KR102224697B1

KR102224697B1 - 조도 측정을 위한 다중 카메라 이미징

Info

Publication number: KR102224697B1
Application number: KR1020197029646A
Authority: KR
Inventors: 티모시 모그릿지; 차드 그린
Original assignee: 웨스트보로 포토닉스 인코포레이티드
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2021-03-09
Also published as: DE112018001633T5; WO2018176160A1; US10412286B2; US20180288292A1; KR20190128065A

Abstract

다중 카메라 이미징 시스템은 다중 이미징 서브시스템을 포함한다. 각각의 서브시스템은 이미징 광학계, 광학 필터, 선택적인 셔터, 디지털 이미징 센서, 및 아날로그-투-디지털 변환기를 포함한다. 선택적인 스케일링, 이미지 변위, 키스톤 및 다른 보정 후에, 캡춰된 이미지들은 정렬되어 다중-레이어로 등록된 이미지를 만든다. 등록된 이미지의 개별 픽셀들의 조명 측정값이 그 후 계산된다. 평면 물체들의 광학적 조명 성질의 공간적 분포가 측정되는데, 디지털 이미지 디스플레이와 복사 현장의 색상 측정, 광도 측정, 복사 측정, 분광복사 특성화 및 칼리브레이션을 포함한다.

Description

조도 측정을 위한 다중 카메라 이미징

본 발명의 주제는 디지털 이미징과 관련된다. 특히, 본 발명은 복사 현장에서 색상측정, 광도측정, 방사측정 및 스펙트럼방사측정의 특성화 및 칼리브레이션과 관련되어 있다.

이미징 색상계(imaging colorimeter)는 LCD(유체 액정 디스플레이) 디스플레이 패널, LED(발광 다이오드) 디스플레이 및 발광되는 장비 클러스터와 키패드와 같은 디지털 출력 장치들의 색상 성능을 프로파일하고 칼리브레이트하는데 사용된다.

도 1에 도시된 첫번째 선행기술에서, Natick, MA, USA으로부터의 Cognex In-Sight 5705C와 같은 경우에, 디지털 이미징 센서(100)는 예컨대, CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 센서, 적(120), 녹(130), 청(140)색 컬러 마이크로필터의 사각 어레이를 포함하며, 마이크로필터들은 센서 광감 셀들(픽셀들 또는 펠들("pels"))(115)에 직접 본딩된다. 마이크로필터(120, 130, 140)에 입사된 백색광(110)은 적(150), 녹(160), 청(170) 색상의 빛에 각각 필터링된다. 색상 마이크로필터들은 적(150), 녹(160), 청(170) 배열에 의해 나타내지는 어레이의 펠들 상의 반복적인 "베이어 모자이크(Bayer mosaic)" 패턴에서 배열된다. 이 방법의 장점은 센서가 저비용이고 움직이는 부분이 없다는 것이다.

불행하게도, 이 접근방법은 몇가지 단점들을 가지고 있다. 먼저, 적, 녹, 청 마이크로필터들의 스펙트럼 투과 분포의 선택은 어레이를 제조하기 위해 요구되는 포토레지스트(photoresist) 물질의 기술에 호환되는 유기 염료의 사용가능성에 따라 크게 제한된다. 둘째로, 베이터 필터 모자이크가 컬러 이미지의 해상도를 녹색 이미지에 대해서는 센서 해상도의 50%로, 적색과 청색 이미지에 대해서는 25%로 제한한다. 세번째로, 상용 이미징 색상계에 전형적으로 사용되는 인터라인 CCD 이미징 센서들은 상대적으로 작은 펠들을 가져서, 신호-대-잡음비(signal-to-noise ratio)와 탐지기의 다이나믹 레인지를 제한할 수 있다. 네번째로, 픽셀들은 필터들을 출력하는 방법의 재현가능성이 매우 높지 않는 한 동일하지 않은 스펙트럼 응답성을 가질 수 있다.

도 2에 보여지는 두번째 종래 기술의 실시예에서, 예컨대 Radiant Vision Systems, Redmond, WA로부터의 Prometric IC-PM의 경우에, 이미징 색상계(200)는 이미징 렌즈들의 배열(210), 제1 기계적 회적가능 디스크(225) 상에 장착된 3개 혹은 그 이상의 색상 필터들(220, 221, 222), 제2 기계적 회전가능 디스크(235) 상에 장착된 하나 또는 그 이상의 중립 밀도 필터들(230, 231), 기계적 혹은 전자-광 셔터(240), 및 디지털 이미지 센서(250)로 구성된다. 렌즈(210), 선택된 색상 필터(221), 선택된 중립 밀도 필터(231), 셔터(240) 및 이미지 센서(250)가 공통의 광축(260) 상에 정렬된다.

동작시에, 중립 밀도 필터(231)(또는 없는 경우(232))가 위치로 회전하면, 이에 따라 색상 필터들(221) 중의 하나가 회전되어 열린 셔터(240) 앞의 위칭 놓이고 이미지 센서(250)로 디지털 이미지를 촬영한다. 각 이미지는 아날로그-디지털 변환기에 의해 처리되고 전자 모듈(270)과 연관되어 추가적인 처리를 위해 컴퓨터(280)로 또는 데이터 저장소로 전송된다.

이 방식의 장점은 개별적인 적, 녹, 청 필터들이 제조될 수 있어서 그들의 스펙트럼 투과율 분포와 이미징 센서 펠들의 스펙트럼 응답성 분포가 CIE 색상 매칭 함수에 밀접하게 매칭된다는 것이다. 두 번째 장점은 협대역, 적외선, 자외선 및 편광 필터들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 상이한 스펙트럼 투과율 분포를 가진 필터들이 다중밴드 스펙트럼 이미징 애플리케이션에 활용될 수 있다는 것이다. 세 번째 장점은 필터링 방법이 인쇄된 베이어 필터보다 더 균일한 스펙트럼 응답성을 제공할 수 있다는 것이다.

불행하게도, 이 접금방법도 단점들을 가지고 있다. 먼저, 물리적으로 색상 필터 휠을 회전해야 하는 것은 필연적으로 장비의 처리량을 제한한다. 예컨대 Prometric IC-PM 열량계는, 해상도에 의존하는 이미지 센서 판독 시간 및 필터 휠 회전 속도 때문에 긴 측정 시간을 가질 수 있다. 이것은 생산 라인 검사에 있어서 단점일 수 있는데, 생산 흐름에 있어서 병목현상을 나타낼 수 있기 때문이다.

두번째 단점은 회전하는 필터 휠이 진동, 마멸 및 고장가능성을 가진 이동 부품들을 도입하게 된다는 것이며, 세번째 단점은 스펙트럼 범위가 예컨대 도 3에 도시된 이미징 센서의 스펙트럼 응답성 분포의 스펙트럼 범위에 한정된다는 것이다. 이것은 예컨대, 자외선 및 적외선 방사 밴드들 모두를 포함하는 다중밴드 스펙트럼 이미징의 가능성을 제외해 버리게 된다.

본 발명은 조도 측정을 위한 다중 카메라 이미징을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다중 카메라 이미징(multicamera imaging, MI) 시스템은 적어도 2개의 카메라와 이미징 서브시스템을 포함하며, 각 서브시스템은 이미징 광학계, 색상 필터 및 디지털 이미징 센서를 포함한다. 카메라들에 의해 생성되는 이미지들은 왜곡(distortion)에 대해 보정되고, 정렬된 후에 몇 픽셀들 내에서 서로 간에 등록된다. 그 후 등록된 이미지의 각 픽셀은 개별적으로 분석된다.

다중 카메라 이미징 광도계(photometer)은 2개 혹은 그 이상의 카메라들을 포함하며, 각각은 이미징 광학계, 광학 필터, 선택적 셔터, 디지털 이미징 센서를 포함한다. 2개의 카메라 MI 광도계가 예컨대 가상 현실 헤드셋의 밝기를 정량화하기 위해 사용된다.

MI 색상계는 적어도 3개의 이미징 서브시스템을 포함하는데, 각각의 서브시스템은 이미징 광학계, 색상 필터 및 디지털 이미징 센서를 포함한다. 이미징 센서들의 스펙트럼 반응성은 색상 필터들에 의해 수정되어 디지털 이미지들은 CIE 색상 매칭 함수들

을 근사하는 다른 광역밴드 스펙트럼 반응성을 가지고 캡춰된다. 그 후 예컨대 CIE 1931 3자극(tristimulus) 좌표 X, Y, Z, CIE 1931 색도(chromaticity) 좌표 x 및 y, CIE 휘도 Y, CIE 1976 균일 색상 공간 좌표 u' 및 v', 및 관련된 색온도와 같은 다양한 색상 측정방법이 픽셀 단위를 기초로 하여 계산된다.

MI 색상계는 복사 현장(radiant scene)의 색상계 성능을 프로파일 및 칼리브레이트하기 위해 사용되는데, 다음 단계들을 포함한다: 발광 목표의 하나 또는 그 이상의 화소처리된 디지털 이미지를 캡춰하는 단계; 캡춰된 이미지들을 정렬 및 등록하여 다중-레이어의 등록된 이미지를 생성하는 단계; 및 픽셀 단위로 색상 측정값을 계산하는 단계. 복사 현장은 빛이 복사되는, 복사 현장의 부분집합인 지점이나 물체를 포함한다. 이에 더하여, 복사 현장은 평면 예컨대 LED나 LCD 디스플레이를 포함할 수 있다. 복사 현장은 빛이 복사되는 곳으로부터의 하나 또는 그 이상의 위치(location), 위치(position), 또는 지점을 포함할 수 있다.

본 발명의 MI 시스템의 실시예는, 복수의 디지털 이미징 서브시스템을 채용함으로서 하나 또는 그 이상의 선행 기술의 단점들을 해결하는데, 복수의 디지털 이미징 서브시스템 각각은 디지털 이미징 센서, 광학 필터 및 관련된 이미징 광학계들로 구성된다. 그러한 디지털 이미징 서브시스템은 동축 디지털 이미징 서브시스템을 포함할 수 있다. 구체적으로, 각각의 디지털 이미징 서브시스템은 개별 스펙트럼 대역통과 및 편광 필터들의 모든 범위와 호환가능하다; 그들은 복수의 이미징 센서들의 모든 해상도를 활용한다; 그리고 상이한 기술들을 가진 이미징 센서들 따라서 상이한 스펙트럼 응답성 분포들을 활용할 수 있다. 움직이는 부품이 없는 실시예에서, 처리량은 단일 디지털 이미지를 캡춰 및 출력하는데 필요한 시간에 의해서만 한정된다.

본 발명의 주요한 특징은 캡춰된 이미지를 정렬 및 등록하여 하나 또는 그 이상의 캡춰된 이미지들의 정렬이 있게 되고, 그럼으로써 픽셀 단위에서 색상 측정값 및 다른 수학적 작업을 가능케 한다는 것이다.

여기에 개시되는 것은 다중 이미징 서브시스템을 포함하는 다중 카메라 이미징 시스템이며, 각 이미징 서브시스템은: 광축 상에 정렬된 이미징 광학계; 광축 상에 정렬된 광학 필터; 광축 상에 정렬된 광학 선택적 셔터; 이미징 광학계와 광학 필터에 의해 생성된 이미지를 캡춰하기 위해 정렬된 디지털 이미징 센서; 및 디지털 이미지 센서의 출력에 연결된 아날로그-투-디지털 변환기를 포함한다. 다중 카메라 이미징 시스템은 또한 각각의 아날로그-투-디지털 변환기로 연결되는 컴퓨터를 포함하고, 여기서 컴퓨터는: 디지털 이미징 센서들에 의해 캡춰된 이미지들을 정렬하여 이미지들의 대응하는 픽셀들이 오버랩되고, 다중-레이어의 등록된 이미지가 되고; 다중-레이어로 등록된 이미지의 개별 픽셀들의 휘도 측정치들을 계산하도록 구성된다.

또한 공개되는 것은 복사 현장의 휘도 측정치를 계산하기 위한 방법으로서, 다중 카메라 이미징 시스템의 다중 이미징 서브시스템을 사용하여 복사 현장의 디지털 이미지들을 동시에 캡춰 및 오버랩하는 단계로서, 각각의 이미징 서브시스템은 광축 상에 정렬된 이미징 광학계, 광축 상에 정렬된 광학 필터, 광축 상에 정렬된 선택적 셔터, 이미징 광학계와 광학 팰터에 의해 생성된 이미지를 캡춰하도록 정렬된 디지털 이미징 센서, 및 디지털 이미징 센서의 출력에 연결된 아날로그-투-디지털 변환기를 포함하고; 아날로그-투-디지털 변환기에 연결된 컴퓨터에 의해, 디지털 이미지들을 정렬하여 이미지들의 대응하는 픽셀들이 오버랩하여 다중-레이어의 등록된 이미지가 되도록 하는 단계; 및 컴퓨터에 의해, 다중-레이어로 등록된 이미지의 개별 픽셀들의 휘도 측정치를 계산하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 의하면 조도 측정을 위한 다중 카메라 이미징이 제공된다.

이하의 도면은 반드시 비율대로 그려진 것은 아니며, 본 발명의 실시예를 도시하는 것이고, 본 발명의 범위를 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 1은 적-녹-청 디지털 이미징 센서들에 대한 베이어 모자이크 색상 마이크로필터 패턴의 선행 기술을 개념적으로 도시한 것이다.
도 2는 이동가능한 색상 필터 휠과 함께하는 이미징 색상계의 선행 기술을 개념적으로 도시한 것이다.
도 3은 전형적인, CCD 이미징 센서의 선행 기술의 스펙트럼 응답성 분포를 도시한 것이다.
도 4는 MI 색상계의 이미징 서브시스템이 z-축에 평행한 그들의 축들에 정렬되는 본 발명의 일 실시예를 개념적으로 도시한 것이다.
도 5는 MI 색상계의 이미징 서브시스템의 광축이 z축 상의 공통 지점에서 분할하는 본 발명의 일 실시예를 개념적으로 도시한 것이다.
도 6은 MI 색상계의 이미징 센서들 중의 2개가 광축에 수직하기 보다는 광축에 관하여 틸팅되는 본 발명의 일 실시예를 개념적으로 도시한 것이다.
도 7은 사임플러그 조건(Scheimpflug condidtion)의 지오메트리를 도시한 것이다.
도 8은 MI 색상계의 이미징 서브시스템이 z-축에 평행한 그들의 축에 정렬되고 보정기 판(corrector plate)을 제공받는 본 발명의 일 실시예의 개념적 도시이다.
도 9는 사임플러그 조건을 만족하는 광학 보정기 판을 도시한 것이다.
도 10은 MI 색상계의 2개 또는 그 이상의 이미징 서브시스템 사이에서 공유되는 색상 필터 휠을 가진 본 발명의 일 실시예의 개념적 도시이다.
도 11은 스테레오 비주얼 디스플레이를 특성화 및 칼리브레이팅하기 위한 본 발명의 일 실시예의 개념적 도시이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 범위 검색기를 가진 MI 색상기의 개념적 도시이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 분광복사기(spectroradiometer)를 가진 MI 색상계의 개념적 도시이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 공통의 새시에 장착된 모듈러 이미징 서브시스템을 가진 MI 색상계의 개념적 도시이다.
도 15는 MI 색상계의 일 실시예에 의해 캡춰된 2개의 이미지들에 대한 이미지 등록을 도시한 것이다.
도 16은 MI 색상계의 다른 실시예에 의해 캡춰된 2개의 이미지들에 대한 이미지 등록을 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른, 이미지를 캡춰하고 그들을 픽셀별 색상 측정치로 변환하는 단계들을 도시한 흐름도이다.

A. 용어

CIE(International Commission on Illumination)은 평균적인 인간 관찰자의 색상 민감도를 정의하고 색상을 나타내는 다양한 사양들을 나타낸다.

"색상계(colorimetry)"는 사람에 의해 인지되는 색상 및 밝기를 측정하는 것을 지칭한다.

"펠(pel)은 센서의 광감 셀을 지칭한다.

"광도(측정)계(photometry)"는 사람에 의해 인지되는 가시광의 밝기를 측정하는 것을 지칭한다.

"방사(측정)계(radiometry)"는 전자기 복사원에 의해 방출되는 전력을 측정하는 것을 지칭한다.

"분광복사계(spectroradiometry)"는 발광원의 스펙트럼 전력 분포를 측정하는 것을 지칭한다.

"서브픽셀(subpixel)"은 픽셀을 구성하는 개별 구성요소들 중의 하나를 지칭한다. 예컨대, 디스플레이 스크린 픽셀은 녹, 적, 청 서브픽셀로 만들어질 수 있다. 이것은 또한 픽셀 미만의 차원을 지칭하기도 한다.

"틸팅된 목적물 표면(tilted object plane)"은 물체의 이미지를 캡춰하는 카메라의 축에 수직하지 않은 물체 평면을 지칭한다.

B. 실시예

도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서, MI 색상계(400)는 서로 간에 평행한 축(450) 상에 정렬된 복수의 디지털 이미징 서브시스템(410A-C)를 포함한다. 각각의 디지털 이미징 서브시스템(410A-C)은 광축(450)을 가진 디지털 이미징 센서(420), 고정된 광학 필터(430), 및 이미징 광학 모듈(440)을 포함한다. 센서(420) 및 필터(430)는 x-y 평면에 평행하며, 이미징 광학 모듈(440)의 축(450)은 z-축에 평행하게 정렬된다.

각각의 디지털 이미징 서브시스템(410A-C)은, 이미징 광학 모듈(440)의 스펙트럼 투과율, 광학 필터(430)의 스펙트럼 투과율 분포 및 이미징 센서(420)의 스펙트럼 투과율 분포의 조합으로 결정되는 상이한 스펙트럼 응답성 분포를 가진다.

광학 필터(430)는 무기 유리 필터, 유기 폴리머 필터, 박막 필터, 이들의 조합, 또는 임의의 원하는 스펙트럼 투과율 분포를 가진 투명한 물질일 수 있다.

광학 필터(430)의 스펙트럼 투과율 분포는 고정되거나, 예컨대 미국 특허 5,068,749 및 미국 특허 8,462,420에서 개시된 것과 같이 조율가능할 수 있다.

광학 필터(430)은 선형 또는 원형 편광기를 더 통합할 수 있다.

일부 실시예에서, 이미징 센서9420)는 이미징 광축(450)에 대하여 x-y 평면에서 오프셋될 수 있다.

이미징 센서(420)의 해상도, 크기 및 유형은 각 이미징 서브시스템(410A-C) 마다 다를 수 있다. 예컨대, 중간-적외선에 스펙트럼 범위를 가진 센서는 스펙트럼의 가시 영역 내의 스펙트럼 범위를 갖는 센서보다 저해상도를 가질 수 있다. 유사하게 광학 모듈(440)은 각 이미징 서브시스템(410A-C)에 대해 상이할 수 있다. 추가적으로, 이미징 센서 비닝(binning) 전략도 각 이미지 센서(420)에 대하여 상이한 유효 해상도를 낳을 수 있으며, 특정 영역 샘플링 전략은 각 이미지 센서(420)에 대하여 상이한 유효 크기들을 낳을 수 있다. 예컨대 비닝 전략은 2 x 2, 3 x 3, 4 x 4 ... n x n 픽셀들의 비닝을 포함할 수 있는데, 여기서 이미지 내의 모든 n x n 픽셀들이 합해져서, 또는 잠재적으로 평균되어, 아래 식 1로 주어지는 새로운 해상도를 가진 새 이미지를 생성한다.

(새 해상도) = (원본 해상도) / (n x n) 식 (1)

도 5에 도시된 두번째 실시예에서, 발명은 복수의 이미징 서브시스템(510A-C)로 구성되는 MI 색상계(500)이며, 여기서 각각의 디지털 이미징 서브시스템은 광축(550)을 가진 디지털 이미징 센서(520), 고정된 광학 필터(530), 및 이미징 광학 모듈(540)로 구성된다. 이미징 서브시스템(510A-C)의 축(550)은 정렬되어 z-축 상의 공통 초점(560)에서 교차한다.

도 6에 도시된 세번째 실시예에서, 발명은 복수의 디지털 이미징 서브시스템(610A-C)으로 구성되는 MI 색상계(600)이며, 각각의 디지털 이미징 서브시스템은 광축(650)을 가진 디지털 이미징 센서(620A-C), 고정된 광학 필터(630), 및 이미징 광학 모듈(640)이다. 이미징 서브시스템(610A-C)의 광축(650)은 정렬되어 z-축 상의 공통 초점(660)에서 교차한다. 결정적으로, 이미징 센서들 (620A), (620C)는 광축(650)에 대해 수직이라기보다는 틸팅되어 있다. 이미징 센서(620A)는 그 대응하는 광축(650)에 대해 각도 A로 틸팅되며, 반면 이미징 센서(620C)는 그 대응하는 광축(650)에 대해 각도 C로 틸팅된다. 디지털 이미징 서브시스템(610A, 610C)은 그러므로 광학적으로 틸팅된 렌즈면을 가진 사진 보기 카메라와 동일하다. 이미징 센서(620B)는 그 대응하는 광축(650)에 수직인데, 대응하는 디지털 이미징 서브시스템(610B)이 그 물체 평면에 수직인 광축에 대해 정렬될 때 물체 평면에 평행하기 때문이다. 당업자에게 익숙하듯이, 렌즈 평면을 센서 평면에 대해 틸팅시키는 것은 물체 평면이 사임플러그 조건에 따라 유사하게 틸팅되는 결과를 낳는다.

도 7에 도시된 것처럼, 사임플러그 조건은 센서 평면(710), 렌즈 평면(720) 및 물체 평면(730)이 공통축(740)을 따라 교차할 때 만족된다. 이 조건이 만족되면, 미국 특허 751,347에 공개된 것과 같이 물체 평면(730) 상의 모든 지점이 센서 평면(710) 상에 최적의 초점을 갖게 된다. 이것은 제3 실시예 상에 장점을 부여하게 되는데 물체 평면(730)이 각각의 이미징 서브시스템(610)에 대해 동일할 수 있고, 그럼으로써 광량이 적은 조건에서 고해상도 디지털 이미징 센서(620)들이 가진 잠재적인 피사계 심도(depth-of-field)의 문제를 피할 수 있다는 것이다.

도 8에 도시된 4번째 실시예에서, 발명은 복수의 디지털 이미징 서브시스템(810)으로 구성된 MI 색상계(800)에 이며, 여기서 각각의 서브시스템은 광축(850)을 가진 디지털 이미징 센서(820), 고정된 광학 필터(830), 및 이미징 광학 모듈(840)로 구성된다. 센서(820)와 필터(830)는 x-y 평면에 평행한 평면들이며, 이미징 광학 모듈(840)은 z-축에 평행한 그들의 축(850)에 정렬된다. 이미징 광학 모듈(840)과 고정된 광학 필터(830) 사이에 개입된 것은 광학적으로 투명한 보정기 판(860)이다. 대안으로서 보정기 판(860)은 대신 각 센서(820)와 필터(830) 사이에 개입될 수도 있다. 보정기 판들은 유사하며, 각 디지털 이미징 서브시스템(810)과 유사하게 배열되어 유사한 보정이 각 디지털 이미징 서브시스템의 이미지에 적용된다. 이것은 MI 색상계(800)가 광축(850)에 수직하지 않은 평면에 있는 물체에 초점을 맞출 수 있다는 것이다.

도 9에서 도시된 것처럼, 광학 보정기 판(910)은 미국 특허출원 2007/0057164에 공개된 것처럼 프리즘을 형성하는 투명한 물질로 구성되는데, 여기서 프리즘은 "사임플러그 정규화기(Scheimpflug normalizer)"로 지칭된다. 투명 물질은 바람직하게는 높은 굴절률을 가지는 저-확산 유리이다. 이미징 광학 모듈(920)로부터의 입사광의 굴절은 이미지 평면(930)이 틸팅되게 하며, 심지어 광축(950)이 센서 평면(940)에 수직하더라도 그러하다. 센서 평면(940)에 대하여 적절하게 틸팅된 물체는 센서 평면에 있는 이미지를 형성하는데, 보정기 판(910)에 의해 도입된 광로(light path)의 편차 때문이다.

광학 보정기 판(910)은 광학 필터(960)로부터 분리될 수 있고, 또는 조합 필터와 보정기 판으로 조합될 수 있다. 투명 물질의 확산 특성에 따라, 센서 평면 상의 이미지의 스펙트럼 번짐(spectral smearing)을 피하기 위해 광학 필터의 스펙트럼 대역폭을 제한하는 것이 필요할 수 있다.

도 10에 도시된 제5 실시예에서, MI 색상계(1000)는 광학 부품들의 두 개의 배치들(1002, 1004)로 구성되는데, 그 중의 일부는 두 이미징 배치들에서 공통된다. 제1 배치(1002)는 하나 또는 그 이상의 이미징 렌즈(1010), 제1 기계적으로 회전가능한 디스크(1025) 상에 장착된 셋 또는 그 이상의 색상 필터(1020, 1021, 1022), 제2 기계적으로 회전가능한 디스크(1035) 상에 장착된 하나 또는 그 이상의 중립 밀도 필터(1030, 1031 (도는 깨끗한 1032)), 기계적 또는 전자-광학 셔터(1040), 및 디지털 이미지 센서(1050)를 포함한다. 이미징 렌즈(1010), 색상 필터(1020), 중립 밀도 필터(1030), 셔터(1040) 및 디지털 이미지 센서(1050)가 공동의 광축(1060) 상에 정렬된다. 제2 배치(1004)는 하나 또는 그 이상의 이미징 렌즈(1015), 제1 기계적으로 회전가능한 디스크(1025) 상에 장착된 셋 또는 그 이상의 색상 필터들(1020, 1021, 1022)), 제2 기계적으로 회전가능한 디스크(1035) 상에 장착된 하나 또는 그 이상의 중립 밀도 필터(1030, 1031 (또는 깨끗한 1032)), 기계적 또는 전자-광학 셔터(1045), 및 디지털 이미지 센서(1055)를 포함한다. 이미징 렌즈(1015), 색상 필터(1021), 중립 밀도 필터(1031), 셔터(1045) 및 디지털 이미지 센서(1055)는 공통의 광축(1065) 상에 정렬된다.

일 실시예에서, 광축(1060, 1065)은 평행하다. 다른 실시예에서, 광축(1060, 1065)은 평행하지 않고 이미징 시스템들(1002, 1004)의 시야가 다소 떨어진 초점에서 오버랩된다. 이 후자의 경우에, 필터들(1020, 1021, 1022, 1030, 1031 (및 깨끗한 1032))은 회전가능한 디스크(1025, 1035) 상의 대응하는 각도에서 장착된다. 쉽게 이해가능하듯이, 셋 또는 그 이상의 이미징 서브시스템이 공통의 회전가능 휠들(1025, 1035)과 유사하게 배열될 수 있다. 마찬가지로 쉽게 이해가능하듯이, 회전가능 디스크들에 의해 위치로 회전된 색상 필터(1020, 1021, 1022) 및 중립 밀도 필터들(1030, 1031 (또는 깨끗한 1032))도 하나 또는 그 이상의 선행 병진 스테이지와 같은 대안적인 포지셔닝 메카닉스를 통해 공통의 광축(1060, 1065)을 따라 위치될 수 있다.

작동 시에, 중립 밀도 필터들(1030, 1031 (또는 깨끗한 1032))은 위치로 회전되고, 그 후 색상 필터(1020, 1021, 1022)가 열리는 셔터(1040, 1045)에 앞서 위치로 회전되고 동시에 이미지 센서(1050, 1055)로 2개의 디지털 이미지를 캡춰한다. 캡춰된 이미지들은 아날로그-투-디지털 변환기와 각각 관련된 전자 모듈(1070, 1075)에 의해 처리되고 그 후 추가적인 처리 또는 데이터 저장을 위해 컴퓨터 시스템(1080)으로 송신된다. 컴퓨터 시스템은 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 판독가능 데이터 및 컴퓨터 실행가능 명령어들이 저장되는 비-휘발성 컴퓨터 판독가능 메모리에 연결되는 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 명령어들은 프로세서에 의해 실행되어 캡춰된 이미지들에 대해 필요한 처리를 수행하고 데이터를 저장 및 추출하는 것을 수행한다.

이 실시예의 장점은 색상 필터(1020, 1021, 1022)가 다중 이미징 배치들(1002, 1004) 사이에서 공유가능하다는 것이다. 정밀 색상 애플리케이션을 위한 색상 필터는 흔히 이미징 렌즈 및 센서 보다 더 비싸다. 다중 이미징 배치(1002, 1004) 사이의 색상 필터들(1020, 1021, 1022)을 공유함으로써, 색상계(1000)의 비용은 그에 따라 각각의 이미징 배열에 대해 완전한 색상 필터들을 사용했을 때와 비교하여 감소된다. 게다가 필터들을 공유하는 것을 채택한 통합된 이미징 서브시스템을 가진 색상계의 전체적인 크기는, 각각이 그들의 고유한 회전하는 디스크 조립체를 가지는 분리된 이미징 서브시스템을 가진 색상계와 비교하여 더 컴팩트할 수 있다.

도 11에 도시된 여섯번째 실시예에서, 다중 카메라 이미징 시스템(1100)은 2개의 동일한 이미징 서브시스템(1110)으로 구성되며 각각은 광축(1170 또는 1175) 상으로 정렬된 렌즈 배열(1120), 색상 필터(1130), 선택적 중립 밀도 필터(1140), 셔터(1150) 및 이미징 센서(1160)으로 구성된다. 광축(1170, 1175)은 서로 간에 평행하다. 각 서브시스템(1110)은 아날로그-투-디지털 변환기에 연결되고 전자 모듈(1180)과 연관되는데, 이것은 모두 다시 캡춰된 이미지들을 처리하기 위해 및/또는 데이터 저장을 위해 컴퓨터 시스템(1190)으로 공통적으로 연결된다.

유용한 한가지 구성에서, 2개의 동일한 이미징 서브시스템(1110)은 일반적인 사람의 양안간 거리(63mm)와 동일한 거리 만큼 그들의 광축(1170, 1175)이 이격되어 MI 광도계를 형성한다. 다른 실시예에서는 다른 사람의 양안간 거리들도 고려할 수 있다. 색상 필터(1130)의 스펙트럼 투과율과 이미징 센서(1160)의 스펙트럼 응답성의 조합은 대략 CIE 1931 휘도 응답성 함수 V(λ)과 동일하며, 그에 따라 실시예로 하여금 예컨대 가상 현실 및 헤드-업 스테레오 디스플레이의 휘도 분포를 정량화하는 것을 가능케 한다. 우리는 "대략 동일(approximately equal)"을 f₁' 오류가 10% 이하인 것을 의미한다.

쉽게 이해되듯이, 3개 또는 그 이상의 이미징 서브시스템(1110)이 배열되어 MI 색상계(1100)를 형성할 수 있다. 이 실시예에서, 디지털 이미징 서브시스템(1110)은 동일하지 않은데 그들이 상이한 색상 필터(1130)를 가지기 때문이다.

도 12에서, 다중 카메라 이미징 색상계(1200)는 z-축에 평행한 축을 가지고 장착되는 레이저 거리측정기(laser range finder), 음향 거리측정기(acoustic range finder), 또는 유사한 거리 측정 장치(1210)를 포함할 수 있다. 각각의 이미징 서브시스템(1220)은 자동초점 기능을 구비하며, 거리 측정 장치(1210)로부터 정보를 수신하여 거리 측정 장치에 의해 지시된 거리에 있는 물체 평면(1230) 상에 초점을 맞추도록 하며, 여기서 물체 평면은 x-y 평면에 평행한 것으로 가정된다.

각각의 이미징 서브시스템(1220)은 미국 특허 7,936,392에 공개된 것과 같은 플레놉틱(plenoptic)(일명 "광 필드(light field)") 이미징 서브시스템을 더 포함할 수 있는데, 여기서 피사계 심도(depth of field)와 목표 평면은 전산 사진 기술(computational photography technique)을 사용하여 사후적으로(posteriori) 결정될 수 있고, 그럼으로서 자동초점 기능이 필요없게 된다.

도 13에서, 다중 카메라 이미징 색상계(1300)는, 다중 이미징 서브시스템(1310)을 가지는데, z-축에 평행한 축을 가지고 장착되는 분광복사기(spectroradiometer)(1315)를 포함한다. 분광복사기는 공통적으로 측정되는 목표 디스플레이(1320)의 영역과, 색온도와 연관된 디스플레이의 백색 지점, 색역 색채(color gamut chromatics), 및 디스플레이 휘도와 같은 측정치들의 비교를 통해 각 이미징 서브시스템(1310)의 측정 정밀도를 향상시키는데 사용된다. 분광복사기(1315)는 목표 물체에 초점이 맞춰진 자체적인 광학 부품들(도시되지 않음)과 제공될 수 있거나, 또는 이동가능 거울, 빔스플리터 거울, 또는 광학 펠리클(optical pellicle)을 통해 이미징 시스템(1300)의 광학 트레인에 광학적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서 분광복사기는 z-축에 동축으로 장착되지 않는다.

다른 실시에에서, 광학 깜박임 센서(optical flicker sensor)(도시되지 않음)가 z-축에 평행하게 장착될 수 있다. 일부 실시예에서 광학 깜박임 센서가 포함되나, z-축에 평행하게 장착되지 않을 수 있다. 광학 깜박임 센서는 이미징 서브시스템(1310)에 의해 사용될 최적의 설정의 노출 시간(exposure time)을 결정하는데 사용될 수 있다.

도 14는 위 실시예들 중의 적어도 일부의 예시적인 구현(1400)을 도시한 것으로, 4개의 모듈형 그리고 교체가능한 디지털 이미징 서브시스템(1410, 1420, 1430, 1440)이 공통 새시(1450)에 장착되어 있다. 일 실시예에서 이미징 서브시스템(1410-1440)의 광축들을 고정되고 서로 간에 평행하다. 다른 실시예에서 광시야는 목표 물체 평면에서 오버랩한다. 또다른 실시예에서 이미징 광축들은 기계적으로 조절가능하고, 각각 제1 실시예와 제2 실시예에 따라 그들이 평행한 제1 위치로부터 그들이 목표 물체 평면에서 교차하는 제2 위치까지 변화한다. 광축들은 조절가능하여 이미징 서브시스템의 광시야의 가변적인 오버랩을 가능케 하고, 광시야는 캡춰된 이미지들에 대응하는 물체 평면에서 오버랩한다. 각 이미징 서브시스템 내의 이미징 센서(도시되지 않음)의 방향은 기계적인 수단에 의해 선택적으로 더 조절되어 그들 각각의 광축에 수직하게 또는 제3 실시예에 따라 사임플러그 조건을 만족하도록 목표 물체 표면에 대하여 각지게 될 수 있다.

C. 이미지 등록

도 4에 도시된 제1 실시예에서, 각 디지털 이미징 서브시스템(410)은 디지털 이미를 캡춰하여 이미징된 물체가 수평으로 및/또는 수직으로, 즉 각 광축에 수직인 방향으로 오프셋된다. 도 15는 예컨대 2개의 이미징 서브시스템에 의해 캡춰된 이미지(1510 및 1520)를 보여주는데, 각각 LCD 패널의 이미지 부분(1530 및 1540)을 가지고 있다. 이 2개의 이미지들(1510, 1520)은 단일한 2개-레이어 이미지(1550)로 합성되며, 여기서 이미지(1510 및 1520)는 수평으로 오프셋되어 그들이 등록되도록, 즉 이미지들의 공통된 부분(1530, 1540)이 서로 간에 일치하게 된다. 합성된 이미지(1550)에서, 이미지 부분(1530)은 위치(1530A)로부터 왼쪽으로 옮겨진 것이고, 이미지 부분(1540)은 위치(1540A)로부터 오른쪽으로 옮겨진 것이어서, 이미지 부분들(1530 및 1540)이 일치하고 이미지 부분(1560)으로 보여진다. 도 15에는 도시되지 않으나, 이미지 등록은 회전 및 확대 변환들을 포함할 수도 있다. 이미징 서브시스템이 서브-픽셀 지오메트릭 왜곡만을 도입한다고 가정하면, 이상적인 경우에는 이미지 부분(1560)의 2개 레이어들의 픽셀들 사이에 1 대 1 대응이 있을 것이다. 실제로는 초점 또는 해상도 한계, 이미지들의 공통된 부분들을 정확하게 잡아내는 능력, 및 다른 요인들 중에서도 렌즈 왜곡 때문에 몇 개 픽셀들 내외 내에서 이미지들을 등록하는 것이 어려울 수 있다. MI 색상계의 목적을 위해, 최소한 3개의 이미징 서브시스템이 있어야 하며, 수평 및 수직 오프셋 모두가 이미지 등록 달성을 위해 요구된다. 그러나, 이미지 등록의 원리는 2개의 기본 이미지에 대해서 설명된 것과 동일하다.

다시 도 4를 참조하면, 추가적인 실시예에서, 각 외측 이미징 서브시스템(410A, 410C)의 디지털 이미지 센서(420)는 그 광축(450)으로부터 오프셋된다. 이 경우에, 이미징 서브시스템(410A-C)과 이미징되는 평면 목표 물체 사이의 거리가 미리 정해진 경우에는 이미지 등록이 요구되지 않을 수 있다.

도 5에 도시된 제2 실시예에서, 외측 디지털 이미징 서브시스템(510A, 510C)은 디지털 이미지를 캡춰하는데 여기서 공통의 초점(560)에 위치된 이미지된 물체는 지오메트릭 키스토닝(geometric keystoning)을 나타낼 수 있다. 도 16은, 예컨대, 2개의 이미징 서브시스템에 의해 캡춰된 이미지들(1610 및 1620)이 각각 LCD 패널의 이미지 부분들(1630 및 1640)을 가진 것을 보여준다. 이미지(1620)는 그 동축(550)이 LCD 패널에 수직인 이미징 서브시스템에 의해 생성되며, 반면 이미지(1610)는 그 동축이 LCD 패널에 대해 비스듬한 이미징 서브시스템으로부터 생성되어, 그 결과 키스톤된 물체 부분(1630)을 낳게 된다.

이 두 이미지들은 단일한 2개-레이어 이미지(1650)로 합성되는데, 즉 "적층(stacked)"되어 다중스펙트럼 이미지를 생성한다. 이미지(1610)는 2차원 투영 매핑 프로젝션, 다른 말로는 키스톤 보정("keystone correction")이 적용되는데, 그래서 이미지(1620)와 함께 등록된다. 결과적인 이미지(1650)는 이미지 부분(1630)이 형상(1630A)로부터 이미지 부분(1640)에 매칭되는 사각 형상으로 수직으로 차동 신장(differentially stretched)되는 것을 보여준다. 이미징 서브시스템이 오직 서브-픽셀 지오메트리 왜곡만 도입한다고 가정하면, 이상적인 경우에 이미지 부분(1660)의 2개 레이어의 픽셀들 간에는 1 대 1 대응이 있게 될 것이다. 실제로는 실제로는 초점 또는 해상도 한계, 이미지들의 공통된 부분들을 정확하게 잡아내는 능력, 및 다른 요인들 중에서도 렌즈 왜곡 때문에 몇 개 픽셀들 내외 내에서 이미지들을 등록하는 것이 어려울 수 있다. MI 색상계의 목적을 위해, 최소한 3개의 이미징 서브시스템이 있어야 하며, 키스톤 보정이 요구된 대로 이미지에 적용되어야 한다. 그러나, 그 원리는 2개의 기본 이미지에 대해서 설명된 것과 동일하다.

다중-레이어된 이미지 내에서 동일한 위치 내의 이미지된 물체들을 등록하기 위하여, 이미지의 정렬은 하나 또는 그 이상의 이미지들에 대한 병진(translation), 회전(rotation), 키스톤(keystone) 및 확대(magnification) 조정을 포함할 수 있다. 이미지들은 의도적으로 오버랩되어 개별 이미징 서브시스템들로부터의 어떤 영역보다도 큰 영역을 커버하지 않는 다중-레이어로 등록된 이미지를 낳게 된다.

일반적으로, 광축이 이미지된 물체의 평면에 경사진 이미징 서브시스템은 키스톤 보정을 위한 필요 변수들을 결정하기 위하여 반드시 칼리브레이션되어야 한다. 수평 및 수직 좌표 x, y를 가진 각각의 입력 이미지 픽셀에 대하여, 수평 및 수직 좌표 x', y'을 가진 출력 이미지 픽셀로의 변형은 시성 선형 변환(rational linear mapping)이다:

식 (2)

여기서 a, b, c, d, e, f, g, h는 결정되어야 할 상수이다.

칼리브레이션을 수행하기 위해서는, (사각형을 이상적으로 나타내는) 4개의 기준점(fiducial mark)이 이미지될 물체 상에 포지셔닝되어야 한다. 이미지가 캡춰되고, 4개의 기준점을 나타내는 픽셀들의 좌표들이 지정된다: (x₀, y₀), (x₁, y₁), (x₂, y₂) 및 (x₃, y₃). Heckbert, P., 1999, Projective Mappings for Image Warping, University of California Berkeley Computer Science Technical Report 15-869에 의해 보여진 것처럼, 위 상수들은 아래와 같이 주어진다:

식 (3)

식 (4)

식 (5)

식 (6)

식 (7)

식 (8)

식 (9)

식 (10)

키스톤 보정은 도 5에 도시된 것과 같이, 제2 실시예에 의해 캡춰된 하나 또는 그 이상의 이미지들에 적용된다. 도 6 및 도 8에 도시된 제3 및 제4 실시예에서, 키스톤 보정은 필요치 않다. 그러나 수평 및/또는 수직 오프셋은 다중레이어 이미지 등록을 달성하기 위하여 이미지에 적용될 필요가 있을 수 있다.

일단 필요한 이미지 변환이 다중 카메라 이미징 색상계의 각 이미징 서브시스템에 대한 칼리브레이션을 통해 결정되면, 변환은 반드시 각 캡춰된 이미지에 적용되어야 한다. 식 (2)는 병렬로 실행되는데, 예컨대 멀티코어 프로세서 상에서 멀티쓰레드 작업을 사용하거나 또는 대규모-병렬 그래픽 프로세싱 유닛(Graphic Processing Unit, GPU)으로 수행된다.

일부 응용의 경우에, 공지된 이미지 처리 기법을 사용하여 하나 또는 그 이상의 이미지들을 다운스케일 또는 업스케일하는 것이 필요할 수 있다. 예컨대, 가장 낮은 해상도를 가진 이미지 센서에 의해 생성된 이미지들과의 이미지 등록을 달성하기 위하여 이미지를 다운스케일 하는 것이 필요하거나, 또는 역으로 가장 높은 해상도를 가진 이미지 센서에 의해 생성된 이미지와의 이미지 등록을 달성하기 위하여 이미지를 업스케일하는 것이 필요할 수 있다.

또한 색도 측정(chromaticity metrics)을 위한 측정을 수행할 때 픽셀 비닝(pixel binning)으로써 이미지를 다운스케일하는 것에는 장점이 있다. 예컨대, 사람 눈의 해상도는 청색광보다 녹색광에서 더 크다. 따라서, 전체 해상도 이미지는 CIE Y(휘도) 측정에 사용될 수 있고, 반면 픽셀 비닝이 채용되어 CIE X 및 Z(3자극(tristimulus)) 이미지들에 대한 감소된 해상도의 이미지들을 생성할 수 있다. 그러한 이미지들의 장점은 색도 결과를 크게 희생하지 않으면서 이미지 저장용량을 적게 차지하고 이미지 전송 및 처리 속도가 증가된다는 것이다.

D. 방법

도 17은 다중 카메라 이미징 색상계 측정을 수행하는 절차(1700)를 도시한 것이다.

단계 (1710)에서, 칼리브레이트된 디지털 이미징 서브시스템들이 예컨대 CIE 3자극 이미지 X, Y 및 Z의 N 스펙트럼상-대역폭이-제한된 이미지를 캡춰하는데 사용된다.

단계 (1720)에서, 하나 또는 그 이상의 N 이미지들이 선택적으로 스케일되어 모든 이미지들이 동일한 수평 및 수직 픽셀 해상도를 갖게 된다.

단계 (1722)에서, 하나 또는 그 이상의 이미지들은 선택적으로 회전되어 모든 이미지들이 동일한 각도 방향을 갖게 된다.

단계 (1724)에서, 하나 또는 그 이상의 이미지들이 확대되어, 대응하는 이미지들의 특징들이 동일한 크기를 갖게 된다. 확대는 양의 확대 또는 음의 확대 즉 크기 축소일 수 있다.

단계 (1730)에서, 이미지 등록 및 적층을 용이하게 하기 위하여 N 이미지들 중의 하나 또는 그 이상에 대하여 요구되는 대로 식 (2)에 따른 키스톤 보정이 적용될 수 있다.

단계 (1740)에서, 이미지들의 목표 부분들의 픽셀 당 정렬을 달성하기 위하여 N 이미지들의 하나 또는 그 이상이 선택적으로 수직으로 및/또는 수평으로 오프셋될 수 있다. 예컨대, 목표 부분은 LCD 스크린의 디스플레이 영역일 수 있다.

단계 (1750)에서, N개의 별개의 이미지들이 조합되어(또는 "적층되어(stacked)"), 적절한 이미지 파일 포맷을 사용하는 단일한 다중스펙트럼 이미지가 된다.

단계 (1760)에서, 픽셀 당 이미지 측정값이 멀티스펙트럼 이미지 데이터를 사용하여 계산된다.

단계 (1720)-(1760)은 컴퓨터(1080 또는 1190)와 같은 컴퓨터에 의해 수행된다.

E. 변용

설명을 통해, 본 발명의 더 전체적인 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항들이 제시되었다. 그러나, 본 발명은 이 특정사항들 없이 실시될 수 있다. 다른 경우에, 공지된 요소들이 도시되지 않거나 구체적으로 생략되지 않았고 단계나 특징들의 반복이 발명을 불필요하게 이해하기 힘들게 만드는 것을 피하기 위해 생략되었다. 따라서, 명세서는 제한적이기 보다는 예시적인 것으로 취급되어야 한다.

구체적인 설명이 부분적으로 본 발명의 방법 또는 절차, 동작의 상징적인 표현, 기능 및 특징의 용어로 제시되었다. 이 방법 설명 및 표현들은 당업자에게 가장 효과적으로 그들의 작업의 본질을 다른 당업자에게 전달하기 위한 수단이다. 소프트웨어로 구현된 방법 또는 절차가 여기에 있으며, 일반적으로, 자기-만족적인 단계들의 시퀀스가 원하는 결과를 유도하는 것으로 이해된다. 이 결과들은 물리적인 실체의 물리적인 조작을 요구한다. 자주 그러나 필수적인 것은 아닌데, 이 실체들은 저장, 전송, 조합, 비교 및 다르게 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호나 값들의 형태를 취할 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어 사이의 구분이 항상 명확한 것은 아니며, 당업자에게는 여기에 기술된 소프트웨어로 구현된 절차들이 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있음도 이해될 것이다. 그러한 절차들은 컴퓨터나 프로세서에 의해 판독가능한 유형 또는 비휘발성의 하나 또는 그 이상의 매체에 있는 마이크로코드와 같은 코딩된 명령어들에 의해 및/또는 저장된 프로그래밍 명령어들에 의해 제어될 수 있다. 코드 모듈들은 임의의 컴퓨터 저장 시스템이나 장치, 예컨대 하드 디스크 드라이브, 광학 디스크, 솔리드 스테이트 메모리 등에 저장될 수 있다. 대안으로서 방법은 ASIC나 FPGA 회로와 같은 특수 컴퓨터 하드웨어에서 부분적으로 또는 전부 구현될 수 있다.

당업자에게는 여기에 공개된 구체적인 세부사항들에 추가적인 변용이 만들어질 수 있고, 공개된 본 발명의 범위 내에 있는 다른 실시예들을 낳을 수 있다는 것이 명백할 것이다. 흐름도의 2개 혹은 그 이상의 단계들은 다른 순서로 수행될 수 있으며, 다른 단계들이 추가될 수 있거나, 하나 또는 그 이상이 본 발명의 주요 기능을 변경하지 않으면서 제거될 수 있다. 전자 모듈은 구성 모듈(constituent module)로 분할되거나 더 큰 모듈로 조합될 수 있다. 여기에 설명된 모든 변수, 수치, 재질 및 구성은 예시적인 것이며 그러한 실제적인 선택은 구체적인 실시예에 따라 달라진다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 정의되는 내용에 따르는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

다중 카메라 이미징 시스템으로서,
다중 이미징 서브시스템으로서, 각각의 이미징 서브시스템은:
광축 상에 정렬된 이미징 광학계;
상기 광축 상에 정렬된 광학 필터;
상기 이미징 광학계와 상기 광학 필터에 의해 생성된 이미지를 캡춰하기 위해 정렬된 디지털 이미징 센서; 및
상기 디지털 이미징 센서의 출력에 연결된 아날로그-투-디지털 변환기(analog-to-digital converter);를 포함하는, 다중 이미징 서브시스템; 및
상기 아날로그-투-디지털 변환기들에 연결되고,
상기 디지털 이미징 센서들에 의해 캡춰된 상기 이미지들을 정렬하여 다중-레이어로 등록된 이미지를 형성하고; 그리고
상기 다중-레이어로 등록된 이미지의 개별 픽셀들의 휘도 측정값을 계산;하도록 구성되는, 컴퓨터;를 포함하는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
상기 다중 카메라 이미징 시스템은 2개의 동일한 이미징 서브시스템을 포함하고;
상기 이미징 서브시스템들의 상기 광축들은 인간의 양안 거리(interocular distance) 만큼 이격되고;
상기 광학 필터는 스펙트럼 투과율(spectral transmittance)을 가지고 상기 디지털 이미징 센서는 스펙트럼 응답성(spectral responsivity)를 가지며, 조합되었을 때 CIE(국제 조명 위원회, International Commission on Illumination) 1931 휘도 응답성 함수 V(λ)를 근사하고; 그리고
조명 측정값은 휘도 분포를 나타내는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
상기 다중 카메라 이미징 시스템은 3개의 이미징 서브시스템을 포함하고;
상기 광학 필터 각각은 상이한 스펙트럼 투과 함수를 가지고; 그리고
조명 측정값은 광도 측정(photometric), 색상 측정(colormetric) 또는 복사 측정(radiometric)인, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광학 필터들은 회전가능한 회전가능 디스크에 장착되어, 상기 광학 필터들을 그들 각각의 이미징 서브시스템들과의 정렬로부터 이미지 서브시스템들 중의 다른 하나와의 정렬로 이동시키는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제4항에 있어서,
추가적인 회전가능 디스크를 포함하고, 상기 추가적인 회전가능 디스크에는 2개 혹은 그 이상의 중립 밀도 필터(neutral density filter)들이 장착되며, 상기 추가적인 회전가능 디스크는 회전가능하여 상기 중립 밀도 필터들을 상기 이미징 서브시스템들의 제1 부분집합의 정렬로부터 상기 이미징 서브시스템들의 제2 부분집합의 정렬로 이동시키는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
상기 디지털 이미징 센서들은 복사 현장(radiant scene)의 오버랩핑하는 이미지들을 동시에 캡춰하도록 구성되는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광학 필터들은 고정되는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
상기 이미징 서브시스템들이 장착되는 새시(chassis);를 더 포함하고,
각각의 이미징 서브시스템들은 광시야(optical field of view)를 가지고;
상기 광축들은 상기 광시야의 가변적인 오버랩을 허용하기 위해 조절가능하고; 그리고
상기 이미징 서브시스템의 상기 광시야는 상기 캡춰된 이미지들에 대응하는 물체 평면에서 오버랩하는; 다중 카메라 이미징 시스템.
제8항에 있어서,
상기 물체 평면을 향하는 거리 측정 장치(range finding device); 및
상기 각각의 이미징 서브시스템이 상기 물체 평면 상에 초점을 맞추도록 구성되는 각각의 이미징 서브시스템 내의 자동초점 장치;를 더 포함하는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제8항에 있어서,
상기 물체 평면을 향하는 분광복사기(spectroradiometer)를 더 포함하는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
각각의 디지털 이미징 센서는 각각의 이미징 서브시스템의 상기 광축에 수직인, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
각각의 이미징 서브시스템은 상기 이미징 광학계와 상기 센서 사이에 끼워진 투명 광학 보정기 판(corrector plate)를 포함하여, 틸팅된 물체 평면의 이미지가 상기 디지털 이미징 센서 상에 초점이 맺히는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광축들은 서로 간에 평행하고; 그리고
상기 디지털 이미징 센서들 중의 적어도 하나는 상기 각각의 이미징 서브시스템의 상기 광축 상에 중심을 두는; 다중 카메라 이미징 시스템.
제13항에 있어서,
상기 디지털 이미징 센서들 중의 적어도 하나는 상기 각각의 이미징 서브시스템의 상기 광축으로부터 수직으로 오프셋(offset)되는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
광시야는 상기 캡춰된 이미지들에 대응하는 물체 평면에 오버랩하는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제15항에 있어서,
상기 이미징 서브시스템 중의 적어도 2개에서, 상기 디지털 이미징 센서는 상기 물체 평면과의 사임플러그 조건(Scheimpflug condition)을 만족시키기 위해 상기 대응하는 광축에 대하여 틸팅되는, 다중 카메라 이미징 시스템.
제1항에 있어서,
각각의 이미징 서브시스템은 상기 광축 상에 정렬된 셔터(shutter)를 포함하는, 다중 카메라 이미징 시스템.
복사 현장(radiant scene)의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
다중 카메라 이미징 시스템의 다중 이미징 서브시스템들을 사용하여 상기 복사 현장의 오버랩핑하는 디지털 이미지들을 동시에 캡춰하는 단계로서, 각각의 이미징 서브시스템은:
광축 상에 정렬된 이미징 광학계;
상기 광축 상에 정렬된 광학 필터;
상기 이미징 광학계와 상기 광학 필터에 의해 생성된 이미지를 캡춰하기 위해 정렬되는 디지털 이미징 센서; 및
상기 디지털 이미징 센서의 출력에 연결된 아날로그-투-디지털 변환기;를 포함하는, 동시에 캡춰하는 단계;
상기 아날로그-투-디지털 변환기들에 연결된 컴퓨터에 의해, 상기 디지털 이미지들을 정렬하여 다중-레이어로 등록된 이미지를 만드는 단계; 및
상기 컴퓨터에 의해, 상기 다중-레이어로 등록된 이미지의 개별 픽셀들의 조명 측정값을 계산하는 단계;를 포함하는, 복사 현장의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법.
제18항에 있어서,
상기 디지털 이미지들의 적어도 하나에 해상도 스케일링을 하는 단계;
상기 디지털 이미지들 중의 적어도 하나에 키스톤 보정(keystone correction)을 수행하는 단계;
상기 이미지들 중의 적어도 하나를 회전하는 단계;
상기 이미지들 중의 적어도 하나를 확대하는 단계; 및
상기 디지털 이미지들 중의 적어도 하나를 그 이미지 평면에서 이동시켜서 다른 상기 디지털 이미지들과 등록하는 단계;
중의 하나 또는 그 이상을 더 포함하는, 복사 현장의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법.
제18항에 있어서,
2개의 디지털 이미지들이 캡춰되고;
상기 이미징 서브시스템들의 상기 광축들은 인간의 양안 거리(interocular distance) 만큼 이격되고; 그리고
상기 조명 측정값은 상기 복사 현장의 휘도 분포를 나타내는; 복사 현장의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법.
제18항에 있어서,
2개 또는 그 이상의 디지털 이미지들이 캡춰되고;
상기 이미징 서브시스템들의 상기 광축들은 이격되거나 경사지고; 그리고
상기 조명 측정값은 상기 복사 현장의 휘도 분포를 나타내는; 복사 현장의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법.
제18항에 있어서,
3개의 디지털 이미지들이 캡춰되고;
상기 광학 필터들은 각각 상이한 스펙트럼 투과 함수를 가지고; 그리고
상기 조명 측정값은 색상 측정(colorimetric)인, 복사 현장의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법.
제18항에 있어서,
4개의 디지털 이미지들이 캡춰되고;
상기 광학 필터들은 각각 상이한 스펙트럼 투과 함수를 가지고; 그리고
상기 조명 측정값은 색상 측정(colorimetric)인, 복사 현장의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법.
제18항에 있어서,
2개 또는 그 이상의 디지털 이미지들이 캡춰되고;
상기 광학 필터들은 각각 상이한 스펙트럼 투과 함수를 가지고; 그리고
상기 조명 측정값은 복사 측정(radiometric)인, 복사 현장의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법.
제18항에 있어서,
각각의 이미징 서브시스템은 상기 광축 상으로 정렬된 셔터(shutter)를 포함하는, 복사 현장의 조명 측정값들을 계산하기 위한 방법.