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KR0175372B1 - 캠코더의 움직임 벡터 검출장치 및 그 검출방법 - Google Patents

캠코더의 움직임 벡터 검출장치 및 그 검출방법 Download PDF

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KR0175372B1
KR0175372B1 KR1019950027157A KR19950027157A KR0175372B1 KR 0175372 B1 KR0175372 B1 KR 0175372B1 KR 1019950027157 A KR1019950027157 A KR 1019950027157A KR 19950027157 A KR19950027157 A KR 19950027157A KR 0175372 B1 KR0175372 B1 KR 0175372B1
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김광호
삼성전자주식회사
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Abstract

이 발명은 캠코더(Camcorder)의 움직임 벡터 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것으로서, 입력되는 광 영상 신호의 일부를 수평·수직방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수평·수직방향 영상 집광 장치와; 상기한 수평·수직방향 영상 집광 장치에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 수평·수직 A/D와; 상기한 수평·수직 A/D에서 입력되는 영상 신호를 일정 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 수평·수직 지연 레지스터와; 상기한 수평. 수직 지연 레지스터로부터 화상 신호를 입력받아, 저장하는 수평·수직 라인 메모리와; 상기한 수평·수직 A/D에서 입력된 화상 신호와 상기한 수평·수직 라인 메모리에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수평·수직 움직임 벡터를 출력하는 수평·수직 상관치 연산부로 이루어지며, 여러 가지 원인으로 인한 손 떨림 때문에 발생하는 캠코더의 불안정한 영상을 안정화된 영상으로 보정하는데 있어서, 신호 처리를 고속으로 하고 , 라인 메모리를 절약하여 회로를 간단하게 구현하는 캠코더의 움직임 벡터 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것이다.

Description

캠코더의 움직임 벡터 검출장치 및 그 검출방법
제1도는 종래에 대표적으로 사용한 영상 보정 시스템을 나타낸 블록도이다.
제2도는 종래에 사용한 화상의 움직임 벡터를 1차원으로 추출하는 방법을 나타낸 개념도이다.
제3도는 이 발명의 실시예에 사용한 영상 집광 장치의 원리를 나타내는 도면이다.
제4도는 이 발명의 실시예에 사용한 수평·수직방향 영상 집광 장치와 주변기구를 나타낸 도면이다.
제5도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출장치를 포함한 영상 보정 시스템의 제1실시예를 나타낸 블록도이다.
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출장치를 포함한 영상 보정 시스템의 제2실시예를 나타낸 블록도이다.
제7도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출방법을 나타낸 개념도이다.
제8도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출방법을 나타낸 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 수평·수직 방향 영상 집광 장치 41, 42 : 수평방향 삼각 프리즘
45, 46 : 수직방향 삼각 프리즘 43 : 수평방향 막대 볼록렌즈
47 : 수직방향 막대 볼록렌즈 44 : 수평 라인 CCD
48 : 수직 라인 CCD 50 : 움직임 벡터 검출장치
이 발명은 캠코더(Camcorder)의 움직임(Motion) 벡터 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 여러 가지 원인으로 인한 손떨림 때문에 발생하는 캠코더의 불안전한 영상을 안정화된 영상으로 보정하기 위한 캠코더의 움직임 벡터 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것이다.
동영상의 신호로부터 움직임 벡터를 검출하는 것은 화상압축, 화상인식 및 화상안정화등에 필수불가결한 중요 기술이다.
현재 많이 사용되는 휴대용 VCR 일체형 카메라(캠코더)를 이용하여 촬영할 때 (특히, 보행중에 촬영할 때나 주행중인 운송수단에서 촬영할 때)는 카메라의 움직임 때문에, 안정되지 못한 떨리는 영상이 입력되기 쉽다. 또, 캠코더의 소형화, 대중화 추세에 따라, 휴대용 카메라가 많이 쓰이고 있으나, 고배율의 촬영시 손 떨림에 의해서 영상의 불안정도가 심화된다.
한편, 캠코더의 입력장치로는 고체 촬상 소자가 많이 쓰인다.
고체 촬상 소자는 전자빔을 사용하지 않는 반도체칩으로 된 촬상 디바이스이며, 수광부의 전송에 MOS 트랜지스터를 사용한 것을, MOS형, 전하 결합 소자(CCD)를 사용한 것을 CCD이라 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 영상 보정 시스템에 대하여 설명한다.
제1도는 종래에 대표적으로 사용한 영상 보정 시스템을 나타낸 블록도이다.
제1도에 도시되어 있듯이, 종래에 사용한 카메라의 영상 안정화를 위한 영상조정 시스템은, 입력되는 영상을 광학계를 이용하여 고체소자에 결상시켜 그 상을 고체소자 내에서 전자적으로 주사하여 전기신호로 변환해 출력하는 고체 촬상 소자(CCD Imager)와(11); 상기한 고체 촬상 소자(11)에서 입력된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환기(Anolog/Digital Converter; 이하 A/D라 함)(12)와; 상기한 A/D(12)에서 입력된 신호를 색차와 밝기 신호로 변환하여 출력하는 카메라 신호 처리 장치(13)와; 상기한 A/D(12)에서 입력된 신호에서 손 떨림 때문에 발생하는 움직임을 검출하여 움직임 벡터를 출력하는 움직임 벡터 검출장치(14)와; 상기한 움직임 벡터 검출장치(14)에서 출력된 움직임 벡터를 입력받아서, 보정할 영역의 위치를 제어하는 메모리 제어부(15)와; 상기한 카메라 신호 처리 장치(13)에서 입력된 필드(또는 프레임) 단위의 화상을 가지고 있다가, 상기한 메모리 제어부(15)의 화상 보정 제어에 의해, 안정된 화상 신호를 출력하는 필드 메모리(16)와; 상기한 필드 메모리(16)에서 입력된 디지털 영상 신호를 아날로그 영상 신호로 변환하여 출력하는 디지털/아날로그 변환기(Digital/Analog Converter; 이하 D/A라 함)(17)로 이루어진다.
이와 같은 영상 보정 시스템을 이용한 방법은 시간적으로 연속하는 화상으로부터 선택된 영상정보들의 상관도를 계산하여 그 최대 상관점으로부터 움직임 벡터를 결정한다. 일반적으로 블록 매칭법(Block Matching Algorithm)이 널리 쓰이고 있으며, 계산상의 복잡성과 실시간 처리문제를 해결하기 위하여 단계적 탐색(Piramid Search), 대수적 탐색(Logarithmic Search)등의 다양한 기술들이 제안되어 있다. 그러나, 2차원의 블록 매칭 방법은 기본적으로 블록내의 대상화소수의 증가에 따라 급격한 연산량의 증가를 동반하고, 반대로 대상화소수를 줄이면 국부적 안정화(Local Minimum)에 빠져 틀린 결과를 출력하기 쉽다는 문제점이 있다.
또, 제2도는 종래에 사용한 화상의 움직임 벡터를 1차원으로 추출하는 방법을 나타낸 개념도이다.
제2도에 도시되어 있듯이, 종래에는 화상의 패턴 투영으로 움직임 정보를 전영역으로부터 1차원으로 추출하여 보정하는 일반적인 방법도 사용하였다.
이것은 영상의 패턴 정보를 수평(x), 수직(y) 방향으로 누적(Projection)한 후, 이전 필드 화상의 누적 결과와 상호 상관도를 계산하여 그 극점으로부터 필드간 이동량을 예측한다. x, y는 필드 화상의 수평, 수직 좌표를 나타내며, M은 화상의 수평화소수, N은 화상의 라인수라고 할 때, 수평 상관도의 계산을 예로 들면 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
여기에서, P'와 P는 이전과 현재의 형상정보를 누적시킨 움직임 검출용 라인메모리이며, u{u | -S u S}는 탐색영역 ±S 내의 정수로서 이동 변위를 나타낸다. 식 (1)에서 보는 바와 같이 각 정의 영역에 있어서, 이전 필드의 누적치와 현재의 누적치의 차이의 합에서 가장 적은 양을 나타내는 변수u를 화상의 최적 이동량으로 판단한다. 이러한 1차원 신호의 매칭 방법은 2차원 매칭법에 비하여 큰 움직임의 화면 이동에도 적은 연산량으로 움직임 벡터를 구할 수 있는 특징이 있다.
그러나, 상기한 1차원 신호의 매칭 방법은 입력 화상의 주사(Raster Scanning)가 종점에 이르렀을 때 현재 화상의 영상정보 누적이 완료되므로, 다음 필드 화상의 주사가 시작되기 전까지 상관도 계산을 해야 할 시간적 제약을 가진다는 문제점이 있다. 또한 누적 메모리를 절약하기 위하여 입력 화소를 낮은 양자화 레벨(2진 신호)로 변환해야 하며, 2진화의 임계치 결정, 윤곽선 추출에 의한 방법등의 처리에서 화소 정보의 손실이 생기며, 입력 화상의 라인수 N과 수평 화소수 M에 각각 상관하는 2쌍의 라인 메모리와 이에 대한 복잡한 연산 구조를 필요로 하게 된다는 문제점도 발생한다.
따라서 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점들을 활동하기 위한 것으로서, 메인 영상 CCD와는 별도의 영상 집광 장치를 사용하여 1차원 영상 신호를 고속으로 검출하고, 파이프 라인 방식으로 영상 신호의 상관도를 연속적으로 빠르게 연산하며, 라인 메모리를 절약하여 회로를 간단하게 구현한 캠코더의 움직임 벡터 검출장치 및 그 검출방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써, 이 발명의 구성은, 입력되는 광 영상 신호의 일부를 수직방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수직방향 영상 집광 장치와; 상기한 수직방향 영상 집광 장치에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 수직 A/D와; 상기한 수직 A/D에서 입력되는 영상 신호를 일정 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 지연 레지스터와; 상기한 수직 지연 레지스터로부터 화상 신호를 입력받아, 저장하는 수직 라인 메모리와; 상기한 수직 A/D에서 입력된 화상 신호와 상기한 수직 라인 메모리에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수직 움직임 벡터를 출력하는 수직 상관치 연산부와; 입력되는 광 영상 신호의 일부를 수평방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수평방향 영상 집광 장치와; 상기한 수평방향 영상 집광 장치에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 수평 A/D와; 상기한 수평 A/D에서 입력되는 영상 신호를 일정 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 수평 지연 레지스터와; 상기한 수평 지연 레지스터로부터 화상 신호를 입력받아, 저장하는 수평 라인 메모리와; 상기한 수평 A/D에서 입력된 화상 신호를 상기한 수평 라인 메모리에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수평 움직임 벡터를 출력하는 수평 상관치 연산부로 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써, 이 발명의 신호처리 방법의 구성은, 상관치를 초기화하는 단계와; 영상 집광 장치의 라인 CCD를 통해서 영상을 집광하는 단계와; 라인 CCD에 집광된 영상 신호중에서 x번째 화소의 값을 아날로그/디지탈 변환하는 단계와; 라인 메모리 내의 탐색 영역의 범위를 지정하는 단계와; x번째 화소의 값과 탐색 영역의 값을 상관치 연산하여 누적하는 단계와; 탐색 영역까지의 연산이 끝났는지를 판단하는 단계와; 탐색 영역까지의 연산이 끝나지 않았으면, 연산을 계속하는 단계로 돌아가기 위해 탐색 위치 파라메타를 증가하는 단계와; 탐색 영역까지의 연산이 끝났으면, 라인 메모리의 데이터를 갱신하는 단계와; 라인 CCD에 집광된 모든 화소에 대해 연산이 끝났는지를 판단하는 단계와; 라인 CCD에 집광된 모든 화소에 대해 연산이 끝나지 않았으면, 다음 화소의 값을 아날로그/디지탈 변환하는 단계로 돌아가기 위해 화소 위치 파라메타를 증가하는 단계와; 라인 CCD에 집광된 모든 화소에 대해 연산이 끝났으면, 누적된 상관치 중에서 최소치를 검출하는 단계와; 상기 단계에서 검출된 최소치를 특정 방향의 움직임 벡터로 출력하는 단계로 이루어진다.
상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
제3도는 이 발명의 실시예에 사용한 영상 집광 장치의 원리를 나타내는 도면이고, 제4도는 이 발명의 실시예에 사용한 수평·수직방향 영상 집광 장치와 주변기구를 나타낸 도면이다.
제3도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 사용한 영상 집광 장치(30)의 구성은, 두 빗변이 서로 접합면을 형성하여 측면에서 볼 때 사각형을 이루고 있고, 입력된 2차원 광 신호의 일부를 접합면에서 반사하는 두 개의 삼각 프리즘(31, 32)과, 상기한 두 개의 삼각 프리즘(31,32)의 접합면에 평평한 면이 마주보고 있으며, 접합면에서 반사된 2차원 광 신호를 입력받아서, 1차원 광 신호로 집광되도록 출력하는 막대 볼록렌즈(33)와, 상기한 막대 볼록렌즈(33)에서 출력되어 집광된 1차원 광 신호를 1차원 전기 신호로 변환하는 라인CCD(34)로 이루어진다.
제4도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에서는 두 개의 영상 집광장치(30), 즉, 수평 방향의 2차원 영상 신호를 입력받아 1차원 수평 정보로 출력하는 수평방향 영상 집광 장치(41,42,43,44)와 수직방향의 2차원 영상신호를 입력받아 1차원 수직 정보로 출력하는 수직방향 영상 집광 장치(45,46,47,48)를 사용하여 수평 수직방향 영상 집광 장치(40)를 구성하였다.
수평방향 영상 집광 장치(41,42,43,44)와 수직방향 영상 집광장치(45,46, 47,48)는 90°의 위상차를 갖는다.
제5도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출장치를 포함한 영상 보정 시스템의 제1실시예를 나타낸 블록도이다.
제5도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출장치를 포함한 영상 보정 시스템의 구성은, 입력되는 영상을 광학계를 이용하여 고체소자에 결상시켜 그 상을 고체소자 내에서 전자적으로 주사하여 전기신호로 변환해 출력하는 고체 촬상 소자(51)과; 상기한 고체 촬상 소자(51)에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D(52)와; 상기한 A/D(52)에서 입력된 신호를 색차와 밝기 신호로 변환하여 출력하는 카메라 신호 처리 장치(53)와; 상기한 고체 촬상 소자(51)에 입력되는 동일한 영상을 상기한 고체 촬상 소자(51)와는 별도의 영상 집광 장치를 이용하여 입력받아서, 손 떨림 때문에 발생하는 움직임을 검출하여 움직임 벡터를 출력하는 움직임 벡터 검출장치(50)와; 상기한 움직임 벡터 검출장치(50)에서 출력된 움직임 벡터를 입력받아서, 보정할 영역의 위치를 제어하는 메모리 제어부(54)와; 상기한 카메라 신호 처리 장치(53)에서 입력된 필드(또는 프레임) 단위의 화상을 가지고 있다가, 상기한 메모리 제어부(54)의 화상 보정 제어에 의해, 안정된 화상 신호를 출력하는 필드 메모리(55)와; 상기한 필드 메모리(55)에서 입력된 디지털 영상 신호를 아날로그 영상 신호로 변환하여 출력하는 D/A(56)로 이루어진다.
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출장치를 포함한 영상 보정 시스템의 제2실시예를 나타낸 블록도이다.
제6도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출장치를 포함한 영상 보정 시스템의 또 다른 구성은, 영상 집광 장치를 이용하여 영상을 입력받아서, 손 떨림때문에 발생하는 움직임을 검출하여 움직임 벡터를 출력하는 움직임 벡터 검출장치(50)와; 상기한 움직임 벡터 검출장치(50)에서 출력된 움직임 벡터를 입력받아서, 보정할 영역의 위치를 제어하는 신호를 출력하는 CCD 구동 제어부(64)와; 상기한 움직임 벡터 검출장치(50)에 입력되는 동일한 영상을 상기한 움직임 벡터 검출장치(50)와는 별도의 광학계를 이용하여 입력받아서, 전기 신호로 변환하고, 상기한 CCD 구동 제어부(64)의 제어 신호에 의해 보정된 영상 신호를 출력하는 고체 촬상 소자(51)와; 상기한 고체 촬상 소자(51)에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D(52)와; 상기한 A/D(52)에서 입력된 신호를 색차와 밝기 신호로 변환하여 출력하는 카메라 신호 처리 장치(53); 상기한 카메라 신호 처리 장치(53)에서 입력된 디지털 영상 신호를 아날로그 영상 신호로 변환하여 출력하는 D/A(56)로 이루어진다.
여기에서, 제5도와 제6도에 도시된 상기한 움직임 벡터 검출장치(50)는, 입력되는 광 영상 신호의 일부를 수직방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수직방향 영상 집광 장치(501)와; 상기한 수직방향 영상 집광 장치(501)에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 수직 A/D(502)와; 상기한 수직 A/D(502)에서 입력되는 화상 신호를, 탐색 영역의 반에 해당하는 화소가 처리되는 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 수직 지연 레지스터(503)와; 상기한 수직 지연 레지스터(503)로부터 화상 신호를 입력받아, 저장하는 수직 라인 메모리(504)와; 상기한 수직 A/D(502)에서 입력된 화상 신호와 상기한 수직 라인 메모리(504)에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수직 움직임 벡터를 출력하는 수직 상관치 연산부(505)와; 입력되는 광 화상 신호의 일부를 수평방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수평방향 영상 집광 장치(506)와; 상기한 수평방향 영상 집광 장치(506)에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 수평A/D(507)와; 상기한 수평 A/D(507)에서 입력되는 영상 신호를, 탐색 영역의 반에 해당하는 화소가 처리되는 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 수평 지연 레지스터(508)와; 상기한 수평 지연 레지스터(508)로부터 화상 신호를 입력받아, 저정하는 수평라인 메모리(509)와; 상기한 수평 A/D(507)에서 입력된 화상 신호가 상기한 수평 라인메모리(509)에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수평 움직임 벡터를 출력하는 수평 상관치 연산부(510)로 이루어진다.
또, 제4도에 도시된, 상기한 수직방향 영상 집광장치(501)는, 두 빗변이 좌우로 접합면을 형성하여 측면에서 볼 때 사각형을 이루고 있고, 카메라 렌즈부에서 입력된 2차원 광 신호의 일부를 접합면에서 반사하는 수직방향 삼각 프리즘(45,46)과, 상기한 수직방향 삼각 프리즘(45,46)의 접합면에 평평한 면이 마주보고 있으며, 접합면에서 반사된 2차원 광 신호를 입력받아서, 수직방향의 1차원 광신호로 집광되도록 출력하는 수직방향 막대 볼록렌즈(47)와, 상기한 수직방향 막대 볼록렌즈(47)에서 출력되어 집광된 수직방향의 1차원 광 신호를 수직방향의 1차원 전기 신호로 변환하는 수직 라인 CCD(48)로 이루어진다.
그리고, 제4도에서 도시된, 상기한 수평방향 영상 집광 장치(506)는, 두 빗변이 상하로 접합면을 형성하여 측면에서 볼 때 사각형을 이루고 있고, 카메라 렌즈부에서 입력된 2차원 광 신호의 일부를 접합면에서 반사하는 수평방향 삼각 프리즘(41,42)과, 상기한 수평방향 삼각 프리즘(41,42)의 접합면에 평평한 면이 마주보고 있으며, 접합면에서 반사된 2차원 광 신호를 입력받아서, 수평방향의 1차원 광신호로 집광되도록 출력하는 수평방향 막대 블록렌즈(43)와, 상기한 수평방향 막대 볼록렌즈(43)에서 출력되어 집광된 수평방향의 1차원 광 신호를 수평방향의 1차원 전기 신호로 변환하는 수평라인 CCD(44)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 작용을 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 제3도는 이 발명의 실시예에 사용한 영상 집광 장치의 원리를 나타내는 도면이다.
제3도에 도시되어 있듯이, 영상 집광 장치(30)의 기본원리는 상하(또는 좌우)의 프리즘(31,32)을 통하여 입력된 2차원 영상을 막대 볼록렌즈(33)로 집광하여 라인 CCD(34)에서 1차원 신호로 수광하는 것이다.
제4도는 이 발명의 실시예에 사용한 수평·수직방향 영상 집광 장치와 주변기구를 나타낸 도면이다.
제4도에 도시되어 있듯이, 수평·수직방향 영상 집광장치(40)는 카메라 전단부의 렌즈부를 통하여 들어온 빛(2차원 영상)의 일부를 각각 두개의 조합으로 이루어진 수평방향 삼각 프리즘(상하 프리즘)(41,42) 및 수직방향 삼각 프리즘(좌우 프리즘)(45,46)을 통하여 수평·수직 방향으로 분리하고, 분리된 빛을 각각의 수평·수직방향 막대 볼록렌즈(43,47)를 통하여 집광한 후, 최종적으로 수평·수직라인 CCD(44,48)에서 전기적 신호로 바꾼다. 수평·수직 라인 CCD(44,48)의 수평 수직 방향의 길이를 M, N이라고 할 때, 입력된 영상은 수평방향의 수평라인 CCD(44)의 길이 M, 수직방향의 수직 라인 CCD(48)의 길이 N으로 집광된다.
이 집광된 영상 신호를 식으로 나타내면 다음과 같다.
여기에서,(x,y)는 영상의 좌표이며, I(x,y)는 화소의 밝기이며, P.Q는 각각 수평·수직방향으로 집광된 결과이다. 또한, α는 프리즘을 통할 때 입사된 빛의 양에 대한 반사계수이다. 선형으로 집광된 1 차원 영상은 수평·수직 라인 CCD(44,48)에서 1차원의 전기적 신호로 바뀌어 움직임 벡터 검출을 위한 회로부(502~505, 507~510)에 입력된다. 제5도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출장치를 포함한 영상 보정 시스템의 제1 실시예를 나타낸 블록도이다. 제5도에 도시되어 있듯이, 수평·수직 영상 집광 장치(40)(506,501)에서 출력된 1차원 영상 신호 P, Q를 수평.수직 A/D(507,502)를 통하여 디지털 신호로 변환한다. 다음에 식(1)과 같이, 수평·수직 상관치 연산부(510,505)에서, 수평·수직 라인메모리 (509,504)로부터 입력된 이전 필드의 1차원 영상 신호와 수평·수직 A/D(507,502)로부터 입력된 디지털 영상 신호에 대해 상관 함수를 연산한다. 이때, 상관 함수의 상관치중에서 최소치를 갖는 위치를 그 영상에서의 최적 움직임으로 추정한다. 그리고, 메모리 제어부(54)에서는 움직임 벡터 검출 장치(50)에서 출력된 수평·수직 방향의 움직임 벡터를 입력받아서, 이 벡터를 기준으로 하여 고체 촬상 소자 (메인 CCD)(51)에서 입력된 손 떨림 영상이 저장되어 있는 필드 메모리 (55)로 영상을 보정하는 신호를 출력한다. 더 상세하게 설명하면, 고체 촬상 소자(메인 CCD)(51)를 통하여 입력된 영상 신호를 A/D(52)와 카메라 신호 처리 장치(53)를 통하여 필드 메모리(55)에 저장하고, 필드 메모리(55) 내의 보정하게될 영상의 초기 위치를 메모리 제어부(54)로부터 제어 받음으로써 손떨림이 보정된 영상을 출력하게 된다. 필드 메모리(55)에서 출력되는 보정된 영상은 D/A(56)를 거쳐 아날로그 신호로 변환되어 테입 레코더에 저정되거나 영상 출력된다. 여기에서 고체 촬상 소자(메인 CCD)(51)에 입력되는 것과 동일한 영상이 수평·수직 영상 집광 장치(40)(506,501)에 입력되며, 각각 독립적으로 동작한다.
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출장치를 포함한 영상 보정 시스템의 제2실시예를 나타낸 블록도이다.
제6도에 도시되어 있듯이, 제2실시예는 구성과 기능면에서 제5도의 제1실시예의 움직임 벡터 검출장치(50), 고체 촬상 소자(메인 CCD)(51), A/D(52), 카메라 신호 처리 장치(53), D/A(56)가 동일하다. 단, 움직임 벡터 검출장치(50)가 앞에서 언급한 것과 같이 고체 촬상 소자(메인 CCD)(51)에 입력중인 영상과 같은 영상을 입력받아 보정에 필요한 움직임 벡터를 추출하는 동작이 독립적으로 가능하므로, CCD 구동 제어부(64)가, 움직임 벡터 검출 장치(50)로부터 출력된 움직임 벡터를 입력받아 고체 촬상 소자(메인 CCD)(51)에 촬상된 영상을 그 시점에서 직접 제어하여 보정된 영상을 출력한다. 따라서, 제5도의 필드 메모리(55)는 필요없게 된다.
제7도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출방법을 나타낸 개념도이고, 제8도는 이 발명의 실시예에 따른 캠코더의 움직임 벡터 검출방법을 나타낸 흐름도이다.
제7도와 제8도에 도시되어 있듯이, 수평과 수직의 움직임 벡터 검출방법은 다음과 같다.
먼저, 차분의 절대치 연산부(751)와 상관치 누적부(752)로 이루어진 상관치 연산부(75)(505,510)의 상관치 C(s)를, 콘트롤러(도시되지 않음)의 1필드 리셋신호에 의해 초기화(S10)하고, 영상 집광 장치(501,506)내의 라인 CCD(71)(44,48)를 통해 영상을 1차원(선형)으로 집광한다.(S20)
라인 CCD(71)(44,48)에 집광된 영상 신호 중에서 x번째 화소의 값을 A/D(72)에서 디지털 신호로 변환하여 출력한다.(S30)
라인 메모리(74)(504,509)내의 탐색 영역(S)의 범위(-S~S)를 지정한다(S40). 상관치 연산부(75)(505,510)에서 x번째 화소의 값 P(x)와 탐색 영역에 해당하는 값들 P'(x-s)~P`(x+s)의 상관치 C(-s)~C(s)를 식 (4)와 같이 연산하여 누적한다.(S50)
탐색 영역까지의 연산이 끝났는지를 판단(S60)하여, 탐색 영역까지의 연산이 끝나지 않았으면, 연산을 계속하는 단계(S50)로 돌아가기 위해 탐색 위치 파라메타를 증가(s=s+1)한다.(S65)
탐색 영역까지의 연산이 끝났으면, 라인 메모리(74)(504, 509)의 데이터를 지연레지스터(73)(503, 508)의 데이터로 갱신(S70)하여 다음 필드의 상관치를 계산할 때 과거 영상 정보로 사용한다.
라인 CCD(71)(44,48) 집광된 첫 화소부터 마지막 화소까지 순차적으로 파이프 라인 처리되어 연산이 끝났는지를 판단(S80)하고, 라인(CCD(71)(44,48)에 집광된 모든 화소에 대해 연산이 끝나지 않았으면, 다음 화소의 값을 아날로그에서 디지털로 변환하는 단계(S30)로 돌아가기 위해 화소 위치 파라메타를 증가(x=x+1)한다,(S85)
끝으로, 상관치 연산부(75)(505, 510)에서는 라인 CCD(71)(44,48)에 집광된 모든 화소에 대해 연산이 끝나면, 누적된 상관치 중에서 최소치를 검출(S90)하고, 검출된 최소치를 특정 방향(수평 또는 수직)의 움직임 벡터로 출력한다.(S100)
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 여러 가지 원인으로 인한 손떨림 때문에 발생하는 캠코더의 불안정한 영상을 안정화된 영상으로 보정하는데 있어서, 영상 보정에 필요한 1차원 정보의 검출이 빛의 광학적인 집광 방식이므로 실시간 처리가 가능하고, 라인 CCD 의 영상 집적 신호에 대하여 상관 함수 계산과 라인 메모리에의 정보 기억을 파이프 라인 방식으로 처리하므로써 신호 처리를 고속으로 하며, 라인 메모리를 절약하여 회로를 모든 간단하에 구현하는 효과를 가진 캠코더의 움직임 벡터 검출장치 및 그 검출방법을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 입력되는 광 영상 신호의 일부를 수직방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수직방향 영상 집광 장치와; 상기한 수직방향 영상 집광 장치에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 수직 A/D와; 상기한 수직 A/D에서 입력되는 영상 신호를 일정 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 수직 지연 레지스터와; 상기한 수직 지연 레지스터로부터 화상 신호를 입력받아, 저장하는 수직 라인메모리와; 상기한 수직 A/D에서 입력된 화상 신호와 상기한 수직 라인 메모리에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수직 움직임 벡터를 출력하는 수직 상관치 연산부와; 입력되는 광 영상 신호의 일부를 수평방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수평방향 영상 집광 장치와; 상기한 수평방향 영상 집광 장치에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 수평 A/D와; 상기한 수평 A/D에서 입력되는 영상 신호를 일정 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 수평 지연 레지스터와; 상기한 수평 지연 레지스터로부터 화상 신호를 입력받아, 저장하는 수평라인 메모리와; 상기한 수평 A/D에서 입력된 화상 신호와 상기한 수평 라인 메모리에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수평 움직임 벡터를 출력하는 수평 상관치 연산부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 켐코더의 움직임 벡터 검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 수직방향 영상 집광 장치는, 두 빗변이 좌우로 접합면을 형성하여 측면에서 볼 때 사각형을 이루고 있고, 카메라 렌즈부에서 입력된 2차원 광 신호의 일부를 접합면에서 반사하는 수직방향 삼각 프리즘(45, 46)과, 상기한 수직방향 삼각 프리즘(45,46)의 접합면에 평평한 면이 마주보고 있으며, 접합면에서 반사된 2차원 광 신호를 입력받아서, 수직방향의 1차원 광신호로 집광되도록 출력하는 수직방향 막대 볼록렌즈(47)와, 상기한 수직방향 막대 볼록렌즈(47)에서 출력되어 집광된 수직방향의 1차원 광 신호를 수직방향의 1차원 전기 신호로 변환하는 수직 라인 CCD(48)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠코더의 움직임 벡터 검출장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 수평방향 영상 집광 장치는, 두 빗변이 상하로 접합면을 형성하여 측면에서 볼 때 사각형을 이루고 있고, 카메라 렌즈부에서 입력된 2차원 광 신호의 일부를 접합면에서 반사하는 수평방향 삼각 프리즘(41,42)과, 상기한 수평방향 삼각 프리즘(41,42)의 접합면에 평평한 면이 마주보고 있으며, 접합면에서 반사된 2차원 광 신호를 입력받아서, 수평방향의 1차원 광 신호로 집광되도록 출력하는 수평방향 막대 볼록렌즈(43)와, 상기한 수평방향 막대 볼록렌즈(43)에서 출력되어 집광된 수평방향의 1차원 광 신호를 수평방향의 1차원 전기 신호로 변환하는 수평 라인 CCD(44)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠코더의 검출장치.
  4. 상관치를 초기화하는 단계와; 영상 집광장치의 라인 CCD를 통해서 영상을 집광하는 단계와; 라인 CCD에 집광된 영상 신호 중에서 x번째 화소의 값을 아날로그/디지탈 변환하는 단계와; 라인 메모리 내의 탐색 영역의 범위로 지정하는 단계와; x번째 화소의 값과 탐색 영역의 값을 상관치 연산하여 누적하는 단계와; 탐색 영역까지의 연산이 끝났는지를 판단하는 단계와; 탐색 영역까지의 연산이 이 끝나지 않았으면, 연산을 계속하는 단계로 돌아가기 위해 탐색 위치 파라메타를 증가하는 단계와; 탐색 영역까지의 연산이 끝났으면, 라인 메모리의 데이터를 갱신하는 단기와; 라인 CCD에 집광된 모든 화소에 대해 연산이 끝났는지를 판단하는 단계와; 라인 CCD에 집광된 모든 화소에 대해 연산이 끝나지 않았으면, 다음 화소의 값을 아날로그/디지탈 변환하는 단계로 돌아가기 위해 화소 위치 파라메타를 증가하는 단계와; 라인 CCD에 집광된 모든 화소에 대해 연산이 끝났으면, 누적된 상관치 중에서 최소치를 검출하는 단계와; 상기 단계에서 검출된 최소치를 특정 방향의 움직임 벡터로 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠코더의 움직임 벡터 검출방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기한 라인 메모리의 데이터는 지연 레지스터의 데이터로 갱신되며, 다음 필드의 상관치를 계산할 때 과거 영상 정보로 사용되는 것을 특징으로 하는 캠코더의 움직임 벡터 검출방법.
  6. 두 빗변이 접합면을 형성하여 측면에서 볼 때 사각형을 이루고 있고, 입력된 2차원 광 신호의 일부를 접합면에서 반사하는 두 개의 삼각 프리즘과, 상기한 두 개의 삼각 프리즘의 접합면에 평평한 면이 마주보고 있으며, 접합면에서 반사된 2차원 광 신호를 입력받아서, 1차원 광 신호로 집광되도록 출력하는 막대 볼록렌즈와, 상기한 막대 볼록렌즈에서 출력되어 집광된 1차원 광 신호를 1차원 전기 신호로 변환하는 라인 CCD로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 집광장치.
  7. 입력되는 영상을 광학계를 이용하여 고체소자에 결상시켜 그 상을 고체소자 내에서 전자적으로 주사하여 전기신호로 변환해 출력하는 고체 촬상 소자와; 상기한 고체 촬상 소자에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D와; 상기한 A/D에서 입력된 신호를 색차와 밝기 신호로 변환하여 출력하는 카메라 신호 처리 장치와; 상기한 고체 촬상 소자에 입력되는 동일한 영상을 상기한 고체 촬상 소자와는 별도의 영상 집광 장치를 이용하여 입력받아서, 손 떨림 때문에 발생하는 움직임을 검출하여 움직임 벡터를 출력하는 움직임 벡터 검출장치와; 상기한 움직임 벡터 검출장치에서 출력된 움직임 벡터를 입력받아서, 보정할 영역의 위치를 제어하는 메모리 제어부와; 상기한 카메라 신호 처리 장치에서 입력된 필드(또는 프레임) 단위의 화상을 가지고 있다가, 상기한 메모리 제어부의 화상 보정 제어에 의해, 안정된 화상 신호를 출력하는 필드 메모리와; 상기한 필드 메모리에서 입력된 디지털 영상 신호를 아날로그 영상 신호로 변환하여 출력하는 D/A로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠코더의 영상 보정 시스템.
  8. 영상 집광 장치를 이용하여 영상을 입력받아서, 손 떨림 때문에 발생하는 움직임을 검출하여 움직임 벡터를 출력하는 움직임 벡터 검출장치와; 상기한 움직임 벡터 검출장치에서 출력된 움직임 벡터를 입력받아서, 보정할 영역의 위치를 제어하는 신호를 출력하는 CCD 구동 제어부와; 상기한 움직임 벡터 검출장치에 입력되는 도일한 영상을 상기한 움직임 벡터 검출장치와는 별도의 광학계를 이용하여 입력받아서, 전기 신호로 변환하고, 상기한 CCD 구동 제어부의 제어 신호에 의해 보정된 영상 신호를 출력하는 고체 촬상 소자와; 상기한 고체 촬상 소자에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D와; 상기한 A/D에서 입력된 신호를 색차와 밝기 신호로 변환하여 출력하는 카메라 신호 처리 장치와; 상기한 카메라 신호 처리 장치에서 입력된 디지털 영상신호를 아날로그 영상신호로 변환하여 출력하는 D/A로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠코더의 영상 보정 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기한 움직임 벡터 검출장치(50)는, 입력되는 광 영상 신호의 일부를 수직방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수직방향 영상 집광 장치(501)와; 상기한 수직방향 영상 집광장치(501)에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 수직 A/D(502)와; 상기한 수직 A/D(502)에서 입력되는 화상 신호를, 탐색 영역의 반에 해당하는 화소가 처리되는 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 수직 지연 레지스터(503)와; 상기한 수직 지연 레지스터(503)로부터 화상 신호를 입력받아, 저장하는 수직 라인 메모리(504)와; 상기한 수직 A/D(502)에서 입력된 화상 신호와 상기한 수직 라인 메모리(504)에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수직 움직임 벡터를 출력하는 수직 상관치 연산부(505)와; 입력되는 광 화상 신호의 일부를 수평방향으로 분리하여 집광하고 전기적 신호로 변환하여 출력하는 수평 방향 영상 집광 장치(506)와; 상기한 수평방향 영상 집광 장치(506)에서 입력된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 수평 A/D(507)와; 상기한 수평 A/D(507)에서 입력되는 영상 신호를, 탐색 영역의 반에 해당하는 화소가 처리되는 시간동안 지연시킨 후에 출력하는 수평 지연 레지스터(508)와; 상기한 수평 지연 레지스터(508)로부터 화상 신호를 입력받아, 저장하는 수평라인 메모리(509)와; 상기한 수평 A/D(507)에서 입력된 화상 신호와 상기한 수평 라인 메모리(509)에서 입력된 화상 신호를 상관치 연산하여 수평 움직임 벡터를 출력하는 수평 상관치 연산부(510)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠코더의 영상 보정 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기한 수직방향 영상 집광 장치(501)는, 두 빗변이 좌우로 접합면을 형성하여 측면에서 볼 때 사각형을 이루고 있고, 카메라 렌브부에서 입력된 2차원 광 신호의 일부를 접합면에서 반사하는 수직방향 삼각 프리즘(45,46)과, 상기한 수직방향 프리즘(45,46)의 접합면에 평평한 면이 마주보고 있으며, 접합면에서 반사된 2차원 광 신호를 입력받아서, 수직방향의 1차원 광신호로 집광되도록 출력하는 수직방향 막대 볼록렌즈(47)와, 상기한 수직방향 막대볼록렌즈(47)에서 출력되어 집광된 수직방향의 1차원 광 신호를 수직방향의 1차원 전기 신호로 변환하는 수직 라인 CCD(48)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠코더의 영상보정 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기한 수평방향 영상 집광 장치(506)는, 두 빗변이 상하로 접합면을 형성하여 측면에서 볼 때 사각형을 이루고 있고, 카메라 렌즈부에서 입력된 2차원 광 신호의 일부를 접합면에서 반사하는 수평방향 삼각 프리즘(41, 42)과, 상기한 수평방향 삼각 프리즘(41,42)의 접합면에 평평한 면이 마주보고 있으며, 접합면에서 반사된 2차원 광 신호를 입력받아서, 수평방향의 1차원 광신호로 집광되도록 출력하는 수평방향 막대 볼록렌즈(43)와, 상기한 수평방향 막대 볼록렌즈(43)에서 출력되어 집광된 수평방향의 1차원 광 신호를 수평방향의 1차원 전기 신호로 변환하는 수평 라인 CCD(44)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캠코더의 영상 보정 시스템.
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