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KR101025988B1 - 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치 및 방법 - Google Patents

이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치 및 방법 Download PDF

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KR101025988B1
KR101025988B1 KR1020090078712A KR20090078712A KR101025988B1 KR 101025988 B1 KR101025988 B1 KR 101025988B1 KR 1020090078712 A KR1020090078712 A KR 1020090078712A KR 20090078712 A KR20090078712 A KR 20090078712A KR 101025988 B1 KR101025988 B1 KR 101025988B1
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Abstract

본 발명은, 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀을 하나의 단위로 하는 이미지 센서에서 한 단위를 구성하는 2×2의 4 개 픽셀에 결함이 동시에 발생한 경우 1×2 픽셀 단위의 보정 알고리즘이 적용된 이미지 신호 처리기에서 결함을 보정하여 프리뷰 이미지를 생성할 수 있는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치는, 이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호를 입력 받아, 상기 입력 받은 이미지 신호의 첫번째 픽셀열을 소거하는 인터페이스부; 상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호에서 2×2의 4 개 픽셀 단위로 번갈아 픽셀들을 제거하여 상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호를 리사이즈하는 리사이즈부; 및 상기 리사이즈된 이미지에 대해 1×2 픽셀 단위로 발생한 결함을 보정하는 결함 보정부를 포함할 수 있다.
Figure R1020090078712
이미지 센서, 결함, CMOS, 보정, 2×2, 1×2, 리사이즈, 프리뷰, 이미지 신호 처리기(ISP)

Description

이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CORRECTING PIXEL DEFECT OF IMAGE SENSOR}
본 발명의 이미지 처리 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀을 하나의 단위로 하는 이미지 센서에서 한 단위를 구성하는 2×2의 4 개 픽셀에 결함이 동시에 발생한 경우 1×2 픽셀 단위의 보정 알고리즘이 적용된 이미지 신호 처리기에서 결함을 보정하여 프리뷰 이미지를 생성할 수 있는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 소형 카메라 모듈에 많이 적용되는 CMOS 이미지 센서는 물리적 특성 및/또는 제조 공정에 따라 픽셀이 정확한 색상값을 검출하지 못하는 결함을 가질 수 있다.
특히, 현재 휴대 전화 등에 주로 채용되고 있는 500만 화소급 CMOS 이미지 센서는 2×2의 4 개 픽셀을 하나의 단위로 하여 한 단위에 포함된 4 개의 픽셀이 하나의 증폭기를 공유하는 구조로 구현되고 있는데, 하나의 단위를 이루는 4 개의 픽셀에 결함이 동시 발생하는 경우가 빈번하게 발생한다.
한편, 이미지 센서로부터 입력되는 이미지 신호의 색상, 밝기 및 선명도 등을 조정하는 이미지 신호 처리기(ISP)는, 이미지 센서로부터 입력되는 고화소의 이미지를 처리하여 디스플레이부에서 사용자가 입력 영상을 확인 가능하게 해주는 프리뷰에 사용되는 저화소 이미지를 생성하는 기능을 갖는다. 전술한 바와 같이, CMOS 이미지 센서에 결함이 발생하는 경우 이미지 신호 처리기는 프리뷰를 위한 저화소 이미지를 생성하는 과정에서 CMOS 이미지 센서에 발생한 결함을 보정하는 알고리듬을 포함한다.
그러나, 처리량이 비교적 적고 소형화의 장점을 활용하기 위해 통상 소형 카메라 모듈에 적용되는 저렴한 가격의 이미지 신호 처리기는 복잡한 2×2 픽셀을 보정하는 알고리듬을 갖지 못하고 1×2의 2개의 픽셀만 보정할 수 있는 알고리즘을 가질 수 있다. 이러한 이미지 센서와의 특징과 이미지 신호 처리기의 특징을 고려할 때, 이미지 센서에서 2×2의 한 단위 픽셀들에 모두 결함이 발생하게 되면 이미지 신호 처리기에서 결함을 완전히 제거하지 못하게 되므로 프리뷰시 픽셀 결함이 그대로 디스플레이되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은, 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀을 하나의 단위로 하는 이미지 센서에서 한 단위를 구성하는 2×2의 4 개 픽셀에 결함이 동시에 발생한 경우 1×2 픽셀 단위의 보정 알고리즘이 적용된 이미지 신호 처리기에서 결함을 보정하여 프리뷰 이미지를 생성할 수 있는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호를 입력 받아, 상기 입력 받은 이미지 신호의 첫번째 픽셀열을 소거하는 인터페이스부;
상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호에서 2×2의 4 개 픽셀 단위로 번갈아 픽셀들을 제거하여 상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호를 리사이즈하는 리사이즈부; 및
상기 리사이즈된 이미지에 대해 1×2 픽셀 단위로 발생한 결함을 보정하는 결함 보정부
를 포함하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 이미지 센서는, 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀로 이루어진 픽셀 단위를 복수개 포함하는 CMOS 이미지 센서일 수 있다.
이 실시형태에서, 상기 이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호는, 상기 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀에 동시에 결함이 발생한 이미지 신호일 수 있다.
또한, 이 실시형태에서, 상기 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀은, 제1 행이 녹색 및 적색 픽셀로 구성되고, 제2 행이 청색 및 녹색 픽셀로 구성되며, 상기 제1 행 및 제2 행의 녹색 픽셀을 대각선 방향으로 배치된 구조를 가질 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호를 입력 받는 단계;
상기 입력 받은 이미지 신호의 첫번째 픽셀열을 소거하는 단계;
기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호에서 2×2의 4 개 픽셀 단위로 번갈아 픽셀들을 제거하여 상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호를 리사이즈하는 단계; 및
상기 리사이즈된 이미지에 대해 1×2 픽셀 단위로 발생한 결함을 보정하는 단계
를 포함하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 별도의 결함 보정 알고리듬의 수정이나 고성능 ISP를 적용하지 않고서도 2×2 픽셀 단위의 결함을 용이하게 보정하여 우수한 품질의 프리뷰 이미지를 사용자에게 제공할 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 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치의 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치는, 이미지 센서(12)로부터 입력되는 이미지를 입력받는 인터페이스부(131)와, 입력받은 이미지에 대한 리사이즈를 수행하는 리사이즈부(132)와, 리사이즈된 이미지에 대해 결함 보정을 수행하는 결함 보정부(133)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 인터페이스부(131)와, 리사이즈부(132) 및 결함 보정부(133)는 카메라 모듈의 이미지 신호 처리기(Image Signal Processor: ISP)(13) 내에 구현될 수 있다.
상기 인터페이스부(131)는 렌즈(11)를 통해 이미지 센서(12)의 이미지 평면에 결상된 이미지를 전기적으로 변환한 이미지 신호를 이미지 센서(12)로부터 입력 받는다. 상기 이미지 센서(12)의 이미지 평면에는 배이어(Bayer) 패턴을 형성하는 컬러 필터가 배치되어 이미지 센서(12)의 각 픽셀은 컬러 필터에 의한 적-녹-청 중 하나의 색상만 표현하게 된다. 상기 인터페이스부(131)는 이 배이어 패턴으로 형성된 이미지 신호를 이미지 센서(12)로부터 입력받아 이미지 신호의 첫번째 픽셀열을 소거한다. 상기 인터페이스부(131)는 배이어 패턴으로 이루어진 이미지 신호를 보간(interpolation)하여 각 픽셀이 적색-녹색-청색 성분을 모두 포함하는 컬러 이미지로 형성할 수 있다.
상기 리사이즈부(132)는, 인터페이스부(131)에서 출력되는 이미지 신호를 리사이즈하여 프리뷰를 위한 디스플레이에 표현할 수 있는 이미지를 형성한다. 상기 리사이즈부(132)는 2 개의 행과 2 개의 열을 각각 서로 번갈아 제외시키는 방법으로 이미지를 리사이즈 할 수 있다. 배이어 패턴으로 이루어진 이미지는 2×2의 네 개의 픽셀로 이루어진 픽셀 단위가 행과 열으로 반복되는 형태로 구현된다. 즉, 2×2의 네 개의 픽셀로 이루어진 픽셀 단위는 일행이 적색 및 녹색 픽셀로 이루어지 고 다른 행이 청색 및 녹색 픽셀로 이루어지며, 두 행의 녹색 픽셀은 서로 대각선방향으로 배치되는 구조를 갖는다. 이러한 2×2의 네 개의 픽셀로 이루어진 픽셀 단위를 행 방향 및/또는 열 방향으로 번갈아 제거함으로써 이미지에 대한 리사이즈가 수행될 수 있다.
상기 결함 보정부(133)는 리사이즈된 이미지에 대해 1×2 픽셀 단위로 결함 보정을 수행한다. 상기 결함 보정부(133)는 1×2 픽셀 단위로 발생한 결함을 보정할 수 있는 알고리듬이 적용된 것으로, 이 알고리듬은 2×2 픽셀 단위로 발생한 결함에 대한 보정이 불가능하다. 본 발명은, 이러한 1×2 픽셀 단위로 발생한 결함을 보정할 수 있는 알고리듬이 적용된 결함 보정부(133)를 갖는 ISP(13)에 대해 리사이즈를 통해 2×2 픽셀 단위로 발생한 결함이 1×2 픽셀 단위의 결함이 되도록 수정함으로써 1×2 픽셀 단위의 결함 보정 알고리듬을 적용가능하게 한다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법의 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법은, 이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호를 입력 받는 단계(S21)와, 상기 입력 받은 이미지 신호의 첫번째 픽셀열을 소거하는 단계(S22)와, 상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호에서 2×2의 4 개 픽셀 단위로 번갈아 픽셀들을 제거하여 상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호를 리사이즈하는 단계(S23) 및 상기 리사이즈된 이미지에 대해 1×2 픽셀 단위로 발생한 결함을 보정하는 단계(S24)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법의 흐름에 따른 이미지 변화를 도시한 도면이며, 도 3과 비교하기 위해 종래의 픽셀 결함 보정 방법의 흐름에 따른 이미지 변화가 도 4에 도시된다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 렌즈(11)를 통해 피사체에 대한 이미지가 이미지 센서(12)의 이미지 평면(센서면)에 결상되면, 이미지 센서(12)는 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력한다. 상기 이미지 센서(12)는 복수의 픽셀을 포함하며 각 픽셀이 자신이 검출한 빛을 전기적 신호로 출력한다. 전술한 바와 같이, 이미지 센서(12)의 센서면에는 컬러 필터가 배치되어 각 픽셀을 적색-녹색-청색 중 하나의 색상만 검출하게 되며, 이로 인해 이미지 센서(12)에서 출력되는 이미지 신호는 도 3의 31에 나타난 바와 같이, 배이어 패턴을 갖는 형태가 된다. 현재 휴대 전화 등에 적용되는 카메라 모듈에는 이미지 센서(12)는 500만 화소급의 CMOS 이미지 센서가 주로 사용되고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 이러한 CMOS 이미지 센서는 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀로 이루어진 픽셀 단위를 복수개 포함하는 구조를 가질 수 있 다. 이러한 CMOS 이미지 센서에서는 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀로 이루어진 픽셀 단위로 결함이 발생하는 특징을 갖는다. 즉, 하나의 픽셀단위에 포함된 4 개의 픽셀이 모두 색상을 제대로 표현하지 못하는 결함을 갖게 된다. 이러한 2×2의 픽셀 단위로 발생한 결함은 1×2 픽셀 단위의 결함 보정 알고리즘을 적용한 결함 보정부(133)에서 결함 보정이 수행될 수 없다.
따라서, 본 발명은 인터페이스부(131)에서 이미지 센서(12)로부터 이미지 신호를 입력받은 후(S21), 도 3의 31에서와 같은 입력 이미지 신호의 첫번째 열(C)을 소거하여 도 3의 32와 같은 이미지 신호를 출력 한다(S22). 즉, 이미지 센서(12)의 출력 신호에서 열을 하나씩 시프트한 것과 같은 형태의 이미지가 리사이즈부(132)로 입력된다.
이어, 리사이즈부(132)는 이미지의 행 및/또는 열 방향으로 2×2 픽셀 단위로 번갈아 가면서 픽셀들을 제거하여 도 3의 33과 같은 리사이즈된 이미지를 생성한다(S23).
도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(12)에서 출력되는 신호는 하나의 증폭기를 공유하는 2×2 픽셀 단위의 결함(F1)이 존재하였으나, 인터페이스부(131)에 의해 첫번째 픽셀열이 소거됨으로써 인터페이스부(131)에서 출력되는 이미지에서는 이 결함이 서로 다른 2×2 픽셀 단위로 분리(F11, F12)될 수 있다. 즉, 인터페이스부(131)에 의한 첫번째 픽셀열의 소거는 서로 인접한 2×2 픽셀 단위로 결함(F1)을 분리하게 하며, 이후 리사이즈부(132)에 의한 리사이즈에 의해 서로 인접한 2×2 픽셀 단위 중 하나는 제거됨으로써 결국 리사이즈부(132)에서 출력되는 이미지 신 호에서는 1×2 픽셀 단위의 결함(F11)만 남게 된다.
이로써, 1×2 픽셀 단위의 알고리듬이 적용된 결함 보정부(133)에서 리사이즈된 이미지 신호에 존재하는 1×2 픽셀 단위의 결함이 보정되고(S24), 이 보정된 이미지 신호가 디스플레이(14)로 출력되어 사용자에 의한 프리뷰가 가능하게 된다(S25).
도 4에 도시된 종래의 결함 보정 방법을 참조하면 본 발명의 효과가 더욱 명확해 질 것이다. 종래의 결함 보정 방법은, 도 4의 41로 표시된 이미지 센서의 출력 이미지 신호에 2×2 픽셀 단위의 결함(F2)이 존재하는 경우, 42로 표시된 것과 같이 인터페이스부에서 특정한 처리 없이 출력되어 리사이즈부까지 전달되고, 리사이즈부에서 2×2 픽셀 단위의 제거 과정에서 결함을 갖는 2×2의 픽셀 단위의 제거가 이루어지지 않는다면 결함 보정부에서 2×2의 픽셀 단위의 결함 보정이 불가능하므로 디스플레이(14)에 그대로 이 결함이 디스플레이 되는 문제가 발생한다.
이에 반해, 본 발명은, 이미지 센서로부터 출력되는 이미지의 첫 픽셀열을 소거하며 2×2 픽셀 단위의 결함이 리사이즈 과정에서 1×2 픽셀 단위의 결함으로 변경되도록 함으로써, 1×2 픽셀 단위의 결함 보정 알고리듬을 적용한 결함 보정부(133)에서 결함보정이 가능하게 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 별도의 결함 보정 알고리듬의 수정이나 고성능 ISP를 적용하지 않고서도 2×2 픽셀 단위의 결함을 용이하게 보정하여 우수한 품질의 프리뷰 이미지를 사용자에게 제공할 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 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법의 흐름에 따른 이미지 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법의 흐름에 따른 이미지 변화를 도시한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11: 렌즈 12: 이미지 센서
13: 이미지 신호 처리기(ISP) 131: 인터페이스부
132: 리사이즈부 133: 결함 보정부
14: 디스플레이

Claims (8)

  1. 이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호를 입력 받아, 상기 입력 받은 이미지 신호의 첫번째 픽셀열을 소거하는 인터페이스부;
    상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호에서 2×2의 4 개 픽셀 단위로 번갈아 픽셀들을 제거하여 상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호를 리사이즈하는 리사이즈부; 및
    상기 리사이즈된 이미지에 대해 1×2 픽셀 단위로 발생한 결함을 보정하는 결함 보정부
    를 포함하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미지 센서는,
    하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀로 이루어진 픽셀 단위를 복수개 포함하는 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호는,
    상기 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀에 동시에 결함이 발생하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀은,
    제1 행이 녹색 및 적색 픽셀로 구성되고, 제2 행이 청색 및 녹색 픽셀로 구성되며, 상기 제1 행 및 제2 행의 녹색 픽셀을 대각선 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 장치.
  5. 이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호를 입력 받는 단계;
    상기 입력 받은 이미지 신호의 첫번째 픽셀열을 소거하는 단계;
    상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호에서 2×2의 4 개 픽셀 단위로 번갈아 픽셀들을 제거하여 상기 첫번째 픽셀열이 소거된 이미지 신호를 리사이즈하는 단계; 및
    상기 리사이즈된 이미지에 대해 1×2 픽셀 단위로 발생한 결함을 보정하는 단계
    를 포함하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 이미지 센서는,
    하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀로 이루어진 픽셀 단위를 복수개 포함하는 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이미지 센서에서 출력되는 이미지 신호는,
    상기 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀에 동시에 결함이 발생하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 하나의 증폭기를 공유하는 2×2의 4 개 픽셀은,
    제1 행이 녹색 및 적색 픽셀로 구성되고, 제2 행이 청색 및 녹색 픽셀로 구성되며, 상기 제1 행 및 제2 행의 녹색 픽셀을 대각선 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 픽셀 결함 보정 방법.
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