KR20130118704A - 디지털 카메라로 촬영된 문서의 화상으로부터 전기적 문서 보관 및 전송을 위한 화상 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 카메라로 촬영된 문서의 화상을 처리하여 촬영 상태에 따른 화상의 왜곡을 보정하여 화상을 문서 보관 및 전송에 이용할 수 있도록 성능을 개선하는 방법과 그 장치에 대한 것이다.
기 사용되는 방법으로는 스캐너를 이용하는 것이 있지만 속도가 느려 많은 시간이 소요되거나, 고속의 스캐너는 가격이 매우 비싼 단점이 있고, 이 외에도 디지털 카메라의 이미지를 보정하는 방법들이 나와 있으나 주로 인물 및 풍경에 대한 보정 방법이나 카메라의 진동에 의한 왜곡을 보정하는 방법에 국한되어 있어, 피사체가 문서인 화상에 대한 보정 성능은 부족한 상태이다.
본 발명은 디지털 카메라로 문서를 촬영하여 생성된 화상으로부터, 화상의 밝기를 분석하여 촬영시의 조명에 따른 왜곡을 수정하는 명도 보정, 화상의 명암 차이에 따라서 발생하는 왜곡을 보정하는 대비 보정, 그리고 촬영시 렌즈로부터 문서의 각 지점에 대한 거리의 차이로 인하여 발생하는 화상에서의 길이 차이를 보정하는 길이 보정과 원근 보정을 수행하여, 반듯하고 명암 및 대비가 균일한 디지털 화상을 효율적으로 제공하는 데에 있다.

Description

디지털 카메라로 촬영된 문서의 화상으로부터 전기적 문서 보관 및 전송을 위한 화상 처리 방법 및 장치 {The method and aparatue to process the digital image of document for electrical archiving and transmission}

본 발명은 스마트폰 또는 디지털 카메라로 문 서를 촬영할 때 조명 상태에 따라 발생하는 명암 및 대비의 왜곡 및 통상적으로 근접 촬영이 됨에 따라 문서에서 렌즈와 가까운 부분이 상대적으로 렌즈와 멀리 떨어진 부분보다 커 보이는 왜곡을 보정하여, 문서 전용 스캐너와 유사한 품질을 얻을 수 있도록 촬영 장치에 포함된 연산장치를 이용하여 화상 처리를 수행하여, 이를 이용하는 사람이 특정한 보조 도구 또는 준비된 조명이 없이 촬영하여도 깨끗하고 반듯한 문서의 화상을 얻는 데에 목적이 있다.

본 발명은 디지털 화상 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히, 피사체가 문서임을 특징으로 하는 화상 처리 기술이며, 화상에서 실제 피사체와 동일한 가로 대 세로 비례가 되도록 보정하며 명암이나 대비 또한 밝은 조명에서 촬영한 최적의 화상이 되도록 보정하는 기술이고, 이 기술이 적용되어 간편하게 휴대되면서 쉽게 사용이 가능하도록 구성된 장치에 대한 것이다.

이와 유사한 기능을 수행하는 기존의 방법으로는 스캐너를 사용하는 방법과 문서 전용 카메라를 사용하는 방법이 있다. 그러나 스캐너를 사용하는 방법에서는 스캐너의 성능에 따라 가격이 비싸거나 스캔 시간이 오래 걸리는 문제뿐만 아니라 문서를 스캐너 입력부에 잘 맞춰서 올리고 스캔이 종료되면 문서를 교체하는 등의 번거로운 작업을 해야 하는 단점이 있다.

그리고 문서 전용 카메라의 경우에도 정확한 화상을 얻기 위하여 전용 틀과 받침대 및 조명을 필요로 하며, 문서의 위치를 맞춰야 하기 때문에 일반인들이 편리하게 이용하기 어려운 조건이다.

이 외에도 디지털 카메라 또는 스마트폰에서 촬영한 문서의 화상을 보정하여 보관하는 유사한 방식의 소프트웨어가 있으나, 이는 보정 방법에 있어서 제한 사항을 가지고 있어 문서의 촬영 조건에 따라 보정이 안되는 경우가 자주 나타난다.

상기 종래 기술의 문제를 고려한 본 발명의 과제는 스마트폰의 카메라 또는 화상 처리가 가능한 디지털 카메라를 이용하여, 특별한 조명이나 사진 촬영 전용 틀 또는 문서 고정 틀과 같은 보조 기구가 없이 촬영하여도 전용 카메라가 촬영한 화상처럼 반듯하고 균일한 화질의 화상을 제공하는 것이다.

이를 위하여 첫째는 피사체에 투사되는 조명 조건에 관계없이 매 화상마다 균일한 조건의 조명이 사용된 것처럼 화상에서의 밝기를 유지하도록 명도 보정을 수행하고, 둘째는 문서에 씌여진 글자 또는 그림이 적절한 조명에서 선명하게 여백과 구별되는 것처럼 화상에서 적절한 명암 대비를 유지하도록 대비 보정을 수행하여, 화상의 명암, 대비, 색상이 최적의 조건에서 촬영된 것과 유사하게 되도록 보정을 수행하는 것이다.

그리고 직사각형의 문서 촬영시 렌즈가 문서의 중심축 상에 있지 않으면 렌즈와 문서의 네 모서리와의 거리 차이로 인하여 렌즈에서 먼 곳의 화상 내의 크기가 가까운 곳의 크기보다 짧아지는 현상이 발생하여 화상에서의 문서 모양은 사다리꼴이 된다. 따라서, 셋째는 일반적인 촬영 환경에서는 문서의 중심축을 찾기가 쉽지 않아 빈번히 발생하는 크기 차이에 대한 길이 보정을 수행하는 것이고, 넷째는 렌즈를 문서의 중심축에 두더라도 문서의 중심부와 주변부의 거리 차이에 따라서 중심부가 더 크게 보이는 문서 내의 원근왜곡이 발생하므로 문서 화상 내의 원근왜곡을 보정하는 것이다.

촬영된 디지털 화상에서 상기 열거한 네 가지의 과제가 해결되도록 전자적인 방법으로 처리한다. 디지털 화상은 해상도에 따라 수많은 화소로 구성되며, 각 화소의 표현값에 따라 밝기가 조절되고, 인접한 화소와의 비교에 따라 명암의 대비가 나타나므로 화소의 값을 연산장치로 처리하여 상기 보정을 수행할 수 있다. 그리고 화소로 표현되는 값을 인접한 화소에게 넘겨주면 화상에서 화소의 집합으로 표현되는 점 또는 선이 이동하기도 하고 적절한 연산에 의하여 축소 또는 확대와 같은 보정 작업이 가능하다.

본 발명의 상기 구성에 따르면, 특별한 조명이나 사진 촬영 전용 틀, 문서 고정 틀과 같은 보조 기구가 없어도 문서를 스캔한 것과 유사한 품질의 화상을 쉽고 빠르게 얻을 수 있으며, 이에 따라 필기도구로 직접 작성된 아날로그 문서를 디지털화된 영상으로 변환하는 과정이 매우 빠르고 저렴해진다.

본 발명이 실생활에서 이용될 수 있는 가장 대표적인 부분은 노트 필기, 업무 수첩 등이며, 다량의 노트를 휴대하는 불편을 없애줄 뿐만 아니라 수년간의 업무수첩을 계속 보관하는 비용을 줄일 수 있다. 이 외에도 스케치 디자인, 칠판 판서 등 손으로 기록하는 다양한 분야가 있으며 이 모두가 본 발명이 적용되는 대상이 될 수 있다.

특히 개인의 서명이 들어간 계약서, 친필 편지, 엽서카드 등은 원본을 보관하더라도 본 발명을 적용하여 디지털화된 화상으로 별도로 보관하여 편리하게 이용할 수 있으며, 이 외에도 그림을 포함한 임의의 형식에 대하여 2차원의 모습을 디지털 화상으로 처리하는 것이 가능하다.

본 발명의 또 다른 적용 분야는 손으로 작성된 필기 문서를 신속하게 전송, 공유할 필요가 있는 곳으로서 작전, 취재 업무, 물류 등 다양하게 그 응용 범위를 넓힐 수 있다.

도1은 영상 보정 장치의 기능 동작 순서
도2는 직사각형의 문서 용지를 촬영한 화상의 길이 왜곡
도3은 인식마크 실시 예
도4는 인식마크가 있는 직사각형의 문서 용지를 촬영한 화상
도5는 직사각형의 문서 용지를 촬영한 화상에서의 원근 왜곡

이하 본 발명의 구성 및 동작 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도1은 본 발명의 구성과 동작을 나타낸 순서도로써, 디지털카메라의 화상을 피사체인 문서와 가장 가까운 화상이 되도록 화상을 처리하는, 그리고 본 발명의 한 실시 예가 되는, 영상보정장치의 각 기능과 동작 순서를 나타낸 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 피사체인 문서를 카메라로 촬영하여 얻어진 화상에 대하여(101), 균일한 밝기의 화상으로 보정하는 명도 보정 단계와(111), 조명에 따라서 글자 또는 그림과 여백과의 경계가 흐려짐을 보정하는 대비 보정 단계와(121), 문서의 각 부분과 렌즈와의 거리 차이로 인하여 발생하는 화상의 길이 차이를 보정하는 길이 보정 단계와(131), 문서의 중심부가 주변부보다 크게 나타나서 발생하는 원근왜곡을 보정하는 원근 보정 단계(141) 및 보정된 영상을 저장하는 화상 저장 단계(151)로 구성한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

＜영상보정장치의 각 단계별 동작 원리＞

상기 도1에 표시된 기능 동작 순서에 따라서 각 단계에 대하여 동작 원리를 설명한다. 카메라 촬영 단계(101)에서는 통상적인 디지털 카메라의 촬영이면 모두 가능하다. 그러나 길이 보정 또는 원근 보정에서 필요한 피사체까지의 거리 정보를 출력으로 제공하는 디지털 카메라여야 하며, 스마트폰과 같이 디지털 화상을 처리할 수 있는 연산장치(CPU 프로세서 모듈)를 내장한 디지털 카메라가 본 발명의 적용에 용이하다.

둘째, 명도 보정 단계(111)를 설명하기 위하여 도2에서와 같이 문서를 촬영할 때의 형상을 설명한다. A4크기 용지의 문서를 정면에서 보면 201과 같이 직사각형으로 보이며 211은 카메라의 위치이다. 측면에서 보면 문서(201)와 카메라(211) 사이의 거리를 문서 크기에 대한 상대적인 값으로 알 수 있다. 이 카메라로 촬영된 화상(221)에서 나타나는 문서의 부분(231)은 화상의 일부가 되며 그 모양은 231과 같이 왜곡된 사다리꼴이 된다. 그러므로 명도 보정할 화상의 범위는 231의 사다리꼴 내의 화소로 한정되어야 하며, 이 방법은 여러 가지가 있다.

문서는 대체로 직사각형의 형태이고 가로 대 세로가 약 2:3 비율을 가지나 예외도 존재하며, 촬영시 피사체인 문서 외의 여타 문서도 배경에 나타날 수 있기 때문에 이를 구분할 방법이 필요하다. 이러한 방법들 중에서 인식마크를 이용하는 방법이 가장 적절한 것으로 이러한 인식마크는 문서 내부 또는 주변에서 흔히 나타나는 문자와 달라 구분이 쉽고, 적절한 굵기를 가지고 있어 조명이 열악한 경우에도 인식이 가능하며, 촬영 방향에 따른 크기 및 비례의 변형에도 인식이 용이하여야 한다. 본 발명의 일 실시 예로 도3과 같은 A4용지와 인식 마크 실시 예를 제시한다.

이와 같은 인식마크를 가진 문서의 경우 이를 촬영하면 도2에서의 촬영된 화상은 도4와 같이 나타나며, 명도 보정할 대상 화소들이 4개의 인식마크 범위 내로 한정된다.

이에 따라 도4의 411에서처럼 인식마크 이내의 화소들에 대한 밝기의 평균을 구하고 이에 따라 각 화소의 밝기를 전체적으로 증감하여 미리 정해진 값의 밝기로 명도 보정을 수행한다.

셋째, 대비보정 단계(도1의 121)는 명도 보정을 마친 화상에서 글자, 선분이 문서의 바탕색과 확연히 구별되지 않은 경우에 수행하는 보정이다. 문서를 촬영한 화상에서 각 화소를 순서대로 검사해보면 여백에서는 밝은 정도가 비슷한 화소가 계속되다가 글자에서는 어두운 화소가 연이어 나타나며 다시 여백이 되면서 밝은 화소가 반복되는 구성을 가진다. 어떤 임의의 화소가 인접한 화소와 한계값 이상의 명암 차이가 있으면, 이를 대비가 뚜렷한 것이며, 대비가 뚜렷하지 않는 한계값 이하의 명암 차이가 있으면 보정 대상으로 한다. 이 때, 한계값의 범위에 따라서 화상의 노이즈로 인한 화소의 밝기 차이가 대비 보정에 의하여 노이즈가 커질 수가 있으며, 반대로 문서에 적혀 있는 내용인데 밝기 차이가 크지 않으면 대비보정에 의하여 지워져서 여백이 될 수 가 있다. 이를 피하기 위하여 가장 밝은 화소와 가장 어두운 화소의 밝기 차이를 구하고 화상의 평균 밝기를 계산하여 이를 기준으로 대비보정을 수행한다.

넷째, 길이 보정 단계(도1의 131)는 도4에서 나타낸 것과 같은 모양인 문서의 화상(411)을 추출하여 도3에서 나타낸 것과 같은 모양으로 변환하는 것이다. 실제 문서에서 인식마크 사이의 거리는 동일하므로 화상에서 상단의 가로 길이를 하단의 가로 길이만큼 늘려주면서 문서의 내용에서도 이와 비례하여 늘려주는 방법을 사용한다. 여기에는 바이리니어 방식이나 바이큐빅 방식 등이 있으며, 본 발명의 범위에 속하지 않으므로 생략한다. 또한 카메라의 위치에 따라 사다리꼴의 화상이 아닌 비틀어진 사다리꼴 또는 비틀어진 마름모와 같은 화상이 되기도 한다. 이 경우에도 4개의 인식마크를 직사각형 화상의 네 가장자리로 보내면서 이에 따라서 각각의 화소를 비례하여 이동하는 방식이므로 상기 표시한 방법으로 보정이 가능하다.

다섯째, 원근 보정 단계(도1의 141)는 도5에서와 같이 카메라(511)를 문서(501)의 중심축(521)에 두고 촬영하여도 문서가 직사각형으로 나타나지 않고 약간 둥근 모양으로 변형되어 나타난다. 그 이유는 카메라와 문서의 거리가 가장 먼 지점(531)과 카메라와 문서의 거리가 가장 가까운 지점(541) 사이의 거리 차이가 발생하고, 이 차이가 화상에서 표현될 만큼 근접 촬영을 하기 때문이다. 도5에서 피사체인 문서(501)의 화상(551)을 나타내고, 원근왜곡이 잘 보이도록 직사각형의 보조선(561)을 표시하였다. 보정 방법은 화상의 중심으로부터 멀어질수록 화상을 크게 하는 방향으로 화소의 위치를 옮겨주며, 화소를 옮김으로써 발생하는 빈 화소는 상기 길이 보정과 동일한 방법으로 처리하여 채운다. 이 때 화소를 이동시키는 양은 카메라와 피사체 사이의 거리에 따라 달라지며 가까울수록 왜곡이 심하므로 이동 거리도 커진다.

화상에서 보정을 위한 화소의 이동 거리는 d/cosθ - d 로 표시된다.

여기서 d는 문서의 중심지점(541)과 카메라(511)사이의 거리이고,

θ는 문서의 임의의 지점(예를 들면 531)과 카메라(511)를 잇는 가상의 선과 중심축(541)이 이루는 각도이다.

카메라와 피사체 사이의 거리(d)는 디지털 카메라가 제공하며, θ는 화상에서의 문서 길이와 렌즈와 화상이 생성된 디지털 소자(CCD)까지의 길이 비로 구할 수 있다.

여섯째, 화상 저장 단계(도1의 151)는 피사체 촬영 후 4단계의 보정으로 얻어진 화상을 저장하는 단계로서 통상적인 디지털 화상의 전자적인 저장 과정이다. 저장 매체로는 디지털 카메라 내 또는 외부의 반도체 기억장치 또는 하드디스크와 같은 기록 매체가 가능하며, 저장된 이후에는 화상이 파일 형태로 존재하여 이동 및 보관, 전송이 용이해진다.

이상 본 발명을 상기 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경 등이 가능하며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

상기 실시 예에서는 연산장치를 내장한 디지털 카메라 또는 스마트폰의 디지털 카메라에서의 화상 보정 과정을 설명하였다. 그러나, 휴대형 기기의 융합이 활발해지는 추세에 따라 휴대형 음원/화상 녹화/재생기와 같이 디지털 카메라 모듈과 연산장치를 내장한 임의의 기기에서도 본 발명의 적용이 가능하며, CCTV 카메라와 서버와 같이 디지털 카메라 모듈과 연산장치가 분리된 환경에서도 동일하게 적용이 가능하다.

Claims (5)

1. 디지털 카메라로 문서를 촬영할 때 나타나는 길이의 왜곡과 원근 표현이 포함된 화상에서 2차원의 피사체인 원 문서와 동일한 크기의 비례를 가지는 2차원 화상이 되도록 보정하고, 촬영시의 조명 조건에 따라서 달라지는 화상이 되는 일반적인 사진 촬영 환경과는 다르게, 균일한 명도와 대비를 가지도록 하는 방법으로서,
   상기 명도 보정 및 대비 보정, 길이 보정, 원근 보정의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 방법.
2. 디지털 카메라로 문서를 촬영할 때 나타나는 길이의 왜곡과 원근 표현이 포함된 화상에서 2차원의 피사체인 원 문서와 동일한 크기의 비례를 가지는 2차원 화상이 되도록 보정하고, 촬영시의 조명 조건에 따라서 달라지는 화상이 되는 일반적인 사진 촬영 환경과는 다르게, 균일한 명도와 대비를 가지도록 하는 방법이 적용된 상기 영상보정장치에서,
   상기 명도 보정 및 대비 보정, 길이 보정, 원근 보정의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 방법.
3. 제1항 및 제2항에 있어서 화상에서 쉽게 보정 범위를 결정할 수 있도록 하기 위하여 피사체인 문서에서 인식용 마크를 사용하는 방법
4. 제1항 및 제2항에 있어서 화상에서 쉽게 보정 범위를 결정할 수 있도록 하기 위하여 피사체인 문서에서 상기 도3과 같은 인식용 마크를 사용하는 방법
5. 문서를 피사체로 하는 근접촬영에서 원근 왜곡이 눈에 띨 만큼 나타나므로 피사체인 문서에 충실하게 화상에 표현되도록 거리 정보를 이용하여 이를 보정하는 상기 방법.

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