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KR101070050B1 - 복합 기능 카메라 모듈 - Google Patents

복합 기능 카메라 모듈 Download PDF

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KR101070050B1 KR1020090123277A KR20090123277A KR101070050B1 KR 101070050 B1 KR101070050 B1 KR 101070050B1 KR 1020090123277 A KR1020090123277 A KR 1020090123277A KR 20090123277 A KR20090123277 A KR 20090123277A KR 101070050 B1 KR101070050 B1 KR 101070050B1
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Abstract

야간 시야 확보를 위한 나이트 비전(Night Vision: NV) 시스템 및 차량의 차선 이탈을 검출하여 이를 경보하는 차선 이탈 경보 시스템(Lane Departure Warning System: LDWS)에 동시 적용이 가능한 복합 기능 카메라 모듈이 개시된다. 상기 복합 기능 카메라 모듈은, 차량 전방의 이미지를 수광하는 렌즈; 상기 렌즈에서 수광된 이미지에서 가시광 영역과 적외선 영역을 투과하는 이중대역 통과 필터; 상기 이중대역 통과 필터에서 투과된 이미지를 검출하여 전기적인 이미지 신호를 생성하는 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서에서 생성된 이미지 신호를 처리하여 차량으로부터 원거리의 나이트 비전용 이미지와 차량으로부터 근거리의 차선 검출용 이미지를 생성하여 출력하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.
Figure R1020090123277
카메라 모듈, 나이트 비전, 차선, 이탈 경보, 적외선, 이중대역 통과 필터

Description

복합 기능 카메라 모듈{MULTIFUNCTIONAL CAMERA MODULE}
본 발명은 일반적으로 카메라 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 야간 시야 확보를 위한 나이트 비전(Night Vision: NV) 시스템 및 차량의 차선 이탈을 검출하여 이를 경보하는 차선 이탈 경보 시스템(Lane Departure Warning System: LDWS)에 동시 적용이 가능한 복합 기능 카메라 모듈에 관한 것이다.
최근 자동차 시장은 운전자의 안전성과 편의성을 추구하는 방향으로 자동차의 개발이 이루어져 왔으며 이에 따라 운전자의 안전성 및 편의성을 증대시킬 수 있는 많은 차량 운행 보조 시스템들이 실제 차량에 다수 적용되고 있다.
이러한 차량 운행 보조 시스템 중에는 이미지 처리 기술을 활용하여 야간에 운전자의 시야 확보에 도움을 주기 위한 나이트 비전(Night Vision: NV) 시스템과 운전자의 의지와 상관없이 차량이 차선을 이탈하는 것을 경보하기 위한 차선 이탈 경보 시스템(Lane Departure Warning System: LDWS) 등이 현재 실용화되고 있다.
상기 나이트 비전 시스템은, 야간에 차량의 전단에 설치된 카메라 모듈을 이용하여 차량 전방의 적외선 영상을 검출하여 디스플레이 하거나 보행자등의 출현을 감지하여 경보하는 시스템이다. 상기 차선 이탈 경보 시스템은, 역시 차량의 전단에 설치된 카메라 모듈을 이용하여 차량의 전방 하부를 촬영하여 차선의 위치를 검출하고 검출된 차선의 위치 변동에 따라 차량이 차선을 이탈하는 것을 판단하여 경보하는 시스템이다.
전술한 나이트 비전 시스템이나 차선 이탈 경보 시스템은 모두 차량 전방의 영상을 획득하기 위한 카메라 모듈을 필요로 한다. 따라서, 상기 나이트 비전 시스템과 차선 이탈 경보 시스템을 동시에 하나의 차량에 적용할 경우 두 개의 카메라 모듈이 요구된다. 그러나, 차량에 전방을 촬영하기 위한 두 개의 카메라 모듈을 모두 적용하게 되는 경우, 유사한 영상(차량 전방)을 촬영하기 위해 중복되는 비용이 발생하게 되며, 차량의 전단부에 두 개의 카메라 모듈을 배치해야 하므로 차량 외관의 디자인에 악영향을 줄 수 있는 문제가 발생한다.
따라서, 당 기술분야에서는 차량운행 안전 보조 장치인 나이트 비전 시스템과 차선 이탈 경보 시스템에 동시에 적용될 수 있는 카메라 모듈이 요구되고 있다.
본 발명은 야간 시야 확보를 위한 나이트 비전(Night Vision: NV) 시스템 및 차량의 차선 이탈을 검출하여 이를 경보하는 차선 이탈 경보 시스템(Lane Departure Warning System: LDWS)에 동시 적용이 가능한 복합 기능 카메라 모듈을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
차량 전방의 이미지를 수광하는 렌즈;
상기 렌즈에서 수광된 이미지에서 가시광 영역과 적외선 영역을 투과하는 이중대역 통과 필터;
상기 이중대역 통과 필터에서 투과된 이미지를 검출하여 전기적인 이미지 신호를 생성하는 이미지 센서; 및
상기 이미지 센서에서 생성된 이미지 신호를 처리하여 차량으로부터 원거리의 나이트 비전용 이미지와 차량으로부터 근거리의 차선 검출용 이미지를 생성하여 출력하는 신호 처리부
를 포함하는 복합기능 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 신호 처리부가 나이트 비전용 이미지를 출력 하는 경우 차량의 전방에 적외선광을 방사하는 적외선 방사기를 더 포함할 수 있다. 이 실시형태에서, 상기 적외선 방사기는, 근적외선 광을 방출할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 렌즈는, 상기 차량 전방의 원거리 및 근거리 이미지를 동시에 수광하는 광각 렌즈일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 신호 처리부는, 상기 이미지 센서에서 생성된 이미지 신호의 컬러를 보정하는 컬러 처리부와, 상기 컬러가 보정된 이미지 신호에서 상기 차량으로부터 원거리에 해당하는 영역 및 상기 차량으로부터 근거리에 해당하는 영역을 각각 분할하여 출력하는 이미지 분할부, 및 상기 분할된 영역들을 사전 설정된 이미지 사이즈로 각각 변환하는 스케일링부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 차량의 편의 장치인 나이트 비전 시스템 및 차선 이탈 경보 시스템을 하나의 카메라 모듈을 이용하여 구현할 수 있으므로, 카메라 모듈의 수를 감소시켜 비용을 절감할 수 있으며, 차량의 전단부에 하나의 카메라만 배치하여 차량 외관의 디자인을 더욱 미려하게 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 더욱 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.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈의 블록구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈(10)은, 렌즈(11), 이중대역 통과필터(12), 이미지 센서(13) 및 신호 처리부(14)를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 더하여, 본 발명은 적외선 방사기(105)를 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈(11)는 차량 전방의 이미지를 수광하기 위한 것으로, 2 매 이상의 개별 렌즈를 포함하는 렌즈군으로 구현될 수도 있다. 특히, 본 발명은 나이트 비전용으로 사용되기 위한 차량 전방의 원거리 영상과 차선 검출용으로 사용되기 위한 차량 전방의 근거리 영상을 한번에 수광하여야 하므로, 상기 렌즈(11)는 광각렌즈를 사용하여 구현되는 것이 바람직하다.
상기 이중대역 통과필터(12)는 나이트 비전용으로 사용되는 적외선 영역의 광과, 차선 이탈 검출용으로 사용되는 가시광 영역의 광을 모두 수광할 수 있도록 두 개의 파장 대역을 투과시키는 필터가 적용되는 것이 바람직하다. 도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈에 적용되는 이중대역 통과필터의 특성을 도시한 그래프이다. 도 2에 도시한 것과 같이, 본 발명의 일실시형태에서, 상기 이중대역 통과필터(12)는 400 내지 780 ㎚ 대역의 가시광 영역과 900 ㎚ 근방의 근적외선(Near IR) 영역을 투과하는 필터일 수 있다. 상기 이중대역 통과필터(12)에 의해 그 후단의 이미지 센서(13)에서는 가시광 영역의 이미지와 적외선 영역의 이미지를 모두 수광하여 검출할 수 있게 된다. 본 발명의 일실시형태에서, 적외선 광을 방사하는 적외선 방사기(15)가 적용되는 경우, 상기 이중대역 통과필터(12)의 적외선 통과 대역은 상기 적외선 방사기(15)에서 방사되는 적외선 광의 파장을 중심으로 설정될 수 있다.
상기 이미지 센서(13)는 상기 이중대역 통과필터(12)에 의해 투과된 이미지를 검출하여 전기적 신호로 변환한 이미지 신호를 출력한다. 상기 이미지 센서(13)는 통상적으로 알려진 CCD 또는 CMOS 방식의 촬상소자를 이용하여 구현될 수 있다. 상기 이미지 센서(13)에서 출력되는 신호는, 이후 신호 처리 과정을 통해 일부의 분할 영역이 나이트 비전용 및 차선 검출용으로 사용된다. 따라서, 상기 일부의 분 할영역이 충분한 해상도의 이미지로 구현되기 위하여 상기 이미지 센서(13)는 적어도 백만 화소 이상의 고화소 이미지 센서로 적용되는 것이 바람직하다. 상기 이미지 센서(13)는 적외선을 투과한 이미지를 가시광 영역의 이미지와 함께 수광하여 이미지 신호를 생성하므로, 상기 이미지 센서(13)에 의해 생성된 이미지는 전체적으로 적색으로 치우친 이미지 신호일 수 있다.
상기 신호 처리부(14)는 상기 이미지 센서(13)에서 출력되는 이미지 신호에 대해 다양한 이미지 처리 기법을 적용하여 나이트 비전 및 차선 이탈 검출에 사용될 수 있는 이미지를 출력한다. 상기 신호 처리부(14)는 상기 이미지 센서(13)로부터 입력받은 이미지 신호의 품질을 개선하는 처리를 수행함과 동시에, 상기 이미지 센서(13)로부터 입력받은 이미지 신호에서 나이트 비전용으로 사용될 영역과 차선 이탈 검출용으로 사용될 영역을 분할(crop)하여 출력할 수 있다. 상기 신호 처리부(14)는 통상적인 카메라 모듈에 사용되는 이미지 신호 프로세서(ISP) 칩을 채용하여 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈의 신호 처리부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다. 상기 신호 처리부(14)는 도 3에 도시한 것과 같이, 컬러 처리부(141), 이미지 분할부(142) 및 스케일링부(143)을 포함할 수 있다.
상기 컬러 처리부(141)는 상기 이미지 센서(13)으로부터 입력되는 이미지 신 호를 처리하여 컬러 영상을 생성한다. 상기 이미지 센서(13)로부터 입력되는 이미지 신호는 각 픽셀이 적색, 녹색, 청색(RGB) 중 하나의 색상값 만을 갖는 베이어 패턴으로 표현된 이미지를 나타내는 신호일 수 있다. 상기 컬러 처리부(141)는 사전에 결정된 이미지 보간 알고리즘을 적용하여 이 베이어 패턴의 이미지 신호를 보간함으로써 각 픽셀의 RGB 값을 결정할 수 있다. 또한, 상기 컬러 처리부(141)는 컬러보간에 의해 결정된 RGB 값들에 의해 나타나는 컬러 왜곡을 보상할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시형태는 적외선 영역을 통과시키는 필터를 사용하여 이미지를 필터링 하므로 적색에 치우친 영상이 될 수 있으므로, 상기 컬러 처리부(141)는 이러한 적색 편향을 완화하기 위한 컬러 왜곡 알고리즘을 적용하여 이미지 신호의 컬러 처리를 수행할 수 있다. 그 외에, 상기 컬러 처리부(141)는 에지 강조, 선명도 향상 등과 같이 이미지의 품질을 향상시키기 위한 다양한 알고리즘을 적용하여 이미지 신호를 처리 할 수 있다.
한편, 상기 컬러 처리부(141)는 입력되는 이미지 신호의 광량을 검출하고, 검출된 광량이 사전 설정된 기준보다 적을 경우, 적외선 방사기(15)의 동작을 트리거하는 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 상기 컬러 처리부(141)의 광량 검출은 입력되는 이미지 신호의 밝기값(Y 값)을 산출하여 이루어지거나, 이미지 센서(13)의 셔터속도를 고려하여 이루어질 수 있다.
상기 이미지 분할부(142)는 상기 컬러 처리부(141)에 의해 컬러 처리가 이루어진 이미지 신호에서, 차량 전방의 원거리에 해당하는 영역과 차량 전방의 근거리 에 해당하는 영역을 각각 분할(crop)한다. 즉, 상기 이미지 분할부(142)는, 야간 운행시 시야 확보를 위한 나이트 비전용으로, 상기 컬러 처리가 이루어진 이미지 신호에서 차량 전방의 원거리에 해당하는 영역을 분할하고, 차선 검출용으로 차량의 전륜에 가까운 근거리에 해당하는 영역을 분할 한다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈의 이미지 센서에서 검출된 이미지와, 나이트 비전용 이미지 및 차선 검출용 이미지의 일례를 각각 도시한 도면이다. 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 컬러 처리부(141)에서 출력되는 이미지 신호가 나타내는 영상은 광각 렌즈를 사용하여 수광된 이미지를 모두 검출한 영상이다. 상기 이미지 분할부(142)는 상기 컬러 처리부(141)에서 출력된 영상에서 나이트 비전용으로 원거리에 해당하는 영역(41)을 분할하여 도 4의 (b)에 나타난 것과 같이 출력한다. 또한, 상기 이미지 분할부(142)는 상기 컬러처리부(141)에서 출력된 영상에서 차선 검출용으로 근거리에 해당하는 영역(42)을 분할하여 도 4의 (c)에 나타난 것과 같이 출력한다.
상기 스케일링부(143)은 상기 이미지 분할부(142)에 의해 분할된 영역들을 사전 설정된 이미지 사이즈로 변환하는 스케일링을 수행한다. 상기 스케일링부(143)에서 출력되는 신호는 본 발명의 카메라 모듈과 연결되는 다른 애플리케이션 또는 별도의 프로세서로 출력되는 신호로서, 상기 스케일링부(143)는, 본 발명의 카메라 모듈과 연결된 다른 애플리케이션이나 프로세서가 요구하는 사이즈로 상기 분할된 영역의 사이즈를 변환하여 출력할 수 있다. 더하여, 상기 스케일링 부(143)는 사이즈의 변환 뿐만 아니라, 상기 분할된 영역의 이미지의 영상 신호 포멧을 결정하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 카메라 모듈에 연결된 나이트 비전용 애플리케이션이 NTSC 규격의 디스플레이 수단이라고 하면, 상기 스케일링부(143)는 나이트 비전용으로 분할된 영역의 이미지를 NTSC 규격에 적절한 포멧으로 변환할 수 있다.
상기 스케일링부(143)에서 변환된 나이트 비전용 분할영역의 이미지 신호는 전술한 것과 같이 디스플레이 수단으로 입력되어 운전자에게 디스플레이 되거나, 보행자 검출 알고리즘을 포함하는 별도의 프로세서로 입력되어, 분할 영역의 이미지 상에 보행자가 출현하는 경우 시각 및/또는 청각적인 경보를 발생시키는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 스케일링부(143)에서 변환된 차선 검출용 이미지는, 차선 이탈을 검출하기 위한 알고리즘을 포함하는 별도의 프로세서로 입력되어 분할 영역에서 차선의 위치가 이동되어 차선을 이탈하는 것으로 판단되는 경우 시각 및/또는 청각적인 경보를 발생시키는데 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 하나의 카메라 모듈로써 나이트 비전용 및 차선 이탈 경보용 이미지를 동시에 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 나이트 비전 및 차선 이탈 경보에 사용되는 카메라 모듈의 수를 감소시켜 비용을 절감할 수 있으며, 차량의 전단부에 하나의 카메라만 배치하여 차량 외관의 디자인을 더욱 미려하게 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈의 블록구성도.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈에 적용되는 이중대역 통과필터의 특성을 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈의 신호 처리부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도.
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일실시형태에 따른 복합기능 카메라 모듈의 이미지 센서에서 검출된 이미지와, 나이트 비전용 이미지 및 차선 검출용 이미지의 일례를 각각 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 복합기능 카메라 모듈 11: 광각 렌즈
12: 이중대역 통과필터 13: 이미지 센서
14: 신호 처리부 15: 적외선 방사기
141: 컬러처리부 142: 이미지 분할부
143: 스케일링부

Claims (6)

  1. 차량 전방의 이미지를 수광하는 렌즈;
    상기 렌즈에서 수광된 이미지에서 가시광 영역과 적외선 영역을 투과하는 이중대역 통과 필터;
    상기 이중대역 통과 필터에서 투과된 이미지를 검출하여 전기적인 이미지 신호를 생성하는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서에서 생성된 이미지 신호를 처리하여 차량으로부터 원거리의 나이트 비전용 이미지와 차량으로부터 근거리의 차선 검출용 이미지를 생성하여 출력하는 신호 처리부
    를 포함하는 복합기능 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부가 나이트 비전용 이미지를 출력하는 경우 차량의 전방에 적외선광을 방사하는 적외선 방사기를 더 포함하는 복합기능 카메라 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적외선 방사기는, 근적외선 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 복합기 능 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 차량 전방의 원거리 및 근거리 이미지를 동시에 수광하는 광각 렌즈인 것을 특징으로 하는 복합기능 카메라 모듈.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 이미지 센서에서 생성된 이미지 신호의 컬러를 보정하는 컬러 처리부;
    상기 컬러가 보정된 이미지 신호에서 상기 차량으로부터 원거리에 해당하는 영역 및 상기 차량으로부터 근거리에 해당하는 영역을 각각 분할하여 출력하는 이미지 분할부; 및
    상기 분할된 영역들을 사전 설정된 이미지 사이즈로 각각 변환하는 스케일링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합기능 카메라 모듈.
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