KR101158677B1 - 카메라를 이용한 전자 도서 스캐닝 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

전자 도서 스캐닝 시스템은 문서를 촬영하여, 문서에 대한 문서 영상을 획득하는 전자 도서 스캐닝 장치, 및 문서 영상의 왜곡을 보정하고, 보정된 문서 영상에서 문자 부분과 배경 부분을 분리하는 영상 변환 장치를 포함하고, 전자 도서 스캐닝 장치는 문서를 촬영하여 문서 영상을 획득하는 카메라, 문서와 카메라 사이에 위치하고, 문서의 전체 영역이 카메라에 의해 촬영될 수 있도록 문서를 축소하여 카메라에 제공하는 오목렌즈, 및 문서로 빛을 방출하는 LED 조명을 포함한다.

Description

카메라를 이용한 전자 도서 스캐닝 장치 및 시스템{EBOOK SCANNING APPRATUS AND SYSTEM USING CAMERA}

본 발명은 전자 도서 스캐닝 장치 및 시스템에 관한 것이다.

요한 구텐베르크가 활판 인쇄술을 발명한 1490년부터 종이책과 신문이 보급된지 560여년이 지나지만, 여전히 종이책이나 신문은 아날로그에서 벗어나질 못하고 있었다. 그런데 E-Ink가 개발되면서, 최근 E-Ink를 기반으로 한 전자책(ebook) 시장이 크게 확대되고 있다. 그런데 이를 뒷받침하는 콘텐츠를 아주 부족한 실정이며, 전자책 콘텐츠를 생성하는 데 필요한 소형 스캐닝 장치의 개발이나 보급도 부족한 실정이다.

개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 선명하고 가독성이 높은 전자 도서를 빠르고 편리하게 생성할 수 있게 하는 카메라를 이용한 전자 도서 스캐닝 장치 및 시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위해 개시된 기술의 제 1 측면은 문서를 촬영하여, 상기 문서에 대한 문서 영상을 획득하는 전자 도서 스캐닝 장치, 및 상기 문서 영상의 왜곡을 보정하고, 상기 보정된 문서 영상에서 문자 부분과 배경 부분을 분리하는 영상 변환 장치를 포함하고, 상기 전자 도서 스캐닝 장치는 상기 문서를 촬영하여 상기 문서 영상을 획득하는 카메라, 상기 문서와 상기 카메라 사이에 위치하고, 상기 문서의 전체 영역이 상기 카메라에 의해 촬영될 수 있도록 상기 문서를 축소하여 상기 카메라에 제공하는 오목렌즈, 및 상기 문서로 빛을 방출하는 LED 조명을 포함하는 전자 도서 스캐닝 시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위해 개시된 기술의 제 2 측면은 문서를 촬영하여 상기 문서에 대한 문서 영상을 생성하는 카메라, 상기 문서와 상기 카메라 사이에 위치하고, 상기 문서의 전체 영역이 상기 카메라에 의해 촬영될 수 있도록 상기 문서를 축소하여 상기 카메라에 제공하는 오목렌즈, 및 상기 문서로 빛을 방출하는 LED 조명부를 포함하는 전자 도서 스캐닝 장치를 제공하는 데 있다.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

일 실시예에 따른 전자 도서 스캐닝 장치 및 시스템은, 카메라가 문서 영역 전체를 한번에 촬영하여 문서 영상을 획득함으로써 신속하게 전자 도서를 스캐닝할 수 있게 하는 효과가 있다.

일 실시예에 따른 전자 도서 스캐닝 장치 및 시스템은, 문서 영상에서 렌즈에 의한 왜곡을 제거하고 문자 부분을 배경 부분과 분리하여 문서 영상을 선명하게 함으로써 가독성이 높은 전자 도서를 생성하는 효과가 있다.

일 실시예에 따른 전자 도서 스캐닝 장치 및 시스템은, 문서의 스캔하고자 하는 부분을 위로 향하게 한 상태에서 카메라를 통하여 문서를 촬영하여 문서 영상을 생성하므로, 직관적이고 편리하게 전자 도서를 생성할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 전자 도서 스캐닝 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자 도서 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 영상 변환 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 렌즈 왜곡을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 이진화되기 전의 문서 영상을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 이진화부에 의해 이진화된 후의 문서 영상을 나타내는 도면이다.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 전자 도서 스캐닝 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 전자 도서 스캐닝 시스템(100)은 전자 도서 스캐닝 장치(110) 및 영상 변환 장치(120)를 포함한다.

전자 도서 스캐닝 장치(110)는 문서를 촬영하여 문서 영상을 획득하고, 문서 영상을 영상 변환 장치(120)로 제공한다.

영상 변환 장치(120)는 전자 도서 스캐닝 장치(110)로부터 문서 영상을 수신하고, 문서 영상에 있는 왜곡을 제거하고, 문서 영상의 문자 부분과 배경 부분을 분리하여 문자 부분을 선명하게 한다. 영상 변환 장치(120)는 문서가 컬러 문서이거나 그림 문서이면, unsharp masking을 통하여 상기 보정된 문서 영상을 처리할 수 있다. 예를 들어, 영상 변환 장치(120)는 별도의 컴퓨터로 구현되며, 소프트웨어를 구동하여 문서 영상을 변환할 수 있다. 다른 예를 들어, 영상 변환 장치(120)는 전자 도서 스캐닝 장치(110)의 내부에 장착되며, 전자 도서 스캐닝 장치(110) 내에서 소프트웨어를 구동하여 문서 영상을 변환할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 전자 도서 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)는 전자 도서 스캐닝 장치(110)의 외관을 나타내고, 도 2의 (b)는 전자 도서 스캐닝 장치(110)의 내부 구성을 나타낸다. 도 2의 (b)를 참조하면, 전자 도서 스캐닝 장치(110)는 카메라(210), 오목 렌즈(220), LED 조명(230), 버튼(240), 반사 거울(250) 및 반투명막(260)을 포함한다.

카메라(210)는 문서의 영역 전체를 한번에 촬영하여 문서 영상을 획득한다. 여기에서, 카메라(210)는 문서 영상에 포함된 문자를 사용자가 읽을 수 있을 정도로 나타낼 수 있는 해상도를 가진다. 카메라(210)는 전자 도서 스캐닝 장치(110)의 상부에서 아래를 내려다보도록 설치된다. 그리고 문서는 전자 도서 스캐닝 장치(110)의 하단에서 위를 올려다보도록 놓이며, 정해진 위치에 받침대 위에 놓일 수도 있다.

오목 렌즈(220)는 카메라(210)와 문서 사이에 위치한다. 카메라(210)는 문서와 가까운 거리에 위치하므로, 카메라(210)에 내장된 렌즈로는 문서의 전체 영역에 대한 영상을 획득할 수 있을 만큼의 충분한 화각을 얻기 어렵다. 오목 렌즈(220)는 카메라가 문서 영역 전체를 한번에 촬영할 수 있도록 문서를 축소시켜서 카메라(210)에 제공하므로, 카메라(210)와 문서가 가깝더라도 문서의 모든 영역에 대하여 카메라(210)가 영상을 취득할 수 있도록 한다. 따라서 오목 렌즈(220)는 문서의 전체 영역이 카메라(210)에 의해 촬영될 수 있도록 하는 초점 거리를 가진다.

LED 조명(230)은 전자 도서 스캐닝 장치(110)의 상측 좌우에 설치되며, 문서가 어두어지는 것을 방지한다. LED 조명(230)은 문서에 빛을 직접 비추는 것이 아니라, 빛이 반투명막(260)을 통하여 문서를 비출 수 있도록 하여 문서에서 지나치게 밝게 빛이 반사되는 부분이 발생하지 않도록 한다.

버튼(240)은 사용자 입력에 반응하여 카메라(210)를 통하여 문서 영상 획득이 시작될 수 있도록 한다. 반사 거울(250)은 LED 조명(230)에서 나온 빛을 반사하여 빛이 문서로 전달될 수 있도록 한다.

도 3은 도 1에 도시된 영상 변환 장치를 나타내는 블록도이고, 도 4는 렌즈 왜곡을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 영상 변환 장치(120)는 영상 변환부(310) 및 이진화부(320)를 포함한다.

영상 변환부(310)는 문서 영상의 왜곡을 보정하여 보정된 문서 영상을 생성한다. 영상 변환부(310)는 카메라(210)에 내장된 렌즈에 의한 문서 영상의 왜곡 및 오목 렌즈(220)에 의한 문서 영상의 왜곡을 제거한다. 영상 변환부(310)는 테스트 패턴 영상(예를 들어, 격자 구조의 패턴 영상)에 따라 캘리브레이션(calibration)을 수행하여 렌즈 왜곡 파라미터를 생성한다. 여기에서, 렌즈 왜곡 파라미터는 격자 구조의 패턴 영상에 대하여 카메라(210)에 의해 획득된 영상이 직선에 가장 매칭되게 하는 파라미터에 해당한다. 영상 변환부(310)는 렌즈 왜곡 파라미터를 저장하고, 다음에 입력되는 문서 영상에 대하여 렌즈 왜곡 파라미터를 적용하여 보정을 수행함으로써 왜곡이 보정된 문서 영상을 생성한다.

도 4를 참조하면, 도 4의 (a)는 왜곡되지 않은 격자 구조의 패턴 영상을 나타내고, 도 4의 (b)는 격자 구조 패턴 영상의 배럴 왜곡(barrel distortion)을 나타내며, 도 4의 (c)는 격자 구조 패턴 영상의 핀쿠션 왜곡(pincushion distortion)을 나타낸다. 3차 근사(third order approximation)를 사용하면, 렌즈 왜곡은 다음의 수학식과 같이 모델링될 수 있다.

여기에서, (i,j)와 (i',j')은 각각 왜곡되지 않은 테스트 패턴 영상과 왜곡된 테스트 패턴 영상에서의 서로 대응되는 픽셀의 위치에 해당하고, (ic, jc)는 영상의 중심에 해당하며,

에 해당하고, κ는 렌즈 왜곡 파라미터에 해당한다.

따라서, 왜곡되지 않은 영상의 픽셀의 위치인 (i,j)와 왜곡된 영상의 픽셀의 위치인 (i',j')의 조합으로부터 렌즈 왜곡 파라미터를 계산할 수 있다. 그런데, 측정되는 픽셀의 위치는 오류가 있으므로, 연립방정식의 유일한 해를 구할 수 없다. 따라서 미지수의 개수보다 더 많은 대응되는 픽셀들의 위치 관계로부터 최소 자승법(least squares method)을 이용하여 최적의 렌즈 왜곡 파라미터를 구할 수 있다. 영상 변환부(310)는 생성된 렌즈 왜곡 파라미터에 따라 문서 영상을 변환하여, 보정된 문서 영상을 생성할 수 있다.

이진화부(320)는 각 픽셀에 대하여 주변 픽셀들의 정보에 기초하여 이진화 임계값을 결정한다. 예를 들어, 이진화부(320)는 각 픽셀들에 대하여 주변 영역 픽셀들의 평균과 표준편차 정보를 이용하여 적응적으로 이진화를 위한 임계값을 결정한다. 여기에서, 주변 영역은 r×r에 해당하고, 예를 들어, 3×3, 4×4, 5×5 중 어느 하나에 해당할 수 있다. 예를 들어, 이진화부(320)는 다음 수학식에 따라, 이진화 임계값을 결정할 수 있다.

여기에서, T(i,j)는 픽셀 (i,j)에 대한 이진화 임계값, m(i,j)는 픽셀 (i,j) 주변 영역 픽셀들의 평균값, σ(i,j)는 픽셀 (i,j) 주변 영역 픽셀들의 표준편차에 해당한다. λ는 이진화 임계값을 계산하기 위한 계수로서, 예를 들어, -2일 수 있다.

이진화부(320)는 각 픽셀에 대하여 임계값보다 작으면 문자 부분에 해당하므로 픽셀값 0을 할당하고, 임계값보다 크면 배경 부분에 해당하므로 픽셀값 255를 할당한다.

도 5는 이진화되기 전의 문서 영상을 나타내는 도면이고, 도 6은 이진화부(320)에 의해 이진화된 후의 문서 영상을 나타내는 도면이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 밝은 조명의 반사로 인하여 화면이 전체적으로 너무 밝아지면서 문서 영상의 문자 부분이 선명하지 않다. 도 5의 (b)를 참조하면, 화면이 전체적으로 어두워서 문서 영상의 문자 부분이 선명하지 않다. 이와 같이, 문서 영상의 문자가 선명하지 못하면, 가독성이 떨어지고 전자 문서로서의 가치나 활용도기 낮아지게 된다. 따라서 이진화부(320)를 통하여 문서 영상의 문자 부분과 배경 부분을 분리하여, 문자 부분이 배경 부분과 선명하게 구별되도록 할 필요가 있다.

도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 이진화부(320)는 문서 영상에 대하여 얼룩이나 조명 조건에 따라 상대적으로 어둡거나 밝아진 배경 부분을 복원하고 문자 부분을 더욱 선명하게 하고 있다. 이와 같이 이진화부(320)는 문서 영상의 화질을 개선하여 가독성을 높여주고 전자 문서로서의 가치나 활용도를 높여준다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 
   문서를 촬영하여, 상기 문서에 대한 문서 영상을 획득하는 전자 도서 스캐닝 장치; 및
   상기 문서 영상의 왜곡을 보정하고, 상기 보정된 문서 영상에서 문자 부분과 배경 부분을 분리하는 영상 변환 장치를 포함하고,
   상기 전자 도서 스캐닝 장치는
   상기 문서를 촬영하여 상기 문서 영상을 획득하는 카메라;
   상기 문서와 상기 카메라 사이에 위치하고, 상기 문서의 전체 영역이 상기 카메라에 의해 촬영될 수 있도록 상기 문서를 축소하여 상기 카메라에 제공하는 오목렌즈; 및
   상기 문서로 빛을 방출하는 LED 조명을 포함하되,
   상기 영상 변환 장치는
   상기 문서 영상에서 상기 오목렌즈에 의한 왜곡을 보정하여, 상기 보정된 문서 영상을 생성하는 영상 변환부; 및
   상기 보정된 문서 영상에서 문자 부분과 배경 부분을 분리하는 이진화부를 포함하고,
   상기 영상 변환부는
   테스트 패턴 영상에 따라 캘리브레이션(calibration)을 수행하여 렌즈 왜곡 파라미터를 생성하고, 상기 렌즈 왜곡 파라미터에 따라 상기 문서 영상을 보정 하는 전자 도서 스캐닝 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 카메라는
   상기 전자 도서 스캐닝 장치의 상부에 아래를 내려다보도록 설치되고, 상기 문서는 상기 전자 도서 스캐닝 장치의 하단에서 윗 방향을 보도록 놓여지는 전자 도서 스캐닝 시스템.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 오목 렌즈는
   상기 문서의 전체 영역이 상기 카메라에 의해 촬영될 수 있도록 하는 초점 거리를 가지는 전자 도서 스캐닝 시스템.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 영상 변환부는
   상기 테스트 패턴 영상에 대하여
   수학식
   

   

   
   

   

   
   (여기에서, (i,j)와 (i',j')은 각각 상기 테스트 패턴 영상과 상기 테스트 패턴 영상이 왜곡된 영상에서, 서로 대응되는 픽셀의 위치에 해당하고, (ic, jc)는 영상의 중심에 해당하며,

   

   에 해당하고, κ는 상기 렌즈 왜곡 파라미터에 해당함)에 기초하여, 상기 렌즈 왜곡 파라미터를 생성하고 렌즈 왜곡된 영상을 보정하는 전자 도서 스캐닝 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 이진화부는
   각 픽셀에 대하여, 상기 각 픽셀의 주변 픽셀들의 정보에 기초하여 이진화 임계값을 결정하고, 상기 이진화 임계값에 따라 상기 각 픽셀을 문자 부분 및 배경 부분 중 어느 하나로 결정하는 전자 도서 스캐닝 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 이진화 임계값은
   상기 주변 픽셀들의 평균값 및 상기 주변 픽셀들의 표준 편차에 기초하여 상기 이진화 임계값을 결정하는 전자 도서 스캐닝 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 문서가 컬러 문서이거나 그림 문서이면, upsharp masking을 통하여 상기 보정된 문서 영상을 처리하는 전자 도서 스캐닝 시스템.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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