KR102194234B1 - 깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 방법 및 장치 - Google Patents

깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간을 n개의 서브 시간 구간들로 분할하고, 깊이 카메라에 포함된 적어도 하나 이상의 포토 다이오드를 이용해 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득하고, n개의 획득된 전압 값을 기초로 하여 기 설정된 레벨들 중 어느 하나로 양자화하고, 양자화된 값을 출력하는 방법 및 장치가 개시된다.

Description

깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING THE DEPTH VALUE CORRESPONDING THE OBJECT USING THE DEPTH CAMERA}
깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 방법 및 장치에 관한다.
깊이 카메라가 대상체의 깊이(depth) 영상을 취득하는 방법으로서, 적외선(infrared light: IR)을 대상체에 조사한 후 조사된 적외선이 반사되어 돌아오는 시간을 이용하는 ToF(Time of Flight) 방법이 있다. 이러한 방법을 채용한 ToF 깊이 카메라는 대상체의 깊이 영상을 획득하는 종전의 다른 카메라(예를 들어, 스테레오(stereo) 카메라, 구조 광(structured light) 카메라)들에 비하여 실시간으로 모든 화소에서 대상체의 깊이를 취득할 수 있다.
깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 방법 및 장치를 제공한다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다. 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 측면에 따른 깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 방법은, 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간을 n개의 서브 시간 구간들로 분할하는 단계, 깊이 카메라에 포함된 적어도 하나 이상의 포토 다이오드를 이용해 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득하는 단계, n개의 획득된 전압 값을 기초로 하여 기 설정된 레벨들 중 어느 하나로 양자화하는 단계 및 양자화된 값을 출력하는 단계를 포함한다.
다른 측면에 따른 깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 장치는, 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간을 n개의 서브 시간 구간들로 분할하는 분할부, 깊이 카메라에 포함된 적어도 하나 이상의 포토 다이오드를 이용해 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득하는 획득부, n개의 획득된 전압 값을 기초로 하여 기 설정된 레벨들 중 어느 하나로 양자화하는 양자화부 및 양자화된 값을 출력하는 출력부를 포함한다.
또 다른 측면에 따른 기록매체는, 전술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 장치의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 분할부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3(a), 도 3(b) 및 도 3(c)는 일 실시 예에 따라 획득부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 장치의 다른 예를 도시한 구성도이다.
도 5(a), 도 5(b) 및 도 5(c)는 일 실시 예에 따라 결정부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 일 실시 예에 따라 대표 전압 생성부와 양자화부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 장치의 다른 예를 도시한 구성도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 하기 실시 예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 및 실시 예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다. 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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 장치의 일 예를 도시한 구성도이다. 깊이 값을 생성하는 장치(100)는 분할부(110), 획득부(120), 양자화부(130) 및 출력부(140)를 포함한다.
분할부(110)는 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간을 n개의 서브 시간 구간들로 분할한다. n은 기 설정된 자연수이다. 또한 분할부(110)는 사용자의 입력 신호를 기초로 n을 변경할 수 있다. 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간이란, 후술할 획득부(120)가 반사광을 획득하기 시작하는 순간부터 후술할 출력부(130)가 깊이 값을 출력하는 순간까지의 시간 구간을 의미한다. 서브 시간 구간이란, 깊이 값을 측정하기 위하여 설정된 한 개의 시간 구간을 n개의 동일한 길이로 분할한 시간 구간을 의미한다. 분할부(110)와 관련하여 상세한 설명은 도 2을 참조하여 설명하겠다.
도 2는 일 실시 예에 따라 분할부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 분할부(110)는, 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간(200)을 n개의 서브 시간 구간들(210, 220, 230 및 240)로 분할한다. 도 1을 참조하여 후술할 획득부(120)는 n개의 서브 시간 구간 각각에 대해서 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 포토 다이오드를 이용해 획득할 수 있다. 예를 들어 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간(200)은 20ms이고, 설정된 시간 구간을 4개의 서브 시간 구간들(210, 220, 230 및 240)로 분할한다면, 4개의 서브 시간 구간은 각각 5ms이 된다. 획득부(120)는 4개의 서브 시간 구간 각각에 대해서 포토 다이오드를 이용해 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 획득한다.
포토 다이오드가 수용할 수 있는 광량에는 한계가 있다. 예를 들어, 포토 다이오드가 수용할 수 있는 총 광량이 100루멘(lm)이고, 설정된 시간 구간은 20ms이며, 설정된 시간 동안 동일한 빛의 세기로 포토 다이오드에 입사된 광량이 200 루멘(lm)이라고 가정한다. 포토 다이오드가 20ms 동안 받아들인 광량은 200루멘(lm)이지만, 포토 다이오드는 100루멘(lm)에 대응하는 전하량만을 축적한다. 포토 다이오드가 수용할 수 있는 총 광량은 100루멘(lm)이기 ‹š문이다. 그리고 획득부(120)는 포토 다이오드에 축적된100루멘(lm)에 대응하는 전하량에 대응하는 전압 값을 획득한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 분할부(110)가 설정된 시간 구간인 20ms를 4개의 서브 시간 구간인 5ms로 나누면, 제 1 서브 시간구간(210)에는 포토 다이오드가 50루멘(lm)의 광량을 받아들인다. 제 2 서브 시간 구간(220)에는 이전에 받아들인 광량을 포함하여 포토 다이오드가 총 100루멘(lm)의 광량을 받아들인다. 포토 다이오드는 받아들인 광량에 대응하여 전하량을 축적한다.
도 1을 참조하여 후술할 결정부(400)는 포토 다이오드의 전압 값이 100루멘(lm)의 광량으로 축적된 전하량에 대응하는 전압 값(즉, 포토 다이오드의 포화 전압 값)에 도달하였는지 여부를 결정한다. 결정부(400)가 포토 다이오드의 전압 값이 포화 전압 값에 도달한 것으로 결정하면, 결정부(400)는 포토 다이오드에 축적된 전하량을 초기화한다.
도 1을 참조하여 후술할 저장부(410)는 포토 다이오드에 축적된 전하량이 초기화된 횟수를 저장한다. 또는 저장부(410)는 포토 다이오드가 받아들인 광량에 대응하는 전압 값을 저장한다. 저장부(410)가 초기화한 횟수 또는 전압 값을 저장함과 동시에 획득부(120)는 다시 빛을 받아들인다. 제 3 서브 시간 구간(230)에는 포토 다이오드가 다시 50 루멘(lm)의 광량을 받아들인다. 제 4 서브 시간 구간(240)에는 이전에 받아들인 광량을 포함하여 포토 다이오드가 총 100루멘(lm)의 광량을 받아들인다. 제 4 서브 시간구간(240)이 지난 뒤, 획득부(120)는 저장된 전압 값 또는 포토 다이오드를 초기화한 횟수를 적용하여 200루멘(lm)의 광량에 대응하는 전압 값을 획득할 수 있다.
따라서 분할부(110)가 설정된 시간 구간을 n개의 서브 시간 구간으로 분할함으로 인하여 깊이 값을 생성하는 장치(100)의 동적 범위(dynamic range)가 확장된다. 여기에서, 동적 범위란 깊이 값을 생성하는 장치(100)가 수광할 수 있는 최소 광량과 최대 광량의 폭을 의미한다. 분할부(110)가 설정된 시간구간을 4개의 서브 시간 구간으로 분할함으로 인하여 수광할 수 있는 최대 광량이 100루멘(lm)에서 200루멘(lm)으로 증가하였으므로, 깊이 값을 생성하는 장치(100)의 동적 범위가 확장된다.
다시 도1을 참조하면, 획득부(120)는 깊이 카메라에 포함된 적어도 하나 이상의 포토 다이오드를 이용해 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득한다. 도 1에는 도시되지 않았으나, 깊이 값을 생성하는 장치(100)는 광조사부(미도시) 및 렌즈부(미도시)를 더 포함한다. 광조사부(미도시)는 적외선을 피사체에 조사한다. 렌즈부(미도시)는 깊이 값을 생성하는 장치(100)로 입사된 광을 획득한다. 구체적으로 렌즈부(미도시)는 피사체에서 반사된 반사광을 획득한다. 획득부(120)는 반사광을 전하들로 변환할 수 있는 포토 다이오드 어레이 또는 포토 게이트 어레이로 구성된다. 여기에서, 포토 다이오드는 핀드-포토 다이오드(PPD,Pinned-Photo Diode)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 획득부(120)와 관련하여 상세한 설명은 도 3(a), 도 3(b) 및 도 3(c)를 참조하여 설명하겠다.
도 3(a), 도 3(b) 및 도 3(c)는 일 실시 예에 따라 획득부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3(a), 도 3(b)를 참조하면, 획득부(120)내의 포토 다이오드(310)로, 피사체에서 반사된 광이 입사된다. 포토 다이오드(310)는 제 1 단자(320)와 제 2 단자(330)를 포함한다. 포토 다이오드(310)의 제 1 단자(320) 또는 제 2 단자(330)는 입사된 광량에 대응하는 전하량을 축적한다. 예를 들어, 제 1 단자(320)또는 제 2단자(330)는 일정한 주기로 활성화 또는 비활성화가 반복된다. 다시 말해, 제 1단자(320)가 활성화되면 제 2 단자(330)는 비활성화되고, 제 1단자(320)가 비활성화되면 제 2 단자(330)는 활성화된다. 제 1단자(320)가 활성화 되는 동안에는, 입사된 광량에 대응하는 전하량이 제 1 단자(320)에 축적된다. 제 1 단자(320)가 비활성화 되는 동안에는, 입사된 광량에 대응하는 전하량이 제 1 단자(320)에 축적되지 않는다. 제 2단자(330)가 활성화 되는 동안에는, 입사된 광량에 대응하는 전하량이 제 2 단자(330)에 축적된다. 제 2 단자(330)가 비활성화 되는 동안에는, 입사된 광량에 대응하는 전하량이 제 2 단자(330)에 축적되지 않는다.
획득부(120)는 포토 다이오드의 양단 각각에 대해 축적된 전하량에 대응하는 전압 값을 획득한다. 획득부(120)는 포토 다이오드(310)의 양단 중 제1 단자(320)에서 제 1전압 값(V1)을 획득한다. 획득부(120)는 포토 다이오드(310)의 양단 중 제2 단자(330)에서 제 2전압 값(V2)을 획득한다.
도 3(c)를 참조하면, "조사광"은 광 조사부(미도시)에서 피사체를 향하여 조사된 조사광을 의미한다. 또한, "반사광"은 "조사광"이 피사체에서 반사된 반사광을 의미한다. "조사광"과 "반사광"은 일정한 위상 차를 갖는다. 다시 말하면, "조사광"이 피사체를 향하여 전파되는데 걸리는 시간 및 "반사광"이 렌즈부(미도시)를 향하여 전파되는데 걸리는 시간이 있으므로, 광 조사부(미도시)에서 피사체를 향하여 "조사광"을 조사한 시점은 "반사광"이 렌즈부(미도시)에 도달한 시점보다 일정 시간이 빠르다.
도 3(c)에서, Q0는 포토 다이오드(310)의 제 1 단자(320)에 대해 "조사광"이 조사되는 시간과 동일하게 동작시킨 경우를 의미하고, Q180은 포토 다이오드(310)의 제 2 단자(330)에 대해 제 1 단자(320)와 180°의 위상 차이를 갖도록 동작시킨 경우를 의미한다. 또한, Q0가 하이(high)를 나타내는 구간은 제 1 단자(320)가 활성화 되어있는 구간을 의미하고, Q180이 하이를 나타내는 구간은 제2 단자(330)가 활성화 되어있는 구간을 의미한다. Q0가 로우(low)를 나타내는 구간은 제 1 단자(320)가 비활성화 되어있는 구간을 의미하고, Q180이 로우를 나타내는 구간은 제2 단자(330)가 비활성화 되어있는 구간을 의미한다.
획득부(120)는 제 1 단자(320)를 "조사광"이 조사되는 구간과 동일하게 반복적으로 활성화 또는 비활성화시키고, 제 1단자(320)가 활성화되어 있는 구간 동안에 입사된 "반사광"을 획득한다. 또한, 획득부(120)는 제 2단자(330)를 제 1 단자(320)와 180°의 위상 차이를 갖도록 반복적으로 활성화 또는 비활성화시키고, 제 2 단자(330)가 활성화되어 있는 구간 동안에 입사된 "반사광"을 획득한다.
다시 도1을 참조하면 양자화부(130)는 n개의 획득된 전압 값을 기초로 하여 기 설정된 레벨들 중 어느 하나로 양자화한다. 양자화란 단절 없이 연속된 변화량(예를 들면 전압 값)을 일정한 폭으로 불연속적으로 변화하는 유한 개의 레벨(예를 들면 기 설정된 레벨들로 레벨 1, 레벨 2 등)로 구분하고, 각 레벨에 대하여 각각 일정한 값(예를 들면 레벨 1은 1mV, 레벨 2는 2mV 등)을 부여하는 것이다. 양자화부(130)는 기 설정된 레벨에 따라 특정 레벨에 속하는 범위 내의 모든 전압 값은 동일한 레벨로 구분하여 전압 값을 양자화한다. 예를 들면, 최소 전압 값이 0V 최대 전압 값이 1V이고, 총 1000개의 레벨로 양자화 레벨이 설정되어 있으면, 양자화부(130)는 0V에서 1mV 사이의 모든 전압 값에는 레벨 1, 1mV에서2mV사이의 모든 전압 값에는 레벨2로 구분하여 전압 값을 양자화한다.
다시 도 1을 참조하면, 출력부(140)는 양자화된 값을 출력한다. 출력된 전압 값을 이용해 피사체에 대한 깊이 값을 생성한다. 또한 생성한 깊이 값을 이용하여 피사체에 대한 깊이 영상을 생성한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 장치의 다른 예를 도시한 구성도이다. 깊이 값을 생성하는 장치(100)는 분할부(110), 획득부(120), 결정부(400), 저장부(410), 대표전압 생성부(420), 양자화부(130) 및 출력부(140)를 포함한다. 도 4에 도시된 분할부(110), 획득부(120) 및 출력부(140)는 도 1내지 도3을 참조하여 상술한 바와 같이 동작한다. 따라서, 이하에서 분할부(110), 획득부(120) 및 출력부(140)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
결정부(400)는 획득된 전압 값이 포토 다이오드(310)가 포화된 때의 전압 값을 초과하는지 여부에 따라, 포토 다이오드(310)가 포화되었는지를 각각의 서브 시간구간에서 결정한다. 결정부(400)는 결정결과에 기초하여 포토 다이오드(310)의 전압 값을 초기화한다. 포토 다이오드(310)가 포화된 때의 전압 값은, 포토 다이오드(310)가 수용할 수 있는 최대 광량을 포토 다이오드(310)가 받아들였을 때, 포토 다이오드(310)에 축적된 전하량에 대응하는 전압 값이다. 결정부(400)는 포토 다이오드(310)에 축적된 전하량에 대응하는 전압 값이 포토 다이오드(310)가 포화된 때의 전압 값을 초과한 경우, 포토 다이오드(310)에 축적된 전하량을 초기화하여 포토 다이오드(310)의 전압 값을 초기화한다. 결정부(400)와 관련하여 상세한 설명은 도 5(a), 도 5(b) 및 도 5(c)를 참조하여 설명하겠다.
도 5(a), 도 5(b) 및 도 5(c)는 일 실시 예에 따라 결정부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a)에는 포토 다이오드(310)의 단자(500)에 축적되는 전하량(520)과 단자(500)에 포화로 축적된 경우의 전하량(510)이 도시되어 있다. 도 5(a)를 참조하면, 단자(500)에 포화로 축적된 경우의 전하량(510)보다 단자(500)에 축적된 전하량(520)이 더 적다.
도 5(b)에는 포토 다이오드(310)의 단자(500)에 축적되는 전하량(530)과 단자(500)에 포화로 축적된 경우의 전하량(510)이 도시되어 있다. 도 5(b)를 참조하면, 단자(500)에 포화로 축적된 경우의 전하량(510)과 단자(500)에 축적된 전하량(530)이 같다.
도 5(c)를 참조하면 단자(500)에 축적된 전하량과 전압간의 관계가 도시되어 있다. 결정부(400)는, 도 5(a)에 도시된 단자(500)에 축적된 전하량(520)에 대응하여 획득부(120)가 획득한 전압 값(540)이, 단자(500)에 포화로 축적된 경우의 전하량(510)에 대응하는 전압 값(560)을 초과하지 않았으므로, 포토 다이오드(310)가 포화되지 않았다고 결정한다. 결정부(400)는, 도 5(b)에 도시된 단자(500)에 축적된 전하량(520)에 대응하여 획득부(120)가 획득한 전압 값(550)이, 단자(500)에 포화로 축적된 경우의 전하량(510)에 대응하는 전압 값(560)과 동일하여, 포토 다이오드(310)가 포화되었다고 결정한다. 결정부(400)는, 포토 다이오드(310)가 포화된 것으로 결정된 경우 포토 다이오드(310)의 단자(500)에 축적된 전하량을 초기화하여 포토 다이오드(310)의 단자의 전압 값을 초기화한다.
다시 도4를 참조하면, 저장부(410)는 각각의 서브 시간 구간에서 획득된 포토 다이오드(310)의 전압 값을 저장한다. 저장부(410)는 포토 다이오드(310)의 전압 값에 대응하는 전하량을 캐패시터에 축적하여 저장한다. 저장부(410)는 획득된 전압 값과 초기화한 포토 다이오드의 전압 값의 차이 값을 저장한다. 이는, 초기화한 포토 다이오드의 전압 값이 0V가 아닌 경우에 생기는 오차를 줄이기 위함이다.
대표 전압 생성부(420)는 저장된 전압 값을 이용하여 기 설정된 레벨들 중 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값인 대표 전압을 생성한다. 기 설정된 레벨은 양자화부(130)에서 양자화할 때 전압 값에 대응하는 레벨들을 의미한다. 예를 들면, 양자화부(130)에서 0V에서 2V사이의 전압 값에 대하여 100개의 레벨로 구분한다면, 100개의 레벨을 기 설정된 레벨이라고 한다. 사용자는 임의로 레벨의 개수 또는 각 레벨에 대응하는 전압 값을 변경할 수 있다. 기 설정된 레벨 중 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값은, 가장 높은 레벨에 속하는 범위 내의 전압 값 중 가장 높은 전압 값이다. 예를 들면, 기 설정된 레벨은 총 100개의 레벨이고, 100개의 레벨은 0V에서 2V 사이의 전압 값에 대응하는 레벨인 경우, 가장 높은 레벨은 레벨 100이며, 기 설정된 레벨 중 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값은 2V이므로, 대표 전압은 2V이다. 대표 전압 생성부(420)와 양자화부(130)의 관계에 대한 상세한 설명은 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하여 설명하겠다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 일 실시 예에 따라 대표 전압 생성부(130)와 양자화부(130)가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
대표 전압 생성부(420)는 기 설정된 레벨들 중 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값인 대표 전압을 저장된 전압 값을 이용하여 생성한다. 양자화부(130)는, 생성된 대표 전압을 이용하여, 획득된 전압 값을 기 설정된 레벨로 양자화한다. 대표 전압 생성부(420)는 저장된 전압 값 또는 획득된 전압 값을 이용하여 대표 전압을 생성한다.
도 6(a)의 양자화 구분표(600)를 참조하면, 양자화부(130)는 0V 부터 1V까지의 전압 값에 대하여 1000개의 레벨로 구분한다. 도 6(a)를 참조하면, 1V는 양자화부(130)가 구분할 수 있는 최대 전압(620)이다. 1V 보다 큰 전압 값은 1V와 같은 레벨 1000으로 구분된다. 각 레벨은 1mV단위로 구분된다. 예를 들면, 0V에서1mV사이의 전압 값은 레벨1, 1mV에서 2mV사이의 전압 값은 레벨2가 된다.
도 6(b)는 양자화부(130)가 구분할 수 있는 최대 전압을 대표 전압(630)으로 변경한 양자화 구분표(610)를 도시하고 있다. 양자화부(130)는 최대 전압을 대표 전압(630)으로 변경함으로 인해 양자화 오차를 줄일 수 있다. 예를 들면, 도6(a)에서 전압 값이 55.4mV이면, 55mV~56mV사이에 위치한 전압 값이므로 양자화부(130)는 레벨 56으로 구분한다. 레벨56에서는 55mV와 56mV 사이의 전압 값은 동일한 레벨로 구분되므로 전압 값 55.4mV는 최대0.6mV의 양자화 오차가 발생하게 된다. 도 6(b)를 참조하면, 양자화부(130)는 전압 값이 55.4mV인 경우, 대표 전압을 100mV로 설정한다. 양자화부(130)는 사용자의 입력에 따라 전압 값 별 대표 전압을 설정한다. 대표 전압이 적용된 양자화 구분표(610)를 참조하면, 양자화부(130)는 0V에서 100mV를 1000개의 레벨로 구분하므로, 각 레벨은 0.1mV 단위로 구분된다. 양자화부(130)는 55.4mV의 전압 값을 레벨 554로 구분한다. 양자화부(130)는 전압 값이 55.3mV부터55.4mV인 경우, 동일한 레벨로 구분하므로 전압 값이 55.4mV면 최대 0.1mV의 양자화 오차가 발생하게 된다. 따라서 양자화부(130)가 대표 전압을 이용하기 전에는 양자화 오차가 최대 0.6mV이고, 대표 전압을 이용하여 양자화 오차가 최대 0.1mV이므로, 대표 전압을 이용함으로 인해 양자화 오차가 줄어든다.
도 7은 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다. 도7을 참조하면, 깊이 값을 생성하는 방법은 도 1에 도시된 깊이 값을 생성하는 장치(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 깊이 값을 생성하는 장치(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 7의 깊이 값을 생성하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
단계 700에서, 분할부(110)는 깊이 값을 축정하기 위하여 설정된 시간 구간을 n개의 서브 시간 구간들로 분할한다.
단계 710에서, 획득부(120)는 깊이 카메라에 포함된 적어도 하나 이상의 포토 다이오드를 이용해 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득한다. 전압 값은 포토 다이오드의 양단에 각각 대응하는 제 1 전압 값 및 제 2전압 값 중 적어도 하나의 값을 포함한다. 획득부(120)는 제 1 전압 값 및 제 2 전압 값 중 적어도 하나의 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득한다. 획득부(120)는 제 1 전압 값과 제 2 전압 값을 180°의 위상 차이를 두고 각각의 서브 시간 구간에서 획득한다. 단계 720에서, 양자화부(130)는 n개의 획득된 전압 값을 기초로 하여 기 설정된 레벨들 중 어느 하나로 양자화한다.
단계730에서, 출력부(140)는 양자화된 값을 출력한다.
도 8은 일 실시 예에 따른 깊이 값을 생성하는 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도8을 참조하면, 깊이 값을 생성하는 방법은 도 4에 도시된 깊이 값을 생성하는 장치(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 4에 도시된 깊이 값을 생성하는 장치(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 8의 깊이 값을 생성하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
도 8의 단계 700 및 단계 710은 도 7에 도시된 깊이 값을 생성하는 방법의 단계 700 및 단계 710에 각각 대응하는 단계이므로 상세한 설명은 생략한다.
단계 800에서, 결정부(400)는 획득된 전압 값이 포토 다이오드(310)가 포화된 때의 전압 값을 초과하는지 여부에 따라, 포토 다이오드가 포화되었는지를 상기 각각의 서브 시간 구간에서 결정한다. 결정부(400)는 결정결과에 기초하여 포토 다이오드의 전압 값을 초기화한다.
단계 810에서, 저장부(410)는 각각의 서브 시간 구간에서 획득된 포토 다이오드의 전압 값을 저장한다. 저장부(410)는 획득된 전압 값과 초기화한 포토 다이오드의 전압 값의 차이 값을 저장한다.
단계 820에서, 대표 전압 생성부(420)는 기 설정된 레벨들 중 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값인 대표 전압을 저장된 전압 값을 이용하여 생성한다. 깊이 값을 생성하는 장치(100)는 n개의 서브 시간 구간 각각에 대하여 포화되었는지를 결정하고, 획득된 전압 값을 저장하고, 저장된 전압 값을 이용하여 대표 전압을 생성한다.
단계 720에서, 양자화부(130)는 n개의 획득된 전압 값을 기초로 하여 기 설정된 레벨들 중 어느 하나로 양자화한다. 양자화부(130)는 생성된 대표 전압을 이용하여, 획득된 전압 값을 기 설정된 레벨로 양자화한다.
단계730에서, 출력부(140)는 양자화된 값을 출력한다.
도 9는 일 실시 예에 따른 깊이 값 생성 장치의 다른 예를 도시한 구성도이다. 획득부(120)는 포토 다이오드(310)를 포함한다. 포토 다이오드(310)는 제 1 단자(320)와 제 2단자(330)를 포함한다. 포토 다이오드는(310)는 피사체로부터 반사된 광을 받아들일 수 있다. 제 1단자(320) 또는 제 2단자(330)는 활성화 또는 비활성화를 일정한 주기로 반복한다.
예를 들면 20Mhz로 제 1단자(320)가 활성화되면 제 2 단자(330)는 비활성화되고, 제 1단자(320)가 비활성화되면 제 2 단자(330)는 활성화된다. 따라서 제 1단자(320)와 제 2단자(330)는 180도의 위상 차를 가지고 전하량을 축적한다. 제 1 단자(320) 또는 제 2단자(330)는 활성화되면 입사된 광을 통해 전하량이 축적된다. 제 1 단자(320) 또는 제 2단자(330)는 비활성화되면 입사된 광을 통해 전하량이 축적되지 않는다.
획득부(120)는 제 1단자(320)와 제 2단자(330)가 획득한 전하량에 대응하는 전압 값을 획득한다. 결정부(400)는 획득된 전압 값이 포토 다이오드(310)가 포화된 때의 전압 값을 초과하는지 여부에 따라, 포토 다이오드(310)가 포화되었는지를 결정한다. 결정부(400)는 결정 결과에 기초하여 포토 다이오드(310)가 포화된 경우 포토 다이오드(310)의 전압 값을 초기화한다. 저장부(410)는 획득된 포토 다이오드(310)의 전압 값을 저장한다. 저장부(410)는 상관된 이중 샘플링(CDS,Correlated Double Sampling)을 포함한다. 상관된 이중 샘플링은 캐패시터로 구성된다. 저장부(410)는 획득된 포토 다이오드(310)의 전하량을 캐패시터에 축적하여 저장한다. 대표 전압 생성부(420)는 캐패시터에 축적된 전하량에 대응하는 전압 값을 이용해 대표 전압을 생성할 수 있다. 획득부(120)와 결정부(400) 및 저장부(410)는 분할부(110)가 분할한 각각의 서브 시간 구간 동안 반복해서 수행된다.
깊이 값을 생성하는 장치(100)는 포토 다이오드(310)의 전압 값이 포화된 경우 포토 다이오드(310)의 전압 값을 저장한 뒤 포토 다이오드(310)의 전하량을 초기화하여 전압 값을 초기화하고, 다음 서브 시간 구간 동안에 다시 포토 다이오드(310)에 전하량을 축적하여 전압 값을 획득한다. 따라서 획득할 수 있는 전압 값의 범위가 늘어나 깊이 값을 생성하는 장치(100)의 동적 범위(dynamic range)가 확장된다.
예를 들면, 포토 다이오드(310)가 축적할 수 있는 전하량을 포화한 경우의 포토 다이오드의 전압 값이 100mV이고, 10ms동안 입사된 광량은 포토 다이오드(310)의 전압 값이 200mV가 될 정도의 광량인 경우, 획득부(120)는 10ms 이후 포토 다이오드(310)의 포화 전압 값인 100mV의 전압 값을 획득하고, 전압 값이 100mV이상이 되는 광량에 대해서는 획득할 수 없다. 그러나 4개의 서브 시간 구간으로 나누어 2.5ms 동안 획득할 경우, 획득부(120)는 제 1 서브 시간 구간에는 포토 다이오드(310)의 전압 값으로 50mV를 획득하고, 제 2 서브 시간 구간에는 포토 다이오드(310)의 전압 값으로 100mV를 획득하고, 획득한100mV는 저장부(410)에 저장한 뒤 포토 다이오드(310)의 전압 값을 초기화하여 다시 0V부터 전압 값을 획득한다. 획득부(120)는 제 3 서브 시간 구간에서는 50mV의 전압 값을 획득하고, 제 4 서브 시간 구간에서는 100mV의 전압 값을 획득한다. 저장부(410)가 100mV의 전압값을 저장하면 저장부(410)에는 전체적으로 200mV의 전압 값이 저장된다. 따라서 획득부(120)가 획득할 수 있는 전압 값이 100mV에서 200mV로 상승하므로 동적 범위(dynamic range)가 늘어나는 효과가 있다.
대표 전압 생성부(420)는 저장된 전압 값을 이용하여 기 설정된 레벨들 중 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값인 대표 전압을 생성한다. 예를 들면 총 양자화 레벨은 100레벨이고, 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값이 100mV 이며, 저장된 전압 값이 8.5mV인 경우 대표 전압 생성부(420)는 대표 전압을 10mV로 생성한다. 총 양자화 레벨이 100레벨이고 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값이 100mV인 경우, 양자화부(130)는 8.5mV의 전압 값을 레벨9로 구분한다. 레벨9는 8mV 부터 9mV 사이의 전압 값에 해당하는 레벨이므로 양자화 오차는 최대 0.5mV이다. 대표 전압을 이용한 경우, 양자화부(130)는 총 양자화 레벨은 그대로 100레벨로 유지하고, 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값을 대표 전압인 10mV로 대체한다. 이 경우, 양자화부(130)는 전압 값이8.5mV이면, 레벨85로 구분한다. 레벨85는 8.4mV부터 8.5mV 사이의 전압 값에 해당하는 레벨이므로 양자화 오차는 최대 0.1mV이다. 따라서 양자화부(130)가 대표 전압을 이용하여 양자화하면 양자화 오차가 감소된다. 깊이 값을 생성하는 장치(100)는 양자화된 값을 출력한다. 깊이 값을 생성하는 장치(100)는 양자화된 전압 값을 이용하여 깊이 값을 생성한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 와 같은 저장매체를 포함한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (18)

  1. 깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 방법에 있어서,
    상기 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간을 n개의 서브 시간 구간들로 분할하는 단계;
    상기 깊이 카메라에 포함된 적어도 하나 이상의 포토 다이오드를 이용해 상기 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득하는 단계;
    상기 n개의 획득된 전압 값을 기초로 하여 기 설정된 레벨들 중 어느 하나로 양자화하는 단계; 및
    상기 양자화된 값을 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 전압 값은 상기 포토 다이오드의 양단에 각각 대응하는 제 1 전압 값 및 제 2 전압 값 중 적어도 하나의 값을 포함하고,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 제 1 전압 값 및 상기 제 2 전압 값 중 적어도 하나의 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 획득된 전압 값이 상기 포토 다이오드가 포화된 때의 전압 값을 초과하는지 여부에 따라, 상기 포토 다이오드가 포화되었는지를 상기 각각의 서브 시간 구간에서 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 결정결과에 기초하여 상기 포토 다이오드의 전압 값을 초기화하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 각각의 서브 시간 구간에서 획득된 포토 다이오드의 전압 값을 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기 설정된 레벨들 중 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값인 대표 전압을 상기 저장된 전압 값을 이용하여 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 양자화하는 단계는,
    상기 생성된 대표 전압을 이용하여, 상기 획득된 전압 값을 기 설정된 레벨로 양자화하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 저장하는 단계는,
    상기 획득된 전압 값과 초기화한 포토 다이오드의 전압 값의 차이 값을 저장하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 제 1 전압 값과 상기 제 2 전압 값을 180°의 위상 차이를 두고 각각의 서브 시간 구간에서 획득하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 깊이 카메라를 이용하여 피사체에 대응하는 깊이 값을 생성하는 장치에 있어서,
    상기 깊이 값을 측정하기 위하여 기 설정된 시간 구간을 n개의 서브 시간 구간들로 분할하는 분할부;
    상기 깊이 카메라에 포함된 적어도 하나 이상의 포토 다이오드를 이용해 상기 피사체에서 반사된 광의 광량에 대응하는 전압 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득하는 획득부;
    상기 n개의 획득된 전압 값을 기초로 하여 기 설정된 레벨들 중 어느 하나로 양자화하는 양자화부; 및
    상기 양자화된 값을 출력하는 출력부를 포함하고,
    상기 전압 값은 상기 포토 다이오드의 양단에 각각 대응하는 제 1 전압 값 및 제 2 전압 값 중 적어도 하나의 값을 포함하고,
    상기 획득부는,
    상기 제 1 전압 값 및 상기 제 2 전압 값 중 적어도 하나의 값을 각각의 서브 시간 구간에서 획득하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 획득된 전압 값이 상기 포토 다이오드가 포화된 때의 전압 값을 초과하는지 여부에 따라, 상기 포토 다이오드가 포화되었는지를 상기 각각의 서브 시간 구간에서 결정하는 결정부를 더 포함하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 결정부는, 상기 결정결과에 기초하여 상기 포토 다이오드의 전압 값을 초기화하는 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 각각의 서브 시간 구간에서 획득된 포토 다이오드의 전압 값을 저장하는 저장부를 더 포함하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 기 설정된 레벨들 중 가장 높은 레벨에 대응하는 전압 값인 대표 전압을 상기 저장된 전압 값을 이용하여 생성하는 대표 전압 생성부를 더 포함하고,
    상기 양자화부는,
    상기 생성된 대표 전압을 이용하여, 상기 획득된 전압 값을 기 설정된 레벨로 양자화하는 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 저장부는,
    상기 획득된 전압 값과 초기화한 포토 다이오드의 전압 값의 차이 값을 저장하는 장치.
  15. 삭제
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 획득부는,
    상기 제 1 전압 값과 상기 제 2 전압 값을 180°의 위상 차이를 두고 각각의 서브 시간 구간에서 획득하는 장치.
  17. 제 9항에 있어서,
    상기 포토 다이오드는, 핀드 포토 다이오드(PPD, Pinned Photo Diode)를 포함하는 장치.
  18. 제1항 내지 제6항 및 제8항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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