KR20180013477A - 자동 편광조절 카메라 시스템 및 그를 이용한 자동 편광조절 방법 - Google Patents

자동 편광조절 카메라 시스템 및 그를 이용한 자동 편광조절 방법 Download PDF

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KR20180013477A
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정승모
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Abstract

본 발명은 자동 편광조절 카메라 시스템 및 그를 이용한 자동 편광조절 방법에 관한 것으로, 그 시스템은 액정; 액정의 후방에 배치되는 편광 필름; 편광 필름의 후방에 배치되는 카메라; 및 설정된 편광 투과 방향에 따라 액정에 인가되는 전압을 제어하는 액정 제어부;를 포함한다.

Description

자동 편광조절 카메라 시스템 및 그를 이용한 자동 편광조절 방법{Automatic Polarization Control Camera System and automatic Polarization Control method thereof}
본 발명은 카메라로 입사하는 광의 투과 편광방향을 전기로 조절하는 카메라 시스템 및 방법에 관한 것이다.
DSLR, 디지털카메라 또는 스마트폰카메라를 이용한 사진/동영상 촬영시에 편광필터를 장착하고 촬영하는 경우가 있다. 이런 편광필터를 장착하고 사진을 촬영하면 통상 난반사라 불리는 강반사편광 반사를 제거하여 선명한 사진/동영상을 얻을 수 있다.
도 1에서 보듯이 편광필터를 통한 이미지는 편광필터를 통하지 않은 이미지에 비해 자연색을 거의 그대로 보존하고 선명함을 알 수 있다.
도 2는 기존의 수동 편광필터 장착 카메라 구조를 보여준다. 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 카메라 앞에 편광필터를 놓고 편광필터를 회전시키면서 원하는 투과 편광 방향에 맞추어 고정하고 촬영할 수 있다. 또한, 편광필름의 편광 투과 방향을 도 2의 (b)와 같이 회전시켜 고정하면, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 전경이 선명하게 보일 수 있다.
그러나 종래의 편광필터는 투과 편광 방향을 수동 조절하고 있어 사용하기에 불편한 점이 있다.
본 발명의 목적은 카메라로 입사하는 광의 투과 편광방향을 전기로 조절하는 카메라 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 카메라로 입사하는 광의 투과 편광방향을 자동조절하는 카메라 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 카메라로 입사하는 광의 투과 편광방향을 자동조절하고 자동촬영하여 저장하고 처리하는 카메라 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동 편광조절 카메라 시스템은, 액정; 상기 액정의 후방에 배치되는 편광 필름; 상기 편광 필름의 후방에 배치되는 카메라; 및 설정된 편광 투과 방향에 따라 상기 액정에 인가되는 전압을 제어하는 액정 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 때란 자동 편광조절 방법은, 상기 자동 편광조절 카메라 시스템에서 편광 투과 방향을 설정받는 단계; 및 상기 설정된 편광 투과 방향에 따라, 상기 액정에 인가되는 전압을 제어하는 단계;를 포함한다.
한편, 상기 자동 편광조절 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있으며, 프로그램 그 자체로 제공될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 편광 필름의 전방에 배치되는 액정에 인가되는 전압을 설정된 편광 투과 방향에 따라 제어함으로써, 편광을 자동으로 용이하게 조절할 수 있다.
도 1은 편광필터를 통한 이미지의 일예를 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 수동 편광필터가 장착된 카메라의 구조에 대한 일예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 편광조절 카메라 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 편광조절 카메라 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자동 편광조절 카메라 시스템에 포함되는 액정에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 자동 편광조절 카메라 시스템의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 자동 편광조절 기능을 가지는 휴대용 단말기의 카메라 시스템의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 자동 편광조절 카메라 시스템의 자동 촬영 구조에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 9는 자동 편광조절 카메라 시스템의 시간 분할 제어 자동 촬영 방법에 대한 일실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 자동 편광조절 카메라 시스템의 사용자 인터페이스(UI)의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 11은 자동 편광조절 카메라 시스템을 이용한 촬영 영상에 대한 일예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자동 편광조절 카메라 시스템의 구성 및 동작에 대해 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 본 발명의 명세서에서 사용되는 용어를 간략히 정의한 후, 본 발명의 실시 예를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 편광조절 카메라 시스템의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 도 2에를 참조하여 설명한 바와 같은 수동 편광필터에 회전 기구부를 결합시키고 회전 기구부를 모터로 구동하여 편광필터를 회전시켜 투과 편광방향을 변화시키면서 카메라로 이미징하는 시스템이다.
도 3에 도시된 바와 같은 시스템은 간단하지만 기계적 이송 구조이므로 자동 편광변환을 고속으로 작동시키거나 빈번한 장탈착 작동이 필요할 경우 내구성 문제가 발생할 수 있고, 소음 발생, 전력소모 문제가 있을 수도 있다.
도 4는 본 발명의 자동 편광조절 카메라 시스템의 구성에 대한 일실시예를 나타낸다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 자동 편광조절 카메라 시스템은, 액정, 후편광필름, 액정을 전기로 제어하는 액정제어부와 카메라로 구성된다. 여기에 액정제어 UI(사용자인터페이스)로 추가될 수 있다.
한편, 카메라는 스마트폰 카메라, DSLR, 디지털카메라, CCTV 카메라, 블랙박스 카메라 등 모든 카메라가 가능하다.
입사광은 액정과 후 편광필름을 지나 카메라에서 이미징된다. 사용자는 UI(사용자인터페이스)에서 편광조절기의 편광투과방향(각도)를 설정하고, 설정된 편광투과방향에 따라 액정제어부는 액정에 전압을 인가하면 입사광 중에 선택된 편광 위주로 투과가 일어나 카메라에서 이미징된다.
상기와 같은 방식으로 입사광의 투과 편광방향을 전기로 조절하게 되며, 액정제어부는 설정된 패턴으로 액정을 제어하여 입사광의 투과 편광방향을 자동조절할 수도 있다.
도 5는 자동 편광조절 카메라 시스템에 포함된 액정 중 일 예인 TN(Twisted Nematic) 액정의 편광 변환도이다.
액정은 TN 액정 외에 STN(Super Twisted Nematic), VA(Vertical Alignment), IPS(In-Plane Switching)와 같은 다른 액정들도 가능하며, 본 발명에서는 단지 설명의 편의를 위해 TN 액정을 위주로 설명한다.
도 5의 (a)를 참조하면, 입사광이 TN 액정으로 입사되는 면에서 액정의 장축 방향(디렉터 방향)을 그림과 같은 방향으로 배향하고, 광이 TN 액정을 지나 출사되는 면에서 액정의 장축 방향을 입사면 액정의 장축 방향에 수직인 방향으로 배향하며 중간의 액정을 트위스트한 상태를 나타내고 있다.
본 발명에서는 액정 입사면의 액정 배향축(alignment axis)을 선배향축이라 하고, 액정 출사면의 배향축을 후배향축이라 한다.
TN 액정에 전압을 인가하지 않을 때, 도 5의 (a)와 같이 TN 액정이 배향되어 있으면, 입사광중에 선배향축 방향의 선편광은 액정을 지나면서 출사면에서는 후배향축 방향의 선편광으로 변환된다.
입사광 중에 선배향축 방향과 수직인 선편광은 액정 출사면에서는 대부분 후배향축 방향과 수직인 선편광으로 변환된다. 입사광 중에 선배향축 방향과 수직인 선편광의 편광 90도 변환은 선배향축 방향의 선편광에 비해 순도는 떨어지지만 대부분은 90도로 변환된다.
TN 액정에 전압을 인가하고 허용하는 최대 전압으로 올리게 되면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 TN 액정이 정렬되어, 입사 편광은 액정을 지나면서 출사면에서도 동일한 편광으로 유지된다.
0V와 최대 전압 사이의 중간전압으로 TN 액정에 전압을 인가하면, 입사광의 많은 부분은 전압에 따라 0도와 90도 사이 소정각도로 편광변환을 하게 된다. 여기서 편광변환의 순도는 0V일 때에 비해 떨어진다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 편광조절 카메라 시스템의 작동 원리를 설명하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동 편광조절 카메라 시스템은 액정, 후 편광필름, 액정제어부와 카메라로 구성되고, TN 액정을 이용할 때, 도 6에 도시된 바와 같이 같이 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 TN 액정의 선배향축과 후배향축을 배치하고, 후 편광필름의 투과 편광 방향을 배치한 후 광필터링 동작은 다음과 같다.
입사광은 지구표면에 수평인 선편광 LH 성분과 수직인 선편광 LV 성분으로 분해할 수 있고, 그 입사광이 도 6와 같이 배치한 TN 액정으로 입사하면, 도 6의 (a)와 같이 TN 액정에 전압을 인가하지 않을 때, 편광 LH 성분과 편광 LV 성분은 90도 회전하여 액정을 출사하고 이 출사광이 후 편광필름을 통과하면 90도 회전한 편광 LV 성분은 차단되고 90도 회전한 편광 LH 성분만이 출사하게 된다. 이 출사광이 카메라에서 이미징된다.
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 TN 액정에 허용하는 최대 전압을 인가할 때, 편광 LH 성분과 편광 LV 성분은 회전하지 않고 액정을 출사하고 이 출사광이 후 편광필름을 통과하면 편광 LH 성분은 차단되고 편광 LV 성분만이 출사하게 된다. 이 출사광이 카메라에서 이미징된다.
도 6의 (a) 및 (b)와 같이 동작하면 입사광의 서로 수직인 두 편광성분중 한 편광만을 선택할 수 있다. 선택된 편광이 카메라에 입사하면 편광 이미지를 촬영하게 된다.
또한, 도 6의 (c)와 같이 0V와 최대 전압 사이의 중간전압으로 TN 액정에 전압을 인가할 때, 입사광의 많은 부분은 전압에 따라 0도와 90도 사이 소정각도로 편광변환을 하게 된다.
입사광의 선편광 LHth는 선편광 LH에 비해 th 각만큼 회전한 편광이고, 선편광 LVth는 선편광 LV에 비해 th각만큼 회전한 편광으로 그림에 표시한다. th=90도라면 LHth편광은 LV편광과 동일해진다.
(90-th)도의 편광회전이 일어나는 전압을 Vth라 할 때, 전압 Vth를 액정에 인가하면, 선편광 LHth는 TN 액정을 통과하면 그림과같이 지구표면에 수직인 방향으로 편광변환되고, 선편광 LVth는 TN 액정을 통과하면 지구표면에 수평인 방향으로 편광변환된다.
한편, 전압을 가하지 않을 때는 입사광이 순도 높게 90도로 편광변환하는 것에 비하여 중간전압을 인가하면 순도가 높지 않은 편광변환이 일어난다. 지구표면에 수직인 방향으로 변환되는 편광은 주로 LHth 이지만, 일부 LVth도 포함된다. 이러한 기여부분을 상대기여도로 LHth+a*LVth와 같이 표현한다.
여기서, a는 상대 기여도이며, 마찬가지로 지구표면에 수평인 방향으로 변환되는 편광은 LVth+b*LHth와 같이 표현한다.
액정을 출사한 광이 후 편광필름을 통과하면 편광 LVth+b*LHth 성분은 차단되고 편광 LHth+a*LVth 성분만이 출사하게 된다. 이 출사광이 카메라에서 이미징된다.
이와같은 방식으로 액정 인가전압에 따라 투과하는 편광이 변화하게 되어 편광조절이 일어난다. 액정에 허용하는 최대 전압을 인가할 때와 0V를 인가할 때는 순도가 높은 편광변환이 일어나며, 중간 전압에서도 순도는 조금 낮지만 적당한 수준의 편광변환이 일어난다.
결과적으로, 인가전압으로 입사광의 투과 편광 방향을 선택할수 있게된다. TN 액정 외에 STN, VA, IPS와 같은 액정들도 유사한 방식으로 이러한 동작이 가능하다.
도 7은 자동 편광조절 기능을 가지는 스마트폰 카메라 시스템의 구성에 대한 일실시예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 액정 및 후 편광필름 구조는 기구적으로 다양한 형태로 스마트폰 카메라 앞에 설치될수 있다.
액정에는 스마트폰으로 전원을 공급할수도 있고 스마트폰 외부에 별도의 전원과 액정 제어부를 둘 수도 있다. 또한, 스마트폰과 USB, 이어폰잭 등으로 유선 연결하여 스마트폰 내의 액정 제어 애플리케이션으로 구동할수 있다.
도 8은 본 발명의 자동 편광조절 카메라 시스템의 자동 촬영 구조를 나타내는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같은 자동 편광조절 카메라 시스템 기본 구조에 제어부 및 저장부를 추가하여 자동 촬영 구조를 구성할 수 있다.
상기 제어부 및 저장부는 모듈로서 카메라 내부로 통합될 수도 있다. 이 경우, 제어부는 액정제어부와 연동하여 액정제어부는 설정된 패턴으로 액정을 제어하여 입사광의 투과 편광방향을 자동 조절하고, 제어부는 카메라의 이미지센서가 촬영한 영상을 저장부에 저장한다.
예를 들어, t1 시간동안 액정에 0V를 인가하고 다음 t2 시간동안 액정에 최대 전압을 인가하고 그다음 t1시간 동안 액정에 0V를 인가하는 식으로 t1+t2 시간을 주기로 주기적으로 액정을 구동하고, 이 주기와 연동하여 카메라 촬영 영상을 저장부에 저장한다.
그러면, 저장부에 저장된 카메라 촬영 영상(사진 또는 동영상)은 액정 0V에 해당하는 편광 영상과 액정 최대전압에 해당하는 편광 영상이 교차하면서 저장되게 된다. 추가적인 애플리케이션은 저장부에 저장된 영상으로 영상을 분류하거나 편집 또는 영상처리 등을 하여 활용할 수 있다.
도 9는 자동 편광조절 카메라 시스템의 시간분할제어 자동 촬영 방법을 보여준다.
도 9를 참조하면, t1 시간 동안 액정에 편광각도 th1에 해당하는 전압을 인가하고, 다음 t1 시간동안 액정에 편광각도 th2에 해당하는 전압을 인가하고, 그 다음 t1시간 동안 액정에 편광각도 th4에 해당하는 전압을 인가하고, 그 다음 t1시간 동안 액정에 편광각도 th3에 해당하는 전압을 인가하는 식으로 4개의 t1 시간을 한 주기 tp(tp=4*t1)로 주기적으로 액정을 구동하고, 이 주기와 연동하여 각각의 t1시간 동안 카메라 촬영 후 영상을 저장부에 저장한다. 각각의 t1시간 동안 한번 또는 여러번 카메라 촬영을 한 후 영상을 저장부에 저장한다.
이 경우, 저장부에 저장된 카메라 촬영 영상(사진 또는 동영상)은 th1, th2, th4, th3 편광 영상이 차례로 반복적으로 저장되게 된다. 즉 시간 인덱스를 k라 할때 시점 k에서의 영상을 I(k)라 하면, I(k)는 th1 편광, I(k+1)는 th2 편광, I(k+2)는 th4 편광, I(k+3)는 th3 편광, I(k+4)는 th1 편광 식으로 편광영상이 촬영되어 저장될 수 있다.
도 10는 자동 편광조절 카메라 시스템의 사용자 인터페이스(UI)의 구성에 대한 일실시예를 보여준다.
도 10에 도시된 바와 같이 조정 바(bar) 형태로 편광각도를 설정하면, 설정 편광각도로 투과편광을 가진 입사광만을 촬영할 수 있다.
한편, 하단부에 도시된 바와 같이 편광 방향 각도를 0도, 45도, 90도로 기입하고 R 버튼을 클릭하면, 편광방향각도 0도, 45도, 90도로 반복적으로 촬영하여 저장하게 된다.
도 11는 자동 편광조절 카메라 시스템의 촬영 예를 보여준다.
도 11의 (a)는 통상의 비편광 촬영이고, 도 11의 (b)는 지구표면과 수평인 편광 촬영이며, 도 11의 (c)는 수직인 편광 촬영이다.
영역 p1과 p3을 보면, 앞차량 유리창의 반사가 심한 p1 영역과 촬영자 차량 내부의 반사 이미지가 있는 p3 영역이다.
도 11의 (b)에 나타난 편광 촬영에서는 이 반사 이미지가 강조되어 촬영되고, 도 11 의 (c)에 나타난 편광 촬영에서는 이 반사 이미지가 거의 사라져 선명한 이미지가 촬영된다.
반면 영역 p2에서는 수직인 벽면에 외부 차량의 반사이미지가 있는 상황이며, 오히려 도 11 (b)의 편광촬영에서는 이 반사 이미지가 거의 사라져 선명한 벽면의 이미지가 촬영되고, 도 11 (c)의 편광촬영에서는 이 반사 이미지가 강조되어 촬영된다.
이렇게 영역 p1, p3과 영역 p2는 서로 반대의 편광 특성을 가질 수 있다. 이와 같이 각 편광 별로 촬영하게 되면 영역별로 더 선명한 영상을 얻게 되며 부가적인 정보도 알게 된다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 자동 편광조절 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 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 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (11)

  1. 액정;
    상기 액정의 후방에 배치되는 편광 필름;
    상기 편광 필름의 후방에 배치되는 카메라; 및
    설정된 편광 투과 방향에 따라 상기 액정에 인가되는 전압을 제어하는 액정 제어부;를 포함하는 자동 편광조절 카메라 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정은
    TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic), VA(Vertical Alignment) 및 IPS(In-Plane Switching) 중 어느 하나로 구성되는 자동 편광조절 카메라 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액정 제어부는
    상기 액정이 허용하는 최대 전압 또는 OV를 상기 액정에 인가하여, 순도가 높은 편광 변환이 발생하도록 하는 자동 편광조절 카메라 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액정 제어부는
    상기 최대 전압과 OV 사이의 중간 전압을 상기 액정에 인가하여, 순도가 낮은 편광 변환이 발생하도록 하는 자동 편광조절 카메라 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액정 제어부는
    소정 주기로 상기 액정에 인가되는 전압을 변화시키는 자동 편광조절 카메라 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 카메라는
    상기 전압이 변화되는 주기에 연동하여 자동으로 영상을 촬영하며,
    상기 자동으로 촬영되는 영상들은 저장부에 저장되는 자동 편광조절 카메라 시스템.
  7. 액정; 상기 액정의 후방에 배치되는 편광 필름; 및 상기 편광 필름의 후방에 배치되는 카메라;를 포함하여 구성되는 카메라 시스템에서 편광을 자동으로 조절하는 방법에 있어서,
    편광 투과 방향을 설정받는 단계; 및
    상기 설정된 편광 투과 방향에 따라, 상기 액정에 인가되는 전압을 제어하는 단계;를 포함하는 자동 편광조절 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어 단계는
    상기 액정이 허용하는 최대 전압 또는 OV를 상기 액정에 인가하여, 순도가 높은 편광 변환이 발생하도록 하는 단계;를 포함하는 자동 편광조절 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 단계는
    상기 최대 전압과 OV 사이의 중간 전압을 상기 액정에 인가하여, 순도가 낮은 편광 변환이 발생하도록 하는 단계;를 포함하는 자동 편광조절 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제어 단계는
    소정 주기로 상기 액정에 인가되는 전압을 변화시키는 단계;를 포함하는 자동 편광조절 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전압이 변화되는 주기에 연동하여 자동으로 영상을 촬영하는 단계; 및
    상기 자동으로 촬영되는 영상들을 저장하는 단계;를 더 포함하는 자동 편광조절 방법.
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