KR101047277B1 - 씨씨디 카메라로 얻은 이미지 영상 신호 보정 방법 및 그 장치 - Google Patents

씨씨디 카메라로 얻은 이미지 영상 신호 보정 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CCD 카메라로 얻은 이미지 영상 신호 보정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 곡물 색채선별시스템에서 CCD 카메라(이미지 센서)로 피사체(곡물 또는 곡립)를 라인 스캔하여 얻은 영상 이미지는 CCD 카메라의 렌즈 구조상 원(原) 신호가 왜곡된 아날로그 신호이므로, 본 발명에서는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 다음 왜곡된 신호를 평탄하게 보정하여 곡물의 양불 판정을 보다 확실하게 달성할 수 있도록 한 것이다.
Figure 112009037145047-pat00001
CCD 카메라, 원 신호, 왜곡, 보정신호, 곱셈기, 누산기, 색채선별, 이미지

Description

씨씨디 카메라로 얻은 이미지 영상 신호 보정 방법 및 그 장치{CORRECTION METHOD FOR IMAGE DISTORTION AND CORRECTION DEVICE THEREBY OF CCD CAMERA}
본 발명은 CCD 카메라로 얻은 이미지 영상 신호 보정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 상세하게는 곡물 색채선별 시스템에서 CCD 카메라(이미지 센서)로 피사체를 라인 스캔하여 얻은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 다음 왜곡된 신호를 평탄하게 보정하여 곡물의 양불 판정을 보다 확실하게 할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 곡물 색채선별기는 낙하 배출되는 쌀ㆍ현미ㆍ찹쌀ㆍ흑미ㆍ기장ㆍ보리ㆍ밀ㆍ콩 등의 곡물에 포함된 불량품(이물질을 포함한다), 이를테면 불량 곡물, 뉘, 야끼, 풀씨, 검불, 착색립 등을 판별해 분리하는 RPC(Rice Processing Complex) 기기로, 곡물의 곡립(穀粒)을 이미지 촬영한 후 색채 및/또는 명암 판별을 통해 양품과 불량품으로 구분한 다음 불량품은 고압공기를 순간적으로 분사시켜 분리 제거함으로써 양품과 불량품으로 선별처리하게된다.
도 1은 곡물 색채선별기의 개략도를 도시한 것으로, ①은 선별 대상 곡물이 투입되는 호퍼(Hopper)이고, ②는 호퍼로부터 배출되는 곡물을 슈트로 이송하기 위한 공급장치(Feeder)이고, ③은 공급장치로부터 이송되는 곡물을 일정한 경로로 자유 낙하시키는 슈트(Chute)이며, ④는 빛에 의한 곡물의 투과/반사를 이용한 성분 및 불량 여부 분석을 위한 기본 광량을 제공하는 광원부(Lamp)이며, ⑤는 양품과 불량품을 판별할 수 있게 영상을 획득하는 고속 라인 스캔 카메라(CCD Camera)이며, ⑥은 카메라에 의해 획득된 영상을 처리하는 제어부(Control)이며, ⑦은 고압 압축 공기를 이용하여 불량품을 분리 제거하는 이젝터(Ejector)이며, ⑧은 양품과 불량품을 분리 저장하는 저장부(Receptacle)이며, ⑨는 전체 시스템을 제어(곡물, 운전조건, 환경)하는 메인제어부(Main Control Part)를 도시한 것으로, 호퍼(Hopper)에 투입된 곡립이 경사진 슈트(Chute)를 따라 하강하면 고속 라인 스캔 카메라로 영상 이미지를 획득한 다음 제어부에서 불량으로 판정된 불량품은 이젝터에 의해 순간적으로 분사되는 고압공기에 의해 분리 제거된다.
한편, 곡물 색채선별에 사용되는 카메라의 신호 보정에는 CCD 라인 스캔 카메라에서 XXX Bit의 원(原)신호를 받으면 카메라 렌즈의 왜곡(원근 효과 등)으로 인하여 도 2와 같이 신호의 왜곡 현상이 발생하며, 상기 왜곡된 신호의 데이터를 가지고 영상신호를 처리하면 신호처리에 많은 제약이 따른다. 이를 보완하기 위하여 영상신호의 보정을 필요로 한다.
상기 CCD 센서는 제어회로의 소형 집적화 기술과 DSP, 마이크로 프로세서, 메모리 및 주변 회로의 고집적, 저전력, 소형화 추세에 힘입어 기존에 별개의 장치로 구성되었던 영상 처리 시스템을 하나의 장치로 구현하는 것이 가능해졌으며, 일반인들도 손쉽게 사용할 수 있는 다양한 형태의 디지털 카메라의 제조가 가능해졌다.
특히, CMOS 공정 기반의 이미지 센서의 꾸준한 품질 개선과 해상도의 증가가 이루어짐에 따라 저가의 디지털 카메라를 구현하는 것이 가능해졌으며, CMOS 이미지 센서 고유의 특성에 의해 소형화 추세는 더욱 증대될 것으로 보인다. 이러한 추세는 최근의 PDA, 휴대폰, 태블릿 PC, 스마트폰 등 휴대형 정보 단말의 사용자 층의 확대, 유무선 통신망의 확충과 맞물려 내장형 디지털 카메라의 증가로 나타나고 있으며, 곡물의 색채선별기에도 적용 및 응용되고 있다.
한편, 평면의 표면 수직 벡터에 대해 카메라의 시선 방향이 평행이 되지 않는 경우, 일반적으로 원근 효과(perspective effect)가 발생하게 되며, 원근 효과에 의해 평면에 담겨져 있는 패턴의 기하학적 성질이 변하게 된다. 원근 효과가 발생하는 경우에 원영상(original image)은 사영 변환(projective transform)에 의해 모델링이 가능하며, 이 때 적용할 수 있는 기하학적 불변성(geometric invariance)은 cross ratio, concurrency, collinearity 정도이다.
본 발명은 곡물 색채선별 시스템에서 CCD 카메라(이미지 센서)로 피사체를 라인 스캔하여 얻은 아날로그 영상 이미지 신호를 디지털 영상 이미지 신호로 변환한 다음 왜곡된 신호를 평탄하게 보정하여 곡물의 양불 판정을 보다 확실하게 달성할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 왜곡신호를 보정하는 CCD 카메라로 얻은 이미지 영상 신호 보정장치를 제공함에 특징이 있다.
본 발명은 피사체인 선별 대상 곡물을 촬상하는 카메라와, 상기 카메라로 촬상된 피사체의 영상을 고속으로 라인 스캔하여 영상 이미지를 획득하는 CCD 센서와, 상기 CCD 센서로 획득한 아날로그 신호의 영상 이미지를 디지털 신호의 영상 이미지로 변환하는 A/D컨버터와, 상기 디지털 영상 이미지 신호를 영상처리하는 영상처리장치와, 상기 영상처리장치가 영상처리할 때 연산하는 연산장치로 구성된다.
또한 본 발명은 원(原)신호, 이를테면 고속 라인 스캔 CCD 카메라로 촬상 획득된 피사체(곡물)의 영상 이미지 신호가 입력되는 단계, A/D컨버터를 이용하여 영상 이미지 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 영상처리장치와 연산장치를 이용하여 디지털 이미지 영상신호를 보정 및 연산하는 단계, 보정된 신호를 출력하는 단계로 된다.
본 발명은 카메라 렌즈의 왜곡으로부터 발생되는 영상 신호를 왜곡없이 보정하여 색채선별기로 곡물의 양불을 확실하게 선별할 수 있게 되므로 선별율이 크게 향상되는 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.
본 발명에서 설명의 편의상 영상 이미지 보정 대상으로 색채선별에 응용되는 곡물(곡립)의 이미지 영상 보정을 그 예로 든다.
도 4은 본 발명 일 예로 도시한 회로 블럭도로, 피사체인 선별 대상 곡물을 촬상하는 카메라(10)와, 상기 카메라(10)로 촬상된 피사체의 영상을 고속으로 라인 스캔하여 영상 이미지를 획득하는 CCD 센서(20)와, 상기 CCD 센서(20)로 획득한 아날로그 신호의 영상 이미지를 디지털 신호의 영상 이미지로 변환하는 A/D컨버터(30)와, 상기 디지털 영상 이미지 신호를 영상처리하는 영상처리장치(40)와, 상 기 영상처리장치(40)가 영상처리할 때 연산하는 연산장치(50)로 구성된다.
도 5는 본 발명 일 예로 도시한 순서도로, 원(原)신호, 이를테면 고속 라인 스캔 CCD 카메라로 촬상 획득된 피사체(곡물)의 영상 이미지 신호가 입력되는 단계(S1 단계), A/D컨버터를 이용하여 영상 이미지 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계(S2 단계), 영상처리장치와 연산장치를 이용하여 디지털 이미지 영상신호를 보정 및 연산하는 단계(S3 단계), 보정된 신호를 출력하는 단계(S4 단계), 로 된다.
한편, 곡물 색채선별에 사용되는 카메라의 신호 보정에는 CCD 라인 스캔 카메라에서 XXX Bit의 원(原)신호를 받으면 카메라 렌즈의 왜곡현상으로 인하여 도 2와 같이 신호의 왜곡현상이 발생하며, 상기 왜곡된 신호의 데이터를 가지고 영상신호를 처리하면 신호처리에 많은 제약이 따른다.
따라서 본 발명에서는 이를 보완하기 위하여 카메라로 획득된 원(原)신호를 디지털 신호로 변환한 다음 영상처리장치와 연산장치를 이용하여 기준값과 비교 연산하는 방법으로 신호 보정하고, 보정된 신호를 출력시켜 불량으로 판정된 곡물을 선별 제거할 수 있게된다.
도 6은 원(原)신호를 디지털 신호로 변환한 다음 비교 연산하여 보정하는 영상처리장치의 신호 처리과정을 도시한 것이다.
상기 신호 보정 방법으로는, A/D 컨버터에 의해 디지털 신호로 변환된 XXX Bit의 신호를 다음 식(1)과 같이 연산처리하면 보정된 신호가 얻어진다.
XXX Bit 보정신호 = 최대값 × 기준 값 / 원 신호 ----------------- 식(1)
상기 XXX Bit의 보정신호(16bit(2XXX))를 메모리(RAM)에 저장하였다가 다음 식(2)와 같이 곱셈기(X)를 이용하여 변환된 원(原)신호(10bit(XXX))와 곱한 다음 누산기(Y)로 보정된 신호(26bit(ttt)/YYY bit)를 출력하게된다. 상기 누산기(Y)는 상기 곱셈기(X)의 출력을 누산시켜 출력한다.
상기 메모리(RAM)는 클럭주파수를 이용하여 주소를 생성하고, 다른 메모리에(RAM)에는 원(原)신호(10bit(XXX))와 보정신호(16bit(2XXX))의 데이터가 저장되고, 기준값이 입력 및 저장되며 독출되어 신호처리에 사용된다.
XXX Bit 보정된 신호 = 보정신호 × 원신호 / 최대값 --------------- 식(2)
이때 최대값은 XXX Bit가 가질 수 있는 최대값을 의미하며, 원(原)신호는 CCD 라인 스캔 카메라에서 들어오는 원래의 신호를 의미하며, 기준값은 사용자가 원하는 특정값으로 보정된 신호의 값이 된다.
물론, 원(原)신호가 변하면 보정된 신호도 같은 비율로 변하게 된다.
이때 주의점은 기준값이 원신호의 최소점을 넘을 수 없다. 기준값이 원신호의 최소점을 넘으면 신호의 오버플로어 현상으로 보정신호가 틀어지는 현상이 발생하기 때문이다.
XXX Bit로 보정된 신호(26bit(ttt)/YYY bit)는 누산기(Y)를 통하여 출력되며, 상기 출력신호는 색채선별기의 이젝터를 순간적으로 동작시켜 불량으로 판정된 곡물을 고압분사시키는 방법으로 양품과 분리 제거시키게 된다.
본 발명은 카메라 렌즈의 왜곡(주로 원근 효과)으로 인하여 발생하는 신호 왜곡현상이 제거되며, 도 3과 같이 보정된 신호로 영상 처리를 하게 되므로 효율적인 데이터 처리가 가능해진다.
본 발명 영상처리 및 연산에 사용된 FPGA(Field Programmable Gate Array)는 프로그래머블 논리 요소와 프로그래밍가능 내부선이 포함된 반도체 소자이며, 프로그래머블 논리 요소는 AND, OR, XOR, NOT, 더 복잡한 디코더나 계산기능의 조합 기능같은 기본적인 논리 게이트의 기능을 복재하여 프로그래밍할 수 있으며, 간단한 플립플롭이나 더 완벽한 메모리 블록으로 된 메모리 요소도 포함하고 있으며, 오류수정을 현장에서 재프로그램할 수 있고, 초기 개발비가 저렴하다는 장점이 있다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
도 1 : 곡물 색채선별기의 구성도.
도 2 : 본 발명 보정안된 신호.
도 3 : 본 발명에서 보정된 신호.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 회로블럭도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 신호보정 순서도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 신호 처리과정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(10)--카메라
(20)--CCD 센서
(30)--A/D컨버터
(40)--영상처리장치
(50)--연산장치

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 영상 이미지 신호 보정 방법에 있어서 ;
    고속 라인 스캔 CCD 카메라로 촬상된 영상 이미지 신호를 A/D컨버터를 이용하여 디지털 영상 이미지 신호로 변환시킨 XXX Bit의 영상 이미지 신호를 식(1)과 같이 연산처리하고,
    XXX Bit 보정신호 = 최대값(XXX Bit가 가질 수 있는 최대값) × 기준 값(사용자가 원하는 특정값으로 보정된 신호의 값) / 원 신호 ----------------- 식(1)
    상기 XXX Bit의 보정신호를 식(2)와 연산처리하여 보정하고,
    XXX Bit 보정된 신호 = 식(1)의 XXX Bit 보정신호 × 원신호 / 최대값(XXX Bit가 가질 수 있는 최대값) -------------- 식(2)
    상기 식(2)의 XXX Bit 보정된 신호는 누산 출력하도록 함을 특징으로 하는 CCD 카메라로 얻은 이미지 영상 신호 보정 방법.
  3. 삭제
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