KR100781941B1 - 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법 및 재생영상의전체적 깊이 변환 방법 - Google Patents

3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법 및 재생영상의전체적 깊이 변환 방법 Download PDF

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신승호
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강원대학교산학협력단
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    • G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape

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Abstract

본 발명은 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법 및 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법은, 객체(물체) 쪽에 오목렌즈를 배열하는 단계; 오목렌즈 배열 후부에 놓인 큰 구경의 렌즈의 초점거리위치에서 카메라로 오목렌즈 배열을 통해 결상된 객체의 기본영상 배열을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 기본영상들을, 별도의 변환 과정없이, 관측자 쪽에 위치한 블록렌즈 배열을 통해 재결상시켜 3차원영상을 재생시키는 단계; 재생될 영상의 깊이 변환을 위하여, 상기 기본영상 획득 후, 기본영상 재합성을 하는 단계를 포함한다.
3차원 영상, 집적결상법, 정치영상, 도치영상, 깊이 변환, 영상 획득, 영상 재생

Description

3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법 및 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법{Method for reconstructing orthoscopic image of 3-dimensional imaging system and method for controlling integral depth of reconstructed image}
도 1 은 일반적인 집적결상법에서 3차원 영상 획득 및 재생 과정을 보여주는 설명도,
도 2 는 일반적인 집적결상법에서 정치영상 재생을 위한 기본영상 획득 및 집적영상 재생 과정을 보여주는 설명도,
도 3 내지 도 6 은 종래의 정치영상 재생을 위한 깊이 변환 과정을 보여주는 제1 내지 제4 설명도,
도 7 내지 도 9 는 종래의 재생영상의 전체적 깊이 변환 과정을 보여주는 제1 내지 제3 설명도,
도 10 및 도 11 은 본 발명에 따른 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법을 보여주는 일실시예 설명도,
도 12 내지 도 18 은 본 발명에 따른 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법을 보여주는 일실시예 설명도이다.
본 발명은 3차원 영상시스템에서 정치영상(orthoscopic image) 재생 방법 및 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적결상법에서 별도의 변환 과정이나 광학계 없이도, 오목렌즈 배열을 통해 기본영상을 획득하여 정치영상을 재생할 수 있는 정치영상 재생 방법과, 기본영상 획득 후 깊이를 변환하고, 또한 한 번의 기본영상 획득으로 원하는 임의의 깊이를 갖는 여러 재생영상으로 변환 가능한 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법에 관한 것이다.
'집적결상법'은 다른 3차원 영상 재생 방식들에 비해 풀 패럴랙스(full parallax), 풀 칼라(full color), 연속시점 등으로의 구현이 가능한 장점들이 있어 최근 들어 많은 관심을 끌고 있다.
그럼, 이해를 돕기 위하여, 도 1을 참조하여 집적결상법에서 3차원 영상을 획득 및 재생하는 과정에 대해 살펴보기로 한다. 도 1의 (a)는 도치영상(pseudoscopic image) 재생 과정이고, 도 1의 (b)는 정치영상(orthoscopic image) 재생 과정을 나타낸다.
집적결상법에서, 3차원 영상을 획득하는 경우에는, 물체(객체(object))로부터 적정 거리에 볼록렌즈 배열(array)을 위치시키고, 각 기본렌즈(elemental lens) 후면에 결상(imaging)된 기본영상(elemental image)을 획득함으로써 가능하다(도 1의 (a)). 또한, 3차원 영상을 재생하는 경우에는, 다시 렌즈 배열 후면에 획득된 기본영상 배열을 표시함으로써, 원래의 물체와 같은 3차원 영상을 재생하는 것이 가능하다(도 1의 (a)). 이때, 재생 과정에서 기본영상(elemental image) 배열의 표시는 액정 또는 CRT 등 평면 영상 재생 장치를 통하여 표시하고(디스플레이 패널(display panel)), 그로부터 적정거리에 렌즈 배열을 위치시키는 방식으로 이루어진다(도치 실상(pseudoscopic real image)).
그럼, 전술한 바와 같이, 재생영상의 깊이 순서가 역전된 도치영상(pseudoscopic image)을 바른 깊이 순서인 정치영상(집적결상법에서, 3차원 영상을 획득하는 경우에는, 물체(객체(object))로부터 적정 거리에 볼록렌즈 배열(array)을 위치시키고, 각 기본렌즈(elemental lens) 후면에 결상(imaging)된 기본영상(elemental image)을 획득함으로써 가능하다(도 1의 (a)). 또한, 3차원 영상을 재생하는 경우에는, 다시 렌즈 배열 후면에 획득된 기본영상 배열을 표시함으로써, 원래의 물체와 같은 3차원 영상을 재생하는 것이 가능하다(도 1의 (a)). 이때, 재생되는 영상은 관찰자(viwer)로부터 재생영상의 깊이 순서가 역전된 도치형태를 갖는 원래의 물체와 같은 3차원 영상이다(도치 실상(pseudoscopic real image)).
따라서, 재생영상의 깊이 순서가 역전된 도치영상(pseudoscopic image)을 바른 깊이 순서인 정치영상(orthoscopic image)으로 재생시키는 과정이 반드시 필요하다(도 1의 (b)).
이는 볼록렌즈 배열에 의해 획득된 기본 영상 배열에서 각 기본영상을 해당 기본렌즈의 중심을 원점으로 180도 회전시켜 주고 허상으로 재생시킴으로써, 재생영상을 정치영상으로 변환한다(정치 허상(orthoscopic virtual image)).
도 2 는 일반적인 집적결상법에서 정치영상 재생을 위한 기본영상 획득 및 집적영상 재생 과정을 보여주는 설명도이다.
기본영상 획득 방법은, 기본영상(elemental image)이 결상(imaging)되는 면에 필름을 위치시킴으로써 획득하는 필름픽업(film pick-up) 방법과, 도 2와 같이 결상orthoscopic image)으로 재생(즉, 정치 허상(orthoscopic virtual image)으로 재생)시키는 과정(집적영상(integral image)의 깊이 변환 과정)에 대해 도 3 내지 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다.
집적결상법에서 정치영상(orthoscopic image) 재생을 위해서는 전술한 바와 같이 렌즈 배열을 통해 결상된 기본영상들을 개별적으로 180도 회전시키는 과정이 필요하다. 이와 같은 과정은 물론 컴퓨터를 이용한 이미지 프로세싱(image processing)을 통해 이루어질 수 있다. 그러나, 그 자체로 매우 번거로우며, 시간적 소모가 요구된다. 이에 따라, 그 과정을 광학적으로 처리하는 방법에 대해 많은 연구가 있었다.
일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 볼록렌즈 배열을 한번 더 사용하여 첫 번째 기본렌즈에 의해 결상된 도립 실상을 다시 두 번째 기본렌즈에 의해 도립 실상으로 결상시킴으로써, 정립 실상의 형태로 기본영상을 획득함으로써 기본영상의 회전을 광학적으로 수행하는 방법(이하, '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제1 종래기술'이라 함)이 있을 수 있다. 따라서, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제1 종래기술'은 정치영상 재생을 위해 별도의 기본영상 회전 과정을 없앨 수 있다는 장점을 갖게 된다.
그러나, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제1 종래기술'은, 렌즈 배열을 한번 더 사용하기 때문에, 렌즈 배열을 한번 더 사용하는 것 자체로 렌즈에 의한 수차 등 광학적 손실이 매우 커지며, 첫 번째 렌즈 배열 후면에 결상된 기본영상들 또한 깊이를 갖는 3차원 영상이기 때문에 기본영상 회전을 위한 기본 렌즈의 위치에 따라 회전된 영상에 왜곡이 생기게 된다. 뿐만 아니라, 첫 번째 렌즈 배열에 대해 기본영상 회전을 위한 렌즈 배열은 기본렌즈의 초점거리의 두 배 거리 보다 멀리 위치해야 하는데, 이 때문에 영상의 일부분이 잘려나가게 되는 문제점이 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 도 3의 두 개의 렌즈 배열의 역할을 하나의 렌즈 배열로 해결하는 방식(이하, '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제2 종래기술'이라 함)이 있을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제2 종래기술'은, 두 개의 렌즈 배열 대신에 적절한 길이의 GRIN(gradient-index) 렌즈 배열을 사용함으로써, 각 기본 렌즈에 의해 결상되는 기본영상을 정립 실상의 형태를 갖게 하여 기본영상의 회전 과정을 해결하는 방법이다. 이는 상기 도 3에서 렌즈 배열을 한 번 더 사용함으로써 나타나는 광학적 손실을 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.
그러나, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제2 종래기술'에 따르면, GRIN 렌즈 배열은 제작이 매우 까다롭고 고가이다. 또한, 기본렌즈의 초점거리가 GRIN 렌즈의 굴절률 변화에 의해 결정되는 투과 매질이 가질 수 있는 굴절률에 한계가 있어, 짧은 초점거리를 갖는 렌즈 배열로의 활용이 어려운 단점이 있다.
다른 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈 배열 3개를 사용하여 도치 실상으로 재생시킨 후 이 영상에 대한 기본영상을 얻음으로써 정치 실상으로 재생시키기 위한 기본영상 획득 방법(이하, '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제3 종래기술'이라 함)이 있을 수 있다.
정치 재생영상은 허상으로 재생되어야만 한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제3 종래기술'은, 통상적인 방법을 통하여 도치 실상으로 재생시킨 후, 재생영상으로부터 적정거리에서 도치 실상에 대한 기본영상을 얻고 다시 도치 실상에 대한 도치 실상으로 재생함으로써 결과적으로 정치 실상으로 재생할 수 있는 방법이다.
그러나, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제3 종래기술'은 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제1 종래기술'과 마찬가지로 광학적 손실이 매우 크며, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제1 종래기술' 보다 렌즈 배열을 한번 더 사용하기 때문에 시야각 축소 및 기본영상의 질이 저하되는 단점이 있다.
또 다른 한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(beam splitter)와 볼록 거울 배열을 이용하여 정립된 기본영상을 얻는 방법(이하, '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제4 종래기술'이라 함)이 있을 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제4 종래기술'은, 빔스플리터를 통하여 반사된 물체에 대한 상을 기본 볼록거울을 통하여 정립 허상으로 결상시킨 후, 이를 빔스플리터 후면에서 획득함으로써 정립된 기본영상 배열을 얻는 방법이다.
그러나, 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제4 종래기술'은, 비교적 제작이 용이하며 값싸고 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제1 및 제3 종래기술'에 비해 광학적 손실이 다소 작지만, 빔스플리터에 의해 광학적 손실이 있으며, 빔스플리터와 거울 배열 사이의 필연적인 구조 때문에 획득될 수 없는 물체상의 사각지역이 생기게 된다. 그리고, 기본영상 획득 장치의 부피가 불가피하게 클 수밖에 없는 단점이 있다.
이제, 재생영상의 전체적 깊이 변환 과정에 대해 도 7 내지 도 9를 참조하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
집적결상법에서 재생영상의 깊이는 기본영상 획득시 물체와 렌즈 배열 사이의 거리에 의해 고정된 깊이를 갖게 된다. 이에 따라, 재생영상의 깊이를 임의로 조절하기 위한 노력은 다양하게 이루어졌다.
일예로, 도 7에 도시된 바와 같이 기본영상 배열 획득시 큰 구경(large aperture)의 볼록렌즈를 통하여 깊이를 변환하는 방법(이하, '재생영상의 전체적 깊이 변환에 대한 제1 종래기술'이라 함)이 있을 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 '재생영상의 전체적 깊이 변환에 대한 제1 종래기술'은, 물체와 렌즈 배열 사이의 적절한 초점거리를 갖는 렌즈를 통하여 실상 또는 허상으로 결상함으로써 적절한 깊이를 갖도록 물체에 대한 상의 위치를 조절하고, 그 상에 대한 기본영상을 얻고 재생함으로써 재생영상의 깊이를 조절하는 방법이다.
그러나, 상기 '재생영상의 전체적 깊이 변환에 대한 제1 종래기술'은, 재생영상의 형태의 왜곡이 불가피하고, 기본영상 획득시 결상계를 움직여야 하는 불편함이 있으며, 기본영상 획득 후의 깊이 변환이 아니라 획득 과정에서 이루어지는 것이므로 시기적 한계가 있으며, 아울러 '정치↔도치 변환'이 불가능한 단점이 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 기본영상 배열 획득 또는 재생시 렌즈 배열의 형태를 휘게 하거나 상기 도 7의 경우와는 반대로 큰 구경(large aperture)의 오목렌즈를 사용함으로써 재생영상의 깊이를 변환하는 방법(이하, '재생영상의 전체적 깊이 변환에 대한 제2 종래기술'이라 함)이 있을 수 있다.
도 8의 (a)는 기본영상 획득시 휘어진 렌즈 배열을 사용하고 재생시는 평평한 렌즈 배열을 사용하는 경우로서, 기본영상의 왜곡을 적절히 활용하여 재생영상의 깊이를 변환하는 방법이다. 또한, 도 8의 (b)는 기본영상 획득시 평평한 렌즈 배열을 사용하고 재생시 휘어진 렌즈 배열을 사용하는 경우로서, 기본영상의 왜곡 을 적절히 활용하여 재생영상의 깊이를 변환하는 방법이다. 또한, 도 8의 (c)는 큰 구경의 오목렌즈를 통하여 기본영상을 획득하는 경우로서, 기본영상의 왜곡을 적절히 활용하여 재생영상의 깊이를 변환하는 방법이다.
그러나, 상기 '재생영상의 전체적 깊이 변환에 대한 제2 종래기술'에 따르면, 재생영상의 형태 왜곡이 불가피하고, 특히 깊이에 대한 형태에 있어 상당한 왜곡을 피할 수 없다. 또한, 기본영상 획득시 렌즈 배열의 형태를 통하여 변환하는 방법이므로, 임의로의 깊이 변환을 위해서는 다양한 형태의 결상계 보유가 필요하고, 기본영상 획득 후의 깊이 변환이 아니라 획득 과정에서 이루어지는 것이므로 시기적 한계가 있으며, 아울러 '정치↔도치 변환'시 해당 결상계로 재구성되어야 하는 단점이 있다.
다른 한편, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 '정치영상 재생을 위한 깊이 변환 제3 종래기술'(도 5 참조)에서 기본영상 배열 획득시 렌즈 배열의 위치를 적절히 조절함으로써 재생영상의 깊이를 조절하는 방법(이하, '재생영상의 전체적 깊이 변환에 대한 제3 종래기술'이라 함)이 있을 수 있다.
비록, 상기 '재생영상의 전체적 깊이 변환에 대한 제3 종래기술'은 재생영상의 형태가 왜곡되지 않고 깊이만 독립적으로 변환시킬 수 있는 방법으로, 상기 '재생영상의 전체적 깊이 변환에 대한 제1 및 제2 종래기술'에 비해 큰 의미를 가지지만, 기본영상 획득시 결상계를 움직여야 하는 불편함이 있고, 기본영상 획득 후의 깊이 변환이 아니라 획득 과정에서 이루어지는 것이므로 시기적 한계가 있으며, 아 울러 '정치↔도치 변환'시 해당 결상계로 재구성되어야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상기 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생을 위한 기본영상 획득시 별도의 변환 과정이나 광학계 없이도, 광학적 손실을 줄이고, 또한 짧은 초점거리를 갖는 렌즈 배열로의 활용이 가능하며, 아울러 기본영상 획득 장치의 부피를 줄일 수 있는, 정치영상(orthoscopic image) 재생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 영상시스템에서 재생영상의 깊이 변환을 기본영상 획득 과정 아닌, 기본영상 획득 후 깊이를 변환하고, 또한 한 번의 기본영상 획득으로 원하는 임의의 깊이를 갖는 여러 재생영상으로 변환이 가능하도록 함으로써, 광학적 처리과정에 의한 손실을 줄이고, 광학계의 재배치 또는 재구성 등과 같은 기계적 변환 없이도 특정 변환에 국한되지 않고 임의의 깊이로의 변환이 가능한, 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법에 있어서, 객체(물체) 쪽에 오목렌즈를 배열하는 단계; 오목렌즈 배열을 통해 결상된 객체의 기본영상 배열로부터 렌즈의 초점거리위치에서 카메라로 기본영상을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 기본영상들을, 별도의 변환 과정없이, 관측자 쪽에 위치한 블록렌즈 배열을 통해 재결상시켜, 관측 재생영상으로 제공하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 3차원 영상시스템에서 재생영상의 깊이 변환 방법에 있어서, 객체(물체)로부터 거리가 다른 두 기본영상 배열 결상계에서 재생영상의 전체적 깊이를 기본영상 획득시 객체와 렌즈 배열 사이의 거리에 의해 결정하되, 기본영상 획득시 렌즈 배열의 위치에 대해 소정의 거리(v) 만큼 떨어진 가상의 렌즈 배열에 의해 결상될 기본영상을 획득된 기본영상으로부터 재조합함으로써 설정하는 상기 소정의 거리(v)에 따라 재생영상의 전체적 깊이를 임의의 깊이로 변환할 수 있는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
우선, 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 집적결상법에서 정치영상 재생 방법을 살펴보기로 한다.
집적결상법에서 통상적인 기본영상 획득 및 재생시에 도 10에 도시된 바와 같이 기본영상 획득시의 볼록렌즈 배열(convex lens array) 대신 오목렌즈 배열(concave lens array)을 사용함으로써 정치영상(orthoscopic image)으로 재생시킨다.
도 11의 (a)와 같이 투과 매질(플라스틱, 유리, 액정 등, 빛에 대해 투과성을 띄는 매질로 만들어진 유리창, 프리즘, 렌즈 배열 등 모든 형태를 포함)을 통하여 물체(객체(object))를 관찰할 경우에, 관찰되는 영상은 도 11의 (b)와 같이 물체(객체(object)) 쪽에 위치한 오목렌즈 배열(concave lens array)에 의해 결상(imaging)된 기본영상들을 볼록렌즈 배열(convex lens array)을 통해 재결상시켜 관찰되는 영상과 같다.
따라서, 도 10과 같이 기본영상을 오목렌즈 배열(concave lens array)을 통하여 획득하고, 이후 볼록렌즈 배열(convex lens array)로 재생할 경우, 관찰될 재 생영상은 도 11의 (a)에서의 투과 매질을 통하여 물체가 관찰되듯이 정치영상의 형태로 재생될 수 있다.
다만, 본 발명에서는 기본영상 획득시 음의 초점거리를 갖는 단일렌즈, 존 플레이트(zone plate), 프레넬(fresnel) 렌즈 또는 그 조합 등을 포함한 결상계 배열을 사용하는 것이 가능함에 유의해야 한다.
그리고, 본 발명의 도 10 및 도 11에서와 같이 볼록 또는 오목렌즈를 사용할 경우, 볼록 또는 오목한 면에 대한 방향과는 무관하다.
또한, 본 발명의 3차원 정치영상 재생을 위한 결상계 구성과 별도로, 프리즘, 렌즈 배열, 그레이팅(grating) 등의 투과매질에 대해 도 11의 방식과 같이 결상계 분리형식의 개념을 활용한 광학적 목적을 갖는 모든 결상계를 포함한다.
도 12 내지 도 18은 본 발명에 따른 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법을 보여주는 일실시예 설명도이다.
본 발명은 종래기술들과는 달리 기본영상 획득 또는 재생 과정에서 결상계의 하드웨적 변환이 아닌, 이미 획득된 기본영상의 재조합을 통하여 재생영상의 깊이를 임의의 깊이로 변환하는 방법이다.
통상적인 기본영상 획득 및 재생과정에서 재생영상의 전체적 깊이는 기본영상 획득시 물체와 렌즈 배열 사이의 거리에 의해 결정된다. 따라서, 기본영상 획득 시 렌즈 배열의 위치에 대해 임의의 거리 v 만큼 떨어진 가상의 렌즈 배열에 의해 결상될 기본영상을 획득된 기본영상으로부터 재조합함으로써 설정하는 v에 따라 재 생영상의 전체적 깊이를 임의의 깊이로 변환할 수 있다.
도 12는 물체(객체(object))로부터 거리가 다른 두 기본영상 배열 결상계에 있어서의 기본영상의 좌표 및 변수들을 나타낸 것으로, 기본영상 획득시 렌즈 배열과 깊이 차이 v를 갖는 가상의 렌즈 배열 및 물체, 기본영상에 대한 좌표 및 변수 지정을 보여준다.
도 12에 도시된 바와 같이 기본영상 획득시의 n번째와 n-1번째 기본 렌즈 사이의 거리를 Pn, 렌즈 배열을 원점으로 기본 영상면 까지의 거리를 s0, 좌표 (x0, z0)를 갖는 점 물체에 대해 n번째 기본 렌즈에 의해 결상된 기본 점 영상의 x방향의 위치를 xen, n번째 기본렌즈의 중심을 원점으로 할 경우의 기본 점영상의 x방향 좌표를 ξn, 가상의 렌즈 배열의 k번째와 k-1번째 기본 렌즈사이의 거리를 Pck, 렌즈 배열을 원점으로 기본 영상면 까지의 거리를 sc, 점 물체에 대해 k번째 렌즈에 의해 결상된 기본 점영상의 x방향의 위치를 xck, k번째 기본 렌즈의 중심을 원점으로 할 경우의 기본 점영상의 x좌표를 ηk라고 할 때, 기본영상 획득시의 기본 점영상의 좌표와 가상의 기본렌즈에 의한 점영상의 좌표는 각각 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같다.
Figure 112006047224380-pat00001
Figure 112006047224380-pat00002
상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]가 모두 x0와 z0에 대해 독립적으로 성립하기 위한 조건들은 하기의 [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같다.
Figure 112006047224380-pat00003
Figure 112006047224380-pat00004
상기 [수학식 3] 및 [수학식 4]가 성립되는 조전하에서 v는 자유로운 선택이 가능하다. 따라서, 기본영상의 적절한 조합을 통하여 재생영상의 왜곡없이 실상(z0-x0＜0) 및 허상(z0-v＞0)을 포함하여 임의의 깊이로의 변환이 가능하며, 실상 및 허상 선택에 의존하여 또는 독립적으로 s0와 sc의 부호 선택에 따라 도치 또는 정치 영상으로의 변환 또한 가능하다. 도 13은 기본영상을 재조합하는 과정을 보여준다.
도 13에 도시된 바와 같이, ηk위치는 픽셀을 선택할 기본영상의 위치 넘버 n, 조합될 기본영상의 위치 넘버 k에 대해 상기 [수학식 3]을 만족하는 위치만을 가질 수 있는데, 조합될 k번째 기본영상에서의 각 해당 위치에 선택될 n번째 기본영상에서 상기 [수학식 4]를 만족하는 위치 ξn의 픽셀을 골라 각각 위치시키는 방식으로 재조합이 이루어진다.
여기서, v의 선택에 따른 임의의 위치로의 깊이 변환이 가능할 뿐만 아니라, 조합과정에서 상기 [수학식 3] 및 [수학식 4]의 s0와 sc 그리고 z0-v에 대한 부호(양수 또는 음수로) 변환에 따라 깊이 순서(도치 또는 정치) 및 재생 형태(실상 또는 허상)를 결정할 수 있다.
여기서, 상기 s0를 음수로 설정했을 경우, 즉 -s0일 때의 기본영상의 형태는 도 14와 같다.
또한, s0를 음수로 설정했을 경우의 기본영상 형태가 s0(양수)의 위치에 있을 경우, 기본영상의 형태에 대응되는 물체(객체) 정보는 도 15와 같다. 이때의 물체는 원래의 물체가 렌즈 배열을 중심으로 도치되어 있는 형태의 경우와 같다. 즉, s0를 음수로 선택한 경우의 기본영상 형태는 물체를 도 15와 도치되어있는 물체를 s0를 양수로 하였을 경우의 기본영상 형태와 같다.
또한, 도 16은 s0를 음수로 설정한 후의 기본영상으로부터 재조합하는 과정 을 나타낸 것이다. s0와 마찬가지로 sc 또한 도 16과 같이 음수 또는 양수로의 선택이 가능하다.
또한, 도 17은 v를 음수로 하였을 경우의 기본영상 재조합 과정을 나타낸 것이다.
따라서, s0, sc, v의 음수 또는 양수로의 설정 또한 가능하고, 그에 따라 도치, 정치, 실상, 허상 등의 변환이 가능하다. 하기의 [표 1](s0, sc, (z0-v)의 부호 선택에 따른 재생영상의 깊이 순서 및 재생 형태)은 각각의 변수 설정에 따라 조합된 기본영상의 형태에 따라 재생될 재생영상의 형태 및 깊이 순서를 나타낸 것이다.
Figure 112006047224380-pat00005
또한, s0, sc, v, Pn, Pck 등은 임의의 변수를 취할 수 있으며, 그에 따라 재생영상의 깊이 또는 크기의 변환을 포함한 왜곡을 인정한 변환이 가능하다.
도 18에서는 기본영상 획득, 조합 및 집적영상 재생 과정을 보여준다.
기본영상 배열은 렌즈 배열을 통해서 뿐만 아니라 단일렌즈를 포함한 결상계(imaging system) 배열 또는 카메라 배열로부터 얻은 영상들의 적절한 배열인 것, 그리고 카메라 또는 결상계를 적정거리씩(등 간격 또는 비 등 간격, 이동 방향에 무관) 움직여가며 획득된 개개 영상들의 배열을 포함한다. 조합 과정은 상기 설명된 방식을 따르고, 재생 과정은 렌즈 배열 또는 결상계 배열, 슬릿 배열 등 결상계 배열을 통하여 재생할 수 있다.
여기서, 재조합 방법은 패럴렉스 배리어 방식, 렌티큘라 방식 등에 적용하는 경우도 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명의 ‘정치영상(orthoscopic image) 재생 방법'에 따른 효과를 살펴보면, 종래의 방식에 비해 어떠한 광학적 손실이 없고, 정치영상 재생을 위한 기본영상 획득 과정에서 별도의 변환 과정 또는 광학계가 필요치 않으며, 또한 볼록렌즈 배열을 오목렌즈 배열로 처리함으로써 GRIN 렌즈와 같이 제작 과정의 어려움이나 많은 비용이 소요되지 않으며, 큰 부피를 차지하지 않고, 특정 상황에서의 활용범위로 한정되지 않고 그 활용 범위의 제한성이 낮다.
한편, 본 발명의 ‘재생영상의 전체적 깊이 변환 방법'에 따른 효과를 살펴보면, 재생영상의 깊이 변환이 기본영상 획득 과정에서 이루어지는 것이 아니라, 한 번의 기본영상 획득으로 원하는 임의의 깊이를 갖는 여러 재생영상으로 변환이 가능하므로 재생산적 관점에서 우수하며, 또한 영상처리를 통하여 이루어지므로 광학적 처리 과정에 의한 어떠한 손실 발생도 없다.
또한, 종래기술들이 재생영상의 깊이에 있어 특정한 변환에 국한되는 반면에, 본 발명은 도치, 정치, 실상, 허상 및 임의의 깊이로의 변환이 모두 가능하고, 영상처리를 통하여 이루어지므로 종래기술들에 비춰 볼 때 광학계의 재배치 또는 재구성 등과 같이 기계적 변환요소가 필요없다.
또한, 본 발명은, 재생영상의 형태(깊이형태, 크기형태) 왜곡없이 재생영상의 깊이만을 독립적으로 변환할 수 있고, 임의의 깊이 또는 크기에 대해 임의의 변조(원하는 형태로의 왜곡)가 가능한 효과가 있다. 또한, 본 발명은, 집적결상법 뿐만 아니라 패럴렉스 배리어 방식이나 렌티큘라 방식에서의 서브픽셀그룹(sub-pixel group) 조합 과정에서도 활용 가능하다.
또한, 본 발명은, 특정 광학적 장치가 필요하지 않으므로 변환 과정에 따른 별도의 소요비용이 불필요하다.

Claims (17)

  1. 영상시스템에 적용되는 정치영상 재생 방법에 있어서,
    객체(물체) 쪽에 오목렌즈를 배열하는 단계;
    오목렌즈 배열을 통해 결상된 객체의 기본영상 배열로부터 렌즈의 초점거리위치에서 카메라로 기본영상을 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 기본영상들을, 별도의 변환 과정없이, 관측자 쪽에 위치한 블록렌즈 배열을 통해 재결상시켜, 관측 재생영상으로 제공하는 단계
    를 포함하는 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관측 재생영상은,
    투과매질을 통하여 객체(물체)가 관찰되듯이, 객체(물체) 쪽에 위치한 상기 오목렌즈 배열에 의해 결상된 기본영상들을 관찰자 쪽에 위치한 상기 볼록렌즈 배열을 통해 재결상시켜 관찰되는 정치영상인 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목렌즈 배열 및 상기 블록렌즈 배열은,
    요철(凹凸) 방향에 무관한 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기본영상 획득시에,
    음의 초점거리를 갖는 단일렌즈, 존 플레이트(zone plate), 프레넬(fresnel) 렌즈 혹은 그 조합을 포함한 결상계 배열 중 하나를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오목렌즈 배열은,
    상기 객체(물체) 쪽에 위치한 블록렌즈 배열 대신에 구비되어, 정치영상 재생을 위한 별도의 기본영상 회전 과정이나 광학계를 없앨 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 정치영상 재생 방법은,
    집적결상법에서 기본영상 획득 및 재생시에 이용되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 정치영상 재생 방법.
  7. 영상시스템에 적용되는 재생영상의 깊이 변환 방법에 있어서,
    객체(물체)로부터 거리가 다른 두 기본영상 배열 결상계에서 재생영상의 전체적 깊이를 기본영상 획득시 객체와 렌즈 배열 사이의 거리에 의해 결정하되, 기본영상 획득시 렌즈 배열의 위치에 대해 소정의 거리(v) 만큼 떨어진 가상의 렌즈 배열에 의해 결상될 기본영상을 획득된 기본영상으로부터 재조합함으로써 설정하는 상기 소정의 거리(v)에 따라 재생영상의 전체적 깊이를 임의의 깊이로 변환할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기본영상 획득시의 기본 점영상의 좌표와 가상의 기본렌즈에 의한 점영상의 좌표는,
    하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112006047224380-pat00006
    [수학식 2]
    Figure 112006047224380-pat00007
    (여기서, v는 깊이 차이, Pn은 기본영상 획득시의 n번째와 n-1번째 기본 렌즈 사이의 거리, s0는 렌즈 배열을 원점으로 기본 영상면 까지의 거리, xen은 좌표 (x0, z0)를 갖는 점 물체에 대해 n번째 기본 렌즈에 의해 결상된 기본 점 영상의 x방향의 위치, ξn은 n번째 기본렌즈의 중심을 원점으로 할 경우의 기본 점영상의 x방향 좌표, Pck는 가상의 렌즈 배열의 k번째와 k-1번째 기본 렌즈 사이의 거리, sc는 렌즈 배열을 원점으로 기본 영상면 까지의 거리, xck는 점 물체에 대해 k번째 렌즈에 의해 결상된 기본 점영상의 x방향의 위치, ηk는 k번째 기본 렌즈의 중심을 원점으로 할 경우의 기본 점영상의 x좌표임)
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]가 모두 x0와 z0에 대해 독립적으로 성립하기 위한 조건들은,
    하기의 [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같은 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112006047224380-pat00008
    [수학식 4]
    Figure 112006047224380-pat00009
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 [수학식 3] 및 [수학식 4]가 성립되는 조건하에서,
    v는 자유로운 선택이 가능하여, 기본영상의 적절한 조합을 통하여 재생영상의 왜곡없이 실상(z0-x0＜0) 및 허상(z0-v＞0)을 포함하여 임의의 깊이로의 변환이 가능하며, 실상 및 허상 선택에 의존하거나 독립적으로 s0와 sc의 부호 선택에 따라 도치 혹은 정치 영상으로의 변환이 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ηk의 위치는,
    픽셀을 선택할 기본영상의 위치 넘버 n, 조합될 기본영상의 위치 넘버 k에 대해 상기 [수학식 3]을 만족하는 위치만을 가질 수 있는데, 조합될 k번째 기본영상에서의 각 해당 위치에 선택될 n번째 기본영상에서 상기 [수학식 4]를 만족하는 위치 ξn의 픽셀을 골라 각각 위치시키는 방식으로 재조합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 v의 선택에 따른 임의의 위치로의 깊이 변환이 가능할 뿐만 아니라, 조합과정에서 상기 [수학식 3] 및 [수학식 4]의 s0와 sc 그리고 z0-v에 대한 부호(양수 혹은 음수로) 변환에 따라 깊이 순서(도치 혹은 정치) 및 재생 형태(실상 혹은 허상)를 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 s0, sc, v는,
    음수/양수로의 설정이 가능하고, 그에 따라 도치, 정치, 실상, 허상의 변환이 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 s0, sc, v, Pn, Pck은,
    임의의 변수를 취할 수 있으며, 그에 따라 재생영상의 깊이 혹은 크기의 변환을 포함한 왜곡을 인정한 변환이 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 기본영상 배열은,
    렌즈 배열을 통해서 뿐만 아니라 단일렌즈를 포함한 결상계(imaging system) 배열 혹은 카메라 배열로부터 얻은 영상들의 적절한 배열인 것, 그리고 카메라 혹 은 결상계를 적정거리씩(등 간격 혹은 비 등 간격, 이동 방향에 무관) 움직여가며 획득된 개개 영상들의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 획득된 기본영상을 재생할 때,
    렌즈 배열 혹은 결상계 배열, 슬릿 배열을 포함하는 결상계 배열을 통하여 재생할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전체적 깊이 변환 방법은,
    집적결상법을 포함한 패럴렉스 배리어 방식, 렌티큘라 방식에서의 서브픽셀그룹(sub-pixel group) 조합 과정에서 활용 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 영상시스템에서 재생영상의 전체적 깊이 변환 방법.
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