KR100766995B1 - 3 dimension camera module device - Google Patents

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Abstract

A three-dimensional camera module apparatus is provided to measure the distance from an object by detecting light of a light source reflected from the object in an image sensor through a lens. A light source(13) includes a laser beam or an LED light source in order to irradiate an object. A camera(11) obtains the first image data from two image data. An image sensor(12) detects light reflected from an object of the light source(13) through the camera(11) to measure a distance from an object and converts the distance into a digital signal in order to obtain the second image data among two image data. A controller(14) controls the image sensor(12) and controls the input/output of a peripheral device. A sensor module(17) extracts an x,y, and z direction by using a geomagnetic-sensor to detect the position of the camera(11) to detect a fire, a robbery, an intrusion, and a gas. A memory module(18) redoubles an image frequency in such a manner that the double width of an image frequency stored in a memory is read out. A display module(20) displays three-dimensional image data.

Description

3차원 카메라 모듈장치{3 dimension camera module device}3D camera module device

도1은 본 발명의 3차원 카메라 모듈장치를 이용한 무인 감시장치의 구성을 나타낸 도면1 is a view showing the configuration of an unmanned surveillance apparatus using a three-dimensional camera module device of the present invention

도2는 본 발명의 3차원 카메라 모듈장치를 이용한 무인 감시방법의 흐름을 나타낸 순서도Figure 2 is a flow chart showing the flow of unmanned surveillance method using a three-dimensional camera module device of the present invention

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10: 무인 감시장치 11: 카메라10: unmanned surveillance device 11: camera

12: 이미지 센서 13: 광원12: image sensor 13: light source

14: 제어부 15: 전압부14: control unit 15: voltage unit

16: 통신부 17: 감지센서부16: communication unit 17: sensor unit

18: 메모리부 20: 모니터부18: memory 20: monitor

본 발명은 이미지 센서와 광원을 이용한 거리측정 센서 및 지자기 센서를 모듈화한 3차원 카메라 모듈장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional camera module device of modularized distance measuring sensor and geomagnetic sensor using an image sensor and a light source.

종래의 3차원 이미지 추출 방법을 살펴보면, 입체영상(stereo) 카메라는 삼각측량기법에 따라 피사체를 촬영하고, 촬영시 입체영상 카메라 즉, 2대의 카메라는 목표하는 지점 즉, 피사체에 대한 영상데이터를 각각 촬영하여 2개의 영상데이터를 얻게 된다. 이들 2개의 영상데이터를 결합하여 입체적인 영상데이터를 얻는다. 이때, 2개의 영상데이터는 거리, 높이, 깊이로 이루어진다.
그런데, 종래의 입체영상(Stereo) 카메라는 초점제어와 주시각제어가 각각 독립적으로 수행되며, 줌 기능이 첨부된 입체영상 카메라는 자연스럽게 선명한 입체영상을 획득하기 위해서는 조작이 대단히 어려워지는 단점이 있다.In the conventional three-dimensional image extraction method, a stereo camera photographs a subject according to a triangulation technique, and a stereoscopic camera, that is, two cameras, captures image data of a target point, that is, a subject, at the time of shooting. Two images are obtained by shooting. These two pieces of image data are combined to obtain three-dimensional image data. In this case, the two image data are composed of distance, height, and depth.
However, in the conventional stereo camera (Stereo) camera, the focus control and the angle of view control is performed independently of each other, the stereoscopic camera with a zoom function has a disadvantage that the operation is very difficult to obtain a naturally sharp stereoscopic image.

또한, 좌,우 영상을 각각 초당 15 프레임으로 전송하기 때문에 눈의 피로를 증가시키고 있고 카메라의 무게가 많이 나가며 깜박거림 현상이 있는 문제점을 노출하고 있다.In addition, since the left and right images are transmitted at 15 frames per second, eye fatigue is increased, and the weight of the camera is increased and the problem of flickering is exposed.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 조작하기 쉽고 무게가 가볍도록 한 3차원 카메라 모듈장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 1대의 카메라, 이미지센서, 광원을 이용하여 입체영상을 얻기 위한 3차원 카메라 모듈장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional camera module device that is easy to operate and light in order to solve the above problems.
Another object of the present invention is to provide a three-dimensional camera module device for obtaining a stereoscopic image using a single camera, an image sensor, a light source.

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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징을 살펴본다.
본 발명의 3차원 카메라 모듈장치는 2대의 카메라가 아닌 1대의 카메라, 광원, 이미지센서를 이용하여 삼각측량을 수행하고, 광원과 이미지센서를 이용하여 피사체에서 반사된 신호를 측정해서 측정된 경과 시간 및 피사체에 반사된 신호의 각도를 측정함으로써 거리를 산출한다.
여기에 쓰이는 광원은 레이저 또는 LED 배열로 들어오는 빛의 단계를 검출하기 용이한 광학계 전형적인 TOF 감지를 수행하고, 빛이 급속하게 광원에 들어오면 떨어진 거리 측량에 의해 전송 광선의 네모파가 실제 이용되며, 이를 이미지센서가 화소의 배열을 받아 사용하기 용이한 사인파로 변환시킨다.
이미지센서는 CMOS 이미지 센서 칩 형태로 구현되고, 이 칩은 120 X 160 화소를 가지며, 저가의 CMOS 센서 칩에 아날로그 디지털 변환기(analog digital converter; ADC)가 탑재된 칩을 사용하여 영상데이터가 최대 60 fps(frame per second)의 속도를 가지도록 한다.
본 발명의 3차원 카메라 모듈장치는 단일기판상에 카메라의 위치식별을 위한 지자기센서와 피사체와의 거리를 측정하는 이미지센서를 실장시킨다.
본 발명의 3차원 카메라 모듈장치를 이용한 무인 감시장치는 카메라의 제 1 영상데이터, 지자기센서의 위치, 이미지센서의 거리 데이터를 통합하여 모니터에 표출해 줄 수 있고 이 정보를 사용자에게 전달할 수 있도록 하기 위한 통신수단을 가진다. 통신 수단은 무선 통신과 인터넷(즉, 유선 통신)이 가능한데, 이때 데이터 인터페이스(Data Interface)는 10/100-Base-T Ethernet 을 적용하고, 무선랜 또는 와이브로(WiBro)를 적용할 수 있는 주파수 2.4 내지 2.48GHz 또는 5.7GHz 이상의 듀얼 모드(Dual Mode)의 통신설비를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 카메라 모듈장치를 이용한 무인 감시장치를 나타낸 블록도로서, 무인감시장치(10)는 피사체를 비추기 위한 레이저 또는 LED광원으로 이루어진 광원(13)과, 두 개의 영상데이터중 첫번째 영상데이터를 얻는 카메라(11)가 구비된다. 이때, 광원(13)은 레이저(laser), LED 광원, 자연광이며, LED 광원은 2.5 내지 5W 로 사람의 눈을 보호하기 위하여 870nm 를 사용하고, 상기 카메라(11)의 렌즈는 C-mount, fixed focus, F1.8 을 사용하며, 줌렌즈는 최대 200배 이상 볼 수 있다.
또한, 상기 광원(13)으로부터 피사체에 반사된 빛을 상기 카메라(11)를 통해 감지하여 피사체와의 거리를 측정하고, 상기 두 개의 영상데이터중 두번째 영상데이터를 얻기 위해 상기 측정된 거리데이터를 디지털신호로 변환하는 이미지 센서(12)와, 상기 이미지 센서(12)를 조절하고, 주변장치의 입출력을 제어하는 제어부(14)가 구비된다. 이때, 이미지 센서(12)는 2/3 inch CMOS(6.6mm X 8.8mm)로 구현할 수 있고, 화소차원 50μm X 50μm 로 카메라의 영상신호를 출력하고, 광원(13)으로부터 피사체에 반사된 빛은 카메라(11)의 렌즈를 통하여 이미지 센서(12)에 감지되고 이를 통해 피사체와의 거리를 측정하며, 영상신호를 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 내장하며, 상기 제어부(14)는 중앙처리장치로서 클럭주파수 330 MHz 이상을 사용하며, 변조주파수 44 MHz 를 발생하여 이미지 센서(12)를 조절하며, 주변장치의 입출력을 제어한다.
그리고, 외부 기기와 유선 및 무선 통신을 행하는 통신부(16)와, 지자기 센서를 이용하여 좌표 X,Y,Z 방향을 추출하여 상기 카메라의 위치를 감지하며, 화재, 도난, 침입, 가스감지를 감지하는 센서들로 이루어진 감지 센서부(17)가 구비된다. 이때, 상기 통신부(16)는 IEEE1394 또는 USB 방식으로 연결되고, 10/100-Base-T Ethernet을 기본 통신 수단으로 하며, IEEE802. 11a/b 규격에 준한 무선 통신을 행하고, 상기 감지센서부(17)는 지자기 센서를 이용하여 좌표 X,Y,Z 방향을 추출해 카메라의 위치를 파악하며, 화재, 도난, 침입, 가스감지 등을 센서에 의해 감지하는 기능을 가진다.
한편, 저장된 영상데이터가 메모리에 저장하는 주파수를 두 배로 판독하는 형식으로 영상주파수를 배가시키는 메모리부(18)와, 3차원 영상데이터를 디스플레이하는 표시부(20)를 포함하여 구성된다.
또한, 이들을 구동시키는 전원부(15)는 외부로부터 입력된 DC +12V 전압을 변환하여 공급한다.Look at the features of the present invention for achieving the above object.
The three-dimensional camera module apparatus of the present invention performs triangulation using one camera, a light source, and an image sensor instead of two cameras, and an elapsed time measured by measuring a signal reflected from a subject using a light source and an image sensor. And calculating the distance by measuring the angle of the signal reflected on the subject.
The light source used here performs an optical system typical TOF detection that is easy to detect the stage of light entering the laser or LED array, and when light enters the light source rapidly, square waves of transmitted light are actually used by distance measurements, The image sensor receives an array of pixels and converts it into an easy-to-use sine wave.
The image sensor is implemented in the form of a CMOS image sensor chip, which has 120 x 160 pixels, and uses a chip equipped with an analog digital converter (ADC) in a low-cost CMOS sensor chip to display up to 60 Have a speed of fps (frame per second).
The three-dimensional camera module device of the present invention mounts an image sensor for measuring the distance between the geomagnetic sensor and the object for identifying the camera position on a single substrate.
The unmanned surveillance apparatus using the three-dimensional camera module device of the present invention can be displayed on the monitor by integrating the first image data of the camera, the position of the geomagnetic sensor, the distance data of the image sensor to convey this information to the user Has a communication means. The communication means is capable of wireless communication and the Internet (i.e. wired communication), where a data interface applies 10 / 100-Base-T Ethernet, and a frequency for which wireless LAN or WiBro can be applied. To 2.48 GHz or more than 5.7 GHz dual mode (Dual Mode) communication equipment can be used.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the present invention will be described in detail.
1 is a block diagram showing an unmanned surveillance apparatus using a three-dimensional camera module device according to the present invention, the unmanned surveillance apparatus 10 is a light source 13 made of a laser or LED light source for illuminating a subject, and two image data A camera 11 for obtaining the first image data is provided. At this time, the light source 13 is a laser (laser), LED light source, natural light, the LED light source is 2.5 to 5W to use 870nm to protect the human eye, the lens of the camera 11 is C-mount, fixed focus, F1.8, zoom lens can be seen up to 200 times.
In addition, by detecting the light reflected from the light source 13 to the subject through the camera 11 to measure the distance to the subject, and to obtain the second image data of the two image data digitally measured the measured distance data An image sensor 12 for converting into a signal, and a control unit 14 for adjusting the image sensor 12 and controlling the input and output of the peripheral device. At this time, the image sensor 12 may be implemented by 2/3 inch CMOS (6.6mm X 8.8mm), and outputs the image signal of the camera in the pixel dimension 50μm X 50μm, the light reflected from the light source 13 to the subject It is detected by the image sensor 12 through the lens of the camera 11 and measures the distance to the subject through it, and has a built-in analog-to-digital converter for converting the image signal, the control unit 14 as a central processing unit clock frequency It uses more than 330 MHz, generates a modulation frequency of 44 MHz to adjust the image sensor 12, and controls the input and output of the peripheral device.
In addition, the communication unit 16 performs wired and wireless communication with an external device, and extracts coordinates X, Y, and Z directions by using a geomagnetic sensor to detect the position of the camera, and detects fire, theft, intrusion, and gas detection. There is provided a sensing sensor unit 17 made of a sensor. At this time, the communication unit 16 is connected by the IEEE 1394 or USB method, 10 / 100-Base-T Ethernet as a basic communication means, IEEE802. Perform wireless communication according to 11a / b standard, and the sensor unit 17 extracts coordinates X, Y, Z directions using geomagnetic sensors to determine the position of the camera, and detects fire, theft, intrusion, gas detection, etc. It has a function of sensing by a sensor.
On the other hand, the stored image data is configured to include a memory unit 18 for doubling the image frequency in the form of double reading the frequency stored in the memory, and a display unit 20 for displaying three-dimensional image data.
In addition, the power supply unit 15 for driving them converts and supplies a DC + 12V voltage input from the outside.

여기서, 상기 메모리부(18)는 이에 저장된 영상데이터가 메모리에 저장(Writer)하는 주파수를 두배로 판독(Read)하는 형식으로 영상주파수를 30 Frame/Sec 에서 60 Frame/Sec 로 배가시키고, 이벤트 발생 영상화면과 데이터를 임시 저장한 후 소정시간 후 자동 삭제하는 수단을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 표시부(20)는 3차원 카메라에서 입력된 영상을 디스플레이하는 패널로 3차원 영상을 볼 수 있고, 상기 카메라로부터 얻은 제 1 영상데이터, 상기 지자기센서로부터 얻은 위치데이터, 상기 이미지센서로부터 얻은 제 2 영상데이터의 거리데이터를 통합하여 표시부(20)에 디스플레이할 수 있고, 상기 감지센서부(17)의 감지 센서에서 감지된 사항과 정보를 동시에 나타낼 수도 있다.Here, the memory unit 18 doubles the image frequency from 30 Frame / Sec to 60 Frame / Sec in the form of double-reading the frequency at which the image data stored therein is stored in the memory, and generates an event. It may include a means for automatically deleting the image screen and data after a predetermined time after the temporary storage.
In addition, the display unit 20 may view a 3D image on a panel displaying an image input from a 3D camera, and may include first image data obtained from the camera, position data obtained from the geomagnetic sensor, and obtained from the image sensor. The distance data of the second image data may be integrated and displayed on the display unit 20, and the information and information detected by the detection sensor of the detection sensor unit 17 may be simultaneously displayed.

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본 발명의 무인 감시장치는 3차원 카메라 모듈장치를 포함하여 임베디드 타입(Embedded Type) 즉, 원보드(One Board)로 제작 가능하고, 이를 이용한 무인감시방법의 동작흐름을 살펴보면 다음과 같다.The unmanned surveillance apparatus of the present invention may be manufactured as an embedded type, that is, a one board, including a 3D camera module, and the operation flow of the unmanned surveillance method using the same will be described below.

도 2에는 본 발명의 3차원 카메라 모듈장치를 이용한 무인 감시방법의 흐름이 나타난다.Figure 2 shows the flow of the unmanned monitoring method using a three-dimensional camera module device of the present invention.

자동 아이리스를 장착한 줌렌즈를 통해 이상이 발생하면 카메라가 이동한다(단계100).If an abnormality occurs through the zoom lens equipped with the automatic iris, the camera moves (step 100).

이동된 카메라에 의해 보내준 영상 데이터를 확인하고 피사체에 대한 식별을 한다(단계110).The image data sent by the moved camera is checked and the subject is identified (step 110).

이상이 없으면 원점, 즉 처음 촬영하던 영상으로 이동하고, 이상이 발생하였다면 카메라를 통해 위치와 거리에 대한 좌표값을 받아 확인을 한다(단계120).If there is no abnormality, it moves to the origin, that is, the image that was originally photographed, and if an abnormality occurs, the camera receives a coordinate value of the position and distance through the camera and checks it (step 120).

이 경우에, 좌표에 대한 정확한 값을 받기 위해 반복 측정을 행한다.In this case, repeated measurements are taken to get the correct values for the coordinates.

피사체의 위치와 거리를 측정하면, 그 측정값을 화면에 표시하여 모니터에 출력해 준다(단계130).When the position and distance of the subject are measured, the measured values are displayed on the screen and output to the monitor (step 130).

특이 사항, 즉 화재, 도난, 침입, 가스누출 등이 감지되면 그 사항에 대한 경보음, 메시지 송출 및 특이 사항에 대한 정보를 메인 컴퓨터에 실시간으로 저장한다(단계150).If unusual, i.e., fire, theft, intrusion, gas leak, etc. are detected, alarm sound, message transmission, and information on the unusual matter are stored in the main computer in real time (step 150).

특이 사항이 없으면, 작동을 종료한다(단계140)
즉, 미리 설정된 기준치와 비교하여 피사체의 변동사항이 발생하지 않으면 본 루프를 종료한다. If there is no specificity, the operation ends (step 140).
In other words, the loop is terminated when the subject does not change compared to the preset reference value.

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상기와 같이 구성된 본 발명의 3차원 카메라 모듈장치는 광원으로부터 피사체에 반사된 빛을 렌즈를 통하여 이미지 센서에서 감지하여 피사체와의 거리를 측정하며, 본 발명의 3차원 카메라 모듈장치를 이용한 무인 감시방법은 특이 사항을 통신부를 통하여 사용자에게 전달할 수 있다.The three-dimensional camera module device of the present invention configured as described above measures the distance to the subject by detecting the light reflected from the light source to the subject through the lens, and the unmanned monitoring method using the three-dimensional camera module device of the present invention Can transmit the unusual to the user through the communication unit.

Claims (5)

두 개의 영상데이터를 결합하여 입체영상데이터를 얻기 위한 3차원 카메라 모듈장치에 있어서,In the three-dimensional camera module device for obtaining stereoscopic image data by combining two image data, 피사체를 비추기 위해 레이저 또는 LED광원으로 이루어진 광원(13);A light source 13 made of a laser or LED light source to illuminate the subject; 상기 두 개의 영상 데이터중 첫번째 영상데이터를 얻는 카메라(11);A camera (11) for obtaining first image data of the two image data; 상기 광원(13)으로부터 피사체에 반사된 빛을 상기 카메라(11)를 통해 감지하여 피사체와의 거리를 측정하고, 상기 두 개의 영상 데이터중 두번째 영상데이터를 얻기 위해 상기 측정된 거리데이터를 디지털신호로 변환하는 이미지 센서(12);The distance reflected from the light source 13 to the subject is sensed through the camera 11 to measure the distance to the subject, and the measured distance data is converted into a digital signal to obtain a second image data of the two image data. An image sensor 12 for converting; 상기 이미지 센서(12)를 조절하고, 주변장치의 입출력을 제어하는 제어부(14);A controller 14 for adjusting the image sensor 12 and controlling input / output of a peripheral device; 외부 기기와 유선 및 무선 통신을 행하는 통신부(16);A communication unit 16 for performing wired and wireless communication with an external device; 지자기 센서를 이용하여 좌표 X,Y,Z 방향을 추출하여 상기 카메라의 위치를 감지하며, 화재, 도난, 침입, 가스감지를 센서에 의해 감지하는 감지 센서부(17);A detection sensor unit 17 which detects a position of the camera by extracting coordinates X, Y, and Z directions using a geomagnetic sensor and detects fire, theft, intrusion, and gas detection by a sensor; 저장된 영상데이터가 메모리에 저장하는 주파수를 두 배로 판독하는 형식으로 영상주파수를 배가시키는 메모리부(18);A memory unit 18 which doubles the image frequency in a form in which the stored image data is read twice in the frequency stored in the memory; 3차원 영상데이터를 디스플레이하는 표시부(20);A display unit 20 for displaying three-dimensional image data; 를 포함하는 3차원 카메라 모듈장치.3D camera module device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 통신부(16)는 데이터 인터페이스를 가지고, 상기 데이터 인터페이스는 인터넷에 기반을 둔 10/100-Base-T Ethernet가 적용되고, 무선랜 또는 와이브로(WiBro)가 적용된 주파수 2.4 ~ 2.48 GHz 또는 5.7 GHz의 듀얼 모드로 구현된 3차원 카메라 모듈장치.The communication unit 16 has a data interface, and the data interface has a frequency of 2.4 to 2.48 GHz or 5.7 GHz to which 10 / 100-Base-T Ethernet based on the Internet is applied and wireless LAN or WiBro is applied. 3D camera module device implemented in dual mode. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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