KR20140135416A - 스테레오 카메라 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 의한 카메라 모듈은 좌안 및 우안 카메라; 상기 좌안 및 우안 카메라 각각의 이미지 센서에 분할 형성되는 광각 영역과 협각 영역; 상기 이미지 센서의 광각 및 협각 영역과 대응되는 위치에 배치되는 광각 및 협각 렌즈모듈; 및 상기 이미지 센서의 광각 및 협각 이미지 정보를 처리하는 이미지 시그널 프로세서(ISP, Image Signal Processor)를 포함하는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스테레오 카메라{Stereo Camera}
본 실시예는 스테레오 카메라에 관한 것이다.
최근, 입체영상 시스템에 대한 관심이 증대되고 있으며, 입체 영상의 획득 장치인 입체 영상을 획득하는 스테레오 카메라(Stereo camera)의 중요성이 부각되고 있다.
스테레오 카메라는 좌, 우 두 대의 카메라로 좌안용 영상과 우안용 영상을 획득하기 때문에, 좌안 카메라(110)와 우안 카메라(120)의 위치 차이에 따른 양안 시차가 발생하게 되며, 이러한 양안 시차가 커질수록 입체 영상을 시청하는 사람이 쉽게 피로를 느낀다. 따라서 이러한 양안 시차는 각각의 카메라의 주시각을 조절하여 최소화할 수 있다.
그런데, 이와 같은 스테레오 카메라는 물론 일반 카메라에서는 측정 거리가 멀어질수록 측정 정밀도가 떨어지는 문제가 있다. 즉, 측정거리가 멀어지면 해상도는 높아지지만, 단위 픽셀당의 정밀도는 낮아지기 때문이다.
이와 같이 측정거리에 따른 원거리 정밀도를 확보하는 대표적인 방법은 광학줌을 적용하거나 4개 이상의 카메라 모듈을 이용하는 것이지만, 이와 같은 구성은 카메라 모듈의 크기와 재료비 증가는 물론 시스템 복잡도가 증가한다는 문제점이 있다.
본 실시예는 스테레오 카메라의 원거리 측정 정밀도를 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 실시예에 의한 카메라 모듈은 좌안 및 우안 카메라; 상기 좌안 및 우안 카메라 각각의 이미지 센서에 분할 형성되는 광각 영역과 협각 영역; 상기 이미지 센서의 광각 및 협각 영역과 대응되는 위치에 배치되는 광각 및 협각 렌즈모듈; 및 상기 이미지 센서의 광각 및 협각 이미지 정보를 처리하는 이미지 시그널 프로세서(ISP, Image Signal Processor)를 포함하는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어모듈은 광각용과 협각용 이미지 시그널 프로세서를 개별적으로 포함할 수 있다.
상기 제어모듈은 하나의 이미지 시그널 프로세서를 이용하여 광각용 이미지 프로세싱 작업과 협각용 이미지 프로세싱 작업을 수행할 수 있다.
상기 제어모듈은 상기 이미지 센서에서 획득된 영상을 이용하여 광각용 뎁스 매칭과 협각용 뎁스 매칭을 수행할 수 있다.
상기 광각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 우측(R) 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 좌측(L)영역이고, 상기 협각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 좌측(L) 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 우측(R)영역일 수도 있고, 그 반대로, 상기 협각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 우측(R) 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 좌측(L)영역이고, 상기 광각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 좌측(L) 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 우측(R)영역일 수도 있다.
또는, 상기 광각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 상측 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 하측 영역이고, 상기 협각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 하측 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 상측 영역이거나, 그 반대로, 상기 협각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 상측 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 하측 영역이고, 상기 광각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 하측 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 상측 영역일 수도 있다.
상기 좌안 및 우안 카메라의 광각 영역은 근거리 이미지를 촬영하고, 협각 영역은 원거리 이미지를 촬영할 수 있다. 이때, 상기 좌안 및 우안 카메라의 협각 영역의 시야각은 촬영 거리가 멀어질수록 좁아질 수 있다.
본 실시예는 스테레오 카메라를 구성하는 우안 및 좌안 카메라의 시야각(FOV, Field of View)을 가변 하여 원거리 측정 정밀도를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
또한 별도의 광학 줌 모듈을 필요로 하지 않기 때문에 카메라 소형화에 유리하다.
또한 측정 이미지의 종횡비 조절이 용이하다.
또한 측정 이미지의 초점을 자유롭게 조절하는 리-포커스(Re-Focus) 기능을 구현할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 가변 시야각을 가지는 스테레오 카메라의 원리를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1의 스테레오 카메라의 이미지 센서를 광각 구역과 협각 구역으로 구분한 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 3 및 도 4는 본 실시예에 따른 스테레오 카메라의 제어 블록도, 그리고,
도 5는 본 실시예에 따른 스테레오 카메라로 획득한 이미지를 이용하여 리-포커스(Re-Focus) 기능을 수행한 예시를 도시한 이미지 이다.
이하, 본 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 가변 시야각을 가지는 스테레오 카메라의 원리를 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 도 1의 스테레오 카메라의 이미지 센서를 광각 구역과 협각 구역으로 구분한 상태를 개략적으로 도시한 도면, 도 3 및 도 4는 본 실시예에 따른 스테레오 카메라의 제어 블록도, 그리고, 도 5는 본 실시예에 따른 스테레오 카메라로 획득한 이미지를 이용하여 리-포커스(Re-Focus) 기능을 수행한 예시를 도시한 이미지 이다.
3차원 영상 처리 시스템은 좌안 카메라와 우안 카메라를 포함하는 스테레오 카메라를 이용하여, 상기 좌안 및 우안 카메라가 촬영한 영상을 주시하는 각도인 주시각(Convergence angle)을 이미지 센서의 액티브 픽셀 영역(Active Pixel Area)내에서 이동시켜 시야각(field of view, FOV) 및 영상 크기 손실을 방지할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 스테레오 카메라(100)의 이미지 촬영 거리 변화에 대응하여, 좌안 및 우안 카메라(110)(120)의 시야각을 거리에 대응하여 가변적으로 형성할 경우를 도시한 도면이다.
스테레오 카메라(100)는 사람은 양안으로 물체의 입체감 및 원근감을 판단할 수 있는 원리로 만들어진 것으로, 양안의 간격은 대략 6∼7cm 정도이며, 스테레오 카메라의 좌안 카메라(110)와 우안 카메라(120)의 간격도 6∼7cm 정도로 설계된다.
도시된 바와 같이 제 1 거리(d1)에서의 시야각을 α, 제 2 거리(d2)에서의 시야각을 β라고 할 때, 제 2 거리(d2)에서의 시야각 β는 제 1 거리(d1)에서의 시야각 α 보다 작게 형성될 수 있다. 이때, 제 2 거리(d2)의 거리가 증가할수록 상기 제 2 거리(d2)에서의 시야각 β의 값은 점점 작아질 수 있다.
이때, 상기 제 1 거리(d1)에서의 좌안 카메라(110)의 이미지 촬영면을 S1, 제 2 거리(d2)에서의 좌안 카메라(110)의 이미지 촬영면을 S2라고 한다면, 상기 S1과 S2의 면적은 동일하게 형성되어 이미지 센서에서의 단위 픽셀당 해상도는 동일하게 유지될 수 있다.
이와 같이 좌안 카메라(110) 에서의 시야각을 광각과 협각으로 형성하기 위해, 본 실시예에 따르면 상기 좌안 카메라(110)에 마련되는 이미지 센서를 도 2에 도시된 바와 같이 좌우로 분할 제어하여, 도 2의 우측인 R 영역은 광각 이미지를 L 영역은 협각 이미지를 획득할 수 있도록 렌즈 유닛을 형성할 수 있다. 이에 따르면 상기 렌즈 유닛을 도 1의 A 지점과 B 지점에서 포커싱 가능하도록 기본 설정하여 필요에 따라 촬영된 이미지에서 최적의 해상도 및 정밀도를 가지는 이미지를 획득하는 것이 가능하다. 이러한 이미지 획득 방법에 대해서는 뒤에 다시 설명한다.
한편, 우안 카메라(120) 역시 좌안 카메라(110)와 동일하게 시야각을 거리 증가에 대응하여 점차 줄어들도록 가변 제어하여, 촬영 위치에서의 이미지 촬영면의 면적이 일정하게 유지되도록 한다.
도 2는 본 실시예에 따른 스테레오 카메라(100)를 구성하는 좌안 카메라(110) 및 우안 카메라(120)의 이미지 센서에 결상 된 이미지를 광각 이미지 영역과 협각 이미지 영역으로 구분한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 좌안 및 우안 카메라(110)(120) 각각에 마련된 이미지 센서를 각각 절반씩 분할하여, 음영으로 처리한 좌안 카메라(110)의 L 영역과, 우안 카메라(120)의 R 영역은 협각 영역(N)으로 이미지 처리하고 좌안 카메라(110)의 R 영역과, 우안 카메라(120)의 L 영역은 광각 영역(W)으로 이미지 처리할 수 있다. 이와 같이 각각의 이미지 센서의 협각 및 광각 이미지 획득을 위해, 상기 이미지 센서의 설정 영역과 대응되는 위치의 렌즈 모듈은 협각 및 광각이 되도록 설정될 수 있다. 한편, 도시하지는 않았으나, 광각 영역(W)과 협각 영역(N)은 반대로 형성되는 것도 가능하며, 도 4에 도시된 바와 같이, 이미지 센서의 좌우 대신 상하로 분할 형성하여 이들 각각을 광각 영역(W)과 협각 영역(N)으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 렌즈 모듈은 상기 L 및 R 영역의 센터와 대응되는 지점에 광 초점이 형성될 수 있도록 마련되는 것이 좋은데, 이는 이미지 센서 하나를 광각 영역과 협각 영역으로 분할하여 사용하기 때문에, 각각의 영역에서 광각 및 협각 이미지를 광각용 ISP(210)와 협각용 ISP(310)로 출력할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 렌즈 모듈의 형상은 원통형상으로 마련될 수 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며 사각형, 다각형 등 이미지 센서의 유효 화상영역을 최대한 사용할 수 있는 설계상 필요한 형상은 어떠한 것이든 사용 가능하다. 협각 및 광각 렌즈모듈을 통해 획득된 이미지는 이미지 시그널 프로세서(ISP)에 의해 협각 이미지와 광각 이미지로 처리될 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 스테레오 카메라의 개략적인 제어 블록도 이다.
도시된 바와 같이, 제어모듈(C)은 내부에 광각용 ISP(210)와 협각용 ISP(310)를 구비하여, 이들에서 상기 좌안 및 우안 카메라(110)(120)의 이미지 센서에서 획득된 광각 및 협각 이미지를 처리하여 광각용 뎁스 매칭(220)과 협각용 뎁스 매칭(320)을 수행한다.
이때, 상기 제어모듈(C)은 스테레오 카메라(100)의 후단에 결합되는 제어기판에 마련될 수 있으며, 상기 광각용 ISP(210) 및 협각용 ISP(310)는 서로 다른 칩셋으로 마련될 수도 있고, 하나의 칩셋을 이용하여 광각 및 협각 이미지를 번갈아 가면서 이미지 처리하는 것도 가능하다. 본 실시예에 따르면, 상기 광각용 ISP(210)와 협각용 ISP(310)는 하나의 칩셋 내부에 별도의 제어 모듈로 마련될 수 있다.
한편, 하나의 칩셋으로 구성되는 상기 광각용 ISP(210) 및 협각용 ISP(310)와 이곳에서 후처리된 이미지를 뎁스 매칭하여 마련된 광각(근거리) 뎁스 맵(230)과 협각(원거리) 뎁스 맵(330)은 본 실시예에 따른 스테레오 카메라(100)의 제어모듈(C)과 연결되는 회로부에서 용도에 맞게 처리될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 스테레오 카메라(100)는 좌안 카메라(110)와 우안 카메라(120)를 포함하기 때문에, 주시각 제어 장치를 구비할 경우, 3차원 영상 촬영 또한 가능하다.
즉, 스테레오 카메라(100)의 주시각 제어장치는 상기 좌안 카메라(110)(110) 및 상기 우안 카메라(120)(120)에서 촬영된 좌안용 영상과 우안용 영상 각각의 윤곽선을 상기 에지 필터를 통해 검출할 수 있다. 그리고, 상기 영상 비교부는 상기 에지 필터에서 검출된 상기 좌안용 영상의 윤곽선과 상기 우안용 영상의 윤곽선 사이의 거리를 계산한다. 또, 상기 영상 위치 제어부는 상기 영상 비교부에서 계산된 상기 좌안용 영상의 윤곽선과 상기 우안용 영상의 윤곽선 사이의 거리로 상기 좌안용 영상과 상기 우안용 영상의 위치를 이동시켜 주시각을 제어한다.
이때, 상기 좌안 카메라(110)(110)와 상기 우안 카메라(120)(120) 각각이 피사체를 촬영하는 이미지 센서를 구비하고 있는 경우, 상기 영상 위치 제어부는 상기 이미지 센서의 액티브 픽셀 영역(Active Pixel Area) 내에서 상기 좌안용 영상과 상기 우안용 영상의 위치를 이동시킨다.
상기 주시각 제어 장치에서 에지 필터는 좌안 카메라(110)에서 촬영된 좌안용 영상과 우안 카메라(120)에서 촬영된 우안용 영상 각각의 윤곽선을 검출한다. 그리고, 스테레오 카메라(100)의 주시각 제어 장치에서 영상 비교부는 상기 에지 필터에서 검출된 상기 좌안용 영상의 윤곽선과 상기 우안용 영상의 윤곽선 사이의 거리를 계산한다. 상기 영상 비교부는 우안용 영상의 윤곽선과 좌안용 영상의 윤곽선의 사이의 거리를 계산한다.
스테레오 카메라(100)의 좌안 카메라(110)와 우안 카메라(120)는 소정 간격으로 이격 되어 있으므로, 상기 좌안 카메라(110)와 상기 우안 카메라(120)에서 촬영된 좌안용 영상과 우안용 영상은 피사체가 소정 간격으로 이격 되어 있다. 이러한 좌안용 영상과 우안용 영상을, 스테레오 카메라의 주시각 제어 장치의 영상 위치 제어부는 영상 비교부에서 계산된 상기 좌안용 영상의 윤곽선과 상기 우안용 영상의 윤곽선 사이의 거리로 상기 좌안용 영상과 상기 우안용 영상의 위치를 이동시켜 주시각을 제어한다. 이에 따라, 상기 좌안용 영상과 우안용 영상은 일치되면서 입체감이 나타나게 된다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 다음과 같은 장점을 획득할 수 있다.
우선, 별도의 오토 포커싱 기능을 수행하는 액츄에이터를 포함하는 카메라 모듈을 구비하지 않고, 렌즈 배럴에서 설치되는 렌즈를 각각 광각 및 협각 렌즈로 시야각(FOV)을 가변 할 수 있도록 스테레오 카메라(100)의 렌즈모듈을 광각용 렌즈와 협각용 렌즈를 포함하도록 구성하여, 광각용 렌즈와 협각용 렌즈와 대응되는 이미지 센서에서 획득된 이미지를 광각 및 협각으로 처리하는 것에 본 실시예의 특징이 있다.
이에 따르면, 근거리에서 촬영된 이미지는 광각 이미지 프로세싱을 통해 충분한 해상도로 정밀하게 획득할 수 있으며, 원거리에서 촬영된 이미지는 협각 이미지 프로세싱을 통해 근거리 촬영 이미지와 비교하여 차이가 없는 해상도를 가지는 이미지를 획득할 수 있다.
따라서 오토 포커싱 없이 다양한 각도에서 이미지를 획득하여 우선 영상처리를 통해 획득된 이미지를 저장해 둔 상태로 사용자의 필요에 따라 포커싱이 필요한 위치를 자유롭게 변경하여 저장하는 이른바 리-포커스(Re-Focus) 기능을 구현하는 것이 가능하다. 이와 같은 리-포커스 기능에 따르면 도 4에 도시된 동그라미 표시된 바와 같이 한 장의 이미지에서 사용자가 원하는 위치를 초점으로 한 다양한 형태의 이미지를 획득할 수 있다.
극히 원거리 이미지 획득을 위하여, 스테레오 카메라(100)의 좌안 및 우안 카메라(110)(120) 각각의 렌즈를 광각과 협각렌즈를 함께 구성하여 한번의 촬영을 통해 다양한 시야각(FOV)의 이미지를 획득하므로, 별도의 광학 줌 기구물을 구비하지 않더라도, 멀리 있는 이미지 또한 근거리 이미지의 해상도와 동일하게 획득하는 것이 가능하다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 실시예는, 본 실시예의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 실시예의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 실시예의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100; 스테레오 카메라 110; 좌안 카메라
120; 우안 카메라 210; 광각용 ISP
220; 광각용 깊이 매칭 230; 광각용 깊이 맵
310; 협각용 ISP 320; 협각용 깊이 매칭
330; 협각용 깊이 맵 C; 제어모듈

Claims (10)

  1. 좌안 및 우안 카메라;
    상기 좌안 및 우안 카메라 각각의 이미지 센서에 분할 형성되는 광각 영역과 협각 영역;
    상기 이미지 센서의 광각 및 협각 영역과 대응되는 위치에 배치되는 광각 및 협각 렌즈모듈; 및
    상기 이미지 센서의 광각 및 협각 이미지 정보를 처리하는 이미지 시그널 프로세서(ISP, Image Signal Processor)를 포함하는 제어모듈;을 포함하는 스테레오 카메라.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어모듈은,
    광각용과 협각용 이미지 시그널 프로세서를 개별적으로 포함하는 스테레오 카메라.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어모듈은,
    하나의 이미지 시그널 프로세서를 이용하여 광각용 이미지 프로세싱 작업과 협각용 이미지 프로세싱 작업을 수행하는 스테레오 카메라.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어모듈은,
    상기 이미지 센서에서 획득된 영상을 이용하여 광각용 뎁스 매칭과 협각용 뎁스 매칭을 수행하는 스테레오 카메라.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 우측(R) 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 좌측(L)영역이고,
    상기 협각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 좌측(L) 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 우측(R)영역인 스테레오 카메라.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 협각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 우측(R) 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 좌측(L)영역이고,
    상기 광각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 좌측(L) 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 우측(R)영역인 스테레오 카메라.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 상측 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 하측 영역이고,
    상기 협각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 하측 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 상측 영역인 스테레오 카메라.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 협각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 상측 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 하측 영역이고,
    상기 광각 영역은 좌안 카메라에 설치된 이미지 센서의 하측 영역과 우안 카메라에 설치된 이미지 센서의 상측 영역인 스테레오 카메라.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌안 및 우안 카메라의 광각 영역은 근거리 이미지를 촬영하고, 협각 영역은 원거리 이미지를 촬영하는 스테레오 카메라.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 좌안 및 우안 카메라의 협각 영역의 시야각은 촬영 거리가 멀어질수록 좁아지는 스테레오 카메라.
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