KR20000060731A - 다수의 촬상소자를 이용한 고해상도 촬영 장치의 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 촬상소자가 가지는 해상도의 한계를 극복하기 위하여 동시에 여러 개의 촬상소자와 광학계를 이용하는 고해상도 촬영장치에 있어서, 상기한 광학계로부터 발생하는 각종 왜곡과, 각각의 촬상소자가 나타내는 불균일성과, 촬상소자 및 광학계의 조립시 발생하는 각종 조립오차를 보정하는 방법에 관한 것으로서, 다양한 간격을 가지는 표준 시편과 표준 시편을 촬영한 영상으로부터 시편의 특징점을 추출하고 특징점의 공간적인 위치로부터 광학계의 왜곡과 조립오차를 계산하고 이를 보정하는 왜곡 보정 알고리듬과 각각의 촬상소자에 있어서 밝기값의 불균일성을 측정하고 이를 보정하는 밝기 보정 알고리듬으로 구성되는 다수의 촬상소자를 이용한 고해상도 촬영 장치의 보정 방법에 관한 것이다.

Description

다수의 촬상소자를 이용한 고해상도 촬영 장치의 보정 방법{Calibraion method of high resolution photographing equipment using multiple imaging devices.}

본 발명은 하나의 촬상소자가 가지는 해상도의 한계를 극복하기 위하여 동시에 여러 개의 촬상소자와 광학계를 이용하는 고해상도 촬영장치에 있어서, 상기한 광학계에서 발생하는 각종 왜곡과, 각각의 촬상소자가 가지는 불균일성과, 촬상소자 및 광학계의 조립시 발생하는 각종 조립오차를 보정하는 방법에 관한 것으로서, 다양한 간격을 가지는 표준 시편과 표준 시편을 촬영한 영상으로부터 시편의 특징점을 추출하고 특징점의 공간적인 위치로부터 광학계의 왜곡과 조립오차를 계산하고 이를 보정하는 왜곡 보정 알고리듬과 각각의 촬상소자에 있어서 밝기값의 불균일성을 측정하고 이를 보정하는 밝기 보정 알고리듬으로 구성되는 다수의 촬상소자를 이용한 고해상도 촬영 장치의 보정 방법에 관한 것이다.

촬상소자를 이용한 영상의 촬영기법은 이미 널리 보편화되어 있다. 그러나 단순히 영상을 획득하는데만 목적이 있는 단순 촬영 장비와는 달리, 정밀한 측정을 대상으로 하는 산업적 응용과, 천문학 등과 같은 학술적인 탐구 영역 그리고 정확한 진단을 필요로 하는 의료용과 같은 응용 분야에서는 촬상소자로부터 매우 정확한 데이터가 나오기를 요구하게 된다. 촬상소자를 이용한 영상의 촬영은 대상물체에서 발산되는 광선을 집광하는 광학계를 사용하는 것이 일반적인데, 광학계의 불완전성으로 인해 대상 물체의 본래 모습과는 다른 형상으로 촬상소자에 영상을 전달하게 된다. 이러한 현상을 영상의 왜곡이라고 부르는데, 왜곡이 발생하게 되면 정확한 측정데이터를 요구하는 응용분야에 있어서는 치명적이라고 할 수 있다. 따라서 광학계와 촬상소자의 불완전성에 의한 영상 왜곡을 보정하여 물체의 본래 모습을 복원하는 영상 보정은 매우 중요한 일이 된다. 종래에는 영상형성 과정을 수학적으로 기술하고 분석하는 모델링 과정을 통해 보정을 수행하였다. 그러나 이 방법은 계산량이 많고 비선형 계산을 포함하고 있어서 고속으로 수행되지 못하는 문제를 가지고 있었다. 더군다나, 고해상도 영상 촬영을 위하여 다수의 촬상소자를 이용한 촬영장치의 경우는 촬상소자의 수가 많으므로 계산량이 많고 복잡하다는 것은 매우 큰 문제가 된다.

본 발명에서는 매우 간단한 형상을 가진 시편과 시편의 영상으로부터 상기한 바와 같이 광학계의 왜곡과 촬상소자의 조립 오차와 같은 여러 가지 불완전성을 보정하는 매우 간단하고 계산이 빠른 새로운 방법을 고안하고자 한다. 이 방법은 다수의 촬상소자를 이용한 촬영장치의 경우에도 그대로 적용될 수 있으며 효율적인 계산으로 인해 컴퓨터상에서 매우 빨리 동작하는 특성을 가지게 된다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 하나의 촬상소자가 가지는 해상도의 한계를 극복하기 위하여 동시에 여러 개의 촬상소자와 광학계를 이용하는 고해상도 촬영장치에 있어서, 상기한 광학계에서 발생하는 각종 왜곡과, 각각의 촬상소자가 가지는 불균일성과, 촬상소자 및 광학계의 조립시 발생하는 각종 조립오차를 보정하는 방법에 관한 것으로서, 다양한 간격을 가지는 표준 시편과 표준 시편을 촬영한 영상으로부터 시편의 특징점을 추출하고 특징점의 공간적인 위치로부터 광학계의 왜곡과 조립오차를 계산하고 이를 보정하는 왜곡 보정 알고리듬과 각각의 촬상소자에 있어서 밝기값의 불균일성을 측정하고 이를 보정하는 밝기 보정 알고리듬으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 예시된 도면을 참조하면서 자세히 설명한다.

제 1 도는 광학계의 영양형성 원리와 왜곡 현상에 대한 개략도이다. 한 개 혹은 다수개의 광학소자로 구성된 광학계(20)는 피사체(10)에서 발산된 광선을 모아 영상(30)을 형성시킨다. 그런데 아무리 완벽한 광학계라 할지라도 왜곡 없는 영상을 만들 수는 없다. 밭을 의미하는 한자(田)의 형상을 가진 피사체(11)의 경우, 기하학적인 왜곡을 가진 광학계를 통과하여 형성된 영상(31)의 예가 나타나 있다. 상기한 예는 광학계 중심축으로부터 멀어질수록 피사체의 크기보다 영상이 커지는 왜곡을 가진 광학계의 경우로서 그 반대의 경우도 존재 할 수 있다. 또 다른 예로서 상기한 피사체(11)의 가운데 평행선의 밝기값이 일정하다 하여도(12) 영상의 경우에는 그 밝기값이 가운데에서 더 밝고 중앙에서 멀어질수록 어두워지는 현상(32)을 나타낼 수도 있다. 혹은 반대의 경우도 생길 수 있다. 따라서 광학계의 이러한 오차를 보정하지 않은 채 그대로 사용한다면 정확한 데이터의 획득과 이로부터 정확한 분석은 불가능하게 된다. 또한 광학계에 장착된 촬상소자의 경우도 위치와 방향에 생긴 오차로 인해 원하는 형상을 얻기가 어려운 일이 발생하게 된다.

제 2 도는 본 발명에서 사용한 보정 시편의 예를 도시한 것이다. 보정시편은 그물 형상을 하고 있으며 중앙부위에는 간격이 넓고 가장자리로 갈수록 간격이 좁은 형상을 하고 있다. 이것은 광학계의 불완전성으로 인한 왜곡은 영상의 가장자리에서 심하게 나타나기 때문에 이러한 영향을 고려하기 위한 것이다.

제 3 도는 보정 시편으로부터 특징점을 추출하는 과정을 나타낸 개념도이다. 상기한 바와 같이 제작된 보정시편을 촬영한 후 영상의 중심점을 시작으로 위, 아래로 영역을 확대해나가면서 가로선이 있는지를 관찰한다. 가로선이 관찰되면 이 점을 중심으로 좌우로 관찰영역을 확대해나가면서 세로선이 나타나지는을 관찰한다. 이때 세로선이 나타나면 이것은 그물모양 시편의 교차점을 의미하므로 이점을 특징점으로 등록시킨다. 이런 방법으로 해당 가로선에서 모든 특징점을 찾게 되면 중심점에서 다시 아래 위로 탐색을 해 나가면서 가로선이 나타나는 지를 관찰한다. 다시 가로선이 나타나면 이 점을 중심으로 상기한 바와 같이 세로선을 찾는 방법으로 특징점을 찾아 기록하게 된다.

제 4 도는 이렇게 찾은 특징점을 사용하여 왜곡이 되지 않은 원래의 영상으로 복원하는 과정을 나타낸 것이다. 첫 번째 그림은 왜곡된 영상 좌표계를 나타내고 두 번째 그림은 왜곡을 보정한 영상 좌표계를 의미한다. 이 과정은 쌍간법(Bilinear interpolation)에 의해 이루어 진다.

제 5 도는 다수의 촬상소자를 이용한 고배율 촬영장치의 개념도를 나타낸 것이다. 다수의 촬상소자는 각각 대상 물체의 일부분을 나누어 촬영하게 되고 이것을 조합하여 원래의 영상모습을 고해상도로 복원하게 된다. 이것은 상기한 바와 같이 각각의 촬상소자를 보정하는 과정을 요구하게 된다.

제 6 도는 상기한 다수의 촬상소자를 이용한 고배율 촬영장치를 보정하기 위한 보정 시편의 예를 나타낸 것이다. 이 도면에서는 가로 3개 세로 2개로 배열된 6개의 촬상소자를 보정하는 경우를 예로 든 것이다.

상술한 본 발명에 의하면 가로와 세로로 교차한 여러 개의 선으로 구성되는 그물 형상의 피사체를 시편으로 하고, 이 피사체를 촬영한 영상으로부터 상기한 방법을 사용하여, 그물 형상의 교차점을 특징점으로 찾은 후, 원래의 시편이 가지고 있던 기하학적인 관계를 이용하여 광학계의 왜곡으로 인한 영향을 보정하여, 원래의 시편 형상을 선형 방정식을 이용하여 빠르게 구현할 수 있다. 이렇게 보정된 촬영장치는 시편이 아닌 다른 형상의 피사체를 촬영할 때, 상기한 방법과 같은 보정작업을 통하여 왜곡된 영상인 원 영상으로부터 정확한 영상으로 복원된다. 이러한 빠르고도 정확한 복원 방법은 의료용 영상 촬영과 산업적 응용과 같이 빠르고도 정확한 보정이 필요한 응용분야에서 매우 중요한 기능을 담당하게 된다. 또한 촬상소자가 다수인 경우, 각각의 광학계를 일일이 보정하는데 있어서는 이러한 빠른 복원은 대단한 효과가 있다.

발명이 이루고자 하는 기술적 과제 누락

제 1 도는 광학계의 영상형성 원리와 왜곡 현상에 대한 개략도이다.

제 2 도는 본 발명에서 사용한 보정 시편의 예를 도시한 것이다.

제 3 도는 보정 시편의 특징점을 추출하는 알고리듬의 흐름도를 나타낸 개략도이다.

제 4 도는 특징점과 시편의 좌표를 대응시키는 과정을 나타낸 개략도이다.

제 5 도는 다수의 촬상소자를 사용한 촬영장치의 경우, 영상의 분할과 재조합과정을 나타낸 개략도이다.

제 6 도는 다수의 촬상소자를 사용한 촬영장치의 경우에 보정을 하기 위한 보정시편의 형상을 도시한 것이다.

* 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 *

10....피사체 11....피사체

12....피사체의 밝기값 20....광학계

30....영상 31...영상

32....영상의 밝기값

발명의 구성 및 작용 누락

발명의 효과 누락

Claims (6)

1. 대상물로부터 발산되는 광에너지를 집광하는 광학계와,

   광학계로부터 집광된 광에너지를 이용하여 영상을 전기신호로 변환하는 촬상소자와,

   상기한 광학계와 촬상소자가 한 개 혹은 그 이상 조합된 고해상도 촬영장치에 대하여,

   정밀하게 가공된 시편을 사용하여 촬영장치의 왜곡 및 밝기값을 정밀 보정하는 것을 특징으로 하는 보정기법.
2. 제 1 항에 있어서,

   광학계는 고정된 초점을 가진 한 개 및 다수개로 이루어진 렌즈의 조합을 특징으로 하는 촬영장치에 대한 보정이 가능한 것을 특징으로 하는 보정기법.
3. 제 1 항에 있어서,

   촬상소자는 CCD 및 CMOS Imager를 사용하는 촬영장치에 대한 보정이 가능한 것을 특징으로 보정기법
4. 제 1 항에 있어서,

   정밀하게 가공된 시편은 가로 세로 선분이 서로 교차하는 그물 모양으로서 가운데는 간격이 크고 가장자리는 간격이 조밀한 것을 사용하여 보정 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 보정 기법.
5. 제 1 항과 제 4 항에 있어서,

   상기한 보정 시편에서 그물의 교차점을 특징점으로 하고,

   영상의 중심점을 시작으로 하여 아래, 위로 탐색영역을 확장해가면서 가로선을 찾은후 상기한 가로선으로부터 좌우로 탐색하여 세로선이 만나는 부분을 교차점으로 인식하는 특징점 인식기법을 특징으로 하는 보정기법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기한 보정 시편의 특징점과 보정 시편의 실제 좌표를 사용하여 쌍교법에 의해 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 보정기법.