KR100322727B1 - 2차원/스테레오영상변환방법및장치 - Google Patents

2차원/스테레오영상변환방법및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2차원/스테레오 영상변환방법 및 장치에 관한 것으로서, 입력되는 2차원 영상을 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리; 현재 프레임의 영상과 N번째까지 지연된 프레임의 영상으로부터 움직임을 검출하여 배경영상과 움직이는 물체로 분할하는 움직임 검출부; 분할된 움직이는 물체의 움직임양을 계산하는 움직임양 계산부; 계산된 움직임양으로부터 움직임 속도 및 방향을 계산하는 움직임 속도/방향 계산부; 계산된 움직임 속도와 추출된 카메라 파라메터로부터 움직이는 물체와 카메라 사이의 거리를 계산하는 카메라/물제 거리계산부; 계산된 움직임 속도를 제1 및 제2임계값을 이용하여 분류하는 움직임속도 분류부; 분류된 움직임속도 및 방향과 계산된 거리로부터 움직이는 물체의 영상을 합성하는 물체영상 합성부; 및 현재 프레임의 영상을 스테레오 영상의 한쪽 영상으로 설정하고, 합성된 움직이는 물체의 영상과 배경영상을 합성하여 스테레오 영상 중 다른쪽 영상으로 설정하는 스테레오 영상 생성부로 구성된다. 따라서, 자연스러울 뿐 아니라 입체감요소를 최대한 살린 스테레오 영상을 디스플레이하므로 사람들이 현장감을 느낄 수 있는 3차원 영상을 감상할 수 있다.

Description

2차원/스테레오 영상변환방법 및 장치
본 발명은 영상 변환방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 프레임간의 움직이는 물체의 속도와 방향 및 거리 정보를 이용하여 2차원 영상을 스테레오 영상으로 변환하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
기존의 3차원 영상시스템이 제1도에 도시되어 있으며, 이 3차원 영상시스템에서의 입체 영상 디스플레이과정을 제1도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 일반 영상에 대해서는 이를 카메라 콘트롤러(12)의 제어하에 스테레오 카메라(11)로 촬영하고, 이를 저장부/전송부(13)에 의해 저장하거나 전송한다. 저장 혹은 전송된 영상을 3차원적으로 디스플레이하기 위해 디스플레이 콘트롤러(14)는 스테레오 영상을 디스플레이 시스템에 맞게 모니터(15)상에 디스플레이시킨다. 일반적인 3차원 디스플레이 시스템에는 렌티큐라(Lenticular) 방식과 시분할 방식이 있는데, 렌티큐라 방식은 디스플레이 시스템에 렌티큐라 렌즈를 사용하였기 때문에 사람이 안경을 착용하지 않고도 바로 영상을 입체적으로 볼 수 있다. 이러한 경우 스테레오 영상을 동시에 디스플레이 시스템에 주사하여 사람의 두눈에 각각 상이 보이도록 한다. 한편, 시분할 방식은 LCD 셔터 안경을 사용하는데, 일반 디스플레이 시스템에 왼쪽과 오른쪽 눈의 영상을 교대로 주사하고 이에 맞추어 안경도 교대로 왼쪽과 오른쪽이 열리거나 닫히므로 사람이 입체감을 느끼도록 하는 시스템이다. 이 시스템에서는 스테레오 카메라를 이용하여 미리 스테레오 영상을 생성하여 디스플레이하는 시스템이므로 쉽게 사람이 입체감을 느끼도록 디스플레이할 수 있다.
한편, 일반 TV에서 보는 2차원 영상을 입체 영상으로 보기 위해서는 제2도에 도시된 바와 같은 2차원/스테레오 영상 변환시스템이 필요하게된다. 제2도에 있어서, 2차원/스테레오 영상변환장치(21)에서는 일반 TV에서 보는 2차원 영상이 입력되면 현재의 2차원 영상에 가장 적합한 스테레오 영상를 생성한다. 이 스테레오 영상은 디스플레이 콘트롤러(22)에 의해 디스플레이 시스템의 모니터(23)상에 3차원적으로 디스플레이된다. 여기서, 2차원/스테레오 영상변환장치(21)의 동작을 제3도와 제4도를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
우선 제3도에 도시된 2차원/스테레오 영상변환장치에 있어서, 현재의 2차원 영상(31)이 입력되면 이를 복사하여 두개의 영상(32,33)을 만든 다음, 한 영상(33)으로 부터 다른 영상(34)에 대해 상대적으로 수평이동시킨 영상(35)을 만들어 스테레오 영상을 생성한다. 이는 현재의 2차원 영상의 시간적인 정보를 사용하지 않고 단순한 방법으로 스테레오 영상을 생성한다.
한편, 제4도에 2차원/스테레오 영상변환장치는 제3도에 도시된 것보다 좀 더 복잡한 구성을 가지는데, 여러 프레임의 2차원 영상(41)을 프레임 메모리(미도시)에 저장한 다음, 움직임 검출부(42)에서 현재 프레임을 기준으로 하여 다음 프레임간의 움직임을 검출하고, 움직임이 많으면 프레임 선택부(43)에서 지연이 작은 프레임을 선택하고, 움직임이 적으면 프레임 선택부(43)에서 지연이 많은 프레임을 선택하도록 한다. 따라서, 왼쪽과 오른쪽 영상간의 움직임을 일정하게 유지하여 서로가 움직임의 차이를 갖는 스테레오 영상을 생성한다. 즉, 현재 프레임의 영상(44)과 약간의 움직임을 갖는 지연 프레임 영상(45)을 각각 왼쪽과 오른쪽 눈에 디스플레이함으로써 입체감을 얻을 수 있다. 이러한 구조는 현재 영상과 지연된 영상간의 운동시차를 이용하여 양안시차를 갖는 스테레오 영상으로 변환시키는 원리를 이용한 것이다.
그러나 제3도와 제4도에 도시된 2차원/스테레오 영상변환장치의 문제점을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 제3도에 도시된 2차원/스테레오 영상변환장치의 경우, 현재의 2차원 영상을 단지 복사하고 이를 수평으로 이동하여 스테레오 영상을 생성하였기 때문에 모든 스테레오 영상의 양안시차 요소가 동일하여 전체 스테레오 영상의 입체감이 단순하고 변화가 없어 2차원/스테레오 영상변환의 효과가 매우 적은 단점이 있다. 또한, 단안 영상의 입체감의 요소인 운동시차를 이용하지 못하므로 인간이 입체감을 느끼기에는 매우 부족한 구조이다.
한편, 제4도에 도시된 2차원/스테레오 영상변환장치는 단안 영상의 운동시차를 이용하여 스테레오 영상을 생성한 구조이므로, 이러한 구조는 현재 프레임의 영상에 대해서 영상의 움직임 정도를 파악한 후, 다음에 오는 프레임 중에 하나의 프레임을 선택하여 스테레오 영상을 만들기 때문에 영상내에 각각의 물체들의 움직임을 반영하지 못하는 단점이 있다. 즉, 영상내에 한 물체는 빨리 움직이고 다른 물체는 천천히 움직이는 경우 스테레오 영상을 만들때 각 물체의 움직임양을 고려해주지 못하기 때문에 지연된 프레임에 따라 입체감이 달라지게 되어 2차원/스테레오 영상변환의 효과가 매우 낮아지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 프레임간의 움직이는 물체의 속도와 방향 및 거리 정보를 이용하여 2차원 영상을 스테레오 영상으로 변환하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 2차원 영상을 스테레오 영상으로 변환하는 방법을 실현하는데 가장 적합한 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 2차원/스테레오 영상변환방법은
입력되는 2차원 영상 중 현재 현재 프레임의 영상을 스테레오 영상중 한쪽 영상으로 설정하는 과정;
상기 현재 프레임의 영상과 N번째까지 지연된 프레임의 영상으로부터 움직임을 검출하여 배경영상과 움직이는 물체로 분할하는 과정;
상기 분할된 움직이는 물체의 움직임양, 움직임 속도 및 방향을 계산하는 과정;
상기 움직임 속도와 추출된 카메라 파라메터로부터 움직이는 물체와 카메라 사이의 거리를 구하는 과정;
상기 움직임 속도, 방향 및 거리로부터 움직이는 물체의 영상을 합성하는 과정; 및
상기 합성된 움직이는 물체의 영상과 상기 배경영상을 합성하여 상기 스테레오 영상 중 다른쪽 영상으로 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 2차원/스테레오 영상변환장치는
입력되는 2차원 영상을 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리;
상기 2차원 영상 중 현재 프레임의 영상과 N번째까지 지연된 프레임의 영상으로부터 움직임을 검출하여 배경영상과 움직이는 물체로 분할하기 위한 움직임 검출부;
상기 움직임 검출부에서 분할된 움직이는 물체의 움직임양을 계산하기 위한 움직임양 계산부;
상기 움직임양 계산부에서 계산된 움직임양으로부터 움직임 속도 및 방향을 계산하기 위한 움직임 속도/방향 계산부;
상기 움직임 속도/방향 계산부에서 계산된 움직임 속도와 추출된 카메라 파라메터로부터 움직이는 물체와 카메라 사이의 거리를 계산하기 위한 카메라/물체 거리계산부;
상기 움직임 속도/방향 계산부에서 계산된 움직임 속도를 제1 및 제2임계값을 이용하여 분류하기 위한 움직임속도 분류부;
상기 움직임속도 분류부에서 분류된 움직임속도 및 방향과 상기 카메라/물체 거리계산부에서 계산된 거리로부터 움직이는 물체의 영상을 합성하기 위한 물체영상 합성부; 및
상기 현재 프레임의 영상을 스테레오 영상의 한쪽 영상으로 설정하고, 상기 합성된 움직이는 물체의 영상과 상기 배경영상을 합성하여 상기 스테레오 영상 중 다른쪽 영상으로 설정하기 위한 스테레오 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제5도는 본 발명에 의한 2차원/스테레오 영상변환장치를 나타낸 블럭도로서,프레임 메모리(51), 움직임 검출부(52), 움직임양 계산부(53), 움직임 속도/방향 계산부(54), 카메라/물체 거리계산부(55), 움직임속도 분류부(56), 물체영상 합성부(57)와 영상합성부(58)로 구성된다.
그러면 본 발명의 동작을 제5도와 제6도를 결부시켜 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 스테레오 영상이 사람의 두눈에 맺힐 경우, 상의 불일치로 인한 양안시차가 원인이 되어 인간이 입체감을 느끼게 된다. 또한, 2차원 영상에서도 입체감을 느낄 수 있는데, 이는 2차원 영상내의 한 물체가 다른 물체에 비해 상대적으로 움직이는 운동시차에 의해 물체의 입체감을 느낄 수 있다. 그러므로 본 발명에서는 이러한 원리를 이용하여 2차원 영상을 스테레오 영상으로 변환하고자 하는 것이다.
먼저, 프레임 메모리(51)에서는 입력되는 2차원 영상(Vi)을 프레임 단위로 저장하고, 현재 프레임의 영상(제6도의 61)을 오른쪽 영상(제6도의 66)으로 선택한다.
움직임 검출부(52)에서는 현재 프레임의 영상(제6도의 61)을 기준으로 하여 N번째까지 지연 프레임의 영상(제6도의 62) 사이의 움직임을 검출하여(제6도의 63), 움직이지 않는 물체 즉, 배경영상과 움직이는 물체로 분할한다.
움직임양 계산부(53)에서는 움직임 검출부(52)에서 분할된 각 움직이는 물체의 움직임양을 계산하고, 움직임 속도/방향 계산부(54)에서는 계산된 움직임양으로부터 움직임 속도 및 방향을 계산하고, 카메라/물체 거리계산부(55)에서는 움직임 속도와 영상에서 추출된 카메라 파라메터로 부터 카메라와 물체간 거리를계산한다(제6도의 64).
움직임 속도분류부(56)에서는 각 움직이는 물체의 움직임 속도를 임계값 T1, T2(여기서, T1〈T2)에 따라 분류하는데, 움직임 속도가 임계값 T1보다 작은 경우, 움직임 속도가 임계값 T1과 T2 사이에 존재하는 경우, 움직임 속도가 임계값 T2보다 큰 경우로 분류한다.
물체영상 합성부(57)에서는 움직임 속도분류부(56)에서 분류된 움직임속도 및 방향과 카메라/물체 거리계산부(55)에서 계산한 카메라와 물체 사이의 거리에 따라 움직이는 물체영상을 합성한다(제6도의 65). 이때, 물체영상을 합성하는 과정은 다음과 같다. 제1단계, 분류된 움직임 속도가 임계값 T2보다 큰 경우 지연이 적은 프레임에서 물체를 분할하여 생성하고 제2단계, 분류된 움직임 속도가 임계값 T1보다 작은 경우 지연이 큰 프레임에서 물체를 분할하여 생성하고 제3단계, 분류된 움직임 속도가 제1임계값과 제2임계값 사이에 존재하는 경우에는 카메라와 물체사이의 거리와 움직임 방향에 따라 움직임을 갖는 물체의 영상을 조정하여 생성한다.
영상합성부(58)에서는 물체영상 합성부(57)에서 생성한 물제영상과 움직임 검출부(52)에서 분할한 배경영상을 합성하여 왼쪽 영상을 생성한다(제6도의 65). 최종적으로, 현재 프레임 영상(제6도의 66)과 영상합성부(58)에서 합성한 영상(제6도의 67)을 스테레오 영상으로 출력한다. 한편, 이와는 반대로 현재 프레임의 영상을 스테레오 영상 중 오른쪽 영상으로, 합성한 영상을 스테레오 영상 중 왼쪽 영상으로 선택할 수도 있다.
본 발명은 기존의 2차원 영상을 스테레오 영상으로 변환하여 입체적으로 영상을 보고자 하는 2차원 영상시스템에 이용될 수 있다. 기존의 2차원 영상시스템으로는 NTSC 신호를 이용하는 TV, VTR, LDP 등이 있으며, MPEG-1 신호를 이용하는 CDP, MPEG-2 신호를 이용하는 HDTV 및 기타 영상시스템 등이 있다. 이러한 시스템에서 사용되는 2차원 영상을 입체적으로 바꾸어 기존 TV나 PC 등에서 기존 2차원 영상을 입체적으로 감상할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 2차원/스테레오 영상변환방법 및 장치에서는 2차원 영상을 스테레오 영상으로 변환할 때, 2차원 영상의 여러 프레임에서 움직이는 물체를 검출하고, 움직이는 물체와 움직이지 않는 물체를 구분한 후, 각 움직이는 물체에 대해서 움직이는 속도와 방향을 검출하며, 또한 카메라와 물체사이의 거리를 추정하여 각 물체의 3차원 정보를 얻고, 이 3차원 정보를 이용하여 각 움직이는 물체에 대해 새로운 영상을 합성하여 스테레오 영상을 생성함으로써, 종래에 비해 자연스러울 뿐 아니라 입체감 요소를 최대한 살린 스테레오 영상을 디스플레이하므로 사람들이 현장감을 느낄 수 있는 3차원 영상을 감상할 수 있다.
제1도는 종래의 3차원 영상시스템을 나타낸 블럭도.
제2도는 종래의 2차원/스테레오 영상변환시스템을 나타낸 블럭도.
제3도와 제4도는 제2도에 도시된 2차원/스테레오 영상변환장치의 제1실시예와 제2실시예의 동작을 설명하기 위한 도면.
제5도는 본 발명에 의한 2차원/스테레오 영상변환장치를 나타낸 블럭도.
제6도는 본 발명에 의한 2차원/스테레오 영상변환방법을 설명하기 위한 과정도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
51 ... 프레임 메모리 52 ... 움직임 검출부
53 ... 움직임양 계산부 54 ... 움직임속도/방향 계산부
55 ... 카메라/물체 거리계산부 56 ... 움직임속도 분류부
57 ... 물체영상 합성부 58 ... 영상 합성부

Claims (3)

  1. 입력되는 2차원 영상 중 현재 현재 프레임의 영상을 스테레오 영상 중 한쪽 영상으로 설정하는 과정;
    상기 현재 프레임의 영상과 N번째까지 지연된 프레임의 영상으로부터 움직임을 검출하여 배경영상과 움직이는 물체로 분할하는 과정;
    상기 분할된 움직이는 물체의 움직임양, 움직임 속도 및 방향을 계산하는 과정;
    상기 움직임 속도와 추출된 카메라 파라메터로부터 움직이는 물체와 카메라 사이의 거리를 구하는 과정;
    상기 움직임 속도, 방향 및 거리로부터 움직이는 물체의 영상을 합성하는 과정; 및
    상기 합성된 움직이는 물체의 영상과 상기 배경영상을 합성하여 상기 스테레오 영상 중 다른쪽 영상으로 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원/스테레오 영상변환방법.
  2. 입력되는 2차원 영상을 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리;
    상기 2차원 영상 중 현재 프레임의 영상과 N번째까지 지연된 프레임의 영상으로부터 움직임을 검출하여 배경영상과 움직이는 물체로 분할하기 위한 움직임 검출부;
    상기 움직임 검출부에서 분할된 움직이는 물체의 움직임양을 계산하기 위한 움직임양 계산부;
    상기 움직임양 계산부에서 계산된 움직임양으로부터 움직임 속도 및 방향을 계산하기 위한 움직임 속도/방향 계산부;
    상기 움직임 속도/방향 계산부에서 계산된 움직임 속도와 추출된 카메라 파라메터로부터 움직이는 물체와 카메라 사이의 거리를 계산하기 위한 카메라/물체 거리계산부;
    상기 움직임 속도/방향 계산부에서 계산된 움직임 속도를 제1 및 제2임계값을 이용하여 분류하기 위한 움직임속도 분류부;
    상기 움직임속도 분류부에서 분류된 움직임속도 및 방향과 상기 카메라/물체 거리계산부에서 계산된 거리로부터 움직이는 물체의 영상을 합성하기 위한 물체영상 합성부; 및
    상기 현재 프레임의 영상을 스테레오 영상의 한쪽 영상으로 설정하고, 상기 합성된 움직이는 물체의 영상과 상기 배경영상을 합성하여 상기 스테레오 영상 중 다른쪽 영상으로 설정하기 위한 스테레오 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원/스테레오 영상변환장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 물체영상 합성부에서는 움직임 속도가 상기 제2임계값보다 큰 경우 지연이 적은 프레임에서 물체를 분할하여 합성된 물체영상을 생성하고, 움직임 속도가 상기 제1임계값보다 작은 경우 지연이 큰 프레임에서 물체를 분할하여 합성된 물체영상을 생성하고, 움직임 속도가 상기 제1임계값과 제2임계값 사이에 존재하는 경우에는 상기 카메라와 물체 사이의 거리와 움직임 방향에 따라 움직임을 갖는 물체의 영상을 조정하여 합성된 물체영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 2차원/스테레오 영상변환장치.
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