KR101320477B1 - 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치 및 방법 - Google Patents

카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치 및 방법 Download PDF

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본 발명의 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치는 건축물을 내비게이션하는 좌안 및 우안 카메라부, 상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 이동속도를 조절하는 이동속도조절부, 상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 간격을 조절하는 카메라 간격조절부, 상기 건축물 내비게이션시 상기 좌안 및 우안 카메라부에 의해 촬상되는 건축물이 미리 설정된 패넘의 융합영역의 컴포트존 내에 위치하지 않으면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND:Just Noticeable Difference)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 간격 및 이동속도가 조절되도록 상기 이동속도조절부 및 상기 카메라 간격조절부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값은 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여 저장한 값인 것을 특징으로 한다.
이를 통해 본 발명은 건축물 내/외부를 내비게이션할 때 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여, 미리 측정된 값으로 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절하면서 건축물 내비게이션을 수행함으로써, 건축물 내/외부를 내비게이션하여 3차원 영상으로 생성할 때 발생할 수 있는 시각적 피로 요소를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치 및 방법{BUILDING INTERNAL NAVICATION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING DISTANCE AND SPEED OF CAMERA}
본 발명은 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 건축물 내/외부를 내비게이션하여 3차원 영상으로 스테레오 렌더링할 때 발생할 수 있는 시각적 피로 요소를 해결하기 위해 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하고, 미리 측정된 값으로 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절하면서 건축물 내비게이션을 수행하기 위한 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에는 스테레오 3D 콘텐츠 수요 증가에 따라 다양한 애플리케이션을 대상으로 하는 스테레오 3D 콘텐츠에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있으며, Maya나 3D MAX, 라이노와 같은 모델링툴에서도 가상의 건축물을 몰입감있게 관찰할 수 있는 방법으로 스테레오 렌더링을 적용한 시각화 사례가 증가하고 있다.
스테레오 3D 콘텐츠는 인간의 양안 요인(binocular cue)을 이용하여 왼쪽과 오른쪽 시야에 해당하는 영상을 투사하여 입체감 및 깊이감을 느끼도록 하는 원리이다.
따라서 스테레오 렌더링에서는 가상 공간에서 인간의 양안과 유사하게 두 대의 카메라를 배치하여 영상을 획득하고, 이 영상을 각 안구의 망막에 맺히도록 유도하여 사용자에게 깊이감을 느끼게 한다. 이러한 스테레오 영상은 영상의 획득 방법 및 과정에서 인간이 실세계를 인지하는 것과 다르기 때문에 시각적 피로감, 어지러움증 등의 증상이 나타나기도 한다.
때문에 최근에는 스테레오 3D 콘텐츠에서 발생하는 시각적 피로감을 감소시키기 위한 다양한 접근 방법의 연구들이 제시되었다.
그 중 영상처리 기법을 이용하여 영상의 시차를 조절하는 방법은 사용자의 양안 시차를 고려하여 영상의 시차가 사용자의 양안간격보다 큰 경우 중간 시점 영상을 생성하는 방법으로 중간 시점 영상 생성 과정에서 뷰 모핑된 영상에 발생한 홀을 보간된 영상의 좌, 우 영상 정보를 이용해 채움으로써 홀 주변의 픽셀 정보를 참조하여 보간하는 기존 방법에 비해 더욱 자연스러운 결과를 얻어낼 수 있다.
또한 영상 내에서 시각적으로 집중하는 영역을 찾아 스테레오 렌더링에 적용한 예로 세일리언시 맵(saliency map)과 깊이맵을 적용하는 방법들이 있다.
세일리언시 맵은 영상 내 요소들의 색상, 방향성, 곡률, 크기, 움직임 등에 의해 시각적으로 자극이 가해지는 부분을 근사화한 방법이다.
M. Lang 등은 세일리언시 맵을 이용하여 해당 영역의 객체들이 컴포트존 안에 위치하도록 양안 시차를 변경하고, 이미지 와핑 기법을 사용하여 영상에서 홀이 발생하지 않도록 하였다. 그러나 이 방법에서는 와핑으로 인한 왜곡현상이 발생하는 한계점이 있다.
이와 같이 종래에는 스테레오 3D 콘텐츠에서 발생하는 시각적 피로감을 감소시키기 위해 주로 영상처리 기법을 이용한 홀 필링이나 이미지 와핑 기법을 사용하는 경우가 많았다.
그러나 이러한 방법들은 2차원 영상 기반의 스테레오 합성에는 활용이 가능하지만 3차원 건축물과 같은 경우에는 적용이 불가능하다는 한계가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 건축물 내/외부를 내비게이션할 때 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여, 미리 측정된 값으로 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절하면서 건축물 내비게이션을 수행함으로써, 건축물 내/외부를 내비게이션하여 3차원 영상으로 생성할 때 발생할 수 있는 시각적 피로 요소를 해결하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치는 건축물을 내비게이션하는 좌안 및 우안 카메라부, 상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 이동속도를 조절하는 이동속도조절부, 상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 간격을 조절하는 카메라 간격조절부, 상기 건축물 내비게이션시 상기 좌안 및 우안 카메라부에 의해 촬상되는 건축물이 미리 설정된 패넘의 융합영역의 컴포트존 내에 위치하지 않으면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND:Just Noticeable Difference)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 간격 및 이동속도가 조절되도록 상기 이동속도조절부 및 상기 카메라 간격조절부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값은 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여 저장한 값이다.
또한 복수개의 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값이 저장된 저장부, 상기 좌안 및 우안 카메라부를 통해 촬영된 좌안 영상과 우안 영상을 스테레오 렌더링하여 좌안 및 우안 영상을 포함하는 3차원 포맷의 영상을 생성하는 스테레오 렌더링부, 상기 스테레오 렌더링부를 통해 생성된 3차원 포맷의 영상을 출력하는 표시부를 더 포함한다.
또한 상기 제어부는 상기 좌안 및 우안 카메라부에 의해 촬상된 건축물이 상기 패넘의 융합영역을 음의 시차 또는 양의 시차 방향으로 벗어나면, 상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값에 따라 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하여 상기 물체가 상기 컴포트존 내에 위치하도록 제어한다.
또한 상기 제어부는 상기 건축물이 상기 좌안 카메라 또는 상기 우안 카메라 중 어느 하나의 카메라에만 보이는 경우 상기 건축물이 상기 컴포트존을 벗어나 망막경합영역에 있는 것으로 판단하고, 상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값에 따라 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하여 상기 건축물이 상기 컴포트존 내에 위치하거나 또는 상기 컴포트존 밖으로 위치하여 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라에 보이지 않도록 제어한다.
본 발명의 건축물 내비게이션 방법은 건축물 내비게이션 장치에서 수행되어지되, 건축물 내비게이션시 좌안 카메라 및 우안 카메라를 통해 패넘의 융합영역 및 컴포트존을 설정하는 (a)단계, 상기 건축물을 내비게이션하는 중에 건축물이 상기 패넘의 융합영역 밖에 위치하면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 상기 좌안 카메라와 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하는 (b)단계, 상기 건축물을 내비게이션하는 중에 상기 건축물이 상기 패넘의 융합영역 내에 있으나, 상기 컴포트존을 벗어나 망막경합영역에 위치하면 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하는 (c)단계를 포함한다.
또한 상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값은 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여 저장한 값이다.
또한 상기 (b)단계는 상기 건축물이 상기 패넘의 융합영역을 음의 시차 또는 양의 시차 방향으로 벗어나면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값으로 상기 좌안 카메라와 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하여 상기 건축물이 상기 컴포트존 내에 위치한다.
또한 상기 (c)단계는 상기 건축물이 상기 좌안 카메라 또는 상기 우안 카메라 중 어느 하나의 카메라에만 보여 상기 건축물이 상기 컴포트존을 벗어나 망막경합영역에 위치하면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값으로 상기 좌안 카메라와 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하여 상기 건축물이 상기 컴포트존 내에 위치하거나 또는 상기 컴포트존 밖으로 위치하여 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라에 보이지 않도록 한다.
본 발명은 건축물 내/외부를 내비게이션할 때 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여, 미리 측정된 값으로 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절하면서 건축물 내비게이션을 수행함으로써, 건축물 내/외부를 내비게이션하여 3차원 영상으로 생성할 때 발생할 수 있는 시각적 피로 요소를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 두 대의 카메라에 의해 형성된 패넘의 융합영역을 설명하기 위한 도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 두 대의 카메라에 의해 형성된 컴포트존을 설명하기 위한 도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오프-액시스 기반의 카메라 간격 조절 방법을 설명하기 위한 도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치의 내부 구성도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 JND 측정시 참조 영상을 나타낸 도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 JND의 범위 차를 설명하기 위한 도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 건축물 내비게이션 시 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 건축물 내비게이션 시 두 대의 카메라 간격의 변화를 비교한 그래프를 나타낸 도,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절하기 전과 후를 비교한 도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 두 대의 카메라에 의해 형성된 패넘의 융합영역을 설명하기 위한 도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 두 대의 카메라에 의해 형성된 컴포트존을 설명하기 위한 도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 사람이 화면을 볼 때, 화면에 투사된 영상이 두 눈에 맺히는데 , 눈에 맺힌 영상의 두 점 사이의 거리를 시차라고 한다. 시차는 양의 시차(positive parallax), 영의 시차(zero parallax)에 해당하는 단시궤적, 음의 시차(negative parallx)로 구분된다.
양의 시차는 영상이 화면 안쪽에 맺히는 경우의 시차를 말하며 시차가 눈 사이의 거리와 같거나 그보다 작을 때를 말한다. 시차 값이 커질수록 영상이 화면보다 더 깊게 위치한 듯한 입체감을 준다. 양의 시차를 가지는 영역에서는 교차시차(crossed disparity)가 발생한다.
음의 시차는 영상이 화면보다 앞쪽에 있는 경우의 시차를 말하고 시선이 교차할 때 발생하여 마치 물체가 튀어나와 있는 듯한 입체감을 준다. 음의 시차를 가지는 영역에서는 비 교차시차(uncrossed disparity)가 발생한다.
단시궤적은 영의 시차라고도 하며, 영상이 화면 평면에 2차원으로 맺힌 경우의 즉 시차가 0인 경우를 말한다. 이때는 영상이 화면 평면에 맺히므로 사용자는 입체감을 느끼지 못하게 된다.
즉 패넘의 융합영역은 물체가 자연스럽게 합쳐져 입체감이 제대로 보이는 영역 즉 단시궤적을 중심으로 양의 시차와 음의 시차가 발생하는 영역까지를 나타낸다.
참고적으로 패넘의 융합영역(Panum'sfusional area)은 덴마크의 생리학자 Peter LudvigPanum(19 December 1820 - 2 May 1885)이 발견한 범위이다. 사람이 두 눈으로 도 1에 도시한 바와 같은 한 점 F를 주시(focus)하고 있을 때, 점 F에서의 양안시차는 0에 수렴한다. 이 점을 기준으로 시야 전체에 대해 양안시차가 0에 수렴하며 물체가 하나로 보이는 점들을 연결하면 도 1의 실선과 같이 나타낼 수 있다. 이러한 궤적을 단시궤적이라고 표현하며, 궤적은 심리적으로 같은 거리로 느껴지는 면을 구성하는데 이를 호롭터(horopter)라고 칭한다. 그리고 호롭터를 기준으로 뇌 내에서 양안의 영상을 하나로 융합(fusion)할 수 있는 범위를 패넘의 융합영역이라 부른다.
일반적으로 안구의 수렴 상태가 패넘의 융합영역을 벗어나게 되면 입체감을 느낄 수 없게 되어 복시(displopia), 중첩(superimposition), 망막경합(retinal rivalry), 억제(suppression)와 같은 시각적 피로가 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 이러한 패넘의 융합영역을 기반으로 앞서 언급한 피로 발생 영역과 피로가 발생하지 않는 영역을 정의할 수 있으며, 피로가 발생하지 않는 영역을 컴포트존으로 정의할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오프-액시스 기반의 카메라 간격 조절 방법을 설명하기 위한 도이다.
오프-액시스(off-axis)방법은 뷰 공간을 변형시켜 교차시키기 때문에 안구의 수렴을 표현할 수 있으며, 단시궤적과 유사한 가상스크린을 정의할 수 있다는 장점을 가진다.
오프-액시스 방법에서 양안간격 즉 좌안과 우안에 해당하는 두 대의 카메라 간격을 변경할 수 있는 방법은 두 가지가 있다.
첫째는 좌안 카메라와 우안 카메라의 간격을 줄이는 것이다. 두 대의 카메라 간격을 줄이게 되면, 각 뷰 공간의 시선벡터의 교차 각도가 줄기 때문에 양안간격이 줄어드는 효과를 보인다.
따라서, 도 2에 도시된 컴포트존은 오프-액시스 방법을 통해 정의될 수 있다.
두 번째는 직접 뷰 공간의 수렴 각도를 조절하는 방법이다. 그러나 직접 뷰 공간의 수렴 정도를 변경하게 될 경우 가상 스크린의 깊이가 계속해서 변하게 된다. 또한 망막경합 영역의 크기가 카메라 간격만 조절하는 경우에 비해 더욱 커질 수 있기 때문에 시각적으로 더욱 불편해 질 수 있다. 따라서 본 발명에서는 첫 번째 방법에 해당하는 두 대의 카메라 간격을 줄이는 방법으로 양안간격이 줄어드는 효과를 보이도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치의 내부 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 JND 측정시 참조 영상을 나타낸 도이며, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 JND의 범위 차를 설명하기 위한 도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치는 제어부(410), 좌안 카메라부(421), 우안 카메라부(422), 이동속도조절부(430), 카메라 거리조절부(440), 스테레오 렌더링부(450), 표시부(460), 저장부(470)을 포함한다.
좌안 카메라부(421)는 사람의 좌안에 해당하는 위치에 설치된 카메라로 실시간으로 건축물 내/외부를 촬영한다.
우안 카메라부(422)는 사람의 우안에 해당하는 위치에 설치된 카메라로 실시간으로 건축물 내/외부를 촬영한다.
이동속도조절부(430)는 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 이동 속도를 조절한다.
카메라 간격조절부(440)는 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격을 조절하며, 본 발명의 상세한 설명에서는 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격을 양안간격이라 칭하기로 한다.
스테레오 렌더링부(450)는 좌안 카메라부(421)를 통해 촬영된 좌안 영상과 우안 카메라부(422)를 통해 촬영된 우안 영상을 전달받고, 두 영상을 스테레오 렌더링하여 좌안 및 우안 영상을 포함하는 3차원 포맷의 영상을 생성한다.
3차원 포맷으로는 탑-다운(Top and Down)포맷, 사이드-바이-사이드(Side by Side) 포맷, 그리고 인터레이스드(interlaced) 포맷 등이 있다.
표시부(460)는 스테레오 렌더링부(450)에서 생성한 좌안 영상과 우안 영상을 순차적으로 화면에 출력한다. 사용자는 한쪽 눈을 기준으로 최소 60Hz의 프레임 레이트(Frame rate)로 영상이 출력되어야 이미지가 끊기지 않고 순차적으로 재생된다고 인지하므로 좌/우 영상을 통해 입력된 이미지가 합쳐져서 3차원 영상으로 인지되기 위해서는 디스플레이 장치가 최소한 120Hz의 프레임 레이트로 화면을 출력해야 한다. 따라서, 표시부(460)는 1/120초 단위로 프레임에 포함된 좌, 우 영상을 순차적으로 표시한다.
저장부(470)는 복수의 건축물에 대해 미리 측정된 최소한의 자극차이(JND:Just Noticeable Difference)에 따른 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 저장한다.
도 5 및 도 6을 참조하여 최소한의 자극차이(JND)에 대해 설명하면, JND(Just Noticeable Difference)는 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 최소한의 자극차이로, 본 발명에서는 3차원 영상의 양안간격의 변화 정도에 대한 최소한의 자극차이를 찾고, 그에 따른 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하여, 이를 건축물 내비게이션시 좌안 카메라와 우안 카메라의 간격 및 이동 속도를 조절하는 데 반영한다.
본 발명에서 3차원 영상의 양안간격의 변화 정도에 대한 최소한의 자극차이인 JND를 측정하기 위해 특정 건축물이 두 대의 카메라에 의해 촬상될 때의 영상과 양안간격이 계속 변경되면서 촬상되는 영상을 비교하는 방법을 통해 측정할 수 있다.
사용자는 두 영상을 비교하여 두 영상이 다르게 보이는 순간의 양안간격을 저장한다. 사용자가 보게 되는 실험 영상은 한 개의 장면에 대해 5가지 양안간격을 가지는 영상으로, 건축물을 내비게이션 하는 동안 발생하는 약 20개의 주요 건축물에 대하여 최소한의 자극차이인 JND를 측정하고, 그에 따른 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출한다.
실험 영상의 5가지 양안간격은 0부터 성인의 양안 평균간격인 6.5cm를 최대 양안간격으로 설정하고, 균등하게 5단계로 나누어 구분한다.
도 5는 JND 측정에 사용한 약 20개의 건축물 중 4개의 건축물들을 보여준다.
도 5의 (a)와 (b)는 건축물이 많은 일반적 3차원 장면이며, (c)는 망막경합이 발생하는 장면, (d)는 건축물이 시야 쪽으로 튀어나오는 장면이다.
도 6은 도 5에 나타난 건축물들에 대한 JND측정 범위를 나타낸다. 가로축은 각 장면에서의 양안간격을 나타내며, 세로축은 사용자가 인지한 영상 변화의 식역 범위를 나타낸다. 도 6의 그래프에서 보이는 것과 같이 도 5에 나타난 4개의 건축물에 대하여 양안간격이 커질수록 사용자가 인지하는 JND의 범위도 커지는 것을 알 수 있다.
따라서 베버의 법칙에 따라 3차원 자극이 커질수록 자극의 변화에 덜 민감한 것을 알 수 있다.
따라서, 이렇게 측정된 JND를 통해 약 20개의 건축물에 대해 JND가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하고, 건축물 내비게이션시 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 바탕으로 건축물 내비게이션을 수행한다.
따라서 사용자가 영상의 변화를 크게 인지하지 못하는 상태에서 건축물이 컴포트존 범위 내에 존재하도록 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 변경할 수 있다.
제어부(410)는 건축물 내비게이션 장치의 전반적인 동작을 제어하며, 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)를 통해 촬영되는 영상이 스테레오 렌더링되어 3차원 영상으로 생성된 후 화면에 표시되도록 제어한다.
그리고 제어부(410)는 건축물을 내비게이션하는 중에 시각적 피로 요인이 발생하면, 두 대의 카메라를 통해 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도를 조절하여, 편안한 3차원 영상이 화면에 표시되도록 한다.
한편 본 발명에서는 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격이 사용자의 양안간격인 6.5cm를 벗어나는 경우 시각적 피로요인이 발생할 수 있으므로, 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422) 간격 조절시 사용자의 양안간격 이하로만 조절이 가능하도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 건축물 내비게이션시 JND를 바탕으로 카메라 간격 및 이동속도를 조절하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 제어부(410)는 건축물 내비게이션이 시작되면 S701단계에서 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 시차를 바탕으로 패넘의 융합영역 및 컴포트존을 설정한다.
그리고 제어부(410)는 S702단계에서 건축물 내비게이션하는 중에 두 대의 카메라를 통해 촬상되는 건축물이 패넘의 융합영역 밖에 위치하는지 판단한다.
제어부(401)는 건축물이 패넘의 융합영역 밖에 위치하면 S703단계에서 해당 건축물이 촬영되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 바탕으로 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도를 조절한다.
이때 건축물이 패넘의 융합영역 밖에 위치되는 경우에 대해 설명하면,
첫째. 건축물이 도 2의 패넘의 융합영역을 음의시차 방향으로 벗어나게 되는 경우 시각적 피로요인이 발생한다.
이는 두 대의 카메라와 건축물이 매우 가깝게 위치하게 될 때 발생하며, 내비게이션 도중 건축물이 갑자기 튀어나오는 건축물의 위치를 패넘의 융합영역 내 컴포트존에 위치하도록 변경하기 위해 S703단계에서 해당 건축물이 촬영되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도를 조절한다.
그리고 제어부(410)는 S704단계에서 조절된 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도로 내비게이션을 수행한다.
또한 건축물이 양의시차 방향으로 패넘의 융합영역을 벗어나게 되면 건축물이 두 대의 카메라 시야에서 너무 멀리 있기 때문에 입체감을 인지하기 어려운 상태가 되어 시각적 피로요인이 발생한다.
이때도 제어부(410)는 건축물과 두 대의 카메라와의 거리를 일정 거리 이하로 유지하여 뷰 공간 안에 건축물이 들어오도록 한다.
그렇게 하기 위해 제어부(410)는 S703단계에서 해당 건축물이 촬영되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도를 조절하여, 건축물이 패넘의 융합영역 내 컴포트존 안으로 들어오도록 한다.
그리고 제어부(410)는 S704단계에서 조절된 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도로 내비게이션을 수행한다.
한편, 제어부(410)는 S702단계에서 건축물이 상술한 바와 같이 패넘의 융합영역을 벗어난 경우가 아니라고 판단되면 S705단계에서 건축물이 패넘의 융합영역 내의 컴포트존을 벗어나 망막경합영역에 위치하는 것으로 판단한다.
건축물이 패넘의 융합영역 내에 위치하지만, 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 뷰 공간의 차이로 인해 망막경합영역에 위치하게 되는 경우 시각적 피로요인이 발생한다.
이는 카메라가 내비게이션시 문이나 좁은 통로를 통과하는 경우에 발생하며, 기둥이나 모서리가 한쪽 카메라에서는 보이지만, 반대편 카메라에서는 보이지 않는 현상에 해당한다.
이때 제어부(410)는 S706단계에서 해당 건축물이 촬영되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도를 조절한다.
이때 최소한의 자극차이(JND)에 따라 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격을 넓게 할 경우 기둥이나 모서리가 컴포트존 안에 들어오도록 하거나, 반대로 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격을 좁게하여 기둥이나 모서리가 컴포트존 밖으로 위치하도록 하여 좁은 공간을 두 대의 카메라가 통과하도록 할 수 있다.
그리고 제어부(410)는 S704단계에서 조절된 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도로 내비게이션을 수행한다.
한편 내비게이션 중 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도를 조절할 때 급격하게 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도가 조절되면서, 사용자가 급격한 영상의 변화를 인지하여 어지러움을 느낄 수 있으므로, 반드시 내비게이션 전에 두 대의 카메라에 의해 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여 저장하고, 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 바탕으로 좌안 카메라부(421)와 우안 카메라부(422)의 간격 및 이동속도가 변경되도록 하는 것이 바람직할 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 건축물 내비게이션 시 두 대의 카메라 간격의 변화를 비교한 그래프를 나타낸 도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절하기 전과 후를 비교한 도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에서 제안한 발명을 검증하기 위하여 좌안 카메라와 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 고정한 채로 건축물 내비게이션을 수행한 결과와 최소한의 자극차이(JND)를 고려하여 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 바탕으로 좌안 카메라와 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 변경하면서 건축물 내비게이션을 수행한 결과를 비교하였다.
본 실험은 Geforce Quadro FX3800을 사용한 그래픽 환경에서 120Hz LCD모니터와 셔터글래스를 사용하였다.
도 8은 건축물 내비게이션 과정에서 발생하는 양안간격 즉 두 대의 카메라 간격의 변화량을 시간축을 기준으로 나타낸 그래프이다. 두 대의 카메라 이동속도를 일정하게 고정해 놓은 상태에서 두 대의 카메라 간격을 성인의 양안간격인 6.5cm로 고정한 상태로 내비게이션을 수행한 경우보다 실험을 통해 획득한 최소한의 자극차이(JND)를 바탕으로 한 두 대의 카메라 간격 및 이동속도값을 기준으로 동적으로 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 변경한 경우, 장면별 특성에 따라 동적으로 장면별 특성에 따라 동적으로 두 대의 카메라 간격이 변경되는 것을 볼 수 있다.
도 9는 도 8의 실험 결과를 장면별로 비교하여 적청 애너글리프로 보여준다.
도 9의 (a) 내지 (e)의 상단 그림은 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 고정한 영상이며, 도 9의 (a) 내지 (e)의 하단 그림은 본 발명의 실시 예에 따라 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절한 방법을 적용한 영상이다.
도 9의 (a)에서는 건축물이 시야에서 멀리 있기 때문에 두 가지 방법에서 모두 두 대의 카메라 간격 및 이동속도의 변화가 발생하지 않았다. 하지만 도 9의 (b), (c), (d), (e)에서는 두 내비게이션 방법에서 차이가 심하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 특히 계단이나 복도와 같이 망막경합이 발생하는 장면일수록 그 차이가 커지는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 건축물이 촬상되는 장면에 대한 최소한의 자극차이(JND)를 고려하여 두 대의 카메라 간격 및 이동속도를 조절하면서 건축물 내비게이션을 수행함으로써, 사용자에게 편안한 영상을 제공할 수 있을 것이다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
410: 제어부 421: 좌안 카메라부
422: 우안 카메라부 430: 이동속도조절부
440: 카메라 간격조절부 450: 스테레오 렌더링부
460: 표시부 470: 저장부

Claims (8)

  1. 건축물을 내비게이션하는 좌안 및 우안 카메라부;
    상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 이동속도를 조절하는 이동속도조절부;
    상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 간격을 조절하는 카메라 간격조절부;
    상기 건축물 내비게이션시 상기 좌안 및 우안 카메라부에 의해 촬상되는 건축물이 미리 설정된 패넘의 융합영역의 컴포트존 내에 위치하지 않으면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND:Just Noticeable Difference)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 상기 좌안 카메라부와 상기 우안 카메라부의 간격 및 이동속도가 조절되도록 상기 이동속도조절부 및 상기 카메라 간격조절부를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값은 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여 저장한 값인 것을 특징으로 하는 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    복수개의 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값이 저장된 저장부;
    상기 좌안 및 우안 카메라부를 통해 촬영된 좌안 영상과 우안 영상을 스테레오 렌더링하여 좌안 및 우안 영상을 포함하는 3차원 포맷의 영상을 생성하는 스테레오 렌더링부;
    상기 스테레오 렌더링부를 통해 생성된 3차원 포맷의 영상을 출력하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 좌안 및 우안 카메라부에 의해 촬상된 건축물이 상기 패넘의 융합영역을 음의 시차 또는 양의 시차 방향으로 벗어나면, 상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값에 따라 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하여 상기 건축물이 상기 컴포트존 내에 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 건축물이 상기 좌안 카메라 또는 상기 우안 카메라 중 어느 하나의 카메라에만 보이는 경우 상기 건축물이 상기 컴포트존을 벗어나 망막경합영역에 있는 것으로 판단하고, 상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값에 따라 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하여 상기 건축물이 상기 컴포트존 내에 위치하거나 또는 상기 컴포트존 밖으로 위치하여 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라에 보이지 않도록 제어하는 것을 카메라 간격 및 이동속도 조절이 가능한 건축물 내비게이션 장치.
  5. 건축물 내비게이션 장치에서 수행되어지되,
    건축물 내비게이션시 좌안 카메라 및 우안 카메라를 통해 패넘의 융합영역 및 컴포트존을 설정하는 (a)단계;
    상기 건축물을 내비게이션하는 중에 건축물이 상기 패넘의 융합영역 밖에 위치하면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 상기 좌안 카메라와 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하는 (b)단계;
    상기 건축물을 내비게이션하는 중에 상기 건축물이 상기 패넘의 융합영역 내에 있으나, 상기 컴포트존을 벗어나 망막경합영역에 위치하면 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 추출하고, 추출된 값으로 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하는 (c)단계를 포함하는 건축물 내비게이션 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값은,
    상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 변경하면서 자극의 변화에 대응하여 사람이 인지할 수 있는 자극의 차이를 측정하고, 측정된 자극의 차이 중 최소한의 자극차이(JND)가 발생될 때의 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값을 미리 측정하여 저장한 값인 것을 특징으로 하는 건축물 내비게이션 방법.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    상기 건축물이 상기 패넘의 융합영역을 음의 시차 또는 양의 시차 방향으로 벗어나면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값으로 상기 좌안 카메라와 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하여 상기 건축물이 상기 컴포트존 내에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 건축물 내비게이션 방법.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 (c)단계는,
    상기 건축물이 상기 좌안 카메라 또는 상기 우안 카메라 중 어느 하나의 카메라에만 보여 상기 건축물이 상기 컴포트존을 벗어나 망막경합영역에 위치하면, 상기 건축물이 촬상되는 장면에 대해 최소한의 자극차이(JND)를 줄 수 있는 미리 측정된 두 대의 카메라 간격 및 이동속도 값으로 상기 좌안 카메라와 상기 우안 카메라의 간격 및 이동속도를 조절하여 상기 건축물이 상기 컴포트존 내에 위치하거나 또는 상기 컴포트존 밖으로 위치하여 상기 좌안 카메라 및 상기 우안 카메라에 보이지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 건축물 내비게이션 방법.
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