KR200378726Y1 - 전방위 파노라마 촬영장치 - Google Patents

전방위 파노라마 촬영장치 Download PDF

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KR200378726Y1 KR20-2004-0037089U KR20040037089U KR200378726Y1 KR 200378726 Y1 KR200378726 Y1 KR 200378726Y1 KR 20040037089 U KR20040037089 U KR 20040037089U KR 200378726 Y1 KR200378726 Y1 KR 200378726Y1
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Abstract

본 고안은 빗면이 직선인 원뿔 거울을 사용하여 전방위의 영상을 한번에 촬영할 수 있고, 또한 2개의 원뿔 거울을 사용하여 지평선의 상하 영역까지도 한번에 촬영할 수 있는 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치에 대한 것으로서, 전방에 렌즈(35)가 설치되어 소정의 이미지를 촬영하기 위한 카메라 수단(30); 렌즈(35)의 전방에 소정거리만큼 이격되어 설치되고, 정점(65)이 상기 렌즈(35)를 향하도록 배치되어 피사체(100)를 렌즈(35)로 반사시키는 원뿔거울(20); 카메라수단(30)으로부터 출력되는 원형 이미지를 맵핑하여 사각형 파노라마 이미지로 변환하는 영상처리부(40); 및 영상처리부(40)에 의해 변환된 파노라마 이미지를 디스플레이하기 위한 영사장치로 구성된다.

Description

전방위 파노라마 촬영장치{A full direction panorama camera device using a conical mirror}
본 고안은 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빗면이 직선인 원뿔 거울을 사용하여 전방위의 영상을 한번에 촬영할 수 있고, 또한 2개의 원뿔 거울을 사용하여 지평선의 상하 영역까지도 한번에 촬영할 수 있는 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치에 대한 것이다.
도 1은 종래의 반구형 거울을 이용한 전방향 시각 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전방향 시각 시스템은 대략적으로 반구형 거울(10)과 렌즈(17) 및 카메라(15)로 구성되어 있다.
반구형 거울(10)은 외면이 거울면을 형성하며, 빗면이 원호를 이루도록 구성되어 있다. 따라서, 반구형 거울(10)의 아래쪽에 소정거리만큼 이격된 카메라(15)는 반구형 거울(10)의 중심을 촬영함으로서, 반구형 거울(10)의 둘레에 있는 피사체를 동시에 촬영하도록 구성되어 있다.
그러나, 상기와 같이 반구형 거울(10)을 이용할 경우, 거울(10)의 기하학적인 곡률로 인하여 지평선 영역에서 촬영이 불가능하고, 원호 형상의 빗면을 따라 피사체가 비치기 때문에 이를 파노라마 이미지(또는 직사각형 이미지)로 쉽게 선형 맵핑할 수 없는 어려움이 있었다. 즉, 단순히 원형좌표계와 직각좌표계의 변환에 관한 수학적 공식을 적용할 경우 파노라마 이미지에서 피사체의 왜곡이 심하고, 이를 피하기 위해 별도의 이미지 보정과정이 수행되는 등 비효율적인 점들이 많이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 고안의 제 1 목적은 2개의 원뿔 거울을 서로 접하도록 배치함으로서 영상을 디지털화 하는 과정에서 상, 하단에 발생하는 해상도의 손실을 서로 보상할 수 있는 원뿔거울 쌍을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치를 제공하는 것이다.
본 고안의 제 2 목적은, 빗면이 직선인 원뿔형 거울을 이용함으로서 저장된 원형 이미지를 원통형 스크린 등에 원래의 영상으로 재상할 수 있는 원뿔거울(또는 쌍)을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 고안의 목적은, 상호 소정거리만큼 이격된 채 대면하도록 배치된 한쌍의 카메라 수단;
카메라 수단 사이의 중간영역에 설치되고, 각 정점이 각각의 카메라를 향하도록 설치되어 피사체를 상기 카메라 수단으로 각각 반사시키는 제 1, 2 원뿔거울;
한 쌍의 카메라수단으로부터 출력되는 2개의 원형 이미지를 맵핑하여 2개의 사각형 파노라마 이미지로 변환하고, 변환된 2개 파노라마 이미지를 붙여서 하나의 이미지를 생성하는 영상처리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치에 의해서 본 고안의 목적은 달성될 수 있다.
그리고, 영상처리부는 제 1 파노라마 이미지의 하단에 제 2 파노라마 이미지의 상단을 붙이는 것이 바람직하다.
또한, 제 1, 2 원뿔거울은 밑면영역이 상호 접해 있거나 소정 거리만큼 이격되어 있을 수 있거나 또는 카메라가 중심부에 배치되고, 원뿔거울이 양 끝단에 있을 수 있다.
아울러, 영상처리부는 원형좌표계(R, θ)를 직각좌표계(X, Y)로 맵핑하는 수단을 포함하고 있는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 카메라수단은 CCD 카메라, CMOS 카메라, 디지털 카메라, 캠코더, 필름 카메라, 방송카메라 들중 어느 하나일 수 있다.
본 고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치의 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안은 대략적으로 원뿔 거울(20), 카메라(30), 영상처리부(40)로 구성된다.
원뿔거울(20)은 밑면이 원형인 원뿔형상이며, 빗변은 직선형상으로 구성되어 있다. 또한, 원뿔거울(20)은 외면이 피사체(100)의 이미지를 반사할 수 있는 거울면을 형성하고 있다. 이러한 원뿔 거울(20)은 카메라(30)로부터 소정거리만큼 떨어진 채, 카메라(30)와 동일 축선상에서 정점(65)이 카메라(30)를 향하도록 고정된다. 또한, 도 2에서는 미도시 되었으나 별도의 클램프(미도시) 또는 홀더(미도시) 또는 실린더형 투명 소재를 이용하여 카메라(30)와 원뿔거울(20)을 단단히 고정한다.
카메라(30)는 원뿔거울(20)을 향하도록 배치되고, 전면에 렌즈(35)가 구비되어 있다. 이러한 카메라(30)의 대표적인 일예로는 CCD 카메라, 디지털 카메라, 캠코더 등이 될 수 있으나, 영상신호를 입력하는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하다. 이와 같은 카메라(30)는 홀이나 강당, 쇼핑몰 등의 천정에 부착되는 것이 바람직하다.
영상처리부(40)는 카메라(30)에서 촬영된 영상으로부터 추후 설명할 원형이미지를 추출하고, 추출된 원형 이미지를 파노라마 이미지로 맵핑하는 연산과정을 수행하도록 구성된다. 영상처리부(40)는 컴퓨터 장치 또는 영상처리 기판이 내장된 별도의 모듈 등으로 하드웨어적으로 구현할 수 있다. 단 필름카메라의 경우에는 필름의 기록 해상도가 매우 높기 때문에 별도의 연산과정이 없이도 영상을 저장하거나 재생할 수 있다.
표시장치는 영상처리부(40)에서 처리된 파노라마 이미지를 디스플레이하기 위한 구성이다. 이와 같은 표시장치의 대표적인 예로는 모니터, TV, 디지털 카메라, 영사기 등이 될 수 있고, 별도의 저장장치를 부착하여 표시된 영상을 저장할 수도 있다. 상세한 구성은 도 9에서 설명하기로 한다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 촬상된 카메라 이미지로부터 직사각형의 파노라마 이미지를 획득하는 방법에 관해 설명하기로 한다.
우선, 도 3은 도 2에 도시된 카메라(30)에 의해 촬영된 원형 이미지의 일예이고, 도 4는 도 3에 도시된 원형 이미지를 기초로 파노라마 이미지로 변환한 일예이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 우선, 원뿔 거울(20) 주변의 피사체(100)가 원뿔거울(20)의 거울면에 반사되어 렌즈(35)로 수렴된다.
그 다음, 카메라(30)는 수렴된 이미지를 촬영하여 영상신호를 영상처리부(40)로 전송한다. 그러면, 영상처리부(40)는 우선 사각형의 촬상 이미지내에서 도 3과 같은 원형 이미지(60)를 추출한다. 추출된 원형 이미지(60)는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 원뿔거울(20)을 평면에서 촬영한 것이기 때문에 중심부에 가까워질 수록 해상소가 거리 R에 반비례하여 낮아지는 것을 알 수 있다.
영상처리부(40)는 원형 이미지(60)의 각 픽셀 데이터를 직각 좌표계로 맵핑하기 위하여 원형 이미지(60)내에 도 3과 같은 가상의 원형 좌표를 설정한다. 즉 반경방향의 좌표 "R"과, 반시계방향의 회전각 "θ"로 정의된다. 이러한 원형 이미지(60)상의 임의의 한 픽셀(i, j)의 좌표는 (r, θ)로 정의될 수 있다. 픽셀은 행렬형식으로 이루어져 있으므로, 픽셀(i, j)는 원형 이미지(60)상의 직각 좌표계를 의미한다. 즉,
θ = tan-1((j-j0)/(i-i0))
r = sqrt((i-io)2 + (j-jo)2)
이다. 이러한 (r, θ) 좌표의 색상값 g(r, θ)을 이용하여 도 4에 도시된 직각좌표계의 색상값 f(x,y) 를 결정할 수 있다. 즉
x = θ, Y = r, f(x,y) = g(r, θ)
이다. 이와 같은 방식을 통해 도 4에 도시된 바와 같이 nr x mp 개의 픽셀을 갖는 직사각형의 파노라마 이미지(70)가 얻어진다. 즉 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 피사체(100)의 왜곡이 없는, 자연스러운 360°파노라마 이미지가 얻어진다. 단, 디지털 기록장치의 경우에는 해상도의 한계 때문에 원뿔거울의 정점주위를 통하여 입력된 영상부분은 선명하지 않은 단점이 있다. 이러한 파노라마 이미지(70)는 표시장치에 의해 디스플레이되고, 별도의 저장장치내에 저장될 수 있다.
도 5는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치의 개략적인 구성도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 한쌍의 카메라(30a, 30b)가 동일 축선상에서 서로 마주 보도록 배치된다. 그리고 동일 축선상에 한쌍의 원뿔 거울(20a, 20b)가 위치한다. 즉, 제 1 원뿔거울(20a)의 원형 밑면과 제 2 원뿔거울(20b)의 원형 밑면이 서로 접하도록 배치된다. 도 5에는 도시되지 않았으나 한 쌍의 카메라(30a, 30b)와 한 쌍의 원뿔거울(20a, 20b)은 미도시 되었으나 별도의 실린더형 투명 클램프(미도시) 또는 홀더(미도시)를 이용하여 상호 단단히 고정한다.
한 쌍의 카메라(30a, 30b)의 출력신호는 영상처리부(40)로 입력된다. 각각의 카메라(30a, 30b)를 위해 2개의 영상처리부를 사용할 수도 있고, 처리용량이 큰 하나의 영상처리부를 이용하여 2대의 카메라 이미지를 처리하도록 구성할 수도 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 2대의 카메라 이미지로부터 하나의 파노라마 이미지를 획득하는 방법에 관해 설명하기로 한다.
우선, 도 6은 도 5에 도시된 제 1 카메라(30a)에 의해 촬영된 원형 이미지의 일예이고, 도 7은 도 5에 도시된 제 2 카메라(30b)에 의해 촬영된 원형 이미지의 일예이고, 도 8은 도 6의 원형이미지 및 도 7의 원형이미지를 파노라마 이미지로 변환한 후 이들을 붙여서 하나의 완성된 파노라마 이미지를 생성하는 사례를 나타낸 것이다.다. 도 6 내지 7에 도시된 바와 같이, 원뿔 거울(20a, 20b) 주변의 피사체(100)가 원뿔거울(20a, 20b)의 거울면에 반사되어 렌즈(35a, 35b)로 수렴된다. 이 때, 도 5와 같이 만약 피사체(100)가 지평선 근처에 위치한다면, 제 1 원뿔거울(20a)은 피사체(100)의 상반신을 주로 촬영할 것이고, 제 2 원뿔거울(20b)은 피사체(100)의 하반신을 주로 촬영할 것이다. 그러나, 이러한 분할이 정확히 반반일 필요는 없다.
그 다음, 각각의 카메라(30a, 30b)는 수렴된 이미지를 촬영하여 영상신호를 영상처리부(40)로 전송한다. 그러면, 영상처리부(40)는 입력된 각각의 영상신호에 대해 전술한 제 1 실시예에서와 같은 과정을 반복하여 도 8에 도시된 바와 같은 각각의 파노라마 이미지(70a, 70b)를 생성한다. 즉, 2장의 파노라마 이미지(70a, 70b)가 생성되는 것이다.
그 다음, 영상처리부(40)는 제 1 파노라마 이미지(70a)의 하단에 제 2 파노라마 이미지(70b)의 상단을 붙이게 된다. 이 때, 별도의 소프트웨어를 이용하여 2장의 이미지(70a, 70b)중 중복촬영된 영역이 있으면 이를 겹쳐서 붙이도록 한다. 이와 같은 과정이나 소프트웨어는 영상 처리분야의 당업자에게 익히 알려진 기술을 사용할 수도 있다.
이와 같은 방식을 통해 도 8에 도시된 바와 같이 1개의 직사각형 파노라마 이미지가 얻어진다. 즉 피사체(100)의 왜곡이 없는, 자연스러운 360°파노라마 이미지가 얻어진다. 이러한 파노라마 이미지는 별도의 저장장치내에 저장될 수 있다.
도 9는 본 고안에 따른 프로젝터를 이용한 재생장치의 개략적인 구성도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 서로 마주보는 한쌍의 프로젝터(110) 사이에 한 쌍의 원뿔거울(20a, 20b)을 설치하고, 그 둘레에 (반)투명의 원통 스크린(120)을 설치한다. 그러면, 도 5의 카메라(30a, 30b)가 촬영한 이미지를 별도의 영상처리 없이(또는 소정의 영상처리후) 투사하여도 그대로 스크린(120)상에 투영되어 표시된다.
또한 본 고안의 변형례로서, 2개의 원뿔 거울의 밑면은 붙일 수도 있지만 필요에 따라 이격시킬 수도 있다.
상기와 같은 본 고안에 따른 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치 및 재생장치에 의하면, 빗면이 직선인 원뿔형 거울이용함으로 원형 이미지를 직사각형의 파노라마 이미지로 쉽게 맵핑할 수 있다. 따라서, 이미지 처리의 연산과정에 많은 시간이 소요되지 않으면서 동영상까지도 실시간으로 처리할 수 있다.
또한, 2개의 원뿔 거울을 서로 접하도록 배치함으로서 지평성 영역까지 전부 촬영할 수 있다. 따라서, 극장, 지하철역, 공항, 쇼핑몰 등과 같이 넓은 지역을 다방면으로 촬영하여 감시해야 하는 곳에 영상의 사각지대 없이 쉽게 적용하여 사용할 수 있다.
비록 본 고안이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 고안의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 고안의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 종래의 반구형 거울을 이용한 전방향 시각 시스템의 개략적인 구성도,
도 2은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치의 개략적인 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 카메라(30)에 의해 촬영된 원형 이미지의 일예,
도 4는 도 3에 도시된 원형 이미지를 기초로 파노라마 이미지로 변환한 일예,
도 5는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 원뿔거울을 이용한 전방위 파노라마 촬영장치의 개략적인 구성도,
도 6은 도 5에 도시된 제 1 카메라(30a)에 의해 촬영된 원형 이미지의 일예,
도 7은 도 5에 도시된 제 2 카메라(30b)에 의해 촬영된 원형 이미지의 일예,
도 8은 도 6의 원형이미지 및 도 7의 원형이미지를 파노라마 이미지로 변환한 후 이들을 붙여서 하나의 완성된 파노라마 이미지를 생성하는 사례를 나타낸 것이고,
도 9는 본 고안에 따른 프로젝터를 이용한 재생장치의 개략적인 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 개략적인 설명>
10 : 반구형 거울, 15 : 카메라,
17 : 렌즈, 20 : 원뿔 거울,
20a : 제 1 원뿔 거울, 20b : 제 2 원뿔 거울,
30 : 카메라, 30a : 제 1 카메라,
30b : 제 2 카메라, 35 : 렌즈,
40 : 영상처리부, 60 : 원형 이미지,
65 : 정점, 65a : 제 1 정점,
65b : 제 2 정점, 70 : 파노라마 이미지,
100 : 피사체, 110 : 프로젝터,
120 : 원통 스크린.

Claims (5)

  1. 소정의 이미지를 촬영하기 위한 카메라수단과, 피사체를 렌즈로 반사시키는 원뿔거울과 카메라수단으로부터 출력되는 이미지를 맵핑하여 파노라마 이미지로 변환하는 영상처리부를 구비한 전방위 파노라마 촬영장치에 있어서,
    상호 소정거리만큼 이격된 채 대면하도록 배치된 한쌍의 카메라 수단(30a, 30b);
    상기 카메라 수단(30a, 30b) 사이의 중간영역에 설치되고, 각 정점(65a, 65b)이 각각의 카메라를 향하도록 설치되어 피사체(100)를 상기 카메라 수단(30a, 30b)으로 각각 반사시키는 제 1, 2 원뿔거울(20a, 20b);
    상기 한 쌍의 카메라수단(30a, 30b)으로부터 출력되는 2개의 원형 이미지를 맵핑하여 2개의 사각형 파노라마 이미지(70a, 70b)로 변환하고, 변환된 2개 파노라마 이미지를 붙여서 하나의 이미지를 생성하는 영상처리부(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 파노라마 촬영장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영상처리부(40)는 제 1 파노라마 이미지(70a)의 하단에 제 2 파노라마 이미지(70b)의 상단을 붙이는 것을 특징으로 하는 전방위 파노라마 촬영장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 2 원뿔거울(20a, 20b)은 밑면영역이 상호 접해 있는 것을 특징으로 하는 전방위 파노라마 촬영장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 영상처리부(40)는 원형좌표계(R, θ)를 직각좌표계(X, Y)로 맵핑하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전방위 파노라마 촬영장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 카메라수단(30)은 필름카메라, CCD 카메라, CMOS 카메라, 디지털 카메라, 캠코더중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전방위 파노라마 촬영장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016010369A1 (ko) * 2014-07-16 2016-01-21 주식회사 매크론 동작인식 장난감

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