KR102088280B1 - 깊이 정보 추출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치는 미리 정해진 패턴의 광을 촬영하고자 하는 객체에 투사하는 투사부, 상기 투사부로부터 투사된 후 상기 객체로부터 반사된 광을 촬영하는 촬영부, 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 위치를 조정하는 위치 조정부, 그리고 상기 투사부, 상기 촬영부 및 상기 위치 조정부 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 촬영부에 의하여 촬영된 광 및 상기 위치를 이용하여 깊이 정보를 추출하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

깊이 정보 추출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EXTRACTING DEPTH MAP}
본 발명은 깊이 정보 추출 장치 및 방법에 관한 것이다.
촬영 장치를 이용하여 3차원 영상을 획득하는 기술이 발전하고 있다. 3차원 영상을 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다.
깊이 정보를 획득하는 방법 중 하나는, 구조광을 객체에 투사하며, 객체로부터 반사된 광을 해석하여 깊이 정보를 추출하는 능동적 획득 방식이다. 능동적 획득 방식에 따르면, 움직이는 객체에 대하여 원하는 수준의 깊이 분해능(Depth resolution)을 얻기 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 깊이 정보 추출 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치는 미리 정해진 패턴의 광을 촬영하고자 하는 객체에 투사하는 투사부, 상기 투사부로부터 투사된 후 상기 객체로부터 반사된 광을 촬영하는 촬영부, 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 위치를 조정하는 위치 조정부, 그리고 상기 투사부, 상기 촬영부 및 상기 위치 조정부 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 촬영부에 의하여 촬영된 광 및 상기 위치를 이용하여 깊이 정보를 추출하는 신호 처리부를 포함한다.
상기 투사부 및 상기 촬영부는 동일 축 상에 위치하며, 상기 위치 조정부는 상기 축 상에서 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 거리를 조정할 수 있다.
상기 위치 조정부는 상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.
상기 위치 조정부는 상기 객체의 위치를 감지하는 센서, 상기 객체의 위치에 따라 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 거리를 결정하는 제어부, 그리고 상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나에 연결되며, 상기 거리에 따라 상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나를 이동시키는 이동부를 포함할 수 있다.
상기 이동부는 상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나의 이동을 유도하는 가이드부, 그리고 상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나의 이동을 구동하는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 위치 조정부는 상기 객체와 상기 축 간의 거리 별로 미리 정의된, 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 거리 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 투사부는 적외선을 투사하는 적어도 하나의 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치의 깊이 정보 추출 방법은 영하고자 하는 객체의 위치를 감지하는 단계, 상기 위치에 따라 상기 객체를 촬영하는 촬영부와 미리 정해진 패턴의 광을 투사하는 투사부 간의 거리를 조정하는 단계, 상기 투사부로부터 투사된 후 상기 객체로부터 반사되어 상기 촬영부에 의하여 촬영된 광 및 상기 촬영부와 상기 투사부 간의 거리를 이용하여 깊이 정보를 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 원하는 수준의 깊이 분해능을 가지는 깊이 정보 추출 장치 및 방법을 얻을 수 있다. 특히, 객체가 움직이는 경우에도, 객체의 위치에 따른 최적의 깊이 분해능을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치의 블록도이다.
도 2는 투사부, 촬영부 및 객체 간의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치에 포함되는 위치 조정부의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치를 구조적으로 예시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 깊이 정보 추출 장치(100)는 투사부(110), 촬영부(120), 위치 조정부(130) 및 신호 처리부(140)를 포함한다.
투사부(110)는 미리 정해진 패턴의 광을 촬영하고자 하는 객체(object)에 투사한다. 여기서, 미리 정해진 패턴의 광은 구조광(structured light)과 혼용될 수 있으며, 적외선일 수 있다. 투사부(110)는 적외선을 투사하는 적어도 하나의 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함할 수 있다. 투사부(110)는, 예를 들면 레이저 프로젝터(Laser Projector)일 수 있다.
촬영부(120)는 투사부(110)로부터 투사된 후 객체로부터 반사된 광을 촬영한다. 촬영부(120)는, 예를 들면 적외선 카메라일 수 있다.
위치 조정부(130)는 투사부(110)와 촬영부(120) 간의 위치를 조정한다. 예를 들어, 투사부(110) 및 촬영부(120)가 동일 축 상에 위치하는 경우, 위치 조정부(130)는 축 상에서 투사부(110)와 촬영부(120) 간의 거리를 조정할 수 있다.
신호 처리부(140)는 투사부(110), 촬영부(120) 및 위치 조정부(130) 중 적어도 하나와 연결되며, 촬영부(120)에 의하여 촬영된 광 및 투사부(110)와 촬영부(120) 간의 거리를 이용하여 깊이 정보를 추출한다. 촬영부(120)에 의하여 촬영된 광은 객체로부터 반사된 광이므로, 투사부(110)에 의하여 투사된 광의 패턴과 차이가 있다. 신호 처리부(140)는 투사부(110)가 투사한 광의 패턴과 촬영부(120)가 촬영한 광의 패턴을 비교하여, 깊이 정보를 추출할 수 있다. 깊이 정보는 다양한 깊이 정보 추출 알고리즘에 의하여 추출될 수 있다. 신호 처리부(140)가 깊이 정보 추출 장치(100)의 내부에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 신호 처리부(140)는 깊이 정보 추출 장치(100)의 외부에 위치할 수도 있다. 즉, 외부의 신호 처리부(140)는 촬영부(120) 및 위치 조정부(130)로부터 유선 또는 무선으로 정보를 전달 받아, 깊이 정보를 추출할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 위치 조정부(130)가 투사부(110)와 촬영부(120) 간의 위치를 조정하여 깊이 분해능(Depth resolution)을 높게 유지한다.
도 2는 투사부, 촬영부 및 객체 간의 위치 관계를 나타내는 도면이며, 수학식 1은 투사부, 촬영부 및 객체 간의 거리에 따른 깊이 분해능의 관계식이다.
Figure 112013063948570-pat00001
도 2 및 수학식 1에서, C는 촬영부, P는 투사부, O는 기준점, K는 객체를 나타낸다. △Z는 깊이 분해능(depth resolution)을 나타내고, b는 베이스라인(baseline) 상에서 투사부(P)와 촬영부(C) 간의 거리이다. Z0는 기준점이 있는 기준면(reference plane)과 베이스라인 간의 거리이고, Zk는 객체가 있는 객체면(object plane)과 베이스라인 간의 거리이다. f는 초점 거리(focal length)이고, d는 이격도(disparity)이며, m은 선형 정규화(linear normalization)의 파라미터이다.
도 2 및 수학식 1을 참조하면, 베이스라인(baseline) 상에서 투사부(P)와 촬영부(C) 간의 거리, 즉 b가 고정되어 있는 경우, 베이스라인과 객체 간의 거리(Zk)에 따라 깊이 분해능이 달라지게 된다. 따라서, 객체의 움직임에 맞게 투사부와 촬영부 간의 거리를 조정하여 원하는 수준의 깊이 분해능을 얻고자 한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치에 포함되는 위치 조정부의 블록도이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보 추출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 위치 조정부(130)는 센서(132), 제어부(134) 및 이동부(136)를 포함한다.
센서(132)는 객체의 위치를 감지한다. 센서(132)는, 예를 들면 위치 조정부(130)에 포함된 카메라이거나, 촬영부(120)일 수 있다.
제어부(134)는 객체의 위치에 따라 투사부(110)와 촬영부(120) 간의 거리를 결정한다. 예를 들면, 제어부(134)는 수학식 1에서 베이스라인과 객체 간의 거리(Zk)가 변하더라도 소정 수준의 깊이 분해능(△Z)을 유지할 수 있도록 투사부(110)와 촬영부(120) 간의 거리(b)를 계산할 수 있다.
또는, 위치 조정부(130)가 객체와 베이스라인 간의 거리(Zk) 별로 미리 정의된, 투사부(110)와 촬영부(120) 간의 거리 정보를 저장하는 저장부(138)를 더 포함하고, 제어부(134)는 저장부(130)에 저장된 정보를 이용하여 투사부(110)와 촬영부(120) 간의 거리(b)를 선택할 수도 있다. 이때, 저장부(138)는 객체와 베이스라인 간의 거리에 따른 투사부와 촬영부 간의 거리를 테이블의 형태로 저장할 수 있다.
이동부(136)는 제어부(134)에 의하여 결정된 거리에 따라 투사부(110) 및 촬영부(120) 중 적어도 하나를 이동시킨다.
도 1 내지 4를 참조하면, 깊이 정보 추출 장치(100)는 촬영하고자 하는 객체의 위치를 감지한다(S400). 여기서, 객체의 위치는 투사부(110)와 촬영부(120)가 위치하는 베이스라인과 객체 간의 거리로 나타낼 수 있다.
그리고, 깊이 정보 추출 장치(100)는 감지한 위치에 따라 촬영부와 투사부 간의 거리를 조정한다(S410). 이를 위하여, 위치 조정부(130)는 촬영부와 투사부 간의 거리를 수학식 1을 이용하여 계산하거나, 미리 저장된 테이블에서 선택할 수 있다.
그리고, 깊이 정보 추출 장치(100)는 투사부(110)로부터 투사된 후 객체로부터 반사되어 촬영부(120)에 의하여 촬영된 광 및 촬영부(120)와 투사부(110) 간의 거리를 이용하여 깊이 정보를 추출한다(S420). 이를 위하여, 신호 처리부(140)는 투사부(110)로부터 투사된 광의 패턴과 촬영부(120)에 의하여 촬영된 광의 패턴을 비교할 수 있다.
도 5 및 6은 본 발명의 실시예에 따른 깊이 정보 추출 장치를 구조적으로 예시하는 도면이다. 도 5 은 깊이 정보 추출 장치의 상면도이고, 도 6은 동일한 장치의 정면도이다.
도 5 및 6을 참조하면, 깊이 정보 추출 장치(500)는 고정 기판(510), 레이저 프로젝터(520), 적외선 카메라(530), 이동 수단(540) 및 신호처리수단(550)을 포함한다.
레이저 프로젝터(520)는 도 1 및 2의 투사부(110)에 대응하고, 적외선 카메라(530)는 도 1 및 2의 촬영부(120)에 대응한다.
레이저 프로젝터(520)는 미리 정해진 패턴의 적외선을 투사하고, 적외선 카메라(530)는 이를 촬영한다. 이때, 레이저 프로젝터(520)로부터 투사된 적외선의 일부는 객체에 닿아 그 패턴이 변하게 된다. 적외선 카메라(530)는 적외선의 변화된 패턴을 촬영할 수 있다.
한편, 객체와의 거리에 따라 레이저 프로젝터(520) 및 적외선 카메라(530) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 이를 위하여, 레이저 프로젝터(520) 및 적외선 카메라(530) 중 적어도 하나에 이동 수단(540)이 연결되어, 이동을 유도한다. 이동 수단(540)은, 예를 들면 레이저 프로젝터(520) 및 적외선 카메라(530) 중 적어도 하나를 탑재하며, 톱니 형상을 가지는 가이드 로드(guide road) 및 이동을 구동하는 구동 수단을 포함할 수 있다.
신호 처리 수단(550)은 레이저 프로젝터와 적외선 카메라 간의 거리 및 적외선 카메라에 의하여 촬영된 광의 패턴을 이용하여 깊이 정보를 추출한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 깊이 정보 추출 장치
110: 투사부
120: 촬영부
130: 위치 조정부
140: 신호 처리부
132: 센서
134: 제어부
136: 이동부
138: 저장부

Claims (8)

  1. 미리 정해진 패턴의 광을 촬영하고자 하는 객체에 투사하는 투사부,
    상기 투사부로부터 투사된 후 상기 객체로부터 반사된 광을 촬영하는 촬영부,
    상기 객체와의 거리에 따라 동일 축의 베이스라인 상에 위치하는 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 거리를 조정하는 위치 조정부, 그리고
    상기 투사부, 상기 촬영부 및 상기 위치 조정부 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 촬영부에 의하여 촬영된 광 및 조정된 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 거리를 이용하여 깊이 정보를 추출하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 위치 조정부는 상기 상기 베이스라인을 기준으로 상기 베이스라인과 상기 객체 간 수직방향의 거리에 따라 상기 투사부와 상기 촬영부 간 수평방향의 거리를 조정하는 깊이 정보 추출 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치 조정부는 상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나에 연결되는 깊이 정보 추출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 조정부는
    상기 객체의 위치를 감지하는 센서,
    상기 객체의 위치에 따라 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 거리를 결정하는 제어부, 그리고
    상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나에 연결되며, 상기 거리에 따라 상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나를 이동시키는 이동부
    를 포함하는 깊이 정보 추출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동부는
    상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나의 이동을 유도하는 가이드부, 그리고
    상기 투사부 및 상기 촬영부 중 적어도 하나의 이동을 구동하는 구동부
    를 포함하는 깊이 정보 추출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 위치 조정부는
    상기 객체와 상기 베이스라인 간의 거리 별로 미리 정의된, 상기 투사부와 상기 촬영부 간의 거리 정보를 저장하는 저장부
    를 더 포함하는 깊이 정보 추출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투사부는 적외선을 투사하는 적어도 하나의 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함하는 깊이 정보 추출 장치.
  8. 깊이 정보 추출 장치의 깊이 정보 추출 방법에 있어서,
    촬영하고자 하는 객체의 위치를 감지하는 단계,
    상기 객체와의 거리에 따라 동일 축의 베이스라인 상에 위치하는 상기 객체를 촬영하는 촬영부와 미리 정해진 패턴의 광을 투사하는 투사부 간의 거리를 조정하는 단계,
    상기 투사부로부터 투사된 후 상기 객체로부터 반사되어 상기 촬영부에 의하여 촬영된 광 및 상기 촬영부와 상기 투사부 간의 거리를 이용하여 깊이 정보를 추출하는 단계를 포함하고,
    위치 조정부는 상기 베이스라인을 기준으로 상기 베이스라인과 상기 객체 간 수직방향의 거리에 따라 상기 투사부와 상기 촬영부 간 수평방향의 거리를 조정하는 깊이 정보 추출 방법.
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