KR20170054608A - 영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치 - Google Patents

영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라 모듈과 감지 수단 및 인공 신경망 필터를 포함하며, 영상 떨림 보정 알고리즘을 이용하여 떨림을 보정하는 떨림 보정 카메라 센서부와, 자이로 센서를 포함하는 3차원 공간에서의 움직임을 감지하여 신호를 보내는 감지 수단과, 감지 수단의 신호를 수신하여 카메라 모듈의 광축 보정 정보를 생성하는 보정 정보 생성 수단을 구비하는 정보 생성부 및 상기 카메라 모듈의 카메라 광축과 평행하게 결합되며, 상기 카메라 모듈로부터 전송되는 영상을 표시하는 영상 표시부를 구비하는 이륜차용 영상 저장 장치를 개시한다.

Description

영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치{Digital image recorder for two-wheeled vehicle with image stabilization function}
본 발명은 이륜차에 장착되어 영상을 저장하는 영상 저장 장치에 관한 것이다.
최근에 개발되는 카메라 모듈은 영상의 촬영 과정에서 손떨림에 의하여 야기되는 영상의 흔들림에 의한 영상 품질의 저하를 보정하는 영상 흔들림 보정 기능을 구비한다.
상기 영상 흔들림 보정(image stabilization)은 다양한 방식에 의하여 구현되고 있다. 상기 영상 흔들림 보정은 렌즈와 센서로 이루어진 카메라로부터 입력되는 영상을 프로그램 언어와 수학적인 연산에 의한 알고리즘으로 처리하여 소프트웨어적으로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 영상 흔들림 보정은 움직임 벡터와 다중 해상도의 화상 데이터를 이용하여 영상 보정 및 안정화를 구현하는 디지털 영상 보정(digital image stabilization) 방법이다. 한국공개특허(제10-2007-0093995호; 움직임 벡터 연산 방법과 이 방법을 이용한 손떨림 보정장치, 촬상 장치, 및 동영상 생성장치)와 일본등록특허(제1036787호; 움직임 벡터 연산 방법과 이 방법을 이용한 손 떨림 보정장치, 촬상 장치, 및 동영상 생성 장치)는 이러한 영상 흔들림 보정 기술을 개시하고 있다.
또한. 상기 영상 흔들림 보정은 마그네트와 액츄에이터와 같은 동작 부품과 자이로센서, 지자기센서 또는 홀센서와 같은 일련의 동작을 감지하는 감지 부품을 렌즈와 센서로 구성된 통상적인 카메라 모듈에 추가하고, 감지 부품으로부터 얻은 정보를 이용하여 동작 부품을 작동시켜 렌즈 또는 카메라 모듈의 동작을 보정하여 하드웨어적으로 구현될 수 있다. 상기 영상 흔들림 보정은 동작 부품과 감지 부품을 이용하여 영상 보정 및 안정화를 구현하는 광학 영상 보정(OIS: Optical Image Stabilization) 방법이다. 한국등록특허(제10-1448891호; 흔들림 보정 카메라 모듈)는 힌지를 사용하는 기술을 개시하고 있다. 또한, 다수의 논문((한국소음진동공학회 논문집 제20권 제4호 PP361~372, 2010; 모바일 카메라 모듈용 볼베어링 방식 OIS 액츄에이터 설계) 및 (정보저장시스템학회논문집, 제7권 2호, pp75~79,; 손떨림 방지를 위한 OIS 액추에이터의 설계)들은 볼 베어링 방식의 액츄에이터를 이용한 기술 또는 홀 센서를 이용한 기술을 개시하고 있다.
다만, 상기와 같은 기술들은 자동차에 장착되어 사용되므로 이륜차에 장착되어 사용되기에 불편한 점이 있다.
본 발명은 주행하는 이륜차에 장착되어 흔들림이 최소화된 영상을 녹화할 수 있는 영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치는 카메라 모듈과 감지 수단 및 인공 신경망 필터를 포함하며, 영상 떨림 보정 알고리즘을 이용하여 떨림을 보정하는 떨림 보정 카메라 센서부와, 자이로 센서를 포함하는 3차원 공간에서의 움직임을 감지하여 신호를 보내는 감지 수단과, 감지 수단의 신호를 수신하여 카메라 모듈의 광축 보정 정보를 생성하는 보정 정보 생성 수단을 구비하는 정보 생성부 및 상기 카메라 모듈의 카메라 광축과 평행하게 결합되며, 상기 카메라 모듈로부터 전송되는 영상을 표시하는 영상 표시부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치는 주행하는 이륜차에 장착되어 보다 용이하게 흔들림이 최소화된 영상을 녹화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치는 이륜차가 주행할 때 주행 경로에 위치하는 장애물에 대한 정보를 알려주어 장애물과의 충돌하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 저장 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 떨림 보정 카메라 센서부의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 영상 저장 장치에서 구현되는 떨림 보정 알고리즘 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 저장 장치의 외관 사시도이다.
도 5는 도 1의 영상 저장 장치에서 구현되는 장애물 검출 알고리즘 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치를 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 저장 장치의 구성도이다. 도 2는 도 1의 떨림 보정 카메라 센서부의 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 영상 저장 장치에서 구현되는 떨림 보정 알고리즘 순서도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 저장 장치의 외관 사시도이다. 도 5는 도 1의 영상 저장 장치에서 구현되는 장애물 검출 알고리즘 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 흔들림 보정 기능을 구비한 이륜차용 영상 저장 장치는, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 떨림 보정 카메라 센서부(100)와 영상 처리부(200)와 영상 표시부(300)와 정보 발생부(400)와 영상 저장부(500)와 배터리 및 전원 입력부(600) 및 정보 출력부(800)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 이륜차용 영상 저장 장치는 확장 배터리부(700)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 이륜차용 영상 저장 장치는 이륜차에 장착되며, 2축 자이로 센서와 흔들림 보정 카메라 모듈을 이용하여 평평하지 않은 도로를 주행하는 경우에도 흔들림이 없거나 적은 영상을 녹화하여 저장한다.
상기 이륜차용 영상 저장 장치는 이륜차에 장착되어 운행될 때 운전자가 전방을 주시하면서도 영상의 확인이 용이하도록, 영상 표시부가 떨림 보정 카메라 센서부의 광축과 평행하게 위치하게 위치하도록 형성된다. 일반적인 영상 저장 장치는 카메라 및 렌즈의 광축에 LCD 디스플레이와 같은 영상표시부가 수직으로 위치하므로, 이륜차에 장착될 때 주행 중에는 운전자가 영상의 확인이 용이하지 않은 측면이 있다.
상기 이륜차용 영상 저장 장치는 떨림 보정 카메라 센서부의 렌즈와 카메라로 형성되는 카메라 모듈의 크기와 무게가 중력에 반하여 현저히 무거울 때 3차원공간에서의 보정값을 얻기 위해 추가로 지자기 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 이륜차용 영상 저장 장치는 입력되는 영상을 분석하여 주행 방향에 위치한 보행자, 이륜차 또는 장애물을 검출하여 이륜차의 운전자에게 예상되는 위험을 미리 청각/시각 및 기타의 방법으로 알려줄 수 있다.
상기 떨림 보정 카메라 센서부는, 도 2를 참조하면, 힌지 상단 덮개(110)와 힌지(120)와 전자석(130)과 코일(140)과 힌지 지지 케이스(150)와 힌지 하단 덮개(160)와 보드 연결 커넥터(170)와 떨림 보정 카메라 바닥 덮개(180) 및 카메라 모듈(190)을 포함하여 형성된다.
상기 떨림 보정 카메라 센서부는 힌지(120)와 전자석(130)과 코일(140)을 이용하여 카메라 모듈의 떨림을 보정한다. 이때, 상기 떨림 보정 카메라 센서부는 영상 떨림 보정 알고리즘을 이용하여 떨림을 보정한다.
상기 영상 떨림 보정 알고리즘은, 도 3을 참조하면, 떨림 보정을 시작(10)하며, 카메라 떨림이 있는 경우(11)에 자이로 센서의 감지 결과 값(401)을 반영하여 자이로 센서 감지 결과 값에 대한 보정 연산(12)을 진행하며, 인공 신경망 필터 연산을 진행한다. 또한, 상기 영상 떨림 보정 알고리즘은 지자기 센서 감지 결과 값(402)을 반영하여 지자기 센서 감지 결과 값에 대한 보정 연산을 진행(14)하여 이를 반영한 최종 보정 연산 값을 연산한다. 또한, 상기 영상 떨림 보정 알고리즘은 떨림 보정 카메라 센서부의 무게가 현저히 무거운 경우(403)에 떨림 보정 카메라 센서부의 무게 데이터를 지자기 센서 감지 결과 값에 대한 보정 연산(14)에 반영한다. 상기 영상 떨림 보정 알고리즘은 최종 보정 값 연산(15)에 의한 보정 연산 값(16)을 반영하여 결과 값 반영 보정(17)을 진행한다.
상기 정보 생성부는 3차원 공간에서의 움직임을 감지하여 신호를 보내는 감지 수단과, 감지 수단의 신호를 수신하여 카메라 모듈의 광축 보정 정보를 생성하는 보정 정보 생성 수단을 구비하며, 감지 수단은 움직임에 따른 3차원 공간에서의 방위 좌표별 각속도를 측정하는 자이로 센서와, 중력이 작용하는 방향 및 크기를 감지할 수 있는 지자기 센서 및 자이로 센서에서 측정되어 전송되는 각속도와 지자기 센서로부터 감지되어 전송되는 지자기 신호기중 적어도 하나를 이용하여 카메라 모듈의 광축이 2차원적인 평면을 따라 이동할 수 있는 방위각 좌표를 환산하는 마이크로프로세서 및 떨림 방지 카메라 모듈과의 인터페이스를 포함하여 형성된다.
상기 정보 생성부는 떨림을 보정해야 할 떨림 방지 모듈을 구비하는 카메라 모듈이 중력에 의해 충분한 동작을 저해받을 정도의 무게를 갖고 있다면 지자기 센서에 의한 중력값을 추가적으로 가산하여 떨림 방지 모듈을 보정한다.
상기 감지 수단은 바람직하게는 자이로 센서만을 사용하여 3차원 공간에서의 방위 좌표별 각속도를 측정하여 카메라의 광축에 수직하는 평면의 떨림을 보정할 수 있는 2차원 방위좌표를 환산할 수 있다.
상기 마이크로프로세서는 인공 신경망 필터를 사용하여 자이로 센서에서 발생하는 바이어스 오차를 보정할 수 있다.
상기 마이크로프로세서는 감지 수단의 2차원 공간에서의 방위 좌표를 아래와 같은 식에 의해서 결정한다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
이고
Figure pat00003
이고
Figure pat00004
이며,
ωx, ωy, ωz는 자이로 센서에서 검출되는 x축, y축, z축의 방위 좌표에 대한 각속도이고, ωx _bias, ωy _bias, ωz _bias는 인공망 신경 필터의 알고리즘을 통해 추정된 x축, y축, z축의 방위 좌표에 대한 각속도 바이어스 값이고, Δt는 자이로 센서의 각속도를 얻기 위한 단위 시간 간격이고, A는 이득 상수이고, S는 감도 상수이며, G0와 G1은 이득 상수이다.
상기 인공신경망 필터에는 감지 수단의 움직임이 없는 구간 동안에 자이로 센서의 각속도 값을 기준으로 구간마다 평균을 취한 값이 입력될 수 있다. 상기 감지 수단의 움직임이 없는 구간은 자이로 센서에서 출력된 현재 각속도 값과 이전 각속도 값의 차이가 기준 범위내에 있는 구간일 수 있다. 상기 떨림 보정 카메라 센서부는 인공신경망 필터를 사용하여 자이로 센서에서 발생하는 오차를 줄일 수 있으므로 보다 정확한 보정 정보를 구현할 수 있다.
상기 영상 표시부는, 도 4를 참조하면, 카메라 모듈의 카메라 광축과 평행하며, 영상이 표시되는 영역이 상면을 향하도록 결합되며, 카메라 모듈로부터 전송되는 영상을 표시한다.
상기 영상 처리부는 도 5에 도시되어 있는 장애물 검출 알고리즘을 사용하여 장애물 검출을 진행하며, 장애물이 검출되는 경우에 경고 정보를 발생시켜 정보 출력부로 전송한다. 이때, 상기 영상 처리부는 이륜차의 주행 경로에 있는 보행자를 검출하는 경우에는 특허등록 제10-1131580호에 개시된 방법을 이용한다.
상기 장애물 검출 알고리즘은, 도 5를 참조하면, 카메라 영상 정보를 입력 받아 영상 전처리를 진행(210)하며 장애물로 가능성이 있는 영상 정보로 부터 객체 후보를 선택(220)하고, 객체 후보를 확정(230)하며, 확정 후보를 추적(240)하여 경고 정보를 발생(250)시켜 정보 출력부(800)와 영상 출력부(300)로 전송한다.
상기 이륜차용 영상 저장 장치는 자전거, 오토바이 및 세그웨이와 같은 개인형 이동 수단이 평평하지 않은 도로를 주행할 때와 같이 진동이 심한 경우에 진동에 의한 떨림을 보정함으로써 떨림이 없거나 적은 안정적인 영상을 생성하여 저장할 수 있다.
100: 떨림 보정 카메라 센서부
200: 영상 처리부 300: 영상 표시부
400: 정보 발생부 500: 영상 저장부
600: 배터리 및 전원 입력부 700: 확장 배터리부
800: 정보 출력부

Claims (7)

  1. 카메라 모듈과 감지 수단 및 인공 신경망 필터를 포함하며, 영상 떨림 보정 알고리즘을 이용하여 떨림을 보정하는 떨림 보정 카메라 센서부와,
    자이로 센서를 포함하는 3차원 공간에서의 움직임을 감지하여 신호를 보내는 감지 수단과, 감지 수단의 신호를 수신하여 카메라 모듈의 광축 보정 정보를 생성하는 보정 정보 생성 수단을 구비하는 정보 생성부 및
    상기 카메라 모듈의 카메라 광축과 평행하게 결합되며, 상기 카메라 모듈로부터 전송되는 영상을 표시하는 영상 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이륜차용 영상 저장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    장애물 검출 알고리즘에 의하여 이륜차의 주행 경로에 있는 장애물을 검출하는 영상 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이륜차용 영상 저장 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 떨림 보정 카메라 센서부는 위치 정보를 생성하는 지자기 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이륜차용 영상 저장 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 떨림 보정 알고리즘은 카메라 떨림이 있는 경우에 상기 자이로 센서의 감지 결과 값을 반영하여 자이로 센서 감지 결과 값에 대한 보정 연산을 진행하며, 인공 신경망 필터 연산을 진행한 후에 추가로 지자기 센서 감지 결과 값을 반영하여 지자기 센서 감지 결과 값에 대한 보정 연산을 진행하여 이를 반영한 최종 보정 연산 값을 연산하여 진행되는 것을 특징으로 하는 이륜차용 영상 저장 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상 떨림 보정 알고리즘은 상기 떨림 보정 카메라 센서부의 무게가 현저히 무거운 경우에 상기 떨림 보정 카메라 센서부의 무게 데이터를 지자기 센서 감지 결과 값에 대한 보정 연산에 반영하는 것을 특징으로 하는 이륜차용 영상 저장 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 정보 생성부는 중력이 작용하는 방향 및 크기를 감지할 수 있는 지자기 센서 및 상기 자이로 센서에서 측정되어 전송되는 각속도와 지자기 센서로부터 감지되어 전송되는 지자기 신호기중 적어도 하나를 이용하여 상기 카메라 모듈의 광축이 2차원적인 평면을 따라 이동할 수 있는 방위각 좌표를 환산하는 마이크로프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이륜차용 영상 정보 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 감지 수단의 방위 좌표를 아래의 식에 의하여 결정하는 것을 특징으로 하는 이륜차용 영상 저장 장치.
    Figure pat00005

    여기서,
    Figure pat00006
    이고
    Figure pat00007
    이고
    Figure pat00008
    이며,
    ωx, ωy, ωz는 자이로 센서에서 검출되는 x축, y축, z축의 방위 좌표에 대한 각속도이고, ωx _bias, ωy _bias, ωz _bias는 인공망 신경 필터의 알고리즘을 통해 추정된 x축, y축, z축의 방위 좌표에 대한 각속도 바이어스 값이고, Δt는 자이로 센서의 각속도를 얻기 위한 단위 시간 간격이고, A는 이득 상수이고, S는 감도 상수이며, G0와 G1은 이득 상수이다.
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