KR101242551B1 - 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치 및 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법 - Google Patents

입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치 및 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입체 영상 컨버터를 통하여 실시간으로 입체 영상을 디스플레이하며 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치 및 가상 입체 오브젝트를 동기화시켜서 특정 이미지가 있는 위치에 증강하는 입체 디지털 정보 표시 방법을 개시하며, 상기 입체 영상 디스플레이 장치는 실시간 좌안 영상을 촬영하는 좌안 카메라; 실시간 우안 영상을 촬영하는 우안 카메라; 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 입력받고 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 미리 약속된 특정 이미지를 추적하여 검출하고 검출된 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출 및 비교를 통한 마커 아이디를 검출한 후 상기 마커 아이디에 해당하는 가상 입체 오브젝트를 생성하고 상기 가상 입체 오브젝트를 위치동기화한 후 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 증강하고 상기 가상 입체 오브젝트가 증강된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 출력하는 셋탑 박스; 상기 셋탑 박스에서 출력되는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상으로 하나의 입체 영상을 생성하여 출력하는 입체 영상 컨버터; 및 상기 입체 영상 컨버터에서 제공되는 상기 입체 영상을 디스플레이하는 입체 디스플레이부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치 및 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법{Stereo images display apparatus with stereo digital information display and stereo digital information display method in stereo images}
본 발명은 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입체 영상 컨버터를 통하여 실시간으로 입체 영상을 디스플레이하며 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치 및 가상 입체 오브젝트를 동기화시켜서 특정 이미지가 있는 위치에 증강하는 입체 디지털 정보 표시 방법에 관한 것이다.
일반적으로 입체 영상은 평광 방식과 셔터 글라스 방식으로 표시될 수 있다.
편광 방식은 도 1과 같이 비월 주사 방식으로 좌우 영상을 하나의 프레임 안에 각각 홀수줄과 짝수 줄에 표시하여 입체 영상을 구현한다.
그리고, 셔터 글라스 방식은 도 2와 같이 순차 주사 방식으로 좌측 영상과 우측 영상을 프레임 별로 인터레이스 방식으로 표시하여 입체 영상을 구현한다.
그러나, 종래의 입체 영상 구현 방식은 미리 제작된 영상을 입체 영상으로 표시하는 기능을 가지나 실시간으로 입체 영상으로 표현하지는 않는다.
실시간 입체 영상은 두 대의 카메라를 이용하여 좌우 영상을 입력받아서 구현될 수 있다.
입체 영상에 증강현실(Argmented Reality) 기술이 적용될 수 있으며, 증강 현실은 실제 환경과 가상의 객제가 혼합된 것을 보여주는 기술로서 사용자가 실제 환경을 현실감 있게 보면서 가상 현실로서 부가 정보를 제공하는 것을 구현한다.
일례로 스마트폰 카메라로 주변을 비추면 인근에 있는 상점에 관련된 정보(전화번호 등)가 입체 영상으로 표현되는 것이 증강현실 기술로 구현된 것이다.
이러한 증강 현실을 적용하기 위하여 좌우 영상에 입체 가상 오브젝트가 증강되어야 한다. 그러나, 입체 가상 오브젝트는 종래의 방법으로 증강현실로 처리할 경우 입체 가상 오브젝트가 미세하게 떨려서 좌우 영상이 동기화되지 않는다. 결국 입체 가상 오브젝트는 동기화되지 않음에 따라서 입체로 보여지지 않는 문제점이 있다.
그리고, 입체 영상을 만들기 위해서는 입체 디스플레이 장치에 맞게 영상이 처리되어야하는데, 이때 일반적으로 소프트웨어로 영상을 처리하는 구성을 갖는다. 그러므로 영상을 처리하는 과정에 오버헤드가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 증강 현실을 적용하기 위하여 좌우 영상에 증강되는 입체 가상 오브젝트를 좌우 영상에 동기화함으로써 증강된 입체 가상 오브젝트를 입체감있게 표현할 수 있는 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치 및 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법을 제공함을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 RBFT(Rect base feature tracking) 방식으로 입체 가상 오브젝트를 동기화시켜서 입체 가상 오브젝트를 안정적으로 인식하고 빠른 속도로 증강할 수 있는 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치 및 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법을 제공함을 다른 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 실시간 영상을 입체 영상 컨버터로 컨버팅함으로써 오버 헤드를 해결할 수 있는 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치 및 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법을 제공함을 또다른 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치는, 실시간 좌안 영상을 촬영하는 좌안 카메라; 실시간 우안 영상을 촬영하는 우안 카메라; 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 입력받고 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 미리 약속된 특정 이미지를 추적하여 검출하고 검출된 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출 및 비교를 통한 마커 아이디를 검출한 후 상기 마커 아이디에 해당하는 가상 입체 오브젝트를 생성하고 상기 가상 입체 오브젝트를 위치동기화한 후 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 증강하고 상기 가상 입체 오브젝트가 증강된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 출력하는 셋탑 박스; 상기 셋탑 박스에서 출력되는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상으로 하나의 입체 영상을 생성하여 출력하는 입체 영상 컨버터; 및 상기 입체 영상 컨버터에서 제공되는 상기 입체 영상을 디스플레이하는 입체 디스플레이부;를 포함함을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 셋탑 박스는 상기 미리 약속된 특정 이미지를 사각 박스로 설정됨이 바람직하다.
그리고, 상기 셋탑 박스는, 상기 특정 이미지 추적과 검출 및 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출을 위하여, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상 각각에 대한 이진화하고, 이진화된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상으로부터 상기 특정 이미지를 검출하며, 검출된 상기 특정 이미지의 3차원 좌표를 계산하고, 그리고 좌표 계산된 상기 특정 이미지 내측의 특징점을 검출함이 바람직하다.
그리고, 상기 셋탑 박스는 상기 가상 입체 오브젝트의 위치동기화를 위하여, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 상기 가상 입체 오브젝트를 증강할 위치를 나타내는 변환 행렬
Figure 112011040438308-pat00001
및
Figure 112011040438308-pat00002
를 구한 후 동기화를 위하여 한쪽 영상의 상기 변환 행렬의 회전 성분을
Figure 112011040438308-pat00003
및
Figure 112011040438308-pat00004
과 같이 전이시킴이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법은, 좌안 영상과 우안 영상을 입력받는 단계; 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 미리 약속된 특정 이미지를 추적하여 검출하는 단계; 검출된 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출 및 비교를 통한 마커 아이디를 검출하는 단계; 상기 마커 아이디에 해당하는 가상 입체 오브젝트를 생성하고 상기 가상 입체 오브젝트를 위치동기화하는 단계; 및 상기 위치동기화된 상기 입체 오브젝트를 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 증강하는 단계; 및 상기 좌안 영상과 우안 영상을 컨버팅하여 하나의 입체 영상을 생성하여 출력하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 미리 약속된 특정 이미지는 사각 박스로 설정될 수 있다.
그리고, 상기 특정 이미지 추적과 검출 및 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출을 위하여, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상 각각에 대한 이진화하는 단계; 이진화된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상으로부터 상기 특정 이미지를 검출하는 단계; 및 검출된 상기 특정 이미지의 3차원 좌표를 계산하고 좌표 계산된 상기 특정 이미지 내측의 특징점을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 가상 입체 오브젝트의 위치동기화는, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 상기 가상 입체 오브젝트를 증강할 위치를 나타내는 변환 행렬
Figure 112011040438308-pat00005
및
Figure 112011040438308-pat00006
를 구한 후 동기화를 위하여 한쪽 영상의 상기 변환 행렬의 회전 성분을
Figure 112011040438308-pat00007
및
Figure 112011040438308-pat00008
과 같이 전이시킴으로써 수행될 수 있다.
본 발명에 의하면 동기화에 의하여 좌우 영상에 증강된 가상 오브젝트가 안정적으로 표현될 수 있으며, 입체 가상 오브젝트의 떨림을 해소하여서 입체 가상 오브젝트가 안정적으로 인식될 수 있으며 입체 영상 컨버터에 의하여 실시간 영상을 입체 영상으로 빠른 속도로 증강하여 디스플레이할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 편광 방식으로 입체 영상을 표시하는 방법을 예시한 도면.
도 2는 셔터 글라스 방식으로 입체 영상을 표시하는 방법을 예시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도.
도 4는 도 3의 장치에서 수행되는 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법을 설명하는 흐름도.
도 5는 도 4에 의하여 동기화 및 컨버팅되는 입체 영상을 설명하는 도면.
도 6은 본 발명에 의하여 수행되는 특정 이미지 추적과 검출 및 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출을 설명하는 도면.
도 7은 오브젝트 동기화를 설명하는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치는 실시간 좌안 영상을 촬영하는 좌안 카메라(10)와 실시간 우안 영상을 촬영하는 우안 카메라(12)를 이용하여 실시간 입체 영상을 촬영하는 구성을 갖는다.
좌안 카메라(10)와 우안 카메라(12)는 자신이 촬영한 좌안 영상과 우안 영상을 셋탑 박스(20)로 제공한다.
셋탑 박스(20)는 좌안 영상과 우안 영상을 좌안 카메라(10)와 우안 카메라(12)에서 입력받고 입체 가상 오브젝트가 증강된 좌안 영상과 우안영상을 출력하는 구성을 갖는다.
보다 구체적으로, 셋탑 박스(20)는 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 미리 약속된 특정 이미지를 추적하여 검출하고, 검출된 특정 이미지에 대한 특징점의 검출 및 비교를 통한 마커 아이디를 검출한 후, 마커 아이디에 해당하는 가상 입체 오브젝트를 생성하고, 가상 입체 오브젝트를 위치동기화한 후 좌안 영상과 우안 영상에 증강하고, 가상 입체 오브젝트가 증강된 좌안 영상과 우안 영상을 출력하는 기능을 수행한다.
그리고, 입체 영상 컨버터(30)는 셋탑 박스(20)에서 출력되는 좌안 영상과 우안 영상으로 하나의 입체 영상을 생성하여 출력하며, 입체 디스플레이부(40)는 입체 영상 컨버터(30)에서 제공되는 입체 영상을 디스플레이한다.
상술한 바 구성에서 실시예는 도 4와 같이 셋탑 박스(20)에 의하여 좌안 영상과 우안 영상에 대한 입체 가상 오브젝트를 동기화하고 입체 영상 컨버터(30)에 의하여 입체 영상을 컨버팅하는 과정을 수행한다. 이 과정에서 이미지 변화 프로세스는 도 5와 같이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 실시예로 구성되는 셋탑 박스(20)는 특징점을 판단하기 위한 마커 즉 미리 약속된 특정 이미지로써 사각 박스가 설정된 것으로 설명하며, 제작자에 따라 다양한 형상의 마커가 이용될 수 있다.
먼저, 셋탑 박스(20)는 인식할 마커(사각 박스)의 데이터를 로딩한 후(S10) 좌안 카메라(10)와 우안 카메라(12)에서 제공되는 좌안 영상 및 우안 영상을 획득한다(S12).
그후 셋탑 박스(20)는 좌안 영상 및 우안 영상에서 각각 사각 박스를 검출할 때 까지 추적한다.(S14)
좌안 영상과 우안 영상에 대한 특징점만 판단하여 증강을 실시할 경우 가상 오브젝트의 떨림현상이 발생할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 실시예와 같이 좌안 영상과 우안 영상에 사각 박스를 적용함으로써 셋탑 박스(20)는 사각 박스가 검출될 때만 특징점을 검출하기 때문에 처리 속도가 개선될 수 있고 떨림 현상을 감소시킬 수 있다.
한편, 셋탑 박스(20)는 사각 박스 검출 및 특징점 검출을 위하여 도 6과 같은 프로세스가 적용될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면 셋탑 박스(20)는 원본 이미지를 이진화한 후 사각 박스를 검출한다. 원본 이미지를 이진화함으로써 사각 박스의 인식률이 개선될 수 있으며, 흑백화 이미지를 이진화에 따라 흑백화하여 처리하면 인식률이 더욱 향상될 수 있다.
사각 박스가 검출되면(S16) 셋탑 박스(20)는 사각 박스 이미지를 추출하고 이 과정에서 사각 박스의 3차원 좌표를 계산하고 그 후 사각 박스의 내측의 특정 이미지의 특징점 판단을 수행한다(S20).
상술한 바와 같이 셋탑 박스(20)는 사각 박스의 특징점이 판단되면 그에 대응한 마커 아이디를 검출하고(S22) 마커 이이디가 검출되면 그에 대응한 입체 가상 오브젝트를 동기화하는 동작을 수행한다.(S24)
그리고, 셋탑 박스(20)는 입체 가상 오브젝트를 동기화한 후 입체 가상 오브젝트를 영상에 증강시키기 위하여 좌측 렌더(S26) 및 우측 렌더(S28)를 수행한다. 좌측 렌더(S26)는 증강된 입체 가상 오브젝트를 좌안 영상에 렌더링하는 것을 의미하며 우측 렌더(S28)는 증강된 입체 가상 오브젝트를 우안 영상에 렌더링하는 것을 의미한다.
상술한 과정에서 단계 S12에 의하여 획득된 좌안 영상과 우안 영상은 도 5의 ①에 해당하며, 단계 S14 내지 S28에 의하여 동기화가 이루어진 영상은 도 ②에 해당된다.
상술한 과정에서 가상 오브젝트 동기화(S24)는 도 7과 같이 좌안 영상과 우안 영상에서 가상 입체 오브젝트를 증강할 위치를 나타내는 변환 행렬을 구한 후 동기화를 위하여 한쪽 영상의 변환 행렬의 회전 성분을 전이시키는 과정을 수행한다.
보다 구체적으로, 좌안 영상과 우안 영상에서 상기 가상 입체 오브젝트를 증강할 위치를 나타내는 변환 행렬은
Figure 112011040438308-pat00009
및
Figure 112011040438308-pat00010
과 같이 구할 수 있다.
그리고, 동기화를 위하여 우안 영상의 변환 행렬의 회전 성분을
Figure 112011040438308-pat00011
및
Figure 112011040438308-pat00012
과 같이 좌안 영상의 것으로 전이시켜서 동기화할 수 있다. 이때 위치를 나타내는 성분은 전이시키지 않는다.
상술한 바에서, R은 오른쪽, L은 왼쪽, xpos는 x좌표, ypos는 y좌표, zpos는 z좌표, L'11, L'12, L'13, L'21, L'22, L'23, L'31, L'32, L'33, R'11, R'12, R'13, R'21, R'22, R'23, R'31, R'32, R'33은 회전 성분, 그리고, (0, 0, 0, 1)은 위치를 나타내는 성분이다.
한편, 상술한 바와 같이 동기화 및 셋탑 박스(20)에 의하여 좌안 영상과 우안 영상에 대한 입체 가상 오브젝트를 동기화한 후 입체 영상 컨버터(30)는 도 5의 ③과 같은 상태로 입체 영상을 컨버팅하고 커버팅된 입체 영상을 입체 디스플레이부(40)로 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예가 구성됨으로써 두 대의 카메라 즉 좌안 카메라와 우안 카메라로 촬영하여 입력되는 좌안 영상과 우안 영상을 입체감 있는 영상으로 디스플레이할 수 있으며, 입체 영상에 증강된 입체 가상 오브젝트를 입체감 있게 표현할 수 있다.
또한, 동기화에 의하여 좌우 영상에 증강된 가상 오브젝트가 안정적으로 표현될 수 있으며, 입체 가상 오브젝트의 떨림을 해소하여서 입체 가상 오브젝트가 안정적으로 인식될 수 있으며 입체 영상 컨버터에 의하여 실시간 영상을 입체 영상으로 빠른 속도로 증강하여 디스플레이할 수 있다.
결과적으로 본 발명에 의하면 깊이감을 갖는 가상 공간 터치가 구현될 수 있어서 마커의 위치에 따라 터치를 인식하는 손의 위치 및 깊이도 달라져서 향상된 기능을 갖는 입체 가상 오브젝트를 제공할 수 있다.
10 : 좌안 카메라 12 : 우안 카메라
20 : 셋탑 박스 30 : 입체 영상 컨버터
40 : 입체 디스플레이부

Claims (8)

  1. 실시간 좌안 영상을 촬영하는 좌안 카메라;
    실시간 우안 영상을 촬영하는 우안 카메라;
    상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 입력받고 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 미리 약속된 특정 이미지를 추적하여 검출하고 검출된 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출 및 비교를 통한 마커 아이디를 검출한 후 상기 마커 아이디에 해당하는 가상 입체 오브젝트를 생성하고 상기 가상 입체 오브젝트를 위치동기화한 후 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 증강하고 상기 가상 입체 오브젝트가 증강된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 출력하는 셋탑 박스;
    상기 셋탑 박스에서 출력되는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상으로 하나의 입체 영상을 생성하여 출력하는 입체 영상 컨버터; 및
    상기 입체 영상 컨버터에서 제공되는 상기 입체 영상을 디스플레이하는 입체 디스플레이부;를 포함함을 특징으로 하는 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 셋탑 박스는 상기 미리 약속된 특정 이미지를 사각 박스로 설정되는 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 셋탑 박스는, 상기 특정 이미지 추적과 검출 및 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출을 위하여, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상 각각에 대한 이진화하고, 이진화된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상으로부터 상기 특정 이미지를 검출하며, 검출된 상기 특정 이미지의 3차원 좌표를 계산하고, 그리고 좌표 계산된 상기 특정 이미지 내측의 특징점을 검출하는 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 셋탑 박스는 상기 가상 입체 오브젝트의 위치동기화를 위하여, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 상기 가상 입체 오브젝트를 증강할 위치를 나타내는 변환 행렬
    Figure 112011040438308-pat00013
    및
    Figure 112011040438308-pat00014
    를 구한 후 동기화를 위하여 한쪽 영상의 상기 변환 행렬의 회전 성분을
    Figure 112011040438308-pat00015
    및
    Figure 112011040438308-pat00016
    과 같이 전이시키는 입체 디지털 정보 표시 기능을 갖는 입체 영상 디스플레이 장치.
  5. 좌안 영상과 우안 영상을 입력받는 단계;
    상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 미리 약속된 특정 이미지를 추적하여 검출하는 단계;
    검출된 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출 및 비교를 통한 마커 아이디를 검출하는 단계;
    상기 마커 아이디에 해당하는 가상 입체 오브젝트를 생성하고 상기 가상 입체 오브젝트를 위치동기화하는 단계; 및
    상기 위치동기화된 상기 입체 오브젝트를 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 증강하는 단계; 및
    상기 좌안 영상과 우안 영상을 컨버팅하여 하나의 입체 영상을 생성하여 출력하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 미리 약속된 특정 이미지는 사각 박스로 설정되는 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 특정 이미지 추적과 검출 및 상기 특정 이미지에 대한 특징점의 검출을 위하여,
    상기 좌안 영상과 상기 우안 영상 각각에 대한 이진화하는 단계;
    이진화된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상으로부터 상기 특정 이미지를 검출하는 단계; 및
    검출된 상기 특정 이미지의 3차원 좌표를 계산하고 좌표 계산된 상기 특정 이미지 내측의 특징점을 검출하는 단계를 포함하는 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 가상 입체 오브젝트의 위치동기화는,
    상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에서 상기 가상 입체 오브젝트를 증강할 위치를 나타내는 변환 행렬
    Figure 112011040438308-pat00017
    및
    Figure 112011040438308-pat00018
    를 구한 후 동기화를 위하여 한쪽 영상의 상기 변환 행렬의 회전 성분을
    Figure 112011040438308-pat00019
    및
    Figure 112011040438308-pat00020
    과 같이 전이시키는 입체 영상에서 입체 디지털 정보 표시 방법.
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