KR102286945B1 - 영상 촬영 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

영상 촬영 시스템 및 그 방법이 개시된다. 일 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템 및 그 방법은 회전 거울을 이용한 거울 면의 반사 각 제어를 통해 광 경로를 변경시킴에 따라 한 대의 카메라로 여러 촬영 각도 또는 넓은 촬영 폭으로 연속적인 영상을 획득할 수 있다.

Description

영상 촬영 시스템 및 그 방법 {Image capturing system and method thereof}

본 발명은 보다 해상도 높은 화질을 얻기 위해서 카메라의 렌즈 배율을 유지하면서 화각을 넓히거나 카메라 시점을 늘리기 위한 영상 촬영 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

영상을 획득하기 위한 카메라는 일반적으로 렌즈와 이미지 센서를 포함한다. 이동하는 물체를 촬영하기 위해서 라인 스캔 카메라(line scan camera) 또는 에어리어 스캔 카메라(area scan camera)를 이용한다. 예를 들어, 컨베이어 벨트(conveyor belt)와 같은 이동대를 통해 이동하는 물품을 촬영하기 위해, 물품에 조명을 조사한 후 라인 스캔 카메라 또는 에어리어 스캔 카메라에 의해 물품으로부터 반사된 광을 검출하여 이미지 데이터를 획득한다.

라인 스캔 카메라나 에어리어 스캔 카메라를 이용한 이미지 획득 기술은 그 용도에 따라 물류, 공장 자동화(FA), 검사 공정 등의 자동화에 적용될 수 있으며, 물품의 위치, 크기, 모양, 인식 마크나 문자의 판독, 결함 검사 등 그 응용 분야가 다양하다.

그런데, 카메라가 촬영해야 할 폭이 넓거나 촬영 각이 다양해야 하는 경우에는 카메라를 여러 대 설치해야 한다. 카메라를 한 대 설치하려면 카메라 몸체와 렌즈가 필요하고, 거치대도 필요하며, 이를 인식하거나 후처리 하려면 뒷 단의 영상 서버도 필요하다. 만일 프레임률이 필요 이상으로 높은 카메라가 있다면 남는 프레임을 이용하여 중복되지 않는 곳에 사용한다면 경제성이 높아질 것이다.

일 실시 예에 따라, 해상도 높은 화질을 얻기 위해서 카메라의 렌즈 배율을 유지하면서 화각을 넓히거나 카메라 시점을 늘릴 수 있는 영상 촬영 시스템 및 그 방법을 제안한다.

일 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템은, 회전 축을 중심으로 회전하는 날개에 부착된 거울 면의 반사 각에 따라 카메라로 입력되는 광 경로를 변경시키거나 광을 통과시키는 회전 거울과, 회전 거울을 회전 시키는 거울 구동부와, 회전 거울에 반사된 광이나 이를 통과한 광으로부터 영상을 획득하는 카메라를 포함한다.

회전 거울은 거울 면이 회전 축과 수직 관계를 가지는 날개를 포함하며, 회전을 통해 회전 거울의 날개가 카메라를 개방 시키면 광을 직접 통과 시키고 카메라를 가리면 회전 거울에 반사된 광을 카메라로 입사 시킬 수 있다.

회전 거울은 회전 축을 중심으로 다수 개의 날개를 적층하여 구성하되, 회전 축과 각 날개의 거울 면이 서로 수직 관계를 유지하도록 유니버셜 조인트 형태로 회전 축을 연결하고 회전 축의 각 마디에 날개를 달아 각 날개를 회전시킬 수 있다.

영상 촬영 시스템은, 회전 거울의 회전속도를 카메라의 촬영속도와 동기화 하여 카메라가 매 프레임 마다 직접 통과 영상이나 거울 반사 영상을 얻도록 회전 시키고, 회전 거울의 위상을 카메라 셔터와 동기화 시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

카메라는 회전 거울의 회전 시에, 회전 거울의 거울 면이 개방되었을 때 회전 거울의 거울 면을 통과한 광을 검출하여 대상체에 대한 제1 영상을 획득하고, 회전 거울의 거울 면에 반사될 때 반사되는 광을 검출하여 대상체에 대한 제2 영상을 획득함에 따라, 단일의 카메라의 촬영 각이 다양해질 수 있다. 대상체는 동일하거나 서로 상이할 수 있다.

영상 촬영 시스템은 회전 거울의 거울 면에 반사되거나 통과한 광의 경로를 변경하기 위한 고정 거울을 더 포함할 수 있다.

회전 거울은 거울 면과 평행한 회전 축을 중심으로 회전하여 반사 각을 조정할 수 있다.

영상 촬영 시스템은, 대상체까지의 거리, 위치, 부피 중 적어도 어느 하나를 검출하여 대상체까지의 거리를 측정하는 측정부와, 측정부의 측정 거리를 이용하여 초점이 맞는 광 경로를 선택하고 선택된 광 경로를 형성하는 반사 각을 가지도록 회전 거울을 회전 시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

카메라는 렌즈와, 렌즈를 통과하여 대상체의 상이 맺히는 센서 면이 렌즈의 중심축과 수직하지 않고 기울어지게 배치된 이미지 센서를 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따른 영상 촬영 방법은, 회전 거울의 회전 시 회전 축을 중심으로 회전하는 날개에 부착된 거울 면의 반사 각에 따라 카메라로 입력되는 광 경로를 변경시키거나 광을 통과 시키는 단계와, 카메라를 이용하여, 회전 거울에 반사된 광이나 이를 통과한 광으로부터 영상을 연속으로 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

연속으로 획득하는 단계는, 회전 거울의 회전 시에, 회전 거울의 거울 면이 개방되었을 때 회전 거울의 거울 면을 통과한 광을 검출하여 대상체에 대한 제1 영상을 획득하고, 회전 거울의 거울 면에 반사될 때 반사되는 광을 검출하여 대상체에 대한 제2 영상을 획득할 수 있다.

영상 촬영 방법은, 고정 거울을 이용하여, 회전 거울의 거울 면에 반사되거나 통과한 광의 경로를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

영상 촬영 방법은, 연속으로 획득된 다수의 영상 중에서 초점이 맞는 하나 또는 다수의 영상을 선택하여 해당 영상 내에 포함된 대상체의 식별표지를 인식하는 단계를 더 포함할 수 있다.

영상 촬영 방법은, 대상체까지의 거리를 측정하는 단계를 더 포함하고, 광 경로를 변경시키거나 광을 통과 시키는 단계는 측정된 거리에 따라 대상체로부터 초점이 맞는 영상을 획득하기 위한 광 경로를 선택할 수 있다.

회전 거울을 회전 축을 중심으로 회전 시키는 단계에서, 회전 거울의 회전속도를 카메라의 촬영속도와 동기화 하여 카메라가 매 프레임 마다 직접 통과 영상이나 거울 반사 영상을 얻도록 회전 시킬 수 있다.

일 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템 및 그 방법에 따르면, 카메라 앞에 형성된 회전 거울의 거울 면 반사 각 제어를 통해 카메라의 촬영 각이 다양해져 단일의 카메라를 통해 서로 다른 대상체를 촬영할 수 있다. 회전 거울의 거울 면 반사 각 제어를 통해 카메라의 촬영 폭이 넓어져 단일의 카메라를 통해 폭이 넓은 대상체를 촬영할 수도 있다. 나아가, 회전 거울의 거울 면 반사 각 제어를 통해 단일의 카메라의 화각 및 초점거리를 조정함에 따라 카메라의 화각을 넓히거나 다양한 화각의 영상을 획득하거나 다양한 높이를 가지는 대상체의 영상을 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 카메라가 직접 통과 영상을 획득하는 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 카메라가 거울 반사 영상을 획득하는 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전 거울의 제1 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전 거울의 제2 구조를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라의 촬영 가능 폭을 넓히는 영상 촬영 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 측면 구조를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 정면 구조를 도시한 도면,
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 회전 거울의 회전을 통한 반사 각 조정을 통해 카메라의 화각 및 초점거리를 조정하는 예를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전 거울의 구조를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라의 대상체의 높이 전체에 대해서 동작 가능한 초점 면을 형성하는 영상 촬영 시스템의 구조를 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 촬영 방법의 흐름을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.

그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.

에어리어(Area) 이미지 센서를 가진 카메라의 경우에 연속 촬영(동영상)을 할 수가 있는데, 이 경우에 이동하는 물체(이동체, 이하, '이동체'라 칭함)를 촬영하면 중복되는 정보들이 많이 발생한다. 카메라의 성능이 높아지면서 더욱 그런 상황이 발생하게 된다. 그런데 이동하는 물체의 속도가 그 정도로 빠르지 않다면 프레임률(Frame rate)이 높아도 이를 활용하지 않게 된다.

이에 반해서 촬영해야 할 폭이 넓거나 촬영 각이 다양해야 하는 경우에는 카메라를 여러 대 설치해야 한다. 카메라를 한 대 설치하려면 카메라 몸체와 렌즈가 필요하고, 거치대도 필요하며, 이를 인식하거나 후처리 하려면 뒷 단의 영상 서버도 필요하다. 만일 프레임률이 필요 이상으로 높은 카메라가 있다면 남는 프레임을 이용하여 중복되지 않는 곳에 사용한다면 경제성이 높아질 것이다.

카메라 앞에 거울을 달고 거울을 거울 구동부로 제어하여 거울의 반사 각을 조정하면서 카메라 촬영 각을 변경하는 방법도 있다. 그런데, 예를 들어 카메라의 프레임률이 30fps라면 이 방법으로는 거울 각을 초당 30번 각을 바꾸는 제어를 하기에는 기계적인 무리가 발생할 수도 있다. 본 발명은 이와는 다른 방식으로 한 대의 카메라로 여러 촬영 각도 또는 넓은 촬영 폭으로 연속적인 영상을 획득하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

이하, 전술한 특징을 가지는 영상 촬영 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 대해 후술하는 도면들을 참조로 하여 상세히 후술한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 영상 촬영 시스템(1)은 회전 거울(12), 거울 구동부(14) 및 카메라(16)를 포함하며, 고정 거울(10) 및 제어부(18)를 더 포함할 수 있다.

회전 거울(12)은 회전 축을 중심으로 회전하는 날개에 부착된 거울 면의 반사 각에 따라 카메라(16)로 입력되는 광 경로를 변경시키거나 광을 통과 시킨다. 예를 들어, 회전 거울(12)은 회전 축을 중심으로 카메라(16)의 렌즈 앞쪽에서 회전하면서 반사 각을 조정하여 대상체(100-1, 100-2)로부터 반사된 광을 통과 시키거나 대상체(100-1, 100-2)로부터 반사된 광을 반사 시켜 카메라(16)로 입사 시킨다. 회전 거울(12)의 날개는 회전 축의 회전 방향과는 수직 방향으로 회전할 수 있다. 회전 거울(12)은 일정한 속도로 회전할 수 있고, 제어부(18)의 제어신호 인가 시 회전할 수도 있다. 거울 구동부(14)는 회전 거울(12)을 회전 시킨다. 거울 구동부(14)는 모터일 수 있다. 대상체(100-1, 100-2)는 이동체일 수 있다. 예를 들어, 컨베이어 벨트(conveyor belt)와 같은 이동대를 통해 이동하는 물품일 수 있다.

카메라(16)는 회전 거울(12)을 통과한 광을 검출하여 제1 영상을 획득하고 회전 거울(12)에 반사된 광을 검출하여 제2 영상을 획득한다. 예를 들어, 카메라(16)는 제1 대상체(100-1)로부터 회전 거울(12)을 통과한(회전 거울에 반사되지 않는) 광으로부터 제1 영상을 획득할 수 있고, 제2 대상체(100-2)로부터 회전 거울(12)에 반사된 광으로부터 제2 영상을 획득할 수 있다. 도 1에서는 서로 상이한 대상체(100-1, 100-2)를 대상으로 하고 있으나, 대상체는 서로 동일할 수도 있다.

제어부(18)는 거울 구동부(14)에 제어신호를 인가하여 회전 거울(12)을 회전 시키도록 한다. 제어부(18)는 회전 거울(12)의 회전속도를 카메라(16)의 촬영속도(fps)와 동기화 하여 카메라(16)가 매 프레임 마다 직접 통과 영상이나 거울 반사 영상을 얻도록 회전 시킨다. 또한, 회전 거울(12)의 위상을 카메라(16)의 셔터와 동기화 시킨다. 예를 들어, 회전 거울(12)의 1회전에 4회 촬영이 되는 경우 회전 거울(12)이 초당 7.5회전을 하면 된다. 물론 회전 거울(12)의 위상도 카메라(16)의 셔터와 동기화 되어야 한다. 이렇게 구성하면 30fps 프레임률을 가진 하나의 카메라(16)로 카메라 두 개를 다른 각도로 설치하여 15fps 프레임률을 가지는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

고정 거울(10)은 고정된 형태로, 회전 거울(12)을 통과한 광의 경로를 변경한다. 회전 거울(12)을 통과한 광의 경로를 변경하기 위한 고정 거울(10)은 있을 수도 있고 없을 수도 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 카메라가 직접 통과 영상을 획득하는 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 회전하는 회전 거울(12)의 날개가 카메라(16)를 가리지 않으면, 카메라(16)가 직접 대상체(100)로부터 반사된 광을 검출하여 직접 영상을 획득한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 카메라가 거울 반사 영상을 획득하는 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 회전하는 회전 거울(12)이 카메라(16)의 렌즈를 가로 막고 있으면 카메라(16)가 회전 거울(12)로부터 반사된 광을 검출하여 영상을 획득한다. 고정 거울(10)이 있는 경우, 고정 거울(10)에 반사된 광이 회전 거울(12)에 다시 반사되어 카메라(16)가 회전 거울(12)로부터 반사된 광을 검출하여 영상을 획득할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전 거울의 제1 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 회전 거울(12)은 회전 축(120)을 중심으로 회전하며, 날개(122)를 가진다. 회전 거울(12)의 거울 면은 회전 축(120)과 수직 관계이며, 프로펠러와 같이 회전 축(120)을 중심으로 회전한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전 거울의 제2 구조를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 회전 거울(12)은 회전 축(120)을 중심으로 날개(122)를 여러 개로 적층하여 구성하고, 각 날개(122)의 꺽인 각도를 달리 해서 반사되는 면을 변경하는 구조를 가진다. 이때, 날개(122)가 뒤로 꺽인 정도가 다를 수 있고, 혹은 개방된 날개(122)가 있을 수도 있다. 실험을 통해 회전거울(12)의 거울 면의 각도가 회전 축(120)과 수직이 아니고 꺽이면 획득되는 영상이 흔들려서 깨끗한 영상을 얻기 어려움을 확인하였다. 그래서 이를 대신하기 위한 방법으로, 회전 축(120)과 회전 거울(12)의 거울 면이 수직관계를 유지하도록 유니버셜 조인트(예를 들어, 플렉시블 비트 혹은 코브라 비트(드릴)) 형태로 회전 축(120)을 연결하고 회전 축(120)의 각 마디에 회전거울(12)의 날개(122)를 달아 각 날개(122)를 회전시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라의 촬영 가능 폭을 넓히는 영상 촬영 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템(1)은 도 1을 참조로 하여 전술한 영상 촬영 시스템과 같이 카메라(16)가 다 각도로 촬영할 뿐만 아니라, 카메라(16)의 해상도를 높이는 데도 적용될 수 있다. 즉, 카메라(16)의 높은 프레임률을 보다 넓은 영역의 폭을 촬영하는데 이용하는 것이다. 해당 방식은 회전 거울(12)을 이용하여 분할 영상들을 획득함에 따라 단일의 카메라(16)의 촬영 가능 폭을 넓히는 방식이다.

도 6을 참조하면, 거울 구동부(14)에 의해 회전하는 회전 거울(12)을 이용하여 동일한 대상체(100)의 양쪽을 번갈아 가면서 촬영함으로써 넓은 범위를 촬영하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 회전 거울(12)의 회전을 이용하여 다수의 화각을 획득함에 따라 촬영 가능 폭을 넓힐 수 있다. 예를 들어, 회전 거울(12)의 회전 시, 회전 거울(12)의 날개가 카메라(16)를 가리지 않는 위치에 있는 경우 카메라(16)가 직접 대상체(100)의 한쪽(예를 들어, 우측)으로부터 반사된 광을 검출함에 따라 대상체(100)의 제2 분할영상을 획득한다. 이에 비해, 회전 거울(12)의 회전 시, 회전 거울(12)의 날개가 카메라(16)를 가리는 위치에 있는 경우 대상체(100)로부터 회전 거울(12)에 의해 반사된 광을 카메라(16)가 검출함에 따라 대상체(100)의 다른 한쪽(예를 들어, 좌측)으로부터 제1 분할영상을 획득한다. 이때, 제어부(18)는 회전 거울(12)의 회전을 통해 반사 각을 제어하여 카메라(16)가 대상체(100)에 대한 제1 분할영상과 제2 분할영상을 획득하도록 한다. 이에 따라, 폭이 넓은 대상체(100)를 카메라(16)를 통해 촬영할 때 카메라의 화각이 좁으면 빠르게 회전하는 회전 거울(12)을 이용하여 화각을 넓힘에 따라 폭이 넓은 대상체(100)를 단일의 카메라(16)를 통해 촬영할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 측면 구조를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 영상 촬영 시스템(1)은 회전하는 회전 거울(12)의 반사 각을 조정하여 광 경로를 변경 시킴에 따라 카메라(16)의 화각 및 초점거리를 조정한다.

일반적으로 카메라로부터 대상체까지의 거리 차이가 큰 경우, 일정 이상의 해상도를 얻으려면 줌 렌즈를 사용해야 한다. 줌 렌즈를 사용하지 않으면, 가까울 때와 멀 때를 모두 촬영하기 위해서 초점거리가 짧은 렌즈를 사용해야 하는데, 그렇게 되면 거리가 약간 멀어지면 해상도(대상체의 분해능)가 급격히 떨어지게 된다. 이를 보완하기 위해서 여러 대의 카메라를 이용하기도 한다. 줌 렌즈를 사용할 수도 있겠지만 산업현장이나 물류센터 등에서는 반복되는 줌 조정이 내구성에 영향을 줄 수도 있고 고속으로 조정하기 어렵기도 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 자동으로 반사 각도 조정이 가능한 반사 거울을 이용하여 광 경로를 선택적으로 변경함으로써 화각과 초점거리를 변경하는 방법을 제안한다. 도 1을 참조로 하여 전술한 영상 촬영 시스템의 회전 거울과의 차이는 도 1의 회전 거울은 프로펠러와 같이 거울 면에 수직인 회전 축을 중심으로 회전하는데 반해서, 도 7의 회전 거울(12)은 거울 면과 평행한 회전 축(120)을 기준으로 회전하면서 반사 각을 조정한다는 점에서 차이가 있다.

이하, 도 7의 영상 촬영 시스템의 구조에 대해 설명한다.

도 7을 참조하면, 영상 촬영 시스템은 제1 고정 거울(10-1), 제2 고정 거울(10-2), 회전 거울(12)을 포함한다.

회전 거울(12)은 카메라(16) 앞에 형성되어, 회전 축(120)을 중심으로 회전하면서 반사 각을 조정하여 광 경로를 변경시킴에 따라 카메라(16)의 화각 및 초점거리를 조정한다. 예를 들어, 카메라(16)는 회전 거울(12)의 거울 면 반사 각이 제1 고정 거울(10-1)을 향할 때 제1 화각 및 제1 초점거리를 형성하여 대상체(100)로부터 제1 고정 거울(10-1)을 통해 반사되는 제1 영상을 획득한다. 회전 거울(12)의 거울 면 반사 각이 제2 고정 거울(10-2)을 향할 때는 카메라(16)가 제2 화각 및 제2 초점거리를 형성하여 대상체(100)로부터 제2 고정 거울(10-2)을 통해 반사되는 대상체(100)의 제2 영상을 획득한다. 회전 거울(12)의 거울 면이 개방되었을 때는 카메라(16)가 제3 화각 및 제3 초점거리를 형성하여 대상체(100)로부터 회전 거울(12)을 통과한 대상체(100)의 제3 영상을 획득한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 정면 구조를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면,　회전 거울(12)을 이용한 카메라의 광 경로 변경을 통해 넓은 카메라의 화각을 확보하면서 카메라(16)의 초점거리를 조정할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 카메라(16) 앞에 회전 거울(12)을 두고 회전 거울(12)을 회전시키며 반사된 빛이 제1 고정 거울(10-1) 및 제2 고정 거울(10-2)에 반사되어 대상체(100)로 향할 수 있도록 구성할 수 있다. 이렇게 하면 초점 면을 조정할 수 있을 뿐 아니라 촬영 가능 폭을 조정할 수 있게 되어 도 8의 좌측에 도시된 바와 같이 카메라(16) 한 대를 이용하면서도 촬영 가능 폭 범위를 넓게 만들 수 있다. 이 경우, 카메라(16)의 광 경로 변경에 따라 카메라(16)로부터 대상체(100)의 초점 면까지의 거리도 상이해짐에 따라, 높이가 서로 상이한 대상체들을 대상으로 각 대상체의 식별표지를 인식할 수 있다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템의 회전 거울의 회전을 통한 반사 각 조정을 통해 카메라의 화각 및 초점거리를 조정하는 예를 도시한 도면이다.

영상 촬영 시스템이 주로 사용할 대상과 목표는 높이 차이가 큰 화물의 촬영하여 화물 상단의 식별표지를 인식하는 데 있다. 식별표지는 바코드, QR 코드, 문자, 도형 등이 있다. 이하, 바코드를 중심으로 설명하고자 하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

박스가 적재된 팔렛은 높이가 500mm ~ 1900mm 정도까지 되는데, 어떤 상품이 적재되어 있는지를 알려면 화물에 인쇄된 바코드를 인식해야 한다. 팔렛은 지게차로 이동되기도 하고 팔렛 컨베이어 위에서 옮겨지기도 한다. 향후 이송 로봇이나 무인지게차로 옮겨질 수 있다. 이송 속도가 아주 빠르지는 않지만 입고, 출고될 때 어떤 팔렛이 나가고 들어왔는지 입출고 관리가 필요한데, 이를 자동화 하고자 한다. 팔렛의 높이 편차가 크기 때문에 이를 처리하려면 일반적으로 카메라가 여러 대 필요하다. 그러나 일 실시 예에 따른 영상 촬영 시스템은 한 대의 카메라 혹은 소수의 카메라로 이를 달성하고자 한다.

카메라는 초점 문제와 화각 문제가 있다. 화각을 넓히면 거리가 멀어질수록 해상도는 급격히 떨어진다. 화각을 좁게 하면 설치 거리가 멀어져야 한다. 양자 모두 거리에 따라 자동 초점 조정이 필요하다. 본 발명은 회전 거울(12)의 회전을 통한 반사 각 제어를 통해 다양한 광 경로를 형성하여 카메라의 화각 및 초점거리를 조정한다. 이를 위해, 측정부(19)가 대상체까지의 거리, 위치, 부피 중 적어도 어느 하나를 검출하여 대상체까지의 거리를 측정할 수 있다. 측정부(19)는 대상체까지의 거리를 초음파, 적외선 센서 등을 이용하여 단순히 거리를 측정할 수도 있고, 3차원 센서 등을 이용하여 위치, 부피 등을 측정할 수도 있다. 즉 물품의 크기에 따라서 달라질 수 있는 대상체까지의 거리를 보다 정확하게 측정할 수도 있다.

제어부(18)는 측정부(19)의 측정 거리정보를 획득하고, 획득된 측정 거리를 이용하여 대상체의 높이를 판단한다. 그리고 판단된 대상체의 높이에 초점을 맞추기 위한 광 경로를 선택하고 회전 거울(12)이 선택된 광 경로를 형성하는 반사 각을 가지도록 거울 구동부(미도시)에 제어신호를 인가하여 회전 거울(12)을 회전 시킨다. 대상체는 화물이나 화물을 실은 팔렛일 수 있다. 카메라(16)는 높이가 상이한 대상체가 통과하는 동안 회전 거울(12)의 회전을 통한 반사 각 제어를 통해 대상체를 촬영하여 각 대상체의 높이에 따라 대상체의 상면에 초점 면을 형성하고 해당 초점 면으로부터 영상을 획득할 수 있다.

도 9를 참조하면, 회전 거울(12)의 회전에 따라 회전 거울(12)의 거울 면이 개방되었을 때는 카메라(16)가 제3 화각 및 제3 초점거리를 형성하여 낮은 화물(팔렛)로부터 회전 거울(12)을 통과한 영상을 획득할 수 있다. 이때, 낮은 화물(팔렛)의 상면 위치에 초점이 형성되므로, 낮은 화물(팔렛)의 식별표지를 인식하기에 적합하다.

도 10을 참조하면, 회전 거울(12)의 회전에 따라 회전 거울(12)의 거울 면 반사 각이 제1 고정 거울(10-1)을 향할 때 제1 화각 및 제1 초점거리를 형성하여 중간 화물(팔렛)로부터 제1 고정 거울(10-1)을 통해 반사되는 영상을 획득할 수 있다. 이때, 중간 화물(팔렛)의 상면 위치에 초점 면에 초점이 형성되므로, 중간 화물(팔렛)의 식별표지를 인식하기에 적합하다.

도 11을 참조하면, 회전 거울(12)의 회전에 따라 회전 거울(12)의 거울 면 반사 각이 제2 고정 거울(10-2)을 향할 때는 카메라(16)가 제2 화각 및 제2 초점거리를 형성하여 높은 화물(팔렛)로부터 제2 고정 거울(10-2)을 통해 반사되는 영상을 획득한다. 이때, 높은 화물(팔렛)의 상면 위치에 초점이 형성되므로, 높은 화물(팔렛)의 식별표지를 인식하기에 적합하다.

도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전 거울의 구조를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 회전 거울(12)은 회전 축(120)을 중심으로 회전하며, 회전 거울(12)의 거울 면이 회전 축(120)과 평행하다. 회전 거울(12)은 거울 구동부(14)와 연결되며, 거울 구동부(14)는 제어부(18)의 제어신호 인가에 따라 회전 축(120)을 회전시켜 회전 축(120)에 고정된 회전 거울(12)을 회전 시킨다. 회전 거울(12)의 회전에 따라 회전 거울(12)의 거울 면의 반사 각도가 달라지며, 달라지는 반사 각도를 이용하여 카메라의 화각 및 초점거리를 조정할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라의 대상체의 높이 전체에 대해서 동작 가능한 초점 면을 형성하는 영상 촬영 시스템의 구조를 도시한 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조로 하여 전술한 바와 같이 광 경로가 다르더라도 대상체의 초점 면이 몇 개로 나누어지게 되는데, 각 초점 면 사이에 위치하는 대상체는 초점이 맞지 않을 수도 있다. 따라서, 초점을 맞추기 위한 자동 초점 조정장치가 별도로 필요하다. 일 실시 예에 따른 카메라(16)는 조명(1310)을 비춘 상태에서 이미지 센서를 기울이고 기울어진 센서 면을 이용하여 영상을 촬영함에 따라, 별도의 자동 초점 조정장치 없이도 도 13에 도시된 바와 같이 대상체(100)의 높이 전체에 대해서 동작 가능한 초점 면을 생성하고자 한다.

일반적으로 카메라의 이미지 센서는 렌즈와 평행하게, 즉 렌즈의 중심축에 수직하게 배치된다. 그러나 일 실시 예에 따른 카메라(16)는 이미지 센서를 기울어지게 배치한다. 대상체(100)의 크기나 이동 위치에 따라 변화하는, 렌즈에서 대상체(100)까지의 최소 거리에 대응되는 제1 지점과, 렌즈에서 대상체(100)까지의 최대 거리에 대응되는 제2 지점이 이미지 센서의 센서 면의 양 끝 단에 위치하도록 기울어지게 배치될 수 있다. 이 경우, 기울어진 이미지 센서의 센서 면과 대응하는 대상체(100)의 각 초점 면(1300-1, 1300-2, 1300-3) 또한 도 13에 도시된 바와 같이 기울어지게 생성된다. 회전 거울(12)의 회전에 따라 회전 거울(12)의 거울 면 반사 각이 제2 고정 거울(10-2)을 향할 때의 제1 초점 면(1300-1), 회전 거울(12)의 거울 면 반사 각이 제1 고정 거울(10-1)을 향할 때의 제2 초점 면(1300-2), 광이 회전 거울(12)의 거울 면을 통과할 때의 제3 초점 면(1300-3)이 각각 형성된다. 각 초점 면(1300-1, 1300-2, 1300-3)을 합하면 대상체(100)의 높이 전체에 대해서 동작 가능한 초점 면이 형성됨을 확인할 수 있다. 도 13에서 편의상 반사되는 빛을 삭제하지 않았다.

한편 본 발명의 실시 예에서는 이동체 인식을 위한 영상 촬영 시스템을 위주로 설명하였으나, 다양한 용도의 영상 검사 장치, 획득 장치, 촬영 장치에도 적용될 수 있고 그 용도가 본 발명의 실시 예에 한정되지는 않는다. 따라서 이동체는 물류뿐만 아니라 이동하는 물체를 촬영하여 인식하는 다양한 용도에 적용될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 촬영 방법의 흐름을 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 영상 촬영 시스템은 회전 거울을 회전 축을 중심으로 회전 시킨다(1410). 이때, 회전 거울의 회전 시 회전 축을 중심으로 회전하는 날개에 부착된 거울 면의 반사 각에 따라 카메라로 입력되는 광 경로를 변경시키거나 광을 통과 시킨다(1420). 회전 거울을 회전 축을 중심으로 회전 시키는 단계(1410)에서, 회전 거울의 회전속도를 카메라의 촬영속도와 동기화 하여 카메라가 매 프레임 마다 직접 통과 영상이나 거울 반사 영상을 얻도록 회전 시킬 수 있다.

이어서, 카메라를 이용하여, 회전 거울에 반사된 광이나 이를 통과한 광으로부터 영상을 연속으로 획득한다(1430).

연속으로 획득하는 단계(1430)에서, 카메라는 회전 거울의 거울 면이 개방되었을 때 회전 거울을 통과한 광을 검출하여 대상체에 대한 제1 영상을 획득하고, 회전 거울의 거울 면으로부터 반사되는 광을 검출하여 대상체에 대한 제2 영상을 획득할 수 있다. 이에 따라, 회전 거울의 거울 면 반사 각 제어를 통해 카메라의 촬영 각이 다양해져 단일의 카메라를 통해 서로 다른 대상체를 촬영할 수 있다. 대상체는 동일할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다.

연속으로 획득하는 단계(1430)에서, 카메라는 회전 거울의 거울 면 반사 각이 고정거울을 향할 때는 고정거울로부터 반사되는 광을 검출하여 제1 대상체의 한 쪽에 대한 제1 분할영상을 획득할 수 있다. 또한, 회전 거울의 거울 면이 개방되었을 때는 회전 거울을 통과한 광을 검출하여 제1 대상체의 다른 한 쪽에 대한 제2 분할영상을 획득한다. 이에 따라, 회전 거울의 거울 면 반사 각 제어를 통해 카메라의 촬영 폭이 넓어져 단일의 카메라를 통해 폭이 넓은 대상체를 촬영할 수 있다.

연속으로 획득하는 단계(1430)에서, 고정 거울을 이용하여, 회전 거울의 거울 면에 반사되거나 통과한 광의 경로를 변경할 수 있다.

연속으로 획득하는 단계(1430)에서, 카메라는 회전 거울의 거울 면 반사 각이 제1 고정거울을 향하는 광 경로를 가지도록 카메라의 제1 화각 및 제1 초점거리를 형성하면, 대상체로부터 제1 고정 거울을 통해 반사되는 제1 영상을 획득할 수 있다. 회전 거울의 거울 면 반사 각이 제2 고정 거울을 향하는 광 경로를 가지도록 카메라의 제2 화각 및 제2 초점거리를 형성하면, 대상체로부터 제2 고정 거울을 통해 반사되는 제2 영상을 획득할 수 있다. 회전 거울의 거울 면이 개방되는 광 경로를 가지도록 카메라의 제3 화각 및 제3 초점거리를 형성하면, 대상체로부터 회전 거울을 통과한 제3 영상을 획득할 수 있다. 이에 따라, 회전 거울의 거울 면 반사 각 제어를 통해 단일의 카메라의 화각 및 초점거리를 조정할 수 있다.

이어서, 영상 촬영 시스템은 연속으로 획득된 다수의 영상 중에서 초점이 맞는 하나 또는 다수의 영상을 선택하여 해당 영상 내에 포함된 대상체의 식별표지를 인식한다(1440).

나아가, 대상체까지의 거리를 측정한 후, 측정된 거리에 따라 대상체로부터 초점이 맞는 영상을 획득하기 위한 광 경로를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 회전 거울을 회전 시키는 단계(1410)에서, 회전 거울이 선택된 광 경로를 형성하는 반사 각을 가지도록 회전 거울을 회전 시킬 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

1. 카메라와는 분리되어, 회전 축을 중심으로 회전하는 날개에 부착된 거울 면의 반사 각에 따라 카메라로 입력되는 광 경로를 변경시키거나 광을 통과시키는 회전 거울;
   회전 거울을 회전 시키는 거울 구동부; 및
   높이가 서로 상이한 대상체들을 대상으로 회전 거울에 반사된 광이나 이를 통과한 광으로부터 영상을 획득하는 카메라; 를 포함하며,
   카메라는
   회전 거울의 회전 시에, 회전 거울의 거울 면이 개방되었을 때 회전 거울의 거울 면을 통과한 광을 검출하여 제1 대상체에 대한 제1 영상을 획득하고,
   회전 거울의 거울 면에 반사될 때 반사되는 광을 검출하여 상기 제1 대상체와는 높이가 상이한 제2 대상체에 대한 제2 영상을 획득함에 따라, 단일의 카메라의 촬영 각이 다양해지는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 회전 거울은
   거울 면이 회전 축과 수직 관계를 가지는 날개를 포함하며,
   회전을 통해 회전 거울의 날개가 카메라를 개방 시키면 광을 직접 통과 시키고 카메라를 가리면 회전 거울에 반사된 광을 카메라로 입사 시키는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 회전 거울은
   회전 축을 중심으로 다수 개의 날개를 적층하여 구성하되, 회전 축과 각 날개의 거울 면이 서로 수직 관계를 유지하도록 유니버셜 조인트 형태로 회전 축을 연결하고 회전 축의 각 마디에 날개를 달아 각 날개를 회전시키는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 영상 촬영 시스템은
   회전 거울의 회전속도를 카메라의 촬영속도와 동기화 하여 카메라가 매 프레임 마다 직접 통과 영상이나 거울 반사 영상을 얻도록 회전 시키고, 회전 거울의 위상을 카메라 셔터와 동기화 시키는 제어부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 영상 촬영 시스템은
   회전 거울의 거울 면에 반사되거나 통과한 광의 경로를 변경하기 위한 고정 거울;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 회전 거울은
   거울 면과 평행한 회전 축을 중심으로 회전하여 반사 각을 조정하는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 영상 촬영 시스템은
   대상체까지의 거리, 위치, 부피 중 적어도 어느 하나를 검출하여 대상체까지의 거리를 측정하는 측정부; 및
   측정부의 측정 거리를 이용하여 초점이 맞는 광 경로를 선택하고 선택된 광 경로를 형성하는 반사 각을 가지도록 회전 거울을 회전 시키는 제어부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 카메라는
    렌즈; 및
    렌즈를 통과하여 대상체의 상이 맺히는 센서 면이 렌즈의 중심축과 수직하지 않고 기울어지게 배치된 이미지 센서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 시스템.
11. 카메라와는 분리된 회전 거울을 회전 축을 중심으로 회전 시키는 단계;
    회전 거울의 회전 시 회전 축을 중심으로 회전하는 날개에 부착된 거울 면의 반사 각에 따라 카메라로 입력되는 광 경로를 변경시키거나 광을 통과 시키는 단계; 및
    카메라를 이용하여, 높이가 서로 상이한 대상체들을 대상으로 회전 거울에 반사된 광이나 이를 통과한 광으로부터 영상을 연속으로 획득하는 단계; 를 포함하고,
    연속으로 획득하는 단계는
    회전 거울의 회전 시에, 회전 거울의 거울 면이 개방되었을 때 회전 거울의 거울 면을 통과한 광을 검출하여 제1 대상체에 대한 제1 영상을 획득하고,
    회전 거울의 거울 면에 반사될 때 반사되는 광을 검출하여 상기 제1 대상체와는 높이가 상이한 제2 대상체에 대한 제2 영상을 획득함에 따라, 단일의 카메라의 촬영 각이 다양해지는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 방법.
12. 삭제
13. 제 11 항에 있어서, 영상 촬영 방법은
    고정 거울을 이용하여, 회전 거울의 거울 면에 반사되거나 통과한 광의 경로를 변경하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 방법.
14. 제 11 항에 있어서, 영상 촬영 방법은
    연속으로 획득된 다수의 영상 중에서 초점이 맞는 하나 또는 다수의 영상을 선택하여 해당 영상 내에 포함된 대상체의 식별표지를 인식하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 방법.
15. 제 11 항에 있어서, 영상 촬영 방법은
    대상체까지의 거리를 측정하는 단계; 를 더 포함하고,
    광 경로를 변경시키거나 광을 통과 시키는 단계는
    측정된 거리에 따라 대상체로부터 초점이 맞는 영상을 획득하기 위한 광 경로를 선택하는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 방법.
16. 제 11 항에 있어서, 회전 거울을 회전 축을 중심으로 회전 시키는 단계는
    회전 거울의 회전속도를 카메라의 촬영속도와 동기화 하여 카메라가 매 프레임 마다 직접 통과 영상이나 거울 반사 영상을 얻도록 회전 시키는 것을 특징으로 하는 영상 촬영 방법.

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