KR100619699B1 - 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법에 관한 것으로, 종래에는 화면 전체의 다양성을 배제하고 화면 밝기의 단순 평균화 과정에 따라 화면 밝기를 제어하기 때문에 선명한 화질을 구현할 수 없는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 모바일용 카메라로 촬영한 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 연산하고, 프레임을 분할한 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i를 연산하는 단계와, 상기 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 기준으로 하여 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i의 오차값을 연산하는 단계와, 상기 오차값이 +Fa% 이상인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 H_j로 분류하고, -Fa% 이하인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 L_j로 분류하고, ±Fa% 이내인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 Normal로 분류하는 단계와, 상기 H_j에 해당하는 B_i의 오차값이 A이상 +Fb%이하가 되도록 게인 컨트롤 하는 단계와, 상기 L_j에 해당하는 B_i의 오차값이 -Fb%이상 A이하가 되도록 게인 컨트롤 하는 단계와, 상기 Normal에 해당하는 B_i, 게인 컨트롤에 의한 B_i의 영상 데이터를 기존의 픽셀 위치로 정렬하여 화면에 출력하는 단계로 구성되어 촬영된 사진 영상의 질을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법{METHOD FOR ADJUSTING CAMERA BRIGHTNESS BY FRAME DIVISION}

도 1은 종래 기술에 의한 카메라 촬영 영상의 예시도.

도 2는 본 발명에 의한 카메라 밝기 조절 방법의 개념도.

도 3은 본 발명에 의한 카메라 밝기 조절 방법의 흐름도.

도 4는 본 발명에 의한 카메라 밝기 조절 과정의 예시도.

본 발명은 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법에 관한 것으로, 특히 프레임을 일정 크기의 픽셀로 분할하고 각 단위 픽셀에 대한 휘도 조절을 통하여 향상된 영상을 제공할 수 있게 한 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법에 관한 것이다.

통신 기술의 발달과 더불어 이동통신 단말기의 사용이 보편화 되었으나, 통신에 사용되는 시간이 적고 통신을 위하여 대기하거나 휴대하는 시간이 더 많은 것이 일반적이므로, 이와 같은 이동통신 단말기의 낮은 이용률을 높이고 사용의 편리성을 높이기 위하여 다양한 부가 기능이 개발, 제공되고 있다.

그 예로서, 폰북(Phone Book) 기능, 메모장 기능, 스케줄 관리, 게임, 동영상 및 정지영상 촬영 카메라, 모닝콜, 착신 벨 설정 등이 있으며, 상기 부가서비스는 계속해서 발달하고 있다.

특히, 최근의 멀티미디어 제공 서비스와 함께 카메라 기능이 부가된 이동통신 단말기의 사용이 급증하였으나, 모바일용 카메라는 소량화, 경량화를 추구하는 이동통신 단말기에 내장되어야 하는 특성상 일반적인 디지털 카메라와 대비하여 성능을 개선해야 할 부분이 많다.

대표적으로, 창 밖의 풍경과 같이 광량 차이가 많이 나는 피사체를 촬영하는 경우, 광량이 적은 부분이 어둡게 나오거나 광량이 많은 부분이 너무 밝게 표현되어 사물을 식별하기 어려운 경우가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 기존 모바일용 카메라의 화면 밝기 제어 방식에 의하면, 화면 전체의 밝기 정보를 인식하고 전체 픽셀(Pixel) 또는 개발자가 설정한 픽셀에 대해 밝기 평균값을 연산한 후 그 밝기 평균값이 사용자가 설정한 밝기 평균값이 되도록 게인 컨트롤(Gain Control)을 수행한다.

그 중 한 예로서, 특허공개번호 2003-0035400호의 '자동이득제어 기능을 가지는 카메라를 구비한 이동통신 단말기에서 디스플레이 밝기 제어를 위한 주변 밝기 판정방법과 그를 이용한 디스플레이 밝기 제어방법'이 있다. 그에 따르면, 카메라로 촬영한 영상신호로부터 촬영화면에 대하여 자동이득 기준 영역에 대응하는 중심부 영역과 중심부 영역을 제외한 주변부 영역의 휘도 평균값을 각각의 밝기값으로서 구하고, 주변부 밝기 값을 미리 설정된 어두운 환경 임계값과 비교하고 그 결 과에 대응되게 중심부 밝기값과 주변부 밝기값을 비교하여 주변 밝기를 어두운 상태와 밝은 상태 중 하나로 판정한다. 또한 디스플레이에 인가할 영상 신호의 휘도 성분만을 추출한 후, 휘도 성분의 히스토그램을 구하여 명암 대비 스트레칭을 하고, 미리 설정된 조정값을 상기 판정된 주변 밝기에 따라 가감하여 밝기를 조정하여, 디스플레이에 인가할 영상 신호의 휘도 성분으로 대체한다.

그러나 상기와 같은 종래의 화면 밝기 제어 방법에 의하면, 화면 전체의 다양성을 배제하고 화면 밝기의 단순 평균화 과정을 거치기 때문에 선명한 화질로 구현할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 영상의 각 지점에 가중치를 두어 화면 밝기 재조정을 위한 연산을 수행하는 경우에 있어서도, 가중치를 두는 각 지점이 개발자에 의해 고정되므로 주변 환경의 밝기 변화에 대응하여 영상의 밝기를 조절하는데 한계가 있었다.

도 1은 광량의 차이가 심한 물체를 동시에 촬영하는 종래 기술에 의한 카메라 촬영 영상의 예시도로서, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 밝은 피사체가 중심이 되면 상대적으로 어두운 부분을 식별할 수 없고, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 어두운 피사체가 중심이 되면 빛이 번져 주변 물체를 판별하기가 쉽지 않다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 모바일용 카메라로 촬영한 전체 화면을 휘도 특성에 따라 분할하고, 각 화면 구성에 맞는 제어 방식을 통해 사람이 인식하는 것과 유사하게 화면 밝기를 조절할 수 있도록 한 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모바일용 카메라로 촬영한 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 연산하고, 프레임을 분할한 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i를 연산하는 단계와, 상기 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 기준으로 하여 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i의 오차값을 연산하는 단계와, 상기 오차값이 +Fa% 이상인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 H_j로 분류하고, -Fa% 이하인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 L_j로 분류하고, ±Fa% 이내인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 Normal로 분류하는 단계와, 상기 H_j에 해당하는 B_i의 오차값이 A이상 +Fb%이하가 되도록 게인 컨트롤 하는 단계와, 상기 L_j에 해당하는 B_i의 오차값이 -Fb%이상 A이하가 되도록 게인 컨트롤 하는 단계와, 상기 Normal에 해당하는 B_i, 게인 컨트롤에 의한 B_i의 영상 데이터를 기존의 픽셀 위치로 정렬하여 화면에 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 카메라 밝기 조절 방법을 보여주는 개념도로서, 이에 도시한 바와 같이 모바일용 카메라로부터 영상신호를 입력받으면 프레임을 버퍼링(Buffering)한(S10) 후 1 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 기준으로 하여 프레임을 분할한 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i의 오차를 연산한다. 이 때, 상기 연산 에 의한 오차 값이 반복적인 실험 과정을 통해 얻어진 통계적 수치인 Fa를 기준으로 +Fa% 이상인 경우 H_j, -Fa% 이하인 경우 L_j로 분류하고, ±Fa% 내에 해당하는 경우 Normal로 분류한다(S20).

먼저, H_j에 해당하는 B_i의 경우, 다운 스케일(Down Scale)하는 과정을 거친 후(S31) 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 기준으로 전체 프레임을 분할한 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i의 오차를 연산하여, 오차 값이 ±Fb% 범위 내에 해당하는지 판단한다(S32). 그리고 그 범위 내에 해당할 때까지 반복적으로 오차 연산 과정을 수행한다(S31).

다음, L_j에 해당하는 B_i의 경우, 업 스케일(Up Scale)하는 과정을 거친 후(S41) 상기 H_j에 해당하는 B_i의 경우와 동일한 방식으로 오차 연산 과정을 수행한다(S42).

또한, B_i가 H_j에 해당하여 게인 컨트롤을 수행하는 경우 그 결과 B_i가 A보다 작은 경우 업 스케일을 위한 게인 컨트롤을 재수행하고(S30), 이와 마찬가지로 B_i가 L_j에 해당하여 게인 컨트롤을 수행하였으나 그 결과 B_i가 A보다 큰 경우 다운 스케일을 위한 게인 컨트롤을 재수행하고(S40)하여 H_j에 해당하는 B_i가 A보다 작아지거나 L_j에 해당하는 B_i가 A보다 커지는 상황이 발생하지 않도록 한다.

한편, 상기 Normal로 분류한, H_j 또는 L_j에 해당하지 않는 B_i는 밝기를 재조 정할 필요가 없으므로 게인 컨트롤 동작을 수행하는 단계를 생략한다.

이에 따라, 게인 컨트롤 단계를 거친 H_j에 해당하는 B_i, L_j에 해당하는 B_i 및 Normal에 해당하는 B_i를 기존의 픽셀 위치로 정렬시키고(S50), 프레임 버퍼링하여 향상된 이미지를 획득한다(S60).

도 3은 본 발명에 의한 카메라 밝기 조절 방법을 보여주는 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 1 프레임(Frame) 전체 픽셀의 휘도 값을 측정하는 단계(S100)와, 측정된 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 연산하는 단계(S200)와, 8×8 픽셀을 기준으로 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i를 연산하는 단계(S300)와, 전체 픽셀의 휘도 평균값 A와 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i를 비교하여 A를 기준으로 오차 범위 +Fa% 이상인 인덱스 'i'의 집합 H_j, A를 기준으로 오차 범위 -Fa% 이하인 인덱스 'i'의 집합 L_j 및 오차 범위 ±Fa% 내에 해당하는 인덱스 'i'의 집합 Normal을 추출하는 단계(S400)와, 휘도값 조정을 위해 입력된 단위 픽셀이 H_j, L_j, Normal 중 어디에 해당하는지 판단하는 단계(S500)와, 상기 Normal에 해당하는 경우 그대로 영상을 출력하는 단계(S800)와, 상기 H_j에 해당하는 경우 그 휘도 평균값 BH를 연산하고(S610) 스케일을 조절한 후(S620) 휘도 평균값이 A를 기준으로 한 오차 범위 ±Fb% 이내인지 판단하여 오차범위를 벗어날 경우 다시 스케일 조절 단계를 수행하고(S620), 오차범위 이내인 경우 A보다 작지 않다면 그 영상을 출력하는 단계(S800) 와, 상기 L_j에 해당하는 경우 그 휘도 평균값 LH를 연산하고(S710) 스케일을 조절한 후(S720) 휘도 평균값이 A를 기준으로 한 오차 범위 ±Fb% 이내에 해당하고(S730) A보다 크지 않다면(S740) 스케일 조절에 의해 향상된 영상을 출력하고 그렇지 않으면 재차 스케일 조절의 단계(S720)를 수행한다.

우선, 모바일용 카메라로 영상을 촬영하면, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 프레임(Frame) 전체 픽셀의 휘도 값 측정하여 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 연산하고, 이와는 별도로 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 프레임을 8×8 픽셀을 기준으로 분할하여 B₁에서부터 B_n으로 구분한 후 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i를 연산한다. 참고로, 하나의 프레임을 8×8 픽셀로 분할한 경우 인덱스 i는 1 이상, 전체 픽셀 수를 64로 나눈 수 이하로 표시할 수 있다.

그 다음, 전체 프레임을 구성하는 각각의 8×8 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i와 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 비교하여, A를 기준으로 하는 B_i의 오차 E를 계산한다. 여기서, 오차 E는 수식 E={(A-B_i)/A}×100을 이용하여 계산할 수 있으며, 오차 범위 ±Fa% 이상인 B_i의 인덱스 i를 추출한다. 이는, H_j는 A(1+Fa%)≤B_i인 인덱스 i의 집합을, L_j는 A(1-Fa%)≥B_i인 인덱스 i의 집합을, Normal이 A(1-Fa%)＜B_i ＜A(1+Fa%)인 인덱스 i의 집합을 나타낼 때, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 기준으로 오차범위 ±Fa% 범위 내에는 Normal, 좌우 바깥쪽 에는 L_j와 H_j가 각각 위치하게 된다.

상기 Normal의 경우 그대로 영상을 출력하나, 인덱스 i가 L_j에 해당하는 B_i와 H_j에 해당하는 B_i는 추가적인 영상 보정 과정이 필요하다.

상세히 설명하면, H_j에 해당하는 B_i의 경우 그 B_i들의 휘도 평균값 BH를 연산하고 게인 컨트롤(Gain Control)에 의한 스케일 조절 동작을 수행한다. 그리고, 게인 컨트롤에 의한 BH가 수식 {|A-BH|/A}×100≤Fb를 성립하는지 판단하여, 이 수식을 만족할 때까지 게인 컨트롤 동작을 반복한다. 그에 따라 BH가 A를 기준으로 하는 오차범위 ±Fb%이내에 해당하면, A보다 작은지 판단하여 B_i가 A보다 작은 경우 다시 스케일을 조절하고 그렇지 않은 경우 그대로 영상을 출력한다.

한편, L_j에 해당하는 B_i의 경우 그 B_i들의 휘도 평균값 BL를 연산하고 스케일을 조절한다. 이 경우, 게인 업 컨트롤(Gain Up Control)에 의해 스케일을 조절하고, 그에 따른 BL이 수식 {|A-BL|/A}×100≤Fb를 성립하는지 판단한다. 만약 상기 수식을 성립하지 않는다면, BL이 상기 수식을 만족하도록 스케일 조절 동작을 반복한다. 상기 H_j에 해당하는 B_i의 경우와 마찬가지로, BL이 A를 기준으로 하는 오차범위 ±Fb%에 해당하면, B_i가 A보다 큰지 여부를 판단하여 B_i가 A보다 큰 경우 스케일을 조절하기 위한 게인 컨트롤 동작을 재차 수행하고 크지 않은 경우 영상을 출력한다.

상기 언급한, 인덱스 i가 L_j에 해당하는 B_i와 H_j에 해당하는 B_i의 추가적인 영상 보정 과정에 있어서, 게인 다운 컨트롤에 의한 H_j에 해당하는 B_i가 A보다 작은 경우 또는 게인 업 컨트롤에 의한 L_j에 해당하는 B_i가 A보다 큰 경우 다시 게인 컨트롤 동작을 수행하는 것은, 기존의 밝은 영상 부분이 전체 영상의 휘도 평균값보다 작아지거나 또는 기존의 어두운 영상 부분이 전체 영상의 휘도 평균값보다 커지는 것을 방지하기 위함이다.

참고로, 상기 BH와 BL의 컨트롤을 동시에 수행할 수 있도록, 게인 컨트롤 블록을 별도로 구비하여 처리시간 지연으로 인한 카메라 동작 사용에 지장을 주지 않도록 한다. 또한, 게인 컨트롤 범위를 2Fb 이하로 한정하여, L_j에 해당하는 B_i가 H _j에 해당하는 B_i로 변환되거나 그 반대되는 상황이 발생되는 것을 막는다.

따라서, L_j에 해당하는 B_i 픽셀의 휘도 값을 높이고 H_j에 해당하는 B_i 픽셀의 휘도 값을 낮춰, 광량이 포화되어 빛이 번지는 부분과 광량이 부족하여 어두웠던 부분에 대한 보상이 이루어질 수 있도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 모바일용 카메라의 밝기 조절 문제점을 개선하여 사람의 육안으로 직접 사물을 인식하는 것과 좀더 유사하게 영상의 표현하는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 의한 방법으로 화면 밝기를 제어하면 광량 차이가 심한 피 사체를 동시에 촬영할 때, 너무 밝거나 어두워서 사물의 판별이 불가능하던 부분을 제대로 표현할 수 있고, 그에 따라 촬영된 사진 영상의 질을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 모바일용 카메라로 촬영한 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 연산하고, 프레임을 분할한 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i를 연산하는 단계와,

   상기 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 기준으로 하여 각 단위 픽셀의 휘도 평균값 B_i의 오차값을 연산하는 단계와,

   상기 오차값이 +Fa% 이상인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 H_j로 분류하고, -Fa% 이하인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 L_j로 분류하고, ±Fa% 이내인 B_i에 해당하는 인덱스 i를 Normal로 분류하는 단계와,

   상기 H_j에 해당하는 B_i의 오차값이 A이상 +Fb%이하가 되도록 게인 컨트롤 하는 단계와,

   상기 L_j에 해당하는 B_i의 오차값이 -Fb%이상 A이하가 되도록 게인 컨트롤 하는 단계와,

   상기 Normal에 해당하는 B_i, 게인 컨트롤에 의한 B_i의 영상 데이터를 기존의 픽셀 위치로 정렬하여 화면에 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 H_j에 해당하는 B_i의 오차값이 A이상 +Fb%이하가 되도록 게인 컨트롤 하는 단계는, H_j에 해당하는 B_i를 게인 다운 컨트롤하는 단계와,

   상기 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 기준으로 하여 게인 다운 컨트롤에 의한 B_i의 오차값을 연산하는 단계와,

   상기 오차값이 +Fb%보다 큰 경우 재차 게인 다운 컨트롤을 수행하고, 오차값이 A보다 작은 경우 게인 업 컨트롤을 수행하며, 오차값이 A이상 +Fb%이하인 경우 게인 컨트롤을 종료하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 L_j에 해당하는 B_i의 오차값이 -Fb%이상 A이하가 되도록 컨트롤 하는 단계는, L_j에 해당하는 B_i를 게인 업 컨트롤하는 단계와,

   상기 프레임 전체 픽셀의 휘도 평균값 A를 기준으로 하여 게인 업 컨트롤에 의한 B_i의 오차값을 연산하는 단계와,

   상기 오차값이 -Fb%보다 작은 경우 재차 게인 업 컨트롤을 수행하고, 오차값이 A보다 큰 경우 게인 다운 컨트롤을 수행하며, 오차값이 -Fb%이상 A이하인 경우 게인 컨트롤을 종료하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 H_j에 해당하는 B_i와 L_j에 해당하는 B_i의 게인 컨트롤은, 각각 별도의 게인 컨트롤 연산에 의해 수행되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 H_j에 해당하는 B_i와 L_j에 해당하는 B_i의 게인 컨트롤은, 2×Fb보다 작은 게인 스텝으로 게인 컨트롤을 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 화면 분할을 통한 카메라 밝기 조절 방법.

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