KR102281149B1 - 고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 동작 가능한 시점 추적 장치 및 그 방법 - Google Patents

고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 동작 가능한 시점 추적 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 동작 가능한 시점 추적 장치가 개시된다. 그 장치는, 사용자의 이미지를 촬영하는 이미지 촬영부 및 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 이미지 처리부를 포함한다. 시점 추적 장치는 저 조도 모드에서 상기 사용자에게 적외선을 조사하는 광원부를 포함할 수 있다. 또한, 이미지 촬영부는 적외선과 가시광선을 투과시키는 듀얼 밴드패스 필터를 포함할 수 있다.

Description

고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 동작 가능한 시점 추적 장치 및 그 방법 {APPARATUS FOR TRACKING EYE POINT OPERABLE AT HIGH intensity of illumination AND LOW intensity of illumination AND METHOD THEREOF}
본 명세서에 기재된 다양한 실시예들은 이미지 촬영 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 이미지를 촬영하기 위해서는 저 조도 촬영을 위한 장치와 고 조도 촬영을 위한 장치가 필요하다. 예를 들어, 고 조도 환경에서는 가시광선을 이용한 촬영 장치가, 저 조도 환경에서는 적외선을 이용한 촬영 장치가 각각 이용될 수 있다.
한편, 최근 3D 디스플레이 장치가 발달되고 있다. 3D 디스플레이 방식으로는 기존의 안경 방식에서 벗어나, 무 안경 방식이 개발되고 있다. 무 안경 방식을 위해서는 사용자의 시점 추적이 요구된다.
이와 같은 기술 환경에서, 밝은 환경과 어두운 환경을 교차하여 시점 추적 기반의 3D 디스플레이가 요구되는 경우가 있다. 예를 들어, 의사는 어두운 환경에서 환자를 진단하고, 밝은 환경에서 환자에게 진단 내용을 설명할 수 있다. 이 경우, 밝은 환경에서는 시점 추적을 위한 카메라가 정상적으로 동작할 수 있으나, 어두운 환경에서는 시점 추적을 위한 카메라가 비 정상적으로 동작할 수 있다. 적외선 기반의 카메라를 추가적으로 사용할 수 있으나, 추가적인 카메라에 따라 크기 및 비용이 증가할 수 있다.
따라서, 고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 모두 동작 가능한 이미지 촬영 장치가 요구된다.
일측에 있어서, 시점 추적 장치는, 사용자의 이미지를 촬영하는 이미지 촬영부; 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 이미지 처리부; 및 주변의 조도에 따라 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정하고, 상기 동작 모드에 기초하여 상기 이미지 촬영부 또는 상기 이미지 처리부 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 주변의 조도와 미리 설정된 임계 값을 비교하여, 상기 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정할 수 있다.
상기 시점 추적 장치는, 상기 저 조도 모드에서 상기 사용자에게 적외선을 조사하는 광원부를 더 포함할 수 있다.
상기 광원부는, 중심이 850nm이고 대역폭이 100nm인 근적외선을 조사할 수 있다.
상기 이미지 촬영부는, 가시광선과 적외선을 투과시키는 듀얼 밴드패스 필터를 포함할 수 있다.
상기 듀얼 밴드패스 필터는, 파장이 350nm 내지 650nm인 가시광선과 파장이 800nm 내지 900nm 인 근적외선을 투과시킬 수 있다.
상기 이미지 처리부는, 상기 고 조도 모드에서, 가시(visible) 이미지로 구성된 제1 데이터베이스로부터 추출된 특징점을 이용하여 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하고, 상기 저 조도 모드에서, 적외선 이미지로 구성된 제2 데이터베이스로부터 추출된 특징점을 이용하여 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출할 수 있다.
상기 이미지 촬영부는, 상기 촬영된 이미지를 보정하는 이미지 보정부를 더 포함할 수 있고, 상기 이미지 보정부는, 상기 고 조도 모드에서, 상기 촬영된 이미지에 대한 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행할 수 있다.
일측에 있어서, 이미지 촬영 장치는, 주변의 조도에 따라 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정하는 제어부; 상기 저 조도 모드에서 대상 영역에 적외선을 조사하는 광원부; 적외선과 가시광선을 투과시키는 듀얼 밴드패스 필터; 상기 듀얼 밴드패스 필터를 투과한 광을 수광하여 이미지를 생성하는 이미지 센서; 및 상기 생성된 이미지를 보정하는 이미지 보정부를 포함한다.
상기 광원부는, 중심이 850nm이고 대역폭이 100nm인 근적외선을 조사할 수 있고, 상기 듀얼 밴드패스 필터는, 파장이 350nm 내지 650nm인 가시광선과 파장이 800nm 내지 900nm 인 근적외선을 투과시킬 수 있다.
상기 이미지 보정부는, 상기 고 조도 모드에서, 상기 촬영된 이미지에 대한 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행할 수 있다.
일측에 있어서, 시점 추적 방법은, 주변의 조도에 따라 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정하는 단계; 상기 동작 모드에 따라 사용자의 이미지를 촬영하는 단계; 및 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 단계를 포함한다.
상기 시점 추적 방법은, 상기 저 조도 모드에서 상기 사용자에게 적외선을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 사용자의 이미지를 촬영하는 단계는, 가시광선과 적외선을 투과시키는 듀얼 밴드패스 필터를 투과한 반사광에 기초하여 상기 사용자의 이미지를 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 사용자의 이미지를 촬영하는 단계는, 상기 동작 모드가 상기 저 조도 모드인 것에 대응하여 상기 사용자의 가시 이미지를 촬영하고, 상기 동작 모드가 상기 고 조도 모드인 것에 대응하여 상기 사용자의 적외선 이미지를 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 단계는, 상기 고 조도 모드에서, 가시(visible) 이미지로 구성된 제1 데이터베이스로부터 추출된 특징점을 이용하여 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 단계는, 상기 저 조도 모드에서, 적외선 이미지로 구성된 제2 데이터베이스로부터 추출된 특징점을 이용하여 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고 조도 모드에서, 상기 촬영된 이미지에 대한 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 시점 추적 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 RGB 픽셀의 분광 분포 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 듀얼 밴드패스 필터를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 가시 이미지와 적외선 이미지의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 가시 이미지에 대한 디모자이킹의 전처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 사용자의 시점 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 이미지 촬영 장치를 도시한 블록도이다.
도 8은 일실시예에 따른 3D 이미지 디스플레이 장치를 도시한 블록도이다.
도 9는 일실시예에 따른 시점 추적 방법을 도시한 플로우 차트이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 실시예가 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.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일실시예에 따른 시점 추적 장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 시점 추적 장치는 이미지 촬영부(110), 이미지 처리부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 또한, 시점 추적 장치는 데이터베이스(140) 및 조도 센서(150)를 포함할 수 있다.
이미지 촬영부(110)는 가시광선 및 적외선을 통해 고 조도 환명 및 저 조도 환경에서 사용자의 이미지를 촬영한다. 이미지 촬영부(110)는 광원부(111), 집광부(112), 듀얼 밴드패스 필터(113), 이미지 센서(114) 및 이미지 보정부(115)를 포함한다.
고 조도 환경은 별도의 적외선 광원을 사용하지 않고 사용자의 시점이 식별 가능한 이미지를 촬영할 수 있는 환경을 의미한다. 예를 들어, 고 조도 환경은 빛이 충분히 조사되는 실내 환경일 수 있다. 저 조도 환경은 사용자의 시점이 식별 가능한 이미지를 촬영하기 위해 별도의 적외선 광원이 요구되는 환경을 의미한다. 예를 들어, 저 조도 환경은 빛이 충분히 조사되지 않는 실내 환경일 수 있다.
광원부(111)는 사용자에게 적외선을 조사한다. 광원부(111)는 저 조도 모드에서 제어부(130)의 제어에 따라 사용자에게 적외선을 조사할 수 있다. 광원부(111)는 중심이 850nm이고 대역폭이 100nm인 근적외선을 조사할 수 있다.
집광부(112)는 가시광선 또는 적외선에 대한 반사광을 집광한다. 집광부(112)는 반사광을 집광하기 위한 집광 렌즈나 핀홀(pinhole)을 포함할 수 있다.
듀얼 밴드패스 필터(113)는 집광부(112)에 의해 집광된 반사광에서 가시광선과 적외선을 투과시킨다. 듀얼 밴드패스 필터(113)는 파장이 350nm 내지 650nm인 가시광선과 파장이 800nm 내지 900nm 인 근적외선을 투과시킬 수 있다. 듀얼 밴드패스 필터(113)는 광학 필터일 수 있다.
다음에서 도 2 및 도 3을 참조하여 듀얼 밴드패스 필터(113)를 상세히 설명한다.
도 2는 일실시예에 따른 RGB 픽셀의 분광 분포 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 파장에 따른 Red, Green, Blue의 투과율이 도시되어 있다. 일반적으로 카메라는 적외선 차단 필터(IR cut-off filter)를 사용하여 인간이 인지하는 가시광(visible light)만 이미지 센서로 수광 한다. 일반적으로 적외선 차단 필터는 350nm 내지 650nm 대역의 광을 통과시킨다. 이미지 촬영부(110)는 적외선을 사용하기 위해 적외선 차단 필터를 사용하지 않는다. 적외선 차단 필터를 사용하지 않을 경우, 촬영 이미지가 전체적으로 붉게 되는 문제점을 갖게 된다.
이미지가 붉어지는 이유는 이미지 센서에서 사용되는 베이어(Bayer) 패턴의 컬러 필터 특성 때문이다. 베이어 패턴의 컬러 필터에서 각각의 픽셀은 Red, Green 또는 Blue 중 하나의 필터를 갖는다. 카메라에서 적외선 차단 필터가 제거되어 350nm 내지 800nm 대역의 광이 들어오면, 도 2에 도시된 것처럼 Red 픽셀의 투과율이 Green 및 Blue 픽셀보다 높아지기 때문에, 이미지가 전체적으로 붉어진다.
듀얼 밴드패스 필터(113)는 적외선 영역에서 특정 부분을 차단하기 때문에, 이미지 촬영부(110)가 적외선 차단 필터를 사용하지 않아도, 이미지가 붉어지지 않을 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 듀얼 밴드패스 필터를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 듀얼 밴드패스 필터(113)는 650nm 내지 800nm 대역의 광을 차단하고, 350nm 내지 650nm의 가시광선과 800nm 내지 900nm의 근적외선을 투과시킨다.
본 명세서의 실시예에서 광원부(111)는 중심이 850nm이고 대역폭이 100nm인 적외선을 조사한다. 따라서, 저 조도 환경에서는 가시광선이 존재하지 않기 때문에, 이미지 센서(114)에 광원부(111)의 적외선에 대한 반사광만 수광된다. 또한, 고 조도 환경에서 광원부(111)는 적외선을 조사하지 않기 때문에, 이미지 센서(114)에 가시광에 대한 반사광만 수광된다. 따라서, 이미지 촬영부(110)는 광원부(111)와 듀얼 밴드패스 필터(113)를 이용하여 고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 사용자의 이미지를 촬영할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 이미지 센서(114)는 듀얼 밴드패스 필터(113)를 투과한 광을 수광한다. 이미지 센서(114)는 수광된 광에 기초하여 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 센서(114)는 CCD(Charge-Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서를 포함할 수 있다.
이미지 보정부(115)는 이미지 센서(114)에 의해 생성된 이미지를 보정한다. 이미지 보정부(115)는 고 조도 환경에서 촬영된 가시(visible) 이미지와 저 조도 환경에서 촬영된 적외선 이미지를 각각 상이한 프로세스로 처리할 수 있다. 예를 들어, 이미지 보정부(115)는 고 조도 환경에서 촬영된 가시 이미지에 대해서는 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행할 수 있다.
다음에서 도 4 및 도 5를 참조하여 이미지 보정부(115)의 동작을 상세히 설명한다.
도 4는 일실시예에 따른 가시 이미지와 적외선 이미지의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면 (a) 가시 이미지 및 (b) 적외선 이미지가 도시되어 있다. (a) 가시 이미지는 고 조도 환경에서 촬영될 수 있고, (b) 적외선 이미지는 저 조도 환경에서 촬영될 수 있다.
(a) 가시 이미지는, 이미지 센서(114)의 픽셀 특성으로 인해, R 채널, Gr 채널, Gb 채널 및 B 채널 이미지로 구성된 베이어 패턴을 포함한다. 따라서, 이미지 보정부(115)는 (a) 가시 이미지의 베이어 패턴을 보정하기 위한 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행한다.
(b) 적외선 이미지는, 모든 픽셀에 동일한 가중치를 갖기 때문에, 특정 패턴을 포함하지 않는다. 따라서, 이미지 보정부(115)는 (b) 적외선 이미지에 대한 특정한 전처리를 수행하지 않는다.
도 5는 일실시예에 따른 가시 이미지에 대한 디모자이킹의 전처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, (a) 디모자이킹 전의 이미지와 (b) 디모자이킹 후의 이미지가 도시되어 있다. (a) 디모자이킹 전의 이미지는 격자 무늬의 베이어 패턴을 포함한다. 이미지 보정부(115)는 (a) 디모자이킹 전의 이미지에서 픽셀 간 사이의 값을 예측하여 디모자이킹의 전처리를 수행한다.
(a) 디모자이킹 전의 이미지는 베이어 패턴을 포함하기 때문에 시점을 검출하기에 적절하지 않다. 따라서, 고 조도 환경에서는, (b) 디모자이킹 후의 이미지와 같이 전처리가 수행된 이미지에 기초하여 사용자의 시점을 검출해야 한다.
다시 도 1을 참조하면, 이미지 처리부(120)는 이미지 보정부(115)에서 출력된 이미지에서 사용자의 시점을 검출한다. 이미지 보정부(115)에서 출력된 이미지는, 고 조도 환경에서는 디모자이킹의 전처리가 수행된 가시 이미지일 수 있고, 저 조도 환경에서는 전처리가 수행되지 않은 적외선 이미지일 수 있다. 본 명세서에서 이미지 보정부(115)에서 출력된 이미지는 촬영된 이미지로 지칭한다. 다시 말해, 이미지 처리부(120)는 촬영된 이미지에서 사용자의 시점을 검출할 수 있다.
이미지 처리부(120)는 촬영된 이미지에서 사용자의 시점을 검출하기 위해 데이터베이스(140)를 이용할 수 있다. 데이터베이스(140)는 가시 이미지로 구성된 제1 데이터베이스와 적외선 이미지로 구성된 제2 데이터베이스를 포함할 수 있다.
제1 데이터베이스는 가시 이미지의 특징점으로 트레이닝될 수 있고, 제2 데이터베이스는 적외선 이미지의 특징점으로 트레이닝될 수 있다. 예를 들어, 제1 데이터베이스는 가시 이미지로부터 트레이닝된 다양한 안면 윤곽의 특징점 및 안면 윤곽의 특징점에 따른 눈의 위치에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 제2 데이터베이스는 적외선 이미지로부터 트레이닝된 다양한 안면 윤곽의 특징점 및 안면 윤곽의 특징점에 따른 눈의 위치에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 또한, 제2 데이터베이스는 적외선 이미지로부터 트레이닝된 다양한 눈의 특징점에 대한 데이터를 포함할 수 있다.
이미지 처리부(120)는, 고 조도 환경에서, 제1 데이터베이스로부터 추출된 특징점을 이용하여 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출할 수 있다. 또한, 이미지 처리부(120)는, 저 조도 환경에서, 제2 데이터베이스로부터 추출된 특징점을 이용하여 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출할 수 있다.
다음에서 도 6을 참조하여 이미지 처리부(120)의 동작을 상세히 설명한다.
도 6은 일실시예에 따른 사용자의 시점 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 고 조도 환경에서 촬영된 가시 이미지와, 가시 이미지에서 시점을 검출한 이미지가 도시되어 있다. 이미지 처리부(120)는 제1 데이터베이스로부터 가시 이미지에 대한 특징점을 추출하여, 사용자의 시점을 검출할 수 있다. 이미지 처리부(120)는, 가시 이미지에서 사용자의 안면에 대한 특징점을 추출하여 사용자의 안면을 검출하고, 결정된 안면에 기초하여 눈을 검출한 뒤, 눈의 중심을 사용자의 시점으로 결정할 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 저 조도 환경에서 촬영된 적외선 이미지와, 적외선 이미지에서 시점을 검출한 이미지가 도시되어 있다. 이미지 처리부(120)는 제2 데이터베이스로부터 적외선 이미지에 대한 특징점을 추출하여, 사용자의 시점을 검출할 수 있다. 이미지 처리부(120)는, 적외선 이미지에서 사용자의 안면에 대한 특징점을 추출하여 사용자의 안면을 검출하고, 결정된 안면에 기초하여 눈을 검출한 뒤, 눈의 중심을 사용자의 시점으로 결정할 수 있다.
도 6의 (c)를 참조하면, 저 조도 환경에서 촬영된 적외선 이미지와, 적외선 이미지에서 시점을 검출한 이미지가 도시되어 있다. 이미지 처리부(120)는 제2 데이터베이스로부터 적외선 이미지에 대한 특징점을 추출하여, 사용자의 시점을 검출할 수 있다. 이미지 처리부(120)는, 사용자의 안면을 검출하지 않고, 제2 데이터베이스로부터 추출한 다양한 눈의 특징점에 기초하여 사용자의 시점으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 이미지 처리부(120)는 눈의 형태에 대한 특징점에 기초하여 사용자의 눈을 검출한 뒤, 눈의 중심을 사용자의 시점으로 결정할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제어부(130)는 주변의 조도에 따라 시점 추적 장치의 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정한다. 제어부(130)는 주변의 조도와 미리 설정된 임계 값을 비교하여, 고 조도 환경에서는 동작 모드를 고 조도 모드로 결정하고, 저 조도 환경에서는 동작 모드를 저 조도 모드로 결정할 수 있다.
조도 센서(150)는 주변의 조도를 감지할 수 있다. 조도 센서(150)는 조도를 감지하기 위해 이미지 촬영 장치의 외부로 노출될 수 있다. 조도 센서(150)는 주변의 조도에 관한 정보를 제어부(130)로 전송할 수 있다.
제어부(130)는 동작 모드에 기초하여 광원부(111), 이미지 보정부(115) 또는 이미지 처리부(120) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 저 조도 모드에서 광원부(111)가 사용자에게 적외선을 조사하도록 광원부(111)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 이미지 보정부(115) 및 이미지 처리부(120)가 주변의 조도에 따라 이미지를 보정 및 처리하도록 이미지 보정부(115) 및 이미지 처리부(120)를 제어할 수 있다.
또한, 광원부(111), 이미지 보정부(115) 및 이미지 처리부(120)는 조도 센서(150)로부터 주변의 조도에 관한 정보를 직접 수신하여 주변의 조도에 맞게 동작할 수 있다.
상기 기재된 다양한 실시예에 따라 시점 추적 장치는 고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 적응적으로 사용자의 시점을 추적할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 이미지 촬영 장치를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 이미지 촬영 장치(200)는 광원부(111), 집광부(112), 듀얼 밴드패스 필터(113), 이미지 센서(114), 이미지 보정부(115), 제어부(130) 및 조도 센서(150)를 포함한다.
제어부(130)는 주변의 조도에 따라 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정한다. 제어부(130)는 주변의 조도와 미리 설정된 임계 값을 비교하여, 고 조도 환경에서는 동작 모드를 고 조도 모드로 결정하고, 저 조도 환경에서는 동작 모드를 저 조도 모드로 결정할 수 있다.
제어부(130)는 동작 모드에 기초하여 광원부(111) 또는 이미지 보정부(115) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 저 조도 모드에서 광원부(111)가 사용자에게 적외선을 조사하도록 광원부(111)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 이미지 보정부(115)가 주변의 조도에 따라 이미지를 보정하도록 이미지 보정부(115)를 제어할 수 있다.
광원부(111)는 저 조도 모드에서 대상 영역에 적외선을 조사한다. 대상 영역은 촬영의 대상이 되는 영역을 의미한다. 광원부(111)는 중심이 850nm이고 대역폭이 100nm인 근적외선을 조사할 수 있다.
집광부(112)는 가시광선 또는 적외선에 대한 반사광을 집광한다. 집광부(112)는 반사광을 집광하기 위한 집광 렌즈나 핀홀(pinhole)을 포함할 수 있다.
듀얼 밴드패스 필터(113)는 집광부(112)에 의해 집광된 반사광에서 가시광선과 적외선을 투과시킨다. 듀얼 밴드패스 필터(113)는 파장이 350nm 내지 650nm인 가시광선과 파장이 800nm 내지 900nm 인 근적외선을 투과시킬 수 있다. 듀얼 밴드패스 필터(113)는 광학 필터일 수 있다.
이미지 센서(114)는 듀얼 밴드패스 필터(113)를 투과한 광을 수광한다. 이미지 센서(114)는 수광된 광에 기초하여 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 센서(114)는 CCD(Charge-Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서를 포함할 수 있다.
이미지 보정부(115)는 이미지 센서(114)에 의해 생성된 이미지를 보정한다. 이미지 보정부(115)는 고 조도 환경에서 촬영된 가시(visible) 이미지와 저 조도 환경에서 촬영된 적외선 이미지를 각각 상이한 프로세스로 처리할 수 있다. 예를 들어, 이미지 보정부(115)는 고 조도 환경에서 촬영된 가시 이미지에 대해서는 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행할 수 있다.
조도 센서(150)는 주변의 조도를 감지할 수 있다. 조도 센서(150)는 조도를 감지하기 위해 이미지 촬영 장치의 외부로 노출될 수 있다. 조도 센서(150)는 주변의 조도에 관한 정보를 제어부(130)로 전송할 수 있다.
이미지 촬영 장치(200)는 광원부(111), 집광부(112), 듀얼 밴드패스 필터(113), 이미지 센서(114), 이미지 보정부(115), 제어부(130) 및 조도 센서(150)를 이용하여 고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 대상 영역의 이미지를 촬영할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 3D 이미지 디스플레이 장치를 도시한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 3D 이미지 디스플레이 장치는 사용자 시점 검출부(310), 3D 이미지 렌더링부(320), 이미지 입력부(330), 3D 디스플레이 구동부(340) 및 조도 센서(150)를 포함한다.
사용자 시점 검출부(310)는 주변의 조도에 따라 저 조도 모드 또는 고 조도 모드의 동작 모드에서 사용자의 이미지를 촬영하고, 상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출한다. 사용자 시점 검출부(310)는 검출된 사용자의 시점에 대한 좌표 값을 상기 3D 이미지 렌더링부(320)로 전송할 수 있다.
사용자 시점 검출부(310)는 이미지 촬영부(110), 이미지 처리부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
이미지 촬영부(110)는 도 1에서 설명된 광원부(111), 집광부(112), 듀얼 밴드패스 필터(113), 이미지 센서(115) 및 이미지 보정부(115)를 포함할 수 있다. 광원부(111), 집광부(112), 듀얼 밴드패스 필터(113), 이미지 센서(115) 및 이미지 보정부(115)에는 도 1에서 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있다.
이미지 처리부(120)는 이미지 보정부(115)에서 출력된 이미지에서 사용자의 시점을 검출한다. 이미지 처리부(120)는 촬영된 이미지에서 사용자의 시점을 검출하기 위해 가시 이미지로 구성된 제1 데이터베이스와 적외선 이미지로 구성된 제2 데이터베이스를 이용할 수 있다.
제어부(130)는 주변의 조도에 따라 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정한다. 제어부(130)는 주변의 조도와 미리 설정된 임계 값을 비교하여, 고 조도 환경에서는 동작 모드를 고 조도 모드로 결정하고, 저 조도 환경에서는 동작 모드를 저 조도 모드로 결정할 수 있다.
제어부(130)는 동작 모드에 기초하여 이미지 촬영부(110) 또는 이미지 처리부(120) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 저 조도 모드에서 광원부(111)가 사용자에게 적외선을 조사하도록 광원부(111)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 이미지 보정부(115)가 주변의 조도에 따라 이미지를 처리하도록 이미지 처리부(120)를 제어할 수 있다.
조도 센서(150)는 주변의 조도를 감지할 수 있다. 조도 센서(150)는 조도를 감지하기 위해 이미지 촬영 장치의 외부로 노출될 수 있다. 조도 센서(150)는 주변의 조도에 관한 정보를 제어부(130)로 전송할 수 있다.
3D 이미지 렌더링부(320)는 검출된 사용자의 시점에 대응하는 3D 이미지를 렌더링한다. 3D 이미지 렌더링부(320)는 스테레오 이미지를 무 안경 3D 디스플레이를 위한 3D 이미지로 렌더링할 수 있다. 3D 이미지 렌더링부(320)는 사용자 시점 검출부(310)로부터 수신한 사용자의 시점에 대한 좌표 값에 대응하는 3D 이미지를 렌더링할 수 있다.
이미지 입력부(330)는 3D 이미지 렌더링부(320)로 이미지를 입력할 수 있다. 3D 이미지 렌더링부(320)는 이미지 입력부(330)에 의해 입력된 이미지를 검출된 사용자의 시점에 대응하는 3D 이미지로 렌더링할 수 있다.
이미지 입력부(330)가 3D 이미지 렌더링부(320)로 입력하는 입력 이미지는 스테레오 이미지일 수 있다. 이미지 입력부(330)는 3D 디스플레이 장치의 내부 저장 장치, 외부 저장 장치 또는 외부 장치와의 통신을 통해 입력 이미지를 수신할 수 있다.
3D 디스플레이 구동부(340)는 3D 이미지 렌더링부(320)로부터 수신한 3D 이미지를 출력한다. 3D 디스플레이 구동부(340)는 무 안경 3D 이미지를 출력하기 위한 디스플레이 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 3D 디스플레이 구동부(340)는 액정 디스플레이 (LCD), 발광 다이오드 (LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
3D 이미지 디스플레이 장치는 사용자 시점 검출부(310), 3D 이미지 렌더링부(320), 이미지 입력부(330), 3D 디스플레이 구동부(340) 및 제어부(130)를 이용하여 고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 사용자의 시점에 대응하는 무 안경 3D 이미지를 디스플레이할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 시점 추적 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 9를 참조하면, 단계(910)에서, 시점 추적 장치는 주변의 조도를 측정한다. 시점 추적 장치는 외부로 노출된 조도 센서를 이용하여 시점 추적 장치 주변의 조도를 측정할 수 있다.
단계(920)에서, 시점 추적 장치는 주변의 조도와 미리 정해진 임계 값을 비교한다. 시점 추적 장치는 주변의 조도와 미리 설정된 임계 값을 비교하여, 고 조도 환경에서는 동작 모드를 고 조도 모드로 결정하고, 저 조도 환경에서는 동작 모드를 저 조도 모드로 결정할 수 있다.
이하 단계(931) 내지 단계(971)에서는 주변의 조도가 미리 정해진 임계 값 이상인 고 조도 모드에 대해 설명한다.
단계(931)에서, 시점 추적 장치는 동작 모드를 고 조도 모드로 설정한다. 시점 추적 장치는 고 조도 모드에 대응되는 광원부의 동작, 촬영된 이미지에 대한 전처리, 사용자의 시점을 검출하는 프로세스를 수행할 수 있다.
단계(941)에서, 시점 추적 장치는 광원부를 턴 오프한다. 따라서, 시점 추적 장치는 적외선의 영향을 받지 않은 가시 이미지를 획득할 수 있다.
단계(951)에서, 시점 추적 장치는 사용자의 가시 이미지를 촬영한다. 시점 추적 장치는 동작 모드가 저 조도 모드인 것에 대응하여 사용자의 가시 이미지를 촬영할 수 있다.
단계(961)에서, 시점 추적 장치는 촬영된 이미지에 대한 디모자이킹의 전처리를 수행한다. 가시 이미지는 격자 무늬의 베이어 패턴을 포함하기 때문에, 시점 추적 장치는, 사용자의 시점을 검출하기 위해, 촬영된 이미지에 대한 디모자이킹의 전처리를 수행한다.
단계(971)에서, 시점 추적 장치는 가시 이미지로 구성된 제1 데이터베이스로부터 추출된 특징점을 이용하여 촬영된 이미지에서 사용자의 시점을 검출한다.
제1 데이터베이스는 가시 이미지의 특징점으로 트레이닝될 수 있다. 예를 들어, 제1 데이터베이스는 가시 이미지로부터 트레이닝된 다양한 안면 윤곽의 특징점 및 안면 윤곽의 특징점에 따른 눈의 위치에 대한 데이터를 포함할 수 있다.
시점 추적 장치는 가시 이미지에서 사용자의 안면에 대한 특징점을 추출하여 사용자의 안면을 검출하고, 결정된 안면에 기초하여 눈을 검출한 뒤, 눈의 중심을 사용자의 시점으로 결정할 수 있다.
이하 단계(932) 내지 단계(962)에서는 주변의 조도가 미리 정해진 임계 값 이하인 저 조도 모드에 대해 설명한다.
단계(932)에서, 시점 추적 장치는 동작 모드를 저 조도 모드로 설정한다. 시점 추적 장치는 저 조도 모드에 대응되는 광원부의 동작, 촬영된 이미지에 대한 전처리, 사용자의 시점을 검출하는 프로세스를 수행할 수 있다.
단계(942)에서, 시점 추적 장치는 광원부를 턴 온한다. 따라서, 시점 추적 장치는 광원부에 의해 조사된 적외선에 따른 적외선 이미지를 획득할 수 있다.
단계(952)에서, 시점 추적 장치는 사용자의 적외선 이미지를 촬영한다. 시점 추적 장치는 동작 모드가 고 조도 모드인 것에 대응하여 사용자의 적외선 이미지를 촬영할 수 있다.
단계(962)에서, 시점 추적 장치는 적외선 이미지로 구성된 제2 데이터베이스로부터 추출된 특징점을 이용하여 촬영된 이미지에서 사용자의 시점을 검출한다.
제2 데이터베이스는 적외선 이미지의 특징점으로 트레이닝될 수 있다. 예를 들어, 제2 데이터베이스는 적외선 이미지로부터 트레이닝된 다양한 안면 윤곽의 특징점 및 안면 윤곽의 특징점에 따른 눈의 위치에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 시점 추적 장치는 적외선 이미지에서 사용자의 안면에 대한 특징점을 추출하여 사용자의 안면을 검출하고, 결정된 안면에 기초하여 눈을 검출한 뒤, 눈의 중심을 사용자의 시점으로 결정할 수 있다.
또한, 제2 데이터베이스는 적외선 이미지로부터 트레이닝된 다양한 눈의 특징점에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 시점 추적 장치는 눈의 형태에 대한 특징점에 기초하여 사용자의 눈을 검출한 뒤, 눈의 중심을 사용자의 시점으로 결정할 수 있다.
단계(980)에서 시점 추적 장치는 3D 렌더링을 수행한다. 시점 추적 장치는 검출된 사용자의 시점에 대한 좌표 값에 대응하는 3D 이미지를 렌더링할 수 있다. 시점 추적 장치는 내부 저장 장치, 외부 저장 장치 또는 외부 장치와의 통신을 통해 입력 이미지를 수신하고, 수신한 입력 이미지를 3D 이미지로 렌더링할 수 있다.
시점 추적 장치는 단계(910) 내지 단계(980)의 방법을 통해 고 조도 환경 및 저 조도 환경에서 사용자의 시점을 검출하고, 검출된 사용자의 시점에 대응하는 3D 이미지 영상을 출력할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 사용자의 이미지를 촬영하는 이미지 촬영부;
    상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 이미지 처리부; 및
    주변의 조도에 따라 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정하고, 상기 동작 모드에 기초하여 상기 이미지 촬영부 또는 상기 이미지 처리부 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 이미지 처리부는
    상기 동작 모드가 상기 저 조도 모드로 결정된 경우, 적외선 광에 기초하여 상기 촬영된 이미지로서 적외선 이미지를 획득하고, 적외선 광 기반의 이미지에서 시점을 검출하는 제1 시점 검출기를 이용하여 상기 적외선 이미지에서 상기 시점을 검출하고,
    상기 동작 모드가 상기 고 조도 모드로 결정된 경우, 가시 광에 기초하여 상기 촬영된 이미지로서 가시 이미지를 획득하고, 가시 광 기반의 이미지에서 시점을 검출하는 제2 시점 검출기를 이용하여 상기 가시 이미지에서 상기 시점을 검출하는,
    시점 추적 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 주변의 조도와 미리 설정된 임계 값을 비교하여, 상기 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정하는,
    시점 추적 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저 조도 모드에서 상기 사용자에게 적외선을 조사하는 광원부
    를 더 포함하는 시점 추적 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원부는,
    중심이 850nm이고 대역폭이 100nm인 근적외선을 조사하는,
    시점 추적 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 촬영부는,
    가시광선과 적외선을 투과시키는 듀얼 밴드패스 필터를 포함하는,
    시점 추적 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 듀얼 밴드패스 필터는,
    파장이 350nm 내지 650nm인 가시광선과 파장이 800nm 내지 900nm 인 근적외선을 투과시키는,
    시점 추적 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 촬영부는,
    상기 촬영된 이미지를 보정하는 이미지 보정부
    를 더 포함하고,
    상기 이미지 보정부는,
    상기 고 조도 모드에서, 상기 촬영된 이미지에 대한 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행하는,
    시점 추적 장치.
  9. 주변의 조도에 따라 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정하는 제어부;
    상기 저 조도 모드에서 대상 영역에 적외선을 조사하는 광원부;
    적외선과 가시광선을 투과시키는 듀얼 밴드패스 필터;
    상기 듀얼 밴드패스 필터를 투과한 광을 수광하여 이미지를 생성하는 이미지 센서; 및
    상기 동작 모드가 상기 저 조도 모드로 결정된 경우, 적외선 광에 기초하여 상기 이미지 센서로부터 적외선 이미지를 획득하고, 적외선 광 기반의 이미지에서 시점을 검출하는 제1 시점 검출기를 이용하여 상기 적외선 이미지에서 상기 시점을 검출하고,
    상기 동작 모드가 상기 고 조도 모드로 결정된 경우, 가시 광에 기초하여 상기 이미지 센서로부터 가시 이미지를 획득하고, 가시 광 기반의 이미지에서 시점을 검출하는 제2 시점 검출기를 이용하여 상기 가시 이미지에서 상기 시점을 검출하는,
    를 포함하는 이미지 촬영 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광원부는,
    중심이 850nm이고 대역폭이 100nm인 근적외선을 조사하고,
    상기 듀얼 밴드패스 필터는,
    파장이 350nm 내지 650nm인 가시광선과 파장이 800nm 내지 900nm 인 근적외선을 투과시키는,
    이미지 촬영 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고 조도 모드에서, 상기 이미지에 대한 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행하는 이미지 보정부를 더 포함하는,
    이미지 촬영 장치.
  12. 주변의 조도에 따라 동작 모드를 저 조도 모드 또는 고 조도 모드로 결정하는 단계;
    상기 동작 모드에 따라 사용자의 이미지를 촬영하는 단계; 및
    상기 촬영된 이미지에서 상기 사용자의 시점을 검출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 시점을 검출하는 단계는
    상기 동작 모드가 상기 저 조도 모드로 결정된 경우, 적외선 광에 기초하여 상기 촬영된 이미지로서 적외선 이미지를 획득하되, 적외선 광 기반의 이미지에서 시점을 검출하는 제1 시점 검출기를 이용하여 상기 적외선 이미지에서 상기 시점을 검출하는 단계; 및
    상기 동작 모드가 상기 고 조도 모드로 결정된 경우, 가시 광에 기초하여 상기 촬영된 이미지로서 가시 이미지를 획득하되, 가시 광 기반의 이미지에서 시점을 검출하는 제2 시점 검출기를 이용하여 상기 가시 이미지에서 상기 시점을 검출하는 단계
    를 포함하는, 시점 추적 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저 조도 모드에서 상기 사용자에게 적외선을 조사하는 단계
    를 더 포함하는 시점 추적 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 사용자의 이미지를 촬영하는 단계는,
    가시광선과 적외선을 투과시키는 듀얼 밴드패스 필터를 투과한 반사광에 기초하여 상기 사용자의 이미지를 촬영하는 단계를 포함하는,
    시점 추적 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 사용자의 이미지를 촬영하는 단계는,
    상기 동작 모드가 상기 저 조도 모드인 것에 대응하여 상기 가시 이미지를 촬영하고, 상기 동작 모드가 상기 고 조도 모드인 것에 대응하여 상기 적외선 이미지를 촬영하는 단계를 포함하는,
    시점 추적 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서,
    상기 고 조도 모드에서, 상기 촬영된 이미지에 대한 디모자이킹(demosaicing)의 전처리를 수행하는 단계
    를 더 포함하는 시점 추적 방법.
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