KR100392329B1 - 전방향 영상획득 카메라 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원뿔형상의 거울을 이용하여 이미지 센서에 모든 수평방향의 영상을 획득할 수 있는 카메라 장치에 관한 것이다. 이를 위해, 다수의 화소(30)가 가로방향 및 세로방향으로 균일하게 배열되어 형성된 이미지 센서(10); 상기 이미지 센서(10)의 전방에 설치되어 상기 이미지 센서(10)로 영상을 조사하는 렌즈장치(12); 및 상기 렌즈장치(12)의 전방에 설치되고, 꼭지점이 상기 렌즈장치(12)를 향하는 원뿔형상을 이루며, 상기 원뿔형상의 외표면이 거울로 형성된 원뿔거울(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 전방향 영상획득 카메라 장치가 제공된다. 이로 인해, 카메라의 회전없이 간단한 영상변환만으로도 전방향의 영상을 획득할 수 있는 잇점이 있다.

Description

전방향 영상획득 카메라 장치{A Camera Appratus To Take Full Direction Image}

본 발명은 영상 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원뿔형상의 거울을 이용하여 이미지 센서에 모든 수평방향의 영상을 획득할 수 있는 카메라 장치에 관한 것이다.

종래의 영상처리 장치의 경우 사각형의 이미지 센서와 렌즈장치를 사용함으로써 한방향의 영상만을 획득할 수 밖에 없었다. 따라서, 모든 수평방향의 영상을 얻기 위해서는 다음과 같은 방법들이 사용되곤 했다. 즉, 첫번째 방법으로는 다수의 카메라를 모든 수평방향에 대해 설치하고 연결하여 영상을 획득한 후, 이를 조합하는 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 경우 전체 장비의 설치가 복잡하고 각도를 정밀하게 조정하여야 하며 많은 카메라가 필요하다는 단점이 있다.

두번째 방법으로는 한대의 카메라를 360도 회전시키면서 일정한 각도마다 순차적으로 영상을 획득하여 이를 조합하는 처리방식이 사용되기도 하였다. 그러나 이러한 방법의 경우 전(全)방향의 영상을 동시에 얻을 수 없고, 시간차이가 나는 영상을 하나의 화면에 조합하여야 하는 불합리한 점이 있었다.

그 밖에 세번째 방법으로는 어안(Fish Eye)렌즈라는 특수렌즈를 사용하기도 하나 이 경우 장비가 고가이고, 렌즈의 특성에 따라 획득된 영상에 큰 차이를 보이는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1 목적은 원뿔거울과 영상처리를 이용하여 전(全) 수평방향의 영상을 동시에획득할 수 있는 전방향 영상획득 카메라 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 한대의 카메라를 사용하고, 카메라의 회전이나 움직임 없이 전 수평방향에 대한 영상을 동시에 획득하여 표시할 수 있는 전방향 영상획득 카메라 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 원뿔거울에 의해 획득된 원형의 영상을 영상처리하여 사각형의 영상으로 변환하여 표시할 수 있는 전방향 영상획득 카메라 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 다수의 화소(30)가 가로방향 및 세로방향으로 균일하게 배열되어 형성된 이미지 센서(10); 상기 이미지 센서(10)의 전방에 설치되어 상기 이미지 센서(10)로 영상을 조사하는 렌즈장치(12); 및 상기 렌즈장치(12)의 전방에 설치되고, 꼭지점이 상기 렌즈장치(12)를 향하는 원뿔형상을 이루며, 상기 원뿔형상의 외표면이 거울로 형성된 원뿔거울(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 전방향 영상획득 카메라 장치에 의하여 달성된다.

또한 상기와 같은 본 발명의 목적은, 다수의 화소(30)가 가로방향 및 세로방향으로 균일하게 배열되어 형성된 이미지 센서(10); 상기 이미지 센서(10)의 전방에 설치되어 상기 이미지 센서(10)로 영상을 조사하는 렌즈장치(12); 상기 렌즈장치(12)의 전방에 설치되고 피사체(22)가 위치하는 투명체(18); 상기 투명체(18)의 전방에 설치되고, 개방된 원뿔형상의 내표면이 상기 피사체(22) 주위를 포위하도록 위치하며, 상기 내표면이 거울로 형성된 원뿔거울(20);로 구성된 것을 특징으로 하는 전방향 영상획득 카메라 장치에 의해서도 달성될 수 있다.

그리고, 상기와 같은 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여, 상기 이미지 센서(10)의 원형 이미지를 사각형의 이미지로 변환하는 변환수단(11); 및 상기 변환수단(11)에 의하여 변환된 상기 사각형의 이미지를 표시하는 표시수단(13)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 원형 이미지는 중심영역으로부터 소정반경의 이미지를 제거한 환형 이미지인 것이 가능하다.

또한 상기 투명체(18)는 유리, 투명 아크릴판 등의 소재로 제작될 수 있다.

또한 상기 변환수단(11)의 일예로는 마이컴 또는 컴퓨터의 중앙제어장치(CPU) 등을 들 수 있고, 상기 표시수단(13)의 일예로는 텔레비젼, 컴퓨터의 모니터, LCD 등을 들 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전방향 영상획득 카메라 장치의 원리를 나타내기 위한 개략적인 구성도,

도 2은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전방향 영상획득 카메라 장치의 원리를 나타내기 위한 개략적인 구성도,

도 3은 이미지 센서에 포착된 원형의 이미지중 중심부분을 제거한 환형 이미지의 평면도,

도 4는 도 3에 도시된 환형 이미지를 직각좌표계로 변환한 사각형 이미지의 평면도,

도 5는 이미지 센서상의 환형 이미지에 대한 원형좌표계의 수학적 정의 및 화소에 대한 원형 좌표계의 정의를 나타낸 구성도,

도 6은 직각 좌표계의 수학적 정의를 나타내는 구성도,

도 7은 환형이미지로 부터 사각형 이미지로 변환하는 과정을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전방향 영상획득 카메라 장치의 원리를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전방향 영상획득 카메라 장치는 크게 이미지 센서(10), 렌즈장치(12), 원뿔거울(14), CPU(11) 및 표시장치(13)로 구성된다.

이미지 센서(10)는 CCD와 같은 촬상소자이며, 비춰진 영상을 RGB등에 따라 전기적 신호로 변환하여 CPU(11)에 전송한다.

렌즈장치(12)는 이미지 센서(10)의 전방에 위치하여 이미지 센서(10)측으로영상을 조사한다. 내부에는 다수의 볼록렌즈(미도시)와 오목렌즈(미도시)의 조합이 구비되어 있어 이미지 센서(10)에 선명한 영상을 조사할 수 있도록 되어 있다.

원뿔거울(14)은 렌즈장치(12)의 전방에 위치하고 있으며, 원뿔거울(14)의 꼭지점(또는 극점)이 렌즈장치(12)를 향하도록 놓여 있다. 원뿔거울(14)은 원주둘레가 거울면을 이루고 있어서, 주변의 영상을 렌즈장치(12)쪽으로 반사할 수 있다. 또한 필요에 따라 꼭지점의 각도가 큰 원뿔거울(14) 또는 각도가 작은 원뿔거울(14)을 선택적으로 설치할 수 있다.

피사체(14)는 원뿔거울(14) 둘레에 위치할 수 있으며, 이를 환언하면 원뿔거울(14)을 다수의 피사체(14) 중심에 위치시켜 동시에 이들의 영상을 획득할 수 있다.

CPU(11)는 이미지 센서(10) 및 표시장치(13)의 중간에 전기적으로 연결되어 있다. 이미지 센서(10)로 부터 수신된 영상의 전기적 신호를 우선 원형신호로 변환한 뒤 중심영역을 생략하여 환형 이미지로 만든다. 그 다음 환형 이미지를 직사각형의 이미지로 변환하는 기능을 수행한다. 이와 같은 이미지 변환은 추후 상세히 설명하기로 한다. 이렇게 변환된 사각형의 이미지는 텔레비젼이나 모니터등의 표시장치(13)로 전송되어 표시된다.

도 2은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전방향 영상획득 카메라 장치의 원리를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예는 표시장치(13), CPU(11), 이미지 센서(10), 렌즈장치(12), 투명체(18), 원뿔거울(20)로 구성되어 있다. 이 때, 표시장치(13), CPU(11), 이미지 센서(10)및 렌즈장치(12)는 도 1에 도시된 제 1 실시예와 거의 동일하므로 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.

원뿔거울(20)은 전체적으로 원뿔체의 형상을 하고 있으며, 바닥면이 없어 내부가 개방된 형태를 이루고 있다. 이렇게 개방된 원뿔거울(20)의 내부면 전체에는 거울면이 구비되어 있다. 그리고 이러한 거울면은 투명체(18)를 통해 렌즈장치(12)를 향하도록 위치하고 있다.

투명체(18)는 원뿔거울(20)과 렌즈장치(12) 사이에 구비된다. 투명체(18)는 투영될 피사체(22)가 위치할 수 있도록 하는 역할을 한다. 이러한 투명체(18)는 투명한 아크릴 또는유리판으로 만들어진다.

도 3은 이미지 센서에 포착된 원형의 이미지중 중심부분을 제거한 환형 이미지의 평면도이다. 원뿔거울(14, 20)에 의해 반사되고 렌즈장치(12)를 통해 이미지 센서(10)에 비춰지는 영상은 원형 이미지이다. 그런데, 이러한 원형 이미지중 원뿔거울(14, 20)의 꼭지점 근처에 비춰지는 영상은 너무 조밀하고 변형되어 있어서 이를 분석하기 어렵다. 따라서, 원형이미지의 중심으로부터 소정반경(Rmin)내에 있는 영상 데이터는 생략하고 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 원형이미지중 최대반경(Rmax)과 최소반경(Rmin) 내에 있는 영상 데이터만을 선별하면 도 3과 같은 환형(일명 도너츠 형상) 이미지(24)가 얻어진다. 이때 환형 이미지(24)의 특정 지점을 지정하여 중심선(26)을 잡는다. 그러면, 중심선(26)을 기준으로 반시계방향으로 0°∼360°의 좌표가 정해진다.

도 4는 도 3에 도시된 환형 이미지를 직각좌표계로 변환한 사각형 이미지의평면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 도 3의 환형 이미지(24)를 기하학적으로 보상하면 도 4와 같은 직사각형의 이미지(28)를 얻을 수 있다. 이때 사각형 이미지(28)는 0°∼360°사이의 영상을 나타낼 수 있다. 이렇게 변환된 이미지 데이터는 표시장치(13)를 통해 표시되어진다.

도 5는 이미지 센서(10)상의 환형 이미지(24)에 대한 원형좌표계의 수학적 정의 및 화소에 대한 원형 좌표계의 정의를 나타낸 구성도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이미지센서(10)의 전면에는 아주 작은 화소(일명 픽셀)(30)가 가로방향 및 세로방향으로 규칙적으로 배열되어 있다. 이러한 다수의 화소(30)에 대해 도 5에 도시된 바와 같이, 중심으로 부터 반경방향(r)과 반시계방향(θ)의 원형좌표계를 정의한다. 도 3에 도시된 환형 이미지(24)를 이미지 센서(10)상에 정의하면 최소반경(r_min) 및 최대반경(r_max)을 갖는 환형 이미지(24)가 된다. 이러한 환형 이미지(24) 상의 임의의 한 화소(i,j)의 좌표는 (r, θ)로 정의될 수 있다. 즉,

θ = Δθ* i

r = Δr * j + r_min

이다.

이러한 (r, θ) 좌표의 색상값 g(r, θ)을 이용하여 도 6에 도시된 직각좌표계의 색상값 f(i,j) 를 결정할 수 있다. 즉

f(i,j) = g(r, θ)

이다. 이와 같은 방식을 통해 도 6에 도시된 바와 같이 (nr x mp) 개의 화소를 갖는 직각좌표계 이미지가 얻어진다.

이와 같은 기하학적 변환이후, 사각형 이미지에 대한 광학적 보상이 이루어져야 한다. 촬영된 환형 이미지(24)는 환형 내부로 갈수록 분해능이 떨어지고 조명의 영향등에 의해 광량의 불균형이 있을 수 있기 때문에 색상값 f(i,j)를 보정할 필요가 있다. 이와 같은 광학적 보상을 수학식으로 표현하면,

f'(i,j) = w(r) * f(i,j) = w(r) * g(r, θ) 이다.

여기서, w(r)은 반경(r)에 대한 광학적 가중값이고, f(i,j)는 기하학적 변환에 의해 얻어진 색상값이며, f'(i,j)는 보상된 색상값이다. 이러한 과정은 도 7에 도식적으로 나타나 있는데, 도 7은 환형이미지로 부터 사각형 이미지로 변환하는 과정을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

상기와 같은 본 발명의 전방향 영상획득 카메라 장치에 의하면, 원뿔거울과 영상처리를 이용하여 전(全) 수평방향의 영상을 동시에 획득할 수 있는 장점이 있다. 또한, 한대의 카메라를 사용하고, 카메라의 회전이나 움직임 없이 전 수평방향에 대한 영상을 동시에 획득하여 표시할 수 있는 잇점이 있다. 아울러, 원뿔거울에 의해 획득된 원형의 영상을 영상처리하여 사각형의 영상으로 변환하여 표시함으로써 쉽게 인식할 수 있는 효과도 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 다수의 화소(30)가 가로방향 및 세로방향으로 균일하게 배열되어 형성된 이미지 센서(10);

   상기 이미지 센서(10)의 전방에 설치되어 상기 이미지 센서(10)로 영상을 조사하는 렌즈장치(12);

   상기 렌즈장치(12)의 전방에 설치되고 피사체(22)가 위치하는 투명체(18);

   상기 투명체(18)의 전방에 설치되고, 개방된 원뿔형상의 내표면이 상기 피사체(22) 주위를 포위하도록 위치하며, 상기 내표면이 거울로 형성된 원뿔거울(20);

   상기 이미지 센서(10)의 원형 이미지를 사각형의 이미지로 변환하는 변환수단(11); 및

   상기 변환수단(11)에 의하여 변환된 상기 사각형의 이미지를 표시하는 표시수단(13);으로 구성된 것을 특징으로 하는 전방향 영상획득 카메라 장치.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서, 상기 원형 이미지는 중심영역으로부터 소정반경의 이미지를 제거한 환형 이미지인 것을 특징으로 하는 전방향 영상획득 장치.