KR101038815B1 - 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템 - Google Patents

고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템 Download PDF

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Abstract

많은 연산량이 필요한 고화소 고화질 영상 캡쳐시에도 신속한 오토 포커스를 수행할 수 있는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템에 관한 것이다. 상기 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템은, 제1 프레임 레이트로 동작하는 제1 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 이미지 센서에 의해 검출된 이미지를 이용하여 피사체와의 거리 정보를 포함하는 오토 포커스값을 생성하는 제1 카메라 모듈; 및 상기 제1 프레임 레이트보다 저속인 제2 프레임 레이트로 동작하는 제2 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 카메라 모듈에서 생성된 상기 오토 포커스값을 입력받아 상기 오토 포커스값을 참조하여 오토 포커스 동작을 수행하는 제2 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
Figure R1020090072810
카메라 모듈, 고속, 저속, 듀얼, 프레임 레이트, 오토 포커스

Description

고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템{IMAGE CAPTURE SYSTEM CAPABLE OF FAST AUTO FOCUS}
본 발명은 디지털 영상을 촬상하는 촬상 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 많은 연산량이 필요한 고화소 고화질 영상 캡쳐시에도 신속한 오토 포커스를 수행할 수 있는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템에 관한 것이다.
최근, 카메라폰, 디지털 스틸 카메라 등의　보급이 활발해 짐에 따라 카메라 모듈의 고화소화, 초소형화 및 저가격화가　활발하게 진행되고 있다. 또한, 일반적인 스틸 영상의 촬영용 이외에도 검출용 용도로도　카메라 모듈을 이용되고 있으며, 감시용 애플리케이션으로도 두　개 이상의 카메라 모듈을 사용하여 하나는 일반적인 밝기　감도를　가진　카메라 모듈을 사용하고, 나머지 하나는 적외선 차단 필터 등을　제외하여 센서 감도를 높인 듀얼 카메라의 구성이 구현되고 있다. 그 이외에도 듀얼 카메라의 애플리케이션으로 하나의 카메라 모듈은　망원촬영, 다른 하나의 카메라 모듈은 광각촬영으로 적용하여 서로 다른 화각을 촬상하도록 구현하거나, 유사한　화각의　상태에서　하나의 카메라 모듈을 　표준화상 촬영　다른 하나의 카메라 모듈을 고화질촬영으로　구성하여　필요에　따라　교체하면서　사용하는　방법도　알려져 있다.
한편, 카메라 모듈을 고화소에서 동작 시키는 경우에는 이미지 센서에서 읽어들이고 이미지 처리 프로세서 등에서 처리하여야 하는 데이터의 양도 증가하기 때문에 프레임 레이트가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 프레임 레이트가 저하되는 문제는 프레임 단위로 제어가 이루어지는 오토 포커스(auto focus)나 오토 익스포져(auto exposure)의 속도가 느려지는　문제가　발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 하나의 카메라 모듈만 사용하는 경우에는 저화소 사이즈에서 고속 프레임레이트 상태로 오토 포커스나 오토 익스포저를 수행하는 방식이 알려져 있지만, 오토 포커스나 오토 익스포저 이후 화소의 사이즈가 변화하면 화상의 품질이 저하되거나 포커스가 어긋나는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 많은 연산량이 필요한 고화소 고화질 영상 캡쳐시에도 신속한 오토 포커스를 수행할 수 있는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제들 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
제1 프레임 레이트로 동작하는 제1 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 이미지 센서에 의해 검출된 이미지를 이용하여 피사체와의 거리 정보를 포함하는 오토 포커스값을 생성하는 제1 카메라 모듈; 및
상기 제1 프레임 레이트보다 저속인 제2 프레임 레이트로 동작하는 제2 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 카메라 모듈에서 생성된 상기 오토 포커스값을 입력받아 상기 오토 포커스값을 참조하여 오토 포커스 동작을 수행하는 제2 카메라 모듈
을 포함하는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템을 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 제2 카메라 모듈은, 상기 제1 카메라 모듈로부터 입력받은 상기 오토 포커스값에 포함된 피사체와의 거리 정보에 대응되는 위치로 자신의 렌즈를 이동시키고, 상기 렌즈의 이동 위치에서부터 상기 제2 이미지 센서에서 검출된 영상을 이용하여 오토 포커스를 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 제2 이미지 센서에 의해 검출된 영상을 영상처리하여 캡쳐할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 제1 카메라 모듈 및 상기 제2 카메라 모듈은 실질적으로 동일한 화각의 렌즈를 각각 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 제1 카메라 모듈은 주변 밝기에 따라 이미지 센서의 감도 변경이 가능할 수 있다. 이 실시형태에서, 이러한 이미지 센서의 감도 변경 방법 중 하나로써, 상기 제1 이미지 센서의 물체측면에 구비된 적외선 차단 필터를 온/오프 시킴으로써 이미지 센서의 감도를 변경할 수 있다.
본 발명에 따르면 고화소를 갖는 고화질의 영상을 캡쳐하는 경우에도 신속한 오토 포커스가 가능하다. 또한, 고속으로 동작하는 제1 카메라 모듈에 의해 오토 포커스를 수행하여 오토 포커스 지점을 먼저 결정할 수 있으므로 실제로 영상을 캡쳐하는 고화소 모드의 제2 카메라 모듈의 포커스 헌팅을 감소시켜 안정된 오토 포커스 동작 화상을 얻을 수 있다. 또한, 제1 카메라 모듈에 의해 오토 포커스 지점을 먼저 검출하고 다시 제2 카메라 모듈에 의해 오토 포커스 지점을 다시 검출하므로 오토 포커스의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템은 크게 제1 카메라 모듈(100)과 제2 카메라 모듈(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
통상, 두 개 이상의 카메라 모듈을 포함하는 촬상 시스템에서, 두 카메라 모듈은 유사한 화각, 동일한 화소, 동일한 프레임 레이트(frame rate)에서 스테레오 카메라로 동작하거나, 다른 화각, 동일 화소, 동일 프레임 레이트에서 파노라마 카메라로 동작하거나, 하나의 카메라 모듈을 모노 크롬 고감도 모드로 작동하고 다른 카메라 모듈을 컬러 표준 감도 모드로 작동하는 듀얼 모드로 동작하는 등의 다양한 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 다양한 적용 방안들 중 본 발명의 일실시형태는, 제1 카메라 모듈은 고속 동작 가능하도록 저화소에서 저 프레임 레이트로 동작시키 고 제2 카메라 모듈은 고화질 영상의 캡쳐가 가능하도록 고화소에서 높은 프레임 레이트로 동작시킬 수 있다.
상기 제1 카메라 모듈(100)은 제1 렌즈(101)와, 제1 이미지 센서(102), 제1 아날로그 프론트엔드(103), 제1 휘도 검출부(104), 제1 CPU(105), 제1 룩업 테이블(106), 제1 렌즈 위치 검출부(107), 제1 렌즈 모터(108)를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)를 통해 입력되어 제1 이미지 센서(102)에서 검출된 영상은 제1 아날로그 프론트엔드(103)를 거쳐 디지털화된 후 디지털 이미지 처리를 위해 시스템 제어부(300)로 전달된다. 여기서 시스템 제어부(300)는 디지털 이미지 처리를 위한 이미지 신호 처리(ISO) 모듈을 포함하는 것으로 간주할 수 있다.
상기 제1 이미지 센서(102)의 물체측면에는 온/오프가 가능한 적외선 차단 필터가 구비될 수 있다. 제1 카메라 모듈(100)은 고속의 오토 포커스를 위해 구비되는 것으로 캡쳐되는 영상의 품질에는 영향을 미치지 않을 수 있다. 따라서, 저휘도의 열악한 환경에서도 오토 포커스를 수행할 수 있도록 제1 이미지 센서(102)의 감도가 조절될 수 있다. 이러한 감도 조절을 위한 수단으로, 상기 제1 이미지 센서(102)의 물체측면에는 온/오프가 가능한 적외선 차단 필터가 구비될 수 있으며, 저휘도의 환경에서 적외선 차단 필터를 오프하여 더욱 감도를 높일 수 있다.
이때, 제1 휘도 검출부(104)는 제1 아날로그 프론트엔드(103)에서 출력되는 영상 신호를 입력받아 영상의 휘도 성분을 추출하여 오토 포커스의 정도를 나타내는 오토 포커스 평가치를 생성할 수 있다.
제1 CPU(105)는 제1 렌즈 모터(108)를 구동하여 제1 렌즈(101)의 위치를 이동시키고, 지속적으로 제1 렌즈(101)의 이동위치에 대해 각각 검출된 이미지의 오토 포커스 평가치를 참조하여 가장 큰 오토 포커스 평가치를 갖는 렌즈 위치를 오토 포커스가 완료된 렌즈의 위치로 결정한다.
제1 렌즈위치 검출부(107)는 오토 포커스가 완료된 렌즈위치를 검출하여 제1 CPU(105)로 전송하고, 제1 CPU(105)는 제1 룩업 테이블(106)을 참조하여 제1 렌즈 위치 검출부(107)으로부터 전송받은 렌즈위치에 따른 피사체의 거리를 검색할 수 있다.
상기 제2 카메라 모듈(200)은 전술한 제1 카메라 모듈(100)과 유사한 구성을 갖는다. 즉, 상기 제2 카메라 모듈(200)은, 제2 렌즈(201)와, 제2 이미지 센서(202), 제2 아날로그 프론트엔드(203), 제2 휘도 검출부(204), 제2 CPU(205), 제2 룩업 테이블(206), 제2 렌즈 위치 검출부(207), 제2 렌즈 모터(208)를 포함할 수 있다.
상기 제2 렌즈(201)를 통해 입력되어 제2 이미지 센서(202)에서 검출된 영상은 제2 아날로그 프론트엔드(103)를 거쳐 디지털화된 후 디지털 이미지 처리를 위해 시스템 제어부(300)로 전달된다. 이 때, 제2 이미지 센서(202)는 상기 제1 이미지 센서(102)보다 낮은 저속의 프레임 레이트로 동작한다. 다시 설명하면 상기 제2 이미지 센서(202)는 상기 제1 이미지 센서(102)보다 고화소 모드로 동작할 수 있다. 일반적으로, 고화소 모드에서는 이미지 센서에서 읽어들여야 하는 데이터의 양 이 늘어나게 되어 프레임 레이트가 감소하게 된다. 고화소 모드, 예를 들어 이미지 센서가 초당 8프레임의 속도로 동작하는 경우 휘도검출부(104, 204)에서의 오토 포커스 평가치 산출이 1/8초에 1회 밖에 이루어지지 못하므로 오토 포커스 동작이 매우 느려지고 오토 포커스가 진행될 때의 화상을 사용자가 보는데 어려움이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 제1 카메라 모듈(100)은 저화소 모드로 고속 프레임 레이트에서 동작시켜 제1 카메라 모듈(100)로부터 오토 포커스를 수행하고, 제2 카메라 모듈(200)에서는 제1 카메라 모듈(100)에서 수행된 오토 포커스 결과를 참조하여 렌즈를 이동시킨 후 고화소 모드로 영상을 캡쳐할 수 있게 한다.
상기 제2 휘도 검출부(204)는 제2 아날로그 프론트엔드(203)에서 출력되는 영상 신호를 입력받아 영상의 휘도 성분을 추출하여 오토 포커스의 정도를 나타내는 오토 포커스 평가치를 생성할 수 있다.
상기 제2 CPU(205)는 제1 카메라 모듈(100)의 제1 CPU(105)로부터 피사체의 거리 정보를 포함하는 오토 포커스값을 입력받을 수 있다. 상기 제2 CPU(105)는 제1 CPU(105)로부터 입력받은 오토 포커스값의 피사체 거리 정보에 대응되는 렌즈의 위치를 제2 룩업 테이블(206)로 읽어들이고 제2 렌즈 모터(208)을 구동하여 제2 룩업 테이블(206)에서 읽어들인 렌즈 위치로 제2 렌즈(201)를 이동시킬 수 있다.
상기 제2 CPU(205)는 제2 룩업 테이블(206)에 의한 위치로 제2 렌즈(201)를 이동시킨 후, 다시 제2 이미지 센서(202)를 통해 검출된 영상의 휘도 정보를 제2 휘도 검출부(204)에서 출력하고, 제2 렌즈(201)의 위치를 세부조정하여 다시 더욱 정밀한 오토 포커스를 수행할 수도 있다.
한편, 상기 제1 카메라 모듈(100)은 제2 카메라 모듈(200)에서 캡쳐되는 영상에 대한 신속한 오토 포커스를 수행하기 위해 마련된 것으로, 제2 카메라 모듈(200)에서 캡쳐되는 영상과 실질적으로 동일한 영상을 통해 오토 포커스를 수행하는 것이 오토 포커스의 정확도 측면에서 더욱 바람직하다. 이를 위해, 상기 제1 카메라 모듈(100)과 상기 제2 카메라 모듈(200)에 포함된 두 렌즈(101, 201)는 실질적으로 동일한 화각을 갖는 렌즈일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 시스템의 작용 효과를 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 외부 조작부(400)에 의해 카메라의 동작 모드가 결정되고 이미지의 촬상이 개시되면, 제1 카메라 모듈(100)에서 피사체의 거리 정보에 관련된 연산이 수행된다(S21). 즉, 제1 CPU(105)는 제1 렌즈 모터(108)을 구동하여 제1 렌즈(101)의 위치를 이동시키고, 지속적으로 제1 렌즈(101)의 이동위치에서 검출된 이미지에 대한 오토 포커스 평가치를 제1 휘도 검출부(104)에서 검출하여 다시 제1 CPU(105)로 전달한다. 제1 CPU(105)는 가장 큰 오토 포커스 평가치를 갖는 렌즈 위치를 오토 포커스가 완료된 렌즈의 위치로 결정하고 제1 룩업 테이블(106)을 참조하여 제1 렌즈 위치 검출부(107)으로부터 전송받은 렌즈위치에 따른 피사체의 거리를 검색하고 이 피사체 거리 정보를 포함하는 오토포커스값을 생성한다.
이어, 제1 카메라 모듈(100)의 제1 CPU(105)는 이 피사체의 거리 정보를 포 함하는 오토포커스값을 제2 카메라 모듈(200)의 제2 CPU(205)로 전달한다(S22).
이어, 제2 카메라 모듈(200)의 제2 CPU(105)는 제1 CPU(105)로부터 입력받은 오토 포커스값의 피사체 거리 정보에 대응되는 제2 렌즈(201)의 위치를 제2 룩업 테이블(206)로부터 읽어들여, 제2 렌즈의 목표 위치를 결정한다(S23).
이어, 제2 CPU(205)는 현재 제2 렌즈(201)의 위치와 상기 제2 룩업 테이블(206)로부터 읽어 들인 목표위치를 비교하고(S24), 서로 다른 경우에 제2 렌즈모터(208)를 구동하여 목표 위치로 제2 렌즈(201)를 이동시킨다(S25).
이어, 제1 카메라 모듈(100)의 오토 포커스가 완료되었는지 확인하고(S26), 제1 카메라 모듈의 오토 포커스가 완료되지 않은 경우 전술한 단계들(S21-S25)을 반복한다. 한편, 제1 카메라 모듈(100)의 오토 포커스가 완료되고, 이 제1 카메라 모듈(100)의 완료된 오토 포커스에 의해 결정된 제2 렌즈의 목표 위치로 제2 카메라 모듈(200)의 제2 렌즈(201)가 이동한 이후에는 제2 카메라 모듈(200) 자체에 의한 오토 포커스가 수행될 수 있다(S27). 즉, 제2 카메라 모듈(200)은, 제2 이미지 센서(202)를 통해 검출된 영상의 휘도 정보를 제2 휘도 검출부(204)에서 출력하고, 제2 렌즈(201)의 위치를 더욱 미세하게 조정하여 다시 더욱 정밀한 오토 포커스를 수행할 수 있다(S27). 이러한 제2 렌즈(201)의 위치를 미세조정하여 제2 카메라 모듈의 오토 포커스가 완료되면(S28), 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 시스템의 오토 포커스가 완료될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 고화소를 갖는 고화질의 영상을 캡쳐하는 경우에도 신속한 오토 포커스가 가능하다. 또한, 고속으로 동작하는 제1 카메라 모듈에 의해 오토 포커스를 수행하여 오토 포커스 지점을 먼저 결정할 수 있으므로 실제로 영상을 캡쳐하는 고화소 모드의 제2 카메라 모듈의 포커스 헌팅을 감소시켜 안정된 오토 포커스 동작 화상을 얻을 수 있다. 또한, 제1 카메라 모듈에 의해 오토 포커스 지점을 먼저 검출하고 다시 제2 카메라 모듈에 의해 오토 포커스 지점을 다시 검출하므로 오토 포커스의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 시스템을 도시한 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 시스템의 동작을 도시한 흐름도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 제1 카메라 모듈 200: 제2 카메라 모듈
101, 201: 렌즈 102, 202: 이미지 센서
103, 203: 아날로그 프론트엔드 104, 204: 휘도 검출부
105, 205: CPU 106, 206: 룩업 테이블
107, 207: 렌즈 위치 검출부 108, 208: 렌즈 모터
300: 시스템 제어부 400: 외부 조작부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 제1 프레임 레이트로 동작하는 제1 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 이미지 센서에 의해 검출된 이미지를 이용하여 피사체와의 거리 정보를 포함하는 오토 포커스값을 생성하는 제1 카메라 모듈; 및
    상기 제1 프레임 레이트보다 저속인 제2 프레임 레이트로 동작하는 제2 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 카메라 모듈에서 생성된 상기 오토 포커스값을 입력받아 상기 오토 포커스값을 참조하여 오토 포커스 동작을 수행하는 제2 카메라 모듈을 포함하고,
    상기 제2 카메라 모듈은, 상기 제1 카메라 모듈로부터 입력받은 상기 오토 포커스값에 포함된 피사체와의 거리 정보에 대응되는 위치로 자신의 렌즈를 이동시키고, 상기 렌즈의 이동 위치에서부터 상기 제2 이미지 센서에서 검출된 영상을 이용하여 오토 포커스를 수행하는 것을 특징으로 하는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 이미지 센서에 의해 검출된 영상을 영상처리하여 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 카메라 모듈 및 상기 제2 카메라 모듈은 동일한 화각의 렌즈를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템.
  5. 제1 프레임 레이트로 동작하는 제1 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 이미지 센서에 의해 검출된 이미지를 이용하여 피사체와의 거리 정보를 포함하는 오토 포커스값을 생성하는 제1 카메라 모듈; 및
    상기 제1 프레임 레이트보다 저속인 제2 프레임 레이트로 동작하는 제2 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 카메라 모듈에서 생성된 상기 오토 포커스값을 입력받아 상기 오토 포커스값을 참조하여 오토 포커스 동작을 수행하는 제2 카메라 모듈을 포함하고,
    상기 제1 카메라 모듈은 주변 밝기에 따라 이미지 센서의 감도 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 카메라 모듈은 상기 제1 이미지 센서의 물체측면에 구비된 적외선 차단 필터를 온/오프 시킴으로써 이미지 센서의 감도를 변경하는 것을 특징으로 하는 고속 오토 포커스가 가능한 촬상 시스템.
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