KR101109695B1 - 고속 오토 포커스 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

고속 오토 포커스 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속 오토 포커스 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 피사체를 촬영하는 복수의 카메라를 통해 촬영된 영상을 처리하는 카메라부, 카메라의 촬상면과 관심영역(Area of Interest)의 깊이 정보를 산출하는 스테레오 정합부, 관심영역에 대한 깊이 정보의 분포를 나타내는 히스토그램을 생성하는 히스토그램 생성부 및 히스토그램 생성부에서 생성된 히스토그램에서 가장 개수가 많은 깊이 정보를 최종 깊이 정보로 결정하고, 결정된 최종 깊이 정보에 대한 룩업테이블을 참조하여 초점 거리를 결정하며, 초점 거리에 따른 모터를 구동하여 카메라의 초점을 각각 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고속 오토 포커스 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL SPEED AUTO FOCUS}
본 발명은 고속 오토 포커스 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 오토 포커스(Auto Focus, AF) 방식은 영상에서 에지(Edge) 등의 고주파 성분의 정보를 추출하여 렌즈의 초점 거리 위치를 단계적으로 제어하는 방식이 일반적으로 많이 사용하고 있다. 그러나, 이러한 기존 방법은 시행착오(Trial and Error)방식으로 복잡한 알고리즘과 속도 저하의 단점을 지니고 있다.
예컨대, 도 1은 종래의 영상 처리에 의한 고역 정보 추출 방식의 자동 초점(AF) 제어에 대한 예를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 고역 정보 추출 방식은 비포커싱 영역(De-focusing area)에서 단계적으로 초점 거리가 늘어나다가 짧은 구간의 포커싱 매치 포인트(Focusing mach point)를 지나면 다시 비포커싱 영역으로 들어가게 된다. 따라서, 자동 초점 조절 방식이 좋은 성능을 갖기 위해서는 다양한 환경에서도 초점이 맞는 위치에서 고역 정보를 추출할 수 있도록 초점 곡선이 예리함을 가지고 있어야 하며, 잡음으로 인해 생길 수 있는 최대 값으로 렌즈가 불안정한 동작을 하지 않도록 해야 한다
그래서, 종래의 자동 초점 조절 방식에서는 영상의 초점을 자동적으로 정확하게 측정하기 위해 이산 퓨리에 변환(Discrete fourier Transform, DFT)을 이용하여 공간 주파수의 분포에 관한 정보를 얻고 파워 스펙트럼(Spectrum)에서 고주파 에너지를 최대화하는 알고리즘을 사용하고 있다. 그러나 이러한 종래의 자동 초점 조절 방식은 비교적 정확한 주파수 분포를 알 수 있어 정확도 측면에서 뛰어난 반면, 공간 주파수 분포를 알아내기 위해 프레임 버퍼(Frame butter)가 필요하고, 복잡한 연산을 거쳐야 함으로써 초점 제어 속도의 저하가 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 스테레오 비전 시스템을 이용하여 최적 초점 거리를 매 프레임(Frame) 추출함으로써 초고속 초점 제어 및 헌팅(Hunting)을 저감할 수 있는 고속 오토 포커스 제어 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 장치는,
피사체를 촬영하는 복수의 카메라를 통해 촬영된 영상을 처리하는 카메라부; 상기 카메라의 촬상면과 관심영역(Area of Interest)의 깊이 정보를 산출하는 스테레오 정합부; 상기 관심영역에 대한 깊이 정보의 분포를 나타내는 히스토그램을 생성하는 히스토그램 생성부; 및 상기 히스토그램 생성부에서 생성된 히스토그램에서 가장 개수가 많은 깊이 정보를 최종 깊이 정보로 결정하고, 상기 결정된 최종 깊이 정보에 대한 룩업테이블을 참조하여 초점 거리를 결정하고, 상기 초점 거리에 따른 모터를 구동하여 상기 카메라의 초점을 각각 조절하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 룩업테이블은 촬영된 영상의 깊이 정보에 대응하는 초점 거리를 포함하며, 상기 룩업테이블은 상기 카메라의 캘리브레이션을 통해 미리 설정될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 깊이 정보와 줌 제어 파라미터 중 적어도 하나를 이용한 2차원 룩업테이블을 참조하여 상기 초점 거리를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 히스토그램에서 가장 개수가 많은 깊이 정보를 상기 최종 깊이 정보로 결정 할 수 있다.
또한, 상기 깊이 정보는 상기 카메라의 촬상면과 상기 피사체간의 절대적 거리 정보인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 오토 포커스 제어 장치가 스테레오 비전 시스템을 이용한 오토 포커스 제어를 수행하는 방법은,
a) 복수의 카메라에서 촬영된 관심 영역(Area of Interest)에 대한 깊이 정보를 산출하는 단계; b) 상기 깊이 정보에 기초하여 상기 관심영역에 대한 깊이 정보의 분포를 나타내는 히스토그램을 생성하는 단계; c) 상기 히스토그램을 참조하여 최종 깊이 정보 결정하고, 룩업테이블을 통해 상기 최종 깊이 정보에 대응하는 초점 거리를 획득하는 단계; 및 d) 상기 초점 거리에 따른 상기 관심영역(AOI)에 대한 초점을 조절하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 카메라의 줌 렌즈가 가변 되는 단계; 변경된 깊이 정보와 줌 제어 파라미터 중 적어도 하나를 이용한 2차원 룩업테이블을 참조하여 변경된 초점 거리를 결정하는 단계; 및 상기 변경된 초점 거리 정보를 이용하여 각각 줌 렌즈에 연결되어 있는 모터를 구동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는 상기 히스토그램의 깊이 정보의 분포에서 가장 개수가 많은 깊이 정보를 상기 최종 깊이 정보로 결정할 수 있다.
전술한 구성에 의하여 본 발명의 실시예에 따르면, 고속 오토 포커스 제어 장치가 관심영역(AOI)에 대한 스테레오 정합을 수행하고, 관심영역의 깊이 정보에 대한 룩업테이블을 참조하여 매프레임(Frame)마다의 초점 파라미터를 출하여 초점을 제어함으로써 복잡한 알고리즘을 배제한 초고속 초점 제어 및 헌팅(Hunting)을 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고속 오토 포커스 제어 장치가 2차원 룩업테이블(LUT)의 깊이 정보와 줌 제어 요소를 이용하여 초점 거리를 알 수 있으며, 그 초점 거리에 따른 모터를 제어함으로써 사용자의 줌 렌즈 조작 상황에서도 카메라에 대한 오토 포커스를 고속으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 영상 처리에 의한 고역 정보 추출 방식의 자동 초점(AF) 제어에 대한 예를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 정합부에서 계산한 깊이 정보 맵을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관심영역(AOI)의 깊이 정보에 따른 히스토그램을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 룩업테이블을 도식화한 그래프를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 룩업테이블(LUT)에 대한 예시 그래프를 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 이하의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 설명하는데 도움이 되지 않는다고 판단되는 공지의 기능 및 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 장치(100)는 카메라부(110), 스테레오 정합부(120), 히스토그램 생성부(130), 룩업테이블부(140) 및 제어부(150)를 포함한다. 카메라부(110)는 피사체를 촬영하는 복수의 카메라(111)와 촬영된 영상을 처리하여 이미지 또는 입체영상으로 출력하는 영상 신호 처리부(112)를 포함한다. 카메라부(110)는 3D(입체) 카메라 시스템일 수 있다. 이하, 설명의 편의상 카메라부(110)가 2개의 카메라(111)로 구성된 것으로 가정하여 설명하겠으나 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않으며 2대를 초과하는 개수의 카메라를 더 포함하여 구성할 수도 있다. 스테레오 정합부(120)는 카메라(111)의 촬상면과 관심영역(Area of Interest, AOI)과의 절대 거리 값을 알 수 있는 깊이 정보 맵(Depth map 또는 Disparity Map)을 산출한다. 상기 관심영역(AOI)은 피사체의 위치와 크기에 따른 이미지 영역을 의미할 수 있다. 여기서, 상기 도 2에서는 생략되었으나 복수의 카메라(111)에서 영상 신호 처리부(112)로 전달되는 영상(이미지)정보를 추출하여 스테레오 정합부(120)로 전달하는 영상 정보 추출수단을 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 정합부에서 계산한 깊이 정보 맵을 나타낸다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 정합부(120)는 이격 장착된 복수의 카메라(111)에서 서로 다르게 촬영되는 영상의 양안시차 특성을 이용하여 우측 카메라가 촬영한 영상 내의 특정 위치에 있는 관심영역(AOI)이 좌측 카메라가 촬영한 영상에서는 어느 위치에 있는지 검출한다. 그리고, 스테레오 정합을 통해 두 위치 간의 차이인 깊이 정보 맵(Disparity Map)을 산출한다. 여기서, 상기 스테레오 정합의 산출물인 깊이 정보는 카메라(111)의 촬상면과 피사체간의 절대적 거리 정보이다. 히스토그램 생성부(130)는 스테레오 정합을 통해 산출되는 상기 깊이 정보 맵에 기초하여 관심영역(AOI)에 대한 깊이 정보의 분포를 나타내는 히스토그램을 생성한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관심영역(AOI)의 깊이 정보에 따른 히스토그램을 나타낸다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히스토그램을 통한 깊이 정보에 대한 분포 특징을 보여준다. 상기 히스토그램은 스테레오 정합을 이용하여 산출된 관심영역(AOI)에 대한 최종 깊이 정보를 결정하는데 참조된다. 깊이 정보를 결정함에 있어서 이미지의 노이즈 등에 대한 이유로 같은 피사체일지라도 깊이 정보가 균일하게 나오지 않는 문제점이 유발할 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에 따른 히스토그램 생성부(130)는 관심영역의 깊이 정보에 대한 히스토그램을 생성하고, 생성되는 상기 히스토그램을 토대로 가장 개수가 많은 깊이(Depth)를 사용하도록 함으로써 몇몇 잘못된 깊이 정보에 의한 오류를 최소화 할 수 있는 이점이 있다. 룩업테이블부(140)는 관심영역(AOI)에 대한 최종 깊이 정보가 결정되면, 그에 깊이 정보에 대응하는 초점 거리(Focal Length)를 제공한다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 룩업테이블을 도식화한 그래프를 나타낸다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 룩업테이블부(140)는 미리 설정된 룩업테이블(Look Up Table, LUT)을 포함하며, 촬영된 영상의 깊이 정보에 대응하는 초점 거리(Focal Length)를 확인할 수 있도록 한다. 이러한 룩업테이블(LUT)은 카메라의 캘리브레이션(Calibration)을 통하여 계산될 수 있다. 제어부(150)는 본 발명의 실시예에 따른 고속 오토 포커스 제어 장치(100)의 운용을 위해 상기 각부의 동작을 제어하는 역할을 한다. 제어부(150)는 상기 히스토그램을 통해 최종 깊이 정보를 결정하고, 상기 깊이 정보 대한 룩업테이블(LUT)를 참조하며 매 프레임마다의 초점 파라미터를 추출하여 초점 거리(Focus Length)를 획득한다. 그리고, 제어부(150)는 획득되는 초점 거리에 따른 각 카메라(111)의 모터 제어하여 관심영역(AOI)에 대한 초점을 맞춘다. 상기 모터의 제어는 초점을 맞추기 위한 렌즈의 위치를 조절하기 위한 제어를 의미한다.
한편, 도 6을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고속 오토 포커스 제어 장치(100)는 카메라부(110)에서 복수의 카메라(111)를 이용하여 피사체를 촬영한다(S101). 고속 오토 포커스 제어 장치(100)는 복수의 카메라(111)에서 촬영된 영상 정보를 각각 추출하고, 스테레오 정합을 통해 카메라(111)의 촬상면과 관심영역(AOI)의 절대 거리 값을 알 수 있는 깊이 정보 맵(Disparity Map)을 산출한다(S102). 고속 오토 포커스 제어 장치(100)는 스테레오 정합을 통해 산출되는 상기 깊이 정보 맵에 기초하여 관심영역(AOI)에 대한 깊이 정보의 분포를 보여주는 히스토그램을 생성한다(S103). 고속 오토 포커스 제어 장치(100)는 상기 히스토그램을 참조하여 최종 깊이 정보 결정하고(S104), 룩업테이블을 통해 상기 최종 깊이 정보에 대응하는 초점 거리를 획득한다(S105). 고속 오토 포커스 제어 장치(100)는 상기 초점 거리에 따른 각 카메라(111)의 모터를 구동하여 관심영역(AOI)에 대한 초점을 제어(조절)한다(S106). 이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 고속 오토 포커스 제어 장치(100)가 관심영역(AOI)에 대한 스테레오 정합을 수행하고, 관심영역의 깊이 정보에 대한 룩업테이블을 참조하여 매프레임(Frame)마다의 초점 파라미터를 출하여 초점을 제어함으로써 복잡한 알고리즘을 배제한 초고속 초점 제어 및 헌팅(Hunting)을 저감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테레오 비전 시스템을 이용한 고속 오토 포커스 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 오토 포커스 제어 장치(100)는 상기 도 2를 통하여 설명된 구조와 동일하며, 다만 줌 제어 요소(160)가 추가된 점만 다르다. 여기서, 줌 제어 요소(160)는 상기 초점 거리에 상응하는 줌 렌즈의 위치를 조절할 수 있도록 상기 룩업테이블과 연관되는 줌 제어 파라미터(Zoom Control Parameter)를 포함한다. 사용자는 멀리 있는 피사체를 자세히 보고자 할 때 카메라의 줌 렌즈를 제어하게 된다. 이 때, 줌 렌즈 카메라의 오토 포커스(AF)를 고속으로 제어하기 위해 2차원 룩업테이블(LUT)을 사용한다. 2차원 룩업테이블(LUT)은 깊이 정보와 줌 제어 요소를 이용하여 초점 거리(Focal Length)를 알 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 룩업테이블(LUT)에 대한 예시 그래프를 나타낸다.
첨부된 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 오토 포커스 제어 장치(100)의 제어부(150)는 룩업테이블(LUT)에 의해 산출된 초점 거리(Focal Length) 정보를 이용하여 각각 줌 렌즈에 연결되어 있는 모터를 구동한다. 이로서, 본 발명의 실시예에 따르면 고속 오토 포커스 제어 장치(100)가 2차원 룩업테이블(LUT)의 깊이 정보와 줌 제어 요소를 이용하여 초점 거리를 알 수 있으며, 그 초점 거리에 따른 모터를 제어함으로써 사용자의 줌 렌즈 조작 상황에서도 카메라에 대한 오토 포커스를 고속으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 시스템(장치) 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 오토 포커스 제어 장치
110: 카메라부
120: 스테레오 정합부
130: 히스토그램 생성부
140: 룩업테이블부
150: 제어부
160: 줌 제어 요소

Claims (8)

  1. 피사체를 촬영하는 복수의 카메라를 통해 촬영된 영상을 처리하는 카메라부;
    상기 카메라의 촬상면과 관심영역(Area of Interest)의 깊이 정보를 산출하는 스테레오 정합부;
    상기 관심영역에 대한 깊이 정보의 분포를 나타내는 히스토그램을 생성하는 히스토그램 생성부; 및
    상기 히스토그램 생성부에서 생성된 히스토그램에서 가장 개수가 많은 깊이 정보를 최종 깊이 정보로 결정하고, 상기 결정된 최종 깊이 정보에 대한 룩업테이블을 참조하여 초점 거리를 결정하며, 상기 초점 거리에 따른 모터를 구동하여 상기 카메라의 초점을 각각 조절하는 제어부
    를 포함하는 오토 포커스 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 룩업테이블은, 촬영된 영상의 깊이 정보에 대응하는 초점 거리를 포함하며, 상기 룩업테이블은 상기 카메라의 캘리브레이션을 통해 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 깊이 정보와 줌 제어 파라미터 중 적어도 하나를 이용한 2차원 룩업테이블을 참조하여 상기 초점 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 깊이 정보는, 상기 카메라의 촬상면과 상기 피사체간의 절대적 거리 정보인 것을 특징으로 하는 오토 포커스 제어 장치.
  6. 오토 포커스 제어 장치가 스테레오 비전 시스템을 이용한 오토 포커스 제어를 수행하는 방법에 있어서.
    a) 복수의 카메라에서 촬영된 관심 영역(Area of Interest)에 대한 깊이 정보를 산출하는 단계;
    b) 상기 깊이 정보에 기초하여 상기 관심영역에 대한 깊이 정보의 분포를 나타내는 히스토그램을 생성하는 단계;
    c) 상기 히스토그램을 참조하여 최종 깊이 정보 결정하고, 룩업테이블을 통해 상기 최종 깊이 정보에 대응하는 초점 거리를 획득하는 단계; 및
    d) 상기 초점 거리에 따른 상기 관심영역(AOI)에 대한 초점을 조절하는 단계
    를 포함하는 오토 포커스 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    상기 카메라의 줌 렌즈가 가변 되는 단계;
    변경된 깊이 정보와 줌 제어 파라미터 중 적어도 하나를 이용한 2차원 룩업테이블을 참조하여 변경된 초점 거리를 결정하는 단계; 및
    상기 변경된 초점 거리 정보를 이용하여 각각 줌 렌즈에 연결되어 있는 모터를 구동하는 단계
    를 더 포함하는 오토 포커스 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 c) 단계는, 상기 히스토그램의 깊이 정보의 분포에서 가장 개수가 많은 깊이 정보를 상기 최종 깊이 정보로 결정하는 특징으로 하는 오토 포커스 제어 방법.
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