KR100404475B1 - 파노라마영상촬영을위한다중영상합성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라에 부착사용하는 다중영상합성장치에 관한 것으로, 특히 종래 두 대의 카메라로 가능했던 파노라마 영상촬영을 한 대의 카메라로 할 수 있도록 하기 위한 것이다. 본 발명의 다중영상합성장치는 좌우에 배열된 두 개의 변환렌즈요소(21,22)를 가지는 변환렌즈(20)와, 상하로 배열된 두 개의 보정렌즈요소(31,32)를 가지는 보정렌즈(30)로 구성되어, 입사측에서 입사되는 광이 가지는 영상을 좌우로 분할하여 그 분할 영상을 또는 각각의 경로를 통해 입사하는 다른 영상들을 그 출사측에서는 상하로 합성시켜 출사시킴으로써, 파노라마 영상을 한 화면에 볼 수 있게 하는 합성영상을 제공하는 것이다. 본 발명의 장치는 교통감시 시스템에 적용되어 경비를 줄이고 교통안전에 기여할 수 있으며, 다른 여러 가지 광학장치에서 다양한 영상처리가 가능하도록 응용될 수 있다.

Description

파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치

본 발명은 일반 카메라로 파노라마 영상촬영을 할 수 있도록 카메라에 부착사용하는 다중영상합성장치에 관한 것으로서, 특히 광학기구만을 이용하여 파노라마 영상에 대응한 넓은 시야를 확보하여 그 시야에 들어오는 영상을 둘 이상으로 분할한 후 그 분할된 둘 이상의 영상을 원래의 분할된 방향과 수직한 다른 방향으로 재배치하도록 합성하여 주는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치에 관한 것이다.

본 발명을 하게된 배경을 설명하기에 앞서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 일반 CCD(charge coupled device) 카메라(1)로 전경(2)을 촬영한 경우에 그 카메라(1)의 CCD상에 맺히는 일반영상(3)을 보여준다.

이에 대하여 도 2는 본 발명에 따른 다중영상합성장치(10)를 일반 CCD 카메라(1)에 부착한 경우에 그 CCD 상에 맺히는 파노라마 영상에 대응한 합성영상(4)을 보여준다. 도면에서 비교되는 바와 같이 본 발명의 다중영상합성장치(10)를 사용하여 얻어지는 합성영상(4)은, 상반부와 하반부로 양분된 두 개의 분할영상(4a,4b)을 포함한다. 두 개의 분할영상(4a,4b)은 전경(2)의 중앙을 기준으로 하여 그 왼쪽 부분이 많이 포함된 영역(2a)과 오른쪽 부분이 많이 포함된 영역(2b)에 각각 대응하며, 상호 일부 중첩된 것이다. 즉, 합성영상(4)의 분할영상(4a,4b)을 상호 일부 중첩된 상태로 연결시켰을 때, 피사체(전경)에 대하여 높이가 절반으로 줄어드는 대신 폭이 훨씬 넓은 파노라마 영상이 얻어지는 것이다. 이러한 파노라마 영상에 대응하는 합성영상의 촬영은, 예컨대 도로교통 안전을 위하여 속도위반차량이나 차선위반차량을 감시하는데 효과적이다.

위반차량 감시 시스템에 있어서는 고정된 카메라로 차량의 주행 위치와 상관없이 감시하고자 하는 차선을 지나는 모든 차량을 촬영할 필요가 있다. 그런데, 일반 아날로그 CCD 카메라를 설치하면, 그 해상도를 나타내는 화소수가 보통 512×480 정도로서 파노라마 영상에 대응하는 수평해상도가 낮으므로 한 차선을 완전하게 감시할 수 없게 된다. 즉, 차량이 차선의 오른쪽 또는 왼쪽으로 치우쳐서 주행하고 있는 경우에 영상 내에 차량 번호판 전체가 나타나지 않고 일부만 나타나게 됨으로써 위반차량의 번호판 인식이 불가능하게 되는 일이 많다.

이러한 문제를 해결하는 기술로서 종래에 두가지 방식이 알려져 있다. 그 하나는 단지 고해상도(1024×1024 이상)의 카메라를 사용하는 것이며, 다른 하나는 도 3에 보인 바와 같이 두 대의 일반 카메라(1,1')를 사용하여 차선(5)의 오른쪽 영역과 왼쪽 영역을 일부 중첩하는 상태로 나누어 그 차선(5)을 주행하는 피사체인 차량(6)에 대하여 각각 촬영하도록 고정시켜 놓고 그 두 대의 카메라(1,1')에 의해 각각 촬영된 영상을 별도의 영상처리장치(7)에서 가공 편집하여 제어시스템의 모니터(8)에 주지된 바와 같은 파노라마 영상에 대응하는 합성영상(9)이 출력되게 하는 것이다.

좀더 자세하게 설명하면, 도 3에서 차선(5) 내에 차량(6)이 왼쪽으로 치우쳐 주행하고 있는데, 이 경우에 그 차량(6)은 우측 카메라(1')에 그 일부만이 노출되어 번호판(6a) 전체가 촬영되지 않으나, 좌측 카메라(1)에는 대부분 노출된다. 따라서 도 4에 나타난 바와 같이 양측 카메라에 의한 두 개의 영상(9a,9b)이 동일 화면상의 상하에 나타나는 합성영상(9)으로 가공편집됨으로써 위반차량의 주행위치와 관계없이 그 번호판(6a)을 확실이 인식할 수 있는 것이다.

종래의 두가지 방식중에서, 고해상도의 카메라 한 대를 사용하면, 충분한 촬영거리로 넓은 시야를 확보하여 차선의 전 영역을 촬영할 수 있으므로 상기한 별도의 영상처리장치 없이 간단한 시스템을 구축할 수 있으나, 고해상도의 카메라가 고가이므로 이를 사용하는 경우 경제적 부담이 커지는 문제가 있다.

한편, 일반 카메라 두 대를 사용하는 경우에는 카메라 설치 대수가 배가되어 장비의 낭비와 함께 별도의 영상처리장치를 사용하므로 시스템이 복잡하게 된다. 이에 따라 그 설치와 설치후의 유지보수에 어려운 문제점이 있는 것이다. 뿐만 아니라 이 방식은 두 대의 카메라에서 촬영된 2개의 영상을 하나의 화면으로 가공편집하는 영상처리 시간이 비교적 길게 소요되어 짧은 시간내에 연달아 위반하는 차량들을 일제히 감시할 수 없게 되는 성능상의 문제도 가지고 있다.

본 발명의 목적은, 경제적 부담과 장비의 낭비를 줄이고자, 별도의 영상처리장치 없이 저렴한 일반 카메라 한 대로 폭이 넓은 파노라마 영상에 대응하는 다중영상의 합성영상을 촬영할 수 있도록 그 카메라에 간단히 부착 사용할 수 있는 이른바 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 처리시간 단축으로 성능을 강화하기 위해 파노라마 영상에 대응하여 분할촬영되는 다중영상을 합성하는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 차량위반 감시는 물론 각종 은행강도 등 각종 감시 시스템과 함께 파노라마 영상을 위한 광학계를 필요로 하는 모든 분야에 사용될 수 있는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치를 제공하는 것이다.

도 1은 일반 카메라에 의하여 촬영된 영상을 설명하기 위해 나타낸 개요도.

도 2는 본 발명에 따른 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치를 카메라에 부착한 경우에 촬영되는 영상을 설명하기 위해 나타낸 개요도.

도 3은 종래기술에 의한 교통감시 시스템 구성도.

도 4는 종래기술에 의한 교통감시 시스템에 의한 영상처리 과정을 보인 개요도.

도 5는 본 발명에 따른 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치의 광학적 구성을 보인 개요도.

도 6은 본 발명에 따른 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치를 카메라에 부착하여 되는 교통감시 시스템 구성도.

도 7은 본 발명에 따른 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치를 구성하는 변환렌즈의 바람직한 실시예를 보인 사시도.

도 8a는 도 7에 도시된 변환렌즈의 평면도.

도 8b는 도 7에 도시된 변환렌즈의 정면도.

도 8c는 도 7에 도시된 변환렌즈의 측면도.

도 9는 본 발명에 따른 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치를 구성하는 보정렌즈의 바람직한 실시예를 보인 사시도.

도 10a는 도 9에 도시된 변환렌즈의 평면도.

도 10b는 도 9에 도시된 변환렌즈의 정면도.

도 10c는 도 9에 도시된 변환렌즈의 측면도.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치의 평면상의 광프로파일.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치의 측면상의 광프로파일.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10,10' : 다중영상합성장치 20,20' : 변환렌즈

21,22 : 좌,우측 변환렌즈요소 23a,24a,33a,34b : 입사면

23b,24b,33b,34b : 출사면 30,30' : 보정렌즈

31,32 : 상,하측 보정렌즈요소

상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은,좌우에 배열되어 입사측에서입사되는 광이 가지는 영상을 좌우로 분할하는 좌우 두 개의 변환렌즈요소를 가지는 변환렌즈와; 상기 변환렌즈보다 출사측에 상하로 배열되어 상기 좌우로 분할된 영상들을 그 출사측에서 상하로 합성시켜 출사하는 상하 두 개의 보정렌즈요소;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치를 제공한다.

이러한 본 발명의 다중영상합성장치는 카메라에 부착하여 카메라 한 대로 파노라마 영상에 대응하는 넓은 시야를 확보하여, 그 확보된 시야로 들어오는 영상이 분할 및 합성된 합성영상으로 촬영되게 한다. 따라서 본 발명의 다중영상합성장치는 일반 카메라로도 폭이 넓은 파노라마 영상촬영하는 것을 가능케 하는 것으로서, 그 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이하에 참조되는 도면에는 설명의 편의상 앞에 설명된 도면과 동일한 부분에 대하여 동일한 참조번호가 부여되어 있다.

도 2에서 언급된 바와 같은 본 발명에 따른 다중영상합성장치(10)는 그 개략적인 구성예를 도시한 도 5에서 보는 바와 같이 변환렌즈(20)와 보정렌즈(30)의 순수한 광학기구만으로 구성된다. 변환렌즈(20)는 좌우에 배열된 두 개의 변환렌즈요소(21,22)로 이루지고, 보정렌즈(30)는 상하에 배열된 두 개의 보정렌즈요소 (31,32)로 이루어져 있다. 변환렌즈(20)의 좌측 변환렌즈요소(21)는 입사하는 광로(11a)를 보정렌즈(30)의 상측 보정렌즈요소(31)로 굴절시키고, 변환렌즈(20)의 우측 변환렌즈요소(22)는 입사하는 광로(12a)를 보정렌즈(30)의 하측 보정렌즈요소(32)로 굴절시킨다. 그리고 보정렌즈(30)의 상,하측보정렌즈요소(31,32)는 변환렌즈(20)의 좌,우측 변환렌즈요소(21,22)에 의하여 굴절된 광로(11b,12b)를 다시 수평한 광로(11c,12c)로 보정해 준다. 결과적으로 본 발명의 다중영상합성장치(10)는 입사하는 광로(11a,12b)의 배열을 수평방향에서 수직방향으로 변환하는 것으로, 그 입사측에서 입사되는 광이 가지는 영상을 좌우로 분할하여 그 분할 영상을 또는 각각의 경로를 통해 입사하는 다른 영상들을 그 출사측에서는 상하로 합성시켜 출사시키는 것이다.

도 6은 상기와 같은 본 발명에 따른 다중영상합성장치(10)를 카메라(1)에 부착하여 위반차량 감시 시스템에 사용된 예를 보인다. 도면에서 부호 5는 차선, 6은 차선(5)을 주행하고 있는 차량, 8은 제어시스템의 모니터, 그리고 9는 차량(6)에 대하여 카메라(1)에 의하여 촬영된 후 그로부터 전송되어 제어시스템의 모니터(8)에 출력되는 합성영상(9)을 나타낸다. 이 도면에서 보듯이 카메라(1)는 차선(5)의 중앙부에 놓이도록 고정설치되며, 전술한 바와 같이 본 발명의 다중영상합성장치(10)의 의하여 그 차선(4)의 왼쪽 부분이 많이 포함된 영역에서 촬영되는 영상(9a) 정보를 가지고 입사하는 광(11a'), 그리고 차선(4)의 오른쪽 부분이 많이 포함된 영역에서 촬영되는 영상(9b) 정보를 가지고 입사하는 광(12a')으로 차선(4)의 전 영역을 촬영할 수 있는 넓은 시야를 확보한다. 여기서 카메라(1)는 일반 저해상도의 것을 사용하게 되는데, 물론 고해상도의 것을 사용하면 더 넓은 시야가 확보되므로 둘 이상의 차선도 감시할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 다중영상합성장치의 변환렌즈에 대한 바람직한 실시예를 보인다. 도시된 변환렌즈(20')는 통상적인 프리즘 결정체와 같은 재료로 가공한 것으로서 전술한 좌,우측 변환렌즈요소들에 대응하여 좌우 양측에 형성되는 두 개의 입사면(23a,24a)과 그 출사면(23b,24b)을 가진다. 이의 평면도와 정면도 및 측면도를 각각 나타내는 도 8a와 8b 및 8c를 참조하면, 양측 입사면(23a,24a) 또는 그 출사면(23b,24b)은 각각을 정면에서 바라볼 때 좌우 양측으로 대칭하고 상호 둔각을 이룬다. 그런데, 이중에서 좌측 변환렌즈요소에 대응하는 입사면(23a)과 그 출사면(23b)은 중앙에서 외측으로 점차 좁아지도록 경사진 동시에 위에서 아래로 점차 좁아지게 경사진 반면, 우측 변환렌즈요소에 대응하는 입사면(24a)과 그 출사면(24b)은 외측으로 점차 좁아지게 경사진 동시에 위에서 아래로 점차 넓어지게 경사진 것이다. 여기서 입사면(23a,24b)과 출사면(23b,24b) 상호간의 각도와 각각의 경사각 및 그 경사방향 등은 다음에 설명되는 보정렌즈와 거리 등 그 상호간의 광학적 특성을 고려하여 결정되는 것이다.

본 발명의 다중영상합성장치의 보정렌즈에 대한 바람직한 실시예는, 도 9와 도 10a,10b 및 10c에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 보정렌즈(30')는 두 개의 직각프리즘을 상하로 상호 엇갈리게 배치한 것과 같은 형태로서, 전술한 상,하측 보정렌즈요소에 대응하여 상하 양측에 형성된 두 개의 입사면(33a,34a)과 그 출사면(33b,34b)을 가진다. 양측 입사면(33a,34a)은 상호 엇갈리게 좌우의 일측에서 타측으로 경사지고, 그들의 출사면(33b,34b)은 동일평면상에 수직하게 형성되어 있다. 물론 이 입사면(33a,34a)의 경사각과 그 경사방향 등도 전술한 변환렌즈와 거리 및 그 상호간의 광학적 특성을 고려하여 결정되는 것이다.

다음 도 11 및 도 12는 전술한 바람직한 실시예에 의한 변환렌즈(20')와 보정렌즈(30' )로 구성되는 본 발명의 다중영상합성장치(10' )를 카메라에 부착한 경우에 그 카메라의 CCD(40)와 함께하는 광프로파일을 보여준다. 위에서 내려다보는 상태를 도시한 도 11에서와 같이 촬영되는 피사체(도시없음)의 영상은 그 왼쪽 부분이 많이 포함된 영상과 그 오른쪽 부분이 많이 포함된 영상으로 분할되어 각각의 정보를 가지고 변환렌즈(20')의 입사면(23a,24a)에 각각 입사되는 두성분의 광(11a',12a')으로 분할되고, 분할된 좌우 양측의 광(11a',12a')은 변환렌즈(20')의 출사면(23b,24b)에서, 옆에서 보는 상태를 도시한 도 12에서와 같이 보정렌즈(30')의 상하 양측 입사면(33a,34a)을 향하도록 각각 굴절된다. 그리고 변환렌즈(20')로부터 보정렌즈(30')의 입사면(33a,34a)으로 입사되는 광(11b',12b')은 그 출사면(33b,34b)에서 수평한 광(11c',12c')으로 출사되어 카메라의 CCD(40)의 상하 영역에 각각 촬상된다. 즉 촬영된 피사체의 영상이 그 입사측에서 좌우로 분할된 후 그 출사측의 CCD(40)상에서 상하로 합성되어 전술한 바와 같은 파노라마 영상에 대응하는 합성영상이 촬영되는 것이다.

본 발명을 실시함에 있어서는 도면으로 예시하지는 않았으나 영상을 셋 이상으로 분할한 후 합성하도록 구성될 수 있다. 또한 본 발명의 다중영상합성장치의 광학계를 광축에 대해 90도 회전시켜서 영상의 분할 및 합성방향을 서로 반대가 되게 할 수 있으며, 입사측과 출사측을 반대로 하여 합성된 영상을 분할하는 기능을 위해 사용될 수 있다. 한편 본 발명의 다중영상합성장치는 카메라에 부착하여 위반차량 감시뿐 아니라 각종 영상처리용 광학계에서의 그 응용도 가능한 것이다.

이상에 설명된 바와 같이 본 발명은 파노라마 영상에 대응하는 합성영상을 촬영할 수 있도록 하는 다중영상합성장치를 제공함으로써, 고속도로 등에 설치되는 교통감시용 카메라의 설치대수를 줄여서 경비를 절감할 수 있게 해 주는 동시에, 빠른 영상처리와 함께 넓은 차선을 확실하게 감지함으로써 교통안전에도 효과를 발휘하는 것이다. 또한 본 발명은 각종 영상처리기구에 적용되어 다양한 영상을 제공하는데에도 효과적으로 이용될 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 좌우에 배열되어 입사측에서 입사되는 광이 가지는 영상을 좌우로 분할하는 좌우 두 개의 변환렌즈요소를 가지는 변환렌즈와; 상기 변환렌즈보다 출사측에 상하로 배열되어 상기 좌우로 분할된 영상들을 그 출사측에서 상하로 합성시켜 출사하는 상하 두 개의 보정렌즈요소;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치.
2. 제1항에 있어서, 상기한 변환렌즈 중 좌측 변환렌즈요소와 입사면과 출사면이 내측에서 외측으로 점차 좁아지게 경사진 동시에 위에서 아래로 점차 좁아지게 경사지고, 상기한 변환렌즈 중 우측 변환렌즈요소의 입사면과 출사면이 내측에서 외측으로 점차 좁아지게 경사진 동시에 위에서 아래로 점차 넓어지게 경사진 것을 특징으로 하는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 변환렌즈의 좌,우측 변환렌즈요소가 단일체인 것을 특징으로 하는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치.
4. 제1항에 있어서, 상기한 보정렌즈의 상,하측 보정렌즈요소들의 입사면이 상호 엇갈리게 각각 좌우의 어느 일측에서 타측으로 경사지고 그 출사면이 동일평면상에 수직하게 형성된 것을 특징으로 하는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기한 보정렌즈의 상,하측 보정렌즈요소가 단일체인 것을 특징으로 하는 파노라마 영상촬영을 위한 다중영상합성장치.