KR20150088858A - 교정 장치, 투영기 및 교정 방법 - Google Patents

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Abstract

광선들을 투영하는 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치는, 위치 및 자세를 가지는 물체의 표면의 화상을 촬영하기 위한 촬상 유닛으로서, 광선들은 투영 유닛에 의해 표면 상으로 투영되는, 상기 촬상 유닛; 화상에 기초하여 표면의 위치 및 자세를 추정하기 위한 위치 및 자세 추정 유닛; 추정된 위치 및 자세에 기초하여, 광선들 중 하나가 표면에 의해 반사되는 반사 포인트를 추정하기 위한 반사 포인트 추정 유닛; 및 표면의 다수의 상이한 위치들 및/또는 다수의 상이한 자세들에 대하여 반사 포인트 추정 유닛에 의해 얻어지는 다수의 반사 포인트들에 기초하여, 광선들 중 하나가 통과하는 통과 포인트와, 광선들 중 하나가 통과 포인트를 통과하는 방향의 양자를 식별하거나, 방향만을 식별하기 위한 식별 유닛을 포함한다.

Description

교정 장치, 투영기 및 교정 방법{CALIBRATION APPARATUS, PROJECTOR AND CALIBRATION METHOD}
본 발명은 교정 장치, 투영기(projector) 및 교정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다수의 광선들을 투영하는 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치, 투영 유닛 및 교정 장치를 포함하는 투영기, 및 투영 유닛의 교정 방법에 관한 것이다.
다수의 광선들을 투영하는 투영 유닛을 교정하기 위한 기술들이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌들 1 내지 3 참조).
특허 문헌 1: 일본 특허출원 공개 제2001-320652호 특허 문헌 2: 일본 특허출원 공개 제2005-326247호 특허 문헌 3: 일본 특허 제4230525호
그러나, 특허 문헌들 1 내지 3에서 개시된 기술들은 단일의 특정한 포인트로부터 다수의 광선들을 방출하는 핀홀 광학계(pinhole optical system)와는 상이한 광학계(이하, 또한 "비-핀홀 광학계(non-pinhole optical system"로서 지칭됨)를 포함하는 이러한 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 방법을 제공하지 않는다.
본 실시형태는 광선들을 투영하는 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치를 개시한다. 교정 장치는, 위치 및 자세를 가지는 물체의 표면의 화상을 촬영하도록 구성된 촬상 유닛으로서, 광선들은 투영 유닛에 의해 표면 상으로 투영되는 것인 상기 촬상 유닛; 화상에 기초하여 표면의 위치 및 자세를 추정하도록 구성된 위치 및 자세 추정 유닛; 추정된 위치 및 추정된 자세에 기초하여, 광선들 중의 하나가 표면에 의해 반사되는 반사 포인트를 추정하도록 구성된 반사 포인트 추정 유닛; 및 표면의 복수의 상이한 위치들, 복수의 상이한 자세들 또는 양자 모두에 대하여 반사 포인트 추정 유닛에 의해 얻어지는 복수의 반사 포인트들에 기초하여, 광선들 중 하나의 광선이 통과하는 통과 포인트와, 광선들 중 하나의 광선이 통과 포인트를 통과하는 방향의 양자를 식별하거나, 방향만을 식별하도록 구성된 식별 유닛을 포함한다.
본 실시형태에 따르면, 핀홀 광학계를 포함하는 투영 유닛뿐만 아니라, 비-핀홀 광학계를 포함하는 투영 유닛도 교정될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 투영기의 구성 개요를 예시하는 도면이다.
도 2는 투영기에 포함된 투영 유닛을 예시하는 도면이다.
도 3은 투영기의 제어 구성의 개요를 예시하는 블록도이다.
도 4는 교정 장치가 이용되는 투영 유닛의 교정 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 5는 평판 부재의 표면 상에 형성된 기본 패턴의 예에 대한 체크무늬 패턴(checkered pattern)을 예시하는 도면이다.
도 6은 평판 부재의 표면 상으로 투영된 투영 패턴의 예에 대한 도트 패턴(dot-pattern)을 예시하는 도면이다.
도 7은 평판 부재의 표면 상에 형성되는 체크무늬 패턴 상으로 도트 패턴이 투영되는 상황을 예시하는 도면이다.
도 8은 평판 부재의 표면 상의 광선의 반사 포인트와, 반사 포인트에 대응하는 촬상 표면 상의 포인트(촬상 포인트)와의 사이의 관계를 예시하는 도면이다.
도 9는 위치 및 자세 중의 적어도 하나가 서로 상이한 3 개의 상황들에서 평판 부재의 표면 상에서의 광선의 반사 포인트들을 예시하는 도면이다.
도 10은 투영 유닛 및 교정 장치의 촬상 유닛을 이용하여 3각 측량으로 물체의 3D 형상을 측정하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 11은 3각 측량의 원리를 예시하는 도면이다.
도 12는 기본 패턴 또는 투영 패턴의 또 다른 예를 예시하는 도면이다.
도 13은 변형된 실시형태 3의 투영기의 제어 구성의 개요를 예시하는 블록도이다.
도 14는 변형된 실시형태 3의 교정 장치를 이용하여 투영 유닛의 교정 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 15는 변형된 실시형태 3의 교정 장치에 의해 필터링 프로세스에서 이용된 필터의 예를 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시형태는 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명된다. 도 1에는, 본 실시형태에 따른 투영기(10)의 측면도가 도시되어 있다. 이하의 설명에서는, 수직 방향이 Y 축 방향인 X-Y-Z 3차원 직교 좌표계가 이용된다.
투영기(10)는 행잉 타입(hanging-type) 스크린(S)으로부터(또는 그것의 -Y 측 및 -Z 측으로) 비스듬하게 하향하는 예를 들어, 예를 들어, 행잉-타입(hanging-type) 스크린(S) 근처의 위치에 배치되어 있다.
투영기(10)는 예를 들어, 하우징(12), 투영 유닛(16)(도 2 참조), 교정 장치(18)(도 3 참조), 기하 변형(geometric-distortion) 조절 유닛(도 3 참조), 제어 유닛(도면들에서 도시되지 않음) 등을 포함한다.
하우징은 예를 들어, 대략 직사각형 형상의 박스-타입(box-type) 부재로 구성되고, 광선이 이를 통해 투과되는, +Y 측의 벽에서의 광 투과창 부재(22)를 포함한다.
투영 유닛(16)은 예를 들어, 하우징(12) 내부에 포함된다. 투영 유닛(16)은 개인용 컴퓨터, 메모리 매체 등과 같은 외부 디바이스들로부터의 화상 정보에 따라 변조된 광선들을 스크린(S)의 표면(스크린 표면) 상으로 투영한다. 투영 유닛(16)은 광원(80), 투영 광학계(17) 등을 포함한다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 투영 광학계(17)는 예를 들어, 광 분리(light-separation) 유닛으로서의 컬러 휠(color wheel; 82), 광 평균화(light-averaging) 유닛으로서의 광 터널(84), 광 굴절(light-refraction) 유닛들(86 및 88)로서의 2 개의 콘덴서 렌즈(condenser lens)들, 광 반사(light-reflection) 유닛들(90 및 92)로서의 2 개의 미러들, 광-변조(light-modulation) 유닛으로서의 디지털 마이크로미러 디바이스(Digital Micromirror Device; DMD)(94), 광 광각화 및 결상(light-angle-widening-and-image-formation) 유닛으로서의 투영 렌즈(96), 광 반사 유닛으로서의 미러(97), 및 광 광각화 및 반사 유닛으로서의 자유 곡면(free-curve surface) 미러(98)를 포함한다.
광원(80)으로부터 방출된 다수의 컬러 광 성분들을 포함하는 광은 컬러 휠(82)에 진입한다. 컬러 휠(82)에 진입하는 광은 3 원색(primary color) 광 성분들로 분리되고, 이 3 원색 광 성분들은 컬러 휠(82)로부터 순차적으로 추출된다. 컬러 휠(82)로부터 추출된 개별적인 원색 광 성분들은 광 터널(84)에 진입하고, 그 휘도 분포(brightness distribution)가 평균화된 후, 콘덴서 렌즈들(86 및 88)에 진입한다. 콘덴서 렌즈들(86 및 88)에 진입하고, 미러(90)에 의해, 그리고 다음으로 미러(92)에 의해 반사된 후에 그 결상 표면이 조절된 후의 개별적인 원색 광 성분들은 DMD(94)에 진입한다. DMD(94)에 진입하고, 화상 정보에 기초하여 DMD(94)에 의해 반사 및 변조된 후의 개별적인 원색 광 성분들은 순차적으로 투영 렌즈(96)에 진입한다. 투영 렌즈(96)에 진입한 후의 개별적인 원색 광 성분들은 광각화되는 반면, 미러(97)에 의해 반사되고, 순차적으로 자유 곡면 미러(98)에 진입한다. 자유 곡면 미러(98)에 진입한 후의 개별적인 원색 컬러 성분들은 자유 곡면 미러(98)에 의해 반사되며 이에 따라, 자유 곡면 미러(98)에 의해 광각화되고, 광 투과창 부재(22)(도 1 참조)를 통해 하우징(12)의 +Z, +Y 측으로 비스듬하게 상향하는 방향으로 (스크린(S) 상에) 순차적으로 투영된다. 그 결과, 컬러 화상(color image) 또는 단색 화상(monochrome image) 이 스크린 표면 상에 디스플레이된다. 광원(80)으로부터 미러(97)까지의 광의 경로가 방향 화살표들에 의해 표시되어 있음에 주목해야 한다.
상기 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 투영 광학계(17)는 자유 곡면 미러(98) 상의 서로 상이한 다수의 포인트들로부터 다수의 광선들을 방출한다. 다시 말해서, 투영 광학계(17)는 특정한 포인트로부터 다수의 광선들을 방출하는 핀홀 광학계가 아니라, 비-핀홀 광학계이다. 투영 광학계(17)로부터 방출된 광선들은 예를 들어, 화소에 대응하는 것에 주목해야 한다.
여기서, 투영 유닛(16)은 다수의 투영 광선들(다수의 투영 광 성분들)의 초점 자세(focal point attitude)가 투영 유닛(16)에 근접하도록 구성되며, 즉, 투영 유닛(16)은 짧은 초점을 가지도록 구성되어, 짧은 투영 거리에서 스크린(S) 상에 큰 컬러(또는 단색) 화상을 디스플레이할 수 있다. 여기서, "투영 유닛(16)은 짧은 초점을 가지도록 구성된다"는 투영 유닛(16)의 광학계가 굴절력을 가지는 미러(예를 들어, 상기 자유 곡면 미러(98))를 포함한다는 것을 의미한다. 미러가 가지는 굴절력은 양(positive) 또는 음(negative)의 파워(power)일 수도 있다(즉, 미러는 오목 미러 또는 볼록 미러일 수도 있다). 투영 광학계(17)에서 굴절력을 갖는 미러를 포함함으로써, 광 투과창 부재(22)로부터 스크린(S)까지의 거리가 50 센티미터(centimeter) 이하일 경우조차 대략 80 인치의 사이즈의 투영 화상을 디스플레이하는 것이 가능해진다.
이 종류의 짧은 초점의 투영기(10)에 의해, 광은 스크린(S)에 근접한 위치로부터 투영될 수 있으므로, 투영기(10) 및 스크린(S) 사이에 앉아 있는 사람 또는 물체가 광의 투영이 방해받도록 하는 상황이 가능한 한 회피될 수 있다.
교정 장치(18)는 투영 유닛(16)을 교정하기 위한 장치이고, 예를 들어, 도 3에서 도시된 바와 같이, 메모리 유닛(18a), 촬상 유닛(18b), 위치 및 자세 추정 유닛(18c), 반사 포인트 추정 유닛(18d), 통과 포인트 및 방향 식별 유닛(18e) 등을 포함한다.
메모리 유닛(18a)으로서, 예를 들어, 반도체 메모리 디바이스(RAM 또는 ROM), 하드 디스크, 광학 디스크 등이 이용된다. 메모리 유닛(18a)에는, 투영 유닛(16)을 교정하기 위해 이용된 물체 상으로 투영되는 투영 패턴들이 저장된다. 투영 유닛(16)은 메모리 유닛(18a)으로부터 투영 패턴들을 판독할 수 있고, 투영 패턴들을 물체 상으로 투영할 수 있다.
촬상 유닛(18b)으로서, 예를 들어, CCD 또는 COMS와 같은 촬상 소자들을 포함하는 카메라가 이용된다. 촬상 유닛(18b)은 예를 들어, 하우징(12)의 +Y 측 표면 상에 배치되어 있다. 카메라의 촬상 범위는, 투영 유닛(16)에 의해 투영 패턴이 그 위에 투영되는 물체의 화상이 촬영될 수 있도록 설정된다. 촬상 유닛(18b)에 의해 촬영된 물체의 화상은 메모리 유닛(18a)에 저장된다.
위치 및 자세 추정 유닛(18c)은 메모리 유닛(18a)으로부터 촬상 유닛(18b)에 의해 촬영된 물체의 화상을 판독하고, 물체의 위치 및 자세를 추정한다.
반사 포인트 추정 유닛(18d)은 위치 및 자세 추정 유닛(18c)에 의해 추정된 물체의 위치 및 자세에 기초하여 물체 상의 개별적인 투영 광 성분들(광선들)의 반사 포인트들을 추정한다.
통과 포인트 및 방향 식별 유닛(18e)은 반사 포인트 추정 유닛(18d)에 의해 추정된 반사 포인트들에 기초하여 투영 유닛(16) 및 물체 사이의 개별적인 투영 광 성분들의 통과 포인트들 및 방향들을 식별한다.
기하 변형 조절 유닛(25)은 예를 들어, 3D 형상 측정 유닛(25a), 화상 정보 조절 유닛(25b) 등을 포함한다.
3D 형상 측정 유닛(25a)은, 교정 장치(18)에 의해 교정되는 투영 유닛(16) 및 촬상 유닛(18b)을 이용한 3각 측량에 의해 스크린 표면의 3D 형상을 측정한다. 그 결과, 스크린 표면의 전체 영역의 기하 변형 정보가 검출된다.
화상 정보 조절 유닛(25b)은 3D 형상 측정 유닛(25a)의 측정 결과에 기초하여 스크린 표면의 변형에 의해 야기된 투영 화상의 기하 변형을 조절하기 위한 조절 정보를 생성하고, 생성된 조절 정보를 이용하여 외부 디바이스들로부터의 화상 정보를 조절한다. 조절 정보는 스크린 표면 상에서의 화상 정보의 변형과 반대인 변형을 추가함으로써 스크린 표면의 변형을 무효화하기 위한 정보이다.
이하에서는, 교정 장치(18)를 이용하여 투영 유닛(16)의 교정 방법의 예가 도 4의 플로우차트를 참조하여 설명된다. 이 교정 방법은 상기 제어 장치가 교정 방법의 절차를 규정하는 프로그램을 실행하게 함으로써 수행된다. 이 프로그램은 메모리 유닛(18a)에 저장되고, 제어 장치에 의해 판독될 수 있다.
여기서, 상기 물체의 예로서, 기본 패턴이 그 위에 형성되어 있는 표면을 포함하는 평판 부재(도 5 내지 도 7 참조)가 이용된다. 기본 패턴의 예로서, 도 5에서 도시된 바와 같은 체크무늬 패턴(CP)이 이용된다. 투영 패턴의 예로서, 도 6에서 도시된 바와 같이 매트릭스(matrix)로 배열된 다수의 도트들을 포함하는 도트 패턴(DP)이 이용된다. 이하에서는, 편의를 위하여, 기본 패턴이 그 위에 형성되어 있는 평판 부재(30)의 표면은 "패턴 형성 표면"으로서 또한 지칭된다.
우선, 도 4에서의 단계(S1)에서, 투영 유닛(16)은 메모리 유닛(18a)으로부터 투영 패턴을 판독하고, 투영 패턴을 평판 부재(30)의 표면 상에 형성된 기본 패턴 상으로 투영한다(도 7 참조). 다음으로, 촬영 유닛(18b)은 투영 패턴을 기본 패턴 상으로 투영함으로써 형성된 합성된 패턴의 화상을 촬영한다. 합성된 패턴의 촬영된 화상은 메모리 유닛(18a)에 저장된다.
다음 단계(S3)에서, 제어 장치는 합성된 패턴의 화상이 촬영되는 횟수가 미리 정의된 수 M(예를 들어, 3) 미만인지 여부, 즉, 단계(S1)가 수행되는 횟수가 미리 정의된 수 M 미만인지 여부를 결정한다. 이 결정이 긍정일 경우, 단계는 단계(S4)로 이동한다. M은 3으로 제한되지 않는다. 즉, M은 임의의 양의 정수일 수도 있다.
단계(S4)에서, 제어 장치는 투영 유닛(16)에 대하여 평판 부재(30)의 위치 및 자세 중의 적어도 하나를 변경한다(도 9 참조). 여기서, 제어 장치는 평판 부재(30)을 동작시키기 위한 액츄에이터(도면들에서 도시되지 않음)를 제어함으로써(이를 통해) 평판 부재(30)의 위치 및 자세 중의 적어도 하나를 변경한다. 도 9에서는, 편의를 위하여, 투영기(10)의 투영 유닛(16)만 도시되어 있음에 주목해야 한다.
상기 변경은 수동으로 수행될 수도 있음에 주목해야 한다. 다시 말해서, 단계(S4)는 제어 장치에 의해 수행되지 않을 수도 있다. 변경이 수동으로 수행되는 경우에는, 평판 부재(30)의 위치 및 자세 중의 적어도 하나가 변경되는 것을 검출하고 검출 결과를 제어 장치로 송신하는 유닛(예를 들어, 자세 센서, 각도 센서 등)이 포함되는 것이 바람직하다.
단계(S4) 후에, 흐름은 단계(S1)로 복귀한다. 다음으로, 단계(S3)에서의 결정이 부정일 경우, 또는 평판 부재(30)의 위치 및 자세 중의 적어도 하나가 다른 상태들과 상이한 미리 정의된 수 M 개의 상태들 각각에 대해 합성된 패턴의 화상이 촬영될 경우에는, 흐름이 단계(S5)로 이동한다. 이러한 방법으로, 평판 부재(30)의 위치 및 자세 중의 적어도 하나가 M-1 회 변경되고, 투영 패턴들은 위치 및 자세 중의 적어도 한 번의 변경 전후에 모두 투영 유닛(16)에 의해 패턴 형성 표면 상으로 투영되고, 합성된 패턴들의 화상들이 촬영된다. 그 결과, 합성된 패턴들의 M 개만큼이나 많은 상이한 화상들이 메모리 유닛(18a)에 저장된다.
단계(S5)에서는, 위치 및 자세 추정 유닛(18c)이 패턴 형성 표면의 위치 및 자세를 추정한다.
더욱 상세하게 설명하면, 위치 및 자세 추정 유닛(18c)은 메모리 유닛(18a)에 저장된 합성된 패턴들의 M 개의 화상들을 판독한다. 다음으로, 판독된 화상들의 각각으로부터, 위치 및 자세 추정 유닛(18c)은 평판 부재(30) 상의 기본 패턴의 특징 포인트들의 위치들을 추출한다. 구체적으로, 도 5에서 도시된 바와 같이, 기본 패턴으로서 체크무늬 패턴(CP)을 구성하는 백색 또는 흑색 정사각형 부분들의 코너들을 특징 포인트들이라고 하면, 위치 및 자세 추정 유닛(18c)은 촬상 표면 상에서의 특징 포인트들의 2차원 위치들을 얻는다. 코너들을 검출하기 위하여, 예를 들어, 해리스의 코너 검출 방법(Harris's corner detection method)이 이용될 수도 있다. 다음으로, 촬상 표면 상에서의 특징 포인트들의 얻어진 2차원 위치들과, 기본 패턴 상의 좌표계에서의 특징 포인트들의 2차원 위치들과의 사이의 대응하는 관계로부터, 위치 및 자세 추정 유닛(18c)은 패턴 형성 표면의 위치 및 자세를 추정한다. 합성된 패턴들의 M 개의 화상들에 대하여 상기 절차를 수행함으로써, 위치 및 자세 추정 유닛(18c)은 화상들의 각각에 대한 패턴 형성 표면의 위치 및 자세를 추정한다.
계산 절차의 특정한 예는 이하에서 설명될 것이다. 촬상 표면 상에서의 합성된 화상의 i 번째 특징 포인트의 위치를 (ui, vi)라고 하고, 패턴 형성 표면 상에서의 i 번째 특징 포인트의 위치를 (xi, yi)라고 한다. 특징 포인트들의 수가 N이라고 한다. 재투영 에러 J(h)를 최소화하는 투영 변환의 계수들 h1 내지 h8은 다음의 식 (1)을 이용함으로써 계산된다.
[수학식 1]
Figure pct00001
촬상 유닛의 초점 거리(fu, fv) 및 광학 축 위치(cu, cv)는 알려져 있다. 상기 파라미터들을 포함하는 내부 파라미터 행렬 K는 다음의 식 (2)에 의해 정의된다.
[수학식 2]
Figure pct00002
다음으로, 패턴 형성 표면의 회전 행렬 R=(r1, r2, r3) 및 병진 벡터 t는 다음의 식들 (3) 내지 (6)에 의해 계산된다.
[수학식 3]
Figure pct00003
촬상 유닛의 내부 파라미터들이 알려져 있지 않은 경우에는, Zhang의 카메라 교정 방법을 이용함으로써(Z. Zhang, "A flexible new technique for camera calibration" IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 22, 11, pp. 1330 - 1334, 2000.), 내부 파라미터들과, 패턴 형성 표면의 회전 행렬 및 병진 벡터가 동시에 계산될 수 있다.
다음 단계(S6)에서는, 반사 포인트 추정 유닛(18d)이 패턴 형성 표면 상에서의 다수의 광선들 각각의 반사 포인트를 추정한다.
더욱 상세하게 설명하면, 반사 포인트 추정 유닛(18d)은 메모리 유닛(18a)에 저장된 합성된 패턴들의 M 개의 화상들을 판독한다. 다음으로, 판독된 화상들의 각각으로부터, 반사 포인트 추정 유닛(18d)은 패턴 형성 표면 상으로 투영된 투영 패턴의 특징 포인트들의 반사 포인트들을 추정한다. 구체적으로, 도 6에서 도시된 바와 같이, 투영 패턴으로서의 도트 패턴(DP)의 도트들의 중심들을 특징 포인트들이라고 하면, 반사 포인트 추정 유닛(18d)은 특징 포인트들의 위치들을 추출한다. 특징 포인트들의 위치들과, 단계(S5)에서 추정된 패턴 형성 표면의 위치 및 자세에 기초하여, 반사 포인트 추정 유닛(18d)은 패턴 형성 표면 상에서의 투영 패턴의 특징 포인트들의 3차원 위치들(반사 포인트들)을 추정한다. 반사 포인트 추정 유닛(18d)은 합성된 패턴들의 M 개의 화상들에 대해 상기 절차를 수행한다. 도 8에서 도시된 바와 같이, 촬상 표면 상에서의 투영 패턴의 특징 포인트의 2차원 위치 p=(pu, pv)T로부터 패턴 형성 표면 상에서의 대응하는 포인트의 3차원 위치 q=(qx, qy, qz)T를 계산하기 위해서는, 다음의 식 (7)의 방정식을 푸는 것이 요구될 뿐이다.
[수학식 4]
Figure pct00004
다음 단계(S7)에서, 통과 포인트 및 방향 식별 유닛(18e)은 단계(S6)에서 추정된 투영 패턴의 특징 포인트들의 3차원 위치들에 기초하여 투영 광선에 대한 방정식을 식별한다. 상태들의 각각에서 위치 및 자세 중의 적어도 하나가 서로 상이한 M 개의 상태에서 평판 부재(30)의 패턴 형성 표면 상에서의 투영 패턴의 동일한 특징 포인트의 반사 포인트들을 q1 내지 qM이라고 한다. 다음으로, 피팅 라인(fitting line)의 방정식을 구하기 위하여 이 다수의 반사 포인트들 q1 내지 qM에 최소 제곱법을 적용함으로써, 통과 포인트 및 방향 식별 유닛(18e)은 투영 광선의 통과 포인트 및 방향을 계산한다(도 9 참조). 동일한 프로세스를 투영 패턴의 특징 포인트들의 각각에 적용함으로써, 특징 포인트들의 각각에 대응하는 투영 광선의 통과 포인트 및 방향이 계산될 수 있다.
이러한 방법으로, 특징 포인트들의 각각에 대한 투영 광선의 통과 포인트 및 방향이 계산될 수 있다. 그러므로, 투영 유닛(16)으로부터의 투영 패턴을 물체 상으로 투영하고, 촬상 유닛(18b)을 이용하여 합성된 패턴들의 화상들을 촬영하고, 광선들의 계산된 통과 포인트들 및 방향들을 이용함으로써, 3D 형상 측정 유닛(25a)은 3각 측량의 원리를 이용하여 물체의 3D 형상을 측정할 수 있다(도 10 참조). 그 결과, 스크린(S)의 변형 정보가 검출될 수 있다.
투영 유닛(16) 및 촬상 유닛(18b)의 광학적 내부 파라미터들(초점 거리, 광학 축 위치, 렌즈 변형 등) 및 투영 유닛(16) 및 촬상 유닛(18b)의 외부 파라미터들(상대적 위치들 및 자세들)이 알려져 있으면, 3각 측량은 투영 유닛(16)의 투영 포인트 및 촬상 유닛(18b)의 촬상 포인트 사이의 대응하는 관계를 이용하여 수행될 수 있다는 것에 주목해야 한다(도 11 참조).
다음으로, 화상 정보 조절 유닛(25b)은 스크린(S)의 변형에 대하여 검출된 정보에 기초하여 스크린(S) 상으로 투영된 화상의 기하 변형을 조절하기 위한 조절 정보를 생성함으로써, 그리고 조절 정보를 이용하여 원래의 화상의 화상 정보를 조절함으로써, 스크린(S) 상에 기하 변형 없는 고품질 화상을 투영할 수 있다.
상기 교정 방법에서, 촬상 유닛(18b)의 카메라의 렌즈 변형은 고려되지 않는다는 것에 주목해야 한다. 촬상 유닛(18b)의 카메라에 렌즈 변형이 있을 경우에도, 기존의 렌즈 변형 조절 방법을 촬상 유닛(18b)에 적용함으로써, 상기 교정 방법이 이용될 수 있다.
본 실시형태에 따른 상기 교정 장치(18)는 투영 유닛(16)으로부터의 다수의 광선들이 그 위로 투영되는 평판 부재(30)의 패턴 형성 표면의 화상들을 촬영하기 위한 촬상 유닛(18b); 패턴 형성 표면의 화상들을 촬영함으로써 얻어진 화상들에 기초하여 패턴 형성 표면의 위치 및 자세를 추정하기 위한 위치 및 자세 추정 유닛(18c); 패턴 형성 표면의 추정된 위치 및 자세에 기초하여 패턴 형성 표면 상에서의 다수의 광선들 각각의 반사 포인트를 추정하기 위한 반사 포인트 추정 유닛(18d); 및 다수의 광선들 각각의 추정된 반사 포인트에 기초하여 투영 유닛(16) 및 패턴 형성 표면 사이의 광선(투영 광)의 통과 포인트 및 방향을 식별하기 위한 통과 포인트 및 방향 식별 유닛(18e)을 포함한다.
이 경우, 예를 들어, 평판 부재(30)의 위치 및 자세 중의 적어도 하나가 적어도 한 번 변경되고, 다수의 광선들이 위치 및 자세 중의 적어도 한 번의 변경 전후에 평판 부재(30)의 패턴 형성 표면 상으로 투영되고, 패턴 형성 표면의 화상들이 촬영됨으로써, 평판 부재(30)의 위치 및 자세 중의 적어도 한 번의 변경 전후의 다수의 광선들 각각의 반사 포인트들이 추정될 수 있고, 다수의 광선들 각각의 통과 포인트 및 방향이 계산될 수 있다.
다수의 광선들이 단일의 특정한 포인트를 통과하는 핀홀 광학계를 포함하는 투영 유닛이 교정될 경우, 투영 유닛(16)이 위에서 설명된 바와 같은 비-핀홀 광학계를 포함할 경우와 동일한 방법으로 반사 포인트들에 기초하여 다수의 광선들 각각의 통과 포인트 및 방향이 식별될 수도 있거나; 다수의 광선들 각각의 통과 포인트가 상기한 단일의 특정한 포인트인 것으로 가정함으로써, 상기 반사 포인트들에 기초하여 방향만 식별될 수도 있는 것에 주목해야 한다.
그 결과, 교정 장치(18)에서는, 핀홀 광학계를 포함하는 투영 유닛뿐만 아니라, 비-핀홀 광학계를 포함하는 투영 광학계도 교정될 수 있다.
한편, 통과 포인트 및 방향 식별 유닛(18e)은 변경 전후의 패턴 형성 표면 상에서의 다수의 광선들 각각의 반사 포인트들에 최소 제곱법을 적용하여 피팅 라인을 얻음으로써 광선의 통과 포인트 및 방향을 식별한다. 이 경우, 다수의 광선들 각각의 통과 포인트 및 방향은 용이하게, 그리고 양호한 정확도로 얻어질 수 있다.
또한, 투영기(10)는 화상 정보에 따라 변조된 다수의 광선들을 스크린 표면 상으로 투영하기 위한 투영 유닛(16); 투영 유닛(16)을 교정하기 위한 교정 장치(18); 및 교정 장치(18)의 투영 유닛(16) 및 촬상 유닛(18b)을 이용한 3각 측량에 의해 스크린 표면의 3D 형상을 측정하고 측정 결과에 기초하여 화상 정보를 조절하기 위한 기하 변형 조절 유닛(25)을 포함한다.
이 경우, 스크린 표면 변형에 의해 야기된 기하 변형은 예를 들어, 양호한 정확도로 조절될 수 있고, 그 기하 변형이 감소되는 고품질 화상이 스크린 표면 상으로 투영될 수 있다.
평판 부재(30) 상에 형성되는 기본 패턴은 체크무늬 패턴으로 제한되지 않는 것에 주목해야 한다. 또한, 평판 부재(30) 상으로 투영되는 투영 패턴은 도트 패턴으로 제한되지 않는다. 요점은, 다수의 특징 포인트들의 그러한 위치 관계들이 알려져 있으면, 기본 패턴 또는 투영 패턴은 임의의 패턴일 수도 있다. 예를 들어, 기본 패턴은 도트 패턴일 수도 있다. 투영 패턴은 체크무늬 패턴일 수도 있다.
또한, 기본 패턴 및 투영 패턴 중의 적어도 하나는 격자 패턴(grid pattern)일 수도 있다. 이 경우, 격자 패턴의 교차 포인트들 또는 격자 패턴의 정사각형 영역들이 특징 포인트들로서 이용될 수도 있다.
또한, 그 명암이 사인파(sine-wave) 패턴으로 변화하는 도 12에서 도시된 패턴은 기본 패턴 또는 투영 패턴으로서 이용될 수도 있다. 패턴이 우측 또는 좌측으로 약간 이동되면서 이 패턴의 화상들은 다수의 횟수로 촬영되고, 화소들의 사인파 위상들이 추정된다. 마찬가지로, 이 패턴을 90도 회전한 후, 패턴이 상측 또는 하측으로 약간 이동되면서 화상들은 다수의 횟수로 촬영되고, 화소들의 사인파 위상들이 추정된다. 이것을 행함으로써, 투영 패턴 상의 위치들 및 촬영된 화상들의 화소들 사이의 대응하는 관계들이 설정되고(위상 시프트 방법), 화소들 전부의 위치들은 본 실시형태의 특징 포인트들로서 이용될 수 있다.
또한, 상기 실시형태는, 투영 유닛(16)이 비-핀홀 타입이며 투영 패턴의 특징 포인트들의 각각 및 대응하는 투영 광선 사이에 제약이 없는 경우이다. 투영 유닛이 비-핀홀 타입일 때에도, 그것이 핀홀로서 보일 수 있는 경우가 있다. 그러므로, 이하에서는, 투영 광선들의 위치들 및 방향들이 투영 패턴의 특징 포인트들 사이의 이러한 종류의 관계(제약 조건들)를 이용하여 식별되는 변형된 실시형태 1이 설명될 것이다.
변형된 실시형태 1의 교정 장치는 통과 포인트 및 방향 식별 유닛의 프로세스를 제외하고는, 상기 실시형태의 교정 장치(18)와 동일한 구성 및 동일한 기능을 포함한다. 이하에서는, 변형된 실시형태 1의 통과 포인트 및 방향 식별 유닛의 프로세스의 내용들이 설명될 것이다.
통과 포인트 및 방향 식별 유닛은 반사 포인트 추정 유닛(18d)에 의해 추정된 투영 패턴의 i 번째 특징 포인트의 패턴 형성 표면 상에서의 반사 포인트들의 세트 q1(i), q2(i),..., qM(i)를 얻는다. 여기서, 투영 패턴의 i 번째 특징 포인트에 대응하는 투영 광선의 방향 코사인(방향의 단위 벡터)을 e(i)라고 하고, 투영 광선의 통과 포인트를 a(i)라고 한다. 핀홀 모델이 i 번째 특징 포인트 및 j 번째 특징 포인트에 대응하는 투영 광선들에 적용될 수 있는 경우에는, 등식 a(i)=a(j)가 성립한다. 이것을 행함으로써, 그리고 동일한 핀홀 모델이 적용될 수 있는 투영 광선들의 인덱스들의 세트를 S라고 함으로써, 다음의 식 (8)에서 도시된 최적화 문제가 해결될 것이다.
[수학식 5]
Figure pct00005
다시 말해서, 투영 광선들의 통과 포인트들을 단일 포인트인 것으로 제약한 후, 투영 광선의 라인으로부터 추정된 반사 포인트들까지의 거리들의 제곱들의 합이 최소화된다. 이 최적화 문제는 다음의 반복 연산에 의해 구해질 수 있다. 먼저, e(i) (i∈S)의 초기값이 설정된다. 예를 들어, 주성분 분석을 추정된 반사 포인트들 q1(i), q2(i), ..., qM(i)에 적용함으로써, 제1 주성분의 방향은 e(i)로 설정된다. 다음으로, a=a(i) (i∈S)는 다음의 식 (9)로부터 얻어진다.
[수학식 6]
Figure pct00006
다음으로, i∈S에 대한 다음의 행렬의 최대 고유값(eigenvalue)에 대응하는 고유 벡터(eigenvector)가 얻어지고, 이것이 e(i)로 대입되어 식 (10)이 얻어진다.
[수학식 7]
Figure pct00007
식 (9)를 이용한 통과 포인트 a의 업데이트 및 식 (10)의 고유값 연산을 이용한 방향 코사인 e(i)의 업데이트는 특정한 조건이 충족될 때까지 반복된다. 특정한 조건들의 예들로서, 업데이트들이 미리 정의된 횟수 동안 반복되어야 할 것; 또는 반복으로부터 기인하는 파라미터의 변화량이 특정한 문턱값 미만이어야 하는 것과 같은 조건들이 설정될 수 있다.
제약 조건들은 상기 예들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 광축에 대한 투영 광선들의 대칭성이 제약으로 될 수도 있다. 상기 반복 연산은 일반적인 제약들의 경우에 적용될 수 없고, 일반적인 제약 조건들을 갖는 비선형 최적화 방법을 적용함으로써 해답이 얻어진다.
변형된 실시형태 1에 따르면, 투영 광선들 사이에서 성립되는 제약 조건 하에서 최소 제곱 추정이 수행되므로, 투영 광선의 위치 및 방향은 촬영된 작은 수의 화상들로부터 강인하게(robustly) 식별될 수 있다.
또한, 다음의 변형된 실시형태 2에서 설명된 바와 같이, 투영 광선의 위치 및 방향은 라인으로부터 투영 광선들 각각의 추정된 반사 포인트의 거리와, 투영 광선의 위치 및 방향의 변화량을 최소화함으로써 식별될 수도 있다. 투영 광선들 사이의 제약이 적용될 수 없는 경우에도, 충분하게 평탄한 방식으로 사물들이 변화하는 광학계에서는, 2 개의 공간적으로 근접한 투영 광선들의 위치들 및 방향들이 유사한 값들을 취할 수도 있다. 광학계의 이 성질을 이용하여, 투영 광선의 위치 및 방향은 강인하게 식별될 것이다.
변형된 실시형태 2의 교정 장치는 통과 포인트 및 방향 식별 유닛의 프로세스를 제외하고는, 상기 실시형태의 교정 장치(18)와 동일한 구성 및 동일한 기능을 포함한다. 이하에서는, 변형된 실시형태 2의 통과 포인트 및 방향 식별 유닛의 프로세스의 내용들이 설명될 것이다.
먼저, 변형된 실시형태 2의 통과 포인트 및 방향 식별 유닛은 반사 포인트 추정 유닛에 의해 추정된 투영 패턴의 추정된 반사 포인트들을 얻는다. 투영 패턴으로서, 예를 들어, 특징 포인트들이 도 5 및 도 6에서 도시된 바와 같이 매트릭스의 형태로 줄지어 있는 패턴이 이용된다. i행 j열의 특징 포인트의 k 번째 촬영된 화상에서의 추정된 입사 위치는 qk(i, j)에 의해 나타내고, i행 j열의 특징 포인트에 대응하는 투영 광선의 방향 코사인(방향의 단위 벡터)은 e(i, j)에 의해 나타내고, 통과 포인트는 a(i, j)에 의해 나타낸다. 이 표기들을 이용하여, 평가 함수는 식 (11)에서 도시된 바와 같이 구성된다.
[수학식 8]
Figure pct00008
(11)
식 (11)의 제1항은 투영 광선의 라인으로부터 추정된 반사 포인트들까지의 거리들의 제곱들의 합이고, 식 (11)의 제2항, Φ(e, a)는 정칙화 항(regularization term)이다. 정칙화 항은 투영 광선의 방향 코사인 및 통과 포인트의 비-평탄성(non-smoothness)에 페널티를 제공하는 것이 고려될 수 있다. 예를 들어, 식 (12)에서 도시된 바와 같이, Φ(e, a)는 i의 방향에서의 방향 코사인 e(i, j)의 2차 미분들의 제곱들의 합으로서 설정될 수 있다.
[수학식 9]
Figure pct00009
동일한 사상이 j의 방향에 대해 적용될 수 있다. 또한, 통과 포인트 a(i, j)에 대하여 동일한 정칙화 항을 설정하는 것이 가능하다. 위에서 설명된 바와 같이 구성되는 정칙화 항을 이용함으로써, 그리고 상기 식 (11)을 최소화하는 e(i, j) 및 a(i, j)를 얻음으로써, 그 통과 포인트들 및 방향들이 공간의 측면에서 평탄하게 변화하는 투영 광선들이 얻어질 수 있다. 식 (11)의 최소화에 관하여, 최급강하법(steepest descent method), 뉴톤법(Newton method) 등과 같은 비선형 최적화 방법들이 이용될 수 있다.
변형된 실시형태 2에 따르면, 투영 광선들 각각의 라인으로부터 추정된 반사 포인트들의 각각까지의 거리와, 투영 광선들 사이의 위치들 및 방향들의 변화량의 양자를 최소화함으로써, 투영 광선들의 통과 포인트들 및 방향들은 촬영된 작은 수의 화상들로부터 강인하게 식별될 수 있다.
또한, 이하에서 변형된 실시형태 3으로서 설명되는 바와 같이, 투영 광선들의 통과 포인트들 및 방향들은 필터링 프로세스를 투영 광선들 각각의 통과 포인트 및 방향에 적용함으로써 강인하게 식별될 수도 있다.
도 13에는, 변형된 실시형태 3에 따른 교정 장치(180)의 구성 개요가 도시되어 있다. 교정 장치(180)는 통과 포인트 및 방향 조절 유닛(18f)을 포함한다는 점에서, 상기 실시형태의 교정 장치(18)와 상이하다.
도 14에는, 교정 장치(180)를 이용한 투영 유닛(16)의 교정 방법을 예시하는 플로우차트가 도시되어 있다. 도 14의 플로우차트는 단계(S8)가 추가되는 도 4의 플로우차트이다.
단계(S8)에서, 통과 포인트 및 방향 조절 유닛(18f)은 통과 포인트 및 방향 식별 유닛(18e)에 의해 식별된 투영 광선들 각각의 통과 포인트 및 방향을 조절한다. 조절 방법으로서, 필터링 프로세스가 이용될 수 있다. 상기 변형된 실시형태 2와 동일하게, 투영 패턴의 특징 포인트들은 매트릭스의 형태로 줄지어 있고, i행 j열의 특징 포인트에 대응하는 투영 광선의 방향 코사인 e(i, j) 및 통과 포인트 a(i, j)가 얻어지는 것으로 가정된다. 다음으로, 도 15에서 도시된 계수들의 필터를 이것들에 적용함으로써, 평탄화로 인해 에러들이 감소될 수 있다. 적용되는 필터는 선형 필터로 제한되지 않고, 중간값 필터(Median filter), ε 필터, 양방향 필터(Bilateral filter) 등을 적용함으로써, 평탄화는 급격한 변화를 유지하면서 수행될 수 있다.
변형된 실시형태 3에 따르면, 필터링 프로세스를 투영 광선들 각각의 통과 포인트 및 방향에 적용함으로써, 투영 광선의 위치 및 방향은 촬영된 작은 수의 화상들로부터 강인하게 식별될 수 있다.
예를 들어, 핀홀 광학계를 포함하는 투영 유닛을 교정하고, 투영 광선들 각각의 방향만이 통과 포인트 및 방향 유닛(18e)에 의해 식별되는 경우에는, 필터링 프로세스가 또한 식별된 방향에만 적용되는 것이 가능할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태 및 변형된 실시형태들의 각각에서는, 교정 장치가 투영기(10)에서 설치된다. 상기 구성으로 제한되지 않는 교정 장치는 예를 들어, 다수의 광선들을 투영하기 위한 투영 유닛을 포함하는 3D 스캐너에서 설치될 수도 있다. 이 경우에도, 그 형상이 알려져 있지 않은 물체의 3차원 형상은 교정 장치의 투영 유닛 및 촬상 유닛을 이용한 3각 측량에 의해 용이하게 그리고 양호한 정확도로 측정될 수 있다.
또한, 상기 실시형태 및 변형된 실시형태들의 각각에서는, 교정 장치를 이용하여 투영 유닛을 교정하는 동안에 하나의 평판 부재(30)만이 이용되지만, 다수의 평판 부재들(30)이 이용될 수도 있다. 기본적으로, 투영 유닛(16)에 대한 평판 부재(30)의 위치들 및 자세들 중의 적어도 하나가 서로 상이한 상태들의 각각에서, 평판 부재(30)의 패턴 형성 표면 상의 합성된 패턴의 화상이 촬영되는 것만이 필요하다.
또한, 평판 부재(30)는 다수의 광선들이 투영 유닛(16)에 의해 그 위로 투영되는 물체로서 이용되지만, 그것은 이 구성으로 제한되지 않는다. 요점은, 평평한 표면을 포함하는 물체가 이용되는 것이 바람직하다는 것이다. 그리고, 기본 패턴이 이 평평한 표면 상에 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 투영 광선들이 그 위로 투영되는 표면은 예를 들어, 행잉-타입 스크린(S)의 표면인 것으로 가정되지만, 그것은 이 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 표면은 빌딩의 벽 상에 고정되는 스크린(S)의 표면, 빌딩의 벽 표면, 천의 표면, 패널의 표면, 보드의 표면, 자동차의 전면유리의 표면 등일 수도 있다.
투영 유닛은 짧은 초점 타입이 아닐 수도 있다. 이 경우, 굴절력을 갖는 미러(예를 들어, 상기 자유 곡면 미러(98)) 대신에 MEMS 미러, 갈바노 미러(galvano-mirror) 등이 이용될 수도 있다.
또한, 투영 유닛의 구성은 상기 구성으로 제한되지 않고 이에 따라 변형될 수 있다. 예를 들어, 광원(80)으로부터의 광은 화상 신호들에 기초하여 DMD(94)에서 변조되지만, 광원(80)은 화상 신호들에 기초하여 변조 및 구동될 수도 있다. 이 경우, DMD(94) 대신에, 2 개의 축들을 갖는 MEMS 스캐너, 2 개의 축들을 갖는 갈바노 스캐너, 다수의 MEMS 미러들 등이 이용될 수도 있다. 또한, DMD(94) 대신에, 투과-타입 액정 패널, 반사-타입 액정 패널 등이 이용될 수도 있다.
본 출원은 2012년 12월 28일자로 출원된 일본 특허출원 제2012-286438호에 기초하고 그 우선권의 이익을 주장한다.
10 : 투영기 16 : 투영 유닛
18 : 교정 유닛 18b : 촬상 유닛
18c : 위치 및 자세 추정 유닛 18d : 반사 포인트 추정 유닛
18e : 통과 포인트및 방향 식별 유닛(식별 유닛)
18f : 통과 포인트및 방향 조절 유닛(조절 유닛)
25 : 기하 변형 조절 유닛 CP : 체크무늬 패턴(기본 패턴)
DP : 도트 패턴(투영 패턴)

Claims (20)

  1. 광선들을 투영하는 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치에 있어서,
    위치 및 자세를 가지는 물체의 표면의 화상을 촬영하도록 구성된 촬상 유닛으로서, 상기 광선들은 상기 투영 유닛에 의해 상기 표면 상으로 투영되는 것인 촬상 유닛;
    상기 화상에 기초하여 상기 표면의 상기 위치 및 상기 자세를 추정하도록 구성된 위치 및 자세 추정 유닛;
    상기 추정된 위치 및 상기 추정된 자세에 기초하여, 상기 광선들 중 하나가 상기 표면에 의해 반사되는 반사 포인트를 추정하도록 구성된 반사 포인트 추정 유닛; 및
    상기 표면의 복수의 상이한 위치들, 복수의 상이한 자세들 또는 양자 모두에 대하여 상기 반사 포인트 추정 유닛에 의해 얻어지는 복수의 반사 포인트들에 기초하여, 상기 광선들 중 하나가 통과하는 통과 포인트와, 상기 광선들 중 상기 하나가 상기 통과 포인트를 통과하는 방향의 양자를 식별하거나, 상기 방향만을 식별하도록 구성된 식별 유닛을 포함하는 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투영 유닛에 대한 상기 물체의 상기 위치 및 상기 자세 중 적어도 하나는 적어도 한 번 변경되고, 상기 광선들은 상기 위치 및 상기 자세 중 적어도 하나의 상기 적어도 한 번의 변경 전후에 상기 표면 상으로 투영되고,
    상기 촬상 유닛은 상기 적어도 한 번의 변경 전에 상기 표면의 제1 화상을 촬영하고, 상기 적어도 한 번의 변경 후에 상기 표면의 제2 화상을 촬영하고,
    상기 위치 및 자세 추정 유닛은 상기 적어도 한 번의 변경 전에 촬영된 상기 표면의 상기 제1 화상에 기초하여 상기 표면의 제1 위치 및 제1 자세를 추정하고, 상기 적어도 한 번의 변경 후에 촬영된 상기 표면의 상기 제2 화상에 기초하여 상기 표면의 제2 위치 및 제2 자세를 추정하고,
    상기 반사 포인트 추정 유닛은 상기 적어도 한 번의 변경 전에 상기 표면의 상기 추정된 제1 위치 및 상기 추정된 제1 자세에 기초하여 상기 광선들 중 하나의 광선의 제1 반사 포인트를 추정하고, 상기 적어도 한 번의 변경 후에 상기 표면의 상기 추정된 제2 위치 및 상기 추정된 제2 자세에 기초하여 상기 광선들 중 하나의 광선의 제2 반사 포인트를 추정하고,
    상기 식별 유닛은, 상기 추정된 제1 반사 포인트 및 상기 추정된 제2 반사 포인트에 기초하여, 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자를 식별하거나 상기 방향만을 식별하는 것인 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 식별 유닛은, 최소 제곱법을 상기 추정된 제1 반사 포인트 및 상기 추정된 제2 반사 포인트에 적용하여 피팅 라인을 얻음으로써, 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자를 식별하거나 상기 방향만을 식별하는 것인 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광선들 사이에는 미리 정의된 제약 조건이 있는 반면, 상기 식별 유닛은, 상기 제1 반사 포인트 및 상기 제2 반사 포인트로부터의 거리들이 최소화되는 라인을 계산함으로써, 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자를 식별하거나 상기 방향만을 식별하는 것인 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 식별 유닛은, 상기 제1 반사 포인트 및 상기 제2 반사 포인트로부터의 거리들이 최소화되고 상기 표면의 상기 복수의 반사 포인트들 및 상기 복수의 상이한 자세들의 변화량들이 최소화되는 라인을 계산함으로써, 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자를 식별하거나 상기 방향만을 식별하는 것인 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    필터링 프로세스를 상기 식별된 통과 포인트 및 상기 식별된 방향의 양자, 또는 상기 식별된 방향에만 적용하도록 구성된 조절 유닛을 더 포함하는 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    미리 정의된 기본 패턴은, 상기 표면 상에 형성되는 것인 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    미리 정의된 투영 패턴에 따라 변조되는 상기 광선들은, 상기 표면 상으로 투영되는 것인 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광선들 중 하나는, 화소에 대응하는 것인 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표면은 평평한 표면인 것인 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치.
  11. 화상 정보에 따라 변조된 광선들을 투영 표면 상에 투영하기 위한 투영기로서,
    상기 광선들을 투영하도록 구성된 투영 유닛; 및
    제1항에 기재된 상기 투영 유닛을 교정하기 위한 교정 장치를 포함하는 투영기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 투영 유닛과 상기 교정 장치의 상기 촬상 유닛을 이용한 3각 측량에 의해 상기 투영 표면의 3차원 형상을 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 상기 투영 표면 상으로 투영되는 상기 화상의 기하 변형(geometric distortion)을 조절하도록 구성된 기하 변형 조절 유닛을 더 포함하는 투영기.
  13. 광선들을 투영하기 위한 투영 유닛의 교정 방법에 있어서,
    위치 및 자세를 가지는 물체의 표면의 화상을 촬영하는 촬상 단계로서, 상기 광선들은 상기 투영 유닛에 의해 상기 표면 상으로 투영되는 것인 촬상 단계;
    상기 화상에 기초하여 상기 표면의 상기 위치 및 상기 자세를 추정하는 위치 및 자세 추정 단계;
    상기 추정된 위치 및 상기 추정된 자세에 기초하여, 상기 광선들 중 하나가 상기 표면에 의해 반사되는 반사 포인트를 추정하는 반사 포인트 추정 단계; 및
    상기 표면의 복수의 상이한 위치들, 복수의 상이한 자세들 또는 양자 모두에 대하여 상기 반사 포인트 추정 단계에서 얻어지는 복수의 반사 포인트들에 기초하여, 상기 광선들 중 하나가 통과하는 통과 포인트와, 상기 광선들 중 상기 하나가 상기 통과 포인트를 통과하는 방향의 양자를 식별하거나, 상기 방향만을 식별하는 식별 단계를 포함하는 투영 유닛의 교정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 촬상 단계에서, 상기 투영 유닛에 대한 상기 물체의 상기 위치 및 상기 자세 중 적어도 하나를 변경하는 변경 단계; 및
    상기 투영 유닛으로부터의 상기 광선들을, 상기 위치 및 상기 자세 중 적어도 하나가 적어도 한 번 변경되는 상기 물체의 상기 표면 상으로 투영하고, 상기 적어도 한 번의 변경 전에 상기 표면의 제1 화상을 촬영하고, 상기 적어도 한 번의 변경 후에 상기 표면의 제2 화상을 촬영하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 위치 및 자세 추정 단계에서, 상기 표면의 제1 위치 및 제1 자세는 상기 적어도 한 번의 변경 전에 촬영된 상기 표면의 상기 제1 화상에 기초하여 추정되고, 상기 표면의 제2 위치 및 제2 자세는 상기 적어도 한 번의 변경 후에 촬영된 상기 표면의 상기 제2 화상에 기초하여 추정되고,
    상기 반사 포인트 추정 단계에서, 상기 광선들 중 하나의 광선의 제1 반사 포인트는, 상기 적어도 한 번의 변경 전에 상기 표면의 상기 추정된 제1 위치 및 상기 추정된 제1 자세에 기초하여 추정되고, 상기 광선들 중 하나의 광선의 제2 반사 포인트는, 상기 적어도 한 번의 변경 후에 상기 표면의 상기 추정된 제2 위치 및 상기 추정된 제2 자세에 기초하여 추정되고,
    상기 식별 단계에서, 상기 광선들 중 하나의 광선의 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자, 또는 상기 방향만이, 상기 추정된 제1 반사 포인트 및 상기 추정된 제2 반사 포인트에 기초하여 식별되는 것인 투영 유닛의 교정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 식별 단계에서는, 최소 제곱법을 상기 추정된 제1 반사 포인트 및 상기 추정된 제2 반사 포인트에 적용하여 피팅 라인을 얻음으로써, 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자, 또는 상기 방향만이 식별되는 것인 투영 유닛의 교정 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 광선들 사이에는 미리 정의된 제약 조건이 있고,
    상기 식별 단계에서는, 상기 적어도 한 번의 변경 전후에 상기 광선들 중 하나의 광선의 상기 반사 포인트들로부터의 거리들이 상기 제약 조건 하에서 최소화되는 라인을 계산함으로써, 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자, 또는 상기 방향만이 식별되는 것인 투영 유닛의 교정 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 식별 단계에서는, 상기 광선들 중 하나의 광선의 상기 제1 반사 포인트 및 상기 제2 반사 포인트로부터의 거리들이 최소화되고 상기 표면의 상기 복수의 반사 포인트들 및 상기 복수의 상이한 자세들의 변화량들이 최소화되는 라인을 계산함으로써, 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자, 또는 상기 방향만이 식별되는 것인 투영 유닛의 교정 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    필터링 프로세스를 상기 통과 포인트 및 상기 방향의 양자, 또는 상기 방향에만 적용하는 단계를 더 포함하는 투영 유닛의 교정 방법.
  19. 장치에 있어서,
    위치 및 자세를 가지는 물체의 표면의 촬영된 화상에 기초하여, 상기 표면의 상기 위치 및 상기 자세를 추정하도록 구성된 위치 및 자세 추정 유닛으로서, 광선들이 상기 표면 상으로 투영되는 것인 위치 및 자세 추정 유닛;
    상기 추정된 위치 및 상기 추정된 자세에 기초하여, 상기 광선들 중 하나가 상기 표면에 의해 반사되는 반사 포인트를 추정하도록 구성된 반사 포인트 추정 유닛; 및
    상기 표면의 복수의 상이한 위치들, 복수의 상이한 자세들 또는 양자 모두에 대하여 상기 반사 포인트 추정 유닛에 의해 얻어지는 복수의 반사 포인트들에 기초하여, 상기 광선들 중 하나가 통과하는 통과 포인트와, 상기 광선들 중 상기 하나가 상기 통과 포인트를 통과하는 방향의 양자를 식별하거나, 상기 방향만을 식별하도록 구성된 식별 유닛을 포함하는 장치.
  20. 방법에 있어서,
    위치 및 자세를 가지는 물체의 표면의 촬영된 화상에 기초하여, 상기 표면의 상기 위치 및 상기 자세를 추정하는 위치 및 자세 추정 단계로서, 광선들이 상기 표면 상으로 투영되는 것인 위치 및 자세 추정 단계;
    상기 추정된 위치 및 상기 추정된 자세에 기초하여, 상기 광선들 중 하나가 상기 표면에 의해 반사되는 반사 포인트를 추정하는 반사 포인트 추정 단계; 및
    상기 표면의 복수의 상이한 위치들, 복수의 상이한 자세들 또는 양자 모두에 대하여 상기 반사 포인트 추정 단계에서 얻어지는 복수의 반사 포인트들에 기초하여, 상기 광선들 중 하나가 통과하는 통과 포인트와, 상기 광선들 중 상기 하나가 상기 통과 포인트를 통과하는 방향의 양자를 식별하거나, 상기 방향만을 식별하는 식별 단계를 포함하는 방법.
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