KR102010778B1 - 360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치 - Google Patents

360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치에 관한 것으로, 육각형상의 통체를 이루는 하우징; 상기 하우징의 내부에 고정 배열되어 렌즈부가 상기 하우징의 각 측면을 향하며, 야간 영상을 촬영하는 열상카메라들; 및 상기 하우징의 내부에 고정 배열되어 상기 열상카메라들 위에 배치되고 렌즈부가 상기 하우징의 각 측면을 향하며, 주간 영상을 촬영하는 CMOS카메라들을 포함하며, 상기 열상카메라들 및 상기 CMOS카메라들은 수평시야각이 각각 62°이고, 상기 열상카메라들이 상기 하우징을 감싸는 360°야간 영상을 각각 촬영하고, 상기 CMOS카메라들이 상기 하우징을 감싸는 360°주간 영상을 각각 촬영하는 것을 특징으로 하며, 방사상으로 등간격 배열된 6개의 카메라가 각각 촬영한 주야간 영상을 360°파노라마 영상으로 구현함으로써 장갑차 또는 자율주행차량 등의 내부에서 실시간 360°외부 상황을 인지할 수 있고, 따라서 위험한 돌발 상황 등을 신속하게 대처할 수 있다.

Description

360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치{Day and Night Imaging System with Panoramic Imaging Equipment}
본 발명은 360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 360°촬영한 각각의 주야간 영상을 파노라마 영상으로 구현하여 실시간 360°외부 상황을 인지할 수 있도록 한 360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치에 관한 것이다.
적외선 영상 장비에서 주로 사용되는 파장 대역은 대기 투과 특성이 좋은 3 ~ 5 μm 대역과 8 ~ 12 μm 대역을 주로 사용되고 있으며, 에너지 방출 특성만 고려한다면 상온 (300K) 근처의 물체는 8 ~ 12 μm의 적외선 파장 대역에서 파장별 복사 에너지를 많이 방출한다.
최근에는 자율주행차량 등의 내부에서 주야간 외부 상황을 실시간으로 인식하기 위한 요구가 증대되고 있고, 관련 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1609776호 "주야간 겸용 카메라 장치"가 개시되고 있다. 상기 선행기술은 하나의 렌즈에 주간 촬영을 위한 CCD와 야간 촬영을 위한 CCD를 교호로 위치시켜 주간 촬영과 야간 촬영이 가능하도록 한다.
그러나 상기 선행기술은 렌즈의 수평시야각(HFOV) 범위의 외부 상황만 인지가능하기 때문에, 그 수평시야각을 초과하는 외부 상황을 인지할 수 없다는 한계가 있다.
한국 등록특허공보 제10-1609776호 "주야간 겸용 카메라 장치"
본 발명의 목적은 360°촬영한 각각의 주야간 영상을 파노라마 영상으로 구현하여 실시간 360°외부 상황을 인지할 수 있는 360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 육각형상의 통체를 이루는 하우징; 상기 하우징의 내부에 고정 배열되어 렌즈부가 상기 하우징의 각 측면을 향하며, 야간 영상을 촬영하는 열상카메라들; 및 상기 하우징의 내부에 고정 배열되어 상기 열상카메라들 위에 배치되고 렌즈부가 상기 하우징의 각 측면을 향하며, 주간 영상을 촬영하는 CMOS카메라들을 포함하며, 상기 열상카메라들 및 상기 CMOS카메라들은 수평시야각이 각각 62°이고, 상기 열상카메라들이 상기 하우징을 감싸는 360°야간 영상을 각각 촬영하고, 상기 CMOS카메라들이 상기 하우징을 감싸는 360°주간 영상을 각각 촬영하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 파노라마 영상구현 회로부를 더 포함하며, 상기 파노라마 영상구현 회로부는 상기 열상카메라들 및 상기 CMOS카메라들에 전원을 공급하고, 상기 열상카메라들이 각각 촬영한 영상 데이터를 하나의 영상 데이터로 변환하고, 상기 변환된 하나의 영상 데이터를 스티칭할 수 있다.
상기 열상카메라의 렌즈부는 수평시야각이 60° 이상인 2개 이상의 렌즈들이 배열되어 형성될 수 있다.
상기 렌즈들은 비구면을 갖을 수 있다.
1개 이상의 상기 렌즈에는 회절패턴이 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 방사상으로 등간격 배열되고, 60도 이상의 수평시야각을 가지며, 최대 6개의 주야간 카메라로 형성되는 것을 특징으로 하고, 각각 촬영한 주야간 영상을 360°파노라마 영상으로 구현함으로써 장갑차 또는 자율주행차량 등의 내부에서 실시간 360°외부 상황을 인지할 수 있고, 따라서 위험한 돌발 상황 등을 신속하게 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 열상카메라 및 CMOS카메라을 내장한 하우징을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 하우징의 덮개를 분리하여 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 종단면도이다.
도 4는 도 1의 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 다른 횡단면도이다.
도 6은 본 발명을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명에 의해 구현된 파노라마 영상을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치는 하우징(10)을 포함한다. 하우징(10)은 육각형상의 통체를 이룬다. 하우징(10)은 상면만이 개구된 형태를 이룰 수 있고, 그 개구된 상면에는 덮개(11)가 설치되어 하우징(10)의 내부를 개폐할 수 있다.
하우징(10)은 각 모서리 부위에 볼트 등의 고정구가 결합되는 구멍을 갖는 고정돌기들(13)을 돌출 형성하여 장갑차나 자율주행차량 등에 견고히 고정될 수 있다.
이와 같은 하우징(10)의 내부에는 방사상으로 배열되는, 야간 영상을 촬영하는 6대의 열상(IR)카메라들(20)과, 주간 영상을 촬영하는 6대의 CMOS카메라들(30)이 각각 설치된다.
열상카메라들(20)은 렌즈부가 하우징(10)의 각 측면을 향하도록 하우징(10)의 내부에 고정 배열되고, CMOS카메라들(30)은 열상카메라들(20) 위에 배치되며 렌즈부가 하우징(10)의 각 측면을 향하도록 하우징(10)의 내부에 고정 배열된다.
하우징(10)은 열상카메라들(20) 위로 하우징(10)의 내부를 구획 분할하는 분리벽(15)을 설치하여 그 분리벽(15) 위에 CMOS카메라들(30)을 고정 설치할 수 있고, 6개의 각 측면에 열상카메라들(20) 및 CMOS카메라들(30)의 렌즈부들과 각각 대응하는 2개의 구멍들을 상하로 형성하여 그 구멍들을 통해 열상카메라들(20)과 CMOS카메라들(30)이 외부 영상을 촬영할 수 있도록 할 수 있다.
열상카메라들(20) 및 CMOS카메라들(30)은 수평시야각이(HFOV) 62°이고, 열상카메라들(20)이 하우징(10)을 감싸는 360°야간 영상을 각각 촬영하고, CMOS카메라들(30)이 하우징(10)을 감싸는 360°주간 영상을 각각 촬영한다.
열상카메라들(20)의 렌즈부는 2개 이상의 렌즈들이 배열되어 형성될 수 있고, 렌즈들은 비구면을 가질 수 있으며, 1개 이상의 렌즈에는 회절패턴이 형성될 수 있다.
렌즈들에 형성된 비구면은 열상카메라들(20)이 촬영한 영상왜곡을 최소화하고, 회절패턴은 -35℃ ~ 55℃의 온도 범위 내에서 초점거리의 변화를 최소화 한다. 회절패턴은 동심원 형태 등으로 형성될 수 있고, 비구면 상에 형성될 수 있다.
열상카메라들(20)은 화소수(H × V)가 640 × 480이고, 작동 온도는 -32℃ ~ 65℃이고, 영상 데이터 저장온도는 -50℃ ~ 55℃의 성능을 가질 수 있다.
예를 들면, 표 1과 같이 열상카메라들(20)의 렌즈부는 4개의 렌즈들이 배열되어 형성될 수 있다. 표 1에서 전면은 물체와 대향하는 렌즈의 면이고, 후면은 적외선 검출기와 대향하는 렌즈의 면이다. 렌즈1은 물체와 대향하는 최외각 렌즈이고, 그 렌즈1의 후측으로 광축을 따라 렌즈2, 렌즈3, 렌즈4가 순차로 배열된다. 적외선은 렌즈1, 렌즈2, 렌즈3, 렌즈4를 순차로 투과하여 적외선 검출기에 수광된다.
재질 면
(Surface)		 지름(Clear Aperture)
(mm)		 표면 타입
(Surface Type)
렌즈1
 게르마늄
 전면 25.4 비구면
후면 19.8 구면
렌즈2
 셀렌화아연
 전면 16.6 비구면
후면 14.0 구면
렌즈3
셀렌화아연
 전면 14.0 구면
후면 16.8 비구면+회절패턴
렌즈4
 셀렌화아연
 전면 25.0 구면
후면 26.6 비구면+회절패턴
표 1의 렌즈부는 표 2와 같은 성능을 갖을 수 있다.
스펙트럼 레인지
(Spectral Range)		 7.5 ~ 13.0 ㎛
유효초점거리
(Effective Focal Length)		 < 9 mm
초점 범위
(Focus Range)		 5 m ~ 무한대
(5 m ~ Infinity)
F-수
(F-number)		 1.20
시야각 @ 무한대
(Field of View @ Infinity )		 61.5°(H) × 48.5°(V)
순간시야각 @ 무한대
(Instantaneous Field of View @ Infinity )
< 3.0 mrad(H)
픽셀 포멧
(Pixel format)		 640×480 픽셀
CMOS카메라들(30)은 작동 온도는 -40℃ ~ 70℃이고, 영상 데이터 저장온도는 -40℃ ~ 70℃의 성능을 가질 수 있다.
한편, 본 발명은 파노라마 영상구현 회로부(50)를 포함할 수 있다. 파노라마 영상구현 회로부(50)는 열상카메라들(20) 및 CMOS카메라들(30)에 전원을 안정적으로 공급하고, 열상카메라들(20)이 각각 촬영한 영상 데이터를 하나의 영상 데이터로 변환하며, 그 변환된 하나의 영상 데이터를 스티칭(Stitching)하여 360°파노라마 영상을 구현한다.
파노라마 영상구현 회로부(50)는 하우징(10)의 내부에 설치될 수 있고, 하우징(10)과는 별도로 외부에 마련되어 설치될 수 있다.
또한, 파노라마 영상구현 회로부(50)는 열상카메라들(20) 및 CMOS카메라들(30)에 전원을 공급하고 열상카메라들(20)이 각각 촬영한 영상 데이터를 하나의 영상 데이터로 변환는 인터페이스 회로부와, 인터페이스 회로부로부터 변환된 영상 데이터를 전송받아 스티칭하여 360°파노라마 영상을 구현하는 스티칭 회로부로 구분될 수 있고, 이중 인터페이스 회로부는 하우징(10)의 내부에 위치할 수 있고, 스티칭 회로부는 하우징(10)과는 별도로 외부에 마련될 수 있다.
파노라마 영상구현 회로부(50)는 레귤레이터를 사용하여 인쇄회로기판의 각 소자에 전원을 공급하고, 레귤레이터는 열상카메라들(20) 및 CMOS카메라들(30)의 최고 전력의 1.2배 이상의 성능을 가져 전원 성능의 안정성을 확보할 수 있다.
파노라마 영상구현 회로부(50)는 열상카메라들(20)의 RS-422 신호를 하나의 RS-232 신호로 변환함으로써 각 영상 데이터를 하나의 영상 데이터로 변환할 수 있고, 열상카메라들(20) 및 CMOS카메라들(30)의 렌즈부의 시야각이 겹치지 않게 영상을 붙여 시야각이 넓은 360°파노라마 영상을 구현할 수 있다.
이와 같이 파노라마 영상구현 회로부가 구현한 360°파노라마 영상은 모니터와 같은 영상출력장치 또는 헬멧 형태의 웨어러블장비로 전송되어 출력될 수 있고, 따라서 장갑차 또는 자율주행차량 등의 내부에서 실시간 360°외부 상황을 인지하여 위험한 돌발 상황 등을 신속하게 대처할 수 있다.
또한, 파노라마 영상구현 회로부(50)는 스티칭된 360°파노라마 영상 내의 동적표적(사람 또는 차량 등) 사물을 구분 인식하여 알람신호를 출력할 수 있고, 사람은 80m 이내 또는 차량은 300m 이내에서 구분 인식하여 알람신호를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 방사상으로 등간격 배열된 6개의 카메라(열상카메라 및 CMOS카메라)가 각각 촬영한 주야간 영상을 360°파노라마 영상으로 구현함으로써 장갑차 또는 자율주행차량 등의 내부에서 실시간 360°외부 상황을 인지할 수 있고, 따라서 위험한 돌발 상황을 신속하게 대처할 수 있다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 하우징
20: 열상카메라
30: CMOS카메라
50: 파노라마 영상구현 회로부

Claims (5)

  1. 육각형상의 통체를 이루는 하우징;
    수평시야각이 각각 62°이고, 상기 하우징의 내부에 고정 배열되어 렌즈부가 상기 하우징의 각 측면을 향하며, 상기 하우징을 감싸는 360°야간 영상을 각각 촬영하는 열상카메라들; 및
    수평시야각이 각각 62°이고, 상기 하우징의 내부에 고정 배열되어 상기 열상카메라들 위에 배치되고 렌즈부가 상기 하우징의 각 측면을 향하며, 상기 하우징을 감싸는 360°주간 영상을 각각 촬영하는 CMOS카메라들을 포함하며,
    각각의 상기 열상카메라들은 물체와 대향하는 렌즈1과 상기 렌즈1의 후측으로 순차로 배열되는 렌즈2, 렌즈3, 렌즈4를 포함하고,
    상기 렌즈1, 상기 렌즈2, 상기 렌즈3 및 상기 렌즈4는 수평시야각이 60°이상 이고,
    상기 렌즈1은 전면이 비구면, 후면이 구면으로 이루어지고,
    상기 렌즈2는 전면이 비구면, 후면이 구면으로 이루어지고,
    상기 렌즈3은 전면이 구면, 후면이 회절패턴을 갖는 비구면으로 이루어지고,
    상기 렌즈4는 전면이 구면, 후면이 회절패턴을 갖는 비구면으로 이루어지며,
    비구면으로 이루어진 상기 렌즈1의 전면, 상기 렌즈2의 전면, 상기 렌즈3의 후면 및 상기 렌즈4의 후면이 영상왜곡을 최소화하고,
    회절패턴이 형성된 상기 렌즈3의 후면 및 상기 렌즈4의 후면이 -35℃ ~ 55℃의 온도 범위 내에서 초점거리의 변화를 최소화하는 것을 특징으로 하는 360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    파노라마 영상구현 회로부를 더 포함하며,
    상기 파노라마 영상구현 회로부는
    상기 열상카메라들 및 상기 CMOS카메라들에 전원을 공급하고,
    상기 열상카메라들이 각각 촬영한 영상 데이터를 하나의 영상 데이터로 변환하고,
    상기 변환된 하나의 영상 데이터를 스티칭하는 것을 특징으로 하는 360도 주야간 영상 촬영 및 파노라마 구현장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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