KR20100084718A - 3차원 이미지를 생성하는 휴대 단말기 - Google Patents

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KR20100084718A
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Abstract

본 발명은 3차원 이미지를 생성하는 휴대 단말기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 휴대 단말기는 스페이스 코드(space code) 생성을 위한 패턴광을 피사체에 투사하는 광원부, 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하는 카메라 모듈부, 카메라 모듈부로부터 촬영된 적어도 하나의 피사체 이미지로부터 스페이스 코드를 생성하고, 생성된 스페이스 코드에 근거하여 스페이스 코드 이미지를 생성하고, 3차원 좌표 변환식을 이용하여 스페이스 코드 이미지의 2차원 좌표를 3차원 좌표로 변환하고, 변환된 3차원 좌표를 이용하여 깊이 이미지(Depth Image)를 생성하는 제어부를 포함한다. 본 발명을 통해 사용자는 휴대 단말기를 이용하여 3차원 이미지를 획득할 수 있다.
휴대 단말기, 3차원 이미지(3 Dimensional image), 카메라, 광원, 프로젝터

Description

3차원 이미지를 생성하는 휴대 단말기{MOBILE TERMINAL FOR GENERATING 3 DIMENSIONAL IMAGE}
본 발명은 3차원 이미지를 생성하는 휴대 단말기에 관한 발명으로서, 특히 스페이스 코드(space code)를 이용하여 3차원 이미지를 생성하는 휴대 단말기에 관한 것이다.
최근 휴대 단말기 보급률의 급속한 증가로 휴대 단말기는 이제 현대인의 생활필수품으로 자리매김하게 되었다. 그리고 휴대 단말기의 보급률의 증가와 함께, 휴대 단말기의 기능들은 더욱 다양화되었다.
휴대 단말기에 디지털 카메라 기능이 포함되면서, 휴대 단말기 사용자들은 디지털 카메라를 따로 휴대하지 않고도 휴대 단말기로 피사체를 촬영하여 이미지를 획득할 수 있게 되었다. 휴대 단말기에 구비된 디지털 카메라는 성능 면에서 지속적으로 발달하였으며 화소 수 및 기타 부수 기능면에서 일반 디지털 카메라의 성능과 거의 동등하게 되었다.
최근 3차원 이미지의 요구가 증가하면서, 3차원 이미지를 촬영하는 기술이 개발되고 있다. 3차원 이미지는 입체적인 효과를 나타내며 각종 어플리케이션에 유 용한 데이터로서 사용될 수 있다. 그러나 현재 상태로서는 휴대 단말기에서 3차원 이미지를 촬영하는 기술이 개발되지 않은 실정이다. 만약 휴대 단말기에서 3차원 이미지를 촬영할 수 있다면, 촬영된 3차원 이미지는 휴대 단말기의 어플리케이션에서 유용한 데이터로서 사용될 수 있을 것이다. 본 발명에서는 3차원 이미지를 획득할 수 있는 휴대 단말기를 제안한다.
본 발명의 목적은 3차원 이미지를 생성하는 휴대 단말기를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 휴대 단말기는 스페이스 코드(space code) 생성을 위한 패턴광을 피사체에 투사하는 광원부, 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하는 카메라 모듈부, 카메라 모듈부로부터 촬영된 적어도 하나의 피사체 이미지로부터 스페이스 코드를 생성하고, 생성된 스페이스 코드에 근거하여 스페이스 코드 이미지를 생성하고, 3차원 좌표 변환식을 이용하여 스페이스 코드 이미지의 2차원 좌표를 3차원 좌표로 변환하고, 변환된 3차원 좌표를 이용하여 깊이 이미지(Depth Image)를 생성하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 휴대 단말기에서 광원부는 밝기가 점차적으로 변경되는 그라데이션(Gradation) 이미지를 피사체에 투사할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 휴대 단말기에서 카메라 모듈부는 광원부가 피사체에 패턴광을 투사할 때마다 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 휴대 단말기에서 제어부는 변환된 3차원 좌표 및 카메라 매트릭스(camera matrix)를 이용하여 피사체와의 거리를 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 휴대 단말기는 3차원 좌표 변환식에 관한 데이터를 수신하는 무선통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지 획득 방법은 설정된 종류의 패턴광을 설정된 횟수로 상기 피사체에 투사하고, 패턴광이 투사된 피사체를 설정된 횟수만큼 촬영하여 패턴광 이미지를 획득하는 패턴광 이미지 획득 단계, 촬영된 패턴광 이미지를 이진화 처리하는 단계, 이진화 처리된 패턴광 이미지로부터 스페이스 코드를 생성하는 단계, 생성된 스페이스 코드로부터 스페이스 코드 이미지를 생성하는 단계, 스페이스 코드 이미지를 구성하는 각 픽셀의 2차원 좌표를 3차원 좌표 변환식을 이용하여 3차원 좌표로 변환하는 단계, 변환된 3차원 좌표와 상기 3차원 좌표 변환식을 이용하여 상기 피사체와의 거리를 연산하는 단계, 연산된 피사체와의 거리를 스페이스 코드 이미지에 반영하여 깊이 이미지(Depth Image)를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 통해 사용자는 휴대 단말기를 이용하여 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 획득된 3차원 이미지는 휴대 단말기에서 실행 가능한 어플리케이션에서 유용한 데이터로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 '스페이스 코드(space code)'는 스페이스 코드 이미지(space code image)를 생성하기 위해 사용되는 코드 값에 해당한다. 피사체에 패턴광을 설정된 횟수만큼 투사하고, 패턴광을 투사할 때마다 카메라 모듈로 피사체를 촬영하여 패턴광을 투사한 횟수와 동일한 개수의 패턴 이미지를 획득하고, 획 득한 패턴 이미지를 이진화한 후, 패턴 이미지를 구성하는 각 픽셀들이 검은색(0) 또는 흰 색(1)을 갖는지 여부를 판단하여, 0 과 1로 구성된 스페이스 코드를 생성한다. 예를 들어, 패턴광을 피사체에 8회 투사한 경우에는 8개의 패턴 이미지를 획득할 수 있으며, 8개의 이미지 각각의 동일한 위치의 픽셀에 대해 검은색(0) 또는 흰색(1)을 판단하고 0 또는 1을 할당하면 8자리의 2진수 코드를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 '패턴광(pattern light)'은 스페이스 코드의 생성을 위해 사용되는 휴대 단말기에 구비된 광원부에서 투사되는 빛을 의미한다. 패턴광은 설정된 횟수로 피사체에 투사되고 카메라는 패턴광이 투사된 피사체를 촬영한다. 패턴광은 검은색(0)과 흰 색(1)으로 구성되어 있으며, 검은색(0)과 흰 색(1)이 일정 방향으로 띠를 이루어 교대로 번갈아 가면서 구성된다. 도 3에는 패턴광이 투사된 피사체 이미지가 표시되어 있다. 도 3의 첫 번째 도시된 도면을 참조하면 좌측에는 검은색(0), 우측에는 흰 색(1)으로 구성된 패턴광이 투사된 이미지가 도시되어 있다. 본 발명의 실시예에 따라 검은색(0)과 흰 색(1)의 위치가 반대로 변경된 패턴광을 추가로 투사할 수 있다. 예를 들어 좌측에 검은색(0), 우측에 흰 색(1)으로 구성된 패턴광을 피사체에 투사한 후, 이어서 좌측에 흰 색(1), 우측에는 검은색(0)으로 구성된 패턴광을 투사할 수 있다. 반대되는 패턴광을 추가로 투사하고 피사체를 촬영하여 촬영된 두 개의 이미지를 비교하는 경우, 검은색(0)과 흰 색(1) 사이의 경계선을 더욱 정확하게 알 수 있다. 이 때 경계선을 기준으로 좌측은 검은색(0), 우측은 흰 색(1)이 투사된 것으로 보정하여 새로운 패턴 이미지를 생성한다. 검은색(0)과 흰 색(1)의 위치가 반대로 변경된 패턴광을 추가로 투사하는 경우에는 일반적으로 패턴광을 투사하는 횟수보다 2배의 횟수로 패턴광을 투사해야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 '스페이스 코드 이미지(space code image)'는 스페이스 코드를 이용하여 생성한 이미지에 해당한다. 스페이스 코드는 패턴광을 투사한 횟수, 즉 획득되는 패턴 이미지의 개수와 동일한 자리수를 갖는다. 예를 들어, 패턴광을 8회 투사하여 패턴 이미지를 8개 획득한 경우, 스페이스 코드는 8자리의 2진수 코드형태가 된다. 패턴 이미지를 구성하는 각 픽셀들은 모두 8자리의 2진수 코드를 가지며 2진수 코드는 10진수로 변환된다. 예를 들어 어느 하나의 픽셀의 스페이스 코드가 '01010011'에 해당하는 경우, 스페이스 코드가 10진수로 변환되면 83이 된다. 검은색(0)부터 흰 색(255)까지 색 밝기를 256단계로 구분하는 경우, 83에 해당하는 밝기의 색을 해당 픽셀에 반영한다. 이와 같은 방법으로 모든 픽셀에 대해 스페이스 코드를 10진수로 변환하여 해당 밝기의 색을 각 픽셀에 표시한다. 해당 밝기의 색이 표시된 픽셀들을 조합하면 하나의 이미지를 생성할 수 있으며, 이렇게 생성된 이미지를 스페이스 코드 이미지라고 한다. 도 5는 스페이스 코드 이미지의 일 실시예를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 '3차원 좌표 변환식'은 3차원 좌표를 생성하기 위해 사용되는 식에 해당한다. 3차원 좌표 변환식은 카메라 칼리브레이션(camera calibration)으로 연산된 카메라 매트릭스(camera matrix) 및 프로젝터 칼리브레이션(projector calibration)으로 연산된 프로젝터 매트릭스(projector matrix)로부 터 도출된다. 3차원 좌표 변환식은 사용자에 의해 설정될 수도 있으며, 휴대 단말기에 기본값(default)으로 설정될 수 있다. 또한 3차원 좌표 변환식은 외부로부터 전송되어 휴대 단말기에 저장될 수도 있다. 스페이스 코드 이미지를 구성하는 각 픽셀들은 2차원 좌표를 가지며 이들은 3차원 좌표 변환식에 의해 3차원 좌표로 변환될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 '깊이 이미지(Depth Image)'는 스페이스 코드 이미지에 피사체와의 거리 데이터가 반영된 이미지에 해당한다. 깊이 이미지는 피사체와의 거리가 가까울수록 밝게 표시되며 피사체와의 거리가 멀수록 어둡게 표시된다. 휴대 단말기는 깊이 이미지를 생성한 후, 생성한 깊이 이미지를 3차원 모델링하여 3차원 모델링 이미지를 생성한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명의 실시예에서는 휴대 단말기를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들에 따른 휴대 단말기는 카메라 모듈 및 광원부를 구비하는 단말기로서, 바람직하게는 이동통신 단말기, 휴대용 멀티미디어 재생 장치(Portable Multimedia Player-PMP), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant-PDA), 스마트 폰(Smart Phone), MP3 플레이어 등과 같은 모든 정보 통신 기기 및 멀티미디어 기기와 그에 대한 응용에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지를 생성하는 휴대 단말기의 구성도에 해당한다.
무선통신부(110)는 휴대 단말기의 무선 통신을 위한 해당 데이터의 송수신 기능을 수행한다. 무선통신부(110)는 송신되는 신호의 주파수를 상승변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 무선통신부(110)는 무선 채널을 통해 데이터를 수신하여 제어부(180)로 출력하고, 제어부(180)로부터 출력된 데이터를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 무선통신부(110)는 3차원 좌표 변환식에 관한 데이터를 수신할 수 있다. 3차원 좌표 변환식은 휴대 단말기 기종 마다 달리 설정될 수 있으며, 제어부(180)는 무선통신부(110)를 통해 웹 서버 등으로부터 3차원 좌표 변환식에 관한 데이터를 수신할 수 있다.
오디오 처리부(120)는 코덱으로 구성될 수 있으며, 코덱은 패킷 데이터 등을 처리하는 데이터 코덱과 음성 등의 오디오 신호를 처리하는 오디오 코덱을 구비한다. 오디오 처리부(120)는 디지털 오디오 신호를 오디오 코덱을 통해 아날로그 오디오 신호로 변환하여 스피커(SPK)를 통해 재생하고, 마이크(MIC)로부터 입력되는 아날로그 오디오 신호를 오디오 코덱을 통해 디지털 오디오 신호로 변환한다. 본 발명의 실시예에 따른 오디오 처리부(120)는 카메라 모듈부(130)가 피사체를 촬영 시, 촬영 효과음을 출력할 수 있다. 일반적으로 3차원 이미지를 획득하기 위해서는 복수회의 촬영 동작이 요구되며, 오디오 처리부(120)가 촬영 시 효과음을 출력함으로써, 사용자는 휴대 단말기가 현재 촬영 진행 중인지 촬영을 종료하였는지 알 수 있게 된다.
카메라 모듈부(130)는 피사체를 촬영하며, 광 신호를 전기적 신호로 변환하는 카메라 센서와, 아날로그 이미지 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호 처리부를 구비한다. 여기서 카메라 센서는 CCD센서 또는 CMOS센서가 될 수 있으며, 신호 처리부는 DSP(Digital Signal Processor: DSP)로 구현될 수 있다. 또한 카메라 센서 및 신호 처리부는 일체형으로 구현할 수 있으며, 분리하여 구현할 수도 있다. 본 발명에 따른 카메라 모듈부(130)는 패턴광 또는 그라데이션 이미지가 투사된 피사체를 촬영하는 역할을 수행한다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈부(130)는 피사체를 일반 모드로 촬영하는 역할을 수행한다. 본 발명에 있어서 일반 모드 촬영은 패턴광 또는 그라데이션 이미지가 피사체에 투사되지 않은 상태에서의 촬영을 의미하며, 일반 모드로 촬영된 이미지는 피사체의 질감과 색감을 표현하는 텍스쳐 매핑(texture mapping)에 사용된다.
저장부(140)는 휴대 단말기의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행하며, 프로그램 영역과 데이터 영역으로 구분될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 저장부(140)는 3차원 이미지를 생성하는 프로그램을 저장하는 역할을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 저장부(140)는 3차원 좌표 변환식에 관한 데이터를 저장하는 역할을 수행한다. 이 때, 저장부(140)는 복수 개의 3차원 좌표 변환식에 관한 데이터를 저장할 수도 있다. 또한 저장부(140)는 일반 모드로 촬영된 이미지 및 패턴광 또는 그라데이션 이미지가 투사된 피사체를 촬영한 이미지들을 저장하는 역할을 수행한다.
광원부(150)는 빛을 투사하는 역할을 수행하며, 프로젝터(projector) 등으로 구성될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 광원부(150)에 대해 프로젝터를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 빛을 투사할 수 있는 모든 장치가 광원부(150)에 해당할 수 있다. 본 발명에 있어서의 광원부(150)는 패턴광을 피사체에 투사하는 역할을 수행한다. 또한 본 발명의 실시예에 따라 광원부(150)는 밝기가 점차적으로 변경되는 그라데이션 이미지를 피사체에 투사할 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광원부(150)는 제어부(180)의 제어에 의해 저장부(140)에 저장된 이미지들을 투사하여 스크린(screen)에 출력하는 역할을 수행할 수도 있다.
입력부(160)는 휴대 단말기를 제어하기 위한 사용자의 키 조작신호를 입력받아 제어부(180)로 전달한다. 입력부(160)는 숫자키, 방향키를 포함하는 키패드로 구성될 수 있으며, 터치스크린 기반의 휴대 단말기의 경우에는 터치 패드로 구성될 수 있다. 또한 이미지 센서(image sensor), 가속도 센서(acceleration sensor) 등을 구비한 휴대 단말기의 경우 상기 센서들도 입력부(160)에 해당될 수 있다.
표시부(170)는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display)로 형성될 수 있으며, 휴대 단말기의 메뉴, 입력된 데이터, 기능 설정 정보 및 기타 다양한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공한다. 예를 들어, 표시부(170)는 휴대 단말기 부팅 화면, 대기 화면, 표시 화면, 통화 화면, 기타 어플리케이션 실행화면을 출력하는 기능을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 표시부(170)는 카메라 모듈부(130)에 의해 촬영된 이미지를 표시하는 역할을 수행한다. 표시부(170)는 일반 모드로 촬영된 이미지를 표시할 수도 있으며, 패턴광이 투사된 피사체를 촬영한 이미지를 표시할 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 표시부(170)는 제어부(180)에 의해 생성되는 스페이스 코드 이미지를 표시하는 역할을 수행할 수도 있다. 또한 표시부(170)는 스페이스 코드 이미지에 피사체와의 거리 데이터가 반영된 깊이 이미지(Depth Image)를 표시할 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 표시부(170)는 3차원 모델링 이미지 및 3차원 모델링 이미지에 텍스쳐 매핑(texture mapping)된 이미지를 표시할 수 있다.
제어부(180)는 휴대 단말기의 전반적인 동작 및 휴대 단말기의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어한다. 본 발명의 실시예에 따른 제어부(180)는 이미지 처리부를 포함한다. 이미지 처리부는 카메라 모듈부(130)로부터 입력되는 이미지를 인코딩 또는 디코딩하는 등 입력되는 이미지에 관한 모든 처리기능을 수행한다. 이미지 처리부는 이미지 코덱을 구비하며, 이미지 데이터를 설정된 방식으로 압축하거나, 압축된 이미지 데이터를 원래의 이미지 데이터로 복원하는 기능을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(180)는 광원부(150)를 제어하여 피사체에 패턴광 또는 그라데이션 이미지를 투사하는 역할을 수행한다. 또한 제어부(180)는 카메라 모듈부(130)를 제어하여 패턴광 또는 그라데이션 이미지가 투사된 피사체를 촬영한다. 제어부(180)는 촬영된 피사체 이미지를 구성하는 각 픽셀들을 분석하여 2진수의 스페이스 코드를 생성한다. 또한 제어부(180)는 생성한 2진수의 스페이스 코드를 10진수로 변환하여 256단계로 구성되는 색 밝기 중에서 변환된 수에 대응하는 밝기의 색을 각 픽셀에 표시하고, 각 픽셀들을 조합하여 스페이스 코드 이미지를 생성한다. 제어부(180)는 생성한 스페이스 코드 이미지를 구성하는 각 픽셀들의 좌표를 3차원 좌표 변환식을 이용하여 3차원 좌표로 변환한다. 제어부(180)는 변환된 3차원 좌표를 이용하여 깊이 이미지(Depth Image)를 생성한다. 제어부(180)는 깊이 이미지 생성 시, 변환된 3차원 좌표와 카메라 매트릭스(camera matrix)를 이용하여 피사체와의 거리를 연산한다. 제어부(180)는 연산된 피사체와의 거리를 스페이스 코드 이미지에 반영하여 깊이 이미지를 생성하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지를 획득하는 방법을 나타내는 순서도에 해당한다.
205단계에서 제어부(180)는 카메라 모듈부(130)를 제어하여 피사체를 일반 모드로 촬영한다. 일반 모드 촬영은 패턴광 또는 그라데이션 이미지를 투사하지 않고 자연광 또는 휴대 단말기에 구비된 플래시만을 사용하여 촬영하는 것을 의미한다. 제어부(180)는 3차원 모델링 이미지를 생성 후, 피사체의 질감이나 색감을 3차원 모델링 이미지에 반영하기 위해 카메라 모듈부(130)를 제어하여 일반 모드로 피사체를 촬영한다. 일반 모드 촬영 횟수는 설정에 따라 변경될 수 있으며, 제어부(180)는 표시부(170)를 제어하여 획득한 복수 개의 촬영 이미지들 중 어느 하나의 선택을 요구하는 메시지를 표시할 수 있다. 예를 들어, 일반 모드 촬영 시 너무 어둡거나 밝은 이미지가 획득된 경우, 3차원 이미지에 피사체의 색감이나 질감이 정확히 반영되지 못할 수 있다. 따라서 제어부(180)는 복수 개의 이미지들을 획득한 후, 이 중 어느 하나의 선택을 요구하여 피사체의 색감이나 질감이 3차원 이미지에 정확히 반영될 수 있도록 한다.
210단계에서 제어부(180)는 광원부(150)를 제어하여 패턴광을 피사체에 투사 한다. 패턴광은 스페이스 코드의 생성을 위해 이용되는 빛에 해당하며, 패턴광은 설정된 횟수로 피사체에 투사된다. 패턴광은 검은색(0) 과 흰 색(1)으로 구성되며, 패턴광의 종류에 따라 가로 또는 세로 방향의 띠 형태로 검은색(0)과 흰 색(1)이 교대로 반복되도록 구성될 수 있다. 도 3에는 패턴광이 투사된 피사체 이미지가 표시되어 있다. 도 3의 첫 번째 도시된 도면을 참조하면 이미지의 중앙을 기준으로 좌측에는 검은색(0)의 빛이 투사되어 있으며, 우측에는 흰 색(1)의 빛이 투사되어 있다. 본 발명의 실시예에 따라 검은색(0)과 흰 색(1)의 위치가 변경된 패턴광을 추가로 투사할 수 있다. 예를 들어, 이미지의 중앙을 기준으로 좌측에는 검은색(0), 우측에는 흰 색(1)으로 구성되는 2분화된 패턴광을 투사한 후, 좌측에 흰 색(1), 우측에 검은색(0)으로 구성되는 2분화된 패턴광을 추가로 투사할 수 있다. 또한 좌측부터 검은색(0), 흰 색(1), 검은색(0), 흰 색(1)으로 구성되는 4분화된 패턴광을 투사한 후, 좌측부터 흰색(1), 검은색(0), 흰색(1), 검은색(0)으로 구성되는 4분화된 패턴광을 추가로 투사할 수 있다. 피사체에 어두운 부분이 존재하는 경우에는 흰 색(1) 빛이 투사된 부분도 검은색(0)으로 표시될 수 있다. 이 경우에는 패턴광이 투사된 패턴 이미지에서 흰 색(1)과 검은색(0)의 경계가 불분명해질 수 있다. 흰 색(1)과 검은색(0)의 경계가 불분명하면 정확한 3차원 이미지를 획득하는데 장애가 될 수 있다. 패턴광을 투사한 후, 흰 색(1)과 검은색(0)의 위치가 반대되는 패턴광을 추가로 투사하고 각각 피사체를 촬영하면, 2개의 피사체 이미지를 획득할 수 있다. 이 때, 제어부(180)는 획득한 2개의 피사체 이미지들을 포개어 흰 색(1)과 검은색(0) 사이의 경계선을 판단한다. 이어 제어부(180)는 경계선을 중 심으로 좌측은 검은색(0)이 투사되고 우측은 흰 색(1)이 투사된 것으로 보정하여 판단하게 된다. 이렇게 반대되는 패턴광을 추가로 투사하여 획득된 이미지들을 비교하게 되면, 흰 색(1)과 검은색(0)의 경계가 분명해지며, 더욱 정확한 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 제어부(180)는 광원부(150)를 제어하여 밝기가 점차적으로 변경되는 그라데이션(Gradation) 이미지를 피사체에 투사할 수 있다.
215단계에서 제어부(180)는 카메라 모듈부(130)를 제어하여 피사체를 촬영한다. 제어부(180)는 피사체 촬영 시, 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하게 된다. 이어 제어부(180)는 220단계에서 설정된 횟수만큼 패턴광을 투사하고 피사체를 촬영했는지 여부를 판단한다. 패턴광을 투사하고 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하는 것은 스페이스 코드를 생성하기 위한 것이며, 스페이스 코드를 생성하기 위해서는 서로 다른 종류의 패턴광이 투사된 피사체 이미지가 필요하다. 제어부(180)는 설정된 횟수에 도달할 때까지 패턴광을 투사하고 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하는 동작을 반복한다. 제어부(180)는 패턴광을 투사할 때마다 패턴광의 종류를 변경하여 피사체에 투사한다. 도 3은 패턴광이 피사체에 8번 투사된 이미지가 도시되어 있다. 도 3의 첫 번째 도면은 검은색(0)과 흰 색(1)으로 2분화된 패턴광이 피사체에 투사된 이미지를 나타내며, 여덟 번째 도면은 검은색(0)과 흰 색(1)의 띠 형태가 반복되는 256분화된 패턴광이 투사된 이미지를 나타낸다. 제어부(180)는 검은색(0)과 흰 색(1)의 띠 개수가 각각 다른 패턴광들을 순차적으로 피사체에 투사한다.
220단계에서 제어부(180)가 설정된 횟수로 패턴광을 투사하여 패턴광이 투사된 피사체 이미지를 획득한 경우에는 225단계에서 획득한 피사체 이미지를 이진화 처리한다. 이진화 처리는 컬러(color)이미지를 흑백 이미지로 변환하는 처리 과정에 해당한다. 제어부(180)는 검은색(0)에서 흰색(255) 사이에 설정된 임계값(Threshold)값을 기준으로 각 픽셀들의 밝기를 측정하여 임계값 이상이면 흰 색으로 처리하고, 임계값 이하이면 검은색으로 처리하여, 전체 이미지를 검은색과 흰 색으로 표시되도록 한다. 예를 들어, 임계값이 128로 설정되어 있는 경우에 제어부(180)는 0부터 127까지의 밝기의 색은 모두 검은색(0)으로 표시하고, 128부터 255까지의 밝기의 색은 모두 흰 색(255)으로 표시한다.
제어부(180)는 촬영된 이미지들을 이진화 처리한 후, 이진화 처리된 각각의 이미지들에 대해 스페이스 코드를 생성한다. 스페이스 코드는 스페이스 코드 이미지를 생성하기 위해 사용되는 코드값으로서 이진수 형태로 나타난다. 스페이스 코드는 패턴광이 투사된 이미지 촬영 횟수와 동일한 자리수를 가지며, 스페이스 코드를 구성하는 값들은 각각의 패턴 이미지의 동일한 위치의 픽셀이 검은색(0)과 흰 색(1) 중 어떠한 색을 갖는지에 따라 결정된다. 예를 들어, 도 3을 참조할 때, 제어부(180)는 광원부(150)를 제어하여 총 8회 패턴광을 투사하였으며, 카메라 모듈부(130)를 제어하여 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하였다. 각각의 촬영된 이미지는 300*400픽셀의 이미지에 해당한다고 가정하는 경우, 각각의 촬영된 이미지마다 픽셀의 좌표값(100, 250)이 어떠한 색을 갖는지 판단한다. 동일한 위치의 픽셀이 첫 번째 촬영에서는 검은색(0), 두 번째 촬영에서는 흰 색(1), 세 번째 촬영에서는 흰 색(1), 네 번째 촬영에서는 검은색(0), 다섯 번째 촬영에서는 흰 색(0), 여섯 번째 촬영에서 흰 색(0), 일곱 번째 촬영에서 흰 색(0), 여덟 번째 촬영에서 검은색(1)을 갖게 되는 경우, 스페이스 코드 는 '01100001'이 된다. 이러한 과정을 모든 픽셀들에 대해 적용하여 각 픽셀에 대한 스페이스 코드를 생성한다.
제어부(180)가 스페이스 코드를 생성한 후, 235단계에서 생성한 스페이스 코드를 이용하여 스페이스 코드 이미지를 생성한다. 스페이스 코드 이미지는 생성되는데 스페이스 코드가 10진수로 변환된 값이 이용된다. 도 3의 실시예와 같이 스페이스 코드가 8자리에 해당하는 경우, 제어부(180)는 각 픽셀에 대응하는 스페이스 코드를 10진수로 변환한다. 예를 들어, 스페이스 코드가 '01100001'을 10진수로 변환하면 '97'이 된다. 색 밝기를 검은색(0)에서부터 흰 색(255)까지 256단계로 구분하는 경우, 제어부(180)는 10진수로 변환된 값에 해당하는 밝기의 색을 해당 픽셀에 표시한다. 제어부(180)는 이러한 과정을 모든 픽셀에 대해 수행하고, 픽셀들을 조합하여 스페이스 코드 이미지를 생성한다. 스페이스 코드 이미지는 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 각 픽셀의 스페이스 코드 값에 해당하는 밝기의 색이 반영된 전체 이미지를 나타낸다. 제어부(180)가 광원부(150)를 제어하여 그라데이션 이미지를 피사체에 투사한 경우에는 카메라 모듈부(130)를 제어하여 그라데이션 이미지가 투사된 피사체를 1회 촬영하고, 촬영된 피사체 이미지를 이진화하여 바로 스페이스 코드 이미지를 생성할 수 있다.
제어부(180)는 240단계에서 스페이스 코드 이미지를 구성하는 각 좌표를 3차원 좌표 변환식을 이용하여 3차원 좌표로 변환한다. 3차원 좌표 변환식은 사용자에 의해 설정될 수 있으며, 휴대 단말기에 기본값(default)으로 설정될 수 있다. 또한 제어부(180)는 무선통신부(110)를 제어하여 웹 서버로부터 3차원 좌표 변환식에 관한 데이터를 수신하여 휴대 단말기에 설정할 수 있다. 3차원 좌표 변환식은 이미지 프레임(image frame)의 2차원 좌표를 실세계(world)의 3차원 좌표로 변환하는데 사용된다. 3차원 좌표 변환식은 휴대 단말기의 기종에 따라 서로 다른 데이터를 가질 수 있으며, 휴대 단말기에 기본값으로 설정되는 경우, 가장 명확한 3차원 이미지를 획득하는데 최적화된 데이터로 설정된다. 또한 휴대 단말기에는 복수개의 3차원 좌표 변환식이 저장될 수 있다. 이 때 사용자는 복수개의 3차원 좌표 변환식 중 어느 하나를 선택하여 2차원 좌표를 3차원 좌표로 변환할 수 있다.
카메라 모듈부와 광원부의 위치가 변경이 가능한 휴대 단말기의 경우에는 카메라 모듈부와 광원부 사이의 거리가 변경되면 설정된 3차원 좌표 변환식을 계속적으로 사용할 수 없으며, 3차원 좌표 변환식을 변경 설정해야 한다. 이 때 사용자는 3차원 좌표 변환식을 직접 설정할 수 있다. 3차원 좌표 변환식을 직접 설정하기 위해서는 기준 피사체가 필요하여 기준 피사체로는 일반적으로 칼리브레이션 상자(calibration box)가 사용된다. 칼리브레이션 상자에는 n개의 기준점이 표시되며, n개의 기준점의 실세계 좌표(xw1, yw1, zw1)값을 알고 있다고 가정한다. 이하에서는 칼리브레이션 상자에 12개의 기준점이 표시되고 12개의 기준점의 실세계 좌표(xw1, yw1, zw1)를 알고 있는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
제어부(180)는 광원부(150)를 제어하여 패턴광을 기준 피사체에 투사하고, 카메라 모듈부(130)를 제어하여 기준 피사체를 촬영하여 패턴 이미지를 획득한다. 이어 제어부(180)는 획득된 패턴 이미지를 이용하여 스페이스 코드 이미지를 생성하고 스페이스 코드 이미지의 12개의 기준점의 이미지 프레임 좌표(xc1, yc1)와 이에 대응하는 실세계 좌표(xw1, yw1, zw1)를 수학식 1에 대입한다.
Figure 112009003118376-PAT00001
상기 식에서 hc는 3차원 변환 상수에 해당한다. 상기 수학식 1에 12개의 실세계 좌표(xw1, yw1, zw1)를 xw, yw, zw에 대입하고, 이미지 프레임 좌표(xc1, yc1)를 xc, yc에 대입하면, c11 내지 c34의 값을 구할 수 있으며, c11 내지 c34로 구성되는 카메라 매트릭스(camera matrix)를 산출할 수 있다. 상기 방법과 동일하게 프로젝터에 있어서도 이미지 프레임 좌표(xp2) 및 실세계 좌표(xw2, yw2, zw2)를 수학식 2에 대입한다.
Figure 112009003118376-PAT00002
상기 식에서 hp는 3차원 변환 상수에 해당한다. 상기 프로젝터의 이미지 프레임 좌표(xp2)를 xp에 대입하고 실세계 좌표(xw2, yw2, zw2)를 xw, yw, zw에 대입 하면, p11 내지 p24의 값을 구할 수 있으며, p11 내지 p24로 구성되는 프로젝터 매트릭스(projector matrix)를 산출할 수 있다.
상기 수학식 1과 수학식 2를 hc와 hp를 소거하여 정리하면 아래의 수학식 3을 도출해낼 수 있다.
Figure 112009003118376-PAT00003
여기서
Figure 112009003118376-PAT00004
라고 정의하며, 수학식 4와 수학식 5와 같이 Q와 F를 정의하면, 전체 식을 수학식 6과 같이 표현할 수 있다. c11 내지 c34, p11 내지 p24 값은 미리 설정되어 있으며, 스페이스 코드 이미지를 구성하는 각 픽셀들의 좌표와 투사된 패턴광의 이미지 프레임 상의 좌표인 xc, yc, xp 값을 수학식 6에 대입하여 3차원 좌표 xw, yw, zw 값을 구할 수 있다. 여기서 수학식 6은 본 발명에 있어서의 3차원 좌표 변환식에 해당한다.
Figure 112009003118376-PAT00005
Figure 112009003118376-PAT00006
Figure 112009003118376-PAT00007
2차원 좌표를 3차원 좌표로 변환한 후, 245단계에서 제어부(180)는 이미지 프레임과 피사체와의 거리를 연산하는 과정을 수행한다. 피사체와의 거리를 연산하는 과정에서는 카메라 매트릭스와 실세계(world)의 3차원 좌표가 이용된다. 수학식 7은 이미지 프레임과 피사체와의 거리를 연산하는 식에 해당한다. 카메라 매트릭스는 수학식 1의 매트릭스를 이용하며, 실세계의 3차원 좌표는 수학식 6으로부터 도출된 V값을 이용한다.
Figure 112009003118376-PAT00008
제어부(180)는 3차원 좌표를 상기 수학식 7에 대입하여, 이미지 프레임과 피사체와의 거리에 해당하는 d를 연산하고 연산된 d를 2차원 좌표에 반영한다.
제어부(180)는 250단계에서 연산된 d를 이용하여 깊이 이미지(Depth Image) 를 생성한다. 깊이 이미지는 스페이스 코드 이미지에 피사체와의 거리가 반영된 이미지에 해당한다. 일반적으로 피사체와의 거리가 가까울수록 밝게 표시되며, 피사체와의 거리가 멀수록 어둡게 표시한다. 도 5는 깊이 이미지를 나타내는 도면에 해당한다. 도 5를 참조하면 도 4와 비교하여 거리에 따라 밝기가 달리 표시되어 있다.
제어부(180)는 255단계에서 생성한 깊이 이미지를 3차원 모델링한다. 3차원 모델링은 그래픽 라이브러리(graphics library)에 포함되는 함수들을 이용하여 이루어진다. 그래픽 라이브러리는 일반적으로 OpenGL(Open Graphics Library)에서 제공된다. 그래픽 라이브러리는 휴대 단말기의 저장부(140)에 저장되어 있어야 하며, 제어부(180)는 깊이 이미지를 생성한 후, 저장부(140)에 저장된 그래픽 라이브러리에 포함되는 함수들을 이용하여 3차원 모델링을 수행한다. 도 6은 3차원 모델링된 이미지를 나타낸다.
제어부(180)는 260단계에서 3차원 모델링된 이미지에 텍스쳐 매핑(texture)을 수행한다. 텍스쳐 매핑은 피사체의 질감과 색감을 3차원 모델링 이미지에 반영하는 과정에 해당하며, 205단계에서 일반 모드로 촬영한 이미지를 사용하여 피사체의 질감과 색감을 3차원 모델링 이미지에 반영하게 된다. 이로써 제어부(180)는 3차원 이미지를 완성하며, 표시부(170)를 제어하여 완성한 3차원 이미지를 표시하게 된다. 도 7은 텍스쳐 매핑이 적용된 완성된 3차원 이미지를 나타낸다. 도 7에는 피부 톤과 질감 등이 반영되어 있다.
상기 방법을 통해 시용자는 휴대 단말기를 사용하여 3차원 이미지를 획득할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시 된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지를 획득하기 위한 휴대 단말기의 구성도에 해당한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지를 획득하는 방법을 나타내는 순서도에 해당한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패턴광이 투사된 피사체 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스페이스 코드 이미지(space code image)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 깊이 이미지(Depth image)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 모델링 이미지를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 텍스쳐 매핑(texture mapping)된 이미지를 나타내는 도면이다.

Claims (6)

  1. 스페이스 코드(space code) 생성을 위한 패턴광을 피사체에 투사하는 광원부;
    상기 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하는 카메라 모듈부;
    상기 카메라 모듈부로부터 촬영된 적어도 하나의 피사체 이미지로부터 스페이스 코드를 생성하고, 상기 생성된 스페이스 코드에 근거하여 스페이스 코드 이미지를 생성하고, 3차원 좌표 변환식을 이용하여 상기 스페이스 코드 이미지의 2차원 좌표를 3차원 좌표로 변환하고, 상기 변환된 3차원 좌표를 이용하여 깊이 이미지(Depth Image)를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는
    밝기가 점차적으로 변경되는 그라데이션(Gradation) 이미지를 피사체에 투사하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 모듈부는
    상기 광원부가 상기 피사체에 패턴광을 투사할 때마다 상기 패턴광이 투사된 피사체를 촬영하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 변환된 3차원 좌표 및 카메라 매트릭스(camera matrix)를 이용하여 상기 피사체와의 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 좌표 변환식에 관한 데이터를 수신하는 무선통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
  6. 휴대 단말기를 이용한 3차원 이미지 획득 방법에 있어서,
    설정된 종류의 패턴광을 설정된 횟수로 상기 피사체에 투사하고, 상기 패턴광이 투사된 피사체를 상기 설정된 횟수만큼 촬영하여 패턴광 이미지를 획득하는 패턴광 이미지 획득 단계;
    상기 촬영된 패턴광 이미지를 이진화 처리하는 단계;
    상기 이진화 처리된 패턴광 이미지로부터 스페이스 코드를 생성하는 단계;
    상기 생성된 스페이스 코드로부터 스페이스 코드 이미지를 생성하는 단계;
    상기 스페이스 코드 이미지를 구성하는 각 픽셀의 2차원 좌표를 3차원 좌표 변환식을 이용하여 3차원 좌표로 변환하는 단계;
    상기 변환된 3차원 좌표와 상기 3차원 좌표 변환식을 이용하여 상기 피사체와의 거리를 연산하는 단계;
    상기 연산된 피사체와의 거리를 상기 스페이스 코드 이미지에 반영하여 깊이 이미지(Depth Image)을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 획득 방법.
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