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KR20050082542A - 디지털 카메라의 초점 조절 방법 - Google Patents

디지털 카메라의 초점 조절 방법 Download PDF

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KR20050082542A
KR20050082542A KR1020040011015A KR20040011015A KR20050082542A KR 20050082542 A KR20050082542 A KR 20050082542A KR 1020040011015 A KR1020040011015 A KR 1020040011015A KR 20040011015 A KR20040011015 A KR 20040011015A KR 20050082542 A KR20050082542 A KR 20050082542A
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KR
South Korea
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focus
value
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digital camera
lens
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KR1020040011015A
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이병권
김현수
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삼성테크윈 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 디지털 카메라의 초점 조절 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 디지털 카메라의 초점 조절 방법은, 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 것으로서, (a) 초점치 검출 단계; (b) 초점 렌즈 이동 단계; (c) 초점 조절 상태 판단 단계; 및 (d) 초점 상태 강조 단계를 구비한다. 상기 (a) 단계에서는 초점 렌즈를 기준 위치로부터 일방향으로 소정 스텝씩 이동시키면서 초점치를 검출한다. 상기 (b) 단계에서는 초점 렌즈의 위치를 수동 조작에 의한 현재 위치로 이동시킨다. 상기 (c) 단계에서는 현재 위치에서의 초점 조절 상태를 판단한다. 상기 (d) 단계에서는 초점 조절 상태에 따라 초점 상태를 강조한다.

Description

디지털 카메라의 초점 조절 방법{Focusing method of digital camera}
본 발명은 디지털 카메라의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 디지털 카메라의 초점 조절 방법에 관한 것이다.
도 1은 통상적인 디지털 카메라의 초점 조절 방법에서, 초점 렌즈의 위치에 따른 초점치를 설명하기 위한 그래프이다.
통상의 디지털 카메라에서 수행되는 초점 조절(focusing) 방법에서는, 초점 렌즈를 이동시키면서 입력되는 피사체의 영상의 고주파 성분 즉 초점치(FV, Focus Value)를 분석하여 초점을 맞추는 TTL(Through the lens) 방식인 소위 고주파 등산법이 사용된다.
초점 렌즈가 초점위치에 있으면 피사체 영상의 윤곽이 가장 선명하게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 초점 렌즈의 초점 위치에서는 피사체 영상의 초점치가 최대로 된다. 초점 렌즈가 초점 위치에 가까워지면 초점치가 증가하는 경향이고, 초점 위치를 통과하여 초점 위치에서 멀어지면 초점치가 감소하는 경향을 나타낸다. TTL 방식에서는 이와 같이 초점치가 증가하는 경향에서 감소하는 경향으로 반전하는 위치 즉 초점치의 최대값을 검출하여 초점을 맞춘다.
통상의 디지털 카메라의 초점 조절 방법에서 사용하는 초점 렌즈의 위치에 따른 초점치의 그래프는 도시된 바와 같이 초점 위치(m)를 중심으로 선형적으로 증가 및 감소하는 모양이 될 수 있다. 여기서 참조부호 DS는 초점 조절 모터의 위치 스텝 수를 FV는 초점치 즉, 영상 신호의 고주파 함량을 가리킨다.
이러한 초점 조절 방법으로는 카메라가 합초점 위치를 자동으로 판단하여 초점 렌즈를 합초점 위치로 이동시키는 자동 초점 조절 방법이 사용될 수 있다. 하지만, 필요에 따라서는 사용자가 LCD 등의 화면 표시 장치를 직접 보면서 합초점 위치를 판단하여 초점 렌즈를 합초점 위치로 이동시킬 수 있도록 조작하는 수동 초점 조절 방법이 사용될 수도 있다. 하지만, 이러한 수동 초점 조절 방법에 의하는 경우에, 작은 크기의 화면 표시 장치를 사용하는 통상의 디지털 카메라에서는 사용자가 명확한 합초점 상태를 판단하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 디지털 카메라의 수동 초점 조절 방법으로 일본국 특개평 제2002-72332호에 개시된 수동 초점 조절(manual focusing) 방법이 사용될 수 있다. 여기서는 별도의 초점 맞추기 정보 표시 수단을 구비하고 상기 초점 맞추기 정보 표시 수단을 통하여 사용자에게 초점 맞추기 정보를 보여주고, 사용자가 용이하게 초점 상태를 확인하면서 초점을 맞출 수 있도록 한다.
또는, 통상의 디지털 카메라의 수동 초점 조절 방법의 다른 예로서, 피사체의 거리 데이터를 막대 그래프(bar) 형태의 OSD(On Screen Display)로 제시하여, 사용자가 합초점 위치를 용이하게 판단할 수 있도록 한다.
하지만, 이러한 초점 조절 방법들에 의하는 경우에는 별도의 초점 정보 표시 수단이 필요하거나, 초점 정보를 OSD로 화면상에 표시하는 경우에는 OSD가 작은 표시 화면을 덮게 되어, 사용자가 화면 표시 장치에 디스플레이되는 화면을 제대로 확인할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 디지털 카메라의 초점 조절 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 디지털 카메라의 초점 조절 방법은, 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 것으로서, (a) 초점치 검출 단계; (b) 초점 렌즈 이동 단계; (c) 초점 조절 상태 판단 단계; 및 (d) 초점 상태 강조 단계를 구비한다.
상기 (a) 단계에서는 초점 렌즈를 기준 위치로부터 일방향으로 소정 스텝씩 이동시키면서 초점치를 검출한다. 상기 (b) 단계에서는 초점 렌즈의 위치를 수동 조작에 의한 현재 위치로 이동시킨다. 상기 (c) 단계에서는 현재 위치에서의 초점 조절 상태를 판단한다. 상기 (d) 단계에서는 초점 조절 상태에 따라 초점 상태를 강조한다.
상기 초점치는, 미리 설정된 차단 주파수를 기준으로 고주파 통과 필터링 하여 구한 값을 적분하여 구해지는 것이 바람직하다.
상기 초점 조절 상태는, 초점이 맞추어 진 것으로 판단되는 합초점 상태와, 초점이 맞추어지지 아니한 것으로 판단되는 흐림 상태를 구비하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 초점 렌즈의 위치에 대한 초점치의 그래프에서, 초점치의 변곡점과 변곡점 사이의 영역을 합초점 상태로 하고, 그 외의 영역을 흐림 상태로 하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 초점 조절 상태는, 현재 위치의 초점치와 이전 스텝 위치에서의 초점치의 차이에 의한 초점치 그래프의 초점치 기울기에 의하여 판단될 수 있다. 이때, 상기 초점 조절 상태가, 초점치 기울기가 제1 기준값 보다 작으면 흐림 상태가 되고, 초점치 기울기가 제1 기준값 보다 큰 제2 기준값 보다 크면 합초점 상태가 되는 것이 바람직하다.
상기 (d) 단계는, (d1) 상기 초점 조절 상태가 합초점 상태인 경우에는 상기 영상 신호를 고주파 통과 필터링 하여 상기 영상 신호의 선명함을 강조하는 단계; 및 (d2) 상기 초점 조절 상태가 흐림 상태인 경우에는 상기 영상 신호를 저주파 통과 필터링 하여 상기 영상 신호의 흐림을 강조하는 단계 중 적어도 하나를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 디지털 카메라의 초점 조절 방법은, 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 것으로서, (a) 초점 렌즈를 기준 위치로부터 일방향으로 소정 스텝씩 이동시키면서, 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치를 검출하는 단계; (b) 초점치가 최대인 초점 렌즈의 위치인 최대 초점치 위치를 찾는 단계; 및 (c) 초점 렌즈의 위치를 최대 초점치 위치로 이동시키는 단계를 구비한다.
상기 초점치는, 미리 설정된 차단 주파수를 기준으로 영상 신호를 고주파 통과 필터링 하여 구한 값을 적분하여 구해지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 기록매체에는 상기 디지털 카메라의 초점 조절 방법을 구현한 프로그램이 기록된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 디지털 카메라는 상기 디지털 카메라의 초점 조절 방법이 적용된다.
본 발명에 따르면, 기울기가 명확하게 구별되는 특성을 갖는 초점치를 구하여 초점을 판단하고, 이로 인한 초점 조절 상태를 강조하여, 합초점 영역과 흐림 영역을 더욱 명확하게 판단할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 카메라의 앞쪽 및 위쪽 외형을 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하면, 통상적인 디지털 카메라(1)의 앞쪽에는, 마이크로폰(MIC), 셀프-타이머 램프(11), 플래시(12), 셔터 버튼(13), 모드 다이얼(14), 기능-선택 버튼(15), 촬영-정보 표시부(16), 뷰파인더(17a), 기능-블록 버튼(18), 플래시-광량 센서(19), 렌즈부(20), 및 외부 인터페이스부(21)가 있다.
셀프-타이머 램프(11)는 셀프-타이머 모드인 경우에 셔터 버튼(13)이 눌려진 시점으로부터 셔터가 동작하는 시점까지의 설정 시간 동안 동작한다. 모드 다이얼(14)은, 각종 모드들 예를 들어, 정지영상 촬영 모드, 야경 촬영 모드, 동영상 촬영 모드, 재생 모드, 컴퓨터 연결 모드, 및 시스템 설정 모드를 사용자가 선택하여 설정하는 데에 사용된다. 기능-선택 버튼(15)은 사용자가 디지털 카메라(1)의 동작 모드들 예를 들어, 정지영상 촬영 모드, 야경 촬영 모드, 동영상 촬영 모드, 및 재생 모드 중의 어느 하나를 선택하는 데에 사용된다. 촬영-정보 표시부(16)는 촬영과 관련된 각 기능의 정보가 표시된다. 기능-블록 버튼(18)은 촬영-정보 표시부(16)에 디스플레이된 각 기능을 사용자가 선택하는 데에 사용된다.
도 3은 도 2의 디지털 카메라의 뒤쪽 외형을 보여주는 배면도이다.
도면을 참조하면, 통상적인 디지털 카메라(1)의 뒤쪽에는, 스피커(SP), 전원 버튼(31), 모니터 버튼(32), 자동-초점 램프(33), 뷰파인더(17b), 플래시 대기 램프(34), 칼라 LCD 패널(35), 확인/삭제 버튼(36), 엔터/재생 버튼(37), 메뉴 버튼(38), 광각(wide angle)-줌(zoom) 버튼(39w), 망원(telephoto)-줌 버튼(39t), 상향-이동 버튼(40up), 우향-이동 버튼(40ri), 하향-이동 버튼(40do), 및 좌향-이동 버튼(40le)이 있다.
모니터 버튼(32)은 사용자가 칼라 LCD 패널(35)의 동작을 제어하는 데에 사용된다. 예를 들어, 사용자가 모니터 버튼(32)을 첫번째로 누르면 디스플레이 패널(35)에 피사체의 영상 및 그 촬영 정보가 디스플레이되고, 두번째로 누르면 디스플레이 패널(35)에 피사체의 영상만이 디스플레이되며, 세번째로 누르면 디스플레이 패널(35)에 인가되는 전원이 차단된다. 자동-초점 램프(33)는 자동 초점 조절 동작이 완료된 때에 동작한다. 플래시 대기 램프(34)는 플래시(도 2의 12)가 동작 대기 상태인 경우에 동작한다. 확인/삭제 버튼(36)은 사용자가 각 모드를 설정하는 과정에서 확인 버튼 또는 삭제 버튼으로 사용된다. 엔터/재생 버튼(37)은 사용자로부터의 데이터를 입력하거나, 재생 모드에서의 정지 또는 재생 등의 기능을 위하여 사용된다. 메뉴 버튼(38)은 모드 다이얼(14)에서 선택된 모드의 메뉴를 디스플레이하는 데에 사용된다. 상향-이동 버튼(40up), 우향-이동 버튼(40ri), 하향-이동 버튼(40do), 및 좌향-이동 버튼(40le)도 사용자가 각 모드를 설정하는 과정에서 사용된다.
도 4는 도 2의 디지털 카메라의 입사측 구조를 보여주는 도면이다. 도 5는 도 2의 디지털 카메라의 전체적 구성을 보여주는 블록도이다.
도면을 참조하면, 렌즈부(20)와 필터부(41)를 포함한 광학계(OPS)는 피사체로부터의 빛을 광학적으로 처리한다. 광학계(OPS)의 렌즈부(20)는 줌 렌즈(ZL), 초점 렌즈(FL), 및 보상 렌즈(CL)를 포함한다.
사용자가 사용자 입력부(INP)에 포함된 광각(wide angle)-줌 버튼(도 3의 39w) 또는 망원(telephoto)-줌 버튼(도 3의 39t)을 누르면, 이에 상응하는 신호가 마이크로제어기(512)에 입력된다. 이에 따라, 마이크로제어기(512)가 렌즈 구동부(510)를 제어함에 따라, 줌 모터(MZ)가 구동되어 줌 렌즈(ZL)가 이동된다. 즉, 광각(wide angle)-줌 버튼(도 3의 39w)이 눌려지면 줌 렌즈(ZL)의 초점 길이(focal length)가 짧아져서 화각이 넓어지고, 망원(telephoto)-줌 버튼(39t)이 눌려지면 줌 렌즈(ZL)의 초점 길이(focal length)가 길어져서 화각이 좁아진다. 이와 같은 특성에 따라 마이크로제어기(512)는 광학계(OPS)의 설계 데이터로부터 줌 렌즈(ZL)의 위치에 대한 화각을 구할 수 있다. 여기서, 줌 렌즈(ZL)의 위치가 설정된 상태에서 초점 렌즈(FL)의 위치가 조정되므로, 화각은 초점 렌즈(FL)의 위치에 대하여 거의 영향을 받지 않는다.
한편, 피사체에 대하여 자동 또는 수동으로 초점이 맞추어진 경우, 초점 렌즈(FL)의 현재 위치는 피사체 거리(Dc)에 대하여 변한다. 여기서, 줌 렌즈(ZL)의 위치가 설정된 상태에서 초점 렌즈(FL)의 위치가 조정되므로, 피사체 거리(Dc)는 줌 렌즈(ZL)의 위치에 영향을 받는다. 자동 초점 조절 모드에 있어서, 마이크로제어기(512)가 렌즈 구동부(510)를 제어함에 의하여 초점 조절 모터(MF)가 구동된다. 이에 따라 초점 렌즈(FL)가 맨 앞쪽에서 맨 뒤쪽으로 이동되며, 이 과정에서 영상 신호의 고주파 함량이 가장 많아지는 초점 렌즈(FL)의 위치 예를 들어, 초점 조절 모터(MF)의 위치 스텝 수가 설정된다.
보상 렌즈(CL)는 전체적인 굴절률을 보상하는 역할을 하므로 별도로 구동되지 않는다.
참조 부호 MA는 조리개(aperture, 도시되지 않음)를 구동하기 위한 모터를 가리킨다. 여기서, 지정 노출 모드인 경우와 그렇지 않은 경우에 따라 조리개 구동 모터(MA)의 회전각이 달라진다. 지정 노출 모드란, 피사 영역에서 사용자가 원하는 일부 영역이 디지털 카메라의 디스플레이 패널(35)에 표시된 지정 검출 영역에 일치되면, 이 지정 검출 영역의 평균 휘도에 대한 상기 디지털 카메라의 노광량을 설정하는 모드를 말한다.
광학계(OPS)의 필터부(41)에 있어서, 광학적 저역통과필터(OLPF, Optical Low Pass Filter)는 고주파수의 광학적 노이즈를 제거한다. 적외선 차단 필터(IRF, Infra-Red cut Filter)는 입사되는 빛의 적외선 성분을 차단한다.
CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS (Complementary Metal-Oxide -Semiconductor)의 광전 변환부(OEC)는 광학계(OPS)로부터의 빛을 전기적 아날로그 신호로 변환시킨다. 여기서, 디지털 신호 처리기(507)는 타이밍 회로(502)를 제어하여 광전 변환부(OEC)와 CDS-ADC(Correlation Double Sampler and Analog-to -Digital Converter) 소자(501)의 동작을 제어한다. 아날로그-디지털 변환부로서의 CDS-ADC 소자(501)는, 광전 변환부(OEC)로부터의 아날로그 신호를 처리하여, 그 고주파 노이즈를 제거하고 진폭을 조정한 후, 디지털 신호로 변환시킨다. 디지털 신호 처리기(507)는 CDS-ADC 소자(501)로부터의 디지털 신호를 처리하여 휘도 및 색도 신호로 분류된 디지털 영상 신호를 발생시킨다.
마이크로제어기(512)에 의하여 구동되는 발광부(LAMP)에는, 셀프-타이머 램프(11), 자동-초점 램프(도 3의 33) 및 플래시 대기 램프(도 3의 34)가 포함된다. 사용자 입력부(INP)에는, 셔터 버튼(도 2의 13), 모드 다이얼(도 2의 14), 기능-선택 버튼(도 2의 15), 기능-블록 버튼(도 2의 18), 모니터 버튼(도 3의 32), 확인/삭제 버튼(도 3의 36), 엔터/재생 버튼(도 3의 37), 메뉴 버튼(도 3의 38), 광각-줌 버튼(도 3의 39w), 망원-줌 버튼(도 3의 39t), 상향-이동 버튼(도 3의 40up), 우향-이동 버튼(도 3의 40ri), 하향-이동 버튼(도 4의 40do), 및 좌향-이동 버튼(도 3의 40le)을 포함한다.
DRAM(Dynamic Random Access Memory, 504)에는 디지털 신호 처리기(507)로부터의 디지털 영상 신호가 일시 저장된다. EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, 505)에는 디지털 신호 처리기(507)의 동작에 필요한 알고리즘 및 설정 데이터가 저장된다. 메모리 카드 인터페이스(506)에는 사용자의 메모리 카드가 착탈된다.
디지털 신호 처리기(507)로부터의 디지털 영상 신호는 LCD 구동부(514)에 입력되고, 이로 인하여 칼라 LCD 패널(35)에 영상이 디스플레이된다.
한편, 디지털 신호 처리기(507)로부터의 디지털 영상 신호는, USB(Universal Serial Bus) 접속부(21a) 또는 RS232C 인터페이스(508)와 그 접속부(21b)를 통하여 직렬 통신으로써 전송될 수 있고, 비디오 필터(509) 및 비디오 출력부(21c)를 통하여 비디오 신호로서 전송될 수 있다.
오디오 처리기(513)는, 마이크로폰(MIC)으로부터의 음성 신호를 디지털 신호 처리기(507) 또는 스피커(SP)로 출력하고, 디지털 신호 처리기(507)로부터의 오디오 신호를 스피커(SP)로 출력한다.
한편, 마이크로제어기(512)는 플래시-광량 센서(19)로부터의 신호에 따라 플래시 제어기(511)의 동작을 제어하여 플래시(12)를 구동한다.
도 6은 도 5의 마이크로제어기의 촬영 제어 알고리즘을 보여주는 흐름도이다.
도 2 내지 6을 참조하여 도 5의 마이크로제어기(512)의 촬영 제어 알고리즘을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 사용자 입력부(INP)에 포함된 셔터 버튼(13)은 2단의 구조로 이루어진다. 즉, 사용자가 광각-줌 버튼(39w) 및 망원-줌 버튼(39t)을 조작한 후, 셔터 버튼(13)을 1단만 누르면 셔터 버튼(13)으로부터의 S1 신호가 온(On)되고, 2단까지 누르면 셔터 버튼(13)으로부터의 S2 신호가 온(On)된다. 따라서, 도 5의 촬영 알고리즘은 사용자가 셔터 버튼(13)을 1단으로 누르면 시작된다(단계 101). 여기서, 줌 렌즈(ZL)의 현재 위치는 이미 설정된 상태이다.
먼저, 메모리 카드의 잔량이 검사되어(단계 102), 디지털 영상 신호를 기록할 수 있는 용량인지 확인된다(단계 103). 기록 가능한 용량이 아닌 경우, 메모리 카드의 용량이 부족함이 표시된다(단계 104). 기록 가능한 용량인 경우, 아래의 단계들이 수행된다.
먼저, 자동 백색 균형(AWB, Automatic White Balance) 모드가 수행되어 관련 파라미터들이 설정된다(단계 105). 다음에, 자동 노출(AE, Automatic Exposure) 모드가 수행되어, 입사 휘도에 대한 노광량이 계산되고, 계산된 노광량에 따라 조리개 구동 모터(MA)가 구동된다(단계 106). 다음에, 자동 초점 조절(AF, Automatic Focusing) 모드가 수행되어 초점 렌즈(FL)의 현재 위치가 설정된다(단계 107).
다음에, 셔터 버튼(13)으로부터의 1단 신호인 S1 신호가 온(On) 상태인지 확인된다(단계 108). S1 신호가 온(On) 상태가 아니면, 사용자의 촬영 의도가 없는 상태이므로 실행-프로그램이 종료된다. S1 신호가 온(On) 상태이면 아래의 단계들이 계속 수행된다.
먼저, S2 신호가 온(On) 상태인지 확인된다(단계 109). S2 신호가 온(On) 상태가 아니면, 사용자가 촬영을 위하여 셔터 버튼(13)의 2단을 누르지 않은 상태이므로, 상기 단계 106으로 실행-프로그램이 이동된다.
S2 신호가 온(On) 상태이면, 사용자가 촬영을 위하여 셔터 버튼(13)의 2단을 누른 상태이므로, 촬영 동작이 수행된다(단계 110). 즉, 마이크로제어기(512)에 의하여 디지털 신호 처리기(507)가 동작하여, 타이밍 회로(502)에 의하여 광전 변환부(OEC) 및 CDS-ADS(501)가 동작한다. 다음에, 영상 데이터가 압축되어(단계 111) 압축된 영상 파일이 생성된다(단계 112). 그리고, 생성된 영상 파일이 디지털 신호 처리기(507)로부터 메모리 카드 인터페이스(506)를 통하여 사용자의 메모리 카드에 저장된 후(단계 113), 알고리즘의 수행이 종료된다.
실시예에 따라서는 도 5의 마이크로 제어기(512)가 별도로 존재하지 아니하고, 이상에서 설명된 상기 마이크로 제어기(512)에서 수행되는 촬영 제어 알고리즘이 도 5의 디지털 신호 처리기(507)에서 처리될 수도 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예로서, 디지털 카메라의 초점 조절 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 8a 및 8b는 도 7의 디지털 카메라의 초점 조절 방법에 의한 초점 렌즈의 위치에 따른 초점치와 초점치의 1계 미분값을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도면을 참조하면, 디지털 카메라의 초점 조절 방법(200)은, 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 것으로서, (a) 초점치 검출 단계(S202, S203); (b) 초점 렌즈 이동 단계(S204); (c) 초점 조절 상태 판단 단계(S206); 및 (d) 초점 상태 강조 단계(S207, S208)를 구비한다.
본 실시예에 따른 디지털 카메라의 초점 조절 방법(200)은, 사용자에 의한 외부로부터의 수동 초점 조절 버튼의 조작에 의하여 초점 조절이 이루어지는 수동 초점 조절 방법에 관한 것으로, 사용자가 화면 표시 장치에 표시된 화면을 보고서 현재의 초점 조절 상태를 용이하게 판단할 수 있도록 하기 위한 것이다.
즉, 본 실시예의 S201 내지 S208에서 수행되는 수동 초점 조절 방법은 수동 초점 조절 버튼이 눌려졌는가 여부의 판단(S201)에 의하여 수동 초점 조절 버튼이 눌려진 경우에 수행되는 것이다. 이를 위하여 통상의 디지털 카메라에 수동 초점 조절 버튼이 구비되는 것이 바람직한데, 상기 초점 조절 버튼은 카메라로부터 멀리 떨어진 방향으로 초점을 맞추기 위한 파 버튼(far button)과 가까운 방향으로 초점을 맞추기 위한 니어 버튼(near button)을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 수동 초점 조절 방법은 고정된 거리에 피사체가 있을 때 주로 사용하는 기능으로, 무한대, 2.5M, 1M 등에 해당하는 고정거리에 따른 기능을 제공할 수 있다. 특히, 이 기능은 자동 초점 조절이 불가능한 경우(어두운 피사체, 단색피사체 등)에 사용하도록 추천되는 기능이다.
본 실시예 따른 디지털 카메라의 초점 조절 방법(200)에서는, 상기 파 또는 니어 버튼의 조작에 따라 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는다. 이때, 초점치는 영상 신호를 차단 주파수를 기준으로 고주파 통과 필터링 하여 구한 값을 전체 초점 영역에 대하여 적분하여 구할 수 있을 것이다.
초점 영역은 전체 영상 신호 중에서 초점치를 구하는 영역으로 전체 영상 신호 영역이 초점치가 될 수도 있지만, 화면 표시 장치의 일부의 특정 영역에 표시되는 영역만을 초점 영역으로 하는 것이 더욱 효율적일 것이다. 특히, 초점 영역은 화면 표시 장치의 전체 화면의 수평 방향으로는 1/4, 수직 방향으로는 1/3의 크기로 화면 중심에 위치할 수 있다.
상기 (a) 단계(S202, S203)에서는 초점 렌즈를 기준 위치로부터 일방향으로 소정 스텝씩 이동시키면서 초점치를 검출한다. 이를 위하여, 초점 조절 모터(MF)를 구동하여 초점 렌즈(FL)를 기준 위치, 즉 현재 위치로부터 설정된 종료 위치까지 이동시키면서 초점차를 계산한다. 이때, 초점 렌즈(FL)의 현재 위치가 종료 위치가 될 때까지 제1 스텝수 예를 들어, 8 스텝 수 단위로 초점 조절 모터(MF)가 구동되면서 영상 신호의 고주파 함량인 초점치가 계산된다.
이때, 상기 초점치는 통상의 경우에서의 도 1에 도시한 바와 같은 형태의 곡선을 갖는 경우에 비하여 높은 차단 주파수(cutoff frequency)를 기준으로 고주파 통과 필터링하여 구하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 본 실시예에서는 영상 신호 처리를 위한 샘플링 주파수의 1/100 보다 크고 1/10 보다 작은 주파수 중의 어느 하나의 주파수를 차단 주파수로 하고, 영상 신호를 상기 차단 주파수를 기준으로 고주파 통과 필터링 하여 구한 값을 적분하여 초점치를 구하는 것이 바람직하다.
이처럼 통상의 경우에서 보다 더 큰 값의 차단 주파수에 의하여 고주파 통과 필터링에 의한 고주파 성분으로부터 구한 초점치를 초점 렌즈의 위치에 대하여 표시한 그래프가 도 8a에 도시되어 있고, 도 8b에는 그 초점치의 1계 미분 그래프가 도시되어 있다. 이 경우 통상의 경우에 비하여 합초점 영역에서 큰 기울기를 가지며 합초점 영역이 명확히 드러나는 것을 볼 수 있다. 이때, 초점치의 미분값이 최대 및 최소 값을 가는 초점 렌즈의 위치에서 2계 미분값이 0이되는 변곡점이 형성되고, 변곡점과 변곡점 사이의 영역이 합초점 영역이 되고, 합초점 영역 이외의 영역이 흐림 영역이 될 수 있다.
상기 (b) 단계(S204)에서는 초점 렌즈의 위치를 수동 초점 조절 버튼의 수동 조작에 의한 현재 위치로 이동시킨다. 상기 (c) 단계(S206)에서는 현재 위치에서의 초점 조절 상태를 판단한다.
이때, 상기 초점 조절 상태는, 초점이 맞추어 진 것으로 판단되는 합초점 상태와, 초점이 맞추어지지 아니한 것으로 판단되는 흐림 상태를 구비하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같은 초점 렌즈의 위치에 대한 초점치의 그래프에서, 초점치의 변곡점과 변곡점 사이의 영역을 합초점 상태로 하고, 그 외의 영역을 흐림 상태로 하는 것이 바람직하다.
초점 조절 상태를 판단하는 다른 방법으로는, 초점 렌즈의 현재 위치에서의 초점치와 이전 스텝 위치에서의 초점치의 차이에 의한 초점치 그래프의 초점치 기울기에 의하여 현재 위치에서의 초점 조절 상태를 판단될 수도 있을 것이다. 이때, 상기 초점 조절 상태가, 초점치 기울기가 제1 기준값 보다 작으면 흐림 상태가 되고, 초점치 기울기가 제1 기준값 보다 큰 제2 기준값 보다 크면 합초점 상태가 되는 것이 바람직하다. 이는, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 합초점 영역에서의 기울기가 흐림 영역에서의 기울기 보다 큰 값을 갖는 경향을 이용한 것이다.
이때, 본 실시예에서는 흐림 영역의 작은 기울기의 상한치인 제1 기준값을 스텝당 0.3으로 하고, 합초점 영역의 큰 기울기의 하한치인 제2 기준값을 스텝당 5.0으로 하는 것이 바람직하다.
상기 (d) 단계(S207, S208)에서는 초점 조절 상태에 따라 초점 상태를 강조하는데, 초점 조절 상태가 합초점 상태인 경우에 선명함을 강조하는 (d1) 단계(S207)와 초점 조절 상태가 흐림 상태인 경우에 흐림을 강조하는 (d2) 단계(S208) 중에서 적어도 하나를 구비하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 (d1) 단계(S207)에서는 초점 조절 상태가 합초점 상태인 경우에는 영상 신호를 고주파 통과 필터링 하여 영상 신호의 선명함을 강조한다. 상기 (d2) 단계(S208)에서는 초점 조절 상태가 흐림 상태인 경우에는 영상 신호를 저주파 통과 필터링 하여 영상 신호의 흐림을 강조한다.
즉, 상기 초점 상태를 강조하는 (d) 단계에서는, 초점 조절 상태가 합초점 상태인 경우에는 영상 신호를 고주파 통과 필터링 하여 영상 신호의 선명함을 강조하거나(S207), 초점 조절 상태가 흐림 상태인 경우에는 영상 신호를 저주파 통과 필터링 하여 영상 신호의 흐림을 강조하거나(S208), 또는 초점 조절 상태가 합초점 상태인 경우에는 영상 신호를 고주파 통과 필터링 하여 영상 신호의 선명함을 강조하고(S207), 초점 조절 상태가 흐림 상태인 경우에는 영상 신호를 저주파 통과 필터링 하여 영상 신호의 흐림을 강조할(S208) 수 있을 것이다.
이때, 흐림 영역에서 저주파 통과 필터링 하는 경우의 차단 주파수에 비하여 합초점 영역에서 고주파 통과 필터링 하는 경우의 차단 주파수가 더 큰 값을 사용하여 합초점 영역에서의 선명함을 더욱 강조할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 구현을 위한 저주파 통과 필터 및 고주파 통과 필터의 구현은, 화면 표시 장치로서의 LCD의 구동을 위한 LCD 드라이버 내부에 포함되는 필터를 사용하거나, LCD 드라이버의 선명도(sharpness) 등을 조절하기 위한 레지스터에 저장되는 선명도 조절 상수를 셋팅하여 구현하거나, 디지털 신호 처리기(도 5의 507) 내부의 영상 처리 블록 등을 이용하여 구현할 수 있다.
수동 초점 조절 버튼이 눌려졌는가를 판단하여(S201) 눌려지지 않은 경우에는, S2 셔터 버튼이 눌려 졌는가를 판단하여(S209) 해당 버튼이 눌려진 경우에는 촬영을 수행하고(S210) 수동 초점 조절 모드를 종료한다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예로서, 디지털 카메라의 초점 조절 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도면을 참조하면, 디지털 카메라의 초점 조절 방법(300)은, 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 것으로서, (a) 초점치 검출 단계(S302, S303); (b) 최대 초점치의 초점 렌즈 위치 찾기 단계(S304); 및 (c) 초점 렌즈 최대 초점치 위치로 이동 단계(S305)를 구비한다.
본 실시예에 따른 디지털 카메라의 초점 조절 방법(300)은, 사용자에 의한 외부로부터의 자동 초점 조절 버튼의 조작에 의하여 초점 조절이 이루어지는 자동 초점 조절 방법으로, 디지털 카메라의 내부적으로 최대 초점치에 해당하는 초점 렌즈의 위치를 찾아 해당 위치로 초점 렌즈의 위치를 이동시켜, 영상을 촬영할 수 있도록 한다. 이때, 본 실시예에 대한 설명에서 도 7, 도 8a, 및 도 8b에 도시된 수동 초점 조절 방법과 동일한 기능을 하는 동일한 구성 요소는 동일한 기능을 수행하는 것으로 유사한 참조 번호를 사용하고 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 (a) 단계(S302, S303)에서는 초점 렌즈를 기준 위치로부터 일방향으로 소정 스텝씩 이동시키면서, 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치를 검출한다. 이를 위하여, 영상 신호 처리를 위한 샘플링 주파수의 1/100 보다 크고 1/10 보다 작은 주파수 중의 어느 하나의 주파수를 차단 주파수로 설정하고, 설정된 주파수를 차단 주파수로 하는 고주파 함량에 비례한 초점치를 검출한다.
이를 위하여, 초점 조절 모터(MF)를 구동하여 초점 렌즈(FL)를 기준 위치, 즉 현재 위치로부터 설정된 종료 위치까지 이동시키면서 초점차를 계산한다. 이때, 초점 렌즈(FL)의 현재 위치가 종료 위치가 될 때까지 제1 스텝수 예를 들어, 8 스텝 수 단위로 초점 조절 모터(MF)가 구동되면서 영상 신호의 고주파 함량인 초점치가 판독된다(S302). 이때, 초점치는 도 7의 실시예에서와 같이 도 8a 및 도 8b에 도시된 그래프에서 초첨치를 구하는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계(S304)에서는 초점치가 최대인 초점 렌즈의 위치인 최대 초점치 위치를 찾는다. 최대 초점치의 초점 렌즈의 위치를 찾는 방법으로는 통상의 자동 초점 조절 방법에서 사용하는 다양한 방법의 최대 초점치 찾는 방법이 사용될 수 있다. 본 실시예에서 사용 가능한 하나의 예를 들면 다음과 같다.
먼저 초점 렌즈(FL)가 제1 스텝 수의 단위로 계산된 초점치 중에서 최대 초점치의 위치로 이동된 후, 상기 최대 초점치의 위치를 기준으로 제1 스텝 수보다 작은 제2 스텝 수, 예를 들어 4 스텝 수 전후의 위치들에서의 초점치들이 측정 및 비교된다. 즉, 상기 최대 초점치와 새롭게 측정된 두 값들 중에서 가장 큰 값의 위치가 새로운 최대 초점치의 위치가 된다. 끝으로, 새로운 최대 초점치의 위치를 기준으로 제2 스텝 수보다 작은 제3 스텝 수, 예를 들어 2 스텝 수 전후의 위치들에서 초점치들이 측정 및 비교된다. 즉, 상기 최대 초점치 및 새롭게 측정된 두 값들 중에서 가장 큰 값의 위치가 최종적인 최대 초점치의 초점 렌즈의 위치가 된다.
상기 (c) 단계(S305)에서는 초점 렌즈의 위치를 상기 (b) 단계(S304)에서 구한 최대 초점치 위치로 이동시킨다. 또한, 이렇게 구한 초점 렌즈의 위치에서 S2 버튼이 눌려진 경우에 영상을 촬영하고(S310), 자동 초점 조절 모드를 종료한다.
본 발명에 의한 디지털 카메라의 초점 조절 방법은 디지털 카메라뿐만 아니라, 자동 또는 수동에 의한 초점 조절이 필요한 디지털 스틸 카메라(Digital Still Camera, DSC), 디지털 비디오 카메라(Digital Video Camera, DVC), 휴대 전화기용 카메라(phone camera) 등의 다양한 영상 획득 장치에 적용될 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 본 발명이 적용될 수 있는 전형적인 예로서 디지털 스틸 카메라를 기준으로 본 발명에 대하여 개시하였다.
본 발명에 따른 디지털 카메라의 초점 조절 방법에 의하면, 기울기가 명확하게 구별되는 특성을 갖는 초점치를 구하여 초점을 판단하여 합초점 영역과 흐림 영역을 더욱 명확하게 판단할 수 있다.
또한, 흐림 영역의 영상 데이터는 저주파 통과 필터(LPF)를 통과시켜 흐림을 강조하고, 합초점 영역의 영상 데이터는 고주파 통과 필터(HPF)를 통과시켜 선명함을 강조하여 합초점 상태를 더욱 명확하게 판단할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 통상적인 디지털 카메라의 초점 조절 방법에서, 초점 렌즈의 위치에 따른 초점치를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 카메라의 앞쪽 및 위쪽 외형을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 디지털 카메라의 뒤쪽 외형을 보여주는 배면도이다.
도 4는 도 2의 디지털 카메라의 입사측 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 디지털 카메라의 전체적 구성을 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 5의 마이크로제어기의 촬영 제어 알고리즘을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예로서, 디지털 카메라의 초점 조절 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 8a 및 8b는 도 7의 디지털 카메라의 초점 조절 방법에 의한 초점 렌즈의 위치에 따른 초점치와 초점치의 1계 미분값을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예로서, 디지털 카메라의 초점 조절 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

Claims (12)

  1. 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 디지털 카메라의 초점 조절 방법에 있어서,
    (a) 상기 초점 렌즈를 기준 위치로부터 일방향으로 소정 스텝씩 이동시키면서 초점치를 검출하는 단계;
    (b) 상기 초점 렌즈의 위치를 수동 조작에 의한 현재 위치로 이동시키는 단계;
    (c) 상기 현재 위치에서의 초점 조절 상태를 판단하는 단계; 및
    (d) 상기 초점 조절 상태에 따라 초점 상태를 강조하는 단계를 구비하는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초점치가, 상기 영상 신호를 미리 설정된 차단 주파수를 기준으로 고주파 통과 필터링 하여 구한 값을 적분하여 구해지는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차단 주파수가, 상기 영상 신호의 처리를 위한 샘플링 주파수의 1/100 보다 크고 1/10 보다 작은 주파수 중의 어느 하나의 주파수인 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초점 조절 상태가,
    초점이 맞추어 진 것으로 판단되는 합초점 상태와, 초점이 맞추어지지 아니한 것으로 판단되는 흐림 상태를 구비하여 이루어지는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 초점 렌즈의 위치에 대한 초점치의 그래프에서, 초점치의 변곡점과 변곡점 사이의 영역을 합초점 상태로 하고, 그 외의 영역을 흐림 상태로 하는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초점 조절 상태가,
    상기 현재 위치의 초점치와 이전 스텝 위치에서의 초점치의 차이에 의한 초점치 그래프의 초점치 기울기에 의하여 판단되는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 초점 조절 상태가,
    상기 초점치 기울기가 제1 기준값 보다 작으면 흐림 상태가 되고, 상기 초점치 기울기가 상기 제1 기준값 보다 큰 제2 기준값 보다 크면 합초점 상태가 되는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  8. 제4항 또는 제7항에 있어서,
    상기 (d) 단계가,
    (d1) 상기 초점 조절 상태가 합초점 상태인 경우에는 상기 영상 신호를 고주파 통과 필터링 하여 상기 영상 신호의 선명함을 강조하는 단계; 및
    (d2) 상기 초점 조절 상태가 흐림 상태인 경우에는 상기 영상 신호를 저주파 통과 필터링 하여 상기 영상 신호의 흐림을 강조하는 단계 중 적어도 하나를 구비하는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  9. 초점 조절 모터를 스텝 단위로 구동하여 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치가 가장 큰 초점 렌즈의 위치를 찾는 디지털 카메라의 초점 조절 방법에 있어서,
    (a) 상기 초점 렌즈를 기준 위치로부터 일방향으로 소정 스텝씩 이동시키면서, 상기 영상 신호의 고주파 함량에 비례한 초점치를 검출하는 단계;
    (b) 상기 초점치가 최대인 상기 초점 렌즈의 위치인 최대 초점치 위치를 찾는 단계; 및
    (c) 상기 초점 렌즈의 위치를 상기 최대 초점치 위치로 이동시키는 단계를 구비하는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 초점치가, 미리 설정된 차단 주파수를 기준으로 상기 영상 신호를 고주파 통과 필터링 하여 구한 값을 적분하여 구해지는 디지털 카메라의 초점 조절 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 디지털 카메라의 초점 조절 방법을 구현한 프로그램이 기록되는 기록매체.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 디지털 카메라의 초점 조절 방법이 적용되는 디지털 카메라.
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