KR20020069290A - 초점과 주시각을 동시에 조절할 수 있는 수평이동축입체영상 카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좌, 우 영상을 획득하는 입체카메라의 초점과 주시각을 연동시켜 초점과 주시각 제어중 한 요소를 제어했을 때 동시에 나머지 한 요소가 제어되도록 한 입체 카메라에 관한 것이다.

본 발명에 의한 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라는 수평이동식 입체카메라에 있어서, 좌, 우 렌즈; 상기 좌,우 렌즈가 삽입되어 결합되는 렌즈삽입구를 구비하는 하우징; 상기 하우징 내부에서 상기 좌, 우 렌즈와 연결되어 영상을 촬상하는 영상센서수단; 및 상기 하우징 내부에서 상기 영상센서수단을 좌우로 조정하여 초점과 주시각을 제어하는 조정수단을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 초점 및 주시각의 동시제어는 수평이동축 입체카메라가 원격작업에 사용될 경우에 관측자가 관심물체의 원근에 따라 주시각을 조절과 별도로 초점을 조절해야 하는 이중 조작의 불편함을 제거하여 카메라의 조작을 간편하게 한다.

Description

초점과 주시각을 동시에 조절할 수 있는 수평이동축 입체영상 카메라{Stereoscopic camera adjusting focus and vergence at the same time}

본 발명은 입체영상 카메라에 관한 것으로, 특히 좌, 우 영상을 획득하는 입체카메라의 초점과 주시각을 연동시켜 초점과 주시각 제어중 한 요소를 제어했을 때 동시에 나머지 한 요소가 제어되도록 한 입체 카메라에 관한 것이다.

종래의 입체영상 카메라는 좌, 우 두 대의 카메라를 나란히 하여 입체영상을 획득하는 단순한 현태로 되어 있다. 따라서 관심물체의 거리에 따라 각각의 카메라의 초점과 수렴각을 조절하도록 되어 있어 조작이 어렵고 정밀한 제어가 어렵다.

또한, 두 카메라의 교차각이 생겨 입체영상의 왜곡이 많이 발생하는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 좌,우 영상을 획득하는 입체카메라의 초점과 주시각을 동시에 제어하는 수평이동축 입체카메라를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 초점과 주시각을 동시에 조절할 수 있는 수평이동축 입체카메라의 기하학적 구조를 도시한 것이다.

도 2는 렌즈의 기하학적 표현을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라의 일실시예를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라의 다른 일실시예를 도시한 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라는 수평이동식 입체카메라에 있어서, 좌, 우 렌즈; 상기 좌,우 렌즈가 삽입되어 결합되는 렌즈삽입구를 구비하는 하우징; 상기 하우징 내부에서 상기 좌, 우 렌즈와 연결되어 영상을 촬상하는 영상센서수단; 및 상기 하우징 내부에서 상기 영상센서수단을 좌우로 조정하여 초점과 주시각을 제어하는 조정수단을 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 영상센서수단은 영상을 촬상하는 영상센서; 상기 영상센서를 보호하기 위하여 고정시키는 브라켓; 및 상기 영상센서와 상기 브라켓을 결합하는 영상센서베이스를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 조정수단은 캠; 상기 캠과 결합되는 가이드; 및 상기 캠과 결합되며, 좌, 우 회전에 의하여 상기 캠이 상하 직선운동을 하는 나사형태의 조절노브를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 캠은 상하 직선운동에 의하여 상기 영상센서수단의 영상센서베이스를 좌, 우로 이동시킴을 특징으로 한다.

또한, 상기 조정수단은 원추형 나사봉; 상기 원추형 나사봉을 회전시키는 모터; 및 상기 원추형 나사봉과 결합되고, 상기 원추형 나사봉의 회전에 의해 상기 영상센서 베이스를 수평방향으로 조정하는 영상센서 베이스 조정가이드를 포함함을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 초점과 주시각을 동시에 조절할 수 있는 수평이동축 입체카메라의 기하학적 구조를 도시한 것이다.

도 1에서 관측하고자하는 물체 O까지의 수직거리를 p, 두 카메라 사이의 거리는 s, 주시각 제어를 위한 카메라 렌즈의 수평 이동량은 h, 카메라의 CCD와 렌즈 사이의 거리는 I, 그리고 렌즈의 초점거리를 f라 정의한다.

첫 번째, 주시각 제어 조건에 대하여 설명하기로 한다.

수평이동축 입체카메라가 O지점의 물체를 관측할 때, 이 물체는 입체영상 카메라 좌, 우 영상센서의 l과 r의 위치에 각각 상이 맺힌다. 이때 입체영상 시차 l-r은 수학식 1과 같다.

관측물체 O에 대해 주시각이 맞추어진 상태, 즉 자연스러운 입체영상을 획득하기 위해서는 시차값 l-r은 0이 되어야 한다.

입체영상의 시차(disparity)가 0으로 되는 경우에 물체까지의 거리 p는 수학식 2와 같이 변형된다.

이는 수평식 입체영상 카메라에서 관측물체의 거리정보 P는 주시각 제어를 위한 렌즈의 수평이동량 h, 영상센서와 렌즈사이의 거리 I, 그리고 영상센서사이의 간격 t로 이루어지는 수학식 2에서 간단히 구할 수 있음을 의미한다.

여기서 중요한 점은 입체영상을 관측시 관측하는 물체에 대한 영상시차는 관측 피로도에 직접적인 영향을 주는 요소로 시차가 0일 경우 자연스러운 입체영상을 획득하게 되어 입체영상 관측피로를 최소화 할 수 있다.

또한 주시각 제어된 영상정보는 입체영상 처리에 있어 유리한 알고리듬을 적용할 수 있게 한다.

두 번째, 초점제어 조건에 대하여 설명하기로 한다.

수평이동축 입체영상 카메라에서 초점제어에 관한 수식은 도 2에 나타낸 렌즈의 기하학적 표현으로부터 구할 수 있다.

도 2는 렌즈의 기하학적 표현을 도시한 것이다.

렌즈에서 관측물체까지의 거리는 p, 렌즈에서 영상센서인 CCD면까지의 거리는 i, 그리고 렌즈의 초점거리 f로 표현된다.

카메라에서 초점을 잘 맞추어 선명한 영상을 얻기 위해서는 영상센서와 카메라 렌즈 사이의 간격을 조절하여 관측물체의 상이 영상센서 면에 잘 맺히도록 하여야 한다. 선명한 영상을 얻기위한 렌즈공식은 수학식 3과 같이 표현된다.

수학식 3을 렌즈와 영상센서사이의 거리 i의 식으로 변형하면 수학식 4와 같이 표현된다.

세 번째, 초점 및 주시각 관계에 대하여 설명하기로 한다.

수평이동축 입체영상 카메라로 선명하면서도 자연스러운, 즉 초점제어와 주시각 제어가 잘 이루어진 영상을 얻기 위해서는 수학식 2와 수학식 4를 만족하여야 한다. 수학식 1을 h에 관하여 표현하면 수학식 5와 같다.

여기서, t=(s-2h)이고, s는 두 영상센서 사이의 간격이다.

수평이동축 입체영상 카메라의 초점 및 주시각 관계는 수학식 4와 수학식 5를 이용하여 선명한 영상을 얻기 위한 초점거라 변화량 di와 자연스러운 입체영상을 억기 위한 주시각 제어용 렌즈 수평 이동량 dh로부터 구할 수 있다. 주시각 및초점거관계는 수학식 4와 수학식 5의 미분 도함수를 이용하면 수학식 6 내지 수학식 8과 같이 전개된다.

,

수학식 8은 거리 p에 있는 관측물체의 선명하고 자연스러운 입체영상을 획득하기 위해 제어해야 할 수평이동축 입체영상 카메라의 초점과 주시각 제어 사이의 관계를 나타낸다.

수학식 8은 수평이동축 입체영상 카메라의 초점거리 f가 관측영상의 거리 p에 비해 아주 작은 값이기 때문에 (p-f)성분에서 f는 무시하고 p로 대체할 수 있다. 일반적으로 관측거리 10m정도에서 사용하는 입체영상 카메라에 사용되는 렌즈의 초점거리는 6-50mm정도이기 때문에 (p-f)를 p로 대체하는 것이 가능하다.

수학식 8의 (p-f)를 p로 대체하면 수학식 9와 같이 표현된다.

수학식 9로 표현되는 수평이동축 입체영상 카메라의 초점 및 주시각 관계를 살펴보면 선명한 영상을 얻기 위한 초점제어량 di와 자연스러운 입체영상을 얻기 위한 주시각 제어량 dh가 간단한 비례관계를 가짐을 알 수 있다. 이는 수평이동축 입체영상 카메라의 초점이나 주시각 중 하나만을 제어함으로써 두가지가 모두 제어된 양질의 입체영상을 얻을 수 있음을 의미한다.

도 3은 본 발명에 의한 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라의 일실시예를 도시한 것으로, 렌즈(311,312), 하우징(320), 제1 브라켓(331), 제2 브라켓(332), 제1 영상센서(341), 제2 영상센서(342), 제1 영상센서 베이스(351), 제2 영상센서 베이스(352), 제1 조정수단(360), 제2 조정수단(370) 및 판넬(380)로 이루어진다.

렌즈(311,312)는 하우징(320)의 렌즈삽입구(321,322)에 삽입되어 고정된다.

제1 브라켓(331)과 제1 영상센서(341)와 제1 영상센서 베이스(351)가 결합되고, 제2 브라켓(332)과 제2 영상센서(342)와 제2 영상센서 베이스(352)가 결합되어 영상센서수단이 된다.

제1 조정수단(360)은 상하 직선운동을 하는 캠(361)과 상기 캠(361)과 결합되는 가이드(362) 및 상기 캠(361)의 하단부에 위치하여 상기 캠(361)의 상하 직선운동을 위하여 삽입되는 스프링(363)로 이루어지며, 상기 캠(361)의 상하 직선운동에 의하여 상기 가이드(362)가 좌우로 벌어짐으로써 제1 영상센서 베이스(351), 제2 영상센서 베이스(352)를 좌우로 이동시키는 역할을 한다.

그리고, 제1 조정수단(360)은 제2 조정수단(370)에 의해 조정된다.

제2 조정수단(370)은 판넬(380)에 위치하여 제1 조정수단(360)의 캠(361)과 결합되는 것으로 좌우 회전을 하는 나사형태의 조절노브이다.

즉, 제2 조정수단(370)을 좌우 회전시킴으로써 제1 조정수단(360)이 움직이게 된다.

도 4는 본 발명에 의한 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라의 다른 일실시예를 도시한 것으로, 렌즈(411,412), 하우징(420), 제1 브라켓(431), 제2 브라켓(432), 제1 영상센서(441), 제2 영상센서(442), 제1 영상센서 베이스(451), 제2 영상센서 베이스(452), 조정수단(460) 및 판넬(470)로 이루어진다.

렌즈(411,412)는 하우징(420)의 렌즈삽입구(421)에 삽입되어 고정된다.

제1 브라켓(431)과 제1 영상센서(441)와 제1 영상센서 베이스(451)가 결합되어 제1 영상센서수단이 되고, 제2 브라켓(432)과 제2 영상센서(442)와 제2 영상센서 베이스(452)가 결합되어 제2 영상센서수단이 된다.

조정수단(460)은 원추형 나사봉(462)과 원추형 나사봉(462)을 회전시키는 모터(464)와 원추형 나사봉(461)의 회전에 의해 상하 직선운동을 하는 영상센서 베이스 조정가이드(461) 로 이루어지며, 상기 가이드(461)의 상하 수직운동에 의해 제1 영상센서 베이스(451)과 제2 영상센서 베이스(452)를 수평방향으로 조정한다.

도면과 명세서는 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하면, 초점 및 주시각의 동시제어는 수평이동축 입체카메라가 원격작업에 사용될 경우에 관측자가 관심물체의 원근에 따라 주시각을 조절과 별도로 초점을 조절해야 하는 이중 조작의 불편함을 제거하여 카메라의 조작을 간편하게 한다.

Claims (5)

1. 수평이동식 입체카메라에 있어서,

   제1 렌즈;

   제2 렌즈;

   상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈가 삽입되어 결합되는 렌즈삽입구를 구비하는 하우징;

   상기 제1렌즈와 연결되어 영상을 촬상하는 제1 영상센서수단;

   상기 제2렌즈와 연결되어 영상을 촬상하는 제2 영상센서수단; 및

   상기 하우징 내부에서 상기 제1 영상센서수단과 상기 제2 영상센서수단을 좌우로 조정하여 초점과 주시각을 제어하는 조정수단을 포함함을 특징으로 하는 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 영상센서수단과 제2 영상센서수단은

   영상을 촬상하는 영상센서;

   상기 영상센서를 보호하기 위하여 고정시키는 브라켓; 및

   상기 영상센서와 상기 브라켓을 결합하는 영상센서베이스를 포함함을 특징으로 하는 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라.
3. 제1항에 있어서, 상기 조정수단은

   캠;

   상기 캠과 결합되는 가이드;

   상기 캠과 결합되며, 좌, 우 회전에 의하여 상기 캠이 상하 직선운동을 하도록하는 나사형태의 조절노브를 포함함을 특징으로 하는 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라.
4. 제3항에 있어서, 상기 캠은

   상하 직선운동에 의하여 상기 영상센서수단의 영상센서베이스를 좌, 우로 이동시킴을 특징으로 하는 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라.
5. 제1항에 있어서, 상기 조정수단은

   원추형 나사봉;

   상기 원추형 나사봉을 회전시키는 모터; 및

   상기 원추형 나사봉과 결합되고, 상기 원추형 나사봉의 회전에 의해 상기 영상센서 베이스를 수평방향으로 조정하는 영상센서 베이스 조정가이드를 포함함을 특징으로 하는 초점 및 주시각 동시제어 수평이동축 입체영상 카메라.