KR100861208B1 - 다중 모드 휘도 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 카메라의 휘도 보정방법에 관한 것으로 이를 위한 본 발명은, n(n은 자연수)개의 픽셀로 이루어지는 영상 프레임의 평균 휘도값을 산출시 상기 각각의 픽셀의 휘도값의 합을 상기 픽셀의 갯수로 나누는 나눗셈기를 구비하는 디지털 카메라의 휘도 보정 방법에 있어서, 상기 n개의 픽셀 중 일부분을 윈도우 영역으로 설정하는 단계; 상기 윈도우 영역내 픽셀과 상기 윈도우 영역에 미포함된 픽셀에 서로 다른 가중치를 각각 부여하는 단계; 상기 차등 부여된 가중치를 고려하여 생성된 젯수를 2^K의 형태로 만드는 단계; 및 상기 젯수 2^k가 상기 나눗셈기의 젯수로 사용되는 상기 n 보다 크면 상기 n을 K만큼 상위 비트쪽으로 쉬프트하고, 상기 젯수 2^K가 n보다 작으면 n를 K만큼 하위비트쪽으로 쉬프트하여 휘도 평균값을 구하는 단계를 포함하여 이루어진다.

휘도, 영상 프레임, 윈도우, 디지털 카메라

Description

다중 모드 휘도 보정방법{Method for luminance correcting in multi-mode}

도 1은 일반적인 디지털 카메라의 블럭 개념도.

도 2는 본 발명에 따른 보정방법을 도시한 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 영상 프레임 분할방법을 나타낸 도면.

도 4는 각각의 모드에 따른 평균값 계산 방법을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

n : 픽셀의 갯수 k : 실수

본 발명은 디지털 카메라에 관한 것으로, 특히 디지털 카메라의 다중 모드 휘도 보정방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 디지털 카메라의 블럭 개념도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 렌즈(10)와, 상기 렌즈(10)를 통하여 들어온 빛에 반응하 여 전기적 신호를 생성하는 이미지 센서(20)와, 이미지 센서(20)로 부터 전달된 광신호를 일정 시간단위로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 샘플링 및 아날로그-디지털 변환부(30)와, 상기 샘플링 및 아날로그 디지털 변환부(30)에서 출력되는 디지털 신호를 하나의 영상 프레임으로 구성하고, 색상 보정을 수행하는 신호처리부(40)와, 상기 신호처리부(40)의 출력을 입력으로하여 휘도 보정을 하는 자동 노출 제어부(50) 및 카메라가 지원하는 디스플레이(70) 포멧에 맞도록 인코딩 하는 비디오 인코더부(60)로 이루어진다.

상기한 디지털 카메라는 렌즈(10)를 통하여 입력된 빛을 광전 변환하는 이미지 센서(예컨데 CCD)에 의하여 전기적 신호로 바꾸고 디지털화하여 연결되는 디스플레이(예컨데, CRT, LCD등)에 맞는 포멧으로 변환되어 동영상 또는 정지영상으로 표현되게 된다.

여기서, 사람의 눈에 비치는 영상과 디지털 카메라에 비치는 영상의 차이점을 살펴보기로 한다.

사람의 눈은 주위의 밝기에 따라 적응하여 반응을 하지만 카메라는 그렇지 못하므로, 주위의 조도(물체의 표면에 입사되는 빛의 양)변화 또는 촬상하는 대상의 밝기에 대응하여 휘도(피사체의 밝기) 레벨을 조절하는 자동 노출 컨트롤기능을 통상 가지게 된다.

상기 자동 노출 컨트롤 기능은 카메라가 피사체를 주시하는 동안에 카메라에 인가되는 영상 프레임의 휘도 데이터를 분석하여 영상 프레임의 평균 휘도를 계산하고, 카메라가 작동시, 즉 피사체를 촬상시 상기 분석된 평균 휘도값 근처로 조정 해 주는 형태로 동작하게 된다.

또한 상기 자동 노출 컨트롤 기능은, 피사체를 촬상한 프레임의 중심에 피사체가 클로즈업(close up) 된다든지 주요 피사체와 배경과의 휘도차가 많은 경우등에 대응하기 위하여 프레임 안의 특정 영역(이하 "윈도우"라 한다)을 선택하여 적절히 비중을 주어서 디지털 카메라에 의해 촬상되는 피사체의 상태가 사람의 눈에 투영되는 영상과 비슷하도록 만든다.

이때, 상기 윈도우를 만들게되면, 상기 렌즈(10)를 통하여 입력된 영상 데이터를 전기 신호로 바꾸기 위한 이미지 센서(20)를 구성하는 픽셀의 갯수가 달라지게 되며, 윈도우의 휘도 평균값을 구하기 위한 윈도우 영역내의 픽셀수와 영상 프레임을 구성하는 픽셀수가 달라진다.

따라서, 윈도우 영역의 크기가 달라질때마다 별도의 나눗셈기를 구비해야 하므로 이를 집적회로화시 집적회로의 크기가 커지고 전력소모가 많아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 윈도우 영역 변화에 따른 별도의 나눗셈 회로를 추가하지 않고도 다양한 윈도우 모드를 사용할수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중모드 휘도의 보정 방법은 n(n은 자연수)개의 픽셀로 이루어지는 영상 프레임의 평균 휘도값을 산출시 상기 각각의 픽셀의 휘도값의 합을 상기 픽셀의 갯수로 나누는 나눗셈기를 구비하는 디지털 카메라의 휘도 보정 방법에 있어서, 상기 n개의 픽셀 중 일부분을 윈도우 영역으로 설정하는 단계; 상기 윈도우 영역내 픽셀과 상기 윈도우 영역에 미포함된 픽셀에 서로 다른 가중치를 각각 부여하는 단계; 상기 차등 부여된 가중치를 고려하여 생성된 젯수를 2^K의 형태로 만드는 단계; 및 상기 젯수 2^k가 상기 나눗셈기의 젯수로 사용되는 상기 n 보다 크면 상기 n을 K만큼 상위 비트쪽으로 쉬프트하고, 상기 젯수 2^K가 n보다 작으면 n를 K만큼 하위비트쪽으로 쉬프트하여 휘도 평균값을 구하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은, CIF(common intermediate format)와 같은 화상회의 시스템 또는 디지털 카메라에서 사용되는 영상 포멧에서 특정 영역의 휘도값을 중심으로 영상 프레임을 재편성할시, 상기 특정 영역의 휘도값을 나누는 젯수를 2ⁿ의 형태로 바꾸고, 이를 나눗셈기 내에서 사용되는 젯수와 비교하여 나눗셈기의 젯수를 MSB(most significant bit)또는 LSB(least significant bit)방향으로 쉬프트 시킴으로서, 단 하나의 나눗셈기만을 사용하면서도 여러가지 윈도우 모드의 화면 휘도값을 조정할 수 있도록 하는 휘도 보정 방법을 제시한다.

따라서, 이를 디지털 카메라에 적용시 클로즈업(close up), 배경 영상의 휘도처리등 휘도값을 처리해야 하는 다양한 상황에서도 최소의 회로 면적을 사용하여 구현할 수 있다.

디지털 카메라에서 상기와 같은 기능을 구현하는 회로블럭을 오토 노출 컨트롤부라 하며, 본 발명은 상기 오토 노출 컨트롤부의 회로면적을 대폭 감소시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 모드 휘도의 보정방법을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, n(n은 자연수)개의 픽셀로 이루어지는 영상 프레임의 평균 휘도값을 산출시 상기 각각의 픽셀의 휘도값의 합을 상기 픽셀의 갯수로 나누는 나눗셈기를 구비하는 디지털 카메라의 휘도 보정 방법에 있어서, 상기 n개의 픽셀 중 일부분을 윈도우 영역으로 설정하는 단계(100)와, 상기 윈도우 영역내 픽셀과 상기 윈도우 영역에 미포함된 픽셀에 서로 다른 가중치를 각각 부여하는 단계(200)와, 상기 차등 부여된 가중치를 고려하여 생성된 젯수를 2^K(K는 실수)의 형태로 만드는 단계(300)와, 젯수 2^k가 나눗셈기의 젯수로 사용되는 n 보다 크면 n을 K만큼 상위 비트쪽으로 쉬프트하고, 젯수 2^K가 n보다 작으면 n를 K만큼 하위비트쪽으로 쉬프트하여 휘도 평균값을 구하는 단계(400 ∼ 430)를 포함하여 이루어진다.

도 2와 도 4를 참조하여 상기 각각의 단계에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 도 3은 하나의 나눗셈기만을 사용하되 디지털 카메라에서 자주 사용되는 윈도우 모드의 크기를 분할하는 방법을 나타낸다.

본 발명에서 하나의 나눗셈기를 사용하여 구현할 수 있는 촬상 모드는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전체 영상프레임을 모두 사용하는 경우, 전체 영상 프레임의 중심부 1/4만을 사용하는 경우, 4/9를 사용하는 경우 및 상기 1/4을 강조하는 경우등 모두 4가지이다.

먼저, 전체 영상 프레임을 모두 사용하는 경우는, 영상 프레임을 구성하는 각각의 픽셀이 가지는 휘도값을 모두 더한후 영상 프레임을 구성하는 픽셀수로 나누어주면 평균 휘도값이 나온다.

예컨데, 상기 CIF 영상 포멧의 경우, 가로 328픽셀, 세로 288 픽셀로 구성되므로, 모두 101376개의 픽셀로 구성되고 상기 101376개의 픽셀이 가지는 휘도값을 모두 더한후 101376으로 나누면 영상 프레임에 대한 휘도 평균값이 구해진다.

전체 영상 프레임을 모두 사용하는 경우는, 상술한 종래기술에도 존재하는 모드며, 모든 디지털 카메라에서 사용되는 모드이다.

이어서, 클로즈업(Close up)과 같이 영상 프레임의 중심부가 강조되는 경우, 도 4에 도시된 모드 2와 같이, 설정된 윈도우 영역의 가중치와 비설정된 영역에 부여되는 가중치를 차등 적용한다.

예컨데, 설정된 윈도우의 가중치를 5로 하고 비설정된 영역의 가중치를 1로 하면 전체 영상 프레임의 총 휘도값은 아래의 수학식 1과 같다.

여기서, 상기 Yi는 설정된 윈도우 영역내에 존재하는 각각의 픽셀의 휘도값을 말하고 Zi는 비설정된 영역의 각각의 픽셀의 휘도값을 말한다.

한 프레임의 평균 휘도를 구하려면 프레임 내의 모든 픽셀의 휘도값을 더한후 총 픽셀의 갯수로 나누어주면 되므로, 상기 전체 영상 프레임의 총 휘도값은 아래의 수학식 2에 의하여 구해진 값을 이용하여 평균값을 산출하게 된다.

상기 수학식 2에서와 같이, 1/4 영역에 가중치 5가 부여됨으로서 영상 프레임의 픽셀수가 2배로 늘어난것과 같은 효과를 가지게 되므로 영상프레임을 구성하는 픽셀의 수 n의 2배인 2n으로 상기 수학식 1을 나누어 주면된다.

여기서, 상기 수학식 2에서 구해진 젯수 2n은 2¹n으로 표시할 수 있으며, 상 술한 바와 같이, 픽셀의 갯수 n은 나눗셈기의 젯수로 사용되므로, 레지스터와 같은 메모리에 저장된 나눗셈기의 젯수를 하위비트(LSB : Least Significant Bit)방향으로 1비트 쉬프트 시키면 픽셀의 갯수 n의 두배로 나누는것과 같은 결과를 얻을 수 있다.

다음으로, 도 4에 도시된 모드 3의 경우, 즉 전체 영상 프레임중 일부분만 사용하는 경우에는, 휘도 계산에 사용되는 픽셀의 갯수가 나눗셈기의 젯수로 사용되는 픽셀의 갯수보다 작아지게 된다.

예컨데, 전체 영상 프레임중 1/4만 사용하는 경우, 휘도 평균값을 구하기 위해서는 아래의 수학식 3과 같이, 1/4영역에 대한 휘도의 합을 n/4으로 나누어 주도록 하며 별도의 가중치는 주지 않는다.

여기서, 상기 젯수 n/4또한 2^-2 × n으로 나타낼 수 있으므로 상기 모드 2의 경우와 같이 나눗셈기의 젯수로서 인가된 데이터를 상위비트(MSB : Most Significant Bit)방향으로 2비트 쉬프트 시킴으로서 별도의 나눗셈기를 사용하지 않아도 된다.

도 4에 도시된 모드 4에서는 영상 프레임의 윈도우 영역을 4n/9로 설정하는 것을 나타낸다.

상기 모드 3의 n/4일때보다 더큰 윈도우 영역이 필요한 경우에 사용되는 모드로 전체 영상 프레임중 선택한 영역이 4n/9 이므로 하나의 나눗셈기를 사용하기 위해서는 2^k의 형태로 만들어야 한다.

따라서, 도 4에 도시된 모드 4에서와 같이, 윈도우 영역에 가중치 9를 부여하고 픽셀의 갯수 n의 네배에 해당하는 수(4n)로 나누어 주도록 한다.

상기 젯수 4n은 2² ×n에 해당하므로 나눗셈기의 젯수를 하위비트 방향으로 2비트 쉬프트 시킴으로서 전체 영상 프레임의 평균 휘도값을 구하게 된다.

상기한 바와 같은 과정으로 구해진 평균 휘도값은 AE(오토 노출)계수로 렌즈의 아이리스(IRIS)에서의 입사 광량과 이미지 센서의 전자 셔터의 타이밍을 조정하여 오토 노출 컨트롤 기능이 동작되도록 한다

전술한 바와 같이, 종래에는 4가지 모드를 구현하기 위하여 4블럭의 나눗셈기를 사용하여야 하였으나, 본 발명에서는 하나의 나눗셈기만을 사용하여 이를 구현할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 별도의 나눗셈기를 추가하지 않고도 다양한 휘도보정 모드를 구현하여 주위의 조도 변화나 촬상 대상의 다양한 상태에 최소의 회로로 효과적으로 대응할 수 있으며, 부수적으로 전력감소 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. n개(n은 자연수)의 픽셀로 이루어지는 영상 프레임의 평균 휘도값을 산출시 상기 각각의 픽셀의 휘도값의 합을 상기 픽셀의 갯수로 나누는 나눗셈기를 구비하는 디지털 카메라의 휘도 보정 방법에 있어서,

   상기 n개의 픽셀 중 일부분을 윈도우 영역으로 설정하는 단계;

   상기 윈도우 영역내 픽셀과 상기 윈도우 영역에 미포함된 픽셀에 서로 다른 가중치를 각각 부여하는 단계;

   상기 부여된 서로 다른 가중치를 고려하여 생성된 젯수를 2^K(K는 실수)의 형태로 만드는 단계; 및

   상기 젯수 2^K가 상기 나눗셈기의 젯수로 사용되는 상기 n 보다 크면 상기 n을 K만큼 상위 비트쪽으로 쉬프트하고, 상기 젯수 2^K가 n보다 작으면 n를 K만큼 하위비트쪽으로 쉬프트하여 휘도 평균값을 구하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 다중 모드 휘도 보정방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 윈도우 영역은 상기 영상 프레임의 1/4 또는 4/9인것을 특징으로 하는 다중 모드 휘도 보정방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 윈도우 영역내의 픽셀에 대한 가중치는 1이고, 상기 미포함된 픽셀에 대한 가중치를 0으로 하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 휘도 보정방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 윈도우 영역내의 픽셀과 상기 미포함된 픽셀에 대한 가중치가 모두 1인것을 특징으로 하는 다중 모드 휘도 보정방법.

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