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KR20190087017A - 이미지 센싱 장치 - Google Patents

이미지 센싱 장치 Download PDF

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KR20190087017A
KR20190087017A KR1020180005257A KR20180005257A KR20190087017A KR 20190087017 A KR20190087017 A KR 20190087017A KR 1020180005257 A KR1020180005257 A KR 1020180005257A KR 20180005257 A KR20180005257 A KR 20180005257A KR 20190087017 A KR20190087017 A KR 20190087017A
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KR
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pixel
color
pixels
pixel signals
array
Prior art date
Application number
KR1020180005257A
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KR102594038B1 (ko
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차수람
김태현
박성희
편창희
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
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Publication date
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Priority to TW107119517A priority patent/TWI779047B/zh
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Abstract

본 발명의 일실시예는 이미지 센싱 장치에 관한 것으로, 2 X 2 픽셀 단위의 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이를 포함하는 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이를 포함하며, 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 동일한 패턴으로 배열되고, 상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 서로 다른 패턴으로 배열되며, 상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 적어도 두 가지 이상의 컬러를 가지는 픽셀들을 포함하는 이미지 센싱 장치를 제공한다.

Description

이미지 센싱 장치{IMAGE SENSING DEVICE}
본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 캡쳐(capture)하는 소자이다. 이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. 최근에는 아날로그 및 디지털 제어회로를 하나의 집적회로(IC) 위에 직접 구현할 수 있는 장점으로 인하여 CMOS를 이용한 이미지 센싱 장치가 많이 이용되고 있다.
본 발명의 실시예는 저조도 모드 및 고조도 모드에서 최적화된 성능을 발휘하는 이미지 센싱 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이미지 센싱 장치는 2 X 2 픽셀 단위의 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이를 포함하는 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 동일한 패턴으로 배열될 수 있고, 상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 서로 다른 패턴으로 배열될 수 있으며, 상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 적어도 두 가지 이상의 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다.
상기 이미지 센싱 장치는, 상기 픽셀 어레이로부터 픽셀신호들을 리드아웃하기 위한 리드아웃 회로; 및 저조도 모드시 상기 픽셀신호들에 기초하여 합성(summation) 동작을 통해 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이와 다른 패턴으로 변환된 제1 이미지 프레임을 생성하기 위한 이미지 처리 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 이미지 처리 회로는 고조도 모드시 상기 픽셀신호들에 기초하여 보간(interpolation) 동작을 통해 상기 다른 패턴으로 변환된 제2 이미지 프레임을 생성할 수 있다.
상기 이미지 센싱 장치는, 상기 픽셀 어레이로부터 픽셀신호들을 리드아웃하기 위한 리드아웃 회로; 및 고조도 모드시 상기 픽셀신호들에 기초하여 보간(interpolation) 동작을 통해 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이와 다른 패턴으로 변환된 이미지 프레임을 생성하기 위한 이미지 처리 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 픽셀 어레이의 패턴을 새롭게 제안함으로써 저조도 모드시 신호대잡음비(SNR)를 개선할 수 있으면서도 고조도 모드시 고해상도를 지원할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 내부 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 4 X 4 픽셀 단위의 새로운 패턴을 베이어(bayer) 패턴에 대응하여 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 이미지 처리 회로의 내부 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시된 이미지 센싱 장치의 동작을 저조도 모드에 따라 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 5의 합성 동작 과정 및 복원 동작 과정을 부연 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 이미지 센싱 장치의 동작을 고조도 모드에 따라 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 도 7의 경사도 계산 과정과 보간 동작 과정을 부연 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "접속"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 접속"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 접속"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치가 블록 구성도로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치(100)는 픽셀 어레이(110), 리드아웃 회로(120), 및 이미지 처리 회로(130)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 촬상된 이미지에 따라 아날로그 신호인 픽셀 신호들(PXOUTs)을 생성할 수 있다.
리드아웃 회로(120)는 픽셀 신호들(PXOUTs)에 기초하여 디지털 신호인 이미지 신호들(RDOUTs)을 생성할 수 있다.
이미지 처리 회로(130)는 이미지 신호들(RDOUTs)에 기초하여 상기 활상된 이미지에 대응하는 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 이미지 처리 회로(130)는 저조도 모드시 이미지 신호들(RDOUTs)에 기초하여 합성(summation) 동작을 통해 픽셀 어레이(110)와 다른 패턴으로 변환된 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 이미지 처리 회로(130)는 고조도 모드시 이미지 신호들(RDOUTs)에 기초하여 보간(interpolation) 동작을 통해 상기 다른 패턴으로 변환된 이미지 프레임을 생성할 수 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 픽셀 어레이(110)의 내부 구성도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 오(row)와 열(column) 방향으로 픽셀들이 배열될 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 4 X 4 픽셀 단위의 반복 패턴을 가질 수 있다. 즉, 16개의 픽셀들이 하나의 그룹을 이루며, 각각의 그룹은 동일한 패턴(이하 "새로운 패턴"이라 칭함)을 가질 수 있다. 참고로, 패턴은 실질적으로 픽셀 어레이(110)에 포함된 컬러 필터 어레이(color filter array)의 컬러 패턴을 말할 수 있다.
상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이는 2 X 2 픽셀 단위의 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 베이어(bayer) 패턴으로 배열될 수 있고, 상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 서로 다른 패턴으로 배열될 수 있다. 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 제1 사선 방향으로 배열될 수 있고, 상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 제2 사선 방향으로 배열될 수 있다. 이하에서는 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이를 균등하게 분할된 제1 내지 제4 사분면으로 구분하여 설명한다. 이때, 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이 중 우측 상단의 영역을 상기 제1 사분면이라 칭하고, 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이 중 우측 하단의 영역을 상기 제2 사분면이라 칭하고, 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이 중 좌측 하단의 영역을 상기 제3 사분면이라 칭하며, 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이 중 좌측 상단의 영역을 상기 제4 사분면이라 칭한다.
도 3에는 도 2에 도시된 상기 새로운 패턴을 상기 베이어 패턴에 대응하여 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 통상적으로, 상기 베이어 패턴은 2 X 2 픽셀 단위의 반복 패턴을 가질 수 있으며, 상기 새로운 패턴에 대응하여 4 X 4 픽셀 단위로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 상기 베이어 패턴은 '(A)'와 같이 배열될 수 있다. 예컨대, 2 X 2 픽셀 단위의 상기 베이어 패턴은 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍이 배치되고, 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 순차적으로 블루 컬러(B)의 픽셀과 레드 컬러(R)의 픽셀이 배치될 수 있다.
'(A)'와 같이 배열된 상기 베이어 패턴에 대응하여 상기 새로운 패턴은 다음과 같이 배열될 수 있다. 동일한 패턴으로 배열된 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 제4 및 제2 사분면에 배치될 수 있고, 서로 다른 패턴으로 배열된 상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 제3 및 제1 사분면에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 베이어 패턴으로 배열되므로 그에 대한 설명은 생략한다. 제3 서브 픽셀 어레이는 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 블루 컬러(B)의 픽셀 쌍을 포함할 수 있다. 상기 제4 서브 픽셀 어레이는 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 레드 컬러(R)의 픽셀 쌍을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 적어도 두 가지 이상의 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 2개의 동일한 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 2개의 그린 컬러(G)을 가지는 픽셀들을 포함할 수 있고, 상기 제3 서브 픽셀 어레이는 2개의 블루 컬러(B)을 가지는 픽셀들을 포함할 수 있으며, 상기 제4 서브 픽셀 어레이는 2개의 레드 컬러(R)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다.
상기 베이어 패턴은 '(B)'와 같이 배열될 수 있다. 예컨대, 2 X 2 픽셀 단위의 상기 베이어 패턴은 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 순차적으로 배치된 레드 컬러(R)의 픽셀과 블루 컬러(B)의 픽셀을 포함할 수 있다.
'(B)'와 같이 배열된 상기 베이어 패턴에 대응하여 상기 새로운 패턴은 다음과 같이 배열될 수 있다. 동일한 패턴으로 배열된 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 제1 및 제3 사분면에 배치될 수 있고, 상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 제4 및 제2 사분면에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 베이어 패턴으로 배열되므로 그에 대한 설명은 생략한다. 상기 제3 서브 픽셀 어레이는 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 배치된 레드 컬러(R)의 픽셀 쌍을 포함할 수 있다. 상기 제4 서브 픽셀 어레이는 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 배치된 블루 컬러(B)의 픽셀 쌍을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 적어도 두 가지 이상의 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 2개의 동일한 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 2개의 그린 컬러(G)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있고, 상기 제3 서브 픽셀 어레이는 2개의 레드 컬러(R)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있으며, 상기 제4 서브 픽셀 어레이는 2개의 블루 컬러(B)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다.
상기 베이어 패턴은 '(C)'와 같이 배열될 수 있다. 예컨대, 2 X 2 픽셀 단위의 상기 베이어 패턴은 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 순차적으로 배치된 블루 컬러(B)의 픽셀과 레드 컬러(R)의 픽셀을 포함할 수 있다.
'(C)'와 같이 배열된 상기 베이어 패턴에 대응하여 상기 새로운 패턴은 다음과 같이 배열될 수 있다. 동일한 패턴으로 배열된 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 제1 및 제3 사분면에 배치될 수 있고, 상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 제4 및 제2 사분면에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 베이어 패턴으로 배열되므로 그에 대한 설명은 생략한다. 상기 제3 서브 픽셀 어레이는 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 배치된 블루 컬러(B)의 픽셀 쌍을 포함할 수 있다. 상기 제4 서브 픽셀 어레이는 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 배치된 레드 컬러(R)의 픽셀 쌍을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 적어도 두 가지 이상의 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 2개의 동일한 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 2개의 그린 컬러(G)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있고, 상기 제3 서브 픽셀 어레이는 2개의 블루 컬러(B)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있으며, 상기 제4 서브 픽셀 어레이는 2개의 레드 컬러(R)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다.
상기 베이어 패턴은 '(D)'와 같이 배열될 수 있다. 예컨대, 2 X 2 픽셀 단위의 상기 베이어 패턴은 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍이 배치되고, 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 순차적으로 레드 컬러(R)의 픽셀과 블루 컬러(B)의 픽셀이 배치될 수 있다.
'(D)'와 같이 배열된 상기 베이어 패턴에 대응하여 상기 새로운 패턴은 다음과 같이 배열될 수 있다. 동일한 패턴으로 배열된 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 제4 및 제2 사분면에 배치될 수 있고, 서로 다른 패턴으로 배열된 상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 제3 및 제1 사분면에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 상기 베이어 패턴으로 배열되므로 그에 대한 설명은 생략한다. 제3 서브 픽셀 어레이는 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 레드 컬러(R)의 픽셀 쌍을 포함할 수 있다. 상기 제4 서브 픽셀 어레이는 좌에서 우로 하향하는 사선 방향으로 배치된 그린 컬러(G)의 픽셀 쌍과, 좌에서 우로 상향하는 사선 방향으로 배치된 블루 컬러(B)의 픽셀 쌍을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 적어도 두 가지 이상의 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 2개의 동일한 컬러를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 각각 2개의 그린 컬러(G)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있고, 상기 제3 서브 픽셀 어레이는 2개의 레드 컬러(R)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있으며, 상기 제4 서브 픽셀 어레이는 2개의 블루 컬러(B)를 가지는 픽셀들을 포함할 수 있다.
도 4에는 도 1에 도시된 이미지 처리 회로(130)의 내부 구성도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 이미지 처리 회로(130)는 합성부(131), 복원부(133), 계산부(135), 및 보간부(137)를 포함할 수 있다.
합성부(131)는 상기 저조도 모드시 이미지 신호들(RDOUTs) 중 서브 픽셀 어레이 별로 동일한 컬러의 이미지 신호들을 합성함으로써 다운 스케일링(down scaling)된 전치 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 예컨대, 합성부(131)는 상기 4 X 4 픽셀 단위의 이미지 신호들에 기초하여 2 X 2 픽셀 단위로 다운 스케일링된 상기 전치 이미지 프레임을 생성할 수 있다.
복원부(133)는 상기 저조도 모드시 상기 전치 이미지 프레임을 업 스케일링(up scaling)함으로써 상기 저조도 모드에 따른 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 예컨대, 복원부(133)는 상기 업 스케일링(up scaling)을 위한 보간 동작을 통해 2 X 2 픽셀 단위로 다운 스케일링된 상기 전치 이미지 프레임을 상기 4 X 4 픽셀 단위로 업 스케일링된 이미지 프레임으로서 생성할 수 있다. 상기 업 스케일링을 위한 상기 보간 동작은 아래에서 설명하는 보간부(137)의 보간 동작과는 상이할 수 있다. 상기 업 스케일링을 위한 상기 보간 동작은 공지 공용의 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
계산부(135)는 상기 고조도 모드시 이미지 신호들(RDOUTs) 중 타겟 이미지 신호들에 대하여 경사도(gradient)를 계산할 수 있다. 예컨대, 계산부(135)는 타겟 이미지 신호를 기준으로 주변의 이미지 신호들에 기초하여 여러 방향에 대응하는 제1 내지 제4 경사도를 계산할 수 있고, 상기 제1 내지 제4 경사도 중 최소값의 경사도를 보간부(137)에게 제공할 수 있다.
보간부(137)는 상기 고조도 모드시 상기 경사도(예:상기 최소값의 경사도)에 기초하여 상기 타겟 이미지 신호들을 보간함으로써 상기 고조도 모드에 따른 이미지 프레임을 생성할 수 있다.
도 5에는 도 1에 도시된 이미지 센싱 장치(100)의 동작을 상기 저조도 모드에 따라 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 저조도 환경에서 촬상된 이미지에 따라 아날로그 신호인 픽셀 신호들(PXOUTs)을 생성할 수 있고, 리드아웃 회로(120)는 픽셀 신호들(PXOUTs)에 기초하여 디지털 신호인 이미지 신호들(RDOUTs)을 생성할 수 있다(S11).
합성부(131)는 이미지 신호들(RDOUTs) 중 서브 픽셀 어레이 별로 동일한 컬러의 이미지 신호들을 합성함으로써 다운 스케일링(down scaling)된 전치 이미지 프레임을 생성할 수 있다(S12).
복원부(135)는 상기 전치 이미지 프레임을 업 스케일링(up scaling)함으로써 상기 저조도 모드에 따른 이미지 프레임을 생성할 수 있다(S13, S14).
도 6에는 합성부(131) 및 복원부(133)의 동작을 부연 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 6에는 설명의 편의를 위해 도 3의 '(A)'에 도시된 새로운 패턴이 대표적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 합성부(131)는 상기 4 X 4 픽셀 단위의 이미지 신호들 중 제1 사분면에 배치된 2개의 레드 컬러(R)를 가지는 픽셀들로부터 리드아웃된 2개의 이미지 신호들을 합성하고, 상기 4 X 4 픽셀 단위의 이미지 신호들 중 제2 사분면에 배치된 2개의 그린 컬러(G)를 가지는 픽셀들로부터 리드아웃된 2개의 이미지 신호들을 합성하고, 상기 4 X 4 픽셀 단위의 이미지 신호들 중 제3 사분면에 배치된 2개의 블루 컬러(B)를 가지는 픽셀들로부터 리드아웃된 2개의 이미지 신호들을 합성하며, 상기 4 X 4 픽셀 단위의 이미지 신호들 중 제4 사분면에 배치된 2개의 그린 컬러(G)를 가지는 픽셀들로부터 리드아웃된 2개의 이미지 신호들을 합성함으로써, 2 X 2 픽셀 단위로 다운 스케일링된 상기 전치 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 이때, 2 X 2 픽셀 단위로 다운 스케일링된 상기 전치 이미지 프레임은 상기 베이어 패턴을 가질 수 있다.
복원부(133)는 상기 업 스케일링을 위한 보간 동작을 통해 2 X 2 픽셀 단위로 다운 스케일링된 상기 전치 이미지 프레임을 상기 4 X 4 픽셀 단위로 업 스케일링된 이미지 프레임으로서 생성할 수 있다. 이때, 상기 이미지 프레임은 2 X 2 픽셀 단위의 상기 베이어 페턴으로 배열될 수 있다.
도 7에는 도 1에 도시된 이미지 센싱 장치(100)의 동작을 상기 고조도 모드에 따라 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 고조도 환경에서 촬상된 이미지에 따라 아날로그 신호인 픽셀 신호들(PXOUTs)을 생성할 수 있고, 리드아웃 회로(120)는 픽셀 신호들(PXOUTs)에 기초하여 디지털 신호인 이미지 신호들(RDOUTs)을 생성할 수 있다(S21).
이미지 처리 회로(130)는 이미지 신호들(RDOUTs) 중 타겟 이미지 신호들을 판단하고(S22), 그 판단 결과에 따라 상기 타겟 이미지 신호들을 베이어 패턴에 대응하여 변환할 수 있다(S23, S24). 예컨대, 계산부(135)는 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이에 대응하는 16개의 이미지 신호들 중 2개의 타겟 이미지 신호들의 경사도를 각각 계산할 수 있고(S23), 보간부(137)는 각각의 경사도에 기초하여 상기 2개의 타겟 이미지 신호들을 보간할 수 있다(S24). 상기 2개의 타겟 이미지 신호들은 도 3에서 빗금 친 픽셀들에 대응하는 이미지 신호들일 수 있다. 상기 2개의 이미지 신호들은 레드 컬러(R)에 대응하는 1개의 이미지 신호와 블루 컬러(B)에 대응하는 1개의 이미지 신호를 포함할 수 있다.
한편, 이미지 처리 회로(130)는 이미지 신호들(RDOUTs) 중 나머지 이미지 신호들을 바이패스(bypass)할 수 있다(S25). 예컨대, 이미지 처리 회로(130)는 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이에 대응하는 16개의 이미지 신호들 중 나머지 14개의 이미지 신호들을 바이패스할 수 있다.
이로써, 이미지 처리 회로(130)는 보간된 이미지 신호들과 바이패스된 이미지 신호들에 기초하여 상기 고조도 모드에 따른 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 이때, 상기 이미지 프레임은 2 X 2 픽셀 단위의 상기 베이어 페턴으로 배열될 수 있다.
도 8에는 도 7의 동작 설명 중 경사도를 계산하는 과정(S23)과 보간하는 과정(S24)을 부연 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 상기 경사도는 각각의 타겟 이미지 신호를 중심으로 한 5 X 5 커널(kernel) 내에서 계산될 수 있다. 예컨대, 레드 컬러(Rt)의 타겟 이미지 신호의 경사도는 다음의 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
'grad h'는 수평 방향의 제1 경사도이고 'ah'와 'bh'는 각각 수평 방향의 가중치 계수이고, 'grad v' 수직 방향의 제2 경사도이고 'av'와 'bv'는 각각 수직 방향의 가중치 계수이고, 'grad s'는 제1 사선 방향의 제3 경사도이고 'as'와 'bs'와 'cs'는 각각 제1 사선 방향의 가중치 계수이고, 'grad b'는 제2 사선 방향의 제4 경사도이고 'ab'와 'bb'와 'cb'는 각각 제2 사선 방향의 가중치 계수이다.
계산부(135)는 상기 수학식 1을 통해 레드 컬러(Rt)의 타겟 이미지 신호의 상기 제1 내지 제4 경사도를 계산할 수 있고, 상기 제1 내지 제4 경사도 중 최소값의 경사도를 보간부(137)로 제공할 수 있다.
보간부(137)는 다음의 수학식 2에 기초하여 레드 컬러(Rt)의 타겟 이미지 신호를 보간할 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
'Hor Rt'는 수평 방향의 제1 보간 결과이고, 'Ver Rt'는 수직 방향의 제2 보간 결과이고, 'Slash Rt'는 제1 사선 방향의 제3 보간 결과이고, 'Backslash Rt'는 제2 사선 방향의 제4 보간 결과이다.
보간부(137)는 상기 최소값의 경사도에 기초하여 제1 내지 제4 보간 결과 중 어느 하나를 생성할 수 있다. 예컨대, 보간부(137)는 상기 제3 경사도가 상기 최소값의 경사도로서 입력된 경우 상기 제3 보간 결과를 생성할 수 있다.
따라서, 레드 컬러(Rt)의 타겟 이미지 신호는 블루 컬러(B)로 보간될 수 있다. 이때, 레드 컬러(Rt)의 타겟 이미지 신호의 주변 모든 방향에는 블루 컬러(B)가 존재함에 따라 우수한 보간 결과를 얻을 수 있다.
한편, 블루 컬러(Bt)의 타겟 이미지 신호는 블루 컬러(Bt)의 타겟 이미지 신호를 중심으로 5 X 5 커널 내에서 상기의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 새로운 패턴의 픽셀 어레이를 제안함으로써 저조도 모드시 서브 픽셀 어레이 별로 합성 동작이 가능한 여건이 조성되고 고조도 모드시 베이어 패턴에 대응하여 보간되는 신호의 개수를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 이상에서 설명한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경으로 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 이미지 센싱 장치 110 : 픽셀 어레이
120 : 리드아웃 회로 130 : 이미지 처리 회로
131 : 합성부 133 : 복원부
135 : 계산부 137 : 보간부

Claims (22)

  1. 2 X 2 픽셀 단위의 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이를 포함하는 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 동일한 제1 컬러 패턴으로 배열되고,
    상기 제3 및 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 서로 다른 제2 및 제3 컬러 패턴으로 배열되고,
    상기 제1 및 제2 서브 픽셀 어레이는 제1 사선 방향으로 배치되고,
    상기 제 및 제2 서브 픽셀 어레이는 상기 제1 사선 방향과 교차되는 제2 사선 방향으로 배치되고,
    상기 제1 내지 제4 서브 픽셀 어레이는 각각 적어도 두 가지 이상의 컬러를 가지는 픽셀들을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러 패턴은 상기 제2 및 제3 컬러 패턴과 다른 이미지 센싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러 패턴은 베이어(bayer) 패턴을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이어 패턴은 상기 제1 사선방향 또는 상기 제2 사선방향으로 그린 컬러의 픽셀 쌍이 배치되고, 상기 그린 컬러의 픽셀 쌍이 배치되는 방향과 교차되는 사선방향으로 레드 컬러의 픽셀과 블루 컬러의 픽셀이 배치되는 이미지 센싱 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 컬러 패턴은 각각 상기 베이어 패턴의 상기 그린 컬러 픽셀 쌍이 배치되는 사선방향과 동일하게 그린 컬러의 픽셀 쌍이 배치되고, 상기 그린 컬러의 픽셀 쌍이 배치되는 방향과 교차되는 사선방향으로 각각 블루 컬러의 픽셀 쌍 또는 레드 컬러의 픽셀 쌍이 배치되는 이미지 센싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 컬러 패턴은 각각 상기 제1 컬러 패턴과 비교하여 각각 하나의 픽셀이 다른 컬러를 가지는 이미지 센싱 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사선방향으로 인접하여 배치된 픽셀들은 동일 컬러를 가지는 이미지 센싱 장치
  8. 제1항에 있어서,
    상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이에 포함된 각각의 픽셀은 상하좌우로 인접한 픽셀들과 다른 컬러를 가지는 이미지 센싱 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이는 적어도 하나의 그린 컬러의 픽셀, 적어도 하나의 레드 컬러의 픽셀, 및 적어도 하나의 블루 컬러의 픽셀을 포함하고,
    상기 그린 컬러의 픽셀, 상기 레드 컬러의 픽셀, 및 상기 블루 컬러의 픽셀의 비율은 2:1:1인 이미지 센싱 장치
  10. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이로부터 픽셀신호들을 리드아웃하기 위한 리드아웃 회로; 및
    저조도 모드시, 상기 픽셀신호들에 기초하여 합성(summation) 동작을 통해 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이와 다른 패턴으로 변환된 제1 이미지 프레임을 생성하기 위한 이미지 처리 회로를 더 포함하는 이미지 센싱 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 처리 회로는,
    상기 저조도 모드시, 상기 픽셀신호들 중 서브 픽셀 어레이 별로 동일한 컬러의 픽셀신호들을 합성함으로써 다운 스케일링(down scaling)된 전치 이미지 프레임을 생성하기 위한 합성부; 및
    상기 저조도 모드시, 상기 전치 이미지 프레임을 업 스케일링(up scaling)함으로써 상기 제1 이미지 프레임을 생성하기 위한 복원부를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 처리 회로는 상기 픽셀신호들 중 상기 서브 픽셀 어레이 별로 동일한 컬러의 2개의 픽셀신호들을 합성하는 이미지 센싱 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 처리 회로는 상기 제1 서브 픽셀 어레이로부터 리드아웃되는 4개의 픽셀신호들 중 그린 컬러에 대응하는 2개 픽셀신호들을 합성하고, 상기 제2 서브 픽셀 어레이로부터 리드아웃되는 4개의 픽셀신호들 중 그린 컬러에 대응하는 2개의 픽셀신호들을 합성하고, 상기 제3 서브 픽셀 어레이로부터 리드아웃되는 4개의 픽셀신호들 중 레드 컬러에 대응하는 2개의 픽셀신호들을 합성하고, 상기 제4 서브 픽셀 어레이로부터 리드아웃되는 4개의 픽셀신호들 중 블루 컬러에 대응하는 2개의 픽셀신호들을 합성하는 이미지 센싱 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 처리 회로는,
    고조도 모드시, 상기 픽셀신호들에 기초하여 보간(interpolation) 동작을 통해 상기 다른 패턴으로 변환된 제2 이미지 프레임을 생성하는 이미지 센싱 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이미지 처리 회로는,
    상기 고조도 모드시, 상기 픽셀신호들 중 타겟 픽셀신호들에 대하여 경사도(gradient)를 계산하기 위한 계산부; 및
    상기 고조도 모드시, 상기 경사도에 기초하여 상기 타겟 픽셀신호들을 보간함으로써 상기 제2 이미지 프레임을 생성하기 위한 보간부를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 컬러 패턴은 베이어(bayer) 패턴을 포함하며,
    상기 이미지 처리 회로는 상기 고조도 모드시 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이로부터 리드아웃되는 16개의 픽셀신호들 중 2개의 픽셀신호들을 보간(interpolation)하고 나머지 14개의 픽셀신호들을 바이패스(bypass)함으로써 상기 제2 이미지 프레임을 생성하는 이미지 센싱 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 2개의 픽셀신호는 레드 컬러에 대응하는 1개의 픽셀신호와 블루 컬러에 대응하는 1개의 픽셀신호를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이로부터 픽셀신호들을 리드아웃하기 위한 리드아웃 회로; 및
    고조도 모드시, 상기 픽셀신호들에 기초하여 보간(interpolation) 동작을 통해 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이와 다른 패턴으로 변환된 이미지 프레임을 생성하기 위한 이미지 처리 회로를 더 포함하는 이미지 센싱 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 이미지 처리 회로는,
    상기 픽셀신호들 중 타겟 픽셀신호들에 대하여 경사도(gradient)를 계산하기 위한 계산부; 및
    상기 경사도에 기초하여 상기 타겟 픽셀신호들을 보간함으로써 상기 이미지 프레임을 생성하기 위한 보간부를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 컬러 패턴은 베이어(bayer) 패턴을 포함하며,
    상기 이미지 처리 회로는 상기 고조도 모드시 상기 4 X 4 픽셀 단위의 픽셀 어레이로부터 리드아웃되는 16개의 픽셀신호들 중 2개의 픽셀신호들을 보간(interpolation)하고 나머지 14개의 픽셀신호들을 바이패스(bypass)함으로써 상기 이미지 프레임을 생성하는 이미지 센싱 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 2개의 픽셀신호는 레드 컬러에 대응하는 1개의 픽셀신호와 블루 컬러에 대응하는 1개의 픽셀신호를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  22. Aij, Bij, Cij 및 Dij(i,j는 정수) 픽셀이 2x2로 배열되고, Aij와 Bij 및 Cij 와 Dij는 각각 로우(row) 방향으로 인접하고, Aij 와 Cij 및 Bij 와 Dij는 각각 컬럼(column) 방향으로 인접한 서브 픽셀 어레이가 i개의 로우 및 j개의 컬럼으로 배열된 픽셀 어레이를 포함하며,
    Aij, Bij, Cij 및 Dij 중, 적어도 하나의 픽셀은 그린 컬러를 가지며, 적어도 2개의 픽셀은 그린 컬러가 아닌 각각 서로 다른 컬러를 가지고,
    상기 적어도 2개의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀과 사선으로 인접한 픽셀 중 적어도 하나는 동일한 컬러를 가지는 이미지 센싱 장치.
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