KR101558982B1 - 카메라의 자동 초점 조절 방법 - Google Patents

카메라의 자동 초점 조절 방법 Download PDF

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Abstract

카메라의 자동 초점 조절 방법을 공개한다. 본 발명은 온도 감지부, 보상값 계산부, 보상 제어부 및 렌즈 구동부를 포함하는 카메라의 자동 초점 조절 장치의 자동 초점 조절 방법에 있어서, 온도 감지부가 카메라의 렌즈의 온도를 감지하여 온도값을 획득하는 단계, 에지값의 변화가 기설정된 제1 기준값 이상으로 나타나는 최소 스텝의 수인 단위보상량과 온도에 따른 렌즈의 이동 방향 및 온도별 에지 변화량이 미리 획득되어 저장된 보상값 계산부가 기설정된 초기 위치로부터 온도값에 대응하는 렌즈 이동량을 계산하는 단계, 보상 제어부가 렌즈의 현재 위치로부터 렌즈가 렌즈 이동량에 대응하는 위치로 이동해야 하는 스텝 수 및 방향을 계산하는 단계 및 보상 제어부가 렌즈 구동부를 제어하여 계산된 스텝 수 및 방향으로 렌즈의 위치를 조절하는 단계를 포함한다.

Description

카메라의 자동 초점 조절 방법{METHOD FOR AUTO FOCUSING OF CAMERA}
본 발명은 카메라의 자동 초점 조절 방법에 관한 것으로, 특히 온도 변화에 따른 초점의 변화를 자동으로 빠르게 보상할 수 있는 적외선 카메라의 자동 초점 조절 방법에 관한 것이다.
절대 온도 0K이상의 온도를 갖는 모든 물체는 복사 에너지를 방출한다. 적외선 카메라(infrared camera)는 물체가 방사하는 열 에너지를 감지하고, 감지된 열 에너지를 전기 신호로 변환하여 영상을 획득하는 장치이다. 적외선 카메라는 열 영상을 획득할 수 있으므로, 야간에도 용이하게 촬영 대상 물체에 대한 영상을 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 배경과 대상을 명확하게 구분할 수 있어 군사용 또는 민간용으로 다양한 분야에서 사용되고 있다. 군사용으로 사용되는 적외선 카메라는 휴대용 또는 각종 이동 수단에 장착되어 감시 정찰 등의 용도로 사용되는 경우가 많으며, 민간에서 사용되는 적외선 카메라는 보안 감시용 CCTV나 산업용 및 의료용 등으로 사용되고 있다.
적외선 카메라의 광학 렌즈(Optical Lens)는 열 에너지가 용이하게 투과될 수 있어야 하므로, 일반적인 카메라와 달리 게르마늄(Germanium)이나 실리콘(Silion) 소재로 구현되는 렌즈가 주로 사용된다. 그러나 게르마늄이나 실리콘과 같이 열 투과율이 좋은 소재로 구현되는 렌즈는 일반적인 가시광선 영역을 촬영하는 카메라 렌즈에 비해 온도 변화에 대한 굴절율의 변화가 크게 발생한다. 따라서 카메라의 사용 시간이나 주변 환경의 변화 등에 의해 렌즈의 온도가 변화하게 되면 초점(focus)이 흐려지게 된다. 카메라의 초점이 흐려지게 되면, 획득되는 영상에서 물체와 배경의 경계가 명확하지 않아 감시 대상을 정확하게 판별하지 못하게 되는 경우가 발생 할 수 있다.
도1 은 적외선 카메라의 온도 변화에 따른 초점 변화의 일예를 나타낸다.
도1 에서 (a) 내지 (c)는 각각 적외선 카메라(10)의 온도가 -10℃, 26℃ 및 50℃ 일 때, 시험 표적에 대해 촬영하여 획득되는 영상을 나타낸다. 도1 에 도시된 바와 같이 26℃에서 적외선 카메라의 초점이 최적화된 상태에서 온도가 하강하는 경우나 상승하는 경우 모두 초점이 흐려지게 됨을 확인할 수 있다.
이에 적외선 카메라는 사용되는 환경에 따른 온도 변화에 대한 보상을 위해 광축에 따라 카메라에서 렌즈의 위치를 조절하는 모터를 구동함으로써, 초점 위치를 가변하여 초점이 흐려지는 것을 방지하고 있다. 이때 최적의 초점 위치를 획득하기 위해 기존에는 에지(edge) 검출 알고리즘을 주로 이용하였다. 여기서 에지란 획득된 영상 내에서 각 영역의 경계를 나타내는 특징으로, 픽셀의 불연속점을 의미하며, 통상적으로 영상 내에서 물체의 윤곽이 에지로 표현된다. 즉 에지는 영상에서 물체와 배경 사이의 경계 사이에 밝기 차가 크다는 점을 이용하여 물체와 배경을 구분하기 위해 주로 사용된다. 에지를 검출하기 위한 방법으로는 여러 가지가 있으나, 영상 내에서 인접한 픽셀 들 사이에 픽셀 값이나 픽셀 값의 미분값이 불연속한 점을 검출하는 것이 대표적이다.
기존에 에지 검출 알고리즘을 이용한 초점 위치 조절 방법은 우선 획득된 영상에서 에지값을 검출하고, 영상에서 검출된 에지값이 작아지는 방향, 즉 영상이 흐려지는 방향으로 카메라 렌즈를 이동시켜 초점 위치를 변경시킨다. 이후 에지값이 커지는 방향(영상에서 경계가 선명해지는 방향)으로 초점 위치를 변경시키면서 이전 획득된 영상에서 검출된 에지값과 초점 위치가 변경된 영상에서 검출된 에지값을 비교한다. 그리고 에지값 비교 결과가 최대인 것으로 판별될 때까지 초점 위치를 반복적으로 변경하여, 에지값이 최대인 것으로 판별되는 초점 위치에서 렌즈의 이동이 중단되도록 모터를 구동함으로써 초점을 조절하였다. 그러나 이러한 초점 조절 방식은 이전 영상과 현재 영상 각각의 에지값의 추출 및 비교가 계속적으로 수행되어야 하므로 연산량이 많아 빠른 초점 조절이 어렵다는 문제가 있다. 또한 영상에서 획득된 에지값이 정확하지 않으면, 촬영 대상 물체가 아닌 다른 위치를 기준으로 초점을 조절할 수 있다는 문제가 있다.
한국 등록특허 제10-1025911호(2011.03.23 등록)에는 상기한 문제를 해소하기 위해, 이전 획득된 초점 위치를 메모리에 저장하여 다음 초점 위치 조절에 활용하도록 함으로써, 초점 조절 시간을 단축하기 위한 방안을 제안하였다.
그러나 적외선 카메라가 원거리 물체에 대한 감시 정찰을 목적으로 사용되는 경우, 표적을 검출하기 위한 표적 거리를 무한대로 설정하고, 초점 영역(focusing area)을 화면 전체로 설정하는 것이 일반적이다. 이렇게 초점 영역을 화면 전체로 설정하게 되면, 화면 전체의 에지값을 계산하여 이전 영상의 에지값과 비교해야 하므로, 연산량이 여전히 많아 초점 조절 속도가 느려진다는 문제가 있다. 특히 항공기와 같이 급격한 고도 변화가 가능한 이동 수단에 탑재되는 적외선 카메라는 짧은 시간 내에 큰 온도 변화가 발생할 수 있으나, 초점 조절 속도가 이에 대응하지 못해 초점이 맞지 않는 경우가 발생하게 된다.
뿐만 아니라 이전 획득된 마지막 초점 위치를 저장하여 다시 사용하는 경우에도, 온도 등의 주변 환경의 변화에 따른 최적의 초점 위치를 획득하기 위해 에지값의 검출 및 비교가 반복적으로 수행되어야만 한다는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 연산량을 줄여 온도의 변화에 대응하여 빠르게 초점 조절이 가능하고, 작은 온도 변화에 대해서도 초점 조절이 가능한 카메라의 자동 초점 조절 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 카메라의 자동 초점 조절 방법은 온도 감지부, 보상값 계산부, 보상 제어부 및 렌즈 구동부를 포함하는 카메라의 자동 초점 조절 장치의 자동 초점 조절 방법에 있어서, 상기 온도 감지부가 카메라의 렌즈의 온도를 감지하여 온도값을 획득하는 단계; 에지값의 변화가 기설정된 제1 기준값 이상으로 나타나는 최소 스텝의 수인 단위보상량과 온도에 따른 상기 렌즈의 이동 방향 및 온도별 에지 변화량이 미리 획득되어 저장된 상기 보상값 계산부가 기설정된 초기 위치로부터 상기 온도값에 대응하는 렌즈 이동량을 계산하는 단계; 상기 보상 제어부가 상기 렌즈의 현재 위치로부터 상기 렌즈가 상기 렌즈 이동량에 대응하는 위치로 이동해야 하는 상기 스텝 수 및 방향을 계산하는 단계; 및 상기 보상 제어부가 상기 렌즈 구동부를 제어하여 계산된 상기 스텝 수 및 방향으로 상기 렌즈의 위치를 조절하는 단계; 를 포함한다.
상기 단위보상량은 실온에서 상기 카메라의 렌즈 위치가 상기 초기 위치로부터 이동 가능한 상기 렌즈의 최소 이동 단위인 스텝 단위로 이동하며 획득한 영상을 분석하여, 상기 영상에서 상기 에지값의 변화가 상기 초기 위치에서의 에지값 대비 상기 제1 기준값 이상으로 나타나는 최소 스텝의 수를 계산하여 획득되는 것을 특징으로 한다.
상기 에지 변화량은 상기 렌즈의 위치를 상기 초기 위치 상태로 유지하면서 온도를 가변하여 각 온도에서 획득된 영상의 에지값을 상기 초기 위치에서의 에지값과 비교하여 에지값의 변화를 백분률로 계산하고, 온도에 대한 상기 백분률의 값으로 계산된 상기 에지값의 변화를 추세선 획득 기법으로 온도에 대한 함수식의 형태로 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 렌즈 이동량은 초기 위치에서 에지 변화량에서 상기 함수식에 현재 온도값을 대입하여 획득되는 상기 에지 변화량의 값을 차감하여 획득되는 에지값 보상율과 단위보상율을 이용하여 상기 스텝 단위로 계산되는 것을 특징으로 한다.
상기 카메라의 자동 초점 조절 방법은 상기 자동 초점 조절 장치가 기설정된 방식으로 영상에서 에지값을 검출하는 에지 검출부를 더 구비하고, 상기 보상 제어부가 기설정된 주기로 또는 사용자 명령이 인가되면, 상기 렌즈 구동부를 제어하여 상기 렌즈 위치를 가변하면서 획득되는 영상을 상기 에지 검출부로 인가하고, 상기 에지 검출부에서 인가되는 에지값이 최대값이 되도록 렌즈 위치를 보정하고, 보정된 렌즈 위치를 렌즈의 상기 현재 위치로 갱신하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 카메라의 자동 초점 조절 방법은 카메라의 온도 변화에 따른 에지 변화율을 근사 함수로 획득하여 적외선 카메라에 저장한 후, 적외선 카메라 사용 시 감지되는 렌즈의 온도에 따른 에지 변화율을 근사 함수를 이용하여 즉각 획득함으로써, 초점 위치를 조절하기 위한 연산 량을 획기적으로 줄 일 수 있다. 그러므로 급격한 온도 변화에도 빠르게 초점 위치 조절이 가능하며, 동일하게 제조된 복수개의 적외선 카메라에 동일한 근사 함수를 적용할 수 있어, 대량 생산되는 적외선 카메라에 활용이 용이하다. 또한 기존의 에지 검출 알고리즘을 이용한 초점 위치 조절 방법을 주기적 또는 비주기적으로 적용하여 근사 함수를 이용함에 따른 오차에 대한 보정을 수행할 수 있도록 하여 신뢰성을 확보할 수 있다.
도1 은 적외선 카메라의 온도 변화에 따른 초점 변화의 일예를 나타낸다.
도2 는 본 발명의 적외선 카메라의 자동 초점 조절 장치를 위한 시험 시스템의 일예를 나타낸다.
도3 은 적외선 카메라의 온도별 에지값의 변화량을 나타낸 그래프이다.
도4 는 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 카메라의 자동 초점 조절 장치를 나타낸다.
도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 카메라의 자동 초점 조절 방법을 나타낸다.
도6 은 도5 의 보상값 기반 자동 초점 조절 단계를 상세하게 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도2 는 본 발명의 적외선 카메라의 자동 초점 조절 장치를 위한 시험 시스템의 일예를 나타낸다.
도2 에 도시된 적외선 카메라의 자동 초점 조절 장치를 위한 시험 시스템은 시험 대상이 되는 적외선 카메라(10), 내부 온도 조절이 가능하고 적외선 카메라(10)가 내부에 배치되는 온도 챔버(20), 온도 챔버(20)를 제어하여 온도 챔버(20)의 내부 온도를 조절하고, 적외선 카메라(10)를 제어하여 적외선 카메라(10)의 초점 위치를 가변하며 영상 신호를 획득하고, 획득된 영상 신호를 수신하여 분석하는 제어 단말(30), 온도 챔버(20)내에 배치된 적외선 카메라(10)가 온도 챔버(20)의 외부에 배치된 시험 표적에 대한 이미지를 획득할 수 있도록 광학적 평행 광선을 형성하는 시준기(collimator)(40) 및 적외선 카메라(10)의 온도 변화에 따른 초점의 변화를 측정하기 위한 시험 표적이 배치되는 작업대(50)를 구비한다.
온도 챔버(20) 내에 배치되는 적외선 카메라(10)는 제어 단말(30)의 제어에 따라 시준기(40)를 통해 온도 챔버 외부의 작업대에 구비된 시험 표적을 촬영하고, 촬영된 영상을 영상 신호로서 제어 단말(50)로 전송한다. 또한 적외선 카메라(10)는 렌즈 배럴(barrel)에 접촉식 온도 센서(미도시)가 구비되어 카메라의 온도를 감지하고, 온도 신호를 제어 단말(50)로 전송한다.
온도 챔버(20)는 제어 단말(30)의 제어에 따라 기설정된 온도 조절 범위(예를 들면 -20℃ ~ 60℃) 내에서 온도를 가변함으로써, 내부에 배치된 적외선 카메라(20)의 주변 온도가 변화되도록 한다.
제어 단말(30)은 적외선 카메라(10)로부터 온도 신호를 인가받아 적외선 카메라(10)의 온도, 특히 렌즈의 온도를 감지하고, 적외선 카메라(10)의 온도가 가변되도록 온도 챔버(20)를 제어한다. 그리고 가변된 각 온도에서 적외선 카메라(10)를 제어하여 시험 표적에 대한 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 인가받아 분석하여 온도별 최적의 초점 위치를 판별한다.
제어 단말(30)의 동작을 상세하게 설명하면, 제어 단말(30)은 우선 온도 챔버(20)의 온도를 조절하지 않은 실온 환경(예를 들면 25℃)에서 적외선 카메라(10)를 제어하여 렌즈 위치를 기설정된 초기 위치로 이동 시킨다. 그리고 적외선 카메라(10)의 렌즈 위치가 초기 위치로 이동되면, 시험 표적을 촬영하여 획득되는 영상 신호에서 에지 검출 알고리즘을 이용하여 에지값을 판별하고 저장한다. 본발명에서는 렌즈 위치가 초기 위치이고 실온에서 획득된 영상 신호로부터 판별된 에지값을 초기 에지값이라고 한다. 이후 제어 단말(30)은 렌즈의 위치를 기설정된 최소 이동 단위(이하 스텝이라 함.)로 이동 시키면서, 에지값의 변화를 확인한다. 제어 단말(30)은 초기 위치에서 획득된 에지값 대비 렌즈의 위치 변화에 따른 에지값의 변화가 제1 기준값(여기서는 일예로 0.5%) 이상으로 변화하는 렌즈의 위치를 스텝 단위로 판별한다. 그리고 에지값의 변화가 제1 기준값 이상으로 변화할 때까지의 스텝양을 단위보상량(mstep)으로 지정한다. 즉 단위보상량(mstep)은 실온에서 에지값의 변화가 제1 기준값 이상으로 나타나는 최소 스텝의 수를 의미한다.
단위보상량(mstep)이 획득되면, 제어 단말(30)은 적외선 카메라(10)의 렌즈 위치를 초기 위치로 이동시키고, 온도 챔버(20)의 내부 온도를 기설정된 온도 조절 범위 내에서 최저온(-20℃)으로 조절한다. 온도 챔버(20)의 내부 온도가 조절된 온도로 안정화되어, 적외선 카메라(10)로부터 온도 신호가 조절된 온도로 출력되면, 제어 단말(30)은 적외선 카메라(10)로부터 영상 신호를 인가받아 에지값을 계산한다. 그리고 획득된 에지값을 초기 에지값과 비교하여 두 에지값의 차이를 백분률로 획득한 에지값 변화량을 저장한다. 그리고 제어 단말(30)은 렌즈의 위치를 제1 방향(예를 들면, 렌즈의 전진 방향(+)) 또는 제2 방향(예를 들면, 렌즈의 후진 방향(-))으로 이동시키며, 에지값을 분석하여 온도 변화를 보상하기 위한 렌즈 이동 방향을 판별한다. 렌즈의 이동 방향은 상기한 에지 검출 알고리즘을 이용하여 판별할 수 있다. 즉 에지값이 커지는 방향이 렌즈 이동 방향으로 결정될 수 있다.
이후 제어 단말(30)은 기설정된 온도 단위(예를 들면 5℃)로 온도 조절 범위 내의 최고온(60℃)까지 순차적으로 온도 챔버(20)의 내부 온도를 상승시키고, 각 온도로 안정화 된 상태에서 획득된 에지값을 초기 에지값과 비교하여 두 에지값의 차이를 에지값 변화량으로 계산하고, 렌즈 이동 방향을 판별하여 저장한다.
결과적으로 제어 단말(30)은 적외선 카메라(10)가 실온 환경에서 렌즈 위치가 초기 위치일 때의 초기 에지값과 단위 보상량을 획득한 후, 기설정된 온도 단위로 온도를 가변하여 온도별 에지값 변화량과 렌즈 이동 방향을 계산하여 저장한다.
표1 은 제어 단말(30)이 획득한 온도별 에지값 변화량과 렌즈 이동 방향의 일예를 나타낸다.
Figure 112014099197150-pat00001
도3 은 적외선 카메라의 온도별 에지값의 변화량을 나타낸 그래프이다.
제어 단말(30)은 표1 과 같이 저장된 온도별 에지값의 변화량에 대해 도2 와 같이 그래프를 작성하고, 작성된 그래프의 추세선(trend line)을 획득함으로써, 온도 변화에 따른 에지값의 변화량에 대한 함수식을 산출한다. 도3 에서 복수개의 점 각각은 가변된 온도 각각에서 획득된 에지 변화량을 나타내고, 실선은 에지 변화량에 대응하는 추세선을 나타낸다.
그래프의 추세선을 획득하는 기법은 공지된 기술로서, 여기서는 상세하게 설명하지 않는다. 도3 에서는 일 예로 추세선에 대응하는 함수식이 수학식1 과 같이 4차 함수식으로 획득된 경우를 나타낸다.
Figure 112014099197150-pat00002
수학식 1에서 x는 온도를 나타내고, y는 에지 변화량을 나타낸다.
수학식 1의 함수식은 도3 의 적외선 카메라의 온도별 에지값의 변화량에 대한 함수식을 나타내는 것으로, 함수식은 적외선 카메라에 따라 서로 다르게 나타날 수 있다. 온도(x)에 대한 에지 변화량(y)이 수학식 1과 같은 함수식으로 표현되므로, 이후 적외선 카메라(10)를 실제 사용할 때, 적외선 카메라(10)의 온도(x)를 획득된 수학식에 대입하는 것만으로도 초기 위치에서 온도에 의해 초점이 흐려진 영상의 에지 변화량(y)을 산출할 수 있다. 즉 실제 적외선 카메라의 사용 시에는 에지 검출 알고리즘을 사용하지 않고, 획득된 수학식을 이용하여 간단하게 에지의 변화량(y)을 산출할 수 있다. 따라서 기존과 달리 에지값의 반복적인 계산을 생략할 수 있어, 연산량을 획기적으로 줄일 수 있다.
적외선 카메라가 온도에 따른 최적의 초점 위치를 획득하는 일 예를 들면, 단위보상량(mstep)은 수학식 2와 같이 획득될 수 있다.
Figure 112014099197150-pat00003
즉 실온에서 에지값의 변화가 제1 기준값(여기서는 일예로 0.5%) 이상으로 나타나는 최소 스텝의 수가 30 스텝으로 획득될 수 있다.
그리고 현재 적외선 카메라의 온도가 40℃인 것으로 가정하면, 온도 변화에 따른 에지값 변화량은 수학식 1과 같이 획득되었으므로, 온도값(x)을 수학식 1에 대입하면 에지값 변화량(y)은 87.496%로 계산된다.
이에 에지값 보상율(C)은 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112014099197150-pat00004
여기서 100은 초기 위치에서의 에지 변화량을 나타낸다.
수학식 3 에 따라 에지값 보상율(C)은 대략 12.5%로 계산된다.
에지값 변화량 0.5%를 보상하기 위한 단위보상량(mstep)이 수학식 2와 같이 획득되었으므로, 현재 온도(40℃)에서 최적의 초점을 획득하기 위한 렌즈의 이동량은 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112014099197150-pat00005
즉 현재 온도(40℃)에서 최적의 초점을 획득하기 위해 적외선 카메라(10)의 렌즈는 750 스텝만큼 이동하여야 한다. 그리고 렌즈의 이동 방향은 표1 에 따라 (-) 방향으로 이동해야 한다. 결과적으로 단순히 온도값만 획득되면, 적외선 카메라(10)의 온도 보상을 수행하기 위한 렌즈의 이동 위치를 획득할 수 있다.
그리고 이 값은 동일한 제조 방식으로 제작된 모든 적외선 카메라에 동일하게 적용될 수 있다. 따라서 복수개의 적외선 카메라 각각이 개별적으로 에지 검출 알고리즘을 통해 온도 보상을 수행할 필요없이 샘플로 선택된 일부 개수(예를 들면 10개 이내)의 적외선 카메라에 대해 상기한 방식으로 단위보상량(mstep)과 에지값의 변화량에 대한 함수식을 획득하고, 획득된 단위보상량(mstep)과 에지값의 변화량에 대한 함수식을 이용하여 나머지 카메라에 대한 온도 보상을 수행할 수 있다.
다만 온도 보상의 정확도를 높이기 위해서는 개별 카메라 각각에 대해 제조시에 단위보상량(mstep)과 에지값의 변화량에 대한 함수식을 개별적으로 획득하여 저장할 수 있다. 복수개의 적외선 카메라 각각에 대해 개별적으로 단위보상량(mstep)과 에지값의 변화량에 대한 함수식이 획득되는 경우에도, 실제 적외선 카메라에서 계산해야 하는 연산량에 변화는 없으므로, 적외선 카메라의 실시간 온도 조절이 용이해지고 메모리 용량을 줄일 수 있다.
도4 는 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 카메라의 자동 초점 조절 장치를 나타낸다.
도4 에 도시된 적외선 카메라의 자동 초점 조절 장치는 적외선 카메라(10)에 포함되는 구성으로, 온도 감지부(110), 보상값 계산부(120), 보상 제어부(130), 렌즈 구동부(140) 및 에지 검출부(150)를 구비한다.
먼저 온도 감지부(110)는 적외선 카메라(10)의 렌즈 배럴에 접촉식 온도 센서로 구현되어 렌즈 온도를 감지하고, 온도 값을 보상값 계산부(120)로 출력한다. 보상값 계산부(120)는 도2 의 시험 시스템에서 획득한 단위보상량(mstep)과 에지값의 변화량에 대한 함수식이 미리 저장되고, 온도 감지부(110)에서 온도 값이 인가되면, 온도 값에 대한 렌즈의 이동량(d)을 수학식 2 내지 4에 따라 계산하여 보상 제어부(130)로 전송한다. 이때, 렌즈의 이동량(d)은 렌즈의 초기 위치로부터의 이동량을 나타낸다.
보상 제어부(130)는 보상값 계산부(120)로부터 렌즈의 이동량(d)이 인가되면, 렌즈의 현재 위치와 인가된 렌즈의 이동량(d)와의 차이를 계산하고, 렌즈 구동부(140)를 제어하여 계산된 차이만큼 렌즈를 이동시킨다. 여기서 보상 제어부(130)가 렌즈의 현재 위치와 인가된 렌즈의 이동량(d)와의 차이를 계산하는 것은 렌즈의 이동량(d)이 렌즈의 초기 위치로부터의 이동량을 나타내기 때문이다.
한편 보상 제어부(130)는 기설정된 주기 또는 사용자 명령에 응답하여 보정 작업을 수행할 수 있다. 보상값 계산부(120)에서 계산된 렌즈의 이동량(d)을 이용하여 렌즈의 초점 위치를 이동하는 경우, 수학식 3에 나타난 바와 같이 미소한 오차가 발생할 수 있으며, 추세선을 이용한 에지값의 변화량에 대한 함수식 또한 근사적 처리에 의해 획득된 함수식이므로, 오차를 포함하고 있다. 또한 적외선 카메라의 굴절율의 변화, 즉 초점의 변화는 온도에 의해 가장 크게 영향을 받지만 기압의 변화와 같은 다른 요인에 의해서도 영향을 받는다. 따라서 보상 제어부(130)는 일정 주기 또는 사용자 명령에 응답하여 오차를 보정할 수 있도록 함으로써, 최적의 초점 위치를 유지하도록 할 수 있다.
보상 제어부(130)는 보정 작업 수행 시에 렌즈 구동부(140)을 제어하여 렌즈의 위치를 이동시키면서, 에지 검출부(150)로 에지 검출 신호를 전송하여 에지값을 획득하고, 획득된 에지값이 최대가 되는 렌즈의 위치를 획득하여 렌즈 위치의 오차를 보정한다. 즉 기존의 에지 검출 알고리즘을 이용한 초점 위치 조절 방법을 이용하여 렌즈의 초점 위치를 보정한다. 보상 제어부(130)는 보정된 초점 위치를 렌즈의 현재 위치로 인식하도록 현재 위치를 갱신한다.
렌즈 구동부(140)는 보상 제어부(130)의 제어에 따라 렌즈의 위치를 가변한다. 이때 렌즈 구동부(140)는 렌즈를 기설정된 최소 이동 단위인 스텝 단위로 이동시킨다.
에지 검출부(150)는 보상 제어부(130)의 제어에 따라 적외선 카메라(10)가 획득한 영상을 인가받고 분석하여 에지값을 획득하여 보상 제어부(130)로 전송한다.
도4 에서는 적외선 카메라의 자동 초점 조절 장치의 신뢰도를 향상시키기 위해 에지 검출부(150)을 구비하는 것으로 도시하였으나, 에지 검출부(150)은 본 발명의 적외선 카메라의 자동 초점 조절 장치에 포함되지 않을 수 있다.
도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 카메라의 자동 초점 조절 방법을 나타낸다.
도4 를 참조하여 도5 의 적외선 카메라의 자동 초점 방법을 설명하면, 먼저 보상 제어부(130)가 보정 작업을 수행할지 여부를 판별한다(S10). 보상 제어부(130)는 기설정된 주기 또는 사용자 명령이 인가되면 보정 작업을 수행하는 것으로 판별할 수 있다.
만일 보정 작업을 수행하지 않는 것으로 판단되면, 도2 의 시험 시스템에서 획득된 보상값, 즉 단위보상량(mstep)과 에지값의 변화량에 대한 함수식을 이용한 자동 초점 조절 방식으로 적외선 카메라의 초점 위치를 온도에 대해 보상한다(S20). 그러나 보정 작업을 수행하는 것으로 판단되면, 기존의 에지 검출 알고리즘을 이용한 초점 위치 조절 방법을 이용하여 렌즈의 초점 위치를 보정한다(S30). 그리고 보정된 초점 위치를 현재 렌즈 위치로 갱신한다(S40). 예를 들어, 실온에서의 초점 렌즈 초기 위치가 K = 4500 스텝 지점이라 가정하고, 보정 작업 수행 전의 렌즈 위치가 3550 스텝 지점일 때, 에지 검출 알고리즘을 이용한 초점 위치 조절 방법으로 보정된 위치가 3560 스텝 지점이라면, 현재 초점 위치는 최적의 초점 위치와 10 스텝의 오차가 존재한다. 따라서 보정 작업 후 렌즈의 위치는 3560 스텝의 위치로 이동하게 되지만, 보상 제어부(130)는 이후 자동 초점 조절 시에도 계속적으로 오차가 보정된 상태를 유지할 수 있도록 이동된 3560 스텝의 위치를 이전 렌즈 위치인 3550 스텝의 위치로 인식하도록 한다. 즉 이후 자동 초점 위치 조절 시에는 오차인 10 스텝이 보정된 상태에서 온도 보상을 위한 초점 위치 조절 작업을 수행하게 된다.
도6 은 도5 의 보상값 기반 자동 초점 조절 단계를 상세하게 나타낸 도면이다.
상기한 바와 같이 보상값 기반 자동 초점 조절 단계에서는 도2 의 시험 시스템을 이용하여 단위보상량(mstep)과 에지값의 변화량에 대한 함수식이 획득되어 적외선 카메라에 저장된 상태이다.
적외선 카메라의 온도 감지부(110)가 온도 값을 획득하여, 보상값 계산부(120)로 전송한다(S21). 이에 보상값 계산부(120)는 인가된 온도 값이 이전 온도 값과 동일한지 판별한다(S22). 이전 온도값과 현재 온도값이 동일한 것으로 판단되면, 온도에 대해 보상할 필요가 없으므로, 다시 온도 감지부(110)가 온도 값을 획득하여, 보상값 계산부(120)로 전송한다(S21).
그러나 인가된 온도 값이 이전 온도 값과 상이하면, 보상값 계산부(120)는 온도값에 따른 에지 변화량(y)을 온도값(x)을 에지값의 변화량에 대한 함수식에 대입함으로써 계산한다(S23). 이후 보상값 계산부(120)는 계산된 에지 변화량(y)을 이용하여 에지값 보상율(C)을 수학식 3과 같이 계산하고, 에지값 보상율(C)과 단위보상량(mstep)을 수학식 4에 대입하여 렌즈 이동량(d)을 획득한다. 또한 표1 에 따라 렌즈 이동 방향을 획득하여 보상 제어부(130)로 전송한다(S24). 보상 제어부(130)는 획득된 렌즈 이동량(d) 및 렌즈 이동 방향에 따라 렌즈 구동부(140)을 제어하여 렌즈를 이동 시킴으로써, 온도의 변화에 따른 자동 초점 조절 작업을 수행한다.
일 예로 현재 온도(T)가 40℃이고, 실온에서의 초점 렌즈 초기 위치가 K = 4500 스텝 지점이라 가정하고, 현재 온도(T) 40℃를 에지값의 변화량에 대한 함수식에 대입한 결과가 87.5%로 계산된 것으로 가정한다. 이는 실온 25℃에서의 에지값이 100%라 할 때, 최적의 에지값 대비 87.5%의 위치가 초점 위치라는 것을 나타낸다. 따라서 적외선 카메라는 온도 변화를 보상하기 위해 100 - 87.5 = 12.5% 만큼 초점 위치 보상을 수행해야 한다.
그리고 실온에서 에지값의 변화가 제1 기준값(여기서는 일예로 0.5%) 이상으로 나타나는 최소 스텝의 수가 30 스텝으로 획득되었다면, 12.5% 의 보상을 수행하기 위해서는 수학식 4에 따라 (12.5 / 0.5) * 30 = 750 스텝만큼 보상 방향으로 렌즈를 이동시켜 온도 보상을 수행할 수 있다.
렌즈의 현재 위치가 초기 위치인 4500 스텝이면, 표1 에 나타난 바와 같이 현재 온도가 실온보다 높을 때, 렌즈 보상 방향은 (-) 방향이므로, 4500 ?? 750 = 3750 스텝으로 계산되고, 보상 제어부(130)는 렌즈 구동부(140)을 제어하여 렌즈 위치를 3750 스텝의 위치로 이동 시킨다. 온도 보상을 위한 최종적인 렌즈 위치가 3750 스텝 위치이므로, 만일 현재 렌즈 위치가 초기 위치가 아닌 경우에는 계산된 보상 렌즈 위치 ?? 현재 렌즈 위치로서, 렌즈의 이동 방향 및 거리를 계산 할 수 있다. 예를 들어 현재 렌즈 위치가 2000 스텝인 경우, 보상 렌즈 위치가 3750 스텝이므로, 3750 - 2000 = 1750 스텝만큼 이동시킨다.
결과적으로 본 발명은 시험 시스템을 이용하여 적외선 카메라의 온도 변화에 따른 에지 변화율을 근사 함수로 획득하여 적외선 카메라에 저장한 후, 적외선 카메라 사용 시 감지되는 렌즈의 온도에 따른 에지 변화율을 근사 함수를 이용하여 즉각 획득함으로써, 초점 위치를 조절하기 위한 연산 량을 획기적으로 줄 일 수 있다.
상기에서는 온도에 따른 굴절율의 변화가 큰 적외선 카메라를 기준으로 설명하였으나, 본 발명의 개념은 적외선 카메라에 한정되지 않고, 일반적인 광학 카메라에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 온도 감지부, 보상값 계산부, 보상 제어부 및 렌즈 구동부를 포함하는 카메라의 자동 초점 조절 장치의 자동 초점 조절 방법에 있어서,
    상기 온도 감지부가 카메라의 렌즈의 온도를 감지하여 온도값을 획득하는 단계;
    에지값의 변화가 기설정된 제1 기준값 이상으로 나타나는 최소 스텝의 수인 단위보상량과 온도에 따른 상기 렌즈의 이동 방향 및 온도별 에지 변화량이 미리 획득되어 저장된 상기 보상값 계산부가 기설정된 초기 위치로부터 상기 온도값에 대응하는 렌즈 이동량을 계산하는 단계;
    상기 보상 제어부가 상기 렌즈의 현재 위치로부터 상기 렌즈가 상기 렌즈 이동량에 대응하는 위치로 이동해야 하는 상기 스텝 수 및 방향을 계산하는 단계; 및
    상기 보상 제어부가 상기 렌즈 구동부를 제어하여 계산된 상기 스텝 수 및 방향으로 상기 렌즈의 위치를 조절하는 단계; 를 포함하고,
    상기 단위보상량은
    실온에서 상기 카메라의 렌즈 위치가 상기 초기 위치로부터 이동 가능한 상기 렌즈의 최소 이동 단위인 스텝 단위로 이동하며 획득한 영상을 분석하여, 상기 영상에서 상기 에지값의 변화가 상기 초기 위치에서의 에지값 대비 상기 제1 기준값 이상으로 나타나는 최소 스텝의 수를 계산하여 획득되고,
    상기 에지 변화량은
    상기 렌즈의 위치를 상기 초기 위치 상태로 유지하면서 온도를 가변하여 각 온도에서 획득된 영상의 에지값을 상기 초기 위치에서의 에지값과 비교하여 에지값의 변화를 백분률로 계산하고, 온도에 대한 상기 백분률의 값으로 계산된 상기 에지값의 변화를 추세선 획득 기법으로 온도에 대한 함수식의 형태로 획득하며,
    상기 렌즈 이동량은
    초기 위치에서 에지 변화량에서 상기 함수식에 현재 온도값을 대입하여 획득되는 상기 에지 변화량의 값을 차감하여 획득되는 에지값 보상율과 단위보상율을 이용하여 상기 스텝 단위로 계산되는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점 조절 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 카메라의 자동 초점 조절 방법은
    상기 자동 초점 조절 장치가 기설정된 방식으로 영상에서 에지값을 검출하는 에지 검출부를 더 구비하고,
    상기 보상 제어부가 기설정된 주기로 또는 사용자 명령이 인가되면, 상기 렌즈 구동부를 제어하여 상기 렌즈 위치를 가변하면서 획득되는 영상을 상기 에지 검출부로 인가하고, 상기 에지 검출부에서 인가되는 에지값이 최대값이 되도록 렌즈 위치를 보정하고, 보정된 렌즈 위치를 렌즈의 상기 현재 위치로 갱신하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점 조절 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101025911B1 (ko) * 2010-05-26 2011-03-30 삼성탈레스 주식회사 적외선 카메라의 자동 초점 장치 및 방법
JP2012181362A (ja) * 2011-03-01 2012-09-20 Nec Corp 赤外線カメラ及び焦点位置補正方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101025911B1 (ko) * 2010-05-26 2011-03-30 삼성탈레스 주식회사 적외선 카메라의 자동 초점 장치 및 방법
JP2012181362A (ja) * 2011-03-01 2012-09-20 Nec Corp 赤外線カメラ及び焦点位置補正方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113963064A (zh) * 2021-10-12 2022-01-21 长光卫星技术有限公司 一种空间相机地面焦面位置的精确标定方法

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