KR20130114313A - 3차원 영상 카메라 - Google Patents

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양선호
이창환
김성민
정용우
조아영
신윤섭
권영만
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 3차원 영상 카메라에 관한 것으로, 본 발명은 피사체에서 반사된 광을 집광하는 렌즈부; 가시광을 측정하여 상기 가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 제 1 센서와 비가시광을 측정하여 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 제 2 센서를 포함하는 센서부;와 상기 렌즈부에서 집광된 광을 가시광과 비가시광으로 분리하여, 상기 분리된 가시광을 상기 제 1 센서에 입사시키고, 상기 분리된 비가시광을 상기 제 2 센서에 입사시키는 광 분리부를 포함하는 3차원 영상 카메라를 제공한다. 본 발명의 3차원 영상 카메라에 의하면, 하나의 광학부를 이용하여 3차원 영상을 촬영할 수 있다. 따라서, 기존 복수의 카메라를 이용함에 따라 발생하는, 영상 데이터와 깊이 정보의 거리/시간 차이를 제거할 수 있다. 따라서, 3차원 영상 촬영의 성능이 향상되고, 촬영 후에 3차원 영상을 보정하는 절차를 제거할 수 있다.

Description

3차원 영상 카메라{3D IMAGE CAMERA}
본 발명은 3차원 영상 카메라에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 영상을 촬영하기 위하여 비가시광과 가시광을 모두 측정할 수 있는 광학부를 포함하는 3차원 영상 카메라에 관한 것이다.
3차원 영상에 대한 요구가 증가하면서, 3차원 영상을 촬영하기 위한 많은 기술이 개발되고 있다. 현재 가장 일반적인 방법은, 두 개 이상의 카메라를 내장하고, 각 카메라 사이에 거리를 두어, 이 거리 차이에 따른 시차를 이용한 방식이다. 이는, 직접적인 거리의 측정보다 싸고 간편하게 3차원 영상을 얻을 수 있다는 장점이 있어 시장에 많이 보급되어 있다. 그러나, 두 개 이상의 카메라를 이용하여 3차원 영상을 촬영하는 방법은, 3차원 영상으로부터 깊이 정보를 얻기가 어렵고. 3차원 영상 데이터의 크기가 크다는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위해, 일반적인 2차원 영상에, 3차원 센서를 통해 따로 검출된 촬영 대상의 깊이 정보를 추가하는 방식이 제안되었으나, 깊이 정보를 측정하기 위한 장비가 고가이며, 측정 속도가 아직 느리다는 문제 등으로 제품화가 어려웠다.
촬영 대상 물체 또는 장면의 깊이 정보를 측정하는 기술로는, 현재 TOF(Time Of Flight) 방식과 Structured Light Pattern 방식이 대표적이다. TOF 방식의 경우, 광의 이동 시간을 측정하여 촬영 영역의 깊이 정보를 알아내는 방식이나, TOF 방식의 센서가 고가이며, 제조하기 어려운 문제점 등이 있다..
Structured Light Pattern 방식은 일반 영상 데이터를 촬영하는 카메라와 깊이 정보를 측정하는 카메라를 이용한다. 두 카메라에서 촬영/측정된 일반 영상 데이터와 깊이 정보를 결합시키고, 하나의 3차원 영상 데이터를 생성하는 것이다. 두 개의 카메라를 이용한다는 점에서, 기존의 3차원 카메라와 구조상 유사하나, 두 카메라의 거리 차이를 이용하는 기존 방식과 달리, 영상 데이터와 깊이 정보를 별도로 수집하므로, 두 카메라의 거리 차이가 필요 없고, 오히려 영상 데이터와 깊이 정보를 결합시키는데 발생하는 오차를 처리 과정을 필요로 하게 된다.
영상 데이터를 촬영하는 일반 카메라와 깊이 정보를 측정하는 카메라가 별도로 있어야 하는 이유는, 받아들이는 신호의 차이 때문이다. 3차원 정보 즉 깊이 정보를 측정하기 위한 카메라에서는, 사용 패턴성의 이유로 눈에 보이지 않는 비가시광(주로 적외선광, Infra-Red, IR)이 이용된다. 따라서, 이를 측정하기 위한 IR 카메라도 IR 영역의 광만을 선택적으로 받아들인다. 이에 반해, 일반 카메라의 경우 반대로 색 재현성 향상 등의 이유로 비가시광이 들어오는 것을 차단하고 있다.
일반 카메라와 IR 카메라의 역할을 구분하는 가장 큰 요소는 필터에 있다. 그 외의 구성은 동일하며, 필터에서 어느 영역의 광을 센서로 하여금 받아들이게 하느냐에 따라, 카메라의 역할과 기능이 정해진다. 이 두 영역의 광은 서로 다른 신호를 포함하므로, 동시에 받아들여서 나중에 분리하는 것도 불가능하다. 따라서 지금까지의 기술은, 비슷한 구조의 일반 카메라와 IR 카메라를 같이 사용하는 방법이었다.
그러나, 일반 카메라와 IR 카메라를 같이 사용하게 되면, 일반 카메라로부터 획득한 영상 데이터와 IR 카메라에서 획득한 깊이 정보를 융합하는데 있어서, 카메라들 사이의 거리 차이와 두 데이터의 시차로 인하여, 3차원 영상 생성 시에 오차가 발생하는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 3차원 영상 카메라를 제공하는 것으로, 구체적으로, 3차원 영상을 촬영하기 위하여 비가시광과 가시광을 모두 측정할 수 있는 광학부를 포함하는 3차원 영상 카메라를 제공하는 데에 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 피사체에서 반사된 광을 집광하는 렌즈부; 가시광을 측정하여 상기 가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 제 1 센서와 비가시광을 측정하여 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 제 2 센서를 포함하는 센서부;와 상기 렌즈부에서 집광된 광을 가시광과 비가시광으로 분리하여, 상기 분리된 가시광을 상기 제 1 센서에 입사시키고, 상기 분리된 비가시광을 상기 제 2 센서에 입사시키는 광 분리부를 포함하는 3차원 영상 카메라를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광 분리부는, 광을 파장 대역에 따라 분리하는 프리즘(Prism)으로 구성된 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 가시광에 대한 전기 신호를 이용하여, 상기 피사체의 2차원 영상 데이터를 생성하고, 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 이용하여, 상기 피사체의 깊이 정보를 생성하는 신호처리부를 더 포함하는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 신호처리부는, 상기 생성된 2차원 영상 데이터와 깊이 정보를 이용하여, 상기 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성하는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 피사체에서 반사된 광을 집광하는 렌즈부; 가시광을 측정하여 상기 가시광에 대한 전기 신호를 생성하고, 비가시광을 측정하여 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 센서부; 가시광을 투과시키는 제 1 광 필터와 비가시광을 투과시키는 제 2 광 필터를 포함하는 광 필터부;와 주기적으로, 상기 제 1 광 필터 또는 상기 제 2 광 필터가 상기 렌즈부와 상기 센서부 사이에 위치하도록 상기 광 필터부를 운동시키는 필터 모터부를 포함하는 3차원 영상 카메라를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광 필터부의 운동 주기는, 상기 센서부의 신호 처리 속도와 동기화된 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 가시광에 대한 전기 신호를 이용하여, 상기 피사체의 2차원 영상 데이터를 생성하고, 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 이용하여, 상기 피사체의 깊이 정보를 생성하고, 상기 생성된 2차원 영상 데이터와 깊이 정보를 이용하여, 상기 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성하는 신호처리부를 더 포함하는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 피사체에서 반사된 광을 집광하는 렌즈부; 가시광을 측정하여 상기 가시광에 대한 전기 신호를 생성하고, 비가시광을 측정하여 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 센서부; 상기 렌즈부와 센서부 사이에 위치하며, 주기적으로 가시광 또는 비가시광이 투과하도록 구성된 광 전기필터부를 포함하는 3차원 영상 카메라를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광 전기필터부는, 전기 신호를 통해 입사되 광 파장을 제어하는 액정(Liquid Crystal)로 구성된 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 광 전기필터부의 투과 주기는, 상기 센서부의 신호 처리 속도와 동기화된 실시예를 포함한다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속함을 밝혀둔다.
본 발명의 3차원 영상 카메라에 의하면, 하나의 광학부를 이용하여 3차원 영상을 촬영할 수 있다. 따라서, 기존 복수의 카메라를 이용함에 따라 발생하는, 영상 데이터와 깊이 정보의 거리/시간 차이를 제거할 수 있다. 따라서, 3차원 영상 촬영의 성능이 향상되고, 촬영 후에 3차원 영상을 보정하는 절차를 제거할 수 있다. 또한, 일부 부품의 공용화를 통해, 3차원 영상 카메라의 재료비 절감을 도모할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 영상 카메라의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 처리의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부의 측면도이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 처리의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부의 측면도이다.
도 11과 도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 처리의 일례를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 이하 설명에서 동일한 구성 요소에는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 한다.
그리고, 명세서 전체에서 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 영상 카메라(10)의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 영상 카메라(10)는 카메라 몸체(11), 카메라 헤드(12), 렌즈(21), 센서(22), 촬상신호 처리회로(23), 마이크(24), 음성신호 처리회로(25), 메모리부(26), 모니터(27), 스피커(28), 제어회로(29), 변복조 회로(30), 안테나(31), 드라이버(32), 몸체구동모터(41), 헤드구동모터(43), 렌즈구동모터(45)를 포함하여 구성된다. 여기서, 렌즈(21)와 센서(22)를 광학부(20)로 명명할 수 있으며, 몸체구동모터(41)와 헤드구동모터(43)와 렌즈구동모터(45)를 모터부(40)로 명명할 수 있다.
이하에서는, 각 구성에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 렌즈(21)는 피사체에서 반사된 광을 센서(22)에 집광하는 역할을 한다.
센서(22)는 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광을 촬상하고 광전 변환하여, 촬상 신호를 촬상신호 처리회로(23)로 출력한다. 그리고, 센서(22)는 피사체의 가시광 또는 비가시광을 촬상할 수 있다. 여기서, 가시광의 촬상 신호는 피사체의 2차원 영상 데이터로 변환되며, 비가시광의 촬상 신호는 피사체의 깊이 정보로 변환된다. 피사체의 깊이 정보란, 3차원 영상 카메라(10)와 피사체와의 거리 정보를 의미한다.
광학부(20)는 전술한 렌즈(21)와 센서(22)를 포함하며, 센서(22)가 피사체의 가시광과 비가시광을 모두 촬상할 수 있도록 구성된다. 본 발명의 광학부(20)에 대하여는, 이하 도 2 내지 도 12에서 자세히 후술하도록 한다.
촬상신호 처리회로(23)는 센서(22)에 연결되어, 센서(22)로부터 입력된 촬상 신호의 신호처리를 행하여, 피사체의 2차원 영상 데이터와 깊이 정보를 생성한다. 즉, 촬상신호 처리회로(23)는 가시광의 촬상 신호를 신호처리하여, 피사체의 2차원 영상 데이터를 생성하고, 비가시광의 촬상 신호를 신호처리하여, 피사체의 깊이 정보를 생성한다. 그리고, 촬상신호 처리회로(23)에서 신호처리된 2차원 영상 데이터와 깊이 정보는 메모리부(26)에 저장된다.
또한, 촬상신호 처리회로(23)는 생성된 2차원 영상 데이터에 깊이 정보를 추가하여, 3차원 영상 데이터를 생성한다. 일례로, 2차원 영상 데이터에서 오브젝트(Object)들을 분리하고, 분리된 각 오브젝트들 마다 해당 깊이 정보를 추가하여, 3차원 영상 데이터를 생성할 수 있다. 이 외에도, 촬상신호 처리회로(23)는 2차원 영상 데이터와 깊이 정보를 이용한 다양한 방법으로, 3차원 영상 데이터를 생성할 수 있다. 촬상신호 처리회로(23)에서 생성된 3차원 영상 데이터는 메모리부(26)에 저장된다.
마이크(24)는 센서(22)에 의해 피사체의 영상을 촬영하면서 피사체와 그 주변환경에서 발생하는 음성을 획득하여, 음성신호 처리회로(25)로 출력한다.
음성신호 처리회로(25)는 마이크(24)에 연결되어, 마이크(24)에서 수집된 음성의 신호처리를 행하여, 음성 데이터를 생성한다. 그리고. 음성신호 처리회로(25)에서 신호처리된 음성 데이터는 메모리부(26)에 영상 데이터와 함께 저장된다. 이때 본 실시예에 따른 3차원 영상 카메라(10)에서, 음성신호의 입력 및 처리가 필요치 않은 경우에는 마이크(24), 음성신호 처리회로(25)는 생략될 수도 있다.
메모리부(26)는 2차원 영상 데이터, 깊이 정보, 3차원 영상 데이터와 음성 데이터가 기록되며, 촬상 신호의 영상 표시를 행하는 모니터(27)와 음성신호가 출력되는 스피커(28)가 연결되어 있다.
제어회로(29)는 피사체의 2차원 영상 데이터, 깊이 정보, 3차원 영상 데이터와 음성 데이터를 생성하는 동작을 전체적으로 제어하는 역할을 수행하고, 촬상신호 처리회로(23)와 음성신호 처리회로(25)와 각각 연결된다.
아울러, 제어회로(29)는 변복조 회로(30)와 신호의 송수신이 가능하도록 접속되어, 변복조 동작을 행하는 신호를 변복조 회로(30)에 출력하고, 모터 컨트롤을 위해 드라이버(32)와도 접속된다. 그리고, 변복조 회로(30)에는 무선으로 3차원 영상 카메라(10)의 구동을 제어하도록 구성된 리모트 컨트롤 유닛(미도시)과 제어 신호의 송수신 동작을 행하는 안테나(31)에 접속되어 있다.
한편, 구동부(40)의 제어는 드라이버(32)에 의해 수행되고, 구동부(40)는 카메라 몸체(11)를 구동하는 몸체구동모터(41)와 카메라 헤드(12)를 구동하는 헤드구동모터(43)와 렌즈(21)를 구동하기 위한 렌즈구동모터(45)로 구성된다.
이때, 몸체구동모터(41)는 카메라 몸체(11)를 3차원 영상 카메라(10)의 횡방향, 즉 수평방향으로 이동시키기 위한 것으로, 직선 형태로 이동될 수도 있지만 렌즈(21)가 넓은 시야각을 갖도록 하기 위하여 곡선형 홈에 따라 이동되도록 마련되는 것이 바람직하다. 카메라 몸체(11)를 이동시키기 위해 마련되는 홈의 형태는 위에서 설명한 직선 형태, 곡선 형태로 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있다. 카레라 몸체(11)를 이동시키기 위해 마련되는 홈은 카메라 몸체(11)를 수평방향으로 이동시키기 위해 수평방향으로 마련될 수도 있고, 수직방향으로 이동시키기 위해 수직방향으로 마련될 수도 있다.
그리고, 헤드구동모터(43)는 카메라 헤드(12)의 승강을 위한 제 1 모터(미도시)와 헤드(12)의 회전을 위한 제 2 모터(미도시)로 구성된다. 이러한 제 1 모터에 의해 카메라 헤드(12)는 3차원 영상 카메라(10)에서 승강 될 수 있고, 제 2 모터에 의해 카메라 헤드(12)는 좌우방향으로 회전될 수 있다.
또한, 상기 렌즈구동모터(45)는 렌즈(21)의 상하방향 회전을 위하여 사용된다.
따라서, 본 발명의 3차원 영상 카메라(10)는 다수의 모터로 이루어지는 구동부(40)가 마련되어, 카메라 몸체(11), 카메라 헤드(12)와 렌즈(21)가 상하좌우로 자유롭게 회전하면서 다양한 각도 및 방위로 피사체를 촬영할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 3차원 영상 카메라(10)는 피사체의 3차원 영상을 촬영하기 위하여, 피사체의 가시광과 비가시광을 모두 측정할 수 있는 광학부(20)를 포함하여 구성된다.
그리고, 광학부(20)에서 측정된 피사체의 가시광은 2차원 영상 데이터로 변환되며, 피사체의 비가시광은 깊이 정보로 변환된다. 또한, 변화된 2차원 영상 데이터와 깊이 정보는 3차원 영상 데이터의 생성에 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 광학부(20)에 대하여 자세히 설명하도록 한다. 그리고, 이하 본 명세서에서는, 비가시광은 적외선광(Infra-Red, IR)을 일례로 설명하도록 한다.
도 2와 도3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부(20)를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부(20)의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부(20)의 측면도이다.
도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부(20)는 렌즈(21), 제 1 센서(22a), 제 2 센서(22b), 광 분리부(100), 광학 지지대(200)를 포함하여 구성된다.
렌즈(21)는 피사체에서 반사된 광을 후술하는 광 분리부(100)에 집광하는 역할을 한다.
제 1 센서(22a)는 광학 지지대(200)의 일면에 부착되어, 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광 중에서 가시광을 검출한다. 즉, 피사체의 가시광을 촬상하고 광전 변환하여, 가시광의 촬상 신호를 생성하는 것이다.
제 2 센서(22b)는 광학 지지대(200)의 일면에 부착되어, 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광 중에서 적외선광을 검출한다. 즉, 피사체의 적외선광을 촬상하고 광전 변환하여, 적외선광의 촬상 신호를 생성하는 것이다.
광 분리부(100)는 렌즈(21)와 제 1, 2 센서(22a, 22b) 사이에 위치하여, 렌즈(21)에서 집광된 피사체의 광을 가시광과 적외선광으로 분리한다. 그리고, 광 분리부(100)는 분리되 가시광을 제 1 센서(22a)에 집광시키고, 분리되 적외선광은 제 2 센서(22b)에 집광시키도록 한다. 즉, 본 발명의 광학부(20)는 하나의 렌즈(21)를 통해 들어오는 피사체의 광을 공간적으로 분리시키는 것이다.
일례로, 광 분리부(100)는 광을 일정 조건에 따라 분리하는 프리즘(Prism)으로 구성될 수 있다. 이런 프리즘(Prism)은 빔 스플릿터(Beam Splitter)로 구성될 수 있으며, 구체적으로 광을 파장 대역에 따라 분리하므로 웨이브 빔 스플릿터(Wave Beam Splitter, WBS)로 구성될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 분리된 두 영역의 광은 두 개의 센서(22a, 22b)에 각각 입사되어 신호로 처리되게 된다. 따라서, 분리된 두 영역의 광은 하나의 광학계를 공유하여 검출되기 때문에, 두 센서(22a, 22b)에서 측정된 피사체의 정보들 사이에는 카메라 위치에 따른 차이가 없게 된다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 처리의 일례를 도시한 도면이다.
도면과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에서, 렌즈(21)에 입사된 피사체의 광은 광 분리부(100)에서 가시광과 적외선광으로 분리되어, 각각 제 1 센서(22a)와 제 2 센서(22b)에 집광된다.
즉, 광 분리부(100)는 렌즈(21)에서 입사된 피사체의 광을 가시광과 적외선광으로 분리하여, 분리된 가시광을 제 1 센서(22a)에, 분리된 적외선광을 제 2 센서(22b)에 집광시킨다.
그리고, 가시광이 집광된 제 1 센서(22a)는, 피사체의 가시광을 촬상하고 광전 변환하여, 가시광의 촬상 신호를 생성하고, 적외선광이 집광된 제 2 센서(22b)는, 피사체의 적외선광을 촬상하고 광전 변환하여, 적외선광의 촬상 신호를 생성하는 것이다.
그리고, 촬상신호 처리회로(23)는, 제 1 센서(22a)에서 전송받은 가시광의 촬상 신호를 신호처리하여, 피사체의 2차원 영상 데이터를 생성한다. 그리고, 촬상신호 처리회로(23)는 제 2 센서(22b)에서 전송받은 적외선광의 촬상 신호를 신호처리하여, 피사체의 깊이 정보를 생성한다. 또한, 촬상신호 처리회로(23)는 생성된 2차원 영상 데이터에 깊이 정보를 추가하여, 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성한다.
도 5와 도6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부(20)를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부(20)의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부(20)의 측면도이다.
도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부(20)는 렌즈(21), 센서(22), 광 필터부(300), 필터모터(310), 광학 지지대(200)를 포함하여 구성된다.
렌즈(21)는 피사체에서 반사된 광을 후술하는 광 필터부(300)에 집광하는 역할을 한다.
센서(22)는 광학 지지대(200)의 일면에 부착되어, 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 가시광과 적외선광을 검출한다. 즉, 센서(22)에 피사체의 가시광이 집광되면, 피사체의 가시광을 촬상하고 광전 변환하여, 가시광의 촬상 신호를 생성한다. 그리고, 센서(22)에 피사체의 적외선광이 집광되면, 피사체의 적외선광을 촬상하고 광전 변환하여, 적외선광의 촬상 신호를 생성하는 것이다.
광 필터부(300)는 렌즈(21)와 센서(22) 사이에 위치하며, 제 1 광 필터부(300a)와 제 2 광 필터부(300b)로 구성된다. 도면과 같이, 광 필터부(300)는 분리된 두 영역으로 나뉘어, 한 영역은 제 1 광 필터부(300a)으로, 다른 영역은 제 2 광 필터부(300b)로 구성된다.
제 1 광 필터부(300a)는 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광 중에서 가시광만을 투과시키는 역할을 한다.
제 2 광 필터부(300b)는 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광 중에서 적외선광만을 투과시키는 역할을 한다.
광 필터부(300)는 필터모터(310)에 의해 회전운동이 가능하도록 구성된다. 이에 따라, 광 필터부(300)를 구성하는 제 1 광 필터부(300a) 또는 제 2 광 필터부(300b)는 주기적으로 교대로 렌즈(21)와 센서(22) 사이에 위치하게 된다. 따라서, 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광은 주기적으로 제 1 광 필터부(300a) 또는 제 2 광 필터부(300b)에 도달하게 되는 것이다.
피사체의 광이 제 1 광 필터부(300a)를 통과하는 경우에는, 가시광만이 센서(22)에 집광되며, 피사체의 광이 제 2 광 필터부(300b)를 통과하는 경우에는, 적외선광만이 센서(22)에 집광된다.
이때, 광 필터부(300)의 회전 속도는 센서(22)의 신호 처리 속도와 동기화될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예의 광학부(20)에서는, 피사체의 광을 시간상으로 가시광과 적외선광으로 분리시키게 된다. 광 필터부(300)의 회전 주기에 따라, 센서(22)에는 가시광과 적외선광이 분리되어 집광되는 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 시간상으로 분리된 두 영역의 광이 센서(22)에 입사되어 신호로 처리되게 된다. 따라서, 시간상으로 분리된 두 영역의 광은 하나의 광학계를 공유하여 검출되기 때문에, 피사체의 정보들 사이에는 카메라 위치에 따른 차이가 없게 된다.
한편, 도면에서는 광 필터부(300)가 필터모터(310)에 의해 회전운동하도록 구성됨을 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 제 1 광 필터부(300a)와 제 2 광 필터부(300b)가 주기적으로 교대로 렌즈(21)와 센서(22) 사이에 위치되도록, 광 필터부(300)의 이동 또는 운동하도록 구성됨을 모두 포함한다 할 것이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 처리의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 제 1 광 필터부(300a)가 렌즈(21)와 센서(22) 사이에 위치하게 된 경우를 도시한 도면이고, 도 8은 제 2 광 필터부(300b)가 렌즈(21)와 센서(22) 사이에 위치하게 된 경우를 도시한 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에서는, 렌즈(21)에 입사된 피사체의 광 중에서 가시광 또는 적외선광만이 광 필터부(300)를 투과하여, 센서(22)에 집광된다.
광 필터부(300)의 회전운동에 따라, 광 필터부(300)를 구성하는 제 1 광 필터부(300a)와 제 2 광 필터부(300b)가 주기적으로 교대로 렌즈(21)와 센서(22) 사이에 위치하게 된다. 따라서, 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광은, 주기적으로 제 1 광 필터부(300a) 또는 제 2 광 필터부(300b)에 도달하게 되는 것이다.
도 7과 같이, 피사체의 광이 제 1 광 필터부(300a)에 도달하는 경우에는, 피사체의 가시광만이 센서(22)에 집광된다.
도 8과 같이, 피사체의 광이 제 2 광 필터부(300b)에 도달하는 경우에는, 피사체의 적외선광만이 센서(22)에 집광된다.
따라서, 피사체의 광은 시간상으로 가시광과 적외선광으로 분리되어, 센서(22)에 집광되는 것이다.
센서(22)는 시간상으로 분리된 피사체의 가시광 또는 자외선광을 촬상하고 광전 변환하여, 가시광 또는 자외선의 촬상 신호를 생성하게 된다.
그리고, 촬상신호 처리회로(23)는, 센서(22)에서 전송받은 가시광의 촬상 신호를 신호처리하여, 피사체의 2차원 영상 데이터를 생성한다. 그리고, 촬상신호 처리회로(23)는 센서(22)에서 전송받은 적외선광의 촬상 신호를 신호처리하여, 피사체의 깊이 정보를 생성한다. 또한, 촬상신호 처리회로(23)는 생성된 2차원 영상 데이터에 깊이 정보를 추가하여, 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성한다.
도 9와 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부(20)를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부(20)의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학(20)부의 측면도이다.
도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부(20)는 렌즈(21), 센서(22), 광 전기필터부(400), 광학 지지대(200)를 포함하여 구성된다.
렌즈(21)는 피사체에서 반사된 광을 후술하는 광 전기필터부(400)에 집광하는 역할을 한다.
센서(22)는 광학 지지대(200)의 일면에 부착되어, 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 가시광과 적외선광을 검출한다. 즉, 센서(22)에 피사체의 가시광이 집광되면, 피사체의 가시광을 촬상하고 광전 변환하여, 가시광의 촬상 신호를 생성한다. 그리고, 센서(22)에 피사체의 적외선광이 집광되면, 피사체의 적외선광을 촬상하고 광전 변환하여, 적외선광의 촬상 신호를 생성하는 것이다.
광 전기필터부(400)는 렌즈(21)와 센서(22) 사이에 위치하며, 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광 중에서 가시광 또는 적외선광만을 투과시키는 역할을 한다.
일례로, 광 전기필터부(400)는 전기 신호를 통해 광학적인 특성을 바꿀 수 있는 액정(Liquid Crystal, LC)을 구성되어, 입사되는 피사체의 광 파장을 제어할 수 있다.
액정(LC)은 액체의 특징인 유동성을 가지면서도 광학적으로는 어떤 종류의 결정과 같은 성질을 보이는 물질로, 빛이 통과할 수 없이 뒤얽힌 구조로 되어있던 액정에 전압을 가하면 액정 분자의 배열방향이 같은 방향으로 나열되기 때문에 그 부분만 등방향의 결정 구조가 되어 투명하게 된다. 이것을 액정의 전기광학 효과라 부르며, 이 원리를 이용하여 일정 파장의 광의 투과ㆍ불투과를 전기적으로 제어할 수 있다.
광 전기필터부(400)는 일정한 투과 주기로, 광 전기필터부(400)에 가시광 또는 적외선광만이 투과되도록 구성된다. 렌즈(21)를 통해 입사된 피사체의 광은, 주기적으로 가시광 또는 적외선광만이 센서(22)에 도달하게 되는 것이다.
이때, 광 필터부(300)의 투과 주기는 센서(22)의 신호 처리 속도와 동기화될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예의 광학부(20)에서는, 피사체의 광을 시간상으로 가시광과 적외선광으로 분리시키게 된다. 광 전기필터부(400)의 투과 주기에 따라, 센서(22)에는 가시광과 적외선광이 분리되어 집광되는 것이다.
본 발명의 제 3 실시예에 의하면, 시간상으로 분리된 두 영역의 광이 센서(22)에 입사되어 신호로 처리되게 된다. 따라서, 시간상으로 분리된 두 영역의 광은 하나의 광학계를 공유하여 검출되기 때문에, 피사체의 정보들 사이에는 카메라 위치에 따른 차이가 없게 된다.
도 11과 도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 처리의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 광 전기필터부(400)가 가시광만을 투과시키도록 구성된 경우를 도시한 도면이고, 도 12는 광 전기필터부(400)가 적외선광만을 투과시키도록 구성된 경우를 도시한 도면이다.
본 발명의 제 3 실시예에서는, 렌즈(21)에 입사된 피사체의 광 중에서 가시광 또는 적외선광만이 광 전기필터부(400)를 투과하여, 센서(22)에 집광된다.
광 전기필터부(400)는 전기 신호를 통해, 입사되는 피사체의 광 파장을 제어할 수 있도록 구성된다. 따라서, 본 발명의 광 전기필터부(400)는 주기적으로 가시광 또는 적외선광만이 광 전기필터부(400)를 투과하도록 구성될 수 있다.
도 11과 같이, 광 전기필터부(400)가 가시광만을 투과시키도록 구성된 경우에는, 피사체의 가시광만이 센서(22)에 집광된다.
도 12와 같이, 광 전기필터부(400)가 적외선광만을 투과시키도록 구성된 경우에는, 피사체의 적외선광만이 센서(22)에 집광된다.
따라서, 피사체의 광은 시간상으로 가시광과 적외선광으로 분리되어, 센서(22)에 집광되는 것이다.
센서(22)는 시간상으로 분리된 피사체의 가시광 또는 자외선광을 촬상하고 광전 변환하여, 가시광 또는 자외선의 촬상 신호를 생성하게 된다.
그리고, 촬상신호 처리회로(23)는, 센서(22)에서 전송받은 가시광의 촬상 신호를 신호처리하여, 피사체의 2차원 영상 데이터를 생성한다. 그리고, 촬상신호 처리회로(23)는 센서(22)에서 전송받은 적외선광의 촬상 신호를 신호처리하여, 피사체의 깊이 정보를 생성한다. 또한, 촬상신호 처리회로(23)는 생성된 2차원 영상 데이터에 깊이 정보를 추가하여, 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성한다.
본 발명의 3차원 영상 카메라(10)에 의하면, 하나의 광학부(20)를 이용하여 3차원 영상을 촬영할 수 있다. 따라서, 기존 복수의 카메라를 이용함에 따라 발생하는, 영상 데이터와 깊이 정보의 거리 또는 시간 차이를 제거할 수 있다. 따라서, 3차원 영상 촬영의 성능이 향상되고, 촬영 후에 3차원 영상을 보정하는 절차를 제거할 수 있다. 또한, 일부 부품의 공용화를 통해, 3차원 영상 카메라(10)의 재료비 절감을 도모할 수도 있다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (10)

  1. 피사체에서 반사된 광을 집광하는 렌즈부;
    가시광을 측정하여 상기 가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 제 1 센서와 비가시광을 측정하여 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 제 2 센서를 포함하는 센서부;와
    상기 렌즈부에서 집광된 광을 가시광과 비가시광으로 분리하여, 상기 분리된 가시광을 상기 제 1 센서에 입사시키고, 상기 분리된 비가시광을 상기 제 2 센서에 입사시키는 광 분리부를 포함하는 3차원 영상 카메라.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 분리부는,
    광을 파장 대역에 따라 분리하는 프리즘(Prism)으로 구성된 3차원 영상 카메라.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가시광에 대한 전기 신호를 이용하여, 상기 피사체의 2차원 영상 데이터를 생성하고,
    상기 비가시광에 대한 전기 신호를 이용하여, 상기 피사체의 깊이 정보를 생성하는 신호처리부를 더 포함하는 3차원 영상 카메라.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 생성된 2차원 영상 데이터와 깊이 정보를 이용하여, 상기 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성하는 3차원 영상 카메라.
  5. 피사체에서 반사된 광을 집광하는 렌즈부;
    가시광을 측정하여 상기 가시광에 대한 전기 신호를 생성하고, 비가시광을 측정하여 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 센서부;
    가시광을 투과시키는 제 1 광 필터와 비가시광을 투과시키는 제 2 광 필터를 포함하는 광 필터부;와
    주기적으로, 상기 제 1 광 필터 또는 상기 제 2 광 필터가 상기 렌즈부와 상기 센서부 사이에 위치하도록 상기 광 필터부를 운동시키는 필터 모터부를 포함하는 3차원 영상 카메라.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 필터부의 운동 주기는,
    상기 센서부의 신호 처리 속도와 동기화된 3차원 영상 카메라.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가시광에 대한 전기 신호를 이용하여, 상기 피사체의 2차원 영상 데이터를 생성하고,
    상기 비가시광에 대한 전기 신호를 이용하여, 상기 피사체의 깊이 정보를 생성하고,
    상기 생성된 2차원 영상 데이터와 깊이 정보를 이용하여, 상기 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성하는 신호처리부를 더 포함하는 3차원 영상 카메라.
  8. 피사체에서 반사된 광을 집광하는 렌즈부;
    가시광을 측정하여 상기 가시광에 대한 전기 신호를 생성하고, 비가시광을 측정하여 상기 비가시광에 대한 전기 신호를 생성하는 센서부;
    상기 렌즈부와 센서부 사이에 위치하며, 주기적으로 가시광 또는 비가시광이 투과하도록 구성된 광 전기필터부를 포함하는 3차원 영상 카메라.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 전기필터부는,
    전기 신호를 통해 입사되 광 파장을 제어하는 액정(Liquid Crystal)로 구성된 3차원 영상 카메라.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 전기필터부의 투과 주기는,
    상기 센서부의 신호 처리 속도와 동기화된 3차원 영상 카메라.
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