KR102245223B1 - 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불규칙하고 비정형화된 투사면을 다각도 스테레오 카메라로 촬영하여 삼차원 지오메트리 모델을 생성하고, 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하되, 각각의 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정하고, 상기 보정된 투사 이미지를 상기 투사면에 투사함으로써, 다층구조의 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 투사면에 맞도록 효과적으로 보정함으로써 시각적으로 왜곡되지 않게 디스플레이가 가능한 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법을 제공한다.

Description

비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법{IMAGE PROCESSING SYSTEM FOR DISPLAYING MULTI-LAYERED BEAM PROJECTION CONTENTS ON IRREGULAR PROJECTION SURFACE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불규칙하고 비정형화된 투사면을 다각도 스테레오 카메라로 촬영하여 삼차원 지오메트리 모델을 생성하고, 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하되, 각각의 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정하고, 상기 보정된 투사 이미지를 상기 투사면에 투사함으로써, 다층구조의 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 투사면에 맞도록 효과적으로 보정함으로써 시각적으로 왜곡되지 않게 디스플레이가 가능한 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
비정형 객체(Irregular-면, 구, 상자, 실린더, 원뿔 등 수학적으로 쉽게 계산이 가능한 객체), 비평면 객체(Non Planar-면이 평평하지 않고 굴곡이 있는 객체)에 대해서 프로젝터(Projector)의 위치, 방향을 실시간으로 옮기고 이를 추적하여 투사하는 여러 가지 시도가 있어 왔다.
또한, 비평면인 커튼(Curtain) 등에 투사하면서 백색이 아닌 커튼의 무늬 때문에 생길 수 밖에 없는 색상의 오차를 보정하여 커튼의 무늬가 드러나지 않고 영상의 왜곡을 줄이기도 하였으나, 이때 색상의 표현 범위가 줄어들 수밖에 없는 단점이 있다.
기존에 비정형 스크린에 대한 프로젝션(Projection) 방법에는 여러 가지가 있었으나, 실시간으로 변형되는 기하 표면에 투사하는 것은 아니었다.
집안의 움직이는 커튼에 투사를 하거나 야외에서 스크린에 투사를 하는 등 움직이는 비평면 기하 표면에 화면을 프로젝션해야 하는 경우는 많이 발생하나, 이를 위하여 올바르게 화면을 보정하기 위한 기술이 부족하였다.
또한, 다중 프로젝터를 출력시 왜곡면이나 특수한 형상의 투사면에 투사를 하기 위한 방식으로는 직접 정점을 편집하는 방식과 투사 영상으로부터 왜곡면의 정점 형상을 추출하는 방식이 있다.
상기 직접 정점을 편집하는 방식은 왜곡면의 형상을 투사한 후, 투사면에 출력되는 형상의 메시 그리드(mesh grid)의 정점(vertex)을 직접 편집하는 방식이다. 이 방식은 직관적으로 쉽게 편집할 수 있으나, 현장에서 설치 후 육안으로 편집을 해야하며, 복잡한 왜곡면의 투사시 사용자의 편집 직관에 의존하여야 하므로 부정확한 결과를 도출할 수 있으며, 정점을 편집하는 절차 자체가 많은 편집 시간을 요구한다.
한편, 투사 영상으로부터 왜곡면의 정점 형상을 추출하는 방식은 프로젝터 투사면에 특정 패턴을 출력한 후, 컴퓨터 비전 인식 기술을 통하여 투영면의 왜곡 형상을 역으로 추출하는 방식이다. 이 방식은 형상의 정점을 편집하지 않고, 직접 자동화된 방식을 사용하나, 컴퓨터 비전 과정에서의 인식률과 에러율로 인해 후보정 과정이 필요하며, 컴퓨터 비전의 한계로 인하여 360도나 투사면이 중앙에 배치된 형태 등의 부정형 영상에 대해서는 처리가 어려운 단점이 있다.
관련 선행기술로는, 각 빔 프로젝터로부터 스크린으로 영사되는 영상 화면의 위치와 크기를 일치시키기 위한 화면 보정이 적외선 영사장치, 적외선 반사마커, 적외선 감지 카메라모듈, 컴퓨터장치에 의해 자동으로 수행됨으로써 화면보정작업의 정합성과 편의성이 향상되는 내용이, 대한민국등록특허 제1273534호(입체영상 프로젝션을 위한 자동 화면보정 시스템을 이용한 화면보정방법)에 개시되었다.
다른 관련 선행기술로는, 패턴의 효율적인 프로젝션을 위해 특히 프로젝트된 패턴 뿐만 아니라 3D 매핑을 효율적으로 하기 위한 내용이, 미국공개특허 제2013-0127854호(SCANNING PROJECTORS AND IMAGE CAPTURE MODULES FOR 3D MAPPING)에 개시되었다.
또 다른 관련 선행기술로는, 비디오 또는 정지 화상일 수 있는 프로젝트된 이미지의 각각의 상보적인 부분을 생성하기 위해 이용되는 시스템이, 미국등록특허 제8358873호(HYBRID SYSTEM FOR MULTI-PROJECTOR GEOMETRY CALIBRATION)에 개시되었다.
한국등록특허 [10-1273534](등록일자: 2013. 06. 04.) 한국등록특허 [10-1710003](등록일자: 2017. 02. 20.) 한국등록특허 [10-1849930](등록일자: 2018. 04. 12.) 한국등록특허 [10-2154684](등록일자: 2020. 09. 04.)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 불규칙하고 비정형화된 투사면을 다각도 스테레오 카메라로 촬영하여 삼차원 지오메트리 모델을 생성하고, 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하되, 각각의 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정하고, 상기 보정된 투사 이미지를 상기 투사면에 투사함으로써, 다층구조의 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 투사면에 맞도록 효과적으로 보정함으로써 시각적으로 왜곡되지 않게 디스플레이가 가능한 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템은, 빔프로젝션 콘텐츠가 디스플레이되는 비정형 투사면을 스테레오 촬영하여 전송하기 위한 다수의 카메라(110, 120); 상기 다수의 카메라를 통해 전달받은 스테레오 촬영 데이터로부터 삼차원 지오메트리 모델을 생성하고, 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하고, 상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 영상 보정 알고리즘을 이용하여 보정하여 출력하기 위한 영상 처리 장치(100); 및 상기 비정형 투사면에 보정된 영상을 투사하기 위한 다수의 빔프로젝터(130, 140)를 포함한다.
상기 영상 처리 장치(100)는, 상기 비정형 투사면을 스테레오 촬영한 데이터를 처리하여 정점 좌표를 추출하여 상기 삼차원 지오메트리 모델을 생성하기 위한 지오메트리 모델 생성부(201); 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 삼차원 지오메트리 모델에 매핑하기 위한 매핑부(202); 상기 매핑되는 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하기 위한 다층레이어 분리부(203); 상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 논파라메틱 영상보정 알고리즘을 이용하여 상기 비정형 투사면과의 기하학적 위치의 상이함을 보정하기 위한 영상 보정부(204); 상기 빔프로젝션 콘텐츠와 상기 영상 보정 알고리즘을 저장하고 있는 저장부(205); 상기 보정된 각 레이어의 영상을 해당 빔프로젝터로 출력하기 위한 영상 출력부(206); 및 상기 지오메트리 모델 생성부, 상기 매핑부, 상기 다층레이어 분리부, 상기 영상 보정부, 및 상기 저장부 및 상기 영상 출력부 간의 데이터 처리를 제어하기 위한 제어부(207)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 다층레이어 분리부는, 상기 빔프로젝터의 개수로 레이어를 분리하며, 각 레이어에 대하여, 합성 또는 중복 프로젝션을 고려하여 상기 빔프로젝션 콘텐츠가 출력되는 부분을 제외하고는 검은색(RGB: 0,0,0)으로 레이어를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 영상 보정부는, 각 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 비정형 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘은, A, B, C를 꼭지점으로 하는 삼각형 ABC에 대하여, 주변의 형상을 변형하여 투사면과 일치시키기 위하여 각 꼭지점을 새로운 꼭지점 A',B',C' 으로 이동하면, 삼각형 ABC의 무게 중심 P는 삼각형 A'B'C'의 무게 중심 P'로 이동되고, 면적(w)이 w'로 변형되며, 해당 이미지가 변형되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법은, 다수의 카메라를 이용하여 비정형 투사면을 다각도로 촬영하는 스테레오촬영단계(S710); 상기 비정형 투사면을 스테레오 촬영한 데이터를 처리하여 정점 좌표를 추출하여 삼차원 지오메트리 모델을 생성하는 지오메트리모델생성단계(S720); 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 삼차원 지오메트리 모델에 매핑하는 매핑단계(S730); 상기 매핑되는 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하는 레이어분리단계(S740); 상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 논파라메틱 영상보정 알고리즘을 이용하여 상기 비정형 투사면과의 기하학적 위치의 상이함을 보정하는 영상보정단계(S750); 및 상기 보정된 각 레이어의 영상을 해당 빔프로젝터로 출력하는 영상출력단계(S760)를 포함한다.
삭제
상기 레이어 분리단계(S740)는, 빔프로젝터의 개수로 레이어를 분리하며, 각 레이어에 대하여, 합성 또는 중복 프로젝션을 고려하여 상기 빔프로젝션 콘텐츠가 출력되는 부분을 제외하고는 검은색(RGB: 0,0,0)으로 레이어를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 영상 보정단계(S750)는, 각 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 비정형 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법을 구현하기 위해, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램이 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법에 의하면, 불규칙하고 비정형화된 투사면을 다각도 스테레오 카메라로 촬영하여 삼차원 지오메트리 모델을 생성하고, 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하되, 각각의 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정하고, 상기 보정된 투사 이미지를 상기 투사면에 투사함으로써, 다층구조의 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 투사면에 맞도록 효과적으로 보정함으로써 시각적으로 왜곡되지 않게 디스플레이가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법에 의하면, 평면 또는 단순곡면(원통형, 구형) 등의 정형화된 투사면이 아닌 불규칙적이고 비정형화된 투사면(예_ 동굴벽면, 다곡면 건물 및 조형물 등) 및 다층구조 투사면(다중 합성투사)에도 효과적으로 영상을 보정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법에 의하면, 삼차원 지오메트리 모델에 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후 논파라메틱 영상보정 알고리즘을 이용하여 상기 비정형 투사면(150)과의 기하학적 위치를 바로 보정하여 출력함으로써, 실시간으로 보정된 영상을 출력할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템의 구성도.
도 2는 도 1의 영상 처리 장치의 상세 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에서 삼차원 지오메트리 생성에 관하여 설명하기 위한 도면.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에서 빔프로젝션 콘텐츠의 다층구조에 관하여 설명하기 위한 도면들.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에서 영상 보정에 관하여 설명하기 위한 도면들.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에서 이미지 보정에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법의 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 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 이해되어야한다.
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 명세서에서 사용되는 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, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1의 영상 처리 장치의 상세 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템은, 다수의 카메라(110, 120), 영상 처리 장치(100), 및 다수의 빔프로젝터(130, 140)를 포함한다.
상기 다수의 카메라(110, 120)는 빔프로젝션 콘텐츠가 디스플레이되는 비정형 투사면(150)을 스테레오 촬영하여 상기 영상 처리 장치(100)로 전송한다.
상기 영상 처리 장치(100)는 상기 다수의 카메라(110, 120)를 통해 전달받은 스테레오 촬영 데이터로부터 삼차원 지오메트리 모델(160)을 생성하고, 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하고, 상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 영상 보정 알고리즘을 이용하여 보정하여 출력한다.
상기 다수의 빔프로젝터(130, 140)는 상기 비정형 투사면(150)에 보정된 영상을 투사한다.
여기서, 상기 영상 처리 장치(100)는 컴퓨터 등과 같이 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 디지털 기기라면 얼마든지 본 발명에 따른 영상 처리 장치(100)로서 채택될 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 영상 처리 장치(100)는, 지오메트리 모델 생성부(201), 매핑부(202), 다층레이어 분리부(203), 영상 보정부(204), 저장부(205), 영상 출력부(206), 및 제어부(207)를 포함한다.
상기 지오메트리 모델 생성부(201)는 상기 비정형 투사면(105)을 스테레오 촬영한 데이터를 처리하여 정점 좌표를 추출하여 상기 삼차원 지오메트리 모델(160)을 생성한다.
상기 매핑부(202)는 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 삼차원 지오메트리 모델(160)에 매핑한다.
상기 다층레이어 분리부(203)는 상기 매핑되는 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리한다.
상기 영상 보정부(204)는 상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 논파라메틱 영상보정 알고리즘을 이용하여 상기 비정형 투사면(150)과의 기하학적 위치의 상이함을 보정한다.
상기 저장부(205)는 상기 빔프로젝션 콘텐츠와 상기 영상 보정 알고리즘을 저장하고 있다.
상기 영상 출력부(206)는 상기 보정된 각 레이어의 영상을 해당 빔프로젝터로 출력한다.
상기 제어부(207)는 상기 지오메트리 모델 생성부(201), 상기 매핑부(202), 상기 다층레이어 분리부(203), 상기 영상 보정부(204), 상기 저장부(205) 및 상기 영상 출력부(106) 간의 데이터 처리를 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에서 삼차원 지오메트리 생성에 관하여 설명하기 위한 도면이다.
복잡성과 비정형 대상체에 대한 삼차원 모델을 추출하는 방법에는 다양한 방법(초분광측정, 뎁스카메라 스캐닝 등)이 존재하나 빔프로젝션 콘텐츠처럼 실내외 대형공간이나 측정 간섭물, 복합조명이 많은 대상에는 적합하지 않다. 본 발명에서는 고해상도 일반카메라를 이용한 다각도 스테레오 촬영을 통하여 삼차원 모델을 생성한다.
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도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에서 빔프로젝션 콘텐츠의 다층구조에 관하여 설명하기 위한 도면들이다.
도 4a를 참고하면, 생성된 삼차원 지오메트리 모델(106)을 가상공간에 배치하여 빔프로젝션 투사 상황을 시뮬레이션하고, 실제 배치되는 빔프로젝터 개수(채널 수)에 매칭되도록 가상 카메라를 배치하며 다수의 영상 출력 레이어(Layer)의 분리가 가능하다.
도 4b를 참고하면, 상기 다층레이어 분리부(203)는, 다수의 분리된 영상 출력 레이어는 합성 또는 중복 빔프로젝션을 고려하여 상기 빔프로젝션 콘텐츠가 출력되는 부분을 제외하고는 검은색(RGB: 0,0,0)으로 적용하여 광학적으로 중첩이 가능하도록 한다. 빔프로젝션은 빛으로 색상을 표현하므로 검은색은 중첩시에 색상의 변화가 없으며 휘도(밝기)의 변화는 저층 레이어의 휘도 강화로 조절이 가능하다.
비정형 투사면에 대한 삼차원 지오메트리 모델 생성과 프로젝션 시뮬레이션을 수행하여도 실제 투사면에 빔프로젝션 콘텐츠를 출력 시, 빔프로젝터의 투사각도 및 렌즈의 배율, 화각에 따른 실제 콘텐츠의 프로젝션과는 상이함이 발생한다. 이를 보정하기 위하여 출력 영상을 변형하여 투사면의 굴곡과 일치시키는 보정작업 적용한다.
상기 보정작업은 각 레이어 층별로 적용하며, 비정형 투사면은 기하학적 프로젝션 참조점을 지정할 수 없으므로 투사면과 투영 이미지를 비교하여 보정된다.
논파라메틱 영상보정은 전체 이미지에서 보정하고자하는 지점을 중심으로 주위의 좌표와 연계하여 타영역에 영향을 최소화하며 보정이 가능한 알고리즘이다. 본 발명에서는 논파라메틱 영상보정 방법으로 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 사용한다.
즉, 상기 영상 보정부(204)는, 각 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델(160)에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 비정형 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정한다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에서 영상 보정에 관하여 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 및 5b는 비정형 투사면 성에 콘텐츠(그리드)가 투사된 상황을 표현한 것으로, 영상보정 필요에 의하여 특정 정점을 이동하여 콘텐츠 이미지를 변형한다.
A, B, C를 꼭지점으로 하는 삼각형에 대하여, 주변의 형상을 변형하여 투사면과 일치시키기 위하여 각 꼭지점을 이동한다.
삼각형 ABC에 대한 무게중심은 P지점이 되며, 이미지 워핑을 하여 꼭지점의 위치가 변경되면 새로운 꼭지점 A',B',C'에 의하여 생성된 무게 중심 P가 P'로 이동되고 이로 인한 면적(w)이 w'로 변형되며, 면적에 해당하는 이미지가 변형된다.
도 5c는 삼각형 꼭지점 이동과 무게 중심 변경에 따른 와핑(Warping)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5c를 참조하면, P는 무게중심이며, A, B, C는 삼각형의 꼭지점, wA, wB, wC은 무게중심으로 분할된 3개의 삼각형의 넓이비이다. 즉, P가 삼각형의 무게중심이므로, wA, wB, wC 는 모두 1/3 이다.
삼각형의 세 꼭지점 A, B, C와 그 무게 중심 P를 중심으로 분할된 넓이비의 면적을 갖고 그 면에 투영하고자 하는 이미지가 매핑(Mapping)된다.
꼭지점 A,B,C가 A',B',C'로 이동하면 무게중심 P는 P'로 이동하며 그에 따라 면적이 변화되고 매핑된 이미지 또한 변화된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에서 이미지 보정에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참고하면, 생성한 삼차원 지오메트리 모델(투사면)에 빔프로젝션 콘텐츠가 기하학적으로 정상 투사되었을 때의 이미지(601)에서 정형화된 마커들을 이미지 상에 출력한다
한편, 빔프로젝터를 통하여 실제 비정형 투사면에 빔프로젝션 콘텐츠를 투사하면(602), 이미지 왜곡이 발생한다.
이에, 빔프로젝터의 위치와 각도, 화각의 차이로 "601"의 영상(이미지)와 "602"의 이미지 간에 차이가 생긴다. 즉, "601"의 영상에서 정상으로 보이던 마커들의 위치 및 간격이 다르거나 형상이 찌그러져 보이게 되는데, "601"과 "602"의 이미지를 비교하여(603), 와핑(warping) 기능을 통해 이미지를 보정하고(604), 최종적으로 보정된 빔프로젝션 콘텐츠를 실제 비정형 투사면에 투사한다(605).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법의 흐름도이다.
먼저, 다수의 카메라(110, 120)를 이용하여 비정형 투사면(150)을 다각도로 촬영한다(S710).
이후, 상기 비정형 투사면(150)을 스테레오 촬영한 데이터를 처리하여 정점 좌표를 추출하여 삼차원 지오메트리 모델을 생성한다(S720).
이후, 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 삼차원 지오메트리 모델에 매핑한다(S730).
이후, 상기 매핑되는 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리한다(S740).
이후, 상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 논파라메틱 영상보정 알고리즘을 이용하여 상기 비정형 투사면과의 기하학적 위치의 상이함을 보정한다(S750).
이후, 상기 보정된 각 레이어의 영상을 해당 빔프로젝터로 출력한다(S760).
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상기 레이어 분리단계(S740)에서는, 빔프로젝터(130, 140)의 개수로 레이어를 분리하며, 각 레이어에 대하여, 합성 또는 중복 프로젝션을 고려하여 상기 빔프로젝션 콘텐츠가 출력되는 부분을 제외하고는 검은색(RGB: 0,0,0)으로 레이어를 형성한다.
상기 영상 보정단계(S750)에서는, 각 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 비정형 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정한다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법에 대하여 설명하였지만, 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램 역시 구현 가능함은 물론이다.
즉, 상술한 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 영상처리 장치 110: 카메라 1
120: 카메라 2 130: 빔프로젝터 1
140: 빔프로젝터 2 150: 비정형 투사면
201: 지오메트리 모델 생성부 202: 매핑부
203: 다층레이어 분리부 204: 영상 보정부
205: 저장부 206: 영상 출력부
207: 제어부
S710: 스테레오촬영단계
S720: 지오메트리모델생성단계
S730: 매핑단계
S740: 레이어분리단계
S750: 영상보정단계
S760: 영상출력단계

Claims (10)

  1. 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템에 있어서,
    빔프로젝션 콘텐츠가 디스플레이되는 비정형 투사면을 스테레오 촬영하여 전송하기 위한 다수의 카메라(110, 120);
    상기 다수의 카메라를 통해 전달받은 스테레오 촬영 데이터로부터 삼차원 지오메트리 모델을 생성하고, 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하고, 상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 영상 보정 알고리즘을 이용하여 보정하여 출력하기 위한 영상 처리 장치(100); 및
    상기 비정형 투사면에 보정된 영상을 투사하기 위한 다수의 빔프로젝터(130, 140)
    를 포함하고,
    상기 영상 처리 장치(100)는,
    상기 비정형 투사면을 스테레오 촬영한 데이터를 처리하여 정점 좌표를 추출하여 상기 삼차원 지오메트리 모델을 생성하기 위한 지오메트리 모델 생성부(201);
    상기 빔프로젝션 콘텐츠를 상기 삼차원 지오메트리 모델에 매핑하기 위한 매핑부(202);
    상기 매핑되는 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하기 위한 다층레이어 분리부(203);
    상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 논파라메틱 영상보정 알고리즘을 이용하여 상기 비정형 투사면과의 기하학적 위치의 상이함을 보정하기 위한 영상 보정부(204);
    상기 빔프로젝션 콘텐츠와 상기 영상 보정 알고리즘을 저장하고 있는 저장부(205);
    상기 보정된 각 레이어의 영상을 해당 빔프로젝터로 출력하기 위한 영상 출력부(206); 및
    상기 지오메트리 모델 생성부, 상기 매핑부, 상기 다층레이어 분리부, 상기 영상 보정부, 및 상기 저장부 및 상기 영상 출력부 간의 데이터 처리를 제어하기 위한 제어부(207)
    를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 영상 보정부는,
    각 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 비정형 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정하는 것을 특징으로 하고,
    상기 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘은,
    A, B, C를 꼭지점으로 하는 삼각형 ABC에 대하여, 주변의 형상을 변형하여 투사면과 일치시키기 위하여 각 꼭지점을 새로운 꼭지점 A',B',C' 으로 이동하면, 삼각형 ABC의 무게 중심 P는 삼각형 A'B'C'의 무게 중심 P'로 이동되고, 면적(w)이 w'로 변형되며, 해당 이미지가 변형되는 것을 특징으로 하고,
    A, B, C를 꼭지점으로 하는 삼각형 ABC에 대하여, 무게 중심 P는 다음 수학식과 같이 표현되고,
    Figure 112021040392511-pat00011
    ,
    이동된 무게 중심 P'는 다음 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템.
    Figure 112021040392511-pat00012
    ,
    (여기서,
    Figure 112021040392511-pat00013
    ,
    Figure 112021040392511-pat00014
    ,
    Figure 112021040392511-pat00015
    ,
    Figure 112021040392511-pat00016
    ,
    Figure 112021040392511-pat00017
    )
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다층레이어 분리부는,
    상기 빔프로젝터의 개수로 레이어를 분리하며,
    각 레이어에 대하여, 합성 또는 중복 프로젝션을 고려하여 상기 빔프로젝션 콘텐츠가 출력되는 부분을 제외하고는 검은색(RGB: 0,0,0)으로 레이어를 형성하는 것을 특징으로 하는 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법에 있어서,
    다수의 카메라를 이용하여 비정형 투사면을 다각도로 촬영하는 스테레오촬영단계(S710);
    상기 비정형 투사면을 스테레오 촬영한 데이터를 처리하여 정점 좌표를 추출하여 삼차원 지오메트리 모델을 생성하는 지오메트리모델생성단계(S720);
    빔프로젝션 콘텐츠를 상기 삼차원 지오메트리 모델에 매핑하는 매핑단계(S730);
    상기 매핑되는 빔프로젝션 콘텐츠를 다수의 레이어로 분리하는 레이어분리단계(S740);
    상기 빔프로젝션 콘텐츠의 분리된 각 레이어에 대하여 논파라메틱 영상보정 알고리즘을 이용하여 상기 비정형 투사면과의 기하학적 위치의 상이함을 보정하는 영상보정단계(S750); 및
    상기 보정된 각 레이어의 영상을 해당 빔프로젝터로 출력하는 영상출력단계(S760)
    를 포함하고,
    상기 영상 보정단계(S750)는,
    각 레이어에 대하여 상기 삼차원 지오메트리 모델에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지와 상기 비정형 투사면에 상기 빔프로젝션 콘텐츠를 투영하여 얻은 이미지를 비교한 후, 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘을 이용하여 투사 이미지를 보정하는 것을 특징으로 하고,
    상기 무게중심 기반 위치변경 보정 알고리즘은,
    A, B, C를 꼭지점으로 하는 삼각형 ABC에 대하여, 주변의 형상을 변형하여 투사면과 일치시키기 위하여 각 꼭지점을 새로운 꼭지점 A',B',C' 으로 이동하면, 삼각형 ABC의 무게 중심 P는 삼각형 A'B'C'의 무게 중심 P'로 이동되고, 면적(w)이 w'로 변형되며, 해당 이미지가 변형되는 것을 특징으로 하고,
    A, B, C를 꼭지점으로 하는 삼각형 ABC에 대하여, 무게 중심 P는 다음 수학식과 같이 표현되고,
    Figure 112021040392511-pat00018
    ,
    이동된 무게 중심 P'는 다음 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법.
    Figure 112021040392511-pat00019
    ,
    (여기서,
    Figure 112021040392511-pat00020
    ,
    Figure 112021040392511-pat00021
    ,
    Figure 112021040392511-pat00022
    ,
    Figure 112021040392511-pat00023
    ,
    Figure 112021040392511-pat00024
    )
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 레이어 분리단계(S740)는,
    빔프로젝터의 개수로 레이어를 분리하며,
    각 레이어에 대하여, 합성 또는 중복 프로젝션을 고려하여 상기 빔프로젝션 콘텐츠가 출력되는 부분을 제외하고는 검은색(RGB: 0,0,0)으로 레이어를 형성하는 것을 특징으로 하는 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 방법.
  10. 삭제
KR1020200174240A 2020-12-14 2020-12-14 비정형 투사면에 다층구조 빔프로젝션 콘텐츠 전시를 위한 영상 처리 시스템 및 그 방법 KR102245223B1 (ko)

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