KR101205961B1 - 디지털 영상의 3차원 공간좌표 계산이 가능한 디지털 촬영 장치 - Google Patents

디지털 영상의 3차원 공간좌표 계산이 가능한 디지털 촬영 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 디지털 촬영 장치는, 피사체를 촬영하여 영상 이미지를 획득하는 영상 획득부; 피사체를 촬영하는 시점에 상기 디지털 촬영 장치의 위치정보, 방향정보, 및 자세정보를 획득하는 센서정보 획득부; 피사체를 촬영하는 시점에 디지털 촬영 장치의 기기정보를 획득하는 기기정보 획득부; 및 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 촬영된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 공간좌표 계산부를 구비한다.
영상, 공간좌표, 위치, 방향, 자세, 이미지

Description

디지털 영상의 3차원 공간좌표 계산이 가능한 디지털 촬영 장치{Apparatus for caculating 3D spatial coordinates of digital images}
본 발명은 디지털 촬영 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 디지털 영상의 3차원 공간좌표 계산이 가능한 디지털 촬영장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 전문가뿐만 아니라, 일반인들이 흔히 사용하고 있는 디지털 촬영 장치(예컨대, 디지털 카메라, 캠코더, CCTV 등)는 각종 센서와 결합되어 사용자에게 다양한 정보를 제공하고 있다. 예컨대, 디지털 카메라로 촬영한 사진 이미지 파일 속에 사진을 촬영한 위치 등의 정보를 결합하여 사용자에게 제공해줌으로써, 사용자로 하여금 사진을 통해 사진을 촬영한 장소를 정확하게 인지할 수 있도록 하고 있다.
흔히 디지털 촬영 장치로 촬영한 영상은 영상 자체 뿐만 아니라, 그와 관련한 다양한 정보를 저장하고 있다. 디지털 카메라로 촬영한 영상 파일인 JPEG, TIFF, Rev.6.0, RIFF, WAVE 파일 포맷에는 Exif(exchangeable image file format) 정보가 같이 저장되어 있다. 이 Exif는 날짜와 시간정보, 셔터 스피드, 발광 모드 등과 같은 카메라 설정 정보, 촬영한 지역정보 등을 포함한다.
또한, OGC(Open Geospatial Consortium)에서는 JPEG2000에 GML(Geography Markup Language) 정보를 삽입할 수 있도록 국제 표준을 만들어 활용할 수 있게 하였다.
이러한 추세에 따라, 지리정보시스템(GIS), 위치기반서비스(LBS), 텔레메틱스서비스, 감시서비스 등에 유용하게 활용할 수 있도록 촬영된 영상의 3차원 공간정보를 계산하여 영상 데이터와 함께 저장할 수 있게 하는 디지털 촬영 장치의 필요성이 대두되고 있다.
종래 기술을 살펴보면, 레이져빔을 통해 피사체와의 거리를 측정하고, 캡쳐된 이미지의 각 픽셀을 기반으로 특정 객체(피사체)의 거리를 계산하는 디지털 촬영 장치가 개시된바 있다.
하지만, 전술한 종래 디지털 촬영 장치의 경우, 상대적으로 고가인 레이져 빔을 출력/처리하기 위한 장치 등을 이용하여야만 하기 때문에 촬영 장치의 가격이 고가로 형성될 수 밖에 없을 뿐만 아니라, 촬영되는 피사체의 형상에 따라 고려해야할 매개변수가 많아짐에 따라, 촬영된 영상에 대한 공간정보를 획득하는데 시간이 많이 소요되는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서,
디지털 촬영 장치의 각종 기기정보(초점거리, 렌즈 사양, 화각 등), 그리고 센서들을 통해 획득한 디지털 촬영 장치의 위치 정보, 방향 정보, 자세 정보를 이용하여 촬영된 디지털 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 3차원 공간좌표를 계산해줌으로써, 지리정보시스템(GIS), 위치기반서비스(LBS), 텔레메틱스서비스, 감시서비스 등에 유용하게 활용될 수 있는 3차원 공간정보를 촬영된 영상 이미지와 함께 제공하는 디지털 영상 촬영 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 디지털 촬영 장치는, 디지털 영상의 3차원 공간좌표를 계산하는 디지털 촬영 장치로서, 피사체를 촬영하여 영상 이미지를 획득하는 영상 획득부; 피사체를 촬영하는 시점에 디지털 촬영 장치의 위치정보, 방향정보, 및 자세정보를 획득하는 센서정보 획득부; 피사체를 촬영하는 시점에 디지털 촬영 장치의 기기정보를 획득하는 기기정보 획득부; 및 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 촬영된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 공간좌표 계산부를 구비한다.
특히, 공간좌표 계산부는, 상기 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 지형영역의 3차원 공간좌표를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 디지털 촬영 장치의 기기정보는, 화각정보, 초점거리 정보, 확대정보, 및 축소정보 중 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 디지털 촬영 장치의 방향정보는, 상기 디지털 촬영 장치의 요각(yaw angle) 정보인 것을 특징으로 한다.
또한, 디지털 촬영 장치의 자세정보는, 상기 디지털 촬영 장치의 롤각(roll angle)와 피치(pitch angle)각 정보인 것을 특징으로 한다.
또한, 센서정보 획득부는 위치정보 획득부를 구비하고, 상기 위치정보 획득부는 GPS 위성, 갈릴레오 위성, 및 GLONASS 위성 중 어느 하나로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 디지털 촬영 장치의 위치정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 상기 영상 이미지와 함께 디스플레이하는 영상 출력부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 센서정보 획득부는 방향정보 획득부를 구비하고, 상기 방향정보 획득부는 지자기 센서를 이용하여 상기 디지털 촬영 장치의 방향정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 센서정보 획득부는 자세정보 획득부를 구비하고, 상기 자세정보 획득부는 틸트 센서를 이용하여 상기 디지털 촬영 장치의 자세정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 기기정보, 및 상기 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표 중 하나 이상의 정보를 상기 촬영된 영상 이미지와 함께 저장하는 저장하는 데이터 저장부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 영상 촬영 방법은, 디지털 촬영 장치의 영상 촬영 방법으로서, 피사체를 촬영하여 영상 이미지를 획득하는 단계; 상기 피사체를 촬영하는 시점에 상기 디지털 촬영 장치의 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 획득 하는 단계; 상기 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 상기 촬영된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 3차원 공간좌표를 상기 촬영된 영상 이미지와 함께 저장하는 단계를 포함한다.
특히, 3차원 공간좌표를 계산하는 단계는, 상기 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 지형영역의 3차원 공간좌표를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 계산된 3차원 공간좌표를 상기 촬영된 영상 이미지와 함께 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보 중 하나 이상의 정보를 상기 촬영된 영상 이미지와 함께 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 디지털 촬영 장치의 기기정보는, 화각정보, 초점거리 정보, 확대정보, 및 축소정보 중 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 디지털 촬영 장치의 방향정보는, 상기 디지털 촬영 장치의 요각 정보인 것을 특징으로 한다.
또한, 디지털 촬영 장치의 자세정보는, 상기 디지털 촬영 장치의 롤각 정보와 피치각 정보인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
디지털 촬영 장치의 각종 기기정보, 그리고 센서들을 통해 획득한 디지털 촬영 장치의 위치 정보, 방향 정보, 자세 정보를 이용하여, 촬영된 디지털 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 3차원 공간좌표를 계산해줌으로써, 촬영된 영상 이미지에 대한 공간정보를 빠르게 계산하여 제공해줄 수가 있다. 또한, 종래 레이져빔을 이용한 방식에 비해 상대적으로 저렴한 비용으로 영상 이미지에 대한 3차원 공간정보를 제공하는 장치를 구현하는 것이 가능해진다.
또한, 촬영된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 이용하여 촬영된 영상 이미지를 실제 지형에 정확이 매핑시켜줄 수가 있기 때문에, 3차원 가상공간 서비스나 도심을 감시하는 서비스에서 그 활용도를 높일 수가 있다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 촬영 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 디지털 촬영 장치는, 촬영 시점에 획득한 디지털 촬영 장치의 기기정보(디지털 촬영 장치의 렌즈 정보, 화각, 확대/축소 정보 등을 포함), 그리고 촬영 시점에 획득한 디지털 촬영 장치의 위치정보, 방향정보(예컨대, 방위각), 및 자세정보를 매개변수로 하여, 촬영한 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 3차원 공간좌표를 계산한다. 그리고, 계산된 공간좌표를 디지털 영상 데이터에 포함시켜 저장하거나 디스플레이 수단을 통해 사용자에게 디스플레이 될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 디지털 촬영 장치의 상세한 구성에 대해서는 도 2를 통해 자세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 촬영 장치의 구성을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 촬영 장치(200)는 영상 획득부(10), 위치정보 획득부(20), 방향정보 획득부(30), 자세정보 획득부(40), 기기정보 획득부(50), 공간좌표 계산부(60), 데이터 저장부(70), 영상 출력부(80), 및 제어부(100)를 구비한다. 여기서, 디지털 촬영 장치(200)는 도시한 구성 이외에도 여러 구성 요소를 구비하지만 본 발명의 이해를 위해서 필요한 구성만을 도시하여 설명하기로 한다.
영상 획득부(10)는 피사체를 촬영하여 디지털 영상 데이터를 획득하고, 획득한 디지털 영상 데이터를 제어부(100)에 전달한다. 이를 위해 영상 획득부(10)는 영상 촬영부(12) 및 영상 처리부(14)를 구비한다.
보다 상세하게는, 영상 촬영부(12)는 렌즈의 시선방향에 위치하는 피사체의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상 이미지를 디지털 데이터로 변환한다. 이를 위해 영상 촬영부(12)는 기본적으로 카메라 렌즈, 카메라 렌즈를 통해 입사되는 빛을 촬영하는 CCD 촬상 소자, CCD 촬상 소자를 구동하는 CCD 구동부, 촬상 시간을 제어하는 신호 등 각종 타이밍 신호를 발생시키는 타이밍 제어부, CCD 촬상 소자가 획득한 촬상 신호를 샘플링하고 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부, 노이즈가 제거된 촬상 신호를 디지털로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터를 구비한다.
영상 촬영부(12)를 통해 촬영된 영상은 영상 처리부(14)를 통해 변환되어 제어부(100)로 출력된다. 예컨대, 영상 처리부(14)는 사용자가 설정한 포맷에 적합하도록 하거나 저장 매수를 증가시키기 위해 영상 촬영부(12)를 통해 촬영된 디지털 영상 데이터를 JPEG, MPEG4, H.264 등의 표준방식으로 변환하여 제어부(100)에 출력한다.
위치정보 획득부(20)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 디지털 촬영 장치(200)의 위치정보를 획득하여 제어부(100)에 전달한다. 제어부(100)는 촬영 시점(예컨대, 사용자로부터 촬영 명령이 입력되는 시점)에 위치정보 획득부(20)로 위치정보 획득을 위한 제어신호를 출력한다. 이에 위치정보 획득부(20)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 촬영 시점(始點)에 디지털 촬영 장치의 3차원 공간좌표( A 0 )를 획득하여 제어부(100)에 전달한다. 이를 위해 위치정보 획득부(20)는 위치 센서(24) 및 위치정보 처리부(22)를 구비한다.
위치 센서(24)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 디지털 촬영 장치(200)의 위치를 측정한다. 예를 들어, 위치 센서(24)는 GPS, 갈릴레오, 또는 GLONASS 위성으로부터 위치정보를 수신하는 센서가 될 수 있다. 위치 센서(24)에 의해 측정된 위치정보는 위치정보 처리부(22)에 전달되어 소정의 포맷으로 처리된다. 즉, 위치정보 처리부(22)는 위치 센서(24)에 의해 측정된 위치정보를 디지털 영상 데이터와 함께 저장될 수 있는 포맷으로 변환하여 제어부(100)에 전달한다.
방향정보 획득부(30)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 디지털 촬영 장치(200)의 촬영 방향에 대한 방향정보(방위각 또는 요(yaw)각 ∂)를 획득하여 제어부(100)에 전달한다. 보다 상세하게는, 제어부(100)는 촬영 시점에 방향정보 획득부(30)로 방향정보 획득을 위한 제어신호를 출력한다. 이에 방향정보 획득부(30)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 디지털 촬영 장치(200)의 촬영 방향을 측정해서 방향정보를 획득하고, 이를 제어부(100)에 전달한다. 이를 위해 방향정보 획득부(30)는 방향 센서(34) 및 방향정보 처리부(32)를 구비한다.
방향 센서(34)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 디지털 촬영 장치(200)의 촬영 방향을 측청한다. 예를 들어, 방향 센서(34)는 지자기 센서 또는 디지털 방위 센서 등의 전자 나침반이 될 수 있다. 방향 센서(34)에 의해 측정된 방향정보는 방향정보 처리부(32)에 전달되어 처리된다. 방향정보 처리부(32)는 방향 센서(34)에 의해 측정된 방향정보를 디지털 영상 데이터와 함께 저장될 수 있는 포맷으로 변환하여 제어부(100)에 전달한다.
자세정보 획득부(40)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 디지털 촬영 장치(200)의 자세정보[좌우 기움각(롤각) ｈ /전후 기움각(피치각) ｖ ]를 획득하여 제어부(100)에 전달한다. 제어부(100)는 촬영 시점에 자세정보 획득부(40)로 자세정보 획득을 위한 제어신호를 출력한다. 이에 자세정보 획득부(40)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 촬영 시점의 자세정보를 획득하고, 이를 제어부(100)에 전달한다. 이를 위해 자세정보 획득부(40)는 자세 센서(44) 및 자세정보 처리부(42)를 구비한다.
자세 센서(44)는 제어부(100)로부터의 제어신호에 따라 디지털 촬영 장치(200)의 롤각( ｈ ) 및 피치각( ｖ )을 측정한다. 예를 들어, 자세 센서(44)는 틸트 센서가 될 수 있다. 자세 센서(44)에 의해 측정된 자세 정보는 자세정보 처리부(44)에 전달되어 처리된다. 자세정보 처리부(42)는 자세 센서(44)에 의해 측정된 자세 정보를 디지털 영상 데이터와 함께 저장될 수 있는 포맷으로 변환하여 제어부(100)에 전달한다.
본 발명에서는 전술한 위치정보 획득부(20), 방향정보 획득부(30), 및 자세정보 획득부(40)를 통칭하여 센서정보 획득부라 칭하기로 한다.
기기정보 획득부(50)는 촬영 시점에 디지털 촬영 장치(200)의 기기정보(예컨대, 렌즈 사양에 따른 화각정보, 초점거리 정보, 사용자 조작 등에 의한 확대/축소(zoom in/zoom out)정보 등을 추출하여 관리하고, 추출한 기기정보를 제어부(100)에 전달하여 촬영된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표 계산이 이루어질 수 있도록 한다.
공간좌표 계산부(60)는 위치정보 획득부(20), 방향정보 획득부(30), 자세정 보 획득부(40), 및 기기정보 획득부(50)를 통해 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대해 지형영역의 3차원 공간좌표를 계산한다. 예컨대, 촬영된 영상 이미지가 소정의 가로*세로 비율을 갖는 사각형인 경우, 4개의 꼭지점에 대한 3차원 공간좌표를 계산한다.
공간좌표 계산부(60)에서 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 과정에 대해서는 도 3 내지 도 7을 통해 보다 상세하게 후술하기로 한다.
데이터 저장부(70)는 영상 촬영부(12)를 통해 촬영된 영상 이미지를 디지털 영상 데이터로 저장하고, 사용자가 설정한 설정 내용을 저장한다. 디지털 영상 데이터는 착탈형 메모리 카드(예컨대, USB, SD 메모리 등) 또는 디지털 촬영 장치(200)의 내부 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 데이터 저장부(70)에 저장되는 디지털 영상 데이터는 공간좌표 계산부(60)를 통해 계산된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표, 그리고, 촬영시점에 디지털 촬영 장치(200)의 위치정보, 방향정보, 및 자세정보를 포함할 수 있다. 그리고, 데이터 저장부(70)에 저장된 디지털 영상 데이터는 영상 출력부(80)를 통해서 디스플레이될 수 있다.
영상 출력부(80)는 데이터 저장부(70)에 저장된 디지털 영상 데이터를 추출하여 사용자에게 디스플레이될 수 있도록 한다.
제어부(100)는 상기한 각 부를 제어한다. 보다 상세하게는, 제어부(100)는 위치정보 획득부(20), 방향정보 획득부(30), 자세정보 획득부(40), 및 기기정보 획득부(50)로부터 디지털 촬영 장치(200)의 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기 정보를 입력받아 공간좌표 계산부(60)에서 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 3차원 공간좌표를 계산할 수 있도록 상기한 정보들을 공간좌표 계산부(60)에 전달한다.
도 3 내지 도 7은 공간좌표 계산부(60)가 디지털 촬영 장치(200)의 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 아래의 경우는 북반구에서 북향으로 피사체를 촬영한 뒤, 촬영된 영상 이미지의 3차원 공간좌표를 계산하는 경우이다. 한편, 이하 후술하는 공간좌표 계산 방법은 하나의 실시예에 불과하며, 아래 실시예를 응용하여 다양한 방법을 통해 촬영된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 촬영 장치(200)가 피사체를 촬영하는 장면을 위에서 아래로 내려다 본 모습을 도시한 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명에 따른 디지털 촬영 장치(200)가 피사체를 촬영하는 장면을 옆에서 본 모습을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 디지털 촬영 장치(200)는 화각(2ω)을 가지고 있다. 화각은 한 프레임(화면) 속에 넣을 수 있는 배경(풍경)의 폭을 의미한다. 즉, 화각이 커질수록 한 화면에 담을 수 있는 배경의 폭은 증가한다. 일반적으로 어안렌즈의 경우에는 180°이상의 화각을 가지고 있고, 표준렌즈의 경우에는 40°～60°의 화각을 가지고 있다.
디지털 촬영 장치(200)의 위치정보를 A0(x0,y0,z0), 지면(1)으로부터 디지털 촬영 장치(200)까지의 높이를
Figure 112009024120125-pat00001
, 디지털 촬영 장치(200)의 피치각(pitch angle)은
Figure 112009024120125-pat00002
, 롤각(roll angle)은 0°인 것으로 가정하기로 한다. 전술한 바와 같이, A0(x0,y0,z0)는 위치정보 획득부(20)을 통해 획득할 수 있으며, 높이
Figure 112009024120125-pat00003
는 z0을 통해 도출할 수 있다. 그리고, 피치각
Figure 112009024120125-pat00004
는 자세정보 획득부(40)을 통해 획득할 수 있다.
그러면, 도 4의
Figure 112009024120125-pat00005
는 수학식 1과 같이 계산될 수 있다. 여기서
Figure 112009024120125-pat00006
는 가상영역(도 5의 V)의 중심점과 디지털 촬영 장치(200) 간의 거리를 나타낸다.
Figure 112009024120125-pat00007
가상영역(V)은 디지털 촬영 장치(200)의 시선 방향에 대해 수직한 면에 형성되는 가상의 영역으로서, 실제 피사체가 촬영되는 지형영역(R)과는 차이가 있다. 디지털 촬영 장치(200)로 촬영되는 영상 이미지의 경우 가로*세로 비율이 정해져 있으므로, 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼 실제 촬영되는 지형영역(R)에 대해서, 시선방향에 수직하는 가상의 면에 소정의 가로*세로 비율을 갖는 가상영역(V)이 존재한다.
여기서, 수학식 1을 통해 계산된
Figure 112009024120125-pat00008
값을 이용하면, 도 5에 도시된 가상영역(V)에서의
Figure 112009024120125-pat00009
의 값을 수학식 2를 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112009024120125-pat00010
Figure 112009024120125-pat00011
수학식 2를 통해
Figure 112009024120125-pat00012
값이 산출되면, 가상영역(V)에서의
Figure 112009024120125-pat00013
값을 계산할 수 있다. 즉, 디지털 촬영 장치(200)가 촬영하고 있는 영상 이미지는 가로*세로 비율이 정해져 있으므로, 디지털 영상의 가로*세로 비율이 m:n이라고 하면, 수학식 3을 통해
Figure 112009024120125-pat00014
값을 계산할 수 있다.
Figure 112009024120125-pat00015
수학식 3을 통해 계산된
Figure 112009024120125-pat00016
값과 수학식 1을 통해 계산된
Figure 112009024120125-pat00017
값을 이용하면 도 6의
Figure 112009024120125-pat00018
값을 계산할 수 있다.
Figure 112009024120125-pat00019
는 A0와 가상영역(V)의 중심점을 연결하는 수선과, 가상영역(V)에서 가상영역(V)의 중심점으로부터
Figure 112009024120125-pat00020
떨어진 지점과 A0을 연결하는 직선 사이에 형성되는 사이각을 나타낸다.
그러면, 다음의 수학식 4 및 수학식 5를 통해 y 좌표를 계산할 수 있다. 먼저, 도 6의
Figure 112009024120125-pat00021
는 수학식 4를 통해 계산되고, 도 6의
Figure 112009024120125-pat00022
는 수학식 5를 통해 계산된다.
Figure 112009024120125-pat00023
Figure 112009024120125-pat00024
수학식 4와 수학식 5는 디지털 촬영 장치(200)로 촬영된 영상 이미지의 실제 거리차를 구하는 식이다. 즉,
Figure 112009024120125-pat00025
와
Figure 112009024120125-pat00026
는 가상영역(V)의 중심점으로부터 y축방향으로 실제 지형상에서 이격하여 있는 거리를 각각 나타낸다.
이렇게 계산된
Figure 112009024120125-pat00027
와
Figure 112009024120125-pat00028
를 이용하면, 도 6에 도시된 실제 촬영되는 지형영역(R)에 대한 y좌표를 구할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 디지털 촬영 장치(200)가 북반구에서 북향으로 촬영하는 경우로 가정하였으므로, y1과 y2가 동일하고, y3와 y4가 동일하게 된다. 따라서, 디지털 촬영 장치(200)로 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 지형영역(R)의 y좌표(y1,y2,y3,y4)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009024120125-pat00029
Figure 112009024120125-pat00030
상기한 수식들로부터 도출된 값들(
Figure 112009024120125-pat00031
,
Figure 112009024120125-pat00032
,
Figure 112009024120125-pat00033
,...)을 이용하면 도 5에 기재된
Figure 112009024120125-pat00034
,
Figure 112009024120125-pat00035
값을 계산할 수 있다. 보다 상세하게는, 도 6의
Figure 112009024120125-pat00036
과
Figure 112009024120125-pat00037
값을 이용하면, A0를 시작으로 가상영역(V)의 중심점에서 각각
Figure 112009024120125-pat00038
씩 y축방향으로 이격하여 있는 지점까지 연결되는 직선의 길이를 계산할 수가 있다. 이렇게 계산된 직선의 길이와
Figure 112009024120125-pat00039
를 이용하면
Figure 112009024120125-pat00040
,
Figure 112009024120125-pat00041
값을 계산할 수 있다.
수학식 8과 수학식 9는 디지털 촬영 장치(200)로 촬영된 영상 이미지의 실제 거리차를 구하는 식이다. 즉,
Figure 112009024120125-pat00042
와
Figure 112009024120125-pat00043
는 가상영역(V)의 꼭지점과 실제 촬영되는 지형영역(R) 사이에 발생되는 x축방향으로의 거리차를 나타낸다.
Figure 112009024120125-pat00044
Figure 112009024120125-pat00045
수학식 8과 수학식 9를 통해
Figure 112009024120125-pat00046
와
Figure 112009024120125-pat00047
가 도출되면, 수학식 10을 이용하 여 촬영된 영상 이미지에 대한 x좌표를 계산할 수 있다. 디지털 촬영 장치로(200)로 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 지형영역(R)의 x좌표(x1,x2,x3,x4)는 다음의 수학식 10과 같다.
Figure 112009024120125-pat00048
Figure 112009024120125-pat00049
Figure 112009024120125-pat00050
Figure 112009024120125-pat00051
같은 방식으로, 디지털 촬영 장치(200)로 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 지형영역(R)의 대한 z좌표(z1,z2,z3,z4)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009024120125-pat00052
전술한 바에 의하면, 본 발명에 따른 디지털 촬영 장치(200)는 위치정보 획득부(20), 방향정보 획득부(30), 자세정보 획득부(40), 및 기기정보 획득부(50)를 통해 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 지형영역의 3차원 공간좌표 A1, A2, A3, 및 A4를 계산하는 것이 가능해진다. 그리고, 이렇게 획득한 영상 이미지의 3차원 공간좌표를 분석 및 가공하여 지리정보시스템(GIS), 위치기반서비스(LBS), 텔레메틱스서비스, 감시서비스 등에 유용하게 활용할 수 있다.
한편, 상기한 도 3 내지 도 6을 통해 설명한 실시예에서는 디지털 촬영 장치(200)의 시선방향에 대한 방향각(방위각 ∂)이 주어지지 않은 경우를 예로 들어 설명하였다. 하지만, 도 7에 도시된 바와 같이 방향각이 주어진 경우에도 전술한 바와 같은 원리를 통해 디지털 영상에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 것이 가능하다. 이는, 당업자라면 본 명세서를 통해 용이하게 유추할 수 있는 사항이기 때문에, 본 발명의 실시예에서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명에 따른 디지털 촬영 장치의 영상 촬영 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 본 발명의 디지털 촬영 장치(200)는 렌즈의 시선방향에 위치하는 피사체의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상 이미지를 변환하여 디지털 영상 데이터를 획득한다(S100). 예를 들어, 촬영된 영상 이미지를 사용자가 설정한 포맷에 적합하도록 하거나 저장 매수를 증가시키기 위해 JPEG, MPEG4, H.264 등의 표준방식으로 변환한다.
그리고, 디지털 촬영 장치(200)는 촬영 시점에 자신의 위치정보(3차원 공간 좌표), 렌즈의 시선방향에 대한 방향정보(요각) 및 자세정보(롤각 및 피치각)를 획득한다(S110). 예를 들어, 디지털 촬영 장치(200)는, GPS, 갈릴레오, 또는 GLONASS 위성 등을 이용하여 상기한 위치정보를 획득할 수 있고, 지자기 센서 또는 디지털 방위 센서 등의 전자 나침반을 이용하여 상기한 방향정보 획득할 수 있고, 틸트센서와 같은 자세센서를 이용하여 상기한 자세정보를 획득할 수 있다.
그리고, 디지털 촬영 장치(200)는 촬영 시점에 기기정보(예컨대, 화각정보, 확대/축소 정보 등)을 획득한다(S120).
여기서, 전술한 단계 S110과 단계 S120는 단계 S100과 동시에 수행된다. 즉, 디지털 촬영 장치(200)는 피사체를 촬영하는 시점에 전술한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 획득한다.
다음으로, 디지털 촬영 장치(200)는 단계 S110과 단계 S120를 통해 획득된 정보를 매개변수로 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대해 지형영역의 3차원 공간좌표 계산이 가능한지를 판단한다(S130).
단계 S130에서의 판단 결과, 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대해 지형영역의 3차원 공간좌표 계산이 가능하면 3차원 공간좌표 계산을 실행하고(S140), 가능하지 않다면 단계 S170로 이동한다.
디지털 촬영 장치(200)는 저장부에 디지털 영상 데이터를 저장하는 포맷에 근거하여, 촬영된 영상 이미지의 3차원 공간좌표를 영상 데이터와 함께 저장할 것인가를 판단한다(S150). 저장할 경우 단계 S160과 같이 디지털 영상 데이터와 3차원 공간좌표를 결합시키고, 저장하지 않을 경우는 단계 S170로 이동한다.
촬영된 영상 이미지의 3차원 공간좌표를 계산할 수 없거나, 3차원 공간좌표를 디지털 영상 데이터와 함께 저장하지 못하는 경우, 단계 S110 및 단계 S120를 통해 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 개별적으로 영상 데이터와 함께 저장할 것인지를 판단한다(S170).
단계 S170의 판단 결과, 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 기기정보를 영상 데이터와 함께 저장하는 경우, 영상 데이터와 획득한 정보들를 결합하여 저장부에 저장하고 과정을 종료한다(S180, S190).
단계 S170의 판단 결과, 획득한 위치정보, 방향정보, 및 자세정보를 영상 데이터와 함께 저장하지 않는 경우, 특별한 정보가 포함되지 않은 영상 데이터를 저장부에 저장하고 과정을 종료한다. 한편, 단계 S150 및 단계 S170 에서의 판단 결과는 사용자로부터의 입력에 따라 결정된다.
전술한 바에 의하면, 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 촬영된 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 지형영역의 3차원 공간좌표를 계산하는 것이 가능해진다. 그리고, 이렇게 획득한 영상 이미지의 3차원 공간좌표를 분석 및 가공하여 지리정보시스템(GIS), 위치기반서비스(LBS), 텔레메틱스서비스, 감시서비스 등에 유용하게 활용할 수 있다. 예컨대, 촬영된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 이용하여 촬영된 영상 이미지를 실제 지형에 정확이 매핑시켜줄 수가 있기 때문에, 3차원 가상공간 서비스나 도심을 감시하는 서비스에서 그 활용도를 높일 수가 있다.
본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크 및 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 캐리어 웨이브(예컨대, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 촬영 장치가 디지털 영상의 3차원 공간좌표를 계산하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 촬영 장치의 구성을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 내지 도 7은 공간좌표 계산부가 디지털 촬영 장치의 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 촬영된 영상 이미지의 꼭지점에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 디지털 촬영 장치의 촬영 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

Claims (17)

  1. 디지털 영상의 3차원 공간좌표를 계산하는 디지털 촬영 장치로서,
    피사체를 촬영하여 영상 이미지를 획득하는 영상 획득부;
    상기 피사체를 촬영하는 시점에 상기 디지털 촬영 장치의 위치정보, 방향정보, 및 자세정보를 획득하는 센서정보 획득부;
    상기 피사체를 촬영하는 시점에 상기 디지털 촬영 장치의 기기정보를 획득하는 기기정보 획득부; 및
    상기 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 및 기기정보를 이용하여 상기 촬영된 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 계산하는 공간좌표 계산부를 포함하고,
    상기 센서정보 획득부는 틸트 센서를 이용하여 상기 디지털 촬영 장치의 자세정보를 획득하는 자세정보 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공간좌표 계산부는,
    상기 영상 이미지의 각 꼭지점에 대한 지형영역의 3차원 공간좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 디지털 촬영 장치의 기기정보는,
    화각정보, 초점거리 정보, 확대정보, 및 축소정보 중 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 디지털 촬영 장치의 방향정보는,
    상기 디지털 촬영 장치의 요각(yaw angle) 정보인 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 디지털 촬영 장치의 자세정보는,
    상기 디지털 촬영 장치의 롤각(roll angle) 정보와 피치각(pitch angle) 정보인 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서정보 획득부는 위치정보 획득부를 구비하고,
    상기 위치정보 획득부는 GPS 위성, 갈릴레오 위성, 및 GLONASS 위성 중 어느 하나로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 디지털 촬영 장치의 위치정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표를 상기 영상 이미지와 함께 디스플레이하는 영상 출력부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서정보 획득부는 방향정보 획득부를 구비하고,
    상기 방향정보 획득부는 지자기 센서를 이용하여 상기 디지털 촬영 장치의 방향정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 획득한 위치정보, 방향정보, 자세정보, 기기정보, 및 상기 영상 이미지에 대한 3차원 공간좌표 중 하나 이상의 정보를 상기 촬영된 영상 이미지와 함께 저장하는 데이터 저장부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 촬영 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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