KR20140145470A - 3차원 영상 처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
컬러 영상(color image)과 깊이 영상(depth image)을 동시에 획득할 수 있는 3차원 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 소정의 피사체로부터, 광 스펙트럼의 가시 영역에 해당하는 가시광 및 적외 영역에 해당하는 적외광을 감지하는 제 1 감지부와, 광 스펙트럼의 적외 영역에 해당하는 적외광을 감지하는 제 2 감지부를 포함하는 수광부와, 제 1 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 컬러 영상 정보를 추출하고, 제 2 시간 동안에, 제 1 감지부 및 제 2 감지부로부터 깊이 영상 정보를 추출하는 영상 처리부와, 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 토대로, 피사체의 3차원 영상을 구현하는 3차원 영상 구현부와, 수광부, 영상 처리부, 및 3차원 영상 구현부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 3차원 영상을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컬러 영상(color image)과 깊이 영상(depth image)을 동시에 획득할 수 있는 3차원 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 3차원 영상 처리 장치는, 컬러 영상을 획득하는 컬러 카메라(color camera)와 깊이 영상을 획득하는 깊이 카메라(depth camera)를 포함할 수 있다.
여기서, 컬러 카메라는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등을 채용한 카메라로서, 태양광 또는 플래쉬광을 받는 피사체로부터 반사된 가시광선을 감지함으로써, 그 피사체에 대한 2차원 컬러 영상을 획득할 수 있다.
그리고, 깊이 카메라(depth camera)는 파사체에 레이저광이나 적외선 등의 광선을 비추어 반사되어 되돌아오는 광선을 취득하여, 그 피사체에 대한 깊이 영상을 획득할 수 있다.
이때, 깊이는 그 카메라로부터 피사체까지의 거리를 의미할 수 있다.
이어, 획득된 2차원 컬러 영상과 깊이 영상을 이용하여, 피사체의 3차원 영상을 획득할 수 있다.
그러나, 이러한 3차원 영상 처리 장치는, 컬러 영상을 획득하기 위한 컬러 카메라와 깊이 영상을 획득하기 위한 깊이 카메라를 개별적으로 구동해야 하므로, 구성이 복잡하고, 영상 처리 시간이 많이 소요되며, 전체적인 비용이 증가할 수 있다.
그러므로, 향후 컬러 영상과 깊이 영상을 동시에 획득할 수 있는 3차원 영상 처리 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 일실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 컬러 영상과 깊이 영상을 모두 획득할 수 있는 수광부를 이용하여, 간단한 구성을 갖는 3차원 영상 처리 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 시분할 다중화(time division multiplexing) 방식으로, 깊이 영상의 콘트라스트(contrast)를 향상시킬 수 있는 3차원 영상 처리 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 의한 3차원 영상 처리 장치는, 소정의 피사체로부터, 광 스펙트럼의 가시 영역에 해당하는 가시광 및 적외 영역에 해당하는 적외광을 감지하는 제 1 감지부와, 광 스펙트럼의 적외 영역에 해당하는 적외광을 감지하는 제 2 감지부를 포함하는 수광부와, 제 1 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 컬러 영상 정보를 추출하고, 제 2 시간 동안에, 제 1 감지부 및 제 2 감지부로부터 깊이 영상 정보를 추출하는 영상 처리부와, 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 토대로, 피사체의 3차원 영상을 구현하는 3차원 영상 구현부와, 수광부, 영상 처리부, 및 3차원 영상 구현부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 감지부는, 적색광 및 적외광을 감지하는 제 1 픽셀, 녹색광 및 적외광을 감지하는 제 2 픽셀, 청색광 및 적외광을 감지하는 제 3 픽셀을 포함할 수 있다.
경우에 따라, 제 1 감지부는, 황(Yellow)색광 및 적외광을 감지하는 제 4 픽셀, 시안(Cyan)색광 및 적외광을 감지하는 제 5 픽셀, 마젠타(Magenta)색과 및 적외광을 감지하는 제 6 픽셀을 포함할 수도 있다.
또 다른 경우로서, 제 1 감지부는, 적색광 및 적외광을 감지하는 제 1 픽셀, 녹색광 및 적외광을 감지하는 제 2 픽셀, 청색광 및 적외광을 감지하는 제 3 픽셀, 백(white)색, 황(Yellow)색, 시안(Cyan)색, 마젠타(Magenta)색 중 어느 한 색광 및 적외광을 감지하는 제 7 픽셀을 포함할 수도 있다.
이어, 본 발명은 제어부의 제어신호에 따라, 제 1 시간 동안에, 적외광을 출사하지 않고, 제 2 시간 동안에, 적외광을 출사하는 발광부를 더 포함할 수도 있고, 제어부의 제어신호에 따라, 발광부의 구동을 오프(off)시키기 위한 제 1 시간과 발광부의 구동을 온(on)시키기 위한 제 2 시간을 측정하는 타이머(timer)를 더 포함할 수도 있으며, 영상 처리부로부터 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수도 있다.
다음, 영상 처리부는, 제 1 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출하는 제 1 영상 처리부와, 제 2 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하여 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈(noise)를 제거하고, 제 2 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 2 깊이 영상 정보를 추출하며, 제 1, 제 2 깊이 영상 정보를 합성하는 제 2 영상 처리부를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 영상 처리부는, 제 1 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 가시광의 광량을 검출하는 제 1 검출부와, 검출된 가시광의 광량을 전기적 신호로 변환하는 제 1 변환부와, 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출하는 컬러 영상 정보 추출부를 포함할 수 있다.
그리고, 제 2 영상 처리부는, 제 2 시간 동안에, 제 1 감지부 및 제 2 감지부로부터 감지된 적외광의 광량을 검출하는 제 2 검출부와, 검출된 적외광의 광량을 전기적 신호로 변환하는 제 2 변환부와, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 추출된 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈를 제거하는 제 1 깊이 영상 정보 추출부와, 제 2 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 2 깊이 영상 정보를 추출하는 제 2 깊이 영상 정보 추출부와, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보를 합성하는 합성부를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 깊이 영상 정보 추출부는, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 노이즈를 제거하여, 노이즈가 제거된 깊이값을 산출하는 노이즈 제거부와, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 큰지를 비교하는 비교부와, 비교 결과, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 크다면, 노이즈가 제거된 깊이값을 제 1 깊이 영상 정보에 대한 최종 깊이값으로 결정하는 최종 깊이값 결정부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 3차원 영상 처리 방법은, 가시광과 적외광을 감지하는 제 1 감지부와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부를 포함하는 수광부와, 적외광을 발광하는 발광부를 포함하는 3차원 영상 처리 장치의 영상 처리 방법으로서, 소정의 피사체로부터, 가시광 및 적외광을 감지하는 단계와, 제 1 시간 동안에, 수광부의 제 1 감지부에서 감지된 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출하는 단계와, 제 2 시간 동안에, 수광부의 제 1 감지부 및 제 2 감지부에서 감지된 적외광으로부터 깊이 영상 정보를 추출하는 단계와, 피사체에 대한 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보의 추출이 모두 완료되었는지 판단하는 단계와, 피사체에 대한 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보의 추출이 모두 완료되었다면, 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 토대로, 피사체의 3차원 영상을 구현하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 가시광 및 적외광을 감지하는 단계 이전에, 제 1 시간 동안에, 발광부의 구동을 오프(off)시켜 적외광을 출사하지 않는 단계, 또는 제 2 시간 동안에, 발광부의 구동을 온(on)시켜 적외광을 피사체로 출사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 제 2 시간 동안에, 깊이 영상 정보를 추출하는 단계는, 하기 수식 1에 의해 깊이 영상 정보를 추출할 수 있다.
[수식 1]
if (α(R2 - R1) > Rth), IR2 = IR2 + α(R2 - R1)
if (β(G2 - G1) > Gth), IR2 = IR2 + β(G2 - G1)
if (γ(B2 - B1) > Bth), IR2 = IR2 + γ(B2 - B1)
(여기서, IR2는 제 2 깊이 영상 정보,
R1, G1, B1은 상기 제 1 시간 동안에, 추출된 제 1 감지부의 적외광에 대한 제 1 노이즈값,
R2, G2, B2는 상기 제 2 시간 동안에, 추출된 제 1 감지부의 적외광에 대한 제 2 노이즈값,
α, β, γ는 제 1 감지부의 감도 특성을 고려한 가중치, 그리고
Rth, Gth, Bth는 제 1 감지부의 물리적 노이즈 임계값이다.)
본 발명의 일실시예에 의하면, 가시광을 감지하는 제 1 감지부와 적외광을 감지하는 제 2 감지부를 포함하는 수광부를 이용하여, 컬러 영상과 깊이 영상을 동시에 처리할 수 있으므로, 구성이 간단하고, 3차원 영상 처리 시간 및 전체적인 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 시분할 다중화(time division multiplexing) 방식을 이용하여, 컬러 영상 정보와 깊이 영상 정보를 개별적으로 획득하고, 깊이 영상 정보 획득시, 수광부의 제 2 감지부로부터 수광되는 적외광 뿐만 아니라, 수광부의 제 1 감지부로부터 수광되는 적외광을 통해, 깊이 영상 정보를 추출할 수 있기 때문에, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트(contrast)가 향상되어, 3차원 영상의 깊이감이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 영상 처리 장치를 보여주는 블럭 구성도
도 2a 및 도 2b는 도 1의 수광부에 따른 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면
도 3a 및 도 3b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 1 실시예
도 4는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 2 실시예
도 5a 및 도 5b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 3 실시예
도 6은 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 4 실시예
도 7a 및 도 7b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 5 실시예
도 8은 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 6 실시예
도 9는 도 1의 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도
도 10은 도 9의 제 1 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도
도 11은 도 9의 제 2 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도
도 12는 도 11의 제 1 깊이 영상 정보 추출부를 보여주는 블럭 구성도
도 13은 본 발명에 따른 3차원 영상 처리 방법을 보여주는 흐름도
도 14는 시간에 따른 발광부의 온/오프를 보여주는 도면
도 15는 시간에 따른 영상 처리부의 영상 정보 처리를 보여주는 도면
도 16은 도 13의 컬러 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도
도 17은 도 13의 깊이 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도
도 18은 제 1, 제 2 깊이 영상 정보를 합성하지 않는 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면
도 19는 수광부에 감지되는 적외광의 분포를 보여주는 도면
도 20은 제 1, 제 2 깊이 영상 정보가 합성된 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면
도 21은 도 17의 제 2 깊이 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도
도 22는 제 1, 제 2 감지부에 대한 광 감도 특성을 보여주는 그래프
도 23a 및 도 23b는 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보의 합성 여부에 따른 깊이 영상에 대한 콘트라스트를 비교한 도면
도 2a 및 도 2b는 도 1의 수광부에 따른 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면
도 3a 및 도 3b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 1 실시예
도 4는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 2 실시예
도 5a 및 도 5b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 3 실시예
도 6은 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 4 실시예
도 7a 및 도 7b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 5 실시예
도 8은 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 6 실시예
도 9는 도 1의 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도
도 10은 도 9의 제 1 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도
도 11은 도 9의 제 2 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도
도 12는 도 11의 제 1 깊이 영상 정보 추출부를 보여주는 블럭 구성도
도 13은 본 발명에 따른 3차원 영상 처리 방법을 보여주는 흐름도
도 14는 시간에 따른 발광부의 온/오프를 보여주는 도면
도 15는 시간에 따른 영상 처리부의 영상 정보 처리를 보여주는 도면
도 16은 도 13의 컬러 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도
도 17은 도 13의 깊이 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도
도 18은 제 1, 제 2 깊이 영상 정보를 합성하지 않는 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면
도 19는 수광부에 감지되는 적외광의 분포를 보여주는 도면
도 20은 제 1, 제 2 깊이 영상 정보가 합성된 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면
도 21은 도 17의 제 2 깊이 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도
도 22는 제 1, 제 2 감지부에 대한 광 감도 특성을 보여주는 그래프
도 23a 및 도 23b는 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보의 합성 여부에 따른 깊이 영상에 대한 콘트라스트를 비교한 도면
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되는 것으로서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 영상 처리 장치를 보여주는 블럭 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 3차원 영상 처리 장치는 수광부(100), 영상 처리부(200), 3차원 영상 구현부(300), 제어부(400), 발광부(500) 및 저장부(600)를 포함할 수 있다.
그리고, 추가적으로, 타이머(timer)(700)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 수광부(100)는, 소정의 피사체(800)로부터, 광 스펙트럼의 가시 영역에 해당하는 가시광과, 광 스펙트럼의 적외 영역에 해당하는 적외광을 수광할 수 있다.
경우에 따라, 수광부(100)는, 제 1 감지부(110)와 제 2 감지부(120)를 포함할 수 있다.
이때, 수광부(100)의 제 1 감지부(110)는 광 스펙트럼의 가시 영역에 해당하는 가시광을 감지할 수 있는데, 예를 들면, 약 350 - 700nm의 파장대를 갖는 광을 감지할 수 있다.
그리고, 수광부(100)의 제 2 감지부(120)는 광 스펙트럼의 적외 영역에 해당하는 적외광을 감지할 수 있는데, 예를 들면, 적외광은 약 700nm 이상의 파장대를 갖는 광을 감지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 소정의 피사체(800)로부터, 광 스펙트럼의 가시 영역에 해당하는 가시광과, 광 스펙트럼의 적외 영역에 해당하는 적외광을 동시에 수광할 수 있는 수광부(100)를 배치함으로써, 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 획득함과 동시에 적외광으로부터 깊이 영상 정보를 획득할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 획득한 컬러 영상 정보와 깊이 영상 정보를 동시에 처리할 수 있으므로, 구성이 간단하고, 3차원 영상 처리 시간 및 전체적인 비용을 줄일 수 있다.
그리고, 영상 처리부(200)는, 제 1 시간 동안에 제 1 감지부(110)으로부터 컬러 영상 정보를 추출하고, 제 2 시간 동안에 제 1 감지부(110) 및 제 2 감지부(120)로부터 깊이 영상 정보를 추출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 영상 처리부(200)는, 컬러 영상 정보와 깊이 영상 정보를 동시에 획득하지 않고, 서로 다른 시간에 획득할 수 있다.
즉, 본 발명의 영상 처리부(200)는, 컬러 영상 정보를 획득하는 시간과 깊이 영상 정보를 획득하는 시간이 서로 다를 수 있다.
그 이유는, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 깊이 영상 처리 방법을 독자적으로 수행해야 되기 때문이다.
만일, 영상 처리부(200)가 컬러 영상 정보와 깊이 영상 정보를 동시에 획득할 경우, 영상 처리부(200)는, 수광부(100)의 제 2 감지부(120)에만 수광되는 적외광으로부터 깊이 영상 정보를 추출하기 때문에, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트가, 컬러 영상 정보에 비해 상대적으로 작아, 3차원 영상의 깊이감이 저하될 수 있다.
하지만, 영상 처리부(200)가 컬러 영상 정보와 깊이 영상 정보를 개별적으로 획득할 경우, 영상 처리부(200)는, 깊이 영상 정보 획득시, 수광부(100)의 제 2 감지부(120)로부터 수광되는 적외광 뿐만 아니라, 수광부(100)의 제 1 감지부(110)로부터 수광되는 적외광을 통해, 깊이 영상 정보를 추출할 수 있기 때문에, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트가 향상되어, 3차원 영상의 깊이감이 개선될 수 있다.
따라서, 영상 처리부(200)는, 제 1 감지부(110)와 제 2 감지부(120)를 포함하는 수광부(100)의 단위 픽셀마다, 컬러 영상 정보의 획득 작업과 깊이 영상 정보의 획득 작업을 개별적으로 수행할 수 있다.
다음, 3차원 영상 구현부(300)는, 영상 처리부(200)로부터 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 토대로, 피사체(800)의 3차원 영상을 구현할 수 있다.
그리고, 제어부(400)는, 수광부(100), 영상 처리부(200) 및 3차원 영상 구현부(300)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(400)는, 발광부(500) 및 타이머(700)를 제어할 수 있다.
예를 들면, 발광부(500)는, 적외광을 발생하는 장치로서, 제어부(400)의 제어 신호에 따라, 구동될 수 있다.
즉, 발광부(500)는, 제어부(400)의 제어신호에 따라, 제 1 시간 동안에, 적외광을 출사하지 않고, 제 2 시간 동안에, 적외광을 출사할 수 있다.
또한, 타이머(timer)(700)는, 제어부(400)의 제어신호에 따라, 발광부(500)의 구동을 오프(off)시키기 위한 제 1 시간과 발광부(500)의 구동을 온(on)시키기 위한 제 2 시간을 측정할 수 있다.
따라서, 제어부(400)는, 타이머(700)가 측정하는 시간에 따라, 발광부(500)의 구동을 제어할 수 있다.
그리고, 저장부(600)는, 영상 처리부(200)에 의해, 추출된 컬러 영상 정보와 깊이 영상 정보를 저장할 수 있다.
여기서, 저장부(600)는, 영상 처리부(200)가, 컬러 영상 정보를 획득하는 시간과 깊이 영상 정보를 획득하는 시간이 서로 다르기 때문에, 다음 처리 단계를 위해, 추출된 영상 정보들이 소정 시간 대기하는 버퍼(buffer) 역할을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 가시광을 감지하는 제 1 감지부와 적외광을 감지하는 제 2 감지부를 포함하는 수광부를 이용하여, 컬러 영상과 깊이 영상을 동시에 처리할 수 있으므로, 구성이 간단하고, 3차원 영상 처리 시간 및 전체적인 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은, 시분할 다중화(time division multiplexing) 방식을 이용하여, 컬러 영상 정보와 깊이 영상 정보를 개별적으로 획득하고, 깊이 영상 정보 획득시, 수광부의 제 2 감지부로부터 수광되는 적외광 뿐만 아니라, 수광부의 제 1 감지부로부터 수광되는 적외광을 통해, 깊이 영상 정보를 추출할 수 있기 때문에, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트가 향상되어, 3차원 영상의 깊이감이 개선될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 수광부에 따른 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면으로서, 도 2a는 수광부의 픽셀 배열을 보여주는 도면이고, 도 2b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 수광부(100)는 적색, 녹색, 청색 파장대의 가시광을 감지할 수 있는 픽셀들과, 적외광을 감지할 수 있는 픽셀들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 수광부(100)는, 적색, 녹색, 청색 파장대의 가시광을 감지하는 제 1 감지부(110)와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)로 구성되는 단위 픽셀들이 다수개 배열될 수 있다.
여기서, 제 1 감지부(110)는, 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 픽셀, 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 2 픽셀, 청색 파장대의 광을 감지하는 제 3 픽셀을 포함할 수 있다.
경우에 따라, 제 1 감지부(110)는, 황(Yellow)색 파장대의 광을 감지하는 제 1 픽셀, 시안(Cyan)색 파장대의 광을 감지하는 제 2 픽셀, 마젠타(Magenta)색 파장대의 광을 감지하는 제 3 픽셀을 포함할 수 있다.
또 다른 경우로서, 제 1 감지부(110)는, 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 픽셀, 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 2 픽셀, 청색 파장대의 광을 감지하는 제 3 픽셀, 백(white)색, 황(Yellow)색, 시안(Cyan)색, 마젠타(Magenta)색 중 어느 한 색의 파장대를 갖는 광을 감지하는 제 4 픽셀을 포함할 수도 있다.
도 3a 및 도 3b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 1 실시예로서, 도 3a는 제 2 감지부의 주변에 제 1 감지부의 픽셀들이 둘러싸는 배열 구조를 보여주고, 도 3b는 제 2 감지부의 일측에 제 1 감지부의 픽셀들이 나란히 배치되는 배열 구조를 보여주고 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 수광부는, 적색, 녹색, 청색 파장대의 가시광을 감지하는 제 1 감지부(110)와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)로 구성되는 단위 픽셀을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 감지부(110)는, 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 픽셀(112), 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 2 픽셀(114), 청색 파장대의 광을 감지하는 제 3 픽셀(116)을 포함할 수 있다.
이때, 제 1, 제 2, 제 3 픽셀(112, 114, 116)들의 면적은 서로 동일할 수 있다.
그리고, 제 1, 제 2, 제 3 픽셀(112, 114, 116)들의 면적은, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)의 면적과 동일할 수도 있다.
도 4는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 2 실시예이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수광부는, 적색, 녹색, 청색 파장대의 가시광을 감지하는 제 1 감지부(110)와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)로 구성되는 단위 픽셀을 포함할 수 있는데, 제 1 감지부(110)는, 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 픽셀(112), 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 2 픽셀(114), 청색 파장대의 광을 감지하는 제 3 픽셀(116)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1, 제 2, 제 3 픽셀(112, 114, 116)들의 면적은 서로 동일할 수 있지만, 제 1, 제 2, 제 3 픽셀(112, 114, 116)들 중, 어느 한 픽셀의 면적은, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)의 면적보다 더 클 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트(contrast)에 영향을 주는 제 2 감지부(120)의 면적이 제 1 감지부(110)에 비해 상대적으로 작아도, 본 발명의 깊이 영상 처리 방법을 이용하면, 깊이 영상 및 컬러 영상에 대한 감도 및 콘트라스트가 동시에 향상될 수 있다.
이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 5a 및 도 5b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 3 실시예로서, 도 5a는 제 2 감지부의 주변에 제 1 감지부의 픽셀들이 둘러싸는 배열 구조를 보여주고, 도 5b는 제 2 감지부의 일측에 제 1 감지부의 픽셀들이 나란히 배치되는 배열 구조를 보여주고 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 수광부는, 황색, 시안색, 마젠타색 파장대의 가시광을 감지하는 제 1 감지부(110)와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)로 구성되는 단위 픽셀을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 감지부(110)는, 황(Yellow)색 파장대의 광을 감지하는 제 4 픽셀(117), 시안(Cyan)색 파장대의 광을 감지하는 제 5 픽셀(118), 마젠타(Magenta)색 파장대의 광을 감지하는 제 6 픽셀(119)을 포함할 수 있다.
이때, 제 4, 제 5, 제 6 픽셀(117, 118, 119)들의 면적은 서로 동일할 수 있다.
그리고, 제 4, 제 5, 제 6 픽셀(117, 118, 119)들의 면적은, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)의 면적과 동일할 수도 있다.
도 6은 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 4 실시예이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 수광부는, 황색, 시안색, 마젠타색 파장대의 가시광을 감지하는 제 1 감지부(110)와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)로 구성되는 단위 픽셀을 포함할 수 있는데, 제 1 감지부(110)는, 황(Yellow)색 파장대의 광을 감지하는 제 4 픽셀(117), 시안(Cyan)색 파장대의 광을 감지하는 제 5 픽셀(118), 마젠타(Magenta)색 파장대의 광을 감지하는 제 6 픽셀(119)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 4, 제 5, 제 6 픽셀(117, 118, 119)들의 면적은 서로 동일할 수 있지만, 제 4, 제 5, 제 6 픽셀(117, 118, 119)들 중, 어느 한 픽셀의 면적은, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)의 면적보다 더 클 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트에 영향을 주는 제 2 감지부(120)의 면적이 제 1 감지부(110)에 비해 상대적으로 작아도, 본 발명의 깊이 영상 처리 방법을 이용하면, 깊이 영상 및 컬러 영상에 대한 감도 및 콘트라스트가 동시에 향상될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 5 실시예로서, 도 7a는 제 2 감지부의 주변에 제 1 감지부의 픽셀들이 둘러싸는 배열 구조를 보여주고, 도 7b는 제 2 감지부의 일측에 제 1 감지부의 픽셀들이 나란히 배치되는 배열 구조를 보여주고 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 수광부는, 적색, 녹색, 청색 파장대의 가시광을 감지하고, 화이트색, 황색, 시안색, 마젠타색 파장대 중, 어느 한 파장대의 가시광을 감지하는 제 1 감지부(110)와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)로 구성되는 단위 픽셀을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 감지부(110)는, 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 픽셀(112), 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 2 픽셀(114), 청색 파장대의 광을 감지하는 제 3 픽셀(116), 백(white)색, 황(Yellow)색, 시안(Cyan)색, 마젠타(Magenta)색 중 어느 한 색의 파장대를 갖는 광을 감지하는 제 7 픽셀(111)을 포함할 수 있다.
이때, 제 1, 제 2, 제 3, 제 7 픽셀(112, 114, 116, 111)들의 면적은 서로 동일할 수 있다.
그리고, 제 1, 제 2, 제 3, 제 7 픽셀(112, 114, 116, 111)들의 면적은, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)의 면적과 동일할 수도 있다.
도 8은 수광부의 단위 픽셀을 보여주는 제 6 실시예이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 수광부는, 적색, 녹색, 청색 파장대의 가시광을 감지하고, 화이트색, 황색, 시안색, 마젠타색 파장대 중, 어느 한 파장대의 가시광을 감지하는 제 1 감지부(110)와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)로 구성되는 단위 픽셀을 포함할 수 있는데, 제 1 감지부(110)는, 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 픽셀(112), 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 2 픽셀(114), 청색 파장대의 광을 감지하는 제 3 픽셀(116), 백(white)색, 황(Yellow)색, 시안(Cyan)색, 마젠타(Magenta)색 중 어느 한 색의 파장대를 갖는 광을 감지하는 제 7 픽셀(111)을 포함할 수 있다.
이때, 제 1, 제 2, 제 3, 제 7 픽셀(112, 114, 116, 111)들의 면적은 서로 동일할 수 있지만, 제 1, 제 2, 제 3, 제 7 픽셀(112, 114, 116, 111)들 중, 어느 한 픽셀의 면적은, 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)의 면적보다 더 클 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트에 영향을 주는 제 2 감지부(120)의 면적이 제 1 감지부(110)에 비해 상대적으로 작아도, 본 발명의 깊이 영상 처리 방법을 이용하면, 깊이 영상 및 컬러 영상에 대한 감도 및 콘트라스트가 동시에 향상될 수 있다.
도 9는 도 1의 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 영상 처리부(200)는, 제 1 영상 처리부(210)와 제 2 영상 처리부(230)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 영상 처리부(210)는, 제 1 시간 동안에, 수광부의 제 1 감지부로부터 감지된 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출하고, 추출된 컬러 영상 정보를 도 1의 저장부(600)에 저장할 수 있다.
그리고, 제 2 영상 처리부(230)는, 제 2 시간 동안에, 수광부의 제 1 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하여, 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈(noise)를 제거하고, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보를 도 1의 저장부(600)에 저장할 수 있다.
이어, 제 2 영상 처리부(230)는, 제 2 시간 동안에, 수광부의 제 2 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 2 깊이 영상 정보를 추출하고, 추출된 제 2 깊이 영상 정보를 도 1의 저장부(600)에 저장할 수 있다.
다음, 제 2 영상 처리부(230)는, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보를 합성할 수 있다.
도 10은 도 9의 제 1 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제 1 영상 처리부(210)는, 제 1 검출부(212), 제 1 변환부(214), 컬러 영상 정보 추출부(216)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 검출부(212)는, 제 1 시간 동안, 수광부의 제 1 감지부로부터 감지된 가시광의 광량을 검출할 수 있다.
예를 들면, 제 1 검출부(212)는, 수광부의 단위 픽셀에서, 제 1 감지부의 제 1 픽셀로부터 적색광의 광량을 검출하고, 제 1 감지부의 제 2 픽셀로부터 녹색광의 광량을 검출하며, 제 1 감지부의 제 3 픽셀로부터 청색광의 광량을 검출하고, 제 2 감지부로부터 적외광의 광량을 검출할 수 있다.
경우에 따라, 제 1 검출부(212)는, 수광부의 타입에 따라, 적색광, 녹색광, 청색광 이외에, 백색광, 황색광, 시안색광, 마젠타색광의 광량을 검출할 수도 있다.
이어, 제 1 변환부(214)는, 검출된 가시광의 광량을 전기적 신호로 변환할 수 있다.
다음, 컬러 영상 정보 추출부(216)는, 전기적 신호로 변환된 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출할 수 있다.
따라서, 제 1 영상 처리부(210)는, 제 1 시간 동안, 수광부의 제 1 감지부로부터 감지된 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 획득할 수 있다.
도 11은 도 9의 제 2 영상 처리부를 보여주는 블럭 구성도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제 2 영상 처리부(230)는, 제 2 검출부(231), 제 2 변환부(233), 제 1, 제 2 깊이 영상 정보 추출부(235, 237) 및 합성부(239)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 2 검출부(231)는, 제 2 시간 동안에, 수광부의 제 1 감지부 및 제 2 감지부로부터 감시된 적외광의 광량을 검출할 수 있다.
예를 들면, 제 2 검출부(231)는, 수광부의 단위 픽셀에서, 제 1 감지부의 제 1 픽셀로부터 적색광 및 적외광의 광량을 검출하고, 제 1 감지부의 제 2 픽셀로부터 녹색광 및 적외광의 광량을 검출하며, 제 1 감지부의 제 3 픽셀로부터 청색광 및 적외광의 광량을 검출하고, 제 2 감지부로부터 적외광의 광량을 검출할 수 있다.
이어, 제 2 변환부(233)는, 검출된 적외광의 광량을 전기적 신호로 변환할 수 있다.
다음, 제 1 깊이 영상 정보 추출부(235)는, 수광부의 제 1 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 추출된 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈를 제거하며, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보를 도 1의 저장부(600)에 저장할 수 있다.
그리고, 제 2 깊이 영상 정보 추출부(237)는, 수광부의 제 2 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 2 깊이 영상 정보를 추출하고, 추출된 제 2 깊이 영상 정보를 도 1의 저장부(600)에 저장할 수 있다.
이어, 합성부(239)는, 제 1 깊이 영상 정보 추출부(235)로부터 추출된 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보 추출부(237)로부터 추출된 제 2 깊이 영상 정보를 합성하여, 최종 깊이 영상 정보를 생성할 수 있다.
이와 같이, 제 2 영상 처리부(230)는, 하기 수식 1에 의해 깊이 영상 정보를 추출할 수 있다.
[수식 1]
if (α(R2 - R1) > Rth), IR2 = IR2 + α(R2 - R1)
if (β(G2 - G1) > Gth), IR2 = IR2 + β(G2 - G1)
if (γ(B2 - B1) > Bth), IR2 = IR2 + γ(B2 - B1)
여기서, IR2는 제 2 깊이 영상 정보,
R1, G1, B1은 상기 제 1 시간 동안에, 추출된 제 1 감지부의 적외광에 대한 제 1 노이즈값,
R2, G2, B2는 상기 제 2 시간 동안에, 추출된 제 1 감지부의 적외광에 대한 제 2 노이즈값,
α, β, γ는 제 1 감지부의 감도 특성을 고려한 가중치, 그리고
Rth, Gth, Bth는 제 1 감지부의 물리적 노이즈 임계값이다.
또한, α(R2 - R1)는, 수광부의 단위 픽셀에서, 적색광과 적외광을 감지하는 제 1 감지부의 제 1 픽셀로부터 추출되어, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보이고, β(G2 - G1)는, 수광부의 단위 픽셀에서, 녹색광과 적외광을 감지하는 제 1 감지부의 제 2 픽셀로부터 추출되어, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보이며, γ(B2 - B1)는, 수광부의 단위 픽셀에서, 청색광과 적외광을 감지하는 제 1 감지부의 제 3 픽셀로부터 추출되어, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보이다.
도 12는 도 11의 제 1 깊이 영상 정보 추출부를 보여주는 블럭 구성도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 깊이 영상 정보 추출부(237)는, 노이즈 제거부(241), 비교부(243), 최종 깊이값 결정부(245)를 포함할 수 있다.
여기서, 노이즈 제거부(241)는, 수광부의 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 노이즈를 제거하여, 노이즈가 제거된 깊이값을 산출할 수 있다.
예를 들면, 노이즈 제거부(241)는, 제 1 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 제 1 노이즈값과 제 2 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 제 2 노이즈값을 추출할 수 있다.
여기서, 제 1 노이즈값은, 제 1 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광 이외의 가시광일 수 있다
그리고, 제 2 노이즈값은 제 2 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광 이외의 가시광일 수 있다.
이어, 노이즈 제거부(241)는, 추출된 제 2 노이즈값으로부터 제 1 노이즈값을 감산한 차값을 산출하고, 산출된 차값에 가중치를 곱하여 노이즈가 제거된 깊이값을 산출할 수 있다.
여기서, 제 2 노이즈값과 제 1 노이즈값에 대한 차값은 노이즈가 제거된 순수 적외광에 대한 깊이값일 수 있다.
그리고, 가중치는 제 1 감지부의 각 픽셀에 대한 감도 특성을 고려한 값일 수 있다.
이어, 비교부(243)는, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 큰지를 비교할 수 있다.
다음, 최종 깊이값 결정부(245)는, 비교 결과, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 크다고 판단하면, 노이즈가 제거된 깊이값을 제 1 깊이 영상 정보에 대한 최종 깊이값으로 결정할 수 있다.
여기서, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 크면, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트를 향상시키는데, 영향을 미칠 수 있지만, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 작거나 동일하면, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트를 향상시키는데, 큰 영향을 미치지 않으로, 무시할 수 있다.
이와 같이, 구성되는 본 발명에 따른 3차원 영상 처리 장치의 영상 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 13은 본 발명에 따른 3차원 영상 처리 방법을 보여주는 흐름도로서, 도 1의 3차원 영상 처리 장치를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 13에 도시된 바와 같이, 먼저, 제어부(400)는, 타이머(700)의 시간 측정을 참조하여, 제 1 시간 동안에, 피사체(800)로 적외광을 출사하지 않도록, 발광부(500)의 구동을 오프(off)시킬 수 있다.(S110)
그리고, 수광부(100)는 피사체(800)로부터 가시광을 수광할 수 있다.(S120)
이어, 제어부(400)는, 영상 처리부(200)를 제어하여, 제 1 시간 동안, 수광부(100)의 제 1 감지부(110)에서 감지된 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출할 수 있다.(S130)
다음, 제어부(400)는, 타이머(700)의 시간 측정을 참조하여, 제 2 시간 동안에, 피사체(800)로 적외광을 출사하도록, 발광부(500)의 구동을 온(on)시킬 수 있다.(S140)
그리고, 수광부(100)는 피사체(800)로부터 가시광 및 적외광을 수광할 수 있다.(S150)
이어, 제어부(400)는, 영상 처리부(200)를 제어하여, 제 2 시간 동안, 수광부(100)의 제 1 감지부(110) 및 제 2 감지부(120)에서 감지된 적외광으로부터 깊이 영상 정보를 추출할 수 있다.(S160)
다음, 제어부(400)는, 피사체(800)에 대한 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보의 추출이 모두 완료되었는지 판단할 수 있다.(S170)
이어, 피사체(800)에 대한 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보의 추출이 모두 완료되었다면, 제어부(400)는, 3차원 영상 구현부(300)를 제어하여, 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 토대로, 피사체(800)의 3차원 영상을 구현할 수 있다.(S180)
하지만, 피사체(800)에 대한 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보의 추출이 모두 완료되지 않았다면, S110 단계 내지 S160 단계를 반복 수행할 수 있다.
경우에 따라, S140 - S160 단계가 S110 - S130 단계보다 먼저 진행될 수도 있다.
즉, 본 발명은, 제 2 시간 동안에, 발광부(500)의 구동을 온(on)시켜, 깊이 영상 정보를 추출한 다음에, 제 1 시간 동안에, 발광부(500)의 구동을 오프(off)시켜, 컬러 영상 정보를 추출할 수도 있다.
도 14는 시간에 따른 발광부의 온/오프를 보여주는 도면으로서, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광부(500)는, 제어부(400)의 제어 신호에 의해, 제 1 시간 동안에, 적외광을 출사하지 않는 단계와, 제 2 시간 동안에, 적외광을 출사하는 단계를, 교대로 반복 수행할 수 있다.
도 15는 시간에 따른 영상 처리부의 영상 정보 처리를 보여주는 도면으로서, 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 영상 처리부(200)는, 제어부(400)의 제어 신호에 의해, 제 1 시간 동안에, 컬러 영상 정보를 추출하는 단계와, 제 2 시간 동안에, 깊이 영상 정보를 추출하는 단계를, 교대로 반복 수행할 수 있다.
도 16은 도 13의 컬러 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도로서, 도 10의 제 1 영상 처리부를 참조하여 설명하기로 한다.
도 10 및 도 16에 도시된 바와 같이, 제 1 영상 처리부(210)의 제 1 검출부(212)는, 제 1 시간 동안에, 도 1의 제 1 감지부(110)로부터 감지된 가시광의 광량을 검출할 수 있다.(S132)
그리고, 제 1 변환부(214)는, 검출된 가시광의 광량을 전기적 신호로 변환하고,(S134) 컬러 영상 정보 추출부(216)는 제어부의 제어신호에 따라, 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출할 수 있다.(S135)
여기서, 제 1 영상 처리부(210)는 도 1의 제 1, 제 2 감지부(110, 120)으로부터 적외광을 검출할 수도 있으나, 피사체로부터 입사되는 적외광의 광량은 적으므로, 무시할 수 있다.
즉, 적외광이 컬러 영상 정보의 노이즈로 작용할 수도 있으나, 발광부로부터 적외광이 출사되지 않기 때문에, 감지되는 적외광의 광량이 매우 적다.
따라서, 제 1 영상 처리부(210)는, 추출되는 컬러 영상 정보에 미치는 노이즈가 매우 작으므로, 추가적인 노이즈 제거 작업을 수행하지 않아도, 큰 문제가 되지 않는다.
도 17은 도 13의 깊이 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도로서, 도 11의 제 2 영상 처리부를 참조하여 설명하기로 한다.
도 11 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제 2 영상 처리부(230)의 제 2 검출부(231)는, 제 1 시간 동안에, 도 1의 제 1 감지부(110) 및 제 2 감지부(120)로부터 감지된 적외광의 광량을 검출할 수 있다.(S162)
그리고, 제 2 변환부(233)는, 검출된 가시광의 광량을 전기적 신호로 변환한다.(S164)
이어, 제 1 깊이 영상 정보 추출부(235)는, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 추출된 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈를 제거할 수 있다.(S166)
또한, 제 2 깊이 영상 정보 추출부(237)는, 제 2 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 2 깊이 영상 정보를 추출할 수 있다.(S166)
다음, 합성부(239)는, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보를 합성할 수 있다.(S168)
이와 같이, 본 발명은, 도 1의 제 1 감지부(110)를 통해, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 추출된 제 1 깊이 영상 정보를, 제 2 깊이 영상 정보에 합성함으로써, 피사체에 대한 깊이 영상 정보의 감도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
만일, 제 1 깊이 영상 정보의 합성 없이, 도 1의 제 2 감지부(120)를 통해, 획득한 제 2 깊이 영상 정보만으로 피사체의 3차원 영상을 구현할 경우, 피사체에 대한 깊이 영상 정보가 저하될 수 있다.
도 18은 제 1, 제 2 깊이 영상 정보를 합성하지 않는 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면이고, 도 19는 수광부에 감지되는 적외광의 분포를 보여주는 도면이며, 도 20은 제 1, 제 2 깊이 영상 정보가 합성된 베이어 패턴(bayer pattern)을 보여주는 도면이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 수광부(100)는, 적색, 녹색, 청색 파장대의 가시광을 감지하는 제 1 감지부와, 적외광을 감지하는 제 2 감지부로 구성되는 단위 픽셀들이 다수개 배열될 수 있다.
여기서, 본 발명의 제 1 영상 처리부가 제 1 감지부로부터 컬러 영상 정보를 추출하고, 본 발명의 제 2 영상 처리부가 제 1 감지부로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하지 않고, 제 2 감지부로부터 제 2 깊이 영상 정보만을 추출할 경우, 도 16과 같이, 컬러 영상 정보는, 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부의 제 1 픽셀로부터 추출된 제 1 컬러 영상 정보(R1 - R4), 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부의 제 2 픽셀로부터 추출된 제 2 컬러 영상 정보(G1 - G4), 청색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부의 제 3 픽셀로부터 추출된 제 3 컬러 영상 정보(B1 - B4)를 포함하고, 깊이 영상 정보는, 적외광을 감지하는 제 2 감지부로부터 추출된 깊이 영상 정보(IR1 - IR4)만을 포함할 수 있다.
따라서, 피사체의 3차원 영상을 구현할 경우, 제 2 감지부에서만 추출되는 깊이 영상 정보(IR1 - IR4)만으로는 깊이 영상의 감도 및 콘트라스트가 작으므로, 구현되는 3차원 영상의 깊이감이 저하될 수 있다.
예를 들면, 도 19에 도시된 바와 같이, 수광부(100)는 피사체로부터 반사되는 적외광(130)을 감지할 수 있는데, 적외광(130)은 적외광을 감지하는 제 2 감지부에 전부 또는 일부만이 입사될 수 있다.
따라서, 수광부(100)는, 검출할 수 있는 전체적인 적외광의 광량이 적기 때문에, 적외광으로부터 추출되는 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트가 저하될 수 있다.
그러므로, 본 발명은, 도 1의 제 1 감지부(110)를 통해, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 추출된 제 1 깊이 영상 정보를, 제 2 깊이 영상 정보에 합성함으로써, 피사체에 대한 깊이 영상의 감도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 도 20에 도시된 바와 같이, 수광부(100)가, 제 1 감지부(110)가 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부(110)의 제 1 픽셀(112), 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부(110)의 제 2 픽셀(114), 청색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부(110)의 제 3 픽셀(116) 및 적외광을 감지하는 제 2 감지부(120)을 포함할 때, 본 발명은, 제 1 감지부(110)를 통해, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 추출된 제 1 깊이 영상 정보를, 제 2 깊이 영상 정보에 합성함으로써, 피사체에 대한 깊이 영상의 감도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
도 21은 도 17의 제 2 깊이 영상 정보를 추출하는 방법을 보여주는 상세 흐름도로서, 도 12의 제 1 깊이 영상 추출부를 참조하여 설명하기로 한다.
도 12 및 도 21에 도시된 바와 같이, 노이즈 제거부(241)는, 제 1 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 제 1 노이즈값과 제 2 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 제 2 노이즈값을 추출할 수 있다.
여기서, 제 1 노이즈값은, 제 1 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광 이외의 가시광일 수 있다
그리고, 제 2 노이즈값은 제 2 시간 동안에, 제 1 감지부로부터 감지된 적외광 이외의 가시광일 수 있다.
이어, 노이즈 제거부(241)는, 추출된 제 2 노이즈값으로부터 제 1 노이즈값을 감산한 차값을 산출하고, 산출된 차값에 가중치를 곱하여 노이즈가 제거된 깊이값을 산출할 수 있다.(S1682)
여기서, 제 2 노이즈값과 제 1 노이즈값에 대한 차값은 노이즈가 제거된 순수 적외광에 대한 깊이값일 수 있다.
그리고, 가중치는 제 1 감지부의 각 픽셀에 대한 감도 특성을 고려한 값일 수 있다.
도 22는 제 1, 제 2 감지부에 대한 광 감도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2 감지부는, 광의 파장대에 따라, 광 감도 특성이 다르게 나타나는 것을 알 수 있다.
예를 들면, 도 18과 같이, 제 1 감지부의 각 픽셀에 대한 감도와 제 2 감지부의 감도는 약 3.5배 정도 차이가 날 수 있다.
즉, 적색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부의 제 1 픽셀, 녹색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부의 제 2 픽셀, 청색 파장대의 광을 감지하는 제 1 감지부의 제 3 픽셀에서, 적색광, 녹색광, 청색광에 대한 감도가 유사할 때, 적외광을 감지하는 제 2 감지부의 감도는 제 1 감지부의 감도보다 약 3.5배 더 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 노이즈가 제거된 깊이값을 산출할 때, 이러한 감도 차이를 제거하기 위하여, 제 2 노이즈값과 제 1 노이즈값의 차값에 가중치를 곱하는 것이다.
다음, 비교부(243)는, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 큰지를 비교할 수 있다.(S1683)
다음, 최종 깊이값 결정부(245)는, 비교 결과, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 크다고 판단하면, 노이즈가 제거된 깊이값을 제 1 깊이 영상 정보에 대한 최종 깊이값으로 결정할 수 있다.(S1684)
여기서, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 크면, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트를 향상시키는데, 영향을 미칠 수 있지만, 노이즈가 제거된 깊이값이 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 작거나 동일하면, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트를 향상시키는데, 큰 영향을 미치지 않으로, 무시할 수 있다.
도 23a 및 도 23b는 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보의 합성 여부에 따른 깊이 영상에 대한 콘트라스트를 비교한 도면으로서, 도 23a는 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보가 합성되지 않는 경우이고, 도 23b는 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보가 합성되는 경우이다.
도 23a에 도시된 바와 같이, 제 1 깊이 영상 정보의 합성 없이, 도 1의 제 2 감지부(120)를 통해, 획득한 제 2 깊이 영상 정보만으로 피사체의 3차원 영상을 구현할 경우, 피사체에 대한 깊이 영상 정보가 저하될 수 있다.
하지만, 도 23b에 도시된 바와 같이, 제 1 감지부를 통해, 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 제 2 감지부를 통해, 제 2 깊이 영상 정보를 추출한 다음, 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보에 합성할 경우, 피사체에 대한 깊이 영상의 감도 및 콘트라스트가 크게 개선되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은, 가시광을 감지하는 제 1 감지부와 적외광을 감지하는 제 2 감지부를 포함하는 수광부를 이용하여, 컬러 영상과 깊이 영상을 동시에 처리할 수 있으므로, 구성이 간단하고, 3차원 영상 처리 시간 및 전체적인 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은, 시분할 다중화(time division multiplexing) 방식을 이용하여, 컬러 영상 정보와 깊이 영상 정보를 개별적으로 획득하고, 깊이 영상 정보 획득시, 수광부의 제 2 감지부로부터 수광되는 적외광 뿐만 아니라, 수광부의 제 1 감지부로부터 수광되는 적외광을 통해, 깊이 영상 정보를 추출할 수 있기 때문에, 깊이 영상에 대한 감도 및 콘트라스트(contrast)가 향상되어, 3차원 영상의 깊이감이 개선될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
100 : 수광부 110 : 제 1 감지부
120 : 제 2 감지부 200 : 영상 처리부
300 : 3차원 영상 구현부 400 : 제어부
500 : 발광부 600 : 저장부
700 : 타이머 800 : 피사체
120 : 제 2 감지부 200 : 영상 처리부
300 : 3차원 영상 구현부 400 : 제어부
500 : 발광부 600 : 저장부
700 : 타이머 800 : 피사체
Claims (19)
- 소정의 피사체로부터, 광 스펙트럼의 가시 영역에 해당하는 가시광 및 적외 영역에 해당하는 적외광을 감지하는 제 1 감지부와, 상기 광 스펙트럼의 적외 영역에 해당하는 적외광을 감지하는 제 2 감지부를 포함하는 수광부;
제 1 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 컬러 영상 정보를 추출하고, 제 2 시간 동안에, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부로부터 깊이 영상 정보를 추출하는 영상 처리부;
상기 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 토대로, 상기 피사체의 3차원 영상을 구현하는 3차원 영상 구현부; 그리고,
상기 수광부, 영상 처리부, 및 3차원 영상 구현부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 감지부는,
적색광 및 적외광을 감지하는 제 1 픽셀, 녹색광 및 적외광을 감지하는 제 2 픽셀, 청색광 및 적외광을 감지하는 제 3 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 감지부는,
황(Yellow)색광 및 적외광을 감지하는 제 4 픽셀, 시안(Cyan)색광 및 적외광을 감지하는 제 5 픽셀, 마젠타(Magenta)색과 및 적외광을 감지하는 제 6 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 감지부는,
적색광 및 적외광을 감지하는 제 1 픽셀, 녹색광 및 적외광을 감지하는 제 2 픽셀, 청색광 및 적외광을 감지하는 제 3 픽셀, 백(white)색, 황(Yellow)색, 시안(Cyan)색, 마젠타(Magenta)색 중 어느 한 색광 및 적외광을 감지하는 제 7 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부의 제어신호에 따라, 상기 제 1 시간 동안에, 상기 적외광을 출사하지 않고, 상기 제 2 시간 동안에, 상기 적외광을 출사하는 발광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부의 제어신호에 따라, 상기 발광부의 구동을 오프(off)시키기 위한 제 1 시간과 상기 발광부의 구동을 온(on)시키기 위한 제 2 시간을 측정하는 타이머(timer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 처리부로부터 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
상기 제 1 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출하는 제 1 영상 처리부와,
상기 제 2 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하여 상기 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈(noise)를 제거하고, 상기 제 2 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 2 깊이 영상 정보를 추출하며, 상기 제 1, 제 2 깊이 영상 정보를 합성하는 제 2 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 영상 처리부는,
상기 제 1 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 가시광의 광량을 검출하는 제 1 검출부;
상기 검출된 가시광의 광량을 전기적 신호로 변환하는 제 1 변환부; 그리고,
상기 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출하는 컬러 영상 정보 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 영상 처리부는,
상기 제 2 시간 동안에, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부로부터 감지된 적외광의 광량을 검출하는 제 2 검출부;
상기 검출된 적외광의 광량을 전기적 신호로 변환하는 제 2 변환부;
상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈를 제거하는 제 1 깊이 영상 정보 추출부;
상기 제 2 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 2 깊이 영상 정보를 추출하는 제 2 깊이 영상 정보 추출부; 그리고,
상기 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보를 합성하는 합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 깊이 영상 정보 추출부는,
상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 노이즈를 제거하여, 노이즈가 제거된 깊이값을 산출하는 노이즈 제거부;
상기 노이즈가 제거된 깊이값이 상기 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 큰지를 비교하는 비교부;
상기 비교 결과, 상기 노이즈가 제거된 깊이값이 상기 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 크다면, 상기 노이즈가 제거된 깊이값을 상기 제 1 깊이 영상 정보에 대한 최종 깊이값으로 결정하는 최종 깊이값 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 11 항에 있어서, 상기 노이즈 제거부는,
상기 제 1 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 제 1 노이즈값과 상기 제 2 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 제 2 노이즈값을 추출하고, 상기 추출된 제 2 노이즈값으로부터 상기 제 1 노이즈값을 감산한 차값을 산출하며, 상기 산출된 차값에 가중치를 곱하여 노이즈가 제거된 깊이값을 산출하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치. - 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 영상 처리부는, 하기 수식 1에 의해 상기 깊이 영상 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 장치.
[수식 1]
if (α(R2 - R1) > Rth), IR2 = IR2 + α(R2 - R1)
if (β(G2 - G1) > Gth), IR2 = IR2 + β(G2 - G1)
if (γ(B2 - B1) > Bth), IR2 = IR2 + γ(B2 - B1)
(여기서, IR2는 제 2 깊이 영상 정보,
R1, G1, B1은 상기 제 1 시간 동안에, 추출된 제 1 감지부의 적외광에 대한 제 1 노이즈값,
R2, G2, B2는 상기 제 2 시간 동안에, 추출된 제 1 감지부의 적외광에 대한 제 2 노이즈값,
α, β, γ는 제 1 감지부의 감도 특성을 고려한 가중치, 그리고
Rth, Gth, Bth는 제 1 감지부의 물리적 노이즈 임계값이다.) - 가시광과 적외광을 감지하는 제 1 감지부와, 상기 적외광을 감지하는 제 2 감지부를 포함하는 수광부와, 상기 적외광을 발광하는 발광부를 포함하는 3차원 영상 처리 장치의 영상 처리 방법에 있어서,
소정의 피사체로부터, 상기 가시광 및 적외광을 감지하는 단계;
제 1 시간 동안에, 상기 수광부의 제 1 감지부에서 감지된 상기 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출하는 단계;
제 2 시간 동안에, 상기 수광부의 제 1 감지부 및 제 2 감지부에서 감지된 상기 적외광으로부터 깊이 영상 정보를 추출하는 단계;
상기 피사체에 대한 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보의 추출이 모두 완료되었는지 판단하는 단계; 그리고,
상기 피사체에 대한 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보의 추출이 모두 완료되었다면, 상기 추출된 컬러 영상 정보 및 깊이 영상 정보를 토대로, 상기 피사체의 3차원 영상을 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 방법. - 제 14 항에 있어서, 상기 가시광 및 적외광을 감지하는 단계 이전에,
상기 제 1 시간 동안에, 상기 발광부의 구동을 오프(off)시켜 상기 적외광을 출사하지 않는 단계, 또는 상기 제 2 시간 동안에, 상기 발광부의 구동을 온(on)시켜 상기 적외광을 상기 피사체로 출사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 방법. - 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 시간 동안에, 상기 컬러 영상 정보를 추출하는 단계는,
상기 제 1 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 가시광의 광량을 검출하는 단계;
상기 검출된 가시광의 광량을 전기적 신호로 변환하는 단계; 그리고,
상기 가시광으로부터 컬러 영상 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 방법. - 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 시간 동안에, 상기 깊이 영상 정보를 추출하는 단계는,
상기 제 2 시간 동안에, 상기 제 1 감지부 및 제 2 감지부로부터 감지된 적외광의 광량을 검출하는 단계;
상기 검출된 적외광의 광량을 전기적 신호로 변환하는 단계;
상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 1 깊이 영상 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈를 제거하는 단계;
상기 제 2 감지부로부터 감지된 적외광으로부터 제 2 깊이 영상 정보를 추출하는 단계;
상기 노이즈가 제거된 제 1 깊이 영상 정보와 제 2 깊이 영상 정보를 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 방법. - 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 깊이 영상 정보의 노이즈를 제거하는 단계는,
상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 노이즈를 제거하여, 노이즈가 제거된 깊이값을 산출하는 단계;
상기 노이즈가 제거된 깊이값이 상기 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 큰지를 비교하는 단계;
상기 비교 결과, 상기 노이즈가 제거된 깊이값이 상기 제 1 감지부의 물리적 노이즈값보다 더 크다면, 상기 노이즈가 제거된 깊이값을 상기 제 1 깊이 영상 정보에 대한 최종 깊이값으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 방법. - 제 18 항에 있어서, 상기 노이즈가 제거된 깊이값을 산출하는 단계는,
상기 제 1 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 제 1 노이즈값과 상기 제 2 시간 동안에, 상기 제 1 감지부로부터 감지된 적외광에 대한 제 2 노이즈값을 추출하는 단계;
상기 추출된 제 2 노이즈값으로부터 상기 제 1 노이즈값을 감산한 차값을 산출하는 단계;
상기 산출된 차값에 가중치를 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 처리 방법.
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