit selects the direction of the focus lens in the direction of increasing the focus value. Will change location.
  • the direction change direction of the focus lens becomes a direction in which the number of the horizontal axis increases by the direction step irrespective of the position of the initial focus lens.
  • the lens position calculating unit changes the position of the focus lens in the corresponding direction. (Climb, S1130)
  • the lens position calculating unit changes the position of the focus lens for fast AF. Speed of change) can be maximized.
  • the lens position calculator determines whether the focus value is also increased according to the positional movement of the focus lens while continuously moving the position of the focus lens, and determines the moment when the focus value is decreased (S1140).
  • the position of the focus lens continues to move toward the horizontal axis 811 having the focal point value.
  • the position change speed of the focus lens can be appropriately adjusted.
  • the lens position calculator calculates a new weight w by lowering the weight determination constant (a) to 10 at the instant the focus value decreases as the focus lens is moved, and then uses the new focus value function FV ( x)), change the direction of the focus lens that has been moving so far, and at the same time lower the speed of changing the focus lens. (Reverse, S1150) At this time, as the weight determination constant is changed to a low value, the focus value function The form of becomes easy to find the focal point value.
  • the weight calculated with the weight determination constant 10 in the reverse step S1150 may be referred to as a second weight value.
  • All weights changed in the process of applying the hill climb algorithm may be referred to as a second weight value so as to be distinguished from weights before the change, and corresponding to the second weight value, the weight before the change may be referred to as the first weight value. have.
  • the second weight value is sufficient if it is different from the first weight value, and there is no requirement that the second weight value be larger or smaller than the first weight value.
  • the lens position calculating unit moves the position of the focus lens in the changed direction and the changing speed by using the position of the focus lens in the reverse step S1150 as the starting point (S1160).
  • the lens position calculator continuously determines whether the focus value is increasing according to the position of the focus lens, and determines the moment when the focus value is decreased (S1170). After finding the portion where the focus value is decreased, the lens position calculator may repeat the step S1150 (reverse) and repeat the process of searching for a more precise focal point value.
  • the repetition of the reverse phase must be large and the number of weighting decision coefficients a must be defined in advance.
  • the constant number of parameters may be arbitrarily added or subtracted at development stage to ensure the performance of the auto focusing device.
  • the reverse step cannot be repeated, and thus steps S1160 and S1170 are omitted. That is, after performing one reverse step, the peak focus value is determined by performing the pick confirmation step.
  • the luminance of the surroundings is amplified and the amount of light is amplified so that the image signal has a lot of noise, or the spot image exists and the digital image signal processed by the image pickup device has a reference luminance value. Even when including a large number of pixels having a higher luminance value, it is possible to focus quickly and accurately.
  • the invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.
  • the above-described embodiments of the present invention may be applied to implementing an autofocus adjusting apparatus included in an imaging apparatus that needs to be quickly and accurately focused even in a special environment such as a non-light source or a low light environment.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 자동초점 조정장치 및 방법은, 영상 신호의 주파수 성분과 가중치를 곱한 밝기 성분으로 초점값 함수를 산출하고, 그 함수로부터 정초점값을 찾음으로써, 주변의 조도가 낮아서 빛의 양을 증폭하여 영상 신호에 노이즈가 많은 경우나, 스팟 광원이 존재하여 촬상 장치가 처리하는 디지털 영상 신호가 기준 휘도값보다 높은 휘도값을 갖는 픽셀을 다수 포함하는 경우에도, 빠르고 정확하게 초점을 맞출 수 있다.

Description

고속 자동초점 조정장치 및 방법
본 발명은 고속 자동초점 조정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 조도가 낮은 환경에서 촬상 장치의 줌 렌즈가 배율을 변경하기 위해 위치가 바뀌는 경우, 그때 초점을 빠르게 맞추기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동 초점 기능은 초점이 맞지 않아서 흐릿한 피사체의 영상을 초점 렌즈의 위치를 조절하여 이미지 센서에 선명하게 맺히도록 하는 기능으로, IRAF(Infrared Auto-Focusing), TTLAF(Through-The-Lens Auto-Focusing), CDAF(Contrast Detection Auto-Focusing) 기술이 알려져 있다.
이 중 CDAF는 영상의 주파수 성분을 계산하여 초점 위치를 추정하는 방식이며, 이때 영상의 주파수 성분을 구하는 방법으로 FIR(Finite Impulse Response)필터, IIR(infinite Impulse Response) 필터, DCT(Discrete Cosine Transform) 필터 등을 이용할 수 있다.
도 1은 초점 렌즈의 위치에 따른, Focus Value(이하, 초점값)를 도식적으로 나타낸다.
영상 내 지정된 윈도우에서 추출한 주파수 성분의 합을 초점값이라고 하며, 초점값이 가장 큰 지점이 정초점(In-focus)이 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 주변의 조도가 낮은 환경이나 스팟(Spot) 광원이 존재하여 영상 신호의 휘도가 기준 휘도값보다 높은 환경에서, 초점을 빠르고 정확하게 맞출 수 있는 자동초점 조정장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정장치는, 이산 코사인 변환을 적용하여, 촬상장치에 수신되는 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 나누는 이산 코사인 변환부; 상기 영상 신호를 수신할 때의 조도값이 기저장된 조도값보다 낮은 경우, 상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여 가중치를 0이 아닌 수로 결정하고, 그 외에는 상기 가중치를 0으로 결정하는 저조도 판단부; 및 상기 주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 렌즈 위치 산출부;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정방법은, 이산 코사인 변환을 적용하여, 촬상장치에 수신되는 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 나누는 이산 코사인 변환 단계; 상기 영상 신호를 수신할 때의 조도값이 기저장된 조도값보다 낮은 경우, 상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여 가중치를 0이 아닌 수로 결정하고, 그 외에는 상기 가중치를 0으로 결정하는 저조도 판단 단계; 및 상기 주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 렌즈 위치 산출 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 고속 자동초점 조정장치 및 방법을 이용하면 주변의 조도가 낮거나 스팟 광원이 존재하여 영상 신호에 노이즈가 많이 발생하고, 주파수 성분이 왜곡되기 쉬운 조건에서도, 촬상 장치의 초점을 빠르고 정확하게 맞출 수 있다.
도 1은 초점 렌즈의 위치에 따른, Focus Value(이하, 초점값)를 도식적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정장치를 구성하는 이산 코사인 변환부와 렌즈 위치 산출부를 나타낸 블록도이다.
도 3a는 이산 코사인 변환부에 의해 이산 코사인변환이 적용된 영상 신호의 밝기 성분과 주파수 성분을 나타낸다.
도 3b는 영상 신호에 2차원 이산 코사인변환을 적용시킨 결과를 상세히 나타낸다.
도 4는 밝기 성분이 정초점으로 갈수록 낮아지는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 초점값 함수에서 정초점값을 찾기 위한 방법 중 하나인 힐 클라임 알고리즘(Hill Climb Algorithm)이 적용되는 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 저조도 스팟 환경에서 산출한 두 초점값 함수를 도식적으로 나타낸다.
도 8은 도 7과 동일한 조건에서 A 함수를 산출하는 데 필요한 가중치 결정 상수에 50을 적용했을 때의 초점값 함수(이하, A' 함수)를 도식적으로 나타내고 있다.
도 9는 도 7과 동일한 조건에서 A 함수의 가중치 결정상수를 임의의 값으로 결정하여 산출한 초점값 함수(이하, A'' 함수)를 그래프로 나타낸다.
도 10은 가중치 결정상수가 다른 두 초점값 함수를 하나의 좌표축에 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 가중치 결정 상수를 변경해가며 정초점값을 찾는 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정장치는, 이산 코사인 변환을 적용하여, 촬상장치에 수신되는 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 나누는 이산 코사인 변환부; 상기 영상 신호를 수신할 때의 조도값이 기저장된 조도값보다 낮은 경우, 상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여 가중치를 0이 아닌 수로 결정하고, 그 외에는 상기 가중치를 0으로 결정하는 저조도 판단부; 및 상기 주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 렌즈 위치 산출부;를 포함한다.
상기 장치에 있어서, 상기 이산 코사인 변환부는, 상기 주파수 성분의 수평 성분 및 수직 성분의 값에 따라 상기 주파수 성분으로부터 잡음에 영향을 덜 받는 저주파수(Low Frequency) 성분을 추출하고, 상기 렌즈 위치 산출부는, 상기 저주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 저조도 판단부는, 상기 이산 코사인 변환부에 의해 산출된 주파수 성분 중 상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하는 데에 사용된 주파수 성분의 개수를 추가로 고려하여 가중치를 결정할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 저조도 판단부는, 특정 초점 렌즈의 위치에서의 밝기 성분을 추가로 고려하여 가중치를 결정할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 저조도 판단부는 적어도 두 개 이상의 가중치를 결정하고, 상기 렌즈 위치 산출부는, 상기 저조도 판단부에서 결정한 가중치에 따라 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값 함수를 적어도 두 개 이상 산출하고, 산출된 초점값 함수로부터 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는, 상기 적어도 두 개 이상의 가중치에 따라 산출된 초점값 함수에 우선순위를 부여하고, 상기 우선순위에 따라 상기 초점값 함수로부터 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는, 상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여, 상기 가중치를 상기 가중치보다 더 낮은 제2가중치로 변경하고, 상기 주파수 성분과, 상기 제2가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치를 변수로 하는 새 초점값 함수를 산출하고, 상기 새 초점값 함수를 통해 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는, 힐 클라임 알고리즘(Hill Climb Algorithm)을 이용하여, 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는, 상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값으로부터 초점 렌즈의 위치를 특정 방향 및 속도로 변경시켜가며 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하되, 초점 렌즈의 위치의 변경에 따라 초점값이 작아진 초점 렌즈의 위치에서부터 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 방향 및 속도를 다르게 하는 방식으로 상기 힐 클라임 알고리즘을 반복하여, 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는, 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 방향 및 속도를 다르게 할 때마다, 상기 주파수 성분과, 상기 가중치와 다른 제2가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 새 초점값을 산출하고, 산출된 새 초점값을 통해 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정방법은, 이산 코사인 변환을 적용하여, 촬상장치에 수신되는 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 나누는 이산 코사인 변환 단계; 상기 영상 신호를 수신할 때의 조도값이 기저장된 조도값보다 낮은 경우, 상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여 가중치를 0이 아닌 수로 결정하고, 그 외에는 상기 가중치를 0으로 결정하는 저조도 판단 단계; 및 상기 주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 렌즈 위치 산출 단계;를 포함한다.
상기 방법에 있어서, 상기 이산 코사인 변환 단계는, 상기 주파수 성분의 수평 성분 및 수직 성분의 값에 따라 상기 주파수 성분으로부터 잡음에 영향을 덜 받는 저주파수(Low Frequency) 성분을 추출하는 단계를 포함하고, 상기 렌즈 위치 산출 단계는, 상기 저주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 저조도 판단 단계는, 상기 이산 코사인 변환부에 의해 산출된 주파수 성분 중 상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하는 데에 사용된 주파수 성분의 개수를 추가로 고려하여 가중치를 결정할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 저조도 판단 단계는, 특정 초점 렌즈의 위치에서의 밝기 성분을 추가로 고려하여 가중치를 결정할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 저조도 판단 단계는, 적어도 두 개 이상의 가중치를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 렌즈 위치 산출 단계는, 상기 저조도 판단 단계에서 결정한 가중치에 따라 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값 함수를 적어도 두 개 이상 산출하고, 산출된 초점값 함수로부터 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는, 상기 적어도 두 개 이상의 가중치에 따라 산출된 초점값 함수에 우선순위를 부여하고, 상기 우선순위에 따라 상기 초점값 함수로부터 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는, 상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여, 상기 가중치를 상기 가중치보다 더 낮은 제2가중치로 변경하고, 상기 주파수 성분과, 상기 제2가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치를 변수로 하는 새 초점값 함수를 산출하고, 상기 새 초점값 함수를 통해 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는, 힐 클라임 알고리즘(Hill Climb Algorithm)을 이용하여, 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는, 상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값으로부터 초점 렌즈의 위치를 특정 방향 및 속도로 변경시켜가며 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하되, 초점 렌즈의 위치의 변경에 따라 초점값이 작아진 초점 렌즈의 위치에서부터 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 방향 및 속도를 다르게 하는 방식으로 상기 힐 클라임 알고리즘을 반복하여, 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는, 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 방향 및 속도를 다르게 할 때마다, 상기 주파수 성분과, 상기 가중치와 다른 제2가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 새 초점값을 산출하고, 산출된 새 초점값을 통해 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하거나 간략하게 설명하는 것으로 한다.
한편, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정장치를 구성하는 이산 코사인 변환부, 저조도 판단부, 및 렌즈 위치 산출부를 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정장치는 이산 코사인 변환부(210), 저조도 판단부(230), 및 렌즈 위치 산출부(250)를 포함한다.
이산 코사인 변환부(210)는 시간축을 사용하는 영상 신호에 2차원 이산 코사인변환(2차원 이산 여현변환)을 적용하여 DC성분과 AC성분으로 변환한다.
DC 성분은 DC 계수(DC Coefficient)로도 호칭될 수 있으며, 영상 신호의 평균 밝기를 나타내는 성분(이하, 밝기 성분)이고, AC 성분은 AC 계수(AC Coefficient)로도 호칭될 수 있으며, 영상 신호의 주파수 성분(이하, 주파수 성분)을 나타낸다.
도 3a는 이산 코사인 변환부에 의해 이산 코사인변환이 적용된 영상 신호의 밝기 성분과 주파수 성분을 나타낸다.
영상신호에는 이산 코사인 변환부에 의해 2차원 이산 코사인변환이 적용되므로 밝기 성분과 주파수 성분 모두 수평 성분과 수직 성분, 이상 2가지 성분으로 표현될 수 있다.
도 3b는 영상 신호에 2차원 이산 코사인변환을 적용시킨 결과를 상세히 나타낸다.
왼쪽 최상단의 사각형 하나가 밝기 성분을 나타내며, 나머지 사각형은 주파수 성분을 나타낸다. 왼쪽 위에 속하는 주파수 성분일수록 저주파수 성분으로 노이즈에 강한 성질을 가지고, 오른쪽 아래에 속하는 주파수 성분일수록 고주파수 성분으로 노이즈에 민감한 성질을 갖는다. 이산 코사인 변환부(210)는 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 나눈 후, 주파수 성분에서 노이즈에 강한 저주파수 위주로 일부의 주파수 성분을 선택하여, 수학식 1와 함께 후술할 밝기 성분의 가중치를 결정하는 데 이용할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 영상 신호의 밝기 성분은 영상 신호에 2차원 이산 코사인변환을 적용시킨 결과에서 수평 성분 및 수직 성분의 값이 모두 0인 부분에 위치하며, 나머지 부분은 영상 신호의 주파수 성분이 나타낸다.
주파수 성분이 저주파수 성분인지 고주파수 성분인지의 여부는, 각 주파수 성분을 구성하는 수평 성분 및 수직 성분의 값에 따라 결정될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 수평 성분과 수직 성분의 값 각각이 3보다 작은 주파수 성분은 저주파수 성분이고, 수평 성분과 수직 성분의 값 각각이 4보다 큰 주파수 성분은 고주파수 성분으로 분류될 수 있다.
수평 성분의 값이 작고 수직 성분의 값이 큰 경우나, 수평 성분의 값이 크고, 수직 성분의 값이 작은 경우에는 이산 코사인 변환부(210)에 미리 설정된 기준값에 따라서, 저주파수 성분 또는 고주파수 성분 중 어느 하나로 분류되거나, 수학식 1에 따른 초점값 함수를 구하는 데에 이용될 수 없는 값으로 분류될 수 있다.
저조도 판단부(230)는 영상 신호를 수신할 때의 조도값이 기저장된 조도값보다 낮은 경우, 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여 가중치를 0이 아닌 수로 결정하고, 그 외에는 가중치를 0으로 결정한다. 가중치는 상술한 밝기 성분에 대한 값으로, 수학식 1 및 2와 함께 후술한다.
렌즈 위치 산출부(250)는 주파수 성분과, 가중치를 곱한 밝기 성분으로 Focus Value Function(이하, 초점값 함수)를 산출하고, 초점 렌즈의 위치를 바꿔가면서 정초점(In-focus)값을 구하고 정초점값을 가질 때의 초점 렌즈의 위치를 산출한다.
수학식 1
Figure PCTKR2015003611-appb-M000001
수학식 1은 초점값 함수를 구하기 위한 식이다.
FV(x)는 주파수 성분과 가중치를 곱한 밝기 성분을 이용하여 산출된 초점값 함수로서, 개략적인 형태는 도 1의 그래프와 유사하다. x는 초점 렌즈의 위치를 이동시키는 초점 모터가 동작한 횟수이고, 초점 모터가 동작하면 변경되는 것은 초점 렌즈의 위치이므로, 초점값 함수에 따른 초점값은 초점 렌즈의 위치에 따라 달라지게 된다.
여기서 초점 모터가 동작한 횟수란, 초점 모터가 연속적으로 움직이지 않고, 대단히 짧은 간격으로 동작을 멈추었다가 동작을 재개하는 특성을 가지므로 정의되는 값이다. 즉, 초점 모터의 한 번의 동작으로 이동시킬 수 있는 초점 렌즈의 위치는 한계가 있으므로, 초점 렌즈의 위치를 많이 변경시키기 위해서는 초점 모터의 많은 동작중지와 동작재개를 필요로 하게 된다. 예를 들어 최초 초점 렌즈의 위치가 좌표 400에 있고, 초점 모터가 한번 동작할 때마다 초점 렌즈의 위치가 30씩 변화한다고 가정한다.위와 같은 예에서, 초점 렌즈가 좌표 340이나 460에 위치하게 된다면, 초점 모터가 동작한 횟수는 2회가 된다.
즉, FV(1)는 초점 모터가 한번 움직였을 때의 첫 번째 획득하는 초점값이 되며, 동시에 최초 초점 렌즈의 위치에서 초점 모터의 한번 동작으로 변경된 현재 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값이 된다고도 해석할 수 있다. 초점 모터가 한번 움직임으로써, 초점 렌즈가 이동하는 거리는 사용자 설정에 따라 달라질 수 있다.
fvac(x)는 이산 코사인 변환부(210)에 의해 산출된 영상 신호의 주파수 성분의 합으로 정의되며, 유사하게 fvdc(x)는 영상 신호의 밝기 성분으로 정의되고, 두 함수 모두 초점값 함수와 마찬가지로 초점 모터가 동작한 횟수인 x를 변수로 한다.
fvac(x)를 정의하기 위해 합해지는 주파수 성분은 이산 코사인 변환부에 의해 산출되는 주파수 성분의 전부 또는 일부가 될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 왼쪽 상단에 위치하는 저주파수 성분일수록 노이즈에 강한 특성을 가지므로, 신뢰성 있는 결과를 얻기위해 fvac(x)는 저주파수 성분 위주로 구성될 수 있다.
w는 밝기 성분에 대한 가중치(이하, 가중치)를 나타낸다. 수학식 1에서 밝기 성분에 가중치를 곱하는 것은, 주변의 조도가 낮은 저(低)조도 환경에서 영상 신호의 평균 밝기를 나타내는 성분이 정초점으로 갈수록 작아지고, 주파수 성분은 커지는 경향을 이용하기 위해서이다.
저조도 환경에 더하여, 영상 신호를 분석했을 때 산출되는 휘도(luminance)값 중 기준 휘도값보다 큰 픽셀의 개수가 문턱(Threshold)값 이상이 될 때를 의미하는 저조도 스팟(Spot) 환경에서는, 밝기 성분이 정초점으로 갈수록 작아지는 경향이 더 뚜렷해지므로, 밝기 성분에 가중치를 적용하여 정초점값을 구하기가 더욱 용이해진다.
도 4는 밝기 성분이 정초점으로 갈수록 낮아지는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 4의 가로축은 초점 렌즈의 위치이며, 세로축은 밝기 성분을 나타낸다. 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치는, 도 4에서 밝기 성분이 가장 작게 나타나는 820 부근이 된다.
수학식 2
Figure PCTKR2015003611-appb-M000002
수학식 2는 가중치를 구하기 위한 식이다.
fvac(1)은 최초 초점 렌즈의 위치에서 초점 모터가 움직인 후 위치하는 새 초점 렌즈 위치에서의 주파수 성분의 합을 의미한다. fvdc(1)은 최초 초점 렌즈의 위치에서 초점 모터가 움직인 후 위치하는 새 초점 렌즈 위치에서의 밝기 성분을 의미한다. a는 밝기 성분에 대한 가중치인 w에 직접적으로 영향을 주는 상수(이하, 가중치 결정상수)로서, Gain과 Clip count에 따라 결정된다.
즉, 본 발명에서 정의하는 가중치는 밝기 성분(DC 성분)에 곱해져서 초점값을 구하는 데에 필요한 값이 될 뿐만 아니라, 가중치 그 자체에도 밝기 성분(fvdc(1))에 대한 정보를 포함하고 있게 된다.
Gain은 영상 신호의 밝기를 증폭하는 정도를 의미한다. AE(Auto Exposure)는 자동으로 촬상환경의 밝기를 일정하게 유지하는 것을 의미하며, Iris, Shutter, Gain, 이상 3가지 값에 의한다. 저조도 환경에서 Iris와 Shutter의 자원를 다 사용하고도 밝기가 유지되지 않을 때, Gain을 증가시키게 된다. 높은 Gain은 결국 빛의 양을 크게 증폭하는 것을 의미하므로, 촬상환경의 밝기는 확보할 수 있으나, 노이즈도 함께 증폭되는 문제가 있다. Gain은 저조도 환경을 판단하기 위한 직접적인 요소가 되고, 높은 Gain은 조도가 낮은 환경을 의미한다.
Clip count는 촬상장치의 내부 이미지 센서에 의해 처리된 디지털 영상 신호를 분석했을 때 산출되는 픽셀 중 기준휘도값보다 큰 픽셀의 개수를 의미하는 것으로, 상술한 스팟 환경을 판단하기 위한 직접적인 요소가 되므로, 높은 Clip count는 스팟 환경을 의미한다.
a에 영향을 주는 Gain과 Clip count 모두 촬상 장치의 구성에 영향을 받으므로, a는 촬상 장치의 렌즈, 이미지 센서, ISP(Image Signal Processor)에 따른 디자인 파라미터로서, 촬상 장치의 구성에 따라 고유한 값을 갖는다. 다만, 그 고유한 값은 하나의 값을 갖는 것을 의미하는 것이 아니고, 특정 관계성을 가지는 복수 개의 값을 갖는다는 의미이며, 복수 개의 가중치 결정상수에 대한 설명은 도 5 및 도 9에서 힐 클라임 알고리즘(Hill Climb Algorithm)과 함께 후술한다.
N은 전체 주파수 성분에서 초점값 함수를 산출하기 위해 선택되는 주파수 성분의 총 개수를 의미한다. 전술한 것과 같이, 이산 코사인 변환부(210)는 주파수 성분의 수평 성분 및 수직 성분의 값에 따라 주파수 성분으로부터 노이즈(잡음)에 영향을 덜 받는 저주파수 성분만을 추출할 수도 있으므로, 초점값 함수를 산출하기 위해 선택되는 주파수 성분의 총 개수인 N은 의미가 있는 값이 될 수 있으며, 매번 다른 값이 될 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2015003611-appb-M000003
수학식 3은 초점값의 Offset 값을 나타낸다.
o는 초점값의 Offset 값으로서, 초점값이 초점 렌즈의 위치에 따라, 음수값을 갖게 되어 초점값 함수가 그래프 상에서 표현하기 어렵게 되는 것을 방지한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 자동초점 조정방법을 나타낸 순서도이다.
이산 코사인 변환부는 이산 코사인 변환을 적용하여, 촬상장치에 수신되는 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 분리한다(S510).
저조도 판단부는 영상 신호를 수신할 때의 조도값이 기저장된 조도값보다 낮은 경우, 촬상장치의 밝기 증폭값과 영상 신호의 휘도값을 고려하여 가중치를 0이 아닌 수로 결정하고, 그 외에는 가중치를 0으로 결정한다(S530).
렌즈 위치 산출부는 주파수 성분과, 가중치를 곱한 밝기 성분으로, 초점값 함수를 산출하여, 그 함수로부터 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구한다(S550).
도 6은 초점값 함수에서 정초점값을 찾기 위한 방법 중 하나인 힐 클라임 알고리즘(Hill Climb Algorithm)이 적용되는 순서를 나타낸 흐름도이다.
디렉션(Direction) 단계는 Auto Focusing(이하, AF)을 시작할 때 초점 렌즈를 어느 방향으로 움직일 지 결정하는 단계이다(S620).
클라임(Climb) 단계는 AF를 빠르게 수행하기 위해 빠른 속도로 정초점값부근까지 찾아가는 단계이다(S640). 빠른 속도란, 초점 렌즈의 위치의 변화량을 크게 하는 것을 의미하고, 적절한 가중치 결정상수가 적용된 초점값 함수라면 일정 이상의 경사도를 가지게 되므로, 클라임 단계에서 정초점값부근까지 빠르게 접근하는 것이 가능하다.
리버스(Reverse) 단계는 클라임 단계에서 빠른속도로 정초점값부근을 찾아가다가 초점 렌즈의 위치의 이동방향을 반대로 하는 단계이다(S660). 리버스 단계의 시작은, 클라임 단계에서 초점 렌즈의 위치의 변화에 따라 초점값이 상승하다가 갑자기 하강하게 되는 부분부터 시작된다.
픽 컨펌(Peak Confirm)단계는 리버스 단계 후 정초점값 부근에서 정초점값을 찾기 위해 세밀하게 초점을 찾아가는 단계이다(S680). 초점값 함수에서 정초점값과 그 부근의 초점값이 이루는 경사도가 급할수록 정초점값을 찾기가 쉽다. 리버스 단계의 적용과 픽 컨펌 단계에서 초점값 함수의 경사도가 급하면 급할수록 정초점값을 찾는 것이 용이한 점에 대한 자세한 설명은 도 10를 통해 후술한다. 전술한 힐 클라임 알고리즘을 구성하는 4단계는 렌즈 위치 산출부에서 순차적으로 수행될 수 있으며, 정확한 정초점값을 찾기 위해서 4단계 중 전부 또는 일부가 반복적으로 수행될 수 있다.
도 7은 저조도 스팟 환경에서 산출한 두 초점값 함수를 그래프로 나타내고 있다.
밝기 성분을 포함시킨 초점값 함수(이하, A 함수)에는 본 발명의 일 실시 예에 따라 밝기 성분과 주파수 성분이 모두 포함되었으나, 주파수 성분만으로 산출한 초점값 함수(이하, B 함수)에는 밝기 성분이 포함되어 있지 않다. 즉, B 함수는 A 함수에서 가중치가 0인 경우와 같으며(수학식 1 참고), 좌측 세로축은 A 함수의 초점값, 우측 세로축은 B 초점값 함수의 초점값을 나타낸다. A 함수에서 가중치 결정상수는 10이다.
정초점값을 가지는 초점 렌즈의 위치는 가로축의 793과 829 사이이며, A 함수는 초점 렌즈의 위치에 따라 초점값의 변화가 뚜렷하나, B 함수는 가로축의 613 이하에서는 초점 렌즈의 위치에 따라 초점값의 변화가 거의 없는, 평탄한 경사도를 보인다. 각 초점값 함수의 초점값이 완전한 경향성을 보이지 않는 이유는 저조도 스팟 환경에 따른 노이즈가 영상 신호에 섞이고, Gain에 의해 노이즈가 증폭되었기 때문이다.
힐 클라임 알고리즘(Hill Climb Algorithm)은 초점값 함수 곡선에서 초점값의 변화정도를 기준으로 정초점값을 찾아 가기 위한 방법인데, B 함수처럼 경사도가 낮은 부분(가로축의 613 이하)이 있으면, 함수 자체에 적용된 노이즈에 의해 초점값의 변화정도가 없어서 정초점을 찾는데 어려움이 있으나, A 함수처럼 초점 렌즈의 위치에 따른 초점값의 변화가 명확한 경우에는 힐 클라임 알고리즘으로 정초점값을 찾기가 용이하다.
또한, 정초점값과 그 부근의 초점값이 이루는 경사도가 낮은 경우에는 정초점값 주변이 노이즈로 뭉쳐서 정초점값을 특정하기가 어려워므로, 픽 컨펌 단계의 능률이 떨어지는데, 정초점값과 그 부근의 초점값이 이루는 경사도도 B 함수보다 높아서 정초점값을 찾기가 훨씬 용이하다.
정리하면, A 함수는 가중치 결정 상수 10이 적용되어 산출된 밝기 성분을 반영하는 초점값 함수이기에, 1) 디렉션 단계에서 초점 렌즈를 어느 방향으로 움직여야 할지 결정하기 용이하고(명확한 경사도), 2) 픽 컨펌 단계에서 정초점값을 특정하는 데에 어려움이 없으므로(명확한 정초점값), 본 발명에 따른 자동초점 조정장치 및 방법을 적용하면 저조도 스팟 환경에서 빠른 속도로 초점을 맞추는 것이 가능하다.
도 8은 도 7과 동일한 조건에서 A 함수를 산출하는 데 필요한 가중치 결정 상수에 50을 적용했을 때의 초점값 함수(이하, A' 함수)를 도식적으로 나타내고 있다.
도 7에 이어서 평탄한 경사도를 보이는 B 함수와 달리, A' 함수는 도 7에 비해 높은 가중치 결정 상수가 적용되어 더 높은 경사도를 보인다. 그러나, 이 경우는 정초점값 근방에서의 A' 함수의 경사도가 B 함수의 경사도보다 낮으므로, 픽 컨펌 단계에서 정초점값을 찾는 데에 있어서 도 7의 A 함수보다 더 낮은 성능을 갖게 된다.
도 9는 도 7과 동일한 조건에서 A 함수의 가중치 결정상수를 임의의 값으로 결정하여 산출한 초점값 함수(이하, A'' 함수)를 그래프로 나타낸다.
도 7과는 반대로, 정초점값부근에서의 경사도가 B 함수보다 커서 픽 컨펌 단계에서는 문제가 없으나, 그 전에 디렉션 및 클라임단계에서 문제가 발생한다.
A'' 함수에서 초점 렌즈의 위치가 가로축의 541 이하에서 위치해 있는 상태에서 힐 클라임 알고리즘을 적용하는 경우, 클라임 단계를 수행하여 계속 초점 렌즈의 위치를 이동시키다가 가로축의 577 부근에서 초점값이 감소하여 리버스 단계로 돌입하게 되고, 결국 정초점값으로 초점 렌즈의 위치가 541에 놓일 때의 값을 결정하게 된다.
또한, 최초에 초점 렌즈의 위치가 가로축의 685 부근에 있었다고 가정하면 정초점값은 초점 렌즈가 가로축의 793와 829 사이에 위치할 때에 정초점값을 갖는 것이 되어 신뢰도가 낮은 결과를 산출할 수도 있다.
즉, 도 7 내지 9의 결과를 비추어봤을 때, 가중치 결정상수 a를 무작정 크거나 작게 한다고 해서 자동초점 조정성능이 더 나아지는 것이 아니라는 것을 알 수 있다.
가중치 결정상수 a는 촬상 장치의 특성과 촬상되는 환경에 따라서 적절히 결정하여 사용되어야 하며, 각 촬상 장치의 특성을 반영한 가중치 결정상수는 실험을 통해서 사전에 정해지고, 그 개수는 한 개로 한정되지 않는다.
구체적으로 가중치 결정상수 a는 촬상장치의 Gain과 Clip count에 의해 적절한 값이 달라진다. 예를 들어, S 촬상 장치의 가중치 결정상수 그룹은 10, 50, 85로 구성되고, T 촬상 장치의 가중치 결정상수 그룹은 20, 45, 95 로 구성될 수 있다. 실험을 통해 결정된 복수 개의 가중치 결정상수는 정초점값을 결정하기 위해 변화시켜가며 사용될 수 있으며, 가중치 결정상수 그룹에 포함되는 가중치 결정상수의 개수는 촬상장치의 특성에 따라 달라질 수 있다.
저조도 판단부는 가중치 결정상수 그룹에 속한 서로 다른 복수의 가중치 결정상수에 따라, 서로 다른 복수의 가중치를 결정할 수 있다. 서로 다른 가중치에 의해 서로 다른 초점값 함수가 결정되는 것은 자명하며, 각 초점값 함수는 그래프로 나타낼 때에 있어서 개략적인 형태만 다를 뿐, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치는 동일하다. 렌즈 위치 산출부는 위와 같은 사실을 기초로 하여 힐 클라임 알고리즘을 반복적으로 수행하여 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 찾을 수 있게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 도 10 및 도 11과 함께 후술하도록 한다.
선택적 실시 예로서, 서로 다른 가중치에 의해 산출된 서로 다른 초점값 함수는 렌즈 위치 산출부에 의해서 우선순위가 부여될 수 있다. 렌즈 위치 산출부는 우선순위에 따라 초점값 함수에 힐 클라임 알고리즘을 적용함으로써 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구할 수 있다.
렌즈 위치 산출부가 복수의 초점값 함수에 우선순위를 부여하는 방법은 특정한 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 렌즈 위치 산출부는 가중치 결정상수의 내림차순 또는 오름차순에 따라 초점값 함수의 우선순위를 부여할 수 있다.
도 10은 가중치 결정상수가 다른 두 초점값 함수를 하나의 좌표축에 나타낸다.
수학식 2를 참조하면, 가중치 결정상수가 달라지면 가중치가 달라지므로, 산출되는 초점값 함수의 개형도 달라지지만, 초점을 맞추기 위한 변수인 줌 렌즈의 위치가 변하지 않은 채이므로, 정초점값을 가질 때의 초점 렌즈의 위치는 고정되어 있다.
가중치 결정 상수 10 과 30은 실험에 의해 촬상 장치의 특성에 맞춰서 선택된 값으로 가정한다. 두 가중치 결정 상수를 대입하여 산출된 두 초점값 함수는 디렉션 단계와 클라임 단계를 수행하기 충분한 경사도를 가지고 있으며, 정초점값과 그 부근의 초점값의 경사도도 충분하여 정초점값을 찾는 데에도 어려움이 없으나, 상대적으로 가중치 결정 상수가 10일 때, 정초점값을 찾기 용이하다는 것은 이미 도 7 및 도 8과 함께 설명한 바 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 가중치 결정 상수를 변경해가며 정초점값을 찾는 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
도 11을 통해 기술되는 방법은 방법뿐만 아니라 도 2의 장치에도 구현될 수 있으며 설명의 용이함을 위해 도 10를 참조하여 설명한다. 사전 정의된 가중치 결정 상수도 도 10을 참조하여 30과 10이라고 가정한다.
디지털 영상 신호가 수신되면, 이산 코사인 변환부는 2차원 이산 코사인 변환을 통해 디지털 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 분리하고, 저조도 판단부는 0이 아닌 가중치를 결정하며, 렌즈 위치 산출부는 밝기 성분에 가중치를 곱한 값과 주파수 성분으로 초점값 함수를 산출한다(S1110).
구체적으로는, 밝기 성분에 곱하는 가중치는 복수 개의 가중치 중 어느 하나가 되며, 촬상장치의 렌즈특성을 반영하여 실험을 통해 결정된 값이므로, 도 10에서와 같이 정초점값을 힐 클라임 알고리즘으로 찾는 데에 어려움이 없다.
예를 들어 Gain이 100이상, Clip count가 5000 이상일 때에는 가중치 결정상수를 30으로 하여 초점값 함수를 산출하여 디렉션 및 클라임 단계를 수행하고, 리버스 단계에서 가중치 결정상수를 10으로 하여 새로운 초점값 함수를 산출하고, 픽 컨펌 단계를 수행하는 방식이다. 이 경우, 가중치 결정상수 그룹은 30과 10이 되며, 그룹 내에 사전 정의되는 가중치 결정상수의 개수는 변할 수 있다.
도 10을 참조하여 가중치 결정상수를 30으로 하는 초점값 함수가 산출되면, 렌즈 위치 산출부는 현재 초점 렌즈의 위치를 확인하고 움직이는 방향을 설정한다(디렉션, S1120) 정초점값을 찾는 것은 힐 클라임 알고리즘에 의하므로, 렌즈 위치 산출부는 초점값이 증가하는 방향을 초점 렌즈가 이동할 방향으로 선택하게 되고, 양 방향 모두 초점 렌즈가 이동함에 따라 초점값이 증가한다면 초점값의 증가율이 높은 방향으로 초점 렌즈의 위치를 변경하게 된다.
저조도 판단부가 가중치 결정상수를 10이 아닌 30으로 결정하는 이유는 도 7과 도 10에서 초점 렌즈의 위치를 변경하기 위한 방향을 명확히 하기 위해서라고 설명한 바 있다.
도 10을 참조하였을 때, 최초 초점 렌즈의 위치와 상관없이 초점 렌즈의 위치 변경 방향은 디렉션 단계에 의해 가로축의 숫자가 커지는 방향이 된다.
초점 렌즈를 움직일 방향을 설정했다면, 렌즈 위치 산출부는 해당 방향으로 초점 렌즈의 위치를 변경시킨다.(클라임, S1130) 렌즈 위치 산출부는 빠른 AF를 위해서 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 속도(이하, 위치 변경속도)를 최대로 할 수 있다.
렌즈 위치 산출부는 초점 렌즈의 위치를 계속 이동시키면서도 해당 초점 렌즈의 위치이동에 따라 초점값도 증가하고 있는지 파악하며, 초점값이 감소하는 순간을 판단한다(S1140).
도 10을 참조하였을 때, 초점 렌즈의 위치는 정초점값을 가지는 가로축 811 부근을 향해 계속 이동한다. 초점 렌즈의 위치 변경속도는 적절히 조절할 수 있다.
렌즈 위치 산출부는 초점 렌즈를 이동시킴에 따라 증가하던 초점값이 감소하는 순간, 가중치 결정 상수(a)를 10으로 낮춰서 새 가중치(w)를 산출한 후, 그 값으로 새로운 초점값 함수(FV(x))를 산출하고, 지금까지 움직이고 있던 초점 렌즈의 방향을 반대로 변경하며, 동시에 초점 렌즈의 위치 변경속도를 낮춘다.(리버스, S1150) 이때 가중치 결정 상수가 낮은 값으로 변경됨에 따라, 초점값 함수의 형태는 정초점값을 찾기 쉬운 형태가 된다.
즉, 정초점값과 그 부근의 초점값이 이루는 경사도가 커진 새로운 초점값 함수에 대해서 리버스 단계 이후의 단계를 수행하게 된다. 디렉션 단계(S1120)에서 가중치 결정 상수 30으로 산출된 가중치와 명확한 구분을 위해서, 리버스 단계(S1150)에서 가중치 결정 상수 10으로 산출된 가중치는 제 2가중치라고 호칭될 수 있다.
힐 클라임 알고리즘이 적용되는 과정에서 변경되는 모든 가중치는 변경되기 전의 가중치와 구별되기 위해 제2가중치라고 호칭될 수 있으며, 제2가중치와 대응하여, 변경되기 전의 가중치는 제1가중치로 호칭될 수 있다. 촬상장치의 특성에 따라서, 제2가중치는 제1가중치와 다른 값이면 족하고, 반드시 제1가중치보다 커야만 한다거나 작아야만 한다는 요건은 없다. 힐 클라임 알고리즘이 적용되기 위해서 저조도 판단부에서 결정되는 복수의 가중치는 가중치 결정상수 그룹에 속한 복수의 가중치 결정상수에 의한다는 사실은 수학식 2에 대한 설명과 함께 이미 전술한 바 있다.
렌즈 위치 산출부는 리버스 단계(S1150)에서의 초점 렌즈의 위치를 시작점으로 하여, 변경된 방향과 변경 속도로 초점 렌즈의 위치를 이동시킨다(S1160).
도 10을 참조하면, 가로축의 841 부근에서 초점값이 감소하므로, 그곳에서 리버스가 발생하고, 여기서 가중치 결정 상수가 10인 새로운 초점값 함수를 산출하게 된다. 새로운 초점값 함수에 대해, 리버스 단계에서의 초점 렌즈의 위치를 시작점으로 하여 변경된 방향과 위치 변경속도로 초점 렌즈의 위치를 이동시킨다.
렌즈 위치 산출부는 초점 렌즈의 위치에 따라 초점값이 증가하고 있는지 계속 파악하며, 초점값이 감소하는 순간을 판단한다(S1170). 렌즈 위치 산출부는 초점값이 감소하는 부분을 발견한 후, S1150 단계(리버스)를 반복하여, 더 세밀한 정초점값을 찾기 위한 과정을 반복할 수 있다.
더 빠르게 초점을 맞추기 위해서는 리버스 단계의 반복이 최소화되어야 하고, 더 정확한 정초점값을 찾기 위해서는 리버스 단계의 반복이 많아야 함과 동시에 사전에 정의되어야 하는 가중치 결정상수 a의 가지수가 많아져야 하므로, 이 가중치 결정상수의 가지수는 자동초점 조정장치의 성능을 확보하기 위해서 개발단계에서 임의로 가감될 수 있다.
예를 들어서, 도 10을 참조하여 가중치 결정상수 그룹에 가중치 결정상수로서 30과 10만 설정되어 있을 경우, 리버스 단계를 반복할 수 없으므로, S1160 및 S1170 단계는 생략된다. 즉, 한번의 리버스 단계를 거친 후 픽 컨펌 단계로 수행하여 정초점값을 결정하게 된다.
본 발명에 따른 자동초점 조정장치 및 방법에 의하면, 주변의 조도가 낮아서 빛의 양을 증폭하여 영상 신호에 노이즈가 많은 경우나, 스팟 광원이 존재하여 촬상 장치가 처리하는 디지털 영상 신호가 기준 휘도값보다 높은 휘도값을 갖는 픽셀을 다수 포함하는 경우에도, 빠르고 정확하게 초점을 맞출 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하고, 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
전술한 본 발명의 실시 예들은, 무광원 또는 저조도 환경과 같은 특수 환경에서도 빠르고 정확하게 초점을 맞춰야하는 촬상 장치에 포함되는 자동초점 조정장치를 구현하는 데에 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 이산 코사인 변환을 적용하여, 촬상장치에 수신되는 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 나누는 이산 코사인 변환부;
    상기 영상 신호를 수신할 때의 조도값이 기저장된 조도값보다 낮은 경우, 상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여 가중치를 0이 아닌 수로 결정하고, 그 외에는 상기 가중치를 0으로 결정하는 저조도 판단부; 및
    상기 주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 렌즈 위치 산출부;를 포함하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이산 코사인 변환부는,
    상기 주파수 성분의 수평 성분 및 수직 성분의 값에 따라 상기 주파수 성분으로부터 잡음에 영향을 덜 받는 저주파수(Low Frequency) 성분을 추출하고,
    상기 렌즈 위치 산출부는,
    상기 저주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저조도 판단부는,
    상기 이산 코사인 변환부에 의해 산출된 주파수 성분 중 상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하는 데에 사용된 주파수 성분의 개수를 추가로 고려하여 가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저조도 판단부는,
    특정 초점 렌즈의 위치에서의 밝기 성분을 추가로 고려하여 가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저조도 판단부는,
    적어도 두 개 이상의 가중치를 결정하고,
    상기 렌즈 위치 산출부는,
    상기 저조도 판단부에서 결정한 가중치에 따라 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 적어도 두 개 이상 산출하고, 산출된 초점값으로부터 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는,
    상기 적어도 두 개 이상의 가중치에 따라 산출된 초점값에 우선순위를 부여하고, 상기 우선순위에 따라 상기 초점값으로부터 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는,
    상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여, 상기 가중치를 상기 가중치보다 더 낮은 제2가중치로 변경하고,
    상기 주파수 성분과, 상기 제2가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치를 변수로 하는 새 초점값을 산출하고, 상기 새 초점값을 통해 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는,
    힐 클라임 알고리즘(Hill Climb Algorithm)을 이용하여, 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는,
    상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값으로부터 초점 렌즈의 위치를 특정 방향 및 속도로 변경시켜가며 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하되,
    초점 렌즈의 위치의 변경에 따라 초점값이 작아진 초점 렌즈의 위치에서부터 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 방향 및 속도를 다르게 하는 방식으로 상기 힐 클라임 알고리즘을 반복하여, 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출부는,
    상기 초점값이 작아진 초점 렌즈의 위치에서부터 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 방향 및 속도를 다르게 할 때마다, 상기 주파수 성분과, 상기 가중치와 다른 제2가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 새 초점값을 산출하고, 산출된 새 초점값을 통해 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정장치.
  11. 이산 코사인 변환을 적용하여, 촬상장치에 수신되는 영상 신호를 밝기 성분과 주파수 성분으로 나누는 이산 코사인 변환 단계;
    상기 영상 신호를 수신할 때의 조도값이 기저장된 조도값보다 낮은 경우, 상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여 가중치를 0이 아닌 수로 결정하고, 그 외에는 상기 가중치를 0으로 결정하는 저조도 판단 단계; 및
    상기 주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 렌즈 위치 산출 단계;를 포함하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이산 코사인 변환 단계는,
    상기 주파수 성분의 수평 성분 및 수직 성분의 값에 따라 상기 주파수 성분으로부터 잡음에 영향을 덜 받는 저주파수(Low Frequency) 성분을 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 렌즈 위치 산출 단계는,
    상기 저주파수 성분과, 상기 가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하고, 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 저조도 판단 단계는,
    상기 이산 코사인 변환부에 의해 산출된 주파수 성분 중 상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 산출하는 데에 사용된 주파수 성분의 개수를 추가로 고려하여 가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 저조도 판단 단계는,
    특정 초점 렌즈의 위치에서의 밝기 성분을 추가로 고려하여 가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 저조도 판단 단계는,
    적어도 두 개 이상의 가중치를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 렌즈 위치 산출 단계는,
    상기 저조도 판단 단계에서 결정한 가중치에 따라 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값을 적어도 두 개 이상 산출하고, 산출된 초점값으로부터 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는,
    상기 적어도 두 개 이상의 가중치에 따라 산출된 초점값에 우선순위를 부여하고, 상기 우선순위에 따라 상기 초점값으로부터 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는,
    상기 촬상장치의 밝기 증폭값과 상기 영상 신호의 휘도값을 고려하여, 상기 가중치를 상기 가중치보다 더 낮은 제2가중치로 변경하고,
    상기 주파수 성분과, 상기 제2가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치를 변수로 하는 새 초점값을 산출하고, 상기 새 초점값을 통해 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는,
    힐 클라임 알고리즘(Hill Climb Algorithm)을 이용하여, 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는,
    상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점값으로부터 초점 렌즈의 위치를 특정 방향 및 속도로 변경시켜가며 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하되,
    초점 렌즈의 위치의 변경에 따라 초점값이 작아진 초점 렌즈의 위치에서부터 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 방향 및 속도를 다르게 하는 방식으로 상기 힐 클라임 알고리즘을 반복하여, 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 렌즈 위치 산출 단계는,
    상기 초점값이 작아진 초점 렌즈의 위치에서부터 초점 렌즈의 위치를 변경시키는 방향 및 속도를 다르게 할 때마다, 상기 주파수 성분과, 상기 가중치와 다른 제2가중치를 곱한 상기 밝기 성분으로, 초점 렌즈의 위치에 대한 새 초점값을 산출하고, 산출된 새 초점값을 통해 상기 정초점값을 갖는 초점 렌즈의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 촬상장치의 고속 자동초점 조정방법.
PCT/KR2015/003611 2014-08-05 2015-04-10 고속 자동초점 조정장치 및 방법 WO2016021805A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2014-0100659 2014-08-05
KR1020140100659A KR102244082B1 (ko) 2014-08-05 2014-08-05 저조도 환경에서의 고속 자동초점 조정장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016021805A1 true WO2016021805A1 (ko) 2016-02-11

Family

ID=55264041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/003611 WO2016021805A1 (ko) 2014-08-05 2015-04-10 고속 자동초점 조정장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102244082B1 (ko)
WO (1) WO2016021805A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1039198A (ja) * 1996-07-22 1998-02-13 Canon Inc 自動焦点調節装置および方法
KR20030035400A (ko) * 2001-10-31 2003-05-09 삼성전자주식회사 자동이득제어 기능을 가지는 카메라를 구비한 이동통신단말기에서 디스플레이 밝기 제어를 위한 주변 밝기판정방법과 그를 이용한 디스플레이 밝기 제어방법
JP2009010612A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Sharp Corp 画像圧縮装置および画像圧縮方法
KR20090020295A (ko) * 2007-08-23 2009-02-26 삼성전자주식회사 야경 환경에서 최적의 화질을 갖는 영상 획득 장치 및 방법
KR20120038203A (ko) * 2010-10-13 2012-04-23 에스케이하이닉스 주식회사 주변 조도에 따른 영상 보정 기능을 갖는 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7683962B2 (en) * 2007-03-09 2010-03-23 Eastman Kodak Company Camera using multiple lenses and image sensors in a rangefinder configuration to provide a range map
KR101488655B1 (ko) * 2007-09-14 2015-02-03 삼성전자 주식회사 자동 초점 조절 장치 및 방법
KR20100136862A (ko) 2009-06-19 2010-12-29 서울통신기술 주식회사 자동요금징수시스템의 무선 송수신 장치 및 그 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1039198A (ja) * 1996-07-22 1998-02-13 Canon Inc 自動焦点調節装置および方法
KR20030035400A (ko) * 2001-10-31 2003-05-09 삼성전자주식회사 자동이득제어 기능을 가지는 카메라를 구비한 이동통신단말기에서 디스플레이 밝기 제어를 위한 주변 밝기판정방법과 그를 이용한 디스플레이 밝기 제어방법
JP2009010612A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Sharp Corp 画像圧縮装置および画像圧縮方法
KR20090020295A (ko) * 2007-08-23 2009-02-26 삼성전자주식회사 야경 환경에서 최적의 화질을 갖는 영상 획득 장치 및 방법
KR20120038203A (ko) * 2010-10-13 2012-04-23 에스케이하이닉스 주식회사 주변 조도에 따른 영상 보정 기능을 갖는 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160016453A (ko) 2016-02-15
KR102244082B1 (ko) 2021-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5446076B2 (ja) デジタルカメラ
KR100915182B1 (ko) Ａｆ 검파의 광학 줌 보정 촬상 장치
US8259214B2 (en) Image pickup apparatus and auto-focus detection method
TWI436142B (zh) 影像感測器中之自動對焦方法及其裝置
US8564713B2 (en) Image pickup apparatus that makes movement of focus lens inconspicuous, and control method for the image pickup apparatus
KR20090020295A (ko) 야경 환경에서 최적의 화질을 갖는 영상 획득 장치 및 방법
KR20100069579A (ko) 메인 얼굴 선택장치, 그 제어방법, 및 촬상장치
US8620030B2 (en) Image processing apparatus and image processing method
JP2005173269A (ja) 光学機器
WO2016021805A1 (ko) 고속 자동초점 조정장치 및 방법
WO2012008630A1 (ko) 오토포커스 장치 및 그 방법
JP6072632B2 (ja) 撮像装置、撮像方法および撮像システム
JP2002277725A (ja) 合焦制御方法及び撮像装置
WO2014017733A1 (en) Digital photographing apparatus and method of controlling same
WO2020215865A1 (zh) 目标跟踪系统及方法
WO2012157995A2 (ko) 카메라 모듈 및 그의 구동 방법
JPH11331676A (ja) 自動焦点制御装置
KR101015779B1 (ko) 자동 초점 조절장치 및 이를 이용한 자동 초점 조절 방법
WO2014189047A1 (ja) 撮像装置およびオートフォーカス制御方法
JP2010169825A (ja) 撮像装置
KR100647552B1 (ko) 디지탈 스틸 카메라의 자동 노출 제어 방법
JP2002277730A (ja) 電子カメラの自動焦点制御方法、装置及びプログラム
JP2004325833A (ja) カメラおよび焦点調整方法
JP6202843B2 (ja) 撮像装置
JP3244863B2 (ja) 自動焦点調節装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15828968

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15828968

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1