KR20080066261A - System and implementation method for high resolution camera by linear image sensor - Google Patents

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Abstract

A high resolution camera device using a linear imaging device and a method for implementing the same are provided to obtain high resolution by moving the linear imaging device along a guide rail installed in the camera corresponding to a size of pixel. A high resolution camera device using a linear imaging device comprises a camera body(11), guide rails(13), a linear imaging device(10) and a micro motor(14). A lens is mounted on a front end of the camera body. The guide rails are installed in the camera body. The linear imaging device moves to left/right along the guide rails. The micro motor is installed on the guide rails to drive the linear imaging device. The guide rails are installed in parallel to each other in the camera body such that the guide rail are connected to upper and lower ends, respectively.

Description

리니어 촬상소자를 이용한 고해상도 카메라 장치 및 구현방법{System and implementation method for high resolution camera by linear image sensor}System and implementation method for high resolution camera by linear image sensor using linear imaging device

도 1은 일반적인 에어리어 스캔방식 카메라에 사용되는 촬상소자(CCD,CMOS,등)의 외관을 나타내는 이미지이고,1 is an image showing the appearance of an image pickup device (CCD, CMOS, etc.) used in a general area scan type camera.

도 2는 종래의 에이리어 스캔방식 카메라 촬상소자 종류 중 하나인 CCD 분류의 IT-CCD 소자 구조를 나타내는 구성도이고,2 is a block diagram showing the structure of the IT-CCD device of the CCD classification, which is one of the conventional area scan type camera imaging device type,

도 3은 일반적인 라인 스캔방식 카메라에 사용되는 리니어 촬상소자(CCD,CMOS,등)의 외관을 나타내는 이미지이고,3 is an image showing the appearance of a linear image pickup device (CCD, CMOS, etc.) used in a general line scan type camera.

도 4는 종래의 라인스캔 카메라 촬상소자 종류 중 하나인 리니어 CCD소자의 구조를 나타내는 구성도이고,4 is a block diagram showing the structure of a linear CCD device which is one of the conventional line scan camera image pickup device types,

도 5는 내부에 CCD촬상소자가 장착된 종래의 일반적인 에이리어 스캔방식 카메라의 평면도이고,5 is a plan view of a conventional general area scan type camera equipped with a CCD image sensor therein;

도 6은 도 5의 A-A’선을 따라 취한 단면도이고,6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 5,

도 7은 카메라 내부에 장착한 본 발명에 따른 리니어 촬상소자의 실시예를 나타내는 평면도이고,7 is a plan view showing an embodiment of a linear image pickup device according to the present invention mounted inside a camera,

도 8은 도 8의 B-B’선을 따라 취한 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 8.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 리니어 촬상소자(CCD,CMOS,등)10: Linear image pickup device (CCD, CMOS, etc.)

11 : 카메라본체 12 : 렌즈11 camera body 12 lens

13 : 가이드레일 14 : 마이크로모터13: guide rail 14: micro motor

본 발명은 고해상도 카메라 장치 및 구현방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카메라 내부에 리니어(linear) 촬상소자(CCD,CMOS,등)를 장착하여 그 위치를 화소크기 만큼씩 이동하면서 화상을 획득하여 합성함으로써, 카메라의 화각영역을 하나의 고해상도 화상으로 획득하여 대형구조물의 영상처리를 이용한 표면 결함 계측이나 영상처리를 이용한 제품검사의 미세 결함 검출, 위성 카메라 등의 고해상도를 요구하는 영상분야에 응용할 수 있으며, 기존 에이리어(AREA) 스캔 방식카메라의 해상도 부분의 한계점을 극복할 수 있도록 한 고해상도 카메라 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high resolution camera apparatus and an implementation method, and more particularly, to mount a linear image pickup device (CCD, CMOS, etc.) inside a camera, and to acquire and synthesize an image while moving its position by pixel size. By acquiring the field of view area of the camera as a high resolution image, it can be applied to the imaging field requiring high resolution such as surface defect measurement using image processing of large structures, micro defect detection of product inspection using image processing, and satellite camera. The present invention relates to a high resolution camera device capable of overcoming the limitations of the resolution portion of an existing AREA scan type camera.

최근 수년간 제품검사, 구조물 안전진단 분야에 CCD/CMOS카메라를 이용한 자동화가 두드러지고 있으며, 최근에는 터널이나, 댐, 원자력발전소 등의 대형구조물에도 적용하여 균열 등의 결함을 검사하는데 사용되고 있다. In recent years, automation using CCD / CMOS cameras has been prominent in the field of product inspection and structural safety diagnosis. Recently, it is used to inspect cracks and other defects by applying to large structures such as tunnels, dams, and nuclear power plants.

하지만 이러한 CCD/CMOS카메라를 이용한 검사방법의 분해능과 측정값 오차는 이미지센서의 해상도에 좌우되는데, 제품의 정밀 검사나 대형 제품의 검사, 대형구조물의 균열검사 등에 이용하기에는 현재 개발되는 에이리어 스캔방식 이미지센서의 해상도는 한계를 가지고 있다. However, the resolution and measurement error of the inspection method using the CCD / CMOS camera depends on the resolution of the image sensor.The area scan method that is currently developed for the precise inspection of products, the inspection of large products, and the crack inspection of large structures. The resolution of the image sensor is limited.

종래 기술에서는 대형구조물이나 제품의 미세결함 검출 분야에서 상기 해상도의 한계점 때문에, 에이리어 스캔방식의 CCD/CMOS 카메라를 이용하여 검사영역을 나눠서 촬영한 후 이미지를 합성하거나, 라인 스캔(Linear CCD/CMOS)카메라를 이동시키면서 촬영하여 이미지를 얻어낸다.In the prior art, due to the limitation of the resolution in the field of micro-defect detection of large structures or products, an area scan type is divided by using an area scan type CCD / CMOS camera to synthesize an image, or a line scan (Linear CCD / CMOS) Take a picture while moving the camera to obtain an image.

한편, 이해를 돕기 위해 촬상소자의 기본적 특성을 기술하면, 상기 에이리어 스캔방식 카메라에 사용되는 촬상소자는 디지털카메라에 촬영을 위해 장착되며, 소자 구성 방법에 따라 IT-CCD 방식과, FT-CCD 방식, 및 FIT-CCD 방식으로 나눌 수 있으며, 이중 IT-CCD방식이 대부분의 카메라에 사용되고 있는 것으로 보통 CCD라고 하면 이 타입을 가리키는 것이다.On the other hand, to describe the basic characteristics of the image pickup device, the image pickup device used in the area scan type camera is mounted in the digital camera for shooting, depending on the device configuration method IT-CCD method, FT-CCD Method and FIT-CCD method, and the dual IT-CCD method is used in most cameras, and usually CCD refers to this type.

상기 IT-CCD(Interline Transfer - Charge Coupled Device)는 도 2에 도시한 바와 같이 반도체 기판 위에 2차원으로 배열된 포토다이오드(102)에서 입사된 빛에 의하여 생성되고, 축적되어 형성된 전하상을 전달 게이트를 통하여 각 포토다이오드(102)에 대응하는 수직전송 CCD(103)와 각 수직전송 CCD에 대응하는 수평전송 CCD(104)를 통하여 출력 회로(105)로 순차적으로 이송시켜 신호 전압 형태로 변환하여 화상 정보를 출력시키는 장치이다. The IT-CCD (Interline Transfer-Charge Coupled Device) is generated by the light incident on the photodiode 102 arranged in two dimensions on the semiconductor substrate as shown in FIG. Through the vertical transfer CCD 103 corresponding to each photodiode 102 and the horizontal transfer CCD 104 corresponding to each vertical transfer CCD through the output circuit 105 to be sequentially transferred to the output circuit 105 to convert the image into a signal voltage form It is a device that outputs information.

미설명 도면부호 107은 감광부이다.Reference numeral 107 denotes a photosensitive portion.

상기 라인 스캔 카메라는 리니어 CCD/CMOS를 장착한 카메라이고, 리니어 CCD 는 IT-CCD의 한 열만을 취한 형태로 도 4에 도시한 바와 같이 1열 또는 2,3열의 포토다이오드(108)가 각 축에 길게 배열된 것(예, 해상도8000픽셀×1픽셀)으로, 2차원의 촬상소자에 비해 1라인의 화소수를 크게 할 수 있어 카메라에 장착하여 복사기 또는 스캐너가 문서를 스캔하듯이 카메라를 진행시키면서 또는 검사대상이 일정속도로 움직이면서 영상을 취득하는 장치이다.The line scan camera is a camera equipped with a linear CCD / CMOS, and the linear CCD takes only one column of the IT-CCD, and as shown in FIG. 4, one or two or three rows of photodiodes 108 are arranged on each axis. It is arranged in a long way (e.g., resolution of 8000 pixels × 1 pixel), and can increase the number of pixels in one line compared to a two-dimensional image pickup device. It is a device that acquires images while moving or at a constant speed.

도 4의 미설명 도면부호 109는 출력버퍼, 110은 보상출력버퍼, 111은 CCD 아날로그 시프트 레지스터 1, 112은 CCD 아날로그 시프트 레지스터 2, 113은 시프트 게이트이다.4, reference numeral 109 denotes an output buffer, 110 denotes a compensation output buffer, 111 denotes a CCD analog shift register 1, 112 denotes a CCD analog shift register 2, and 113 denotes a shift gate.

그러나, 상기 두가지 방식의 카메라를 이용한 종래 검사기술의 문제점을 살펴보면, 에이리어 스캔방식의 카메라를 응용한 경우 현재기술로 에이리어 CCD/CMOS 카메라가 가질 수 있는 최대 해상도는 1000~1500만 화소정도이나, 제품의 정밀 검사나 대형구조물 즉 댐이나 터널 등의 균열을 검사하는데 사용하기에는 한계가 있고, 하나의 카메라가 가진 최대 해상도를 극복하기 위해 검사 화면의 영역을 분할 촬영하면서 합성기술과 분할촬영을 위한 카메라 자세제어에 대한 고려와 왜곡발생을 해결해야 하는 문제가 있다.However, when looking at the problems of the conventional inspection technology using the two types of cameras, when the area scan type camera is applied, the maximum resolution that the area CCD / CMOS camera can have as the current technology is about 10 to 15 million pixels. However, there is a limit to use it for the inspection of the product or inspection of large structures, such as dams and tunnels. There is a problem to consider the camera attitude control and solve the distortion.

또한, 상기 라인 스캔방식 카메라의 경우는 일축으로 많은 해상도를 가질수 있는 장점이 있으나, 복사기나 스캐너와 같은 장치에만 적용되고 있고, 머신비전에서 제품이 카메라 촬영부분을 등속도로 이동하여 지나가야 하며, 원거리 촬영을 할 경우에는 적합하지 않다.In addition, the line scan type camera has the advantage that it can have many resolutions as a single axis, but it is applied only to a device such as a copy machine or a scanner, and the product must move the camera photographing part at a constant speed in a machine vision, Not suitable for shooting.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 리니어 촬상소자의 특성을 에어리어 스캔방식 카메라에 적용시켜, 즉 카메라 내부에 리니어 촬상소자를 장착하고, 그 위치를 화소크기만큼씩 이동하면서 카메라의 화각영역의 화상을 획득할 수 있어 대형 구조물의 영상처리를 이용한 표면 결함 계측이나 영상처리를 이용한 제품검사의 미세 결함 검출, 위성카메라 등의 고해상도를 요구하는 영상 분야에 응용할 수 있으며, 기존 에어리어 스캔방식의 해상도 부분의 한계점을 극복할 수 있도록 한 고해상도 카메라 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, and the characteristics of the linear imaging device are applied to an area scan type camera, that is, the linear imaging device is mounted inside the camera, and the position of the camera is moved by pixel size. It can acquire the image of the field of view area, and it can be applied to the image field requiring high resolution such as surface defect measurement using image processing of large structure, product defect detection using image processing, satellite camera, etc. It is an object of the present invention to provide a high resolution camera apparatus capable of overcoming the limitations of the resolution portion of.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고해상도 카메라 장치에 있어서,The present invention for achieving the above object is a high resolution camera device,

전단에 렌즈가 장착된 카메라본체와; 상기 카메라본체의 내부에 설치된 가이드레일과; 상기 가이드레일을 따라 좌우로 이동가능하게 설치된 리니어 촬상소자와; 상기 리니어 촬상소자를 구동하기 위해 가이드레일에 설치된 마이크로 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.A camera body equipped with a lens at the front end; A guide rail installed inside the camera body; A linear image pickup device mounted to the left and right along the guide rail; It characterized in that it comprises a micro-motor installed in the guide rail for driving the linear image pickup device.

바람직한 구현예로서, 상기 가이드레일은 리니어 촬상소자의 상단부와 하단부에 각각 연결되도록 상기 카메라본체 내부에 평행하게 설치된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the guide rail is installed in parallel in the camera body so as to be connected to the upper end and the lower end of the linear image pickup device, respectively.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 마이크로 모터는 벨트를 통해 상기 리니어 촬상소자와 연결되어 구동력이 전달되는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the micro motor is connected to the linear image pickup device via a belt, characterized in that the driving force is transmitted.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 일반 카메라 내부에 장착한 본 발명에 따른 리니어 촬상소자의 실시예를 나타내는 평면도이고, 도 8는 도 7의 B-B’선을 따라 취한 단면도이다.7 is a plan view showing an embodiment of a linear image pickup device according to the present invention mounted inside a general camera, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 7.

종래의 에이리어 스캔 방식의 카메라(100)는 도 6에 도시한 바와 같이 가로 세로 방향으로 일정한 면적을 갖는 에어리어 스캔 CCD/CMOS 소자(101)에 다수의 포토다이오드가 장착되어 빛을 감지한다.In the conventional area scan type camera 100, as shown in FIG. 6, a plurality of photodiodes are mounted on an area scan CCD / CMOS device 101 having a constant area in a horizontal and vertical direction to detect light.

그러나, 상기 에이리어 스캔방식의 촬상소자를 고해상도로 개발하는 것은 더 많은 포토다이오드를 배열해야 되는 기술적 문제와 신호처리 문제 등으로 현재 대형구조물 표면결함검사나 제품의 정밀검사를 위한 해상도를 만족시키기에는 여러가지 한계점을 갖고 있다.However, the development of the area scan type image pickup device at high resolution is not enough to satisfy the resolution for the surface defect inspection of the large structure or the precision inspection of the product due to the technical problem and signal processing problem such as the arrangement of more photodiodes. It has several limitations.

본 발명은 종래의 에이리어 스캔 방식의 CCD/CMOS 카메라가 갖는 해상도의 한계점을 극복하기 위해 카메라에 리니어 촬상소자(10)를 장착하여, 초고해상도를 가질 수 있을 뿐만 아니라 원거리에서도 촬영할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.In order to overcome the limitations of the resolution of a conventional area scan type CCD / CMOS camera, the present invention is equipped with a linear image pickup device 10 in the camera, which not only has a super high resolution but also allows shooting at a long distance. There is a focus on this.

본 발명에 따른 카메라는 카메라본체(11)와, 본체 전방에 빛을 모아주는 렌즈(12)와, 본체 내부에 설치된 리니어 촬상소자(10)를 포함하여 구성되어 있다.The camera according to the present invention comprises a camera body 11, a lens 12 for collecting light in front of the main body, and a linear image pickup device 10 provided inside the main body.

상기 카메라본체(11)는 동영상이나 정지된 화면을 포함하여 모든 영상을 담을 수 있고 일정거리 이상에서 촬영이 가능한 일반적인 형태를 갖고 있다.The camera body 11 has a general shape that can hold all images including a moving picture or a still picture and can be photographed at a predetermined distance or more.

상기 본체(11)의 전단에는 피사체를 촬영하기 위한 렌즈(12)가 설치되어 있고, 본체(11) 내부에는 렌즈(12)를 통해 입사된 빛을 받아들이기 위한 리니어 촬상소자(10)는 일축 또는 2축, 3축에 다수의 포토다이오드가 장착되어 빛을 감지할 수 있고, 감지된 빛의 양에 따라 변화되는 전기신호를 아날로그/디지털 변환기에 의해 아날로그 영상신호로 변환할 수 있는 것이면 어떤 촬상소자이든 가능하다.The front end of the main body 11 is provided with a lens 12 for photographing the subject, and the linear image pickup device 10 for receiving the light incident through the lens 12 inside the main body 11 is a single axis or If there are multiple photodiodes mounted on 2 axes and 3 axes, it can sense light, and any imaging device can convert an electric signal that changes according to the detected amount of light into an analog video signal by analog / digital converter. It is possible.

상기 리니어 촬상소자(10)는 도 8에 도시한 바와 같이 본체 내부에 설치된 가이드레일(13)에 수직방향으로 설치되어, 가이드레일(13)을 따라 화소크기만큼씩 이동하면서 화상을 획득하여 합성한다.As shown in FIG. 8, the linear image pickup device 10 is installed in a vertical direction to the guide rail 13 installed inside the main body, and acquires and synthesizes an image while moving by pixel size along the guide rail 13. .

상기 가이드레일(13)은 본체(11) 내부에 수평방향으로 평행하게 설치되고, 가이드레일(13)의 상단부와 하단부에는 리니어 촬상소자(10)가 전방으로 이탈되는 것을 방지하는 고정자가 일체로 형성되고, 리니어 촬상소자(10)의 상단부와(또는) 하단부는 마이크로모터(14)와 벨트로 연결되어 구동되게 된다.The guide rail 13 is installed in the main body 11 in parallel in the horizontal direction, and the upper and lower ends of the guide rail 13 are integrally formed with a stator to prevent the linear image pickup device 10 from moving forward. The upper end and / or lower end of the linear imaging device 10 are driven by being connected to the micromotor 14 by a belt.

이때, 상기 가이드레일(13)은 원하는 길이만큼 설치할 수 있고, 상기 마이크로모터(14)는 가이드레일(13)에 설치되되, 리니어 촬상소자(10)와 연결이 용이한 곳에 배치한다.At this time, the guide rail 13 may be installed to a desired length, the micromotor 14 is installed on the guide rail 13, it is disposed in an easy connection with the linear image pickup device 10.

또한, 상기 마이크로모터(14)는 리니어 촬상소자(10)를 화소크기만큼씩 정밀하게 이동시킬 수 있어야 하고, 정회전/역회전이 가능하며, 속도를 조절할 수 있다.In addition, the micromotor 14 should be able to precisely move the linear image pickup device 10 by the pixel size, and the forward / reverse rotation is possible, and the speed may be adjusted.

따라서, 본 발명의 고해상도 카메라 장치는 리니어 촬상소자(10)가 카메라 내부에 설치된 가이드 레일(13)을 따라 좌측 또는 우측으로 화소크기만큼씩 이동함으로써, 그 이동방향으로 움직인 거리가 전체 이미지 한변의 픽셀크기가 된다. 즉, 리니어 촬상소자(10)의 화소를 늘리는 것이 한정되더라도 가이드레일(13)의 길이를 늘리게 되면 원하는 만큼의 화소수로 증대시킬수도 있으며, 카메라 내부에서 이러 한 이동촬상이 이루어지므로 렌즈 배율 조정만으로 어떠한 원거리에서도 촬영이 가능하다.Therefore, in the high resolution camera device of the present invention, the linear image pickup device 10 moves left or right along the guide rail 13 installed inside the camera by pixel size, so that the distance moved in the direction of movement of the linear image device 10 Pixel size That is, even if the number of pixels of the linear image pickup device 10 is limited, if the length of the guide rail 13 is increased, the number of pixels can be increased to the desired number of pixels. You can shoot from any distance.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 고해상도 카메라 장치에 의하면, 리니어 촬상 소자가 카메라 내부에 설치된 가이드 레일을 따라 좌우로 화소크기만큼씩 이동함으로써, 가로 및 세로방향으로 일정한 면적에 장착된 포토다이오드에 의해 감광하는 에어리어 스캔 방식 카메라의 해상도의 한계를 극복하여, 대형 구조물의 영상처리를 이용한 표면 결함 계측이나 영상처리를 이용한 제품검사의 미세 결함 검출, 위성카메라 등의 고해상도를 요구하는 영상 분야에 응용할 수 있다.As described above, according to the high-resolution camera device according to the present invention, the linear image pickup device is moved by the pixel size from side to side along the guide rail installed inside the camera, so that the photodiode mounted in a constant area in the horizontal and vertical directions It overcomes the limitations of the resolution of the area scan type cameras that are exposed to light. Therefore, it can be applied to the imaging field requiring high resolution such as surface defect measurement using image processing of large structures, micro defect detection of product inspection using image processing, and satellite camera. have.

Claims (3)

고해상도 카메라 장치에 있어서,In the high resolution camera device, 전단에 렌즈가 장착된 카메라본체(11)와;A camera body 11 equipped with a lens at the front end; 상기 카메라본체의 내부에 설치된 가이드레일(13)과;A guide rail 13 installed inside the camera body; 상기 가이드레일을 따라 좌우로 이동가능하게 설치된 리니어 촬상소자(10)와;A linear image pickup device 10 installed to move left and right along the guide rail; 상기 리니어 촬상소자를 구동하기 위해 가이드레일에 설치된 마이크로 모터(14);A micro motor 14 mounted to a guide rail for driving the linear image pickup device; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고해상도 카메라 장치.High resolution camera device, characterized in that configured to include. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 가이드레일(13)은 리니어 촬상소자(10)의 상단부와 하단부에 각각 연결되도록 상기 카메라본체(10) 내부에 평행하게 설치된 것을 특징으로 하는 고해상도 카메라 장치.The guide rails (13) is a high-resolution camera device, characterized in that installed in parallel to the inside of the camera body (10) so as to be respectively connected to the upper end and the lower end of the linear image pickup device (10). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 마이크로 모터(14)는 벨트를 통해 상기 리니어 촬상소자(10)와 연결되 어 구동력이 전달되는 것을 특징으로 하는 고해상도 카메라 장치.The micro motor (14) is connected to the linear image pickup device (10) through a belt, characterized in that the driving force is transmitted.
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