KR100203239B1 - 화이트쉐이딩 보정방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 카메라시스템에 관한 것으로, 특히 화이트쉐이딩(White Shading)을 보정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 프레임단위로 적분하여 저장하는 프레임메모리와, 프레임메모리에서 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 인가받아 보정신호를 발생하고, 보정신호를 프레임메모리에 공급하는 제어부, 및 프레임메모리에서 인가받는 보정신호와 제어부에서 인가받는 보정인수를 이용하여 상기 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 보정하는 보정부를 포함한다. 여기서, 보정인수는 카메라시스템의 셋업시 제어부에서 보정인수를 변경하여 공급하면 제시한 보정식에 따라 상기 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 보정하는 상기 보정부와, 보정부의 출력신호와 기준신호와의 차이를 절대값하여 보정오차를 구하는 보정오차산출부와, 보정오차산출부의 출력신호를 적분하는 적분기, 및 적분기의 출력신호가 최소가 될때의 보정인수값을 추출하여 저장하는 제어부에 의해서 구해진다. 따라서, 본 발명에 의한 화이트쉐이딩 보정방법 및 장치는 메모리용량을 증가시키지 않으면서도 렌즈상태에 따라 적응적 보정이 가능하고, 특히 보정오차가 최소가 되는 보정을 행할 수 있는 효과를 가져온다.
Description
제1도는 일반적인 카메라시스템을 나타낸 블럭구성도.
제2도는 종래의 화이트쉐이딩 보정방식을 설명하기 위한 도면.
제3도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 화이트쉐이딩 보정장치를 나타낸 블럭구성도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 화이트쉐이딩 보정장치를 나타낸 블럭구성도.
제5도는 본 발명에서 카메라시스템의 셋업동작을 설명하기 위한 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 신호저장부 11 : 추림부
12,13 : 프레임 FIFO메모리 14,15 : 멀티플렉서
16,17 : 누산기 19 : 스위치
20 : 제어부 22 : 키입력부
30 : 보정부 40 : 보정오차산출부
50 : 적분기 60 : 보간부
본 발명은 카메라시스템에 관한 것으로, 특히 화이트쉐이딩(White Shading)을 보정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 카메라시스템의 구성을 도시한 것이다. 렌즈(1)를 통해 입사된 광은 조리개(2)의 개폐량에 의해 광량이 조절된다. 광량이 조절된 입사광은 CCD(Charge Coupled Device)(3)에서 전기적인 영상신호로 변환된다. 전기신호로 변환된 아날로그상태의 영상신호는 A/D(Analog/Digital)변환부(4)에서 디지탈신호로 변환된다.
한편, 렌즈(1)의 줌(Zoom)상태 및 조리개(2)의 개폐량에 대한 정보는 제어부(6)에 인가된다. 디지탈로 변환된 신호는 보정부(5)에서 제어부(6)의 제어신호에 따라 화이트쉐이딩 보정을 포함한 신호처리가 행해진다. 보정신호는 D/A변환부(7)에서 다시 아날로그신호로 변환된 후 모니터에 공급된다.
상술한 바에서, 화이트쉐이딩은 TV카메라의 분광필터에 입사되는 광의 입사각도에 따른 분광특성의 변화에 의해 화면의 중심부는 화이트밸런스(White Balance)가 맞지만 화면 상하부는 화이트밸런스가 틀어지는 것을 말한다. 화이트쉐이딩량은 조리개의 개폐정도와 줌상태에 따라 그 특성이 달라지는데 일반적으로 조리개가 오픈(open)상태일 때, 줌이 광각(wide)상태일 때 심해진다.
제2도는 종래의 화이트쉐이딩 보정방식을 설명하기 위한 도면이다. 제2도의 (a)는 아날로그방식으로 구현한 화이트쉐이딩 보정장치를 나타낸다. 아날로그방식에서는 수평 및 수직방향으로 톱니파 또는 파라볼릭파의 보상신호를 발생하고 이를 영상입력신호에 더해준다. 한편, 제2도의 (b)에 도시한 디지탈방식에서는 프레임메모리를 구비하여 보상신호를 기록해 두었다가, 보정을 할 때는 영상입력신호에 프레임메모리에서 공급하는 보상신호를 더해준다.
그러나, 상술한 바에서 아날로그방식은 한정된 형태의 톱니파 또는 파라볼릭파를 사용하므로 정확한 보정을 할 수 없다. 디지탈방식 또한, 특정한 렌즈상태에 대해서만 보정이 가능하고 모든 렌즈상태에 대한 보상신호를 기억하기 위해서는 메모리용량을 증가시켜야 하는 문제점이 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 메모리용량을 증가시키지 않으면서도 렌즈상태에 따라 보정값을 적절히 조절하여 적응적 보정이 가능하도록 한 화이트쉐이딩 보정방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 보정오차가 최소가 되도록 보정을 행하는 화이트쉐이딩 보정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 방법을 구현한 장치를 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적은 카메라의 촬상신호에서 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 보정하기 위한 방법에 있어서, 상기 카메라 렌즈의 줌의 위치 및 조리개의 개폐량을 기준상태인 중간값으로 세팅하는 단계, 상기 기준렌즈상태에서 보정신호를 발생하는 단계, 상기 보정신호와 제어부에서 공급하는 임시 보정인수를 이용하여 사전설정한 보정식에 따라 임시보정을 하는 단계, 상기 보정식에 의한 출력신호와 화면중심부를 기준으로 한 신호 사이의 오차를 산출하는 단계, 상기 보정인수를 변경하면서 상기 임시보정단계 및 오차산출단계를 반복하는 단계, 상기 반복단계에서 상기 오차가 최소가 될 때의 보정인수값을 추출하여 저장하는 단계, 상기 렌즈상태를 변경하면서 상기 임시보정단계부터 보정인수추출단계까지 반복하는 단계, 및 상기 카메라로 촬영한 실제 촬상신호에서 화이트쉐이딩이 발생했을 때 상기 보정인수를 이용하여 보정을 행하는 단계로 이루어지는 화이트쉐이딩 보정방법에 의하여 달성된다.
상술한 본 발명의 또 다른 목적은 카메라의 촬상신호에서 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 보정하기 위한 장치에 있어서, 상기 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 프레임단위로 적분하여 저장하는 프레임메모리, 상기 프레임메모리에서 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 인가받아 보정신호를 발생하고, 보정신호를 상기 프레임메모리에 공급하는 제어부, 및 상기 프레임메모리에서 인가받는 보정신호와 상기 제어부에서 인가받는 보정인수를 이용하여 상기 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 보정하는 보정부를 포함하는 화이트쉐이딩 보정장치에 의하여 달성된다.
이하, 첨부한 제3도 내지 제5도를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제3도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 화이트쉐이딩 보정장치를 나타낸 블럭구성도이다. 제3도 장치에서, 키입력부(22)는 사용자로부터 화이트쉐이딩 보정을 위한 신호를 입력받아 이를 제어부(20)에 공급한다. 신호저장부(10)의 프레임 FIFO메모리(12)는 스위치(19)가 온(ON)상태일때 화이트쉐이딩이 발생한 영상신호를 입력받는다. 프레임 FIFO 메모리(12)는 멀티플렉서(14) 및 제어부(20)에 출력신호를 공급한다. 멀티플렉서(14)는 프레임 FIFO 메모리(12)의 출력신호와 제어부(20)에서 공급받는 신호중 한개 신호를 선택적으로 출력한다. 누산기(16)는 멀티플렉서(14)의 출력신호를 스위치(19)의 온상태에서 들어오는 다음 영상신호에 더하여 프레임 FIFO 메모리(12)에 공급한다. 제어부(20)는 프레임 FIFO 메모리(12)에 기록/판독(W/R) 및 제어신호(CTL)를 공급한다.
보정부(30)는 영상신호를 입력받는다. 보정부(30)는 또한, 프레임 FIFO메모리(12)에서 보정신호와 제어부(20)에서 보정인수를 공급받아 상기 영상입력신호에서 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 보정한다. 보정오차산출부(40)는 보정부(30)의 출력신호와 제어부(20)에서 공급받은 화면평균치의 차이의 절대값을 산출하여 이를 적분기(50)에 공급한다. 적분기(50)는 오차의 절대값의 적분치를 제어부(20)에 공급한다.
상술한 제3도 장치의 동작을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자는 카메라시스템을 셋업(set up)하기 위하여 조도가 균일한 피사체를 기준렌즈상태에서 촬상한다. 여기서, 기준렌즈상태란 줌의 위치를 중간상태로 하고 조리개를 반정도 열리도록 피사체의 조도를 조절한 상태를 말한다. 카메라 사용자가 화이트쉐이딩 보정을 위해 키입력부(22)의 해당키를 눌러주면 스위치(19)는 연결된다. 프레임 FIFO 메모리(12)는 스위치(19)가 연결되는 것에 의해 상기 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 기록한다. 누산기(16)는 멀티플렉서(14)를 통해 프레임 FIFO 메모리(12)의 출력신호를 인가받고, 이 신호를 다음 프레임의 영상신호에 더하여 프레임 FIFO메모리(12)에 기록한다. 따라서, 프레임 FIFO메모리(12)는 화이트쉐이딩이 발생한 영상신호를 프레임 단위로 적분하여 저장하게 된다. 화이트쉐이딩이 발생한 영상신호의 저장이 완료되면, 스위치(19)는 오프(OFF)되어 더 이상의 영상신호는 공급되지 않는다. 프레임 FIFO메모리(12)는 이 신호를 출력하여 제어부(20)에 인가한다. 그러면, 제어부(20)는 화면의 평균값을 프레임메모리(12)에서 인가받은 영상신호값으로 나누어 주어 보정신호를 발생하고이를 멀티플렉서(14)에 인가한다. 즉,
보정신호 = 화변의 평균값 / 화이트쉐이딩이 발생한 영상신호의 값이 된다. 멀트플렉서(14)는 절환되어 제어부(20)에서 인가받은 보정신호를 프레임 FIFO메모리(12)에 기록한다. 상기 보정신호는 촬상시 영상신호에 발생하는 화이트쉐이딩의 역에 해당하는 성분이다. 그러나, 상기 보정신호는 촬상시의 렌즈상태가 기준으로 되어 있을 때만 정확한 보정을 할 수 있는 신호이다. 따라서, 촬영대상에 따라 렌즈상태가 계속 변하는 실제 촬영시에는 상기 보정신호만으로 보정을 할 수가 없다. 이를 보완하기 위해 본 발명에서는 다음 단계가 추가된다.
먼저 줌의 위치를 광각(wide)상태로 하고 렌즈이 조리개는 오픈(open)상태가 될때까지 광량을 감소한다. 이 상태에서 보정부(30)는 프레임 FIFO메모리(12)에서 보정신호를 인가받고 제어부(20)에서는 임의의 보정인수값을 인가받아 다음의 보정식에 의하여 1차 보정을 수행한다.
보정식 = 입력신호 × (보정신호 × 보정인수 + (1 - 보정인수))
보정식에서 (1-보정인수)를 더해주는 이유는 보정인수의 변화에 따른 전체신호의 레벨변화를 상쇄하기 위함이다. 그런다음, 보정오차산출부(40)는 제어부(20)로부터 화면의 평균값을 인가받아 보정부(30)에서 상기 보정식에 따라 보정한 신호와의 보정오차를 구한다.
보정오차 = ｜화면의 평균값 - 보정식에 따라 보정한 신호｜
적분기(50)는 보정오차산출부(40)의 출력신호를 인가받아 적분하고 이를 제어부(20)에 인가한다. 한편, 제어부(20)는 보정인수를 변경하여 보정부(30)에 공급한다. 보정부(30)는 상기 보정식에 따라 변경된 보정인수로 보정을 한다.
보정오차산출부(40)는 보정부(30)에서 신호를 인가받을때마다 계속적으로 보정오차를 구하고 적분기(50)는 이를 적분하여 제어부(20)에 인가한다. 그러면, 제어부(20)는 상기 보정오차의 절대값이 최소가 될 때의 보정인수값을 추출하여 미도시된 인수메모리에 저장한다.
이제 줌의 위치는 망원(tele)측으로, 조리개는 클로즈(close)방향으로 변환시키면서 각각의 변환에 대해 보정오차가 최소가 되는 보정인수를 상기 동일한 과정에 의해 추출하고 기록한다. 따라서, 인수메모리는 줌의 위치와 조리개의 개폐량을 어드레스신호로 하여 해당하는 보정인수를 저장하게 된다.
시스템의 셋업동작이 완료되고, 이로써 사용자는 실제 촬영을 할 수 있게 된다. 사용자가 실제 촬상한 영상신호에서 화이트쉐이딩이 발생하면 제어부(20)의 인수메모리는 촬영시의 줌의 위치와 조리개의 개폐량을 어드레스신호로 하는 보정인수가 출력한다. 보정부(30)는 상기 보정식에 따라 화이트쉐이딩이 발생한 영상신호를 보정한다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 블럭구성도이다. 제3도장치는, 프레임 FIFO메모리(13)의 용량을 줄이기 위해 프레임 FIFO메모리(13) 전단에 추림부(Decimation)(11)를 구비한다. 그리고, 프레임 FIFO메모리(13)의 출력단에는 보간부(Interpolation)(60)를 연결한다.
추림부(11)는 화이트쉐이딩이 발생한 영상신호를 입력받아 다수의 블럭으로 분할하고 각 블럭의 대표치에 대한 보정신호를 계산하여 프레임 FIFO메모리(13)에 기록한다. 그리고, 보정을 행할때는 보간부(60)에서 각 블럭의 대표치를 이용하여 신호를 보간한다.
제5도는 본 발명에서 카메라시스템의 셋업동작을 설명하기 위한 순서도이다. 우선, 줌의 위치는 광각과 망원의 중간으로 하고 조리개는 오픈과 클로즈의 중간이 되도록 조절한다(단계 100). 이러한 기준렌즈상태에서 보정신호를 구하고 이를 프레임 FIFO메모리(12)에 기록한다(단계 200). 그런다음, 줌의 위치와 조리개의 개폐량을 변화시켜 가면서 보정오차가 최소가 되는 보정인수를 추출하고 이를 인수메모리에 기록한다(단계 300).
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 화이트쉐이딩 보정장치는 메모리용량을 증가시키지 않으면서도 렌즈상태에 따라 적응적 보정이 가능하고, 특히 보정오차가 최소가 되는 보정을 행할 수 있는 효과를 가져온다.
Claims (9)
- 카메라에서 촬상되는 영상신호의 화이트쉐이딩을 보정하기 위한 장치에 있어서, 영상 프레임을 구성하는 개별 영상신호들을 위한 복수개의 보정신호들을 저장하는 메모리수단; 줌렌즈위치 및 조리개의 열린정도에 의해 가능한 촬상조건들 각각을 위한 보정인수들을 저장하는 인수메모리; 현재의 촬상조건에 대응하는 보정인수와 촬상되는 개별영상신호에 대응하는 상기 보정신호가 출력되도록, 상기 메모리수단 및 인수메모리를 제어하는 제어부; 및 상기 메모리수단으로부터의 복수개의 보정신호들과, 상기 인수메모리로부터의 보정인수를 입력하며, 입력된 데이터를 이용하여 상기 촬상되는 영상신호의 화이트쉐이딩을 보정하는 보정부를 포함하는 화이트쉐이딩 보정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 보정부는 다음 보정식에 의하여 촬상된 영상신호의 상기 화이트쉐이딩을 보정하는 것을 특징으로 하는 화이트쉐이딩 보정장치.보정식 = 입력신호 × (보정신호 × 보정인수 + (1 - 보정인수))
- 제2항에 있어서, 상기 보정인수는 상기 보정식에 의한 출력신호와 화면평균값 사이의오차를 최소로 하는 값인 것을 특징으로 하는 화이트쉐이딩 보정장치.
- 제3항에 있어서, 상기 보정인수는 카메라시스템의 셋팅시 상기 제어부에서 보정인수를 변경하여 공급하면 상기 보정식에 따라 상기 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 임시보정하는 상기 보정부; 상기 보정부의 출력신호와 화면평균값과의 차이를 절대값하여 보정오차를 구하는 보정오차산출부; 상기 보정오차산출부의 출력신호를 적분하는 적분기; 및 상기 적분기의 출력신호가 최소가 될대의 보정인수값을 추출하여 저장하는 상기 제어부에 의해서 구해지는 것을 특징으로 하는 화이트쉐이딩 보정장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제어부는 렌즈의 줌의 위치와 조리개의 개폐량을 변화시키면서 각각의 경우에 대해 상기 보정오차가 최소가 되는 보정인수를 추출하여 상기 인수메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 화이트쉐이딩 보정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 보정인수는 상기 화이트쉐이딩이 발생한 각 화소에 대한 보정신호인 것을 특징으로 하는 화이트쉐이딩 보정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 메모리수단은 상기 촬상되어 입력하는 영상신호, 또는 상기 제어부의 제어에 따른 상기 영상신호의 보정신호들을 압축하는 추림부; 상기 추림부의 출력신호를 프레임단위로 적분하여 저장하는 프레임메모리; 및 상기 프레임메모리의 출력신호를 보간하여 출력하는 보간부를 포함하는 화이트쉐이딩 보정장치.
- 카메라의 촬상신호에서 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 보정하기 위한 방법에 있어서, 상기 카메라 렌즈의 줌의 위치 및 조리개의 개폐량을 기준상태인 중간값으로 세팅하는 단계; 상기 기준렌즈상태에서 보정신호를 발생하는 단계; 상기 보정신호와 제어부에서 공급하는 임시 보정인수를 이용하여 사전설정한 보정식에 따라 임시보정을 하는 단계; 상기 보정식에 의한 출력신호와 화면평균값 사이의 오차를 산출하는 단계; 상기 보정인수를 변경하면서 상기 임시보정단계 및 오차산출단계를 반복하는 단계; 상기 반복단계에서 상기 오차가 최소가 될때의 보정인수값을 추출하여 저장하는 단계; 상기 렌즈상태를 변경하면서 상기 임시보정단계부터 보정인수추출단계까지 반복하는 단계; 및 상기 카메라로 촬영한 실제 촬상신호에서 화이트쉐이딩이 발생했을 때 상기 보정인수를 이용하여 보정을 행하는 단계로 이루어지는 화이트쉐이딩 보정방법.
- 제8항에 있어서, 상기 보정단계는 다음 보정식에 의하여 상기 화이트쉐이딩이 발생한 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 화이트쉐이딩 보정방법.보정식 = 입력신호 × (보정신호 × 보정인수 + (1 - 보정인수))
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