Design of Real-Time Dead Pixel Detection and Compensation System for Image Quality Enhancement in Mobile Camera

모바일 카메라 화질 개선을 위한 실시간 불량 화소 검출 및 보정 시스템의 설계

In this paper, we propose the Real-time Dead-Pixel Detection and Compensation System for mobile camera and its hardware architecture. The CMOS image sensors as image input devices are becoming popular due to the demand for miniaturized, low-power and cost-effective imaging systems. However a conventional Dead-Pixel Detection Algorithm is disable to detect neighboring dead pixels and it degrades image quality by wrong detection and compensation. To detect dead pixels the proposed system is classifying dead pixels into Hot pixel and Cold pixel. Also, the proposed algorithm is processing line-detector and $5{\times}5$ window-detector consecutively. The line-detector and window-detector can search dead pixels by using one-dimensional(only horizontal) method in low frequency area and two-dimensional(vertical and diagonal) method in high frequency area, respectively. The experimental result shows that it can detect 99% of dead pixels. It was designed in Verilog hardware description language and total gate count is 23K using TSMC 0.25um ASIC library.

본 논문은 모바일 카메라 화질 개선을 위한 실시간 불량 화소(Dead pixel) 검출 및 보정 시스템에 대해 제안하고 있다. 영상 입력장치인 CIS(CMOS Image Sensor)는 소형화, 저전력, 비용절감의 효과로 각광받고 있다. 하지만 이미지 센서와 결합된 불량 화소 보정 장치에 관한 기존 방법에 있어서, 연속된 불량 화소들을 검출하지 못 하거나, 정상화소임에도 불구하고 불량 화소로 분류하여 영상이 훼손되는 경우가 발생한다. 제안된 알고리즘은 불량 화소를 핫 픽셀(Hot pixel)과 콜드 픽셀(Cold pixel)로 분류하여, 라인 검출방법과 $5{\times}5$ 창 검출 방법을 순차적으로 처리하여, 불량화소의 특성에 따라 검출 및 보정하는 방법을 제안한다. 라인 검출 알고리즘은 수평 저주파 영역의 불량화소를 검출한다. 그리고 $5{\times}5$창 검출 알고리즘은 수직, 대각 저주파 영역과 고주파 영역에 대한 불량 화소를 검출한다. 제안된 알고리즘은 시뮬레이션 결과, 99%의 높은 검출율을 보여주고 있다. 그리고 Verilog-HDL를 사용하여 구현하였고 Synopsys의 Design Analyzer와 TSMC 0.25um ASIC library로 합성하였으며, 총 Gate counts는 23K로 낮은 하드웨어 복잡도를 가진다.