KR20040011064A - 3-dimensional information processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 정보 처리 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 디지탈 영상 센서부를 구비하여 소형이고, 제조 비용이 저렴하며, 전력소모가 적은 영상 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional information processing apparatus, and more particularly, to a small size, low manufacturing cost, and low power consumption provided with a digital image sensor.
일반적으로, 입체영상은 이차원적 평면이미지를 삼차원적 실상과 비슷한 느낌과 감각이 오도록 기타 부수적인 도구를 병합 사용하거나 물리적, 기계적 힘으로 그 영상을 조작 동형시켜 그 이미지의 원근감이나 공간성이 착시나, 착각에 의해사람에게 입체감이 느껴지도록 하는 영상방법이다.In general, stereoscopic images use two-dimensional planar images in combination with other additional tools to give a feeling and sensation similar to three-dimensional reality, or manipulate the image with physical and mechanical forces to illuminate the perspective or spatiality of the image. It is an imaging method that makes people feel a three-dimensional feeling by illusion.
이러한 3차원 입체영상을 실현하는데는 근본적으로 인간이 두 개의 눈을 가지고 있다는 사실에 근거한다. 인간이 사물을 입체로 인식하는 원리는 수평적으로 이격되어(약 6.5cm-어른, 5cm-어린이) 위치한 인간의 두 눈이 각기 다른 각도에서 망막을 통하여 사물을 받아들인 두 개 상을 전기신호화 하여 대뇌로 전달되어 합성됨으로써 가능한 것이다.The realization of such 3D stereoscopic image is based on the fact that humans have two eyes. The principle that humans perceive objects in three dimensions is that two human eyes placed horizontally apart (approximately 6.5 cm-adult, 5 cm-child) receive electrical signals through the retina at different angles. It is possible by being delivered to the cerebrum and synthesized.
평상적인 사람의 시력은 색깔과 3차원(3D)라는 관찰에 있어서 공간의 인식을 제공한다.The visual acuity of ordinary people provides perception of space in terms of color and three-dimensional (3D) observations.
입체감은 사람의 양쪽 눈이 실세계를 볼 때, 두 눈 사이의 거리(약 2.5인치)로 인해 망막에 맺히는 상이 서로 다르므로 해서 지각된다.The three-dimensional sense is perceived by the fact that both eyes of the person see the real world because of the different images on the retina due to the distance between the two eyes (about 2.5 inches).
망막에서 발생하는 상의 불일치란 망막에 투사된 이미지에서 동일한 대상점에 대한 수평거리를 말하는 데 이 거리로 인해 사람은 입체감을 느끼게 된다.The inconsistency of the image that occurs in the retina refers to the horizontal distance to the same target point in the image projected onto the retina.
반면, 시차라는 것은 모니터상에 투사된 이미지의 두 지점사이의 수평거리를 말하는 데 불일치의 폭을 결정하는 중요한 요소이다.Parallax, on the other hand, is an important factor in determining the width of the discrepancy in referring to the horizontal distance between two points of the image projected on the monitor.
양(+)의 시차는 관측점이 입체평면보다 멀리 있는 경우를 양의 시차라 하고 눈 사이의 거리와 같거나 작을 때 발생되며 즉시차가 0보다 큰 경우를 말하며 안쪽으로 들어간 깊이 효과를 보게 된다.Positive parallax is when the observation point is farther than the solid plane and is called the positive parallax. It occurs when the difference is greater than or equal to the distance between eyes.
영의 시차는 관측점이 입체평면과 같은 거리에 있는 경우를 말한다. 즉, 영의 시차를 가졌다는 것은 분리된 이미지 사이에 공백이 없다는 것을 의미하며 따라서 입체감을 못 느끼게 된다.Zero parallax refers to the case where the observation point is at the same distance as the solid plane. In other words, having a parallax of zero means that there is no space between the separated images, and therefore, the three-dimensional effect is not felt.
음(-)의 시차는 입체평면보다 가까이 있는 경우를 말하고 시선이 교차될 때 발생하며 돌출된 입체감을 느끼게 한다.Negative parallax refers to the case where the parallax is closer than the three-dimensional plane, and occurs when the gaze intersects and makes a sense of protruding three-dimensional.
이상과 같은 사람 눈의 특성을 이용하여 입체영상을 실현하고자 하는 연구가 오래 전부터 꾸준히 연구되어 왔다.Research into realizing three-dimensional images using the characteristics of the human eye as described above has been steadily studied for a long time.
이러한 3차원 정보는, 공간 지각이 필요한 로봇 시스템 등에 사용되었다.Such three-dimensional information has been used in robot systems and the like that require spatial perception.
종래의 로봇 시스템은 한 쌍의 CCD(Charge Coupled Device)카메라를 사용하여 3차원 정보를 생성하였다.The conventional robot system generates three-dimensional information by using a pair of Charge Coupled Device (CCD) cameras.
CCD카메라를 사용한 3차원 정보 구현은, 종래의 CCD카메라가 아날로그 출력을 가지게 되므로, 이를 컴퓨터 등에 사용하기 위해서 디지탈 출력으로 변환하는 과정이 필요하게 된다. 이러한 변환 과정에 의해 노이즈가 발생할 수 있는 문제점이 상존하였다. 이와 같이 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 과정에서 생긴 노이즈는 3차원 정보를 구현할 때 필요한 기준점을 책정하는데 장애가 될 수 있다.In the implementation of 3D information using a CCD camera, since a conventional CCD camera has an analog output, a process of converting the same into a digital output for use in a computer is required. There is a problem that noise may occur by this conversion process. As such, noise generated in the process of converting an analog signal into a digital signal may be an obstacle in establishing a reference point required for implementing 3D information.
또한 종래의 CCD카메라는 부피가 커서, 소형 로봇이나 소형 시스템에 적용하기에 곤란한 문제점이 지적되었다.In addition, the conventional CCD camera has a large volume, it is pointed out a problem that is difficult to apply to a small robot or a small system.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디지탈 영상 센서부를 제공하여 디지탈로의 변화 과정이 필요 없는 3차원 정보 처리 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a three-dimensional information processing apparatus that does not require a process of changing to digital by providing a digital image sensor.
본 발명의 다른 목적은 종래의 CCD카메라 시스템에 비해 소형이고, 제작이 용이한 3차원 정보 처리 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a three-dimensional information processing apparatus that is smaller in size and easier to manufacture than a conventional CCD camera system.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치의 개략 블럭도이다.1 is a schematic block diagram of a three-dimensional information processing apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치의 동작을 보이는 흐름도이다.2 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional information processing apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawing>
100: 3차원 정보 처리 장치110: 디지탈 영상 센서부100: three-dimensional information processing device 110: digital image sensor
120: 동기화 발생부130: 저장부120: synchronization generating unit 130: storage unit
140: 처리부150: 제어부140: processor 150: controller
160: 주저장부170:외부 장치160: main storage unit 170: external device
상기한 본 발명의 목적을 구현하기 위하여, 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치는, 대상으로부터 영상을 추출하는 한 쌍의 디지탈 영상 센서부, 한 쌍의 디지탈 영상 센서부로부터 추출된 영상을 동기화하는 동기화 발생부, 동기화 발생기에 의해 동기화된 각각의 영상을 저장하는 저장부 및 저장부에 저장된 영상을 사용하여 3차원 정보를 생성하는 처리부를 포함한다.In order to implement the above object of the present invention, a three-dimensional information processing apparatus according to the present invention, a pair of digital image sensor unit for extracting an image from a target, a pair of digital image sensor unit for synchronizing the image extracted from the pair A synchronization generating unit, a storage unit for storing each image synchronized by the synchronization generator, and a processing unit for generating three-dimensional information using the image stored in the storage unit.
또한, 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 포함하는 디지탈 영상 센서부를 구비한다.In addition, the three-dimensional information processing apparatus according to the present invention includes a digital image sensor unit including a complementary metal oxide semiconductor (CMOS).
또한, 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치는 CCD(Charge Coupled Device)를 포함하는 디지탈 영상 센서부를 구비한다.In addition, the three-dimensional information processing apparatus according to the present invention includes a digital image sensor unit including a charge coupled device (CCD).
또한, 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치의 동기화 발생부는 동기화 클럭 신호와 리셋 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.In addition, the synchronization generating unit of the three-dimensional information processing apparatus according to the present invention is characterized in that for generating a synchronization clock signal and a reset signal.
또한, 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치는 동기화 발생부에서 발생된 동기화 클럭 신호에 따라 상기 저장부에 저장된 영상을 상기 처리부에 전송하는 인에이블 신호를 발생하는 제어부를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the 3D information processing apparatus according to the present invention may further include a controller for generating an enable signal for transmitting an image stored in the storage to the processing unit according to a synchronization clock signal generated by the synchronization generating unit.
또한, 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치는 처리부에서 처리된 3차원 정보를 저장하는 주저장부를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the three-dimensional information processing apparatus according to the present invention may further include a main storage unit for storing the three-dimensional information processed by the processing unit.
또한, 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치의 제어부는 FPGA/PLD가 사용될 수 있다.In addition, the controller of the three-dimensional information processing apparatus according to the present invention may be used FPGA / PLD.
(바람직한 실시형태들)(Preferred Embodiments)
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시형태를 기술한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치(100)의 개략 블럭도이다.1 is a schematic block diagram of a three-dimensional information processing apparatus 100 according to the present invention.
디지탈 영상 센서부(110)는 대상(피사체)의 영상을 디지탈 신호로 추출하는 장치이다. 디지탈 신호로 영상을 추출하는 디지탈 영상 센서부(110)는 영상 센서로서 CCD 또는 CMOS를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 CMOS를 사용하는 것이 더 바람직하다.The digital image sensor unit 110 is an apparatus for extracting an image of a subject (subject) as a digital signal. The digital image sensor unit 110 that extracts an image as a digital signal preferably uses a CCD or a CMOS as an image sensor, and more preferably, a CMOS.
이러한 영상 센서는 필요에 따라, 색상을 추출하는 칼라 센서를 사용하는 것이 바람직하고, 필요에 따라 광량만을 추출하는 흑백 센서가 사용될 수도 있다.As such an image sensor, it is preferable to use a color sensor that extracts color as needed, and a black and white sensor that extracts only light amount may be used as necessary.
또한, 디지탈 영상 센서부(110)는 3차원 정보 처리를 위하여 한 쌍의 영상 센서를 사용하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 세 개 이상의 영상 센서를 사용할 수도 있다.In addition, the digital image sensor unit 110 preferably uses a pair of image sensors for three-dimensional information processing, and may use three or more image sensors as necessary.
이와 같이 디지탈 신호로 대상의 영상을 추출하기 때문에, 추출된 영상 신호를 디지탈로 변환할 필요가 없으며, 디지탈 변환에 따른 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.In this way, since the target video is extracted from the digital signal, there is no need to convert the extracted video signal to digital, and generation of noise due to the digital conversion can be prevented.
동기화 발생부(120)는 디지탈 영상 센서부(110)로부터 추출된 디지탈 영상 신호를 동기화 하는 장치이다.The synchronization generating unit 120 is a device for synchronizing the digital image signal extracted from the digital image sensor unit 110.
동기화 발생부(120)는 동기화 클럭 신호와 리셋 신호를 발생하는데, 동기화 클럭 신호에 의해 디지탈 영상 센서부(110)로부터 추출된 디지탈 영상 신호가 동시에 저장부(130)에 저장될 수 있다. 또한 동기화 클럭 신호는 시간당 추출되는 영상 신호의 프레임 수를 결정하는데도 사용될 수 있으며, 인간 시력의 잔상 효과를 위하여 30frame/sec이상의 시간당 프레임 수를 갖도록 클럭 신호가 설정되는 것이 바람직하다.The synchronization generator 120 generates a synchronization clock signal and a reset signal, and the digital image signal extracted from the digital image sensor 110 by the synchronization clock signal may be simultaneously stored in the storage 130. In addition, the synchronization clock signal may be used to determine the number of frames of the video signal extracted per hour, and the clock signal is preferably set to have a frame rate of 30 frames / sec or more for the afterimage effect of human vision.
또한 동기화 발생부(120)의 리셋 신호에 따라 3차원 정보 처리 장치가 처음 시동하거나, 중간에 새로 동기화를 할 필요가 있는 경우에 새로 시작하는 동기화 클럭 신호를 발생할 수 있게 된다.In addition, when the 3D information processing apparatus starts for the first time or needs to be newly synchronized in accordance with the reset signal of the synchronization generating unit 120, it is possible to generate a newly started synchronization clock signal.
이와 같은 동기화 발생부는 FPGA/PLD(Field Programable Gate Array/Programable Logic Device)로 구현될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.Such a synchronization generating unit may be implemented as an FPGA / PLD (Field Programmable Gate Array / Programable Logic Device), but is not limited thereto.
저장부(130)는 디지탈 영상 센서부(110)에서 추출한 영상 신호를 동기화 발생부(120)에 의한 동기화 클럭 신호에 따라 프레임 단위로 영상 신호를 저장하는 장치이다.The storage unit 130 is an apparatus that stores the image signal extracted by the digital image sensor unit 110 in units of frames according to the synchronization clock signal of the synchronization generator 120.
이러한 저장부(130)는 FIFO 메모리, 휘발성 메모리 등과 같은 반도체 메모리를 사용하는 것이 바람직하며 이에 한정되지는 않는다.The storage unit 130 preferably uses a semiconductor memory such as a FIFO memory, a volatile memory, and the like, but is not limited thereto.
또한, 저장부(130)는 하나의 프레임만을 저장할 수도 있고, 필요에 따라 복수개의 프레임을 저장할 수도 있다.In addition, the storage unit 130 may store only one frame, or may store a plurality of frames as necessary.
처리부(140)는 동기화 발생부(120)의 동기화 클럭 신호에 따라 프레임 단위로 저장부(130)에 저장된 영상 신호를 불러들여 3차원 정보를 생성한다.The processor 140 generates 3D information by reading an image signal stored in the storage 130 in units of frames according to the synchronization clock signal of the synchronization generator 120.
처리부(140)에서 생성된 3차원 정보 신호는 표시장치, 로보트, 완구 등의 외부 장치(170)를 통해 처리된 결과를 시각적으로 확인할 수 있는 3차원 정보로 사용될 수도 있으며, 로보트 등의 제어에 필요한 3차원 공간 정보로서 사용될 수도 있다.The three-dimensional information signal generated by the processor 140 may be used as three-dimensional information for visually confirming the result processed by the external device 170 such as a display device, a robot, a toy, and the like. It may be used as three-dimensional spatial information.
주저장부(160: Main Memory)는 처리부(140)에서 처리된 3차원 정보를 저장한다.The main memory 160 stores three-dimensional information processed by the processor 140.
제어부(150)는 동기화 발생부(120)에서 발생된 동기화 클럭 신호에 따라 저장부(130)에 대상의 프레임 영상을 저장하거나, 처리부(140)로 저장된 프레임 영상을 전송한다.The controller 150 stores the frame image of the object in the storage unit 130 or transmits the frame image stored in the processor 140 according to the synchronization clock signal generated by the synchronization generator 120.
이와 같은 제어부(150)는 FPGA/PLD(Field Programable Gate Array/ Programable Logic Device)로 구현될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.The controller 150 may be implemented as an FPGA / PLD (Field Programmable Gate Array / Programmable Logic Device), but is not limited thereto.
이하에서 첨부된 도면 도 2를 참조하여 본 발명의 3차원 정보 처리 장치의 동작을 설명한다.Hereinafter, an operation of the 3D information processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 정보 처리 장치의 동작을 보이는 흐름도이다.2 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional information processing apparatus according to the present invention.
먼저 3차원 정보 처리 장치에 전원이 공급되고, 한 쌍의 영상 센서를 통해 대상의 영상이 추출된다.(S100)First, power is supplied to the 3D information processing apparatus, and an image of a target is extracted through a pair of image sensors (S100).
추출된 영상은 동기화 발생부(120)의 동기화 클럭 신호에 따라 프레임 단위로 저장부(130)에 각각 저장된다.(S110)The extracted images are stored in the storage unit 130 in units of frames according to the synchronization clock signal of the synchronization generator 120 (S110).
저장부(130)에 저장된 프레임 단위의 디지탈 영상 신호가 제어부(150)의 인에이블 신호에 의해 처리부(140)로 로드(load)되어, 처리부(140)는 두 개의 디지탈 영상 신호 프레임을 사용하여 3차원 정보를 생성한다.(S120)The digital image signal in units of frames stored in the storage unit 130 is loaded into the processing unit 140 by the enable signal of the control unit 150, so that the processing unit 140 uses three digital image signal frames. Generate the dimension information (S120).
처리부(140)에서 생성된 3차원 정보는 이후의 사용을 위해 시각적인 신호 또는 3차원 좌표 등을 생성하고, 이를 로보트 등의 외부 장치(170)가 이용하게 된다.(S130) 또한, 필요에 따라 주저장부(160)에 저장되기도 한다(S125).The three-dimensional information generated by the processor 140 generates a visual signal or three-dimensional coordinates for later use, and is used by an external device 170 such as a robot (S130). It is also stored in the main storage unit 160 (S125).
이상과 같이, 본 발명의 실시형태를 첨부된 도면을 사용하여 기술하였다. 본 발명의 수정 및 변경은 본 발명의 실시형태에 한정되지 않고, 첨부된 본원발명의 특허청구범위에 의해 당업자에게 가능하다.As mentioned above, embodiment of this invention was described using attached drawing. Modifications and variations of the present invention are not limited to the embodiments of the present invention, and are possible to one skilled in the art by the appended claims.
전술된 바와 같이 본 발명에 의하면, 소형, 저비용, 저전력의 3차원 정보 처리 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a compact, low-cost, low-power three-dimensional information processing apparatus.
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