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KR100270951B1 - 고밀도 이미지 촬상장치 및 그 신호처리방법 - Google Patents

고밀도 이미지 촬상장치 및 그 신호처리방법 Download PDF

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KR100270951B1 KR1019950065741A KR19950065741A KR100270951B1 KR 100270951 B1 KR100270951 B1 KR 100270951B1 KR 1019950065741 A KR1019950065741 A KR 1019950065741A KR 19950065741 A KR19950065741 A KR 19950065741A KR 100270951 B1 KR100270951 B1 KR 100270951B1
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Abstract

본 발명은 이미지 촬상장치에 관한 것으로서, 특히 입력되는 피사체의 광량을 집중하는 광학 렌즈부; 광학 렌즈부를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보를 전기적인 전하량으로 변환하는 이미지 픽업소자; 광학 렌즈부와 이미지 픽업소자의 사이에 배치되고, 상기 이미지 픽업소자의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 수평 및 수직 방향으로 등속으로 굴절시키는 X-Y 바이브레이터; 이미지 픽업소자로부터 제공되는 전기적 신호의 영상 정보를 디지탈 변환하는 아날로그 디지탈 변환기; 디지탈 영상 정보를 서브픽셀 분해능으로 저장하기 위하 복수의 필드 메모리; 이미지 픽업소자 및 복수의 필드 메모리의 타이밍들을 서브픽셀 분해능으로 제어하기 위한 타이밍 제어기; 및 복수의 필드 메모리에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 메인픽셀신호를 발생하는 신호 처리기를 구비한 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에서는 구성이 간단하여 소형화가 가능하면서 고품질의 영상신호를 얻을 수 있다.

Description

고밀도 이미지 촬상장치 및 그 신호처리방법
제1도는 종래의 고밀도 컬러 필터 어레이를 가지는 단판식 고체촬상소자를 이용한 이미지 촬상장치를 나타낸 구성도.
제2도는 종래의 고밀도 컬러 필터 어레이를 가지는 3판식 고체촬상소자를 이용한 이미지 촬상장치를 나타낸 구성도.
제3도는 본 발명에 의한 고밀도 이미지 촬상장치를 나타낸 구성도.
제4도는 본 발명의 원리를 나타낸 도면.
제5도는 본 발명에 의한 X-Y 바이브레이터의 스캔궤적의 일실시예를 나타낸 도면.
제6도는 본 발명에 의한 보색필터 단판식 이미지 촬상소자의 일실시예를 나타낸 도면.
제7도는 제6도의 신호처리기의 도시적 구성을 나타낸 도면.
본 발명은 고밀도 이미지 촬상장치 및 그 신호처리방법에 관한 것으로서, 특히 단판식 이미지 픽업소자를 사용하면서도 색재현성이 뛰어난 고밀도 이미지 촬상장치 및 그 신호처리방법에 관한 것이다.
컬러 비디오 카메라와 같은 이미지 촬상장치는 CCD와 같은 이미지 픽업소자를 사용하여 컬러 이미지를 픽업한다.
CCD 카매라 응용 분야에서 고화질의 칼라 영상 정보를 얻어내기 위한 종래 기술의 방법으로는 크게 두가지가 주로 사용되고 있다.
첫째, 제 1 도에 도시된 바와 같이 광학 렌즈(10), 단판식 이미지 픽업소자(12), 아날로그 다지탈 변환기(14), 신호처리기(16) 및 디스플레이어(18)로 구성된 단판식 이미지 촬상장치가 있다. 단판식 비디오 촬상장치는 칼라 이미지 촬상을 위하여 이미지 픽업소자(12) 상에 칼라 필터 어레이(20)를 포함한다.
둘째, 제 2 도에 도시된 바와 같이 광학 렌즈계(10), 프리즘(22), RGB 3판식 이미지 픽업소자들(24, 26, 28), 3개의 아날로그 디지탈 변환기(30, 32, 34), 신호처리기(36) 및 디스플레이어(38)로 구성된 3판식 이미지 촬상장치가 있다. 3판식은 촬상되는 피사체로부터 프리즘을 통하여 3원색(G. G. B)을 분리하여 3개의 단색 이미지 픽업 디바이스를 사용한다.
그러나 이와 같은 종래의 기술중 첫째 방식인 고밀도 이미지 픽업 디바이스를 사용하는 방식은 고밀도화를 위해서는 고해상도의 이미지 픽업 소자가 요구되는 바, 제조공정상의 제한으로 제작하는 데 한계가 있으며, 가격 또한 상당히 고가로 되는 단점이 있으며, 픽셀가 고밀도화 되어짐에 따라 신호 처리의 동작 주파수가 매우 고주파로 되기 때문에 신호 처리 집적회로를 구현하는 데 어려움이 있으며, 이에 따라 시스템의 소비 전력 측면에서도 단점이 있다. 또한, 신호 처리 알고리즘 측면에서도 단판식을 사용하여 한 픽셀 주변의 여러 개의 서로 다른 칼라 정보의 픽셀들의 보간을 통하여 색을 재현함에 따라 색 재현성에 한계를 갖고 있다.
그리고, 둘째 방식인 여러 개의 단일색 이미지 픽업소자를 사용하는 방식은 색 재현성은 상기의 단판식 고밀도 이미지 픽업소자를 사용할 때보다 성능이 놓으나 서로 다른 색을 분리하기 위한 프리즘과 3개의 이미지 픽업 디바이스를 사용함에 따라 카메라 신호처리의 전단 신호처리가 3개로 병렬로 처리됨에 따른 가격 상승 요인과 광학계의 제작에도 어려움이 있어 소형의 응용 분야에는 사용하는 데 어려움이 따른다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 고밀도 이미지 픽업 디바이스를 사용하지도 않고 여러 개의 이미지 픽업 디바이스를 사용하지 않으면서도 고해상도의 영상을 얻을수 있을 뿐만 아니라 색 재현성에서도 3개의 이미지 픽업 디바이스를 사용한 것과 같은 성능을 얻을 수 있는 고밀도 이미지 촬상장치 및 그 신호 처리 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 입력되는 피사체의 광량율 집중하는 광학 렌즈부, 광학 렌즈부를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보를 전기적인 저하량으로 변환하는 이미지 픽업소자, 광학 렌즈부와 이미지 픽업소자의 사이에 배치되고, 이미지 픽업소자의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 이미지 픽업소자의 픽셀 간격 내에서 수평 및 수직 방향으로 진동하여 복수의 서브픽셀들을 등속 스캔하는 X-Y 바이브레이터, 이미지 픽업소자로부터 제공되는 전기적 신호의 영상 정보를 디지탈 변환하는 아날로그 디지탈 변환기, 디지탈 영상 정보를 서브필드단위로 저장하기 위한 복수의 서브필드 메모리들, 이미지 픽업소자 및 복수의 서브필드 메모리들의 동작 타이밍들을 서브픽셀 분해농으로 제어하기 위한 타이밍 제어기, 및 복수의 서브필드 메모리들에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 상기 이미지 픽업소자의 각 픽셀신호를 발생하는 신호 처리기를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 광학 렌즈부를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보가 이미지 픽업소자의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 수평 및 수직 방향으로 X-Y 바이브레이터를 등속 진동시켜서 상기 이미지 픽업소자의 픽셀 간격 내에 설정된 복수의 서브픽셀들을 등속 스캔하는 단계, 이미지 픽업소자로부터 제공되는 전기적 신호의 영상 정보를 디지탈 변환하는 단계, 디지탈 영상 정보를 서브필드단위로 저장하는 단계, 복수의 서브필드 메모리들에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 이미지 픽업소자의 각 픽셀신호를 발생하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제 3 도는 본 발명에 의한 고밀도 이미지 촬상장치의 구성을 나타낸다. 본 발명의 고밀도 이미지 촬상장치는 피사체의 광량을 집중하는 광학 렌즈부(10), 광학 렌즈부(10)를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보를 전기적인 전하량으로 변환하는 이미지 픽업소 이미지 픽업소자(42), 광학 렌즈부(10)와 이미지 픽업소자(42)의사이에 배치되고, 이미지 픽업소자(42)의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 상기 이미지 픽업소자(42)의픽셀 간격 내에서 수평 및 수직 방향으로 진동하여 복수의 서브픽셀들을 등속 스캔하는 X-Y 바이브레이터(40), 이미지 픽업소자(42)로부터 제공되는 전기적 신호의 영상 정보를 디지탈 변환하는 아날로그 디지탈 변환기(44), 디지탈 영상 정보를 서브필드단위로 저장하기 위한 복수의 서브필드 메모리들(46), 이미지 픽업소자(42) 및 복수의 서브필드 메모리들(46)의 동작 타이밍들을 서브픽셀 분해능으로 제어하기 위한 타이밍 제어기(48), 복수의 서브필드 메모리들(46)에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 이미지 픽업소자(42)의 각 픽셀신호를 발생하는 신호 처리기(50), 신호처리기(50)에서 발생된 신호를 입력하여 이미지를 표시하거나 기록하는 디스플레어 또는 기록장치(52)를 포함한다. 이미지 픽업소자(42) 상에는 칼라필터 어레이가 마련되어 있다.
즉, 본 발명에서는 광학 렌즈부(10)를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보가 이미지 픽업소자(42)의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 수평 및 수직 방향으로 X-Y 바이브레이터(40)를 등속 진동시켜서 상기 이미지 픽업소자(42)의 픽셀 간격 내에 설정된 복수의 서브픽셀들을 등속 스캔하고, 이미지 픽업소자(42)로부터 제공되는 전기적 신호의 영상정보를 디지탈 변환하고, 디지탈 영상 정보를 서브필드단위로 서브필드 메모리들(46)에 저장하고, 복수의 서브필드 메모리들(46)에 저장된 서브픽셀신호를 합성하여 이미지 픽업소자(42)의 각 픽셀신호를 발생하다.
제 4 도를 참조하여 본 발명의 원리를 설명하면 다음과 같다. 제 4 도의 ◎은 이미지 픽업소자(42)의 원래 픽셀를 나타낸 것으로 같은 시간내에 얻을 수 있는 영상 정보량의 한계는 이미지 픽업소자(42)의 픽셀수로 제한된다. 그리고 ×, △, □와 같이 픽셀 사이의 정보는 종래 기술에서는 가장 인접하는 두 픽셀들의 영상 보간 기법을 통하여 얻을 수 있는 실제 존재하지 않는 신호들을 나타낸다. 예를 들면(0, 0.5)의 가상의 정보를 얻기 위하여 가장 인접하는 두 픽셀 즉, (0, 0)과 (0, 1)의 두 픽셀를 1차 보간 처리하여 ((0, 0)+(0, 1))/2의 가상 정보를 (0, 0.5)의 위치의 정보를 구하는 방식을 들 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 같은 시간내에 얻을 수 없는 픽셀와 픽셀 사이의 정보 즉, ×, △, □의 정보들을 X-Y 바이브레이터(40)의 X측, Y측 등속 진동을 통해 이미지 픽업소자(42)에 상이 어긋나게 결상되어지도록 함으로서 서로 다른 시간에 하나이 픽셀로는 같은 시간에서 얻을 수 없는 정보인 ×, △, □의 정보들을 얻도록 한다. 예를 들면 (0, 0)에 픽셀 위치에서 X-Y 바이브레이터(40)가 x축으로 모두 0.5 픽셀의 순서로 진동하고 있다면(0, 0)에 존재하는 하나의 픽셀를 가지고 3개의 서브픽셀에 대한 정보를 서로 시간을 달리하여 얻을 수 있다.
이와 같은 개념을 확장하면 하나의 픽셀로써 1/K(K는 서브픽셀 분해능) 픽셀의 분해능을 갖는 X-Y 바이브레이터(40)로 영상의 한 필드 혹은 필드의 배수 단위에 한 스텝의 등속 운동을 통하여 픽셀과 픽셀 간의 2K개의 서브 픽셀들의 정보를 얻을 수 있다.
이는 2K배의 픽셀를 갖는 고밀도 이미지 픽업소자로 얻을 수 있는 정보량과 동일하다. 그러나, 이미지 픽업소자의 픽셀의 크기와 픽셀간의 간격 구조에 따라 서브 픽셀의 정보와 픽셀의 정보가 서로 중첩되어지는 시점 부터는 중첩에 따른 고려가 필요해 진다.
상기된 내용에 따라 X-Y 바이브레이터의 최대 진동 범위는 한 픽셀 미만임을 알 수 있으며 이에 따라 한 픽셀의 검색 범위를 제 4 도에 나타내었다.
제 5 도는 X-Y 바이브레이터의 등속 진동 스캔궤적의 일실시예를 나타내었다. 스캔궤적은 Y 방향에서부터 시작될 수도 있다.
제 6 도는 본 발명을 현재 널리 보급되어 있는 복색 필터 단판식 CCD 카메라에 응용한 실시예를 나타낸다.
광학 렌즈계(10)를 통해 입력되는 피사체를 촬상한 빛의 정보는 X-Y 바이브레이터(40)의 등속 진동을 통해 단판식 CCD(42)에 시간차를 두고 어긋난 상의 정보를 얻는다. 단판식 CCD(42)에 결상된 영상의 정보는 단판식 CCD(42)가 갖는 CFA(Color Filter Array)(41) 패턴에 따라 각기 다른 픽셀(여기서의 한 픽셀는 CCD 패턴의 굵은 선안의 정보로 S1r, S2r, S1b, S2b를 말함)가 가로 세로 반복적으로 배열되어 있는 특수성을 감안해 본 발명의 원리를 적용하여 한 픽셀의 인접한 픽셀들에는 각기 다른 정보를 얻을 수 있는 픽셀들만이 존재함으로 X-Y 바이브레이터(40)를 한 픽셀 분해능으로 진동함으로써 종래 기술에서 보간 처리를 통하여 얻을 수밖에 없었던 인접한 픽셀에서의 정보를 시간대를 달리하여 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 정보들은 아날로그 디지탈 변환기(44)를 거쳐 필드 메모리(46)에 S1r, S2r, S1b, S2b 각기 분리되어 제 1 내지 제 4 서브필드 메모리(46A, 46B, 46C, 46D)에 저장되어지며 4배의 해상도를 갖는 정보는 수평, 수직 보간 처리기능이 필요없는 보다 간단한 신호 처리기(50)를 통하여 4배의 해상도를 갖는 영상을 얻을 수 있다.
제 7 도는 신호 처리기의 도식적 구성을 나타낸다. 4개의 서브필드 메모리들(46) 중 제 1 및 제 2 서브필드 메모리(46A, 46B)에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 제 1 색차신호(CR)와 휘도신호(Y)를 발생하는 제 1 합성기(50A)와, 또한 제 3 및 제 4 서브필드 메모리(46C, 46D)에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 제 2 색차신호(CB) 및 휘도신호(Y)를 발생하는 제 2 합성기(50B)와, 발생된 제 1 및 제 2 색차신호(CR, CB)와 휘도신호(Y)로부터 발생된 복수의 원색신호를 출력하는 칼라 메트릭스부(50C)를 포함한다.
이상과 같이 본 발명에서는 상술한 바와 같이 입력되는 영상에 대해 강제적으로 등속 진동을 가함으로 제한된 이미지 픽업 디바이스를 시간차를 두어 이용함으로써 픽셀와 픽셀간의 없는 정보를 얻을 수 있으며 이에 따라 수배의 해상도를 갖는 고 밀도 이미지 픽업 디바이스 혹은 3개의 이미지 픽업 디바이스를 사용한 것과 같거나 더 이상의 해상도를 얻을 수 있다.
본 발명은 특히 디지탈 스틸 카메라와 같은 정지 영상 신호 처리이며 실 시간 처리의 부담이 없고 고 해상도의 영상이 필요한 응용 분야에 적용한다면 놀라운 효과를 거둘 수 있으며 CCD 카메라의 응용 분야인 캠코더(CAMCORDER), 폐쇄회로 텔레비젼 시스템(CCTV) 등에 적용한다면 색재현성 및 해상도의 향상에 크게 기여할 것이다.

Claims (4)

  1. 입력되는 피사체의 광량을 집중하는광학 렌즈부, 상기 광학 렌즈부를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보를 전기적인 저하량으로 변환하는 이미지 픽업소자, 상기 광학 렌즈부와 이미지 픽업소자의 사이에 배치되고, 상기 이미지 픽업소자의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 상기 이미지 픽업소자의 픽셀 간격 내에서 수평 및 수직 방향으로 진동하여 복수의 서브픽셀들을 등속 스캔하는 X-Y 바이브레이터, 상기 이미지 픽업소자로부터 제공되는 전기적 신호의 영상 정보를 다지탈 변환하는 아날로그 디지탈 변환기, 상기 디지탈 영상 정보를 서브필드단위로 저장하기 위한 복수의 서브필드 메모리들, 상기 이미지 픽업소자 및 복수의 서브필드 메모리들의 동작 타이밍들을 서브픽셀 분해능으로 제어하기 위한 타이밍 제어기, 및 상기 복수의 서브필드 메모리들에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 상기 이미지 픽업소자의 각 픽셀신호를 발생하는 신호 처리기를 구비한 것을 특징으로 하는 이미지 촬상장치.
  2. 광학 렌즈부를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보가 이미지 픽업소자의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 수평 및 수직 방향으로 X-Y 바이브레이터를 등속 진동시켜서 상기 이미지 픽업소자의 픽셀 간격 내에 설정된 복수의 서브픽셀들을 등속 스캔하는 단계, 상기 이미지 픽업소자로부터 제공되는 전기적 신호의 영상 정보를 디지탈 변환하는 단계, 및 상기 디지탈 영상 정보를 서브필드단위로 저장하는 단계, 상기 복수의 서브필드 메모리들에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 상기 이미지 픽업소자의 각 픽셀신호를 발생하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 고밀도 이미지 촬상장치의 신호처리방법.
  3. 입력되는 피사체의 광량을 집중하는 광학 렌즈부, 상기 광학 렌즈부를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보를 전기적인 전하량으로 변환하는 보색필터 이미지 픽업소자, 상기 광학 렌즈부와 보색필터 이미지 픽업소자의 사이에 배치되고, 상기 보색필터 이미지 픽업소자의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 상기 보색필터 이미지 픽업소자의 픽셀 간격 내에서 수평 및 수직 방향으로 진동하여 4개의 서브픽셀들을 등속 스캔하는 X-Y 바이브레이터, 상기 이미지 픽업소자로부터 제공되는 전기적 신호의 영상 정보를 디지탈 변환하는 아날로그 디지탈 변환기, 상기 디지탈 영상 정보를 서브필드단위로 저장하기 위한 4개의 서브필드 메모리들, 상기 보색필터 이미지 픽업소자 및 4개의 서브필드 메모리들의 동작 타이밍들을 서브픽셀 분해능으로 제어하기 위한 타이밍 제어기, 및 상기 4개의 서브필드 메모리들 중 제 1 및 제 2 서브필드 메모리에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 제 1 색차신호와 휘도신호를 발생하고, 또한 제 3 및 제 4 서브필드 메모리에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 제 2 색차신호 및 휘도신호를 발생하고, 발생된 제 1 및 제 2 색차신호와 휘도신호로부터 발생된 복수의 원색신호를 출력하는 신호 처리기를 구비한 것을 특징으로 하는 고밀도 보색필터 이미지 촬상장치.
  4. 광학 렌즈부를 통하여 입력되는 광학적 영상 정보가 보색필터 이미지 픽업소자의 수광면에 시간적으로 서로 어긋난 상이 맺히도록 수평 및 수직 방향으로 X-Y 바이브레이터를 등속 진동시켜서 상기 보색필터 이미지 픽업소자의 픽셀 간격 내에 설정된 4개의 서브픽셀들을 등속 스캔하는 단계, 상기 보색필터 이미지 픽업소자로부터 제공되는 전기적 신호의 영상 정보를디지탈 변환하는 단계, 및 상기 디지탈 영상 정보를 4개의 서브필드 메모리에 저장하는 단계, 상기 4개의 서브필드 메모리들 중 제 1 및 제 2 서브필드 메모리에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 제 1 색차신호와 휘도신호를 발생하는 단계, 상기 4개의 서브필드 메모리들 중 제 3 및 제 4 서브필드 메모리에 저장된 서브픽셀신호들을 합성하여 제 2 색차신호 및 휘도신호를 발생하는 단계, 및 발생된 제 1 및 제 2 색차신호와 휘도신호로부터 발생된 복수의 원색신호를 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 고밀도 보색필터 이미지 촬상장치의 신호처리방법.
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