허니컴 패턴의 CCD 이미지 센서를 위한 Image Signal Processor 설계 및 구현 = A Design of an Image Signal Processor for CCD Image Sensors with a Honeycomb Pattern and its Hardware Implementation
저자
발행사항
서울 : 서경대학교 대학원, 2007
학위논문사항
학위논문(석사)-- 서경대학교 대학원 : 컴퓨터공학과 2007. 2
발행연도
2007
작성언어
한국어
주제어
KDC
004
DDC
004
발행국(도시)
서울
형태사항
150 p. ; 26cm
일반주기명
지도교수 :김진헌
소장기관
30년 전부터 대부분의 이미지 센서들은 그것의 칼라 필터 어레이로써 베이어(Bayer) 패턴을 고수해 왔다. 그러나 최근 센서 감도와 해상도의 효율을 기존보다 향상시킬 수 있는 허니컴(Honeycomb) 패턴이 등장하였다. 한국은 이 패턴을 갖는 Charge-Coupled Device(CCD)센서를 개발 중에 있으며, 이를 위한 Image Signal Processor(ISP)가 요구되는 시점이 되었다. 그러므로 본 논문에서는 허니컴 CCD센서를 지원하는 ISP의 설계를 기술하며 이에 따른 하드웨어 구현 방법을 제시한다.
본 ISP에는 다양한 영상 보정 기능과 화질 향상 기능 그리고 영상 효과기를 내장한다. CCD센서의 영상 왜곡 및 결함은 자동 색온도 보정(AWB), 결함 화소 보정(Dead Pixel Compensation), 차광 효과 보정(Edge Shading Compensation)등의 방법으로 처리된다. 화질 향상 기능으로는 영역 처리를 통한 고/저주파 통과 필터(High/Low-frequency Pass Filter), 중앙값(Median) 처리가 있으며, 이것은 디지털 처리로 야기된 위색(False Color) 혹은 블러(Blur)현상을 수정하여 영상의 질을 향상시키도록 한다. 또한, 세피아(Sepia), 엠보싱(Embossing), 스케치(Sketch)등의 영상 효과기 구현으로 ISP 기능의 다양성을 도모한다.
이러한 기본적인 영상 처리 기능에 더하여 High Dynamic Range(HDR)기능을 위한 영상 결합 알고리즘 개발을 통해 다이나믹 레인지가 확장된 영상을 획득하도록 한다.
본 논문은 앞서 기술한 영상처리 알고리즘을 기반으로 하여 VHDL을 이용한 하드웨어 로직을 설계하고 이것을 FPGA로 검증하는 절차를 거쳐 0.18um CMOS 공정으로 ISP 칩을 제작하는 내용을 담고 있다.
Since 30 years ago, most image sensors have adhered to the bayer pattern as a color filter array of them. However, the honeycomb pattern that can enhance sensitivity of the sensors and efficiency of the resolution compared with the previous technology appeared recently. In Korea, the development of the honeycomb CCD sensors is in progress, and it is time to build an Image Signal Processor (ISP) supporting those sensors. Therefore, this paper describes a design of the ISP for the honeycomb CCD sensors and proposes a method for its hardware implementation.
The ISP is built in various functions of image compensation, image enhancement, and image effect. The image distortions and defects caused by mechanical or physical environments to CCD Sensors are dealt with the methods such as automatic white balance, dead pixel compensation, edge shading compensation, and gamma correction. The image enhancement functions refer to high or low frequency pass filtering processes through the local area processing and median processes. Their purpose is to enhance the quality of an image, modifying false colors or blurred conditions caused by the digital processing. Besides, the diversity of the ISP's functions is promoted by the design of image effects such as sepia, embossing, and sketch.
Adding these basic functions to the ISP, images with an extended dynamic range are obtained by the development of the image combining algorithm for the High Dynamic Range (HDR) function.
This paper includes designing hardware logics with VHDL based on digital image processing algorithms described previously, verifying them under a FPGA platform, and manufacturing a ISP chip by the process of 0.18um CMOS fabrication.
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