KR100481399B1 - 촬상 시스템, 상기 시스템에서 화상 데이터를 제어하도록사용되는 프로그램, 상기 시스템에서 촬상 화상의 왜곡을보정하기 위한 방법 및 상기 방법의 순서를 기억시키는기록 매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 촬상 시스템은 : 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 하나의 형상을 가진 반사 미러; 및 상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광되는 광을 수광하는 촬상 장치를 포함하는 촬상부로 구성되고, 투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 소정의 검사도를 촬상하여 얻어진 촬상 데이터의 좌표 변환을 행하고 상기 좌표 변환에 적합한 렌즈 위치와 상기 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값에 따라 상기 촬상 화상의 왜곡을 보정하는 보정부를 포함한다.

Description

촬상 시스템, 상기 시스템에서 화상 데이터를 제어하도록 사용되는 프로그램, 상기 시스템에서 촬상 화상의 왜곡을 보정하기 위한 방법 및 상기 방법의 순서를 기억시키는 기록 매체{IMAGING SYSTEM, PROGRAM USED FOR CONTROLLING IMAGE DATA IN SAME SYSTEM, METHOD FOR CORRECTING DISTORTION OF CAPTURED IMAGE IN SAME SYSTEM, AND RECORDING MEDIUM STORING PROCEDURES FOR SAME METHOD}
본 발명은 주위 360°시야를 한번에 촬영 가능한 촬상 시스템; 촬상 화상을 나타내는 데이터를 제어하도록 사용되는 소프트웨어; 상기 촬상 시스템에 의한 촬상 화상의 왜곡을 보정하는 방법; 및 상기 방법의 순서를 기억시키는 기록 매체에 관한 것이다. 촬상 시스템에 의한 촬상 화상으로부터, 공간 기하학적 배치, 물체의 형상 등을 정확하게 파악할 수 있다. 이러한 촬상 시스템은 점포 내, 은행 등의 안전 감시를 위한 보안 분야; 차량 충돌 방지 및 차량 내부 감시등의 차량에서의 사용 분야; 및 예컨대 공업용 로봇의 시각부로서 사용되는 계측 기기 분야를 포함하는 넓은 범위의 분야에서 사용될 수 있다.
쌍곡면 미러를 이용하여 주위 360°시야를 촬영할 수 있는 종래의 촬상 시스템에서, 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 하나(이하, "2개의 시트로 된 쌍곡면 중 제 1 시트"라 함)의 형상을 가진 반사 미러가 중심 사영 상을 생성하기 위한 쌍곡면 미러로서 사용되고 있다. 카메라의 렌즈 중심은 2개의 시트로 된 쌍곡면 중 제 1 시트에 대향하는, 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 다른 하나(이하, "2개의 시트로 된 쌍곡면 중 제 2 시트"라 함)의 형상의 초점 위치에 배열된다(예컨대, 일본국 공개 특허 공보 제 94-295333호 참조).
도 2는 2개의 시트로 된 쌍곡면 기능 및 그의 특징을 설명하는 도면이다.
2개의 시트로 된 쌍곡면의 제 1 시트의 형상(도 2에서 상부 측에 도시됨)을 가진 쌍곡면 미러를 이용하는 촬상 시스템에서, 카메라의 렌즈 중심이 2개의 시트로 된 쌍곡면의 제 2 시트(도 2의 하부 측에 도시됨)의 초점(O2) 위치에 배열되며, 피사체가 화상으로서 입력(촬상)될 때, 입력 화상(촬상 화상)이 중심 사영 상으로 된다. 중심 사영 상과 피사체 사이의 위치 관계는 다음 식(1) 및 (2)로써 나타낸다 :
상기 쌍곡면 미러를 이용하는 촬상 시스템의 장점중 하나는, 중심 사영 상을 그 중심 사영 상 주위의 임의의 공간 위치의 화상으로 용이하게 변환할 수 있는 점이다.
그러나, 쌍곡면 미러를 이용하는 종래의 촬상 시스템에서, 중심 사영 상을 생성하기 위한 렌즈 위치는 일 지점(초점 O2)으로 한정된다. 따라서, 렌즈를 설치하기에 최적인 위치와 렌즈를 정합시키기가 어렵다.
또한, 상기 렌즈 위치(O2)에서는, 렌즈의 성능의 관점에서, 렌즈에서 쌍곡면 미러에 형성된 허상(쌍곡면 미러에 반사된 피사체)까지의 최소 거리(쌍곡면 미러의 정점과 렌즈 사이의 거리)가 짧기 때문에, 쌍곡면 미러에 반사된 상을 촬영하기 위한 목적으로 렌즈의 초점을 쌍곡면 미러의 전체 표면상에 맞추기가 어렵게 된다. 그 결과, 중심 사영 상은, 쌍곡면 미러의 전체 표면에 초점을 맞추도록 조정되지 않고, 쌍곡면 미러의 표면의 일부 영역에만 초점이 맞도록 조정되는 조건 하에서 종래의 촬상 시스템에 의해 촬영된다. 렌즈의 초점이 맞추어지는 쌍곡면 미러의 표면 영역은, 예컨대 도넛 형상이며 이와 같이 전체 중심 사영 상이 촬영되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 하나의 형상을 가진 반사 미러; 및 상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광되는 광을 수광하는 촬상 장치를 포함하는 촬상부로 구성되고, 투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 소정의 검사도를 촬상하여 얻어진 촬상 데이터의 좌표 변환을 행하고 상기 좌표 변환에 적합한 렌즈 위치와 상기 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값에 따라 상기 촬상 화상의 왜곡을 보정하는 보정부를 포함하는 촬상 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 좌표 변환은 다음 식을 이용하여 투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 촬상 데이터에 대해 행해진다.
(상기 식에서 (X,Y,Z)는 피사체의 위치를, a,b,c는 미러 정수를, (x,y)는 촬상 화상의 좌표를, F는 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리를 나타냄.)
본 발명의 일 실시예에서, 상기 검사도로서 정방형 검사도를 이용한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 보정부는 : 투시 변환 화상을 생성하도록 상기 촬상 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 화상 처리부; 및
렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 증가 또는 감소시키는 지시를 입력하는 조작 패널을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 보정부는 : 투시 변환 화상을 생성하도록 상기 촬상 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 화상 처리부; 및
상기 생성된 투시 변환 화상을 상기 촬상 화상이 중심 사영 상일 때 얻어지는 기대치 화상에 대해 비교함으로써 상기 생성된 투시 변환 화상이 왜곡되었는지 여부를 인식하는 화상 인식부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 화상 처리부는 상기 조작 패널에 의한 지시 신호 출력에 따라 좌표 변환 처리를 행한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 화상 처리부는 상기 화상 인식부에 의한 지시 신호 출력에 따라 좌표 변환 처리를 행한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 화상 처리부는 : 버스 라인에 접속된 CPU; 입력 버퍼 메모리; 룩업 테이블; 연산 처리 회로; 및 출력 버퍼 메모리를 포함하며, 상기 CPU는 연산 처리 동작을 제어하고; 상기 입력 버퍼 메모리는 촬상 데이터를 기억하고; 상기 룩업 테이블 및 연산 처리 회로는 연산 처리를 위해 사용되며; 상기 출력 버퍼 메모리는 투시 변환 화상 데이터를 기억하는 화상 처리부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 화상 처리부는 : 버스 라인에 접속된 CPU; 입력 버퍼 메모리; 룩업 테이블; 연산 처리 회로; 및 출력 버퍼 메모리를 포함하며, 상기 CPU는 연산 처리 동작을 제어하고; 상기 입력 버퍼 메모리는 촬상 데이터를 기억하고; 상기 룩업 테이블 및 연산 처리 회로는 연산 처리를 위해 사용되며; 상기 출력 버퍼 메모리는 투시 변환 화상 데이터를 기억하는 화상 처리부를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 컴퓨터; 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 하나의 형상을 가진 반사 미러; 및 상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광된 광을 수광하는 촬상 장치를 가진 촬상부를 포함하는 촬상 시스템의 화상 데이터를 제어하도록 이용되며, 상기 컴퓨터가 : 투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 소정의 검사도를 촬상하여 얻어진 촬상 데이터에 좌표 변환을 행하는 좌표 변환부; 상기 좌표 변환에 적합한 렌즈 위치와 상기 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값에 따라 상기 촬상 화상의 왜곡을 보정하는 보정부로서 작용하도록 허용하는 프로그램이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 하나의 형상을 가진 반사 미러; 및 상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광되는 광을 수광하는 촬상 장치를 가진 촬상 시스템에서 촬상 화상을 보정하는 방법으로서 : 입력 버퍼 메모리에 소정의 검사도를 촬상하여 얻어진 촬상 데이터를 기억시키는 제 1 단계; 투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 연산 처리 회로를 이용하여 입력 버퍼 메모리에 기억된 촬상 데이터에, 조작 패널에 의한 지시 신호 출력에 응답하는 CPU에서의 명령에 따라, 좌표 변환을 행하여 출력 버퍼 메모리에 투시 변환 화상 데이터를 기억시키는 제 2 단계; 및 상기 출력 버퍼 메모리에 기억된 투시 변환 화상 데이터에서 생성된 화상을 모니터에 표시하여, 그 화상을 검사자에 의해 확인하는 제 3 단계를 포함하며, 정방형 검사도를 촬상하여 얻어진 투시 변환 화상이 제 3 단계에서 왜곡된 것으로 결정된 때, 상기 검사자가 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 증가 또는 감소시키기 위한 지시를 조작 패널에 입력하여 상기 조작 패널이 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 변화시키는 지시 신호를 출력하게 되며, 상기 제 1 내지 제 3 단계가 반복되어지는 촬상 시스템에서의 촬상 화상을 보정하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 하나의 형상을 가진 반사 미러; 및 상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광되는 광을 수광하는 촬상 장치를 가진 촬상 시스템에서 촬상 화상을 보정하는 방법으로서 : 입력 버퍼 메모리에 소정의 검사도를 촬상하여 얻어진 촬상 데이터를 기억시키는 제 1 단계; 투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 연산 처리 회로를 이용하여 입력 버퍼 메모리에 기억된 촬상 데이터에, 화상 인식부에 의한 지시 신호 출력에 응답하는 CPU에서의 명령에 따라, 좌표 변환을 행하여 출력 버퍼 메모리에 투시 변환 화상 데이터를 기억시키는 제 2 단계; 및 촬상 화상이 화상 인식부를 이용함에 의해 중심 사영 상인 것으로 될 때 얻어지는 기대치 화상에 대해 상기 출력 버퍼 메모리에 기억된 투시 변환 화상 데이터를 비교하는 제 3 단계를 포함하며, 정방형 검사도를 촬상하여 얻어진 투시 변환 화상이 제 3 단계에서 왜곡된 것으로 결정된 때, 상기 화상 인식부가 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 변화시키는 지시 신호를 출력하게 되며, 상기 제 1 내지 제 3 단계가 반복되어지는 촬상 시스템에서의 촬상 화상을 보정하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 규정된 검사도를 촬상하여 얻어진 투시 변환 화상이 청구항 11에 따른 촬상 화상의 왜곡을 보정하는 방법에 의해 왜곡이 없는 것으로 결정될 때 사용된 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 이용하여 촬상 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 촬상 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 규정된 검사도를 촬상하여 얻어진 투시 변환 화상이 청구항 12에 따른 촬상 화상의 왜곡을 보정하는 방법에 의해 왜곡이 없는 것으로 결정될 때 사용된 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 이용하여 촬상 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 촬상 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 청구항 11에 따른 촬상 화상의 왜곡 보정을 위한 방법의 순서를 기억시키는 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 청구항 12에 따른 촬상 화상의 왜곡 보정을 위한 방법의 순서를 기억시키는 기록 매체가 제공된다.
이하, 본 발명의 작용을 설명한다.
쌍곡면 미러를 사용하는 촬상 시스템에서는, 렌즈의 실행 측면에서, 상기 쌍곡면 미러에서 반사된 전체 화상을 촬상할 목적으로 쌍곡면 미러의 전체 표면상에 렌즈의 초점을 맞추는 것이 어렵다. 이는 쌍곡면 미러에서 반사된 물체로부터 중심 사영에 대한 조건을 만족하는 렌즈 위치(2개로 된 쌍곡면의 타면의 초점 위치)까지의 최소 거리가 짧기 때문이다. 상기 쌍곡면 미러의 전체 표면상에 렌즈의 초점을 맞추기 위해, 특수 가공된 광각 촬상 렌즈를 사용하는 것이 고려된다. 실제로, 단지 렌즈를 사용함에 의해서는 초점을 만족스럽게 조정할 수 없으므로, 상기 초점을 조정하기 위해, 구경(aperture) 조리개를 사용하여 가능한 한 렌즈를 조인다. 그러나, 구경 조리개를 사용하여 렌즈를 과도하게 조이면, 생성되는 입력 화상의 휘도가 어두워지고, 촬상 조건이 한정된다. 따라서, 이러한 특수 처리된 광각 촬상 렌즈는 실용성이 부족하다.
따라서, 본 발명에서는, 카메라(촬상부)의 렌즈 위치가, 2개로 된 쌍곡면 미러의 타면의 초점위치(즉, 기하 광학적으로 중심 사영에 대한 조건을 만족하는 상황하에서의 위치)로부터 시프트되어, 상기 쌍곡면 미러로부터 멀어진다. 그 결과, 쌍곡면 미러에서 반사된 허상 전체를 렌즈의 초점의 심도 내에 위치시키므로, 쌍곡면 미러의 전체 표면상에 렌즈의 초점을 맞출 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 렌즈 위치가 2개로 된 쌍곡면 미러의 타면의 초점위치로부터 시프트되더라도, 촬상된 화상(입력 화상)의 왜곡을 보정하여, 상기 화상을 중심 사영 상으로 변환시킬 수 있다.
상기 렌즈가 기하학적으로 중심 사영에 대한 조건을 만족하도록 배치되는 경우에도, 상기 렌즈의 왜곡 수차 때문에 외관상 중심 사영에 대한 조건을 만족하는 위치가 시프트될 가능성이 있다. 이러한 경우, 종래에는 중심 사영에 대한 조건을 만족시키기 위해 렌즈 위치를 기계적으로 조정했기 때문에, 상기 광학 조정은 번거롭고, 시간을 소비한다.
한편, 본 발명에 의하면, 미리 상기 렌즈를 소정의 위치로 조정한다. 소정의 검사도(예컨대, 정방형 검사도)를 촬상하여, 상기 촬상된 화상을 나타내는 데이터상에 좌표 변환을 행하여, 투시 변환 화상 데이터를 생성한다. 상기 생성된 투시 변환 화상 데이터에 의해 나타내는 화상이 왜곡된 경우, 카메라(촬상부)의 수광면과 좌표 변환에 채용되는 렌즈 위치 사이의 거리에 관한 값(F치)을 증감시킨다.
따라서, 화상처리를 행할 때, 소프트웨어를 사용하여 중심 사영에 대한 조건을 간단히 만족시켜, 광학 조정의 공정을 단축시키는 것이 가능하다. 또한, 중심 사영 상을 생성하는 조정 정밀도를 향상시키는 것도 가능하다.
촬상된 화상의 왜곡을 보정하기 위해, 투시 변환 화상을 생성하도록 상기 촬상된 화상을 나타내는 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 화상 처리부, 및 상기 생성된 투시 변환 화상이 왜곡될 때 보정해야 할 왜곡량을 입력하는 조작 패널이 제공되는 수단을 포함하는 장치에 적용할 수 있다.
예컨대, 대응하는 키가 동작될 때 F치가 일정량만큼 증감하도록 미리 조작 패널상의 키를 설정함으로써, 실시예에서 후술되는, 도 9에 도시된 방법의 공정 4에 있어서, 상기 화상의 왜곡 타입이 배럴 왜곡("+" 방향을 따라 왜곡됨)인지 아닌지를 판단한다. 상기 왜곡이 배럴 왜곡으로 판단되면, 공정 6에서, F치를 감소시키는 키를 조작한다. 상기 F치를 감소시키는 제어 신호가 화상 처리부로 전송되어, 순서가 공정 2로 되돌아간다. 상기 감소된 F치에 근거하여, 상기 식 (1) 및 (2)를 사용하여 다시 연산 처리가 행해져, 투시 변환 화상이 재표시된다. 공정 3에서, 화상의 왜곡 유무를 다시 확인한다. 상기 화상이 왜곡되었으면, 순서가 공정 4로 되돌아간다.
이와 달리, 공정 4에서 화상의 왜곡 타입이 핀쿠션 왜곡("-" 방향을 따라 왜곡됨)으로 판단되는 경우에는, 공정 5에서 F치를 증가시키는 키를 조작한다. 상기 F치를 증가시키는 제어 신호가 화상 처리부로 전송되어, 순서가 공정 2로 되돌아간다. 상기 증가된 F치에 근거하여, 식 (1) 및 (2)를 사용하여 연산 처리가 다시 행해져, 투시 변환 화상이 재표시된다. 공정 3에서, 화상의 왜곡 유무를 다시 확인한다. 상기 화상이 왜곡되었으면, 순서가 공정 4로 되돌아간다.
상기한 조작을 화상으로부터 왜곡이 제거될 때까지 반복한다. 상기 왜곡이 제거되면, 상기 조작을 종료한다. 상기한 경우, 조작패널을 사용하여 F치를 증감시키는 지시를 입력하는 것보다, 상기 왜곡량으로부터 추정되는 F치의 변경치를 직접 조작 패널로부터 입력하는 것도 가능하다.
촬상된 화상의 왜곡을 보정하기 위해, 투시 변환 화상을 생성하도록 상기 촬상된 화상을 나타내는 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 화상 처리부, 및 상기 생성된 투시 변환 화상과 상기 촬상된 화상이 중심 사영 상일 때 얻어지는 기대치 화상을 비교함으로써, 투시 변환 화상의 왜곡 유무를 인식하는 화상 인식부를 포함하는 장치(보정부)에 적용할 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같이, F치의 보정 공정에서, 화상 인식부를 사용함으로써, 비록 종래의 시스템에서는 상기 판정을 수동으로 행했음에도 불구하고, 상기 화상의 왜곡 유무 또는 왜곡 방향(즉, 상기 왜곡 타입이 배럴 왜곡인지 아닌지)을 자동으로 판정할 수 있다.
이와 달리, 조작 패널 또는 화상 인식부를 상기 화상 처리부에 직접 접속하여, 상기 조작 패널 또는 화상 인식부로부터의 지시 신호에 따라 화상 처리부가 상기 촬상된 화상에 좌표 변환 처리를 행하게 함으로써, 자동적으로 F치를 보정하는 것도 가능하다.
즉, 화상 인식부는 화상의 왜곡 유무를 판정하거나, 또는 왜곡량을 판정한다. 상기 화상 인식부가 왜곡 량에 대응하는 보정치를 나타내는 신호를 자동적으로 화상 처리부에 전송하여, 화상 처리부가 보정치에 근거하여 다시 연산 처리를 행하도록 한다. 그 결과, 상기 보정치에 대응하는 화상이 표시된다. 상기 화상 인식부는, 화상의 왜곡 유무를 판정하는 조작, 및 왜곡량을 판정하는 조작을 자동적으로 반복한다. 이러한 조작을 상기 왜곡이 소정치 이하로 감소될 때까지 반복할 수 있다.
상기 화상 처리부에 대해, 연산 처리 동작을 제어하는 CPU; 촬상된 화상 데이터를 기억하는 입력 버퍼 메모리; 연산 처리에 이용되는 LUT(룩업 테이블); 연산 처리 회로; 및 투시 변환 화상 데이터를 기억하는 출력 버퍼 메모리를 포함하는 장치에 적용할 수 있다. 상기 장치에서는, 이러한 구성 요소가 버스 라인에 접속된다. 따라서, 소프트웨어를 사용하는 화상 처리와 비교하여, 상기 화상 처리의 속도를 크게 개선하는 것이 가능하고, 또한 화질을 열화시키지 않고 상기 촬상된 화상을 동화상으로 하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 프로그램은, 컴퓨터를, 투시 변환 화상 데이터를 생성하기 위해 소정의 검사도를 촬상함으로써 얻어지는 화상 데이터에 좌표 변환을 행하는 좌표 변환부, 및 상기 투시 변환 화상 데이터로부터 생성된 투시 변환 화상이 왜곡된 경우, 왜곡의 타입에 따라 좌표 변환에 채용되는 렌즈 위치와 수광면 사이의 거리에 관한 값을 증감시킴으로써 상기 생성된 투시 변환 화상 데이터에 좌표 변환을 행하는 왜곡 보정부로서 기능시킬 수 있어, 보정 처리를 자동화하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 촬상 시스템에 있어서, 상기 촬상된 화상의 왜곡을 보정하는 경우, 소정의 검사도(예컨대, 정방형 검사도)를 촬상하여, 상기 촬상된 화상 데이터를 화상 처리부의 입력 버퍼 메모리에 기억시킨다. 상기 연산 처리 회로는, 조작 패널 또는 화상 인식부로부터의 조작 신호에 근거하여 CPU로부터의 명령에 따라 상기 촬상된 데이터에 좌표 변환을 행하여, 투시 변환 화상 데이터를 생성한다. 상기 투시 변환 화상 데이터를 화상 처리부의 출력 버퍼 메모리에 기억시켜, 조작 패널 또는 화상 인식부로부터의 조작 신호에 근거하여 CPU로부터의 명령에 따라 모니터에 출력한다. 조작자가 모니터에 표시된 상기 정방형 검사도의 촬상된 화상의 왜곡 유무를 확인하는 경우, 조작 패널에 입력되는 렌즈 위치와 수광면 사이의 거리에 관한 값(F치)을 증감시킨다. 상기 촬상된 화상의 왜곡을 보정하기 위해 이러한 조작을 반복하여, 상기 촬상된 화상을 중심 사영 상으로 변환시킬 수 있다.
상기 촬상된 화상의 왜곡 보정 순서를 기억시킨 기억 매체를 사용함으로써, 보정 처리를 자동화하는 것이 가능하다.
따라서, 여기서 설명하는 본 발명은, 중심 사영 상을 생성하는 렌즈 위치가 한 점에 한정되지 않고, 렌즈가 쌍곡면 미러의 전체 표면에 초점을 맞추는 조건 하에서 중심 사영 상이 생성되는 촬상 시스템; 상기 생성된 화상을 나타내는 데이터를 제어하기 위해 사용되는 소프트웨어; 상기 촬상 시스템에 의해 촬상된 화상의 왜곡을 보정하는 방법; 및 이러한 방법에 대한 순서를 기억시킨 기억 매체를 제공할 수 있다.
첨부 도면을 참조하여, 다음의 상세한 설명을 읽고 이해하는 당업자들에게, 본 발명의 여러 장점은 명백할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 관해, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 시스템(100)의 기본 구성과 그 구성요소 사이의 기하학적 위치 관계를 설명하는 도면이다.
상기 촬상 시스템(100)은, 쌍곡면 미러(1), 촬상부(2)(촬상렌즈(3) 및 수광소자(4) 포함), 화상 처리부(5), 및 TV 모니터(6)를 포함한다.
상기 쌍곡면 미러(1)는, 2엽 쌍곡면의 일면의 형상을 갖는 반사 미러이다. 2엽 쌍곡면 함수의 일반식은, 다음 식(3)으로 표현된다.
도 2는 식(3)을 그래프로 나타낼 때의 2엽 쌍곡면을 도시한다.
도 2에 도시된 상기 2엽 쌍곡면은 회전축이 Z축이고, Z축상의 포지티브 방향에 초점 O1, Z축상의 네거티브 방향에 초점 O2를 갖는다. 초점 O1 및 O2의 위치는, X, Y, Z의 좌표계에서, 각각 초점 O1 = (0,0,c) 및 초점 O2 = (0,0,-c)로 나타낸다.
상기 값 c는 c=√(a2 + b2)로 나타내며, a 및 b는 쌍곡면의 형상을 정의하는 상수이다. 이하, a, b 및 c를 미러 상수로 칭한다.
쌍곡면의 외측에 있는 임의의 점 P(X,Y,Z)와 초점 O1 사이를 연결하는 선분 PO1과, 식(3)을 만족하는 쌍곡면 사이의 교점을 M1으로 한다. 선분 PO1에 의해 나타낸 광선은 점 M1에서 선분 PO1과 접해 있는 상기 쌍곡면의 접평면 H1에 입사한다. 접평면 H1과 선분 PO1에 의해 형성된 입사각(η)은 선분 M1O2에 의해 나타낸 광선이 상기 쌍곡면을 벗어나는 반사각(η)과 동일하다. 선분 M1O2는 항상 상기 2엽 쌍곡면의 타면의 초점 O2를 통과한다.
도 3은, 중심 사영에 대한 조건을 만족하는 촬상 시스템의 렌즈 위치를 설명하는 도면이다. 이 경우 가장 중요한 것은, 쌍곡면 미러의 초점 O1에 대향하는 2엽 쌍곡면의 타면의 초점 O2의 위치에 촬상 렌즈의 중심을 배치하는 것이다. 상기 렌즈 중심으로부터 거리 F의 위치에 수광면을 갖는 수광 소자를 통해 얻어지는 입력 화상(촬상된 화상)을 중심 사영 상이라 한다.
입력 화상의 좌표 P(x,y)와 피사체의 위치 P(X,Y,Z) 사이의 위치 관계를 상기한 식 (1) 및 (2)에 의해 나타낼 수 있으며, 편의상 아래에 나타낸다.
식 (1) 및 (2)는, 도 2 및 도 3에 도시된 소자 사이의 위치 관계에 근거하여, 다음의 식 (4), (5) 및 (6)을 사용하여 얻어진다.
중심 사영에 대한 조건을 만족하는 입력 화상은, 식(4)∼(6)을 동시에 만족하는 화상이다. 식(4)∼(6)을 이용함으로써, 상기 입력 화상은 초점 O1으로부터 볼 수 있는 투시화상으로 용이하게 변환될 수 있다. 이러한 변환을 투시 변환이라 한다. 상기 투시 변환에 의해 생성되는 화상(투시 화상)은, 우리들이 대개 볼 수 있는 화상이다. 이러한 화상에서는, 3차원 공간이 2차원 공간에 사영된다.
거리 F는 렌즈 중심으로부터 수광 소자의 촬상면까지의 수직 거리이다. 각 α는 선분 PO1과 미러의 초점을 포함하는 수평면에 의해 형성되는 각도이다. 각 β는 촬상 메커니즘의 중심으로부터 미러 상의 입사점을 보았을 때의 천정각이다. 상기 입력 화상은, 상기 미러에서 반사된 허상을 렌즈에 의해 촬상함으로써 얻어진다.
도 4는 중심 사영에 대한 조건을 만족하는 촬상 시스템의 렌즈 위치를 설명하는 단면도이다.
도 5는 중심사영조건을 만족하지 않는 촬상 시스템의 렌즈 위치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 및 도 5는, 도5의 촬상 렌즈가 본래 중심 사영을 만족하는 위치 O2로부터 위치 O3으로 시프트되는 점에서 서로 상이하다. 도 5에 도시된 촬상 렌즈의 위치는 쌍곡면 미러측 또는 반대측으로 시프트될 수 있다.
다음 설명에서는, 렌즈의 위치가 중심 사영 조건을 만족하는 렌즈 중심 위치로부터 쌍곡면 미러에 대해 반대측으로 거리 L만큼 시프트되어 있는 경우이다. 상기 예에서는, 렌즈 위치만이 중심사영조건을 만족하는 렌즈 중심 위치로부터 시프트되고, 물체의 위치 P(X,Y,Z)는 그대로이다.
도 6을 참조하여, 쌍곡면 미러에 반사된 화상이 도 4 및 도 5에 도시된 각 경우에 있어서 수광면에서 반사되는 방식에 대해 설명한다. 도 6은 단일 렌즈를 사용하는 경우 화상의 확대 및 촬상 메카니즘을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6에서, 물체 A는 쌍곡면 미러에서 반사된 허상이다. 도 6은 렌즈 위치 O2(A) 및 O3(A), 렌즈의 초점거리, 렌즈 위치 O2(A)에서 물체 A 까지의 거리, 및 렌즈 위치 O3(A)에서 물체 A까지의 거리를 나타낸다.
렌즈가 위치 O2에 있으면, 물체 A의 정점 H에서의 화상이 점 H2에서 생성된다. 렌즈가 위치 O3에 있으면, 물체 A의 정점 H로부터의 광선은 점 O2를 통과하고 또한 렌즈의 점 L에 도달할 때까지 더욱 직진하여, 광선이 렌즈에 의해 굴절되고, 화상이 점 H3에서 생성된다. 상기 촬상점 H3이 다음 식 (7)에 의해 간단히 얻어진다.
1/S+1/M=1/f ... (7).
식 (7)에서, S는 렌즈 위치에서 물체 A까지의 거리이고, F는 렌즈 위치에서 촬상면까지의 거리이며, f는 렌즈의 초점 위치이다. 배율 m은 다음 식 (B)에 의해 얻어진다.
m=f/(S-f) ... (8)
따라서, 렌즈가 위치 O2(A)에 있는 경우에 생성되는 상의 배율 m2는 m2=f/(S2-f)로 되고, 렌즈가 위치 O3(A)에 있는 경우에 생성되는 상의 배율 m3은 m3=f/(S3-f)로 된다.
물체 A의 길이가 H인 경우에는, 렌즈가 위치 O2(A)에 있는 경우에 생성되는 상은 길이 h2가 h2=m2×H로 되고, 렌즈가 위치 O3(A)에 있는 경우에 생성되는 상은 길이 h3이 h3=m3×H로 된다. 상의 각 길이 h2 및 h3은 광학축으로부터 상의 정점까지의 거리(즉, Z축으로부터 상의 정점까지의 거리)를 나타내기 때문에, 식 (6)에서 √(x2+y2)(반경)로 나타낼 수 있다.
각 렌즈 위치에서 거리 F의 값만이 다르기 때문에, 렌즈가 위치 O2(A)에 있는 경우에 생성되는 상의 길이와 렌즈가 위치 O3(A)에 있는 경우에 생성되는 상의 길이 사이의 관계는 식 (1) 및 (2)로부터 h2/h3=(S2+L-f)/(S2-f)가 된다. 상기 식은 렌즈 위치 O3이, 중심사영조건을 만족하는 위치로부터 거리 L만큼 시프트된 위치에 배치되는 경우, 얻어지는 입력 화상(촬상 화상)의 사이즈가, 렌즈 위치가 중심 사영에 필요한 조건을 만족시키는 경우에 얻어지는 입력 화상의 사이즈의 정수배라는 것을 나타낸다.
렌즈가 중심 사영 조건을 만족시키는 위치에 없으면, 상기한 바와 같이, 입력 화상의 √(x2+y2)의 위치 좌표는, 중심 사영에 대한 조건을 만족하는 위치에 렌즈가 있는 경우에 얻어지는 입력 화상의 위치 좌표와 단지 정수배만큼 다르다. 따라서, 중심 사영 조건을 만족하지 않는 렌즈 위치로부터 촬상면까지의 거리를 F로 나타냄으로써, 식 (6)에 나타낸 바와 같이, 충심사영에 대한 조건을 만족시키는 렌즈로부터 촬상면까지의 거리인 거리 F0을 사용하여, 입력 화상(촬상 화상)을 소프트웨어를 사용하여 중심사영조건을 만족하는 중심사영 화상으로 변환하는 수단을 실현할 수 있다. 즉, 종래 기술에서의 F치가 렌즈의 광학계로부터 촬상면까지의 일정 거리(즉, 상기한 바와 같이 F0)를 나타내는 반면, 본 발명에 의한 F치는 광학계의 변경에 따라 임의로 선택될 수 있다.
예컨대, 배율 변수 ε를 도입하는 경우에는, F를 ε×F로 대체하고, 변수 ε를 가변시켜 렌즈의 광학 시스템으로부터 촬상면까지의 거리를 조절한다. 또한, F치를 F=F0+ΔF로 하는 것에 의해, ΔF를 적당한 거리(화소의 단위(픽셀))만큼 변화시켜 렌즈의 광학계로부터 촬상면의 거리를 조절할 수 있다.
최적의 F치를 설정하는 방법의 예로서, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 정방형 분할(이하, 정방형 검사도라 칭함)을 포함하는 검사도를 사용하는 방법이 있다. 도 7a는 정방형 검사도의 정면도이다, 도7b는 정방형 검사도의 사시도이다.
도 8a, 8b, 8c는 각각 정방형 검사도의 투시 화상을 나타낸다. 도 8a는, F치<최적치(즉, 렌즈 위치가 중심 사영 조건을 만족하는 렌즈 위치로부터 쌍곡면 미러측까지 약 0.4mm 내지 약 0.7mm만큼 시프트되어 있음)인 경우의 검사도의 화상(핀쿠션 왜곡이 있음)을 나타낸다. 도 8b는 F치=최적치인 경우의 검사도의 화상을 나타낸다. 도 8c는 F치>최적치(즉, 렌즈 위치가 중심 사영 조건을 만족하는 렌즈 위치로부터 수광 소자측까지 약 0.4mm 내지 약 0.7mm만큼 시프트되어 있음)인 경우의 검사도의 화상(배럴 왜곡이 있음)을 나타낸다.
F치를 설정하기 전에, 촬상 시스템은 검사도의 화상을 촬영한다. 투시 화상을 생성하도록 상기 촬영된 화상에 투시 변환을 행하면, 상기 투시 화상이 정확한 정방형 분할을 포함하도록, 상기 F치가 조정된다(즉, 도 8b에 도시된 영상이 얻어진다).
도 9는 F치를 변경하기 위한 절차를 설명하기 위한 플로우챠트이다. 상기한 바와 같은 정방형 검사도가 생성되고 F치를 설정하기 전에 상기 정방형 검사도의 영상을 촬상 시스템으로 촬영한다.
단계 1에서는, F치를 설정하기 전에 렌즈의 주점으로부터 촬상면까지의 거리 F를 촬상 시스템의 화상 처리부에 입력한다. 또한, 상기 F치는 조작 패널을 사용하여 조작자에 의해 화상 처리부에 입력될 수 있고, 또는 소프트웨어(프로그램)에 의해 미리 설정되어 있는 거리가 화상 처리부의 연산 처리 회로에 입력될 수 있다.
단계 2에서는, 검사도의 투시 변환 화상이 표시된다.
단계 3에서는, 상기 화상이 왜곡되었는 지의 여부, 즉 정방형 분할이 정확하게 표시되었는 지의 여부를 결정한다.
단계 4에서는, 화상이 왜곡되면, 왜곡의 타입이 배럴(barrel) 왜곡인 지의 여부를 결정한다.
상기 왜곡이 배럴 왜곡이면, 단계 5에서, F치를 증가시킨다.
상기 왜곡이 배럴 왜곡이 아니면(즉, 핀쿠션 왜곡임), 단계 6에서, F치를 감소시킨다.
상기 단계 2 내지 4 및 단계 5 또는 6이 반복하여 정방형 분할을 가능한 가장 정확하게 표시하기 위한 F치를 결정한다. 상기 실시예에서는, 정방형 검사도를 사용하였지만, 얼룩(dappled) 검사도(색의 농도가 상이한 스태거 패턴을 포함)을 사용할 수 있다. 수평 및 수직 방향의 직선을 정확히 구별할 수 있다면 다른 패턴도 사용될 수 있다.
도 10은 F치를 변경하기 위한 상세한 절차를 설명하는 플로우 차트이다.
단계 11에서, 변수들이 초기화된다. 초기화된 변수들은 미러 정수들, 렌즈의 주점과 촬상면 사이의 거리(이하, "렌즈 주점 - 촬상면 거리"라 칭함), 투시 변환 화상의 중심 좌표, 입력 화상이 폭과 높이, 및 삼각함수 테이블(trigonometric function table)을 포함한다(이들은 이하 "LUT"라고 표기되는, 룩업 테이블에 포함되어 있으며, F치가 변하면 재계산되어야 하기 때문에 초기화될 필요가 있다). 초기화된 변수들은 또한 투시 변환 화상의 폭과 높이 등을 포함한다.
상기 변수들의 초기화는 소프트웨어(프로그램)에 의해 자동적으로 행해질 수 있다. 상기 실시예에서는, 변수들의 값 즉, 미러상수 a=9.5, b=6.2, c=11.34; 렌즈 주점-촬상면 거리 F=360.0(CCD 카메라의 화소수와 동일); 화상 중심 좌표 cX=320, cY=240; 입력화상의 폭 w=640; 입력 화상의 높이 h=480; 투시 변환 화상의 폭 pw=200, 및 투시 변환 화상의 높이 ph=150(CCD 카메라의 화소수와 동일)으로 하여, 상기 삼각함수 테이블을 작성한다.
단계 12에서는, r[α](r은 물체로부터 화상면의 중심까지의 거리이고, α는 틸트각이다)에 대한 값을 저장하는 변환 테이블이 초기화된다.
단계 13에서는, r[α]에 대한 변환 테이블이 작성된다. 상기 실시예에서는, α의 값이 0°와 360°사이에서 0.1°씩 증가하도록 설정되며, 식 (5)로부터, β는 미러 상수와 α를 사용하여 계산된다. 식 (6)으로부터, r[α]는 r[α]=F×tan(π/2-β)에 의해 계산된다.
단계 14에서는, 팬각(pan angle), 틸트각(α), 및 미러 초점으로부터 투시 변환 화상까지의 거리 등의 변수들이 입력된다. 상기 실시예에서는, 변수들의 값을: 팬각 Pan=0°; 틸트각 Tilt=-90°; 및 미러 초점으로부터 투시 변환 화상까지의 거리 d=100으로 한다.
단계 15에서는, 투시 변환 화상을 작성한다. 투시 변환 화상의 좌표(x1,y1)에 대응하는 3차원 공간 좌표(tx,ty,tz)를, 팬각 Pan, 틸트각 Tilt, 및 거리 d를 사용하여 계산한다. 이 계산은 d=√(tx2+ty2+(tz-c)2), tanα=(tz-c)/√(tx 2+ty2), sinα=tz/d, 및 c=√(a2+b2)에 의해 행해질 수 있다.
상기 실시예에서는, 도 14에 도시된 바와 같이, CCD 카메라의 화상면의 사이즈가 W×H로 표현될 수 있다. 중심 좌표는 (cX,cY)로 표현될 수 있다. 3차원 공간으로 가상하는 투시 변환 화면의 사이즈는 ph×pw로 표현될 수 있다.
상기 실시에에서는, z축(틸트각=90°)에 수직인 평면을 투시 변환 화면으로 가상한다. 상기 가상 화면상의 각 화소에 대응하는 CCD 화면상의 좌표는 식 (1) 및 (2)를 사용하여 계산된다. 상기 가상 화면에서, z축에 대한 회전각이 팬각이다. 가정한 스크린의 x 및 y 좌표축이 각각 CCD 수광면의 x 및 y 좌표축에 대응하는 경우, 팬각이 제로(Pan=0)이다. 회전각 θ(도 3에 도시된 z축의 회전각) 및 각 α는 미러 상수 tx, ty, tz를 사용하여 계산된다. 상기 각 α는 상기 식 (5) 및 (6)을 사용하여 계산될 수 있다. 회전각 θ는 tan-1(y/x)에 의해 얻어질 수 있다. 또한, r=r[α]는 변환 테이블로부터 산출된 후, (x1,y1)의 값이 x=cX+r×cos(θ) 및 y=cy-r×sin(θ)에 의해 계산된다.
단계 16에서는, 화상이 왜곡되었는 지의 여부가 결정된다. 화상에 왜곡이 없으면, 처리를 종료한다.
화상에 왜곡이 없으면, 단계 17에서는, 왜곡의 종류가 배럴 왜곡인 지 또는 핀쿠션 왜곡인 지를 결정한다.
상기 왜곡이 핀쿠션 왜곡이면, 단계 18에서, F치를 증가시킨다.
상기 왜곡이 배럴 왜곡이면, 단계 19에서, F치를 감소시킨다.
상기 실시예에서는, F치의 조정 거리(F=F0+ΔF에서 ΔF)가 거의 40㎛와 70㎛ 사이의 조정과 동일하며 10화소(픽셀)와 동일한 값만큼 증감한다. 상기 단계 13 내지 17 및 단계 18 또는 19를 반복하여, 정방형 분할을 가능하면 가장 정확하게 표시하기 위한 F치를 결정한다.
상기 실시예에서의 F치의 조정 처리는, 도 11에 도시된 바와 같이, 예컨대 화상 처리부 및 그와 접속된 조작 패널을 사용하여 행해진다.
도 11은 본 발명에 의한 화상 처리부의 구조를 도시한 블록도이다. 상기 화상 처리부(5)는 입력 버퍼 메모리(8), CPU(9), LUT(10), 연산 논리 회로(11), 출력 버퍼 메모리(12), 버퍼 라인(13), 및 조작 패널(14)을 포함한다.
촬상 시스템에 의해 촬영된 검사도의 화상을 표시하는 화상 데이터는 입력 버퍼 메모리(8)에 기억된 후, 조작 패널(14)로부터의 조작 신호에 기초한 CPU(9)로부터의 명령에 따라, LUT(10)에 기억된 데이터에 기초하여 연산 논리 회로(11)에 의해 화상 데이터에 좌표 변환이 행해진다. 상기 LUT(10)는 저장되어 있는 r[α]에 대한 변환 테이블을 갖는다.
도 12는 LUT(10)에 기억된 r[α]에 대한 변환 테이블의 데이터 구성의 예를 나타낸다.
좌표 변환에 의해 생성된 투시 변환 화상을 나타내는 데이터가 출력 버퍼 메모리에 입력된 후, 상기 투시 변환 화상이 CPU(9)의 명령에 따라 모니터에 표시된다. 조작자(검사자)는 모니터에 표시된 화상이 왜곡되었는 지의 여부를 확인한다. 상기 화상에 왜곡이 있으면, 왜곡의 종류가 배럴 왜곡(도 8c 참조)인 지 또는 핀쿠션 왜곡(도 8a 참조)인 지를 결정한다. 조작자는 왜곡의 종류에 따라 F치를 증감하도록 조작 패널을 조작한다.
예컨대, 왜곡이 핀쿠션 왜곡이면, F치를 증가시키도록 조작 패널을 조작함으로써, 상기 조작 패널이 조작 신호를 CPU(9)에 전송한다. 상기 동작 신호는 CPU(9)로부터 연산 논리 회로(11)까지 버스 라인을 통해 더 전송된다. F치는 연산 논리 회로(11)에서 증가하고 좌표 변환이 화상 데이터에 행해진다. F치가 증가한 후에 생성된 투시 변환 화상을 나타내는 데이터가 출력 버퍼 메모리(12)에 입력된다. 그 후, 화상은 CPU(9)에 의한 명령에 의해 모니터에 출력된다. 조작자(검사자)는 모니터의 화상에서의 왜곡의 감소를 확인한다. 왜곡이 줄어들 때까지 상기 동작을 반복한다.
제품(촬상 시스템)의 출하 검사시 본 발명에 의한 F치의 조정 처리를 행함으로써, 렌즈의 위치가 시프트되어 있더라도, F치를 최적화하여 중심 사영 상을 얻을 수 있기 때문에, 광학 조정을 용이하게 할 수 있다. 그 결과, 수율이 향상된다. 이 경우, 촬상 시스템은 최적화된 F치에 따라 얻어진 화상 데이터에 좌표 변환을 행하여, 투시 화상 데이터를 얻을 수 있다. 따라서 촬상 시스템에 조작 패널이 제공되지 않을 수 있다. 또한, 본 발명의 목적에 따라, 렌즈 거리를 변경시키기 위해 조작 패널이 촬상 시스템에 제공되어, 사용자가 조작 패널을 조작하는 경우에도, 거의 왜곡이 없는 중심 사영 상을 얻을 수 있다.
상기 실시예에서는, 검사자가 모니터 화상을 관찰하여 화상의 왜곡을 확인하는 경우에 대해 설명하였지만, 기억부에 미리 저장되어 있는 기대치 화상 데이터를 연산 처리에 의해 얻어진 화상 데이터와 비교하도록 화상 인식부를 사용함으로써, 화상의 왜곡을 검출할 수 있고 F치를 증감시키는 조작 신호를 출력할 수 있다.
도 13a 및 13b는 확대 렌즈를 내장한 촬상 시스템(200)을 설명하는 도면이다.
렌즈 중심이 O2(A)에서 O3(A)로 이동하면, CCD 카메라 등의 수광부에서 반사된 화상이 감소한다. 그 결과, CCD 카메라 등의 수광부의 화소가 효과적으로 이용될 수 없기 때문에, 화상의 해상도가 감소한다. 이와 같은 경우, 촬상 렌즈의 전후에 확대 렌즈를 삽입하고, 도 13a에 도시된 Z축을 따라 앞뒤로 확대 렌즈를 이동시켜 확대 렌즈의 위치를 조정함으로써, 도 13에 도시된 바와 같이, 상의 크기를 최적화시킬 수 있다. 초점이 맞는 범위를 확대하기 위해, 렌즈의 전후에 구경 조리개를 삽입하여 초점의 심도를 더욱 깊게 해야한다.
본 발명은 쌍곡면 미러에서 반사된 상으로부터 렌즈까지의 거리를 증가시킬 수 있기 때문에, 특수 가공된 렌즈에 대한 필요가 없게 되고, 통상 렌즈를 사용하여 만족스러운 화상을 얻을 수 있게 된다. 또한, 거리를 증가시킴으로써, 렌즈의 구경을 감소시키도록 구경 조리개를 조정할 필요가 없게 되고, 촬상 조건의 제약을 최저로 낮추어, 조정을 용이하게 한다.
또한, 본 발명은 렌즈가 초기에 소정 위치에 있도록 렌즈를 조정하고, 화상 처리에 대한 F치를 변경함으로써 중심 사영 조건을 용이하게 만족시킬 수 있고, 광학 조정 단계를 단축시킬 수 있다. 또한, 중심 사영 상을 생성하기 위한 조정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않으면서 당해 분야의 기술자에게 다양한 다른 변형은 명백하고 용이하게 만들어 질 수 있다. 따라서, 청구범위는 상기에 나타난 것과 같은 상세한 설명에 의해서 제한되지 않고 보다 넓게 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치(100)의 구성요소 사이의 기하학적인 위치 관계 및 기본 구성을 설명하는 도면,
도 2는 식(3)(후술함)을 그래프로 나타낼 때의 2개로 된 쌍곡면을 나타낸 도면,
도 3은 중심 사영에 대한 조건을 만족하는 촬상 시스템의 렌즈 위치를 설명하는 도면,
도 4는 중심 사영에 대한 조건을 만족하는 촬상 시스템의 렌즈 위치를 설명하는 단면도,
도 5는 중심 사영에 대한 조건을 만족하지 않는 촬상 시스템의 렌즈 위치를 설명하는 단면도,
도 6은 단일 렌즈가 사용될 때의 화상의 배율 및 촬상 메커니즘을 설명하는 개략적인 도면,
도 7a는 정방형 검사도의 예를 나타낸 도면,
도 7b는 도 7a의 정방형 검사도의 다른 예를 나타낸 도면,
도 8a는 도 7a 및 도 7b의 정방형 검사도의 투시 화상을 나타낸 도면,
도 8b는 도 7a 및 도 7b의 정방형 검사도의 다른 투시 화상을 나타낸 도면,
도 8c는 도 7a 및 도 7b의 정방형 검사도의 또 다른 투시 화상을 나타낸 도면,
도 9는 F치를 변화시키는 순서를 설명하는 플로우차트,
도 10은 F치를 변화시키는 세부 순서를 설명하는 플로우차트,
도 11은 본 발명에 따른 화상 처리부의 구성을 도시하는 블록도,
도 12는 LUT(10)에 기억된 r[α]에 대한 변환 테이블의 데이터 구성예를 나타낸 도면,
도 13a는 확대 렌즈를 결합하여 본 발명에 따른 촬상 시스템(200)을 설명하는 도면,
도 13b는 확대 렌즈를 결합하여 상기 촬상 시스템(200)을 설명하는 다른 도면, 및
도 14는 CCD 카메라 및 투시 변환 스크린의 화상면을 설명하는 도면이다.

Claims (16)

  1. 2엽 쌍곡면 중의 한쪽의 형상을 가진 반사 미러; 및
    상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광되는 광을 수광하는 촬상 장치를 포함하는 촬상부를 구비한 촬상시스템으로서,
    소정의 위치로 렌즈를 맞추어서 소정의 검사도를 촬상하여 얻어지는 촬상 데이터를 투시변환화상데이터로 좌표변환하는 화상처리부;
    얻어진 투시변환화상과 촬상화상이 중심사영상인 경우에 얻어지는 기대치 화상을 비교하여 상기 투시변환화상에 왜곡이 있는지 여부를 인식하는 화상인식부; 및
    좌표변환시에 이용하는 렌즈 위치와 상기 촬상장치의 수광면 사이의 거리에 관한 F값을 증감시켜서 촬상화상의 왜곡을 보정하는 보정부를 포함하는 촬상 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 좌표 변환은 다음 식을 이용하여 투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 촬상 데이터에 대해 행해지는 촬상 시스템.
    (상기 식에서 (X,Y,Z)는 피사체의 위치를, a,b,c는 미러 정수를, (x,y)는 촬상 화상의 좌표를, F는 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리를 나타냄.)
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 검사도로서 정방형 검사도를 이용하는 촬상 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보정부는 :
    투시 변환 화상을 생성하도록 상기 촬상 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 화상 처리부; 및
    렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 증가 또는 감소시키는 지시를 입력하는 조작 패널을 포함하는 촬상 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 화상 처리부는 상기 조작 패널에 의한 지시 신호 출력에 따라 좌표 변환 처리를 행하는 촬상 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 화상 처리부는 상기 화상 인식부에 의한 지시 신호 출력에 따라 좌표 변환 처리를 행하는 촬상 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 화상 처리부는 :
    버스 라인에 접속된 CPU;
    입력 버퍼 메모리;
    룩업 테이블;
    연산 처리 회로; 및
    출력 버퍼 메모리를 포함하며,
    상기 CPU는 연산 처리 동작을 제어하고;
    상기 입력 버퍼 메모리는 촬상 데이터를 기억하고;
    상기 룩업 테이블 및 연산 처리 회로는 연산 처리를 위해 사용되며;
    상기 출력 버퍼 메모리는 투시 변환 화상 데이터를 기억하는 화상 처리부를 포함하는 촬상 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 화상 처리부는 :
    버스 라인에 접속된 CPU;
    입력 버퍼 메모리;
    룩업 테이블;
    연산 처리 회로; 및
    출력 버퍼 메모리를 포함하며,
    상기 CPU는 연산 처리 동작을 제어하고;
    상기 입력 버퍼 메모리는 촬상 데이터를 기억하고;
    상기 룩업 테이블 및 연산 처리 회로는 연산 처리를 위해 사용되며;
    상기 출력 버퍼 메모리는 투시 변환 화상 데이터를 기억하는 화상 처리부를 포함하는 촬상 시스템.
  10. 컴퓨터;
    2엽 쌍곡면중 한쪽의 형상을 가진 반사 미러; 및
    상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광되는 광을 수광하는 촬상 장치를 포함하는 촬상부를 구비한 촬상시스템의 화상데이터 제어에 이용되는 기록매체로서,
    상기 컴퓨터를, 소정의 위치로 렌즈를 맞추어서 소정의 검사도를 촬상하여 얻어지는 촬상 데이터를 투시변환화상데이터로 좌표변환하는 화상처리수단과, 얻어진 투시변환화상과 촬상화상이 중심사영상인 경우에 얻어지는 기대치 화상을 비교하여 상기 투시변환화상에 왜곡이 있는지 여부를 인식하는 화상인식수단, 및 좌표변환시에 이용하는 렌즈 위치와 상기 촬상장치의 수광면 사이의 거리에 관한 F값을 증감시켜서 촬상화상의 왜곡을 보정하는 보정수단으로서 작용하도록, 보정절차를 기억하고 있는 기록매체.
  11. 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 하나의 형상을 가진 반사 미러; 및
    상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광되는 광을 수광하는 촬상 장치를 가진 촬상 시스템에서 촬상 화상을 보정하는 방법으로서 :
    입력 버퍼 메모리에 소정의 검사도를 촬상하여 얻어진 촬상 데이터를 기억시키는 제 1 단계;
    투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 연산 처리 회로를 이용하여 입력 버퍼 메모리에 기억된 촬상 데이터에, 조작 패널에 의한 지시 신호 출력에 응답하는 CPU에서의 명령에 따라, 좌표 변환을 행하여 출력 버퍼 메모리에 투시 변환 화상 데이터를 기억시키는 제 2 단계; 및
    상기 출력 버퍼 메모리에 기억된 투시 변환 화상 데이터에서 생성된 화상을 모니터에 표시하여, 그 화상을 검사자에 의해 확인하는 제 3 단계를 포함하며,
    정방형 검사도를 촬상하여 얻어진 투시 변환 화상이 제 3 단계에서 왜곡된 것으로 결정된 때, 상기 검사자가 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 증가 또는 감소시키기 위한 지시를 조작 패널에 입력하여 상기 조작 패널이 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 변화시키는 지시 신호를 출력하게 되며,
    상기 제 1 내지 제 3 단계가 반복되어지는 촬상 시스템에서의 촬상 화상을 보정하는 방법.
  12. 2개의 시트로 된 쌍곡면의 2개의 시트 중 하나의 형상을 가진 반사 미러; 및
    상기 반사 미러의 회전축 상에서 상기 반사 미러와 대향하는 임의의 위치에 중심이 배치된 렌즈에 의해 집광되는 광을 수광하는 촬상 장치를 가진 촬상 시스템에서 촬상 화상을 보정하는 방법으로서 :
    입력 버퍼 메모리에 소정의 검사도를 촬상하여 얻어진 촬상 데이터를 기억시키는 제 1 단계;
    투시 변환 화상 데이터를 생성하도록 연산 처리 회로를 이용하여 입력 버퍼 메모리에 기억된 촬상 데이터에, 화상 인식부에 의한 지시 신호 출력에 응답하는 CPU에서의 명령에 따라, 좌표 변환을 행하여 출력 버퍼 메모리에 투시 변환 화상 데이터를 기억시키는 제 2 단계; 및
    촬상 화상이 화상 인식부를 이용함에 의해 중심 사영 상인 것으로 될 때 얻어지는 기대치 화상에 대해 상기 출력 버퍼 메모리에 기억된 투시 변환 화상 데이터를 비교하는 제 3 단계를 포함하며,
    정방형 검사도를 촬상하여 얻어진 투시 변환 화상이 제 3 단계에서 왜곡된 것으로 결정된 때, 상기 화상 인식부가 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 변화시키는 지시 신호를 출력하게 되며,
    상기 제 1 내지 제 3 단계가 반복되어지는 촬상 시스템에서의 촬상 화상을 보정하는 방법.
  13. 규정된 검사도를 촬상하여 얻어진 투시 변환 화상이 청구항 11에 따른 촬상 화상의 왜곡을 보정하는 방법에 의해 왜곡이 없는 것으로 결정될 때 사용된 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 이용하여 촬상 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 촬상 시스템.
  14. 규정된 검사도를 촬상하여 얻어진 투시 변환 화상이 청구항 12에 따른 촬상 화상의 왜곡을 보정하는 방법에 의해 왜곡이 없는 것으로 결정될 때 사용된 렌즈 위치 및 촬상 장치의 수광면 사이의 거리에 관한 값을 이용하여 촬상 데이터를 투시 변환 화상 데이터로 변환하는 촬상 시스템.
  15. 청구항 11에 따른 촬상 화상의 왜곡 보정을 위한 방법의 순서를 기억시키는 기록 매체.
  16. 청구항 12에 따른 촬상 화상의 왜곡 보정을 위한 방법의 순서를 기억시키는 기록 매체.
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