KR102102397B1 - 촬영 장치 및 영상 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예들에 따른 촬영 장치, 이의 영상 처리 방법, 및 컴퓨터 프로그램이 제공된다. 상기 촬영 장치는 피사체를 촬영하여 제1 영상 정보를 획득하는 광학 카메라, 상기 피사체로부터 간섭(interferogram) 정보를 획득하는 전자식 광 간섭계, 및 상기 간섭 정보를 이용하여 상기 제1 영상 정보의 공간 분해능을 향상시킨 제2 영상 정보를 생성하는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 제1 영상 정보에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여, 상기 제1 영상 정보에 대응하는 주파수 영역에서의 크기(amplitude) 및 위상(phase) 정보를 생성하고, 상기 간섭 정보를 이용하여 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 보정하여 상기 주파수 영역에서의 보정 크기 정보를 생성하고, 상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보 및 상기 위상 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과를 이용하여, 상기 제2 영상 정보를 생성한다.

Description

촬영 장치 및 영상 처리 방법{Photography device and method of processing image }
본 발명은 촬영 장치, 및 영상 처리 방법 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광학 카메라와 간섭신호 장치를 포함하는 촬영 장치, 및 이를 이용하여 촬영된 영상의 품질을 개선할 수 있는 영상 처리 방법 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
영상의 품질을 개선하기 위하여 하드웨어적으로 그리고 소프트웨어적으로 다각적인 연구와 개발이 이루어지고 있다. 카메라의 성능이 개선되고 소형화됨에 따라 휴대용 장치에서도 높은 해상도의 영상을 얻을 수 있게 되었지만, 광학 렌즈의 물리적 한계 등의 이유로 촬영된 영상의 공간 분해능은 제한된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전자식 광 간섭계로부터 획득하는 간섭 정보를 이용하여 광학 카메라로 촬영한 영상 정보의 공간 분해능을 향상시킬 수 있는 촬영 장치, 이의 영상 처리 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 촬영 장치는 피사체를 촬영하여 제1 영상 정보를 획득하는 광학 카메라, 상기 피사체로부터 간섭(interferogram) 정보를 획득하는 전자식 광 간섭계, 및 상기 간섭 정보를 이용하여 상기 제1 영상 정보의 공간 분해능을 향상시킨 제2 영상 정보를 생성하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 컨트롤러는 상기 제1 영상 정보에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여, 상기 제1 영상 정보에 대응하는 주파수 영역에서의 크기(amplitude) 및 위상(phase) 정보를 생성하고, 상기 간섭 정보를 이용하여 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 보정하여 상기 주파수 영역에서의 보정 크기 정보를 생성하고, 상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보 및 상기 위상 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과를 이용하여, 상기 제2 영상 정보를 생성한다.
일 예에 따르면, 상기 전자식 광 간섭계는 상기 광학 카메라의 광학 렌즈의 광학 축과 평행한 광학 축을 갖는 복수의 마이크로렌즈들을 포함하는 렌즈렛 어레이(lenslet array), 상기 복수의 마이크로렌즈들을 통해 입사된 광들로부터 상기 간섭 정보를 생성하는 광 집적 회로(Photonic Intergrated Circuit), 및 상기 복수의 마이크로렌즈들과 상기 광 집적 회로 사이를 연결하는 광 도파로를 포함할 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 상기 공간 영역에서의 상기 결과에서 위상 값들을 제거하여 상기 제2 영상 정보를 생성할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 간섭 정보는 상기 전자식 광 간섭계에 의해 결정되는 공간 주파수들에서의 크기(amplitude) 값을 포함할 수 있다. 상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보는 상기 공간 주파수들에서의 상기 크기 값을 가질 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 간섭 정보 및 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 기초로 상기 광학 카메라의 변조전달함수(MTF, Modulation Transfer Function) 모델의 파라미터를 추정하고, 상기 변조전달함수 모델을 이용하여 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 보상함으로써, 상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보를 생성할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 상기 공간 영역에서의 상기 결과에서 위상 값들을 제거하여 중간 영상 정보를 생성하는 제1 제한(constraint) 적용 단계, 상기 중간 영상 정보에 대하여 상기 푸리에 변환을 수행하여 상기 중간 영상 정보에 대응하는 상기 주파수 영역에서의 중간 크기 및 중간 위상 정보를 생성하는 변환 단계, 상기 제1 영상 정보에 대응하는 상기 주파수 영역에서의 상기 위상 정보로 상기 주파수 영역에서의 상기 중간 위상 정보를 대체하는 제2 제한(consstraint) 적용 단계, 및 상기 중간 크기 정보 및 상기 중간 위상 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하는 역 변환 단계를 복수 회 반복하여 수행할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 복수 회 반복하여 수행함으로써 생성되는 상기 공간 영역에서의 최종 결과에서 위상 값들을 제거함으로써 상기 제2 영상 정보를 생성하고, 상기 최종 결과에서 제거된 상기 위상 값들 및 상기 변환 단계에서 생성되는 상기 중간 위상 정보 중 적어도 하나를 오류 값으로 고려하여, 상기 보정 크기 정보를 조정할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 복수의 후보 보정 크기 정보를 생성하고, 상기 복수의 후보 보정 크기 정보들 각각을 상기 보정 크기 정보로 설정한 후, 상기 제1 제한 적용 단계, 상기 변환 단계, 상기 제2 제한 적용 단계 및 상기 역 변환 단계를 복수 회 반복 수행하여 산출되는 상기 오류 값을 기초로, 가장 작은 오류 값이 생성될 때의 후보 보정 크기 정보를 상기 보정 크기 정보로 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 피사체를 촬영하여 제1 영상 정보를 획득하는 광학 카메라, 상기 피사체로부터 간섭(interferogram) 정보를 획득하는 전자식 광 간섭계, 및 상기 간섭 정보를 이용하여 상기 제1 영상 정보의 공간 분해능을 개선한 제2 영상 정보를 생성하는 컨트롤러를 포함하는 촬영 장치의 영상 처리 방법은 상기 컨트롤러에 의해 수행된다.
상기 영상 처리 방법은 상기 제1 영상 정보에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여, 상기 제1 영상 정보에 대응하는 주파수 영역에서의 크기(amplitude) 및 위상(phase) 정보를 생성하는 단계, 상기 간섭 정보를 기초로 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 보정하여 상기 주파수 영역에서의 보정 크기 정보를 생성하는 단계, 및 상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보 및 상기 위상 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과를 이용하여, 상기 제2 영상 정보를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 장치를 이용하여 상기 영상 처리 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된다.
본 발명에 따르면, 전자식 광 간섭계로부터 획득하는 간섭 정보를 이용하여 광학 카메라로 촬영한 영상 정보의 공간 분해능을 향상시킬 수 있는 촬영 장치, 이의 영상 처리 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 장치를 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 광 간섭계를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 장치의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 예시적인 MTF 곡선을 도시한다.
도 5는 크기 정보(A), 샘플링 주파수들에서의 크기 값(A1, A2, .., A4) 및 보정 크기 정보(Aes)가 표시된 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨트롤러의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨트롤러의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
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, "포함한다" 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. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 장치를 예시적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 촬영 장치(100)는 광학 카메라(110), 및 전자식 광 간섭계에 포함되는 렌즈렛 어레이(121)를 포함한다.
광학 카메라(110)는 피사체를 촬영하여 제1 영상 정보를 획득한다. 제1 영상 정보는 이미지 데이터의 형태일 수 있으며, 가로축과 세로축의 2차원 좌표에 대해 각각 정의되는 색상 값들을 포함할 수 있다.
렌즈렛 어레이(121)는 피사체로부터 광을 수신하여 전자식 광 간섭계의 광 집적 회로로 전달한다. 렌즈렛 어레이(121)는 미리 설정된 방식으로 배열되는 복수의 마이크로렌즈들(121m)을 포함한다. 마이크로렌즈들(121m)은 도 1에 도시된 바와 같이 방사형으로 배열될 수 있다. 동일한 방사 방향으로 배열되는 마이크로렌즈들(121m) 사이의 거리는 일정할 수 있다. 도 1에서 마이크로렌즈들(121m)은 12개의 방사 방향으로 배열되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시적이며, 이보다 적거나 많은 수의 방사 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 도 1에서 각각의 방사 방향마다 4개의 마이크로렌즈들(121m)이 배열되는 것으로 도시되지만, 이 역시 예시적이며 이보다 적거나 많은 개수의 마이크로렌즈들(121m)에 각 방사 방향을 따라 배열될 수 있다. 방사 방향이 많아지고, 각 방사 방향에 배열되는 마이크로렌즈들(121m)의 개수가 많아질수록, 더욱 풍부한 간섭 정보가 생성될 수 있다.
피사체로부터 방출되거나 반사되는 광은 광학 카메라(110)의 광학 렌즈와 렌즈렛 어레이(121)의 마이크로렌즈들(121m)에 의해 수신된다. 즉, 광학 카메라(110)의 광학 렌즈에 의해 수신되는 광은 렌즈렛 어레이(121)의 마이크로렌즈들(121m)에 의해 수신되는 광과 실질적으로 동일할 수 있다. 마이크로렌즈들(121)은 광학 카메라(110)의 광학 렌즈의 광학 축과 평행한 광학 축을 가질 수 있다.
전자식 광 간섭계의 광 집적 회로(Photonic Intergrated Circuit)는 간섭(interferogram) 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 간섭 정보는 2광선속 간섭계(double beam interferometer)의 광로차를 변화시킬 때 간섭광 강도의 변화를 광로차의 함수로서 나타낸 정보를 의미한다. 간섭 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하면, 원래의 스펙트럼이 생성될 수 있다. 간섭 정보는 렌즈렛 어레이(121)에 의해 결정되는 공간 주파수들에서의 크기(amplitude) 값 및 위상 값을 포함할 수 있다. 렌즈렛 어레이(121)에 의해 결정되는 공간 주파수들은 렌즈렛 어레이(121)의 마이크로렌즈들(121m)의 개수, 배치, 배열 등에 의해 결정되는 개수의 미리 결정된 주파수 값을 갖는다. 본 명세서에서, 렌즈렛 어레이(121)에 의해 결정되는 공간 주파수들은 샘플링 주파수들이라고 지칭한다. 일반적으로 렌즈렛 어레이(121)에 포함되는 마이크로렌즈들(121m)의 갯수가 많을수록 많은 샘플링 주파수들이 많아질 수 있다.
간섭 정보는 역시 2차원 주파수 영역에서 정의되는 크기 값 및 위상 값을 포함할 수 있다. 용이한 이해를 위하여, 간섭 정보와 영상 정보를 1차원 영역에서 정의되는 것으로 가정하여 설명한다. 하지만, 이는 오로지 용이한 이해를 위한 것이며, 본 명세서에 설명되는 발명 사상은 2차원 영역에서 정의되는 간섭 정보와 영상 정보에 대하여 적용될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 촬영 장치(100)는 광학 카메라(110)에 의해 획득되는 제1 영상 정보와 렌즈렛 어레이(121)를 포함하는 전자식 광 간섭계에 의해 획득되는 간섭 정보를 이용하여 제1 영상 정보의 공간 분해능을 향상시킨 제2 영상 정보를 생성하는 컨트롤러를 더 포함한다. 컨트롤러는 촬영 장치(100)의 내부에 장착될 수 있다. 컨트롤러는 촬영 장치(100)에 접속되거나 촬영 장치(100)로부터 제1 영상 정보와 간섭 정보를 수신할 수 있는 장치의 내부에 장착될 수 있다. 본 명세서에서, 제2 영상 정보는 컨트롤러에 의해 생성되는 최종 영상 정보를 의미할 수 있다.
컨트롤러는 제1 영상 정보에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여, 제1 영상 정보에 대응하는 주파수 영역에서의 크기(amplitude) 및 위상(phase) 정보를 생성할 수 있다. 컨트롤러는 간섭 정보를 이용하여 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 보정하여 상기 주파수 영역에서의 보정 크기 정보를 생성할 수 있다. 컨트롤러는 상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보 및 상기 위상 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과를 이용하여, 제1 영상 정보의 공간 분해능을 향상시킨 제2 영상 정보를 생성할 수 있다. 컨트롤러에 대하여 도 3을 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명한다.
촬영 장치(100)는 휴대 가능한 크기일 수 있으며, 이를 위하여 배터리와 같은 전원 장치를 포함할 수 있다. 촬영 장치(100)는 무선 통신 기능을 수행할 수 있다. 촬영 장치(100)는 예컨대 스마트폰일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 광 간섭계를 개략적으로 도시한다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 전자식 광 간섭계(120)는 렌즈렛 어레이(121), 광 도파로(123) 및 광 집적 회로(125)를 포함할 수 있다. 광 도파로(123) 및 광 집적 회로(125)는 도 1의 촬영 장치(100)의 내부에 장착될 수 있다.
렌즈렛 어레이(121)는 2차원으로 배열되는 마이크로렌즈들(도 1의 121m)을 포함한다. 마이크로렌즈들(121m)은 광학 카메라(도 1의 110)의 광학 렌즈와 평행한 광학 축을 가지며, 마이크로렌즈들(121m)이 수신하는 광은 광학 카메라의 광학 렌즈가 수신하는 광과 실질적으로 동일할 수 있다.
광 집적 회로(125)는 마이크로렌즈들(121m)을 통해 입사된 광들로부터 간섭 정보를 생성할 수 있다. 광 도파로(123)는 마이크로렌즈들(121m)과 광 집적 회로(125) 사이를 연결할 수 있다. 전자식 광 간섭계(100)는 마이크로렌즈들(121m)에 의해 수신된 광을 분리 또는 분기하기 위한 스플리터(splitter) 또는 디멀티플렉서(Demultiplexer), 분리 또는 분기된 광의 경로차를 만들기 위한 위상 쉬프터(Phase shifter), 및 경로차를 갖는 광들을 결합하기 위한 멀티플렉서(multiplexer)를 포함할 수 있다. 전자식 광 간섭계(100)는 90˚ 옵티컬 하이브리드(90˚ Optical Hybrids)를 포함할 수 있다. 전자식 광 간섭계(100)는 결합된 광의 강도를 검출하기 위한 포토 다이오드(Photo diode)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 장치의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 3을 참조하면, 촬영 장치(100)는 광학 카메라(110), 전자식 광 간섭계(120) 및 컨트롤러(130)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(130)는 FFT 모듈(140), MTF 보상 모듈(150), 주파수 정보 수정 모듈(160), IFFT 모듈(170), 및 영상 정보 수정 모듈(180)을 포함할 수 있다. 각 모듈들(140~180)은 컨트롤러(130)에 의해 수행될 수 있는 기능 블럭들로서, 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다.
광학 카메라(110)는 피사체를 촬영한 제1 영상 정보(g)를 생성할 수 있다. 전자식 광 간섭계(120)는 피사체로부터 입사된 광으로부터 간섭 정보를 생성할 수 있다. 간섭 정보는 샘플링 주파수들에서의 크기 값(A1, A2, .., An) 및 위상 값을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 샘플링 주파수들은 렌즈렛 어레이(121)에 의해 결정되는 공간 주파수들로서, 마이크로렌즈들(121m)의 배열 등에 의해 결정될 수 있다. 샘플링 주파수들의 개수는 본 발명을 한정하지 않는다.
FFT 모듈(140)은 제1 영상 정보(g)에 대하여 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 푸리에 변환이 될 제1 영상 정보(g)는 공간 영역에서의 영상 정보로 이해될 수 있으며, 푸리에 변환에 의해 생성되는 정보는 주파수 영역에서의 주파수 정보(G)로 이해될 수 있다. 제1 영상 정보(g)를 푸리에 변환하면 주파수 정보(G)가 생성되고, 주파수 정보(G)를 역 푸리에 변환하면 제1 영상 정보(g)가 생성된다. 주파수 정보(G)는 크기(A) 및 위상(φ)을 이용하여 G=A exp{jφ}와 같이 표현될 수 있다. 크기(A)는 주파수 정보(G)의 크기를 의미하며, 위상(φ)은 주파수 정보(G)의 위상 값을 의미한다.
FFT 모듈(140)은 제1 영상 정보(g)를 푸리에 변환하여 생성되는 주파수 정보(G)에서 크기 정보(A)를 MTF 보상 모듈(150)로 제공할 수 있다. MTF 보상 모듈(150)은 광학 카메라(110)의 MTF(변조 전달 함수)를 보상할 수 있다. 도 4는 예시적인 MTF 곡선을 도시한다. MTF 곡선은 광학 카메라(110)의 광학계가 피사체를 얼마나 완벽하게 이미지(image)로 잘 전달되는가의 능력 척도를 곡선으로 표현한 것으로서, 예컨대, 검은색과 흰색 무늬가 반복되는 패턴의 피사체를 이용하여, 휘도가 정현파 형태로 변화하는 줄무늬 영상에 대한 휘도대비감도를 주파수, 즉, 공간 주파수의 함수로 표현한 것이다. 도 4에 도시된 곡선은 공간 주파수가 0일 때를 1로 정규화한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이 공간 주파수가 증가할수록 피사체를 이미지로 전달하는 능력이 감소한다.
MTF 보상 모듈(150)은 전자식 광 간섭계(120)로부터 수신된 간섭 정보를 이용하여 FFT 모듈(140)로부터 수신된 크기 정보(A)를 보정하여, 주파수 영역에서의 보정 크기 정보(Aes)를 생성할 수 있다. 이때 MTF 보상 모듈(150)에서 이용되는 간섭 정보는 샘플링 주파수들에서의 크기 값(A1, A2, .., An)을 포함할 수 있다. 보정 크기 정보(Aes)는 샘플링 주파수들에서의 크기 값(A1, A2, .., An)을 가질 수 있으며, 샘플링 주파수들 외의 다른 주파수들에서는 추정된 크기 값들을 가질 수 있다.
도 5는 MTF 보상 모듈(150)이 크기 정보(A)와 샘플링 주파수들에서의 크기 값(A1, A2, .., An)을 기초로 보정 크기 정보(Aes)를 생성하는 것을 설명하기 위한 도면으로서, 크기 정보(A), 샘플링 주파수들에서의 크기 값(A1, A2, .., A4) 및 보정 크기 정보(Aes)가 표시된 그래프를 도시한다. 도 5에는 샘플링 주파수들(f1, f2, ..., f4) 각각에서의 크기 값(A1, A2, .., A4)이 표시된다.
예를 들면, MTF 보상 모듈(150)은 전자식 광 간섭계(120)로부터 수신된 샘플링 주파수들(f1, f2, ..., f4) 각각에서의 크기 값(A1, A2, .., An)과 FFT 모듈(140)로부터 수신된 크기 정보(A)를 기초로 광학 카메라(110)의 변조전달함수 모델의 파라미터를 추정할 수 있다. 크기 정보(A)도 역시 샘플링 주파수들(f1, f2, ..., f4) 각각에서의 크기 값을 포함하며, 이 크기 값들을 간섭 정보의 크기 값(A1, A2, .., An)과 비교함으로써 변조전달함수 모델의 파라미터를 추정할 수 있다. MTF 보상 모듈(150)은 추정된 파라미터를 갖는 변조전달함수 모델을 이용하여 샘플링 주파수들 외의 다른 주파수들에서의 크기 값들을 추정할 수 있다. 추정된 크기 값들 및 간섭 정보의 크기 값(A1, A2, .., An)을 조합하여 보정 크기 정보(Aes)가 생성될 수 있다. 생성된 보정 크기 정보(Aes)는 주파수 정보 수정 모듈(160)로 전달될 수 있다.
주파수 정보 수정 모듈(160)은 MTF 보상 모듈(150)로부터 수신되는 보정 크기 정보(Aes) 및 FFT 모듈(140)로부터 수신되는 주파수 정보(G)의 위상 정보(φ)를 이용하여 주파수 정보를 수정할 수 있다. 주파수 정보 수정 모듈(160)에 의해 생성되는 수정 주파수 정보는 "G*"으로 표시한다. 수정 주파수 정보(G*)는 보정 크기 정보(Aes)와 위상 정보(φ)를 이용하여 G*=Aes exp{jφ}와 같이 표현될 수 있다.
IFFT 모듈(170)은 수정 주파수 정보(G*)에 대하여 역 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 수정 주파수 정보(G*)를 역 푸리에 변환함으로써 공간 영역에서의 정보가 생성되는데, 이를 영상 정보(g*)로 지칭한다. 영상 정보(g*)는 g*=a exp{jθ}와 같이 표현될 수 있다. 크기(a)는 영상 정보(g*)의 크기를 의미하고, 위상(θ)은 영상 정보(g*)의 위상을 의미한다. 광학 카메라(110)로부터 수신되는 영상 정보(g)는 크기만 있으며, 위상은 모두 0이다. 그러나, 크기 정보(A)가 보정 크기 정보(Aes)로 수정되므로, 영상 정보(g*)는 복소수가 되어, 위상(θ)을 갖게 된다. 여기서, 영상 정보(g*)는 수정 주파수 정보(G*)에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과로 지칭될 수 있으며, 컨트롤러(130)는 영상 정보(g*)를 이용하여 제2 영상 정보를 생성할 수 있다.
영상 정보 수정 모듈(180)은 영상 정보(g*)에서 위상(θ)을 제거한 결과인 제2 영상 정보(g1)를 출력할 수 있다. 제2 영상 정보(g1)는 영상 정보(g*)의 크기(a)만을 포함하는 것으로 표현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨트롤러의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 6을 참조하면, 컨트롤러(130)는 FFT 모듈(140), MTF 보상 모듈(150), 주파수 영역 제약 모듈(160a), IFFT 모듈(170), 및 공간 영역 제약 모듈(180a)을 포함할 수 있다. FFT 모듈(140), MTF 보상 모듈(150), 주파수 영역 제약 모듈(160a), IFFT 모듈(170), 및 공간 영역 제약 모듈(180a)은 각각 도 3을 참조로 설명된 FFT 모듈(140), MTF 보상 모듈(150), 주파수 정보 수정 모듈(160), IFFT 모듈(170), 및 영상 정보 수정 모듈(180)에 대응할 수 있다.
컨트롤러(130)는 도 3을 참조로 설명된 FFT 모듈(140), 주파수 영역 제약 모듈(160a), IFFT 모듈(170), 및 공간 영역 제약 모듈(180a)의 동작을 반복하여 수행함으로써 제2 영상의 품질을 더욱 개선할 수 있다.
예를 들면, 컨트롤러(130)는 영상 정보 수정 모듈(180)에 의해 생성되는 영상 정보를 중간 영상 정보(gk)라고 지칭한다. 전술한 바와 같이, 중간 영상 정보(gk)는 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과에서 위상 값들을 제거함으로써 생성될 수 있다. 여기서, k는 1 이상의 자연수이며, FFT 모듈(140), 주파수 영역 제약 모듈(160a), IFFT 모듈(170), 및 공간 영역 제약 모듈(180a)의 동작을 반복한 횟수에 대응될 수 있다.
FFT 모듈(140)는 중간 영상 정보(gk)에 대하여 푸리에 변환을 수행하여, 중간 영상 정보에 대응하는 중간 주파수 정보(Gk)를 생성할 수 있다. 중간 주파수 정보(Gk)는 주파수 영역에서의 중간 크기 정보(Ak) 및 중간 위상 정보(φk)를 포함한다.
주파수 영역 제약 모듈(160a)은 중간 주파수 정보(Gk)를 수정하여 중간 수정 주파수 정보(Gk*)를 생성한다. 중간 수정 주파수 정보(Gk*)는 중간 주파수 정보(Gk)에서 중간 위상 정보(φk)를 최초 위상 정보(φ)로 수정한 것이다. 최초 위상 정보(φ)는 광학 카메라(110)로부터 수신되는 영상 정보(g)를 푸리에 변환하여 생성되는 주파수 정보(G)의 위상 정보(φ)를 의미한다. 즉, 주파수 영역 제약 모듈(160a)은 중간 주파수 정보(Gk)의 중간 위상 정보(φk)를 최초 위상 정보(φ)로 수정함으로써, 중간 수정 주파수 정보(Gk*)를 생성할 수 있다.
IFFT 모듈(170)은 중간 수정 주파수 정보(Gk*)에 대하여 역 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 중간 수정 주파수 정보(Gk*)를 역 푸리에 변환한 결과는 공간 영역에서의 중간 영상 정보(gk*)로 표현할 수 있다. 중간 영상 정보(gk*)는 복소수 성분을 가지며, 중간 크기 값들(ak) 및 중간 위상 값들(θk)을 이용하여 표현될 수 있다.
공간 영역 제약 모듈(180a)은 중간 영상 정보(gk*)에서 위상 값을 제거할 수 있다. 중간 영상 정보(gk*)에서 중간 위상 값들(θk)을 제거함으로써 생성되는 결과는 중간 영상 정보(g(k+1)*)로 지칭한다. 중간 영상 정보(g(k+1)*)는 중간 영상 정보(gk*)의 크기 값들(ak)만을 포함할 수 있다.
컨트롤러(130)는 이러한 방식으로 FFT 모듈(140), 주파수 영역 제약 모듈(160a), IFFT 모듈(170), 및 공간 영역 제약 모듈(180a)의 동작을 반복할 수 있다. 일 예에 따르면, 컨트롤러(130)는 미리 설정한 횟수만큼 각 모듈들(140, 160a, 170, 180a)의 동작을 반복할 수 있다.
다른 예에 따르면, 컨트롤러(130)는 중간 영상 정보(gk*)에서 제거된 위상 값을 기초로 반복 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(130)는 중간 영상 정보(gk*)에서 제거된 위상 값이 미리 설정한 크기보다 작을 때 반복을 중단할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 컨트롤러(130)는 중간 위상 정보(φk)와 최초 위상 정보(φ)의 차이를 기초로 반복 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(130)는 중간 위상 정보(φk)와 최초 위상 정보(φ)의 차이가 미리 설정한 크기보다 작을 때 반복을 중단할 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 컨트롤러(130)는 중간 영상 정보(gk*)에서 제거된 위상 값 및 중간 위상 정보(φk)와 최초 위상 정보(φ)의 차이를 기초로 반복 여부를 결정할 수도 있다.
컨트롤러(130)가 FFT 모듈(140), 주파수 정보 수정 모듈(160), IFFT 모듈(170), 및 영상 정보 수정 모듈(180)의 동작을 반복함으로써, 제2 영상 정보의 품질은 더욱 개선될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨트롤러의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 7을 참조하면, 컨트롤러(130)는 FFT 모듈(140), MTF 보상 모듈(150b), 주파수 영역 제약 모듈(160b), IFFT 모듈(170), 공간 영역 제약 모듈(180b), 및 진화 연산 알고리즘 모듈(190)을 포함할 수 있다. FFT 모듈(140), 주파수 영역 제약 모듈(160b), IFFT 모듈(170), 및 공간 영역 제약 모듈(180b)은 각각 도 6을 참조로 설명된 FFT 모듈(140), 주파수 영역 제약 모듈(160a), IFFT 모듈(170), 및 공간 영역 제약 모듈(180a)에 대응할 수 있으며, 반복하여 설명하지 않는다.
진화 연산 알고리즘 모듈(190)은 주파수 영역 제약 모듈(160b)로부터 중간 위상 정보(φk)와 최초 위상 정보(φ)의 차이(φk-φ)를 수신할 수 있다. 진화 연산 알고리즘 모듈(190)은 공간 영역 제약 모듈(180b)로부터 중간 위상 값들(θk)을 수신할 수 있다. 진화 연산 알고리즘 모듈(190)은 중간 위상 정보(φk)와 최초 위상 정보(φ)의 차이(φk-φ) 및 중간 위상 값들(θk) 중 적어도 하나를 오류 값으로 고려할 수 있다. 진화 연산 알고리즘 모듈(190)은 오류 값을 기초로 MTF 보상 모듈(150)에서 추정한 MTF 곡선의 파라미터들을 수정할 수 있다. MTF 곡선의 파라미터가 수정됨에 따라, 보정 크기 정보가 함께 수정되며, 수정된 보정 크기 정보(Aes#i)로 표현될 수 있다.
수정된 보정 크기 정보(Aes#i)를 주파수 영역 제약 적용 모듈(160b)에 제공하여, 수정 주파수 정보(G*)의 초기 크기 값들로 이용될 수 있다. 도 6에서 설명한 바와 같이 각 모듈들(140, 160b, 170, 180b)의 동작을 반복함으로써 제2 영상 정보를 생성할 수 있다.
진화 연산 알고리즘 모듈(190)은 복수의 후보 보정 크기 정보(Aes#i)를 생성할 수 있다. 진화 연산 알고리즘 모듈(190)은 복수의 후보 보정 크기 정보들(Aes#i) 각각을 보정 크기 정보로 설정한 후, 각 모듈들(140, 160b, 170, 180b)의 동작을 반복 수행할 수 있다. 진화 연산 알고리즘 모듈(190)은 진화 연산 알고리즘을 이용하여 복수의 후보 보정 크기 정보들(Aes#i)을 조정함으로써 제2 영상 정보를 최적화할 수 있다.
다른 예에 따르면, 진화 연산 알고르짐 모듈(190)은 복수의 후보 보정 크기 정보들(Aes#i) 각각에 대하여 산출되는 오류 값을 기초로, 가장 작은 오류 값이 생성될 때의 후보 보정 크기 정보를 주파수 영역 제약 적용 모듈(160b)에 제공하는 보정 크기 정보로 결정할 수 있다. 본 실시예에 따라서, 진화 연산 알고리즘 모듈(190)을 이용함으로써 제2 영상 정보의 품질은 더욱 개선될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시한다. 이 영상 처리 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 광학 카메라(110), 전자식 광 간섭계(120), 및 컨트롤러(130)를 포함하는 촬영 장치의 영상 처리 방법일 수 있다. 영상 처리 방법은 컨트롤러(130)에 의해 수행될 수 있다.
도 3과 함께 도 8을 참조하면, 컨트롤러(130)는 광학 카메라(110)를 이용하여 피사체를 촬영한 제1 영상 정보(g)를 획득할 수 있다(S10). 컨트롤러(130)는 전자식 광 간섭계(120)를 이용하여 상기 피사체로부터 간섭 정보(A1, A2, ..., Ak)를 획득할 수 있다(S20).
컨트롤러(130)는 제1 영상 정보(g)에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여, 제1 영상 정보(g)에 대응하는 주파수 영역에서의 크기(A) 및 위상(φ) 정보를 생성할 수 있다(S30). 컨트롤러(130)는 간섭 정보(A1, A2, ..., Ak)를 기초로 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보(A)를 보정하여 상기 주파수 영역에서의 보정 크기 정보(Aes)를 생성할 수 있다(S40). 컨트롤러(130)는 상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보(Aes) 및 상기 위상 정보(φ)에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과(g*)를 이용하여, 상기 제1 영상 정보(g)의 공간 분해능을 개선한 제2 영상 정보(g1)를 생성할 수 있다.
한편, 도 8을 참조로 설명되는 영상 처리 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되는 컴퓨터 프로그램으로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.

Claims (10)

  1. 피사체를 촬영하여 제1 영상 정보를 획득하는 광학 카메라;
    상기 피사체로부터 간섭(interferogram) 정보를 획득하는 전자식 광 간섭계; 및
    상기 간섭 정보를 이용하여 상기 제1 영상 정보의 공간 분해능을 향상시킨 제2 영상 정보를 생성하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 영상 정보에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여, 상기 제1 영상 정보에 대응하는 주파수 영역에서의 크기(amplitude) 및 위상(phase) 정보를 생성하고,
    상기 간섭 정보를 이용하여 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 보정하여 상기 주파수 영역에서의 보정 크기 정보를 생성하고,
    상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보 및 상기 위상 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과를 이용하여, 상기 제2 영상 정보를 생성하되,
    상기 제2 영상 정보는 상기 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 상기 공간 영역에서의 상기 결과에서 위상 값들을 제거함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자식 광 간섭계는,
    상기 광학 카메라의 광학 렌즈의 광학 축과 평행한 광학 축을 갖는 복수의 마이크로렌즈들을 포함하는 렌즈렛 어레이(lenslet array);
    상기 복수의 마이크로렌즈들을 통해 입사된 광들로부터 상기 간섭 정보를 생성하는 광 집적 회로(Photonic Intergrated Circuit); 및
    상기 복수의 마이크로렌즈들과 상기 광 집적 회로 사이를 연결하는 광 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 정보는 상기 전자식 광 간섭계에 의해 결정되는 공간 주파수들에서의 크기(amplitude) 값을 포함하고,
    상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보는 상기 공간 주파수들에서의 상기 크기 값을 갖는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 간섭 정보 및 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 기초로 상기 광학 카메라의 변조전달함수(MTF, Modulation Transfer Function) 모델의 파라미터를 추정하고,
    상기 변조전달함수 모델을 이용하여 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 보상함으로써, 상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 상기 공간 영역에서의 상기 결과에서 위상 값들을 제거하여 중간 영상 정보를 생성하는 제1 제약(constraint) 적용 단계;
    상기 중간 영상 정보에 대하여 상기 푸리에 변환을 수행하여 상기 중간 영상 정보에 대응하는 상기 주파수 영역에서의 중간 크기 및 중간 위상 정보를 생성하는 변환 단계;
    상기 제1 영상 정보에 대응하는 상기 주파수 영역에서의 상기 위상 정보로 상기 주파수 영역에서의 상기 중간 위상 정보를 대체하는 제2 제약(constraint) 적용 단계; 및
    상기 중간 크기 정보 및 상기 중간 위상 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하는 역 변환 단계를 복수 회 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수 회 반복하여 수행함으로써 생성되는 상기 공간 영역에서의 최종 결과에서 위상 값들을 제거함으로써 상기 제2 영상 정보를 생성하고,
    상기 최종 결과에서 제거된 상기 위상 값들 및 상기 변환 단계에서 생성되는 상기 중간 위상 정보 중 적어도 하나를 오류 값으로 고려하여, 상기 보정 크기 정보를 조정하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    복수의 후보 보정 크기 정보를 생성하고, 상기 복수의 후보 보정 크기 정보들 각각을 상기 보정 크기 정보로 설정한 후, 상기 제1 제약 적용 단계, 상기 변환 단계, 상기 제2 제약 적용 단계 및 상기 역 변환 단계를 복수 회 반복 수행하여 산출되는 상기 오류 값을 기초로, 가장 작은 오류 값이 생성될 때의 후보 보정 크기 정보를 상기 보정 크기 정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 촬영 장치.
  9. 광학 카메라, 전자식 광 간섭계, 및 컨트롤러를 포함하는 촬영 장치의 영상 처리 방법에 있어서,
    상기 컨트롤러에 의해,
    상기 광학 카메라를 이용하여 피사체를 촬영한 제1 영상 정보를 획득하는 단계;
    상기 전자식 광 간섭계를 이용하여 상기 피사체로부터 간섭 정보를 획득하는 단계;
    상기 제1 영상 정보에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여, 상기 제1 영상 정보에 대응하는 주파수 영역에서의 크기(amplitude) 및 위상(phase) 정보를 생성하는 단계;
    상기 간섭 정보를 기초로 상기 주파수 영역에서의 상기 크기 정보를 보정하여 상기 주파수 영역에서의 보정 크기 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 주파수 영역에서의 상기 보정 크기 정보 및 상기 위상 정보에 대하여 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 공간 영역에서의 결과를 이용하여, 상기 제1 영상 정보의 공간 분해능을 개선한 제2 영상 정보를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 영상 정보는 상기 역 푸리에 변환을 수행하여 생성되는 상기 공간 영역에서의 상기 결과에서 위상 값들을 제거함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  10. 컴퓨터 장치를 이용하여 제9항에 따른 영상 처리 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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