KR101934311B1 - 스테레오 영상의 위치보정 장치 및 방법 - Google Patents

스테레오 영상의 위치보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

스테레오 영상의 위치보정 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예의 방법은, 제1센서부로부터 좌영상을, 제2센서부로부터 우영상을 수신하고, 좌영상 및 우영상을 합성하고, 합성된 좌/우영상에서 각각 얼굴영역 및 해당 얼굴영역에서의 복수의 특징점을 검출하여, 상기 복수의 특징점을 좌표화하고, 좌/우영상의 상기 복수의 특징점의 Y좌표의 차이의 평균을 이용하여, 보정데이터를 생성한다.

Description

스테레오 영상의 위치보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING POSITION IN STEREO IMAGE}
본 발명은 스테레오 영상의 위치 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 사람의 시각은 주위 환경의 정보를 얻기 위한 감각의 하나로서, 두 눈을 통해 사물의 위치와 멀고 가까움을 인지할 수 있다. 즉, 두 눈을 통해 들어오는 시각정보들이 하나의 거리정보로 합성되면서 자유롭게 활동하는 것이다.
이러한 시각구조를 기계로 구현할 때 사용되는 것이 스테레오 카메라 모듈을 이용한 3차원 영상처리 시스템이다.
이러한 스테레오 카메라 모듈은 좌/우영상에 대해 정렬불량(mis-alignment)이 발생할 수 있다. 도 1은 종래의 스테레오 카메라 모듈의 정렬불량을 설명하기 위한 것으로서, (a)는 좌영상을, (b)는 우영상을 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 상하 위치에 대해 정렬불량이 발생하는데, 카메라 모듈의 제조시 이러한 정렬불량을 보정하는 것이 일반적이다.
도 2는 보정후 스테레오 카메라 모듈의 영상을 설명하기 위한 것으로서, 도 1의 영상에 대한 보정을 수행한 결과이다. 도 1과 마찬가지로, (a)는 좌영상을, (b)는 우영상을 나타낸다.
이와 같은 종래의 스테레오 영상의 위치 보정은, 도 1과 같이, 특정 패턴영상을 이용하여 수행한다. 즉, 특정 패턴이 있어야 보정을 수행할 수 있다.
그러나, 최종 제품에 스테레오 카메라 모듈이 실장된 후에는, 이러한 특정 패턴에 의한 보정이 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 얼굴의 특징점을 이용하여 스테레오 영상의 상하위치를 보정하는, 스테레오 영상의 위치 보정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 스테레오 영상의 위치보정 장치는, 입력되는 좌영상 및 우영상을 합성하는 합성부; 및 합성된 좌/우영상에서 각각 얼굴의 특징점을 검출하고, 상기 우영상의 상하위치를 보정하기 위한 보정데이터를 생성하는 보정부를 포함하고, 상기 합성부는, 상기 보정데이터에 따라 우영상의 상하위치를 보정하여 합성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 보정데이터를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 합성부는, 상하방향 또는 좌우방향으로 좌/우영상을 합성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 합성부는, 입체감 자동조절 기능을 오프할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 보정부는, 합성된 좌/우영상에서 각각 얼굴영역을 검출하고, 검출된 얼굴영역에서 복수의 특징점을 검출하는 검출부; 상기 복수의 특징점을 좌표화하는 좌표화부; 및 좌/우영상의 상기 복수의 특징점의 Y좌표의 차이의 평균을 이용하여, 상기 보정데이터를 생성하는 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 복수의 특징점은, 얼굴의 기관을 이용하여 검출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 복수의 특징점은, 왼쪽 눈의 바깥쪽 끝점, 왼쪽 눈의 안쪽 끝점, 오른쪽 눈의 안쪽 끝점, 오른쪽 눈의 바깥쪽 끝점, 코의 중심, 입의 왼쪽 끝점 및 입의 오른쪽 끝점을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 평균이 (+)인 경우 상기 보정데이터는, 우영상을 아래 방향으로 상기 평균의 절대값만큼 이동하도록 하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 평균이 (-)인 경우 상기 보정데이터는, 우영상을 위 방향으로 상기 평균의 절대값만큼 이동하도록 하는 것일 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 스테레오 영상의 위치보정 방법은, 제1센서부로부터 좌영상을, 제2센서부로부터 우영상을 수신하는 단계; 좌영상 및 우영상을 합성하는 단계; 합성된 좌/우영상에서 각각 얼굴영역 및 해당 얼굴영역에서의 복수의 특징점을 검출하는 단계; 상기 복수의 특징점을 좌표화하는 단계; 및 좌/우영상의 상기 복수의 특징점의 Y좌표의 차이의 평균을 이용하여, 보정데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 보정데이터를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 보정데이터에 따라 상기 제2센서부로부터 수신하는 우영상의 상하위치를 보정하는 단계; 및 상기 제1센서부로부터 수신하는 좌영과 보정된 우영상을 합성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
디스플레이 장치의 사용중 카메라모듈에서 센서부의 위치변경에 의해 좌/우영상의 상하위치가 틀어지는 경우에도, 캘리브레이션을 위한 패턴을 사용하지 않으면서 상하위치를 보정하게 하여, 스테레오 영상의 정렬불량을 손쉽게 해소하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 스테레오 카메라 모듈의 정렬불량을 설명하기 위한 것이다.
도 2는 보정후 스테레오 카메라 모듈의 영상을 설명하기 위한 것이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예가 적용되는 스테레오 카메라 시스템을 설명하기 위한 일예시도이며, 도 3b는 도 3a의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스테레오 영상의 위치보정 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4의 보정부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 검출한 특징점의 일예이다.
도 7a는 보정전 합성된 좌/우영상의 일예이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따라 보정을 수행하여 합성된 좌/우영상의 일예이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스테레오 영상의 위치보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 스테레오 영상의 위치보정 장치 및 방법을 상세히 설명한다.
도 3a는 본 발명의 일실시예가 적용되는 스테레오 카메라 시스템을 설명하기 위한 일예시도이며, 도 3b는 도 3a의 측면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 3차원 디스플레이 장치(1)인 TV에, 본 발명의 일실시예에 의한 스테레오 카메라 모듈(2)이 실장될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 이동단말, 노트북 컴퓨터, 3차원 카메라 등, 3차원 영상을 디스플레이할 수 있는 다양한 단말에 본 발명의 일실시예에 의한 스테레오 카메라 모듈(2)이 실장될 수 있을 것이다.
도 3a 및 도 3b의 적용예에서는, 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 일실시예에 의한 스테레오 카메라 모듈(2)이 3차원 디스플레이 장치(1)의 상부에 돌출되어 장착되는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로서, 카메라 모듈(2)의 위치가 이에 한정되는 것이 아니다.
도 3b와 같이, 본 발명의 일실시예의 스테레오 카메라 모듈(2)은 얼굴의 특징점을 이용하여 상하위치를 보정하는 것이므로, 보정이 수행되기 위해서는, 3차원 디스플레이 장치(1) 앞에 적어도 한명의 사용자가 있어야 하며, 좌/우영상을 취득하는 센서부(추후 설명함)의 시야각 내에 눈, 코 및 입을 포함하는 얼굴이 존재하여야 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스테레오 영상의 위치보정 장치의 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 위치보정 장치는, 스테레오 카메라 모듈(2), 합성부(3), 보정부(4) 및 저장부(5)를 포함하며, 3차원 디스플레이 장치(1)에 적용될 수 있음은, 이미 설명한 바와 같다.
스테레오 카메라 모듈(2)은 제1센서부(21)와 제2센서부(22)를 포함한다. 제1센서부(21)와 제2센서부(22)는 소정 간격을 두고 배치되어, 각각 스테레오 영상 중 하나를 획득한다. 예를 들어, 제1센서부(21)는 좌영상을 획득하고, 제2센서부(22)는 우영상을 획득할 수 있다. 반면, 제1센서부(21)가 우영상을 획득하고, 제2센서부(22)가 좌영상을 획득할 수도 있다. 본 발명의 일실시예의 설명에서는, 설명의 편의상, 제1센서부(21)가 획득하는 영상을 좌영상으로, 제2센서부(22)가 획득하는 영상을 우영상으로 정하여 설명하기로 하겠다.
또한, 본 발명의 일실시예의 설명에서는 제1센서부(21)에서 획득하는 좌영상을 기준으로, 제2센서부(22)에서 획득하는 우영상의 위치를 변경하도록 영상을 보정하는 것으로 예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 제2센서부(22)에서 획득하는 우영상을 기준으로, 제1센서부(21)에서 획득하는 좌영상의 위치를 변경하도록 영상을 보정할 수도 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
제1센서부(21) 및 제2센서부(22)는 예를 들어, 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD), 상보형 금속산화반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS) 센서 등의 카메라 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그와 유사한 기능을 수행하는 다른 소자일 수도 있다.
합성부(3)는 제1센서(21) 및 제2센서(22)로부터 적어도 하나 이상의 좌/우영상을 수신하여, 이 두 영상을 하나의 스테레오 영상으로 합성한다. 이때, 하나의 이미지로 합성하는 경우, 상하방향(top to bottom) 또는 좌우방향(side by side)으로 합성할 수 있다. 스테레오 영상을 합성하는 방식에 대해서는, 이미 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, 합성부(3)는, 예를 들어 입체영상 프로세서일 수 있는데, 입체영상 프로세서에 입체감 자동조절(automatic convergence control) 기능이 포함된 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 위치보정을 위해, 이 기능을 오프할 수 있다.
한편, 합성부(3)는, 보정부(4)에서 보정데이터를 생성하여 이를 저장부(5)에 저장해 둔 경우에는, 이를 수신하여 제2센서부(22)에서 출력되는 우영상의 위치를 보정데이터에 따라 변경하여 우영상과 합성할 수 있다. 이에 대해서는, 추후 더욱 상세히 설명하기로 한다.
보정부(4)는 합성부(3)로부터 수신한 좌/우영상에서 각각 얼굴의 특징점을 검출하고, 검출한 특징점을 이용하여, 제2센서부(22)에서 수신되는 우영상의 위치를 보정하기 위한 보정데이터를 생성한다. 도 5는 도 4의 보정부의 일실시예 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 보정부(4)는, 특징점 검출부(41), 좌표화부(42) 및 보정데이터 생성부(43)를 포함한다.
특징점 검출부(41)는, 합성된 좌/우영상에서 각각 얼굴영역을 검출하고, 검출된 얼굴영역에서 특징점을 검출한다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 검출한 특징점의 일예로서, (a)는 좌영상을, (b)는 우영상을 도시한 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 특징점 검출부(41)는, 좌/우영상에서 얼굴의 특징점을 검출하는데, 예를 들어, 얼굴의 기관을 이용하여 특징점을 검출할 수 있다. 즉, 예를 들어, 왼쪽 눈의 바깥쪽 끝점(a1, b1), 왼쪽 눈의 안쪽 끝점(a2, b2), 오른쪽 눈의 안쪽 끝점(a3, b3), 오른쪽 눈의 바깥쪽 끝점(a4, b4), 코의 중심(a5, b5), 입의 왼쪽 끝점(a6, b6) 및 입의 오른쪽 끝점(a7, b7)을 특징점으로 검출할 수 있다. 여기서, a1 내지 a7은 좌영상의 특징점이고, b1 내지 b7는 우영상의 특징점이다.
다만, 본 발명의 일실시예에서 검출하는 특징점이 위의 예에 한정되는 것은 아니며, 다른 특징점이 사용될 수도 있다.
특징점 검출부(41)의 얼굴검출 및 특징점 검출은, 다양한 알고리즘을 이용하여 수행할 수 있으며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
좌표화부(42)는 각 특징점을 x축 및 y축상의 점으로 좌표화한다. 즉, a1(xa1, ya1), a2(xa2, ya2), a3(xa3, ya3), a4(xa4, ya4), a5(xa5, ya5), a6(xa6, ya6), a7(xa7, ya7)로, b1(xb1, yb1), b2(xb2, yb2), b3(xb3, yb3), b4(xb4, yb4), b5(xb5, yb5), b6(xb6, yb6), b7(xb7, yb7)로 좌표화할 수 있다.
보정데이터 생성부(43)는, 좌/우영상의 특징점의 y좌표의 차이를 구하여, 그 평균을 이용하여, 보정하여야 할 보정데이터를 생성한다.
즉, a1과 b1의 y좌표의 차이를 D1이라 하면, D1은 다음과 같다.
Figure 112012075302262-pat00001
위와 같은 방식으로 모든 특징점에 대한 y좌표의 차이를 구하고, 그 평균(
Figure 112012075302262-pat00002
)을 구할 수 있다. 이때, 평균은 소수일 수 있으며, 이러한 경우에는 반올림하여 정수로 변환할 수 있다. 또한, 평균은 + 또는 - 부호일 수 있는데, 이는 좌영상을 기준으로 우영상이 보정되어야 할 방향을 의미할 수 있다. 즉, 평균이 +인 경우 우영상은 아래 방향으로 평균의 절대값(
Figure 112012075302262-pat00003
)만큼 이동되어야 하는 것을 의미하며, -인 경우 우영상은 위 방향으로 평균의 절대값(
Figure 112012075302262-pat00004
)만큼 이동되어야 하는 것을 의미한다.
이렇게 생성된 보정데이터는, 저장부(5)에 저장된다.
이하에서는, 생성된 보정데이터를 이용하여 합성부(3)가 교정을 수행하여 좌/우영상을 합성하는 예를 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예가 적용되는 디스플레이 장치(1)를 재부팅하는 경우, 합성부(3)는 저장부(5)에 저장된 보정데이터를 수신한다. 합성부(3)는 이 보정데이터를 바탕으로, 제2센서부(22)로부터 수신한 우영상에 대해 상하 위치보정을 수행하고, 좌영상과 보정된 우영상을 합성하여 3차원 영상처리부(도시되지 않음)로 전달할 수 있다.
도 7a는 보정전 합성된 좌/우영상의 일예이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따라 보정을 수행하여 합성된 좌/우영상의 일예이다.
도면에 도시된 바와 같이, 보정전에는 좌영상에 대하여 상하위치가 어긋나 있으나, 본 발명의 일실시예에 의해 보정을 수행한 후에는 상하위치가 대략 동일함을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스테레오 영상의 위치보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스테레오 영상의 위치보정 방법은, 제1센서부(21) 및 제2센서부(22)가 각각 좌영상 및 우영상을 취득하고, 이를 합성부(3)가 수신한다(S81).
합성부(3)는 수신한 좌/우영상을 하나의 영상으로 합성하고(S82), 특징점 검출부(41)는 합성한 영상에서, 좌/우영상의 얼굴영역 및 해당 얼굴영역에서의 특징점을 검출한다(S83). 특징점의 예는, 위에서 설명한 바와 같으므로, 생략한다. 본 발명의 일실시예에서, 특징점은 복수개 검출할 수 있다.
좌표화부(42)는 검출한 특징점을 좌표화하고(S84), 보정데이터 생성부(43)는 좌/우영상의 특징점의 y좌표의 차이의 평균을 계산하여, 보정데이터를 생성할 수 있다(S85). 저장부(5)는 생성된 보정데이터를 저장한다(S86).
사용자가 디스플레이 장치(1)를 재부팅하면(S87), 합성부(3)는 저장부(5)에 저장된 보정데이터를 수신하여(S88), 제2센서부(22)로부터 수신하는 우영상의 상하위치를 보정데이터에 따라 보정하여, 제1센서부(21)로부터 수신하는 좌영상과 합성한다(S89).
이후, 합성부(3)는 합성된 스테레오 영상을 3차원 영상처리부(도시되지 않음)에 전달하여(S90), 3차원 영상처리를 수행하게 할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 디스플레이 장치의 사용중 카메라모듈에서 센서부의 위치변경에 의해 좌/우영상의 상하위치가 틀어지는 경우에도, 캘리브레이션을 위한 패턴을 사용하지 않으면서 상하위치를 보정하게 하여, 스테레오 영상의 정렬불량을 손쉽게 해소할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 3D 디스플레이 장치 2: 카메라 모듈
21: 제1센서부 22: 제2센서부
3: 합성부 4: 보정부
41: 특징점 검출부 42: 좌표화부
43: 보정데이터 생성부 5: 저장부

Claims (12)

  1. 3차원 디스플레이장치에 탑재된 스테레오 카메라 모듈의 스테레오 영상의 위치보정 장치에 있어서,
    입력되는 좌영상 및 우영상을 합성하는 합성부;
    합성된 좌/우영상에서 각각 얼굴영역을 검출하고, 검출된 얼굴영역에서 얼굴의 기관을 이용하여 복수의 특징점을 검출하는 검출부;
    상기 복수의 특징점을 좌표화하는 좌표화부;
    좌/우영상의 상기 복수의 특징점의 Y 좌표의 차이의 평균을 이용하여, 보정데이터를 생성하는 생성부; 및
    상기 보정데이터를 저장하는 저장부를 포함하고,
    상기 합성부는 보정데이터에 기초하여 우영상의 상하위치를 보정하고, 상기 디스플레이장치가 재부팅하면, 상기 저장부에 저장된 보정데이터를 이용하여 수신하는 우영상의 상하위치를 보정하고,
    상기 복수의 특징점은, 왼쪽 눈의 바깥쪽 끝점, 왼쪽 눈의 안쪽 끝점, 오른쪽 눈의 안쪽 끝점, 오른쪽 눈의 바깥쪽 끝점, 코의 중심, 입의 왼쪽 끝점 및 입의 오른쪽 끝점을 포함하는 위치보정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 합성부는,
    상하방향 또는 좌우방향으로 좌/우영상을 합성하는 위치보정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 합성부는,
    입체감 자동조절 기능을 오프하는 위치보정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 평균이 (+)인 경우 상기 보정데이터는,
    우영상을 아래 방향으로 상기 평균의 절대값만큼 이동하도록 하는 것인 위치보정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 평균이 (-)인 경우 상기 보정데이터는,
    우영상을 위 방향으로 상기 평균의 절대값만큼 이동하도록 하는 것인 위치보정 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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