KR20130027671A - 깊이 정보 획득장치 및 이를 포함하는 3차원 정보 획득 시스템 - Google Patents

깊이 정보 획득장치 및 이를 포함하는 3차원 정보 획득 시스템 Download PDF

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Abstract

깊이 정보 획득장치 및 이를 포함하는 3차원 정보 획득 시스템이 개시된다. 깊이 정보 획득장치는 미리 정의된 적외선 패턴을 대상 물체에 조사하는 패턴조사부와, 적외선 패턴이 조사된 대상 물체로부터의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 분광된 반사광을 촬영하여 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득하는 영상촬영부와, 적외선 패턴을 패턴조사부에 제공하고, 획득된 깊이 및 컬러 영상에 기초하여 대상 물체의 컬러 영상의 깊이 정보를 산출하는 제어부를 포함하여 구성된다. 따라서, 동일한 시점에서 깊이 영상과 컬러 영상을 획득할 수 있어 깊이 영상과 컬러 영상을 정합하기 위한 별도의 연산과정 없이도 컬러 영상과 컬러 영상의 깊이 정보를 동시에 획득할 수 있다.

Description

깊이 정보 획득장치 및 이를 포함하는 3차원 정보 획득 시스템{APPARATUS FOR OBTAINING DEPTH INFORMATION AND SYSTEM FOR OBTAINING 3-DIMENSIONAL INFORMATION COMPRISING THE SAME}
본 발명은 3차원 정보 획득에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추가적인 연산없이 컬러 영상과 컬러 영상의 깊이 정보를 동시에 획득할 수 있는 깊이 정보 획득장치 및 이를 포함하는 3차원 정보 획득 시스템에 관한 것이다.
공간상의 거리인 깊이 정보를 나타내는 깊이 영상을 획득하는 방법으로 구조광을 이용하는 방법이 일반적으로 사용된다. 구조광을 이용하는 방법에는 두 개 이상의 시점을 갖도록 다수의 카메라를 사용하는 수동적 획득방법과 대상 물체에 광을 조사하고 광이 조사된 대상 물체를 촬영하고, 이를 해석하는 능동적 획득방법이 있다.
수동적 획득방법 중 일반적으로 사용되는 스테레오 비전은 적어도 두 대의 카메라를 사용하여 깊이 정보를 획득할 수 있으나, 깊이 측정의 대상이 되는 공간이나 물체에 밝기의 변화가 존재하는 특징점을 찾기 어려운 경우에는 깊이 측정이 잘되지 않는 단점이 있다.
능동적 획득방법의 경우에 가시광선을 광원으로 사용하여 대상 물체에 조사하여 광이 조사된 영상을 촬영하여 촬영된 영상을 해석하는 방법이므로 사람이 있는 상황에서는 눈부심 때문에 사용할 수 없는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 적외선을 조사하는 방식을 사용할 수 있으나, 적외선 카메라와 컬러 카메라를 동시에 사용해야하고 이 경우에 적외선 커메라에서 획득한 깊이 영상과 컬러 카메라에서 획득한 컬러 영상의 시점이 일치하지 않으므로 별도로 정합하기 위한 추가적인 연산이 반드시 요구되는 문제가 있다.
한편, 종래의 3차원 정보를 획득하는 기술은 대한민국 공개 특허공보 제10-2008-0111474호에 개시된 "스페클 패턴을 이용한 3차원 센싱" 등이 있다. 상기 3차원 센싱은 간섭성 광원과 산광기를 사용하여 물체 상에 일차적인 스페클 패턴을 투영하고 단일 화상 캡처 장치를 사용하여 정해진 위치와 각도에서 화상을 캡처하여 3차원 정보를 획득하는 방법으로 조사되는 광원 상호간에 간섭이 발생하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 깊이 영상과 컬러 영상을 정합하기 위한 연산량을 감소시킬 수 있고, 컬러 영상과 컬러 영상의 깊이 정보를 동시에 획득할 수 있는 깊이 정보 획득장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 깊이 영상과 컬러 영상을 정합하기 위한 연산량을 감소시킬 수 있고, 컬러 영상과 컬러 영상의 깊이 정보를 동시에 획득할 수 있는 3차원 정보 획득 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 깊이 정보 획득장치는, 미리 정의된 적외선 패턴을 대상 물체에 조사하는 패턴조사부와, 상기 적외선 패턴이 조사된 상기 대상 물체로부터의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 분광된 상기 반사광을 촬영하여 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득하는 영상촬영부와, 상기 적외선 패턴을 상기 패턴조사부에 제공하고, 획득된 상기 깊이 및 컬러 영상에 기초하여 상기 대상 물체의 컬러 영상의 깊이 정보를 산출하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 3차원 정보 획득 시스템은, 미리 정의된 적외선 패턴을 대상 물체에 조사하는 패턴조사부와, 상기 적외선 패턴이 조사된 상기 대상 물체로부터의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 분광된 상기 반사광을 촬영하여 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득하는 영상촬영부를 포함하는 복수의 깊이 정보 획득장치와, 상기 적외선 패턴을 상기 복수의 깊이 정보 획득장치에 제공하고, 상기 복수의 깊이 정보 획득장치로부터 제공받은 각각의 상기 깊이 및 컬러 영상에 기초하여 3차원 공간정보를 산출하는 제어장치를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 깊이 정보 획득장치 및 이를 포함하는 3차원 정보 획득 시스템을 이용할 경우에는 적외선 패턴이 조사된 대상 물체로부터의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 분광된 반사광을 촬영하여 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득할 수 있어 깊이 영상과 컬러 영상을 정합하기 위한 별도의 연산과정 없이도 컬러 영상과 컬러 영상의 깊이 정보를 동시에 획득할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 깊이 정보 획득장치를 다시점으로 배치한 3차원 정보 획득 시스템을 이용하면 복수의 깊이 정보 획득장치 각각에서 조사되는 각각의 적외선의 파장이 상이하므로 상기 각각의 적외선 상호 간의 간섭을 차단할 수 있고, 동일한 시점에서 깊이 영상과 컬러 영상을 획득할 수 있어 컬러 영상과 컬러 영상의 깊이 정보를 동시에 획득할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 깊이 정보 획득장치 및 이를 포함하는 3차원 정보 획득 시스템을 이용하면 컬러 영상과 컬러 영상의 깊이 정보를 동시에 사용함으로써 3차원 정보를 획득하기 위해 사용되는 카메라의 개수를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 깊이 정보 획득장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 깊이 정보 획득장치의 영상촬영부의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 깊이 정보 획득방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 정보 획득 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 깊이 정보 획득장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 깊이 정보 획득장치의 영상촬영부의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 깊이 정보 획득장치(100)는 적외선 패턴이 조사된 대상 물체(1000)를 촬영하여 동일한 시점에서 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득하고, 획득한 깊이 영상과 컬러 영상에 기초하여 대상 물체(1000)의 컬러 영상과 상기 컬러 영상의 깊이 정보를 동시에 획득할 수 있다.
상기 깊이 정보 획득장치(100)는 패턴조사부(110), 영상촬영부(120) 및 제어부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 패턴조사부(110)는 미리 정의된 적외선 패턴을 촬영하고자 하는 대상 물체(1000)에 조사하며, 상기 패턴조사부(110)는 패턴조사광학모듈(111), 광원모듈(112) 및 광원제어모듈(113)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 패턴조사광학모듈(111)은 광원모듈(112)로부터 조사되는 적외선 패턴을 집광할 수 있고, 상기 패턴조사광학모듈(111)은 프로젝터에 일반적으로 사용되는 렌즈일 수 있고, 상기 렌즈가 복수로 적층될 수도 있다.
상기 광원모듈(112)은 적외선 패턴을 대상 물체(1000)에 조사할 수 있고, 상기 광원모듈(112)은 적외선을 방출할 수 있는 광원으로, 예를 들어, 적외선(Infrared Ray) 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED), 적외선(Infrared Ray) 레이저 다이오드(Laser Diode: LD) 등이 될 수 있다. 상기 적외선 레이저는 GaAs반도체 레이저, Nd-YAG 레이저, Nd-glass 레이저, HF 레이저, CO 레이저, CO2 레이저, SF6 레이저, H2O 레이저, D2O 레이저, HCN 레이저 등이 될 수 있다.
일반적으로 적외선(Infrared Ray)은 가시광선의 적색외의 광으로 파장이 770 nm 이상의 범위의 광을 의미한다. 적외선은 일반적으로 근적외선, 중적외선 및 원적외선으로 구분하고, 사람의 눈은 파장이 380 nm 내지 780 nm 범위의 광을 인지할 수 있으므로, 상기 광원모듈(112)에서 조사되는 적외선 패턴은 780 nm 이상의 범위에 있는 근적외선이 사용될 수 있다.
상기 광원제어모듈(113)은 상기 제어부(130)로부터 제공받은 미리 정의된 적외선 패턴에 대응하는 적외선 패턴을 생성하도록 상기 광원모듈(112)을 제어할 수 있고, 상기 광원제어모듈(113)은 상기 광원모듈(112)에서 조사된 적외선을 제어할 수 있는 예를 들어, 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element: DOE), 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Divice: DMD) 등이 될 수 있다.
상기 미리 정의된 적외선 패턴은 예를 들어, 흑백 이진 패턴 등 이진(Binary) 정보로 코딩된 패턴을 사용할 수 있다. 또한, 적외선 패턴은 미리 정의된 소정의 패턴 영역 내에서 패턴의 유일성을 가질 수 있다. 예를 들어, 1번에서 10번의 패턴 영역이 있을 경우에 10번의 패턴은 앞의 1번 내지 9번의 패턴과 상이하게 형성되는 것을 의미할 수 있다.
상기 영상촬영부(120)는 적외선 패턴이 조사된 대상 물체(1000)로부터 반사되어 입사되는 동일한 시점(視點)에서의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 분광된 상기 반사광을 촬영하여, 동일한 시점(視點)에서의 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득할 수 있다.
상기 영상촬영부(120)는 분광모듈(122), 컬러 영상 측정모듈(123) 및 적외선 영상 측정모듈(124)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 영상촬영부(120)는 집광모듈(121)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 분광모듈(122)은 반사광을 복수의 경로로 분광하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 투과시켜 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광할 수 있고, 반대로 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 투과시켜 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광할 수 있고, 상기 제1 광의 진행 경로와 상기 제2 광의 진행 경로가 서로 직교되도록 분광할 수 있고, 상기 분광모듈(122)은 프리즘모듈(122-2) 및 필터모듈(122-1)을 포함할 수 있다.
상기 프리즘모듈(122-2)은 직각에 대한 빗면에 반사면이 형성되고, 상기 반사면으로 상기 반사광이 입사될 수 있고, 상기 프림즘모듈(122-2)은 직각 삼각형 형상의 프리즘 등 파장에 따라 광의 경로를 변경하는 기능을 수행하는 광학계가 될 수 있다.
상기 필터모듈(122-1)은 상기 프리즘모듈(122-2)의 반사면에 형성되고 상기 제1 광 또는 상기 제2 광을 상기 미리 설정된 소정의 각도로 반사할 수 있다. 또한, 상기 필터모듈(122-1)은 상기 프리즘모듈(122-2)의 반사면에 코딩되어 형성될 수도 있고, 상기 반사광이 입사되는 경로 상에 상기 프리즘모듈(122-2)과 분리되어 형성될 수도 있다.
상기 미리 설정된 소정의 각도는 상기 제1 광 또는 상기 제2 광이 상기 분광모듈(122)에서 반사되는 반사각이 45도인 것을 의미할 수 있다.
상기 컬러 영상 측정모듈(123)은 투과 또는 반사된 상기 제2 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제2 광을 수광하여 컬러 영상을 촬영할 수 있고, 상기 컬러 영상 측정모듈(123)은 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device: CCD) 센서, 상보성 금속 산화물 반도체 이미지 센서(CMOS Image Sensor) 등이 사용될 수 있다.
상기 적외선 영상 측정모듈(124)은 반사 또는 투과된 상기 제1 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제1 광을 수광하여 깊이 영상을 촬영할 수 있고, 상기 적외선 영상 측정모듈(124)은 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device: CCD) 센서, 상보성 금속 산화물 반도체 이미지 센서(CMOS Image Sensor) 등이 사용될 수 있다.
상기 집광모듈(121)은 적외선 패턴이 조사된 대상 물체(1000)로부터 반사되어 입사되는 반사광을 상기 분광모듈(122)에 집광할 수 있고, 상기 집광모듈(122)은 광을 집광할 수 있는 광학계 예를 들어, 렌즈 등이 될 수 있고, 상기 렌즈는 다수의 렌즈가 적층되어 형성될 수 있다.
상기 제어부(130)는 미리 정의된 적외선 패턴을 패턴조사부(110)에 제공하고, 획득된 상기 깊이 및 컬러 영상에 기초하여 상기 대상 물체(1000)의 컬러 영상의 깊이 정보를 산출할 수 있고, 상기 제어부(130)는 제어모듈(131) 및 메모리모듈(132)을 포함하여 구성된다.
상기 메모리모듈(132)은 미리 정의된 적외선 패턴을 저장할 수 있고, 상기 영상촬영부(120)에서 획득된 깊이 영상 및 컬러 영상을 저장할 수 있고, 상기 메모리모듈(132)은 RAM, ROM 등 정보를 저장하는데 일반적으로 사용되는 장치일 수 있다.
상기 제어모듈(131)은 상기 메모리모듈(132)에 저장된 미리 정의된 적외선 패턴에 기초하여 상기 패턴조사부(110)를 제어할 수 있고, 상기 메모리모듈(132)에 저장된 프로그램에 따라 깊이 영상 및 컬러 영상에 기초하여 컬러 영상의 깊이 정보를 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 깊이 정보 획득방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 깊이 정보 획득방법은 미리 정의된 적외선 패턴을 촬영하고자 하는 대상 물체(1000)에 조사하고(S 110), 상기 적외선 패턴이 조사된 상기 대상 물체(1000)로부터 반사되어 입사되는 동일한 시점(視點)에서의 반사광을 파장에 따라 분광한다(S 120). 예를 들어, 상기 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광과 상기 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광으로 분광할 수 있다.
구체적으로, 상기 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 투과시켜 상기 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광하거나, 상기 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 투과시켜 상기 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광할 수 있다. 또한, 분광된 상기 제1 광의 진행 경로와 상기 제2 광의 진행 경로가 서로 직교되도록 분광할 수 있다.
반사 또는 투과된 상기 제1 광을 수광하여 깊이 영상을 촬영하고, 반사 또는 투과된 상기 제2 광을 수광하여 컬러 영상을 촬영하여(S 130), 획득된 상기 깊이 및 컬러 영상에 기초하여 상기 대상 물체(1000)의 컬러 영상의 깊이 정보를 산출한다(S 140).
또한, 상기 미리 정의된 적외선 패턴은 예를 들어, 흑백 이진 패턴 등 이진(Binary) 정보로 코딩된 패턴을 사용할 수 있다. 또한, 적외선 패턴은 미리 정의된 소정의 패턴 영역 내에서 패턴의 유일성을 가질 수 있다. 예를 들어, 1번에서 10번의 패턴 영역이 있을 경우에 10번의 패턴은 앞의 1번 내지 9번의 패턴과 상이하게 형성되는 것을 의미할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 정보 획득 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 3차원 정보 획득 시스템(2000)은 복수의 시점에서 획득된 깊이 영상과 컬러 영상에 기초하여 3차원 공간 정보를 산출할 수 있고, 복수의 깊이 정보 획득장치(100) 및 제어장치(200)를 포함하여 구성된다.
상기 복수의 깊이 정보 획득 장치(100)는 미리 정의된 적외선 패턴을 촬영하고자 하는 대상 물체(1000)에 조사하는 패턴조사부(110)와, 상기 적외선 패턴이 조사된 상기 대상 물체(1000)로부터 반사되어 입사되는 동일한 시점(視點)에서의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 분광된 상기 반사광을 촬영하여, 동일한 시점(視點)에서의 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득하는 영상촬영부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 깊이 정보 획득장치(100)는 패턴조사부(110), 영상촬영부(120) 및 제어부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 패턴조사부(110)는 미리 정의된 적외선 패턴을 촬영하고자 하는 대상 물체에 조사하며, 상기 패턴조사부(110)는 패턴조사광학모듈(111), 광원모듈(112) 및 광원제어모듈(113)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 패턴조사광학모듈(111)은 광원모듈(112)로부터 조사되는 적외선 패턴을 집광할 수 있고, 상기 패턴조사광학모듈(111)은 프로젝터에 일반적으로 사용되는 렌즈일 수 있고, 상기 렌즈가 복수로 적층될 수도 있다.
상기 광원모듈(112)은 적외선 패턴을 대상 물체(1000)에 조사할 수 있고, 상기 광원모듈(112)은 적외선을 방출할 수 있는 광원으로, 예를 들어, 적외선(Infrared Ray) 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED), 적외선(Infrared Ray) 레이저 다이오드(Laser Diode: LD) 등이 될 수 있다. 상기 적외선 레이저는 GaAs반도체 레이저, Nd-YAG 레이저, Nd-glass 레이저, HF 레이저, CO 레이저, CO2 레이저, SF6 레이저, H2O 레이저, D2O 레이저, HCN 레이저 등이 될 수 있다.
일반적으로 적외선(Infrared Ray)은 가시광선의 적색외의 광으로 파장이 770 nm 이상의 범위의 광을 의미한다. 적외선은 일반적으로 근적외선, 중적외선 및 원적외선으로 구분하고, 사람의 눈은 파장이 380 nm 내지 780 nm 범위의 광을 인지할 수 있으므로, 상기 광원모듈(112)에서 조사되는 적외선 패턴은 780 nm 이상의 범위에 있는 근적외선이 사용될 수 있다.
또한, 상기 복수의 깊이 정보 획득장치(100) 각각에 포함된 상기 광원모듈(112)들은 각각 상이한 파장의 상기 미리 정의된 적외선 패턴을 상기 대상 물체(1000)에 각각 조사한다. 따라서, 복수의 깊이 정보 획득장치(100)에서 각각 조사되는 미리 정의된 적외선 패턴 간의 상호간섭을 차단할 수 있다.
상기 광원제어모듈(113)은 상기 제어장치(200)로부터 제공받은 미리 정의된 적외선 패턴에 대응하는 적외선 패턴을 생성하도록 상기 광원모듈(112)을 제어할 수 있고, 상기 광원제어모듈(113)은 상기 광원모듈(112)에서 조사된 적외선을 제어할 수 있는 예를 들어 회절 광학소자(Diffractive Optical Element: DOE), 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Divice: DMD) 등이 될 수 있다.
상기 미리 정의된 적외선 패턴은 예를 들어, 흑백 이진 패턴 등 이진(Binary) 정보로 코딩된 패턴을 사용할 수 있다. 또한, 적외선 패턴은 미리 정의된 소정의 패턴 영역 내에서 패턴의 유일성을 가질 수 있다. 예를 들어, 1번에서 10번의 패턴 영역이 있을 경우에 10번의 패턴은 앞의 1번 내지 9번의 패턴과 상이하게 형성되는 것을 의미할 수 있다.
상기 영상촬영부(120)는 적외선 패턴이 조사된 대상 물체(1000)로부터 반사되어 입사되는 동일한 시점(視點)에서의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 분광된 상기 반사광을 촬영하여, 동일한 시점(視點)에서의 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득할 수 있다.
상기 영상촬영부(120)는 분광모듈(122), 컬러 영상 측정모듈(123) 및 적외선 영상 측정모듈(124)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 영상촬영부(120)는 집광모듈(121)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 분광모듈(122)은 반사광을 복수의 경로로 분광하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 투과시켜 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광할 수 있고, 반대로 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 투과시켜 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광할 수 있고, 상기 제1 광의 진행 경로와 상기 제2 광의 진행 경로가 서로 직교되도록 분광할 수 있고, 상기 분광모듈(122)은 프리즘모듈(122-2) 및 필터모듈(122-1)을 포함할 수 있다.
상기 프리즘모듈(122-2)은 직각에 대한 빗면에 반사면이 형성되고, 상기 반사면으로 상기 반사광이 입사될 수 있고, 상기 프림즘모듈(122-2)은 직각 삼각형 형상의 프리즘 등 파장에 따라 광의 경로를 변경하는 기능을 수행하는 광학계가 될 수 있다.
상기 필터모듈(122-1)은 상기 프리즘모듈(122-2)의 반사면에 형성되고 상기 제1 광 또는 상기 제2 광을 상기 미리 설정된 소정의 각도로 반사할 수 있다. 또한, 상기 필터모듈(122-1)은 상기 프리즘모듈(122-2)의 반사면에 코딩되어 형성될 수도 있고, 상기 반사광이 입사되는 경로 상에 상기 프리즘모듈(122-2)과 분리되어 형성될 수도 있다.
상기 미리 설정된 소정의 각도는 상기 제1 광 또는 상기 제2 광이 상기 분광모듈(122)에서 반사되는 반사각이 45도인 것을 의미할 수 있다.
상기 컬러 영상 측정모듈(123)은 투과 또는 반사된 상기 제2 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제2 광을 수광하여 컬러 영상을 촬영할 수 있고, 상기 컬러 영상 측정모듈(123)은 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device: CCD) 센서, 상보성 금속 산화물 반도체 이미지 센서(CMOS Image Sensor) 등이 사용될 수 있다.
상기 적외선 영상 측정모듈(124)은 반사 또는 투과된 상기 제1 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제1 광을 수광하여 깊이 영상을 촬영할 수 있고, 상기 적외선 영상 측정모듈(124)은 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device: CCD) 센서, 상보성 금속 산화물 반도체 이미지 센서(CMOS Image Sensor) 등이 사용될 수 있다.
상기 집광모듈(121)은 적외선 패턴이 조사된 대상 물체(1000)로부터 반사되어 입사되는 반사광을 상기 분광모듈(122)에 집광할 수 있고, 상기 집광모듈(122)은 광을 집광할 수 있는 광학계 예를 들어, 렌즈 등이 될 수 있고, 상기 렌즈는 다수의 렌즈가 적층되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 깊이 정보 획득장치(100)는 각각 상이한 파장의 상기 미리 정의된 적외선 패턴을 상기 대상 물체(1000)에 각각 조사할 수 있어, 복수의 깊이 정보 획득장치(100)에서 각각 조사되는 미리 정의된 적외선 패턴 상호 간의 간섭을 차단할 수 있다.
상기 제어장치(200)는 미리 정의된 적외선 패턴을 상기 복수의 깊이 정보 획득장치(100)에 제공하고, 상기 복수의 깊이 정보 획득장치(100)로부터 제공받은 각각의 상기 깊이 및 컬러 영상에 기초하여 3차원 공간정보를 산출할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 깊이 정보 획득장치 111: 패턴조사광학모듈
112: 광원모듈 113: 광원제어모듈
120: 영상촬영부 121: 집광모듈
122: 분광모듈 122-1: 필터모듈
122-2: 프리즘모듈 123: 컬러 영상 측정모듈
124: 적외선 영상 측정모듈 130: 제어부
131: 제어모듈 132: 메모리모듈
200: 제어장치 2000: 3차원 정보 획득 시스템

Claims (14)

  1. 미리 정의된 적외선 패턴을 대상 물체에 조사하는 패턴조사부;
    상기 적외선 패턴이 조사된 상기 대상 물체로부터의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 상기 분광된 반사광을 각각 촬영하여 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득하는 영상촬영부; 및
    상기 적외선 패턴을 상기 패턴조사부에 제공하고, 획득된 상기 깊이 및 컬러 영상에 기초하여 상기 대상 물체의 컬러 영상의 깊이 정보를 산출하는 제어부를 포함하는 깊이 정보 획득장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상촬영부는,
    상기 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 투과시켜 상기 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광하는 분광모듈;
    반사된 상기 제1 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제1 광을 수광하여 깊이 영상을 촬영하는 적외선 영상 측정모듈; 및
    투과된 상기 제2 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제2 광을 수광하여 컬러 영상을 촬영하는 컬러 영상 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 깊이 정보 획득장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상촬영부는,
    상기 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 투과시켜 상기 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광하는 분광모듈;
    반사된 상기 제2 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제2 광을 수광하여 컬러 영상을 촬영하는 컬러 영상 측정모듈; 및
    투과된 상기 제1 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제1 광을 수광하여 깊이 영상을 촬영하는 적외선 영상 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 깊이 정보 획득장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분광모듈은,
    상기 제1 광의 진행 경로와 상기 제2 광의 진행 경로가 직교되도록 분광하는 것을 특징으로 하는 깊이 정보 획득장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 분광모듈은,
    직각에 대한 빗면에 반사면이 형성되고, 상기 반사면으로 상기 반사광이 입사되는 프리즘모듈; 및
    상기 반사면에 형성되고 상기 제1 광 또는 상기 제2 광을 상기 미리 설정된 소정의 각도로 반사하는 필터모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 깊이 정보 획득장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패턴조사부는,
    상기 적외선 패턴을 조사하는 적어도 하나의 광원모듈;
    상기 제어부로부터 제공받은 상기 미리 정의된 적외선 패턴에 대응하는 상기 적외선 패턴을 생성하도록 상기 광원모듈을 제어하는 광원제어모듈; 및
    상기 광원모듈로부터 조사되는 상기 적외선 패턴을 집광하는 패턴조사광학모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 깊이 정보 획득장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정의된 적외선 패턴은,
    이진 코딩된 패턴으로 미리 정의된 소정의 패턴 영역 내에서는 상기 패턴이 유일성을 갖는 것을 특징으로 하는 깊이 정보 획득장치.
  8. 미리 정의된 적외선 패턴이 조사된 대상 물체로부터의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 상기 분광된 반사광을 촬영하여 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득하는 복수의 깊이 정보 획득장치; 및
    상기 적외선 패턴을 상기 복수의 깊이 정보 획득장치에 제공하고, 상기 복수의 깊이 정보 획득장치로부터 제공받은 각각의 상기 깊이 및 컬러 영상에 기초하여 3차원 공간정보를 산출하는 제어장치를 포함하고,
    상기 복수의 깊이 정보 획득장치는,
    각각 상이한 파장의 상기 적외선 패턴을 상기 대상 물체에 각각 조사하는 것을 특징으로 하는 3차원 정보 획득 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 깊이 정보 획득장치는,
    상기 미리 정의된 적외선 패턴을 대상 물체에 조사하는 패턴조사부; 및
    상기 적외선 패턴이 조사된 상기 대상 물체로부터의 반사광을 파장에 따라 분광하고, 상기 분광된 반사광을 촬영하여 깊이 영상 및 컬러 영상을 획득하는 영상촬영부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 정보 획득 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영상촬영부는,
    상기 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 투과시켜 상기 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광하는 분광모듈;
    반사된 상기 제1 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제1 광을 수광하여 깊이 영상을 촬영하는 적외선 영상 측정모듈; 및
    투과된 상기 제2 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제2 광을 수광하여 컬러 영상을 촬영하는 컬러 영상 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 정보 획득 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 영상촬영부는,
    상기 반사광 중 가시광선 영역의 파장을 갖는 제2 광을 미리 설정된 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사광 중 적외선 영역의 파장을 갖는 제1 광을 투과시켜 상기 반사광을 상기 제1 및 제2 광으로 분광하는 분광모듈;
    반사된 상기 제2 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제2 광을 수광하여 컬러 영상을 촬영하는 컬러 영상 측정모듈; 및
    투과된 상기 제1 광의 진행경로 상에 배치되어 상기 제1 광을 수광하여 깊이 영상을 촬영하는 적외선 영상 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 정보 획득 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 분광모듈은,
    상기 제1 광의 진행 경로와 상기 제2 광의 진행 경로가 직교되도록 분광하는 것을 특징으로 하는 3차원 정보 획득 시스템.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 분광모듈은,
    직각에 대한 빗면에 반사면이 형성되고, 상기 반사면으로 상기 반사광이 입사되는 프리즘모듈; 및
    상기 반사면에 형성되고 상기 제1 광 또는 상기 제2 광을 상기 미리 설정된 소정의 각도로 반사하는 필터모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 정보 획득 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 미리 정의된 적외선 패턴은,
    이진 코딩된 패턴으로 미리 정의된 소정의 패턴 영역 내에서는 상기 패턴이 유일성을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 정보 획득 시스템.
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