KR101381908B1

KR101381908B1 - 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법

Info

Publication number: KR101381908B1
Application number: KR1020130000575A
Authority: KR
Inventors: 김동욱
Original assignee: 한국에이치디방송 주식회사
Priority date: 2013-01-03
Filing date: 2013-01-03
Publication date: 2014-04-04

Abstract

본 발명은 장거리에 있거나 거대한 피사체를 3차원 영상으로 촬영할 때 축간거리를 가상화함으로써, 카메라와 피사체와의 거리에 비례하여 최대한 증가시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 거대한 건축물이나 풍경과 같은 피사체를 입체감이 있는 3차원 영상으로 촬영할 수 있는 효과가 있으며, 상기 축간거리가 최대로 설치된 두 대의 카메라가 동일한 피사체를 촬영할 수 있도록 카메라 방향과 셋팅값을 자동이나 원격으로 조작하고, 또한 상기 두 대의 카메라를 동기화시키고 각 카메라에서 촬영된 영상을 수신하여 통합하거나 녹화 또는 생중계 장치로 전송할 수 있도록 함으로써 사용자의 편의성을 향상시키는 효과가 있는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법{A VIRTUAL RIG SYSTEM FOR FILMING 3D IMAGES AND THE CONTROL METHOD USING THE SAME}

본 발명은 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장거리에 있는 거대한 건축물이나 풍경과 같은 피사체를 3차원 영상으로 촬영하기 위한 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 사람의 눈은 평균 6.5cm 정도 떨어져 있으며, 시각 시스템(HVS : Human Visual System)을 통해 눈의 위치 차이에 따른 서로 다른 두개의 영상을 받아들이게 된다. 상기 두개의 영상은 망막을 통해 뇌에 전달이 되고, 뇌는 상기 두 개의 영상을 서로 합쳐 공간감을 형성하게 된다. 상기와 같은 방식으로 형성되는 공간감을 양안 시차에 의한 입체감이라고 하며 스테레오스코픽(Stereoscopic) 또는 S3D라 한다.

이하 본 발명 명세서에서는 상기 스테레오스코픽 또는 S3D 영상을 간단히 3차원 영상이라고 기재한다.

최근 상기 3차원 영상에 대한 사용자의 관심과 요구가 증가함에 따라, 영상 관련 업계에서는 3D 영화와 3D 게임, 3D 방송을 위한 다양한 콘텐츠의 생산을 위하여 많은 노력을 기울이고 있으며, 또한 종래의 카메라 제작 업계에서는 두 개의 렌즈 혹은 두 개의 전하결합소자(CCD)를 이용하여 한 대의 카메라에서 스테레오스코픽 촬영이 가능하도록 한 캠코더(또는 스테레오스코픽 카메라)를 개발하기도 하였다.

그러나 상기 캠코더(또는 스테레오스코픽 카메라)는 그 성능이나 한계점(구조적 한계로 인한 입체감 표현의 한계점) 등이 아직 검증되지 않은 상태이기 때문에 영화나 방송과 같은 상업용 콘텐츠를 제작하는 사용자들은 좀 더 안정적인 3차원 영상의 촬영을 위하여 기존의 고성능 캠코더(예 : HD, DSLR, UHD(4K) 카메라 등) 두 대를 리그(Rig)라고 하는 거치대를 이용하여 촬영하는 것이 일반적이다. 즉 리그는 3차원 영상의 촬영을 위하여 두 대의 카메라를 일정 간격을 두고 수평(또는 수직)으로 거치할 수 있도록 구성된 거치대를 의미한다.

상기 종래의 리그는 크게 수평방식 리그와 직교방식 리그로 구분할 수 있는데, 수평방식 리그는, 사람의 눈이 나란히 배열되어 있는 것과 마찬가지로 두 대의 카메라를 나란히 배열하여 촬영할 수 있도록 구성되어 있는 것으로, 3차원 영상의 촬영을 위한 컨버전스(Convergence) 및 패럴렉스(Parrallax) 조절 등을 간편하게 수행할 수 있다는 장점이 있다. 반면에 두 대의 카메라의 세팅값이 동일하도록 일일이 맞춰줘야 하며, 일체형 캠코더(또는 스테레오스코픽 카메라)에 비해서 고비용이 들며 무겁고 크다는 단점이 있다.

또한 카메라 자체의 물리적 크기 때문에 리그 위에 설치되는 두 카메라를 특정 거리 이상 가깝게 배치하기가 어려운 문제점이 있다. 즉, 3차원 촬영을 위한 두 카메라 간 적정거리(즉, 축간거리)는 피사체부터 카메라까지 거리의 약 1/30 ~ 1/50 정도가 되는 것이 바람직한데, 기존에 수평방식 리그를 이용한 3차원 영상 촬영 장치는 물리적으로 두 카메라 사이의 간격인 축간거리(IOD : Inter Ocular Distance)를 단축하기가 어렵기 때문에 대략 카메라로부터 2m 이내의 거리에 있는 피사체에서는 과도한 입체감이 발생하게 되는 문제점이 있다.

따라서 상기 종래의 수평방식 리그를 이용한 촬영 장치는 중거리 및 원거리 피사체의 3차원 촬영에 이용되며, 근거리 피사체의 3차원 영상 촬영에는 축간거리(IOD)를 좁힐 수 있는 직교방식 리그를 이용한 촬영 장치를 사용하여 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있었다. 상기 직교방식 리그는 공지된 기술이므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

또한 상기 종래의 수평방식 리그를 이용한 3차원 영상 촬영 장치는 중거리나 원거리를 넘어 더 장거리(예 : 1Km, 5Km, 10Km 등)에 있는 거대한 건축물이나 풍경(예 : 구름, 도심 품경, 그랜드캐넌, 사막, 피라미드, 바다 등)과 같은 피사체를 3차원 영상으로 촬영하는데도 어려움이 있다. 왜냐하면 물리적으로 제작할 수 있는 수평방식 리그의 축간거리에 한계가 있기 때문이다. 상기와 같이 축간거리에 한계가 있는 종래의 수평방식 리그를 이용한 3차원 영상 촬영 장치는 장거리에 있거나 거대한 피사체를 익스트림 롱 샷(extreme long shot : ELS)을 통해 촬영할 때 입체감이 발생하지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 장거리에 있는 거대한 건축물이나 풍경과 같은 피사체를 입체감이 있는 3차원 영상으로 촬영하기 위한 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 장거리에 있거나 거대한 피사체를 3차원 영상으로 촬영할 때 축간거리를 카메라와 피사체와의 거리에 비례하여 최대한 증가시킬 수 있는 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 버추얼 리그 시스템에 설치된 두 대의 카메라가 동일한 피사체를 촬영할 수 있도록 카메라 주시방향과 셋팅값을 자동이나 원격으로 조작할 수 있는 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 버추얼 리그 시스템에 설치된 두 대의 카메라를 동기화하고, 각 카메라에서 촬영된 영상을 수신하여 통합하거나 녹화 또는 생중계 장치로 전송할 수 있는 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템은 버추얼 리그 상에 배치되어 좌영상과 우영상을 촬영하는 복수의 카메라; 상기 카메라가 원하는 주시방향을 향하도록 각기 제어하는 카메라 제어수단; 상기 각 카메라의 주시방향을 산출하는데 필요한 적어도 하나 이상의 정보들을 측정하는 측량수단; 및 상기 측량수단 또는 카메라 제어수단과 통신하고, 상기 측량수단에서 측정된 정보들을 이용하여 카메라의 주시방향을 산출하며, 그 산출된 주시방향으로 카메라를 제어하는데 필요한 제어정보를 생성하여 해당 카메라 제어수단으로 전송하는 버추얼 리그 제어수단;을 포함하고, 상기 버추얼 리그는, 적어도 수 m 에서 최대 수 km 까지 축간거리를 갖는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 버추얼 리그는, 피사체와 카메라간 거리의 약 1/30 ~ 1/50 이 되는 축간거리를 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 카메라 제어수단은, x축, y축, 또는 z축을 기준으로 피칭, 롤링, 또는 요잉을 정밀하게 조정하여 카메라의 주시방향이나 주시각도를 자동이나 원격으로 제어할 수 있는 조양 수단;을 포함하고, 상기 카메라 제어수단은, 촬영 시작, 촬영 종료, 촬영 속도, 촬영 간격, 포커스, 줌(Zoom), 또는 노출 중 적어도 어느 하나 이상의 카메라 셋팅값 설정이나 동작을 자동이나 원격으로 제어할 수 있는 동기화 수단;을 포함하고, 상기 측량 수단은, 피사체까지의 거리, 피사체의 높이, 측량 수단과 각 카메라가 이루는 방위각, 각 카메라간의 경사각이나 경사도, 측량 수단과 각 카메라의 직선거리 및 측량 수단의 위치나 좌표 정보들 중 적어도 하나 이상을 측정하며, 상기 측량 수단은, 상기 버추얼 리그 상에 배치된 각 카메라를 연결하는 가상의 수평선상에 배치하거나, 상기 복수의 카메라와 가상의 삼각형 형태를 이루도록 상기 가상 수평선보다 더 후방에 배치하며, 상기 카메라 제어수단, 측량수단 및 버추얼 리그 제어수단을 수 km 이상의 장거리 무선 통신망으로 연결하기 위한 무선 중계수단;을 더 포함하고, 상기 각 카메라에서 촬영된 좌영상과 우영상을 통합하여 3차원 영상을 생성하는 영상 통합수단;을 더 포함하며, 상기 버추얼 리그 제어부(제어수단)는, 버추얼 리그에 설치된 각 카메라를 원격으로 조작하거나 셋팅값을 설정하고, 3차원 영상을 녹화하거나, 그 3차원 영상을 방송 생중계장치, 클라우드 방송서버, 또는 클라우드 저장장치 중 적어도 어느 하나 이상의 장치로 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 버추얼 리그 시스템의 제어방법은 버추얼 리그 상에 배치된 복수의 카메라, 상기 카메라를 제어하는 제어수단 및 측량수단 및 그 수단들과 통신하는 버추얼 리그 제어수단을 포함하는 버추얼 리그 시스템을 제어하는 방법에 있어서, 상기 측량수단을 통해 상기 각 카메라의 주시방향을 산출하는데 필요한 적어도 하나 이상의 정보들을 측정하는 제1 단계; 상기 버추얼 리그 제어수단에서 상기 측량수단을 통해 측정된 정보들을 이용하여 카메라의 주시방향을 산출하는 제2 단계; 상기 산출된 주시방향으로 카메라를 제어하는데 필요한 제어정보들을 생성하여 해당 카메라 제어수단으로 전송하는 제3 단계; 및 상기 카메라 제어수단에서 상기 제어정보들에 따라 해당 카메라가 주시방향을 향하도록 제어하는 제4 단계;를 포함하고, 상기 제1 단계는, 피사체까지의 거리, 피사체의 높이, 측량 수단과 각 카메라가 이루는 방위각, 각 카메라간의 경사각이나 경사도, 측량 수단과 각 카메라의 직선거리 및 측량 수단의 위치나 좌표 정보들 중 적어도 하나 이상을 측정하며, 상기 제4 단계는, x축, y축, 또는 z축을 기준으로 피칭, 롤링, 또는 요잉을 정밀하게 조정하여 카메라의 주시방향이나 주시각도를 자동이나 원격으로 제어하고, 또한 상기 제4 단계는, 촬영 시작, 촬영 종료, 촬영 속도, 촬영 간격, 포커스, 줌(Zoom), 또는 노출 중 적어도 어느 하나 이상의 카메라 셋팅값 설정이나 동작을 자동이나 원격으로 제어하며, 상기 각 카메라에서 촬영된 좌영상과 우영상을 통합하여 3차원 영상을 생성하는 제5 단계;를 더 포함하고, 상기 각 카메라에서 촬영된 영상을 통합하여 생성된 3차원 영상을 녹화하거나, 그 3차원 영상을 방송 생중계장치, 클라우드 방송서버, 또는 클라우드 저장장치 중 적어도 어느 하나 이상의 장치로 전송하는 제6 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 장거리에 있거나 거대한 피사체를 3차원 영상으로 촬영할 때 축간거리를 가상화함으로써, 카메라와 피사체와의 거리에 비례하여 최대한 증가시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 거대한 건축물이나 풍경과 같은 피사체를 입체감이 있는 3차원 영상으로 촬영할 수 있는 효과가 있으며, 상기 축간거리가 최대로 설치된 두 대의 카메라가 동일한 피사체를 촬영할 수 있도록 카메라 방향과 셋팅값을 자동이나 원격으로 조작하고, 또한 상기 두 대의 카메라를 동기화시키고 각 카메라에서 촬영된 영상을 수신하여 통합하거나 녹화 또는 생중계 장치로 전송할 수 있도록 함으로써 사용자의 편의성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버추얼 리그 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 조양부를 이용해 카메라의 주시방향을 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버추얼 리그 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 버추얼 리그 시스템의 제어에 관련된 다른 일 실시예의 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 영상을 위한 버추얼 리그 시스템과 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버추얼 리그 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 좌영상 촬영을 위한 제1 카메라(110), 상기 제1 카메라(110)를 제어하기 위한 제1 카메라 제어부(120), 우영상 촬영을 위한 제2 카메라(210), 상기 제2 카메라(210)를 제어하기 위한 제2 카메라 제어부(220), 피사체의 주시각을 결정하고 측량정보(예 : 좌표, 거리, 고도, 각도, 방위각 등)에 의해 상기 제1,제2 카메라(110, 210)의 주시방향이나 축간거리(D)의 정렬을 위한 정보를 측정하는 측량기(400), 상기 제1,제2 카메라 제어부(120, 220) 및 측량기(400)와 통신하여 측량정보, 각 카메라에서 촬영한 영상, 카메라의 주시방향을 제어하기 위한 조양제어정보 및 각 카메라의 촬영을 제어하기 위한 동기화제어정보를 송수신하는 무선 중계부(310), 상기 무선 중계부(310)를 통해 송수신되는 정보를 생성하거나 처리하는 버추얼리그 제어부(320), 상기 각 카메라에서 수신된 영상들을 통합하여 3차원 영상을 생성하는 영상 통합부(330)를 포함한다.

상기 각 카메라(110, 210)는 하나의 고성능 캠코더(예 : HD, DSLR, UHD(4K) 카메라 등)로서, 버추얼 리그 시스템을 이용해 물리적으로 결합할 수 없을 정도의 거리(예 : 1m, 5m, 10m, 1km, 5km 등)에 수평으로 배치된다.

즉 상기 각 카메라(110, 210)의 축간거리(D)는 촬영할 피사체와 카메라간 거리(이하, 본 실시예에서는 편의상 상기 축간거리(D)의 중심에서 피사체까지의 거리(L2)를 피사체와 카메라간 거리라고 정의하여 설명함)의 약 1/30 ~ 1/50 이 되는 위치에 설치된다. 다시 말해, 상기 각 카메라(110, 210)는 물리적 리그를 이용해 설치 위치가 고정되는 것이 아니라, 버추얼 리그 시스템을 통해 원하는 축간거리(D)에 해당하는 위치에 고정되는 것이다.

이때 상기 각 카메라(110, 210)는 축간거리(D)의 중심으로부터 양측으로 동일한 거리(D/2) 만큼 이격되어 설치되고, 또한 각 카메라(110, 210)에서 피사체까지의 직선거리(ℓ1, ℓ2)도 동일한 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 그러나 실질적으로 카메라와 피사체의 거리가 멀어질수록 각 카메라 영상의 차이는 크지 않기 때문에, 즉 실험적 데이터에 의한 오차 범위 이내에서 상기 각 카메라(110, 210)에서 피사체까지의 직선거리(ℓ1, ℓ2)가 정확히 동일하지 않아도 큰 문제(영상에 차이가 발생하는 문제)는 발생하지 않기 때문에, 만약 카메라가 설치되는 지형적 특성에 따라, 상기 각 카메라(110, 210)에서 피사체까지의 직선거리(ℓ1, ℓ2)가 오차 범위를 벗어난다고 하더라도 영상 통합 과정에서 영상의 보정을 통하여 그 문제(즉, ℓ1, ℓ2가 오차 범위를 벗어나 영상에 차이가 발생하는 문제)를 해결하는 것도 가능하다.

여기서 상기 각 카메라(110, 210)에서 피사체까지의 직선거리(ℓ1, ℓ2)는, 측량기(400)에서 검출된 측량정보를 이용해 수학적으로 계산하여 산출하거나, 상기 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)에 각각 측량기(400)를 내장하여 직접적으로 검출할 수 있다. 상기 수학적 계산을 위해 상기 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)에는 GPS 수신부(124, 224)를 더 포함하여 카메라가 설치된 위치(좌표)를 검출할 수 있다.

또한 상기 각 카메라(110, 210)는 각 카메라 제어부(120, 220)의 조양부(121, 221)를 통해서 카메라 주시 방향(t1 ~ t6)이나 주시각도를 각각 원격으로 변경할 수 있다. 즉, 각 카메라(110, 210)의 조양부(121, 221)를 통하여 촬영방향이나 촬영각도(촬영할 피사체의 고도나 높이)를 개별적으로 제어할 수 있다.

그리고 상기 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)는 측량기(400) 또는 버추얼리그 제어부(320)와 무선 방식으로 통신이 가능하다. 상기 무선 방식은 근거리 무선 방식이나 원거리 무선 방식 또는 그들의 조합을 포함한다. 예컨대 상기 근거리 무선 방식은 적어도 블루투스, NFC, 또는 적외선 통신 방식을 포함하고, 상기 원거리 무선 방식은 3G, 4G(LTE), WiFi, 또는 와이브로(Wibro)와 같은 이동 통신 방식이나 무선 인터넷 통신 방식을 포함한다. 상기와 같이 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)는 근거리 무선 방식이나 원거리 무선 방식을 이용하여 통신할 수 있는 통신부(123)를 포함한다.

또한 상기 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)는 각 카메라의 각종 셋팅값들을 원격(또는 자동)으로 설정하고, 또한 촬영 시작과 촬영 종료와 같은 동작을 동시에 제어하기 위한 동기화부(122, 222)를 포함한다.

이때 상기 각종 카메라 셋팅값들은 각 카메라(110, 210)의 설치 위치(또는 거리)가 지역적으로 큰 차이가 없을 경우에는 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. 그러나 각 카메라(110, 210)의 설치 위치(또는 거리)가 지역적으로 많은 차이가 있을 경우(예 : 1km 이상 거리 차이가 발생하는 경우)에는 지역마다 날씨가 다를 수 있기 때문에 그 상황에 따라 각 카메라별로 세팅값들을 유동적으로 설정한다. 예컨대 제1 카메라(110)가 설치된 지역의 날씨는 맑고, 제2 카메라(210)가 설치된 지역의 날씨는 구름이 낀 상태일 수 있으며 이 경우에 조리개 값을 다르게 설정할 필요가 있는 것이다. 이때 상기 셋팅값 설정은 미리 설정된 날씨별 셋팅값 조정 테이블을 이용하여 자동으로 조정하게 하거나, 사용자가 실시간으로 전송되는 테스트 영상을 참조하여 매뉴얼 방식으로 직접 조정할 수 있다.

또한 상기 동기화부(122, 222)는 지정된 시간이 되었을 때 자동으로 촬영 시작, 촬영 종료, 촬영 속도, 촬영 간격, 포커스, 줌(Zoom), 또는 노출 등을 제어할 수 있다. 그리고 버추얼리그 제어부(320)를 통해서 각 카메라의 자동 제어를 위한 셋팅값 정보의 설정을 변경할 수 있으며, 또는 사용자 매뉴얼 방식으로 임의로 제어하는 것도 가능하다.

또한 상기 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)는 각 카메라의 주시방향이나 주시각도를 원격(또는 자동)으로 제어하기 위한 조양부(121, 221)를 포함한다.

상기 조양부(121, 221)는 카메라 거치대에 설치될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, x축, y축, z축 및 피칭(pitching), 롤링(rolling), 요잉(yawing)을 정밀하게 조정 가능하다. 여기서 요잉은 y축을 기준으로 좌우로 회전하는 방향의 운동이고, 롤링은 z축을 기준으로 상하로 회전하는 방향의 운동이고, 피칭은 x축을 기준으로 상하로 회전하는 방향의 운동이다. 여기에 추가로 카메라의 전체적인 높낮이를 제어하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한 상기 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)는 각 카메라의 위치(좌표)를 검출하기 위한 GPS 수신부(124, 224)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 검출된 위치 정보를 이용하여 축간거리(D) 및 피사체까지의 직선거리(ℓ1, ℓ2)를 산출할 수 있다. 상기 축간거리(D) 및 피사체까지의 직선거리(ℓ1, ℓ2)의 산출을 위하여 측량기(400)에서 검출된 측량 정보를 추가로 이용할 수 있다.

상기 측량기(400)는 거리를 재는 측정기(예 : 광파거리측정기, 전파거리측정기, 음파거리측정기 등), 높이를 재는 측정기(예 : 레벨(수준기)), 각도를 재는 측정기(예 : 프랜싯트, 데오돌라이트 등)를 통합하여 하나의 장치에서 측정하도록 구성될 수 있다. 또한 GPS를 이용하여 측량기(400) 자신의 위치(좌표)를 검출하는 것도 가능하다.

통상적으로 토지의 측량을 수행하는 현장에서는 상기 측량기(400)에서 막대(Pole)를 시준(바라보아 맞춤)하여 그 점(곳)까지의 거리와 높이, 각도를 측정하는데, 본 발명에서와 같이 실제 장거리에 있는 피사체를 촬영할 경우에는 막대를 타겟 지점(피사체가 있는 지점)에 설치하지 않고 측정을 수행한다. 즉 접근 불능 지점에 대한 거리나 높이의 측정도 가능하다. 이는 기지점(이미 알고있는 지점)을 측정하고 나서 원격 측점(미지점)을 시준함으로써 계산이 가능하다. 이때 측량값과 실제값 사이에는 약간의 오차가 발생할 수도 있지만 촬영에 큰 영향을 미치지는 않는다.

상기 측량기(400)는 피사체까지의 거리(L = L1 + L2) 및 측량기(400)를 중심으로 피사체와 각 카메라(110, 210)가 이루는 방위각(θ3, θ4)을 측정할 수 있다. 또한 각 카메라(110, 210) 사이의 축간거리(D), 각 카메라간의 경사도, 높이차를 직접적으로 측정할 수 있다. 한편 상기 측정된 정보들은 측량기의 내부 메모리(미도시)에 저장될 수 있으며, 버추얼리그 제어부(320) 또는 상기 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)와 통신하여 그 측정 정보들(예 : 자신의 좌표, 피사체의 거리, 피사체의 고도, 각 카메라의 방위각, 각 카메라 축간거리, 각 카메라간의 경사 등)을 송신할 수 있다.

이때 상기 각 카메라(110, 210)는 상기 측량기(400)를 이용해 측정된 정보들을 바탕으로 본 발명에 따른 버추얼 리그 상에 가능한 평행하게 설치하는 것이 바람직하지만, 반드시 평행한 위치에 설치해야 하는 것은 아니다.

한편 상기 측량기(400)는 각 카메라(110, 210)의 수평선상에 위치하거나, 상기 각 카메라와 가상적인 삼각형 형태를 이루도록 더 후방에 설치할 수 있다. 그리고 상기 측량기(400)를 통해서 직접적으로 측정되거나 계산에 의해서 산출된 값들(예 : θ3, θ4, D, d1, d2, L=L1+L2, 각 카메라의 좌표 등)을 이용하여 각 카메라와 피사체 간의 직선거리(ℓ1, ℓ2)가 최단거리를 이루는 주시방향이나 주시각도(θ1, θ2)를 산출할 수 있으며, 상기 주시각도(θ1, θ2)를 기준으로 각 카메라를 원하는 주시방향(t1 ~ t6)으로 가변 할 수 있다.

상기와 같이 측량기(400) 또는 제1,제2 카메라 제어부(120, 220)에서 직접적으로 측정된 값들을 이용하여 산출해야 되는 값들(즉, 카메라의 조양제어나 동기화제어를 위한 값들)은 버추얼리그 제어부(320)에서 계산할 수 있다. 그리고 상기 계산된 값들을 바탕으로 각 카메라의 조양(예 : 주시방향과 주시각도 등)와 동기화 정보(예 : 촬영시작, 종료, 속도, 간격, 카메라 셋팅값 등)의 설정을 제어할 수 있다.

상기 무선 중계부(310)는 수 km 이상의 장거리 통신망 구축을 가능하게 한다. 그리고 상기 버추얼리그 제어부(320)는 버추얼 리그에 설치된 각 카메라를 조작하고, 생성된 3차원 영상을 녹화하거나, 그 3차원 영상을 다른 장치(예 : 방송 생중계장치, 클라우드 방송서버, 클라우드 저장장치 등)로 전송하도록 제어한다. 그리고 상기 영상 통합부(330)는 상기 무선 수신된 각 카메라의 영상들에서 동기화되는 좌영상과 우영상을 통합하여 3차원 영상을 생성한다.

이하 상기와 같이 구성된 버추얼 리그 시스템의 제어방법에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버추얼 리그 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 장거리에 있는 거대 피사체의 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템을 셋업한다(S101).

상기 버추얼 리그 시스템을 셋업하기 위해서 사용자(예 : 카메라맨)는 장거리 촬영을 원하는 거대 피사체(예 : 오로라, 히말라야 고봉, 툰드라지형, 구름, 도심풍경, 피라미드, 사막풍경 등)의 촬영 위치와 촬영 방향(주시각)을 결정한다.

상기 촬영 위치와 피사체와의 거리는 사용자가 원하는 촬영 구도와 지형적 특성에 따라서 적어도 수십 m에서 수 km 까지 될 수 있다. 그리고 상기 결정된 촬영 위치를 중심으로 좌/우 양측으로 축간거리(D) 만큼 이격시켜 각 카메라를 배치한다. 즉 좌영상 카메라와 우영상 카메라를 상기 촬영 위치의 양측으로 배치하는 것이다. 이때 상기 각 카메라는 버추얼 리그 상에 가능한 수평하게 배치하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 각 카메라를 이격시키기 위한 축간거리(D)는 적절한 입체감을 얻기 위하여 상기 촬영 위치에서 피사체까지 거리(L2)의 약 1/30 ~ 1/50 에 해당하는 거리만큼 이격시키는 것이 바람직하다. 그러나 반드시 그 거리로 한정해야 하는 것은 아니며, 주변의 지형적 특성이나 장애물을 고려하여 그 이격거리는 더 짧아질 수도 있다. 통상적인 장거리 촬영 시, 상기 축간거리(D)는 최대 수 km(예 : 1km, 5km 등)가 될 수도 있다.

상기와 같이 장거리에 있는 거대한 피사체의 3차원 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템의 셋업이 완료되면, 상기 버추얼 리그 상에 설치된 각 카메라의 주시방향(또는 주시각도)을 결정해야 한다. 그런데 상기 각 카메라의 축간거리(D)가 최대 수 km 까지 이격될 수 있기 때문에 각 카메라의 주시방향을 3차원 영상의 생성에 적합하도록 피사체에 일치시켜서 조작하는 것이 쉽지 않다.

따라서 본 발명에서는 상기 버추얼 리그 시스템에 측량기(400)를 추가로 셋업하고, 그 측량기(400)를 이용해 각 카메라의 주시방향을 설정하기 위한 정보들을 측정한다(S102). 상기 측량기(400)는 촬영 위치와 각 카메라를 연결하는 수평선상에 배치하거나, 상기 촬영 위치보다 더 후방에 배치하여 가상의 삼각형 형태를 형성할 수 있다.

상기 측량기(400)를 통해서 측정할 수 있는 정보들(즉, 각 카메라의 주시방향을 설정하기 위한 정보들)은, 예컨대 피사체까지의 거리(L = L1 + L2), 측량기(400)와 각 카메라가 이루는 방위각(θ3, θ4), 각 카메라가 위치하고 있는 지형적 고도차로부터 발생하는 각 카메라간의 경사각, 측량기(400)와 각 카메라의 직선거리(d1,d2) 및 측량기(400)의 위치(좌표) 정보들 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 이때 상기 측량 정보들 중 일부(예 : 피사체까지의 거리)는 버추얼 리그 시스템의 축간거리(D)를 결정하기 위하여 미리 측정될 수 있다.

그리고 상기 측정된 측량 정보들은 무선 통신으로 버추얼리그 제어부(320)로 전송되어 각 카메라의 주시방향(또는 주시각도)(θ1, θ2)을 산출하고, 그 산출된 주시방향으로 각 카메라를 회전(x축, y축, z축 방향으로 회전)시키기 위한 조양제어정보를 산출한다. 또한 사용자는 상기 각 카메라에서 실시간으로 전송되는 영상을 보면서 카메라 동기화를 위한 제어정보를 생성한다. 예컨대 촬영 시작, 촬영 종료, 촬영 속도, 촬영 간격, 포커스, 줌(Zoom), 또는 노출 중 적어도 하나 이상을 포함하는 카메라 셋팅값을 생성하거나 산출한다(S103). 이때 상기 카메라 셋팅값들은 일 예로서 기재된 것이며 카메라의 종류에 따라서 더 많은 셋팅값의 설정도 가능하다.

상기와 같이 측량기(400)를 통해서 측정된 정보들을 이용하여 각 카메라의 조양제어정보 및 동기화제어정보의 생성이나 산출이 완료되면 무선 통신으로 각 카메라 제어부(120, 220)에 상기 제어정보들을 전송한다(S104).

그리고 상기 제어정보들(예 : 조양제어정보, 동기화제어정보 등)을 수신한 각 카메라 제어부(120, 220)는 해당하는 각 카메라에 대하여 요잉, 롤링, 피칭을 수행하여 원하는 주시방향으로 카메라를 회전시킨다. 그리고 상기 각 카메라의 촬영에 관련된 셋팅값들을 설정하거나, 상기 셋팅값들에 의해 각 카메라의 동작을 제어하여 촬영을 수행한다(S105).

한편, 상기와 같이 버추얼 리그 상에 설치된 각 카메라에서 촬영된 영상을 3차원 영상으로 통합할 경우, 각기 좌영상과 우영상은 시차(뎁스)의 차이만 발생하고, 피사체의 사이즈나 화질(예 : 초점, 밝기, 거리감, 선명도 등)에는 큰 차이가 없어야 하지만, 실질적으로는 버추얼 리그의 거리가 길기 때문에 각 카메라가 설치된 지형이나 날씨와 같은 다양한 오차와 변수들로 인하여 두 영상(좌영상, 우영상)이 3차원 영상의 생성에 적합하지 않을 정도로 차이가 발생할 수 있다.

따라서 이 경우 사용자는 각 카메라에서 실시간으로 전송된 영상을 비교하여 각 영상의 통합 시 적절한 3차원 영상이 생성될 수 있도록 각 카메라의 조양정보나 동기화정보의 보정을 수행할 수 있다.

예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자는 각 카메라로부터 실시간으로 전송된 영상(좌영상, 우영상)을 비교하여 3차원 영상의 생성이 가능한지 확인한다(S201). 예컨대 두 영상에 촬영된 피사체의 크기 차이가 심한 경우, 또는 두 영상의 시차(뎁스)가 너무 크거나 작은 경우, 또는 두 영상의 선명도 차이가 심할 경우에는 3차원 영상의 생성이 어렵기 때문에 각 카메라 영상을 통합하여 3차원 영상의 생성이 가능한지를 확인한다.

상기와 같이 각 카메라로부터 실시간으로 전송된 영상(좌영상, 우영상)을 통합하여 3차원 영상으로 생성 가능한지를 확인 후, 어느 일 측 카메라의 제어정보들(예 : 조향제어정보, 동기화제어정보 등)을 3차원 영상의 생성에 적합한 영상이 촬영될 수 있도록 조정한다(S202). 예컨대 버추얼리그 제어부(320)의 사용자 인터페이스부(미도시)를 통해 어느 일 측 카메라의 초점을 조정하여 선명하게 하거나, 줌(Zoom)을 조작하여 영상을 확대 또는 축소하거나, 화면을 좌/우측으로 밀거나 당겨 촬영방향을 조정할 수 있다. 이에 따라 상기 사용자 인터페이스부는 상기 사용자의 조작에 대응하는 조정된 제어정보들을 생성한다.

상기와 같이 어느 일 측 카메라의 영상을 보정하기 위한 조정된 제어정보가 생성되면, 그 카메라의 조정된 제어정보를 해당하는 각 카메라 제어부(120, 220)에 전송한다(S203). 그리고 상기 해당하는 각 카메라 제어부(120, 220)는 상기 조정된 제어정보에 따라 각 카메라의 회전방향이나 카메라의 촬영에 관련된 셋팅값들의 제어와 촬영을 수행한다(S204).

상기와 같이 본 발명은 장거리에 있는 거대한 피사체를 3차원 영상으로 촬영하기 위하여 카메라들을 버추얼 리그 시스템에 배치하고, 그 버추얼 리그 시스템에 설치된 각 카메라의 주시방향을 원격으로 조작이 가능하게 함으로써, 장거리의 거대한 피사체를 입체감이 있는 3차원 영상으로 빠르고 간편하게 촬영할 수 있도록 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

110, 210 : 카메라 120, 220 : 카메라 제어부
121, 221 : 조양부 122, 222 : 동기화부
123, 223 : 통신부 124, 224 : GPS 수신부
310 : 무선 중계부 320 : 버추얼리그 제어부
330 : 영상 통합부 400 : 측량기

Claims

버추얼 리그 상에 배치되어 좌영상과 우영상을 촬영하는 복수의 카메라;
상기 카메라가 원하는 주시방향을 향하도록 각기 제어하는 카메라 제어수단;
상기 버추얼 리그 상에 배치된 각 카메라를 연결하는 가상의 수평선상에 배치하거나, 상기 복수의 카메라와 가상의 삼각형 형태를 이루도록 상기 가상의 수평선보다 더 전방 혹은 후방에 배치하여, 상기 각 카메라의 주시방향을 산출하는데 필요한 적어도 하나 이상의 정보들을 측정하는 측량수단; 및
상기 측량수단 및 카메라 제어수단과 통신하고, 상기 측량수단에서 측정된 정보들을 이용하여 카메라의 주시방향을 산출하며, 그 산출된 주시방향으로 카메라를 제어하는데 필요한 제어정보를 생성하여 해당 카메라 제어수단으로 전송하는 버추얼 리그 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 버추얼 리그는,
적어도 수 m 에서 최대 수 km 까지 축간거리를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 버추얼 리그는,
피사체와 카메라간 거리의 1/30 내지 1/50 이 되는 축간거리를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 카메라 제어수단은,
x축, y축, 또는 z축을 기준으로 피칭, 롤링, 또는 요잉을 정밀하게 조정하여 카메라의 주시방향이나 주시각도를 자동이나 원격으로 제어할 수 있는 조양 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 카메라 제어수단은,
촬영 시작, 촬영 종료, 촬영 속도, 촬영 간격, 포커스, 줌(Zoom), 또는 노출 중 적어도 어느 하나 이상의 카메라 셋팅값 설정이나 동작을 자동이나 원격으로 제어할 수 있는 동기화 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 측량수단은,
피사체까지의 거리, 피사체의 높이, 측량 수단과 각 카메라가 이루는 방위각, 각 카메라간의 경사각이나 경사도, 측량 수단과 각 카메라의 직선거리 및 측량 수단의 위치나 좌표 정보들 중 적어도 하나 이상을 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 카메라 제어수단, 측량수단 및 버추얼 리그 제어수단을 수 km 이상의 장거리 무선 통신망으로 연결하기 위한 무선 중계수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 각 카메라에서 촬영된 좌영상과 우영상을 통합하여 3차원 영상을 생성하는 영상 통합수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 버추얼 리그 제어수단은,
버추얼 리그에 설치된 각 카메라를 원격으로 조작하거나 셋팅값을 설정하고, 3차원 영상을 녹화하거나, 그 3차원 영상을 방송 생중계장치, 클라우드 방송서버, 또는 클라우드 저장장치 중 적어도 어느 하나 이상의 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 촬영을 위한 버추얼 리그 시스템.
버추얼 리그 상에 배치된 복수의 카메라; 상기 카메라를 제어하는 카메라 제어수단; 상기 버추얼 리그 상에 배치된 각 카메라를 연결하는 가상의 수평선상에 배치하거나 상기 복수의 카메라와 가상의 삼각형 형태를 이루도록 상기 가상의 수평선보다 더 전방 혹은 후방에 배치한 측량수단; 및 상기 카메라 제어수단 및 측량수단과 통신하는 버추얼 리그 제어수단;을 포함하는 버추얼 리그 시스템의 제어방법에 있어서,
상기 측량수단을 통해 상기 각 카메라의 주시방향을 산출하는데 필요한 적어도 하나 이상의 정보들을 측정하는 제1 단계;
상기 버추얼 리그 제어수단에서 상기 측량수단을 통해 측정된 정보들을 이용하여 카메라의 주시방향을 산출하는 제2 단계;
상기 산출된 주시방향으로 카메라를 제어하는데 필요한 제어정보들을 생성하여 해당 카메라 제어수단으로 전송하는 제3 단계; 및
상기 카메라 제어수단에서 상기 제어정보들에 따라 해당 카메라가 주시방향을 향하도록 제어하는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 버추얼 리그 시스템의 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 제1 단계는,
피사체까지의 거리, 피사체의 높이, 측량 수단과 각 카메라가 이루는 방위각, 각 카메라간의 경사각이나 경사도, 측량 수단과 각 카메라의 직선거리 및 측량 수단의 위치나 좌표 정보들 중 적어도 하나 이상을 측정하는 것을 특징으로 하는 버추얼 리그 시스템의 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 제4 단계는,
x축, y축, 또는 z축을 기준으로 피칭, 롤링, 또는 요잉을 정밀하게 조정하여 카메라의 주시방향이나 주시각도를 자동이나 원격으로 제어하는 것을 특징으로 하는 버추얼 리그 시스템의 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 제4 단계는,
촬영 시작, 촬영 종료, 촬영 속도, 촬영 간격, 포커스, 줌(Zoom), 또는 노출 중 적어도 어느 하나 이상의 카메라 셋팅값 설정이나 동작을 자동이나 원격으로 제어하는 것을 특징으로 하는 버추얼 리그 시스템의 제어방법.
청구항 11에 있어서,
상기 각 카메라에서 촬영된 좌영상과 우영상을 통합하여 3차원 영상을 생성하는 제5 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버추얼 리그 시스템의 제어방법.
청구항 11에 있어서,
상기 각 카메라에서 촬영된 영상을 통합하여 생성된 3차원 영상을 녹화하거나, 그 3차원 영상을 방송 생중계장치, 클라우드 방송서버, 또는 클라우드 저장장치 중 적어도 어느 하나 이상의 장치로 전송하는 제6 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버추얼 리그 시스템의 제어방법.