KR101282352B1 - 가변패턴을 이용한 3차원 이미지 촬영장치 및 방법 - Google Patents

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본 발명의 장치는 3차원 이미지를 얻기 위한 오브젝트 면의 깊이 정보를 산출하기 위해, 오브젝트에 패턴을 투여하고 투여된 패턴의 변형의 정도에 따라 오브젝트 면의 각 깊이 정보를 산출하여, 오브젝트의 3차원 이미지를 얻는 방법 및 장치에 있어서, 투여된 패턴의 높은 인식도를 위해 패턴의 특성을 변형시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

가변패턴을 이용한 3차원 이미지 촬영장치 및 방법 {THREE DIMENSION IMAGE PATTERN PHOTOGRAPH USING VARIABLE AND METHOD THEREOF}
본 발명의 장치는 3차원 이미지를 얻기 위한 오브젝트 면의 깊이 정보를 산출하기 위해, 오브젝트에 패턴을 투여하고 투여된 패턴의 변형의 정도에 따라 오브젝트 면의 각 깊이 정보를 산출하여, 오브젝트의 3차원 이미지를 얻는 방법 및 장치에 있어서, 투여된 패턴의 높은 인식도를 위해 패턴의 특성을 변형시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
3차원 영상(3-dimensional image)은 2차원 영상보다 현실감이 뛰어나 멀티미디어 시대의 차세대 영상 시스템으로 점차 활용도가 높아지고 있다.
이러한 3차원 영상은, 우선적으로 3DTV 및 입체영화로 구현되어 활용될 것이며, 원격 제어용 영상, 훈련 시뮬레이션, 입체 화상통신 등에도 유용하게 응용될 것으로 예상된다.
3차원 영상을 얻는 종래의 다양한 방법이 개발되고 있다.
그 중 하나로서, 3차원 이미지를 얻기 위한 오브젝트 면의 깊이 정보를 산출하기 위해, 오브젝트에 패턴을 투여하고 투여된 패턴의 변형의 정도에 따라 오브젝트 면의 각 깊이 정보를 산출하는 방법이 사용된다.
종래의 기술에 따르면, 오브젝트에 일정한 패턴을 투여하고, 패턴의 변형 정도를 측정하여 깊이 정보를 산출하였으며 이때 오브젝트가 어떠한 특징을 갖는지 여부와 무관하게 항상 동일한 패턴을 오브젝트에 투여하였고, 따라서 오브젝트의 특성을 제대로 반영하지 못하여 깊이 정보를 산출시 정확한 깊이 정보의 산출이 이루어지지 못한다는 단점을 갖고 있었다.
이러한 방법에 있어서, 패턴의 오브젝트의 특성에 따른 인식률의 문제가 있음을 본 발명자는 인식하였다. 오브젝트 특성에 따라 적합한 패턴을 제공하고, 높은 인식률의 패턴을 얻음이 필요함을 인식하였고, 아래와 같은 구성을 착안하기에 이르렀다.
본 발명의 장치는 3차원 이미지를 얻기 위한 오브젝트 면의 깊이 정보를 산출하기 위해, 오브젝트에 패턴을 투여하고 투여된 패턴의 변형의 정도에 따라 오브젝트 면의 각 깊이 정보를 산출하여, 오브젝트의 3차원 이미지를 얻는 장치에 있어서, 투여된 패턴의 높은 인식도를 위해 패턴의 특성을 변형시키는 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 패턴 빔을 오브젝트에 조사하는 패턴 빔 조사부; 상기 조사된 패턴 빔에 대한 패턴 변화를 수집하는 패턴 수광부; 및 상기 수집된 패턴 변화에 따라 오브젝트 이미지의 각 부분별 깊이 정보를 산출하는, 신호처리부를 포함하는, 오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 장치로서, 오브젝트의 특징에 대한 상기 오브젝트에 조사된 패턴 빔의 상기 수광부에서의 인식율이 높도록 상기 패턴의 크기, 모양, 출력 강도를 변형시키는 패턴 변형부를 포함하는, 오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 장치를 포함한다.
패턴을 오브젝트에 투여하여 오브젝트 면의 깊이 값이 차이에 따른 패턴의 변형을 인식하여 오브젝트 면의 깊이 정보를 산출하는 방법은 예를 들어, 본 발명자에 의해 출원된 출원번호 제 10-2011-0077990호가 참조된다. 이에 대한 내용은 본원에 그대로 참조로서 통합되어 있다.
상기 패턴 변형부는: 패턴의 확산정도를 조절하는 확산조절부, 패턴의 문양을 패턴문양조절부, 패턴빔의 출력을 조절하는 패턴 출력조절부, 및 패턴빔의 시간적 변화를 제공하는 패턴모듈레이션부를 포함한다.
상기 오브젝트의 특징은 오브젝트의 크기, 오브젝트면의 패턴, 오브젝트면의 색, 오브젝트면의 반사도, 및 오브젝트면의 재질을 포함한다.
본 발명의 장치는, 바람직하게 출력 변화에 따른 부품의 안정적 운용을 위해 부분적 또는 전체적으로 냉각장치가 포함된다.
대안적으로, 본 발명은 3차원 이미지를 얻기 위한 오브젝트 면의 깊이 정보를 산출하기 위해, 오브젝트에 패턴을 투여하고 투여된 패턴의 변형의 정도에 따라 오브젝트 면의 각 깊이 정보를 산출하여, 오브젝트의 3차원 이미지를 얻는 방법에 있어서, 투여된 패턴의 높은 인식도를 위해 패턴의 특성을 변형시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 상기의 오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 장치를 이용하며, 오브젝트의 특성을 판단하는 단계; 상기 오브젝트 특성에 대해, 수광부에 의한 패턴 인식이 높은 패턴을 선택하는 단계; 상기 선택된 패턴 빔을 오브젝트에 조사하고, 상기 조사된 패턴 빔 변화를 수집하는 단계; 및 상기 수집된 패턴 변화에 따라 오브젝트 이미지의 각 부분별 깊이 정보를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 장치의 상기 패턴 수광부는, 변형된 패턴의 수광도를 높이기 위한 화각, 초점, 신호 수득, 셔터 스피드, 파장 또는 이미지 형성 속도 조절 기능 장치를 포함한다.
관습에 따라 도면의 다양한 특징들은 실측에 따라 도시되지 않을 수 있다. 따라서, 다양한 특징들의 치수들은 간명성을 위하여 임의로 확대되거나 감소될 수 있다. 또한, 도면의 일부가 간명성을 위해 단순화될 수 있다. 따라서, 도면은 제시된 장치(예를 들어 디바이스) 또는 방법의 모든 컴포넌트들을 도시하지 않을 수도 있다. 마지막으로, 유사한 도면번호들이 상세한 설명 및 도면 전반에서 유사한 특징들을 나타내는데 사용될 수 있다.
도 1은 패턴 빔을 오브젝트에 투여하여 오브젝트의 깊이 값을 산출하여 3차원 이미지를 얻는 장치를 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 빔 조사의 확산 정도가 조절되는 모습을 예시하는 도면이다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 빔을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 본 발명의 장치를 예시적으로 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 방법을 예시적으로 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은, 3차원 이미지를 얻기 위한 오브젝트 면의 깊이 정보를 산출하기 위해, 오브젝트에 패턴을 투여하고 투여된 패턴의 변형의 정도에 따라 오브젝트 면의 각 깊이 정보를 산출하여, 오브젝트의 3차원 이미지를 얻는 장치(100)를 예시한다.
상기 장치는 촬영부(110), 신호처리부(120), 및 영상 출력부(130)를 포함한다. 상기 촬영부(110)는 패턴 빔 조사부(111), 패턴 수광부(112), 이미지 카메라(113)를 포함한다. 상기 이미지 카메라(113)는 일반 카메라인 이미지 카메라(113)를 이용하여, 상기 2차원 이미지를 획득할 수 있다. 패턴 빔 조사부(111)는 상기 오브젝트에 다양한 패턴을 조사할 수 있다. 패턴 수광부(230)는 오브젝트에 투영된 패턴 빔의 이미지를 얻는 장치이다.
본 발명의 장치는 오브젝트에 투영되는 패턴의 수광부에서의 높은 인식을 위한 패턴 변형 장치 및 방법에 제공한다.
높은 인식율의 패턴으로의 변형은 패턴의 확산정도를 조절하는 확산조절부, 패턴의 문양을 패턴문양조절부, 패턴빔의 출력을 조절하는 패턴 출력조절부, 및 패턴빔의 시간적 변화를 제공하는 패턴모듈레이션부에 의한다.
높은 인식율을 가진 패턴은, 오브젝트의 크기, 오브젝트면의 패턴, 오브젝트면의 색, 오브젝트면의 반사도, 및 오브젝트면의 재질에 대한 가시적으로 높은 인식이 되는 패턴문양, 크기, 색, 빔의 강도 등을 선택한다.
본 발명에서의 확산조절부는 패턴 빔 조사부로부터 출력되는 패턴 빔을 확산시켜, 오브젝트에 투영되는 패턴의 크기를 조절하는 구성이다. 오브젝트의 형태, 크기 및 패턴 빔 조사부로부터의 오브젝트까지의 거리에 따른 적절한 패턴의 투영을 위해 사용된다. 예를 들어, 물체가 너무 멀리 있는 경우 작은 점으로 구성된 패턴을 조사할 경우 수광부에서 보이지 않을 수 있다. 또한 물체가 너무 크거나 작은 경우 물체의 크기에 맞춰 패턴의 확산 정도를 조절하여 패턴의 크기를 맞출 수 있다. 도 2가 참조될 수 있다.
패턴의 확산 정도를 조절하기 위해, 렌즈의 초점거리를 조절할 수 있도록 초점 가변형 렌즈부를 이용할 수 있다. 상기 초점 가변형 렌즈는, 예를 들어, 유체 렌즈(liquid lens)를 사용하여 렌즈 곡률을 변경하는 렌즈일 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 초점 가변형 렌즈는, 복수계의 렌즈를 사용하고 렌즈간의 거리를 조절하여 초점 거리가 변화되는 렌즈일 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 초점 가변형 렌즈는, 열 및 스트레스를 통한 굴절율이 변화하는 렌즈일 수 있다.
본 발명에서의 패턴문양조절부는, 오브젝트에 투영되는 패턴의 문양을 조절하는 구성이다. 예를 들어, 오브젝트의 면이 규칙적 홈(groove)를 포함하고 패턴이 선 패턴인 경우, 투영된 패턴의 인식율은 낮을 것이다. 따라서 오브젝트의 투영면에 따라 인식율이 높은 적절한 패턴의 문양을 선택한다.
상기 패턴문양은 도 3에서 보는 봐와 같이 다양할 수 있다. 본 발명에서 패턴문양은 특정 패턴의 문양에 한정되는 것이 아님은 인식될 것이다.
상기 패턴 문양의 변화는 예를 들어, SLM(spatial light modulator)를 사용하여 조절할 수 있다. SLM은 LCD 또는 DPL을 사용하여 시간적 또는 공간적으로 진폭, 위상 또는 이 둘 모두를 동시에 변화를 주는 구조를 사용할 수 있다.
상기 패턴빔의 출력을 조절하는 패턴 출력조절부는 조사되는 패턴 빔의 강도를 조절하는 구성이다. 예를 들어 먼거리에 있는 오브젝트의 경우 강한 패턴 빔의 출력이 필요할 것이다. 또는 근거리에 있는 오브젝트의 경우 너무 강한 패턴의 빔의 출력은 번짐 등에 수광부의 인식에 문제가 있을 수 있다. 나아가, 주위 환경적 영향 또는 오브젝트 면의 특성에 따른 흡수도의 문제로 수광시 입력신호 크기(SNR: signal to noise ratio) 문제가 야기될 수 있다. 패턴 출력조절부는 이러한 요인에 따라 적절한 패턴 출력을 조절한다. 패턴 출력조절부는 예를 들어 레이저 등의 광원 출력 조절 장치일 수 있다.
상기 패턴빔의 시간적 변화를 제공하는 패턴모듈레이션부는 패턴빔에 시간적 변화에 따라 변화를 제공하는 것이다. 예를 들어, 물체에 LED 등의 발광체가 있을 경우 수광부는 패턴빔과 상기 발광체의 빔을 오인할 수 있다. 오브젝트에 조사될 패턴빔을 시간적 변화에 따라 변화하는 패턴빔을 투여한다. 이렇게 투여된 패턴빔은 오브젝트에 존재할 수 있는 방해요소인 발광체의 빔과 차별화될 수 있어, 수광부는 패턴빔만을 구별하여 수신할 수 있을 것이다. 따라서 시간적 모듈레이션을 사용하면 패턴 빔의 모듈레이션 정보를 바탕으로 패턴빔만을 추출할 수 있다.
도 4은 본 발명의 장치를 예시적으로 나타내는 개략도이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 패턴조사부는 광원(411), 제 1 렌즈부(412) 및 패턴 형성부(413) 및 제 2 렌즈부(414)를 포함한다. 상기 광원(411)에는 광원의 출력과 시간 변조를 제어하기 위한 광원 드라이버(420)가 연결되어 있다. 상기 패턴 형성부(413)에는 패턴의 다양한 변형을 제공하기 위해, 패턴 변형부(430)(예를 들어, SLM)가 연결되어 있다. 상기 광학계(412, 413)들에는 패턴의 확산 제어를 위한 확산 조절부(440)가 연결되어 있다. 본 발명의 장치는 수광부(450)를 포함하며, 상기 수광부(450)는 이미지 센서(451)(예를 들어, CCD/CMOS) 및 광학 렌즈(452)를 포함한다. 상기 수광부와 상기 패턴조사부는 제어 및 신호 처리부(460)에 각각 연결되어 있다. 상기 제어 및 신호 처리부(460)는 오브젝트면의 특성에 대한 높은 인식율을 제공하는 패턴을 선택하도록 연산하며, 오브젝트면의 깊이 차이에 따라 변형된 패턴 이미지에 따른 오브젝트면의 깊이 값을 연산한다.
도 4a는 투과형 패턴 조사부를 예시하며, 도 4b는 반사형 패턴 조사부를 예시한다. 도 4a의 투과형 패턴 조사부는 광원과 제 1 렌즈부, 패턴 형성부 및 제 2 렌즈부가 일련으로 직렬 방식에 의해 배치되어 있다. 도 4b의 반사형 패턴 조사부는 광원과 제 1 렌즈부가 직렬 배치되어 있고, 패턴 형성부가 사선으로 배치되어, 광원 및 제 1 렌즈부에 의해 조사되는 빔을 제 2 렌즈부로 안내하여, 패턴 빔을 조사한다.
냉각 장치는, 광원의 출력 변화에 따른 온도 변화에 대해 패턴 조사부의 안정적 운용을 위해 배치되어 있다. 냉각 장치는 방열판을 이용한 공냉식 또는 수냉식일 수 있다. 대안적으로 냉각 장치는 예를 들어 TEC(Thermo-electric cooler)를 사용한 전기적 방식일 수 있다.
도 5는 본 발명의 방법을 예시적으로 나타내는 순서도이다.
본 발명은 3차원 이미지를 얻기 위한 오브젝트 면의 깊이 정보를 산출하기 위해, 오브젝트에 패턴을 투여하고 투여된 패턴의 변형의 정도에 따라 오브젝트 면의 각 깊이 정보를 산출하여, 오브젝트의 3차원 이미지를 얻는 방법에 있어서, 도 5에서 참조되는 바와 같이, 오브젝트의 특성을 판단하는 단계(510); 상기 오브젝트 특성에 대해, 수광부에 의한 패턴 인식이 높은 패턴을 선택하는 단계(520); 상기 선택된 패턴 빔을 오브젝트에 조사하고(530), 상기 조사된 패턴 빔 변화를 수집하는 단계(540); 및 상기 수집된 패턴 변화에 따라 오브젝트 이미지의 각 부분별 깊이 정보를 산출하는 단계(550)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 촬영 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 패턴 빔을 오브젝트에 조사하는 패턴 빔 조사부; 상기 조사된 패턴 빔에 대한 패턴 변화를 수집하는 패턴 수광부; 및 상기 수집된 패턴 변화에 따라 오브젝트 이미지의 각 부분별 깊이 정보를 산출하는, 신호처리부를 포함하는, 오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 장치로서,
    오브젝트의 특징에 대한 상기 오브젝트에 조사된 패턴 빔의 상기 수광부에서의 인식율이 높도록 상기 패턴의 크기, 모양, 출력 강도를 변형시키는 패턴 변형부, 또는 상기 패턴 변형부로부터의 패턴의 수광을 위한 패턴 수광부를 포함하는, 오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴 변형부는: 패턴의 확산정도를 조절하는 확산조절부, 패턴의 문양을 패턴문양조절부, 패턴빔의 출력을 조절하는 패턴 출력조절부, 및 패턴빔의 시간적 변화를 제공하는 패턴모듈레이션부를 포함하는,
    오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 장치.
  3. 제1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오브젝트의 특징은 오브젝트의 크기, 오브젝트면의 패턴, 오브젝트면의 색, 오브젝트면의 반사도, 및 오브젝트면의 재질을 포함하는,
    오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴 수광부는, 변형된 패턴의 수광도를 높이기 위한 화각, 초점, 신호 수득, 셔터 스피드, 파장 또는 이미지 형성 속도 조절 기능 장치를 포함하는,
    이미지의 깊이 정보 산출 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항의 오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 장치를 이용하는 오브젝트의 이미지의 깊이 정보 산출 방법으로서,
    오브젝트의 특성을 판단하는 단계;
    상기 오브젝트 특성에 대해, 수광부에 의한 패턴 인식이 높은 패턴을 선택하는 단계;
    상기 선택된 패턴 빔을 오브젝트에 조사하고, 상기 조사된 패턴 빔 변화를 수집하는 단계; 및
    상기 수집된 패턴 변화에 따라 오브젝트 이미지의 각 부분별 깊이 정보를 산출하는 단계를 포함하는,
    이미지의 깊이 정보 산출 방법.
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