KR100868024B1 - 리니어 촬상소자를 이용한 고해상도 카메라 장치 및구현방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고해상도 카메라 장치 및 구현방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카메라 내부에 리니어(linear) 촬상소자(CCD,CMOS,등)를 장착하여 그 위치를 화소크기 만큼씩 이동하면서 화상을 획득하여 합성함으로써, 카메라의 화각영역을 하나의 고해상도 화상으로 획득하여 대형구조물의 영상처리를 이용한 표면 결함 계측이나 영상처리를 이용한 제품검사의 미세 결함 검출, 위성 카메라 등의 고해상도를 요구하는 영상분야에 응용할 수 있으며, 기존 에이리어(AREA) 스캔 방식카메라의 해상도 부분의 한계점을 극복할 수 있도록 한 고해상도 카메라 장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 전단에 렌즈가 장착된 카메라본체와; 상기 카메라본체의 내부에 설치된 가이드레일과; 상기 가이드레일을 따라 좌우로 이동가능하게 설치된 리니어 촬상소자와; 상기 리니어 촬상소자를 구동하기 위해 가이드레일에 설치된 마이크로 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고해상도 카메라 장치를 제공한다.

리니어 촬상소자, 고해상도 카메라, 영상처리, 머신비전 시스템, 표면결함 검출

Description

리니어 촬상소자를 이용한 고해상도 카메라 장치 및 구현방법{System and implementation method for high resolution camera by linear image sensor}

도 1은 일반적인 에어리어 스캔방식 카메라에 사용되는 촬상소자(CCD,CMOS,등)의 외관을 나타내는 이미지이고,

도 2는 종래의 에이리어 스캔방식 카메라 촬상소자 종류 중 하나인 CCD 분류의 IT-CCD 소자 구조를 나타내는 구성도이고,

도 3은 일반적인 라인 스캔방식 카메라에 사용되는 리니어 촬상소자(CCD,CMOS,등)의 외관을 나타내는 이미지이고,

도 4는 종래의 라인스캔 카메라 촬상소자 종류 중 하나인 리니어 CCD소자의 구조를 나타내는 구성도이고,

도 5는 내부에 CCD촬상소자가 장착된 종래의 일반적인 에이리어 스캔방식 카메라의 평면도이고,

도 6은 도 5의 A-A’선을 따라 취한 단면도이고,

도 7은 카메라 내부에 장착한 본 발명에 따른 리니어 촬상소자의 실시예를 나타내는 평면도이고,

도 8은 도 8의 B-B’선을 따라 취한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 리니어 촬상소자(CCD,CMOS,등)

11 : 카메라본체 12 : 렌즈

13 : 가이드레일 14 : 마이크로모터

본 발명은 고해상도 카메라 장치 및 구현방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카메라 내부에 리니어(linear) 촬상소자(CCD,CMOS,등)를 장착하여 그 위치를 화소크기 만큼씩 이동하면서 화상을 획득하여 합성함으로써, 카메라의 화각영역을 하나의 고해상도 화상으로 획득하여 대형구조물의 영상처리를 이용한 표면 결함 계측이나 영상처리를 이용한 제품검사의 미세 결함 검출, 위성 카메라 등의 고해상도를 요구하는 영상분야에 응용할 수 있으며, 기존 에이리어(AREA) 스캔 방식카메라의 해상도 부분의 한계점을 극복할 수 있도록 한 고해상도 카메라 장치에 관한 것이다.

최근 수년간 제품검사, 구조물 안전진단 분야에 CCD/CMOS카메라를 이용한 자동화가 두드러지고 있으며, 최근에는 터널이나, 댐, 원자력발전소 등의 대형구조물에도 적용하여 균열 등의 결함을 검사하는데 사용되고 있다.

하지만 이러한 CCD/CMOS카메라를 이용한 검사방법의 분해능과 측정값 오차는 이미지센서의 해상도에 좌우되는데, 제품의 정밀 검사나 대형 제품의 검사, 대형구조물의 균열검사 등에 이용하기에는 현재 개발되는 에이리어 스캔방식 이미지센서의 해상도는 한계를 가지고 있다.

종래 기술에서는 대형구조물이나 제품의 미세결함 검출 분야에서 상기 해상도의 한계점 때문에, 에이리어 스캔방식의 CCD/CMOS 카메라를 이용하여 검사영역을 나눠서 촬영한 후 이미지를 합성하거나, 라인 스캔(Linear CCD/CMOS)카메라를 이동시키면서 촬영하여 이미지를 얻어낸다.

한편, 이해를 돕기 위해 촬상소자의 기본적 특성을 기술하면, 상기 에이리어 스캔방식 카메라에 사용되는 촬상소자는 디지털카메라에 촬영을 위해 장착되며, 소자 구성 방법에 따라 IT-CCD 방식과, FT-CCD 방식, 및 FIT-CCD 방식으로 나눌 수 있으며, 이중 IT-CCD방식이 대부분의 카메라에 사용되고 있는 것으로 보통 CCD라고 하면 이 타입을 가리키는 것이다.

상기 IT-CCD(Interline Transfer - Charge Coupled Device)는 도 2에 도시한 바와 같이 반도체 기판 위에 2차원으로 배열된 포토다이오드(102)에서 입사된 빛에 의하여 생성되고, 축적되어 형성된 전하상을 전달 게이트를 통하여 각 포토다이오드(102)에 대응하는 수직전송 CCD(103)와 각 수직전송 CCD에 대응하는 수평전송 CCD(104)를 통하여 출력 회로(105)로 순차적으로 이송시켜 신호 전압 형태로 변환하여 화상 정보를 출력시키는 장치이다.

미설명 도면부호 107은 감광부이다.

상기 라인 스캔 카메라는 리니어 CCD/CMOS를 장착한 카메라이고, 리니어 CCD 는 IT-CCD의 한 열만을 취한 형태로 도 4에 도시한 바와 같이 1열 또는 2,3열의 포토다이오드(108)가 각 축에 길게 배열된 것(예, 해상도8000픽셀×1픽셀)으로, 2차원의 촬상소자에 비해 1라인의 화소수를 크게 할 수 있어 카메라에 장착하여 복사기 또는 스캐너가 문서를 스캔하듯이 카메라를 진행시키면서 또는 검사대상이 일정속도로 움직이면서 영상을 취득하는 장치이다.

도 4의 미설명 도면부호 109는 출력버퍼, 110은 보상출력버퍼, 111은 CCD 아날로그 시프트 레지스터 1, 112은 CCD 아날로그 시프트 레지스터 2, 113은 시프트 게이트이다.

그러나, 상기 두가지 방식의 카메라를 이용한 종래 검사기술의 문제점을 살펴보면, 에이리어 스캔방식의 카메라를 응용한 경우 현재기술로 에이리어 CCD/CMOS 카메라가 가질 수 있는 최대 해상도는 1000~1500만 화소정도이나, 제품의 정밀 검사나 대형구조물 즉 댐이나 터널 등의 균열을 검사하는데 사용하기에는 한계가 있고, 하나의 카메라가 가진 최대 해상도를 극복하기 위해 검사 화면의 영역을 분할 촬영하면서 합성기술과 분할촬영을 위한 카메라 자세제어에 대한 고려와 왜곡발생을 해결해야 하는 문제가 있다.

또한, 상기 라인 스캔방식 카메라의 경우는 일축으로 많은 해상도를 가질수 있는 장점이 있으나, 복사기나 스캐너와 같은 장치에만 적용되고 있고, 머신비전에서 제품이 카메라 촬영부분을 등속도로 이동하여 지나가야 하며, 원거리 촬영을 할 경우에는 적합하지 않다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 리니어 촬상소자의 특성을 에어리어 스캔방식 카메라에 적용시켜, 즉 카메라 내부에 리니어 촬상소자를 장착하고, 그 위치를 화소크기만큼씩 이동하면서 카메라의 화각영역의 화상을 획득할 수 있어 대형 구조물의 영상처리를 이용한 표면 결함 계측이나 영상처리를 이용한 제품검사의 미세 결함 검출, 위성카메라 등의 고해상도를 요구하는 영상 분야에 응용할 수 있으며, 기존 에어리어 스캔방식의 해상도 부분의 한계점을 극복할 수 있도록 한 고해상도 카메라 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고해상도 카메라 장치에 있어서,

전단에 렌즈가 장착된 카메라본체와; 상기 카메라본체의 내부에 설치된 가이드레일과; 상기 가이드레일을 따라 좌우로 이동가능하게 설치된 리니어 촬상소자와; 상기 리니어 촬상소자를 구동하기 위해 가이드레일에 설치된 마이크로 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 가이드레일은 리니어 촬상소자의 상단부와 하단부에 각각 연결되도록 상기 카메라본체 내부에 평행하게 설치된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 마이크로 모터는 벨트를 통해 상기 리니어 촬상소자와 연결되어 구동력이 전달되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

도 7은 일반 카메라 내부에 장착한 본 발명에 따른 리니어 촬상소자의 실시예를 나타내는 평면도이고, 도 8는 도 7의 B-B’선을 따라 취한 단면도이다.

종래의 에이리어 스캔 방식의 카메라(100)는 도 6에 도시한 바와 같이 가로 세로 방향으로 일정한 면적을 갖는 에어리어 스캔 CCD/CMOS 소자(101)에 다수의 포토다이오드가 장착되어 빛을 감지한다.

그러나, 상기 에이리어 스캔방식의 촬상소자를 고해상도로 개발하는 것은 더 많은 포토다이오드를 배열해야 되는 기술적 문제와 신호처리 문제 등으로 현재 대형구조물 표면결함검사나 제품의 정밀검사를 위한 해상도를 만족시키기에는 여러가지 한계점을 갖고 있다.

본 발명은 종래의 에이리어 스캔 방식의 CCD/CMOS 카메라가 갖는 해상도의 한계점을 극복하기 위해 카메라에 리니어 촬상소자(10)를 장착하여, 초고해상도를 가질 수 있을 뿐만 아니라 원거리에서도 촬영할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명에 따른 카메라는 카메라본체(11)와, 본체 전방에 빛을 모아주는 렌즈(12)와, 본체 내부에 설치된 리니어 촬상소자(10)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 카메라본체(11)는 동영상이나 정지된 화면을 포함하여 모든 영상을 담을 수 있고 일정거리 이상에서 촬영이 가능한 일반적인 형태를 갖고 있다.

상기 본체(11)의 전단에는 피사체를 촬영하기 위한 렌즈(12)가 설치되어 있고, 본체(11) 내부에는 렌즈(12)를 통해 입사된 빛을 받아들이기 위한 리니어 촬상소자(10)는 일축 또는 2축, 3축에 다수의 포토다이오드가 장착되어 빛을 감지할 수 있고, 감지된 빛의 양에 따라 변화되는 전기신호를 아날로그/디지털 변환기에 의해 아날로그 영상신호로 변환할 수 있는 것이면 어떤 촬상소자이든 가능하다.

상기 리니어 촬상소자(10)는 도 8에 도시한 바와 같이 본체 내부에 설치된 가이드레일(13)에 수직방향으로 설치되어, 가이드레일(13)을 따라 화소크기만큼씩 이동하면서 화상을 획득하여 합성한다.

상기 가이드레일(13)은 본체(11) 내부에 수평방향으로 평행하게 설치되고, 가이드레일(13)의 상단부와 하단부에는 리니어 촬상소자(10)가 전방으로 이탈되는 것을 방지하는 고정자가 일체로 형성되고, 리니어 촬상소자(10)의 상단부와(또는) 하단부는 마이크로모터(14)와 벨트로 연결되어 구동되게 된다.

이때, 상기 가이드레일(13)은 원하는 길이만큼 설치할 수 있고, 상기 마이크로모터(14)는 가이드레일(13)에 설치되되, 리니어 촬상소자(10)와 연결이 용이한 곳에 배치한다.

또한, 상기 마이크로모터(14)는 리니어 촬상소자(10)를 화소크기만큼씩 정밀하게 이동시킬 수 있어야 하고, 정회전/역회전이 가능하며, 속도를 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명의 고해상도 카메라 장치는 리니어 촬상소자(10)가 카메라 내부에 설치된 가이드 레일(13)을 따라 좌측 또는 우측으로 화소크기만큼씩 이동함으로써, 그 이동방향으로 움직인 거리가 전체 이미지 한변의 픽셀크기가 된다. 즉, 리니어 촬상소자(10)의 화소를 늘리는 것이 한정되더라도 가이드레일(13)의 길이를 늘리게 되면 원하는 만큼의 화소수로 증대시킬수도 있으며, 카메라 내부에서 이러 한 이동촬상이 이루어지므로 렌즈 배율 조정만으로 어떠한 원거리에서도 촬영이 가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 고해상도 카메라 장치에 의하면, 리니어 촬상 소자가 카메라 내부에 설치된 가이드 레일을 따라 좌우로 화소크기만큼씩 이동함으로써, 가로 및 세로방향으로 일정한 면적에 장착된 포토다이오드에 의해 감광하는 에어리어 스캔 방식 카메라의 해상도의 한계를 극복하여, 대형 구조물의 영상처리를 이용한 표면 결함 계측이나 영상처리를 이용한 제품검사의 미세 결함 검출, 위성카메라 등의 고해상도를 요구하는 영상 분야에 응용할 수 있다.

Claims (3)

1. 고해상도 카메라 장치에 있어서,

   전단에 렌즈가 장착된 카메라본체(11)와;

   상기 카메라본체의 내부에 설치된 가이드레일(13)과;

   상기 가이드레일을 따라 좌우로 이동가능하게 설치된 리니어 촬상소자(10)와;

   상기 리니어 촬상소자를 구동하기 위해 가이드레일에 설치된 마이크로 모터(14);

   를 포함하여 구성되며,

   상기 가이드레일(13)은 리니어 촬상소자(10)의 상단부와 하단부에 각각 연결되도록 상기 카메라본체(10) 내부에 평행하게 설치되며,

   상기 마이크로 모터(14)는 벨트를 통해 상기 리니어 촬상소자(10)와 연결되어 구동력이 전달되는 것을 특징으로 하는 고해상도 카메라 장치.
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