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KR20110104698A - Imaging device capable of acquiring images with a wide dynamic range - Google Patents

Imaging device capable of acquiring images with a wide dynamic range Download PDF

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Publication number
KR20110104698A
KR20110104698A KR1020100023745A KR20100023745A KR20110104698A KR 20110104698 A KR20110104698 A KR 20110104698A KR 1020100023745 A KR1020100023745 A KR 1020100023745A KR 20100023745 A KR20100023745 A KR 20100023745A KR 20110104698 A KR20110104698 A KR 20110104698A
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KR
South Korea
Prior art keywords
image
camera units
imaging device
dynamic range
synthesizing
Prior art date
Application number
KR1020100023745A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김제환
양홍식
Original Assignee
삼성전기주식회사
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

서로 다른 노광시간을 갖는 복수의 카메라 유닛들을 이용하여 촬상한 이미지를 합성함으로써 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 이미지를 획득할 수 있는 촬상 장치가 개시된다. 상기 촬상 장치는, 서로 다른 노광시간을 갖는 촬상소자를 각각 포함하며 서로 다른 위치에 배치된 복수의 카메라 유닛; 상기 복수의 카메라 유닛의 촬상소자에 의해 각각 촬상된 이미지를 입력받아 각 이미지에서 서로 중첩되는 영역을 검출하는 중첩영역 검출부; 및 상기 복수의 카메라 유닛의 촬상소자로부터 각각 촬상된 이미지의 중첩된 영역을 서로 합성하여 휘도가 조정된 하나의 이미지를 출력하는 이미지 합성부를 포함할 수 있다.Disclosed is an image pickup apparatus capable of obtaining an image having a wide dynamic range by synthesizing an image picked up using a plurality of camera units having different exposure times. The imaging device includes a plurality of camera units each including an imaging device having different exposure times and disposed at different positions; An overlapping area detector which receives images captured by the imaging devices of the plurality of camera units, and detects overlapping areas in each image; And an image synthesizing unit for synthesizing the overlapping regions of the images captured by the image capturing devices of the plurality of camera units with each other and outputting one image whose brightness is adjusted.

Description

넓은 다이내믹 레인지를 갖는 이미지를 획득할 수 있는 촬상 장치{IMAGING APPARATUS CAPTURING IMAGE HAVING WIDE DYNAMIC RANGE}Imaging device capable of acquiring images with a wide dynamic range {IMAGING APPARATUS CAPTURING IMAGE HAVING WIDE DYNAMIC RANGE}

본 발명은 이미지 처리 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 노광 시간을 갖는 복수의 카메라 유닛을 이용하여 이미지를 촬상하고 각각의 영상을 서로 합성함으로써 한 이미지 상의 밝은 영역과 어두운 영역을 모두 표현하는 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 이미지를 획득할 수 있는 촬상 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of image processing, and more particularly, to capture both bright and dark areas of an image by capturing images using a plurality of camera units having different exposure times and combining the respective images. An imaging device capable of acquiring an image having a wide dynamic range.

일반적으로 CCD나 CMOS와 같은 고체 촬상 소자를 이용하여 촬상하는 디지털 이미지는 촬상 소자가 갖는 물리적인 제약으로 인해 표현할 수 있는 다이내믹 레인지가 제한적일 수 밖에 없다. 인간의 눈이 대략 120 dB 이상의 다이내믹 레인지를 갖는데 비해 통상적인 촬상 소자들은 대략 그 절반 정도의 다이내믹 레인지를 갖는 것으로 알려져 있다.
In general, a digital image captured using a solid-state image pickup device such as a CCD or a CMOS has a limited dynamic range that can be expressed due to physical constraints of the image pickup device. While the human eye has a dynamic range of about 120 dB or more, conventional imaging devices are known to have about half that dynamic range.

이러한 다이내믹 레인지의 한계로 인해, 촬상 소자로 촬상된 이미지는 매우 밝은 영역과 어두운 영역이 혼재하는 경우에 한 쪽 영역만 적정 레벨로 표현할 수 있고 나머지 한 영역에 대해서는 표현이 불가능하게 된다. 예를 들어, 이미지에서 밝은 고휘도 영역을 적정 레벨로 표현하는 경우 어두운 저휘도 영역은 디테일이 무너져 검게만 나타나게 되고, 어두운 저휘도영역을 적정 레벨로 표현하는 경우 밝은 고휘도 영역은 포화되어 하이라이트로 손실되게 된다.
Due to the limitation of the dynamic range, an image captured by the image pickup device can express only one region at an appropriate level when very bright and dark regions are mixed, and cannot express the other region. For example, if a bright high luminance area is represented at an appropriate level in an image, a dark low luminance area is only black because the detail is broken, and a bright high luminance area is saturated and lost as a highlight. do.

따라서, 당 기술분야에서는 촬상 소자가 갖는 다이내믹 레인지의 제약을 극복하여 풍부한 표현이 가능한 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 촬상 장치가 요구되고 있다.
Accordingly, there is a need in the art for an imaging device having a wide dynamic range capable of expressing abundantly by overcoming the limitation of the dynamic range of the imaging device.

본 발명은, 서로 다른 노광시간을 갖는 복수의 카메라 유닛들을 이용하여 촬상한 이미지를 합성함으로써 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 이미지를 획득할 수 있는 촬상 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
An object of the present invention is to provide an image pickup device capable of obtaining an image having a wide dynamic range by synthesizing an image picked up using a plurality of camera units having different exposure times.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은,The present invention as a means for solving the above technical problem,

서로 다른 노광시간을 갖는 촬상소자를 각각 포함하며 서로 다른 위치에 배치된 복수의 카메라 유닛;A plurality of camera units each including an imaging device having different exposure times and disposed at different positions;

상기 복수의 카메라 유닛의 촬상소자에 의해 각각 촬상된 이미지를 입력받아 각 이미지에서 서로 중첩되는 영역을 검출하는 중첩영역 검출부; 및An overlapping area detector which receives images captured by the imaging devices of the plurality of camera units, and detects overlapping areas in each image; And

상기 복수의 카메라 유닛의 촬상소자로부터 각각 촬상된 이미지의 중첩된 영역을 서로 합성하여 휘도가 조정된 하나의 이미지를 출력하는 이미지 합성부An image synthesizing unit for synthesizing the overlapping regions of the images captured by the image capturing devices of the plurality of camera units with each other and outputting one image whose brightness is adjusted;

를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.
It provides an imaging device comprising a.

본 발명의 일실시형태에서, 상기 복수의 카메라 유닛은 상호 동일한 화각을 갖는 이미지를 촬상하며, 상기 복수의 카메라 유닛에 포함된 각 촬상소자는 상호 동일한 화소수를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plurality of camera units image images having the same angle of view, and each image pickup device included in the plurality of camera units may have the same number of pixels.

본 발명의 일실시형태에서, 상기 복수의 카메라 유닛은 일직선 상에 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plurality of camera units may be arranged in a straight line.

본 발명의 일실시형태에서, 상기 중첩영역 검출부는 패턴 검출 기법을 통해 중첩된 영역을 검출할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the overlapped area detector may detect the overlapped areas through a pattern detection technique.

본 발명에 따르면, 서로 다른 노광시간을 갖는 카메라 유닛을 이용하여 어두운 저휘도 영역을 적정레벨로 획득한 이미지와 밝은 고휘도 영역을 적정레벨로 획득한 이미지를 촬상하고 이를 합성함으로써 고휘도 영역 및 저휘도 영역이 모두 적정하게 표현된 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 이미지를 획득할 수 있다.
According to the present invention, a high brightness region and a low luminance region are obtained by capturing an image obtained by obtaining a dark low luminance region at an appropriate level and an image obtained by obtaining a bright high luminance region at an appropriate level using a camera unit having a different exposure time. All of these can acquire images with a wide dynamic range appropriately represented.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 장치를 도시한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 장치에 적용된 합성 기법을 설명하기 위한 휘도 분포 히스토그램이다.1 is a block diagram showing an imaging device according to an embodiment of the present invention.
2 is a luminance distribution histogram for explaining the synthesis technique applied to the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.

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.
Various embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, it should be noted that the shapes, sizes, etc. of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 장치를 도시한 블록구성도이다.1 is a block diagram showing an imaging device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 이미지를 획득할 수 있는 촬상 장치는, 복수의 카메라 유닛(111-113)과 중첩영역 검출부(12)와, 이미지 합성부(13)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an imaging apparatus capable of acquiring an image having a wide dynamic range according to an embodiment of the present invention includes a plurality of camera units 111-113, an overlapping area detector 12, and an image synthesizer. (13) may be included.

상기 복수의 카메라 유닛(111-113) 각각은 포커스를 수행할 수 있는 렌즈(미도시)와 렌즈에 의해 결상된 이미지를 전기적 신호로 변환하는 촬상 소자(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 카메라 유닛(111-113)에 포함된 각각의 촬상 소자는 상호 서로 다른 노광시간을 갖도록 설정될 수 있다. 서로 다른 노광시간을 갖도록 설정된 복수의 촬상 소자는 촬상되는 이미지의 서로 다른 휘도 영역을 적정레벨로 표현할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 긴 노광시간을 갖는 촬상소자는 짧은 노광시간을 갖는 촬상소자에 비해 많은 빛을 수광할 수 있기 때문에 피사체의 어두운 영역(저휘도 영역)을 적절하게 표현할 수 있으나, 피사체의 밝은 영역(고휘도 영역)은 과도한 빛이 수광되어 포화될 수 있다. 반대로, 상대적으로 짧은 노광시간을 갖는 촬상소자는 긴 노광시간을 갖는 촬상소자에 비해 적은 빛을 수광하므로 피사체의 밝은 영역(고휘도 영역)은 적절하게 표현할 수 있으나, 피사체의 어두운 영역(저휘도 영역)에 대해서는 충분한 빛을 수광할 수 없으므로 디테일을 표현할 수 없는 암부로 표현하게 된다. 이러한 노광 시간에 따라 촬상 소자가 표현할 수 있는 피사체의 휘도 영역을 감안하여 복수의 촬상소자의 노광시간을 적절하게 설정할 수 있다.Each of the plurality of camera units 111-113 may include a lens capable of performing focus and an imaging device for converting an image formed by the lens into an electrical signal. Each imaging device included in the plurality of camera units 111-113 may be set to have different exposure times. A plurality of imaging devices configured to have different exposure times may express different luminance regions of the image to be captured at an appropriate level. For example, an image pickup device having a relatively long exposure time can receive more light than an image pickup device having a short exposure time, so that a dark area (low luminance area) of the subject can be appropriately expressed. The region (high brightness region) may receive excessive light and be saturated. On the contrary, since an image pickup device having a relatively short exposure time receives less light than an image pickup device having a long exposure time, a bright area (high brightness area) of the subject can be appropriately expressed, but a dark area (low brightness area) of the subject is appropriately represented. Because it cannot receive enough light for, it is represented by dark parts that cannot express detail. In accordance with such exposure time, the exposure time of the plurality of imaging devices can be appropriately set in consideration of the luminance region of the subject that can be represented by the imaging device.

한편, 상기 복수의 카메라 유닛(111-113)은, 각각이 촬상한 이미지의 중첩영역(A)을 검출하는데 편의성을 제공하기 위해 동일한 화각을 갖는 것이 바람직하며, 상호 일직선 상에 인접배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 복수의 카메라 유닛(111-113)에 포함된 촬상 소자는 상호 동일한 화소수를 갖는 촬상 소자인 것이 바람직하다. 즉, 상기 복수의 카메라 유닛(111-113)은 각각에 포함된 렌즈 및 촬상 소자가 상호 동일한 것이 바람직하며, 셔터 속도의 설정을 통해 촬상 소자의 노광시간을 상호 상이하게 설정하는 것이 바람직하다.
On the other hand, it is preferable that the plurality of camera units 111-113 have the same angle of view in order to provide convenience in detecting the overlapping area A of the image picked up by each other, and are preferably disposed adjacent to each other in a straight line. Do. In addition, the imaging devices included in the plurality of camera units 111-113 are preferably imaging devices having the same number of pixels. That is, it is preferable that the lenses and imaging elements included in each of the plurality of camera units 111-113 are identical to each other, and it is preferable to set the exposure time of the imaging elements differently by setting the shutter speed.

상기 중첩영역 검출부(12)는 서로 상이한 위치에 배치된 복수의 카메라 유닛(111-113)에서 출력되는 이미지를 입력받아 각 이미지들이 상호 중첩되는 영역(A)을 검출한다. 상기 중첩영역 검출부(12)에서는 당 기술분야에 알려진 다양한 중첩 영역 검출 기법을 사용하여 복수의 이미지가 모두 중첩되는 영역을 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 중첩영역 검출부(12)는 입력되는 복수의 이미지들에서 특정 파라미터(예를 들어, 윤곽선)에 대한 패턴을 검출하고 검출된 패턴의 공통 부분을 찾아내어 상호 중첩되는 영역을 검출하는 패턴 검출 기법을 채용할 수 있다.
The overlapping area detector 12 receives an image output from the plurality of camera units 111-113 disposed at different positions and detects an area A in which the images overlap each other. The overlapping area detector 12 may detect an area where a plurality of images overlap all by using various overlapping area detection techniques known in the art. For example, the overlapping area detector 12 detects a pattern for a specific parameter (for example, an outline) from a plurality of input images, finds a common part of the detected pattern, and detects overlapping areas. Pattern detection techniques can be employed.

상기 이미지 합성부(13)는 상기 복수의 카메라 유닛(111-113)에서 출력되는 상호 상이한 노광시간을 갖는 이미지 중 상기 중첩영역 검출부(12)에 의해 검출된 중첩 영역에 대해 합성을 수행하여 휘도가 조정된 하나의 이미지를 생성한다. 상기 합성은 당 기술분야에 알려진 다양한 기법들에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 각각의 카메라 유닛(111-113)에서 출력되는 이미지에 대해 반영 비율을 사전 설정하여 합성하는 기법이나, 장노광 이미지 또는 단노광 이미지의 피크치를 감안하여 반영 비율을 결정하고 결정된 반영비율에 따라 이미지를 합성하는 기법이나, 장노광 이미지 또는 단노광 이미지의 절대 차분치를 구하고 산출된 절대 차분치에 따라 반영비율을 결정하여 이미지를 합성하는 기법 등이 알려져 있다. 상기 이미지 합성부(13)는 전술한 다양한 합성기법들 중 일 기법을 사용하여 각 이미지에 대해 검출된 중첩 영역 대한 이미지 합성을 수행할 수 있다. The image synthesizing unit 13 synthesizes the overlapping regions detected by the overlapping region detecting unit 12 among images having different exposure times output from the plurality of camera units 111-113, thereby increasing luminance. Create a single adjusted image. The synthesis can be performed by various techniques known in the art. For example, a method of presetting and synthesizing a reflecting ratio for an image output from each camera unit 111-113, or determining a reflecting ratio in consideration of the peak value of a long exposure image or a short exposure image and determining the reflecting ratio A technique for synthesizing an image or a technique for synthesizing an image by determining an absolute difference value of a long exposure image or a short exposure image and determining a reflection ratio according to the calculated absolute difference value is known. The image synthesizing unit 13 may perform image synthesis on the overlapping region detected for each image by using one of the various synthesis techniques described above.

전술한 이미지 합성기법들은 공통적으로, 장노광 이미지와 단노광 이미지를 적절하게 반영하여 넓은 휘도 영역이 고루 분포된 넓은 다이나믹 레인지를 갖는 하나의 이미지로 합성하는 것을 특징으로 한다.
In general, the above-described image synthesizing techniques are characterized in that a long exposure image and a short exposure image are appropriately reflected and synthesized into one image having a wide dynamic range with a wide luminance area evenly distributed.

도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 촬상 장치에 적용된 합성 기법을 설명하기 위한 휘도 분포 히스토그램이다. 도 2에 도시된 히스토그램과 같이, 단노광 이미지는 어두운 영역에 대해 높은 빈도수를 갖고, 장노광 이미지(22)는 밝은 영역에 대해 높은 빈도수를 갖는다. 상기 이미지 합성부(13)는, 서로 다른 빈도수를 갖는 장노광 이미지와 단노광 이미지의 휘도를 적절하게 반영하여 이미지를 합성함으로써, 저휘도 영역 및 고휘도 영역이 고루 분포하는, 즉 히스토그램 상에서 밝은 영역과 어두운 영역의 빈도수의 편차가 크기 않게 분포하는 넓은 다이내믹 레인지를 갖는 이미지(23)을 합성할 수 있다.
2 is a luminance distribution histogram for explaining the synthesis technique applied to the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention. As in the histogram shown in Fig. 2, the short exposure image has a high frequency for the dark areas, and the long exposure image 22 has a high frequency for the bright areas. The image synthesizing unit 13 synthesizes the images by appropriately reflecting the luminance of the long exposure image and the short exposure image having different frequencies, so that the low luminance region and the high luminance region are uniformly distributed, that is, the bright region and the bright region on the histogram. It is possible to synthesize an image 23 having a wide dynamic range in which the variation in the frequency of the dark areas is not largely distributed.

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.
In the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims and their equivalents.

111-113: 카메라 유닛 12: 중첩영역 검출부
13: 이미지 합성부111-113: Camera unit 12: Overlap area detector
13: Image Synthesis

Claims (4)

서로 다른 노광시간을 갖는 촬상소자를 각각 포함하며 서로 다른 위치에 배치된 복수의 카메라 유닛;
상기 복수의 카메라 유닛의 촬상소자에 의해 각각 촬상된 이미지를 입력받아 각 이미지에서 서로 중첩되는 영역을 검출하는 중첩영역 검출부; 및
상기 복수의 카메라 유닛의 촬상소자로부터 각각 촬상된 이미지의 중첩된 영역을 서로 합성하여 휘도가 조정된 하나의 이미지를 출력하는 이미지 합성부
를 포함하는 촬상 장치.
A plurality of camera units each including an imaging device having different exposure times and disposed at different positions;
An overlapping area detector which receives images captured by the imaging devices of the plurality of camera units, and detects overlapping areas in each image; And
An image synthesizing unit for synthesizing the overlapping regions of the images captured by the image capturing devices of the plurality of camera units with each other and outputting one image whose brightness is adjusted;
Imaging device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 복수의 카메라 유닛은 상호 동일한 화각을 갖는 이미지를 촬상하며, 상기 복수의 카메라 유닛에 포함된 각 촬상소자는 상호 동일한 화소수를 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
The method of claim 1,
And the plurality of camera units image images having the same angle of view, and each image pickup device included in the plurality of camera units has the same number of pixels.
제1항에 있어서,
상기 복수의 카메라 유닛은 일직선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
The method of claim 1,
And the plurality of camera units are arranged in a straight line.
제1항에 있어서,
상기 중첩영역 검출부는 패턴 검출 기법을 통해 중첩된 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.The method of claim 1,
And the overlapping area detector detects the overlapped areas through a pattern detection technique.
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