KR200421166Y1 - 주시각과 주시 거리가 동시 조절되는 곡선 레일 형태의입체 촬영 카메라 유형 - Google Patents

Abstract

일반적으로 사람이 입체감을 지각하는 요인에는 단안에 의한 부분과 양안에 의한 부분이 있다. 단안에 의한 입체감은 주로 경험적인 요인에 기인한다. (초점 조절, 운동 시차, 시야의 크기 등). 양안에 의한 입체감은 주로 생리적인 요인에서 기인된 것으로 주시각(폭주, Convergence)에 의한 양안의 시차에 의해서 느끼게 된다. 1대의 카메라 렌즈는 사람의 눈과 비슷한 구조를 가지고 있지만 사람의 두 눈의 간격으로 배치하여 촬영하는 데에는 어려움이 있다. 입체 영상을 얻기 위해서는 사람이 양안 시차에 의해 사물을 바라보는 원리에 가장 근접하게 촬영되어야 하며 두 대의 카메라는 눈과 같은 동작을 하여야 한다. 그러기 위해서 촬영할 대상을 바라보는 두 대의 카메라는 주시각과 주시 거리를 동시에 조절할 수 있어야 한다.

그래서, 본문과 같이 주시각과 주시 거리가 동시 조절되는 새로운 입체 촬영 카메라 유형을 고안하였다.

입체 영상, 입체 촬영, 입체 카메라, 주시각, 주시 거리, 3D

Description

주시각과 주시 거리가 동시 조절되는 곡선 레일 형태의 입체 촬영 카메라 유형 { kind of a three dimensional and curve-railed digital camera whose convergence and convergence distance are automatically adjusted at a same time}

도1 은 사람의 두 눈에 의해 형성되는 입체 영상에 대한 주시각과 주시 거리의 변화 관계와 그에 따르는 2대의 카메라 간격에 대한 구성도이다.

도2 은 도1 의 구성에 있어 주시 거리가 증가함에 따라 주시각이 변화하는 값을 나타내는 그래프이다.

도3 은 도1 의 구성에 있어 주시각이 증가함에 따라 주시 거리가 변화하는 값을 나타내는 그래프이다.

도4 은 종래의 기술과 달리 주시각과 주시 거리가 동시에 조절되는 곡선 레일 형태의 새로운 입체 촬영 카메라 유형 고안에 대한 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 수직중심선

12 : 수평중심선

13 : 사람 눈의 위치 (양안거리 : 70mm)

14 : 원거리 주시

15 : 근거리 주시

16 : 원거리 주시각

17 ; 근거리 주시각

18 : 카메라의 위치

19 : 최소 카메라 간격

20 : 최대 카메라 간격

21 : 수직중심선

22 : 수평중심선 및 사람 눈의 위치

23 : 원거리 교차점 (기준면, 디스플레이 화면)

24 : 근거리 교차점 (기준면, 디스플레이 화면)

25 : 카메라 이동 곡선 레일

26 : 카메라 이동 구간(왼쪽, Left)

27 : 카메라 이동 구간(오른쪽, Right)

종래의 입체 촬영 카메라는 양안식 수평축 카메라, 양안식 교차축 카메라, 단안식 바이프리즘 카메라 유형 등이 있다.
종래의 양안식 수평축 카메라 유형은 카메라의 주시각이 평행한 축을 이루고 있다. 비교적 카메라의 제작 및 조작이 용이하고 키스톤에 의한 영상 왜곡이 적다. 그러나, 주시각과 주시 거리를 고려하여 촬영할 수 없으므로 입체감을 표현하기 어려우며 양안 간격이 고정일 경우 원거리 입체감은 표현할 수 없다.
그리고, 양안식 교차축 카메라 유형은 카메라의 주시각을 조절할 수 있도록 설계된 방식으로 두 대의 카메라의 축이 교차된다. 그래서, 물체의 원하는 정도의 입체감을 살릴 수 있으나 카메라의 제작 및 조작이 힘들고 그로 인한 영상의 왜곡 현상이 많이 발생하여 입체 영상 표현에 한계가 있다. 또한, 카메라의 축이 눈의 중심점을 정확하게 지나갈 수 없으므로 교차점을 벗어난 입체 영상이 형성된다.
마지막으로 단안식 바이프리즘 카메라 유형은 한 대의 카메라를 사용한 방식으로 헤드간 동기 및 줌 렌즈간 동기 문제는 자동으로 해결된다. 하지만, 바이프리즘(Bi-prism) 어댑터는 좌,우 영상의 경계부에 화질 저하를 가져오고 또한 색수차 문제로 인한 화질 열화 문제를 발생시킴으로 설계시 섬세한 보상 방법을 필요로 한다. 바이프리즘의 현상이 고정되어 있으므로 줌 및 포커스 값에 따라 주시각을 조절하는 것이 불가능하며 이것은 주시각 범위 내에서만 촬영해야 하는 제한적인 촬영 조건을 가지고 있다. 그리고, 촬영에 의해 얻어지는 입체 영상은 절반의 해상도 밖에 가질 수 없다.

종래 기술의 입체 촬영 카메라 유형과 다른 새로운 기술에 의한 본 고안은 주시각과 주시 거리가 동시에 조절되는 양안식 입체 카메라이다.
그러므로 단안식 입체 카메라 유형에서의 문제점은 전혀 발생되지 않는다.
또한, 기존 양안식의 수평축 방식과 같이 제작 및 조작이 용이하여 키스톤에 의한 왜곡이 없고 정밀하게 주시각을 조절함으로써 주시 거리는 동시에 자동 조절되어 영상의 왜곡 현상이 줄어 들고 물체에 원하는 정도의 입체감을 정확하게 표현할 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 도1 과 같이 사람의 두 눈이 수직 중심선(11)과 수평 중심선(12)에 의해 원근의 어떠한 물체를 바라 볼 때 형성되는 입체 영상에 대한 주시각과 주시 거리의 변화 관계와 그에 따르는 두 대의 카메라 간격에 대한 개념도를 설명할 수 있다.
도1 에서 사람 눈의 위치(13)에서 양안이 평균적으로 70mm의 간격을 가지고 앞에 있는 어떠한 물체를 바라볼 때 두 눈이 그 물체와 이루는 각을 주시각(=폭주각) 이라 하고 물체와 두 눈이 위치하는 수평 중심선(12) 사이의 거리를 주시 거리(=폭주 거리)라 한다.
이렇게 주시각과 주시 거리에 의해 형성된 양안에 의한 입체감은 주로 생리적인 요인에서 기인된 것으로 주시각(폭주,Convergence)에 의한 양안의 시차에 의해서 느끼게 된다. 한 대의 카메라 렌즈는 사람의 눈과 비슷한 구조를 가지고 있지만 사람의 두 눈이 어떠한 물체를 바라보는 간격으로 두 대의 카메라를 배치하여 두 눈이 그 물체를 입체감 있게 바라보는 것과 같이 촬영하는 데에는 어려움이 있다.
따라서, 두 대의 카메라는 두 눈의 중심점을 지나 주시각과 주시 거리에 의해 얻어지는 입체 영상을 주시각의 연장선 상의 눈의 뒷부분에 위치(18)하여 촬영하게 된다.
이렇게 사람이 양안 시차에 의해 사물을 바라보는 원리에 가장 근접하게 촬영하고자 할 때에 카메라와 주시각과 주시 거리는 다음의 상관 관계가 있음을 알 수 있다.
카메라 렌즈 폭에 비례하여 카메라 간 최소 간격(19)이 결정되며 이 때에 최대 원거리 주시(14)가 되며 원거리 주시각(16)은 최소가 된다.
두 눈이 가장 근거리 주시(15)일 때 근거리 주시각(17)은 최대가 되어 카메라는 최대 간격(20)으로 이동하여 위치한다.
이렇듯 사람이 어떠한 원근의 물체를 바라볼 때 주시각(16,17)과 주시 거리(14,15)는 동시에 변화하게 되며 두 대의 카메라 간격도 이 변화에 의해 조절되어 결정된다.
다시 말해 입체 영상을 얻기 위해서는 두 대의 카메라는 눈과 같은 동작을 하여야 하며 주시각과 주시 거리를 동시에 조절할 수 있어야 한다.
그래서, 도2 의 개념도와 같은 종래의 기술과 달리 주시각과 주시 거리가 동시에 조절되는 곡선 레일 형태의 새로운 입체 촬영 카메라 유형을 고안하였다.
도2 에서 사람의 두 눈이 수직 중심선(21)과 수평 중심선(22)에 의해 원근의 어떠한 물체를 바라볼 때에 두 눈의 중심점을 지나는 두 축의 교차점(23,24)은 물체의 주시 거리의 증감에 의해 수직 중심선(21)을 따라 진행한다.
입체 영상 획득을 위해 두 눈의 중심점을 지난 주시각의 연장선 상의 눈의 뒷부분에 위치하는 카메라는 주시 거리의 증감에 의해 형성되는 교차점(23,24)과 항상 직선을 이루며 이러한 교차점(23,24)은 촬영된 입체 영상의 기준면이 되어 실제 모니터 등에 디스플레이 되는 입체 화면이 된다.
여기에 두 눈의 중심점을 기준으로 A=B=r 의 원을 그리고, 그 원을 따라 카메라를 움직이면 카메라는 항상 눈의 중심점을 향하게 되고 이러한 원의 곡선을 따라 주시각(28,29)의 연장선 상의 눈의 뒷부분에서 촬영하는 카메라의 위치에 곡선형 레일(25)을 제작하여 두 대의 카메라를 동시에 이동시키면 각각의 눈의 중심점을 지나 변화하며 형성되는 교차점(23,24)을 얻을 수 있다.
그러한 수직 중심선 상에서 변화하는 값을 갖는 교차점들은 주시각과 주시 거리가 자동으로 조절되어 얻어지는 것이며 그에 따라 곡선의 레일 위에서 두 대의 카메라는 이동하는 구간(26,27)이 생긴다.
이러한 결과에 의해 두 카메라의 최소 간격(=최대 주시 거리), 최소 주시 거리(=카메라 이동 레일의 최대 폭), 눈의 중심점과 카메라 레일 간의 거리(=r) 를 고려하여 주시각과 주시 거리가 동시에 조절되는 곡선 레일 형태의 도3 과 같은 입체 촬영 카메라 시스템 설계 유형을 얻을 수 있다.
도3 은 본 고안에 의해 실제 설계한 주시각과 주시 거리가 동시에 조절되는 곡선 레일 형태의 입체 촬영 카메라 유형의 시스템 평면도이다.
이 입체 촬영 카메라 시스템의 곡선 레일(34,35)은 도2 에서 A=B=r=2,000mm 의 원의 값을 가지고 있다.
원하는 입체 영상의 촬영을 위해 전면(31)을 향하고 있는 두 대의 좌,우 카메라(32,33)는 각각 곡선형 레일(34,35)에 고정된 플레이트 장치에 조립되어 동시에 이동한다.
최초 두 대의 카메라(32,33) 간 최소 간격(38)의 위치에서는 두 대의 입체 촬영 카메라의 최대 주시 거리가 되며 주시각은 최소가 된다.
이 상태를 기준으로 좌측 카메라(32)는 좌측으로, 우측 카메라(33)는 우측으로 곡선형 레일(34,35)을 따라 같은 이동 거리 값을 가지며 동시에 이동시키면 주시 거리는 점점 가까워지고 주시각은 점점 커지며 입체 영상을 획득할 수 있는 원근의 교차점들을 쉽게 형성할 수 있다.
이 때, 좌측 카메라(32)는 좌측 곡선 레일(34)을 따라 이동하는 최대 이동 구간(36)을 가지며 우측 카메라(33)는 우측 곡선 레일(35)을 따라 이동하는 최대 이동 구간(37)을 가지게 된다.
두 대의 입체 촬영 카메라(32,33)가 최소 간격(38)에서 부터 곡선형 레일(34,35)을 따라 좌, 우측으로 이동하여 최대 이동 구간(36,37)을 가지면 두 대의 카메라는 최대 간격(39)으로 멀어지며 이 때 두 대의 카메라가 이루는 주시각은 최대가 되고, 주시 거리는 최소가 된다.
이렇듯 본 고안에 의한 곡선 레일 형태의 입체 촬영 카메라는 주시각과 주시 거리를 동시에 정확하게 조절하여 원하는 정도의 정확한 입체 영상을 획득할 수 있다.

본 고안은 입체 영상의 획득을 위해 두 눈의 중심점을 지나 형성되는 주시각과 주시 거리의 변화에 대응하는 카메라의 각도 및 두 대의 카메라 간 간격을 곡선형 레일에 바로 적용함으로써 주시각과 주시 거리의 변화가 동시에 자동 조절되는 형태로 카메라가 레일을 따라 움직이므로 기계적인 오차가 거의 없어 레일 위의 카메라 위치에 따라 정확한 주시 거리를 미리 예상하여 촬영이 가능하다.
따라서, 어떠한 물체의 원하는 정도의 정확한 입체 영상을 위한 전문적인 촬영 조건 및 기법에 맞는 최적의 시스템 제작이 가능하다.
또한, 카메라 규격에 따라 다양한 크기의 곡선형 레일 제작이 가능하고 촬영 시스템의 자동화에 유리하여 관련 입체 영상 산업 발전에 크게 이바지할 것이다.

Claims (3)

1. 입체 영상 촬영에 있어 주시각과 주시 거리를 동시에 조절할 수 있도록 사람의 두 눈의 중심점을 기준으로 동일한 r(=반지름)의 값을 가진 곡선 레일 형태의 구조에 의한 입체 촬영 카메라 유형
2. 제 1항에 대하여,

   주시각과 주시 거리가 동시에 조절되는 곡선형 이동 레일에 두 대의 입체 촬영 카메라를 장착하여 원하는 정도의 정확한 입체 영상을 획득할 수 있는 입체 촬영 카메라 시스템
3. 제 2항에 대하여,

   두 대의 입체 촬영 카메라 간 최소 간격(=최대 주시 거리), 최소 주시 거리(=카메라 이동 레일의 최대 폭 또는 카메라 간 최대 간격), 눈의 중심점과 카메라 이동 레일 간의 거리(=r) 를 고려하여 카메라 규격에 따라 다양한 크기의 곡선형 레일을 적용하여 제작할 수 있는 입체 촬영 카메라 시스템

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