KR101268907B1 - 양안 입체카메라의 주시각 조절방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양안 입체카메라의 주시각 조절방법에 관한 것으로, 특히 촬영대상물체에 대하여 초점을 조절하게 되면 이동하는 결상렌즈의 전,후 이동량으로부터 이미지센서나, 결상렌즈의 주시각 이동량이나 또는 주시각 미러의 회전량을 계산하여 자동으로 주시각이 조절되도록 한 양안 입체카메라의 주시각 조절방법에 관한 것이다. 구성은 결상렌즈와 촬영자의 촬영의도에 따라 초점조절렌즈를 수동 혹은 스텝모터로 이동시키는 단계와, 초점조절렌즈의 이동량에 의하여 주시각 조절을 위한 결상렌즈나 이미지 센서의 수평 혹은 전,후 이동량 또는 주시각 미러의 회전량을 계산(산출)하는 단계와, 상기 결상렌즈나 이미지 센서의 수평 혹은 전,후 이동량 또는 주시각 미러의 회전량에 따라 자동으로 주시각이 조절되도록 하는 단계를 포함하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법에 있어서, 상기 초점조절렌즈의 이동량을 변위측정센서와 같은 별도의 장치나, 스텝모터의 스텝수로 인식하고, 수평 이동에 의한 주시각 조절은, 촬영대상물체가 근거리에 있을 때 초점조절렌즈가 앞으로 이동하면서 무한 원거리 상태에서 이미지 센서가 고정되고, 결상렌즈가 안쪽으로 이동하거나, 결상렌즈가 고정되고 이미지 센서가 바깥쪽으로 이동하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

양안 입체카메라의 주시각 조절방법{A convergence control method of stereoscopic camera}
본 발명은 양안 입체카메라의 주시각 조절방법에 관한 것으로, 특히 촬영대상물체에 대하여 초점을 조절하게 되면 이동하는 결상렌즈의 전,후 이동량으로부터 이미지센서나, 결상렌즈의 주시각 이동량이나 또는 주시각 미러의 회전량을 계산하여 자동으로 주시각이 조절되도록 한 양안 입체카메라의 주시각 조절방법에 관한 것이다.
주시각(convergence)은, 양안시기능(眼視機能)이 있는 사람이 두 눈으로 외계에 있는 한 점을 주시할 때, 두 눈의 주시선이 그 한 점에 집합하는 기능으로 수렴(收斂)이라고도 한다. 주시각의 단위는 보통 m각(角)으로 나타내며 1m각이란 눈앞 1m, 2m각은 눈앞 2m에 있는 것에 대하여 두 눈을 폭주시켰을 때 두 눈의 시선이 교차 되는 각도이다.
일반적으로, 양안 렌즈를 사용하는 입체카메라는 무한대 위치의 물체를 촬영할 경우에는 도 1a에 도시한 바와 같이, 양안 결상렌즈(110)와 이미지 센서(130)가 서로 평행하게 있으나, 도 1b에 도시한 바와 같이 양안 결상렌즈(110)와 이미지 센서(130)로 구성된 카메라 전체를 회전시키는 폭주식에 의하여 주시각을 조절하여야 한다.
한편, 양안 입체카메라는 좌, 우 카메라의 수직 시차가 존재하지 않도록 제작되었다면, 촬영대상물체의 거리에 따라 획득되는 입체영상에서는 항상 수평방향의 시차만이 존재하게 된다.
따라서, 획득되는 좌, 우 입체영상에서 촬영대상물체에 대한 수평방향 시차 정보만을 빠르고 정확하게 추출하고, 이를 이용한 주시각 제어가 필요하다.
이러한 주시각 조절은, 촬영하고자 하는 거리에 위치한 물체는 단일상이 생기고, 그 물체의 앞이나 뒤에 있는 물체들만 이중 상이 형성되어 원근감(depth)을 느끼게 된다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 촬영하고자 하는 물체의 거리에 대하여 원거리에 1,2,3,4,5,6의 글자가 있고, 근거리에는 A,B,C,D,E,F의 글자가 있다고 가정할 경우, 촬영된 좌측영상(가는 글씨)과 우측영상(굵은 글씨)을 합성하여 디스플레이하면 굵은 글씨의 우측영상이 가는 글씨의 좌측영상에 비하여 원거리에서는 우측에, 근거리에서는 좌측에 이중 상을 맺게 되나 물체거리에서는 단일영상으로 나타나는 것을 알 수 있다.
그러나, 촬영자에 따라서 영상의 효과를 나타내기 위하여 주시각을 원거리에 맞추어진 상태에서 근거리까지 촬영하게 되면 근거리에 있는 영상은 도 3에 도시된 바와 같이 깊이 감이 많이 나타나게 된다.
즉, 일반적으로 주시각 조절은 촬영하고자 하는 물체의 중심을 이미지 센서의 중심에 있게 하는 행위로서 주시각 조절을 하지 않고 좌측영상과 우측영상을 합하여 입체영상을 디스플레이할 경우, 과도한 2중 상이 생기게 되고, 어지럼증과 피로감을 가져오게 되어, 입체영상을 제대로 관람할 수 없게 되는 주원인이 된다.
이에 따라 좌, 우 영상이 매칭되지 않아 눈이 피로해지고, 어지럼증을 해소할 수 있는 주시각 조절방법이 요구되었고, 이에 부합하여 다양한 방식의 주시각 조절방법이 제시되고 있다.
그러나, 종래의 양안 입체카메라의 주시각 조절은 촬영자가 결상렌즈의 이동량과 관계없이 임의로 조절하므로 촬영중에 포커싱 등 다른 작동을 하면서 주시각을 조절하는 것이 현실적으로 어려움이 있기 때문에 주시각 조절을 게을리하는 원인이 되고 있다.
또, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 물체거리에 다른 카메라 전체를 회전시키는 자동 주시각 제어가 알려져 있고, 화면의 중심에 있는 피사체까지의 거리는 별도의 거리측정 장치나 영상신호를 분석하는 방법으로 측정하였다.
그러나, 이와 같은 주시각 조절은 나무 잎 뒤에 있는 사람을 촬영한다고 가정할 경우나, 화면의 중심에 근거리 물체와 중거리 물체, 원거리 물체 등이 혼재하여 있을 경우, 자동거리측정 장치로는 촬영자가 원하는 영상을 나타내지 못하는 경우가 많다. 즉, 자동거리측정장치를 사용하여 피사체거리를 측정하고 이로부터 자동으로 주시각 제어를 하게 되면 촬영자의 의도와 다른 입체감을 나타내게 되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 촬영자가 초점조절렌즈로 초점 조절하는 량을 감지하여 주시각을 자동 조절하는 방법으로서, 즉, 전,후로 이동하는 결상렌즈(초점조절을 위하여 이동하는 렌즈는 결상렌즈의 일부 렌즈가 될 수도 있고 전체 렌즈가 될 수도 있다.)의 전, 후 이동량으로부터 주시각 조절을 위하여 결상렌즈, 이미지 센서의 좌,우 또는 전,후 이동량 또는 주시각 미러의 회전량(회전각)을 계산(산출)하여 결상렌즈, 이미지 센서를 좌,우 또는 전,후로 이동되도록 하거나, 또는 주시각 미러를 회전되도록 하여 자동으로 주시각이 조절되도록 하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법을 제공함에 있다.
또, 본 발명은 촬영자가 포커싱한 지점에 주시각을 맞추는 것을 기준으로 하여 추가의 주시각 조절용 가변저항 등을 두어 촬영자의 의도에 따라, 미리 설정된 주시각 보다 항상 일정한 만큼 +(plus) 또는 -(minus)로 가감하여 주시각이 조절되도록 하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 결상렌즈와 촬영자의 촬영의도에 따라 초점조절렌즈를 수동 혹은 스텝모터로 이동시키는 단계와, 초점조절렌즈의 이동량에 의하여 주시각 조절을 위한 결상렌즈나 이미지 센서의 수평 혹은 전,후 이동량 또는 주시각 미러의 회전량을 계산(산출)하는 단계와, 상기 결상렌즈나 이미지 센서의 수평 혹은 전,후 이동량 또는 주시각 미러의 회전량에 따라 자동으로 주시각이 조절되도록 하는 단계를 포함하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법에 있어서, 상기 초점조절렌즈의 이동량을 변위측정센서와 같은 별도의 장치나, 스텝모터의 스텝수로 인식하고, 수평 이동에 의한 주시각 조절은, 촬영대상물체가 근거리에 있을 때 초점조절렌즈가 앞으로 이동하면서 무한 원거리 상태에서 이미지 센서가 고정되고, 결상렌즈가 안쪽으로 이동하거나, 결상렌즈가 고정되고 이미지 센서가 바깥쪽으로 이동하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전,후 이동에 의한 주시각 조절은 촬영대상물체가 근거리에 있을 때 초점조절렌즈가 앞으로 이동하면 무한 원거리 상태에서 결상렌즈가 고정되고, 이미지 센서가 동시에 뒤로 이동하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 이미지 센서를 이용하여 전,후 평행이동으로 이루어지는 주시각 조절은, 결상렌즈와 서로 마주보게 배치한 이미지 센서 사이에 반사거울인 주시각 미러를 배치하여 광로를 90°꺾어지게 한 경우, 이미지 센서는 전,후 이동량만큼 이동하므로, 별도 수식의 연산이나 메모리된 데이터를 이용하여 전자적인 스테핑모터를 이용한 제어가 없어도 직선 캠이나 나사 산의 기어비를 이용한 기계적인 방법으로 주시각 제어가 가능한 것을 특징으로 한다.
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이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 초점조절을 위하여 전,후로 이동하는 결상렌즈의 전,후 이동량으로부터 결상렌즈나 이미지 센서의 좌,우 이동량 또는 이미지센서의 전,후 이동량 또는 주시각 미러의 회전량(회전각)을 산출하여 자동으로 주시각을 조절하도록 함으로써, 촬영자의 촬영 의도에 따라 정확한 주시각 조절을 이룰 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 일반적인 양안 입체카메라의 촬영시 물체가 무한 거리에 있는 경우를 나타낸 도면이다.
도 1b는 일반적인 양안 입체카메라의 촬영시 물체가 근거리에 있는 폭주식 또는 교차이동식을 나타낸 도면이다.
도 2는 주시각 조절을 설명하기 위한 좌영상과 우영상, 그리고 합성영상을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 원거리에 주시각이 맞추어진 경우 근거리 물체에 대하여는 이중 상이 과도하게 깊이 나타나는 상태의 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 이미지 센서의 좌,우 이동식(평행이동식)에 의한 주시각 조절시 결상렌즈의 전,후 이동량에 따라 이미지 센서가 좌,우로 평행 이동하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이미지 센서의 전,후 이동식(평행이동식)에 의한 주시각 조절시 결상렌즈의 전,후 이동량에 따라 이미지 센서가 전,후로 평행 이동하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 이미지 센서의 전,후 이동을 이용하여 양안 입체카메라의 주시각 조절시 구현되는 광학계의 구성과 광로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 결상렌즈의 좌,우 이동식(평행이동식)에 의한 주시각 조절시, 결상렌즈의 전,후 이동량에 따라 결상렌즈가 안쪽으로 평행이동하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 주시각 미러 회전에 의해 주시각 조절시 초점조절렌즈의 이동량에 따라 주시각 미러가 회전하는 각과 회전각 산출방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시 예로써, 주시각 미러 회전식을 이용하여 주시각을 조절하는 양안 입체카메라의 구성과 광로를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 결상렌즈를 초점조절렌즈와 마스터렌즈로 형성한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 또 다른 실시 예로써, 주시각 미러 회전식을 이용하여 주시각을 조절하는 양안 입체카메라의 구성과 광로를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 결상렌즈를 1군렌즈와 내부군렌즈 및 후군렌즈로 형성한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 양안 입체카메라의 주시각 조절방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
도 4 내지, 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명은 결상렌즈(110)와 이미지 센서(130), 주시각 미러(121) 등을 포함하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법으로서, 상기 결상렌즈(110)는 초점 조절을 위한 렌즈로서, 전방으로 형성되는 초점조절렌즈와 후방으로 형성되는 마스터렌즈로 이루어지며, 본 실시 예에서는 상기 초점조절렌즈와 마스터렌즈로 이루어지는 결상렌즈(110) 전체가 전,후로 이동하면서 초점을 조절하게 된다.(상기 결상렌즈(110)는 전방에 위치하는 초점조절렌즈(111)가 전,후로 이동하면서 초점조절을 할 수도 있고, 상기 초점조절렌즈(111)와 마스터렌즈(112) 전체가 전,후로 이동하면서 초점조절을 할 수도 있다)
이때, 촬영자는 상기 양안 입체카메라(100)의 결상렌즈(110)를 촬영자의 촬영 의도에 따라 수동으로 전,후로 이동 동작시킨다.
즉, 촬영자의 촬영의도에 따라 초점조절렌즈(111)를 포함하는 결상렌즈(110)를 수동으로 전,후로 이동 동작시킨다.(S1)
상기 결상렌즈(110)의 초점조절렌즈(111) 이동량을 변위측정센서(114)와 같은 별도의 장치나, 스텝모터의 스텝수로 인식한다.(S2)
상기와 같은 초점조절렌즈(111)의 이동량에 의하여 주시각 조절을 위한 결상렌즈(110)나, 이미지 센서(130)의 수평 혹은 전,후 이동량, 또는 주시각 미러(121)의 회전량을 계산(산출)한다.(S3)
여기서, 상기 결상렌즈(110)나 이미지 센서(130)가 안쪽 또는 바깥쪽으로 각각 수평(평행)이동되는 평행이동식이나 이미지 센서(130)가 전,후로 이동하는 전후(평행) 이동식, 주시각 미러(121)가 회전하는 주시각 미러 회전식 중 어느 하나로 이루어진다.
다음, 상기 결상렌즈(110)나, 이미지 센서(130)의 수평 혹은 전,후 이동량, 또는 주시각 미러(121)의 회전량에 따라 자동으로 주시각이 조절된다.(S4)
여기서, 상기 주시각 조절은 결상렌즈(110)의 전,후 이동량으로부터 미리 설정된 결상렌즈(110)나 이미지 센서(130)의 주시각 이동량으로 자동으로 주시각이 조절되도록 하고 있으나, 필요에 따라서 결상렌즈(110)나 이미지 센서(130)의 주시각 이동량 보다 촬영자가 미리 설정한 값만큼 항상 일정하게, 더 많이 이동하거나 더 적게 이동하도록 조그 스위치(Jog switch)와 같은 별도의 스위치(미도시)를 이용하여 촬영자가 추가로 주시각을 가감을 할 수도 있다.
즉, 상기 주시각 조절은 초점조절렌즈(111)의 이동량에 의하여 계산(산출)된 결상렌즈(110)나, 이미지 센서(130)의 수평 혹은 전,후 이동량에 대하여, 별도로 형성된 주시각 조절용 가변저항과 조그 스위치(미도시)를 이용하여 촬영자가 포커싱한 지점에 주시각을 맞추는 것을 기준으로 하여 촬영자의 의도에 따라 미리 설정한 주시각 보다 +(plus) 또는 -(minus)로 가감시킬 수 있다.
상기 이미지 센서(130)를 이용하여 평행이동식(수평이동식)으로 이루어지는 주시각 조절을 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 양안 입체카메라(100)를 이용하여 촬영하고자 하는 촬영대상물체까지의 거리를 d, 결상렌즈(110)의 초점거리를 f, 좌,우 결상렌즈(110) 간의 간격의 1/2은 h, 결상렌즈(110)의 초점조절을 위한 이동량은 Δf, 이미지 센서(130)의 이동량은 Δx라 정의한다.
이를 식으로 나타내면,
Figure 112011090914795-pat00001
에 의하여 상기 결상렌즈(110)의 이동량 Δf를 구하고 (식 1)을 달리 표현하여 물체거리를 구할 수도 있다.
Figure 112011090914795-pat00002
한편, 도 4의 닮은꼴 삼각형을 비교하여
Figure 112011090914795-pat00003
여기서, d = 물체거리, h = 양안 결상렌즈(110) 간의 간격을 65mm라고 할 때 그 절반값인 32.5mm, f = 결상렌즈(110)의 초점거리, Δf = 결상렌즈(110)의 포커싱 이동량, Δx = 평행이동식 주식각 조절에서 이미지 센서(130)가 무한대 위치에서 주시각 조절을 위하여 바깥쪽으로 이동한 량을 나타낸다.
이를 상기 수학식 2에 적용하여 주시각 조절방식을 구해보면 다음과 같다.
Figure 112011090914795-pat00004
이 구하여 진다.
상기 식 3을 보면 △x와 △f는 1차 함수의 관계가 있다. 즉, 이미지 센서(130)의 이동량 △x는 초점조절용 결상렌즈(110)의 이동량 △f에 대하여 기울기가
Figure 112011090914795-pat00005
인 1차 함수 즉, 직선의 관계를 가지고 있음을 알 수 있다.
예컨대, 결상렌즈(110)의 초점거리가 100㎜, 좌,우 결상렌즈(110) 간의 간격이 65㎜인 경우, 결상렌즈(110)의 초점조절 이동량이 11.11mm인 경우, 이미지 센서(130)의 수평 이동량 (식 3)에 의하여
Figure 112011090914795-pat00006
가 된다.
이에 따라, 자동으로 3.61㎜만큼 이미지 센서(130)가 바깥쪽으로 각각 수평(평행)이동되면서 주시각이 조절된다.
또, 상기 이미지 센서(130)를 이용하여 전,후 평행이동식(수평이동식)으로 이루어지는 주시각 조절을 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 결상렌즈(110)와 이미지 센서(130) 사이에 반사거울인 주시각 미러(121)가 위치하고 있어 광로를 90°꺾고 이미지 센서(130)가 서로 마주보게 배치한 경우, 이미지 센서(130)는 전,후로 상기 이동량 △x 만큼 이동하여 주시각을 조절하게 된다.
특히, 이 경우에는 기울기만 존재하는 1차식 즉, 직선의 관계에 있기 때문에 별도 수식의 연산이나 메모리된 데이터를 이용하여 전자적인 스테핑모터 등을 이용한 제어가 없어도 직선 캠이나 나사산의 기어비를 이용한 기계적인 방법으로 주시각 제어가 가능하다.
도 6은 도 5의 이미지 센서(130) 전,후 이동방식에 다른 구체적인 광로도를 나타낸 도면이다.
또, 상기 결상렌즈(110)를 이용하여 평행이동식(수평이동식)으로 이루어지는 주시각 조절을 설명하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 양안 입체카메라(100)를 이용하여 촬영하고자 하는 촬영대상물체까지의 거리를 d, 결상렌즈(110)의 초점거리는 f, 좌,우 결상렌즈(110) 간의 간격은 h, 결상렌즈(110)의 이동량은 Δf, 이미지센서(130)의 이동량은 Δx라 정의한다.
이 또한 도 7의 닮은꼴 삼각형을 비교하여,
Figure 112011090914795-pat00007
와 (식 1)로부터,
Figure 112011090914795-pat00008
Figure 112011090914795-pat00009
이 구하여 진다.
상기 식을 보면, 결상렌즈(110)의 주시각 이동량 △x의 역수
Figure 112011090914795-pat00010
는 결상렌즈(110)의 초점조절 이동량 △f의 역수
Figure 112011090914795-pat00011
에 대하여 절편이
Figure 112011090914795-pat00012
이고, 기울기가
Figure 112011090914795-pat00013
인 1차 함수의 관계가 있음을 알 수 있다.
여기서, d = 물체거리, h = 양안 결상렌즈(110) 간의 간격을 65mm라고 할 때 그 절반값인 32.5mm, f = 결상렌즈(110)의 초점거리, Δf = 결상렌즈(110)의 포커싱 이동량, Δx = 평행이동식 주시각 조절에서 결상렌즈(110)가 무한대 위치에서 주시각 조절을 위하여 안쪽으로 이동한 량을 나타낸다.
이를 상기 수학식을 적용하여 주시각 조절방식을 구해보면 결상렌즈(110)의 이동량
Figure 112011090914795-pat00014
가 된다.
이에 따라, 자동으로 3.25㎜만큼 결상렌즈(110)가 안쪽으로 각각 평행이동되면서 주시각이 조절된다.
이와 같이, 양안 입체카메라(100)는 무한대 위치의 물체를 촬영할 경우에는 서로 평행하게 있으나 근거리 물체를 촬영할 경우에는 물체를 향하여 이미지 센서(130)를 고정하고 결상렌즈(110)의 간격을 조절하거나, 결상렌즈(110)를 고정하고 이미지 센서(130)의 간격을 이동시키는 평행이동식에 의하여 주시각을 조절하게 된다.
즉, 상기 결상렌즈(110)를 평행이동식으로 이동시켜 주시각 조절시, 이미지 센서(130)는 고정되고 결상렌즈(110)가 안쪽으로 이동한다.
이때, 상기 결상렌즈(110)와 이미지 센서(130)는 상호 분리 이동 가능하도록 구성되어야 한다.
한편, 도 8은 본 발명에 따른 다른 실시 예를 나타낸 도면으로서, 이는 상기 결상렌즈(110)와 이미지 센서(130)가 아닌 주시각 미러(121)를 이용하여 주시각 미러 회전식으로 주시각의 조절을 이룰 수 있는 것이다.
이를 위해 촬영자의 촬영의도에 따라 스테핑모터(122)로 상기 결상렌즈(110)를 이루는 초점조절렌즈(111)를 구동시키고, 그 이동량을 스테핑모터(122)의 스텝 수로 인식한다.
상기 측정되어진 초점조절렌즈(111)의 이동량에 의하여 주시각 조절을 위한 주시각 미러(121)의 회전량을 계산(산출)한다.
여기서, 촬영자는 필요에 따라 상기 초점조절렌즈(111)의 이동량에 연동하는 주시각 미러(121)의 회전량 보다 촬영자가 미리 설정한 값만큼 주시각 미러의 회전량을 가감되도록 조그 스위치(미도시)와 같은 별도의 스위치로 조절할 수 있다.
즉, 초점조절렌즈(111)의 이동량에 의하여 동작하도록 계산(산출)된 주시각 미러의 회전량에 대하여 촬영자가 미리 설정한 +(plus) 또는 -(minus) 주시각을 조그 스위치와 같은 것을 이용하여 가감시킬 수 있다.
상기 주시각 미러(121)의 회전량에 따라 자동으로 주시각이 조절되도록 한다.
주시각 미러(121)에서 이미지 센서(130)까지의 거리를 bf, 주시각 미러(121)의 회전각(회전량)은 θ라 정의한다.
또한, Δχ는 상기 (식 3)에 의하여 계산된 상기 이미지 센서(130)의 수평 이동량 Δχ과 동일한 값이다.
각도 α는 주시각 미러(121)와 Δχ가 이루는 각도이고, bf는 주시각 미러(121)에서 이미지 센서(130)까지의 거리이다.
이 경우, 수학식은,
Figure 112011090914795-pat00015
Figure 112011090914795-pat00016
--------------------------(식 6)
가 된다.
상기 (식 6)을 적용하여 주시각 미러를 이용한 주시각 조절방식을 구해보면 다음과 같다.
예컨대, bf를 50mm로 두고, 상기 식 (3)으로부터 이미지 센서(130)의 이동량 Δx = 3.61mm로 계산된 경우를 적용하면 α = 4.12°이고, 주시각 미러(121)의 회전각 θ와 α와의 관계는 반사의 원리에서 주시각 미러(121)가 1°회전하면 α는 2°변하게 되므로, 2θ = α가 되고, θ = α/2 = 2.06°가 된다. 이와 같이 주시각 미러의 회전에 의해 주시각이 조절될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 8의 미러 회전식 주시각 조절방식에 적용되는 양안 입체카메라의 광학계에 대한 일실시 예로서,
먼저, 도 9는 양안 입체카메라(100)의 앞쪽으로 초점조절렌즈(111)와, 뒤쪽으로 형성되는 마스터렌즈(112)로 이루어지는 결상렌즈(110)와, 상기 결상렌즈(110)의 구동을 위한 스테핑모터(113)와, 상기 초점조절렌즈(111)가 위치하는 결상렌즈(110)의 외부 경통(100a)에는 초점조절렌즈(111)의 위치 변화량, 크기와 방향을 가지는 벡터량을 검지하는 변위측정센서(114)가 형성되고, 상기 결상렌즈(110)의 뒤쪽으로는 펄스 신호를 줄 때마다 일정한 각도씩 회전하는 스테핑모터(stepping motor)(122)에 의해 동작하는 주시각 미러(121)와 분할적으로 좌측영상과 우측영상을 교대로 반사 또는 투과시켜서 이미지 센서(130)로 보내는 회전원판(123)과, 상기 회전원판(123)을 구동시키는 모터(123a)와, 릴레이렌즈(120)가 형성되며, 상기 릴레이렌즈(120)의 일 측으로는 촬영대상물체(피사체)의 정보를 검지(檢知)하여 전기적인 영상신호로 변환하는 장치 또는 전자부품인 이미지 센서 CCD(130)가 형성된다.
즉, 상기 양안 입체카메라(100)의 앞쪽으로는 초점조절렌즈(111)와 마스터렌즈(112)로 이루어지는 결상렌즈(110)가 위치하며, 상기 초점조절렌즈(111)의 외부 경통(100a)에는 상기 초점조절렌즈(111)의 위치 변화량, 크기와 방향을 가지는 벡터량을 검지하는 변위측정센서(114)가 형성되고, 상기 결상렌즈(110)의 뒤쪽으로는 펄스 신호를 줄때마다 일정한 각도씩 회전하는 스테핑모터(122)를 갖는 주시각 미러(121)와 좌,우 영상을 시분할적으로 통과시키는 회전원판(123)과 릴레이렌즈(120)가 형성되며, 상기 릴레이렌즈(120)의 일 측으로는 촬영대상물체(피사체)의 정보를 검지하여 전기적인 영상신호로 변환하는 장치 또는 전자부품인 이미지 센서 CCD(130)가 형성된다.
여기서, 상기 스테핑모터(113,(122)는, 입력 펄스 수에 대응하여 일정 각도씩 움직이는 모터로, 펄스모터 혹은 스텝모터라고도 한다. 입력 펄스 수와 모터의 회전각도가 완전히 비례하므로 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다.
또, 상기 결상렌즈(110)는 초점조절을 위한 렌즈로서, 전방으로 형성되는 초점조절렌즈(111)와 후방으로 형성되는 마스터렌즈(112)로 이루어지며, 본 실시 예에서 초점조절을 할 경우에는 상기 마스터렌즈(112)는 고정되고, 상기 초점조절렌즈(111) 만이 전,후로 이동하면서 하도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 10은 상기 결상렌즈(110)의 다른 실시 예로써, 초점조절을 위한 결상렌즈(100)를, 전방으로 형성되는 1군렌즈(110a)와, 중간에 형성되는 내부군렌즈(110b) 및 후방으로 형성되는 후군렌즈(110c)로 형성한다.
이러한 구성의 결상렌즈(110)로 초점조절을 할 경우에는 예컨대, 상기 1군렌즈(110a)가 전,후로 이동하게 되면, 내부군렌즈(110b)와 후군렌즈(110c)는 고정되며, 상기 내부군렌즈(110b)가 전,후로 이동하게 되면, 1군렌즈(110a)와 후군렌즈(110c)가 고정되며, 상기 후군렌즈(110c)가 전,후로 이동하게 되면 1군렌즈(110a)와 내부군렌즈(110b)가 고정되어 초점조절을 할 수도 있으며, 또, 결상렌즈(110) 전체가 전,후로 이동하면서 초점조절을 할 수도 있다.
즉, 상기 결상렌즈(110)는, 초점조절시 1군렌즈(110a), 내부군렌즈(110b), 후군렌즈(110c) 중, 어느 한 렌즈군이 전,후로 이동하면서 이루어지거나, 결상렌즈(110) 전체가 전,후로 이동하면서 이루어질 수 있다.
그리고, 이러한 구조의 양안 입체카메라(100)를 이용하여 주시각을 조절할 경우, 촬영대상물체의 거리와, 초점조절렌즈(111)의 초점조절을 위한 전,후 이동량과 주시각 미러(121)의 회전량(회전각)의 관계에 의해 주시각이 조절되므로, 단순한 계산식에 의하여 관계식을 구하기는 어렵고 다소 복잡한 과정을 거쳐야 하므로 구체적인 설명은 생략한다.
여기서, 상기 양안 입체카메라(100)에서 초점조절렌즈의 이동량을 측정하는 방법은 초점조절렌즈(111)의 이동량을 별도의 장치인 변위측정센서(114)로 직접측정하거나, 초점조절(포커싱)을 위하여 촬영자가 수동적인 스텝모터구동 등으로 스텝수로 결상렌즈(110)의 초점조절렌즈(111)를 전,후로 이동시킨 량을 측정하면 상기 초점조절렌즈(111)의 전,후 이동량에 따라 주시각 미러(121)가 회전하도록 주어진 식을 연산하거나, 미리 메모리 되어 있는 테이블로부터 값을 산출하여, 그 값을 주시각 미러(121)의 하부 측에 장착된 스테핑모터(122)에 신호를 주면 주시각 미러(121)가 회전하면서 주시각을 조절하게 된다.
따라서, 본 발명은 촬영자가 임의로 주시각을 조절하지 않아 용이하고 정확한 주시각 조절을 이룰 수 있고, 영상물의 과도한 2중 상을 방지하여 어지럼증과 주시 피로감을 예방하는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100 : 양안 입체카메라 110 : 결상렌즈
111 : 초점조절렌즈 112 : 마스터렌즈
113 : 스테핑모터 114 : 변위측정센서
120 : 릴레이렌즈 121 : 주시각 미러
122 : 스테핑모터 130 : 이미지 센서
100a : 외부경통

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 결상렌즈와 촬영자의 촬영의도에 따라 초점조절렌즈를 수동 혹은 스텝모터로 이동시키는 단계와, 초점조절렌즈의 이동량에 의하여 주시각 조절을 위한 결상렌즈나 이미지 센서의 수평 혹은 전,후 이동량 또는 주시각 미러의 회전량을 계산(산출)하는 단계와, 상기 결상렌즈나 이미지 센서의 수평 혹은 전,후 이동량 또는 주시각 미러의 회전량에 따라 자동으로 주시각이 조절되도록 하는 단계를 포함하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법에 있어서,
    상기 초점조절렌즈의 이동량을 변위측정센서와 같은 별도의 장치나, 스텝모터의 스텝수로 인식하고,
    수평 이동에 의한 주시각 조절은,
    촬영대상물체가 근거리에 있을 때 초점조절렌즈가 앞으로 이동하면서 무한 원거리 상태에서 이미지 센서가 고정되고,
    결상렌즈가 안쪽으로 이동하거나, 결상렌즈가 고정되고 이미지 센서가 바깥쪽으로 이동하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전,후 이동에 의한 주시각 조절은 촬영대상물체가 근거리에 있을 때 초점조절렌즈가 앞으로 이동하면 무한 원거리 상태에서 결상렌즈가 고정되고, 이미지 센서가 동시에 뒤로 이동하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 이미지 센서를 이용하여 전,후 평행이동으로 이루어지는 주시각 조절은, 결상렌즈와 서로 마주보게 배치한 이미지 센서 사이에 반사거울인 주시각 미러를 배치하여 광로를 90°꺾어지게 한 경우, 이미지 센서는 전,후 이동량만큼 이동하므로, 별도 수식의 연산이나 메모리된 데이터를 이용하여 전자적인 스테핑모터를 이용한 제어가 없어도 직선 캠이나 나사 산의 기어비를 이용한 기계적인 방법으로 주시각 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 양안 입체카메라의 주시각 조절방법.
  7. 삭제
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