KR100491271B1 - 전방위 거울 및 이를 이용한 영상 시스템 - Google Patents

전방위 거울 및 이를 이용한 영상 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100491271B1
KR100491271B1 KR10-2004-0030553A KR20040030553A KR100491271B1 KR 100491271 B1 KR100491271 B1 KR 100491271B1 KR 20040030553 A KR20040030553 A KR 20040030553A KR 100491271 B1 KR100491271 B1 KR 100491271B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
angle
mirror
equation
ceiling
point
Prior art date
Application number
KR10-2004-0030553A
Other languages
English (en)
Inventor
권경일
Original Assignee
주식회사 나노포토닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 나노포토닉스 filed Critical 주식회사 나노포토닉스
Priority to KR10-2004-0030553A priority Critical patent/KR100491271B1/ko
Priority to PCT/KR2005/001249 priority patent/WO2005106543A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100491271B1 publication Critical patent/KR100491271B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/10—Mirrors with curved faces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/58—Means for changing the camera field of view without moving the camera body, e.g. nutating or panning of optics or image sensors

Abstract

본 발명은 카메라(camera)의 정후방 영역(즉, 카메라 바로 뒤쪽의 영역)의 이미지를 획득할 수 있도록 화각(FOV: Field of View)이 확대된 전방위 거울을 채용한 전방위 영상 시스템에 관한 것이다. 전방위 거울은 링(ring) 형상의 평면 거울과, 평면 거울과 사전설정된 길이를 갖는 연결 부재를 통해 연결되어 있으며 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 거울을 포함한다. 전방위 영상 시스템은 거울 ― 거울은 링 형상의 평면 거울과, 평면 거울과 사전설정된 길이를 갖는 연결 부재를 통해 연결되어 있으며 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 전방위 거울을 포함함 ― 과, 거울을 통해 회전 대칭축 상에 존재하는 카메라 렌즈의 마디점(nodal point)으로 입사되는 광을 포획하도록 회전 대칭축 상에 마련된 카메라를 포함한다. 전방위 거울은 반전형(inverting type) 또는 정상형(normal type)이다.

Description

전방위 거울 및 이를 이용한 영상 시스템{PANORAMIC MIRROR AND IMAGING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 전방위 영상 시스템(panoramic imaging system)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카메라(camera)의 정후방 영역(즉, 카메라 바로 뒤쪽의 영역)의 이미지를 획득할 수 있도록 화각(FOV: Field of View)이 확대된 전방위 거울을 채용한 전방위 영상 시스템에 관한 것이다.
경관이 뛰어난 관광지 등에서 360°모든 방향의 경치를 한 장의 사진에 포착하는 파노라마 사진기(panoramic camera)는 전방위 영상 시스템의 일 예이다. 전방위 영상 시스템은 관찰자(observer)가 제자리에서 한바퀴 돌 때 바라보이는 경치를 모두 한 장의 이미지에 포착하는 시스템을 지칭한다. 이와는 다르게 관찰자의 위치에서 바라볼 수 있는 모든 방향의 경치를 한 장의 이미지에 포착하는 시스템은 전방향 영상 시스템(omnidirectional imaging system)이라 지칭된다. 전방향 영상 시스템에서는 관찰자가 제자리에서 한 바퀴 도는 것은 물론, 고개를 젖히거나 숙여서 바라볼 수 있는 모든 경치를 포함한다. 수학적으로는 영상 시스템으로 포착할 수 있는 영역의 입체각(solid angle)이 4π 스테라디안(steradian)인 경우를 지칭한다.
전방위 영상 시스템이나 전방향 영상 시스템은 건축물, 자연 경관, 천체 등의 촬영과 같은 전통적인 분야뿐만 아니라, CCD(charge-coupled device) 카메라를 이용한 보안·감시 시스템, 부동산이나 호텔, 관광지 등의 가상 여행(virtual tour), 또는 이동 로봇이나 무인 비행기 등의 분야에 적용하기 위한 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다. 이와 같은 영상 시스템을 구현하기 위한 가장 일반적인 방법은 화각이 넓은 어안 렌즈(fisheye lens)를 채용하는 것이다. 예를 들어, 화각이 180°인 어안 렌즈를 이용하면 하늘의 별자리에서부터 지평선까지를 한 장의 이미지에 포착하는 것이 가능하다. 이러한 이유로 어안렌즈는 전천렌즈(all-sky lens)라고도 지칭된다.
특히, 니콘(Nikon)사의 한 어안 렌즈(6mm f/5.6 Fisheye-Nikkor)는 화각이 220°에 달하므로, 이를 카메라에 장착하면 카메라 후방의 경치도 일부나마 이미지에 포함시킬 수 있다. 더욱이, 이러한 어안 렌즈를 장착한 두 대의 카메라를 서로 반대방향을 향하도록 배치한 다음, 각각의 카메라에서 획득한 이미지를 소프트웨어적으로 이음(stitching)으로써, 모든 방향(즉, 4π 스테라디안)의 이미지를 하나의 이미지에 포함시킬 수 있다. 이렇게 획득한 이미지를 인터넷 등의 통신 매체를 이용하여 전방위 영상시스템과 지리적으로 떨어져 있는 사용자에게 전송하면, 사용자는 각자 자신의 관심에 따라 수신한 이미지 상에서 각자의 시점(view point)을 선택할 수 있고, 이에 따라 사용자의 컴퓨팅 디바이스(computing device) 상에 마련된 이미지 처리 소프트웨어는 사용자에 의해 선택된 시점에 대응하는 이미지의 일부분을 추출하여 투시적으로 정확한(perspectively correct) 평면 이미지를 컴퓨팅 디바이스를 통해 제공한다.
따라서, 사용자는 이미지 처리 소프트웨어를 통해 이미지 내의 특정 장소에 실제로 있는 것처럼 고개를 돌리거나(pan), 위 아래를 내려다보거나(tilt), 줌인(zoom in) 또는 줌아웃(zoom out) 등의 선택을 할 수 있다. 이와 같은 방식은 다수의 사용자가 동일한 인터넷 사이트에 접속되어 있을 때에 사용자 각각이 수신한 이미지 내에서 원하는 방향을 바라볼 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점은 움직임 카메라(motion camera)(예컨데, 팬-틸트(pan-tilt) 카메라)를 채용한 전방위 영상 시스템에서는 얻을 수 없다.
그러나, 전술한 바와 같은 장점에도 불구하고, 어안 렌즈를 채용한 전방위 또는 전방향 영상 시스템은 크기와 비용 면에서 많은 제약이 있다. 예를 들면, 화각이 180°정도인 어안렌즈를 제작하기 위해서는 다수의 광학소자가 사용된다. 이것은 넓은 화각에 걸쳐서 각종 수차(aberration)를 교정하여야 하는 필요성 때문이다. 그러므로, 고품질의 이미지를 획득하기 위한 어안 렌즈는 크기도 크고 무거우며 매우 고가이다. 이와 같은 이유로, 보안 시스템 등과 같은 분야에 어안 렌즈를 채용한 전방위 영상 시스템을 적용하는 경우에는 경제적인 측면에 문제가 있으며, 이동 로봇 등과 같은 분야에 적용하는 경우에는 전방위 영상 시스템 자체의 크기 및 무게가 장애요인이 된다.
출입자를 감시하기 위한 전방위 영상 시스템은 눈높이(eye-level)에서 동작할 때 최대의 감시효과를 거둘 수 있을 것이다. 이는 출입자 또는 침입자의 신원을 확인하기 위하여 얼굴 부분의 세밀한 이미지를 얻어야 하기 때문이다. 그런데, 단지 하나의 어안 렌즈와 하나의 카메라 만을 이용하여 눈높이에서 동작하는 전방위 영상 시스템을 구현할 수는 없다. 이는 어안 렌즈의 화각이 대개 180°이내이므로 감시 가능한 영역이 반구(half sphere)로 제한되기 때문이다. 따라서, 실내 전체를 감시하기 위하여는 화각이 180°이상인 어안 렌즈를 장착한 카메라가 천정(ceiling)에서 바닥(floor)으로 수직하게 내려다 보는 방향으로 설치되어야 실내 전체를 감시할 수 있다. 그러므로, 이와 같은 응용 사례에서 어안 렌즈를 사용한 전방위 영상 시스템은 중대한 결함을 가지고 있다. 물론, 전술한 바와 같이 화각이 180°이상인 어안 렌즈를 장착한 두 대의 카메라를 사용하여 눈높이에서 동작하는 전방위 또는 전방향 영상 시스템을 구현할 수 있지만 이 경우에는 설치 비용이 과도하게 요구된다.
전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 거울과 렌즈를 결합한 반사굴절(catadioptric) 영상 시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 연구의 대표적인 예로서는 도 1에 도시한 바와 같이 볼록 거울(convex mirror)을 사용한 전방위 영상 시스템이 있다. (J. S. Chahl and M. V. Srinivasan, "Reflective surfaces for panoramic imaging," Appl. Opt., vol. 36, no. 31, pp. 8275-8285 (1997) 참조)
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 전방위 영상 시스템(100)은 단면의 모양이 쌍곡선(hyperbola)에 가까운 회전 대칭형의 거울(102) 및 이 거울(102)의 회전대칭축(106) 상에 위치하며 거울(102)을 바라보는 방향으로 배치된 카메라(104)로 구성된다. 이 때, 거울(102) 주변의 360°모든 방향에서 회전대칭축(106)을 향하여 입사되며, 들림각(angle of elevation) 또는 천저각 φ를 갖는 입사광(110)은 거울(102) 상의 한 점 P에서 반사되어 회전대칭축(106)에 대해 천정각(zenith angle) θ를 갖는 반사광(108)으로서 카메라(104)에 포착된다.
도 2a는 도 1에 도시한 종래의 전방위 영상 시스템(100)을 통해 획득한 예시적인 전원 풍경의 개념도이다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 필름이나 이미지 센서(image sensor) 자체의 모양은 정방형(square) 또는 직사각형(rectangle)의 모양이지만 전방위 영상 시스템(100)을 통해 획득한 전방위 이미지(200)는 고리(ring) 모양이다. 도 2a에서 빗금친(hatching) 영역을 제외한 나머지 부분이 전방위 이미지(200)이다. 도 2a에서, 중앙의 빗금친 원(220)은 카메라(104) 몸체가 시야를 가려서 촬영되지 못한 카메라 뒤쪽 영역(즉, 들림각 φ가 0°근방인 영역)을 나타낸다. 이 원안에는 거울(102)에 비친 카메라(104) 자체의 이미지가 존재한다. 한편, 네 귀퉁이의 빗금친 부분에는 전방위 렌즈가 존재하지 않았을 때 포착되는 카메라 전방의 이미지가 포착된다. 도 2b를 참조하면, 영상 처리 소프트웨어를 이용하여 도 2a의 절단선(210)을 기준으로 고리형의 전방위 이미지(200)를 정상적인 시점의(perspectively normal) 이미지로 변환한 이미지가 도시되어 있다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 영상 처리된 이미지(230)는 일반적인 사각형 형태의 평면 이미지(planar image)이다. 따라서, 전방위 영상 시스템(100)은 한 대의 카메라(104)로 사방의 이미지를 획득할 수 있으므로, 이를 감시 분야에 적용할 경우 통상적인 감시 카메라에 수반되는 감시의 사각지대 없이 주변을 모두 감시하는 것이 가능해진다. 더욱이, 반사굴절형 전방위 영상 시스템(100)은 거울(102)과 같은 반사형 광학소자를 채용하기 때문에, 통상적인 굴절 렌즈에 수반하는 색수차(chromatic aberration)를 제거할 수 있다. 카메라(104)에 부착된 렌즈(105)는 통상의 표준 렌즈(standard lens) 또는 광각 렌즈(wide angle lens)를 사용하기 때문에 각종 수차가 잘 보정된 우수한 렌즈 중에서 고를 수 있다. 따라서, 반사굴절형 전방위 영상 시스템(100)은 어안 렌즈를 채용한 전방위 영상 시스템과 비교할 때, 보다 간단한 구조로 해상도가 향상된 이미지를 획득할 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 1에 도시한 전방위 영상 시스템(100)의 이미지 획득 영역이 도시되어 있다. 전방위 영상 시스템(300)은 주로 실외 감시용으로 사용하기 위하여 가로등 형태를 가지고 있는 것으로 가정하였다. 카메라(301)는 하늘을 향하여 수직으로 설치되어 있으며, 전방위 거울(302)은 투명한 하우징(housing)(303) 내에 위치하고, 연결 부재(304)를 통해 하우징(303)에 고정되어 있다. 하우징(303)은 다시 카메라(301)에 고정되어 있다. 비, 바람, 먼지 등으로부터 보호하기 위하여 전방위 거울(302)과 카메라(301)가 모두 하우징(303) 내에 위치될 수 있다. 하우징(303)은 돔(dome)이나 이와 유사한 모양을 가지며, 전방위 거울(302)에 입사하는 입사광이 최대한 투과되도록 무반사 코팅(antireflection coating) 처리될 수 있다. 카메라(301)와 하우징(303)은 지지 수단(305)을 통해 지상으로부터 적당한 위치에 설치 및 고정된다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이와 같은 전방위 영상 시스템(300)의 이미지 획득 영역은 들림각 φ가 0°보다 큰 최소값 φ1부터 180°보다 작은 최대값 φ2 사이의 영역을 감시할 수 있으며, Δφ = φ2 - φ1은 대략 90°내지 100°정도이다. 특히, 최소 들림각 φ1은 대개 30°이상이므로 카메라(301) 후방으로 편각(half angle) φ1인 원추형(cone) 영역은 감시의 사각 지대가 된다. 따라서, 침입자가 전방위 영상 시스템(300) 바로 아래에 있을 경우에는 감시가 불가능하다는 단점이 있다.
도 4a를 참조하면, 전방위 영상 시스템(100)에서 사용될 수 있는 종래의 거울 형상을 계산하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 1의 거울(102) 좌우측이 회전대칭축(106)을 기준으로 동일한 형태를 갖고 있으므로, 도 4a에서는 설명의 편의를 위해 우측만을 도시한다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 입사광(110)은 거울면(102) 상의 한 점(point)(404)에서 반사되어 반사광(108)으로서 좌표계의 원점(origin)(406)을 지나게 된다. 원점(406)에는 카메라의 어퍼쳐 렌즈(aperture lens) 또는 마디점(nodal point)이 위치하며, 카메라의 광축(optical axis)은 거울(102)의 회전대칭축(106)과 일치한다. 카메라의 마디점은 카메라를 이상적인 바늘 구멍 사진기(pinhole camera)로 근사하였을 때 바늘 구멍의 위치에 해당하는 점이다. 이 때, r은 회전대칭축(106)을 z축으로 하는 구면 좌표계(spherical coordinate)에서 거울면(102) 상의 점(404)까지의 거리(distance)이고, β는 점(404)에서의 접평면(tangent plane)(T)이 회전대칭축(106)과 이루는 천정각(zenith angle)이며, γ는 거리 r을 연장한 직선(402)과 접평면(T)이 이루는 각도이고, δ는 접평면(T)과 입사광(110) 사이의 각도이다. 반사의 법칙(law of reflections)을 이용하면, 입사광(110)의 들림각 φ와 반사광(108)의 천정각 θ의 관계는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
수학식 1 및 이하 모든 수학식에서 각도의 단위는 라디안(radian)을 사용한다. 도 4b는 도 4a를 과장하여 작성한 도면이다. 도 4b로부터 다음의 수학식 2를 얻을 수 있다.
전술한 종래의 전방위 영상 시스템(100)에서, 최적의 거울 형상은 다음의 수학식 3으로 표현되는 바와 같이, 입사광(110)의 들림각 φ(이하, 들림각 φ로 지칭함)의 증분(increment)인 dφ와 반사광(108)의 천정각 θ(이하, 천정각 θ로 지칭함)의 증분인 dθ가 일정한 비율을 유지하여야 한다.
여기서, α는 거울면의 이득(gain)으로 3보다 큰 정수 또는 실수 중에서 선택된다. 수학식 1 내지 3을 이용하면 최적의 거울면 형상은 다음의 수학식 4와 같이 정의된다.
여기서, B는 적분 상수이며, A는 회전대칭축(106)과 거울면(102)의 교점 ro(즉, )에서 회전대칭축(106)과 거울면의 접평면이 이루는 각도(즉, )를 나타낸다. A는 다음의 수학식 5와 같이 표현된다.
예컨대, A = π/2이고 거울면의 이득 α가 3인 경우 수학식 4는 다음의 수학식 6과 같이 표현된다.
수학식 6을 직각 좌표계(rectangular coordinate)로 바꾸면 다음의 수학식 7과 같은 쌍곡선 방정식을 얻는다. (U.S. Pat. No. 5,790,181 참조)
여기서, x 및 y는 각각 r·cosθ와 r·sinθ이다. 수학식 7은 쌍곡선의 방정식이다. 따라서, 거울면의 이득 α가 3인 경우에 거울면의 형상은 쌍곡면으로 주어지며, 그 외의 경우는 더 복잡한 수식으로 주어지게 된다.
이 외에 전방위 영상 시스템에 사용되는 전방위 거울의 형상으로는 구(sphere), 원추(cone), 포물면(parabolic surface), 쌍곡면(hyperbolic surface) 등이 있다. 특히, 쌍곡면은 쌍곡면의 기하학적 성질에 의하여 단일 시점(single viewpoint)을 구현할 수 있다는 장점 때문에 널리 사용되고 있다.
그런데, 이와 같이 볼록 거울을 이용한 종래의 전방위 영상 시스템에서는 도 3에 도시한 바와 같이 카메라(301) 자체가 전방위 거울(302)의 시야를 가리게 되어 들림각 0°부근에서 카메라(301) 정후방의 이미지를 포착할 수 없다. 이것은 전방위 영상 시스템(100)의 적용 분야에 따라 심각한 결함이 될 수 있다. 예를 들면, 전방위 영상 시스템(100)을 담장 위, 국기 게양대, 풍향계, 피뢰침 등과 같이 높이 솟아 있는 장소에 설치하여 건물이나 주변의 모든 경관을 감시하고자 할 경우, 전술한 바와 같이 카메라(301)의 바로 아래 영역(도 3 참조)은 이미지 획득 영역에서 제외된다는 심각한 문제점이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 카메라의 정후방 부근의 이미지를 획득할 수 있는 전방위 영상 시스템이 제안되었다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제안된 전방위 영상 시스템(500)은 각도 A가 90°를 초과하도록 형성된 거울(502)과 카메라(504)로 구성된다. 이러한 전방위 영상 시스템(500)에서는 들림각 φ가 0°인 입사광(506)이 거울(502)에서 반사되어 카메라(504)에 포착된다. 도 5에서 빗금친 영역은 카메라(504) 자체에 의하여 가려지는 비촬상영역(non-imaged region)이다. 이러한 전방위 영상 시스템(500)을 도 3에 도시한 용도로 사용하였을 때 비촬상 영역은 원추형의 넓은 영역이 아니라 카메라(301)와 그 지지대(305)에 의하여 결정되는 좁은 원기둥(cylinder) 모양의 영역으로 축소되어 사실상 감시의 사각지대가 존재하지 않는다. 그러나, 이러한 전방위 영상 시스템(500)은 거울면의 이득(즉, α=dφ/dθ)을 일정한 상수값으로 유지할 수 없다는 문제점이 있다. 만약, 거울면의 이득이 일정하지 않으면, 놀이 공원(amusement park)의 키다리 거울에 비친 모습처럼 전방위 이미지에 포착된 피사체가 심하게 왜곡되어 보이게 되며, 또한 이미지의 해상도(resolution)가 일정하지 않게 된다.
한편, 입체시(stereo vision 또는 stereoscopic vision)는 컴퓨터 비전(computer vision)의 한 분야로서 인간을 포함하는 고등 생물이 양안시(binocular vision)를 통하여 삼차원의 거리 정보를 추출하는 능력을 컴퓨터로 구현한 것이다. 입체 영상 시스템은 어느 한 대상물까지의 거리를 측정하거나(ranging), 또는 삼차원적인 형상 측정(three dimensional shape measurement)을 하기 위하여 주로 사용된다. 삼차원 형상 측정은 카메라에 포착된 피사체에 해당하는 모든 픽셀(pixel)에 대하여 거리 정보를 부여하는 작업이라고 간주될 수 있다. 따라서, 거리 측정이 입체시의 가장 기본이며 핵심이라고 할 수 있다.
입체 영상 시스템(stereo vision system)을 구현하는 가장 전형적인 방법은 도 13a에 도시한 바와 같이 특성이 동일한 두 대의 카메라(1302, 1304)를 일정한 간격 D를 두고 같은 방향을 향하도록 설치하는 것이다(즉, 두 대의 카메라 각각의 광축이 서로 평행함). 두 대의 카메라 렌즈의 마디점은 서로 거리 D만큼 떨어져 있으며, 두 개의 마디점을 잇는 선분은 카메라의 광축에 수직하다. 응용 예에 따라, 두 개의 마디점 사이의 거리 D는 평균적인 사람의 두 눈 사이의 거리와 유사하도록 설정될 수 있다.
이와 같이 구성된 입체 영상 시스템을 사용하여 대상물까지의 거리를 측정하기 위해서는 측정하고자 하는 대상물이 좌측 카메라(1302)와 우측 카메라(1304)에 모두 포착이 되어야 한다. 좌·우측 카메라(1302, 1304)를 통하여 얻어진 좌·우측 영상에서 측정 대상물 상의 특징적인 점 P를 추출한다. 예를 들어, 좌측 카메라(1302)로 포착한 좌측 영상에서 대상물의 점 P에 대응하는 픽셀을 추출한 뒤, 우측 카메라(1304)로 포착한 우측 영상에서 마찬가지로 점 P에 대응하는 픽셀을 찾는다. 이와 같이, 획득한 영상에서 특징적인 점을 찾는 과정 및 다른 영상에서 대응하는 점을 찾는 과정에 다양한 기술들이 사용된다. 일단, 대상물 상의 점 P에 해당하는 두 영상에서의 픽셀들이 추출되면, 그 픽셀 각각의 좌표로부터 점 P가 두 대의 카메라(1302, 1304)의 광축들과 이루는 사이각 θ1 및 θ2를 계산한다. 사이각 θ1 및 θ2와, 두 개의 마디점 사이의 거리 D를 이용하면 간단한 삼각법(triangulation)을 이용하여 점 P의 삼차원 위치 정보를 획득할 수 있다.
입체 영상 시스템을 구축하기 위하여 반드시 두 대의 카메라가 필요한 것은 아니다. 한 대의 카메라로 입체 영상 시스템을 구현하기 위하여 거울이나 프리즘(biprism)을 이용하여 카메라의 화면을 좌·우 두 개의 화면으로 분할하고 동일한 대상의 영상을 이중으로 포착하는 방법이 있으나 근본적인 원리는 전술한 방법과 동일하다.
한편, 응용 예에 따라서 전방위 입체 영상 시스템(panoramic stereo imaging system) 혹은 전방위 거리 측정기(panoramic range finder)가 필요한 분야가 있다. 예를 들어, 보안·감시(security and surveillance)분야에서 잠재적인 침입자를 발견했을 때, 그 침입자가 얼마만한 거리에 있는가 하는 정보를 얻을 수 있다면 훨씬 유용할 것이다. 군사분야에서 산악이나 들판, 또는 해안 지대에 초소 경비용으로 전방위 영상 시스템을 사용한다면, 침입자가 발견되었을 때 그 침입자까지의 거리를 확인할 절실한 필요성이 존재한다. 멀리 있는 침입자는 침입자라고 분류할 수 없거나, 최소한 가까이에 있는 침입자보다 덜 위협적이기 때문이다. 또한, 이동 로봇이나 자동차, 무인 항공기 등의 주행 시스템(navigation system)에서 전방위 입체 영상 시스템은 매우 유용하다. 이와 같이, 스스로 이동하는 주행 시스템에서는 장애물을 피하는 충돌 회피 시스템(collision avoidance system)을 갖추는 것이 필요하며, 이를 위하여 장애물까지의 거리를 신속하고 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 그런데, 도 13a에 도시한 바와 같은 종래의 입체 영상 시스템에서는 영상 시스템의 전방에 있는 장애물만을 검출하고 거리를 측정할 수 있다. 따라서, 측면이나 후방에서 접근하는 또다른 장애물 또는 이동 시스템에 대하여는 경고 메시지를 발생시키거나 적절한 예방 조치를 취하는 것이 불가능하다.
이와 같은 문제점은 도 13b 내지 13f에 도시한 바와 같은 두 개의 전방위 거울과 한 대 내지 두 대의 카메라를 사용하는 입체 영상 시스템을 사용하여 해결될 수 있다. 그런데, 이와 같은 종래의 입체 영상 시스템에서는 도 1의 전방위 영상 시스템(100)과 동일한 단점을 가지고 있다. 즉, 도 13b 내지 도 13f의 입체 영상 시스템에서는 카메라가 전방위 거울의 시야를 가림으로써 들림각 0°부근의 대상물에 대하여는 거리 측정이 불가능할 뿐 아니라, 하나의 전방위 거울의 시야를 다른 하나의 전방위 거울이 가림으로써 추가적인 감시의 사각지대가 발생한다. 또한, 13d 내지 13f의 입체 영상 시스템에서는 두 개의 전방위 거울의 시야 범위와 거울면의 이득이 서로 상이하여, 입체 영상 시스템의 구현이 기술적으로 어려울 뿐만 아니라 해상도의 저하를 피할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 카메라 정면이나 정후방의 이미지를 획득할 수 있으며 거울의 시야 범위 전체에 걸쳐서 해상도를 일정하게 유지할 수 있는 전방위 거울과, 이 전방위 거울을 사용하는 다양한 영상 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 전방위 영상 시스템에 사용되는 전방위 거울이 제공된다. 전방위 거울은 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 거울면을 포함한다. 여기서, 상기 거울면은 상기 회전 대칭축을 중심으로 사전설정된 반경의 거울면이 아닌 영역(NMA)을 구비하고 있으며, 상기 거울면의 형상은 상기 회전 대칭축을 z축으로 하는 구면 좌표계(spherical coordinate)에서 상기 전방위 거울로 입사되는 입사광의 천정각 δ와 상기 거울면에서 반사되는 반사광의 천정각 θ의 관계에 의해 정의된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전방위 영상 시스템에 사용되는 절첩형 전방위 거울이 제공된다. 상기 절첩형 전방위 거울은 링(ring) 형상의 평면 거울과, 상기 평면 거울과 사전설정된 길이를 갖는 연결 부재를 통해 연결되어 있으며, 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 곡면 거울을 포함한다. 여기서, 상기 평면 거울의 거울면과 상기 곡면 거울의 거울면은 서로 대향하고 있으며, 상기 곡면 거울은 상기 회전 대칭축을 중심으로 사전설정된 반경의 홀을 구비하고 있고, 상기 평면 거울의 중심은 상기 회전 대칭축과 일치하며, 상기 평면 거울은 상기 홀의 사전설정된 반경 내에 포함된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전방위 영상 시스템이 제공된다. 전방위 영상 시스템은 전방위 거울 ― 상기 전방위 거울은 링 형상의 평면 거울과 상기 평면 거울과 사전설정된 길이를 갖는 연결 부재를 통해 연결되어 있으며 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 곡면 거울을 포함함 ― 과, 상기 전방위 거울을 통해 상기 회전 대칭축 상에 존재하는 카메라 렌즈의 마디점(nodal point)으로 입사되는 광을 포획하도록 상기 회전 대칭축 상에 마련된 카메라를 포함한다. 여기서, 상기 곡면 거울은 반전형(inverting type) 또는 정상형(normal type)이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전방위 입체 영상 시스템이 제공된다. 전방위 입체 영상 시스템은 이중 전방위 거울 ― 상기 이중 전방위 거울은 링 형상의 평면 거울과 상기 평면 거울과 사전설정된 길이를 갖는 연결 부재를 통해 연결되어 있으며 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 이중 곡면 거울을 포함함 ― 과, 상기 이중 전방위 거울을 통해 상기 회전 대칭축 상에 존재하는 카메라 렌즈의 마디점(nodal point)으로 입사되는 광을 포획하도록 상기 회전 대칭축 상에 마련된 카메라를 포함한다. 여기서, 상기 이중 곡면 거울은 적어도 두 개의 반전형 또는 정상형 거울의 조합으로 구성된다.
이제, 도 6 내지 도 12c 및 도 14a 내지 도 21b를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 먼저, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 전방위 영상 시스템에서 사용되는 전방위 거울에 대한 기하학적 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전방위 거울(604)은 회전 대칭인(rotationally symmetric) 형태를 갖고 있다. 회전대칭축(602) 상에 위치한 기준점(reference point), 즉 원점(610)에는 카메라의 마디점(nodal point)이 위치하며, 카메라의 광축과 전방위 거울(604)의 회전대칭축(602)은 모두 좌표계의 z축과 일치한다. 회전대칭축(602)을 향하여 입사하는 입사광(606)은 천정각 δ를 가지고 있으며, 거울면 상의 한 점 P에서 반사되어 천정각 θ를 갖는 반사광(608)으로서 카메라의 마디점(610)을 통과하여 이미지 센서(도시하지 않음)에 포착된다. 거울면 상의 한 점 P의 좌표는 원통형 좌표계(cylindrical coordinate)를 사용하여 회전대칭축(602)에 수직한 방향으로 측정한 거리 ρ와 회전대칭축(602)을 따라서 측정한 거리 z의 쌍(pair), 즉 (ρ, z)로 표현된다. 더욱 용이하게는 각각의 거리 ρ에 대응하는 거리 z를 ρ의 함수(즉, z=z(ρ))로 표현함으로써 전방위 거울(604)에 대한 거울면의 형상을 완전하게 정의할 수 있다. 따라서, ρ가 자유 변수(independent variable)가 되고, z가 종속 변수(dependent variable)가 된다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전방위 거울면 상의 한 점 P에서 반사되어 마디점(610)을 통과하는 반사광(608)은 최소 천정각 θ1과 최대 천정각 θ2를 갖는다. 임의의 한 반사광의 천정각 θ에 대응하여, 입사광의 천정각 δ, 반사가 일어난 거울면 상의 점 P의 좌표 ρ 및 z가 유일하게 주어진다. 회전 대칭적인 전방위 거울의 구조로 인하여 천정각 θ1에 대응하는 ρ1은 ρ가 가질 수 있는 최소값이며, 천정각 θ2에 대응하는 ρ2는 ρ가 가질 수 있는 최대값이다. 그러나, θ1 에 대응하는 δ1과 z1 등은 θ2에 대응하는 δ2와 z2 보다 각각 더 작은 값이라고 할 수 없으며, 거울의 형상에 따라서 최소값이나 최대값, 또는 그 둘 다 아닌 값이 될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 도 6에 도시한 회전대칭축(602)을 중심으로 전방위 거울(604)의 우측에 대한 부분상세도가 도시되어 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 거울면 상의 한 점 P에 대한 좌표는 또한 구면 좌표계(spherical coordinate)에서 반사광(608)의 천정각 θ와 원점(610)에서부터 한 점 P까지의 거리(distance) r로 표시할 수 있다. 원통 좌표계에서와 마찬가지로, 전방위 거울(604)의 형상은 자유 변수인 천정각 θ에 대한 종속 변수인 거리 r의 함수, 즉 다음의 수학식 8과 같이 r(θ)로 표현될 수 있다.
또한, 원통 좌표계에서의 좌표(ρ, z)는 구면 좌표계에서의 독립 변수 θ의 함수로 다음의 수학식 9 및 10과 같이 표현된다.
본 발명의 전방위 거울(604)의 거울면 형상은 전방위, 즉 임의의 위도각(azimuth angle)에서 0°∼ 270°(즉, 0∼3π/2 라디안) 범위 내의 천정각 δ를 갖는 입사광(606)이 거울면에서 반사되어 천정각 θ1 ∼ θ2의 범위를 갖는 반사광(608)으로서 카메라의 마디점(610)을 통과하도록 결정된다. 이와 같이 결정된 거울면의 형상은 거울면 상의 임의의 한 점 P=(θ, r(θ))에서의 접평면(T)의 천정각 φ(즉, φ=φ(θ))로도 정의될 수 있다. 접평면(T)의 천정각 φ는 다음의 수학식 11을 만족한다.
수학식 9와 10을 이용하여 z와 ρ를 모두 θ의 함수로 표현할 수 있으므로, 수학식 11의 역을 취하고 수학식 9와 10을 이용하여 다음의 수학식 12를 얻을 수 있다. 이와 같이, 수학식 11을 변형시키는 이유는 함수값 tanφ가 φ=90°근방에서 무한대로 발산하기 때문이다.
수학식 12에서 분자, 즉 dz/dθ를 계산하기 위해, 수학식 9를 미분하면 다음의 수학식 13을 얻는다.
여기서, 프라임(prime) 기호는 θ에 대한 미분을 나타낸다. 마찬가지로, 수학식 12에서 분모, 즉 dρ/dθ를 계산하기 위해, 수학식 10을 미분하면 다음의 수학식 14를 얻는다.
수학식 13 및 수학식 14를 사용하면, 수학식 12는 다음의 수학식 15와 같이 표현된다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이 전방위 거울(604)에서의 반사는 널리 알려진 반사의 법칙을 따르므로, 접평면(T)의 천정각 φ는 입사광(606)의 천정각 δ 및 반사광(608)의 천정각 θ와 다음의 수학식 16을 만족한다.
따라서, 입사광(606)의 천정각 δ는 다음의 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.
또한, 수학식 15를 정리하면 다음의 수학식 18과 같이 표현된다.
수학식 18을 적분하면 다음의 수학식 19를 얻는다.
여기서, θ＇은 더미 변수(dummy variable)이며, θi는 θ1≤θi≤θ2인 반사광의 천정각으로서 부정적분(indefinite integral)의 하한(lower bound)을 나타내고, r(θi)는 이다. θ1, θ2, δ1, δ2, θi, ρi, φ(θ)는 본 발명에 따른 전방위 거울(604)의 형상 설계에 사용되는 설계 변수(design parameter)이다. 현실적으로, θi는 θ1 또는 θ2 중 하나와 동일하게 설정되며, ri는 수학식 10을 사용하여 ri=ρi/sinθi로 정해지고, zi는 수학식 9를 사용하여 결정할 수 있다. 또한, 함수 φ(θ)의 경계값(즉, φ1=(δ1+θ1)/2와 φ2=(δ2+θ2)/2)은 자동적으로 결정되지만, θ1과 θ2 사이에서는 임의의 함수 형태를 가질 수 있다. 그러나, 실제적으로는 우수한 전방위 거울의 특성을 얻기 위하여 바람직한 투사 형태(projection scheme)를 갖도록 φ(θ)를 결정한다.
전방위 거울(604)의 형상 설계시, 전방위 영상 시스템 내에 설치될 카메라의 정후방 영역에 대한 이미지를 획득하기 위해서는 전방위 거울(604)의 중심부분에 위치한 거울면이 아닌 영역(NMA)(도 6 참조)이 카메라 렌즈나 본체 또는 지지대 중, 더 큰 부분을 덮을 수 있도록 충분히 크게 설정되어야 하기 때문에, ρ1이 카메라 렌즈나 본체 또는 지지대의 최대 반경(광축에 수직하게 측정한 거리)보다 더 커야 한다. 이러한 거울면이 아닌 영역(NMA)과 거울면을 구획하는 r1은 수학식 10으로부터 r1=ρ1/sinθ1으로 계산된다. 물론, 전방위 영상 시스템에서 카메라의 후방을 감시할 필요가 없을 때에는 이러한 제약이 필요없다.
거울면의 기울기 φ(θ)는 임의의 함수로 주어질 수 있지만, 최적의 거울면의 형상으로서 도 8에 도시한 바와 같은 등각 투사(equi-angular projection)의 형태를 생각할 수 있다. 도 8에서 설명의 편의상 전방위 거울에 입사하는 입사광(810)이 직접 카메라(도시하지 않음)의 마디점(806)을 통과하는 것으로 도시하였으며, 마디점(806)을 통과한 반사광(808)은 카메라의 이미지 센서(802)에 포착된다. 여기서, 마디점(806)에서 이미지 센서(802)까지의 거리는 대략 카메라 렌즈의 초점 거리 f와 일치한다. 도 8에서 전방위 거울에서 반사된 뒤 마디점(806)에 도달할 때까지의 반사광이 생략되었으며, 입사광(810)을 나타내는 벡터(vector)의 시점(beginning point)이 입사광이 반사되는 거울면 상의 점 P에서 카메라의 마디점(806)으로 이동되었다. 도 8에 도시한 바와 같은 등각 투사 방식이란 입사광(810)의 천정각 δ의 증분에 대한 반사광(808)의 천정각 θ의 증분이 일정한 상수로 유지되는 형태를 말하며, 수학식 20과 같이 표현된다.
여기서 α는 상수이다. 따라서, 거울면(604)의 기울기는 다음의 수학식 21과 같이 반사광의 천정각 θ의 일차함수로 표현된다.
여기서, β와 Ψ는 또다른 상수이다. 이와 같은 등각 투사 방식은 피사체의 각해상도(angular resolution)를 일정하게 유지하는 방식이라고 할 수 있다. 인간이 사물을 바라볼 때 그 사물의 크기는 망막에 맺히는 그 사물의 각거리(angular distance)에 의하여 결정된다. 따라서, 등각 투사 방식은 인간이 맨 눈으로 보는 것과 가장 유사한 투사 방식이라고 할 수 있다.
이제, 본 발명에 따른 전방위 거울(604)의 형상을 결정할 때 고려해야 하는 입사광(606)의 천정각 δ 및 반사광(608)의 천정각 θ에 대한 범위에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 천정각 θ는 최소 반사 천정각 θ1 내지 최대 반사 천정각 θ2 의 범위 내에 있으며, 천정각 δ는 δ1 내지 δ2의 범위 내에 있다. 거울면의 형상이 도 9d에 도시한 바와 같이 볼록 거울(convex mirror)과 유사한 거울(902)인 경우에는 δ1이 최대 입사 천정각이 되며, δ2가 최소 입사 천정각이 된다. 한편, 거울면의 형상이 도 10b에 도시한 바와 같이 오목 거울(concave mirror)과 유사한 거울(1000)인 경우에는 δ1이 최소 입사 천정각이 되며, δ2가 최대 입사 천정각이 된다.
먼저, 천정각 δ의 범위에 대해 설명하기로 한다. 천정각 δ의 범위는 본 발명에 따른 전방위 거울(604)을 채용한 전방위 영상 시스템의 적용 분야에 따라 결정된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전방위 영상 시스템이 지표면으로부터 가까운 장소에 위치되는 경우, 지표면 아래 영역은 이미지 획득 영역에서 제외될 것이다. 따라서, 최대 입사 천정각은 π/2(즉, 90°)로도 충분하다. 이와 달리, 본 발명에 따른 전방위 영상 시스템이 건물의 옥상과 같이 높은 장소에 위치되는 경우, 건물의 옥상 위치에서 지표면까지의 영역이 이미지 획득 영역에 포함되어야 한다. 따라서, 최대 입사 천정각은 π(즉, 180°) 또는 그 이상이 될 수도 있다. 예컨대, 최대 입사 천정각이 π 이상이 되는 경우, 전방위 거울면 아래에 이미지가 이중으로 획득되는 영역이 존재하기 때문에 입체시(stereo vision)가 필요한 영역에서 유용할 수 있으며, 도 3에 도시한 바와 같은 응용 예에서는 지지 수단(305)의 이미지를 획득할 수 있다. 따라서, 지지 수단(305)에 뱀이나 벌레 등이 붙어 있다면 그 이미지를 포착할 수 있게 된다.
천정각 θ의 범위 중 최대 반사 천정각 θ2의 값은 본 발명에 따른 전방위 거울(604)과 함께 사용되는 카메라 렌즈의 화각에 의해 결정된다. 상세하게, 최대 반사 천정각 θ2는 렌즈 화각의 절반보다 작아야 전방위 거울(604)에서 반사된 전방위 영상 시스템 주변의 이미지는 잘리지 않고 완전한 고리모양으로 획득된다. 예를 들어, 35mm 일반 필름의 경우 가로 36mm, 세로 24mm의 직사각형의 모양이다. 이러한 일반 필름을 초점 거리 50mm인 표준 렌즈를 구비한 카메라에 장착하여 사용할 때, 그 필름에 맺히는 이미지의 편각(half angle)은 가로 방향 19.8°, 세로 방향 13.5°, 대각 방향 23.4°에 불과하다(이러한 표준 렌즈의 화각을 통상적으로 46°라고 지칭한다). 따라서, 필름에 잘리지 않은 완전한 고리 모양의 전방위 이미지를 얻기 위하여는 최대 반사 천정각을 13.5°이내로 제한하여야 할 것이다. 이러한, 표준 렌즈 대신에 초점 거리가 더 짧은 광각 렌즈를 사용하거나, 디지털 카메라에서 CCD 이미지 센서의 유효 크기가 35mm 일반 필름보다 더 큰 시스템을 사용하면 최대 반사 천정각을 더 큰 값으로 설정할 수 있다.
반면에, 최소 반사 천정각 θ1은 최대 반사 천정각 θ2와는 다른 요인에 의하여 제한된다. 도 8에 도시한 바와 같이, 카메라 렌즈의 초점 거리가 f라고 하면, 천정각 θ1인 반사광은 이미지 센서(802) 상에 반지름 f·tanθ1인 원으로 상을 맺게 된다. 따라서, 최소 반사 천정각 θ1이 너무 작으면 그 각도에 해당하는 픽셀의 갯수(즉, CCD 센서에서 이미지 픽셀의 갯수)가 적어져서 그 각도로 촬영된 이미지 부분은 불충분한 해상도를 갖게 될 것이다.
예컨대, 천정각 δ1이 π인 경우, 최소 반사 천정각 θ1은 0°에 가까운 값으로 충분할 것이다. 왜냐하면, 천정각 δ1이 π인 영역은 카메라의 정후방 영역이므로 모든 물체가 원거리에 있다고 한다면 실제로는 한 점에 불과하기 때문이다. 따라서, 아주 작은 영역을 아주 적은 수의 픽셀로 포착하는 것이 된다. 이와 달리, 천정각 δ1이 π/2에 가까운 경우(즉, 지평선을 향하고 있을 때), 최소 반사 천정각 θ1에서 포착되어야 하는 이미지 영역이 매우 많아지게 된다. 그러나, 최소 반사 천정각 θ1이 0°에 가깝다면 가장 넓은 영역(지평선을 포함하는 대원(great circle))을 가장 적은 수의 픽셀로 포착하는 것이 된다. 따라서, 본 발명에 따른 전방위 거울(604)을 통해 획득한 이미지를 투시적으로 정상인 영상(즉, 통상적인 사각형 평면 이미지(planar image))로 변환하면, 변환된 이미지의 품질이 매우 저하될 것이다. 본 발명의 실시예에서는 임의로 θ1과 θ2를 각각 10°와 20°인 것으로 가정할 것이다. 그러나, θ1과 θ2를 다른 값으로 대치하더라도 본 명세서의 모든 논의의 요지는 변함이 없음이 명백하다.
이제, 본 발명에 따른 전방위 영상 시스템의 크기에 대해 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 전방위 영상 시스템에 있어서, 카메라의 정후면 이미지를 획득할 필요가 있는 경우, ρ1(도 7 참조)은 카메라의 크기(정확하게는 카메라의 광축에 수직한 단면의 크기)에 의해 결정된다. 이때, 최소 반사 천정각 θ1을 아주 작은 각도로 선택하면 전술한 수학식 10에 의해 r1은 아주 큰 값을 갖게 된다. 따라서, 최소 반사 천정각 θ1을 작게 선택하면, 전방위 영상 시스템의 크기가 상당히 커질 우려가 있기 때문에 시스템의 설계시 이와 같은 점을 고려하여야 한다. 먼저, 입사광의 천정각의 범위 δ1과 δ2 및 최소 반사 천정각 θ1, 최대 반사 천정각 θ2가 결정되면, 수학식 21에서의 상수값들은 다음의 수학식 22 내지 25와 같이 계산될 수 있다.
도 9a를 참조하면, 등각투사를 이용한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전방위 거울의 형상을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 여기서, 전방위 거울의 형상은 거울의 회전대칭축을 중심으로 하여 우측만을 도시한 것이며, ρ1은 2.5cm이고, 최소 반사각 θ1은 10°이며, 최대 반사 천정각 θ2는 20°이고, δ1과 δ2는 각각 180°와 45°인 것으로 가정하였다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전방위 거울은 카메라 전방의 편각(half-angle)이 45°인 원추(cone) 모양의 영역을 제외한 나머지 영역의 이미지를 획득할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 도 9a에 도시한 전방위 거울의 ρ1 근방(도 7 참조)에서의 형상이 과장되어 도시되어 있다(즉, 가로축과 세로축의 척도(scale)가 다르다). 도 9b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전방위 거울의 형상은 포물면이나 쌍곡면 등 볼록 거울의 모양이 아니고, 전방위 거울의 중심부(즉, 회전대칭축)를 향해 말려 들어간 듯한 형상을 갖고 있다. 도 9c를 참조하면, 도 9a에 도시한 전방위 거울의 형상을 최소자승오차법(least square error method)을 사용하여 7차 멱급수(power series)로 근사한 결과가 도시되어 있다. 7차 다항식은 다음의 수학식 26과 같이 표현된다.
여기서, h는 거울면의 최저점(즉, 거울을 평평한 바닥에 놓았을 때 바닥에 닿는 부분)에서부터 측정한 거울면의 높이(즉, 도 9c에서 세로축)이다. 도 9c로부터 알 수 있는 바와 같이, 수학식 19를 사용하여 얻어진 거울면(도 9c에서의 굵은 점선)이 수학식 26의 7차 멱급수(가는 실선)와 잘 일치함을 알 수 있다.
도 9d를 참조하면, 도 9a에 도시한 전방위 거울을 채용한 전방위 영상 시스템의 개념도가 도시되어 있다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전방위 거울(902)은 건물 내부의 천정, 건물 외부의 옥상, 국기 게양대, 담장 위와 같은 높은 곳에 설치되며 거울면은 지면을 향하고, 통상적인 소형의 CCD 카메라(904)가 거울면을 향하도록 설치되어 있다. 예컨대, 카메라 렌즈와 본체의 크기가 직경 5cm 이하인 소형 카메라를 사용하면 천정각이 180°인 입사광이 CCD 카메라(904)에 의해 차단되지 않고, 전방위 거울(902)에서 반사되어 CCD 카메라(904)에 포착된다. 따라서, 도 9d의 전방위 영상 시스템(900)은 지면쪽에 있는 직경 5cm의 작은 원기둥 모양의 영역(즉, CCD 카메라(904)의 정후방 영역)을 제외한 지평선 아래의 모든 영역에 대해 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 도 9d의 전방위 영상 시스템(900)은 지평선보다 높은 천정각 45°의 영역까지 이미지를 획득할 수 있기 때문에, 카메라 바로 위의 하늘을 제외한 지평선 위의 모든 영역에 대해 이미지를 획득할 수 있다. 더욱이, 전방위 거울(902)이 눈높이나 그 아래에 설치된다고 하더라도, 전술한 바와 같이 전방위 영상 시스템(904)은 지평선보다 높은 천정각 45°의 영역까지 이미지를 획득할 수 있기 때문에, 아주 가까운 거리에 있는 사물이 아니면 효과적으로 이미지를 획득할 수 있다.
도 9e를 참조하면, 도 9d의 전방위 영상 시스템에서 입사광의 천정각 δ의 범위, 즉 δ1 내지 δ2와, 반사광의 천정각 θ의 범위, 즉 θ1 내지 θ2, 그리고 이들 변수간의 함수 관계(즉, δ=δ(θ))가 도시되어 있다. 도 9e로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 도 9d의 전방위 영상 시스템(900)은 수학식 21로 기술되는 완벽한 등각 투사 방식을 구현하고 있음을 알 수 있다.
그런데, 전방위 영상 시스템(900)을 건물 내·외부의 높은 장소에 설치한 경우와 같이, 가장 중요한 이미지 획득 영역이 전방위 영상 시스템의 바로 아래 영역인 경우에는 도 10a에 도시한 바와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전방위 거울이 더 유용하다. 도 10a에 도시한 전방위 거울(1000)의 θi와 ρi는 각각 θ2 와 ρ2(즉, 수학식 19에서 θ2가 적분의 시작점임)이며, ρ2는 2.5cm이고, 최소 반사 천정각 θ1은 10°이며, 최대 반사 천정각 θ2는 20°이고, δ1과 δ2 는 각각 60°와 180°이다. 여기서, 도 9d에 도시한 전방위 영상 시스템(900)의 전방위 거울(902)과 다른 점은 δ2가 δ1 보다 크다는 점과, 전방위 거울의 최소 반경 ρ1을 2.5cm로 하는 대신 최대 반경 ρ2를 2.5cm로 한 것이다. 편의상 도 9d에 도시한 전방위 영상 시스템(900)의 전방위 거울(902)을 정상형(normal type), 도 10a의 전방위 거울(1000)을 반전형(inverting type)으로 지칭하기로 한다.
도 10b를 참조하면, 도 10a에 도시한 전방위 거울(1000)을 채용한 전방위 영상 시스템의 개념도가 도시되어 있다. 도 10b로부터 알 수 있는 바와 같이, 지지대를 포함하는 전방위 영상 시스템(1010)의 가장 큰 부분의 반경이 ρ1이 아니라 ρ2(도 7 참조)보다 작기만 하면, 천정각이 180°인 입사광을 포함한 모든 입사광이 카메라(1002)에 가려지지 않고 카메라(1002)의 이미지 센서(1004)에 포착된다. 따라서, 반전형 전방위 영상 시스템(1010)에서는 전방위 거울(1000)의 크기가 작아질 수 있는 장점이 있다. 또다른 장점은 천정각이 180°인 부분, 즉 반전형 전방위 영상 시스템(1010)의 바로 아래 부분이 가장 큰 반사광의 천정각 θ2를 갖기 때문에 카메라(1002)의 이미지 센서(1004)에서 가장 많은 수의 픽셀에 의하여 포착된다. 따라서, 반전형 전방위 영상 시스템(1010)을 사용하여 관심 영역(region of interest)에 대해 가장 해상도가 높은 이미지를 획득할 수 있는 부가적인 장점을 가지고 있다.
도 10c를 참조하면, 도 10b의 반전형 전방위 영상 시스템(1010)에서 입사광의 천정각 δ와 반사광의 천정각 θ의 함수 관계(1008)를 도 9d의 정상형 전방위 영상 시스템(900)의 함수 관계(1006)와 비교하여 보여주고 있다. 비교의 편의상 도 10b의 δ1이 45°인 경우로 도시하였다. 그러나, 이와 같은 반전형 전방위 거울에서는 일부 입사광이 전방위 거울 자체에 의하여 차단된다. 따라서, 실제로는 δ1이 60° 정도가 적당하다. 도 10c에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 도 9d의 정상형 전방위 영상 시스템(900)과 도 10b의 반전형 전방위 영상 시스템(1010)은 모두 수학식 21로 기술되는 완벽한 등각 투사 방식을 구현하고 있음을 알 수 있다.
도 10d를 참조하면, 도 10b에 도시한 본 발명의 반전형 전방위 영상 시스템(1010)의 이미지 획득 영역이 도시되어 있다. 반전형 전방위 영상 시스템(1010)은 도 3에 도시한 전방위 영상 시스템(300)과 마찬가지로 주로 실외 감시용으로 사용하기 위하여 가로등 형태를 가지고 있는 것으로 가정하였다. 도 10d로부터 알 수 있는 바와 같이, 이와 같은 반전형 전방위 영상 시스템(1010)의 이미지 획득 영역(1012)은 입사광의 천정각이 180°인 영역까지 확대되어 지평선 이하의 영역을 사각지대 없이 감시할 수 있으면서도, 전체 시스템의 크기를 작게 구성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이제, 도 11을 참조하면, 본 발명에 사용되는 또다른 투사 방식인 등거리 투사(equi-distance projection)의 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다. 등거리 투사 방식은 입사각의 증분에 대한 카메라의 영상면에서의 거리의 증분의 비율이 일정하게 유지되는 방식이다. 즉, 등거리 투사 방식에서는 영상면에서의 모든 픽셀이 입사광의 일정한 천정각의 증분에 해당한다.
이러한 등거리 투사 방식은 필름 카메라나 CCD 카메라와 같이 이미지 센서의 형태가 평면인 경우에 가장 이상적인 투사방식으로 간주되고 있다. 왜냐하면, 모든 피사체가 이미지 센서 상에서 동일한 해상도를 가지고 포착되기 때문이다. 이와 같은 이유에서 고급 기종의 어안 렌즈일수록 이상적인 등거리 투사 방식을 구현하기 위한 다양한 설계 기술들이 사용되고 있다. 더구나, 이러한 등거리 투사 방식을 이용하는 경우, 이미지 센서에 포착된 피사체의 각거리(즉, 천정각 δ)는 이미지 센서의 중심에서부터 피사체에 속하는 픽셀까지의 거리(즉, 픽셀 수)를 측정하여 얻어질 수 있기 때문에, 대공 시스템과 같이 피사체(예를 들어, 적군 비행기)의 각좌표를 신속하게 획득하여야 하는 시스템이나 전방위 거리 측정 시스템 등에서 큰 효과를 볼 수 있다. 등거리 투사가 아닌 방식에서는 복잡한 수식을 통하여 픽셀의 좌표로부터 각거리를 계산하거나, 조견표(look-up table)와 대조를 하여야 하므로 계산 속도가 느려지기 때문이다. 또한, 전방위 영상 시스템에서는 언제나 이미지 획득 후의 이미지 처리(image processing)를 전제로 하기 때문에 픽셀 좌표로부터 용이하게 각좌표를 얻을 수 있는 등거리 투사 방식을 사용하면 시스템의 속도를 올리고, 메모리 등 필요한 시스템 자원의 양을 줄일 수 있다. 이미지 처리의 속도는 특히 보안·감시 시스템과 같이 실시간으로 동작하여야 하는 시스템에서 중요할 것이다. 이와 같은 등거리 투사 방식에 이미지 센서의 중심에서부터 피사체에 속하는 픽셀까지의 거리는 반사광의 천정각인 θ의 탄젠트 값에 비례하기 때문에, 등거리 투사 전방위 거울은 다음의 수학식 27로 표현되는 조건을 만족하여야 한다.
따라서, tanθ는 다음의 수학식 28과 같이 δ의 일차 함수이어야 한다.
본 발명의 제 1 실시예에서와 같이, 입사광의 천정각 범위와 이에 대응하는 반사광의 천정각 범위를 결정하면 수학식 28에서의 상수값들을 다음의 수학식 29 내지 32와 같이 결정할 수 있다.
또한, 입사광의 천정각 δ는 수학식 28을 사용하여 다음의 수학식 33과 같이 반사광의 천정각 θ의 함수로 표현된다.
최종적으로, 거울의 접평면의 기울기 φ는 수학식 16을 사용하면 다음의 수학식 34와 같이 표현된다.
수학식 34를 수학식 19에 대입하여 적분하면 등거리 투사 전방위 거울의 형상을 획득할 수 있다.
도 12a를 참조하면, 도 9a에 도시한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전방위 거울과 동일한 입사광 및 반사광 각각의 천정각 범위에서, 등거리 투사를 이용한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 등거리 투사 전방위 거울의 형상을 최소자승오차법을 사용하여 8차 멱급수로 근사한 결과가 도시되어 있다. 8차 멱급수는 다음의 수학식 35와 같이 주어진다.
도 12b는 도 12a에 도시한 등거리 투사 전방위 거울의 형상(1202)과 도 9a에 도시한 등각 투사 전방위 거울의 형상(1201)을 비교하기 위한 도면이다. 도 12b로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 9a의 등각 투사 전방위 거울의 형상과 도 12a의 등거리 투사 전방위 거울의 형상의 차이는 크지 않다. 물론, 최대 반사 천정각 θ2가 더 커진다면 도 12a의 등거리 투사 전방위 거울의 형상과 도 9a의 등각 투사 전방위 거울 형상의 차이도 증가할 것이다. 도 10a 및 도 10b를 참조하여 설명한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반전형 전방위 거울(1000)의 경우에도 이와 유사한 경향을 나타낼 것이다.
도 12c를 참조하면, 도 12a와 같은 형상의 전방위 거울을 채용한 전방위 영상 시스템에서 입사광의 천정각 δ와 이미지 센서 중심에서 픽셀까지의 거리의 함수 관계를 보여주고 있으며, 수학식 28로 기술되는 완벽한 등거리 투사 방식을 구현하고 있음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 전방위 입체 영상 시스템은 보안·감시 분야에서 침입자까지의 거리를 측정하거나, 이동 로봇이나 자동차, 또는 헬리콥터를 이용한 지도 작성(map building)에 사용될 수 있으며, 이동 로봇 등의 충돌 방지 시스템에도 필수적으로 사용된다. 그러나, 전술한 바와 같이 도 13b 내지 13f에 도시한 바와 같은 종래의 전방위 입체 영상 시스템은 도 3에 도시한 종래의 전방위 영상 시스템(300)과 마찬가지로 카메라 정후방 영역의 영상을 획득할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 그런데, 이와 같은 제한된 시야의 문제는 본 발명의 전방위 거울을 사용하여 해결될 수 있다.
도 14a를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이중 전방위 거울을 사용한 등거리 투사 전방위 입체 영상 시스템의 개념도가 도시되어 있다. 등거리 투사 전방위 입체 영상 시스템(1400)은 반전형인 안쪽의 전방위 거울(1404)과 정상형인 바깥쪽 전방위 거울(1402)로 구성된 이중 전방위 거울을 포함한다. 이들 전방위 거울(1402, 1404) 각각의 입사광의 천정각 범위는 서로 일치한다. 즉, 안쪽의 전방위 거울(1404)에 대해서는 δI1=60° 및 δI2=180°이며, 바깥쪽의 전방위 거울(1402)에 대해서는 δO1=180° 및 δO2=60°이다. 여기서, 아래 첨자 I와 O는 각각 안쪽(Inner)과 바깥쪽(Outer)을 의미한다. 또한, 안쪽의 전방위 거울(1404)에 대해서는 θI1=10° 및 θI2=15°이며, 바깥쪽의 전방위 거울(1402)에 대해서는 θO1=15° 및 θO2=20°이다. 도 14a에 도시한 바와 같이, 안쪽에는 반전형, 바깥쪽에는 정상형의 전방위 거울을 사용했을 때 이들 거울면의 경계면이 부드럽게 이어지므로 가공 및 관리 측면에서 더 유리하다고 할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 도 14a에 도시한 전방위 입체 영상 시스템(1400)을 사용한 입체 영상 획득의 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다. 도 14b로부터 알 수 있는 바와 같이, 피사체의 한 점(P1 또는 P2)은 이중 전방위 거울에 반사되어 이미지 센서(도시하지 않음)에 이중으로 이미지가 결상된다. 예를 들어, 피사체의 한 점 P1에서 출발한 두 광선 L1과 L2는 각각 반사광의 천정각 θ O와 θI를 가지고 카메라(도시하지 않음)의 이미지 센서에 포착된다. 이와 같이, 이중으로 이미지를 얻게 되면 도 13a 내지 도 13f에 도시한 입체 영상 시스템과 같은 원리로 피사체까지의 거리 혹은 피사체의 형상을 측정할 수 있다.
도 14c를 참조하면, 도 14a의 이중 전방위 거울(1402, 1404)을 채용한 등거리 투사 전방위 입체 영상 시스템에서 입사광의 천정각 δI 및 δO과, 이미지 센서의 중심에서 픽셀까지의 거리 tanθI 및 tanθO의 함수 관계를 보여주고 있다(더욱 엄밀하게는 가로축은 이미지 센서의 중심에서 픽셀까지의 거리를 카메라 렌즈의 초점 거리 f로 나눈 것이다). 도 14c로부터 알 수 있는 바와 같이, 안쪽의 반전형 전방위 거울(1404)과 바깥쪽의 정상형 전방위 거울(1402)이 각각 수학식 28로 기술되는 등거리 투사 방식을 정확하게 구현하고 있음을 알 수 있다. 도 14b 및 도 14c에 도시한 바와 같이, 이미지 센서에 이중으로 포착된 피사체의 한 점 P1에 해당하는 두 픽셀의 좌표(f·tanθI, f·tanθO)로부터 안쪽 전방위 거울(1404)에서 반사된 반사광의 천정각 θI 및 바깥쪽 전방위 거울(1402)에서 반사된 반사광의 천정각 θO에 대응하는 두 입사광의 천정각 δI와 δO를 얻을 수 있다. 이 두 입사광의 천정각 δI 및 δO과 거울면의 형상 r(θ)로부터 피사체의 한 점 P1까지의 거리를 유일하게 결정할 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 입체 영상 시스템의 개념도가 도시되어 있다. 도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전방위 입체 영상 시스템(1500)은 두 개의 반전형(inverting) 등거리 투사 전방위 거울(1502, 1504)을 사용하였으며 입사각의 천정각의 범위와 반사광의 천정각의 범위는 본 발명의 제 4 실시예의 범위와 동일하다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 전방위 입체 영상 시스템의 개념도가 도시되어 있다. 도 15의 전방위 입체 영상 시스템(1500)이 두 개의 반전형 등거리 투사 전방위 거울(1502, 1504)을 사용한 것처럼, 도 16의 전방위 입체 영상 시스템(1600)은 두 개의 정상형 등거리 투사 전방위 거울(1602, 1604)을 사용하였다. 두 개의 정상형 등거리 투사 전방위 거울(1602, 1604)을 채용한 전방위 입체 영상 시스템(1600)은 비록 단일 시점(single viewpoint) 영상 시스템은 아니지만 반전형 전방위 거울을 채용한 영상 시스템에 비해 입사광의 천정각 δI 및 δO의 변화에 따른 시점의 변화가 적기 때문에 가까운 거리에 있는 피사체에 대하여도 상의 왜곡이 비교적 적다. 따라서, 가까운 거리의 피사체를 측정하기 위한 입체 영상 시스템에는 이와 같은 두 개의 정상형 전방위 거울을 이용하는 것이 유리할 것이다. 도 16에 도시한 바와 같이, 두 개의 정상형 전방위 거울(1602, 1604)은 모두 입사광의 천정각이 45°내지 180°인 영역을 감시할 수 있도록 설계되었다(즉, δI1=δO1=180°, δI2=δO2=45°). 반사광의 천정각의 범위는 도 14a 및 도 15의 전방위 입체 영상 시스템의 범위와 동일하다. 그런데, 이와 같은 두 개의 정상형 전방위 거울(1602, 1604)이 도 14a 및 도 15의 전방위 입체 영상 시스템에서와 같이 서로 인접할 경우, 실제 사용 가능한 이미지 획득 영역이 설계된 범위보다 작아지게 된다. 이것은 바깥쪽 전방위 거울(1602)과 안쪽 전방위 거울(1604)이 서로의 시야를 일부 가리기 때문이다. 이를 해결하기 위한 방안으로서, 도 16에 도시한 바와 같이 방사방향(radial direction)으로 바깥쪽 거울(1602)을 이동시켜 배치한다. 따라서, 도 14a 및 도 15의 이중 전방위 거울에서는 r(θI2) = r(θO1)의 등식이 성립하지만, 도 16에서는 r(θI2) < r(θ O1)의 부등식이 성립한다.
도 16에 도시한 바와 같이 배치된 정상형 전방위 거울(1602, 1604)을 채용한 전방위 입체 영상 시스템(1600)은 크기 및 가공상의 단점을 제외하면, 두 개의 정상형 전방위 거울(1602, 1604) 사이의 거리를 증가시킴으로써 거리 측정의 분해능을 증가시킬 수 있는 부가적인 장점을 가지고 있다. 삼각법을 이용하는 입체 영상 시스템에서 멀리 떨어진 피사체에 대한 거리 측정의 분해능은 두 대 카메라의 마디점 또는 두 개 전방위 거울의 시점이 얼마나 떨어져 있는가에 비례하기 때문이다. 물론, 도 14a 및 도 15의 전방위 입체 영상 시스템도 동일한 방식으로 거리 측정의 분해능을 증가시킬 수 있다.
도 17을 참조하면, 평면 거울을 사용하여 광 경로를 절첩시키는(folding) 전방위 영상 시스템에서 전방위 거울로 사용되는 본 발명에 따른 거울의 조합에 대한 개념도가 도시되어 있다. 도 17에 도시한 바와 같이, 거울의 조합(1700)은 한 개의 평면 거울(1702)과 한 개의 곡면 거울(1706)을 포함하며, 평면 거울(1702)과 곡면 거울(1706)은 포스트(post)(1704) 혹은 도 17에 도시하지 않은 투명한 아크릴 원통(acrylic cylinder) 등의 부재를 사용하여 서로 고정된다. 또한, 이 거울의 조합(1700)의 회전대칭축을 카메라의 광축과 정렬시키고, 이 거울의 조합(1700)을 카메라 렌즈의 마디점으로부터 일정한 거리에 고정시키기 위한 또다른 수단이 필요하며, 일반적인 카메라와 관련된 다양한 공지의 기술을 사용하여 이와 같은 목적을 달성할 수 있다.
도 17의 곡면 거울(1706)은 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 5 실시예에 기술된 전방위 거울, 또는 수학식 19로 기술되는 전방위 거울의 형상을 가지고 있으며, 평면 거울(1702)은 동심원 형태의 외부 및 내부 테두리를 가지고 있고, 두 개 동심원 형태의 내·외부 테두리 사이에 평면인 거울면을 포함한다. 평면 거울(1702)의 내부 테두리 안쪽은 중심 구멍(center hole)으로서 존재하거나 빛을 흡수하는 차광제로 코팅된 거울면일 수도 있고, 필요하면 중심 구멍을 통하여 보이는 카메라의 화각을 변환하기 위하여 볼록 렌즈나 오목 렌즈 혹은 일군의 렌즈의 조합이 위치할 수 있다. 이와 같은 렌즈 혹은 렌즈의 조합은 통상적으로 변환기(converter)로 지칭되며, 예컨대 카메라의 유효 화각(effective field of view)을 확대하는 부(negative)의 초점 거리를 갖는 일군의 렌즈는 광각 변환기(wide-angle converter)로서 지칭된다.
이와 같이, 광 경로를 절첩시키는 전방위 영상 시스템의 최대의 장점은 전방위 영상 시스템의 주된 시야 범위를 카메라 후방에서 전방으로 바꾸어 준다는 점이다. 이와 같은 영상 시스템은 특히 실내의 천정에 고정시키고자 할 경우에 유용하다. 즉, 광 경로를 절첩시키는 전방위 영상 시스템의 카메라는 바닥을 내려다보는 방향으로 설치되므로 카메라와 그 부속 장비의 대부분은 천정에 매몰되도록 설치할 수 있다. 따라서, 이와 같은 시스템을 천정에 설치할 때 튀어나오는 부분이 적게 되어 미관상 좋으며, 유지 및 보수에도 편리하다는 이점이 있다. 또한, 지표면에서 주로 하늘을 감시하여야 하는 대공 시스템이나 천문 관측 분야에서도 전술한 바와 마찬가지의 장점을 가진다.
도 18a를 참조하면, 도 17과 유사하게 광경로를 절첩시키는 거울의 조합(1800)에서 새로운 카메라의 마디점(N')과 평면 거울(1802)의 위치 및 최소 크기(ρI, ρO)를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 여러 변수간의 관계를 명확하게 예시하기 위하여 도 18a에 사용된 등거리 투사 전방위 거울(1804)의 최소 반사 천정각 θ1과 최대 반사 천정각 θ2는 각각 30°와 40°이며, δ1과 δ2는 각각 135°와 45°인 것으로 가정하였다. 이와 같은 전방위 영상 시스템에서 평면 거울의 높이(z0)는 일반적으로 곡면 거울(1804)의 최소 반경 ρ1으로 정해지는 원통형 영역 안으로 모든 반사광이 들어오는 높이(zC) 이하를 선정하면 된다. 그리고, 평면 거울(1802)의 크기는 선정된 평면 거울(1802)의 높이 z0에서 모든 반사광을 다시 반사시키기 위한 크기 이상으로 선정하면 된다. 도 18a에 도시한 바와 같이 내부 테두리의 반경 ρI, 외부 테두리의 반경 ρO인 동심원 모양의 평면 거울(1802)이 타당한 선택이 될 수 있을 것이다. 도 18a에 도시한 바와 같이, 원래의 마디점(N)에서 평면 거울(1802)까지의 높이 z0는 평면 거울(1802)에서 새로운 마디점(N')까지의 높이와 동일하다.
도 18b를 참조하면, 도 18a의 절첩형 전방위 거울의 조합(1800)에서 평면 거울(1802)의 최대 높이를 결정하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 18b에 도시되어 있는 바와 같이, 곡면 거울(1804)의 δ1이 π(180°)보다 작은 경우, 평면 거울(1802)은 곡면 거울의 최소 반경 ρ1의 원통 안에 포함되지 않더라도 곡면 거울(1804)에 가려지지 않게 모든 반사광을 반사시킬 수 있다. 따라서, z0는 zC보다 커질 수 있으며, 이때 평면 거울의 외부 테두리의 반경 ρO은 곡면 거울(1804)의 최소 반경 ρ1보다 커진다.
절첩형 전방위 영상 시스템은 주된 시야 범위를 카메라 전방으로 옮기는 것이 최대의 장점이므로 δ1을 180°로 하여 카메라 정면의 영상을 얻을 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 도 19a에는 정상형 등거리 투사 전방위 거울을 사용한 절첩형 전방위 영상 시스템이 도시되어 있다. 도 19a의 절첩형 전방위 영상 시스템에서, 최소 반사 천정각 θ1과 최대 반사 천정각 θ2는 각각 10°와 20°이며, δ1과 δ2는 각각 180°와 90°인 것으로 가정하였다. 이와 같이, δ1이 180°일 때 카메라(도시하지 않음)의 마디점(N)에서 측정한 평면 거울(1902)의 최소 높이 z0는 다음의 수학식 36과 같이 정의된다.
한편, 곡면 거울(1904)의 새로운 좌표 Z(ρ)는 평면 거울(1902)이 없었을 때의 곡면 거울(1904)의 z좌표인 z(ρ)의 함수로 다음의 수학식 37과 같이 표현된다.
또한, 평면 거울(1902)의 내부 테두리의 반경 ρI은 다음의 수학식 38과 같이 표현된다.
한편, 평면 거울(1902)의 외부 테두리의 반경 ρO는 다음의 수학식 39와 같이 표현되며, 곡면 거울(1904)의 최소 반경 ρ1과 동일하다.
이러한 평면 거울(1902) 및 곡면 거울(1904)로 구성된 전방위 영상 시스템은 카메라 전방의 반경 ρ1인 원통형 모양의 영역을 제외한 넓은 영역에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
도 19b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 우수한 품질의 전방위 영상의 획득에 오히려 해가 되는 불필요한 광선을 차단하기 위한 차단막(blind) B1, B2, B3이 설치된 전방위 영상 시스템의 개념도가 도시되어 있다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 차단막 B1은 곡면 거울(1904)의 최소 반경 ρ1과 카메라 렌즈의 경통(barrel)(1906) 사이로 침입하는 해로운 광선을 차단하기 위한 차단막이다. 차단막 B2는 θ2보다 더 큰 천정각을 가지고 측면에서 침입하는 해로운 광선을 차단하기 위한 원통형 차단막으로 카메라 렌즈의 필터 장착을 위한 나사 부분(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 차단막 B3는 평면 거울(1902)의 중심에 사용하지 않는 부분으로 침입하는 해로운 광선을 차단하기 위한 것이다. 여기서, 차단막 B3는 물리적으로 따로 제작하지 않고 원형 평면 거울(1902)의 중심 부분을 차광제로 코팅하여 사용할 수 있다. 만약, 차단막 B3을 제거하면 카메라는 중심부분의 구멍을 통하여 카메라의 정면을 감시할 수 있게 된다.
도 19c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 카메라의 광축을 기준으로 측정한 입사광의 천정각 범위가 0°내지 150°까지인 아주 넓은 영역의 이미지를 획득할 수 있는 절첩형 전방위 영상 시스템의 개념도가 도시되어 있다. 도 19c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방위 영상 시스템은 곡면 거울(1904)과 평면 거울(1902) 및 평면 거울(1902)의 중심 부분에 설치된 렌즈 또는 일군의 렌즈(1912)를 포함한다. 렌즈(1912)는 시야각을 확대하기 위한 부(negative)의 초점 거리를 갖는 광각 변환기(wide-angle converter)이거나 먼 거리에 있는 피사체의 세밀한 영상을 얻기 위한 망원 변환기(tele-converter)가 될 수 있다. 예를 들어, 도 19b의 차단막 B3을 대체하여 광각 변환기를 장착하면 평면 거울(1902)의 내경에 상당하는 화각 2θ1 보다 넓은 시야를 확보할 수 있다.
이와 같이, 평면 거울(1902)의 사용하지 않는 중심 부분을 적극적으로 사용하면 이미지 센서(1910)의 중심 영역에서는 통상의 카메라를 사용하여 촬영한 것과 같은 정상적인 시점의 영상이 포착된다. 한편, 반사광의 천정각이 θ1내지 θ2인 영역에서는 넓은 영역에 대한 전방위 이미지가 이미지 센서(1910) 상에 포착된다.
비록, 별도의 실시예를 기술하지 않았다고 하더라도 반전형 전방위 거울이나 입체 영상 시스템에 사용되는 이중 전방위 거울의 경우에도 마찬가지로 광경로를 절첩시킬 수 있음은 명백하다. 또한, 이러한 광 경로를 절첩시키는 방식은 전방위 거울의 특정한 투사 방식(등각 투사나 등거리 투사, 또는 그 외의 임의의 투사 방식)과 무관하게 적용될 수 있다.
도 20을 참조하면, 본 발명에 따른 전방위 영상 시스템 및 전방위 입체 영상 시스템에 사용될 수 있는 바람직한 카메라 이미지 센서의 일 예가 도시되어 있다. 도 20에 도시한 바와 같이, 이미지 센서는 정사각형 형상이 가장 효율적이며, 전방위 거울을 통해 획득한 고리 모양의 전방위 이미지의 바깥쪽 원주(OC)는 CCD 센서의 크기와 일치하도록 한다. 전방위 거울의 중심 구멍 또는 중심 구멍에 배치된 렌즈 혹은 일군의 렌즈를 통한 정상적인 시점의 영상은 전방위 영상의 안쪽 원주(IC) 내에 위치한다. 이 정상적인 영상에서 일반적인 모니터의 가로:세로비와 일치하는 직사각형 모양의 영상을 추출하여 모니터에 비춰지게 된다. 이와 같은 영상 시스템은 움직임 추적(motion tracking) 형태의 응용예에서 특히 유용하다.
도 21a 및 도 21b를 참조하면, 팬-틸트(pan-tilt) 기능을 갖는 카메라를 이용한 본 발명에 따른 움직임 추적 영상 시스템의 개념도가 도시되어 있다. 본 발명의 한 실시예에 따른 전방위 카메라(2105)는 카메라 베이스(2106)에 고정되어 있으며, 카메라(2105)는 카메라 베이스(2106)에 대하여 틸트 운동이 가능하다. 한편, 카메라 베이스(2106)는 제 2 베이스(2107)에 대하여 회전 가능한 축으로 연결되어 있어 카메라(2105)가 탑재된 카메라 베이스(2106)는 제 2 베이스(2107)에 대하여 팬(pan) 운동을 할 수 있다. 물론, 도 21a 및 도 21b에 도시한 팬-틸트 방식은 일 실시예에 불과하며, 공지 기술을 사용하여 다양한 팬-틸트 방식을 구현할 수 있다.
여기서, 움직임 추적 영상 시스템(2100)은 도 19a 내지 도 19c에 도시한 전방위 거울 중 어느 하나를 채용하거나, 전방위 거울 부분을 이중 전방위 거울로 교체할 수도 있다. 이와 같이 구성된 움직임 추적 영상 시스템(2100)을 통해 획득한 전방위 이미지를 분석하면 카메라(2105) 후방의 원추 모양의 부분을 제외한 거의 모든 영역(즉, 이미지 영역(2102, 2104))에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 특히, 시간적인 차이를 두고 이전 이미지와 현재 이미지를 비교하는 방식을 사용하면 관심영역 내에서의 피사체의 움직임을 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 움직임이 검출된 픽셀의 좌표로부터 움직임이 검출된 방향을 쉽게 알 수 있다. 그러면, 도 21b에 도시한 바와 같이 움직임 추적 영상 시스템(2100)은 카메라를 움직임이 검출된 방향으로 향하도록 동작시킬 수 있기 때문에, 움직임이 발생한 이미지 내의 영역을 정상 이미지로 확인할 수 있다. 특히, 전방위 거울의 넓은 화각으로 인해 카메라가 어느 한 쪽을 향하고 있는 동안에도 대부분의 방향을 동시에 감시할 수 있다.
이와 같은 움직임 추적 영상 시스템(2100)은 많은 분야에서 활용될 수 있다. 예를 들면, 움직임 추적 영상 시스템(2100)이 실내의 천정에서 수직으로 바닥을 내려다보는 방향으로 설치되어 있으면 전방위 거울에 의한 영상을 분석하여 실내를 모두 감시할 수 있으며, 침입자 등에 의한 움직임이 검출될 경우에 그 방향으로 카메라가 향하게 되어 평면 거울의 중심을 통한 침입자의 정확한 영상을 자동적으로 획득하게 된다. 또다른 적용예로는 조수의 촬영과 같은 자연 다큐멘터리 촬영의 경우이다. 이와 같은 경우, 움직임 추적 영상 시스템(2100)의 카메라가 수직 방향으로 하늘을 향하고 있다가 움직임이 검출되면 그 방향으로 향하게 된다. 자연 다큐멘터리를 촬영하기 위해서는 촬영자가 몇 시간에서 심지어는 몇 달간 잠복하여 대상물이 나타나기를 기다리게 된다. 또한, 그 대상물이 맹수인 경우에는 생명의 위협에도 노출되게 된다. 이러한 경우, 본 발명에 따른 움직임 추적 영상 시스템(2100)을 사용하면 촬영자의 간섭 없이 다큐멘터리를 촬영할 수 있으므로 대단히 편리하다. 보안 감시나 자연 다큐멘터리의 촬영과 관련하여 적외선 CCD를 사용하면 특히 그 효과가 탁월할 것이다. 또한, 군사 분야에서도 대공포 등의 자동 추적 장치에 사용될 수 있다. 즉, 빠른 속도로 불시에 출현하는 적기나 미사일 등의 좌표를 실시간으로 신속하게 획득하여 적절한 대응을 할 수 있는 장점이 있다.
그 외에도 화상 카메라나 웹 카메라, 또는 네트워크 카메라에 적용할 수 있다. 특히, 로지텍(Logitech)사의 퀵캠 스피어(QuickCam Sphere)와 같은 화상 카메라는 자체에 팬-틸트 장치가 구비되어 있고, 전용 소프트웨어를 사용한 얼굴 자동 추적(face tracking) 기능을 갖추고 있다. 따라서, 이와 같은 화상 카메라를 사용하면 화상 통신이나 인터넷 방송을 하는 사람이 한 자리에 앉아 있지 않고 돌아다니고 있다고 하더라도 화상 카메라가 자동적으로 추적하여 그 사람의 얼굴을 포함하는 영상을 비춰주게 된다. 그런데, 이 퀵캠 스피어는 일단 사람이 이 화상 카메라에 포착이 되었을 때부터 추적이 가능하다는 단점이 있다. 그러나, 본 발명의 전방위 거울을 사용한 움직임 자동 추적 시스템 또는 얼굴 자동 추적 시스템은 사람이 방안의 어느 곳에 있다고 하더라도 항상 자동적으로 추적을 할 수 있다.
많은 경우에서 움직임이 검출된다 하더라도 그 대상물까지의 거리가 멀다면 위험 요소로 간주되지 않을 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 움직임 추적 영상 시스템(2100)은 아주 넓은 범위를 감시하므로 아주 멀리 떨어진 지점의 움직임에 의하여 본래의 목적이 달성되지 못할 가능성이 있다. 예를 들어, 들새를 촬영하기 위한 목적에서는 구름 위를 날아가는 비행기를 추적하지 않도록 하는 안전장치가 필요하다. 이러한 경우에, 도 14a 내지 도 15, 또는 도 16의 입체 영상 시스템을 응용한 움직임 추적 영상 시스템을 사용하면, 움직임이 검출될 때 그 지점까지의 거리를 계산하여 선택적으로 반응하도록 할 수 있으므로 장비의 오작동을 줄일 수 있을 것이다.
본 발명의 상세한 설명은 가시광선을 기준으로 기술되었다. 그러나, 전방위 거울 자체의 형상은 영상 획득에 사용되는 빛의 파장에 무관하다. 즉, 본 발명의 전방위 거울의 형상은 가시광선이나, 근적외선, 원적외선, 자외선, 소프트 엑스-레이(soft X-ray)뿐만 아니라 밀리미터파(milimeter wave)나 마이크로웨이브(microwave) 영역에서도 전술한 바와 동일한 수학식들로 기술된다. 즉, 사용 파장이 달라지면 카메라 렌즈나 센서의 구조, 혹은 무반사 코팅 등이 달라질 수는 있지만, 반사의 법칙을 사용하는 전방위 거울의 형상은 파장과는 무관하게 기술된다. 따라서, 본 발명이 단지 가시광선을 사용하는 영상 시스템에 한정되는 것은 아니다.
또한, 카메라는 CCD 카메라인 것으로 기술하였으나, 이는 종래의 영상 시스템에서 CCD 카메라가 많이 사용되기 때문에 CCD 카메라로 기술한 것 뿐이며, 본 발명에서 사용되는 카메라는 CMOS 카메라나 영상 증배관(image intensifier)이 될 수도 있고, 35mm 또는 50mm 필름을 사용하는 필름 카메라가 될 수도 있다. 특히, 디지털 카메라나 화상 카메라의 경우에는 CMOS 카메라가 더 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 전방위 영상 시스템에서는 카메라의 정후방뿐만 아니라 그 이상도 포착이 가능하며 동시에 입사각의 증분에 대한 반사각의 증분의 비 또는 반사각의 탄젠트의 증분의 비를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 특히 넓은 영역을 동시에 감시하여야 하는 시스템에 있어서 그 효용성이 크다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 상세히 기술하였다. 하지만, 상세한 설명 및 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 그 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
도 1은 종래의 반사굴절(catadioptric) 전방위 영상 시스템의 개략도.
도 2a는 도 1에 도시한 반사굴절 전방위 영상 시스템으로 포착한 풍경 이미지의 개념도.
도 2b는 도 2a의 영상을 투시적으로 정상인 영상으로 변환한 영상의 개념도.
도 3은 도 1에 도시한 전방위 영상 시스템의 이미지 획득 영역을 나타낸 개념도.
도 4a 및 도 4b는 종래의 전방위 거울의 구조를 이해하기 위한 도면.
도 5는 카메라의 정후방 영역을 감시할 수 있는 종래의 전방위 영상 시스템의 개념도.
도 6은 본 발명의 전방위 거울 형상을 이해하기 위한 도면.
도 7은 도 6의 부분 상세도.
도 8은 본 발명의 실시예에 사용되는 등각투사의 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 9a는 등각투사를 이용한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전방위 거울의 형상을 설명하기 위한 도면.
도 9b는 도 9a에 도시한 전방위 거울의 중심 구멍 부근에서의 형상을 확대한 도면.
도 9c는 도 9a에 도시한 전방위 거울의 형상을 최소자승오차법(least square error method)을 사용하여 7차 멱급수로 근사한 결과를 나타내는 도면.
도 9d는 도 9a에 도시한 전방위 거울을 채용한 전방위 영상 시스템의 개념도.
도 9e는 도 9a에 도시한 전방위 거울에 대한 입사광의 천정각과 반사광의 천정각 간의 관계를 나타낸 도면.
도 10a는 등각투사를 이용한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전방위 거울의 형상을 나타낸 도면.
도 10b는 도 10a에 도시한 전방위 거울을 채용한 전방위 영상 시스템의 개념도.
도 10c는 도 9a에 도시한 본 발명의 제 1 실시예의 전방위 거울과 도 10a에 도시한 본 발명의 제 2 실시예의 전방위 거울에 대한 입사광의 천정각과 반사광의 천정각 간의 관계를 나타낸 도면.
도 10d는 도 10b에 도시한 전방위 영상 시스템의 이미지 획득 영역을 나타내는 개념도.
도 11은 본 발명의 실시예에 사용되는 등거리 투사의 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 12a는 등거리 투사를 이용한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전방위 거울의 형상을 최소자승오차법을 사용하여 8차 멱급수로 근사한 결과를 나타내는 도면.
도 12b는 도 12a에 도시한 등거리 투사 전방위 거울의 형상과 도 9a에 도시한 등각 투사 전방위 거울의 형상을 비교하기 위한 도면.
도 12c는 도 12a에 도시한 등거리 투사 전방위 거울에 대한 입사광의 천정각과 반사광의 천정각 간의 관계를 나타내는 도면.
도 13a는 양안시를 이용한 종래의 입체 영상 시스템의 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 13b 내지 도 13f는 종래의 두 개의 전방위 거울을 사용한 전방위 입체 영상 시스템의 개념도.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전방위 거울을 사용한 전방위 입체 영상 시스템의 개념도.
도 14b는 도 14a에 도시한 전방위 입체 영상 시스템에서 입체 영상의 획득 원리를 이해하기 위한 개념도.
도 14c는 도 14a에 도시한 이중 전방위 거울에 대한 입사광의 천정각과 반사광의 천정각 간의 관계를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방위 입체 영상 시스템의 개념도.
도 16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전방위 입체 영상 시스템의 개념도.
도 17은 광경로를 절첩시키는 본 발명의 전방위 영상 시스템에 사용되는 두 개의 거울 조합에 대한 개념도.
도 18a는 도 17에 도시한 광경로를 절첩시키는 전방위 영상 시스템에서 평면 거울의 위치와 크기를 결정하기 위한 도면.
도 18b는 도 18a에 도시한 평면 거울의 최고 높이를 결정하기 위한 도면.
도 19a는 도 17에 도시한 광경로를 절첩시키는 전방위 영상 시스템에서 δ1이 180°일 때의 평면 거울의 위치와 크기를 결정하기 위한 도면.
도 19b는 도 19a에 도시한 전방위 영상 시스템에서 전방위 영상을 열화시키는 불필요한 광선을 차단하기 위한 빛 가리개가 장착된 전방위 영상 시스템의 개념도.
도 19c는 도 19b에 도시한 전방위 영상 시스템에서 평면 거울의 중심 구멍을 통하여 투시적으로 정상인 영상을 추가로 획득하기 위한 전방위 영상 시스템의 개념도.
도 20은 도 19c에 도시한 전방위 영상과 투시적으로 정상인 시점의 영상을 동시에 획득하기 위한 전방위 영상 시스템에서 카메라 이미지 센서의 구획 분할을 보여주는 도면.
도 21a 및 도 21b는 도 19c에 도시한 전방위 영상 시스템과 팬-틸트 스테이지(pan-tilt stage)를 사용하여 효과적인 피사체 움직임 자동 추적장치를 구성할 수 있음을 보여주는 개념도.

Claims (37)

  1. 전방위 거울에 있어서,
    사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 거울면
    을 포함하되,
    상기 거울면의 형상은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 z-축으로하는 구면 좌표계(spherical coordinate)에서 (θ, r(θ))의 쌍으로 표현되며, 상기 r(θ)는 상기 구면 좌표계의 원점(origin)에서 상기 거울면 상의 제1 점까지의 거리로서 다음의 수학식 1을 만족하고,
    (수학식 1)
    상기 θ는 상기 제1 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 반사광의 천정각 - 상기 z-축은 천정각이 0(zero)인 축임 -으로서 최소 천정각 θ1과 최대 천정각 θ2의 범위 내에 존재하고(θ1≤θ≤θ2),
    상기 θi는 상기 거울면 상의 제2 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제2 반사광의 천정각으로서 상기 최소 천정각 θ1과 상기 최대 천정각 θ2의 범위 내에에 존재하며,
    상기 r(θi)는 상기 원점에서부터 상기 제2 점까지의 거리이고,
    상기 φ(θ)는 상기 제1 점에서의 접평면이 상기 z-축과 이루는 천정각으로서, 상기 천정각 θ의 함수이고,
    상기 제1 점에 입사되어 상기 제1 반사광을 형성하는 입사광의 천정각이 δ이고, 상기 δ가 상기 천정각 θ의 함수일 때, 상기 θ, φ, δ는 다음의 수학식 2를 만족하는 전방위 거울
    (수학식 2)
    .
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접평면의 천정각 φ는 수학식 3과 같이 상기 천정각 θ의 함수로서 표현되며,
    (수학식 3)
    여기서, β 및 Ψ는 각각 상수이고, 상기 β 및 Ψ는 δ1과 δ2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δ1 및 δ2는 상기 천정각 θ가 각각 θ1 및 θ2일때 상기 제1 반사광을 형성하는 입사광의 천정각이며 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하는 전방위 거울.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접평면의 천정각 φ는 수학식 4와 같이 상기 천정각 θ의 함수로서 표현되며,
    (수학식 4)
    여기서, β 및 Ψ는 각각 상수이고, 상기 β 및 Ψ는 각도 δ1과 δ2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δ1 및 δ2는 상기 천정각 θ가 각각 θ1 및 θ2일때 상기 제1 반사광을 형성하는 입사광의 천정각이며 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하는 전방위 거울.
  4. 이중 전방위 거울에 있어서,
    사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 제 1 거울면 및 제 2 거울면
    을 포함하되,
    상기 제1 거울면의 형상은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 z-축으로하는 구면 좌표계(spherical coordinate)에서 (θI, rI(θI))의 쌍으로 표현되며, 상기 rI(θI)는 상기 구면 좌표계의 원점(origin)에서 상기 제1 거울면 상의 제1 점까지의 거리로서 다음의 수학식 5를 만족하고,
    (수학식 5)
    상기 θI는 상기 제1 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 반사광의 천정각 - 상기 z-축은 천정각이 0(zero)인 축임 -으로서 최소 천정각 θI1과 최대 천정각 θI2의 범위 내에 존재하고(θI1≤θI≤θI2),
    상기 θIi는 상기 제1 거울면 상의 제2 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제2 반사광의 천정각으로서 상기 최소 천정각 θI1과 상기 최대 천정각 θI2의 범위 내에 존재하며,
    상기 rI(θIi)는 상기 원점에서부터 상기 제2 점까지의 거리이고,
    상기 φI(θI)는 상기 제1 점에서의 제1 접평면이 상기 회전대칭축과 이루는 천정각으로서, 상기 천정각 θI의 함수이고,
    상기 제1 점에 입사되어 상기 제1 반사광을 형성하는 제1 입사광의 천정각이 δI이고, 상기 δI가 상기 천정각 θI의 함수일 때, 상기 θI, φI, δI는 다음의 수학식 6을 만족하며,
    (수학식 6)
    상기 제2 거울면의 형상은 상기 구면 좌표계에서 (θO, rO(θO))의 쌍으로 표현되며, 상기 rO(θO)는 상기 구면 좌표계의 원점에서 상기 제2 거울면 상의 제3 점까지의 거리로서 다음의 수학식 7을 만족하고,
    (수학식 7)
    상기 θO는 상기 제3 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제3 반사광의 천정각으로서 최소 천정각 θO1과 최대 천정각 θO2의 범위 내에 존재하고(θO1≤θO≤θO2),
    상기 θOi는 상기 제2 거울면 상의 제4 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제4 반사광의 천정각으로서 상기 최소 천정각 θO1과 상기 최대 천정각 θO2의 범위 내에 존재하며,
    상기 rO(θOi)는 상기 원점에서부터 상기 제4 점까지의 거리이고,
    상기 φO(θO)는 상기 제3 점에서의 제2 접평면이 상기 z-축과 이루는 천정각으로서 상기 천정각 θO의 함수이고,
    상기 제3 점에 입사하여 상기 제3 반사광을 형성하는 제2 입사광의 천정각이 δO이고, 상기 δO가 상기 천정각 θO의 함수일 때, 상기 θO, φO, δO는 다음의 수학식 8을 만족하며,
    (수학식 8)
    상기 원점으로부터 상기 천정각 θI가 최대 천정각 θI2 가 되는 제1 점까지의 거리 rI(θI2)와 상기 천정각 θO가 최소천정각 θO1 이 되는 제3 점까지의 거리 ro(θo1)는 일치하는(rI(θI2)= ro(θo1)) 이중 전방위 거울.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 접평면의 천정각 φI는 수학식 9와 같이 상기 천정각 θI의 함수로서 표현되며,
    (수학식 9)
    여기서, βI 및 ΨI는 각각 상수이고, 상기 βI 및 ΨI는 각도 δI1과 δI2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δI1 및 δI2은 상기 천정각 θI이 각각 θI1 및 θI2일때 상기 제1 반사광을 형성하는 제1 입사광의 천정각이며, 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하며,
    상기 제2 접평면의 천정각 φO는 수학식 10과 같이 상기 천정각 θO의 함수로서 표현되며,
    (수학식 10)
    여기서, βO 및 ΨO는 각각 상수이고, 상기 βO 및 ΨO는 각도 δO1과 δO2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δO1 및 δO2은 상기 천정각 θO가 각각 θO1 및 θO2일때 상기 제3 반사광을 형성하는 제2 입사광의 천정각이며 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하는 전방위 거울.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 접평면의 천정각 φI는 수학식 11과 같이 상기 천정각 θI의 함수로서 표현되며,
    (수학식 11)
    여기서, βI 및 ΨI는 각각 상수이고, 상기 βI 및 ΨI는 각도 δI1과 δI2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δI1 및 δI2은 상기 천정각 θI이 각각 θI1 및 θI2일때 상기 제1 반사광을 형성하는 제1 입사광의 천정각이며 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하며,
    상기 제2 접평면의 천정각 φO는 수학식 12와 같이 상기 천정각 θO의 함수로서 표현되며,
    (수학식 12)
    여기서, βO 및 ΨO는 각각 상수이고, 상기 βO 및 ΨO는 각도 δO1과 δO2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δO1 및 δO2은 상기 천정각 θO가 각각 θO1 및 θO2]일때 상기 제3 반사광을 형성하는 제2 입사광의 천정각이며 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하는 전방위 거울.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각도 δI1은 0 내지 π/2 범위 내에 존재하며, 상기 각도 δI2는 상기 각도 δI1 이상이며(δI1 ≤ δI2), 상기 각도 δO1는 상기 각도 δI2와 동일하고, 상기 각도 δO2는 상기 각도 δI1과 동일한 이중 전방위 거울.
  8. 절첩형 전방위 거울(folded panoramic mirror)에 있어서,
    사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 제1 거울면을 구비한 곡면 거울 ― 상기 곡면 거울은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 반경 ρ1을 갖는 제1 내부 테두리와 반경 ρ2를 갖는 제1 외부 테두리 사이에 상기 거울면을 구비하고, 상기 제1 내부 테두리의 안쪽에 마련된 원형 구멍(circular hole)을 구비함 ― 과,
    상기 곡면 거울의 상기 거울면과 마주보도록 배치되는 고리(ring) 모양의 평면 거울 ― 상기 평면 거울은 동심원 형태의 제2 외부 테두리 및 제2 내부 테두리를 갖고 있으며, 상기 제2 내부 테두리의 반경은 ρI이고 상기 제2 외부 테두리의 반경은 ρO이며, 상기 제2 내부 테두리 및 제2 외부 테두리 사이에 상기 곡면 거울의 제1 거울면을 향하는 제2 거울면을 구비함 ―을 포함하되,
    상기 곡면 거울의 상기 사전설정된 회전 대칭축과 상기 평면 거울의 회전 대칭축이 서로 일치하고,
    상기 제1 거울면의 형상은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 z-축으로 하는 구면 좌표계(spherical coordinate)에서 (θ, r(θ))의 쌍으로 표현되며, 상기 r(θ)는 상기 구면 좌표계의 원점(origin)에서 상기 거울면 상의 제1 점까지의 거리로서 다음의 수학식 13을 만족하고,
    (수학식 13)
    상기 θ는 상기 제1 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 반사광의 천정각 - 상기 z-축은 천정각이 0(zero)인 축임 -으로서 최소 천정각 θ1과 최대 천정각 θ2의 범위 내에 존재하고(θ1≤θ≤θ2),
    상기 θi는 상기 제1 거울면 상의 제2 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제2 반사광의 천정각으로서 상기 최소 천정각 θ1과 상기 최대 천정각 θ2의 범위 내에 존재하며(θ1 ≤ θi ≤ θ2),
    상기 r(θi)는 상기 원점에서부터 상기 제2 점까지의 거리이고,
    상기 φ(θ)는 상기 제1 점에서의 접평면이 상기 z-축과 이루는 각도이며 , 상기 천정각 θ의 함수로서 다음의 수학식 14를 만족하고,
    (수학식 14)
    상기 δ(θ)는 상기 제1 점에 입사되어 상기 제1 반사광을 형성하는 입사광의 천정각이며 상기 천정각 θ의 함수로서 0보다 큰 최소 천정각 δ2 내지 π인 최대 천정각 δ1 범위 내에 존재하되(0 < δ2 ≤ δ ≤ δ1 = π),
    상기 제1 내부 테두리의 반경 ρ1은 다음의 수학식 15와 같이 주어지고,
    (수학식 15)
    상기 제1 외부 테두리의 반경 ρ2는 다음의 수학식 16과 같이 주어지고,
    (수학식 16)
    상기 원점에서 상기 제2 거울면까지의 거리 z0는 다음의 수학식 17과 같이 주어지고,
    (수학식 17)
    z0 = ρ1 cotθ2
    상기 제2 내부 테두리의 반경 ρI은 다음의 수학식 18과 같이 주어지고,
    (수학식 18)
    상기 제2 외부 테두리의 반경 ρO는 제1 내부 테두리의 반경 ρ1과 동일한(ρO = ρ1) 것을 특징으로 하는 절첩형 전방위 거울.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접평면의 천정각 φ(θ)는 상기 천정각 θ의 함수로서 다음의 수학식 19와 같이 표현되며,
    (수학식 19)
    상기 β 및 Ψ는 각각 상수이고, 상기 β 및 Ψ는 상기 최대 천정각 δ1과 최소 천정각 δ2에 대하여,
    이고 인 것을 특징으로 하는 절접형 전방위 거울.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 전방위 영상 시스템에 있어서,
    사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 거울면을 구비한 곡면 거울 ― 상기 곡면 거울은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 반경 ρ1을 갖는 내부 테두리와 반경 ρ2를 갖는 외부 테두리 사이에 상기 거울면을 구비함 ― 과
    상기 거울면이 시야(FOV: Field Of View)에 포함되도록 배치되는 영상 획득 수단
    을 포함하되,
    상기 거울면의 형상은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 z-축으로 하는 구면 좌표계에서 (θ, r(θ))의 쌍으로 표현되며, 상기 r(θ)는 상기 구면 좌표계의 원점(origin)에서 상기 거울면 상의 제1 점까지의 거리로서 다음의 수학식 20을 만족하고,
    (수학식 20)
    상기 θ는 상기 제1 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 반사광의 천정각 - 상기 z-축은 천정각이 0(zero)인 축임-으로서 최소 천정각 θ1과 최대 천정각 θ2의 범위 내에 존재하고(θ1≤θ≤θ2),
    상기 θi는 상기 거울면 상의 제2 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제2 반사광의 천정각으로서 상기 최소 천정각 θ1과 상기 최대 천정각 θ2의 범위 내에 존재하며,
    상기 r(θi)는 상기 원점에서부터 상기 제2 점까지의 거리이고,
    상기 φ(θ)는 상기 제1 점에서의 접평면이 상기 z-축과 이루는 천정각으로서, 상기 반사광의 천정각 θ의 함수이고,
    상기 제1 점에 입사되어 상기 제1 반사광을 형성하는 입사광의 천정각이 δ이고, 상기 δ가 상기 반사광의 천정각 θ의 함수일 때, 상기 θ, φ, δ는 다음의 수학식 21을 만족하며,
    (수학식 21)
    상기 영상 획득 수단의 광축과 상기 사전설정된 회전 대칭축이 일치하고,
    상기 구면 좌표계의 상기 원점에 상기 영상 획득 수단의 마디점(nodal point)이 위치하는 전방위 영상 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 접평면의 천정각 φ는 다음의 수학식 22와 같이 상기 천정각 θ의 함수로서 표현되며,
    (수학식 22)
    여기서, β 및 Ψ는 각각 상수이고, 상기 β 및 Ψ는 각도 δ1과 δ2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δ1 및 δ2는 상기 천정각 θ가 각각 θ1 및 θ2일때 상기 제1 반사광을 형성하는 입사광의 천정각이며 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하는 전방위 영상 시스템.
  18. 이중 전방위 영상 시스템에 있어서,
    사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 제 1 및 제 2 거울면을 구비한 곡면 거울 ― 상기 곡면 거울은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 반경 ρI1을 갖는 제 1 내부 테두리와 반경 ρI2를 갖는 제 1 외부 테두리 사이에 상기 제 1 거울면을 구비하고, 반경 ρO1을 갖는 제 2 내부 테두리와 반경 ρO2를 갖는 제 2 외부 테두리 사이에 상기 제 2 거울면을 구비하며, 상기 제 2 내부 테두리의 상기 반경 ρO1은 상기 제 1 외부 테두리의 상기 반경 ρI2 이상임( ρI2≤ ρO1) ― 과,
    상기 제 1 및 제 2 거울면이 시야에 포함되도록 배치되는 영상 획득 수단
    을 포함하되,
    상기 제 1 거울면의 형상은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 z-축으로 하는 구면 좌표계에서 (θI, rI(θI))의 쌍으로 표현되며, 상기 rI(θI)는 상기 구면 좌표계의 원점(origin)에서 상기 제1 거울면 상의 제1 점까지의 거리로서 다음의 수학식 23을 만족하고,
    (수학식 23)
    상기 θI는 상기 제1 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 반사광의 천정각 - 상기 z-축은 천정각이 0(zero)인 축임 -으로서 최소 천정각 θI1과 최대 천정각 θI2의 범위 내에 존재하고(θI1≤θI≤θI2),
    상기 θIi는 상기 제1 거울면 상의 제2 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제2 반사광의 천정각으로서 상기 최소 천정각 θI1과 상기 최대 천정각 θI2의 범위 내에 존재하며,
    상기 rI(θIi)는 상기 원점에서부터 상기 제2 점까지의 거리이고,
    상기 φI(θI)는 상기 제1 점에서의 제1 접평면이 상기 z-축과 이루는 천정각으로서, 상기 반사광의 천정각 θI의 함수이고,
    상기 제1 점에 입사되어 상기 제1 반사광을 형성하는 제1 입사광의 천정각이 δI이고, 상기 δI가 상기 천정각 θI의 함수일 때, 상기 θI, φI, δI는 다음의 수학식 24를 만족하며,
    (수학식 24)
    상기 제2 거울면의 형상은 상기 구면 좌표계에서 (θO, rO(θO))의 쌍으로 표현되며, 상기 rO(θO)는 상기 구면 좌표계의 원점에서 상기 제2 거울면 상의 제3 점까지의 거리로서 다음의 수학식 25를 만족하고,
    (수학식 25)
    상기 θO는 상기 제3 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제3 반사광의 천정각으로서 최소 천정각 θO1과 최대 천정각 θO2의 범위 내에 존재하고(θO1≤θO≤θO),
    상기 θOi는 상기 제2 거울면 상의 제4 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제4 반사광의 천정각으로서 상기 최소 천정각 θO1과 상기 최대 천정각 θO2의 범위 내에 존재하며,
    상기 rO(θOi)는 상기 원점에서부터 상기 제4 점까지의 거리이고,
    상기 φO(θO)는 상기 제3 점에서의 제2 접평면이 상기 z-축과 이루는 천정각으로서, 상기 천정각 θO의 함수이고,
    상기 제3 점에 입사하여 상기 제3 반사광을 형성하는 제2 입사광의 천정각이 δO이고, 상기 δO가 상기 반사광의 천정각 θO의 함수일 때, 상기 θO, φO, δO는 다음의 수학식 26을 만족하고,
    (수학식 26)
    상기 영상 획득 수단의 광축과 상기 사전설정된 회전 대칭축이 일치하고,
    상기 구면 좌표계의 상기 원점에 상기 영상 획득 수단의 마디점이 위치하는 이중 전방위 영상 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 접평면의 천정각 φI는 수학식 27과 같이 상기 천정각 θI의 함수로서 표현되며,
    (수학식 27)
    여기서, βI 및 ΨI는 각각 상수이고, 상기 βI 및 ΨI는 각도 δI1과 δI2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δI1 및 δI2은 상기 천정각 θI이 각각 θI1 및 θI2일때 상기 제1 반사광을 형성하는 제1 입사광의 천정각이며 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하고,
    상기 제1 접평면의 천정각 φO는 수학식 28과 같이 상기 천정각 θO의 함수로서 표현되며,
    (수학식 28)
    여기서, βO 및 ΨO는 각각 상수이고, 상기 βO 및 ΨO는 각도 δO1과 δO2에 대하여,
    이고 이며,
    상기 각도 δO1 및 δO2은 상기 천정각 θO가 각각 θO1 및 θO2일때 상기 제3 반사광을 형성하는 제2 입사광의 천정각이며 0 내지 3π/2 범위 내에 존재하는 이중 전방위 영상 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 각도 δI1은 0 내지 π/2 범위 내에 존재하며, 상기 각도 δI2는 π이고, 상기 각도 δO1은 상기 각도 δI2와 동일하며, 상기 각도 δO2는 상기 각도 δI1과 동일하고,
    상기 제 1 거울면의 상기 제 1 외부 테두리는 상기 제 2 거울면의 상기 제 2 내부 테두리와 일치하는(rI(θI2)=rO(θO1)) 이중 전방위 영상 시스템.
  21. 절첩형 전방위 영상 시스템에 있어서,
    사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 회전 대칭인 제1 거울면을 구비한 곡면 거울 ― 상기 곡면 거울은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 반경 ρ1을 갖는 제1 내부 테두리와 반경 ρ2를 갖는 제1 외부 테두리 사이에 상기 거울면을 구비하고, 상기 제1 내부 테두리의 안쪽에 마련된 원형 구멍(circular hole)을 구비함 ― 과,
    상기 곡면 거울의 상기 거울면과 마주보도록 배치되는 고리(ring) 모양의 평면 거울 ― 상기 평면 거울은 동심원 형태의 제2 외부 테두리 및 제2 내부 테두리를 갖고 있으며, 상기 제2 내부 테두리의 반경은 ρI이고 상기 제2 외부 테두리의 반경은 ρO이며, 상기 제2 내부 테두리 및 제2 외부 테두리 사이에 상기 곡면 거울의 제1 거울면을 향하는 제2 거울면을 구비함 ―과,
    상기 평면 거울이 구비한 상기 거울면이 시야에 포함되도록 배치되는 영상 획득 수단을 포함하되,
    상기 곡면 거울의 상기 사전설정된 회전 대칭축과 상기 평면 거울의 회전 대칭축이 서로 일치하고,
    상기 제1 거울면의 형상은 상기 사전설정된 회전 대칭축을 z-축으로 하는 구면 좌표계(spherical coordinate)에서 (θ, r(θ))의 쌍으로 표현되며, 상기 r(θ)는 상기 구면 좌표계의 원점(origin)에서 상기 거울면 상의 제1 점까지의 거리로서 다음의 수학식 29를 만족하고,
    (수학식 29)
    상기 θ는 상기 제1 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 반사광의 천정각 - 상기 z-축은 천정각이 0(zero)인 축임 -으로서 최소 천정각 θ1과 최대 천정각 θ2의 범위 내에 존재하고(θ1≤θ≤θ2),
    상기 θi는 상기 제1 거울면 상의 제2 점에서 반사되어 상기 원점을 지나는 제2 반사광의 천정각으로서 상기 최소 천정각 θ1과 상기 최대 천정각 θ2의 범위 내에 존재하며(θ1 ≤ θi ≤ θ2),
    상기 r(θi)는 상기 원점에서부터 상기 제2 점까지의 거리이고,
    상기 φ(θ)는 상기 제1 점에서의 접평면이 상기 z-축과 이루는 각도이며 상기 천정각 θ의 함수로서 수학식 30을 만족하고,
    (수학식 30)
    상기 δ(θ)는 상기 제1 점에 입사되어 상기 제1 반사광을 형성하는 입사광의 천정각이며 상기 천정각 θ의 함수로서 0보다 큰 최소 천정각 δ2 내지 π인 최대 천정각 δ1 범위 내에 존재하되(0 < δ2 ≤ δ ≤ δ1 = π),
    상기 제1 내부 테두리의 반경 ρ1은 다음의 수학식 31과 같이 주어지고,
    (수학식 31)
    상기 제1 외부 테두리의 반경 ρ2는 다음의 수학식 32와 같이 주어지고,
    (수학식 32)
    상기 원점에서 상기 제2 거울면까지의 거리 z0는 다음의 수학식 33과 같이 주어지고,
    (수학식 33)
    z0 = ρ1 cotθ2
    상기 제2 내부 테두리의 반경 ρI은 다음의 수학식 34와 같이 주어지고,
    (수학식 34)
    상기 제2 외부 테두리의 반경 ρO는 제1 내부 테두리의 반경 ρ1과 동일한(ρO = ρ1) 것을 특징으로 하는 절첩형 전방위 영상 시스템.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 제 1 항, 제 4 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 전방위 거울과,
    상기 거울면이 시야에 포함되도록 배치되는 영상 획득 수단
    을 포함하되,
    상기 영상 획득 수단은 카메라 몸체(body) 및 카메라 렌즈를 포함하고 있으며,
    상기 카메라 몸체는 이미지 센서(image sensor) ― 상기 이미지 센서는 필름 카메라에 사용되는 롤 필름(roll film), 시트 필름(sheet film), 즉석 인화 필름(instant film), 엑스레이 필름(X-ray film)을 포함하는 이미징 부재(imaging member), 및 디지털 스틸 카메라(digital still camera)나 비디오 카메라에 사용되는 CCD(Charge-Coupled Device) 센서, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서를 포함하는 전자 센서(electronic sensor) 중 어느 하나로 구성됨 ― 를 구비하고 있고,
    상기 카메라 렌즈는 가시광선, 적외선, 자외선, 엑스레이, 초고주파를 포함하는 전자기파를 집속(focusing)하기 위한 재료 및 구조로 구성되는 전방위 영상 시스템.
  30. 제 17 항에 있어서,
    상기 영상 획득 수단은 카메라 몸체 및 카메라 렌즈를 포함하되,
    상기 카메라 몸체 및 상기 카메라 렌즈의 상기 사전설정된 회전 대칭축에 수직한 단면은 모두 상기 사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 ρ1을 반경으로 하는 원(circle) 내에 포함되며,
    상기 반경 ρ1은 수학식 35로 표현되고,
    (수학식 35)
    여기서, δ1은 π이고 δ2는 π/2 미만으로 설정되는 전방위 영상 시스템.
  31. 제 17 항에 있어서,
    상기 영상 획득 수단은 카메라 몸체 및 카메라 렌즈를 포함하되,
    상기 카메라 몸체 및 상기 카메라 렌즈의 상기 사전설정된 회전 대칭축에 수직한 단면은 모두 상기 사전설정된 회전 대칭축을 중심으로 ρ2를 반경으로 하는 원 내에 포함되며,
    상기 반경 ρ2는 수학식 36으로 표현되고,
    (수학식 36)
    여기서, δ2는 π이고 δ1은 π/2 이하로 설정되는 전방위 영상 시스템.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 제 21 항에 있어서,
    상기 평면 거울의 상기 내부 테두리의 안쪽에 반경 ρI를 갖는 원형 구멍이 마련되어 있으며,
    렌즈 또는 일 군의 렌즈가 상기 영상 획득 수단의 정면에 마련되어 있고,
    상기 렌즈 또는 일 군의 렌즈의 광축은 상기 영상 획득 수단의 광축과 일치하며,
    상기 영상 획득 수단은 정사각형의 이미지 센서를 포함하며,
    상기 이미지 센서에는 상기 렌즈 또는 일군의 렌즈를 거친 정상적인 시점의 영상과 상기 전방위 거울을 거친 고리모양의 전방위 영상이 포착되는 것을 특징으로 하는 절첩형 전방위 영상 시스템.
  35. 삭제
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 절첩형 전방위 영상시스템은 팬(pan) 운동 및 틸트(tilt) 운동을 할 수 있는 카메라 베이스에 고정되어 있으며,
    상기 절첩형 전방위 영상시스템은, 상기 정상적인 시점의 영상에서 모니터 화면 비율에 대응하는 직사각형의 부분 영상을 추출하고, 상기 고리모양의 전방위 영상에서 움직임을 추출하고 상기 카메라 베이스를 이용하여 상기 움직임 방향으로 상기 카메라를 이동시키는 절첩형 전방위 영상 시스템.
  37. 삭제
KR10-2004-0030553A 2004-04-30 2004-04-30 전방위 거울 및 이를 이용한 영상 시스템 KR100491271B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2004-0030553A KR100491271B1 (ko) 2004-04-30 2004-04-30 전방위 거울 및 이를 이용한 영상 시스템
PCT/KR2005/001249 WO2005106543A1 (en) 2004-04-30 2005-04-29 Panoramic mirror and imaging system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2004-0030553A KR100491271B1 (ko) 2004-04-30 2004-04-30 전방위 거울 및 이를 이용한 영상 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100491271B1 true KR100491271B1 (ko) 2005-05-25

Family

ID=35241810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2004-0030553A KR100491271B1 (ko) 2004-04-30 2004-04-30 전방위 거울 및 이를 이용한 영상 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100491271B1 (ko)
WO (1) WO2005106543A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7877007B2 (en) 2006-03-23 2011-01-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Omni-directional stereo camera and method of controlling thereof

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100361023C (zh) * 2005-12-15 2008-01-09 中国人民解放军国防科学技术大学 全向视觉装置
TWI419551B (zh) 2008-08-22 2013-12-11 固態全景影像擷取裝置
CN102080969B (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 哈尔滨工程大学 全景视觉测量系统安装位置快速校正装置
GB201119276D0 (en) 2011-11-08 2011-12-21 Active Silicon Ltd Optical system for a roulette wheel
NZ725322A (en) * 2012-04-05 2017-12-22 Magic Leap Inc Wide-field of view (fov) imaging devices with active foveation capability
CN103293844A (zh) * 2013-04-26 2013-09-11 黑龙江科技学院 一种带自标定的空间360度全方位视觉成像系统结构
CN103813102B (zh) * 2014-03-08 2017-07-04 哈尔滨工业大学 一种用于细节成像的车载可变焦全景监控系统
WO2016087903A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Audi Ag Observation device, vehicle with an observation device and method for operating an observation device
CN105137705B (zh) * 2015-08-14 2017-09-22 太微图影（北京）数码科技有限公司 一种虚拟球幕的创建方法和装置
CN110426912A (zh) * 2019-08-06 2019-11-08 深圳六滴科技有限公司 一种用于全景立体拍摄的镜头设置结构及拍摄装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6356296B1 (en) * 1997-05-08 2002-03-12 Behere Corporation Method and apparatus for implementing a panoptic camera system
FR2806809B1 (fr) * 2000-03-22 2002-11-22 Powell Group Dispositif d'aquisition d'image panoramique

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7877007B2 (en) 2006-03-23 2011-01-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Omni-directional stereo camera and method of controlling thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005106543A1 (en) 2005-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100988872B1 (ko) 회전 대칭형의 광각 렌즈를 이용하여 복합 영상을 얻는 방법과 그 영상 시스템 및 하드웨어적으로 영상처리를 하는 이미지 센서
US7649690B2 (en) Integrated panoramic and forward optical device, system and method for omnidirectional signal processing
KR100882011B1 (ko) 회전 대칭형의 광각 렌즈를 이용하여 전방위 영상을 얻는 방법 및 장치
US8767037B2 (en) Systems and methods for panoramic imaging
US6304285B1 (en) Method and apparatus for omnidirectional imaging
WO2005106543A1 (en) Panoramic mirror and imaging system using the same
US6118474A (en) Omnidirectional imaging apparatus
US20030081952A1 (en) Method and apparatus for omnidirectional three dimensional imaging
AU2005294924B2 (en) Rectilinear mirror and imaging system having the same
US8798451B1 (en) Methods of obtaining panoramic images using rotationally symmetric wide-angle lenses and devices thereof
KR100934719B1 (ko) 전방위 광학시스템 및 그 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라
US20090073254A1 (en) Omnidirectional imaging system with concurrent zoom
WO2009017332A1 (en) Methods of obtaining panoramic images using rotationally symmetric wide-angle lenses and devices thereof
US7576925B2 (en) System for increasing horizontal field of view of a camera
KR100624051B1 (ko) Ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 그를 포함하는 전방위 영상시스템
KR100552367B1 (ko) 직선수차보정 거울 및 그를 구비하는 영상 시스템
GB2385840A (en) Airborne surveillance vehicle
CN116719160A (zh) 一种非全对称五面镜单视点折反射红外周视系统和方法
CA2439296A1 (en) Panoramic mirror and system for producing panoramic images
MXPA00005531A (en) An omnidirectional imaging apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100708

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee